JPH01205471A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH01205471A
JPH01205471A JP2976488A JP2976488A JPH01205471A JP H01205471 A JPH01205471 A JP H01205471A JP 2976488 A JP2976488 A JP 2976488A JP 2976488 A JP2976488 A JP 2976488A JP H01205471 A JPH01205471 A JP H01205471A
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semiconductor
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lattice
layer
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Naoki Nishiyama
直樹 西山
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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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〕 本発明は半導体装置に関するもので、特にヘテロ接合部
分に形成される二次元電子を利用した電界効果トランジ
スタ(FET)に使用される。
〔従来の技術〕
従来、二次元電子を利用したFETが知られ、高周波電
子回路や集積回路への応用か期待されている。第3図は
このような従来装置の断面図で、例えばエレクトロニク
ス・レターズ(Electro−nics Lette
rs) 、  22巻、]1、47ページ(1986年
)に記載されている。
図示ノ通り、半絶縁性のインジウムリン(InP)から
なる基板31」二には、例えばアルミニウムインジウム
ヒ素(Aρ   InO,480,52A8) からなるバッファ層32を介して、ガリウムインジウム
リンヒ素(Ga   I n O,470,53AS)力゛らな る第1半導体層33が結晶成長されている。そして、第
1の半導体層33上にはアンドープのAρ   In O,480,52Asからなる第2の半導体層34およ
びn型のAΩ  In 0.48  0.52A”力゛らなる 第3の半導体層35が形成されている。さらに、第3の
半導体層」二35には、ゲート電極36がショットキー
接触して設けられると共に、ソース電極37およびドレ
イン電極38がオーミック接触して設けられている。
このような装置では、第1の半導体層33と第2の半導
体層34の間の極めて狭い領域(ヘテロ接合領域)に二
次元電子が閉じ込められる。従って、ソース電極37と
ドレイン電極38の間に電圧を印加すると、この二次元
電子はヘテロ接合領域を高い移動度で走行することにな
り、いイっゆる高電子移動度トランジスタ(HEMT)
などが実現される。
〔発明か解決しようとする課題〕
しかしながら、このような従来例においては、第1の半
導体層33と第2の半導体層34および第3の半導体層
35の間では、いわゆる格子整合をとるのか通例であり
、従って第1半導体層33の材料が決まれば、第2の半
導体層34および第3の半導体層35に用いる材料の選
択の余地が、おのずから制限されることになっていた。
さらに、あえて第1の半導体層33と第2の半導体層3
4および第3の半導体層35の間の格子整合をとらなか
った場合には、第4図のエネルギーバンド図に示す如く
、第1の半導体層3Bと第2の半導体層34の間にミス
フィツト転位やダングリングボンドによる結晶欠陥、界
面準位か発生する。このため、第1の半導体層33と第
2の半導体層34間のヘテロ接合領域を走行する二次元
電子の移動度に影響を与えるという問題があった。
−フ   − そこで本発明は、第1および第2の半導体層間のヘテロ
接合領域における二次元電子の移動度を高く保ちながら
、第3の半導体層の材料選択の余地を広くすることので
きる半導体装置を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係る半導体装置は、半絶縁性もしくは絶縁性の
基板上に第1半導体層を形成し、この第1の半導体層上
にアンドープの第2の半導体層およびn型の第3の半導
体層を形成してヘテロ接合となし、この第1の半導体層
と第2の半導体層間のヘテロ接合部分に形成される二次
元電子を電界効果トランジスタのキャリアとして利用す
る半導体装置であって、第1の半導体層の格子定数a1
と第2の半導体層の格子定数a2は l  (a2−a1)/a1 l <屹 5%の範囲で
