JPH01179371A - 電界効果トランジスタ - Google Patents

電界効果トランジスタ

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Publication number
JPH01179371A
JPH01179371A JP94288A JP94288A JPH01179371A JP H01179371 A JPH01179371 A JP H01179371A JP 94288 A JP94288 A JP 94288A JP 94288 A JP94288 A JP 94288A JP H01179371 A JPH01179371 A JP H01179371A
Authority
JP
Japan
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layer
channel layer
electron
type inp
graded
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Pending
Application number
JP94288A
Other languages
English (en)
Inventor
Takemoto Kasahara
健資 笠原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP94288A priority Critical patent/JPH01179371A/ja
Publication of JPH01179371A publication Critical patent/JPH01179371A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/432Heterojunction gate for field effect devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超高周波用の電界効果トランジスタに関し、特
にInを含む化合物半導体層を動作層として備えた電界
効果トランジスタに関する。
〔従来技術〕
InP、InGaAs等Inを含む化合物単導体は、電
子の飽和速度、ピーク速度が大きい等すぐれた性質を有
し超高速・高周波素子材料として注目され、これを用い
た電界効果トランジスタの検討がいくつか行なわれてい
る。
例えば、InPを用いた従来技術としてはショットキー
ゲートを備えた電界効果トランジスタ(以下MES  
FETと記す)があり、例えば、パレラ(Barrer
a)及びアーチャ−(Archer)によシアイ・イー
・イー・イー・トランザクションズ・オン・エレクトロ
ン・デバイシズ(IEEE Trans −actio
ns on Electron Devices)第B
D−22巻、第11号、1975年1023〜103o
頁に報告されている。
第5図は従来の電界効果トランジスタの第1の例を説明
するための半導体チップの断面図である。
第5図に示すように、半絶縁性InP基板1の上に電子
チャネル層としてn型InP層2を設け、n型InP層
の上に前記電子チャネル層を制御するゲート電極6と前
記電子チャネル層とオーム接触を有するソース電極7及
びドレイン電極8をそれぞれ設けた構造のMES  F
ETである。
また、8i02膜をゲート絶縁膜に用いfct界効果ト
ランジスタではライル(Life)等によって、エレク
トoニクス・レターズ(ElectronicsLet
ters)第14巻、1978年9月号、 657〜6
59頁に報告されている。
第6図は従来の電界効果トランジスタの第2の例を説明
するための半導体チップの断面図である。
第6図に示すように、半絶縁性InP基板1の上に5i
02膜31を介してゲート電極6を設け、半絶縁性In
P基板1の上に設けたn十型InPコンタクト層32の
上にソース電極7及びドレイン電極8を設けた構造であ
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述した従来のゲート構造を有するInP電界効果トラ
ンジスタは、例えば、MES構造においては、InP層
に対するショットキーのバリア電位が0.3〜0.4e
V程度しかないため、逆方向リーク電流が大きく、ゲー
ト耐電圧が小さいなどの問題がある。また、MI8構造
においては、InP層表面にnチャネルは容易に形成さ
れるものの界面変成層の存在による電流等のドリフトが
生じること、また、多数の界面準位の存在によυ表面水
すンシャルの曲が9が小さく、従って、nチャネルのデ
イプレッションモードの素子には適応しにくい等、実用
上大きな問題点があった。これはIn有する超高周波、
