JP2964170B2 - Heterojunction field effect semiconductor device - Google Patents

Heterojunction field effect semiconductor device

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JP2964170B2 JP41005790A JP41005790A JP2964170B2 JP 2964170 B2 JP2964170 B2 JP 2964170B2 JP 41005790 A JP41005790 A JP 41005790A JP 41005790 A JP41005790 A JP 41005790A JP 2964170 B2 JP2964170 B2 JP 2964170B2
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

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、高電界領域に於ける素
子特性を改善したヘテロ接合電界効果半導体装置に関す
る。一般に、ヘテロ接合電界効果半導体装置は、通常の
電界効果半導体装置に比較して著しく高速である為、論
理回路に多用されようとしている。然しながら、この種
の電界効果半導体装置を微細化した場合、ソース・ドレ
イン間、及び、ゲート直下の電界強度が増加し、電子の
谷間遷移が発生する。このようになると、電子の有効質
量は急激に増大し、電子の速度は低下する。また、電界
からエネルギを得た電子は走行層から障壁層(電子供給
層)に広く拡散し、エネルギ・バンド構造が二次元電子
ガス層を生成し難いような形状に変化してしまう。従っ
て、前記のような問題を解消しないと、この種の電界効
果半導体装置を微細化、即ち、高集積化しても期待する
性能は得られない。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heterojunction field effect semiconductor device having improved element characteristics in a high electric field region. In general, a heterojunction field-effect semiconductor device is remarkably faster than a normal field-effect semiconductor device, and is about to be widely used in a logic circuit. However, when such a field-effect semiconductor device is miniaturized, the electric field strength between the source and the drain and immediately below the gate increases, and a valley transition of electrons occurs. When this happens, the effective mass of the electrons increases rapidly and the velocity of the electrons decreases. In addition, the electrons obtained energy from the electric field diffuse widely from the traveling layer to the barrier layer (electron supply layer), and the energy band structure changes to a shape that makes it difficult to generate a two-dimensional electron gas layer. Therefore, unless the problems described above are solved, the expected performance cannot be obtained even if the field effect semiconductor device of this type is miniaturized, that is, highly integrated.

【0002】[0002]

