JP2002176169A - GaInP系積層構造体およびそれを用いて作製した電界効果型トランジスタ - Google Patents

GaInP系積層構造体およびそれを用いて作製した電界効果型トランジスタ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 2次元電子を効率的に蓄積することで2次元
電子の移動度を高めることができ、その高移動度を利用
して低雑音のデバイスとすることができるようにする。 【解決手段】 この発明は、GaAs単結晶基板10の
表面上に積層された少なくとも、緩衝層11と、GaX
In1-XAs(0≦X≦1)からなる電子走行層12
と、GaInPからなるスペーサ層13と、GaInP
からなる電子供給層14とを備えたGaInP系積層構
造体1において、電子走行層12は、電子供給層14側
との接合界面12bに向けて層厚の増加方向にインジウ
ム組成比(1−X)を増加させて勾配を付した組成勾配
領域を含む、ことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、GaAs単結晶
基板の表面上に積層された少なくとも、緩衝層と、Ga
XIn1-XAs(0≦X≦1)からなる電子走行層と、G
ZIn1-ZP(0≦Z≦1)からなるスペーサ層と、G
YIn1-YP(0≦Y≦1)からなる電子供給層とを備
えたGaInP系積層構造体、およびそれを用いて作製
した電界効果型トランジスタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】ミリ波帯で動作可能な電界効果トランジ
スタ(MESFET)の一種に、リン化ガリウム・イン
ジウム混晶(GaYIn1-YP:0≦Y≦1)を利用した
GaInP系高電子移動度電界効果型トランジスタ(T
EFGET、MODFETなどと略称される)がある
(IEEE Trans.Electron Devi
ces,Vol.37,No.10(1990),21
41〜2147頁参照)。GaInP系MODFET
は、例えばマイクロ波帯域での低雑音信号増幅素子とし
て利用されている(IEEE Trans.Elect
ron Devices、Vol.46,No.1(1
999),48〜54頁参照)。また、高周波発信デバ
イスとして利用されている(IEEE Trans.E
lectronDevices,Vol.44,No.
9(1997),1341〜1348頁参照)。
【0003】図4は従来のGaInP系TEGFETの
断面構造の模式図である。基板90には、{001}結
晶面を主面とする半絶縁性の砒化ガリウム(化学式:G
aAs)が利用される。基板90の表面上には、高抵抗
のIII−V族化合物半導体層からなる緩衝層91が堆
積される。緩衝層91上には、n形の砒化ガリウム・イ
ンジウム混晶(GaXIn1-XAs:0≦X≦1)からな
る電子走行層(チャネル層)92が堆積される。電子走
行層92上には、スペーサ層93が堆積される。スペー
サ層93は、アンドープのGaZIn1-ZP(0≦Z≦
1)から一般に構成されている(上記のIEEE Tr
ans.Electron Devices,Vol.
44(1997)参照)。スペーサ層93上には、n形
のリン化ガリウム・インジウム混晶(GaYIn1-YP:
0≦Y≦1)からなる電子供給層94が堆積される。電
子供給層94のキャリア(電子)濃度は、珪素(Si)
などの拡散し難いn形不純物を故意に添加(ドーピン
グ)して調整される。電子供給層94上には、低接触抵
抗のソース電極96及びドレイン電極97の各オーミッ
ク電極を形成するためのn形GaAs等からなるコンタ
クト層95が一般に設けられる。ソース及びドレイン電
極96,97の中間のリセス構造部には、露呈した電子
供給層94の表面にショットキー接合型ゲート電極98
を設けてTEGFET910が構成されている。
【0004】電子走行層92のスペーサ層93(スペー
サ層93を配置しない場合は電子供給層94)との接合
界面92bの近傍の領域には、電子供給層94から供給
される電子が2次元電子として蓄積される。高移動度を
発揮する2次元電子は、電子走行層92とスペーサ層9
3(または電子供給層94)との接合界面92bでの障
