JPH0485939A - Field effect semiconductor device - Google Patents

Field effect semiconductor device

Info

Publication number
JPH0485939A
JPH0485939A JP19909490A JP19909490A JPH0485939A JP H0485939 A JPH0485939 A JP H0485939A JP 19909490 A JP19909490 A JP 19909490A JP 19909490 A JP19909490 A JP 19909490A JP H0485939 A JPH0485939 A JP H0485939A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
gaas
leakage current
inalas
doped
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP19909490A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2879250B2 (en
Inventor
Kenji Imanishi
健治 今西
Tomonori Ishikawa
石川 知則
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP19909490A priority Critical patent/JP2879250B2/en
Publication of JPH0485939A publication Critical patent/JPH0485939A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP2879250B2 publication Critical patent/JP2879250B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PURPOSE:To prevent the breakdown of the crystals caused by lattice mismatching by inserting a lattice distortion absorbing layer between an n-type InAlAs electron supply layer and a GaAs leak current control layer. CONSTITUTION:By MBE method, a buffer layer 22 is grown on a substrate 21. Subsequently, an active layer 23 and a spacer layer 24 are grown, and an electron supply layer 25 doped with Si is grown. Subsequently, with an InAlAs layer and a GaAs layer as one unit, ten cycle stacking is carried out to form a superlattice structure, and it is made a lattice distortion absorbing layer 26. Subsequently, a leak current control layer 27 doped with Si is grown. Next, a source electrode 28 consisting of AuGe/Au and a gate electrode 30 consisting of Al are formed. Hereby, a Schottky gate electrode is formed at the GaAs leak current control layer, so the leak current from the gate is small, and the voltage applied to the semiconductor device can be elevated enough and the logical amplitude in a logical circuit can be taken large.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 ■−V属化金化合物半導体料とする電界効果半導体装置
の改良に関し、 InAlAs/InGaAs系へテロ接合構造をもつ電
界効果半導体装置に漏れ電流抑制効果が大きいGaAs
を用いても格子不整合に依る問題が起こらないようにす
ることを目的とし、 半絶縁性InP基板上に形成されてチャネルが生成され
るべき能動層を含む複数のI nAj2As/ I n
 G a A s系エピタキシャル成長化合物半導体層
と、前記1nAf!As/InGaAs系エピタキシャ
ル成長化合物半導体層表面に形成されたInAlAs/
GaAsからなる多層薄膜積層構造の格子歪み緩衝層と
、該格子歪み緩衝層表面に形成されたGaAs漏れ電流
抑制層と、前記能動層に導電接続されたソース電極及び
ドレイン電極と、前記漏れ電流抑制層上に形成されたゲ
ート電極とを備えてなるよう構成する。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] ■ Regarding the improvement of a field effect semiconductor device using a -V group gold compound semiconductor material, a field effect semiconductor device having an InAlAs/InGaAs-based heterojunction structure has a large leakage current suppressing effect. GaAs
The aim is to avoid problems caused by lattice mismatch even when using a plurality of I nAj2As/I n
GaAs-based epitaxially grown compound semiconductor layer and the 1nAf! InAlAs/InGaAs formed on the surface of the As/InGaAs epitaxially grown compound semiconductor layer.
a lattice strain buffer layer having a multilayer thin film stacked structure made of GaAs, a GaAs leakage current suppression layer formed on the surface of the lattice strain buffer layer, a source electrode and a drain electrode conductively connected to the active layer, and the leakage current suppression layer. and a gate electrode formed on the layer.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、■−■属化金化合物半導体料とする電界効果
半導体装置の改良に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an improvement in a field effect semiconductor device using a metal compound semiconductor material belonging to the ■-■ group.

現在、また、将来に亙って、コンピュータ・システムの
高速化を図ることは電子技術分野に於ける至上の命題で
あり、その達成には、電界効果半導体装置の高速化が不
可欠である。
At present and in the future, increasing the speed of computer systems is a top priority in the field of electronic technology, and achieving this goal requires increasing the speed of field-effect semiconductor devices.

高速の電界効果半導体装置としては、高電子移動度トラ
ンジスタ(high  electronmobili
ty  transistor:HEMT)をはじめ多
くの種類が開発され、それぞれ実績を上げつつあるが、
未だ改良すべき多くの余地を残している。
High-electron mobility transistors are high-speed field-effect semiconductor devices.
Many types have been developed, including ty transistor (HEMT), and each is gaining success.
There is still much room for improvement.

(従来の技術〕 一般に、HEMTは、電子供給層から高純度にすること
で電子移動度を高めた能動層にキャリヤを供給して二次
元キャリヤ・ガス層を生成させ、それをチャネルとして
高速でキャリヤを移動できるようにしてあり、開発当初
は、AlGaAs/GaAs系へテロ構造を利用して実
現された。
(Prior art) In general, HEMTs supply carriers from an electron supply layer to an active layer that has increased electron mobility by making it highly purified to generate a two-dimensional carrier gas layer, which is used as a channel at high speed. It is designed to allow carriers to move, and was initially realized using an AlGaAs/GaAs heterostructure.

