JPH04180240A - Field effect transistor - Google Patents

Field effect transistor

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JPH04180240A
JPH04180240A JP31009790A JP31009790A JPH04180240A JP H04180240 A JPH04180240 A JP H04180240A JP 31009790 A JP31009790 A JP 31009790A JP 31009790 A JP31009790 A JP 31009790A JP H04180240 A JPH04180240 A JP H04180240A
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杉山 佳延
Yoshikazu Takano
鷹野 致和
Yukihiro Takeuchi
幸裕 竹内
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Abstract

PURPOSE:To improve the electric features (especially, mobility) of InGaAs on an InP substrate by adjusting the In composition ratio and layer thickness of the InGaAs layer. CONSTITUTION:On a semi-insulating InP substrate 1, an InAlAs buffer layer 1a, an InGaAs channel layer 2, an InAlAs spacer (non-doped) layer 3, an InAlAs doped layer 4 with a high concentration of Si dopant, and an InGaAs cap layer 5 are consecutively formed. Next, the In composition ratio of the InGaAs channel layer 2 is set at 0.53 or higher to create and imperfect matrix and the thickness of the InGaAs crystal layer 2 with this In composition ratio is set below the critical film thickness at which growth can be achieved without producing misfit transition. As a result, the electric features (especially, mobility) of the InGaAs channel layer 2 which the carrier gas actually transits are improved.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、InGaAsを使用した電界効果トランジス
タに係り、特に高キヤリア移動度に対する改良に関する
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to field effect transistors using InGaAs, and particularly to improvements in high carrier mobility.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

電界効果トランジスタの材料としてSiが一般的に用い
られているが、Siより大きいキャリア移動度を持ちト
ランジスタ性能を向上させる材料に化合物半導体がある
。すでに半絶縁性GaAs基板上の高純度GaAsを能
動層としたMESFET、AlGaAs/GaAsヘテ
ロ接合で生成される二次元電子ガスを能動層としたHE
MTなどが実用化されている。また、近年GaAsに比
べてさらに大きい移動度を持ち、より高速動作を可能に
する材料としてInGaAsが注目されており、特に、
半絶縁性InP基板上に成長させたInGaAs/In
AlAsヘテロ接合はGaAS基板上のA I G a
 A s / G a A s ヘテロ接合より、移動
度、飽和電子速度、シートキャリア濃度に優れ、高周波
・0ErC材料として注目されている。
Although Si is generally used as a material for field effect transistors, compound semiconductors are materials that have higher carrier mobility than Si and improve transistor performance. MESFETs with high-purity GaAs on semi-insulating GaAs substrates as active layers, and HEs with active layers of two-dimensional electron gas generated at AlGaAs/GaAs heterojunctions have already been developed.
MT etc. have been put into practical use. In addition, in recent years, InGaAs has attracted attention as a material that has even greater mobility than GaAs and enables higher-speed operation.
InGaAs/In grown on semi-insulating InP substrate
AlAs heterojunction is an A I Ga on a GaAS substrate.
It has better mobility, saturated electron velocity, and sheet carrier concentration than the As/GaAs heterojunction, and is attracting attention as a high-frequency, 0ErC material.

ここで、I nGaAsは、InAsとGaAsを混晶
成長させた材料である。ここでInAsとGaAsの格
子定数を比較してみると、InAsは0.606nm、
GaAsは0.565 n mと異なるため、これらの
中間の格子定数0.587nmを持つInPがInGa
Asのエピタキシャル成長用の基板として用いられる。
Here, InGaAs is a material obtained by growing a mixed crystal of InAs and GaAs. Comparing the lattice constants of InAs and GaAs, InAs has a lattice constant of 0.606 nm,
Since GaAs has a different lattice constant of 0.565 nm, InP with a lattice constant of 0.587 nm between these is different from InGa.
It is used as a substrate for epitaxial growth of As.

I nAlAs/I nGaAs/InP (基板)で
基本構成した電界効果トランジスタの基本構造(断面図
)を第1図に示す。
FIG. 1 shows the basic structure (cross-sectional view) of a field effect transistor basically composed of InAlAs/InGaAs/InP (substrate).

図において、半絶縁性InP基板1の上に能動層として
できるだけ純度の高いI nGaAs結晶成長層2が形
成今れており、さらにその上にInGaAs結晶成長層
2よりもエネルギ・バンド幅が広く、また望ましくはで
きるだけ純度の高いノンドープ結晶成長層であるInA
lAs結晶成長層3が形成されている。したがってこれ
らの層2.3間にはヘテロ接合界面Aが形成される。
In the figure, an InGaAs crystal growth layer 2 of the highest possible purity is formed as an active layer on a semi-insulating InP substrate 1, and furthermore, an InGaAs crystal growth layer 2 with a wider energy band width than the InGaAs crystal growth layer 2 is formed on the semi-insulating InP substrate 1. In addition, it is preferable that a non-doped crystal growth layer of InA with as high purity as possible be formed.
A lAs crystal growth layer 3 is formed. A heterojunction interface A is therefore formed between these layers 2.3.

このInAlAs結晶成長層3の上には、例えばこの結
晶成長層3と同じ材料の、ただし高濃度にドーピングさ
れた高濃度ドープInAlAs結晶成長層4が形成され
、その上には保護を葦ね2nGaAsの表面結晶層5が
形成されており、不純物拡散によりInGaAs結晶成
長層2に対してオーム性接触とされた電極6.8(一般
にはどちらかがソース電極、他方がドレイン電極と呼称
される)と、ヘテロ接合界面Aへの印加電界を制御する
電極7(同様に一般にはゲート電極と呼称される)が形
成されている。なお、このゲート電極7は高濃度ドープ
結晶成長層4とショットキないしpn接合を形成すべく
形成されている。
On this InAlAs crystal growth layer 3, a heavily doped InAlAs crystal growth layer 4 is formed, for example, made of the same material as this crystal growth layer 3 but doped with a high concentration. A surface crystal layer 5 is formed, and electrodes 6.8 (generally, one is called a source electrode and the other is called a drain electrode) are brought into ohmic contact with the InGaAs crystal growth layer 2 by impurity diffusion. and an electrode 7 (also generally referred to as a gate electrode) that controls the electric field applied to the heterojunction interface A. Note that this gate electrode 7 is formed to form a Schottky or pn junction with the heavily doped crystal growth layer 4.

