JPH02205326A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH02205326A
JPH02205326A JP2621289A JP2621289A JPH02205326A JP H02205326 A JPH02205326 A JP H02205326A JP 2621289 A JP2621289 A JP 2621289A JP 2621289 A JP2621289 A JP 2621289A JP H02205326 A JPH02205326 A JP H02205326A
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Yasumi Hikosaka
康己 彦坂
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Abstract

PURPOSE:To enable multichannels without generating dislocation even by using an InGaAs layer having a different lattice constant to a GaAs substrate as a channel layer by bringing the synthetic quantity of deformation to zero at every pair of a first compound semiconductor layer as the channel layer and a second compound semiconductor layer as an electron supply layer. CONSTITUTION:A non-doped i-GaAs layer 12 is formed onto a GaAs substrate 10 as a buffer layer, and three pairs of channel layers 14 and electron supply layers 16 are shaped onto the layer 12. That is, the i-In0.2Ga0.8As layers 14a-14c in thickness of 150Angstrom as the channel layers and the n-In0.68Ga0.32P layers 16a-16c in thickness of 150Angstrom as the electron supply layers are laminated alternately. Since the absolute values of positive deformation sigmax to the substrate 10 of the layers 14a-14c and the absolute values of negative deformation sigmay to the substrate 10 of the layers 16a-16c are equalized at that time, the thickness of the layers 14a-14c and the layers 16a-16c is made uniform. Accordingly, no dislocation is generated, thus realizing a change into multichannels.

Description

【発明の詳細な説明】 [1要] 半導体装置、特に複数のチャネル層を有する多チヤネル
型HEMT (高電子移動度トランジスタ)に関し、 高速性能に適しているI nGaAsをチャネル層に用
いた多チヤネル型HEMTである半導体装置を提供する
ことを目的とし、 GaAs基板上にチャネル層としての第1の化合物半導
体層と、該チャネル層よりも電子親和力の小さい電子供
給層としての第2の化合物半導体層とを交互に複数対形
成し、前記第1の化合物半導体層が前記GaAs基板に
対して単独で転位が発生しない臨界膜厚内の範囲の厚さ
をdx、前記G a A s基板に対する歪みをσxと
し、前記第2の化合物半導体層が前記GaAs基板に対
して単独で転位が発生しない臨界膜厚内の範囲の厚さを
dy、前記GaAs基板に対する歪みをdyとして、各
対毎に式 %式% が成立するように前記第1の化合物半導体層の組成比及
び厚さdxと、前記第2の化合物半導体層の組成比及び
厚さciyを定めるように構成する。
[Detailed Description of the Invention] [1] Regarding semiconductor devices, particularly multi-channel HEMTs (high electron mobility transistors) having multiple channel layers, a multi-channel HEMT using InGaAs as a channel layer, which is suitable for high-speed performance. The present invention aims to provide a semiconductor device that is a type HEMT, and includes a first compound semiconductor layer as a channel layer on a GaAs substrate, and a second compound semiconductor layer as an electron supply layer having a smaller electron affinity than the channel layer. A plurality of pairs are alternately formed, and the first compound semiconductor layer has a thickness dx within a critical film thickness at which dislocation does not occur independently with respect to the GaAs substrate, and a strain on the GaAs substrate. Let σx be the thickness of the second compound semiconductor layer within the critical film thickness at which no dislocation occurs independently with respect to the GaAs substrate, dy, and the strain with respect to the GaAs substrate be dy, and for each pair, the formula % is given. The composition ratio and thickness dx of the first compound semiconductor layer and the composition ratio and thickness ciy of the second compound semiconductor layer are determined so that the formula % holds true.

[産業上の利用分野] 本発明は半導体装置、特に複数のチャネル層を有する多
チヤネル型HEMT (高電子移動度トランジスタ)に
関する。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor device, and particularly to a multichannel HEMT (high electron mobility transistor) having a plurality of channel layers.

近年の超高速コンピュータの要求に伴い、より高性能な
半導体装置が求められている。超高速トランジスタであ
るHEMTに対しても、より高速性能が求められると共
に大電流化が求められている。
With the recent demand for ultra-high-speed computers, higher performance semiconductor devices are required. HEMTs, which are ultra-high-speed transistors, are also required to have higher speed performance and larger current.

