JPH05144849A

JPH05144849A - 電界効果トランジスタ及びそれを用いた低雑音増幅回路

Info

Publication number: JPH05144849A
Application number: JP30592991A
Authority: JP
Inventors: Takuma Tanimoto; 琢磨谷本; Masao Yamane; 正雄山根; Makoto Kudo; 真工藤; Tomoyoshi Mishima; 友義三島; Mitsuhiro Mori; 光廣森
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-11-21
Filing date: 1991-11-21
Publication date: 1993-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】チャネル層へキャリアを供給するキャリア供給
層を有する電界効果トランジスタの相互コンダクタンス
を大きくする。また、その電界効果トランジスタを用い
た高性能低雑音アンプ等を提供する。【構成】キャリア供給層の厚さ方向におけるｎ型イオン
化不純物濃度を、チャネル層側面部分より大きいイオン
化不純物濃度を有する部分が層内部にあるごとく分布さ
せる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、チャネル層へキャリア
を供給するキャリア供給層を有する電界効果トランジス
タに係り、その性能に大きく関与する相互コンダクタン
スが特に低ソース−ドレイン間電流が小さい領域で大き
く、低雑音な化合物半導体電界効果トランジスタと、そ
れを用いた低雑音増幅回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】チャネル層へキャリアを供給するキャリ
ア供給層を有するＦＥＴ(Field Effect Transister;電
界効果トランジスタ)としては、ＧａＡｓをチャネル材
料としたＨＥＭＴ(High Electron Mobility Transiste
r)が、例えば特開昭63-60570に記載されており、ＩｎＧ
ａＡｓチャネルＨＥＭＴが例えば特開昭61-3464に記載
されており、また基板材料にＩｎＰを用いたＨＥＭＴが
例えば特開昭64-41273に記載されている。何れの場合
も、キャリア供給層のイオン化不純物濃度は均一であ
る。

【０００３】また、プレーナドープ型のＨＥＭＴが例え
ばアイ・イー・ディー・エム88(1988年)176ページ(IEDM88
(1988)176-179)記載されている。プレーナドープはデル
タ(δ)ドープ、パルスドープともいわれ、通常の場合、
ＧａＡｓ等の結晶成長中に、成長を中断して、Ｓｉ等の
イオン化不純物を成長することにより、極めて狭い領域
にイオン化不純物を閉じ込めるものである。チャネルか
らプレーナドープ層までは意識的には不純物を含まない
アンドープ層となっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＦＥＴの性能指数とし
て重要なものの一つに相互コンダクタンスがある。上記
従来技術のＨＥＭＴにおいて相互コンダクタンスを向上
するには、ゲートからチャネルまでの距離を短くする、
即ち薄層化が有効である。しかるに、上記従来技術のう
ち、イオン化不純物濃度が均一なＨＥＭＴは、ゲート−
チャネル間距離が３０〜１００nm程度であり、充分薄い
とは云えなかった。

【０００５】また、上記従来技術のうち、プレーナドー
プ型ＨＥＭＴは、ゲートとプレーナドープ層間の距離は
２０nm程度と小さくなっているが、プレーナドープ層と
チャネルとの間の距離は５nmと大きい。この５nmの距離
は、プレーナドープ層をチャネル近傍に位置させたとき
のチャネル中の電子移動度の低下（相互コンダクタンス
の低下）を防ぐために確保されているが、このことは逆
にチャネルに誘起される電子濃度の増加（相互コンダク
タンスの増加）を妨げる結果となっている。さらには、
しきい電圧を負の大きな値(通常、−１Ｖ程度)に保つた
めには、ゲートとチャネル間の距離を大きくとる必要が
ある。したがって、結果として相互コンダクタンスは小
さい。

