JP3108829B2 - InP-based field-effect semiconductor device - Google Patents

InP-based field-effect semiconductor device

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JP3108829B2
JP3108829B2 JP04236770A JP23677092A JP3108829B2 JP 3108829 B2 JP3108829 B2 JP 3108829B2 JP 04236770 A JP04236770 A JP 04236770A JP 23677092 A JP23677092 A JP 23677092A JP 3108829 B2 JP3108829 B2 JP 3108829B2
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protective layer
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ingaas
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康己 彦坂
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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、InP系電界効果型半
導体装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an InP-based field effect type semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、GaAs基板の上にAlGaAs
/GaAs構造を形成したHEMT等の電界効果型半導
体装置に代わって、高速性に優れているInP基板の上
にInAlAs/InGaAs構造を形成したHEMT
等のInP系電界効果型半導体装置の研究が盛んであ
る。
2. Description of the Related Art In recent years, AlGaAs has been formed on a GaAs substrate.
HEMT in which an InAlAs / InGaAs structure is formed on an InP substrate excellent in high-speed operation, instead of a field effect semiconductor device such as a HEMT having a / GaAs structure.
Research on InP-based field-effect semiconductor devices such as those described above has been active.

【0003】しかしながら、それらの半導体装置の表面
にInAlAs等の半導体材料が露出する場合には、そ
の製造中あるいは使用中に曝される雰囲気によって、I
nAlAs等の半導体材料層の表面にIn2 3 やAl
2 3 等の酸化膜あるいは他の変成層が形成されて、ゲ
ートリーク電流の増大やゲート耐圧の低下等の経時劣化
あるいは経年劣化が生じる現象が見られる。
However, when a semiconductor material such as InAlAs is exposed on the surface of such a semiconductor device, the semiconductor material may be exposed depending on the atmosphere exposed during manufacture or use.
In 2 O 3 or Al is formed on the surface of a semiconductor material layer such as nAlAs.
An oxide film such as 2 O 3 or another metamorphic layer is formed, and a phenomenon such as an increase in gate leak current and a decrease in gate withstand voltage, or deterioration over time or deterioration over time is observed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】それにもかかわらず、
従来、上記のようなInP基板上にInAlAs/In
GaAs構造を形成したHEMT等の半導体装置の特性
の劣化を防ぐための効果的な方法は発見されていない。
本発明は、特性の経時劣化を抑制したInP基板上にI
nAlAs/InGaAs構造を形成したHEMT等の
InP系電界効果型半導体装置を提供することを目的と
する。
However, nevertheless,
Conventionally, InAlAs / In is formed on an InP substrate as described above.
An effective method for preventing deterioration of characteristics of a semiconductor device such as a HEMT having a GaAs structure has not been found.
The present invention provides an IP substrate on an InP substrate in which deterioration of characteristics over time is suppressed.
An object of the present invention is to provide an InP-based field-effect semiconductor device such as a HEMT having an nAlAs / InGaAs structure.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明に依るInP系電
界効果半導体装置に於いては、InGaAsからなるオ
ーミック層、及び、InAlAsからなる電子供給層の
上にGaAsからなる保護層を形成して外部雰囲気から
遮断すると共にInGaAs層の組成を適切に選択して
応力のバランスをとり、全体として、半導体結晶内に転
位が導入されるのを防止すること、或いは、InGaA
sからなるオーミック層やInAlAsからなる電子供
給層など、Inを含む化合物半導体層の表面に生成され
る変質層の抑止に重点をおき、半導体結晶層内に転位が
導入されることを無視して各半導体層の層厚を任意且つ
適切に定めることが基本になっている。
In InP based field effect semiconductor device according to the present invention SUMMARY OF THE INVENTION may, Oh consisting InGaAs
Layer and an electron supply layer made of InAlAs.
A protective layer made of GaAs is formed on the
Cut off and properly select the composition of the InGaAs layer.
Balance the stresses and transfer them into the semiconductor crystal as a whole.
To prevent the introduction of
s ohmic layer and InAlAs electric children
Formed on the surface of a compound semiconductor layer containing In, such as a supply layer.
With emphasis on the suppression of altered layers
Arbitrarily and ignoring that it is introduced
Properly stipulated is the basis.