壁が高い程、一般にはより効率的に蓄積できる。そし
て、電子走行層92は層厚の方向に組成を一定とするG
XIn1-XAsから構成するのが常套となっている。イ
ンジウムの組成比は最大でも約0.25(25%)とす
るのがもっぱらである(Solid−State El
ectron.,36(9)(1993),1235〜
1237頁参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の電
子走行層92のように、インジウム組成(=(1−
X))を略一定とし、しかも最大でも0.25程度とす
る場合、スペーサ層93との接合界面92bの近傍での
障壁を高くしようとしても限度があり、このため、接合
界面92bの近傍領域に2次元電子を効率的に蓄積させ
ることができない。したがって、2次元電子の移動度を
高めることができず、その移動度を利用して低雑音のG
aInP系TEGFETを得ようとしても困難であると
いう問題点を有していた。
【0006】この発明は上記に鑑み提案されたもので、
2次元電子を効率的に蓄積することで2次元電子の移動
度を高めることができ、その高移動度を利用して低雑音
のデバイスとすることができるGaInP系積層構造
体、およびそれを用いて作製した電界効果型トランジス
タを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載の発明は、GaAs単結晶基板の表
面上に積層された少なくとも、緩衝層と、GaXIn1-X
As(0≦X≦1)からなる電子走行層と、GaZIn
1-ZP(0≦Z≦1)からなるスペーサ層と、GaYIn
1-YP(0≦Y≦1)からなる電子供給層とを備えたG
aInP系積層構造体において、上記電子走行層が、電
子供給層側に向けてインジウム組成比(1−X)を増加
させた組成勾配領域を含む、ことを特徴としている。
【0008】また、請求項2に記載の発明は、上記した
請求項1に記載の発明の構成に加えて、上記組成勾配領
域が、インジウム組成比(1−X)を連続的或いは不連
続的に変化させている、ことを特徴としている。
【0009】また、請求項3に記載の発明は、上記した
請求項1または2に記載の発明の構成に加えて、上記イ
ンジウム組成比(1−X)が、電子供給層側の接合界面
において0.30以上で0.50以下である、ことを特
徴としている。
【0010】また、請求項4に記載の発明は、上記した
請求項1から3の何れか1項に記載の発明の構成に加え
て、上記電子走行層が、1ナノメータ以上で5ナノメー
タ以下の層厚である、ことを特徴としている。
【0011】さらに、請求項5に記載の発明は、上記し
た請求項1から4の何れか1項に記載の発明の構成に加
えて、上記電子走行層が、硼素(元素記号:B)を添加
したn形GaXIn1ーXAs(0≦X≦1)からなる層
である、ことを特徴としている。
【0012】また、請求項6に記載の発明は、上記した
請求項1から5の何れか1項に記載の発明の構成に加え
て、上記スペーサ層が、電子供給層側に向けてガリウム
組成比を減少させた組成勾配領域を含むGaZIn1-Z
(0≦Z≦1)からなる層である、ことを特徴としてい
る。
【0013】請求項7に記載の発明は、上記した請求項
1から6の何れか1項に記載の発明の構成に加えて、上
記スペーサ層を備えていない、ことを特徴としている。
【0014】また、請求項8に記載の発明は、上記請求
項1から7の何れか1項に記載のGaInP系積層構造
体を用いて作製した電界効果型トランジスタであること
を特徴としている。
【0015】
【発明の実施の形態】以下にこの発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。
【0016】図1はこの発明のGaInP系積層構造体
の説明図であり、(a)はGaInP系積層構造体の断
面を模式的に示す図、(b)(c)(d)は電子走行層
におけるインジウムの組成勾配を示す図である。図にお
いて、この発明のGaInP系積層構造体1は、GaA
s単結晶基板10に積層して形成され、緩衝層11と、
GaXIn1-XAs(0≦X≦1)からなる電子走行層1
2と、GaZIn1-ZP(0≦Z≦1)からなるスペーサ
層13と、GaYIn1-YP(0≦Y≦1)からなる電子