格子整合するようにし、さらに第3の半導体層の格子定
数は第2の半導体層の格子定数に対して制約を受けない
ようにしたことを特徴としている。
また、第2の半導体層および第3の半導体層としては、
第1の半導体層と第2の半導体層間のヘテロ接合部分に
二次元電子ガスが形成されるように、第2の半導体層の
電子親和力は第1の半導体層の電子親和力より小さくし
、さらに第3の半導体層の電子親和力は第2の半導体層
の電子親和力と同等もしくは小さくしたことを特徴とし
ている。
〔作用〕
本発明の構成によれば、第1半導体層の格子定数a1と
第2半導体層の格子定数が l  (a  −a  )/a11<o、5%の範囲で
格子整合しているため、ミスフィツト転位やダングリン
グボンドの発生を抑え、第1の半導体層と第2の半導体
層間のヘテロ接合領域を走行する二次元電子の移動度の
低下を防ぐ。さらに第1の半導体層と第2の半導体層間
のヘテロ接合領域に電子を供給する第3の半導体層につ
いては、第2の半導体層との間でミスフィツト転位やダ
ングリングボンドか発生しても、上記のヘテロ接合領域
とは、第2の半導体層をへだてて空間的に分離されるた
め、このヘテロ接合領域を走行する二次元電子に影響を
与えることが少ない。さらに、第2の半導体層の格子定
数に制約を受けずに第3の半導体層の材料を選択できる
ので、ゲート金属とのショットキー接触の取りやすさを
改善したり、高い二次元電子密度を有する半導体装置が
実現可能となる。
〔実施例〕
以下、添付図面の第1図および第2図を参照して、本発
明の詳細な説明する。
第1図はこの発明の一実施例を示す断面図である。図示
の通り、半絶縁性の半導体基板1上にはバッファ層2を
形成し、バッファ層2上には第1の半導体層3、第2の
半導体層4および第3の半導体層5を順次に形成し、第
3の半導体層上にはショットキーケート電極6と、これ
から隔離されたソース電極7およびドレイン電極8を形
成している。
さらに詳細に説明すると、半絶縁性の半導体基板]はI
nPに鉄(Fe )をドープしたものてあり、バッファ
層2はアンドープのAρo、48I n o、52A 
S混晶からなり、例えば分子線エピタキシャル成長法に
より積層している。第1の半導体層3はGa   In O,470,53As混晶からなり、層厚は約0.2μ
mである。第1の半導体層3上の第2の半導体層4は、
第1の半導体層3とほぼ格子整合のとれるアンドープの
Aρ   InO,480,52 As混晶からなり、層厚は100A程度である。
さらに、第2の半導体層4上の第3の半導体層5は、第
2の半導体層4を形成するAρ。、48In   As
混晶よりAρ組成の大きなn型のシ0.52 リコン(Si) ドープAρ In   As混晶X 
     1.− x (x>0.48)からなり、その電子密度は5×101
7(cm ”)程度、層厚は400A程度である。
ショットキーゲート電極6は例えばアルミニウム(八Ω
)で構成されたものであり、ソース電極7およびドレイ
ン電極8は金(Au)、ゲルマニウム(Ge ) 、ニ
ッケル(Nj )合金で構成されたものである。
次に、第2図を参照して、」1記実施例の作用を説明す
る。
第2図は、本実施例のエネルギーバンド構造図である。
図示のとおり、第1の半導体層3としてアンドープGa
   In O,470,53A”混晶を積層し、 この第1の半導体層3上に、これとほぼ格子整合のとれ
るアンドープAρ  In 0.48  0.52A”混晶か らなる第2の半導体層4を積層し、さらに、第2の半導
体層4上に第3の半導体層5として、第2の半導体層4
よりAβ糾成の大きなn型のシリコン(Sj)  ドー
プAρ In   As混晶(x>x      1−
x o、 4Th)を積層すると、第1の半導体層3と第2
の半導体層4の間のヘテロ接合領域に二次元電子ガス2
0が形成される。ここで、第2の半導体層4の電子親和
力を第1の半導体層3より小さくすることにより、十分
な二次元電子ガスが得られる。しかし、一方第2の半導
体層4と第3の半導体層5の界面には、ミスフィツト転
位やダングリングボンドによる結晶欠陥、界面準位が発
生する。
ところが、本発明においては、第1の半導体層3と第2
の半導体層4間のヘテロ接合領域の二次元電子ガス20
と、第2の半導体層4と第3の半導体層5の界面に存在
するミスフィツト転位やダングリングボンドによる結晶
欠陥、界面準位とは、第2の半導体層4をへたてて分離
されているため、ヘテロ接合領域を走行する二次元電子
の移動度に影響を与えることがない。
さらには、本実施例においては、第3の半導体層5を形
成するAρInAs混晶のA、il+組成を従来例より
大きくとることができ、材料選択の余地が広がるととも
に、これに好適なショットキー電極材料の選択の余地も
広がる。また、第3の半導体層5の電子親和力を第2の
