JPS6359267B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6359267B2 JPS6359267B2 JP57229255A JP22925582A JPS6359267B2 JP S6359267 B2 JPS6359267 B2 JP S6359267B2 JP 57229255 A JP57229255 A JP 57229255A JP 22925582 A JP22925582 A JP 22925582A JP S6359267 B2 JPS6359267 B2 JP S6359267B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
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- barrier
- layer
- semiconductor device
- adjustment layer
- Prior art date
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- Expired
Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/80—FETs having rectifying junction gate electrodes
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Description
発明の技術分野
本発明は、ヘテロ接合構造を有し、２次元電子
ガスを利用して高速動作を可能とした化合物半導
体装置の改良に関する。 従来技術と問題点 従来、この種の化合物半導体装置としては、２
次元電子ガスを供給するｎ型AlxGa1-xAs電子供
給層上にシヨツトキ金属ゲート電極を直に形成し
た構成になつている。 第１図は前記化合物半導体装置のエネルギ・バ
ンド・モデルであり、１はシヨツトキ金属ゲート
電極、２はｎ型AlxGa1-xAs電子供給層、３はノ
ン・ドープGaAs半導体基板、４は２次元電子ガ
ス層である。 この化合物半導体装置に於けるゲート電極１に
於ける電子障壁ポテンシヤルはシヨツトキ金属と
ｎ型AlxGa1-xAs結晶との仕事関数の差であるシ
ヨツトキ障壁φBに依つて決定されている。 良く知られているように、ゲート電極１に印加
し得る順方向電圧はシヨツトキ障壁φBを越えな
い範囲に維持する必要があり、前記化合物半導体
装置では高々0.8〔Ｖ〕程度である。そして、その
エピタキシヤル成長半導体層の構成上、人為的に
電子障壁をコントロールすることは一般的に不可
能である。従つて、印加ゲート・バイアス電圧の
許容度が小さく、例えば、スイツチング半導体装
置や高周波半導体装置等で閾値電圧を上昇させた
い場合が生じても実現することは困難であつた。 発明の目的 本発明は、前記の如き化合物半導体装置に於け
るゲート電子障壁ポテンシヤルを可変にして、必
要に応じ所望のゲート電子障壁ポテンシヤルを持
つこの種化合物半導体装置を得られるようにする
ものである。 発明の構成 本発明は、ヘテロ接合構造を有する化合物半導
体装置に於けるエピタキシヤル成長半導体層の構
成に於いて、従来のｎ型AlxGa1-xAs電子供給層
上に更にｐ型AlyGa1-yAs（１≧ｙ≧０）障壁調節
層を形成したものである。 この障壁調節層はpn接合として利用されるも
のではなく、該障壁調節層に於ける電子をイオン
化するようにして、単に電子障壁をコントロール
する為の役割を果すものである。 このようなエピタキシヤル成長半導体層構成を
採ると、得られる電子障壁はシヨツトキ金属−半
導体結晶界面のシヨツトキ障壁φBではなく、ｐ
型AlyGa1-yAs障壁調節層内に形成されるポテン
シヤル障壁に依り決定される。 第２図はそのような化合物半導体装置のエネル
ギ・バンド・モデルを表わすものであり、図に於
いて、１１はシヨツトキ金属ゲート電極、１２は
ｐ型AlyGa1-yAs障壁調節層、１３はｎ型Alx
Ga1-xAs電子供給、１４はノン・ドープGaAs半
導体基板、１５は２次元電子ガス層を表わしてい
