DE3629680A1 - Heterostruktur-feldeffekttransistor - Google Patents

Heterostruktur-feldeffekttransistor

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Description

Die Erfindung betrifft einen Heterostruktur-Feldeffekt­ transistor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Feldeffekttransistoren gemäß der Erfindung sind für Halb­ leitermaterialien mit geringem Bandabstand geeignet, auf denen Schottky-Kontakte nur schlecht oder garnicht her­ stellbar sind. Insbesondere in der Millimeterwellentechnik, für schnelle Schalter in integrierten Schaltungen oder für optoelektronische Bauelemente sind diese Heterostruktur- Feldeffekttransistoren geeignet.
Bei den bisherigen Heterostruktur-Feldeffekttransistoren werden für die Halbleiterschicht 2 (Fig. 1) Halbleiterma­ terialien mit großem Bandabstand verwendet, um ein ausrei­ chendes Sperrverhalten der Steuerelektrode zu erreichen. Eine weitere Möglichkeit, die Sperreigenschaften der Steuerelektrode zu verbessern, erzielt man durch das Ein­ fügen einer Isolatorschicht zwischen Steuerelektrode und Halbleiterschicht 2. Diese Lösungen haben jedoch den Nach­ teil, daß sie zeitlich instabil und stark temperaturab­ hängig sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Heterostruktur-Feldeffekttransistor aus Halbleitermate­ rialien mit geringem Bandabstand anzugeben, die eine gute Ladungsträgerbeweglichkeit aufweisen, bei dem insbesondere als Steuerelektrode ein stabiler Metall-Halbleiterkontakt verwendet wird, der ein zuverlässiges Sperrverhalten zeigt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß Heterostruktur-Feld­ effekttransistoren technologisch günstig aus Halbleiter­ materialien hergestellt werden können, auf denen sonst keine Schottky-Elektrode als Steuerkontakt verwendet wer­ den kann, da deren Sperrverhalten ungenügend ist.
Die Erfindung beruht darauf, daß der Heterostruktur-Feld­ effekttransistor einen zusätzlichen p-n-Übergang besitzt, der durch unterschiedliche Leitfähigkeitstypen in den obersten zwei Halbleiterschichten 1, 2 erzeugt wird und die Sperreigenschaften der Steuerelektrode verbessert.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispiels näher erläutert unter Bezugnahme auf schemati­ sche Zeichnungen.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Heterostruk­ tur-Feldeffekttransistor zur Erläuterung der Halbleiterschichtenfolge.
Fig. 2 zeigt den Heterostruktur-Feldeffekttransistor mit einer für selbstjustierende Verfahren geeig­ neten Steuerelektrode.
Gemäß Fig. 1 ist auf einem halbisolierenden Substrat 5, das z. B. aus InP besteht, eine undotierte Pufferschicht 4 aufgebracht. Die Pufferschicht bewirkt, daß Kristallde­ fekte, und Verunreinigungen im wesentlichen an der Grenz­ schicht Substrat-Pufferschicht lokalisiert sind und möglicherweise eine vorherbestimmbare mechanische Span­ nungsverteilung entsteht für die nachfolgend aufgebrachten Halbleiterschichten. Die Pufferschicht 4 ist beispielsweise als homogene InP-Schicht oder als InP/InGaAs-Übergitter ausgebildet und besitzt eine Schichtdicke von ungefähr 2 µm. Auf diese Pufferschicht 4 wird eine Heterostruktur- Schichtenfolge aufgewachsen. Die Halbleiterschicht 3 be­ steht z. B. aus einer schwach dotierten In0.53Ga0.47As- Schicht mit einer positiven oder negativen Ladungsträger­ konzentration von weniger als 1016 cm-3 und einer Schicht­ dicke von 15-3000 nm.
Auf die Halbleiterschicht 3 ist eine Halbleiterschichten­ folge aus einer undotierten InP-Schicht 2 a mit einer Schichtdicke von ungefähr 10 nm, einer n-dotierten InP- Schicht 2 mit einer Schichtdicke von 10-50 nm und einer p-dotierten InP-Schicht 1 mit einer Schichtdicke von 10-500 nm aufgewachsen. Die Halbleiterschicht 2 besitzt eine Dotierkonzentration von 1017 - 5 · 1018 negativen Ladungs­ trägern pro cm3. Dotiermaterialien sind beispielsweise Si, S, Se oder Sn. Die Halbleiterschicht 1 ist z. B. mit Be, Mg oder Zn dotiert und hat eine positive Ladungsträgerkonzen­ tration von ungefähr 1016 - 1019 cm-3.
Die obersten zwei Halbleiterschichten 1, 2 bilden einen p-n-Übergang, der zur zusätzlichen Steuerung der Ladungs­ träger dient.
An der Heterogrenzfläche der Halbleiterschichten 2, 3 entsteht ein zweidimensionales Elektronengas. Dabei werden die Elektronen im wesentlichen innerhalb der Halbleiter­ schicht 3 geführt.
Nach dem Aufwachsen der Halbleiterschichten werden durch Ionenimplantation oder Diffusion n-leitende Gebiete 9, 9 a erzeugt. Die n-leitenden Gebiete 9, 9 a verlaufen senkrecht zu den Halbleiterschichten 1 bis 3 und sind mit sperr­ freien ohmschen Kontakten verbunden. Die Kontakte bilden den Source- und Drain-Anschluß 6, 8 und bestehen z. B. aus einer Au/Ge-Legierung. Die Steuerelektrode 7, der sog. Gate-Anschluß, ist ein sperrender oder sperrfreier metalli­ scher Kontakt, der auf der p-dotierten Halbleiterschicht angebracht ist.
Die Sperreigenschaften der Steuerelektrode werden durch die p-dotierte Halbleiterschicht verbessert, da die Halb­ leiterschichten 1, 2 einen p-n-Übergang bilden, an dessen Grenzfläche eine Raumladungszone oder Sperrschicht entsteht.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungs­ beispiel beschränkt, sondern sinngemäß auf weitere anwend­ bar. Beispielsweise kann anstatt der Halbleiterschichten 2 a, 2 ein Übergitter aus InP/InGaAs oder ähnlichen Halblei­ termaterialien aufgewachsen werden.
Weiterhin ist es möglich, durch selbstjustierende Verfah­ ren den Abstand zwischen der Steuerelektrode 7 und dem Source- bzw. Drain-Anschluß 6, 8 so zu verringern, daß parasitäre Widerstände und Kapazitäten reduziert werden können. Dabei wird beispielsweise die Steuerelektrode T-förmig ausgebildet, so daß die Ränder a, b den Abstand zwischen Steuerelektrode 7′ und n-leitendem Gebiet 9 fest­ legen (Fig. 2).
Heterostruktur-Feldeffekttransistoren gemäß der Erfindung lassen sich beispielsweise mit Hilfe der Molekularstrahl- Epitaxie und/oder der chemischen Gasphasen-Epitaxie aus metallorganischen Verbindungen herstellen.

