TW210399B - - Google Patents

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Λ0 Ei6 210399 五、發明説明（1 ) [產業上之利用分野] 本發明係有關化合物半導體裝置，更詳言之，係關於 高電子移動率電晶體（High Electron Mobility Transistor ,下面稱HEMT)。 [先前技術] 為一種 FET(Field Effect transistor,埸效應電晶 體），利用GaAs/n-AlGaAs選擇摻雜異質結合之HEMT正為 實現超高速電腦或高速信號處理系統而被開發。在HEMT 中，係藉由異質结合將電子運行之结晶區域（例如undopl GaAs)與供應電子之结晶區域（例如矽摻雜之n-AlGaAS) 以異霣结合法加Μ分離，減少施體雜質所造成之電子播 亂現象Μ增快電子之移動率並提高其高速性。 圖2表示先前之GaAs/AlGaAs糸列之HEMT之装置構造 之概要圖。在半絕緣性之GaAs基板10上面形成非摻雜之 GaAs層30作為能動層，然後再於該能動層上形成Si摻雜 之n-AlGaAs層32做為電子供應層。該項n-AlGaAs層32上 面形成Si摻雜之η-GaAs層34,另外更形成閘極部36,源 極部38及汲極部40。圖2中附有斜線部分為歐姆區域。 實現FET動作之電流通道（eurrent channel)(圖2中 K虛線所示者）之形成是根據一棰琨象，即由添加於電 子供給層n-AlGaAs層32之施體雜質所供給之電子往能動 層，即非摻雜GaAs層30移動，而蓄積於η-AlGaAs層32與 非摻雜GaAs層30之接合界面附近之非摻雜GaAs層30之現 -3- 本紙張尺·度遇用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐> ----------ίί------------^1 —-----------^ 丨 ί (請先閲"背面之;±*事項再項寫本頁) 經濟部中央標準局S工消費合作社印製 Λ6 Bfi 210399 五、發明説明（2 ) (猜先閑"背面之注*事項再堝寫本頁) 象。該電流通道即所謂二次元電子通道。 為將HEMT高性能化，閛極長度Lg有越來越短之趨勢。 但是如將閘極長度Lg縮短，刖2次元電子會滲出基板例 而降低互導（mntual conductance)gm,進而降低HEMT之 特性，即所謂短通道效應之問題。為防止該短通道效應 ,下面三種技一直受到探討： (A) 將能動層由非摻雜GaAs磨置換為p-AlGaAs層。 (B) 將能動層設為InGaAs失真層通道。 (C) 在能動層，即非摻雑GaAs層中設置i-AlGaAs層Μ 形成異霣结合。 [發明欲解決之課題] 在上述（Α)之技術中，因能動層中存在有摻雜故導致 電子受到援亂，而有電子移動率降低之問題。又有二次 元電子載子數減少之問題。 經濟部中央揮準局R工消費合作社印製 在上述（Β)之技術中，InGaAs層與n-GaAs層之晶格常 數會不一樣，InGaAs層越厚，InGaAs層之失真越大。其 结果有InGaAs層中晶格缺陷增加，電子移動率減少之問 題發生。因此，InGaAs失真層之厚度被限制於15至20nm 之臨界膜厚，無法增加InGaAs層之厚度。如此一來，在 具有此種膜厚之InGaAs層中產生二次元電子之載子數減 少之問題。 在上述（C)之技術中，其問題是二次元電子氣體在非 摻雑GaAs層與i-A丨GaAs層之異質结合界面附近被播亂， -4- 本紙張又度適用中國國家標準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐） 210393

AG 經濟部中央標準局8工消費合作社印製 __B6 五、發明説明（3 ) 而成為電子移動率降低並發生雜音之原因。 因此，本發明之目的在提供一種高特性之化合物半導 體裝置，係即使縮短閘極長度Lg也不會發生所諝之短通 道效應者。 [解決課題之手段] 上面之目的可由本發明之化合物半導體裝置來達來， 其特激為由： (A)形成於基板上，其施體濃度為1X10 1016 (cm"3 )之第1晶膜曆，及 ;Μ及 (Β)形成於該第1晶膜層上，並流通著施體濃度為 η 彡 IX 1014 (cm·3 ),且 pg IX 10 14 (cm*3 )之二次元電子 之第2晶膜層所構成。 第1晶膜磨之厚度宜為50 0〜lOOOrrn ,而第2晶膜層之 厚度宜為2 0〜1 0 0 η ΐί。 [作用] 在本發明之化合物半導體裝置中，流通於第2晶膜層 之二次元電子僅受到雜質之些許擾亂而已。因此，可W 達成高電子移動率。此外，因設有第1晶膜層，所Κ可 Μ在第1晶膜層與第2晶膜層之異質结合界面有效地封 入二次元電子。因此，不易產生短通道效果。