JP2728481B2 - Ultra-high frequency high electron mobility transistor - Google Patents

Ultra-high frequency high electron mobility transistor

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JP2728481B2
JP2728481B2 JP1272289A JP1272289A JP2728481B2 JP 2728481 B2 JP2728481 B2 JP 2728481B2 JP 1272289 A JP1272289 A JP 1272289A JP 1272289 A JP1272289 A JP 1272289A JP 2728481 B2 JP2728481 B2 JP 2728481B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の概要〕 複数の2次元電子ガスチャネルを有する超高周波高出
力用の高電子移動度トランジスタ(HEMT)に関し、 遮断周波数fTのドレイン電流IDs依存性をなくすこと
を目的とし、 絶縁性または半絶縁性基板と、該基板上に成長させた
GaAsからなる第1及び第2の2次元電子ガスチャネル層
と、該第1及び第2の2次元電子ガスチャネル層の間に
形成されたAlGaAs電子供給層とを備えた高電子移動度ト
ランジスタにおいて、前記電子供給層の厚みt(Å)と
該電子供給層にドープした不純物の濃度ND(1×1017cm
-3)が、 t≦380×(ND−0,79 を満足するように構成する。
It relates DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Summary of the Invention plurality of high electron mobility transistors for very high frequency high power with two-dimensional electron gas channel (HEMT), eliminating the drain current I Ds dependence of the cutoff frequency f T With the purpose of growing on an insulating or semi-insulating substrate and on said substrate
A high electron mobility transistor comprising first and second two-dimensional electron gas channel layers made of GaAs and an AlGaAs electron supply layer formed between the first and second two-dimensional electron gas channel layers. The thickness t (Å) of the electron supply layer and the concentration N D of the impurity doped into the electron supply layer (1 × 10 17 cm
-3) is configured to satisfy t ≦ 380 × (N D) -0,79.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

本発明は、複数の2次元電子ガスチャネルを有する超
高周波高出力用の高電子移動度トランジスタ(HEMT)に
関する。
The present invention relates to an ultra-high frequency high power high electron mobility transistor (HEMT) having a plurality of two-dimensional electron gas channels.

HEMT(High Electron Mobility Transistor)はアナ
ログ分野では衛星通信や、電波天文学の宇宙電波観測な
どで、またデジタル分野では超高速コンピュータや高速
信号処理器などで使用され、新世代の高速LSIとしても
期待が寄せられている。
HEMT (High Electron Mobility Transistor) is used in satellite communications and radio astronomy astronomical radio observation in the analog field, and in ultra-high-speed computers and high-speed signal processors in the digital field, and is expected to be a new-generation high-speed LSI. Has been sent.

HEMTは電界効果トランジスタ(FET)の一種である
が、動作原理、構造などは通常のFETとはかなり異な
る。第7図にHEMTの基本構造を示す。図示のようにこれ
は、半絶縁性GaAs基板にアンドープGaAs層、n型AlGaAs
層を順次エピ成長させ、これにn型ソース、ドレイン領
域を形成し、ソース電極S、ドレイン電極D、ゲート電
極Gを取付けてなる。GaAsの電子親和力(4.07eV)はAl
xGa(1−X)As(x=0.3)のそれ(3.75eV)より大き
いので、n−AlGaAsのドナーから供給された電子はGaAs
側へ移動し、アンドープGaAsとn−AlGaAsとのヘテロ接
合界面に、典型的な値として厚さ10nm程度の2次元電子
ガスチャネル2DEGを形成する。こゝでは不純物散乱が無
視できるため、非常に高い電子移動度を実現できる。HE
MTの基本原理は、この2次元電子ガスをゲート電圧の電
界効果によって制御することにある。
HEMTs are a type of field-effect transistor (FET), but their operating principles and structure are quite different from ordinary FETs. FIG. 7 shows the basic structure of the HEMT. As shown, this is an undoped GaAs layer on a semi-insulating GaAs substrate, n-type AlGaAs
Layers are sequentially grown by epitaxy, n-type source and drain regions are formed in these layers, and a source electrode S, a drain electrode D, and a gate electrode G are attached. The electron affinity (4.07 eV) of GaAs is Al
Since it is larger than that of xGa (1-X) As (x = 0.3) (3.75 eV), the electrons supplied from the n-AlGaAs donor are GaAs.
Then, a two-dimensional electron gas channel 2DEG having a thickness of about 10 nm is formed at a heterojunction interface between undoped GaAs and n-AlGaAs. In this case, very high electron mobility can be realized because impurity scattering can be ignored. HE
The basic principle of MT is to control the two-dimensional electron gas by the electric field effect of the gate voltage.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