こうしたヘテロ接合を用いた電界効果トランジスタでは
、ヘテロ接合界面Aの結晶成長層2側に形成される二次
元電子ガスないし正孔ガス(以下、−括してキャリアガ
ス層2aという)に対し、電極6,8を介して平行に電
界を印加し、該キャリアガス層2aを能動層とした上で
、この能動層中に誘起されるキャリアを電極7からの印
加電界により制御することにより、電極6.8間に流れ
る電流を制御してトランジスタ動作とする。したがって
キャリアガスが実際に走行するI nGaAs結晶成長
層2の電気特性(特に移動度)がトランジスタの高速動
作に大きく関わり、移動度が大きければ大きいほど高速
動作性が向上する。
In a field effect transistor using such a heterojunction, an electrode By applying an electric field in parallel through the electrodes 6 and 8 to make the carrier gas layer 2a an active layer, carriers induced in the active layer are controlled by the electric field applied from the electrode 7. The current flowing between .8 and 8 is controlled to operate as a transistor. Therefore, the electrical characteristics (particularly the mobility) of the InGaAs crystal growth layer 2 through which the carrier gas actually travels have a large influence on the high-speed operation of the transistor, and the higher the mobility, the better the high-speed operation.

こうした第1図図示の基本構成に対し、InGaAs結
晶成長層2と高濃度ドープ結晶成長層4とを入れ替えた
逆ヘテロ構造とか、I nGaAs結晶成長層2をノン
ドープ結晶成長層3と高濃度ドープ結晶成長層4でサン
ドインチしたダブルヘテロ構造とか、半絶縁性InP基
板1とInGaAs結晶成長層2の間に緩衝層として他
の材料の結晶層を形成した構造とかの改変例等もある。
In contrast to the basic structure shown in FIG. 1, there is a reverse heterostructure in which the InGaAs crystal growth layer 2 and the heavily doped crystal growth layer 4 are replaced, or the InGaAs crystal growth layer 2 is replaced with the non-doped crystal growth layer 3 and the heavily doped crystal growth layer. There are also modified examples such as a double hetero structure sandwiched between the growth layers 4 and a structure in which a crystal layer of another material is formed as a buffer layer between the semi-insulating InP substrate 1 and the InGaAs crystal growth layer 2.

またヘテロ構造でなく InGaAs層にドーピングを
おこない能動層とする場合もある。
In addition, there are cases where the InGaAs layer is doped instead of the heterostructure and used as an active layer.

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

ここで、第1図に示した構成において、InGaAs、
InAlAsはその組成によりInP基板に対して、−
3,7〜+3.2%の格子不整合率を持っているため、
InAlAs、InAlAsをInP基板に結晶性よく
成長させるには、組成比XをI n xG a 、−*
A sで0.53、InXA11−XASで0.52に
精密に制御して格子定数をInPに一致させる必要があ
る。これは格子不整合で成長した場合、基板と成長層の
格子定数の違いにより歪みが発生し、歪みの影響または
歪みによって発生した転位により結晶性が劣化し、電気
特性(特に移動度)が大きく低下するためである。
Here, in the configuration shown in FIG. 1, InGaAs,
Due to its composition, InAlAs has a -
Since it has a lattice mismatch rate of 3.7 to +3.2%,
In order to grow InAlAs and InAlAs on an InP substrate with good crystallinity, the composition ratio X is set to In x Ga, -*
It is necessary to precisely control the lattice constant to 0.53 for As and 0.52 for InXA11-XAS to match that of InP. This is because when growth occurs with lattice mismatch, distortion occurs due to the difference in lattice constant between the substrate and the growth layer, and crystallinity deteriorates due to the effect of the strain or dislocations generated by the strain, and electrical properties (especially mobility) increase. This is because it decreases.

さらにInAsは結晶成長が困難な材料で、特に格子不
整合の状態では高品質な結晶成長が難しく、InGaA
sをInP基板上に成長させた場合、Inの組成を多く
すると、結晶性が悪くなる。
Furthermore, InAs is a difficult material to grow crystals, especially in a state of lattice mismatch, and it is difficult to grow high-quality crystals.
When s is grown on an InP substrate, the crystallinity deteriorates as the In composition increases.

しかし、その反面高純度バルク単結晶のInAS及びC
aAsの室温での電子移動度を比較すると、各々InA
s33000cdl/Vs、GaAs8000cd/V
 sであるから、InAsのほうが4倍程度大きい。よ
ってInGaAsではInASの組成の多い方が移動度
が大きく、高速動作に有利と考えられる。
However, on the other hand, high purity bulk single crystal InAS and C
Comparing the electron mobilities of aAs at room temperature, each InA
s33000cdl/Vs, GaAs8000cd/V
s, InAs is about four times larger. Therefore, in InGaAs, the higher the composition of InAS, the higher the mobility, which is considered to be advantageous for high-speed operation.

本発明はこうした実情に鑑み、InP基板上でInGa
Asを成長させた構造において、Inの組成を多くした
ことによる移動度増大効果と転位の発生・結晶性の劣化
による移動度低下効果がバランスした最適条件を見出だ
し、InP基板上のInGaAsの電気特性(特に移動
度)を向上させた電界効果トランジスタを実現させるこ
とを目的とする。
In view of these circumstances, the present invention has developed an InGa film on an InP substrate.
In a structure grown with As, we found an optimal condition that balances the mobility-increasing effect caused by increasing the In composition and the mobility-decreasing effect due to the generation of dislocations and deterioration of crystallinity. The objective is to realize a field effect transistor with improved characteristics (particularly mobility).

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

上記目的を達成するために、本発明による電界効果トラ
ンジスタは、InP基板上にI nGaASを能動層と
して形成した構造、あるいはInGaAsとこのInG
aAsとエネルギ・バンド幅が異なる半導体とのヘテロ
接合界面に生成する二次元キヤ・リアガスを能動層とし
て形成した構造において、キャリアもしくは二次元キャ
リアガスの形成されるInGaAs結晶層のIn組成比
が格子不整合を伴う0.7〜0.9に成長されるととも
に、そのIn組成比に応して、上記r nGaAs結晶
層の厚さがミスフィツト転位を発生させずに成長できる
臨界膜厚以下に設定されていることを特徴としている。
In order to achieve the above object, a field effect transistor according to the present invention has a structure in which InGaAS is formed as an active layer on an InP substrate, or a structure in which InGaAs and this InGaAs are formed as an active layer on an InP substrate.
In a structure in which a two-dimensional carrier gas generated at the heterojunction interface between aAs and a semiconductor having a different energy band width is formed as an active layer, the In composition ratio of the InGaAs crystal layer in which the carrier or two-dimensional carrier gas is formed is determined by the lattice. The rnGaAs crystal layer is grown to a thickness of 0.7 to 0.9 with mismatch, and the thickness of the r nGaAs crystal layer is set to be below the critical thickness that can be grown without generating misfit dislocations, depending on the In composition ratio. It is characterized by being

例えば、In組成比が0.7ではI nGaAs結晶層
の厚さは50nm以下、In組成比0.8では25nm
以下、In組成比0.9では13nm以下である。
For example, when the In composition ratio is 0.7, the thickness of the InGaAs crystal layer is 50 nm or less, and when the In composition ratio is 0.8, the thickness of the In GaAs crystal layer is 25 nm.
Below, when the In composition ratio is 0.9, the thickness is 13 nm or less.

