JPS6235677A - 反転型高電子移動度トランジスタ装置 - Google Patents
反転型高電子移動度トランジスタ装置Info
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- JPS6235677A JPS6235677A JP60176194A JP17619485A JPS6235677A JP S6235677 A JPS6235677 A JP S6235677A JP 60176194 A JP60176194 A JP 60176194A JP 17619485 A JP17619485 A JP 17619485A JP S6235677 A JPS6235677 A JP S6235677A
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- Japan
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- layer
- algaas
- gaas
- growth
- doping
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- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/60—Impurity distributions or concentrations
- H10D62/605—Planar doped, e.g. atomic-plane doped or delta-doped
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/40—FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels
- H10D30/47—FETs 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]
- H10D30/471—High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT]
- H10D30/472—High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having lower bandgap active layer formed on top of wider bandgap layer, e.g. inverted HEMT
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (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。
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層の電子の高速性を利用し７た半導体装置に高
電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）があり、ＧａＡｓ
チャネル層に２次元電子ガスを供給する電子供給層をチ
ャネル層の下に設ける反転型ＨＥ ＭＴ槽構造２次元電
子ガス供給層の改善を図った。
電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）があり、ＧａＡｓ
チャネル層に２次元電子ガスを供給する電子供給層をチ
ャネル層の下に設ける反転型ＨＥ ＭＴ槽構造２次元電
子ガス供給層の改善を図った。
本発明は、反転型ＨＥ Ｍ Ｔ （Ｈｉｇｂ Ｅ ｌｅ
ｃｔｒｏｎＭｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ
）構造において、その電子供給層の構造の改良に関する
。
ｃｔｒｏｎＭｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ
）構造において、その電子供給層の構造の改良に関する
。
高い電子移動度を利用したトランジスタとしてＨＥ Ｍ
Ｔがあり、大きく正常型（Ｎ−ＡＩＧａＡｓｏｎ Ｇ
ａＡｓ ） 、と反転型に分けられる。反転型はオーミ
ック電極コンタクト抵抗が正常型に比して小さいという
メリットがある。
Ｔがあり、大きく正常型（Ｎ−ＡＩＧａＡｓｏｎ Ｇ
ａＡｓ ） 、と反転型に分けられる。反転型はオーミ