HEMTの基板構造には第8図に示すように、i−GaAs層
24をn−AlGaAs層25とi−AlGaAs層23を挟んで該層24を
2DEG(TW0Dimentional Electron Gas)層とした2ヘテ
ロ接合型のものもある。これは、第7図のタイプではド
レイン電流が不足であり、この点を解決して、IDSSの増
加を図り高出力化を狙ったものである。この第8図で、
10は半絶縁性GaAs基板でこれにi−AlGaAs層21、n−Al
GaAs層22、i−AlGaAs層23、i−GaAs層24、n−AlGaAs
層25、グレーデッドn−AlGaAs層26、n−GaAs層20が逐
次エピ成長される。各層の厚みの例は図示のように0.1
μm、7nm、8nm、20nm、10nm、30nm、200nmである。ま
たn型不純物濃度は層20で2×1017cm-3、層25で2×10
18cm-3、層22で2×1018cm-3である。
As shown in FIG. 8, the substrate structure of the HEMT has an i-GaAs layer.
24 with the n-AlGaAs layer 25 and the i-AlGaAs layer 23 interposed therebetween.
2DEG (T W0 Dimentional Electron Gas) ones and the 2 heterozygous layer also. This is because the type shown in FIG. 7 has a shortage of drain current, and is intended to solve this problem and increase IDS to achieve higher output. In this FIG.
Reference numeral 10 denotes a semi-insulating GaAs substrate on which an i-AlGaAs layer 21 and n-Al
GaAs layer 22, i-AlGaAs layer 23, i-GaAs layer 24, n-AlGaAs
Layer 25, graded n-AlGaAs layer 26, and n-GaAs layer 20 are sequentially grown. The example of the thickness of each layer is 0.1
μm, 7 nm, 8 nm, 20 nm, 10 nm, 30 nm, and 200 nm. The n-type impurity concentration is 2 × 10 17 cm −3 in the layer 20 and 2 × 10 17 cm −3 in the layer 25.
18 cm −3 and 2 × 10 18 cm −3 for layer 22.

この第8図では2DEG層24をn−AlGaAs層22,25を挟ん
で、両側から該層24へ電子を供給する。これで高出力化
を図るが、2DEG層を複数個設け、各々にその両側から電
子を供給するタイプのものもある。
In FIG. 8, electrons are supplied to the 2DEG layer 24 from both sides thereof with the n-AlGaAs layers 22 and 25 interposed therebetween. To achieve higher output, there is also a type in which a plurality of 2DEG layers are provided and electrons are supplied to both sides of each layer.

第9図にHEMTの典型的なドレイン電圧VD、ドレイン電
流ID特性を示す。VD−ID特性曲線はHEMTのゲート電圧、
ゲート・ソース間電圧)VGSをパラメータにとってあ
る。ゲート電圧VGSを、あるバイアス点を中心にABCDE…
…と正弦変化させるとVD,IDは負荷線l上を動き、VGS
小振幅ならVD,IDは図示のようにやはり正弦変化をす
る。このときの入力電力Piに対する出力電力P0の関係を
第10図に示す。
FIG. 9 shows typical drain voltage V D and drain current ID characteristics of the HEMT. The V D −I D characteristic curve is the gate voltage of the HEMT,
(Gate-source voltage) V GS is used as a parameter. The gate voltage V GS is set to ABCDE around a certain bias point.
When the sine change is made, V D and I D move on the load line l, and if V GS has a small amplitude, V D and I D also change sine as shown in the figure. The output power P 0 of the relationship of input power P i at this time is shown in Figure 10.