本発明者らの実験的考察によって、格子不整合の成長で
あっても、その格子歪みのエネルギーを結晶格子が吸収
し、ミスフィツト転位を発生させずに成長が行える最大
膜厚(臨界膜厚)があり、この膜厚を超えて成長させな
ければ準安定(pseudomorphic )な状態
が実現され、結晶性が劣化すること無(良好な電気特性
が得られることが確認された。
According to the experimental considerations of the present inventors, even in the case of lattice-mismatched growth, the crystal lattice absorbs the energy of the lattice strain, and the maximum film thickness (critical film thickness) that can be grown without generating misfit dislocations. It was confirmed that if the film is not grown beyond this thickness, a pseudomorphic state is achieved and the crystallinity does not deteriorate (good electrical properties are obtained).

すなわち、InGaAs結晶層をInPに格子整合する
0、53からIn組成をずらし多くして成長させ、かつ
InGaAs結晶層の厚さをそのIn組成に応じた臨界
膜厚以下とすれば、能動層の移動度は増大する。第2図
には、InAlAs/fnGaAsのヘテロ接合におい
て能動層となるInGaAs層のIn組成を変化させた
場合の臨界膜厚以下の構造での二次元電子ガスの移動度
変化の特性を示す。このように本発明者らによって、I
n組成を増やすと移動度が増大し、組成比0.80近辺
で最大となることが見出された。また、組成比0.80
と格子整合状態(従来)にある組成比0.53の室温で
の移動度を比較すると、各々、14000d!/V s
、  10000c+11/V sであり、前者は後者
に比し4割アップしている。
In other words, if the InGaAs crystal layer is grown by shifting the In composition from 0,53, which is lattice-matched to InP, and the thickness of the InGaAs crystal layer is set below the critical film thickness depending on the In composition, the active layer Mobility increases. FIG. 2 shows the characteristics of two-dimensional electron gas mobility change in a structure with a critical thickness or less when the In composition of the InGaAs layer serving as the active layer in an InAlAs/fnGaAs heterojunction is changed. In this way, the inventors have discovered that I
It has been found that increasing the n composition increases the mobility and reaches a maximum at a composition ratio of around 0.80. Also, the composition ratio is 0.80
Comparing the mobility at room temperature for a composition ratio of 0.53 in a lattice matched state (conventional), each is 14,000 d! /Vs
, 10000c+11/V s, the former being 40% higher than the latter.

このように、本発明によれば移動度が格段に向上でき、
高速動作に有利となり、マイクロ波以上の超高周波領域
における増幅器に最適な基本構造を得ることができる。
As described above, according to the present invention, mobility can be significantly improved,
This is advantageous for high-speed operation, and it is possible to obtain a basic structure that is optimal for amplifiers in the ultra-high frequency range above microwaves.

〔第1実施例〕 以下、本発明をInAlAs/TnGaAsヘテロ接合
電界効果トランジスタに適用した第1実施例について説
明する。
[First Example] Hereinafter, a first example in which the present invention is applied to an InAlAs/TnGaAs heterojunction field effect transistor will be described.

第3図には、本発明第1実施例の断面構造図を示す。第
3図において、半絶縁性InP基板1上にInAlAs
nAlAsハフフッ00nm、1nGaAsチャネル層
2が10nm、InAIASスペーサ(ノンドープ)層
3が5nm、Siが高濃度にドープされたInAlAs
ドープ層4が40nm、InC;aAsキ+7プ層5が
10nm、MBE法あるいはMOCVD法により順次形
成されている。なお、InGaAsチャネル層2のIn
組成比は0.8に制御されており、InGaAsチャネ
ル層2とInAlAsスペーサ層3との間にはヘテロ接
合界面Aが形成されてし)る。そして、不純物拡散によ
りInGaAsチャネル層2乙こ対してオーム性接触と
されたソース・ドレイン電極6.8とヘテロ接合界面A
への印加電界を制御するショットキ・ゲート電極7が形
成されてし)る。
FIG. 3 shows a cross-sectional structural diagram of the first embodiment of the present invention. In FIG. 3, InAlAs is deposited on a semi-insulating InP substrate 1.
nAlAs huff 00nm, 1nGaAs channel layer 2 10nm, InAIAS spacer (non-doped) layer 3 5nm, InAlAs heavily doped with Si.
The doped layer 4 has a thickness of 40 nm, and the InC; aAs skip layer 5 has a thickness of 10 nm, which are successively formed by MBE or MOCVD. Note that the InGaAs channel layer 2
The composition ratio is controlled to 0.8, and a heterojunction interface A is formed between the InGaAs channel layer 2 and the InAlAs spacer layer 3). Then, the source/drain electrode 6.8 and the heterojunction interface A are brought into ohmic contact with the InGaAs channel layer 2B by impurity diffusion.
A Schottky gate electrode 7 is formed to control the electric field applied to the capacitor.

ここで、InAlAsバ・ソファ層1aは緩衝層として
形成されるものであり、InP基板lの欠陥の影響を滅
しるものである。また、InAlAsスペーサ層3はヘ
テロ界面Aでの、InAlAsドープ層4のドナーイオ
ンとI n G a’A sチャネル層に形成される二
次元電子ガス層との空間分離を行うためのものである。
Here, the InAlAs buffer layer 1a is formed as a buffer layer and eliminates the influence of defects in the InP substrate 1. Moreover, the InAlAs spacer layer 3 is for spatially separating the donor ions of the InAlAs doped layer 4 and the two-dimensional electron gas layer formed in the InGa'As channel layer at the hetero interface A. .

なお、ソース・ドレイン電極6,8からInGaAsチ
ャネル層2に対してキャリア供給を行うInAlAsス
ペーサ層3、InAlAsドープ層4、キャップ層5は
超格子構造で構成してもよい。また、InAlAsドー
プ層4はSiをドープしてn型としたものであったが、
P型不純物を高濃度にドープするようにしてもよい。
Note that the InAlAs spacer layer 3, InAlAs doped layer 4, and cap layer 5, which supply carriers from the source/drain electrodes 6 and 8 to the InGaAs channel layer 2, may have a superlattice structure. In addition, the InAlAs doped layer 4 was doped with Si to make it n-type, but
It may also be doped with a P-type impurity at a high concentration.