[従来の技術] GaAs/AjGaAs系のHEMTにおいて、高速化
を実現するために、電子が走行するチャネル層の材料を
従来のGaAsの代わりにI nGaAsを用いること
が知られている。
[Prior Art] In a GaAs/AjGaAs HEMT, it is known to use InGaAs as the material of the channel layer through which electrons travel, instead of the conventional GaAs, in order to achieve higher speeds.

このような高速動作可能な従来のHEMTを第6図に示
す。
FIG. 6 shows a conventional HEMT capable of high-speed operation.

第6図(a)に示すように、GaAs基板50上にバッ
ファ層としてノンドープの1−GaAs層52が形成さ
れている。1−GaAs層52上には、高速化のために
チャネル層として約150A厚のI  I no、2G
ao、a AsssAが形成され、このi−T no2
Gao、s As層54上には、GaAsと同じ格子定
数の約500A厚のn−Al!a、 + sG a o
、 asA 8層56が電子供給層として形成されてい
る。n = A j o、 IsG a o、 ssA
 s層56上にはゲート電極58を挟んでソース電極6
0及びドレイン電i#A62が形成されている。
As shown in FIG. 6(a), a non-doped 1-GaAs layer 52 is formed on a GaAs substrate 50 as a buffer layer. On the 1-GaAs layer 52, a 2G layer with a thickness of about 150A is formed as a channel layer to increase the speed.
ao, a AsssA is formed, and this i-T no2
On the Gao, s As layer 54, there is a n-Al! a, + sG ao
, asA 8 layer 56 is formed as an electron supply layer. n = A j o, IsG a o, ssA
A source electrode 6 is formed on the s layer 56 with a gate electrode 58 in between.
0 and a drain voltage i#A62 are formed.

この従来のHEMTは第6図(b)のエネルギーバンド
図に示すように単一の量子井戸を有する単チャネル型H
BMTであるため、高速性能は実現できても大電流化の
要求を満たすことができなかった。
This conventional HEMT is a single-channel type H
Since it is a BMT, although it can achieve high-speed performance, it cannot meet the demand for large current.

HEMTの大iS流化を実現するためには、複数のチャ
ネル層を設けて多チャネル化すればよいことが知られて
いる。
It is known that in order to realize a large iS flow of HEMT, it is sufficient to provide a plurality of channel layers to increase the number of channels.

第7図は、第6図のHEMTを多チャネル化したもので
ある。バッファ層としての1−GaAs層52上に、チ
ャネル層として約150A厚のII n o、2G a
o、s A 5層54a、54b、54Cと、電子供給
層として約300A厚のn−AJo、 IsG a o
、 asA 8層56a、56b、56cが、交互に3
対積層されている。
FIG. 7 shows a multi-channel version of the HEMT shown in FIG. 6. On the 1-GaAs layer 52 as a buffer layer, a channel layer of II no, 2G a with a thickness of about 150A is formed.
o, s A 5 layers 54a, 54b, 54C, and n-AJo, IsGao with a thickness of about 300A as an electron supply layer.
, asA 8 layers 56a, 56b, 56c alternately 3
vs. laminated.

この従来のHEMTによれば第7図(b)のエネルギー
バンド図に示すように3つの量子井戸が形成され、多チ
ャネル化が図れる。
According to this conventional HEMT, three quantum wells are formed as shown in the energy band diagram of FIG. 7(b), and multi-channels can be achieved.

[発明が解決しようとする課題] しかしながら、GaAs基板50上に1−In0.2 
G a o、* A 8層54とn  Ajo、 Is
G a o、 5sAs層56を交互に多層化すると、
1−In、。。
[Problems to be Solved by the Invention] However, 1-In0.2 on the GaAs substrate 50
G a o, * A 8 layers 54 and n Ajo, Is
When the Gao, 5sAs layers 56 are alternately multilayered,
1-In. .

G a o、 s A s層54の格子定数がGaAs
とは異なるため、その歪みが累積して転位が生ずる臨界
応力を越えてしまい、ペテロ界面付近に転位を発生する
という問題があった。このため、二次元電子移動度の大
幅な劣化を招き、素子動作しなくなってしまう。
The lattice constant of the G ao,s A s layer 54 is GaAs
Since the stress is different from the above, there is a problem in that the strain accumulates and exceeds the critical stress at which dislocations occur, causing dislocations near the Peter interface. This causes a significant deterioration of two-dimensional electron mobility, and the device no longer operates.

