JPH02271638A - Semiconductor element - Google Patents

Semiconductor element

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JPH02271638A
JPH02271638A JP9420589A JP9420589A JPH02271638A JP H02271638 A JPH02271638 A JP H02271638A JP 9420589 A JP9420589 A JP 9420589A JP 9420589 A JP9420589 A JP 9420589A JP H02271638 A JPH02271638 A JP H02271638A
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JP
Japan
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layer
undoped
gaas
mixed crystal
yas
Prior art date
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Pending
Application number
JP9420589A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Sumihisa Kudo
工藤 純久
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To increase carrier concentration of a two-dimensional electron gas and improve mobility and saturation rate of the carrier by providing a layer where a mixed crystal ratio y of In changes continuously from 0 to y between a GaAs layer and an InyGa1-yAs layer. CONSTITUTION:A layer 4 called a graded layer where the mixed crystal ratio of In changes from 0 to y continuously from a GaAs layer 3 toward the InyGa1-yAs layer 5 is provided between the undoped GaAs layer 3 and the undoped InyGa1-yAs layer 5 to relax distortion due to difference in lattice constant between GaAs and InGaAs. As a result, since the undoped InyGa1-yAs layer 5 is relaxed due to presence of the graded layer 4, the thickness may be increased by that amount and the mixed crystal ratio y can be increased. Thus, the carrier concentration becomes larger and the mobility and saturation rate of carrier can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はI n G a A s / G a A s
 ヘテロ接合を有する半導体素子、特に2次元電子ガス
を有する高電子移動度トランジスタに適用して有効な技
術に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention is directed to InGaAs/GaAs
The present invention relates to a technique that is effective when applied to semiconductor devices having a heterojunction, particularly high electron mobility transistors having a two-dimensional electron gas.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ヘテロ接合を利用した半導体素子の一つとして、2次元
電子電界効果トランジスタ(Two〉dimensio
nal Electron Gas FET : 2 
D E G −F ET)と呼称されている高電子移動
度トランジスタ(l(igh Electron Mo
bility Transistor)が知られている
。また、GaAsに比較して電子移動度(モビリティ)
や飽和速度が大きいことから、InGaAsを素材とし
た高電子移動度トランジスタも開発されている。たとえ
ば、l nGaAs/GaAsのへテロ構造については
、ジャパニーズジャーナル オブ アプライド フィジ
ックス(Japanese Journal of A
pplied Physics)第26巻、4号、4月
、1987年、P539〜P542に開示されている。
One of the semiconductor devices that utilizes heterojunctions is the two-dimensional electron field effect transistor (Two-dimensional field effect transistor).
nal Electron Gas FET: 2
High electron mobility transistor (DEG-FET)
(transistor) is known. In addition, compared to GaAs, the electron mobility (mobility)
High electron mobility transistors made of InGaAs have also been developed because of their high saturation speed. For example, the Japanese Journal of Applied Physics discusses lnGaAs/GaAs heterostructures.
pplied Physics) Volume 26, No. 4, April, 1987, P539-P542.

この文献には、InGaAsJliとGaAs1lの格
子不整合によって結晶に歪みが生じる臨界厚さに関して
論じられている。この文献には、InGaAs層とGa
As層の格子定数の不整合による歪は、InGaAs層
を薄くすることで回避できる旨記載されている。
This document discusses the critical thickness at which crystal distortion occurs due to lattice mismatch between InGaAsJli and GaAs1l. This document describes an InGaAs layer and a GaAs layer.
It is stated that distortion due to mismatching of the lattice constants of the As layer can be avoided by making the InGaAs layer thinner.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

前記文献にも記載されているように、格子定数が5.6
5人となるGaAsと、格子定数が5゜66人となるA
flGaAsとが接合状態にある場合、I nGaAs
1iiの膜厚が特定の厚さ以上になると格子定数の不整
合により格子歪が生ずる。この歪により結晶性が劣化し
、キャリアの移動度および飽和速度が低下する。また、
2次元電子ガスにおけるバンドギャップの関連から、I
nGaAsJilにおけるInの混晶比(モル比)yは
0.15〜0.2が使われている。そこで、従来ではI
nGaAs層を使用する2DEG−FETの場合は、2
次元電子ガスが形成されるInGaAsJiの厚さは厚
くても200人程変色ある。
As stated in the above literature, the lattice constant is 5.6.
GaAs with 5 people and A with a lattice constant of 5° and 66 people.
When flGaAs is in a junction state, InGaAs
When the film thickness of 1ii exceeds a specific thickness, lattice distortion occurs due to lattice constant mismatch. This strain deteriorates crystallinity and reduces carrier mobility and saturation speed. Also,
From the relationship of the band gap in two-dimensional electron gas, I
The mixed crystal ratio (molar ratio) y of In in nGaAsJil is 0.15 to 0.2. Therefore, in the past, I
For 2DEG-FET using nGaAs layer, 2
The thickness of InGaAsJi, where the dimensional electron gas is formed, is about 200 degrees thick and discolored.