こうした本実施例のヘテロ接合電界効果トランジスタで
は、InAlAsドープ層4にドーピングされているキ
ャリアは、ヘテロ接合界面Aに蓄積され、I nGaA
sチャネル層2側に二次元キャリアガスを生成する。ヘ
テロ接合を用いた電界効果トランジスタでは、ヘテロ接
合界面Aのチャネル層2側に形成される二次元キャリア
ガスに対し、ソース・ドレイン電極6,8を介して平行
に電界を印加し、該ガス層を能動層とした上で、この能
動層中に誘起されるキャリアをゲート電極7からの印加
電界により制御することにより、ソース・ドレイン電極
6,8間に流れる電流を制御してトランジスタ動作とす
る。したがってキャリアガスが実際に走行するInGa
Asチャネル層2の電気特性(特に移動度)がトランジ
スタの高速動作に大きく関わることになる。
In the heterojunction field effect transistor of this embodiment, carriers doped in the InAlAs doped layer 4 are accumulated at the heterojunction interface A, and the carriers doped in the InAlAs doped layer 4 are accumulated at the heterojunction interface A,
A two-dimensional carrier gas is generated on the s-channel layer 2 side. In a field effect transistor using a heterojunction, an electric field is applied in parallel to the two-dimensional carrier gas formed on the channel layer 2 side of the heterojunction interface A through the source/drain electrodes 6 and 8, and the gas layer is is used as an active layer, and by controlling the carriers induced in this active layer by the electric field applied from the gate electrode 7, the current flowing between the source and drain electrodes 6 and 8 is controlled to perform transistor operation. . Therefore, the InGa where the carrier gas actually travels
The electrical characteristics (particularly the mobility) of the As channel layer 2 are greatly related to the high-speed operation of the transistor.

従来は二次元キャリアガスが走行するI nGaAsチ
ャネル層2のIn組成比を転位が発生しないように、I
nP基板1に格子整合する0、53としていた。このよ
うな組成であるとInAsの持つ高移動度の特長が十分
に発揮されない。
Conventionally, the In composition ratio of the InGaAs channel layer 2 through which the two-dimensional carrier gas runs was adjusted to prevent dislocations from occurring.
It was set to 0 and 53 to be lattice matched to the nP substrate 1. With such a composition, the high mobility feature of InAs cannot be fully exhibited.

これに対し、本実施例構造では、I nGaAsチャネ
ル層2のIn&u成比を0.8に制御して移動度の大き
くなるInAsの組成を多(すると同時に、InAsの
組成を多くしたことによる格子不整合からくる歪みによ
り発生する転位を抑えるため、InGaAsチャネル層
2の膜厚を転位が発生しないような膜厚10nm(臨界
膜厚25nm以下)に設定されている。そのため、従来
に比して移動度を室温において10000d/V sか
ら14000cj/V sと4割程度アンプさせること
ができ、電界効果トランジスタとして高速動作に有用な
ものが得ることができる。
On the other hand, in the structure of this example, the In&u ratio of the InGaAs channel layer 2 is controlled to 0.8 to increase the InAs composition, which increases the mobility. In order to suppress dislocations caused by strain caused by mismatching, the thickness of the InGaAs channel layer 2 is set to 10 nm (critical thickness 25 nm or less), which prevents the occurrence of dislocations. The mobility can be increased by about 40% from 10,000 d/V s to 14,000 cj/V s at room temperature, and a field effect transistor useful for high-speed operation can be obtained.

次に、MBE成長法を採用した場合の、InGaAsの
In組成の精密制御について説明する。
Next, precise control of the In composition of InGaAs when the MBE growth method is adopted will be explained.

本実施例では、組成制御としてRHEED振動法を用い
ている。RHEED振動法は各材料の成長レートを測定
してフラックスを求め、その比から組成を決定する方法
である。
In this example, the RHEED vibration method is used for composition control. The RHEED vibration method is a method in which the growth rate of each material is measured to determine the flux, and the composition is determined from the ratio.

通常、RHEED振動法による組成制御では、測定用基
板は成長用基板と同じものを使用するが、I nGaA
sを例にとれば、本実施例のように成長用基板がInP
であれば、InP基板でGaAs、InGaAsのRH
EED振動を測定する。
Normally, in composition control using the RHEED vibration method, the measurement substrate is the same as the growth substrate, but InGaA
Taking s as an example, the growth substrate is InP as in this example.
If so, RH of GaAs and InGaAs on InP substrate
Measure EED vibration.

ここで、InGaAsのRHEED振動を測定する理由
は、InP基板でInAsのRHEED振動の測定が困
難であるためである。このような方法であると、GaA
s、InGaAsはInP基板に対して格子不整合状態
での測定となり、格子整合条件に比べて振動周期が安定
せず振動回数が少なくなるため精密な測定ができないと
いう問題がある。
Here, the reason why the RHEED vibration of InGaAs is measured is that it is difficult to measure the RHEED vibration of InAs using an InP substrate. With this method, GaA
s, InGaAs is measured in a lattice-mismatched state with respect to the InP substrate, and there is a problem in that the vibration period is not stable and the number of vibrations is small compared to the lattice-matched condition, making it impossible to perform precise measurements.

そこで、本実施例では、GaAs、AlAsはGaAs
基板、InAsはInAs基板を用いた格子整合条件と
した。この件では、成長用基板と測定用基板が異なるた
め成長レートが変化し、正確な組成比が求められない可
能性があるが、InAs基板で求めたフラックスとGa
As基板で求めたGaAsのフラックスの和がInP基
板で求めたInGaAsのフラックスに等しいか調べた
ところ、2%以下の測定誤差範囲内で組成にかかわらず
等しいことが明らかになった。なお、InAlAsも同
様であった。したがって成長用基板と測定用基板が異な
っても問題なく、組成制御(測定)が行なえることにな
る。
Therefore, in this embodiment, GaAs and AlAs are
The substrate, InAs, was set to lattice matching conditions using an InAs substrate. In this case, since the growth substrate and the measurement substrate are different, the growth rate may change and an accurate composition ratio may not be obtained.
When it was investigated whether the sum of the GaAs fluxes determined for the As substrate was equal to the InGaAs fluxes determined for the InP substrate, it was found that they were equal within a measurement error range of 2% or less regardless of the composition. Note that the same was true for InAlAs. Therefore, even if the growth substrate and the measurement substrate are different, composition control (measurement) can be performed without any problem.

また、MBE装置ではソースのシャッタが開いた直後に
フラックスのオーバーシュートが起こる。
Furthermore, in the MBE device, flux overshoot occurs immediately after the source shutter opens.