このようなHEMTに於いては、電子供給層にシリコン
(Si)をドーピングしたAβGaAsを用いるのであ
るが、通常、そこにはDXセンタが含まれ、特に、低温
動作時に問題となることが多い。即ち、DXセンタは、
HEMTの動作時にドレイン電流が減少するコラップス
(経時的変動)と呼ばれる現象を引き起こすなど、安定
な動作に支障を来している。
In such a HEMT, AβGaAs doped with silicon (Si) is used for the electron supply layer, but it usually contains a DX center, which often poses a problem particularly during low-temperature operation. In other words, the DX center is
This causes a phenomenon called collapse (temporal fluctuation) in which the drain current decreases during HEMT operation, which hinders stable operation.

前記したA RG a A s / G a A s系
HEMTに於ける問題を解消する為、半絶縁性InP基
板上にI no、szA lo、asA S / I 
no、szG a 0.47A S系へテロ構造を形成
したHEMTの場合には、DXセンタは含まれず、低温
動作に好適であり、そして、能動層となるI n o、
 s3G a o、 47A SはGaAsに比較して
高速性に優れている。従って、現在に於いては、T n
o、szA Ao、asA S / I na、5zG
a、、、7As系HEMTが超高速半導体素子として注
目を集めている。尚、本明細書に於いて、単に、I n
AI!、As、或いは、InGaAs、と記載した場合
、InP基板に格子整合するIno、5zAffi、1
.aAs、或いは、I n O,S:IG a o、 
a7A Sを指すものとする。
In order to solve the above-mentioned problems in the ARG a As / Ga As type HEMT, I no, szA lo, asA S / I are formed on a semi-insulating InP substrate.
no, szGa 0.47A In the case of a HEMT formed with an S-based heterostructure, a DX center is not included, and it is suitable for low-temperature operation, and I no, which becomes an active layer,
s3Gao, 47A S is superior in high speed compared to GaAs. Therefore, at present, T n
o, szA Ao, asA S/I na, 5zG
a,...7As-based HEMTs are attracting attention as ultra-high speed semiconductor devices. In addition, in this specification, simply I n
AI! , As, or InGaAs, Ino, 5zAffi, 1 is lattice matched to the InP substrate.
.. aAs, or I n O, S:IG a o,
It refers to a7A S.

第3図はInAj!As/1nGaAs系HEMTの従
来例を説明する為の要部切断側面図を表している。
Figure 3 is InAj! 1 is a cross-sectional side view of essential parts for explaining a conventional example of an As/1nGaAs HEMT.

図に於いて、1は半絶縁性1nP基板、2はノン・ドー
プInGaAs能動層、3はノン・ドープI nAjl
!Asスペーサ層、4はSiをドーピングしたn型1n
AρAs電子供給層1,5はノン・ドープT nAlA
s漏れ電流抑制層、6はI nGaAsオーミック電極
コンタクト層、7はソース電極、8はドレイン電極、9
はショットキ・ゲート電極をそれぞれ示している。
In the figure, 1 is a semi-insulating 1nP substrate, 2 is a non-doped InGaAs active layer, and 3 is a non-doped InGaAs active layer.
! As spacer layer 4 is Si-doped n-type 1n
AρAs electron supply layers 1 and 5 are non-doped T nAlA
s leakage current suppression layer, 6 is an InGaAs ohmic electrode contact layer, 7 is a source electrode, 8 is a drain electrode, 9
indicate Schottky gate electrodes, respectively.

図示された従来例に於いて、ノン・ドープInAfAs
漏れ電流抑制層5を介挿した理由は、n型In、Aj!
As電子供給層4に直にショットキ・ゲート電極9を形
成すると漏れ電流が大きくなるので、それを低減させる
為である。
In the illustrated conventional example, non-doped InAfAs
The reason for inserting the leakage current suppression layer 5 is that the n-type In, Aj!
This is to reduce leakage current since forming the Schottky gate electrode 9 directly on the As electron supply layer 4 increases leakage current.

ところが、前記のようなノン・ドープInAρAs漏れ
電流抑制層5を設けても、猶、漏れ電流を生ずる。そこ
で、この漏れ電流抑制層にSiをドーピングしたC;a
Asを用いることが検討されている(要すれば、W、P
、Hong、P、BhattacharyalEEE 
 Electron  Device  Letter
s  9  (1988)pp352−354、を参照
)。尚、このHEMTの構造は、第3図について説明し
たHEMTに於ける漏れ電流抑制層5の材料をSiをド
ーピングしたGaAsに代えただけであり、その他は殆
ど変わりない。
However, even if the non-doped InAρAs leakage current suppression layer 5 as described above is provided, leakage current still occurs. Therefore, C;a doped with Si in this leakage current suppression layer.
The use of As is being considered (if necessary, W, P
, Hong, P., Bhattacharyal EEE.
Electron Device Letter
s 9 (1988) pp 352-354). The structure of this HEMT is similar to that of the HEMT described with reference to FIG. 3, except that the material of the leakage current suppressing layer 5 is replaced with Si-doped GaAs, and other features are almost the same.