【従来の技術】第5図は高電子移動度トランジスタ(h
igh electron mobility tra
nsistor:HEMT)の従来例を説明する為の要
部エネルギ・バンド・ダイヤグラムを表している。図に
於いて、2は電子走行層、3はスペーサ層、4は障壁層
(電子供給層)、5は二次元電子ガス層、EV は価電子
帯の頂、EC は伝導帯の底、L2 は電子走行層2に於け
るL谷、L4 は障壁層4に於けるL谷、eは電子をそれ
ぞれ示している。このHEMTは、正常な動作状態に於
いて、電子eは散乱などを受けることが少ない二次元電
子ガス層5を高速で走行する。
2. Description of the Related Art FIG. 5 shows a high electron mobility transistor (h).
high electron mobility tra
3 shows a main part energy band diagram for explaining a conventional example of an nistor (HEMT). In FIG, 2 is an electron transit layer, 3 is a spacer layer, 4 the barrier layer (electron supply layer), the two-dimensional electron gas layer 5, E V is the valence band top of, E C is the bottom of the conduction band , L 2 is at L valley electron transit layer 2, L 4 is in L valley barrier layer 4, e represents the electron, respectively. The HEMT runs at high speed in the two-dimensional electron gas layer 5 where electrons e are less likely to be scattered or the like in a normal operation state.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】第5図に見られるHE
MTを微細化した場合、前記したように、ソース・ドレ
イン間やゲート直下での電界強度が高くなり、電子eは
高電界に依って加速される。従って、電子eが過剰なエ
ネルギを得た場合、二次元電子ガス層5が存在している
Γ谷からL谷や障壁層4に遷移拡散し、L谷に遷移した
電子eは有効質量が急激に増大し、電子速度は減少す
る。そのようになると、電子移動度は低下し、電流・電
圧特性は負性抵抗を示す。また、三角ポテンシャルから
障壁層4へ溢れ出した高エネルギ電子は、エネルギ・バ
ンドの曲がりを解消して平坦化するので、二次元電子ガ
ス層5が生成され難い状態となり、二次元電子の数が少
なくなり、しきい値電圧は高くなってしまう。このよう
に、大きい電流を取り出そうとして、HEMTに過剰な
電界を印加すると、加速された電子が谷間遷移したり、
或いは、実空間遷移して電子速度及びキャリヤ濃度は低
下してしまう。本発明は、或る程度の高電界を印加して
も、キャリヤ速度が過度に上昇しないように、且つ、低
電界でのキャリヤ速度は低下しないようにする。
The HE shown in FIG.
When the MT is miniaturized, as described above, the electric field intensity between the source and the drain and immediately below the gate increases, and the electrons e are accelerated by the high electric field. Therefore, when the electron e obtains excessive energy, the transition diffusion from the Γ valley where the two-dimensional electron gas layer 5 exists to the L valley and the barrier layer 4 occurs, and the electron e transitioning to the L valley has an abrupt effective mass. And the electron velocity decreases. In such a case, the electron mobility decreases and the current-voltage characteristics show negative resistance. The high-energy electrons that have overflowed from the triangular potential to the barrier layer 4 are flattened by eliminating the bending of the energy band, so that the two-dimensional electron gas layer 5 is hardly generated, and the number of two-dimensional electrons is reduced. And the threshold voltage increases. As described above, when an excessive electric field is applied to the HEMT in an attempt to extract a large current, the accelerated electrons make a valley transition,
Alternatively, the electron velocity and the carrier concentration are reduced due to the real space transition. The present invention ensures that the carrier velocity does not increase excessively and the carrier velocity at low electric fields does not decrease even when a certain high electric field is applied.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】第1図及び第2図は本発
明の原理を説明する為のヘテロ接合電界効果半導体装置
のエネルギ・バンド・ダイヤグラムを表し、第5図に於
いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意
味を持つものとする。図に於いて、22はキャリヤ走行
層、23は中間介在層、23Aは中間介在層23を構成
するスペーサ層、23Bは中間介在層23を構成する中
間層、23Cは中間介在層23を構成する中間層、24
は障壁層(キャリヤ供給層)、25は二次元キャリヤ・
ガス層、ΔEC1は二次元キャリヤ・ガス層25からスペ
ーサ層23Aに於ける伝導帯の底までのバンド不連続
値、ΔEC2は中間層23Bに於ける伝導帯の底と障壁層
24に於ける伝導帯の底との間のバンド不連続値、L22
はキャリヤ走行層22に於けるL谷、L23は中間介在層
23に於けるL谷、L24は障壁層24に於けるL谷をそ
れぞれ示している。第1図に見られるヘテロ接合電界効
果半導体装置では中間介在層23がスペーサ層23Aと
中間層23Bとで構成され、また、第2図に見られるヘ
テロ接合電界効果半導体装置では中間介在層23がスペ
ーサ層23Aと中間層23Cとで構成されている。この
ような構成にすると、キャリヤ速度が過剰に上昇するこ
とは抑制され、キャリヤの谷間遷移、或いは、実空間遷
移は起こり難くすることができ、しかも、低電界でのキ
ャリヤ移動度は低下しない。
FIGS. 1 and 2 show an energy band diagram of a heterojunction field effect semiconductor device for explaining the principle of the present invention, and the symbols used in FIG. And the same symbol represent the same part or have the same meaning. In the figure, 22 is a carrier running layer, 23 is an intermediate intervening layer, 23A is a spacer layer constituting the intermediate intervening layer 23, 23B is an intermediate layer constituting the intermediate intervening layer 23, and 23C is an intermediate inter layer 23. Intermediate layer, 24
Is a barrier layer (carrier supply layer), and 25 is a two-dimensional carrier layer.
The gas layer, ΔE C1, is the band discontinuity from the two-dimensional carrier gas layer 25 to the bottom of the conduction band in the spacer layer 23A, and ΔE C2 is the band discontinuity value in the bottom of the conduction band in the intermediate layer 23B and the barrier layer 24. Band discontinuity between the bottom of the conduction band and L 22
Shows in L valley carrier transit layer 22, L 23 are in L valley intermediate intervening layer 23, L 24 is the at L valley in the barrier layer 24, respectively. In the heterojunction field-effect semiconductor device shown in FIG. 1, the intermediate layer 23 is composed of a spacer layer 23A and an intermediate layer 23B. In the heterojunction field-effect semiconductor device shown in FIG. It is composed of a spacer layer 23A and an intermediate layer 23C. With such a configuration, an excessive increase in the carrier speed is suppressed, and a valley transition or a real space transition of the carrier can be made hard to occur, and the carrier mobility in a low electric field does not decrease.

