JPH0260225B2 - - Google Patents

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JPH0260225B2
JPH0260225B2 JP61258147A JP25814786A JPH0260225B2 JP H0260225 B2 JPH0260225 B2 JP H0260225B2 JP 61258147 A JP61258147 A JP 61258147A JP 25814786 A JP25814786 A JP 25814786A JP H0260225 B2 JPH0260225 B2 JP H0260225B2
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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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
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    • H01L29/778Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7786Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT
    • H01L29/7787Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT with wide bandgap charge-carrier supplying layer, e.g. direct single heterostructure MODFET
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    • H01L29/267Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, elements provided for in two or more of the groups H01L29/16, H01L29/18, H01L29/20, H01L29/22, H01L29/24, e.g. alloys in different semiconductor regions, e.g. heterojunctions

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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、高速電界効果半導体装置に於いて、
チヤネル層としてアン・ドープGaAs化合物半導
体を、キヤリヤ供給層として前記チヤネル層に比
較して電子親和力が小さく且つエネルギ・バン
ド・ギヤツプが大である不純物ドーピング−
族化合物半導体をそれぞれ用いることに依り、そ
れ等半導体層に於ける伝導帯間のエネルギ差を大
きくすることを可能にしたものである。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ヘテロ界面近傍に生成される二次元
キヤリヤ・ガス層をチヤネルとして利用する高速
電界効果半導体装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、この種の半導体装置として、高電子移動
度トランジスタ(high electron mobility
transistor:HEMT)が知られている。
この標準的な構成としては、半絶縁性GaAs基
板上にアン・ドープGaAsチヤネル層及びn型
AlGaAs電子供給層を順に成長させ、その構成に
依つてヘテロ界面の前記チヤネル層側に生成され
る二次元電子ガス層をチヤネルとし、その二次元
電子ガス濃度を前記電子供給層表面に形成したゲ
ート電極に印加される電圧で制御するようにして
いる。
このようなHEMTに於ける各半導体層の構成
としては、前記のような電子親和力が大きい
GaAs及びそれよりも電子親和力が小さい
AlGaAsの組み合わせの外、GaAsに対しInGaP
の組み合わせ、InGaAsに対しInPまたはInAlAs
の組み合わせなどが採用されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前記したような従来のHEMTに於いて、多用
されているGaAs/AlxGa1-xAs(x=0.3)系で
は、その伝導帯間のエネルギ差が約0.2〔eV〕と
非常に小さく、また、GaAs/InGaP系でも約0.4
〔eV〕であつて、さほど大きくはならない。
一般に、前記伝導帯間のエネルギ差が大であれ
ば、ドレイン・ソース間が高電界下に於いても、
二次元キヤリヤ・ガス層に於けるキヤリヤがキヤ
リヤ供給層に移動することは阻止されるから、
HEMTは安定な動作をすることができ、また、
HEMTの二次元キヤリヤ・ガス層に於ける二次
元キヤリヤ・ガス濃度は伝導帯間のエネルギ差に
比例し、従つて、それが大きいことは大きな電流
を取り出し得ることに結び付くものである。
本発明は、HEMTに於ける前記伝導帯間のエ