第10図に示されるようにPi−P0特性は小入力の範囲で
はリニアであるが、入力Piが大きくなるにつれて出力P0
は飽和し始める。図では入力P1は直線範囲にあり、入力
P2で出力P0は直線領域の最大値P0maxになり、入力P3
は出力P0は飽和出力P0satになる。飽和は、ゲート電圧V
GSの振幅が大きくなり過ぎて、負荷線上の点P′,Q′を
越えてしまうことに起因する。
As shown in FIG. 10, the P i −P 0 characteristic is linear in a small input range, but as the input P i increases, the output P 0
Begins to saturate. Input P 1 in the figure is in the linear range, the input
Output P 2 P 0 is the maximum value P 0max of the linear region, the output P 0 the input P 3 become saturated output P 0sat. Saturation depends on the gate voltage V
This is due to the fact that the amplitude of GS becomes too large and exceeds the points P 'and Q' on the load line.

高出力HEMTに要求される重要な特性の1つに、入出力
特性の直線性があり、直線範囲が広いことが望まれる。
このためにはIFmax,V(BR)DSが大きい(曲線VGS=+Vbi
の傾斜直線部が長く、VGS=−Vbjの水平部が長い)こと
と共に、ゲート電圧VGSに対する電流変化の均等性即ちG
mを広いVGSの範囲に亘って等しくする(VGSを等間隔で
変えたとき各ID−VD特性も互いに等間隔で変るようにす
る)必要がある。
One of the important characteristics required for a high-output HEMT is linearity of input / output characteristics, and it is desired that the linear range is wide.
For this purpose, I Fmax and V (BR) DS are large (curve V GS = + V bi
Is longer and the horizontal portion of V GS = −V bj is longer), and the uniformity of the current change with respect to the gate voltage V GS, that is, G
equal over the m in a wide range of V GS (when changing V GS at equal intervals each I D -V D characteristic so that changes at regular intervals from each other) it is necessary.

超高周波高出力HEMTの基板が第8図に示した1つの2
次元電子ガスチャネル(2つのヘテロ接合)を持つ活性
層を有する型のものであると、そのC−V測定結果は、
第11図の如くなる。横軸は距離(μm)、縦軸とキャリ
ア濃度(10icm-3,i=16〜19)である。図から明らかな
ように、2次電子ガスチャネルの形成を示す極めてシャ
ープなピークを持ったキャリアプロファイルが形成され
ている。
The substrate of the ultra-high frequency high power HEMT is one of the two shown in FIG.
For a type having an active layer with a two-dimensional electron gas channel (two heterojunctions), the CV measurement result is
As shown in FIG. The horizontal axis is the distance ([mu] m), the vertical axis and the carrier concentration (10 i cm -3, i = 16~19). As is clear from the figure, a carrier profile having an extremely sharp peak indicating the formation of the secondary electron gas channel is formed.

このエピタキシャルウェーハを使ってHEMTを試作し、
1mmゲート幅当りの相互コンダクタンスgm(mS/mm)を実
測した結果を第12図の曲線C1で示す。ゲート長Lgは0.6
μmである。曲線C1はVGS=−1.5Vあたりにピークを持
っている。このような高出力HEMTの入出力特性は第13図
に示すように、理想的な入出力特性をAとすれば、それ
よりかなり小入力電力で飽和するBの如き特性になる。
これは、VGS=−1.5Vを中心として、それより離れたVGS
点ではgmが小さくなり、それに対応して利得が小さくな
ることに依る。
Prototype HEMT using this epitaxial wafer,
The results of actual measurement of the 1mm gate width per transconductance g m (mS / mm) indicated by a curve C 1 in Figure 12. Gate length Lg is 0.6
μm. Curve C 1 has a peak per V GS = -1.5V. As shown in FIG. 13, the input / output characteristics of such a high-output HEMT are as shown in FIG. 13 where the ideal input / output characteristics are A, and the input / output characteristics saturate with much smaller input power.
This is because V GS = −1.5V and V GS further away
G m is small at the point, due to the gain decreases correspondingly.

