JPH01199474A - ヘテロ接合型電界効果トランジスタ - Google Patents

ヘテロ接合型電界効果トランジスタ

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JPH01199474A
JPH01199474A JP2422588A JP2422588A JPH01199474A JP H01199474 A JPH01199474 A JP H01199474A JP 2422588 A JP2422588 A JP 2422588A JP 2422588 A JP2422588 A JP 2422588A JP H01199474 A JPH01199474 A JP H01199474A
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gaas
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Kaoru Inoue
薫 井上
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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、ヘテロ接合構造を用いた電界効果型トランジ
スタの改良に関するものである。
従来の技術 ん1aAsとGaAsのへテロ接合を用いたヘテロ接合
型の電界効果トランジスタ(FET)は高速スイッチン
グ素子やマイクロ波用トランジスタとして広く使われて
いる。ヘテロ接合FETの代表的なものは、ノンドープ
のGaAs層上にN型A7GaAs層を形成し、ヘテロ
接合界面のGaA1側にたまる高易動度の2次元電子ガ
スを用いる高電子移動度トランジスタ(HEMT)と呼
ばれるものであるがN型AtGaAs層を介して2次元
電子ガスとオーミック接触を得ることに困難な点がある
ことから、これを改良した逆HEMT構造が考えられて
いる。第2図a、bに、逆HEMT構造の断面構造図と
そのエネルギーバンド図を示す。第2図aにおいて、1
は半絶縁性G a A s基板、2は膜厚が1100n
程度のノンドープG a A mバッファー層、3は膜
厚が100. nmから200 nmのノンドープA 
tG a A s層、4は膜厚が10nm程度のN型A
tGaAs層、6はノンドープAtGaAs+ スペー
サ層、6はノンドープG a A mチャンネル層、7
は低濃度(〜10/cd)にN型不純物が添加されたN
型G a A s層、8は高濃度(〉1018/ciI
)にN型不純物が添加されたN+型G a A s層で
ある。この構造において、層6と6のへテロ接合2のG
 a A s側に2次元電子ガスがたまるが、層2と層
3のへテロ接合1には2次元電子がたまらないようにす
る必要があることから、層2のG a A s層の厚さ
を100 nm程度と薄く、層3のA tG a A 
s層の厚さを100〜200 nmと比較的厚く形成し
、第2図すのエネルギーバンド図に示すように、ヘテロ
接合1においてGaAsの伝導帯の底がフェルミレベル
よりも高くなるようにしなければならない。
発明が解決しようとする課題 以上のように逆HEMT構造では、2次元電子ガスから
上の層がG a A s層であるので表面から2次元電
子ガスとのオーミック接触を得る場合にオーミック接触
抵抗を低減できるという利点があるものの、層構造にい
くつかの制約が課せられるという欠点がある。特に、G
 a A mバッファー層2が薄いことはエピタキシャ
ル層全体が薄くなり基板と層2の界面の悪影響を受けや
すい。また、ノンドープのAtGaAs層3が1oon
m〜2oOnmと厚いので、ヘテロ接合2の界面凹凸が
太きくなることからチャンネル層のG a A sの結
晶品質が低下し、2次元電子ガスの移動度が低下すると
いう問題が生じる。
さらに、ヘテロ接合界面2と平行方向に高電界を印加し
、電子をチャンネル層に沿って走行させる場合に電界に
より電子は熱くなりA IG a A s層3.4およ
び6にあふれ出すが、A tG a A s層3゜4お
よび6が厚いため電子は長(AtGaAs 層中を走行
する確率が増え、このため電子の平均速度が低下するこ
とが考えられるという問題が生じる。
課題を解決するための手段 本発明では以上の様な逆HEMT構造に伴う問題点を解
決するために次の様な手段を用いる。
■ チャンネル層に薄いI n yGa 1−アAs層
を用いる、 ■ 電子供給層のAtGaAs層の厚さを10nm〜2
0nmと薄くする。
■ G a A mバッファー層を3oonm〜1oo
Onmと厚くする。
作  用 チャンネル層にInyGal−アA8 層を用いること
により、逆HEMT構造における構造上の制約が解決す
る。すなわち、I n y G a 1−7As  層
を第2図の層eに用いると、I n yG a 1−ア
As 層の伝導帯エネルギーの底はG a A sのそ
れより常にエネルギー的に低くなるため、N型A tG
 a A m層4より供給される電子は大部分、I n
 y G a 1−アAs  層に入り、G a A 
mバッファー層2が厚くとも、またAtGaAs層3が
薄くともへテロ接合1の方へは殆んど電子は供給されな
くなる。
このことを考慮に入れ、G a A mバッファー層を
厚く形成することによって基板とエピタキシャル層の界
面の悪影響が低減されることになる。また、A tG 
a A s層3,4および6の全体の膜厚を薄くするこ
とにより、AtGaAs層上のエピタキシャル層の結晶
性の向上と界面の凹凸の低減が図れることになる。さら
に、高電界印加時に熱くなった2次元電子ガスは、すみ