本発明者による検証では、2次元電子ガスが形成される
InGaAs層の厚さが200人程変色薄い場合は、た
とえば膜厚が500人と厚い場合には何等依存性は認め
られないが、2次元電子ガスのシート濃度(キャリア濃
度)n、が急激に低くなる事実が判明した。
In verification by the present inventor, when the thickness of the InGaAs layer in which two-dimensional electron gas is formed is about 200 mm thick, no dependence is observed when the film thickness is 500 mm thick. It has been found that the sheet concentration (carrier concentration) n of the dimensional electron gas decreases rapidly.

ドレイン電流1.はつぎの式で表される。Drain current 1. is expressed by the following formula.

Is =q n、W、V、  ・・・ (1)ここで、
qは電荷、W、はゲート幅、■、は材料で決まる飽和速
度である。
Is = q n, W, V, ... (1) Here,
q is the electric charge, W is the gate width, and ■ is the saturation speed determined by the material.

したがって、前記n、の低下を抑えるためには、InG
aAs層を500人程変色厚くする必要がある。しかし
、単純にInGaAs層を500人程変色厚くしたので
は、前述のように格子歪が発生し、キャリアの移動度お
よび飽和速度が遅くなり、2次元電子電界効果トランジ
スタの本来の特長である高速性が具現化されなくなる。
Therefore, in order to suppress the decrease in n,
It is necessary to increase the thickness of the aAs layer by about 500 layers. However, if the InGaAs layer is simply made thicker by about 500 layers, lattice distortion will occur as described above, and the carrier mobility and saturation speed will be slowed down, resulting in a high-speed Gender is no longer embodied.

以上のことから、本発明者は2次元電子ガスが形成され
るInGaAs層を、格子歪のない混晶比yが大きく厚
い層とすることを試み本発明を成した。
In view of the above, the present inventor attempted to make the InGaAs layer in which the two-dimensional electron gas is formed into a thick layer with no lattice distortion and a large mixed crystal ratio y, and accomplished the present invention.

本発明の目的は格子歪のない厚いInGaAs層をGa
As1i上に形成することにある。
The purpose of the present invention is to form a thick InGaAs layer with no lattice strain by using GaAs.
The purpose is to form it on As1i.

本発明の他の目的は、高速動作する2次元電子電界効果
トランジスタを提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a two-dimensional electronic field effect transistor that operates at high speed.

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。
The above and other objects and novel features of the present invention include:
It will become clear from the description of this specification and the accompanying drawings.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
A brief overview of typical inventions disclosed in this application is as follows.

すなわち、本発明の2次元電子電界効果トランジスタは
、半絶縁性GaAs基板の主面にアンドープGaAs層
、アンドープI n O−1,G a 141−rAs
層、アンドープInyGa+−y As層、n形GaA
sJII、選択的に設けられた一対のn十形GaAs層
が順次積層された構造となっているとともに、前記アン
ドープInyGa+−y AsNの表層部には2次元電
子ガスが形成された構造となっている。また、前記アン
ド−11nGaAs層の厚さは500人程変色なってい
る。また、前記n形A吏GaAs層上にはゲート電極が
設けられているとともに、前記n形GaAs層の一方に
はソース電極が設けられかつ他方にはドレイン電極が設
けられている。
That is, the two-dimensional electron field effect transistor of the present invention includes an undoped GaAs layer and an undoped I n O-1, Ga 141-rAs layer on the main surface of a semi-insulating GaAs substrate.
layer, undoped InyGa+-y As layer, n-type GaA
sJII has a structure in which a pair of selectively provided n-type GaAs layers are sequentially stacked, and a two-dimensional electron gas is formed in the surface layer of the undoped InyGa+-y AsN. There is. Further, the thickness of the and-11nGaAs layer is discolored by about 500 mm. Further, a gate electrode is provided on the n-type GaAs layer, and a source electrode is provided on one side of the n-type GaAs layer, and a drain electrode is provided on the other side.

〔作用〕 上記した手段によれば、本発明の2次元電子電界効果ト
ランジスタは、アンドープGaAs層とアンドープI 
n、 G a l−y A s層との間に、GaAsと
InGaAsとの格子定数の違いによる歪みを緩和する
ために、Inの混晶比がGaAs層からInyGa+−
y AsJIに向かうにつれて零からyに連続して変化
するグレーデツド層とも呼ぶI n o−my C; 
a +41−F A s層が設けられている。この結果
、前記グレープント層の存在によって前記アンドープI
nyGa+−アAs層は格子歪みが緩和されるため、そ
の分厚さを500人と厚くできる。また、混晶比yは0
.3以上と大きくできる。
[Operation] According to the above means, the two-dimensional electron field effect transistor of the present invention has an undoped GaAs layer and an undoped I
In order to alleviate the strain caused by the difference in lattice constant between GaAs and InGaAs, the In mixed crystal ratio is changed from the GaAs layer to the InyGa+− layer.
y Ino-my C, also called a graded layer that changes continuously from zero to y as it moves toward AsJI;
A +41-F A s layer is provided. As a result, due to the presence of the grepunt layer, the undoped I
Since the lattice strain of the nyGa+-As layer is relaxed, its thickness can be increased by 500 nm. Also, the mixed crystal ratio y is 0
.. It can be made larger than 3.