Claims (10)

1. Feldeffekttransistor bestehend aus einem halbisolieren­ den Halbleitersubstrat auf dem eine Heterostruktur-Halb­ leiterschichtenfolge aufgewachsen ist und mindestens einer Steuerelektrode, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Steuerelektrode (7) auf einer p-dotierten Halbleiterschicht aufgebracht ist, und
  • - daß Source- und Drain-Anschluß (6, 8) mit senkrecht zu den Halbleiterschichten (1, 2, 3) verlaufenden n-lei­ tenden Gebieten (9, 9 a) verbunden sind.
2. Feldeffekttransistor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf dem halbisolierenden Substrat (5) eine undotierte Pufferschicht (4) aufgebracht ist.
3. Feldeffekttransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Puffer­ schicht (4) eine Heterostruktur aus einer gering n- oder p-dotierten Halbleiterschicht (3), einer undotierten Halb­ leiterschicht (2 a), einer n-dotierten Halbleiterschicht (2) und einer p-dotierten Halbleiterschicht (1) epitaktisch aufgewachsen ist.
4. Feldeffekttransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschicht (4) als Übergitter ausgebildet ist.
5. Feldeffekttransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter­ schichten (2 a, 2) als Übergitter ausgebildet sind.
6. Feldeffekttransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das halbisolierende Subtrat (5) aus InP besteht.
7. Feldeffekttransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Heterostruktur aus einer gering n- oder p-dotierten InGaAs-Schicht (3), einer undotierten InP-Schicht (2 a), einer n-dotierten InP-Schicht (2) und einer p-dotierten InP-Schicht (1) aufgebaut ist.
8. Feldeffekttransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pufferschicht (4) aus einer undotierten homogenen InP-Schicht besteht.
9. Feldeffekttransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Puffer­ schicht (4) aus einem InP/InGaAs-Übergitter aufgebaut ist.
10. Feldeffekttransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter­ schichten (2 a, 2) als InP/InGaAs-Übergitter ausgebildet sind.
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