供給層14とを有している。そして、このGaInP系
積層構造体1は、その電子走行層12に、スペーサ層1
3側との接合界面12bに向けて層厚の増加方向にイン
ジウム組成比(1−X)を増加させて勾配を付した組成
勾配領域を含んでいる。
【0017】例えば、(b)では、緩衝層11との接合
界面12aからスペーサ層13との接合界面12bに向
けてインジウム組成比(=(1−X))を層厚の増加方
向に直線的に増加させている。また、(c)では、接合
界面12aから所定の層厚まではインジウム組成比を一
定に保ち、その後層厚の増加方向に接合界面12bまで
直線的に増加させている。また、(d)では、接合界面
12aから接合界面12bに向けてインジウム組成比を
不連続的に層厚の増加方向に増加させている。例えば、
緩衝層11との接合界面12aより層厚が7nmに至る
領域でのインジウム組成比を約0.18とし、次の2n
mに至る層厚の領域でのインジウム組成比を約0.25
とし、次のスペーサ層13との接合界面12bまでの2
nmの層厚の領域でのインジウム組成比を0.30とし
て、組成比を不連続的に増加させている。
【0018】また、この発明の実施形態では、電子走行
層12のスペーサ層13との接合界面12bでのインジ
ウム組成比を、0.30以上で0.50以下としてい
る。
【0019】ここで、スペーサ層13を、Ga組成比を
0.51とするGa0.51In0.49Pで構成したとする
と、スペーサ層13の禁止帯幅は約1.88eVと算出
される(赤崎 勇編著、「III−V族化合物半導体」
(株式会社培風館、1994年5月20日発行初版、1
87頁参照)。一方、電子走行層12をその接合界面1
2bでのインジウム組成比を0.30とするGa0.70
0.30Asで構成したとすると、その室温での禁止帯幅
は約1.01エレクトロンボルト(eV)である(上記
の「III−V族化合物半導体」参照)。したがって、
電子走行層12とスペーサ層13との間での禁止帯幅の
差異は約0.87eVとなる。また、接合界面12bで
の電子走行層12のインジウム組成比を0.30以上と
すると、電子走行層12とスペーサ層13との禁止帯幅
の差異を従来に無く拡幅することができ、この電子走行
層12の接合界面12b側に2次元電子を効率的に蓄積
する上でより有利となる。
【0020】一方、インジウム組成比を極端に高める
と、インジウム組成の不均一性が顕著となり、また電子
走行層12表面の平坦性が損なわれる。このため、スペ
ーサ層13との平坦な接合界面12bが形成できず、高
移動度が安定して得られ難くなる。このため、電子走行
層12のスペーサ層13との接合界面12bでのインジ
ウム組成比を、0.5以下とするのが望ましい。
【0021】ところで、スペーサ層13をなすGaZ
1-ZPや電子供給層14をなすGa YIn1-YPの禁止
帯幅はガリウム組成比を増大させると大となり(上記の
「III−V族化合物半導体」、187頁参照)、一方
の電子走行層12をなすGaXIn1-XAsの禁止帯幅は
インジウム組成比を増大させると小となる。したがっ
て、スペーサ層13は接合界面12bに向けてガリウム
組成比を大とし、電子走行層12は接合界面12bに向
けてインジウム組成比を小とすることで、電子走行層1
2とスペーサ層13との間の禁止帯幅の差異をより大き
くすることができ、両層間での障壁をより高くできる。
すなわち、電子走行層12の内部に2次元電子を効率的
に局在させ蓄積して高電子移動度を発現するに優位なヘ
テロ接合構造を形成することができる。
【0022】また、この発明の実施形態では、電子走行
層12の内部に設ける組成勾配領域の層厚を1ナノメー
タ(nm)以上で5nm以下としている。組成勾配領域
の厚さが1nm未満であると、2次元電子を充分に局在
させ、蓄積するに至らない。また、インジウム組成を大
とした組成勾配領域の層厚を5nmを越えて厚くする
と、上層のスペーサ層13を構成するGaZIn1-ZPと
の格子不整合性が増大され、良質のスペーサ層13の形
成が阻害されるため好ましくない。組成勾配領域を構成
するGaXIn1-XAsのインジウム組成比(=(1−
X))を大とする程、組成勾配領域の層厚を薄層とする
と好結果が得られる。また、組成勾配領域はキャリア濃