したがって、2次元電子ガスが形成されるアンドープI
 n、Gap−yAs層の厚さが厚くなりかつ混晶比を
大きくできることから、キャリア濃度を大きくでき、こ
れによりキャリアの移動度および飽和速度を向上させる
ことができる。
Therefore, a two-dimensional electron gas is formed in the undoped I
Since the thickness of the n, Gap-yAs layer can be increased and the mixed crystal ratio can be increased, the carrier concentration can be increased, thereby improving carrier mobility and saturation speed.

〔実施例〕〔Example〕

以下図面を参照して本発明の一実施例について説明する
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例による2DEG−FETが形
成された半導体素子を示す断面図、第2図は同じく電極
パターンを示す模式的平面図、第3図〜第5図は本発明
の2DEC;−FETの各製造工程における断面図であ
って、第3図は主面に多層成長層が形成されたウェハを
示す断面図、第4図はソース電極およびドレイン電極が
形成されたウェハを示す断面図、第5図は同じくゲート
電極が形成されたウェハを示す断面図、第6図は本発明
による半導体素子を組み込んだ半導体装置の模式的断面
図、第7図は同じく一部を切り欠いた平面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor element in which a 2DEG-FET according to an embodiment of the present invention is formed, FIG. 2 is a schematic plan view similarly showing an electrode pattern, and FIGS. 2DEC; - Cross-sectional views of each manufacturing process of FET, FIG. 3 is a cross-sectional view of a wafer with a multilayer growth layer formed on the main surface, and FIG. 4 is a cross-sectional view of a wafer with a source electrode and a drain electrode formed. FIG. 5 is a cross-sectional view of a wafer on which a gate electrode is formed, FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device incorporating a semiconductor element according to the present invention, and FIG. 7 is a partially cutaway view. FIG.

この実施例の2DEC−FETは、第1図に示されるよ
うな構造となっている。すなわち、この2DEG−FE
Tは、厚さ160//mの半絶縁性GaAs基板層と、
この主面にMBE (分子線エピタキシー)法によって
形成された多層成長yM2等によって構成されている。
The 2DEC-FET of this embodiment has a structure as shown in FIG. That is, this 2DEG-FE
T is a semi-insulating GaAs substrate layer with a thickness of 160//m;
It is composed of multilayer growth yM2 etc. formed on this main surface by the MBE (molecular beam epitaxy) method.

前記多層成長層2は、厚さ5000人のアンドープGa
As層3.厚さ500人のアンドープI n(+−ey
 G a 141−IT A 3層(グレーデツド層)
4.厚さ500人のアンドープInGaAs層(アンド
ープI n、 Gap−y As層)5.厚さ400人
のn形AIC,aAsAs層厚さ1600人の一対のn
十形GaAs層7とからなっている。これにより前記n
形AjLGaAs層6の表層部には、点線で示されるよ
うに2次元電子ガス(2次元電子ガス層)8が発生する
。前記アンドープI nGaAs層5のInの混晶比(
モル比)yは0.15〜1.0となっている。
The multilayer growth layer 2 is made of undoped Ga with a thickness of 5000 nm.
As layer 3. Undoped I n(+-ey
G a 141-IT A 3 layers (graded layer)
4. 5. Undoped InGaAs layer (undoped In, Gap-y As layer) with a thickness of 500 nm. n-type AIC with a thickness of 400, a pair of n-type aAsAs layers with a thickness of 1600
It consists of a 10-shaped GaAs layer 7. As a result, the n
A two-dimensional electron gas (two-dimensional electron gas layer) 8 is generated in the surface layer of the AjLGaAs layer 6, as shown by the dotted line. The In mixed crystal ratio of the undoped InGaAs layer 5 (
molar ratio) y is 0.15 to 1.0.

そして、前記アンドープGaAs層3とアンドープIn
GaAs層5との間に設けられるグレーデツド層4は、
Inの混晶比が零からyに連続して変化する層となって
いる。すなわち、アンドープI no−+y G a 
141−、 A s層4のアンドープGaAs層3に接
触する部分では混晶比は零であり、アンドープI nG
aAs層5に接触する部分では混晶比はyである。した
がって、前記グレーデツド層4は、既に表示法であるが
、アンドープIn6−*y G a 141−7As層
4と表示することにする。なお、前記混晶比の厚さ方向
の変化は、MBE法でグレーデツド層4を形成する際、
Inの供給量を経時的に増大制御することによって再現
性良く形成できる。このグレーデツド層4はInの混晶
比が連続して変化することから、各層部分での格子定数
の違いは極めて小さいため、結晶内に歪みが発生するこ
ともない、したがって、このグレーデツド層4上に形成
されるアンドープInGaAsN3は、500人と厚く
また混晶比y−Q、5と大きく形成しても歪みが生じな
いことになる。また、前記n形A1GaAs層6のAA
の混晶比は0.3となっている。
Then, the undoped GaAs layer 3 and the undoped In
The graded layer 4 provided between the GaAs layer 5 is
This is a layer in which the In mixed crystal ratio continuously changes from zero to y. That is, undoped I no-+y Ga
141-, the mixed crystal ratio is zero in the part of the As layer 4 that contacts the undoped GaAs layer 3, and the undoped InG
The mixed crystal ratio in the portion in contact with the aAs layer 5 is y. Therefore, the graded layer 4 will be referred to as an undoped In6-*y Ga 141-7As layer 4, although this has already been indicated. Note that the change in the mixed crystal ratio in the thickness direction occurs when forming the graded layer 4 by the MBE method.
By controlling the supply amount of In to increase over time, it can be formed with good reproducibility. Since the mixed crystal ratio of In in this graded layer 4 changes continuously, the difference in lattice constant between each layer is extremely small, so no strain occurs in the crystal. Even if the undoped InGaAsN3 is formed as thick as 500 μm and as large as the mixed crystal ratio y-Q of 5, no distortion occurs. Furthermore, the AA of the n-type A1GaAs layer 6 is
The mixed crystal ratio is 0.3.

