JPH04369842A - ヘテロ接合電界効果トランジスタ - Google Patents

ヘテロ接合電界効果トランジスタ

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JPH04369842A
JPH04369842A JP14716791A JP14716791A JPH04369842A JP H04369842 A JPH04369842 A JP H04369842A JP 14716791 A JP14716791 A JP 14716791A JP 14716791 A JP14716791 A JP 14716791A JP H04369842 A JPH04369842 A JP H04369842A
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JP
Japan
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layer
ingaas
buffer layer
effect transistor
active layer
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Application number
JP14716791A
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English (en)
Inventor
Toshinobu Matsuno
年伸 松野
Kaoru Inoue
薫 井上
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体ヘテロ接合を有す
る電界効果トランジスタ、特に高電子移動度トランジス
タ(以下HEMTと記す)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年では超高速、超高周波デバイスとし
て選択ドープAlGaAs/GaAsのヘテロ界面に形
成される二次元電子ガスを利用したHEMTが衛星放送
受信用のロ−ノイズ増幅器に利用されている。
【0003】さらに、高速、高周波での動作を目指した
次世代HEMTとして、活性層をInGaAsとしたI
nGaAs/InAlAs系を用いたHEMTの研究開
発が行なわれている。それは例えばExtended 
Abstract of the 21th Conf
erence onSolid State Devi
ce and Materials,Tokyo,19
89,pp277−280 に記載されている。それを
図4に示す。
【0004】図4のInP基板上のInGaAs/In
AlAs系のHEMTにおいて、1は半絶縁性InP基
板、2はアンド−プInAlAsバッファ層であり、4
はアンド−プInGaAsチャネル層(あるいは活性層
)、5はアンドープInAlAsスペ−サ層で、6はN
型InAlAsキャリア供給層、7はショットキ電極を
得るためのアンド−プInAlAsバリア層、8はソ−
ス抵抗を低減するためのn型InGaAsキャプ層であ
る。この系ではInGaAs4,8のIn組成が53%
、InAlAs2,5,6,7のIn組成が52%でI
nPと互いに格子整合し、格子不整合の問題なく高In
組成を有するInGaAsをチャネルに用いる事が可能
になった。さらにこの系ではバンド不連続の値も大きく
、InP上の格子整合InGaAs/InAlAs  
HEMT構造でΔEc〜0.51eV、Ns>4x10
12cm−2、μ>10000cm2/Vs、Vs〜2
.7cm/sでGaAs/AlGaAs系の約2−4倍
大きくなっている。またこのような構造のHEMTにお
いてトランスコンダクタンスgmが1350mS/mm
,fmax=405GHz,18GHzでの雑音指数が
0.3dBという非常に優れた性能が得られたという報
告がなされており、この系は超高周波、超高速デバイス
の材料系として注目されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このH
EMTの低い周波数におけるゲ−ト電圧をパラメ−タと
したドレイン電圧−ドレイン電流特性(静特性)におい
てドレイン電圧が約0.3−0.5Vの付近の飽和領域
でドレイン電流が増加する”キンク”と呼ばれる現象が
この系でよくみられる。このキンクによりアウトプット
コンダクタンスgdが増大し、ディジタル回路等におけ
るノイズマ−ジンの減少や消費電力の増加といった問題
が生じる。このキンクの1つの原因として、InAlA
sバッファ層内のトラップに関与した現象等があげられ
ている。この問題を解決するためInGaAsはトラッ
プがほとんど存在しない事から通常バッファとして用い
られているInAlAsにかえてをバッフアにInGa
Asを用いるとキンクがほとんど発生しない事がわかっ
ている。しかし、InGaAsはバンドギャップが小さ
く残留キャリアの大きい為、バッファを介しての隣接す