第4図(a)にInを例にとりフラックス(B−Aゲー
ジで読んだ圧力)の時間変化を示す。シャッタオープン
直後に10%近いオーバーシュートが発生し、安定する
までに2m1n以上も経過してしまう。Ga、AIも同
様の傾向を示す。このようなオーバーシュートが発生す
ると、成長初期の組成比が目標からはずれてしまうこと
になる。特に本実施例のように10nm前後の薄い膜厚
に形成する場合ではフラックスが安定する前に終了して
しまうことになる。また、RHEED振動が1m1n程
度で減衰してしまうため、フラックスの安定領域での測
定ができないなどの問題が起きてくる。このようなオー
バーシュートの原因として、シャッタとソース表面の空
間に溜まったフラックスの影響、シャッタが開いたこと
によるソース表面温度の低下が考えられる。
FIG. 4(a) shows the change in flux (pressure read with a B-A gauge) over time, taking In as an example. Almost 10% overshoot occurs immediately after the shutter opens, and more than 2 m1n elapses before it stabilizes. Ga and AI also show a similar tendency. If such an overshoot occurs, the composition ratio at the initial stage of growth will deviate from the target. Particularly in the case of forming a thin film of around 10 nm as in this embodiment, the process ends before the flux stabilizes. Furthermore, since the RHEED vibration is attenuated after approximately 1 m1n, problems arise such as the inability to measure the flux in a stable region. Possible causes of such overshoot include the influence of flux accumulated in the space between the shutter and the source surface, and a decrease in the source surface temperature due to the opening of the shutter.

そこで、本実施例では、このオーバーシュートを無くす
ために5QRTソ一ス温度制御法を採用している。これ
は第4図(b)に示すようにシャッタオープン前(成長
開始前)にソース温度を本来の温度より低めにセットし
ておき、シャッタオープン後に放物線(SQUARE 
ROOT )状に本来の温度まで戻す方法である。この
方法ではオーバーシュートをソース温度を低くすること
で無くそうとしている。第4図(C)に5QRT法を採
用した場合の例を示す。従来10%近くあったオーバー
シュート(フラックスの変動)を1%に低減できること
がわかる。なお、AI、Gaについてもオーバーシュー
トは1〜2%以下にすることができる。
Therefore, in this embodiment, a 5QRT source temperature control method is adopted to eliminate this overshoot. As shown in Figure 4(b), the source temperature is set lower than the original temperature before the shutter is opened (before the growth starts), and after the shutter is opened the parabolic (SQUARE)
This method returns the temperature to its original temperature in a ROOT manner. This method attempts to eliminate overshoot by lowering the source temperature. FIG. 4(C) shows an example in which the 5QRT method is adopted. It can be seen that overshoot (fluctuation in flux), which was conventionally close to 10%, can be reduced to 1%. Note that the overshoot for AI and Ga can also be reduced to 1 to 2% or less.

以上の格子整合のRHEED振動によるフラックス測定
、5QRTソ一ス温度制御法によるフラックス安定化に
より、本実施例では精密な組成制御が可能となり、安定
した組成の結晶成長を実現している。
By measuring the flux using the RHEED vibration of lattice matching and stabilizing the flux using the 5QRT source temperature control method, precise composition control is possible in this example, and crystal growth with a stable composition is realized.

次に、本実施例のInGaAsチャネル層2の臨界膜厚
の設定について説明する。
Next, the setting of the critical thickness of the InGaAs channel layer 2 of this example will be explained.

本実施例では、電子移動度と組成比の関係から臨界膜厚
を求めることを発案し、InGaAsチャネル層2厚さ
とヘテロ界面Aにより形成される二次元電子ガス層2a
の電子移動度の関係を調べて臨界膜厚を決定した。なお
、InAlAsの組成比はInP基板に格子整合する0
、52としている。
In this example, we proposed to obtain the critical film thickness from the relationship between the electron mobility and the composition ratio, and the two-dimensional electron gas layer 2a formed by the thickness of the InGaAs channel layer 2 and the hetero interface A.
The critical film thickness was determined by examining the relationship between electron mobility. Note that the composition ratio of InAlAs is 0, which is lattice matched to the InP substrate.
, 52.

In組成比を0.80に固定し、InGaAsチャネル
層2厚さを変化させた場合の移動度およびシートキャリ
ア濃度の変化を第5図(a)に示す。厚さ10−20 
nmでは移動度は13000〜14000cd/Vsを
示すが25nmを超えると急激に低下している。これは
、臨界膜厚をこえることにより転位が発生し結晶性が劣
化していることが考察される。これからInGaAsの
In&1成比0.80の臨界膜厚が20〜25nmであ
ることがわかる。なお、シートキャリア濃度については
余り変化が認められない。
FIG. 5(a) shows changes in mobility and sheet carrier concentration when the In composition ratio is fixed at 0.80 and the thickness of the InGaAs channel layer 2 is varied. Thickness 10-20
The mobility shows 13,000 to 14,000 cd/Vs at nm, but it rapidly decreases when it exceeds 25 nm. This is considered to be because dislocations occur and crystallinity deteriorates when the critical film thickness is exceeded. From this, it can be seen that the critical film thickness of InGaAs with an In&1 ratio of 0.80 is 20 to 25 nm. Note that no significant change was observed in the sheet carrier concentration.

In&fl成比が0.90の場合についても同様に第5
回出)に示す。同様にこのときの臨界膜厚は10〜13
nm間にあることがわかる。また、この場合もシートキ
ャリア濃度は臨界膜厚前後で変化が見られない。これは
、InGaAsチャネル層2で発生した転位が、ペテロ
接合界面AでストップしInAlAsドープ層4まで伝
播しないことによると推定される。なお、In組成比0
.7での臨界膜厚は50nmであった。
Similarly, when the In&fl composition ratio is 0.90, the fifth
It is shown in (Return). Similarly, the critical film thickness at this time is 10 to 13
It can be seen that it is between nm. Also in this case, no change in sheet carrier concentration is observed before and after the critical film thickness. This is presumed to be because the dislocations generated in the InGaAs channel layer 2 stop at the Peter junction interface A and do not propagate to the InAlAs doped layer 4. Note that the In composition ratio is 0
.. The critical film thickness at No. 7 was 50 nm.

なお、第5図(a)に示した組成比0.80のサンプル
の極低温の移動度を第5図(C)に示す。室温の値は2
0nmまで13000〜14000d/Vsのほぼフラ
ットな傾向を示しているが、10K。
Note that FIG. 5(C) shows the cryogenic mobility of the sample having a composition ratio of 0.80 shown in FIG. 5(a). The value of room temperature is 2
It shows an almost flat tendency of 13,000 to 14,000 d/Vs up to 0 nm, but at 10K.

77にの極低温ではlQnmを超えたあたりから移動度
の低下が見られ室温はどの急激な変化を示さない。室温
□と極低温での傾向の違いは、極低温では移動度が大き
くなり微小な転位密度の変化に敏感になったためと推定
できる。極低温の移動度の傾向から、室温の臨界膜厚の
半分程度でも、すでに転位の発生が起きていることがわ
かる。層厚7nmの移動度の低下は、チャネル層が薄く
なったことによる余剰キャリアの発生と考えられる。
At an extremely low temperature of 77°C, a decrease in mobility is seen from around 1Q nm onwards, and no rapid change is observed at room temperature. The difference in trends between room temperature and extremely low temperatures can be presumed to be due to the fact that mobility increases at extremely low temperatures, making it more sensitive to minute changes in dislocation density. The tendency of mobility at extremely low temperatures shows that dislocations are already occurring even at about half the critical film thickness at room temperature. The decrease in mobility at a layer thickness of 7 nm is considered to be due to the generation of surplus carriers due to the thinning of the channel layer.