超高速電界効果トランジスタを提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の電界効果トランジスタは、半絶縁性半導体基板
上に設けたInを含む化合物半導体層からなる電子チャ
ネル層と、前記電子チャネル層の上に設けて前記電子チ
ャネル層と格子整合し且つ前記電子チャネル層より電子
親和力の小さい組成から更に電子親和力の小さくなるよ
うに組成を連続的に変化させた(AlxGa l −X
) y In 1−)’ Asグレイデッド層と、前記
−(Alx Ga t−x)χI rl 1− y A
sグレイデッド層・の上に設けて前記電子チャネル層を
制御するゲート電極と、前記チャネル層にオーム接触す
るソース電極及びドレイン電極とを備えて構成される。
〔作用〕
本発明は、Inを含む化合物半導体層からなる電子チャ
ネル層の上に、電子チャネル層と格子整合し、且つ、電
子チャネル層iυ電子親和力の小さい(AlxGat−
x)y In1−yAsグレイデッド層を設けることに
よシ、伝導帯不連続が形成され、この障壁によシミ子チ
ャネル層中の電子が(AlxGa1−x)y In1−
y Asグレイデッド層へ拡散するのを防ぐことが可能
となり、 l−+た、(AlxGa 1−X) yIn t−y 
As層のゲート電極に対するショットキー障壁電位の高
さも充分に得られゲート電極からのリーク電流を小さく
することが可能となシ、電界効果トランジスタの高性能
化が実現できる。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
第1図は本発明の一実施例を説明するための半導体チッ
プの断面図である。
第1図に示すように、半絶縁性InP基板1の上にVP
E(Vapor Phase Epitaxial)法
によシネ細物濃度lXl0 cm  のn型InP層2
を0.2μmの厚さに成長させる。次にMB E (M
olecularBeam Epitaial )法に
よ)n型InPli2に格子整合してノンドープの、υ
I n AsからノンドープのAl 6,4 Ga o
、6 Asまで連続的に組成を変化させた(AJxGa
t−x)yInt−y Asグレイデッド層3を0.1
μmの厚さに成長させる。次に、イオン注入法によシ選
択的に不純物を注入して計型InPコンタクト層4,5
を形成し、オーム接触部の(AlxGa1−z)′yI
nl −y As グレイデッド層3を選択的にエツチ
ング除去する。次に、  (AlxGa1−)c)yI
 n 1− y Asグレイデッド層3の上にジットキ
ー接合を有するゲート電極6を選択的に形成し、n+型
InPコンタクト層4,5の上にオーム接触をなすソー
ス電極7及びドレイン電極8をそれぞれ形成して電界効
果トランジスタを構成する。
第2図は本発明のゲート電極下のエネルギー帯を示す模
式図である。第2図に示すように、(AlxGa1−X
)、 Inl −y Asグレイデッド層3の組成比を
n型InP層2との界面において、n型InP層2より
電子親和力が小さく、かつ、格子整合する例えばAlI
nAs層を含む層にすることによシ、伝導帯不連続が形
成され、n型InP層2(電子チャネル層)中の電子が
この障壁によって(AlXGar−x)ゾInk−yA
s グレイデッド層3へ拡散することを防止する。一方
、(AlxGa1−x)y Int−yAs層のゲート
電極に対する障壁の高さは、(M8Gal−x)ンIn
5−yAsの組成をゲートメタル界面においてAl’X
 Gap−xAs  等のように電子親和力を小さくす
ることによシ0.8〜1,2eVと高いショットキー障
壁電位の高さをもつのでゲート電極からのリーク電流に
ついてもこの大きな障壁によって十分小さくすることが
でき、ゲート耐電圧の向上をはかることが可能である。
すなわち上述のことから明らかな様に本発明によ、9n
型InP層2に対する実効的なショットキー障壁電位を
高くすることができ、かつ伝導帯不連続の存在によシグ
ートバイアスをある程度順方向にかけてもゲートリーク
電流を十分小さくすることができる。
また、(AJ)(Gat−x)yInt −y Asグ
レイデッド層3の組成をn型InP層2との界面では、
n型InP層2と格子整合する組成で電子親和力の小さ
いAlInAs層を含む層にすることにより界面準位の
少ない良好な界面を得ることができる。さらに、ゲート
電極との間に高いショットキー障壁を得るために組成を
変化させたことによって生ずる格子不整を組成を連続的
に変化させることで結晶の劣下を緩和することができる
。以上よシ、界面特性が良好でゲート散−り電流の小さ
い電界効果トランジスタが得られる効果がある。
第3図は本発明の電界効果トランジスタによるゲート・
ソース間の電流・電圧特性を示す図である。
