JP2669327B2 - Field effect transistor - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、チャネルにヘテロ接合
を用いた高周波電力用電界効果型化合物半導体装置の素
子構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an element structure of a field effect type compound semiconductor device for high frequency power using a heterojunction in a channel.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来からのヘテロ接合をチャネルとした
電界効果型化合物半導体装置の開発は、通常、電子供給
層であるAlGaAsとヘテロ接合するGaAsとIn
GaAsの界面に生じる2次元電子ガスを利用して動作
させる。特に、電子供給層中のドナー準位と空間的に分
離されるので、電気的散乱を受けにくく、高速動作が可
能になり、現在では衛星通信用の低雑音素子として実用
化されるまでに至っている。2. Description of the Related Art Conventionally, development of a field-effect compound semiconductor device using a heterojunction as a channel usually involves the formation of GaAs and In which are heterojunction with AlGaAs as an electron supply layer.
The operation is performed using a two-dimensional electron gas generated at the GaAs interface. In particular, since it is spatially separated from the donor level in the electron supply layer, it is less susceptible to electrical scattering, enabling high-speed operation, and is now being put to practical use as a low noise element for satellite communication. I have.
【0003】ところで最近、これらのヘテロ接合をチャ
ネルとした電界効果型化合物半導体装置を高周波電力用
の電界効果半導体装置として開発する動きがある。高周
波電力用の素子とするためには、低雑音素子の開発で行
なってきた方法を修正しなければならない。そのため
に、まず大電流を得るために2次元電子ガス濃度を増大
させる方法をとってきている。その従来例の素子断面図
を図3に示す。Recently, there has been a movement to develop a field-effect compound semiconductor device using such a heterojunction as a channel as a field-effect semiconductor device for high-frequency power. In order to make a device for high-frequency power, the method used in the development of a low-noise device must be modified. Therefore, first, a method of increasing the two-dimensional electron gas concentration has been adopted in order to obtain a large current. FIG. 3 shows a cross-sectional view of the element of the conventional example.
【0004】図3は半絶縁性GaAs基板11上にバッ
ファ層のAlGaAs12、その上に電子供給層である
n−AlGaAs層13、その上にアンドープのGaA
sもしくはInGaAsのチャネル層14、その上に電
子供給層であるn−AlGaAs層15、それにゲート
電極18、キャップ層であるn−GaAs層にソース電
極17、ドレイン電極19が設けられている。通常は電
子供給層はチャネル層の上部にのみ設けられるが、ダブ
ルヘテロ接合のため、チャネル層の下部に設けられるn
−AlGaAs層より生じる2次元電子ガス濃度が増え
るため、チャネル層中の2次元電子ガス濃度は通常以上
となる。In FIG. 3, a buffer layer AlGaAs 12 is provided on a semi-insulating GaAs substrate 11, an n-AlGaAs layer 13 is provided as an electron supply layer, and undoped GaA is provided thereon.
A channel layer 14 of s or InGaAs, an n-AlGaAs layer 15 serving as an electron supply layer, a gate electrode 18, and a source electrode 17 and a drain electrode 19 are provided on the n-GaAs layer serving as a cap layer. Usually, the electron supply layer is provided only above the channel layer. However, since the electron supply layer is a double hetero junction, n is provided below the channel layer.
Since the two-dimensional electron gas concentration generated from the -AlGaAs layer increases, the two-dimensional electron gas concentration in the channel layer becomes higher than usual.
【0005】図4に従来のn−AlGaAs/InGa
As系ヘテロ接合FETのエネルギーバンド図を示す。
チャネルの両界面に生じる2次元電子ガス濃度のため電
流の増大が見込まれる。ところで、このようなヘテロ接
合FETにおいて、高性能を阻害する寄生要因として、
チャネル中の高濃度2次元電子ガスにより高電界が発生
し、従って衝突イオン化等により、正孔がチャネル中に
発生するしきい値電界が小さくなる。この結果、しきい
値電界圧以上でチャネル電流が著しく増大し、素子の耐
圧特性を劣化させる。また、高濃度のオーミックコンタ
クト層は、ソース抵抗を低減させる利点を持つが、ゲー
ト電流近傍の電界集中を増大させ、上記に加えて素子の
耐圧特性を劣化させる。FIG. 4 shows a conventional n-AlGaAs / InGa.
The energy band diagram of As type | system | group heterojunction FET is shown.