このような問題を解決する方法として、2次元電子ガ
スチャネルを複数にする方法(マルチチャネル化)が考
えられている。これは、マルチチャネル化で曲線C1のピ
ーク部を広い平坦部とすることを狙うものである。
As a method of solving such a problem, a method of providing a plurality of two-dimensional electron gas channels (multi-channel) has been considered. This is aimed to be a broad flat portion of the peaks of the curve C 1 in a multi-channelization.

マルチチャネル高出力HEMTの基板のエピ構成を第1図
に示す。これは半絶縁性のGaAs基板10にi−GaAs層11、
i−GaAlAs層12、n−AlGaAs層13、i−GaAs層14、n−
AlGaAs15、i−GaAs層16、n−AlGaAs17、i−GaAs層1
8、n−AlGaAs層18、n−AlGaAs層19、n−GaAs層20を
順次エピ成長してなる。x=0.25、n=1×1018cm-3
あり、各層の厚みは11が0.5μm、12が0.2μm、13が10
nm、14と16と18〜20が30nm、15と17が15nm、スペーサは
5nmである。n−AlGaAs層19,17,15,13で囲まれたi−Ga
As層18,16,14が2次元電子ガスチャネルになる。つまり
この基板はマルチ(3)チャネル構造である。
FIG. 1 shows an epi structure of a multi-channel high-power HEMT substrate. This is an i-GaAs layer 11 on a semi-insulating GaAs substrate 10,
i-GaAlAs layer 12, n-AlGaAs layer 13, i-GaAs layer 14, n-
AlGaAs15, i-GaAs layer 16, n-AlGaAs17, i-GaAs layer 1
8, an n-AlGaAs layer 18, an n-AlGaAs layer 19, and an n-GaAs layer 20 are sequentially grown by epitaxy. x = 0.25, n = 1 × 10 18 cm −3 , and the thickness of each layer is 0.5 μm for 11; 0.2 μm for 12;
nm, 14 and 16 and 18-20 are 30 nm, 15 and 17 are 15 nm, the spacer is
5 nm. i-Ga surrounded by n-AlGaAs layers 19, 17, 15, and 13
The As layers 18, 16, and 14 become two-dimensional electron gas channels. That is, this substrate has a multi- (3) channel structure.

このエピウェーハを使い、ウェーハ表面より約800Å
の所にショットキゲートを作って、ゲートリセス構造の
HEMTを試作し、C−V測定などを行なった。結果を第2
図に示す。このキャリアプロファイルには大きなピーク
が2つ、小さなピークなら4つ観測される。これらのピ
ークのうち、P1とP2が2番目の2DEGチャネル16に対応
し、P3とP4が3番目の2DEGチャネル14に対応する。
Using this epi wafer, about 800 mm from the wafer surface
Make a Schottky gate at the place
HEMT was prototyped and CV measurement was performed. Second result
Shown in the figure. Two large peaks and four small peaks are observed in this carrier profile. Among these peaks, P 1 and P 2 corresponds to the second 2DEG channel 16, P 3 and P 4 corresponding to the third of the 2DEG channel 14.

本例では2次元電子ガス(2DEG)チャネルが3層ある
ので、大きなピークが3つ観測されてもよいと考えられ
る。しかし実際には2つしか観測されない。これは試作
したHEMTのゲートが一番目の2次元電子ガス(1st 2DE
G)チャネル18に形成され、該チャネル18を空乏化して
いるためである。
In this example, since there are three layers of two-dimensional electron gas (2DEG) channels, it is considered that three large peaks may be observed. However, only two are actually observed. This is the first two-dimensional electron gas (1st 2DE
G) This is because the channel 18 is formed in the channel 18 and the channel 18 is depleted.