ック電極コンタクト抵抗が正常型に比して小さいという
メリットがある。
一方反転型には、エピタキシアル層をＭＢＥで成長中に
ＳｉをドーピングせるＮ−ＡｌＧａＡｓ電子供給層とＧ
ａＡｓのチャネル層との界面に、Ｓｉの偏析効果により
Ｓｉを析出し、電子移動度が充分上がらないという欠点
がある。
ＳｉをドーピングせるＮ−ＡｌＧａＡｓ電子供給層とＧ
ａＡｓのチャネル層との界面に、Ｓｉの偏析効果により
Ｓｉを析出し、電子移動度が充分上がらないという欠点
がある。
反転型ＨＥ Ｍ Ｔ構造で、上記の問題を解決した２次
元電子ガス供給層構造が要望されている・〔従来の技術
〕 従来の技術による反転型ＨＥＭＴの基本的な構成を理解
するための断面図をを第５図に示す。
元電子ガス供給層構造が要望されている・〔従来の技術
〕 従来の技術による反転型ＨＥＭＴの基本的な構成を理解
するための断面図をを第５図に示す。
半絶縁性ＧａＡｓ基板１上にＧａＡｓバッファ層９、Ａ
ｌＧａＡｓバッ゛ファ層２、Ｎ−ＡｌＧａＡｓ電子供給
層３、ＧａＡｓチャネル層４、ｎ−−ＧａＡｓ表面層１
０がＭＢＥ法で順次積層される。
ｌＧａＡｓバッ゛ファ層２、Ｎ−ＡｌＧａＡｓ電子供給
層３、ＧａＡｓチャネル層４、ｎ−−ＧａＡｓ表面層１
０がＭＢＥ法で順次積層される。
例えば、ＧａＡｓ／Ｎ−ＡｌＧａＡｓへテロ接合部はＡ
Ｌ Ｇａ、 Ａｓ、 Ｓ ｉの４種類の分子線源を準
備し、これら４種類を同時に基板に照射することによっ
てＮ−ＡｌＧａＡｓの成長が行われる。
Ｌ Ｇａ、 Ａｓ、 Ｓ ｉの４種類の分子線源を準
備し、これら４種類を同時に基板に照射することによっ
てＮ−ＡｌＧａＡｓの成長が行われる。
ＧａＡｓチャネル層を成長せしめる時点で、ＡＩ。
とＳｉの分子線源のシャッタを閉じることによりＧａＡ
ｓ層としての成長が行われる。
ｓ層としての成長が行われる。
Ｎ−ＡｌＧａＡｓ層３は、Ｓｉを高濃度にドープして、
そのドナー・レベルとこの上に成長せるＧａＡｓ層４の
伝導帯底のエネルギー・レベル差によって、ＧａＡｓ層
の界面に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）を供給する機能を
果たす。
そのドナー・レベルとこの上に成長せるＧａＡｓ層４の
伝導帯底のエネルギー・レベル差によって、ＧａＡｓ層
の界面に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）を供給する機能を
果たす。
このような成長を行ったウェハーに、電極コンタクトを
形成するためアロイ層８が設けられ、ソース電極５、ド
レイン電極６、ゲート電極７が形成れて反転型ＨＥＭＴ
として完成する。
形成するためアロイ層８が設けられ、ソース電極５、ド
レイン電極６、ゲート電極７が形成れて反転型ＨＥＭＴ
として完成する。
上記に述べたように、ＨＥＭＴを構成するＧａＡｓ／Ｎ
−ＡｌＧａＡｓのへテロ構造は主としてＭＢＥ法で成長
する。
−ＡｌＧａＡｓのへテロ構造は主としてＭＢＥ法で成長
する。
特にＨＥＭＴの動作特性を良くするにはＧａＡｓとＮ−
ＡｌＧａＡｓのへテロ界面に形成される２次元電子ガス
の電子移動度を大きくすることが必要で、このためには
Ｎ−ＡｌＧａＡｓに含まれるＳｉのドーピング・プロフ
ァイルは出来るだけ急峻なることが望ましい。このよう
な急峻なるドーピング・プロファイルを得るためにはＭ
ＢＥ法が最も適している。それでも充分でない。
ＡｌＧａＡｓのへテロ界面に形成される２次元電子ガス
の電子移動度を大きくすることが必要で、このためには
Ｎ−ＡｌＧａＡｓに含まれるＳｉのドーピング・プロフ
ァイルは出来るだけ急峻なることが望ましい。このよう
な急峻なるドーピング・プロファイルを得るためにはＭ
ＢＥ法が最も適している。それでも充分でない。
Ｓｉは、上記のようにＣｒａＡｓ成長時点でシャッタを
切っても、実際の成長層では急峻なＳｉの遮断特性を示
さずに、ＧａＡｓ層に部分的に尾を引いて混入する。
切っても、実際の成長層では急峻なＳｉの遮断特性を示
さずに、ＧａＡｓ層に部分的に尾を引いて混入する。
これはＳｉの偏析効果と呼ばれるもので、反転型ＨＥＭ
Ｔ構造の場合はこのＳｉの存在によって、電子の移動速
度は著しく阻害され、高電子移動度トランジスタとして
の機能は充分発揮出来なくなる。
Ｔ構造の場合はこのＳｉの存在によって、電子の移動速
度は著しく阻害され、高電子移動度トランジスタとして
の機能は充分発揮出来なくなる。