An increase in current is expected due to the two-dimensional electron gas concentration occurring at both interfaces of the channel. By the way, in such a heterojunction FET, as a parasitic factor that hinders high performance,
A high electric field is generated by the high-concentration two-dimensional electron gas in the channel, so that the threshold electric field at which holes are generated in the channel by impact ionization or the like is reduced. As a result, the channel current remarkably increases above the threshold electric field pressure, deteriorating the withstand voltage characteristic of the device. Further, the high-concentration ohmic contact layer has an advantage of reducing the source resistance, but increases the electric field concentration in the vicinity of the gate current and deteriorates the breakdown voltage characteristic of the device in addition to the above.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上述のように、ダブル
ヘテロ接合によりチャネル中の2次元電子ガス濃度は増
大するが、高電界下では、衝突イオン化等により正孔が
チャネル中に発生し、ゲート、ソース等へ移動する。特
に、ゲートへ流れ込む正孔は、ゲートリーク電流の原因
となり、素子の耐圧特性を著しく劣化させるという問題
があった。As described above, the double heterojunction increases the two-dimensional electron gas concentration in the channel, but under a high electric field, holes are generated in the channel due to impact ionization, etc. To the source, etc. In particular, the holes flowing into the gate cause a gate leakage current, which causes a problem that the breakdown voltage characteristic of the device is significantly deteriorated.
【0007】また、高濃度オーミックコンタクト層は、
ゲート電極直下の電界集中を増大させ、上記に加えて素
子の耐圧特性を劣化させるという問題があった。Further, the high-concentration ohmic contact layer is
There is a problem that the electric field concentration immediately below the gate electrode is increased, and in addition to the above, the breakdown voltage characteristics of the element are deteriorated.
【0008】本発明の目的は、上述の問題に絡み、発生
する正孔によるゲートリーク電流増大を回避した電界効
果トランジスタを提供しようとするものである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a field effect transistor which avoids an increase in gate leak current due to generated holes in connection with the above problems.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、AlGaAs
スペーサ層中に正孔障壁(ホールバリア)層AlAs層
を設けた、ヘテロ構造を持つAlGaAs/GaAs系
ヘテロ接合電界効果トランジスタまたは、AlGaAs
/InGaAs系ヘテロ接合電界効果トランジスタであ
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to AlGaAs.
An AlGaAs / GaAs heterojunction field-effect transistor having a heterostructure, in which a hole barrier (hole barrier) layer AlAs layer is provided in a spacer layer, or AlGaAs.
/ InGaAs based heterojunction field effect transistor.
【0010】さらに、上述の電界効果トランジスタにお
いて、高ドーピングしたGaAsとそれよりも低くドー
ピングしたGaAsの2つのオーミックコンタクト層を
AlGaAs(電子供給層)上に設けることを特徴とす
る電界効果トランジスタである。Further, in the above field effect transistor, the field effect transistor is characterized in that two ohmic contact layers of highly-doped GaAs and lightly-doped GaAs are provided on AlGaAs (electron supply layer). .
【0011】[0011]
【作用】スペーサ層AlGaAs層中に正孔障壁層Al
As層を設け、またさらに、低ドーピングしたGaAs
と高ドーピングしたGaAsの2つのオーミックコンタ
クト層をAlGaAs上に設ける理由を述べる。The hole barrier layer Al is formed in the spacer layer AlGaAs layer.
GaAs with As layer and low doping
The reason for providing two ohmic contact layers of GaAs with high doping on AlGaAs will be described.
【0012】図1は本発明の電界効果トランジスタの断
面図である。正孔障壁層AlAs層は、バンドギャップ
が室温で約2.67eVであり、スペーサAlGaAs
界面との間に大きなエネルギーギャップが生じでいる。
従って、高電界下でチャネル中に発生する正孔のエネル
ギーのうち、AlAs層を越えてゲートに到達する確立
は著しく低減される。このことは、ゲートリーク電流が
低減されることを示す。FIG. 1 is a sectional view of a field effect transistor according to the present invention. The hole barrier layer AlAs layer has a band gap of about 2.67 eV at room temperature and a spacer AlGaAs.
There is a large energy gap with the interface.
Therefore, of the energy of holes generated in the channel under a high electric field, the probability of reaching the gate through the AlAs layer is significantly reduced. This indicates that the gate leakage current is reduced.
