JPH0371774B2 - - Google Patents

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JPH0371774B2
JPH0371774B2 JP57112839A JP11283982A JPH0371774B2 JP H0371774 B2 JPH0371774 B2 JP H0371774B2 JP 57112839 A JP57112839 A JP 57112839A JP 11283982 A JP11283982 A JP 11283982A JP H0371774 B2 JPH0371774 B2 JP H0371774B2
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JP
Japan
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layer
semiconductor layer
semiconductor
gate electrode
alxga
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JP57112839A
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JPS594085A (ja
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Shunichi Muto
Tomonori Ishikawa
Sukehisa Hyamizu
Kazuo Nanbu
Hidetoshi Nishi
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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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
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/80Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (a) 発明の技術分野 本発明は半導体装置に関し、特に本特許出願人
が先に特願昭55−82035号により提案した半導体
装置の改良に関する。
(b) 技術の背景 情報処理装置の能力及びコストパフオーマンス
の一層の向上はこれに使用される半導体装置にか
かつていると目され、論理演算装置の高速化、低
消費電力化及び記憶装置の大容量化が強力に推進
されている。
現在は専らシリコン(Si)半導体装置が実用化
されているが、Si半導体装置の高速化はキヤリア
の移動度などのSiの物性により制約されるため
に、キヤリア移動度がSiより遥かに大きいガリウ
ム・砒素(GaAs)などの化合物半導体を用い
て、高速化、低消費電力化を実現する努力が重ね
られている。
従来の構造のSiもしくはGaAs等の化合物を用
いた半導体装置においては、キヤリアは不純物イ
オンが存在している空間を移動する。この移動に
際してキヤリアは格子振動および不純物イオンに
よつて散乱を受けるが、格子振動による散乱の確
率を小さくするために温度を低下させると、不純
物イオンによる散乱の確率が大きくなつて、キヤ
リアの移動度がこれによつて制限される。
この不純物散乱効果を排除するために不純物が
添加される領域と、キヤリアが移動する領域とを
空間的に分離して、特に低温におけるキヤリアの
移動度を増大せしめたものが本発明の対象とする
半導体装置である。
(C) 従来技術と問題点 半導体装置の従来知られている構造の一例を第
1図aに示す断面図を参照して説明する。半絶縁
性GaAs基板1上にノンドープGaAs層2とこれ
より電子親和力の小さいn型アルミニウム・ガリ
ウム・砒素(AlGaAs)層3とが設けられて、両
層の界面はヘテロエピタキシヤル接合を形成して
いる。n型AlGaAs層3(電子供給層という)か
らノンドープGaAs層2(チヤネル層という)へ
電子が遷移されることによつて生成される電子蓄
積層(2次元電子層)4の電子濃度を、ゲート電
極5に印加される電圧によつて制御することによ
つて、ソース電極6とドレイン電極7との間の電
子蓄積層4によつて形成される伝導路のインピー
ダンスが制御される。なお8は抵抗性接続(オー
ミツクコンタクト)領域である。
以上説明した構造の半導体装置において、ゲー
ト電極5は一般的にはアルミニウム(Al)によ
つて構成されて、n型AlxGa1−xAs層3との間
にシヨツトキバリアが形成されている。
このn型AlxGa1−xAs層3は、この層全体が
必ずしもドナー不純物を含まず、GaAs層2との
ヘテロエピタキシヤル接合界面近傍がノンドープ
のバツフアとされる場合がある。この場合を含め