【0005】前記したようなことから、本発明に依るヘ
テロ接合電界効果半導体装置に於いては、 (1) 電子供給層(例えばn−AlGaAs障壁層2
4)とキャリヤ走行層(例えばノン・ドープGaAsキ
ャリヤ走行層22)との間にキャリヤ走行層に比較して
キャリヤ移動度が小さく且つ障壁の高さが電子供給層に
比較して低い不純物添加された中間層(例えばn−Al
GaAs中間層23B)及び中間層と障壁高さが同じで
あるスペーサ層(例えばi−AlGaAsスペーサ層2
3A)からなる中間介在層(例えば中間介在層23)を
中間層が電子供給層に対向するよう設けてなることを特
徴とするか、或いは、 (2) 電子供給層とキャリヤ走行層との間にキャリヤ
走行層に比較してキャリヤ移動度が小さく且つ障壁の高
さが電子供給層に比較して低い不純物添加された量子井
戸からなる中間層(例えばn−GaAs中間層23C)
及び障壁高さ(例えばバンド不連続値ΔE c1 ) がキャ
リヤ走行層に於けるL谷(例えばL谷 22 )に比較して低
いスペーサ層からなる中間介在層を中間層が電子供給層
に対向するよう設けてなることを特徴とする。
As described above, in the heterojunction field effect semiconductor device according to the present invention, (1) an electron supply layer (for example, an n-AlGaAs barrier layer 2)
4) and a carrier traveling layer (for example, a non-doped GaAs carrier traveling layer 22), doped with impurities having a lower carrier mobility than the carrier traveling layer and a lower barrier height than the electron supply layer. intermediate layer (e.g. n-Al
The GaAs intermediate layer 23B) and a spacer layer having the same barrier height as the intermediate layer (for example, the i-AlGaAs spacer layer 2)
3A) an intermediate intermediate layer (for example, the intermediate intermediate layer 23) is provided so that the intermediate layer is opposed to the electron supply layer, or (2) between the electron supply layer and the carrier traveling layer. To carrier
Low carrier mobility and high barrier compared to the traveling layer
-Doped quantum wells with lower than that of the electron supply layer
An intermediate layer made of a door (for example, an n-GaAs intermediate layer 23C)
And barrier height (eg, band discontinuity ΔE c1 )
Low compared to the L valley (eg L valley 22 ) in the rear running layer
Intermediate layer consisting of a large spacer layer and an electron supply layer
Characterized in that it is provided so as to be opposed to .