上記問題点は、シリコンのプレーナ・ドーピング層を設
けた電子供給層を形成することよりなる本発明の構造に
より解決される。
けた電子供給層を形成することよりなる本発明の構造に
より解決される。
即ち、電子供給層として、従来例のＮ ＡｌＧａＡｓ
を用いるかわりに、ＡｌＧａＡｓの成長の途中で一旦成
長を止めて、Ｓｔのプレーナ・ドーピング層を設けたこ
とよりなるＮ−ＡｌＧａＡｓ層を用いる。
を用いるかわりに、ＡｌＧａＡｓの成長の途中で一旦成
長を止めて、Ｓｔのプレーナ・ドーピング層を設けたこ
とよりなるＮ−ＡｌＧａＡｓ層を用いる。
また、電子供給層としてＮ−ＡｌＧａＡｓのかわりにＡ
ｌＡｓ／ｎ−ＧａＡｓの超格子構造を用いることも出来
る。
ｌＡｓ／ｎ−ＧａＡｓの超格子構造を用いることも出来
る。
参考文献；Ｔ、Ｂａｂａ他 Ｊ ＪＡＰ、 Ｖｏｌ ２
２゜１９８３、 ｐｐ Ｌ ６２７ 〜Ｌ６２９こ
れは超格子中の実効的なドナーレベルを高くして電子ガ
ス濃度を大きくするためである。このような超格子構造
を用いた電子供給層においても、Ｓｔをプレーナ・ドー
ピングで行うことにより、より急峻なるドーピング・プ
ロファイルを得ることが出来る。
２゜１９８３、 ｐｐ Ｌ ６２７ 〜Ｌ６２９こ
れは超格子中の実効的なドナーレベルを高くして電子ガ
ス濃度を大きくするためである。このような超格子構造
を用いた電子供給層においても、Ｓｔをプレーナ・ドー
ピングで行うことにより、より急峻なるドーピング・プ
ロファイルを得ることが出来る。
ＭＢＥ法によるプレーナ・ドーピングは、他のエピタキ
シアル成長の分子線源、本発明の場合ではＡＩとＧａの
照射を一旦止めて、Ｓｉのみを非常に薄い、高濃度の層
として形成するものである。
シアル成長の分子線源、本発明の場合ではＡＩとＧａの
照射を一旦止めて、Ｓｉのみを非常に薄い、高濃度の層
として形成するものである。
プレーナ・ドーピングはドーピング中は成長を行わない
ため、先に述べたＳｉの偏析効果は生じにくい。
ため、先に述べたＳｉの偏析効果は生じにくい。
これによりＳｉの偏析効果による電子移動度の低下とい
う問題が抑えられ、またドーピング量のコントロールが
容易になる。
う問題が抑えられ、またドーピング量のコントロールが
容易になる。
本発明による実施例を第１図〜第４図により詳細説明す
る。
る。
第１図はＮ−ＡｌＧａＡｓ層の形成を本発明のプレーナ
・ドーピング法により形成した場合の構造断面図を示す
。
・ドーピング法により形成した場合の構造断面図を示す
。
基本的な構成は従来例で説明せるものと変わらないが、
第１図の構造では、９ａＡｓバッファ層９と、ｎ″−Ｇ
ａＡｓ表面層１０が追加されている。これらの２層はＨ
ＥＭＴとしての動作機能には直接関係はない。
第１図の構造では、９ａＡｓバッファ層９と、ｎ″−Ｇ
ａＡｓ表面層１０が追加されている。これらの２層はＨ
ＥＭＴとしての動作機能には直接関係はない。
ｎ−−ＧａＡｓ表面層１０は、ゲート耐圧を上げるため
にｎ−−ＡｌＧａＡｓ層を用いることもあるが本発明の
効果には変わりない。
にｎ−−ＡｌＧａＡｓ層を用いることもあるが本発明の
効果には変わりない。
本発明での重要なる点は、Ｎ ＡｌＧａＡｓ層３の構
造である。第２図にそのＮ−ＡｌＧａＡｓ層のドーピン
グ・プロファイルを示す。
造である。第２図にそのＮ−ＡｌＧａＡｓ層のドーピン
グ・プロファイルを示す。
上記ドーピング・プロファイルを得るための成長方法を
述べる。Ａ Ｉ、 Ｇａ、 Ａｓの３種類の分子線源よ
り照射により、ノンドープＡｌＧａＡｓ層を成長を行う
。
述べる。Ａ Ｉ、 Ｇａ、 Ａｓの３種類の分子線源よ
り照射により、ノンドープＡｌＧａＡｓ層を成長を行う
。
次いで、ＡＩ及びＧａの照射を止めて、ＳｔとＡｓのみ
照射して、Ｓｉの単原子層の厚さの成長を行う。これは
原子層単位の非常に薄いドーピング層を形成するもので
アトミック・プレーナ・ドーピング層１１とも呼ばれる
。
照射して、Ｓｉの単原子層の厚さの成長を行う。これは
原子層単位の非常に薄いドーピング層を形成するもので
アトミック・プレーナ・ドーピング層１１とも呼ばれる
。
このＳｉ照射時にＡｓの照射を止めないのは、既に形成
されているＡｌＧａＡｓ層よりＡｓが再蒸発するのを防
止するためである。
されているＡｌＧａＡｓ層よりＡｓが再蒸発するのを防
止するためである。
次いで、Ｓｉの照射を止めて、再びＡｌＧａＡｓを約１
５人成長させる。再度Ｓｉのプレーナ・ドーピング層１
１を形成する。