このHEMTの相互コンダクタンスgmを第12図の曲線C2
示す。ゲート長Lgはやはり0.6μmである。曲線C1(第
8図の2ヘテロ接合型基板使用)に比べて、ゲート電圧
VGSの広い範囲に亘ってgmが高い値を示すこと、gmのピ
ークが2つになっていることが特徴的である。この2つ
のピークは第2図の2つの大きなピークに対応してい
る。
Shows the transconductance g m of the HEMT curve C 2 in Figure 12. The gate length Lg is also 0.6 μm. Gate voltage compared to curve C 1 (using two heterojunction type substrates in FIG. 8)
To exhibit g m high values over a wide range of V GS, it is characteristic that the peak of g m is in two. These two peaks correspond to the two large peaks in FIG.

第3図に、このHEMTで実測した遮断周波数fT(GHz)
のドレイン電流IDS(mA)依存性を示す。曲線C2が第1
図の基板使用のHEMT、曲線C1は第8図の基板使用のHEMT
の特性である。ドレイン電流IDSはゲート電圧VGSを変え
て変化させているので、横軸はゲート電圧VGSと考えて
もよい。曲線C1ではピークが1つ、曲線C2ではピークが
2つ見られる。これは第12図の相互コンダクタンスgm
単峰性、双峰性と対応している(fT=gm/2πCgs)。
In FIG. 3, cut-off frequency f T which is measured in this HEMT (GHz)
The drain current I DS (mA) dependence of Curve C 2 is first
FIG substrate using the HEMT, the curve C 1 is the substrate used in Figure 8 HEMT
It is the characteristic of. Since the drain current I DS is changed by changing the gate voltage V GS , the horizontal axis may be considered as the gate voltage V GS . The curve C1 has one peak, and the curve C2 has two peaks. This unimodal transconductance g m of Figure 12, correspond to the double-humped (f T = g m / 2πC gs).

このようなgm、fTに2つのピークを持ったマルチチャ
ネル高出力HEMTの入出力特性は第13図の曲線Cのように
なる。即ち、入力Piの小さな所で出力P0が小さくなり
(この部分はgm,fTの凹み部分に対応する)、入力Pi
大になるにつれて利得なシングルチャネル構造のHEMTの
それとほヾ同じになり、最終的に、より出力の大きな部
分まで入出力特性が直線性を示す。
The input / output characteristics of such a multi-channel high-output HEMT having two peaks at g m and f T are as shown by a curve C in FIG. That is, a small place in the output P 0 is reduced in the input P i (this portion corresponds to the recessed portion of the g m, f T), the input P i is Ho and that of HEMT gain single channel structure as becomes largeヾ They become the same, and finally, the input / output characteristics show linearity up to the part with higher output.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら第13図の曲線Cのような入出力特性は、
小入力、大入力で利得が小、中間部分でのみ利得が大、
という特性であるから、増幅器の歪を著しく増大させ
る。
However, the input / output characteristics as shown by the curve C in FIG.
The gain is small at small input and large input, the gain is large only at the middle part,
Therefore, the distortion of the amplifier is significantly increased.

入力Piが小さい所での小利得を改善するには、遮断周
波数fTの特性の双峰性をなくす、相互コンダクタンスgm
のVGS依存性をなくす(gmをVGSに対しフラットにする)
ことが必要である。
To improve small gain at the input P i is small, eliminate the bimodal characteristic of the cutoff frequency f T, transconductance g m
Eliminate the V GS-dependent (to flat relative to the g m V GS)
It is necessary.

即ち本発明は、第4図の双峰特性のfT−IDS曲線C2
フラットな点線曲線C3にする、遮断周波数fTのドレイン
電流IDS依存性をなくすことを目的とするものである。
That is, the present invention is intended to be an f T -I DS curve C 2 bimodal characteristic of FIG. 4 thus flat dotted curve C 3, eliminating the drain current I DS dependence of the cutoff frequency f T It is.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明の高電子移動度トランジスタ(HEMT)は、絶縁
性または半絶縁性基板上にエピタキシャル成長させた活
性層を有し、該活性層が3つ以上のヘテロ接合を持って
複数の2次元電子ガスチャネルを備える基板を使用す
る。
The high electron mobility transistor (HEMT) of the present invention has an active layer epitaxially grown on an insulating or semi-insulating substrate, and the active layer has three or more heterojunctions and a plurality of two-dimensional electron gases. A substrate with channels is used.