【0006】[0006]

【作用】第1図に見られるように、キャリヤ走行層22
内で加速されたキャリヤは、バンド不連続値ΔEC1を越
えるエネルギを得た時点でスペーサ層23A並びに中間
層23Bに遷移する。この遷移したキャリヤは、中間層
23Bでの有効質量の増加、不純物散乱、合金散乱など
でエネルギ緩和される。尚、この場合の有効質量の増加
は、L谷に遷移することに依る有効質量の増加に比較す
ると小さい。このようにしてエネルギ緩和されることで
或る程度のエネルギを失ったキャリヤは中間層23Bと
障壁層24との間に存在するバンド不連続値ΔEC2を越
えることができず、一部は再びキャリヤ走行層22に戻
ることになり、実空間に於ける電子の拡散は最小限に抑
えられるので、エネルギを得たキャリヤがキャリヤ走行
層22に於けるL谷L22及び障壁層24内の広い範囲に
遷移することはなくなる。また、第2図に見られるよう
に、キャリヤ走行層22内で加速されたキャリヤは、キ
ャリヤ走行層22に於けるL谷L22よりも伝導帯の底が
低いスペーサ層23Aを飛び越えて量子井戸である中間
層23Cに落ち込んでしまう。このようなことから、ス
ペーサ層23Aに於ける伝導帯の底よりも高いエネルギ
をもったキャリヤは少なくなり、同じく、谷間散乱や広
範囲の実空間遷移は抑制されるものである。
Operation As shown in FIG. 1, the carrier traveling layer 22
The carrier accelerated in the above transitions to the spacer layer 23A and the intermediate layer 23B when the energy exceeding the band discontinuity ΔE C1 is obtained. The energy of the transferred carrier is reduced due to an increase in effective mass in the intermediate layer 23B, impurity scattering, alloy scattering, and the like. The increase in the effective mass in this case is small compared to the increase in the effective mass due to the transition to the L valley. The carriers that have lost some energy due to the energy relaxation in this way cannot exceed the band discontinuity value ΔE C2 existing between the intermediate layer 23B and the barrier layer 24, and some of them again Returning to the carrier traveling layer 22, the diffusion of electrons in the real space is minimized, so that the carrier that has gained energy has a large width in the L valley L 22 and the barrier layer 24 in the carrier traveling layer 22. It will not transition to the range. Moreover, as seen in Figure 2, the carrier is accelerated through the carrier transit layer 22, a quantum well bottom of the conduction band to jump over the lower spacer layer 23A than in L valley L 22 in the carrier transit layer 22 In the intermediate layer 23C. For this reason, the number of carriers having higher energy than the bottom of the conduction band in the spacer layer 23A is reduced, and similarly, valley scattering and wide-range real space transition are suppressed.

【0007】[0007]

【実施例】第3図は第1図に見られるエネルギ・バンド
構造をもつHEMTの実施例を説明する為の要部切断側
面図を表し、第1図及び第2図に於いて用いた記号と同
記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとす
る。図に於いて、21は基板、26は絶縁膜、27はソ
ース電極、27Aは合金化領域、28はドレイン電極、
28Aは合金化領域、29はゲート電極をそれぞれ示し
ている。
FIG. 3 is a cutaway side view for explaining an embodiment of the HEMT having the energy band structure shown in FIG. 1, and the symbols used in FIG. 1 and FIG. And the same symbol represent the same part or have the same meaning. In the figure, 21 is a substrate, 26 is an insulating film, 27 is a source electrode, 27A is an alloyed region, 28 is a drain electrode,
28A denotes an alloyed region, and 29 denotes a gate electrode.