５人成長させる。再度Ｓｉのプレーナ・ドーピング層１
１を形成する。
上記のごとく、ＡｌＧａＡｓ層の成長の途中にＳｔのプ
レーナ・ドーピング層の成長を３〜４回繰り返して、電
子供給層を形成する。
レーナ・ドーピング層の成長を３〜４回繰り返して、電
子供給層を形成する。
このようなプレーナ・ドーピング構造を持ったＮ−Ａｌ
ＧａＡｓ層は、急峻にドーピングされるため電子移動度
を低下させることなく、高濃度の２次元電子ガスを供給
することが出来る。
ＧａＡｓ層は、急峻にドーピングされるため電子移動度
を低下させることなく、高濃度の２次元電子ガスを供給
することが出来る。
上記、アトミック・プレーナ・ドーピング技術は、Ａｌ
Ａｓ／ｎ、−ＧａＡｓ超格子構造にも適用して同様の効
果が期待出来る。
Ａｓ／ｎ、−ＧａＡｓ超格子構造にも適用して同様の効
果が期待出来る。
この場合の構造断面図を第３図に示す。第１図のＮ−Ａ
ｌＧａＡｓ層３の代わりに、ＡｌＡｓ／ｎ−ＧａＡｓ超
格子電子供給層１２が形成されている。
ｌＧａＡｓ層３の代わりに、ＡｌＡｓ／ｎ−ＧａＡｓ超
格子電子供給層１２が形成されている。
超格子構造は、ＧａＡｓ層１３とＡｌＡｓｌＡｓ全１４
ぞれ約１５人の厚さに、交互にＭＢＥ法により成長させ
ることにより得られる。
ぞれ約１５人の厚さに、交互にＭＢＥ法により成長させ
ることにより得られる。
本発明では、ＧａＡｓ層１３の成長の途中で、この成長
を一旦止め、Ｓｉのアトミック・プレーナ・ドーピング
を行い、その後再度ＧａＡｓを成長させる。このように
して複数層プレーナ・ドーピング層１１を含んだＧａＡ
ｓ層を形成する。
を一旦止め、Ｓｉのアトミック・プレーナ・ドーピング
を行い、その後再度ＧａＡｓを成長させる。このように
して複数層プレーナ・ドーピング層１１を含んだＧａＡ
ｓ層を形成する。
第４図では３層のＧａＡｓ層にドーピングを行った例に
ついて、そのエネルギー・バンド図を示している。この
ドーピングの層数をコントロールすることによりＨＥＭ
Ｔのしきい値の制御することも可能である。
ついて、そのエネルギー・バンド図を示している。この
ドーピングの層数をコントロールすることによりＨＥＭ
Ｔのしきい値の制御することも可能である。
以上に説明せるごとく反転型ＨＥＭＴ構造において、プ
レーナ・ドーピング層を設けた２次元電子ガスの供給層
を形成することにより高移動度の２次元電子を得ること
ができるため、電極コンタクト抵抗の小さく、高速特性
を有するトランジスタ装置を得ることが出来る。
レーナ・ドーピング層を設けた２次元電子ガスの供給層
を形成することにより高移動度の２次元電子を得ること
ができるため、電極コンタクト抵抗の小さく、高速特性
を有するトランジスタ装置を得ることが出来る。
第１図は本発明にかかわる反転型ＨＥＭＴ構造の断面図
（Ｎ−ＡＩＧａＡｓ電子供給層使用）、第２図はＮ−Ａ
ｌＧａＡｓ電子供給層のドーピング・プロファイル、 第３図は本発明にかかわる超格子構造を用いた反転型Ｈ
ＥＭＴ構造の断面図、 第４図は上記構造のエネルギー・バンド図、第５図は従
来の反転型ＨＥＭＴの構造断面図、を示す。 図面において、 １は半絶縁性ＧａＡｓ基板、 ２はＡｌＧａＡｓバッファ層、 ３はＮ−ＡｌＧａＡｓ電子供給層、 ４はノンドープＧａＡｓチャネル層、 ５はソース電極、 ６はドレイン電極、 ７はゲート電極、 ８はアロイ領域、 ９はＧａＡｓバッファ層、 １０はｎ−−ＧａＡｓ表面層、 １１はプレーナ・ドーピング層、 １２はＡｌＡｓ／ｎ−ＧａＡｓ超格子電子供給層、１３
は超格子ＧａＡｓ層、 １４は超格子ＡＩ’Ａｓ層、 をそれぞれ示す。 ａＩ １ 図 Ｎ−ＡｌＧａＡｓ ’Ｆｊｆ’に４ｅｌ Ｓ−ｅ＞７’
−フ’ｏｙ７−ブｎｙ第２図 第３図 ”２３ｍＱＪＬっｘｒｒｔ、ｙｏ−ｔｙ＞ｔ、ｓｍ第４
ｖ！Ｊ ８７０イＱ ｄ（ ６〔朱め反１乏ｆｉ ＨＥｓｒ罪ｉｉａ牟６〕図第５図
（Ｎ−ＡＩＧａＡｓ電子供給層使用）、第２図はＮ−Ａ
ｌＧａＡｓ電子供給層のドーピング・プロファイル、 第３図は本発明にかかわる超格子構造を用いた反転型Ｈ
ＥＭＴ構造の断面図、 第４図は上記構造のエネルギー・バンド図、第５図は従
来の反転型ＨＥＭＴの構造断面図、を示す。 図面において、 １は半絶縁性ＧａＡｓ基板、 ２はＡｌＧａＡｓバッファ層、 ３はＮ−ＡｌＧａＡｓ電子供給層、 ４はノンドープＧａＡｓチャネル層、 ５はソース電極、 ６はドレイン電極、 ７はゲート電極、 ８はアロイ領域、 ９はＧａＡｓバッファ層、 １０はｎ−−ＧａＡｓ表面層、 １１はプレーナ・ドーピング層、 １２はＡｌＡｓ／ｎ−ＧａＡｓ超格子電子供給層、１３
