JPH04214636A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH04214636A JPH04214636A JP40161490A JP40161490A JPH04214636A JP H04214636 A JPH04214636 A JP H04214636A JP 40161490 A JP40161490 A JP 40161490A JP 40161490 A JP40161490 A JP 40161490A JP H04214636 A JPH04214636 A JP H04214636A
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Links
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Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、InGaAs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。
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。
【0002】
【従来の技術】従来、AlGaAs/GaAsのヘテロ
接合を利用したGaAs系の高電子移動度トランジスタ
(HEMT)が存在するが、InGaAsから成るヘテ
ロ接合を利用したHEMTも検討されている。InGa
AsはGaAsよりも電子移動度や飽和電子速度が高い
。従って、このInGaAsを用いて形成されたFET
は、高速,高周波デバイスに適している。InGaAs
系のHEMTとしては、InP/InGaAsやAlI
nAs/InGaAsのヘテロ接合を利用したものが実
現されている。
接合を利用したGaAs系の高電子移動度トランジスタ
(HEMT)が存在するが、InGaAsから成るヘテ
ロ接合を利用したHEMTも検討されている。InGa
AsはGaAsよりも電子移動度や飽和電子速度が高い
。従って、このInGaAsを用いて形成されたFET
は、高速,高周波デバイスに適している。InGaAs
系のHEMTとしては、InP/InGaAsやAlI
nAs/InGaAsのヘテロ接合を利用したものが実
現されている。
【0003】第4図はこのAlInAs/InGaAs
のヘテロ接合を利用したHEMTの構造を示している。 InP半導体基板1上には、バッファ層であるAlIn
As層2および活性層であるInGaAs層3が形成さ
れている。さらに、InGaAs層3上には、アンドー
プのAlInAs層4が形成され、AlInAs層4上
にはn+ 型のAlInAs層5およびn+ 型のIn
GaAs層6が形成されている。そして、ゲート電極7
がAlInAs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InGaAs層6上に形成されている
。
のヘテロ接合を利用したHEMTの構造を示している。 InP半導体基板1上には、バッファ層であるAlIn
As層2および活性層であるInGaAs層3が形成さ
れている。さらに、InGaAs層3上には、アンドー
プのAlInAs層4が形成され、AlInAs層4上
にはn+ 型のAlInAs層5およびn+ 型のIn
GaAs層6が形成されている。そして、ゲート電極7
がAlInAs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InGaAs層6上に形成されている
。
【0004】InP/InGaAsのヘテロ接合を利用
したInGaAs系のHEMT構造も、基本的に上記の
AlInAs/InGaAsのヘテロ接合を使用したH
EMTと同様であり、第4図におけるAlInAs層を
InP層に置き換えたものになる。
したInGaAs系のHEMT構造も、基本的に上記の
AlInAs/InGaAsのヘテロ接合を使用したH
EMTと同様であり、第4図におけるAlInAs層を
InP層に置き換えたものになる。
【0005】
【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/InGaAsのヘテロ接合を利用したHE
MTにおいては、電子供給層がInP材料によって形成
されているため、良好なショットキ特性を有するゲート
電極を形成することが困難であった。これは、InP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
することが難しいからである。また、InPとInGa
Asとのヘテロ接合部に形成される伝導帯不連続量は0
.2eVと小さい。このため、この伝導帯不連続量の大
きさに比例して蓄積される2次元電子ガスの濃度に制限
が生じ、十分なドレイン電流を確保することが出来なか
った。
来のInP/InGaAsのヘテロ接合を利用したHE
MTにおいては、電子供給層がInP材料によって形成
されているため、良好なショットキ特性を有するゲート
電極を形成することが困難であった。これは、InP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
することが難しいからである。また、InPとInGa
Asとのヘテロ接合部に形成される伝導帯不連続量は0
.2eVと小さい。このため、この伝導帯不連続量の大
きさに比例して蓄積される2次元電子ガスの濃度に制限
が生じ、十分なドレイン電流を確保することが出来なか
った。
【0006】また、上記従来の第4図に示されるAlI
nAs/InGaAsのヘテロ接合を利用したHEMT
においては、AlInAs/InGaAsのヘテロ接合
界面に生じる伝導帯不連続量は0.55eVと大きく、
2次元電子ガスの濃度は十分にとれる。しかし、電子供
給層になるAlInAs層とゲート電極との間に形成さ
れるショットキ障壁が0.4eVと低い。このため、ゲ
ートリーク電流は大きく、また、ゲート耐圧は低下して
いた。この結果、このヘテロ接合を利用したデバイスの
出力容量は低下し、高出力用デバイスに適さないものに
なっていた。
nAs/InGaAsのヘテロ接合を利用したHEMT
においては、AlInAs/InGaAsのヘテロ接合
界面に生じる伝導帯不連続量は0.55eVと大きく、
2次元電子ガスの濃度は十分にとれる。しかし、電子供
給層になるAlInAs層とゲート電極との間に形成さ
れるショットキ障壁が0.4eVと低い。このため、ゲ
ートリーク電流は大きく、また、ゲート耐圧は低下して
いた。この結果、このヘテロ接合を利用したデバイスの
出力容量は低下し、高出力用デバイスに適さないものに
なっていた。
【0007】
【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が0.65
以上0.85以下で構成されるGaAsx Sb1−x
と、組成比yが0.4以上0.65以下で構成される
InyGa1−y Asとのヘテロ接合を備えて半導体
装置を形成したものである。
を解消するためになされたもので、組成比xが0.65
以上0.85以下で構成されるGaAsx Sb1−x
と、組成比yが0.4以上0.65以下で構成される
InyGa1−y Asとのヘテロ接合を備えて半導体
装置を形成したものである。
【0008】
【作用】GaAsの格子定数は5.65オングストロー
ム,GaSbの格子定数は6.10オングストロームで
ある。従って、GaAsの組成比xを0.65以上0.