【0008】第3図に見られるHEMTに於ける諸部分
の主要なデータを例示すると次の通りである。 基板21について 材料:半絶縁性GaAs キャリヤ走行層22について 材料:ノン・ドープGaAs厚さ:5000〔Å〕 スペーサ層23Aについて 材料:i−AlGaAs厚さ:60〔Å〕 中間層23Bについて 材料:n−AlGaAs不純物:Si不純物濃度:1×
1018〔cm-3〕厚さ:100〔Å〕 障壁層(キャリヤ供給層)24について 材料:n−AlGaAs不純物:Si不純物濃度:1×
1018〔cm-3〕厚さ:500〔Å〕 絶縁膜26について 材料:SiON厚さ:2000〔Å〕 ソース電極27及びドレイン電極28について 材料:AuGe/Au厚さ:500〔Å〕/2000
〔Å〕 ゲート電極29について 材料:Al厚さ:500〔Å〕 このような構成をもったHEMTに於いて、二次元キャ
リヤ・ガス層25からスペーサ層23Aに於ける伝導帯
の底までのバンド不連続値ΔEC1は200〔meV〕、
そして、中間層23Bに於ける伝導帯の底と障壁層24
に於ける伝導帯の底との間のバンド不連続値ΔEC2は1
00〔meV〕である。尚、ソース・ドレイン間距離は
2〔μm〕とした。
The main data of various parts of the HEMT shown in FIG. 3 are exemplified as follows. About substrate 21 Material: Semi-insulating GaAs Carrier traveling layer 22 Material: Non-doped GaAs Thickness: 5000 [Å] Spacer layer 23A Material: i-AlGaAs thickness: 60 [Å] About intermediate layer 23B Material: n -AlGaAs impurity: Si impurity concentration: 1 ×
10 18 [cm -3 ] Thickness: 100 [Å] Barrier layer (carrier supply layer) 24 Material: n-AlGaAs impurity: Si impurity concentration: 1 ×
10 18 [cm -3 ] Thickness: 500 [Å] For insulating film 26 Material: SiON thickness: 2000 [Å] For source electrode 27 and drain electrode 28 Material: AuGe / Au thickness: 500 [Å] / 2000
[Å] Regarding the gate electrode 29 Material: Al thickness: 500 [Å] In the HEMT having such a configuration, a band from the two-dimensional carrier gas layer 25 to the bottom of the conduction band in the spacer layer 23A. The discontinuous value ΔE C1 is 200 [meV],
Then, the bottom of the conduction band in the intermediate layer 23B and the barrier layer 24 are formed.
The band discontinuity ΔE C2 between the bottom of the conduction band at
00 [meV]. The distance between the source and the drain was 2 [μm].