度の低い高純度のn形GaXIn1-XAs層から構成する
のが望ましい。キャリア濃度は望ましくは5×1016
-3以下、さらに、1×1016cm-3以下であるのが望
ましい。キャリア濃度は通常のホール(Hall)効果
測定法或いは容量−電圧(C−V)法等を利用して測定
できる。
【0023】さらに、この発明の実施形態では、電子走
行層12を、硼素(元素記号:B)を添加したn形Ga
XIn1ーXAsからなる層として構成している。硼素を
ドーピングすることにより、電子走行層12のキャリア
濃度を減少させることができる。特に、インジウム組成
比が大である程、硼素のドーピング量を大とするとキャ
リア濃度が効果的に低減される。例えば、アンドープ状
態で4×1016cm-3であるGaXIn1-XAsからなる
電子走行層12のキャリア濃度は硼素ドーピングによ
り、約1桁以上減少させられる。これにより、電子走行
層12の内部に蓄積される2次元電子が被る散乱の影響
を低減できる。したがって、高い電子移動度が顕現され
ることとなり、相互コンダクタンス(gm)特性に優れ
るGaInP系高電子移動度トランジスタを提供するこ
とができる。
【0024】組成勾配領域を含む硼素ドープの電子走行
層12は、GaXIn1ーXAs層を成膜しつつ、硼素を
ドーピングして形成できる。硼素のドーピング源として
はトリメチル硼素((CH33B)やトリエチル硼素
((C253B)が例示できる。硼素は硼素の原子濃
度にして1×1016原子/cm3以上で1×1018原子
/cm3以下となる様にドーピングするのが望ましい。
さらには、大凡、GaXIn1ーXAs層のキャリア濃度
を上回る原子濃度となるように硼素のドーピングを施す
のが好ましい。GaXIn1ーXAs層内部の硼素原子濃
度は成長反応成長系への硼素ドーピング源の供給量をも
って調整できる。また、GaXIn1ーXAs層の内部に
於ける硼素の原子濃度は、例えば一般的な2次イオン質
量分析法(SIMS)により計測できる。
【0025】このように、この発明の実施形態では、電
子走行層12に、スペーサ層13側との接合界面12b
に向けて層厚の増加方向にインジウム組成比を増加させ
て勾配を付した組成勾配領域を設けるようにしたので、
電子走行層12とスペーサ層13との間の禁止帯幅の差
異をより大きくすることができ、両層間での障壁をより
高くできる。このため、電子走行層12の内部に、電子
供給層14から供給される電子を2次元電子として効率
的に蓄積して、高い電子移動度を実現することができ、
したがって、相互コンダクタンス(gm )特性に優れた
電界効果型トランジスタを提供することができる。
【0026】また、電子走行層12のスペーサ層13と
の接合界面12bでのインジウム組成比を、0.30以
上で0.50以下としたので、電子走行層12の内部に
2次元電子を効率的に蓄積できるとともに、インジウム
組成比が高すぎた場合に電子走行層12表面の平坦性が
損なわれその結果発生するスペーサ層13や電子供給層
14の結晶性の劣化を的確に抑制することができ、した
がって、電子走行層12の構成を、高い電子移動度を確
保する上で最適なものとすることができる。
【0027】また、電子走行層12の内部に設ける組成
勾配領域の層厚を1nm以上で5nm以下としたので、
電子走行層12の層厚を確保して層内に2次元電子を十
分に局在させ蓄積できるとともに、厚すぎた場合に発生
する上層との格子不整合を防止することができ、結晶性
に優れたスペーサ層13や電子供給層14を確実に形成
することができる。
【0028】さらに、電子走行層12に、硼素をドーピ
ングするようにしたので、電子走行層12のキャリア濃
度を減少させることができ、電子走行層12の内部に蓄
積される2次元電子が被る散乱の影響を低減できる。し
たがって、この点からも高い電子移動度を実現すること
ができ、相互コンダクタンス(gm )特性に優れた電界
効果型トランジスタを提供することができる。
【0029】また、電子走行層12に、スペーサ層13
側との接合界面12bに向けて層厚の増加方向にインジ
ウム組成比を増加させて勾配を付すとともに、スペーサ
層13を、電子走行層12との接合界面12bより電子
供給層14側に向けて層厚の増加方向にガリウム組成比