【0013】また、低ドーピングしたGaAsと高ドー
ピングしたGaAsの2つのオーミックコンタクト層を
AlGaAs上に設ける、ゲート直下での電界緩和を促
し、正孔の発生を抑える効果を生じさせる。特に、低ド
ーピングしたGaAs層を使って2段リセスを形成する
と、ゲート直下での電界緩和を著しく促し効果的であ
る。これは、AlAs層による正孔のゲートリークを抑
えると同時に、発生するしきい値電界を上げるために、
素子の耐圧特性を著しく向上させる効果がある。In addition, two ohmic contact layers of low-doped GaAs and highly-doped GaAs are provided on AlGaAs to promote the relaxation of the electric field just below the gate and to suppress the generation of holes. In particular, when a two-step recess is formed by using a low-doped GaAs layer, relaxation of the electric field immediately below the gate is remarkably promoted, which is effective. This is to suppress the gate leak of holes due to the AlAs layer and at the same time increase the threshold electric field generated,
This has the effect of significantly improving the withstand voltage characteristics of the device.
【0014】[0014]
【実施例】以下、図面を参照して、本発明のヘテロ接合
をチャネルとした電界効果トランジスタについて実施例
によって詳細に説明する。図1は、本発明の一実施例の
電界効果トランジスタのゲート直下の素子断面図であ
る。図2はそのエネルギーバンド図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The field effect transistor having a heterojunction as a channel according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of an element immediately below a gate of a field effect transistor according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an energy band diagram thereof.
【0015】図1に示すように、半絶縁性GaAs基板
上1に、エピタキシャル成長を用いて、バッファ層のA
lGaAs2、その上に電子供給層であるAlGaAs
層3、スペーサ層AlGaAs層4を、その上のアンド
ープのInGaAsのチャネル層4、その上にスペーサ
層AlGaAs層6を設ける。ここで、スペーサ層Al
GaAs層6中に正孔障壁層(ホールバリア)AlAs
層7を設ける。さらにショットキ層AlGaAs層8を
設ける。さらに、ゲート電極12以外には低濃度のn−
GaAs層9と高濃度のn−GaAs層10を設け、2
段リセスを形成する。それにゲート電極12、ソース電
極11、ドレイン電極13が設けられている。これによ
り、高電界下で発生した正孔は正孔障壁層AlAs層7
を透過する確率が低減する。同時に、2段リセスの効果
により、ゲート直下の電界が緩和され、正孔の発生率が
低減する。As shown in FIG. 1, the buffer layer A is formed on the semi-insulating GaAs substrate 1 by epitaxial growth.
lGaAs2, on which an electron supply layer of AlGaAs
The layer 3, the spacer layer AlGaAs layer 4, the undoped InGaAs channel layer 4 thereon, and the spacer layer AlGaAs layer 6 thereon are provided. Here, the spacer layer Al
Hole barrier layer (hole barrier) AlAs in the GaAs layer 6
Layer 7 is provided. Further, a Schottky layer AlGaAs layer 8 is provided. In addition to the gate electrode 12, a low concentration of n-
A GaAs layer 9 and a high concentration n-GaAs layer 10 are provided.
A step recess is formed. In addition, a gate electrode 12, a source electrode 11, and a drain electrode 13 are provided. As a result, holes generated under a high electric field are generated in the hole blocking layer AlAs layer 7
Is reduced. At the same time, due to the effect of the two-step recess, the electric field immediately below the gate is reduced, and the hole generation rate is reduced.
【0016】[0016]
【発明の効果】以上の実施例で詳述したように、本発明
によれば、正孔障壁層AlAs層により、高電界下でチ
ャネル中に発生する正孔のうち、ゲートに到達する確率
は著しく低減する。これにより、ゲートリーク電流が低
減する。また、低ドーピングしたGaAsと高ドーピン
グしたGaAsの2つのオーミックコンタクト層をAl
GaAs上に設けることにより、ゲート直下での電界緩
和を促し、正孔の発生を抑える効果を生じさせる。As described in detail in the above embodiments, according to the present invention, the hole blocking layer AlAs layer has a high probability of reaching the gate among the holes generated in the channel under a high electric field. Significantly reduced. This reduces the gate leak current. Also, two ohmic contact layers of low-doped GaAs and high-doped GaAs are formed by Al.
The provision of GaAs promotes relaxation of the electric field immediately below the gate, and produces an effect of suppressing generation of holes.