【０００６】また、セルラー、コードレス電話などの移
動体通信端末において、小型化、低消費電力化に対する
要求が大きくなってきている。このため、ＦＥＴ等のデ
バイスにおいても、低電流動作が要求される。ところ
が、低電流動作時には一般に相互コンダクタンスが著し
く低下し、雑音特性の指標である雑音指数は増大する。
本発明の第１の目的は、相互コンダクタンスの大きいＦ
ＥＴを提供することにあり、第２の目的は高性能低雑音
増幅器を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的は、キャ
リア供給層の厚さ方向におけるｎ型イオン化不純物濃度
を、チャネル層側面部分より大きいイオン化不純物濃度
を有する部分が層内部にあるごとく分布させることによ
り達成できる。上記第２の目的は、このようなＦＥＴを
用いて回路を構築することにより達成できる。

【０００８】

【作用】空乏層近似の範囲での相互コンダクタンスは、
次の数１の様になる。

【０００９】

【数１】

【００１０】ソース−ドレイン間電流が小さいとき、即
ちゲートに印加する電圧がしきい電圧に近いときには、
数１の右辺括弧内第２項が１に比べて大きくなり、相互
コンダクタンスはキャリア移動度に比例する。この領域
ではキャリア移動度が性能を左右するといえる。キャリ
ア移動度の向上は、移動度低下の原因である散乱源の影
響を低減させる、或いは高移動度材料を用いることによ
り達成される。移動度低下の主たる原因である不純物散
乱は、図２のようなＨＥＭＴ構造、即ちキャリア供給層
とチャネル層とを空間的に分離することにより向上し、
またキャリア供給層とチャネル層間のスペーサ層幅を増
すことにより、更に向上する。例えばＧａＡｓチャネル
ＨＥＭＴの場合、スペーサ層幅が20nm以上の時、電子移
動度は約8000cm²/Vsと、ＧａＡｓで達成可能な最大のも
のとなる。ところが、スペーサ層厚が大きすぎるとチャ
ネルに誘起されるキャリア数が減少し、その結果相互コ
ンダクタンスが減少する。通常の場合、スペ−サ層幅の
最適値は２乃至４nm程度であり、この時の電子移動度は
約5500cm²/Vsである。また、高移動度材料としてＩｎＧ
ａＡｓが用いられてきたが、この場合にも移動度の絶対
値の違いこそあれ、同様の問題があった。

【００１１】ところで、しきい電圧は次の数２のように
表わされる。

【００１２】

【数２】

【００１３】しきい電圧が負となるＤ−ＦＥＴ(ノーマ
リオン型ＦＥＴ)の場合は、図２のように、ゲートとキ
ャップ層との間に0.2μｍ程度の隙間(目あきと呼ぶ)を
設けることにより、ソース−ゲート間の耐圧や容量を制
御する方法が用いられているが、この構造では、しきい
電圧が-0.5V以上と浅い場合や、Ｅ−ＦＥＴ(ノーマリオ
フ)の場合は、目あき直下の抵抗が大きくなるため、相
互コンダクタンスは低下する。これを避けるためにイオ
ン打ち込みやカバー層を設ける構造をとることもできる
が、何れの場合もプロセスが複雑になり、他の特性劣化
や歩留まりの低減につながる。また、相互コンダクタン
スは、数１からわかるように、ゲート電極からチャネル
までの距離に反比例するため、これらの間隔をより小さ
くする、即ち薄層化することにより相互コンダクタンス
の向上が図られる。しかし、薄層化しただけでは目あき
部分下のチャネル部分が空乏化してきて、ソース抵抗が
増加するため、しきい電圧の絶対値をある程度以上に確
保する必要がある。この目安はおよそ-0.5Ｖであり、数
２からわかるように、薄層化に伴いキャリア供給層のイ
オン化不純物濃度を高濃度化する必要がでてくる。しか
し、イオン化不純物濃度が増すにつれて、図３のように
電子移動度の低下が起こる。上述のように、移動度低下
は低電流領域での相互コンダクタンスの低下につながる
ため、薄層化の利点が無くなる。プレーナドープの場合
も、図４のようにプレーナドープ層がチャネル層に近い
領域に存在すると、移動度の低下が起こり、遠くなると
チャネルのキャリア濃度の低下が起こる。何れの場合も
低電流領域での相互コンダクタンスの劣化につながる。