を減少させた組成勾配領域を含むGaZIn1-ZP(0≦
Z≦1)層から構成したので、両層12,13間での障
壁をより一層確実に高いものとすることができ、したが
って、電子走行層12の内部に2次元電子を効率的に蓄
積でき、高い電子移動度を顕現できる。
【0030】次に、この発明のGaInP系積層構造体
およびそれを用いて作製した電界効果型トランジスタ
を、より具体的な実施例を以て説明する。
【0031】
【実施例】(第1実施例)図2は第1実施例のTEGF
ETの断面模式図である。本実施例では、組成勾配領域
を有する電子走行層を備えたGaInP系高電子移動度
電界効果型トランジスタ(TEGFET)を構成する場
合を例にして、本発明を詳細に説明する。
【0032】TEGFET用途のエピタキシャル積層構
造体1Aは、アンドープ半絶縁性の(100)2°オフ
(off)GaAs単結晶を基板100として構成し
た。基板100のGaAs単結晶の比抵抗は室温で約3
×107Ω・cmであった。
【0033】直径を約100mmとする基板100の表
面上には、緩衝層101を構成するAlCGa1-CAs/
GaAs系超格子構造を堆積させた。超格子構造体はア
ルミニウム組成比(=C)を0.30とするアンドープ
のAl0.30Ga0.70As層と、アンドープでp形のGa
As層とから構成した。Al0.30Ga0.70As層のキャ
リア濃度は約1×1014cm-3とし、層厚は45nmと
した。p形GaAs層のキャリア濃度は7×1013cm
-3とし、層厚は50nmとした。Al0.30Ga 0.70As
層とp形GaAs層との積層周期数は5周期とした。A
0.30Ga0.70As層とp形GaAs層は、何れもトリ
メチルガリウム((CH33Ga)/トリメチルアルミ
ニウム((CH33Al)/アルシン(AsH3)/水
素(H2)反応系に依る減圧MOCVD法に依り、64
0℃で成膜した。成膜時の圧力は約1.3×104パス
カル(Pa)とした。キャリア(輸送)ガスには水素を
利用した。
【0034】緩衝層101上には、(CH33Ga/シ
クロペンタジエニルインジウム(C 55In)/AsH
3/H2反応系を利用した減圧MOCVD法に依り、アン
ドープのn形Ga0.80In0.20As層を電子走行層(チ
ャネル層)102を構成する第1の構成層102−1と
して積層した。第1の層102−1の層厚は約9nmと
した。第1の層102−1上にはインジウム組成比を
0.30とするn形Ga 0.70In0.30As層を第2の構
成層102−2として積層させた。第2の構成層102
−2の層厚は約2nmとした。第1及び第2の構成層1
02−1,102−2からインジウム組成に勾配を有す
る電子走行層102を構成した。電子走行層102を構
成する第1及び第2の構成層102−1,102−2の
キャリア濃度は何れも3×1015cm-3とした。
【0035】GaInAs組成勾配層102上には、
(CH33Ga/C55In/PH3/H2反応系を利用
した減圧MOCVD法に依り、アンドープのn形Ga
0.51In0.49Pからなるスペーサ層103を積層させ
た。
【0036】スペーサ層103の上には、珪素(Si)
をドーピングしたn形Ga0.51In 0.49Pからなる電子
供給層104を、(CH33Ga/C55In/PH3
/H2反応系を利用した減圧MOCVD法に依り積層さ
せた。Siのドーピング源には、水素−ジシラン(Si
26)(濃度10体積ppm)混合ガスを使用した。成
膜時の圧力は約1.3×104パスカル(Pa)とし
た。電子供給層104のキャリア濃度は2×1018cm
-3とし、層厚は25nmとした。
【0037】電子供給層104の表面上には、(C
33Ga/AsH3/H2反応系により,Siドープn
形GaAsからなるコンタクト層105を積層させた。
Siのドーピング源は上記の水素−ジシラン混合ガスを
使用した。コンタクト層105のキャリア濃度は2×1
18cm-3とし、層厚は約50nmとした。なお、Ga
YIn1-YPからなる電子供給層104のガリウム組成比
を0.51とし、その上に積層させるGaAsからなる
コンタクト層105と格子間隔が略同一となるように調
整したので、双方は良好な整合性を有している。
