JPS61276377A - 電界効果型化合物半導体装置 - Google Patents

電界効果型化合物半導体装置

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JPS61276377A
JPS61276377A JP60118205A JP11820585A JPS61276377A JP S61276377 A JPS61276377 A JP S61276377A JP 60118205 A JP60118205 A JP 60118205A JP 11820585 A JP11820585 A JP 11820585A JP S61276377 A JPS61276377 A JP S61276377A
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Masahisa Suzuki
雅久 鈴木
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/40FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels
    • H10D30/47FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels having two-dimensional [2D] charge carrier gas channels, e.g. nanoribbon FETs or high electron mobility transistors [HEMT]
    • H10D30/471High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT]
    • H10D30/473High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having confinement of carriers by multiple heterojunctions, e.g. quantum well HEMT
    • H10D30/4732High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having confinement of carriers by multiple heterojunctions, e.g. quantum well HEMT using Group III-V semiconductor material

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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 GaAs / n−AJGaAs ヘテロ接合FETに
おいて、キャリア供給層となるn−AllGaAsのモ
ル比を0.1以上0.22以下となし、かつチャネル部
にダブルへテロ構造を用いることにより、閾値電圧の室
温と低温における変動を小さくなし、且つシートキャリ
ア濃度り、の低下を防止する。
〔産業上の利用分野〕
本発明はチャネルにヘテロ接合を用いた電界効果型半導
体装置に係シ、特に室温と低温における閾値変動を小さ
く抑えることができる素子構造に関する。
〔従来の技術〕
従来、ヘテロ接合をチャネル部に用いた電界効果型半導
体装置(FIT )では、通常チャネルとして、アンド
ープのGaAs層とn−AlGaAs層のへテロ接合の
アンドープGaAs層側界面に生ずる高移動度2次元電
子ガスを利用し、高速動作を達成している。
第5図にその素子断面を表わしている。半絶縁性GaA
s基板51上に、バッファ層のGaAa 52 r 2
次元電子ガス(2DEG)層57が形成されるアンド一
層がエピタキシャルに形成され、ソース、ドレイン電極
間、59及びゲート電極ωが設けられている。
通常の場合、n−AjGmAs 54のAjのモル比は
X=0.3がほとんどである。これは、ヘテロ接合団に
おけるバンドの不連続はなるべく大きくとった゛ 方が
シートキャリア濃度n、が大きくできるため、GaAs
/AjGaAsの格子のミスマツチが許容される範囲内
でAjのモル比Xを大きくしようとしたためであシ、こ
れらのことがらx:0.3が選ばれている。
第4図に従来のGaAs層 n−AJGaAaヘテロ構
造部のエネルギバンド図を表わしてあり、x:0.3で
は、GaAs層  n−AjGaAs  の格子のミス
マツチはほと□んど問題にならない。しかし、!>0.
3 Kなると、第4図にE、と指示するように界面準位
が生じ素子特性が劣化する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述のように、x=0.3とした従来の素子においては
、十分高速動作が可能であるが、n−Al6.HG a
 6 、y A sはDXセンターと呼ばれる深い不純
物準位を有するため、これを用いて作製した素子では、
室温における閾値電圧vthと低温(77K )におけ
るvthが大きく異なるという問題がある。例えば、3
00 K ”t’ f) Vth = −0,8Vが7
7にテVth=−0,3Vに変わってしまう。
これに対して、X≦0.22のn−Ajz Gal−1
Aaを用いた素子では% vthの室温と低温での変動
は十分小さくできることがわかっている。しかし表から
、この構造ではチャネルのシートキャリア濃度n、が減
少し、FET%性が劣化するという欠点が生ずる。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明はGaAs / n−AJGaAsヘテロ接合を
チャネルに用いるFETにおいて、原子供給lとなるn
−hlxGa、−xAsのAlのモル比Xを0.1≦x
≦0.22となし、かつチャネル部をダブルへテロ構造
とする。
〔作用〕
第1図の実施例を採って説明すると、アンドープGaA
s層5の上側及び下側にn−Al64 caOJ As
層6及び4が備えられ、それぞれの眉間にヘテロ接合が
形成されており、所謂ダブルへテロ構造となっている。
それによシ、上、下のn−A764 Ga@4AI層6
.4がそれぞれ電子供給層として機能し、2つの電子供
給層から生じる2次元電子ガスはアンドープGaAs層
5が十分薄い時は2つのチャネルとならずに実効的に1
つのチャネルとして作用し、チャネルのn、はシングル
へテロ構造のn、の約2倍となる。
一方、第3図にAjGaAsのAJのモル比とドーパン
トのイオン化エネルギの関係を示すよりに、x=0.2
2以下の場合、イオン化エネルギは十分小さく々シ、深
い準位が形成されていな、い。
以上のことから、本発明によれば、電子供給層のAj 
X Ga 1−X AsのAlのモル比xt−0,22
以下となすことによりイオン化エネルギを十分小さくで
き、低温にしてもVthが変動することが防止できる。
一方、AAIのモル比Xが小さくなってGaAs層 n
−AJf。