【００１４】本発明では、高濃度ドープされた領域をチ
ャネルから遠くに配置するので、この領域の存在による
移動度の低下はない。そして、チャネル層に誘起される
キャリア濃度は、チャネル層側の低濃度ドープ領域から
供給されるキャリアに、さらにこの領域から供給される
キャリアが加わり増加する。その結果、相互コンダクタ
ンスが向上する。

【００１５】このときの高濃度ドープ層としては、プレ
ーナドープ層でもよいし、チャネルから遠ざかるにつれ
て不純物濃度が連続的、或いは階段上に増加するような
構造にすれば、より効果的である。

【００１６】スペーサ層については、例えばＧａＡｓチ
ャネルの場合、実用に耐えうるＦＥＴとなるには、アン
ドープＡｌＧａＡｓスペーサ層幅として１〜４ｎｍ程度
が適当であり、この場合の電子移動度は高々5500cm²/Vs
である。図１のような高濃度ドープ層をチャネルから離
す場合、この高濃度ドープ領域が単独で存在するときの
チャネルの移動度が5500cm²/Vsを超えるほどチャネルか
ら離れているか、若しくは低濃度であると、チャネルの
シートキャリア濃度が小さくなったり、ゲート−チャネ
ル間の薄層化が図れなくなったりで効果的でない。従っ
て、低電流動作が必要な場合は、まず、チャネルの移動
度を高く確保する必要から、チャネル層とキャリア供給
層との間隔は１〜４ｎｍ程度離す必要がある。この範囲
から小さい方に外れるとチャネル中のキャリア移動度が
著しく劣化し、大きい方に外れると、チャネルのシート
キャリア濃度が低下する。また、図３に示したように、
キャリア供給層のチャネル層側領域のイオン化不純物濃
度の増加に伴い、移動度は劣化する。特に４×１０¹⁸/c
m³以上では著しく移動度が低下するため、濃度はこれ以
下に設定する必要がある。また、特に１×１０¹⁸/cm³以
下ではシートキャリア濃度が著しく低下するため、ゲー
ト−チャネル間を５０nm程度以上と、大きくとる必要が
あり、実用的でない。

【００１７】また、図３、図４からわかるように、チャ
ネルにおける移動度の低下はイオン化不純物濃度とチャ
ネルからの距離に大きく依存する。従って、イオン化不
純物濃度の大きい領域はチャネルから遠くに位置するこ
とが望ましい。しかし、遠くなるほどチャネルのキャリ
ア濃度が小さくなったり、しきい電圧を確保するために
ゲート−チャネル間距離が大きくなるなどの弊害がある
ため、いたずらに遠ざけられない。このイオン化不純物
濃度とチャネルまでの距離との関係には最適値がある。
即ち、イオン化不純物濃度の異なる領域が厚さ方向に複
数個存在するとき、それぞれの領域が単独で存在すると
きのチャネル中のキャリア移動度が同一になるように、
各領域のイオン化不純物濃度およびチャネルからの距離
を定める。各領域が単独で存在するときのチャネル中の
キャリア移動度は、図４若しくは同様な実験から求ま
る。例えば、一つの領域による移動度が5500cm²/Vsであ
るとすると、他の領域による移動度も5500cm²/Vsになる
ような距離だけチャネルから離せば良い。こうすること
により、階段状の不純物分布を持つキャリア供給層が形
成され、それぞれの領域がチャネルに与える影響を同一
にすることができ、無駄なく薄層化することができる。
これら不純物を含む複数の領域のうち１つ以上をプレー
ナドープ層で置き換えても、同じ議論は成り立つ。ま
た、キャリア供給層におけるイオン化不純物濃度が連続
的に変化する場合は、イオン化不純物濃度の異なる領域
の数が無限にあるとした場合に一致する。この場合が一
番効率的に薄層化できることは明らかであろう。但し、
イオン化不純物濃度を20nm程度以下の狭い領域で連続的
に、かつ制御性良く変化させるのは技術的に困難である
ため、出来上がった素子のウエハ間のバラツキが大きく
なる。所望の性能にもよるが、イオン化不純物濃度の異
なる領域の数は、プレーナドープ層を含めて、３乃至４
程度で構成される場合が最も制御性が良く、かつその性
能は最適なものと比較してもあまり遜色はない。