〔発明が解決しようとする課題] 第3図を参照して説明したInAlAs/InGaAs
系HEMTでは、ノン・ドープ1nlj!As漏れ電流
抑制層5を設けであるにも拘わらず、A I G a 
A s / G a A s系HEMTに比較して漏れ
電流が大きく、従って、印加電圧を制限しなければなら
ず、論理回路を構成した場合には、論理振幅を大きく採
れないなどの問題が起こる。
[Problem to be solved by the invention] InAlAs/InGaAs explained with reference to FIG.
In the HEMT system, non-doped 1nlj! Despite the provision of the As leakage current suppression layer 5, A I Ga
The leakage current is large compared to As/GaAs type HEMTs, so the applied voltage must be limited, and when a logic circuit is configured, problems such as the inability to obtain a large logic amplitude occur. .

また、漏れ電流抑制層としてGaAsを用いた場合、下
地のInAfAs電子供給層との格子不整合が約3.7
(%)と非常に大きい。その為、I nAfAs電子供
給層上にGaAs漏れ電流抑制層を形成する際、漏れ電
流の抑制に充分な効果を奏する厚さに成長する前に格子
不整合歪みに依って層中並びに界面に多数の転位が発生
してしまう。そのように転位が発生した層上にゲート電
極を形成するなどしてHEMTを完成させても、格子不
整合に起因する結晶の破壊が起こるなど、その安定性や
信軌性は著しく損なわれる。
Furthermore, when GaAs is used as the leakage current suppression layer, the lattice mismatch with the underlying InAfAs electron supply layer is approximately 3.7.
(%) is very large. Therefore, when forming a GaAs leakage current suppression layer on an InAfAs electron supply layer, many layers are formed in the layer and at the interface due to lattice mismatch strain before the layer grows to a thickness sufficient to suppress leakage current. dislocation occurs. Even if a HEMT is completed by forming a gate electrode on a layer in which such dislocations have occurred, the stability and reliability of the HEMT will be significantly impaired due to destruction of the crystal due to lattice mismatch.

このように、I nAj2As或いはGaAsからなる
漏れ電流抑制層を設けたHEMTは、種々な欠点が現れ
る。
As described above, the HEMT provided with the leakage current suppression layer made of InAj2As or GaAs has various drawbacks.

本発明は、I nAj2As/I nGaAs系ヘテロ
接合構造をもつ電界効果半導体装置に漏れ電流抑制効果
が大きいGaAsを用いても格子不整合に依る問題が起
こらないようにする。
The present invention prevents problems caused by lattice mismatch even when GaAs, which has a large leakage current suppression effect, is used in a field effect semiconductor device having an InAj2As/InGaAs-based heterojunction structure.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

本発明者が行ったショットキ・ゲート電極に関する実験
について説明する。
Experiments regarding Schottky gate electrodes conducted by the present inventor will be described.

即ち、半絶縁性TnP基板上に分子線エピタキシャル成
長(molecular  beam  epitax
F:MBE)法を適用することに依って、ドーパントの
Siを約I X 1018(cm−’:l程度含有した
I nAf!As層を成長させ、次いで、その上にノン
・ドープInAfAs層を約150〔入〕程度成長させ
、次いで、その上にAnからなるショットキ電極を形成
したところ、そのショットキ障壁高さは約0.6 (e
V)であった。また、半絶縁性GaAs基板上に同じ<
MBE法を適用することに依って、ドーパントのSiを
1×10 ” (c「”3程度含有したGaAs1iを
成長させ、その上にAnからなるショットキ電極を形成
したところ、そのショットキ障壁高さは約0. 8〔e
■〕であった。
That is, molecular beam epitaxy is performed on a semi-insulating TnP substrate.
By applying the F:MBE) method, an InAf!As layer containing about I x 1018 (cm-':l) of Si as a dopant is grown, and then a non-doped InAfAs layer is grown on it. When a Schottky electrode made of An was formed on it, the Schottky barrier height was about 0.6 (e
V). Moreover, the same <
By applying the MBE method, GaAs1i containing about 1×10"(c") of Si as a dopant was grown, and a Schottky electrode made of An was formed on it, and the Schottky barrier height was Approximately 0.8 [e
■]

ここで、ショットキ障壁高さの測定は、室温にて微分容
量−電圧法で行った。即ち、前記したようにMBE法で
所要の層を成長させた約5〔1〕(2〔吋〕)ウェハ上
に対し、200(μm〕φの電極パターンを形成してか
らAn2の真空蒸着を行ない、それをリフト・オフする
ことでショットキ電極を形成し、その200〔μm〕φ
のショットキ電極には逆バイアス電圧を、また、その他
の部分には順バイアス電圧をそれぞれ印加し、印加電圧
■を変化させた場合のキャパシタンスCを測定した。そ
の後、1/C2対■曲線が電圧軸を切る電圧値からショ
ットキ障壁高さを得た。
Here, the Schottky barrier height was measured by the differential capacitance-voltage method at room temperature. That is, an electrode pattern of 200 (μm) φ was formed on an approximately 5 [1] (2 [inch]) wafer on which the required layers had been grown by the MBE method as described above, and then vacuum evaporation of An2 was performed. A Schottky electrode is formed by lifting it off, and its 200 [μm]φ
A reverse bias voltage was applied to the Schottky electrode, and a forward bias voltage was applied to the other parts, and the capacitance C was measured when the applied voltage (2) was varied. Thereafter, the Schottky barrier height was obtained from the voltage value at which the 1/C2 vs. ■ curve cuts the voltage axis.