て、n型もしくはノンドーブのAlxGa1−xAs層
3のAlの組成比Xは従来0.3程度であり、第1図
aの各層に対応させて第1図bに例示する如く、
AlxGa1−xAs層全体を通じてAlの組成比Xが一
定である構造が普通である。
これはAlの組成比Xを0.3程度より大きくする
ならば、(イ)ヘテロ接合における格子整合が悪化し
て接合界面に乱れを生じ易い。(ロ)AlxGa1−xAs
層中にAlに伴つて酸素が混入し、キヤリアのト
ラツプとして作用する深いレベルが形成されて結
晶の電子的特性に悪影響を与え易い等の問題を生
ずるためである。
しかしこのAlの組成比0.3程度のAlxGa1−xAs
層3上にゲート電極5が配設されている場合に
は、AlxGa1−xAs層3とゲート電極界面でのビ
ルデイングポテンシヤルが比較的低い為にゲート
電極5からAlxGa1−xAs層3へ流れるリーク電
流を生じ、ゲート電極に印加する電圧に制限を受
けてしまうという問題がある。
(d) 発明の目的 本発明は、ゲート電極に於けるリーク電流を低
減し、ゲート電極に印加される電圧に余裕をもた
せることが可能な半導体装置を提供するにある。
(e) 発明の構成 本発明の前記目的は、半導体基板上に形成され
た第1の半導体層と、該第1の半導体層上に形成
され、該第1の半導体層より電子親和力が小であ
り、かつn型不純物を含む第2の半導体層とを有
して、前記第1の半導体層と前記該2の半導体層
とがヘテロ接合を形成し、前記第2の半導体層か
ら前記第1の半導体層に遷移する電子によつて構
成される2次元電子層を電流路とする半導体装置
であつて、 前記第2の半導体層上に形成され、該第2の半
導体層とシヨツトキ接合を形成するゲート電極
と、 前記第2の半導体層上に形成され、該ゲート電
極の両側に形成されたソース・ドレインオーミツ
ク電極とを有し、 前記第2の半導体層を構成する元素の組成比が
該ゲート電極近傍においてビルデイングポテンシ
ヤルが高くなる如くされてなることにより達成さ
れる。
すなわち本発明は、従来2次元電子層の特性の
最適化条件のみに従つて構成されている前記例に
おけるAlGaAs層について、2次元電子層の特性
を支配するのはこのAlGaAs層の不純物をドープ
された領域のうちの僅少な部分、例えばヘテロ接
合界面より厚さ6〔nm〕程度のノンドープ領域を
介して濃度2×1018〔cm-3〕程度の領域が形成さ
れている場合に、2次元電子層の特性は、不純物
をドープされた領域のうちノンドープ領域に隣接
する厚さ3〔nm〕程度の部分のみによつて支配さ
れる事実に基づいて、AlGaAs層の前記部分より
ヘテロ接合界面までの部分については電子供給層
としての最適化条件、AlGaAs層の残る表面側の
部分について電極が形成されてこれと能動部とを
接続する表面制御層としての最適化条件に従つて
構成するものである。
混晶系化合物半導体の物性を制御するパラメー
タとしては混晶の組成比と、これにドープされる
不純物濃度とが挙げられるが、本発明は混晶の組
成比について前記のそれぞれ独立した最適化を実
施するものである。
(f) 発明の実施例 以下本発明を実施例により図面を参照して具体
的に説明する。
第2図aはGaAs及びAlxGa1−xAsを用いて構
成された本発明の実施例の断面図、第2図bは本
実施例におけるAlの組成比Xの分布例を第2図
aの各層に対応させて示す図表である。
本実施例の半導体装置は大略下記の如くに製造
される。
半絶縁性のGaAs基板11上に分子線結晶成長
法(Molecular Beam Epitaxy:以下MBE法と
略称する。)によつて実質的に不純物を含有せず、
厚さ1〔μm〕程度のGaAs層(チヤネル層)12
と、AlxGa1−xAs層の実質的に不純物を含有し
ない厚さ6〔nm〕程度の領域13、2×1018〔cm
-3〕程度の濃度に例えばシリコン(Si)がドープ
された厚さ3〔nm〕以上の領域14及び同一ドー
ピング濃度の厚さ50乃至100〔nm〕程度の領域1
5とを順次形成する。
本実施例においてAlxGa1−xAs層のAlの組成
比Xは、第1の不純物を含有しない領域13及び
第2の不純物をドープした領域14についてはX
=0.3程度の一定値であり、最後の不純物をドー
プした領域15については、前記領域14に接す
る端においては領域14に等しく、次第にXが増
大すなわちAlの組成比が増大して、第2の半導
体層の上表面においてはX=0.4程度に到つてい
る。
前記エピタキシヤル成長層を形成した後に、
金・ゲルマニウム(AuGe)/金(Au)層をソ
ース電極16及びドレイン電極17を配設する位
置に選択的に蒸着し、更に温度450〔℃〕時間3分
間程度の熱処理を施してこれを合金化し、チヤネ
ル層であるGaAs層12との抵抗性接続領域18
を形成する。次いでゲート電極19を例えばアル
ミニウム(Al)を用いて従来技術によつて形成
する。なお20は電子蓄積層を示す。
以上説明した製造方法によつて得られる本実施