【0009】第3図に見られるHEMTは従来から多用
されている技術を適用することで簡単に製造することが
できる。 (1) 分子線エピタキシャル成長(molecula
r beam epitaxy:MBE)法を適用する
ことに依り、半絶縁性GaAs基板21上にノン・ドー
プGaAsキャリヤ走行層22、i−AlGaAsスペ
ーサ層23A、n−AlGaAs中間層23B、n−A
lGaAs障壁層24を成長させる。尚、MBE法は有
機金属気相成長(metalorganic vapo
r phase epitaxy:MOVPE)法に代
替しても良い。 (2) 化学気相堆積(chemical vapor
deposition:CVD)を適用することに依
り、障壁層24上にSiONからなる絶縁膜26を形成
する。 (3) フォト・リソグラフィ技術に於けるレジスト・
プロセス並びにエッチング・ガスをCF4 系とする反応
性イオン・エッチング(reactiveion et
ching:RIE)法を適用することに依り、絶縁膜
26のエッチングを行ってソース電極コンタクト窓及び
ドレイン電極コンタクト窓を形成する。 (4) 絶縁膜26のエッチングを行った際のマスク膜
であるフォト・レジスト膜をそのまま残した状態で、真
空蒸着法並びに該フォト・レジスト膜を溶解・除去する
ことに依るリフト・オフ法を適用することに依り、Au
Ge/Auからなるソース電極27及びドレイン電極2
8を形成する。 (5) 温度を450〔℃〕、時間を3〔分〕とする合
金化熱処理を行って、合金化領域27A及び合金化領域
28Aを形成する。 (6) フォト・リソグラフィ技術に於けるレジスト・
プロセス並びにエッチング・ガスをCF4 系とするRI
E法を適用することに依り、絶縁膜26のエッチングを
行ってゲート電極コンタクト窓を形成する。 (7) 絶縁膜26のエッチングを行った際のマスク膜
であるフォト・レジスト膜をそのまま残した状態で、真
空蒸着法並びに該フォト・レジスト膜を溶解・除去する
ことに依るリフト・オフ法を適用することに依り、Al
からなるゲート電極29を形成する。
The HEMT shown in FIG. 3 can be easily manufactured by applying a conventionally used technique. (1) Molecular beam epitaxial growth (molecula)
By applying the r beam epitaxy (MBE) method, a non-doped GaAs carrier traveling layer 22, an i-AlGaAs spacer layer 23A, an n-AlGaAs intermediate layer 23B, and n-A are formed on a semi-insulating GaAs substrate 21.
A lGaAs barrier layer 24 is grown. In addition, the MBE method is used for metalorganic vapor deposition (metalorganic vapor deposition).
r phase epitaxy (MOVPE) method. (2) chemical vapor deposition (chemical vapor deposition)
An insulating film 26 made of SiON is formed on the barrier layer 24 by applying deposition (CVD). (3) Resists in photolithography technology
Process and Reactive Ion Etching Using CF 4 Based Etching Gas (reactiveion et
By applying a ching (RIE) method, the insulating film 26 is etched to form a source electrode contact window and a drain electrode contact window. (4) A vacuum deposition method and a lift-off method by dissolving and removing the photo-resist film while leaving the photo-resist film as a mask film when the insulating film 26 is etched. Depending on the application, Au
Source electrode 27 and drain electrode 2 made of Ge / Au
8 is formed. (5) An alloying heat treatment is performed at a temperature of 450 ° C. and a time of 3 minutes to form an alloyed region 27A and an alloyed region 28A. (6) Resists in photolithography technology
Process and RI using CF 4 as etching gas
By applying the E method, the insulating film 26 is etched to form a gate electrode contact window. (7) A vacuum deposition method and a lift-off method by dissolving / removing the photo-resist film while leaving the photo-resist film, which is a mask film when etching the insulating film 26, as they are. Depending on the application, Al
Is formed.

【0010】第4図は第3図に見られる実施例の電流−
電圧特性を従来例のそれと比較して表した線図である。
図では、縦軸にソース・ドレイン間電流を、横軸にソー
ス・ドレイン間電圧をそれぞれ採ってあり、実線は本発
明一実施例に関する特性線であって中間介在層23をも
つHEMTについて測定して得られたものであり、破線
は従来例に関する特性線であって中間介在層をもたない
HEMTについて測定して得たものである。図から判る
ように、本発明一実施例、即ち、中間介在層23を設け
たものは、高電界になるまで電流飽和は起こらず、しか
も、低電界では中間介在層23の有無に拘わらず差異が
殆ど見られない。従って、中間介在層23の存在に依っ
てキャリヤ走行層22に於ける谷間遷移は抑制されたも
のと考えられる。また、谷間遷移が抑制されれば、エネ
ルギ準位が同程度である障壁層24への実空間遷移も抑
制されることは当然である。
FIG. 4 is a graph showing the currents of the embodiment shown in FIG.
FIG. 9 is a diagram showing voltage characteristics in comparison with those of a conventional example.
In the figure, the vertical axis represents the source-drain current, and the horizontal axis represents the source-drain voltage. The solid line is a characteristic line relating to one embodiment of the present invention and is measured for the HEMT having the intermediate intermediate layer 23. The dashed line is a characteristic line relating to the conventional example, and is obtained by measuring a HEMT without an intermediate intermediate layer. As can be seen from the drawing, in the embodiment of the present invention, that is, in the case of providing the intermediate intermediate layer 23, current saturation does not occur until a high electric field is obtained. Is hardly seen. Therefore, it is considered that the valley transition in the carrier traveling layer 22 was suppressed by the presence of the intermediate intermediate layer 23. If the valley transition is suppressed, it is natural that the real space transition to the barrier layer 24 having the same energy level is also suppressed.

