JPH05121454A - 化合物半導体装置 - Google Patents

化合物半導体装置

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JPH05121454A
JPH05121454A JP3311827A JP31182791A JPH05121454A JP H05121454 A JPH05121454 A JP H05121454A JP 3311827 A JP3311827 A JP 3311827A JP 31182791 A JP31182791 A JP 31182791A JP H05121454 A JPH05121454 A JP H05121454A
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JP
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gate electrode
doped
doped semiconductor
gate
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JP3311827A
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Yoshikazu Nakagawa
義和 中川
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Rohm Co Ltd
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Rohm Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ソ−ス側の抵抗値を小さくし、それによってノ
イズ指数を改善したHEMT構造の化合物半導体装置を
提供する。 【構成】アンド−プ半導体層2と、前記アンド−プ半導
体層2上に形成され該アンド−プ半導体層2よりも電子
親和力が小さく且つ不純物がド−プされたド−プ半導体
層3と、前記ド−プ半導体層3上に形成されたゲ−ト電
極4と、該ゲ−ト電極4の両側に形成されたソ−ス電極
6及びドレイン電極7とを有する化合物半導体装置にお
いて、前記ド−プ半導体層3のゲ−ト電極直下部分がゲ
−ト電極4へのゲ−ト電圧が非印加の状態では完全に空
乏化されず、前記ゲ−ト電極4にノイズ指数が最小とな
る負電圧を印加した状態では完全に空乏化されるように
前記ド−プ半導体層3の不純物濃度が選ばれている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はHEMT(High Electr
onMobility Transistor)等の化合物半導体装置に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】ヘテロ接合界面に蓄積された2次元電子
ガスを利用した電界効果トランジスタとしてHEMT構
造が注目されている。このHEMT構造は図1に示すよ
うに基板1上にアンド−プの半導体層2と、それより電
子親和力が小さく、且つ不純物がド−プされたド−プ半
導体層3と、その上に形成されたゲ−ト電極4及びその
両側のキャップ層5上に形成されたソ−ス電極6及びド
レイン電極7から構成されており、ゲ−ト電圧が非印加
状態でゲ−ト電極直下のド−プ半導体層3が完全に空乏
化されていることによりヘテロ界面に蓄積された2次元
電子ガスが直接ゲ−ト電圧により制御されることを特徴
としている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにゲ−ト電圧の非印加状態でゲ−ト電極直下のド−プ
半導体層が完全に空乏化されている従来のHEMT構造
ではソ−ス抵抗が大きくこのままでは高周波での雑音特
性が悪くなる。この点を説明すると、まずソ−ス抵抗は
ソ−ス電極6とキャップ層5の間のコンタクト抵抗とエ
ピタキシャル成長層のシ−ト抵抗の和で表わされる。エ
ピタキシャル成長層のシ−ト抵抗は図1に示したよう
に、更に(A)と(B)の部分に分けられ、特に(B)
部分の方が抵抗は大きい。それは、(A)の部分はI
1、I2で示される如く複数の電流路が存在するので、
抵抗が比較的小さいが、Bの部分はI3で示される如く
通路が少ないからである。
【0004】ゲ−ト電圧が非印加状態でゲ−ト電極直下
のド−プ半導体層が完全に空乏化されているときのエネ
ルギ−バンドは図5に実線で示すように(B)部分及び
ゲ−ト電極直下部分とも全体的にやや高く、ゲ−ト電極
