JP2898376B2 - 高電子移動度トランジスタ - Google Patents
高電子移動度トランジスタInfo
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- JP2898376B2 JP2898376B2 JP22080590A JP22080590A JP2898376B2 JP 2898376 B2 JP2898376 B2 JP 2898376B2 JP 22080590 A JP22080590 A JP 22080590A JP 22080590 A JP22080590 A JP 22080590A JP 2898376 B2 JP2898376 B2 JP 2898376B2
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- Japan
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- hemt
- inalas
- ingaas
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Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、高電子移動度トランジスタ（以下HEMTと略
称する）に係り、特にInP基板上に構成されるHEMTの改
良構造に関する。
称する）に係り、特にInP基板上に構成されるHEMTの改
良構造に関する。
（従来の技術） InPを基板とし、これに格子整合するInGaAs層とInAlA
s層とのヘテロ接合界面をチャンネルとするHEMTは、そ
れまでのAlGaAs層とGaAs層とのヘテロ接合界面をチャン
ネルとするHEMTに比べ、高電子移動度、高シート電子濃
度が得られ、かつ短ゲート化に伴って生じるショートチ
ャンネル効果を抑止できるため、AlGaAs/GaAs系HEMTを
上回る特性が得られる素子として期待され、活発な研究
が続けられている。
s層とのヘテロ接合界面をチャンネルとするHEMTは、そ
れまでのAlGaAs層とGaAs層とのヘテロ接合界面をチャン
ネルとするHEMTに比べ、高電子移動度、高シート電子濃
度が得られ、かつ短ゲート化に伴って生じるショートチ
ャンネル効果を抑止できるため、AlGaAs/GaAs系HEMTを
上回る特性が得られる素子として期待され、活発な研究
が続けられている。
以下本発明の従来例として、InAlAs/InGaAs/InP格子
接合型HEMTの構造について述べる。第２図は、このHEMT
の断面図であり、図中１はInP基板、２はバッファ層と
なるアンドープInAlAs層、３はチャンネル層となるInGa
As層、４は電子供給層となるｎ型InAlAs層、５はゲート
電極7Gとショットキ接合を形成するために設けられるア
ンドープInAlAs層、６はソース電極7S及びドレイン電極
7Dとオーミック接合を形成するために設けられる、キャ
ップ層となるｎ型InGaAs層を各々示す。図において、In
AlAs層をはじめとする２〜６の各層は、通常InP基板１
と格子整合するように各層の組成が選ばれる。
接合型HEMTの構造について述べる。第２図は、このHEMT
の断面図であり、図中１はInP基板、２はバッファ層と
なるアンドープInAlAs層、３はチャンネル層となるInGa
As層、４は電子供給層となるｎ型InAlAs層、５はゲート
電極7Gとショットキ接合を形成するために設けられるア
ンドープInAlAs層、６はソース電極7S及びドレイン電極
7Dとオーミック接合を形成するために設けられる、キャ
ップ層となるｎ型InGaAs層を各々示す。図において、In
AlAs層をはじめとする２〜６の各層は、通常InP基板１
と格子整合するように各層の組成が選ばれる。
第２図に示す格子整合型HEMTは、それまでのAlGaAs/G
aAsヘテロ接合界面をチャンネルとするHEMTに比べて、
電子移動度が高い等上述した優れた特徴を有するため、
従来不可能であったミリ波帯での動作が可能となり、最
近の低雑音HEMTでは、遮断周波数が200GHz以上の特性が
報告されている。
aAsヘテロ接合界面をチャンネルとするHEMTに比べて、
電子移動度が高い等上述した優れた特徴を有するため、
従来不可能であったミリ波帯での動作が可能となり、最
近の低雑音HEMTでは、遮断周波数が200GHz以上の特性が
報告されている。
第２図に示すHEMTにおける問題点はゲートとソース
