JP3431362B2 - Heterojunction semiconductor device - Google Patents

Heterojunction semiconductor device

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JP3431362B2
JP3431362B2 JP20636295A JP20636295A JP3431362B2 JP 3431362 B2 JP3431362 B2 JP 3431362B2 JP 20636295 A JP20636295 A JP 20636295A JP 20636295 A JP20636295 A JP 20636295A JP 3431362 B2 JP3431362 B2 JP 3431362B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はヘテロ接合半導体デ
バイスに関し、特に、IntAl1-tAs/InyAl1-y
P/InxGa1-xAsヘテロ接合、またはIntAl1-t
As/InyAl1- yP/InPヘテロ接合を用いたヘテ
ロ接合半導体デバイスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a heterojunction semiconductor device, particularly, In t Al 1-t As / In y Al 1-y
P / In x Ga 1-x As heterojunction, or In t Al 1-t
The present invention relates to a heterojunction semiconductor device using an As / In y Al 1- y P / InP heterojunction.

【0002】[0002]

【従来の技術】アンドープの電子親和力の大きい半導体
と、高濃度にドープされた電子親和力の小さい半導体と
のヘテロ接合においては、伝導帯端不連続により電子親
和力の小さい半導体が電子供給層となって、電子親和力
の大きい半導体側に移動度が高い二次元電子の蓄積層
(以下、二次元電子層ともいう。)が形成される。
2. Description of the Related Art In a heterojunction between an undoped semiconductor having a high electron affinity and a highly doped semiconductor having a low electron affinity, a semiconductor having a low electron affinity becomes an electron supply layer due to discontinuity of conduction band edges. A two-dimensional electron storage layer having high mobility (hereinafter, also referred to as a two-dimensional electron layer) is formed on the semiconductor side having a large electron affinity.

【0003】このようなヘテロ接合をInP基板上に形
成することによりこの二次元電子層を電流チャネルとし
て利用した高電子移動度トランジスタ(以下、HEMT
と称する。)は、高周波低雑音デバイスとして注目され
ている。
By forming such a heterojunction on an InP substrate, a high electron mobility transistor (hereinafter, HEMT) using this two-dimensional electron layer as a current channel.
Called. ) Is attracting attention as a high-frequency low-noise device.

【0004】例えば、特開平6−163601号公報
(文献1)、IEEE Transactions Electron Devices、19
94年10月、第41巻第10号、1685−1689(文献2)および
IEEE Electron Devices Letters、1991年9月、第12巻第
9号、483−485(文献3)に開示されているように、I
nP基板上のInxGa1-xAsまたはInPをチャネル
とするHEMTにおいて、電子供給層を構成する材料と
して現在主流をなしている半導体は、In0.52Al0.48
Asである。
For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-163601 (reference 1), IEEE Transactions Electron Devices, 19
October 1994, Vol. 41, No. 10, 1685-1689 (reference 2) and
IEEE Electron Devices Letters, September 1991, Volume 12
As disclosed in No. 9, 483-485 (reference 3), I
In HEMTs using In x Ga 1-x As or InP as a channel on an nP substrate, the semiconductor currently used as the main material for the electron supply layer is In 0.52 Al 0.48.
It is As.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、InP
基板上に形成されたInxGa1-xAsまたはInPをチ
ャネルとするHEMTにおいて、電子供給層としてIn
0.52Al0.48Asを用いる場合、以下のような問題があ
る。
[Problems to be Solved by the Invention] However, InP
In a HEMT having a channel of In x Ga 1-x As or InP formed on a substrate, In is used as an electron supply layer.
When 0.52 Al 0.48 As is used, there are the following problems.

【0006】まず、電子供給層を構成するIn0.52Al
0.48AsのAl組成が高いので、電子供給層中およびI
0.52Al0.48As/InxGa1-xAs界面には高密度
の深い準位が観測される。その結果、ゲート電位の変調
に対する二次元電子の位相遅れや二次元電子濃度の低下
を生ずるという問題がある。
First, In 0.52 Al forming the electron supply layer
Since the Al composition of 0.48 As is high,
A high-density deep level is observed at the n 0.52 Al 0.48 As / In x Ga 1-x As interface. As a result, there is a problem in that the phase delay of the two-dimensional electrons with respect to the modulation of the gate potential and the decrease of the two-dimensional electron concentration occur.

【0007】また、N.Takahashi, 1995 Int. Conf. InP
& Related Materials, Sapporo(文献4)に開示され
ているように、 In0.52Al0.48As電子供給層は熱
的に不安定であるので、熱処理の履歴によって装置の動
作状態が変化するという問題もある。
In addition, N. Takahashi, 1995 Int. Conf. InP
As disclosed in & Related Materials, Sapporo (Reference 4), since the In 0.52 Al 0.48 As electron supply layer is thermally unstable, there is also a problem that the operating state of the device changes depending on the history of heat treatment. .