一方、前記n形AjLGaAs層6上にはA吏からなる
厚さ3000人のゲート電極9が設けられているととも
に、このゲート電極9の両側に延在するn◆十形aAs
層7上には、AuGe/Ni。
On the other hand, on the n-type AjLGaAs layer 6, a gate electrode 9 of 3,000 thickness made of A-layer is provided, and an n◆decade-aAs layer extending on both sides of the gate electrode 9 is provided.
On layer 7 is AuGe/Ni.

/ A uからなる厚さ1500人のソース電極10お
よびドレイン電極11が別々に設けられている。
A source electrode 10 and a drain electrode 11 each having a thickness of 1500 mm and made of /Au are provided separately.

また、前記GaAs基板lの主面には選択的にCV D
 S i Oを膜からなる絶縁膜12およびパッシベー
ション膜13が設けられている。
Further, CVD is selectively applied to the main surface of the GaAs substrate l.
An insulating film 12 and a passivation film 13 made of SiO are provided.

このような半導体素子15における電極パターンは、第
2図に示されるようになっている。この半導体素子15
は、同図に示されるように、ソース電極lOとドレイン
電極1層との間に一本のゲート電極9を設けたシングル
・ゲート構造となっている。これらの各電極は半導体素
子15上の所定箇所に引き出され、それぞれ一部にソー
ス用ワイヤポンディングパッド16.ドレイン用ワイヤ
ポンディングパッド17.ゲート用ワイヤボンディング
バンド18が形成されている。ソース用ワイヤポンディ
ングパッド16は2箇所設けられている。そして、これ
らワイヤポンディングパッド16.17.18には、半
導体装置製造時ワイヤ19が接続される。前記ワイヤ1
9は、21M所のソース用ワイヤポンディングパッド1
6にそれぞれ2本接続されている。
The electrode pattern in such a semiconductor element 15 is as shown in FIG. This semiconductor element 15
As shown in the figure, it has a single gate structure in which one gate electrode 9 is provided between a source electrode IO and one layer of drain electrodes. Each of these electrodes is drawn out to a predetermined location on the semiconductor element 15, and a portion of each electrode is provided with a source wire bonding pad 16. Wire bonding pad for drain 17. A gate wire bonding band 18 is formed. Two source wire bonding pads 16 are provided. Wires 19 are connected to these wire bonding pads 16, 17, and 18 during semiconductor device manufacturing. The wire 1
9 is the source wire bonding pad 1 at the 21M location.
Two wires are connected to each of 6.

つぎに、このような構造の半導体素子15(20EG−
FET)の製造方法について説明する。
Next, a semiconductor element 15 (20EG-
The manufacturing method of FET) will be explained.

20EG−FETの製造に際しては、最初に、第3図に
示されるように、化合物半導体薄板(ウェハ)20が用
意される。このウェハ20は半絶縁性のGaAs基板1
を母材として構成されている。また、このウェハ20は
、既にMBE法によって、前記GaAs基itO主面に
順次エピタキシャル成長層が形成され、多層成長層2が
設けられている。また、前記GaAs基板Iの厚さは4
00μm程度となっている。
In manufacturing the 20EG-FET, first, as shown in FIG. 3, a compound semiconductor thin plate (wafer) 20 is prepared. This wafer 20 is a semi-insulating GaAs substrate 1
is used as the base material. Further, this wafer 20 has already been provided with epitaxial growth layers successively formed on the GaAs-based itO main surface by the MBE method, and a multilayer growth layer 2 is provided. Further, the thickness of the GaAs substrate I is 4
It is approximately 00 μm.

なお、上記の説明において、薄い板状のGaAs1Fi
lをウェハと称しているが、このGaAs基板1自体は
勿論のこととして、以後、このGaAs基板l基板面に
形成される各層をも含め、分断されて半導体素子15と
なる前の状態の薄板を、以下、ウェハと呼称することに
する。
In addition, in the above explanation, a thin plate-shaped GaAs1Fi
Although 1 is referred to as a wafer, not only this GaAs substrate 1 itself but also each layer formed on the surface of this GaAs substrate 1 will be hereinafter referred to as a thin plate before being cut into semiconductor elements 15. will be referred to as a wafer hereinafter.