る。 ここで得られるポテンシヤル障壁はｐ型Aly
Ga1-yAs障壁調節層１２の厚み、ｐ型不純物のド
ープ量、ｙ値の三つの物理定数に依つて決定さ
れ、最小は従来の構成で得られるシヨツトキ障壁
φB（〜0.8〔eV〕）から、最大はAlAsのバンド・ギ
ヤツプ程度である2.1〔eV〕あたりまでの範囲を
選択的に調節して実現することができる。従つ
て、ゲート電極１１に於ける順方向電圧は従来の
場合と比較すると飛躍的に大きくすることが可能
である。 このようなポテンシヤル障壁のみを制御するｐ
型AlyGa1-yAs障壁調節層１２の不純物ドープ量
Na及び膜厚ｔの関係は、障壁調節層１２のｙ値
が一定で且つｙ値及びｎ型AlxGa1-xAs電子供給
層１３のｘ値が同一である場合には次式で与えら
れる。 ここで、EgはAlyGa1-yAsのエネルギ・ギヤツ
プ、NDはｎ型AlxGa1-xAs電子供給層１３のドー
プ量である。 尚、ｐ型AlyGa1-yAs障壁調節層１２に於ける
ｙ値を表面で０、即ち、GaAsで終端させるよう
にAlの分布にグレードをつけるようにすれば表
面酸化防止に有効である。 発明の実施例 第３図は本発明一実施例の要部切断側面図であ
る。 図に於いて、２１はノン・ドープGaAs半導体
基板、２２は２次元電子ガス層、２３はｎ型Alx
Ga1-xAs電子供給層、２４はｐ型AlyGa1-yAs障
壁調節層、２５はn+型GaAs電極コンタクト層、
２６はアルミニウム・ゲート電極、２７は金・ゲ
ルマニウム／金（Au・Ge／Au）オーミツク電
極をそれぞれ示している。 本実施例では、オーミツク電極２７の下にはコ
ンタクト抵抗を減少させる為にn+型電極コンタ
クト層２５が設けられ、電極金属とGaAs結晶と
のオーミツク合金化層は２次元電子ガス層２２に
まで到達している。次に、主たる仕様を列挙する
と次の通りである。 ノン・ドープGaAs半導体基板２１ 厚さ：約１〔μｍ〕程度 ｎ型AlxGa1-xAs電子供給層２３ 厚さ：500〔Å〕程度 不純物濃度：１×1018〔cm-3〕 ｘ値：0.3 ｐ型AlyGa1-yAs障壁調節層２４ 厚さ：100〜300〔Å〕程度 不純物濃度：２×1018〔cm-3〕 ｙ値：０≧ｙ≧0.3 本実施例に於けるゲート電極２６直下の電子障
壁ポテンシヤルは第４図に見られる通りである。 第４図では縦軸に電子障壁ポテンシヤルを単位
〔eV〕で、横軸にｐ型AlyGa1-yAs障壁調節層２
４の厚みを単位〔Å〕で採つてある。 図から明らかなように、本実施例に於ける電子
障壁ポテンシヤルとしては0.8〜1.2〔eV〕程度の
値が観測される。これは、従来の値よりも遥かに
大きいものである。 発明の効果 本発明は、ヘテロ接合を有し、２次元電子ガス
を利用して高速動作を可能にした化合物半導体装
置に於いて、ｎ型AlxGa1-xAs電子供給層上にｐ
型AlyGa1-yAs障壁調節層を形成することに依り、
電子障壁ポテンシヤルをシヨツトキ障壁φBから
AlyGa1-yAs障壁調節層のエネルギ・ギヤツプEg
の範囲で任意に変化させることが可能であり、そ
の結果、前記化合物半導体装置のダイナミツク特
性の範囲を拡大することができる。
ガスを利用して高速動作を可能とした化合物半導
体装置の改良に関する。 従来技術と問題点 従来、この種の化合物半導体装置としては、２
次元電子ガスを供給するｎ型AlxGa1-xAs電子供
給層上にシヨツトキ金属ゲート電極を直に形成し
た構成になつている。 第１図は前記化合物半導体装置のエネルギ・バ
ンド・モデルであり、１はシヨツトキ金属ゲート
電極、２はｎ型AlxGa1-xAs電子供給層、３はノ
ン・ドープGaAs半導体基板、４は２次元電子ガ
ス層である。 この化合物半導体装置に於けるゲート電極１に
於ける電子障壁ポテンシヤルはシヨツトキ金属と
ｎ型AlxGa1-xAs結晶との仕事関数の差であるシ
ヨツトキ障壁φBに依つて決定されている。 良く知られているように、ゲート電極１に印加
し得る順方向電圧はシヨツトキ障壁φBを越えな
い範囲に維持する必要があり、前記化合物半導体
装置では高々0.8〔Ｖ〕程度である。そして、その
エピタキシヤル成長半導体層の構成上、人為的に
電子障壁をコントロールすることは一般的に不可
能である。従つて、印加ゲート・バイアス電圧の