【００１８】材料としては、ＧａＡｓ基板上では、キャ
リア供給層やスペーサ層、バリア層としてはＡｌ組成0.
2〜0.3程度のＡｌＧａＡｓが適当であり、チャネル材料
としてはＩｎ組成0.3以下のＩｎＧａＡｓが適当であ
り、イオン化不純物としてはＮチャネルの場合にはＳ
ｉ、Ｐチャネル場合にはＢｅ、Ｃが適当である。ＩｎＰ
基板上ではキャリア供給層やスペーサ層、バリア層とし
てはＩｎ組成0.3〜0.6程度のＩｎＡｌＡｓが適当であ
り、チャネル材料としてはＩｎ組成0.4〜0.7程度のＩｎ
ＧａＡｓが適当であり、イオン化不純物としてＮチャネ
ルの場合にはＳｉ、Ｐチャネルの場合にはＢｅ、Ｃが適
当である。これらの材料系は、結晶に転位が入らず、Ｍ
ＢＥ，ＭＯＣＶＤ等の結晶成長装置で制御性よく膜を作
製することが可能であり、かつキャリア供給層とチャネ
ル層との界面での伝導帯の不連続ギャップを大きく確保
することができるため、高性能な電界効果トランジスタ
が得られる。

【００１９】また、以上の説明では、ゲート電極とキャ
リア供給層とがチャネル層に対し同じ側に位置している
ＦＥＴを例にとり説明した。ゲート電極とキャリア供給
層とがチャネル層に対し反対側に位置しているＦＥＴに
ついても同様のことがいえる。すなわち、本発明のキャ
リア供給層構造をとることにより、チャネル中のキャリ
ア移動度を低下させることなくチャネルに誘起されるキ
ャリア濃度を増加させることができ、その結果として、
相互コンダクタンスが向上する。

【００２０】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面を用いて具体的
に説明する。以降、材料の記述としてＡｌＧａＡｓはＧ
ａＡｓ中のＧａ原子のうちの一部をＡｌで置換したも
の、ＩｎＧａＡｓはＧａＡｓ中のＧａ原子のうちの一部
をＩｎで置換したもの、ＩｎＡｌＡｓはＡｌＡｓ中のＡ
ｌ原子のうちの一部をＩｎで置換したものを意味する。実施例１図１に、本発明の実施例１の断面図を示す。まず半絶縁
性ＧａＡｓ基板１上に、ＭＢＥ(分子線エピタキシー)法
により、アンドープＧａＡｓ(厚さ:200nm)２、アンドー
プＡｌＧａＡｓ/アンドープＧａＡｓ超格子層(厚さ:3/5
0nm×5層)３、アンドープＩｎＧａＡｓ(In組成:0.25,厚
さ:8nm)チャネル層４、アンドープＡｌＧａＡｓスペー
サ層(Al組成:0.25,厚さ:2nm)５、ｎ−ＡｌＧａＡｓキャ
リア供給層(Al組成:0.25,厚さ:4nm,Si濃度:2×10¹⁸/c
m³)６、ｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層(Al組成:0.25,
厚さ:15nm,Si濃度:5×10¹⁸/cm³)７、アンドープＡｌＧ
ａＡｓバリア層(Al組成:0.25,厚さ:10nm)８を成長さ
せ、最後にｎ−ＧａＡｓキャップ層(Si濃度:7×10¹⁸/cm
³,厚さ:160nm)９を堆積させる。