前記GaAs基Fi1の主面、すなわち、(100)結
晶面に設けられた多層成長N2は、厚さ5000人のア
ンドープG a A s Jii3 、厚さ500人の
アンドープI n 114y G a I−11−y 
A S層(グレーデツド層)4.厚さ500人のアンド
ープInGaAs層(アンドープI ny Ga+−y
 Ask)5、厚さ400人のn形AJLGaAs層6
.厚さ1600人の一対のn◆形GaAs層7とからな
っている。これにより前記n形A u G a A s
 li 6の表層部には、点線で示されるように2次元
電子ガス(2次元電子ガス11) 8が発生する。前記
アンドープInGaAsJi5のInの混晶比(モル比
)yば0.15〜1.0となっている。そして、前記ア
ンドープGaAs層3とアンドープInGaAs層5と
の間に設けられるグレーデツド層4は、Inの混晶比が
零からyに連続して変化する層となっている。すなわち
、アンドープT nQ4yGal−*+−y AsJi
F4のアンドープGaAs層3に接触する部分では混晶
比は零であり、アンドープI n G a A s l
1I5に接触する部分では混晶比はyである。なお、前
記混晶比の厚さ方向の変化は、MBE法でグレーデツド
層4を形成する際、Inの供給量を経時的に増大制御す
ることによって再現性良く形成できる。このグレーデッ
ドN4はInの混晶比が連続して変化することから、各
層部分での格子定数の違いは極めて小さいため、結晶内
に歪みが発生することもない、したがって、このグレー
デッドN4上に形成されるアンドープInGaAs層5
は、500人と厚く形成しても歪みが生じないことにな
る。また、前記n形A旦GaAs層6の/lの混晶比は
0.3となっている。
The multilayer growth N2 provided on the main surface of the GaAs-based Fi1, that is, the (100) crystal plane, is an undoped Ga As Jii3 with a thickness of 5000 people and an undoped I n 114y Ga I-11 with a thickness of 500 people. -y
AS layer (graded layer)4. An undoped InGaAs layer with a thickness of 500 nm (undoped InGa+-y
Ask) 5, 400mm thick n-type AJLGaAs layer 6
.. It consists of a pair of n◆-type GaAs layers 7 with a thickness of 1600 nm. As a result, the n-type A u G a A s
Two-dimensional electron gas (two-dimensional electron gas 11) 8 is generated in the surface layer of li 6, as shown by the dotted line. The In mixed crystal ratio (molar ratio) of the undoped InGaAsJi5 is 0.15 to 1.0. The graded layer 4 provided between the undoped GaAs layer 3 and the undoped InGaAs layer 5 is a layer in which the In mixed crystal ratio continuously changes from zero to y. That is, undoped T nQ4yGal-*+-y AsJi
In the part of F4 in contact with the undoped GaAs layer 3, the mixed crystal ratio is zero, and the undoped I n Ga As l
The mixed crystal ratio in the part that contacts 1I5 is y. Note that the change in the mixed crystal ratio in the thickness direction can be formed with good reproducibility by increasing and controlling the amount of In supplied over time when forming the graded layer 4 by the MBE method. Since the mixed crystal ratio of In in this graded N4 changes continuously, the difference in lattice constant in each layer is extremely small, so no distortion occurs in the crystal. Therefore, in this graded N4, Undoped InGaAs layer 5 formed in
This means that no distortion occurs even if the thickness is 500. Further, the /l mixed crystal ratio of the n-type AlGaAs layer 6 is 0.3.

このようなウェハ20にあって、第4図に示されるよう
に、ウェハ20の主面に部分的に厚さ3500人のCV
 D S s Oを膜からなる絶縁膜12が設けられる
とともに、常用のリフトオフ法によってA u G e
 / N i / A uからなる厚さ3000人のソ
ース電橋10およびドレイン電極11が、前記n+形G
aAs層7上に形成される。
In such a wafer 20, as shown in FIG.
An insulating film 12 made of D S S O is provided, and an A u G e
A source bridge 10 and a drain electrode 11 having a thickness of 3000 and made of /Ni/Au are connected to the n+ type G
It is formed on the aAs layer 7.

つぎに、第5図に示されるように、前記ウェハ20の主
面に設けられた絶縁膜12の中央部分が常用のエツチン
グ技術によって除去されるとともに、残留した絶縁膜1
2および図示しないホトレジスト膜をマスクとしてn3
形G a A s 層7の露出部分がエツチング除去さ
れる。そして、常用のリフトオフ法によって/lからな
る厚さ3000人のゲート電橋9が、露出したn形A見
GaAs層6上に形成される(リセス構造)。その後、
このウェハ20上には同図では図示しないバンシヘーシ
ョン膜が所望パターンに設けられ、かつGaAs基板1
の下面が所望厚さに研磨される。ウェハ20はおよそ1
60μm程度の厚さとされた後、縦横に分断され、第1
図に示されるような2DEC−FETが多数製造される
Next, as shown in FIG. 5, the central portion of the insulating film 12 provided on the main surface of the wafer 20 is removed by a commonly used etching technique, and the remaining insulating film 1
2 and n3 using a photoresist film (not shown) as a mask.
The exposed parts of the G a As layer 7 are etched away. A gate bridge 9 having a thickness of 3,000 mm and having a thickness of /l is then formed on the exposed n-type GaAs layer 6 by a commonly used lift-off method (recessed structure). after that,
A banishment film (not shown in the figure) is provided on the wafer 20 in a desired pattern, and the GaAs substrate 1
The lower surface of is polished to the desired thickness. Wafer 20 is approximately 1
After being made to a thickness of about 60 μm, it is divided vertically and horizontally, and the first
A large number of 2DEC-FETs as shown in the figure are manufactured.