85以下の範囲内でGaAsx Sb1−x を構成す
ることにより、GaAsx Sb1−x はInの組成
比が0.3以上0.65以下で格子定数が5.80〜5
.95オングストロームのIny Ga1−y Asに
格子整合し、良好な接合状態のヘテロ接合が形成される
。
ム,GaSbの格子定数は6.10オングストロームで
ある。従って、GaAsの組成比xを0.65以上0.
85以下の範囲内でGaAsx Sb1−x を構成す
ることにより、GaAsx Sb1−x はInの組成
比が0.3以上0.65以下で格子定数が5.80〜5
.95オングストロームのIny Ga1−y Asに
格子整合し、良好な接合状態のヘテロ接合が形成される
。
【0009】また、この範囲内でのある組成比における
GaAsx Sb1−x のエネルギバンド図は図1(
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x=0.51の時1.1
0eV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E0 に取り出す電子親和力χ1 は例
えば約4.1eVと推定される。また、Iny Ga1
−y As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 は例えばy=0.53の時0.
73eV、電子親和力χ2 は約4.6eVになってい
る。従って、これらGaAsx Sb1−x とIny
Ga1−y Asとのヘ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0.5eVのエネルギスパイクが生じる。
GaAsx Sb1−x のエネルギバンド図は図1(
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x=0.51の時1.1
0eV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E0 に取り出す電子親和力χ1 は例
えば約4.1eVと推定される。また、Iny Ga1
−y As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 は例えばy=0.53の時0.
73eV、電子親和力χ2 は約4.6eVになってい
る。従って、これらGaAsx Sb1−x とIny
Ga1−y Asとのヘ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0.5eVのエネルギスパイクが生じる。
【0010】また、このヘテロ接合をFETに適用した
場合には、GaAsxSb1−x に形成されるショッ
トキ障壁の高さは高くなり、良好な特性を有するショッ
トキ接合が形成される。
場合には、GaAsxSb1−x に形成されるショッ
トキ障壁の高さは高くなり、良好な特性を有するショッ
トキ接合が形成される。
【0011】
【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。
用した場合の一実施例について説明する。
【0012】図2はこの一実施例によるInGaAs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。
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。
【0013】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1
1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 0.48In0.52Asであり、その厚
さは約1μmである。チャネル層13の材質はInの組
成比yが0.3以上0.65以下に構成されたアンドー
プのIny Ga1−y Asであり、その厚さは10
00オングストロームである。また、電子供給層14の
材質は、GaAsの組成比xが0.65以上0.85以
下に構成されたGaAsx Sb1−x であり、この
GaAsx Sb1−x には濃度が1×1018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−GaAsx Sb1−x からなる電子
供給層14はアンドープIny Ga1−y As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500オングストローム
である。
の結晶成長技術により、半絶縁性のInP半導体基板1
1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 0.48In0.52Asであり、その厚
さは約1μmである。チャネル層13の材質はInの組
成比yが0.3以上0.65以下に構成されたアンドー
プのIny Ga1−y Asであり、その厚さは10
00オングストロームである。また、電子供給層14の
材質は、GaAsの組成比xが0.65以上0.85以
下に構成されたGaAsx Sb1−x であり、この
GaAsx Sb1−x には濃度が1×1018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−GaAsx Sb1−x からなる電子
供給層14はアンドープIny Ga1−y As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500オングストローム
である。
【0014】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。
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。
【0015】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、Ti/Pt/Au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、図2に示される構造のHEMTが完成する。
スクパターンを形成し、Ti/Pt/Au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、図2に示される構造のHEMTが完成する。
【0016】本実施例によるHEMTのヘテロ接合の界
面、つまり、n−GaAsSbからなる電子供給層14
とアンドープのInGaAs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領域の図3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−GaAsx
Sb1−x )、右側はチャネル層13(アンドープ
Iny Ga1−y As)の領域に対応しており、伝
導帯の底のエネルギ準位Ecが実線、フェルミ準位EF
が点線で示されている。
面、つまり、n−GaAsSbからなる電子供給層14
とアンドープのInGaAs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領域の図3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−GaAsx
Sb1−x )、右側はチャネル層13(アンドープ
Iny Ga1−y As)の領域に対応しており、伝
導帯の底のエネルギ準位Ecが実線、フェルミ準位EF