並且，二 次元電子流動於雕開第1晶膜層之第2晶膜層之中，所 以不會發生因第1晶膜層中受子（acceptor)而引起之載 -5- (請先閲讀背面之注*事頊再塡寫本頁) 丨裝· 訂. —緯_ 本紙張又度適用中國國家搛準（CNS)甲4規格（210 X 297公* > 210393 A6 B6 經濟部中央標準局8工消費合作社印製 五、發明説明（4 ) 子數之減少。因此可以獲得高晶Η載子濃度。 [苜施例] 下面要參照圖式根據賁施例說明本發明之化合物半導 體裝置。 茲利用M0CVD法製作在圖1中表示横式之剖面構造之 化合物半導艚裝置，具體地說為ΗΕΜΤ。在半絕緣性之 Ga As基板10上面形成第1晶膜層12。第1晶瞑層12係由 P_ -GaAs所形成，其厚度為500nm。施髑濃度為p = 5x 1015 (CBf3 )。另外，在第1晶膜層12中施體濃度保持固 定也可，也可Μ對施髓濃度附K级數。 其次，在第1晶膜層1 2上面形成第2晶膜層1 4。第2 晶膜層14係由i-GaAs所形成；施體濃度為η = 1Χ 1014 (cnT3 ) 且P = ix 1014 (cm_3 )。非摻雜第2晶膜層14之厚度設定 成 5 0 n m。 第1晶膜層12及第2晶膜層14如MMDCVD法可將AsH3 與Ga(CH3 )3之比例控制好來形成。 然後在第2晶膜層14上面形成141(^3〇3(^7&3層16， 更在其上面形成Ga(K7 As層18。然後其上面形成 η-GaAs層20。然後，根據先前之HEMT製程進行元素分離 ,再將源/汲電極金騙（Au*Ge/Ni)真空噴鍍於n-GaAs 層20上，進行合金化Μ獲第2晶膜層14與歐姆接觸。然 後全面塗敷照相抗蝕劑後，將Τ閘電極之圖案形成於照 相抗蝕劑上。然後.將η-GaAs層20及n-Aln，Ga As層 ◦•3 0*7 <靖先閱讀背*之>'±*事邛再埸寫本頁) .裝. 訂. 丨線. 衣紙張又度適用中國國家樣準（CNS)甲4规格（210 X 297公釐） 210399 Λ6 H6 經濟部中央標準局or工消費合作社印製 五、發明説明（5 ) 18如圖1所示進行凹面触刻（recess etching)。接著， 在|1-4113〇3()>765層18上真空嗔鍍閘電極金臑（1'丨-?1;- Au或ΑΠ,形成Lg = 0.15/zm之T字型閛電極部22.源極 部24,汲極部26, Μ完成低雑音HEMT。另外，二次元電 子通道偁形成於由第2晶膜層14中之第2晶膜層與 i -A 1 Ga As層16之界面到約10nm之處。 0.3 0.7 在上面實施例中，雖以MOCVD法形成各曆，但也可Μ ΜΒΕ法代替之。在半絕緣性之基板與第1晶膜層之間可 Μ形成缓衝層。又，雖然此處係將本發明之化合物半導 體裝置根據形成GaAs/AlGaAs系列異質结合之ΗΕΜΤ之實 施例加Μ說明，InGaAs層具有由申請專利範圍中所述之 特徴之第1及第2晶膜層形成之HE MT也包含於本發明之 化合物半導體裝置中。 [發明之效果] 本發明之化合物半導體裝置，可Μ —邊抑制由閘極長 度縮短而引起之短通道效應一邊減低C ，所Μ可y gs Μ獲得高互導g„,具有優異之低雜音特性。另外，沒有 m 像InGaAs失真層通道之臨界膜厚之存在，故可Μ適用於 2層之晶膜層之設定，也沒有像能動層非摻雜GaAs層中 設置ί-AlGaAs層時所看到之異質结合所發生之雑音。 [圖式之簡單說明] 圖1為本發明之化合物半導體裝置之模形剖面圖。 圖2為先前之HEMT之横形剖面形。 ----------Γ1------------裝------^------^ (請先閲讀背面之注Φ?事項再塡寫本頁) 一 本紙張度適用中國國家樣準（CNS)甲4规格（210 X 297公藿） 210399 AC B6 五、發明説明（6 ) [符號之說明] 10-半絕緣性基板，12-第1晶膜曆，14-第2晶膜曆， 16-i-Al …Ga As 層，1 8 - η - A 1 …G a …A s 層，20-n-0.3 0.7 0.3 0.7 GaAs層，22 -閘電極部，24 -源電極部，26-汲霜極部。 (請先閲汸背面之注*事項再項寫本頁) 經濟部中央標準局R工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 210393 Λ7 B7 C7 D7 六、申請專利範園 X 由 1 為為 徴度 特濃 其體 ，施 置其 裝 ， 體上 導板 半基 物於 合成 化形 梯 } X 1* P 為 度 澹 檀 施 著 及通 ; 流 曆並 膜 ， 晶上 1 層 第膜 之晶 \—/ IX 3 第 (C於 16成 10形 14 ο 11 X 1 VII η VII P 第 之 子 電 元 成 構 且所 ，雇 }膜 彐 •m 晶 X 11 次 二 之 (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) -裝· 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210 X 297公釐）