【0006】[0006]

【0007】[0007]

【0008】[0008]

【0009】[0009]

【作用】本発明のように、InP基板の上にInAlA
s/InGaAs構造を形成したHEMT等の半導体装
置において、その露出面のInAlAs層、InGaA
s層等のInを含む半導体層の上に、これらの半導体材
料とは格子定数が異なるが、変成層を生じにくいGaA
s保護層を形成すると、従来問題になっていたゲート耐
圧の低下やリーク電流の増大等の特性の経時劣化を防止
し信頼性の高い高性能の電界効果型半導体装置を実現す
ることができる。
According to the present invention, InAlA is formed on an InP substrate.
In a semiconductor device such as a HEMT having an s / InGaAs structure, an InAlAs layer on an exposed surface thereof, an InGaAs
On a semiconductor layer containing In such as an s layer, a GaAs layer having a different lattice constant from these semiconductor materials but hardly causing a metamorphic layer is formed.
When the s protective layer is formed, deterioration of characteristics such as a decrease in gate breakdown voltage and an increase in leak current, which have conventionally been problems, can be prevented, and a highly reliable, high performance field effect semiconductor device can be realized.

【0010】この場合、GaAs保護層を20Å程度よ
り薄くすると、これに隣接する半導体結晶層に結晶転位
が導入されるのを防ぐことができるが、結晶転位が導入
されても装置の特性に支障を生じないオーミック領域等
においては、GaAs保護層の厚さを限定する必要はな
くなる。
In this case, if the GaAs protective layer is made thinner than about 20 °, crystal dislocations can be prevented from being introduced into the adjacent semiconductor crystal layer. However, even if the crystal dislocations are introduced, the characteristics of the device are not affected. It is not necessary to limit the thickness of the GaAs protective layer in an ohmic region or the like where no pitting occurs.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。 (第1実施例)図1は、第1実施例のInP系HEMT
の構成説明図である。この図において、1はInP基
板、2はi−InAlAsバッファ層、3はi−InG
aAsチャネル層、4は2次元電子ガス、5はn−In
AlAs電子供給層、6はn(又はi)−GaAs保護
層、7はn−InGaAsオーミック層、8はn(また
はi)−GaAs保護層、9はゲート電極、10はソー
ス電極、11はドレイン電極、12はHEMT領域、1
3はオーミック領域である。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 shows an InP-based HEMT according to a first embodiment.
FIG. In this figure, 1 is an InP substrate, 2 is an i-InAlAs buffer layer, 3 is i-InG
aAs channel layer, 4 is a two-dimensional electron gas, 5 is n-In
An AlAs electron supply layer, 6 is an n (or i) -GaAs protective layer, 7 is an n-InGaAs ohmic layer, 8 is an n (or i) -GaAs protective layer, 9 is a gate electrode, 10 is a source electrode, and 11 is a drain. Electrode, 12 is HEMT area, 1
3 is an ohmic region.

【0012】この実施例のInP系HEMTにおいて
は、InP基板1の上に、厚さ3000Åのi−InA
lAsバッファ層2、厚さ500Åのi−InGaAs
チャネル層3、厚さ500Åのn−InAlAs電子供
給層5を成長してHEMT領域12を形成し、その上
に、厚さ15Åのn(又はi)−GaAs保護層6、厚
さが500Å、不純物濃度が2×1018cm-3でInP
基板と格子整合したn−InGaAsオーミック層7、
厚さ20Åのn(またはi)−GaAs保護層8を成長
してオーミック領域13を形成し、このオーミック領域
13の中央部の、n(またはi)−GaAs保護層8、
n−InGaAsオーミック層7を帯状にエッチングし
て除去し、露出した、n(又はi)−GaAs保護層6
の上にゲート電極9を形成し、2分されたn(または
i)−GaAs保護層8の上に、ソース電極10とドレ
イン電極11が形成されている。
In the InP-based HEMT of this embodiment, a 3000 ° thick i-InA
lAs buffer layer 2, i-InGaAs with a thickness of 500 °
A channel layer 3 and a 500-nm thick n-InAlAs electron supply layer 5 are grown to form a HEMT region 12, on which a 15-nm thick n (or i) -GaAs protective layer 6, a 500-mm thick, InP with impurity concentration of 2 × 10 18 cm -3
An n-InGaAs ohmic layer 7 lattice-matched to the substrate,
A 20 ° thick n (or i) -GaAs protective layer 8 is grown to form an ohmic region 13, and the n (or i) -GaAs protective layer 8 at the center of the ohmic region 13 is formed.
The n-InGaAs ohmic layer 7 is removed by etching in a strip shape, and the exposed n (or i) -GaAs protective layer 6 is removed.
On the n (or i) -GaAs protective layer 8 divided into two, a source electrode 10 and a drain electrode 11 are formed.