【0011】さて、次に、第2図に見られるエネルギ・
バンド構造をもつHEMTの実施例としては、第3図に
ついて説明したHEMTに於ける中間層23Bに対応す
る中間層23Cが厚さ50〔Å〕のGaAsからなる量
子井戸になっていることを除いて他は同一の構成にして
良い。尚、この中間層23CはGaAsのみならず、A
l組成が低いAlGaAsを用いることができ、要は、
量子井戸が形成されれば良い。この実施例に於いても、
電流−電圧特性に著しい改善が見られ、また、量子井戸
である中間層23Cを介挿したことに依る二次元キャリ
ヤ・ガス層25に於ける伝導キャリヤ数(伝導電子数)
の顕著な減少は認められなかった。
Next, the energy energy shown in FIG.
The embodiment of the HEMT having the band structure is the same as that of the HEMT described with reference to FIG. 3 except that the intermediate layer 23C corresponding to the intermediate layer 23B is a quantum well made of GaAs having a thickness of 50 [Å]. The other components may have the same configuration. The intermediate layer 23C is made of not only GaAs but also A
AlGaAs having a low l-composition can be used.
What is necessary is just to form a quantum well. In this embodiment,
A remarkable improvement in the current-voltage characteristics is observed, and the number of conduction carriers (the number of conduction electrons) in the two-dimensional carrier gas layer 25 due to the interposition of the intermediate layer 23C as a quantum well.
Was not significantly reduced.

【0012】[0012]

【発明の効果】本発明に依るヘテロ接合電界効果半導体
装置に於いては、禁止帯幅が広く且つ不純物を添加した
障壁層(キャリヤ供給層)とキャリヤ走行層との間に禁
止帯幅が狭く且つ不純物を添加した中間層及び不純物を
添加しないスペーサ層からなる中間介在層を設けてあ
る。この構成を採ることに依り、キャリヤ走行層を走行
するキャリヤはL谷に遷移して急激に移動度が低下する
前に中間層に遷移して合金散乱、不純物散乱、有効質量
の増加などの影響を受けて速度の増加が抑制されるか
ら、谷間遷移に起因する程のキャリヤ移動度低下は発生
せず、そして、中間層に遷移したキャリヤは障壁層の存
在で実空間に於ける拡散は最小限に抑えられ、従って、
従来のものに比較して高電界下に於ける特性は向上す
る。また、中間層が量子井戸で構成されている場合に
は、キャリヤに対して更に大きなブレーキをかけること
ができる。
In the heterojunction field effect semiconductor device according to the present invention, the forbidden band is wide and the forbidden band is narrow between the impurity-added barrier layer (carrier supply layer) and the carrier traveling layer. Further, an intermediate intermediate layer including an intermediate layer to which impurities are added and a spacer layer to which no impurities are added is provided. By adopting this configuration, the carrier traveling in the carrier traveling layer transitions to the L valley and transitions to the intermediate layer before the mobility is suddenly lowered, and the influence of alloy scattering, impurity scattering, increase of effective mass, and the like. Therefore, the carrier mobility does not decrease as much as that caused by the valley transition, and the carrier that has transitioned to the intermediate layer has minimal diffusion in the real space due to the presence of the barrier layer. And therefore,
The characteristics under a high electric field are improved as compared with the conventional one. Further, when the intermediate layer is formed of a quantum well, a larger brake can be applied to the carrier.

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

【図1】本発明の原理を説明する為のヘテロ接合電界効
果半導体装置のエネルギ・バンド・ダイヤグラムであ
る。
FIG. 1 is an energy band diagram of a heterojunction field effect semiconductor device for explaining the principle of the present invention.