該複数の2次元電子ガスチャネルに挟まれた層は、該
2次元電子ガスチャネルを構成する材料よりも電子親和
力の小さな材料で作られるが、本発明ではこの材料の層
の厚みt(単位はÅ)、該材料中にドープした不純物の
濃度ND(単位は1×1017cm-3)に次の関係を持たせる。
The layer sandwiched between the plurality of two-dimensional electron gas channels is made of a material having a smaller electron affinity than the material constituting the two-dimensional electron gas channel. In the present invention, the thickness t of the layer of this material (unit is: Å), the following relationship is given to the concentration N D (unit: 1 × 10 17 cm −3 ) of the impurity doped in the material.

t380×(ND−0.79 〔作用〕 第2図、第3図に示した相互コンダクタンスgmの凹
み、遮断周波数fTの凹み、及びこれらの特性が反映され
た第13図の曲線Cの歪みは、第1図の2nd2DEGチャネル1
6と3rd2DEGチャネル14との間に入った、電子供給層とな
るn−AlGaAs層15の不純物濃度NDと厚みtが最適化され
ていないことに起因している。即ち、n−AlGaAs層15の
不純物濃度が高すぎるか、厚みが厚すぎると、該層15中
に残留キャリアが存在し、上記現象(凹み、歪み)が起
る。即ち電子供給層15に残留キャリアがあると、この層
もドレイン電流に寄与することになるが、層15内の電子
移動度は低い。gmやfTは電子移動度に関係しており、こ
れが低くなるとgmやfTが悪くなる。電子供給層15は、2D
EGへ電子を供給するが、自身は電流通路にはならないよ
うにするのがよい。
t380 × (N D) -0.79 [action] Figure 2, recessed transconductance g m shown in FIG. 3, recessed cut-off frequency f T, and the curve C in FIG. 13 in which these characteristics are reflected The distortion is the 2nd2DEG channel 1 in FIG.
Entered into between 6 and 3rd2DEG channel 14, the impurity concentration N D and the thickness t of the n-AlGaAs layer 15 serving as the electron supply layer is due to the fact that not optimized. That is, if the impurity concentration of the n-AlGaAs layer 15 is too high or the thickness is too thick, residual carriers are present in the layer 15 and the above-described phenomenon (dent or distortion) occurs. That is, if there are residual carriers in the electron supply layer 15, this layer also contributes to the drain current, but the electron mobility in the layer 15 is low. g m and f T are related to the electron mobility, and the lower this is, the worse the g m and f T are. The electron supply layer 15 is 2D
Electrons are supplied to the EG, but it is better not to be a current path.

第6図はn−AlGaAs層15の厚みtを変えたときのハン
ドダイヤフラムであり、(a)は中性領域(この部分に
電子が溜る)が充分である場合、(b)は厚みを薄くし
て中性領域がちょうど消滅した場合、(c)は厚みを更
に薄くしてフェルミレベルEFと伝導層の底との差を3kT
にした場合である。n−AlGaAs層15の不純物濃度NDが高
すぎるか厚みtが厚すぎるかして該層中に残留キャリア
が存在すると、第6図(a)または(b)の状態にな
る。該層中の残留キャリアを減らすには第6図(c)に
示すように、伝導帯の底EcとフェルミレベルEFが3kT以
上離れていることが望ましく、このようにすると該層中
の残留キャリアは該層(n−AlGaAs)中の不純物の濃度
NDの5%以下になる。即ち、NDが1018のオーダなら該層
中の残留キャリアは1016のオーダになる。第6図(b)
では1017のオーダである。
6A and 6B show a hand diaphragm when the thickness t of the n-AlGaAs layer 15 is changed. FIG. 6A shows a case where a neutral region (electrons collect in this portion) is sufficient, and FIG. and if the neutral region has just disappear, the difference between the bottom of (c) is the Fermi level E F and conductive layer to further reduce the thickness 3kT
This is the case. the impurity concentration N D is too high or the thickness t of the n-AlGaAs layer 15 with or too thick there is a residual carrier in the layer, a state of FIG. 6 (a) or (b). As will reduce the residual carriers in the layer shown in Figure No. 6 (c), it is desirable to base E c and the Fermi level E F of the conduction band are separated by more than 3 kT, in the layer In this way The residual carrier is the concentration of impurities in the layer (n-AlGaAs).
Of 5% or less of N D. That is, the residual carriers in if N D 10 18 the order said layer becomes 10 16 order. FIG. 6 (b)
Then it is in the order of 10 17 .