許容度が小さく、例えば、スイツチング半導体装
置や高周波半導体装置等で閾値電圧を上昇させた
い場合が生じても実現することは困難であつた。 発明の目的 本発明は、前記の如き化合物半導体装置に於け
るゲート電子障壁ポテンシヤルを可変にして、必
要に応じ所望のゲート電子障壁ポテンシヤルを持
つこの種化合物半導体装置を得られるようにする
ものである。 発明の構成 本発明は、ヘテロ接合構造を有する化合物半導
体装置に於けるエピタキシヤル成長半導体層の構
成に於いて、従来のｎ型AlxGa1-xAs電子供給層
上に更にｐ型AlyGa1-yAs（１≧ｙ≧０）障壁調節
層を形成したものである。 この障壁調節層はpn接合として利用されるも
のではなく、該障壁調節層に於ける電子をイオン
化するようにして、単に電子障壁をコントロール
する為の役割を果すものである。 このようなエピタキシヤル成長半導体層構成を
採ると、得られる電子障壁はシヨツトキ金属−半
導体結晶界面のシヨツトキ障壁φBではなく、ｐ
型AlyGa1-yAs障壁調節層内に形成されるポテン
シヤル障壁に依り決定される。 第２図はそのような化合物半導体装置のエネル
ギ・バンド・モデルを表わすものであり、図に於
いて、１１はシヨツトキ金属ゲート電極、１２は
ｐ型AlyGa1-yAs障壁調節層、１３はｎ型Alx
Ga1-xAs電子供給、１４はノン・ドープGaAs半
導体基板、１５は２次元電子ガス層を表わしてい
る。 ここで得られるポテンシヤル障壁はｐ型Aly
Ga1-yAs障壁調節層１２の厚み、ｐ型不純物のド
ープ量、ｙ値の三つの物理定数に依つて決定さ
れ、最小は従来の構成で得られるシヨツトキ障壁
φB（〜0.8〔eV〕）から、最大はAlAsのバンド・ギ
ヤツプ程度である2.1〔eV〕あたりまでの範囲を
選択的に調節して実現することができる。従つ
て、ゲート電極１１に於ける順方向電圧は従来の
場合と比較すると飛躍的に大きくすることが可能
である。 このようなポテンシヤル障壁のみを制御するｐ
型AlyGa1-yAs障壁調節層１２の不純物ドープ量
Na及び膜厚ｔの関係は、障壁調節層１２のｙ値
が一定で且つｙ値及びｎ型AlxGa1-xAs電子供給
層１３のｘ値が同一である場合には次式で与えら
れる。 ここで、EgはAlyGa1-yAsのエネルギ・ギヤツ
プ、NDはｎ型AlxGa1-xAs電子供給層１３のドー
プ量である。 尚、ｐ型AlyGa1-yAs障壁調節層１２に於ける
ｙ値を表面で０、即ち、GaAsで終端させるよう
にAlの分布にグレードをつけるようにすれば表
面酸化防止に有効である。 発明の実施例 第３図は本発明一実施例の要部切断側面図であ
る。 図に於いて、２１はノン・ドープGaAs半導体
基板、２２は２次元電子ガス層、２３はｎ型Alx
Ga1-xAs電子供給層、２４はｐ型AlyGa1-yAs障
壁調節層、２５はn+型GaAs電極コンタクト層、
２６はアルミニウム・ゲート電極、２７は金・ゲ
ルマニウム／金（Au・Ge／Au）オーミツク電
極をそれぞれ示している。 本実施例では、オーミツク電極２７の下にはコ
ンタクト抵抗を減少させる為にn+型電極コンタ
クト層２５が設けられ、電極金属とGaAs結晶と
のオーミツク合金化層は２次元電子ガス層２２に
まで到達している。次に、主たる仕様を列挙する
と次の通りである。 ノン・ドープGaAs半導体基板２１ 厚さ：約１〔μｍ〕程度 ｎ型AlxGa1-xAs電子供給層２３ 厚さ：500〔Å〕程度 不純物濃度：１×1018〔cm-3〕 ｘ値：0.3 ｐ型AlyGa1-yAs障壁調節層２４ 厚さ：100〜300〔Å〕程度 不純物濃度：２×1018〔cm-3〕 ｙ値：０≧ｙ≧0.3 本実施例に於けるゲート電極２６直下の電子障
壁ポテンシヤルは第４図に見られる通りである。 第４図では縦軸に電子障壁ポテンシヤルを単位
〔eV〕で、横軸にｐ型AlyGa1-yAs障壁調節層２
４の厚みを単位〔Å〕で採つてある。 図から明らかなように、本実施例に於ける電子
障壁ポテンシヤルとしては0.8〜1.2〔eV〕程度の
値が観測される。これは、従来の値よりも遥かに
大きいものである。 発明の効果 本発明は、ヘテロ接合を有し、２次元電子ガス
を利用して高速動作を可能にした化合物半導体装