半導体層4の電子親和力よりも小さくすることにより、
二次元電子ガス20から見たゲート電極6方向のバリア
が高くなる。このため、熱的に励起された二次元電子が
バリアを越えてゲート電極6に到達する確率か低くなり
、従って、結果としてゲート電極6のリーク電流が低減
するという効果が生じる。
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の
変形か可能である。
例えば、第]の半導体層3の材料については、Ga  
    In O,470,53As混晶に限定されるものではなく、
Ga   In x   1.−x ””  (o≦X≦1)混晶、Ga
  Aρi 、 As  (0≦X≦1)混晶、In 
 Ga   As−In  Ga   As超格子、x
     1−x          y     I
  YGa  AΩ  As −Ga  Aρ  AS
超格子x   1−x      y   1−y等に
拡張することが容易である。さらに第2の半導体層4お
よび第3の半導体層5の材料についても、A、l!Ga
   As(0≦X≦1)混晶、X      1−x I n  Ga 1−xP (0≦X≦1)混晶、In
  Ga、、As−In  Aρ  As超格子、X 
                 y     1−
yGa  Aρ  As −Ga  Aρ  As超格
子x   1.− X      Y   l−Y等に
変更することが可能である。
また、エピタキシャル成長法としても、分子線エピタキ
シャル成長法に限らす有機金属気相成長法、気相エピタ
キシャル成長法、液相エピタキシャル成長法等を利用す
ることができる。さらに、不純物濃度や膜厚についても
、本発明の要旨を変更しない範囲内において、種々の設
計変更を施すことが可能である。
〔発明の効果〕
以上、詳細に説明した通り本発明では、第1の半導体層
と第2の半導体層間のヘテロ接合領域は、結晶欠陥や界
面準位から隔離されるので、ここを走行する二次元電子
の移動度に影響を及はすことなく、また第3の半導体層
の材料の選択の余地か広がる。従って、はぼ格子整合が
とれたヘテロ接合、領域の二次元電子を、電界効果トラ
ンジスタのキャリアとして有効に利用することにより、
良好な特性か実現される半導体装置を提供することかで
きる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の半導体装置の一実施例を示す断面図、
第2図は本発明の半導体装置の一実施例におけるエネル
ギーバンド構造を示す図、第3図は従来例に係る半導体
装置の断面図、第4図は従来例に係る半導体装置におけ
る格子整合をとらない場合のエネルギーバンド構造を示
す図である。 1・・・半絶縁性半導体基板、3・・・第1の半導体層
、−] l  − 4・・・第2の半導体層、5・・・第3の半導体層、6
・・・ショットキーゲート電極、7・・・ソース電極、
8・・・ドレイン電極。 特許出願人  住友電気工業株式会社 代理人弁理士   長谷用  芳  樹実施例 第1図 格子整合をとらない 第 場合の上片・ルギーバンド構造 4図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半絶縁性もしくは絶縁性の基板上に第1の半導体層
    を形成し、さらにこの第1の半導体層上にアンドープの
    第2の半導体層およびn型の第3の半導体層を形成して
    ヘテロ接合となし、前記第1の半導体層と第2の半導体
    層間のヘテロ接合部分に形成される二次元電子を電界効
    果トランジスタのキャリアとして利用する半導体装置に
    おいて、 前記第2の半導体層の格子定数a_2は、前記第1の半
    導体層の格子定数a_1に対して |(a_2−a_1)/a_|<0.5% の範囲で格子整合し、かつ前記第3の半導体層の格子定
    数は前記第2の半導体層の格子定数に対して制約を受け
    ないことを特徴とする半導体装置。 2、前記第2の半導体層の電子親和力は前記第1の半導
    体層の電子親和力より小であり、かつ前記第3の半導体
    層の電子親和力は前記第2の半導体層の電子親和力と同
    等もしくは小であることを特徴とする請求項1記載の半
    導体装置。 3、前記第2の半導体層の層厚が200Å以下であるこ
    とを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
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JPS5893376A (ja) * 1981-11-30 1983-06-03 Fujitsu Ltd 半導体装置

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