JPH04109632A - 半導体装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ＩｎＰから成る異種（ヘテロ）接合を使用す
る電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等の半導体装置に関
するものである。

〔従来の技術〕

ＩｎＰは飽和電子速度がＧａＡｓやＩｎＧａＡｓよりも
速く、しかも、熱伝導率がＧａＡｓよりも高い。従って
、このＩｎＰを用いて形成されたＦＥＴは、高周波回路
における高出力の回路素子として適している。一方、Ｉ
ｎＰを素材とするショットキ接合は、従来、良好な接合
状態で形成することが出来なかった。このため、Ｓ　ｉ
Ｏ２膜やＳｉＮ膜等の絶縁膜を接合面に形成したＭＩＳ
型のへテロ接合ＦＥＴか開発されている。また、ＡΩＧ
　ａ　Ａ　ｓ　／　Ｇ　ａ　Ａ　ｓのへテロ接合界面に
形成される２次元電子ガスを利用したＧａＡｓ系の高電
子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）が存在するか、Ｉｎ
Ｐから成るヘテロ接合を使用するＨＥＭＴも検討されて
いる。

このＩｎＰ系のＨＥＭＴとしては、例えば、第４図に示
される構造のものがある。この構造は、文献［新規なＡ
、Ｑ　ＩｎＡｓ／ＩｎＰ−ＨＥＭＴＪ（ＥＬＥＣＴＩ？
Ｏ〜ＩＣ３ＬＥＴＴＥＲ３，１０ｔｈ　Ｍａｙ　１９９
０　Ｖｏｌ、２ＢＮｏ、１．０．ｐ８５１　）に開示さ
れたものである。ＩｎＰ半導体基板１上には、バッファ
層であるＡｇｌｎＡｓ層２および活性層であるＩｎＰ層
３が形成されている。さらに、ＩｎＰ層３上には、アン
ドープのＡｊｌｌｎＡｓ層４が形成され、ＡＩＩｎＡｓ
層４上にはｎ＋型のＡｆｉＩｎＡｓ層５およびｎ＋型の
ＩｎＰ層６が形成されている。そして、ゲート電極７か
ＡρＩｎＡｓ層５上に形成され、ドレイン電極８および
ソース電極９がＩｎＰ層６上に形成されている。このＡ
Ｊ２１ｎＡｓ／ＩｎＰのへテロ接合を使用したＨＥＭＴ
も、高周波回路における高出力の回路素子として有望で
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来のＩｎＰを使用したＭＩｓ型Ｆ
ＥＴにあっては、金属と半導体との接合面に絶縁膜が形
成されているため、半導体と絶縁膜との界面に高濃度の
界面準位が存在する。このため、この界面準位が原因に
なってドレイン電流にドリフト現象が発生し、また、低
周波数領域で伝達特性にヒステリシス現象が発生してし
まう。

一方、ｎ−Ａｌ１１　ｎＡｓ／　Ｉ　ｎＰのへテロ接合
を使用したＨＥＭＴにあっては、ＡｊｌｌｎＡｓとＩｎ
Ｐとの界面におけるＡＮ元素とＰ元素との相性が悪く、
結晶の整合性は良くなかった。このため、ＩｎＰ系のＨ
ＥＭＴにあっては、ＧａＡｓ系のＨＥＭＴにおけるよう
な高移動度の電子を得ることか出来ず、良好な高周波特
性か達成されなかった。

〔課題を解決するだめの手段〕

本発明はこのような課題を解消するためになされたもの
で、組成比Ｘが０．４以上０，６以下で構成される（Ａ
Ｎ　Ａｓ）　　　（ＧａＳｂ）　　　とＸ　　　　　　
　　　　　　　　１ｘ ＩｎＰとのへテロ接合を備えて半導体装置を形成したも
のである。

〔作用〕

ＡＮＡＳの格子定数は５．６５Ａ、ＧａＳｂの格子定数
は６．１０Ａである。従って、ＡＪ７Ａｓの組成比Ｘを
０．４以上０．６以下の範囲内で（Ａｊ７Ａｓ）　　　
（ＧａＳｂ）　　　を構成することＸ　　　　　　　ｌ
−ｘ により、（Ａｉ）Ａｓ）　　　（ＧａＳｂ）　　　は格
子Ｘ　　　　　　　　　　　　　　１−ｘ定数か５．８
７ＡのＩｎＰに格子整合し、良好な接合状態のへテロ接
合が形成される。