【図2】本発明の原理を説明する為のヘテロ接合電界効
果半導体装置のエネルギ・バンド・ダイヤグラムであ
る。
FIG. 2 is an energy band diagram of a heterojunction field effect semiconductor device for explaining the principle of the present invention.

【図3】第1図に見られるエネルギ・バンド構造をもつ
HEMTの実施例を説明する為の要部切断側面図であ
る。
FIG. 3 is a sectional side view for explaining an embodiment of the HEMT having the energy band structure shown in FIG. 1;

【図4】第3図に見られる実施例の電流−電圧特性を従
来例のそれと比較して表した線図である。
FIG. 4 is a diagram showing the current-voltage characteristics of the embodiment shown in FIG. 3 in comparison with those of the conventional example.

【図5】高電子移動度トランジスタの従来例を説明する
為の要部エネルギ・バンド・ダイヤグラムである。
FIG. 5 is a main part energy band diagram for explaining a conventional example of a high electron mobility transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

22 キャリヤ走行層 23 中間介在層 23A 中間介在層23を構成するスペーサ層 23B 中間介在層23を構成する中間層 23C 中間介在層23を構成する中間層 24 障壁層(キャリヤ供給層) 25 二次元キャリヤ・ガス層 ΔEC1 バンド不連続値 ΔEC2 バンド不連続値 L22 キャリヤ走行層22に於けるL谷 L23 中間介在層23に於けるL谷 L24 障壁層24に於けるL谷Reference Signs List 22 Carrier running layer 23 Intermediate intermediate layer 23A Spacer layer constituting intermediate intermediate layer 23B Intermediate layer constituting intermediate intermediate layer 23C Intermediate layer constituting intermediate intermediate layer 23 24 Barrier layer (carrier supply layer) 25 Two-dimensional carrier Gas layer ΔE C1 band discontinuity ΔE C2 band discontinuity L 22 L valley in carrier running layer 22 L 23 L valley in intermediate intermediate layer 23 L 24 L valley in barrier layer 24

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 - 27/098 H01L 29/775 - 29/778 H01L 29/80 - 29/812 Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) H01L 21/337-21/338 H01L 27/095-27/098 H01L 29/775-29/778 H01L 29/80-29 / 812

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】電子供給層とキャリヤ走行層との間にキャ
リヤ走行層に比較してキャリヤ移動度が小さく且つ障壁
の高さが電子供給層に比較して低い不純物添加された
間層及び中間層と障壁高さが同じであるスペーサ層から
なる中間介在層を中間層が電子供給層に対向するよう設
けてなることを特徴とするヘテロ接合電界効果半導体装
置。
An impurity-doped medium having a lower carrier mobility and a lower barrier height than an electron supply layer between an electron supply layer and a carrier travel layer. > A heterojunction field-effect semiconductor device, characterized in that an intermediate layer composed of an intermediate layer and a spacer layer having the same barrier height as the intermediate layer is provided so that the intermediate layer faces the electron supply layer.
【請求項2】電子供給層とキャリヤ走行層との間にキャ
リヤ走行層に比較してキャリヤ移動度が小さく且つ障壁
の高さが電子供給層に比較して低い不純物添加された量
子井戸からなる中間層及び障壁高さがキャリヤ走行層に
於けるL谷に比較して低いスペーサ層からなる中間介在
層を中間層が電子供給層に対向するよう設けてなること
を特徴とするヘテロ接合電界効果半導体装置。
2. A carrier between an electron supply layer and a carrier traveling layer.
Lower carrier mobility and barrier compared to rear running layer
Height is lower than that of the electron supply layer.
Intermediate layer consisting of sub wells and barrier height are used as carrier traveling layers
Intermediate layer consisting of a spacer layer lower than the L valley in
The layer is provided such that the intermediate layer faces the electron supply layer.
A heterojunction field-effect semiconductor device characterized by the above-mentioned .
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