前記したように、GaAs層に形成されたショットキ電
極は、I nAfAs層に形成した場合に比較し、ショ
ットキ障壁高さが約0.2 (eV)程度も高い。ショ
ットキ接合に於けるショットキ順方向電流は、ショット
キ障壁高さに従って指数関数的に減少するから、前記0
.2 (eV)のショットキ障壁高さの差は大きい。従
って、漏れ電流抑制層としては、やはり、GaAsを用
いた方が好ましいことが判るが、それには、格子不整合
の問題を解消しなければならない。
As described above, the Schottky barrier height of the Schottky electrode formed on the GaAs layer is about 0.2 (eV) higher than that of the Schottky electrode formed on the InAfAs layer. Since the Schottky forward current in the Schottky junction decreases exponentially with the Schottky barrier height, the above 0
.. The difference in Schottky barrier height of 2 (eV) is large. Therefore, it is clear that it is preferable to use GaAs as the leakage current suppressing layer, but to do so, the problem of lattice mismatch must be solved.

第1図は本発明の詳細な説明する為の電界効果半導体装
置の要部切断側面図を表している。
FIG. 1 is a cross-sectional side view of a main part of a field effect semiconductor device for explaining the present invention in detail.

図に於いて、11は半絶縁性I n、 P基板、12は
ノン・ドープI nAj2Asバッファ層、13はノン
・ドープInGaAs能動層、14はノン・ドープI 
nAfAsスペーサ層、15はSiなどの不純物をドー
ピングしたn型1 nAfAs電子供給層、16は格子
歪み緩衝層、17はGaAs漏れ電流抑制層、18はソ
ース電極、19はドレイン電極、20はショットキ・ゲ
ート電極をそれぞれ示している。
In the figure, 11 is a semi-insulating InP substrate, 12 is a non-doped InAj2As buffer layer, 13 is a non-doped InGaAs active layer, and 14 is a non-doped InGaAs buffer layer.
nAfAs spacer layer, 15 an n-type nAfAs electron supply layer doped with impurities such as Si, 16 a lattice strain buffer layer, 17 a GaAs leakage current suppression layer, 18 a source electrode, 19 a drain electrode, and 20 a Schottky electrode. Each gate electrode is shown.

図示した電界効果半導体装置から理解できるように、本
発明では、n型1nAfAs電子供給層15とGaAs
漏れ電流抑制層17との間に格子歪み緩衝層16を介挿
した点が大きな特徴になっていて、この格子歪み緩衝層
16は薄膜のノン・ドープI n、61AS層及びノン
・ドープGaAs層の多数を交互に積層した超格子構造
を成している。
As can be understood from the illustrated field effect semiconductor device, in the present invention, the n-type 1nAfAs electron supply layer 15 and the GaAs
A major feature is that a lattice strain buffer layer 16 is interposed between the leakage current suppressing layer 17, and this lattice strain buffer layer 16 is composed of a thin non-doped In, 61AS layer and a non-doped GaAs layer. It has a superlattice structure in which many of these are alternately stacked.

前記したところから、本発明に依る電界効果半導体装置
に於いては、 (1)半絶縁性1nP基板(例えば半絶縁性1nP基板
11)上に形成されてチャネルが生成されるべき能動N
(例えばノン・ドープI nGaAs能動層13)を含
む複数のI n A I A s / I nGaAs
系エピタキシャル成長化合物半導体層と、該1 nAl
As/I nGaAs系エピタキシャル成長化合物半導
体層の表面に形成されたInA1As/GaAsからな
る多N薄膜積層構造の格子歪み緩衝層(例えば超格子構
造からなる格子歪み緩衝N16)と、前記格子歪み緩衝
層表面に形成されたGaAs漏れ電流抑制層(例えばG
aAs漏れ電流抑制層17)と、前記能動層に導電接続
されたソース電極及びドレイン電極(例えばソース電極
18及びドレイン電極19)と、前記漏れ電流抑制層上
に形成されたゲート電極(例えばゲート電極20)とを
備えてなるか、或いは、 (2)前記(1)に於いて、複数のrnA/!As/I
nGaAs系エピタキシャル成長化合物半導体層にはI
 nGaAsからなり且つ表面近傍に二次元キャリヤ・
ガス層が生成される能動層(例えばノン・ドープI n
GaAs能動層13)並びにInAfAsからなり且つ
該能動層にキャリヤを供給するキャリヤ供給層(例えば
n型InAfAs電子供給層15)が含まれてなること
を特徴とする。
From the above, in the field effect semiconductor device according to the present invention, (1) an active N layer is formed on a semi-insulating 1nP substrate (for example, semi-insulating 1nP substrate 11) to generate a channel;
(e.g. non-doped InGaAs active layer 13)
based epitaxially grown compound semiconductor layer, and the 1 nAl
A lattice strain buffer layer (for example, a lattice strain buffer layer having a superlattice structure N16) having a multi-N thin film stacked structure made of InA1As/GaAs formed on the surface of an As/InGaAs-based epitaxially grown compound semiconductor layer, and a lattice strain buffer layer having a superlattice structure formed on the surface of the lattice strain buffer layer. GaAs leakage current suppression layer (for example, G
an aAs leakage current suppression layer 17), a source electrode and a drain electrode (for example, a source electrode 18 and a drain electrode 19) conductively connected to the active layer, and a gate electrode (for example, a gate electrode) formed on the leakage current suppression layer. 20) or (2) in (1) above, a plurality of rnA/! As/I
The nGaAs epitaxially grown compound semiconductor layer contains I.
It is made of nGaAs and has two-dimensional carriers near the surface.
An active layer in which a gas layer is generated (e.g. non-doped I n
It is characterized in that it includes a GaAs active layer 13) and a carrier supply layer (eg, n-type InAfAs electron supply layer 15) made of InAfAs and supplying carriers to the active layer.