【0008】また、二次元電子濃度Nsは、下記式
(1)で表される。
The two-dimensional electron concentration Ns is expressed by the following equation (1).

【0009】 Ns=[2εN(ΔEC−EF)/q]1/2 ・・・(1) 尚、上記式(1)において、εはチャネル層の誘電率、
Nは電子供給層の電子濃度、ΔECは伝導帯端不連続の
度合、EFはフェルミレベル、qは電子電荷量を示す。
Ns = [2εN (ΔEC−EF) / q] 1/2 (1) In the above formula (1), ε is the dielectric constant of the channel layer,
N is the electron concentration of the electron supply layer, ΔEC is the degree of discontinuity of the conduction band edge, EF is the Fermi level, and q is the electron charge amount.

【0010】上記式(1)に示すように、ヘテロ接合の
伝導帯端不連続の度合が大きい程、二次元電子濃度が高
くなり、HEMT特性の一層の向上が期待できる。従っ
て、In0.52Al0.48As/InxGa1-xAsヘテロ接
合またはIn0.52Al0.48As/InPヘテロ接合にお
いて、二次元電子濃度を向上するためには、Alをより
多く含むInAlAs電子供給層を用いる必要がある。
As shown in the above equation (1), the larger the degree of discontinuity of the conduction band edge of the heterojunction, the higher the two-dimensional electron concentration, and further improvement of HEMT characteristics can be expected. Therefore, in the In 0.52 Al 0.48 As / In x Ga 1-x As heterojunction or the In 0.52 Al 0.48 As / InP heterojunction, in order to improve the two-dimensional electron concentration, an InAlAs electron supply layer containing more Al is used. Must be used.

【0011】本発明は上記のような問題点を解決するた
めになされたもので、InP基板上に形成されたInx
Ga1-xAsまたはInP層をチャネル層とするHEM
Tにおいて、電子供給層のAl組成の低減とともに、二
次元電子濃度及び耐熱性の向上を図ることができるヘテ
ロ接合半導体デバイスを得ることを目的とする。
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and In x formed on an InP substrate.
HEM using Ga 1-x As or InP layer as a channel layer
In T, it is an object to obtain a heterojunction semiconductor device capable of reducing the Al composition of the electron supply layer and improving the two-dimensional electron concentration and heat resistance.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明に係るヘテロ接合
半導体デバイスは、半絶縁性InP基板上に形成された
ヘテロ接合部を構成する、アンドープInGaAsから
なるチャネル層と、該チャネル層のヘテロ接合界面部に
電子の蓄積層が形成されるよう該チャネル層に電子を供
給する、n型InAlPからなる電子供給層と、該電子
供給層の直上にInAlAsショットキーコンタクト層
と、を備えている。そのことにより上記目的が達成され
る。
A heterojunction semiconductor device according to the present invention comprises a channel layer made of undoped InGaAs forming a heterojunction portion formed on a semi-insulating InP substrate, and a heterojunction of the channel layer. An electron supply layer made of n-type InAlP for supplying electrons to the channel layer so that an electron storage layer is formed at the interface, and the electrons.
InAlAs Schottky contact layer directly on the supply layer
And are equipped with. Thereby, the above object is achieved.

【0013】ここで、上記ヘテロ接合半導体デバイス
は、ゲート電極との間でショットキー接合を形成するア
ンドープInAlAsからなるショットキーコンタクト
層を有することが好ましい。
Here, the heterojunction semiconductor device preferably has a Schottky contact layer made of undoped InAlAs that forms a Schottky junction with the gate electrode.

【0014】本発明に係るヘテロ接合半導体デバイス
は、半絶縁性InP基板上に形成されたヘテロ接合部を
構成する、アンドープInPからなるチャネル層と、該
チャネル層のヘテロ接合界面部に電子の蓄積層が形成さ
れるよう該チャネル層に電子を供給する、n型InAl
Pからなる電子供給層と、該電子供給層の直上にInA
lAsショットキーコンタクト層と、を備えている。そ
のことにより上記目的が達成される。
The heterojunction semiconductor device according to the present invention comprises a channel layer made of undoped InP forming a heterojunction portion formed on a semi-insulating InP substrate, and electrons are accumulated at the heterojunction interface portion of the channel layer. N-type InAl supplying electrons to the channel layer so that a layer is formed
An electron supply layer made of P , and InA directly on the electron supply layer.
lAs Schottky contact layer . Thereby, the above object is achieved.

【0015】ここで、上記ヘテロ接合半導体デバイス
は、ゲート電極との間でショットキー接合を形成するア
ンドープInAlAsからなるショットキーコンタクト
層を有することが好ましい。
The heterojunction semiconductor device preferably has a Schottky contact layer made of undoped InAlAs that forms a Schottky junction with the gate electrode.