【００２１】メサエッチにより素子間分離を行なったあ
と、ソース電極11及びドレイン電極12をリフトオフによ
り形成する。ソース・ドレイン電極材料にはＡｕＧｅ／
Ｍｏ／Ａｕを用い、材料蒸着後に窒素雰囲気中で熱処理
(４００℃，５分)を行なう。リフトオフのマスクは、通
常のホトリソグラフィープロセスにより、ＳｉＯ₂膜１
０に開口を形成したものを用いる。また、ＳｉＯ₂膜10
の開口はウエットエッチによりサイドエッチして、リフ
トオフしやすい形状にしておく。さらに、ｎ−ＧａＡｓ
キャップ層９を40nm程度ウエットエッチにより削り込ん
でおく。次に、ゲート長０.１μｍ、ゲート幅２００μ
ｍのゲート電極13を、アンドープＡｌＧａＡｓ層８上
に、リフトオフにより形成する。ゲート電極材料にはＡ
ｌを用いる。ゲートパターンの形成にはＥＢ(電子線)描
画法を用いる。ｎ−ＧａＡｓキャップ層９の除去は、Ｓ
ｉＯ₂10膜をマスクとして、ウエットエッチと選択性ド
ライエッチにより行なう。このようにして、図１に示し
た構造のＦＥＴを実現した。本実施例による装置は、耐
圧：６Ｖ、ソース抵抗Ｒ：０.４Ω・ｍｍ、ドレイン電流
2mA時における相互コンダクタンスｇ_m：２０３ｍＳ／ｍ
ｍ、２GHzにおける雑音指数ＮＦ＝０.３ｄＢ、２０ＧＨ
ｚにおける雑音指数の最小値０.４ｄＢと高性能を示し
た。

【００２２】本実施例では、アンドープＡｌＧａＡｓス
ペーサ層５の厚さは２nmとしたが、１〜４nmの範囲で良
好な結果が得られた。また、ｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア
供給層６及び７のイオン化不純物濃度は上記に限らず、
符号６の層としては１〜４×１０¹⁸/cm³の範囲で、符号
７の層としては５〜１０×１０¹⁸/cm³の範囲であれば、
良好な結果が得られる。また、キャリア供給層のイオン
化不純物濃度分布も２層ドープ構造に限らず、イオン化
不純物濃度がチャネルから遠ざかるにつれて階段状に大
きくなるようなドープ構造でも良く、また、イオン化不
純物濃度がチャネルから遠ざかるにつれて連続的に大き
くなるようなドープ構造でも良い。

【００２３】実施例２図５に、本発明の実施例２の断面図を示す。まず半絶縁
性ＧａＡｓ基板１上に、ＭＢＥ(分子線エピタキシー)法
により、アンドープＧａＡｓ(厚さ:200nm)２、アンドー
プＡｌＧａＡｓ/アンドープＧａＡｓ超格子層(厚さ:3/5
0nm×5)３、アンドープＩｎＧａＡｓ(In組成:0.25,厚
さ:8nm)チャネル層４、アンドープＡｌＧａＡｓスペー
サ層(Al組成:0.25,厚さ:2nm)５、ｎ−ＡｌＧａＡｓキャ
リア供給層(Al組成:0.25,厚さ:4nm,Si濃度:2×10¹⁸/c
m³)６、Ｓｉプレーナドープ層(Si濃度:4×10¹²/cm²)1
4、ｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア供給層(Al組成:0.25,厚
さ:8nm,Si濃度:5×10¹⁸/cm³)７、アンドープＡｌＧａＡ
ｓバリア層(Al組成:0.25,厚さ:10nm)８を成長させ、最
後にｎ−ＧａＡｓキャップ層(Si濃度:7×10¹⁸/cm³,厚
さ:160nm)９を堆積させる。