このような方法によって製造された半導体素子15は、
パッケージされて第6図および第7図に示されるような
半導体装でとなる。
The semiconductor device 15 manufactured by such a method is
It is packaged into a semiconductor device as shown in FIGS. 6 and 7.

半導体装置lは、第7図に示されるように八角柱状のセ
ラミックからなるパッケージ25と、このパッケージ2
5の下面にそれぞれ一端が取り付けられた複数のり一ド
26とからなっている。前記リード2Gはパッケージ2
5の中心を原点とするXY平面にあって、それぞれXY
軸方向に沿って十字状に延在している。そして、±Y力
方向延在する太いリードはソースリード27となるとと
もに、+X方向に延在するリードはドレインリード28
となり、−X方向に延在するリードはゲートリード29
となっている。
As shown in FIG. 7, the semiconductor device 1 includes a package 25 made of ceramic having an octagonal column shape, and this package 2.
5, each of which has one end attached to the lower surface thereof. The lead 2G is the package 2
Located on the XY plane with the origin at the center of 5,
It extends in a cross shape along the axial direction. The thick leads extending in the ±Y force direction become source leads 27, and the leads extending in the +X direction become drain leads 28.
The lead extending in the -X direction is the gate lead 29.
It becomes.

パッケージ25は第6図に示すように、ベース30と、
このベース30の主面、すなわち、上面を塞ぐキャップ
3層とからなっている。前記ベース30はセラミックか
らなる六角形板のベース本体32と、このベース本体3
2の主面周縁部分に設けられた外周が8角形枠状体から
なるセラミックの枠部33とからなっている。前記キャ
ップ31は枠部33の上面で接合材34を介して気密的
に固定されている。前記ベース本体32にあっては、ベ
ース本体32の主面からその周面および裏面に亘って部
分的に導体N35が設けられている。
As shown in FIG. 6, the package 25 includes a base 30,
The base 30 is composed of three layers of caps that cover the main surface, that is, the top surface. The base 30 includes a base body 32 which is a hexagonal plate made of ceramic, and this base body 3.
The outer periphery of the ceramic frame 33 is provided at the periphery of the main surface of 2 and has an octagonal frame shape. The cap 31 is airtightly fixed to the upper surface of the frame 33 via a bonding material 34. In the base body 32, a conductor N35 is partially provided extending from the main surface of the base body 32 to its peripheral surface and back surface.

これら導体層35は、ソース用導体N36.ドレイン用
導体層37.ゲート用導体層38となっている。前記ベ
ース30は積層印刷法等によって形成され、かつ焼成に
よって一体的に形成されている。
These conductor layers 35 include source conductors N36. Drain conductor layer 37. This serves as a gate conductor layer 38. The base 30 is formed by a laminated printing method or the like, and is integrally formed by firing.

前記ソースリード27およびドレインリード28ならび
にゲートリード29は、前記ベース30の下面に延在す
るソース用導体層36.ドレイン用導体層37.ゲート
用導体層38に対応して、それぞれ接合材39を介して
接続されている。なお、各リード3はその表面にメツキ
膜40が設けられている。
The source lead 27, the drain lead 28, and the gate lead 29 are connected to a source conductor layer 36 extending on the lower surface of the base 30. Drain conductor layer 37. They are connected to each other via a bonding material 39 corresponding to the gate conductor layer 38 . Note that each lead 3 is provided with a plating film 40 on its surface.

一方、前記ソース用導体層36は、ベース本体32の主
面では、第7図に示されるように、鼓形杖のチップ搭載
部41を形作っている。そして、このチップ搭載部41
の中央に銀ペースト等からなる接合材42を介して前記
半導体素子15が搭載されている。また、前記ベース本
体32の主面は、ドレイン用導体層37およびゲート用
導体層38が延在しているので、これらと前記半導体素
子15の電極とは、第6図および第7図に示されるよう
に、ワイヤ19で電気的に接続されている。
On the other hand, on the main surface of the base body 32, the source conductor layer 36 forms a chip mounting portion 41 of a drum-shaped cane, as shown in FIG. And this chip mounting part 41
The semiconductor element 15 is mounted in the center with a bonding material 42 made of silver paste or the like interposed therebetween. Further, since a drain conductor layer 37 and a gate conductor layer 38 extend on the main surface of the base body 32, these and the electrodes of the semiconductor element 15 are shown in FIGS. 6 and 7. It is electrically connected by a wire 19 so that it can be connected.

このような実施例によれば、つぎのような効果が得られ
る。
According to such an embodiment, the following effects can be obtained.

(1)本発明の2次元電子電界効果トランジスタは、チ
ャネルとなる2次元電子ガスが表層部に形成されるアン
ドープInyGa+−アAsJiと基板側のアンドープ
GaAs層との間にアンドープIno−*yGa+□−
アAs層が設けられていることから、格子歪のないアン
ドープInyGa、□As層を形成できるという効果が
得られる。
(1) In the two-dimensional electron field effect transistor of the present invention, a two-dimensional electron gas serving as a channel is formed between an undoped Ino-*yGa+ AsJi formed in the surface layer and an undoped GaAs layer on the substrate side. −
Since the As layer is provided, it is possible to form an undoped InyGa or □As layer without lattice distortion.