[作用] 前記手段を採ることに依り、ショットキ・ゲート電極は
GaAs漏れ電流抑制層に形成されるから、そのショッ
トキ障壁高さはI nAffiAs漏れ電流抑制層に形
成した場合と比較して高く、従って、ゲートからの漏れ
電流は少なく、従って、半導体装置に印加する電圧を充
分に高くして、例えば、論理回路に於ける論理振幅を大
きく採ることができ、回路設計の自由度は拡大される。
[Function] By adopting the above method, the Schottky gate electrode is formed on the GaAs leakage current suppression layer, so the Schottky barrier height is higher than when it is formed on the InAffiAs leakage current suppression layer. The leakage current from the gate is small, so the voltage applied to the semiconductor device can be made sufficiently high, for example, the logic amplitude in the logic circuit can be increased, and the degree of freedom in circuit design is expanded.

また、そのようなGaAsからなる漏れ電流抑制層を設
けても、InAfAsとの間には多層薄膜周期構造の格
子歪み緩衝層が介挿されているので格子不整合に起因す
る結晶の破壊などは発生せず、半導体装置の安定性、信
較性は向上する。更にまた、I nAffiAsからな
る漏れ電流抑制層に比較してGaAsからなる漏れ電流
抑制層は材料の活性度が低いので製造プロセスの困難性
が低減される。
Furthermore, even if such a leakage current suppression layer made of GaAs is provided, since a lattice strain buffer layer with a multilayer thin film periodic structure is interposed between the InAfAs layer and the InAfAs layer, crystal breakdown due to lattice mismatch will not occur. This does not occur, and the stability and reliability of the semiconductor device are improved. Furthermore, compared to the leakage current suppression layer made of InAffiAs, the material activity of the leakage current suppression layer made of GaAs is lower, so that the difficulty of the manufacturing process is reduced.

〔実施例〕〔Example〕

第2図は本発明一実施例を説明するためのInAj!A
s/InGaAs系HEMTの要部切断側面図を表して
いる。
FIG. 2 shows InAj! for explaining one embodiment of the present invention. A
1 shows a cutaway side view of essential parts of an s/InGaAs HEMT.

図に於いて、21は半絶縁性1nP基板、22はノン・
ドープInAlAsバッファ層、23はノン・ドープI
nCyaAs能動層、24はノン・ドープInAlAs
スペーサ層、25はSiなどの不純物をドーピングした
n型TnAj2As電子供給層、26は格子歪み緩衝層
、27はn型GaAs漏れ電流抑制層、28はソース電
極、29はドレイン電極、30はショットキ・ゲート電
極をそれぞれ示している。
In the figure, 21 is a semi-insulating 1nP substrate, 22 is a non-insulating 1nP substrate, and 22 is a non-insulating 1nP substrate.
Doped InAlAs buffer layer, 23 is non-doped I
nCyaAs active layer, 24 is non-doped InAlAs
25 is an n-type TnAj2As electron supply layer doped with impurities such as Si, 26 is a lattice strain buffer layer, 27 is an n-type GaAs leakage current suppression layer, 28 is a source electrode, 29 is a drain electrode, and 30 is a Schottky electrode. Each gate electrode is shown.

第2図に見られる実施例を製造する場合について説明す
る。
The case of manufacturing the embodiment shown in FIG. 2 will be described.

(1)MBE法を通用することに依って、基板21上に
厚さを例えば0.5〔μm〕としたバッファl1i22
を成長させる。このバッファ[22は基板21と能動層
23とを電気的に分離する為に介挿されるものである。
(1) By applying the MBE method, a buffer l1i22 with a thickness of, for example, 0.5 [μm] is placed on the substrate 21.
grow. This buffer [22 is inserted to electrically isolate the substrate 21 and the active layer 23.

(2)引き続き、厚さ例えば0.1〔μm〕の能動層2
3を成長させる。
(2) Subsequently, an active layer 2 having a thickness of, for example, 0.1 [μm]
Grow 3.

(3)引き続き、厚さ例えば50〔入〕のスペーサJi
!24を成長させる。
(3) Next, add a spacer Ji with a thickness of, for example, 50 [in].
! Grow 24.