このように、単チャネルでは転位を起こす程ではなかっ
た歪みが、多チャネルにより累積されて素子動作不能を
招く転位を発生するという問題があった。
As described above, there is a problem in that the strain, which is not enough to cause dislocation in a single channel, is accumulated in multiple channels and causes dislocation that causes the device to become inoperable.

したがって、高速性能に適しているがGaAsと格子定
数の異なるI nGaAsを用いて多チヤネル型HEM
Tを作ることができなかった。
Therefore, multi-channel HEM using InGaAs, which is suitable for high-speed performance but has a different lattice constant from GaAs,
I couldn't make T.

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、I nG
aAsのような高速性能に適している化合物半導体をチ
ャネル層に用いた多チヤネル型HEMTである半導体装
置を提供することを目的とする。
The present invention was made in consideration of the above circumstances, and
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device that is a multichannel HEMT using a compound semiconductor suitable for high-speed performance such as aAs for the channel layer.

[課題を解決するための手段] 第1図は本発明の原理を示す図である。[Means to solve the problem] FIG. 1 is a diagram showing the principle of the present invention.

第1図(a)に示すように、GaAs基板10上にバッ
ファ層として例えばノンド:プの1−GaAs層12が
形成されている。t−GaAs層12上には、高速化の
ためにチャネル層である第1の化合物半導体層として例
えば厚さdxの1−1n Ga1−XAS層14が形成
されている。i−In  Ga    As層14はG
aAs基板1x     1−x Oよりも格子定数が大きいので、第1図(b)に示すよ
うに、GaAs基板10に対して正の歪みである圧縮応
力が働く。
As shown in FIG. 1(a), for example, an undoped 1-GaAs layer 12 is formed as a buffer layer on a GaAs substrate 10. As shown in FIG. On the t-GaAs layer 12, a 1-1n Ga1-XAS layer 14 having a thickness of dx, for example, is formed as a first compound semiconductor layer which is a channel layer in order to increase the speed. The i-In GaAs layer 14 is made of G
Since the lattice constant is larger than that of the aAs substrate 1x 1-x O, a compressive stress that is a positive strain acts on the GaAs substrate 10, as shown in FIG. 1(b).

本発明では、この1−1nGaAs層 x   1−x 14上に電子供給層である第2の化合物半導体層として
例えば厚さdyのn−1nGaPy   1−y 層16を形成している。n−InGaPy   1−y 層16は、L−InGaAs層14と逆x   1−x にGaAs基板10よりも格子定数が小さいので、第1
図(b)に示すように負の歪みである引張り応力が働く
In the present invention, for example, an n-1nGaPy 1-y layer 16 having a thickness dy is formed on the 1-1nGaAs layer x 1-x 14 as a second compound semiconductor layer serving as an electron supply layer. The n-InGaPy 1-y layer 16 has a lattice constant smaller than that of the GaAs substrate 10 in the opposite direction x 1-x to the L-InGaAs layer 14, so the first
As shown in Figure (b), tensile stress, which is a negative strain, acts.

なお、n−1nGaP層16上には、 y   1−y ゲート電[!18を挟んでソース電極20及びドレイン
′rjhiffA22が形成されている。
Note that on the n-1nGaP layer 16 there is a y 1-y gate electrode [! A source electrode 20 and a drain 'rjhiffA22 are formed with 18 in between.

本発明は、n−InGaPnGaA層 16 1−y る負の歪みによりi  I n x Ga lx A 
s層14の正の歪みを補償して、全体の合成歪みを零に
する。
In the present invention, the negative strain of the n-InGaPnGaA layer 16 1-y causes
The positive strain in the s-layer 14 is compensated to make the overall combined strain zero.

