JP2917719B2 - 電界効果トランジスタ - Google Patents

電界効果トランジスタ

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体を用いた電
界効果トランジスタに関し、特に半導体ヘテロ接合を有
する電界効果トランジスタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】InP基板と格子整合するIn0.53Ga
0.47Asは電子の移動度および飽和速度がGaAsより
も大きく、1GHz以上の高周波FETに適した半導体
材料として、In0.53Ga0.47Asを電流チャネルとす
るFETの試作が進められている。
【0003】例えばアンドープIn0.53Ga0.47Asと
格子整合(格子定数が一致)して、電子親和力が小さい
N型In0.52Al0.48Asとをヘテロ接合させると、ア
ンドープIn0.53Ga0.47Asのヘテロ接合界面に移動
度の高い二次元電子ガスと称する電子の蓄積層が形成さ
れる。この二次元電子ガスを電流チャネルとするFET
において、遮断周波数fT =250GHzが得られてい
る。これは他のどの材料系よりも優れたものである。
【0004】InX Ga1-X AsのIn組成比を高める
と、電子移動度および飽和速度が増加し、二次元電子ガ
スの電子濃度が増加することが実証されている。そこで
In0.53Ga0.47As電流チャネル層のIn組成比を高
くして、さらにfT を向上させる試みがなされている。
【0005】つぎに従来のFETについて図2を参照し
て説明する。これはG.I.NgらがIEEE Tra
nsactions on Electron Dev
ices,vol.36,no.10,pp.2249
〜2259,1989で報告したものと同様である。
【0006】半絶縁性InP基板1に格子整合するアン
ドープIn0.52Al0.48Asバッファ層2a、格子定数
が大きいアンドープInx Ga1-X As(0.53<X
<1)電流チャネル層3、InP基板1と格子整合する
SiドープN型In0.52Al0.48As電子供給層4aお
よびSiドープN型In0.53Ga0.47Asコンタクト層
5aが成長されている。
【0007】電子がN型In0.52Al0.48As電子供給
層4aからアンドープInx Ga1-X As電流チャネル
層3に移動して二次元電子ガスが形成される。ゲート電
極7によってソース電極8とドレイン電極9との間の二
次元電子ガスの電子濃度を変調して、ソース電極8とド
レイン電極9との間に流れる電流を制御する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来のFETではfT
を向上させようとしてアンドープInx Ga1-X As電
流チャネル層の組成比が0.7を越えると、Inx Ga
1-X As電流チャネル層とアンドープIn0.52Al0.48
Asバッファ層との間の格子定数の差が大きくなって、
結晶中の格子間歪が増大する。Inx Ga1-X As電流
チャネル層に転移欠陥が発生して、FETの性能が劣化
する。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の電界効果トラン
ジスタは、半導体基板の一主面上にInAs層とAlA
s層とを交互に積層した超格子バッファ層およびInG
aAs層からなる電流チャネル層が形成され、前記超格
子バッファ層が前記半導体基板との接合面で格子整合
し、かつ前記電流チャネル層との接合面でも格子整合す
るものである。
【0010】
【作用】MBE(分子線エピタキシアル)法によって、
結晶転移欠陥が発生しない膜厚で格子定数の異なる2種
類の化合物半導体層を交互に積層成長した超格子層が形
成されている。
【0011】この各層の厚さを5nm以下に制限するこ
とにより、格子定数の差が7%もあるInAsとAlA
sとを交互に数100nm以上積層させることができ
る。またInPと格子整合するIn0.52Al0.47Asに
相当するInAs/AlAs超格子層を形成することが
できる。
【0012】InAs層の厚さt1 とAlAs層の厚さ
2 との比t1 /t2 を0.52/0.48≒1.08
とすれば、InAs層とAlAs層とを交互に積層した
超格子層はIn0.52Al0.48As層と同じ格子定数と見
なすことができ、InP基板と格子整合する。
【0013】さらにこの超格子層のt1 /t2 を徐々に
増加させて、その上のInx Ga1-X As電流チャネル
層(0.7<X<1)と格子定数を一致させるようにす
る。
【0014】
【実施例】本発明の第1の実施例について図1(a)お
よび(b)を参照して説明する。
【0015】Feをドープした面方位(100)の半絶
縁性InP基板1上にMBE法によりアンドープInA
s層10とアンドープAlAs層11とを交互に積層し
たAlAs/InAs超格子バッファ層2、アンドープ
InX Ga1-X As電流チャネル層3、SiドープN型
InY Al1-Y As電子供給層4およびSiドープN型
InX Ga1-X Asコンタクト層5が順次エピタキシア
ル成長されている。
【0016】アンドープInX Ga1-X As電流チャネ
ル層3のIn組成比Xは0.8、厚さは15nmとし
た。N型InY Al1-Y As電子供給層4のIn組成比
Yは、InX Ga1-X As電流チャネル層3とほぼ同一
の格子定数となるようにY=0.8とし、Siのドーピ
ング濃度を2×1018cm-3とし、厚さを40nmとし
た。N型InX Ga1-X Asコンタクト層5もInX
1-X As電流チャネル層3と格子定数を一致させるよ
うにY=0.8とし、Siのドーピング濃度を1×10
19cm-3とし、厚さを50nmとした。