【0017】これは特に、低ドーピングしたGaAs層
を使って2段リセスを形成すると効果が増大する。つま
りAlAs層による正孔のゲートリークを抑えると同時
に、発生するしきい値電界を上げるために、素子の耐圧
特性を著しく向上させる効果がある。This is particularly effective when a two-step recess is formed using a low-doped GaAs layer. That is, since the gate leakage of holes due to the AlAs layer is suppressed and the threshold electric field generated is increased, the withstand voltage characteristic of the element is significantly improved.
【0018】本発明は、チャネルにヘテロ接合を用いた
高周波電力用電界効果トランジスタの耐圧特性向上に寄
与するところ極めて大である。The present invention is extremely large in that it contributes to the improvement of the withstand voltage characteristic of the field effect transistor for high frequency power using a heterojunction in the channel.
【図1】本発明の電界効果トランジスタの素子断面図。FIG. 1 is a sectional view of an element of a field-effect transistor of the present invention.
【図2】図1に示した本発明の電界効果トランジスタの
エネルギーバンド図。FIG. 2 is an energy band diagram of the field-effect transistor of the present invention shown in FIG.
【図3】従来の電界効果トランジスタの素子断面図。FIG. 3 is an element cross-sectional view of a conventional field-effect transistor.
【図4】図3に示した従来の電界効果トランジスタのエ
ネルギーバンド図FIG. 4 is an energy band diagram of the conventional field-effect transistor shown in FIG.
1 半絶縁性GaAs基板 2 アンドープAlGaAsバッファ層 3 n−AlGaAs電子供給層 4 n−AlGaAs電子供給層 5 InGaAsチャネル層 6 AlGaAsスペーサ層 7 AlAs正孔障壁層 8 n−AlGaAs電子供給層 9 n−GaAsオーミックコンタクト層 10 n−GaAsオーミックコンタクト層 11 ソース電極 12 ゲート電極 13 ドレイン電極 Reference Signs List 1 semi-insulating GaAs substrate 2 undoped AlGaAs buffer layer 3 n-AlGaAs electron supply layer 4 n-AlGaAs electron supply layer 5 InGaAs channel layer 6 AlGaAs spacer layer 7 AlAs hole barrier layer 8 n-AlGaAs electron supply layer 9 n-GaAs Ohmic contact layer 10 n-GaAs ohmic contact layer 11 source electrode 12 gate electrode 13 drain electrode
Claims (2)
GaAs/GaAs系ヘテロ接合FETまたはAlGa
As/InGaAs系ヘテロ接合FETにおいて、前記
AlGaAsスペーサ層中に正孔障壁層となるAlAs
層を設けることを特徴とする電界効果トランジスタ。1. Al having an AlGaAs spacer layer
GaAs / GaAs heterojunction FET or AlGa
In the As / InGaAs-based heterojunction FET, AlAs serving as a hole barrier layer is provided in the AlGaAs spacer layer.
A field-effect transistor characterized in that a layer is provided.
GaAs/GaAs系ヘテロ接合FETまたはAlGa
As/InGaAs系ヘテロ接合FETにおいて、前記
AlGaAsスペーサ層中に正孔障壁層AlAs層を備
え、高濃度のn型不純物をドーピングしたGaAsとそ
れよりも低くn型不純物をドーピングしたGaAsの2
つのオーミックコンタクト層とを有することを特徴とす
る電界効果トランジスタ。2. Al having an AlGaAs spacer layer
GaAs / GaAs heterojunction FET or AlGa
In an As / InGaAs heterojunction FET, a hole barrier layer AlAs layer is provided in the AlGaAs spacer layer, and GaAs doped with a high concentration of n-type impurities and GaAs doped with a lower concentration of an n-type impurity are used.
A field-effect transistor having two ohmic contact layers.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33343293A JP2669327B2 (en) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Field effect transistor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33343293A JP2669327B2 (en) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Field effect transistor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07193222A JPH07193222A (en) | 1995-07-28 |
JP2669327B2 true JP2669327B2 (en) | 1997-10-27 |
Family
ID=18266046
Family Applications (1)
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JP33343293A Expired - Lifetime JP2669327B2 (en) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | Field effect transistor |
Country Status (1)
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Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101963226B1 (en) * | 2012-02-29 | 2019-04-01 | 삼성전자주식회사 | Transistor, method of manufacturing the same and electronic device including transistor |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP33343293A patent/JP2669327B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH07193222A (en) | 1995-07-28 |
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