【0013】なお、i−InGaAsチャネル層3に
は、n−InAlAs電子供給層5によって2次元電子
ガス4が形成される。また、i−InAlAsバッファ
層2、i−InGaAsチャネル層3、n−InAlA
s電子供給層5からなるHEMT領域12としては、種
々の変形態様が考えられる。
The two-dimensional electron gas 4 is formed in the i-InGaAs channel layer 3 by the n-InAlAs electron supply layer 5. In addition, i-InAlAs buffer layer 2, i-InGaAs channel layer 3, n-InAlA
Various modifications of the HEMT region 12 including the s-electron supply layer 5 are conceivable.

【0014】このInP系HEMTにおいては、n−I
nAlAs電子供給層5によってi−InGaAsチャ
ネル層3に形成された2次元電子ガス4中の電子が、ゲ
ート電極9の電位によって制御されて、ソース電極10
とドレイン電極11の間を高速で移動することによって
増幅作用、あるいは、スイッチング作用を生じる。
In this InP-based HEMT, nI
The electrons in the two-dimensional electron gas 4 formed in the i-InGaAs channel layer 3 by the nAlAs electron supply layer 5 are controlled by the potential of the gate electrode 9 and the source electrode 10
By moving between the gate electrode and the drain electrode 11 at high speed, an amplifying action or a switching action occurs.

【0015】この実施例においては、本来ならば最上層
となるn−InGaAs層7の表面には、n(または
i)−GaAs保護層8が形成され、また、本来ならば
ゲート電極9の下にあり、ゲート電極9の周囲に露出す
るn−InAlAs電子供給層5の表面にn(又はi)
−GaAs保護層26が形成されている。
[0015] In this embodiment, the surface of the n-In Ga As layer 7 serving as the uppermost layer would otherwise, n (or i) -GaAs protective layer 8 is formed, also if originally gate electrode 9 And n (or i) on the surface of the n-InAlAs electron supply layer 5 exposed around the gate electrode 9.
A GaAs protective layer 26 is formed.

【0016】このように、変成層を形成しやすいn−I
GaAs層7とn−InAlAs電子供給層5が、n
(またはi)−GaAs保護層8、n(又はi)−Ga
As保護層6によって外部雰囲気と遮断され、これらの
層の表面への変成層の形成が抑制され、ゲート耐圧の低
下等の特性劣化が低減される。
As described above, the n-I which easily forms the metamorphic layer
The n GaAs layer 7 and the n-InAlAs electron supply layer 5
(Or i) -GaAs protective layer 8, n (or i) -Ga
The As protective layer 6 shuts off the external atmosphere, suppresses the formation of a metamorphic layer on the surface of these layers, and reduces characteristic deterioration such as a decrease in gate breakdown voltage.

【0017】そしてこの実施例においては、n−InG
aAsオーミック層7がInP基板と格子整合してお
り、その両側に隣接する格子定数が異なるn(又はi)
−GaAs保護層6の厚さが15Å、n(またはi)−
GaAs保護層8の厚さが20Åと薄いため、歪みが吸
収されてn−InGaAsオーミック層7やn−InA
lAs電子供給層5に転位が導入されることがない。
In this embodiment, n-InG
The aAs ohmic layer 7 is lattice-matched to the InP substrate, and n (or i) adjacent to both sides thereof has a different lattice constant.
-The thickness of the GaAs protective layer 6 is 15 °, n (or i)-
Since the thickness of the GaAs protective layer 8 is as thin as 20 °, the strain is absorbed and the n-InGaAs ohmic layer 7 and the n-InA
No dislocation is introduced into the 1As electron supply layer 5.