Gal−1AsIのエネルギバンドの不連続性が小さく
なることに伴ない、チャネルのシートキャリア濃度n、
が低下する欠点は、タプルヘテロ構造を用いることによ
シ改善することができ、両件用によシ低温で特性が安定
で且つn、が大で大きい電流を流すことができる高速半
導体装置が得られる。
なお本発明において、上述のようにアンドープGaAs
 5層の厚さを十分薄くして2つの電子供給層から生ず
る2次元電子ガスが1つのチャネルとなるようにするこ
とが望ましく%100A位の膜厚が最も望ましく、ao
X〜200Xの範囲の膜厚が実用上適用できる。60X
よシ薄いアンドープGaAs層を用いると、該層を流れ
るキャリアが上・下のAlx Ga 1− z@AIに
よる散乱を受は移動度が低下して、。
しまう。一方200 X以上のアンドープGaAs層を
用いると、ゲート電極とチャネルとの距離が太きくなり
gm(相互コンダクタンス)が小さくなってしまい望ま
しくない。
〔実施例〕
第1図に本発明の実施例の素子断面を表わし、第2図に
そのエネルギバンド図を表わしている。
第1図に示すように、半絶縁性GaAs+基板1上ニ次
の各層がエピタキシャル成長によ多形成されている。
膜厚  キャリア濃度 2:アンドープGaAs      1000 A3:
アンドープAjl、lGm6.@As  200又4:
n−AJ64Ga0.gAIB     200X  
 1.9X10”am−”5:アンドープGaAs  
     1GOA6 : n−Aノロ4Ga@4Al
    250〜400A 1−9X10”am−”?
 : n −GaAs          700X 
  1.9X10”am−”ここで、7はオーミック・
コンタクトを良好になすための層である。
次に、成長基板表面にオーミック・コンタクト用金属か
らなるソース及びドレイン電極8及び9(AuGe /
 Au等)がリフトオフ法等によυ形成され、加熱等を
施す合金法によシ、2次元原子ガスが形成されるアンド
ープGaAs層5に接触せしめられている。
次に、ソース及びゲート電極8及び9間のn−GaAs
層7が部分的にエツチング除去され、その部分にシミッ
トキ接合用金属からたるゲート電極1G(Aj等)が形
成されている。
5のアンドープGaAsのチャネル層を100 Xとし
た時、2つの電子供給層のAノロ、1 Gmg4 As
 4 + 6から生じる2次元電子ガスは2つのチャネ
ルとならずに、実効的に1つのチャネルとして作用する
ことがわかっておシ、その状態が第2図のエネルギバン
ド図に表われている。
60n−Aj64 Gmg、@Asは上部の電子供給層
であると同時くいゲートの金属(Aりとショットキ障壁
を形成する。そして、この層の厚さKよシ、FETのv
thを決定することができる。例えば、約250 Xで
エンハンスメント・モートドなり、400又でディプレ
ッション・モートドする。
本実施例によれば、例えば300にで閾値(Vth)2
>E−o、svo場合、低温77にで−0,7v程度と
、Vthの変動を従来よシ大幅に少なくでき、一方、シ
ートキャリア濃度n、もダブルへテロ接合によシ約2倍
にできる。
〔発明の効果〕
以上のことから明らかなように、本発明によれば、従来
のHEMTの開発動向と逆に、チャネルのキャリアのシ
ート濃度n、よシも、低温に冷した時の閾値電圧(Vt
h)の変動防止を重点におき、キャリア供給層のAjの
モル比を小さくなし、−Vthの変化を小さくでき、一
方チャネルのn8の低下も防止することが可能となる。
それによシ、本発明によシ、安定で、高速、高性能な半
導体装置が提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の要部断面図、第2図はキ実施
例のエネルギバンド図、第3図はX値とイオン化エネル
ギの関係を示す線図、 第4図は従来例のエネルギバンド図である。 福S1zばイL米例の町+i1mで漬も。 1・・・GaA@基板 2・・・アンドープGaAs 3・・・アンドープAJ(1,gGa6.@As4 ”
” n−Aj1)4G&。4AII5・・・アンドープ
GaAs 6 H= n−Aj(14Ga(1,8As7  … 
n−GaAs 8.9・・・ソース、ドレイン電極 10・・・ゲート電極 特許出願・大 富士通株式会社 代理人弁理士 玉 蟲 久 五 部 (外1名) 本発明の実施例の要部断面図 第  1  図 n−AIo2Ga6sAs 本発明の実施例のエネルギバンド図 第  2  図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 基板上に、n形Al_xGa_1_−_xAs(0.1
    ≦x≦0.22)からなる第1のキャリア供給層、チャ
    ネル層のGaAs層及びn形Al_yGa_1_−_y
    As(0.1≦y≦0.22)からなる第2のキャリア
    供給層の各半導体層が結晶学的に適合して形成され、 該チャネル層のGaAs層に接続する1対の電極と、該
    1対の電極間の第2のキャリア供給層側に配設されたゲ
    ート電極とを有することを特徴とする電界効果型化合物
    半導体装置。
JP60118205A 1985-05-31 1985-05-31 電界効果型化合物半導体装置 Granted JPS61276377A (ja)

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JP60118205A JPS61276377A (ja) 1985-05-31 1985-05-31 電界効果型化合物半導体装置

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JPS61276377A true JPS61276377A (ja) 1986-12-06
JPH0156544B2 JPH0156544B2 (ja) 1989-11-30

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JP (1) JPS61276377A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01173760A (ja) * 1987-12-28 1989-07-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd ヘテロ接合電界効果トランジスタ

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01173760A (ja) * 1987-12-28 1989-07-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd ヘテロ接合電界効果トランジスタ

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JPH0156544B2 (ja) 1989-11-30

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