このような条件でNDとtの関係を求めると第5図が得
られる。即ち、NDが2×1018ならtは36Å以下、1×10
18なら62Å以下、5×1017なら107Å以下で第6図
(c)の状態が得られる。つまりNDとtが第5図の曲線
Cの内側(斜線を付して示す)にあるようにすれば、
gm,fTの凹み、入出力特性の非直線性はほヾ問題となく
なる。曲線Cは次式で近似させることができ、 t=380×ND −0.79 従って必要なt,NDの関係は t380×(ND−0.79 とすることができる。但しtの単位はÅ、NDの単位は10
17cm-3である。
When the relationship between ND and t is obtained under such conditions, FIG. 5 is obtained. That is, if N D is 2 × 10 18 t is 36Å or less, 1 × 10
If it is 18, the condition shown in FIG. 6 (c) is obtained at 62 ° or less and 5 × 10 17 at 107 ° or less. That N D and t is if as in the inside of the curve C of FIG. 5 (shown hatched),
The depression of g m and f T and the non-linearity of the input / output characteristics almost disappear. Curve C can be approximated by the following equation, t = 380 × N D -0.79 therefore necessary t, the relationship N D may be a t380 × (N D) -0.79. However, the unit of t is Å, the unit of the N D 10
17 cm -3 .

〔実施例〕〔Example〕

本発明のHEMTの基板構造は例えば第1図の3つの2DEG
層14,16,18を持つものとしてよい。この第1図の基板の
各層11〜20の厚みを前述の通りとするとn−AlGaAs層15
の厚みは15nm、NDは1×1018cm-3であるから、片側75Å
で第6図(b)となる。第6図(c)にするには第5図
から片側62Å以下、従って層15の厚みは12.4nm以下にす
べきである。
The substrate structure of the HEMT of the present invention is, for example, three 2DEGs shown in FIG.
It may have layers 14, 16, 18. Assuming that the thicknesses of the layers 11 to 20 of the substrate shown in FIG.
The thickness 15 nm, since the N D is 1 × 10 18 cm -3, on one side 75Å
6 (b). 6 (c), the thickness of one side should be 62 ° or less from FIG. 5, and the thickness of the layer 15 should be 12.4 nm or less.

最上層のn−GaAs層20を厚くしたりして、リセス構造
のゲートを取付けても1st2DEG層18が欠乏層化されない
ようにすれば、第2図、第3図などで山は3つになり、
一層広範囲でほヾ平坦なgm,fT特性が得られる。この場
合n−AlGaAs17についてもt380×(ND−0.79の関
係を持たせる。なおt380×(ND−0.79は、第5図
の曲線Cの内側、を示す近似式であり、従って式の形は
変形できる。要は2DEG層で囲まれた電子供給層15,17,…
…が残留電荷を持たない(僅小にする)ようにその厚み
tと不純物濃度NDを定めることである。
If the 1st2DEG layer 18 is not depleted even when the gate of the recess structure is attached by thickening the uppermost n-GaAs layer 20 or the like, the peaks are reduced to three in FIGS. 2 and 3. Become
More extensive and ho Isuzu flat g m, f T characteristics. To have a relationship t380 × (N D) -0.79 also in this case n-AlGaAs17. Note t380 × (N D) -0.79 is inside of the curve C of FIG. 5, an approximation equation showing the, thus the form of the formula can be modified. In short, the electron supply layers 15, 17, surrounded by 2DEG layers ...
... it is is (to僅小) having no residual charge as to determine the thickness t and the impurity concentration N D.