やかに薄いAtGaAs層通り抜け、エネルギー的に低
いG a A mバッファー層を走行する確率が増加す
るので、電子の平均速度が向上することになる。
実施例 本発明の実施例を第1図a、bを用いて詳細に説明する
。第1図aは、本発明に基く、逆HEMTj¥Rnであ
り、第1図すは、そのエネルギーバンド図である。第1
図aにおいて、1は半絶縁性GaAs基板、2はノンド
ープのGaAsバッファー層である。ノンド、−ブG 
a A itバッファー層2の厚さは、InyGal−
アAs  チャンネル層13に電子が十分に供給される
ようにするために、ある程度厚くする必要があり、最低
限300 nmが必要である。
実施例では600nmとした。上限は特にないが、エピ
タキシャル成長に要する時間との兼ね合いから1100
0n程度が妥当である。このノンドープG a A m
バッファー層2の上に電子供給層となるA tG a 
A s層10.11および12を形成する。
1oおよび12はノンドープのAtGaAs スペーサ
層であり、膜厚は2〜5nm程度が適切である。
11はN型A IG a A 1層であシ膜厚は、N型
不純物のドーピング量により量によシ多少異なるが、不
純物濃度Npと膜厚dの積で、 ND @d== 1 、2〜1 、6X 10  /c
iIとなるように決定すればよい。実施例では、ND:
2X10  /diとした。従って膜厚は6〜8nmで
ある。13はノンドープInyGa1−XAs  層で
あり、この層がFETのチャンネル層となり、2次元電
子ガスがたまる層となる、In、Ga1−XAs 層1
3は、A IG a A s層およびG a A s層
と本来格子整合が取れないが、薄い場合には、歪をその
内部にたくわえたまま良好な結晶となる。チャンネル層
の厚さとしては、10 nm〜20 nmが適切である
と考えられるので、Inの組成比yはIn、Ga1−X
As 層の臨界膜厚を考慮して0.2  以下とすれば
良い。14はノンドープまたは10  /Cl11程度
のN型不純物がドープされたGaAs層、16は良好な
オーミックコンタクトを得るだめのN+型GaAs層で
ある。
実施例では14はノンドープG a A s層とした。
本実施例のへテロ構造の伝導帯エネルギーバンド図を第
1図すに示すが、I n y G a 、−y A s
層13A tG a A s層12との伝導帯エネルギ
ー不連続値G aA s 履2とA tG a A s
 層1oとのそれよりも、1oo〜2oomev大きい
ために、N型AtGaAs層11から供給される電子は
大部分1 n y G a 、−アAm層の方へたまる
ことになる。この電子濃度としては約1 、5 Xl 
0  /cr1以上の高い値が得られた。
なお、本実施例のA tG a A s 中のAt組成
比は0.16〜0.3のものを用いた。
発明の効果 本発明によれば、逆f(EMT構造において問題となっ
たバッファー層の厚さの制約が解決され、G a A 
sバッファー層を、500 nm程度以上に厚く形成す
ることが可能であり、半絶縁性G a A m基板とエ
ピタキシャル層の界面の悪影響が低減できる。まだ、電
子供給層となるA IG a A s層の全体の厚さを
10nm〜20nmと従来に比べ非常に薄くすることが
できるので、AtGaAs 層上のエピタキシャル層の
結晶性を向上でき、両者の界面の凹凸も低減できる。ま
たAzGaAs 胴部ことにより、高電界印加時にAt
GaAs層側へあふれ出す熱い電子は、すみやかにAt
GaAs 層を通過しG a A aバッフ1−層に移
るため、電子の平均速度の劣化が従来に比べ低減できる
など、本発明による逆HEMT構造は従来に比べ設計に
制約が少ないばかりでなく、ヘテロ接合FETの特性改
善に大いに有用である。
【図面の簡単な説明】
第1図dは本発明の一実施例の電界効果型トランジスタ
の断面図、第1図すは同トランジスタの伝導帯エネルギ
ーバンド図、第2図aは従来の電界効果型トランジスタ
の断面図、第2図すは同トランジスタの伝導帯エネルギ
ーバンド図である。 1・・・・・・半絶縁性G a A m基板、2・・・
・・・ノンドープG a A sバッファー層、10,
12・・・・・・ノンドープA tG a A sスペ
ーサ層、11・・・・・・N型AtGaAs層、13・
・・・・・ノンドープI n yG a 、−y A 
tr層、14・・・・・・ノンドープG a A s層
、16・・・・・・N+型G a A s層。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第2
図 A[相]v+5s5呆ぎ 2    延鱒歇叩田弁七−

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  半絶縁性GaAsウェハー上に形成された膜厚が30
    0nmから1000nmのノンドープGaAsバッファ
    ー層の上に、N型不純物が部分的に層状に添加された薄
    いAl_XGa_1_−_XAsよりなる電子供給層と
    、ノンドープでIn組成比yが0.2以下のIn_yG
    a_1_−_yAs層よりなるチャンネル層と、ノンド
    ープGaAs層およびN^+型GaAs層が順次形成さ
    れたヘテロ接合構造を有してなるヘテロ接合型電界効果
    トランジスタ。
JP63024225A 1988-02-04 1988-02-04 ヘテロ接合型電界効果トランジスタ Expired - Lifetime JP2921835B2 (ja)

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