【0016】以下作用について説明する。The operation will be described below.

【0017】本発明においては、半絶縁性InP基板上
に、アンドープInxGa1-xAsまたはアンドープIn
Pからなるチャネル層と、n型InyAl1-yP電子供給
層とからなるヘテロ接合部が形成されている。このヘテ
ロ接合では、伝導帯端不連続によりチャネル層に二次元
電子の蓄積層が形成される。
In the present invention, undoped In x Ga 1-x As or undoped In is formed on a semi-insulating InP substrate.
A heterojunction portion including a P - type channel layer and an n-type In y Al 1-y P electron supply layer is formed. In this heterojunction, a conduction band edge discontinuity forms a two-dimensional electron storage layer in the channel layer.

【0018】HEMT特性を一層向上させるためには、
この二次元電子濃度を高くすることが考えられるが、そ
れには大きい伝導帯端不連続を有するヘテロ接合が必要
である。n型InyAl1-yP電子供給層と、アンドープ
InxGa1-xAsまたはアンドープInPからなるチャ
ネル層とのヘテロ接合によれば、従来のIn0.52Al
0.48As電子供給層を用いたヘテロ接合よりも低いAl
組成で大きい伝導帯不連続が得られる。このように電子
供給層を構成する化合物半導体のAl組成を低くするこ
とにより、電子供給層中や界面に観測される深い準位を
減らすことができる。また、n型InyAl1-yP電子供
給層は、従来のInAlAs電子供給層に比べて耐熱性
が高い。
In order to further improve the HEMT characteristics,
It is conceivable to increase this two-dimensional electron concentration, but it requires a heterojunction with a large conduction band edge discontinuity. According to the heterojunction between the n-type In y Al 1-y P electron supply layer and the channel layer made of undoped In x Ga 1-x As or undoped InP, conventional In 0.52 Al
Al lower than heterojunction using 0.48 As electron supply layer
A large conduction band discontinuity is obtained in composition. By lowering the Al composition of the compound semiconductor forming the electron supply layer in this way, the deep levels observed in the electron supply layer and at the interface can be reduced. Further, the n-type In y Al 1-y P electron supply layer has higher heat resistance than the conventional InAlAs electron supply layer.

【0019】また、ゲート電極に対してInAlAsシ
ョットキーコンタクト層を設けることにより、ゲート電
極から半導体層へのリーク電流の一部がInAlAsシ
ョットキーコンタクト層とInAlP電子供給層の界面
の障壁に反射されることとなり、ゲートリーク電流を低
減できる。
By providing the InAlAs Schottky contact layer for the gate electrode, part of the leak current from the gate electrode to the semiconductor layer is reflected by the barrier at the interface between the InAlAs Schottky contact layer and the InAlP electron supply layer. Therefore, the gate leak current can be reduced.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】まず、本発明の基本原理について
説明する。
First, the basic principle of the present invention will be described.

【0021】まず、電子供給層としてn型InyAl1-y
Pを用い、チャネル層としてアンドープInxGa1-x
sまたはアンドープInPを用いる理由について説明す
る。
First, as an electron supply layer, n-type In y Al 1-y
Undoped In x Ga 1-x A as a channel layer using P
The reason for using s or undoped InP will be described.

【0022】二次元電子濃度を高くするためには、大き
い伝導帯端不連続を有するヘテロ接合が必要である。従
来、InyAl1-yP/InxGa1-xAsヘテロ接合の伝
導帯端不連続は全く報告されておらず、本発明者らが実
験により初めてIn0.75Al0.25P/In0.53Ga0.47
Asヘテロ接合の伝導帯端不連続度を測定した。
To increase the two-dimensional electron concentration, a heterojunction having a large conduction band edge discontinuity is required. Heretofore, no conduction band edge discontinuity of In y Al 1-y P / In x Ga 1-x As heterojunction has been reported, and the inventors of the present invention have conducted experiments for the first time on In 0.75 Al 0.25 P / In 0.53 Ga. 0.47
The conduction band edge discontinuity of the As heterojunction was measured.

【0023】図3は、In0.75Al0.25P/In0.53
0.47Asヘテロ接合の伝導帯端不連続度を測定するた
めの、エピタキシャル成長層を積層してなる素子構造を
示す断面図である。この図3において、1はn型InP
基板、2は膜厚1000nmのn型InPバッファ層、
3は膜厚1000nmのIn0.53Ga0.47As層、4は
膜厚17nmのアンドープIn0.75Al0.25P層、5は
ショットキー金属電極、6はオーミック電極である。
FIG. 3 shows In 0.75 Al 0.25 P / In 0.53 G
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an element structure formed by stacking epitaxial growth layers for measuring the conduction band edge discontinuity of an a 0.47 As heterojunction. In FIG. 3, 1 is n-type InP
The substrate 2 is an n-type InP buffer layer having a film thickness of 1000 nm,
3 is an In 0.53 Ga 0.47 As layer having a film thickness of 1000 nm, 4 is an undoped In 0.75 Al 0.25 P layer having a film thickness of 17 nm, 5 is a Schottky metal electrode, and 6 is an ohmic electrode.