【0018】(第2実施例)図2は、第2実施例のIn
P系HEMTの構成説明図である。この図において、2
1はInP基板、22はi−InAlAsバッファ層、
23はi−InGaAsチャネル層、24は2次元電子
ガス、25はn−InAlAs電子供給層、26はn
(又はi)−GaAs保護層、27はn−InGaAs
オーミック層、28はn(またはi)−GaAs保護
層、29はゲート電極、30はソース電極、31はドレ
イン電極、32はHEMT領域、33はオーミック領域
である。
(Second Embodiment) FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a configuration of a P-based HEMT. In this figure, 2
1 is an InP substrate, 22 is an i-InAlAs buffer layer,
23 is an i-InGaAs channel layer, 24 is a two-dimensional electron gas, 25 is an n-InAlAs electron supply layer, and 26 is n
(Or i) -GaAs protective layer, 27 is n-InGaAs
An ohmic layer, 28 is an n (or i) -GaAs protective layer, 29 is a gate electrode, 30 is a source electrode, 31 is a drain electrode, 32 is a HEMT region, and 33 is an ohmic region.

【0019】この実施例のInP系HEMTにおいて
は、InP基板21の上に、i−InAlAsバッファ
層22、i−InGaAsチャネル層23、n−InA
lAs電子供給層25を成長してHEMT領域32を形
成し、その上に、厚さ20Åのn(又はi)−GaAs
保護層26、厚さが100Å、不純物濃度が3×1018
cm-3でInAsのモル比が0.75のn−InGaA
sオーミック層27、厚さが20Åのn(またはi)−
GaAs保護層28を成長してオーミック領域33を形
成し、このオーミック領域33の中央部の、n(または
i)−GaAs保護層28、n−InGaAsオーミッ
ク層27を帯状にエッチングして除去し、露出した、n
(又はi)−GaAs保護層26の上にゲート電極29
を形成し、2分されたn(またはi)−GaAs保護層
28の上に、ソース電極30とドレイン電極31が形成
されている。
In the InP-based HEMT of this embodiment, an i-InAlAs buffer layer 22, an i-InGaAs channel layer 23, an n-InA
A 1As electron supply layer 25 is grown to form a HEMT region 32, on which a 20 ° thick n (or i) -GaAs
Protective layer 26, thickness 100 °, impurity concentration 3 × 10 18
n-InGaAs having an InAs molar ratio of 0.75 at cm -3
s ohmic layer 27, 20 (thickness) n (or i) −
A GaAs protective layer 28 is grown to form an ohmic region 33, and the n (or i) -GaAs protective layer 28 and the n-InGaAs ohmic layer 27 in the center of the ohmic region 33 are removed by strip etching. Exposed, n
(Or i) Gate electrode 29 on -GaAs protective layer 26
The source electrode 30 and the drain electrode 31 are formed on the n (or i) -GaAs protective layer 28 divided into two.

【0020】なお、i−InGaAsチャネル層23に
は、n−InAlAs電子供給層25によって2次元電
子ガス24が形成され、2次元電子ガス24中の電子
が、ゲート電極29の電位によって制御され、ソース電
極30とドレイン電極31の間を移動することによって
増幅作用、あるいは、スイッチング作用を生じる。
The two-dimensional electron gas 24 is formed in the i-InGaAs channel layer 23 by the n-InAlAs electron supply layer 25, and the electrons in the two-dimensional electron gas 24 are controlled by the potential of the gate electrode 29. By moving between the source electrode 30 and the drain electrode 31, an amplifying action or a switching action occurs.

【0021】また、i−InAlAsバッファ層22、
i−InGaAsチャネル層23、n−InAlAs電
子供給層25からなるHEMT領域32としては、種々
の変形態様が考えられる。
The i-InAlAs buffer layer 22,
As the HEMT region 32 including the i-InGaAs channel layer 23 and the n-InAlAs electron supply layer 25, various modifications can be considered.

【0022】この実施例においては、本来ならば最上層
となるn−InGaAs層27の表面には、n(または
i)−GaAs保護層28が形成され、また、本来なら
ばゲート電極29の下にあり、ゲート電極29の周囲に
露出するn−InAlAs電子供給層25の表面にn
(又はi)−GaAs保護層26が形成されて、外部雰
囲気と遮断されているため、これらの層の表面への変成
層の形成が抑制され、ゲート耐圧の低下等の特性劣化が
低減される。
[0022] In this embodiment, the surface of the n-In Ga As layer 27 is the top layer would otherwise, n (or i) -GaAs protective layer 28 is formed, also, the gate electrode 29 would otherwise And n-InAlAs electron supply layer 25 exposed around gate electrode 29
(Or i) Since the -GaAs protective layer 26 is formed and is shielded from the external atmosphere, formation of a metamorphic layer on the surface of these layers is suppressed, and deterioration in characteristics such as a decrease in gate breakdown voltage is reduced. .