直下のド−プ半導体層は電子が殆ど残存しておらず、ま
た(B)部分のド−プ半導体層でも同様に電子は殆ど残
存しない。次に、ゲ−ト電極に負電圧が印加されたとき
(B)部分のエネルギ−バンドはゲ−ト電極直下部分ほ
どでないが、図5で点線の如く上昇する。そのため、も
ともと電子が少ない(B)部分の電子は少なくなる。従
って、使用状態において、(B)部分の電子が充分でな
く抵抗値が大きくなり、その分、ノイズも大きい。
(B)の部分の抵抗を下げるにはド−プ半導体層の不純
物濃度を高め電子を増加させればよいが、濃度を高くし
過ぎると上記ゲ−ト電圧を印加した状態でド−プ半導体
層のゲ−ト直下部分が空乏化しなくなり、その状態で素
子を動作させても良好な特性を得ることができなくな
る。
【0005】本発明はこのような点に鑑みなされたもの
であって、上記(B)部分の抵抗値を小さくし、それに
よってノイズ指数を改善したHEMT構造の化合物半導
体装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明では、アンド−プ半導体層と、前記アンド−プ半
導体層上に形成され該アンド−プ半導体層よりも電子親
和力が小さく且つ不純物がド−プされたド−プ半導体層
と、前記ド−プ半導体層上に形成されたゲ−ト電極と、
その両側に形成されたソ−ス電極及びドレイン電極とを
有する化合物半導体装置において、前記ド−プ半導体層
のゲ−ト電極直下部分がゲ−ト電極へのゲ−ト電圧が非
印加の状態では完全に空乏化されず、前記ゲ−ト電極に
ノイズ指数が最小となる負電圧を印加した状態では完全
に空乏化されるように前記ド−プ半導体層の不純物濃度
が選ばれている。
【0007】また、本発明では、前記ド−プ半導体層の
中央付近にプレナ−ド−プを施し、前記ゲ−ト電極へゲ
−ト電圧が非印加状態では前記ゲ−ト電極直下のプレナ
−ド−プの不純物が全てイオン化されず、前記ゲ−ト電
極にノイズ指数が最小となる負電圧を印加した状態では
全てイオン化するように構成してもよい。
【0008】
【作用】本発明の上記第1の構成によると、ゲ−ト電圧
の非印加状態でゲ−ト電極直下のド−プ半導体層が完全
にイオン化されていないので、(B)部分の電子の量が
充分多く、ゲ−トに負電圧を印加した状態でもその
(B)部分の電子はあまり減少しないので、ソ−ス側の
抵抗が小さくなる。しかも、ゲ−ト電極直下のド−プ半
導体層はゲ−ト電極に負電圧を印加した状態では完全に
空乏化しているのでHEMT本来の動作特性を損なわな
い。本発明の上記第2の構成においても、ド−プ半導体
層に設けたプレナ−ド−プにより、上記第1の構成の場
合と同様にソ−ス側の抵抗が下がる。
【0009】
【実施例】本発明の第1実施例においても化合物半導体
装置自体の構造は図1と同じ形で示されるが、第1実施
例ではド−プ半導体層の不純物濃度が、次の条件を
充足するように選ばれている点で従来例と相違する。即
ち、 ゲ−ト電極直下のド−プ半導体層がゲ−ト電極へのゲ
−ト電圧が非印加の状態では完全に空乏化されない。即
ち、ゲ−ト電極直下のド−プ半導体層の中で、ゲ−ト電
極側から延びる空乏層とアンド−プ半導体層側から延び
る空乏層の和がド−プ半導体層の厚さより小さい。 これはエネルギ−バンドで示すとゲ−ト電極直下のド−
プ半導体層の中央に図2(b)の実線のようにフェルミ
レベルEF付近の部分が存することを意味する。 前記ゲ−ト電極にノイズ指数が最小となる負電圧を印
加した状態ではゲ−ト電極直下のド−プ半導体層が完全
に空乏化される(図2(b)の点線)。
【0010】このようにすると、ゲ−ト電圧非印加状態
で(B)部分の電子は多い。ゲ−ト電極に負電圧を印加
すると、ゲ−ト直下ではエネルギ−バンドが図2(b)
に示すように実線(非印加状態)から点線(印加状態)
へ全体的に上がるが、(B)部分のド−プ半導体層はゲ
−トに印加された負電圧の影響が小さく図2(a)に示
すようにエネルギ−バンドは実線(非印加状態)から点
線(印加状態)へ僅かしか上昇しない。従ってこの
(B)部分では電子の充分な存在状態が保持されている
ので、使用状態(ゲ−トに負電圧が印加された状態)に
おいて(B)部分の抵抗は従来例に比し、かなり低い。
【0011】ノイズ指数NFは NF=1+K(f/fT)√{gm(Rs+Rg)} で表わされる。尚、この式において、Kはフィッティン
グ定数、fは周波数、fTはカットオフ周波数、gmは
相互インダクタンス、Rsはソ−ス抵抗、Rgはゲ−ト
抵抗である。これから分かるように上記第1実施例のよ
うにソ−ス抵抗Rsが小さいHEMTではノイズが低減
されることになる。