【0038】以上をもって、積層構造体100Aをなす
構成層101〜105のエピタキシャル成長を終了した
後、アルシン(AsH3)を含む雰囲気内で約500℃
迄降温し、その後、水素雰囲気内で室温迄冷却した。
【0039】最表層のn形GaAsコンタクト層105
の表面にインジウム・錫(In・Sn)合金からなるオ
ーミック電極を形成した。次に、通常のホール(Hal
l)効果測定法に依り、電子走行層102を走行する2
次元電子に係わる電子移動度を測定した。室温(約30
0ケルビン(K))でのシートキャリア濃度(ns )は
約1.8×1012cm-2であり、電子移動度(μRT)は
約5700cm2/V・sとなった。ちなみに、従来
の、組成勾配領域を内包しない、インジウム組成比を
0.20一定とするGa0.80In0.20As層から電子走
行層を構成した場合における電子移動度(μRT)は約3
500cm2/V・sであり、これに比べて本実施例で
は顕著な改善がみられた。
【0040】公知のフォトリソグライー技術を駆使した
パターニング法を利用して、最表層のn形GaAsコン
タクト層105の表面をリセス(recess)状に加
工した。メサ(mesa)状に残置させたn形GaAs
コンタクト層105上にはソース電極106及びドレイ
ン電極107を形成した。ソース及びドレイン各オーミ
ック電極106、107は、金・ゲルマニウム(Au9
3重量%・Ge7重量%)・ニッケル(Ni)・金(A
u)重層構造から構成した。ソース電極106とドレイ
ン電極107との間隔は10μmとした。リセス部に露
呈したGa0.51In0.49P電子供給層104の表面に、
下層をチタン(Ti)とし、上層をアルミニウム(A
l)とする重層構造のショットキー(Schottk
y)接合型ゲート電極108を形成した。ゲート電極1
08のゲート長は約1μmとした。
【0041】このようにして構成したGaInP系TE
GFET110の直流(DC)特性を評価した。ドレイ
ン電圧を2ボルト(V)とした際の飽和ドレイン電流
(Ids s)は約68ミリアンペア(mA)となった。ド
レイン電圧を0Vから5Vの間で掃引した際に、ドレイ
ン電流上にループ(ヒステリシス)は殆ど観測されなか
った。ソース/ドレイン間電圧を2.0Vとして計測さ
れた室温の相互コンダクタンス(gm)は200±5ミ
リジーメンス(mS)/mmと高く、且つ均一となっ
た。ちなみに、従来の、組成勾配領域を内包しない、イ
ンジウム組成比を0.20一定とするGa0.80In0.20
As層から電子走行層を構成した場合における相互コン
ダクタンス(gm )は約150ミリジーメンス(mS)
/mmであり、これに比べて本実施例では顕著な改善が
みられた。
【0042】また、緩衝層101の表面を露呈して形成
した、間隔を100μmとするAu・Geオーミック電
極間に流通する漏洩電流は40Vで1μA未満の高耐圧
性を示した。このため、ゲートピンチ・オフ電圧は約−
0.9V±0.03Vとなり、均一な閾値電圧を有する
GaInP系TEGFETが提供された。
【0043】(第2実施例)図3は第2実施例のTEG
FETの断面模式図である。第1実施例1と同一の構成
要素には第1実施例の符号の1桁目の数字1を2と書き
換えることとし、その説明を省略する。
【0044】本実施例の電子走行層202は、緩衝層2
01との接合界面202aでインジウム組成比を0.2
0とし、スペーサ層203との接合界面202bでイン
ジウム組成比を約0.35とするGaXIn1-XAs組成
勾配領域を有する構成とした。電子走行層202の層厚
は約8nmとした。インジウム組成比の勾配は、層厚の
増加と共にMOCVD反応系へ供給するガリウム源に対
するインジウム源(トリメチルインジウム:(CH33
In)との比率(=(CH33In/(CH33Ga)
を経時的に一律に直線的に増加させて付与した。電子走
行層202のキャリア濃度は約4×1016cm-3に設定
した。
【0045】積層構造体200Aについて、一般的なホ
ール(Hall)効果測定法に依り測定した室温(約3
00K)でのシート(sheet)キャリア濃度
(ns)は約1.7×1012cm-2であり、平均的な電
子移動度(μRT)は約6000cm 2/V・sであり、
高い電子移動度が発現された。また、第1実施例に記載