1−1nGaAs層14の格子定数が x   1−x 組成比Xに依存し、n−1nGaP層1y   1−y 6の格子定数が組成比yに依存する点を利用して、組成
比x、yにより各層14.15の歪の大きさを調整する
と共に、各層14.16の厚さdx、dyによりを歪み
量を調整する。すなわち、組成比x、yにより第1図(
b)の横軸の大きさを調整し、各層14.16の厚さd
x、dyにより第1図(b)の縦軸の大きさを調整し、
各歪みの面積Sx、Syの合計値がほぼ零になるように
する。
The lattice constant of the 1-1nGaAs layer 14 depends on the composition ratio X, and the lattice constant of the n-1nGaP layer 1y1-y6 depends on the composition ratio y. The amount of strain in each layer 14.15 is adjusted by adjusting the amount of strain in each layer 14.15, and the amount of strain is adjusted by adjusting the thickness dx and dy of each layer 14.16. In other words, depending on the composition ratio x and y, Figure 1 (
Adjust the size of the horizontal axis in b) to determine the thickness d of each layer 14.16.
Adjust the size of the vertical axis in Figure 1(b) using x and dy,
The total value of the areas Sx and Sy of each distortion is made to be approximately zero.

xi−xAs層の組成比XとGaAs nGa 基板に対する歪みσx、InGa    P層のy  
 1−y 組成比yとGaAs基板に対する歪みdyの関係を第2
図に示す、InGa    As層14のx   1−
x 場合、第2図(a)に示すように、その組成比Xに比例
した歪みσxとなり、In  Ga    P層y  
 1−y 16の場合、第2図(b)に示すように、その組成比y
から、GaAs基板と格子整合する組成である0、48
を引いた値y−0,48に比例した歪みdyとなる。し
かも、x=0.1.y=0.58のときのσ1、x=0
.2.y=0.68のときのσ2とは、σxとdyとの
関係において絶対値がほぼ同じである。
Composition ratio X of xi-x As layer, strain σx on GaAs nGa substrate, y of InGa P layer
1-y The relationship between the composition ratio y and the strain dy on the GaAs substrate is expressed as the second
x 1- of the InGaAs layer 14 shown in the figure
x, the strain σx is proportional to the composition ratio X, as shown in Fig. 2(a), and the InGaP layer y
In the case of 1-y 16, as shown in Figure 2(b), the composition ratio y
0.48, which is a composition that lattice matches with the GaAs substrate.
The distortion dy is proportional to the value y-0,48. Moreover, x=0.1. σ1 when y=0.58, x=0
.. 2. The absolute value of σ2 when y=0.68 is almost the same in the relationship between σx and dy.

一般的に、対毎の歪みの合成値が零の場合、その対を繰
り返して積層することが可能である(R,Hull、 
 et  al、  ”5tabilly  of  
semiconductor  5trained−1
ayer 5uperlatNces”、 Appl、
 Phys、 Lett。
In general, if the combined value of strain for each pair is zero, it is possible to repeatedly stack the pairs (R, Hull,
et al, “5tabilly of
semiconductor 5trained-1
ayer 5upperlatNces”, Appl,
Phys, Lett.

48(1)、 6 January 1988参照)。48(1), 6 January 1988).

したがって本発明による半導体装置は、GaAS基板上
にチャネル層としての第1の化合物半導体層と、該チャ
ネル層よりも電子親和力の小さい電子供給層としての第
2の化合物半導体層とを交互に複数対形成し、前記第1
の化合物半導体層が前記GaAs基板に対して単独で転
位が発生しない臨界膜厚内の範囲の厚さをdx、前記G
aAs基板に対する歪みをσxとし、前記第2の化合物
半導体層が前記GaAs基板に対して単独で転位が発生
しない臨界膜厚内の範囲の厚さをdy+前記GaAs基
板に対する歪みをdyとして、各対毎に式 %式% が成立するように前記第1の化合物半導体層の組成比及
び厚さdxと、前記第2の化合物半導体層の組成比及び
厚さciyを定めたことを特徴とする。
Therefore, in the semiconductor device according to the present invention, a plurality of pairs of a first compound semiconductor layer as a channel layer and a second compound semiconductor layer as an electron supply layer having a smaller electron affinity than the channel layer are alternately formed on a GaAS substrate. forming the first
dx is the thickness of the compound semiconductor layer within the critical film thickness at which no dislocation occurs independently with respect to the GaAs substrate, and dx is the thickness of the compound semiconductor layer of
For each pair, let σx be the strain on the aAs substrate, dy be the thickness within the critical film thickness at which no dislocation occurs in the second compound semiconductor layer on the GaAs substrate, and dy be the strain on the GaAs substrate. The composition ratio and thickness dx of the first compound semiconductor layer and the composition ratio and thickness ciy of the second compound semiconductor layer are determined so that the formula % formula % holds true for each case.