【0024】図4は、In0.75Al0.25P/In0.53
0.47Asショットキー接合において、空乏層厚がゼロ
になる時のエネルギーバンド構造を示す図である。この
図4において、EFはフェルミレベル、ECは伝導帯下端
エネルギーレベル、ΔECは伝導帯端不連続度を示すヘ
テロ接合部での伝導帯下端エネルギーレベル差(以下、
単に伝導帯端不連続度という。)、Viはショットキー
接合部での空乏層厚がゼロになる時のバイアス電圧、Φ
bはショットキー障壁高さを示す。
FIG. 4 shows In 0.75 Al 0.25 P / In 0.53 G
FIG. 6 is a diagram showing an energy band structure when the depletion layer thickness becomes zero in an a 0.47 As Schottky junction. In FIG. 4, EF is the Fermi level, EC is the conduction band lower end energy level, and ΔEC is the conduction band lower end energy level difference (hereinafter,
It is simply called the conduction band edge discontinuity. ), Vi is the bias voltage when the depletion layer thickness at the Schottky junction becomes zero, Φ
b indicates the Schottky barrier height.

【0025】フェルミ準位EFはIn0.53Ga0.47As
層中のキャリア濃度から計算できるので、図4に示すよ
うに、ショットキー接合の空乏層がゼロになる時のバイ
アス電圧Viおよびショットキー障壁高さΦbが得られれ
ば、伝導帯端不連続度ΔECが抽出できる。
The Fermi level EF is In 0.53 Ga 0.47 As
Since it can be calculated from the carrier concentration in the layer, as shown in FIG. 4, if the bias voltage Vi and the Schottky barrier height Φb when the depletion layer of the Schottky junction becomes zero, the conduction band edge discontinuity can be obtained. ΔEC can be extracted.

【0026】図3に示すIn0.75Al0.25P/In0.53
Ga0.47Asショットキー接合について、電流−温度
(I−T)特性および容量−電圧(C−V)特性を測定
した結果を図5および図6に示す。図5に示すように、
10℃以下の低温領域では、ほぼ温度に依存しないチャ
ネル電流が支配し、10℃以上の高温領域では、温度の
増加と共に指数関数的に増加する熱放射電流が支配す
る。ショットキー接合の熱放射モデルを用いて、高温領
域の電流対温度曲線の傾きから、ショットキー障壁高さ
Φbが抽出できる。
In 0.75 Al 0.25 P / In 0.53 shown in FIG.
5 and 6 show the results of measuring the current-temperature (IT) characteristics and the capacitance-voltage (CV) characteristics of the Ga 0.47 As Schottky junction. As shown in FIG.
In the low temperature region of 10 ° C. or lower, the channel current which does not substantially depend on the temperature is dominant, and in the high temperature region of 10 ° C. or higher, the thermal radiation current which exponentially increases with the increase of the temperature is dominant. The Schottky barrier height Φb can be extracted from the slope of the current-temperature curve in the high temperature region by using the thermal radiation model of the Schottky junction.

【0027】一方、図6に示すように、1/C2−V曲
線のx軸切片からショットキー接合の空乏層厚がゼロに
なる時のバイアス電圧Viが得られる。
On the other hand, as shown in FIG. 6, the bias voltage Vi when the depletion layer thickness of the Schottky junction becomes zero can be obtained from the x-axis intercept of the 1 / C 2 -V curve.

【0028】図5のI−T特性からΦb=0.90eV
が得られ、図6のC−V特性に基づいて上記バイアス電
圧ViからΔEC−Φb=0.28eVが得られ、これ
らの値からIn0.75Al0.25P/In0.53Ga0.47As
ヘテロ接合における伝導帯端不連続度として、ΔEC=
0.62eVが得られた。
From the IT characteristics of FIG. 5, Φb = 0.90 eV
Is obtained, ΔEC-Φb = 0.28eV from the bias voltage Vi is obtained based on the C-V characteristics of FIG. 6, an In 0.75 from these values Al 0.25 P / In 0.53 Ga 0.47 As
As the conduction band edge discontinuity in the heterojunction, ΔEc =
0.62 eV was obtained.

【0029】また、InP/In0.53Ga0.47Asヘテ
ロ接合では伝導帯端不連続度がΔEC=0.20eVで
あるので、In0.75Al0.25P/InPヘテロ接合の伝
導帯端不連続度は、ΔEC=0.42eVと推定でき
る。
Since the conduction band edge discontinuity is ΔEC = 0.20 eV in the InP / In 0.53 Ga 0.47 As heterojunction, the conduction band edge discontinuity of the In 0.75 Al 0.25 P / InP heterojunction is ΔEC Can be estimated to be 0.42 eV.