第1図の基板を使用してゲート電極を付け、ソース/
ドレイン領域を形成し、これらの領域にソース/ドレイ
ン電極を取付けるがその要領は第7図と同様である。ソ
ース/ドレイン領域は表面から層12あたりまで形成す
る。
A gate electrode is attached using the substrate of FIG.
Drain regions are formed, and source / drain electrodes are attached to these regions. The procedure is the same as in FIG. The source / drain regions are formed from the surface to around the layer 12.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明によれば、マルチチャネル
型高出力HEMTにおいてgm、fT特性を平らにし、入出力特
性の直線範囲を低〜高入力に亘って拡大することができ
る。
As described above, according to the present invention, it is possible to flatten the g m and f T characteristics in a multi-channel type high-output HEMT and expand the linear range of input / output characteristics from low to high input.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明のHEMTの基板構造の説明図、 第2図は第1図の基板のC−V測定による特性例を示す
グラフ、 第3図は第1図の基板を用いたHEMTのfT特性を示すグラ
フ、 第4図は望ましいfT特性を説明するグラフ、 第5図は望ましいt,NDの関係を示すグラフ、 第6図はAlGaAs層の厚みを変えたときのバンドダイヤグ
ラム、 第7図はHEMTの構造の説明図、 第8図はHEMTの基板例の説明図、 第9図はHEMTのID,VD特性図、 第10図はHEMTの入出力特性例を示すグラフ、 第11図は第8図の基板のC−V測定による特性例を示す
グラフ、 第12図はgm特性例を示すグラフ、 第13図は入出力特性例を示すグラフである。 第1図で10は絶縁性または半絶縁性基板、 (1〜20はエピタキシャル成長層、14,16,18は2次元電
子ガスチャネルを形成する層、13,15,17,19は該層の材
料よりも電子親和力の小さな材料の層である。
FIG. 1 is an explanatory view of the substrate structure of the HEMT of the present invention, FIG. 2 is a graph showing an example of characteristics of the substrate of FIG. 1 by CV measurement, and FIG. 3 is a diagram of the HEMT using the substrate of FIG. graph showing f T characteristics graph Figure 4 is for explaining a desirable f T characteristics, Figure 5 is desirable t, graphs showing the relationship between N D, band diagram when FIG. 6 is obtained by changing the thickness of the AlGaAs layer , FIG. 7 is an explanatory diagram of the structure of the HEMT, FIG. 8 is an explanatory diagram of an example of the substrate of the HEMT, FIG. 9 is a diagram of the I D and V D characteristics of the HEMT, and FIG. graph, Fig. 11 is a graph showing a characteristic example by C-V measurement of the substrate of FIG. 8, FIG. 12 is a graph showing the g m characteristic example, FIG. 13 is a graph showing an input-output characteristic example. In FIG. 1, 10 is an insulating or semi-insulating substrate, (1 to 20 are epitaxially grown layers, 14, 16, and 18 are layers forming a two-dimensional electron gas channel, and 13, 15, 17, and 19 are materials of the layers. This is a layer of a material having a smaller electron affinity than that of the material.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】絶縁性または半絶縁性基板と、 該基板上に成長させたGaAsからなる第1及び第2の2次
元電子ガスチャネル層と、 該第1及び第2の2次元電子ガスチャネル層の間に形成
されたAlGaAs電子供給層とを備えた高電子移動度トラン
ジスタにおいて、 前記電子供給層の厚みt(Å)と該電子供給層にドープ
した不純物の濃度ND(1×1017cm-3)が、 t≦380×(ND−0,79 を満足するようにしてなることを特徴とする高周波高電
子移動度トランジスタ。
An insulating or semi-insulating substrate; first and second two-dimensional electron gas channels made of GaAs grown on the substrate; and first and second two-dimensional electron gas channels. In a high electron mobility transistor having an AlGaAs electron supply layer formed between layers, the electron supply layer has a thickness t (Å) and an impurity concentration N D (1 × 10 17 ) doped into the electron supply layer. cm −3 ) satisfying t ≦ 380 × (N D ) −0.79 .
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