と同様の手法で構成したGaInP系TEGFET21
0において、ドレイン電圧を2.0Vとした際の室温で
の相互コンダクタンス(gm)は210±5ミリジーメ
ンス(mS)/mmと高く、高性能のTEGFETが提
供された。
【0046】(第3実施例)本実施例では、第2実施例
に記したと同一のインジウム組成の勾配を有する、硼素
(B)をドーピングしたGaXIn1-XAs電子走行層を
備えたGaInP系TEGFETを例にして、本発明を
具体的に説明する。本実施例のTEGFETは、第2実
施例とはGaXIn1-XAs電子走行層のみを異なるもの
としているため図3を利用して説明する。
【0047】この第3実施例では、電子走行層202を
構成するGaXIn1-XAs組成勾配領域の成長時に、硼
素をドーピングした。硼素のドーピング源には市販の電
子工業用のトリエチル硼素((C253B)を使用し
た。トリエチル硼素のMOCVD反応系へのドーピング
量は、アンドープ状態でのn形GaXIn1-XAs組成勾
配層のキャリア濃度が約4×1016cm-3であることに
鑑み、層内で約4×1017cm-3の硼素原子濃度を帰結
する様に設定した。GaXIn1-XAs電子走行層202
のキャリア濃度は硼素のドーピングにより約5×1015
cm-3以下となった。
【0048】一般的なホール(Hall)効果測定法に
依り測定した室温(約300K)でのシート(shee
t)キャリア濃度(ns)は約1.6×1012cm-2
あり、平均的な電子移動度(μRT)は約6400cm2
/V・sとなった。このように、電子走行層202に硼
素をドープすることで、第2実施例の場合に比較してよ
り高い電子移動度が発現された。ドレイン電圧を2Vに
設定した際の飽和ソース・ドレイン電流は約70mAと
なり、また、ドレイン電流にヒステリシス(ループ)は
殆ど認めらなかった。また、ソース/ドレイン間電圧を
2.0Vとした際の室温での相互コンダクタンス
(gm)は約250ミリジーメンス(mS)/mmと高
いものとなった。
【0049】
【発明の効果】この発明は上記した構成からなるので、
以下に説明するような効果を奏することができる。
【0050】請求項1または請求項2に記載の発明で
は、電子走行層に、電子供給層側との接合界面に向けて
層厚の増加方向にインジウム組成比を増加させて勾配を
付した組成勾配領域を設けるようにしたので、電子走行
層の電子供給層側との間の接合界面における禁止帯幅の
差異をより大きくすることができ、接合界面を挟持する
両層間での障壁をより高くできる。このため、電子走行
層の内部に、電子供給層から供給される電子を2次元電
子として効率的に蓄積して、高い電子移動度を実現する
ことができ、したがって、相互コンダクタンス特性に優
れた電界効果型トランジスタを提供することができる。
【0051】また、請求項3に記載の発明では、電子走
行層の電子供給層側との接合界面でのインジウム組成比
を、0.30以上で0.50以下としたので、電子走行
層の内部に2次元電子を効率的に蓄積できるとともに、
インジウム組成比が高すぎた場合に電子走行層表面の平
坦性が損なわれその結果発生するスペーサ層や電子供給
層の結晶性の劣化を的確に抑制することができる。
【0052】さらに、請求項4に記載の発明では、電子
走行層の層厚を1nm以上で5nm以下としたので、電
子走行層の層厚を確保して層内に2次元電子を十分に局
在させ蓄積できるとともに、厚すぎた場合に発生する上
層との格子不整合を防止することができ、結晶性に優れ
たスペーサ層や電子供給層を確実に形成することができ
る。
【0053】また、請求項5に記載の発明では、電子走
行層に、硼素をドーピングするようにしたので、電子走
行層のキャリア濃度を減少させることができ、電子走行
層の内部に蓄積される2次元電子が被る散乱の影響を低
減できる。したがって、この点からも高い電子移動度を
実現することができ、相互コンダクタンス特性に優れた
電界効果型トランジスタを提供することができる。
【0054】請求項6に記載の発明では、スペーサ層
を、電子供給層側との接合界面に向けて層厚の増加方向
にガリウム組成比を減少させて勾配を付した組成勾配領
域を含むGaXIn1-XP(0≦X≦1)層から構成した