【0030】本発明のヘテロ接合におけるΔECを、従
来のものと比較して表1に示す。
ΔE C in the heterojunction of the present invention is shown in Table 1 in comparison with the conventional one.

【0031】[0031]

【表1】 [Table 1]

【0032】この表1に示すように、電子供給層とし
て、InyAl1-yP電子供給層を用いたことにより、よ
り低いAl組成でもってより大きい伝導帯端不連続度Δ
ECが得られる。従って、本発明によれば、電子供給層
のAl組成の低減と、二次元電子濃度の向上とを同時に
実現できる。
As shown in Table 1, by using the In y Al 1-y P electron supply layer as the electron supply layer, a larger conduction band edge discontinuity Δ with a lower Al composition was obtained.
EC is obtained. Therefore, according to the present invention, it is possible to simultaneously reduce the Al composition of the electron supply layer and improve the two-dimensional electron concentration.

【0033】また、上述した文献4に開示されているよ
うに、電子供給層にリンを導入することにより大幅な耐
熱性の向上が観測されるので、本発明ではチャネル層と
ともにヘテロ接合を形成する電子供給層をInAlPに
より構成しているため、ヘテロ接合部の耐熱性を向上す
ることが実現可能である。
Further, as disclosed in the above-mentioned Document 4, a significant improvement in heat resistance is observed by introducing phosphorus into the electron supply layer, so that in the present invention, a heterojunction is formed together with the channel layer. Since the electron supply layer is made of InAlP, it is possible to improve the heat resistance of the heterojunction portion.

【0034】以下、本発明の実施の形態について、図面
を参照しながら説明する。尚、以下の図において、同一
の機能を有する部分は同じ番号を付している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following figures, parts having the same function are given the same numbers.

【0035】(実施の形態1)図1は、本発明の実施の
形態1によるヘテロ接合半導体デバイスの構造を示す断
面図である。図において、101は、本実施形態1の半
導体デバイスとしてのHEMTであり、その半絶縁性I
nP基板7上には、膜厚1000nmのアンドープIn
Pバッファ層8を介して、膜厚20nmのアンドープI
0.53Ga0.47Asチャネル層9aが形成されている。
このチャネル層9a上には、膜厚3nmのアンドープI
0.75Al0.25Pスペーサー層10を介して、膜厚5n
mのn型In0.75Al0.25P電子供給層11が形成さ
れ、その上には、膜厚15nmのアンドープのIn0.52
Al0.48As障壁層(ショットキーコンタクト層)12
が形成されている。
(First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a heterojunction semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. In the figure, 101 is a HEMT as a semiconductor device of the first embodiment, and has a semi-insulating property I
On the nP substrate 7, undoped In having a film thickness of 1000 nm is formed.
Through the P buffer layer 8, undoped I with a film thickness of 20 nm
An n 0.53 Ga 0.47 As channel layer 9a is formed.
On the channel layer 9a, an undoped I having a film thickness of 3 nm is formed.
n 0.75 Al 0.25 P spacer layer 10 interposed, film thickness 5 n
m n-type In 0.75 Al 0.25 P electron supply layer 11 is formed, and undoped In 0.52 having a film thickness of 15 nm is formed thereon.
Al 0.48 As barrier layer (Schottky contact layer) 12
Are formed.

【0036】該障壁層12の所定領域上には、ゲート電
極14が形成されており、該障壁層12の、該ゲート電
極14の両側には、それぞれ膜厚2nmのn型In0.53
Ga0.47Asコンタクト層13を介してソース電極15
及びドレイン電極16が配置されている。
A gate electrode 14 is formed on a predetermined region of the barrier layer 12, and n-type In 0.53 having a thickness of 2 nm is formed on both sides of the gate electrode 14 of the barrier layer 12.
Source electrode 15 via Ga 0.47 As contact layer 13
And the drain electrode 16 is arranged.

【0037】ここで、上記ゲート電極14は、障壁層1
2との間でショットキー接合を形成するAlあるいはT
i/Pt/Auからなり、上記ソース電極15及びドレ
イン電極16は、コンタクト層13とオーミック接触す
るAu−Ge/Ni/Auから構成されている。
Here, the gate electrode 14 is the barrier layer 1
Al or T that forms a Schottky junction with
The source electrode 15 and the drain electrode 16 are made of i / Pt / Au, and are made of Au—Ge / Ni / Au which makes ohmic contact with the contact layer 13.