置に於いて、ｎ型AlxGa1-xAs電子供給層上にｐ
型AlyGa1-yAs障壁調節層を形成することに依り、
電子障壁ポテンシヤルをシヨツトキ障壁φBから
AlyGa1-yAs障壁調節層のエネルギ・ギヤツプEg
の範囲で任意に変化させることが可能であり、そ
の結果、前記化合物半導体装置のダイナミツク特
性の範囲を拡大することができる。
第１図は従来例のエネルギ・バンド・モデル、
第２図は本発明を適用した場合に於けるエネル
ギ・バンド・モデル、第３図は本発明一実施例の
要部切断側面図、第４図は電子障壁ポテンシヤル
とｐ型AlyGa1-yAs障壁調節層の厚みとの関係を
表わす線図である。 図に於いて、２１はノン・ドープGaAs半導体
基板、２２は２次元電子ガス層、２３はｎ型Alx
Ga1-xAs電子供給層、２４はｐ型AlyGa1-yAs障
壁調節層、２５はn+型GaAs電極コンタクト層、
２６はアルミニウム・ゲート電極、２７は金・ゲ
ルマニウム／金オーミツク電極である。
第２図は本発明を適用した場合に於けるエネル
ギ・バンド・モデル、第３図は本発明一実施例の
要部切断側面図、第４図は電子障壁ポテンシヤル
とｐ型AlyGa1-yAs障壁調節層の厚みとの関係を
表わす線図である。 図に於いて、２１はノン・ドープGaAs半導体
基板、２２は２次元電子ガス層、２３はｎ型Alx
Ga1-xAs電子供給層、２４はｐ型AlyGa1-yAs障
壁調節層、２５はn+型GaAs電極コンタクト層、
２６はアルミニウム・ゲート電極、２７は金・ゲ
ルマニウム／金オーミツク電極である。
Claims (1)
- １ AlGaAs／GaAsのヘテロ接合構造を有し２
次元電子ガスを利用して高速動作をおこなう化合
物半導体装置に於いて、ｎ型AlGaAs電子供給層
上にｐ型AlyGa1-yAs（１≧ｙ≧０）障壁調節層が
設けられ、ｐ型AlyGa1-yAs（１≧ｙ≧０）障壁調
節層の表面にシヨツトキ・ゲート電極が設けられ
てなり、更に当該表面はｙ＝０でGaAsにて終端
されるようAlが分布されていることを特徴とす
る化合物半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57229255A JPS59124169A (ja) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | 化合物半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57229255A JPS59124169A (ja) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | 化合物半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59124169A JPS59124169A (ja) | 1984-07-18 |
| JPS6359267B2 true JPS6359267B2 (ja) | 1988-11-18 |
Family
ID=16889239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57229255A Granted JPS59124169A (ja) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | 化合物半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59124169A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59149063A (ja) * | 1983-02-16 | 1984-08-25 | Nec Corp | 半導体装置 |
-
1982
- 1982-12-29 JP JP57229255A patent/JPS59124169A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59124169A (ja) | 1984-07-18 |
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