(2)上記(1)により、本発明の2次元電子電界効果
トランジスタは、前記アンドープI n 04 yGa
I−1−yAsJiの作用によって、アンドープIny
Ga+□As層に格子歪が発生しなくなることから、ア
ンドープInyGa+−y As層の厚さを500人と
厚くできるため、2次元電子ガスのシート濃度が高くな
り、キャリアの移動度および飽和速度の向上が達成でき
るという効果が得られ(3)上記(2)により、本発明
の2次元電子電界効果トランジスタは、キャリアの移動
度の向上により、本来の高電子移動度トランジスタとな
るという効果が得られる。
(2) According to (1) above, the two-dimensional electron field effect transistor of the present invention has the undoped I n 04 yGa
By the action of I-1-yAsJi, undoped Iny
Since no lattice strain occurs in the Ga+□As layer, the thickness of the undoped InyGa+-y As layer can be increased by 500 mm, which increases the sheet concentration of the two-dimensional electron gas and reduces carrier mobility and saturation velocity. (3) According to (2) above, the two-dimensional electron field effect transistor of the present invention has the effect of becoming an original high electron mobility transistor by improving carrier mobility. It will be done.

(4)上記(2)により、本発明の2次元電子電界効果
トランジスタは、チャネルとなる2次元電子ガスのキャ
リア濃度の移動度および飽和速度が向上するため、ドレ
イン電極および相互コンダクタンス(g、)の増大が図
れ、雑音指数(NF)および電力利得(pc)が改善さ
れるという効果が得られる。
(4) According to (2) above, the two-dimensional electron field effect transistor of the present invention improves the mobility and saturation speed of the carrier concentration of the two-dimensional electron gas serving as the channel, so that the drain electrode and the mutual conductance (g, The effect is that the noise figure (NF) and power gain (pc) are improved.

(5)本発明の2次元電子電界効果トランジスタは、2
次元電子ガスが表層部に形成されるアンドープIn、C
ya+−y As層と、基板側のアンドープGaAs層
との間にアンドープI n 04 y G a l−1
1−yAs層を形成する構造となっていることから、格
子歪を発生させることなくアンドープInGaAs1J
を製造できるため、再現性が良くなり歩留りが向上する
という効果が得られる。
(5) The two-dimensional electronic field effect transistor of the present invention has two
Undoped In, C where dimensional electron gas is formed on the surface layer
Undoped I n 04 y Gal-1 between the ya+-y As layer and the undoped GaAs layer on the substrate side
Since the structure forms a 1-yAs layer, undoped InGaAs 1J can be formed without causing lattice strain.
can be manufactured, resulting in better reproducibility and improved yield.

(6)上記(1)〜(5)により、本発明によれば高速
動作する特性の優れた2次元電子電界効果トランジスタ
を安価に提供することができるという相乗効果が得られ
る。
(6) According to the above (1) to (5), according to the present invention, a synergistic effect can be obtained in that a two-dimensional electron field effect transistor with excellent characteristics that operates at high speed can be provided at a low cost.

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、アンドープI
nyGal−y As層の厚さは500人に限定される
ものではなく、それよりも厚くあるいは薄く形成しても
よい。
Although the invention made by the present inventor has been specifically explained above based on Examples, it goes without saying that the present invention is not limited to the above Examples and can be modified in various ways without departing from the gist thereof. No, for example, undoped I
The thickness of the nyGal-yAs layer is not limited to 500, but may be formed thicker or thinner.

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野である2次元電子電界効果
トランジスタの製造技術に適用した場合について説明し
たが、それに限定されるものではない。
In the above description, the invention made by the present inventor is mainly applied to the manufacturing technology of two-dimensional electron field effect transistors, which is the background field of application, but the invention is not limited thereto.

本発明は少なくともI nGaAsを使った半導体素子
あるいは光素子には適用できる。
The present invention is applicable to at least semiconductor devices or optical devices using InGaAs.

〔発明の効果〕 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。
[Effects of the Invention] The effects obtained by typical inventions disclosed in this application are briefly explained below.

本発明によれば、I n、Gal−yAsとGaASの
格子定数の不整合による歪を抑止するために、GaAs
層とI n y G a +−y A S層との間にI
nの混晶比yが零からyに連続的に変化するIn6−+
、Ga、□−yAs層を設けているので、格子歪を抑止
した状態でI n、Gal−y As層の厚さを厚くで
き、かつInの混晶比を大きくできるので、2次元電子
ガスのキャリア濃度を大きくでき、またキャリアの移動
度および飽和速度を向上させることができる。
According to the present invention, GaAs
There is an I
In6-+ where the mixed crystal ratio y of n changes continuously from zero to y
, Ga, □-yAs layer, the thickness of the In, Gal-yAs layer can be increased while suppressing lattice strain, and the mixed crystal ratio of In can be increased, so two-dimensional electron gas The carrier concentration can be increased, and the carrier mobility and saturation speed can be improved.