【0038】また、上記電子供給層11およびスペーサ
ー層10を構成するIn0.75Al0. 25Pと、基板等を構
成するInPとは格子不整合となっているが、上記電子
供給層11およびスペーサー層10は、これらの厚みの
合計を臨界膜厚以下にしてあるので、転位の無い歪み格
子構造となっている。
Further, the In 0.75 Al 0. 25 P that constitutes the electron supply layer 11 and the spacer layer 10, but the InP constituting the substrate or the like has a lattice mismatch, the electron supply layer 11 and the spacer The layer 10 has a dislocation-free strained lattice structure because the sum of these thicknesses is not more than the critical film thickness.

【0039】このような構成の実施形態1のHEMTで
は、電流供給層をInAlPから構成しているため、従
来のInAlAs電流供給層を用いたHEMTに比べ
て、二次元電子濃度を低下させることなく、電子供給層
のAl組成を低減でき、これによりゲート電位の変調に
対する二次元電子の位相遅れを抑制できる。
In the HEMT of the first embodiment having such a configuration, the current supply layer is made of InAlP, so that the two-dimensional electron concentration is not reduced as compared with the HEMT using the conventional InAlAs current supply layer. The Al composition of the electron supply layer can be reduced, and thus the phase delay of the two-dimensional electron with respect to the modulation of the gate potential can be suppressed.

【0040】また、文献4に開示されているように、I
nAlAs電流供給層にリンを導入することにより、大
幅な耐熱性の向上が観測されることから、電子供給層と
してInAlPを用いた本実施形態のHEMTでは、耐
熱性も良好なものとなっている。
Further, as disclosed in Document 4, I
By introducing phosphorus into the nAlAs current supply layer, a significant improvement in heat resistance is observed. Therefore, the HEMT of this embodiment using InAlP as the electron supply layer also has good heat resistance. .

【0041】さらに、ゲート電極から半導体層へのリー
ク電流の一部がInAlAsショットキーコンタクト層
とInAlP電子供給層の界面の障壁に反射されて、ゲ
ートリークを低減できる。
Further, a part of the leak current from the gate electrode to the semiconductor layer is reflected by the barrier at the interface between the InAlAs Schottky contact layer and the InAlP electron supply layer, and the gate leak can be reduced.

【0042】(実施の形態2)図2は、本発明の実施の
形態2によるヘテロ接合半導体デバイスの構造を示す断
面図である。図において、102は、本実施の形態2の
半導体デバイスとしてのHEMTであり、これは、上記
実施の形態1のHEMT101におけるアンドープIn
0.53Ga0.47Asチャネル層9aに代えて、膜厚20n
mのアンドープInPチャネル層9bを用いたものであ
る。その他の構成は上記実施の形態1のHEMT101
と同一である。
(Second Embodiment) FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a heterojunction semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. In the figure, 102 is a HEMT as a semiconductor device of the second embodiment, which is the undoped In of the HEMT 101 of the first embodiment.
0.53 Ga 0.47 As In place of the channel layer 9a, a film thickness of 20 n
m undoped InP channel layer 9b is used. The other configuration is the HEMT 101 of the first embodiment.
Is the same as

【0043】このHEMT102においても、電子供給
層11およびスペーサー層10を構成するIn0.75Al
0.25PとInPとは格子不整合であるが、電子供給層1
1およびスペーサー層10は、これらの厚みの合計を臨
界膜厚以下にしてあるので、転位の無い歪み格子構造と
なっている。
Also in this HEMT 102, In 0.75 Al forming the electron supply layer 11 and the spacer layer 10 is formed.
0.25 P and InP have a lattice mismatch, but electron supply layer 1
1 and the spacer layer 10 have a dislocation-free strained lattice structure because the sum of these thicknesses is not more than the critical film thickness.

【0044】このような構成の実施の形態2において
も、上記実施の形態1と同様の効果がある。
The second embodiment having such a structure also has the same effect as that of the first embodiment.

【0045】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるもので
はない。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.

【0046】上記実施の形態1および2において、電子
供給層を構成するn型InyAl1-yP層は、その組成比
yを0.75、膜厚を5nmとしたが、電子供給層の組
成比yと膜厚とは、膜厚が組成比yにより決められる臨
界膜厚以下になるようにすれば、上記実施の形態のもの
に限定されるものではない。
In the first and second embodiments, the n-type In y Al 1-y P layer forming the electron supply layer has the composition ratio y of 0.75 and the film thickness of 5 nm. The composition ratio y and the film thickness are not limited to those in the above-described embodiment as long as the film thickness is equal to or less than the critical film thickness determined by the composition ratio y.

【0047】例えば、Journal of Crystal Growth、197
4年、第27巻、118−125頁(文献5)に開示されている
方法によれば、In0.75Al0.25Pの臨界膜厚は約11
nmであり、InP結晶領域上に成長されるIn0.75
0.25P層としては、それ以下の膜厚のものを用いるこ
とができる。
For example, Journal of Crystal Growth, 197.
According to the method disclosed in Vol. 27, pp. 118-125 (Reference 5), the critical film thickness of In 0.75 Al 0.25 P is about 11
nm, and In 0.75 A grown on the InP crystal region
As the l 0.25 P layer, one having a film thickness of less than that can be used.