（もしくはドレイン）間のリーク電流が大きいことであ
る。例えば第２図において、５のアンドープInAlAs層を
厚さ100Å、４のｎ型InAlAs層を厚さ100Å、キャリア濃
度1.8×1018cm-3に選びHEMTを構成すると、ゲート、ソ
ース間の耐圧（リーク電流が10μＡ流れる場合の電圧で
規定する）は、約1Vであり、AlGaAs/GaAs系HEMTの４〜5
Vに比べると著しく低い。このように耐圧が低い理由
は、InAlAs層とTiやAl等の金属とでショットキ接合を形
成すると、その接合の障害高さが0.5〜0.6eVしかなく、
AlGaAs層上に形成されたショットキ接合の障壁高さ0.85
〜0.95eVに比べて低いためである。
（もしくはドレイン）間のリーク電流が大きいことであ
る。例えば第２図において、５のアンドープInAlAs層を
厚さ100Å、４のｎ型InAlAs層を厚さ100Å、キャリア濃
度1.8×1018cm-3に選びHEMTを構成すると、ゲート、ソ
ース間の耐圧（リーク電流が10μＡ流れる場合の電圧で
規定する）は、約1Vであり、AlGaAs/GaAs系HEMTの４〜5
Vに比べると著しく低い。このように耐圧が低い理由
は、InAlAs層とTiやAl等の金属とでショットキ接合を形
成すると、その接合の障害高さが0.5〜0.6eVしかなく、
AlGaAs層上に形成されたショットキ接合の障壁高さ0.85
〜0.95eVに比べて低いためである。
以上述べたように、InAlAs/InGaAs/InP格子整合型HEM
Tは、その材料面での優れた特徴から、AlGaAs/GaAs系HE
MTを凌駕するものと期待されながら、ゲート、ソース間
の耐圧が低いため、信頼性に不安が残ることや、ソー
ス、ドレイン間に印加する電圧が制約されるために、電
力素子には適用できない等の問題により製品化を図るこ
とができない状況であった。
Tは、その材料面での優れた特徴から、AlGaAs/GaAs系HE
MTを凌駕するものと期待されながら、ゲート、ソース間
の耐圧が低いため、信頼性に不安が残ることや、ソー
ス、ドレイン間に印加する電圧が制約されるために、電
力素子には適用できない等の問題により製品化を図るこ
とができない状況であった。
（発明が解決しようとする課題） 叙上のごとく、従来の構造の格子整合型HEMTはゲート
耐圧が低いという重大な問題点があった。
耐圧が低いという重大な問題点があった。
本発明の目的は、上記ゲート耐圧が低いという格子整
合型HEMTにおける問題点を解消するための改良された構
造を提供するにある。
合型HEMTにおける問題点を解消するための改良された構
造を提供するにある。
（課題を解決するための手段） 本発明に係るHEMTは、InP基板上に、少なくともチャ
ネル層となるInGaAs層と、電子供給層となるInAlAs層
と、キャップ層となるｎ型InGaAs層とを具備するエピタ
キシャルウエハを用い、該エピタキシャルウエハ上にソ
ース、ドレイン及びゲート電極を形成して構成される高
電子移動度トランジスタにおいて、前記InAlAs層と前記
ｎ型InGaAs層との間にゲート電極が形成されたAlxGa1-x
As層（０≦ｘ≦１）を有することを特徴とする。
ネル層となるInGaAs層と、電子供給層となるInAlAs層
と、キャップ層となるｎ型InGaAs層とを具備するエピタ
キシャルウエハを用い、該エピタキシャルウエハ上にソ
ース、ドレイン及びゲート電極を形成して構成される高
電子移動度トランジスタにおいて、前記InAlAs層と前記
ｎ型InGaAs層との間にゲート電極が形成されたAlxGa1-x
As層（０≦ｘ≦１）を有することを特徴とする。
（作用） 上記従来の構造のHEMTにあっては、ゲート−ソース間
のゲート耐圧が約1Vと低かったものが、本発明によれば
８〜10Vと顕著に向上するとともに、信頼性についても
十分に優れたHEMTが得られた。
のゲート耐圧が約1Vと低かったものが、本発明によれば
８〜10Vと顕著に向上するとともに、信頼性についても
十分に優れたHEMTが得られた。
（実施例） 以下本発明の実施例につき第１図を参照して説明す
る。
る。
第１図は本発明に係るHHMTの断面図であって、図中１
はInP基板、２はアンドープInAlAs層、３はInGaAs層、
４はｎ型InAlAs層を各々示し、各結晶層は第２図で示し
た従来例と同じである。
はInP基板、２はアンドープInAlAs層、３はInGaAs層、
４はｎ型InAlAs層を各々示し、各結晶層は第２図で示し
た従来例と同じである。