また、この範囲内でのある組成比における（Ａｉ）Ａｓ
）　　　（ＧａＳｂ）　　　のエネルギパンｘ　　　　
　　　　　　　　　　ｌ−ｘド図は第１図（ａ）に示さ
れる。伝導帯の底のエネルギ準位Ｅｃと価電子帯の頂上
のエネルギ準位Ｅｖとの差に相当するエネルギギャップ
Ｅｇは例えば１．　６ＱｅＶになり、伝導帯の底のエネ
ルギ準位Ｅｃにある電子を真空準位ＥＯに取り出す電子
親和力χ１は例えば約３，８ｅＶと推定される。

また、ＩｎＰのエネルギバンド図は同図（ｂ）に示され
、エネルギギャップＥｇは１．３５ｅＶ。

電子親和力χ２は約４．４ｅＶになっている。従って、
これら（ＡｌＡｓ）ｘ　　　（ＧａＳｂ）　　　　とｘ
　　　　　　　　　　　　　１−ｘＩｎＰとのへテロ接
合部における伝導帯には、同図（ｃ）に示されるように
、両者の電子親和力の差（χ２−χ１）に相当する、大
きさΔＥｃが例えば約Ｑ、　　６ｅＶのエネルギスパイ
クが生じる。

〔実施例〕

次に本発明によるヘテロ接合をＨＥＭＴに適用した場合
の一実施例について説明する。

第２図はこの一実施例によるＩｎＰ系のＨＥＭＴの構造
を示す断面図であり、以下の各製造工程を経ることによ
り完成される。

まず、ＭＢＥ　（分子線エピタキシ）法などの結晶成長
技術により、半絶縁性のＩｎＰ半導体基板１１上にバッ
ファ層１２．チャネル層１３および電子供給層１４を順
次形成する。バッファ層１２の材質はアンドープのＡ、
１７　　　　Ｉｎ　　　Ａｓであ０．４８　　０．５２ す、その厚さは約１μｍである。チャネル層１３の材質
はアンドープのＩｎＰであり、その厚さは１０００Ａで
ある。また、電子供給層１４の材質は、Ａ、ＱＡｓの組
成比Ｘが０．４以上０．６以下に構成された（ＡｌＡｓ
）ｘ　　　（ＧａＳｂ）　　　でｘ　　　　　　　ＬＸ あり、この（Ａ、ＱＡｓ）　　　（ＧａＳｂ）　　　に
はＸ　　　　　　　１．−ｘ 濃度か１×１０　個／ｃｍ３のドナー不純物が添加され
ている。この組成比において、ｎ　−（Ａ、ＱＡｓ）　
　　（ＧａＳｂ）　　　からなる電子供給層Ｘ　　　　
　　　１−ｘ １４はアンドープＩｎＰからなるチャネル層１３と良好
な格子整合を形成している。また、電子供給層１４の厚
さは５００Ａである。

次に、通常のフォトリソグラフィ技術を使用し、素子間
分離のためのマスクパターンを電子供給層１４上に形成
する。そして、このパターンを利用したメサエッチング
により、各素子間を電気的に分離し、その後、形成した
マスクパターンを除去する。引き続いて露出した電子供
給層１４上にＡｕＧｅ／Ｎｉなどの金属を蒸着し、フォ
トリソグラフィ技術により蒸着した金属を選択的に除去
する。そして、合金化処理を施して金属と電子供給層１
４とのオーミック接触を取り、ソース電極１５およびド
レイン電極１６を形成する。

最後に、フォトリソグラフィ技術によりマスクパターン
を形成し、Ｔ　ｉ　／　Ｐ　ｔ　／　Ａ　ｕ金属などを
選択的に形成する。そして、この金属と電子供給層１４
とのショットキ接触を取り、ゲート電極１７を形成する
。この結果、第２図に示される構造のＨＥＭＴが完成す
る。

本実施例によるＨＥＭＴのへテロ接合の界面、つまり、
ｎ−Ａ１１ＧａＡｓＳｂからなる電子供給層１４とアン
ドープのＩｎＰからなるチャネル層１３との界面近傍の
チャネル層１３には点線で示される２次元電子ガスが生
成される。この２次元電子ガスは、ゲート電極１７領域
の第３図に示されるエネルギバンド図において次のよう
に表される。同図の左側はゲート電極１７（ゲート金属
）、中央は電子供給層１４　（ｎ　　（Ａ　９　Ａ　ｓ
　）　Ｘ（ＧａＳｂ）　　　）、右側はチャネル層１３
（ア−Ｘ ンドープＩｎＰ）の領域に対応しており、伝導帯の底の
エネルギ準位Ｅｃか実線、フェルミ準位ＥＦが点線で示
されている。