[作用] 本発明によれば、チャネル層である第1の化合物半導体
層と電子供給層である第2の化合物半導体層の各対毎に
合成歪み量が零になるようにしているので、GaAs基
板°に対して格子定数が異なるI nGaAs層をチャ
ネル層に用いても、転位を発生することなく多チャネル
化が可能である。
[Function] According to the present invention, since the amount of combined strain is made zero for each pair of the first compound semiconductor layer which is the channel layer and the second compound semiconductor layer which is the electron supply layer, the GaAs Even if an InGaAs layer having a different lattice constant with respect to the substrate is used as a channel layer, multi-channel formation is possible without generating dislocations.

[実施例] 本発明の第1の実施例による半導体装置を第3図に示す
[Example] A semiconductor device according to a first example of the present invention is shown in FIG.

本実施例による半導体装置は3チヤネルのHEMTであ
る。
The semiconductor device according to this embodiment is a three-channel HEMT.

第3図(a)に示すように、GaAs基板10上にバッ
ファ層としてノンドープの1−GaAs層12が形成さ
れている。1−GaAs層12上に、チャネル層と電子
供給層が3対形成されている。
As shown in FIG. 3(a), a non-doped 1-GaAs layer 12 is formed on a GaAs substrate 10 as a buffer layer. Three pairs of channel layers and electron supply layers are formed on the 1-GaAs layer 12.

チャネル層としての150人厚さのi  Ino、2G
 a o、 s A s層14a、14b、14cと、
電子供給層としての150人厚さのn  Ino、6s
Gao、 s2P層16a、16b、16cが交互に積
層されている。 n  I no、1sGao、s2P
層16a、16b、16cの不純物濃度は2 X 10
 ”cxrr−”である。
150mm thick i Ino as channel layer, 2G
ao, sA s layers 14a, 14b, 14c,
150 people thick n Ino as electron supply layer, 6s
Gao and s2P layers 16a, 16b, and 16c are alternately stacked. n I no, 1sGao, s2P
The impurity concentration of layers 16a, 16b, and 16c is 2×10
"cxrr-".

第3図(b)に示すように、i −I no、2Gao
As shown in FIG. 3(b), i −I no, 2Gao
.

aAs層14a、14b、14cのGaAs基板10に
対する正の歪みσxの絶対値と、n−Ino、 aaG
 a o、zP層16a、16b、16cのGaAs基
板10に対する負の歪みσyの絶対値が等しいので、こ
れらi  I no、2Gao、s As層14a、1
4b、14cとn  I n o、asG a 0.3
2P層16a、16b、16cの厚さを同じにすればよ
い。
The absolute value of the positive strain σx of the aAs layers 14a, 14b, 14c on the GaAs substrate 10, n-Ino, aaG
Since the absolute values of the negative strain σy of the a o, zP layers 16a, 16b, 16c with respect to the GaAs substrate 10 are equal, these i I no, 2 Gao, s As layers 14a, 1
4b, 14c and n I no, asG a 0.3
The 2P layers 16a, 16b, and 16c may have the same thickness.

なお、各層の厚さはHattheWSらの理論(J、W
、HatthevIs、 et al、 ”Deffe
ct in Epitaxial Hultilaye
rs”、 Journal of Crystal G
rowth 27(1974) 118−125)によ
り定まる臨界厚さより薄くする必要がある0本実施例で
は各層14a、14b、14c、16a、16b、16
cの厚さを150人とした。
The thickness of each layer is based on the theory of HattheWS et al. (J, W
, Hatthev Is, et al.
ct in Epitaxial Multilayer
rs”, Journal of Crystal G
In this embodiment, each layer 14a, 14b, 14c, 16a, 16b, 16
The thickness of c was set to 150 people.