【0048】また、上記各実施の形態では、電子供給層
をチャネル層の上側に形成しているが、電子供給層は、
チャネル層の下側に形成してもよく、また、チャネル層
の上下両側に形成してもよい。
In each of the above embodiments, the electron supply layer is formed on the upper side of the channel layer. However, the electron supply layer is
It may be formed on the lower side of the channel layer, or may be formed on both upper and lower sides of the channel layer.

【0049】上記各実施の形態において、チャネル層と
してInPに格子整合したIn0.53Ga0.47As層を用
いたが、チャネル層を構成するInGaAsの組成は、
上記のものに限定されるものではない。また、チャネル
層を構成するInGaAsとして、より高いIn組成を
含むInxGa1-xAs(0.53<x<1)を用いても
よい。
In each of the above embodiments, the In 0.53 Ga 0.47 As layer lattice-matched to InP was used as the channel layer, but the composition of InGaAs forming the channel layer is
It is not limited to the above. Further, as InGaAs forming the channel layer, In x Ga 1-x As (0.53 <x <1) containing a higher In composition may be used.

【0050】また、上記各実施の形態では、スペーサー
層としては、In0.75Al0.25Pを用いたが、スペーサ
ー層のInAlPの組成はこれに限るものではない。
In each of the above embodiments, In 0.75 Al 0.25 P is used as the spacer layer, but the composition of InAlP in the spacer layer is not limited to this.

【0051】また、上記各実施の形態では、電子供給層
上に配置される障壁層は、アンドープのIn0.52Al
0.48Asからなる単層構造となっているが、これは、構
成材料や組成比の異なる複数の半導体層からなる多層構
造としてもよい。例えば、2層構造の場合は、下側には
膜厚10nmのIn0.52Al0.24Ga0.24As層、上側
には膜厚10nmのIn0.52Al0.48As層を用いる。
In each of the above embodiments, the barrier layer arranged on the electron supply layer is made of undoped In 0.52 Al.
Although it has a single-layer structure made of 0.48 As, it may have a multi-layer structure made of a plurality of semiconductor layers having different constituent materials and composition ratios. For example, in the case of a two-layer structure, an In 0.52 Al 0.24 Ga 0.24 As layer with a film thickness of 10 nm is used on the lower side, and an In 0.52 Al 0.48 As layer with a film thickness of 10 nm is used on the upper side.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、チャネル
層と電子供給層との間に形成されるヘテロ接合を、In
xGa1-xAsまたはInPとInyAl1-yPとのヘテロ
接合としているので、従来のInxGa1-xAsまたはI
nPとIn0.52Al0.48Asとのヘテロ接合に比べて、
低いAl組成で大きい伝導帯不連続性が得られる。よっ
て、チャネル層のヘテロ接合界面での二次元電子濃度を
高めてHEMT特性を向上させることができる。
As described above, according to the present invention, the heterojunction formed between the channel layer and the electron supply layer is
Since x Ga 1-x As or InP and In y Al 1-y P are heterojunctions, conventional In x Ga 1-x As or I
Compared to the heterojunction between nP and In 0.52 Al 0.48 As,
A large conduction band discontinuity is obtained with a low Al composition. Therefore, the HEMT characteristics can be improved by increasing the two-dimensional electron concentration at the heterojunction interface of the channel layer.

【0053】また、電子供給層のAl組成を低減するこ
とができるので、高密度の深い準位に起因するゲート電
位の変調に対する二次元電子の位相遅れや二次元電子濃
度の低下を防ぐことができる。
Further, since the Al composition of the electron supply layer can be reduced, it is possible to prevent the phase delay of the two-dimensional electrons with respect to the modulation of the gate potential and the decrease of the two-dimensional electron concentration due to the high density and deep level. it can.

【0054】さらに、電子供給層の構成材料であるIn
yAl1-yPは、リンを含んでいるので、該電子供給層と
チャネル層との間に形成されるヘテロ接合部の耐熱性を
大幅に向上させることができる。
Further, In, which is a constituent material of the electron supply layer,
y Al 1-y P is because it contains phosphorus, it is possible to significantly improve the heat resistance of the heterojunction formed between the electron supply layer and the channel layer.

【0055】またさらに、ゲート電極に対してInAl
Asショットキーコンタクト層を設けることにより、ゲ
ート電極から半導体層へのリーク電流の一部がInAl
Asショットキーコンタクト層とInAlP電子供給層
の界面の障壁に反射されることとなり、ゲートリーク電
流を低減できる。
Furthermore, InAl is applied to the gate electrode.
By providing the As Schottky contact layer, a part of the leak current from the gate electrode to the semiconductor layer is caused by InAl.
Since it is reflected by the barrier at the interface between the As Schottky contact layer and the InAlP electron supply layer, the gate leak current can be reduced.