なお、上述の如くして調べた臨界膜厚以下のInGaA
sチャネル層2の層厚でInxGa、−XAsの組成比
と二次元電子ガス層2aの移動度との関係を示すのが第
2図の特性図である。なお、移動度は室温での値である
。In組成比を0.47から増やしていくと、移動度は
大きくなり0.49で10000CI!/VSを超えて
いる。移動度は歪みが発生しない格子整合の組成比0.
53を超えても大きくなり続け、組成比0.80で最大
値14300cA / V sを示す。0.80を超え
てから移動度は徐々に低下し、0,90を超えてから急
激に低下している。組成比1.0即ちチャネル層をIn
As層とした場合には、層厚を5〜3nmと薄くしても
移動度は回復しなかった。このように組成比0.80で
移動度が最大になる原因を推定すると、InASとCy
aAsで室温の移動度を比較した場合InAs3300
0.CaAs8000とInAsの方が大きい。したが
ってInの組成の多いほうが移動度は大きいと考えられ
る。しかしTnAsは良質な結晶成長が難しい材料と言
われ、特に今回のような格子不整合の成長ではInの組
成が多くなれば結晶性の劣化がより起こりやすいと考え
られる。よって両者の効果がバランスした組成比0゜8
0で最大値となったと考えられる。
In addition, InGaA with a thickness below the critical thickness investigated as described above
The characteristic diagram in FIG. 2 shows the relationship between the composition ratio of InxGa and -XAs in the layer thickness of the s-channel layer 2 and the mobility of the two-dimensional electron gas layer 2a. Note that the mobility is a value at room temperature. When the In composition ratio is increased from 0.47, the mobility increases to 10,000 CI at 0.49! /Exceeds VS. The mobility is determined at a lattice-matched composition ratio of 0.0, which causes no distortion.
It continues to increase even when it exceeds 53, and shows a maximum value of 14300 cA/V s at a composition ratio of 0.80. The mobility gradually decreases after exceeding 0.80, and sharply decreases after exceeding 0.90. Composition ratio 1.0, that is, the channel layer is In
When the As layer was used, the mobility did not recover even if the layer thickness was reduced to 5 to 3 nm. Estimating the reason for the maximum mobility at a composition ratio of 0.80, we find that InAS and Cy
When comparing the mobility at room temperature for aAs, InAs3300
0. CaAs8000 and InAs are larger. Therefore, it is considered that the higher the In composition, the higher the mobility. However, TnAs is said to be a material in which it is difficult to grow high-quality crystals, and especially in the case of lattice-mismatched growth such as the present case, it is thought that as the In composition increases, deterioration of crystallinity is more likely to occur. Therefore, the composition ratio of 0°8 balances both effects.
It is considered that the maximum value was 0.

また極低温での組成比と移動度の関係を第6図に示す。Furthermore, the relationship between composition ratio and mobility at extremely low temperatures is shown in FIG.

極低温でも室温と同様な傾向を示し、組成比0.80で
最大値10に時121500all/Vs、77に時9
1300CIII/V sとなっている。
Even at extremely low temperatures, it shows the same tendency as at room temperature, with a composition ratio of 0.80 and a maximum value of 10 at 121,500all/Vs, and 77 at 9
It is 1300CIII/Vs.

しかし組成比が0.80を超えてから移動度の低下は、
室温では徐々に起きるが極低温では急激に起きている。
However, once the composition ratio exceeds 0.80, the mobility decreases.
It occurs gradually at room temperature, but rapidly at extremely low temperatures.

これはInの組成が増えたことにより極低温の速い移動
度に影響する転位が発生し、結晶性が劣化したことを示
している。
This indicates that as the In composition increased, dislocations that affected fast mobility at extremely low temperatures were generated, resulting in deterioration of crystallinity.

このように、各Inm成比に応じて臨界膜厚が設定され
、In組成比0.80で移動度が最大値をとることが明
らかとなり、本実施例ではIn組成比0.80でInG
aAsチャネル層2厚を臨界膜厚以下の10nmとして
いることから広い温度範囲で高速動作が保障でき、また
シートキャリア濃度も安定しているためトランジスタ性
能に優れ、最高性能の低雑音マイクロ波、ミリ波FET
を実現できることになる。
In this way, it is clear that the critical film thickness is set according to each In composition ratio, and that the mobility takes the maximum value at an In composition ratio of 0.80.
Since the thickness of the aAs channel layer 2 is 10 nm, which is less than the critical film thickness, high-speed operation is guaranteed over a wide temperature range, and the sheet carrier concentration is stable, resulting in excellent transistor performance and the highest performance low-noise microwave, millimeter wave FET
It will be possible to achieve this.

〔第2実施例〕 第7図には本発明第2実施例の断面構造図を示す。第3
図に示す第1実施例と同一構成には同一符号が付しであ
る。本実施例ではInGaAsチャネル層2とInAl
Asスペーサ層3との間にInAs層が挿入形成されて
いることを特徴としている。
[Second Embodiment] FIG. 7 shows a cross-sectional structural diagram of a second embodiment of the present invention. Third
Components that are the same as those of the first embodiment shown in the figures are given the same reference numerals. In this example, InGaAs channel layer 2 and InAl
It is characterized in that an InAs layer is inserted and formed between the As spacer layer 3 and the As spacer layer 3.

通常の成長ではI n A I A s / I n 
G a A s ヘテロ界面には凹凸があり、InAl
GaAs層になっていると考えられる。移動度を上げる
には界面を平坦化しInGaAsとInAlAsを分離
する必要がある。A ] G a A s / G a
 A sヘテロ接合で有効であった成長中断はI n 
A I A s / InGaAsの場合には効果的で
ないため、本実施例ではAIとGaを分離することを目
的にInAlAsスペーサ層3とI nGaAsチャネ
ル層2との間に薄いInAs層9を挿入させた形で成長
させている。なお、InGaAsチャネル層2の組成比
は第1実施例同様0.80とし、各層厚も同じに設定し
ている。
In normal growth, I n A I A s / I n
The Ga As hetero interface has irregularities, and the InAl
It is thought that it is a GaAs layer. In order to increase the mobility, it is necessary to flatten the interface and separate InGaAs and InAlAs. A ] G a As / G a
The growth interruption that was effective in the A s heterojunction is I n
Since this is not effective in the case of AIAs/InGaAs, in this example a thin InAs layer 9 is inserted between the InAlAs spacer layer 3 and the InGaAs channel layer 2 in order to separate AI and Ga. We are growing it in a different way. Note that the composition ratio of the InGaAs channel layer 2 is set to 0.80 as in the first embodiment, and the thickness of each layer is also set to be the same.