第3図に示すように、従来技術に比べて本発明の電界効
果トランジスタによるソース・ゲート間の電流・電圧特
性は実効的な立上り電圧が大きくしかも逆方向のリーク
電流も小さく耐電圧もきわめて大きく良好な特性が得ら
れた。
第4図は、本発明の電界効果トランジスタによるゲート
・ソース間のC−■特性を示す図である。
第4図に示すように、本発明の電界効果トランジスタは
、従来のものに比べ静特性におけるヒステリシスが小さ
く電流のドリフトもない良好な特性を示した。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、Inを含む化合物半導体
層からなる電子チャネル層の上に、電子チャネル層と格
子整合し、且つ、電子チャネル層より電子親和力の小さ
vMIPi>ら更に電子親和力の小さく々るように組成
を連続的に変化させた(AJxGal−)□y In1
−y As  グレイデッド層を設けることによシ、伝
導帯不連続が形成されて、電子チャネル層中の電子の拡
散を防ぐと同時に、ゲート電極に対するショットキー障
壁電位も充分に得ることができ、その結果、逆方向ゲー
トリーク電流の抑制と高ゲート耐電圧が得られ、順方向
バイアス時のターンオン電圧も大きくできるという効果
を有する。
また、C−V特性においてヒステリシスの小さい良好な
界面特性を得ることができ、電界効果トランジスタの高
性能化が実現できるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を説明するための半導体チッ
プの断面図、第2図は本発明のシート電極下のエネルギ
ー帯を示す模式図、第3図は本発明の電界効果トランジ
スタによるゲート・ソース間の電流・電圧特性を示す図
、第4図は本発明の電界効果トランジスタによるゲート
・ソース間のC−■特性を示す図、第5図及び第6図は
従来の電界効果トランジスタの第1及び第2の例を説明
するための半導体チップの断面図である。 1・・・半絶縁性InP基板、2・・・n型InP眉、
3 ・・・(AIX Gat−x)yInt −y A
sグレイデッド層、4.5・・・n土層InPコンタク
ト層、6・・・ゲート電極、7・・・ソース電極、8・
・・ドレイン電極、21・・・ゲート電極領域、22−
 (AIXGal−x)y In1−、Asグレイデッ
ド層領域、23・・・n型InP層領域、24・・・半
絶縁性InP基板領域、31・・・5iOz膜、32・
・・n+型InPコンタクト層。 代理人 弁理士  内 原   晋 第7 図 地2ヌ 第3 図 も 4図 第5図 堵 6 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  半絶縁性半導体基板上に設けたInを含む化合物半導
    体層からなる電子チャネル層と、前記電子チャネル層の
    上に設けて前記電子チャネル層と格子整合し且つ前記電
    子チャネル層より電子親和力の小さい組成から更に電子
    親和力の小さくなるように組成を連続的に変化させた(
    Al_xGa_1_−_x)_yIn_1_−_yAs
    グレイデッド層と、前記(Al_xGa_1_−_x)
    _yIn_1_−_yAsグレイデッド層の上に設けて
    前記電子チャネル層を制御するゲート電極と、前記チャ
    ネル層にオーム接触するソース電極及びドレイン電極と
    を備えたことを特徴とする電界効果トランジスタ。
JP94288A 1988-01-05 1988-01-05 電界効果トランジスタ Pending JPH01179371A (ja)

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JP94288A JPH01179371A (ja) 1988-01-05 1988-01-05 電界効果トランジスタ

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JP94288A Pending JPH01179371A (ja) 1988-01-05 1988-01-05 電界効果トランジスタ

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JP (1) JPH01179371A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6350999B1 (en) * 1999-02-05 2002-02-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Electron-emitting device

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