【0012】尚、上記第1の実施例において、例えばア
ンド−プ半導体層2はGaAs、又は0.8の割合のG
aを含むInGaAsで形成され、ド−プ半導体層3は
n+のAlGaAs(Alが0.22、Gaが0.78
の割合)に不純物として2.5×(10の18乗/c
3)以上の濃度のシリコンをド−プしている。また、
キャップ層5はn+のGaAsから成っている。これら
のアンド−プ半導体層2、ド−プ半導体層3、キャップ
層5は基板1上に順次エピタキシャル成長により形成さ
れる。
【0013】次に第2の実施例では、図3に示すように
ド−プ半導体層の中央付近にプレナ−ド−プ9が設けら
れている。そして、このプレナ−ド−プ9はゲ−ト電極
4へ電圧が非印加状態ではその不純物の全てがイオン化
せず、ゲ−ト電極にノイズが最小となる負電圧を印加し
たとき全てがイオン化する。このように構成した第2実
施例の場合も上述した第1の実施例とほぼ同様な理由で
ソ−ス抵抗が小さくなり、ノイズ低減が図られる。図3
のゲ−ト電極直下のエネルギ−バンドを図4に示す。こ
こで、実線はゲ−ト電圧非印加時、点線は負のゲ−ト電
圧印加時である。
【0014】尚、図3の実施例において、プレ−ナ−ド
−プ9はSiが2.0×1018/cm3以下ド−プされ
たAlGaAs(Alが0.22、Gaが0.8)のド
−プ半導体層中に5×1011/cm2)以上のSiのド
−プにより形成されている。それ以外の部分2、5は図
2と同一の材料で形成されている。
【0015】
【発明の効果】以上説明した通り本発明の化合物半導体
装置によれば、ソ−ス抵抗が小さくなり、ノイズ指数が
改善されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を実施したHEMT構造の化合物半導
体装置の構造図。
【図2】 そのエネルギ−バンド図。
【図3】 本発明の他の実施例の構造図。
【図4】 そのエネルギ−バンド図。
【図5】 従来例のエネルギ−バンド図。
【符号の説明】
1 基板 2 アンド−プ半導体層 3 ド−プ半導体層 4 ゲ−ト電極 5 キャップ層 6 ソ−ス電極 7 ドレイン電極 8 2次元電子ガス 9 プレナ−ド−プ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アンド−プ半導体層と、前記アンド−プ半
    導体層上に形成され該アンド−プ半導体層よりも電子親
    和力が小さく且つ不純物がド−プされたド−プ半導体層
    と、前記ド−プ半導体層上に形成されたゲ−ト電極と、
    該ゲ−ト電極の両側に形成されたソ−ス電極及びドレイ
    ン電極とを有する化合物半導体装置において、 前記ド−プ半導体層のゲ−ト電極直下部分がゲ−ト電極
    へのゲ−ト電圧が非印加の状態では完全に空乏化され
    ず、前記ゲ−ト電極にノイズ指数が最小となる負電圧を
    印加した状態では完全に空乏化されるように前記ド−プ
    半導体層の不純物濃度が選ばれていることを特徴とする
    化合物半導体装置。
  2. 【請求項2】アンド−プ半導体層と、前記アンド−プ半
    導体層上に形成され該アンド−プ半導体層よりも電子親
    和力が小さく且つ不純物がド−プされたド−プ半導体層
    と、前記ド−プ半導体層上に形成されたゲ−ト電極と、
    該ゲ−ト電極の両側に形成されたソ−ス電極及びドレイ
    ン電極とを有する化合物半導体装置において、 前記ド−プ半導体層の中央付近にプレ−ナ−ド−プが施
    されているとともに前記ゲ−ト電極へゲ−ト電圧が非印
    加状態では前記ゲ−ト電極直下のプレナ−ド−プの不純
    物が全てイオン化されず、前記ゲ−ト電極にノイズ指数
    が最小となる負電圧を印加した状態では全てイオン化す
    るようにしたことを特徴とする化合物半導体装置。
JP3311827A 1991-10-29 1991-10-29 化合物半導体装置 Pending JPH05121454A (ja)

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EP92114718A EP0539690B1 (en) 1991-10-29 1992-08-28 Compound semiconductor device
DE69217326T DE69217326T2 (de) 1991-10-29 1992-08-28 Verbindungshalbleiterbauelement
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