ネルギ差を大きくすることができるようにし、安
定な動作をさせ得るように、また、二次元キヤリ
ヤ・ガス層に於ける二次元キヤリヤ・ガス濃度を
高めることを可能にする。
特に、本発明では、チヤネル層として二元混晶
化合物半導体である半絶縁性GaAs層を採用して
いる為、例えば、InGaAsなどの三元混晶化合物
半導体の場合に比較し、低温動作状態に於けるア
ロイ散乱がなく、キヤリヤのモビリテイは非常に
大きくなり、前記したキヤリヤの移動が多くな
る。従つて、キヤリヤ供給層へのキヤリヤ移動の
問題が深刻化することから、チヤネル層とキヤリ
ヤ供給層との伝導帯間エネルギ差を大きくするこ
とは有意義なことである。
ところで、例えば、特開昭58−140167号公報等
に於いては、キヤリヤ供給層としてZnSnなど
−族化合物半導体を利用することが開示されて
いるが、その場合に於けるチヤネル層は三元或い
は四元混晶化合物半導体で形成されることから、
キヤリヤの移動度は比較的低く、低性能なもので
あつて、前記したキヤリヤ供給層へのキヤリヤ移
動に関する問題は発生せず、従つて、前記本発明
で解決しようとしている技術的課題には無関係な
存在である。
〔問題点を解決するための手段〕
第1図は本発明の原理を説明する為のHEMT
の要部切断側面図を表している。
図に於いて、1は半絶縁性GaAs基板、2はア
ン・ドープGaAs化合物半導体チヤネル層、3は
一導電型−族化合物半導体キヤリヤ供給層、
4はソース電極、4Aは合金化領域、5はドレイ
ン電極、5Aは合金化領域、6はゲート電極、7
は二次元キヤリヤ・ガス層をそれぞれ示してい
る。
−族化合物半導体は−族化合物半導体
に比較して電子親和力及びキヤリヤ移動度は共に
大、また、エネルギ・バンド・ギヤツプは小であ
る。
このHEMTに於いては、チヤネル層2及びキ
ヤリヤ供給層3に於ける伝導帯間のエネルギ差が
前記各従来例に比較して大きいので、高い電圧を
印加しても、二次元キヤリヤ・ガス層7に於ける
キヤリヤがキヤリヤ供給層3に移動することはな
く、また、二次元キヤリヤ・ガス層7に高濃度の
二次元キヤリヤ・ガスを溜めることができる。
そこで、本発明に依る高速電界効果半導体装置
に於いては、基板(例えば半絶縁性GaAs基板
1)上に形成されたアン・ドープGaAs化合物半
導体からなるチヤネル層(例えばチヤネル層2)
と、その上に形成され該チヤネル層に比較して電
子親和力が小さく且つエネルギ・バンド・ギヤツ
プが大である不純物ドーピング−族化合物半
導体(例えばn型Cd0.43Zn0.57S)からなるキヤ
リヤ供給層(例えばキヤリヤ供給層3)とを備え
てなる構成になつている。
〔作用〕
前記手段を採ることに依り、チヤネル層のモビ
リテイは充分に大きく、チヤネル層とキヤリヤ供
給層との伝導帯間のエネルギ差は極めて大になる
から、ドレイン・ソース間に高圧が印加された状
態に於いても、二次元キヤリヤ・ガス層に於ける
キヤリヤがキヤリヤ供給層に移動することはなく
なり、安定に動作することが可能となり、また、
二次元キヤリヤ・ガス層に於けるキヤリヤ・ガス
濃度は向上するので大きな電流を取り出すことが
できる。
〔実施例〕
本発明一実施例に於いては、第1図に見られる
HEMTに於いて、 (a) チヤネル層2として 材料:アン・ドープGaAs 厚さ:5000〔Å〕 (b) キヤリヤ(ここでは電子)供給層3として 材料:n型Cd0.43Zn0.57S 厚さ:500〔Å〕 不純物:Si 不純物濃度:2×1018〔cm-3〕 (c) ソース電極4及びドレイン電極5として 材料:AuGe/Au 厚さ:300〔Å〕/3000〔Å〕 (d) ゲート電極6として 材料:Al 厚さ:3000〔Å〕 としたところ、チヤネル層2及び電子供給層3に
於ける伝導帯間のエネルギ差は非常に大きく、ま
た、格子整合は良好であつた。
第2図は本発明一実施例に関するエネルギ・バ
ンド・ダイヤグラムを表し、第1図に於いて用い
た記号と同記号は同部分を示すか或いは同じ意味
を持つものとする。
図に於いて、EFはフエルミ・レベル、ECは伝
導帯の底、EVは価電子帯の頂、BCはチヤネル層
2と電子供給層3とに於ける価電子帯のエネルギ
差、BVはチヤネル層2と電子供給層3とに於け
る価電子帯のエネルギ差、G2はチヤネル層2に
於ける禁制帯幅、G3は電子供給層3に於ける禁
制帯幅をそれぞれ示している。
前記実施例に於いては、 BC=0.7〔eV〕 BV=1.02〔eV〕 G2=1.42〔eV〕 G3=3.14〔eV〕 であつた。因みに、BC=0.7〔eV〕なる値は前記
従来例の3乃至4倍に相当する。
このようにBCが高いことから、ドレイン・ソ
ース間に高い電圧を印加しても、二次元電子が電
子供給層3に移動することはない。
また、同じくBCが高いことから、二次元電子
ガス層に於ける二次元電子ガス濃度NSは約4×
1012〔cm-2〕にもなり、これは前記各従来例の約
4倍に相当する。
第3図は前記説明した実施例のドレイン・ソー
ス間電圧VDS対ドレイン・ソース間電流IDSの関係
を説明する為の線図であり、図では横軸にVDS
を、また、縦軸にIDSをそれぞれ採つてある。
図に於いて、実線の特性線をCd0.43Zn0.57S/
GaAsを用いて構成したHEMT(本発明実施例)
に於けるVDS対IDSの関係を、そして、破線はAl0.3