【0017】つぎにInAs/AlAs超格子層2につ
いて、図1(b)を参照して詳しく説明する。
【0018】半絶縁性InP基板1界面ではInAs層
10の厚さt1 とAlAs層の厚さt2 との比t1 /t
2 が0.52/0.48に近く、InPと格子定数がほ
ぼ一致するt1 =t2 =5nmとした。InAs/Al
As超格子層2の上層になるにつれてt1 +t2 =10
nmを維持しながらt1 /t2 を徐々に大きくして、ア
ンドープInX Ga1-X As電流チャネル層3(X=
0.8)の界面において格子定数を合わせるようにt1
=8nm、t2 =2nmとして、InAs/AlAs超
格子層2の全体の厚さを500nmとした。
【0019】N型InX Ga1-X Asコンタクト層5に
オーミック接触するAu−Ge/Ni(金−ゲルマニウ
ム−ニッケル)からなるソース電極8およびドレイン電
極9が形成されている。N型InX Ga1-X Asコンタ
クト層5がエッチングされて形成されたリセス領域のN
型InY Al1-Y As電子供給層4にショットキ接合す
るAl(アルミニウム)からなるゲート電極7が形成さ
れている。
【0020】ゲート電極7に印加される電圧によってソ
ース電極8とドレイン電極9との間のアンドープInX
Ga1-X As電流チャネル層3に流れる電流が制御され
る。
【0021】アンドープInX Ga1-X As電流チャネ
ル層3のIn組成比Xを0.8にすると、従来のFET
ではIn0.52Al0.48Asバッファ層およびInP基板
との格子定数の違いが大きくなり、格子間歪による転移
欠陥が生じて性能劣化を生じる。一方、本実施例ではI
nAs/AlAs超格子層2が、InX Ga1-X As電
流チャネル層3との界面および半絶縁性InP基板1と
の界面のいずれでもほぼ格子整合している。
【0022】半絶縁性InP基板1とInX Ga1-X
s電流チャネル層3との格子定数の違いによって生じる
格子間の歪はInAs/AlAs超格子層2超格子で緩
和されて結晶中に転移欠陥は発生しない。したがって本
実施例のFETではInX Ga1-X As電流チャネル層
のIn組成比XをInPと格子整合する0.53から
0.8に増加させた分だけ電子移動度、飽和速度の増加
および二次元電子ガスの電子濃度が増加する。In組成
比Xを0.8に増加させたとき従来のFETに生じてい
た性能劣化の問題を解消することができた。
【0023】つぎに本発明の第2の実施例について説明
する。
【0024】第1の実施例では半絶縁性InP基板を用
いたが、本実施例ではInP基板の代りにCrをドープ
した半絶縁性GaAs基板を用いた。
【0025】GaAsはAlAsと格子定数がほぼ一致
するので、InAs/AlAs超格子の膜厚比を変える
必要がある。半絶縁性GaAs基板側では、InAs層
の厚さt1 とAlAs層の厚さt2 との比t1 /t2
0すなわちt1 =0、t2 =10nmとして、t1 +t
2 =10nmを維持しながら上層になるにつれて徐々に
1 /t2 を大きくして、InX Ga1-X As電流チャ
ネル層(X=0.8)側でt1 /t2 =0.8/0.2
になるようにt1 =8nm、t2 =2nmとする。
【0026】本実施例では第1の実施例に比べて半導体
基板とInX Ga1-X As電流チャネル層との間の格子
定数の差が大きいので、格子間歪を緩和するためInA
s/AlAs超格子層の厚さを第1の実施例の倍の10
00nmとした。
【0027】そのほかは第1の実施例と同様にして、第
1の実施例と同様の性能を得ることができた。結晶転移
欠陥に起因する性能劣化は認められなかった。
【0028】InP基板よりも安価で、機械的強度や取
り扱い易さの優れたGaAs基板を用いることができる
という利点もある。
【0029】
【発明の効果】半導体基板上にInAs層とAlAs層
とを交互に積層したInAs/AlAs超格子層および
InX Ga1-X As電流チャネル層が形成され、超格子
層が半導体基板側および電流チャネル層側で格子整合す
るように、InAs層の厚さt1 とAlAs層の厚さt
2 との比t1 /t2 を徐々に大きくした。
【0030】この超格子層によって半導体基板とInX
Ga1-X As電流チャネル層との格子定数の差で生じる
格子間歪が緩和され、InX Ga1-X As電流チャネル
層中における転移欠陥の発生が抑制されて、FETの性
能劣化の問題を解消することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1の実施例を示す断面図で
ある。(b)はInAs/AlAs超格子層を示す拡大
断面図である。
【図2】従来のFETを示す断面図である。
【符号の説明】
1 半絶縁性InP基板 2 InAs/AlAs超格子バッファ層 2a In0.52Al0.48Asバッファ層 3 InX Ga1-X As電流チャネル層 4 InY Al1-Y As電子供給層 4a In0.53Al0.48As電子供給層 5 InX Ga1-X Asコンタクト層 5a In0.53Ga0.47Asコンタクト層 6 リセス 7 ゲート電極 8 ソース電極 9 ドレイン電極 10 InAs層 11 AlAs層

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の一主面上にInAs層とA
    lAs層とを交互に積層した超格子バッファ層および
    nGaAs層からなる電流チャネル層が形成され、前記
    超格子バッファ層が前記半導体基板との接合面で格子整
    合し、かつ前記電流チャネル層との接合面でも格子整合
    することを特徴とする電界効果トランジスタ。
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