InAs層9の層数と移動度の関係を第8図に示す。な
お、0.5 (monolayers)というのは0.
5層に担当するInを供給したということである。
FIG. 8 shows the relationship between the number of InAs layers 9 and the mobility. Note that 0.5 (monolayers) is 0.5 (monolayers).
This means that In was supplied to the 5th layer.

室温の移動度は、InAsが0層(第1実施例)で14
300cj/Vsで、0.5層で15000all/V
s、1.0層で14700cffl/V s、 1.5
層で14400cj/Vsとアンプしており、l nA
sAsO2果が期待できる。また、同様に10K。
The mobility at room temperature is 14 in the 0 layer of InAs (first example).
300cj/Vs, 15000all/V with 0.5 layer
s, 14700cffl/V at 1.0 layer s, 1.5
It is amplified with 14400cj/Vs in the layer, and l nA
sAsO2 results can be expected. Also, 10K as well.

77にの極低温では30%程度の移動度向上かでき、I
nAs層9による効果が非常に大きい。なお、層数をさ
らに増加させると、格子不整合が大きくなることからの
歪みの増加、結晶体の劣化により移動度が低下すること
がわかり、最適な挿入層数があることが分かる。
At the extremely low temperature of 77, it is possible to improve the mobility by about 30%, and I
The effect of the nAs layer 9 is very large. It is understood that when the number of layers is further increased, the strain increases due to the increase in lattice mismatch, and the mobility decreases due to deterioration of the crystal, indicating that there is an optimal number of inserted layers.

I n A I A s / I n G a A S
 ヘテロ構造でInGaAsチャネル層の組成比を0.
80、チャネル層厚10nm、InAs層9は0.5層
挿入で構成    □したサンプルの移動度およびシー
トキャリア濃度の温度特性を第9図に示す。移動度は、
室温で15100C111/VS、77にで11160
0CIII/VS、IOKで157300CIII/V
Sの高い値を示している。シートキャリア濃度は室温で
1.60 X10”(/ci11)、77にで1.50
X1(102(/c−d)、10にで1.50 X 1
0” (/d)と温度変化にかかわらずよく安定してい
る。
I n A I A S / I n G a A S
In the heterostructure, the composition ratio of the InGaAs channel layer is 0.
FIG. 9 shows the temperature characteristics of the mobility and sheet carrier concentration of the sample. The mobility is
15100C111/VS at room temperature, 11160 at 77
0CIII/VS, 157300CIII/V at IOK
It shows a high value of S. Sheet carrier concentration is 1.60 x 10” (/ci11) at room temperature, 1.50 at 77
X1 (102 (/c-d), 10 to 1.50 X 1
0" (/d) and is well stable regardless of temperature changes.

〔他の実施例] 本発明は上述した種々の実施例に限定されるものでなく
、変形実施することが可能である。例えば、ハソファ層
1aを形成しないもの、逆ヘテロ構造のもの、ダブルヘ
テロ構造のものであってもよい、また、I nAlAs
/I nGaAsのヘテロ接合に限らず、InGaAs
とこのInGaASよりもエネルギ・ハンド幅が広い半
導体層とによるヘテロ接合のものであってもよい。
[Other Embodiments] The present invention is not limited to the various embodiments described above, and may be modified. For example, it may be one that does not form the haphazard layer 1a, one that has an inverted hetero structure, or one that has a double hetero structure.
/I Not limited to nGaAs heterojunctions, but also InGaAs
It may also be a heterojunction with a semiconductor layer having a wider energy hand width than InGaAS.

また、ヘテロ構造を有するものに限らず、例えば第10
図の本発明第3実施例に示されるように、InGaAs
層にn型(あるいはP型)不純物のドーピングを行い能
動層としたものにも適用可能である。なお、第10図に
おいて、電極6.8はInGaAs層2に対してオーム
性接触とされたソース・ドレイン電極であり、電極7は
ショットキ接合を形成するゲート電極である。
In addition, it is not limited to those having a heterostructure, for example, the 10th
As shown in the third embodiment of the present invention in the figure, InGaAs
It is also applicable to a layer doped with an n-type (or p-type) impurity to form an active layer. In FIG. 10, electrodes 6.8 are source/drain electrodes in ohmic contact with the InGaAs layer 2, and electrode 7 is a gate electrode forming a Schottky junction.

なお、第10図において、n−InGaAsチャネル層
2の成長前に、例えばInAlAsを緩衝層として成長
させておいてもよい。さらに、InGaAs層2上に表
面保護層としてノンドープIr+Ga’Asキャップ層
を形成するようにしてもよい。
In FIG. 10, for example, InAlAs may be grown as a buffer layer before the n-InGaAs channel layer 2 is grown. Furthermore, a non-doped Ir+Ga'As cap layer may be formed on the InGaAs layer 2 as a surface protection layer.

