JPH04109633A - 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、５１０
２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が開発されている。また、Ａ、ｐＧ
ａＡｓ／ＧａＡｓ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）が存在するが、ＩｎＰ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　Ｉ　ｎＡｓ／Ｉ　ｎ　Ｐ−ＨＥＭＴＪ（ＥＬＥＣ
ＴＲＯＮＩＣ８ＬＥＴＴＥＲＳ、１．Ｏｔｈ　Ｍａｙ　
１９９０　Ｖｏｌ、２ＢＮｏ、１０．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ＡｊｌＩｎＡｓ層２および活性層であるＩ
ｎＰ層３が形成されている。さらにｓ　　Ｉ　ｎ　Ｐ層
３上には、アンドープのＡｊ２ＩｎＡｓ層４が形成され
、Ａ、９ＩｎＡｓ層４上にはｎ＋型のＡｆｌＩｎＡｓ層
５およびｎ＋型のＩｎＰ層６か形成されている。そして
、ゲート電極７かＡ、ｐｌｎＡｓｌｎＡｓ形成され、ド
レイン電極８およびソース電極９かＩｎＰ層６上に形成
されている。このＡＮＩｎＡｓ／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。

〔発明か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ＭＩ　Ｓ’
ＦＦ　ＥＴにあっては、金属と半導体との接合面に絶縁
膜か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か発生し、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−Ａ、９１ｎＡｓ／ＩｎＰのへテロ接合を使用
したＨＥＭＴにあっては、ＡｌＩｎＡｓとＩｎＰとの界
面におけるＡｇ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ＨＥＭＴ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昌来す、良好な高周波特性が達成
されなかった。

〔課題を解決するための手段〕

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か０．４以上０．６以下で構成されるＧａ
Ａｓ　　Ｓｂ　　　とＩｎＰとのヘテｘ　　　　　　１
．−ｘ 口接合を備えて半導体装置を形成したものである。

〔作用〕

ＧａＡｓの格子定数は５．６５Ａ、ＧａＳｂの格子定数
は６．１０Ａである。従って、Ａｓの組成比Ｘを０．４
以上０，６以下の範囲内てＧａＡｓ　　Ｓｂ　　　を構
成することにより、Ｘ　　　　　　１−ｘ ＧａＡｓ　　Ｓｂ　　　は格子定数が５．８７ＡのＸ　
　　　　　１−Ｘ 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ＧａＡｓ　　
　　Ｓｂ ｘ　　１□のエネルギバンド図は第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Ｅ
ｇは例えば１．１０ｅＶ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４．１ｅＶになる。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ＧａＡｓ　　Ｓｂ　　　
とＩｎＰとのへテロ接合部にＸ　　　ｌ−Ｘ 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Δ
Ｅｃが例えば約０．３ｅＶ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、ｌ
？　　　Ｉｎ　　　Ａｓてあ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、Ａｓの組成比Ｘ
か０．４以上０．６以下に構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−ＧａＡｓｘＳｂ１−
ｘ　　　からなる電子供ｘ　　　　　１〜Ｘ 給層１４はアンドープｆｎＰ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Ａ　ｕ　Ｇ　ｅ　／　Ｎ　ｉなとの金属を
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１４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　−Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　ｘ　Ｓ　ｂ　Ｌ−ｘ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−
ＧａＡｓｘＳｂ　　　）、右側はチャネル層１３（アン
ドープＸ 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か点線で示されてい
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３００ｍｅＶの
エネルギスパイクか現れる。電子供給層１４に添加され
たド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次元電子ガスが生成され
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ＧａＡｓ　　Ｓｂ　　　／ＩｎＰｘ　
　　１−Ｘ のヘテロ接合界面は、上述のように結晶格子の整合性か
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Ｉ　
ｎ　Ｐ　ｌ：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、ＧａＡｓ　　Ｓｂ　　　およびＩｎＰの各型ｘ　
　　　　　ｌ−ｘ 子親和力の差は前述のように約０．３ｅＶであり、一方
、従来のＡＮＩｎＡｓ／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、ＨＥＭＴ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Ｇａ
Ａｓ　　Ｓｂｘ　　　１−ｘ （０４≦Ｘ≦０．６）、ベースに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が屹４以
上０．６以下で構成されるＧａＡｓｘ５ｂ　　　とＩｎ
Ｐとのへテロ接合は、界面の結晶−ｘ 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ＨＥＭＴの
構造を示す断面図、第３図は第２図に示されたＨＥＭＴ
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Ａｆｌ　　Ｉｎ　　　Ａｓ）、０．４
８　　０．５２ １３・・・チャネル層（アンドープＩｎＰ）、１４・電
子供給層（ｎ−ＧａＡｓ　　Ｓｂ　　　）、１５＝Ｘ　
　　１−ｘ ソース電極、１６・・・ドレイン電極、１７・・・ケー
ト電極。 一実施例によるＨＥＭＴの構造 第２圓

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ＧａＡｓ
   ＿ｘＳｂ＿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。