最上層のn  I no、aaGao、izP層16c
上には、オーミックコンタクトをとりやすくするために
n−GaAs層24が形成されている。このn−GaA
s層24中央の凹部にゲート電極18が形成され、ゲー
トを極18を挟んでソース電極20及びドレイン電極2
2が形成されている。
Top layer n I no, aaGao, izP layer 16c
An n-GaAs layer 24 is formed thereon to facilitate ohmic contact. This n-GaA
A gate electrode 18 is formed in a concave portion at the center of the s-layer 24, and a source electrode 20 and a drain electrode 2 are connected to the gate with the pole 18 in between.
2 is formed.

このように本実施例によればチャネル層と電子供給層の
各対等の合成歪みがほぼ零になるので3対積層しても転
位が発生するようなことがなく、高速性能に適している
I nGaAsをチャネル層に用いた多チヤネル型HE
 M Tを実現できる。
In this way, according to this embodiment, the combined strain of each pair of channel layer and electron supply layer becomes almost zero, so even if three pairs are stacked, no dislocation occurs, and the I layer is suitable for high-speed performance. Multi-channel HE using nGaAs for channel layer
MT can be achieved.

本発明の第2の実施例による半導体装置を第4図に示す
、上記第1の実施例と同一の構成要素には同一の符号を
付して説明を省略する。
A semiconductor device according to a second embodiment of the present invention is shown in FIG. 4. The same components as in the first embodiment are given the same reference numerals and their explanations will be omitted.

本実施例による半導体装置は10チヤネルのHBMTで
ある。
The semiconductor device according to this embodiment is a 10-channel HBMT.

本実施例ではチャネル層は第1の実施例と同じ組成比x
=0.2のi  I no、2Gao、s Asを用い
たが、電子供給層としてより低い組成比y=0.58の
n  I n o、 saG a 0.42Pを用いて
いる点が異なる。電子供給層であるn−Ino、5sG
aO,42Pの組成比yが低くなり、歪みσyの絶対値
が約半分になったので、n  I no、aaGao、
2P層全体の歪み量を増すため厚さを約2倍にしている
点に特徴がある。
In this example, the channel layer has the same composition ratio x as in the first example.
The difference is that n I no, saG a 0.42P with a lower composition ratio y=0.58 is used as the electron supply layer. n-Ino, 5sG, which is an electron supply layer
Since the composition ratio y of aO, 42P has become lower and the absolute value of strain σy has become approximately half, n I no, aaGao,
The feature is that the thickness of the 2P layer is approximately doubled in order to increase the amount of strain in the entire 2P layer.

すなわち、バッファ層である1−GaAs層12上に、
チャネル層としての150人厚さの1Ino、2Gao
、sAs層14a、14b、・ 14jと、電子供給層
としての300人厚さのn−I n o、 saG a
 0.42P層16a、16b、−16jが交互に10
対積層されている。n  Ino、s。
That is, on the 1-GaAs layer 12 which is a buffer layer,
1Ino, 2Gao with 150mm thickness as channel layer
, sAs layers 14a, 14b, and 14j, and a 300-layer-thick n-Ino, saGa layer as an electron supply layer.
0.42P layers 16a, 16b, -16j alternately 10
vs. laminated. n Ino, s.

G a 0.42P層16a、16b、−16jの不純
物濃度はI X 10 ”cII−”である。
The impurity concentration of the G a 0.42P layers 16a, 16b, -16j is I x 10 "cII-".

このように本実施例によればチャネル層及び電子供給層
の組成比により各層の歪みの絶対値が異なっても、その
分の厚さにより歪み量を調節することにより、各対等の
合成歪みをほぼ零にすることができる。したがって、高
速性能に適しているI nGaAsをチャネル層に用い
た多チヤネル型HEMTを実現できる。
In this way, according to this embodiment, even if the absolute value of strain in each layer differs depending on the composition ratio of the channel layer and electron supply layer, by adjusting the amount of strain depending on the thickness, the combined strain of each equal layer can be reduced. It can be reduced to almost zero. Therefore, it is possible to realize a multi-channel HEMT using InGaAs, which is suitable for high-speed performance, for the channel layer.