例の半導体装置のエネルギ帯を第3図に示す。た
だし第3図においては第2図aと同一符号によつ
て対応部分を示し、一点鎖線にて示したEfはフ
エルミ準位、実線にて示したEcは伝導帯、Evは
価電子帯の従来技術によつてAlxGa1−xAs層全
体についてAlの組成比Xが0.3程度一定値である
場合を示し、領域15に示した破線は本発明の前
記実施例において従来例と異なる状態を示す。
第3図より明らかなる如く、本発明の構造にお
いては、ゲート電極19とAlxGa1−xAs層の領
域15との接触界面におけるバリアの大きさが従
来より増大し、ビルテイングポテンシヤルVbiが
増大する為、ゲート電極19からAlxGa1 xAs層
の領域15へ流れるリーク電流を低減でき、従来
よりも高いゲート電圧を設定できる。
なお先に述べた如く、AlxGa1−xAs層のAlの
組成比Xを増加することは格子整合については不
利な条件ではあるが、このことは、組成比Xの増
加勾配の選択によつて容易に解決することがで
き、酸素の混入によるキヤリアのトラツプの増加
もMBE成長法の改良によつてかなり改善できる。
更に以上の説明はGaAs/AlGaAsを用いた半
導体装置を例としたが、半導体装置は例えばガリ
ウム・アンチモン(GaSb)とアルミニウム・ガ
リウム・アンチモン(AlyGa1−ySb)との組合
せ等によつても構成することが可能であつて、こ
の様なGaAs/AlGaAs系以外の材料による半導
体装置についても本発明を同様に適用することが
可能である。
(g) 発明の効果 本発明によれば以上説明した如く、ゲート電極
近傍での半導体層の元素の組成比をビルテイング
ポテンシヤルが高くなるように選択することによ
り、ゲート電極に於けるリーク電流を低減でき、
ゲート電極に印加する電圧に余裕をもたせること
ができる。さらに、本発明によれば、ゲート、ソ
ース及びドレイン電極がAlGaAs層3上に形成さ
れるため、GaAs層2とAlGaAs層3を連続して
成長することができ、製造が容易である。
また、従来から設けられていたAlGaAs層3の
上部のみ組成比を変えるだけで実施できるので、
ゲート容量を変えることなしに実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図aは従来例を示す断面図、第1図bはそ
の各層のAlの組成比Xを示す図表、第2図aは
本発明の実施例を示す断面図、第2図bはその各
層のAlの組成比Xを示す図表、第3図はそのエ
ネルギ帯を示す図表である。 図において1はGaAs基板、2はGaAs層、3
はAlxGa1−xAs層、4は電子蓄積層、5はゲー
ト電極、6はソース電極、7はドレイン電極、8
は抵抗性接続領域、11はGaAs基板、12はノ
ン・ドープGaAs層、13はAlxGa1−xAs層のノ
ンドープ領域、14はAlxGa1−xAs層の電子供
給領域、15はAlxGa1−xAs層の表面制御領域、
16はソース電極、17はドレイン電極、18は
抵抗性接続領域、19はゲート電極、20は電子
蓄積層を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体基板上に形成された第1の半導体層
    と、該第1の半導体層上に形成され、該第1の半
    導体層より電子親和力が小であり、かつn型不純
    物を含む第2の半導体層とを有して、前記第1の
    半導体層と前記該2の半導体層とがヘテロ接合を
    形成し、前記第2の半導体層から前記第1の半導
    体層に遷移する電子によつて構成される2次元電
    子層を電流路とする半導体装置であつて、 前記第2の半導体層上に形成され、該第2の半
    導体層とシヨツトキ接合を形成するゲート電極
    と、 前記第2の半導体層上に形成され、該ゲート電
    極の両側に形成されたソース・ドレインオーミツ
    ク電極とを有し、 前記第2の半導体層を構成する元素の組成比が
    該ゲート電極近傍においてビルデイングポテンシ
    ヤルが高くなる如くされてなることを特徴とする
    半導体装置。
JP11283982A 1982-06-30 1982-06-30 半導体装置 Granted JPS594085A (ja)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2668354B2 (ja) * 1984-08-25 1997-10-27 富士通株式会社 電界効果型半導体装置
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JPS58147158A (ja) * 1982-02-26 1983-09-01 Oki Electric Ind Co Ltd 化合物半導体電界効果トランジスタ

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