【００２４】メサエッチにより素子間分離を行なったあ
と、ソース電極11及びドレイン電極12をリフトオフによ
り形成する。ソース・ドレイン電極材料にはＡｕＧｅ／
Ｍｏ／Ａｕを用い、材料蒸着後に窒素雰囲気中で熱処理
(４００℃，５分)を行なう。リフトオフのマスクは、通
常のホトリソグラフィープロセスにより、ＳｉＯ₂膜１
０に開口を形成したものを用いる。また、ＳｉＯ₂膜10
の開口はウエットエッチによりサイドエッチして、リフ
トオフしやすい形状にしておく。さらに、ｎ−ＧａＡｓ
キャップ層９を40nm程度ウエットエッチにより削り込ん
でおく。次に、ゲート長０.１μｍ、ゲート幅２００μ
ｍのゲート電極13を、アンドープＡｌＧａＡｓ層８上
に、リフトオフにより形成する。ゲート電極材料にはＡ
ｌを用いる。ゲートパターンの形成にはＥＢ(電子線)描
画法を用いる。ｎ−ＧａＡｓキャップ層９の除去は、Ｓ
ｉＯ₂10膜をマスクとして、ウエットエッチと選択性ド
ライエッチにより行なう。このようにして、図５に示し
た構造のＦＥＴを実現した。本実施例による装置は、耐
圧：６Ｖ、ソース抵抗Ｒ：０.４Ω・ｍｍ、ドレイン電流
2mA時における相互コンダクタンスｇ_m：２３５ｍＳ／ｍ
ｍ、２GHzにおける雑音指数ＮＦ＝０.２８ｄＢ、２０Ｇ
Ｈｚにおける雑音指数の最小値０.３５ｄＢと高性能を
示した。

【００２５】本実施例では、アンドープＡｌＧａＡｓス
ペーサ層５の厚さは２nmとしたが、１〜４nmの範囲で良
好な結果が得られた。また、ｎ−ＡｌＧａＡｓキャリア
供給層６及び７のイオン化不純物濃度は上記に限らず、
符号６の層としては１〜４×１０¹⁸/cm³の範囲で、符号
７の層としては５〜１０×１０¹⁸/cm³の範囲であれば、
良好な結果が得られる。また、Ｓｉプレーナドープ層の
Ｓｉ濃度は3〜5×10¹²/cm²のとき、良好な結果が得られ
た。

【００２６】また、実施例１、２における条件を以下の
ようにしてもよい。製造工程におけるエピタキシャル結
晶成長法は、ＭＢＥ法のかわりに原子層単位で成長を制
御できる方法、例えばＭＯＣＶＤ法等を用いても同様の
結果が得られる。また、キャップ層９は、ＧａＡｓに限
らず、オーミック接触のとりやすい物質、例えばＩｎＧ
ａＡｓ等を用いてもよい。またゲート直下のアンドープ
ＡｌＧａＡｓ層８は、耐圧を小さくしない程度に、１×
10¹⁸/ｃｍ³以下のｎ−ＡｌＧａＡｓを用いてもよい。Ａ
ｌＧａＡｓキャリア供給層６及び７のＡｌ組成は0.25を
用いたが、0.15から0.4程度の値を用いても同様な結果
が得られる。またチャネル層４にＩｎ組成０.２５のＩ
ｎＧａＡｓを用いたが、０.１から０.４程度のＩｎ組成
で、転位が入らない程度の厚さにしてもよく、材料もＩ
ｎＧａＡｓに限らず、ＧａＡｓＳｂを用いてもよい。ま
たチャネル層／キャリア供給層構造も、ＩｎＧａＡｓ／
ＡｌＧａＡｓに限らず、例えばＧａＡｓ／ＡｌＧａＡ
ｓ、ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓやＩｎＡｓ／(Ａｌ,Ｇ
ａ)(Ｓｂ,Ａｓ)のような材料の組み合わせのとき同様な
結果が得られる。また、基板材料もＧａＡｓに限らず、
ＩｎＰなどを用いてもよい。ＩｎＰ基板を用いた場合
は、上記のＡｌＧａＡｓ層の代わりにＩｎ組成0.3〜0.6
のＩｎＡｌＡｓを、ＧａＡｓ層の代わりにＩｎ組成0.4
〜0.7のＩｎＧａＡｓを用いると良好な結果が得られ
る。また、Ｎチャネル電界効果トランジスタの例を示し
たが、Ｐチャネルでも良好な結果が得られる。この場
合、Ｎドープ層をＰドープ層にすることにより達成され
る。また、ＨＥＭＴについて述べたが、他のヘテロ接合
素子、即ち逆ＨＥＭＴ，キャリア供給層付きドープチャ
ネル型ＦＥＴ等に適用しても良好な結果が得られること
は云うまでもない。