(4)引き続き、濃度を例えば2 X 10 ′″(C
m−”)としてSiをドーピングした厚さ例えば400
〔入〕の電子供給層25を成長させる。
(4) Continue to increase the concentration to, for example, 2 x 10'' (C
For example, the Si-doped thickness is 400 m-”).
The [in] electron supply layer 25 is grown.

(5)引き続き、厚さ例えば12(入)のInAlAs
層と厚さ例えば12〔入〕のGaAs層とを単位とし、
それを例えば10周期積層して多層薄膜周期構造、即ち
、超格子構造を形成して格子歪み緩衝層26とする。
(5) Continue to use InAlAs with a thickness of, for example, 12 (fills).
The unit is a GaAs layer with a thickness of, for example, 12 [layers],
The lattice strain buffer layer 26 is formed by laminating, for example, 10 periods to form a multilayer thin film periodic structure, that is, a superlattice structure.

(6)引き続き、濃度を例えば5 X 10 ” (C
111−’)としてSiをドーピングした厚さ例えば3
00[入]の漏れ電流抑制層27を成長させる。
(6) Continue to increase the concentration to, for example, 5×10” (C
The thickness doped with Si as 111-') is, for example, 3
00 [ON] leakage current suppression layer 27 is grown.

(7)通常のフォト・リソグラフィ技術に於けるレジス
ト・プロセス、真空蒸着法、リフト・オフ法等を適用す
ることに依って、例えばAuGe/ A uからなるソ
ース電極28及び29、A1からなるゲート電極30を
形成する。
(7) By applying a resist process, vacuum evaporation method, lift-off method, etc. in ordinary photolithography technology, source electrodes 28 and 29 made of AuGe/Au, gate made of A1, etc. Electrodes 30 are formed.

本実施例に於いては、半絶縁性InP基板21からn型
I nAj2As電子供給層25まではInPに格子整
合している。然しなから、表面のn型GaAs漏れ電流
抑制層27はInPに対して格子定数が大きく相違して
いる。そこで、歪みを緩和する為、臨界膜厚より充分に
薄い薄膜からなるInAlAs/GaAsの超格子で構
成された格子歪み緩衝層26をn型TnAj!As電子
供給層25とn型GaAs漏れ電流抑制Ji!27との
間に介挿しである。この格子歪み緩衝1i26がない場
合、漏れ電流抑制層27を臨界膜厚より厚く形成すると
格子歪みに依る転位が発生し、転位は表面まで貫通して
クロス・ハツチ・パターンとなり、均質なエピタキシャ
ル成長層にはならず、また、漏れ電流抑制層27の厚さ
を臨界膜厚以内、例えば30〔入〕程度に抑えた場合に
は、転位の発生は抑制することができるものの、トンネ
ル電流が流れ得る厚さであることから、そのような薄膜
にショットキ接合を形成しても漏れ電流の抑制に充分な
効果を得ることはできない。
In this embodiment, the region from the semi-insulating InP substrate 21 to the n-type InAj2As electron supply layer 25 is lattice matched to InP. However, the n-type GaAs leakage current suppression layer 27 on the surface has a lattice constant significantly different from that of InP. Therefore, in order to alleviate the strain, the lattice strain buffer layer 26 composed of an InAlAs/GaAs superlattice made of a thin film sufficiently thinner than the critical film thickness is used as an n-type TnAj! As electron supply layer 25 and n-type GaAs leakage current suppression Ji! It is inserted between 27 and 27. In the absence of this lattice strain buffer 1i26, if the leakage current suppression layer 27 is formed thicker than the critical film thickness, dislocations will occur due to lattice strain, and the dislocations will penetrate to the surface and form a cross hatch pattern, forming a homogeneous epitaxial growth layer. In addition, if the thickness of the leakage current suppression layer 27 is suppressed to within the critical thickness, for example, about 30 [in], the generation of dislocations can be suppressed, but the thickness at which tunnel current can flow is suppressed. Therefore, even if a Schottky junction is formed in such a thin film, a sufficient effect in suppressing leakage current cannot be obtained.

前記説明したHEMTに於いては、二次元電子ガス特性
を支配している構成部分、即ち、半絶縁性1nP基板2
1からn型TnAffiAs電子供給層25まではIn
Pに格子整合している為、従来のTnAfAs/InG
aAs系HEMTに於ける超高速性は全く損なわれるこ
とはない。また、下地であるn型InAlAs電子供給
層25との格子不整合は、格子歪み緩衝層26に依って
充分に緩和されるので、転位のない均質性が優れたn型
GaAs漏れ電流抑制層27を形成することができる。
In the HEMT described above, the component controlling the two-dimensional electron gas characteristics, that is, the semi-insulating 1nP substrate 2
1 to the n-type TnAffiAs electron supply layer 25 are In
Because it is lattice matched to P, conventional TnAfAs/InG
The ultrahigh speed performance of aAs-based HEMT is not impaired at all. In addition, since the lattice mismatch with the underlying n-type InAlAs electron supply layer 25 is sufficiently alleviated by the lattice strain buffer layer 26, the n-type GaAs leakage current suppression layer 27 is free of dislocations and has excellent homogeneity. can be formed.