本発明の第3の実施例による半導体装置を第5図に示す
、上記第1及び第2の実施例と同一の構成要素には同一
の符号を付して説明を省略する。
A semiconductor device according to a third embodiment of the present invention is shown in FIG. 5. The same components as in the first and second embodiments are given the same reference numerals and their explanations will be omitted.

本実施例による半導体装置は5チヤネルの逆構造HEM
Tである。
The semiconductor device according to this embodiment is a 5-channel inverse structure HEM.
It is T.

本実施例のHEMTは上述の第1及び第2の実施例と異
なり、電子供給層の上にチャネル層を積層した、いわゆ
る逆f#造形を部分的に有するHEMTである。また、
各層の厚さを薄くすると共に、チャネル数を減らして5
チヤネルとしている。
The HEMT of this example is different from the first and second examples described above, and is a HEMT partially having a so-called inverted f# structure in which a channel layer is laminated on an electron supply layer. Also,
By reducing the thickness of each layer and reducing the number of channels,
Channel.

すなわち、バッファ層である1−GaAs層12上に、
電子供給層としての200人厚さのn −I n o、
 ssG a O,42P層16a、16.b、−16
eと、チャネル層としての100人厚さの1−Ino、
tGao、sAsAs層a、14b、−14eを交互に
5対積層されている。 n  I no、5sGa 0
.42P層16a、16b、−16eの不純物濃度は2
 X 10 ”am−’である。
That is, on the 1-GaAs layer 12 which is a buffer layer,
200-person thick n −I n o as electron supply layer,
ssG a O, 42P layer 16a, 16. b, -16
e and 100-layer thick 1-Ino as the channel layer,
Five pairs of tGao, sAsAs layers a, 14b, and -14e are alternately laminated. n I no, 5sGa 0
.. The impurity concentration of the 42P layers 16a, 16b, -16e is 2
X 10 "am-".

このように本実施例によれば逆構造形を部分的に有する
H E M Tの場合でも同様に高速性能のチャネル層
での多チャネル化が可能である。
As described above, according to this embodiment, even in the case of an H EMT partially having an inverse structure, it is possible to achieve multichannelization in the high-speed performance channel layer.

本発明は上記実施例に限らず種々の変形が可能である。The present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible.

例えば、上記実施例は10チャネル型HEMT及び5チ
ヤネル型HEM Tであったが、チャネル数は必要に応
じて増減できる。
For example, although the above embodiments are a 10-channel HEMT and a 5-channel HEMT, the number of channels can be increased or decreased as necessary.

また、In  Ga    As層の組成比X及びx 
  1−x 厚さdxと、In  Ga    P層の組成比y及y
   1−y び厚さctyは、単独層で転位を起こさない限界厚さ以
内で、式 %式% が成立する範囲内であれば自由に選択できる。
In addition, the composition ratios X and x of the InGaAs layer
1-x thickness dx and composition ratio y and y of the InGaP layer
The thickness cty can be freely selected as long as it is within the limit thickness that does not cause dislocation in a single layer and within the range where the formula % formula % holds true.

