JPH01256176A - 化合物半導体装置 - Google Patents

化合物半導体装置

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JPH01256176A
JPH01256176A JP8445388A JP8445388A JPH01256176A JP H01256176 A JPH01256176 A JP H01256176A JP 8445388 A JP8445388 A JP 8445388A JP 8445388 A JP8445388 A JP 8445388A JP H01256176 A JPH01256176 A JP H01256176A
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JP
Japan
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layer
ingaas
buffer layer
dimensional electron
electron gas
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Application number
JP8445388A
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English (en)
Inventor
Masahiko Sasa
佐々 誠彦
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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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
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/201Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys
    • H01L29/205Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys in different semiconductor regions, e.g. heterojunctions
    • HELECTRICITY
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    • 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
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    • H01L29/107Substrate region of field-effect devices
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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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】 [4既要コ HEMTなどのInGaAs系デバイスの構成に関し、
基板に近い下層部の二次元電子ガスの形成を抑え、デバ
イスの性能を向上させることを目的とし、InGaAs
からなる活性層を有し、バッファ層を含む結晶成長層と
InP基板との間に、界面準位を形成したAlGaAs
層が設けられていることを特徴とする。
[産業上の利用分野] 本発明はHEMTなどのInGaAs系デバイスの構成
に関する。
HE M T (High Electron Mob
ility Transistor:高電子移動度トラ
ンジスタ)や各種FETなどを構成する化合物半導体デ
バイスは超高速デバイスとして注目されているが、それ
らのデバイスは更にその性能の改善が要望されている。
[従来の技術〕 第3図は従来のGaAs層 n−AlGaAs系HEM
Tの構造断面図を示しており、1は半絶縁性GaAs基
板。
2はノンドープGaAs層(チャネル層;活性層)。
3はn =AIGaAsiJ (電子供給層)、4はn
 −GaAsN(コンタクト層)、5はAIからなるゲ
ート電極。
6はソース電極、7はドレイン電極である。
第4図は第3図のエネルギーバンド構造図を示しており
、Ecは伝導帯、EFはフェルミ準位で、二次元電子ガ
ス(2DEG)がへテロ界面のGaAs層(チャネル層
)2側に形成されることを図示している。
周知のように、その動作概要は、n −AIGaAsI
naAs層−から供給された電子がGaAs層2へ移動
して、ヘテロ界面のGaAs層2側に二次元電子ガス(
2DEC;点線で示す)を発生し、その2DEGの流れ
をゲートで制御して、トランジスタ動作させるものであ
る。
また、第5図は従来のInGaAs層 n −InAl
As系IIEMTの構造断面図を示しており、11は半
絶縁性InP基板、12はノンドープInAlAs層(
バッファ層;膜厚5000人)、13はノンドープIn
GaAsJi (チャネル層;膜厚1000人)、14
はn −1nAIAs層(電子供給層;膜厚500人)
、15はn −InGaAs層(コンタクトN)、16
はAIからなるゲート電極、17はソース電極、18は
ドレイン電極である。
このInGaAs層 n −1nAIAs系HEMTの
構造は第3図に示すGaAs層 n−AlGaAs系H
EMTよりも二次元電子ガス濃度が高く、且つ、InG
aAs層(チャネル層)13内では上記第3図に示すH
EMTのGaAsN(チャネル層)よりも高速にキャリ
アが動くため、−層高速・高性能化された動作特性か得
られる構造である。
なお、ここに、InAlAs層12(バッファ層)を介
在させているのは、ノンドープInAlAs層13(チ
ャネル層)が絶縁体よりもむしろn型に近い性質をもっ
ており、そのノンドープInGaAs層13を厚く形成
すると、特性低下の恐れがあるからである。
次の第6図は第5図に示すHEMTのエネルギーバンド
構造図を示しており、同様にEcは伝轟帯、EFはフェ
ルミ準位である。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、第5図に示すInGaAs / n −In
AlAs系HEMTは、第6図のエネルギーバンド構造
図に示しているように、二次元電子ガス(2DEC)が
チャネル層13の両側に形成されて、一方のn−InA
lAs層14とInGaAsFf13とのへテロ界面の
InGaAs層13側の二次元電子ガスは制御可能なチ
ャネル電流となるが、他方のInAlAsNl2 (バ
ッファ層)に近いヘテロ界面のInGaAs層13側の
二次元電子ガスは制御の困難なチャネル暗電流として、
ピンチオフ特性には寄与せず、特性を悪くする欠点があ
る。
即ち、バッファ層に近いチャネル層下層部に発生する二
次元電子ガスは、チャネル層上層部の二次元電子ガスと
同じくバッファ層における深い不純物準位にあるドナー