ので、電子走行層とスペーサ層間での障壁をより一層確
実に高いものとすることができ、したがって、電子走行
層の内部に2次元電子を効率的に蓄積でき、高い電子移
動度を顕現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のGaInP系積層構造体の説明図で
あり、(a)はGaInP系積層構造体の断面を模式的
に示す図、(b)(c)(d)は電子走行層におけるイ
ンジウムの組成勾配を示す図である。
【図2】第1実施例のTEGFETの断面模式図であ
る。
【図3】第2実施例のTEGFETの断面模式図であ
る。
【図4】従来のGaInP系TEGFETの断面構造の
模式図である。
【符号の説明】
1 GaInP系積層構造体 10 単結晶基板 11 緩衝層 12 電子走行層 12a 接合界面 12b 接合界面 13 スペーサ層 14 電子供給層 100 基板 100A 積層構造体 101 緩衝層 102 電子走行層 102−1 構成層 102−2 構成層 103 スペーサ層 104 電子供給層 105 コンタクト層 106 ソース電極 107 ドレイン電極 108 ゲート電極 200A 積層構造体 201 緩衝層 202 電子走行層 202a 接合界面 202b 接合界面 203 スペーサ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K030 AA05 AA11 AA17 BA02 BA08 BA11 BA25 BB12 CA04 FA10 JA01 JA06 LA14 5F045 AA04 AB10 AB17 AC01 AC08 AD10 AE23 AF05 AF13 BB16 CA06 DA54 DA57 5F102 FA00 GB01 GC01 GD01 GJ05 GK05 GK06 GK08 GL04 GL16 GL17 GM04 GM08 GM10 GN05 GQ01 GR01 GR04 GR07 GT02 GT03 HC01 HC07

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 GaAs単結晶基板の表面上に積層され
    た少なくとも、緩衝層と、GaXIn1-XAs(0≦X≦
    1)からなる電子走行層と、GaZIn1-ZP(0≦Z≦
    1)からなるスペーサ層と、GaYIn1-YP(0≦Y≦
    1)からなる電子供給層とを備えたGaInP系積層構
    造体において、 上記電子走行層が、電子供給層側に向けてインジウム組
    成比(1−X)を増加させた組成勾配領域を含む、 ことを特徴とするGaInP系積層構造体。
  2. 【請求項2】 上記組成勾配領域が、インジウム組成比
    (1−X)を連続的或いは不連続的に変化させている、
    請求項1に記載のGaInP系積層構造体。
  3. 【請求項3】 上記インジウム組成比(1−X)が、電
    子供給層側の接合界面において0.30以上で0.50
    以下である、請求項1または2に記載のGaInP系積
    層構造体。
  4. 【請求項4】 上記電子走行層が、1ナノメータ以上で
    5ナノメータ以下の層厚である、請求項1から3の何れ
    か1項に記載のGaInP系積層構造体。
  5. 【請求項5】 上記電子走行層が、硼素(元素記号:
    B)を添加したn形Ga XIn1ーXAs(0≦X≦1)
    からなる層である、請求項1から4の何れか1項に記載
    のGaInP系積層構造体。
  6. 【請求項6】 上記スペーサ層が、電子供給層側に向け
    てガリウム組成比を減少させた組成勾配領域を含むGa
    ZIn1-ZP(0≦Z≦1)からなる層である、請求項1
    から5の何れか1項に記載のGaInP系積層構造体。
  7. 【請求項7】 上記スペーサ層を備えていない、請求項
    1から6の何れか1項に記載のGaInP系積層構造
    体。
  8. 【請求項8】 上記請求項1から7の何れか1項に記載
    のGaInP系積層構造体を用いて作製した電界効果型
    トランジスタ。
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