電子供給層１４とチャネル層１３との接合部には、前述
した第１図に示される大きさΔＥｃが約６００ｍｅＶの
エネルギスパイクか現れる。電子供給層１４に添加され
たトナー不純物から放出された電子はこのスパイク部に
図示の斜線のように蓄積し、２次元電子ガスか生成され
る。この２次元電子ガス濃度はゲート電極１７への印加
電圧によって調整される。

本実施例における（ＡｉｌＡｓ）ｘ （ＧａＳｂ）　　　／ＩｎＰのへテロ接合界面は、ｘ 上述のように結晶格子の整合性が良く、高品質に形成さ
れている。このため、ヘテロ接合界面における界面準位
の濃度は低下し、従来のようにドレイン電流のドリフト
現象や、伝達特性のヒステリシス現象は発生しない。ま
た、２次元電子ガスはこの高品質な界面近傍のチャネル
層１３中に形成され、かつ、このチャネル層１３は高電
界での電子輸送特性に優れたＩｎＰによって形成されて
いる。このため、２次元電子ガスの移動度は高くなる。

従って、本実施例によるヘテロ接合は、ＨＥＭＴの他に
、特に、高電界が印加される高周波回路素子に利用する
と効果的である。

また、（ＡΩＡｓ）　　　（ＧａＳｂ）　　　およびｘ
　　　　　　　ＬＸ ＩｎＰの各電子親和力の差は前述のように約０．６ｅＶ
であり、一方、従来のＡｌｌＩｎＡｓ／ＩｎＰのへテロ
接合における各半導体の電子親和力の差は約０．２ｅＶ
である。このため、第３図に示されるエネルギスパイク
の大きさΔＥｃは従来より大きくなり、２次元電子ガス
の蓄積量が増大してガス濃度を高くとれる。従って、Ｈ
ＥＭＴのチャネル層１３に通電される電流量は増大し、
電流駆動能力に優れた高出力の高周波回路用素子が提供
される。

なお、上記実施例は本発明によるヘテロ接合をＨＥＭＴ
に適用した場合について説明したが、これに限定される
ものではなく、例えば、ヘテロ接合バイポーラトランジ
スタ（ＨＢ　Ｔ）に適用しても良く、上記実施例と同様
な効果を奏する。この場合のＨＢＴは、エミッタに（Ａ
　ｊｌｌＡ　Ｓ）　ｘ（ＧａＳｂ）　　　　（０，４≦
Ｘ≦０．６）、ベー−ｘ スにｐ−１ｎＰ、　　コレクタにｎ−１ｎＰを使用して
形成する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、組成比Ｘか０．４
以上０．６以下で構成される （ＡｌＡｓ）ｘ　　　（ＧａＳｂ）　　　とＩｎＰとの
へｘ　　　　　　　１−Ｘ テロ接合は、界面の結晶格子の整合性が良好な状態で形
成される。このため、ヘテロ接合界面の界面準位濃度は
低減し、高濃度の界面準位に起因する従来の種々の課題
は解決される。しかも、ＩｎＰの有する速い飽和電子速
度、および高い熱伝導率といった特性が半導体装置に生
かされ、高周波特性の優れた高出力の素子を提供するこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるヘテロ接合のエネルギバンド構造
を示す図、第２図は本発明の一実施例によるＨ　Ｅ　Ｍ
Ｔの構造を示す断面図、第３図は第２図に示されたＨＥ
ＭＴのゲート領域におけるエネルギバンド構造を示す図
、第４図は従来のＨＥＭＴの構造を示す断面図である。 １１・・・半絶縁性基板（ＩｎＰ）　、１２・・・バッ
ファ層（アンドープＡ、Ｑ　　　　Ｉｎ　　　Ａｓ）、
０．４８　　０．５２ １３・・・チャネル層（アンドープＩｎＰ）、１４・・
・電子供給層（ｎ−（ＡＪ２Ａｓ）　ｘ （ＧａＳｂ）　　　）　、１５−・・ソース電極、１６
−・・ｘ ドレイン電極、１７・・・ゲート電極。 代理人弁理士　　　長谷用　　芳　　樹間　　　　　　
　　　塩　　　１）　　辰　　　也従来のＨＥＭＴの構
造 竿４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 組成比ｘが０．４以上０．６以下で構成される（ＡｌＡ
   ｓ）＿ｘ（ＧａＳｂ）＿１＿−＿ｘとＩｎＰとの異種接
   合を備えて形成されることを特徴とする半導体装置。