によって形成されるが、余程の高電圧を印加しないと空
乏層がチャネル層下層部まで達せず、動作信号のオフ時
にもチャネル電流として残こり、ピンチオフ特性を低下
させることになる。
また、このようにチャネル層下層部の二次元電子ガスは
、icを作成した場合に素子間の電気的分離を不完全と
して、ICの良特性を得ることが困難になる欠点がある
従って、InGaAs / n −InAlAs系HE
MTでは、InAlAs層をバッファ層として介在させ
て、且つ、バッファ層側の二次元電子ガスの発生を抑え
る構造が要望されている。
本発明はこの問題点を解消して、下層部の二次元電子ガ
スの発生を抑え、デバイス性能を向上させることを目的
としたInGaAs層 n −1nAIAs系半導体装
置を提案するものである。
[課題を解決するための手段] その目的は、InGaAsからなる活性層を有し、バッ
ファ層を含む結晶成長層とInP基板との間に、界面準
位を形成した200Å以下程度の厚さのAIGaAsJ
iが設けられている化合物半導体装置によって達成され
る。
[作用] 即ち、本発明は、界面準位を形成した、例えば薄膜(2
00Å以下)のAlGaAs5をInP基板とバッファ
層との間に設け、その界面準位で電子を捕獲させて電子
の移動を防止し、下層部の二次元電子ガスの形成を抑制
するものである。
[実施例〕 以下、図面を参照して実施例によって詳細に説明する。
第1図は本発明にかかるHEMTの構造断面図を示して
おり、11は半絶縁性1nP基板、12はInAlAs
層(バッファN> 、13はノンドープInGaAs層
(チャネル層;活性層)、14はn −1nAIAs層
(電子供給層)、15はn −InGaAs層(コンタ
クト層)。
16はゲート電極、17はソース電極、18はドレイン
電極、 20はAlGaAs層(界面準位層)である。
第2図は第1図のエネルギーバンド構造図を示し、In
P基板11からn −1nAIAs層14(電子供給層
)までの構造図で、Ecは伝導帯、EFはフェルミ準位
である。
この第2図に示すエネルギーバンド構造図と第6図に示
すエネルギーバンド構造図とを比較すれば明らかなよう
に、界面準位層20を介在させると、その存在のために
バッファ層の伝導帯Ecが引き上げられて高レベルにな
り、その結果、ヘテロ界面のチャネル層側の二次元電子
ガスが形成されなくなる。換言すれば、これは界面準位
Ji20に電子をトラツブさせることになる。
次に、本発明にかかる構造の界面準位層20の形成を主
体にした形成法を説明すると、まず、半絶縁性1nP基
板11の上に膜厚20人のAI、、GaatAs層(界
面準位N)20を結晶成長する。この結晶成長には分子
線エピタキシャル成長(MBE)法を用いるが、界面準
位層を成長した後、密閉容器から一旦取り出して表面を
大気に接触させて界面準位を形成させる。この時、例え
ば、AlGaAsN2Oの膜厚は200Å以下(50Å
以下が望ましい)と薄<シて、清々7〜8原子層分のみ
成長する。それは、厚く成長すれば、InP基板との格
子常数の相違から結晶欠陥が発生し易くなるからである
次いで、AlGaAs層(界面準位層)20の上に、ノ
ンドープInD、GI A16.N As層(バッファ
層> 12の厚みを5000人、ノンドープI n 、
、、 G a o+7A s層(チャネル層)13の厚
みを1000人+  nI n、、h A ’an A
 3層(電子供給層;不純物濃度lXl0’シd)14
の厚みを500人。
n −In  Ga  As層(コンタクト層)15の
厚みを26.71  11.軽 00人にしてエピタキシャル成長する。このエピタキシ
ャル成長したウェハーに電極を形成して仕上げる。この
デバイスを測定すると、良好なピンチオフ特性が得られ
る。
上記はHE M Tの実施例であるが、本発明はHEM
Tに限るものではなく、例えば、n −InGaAs層
をチャネル層としたMISFETにも適用して同様の効
果がある。
[発明の効果コ 以上の実施例の説明から明らかなように、本発明によれ
ば活性層(チャネル層)におけるバッファ層側の二次元
電子ガスの形成が抑制され、ピンチオフ特性が向上して
、高速・高性能化したデバイスが得られるものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にかかるInGaAs / n −1n
AIAs系HEMTの構造断面図、 第2図はそのエネルギーバンド構造図、第3図は従来の
GaAs層 n−AlGaAs系HEMTの構造断面図
、 第4図はそのエネルギーバンド構造図、第5図は従来の
InGaAs / n−InAlAs系HEMTの構造
断面図、 第6図はそのエネルギーバンド構造図である。 図において、 11は半絶縁性1nP基板、 12はノンドープInAlAs層(バッファ層)、13
はノンドープInGaAs層(チャネル層)、14はn
 −1nAIAs層(電子供給層)、15はn −In
GaAs層! (コンタクト層)、16はゲート電極、 17はソース電極、 18はドレイン電極、 20はInAlAs層(界面準位層)、を示している。 20】)≦、d−1シ1ツイi、f オ■閃丙工午ルイーハツSaL+幻 第2図 第3図 第4図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  InGaAsからなる活性層を有し、バッファ層を含
    む結晶成長層とInP基板との間に、界面準位を形成し
    たAlGaAs層が設けられてなることを特徴とする化
    合物半導体装置。
JP8445388A 1988-04-05 1988-04-05 化合物半導体装置 Pending JPH01256176A (ja)

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JP8445388A JPH01256176A (ja) 1988-04-05 1988-04-05 化合物半導体装置

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ID=13831042

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0863554A2 (en) * 1997-03-05 1998-09-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Field-effect transistor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0863554A2 (en) * 1997-03-05 1998-09-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Field-effect transistor
EP0863554A3 (en) * 1997-03-05 1998-12-30 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Field-effect transistor

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