【0023】そして、この実施例においては、n−In
GaAs層27の格子定数がInP基板21の格子定数
より大きいが、その両側に隣接するn(またはi)−G
aAs保護層28の厚さを20Åとし、n(又はi)−
GaAs保護層26の厚さを20Åとしているため、応
力がバランスし、隣接する結晶層中に転位が生じるのを
抑制することができる。
In this embodiment, n-In
Although the lattice constant of the GaAs layer 27 is larger than the lattice constant of the InP substrate 21, n (or i) -G
The thickness of the aAs protective layer 28 is set to 20 °, and n (or i) −
Since the thickness of the GaAs protective layer 26 is set to 20 °, the stress is balanced and the generation of dislocations in the adjacent crystal layer can be suppressed.

【0024】(第3実施例)図3は、第3実施例のIn
P系HEMTの構成説明図である。この図において、4
1はInP基板、42はi−InAlAsバッファ層、
43はi−InGaAsチャネル層、44は2次元電子
ガス、45はn−InAlAs電子供給層、46はn
(又はi)−GaAs保護層、47はn−InAlAs
層、48はn−InGaAsオーミック保護層、49は
n(またはi)−GaAs層、50はゲート電極、51
はソース電極、52はドレイン電極、53はHEMT領
域、54はオーミック領域である。
(Third Embodiment) FIG. 3 is a diagram showing the In embodiment of the third embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a configuration of a P-based HEMT. In this figure, 4
1 is an InP substrate, 42 is an i-InAlAs buffer layer,
43 is an i-InGaAs channel layer, 44 is a two-dimensional electron gas, 45 is an n-InAlAs electron supply layer, and 46 is n
(Or i) -GaAs protective layer, 47 is n-InAlAs
Layer, 48 is an n-InGaAs ohmic protection layer, 49 is an n (or i) -GaAs layer, 50 is a gate electrode, 51
Is a source electrode, 52 is a drain electrode, 53 is a HEMT region, and 54 is an ohmic region.

【0025】この実施例のInP系HEMTにおいて
は、InP基板41の上に、i−InAlAsバッファ
層42、i−InGaAsチャネル層43、n−InA
lAs電子供給層45を成長してHEMT領域53を形
成し、その上に、厚さ20Åのn(又はi)−GaAs
保護層46、厚さが30ÅのInP基板41と格子整合
するn−InAlAs層47、厚さが100Å、不純物
濃度が3×1018cm-3でInAsのモル比が0.75
でInP基板41より格子定数が大きいn−InGaA
sオーミック層48、厚さが20Åのn(またはi)−
GaAs保護層49を成長してオーミック領域54を形
成し、このオーミック領域54の中央部の、n(または
i)−GaAs保護層49、n−InGaAsオーミッ
ク層48、n−InAlAs層47を帯状にエッチング
して除去し、露出したn(又はi)−GaAs保護層4
6の上にゲート電極50を形成し、2分されたn(また
はi)−GaAs保護層49の上に、ソース電極51と
ドレイン電極52が形成されている。
In the InP-based HEMT of this embodiment, an i-InAlAs buffer layer 42, an i-InGaAs channel layer 43, and an n-InA
A 1As electron supply layer 45 is grown to form a HEMT region 53, on which a 20 ° thick n (or i) -GaAs
A protective layer 46, an n-InAlAs layer 47 lattice-matched to the InP substrate 41 having a thickness of 30 °, a thickness of 100 °, an impurity concentration of 3 × 10 18 cm -3 and a molar ratio of InAs of 0.75.
N-InGaAs having a larger lattice constant than the InP substrate 41
s ohmic layer 48, 20 (thickness) n (or i) −
A GaAs protective layer 49 is grown to form an ohmic region 54, and the n (or i) -GaAs protective layer 49, n-InGaAs ohmic layer 48, and n-InAlAs layer 47 at the center of the ohmic region 54 are formed in a strip shape. Etched and removed to expose the exposed n (or i) -GaAs protective layer 4
6, a gate electrode 50 is formed, and a source electrode 51 and a drain electrode 52 are formed on the n (or i) -GaAs protective layer 49 divided into two.

【0026】なお、i−InGaAsチャネル層43に
は、n−InAlAs電子供給層45によって2次元電
子ガス44が形成され、2次元電子ガス44中の電子
が、ゲート電極50の電位によって制御され、ソース電
極51とドレイン電極52の間を移動することによって
増幅作用やスイッチング作用を生じる。
The two-dimensional electron gas 44 is formed in the i-InGaAs channel layer 43 by the n-InAlAs electron supply layer 45, and the electrons in the two-dimensional electron gas 44 are controlled by the potential of the gate electrode 50. By moving between the source electrode 51 and the drain electrode 52, an amplification action and a switching action are generated.

【0027】また、i−InAlAsバッファ層42、
i−InGaAsチャネル層43、n−InAlAs電
子供給層45からなるHEMT領域53としては、種々
の変形態様が考えられる。
Further, the i-InAlAs buffer layer 42,
As the HEMT region 53 including the i-InGaAs channel layer 43 and the n-InAlAs electron supply layer 45, various modifications can be considered.

【0028】この実施例においては、本来ならば最上層
となるn−InGaAsオーミック層48の表面にはn
(またはi)−GaAs保護層49が形成され、また、
本来ならばゲート電極50の下にあり、ゲート電極50
の周囲に露出するn−InAlAs電子供給層45の表
面にn(又はi)−GaAs保護層46が形成されて、
外部雰囲気と遮断されているため、これらの層の表面へ
の変成層の形成が抑制され、ゲート耐圧の低下等の特性
劣化が低減される。
In this embodiment, n-InGaAs ohmic layer 48, which is originally the uppermost layer, has n
(Or i) a -GaAs protective layer 49 is formed;
It is originally under the gate electrode 50,
An n (or i) -GaAs protective layer 46 is formed on the surface of the n-InAlAs electron supply layer 45 exposed around
Since it is shielded from the external atmosphere, formation of a metamorphic layer on the surface of these layers is suppressed, and deterioration in characteristics such as a decrease in gate breakdown voltage is reduced.

【0029】そして、この実施例においては、n−In
GaAsオーミック層48の格子定数がInP基板41
の格子定数より大きいが、そのInP基板41側に、I
nP基板41と格子整合するn−InAlAs層47を
介挿して、その両側に厚さ20Åのn(又はi)−Ga
As保護層46、n(またはi)−GaAs保護層49
を配置することによって、応力のバランスをとり、隣接
する結晶層中に転位が生じるのを抑制している。
In this embodiment, n-In
The lattice constant of the GaAs ohmic layer 48 is
Is larger than the lattice constant of the InP substrate 41,
An n-InAlAs layer 47 lattice-matched with the nP substrate 41 is interposed, and n (or i) -Ga having a thickness of 20 ° is formed on both sides thereof.
As protective layer 46, n (or i) -GaAs protective layer 49
By disposing the layers, the stress is balanced and the occurrence of dislocations in the adjacent crystal layer is suppressed.

【0030】(第4実施例)図4は、第4実施例のIn
P系HEMTの構成説明図である。この図において、6
1はInP基板、62はi−InAlAsバッファ層、
63はi−InGaAsチャネル層、64は2次元電子
ガス、65はn−InAlAs電子供給層、66はn
(又はi)−GaAs保護層、67はn−InGaAs
オーミック層、68はn(またはi)−GaAs保護
層、69はゲート電極、70はソース電極、71はドレ
イン電極、72はHEMT領域、73はオーミック領域
である。
(Fourth Embodiment) FIG. 4 shows the In embodiment of the fourth embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a configuration of a P-based HEMT. In this figure, 6
1 is an InP substrate, 62 is an i-InAlAs buffer layer,
63 is an i-InGaAs channel layer, 64 is a two-dimensional electron gas, 65 is an n-InAlAs electron supply layer, and 66 is n
(Or i) -GaAs protective layer, 67 is n-InGaAs
An ohmic layer, 68 is an n (or i) -GaAs protective layer, 69 is a gate electrode, 70 is a source electrode, 71 is a drain electrode, 72 is a HEMT region, and 73 is an ohmic region.

【0031】この実施例のInP系HEMTにおいて
は、InP基板61の上に、i−InAlAsバッファ
層62、i−InGaAsチャネル層63、n−InA
lAs電子供給層65を成長してHEMT領域72を形
成し、その上に、厚さ100Åのn−GaAs保護層6
6、厚さが200Å、不純物濃度が3×1018cm-3
InAsのモル比が0.75のn−InGaAsオーミ
ック層67、厚さが200Åのn−GaAs保護層68
を成長してオーミック領域73を形成し、このオーミッ
ク領域73の中央部の、n−GaAs保護層68、n−
InGaAsオーミック層67を帯状にエッチングして
除去し、露出した、n−GaAs保護層66の上にゲー
ト電極69を形成し、2分されたn−GaAs保護層6
8の上に、ソース電極70とドレイン電極71が形成さ
れている。
In the InP-based HEMT of this embodiment, an i-InAlAs buffer layer 62, an i-InGaAs channel layer 63, an n-InA
The HEAs region 72 is formed by growing the GaAs electron supply layer 65, and the n-GaAs protective layer 6 having a thickness of 100 ° is formed thereon.
6, an n-InGaAs ohmic layer 67 having a thickness of 200 °, an impurity concentration of 3 × 10 18 cm -3 and a molar ratio of InAs of 0.75, and an n-GaAs protective layer 68 having a thickness of 200 °.
Is formed to form an ohmic region 73, and the n-GaAs protective layer 68, n-
The InGaAs ohmic layer 67 is removed by etching in a strip shape, a gate electrode 69 is formed on the exposed n-GaAs protective layer 66, and the n-GaAs protective layer 6 is divided into two.
A source electrode 70 and a drain electrode 71 are formed on 8.

【0032】なお、i−InGaAsチャネル層63
に、n−InAlAs電子供給層65によって2次元電
子ガス64が形成され、2次元電子ガス64中の電子
が、ゲート電極69の電位によって制御され、ソース電
極70とドレイン電極71の間を移動することによって
増幅作用、あるいは、スイッチング作用を生じることは
前記の各実施例と同様である。
The i-InGaAs channel layer 63
Then, a two-dimensional electron gas 64 is formed by the n-InAlAs electron supply layer 65, and electrons in the two-dimensional electron gas 64 are controlled by the potential of the gate electrode 69 and move between the source electrode 70 and the drain electrode 71. Thus, an amplifying action or a switching action is generated as in the above-described embodiments.

【0033】また、i−InAlAsバッファ層62、
i−InGaAsチャネル層63、n−InAlAs電
子供給層65からなるHEMT領域72として、種々の
変形態様を採りうることも前記の各実施例と同様であ
る。
Further, the i-InAlAs buffer layer 62,
As in the above embodiments, the HEMT region 72 including the i-InGaAs channel layer 63 and the n-InAlAs electron supply layer 65 can take various modifications.

【0034】この実施例においては、本来ならば最上層
となるn−InGaAsオーミック層67の表面には、
n−GaAs保護層68が形成され、また、本来ならば
ゲート電極69の下にあり、ゲート電極69の周囲に露
出するn−InAlAs電子供給層65の表面にn−G
aAs保護層66が形成されて、外部雰囲気と遮断され
ているため、これらの層の表面への変成層の形成が抑制
され、ゲート耐圧の低下等の特性劣化が低減される。
[0034] In this embodiment, the surface of the n-In Ga As ohmic layer 67 is the top layer if originally
An n-GaAs protective layer 68 is formed, and an n-GaAs protective layer 68 is formed on the surface of the n-InAlAs electron supply layer 65 which is originally under the gate electrode 69 and is exposed around the gate electrode 69.
Since the aAs protective layer 66 is formed and is shielded from the external atmosphere, formation of a metamorphic layer on the surface of these layers is suppressed, and characteristic deterioration such as reduction in gate breakdown voltage is reduced.

【0035】そして、この実施例においては、n−In
GaAsオーミック層67の格子定数がInP基板61
の格子定数より大きく、その両側に隣接するn−GaA
s保護層68の厚さを200Åであり、n−GaAs保
護層66の厚さが100Åと厚いため、n−InGa
sオーミック層67中に転位を生じることになるが、こ
の層はオーミック接続するための機能を有する層である
ため、特性上の劣化が比較的少ないため、構造工程等で
雰囲気により変成層の形成が著しい場合は、n−GaA
s保護層68、n−GaAs保護層66を厚くして、変
成層の防止対策を優先させることができる。
In this embodiment, n-In
The GaAs ohmic layer 67 has a lattice constant of InP substrate 61.
N-GaAs larger than the lattice constant of
Since the thickness of the s protective layer 68 is 200 ° and the thickness of the n-GaAs protective layer 66 is as thick as 100 °, n-In Ga A
Dislocation occurs in the s-ohmic layer 67, but since this layer has a function for ohmic connection, its deterioration in characteristics is relatively small. Is significant, n-GaAs
By increasing the thickness of the s protective layer 68 and the n-GaAs protective layer 66, it is possible to give priority to measures for preventing a metamorphic layer.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
装置の最上層あるいはゲート電極の下に露出するInA
lAs等のInあるいはAlを含む半導体層の上にGa
As層を形成して外部雰囲気から遮断することによっ
て、これらの半導体装置の製造中あるいは使用中に曝さ
れる雰囲気によって、InあるいはAlを含む半導体層
の表面に変成層が形成されるのを防ぎ、ゲート耐圧の低
下等の特性の経時劣化を防ぐことができ、高速性が優れ
たInP基板の上にInAlAs/InGaAs構造を
形成したHEMT等の電界効果型半導体装置を提供する
ことができる。
As described above, according to the present invention,
InA exposed under the top layer of the device or under the gate electrode
Ga is formed on a semiconductor layer containing In or Al such as
The formation of the As layer and shielding from the external atmosphere prevents the formation of a metamorphic layer on the surface of the semiconductor layer containing In or Al due to the atmosphere exposed during the manufacture or use of these semiconductor devices. In addition, it is possible to provide a field effect semiconductor device such as a HEMT in which an InAlAs / InGaAs structure is formed on an InP substrate having excellent high-speed performance, which can prevent deterioration with time of characteristics such as a decrease in gate withstand voltage.

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

【図1】第1実施例のInP系HEMTの構成説明図で
ある。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a configuration of an InP-based HEMT of a first embodiment.

【図2】第2実施例のInP系HEMTの構成説明図で
ある。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a configuration of an InP-based HEMT according to a second embodiment.

【図3】第3実施例のInP系HEMTの構成説明図で
ある。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a configuration of an InP-based HEMT according to a third embodiment.

【図4】第4実施例のInP系HEMTの構成説明図で
ある。
FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of an InP-based HEMT according to a fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 InP基板 2 i−InAlAsバッファ層 3 i−InGaAsチャネル層 4 2次元電子ガス 5 n−InAlAs電子供給層 6 n(又はi)−GaAs保護層 7 n−InGaAsオーミック層 8 n(またはi)−GaAs保護層 9 ゲート電極 10 ソース電極 11 ドレイン電極 12 HEMT領域 13 オーミック領域 Reference Signs List 1 InP substrate 2 i-InAlAs buffer layer 3 i-InGaAs channel layer 4 two-dimensional electron gas 5 n-InAlAs electron supply layer 6 n (or i) -GaAs protective layer 7 n-InGaAs ohmic layer 8 n (or i)- GaAs protective layer 9 gate electrode 10 source electrode 11 drain electrode 12 HEMT region 13 ohmic region

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/337 H01L 21/338 H01L 27/095 H01L 29/778 H01L 29/80 H01L 29/808 H01L 29/812 Continued on the front page (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/337 H01L 21/338 H01L 27/095 H01L 29/778 H01L 29/80 H01L 29/808 H01L 29/812

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】InP基板上に該InP基板に近い側から
GaAsからなる保護層/InGaAs層/GaAsか
らなる保護層の積層構造が設けられ、 該InGaAs層の組成は格子定数がInPに比較して
大きく且つ全体として半導体結晶内に転位が導入されな
いように応力のバランスが保つように定められてなるこ
を特徴とするInP系電界効果半導体装置。
1. An InP substrate from a side close to the InP substrate.
GaAs protective layer / InGaAs layer / GaAs
A layered structure of a protective layer made of InP is provided, and the composition of the InGaAs layer has a lattice constant compared to that of InP.
Large and totally dislocations are not introduced into the semiconductor crystal.
It is necessary to maintain the balance of stress
InP-based field effect semiconductor device comprising and.
【請求項2】InP基板上に該InP基板に近い側から
GaAsからなる保護層/InGaAs層/GaAsか
らなる保護層の積層構造が設けられ、 該積層構造の各半導体層に於ける層厚を任意に定めて半
導体結晶内に転位が導入されてなること を特徴とするI
nP系電界効果半導体装置。
2. On an InP substrate, from a side close to the InP substrate.
GaAs protective layer / InGaAs layer / GaAs
A layered structure of a protective layer is provided, and the thickness of each semiconductor layer of the layered structure is arbitrarily determined to be half.
I characterized in that dislocations are introduced into the conductor crystal.
nP-based field effect semiconductor device.
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