更にまた、n型GaAs漏れ電流抑制層27のゲート電
極30に対するショットキ障壁高さは、当然のことなが
ら、従来のInAlAsの金属ゲート電極に対するショ
ットキ障壁高さに比較して高いから、ゲートからの漏れ
電流は著しく低減することができる。
Furthermore, since the Schottky barrier height of the n-type GaAs leakage current suppression layer 27 with respect to the gate electrode 30 is naturally higher than that with respect to the conventional InAlAs metal gate electrode, leakage from the gate is reduced. Current can be significantly reduced.

(発明の効果〕 本発明に依る電界効果半導体装置に於いては、半絶縁性
InPi板上に形成されてチャネルが生成されるべき能
動層を含む複数のInAfAs/I n、 G a A
 s系エピタキシャル成長化合物半導体層と、該1 n
A/!As/I nGaAs系エピタキシャル成長化合
物半導体層表面に形成されたInA I A s / 
G a A sからなる多層薄膜積層構造の格子歪み緩
衝層と、該格子歪み緩衝層表面に形成されたCaAs漏
れ電流抑制層と、前記能動層に導電接続されたソース電
極及びドレイン電極と、前記漏れ電流抑制層上に形成さ
れたゲート電極とを備える。
(Effects of the Invention) In the field effect semiconductor device according to the present invention, a plurality of InAfAs/I n, Ga
an s-based epitaxially grown compound semiconductor layer, and the 1 n
A/! InA I As / InGaAs formed on the surface of the epitaxially grown compound semiconductor layer
a lattice strain buffer layer having a multilayer thin film stacked structure made of GaAs; a CaAs leakage current suppression layer formed on the surface of the lattice strain buffer layer; a source electrode and a drain electrode conductively connected to the active layer; and a gate electrode formed on the leakage current suppression layer.

前記構成を採ることに依り、ショットキ・ゲート電極は
GaAs漏れ電流抑制層に形成されるから、そのショッ
トキ障壁高さはInAlAs漏れ電流抑制層に形成した
場合と比較して高く、従って、ゲートからの漏れ電流は
少なく、従って、半導体装置に印加する電圧を充分に高
くして、例えば、論理回路に於ける論理振幅を大きく採
ることができ、回路設計の自由度は拡大される。また、
そのようなGaAsからなる漏れ電流抑制層を設けても
、I nAfAsとの間には多層薄膜積層構造の格子歪
み緩衝層が介挿されているので格子不整合に起因する結
晶の破壊などは発生せず、半導体装置の安定性、信輔性
は向上する。更にまた、InAlAsからなる漏れ電流
抑制層に比較してGaAsからなる漏れ電流抑制層は材
料の活性度が低いので製造プロセスの困難性が低減され
る。
By employing the above structure, the Schottky gate electrode is formed on the GaAs leakage current suppression layer, so the Schottky barrier height is higher than when it is formed on the InAlAs leakage current suppression layer. Leakage current is small, and therefore, the voltage applied to the semiconductor device can be made sufficiently high to allow, for example, a large logic amplitude in a logic circuit, and the degree of freedom in circuit design is expanded. Also,
Even if such a leakage current suppression layer made of GaAs is provided, crystal breakdown due to lattice mismatch will occur because a lattice strain buffer layer with a multilayer thin film laminated structure is interposed between the InAfAs layer and the InAfAs layer. However, the stability and reliability of the semiconductor device are improved. Furthermore, since the leakage current suppression layer made of GaAs has a lower material activity than the leakage current suppression layer made of InAlAs, the difficulty of the manufacturing process is reduced.

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

第1図は本発明の詳細な説明する為の電界効果半導体装
置の要部切断側面図、第2図は本発明一実施例を説明す
る為の電界効果半導体装置の要部切断側面図、第3図は
従来例を説明する為の電界効果半導体装置の要部切断側
面図をそれぞれ表している。 図に於いて、11は半絶縁性1nP基板、12はノン・
ドープ1nAj2Asバツフア層、13はノン・ドープ
InGaAs能動層、14はノン・ドープInAfAs
スペーサ層、15はSiなどの不純物をドーピングした
n型1nAIAs電子供給層、16は格子歪み緩衝層、
17はGaAs漏れ電流抑制層、18はソース電極、1
9はドレイン電極、20はショットキ・ゲート電極をそ
れぞれ示している。 特許出願人   富士通株式会社 代理人弁理士  相 谷 昭 司
FIG. 1 is a cutaway side view of a main part of a field effect semiconductor device for explaining the present invention in detail, FIG. 2 is a cutaway side view of a main part of a field effect semiconductor device for explaining one embodiment of the present invention, and FIG. 3 each shows a cutaway side view of a main part of a field effect semiconductor device for explaining a conventional example. In the figure, 11 is a semi-insulating 1nP substrate, and 12 is a non-insulating 1nP substrate.
Doped 1nAj2As buffer layer, 13 non-doped InGaAs active layer, 14 non-doped InAfAs
a spacer layer, 15 an n-type 1nAIAs electron supply layer doped with impurities such as Si, 16 a lattice strain buffer layer,
17 is a GaAs leakage current suppression layer, 18 is a source electrode, 1
9 indicates a drain electrode, and 20 indicates a Schottky gate electrode. Patent applicant: Fujitsu Ltd. Representative Patent Attorney Shoji Aitani