る素子間のリ−クやゲ−ト、ソ−ス間のリ−クが非常に
大きくなりデバイス特性を著しく劣化させてしまう。
【0006】
【課題を解決するための手段】そこで本発明は上記課題
を解決するため、InP基板上のInGaAs/InA
lAs  HEMT構造においてInP基板上に形成さ
れたInAlAsバッファ層とInGaAsチャネル層
との間にInGaAlAs層を挿入する。
【0007】またはInP基板上に形成した直接InG
aAlAsバッファ層を介してInGaAsチャネル層
を形成した構造とする。
【0008】もしくは、InP基板界面がInAlAs
になっておりチャネル方向に行くに従いAl組成が減少
し、Ga組成が増加するよう組成が連続的に変化し、チ
ャネル界面でInGaAsとなるようなInGaAlA
s四元混晶バッファを用いる。
【0009】
【作用】従来、InGaAs活性層直下のInAlAs
バッファ層にかえてInGaAlAsにすることにより
、InGaAlAsではキンクの原因となるようなトラ
ップの濃度が低減されるため、InGaAlAsを活性
層直下のバッファ層として用いることにより、キンクを
低減することができ、アウトプットコンダクタンスgd
を小さくすることが可能である。また、InGaAlA
sはバンドギャプも大きいため、素子間リ−クやゲ−ト
、ソ−ス間のリ−クが発生しないだけの絶縁性を保持し
つつ特性の良好なFETを実現できる。
【0010】
【実施例】本発明の第1から第3の実施例を図1から図
3を用いて説明する。これらの実施例はいずれもInG
aAs活性層直下にInGaAlAsを用ることにより
、電子のトラップを少なくするというものである。
【0011】まず、本発明の第1の実施例を図1に従っ
て述べる。InGaAsおよびInAlAsの組成につ
いてはInPに格子整合するIn0.53Ga0.47
AsおよびIn0.52Al0.48Asを用いた場合
について説明する。図1は、本発明のヘテロ構造の断面
図であり、1は半絶縁性InP基板、2は層厚が100
−200nmのアンド−プInAlAsバッファ層であ
り、3は本発明の特徴であるところのInGaAlAs
四元混晶バッファ層である。4は層厚が20−100n
m程度のノンド−プInGaAsチャネル層(あるいは
活性層)、5はノンドープInAlAsスペ−サ層で層
厚は0−10nm程度のもの、6はSi不純物を1x1
018−1x1019cm−3程度ド−プした厚さが1
0−30nm程度のN型InAlAsキャリア供給層、
7はショットキ電極を得るための層厚が10−30nm
程度のアンド−プInAlAs層、8はソ−ス抵抗を低
減するためのSi不純物を1x1018−1x1019
cm−3程度ド−プした厚さが10−100nm程度の
n型InGaAsキャプ層である。この構造において、
N型InAlAs層6より電子がアンド−プInGaA
sチャネル層4に供給され、高移動度の2次元電子ガス
が、アンド−プInGaAsチャネル層4内に形成され
、この2次元電子ガスをゲ−ト電極により制御すること
によりFET動作を行う。ここで、InGaAlAsの
Al組成はInPに格子整合する場合を考えると、0(
すなわちInGaAs)から0.48(すなわちInA
lAs)までの間の値を選択可能であるが、ゲ−トリ−
クや素子間のリ−クが少なく、かつキンクの原因となる
トラップが低減される両方の効果が得られる20−30
%程度を用いる。ここでGaAsとAlAsの格子定数
の差は非常に小さいため、InPに格子整合するIn組
成はAl組成20%で0.5302、30%で0.52
94とほとんど差がなく、実際に結晶を作製する際の制
御精度を考えるとIn組成を0.53と固定しても問題
はない。すなわち、InGaAlAsの組成としてIn
0.53Ga0.27Al0.2AsからIn0.53
Ga0.17Al0.3Asを用いれば良い。厚さは1
00−200nmとする。
【0012】このようにInAlAsバッファ層2とI
nGaAs活性層4の間にInGaAlAsバッファ層
を挿入した構造にすることにより、キンクの原因となる
活性層4直下のバッファ層3での電子のトラップが少な
くなりキンクが低減し、良好な特性がえられる。
【0013】図2は本発明の第2の実施例に記載したヘ
テロ接合電界効果トランジスタの断面構造である。第1
の実施例とのちがいは、層厚が200−500nm程度
のInGaAlAsバッファ層2を半絶縁性InP基板
1上に直接形成した構造である点である。このようにI
nP基板1上へ直接バッファ層3を形成しても第1の実
施例と同様の効果が得られる。
【0014】図3は本発明の第3の実施例に記載したヘ
テロ接合電界効果トランジスタの断面構造である。  
第1、第2の実施例との違いはInP基板1と活性層4
との間にInGaAlAsグレーティッドバッファ層を
用いたことである。
【0015】半絶縁性InP基板1上に半絶縁性InP
基板1との界面でIn0.52Al0.48As、In
GaAsチャネル層4との界面でIn0.53Ga0.