15は本発明の特徴であるAlGaAs層である。実施例で
は、Al組成を0.3、厚さ100Å、アンドープとした。６は
ｎ型InGaAs層で、ソース電極８及びドレイン電極９は、
InGaAs層６上に形成される。ゲート電極７は、前記InGa
As層６に一部エッチングを施し露出したAlGaAs層15上に
形成されている。
は、Al組成を0.3、厚さ100Å、アンドープとした。６は
ｎ型InGaAs層で、ソース電極８及びドレイン電極９は、
InGaAs層６上に形成される。ゲート電極７は、前記InGa
As層６に一部エッチングを施し露出したAlGaAs層15上に
形成されている。
ここでAlGaAs層の組成及び厚さを各々0.3、100Åとし
たのはAlGaAs層の結晶品質により決められたものであ
る。即ち、後述する本発明の効果を高めるためには、Al
組成を大きくし、厚さを厚くすることが望ましいが、Al
組成を大きくし過ぎると、AlGaAs層の結晶品質が悪くな
り、却って本発明の効果が低減してしまう。また厚さを
厚くし過ぎると、ゲート電極とチャネル層との電界が弱
くなる結果、HEMTの伝達コンダクタンスが小さくなり、
素子特性が悪くなる。さらにつけ加えるならば、MBE法
によるAlGaAs層の成長は、300〜350℃の低温で成長させ
ることが望ましい。
たのはAlGaAs層の結晶品質により決められたものであ
る。即ち、後述する本発明の効果を高めるためには、Al
組成を大きくし、厚さを厚くすることが望ましいが、Al
組成を大きくし過ぎると、AlGaAs層の結晶品質が悪くな
り、却って本発明の効果が低減してしまう。また厚さを
厚くし過ぎると、ゲート電極とチャネル層との電界が弱
くなる結果、HEMTの伝達コンダクタンスが小さくなり、
素子特性が悪くなる。さらにつけ加えるならば、MBE法
によるAlGaAs層の成長は、300〜350℃の低温で成長させ
ることが望ましい。
上記の如くして第１図に示す構造のHEMTを製作し、ゲ
ート電極とソース及びドレイン電極との電流電圧特性を
測定した。その結果、リーク電流は4V印加時に８μＡで
あった。また破壊耐圧は８〜10Vであり、実用上十分な
値が得られた。さらに、このHEMTを同一ロットから10個
任意に抽出し250℃、100時間の通電を施し、ショットキ
接合の特性変動を調べた。その結果4V印加時のリーク電
流値の通電前後の変動は、10個とも±15％以内であり、
本発明に係るHEMTは信頼性も十分に実用に供しうるもの
であることが判明した。
ート電極とソース及びドレイン電極との電流電圧特性を
測定した。その結果、リーク電流は4V印加時に８μＡで
あった。また破壊耐圧は８〜10Vであり、実用上十分な
値が得られた。さらに、このHEMTを同一ロットから10個
任意に抽出し250℃、100時間の通電を施し、ショットキ
接合の特性変動を調べた。その結果4V印加時のリーク電
流値の通電前後の変動は、10個とも±15％以内であり、
本発明に係るHEMTは信頼性も十分に実用に供しうるもの
であることが判明した。
以上述べたように、本発明によれば、従来格子整合型
HEMTで問題となっていたゲートリーク電流を低く、ゲー
ト破壊耐圧を高くすることが可能となる。また高い信頼
性を有するショットキ接合を形成することができる。
HEMTで問題となっていたゲートリーク電流を低く、ゲー
ト破壊耐圧を高くすることが可能となる。また高い信頼
性を有するショットキ接合を形成することができる。
なお上述した実施例においては、ｎ型InAlAs層と、ｎ
型InGaAs層との間に挿入するAlGaAs層として、Al組成が
0.3、アンドープで厚さが100Åの場合について例示した
が、本発明は何らこれら数値に限定されるものではな
く、AlGaAs層の結晶性と、要求される耐圧との兼ね合い
により適宜選択されるべきものであり、AlxGa1-xAs層
（０≦ｘ≦１）における例えばＸ＝０のGaAs層を用いて
も本発明の奏する効果に変わりはない。
型InGaAs層との間に挿入するAlGaAs層として、Al組成が
0.3、アンドープで厚さが100Åの場合について例示した
が、本発明は何らこれら数値に限定されるものではな
く、AlGaAs層の結晶性と、要求される耐圧との兼ね合い
により適宜選択されるべきものであり、AlxGa1-xAs層
（０≦ｘ≦１）における例えばＸ＝０のGaAs層を用いて
も本発明の奏する効果に変わりはない。
また、格子整合型HEMTの構造についても第１図に例示
した基本構造に限定されるものではなく、例えばInAlAs