は超格子ＧａＡｓ層、 １４は超格子ＡＩ’Ａｓ層、 をそれぞれ示す。 ａＩ １ 図 Ｎ−ＡｌＧａＡｓ ’Ｆｊｆ’に４ｅｌ Ｓ−ｅ＞７’
−フ’ｏｙ７−ブｎｙ第２図 第３図 ”２３ｍＱＪＬっｘｒｒｔ、ｙｏ−ｔｙ＞ｔ、ｓｍ第４
ｖ！Ｊ ８７０イＱ ｄ（ ６〔朱め反１乏ｆｉ ＨＥｓｒ罪ｉｉａ牟６〕図第５図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）シリコンのプレーナ・ドーピング層（１１）を設け
た電子供給層を有することを特徴とする反転型高電子移
動度トランジスタ装置。 （２）前記プレーナ・ドーピング層をＡｌＧａＡｓ層に
設けた電子供給層（３）を有することを特徴とする特許
請求範囲第（１）項記載の反転型高電子移動度トランジ
スタ装置。 （３）前記プレーナ・ドーピング層をＡｌＡｓ／ＧａＡ
ｓの超格子構造の該ＧａＡｓ層（１３）に設けた電子供
給層（１２）を有することを特徴とする特許請求範囲第
（１）項記載の反転型高電子移動度トランジスタ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60176194A JPS6235677A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | 反転型高電子移動度トランジスタ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60176194A JPS6235677A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | 反転型高電子移動度トランジスタ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6235677A true JPS6235677A (ja) | 1987-02-16 |
Family
ID=16009278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60176194A Pending JPS6235677A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | 反転型高電子移動度トランジスタ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6235677A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6482677A (en) * | 1987-09-25 | 1989-03-28 | Nec Corp | Field-effect transistor |
| US5319223A (en) * | 1991-07-26 | 1994-06-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High electron mobility transistor |
| US5371387A (en) * | 1990-10-25 | 1994-12-06 | Nec Corporation | Field effect transistors |
-
1985
- 1985-08-09 JP JP60176194A patent/JPS6235677A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6482677A (en) * | 1987-09-25 | 1989-03-28 | Nec Corp | Field-effect transistor |
| US5371387A (en) * | 1990-10-25 | 1994-12-06 | Nec Corporation | Field effect transistors |
| US5319223A (en) * | 1991-07-26 | 1994-06-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High electron mobility transistor |
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