47AsとなるようにGa,In,Alのそれぞれの組
成が膜厚に対して連続的に変化するような、InGaA
lAsグレティッドバッファ層12を形成した構造であ
る。この様な構造を用いる事により、チャネル直下では
トラップ濃度の低いInGaAsに近い組成を有する事
でキンクが低減され、基板側になる程InAlAsの組
成に近づきバンドギャップも大きくなり高抵抗となり絶
縁性も増す。層厚は200−500nm程度とする。
【0016】以上本発明の実施例をInPに格子整合す
る組成を有するIn0.52Al0.48As/In0
.53Ga0.47Asヘテロ接合を例として説明した
が、本発明は格子整合した場合に限らず、チャンネルに
InGaAsを用いたすべての場合に有効である事は言
うまでもない。
【0017】
【発明の効果】以上述べたように従来のInAlAsバ
ッファ層と比較してInGaAlAsではキンクの原因
となるようなトラップの濃度が低く且つ、InGaAs
よりバンドギャプの大きい、InGaAlAsもしくは
InGaAlAsグレ−ティッド層をチャネル層直下の
バッファ層として用いることにより素子間リ−クやゲ−
ト、ソ−ス間のリ−クが発生しないだけの絶縁性を保持
しつつキンクを低減することができ、アウトプットコン
ダクタンスgdを小さくすることが可能であり、特性の
良好なFETを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明第1の実施例のヘテロ接合電界効果トラ
ンジスタの構造断面図である。
【図2】本発明第2の実施例のヘテロ接合電界効果トラ
ンジスタの構造断面図である。
【図3】本発明第3の実施例のヘテロ接合電界効果トラ
ンジスタの構造断面図である。
【図4】従来のInGaAs/InAlAs系ヘテロ接
合電界効果トランジスタの構造断面図である。
【符号の説明】
1  半絶縁性InP基板 2  InAlAsバッファ層 3  InGaAlAsバッファ層 4  InGaAs活性層 5  InAlAsスペーサ層層 6  N型InAlAsキャリア供給層7  InAl
Asバリア層 8  n型InGaAsキャップ層 9  ソース電極 10  ゲート電極 11  ドレイン電極

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  InGaAsを活性層としたInGa
    As/InAlAsヘテロ接合を有するヘテロ接合電界
    効果トランジスタにおいて、基板上に形成されたInA
    lAsバッファ層とInGaAs活性層との間にInG
    aAlAs四元混晶バッファ層を挿入した構造を有する
    ヘテロ接合電界効果トランジスタ。
  2. 【請求項2】  InGaAsを活性層としたInGa
    As/InAlAsヘテロ接合を有するヘテロ接合電界
    効果トランジスタにおいて、基板上に形成したInGa
    AlAs四元混晶バッファ層を介してInGaAs活性
    層が形成された構造を有するヘテロ接合電界効果トラン
    ジスタ。
  3. 【請求項3】  InGaAsを活性層としたInGa
    As/InAlAsヘテロ接合を有するヘテロ接合電界
    効果トランジスタにおいて、基板上にAl組成比xが基
    板界面でx=1、活性層界面でx=0となる様に組成が
    直線的に変化するIn0.53(Ga1ーxAlx)0
    .47Asバッファ層を介して形成したInGaAs活
    性層を有するヘテロ接合電界効果トランジスタ。
JP14716791A 1991-06-19 1991-06-19 ヘテロ接合電界効果トランジスタ Pending JPH04369842A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0863554A2 (en) * 1997-03-05 1998-09-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Field-effect transistor
JP2006509369A (ja) * 2002-12-05 2006-03-16 レイセオン・カンパニー 四元系−三元系半導体デバイス

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