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

第1図はI n A I A s / I n G a
 A s / I n P基板で構成した電界効果トラ
ンジスタの基本構造を示す断面図、 第2図は臨界膜厚以下に形成されたI nGaASのI
n組成比と二次元電子ガス層の室温における移動度の関
係を示す特性図、 第3図は本発明第1実施例を示す断面図、第4図(a)
はMBE装置で発生するフラックスのオーバーシュート
の説明に供する図、第4図(b)は第1実施例で適用し
た5QRTソ一ス温度制御法の説明に供する図、第4図
(C)は5QRTソ一ス温度制御法を用いた場合のフラ
ックスの時間変化を示す図、 第5図(a)はInGaAsnGaAsチャネル層比0
.80 )の二次元電子ガス層の室温での移動度・シー
トキャリア濃度と該チャネル層の層厚との関係を示す特
性図、 第5図(b)はI nGaAsチャネル層(In組成比
0.90 )の二次元電子ガス層の室温での移動度・シ
ートキャリア濃度と該チャネル層の層厚との関係を示す
特性図、 第5図(C)はInGaAsチャネル層(In組成比0
.80 )の二次元電子ガス層の室温および極低温での
移動度と該チャネル層の層厚との関係を示す特性図、 第6図は組成比と臨界膜厚を考慮した二次元電子ガス層
の極低温移動度との関係を示す特性図、第7図は本発明
第2実施例を示す断面図、第8図はI nAsの層数と
二次元電子ガス層の移動度との関係を示す特性図、 第9図は試作したInAlAs/InGaAsヘテロ構
造の電界効果トランジスタの移動度、シートキャリア濃
度の温度特性図、 第1O図は本発明第3実施例を示す断面図である。 1・・・半絶縁性InP基板、13・ 1nAIAsバ
ッファ層、2・・・I nGaAsチャネルN、2a・
・・二次元電子ガス層、3・・・InAlAsスペーサ
層、4・・司nAlAsドープ層、5・ InC;aA
Sキャップ層、6.訃・・ソース・ドレイン電極。 7・・・ゲート電極、9・・・InAs層。
Figure 1 shows I n A I A s / I n Ga
A cross-sectional view showing the basic structure of a field effect transistor constructed with an A s / I n P substrate.
Characteristic diagram showing the relationship between the n composition ratio and the mobility of the two-dimensional electron gas layer at room temperature; FIG. 3 is a cross-sectional view showing the first embodiment of the present invention; FIG. 4(a)
4(b) is a diagram used to explain the 5QRT source temperature control method applied in the first embodiment, and FIG. 4(C) is a diagram used to explain the flux overshoot that occurs in the MBE device. Figure 5(a) shows the time change in flux when using the 5QRT source temperature control method.
.. Figure 5(b) is a characteristic diagram showing the relationship between the mobility and sheet carrier concentration at room temperature of the two-dimensional electron gas layer of 80) and the layer thickness of the channel layer. Figure 5 (C) is a characteristic diagram showing the relationship between the mobility and sheet carrier concentration at room temperature of the two-dimensional electron gas layer of 90) and the layer thickness of the channel layer.
.. 80) is a characteristic diagram showing the relationship between the mobility at room temperature and cryogenic temperature of the two-dimensional electron gas layer and the layer thickness of the channel layer. Figure 6 shows the two-dimensional electron gas layer considering the composition ratio and critical thickness. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the second embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the number of InAs layers and the mobility of the two-dimensional electron gas layer. FIG. 9 is a temperature characteristic diagram of the mobility and sheet carrier concentration of a prototype InAlAs/InGaAs heterostructure field effect transistor, and FIG. 1O is a sectional view showing a third embodiment of the present invention. 1...Semi-insulating InP substrate, 13.1nAIAs buffer layer, 2...InGaAs channel N, 2a.
... two-dimensional electron gas layer, 3... InAlAs spacer layer, 4... nAlAs doped layer, 5. InC; aA
S cap layer, 6. Death...source/drain electrodes. 7... Gate electrode, 9... InAs layer.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)インジウムリン(InP)基板と、このInP基
板上に結晶成長されたインジウム・ガリウム砒素(In
GaAs)層とを含み、前記InGaAs層を能動層と
して、この能動層にキャリアを供給するソース、ドレイ
ン電極と、前記能動層を移動するキャリアの量を制御す
るゲート電極が構成された電界効果トランジスタにおい
て、 前記InGaAs層のIn組成比が前記InP基板と格
子整合する0.53を超える大きな値に規定され、かつ
、 前記InGaAs層の層厚が、In組成比が大となるこ
とで前記InP基板と格子不整合を伴ってもその格子歪
みのエネルギーを結晶格子が吸収し得る臨界膜厚以下に
規定されていることを特徴とする電界効果トランジスタ
(1) Indium phosphide (InP) substrate and indium gallium arsenide (InP) crystal grown on this InP substrate.
A field-effect transistor comprising a source and drain electrodes that supply carriers to the active layer, and a gate electrode that controls the amount of carriers moving in the active layer, using the InGaAs layer as an active layer. In this case, the In composition ratio of the InGaAs layer is defined to be a large value exceeding 0.53, which is lattice matched with the InP substrate, and the layer thickness of the InGaAs layer is set to a large value that exceeds the In composition ratio as the In composition ratio becomes large. 1. A field effect transistor characterized in that the film thickness is defined below a critical film thickness at which the crystal lattice can absorb the energy of the lattice distortion even if there is a lattice mismatch.
(2)前記In組成比が0.7乃至0.9の何れかの値
に規定されていることを特徴とする請求項1記載の電界
効果トランジスタ。
(2) The field effect transistor according to claim 1, wherein the In composition ratio is defined to a value between 0.7 and 0.9.
(3)前記In組成比は0.7であり、前記InGaA
s層の層厚は50nm以下の値に規定されていることを
特徴とする請求項2記載の電界効果トランジスタ。
(3) The In composition ratio is 0.7, and the InGaA
3. The field effect transistor according to claim 2, wherein the thickness of the s layer is defined to be 50 nm or less.
(4)前記In組成比は0.8であり、前記InGaA
s層の層厚は25nm以下の値に規定されていることを
特徴とする請求項2記載の電界効果トランジスタ。
(4) The In composition ratio is 0.8, and the InGaA
3. The field effect transistor according to claim 2, wherein the layer thickness of the s-layer is defined to a value of 25 nm or less.
(5)前記In組成比は0.9であり、前記InGaA
s層の層厚は13nm以下の値に規定されていることを
特徴とする請求項2記載の電界効果トランジスタ。
(5) The In composition ratio is 0.9, and the InGaA
3. The field effect transistor according to claim 2, wherein the thickness of the s-layer is defined to be 13 nm or less.
(6)前記電界効果トランジスタは、前記InGaAs
層とヘテロ接合界面を形成する前記InGaAs層より
もエネルギ・バンド幅が広い半導体層を有しており、前
記InGaAs層の前記ヘテロ接合界面に形成される二
次元キャリアガス層を前記能動層とすることを特徴とす
る請求項1乃至5の何れかに記載の電界効果トランジス
タ。
(6) The field effect transistor is made of the InGaAs
The semiconductor layer has a semiconductor layer having a wider energy band width than the InGaAs layer forming a heterojunction interface with the InGaAs layer, and the active layer is a two-dimensional carrier gas layer formed at the heterojunction interface of the InGaAs layer. The field effect transistor according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:
(7)前記半導体層がInAlAs層であることを特徴
とする請求項6記載の電界効果トランジスタ。
(7) The field effect transistor according to claim 6, wherein the semiconductor layer is an InAlAs layer.
(8)前記半導体層と前記InGaAs層との間のヘテ
ロ接合界面の凹凸を吸収すべく、前記ヘテロ接合界面に
InAs層が挿入されていることを特徴とする請求項6
もしくは7に記載の電界効果トランジスタ。
(8) An InAs layer is inserted at the heterojunction interface to absorb irregularities at the heterojunction interface between the semiconductor layer and the InGaAs layer.
Or the field effect transistor described in 7.
(9)前記InAs層は、Inを0.5層に相当する量
、前記ヘテロ接合界面に供給することを特徴とする請求
項8記載の電界効果トランジスタ。
(9) The field effect transistor according to claim 8, wherein the InAs layer supplies In in an amount equivalent to 0.5 layers to the heterojunction interface.
(10)前記InGaAs層は、不純物がドープされて
前記能動層とされていることを特徴とする請求項1乃至
5の何れかに記載の電界効果トランジスタ。
(10) The field effect transistor according to any one of claims 1 to 5, wherein the InGaAs layer is doped with an impurity to serve as the active layer.
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