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半絶縁性InP基板上に形成されてチャネルが生
成されるべき能動層を含む複数のInAlAs/InG
aAs系エピタキシャル成長化合物半導体層と、 該InAlAs/InGaAs系エピタキシャル成長化
合物半導体層表面に形成されたInAlAs/GaAs
からなる多層薄膜積層構造の格子歪み緩衝層と、 該格子歪み緩衝層表面に形成されたGaAs漏れ電流抑
制層と、 前記能動層に導電接続されたソース電極及びドレイン電
極と、 前記漏れ電流抑制層上に形成されたゲート電極と を備えてなることを特徴とする電界効果半導体装置。
(1) A plurality of InAlAs/InG layers formed on a semi-insulating InP substrate and including an active layer in which a channel is to be generated.
an aAs-based epitaxially grown compound semiconductor layer; and an InAlAs/GaAs formed on the surface of the InAlAs/InGaAs-based epitaxially grown compound semiconductor layer.
a lattice strain buffer layer having a multilayer thin film laminated structure consisting of: a GaAs leakage current suppression layer formed on the surface of the lattice strain buffer layer; a source electrode and a drain electrode conductively connected to the active layer; and the leakage current suppression layer. A field effect semiconductor device comprising: a gate electrode formed thereon;
(2)複数のInAlAs/InGaAs系エピタキシ
ャル成長化合物半導体層にはInGaAsからなり且つ
表面近傍に二次元キャリヤ・ガス層が生成される能動層
及びInAlAsからなり且つ該能動層にキャリヤを供
給するキャリヤ供給層が含まれてなること を特徴とする請求項1記載の電界効果半導体装置。
(2) The plurality of InAlAs/InGaAs epitaxially grown compound semiconductor layers include an active layer made of InGaAs and in which a two-dimensional carrier gas layer is generated near the surface, and a carrier supply layer made of InAlAs and supplying carriers to the active layer. 2. The field effect semiconductor device according to claim 1, further comprising:
JP19909490A 1990-07-30 1990-07-30 Field effect semiconductor device Expired - Fee Related JP2879250B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19909490A JP2879250B2 (en) 1990-07-30 1990-07-30 Field effect semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19909490A JP2879250B2 (en) 1990-07-30 1990-07-30 Field effect semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0485939A true JPH0485939A (en) 1992-03-18
JP2879250B2 JP2879250B2 (en) 1999-04-05

Family

ID=16402020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP19909490A Expired - Fee Related JP2879250B2 (en) 1990-07-30 1990-07-30 Field effect semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2879250B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08111522A (en) * 1994-10-07 1996-04-30 Nec Corp Semiconductor substrate and semiconductor device having recess gate structure
EP0780906A3 (en) * 1995-12-19 1997-10-01 Nec Corp High electron mobility transistor comprising an InAs/InGaAs superlattice

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08111522A (en) * 1994-10-07 1996-04-30 Nec Corp Semiconductor substrate and semiconductor device having recess gate structure
EP0780906A3 (en) * 1995-12-19 1997-10-01 Nec Corp High electron mobility transistor comprising an InAs/InGaAs superlattice
US5907164A (en) * 1995-12-19 1999-05-25 Nec Corporation InAlAs/InGaAs heterojunction field effect type semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2879250B2 (en) 1999-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH07335867A (en) Field-effect transistor
US6919589B2 (en) HEMT with a graded InGaAlP layer separating ohmic and Schottky contacts
US5949096A (en) Field effect transistor with stabilized threshold voltage
JPH0485939A (en) Field effect semiconductor device
JP3094500B2 (en) Field effect transistor
KR100286093B1 (en) Compound semiconductor device
JPS63278277A (en) Compound semiconductor device
JP3141838B2 (en) Field effect transistor
JP2994863B2 (en) Heterojunction semiconductor device
JPH02111073A (en) Insulated gate fet and integrated circuit device thereof
JPH0684959A (en) High electron mobility field effect semiconductor device
JP2500459B2 (en) Heterojunction field effect transistor
JPS609174A (en) Semiconductor device
JP2917719B2 (en) Field effect transistor
JP2730511B2 (en) Heterojunction field effect transistor
JP2541280B2 (en) Semiconductor device
JPH04294547A (en) Inalas/ingaas heterojunction structure semiconductor device and field effect transistor using it
JP2834172B2 (en) Field effect transistor
JPH04142750A (en) High electron mobility transistor
JPH06244217A (en) Heterojunction semiconductor device
JPH0695534B2 (en) Heterostructure semiconductor device and manufacturing method thereof
JPH04129231A (en) Hetero-junction field-effect transistor
JPS63158862A (en) Semiconductor capacitive element
JPH06163598A (en) High electron mobility transistor
JPH09246529A (en) Field effect transistor and its manufacture

Legal Events

Date Code Title Description
LAPS Cancellation because of no payment of annual fees