Ga0.7As/GaAsを用いて構成したHEMT(従来
例)に於けるそれを表している。
図から明らかなように、従来例では、VDSが5
〔V〕を越えるとIDSが減少していることを看取で
きるが、本発明実施例では、VDSが10〔V〕にな
つても従来例のような現象は見られない。尚、こ
こに示したデータは、HEMTに於けるゲート長
を0.5〔μm〕、ゲート幅を200〔μm〕とし、ゲー
ト電圧をともに閾値(IDSが0となる電圧)から
0.8〔V〕だけ高い値を設定して得たものである。
本実施例に於けるチヤネル層2及び電子供給層
3を形成することは極めて容易であり、例えば、
有機金属化学気相堆積(metalorganic chemical
vapor deposition:MOCVD)法を適用すること
に依り、チヤネル層2であるGaAsは、 トリメチルガリウム(TMG:(CH33Ga) アルシン(AsH3) をソース・ガスとして、また、電子供給層3であ
るCdZnSは、 ジメチルカドミウム(DMC:(CH32Cd) ジメチルジンク(DMZ:(CH32Zn) 硫化水素(H2S) をソース・ガスとして成長させることができる。
〔発明の効果〕
本発明に依る高速電界効果半導体装置に於いて
は、チヤネル層としてアン・ドープGaAs化合物
半導体を、キヤリヤ供給層として前記チヤネル層
に比較して電子親和力が小さく且つエネルギ・バ
ンド・ギヤツプが大である不純物ドーピング−
族化合物半導体をそれぞれ用いる構成になつて
いる。
前記構成を採ることに依り、チヤネル層とキヤ
リヤ供給層との伝導帯間のエネルギ差は極めて大
になるから、高圧が印加された状態に於いても、
二次元キヤリヤ・ガス層に於けるキヤリヤがキヤ
リヤ供給層に移動することはなくなり、安定に動
作することが可能となり、また、二次元キヤリ
ヤ・ガス層に於けるキヤリヤ・ガス濃度は向上す
るので、大きな電流を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の原理を説明する為のHEMT
の要部切断側面図、第2図は一実施例に於けるエ
ネルギ・バンド・ダイヤグラム、第3図は
HEMTに於けるドレイン・ソース間電圧対電流
の関係を説明する為の線図をそれぞれ表してい
る。 図に於いて、1は半絶縁性GaAs基板、2はア
ン・ドープGaAs化合物半導体チヤネル層、3は
一導電型−族化合物半導体キヤリヤ供給層、
4はソース電極、4Aは合金化領域、5はドレイ
ン電極、5Aは合金化領域、6はゲート電極、7
は二次元キヤリヤ・ガス層をそれぞれ示してい
る。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基板上に形成されたアン・ドープGaAs化合
    物半導体からなるチヤネル層と、 その上に形成され該チヤネル層よりも電子親和
    力が小さく且つエネルギ・バンド・ギヤツプが大
    である不純物ドーピング−族化合物半導体か
    らなるキヤリヤ供給層と を備えてなることを特徴とする高速電界効果半導
    体装置。
JP61258147A 1986-10-31 1986-10-31 高速電界効果半導体装置 Granted JPS63114176A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61258147A JPS63114176A (ja) 1986-10-31 1986-10-31 高速電界効果半導体装置
DE8787309477T DE3783863T2 (de) 1986-10-31 1987-10-27 Transistor mit hoher elektronenmobilitaet.
EP87309477A EP0266166B1 (en) 1986-10-31 1987-10-27 High electron mobility transistor
US07/115,925 US4958203A (en) 1986-10-31 1987-11-02 High electron mobility transistor

Applications Claiming Priority (1)

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JP61258147A JPS63114176A (ja) 1986-10-31 1986-10-31 高速電界効果半導体装置

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JPS63114176A JPS63114176A (ja) 1988-05-19
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EP (1) EP0266166B1 (ja)
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DE (1) DE3783863T2 (ja)

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EP0266166A3 (en) 1989-02-22
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