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

【図1】本発明の実施の形態1によるヘテロ接合半導体
デバイスを示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a heterojunction semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施の形態2によるヘテロ接合半導体
デバイスを示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a heterojunction semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】In0.75Al0.25P/In0.53Ga0.47Asヘ
テロ接合の伝導帯端不連続を測定するための、複数のエ
ピタキシャル層の積層構造を示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a laminated structure of a plurality of epitaxial layers for measuring conduction band edge discontinuity of an In 0.75 Al 0.25 P / In 0.53 Ga 0.47 As heterojunction.

【図4】In0.75Al0.25P/In0.53Ga0.47Asシ
ョットキー接合において、空乏層厚がゼロになる時のエ
ネルギーバンド構造を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an energy band structure when the depletion layer thickness becomes zero in an In 0.75 Al 0.25 P / In 0.53 Ga 0.47 As Schottky junction.

【図5】In0.75Al0.25P/In0.53Ga0.47Asシ
ョットキー接合の電流−温度特性をグラフで示す図であ
る。
FIG. 5 is a graph showing current-temperature characteristics of an In 0.75 Al 0.25 P / In 0.53 Ga 0.47 As Schottky junction.

【図6】In0.75Al0.25P/In0.53Ga0.47Asシ
ョットキー接合の容量−電圧特性をグラフで示す図であ
る。
FIG. 6 is a graph showing the capacitance-voltage characteristics of an In 0.75 Al 0.25 P / In 0.53 Ga 0.47 As Schottky junction.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

7 半絶縁性InP基板 8 バッファ層 9a、9b チャネル層 10 スペーサー層 11 電子供給層 12 ショットキー障壁層 13 コンタクト層 14 ゲート電極 15 ソース電極 16 ドレイン電極 101,102 HEMT EF フェルミレベル EC 伝導帯下端エネルギーレベル ΔEC 伝導帯端不連続度 Vi ショットキー空乏層厚がゼロの場合のバイアス電
圧 Φb ショットキー障壁高さ
7 semi-insulating InP substrate 8 buffer layers 9a, 9b channel layer 10 spacer layer 11 electron supply layer 12 Schottky barrier layer 13 contact layer 14 gate electrode 15 source electrode 16 drain electrode 101, 102 HEMT EF Fermi level EC conduction band bottom energy Level ΔEc Conduction band edge discontinuity Vi Bias voltage when Schottky depletion layer thickness is zero Φb Schottky barrier height

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 正文 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−160161(JP,A) 特開 平7−249758(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/338 H01L 29/778 H01L 29/812 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Masafumi Shimizu 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Sharp Corporation (56) References JP-A-5-160161 (JP, A) JP-A-7- 249758 (JP, A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/338 H01L 29/778 H01L 29/812

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半絶縁性InP基板上に形成されたヘテ
ロ接合部を有するヘテロ接合半導体デバイスであって、 該ヘテロ接合部を構成する、アンドープInGaAsか
らなるチャネル層と、 該チャネル層のヘテロ接合界面部に電子の蓄積層が形成
されるよう該チャネル層に電子を供給する、n型InA
lPからなる電子供給層と、該電子供給層の直上にInAlAsショットキーコンタ
クト層と、 を備えたヘテロ接合半導体デバイス。
1. A heterojunction semiconductor device having a heterojunction portion formed on a semi-insulating InP substrate, wherein the heterojunction portion is composed of an undoped InGaAs channel layer and a heterojunction of the channel layer. N-type InA that supplies electrons to the channel layer so that an electron storage layer is formed at the interface
and an InAlAs Schottky contact immediately above the electron supply layer.
And a heterojunction semiconductor device having a junction layer .
【請求項2】 半絶縁性InP基板上に形成されたヘテ
ロ接合部を有するヘテロ接合半導体デバイスであって、 該ヘテロ接合部を構成する、アンドープInPからなる
チャネル層と、 該チャネル層のヘテロ接合界面部に電子の蓄積層が形成
されるよう該チャネル層に電子を供給する、n型InA
lPからなる電子供給層と、該電子供給層の直上にInAlAsショットキーコンタ
クト層と、 を備えたヘテロ接合半導体デバイス。
2. A heterojunction semiconductor device having a heterojunction portion formed on a semi-insulating InP substrate, wherein the heterojunction portion comprises a channel layer made of undoped InP and a heterojunction of the channel layer. N-type InA that supplies electrons to the channel layer so that an electron storage layer is formed at the interface
and an InAlAs Schottky contact immediately above the electron supply layer.
And a heterojunction semiconductor device having a junction layer .
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