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

第1図は本発明の一実施例による2DEC−FETが形
成された半導体素子を示す断面図、第2図は同じく電極
パターンを示す模式的平面図、 第3図は本発明の2DEC−FETの製造に用いられる
ウェハを示す断面図、 第4図は同じくソース電極およびドレイン電極が形成さ
れたウェハを示す断面図、 第5図は同じくゲート電極が形成されたウェハを示す断
面図、 第6図は本発明による半導体素子を組み込んだ半導体装
置の模式的断面図、 第7図は同じく一部を切り欠いた平面図である。 l・・・半絶縁性GaAs基板、2・・・多層成長層、
3・・・アンドープGaAs層、4・・・アンドープI
n0−ay G a 141−y A S層(グレープ
ント層) 、5 ・・・アンドープI nGaAs層、
6−= n形AuGaAS層、7・・・n◆形GaAs
層、8・・・2次元電子ガス、9・・・ゲート電極、1
0・・・ソース電極、11・・・ドレイン電極、12・
・・絶縁膜、13・・・パッシベーション膜、15・・
・半導体素子、16・・・ソース用ワイヤポンディング
パッド、17・・・ドレイン用ワイヤポンディングパッ
ド、18・・・ゲート用ワイヤポンディングパッド、1
9・・・ワイヤ、20・・・ウェハ、25・・・パッケ
ージ、26・・・リード、27川ソースリード、28・
・・ドレインリード、29・・・ゲートリ−)’、30
・・・ベース、31・・・キャップ、32・・・ベース
本体、33・・・枠部、34・・・接合材、35・・・
導体層、36・・・ソース用導体層、37・・・ドレイ
ン用導体層、38・・・ゲート用導体層、39・・・接
合材、40・・・メツキ膜、41・・・チップ搭載部、
42・・・接合材。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor element in which a 2DEC-FET according to an embodiment of the present invention is formed, FIG. 2 is a schematic plan view similarly showing an electrode pattern, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing a wafer used for manufacturing; FIG. 4 is a cross-sectional view of a wafer on which source and drain electrodes are formed; FIG. 5 is a cross-sectional view of a wafer on which gate electrodes are formed; FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device incorporating a semiconductor element according to the present invention, and FIG. 7 is a partially cutaway plan view. l... Semi-insulating GaAs substrate, 2... Multilayer growth layer,
3... Undoped GaAs layer, 4... Undoped I
n0-ay Ga 141-y AS layer (grapunt layer), 5... undoped InGaAs layer,
6-=n-type AuGaAS layer, 7...n◆-type GaAs
layer, 8... two-dimensional electron gas, 9... gate electrode, 1
0... Source electrode, 11... Drain electrode, 12.
...Insulating film, 13... Passivation film, 15...
- Semiconductor element, 16... wire bonding pad for source, 17... wire bonding pad for drain, 18... wire bonding pad for gate, 1
9... wire, 20... wafer, 25... package, 26... lead, 27 source lead, 28...
...Drain lead, 29...Gately)', 30
... Base, 31 ... Cap, 32 ... Base body, 33 ... Frame, 34 ... Bonding material, 35 ...
Conductor layer, 36... Conductor layer for source, 37... Conductor layer for drain, 38... Conductor layer for gate, 39... Bonding material, 40... Plating film, 41... Chip mounting Department,
42...Joining material.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、GaAs層と、このGaAs層に接合するIn_y
Ga_1_−_yAs層とを有する半導体素子であって
、前記GaAs層とIn_yGa_1_−_yAs層と
の間にはInの混晶比yが零からyに連続的に変化する
In_0_→_yGa_1_→_1_−_yAs層が設
けられていることを特徴とする半導体素子。 2、アンドープGaAs層と、このアンドープGaAs
層上に設けられたアンドープIn_yGa_1_−_y
As層と、このアンドープIn_yGa_1_−_yA
s層上に設けられたn形のAlGaAs層と、前記アン
ドープIn、Ga_1_−_yAs層の表層部に設けら
れた2次元電子ガスとによって2次元電子電界効果トラ
ンジスタを形成した半導体素子であって、前記アンドー
プGaAs層とアンドープIn_yGa_1_−_yA
s層との間にはInの混晶比yが零からyに連続的に変
化するアンドープIn_0_→_yGa_1_→_1_
−_yAs層が設けられていることを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の半導体素子。
[Claims] 1. GaAs layer and In_y bonded to this GaAs layer
A semiconductor element having a Ga_1_-_yAs layer, and between the GaAs layer and the In_yGa_1_-_yAs layer, an In_0_→_yGa_1_→_1_-_yAs layer in which the In mixed crystal ratio y continuously changes from zero to y. A semiconductor device characterized by being provided with. 2. Undoped GaAs layer and this undoped GaAs
Undoped In_yGa_1_-_y provided on the layer
As layer and this undoped In_yGa_1_-_yA
A semiconductor device in which a two-dimensional electron field effect transistor is formed by an n-type AlGaAs layer provided on the s-layer and a two-dimensional electron gas provided in the surface layer of the undoped In, Ga_1_-_yAs layer, The undoped GaAs layer and the undoped In_yGa_1_-_yA
Between the s layer and the undoped In_0_→_yGa_1_→_1_, the In mixed crystal ratio y changes continuously from zero to y.
-_yAs layer is provided, The semiconductor element of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0346241A (en) * 1989-07-14 1991-02-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor heterostructure and manufacture thereof
JPH03291944A (en) * 1990-04-09 1991-12-24 Nec Corp Field-effect transistor
JPH08111522A (en) * 1994-10-07 1996-04-30 Nec Corp Semiconductor substrate and semiconductor device having recess gate structure

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