[発明の効果] 以上の通り、本発明によれば、チャネル層である第1の
化合物半導体層と電子供給層である第2の化合物半導体
層の各対等に合成歪み量が零になるので、GaAs基板
に対して格子定数が異なる第1の化合物半導体層をチャ
ネル層に用いても、転位を発生することなく多チャネル
化が可能である。したがって、HEMTの高速化と大電
流化が共に可能である。また、電子供給層を従来のAl
GaAsからI nGaPに代えるようにすれば、DX
センターの問題も解決でき、さらなる半導体装置の高性
能化が実現できる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the amount of combined strain of the first compound semiconductor layer, which is the channel layer, and the second compound semiconductor layer, which is the electron supply layer, becomes equal to zero. Even if the first compound semiconductor layer having a different lattice constant from that of the GaAs substrate is used as the channel layer, multi-channel formation is possible without generating dislocations. Therefore, it is possible to both increase the speed and increase the current of the HEMT. In addition, the electron supply layer is made of conventional Al.
If GaAs is replaced with InGaP, DX
The center problem can also be solved, and the performance of semiconductor devices can be further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の原理を示す図、 第2図はIn  Ga    As層の組成比Xとx 
  1−x GaAs基板に対する歪みσx及びI n  G a 
1−yP層の組成比yとGaAs基板に対する歪みσy
の関係を示すグラフ、 第3図は本発明の第1の実施例による半導体装置を示す
図、 第4図は本発明の第2の実施例による半導体装置を示す
図、 第5図は本発明の第3の実施例による半導体装置を示す
図、 第6図は従来のHEMTを示す図、 第7図は第6図を多チャネル化したHEMTを示す図で
ある。 18・・・ゲート電極 20・・・ソース電極 22・・・ドレイン電極 24 ・−n −G a A s層 50−−− G a A s基板 52−i−GaAs層 54−I  Ino、2Gao、a As層56・・・
n  Ajo、+5Gao、asAs層58・・・ゲー
ト電極 60・・・ソース電極 62・・・ドレイン電極 図において、 10・−GaAs基板 12−−−i−GaAs層(バッファ層)14.14a
、14b、−−−,14jx   1−xAs層(チャ
ネル層) ・・・ 1−InGa 16、 16a、  16b、−=、  16J・・・
n−jnGaP層(電子供給層)y     1−y (α) Cb) (α) (b) 本発明の第2の夫施例による半導体装置庖示す図第ヰ図
Figure 1 is a diagram showing the principle of the present invention, Figure 2 is a diagram showing the composition ratios X and x of the InGaAs layer.
1-x Strain σx and In Ga for GaAs substrate
1-y Composition ratio y of P layer and strain σy on GaAs substrate
3 is a diagram showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 4 is a diagram showing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing a conventional HEMT, and FIG. 7 is a diagram showing a HEMT in which FIG. 6 is made multi-channel. 18... Gate electrode 20... Source electrode 22... Drain electrode 24 -n-GaAs layer 50--- GaAs substrate 52-i-GaAs layer 54-I Ino, 2Gao, a As layer 56...
n Ajo, +5 Gao, asAs layer 58...gate electrode 60...source electrode 62...drain electrode In the diagram, 10.-GaAs substrate 12--i-GaAs layer (buffer layer) 14.14a
, 14b, ---, 14jx 1-x As layer (channel layer)... 1-InGa 16, 16a, 16b, -=, 16J...
n-jnGaP layer (electron supply layer) y 1-y (α) Cb) (α) (b) A diagram showing a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 GaAs基板上にチャネル層としての第1の化合物半導
体層と、該チャネル層よりも電子親和力の小さい電子供
給層としての第2の化合物半導体層とを交互に複数対形
成し、 前記第1の化合物半導体層が前記GaAs基板に対して
単独で転位が発生しない臨界膜厚内の範囲の厚さをdx
、前記GaAs基板に対する歪みをσxとし、 前記第2の化合物半導体層が前記GaAs基板に対して
単独で転位が発生しない臨界膜厚内の範囲の厚さをdy
、前記GaAs基板に対する歪みをσyとして、 各対毎に式 dx×σx+dy×σy〜0 が成立するように前記第1の化合物半導体層の組成比及
び厚さdxと、前記第2の化合物半導体層の組成比及び
厚さdyを定めたことを特徴とする半導体装置。
[Claims] A plurality of pairs of a first compound semiconductor layer as a channel layer and a second compound semiconductor layer as an electron supply layer having a smaller electron affinity than the channel layer are alternately formed on a GaAs substrate. , dx is the thickness of the first compound semiconductor layer within a critical film thickness at which no dislocation occurs independently with respect to the GaAs substrate.
, the strain on the GaAs substrate is σx, and the thickness of the second compound semiconductor layer within a critical thickness range at which no dislocation occurs independently with respect to the GaAs substrate is dy.
, the composition ratio and thickness dx of the first compound semiconductor layer, and the thickness dx of the second compound semiconductor layer so that the following formula dx×σx+dy×σy~0 holds for each pair, where σy is the strain on the GaAs substrate. A semiconductor device characterized in that a composition ratio and a thickness dy are determined.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH05259193A (en) * 1992-03-12 1993-10-08 Fujitsu Ltd Semiconductor device
JPH0645366A (en) * 1991-03-26 1994-02-18 Mitsubishi Electric Corp Field effect transistor
JP2005340717A (en) * 2004-05-31 2005-12-08 Sumitomo Chemical Co Ltd Epitaxial compound semiconductor substrate

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