層、InGaAs層の組成がInP基板との格子整合条件から多
少ずれた場合や、InAlAs電子供給層がｎ型で一定ドープ
ではなく、プレーナドープの場合においても如上の本発
明の効果が得られる。
した基本構造に限定されるものではなく、例えばInAlAs
層、InGaAs層の組成がInP基板との格子整合条件から多
少ずれた場合や、InAlAs電子供給層がｎ型で一定ドープ
ではなく、プレーナドープの場合においても如上の本発
明の効果が得られる。
第１図は、本発明に係る一実施例の格子整合型HEMT素子
の構造を説明するための断面図、第２図は従来例に係る
格子整合型HEMT素子の構造を説明するための断面図であ
る。 １……InP基板、２……アンドープInAlAsバッファ層、
３……InGaAsチャネル層、４……ｎ型InAlAs電子供給
層、５……アンドープInAlAs層、15……アンドープAlGa
As層、６……ｎ型InGaAsキャップ層、7G……ゲート電
極、7S……ソース電極、7D……ドレイン電極。
の構造を説明するための断面図、第２図は従来例に係る
格子整合型HEMT素子の構造を説明するための断面図であ
る。 １……InP基板、２……アンドープInAlAsバッファ層、
３……InGaAsチャネル層、４……ｎ型InAlAs電子供給
層、５……アンドープInAlAs層、15……アンドープAlGa
As層、６……ｎ型InGaAsキャップ層、7G……ゲート電
極、7S……ソース電極、7D……ドレイン電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/337 - 21/338 H01L 27/095 H01L 27/098 H01L 29/775 - 29/778 H01L 29/80 - 29/812
Claims (1)
- 【請求項１】InP基板上に、少なくともチャンネル層と
なるInGaAs層と、電子供給層となるInAlAs層と、キャッ
プ層となるｎ型InGaAs層とを具備するエピタキシャルウ
エハを用い、該エピタキシャルウエハ上にソース、ドレ
イン及びゲート電極を形成して構成される高電子移動度
トランジスタにおいて、前記InAlAs層と前記ｎ型InGaAs
層との間にゲート電極が形成されたAlxGa1-xAs層（０≦
ｘ≦１）を有することを特徴とする高電子移動度トラン
ジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22080590A JP2898376B2 (ja) | 1990-08-22 | 1990-08-22 | 高電子移動度トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22080590A JP2898376B2 (ja) | 1990-08-22 | 1990-08-22 | 高電子移動度トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04102336A JPH04102336A (ja) | 1992-04-03 |
| JP2898376B2 true JP2898376B2 (ja) | 1999-05-31 |
Family
ID=16756842
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22080590A Expired - Fee Related JP2898376B2 (ja) | 1990-08-22 | 1990-08-22 | 高電子移動度トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2898376B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10054100B2 (en) | 2016-02-09 | 2018-08-21 | Miyama, Inc. | Multipoint spark plug and multipoint ignition engine |
-
1990
- 1990-08-22 JP JP22080590A patent/JP2898376B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04102336A (ja) | 1992-04-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |