JP3245657B2 - ヘテロ接合型電界効果トランジスタ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ヘテロ接合型電界効果
トランジスタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、種々の高速用トランジスタが開発
されており、このヘテロ接合型電界効果型トランジスタ
もそのひとつである。この従来のヘテロ接合型電界効果
トランジスタは、たとえば図９に示されるような構成で
ある。

【０００３】同図において、このトランジスタは、例え
ばＩｎＰからなる化合物半導体で形成された半絶縁性半
導体基板１を使用し、この上に、例えばＩｎＡｌＡｓ系
のような化合物半導体によって構成され、しかもｎ型不
純物またはｐ型不純物のいずれも意図的に導入されてい
ないか導入されていても十分低い濃度でしか導入されて
いないバッファ用半導体層２が形成されている。このバ
ッファ用半導体層２上には、バッファ用半導体層２に比
し大きな電子親和力を有する、例えばＩｎＧａＡｓ系の
ような化合物半導体によって構成され、しかもｎ型不純
物またはｐ型不純物のいずれも意図的に導入されていな
いか導入されていても十分低い濃度でしか導入されてい
ないチャンネル形成用半導体層３が形成されている。

【０００４】さらに、チャンネル形成用半導体層３上に
は、スペーサ用半導体層４を介して、チャンネル形成用
半導体層３に比し小さな電子親和力を有する、例えばＩ
ｎＡｌＡｓ系のような化合物半導体によって構成され、
しかもｎ型不純物を高濃度に導入している電子供給用半
導体層５が形成されている。この場合、スペーサ用半導
体層４は、チャンネル形成用半導体層３に比し小さな電
子親和力を有する例えばＩｎＡｌＡｓ系でなる化合物半
導体によって構成され、しかもｎ型不純物またはｐ型不
純物のいずれも意図的に導入されていないか、導入され
ていても十分低い濃度でしか導入されていないものであ
る。

【０００５】また、電子供給用半導体層５上には、例え
ばＩｎＧａＡｓ系のような化合物半導体によって構成さ
れ、しかもｎ型不純物を高濃度に導入している電極付用
半導体層６が形成されている。この場合、電極付用半導
体層６には、電子供給用半導体層５を外部に臨ませる窓
７が形成されている。さらに、電子供給用半導体層５上
には、電極付用半導体層６の窓７に臨む領域において、
ショットキ接合９を形成するようにゲート電極８が配置
されている。また、電極付用半導体層６上には、窓７を
挟んだ左右両位置、したがって、ゲート電極８を挟んだ
左右両位置において、ソース電極１０およびドレイン電
極１１がそれぞれ電極付半導体層６とオーミック接触す
るように配置されている。

【０００６】このような構成を有する従来のヘテロ接合
型電界効果トランジスタによれば、チャンネル形成用半
導体層３に電子供給用半導体層５からスペーサ用半導体
層４を介して電子が供給されることによって、チャンネ
ル形成用半導体層３のスペーサ用半導体層４側におい
て、電子ガス層１３が形成される。そして、ゲート電極
８に、ソース電極１０を基準とし、空乏層がショットキ
接合９から半絶縁性半導体基板１側にスペーサ用半導体
層４及びチャンネル形成用半導体層３間のヘテロ接合ま
たはその近傍に達するまで広がるのに十分なバイアス電
圧に重畳して、制御電圧を印加すると、電子ガス層１３
における電子によるチャンネル形成用半導体層３内にお
ける電子濃度が、制御電圧の値に応じて制御される。

【０００７】したがって、ソース電極１０と、ドレイン
電極１１との間に、ドレイン電極１１側を正とする所要
の電源を、負荷を通じてあらかじめ接続しておけば、負
荷に、制御電圧に応じた電流を供給させることができ、
電界効果トランジスタとしての機能を呈する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図９に示され
るような従来のヘテロ接合型電界効果トランジスタの場
合、チャンネル形成用半導体層３には、電子供給用半導
体層５からの電子の供給による１つの電子ガス層１３し
か形成されないので、チャンネル形成用半導体層３にお
ける平均電子濃度を十分に高くすることができず、負荷
に供給できる電流値を大きくすることができない、とい
う欠点を有していた。

【０００９】また、図９に示されるような従来のヘテロ
接合型電界効果トランジスタの場合、上述した電界効果
トランジスタの機能を呈しているとき、チャンネル形成
用半導体層３のゲート電極８下の領域における電界強度
が、ソース電極１０下の領域側の端からドレイン電極１
１下の領域側の端に向かうにしたがって高くなっている
が、チャンネル形成用半導体層３を構成しているＩｎＧ
ａＡｓ系のような化合物半導体の場合、そこに走行する
電子の速度は、図３のＩｎＧａＡｓの特性に示すよう
に、低い電界強度位置において極大を呈する電界強度依
存性を示すため、チャンネル形成用半導体層３のゲート
電極８下の領域におけるソース電極１０下の領域側の領
域においては、比較的高い電子速度が得られるが、チャ
ンネル形成用半導体層３のゲート電極８下の領域におけ
るドレイン電極１１下の領域側の領域においては、比較
的低い電子速度しか得られず、チャンネル形成用半導体
層３を走行する電子の平均速度が比較的低い。このた
め、電界効果トランジスタとしての高周波特性が、良好
に得られない、という欠点を有していた。

【００１０】また、図９に示す従来のヘテロ接合型電界
効果トランジスタの場合、通常、ゲート電極８と電極付
用半導体層６との間には、わずかな間隙１２が設けられ
ている。これは、直接ゲート電極８のｎ型の不純物が高
濃度に導入された電極付用半導体層６に触れた部分で
は、ショットキ特性が得られず、オーミック特性を示
す。このため、ゲートリーク電流がゲート電極８から電
極付用半導体層６に直接流れ、チャンネル形成用半導体
層３内の二次元電子ガス１３を制御できなくなることを
避けるためである。しかしながら、この間隙１２の表面
電位は、ヘテロ接合型電界効果トランジスタを製造中、
大気、薬品、プラズマ等にさらされて変化しやすい。ま
た、この間隙１２があるため、ゲート電極８の下の空乏
層は、間隙１２の下まで広がり、間隙１２の下の領域の
チャンネル形成用半導体層３内の二次元電子ガス１３の
濃度を低下させてしまう。これは、ヘテロ接合型電界効
果トランジスタのソース抵抗およびドレイン抵抗を増大
させ、素子特性を著しく低下させる。この低下の程度
は、ヘテロ接合型電界効果トランジスタの製造工程によ
り大きく変動し、または、製造後も、素子特性の安定性
を著しく劣化させる要因となるという欠点を有してい
た。

【００１１】また、図９に示す従来のヘテロ接合型電界
効果トランジスタにおいては、そのヘテロ接合型電界効
果トランジスタの使用される回路形式により決まる閾値
電圧Ｖ_thを有することが必要である。このとき、ゲート
電極８にソース電極１０に対して閾値電圧が印加されて
いるとき、ショットキ接合９における電界強度Ｅ_sは、
Ｅ_s＝２（Ｖ_bi−Ｖ_th）／ｄとなる。ここで、ｄは電子
供給用半導体層５の厚さ、Ｖ_biは電子供給用半導体層
５、スペーサ用半導体層４とチャンネル形成用半導体層
３に存在する内部電圧である。ゲート電極の耐圧を確保
するためには、Ｅ_sを半導体材料できまる一定値以下に
下げる必要があるが、前述した式からわかるように、Ｖ
_thを固定して考えると、Ｅ_sはｄのみで決まり、ｄを小
さくすることができない。しかしながら、トランジスタ
の伝達コンダクタンスｇ_mは ｇ_m＝εｖ_s／ｄ （ｖ_sは
電子速度）で与えられ、伝達コンダクタンスを増加させ
ることが不可能となる。このため、ゲート耐圧を確保し
ながらトランジスタの特性を向上させることが困難であ
るという欠点を有していた。

【００１２】それ故、本発明の目的は、高周波特性を従
来よりも改善し、素子特性が従来より安定し、かつゲー
ト耐圧を確保しながら特性を向上させたヘテロ接合型電
界効果トランジスタを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、基板上のバッファ用半導体層上に形成された
化合物半導体からなるチャンネル形成用半導体層と、こ
のチャンネル形成用半導体層上に形成された化合物半導
体からなる電子供給用半導体層と、この電子供給用半導
体層上に形成されたショットキ接合ゲート電極、ソース
電極及びドレイン電極とを備えたヘテロ接合型電界効果
トランジスタにおいて、チャンネル形成用半導体層に比
し小さくかつスペーサ用半導体層、電子供給用半導体層
およびバッファ用半導体層に比し大きな電子親和力を有
し、かつチャンネル形成用半導体層とは電子速度の極大
値をとる電界強度の位置を異にしている化合物半導体に
よって構成され、かつこの層の電子伝導帯の底のエネル
ギレベルがフェルミレベルと同程度となるように配置さ
れた電子走行用半導体層を、バッファ用半導体層とチャ
ンネル形成用半導体層の間に形成したものである。

【００１４】また、電子走行用半導体層とチャンネル形
成用半導体層の間に、第２のスペーサ用半導体層を形成
したものである。また、バッファ用半導体層とチャンネ
ル形成用半導体層の間に、電子走行用半導体層のほか
に、さらにバッファ用半導体層と電子走行用半導体層の
間に第３のスペーサ用半導体層及び第２の電子供給用半
導体層を形成したものである。

【００１５】

【作用】チャンネル形成用半導体層に対して電子走行用
半導体層を形成したことによって、チャンネル形成用半
導体層に従来とは別の電子ガス層が形成され、負荷に供
給できる電流が格段に大きくなるとともに、良好な高周
波特性を得ることができる。また、第２のスペーサ用半
導体層を形成したことによって、チャンネル形成用半導
体層内の電子が電子走行用半導体層内の高濃度の不純物
からのクーロン散乱を有効に回避でき、電子速度が増加
して高周波特性が向上する。また、第３のスペーサ用半
導体層及び第２の電子供給用半導体層を形成したことに
よって、同様な効果が得られる。

【００１６】

【実施例】

「実施例１」図１は、本発明によるヘテロ接合型電界効
果トランジスタの第１の実施例（第１発明）を示してお
り、同図において、このトランジスタは、例えばＩｎＰ
からなる化合物半導体で形成された半絶縁性半導体基板
１の上に、例えばＩｎＡｌＡｓ系のような化合物半導体
によって構成され、しかもｎ型不純物またはｐ型不純物
のいずれも意図的に導入されていないか導入されていて
も十分低い濃度でしか導入されていないバッファ用半導
体層２が形成されている。このバッファ用半導体層２上
には、バッファ用半導体層２に比し大きな電子親和力を
有する、例えばＩｎＧａＡｓ系のような化合物半導体に
よって構成され、しかもｎ型不純物またはｐ型不純物の
いずれも意図的に導入されていないか導入されていても
十分低い濃度でしか導入されていないチャンネル形成用
半導体層３が、本発明によって特徴づけられかつ後で詳
述する電子走行用半導体層２１を介して、形成されてい
る。

【００１７】さらに、チャンネル形成用半導体層３上に
は、スペーサ用半導体層４を介して、チャンネル形成用
半導体層３に比し小さな電子親和力を有する、例えばＩ
ｎＡｌＡｓ系のような化合物半導体によって構成され、
しかもｎ型不純物を高濃度に導入している電子供給用半
導体層５が形成されている。この場合、スペーサ用半導
体層４は、チャンネル形成用半導体層３に比し小さな電
子親和力を有する例えばＩｎＡｌＡｓ系でなる化合物半
導体によって構成され、しかもｎ型不純物またはｐ型不
純物のいずれも意図的に導入されていないか、導入され
ていても十分低い濃度でしか導入されていないものであ
る。

【００１８】また、電子供給用半導体層５上には、例え
ばＩｎＧａＡｓ系のような化合物半導体によって構成さ
れ、しかもｎ型不純物を高濃度に導入している電極付用
半導体層６が形成されている。この場合、電極付用半導
体層６には、電子供給用半導体層５を外部に臨ませる窓
７が形成されている。さらに、電子供給用半導体層５上
には、電極付用半導体層６の窓７に臨む領域において、
ショットキ接合９を形成するようにゲート電極８が配置
されている。また、電極付用半導体層６上には、窓７を
挟んだ左右両位置、したがって、ゲート電極８を挟んだ
左右両位置において、ソース電極１０およびドレイン電
極１１がそれぞれ電極付半導体層６とオーミック接触す
るように配置されている。

【００１９】そして、本発明によって特徴づけられる電
子走行用半導体層２１は、バッファ用半導体層２とチャ
ンネル形成用半導体層３との間に形成されている。この
電子走行用半導体層２１は、チャンネル形成用半導体層
３に比し小さくかつスペーサ用半導体層４、電極付用半
導体層５及びバッファ用半導体層２に比し大きな電子親
和力を有し、チャンネル形成用半導体層３とは電子速度
の極大値をとる電界強度の位置を異にしている例えばＩ
ｎＰのような化合物半導体によって構成され、ｎ型不純
物が高濃度に導入されている。以上が、本発明によるヘ
テロ接合型電界効果トランジスタの第１の実施例の構成
である。

【００２０】このような本発明によるヘテロ接合型電界
効果トランジスタによれば、図２の線ａで示すように、
チャンネル形成用半導体層３の電子供給用半導体層５側
に、二次元電子ガス１３が形成されるとともに、電子走
行用半導体層２１を有するので、チャンネル形成用半導
体層３の電子走行用半導体層２１側にも電子ガス層１
３’が形成され、そして、それら電子ガス層１３および
１３’における電子濃度が、ゲート電極８に印加されて
いる制御電圧に応じて制御される。この場合、図９に示
した従来のヘテロ接合型電界効果トランジスタの場合と
同じように、ゲート電極８に印加される制御電圧に応じ
た電流を負荷に供給することができる。

【００２１】このように、図１に示す本発明によるヘテ
ロ接合型電界効果トランジスタの場合、図２の線ａで示
すように、チャンネル形成用半導体層３の上側に電子供
給用半導体層５が隣接して形成されていることによっ
て、チャンネル形成用半導体層３の電子供給用半導体層
５側に電子ガス１３が形成されるほか、チャンネル形成
用半導体層３の下側に、電子走行用半導体層２１を隣接
して形成することによって、チャンネル形成用半導体層
３の電子走行用半導体層２１側に他の電子ガス１３’が
形成される。このため、チャンネル形成用半導体層３に
おいて図９で前述した従来のヘテロ接合型電界効果トラ
ンジスタの場合に比し２倍またはそれに近い高い平均電
子濃度を有する。この結果、電子走行用半導体層２１
は、電子供給層としても作用し、負荷に供給できる電流
値を、図９に示した従来のヘテロ接合型電界効果トラン
ジスタの場合に比し格段に大きくすることができる。

【００２２】また、図１に示すヘテロ接合型電界効果ト
ランジスタの場合、チャンネル形成用半導体層３を構成
している化合物半導体も、また電子走行用半導体層２１
を構成している化合物半導体も、ともに、図９に示した
従来のヘテロ接合型電界効果トランジスタと同様に、そ
こに走行する電子の速度が、そこでの電界強度依存性を
有している。その電界依存性は、図３に示すように、電
子速度がチャンネル形成用半導体層３を構成している化
合物半導体（図１においては、Ｉｎ_0.53Ｇａ_{0. 47}Ａｓ）
と電子走行用半導体層２１を構成している化合物半導体
（図１においては、ＩｎＰ）とで互いに異なる電界強度
位置において極大値を呈している。

【００２３】したがって、チャンネル形成用半導体層３
および電子走行用半導体層２１において、ゲート電極８
下の領域におけるソース電極１０側の電界強度の低い領
域においては、電子がチャンネル形成用半導体層３内を
高速度で走行し、チャンネル形成用半導体層３および電
子走行用半導体層２１において、ゲート電極８下の領域
におけるドレイン電極１１側の電界強度の強い領域にお
いては、電子の運動エネルギが大きくかつ電子走行用半
導体層２１の電子伝導帯のポテンシャルエネルギは、図
２の線ｂで示すように、高濃度のｎ型不純物により低下
し、フェルミレベルに近い状態となっている（図２参
照）ため、電子走行用半導体層２１内の電子の存在確率
が増加し、チャンネル形成用半導体層３からの電子の移
動が容易となる。このため、ゲート電極８下の領域にお
ける平均の電子の速度を、図９に示した従来のヘテロ接
合型電界効果トランジスタの場合に比し高くすることが
できる。したがって、図９に示した従来のヘテロ接合型
電界効果トランジスタの場合に比し良好な電界効果トラ
ンジスタとしての高周波特性を得ることができる。

【００２４】また、本発明によるヘテロ接合型電界効果
トランジスタでは、ゲート電極８にソース電極１０に対
して閾値電圧が印加されているとき、ショットキ接合９
における電界強度Ｅ_sは、 Ｅ_s＝２（Ｖ_bi−Ｖ_th）／ｄ
−Ｎ₁（ｄ₁ ²＋ｄ₀＋ｄ）／（２ｄε）となる。ここで、
Ｎ₁は電子走行用半導体層２１のｎ型不純物濃度、ｄ₁は
電子走行用半導体層２１の厚さ、ｄは電子供給用半導体
層５の厚さ、ｄ₀はチャンネル形成用半導体層３の厚
さ、Ｖ_biは電子供給用半導体層５、スペーサ用半導体層
４及びチャンネル形成用半導体層３に存在する内部電圧
である。この式からわかるように、ショットキ接合９の
電界強度は、図９で上述した従来のヘテロ接合型電界効
果トランジスタに比べ低くなり、したがって、ゲート耐
圧が図９に示される従来のヘテロ接合型電界効果トラン
ジスタに比べ増加する。また、図９に示される従来のヘ
テロ接合型電界効果トランジスタに比べゲート耐圧を低
下させることなくｄを小さく出来、伝達コンダクタンス
を増加させることができる。このため、本発明によるヘ
テロ接合型電界効果トランジスタは、図９に示される従
来のヘテロ接合型電界効果トランジスタに比し設計余裕
が増大し、素子特性を向上させることができる。

【００２５】「実施例２」つぎに、図４を用いて、本発
明によるヘテロ接合型電界効果トランジスタの第２の実
施例を説明する。なお、図４において、図１との対応部
分には同一符号を付して詳細説明を省略する。また、図
４に示す本発明によるヘテロ接合型電界効果トランジス
タは、次の事項を除いて、図１を用いて説明した第１の
実施例のヘテロ接合型電界効果トランジスタと同様の構
成を有する。すなわち、電子供給用半導体層５と電極付
用半導体層６との間に、ショットキ形成用半導体層２
４、オーミック抵抗低減用半導体層２５が形成されてい
る。この場合、ショットキ形成用半導体層２４は電子供
給用半導体層５側に形成されている。

【００２６】ショットキ形成用半導体層２４は、チャン
ネル形成用半導体層３に比し小さな電子親和力を有する
例えばＩｎＡｌＡｓ系の化合物半導体によって構成さ
れ、しかもｎ型不純物またはｐ型不純物のいずれも意図
的に導入されていないか、導入されていても十分低い濃
度でしか導入されていない、スペーサ用半導体層４と同
様の構成である。この場合、ショットキ形成用半導体層
２４は、そこにおける電子の拡散長以下の厚さを有す
る。また、オーミック抵抗低減用半導体層２５は、チャ
ンネル形成用半導体層３に比し小さな電子親和力を有す
る例えばショットキ形成用半導体層２４と同じＩｎＡｌ
Ａｓ系の化合物半導体によって構成され、しかもｎ型不
純物を高濃度に導入している構成である。また、オーミ
ック抵抗低減用半導体層２５には、電極付用半導体層６
の窓７に連通しかつショットキ形成用半導体層２４を外
部に臨ませる窓（以下、その窓と電極付用半導体層６の
窓７とを通して窓７と称す）が形成され、そして、ゲー
ト電極８が、図１の電子供給用半導体層５に付されてい
るのに代え、ショットキ形成用半導体層２４にショット
キ接合９を形成するように付されている。

【００２７】以上が、本発明によるヘテロ接合型電界効
果トランジスタ第２の実施例の構成である。このような
構成を有する本発明によるヘテロ接合型電界効果トラン
ジスタの第２の実施例によれば、上述した事項を除い
て、図１で上述した本発明によるヘテロ接合型電界効果
トランジスタと同様の構成を有するので、図１で上述し
た本発明によるヘテロ接合型電界効果トランジスタと同
様の作用・効果が得られるとともに、ゲート電極８が、
電子供給用半導体層５に直接付されておらず、電子供給
用半導体層５上に形成されかつｎ型不純物またはｐ型不
純物のいずれも意図的に導入されていないか、導入され
ていても十分低い濃度でしか導入されていないショット
キ形成用半導体層２４に付されているため、ショットキ
接合９が、図１に示したヘテロ接合型電界効果トランジ
スタの場合に比し良好に形成されている。したがって、
図１のヘテロ接合型電界効果トランジスタの場合に比し
良好な特性が得られる。

【００２８】「実施例３」つぎに、図５を用いて、本発
明によるヘテロ接合型電界効果トランジスタの第３の実
施例（第２発明）を説明する。なお、図５において、図
１との対応部分には同一符号を付して詳細説明を省略す
る。また、図５に示す本発明によるヘテロ接合型電界効
果トランジスタは、次の事項を除いて、図１に示した第
１実施例のヘテロ接合型電界効果トランジスタと同様の
構成を有する。この実施例では、電子走行用半導体層２
１とチャンネル形成用半導体層３との間に、第２のスペ
ーサ用半導体層３４が形成されている。この第２のスペ
ーサ用半導体層３４は、チャンネル形成用半導体層３に
比し小さくかつスペーサ用半導体層４、電子供給用半導
体層５およびバッファ用半導体層２に比し大きな電子親
和力を有する化合物半導体であって、しかもｎ型不純物
またはｐ型不純物のいずれも意図的に導入されていない
か、導入されていても十分低い濃度でしか導入されてい
ない構成のものである。

【００２９】以上が、本発明によるヘテロ接合型電界効
果トランジスタの第３の実施例の構成である。このよう
な構成のヘテロ接合型電界効果トランジスタによれば、
上述した事項を除いて、図１で上述した本発明によるヘ
テロ接合型電界効果トランジスタと同様の構成を有する
ので、第１の実施例と同様の作用・効果が得られるとと
もに、第２のスペーサ用半導体層３４を有するので、チ
ャンネル形成用半導体層３内の電子が、電子走行用半導
体層２１内の高濃度のｎ型不純物からのクーロン散乱を
有効に回避し、したがって、チャンネル形成用半導体層
３内の電子速度が増加し、図１の第１の実施例のヘテロ
接合型電界効果トランジスタの場合に比しより高周波特
性を向上させることができる。

【００３０】「実施例４」つぎに、図６を用いて、本発
明によるヘテロ接合型電界効果トランジスタの第４の実
施例を説明する。なお、図６において、図４との対応部
分には同一符号を付して詳細説明を省略する。また、図
６に示されるヘテロ接合型電界効果トランジスタは、つ
ぎの事項を除いて、図４の第２実施例と同様の構成を有
する。すなわち、図５で上述した本発明によるヘテロ接
合型電界効果トランジスタの場合と同様に、電子走行用
半導体層２１とチャンネル形成用半導体層３との間に、
第２のスペーサ用半導体層３４が形成されている。この
第２のスペーサ用半導体層３４は、チャンネル形成用半
導体層３に比し小さくかつスペーサ用半導体層４、電子
供給用半導体層５およびバッファ用半導体層２に比し大
きな電子親和力を有する化合物半導体であって、しかも
ｎ型不純物またはｐ型不純物のいずれも意図的に導入さ
れていないか、導入されていても十分低い濃度でしか導
入されていない構成のものである。

【００３１】以上が、本発明によるヘテロ接合型電界効
果トランジスタの第４の実施例の構成である。このよう
な構成を有する本発明によるヘテロ接合型電界効果トラ
ンジスタによれば、上述した事項を除いて、図４で上述
した本発明によるヘテロ接合型電界効果トランジスタと
同様の構成を有するので、図４の実施例と同様の作用・
効果が得られるとともに、スペーサ用半導体層３４を有
するので、図５と関連して説明したヘテロ接合型電界効
果トランジスタと同様に、チャンネル形成用半導体層３
内の電子が、電子走行用半導体層２１内の高濃度のｎ型
不純物からのクーロン散乱を有効に回避され、従って、
チャンネル形成用半導体層３内の電子速度が増加し、図
４の第２実施例のヘテロ接合型電界効果トランジスタの
場合に比しより高周波特性を向上させることができる。

【００３２】「実施例５」つぎに、図７を用いて、本発
明によるヘテロ接合型電界効果トランジスタの第５の実
施例（第３発明）を説明する。なお、図７において、図
１との対応部分には同一符号を付して詳細説明を省略す
る。また、図７に示す本発明によるヘテロ接合型電界効
果トランジスタは、次の事項を除いて、図１に示した本
発明によるヘテロ接合型電界効果トランジスタと同様の
構成を有する。この図７では、図１のヘテロ接合型電界
効果トランジスタにおける、高濃度にｎ型不純物を有す
る電子走行用半導体層２１に代えて、前記バッファ用半
導体層２と前記チャンネル形成用半導体層３との間に以
下の３層が形成される。

【００３３】すなわち、この３層のひとつは、電子走行
用半導体層２１であり、この電子走行用半導体層２１
は、チャンネル形成用半導体層３に比し小さくかつ上記
スペーサ用半導体層４、上記電子供給用半導体層５に比
し大きな電子親和力を有し、チャンネル形成用半導体層
３とは電子速度の極大値をとる電界強度の位置を異にし
ている化合物半導体、例えばＩｎＰによって構成され、
しかもこの電子走行用半導体層２１には、ｎ型不純物ま
たはｐ型不純物のいずれも意図的に導入されていない
か、導入されていても十分低い濃度でしか導入されてい
ない。また、３層の残りの一つは、第３のスペーサ用半
導体層４１であり、この半導体層４１は、電子走行用半
導体層２１の下にあって、電子走行用半導体層２１に比
し小さな電子親和力を有する化合物半導体例えばＩｎＡ
ｌＡｓ系によって構成され、しかもこの半導体層４１に
は、ｎ型不純物またはｐ型不純物のいずれも意図的に導
入されていないか、導入されていても十分低い濃度でし
か導入されていない。また、３層の最後の一つは、第２
の電子供給用半導体層５１である。この半導体層５１
は、第３のスペーサ用半導体層４の下にあり、電子走行
用半導体層２１に比し小さな電子親和力を有する化合物
半導体、例えばＩｎＡｌＡｓ系によって構成され、しか
もｎ型不純物が高濃度に導入されている。

【００３４】以上が、本発明によるヘテロ接合型電界効
果トランジスタの第５実施例の構成である。このような
構成を有するヘテロ接合型電界効果トランジスタによれ
ば、図８に示すように、第２の電子供給用半導体層５１
があるため、チャンネル形成用半導体層３内に２次元電
子ガス１３が形成されるのと同じ理由で電子走行用半導
体層２１内に２次元電子ガス１３’が形成される。上述
した事項を除いて、図１の実施例のヘテロ接合型電界効
果トランジスタと同様の構成を有するので、図１のヘテ
ロ接合型電界効果トランジスタと同様の作用・効果が得
られる。また、この図７の構成のヘテロ接合型電界効果
トランジスタにおいても、第２の電子供給用半導体層５
１が高濃度のｎ型不純物を有するため、電子走行用半導
体層２１の電子伝導帯のポテンシャルエネルギが低下
し、電子走行用半導体層２１に電子の存在する確率が増
加し、図１に示した第１の実施例のヘテロ接合型電界効
果トランジスタと同様の理由により、同様の効果が得ら
れる。

【００３５】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れず、上述した実施例の構成において、スペーサ用半導
体層４を省略した構成とすることもでき、また、図４お
よび図６において、オーミック抵抗低減用半導体層２５
を省略した構成とすることもでき、また、図７の実施例
において、オーミク抵抗低減用半導体層、またはショッ
トキ形成用半導体層を導入した構成とすることもでき
る。また、図１において、スペーサ用半導体層４を除去
した構成にすることもできる。その他、本発明の精神を
脱することなしに、種々の変形、変更をなし得るであろ
う。

【００３６】

【発明の効果】このように、本発明によるヘテロ接合型
電界効果トランジスタによると、チャンネル形成用半導
体層に対して電子走行用半導体層を形成したことによっ
て、チャンネル形成用半導体層に従来とは別の電子ガス
層が形成され、負荷に供給できる電流が格段に大きくな
るとともに、良好な高周波特性を得ることができる。ま
た、第２のスペーサ用半導体層を形成したことによっ
て、チャンネル形成用半導体層内の電子が電子走行用半
導体層内の高濃度の不純物からのクーロン散乱を有効に
回避でき、電子速度が増加して高周波特性が向上する。
また、第３のスペーサ用半導体層及び第２の電子供給用
半導体層を形成したことによって、上記と同様な効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるヘテロ接合型電界効果トランジス
タの第１の実施例（第１発明）を示す略線的断面図であ
る。

【図２】図１の説明に供するバンド構造図である。

【図３】図１におけるチャンネル形成用半導体層及び電
子走行用半導体層における電界強度（ｋＶ／ｃｍ）に対
する電子速度（ｘ１０⁷ｃｍ／ｓ）の関係を示す図であ
る。

【図４】本発明によるヘテロ接合型電界効果トランジス
タの第２の実施例を示す略線的断面図である。

【図５】本発明によるヘテロ接合型電界効果トランジス
タの第３の実施例（第２発明）を示す略線的断面図であ
る。

【図６】本発明によるヘテロ接合型電界効果トランジス
タの第４の実施例を示す略線的断面図である。

【図７】本発明によるヘテロ接合型電界効果トランジス
タの第５の実施例（第３発明）を示す略線的断面図であ
る。

【図８】図７の説明に供するバンド構造図である。

【図９】従来のヘテロ接合型電界効果トランジスタを示
す略線的断面図である。

【符号の説明】

１ 半絶縁性半導体基板 ２ バッファ用半導体層 ３ チャンネル形成用半導体層 ４ スペーサ用半導体層 ５ 電子供給用半導体層 ６ 電極付用半導体層 ７ 窓 ８ ゲート電極 ９ ショットキ接合 １０ ソース電極 １１ ドレイン電極 ２１ 電子走行用半導体層 ３４ 第２のスペーサ用半導体層 ４１ 第３のスペーサ用半導体層 ５１ 第２の電子供給用半導体層

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−192737（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−143264（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−100576（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−173760（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−183859（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 29/778 H01L 21/338 H01L 29/20 H01L 29/812

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半絶縁性半導体基板上に形成されている
   とともに、化合物半導体からなり、かつｎ型不純物また
   はｐ型不純物のいずれも意図的に導入されていないか導
   入されていても十分低い濃度でしか導入されていないバ
   ッファ用半導体層と、 上記バッファ用半導体層上に形成されているとともに、
   上記バッファ用半導体層に比し大きな電子親和力を有す
   る化合物半導体からなり、かつｎ型不純物またはｐ型不
   純物のいずれも意図的に導入されていないか導入されて
   いても十分低い濃度でしか導入されていないチャンネル
   形成用半導体層と、 上記チャンネル形成用半導体層上に、それに比し小さな
   電子親和力を有しかつｎ型不純物またはｐ型不純物のい
   ずれも意図的に導入されていないか導入されていても十
   分低い濃度でしか導入されていない化合物半導体からな
   るスペーサ用半導体層を介してまたは介することなしに
   形成されているとともに、上記チャンネル形成用半導体
   層に比し小さな電子親和力を有しかつｎ型不純物を高濃
   度に導入している化合物半導体からなる電子供給用半導
   体層と、 上記電子供給用半導体層上に、またはその電子供給用半
   導体層上に形成された上記チャンネル形成用半導体層に
   比し小さな電子親和力を有する化合物半導体からなり、
   かつｎ型不純物またはｐ型不純物のいずれも意図的に導
   入されていないか導入されていても十分低い濃度でしか
   導入されていないショットキ形成用半導体層に、ショッ
   トキ接合を形成するように付されているゲート電極と、 上記チャンネル形成用半導体層に、上記ゲート電極を挟
   んだ両位置においてそれぞれ電気的に連結しているソー
   ス電極及びドレイン電極を有するヘテロ接合型電界効果
   トランジスタにおいて、 上記バッファ用半導体層と上記チャンネル形成用半導体
   層との間に形成されているとともに、上記チャンネル形
   成用半導体層に比し小さくかつ上記スペーサ用半導体
   層、上記電子供給用半導体層及び上記バッファ用半導体
   層に比し大きな電子親和力を有しかつ上記チャンネル形
   成用半導体層とは電子速度の極大値をとる電界強度の位
   置を異にしている化合物半導体によって構成され、かつ
   この層の電子伝導帯の底のエネルギレベルがフェルミレ
   ベルと同程度となるように配置された電子走行用半導体
   層を有することを特徴とするヘテロ接合型電界効果トラ
   ンジスタ。
2. 【請求項２】 半絶縁性半導体基板上に形成されている
   とともに、化合物半導体からなり、かつｎ型不純物また
   はｐ型不純物のいずれも意図的に導入されていないか導
   入されていても十分低い濃度でしか導入されていないバ
   ッファ用半導体層と、 上記バッファ用半導体層上に形成されているとともに、
   上記バッファ用半導体層に比し大きな電子親和力を有す
   る化合物半導体からなり、かつｎ型不純物またはｐ型不
   純物のいずれも意図的に導入されていないか導入されて
   いても十分低い濃度でしか導入されていないチャンネル
   形成用半導体層と、 上記チャンネル形成用半導体層上に、それに比し小さな
   電子親和力を有しかつｎ型不純物またはｐ型不純物のい
   ずれも意図的に導入されていないか導入されていても十
   分低い濃度でしか導入されていない化合物半導体からな
   るスペーサ用半導体層を介してまたは介することなしに
   形成されているとともに、上記チャンネル形成用半導体
   層に比し小さな電子親和力を有しかつｎ型不純物を高濃
   度に導入している化合物半導体からなる電子供給用半導
   体層と、 上記電子供給用半導体層上に、またはその電子供給用半
   導体層上に形成された上記チャンネル形成用半導体層に
   比し小さな電子親和力を有する化合物半導体からなり、
   かつｎ型不純物またはｐ型不純物のいずれも意図的に導
   入されていないか導入されていても十分低い濃度でしか
   導入されていないショットキ形成用半導体層に、ショッ
   トキ接合を形成するように付されているゲート電極と、 上記チャンネル形成用半導体層に、上記ゲート電極を挟
   んだ両位置においてそれぞれ電気的に連結しているソー
   ス電極及びドレイン電極を有するヘテロ接合型電界効果
   トランジスタにおいて、 上記バッファ用半導体層と上記チャンネル形成用半導体
   層との間に形成されているとともに、かつ、上記チャン
   ネル形成用半導体層に比し小さくかつ上記スペーサ用半
   導体層、上記電子供給用半導体層及び上記バッファ用半
   導体層に比し大きな電子親和力を有しかつｎ型不純物ま
   たはｐ型不純物のいずれも意図的に導入されていないか
   導入されていても十分低い濃度でしか導入されていない
   化合物半導体からなる第２のスペーサ用半導体層を上記
   チャンネル形成用半導体層側に介してまたは介すること
   なしに形成されるとともに、上記チャンネル形成用半導
   体層に比し小さくかつ上記スペーサ用半導体層、上記電
   子供給用半導体層及び上記バッファ用半導体層に比し大
   きな電子親和力を有しかつ上記チャンネル形成用半導体
   層とは電子速度の極大値をとる電界強度の位置を異にし
   ている化合物半導体によって構成されかつ高濃度にｎ型
   の不純物が導入されてこの層の電子伝導帯の底のエネル
   ギレベルがフェルミレベルと同程度とされた電子走行用
   半導体層を有することを特徴とするヘテロ接合型電界効
   果トランジスタ。
3. 【請求項３】 半絶縁性半導体基板上に形成されている
   とともに、化合物半導体からなり、かつｎ型不純物また
   はｐ型不純物のいずれも意図的に導入されていないか導
   入されていても十分低い濃度でしか導入されていないバ
   ッファ用半導体層と、 上記バッファ用半導体層上に形成されているとともに、
   上記バッファ用半導体層に比し大きな電子親和力を有す
   る化合物半導体からなり、かつｎ型不純物またはｐ型不
   純物のいずれも意図的に導入されていないか導入されて
   いても十分低い濃度でしか導入されていないチャンネル
   形成用半導体層と、 上記チャンネル形成用半導体層上に、それに比し小さな
   電子親和力を有しかつｎ型不純物またはｐ型不純物のい
   ずれも意図的に導入されていないか導入されていても十
   分低い濃度でしか導入されていない化合物半導体からな
   るスペーサ用半導体層を介してまたは介することなしに
   形成されているとともに、上記チャンネル形成用半導体
   層に比し小さな電子親和力を有しかつｎ型不純物を高濃
   度に導入している化合物半導体からなる電子供給用半導
   体層と、 上記電子供給用半導体層上に、またはその電子供給用半
   導体層上に形成された上記チャンネル形成用半導体層に
   比し小さな電子親和力を有する化合物半導体からなり、
   かつｎ型不純物またはｐ型不純物のいずれも意図的に導
   入されていないか導入されていても十分低い濃度でしか
   導入されていないショットキ形成用半導体層に、ショッ
   トキ接合を形成するように付されているゲート電極と、 上記チャンネル形成用半導体層に、上記ゲート電極を挟
   んだ両位置においてそれぞれ電気的に連結しているソー
   ス電極及びドレイン電極を有するヘテロ接合型電界効果
   トランジスタにおいて、 上記バッファ用半導体層と上記チャンネル形成用半導体
   層との間に形成されているとともに、かつ、上記チャン
   ネル形成用半導体層に比し小さくかつ上記スペーサ用半
   導体層、上記電子供給用半導体層及び上記バッファ用半
   導体層に比し大きな電子親和力を有しかつ上記チャンネ
   ル形成用半導体層とは電子速度の極大値をとる電界強度
   の位置を異にしている化合物半導体によって構成され、
   かつｎ型不純物またはｐ型不純物のいずれも意図的に導
   入されていないか導入されていても十分低い濃度でしか
   導入されていない状態とされてこの層の電子伝導帯の底
   の エネルギレベルがフェルミレベルと同程度とされた電
   子走行用半導体層を有するとともに、 上記電子走行用半導体層と上記バッファ用半導体層との
   間に形成されているとともに、上記電子走行用半導体層
   下に、それに比し小さな電子親和力を有する化合物半導
   体からなり、かつｎ型不純物またはｐ型不純物のいずれ
   も意図的に導入されていないか導入されていても十分低
   い濃度でしか導入されていない第３のスペーサ用半導体
   層を介してまたは介することなしに形成されるととも
   に、上記電子走行用半導体層に比し小さな電子親和力を
   有する化合物半導体からなり、かつｎ型不純物を高濃度
   に導入している第２の電子供給用半導体層とを有するこ
   とを特徴とするヘテロ接合型電界効果トランジスタ。