が点線で示されている。
【0017】電子供給層14とチャネル層13との接合
部には、前述した図1に示される大きさΔEc が約5
00meVのエネルギスパイクが現れる。電子供給層1
4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。
部には、前述した図1に示される大きさΔEc が約5
00meVのエネルギスパイクが現れる。電子供給層1
4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。
【0018】本実施例におけるGaAsx Sb1−x
/Iny Ga1−y Asのヘテロ接合界面におけ
るΔEc は約500meVと大きくなり、従来の材料
系によるHEMTに比較して2次元電子ガス濃度を高く
することができる。このため、電流駆動能力に優れた高
出力の高周波回路素子を実現することが可能になる。ま
た、GaAsx Sb1−x からなる電子供給層14
とゲート電極17との間に形成されるショットキ障壁の
高さは約0.7eVと高くなる。このため、ゲートリー
ク電流は減少し、また、ゲート耐圧は高くなる。この結
果、従来の材料系によるHEMTに比較して良好なショ
ットキ特性が得られる。
/Iny Ga1−y Asのヘテロ接合界面におけ
るΔEc は約500meVと大きくなり、従来の材料
系によるHEMTに比較して2次元電子ガス濃度を高く
することができる。このため、電流駆動能力に優れた高
出力の高周波回路素子を実現することが可能になる。ま
た、GaAsx Sb1−x からなる電子供給層14
とゲート電極17との間に形成されるショットキ障壁の
高さは約0.7eVと高くなる。このため、ゲートリー
ク電流は減少し、また、ゲート耐圧は高くなる。この結
果、従来の材料系によるHEMTに比較して良好なショ
ットキ特性が得られる。
【0019】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(HBT)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GaAsx Sb1−x (0.65≦x≦0.
85),ベースにp−Iny Ga1−y As(0.
3≦y≦0.65),コレクタにn−Iny Ga1−
y As(0.3≦y≦0.65)を使用して形成する
。
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(HBT)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GaAsx Sb1−x (0.65≦x≦0.
85),ベースにp−Iny Ga1−y As(0.
3≦y≦0.65),コレクタにn−Iny Ga1−
y As(0.3≦y≦0.65)を使用して形成する
。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明によるGaA
sx Sb1−x(0.65≦x≦0.85)とIny
Ga1−y As(0.3≦y≦0.65)とのヘテ
ロ接合においては伝導帯不連続量の大きさΔEc が大
きくなり、このヘテロ接合をFETに適用した場合には
、2次元電子ガス濃度を大きくとることが出来る。しか
も、良好なショットキ特性が形成され、ゲート電極に十
分な電圧を印加することが可能になる。さらに、InG
aAsの有する高い電子移動度および飽和電子速度とい
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。
sx Sb1−x(0.65≦x≦0.85)とIny
Ga1−y As(0.3≦y≦0.65)とのヘテ
ロ接合においては伝導帯不連続量の大きさΔEc が大
きくなり、このヘテロ接合をFETに適用した場合には
、2次元電子ガス濃度を大きくとることが出来る。しか
も、良好なショットキ特性が形成され、ゲート電極に十
分な電圧を印加することが可能になる。さらに、InG
aAsの有する高い電子移動度および飽和電子速度とい
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1】本発明によるヘテロ接合のエネルギバンド構造
を示す図である。
を示す図である。
【図2】本発明の一実施例によるHEMTの構造を示す
断面図である。
断面図である。
【図3】図2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である。
エネルギバンド構造を示す図である。
【図4】従来のHEMTの構造を示す断面図である。
【符号の説明】
11…半絶縁性基板(InP)
12…バッファ層(アンドープA 0.48In0.
52As)13…チャネル層(アンドープIny Ga
1−y As)14…電子供給層(n−GaAsx S
b1−x )15…ソース電極 16…ドレイン電極 17…ゲート電極
52As)13…チャネル層(アンドープIny Ga
1−y As)14…電子供給層(n−GaAsx S
b1−x )15…ソース電極 16…ドレイン電極 17…ゲート電極
Claims (1)
- 【請求項1】 組成比xが0.65以上0.85以下
で構成されるGaAsx Sb1−x と、組成比yが
0.3以上0.65以下で構成されるIny Ga1−
yAs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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP40161490A JPH04214636A (ja) | 1990-12-12 | 1990-12-12 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP40161490A JPH04214636A (ja) | 1990-12-12 | 1990-12-12 | 半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04214636A true JPH04214636A (ja) | 1992-08-05 |
Family
ID=18511450
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP40161490A Pending JPH04214636A (ja) | 1990-12-12 | 1990-12-12 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04214636A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001053271A (ja) * | 1999-08-05 | 2001-02-23 | Fujitsu Ltd | 電界効果半導体装置 |
-
1990
- 1990-12-12 JP JP40161490A patent/JPH04214636A/ja active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001053271A (ja) * | 1999-08-05 | 2001-02-23 | Fujitsu Ltd | 電界効果半導体装置 |
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