【００２７】実施例３図６に本発明の実施例３の低雑音増幅器の回路図を示
す。実施例１或いは実施例２記載のＦＥＴをマイクロス
トリップ線路１０９やコンデンサ１１０を用いたマッチ
ング回路と共に半導体基板上に形成する。こうして得ら
れた低雑音増幅器は、初段のＦＥＴ１００のドレイン電
圧及びドレイン電流が各々２.５Ｖ及び６ｍＡ、次段の
ＦＥＴ１０１のドレイン電圧及びドレイン電流が各々
２.５Ｖ及び１０ｍＡという条件下で、１２GHzにおいて
最小雑音指数０.８５ｄＢ、利得２０.１という良好な性
能が得られた。

【００２８】尚、本実施例では２段増幅器の例を示した
が、１段増幅器でも良好な結果が得られる。また、マッ
チング回路が同一基板上にある、所謂モノリシックＩＣ
の例を示したが、多少性能は落ちるが製作の容易なハイ
ブリッドＩＣ、即ちマッチング回路が同一基板上にない
ものでも良好な結果が得られる。また、周波数帯が１２
ＧＨｚ帯の低雑音増幅器について記載したが、マッチン
グ回路の変更で他の周波数帯でも良好な特性が得られ
た。また、動作電流や動作電圧もより小さい用途、例え
ば自動車電話、携帯電話等の低消費電力動作が必要なで
も良好な特性が得られた。この場合、従来素子を用いた
ときに実現できたのと同等な雑音特性を得るために必要
なセルサイズは、半分以下にできた。これは、従来素子
よりも本発明によって得られた素子の性能が良いため、
少ない素子数で回路を構成しても高性能な増幅器が得ら
れるからである。また、本発明のＦＥＴを、ミキサな
ど、他の回路に利用してもよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、相互コンダクタンスの
大きい電界効果トランジスタが得られ、これを用いた低
雑音増幅器等は性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１のＨＥＭＴの断面構造図であ
る。

【図２】従来のＨＥＭＴの断面構造図である。

【図３】ＨＥＭＴの不純物濃度に対する移動度の変化を
示す図である。

【図４】ＨＥＭＴのプレーナドープ層位置に対する移動
度の変化を示す図である。

【図５】本発明の実施例２のＨＥＭＴの断面構造図であ
る。

【図６】本発明の実施例３の低雑音増幅器の回路図であ
る。

【符号の説明】

１…半絶縁性GaAs基板、２…アンドープGaAsバッファ
層、３…アンドープAlGaAs/GaAs超格子層、４…アンド
ープInGaAsチャネル層、５…アンドープAlGaAsスペーサ
層、６…ｎ−AlGaAsキャリア供給層（低濃度層）、７…
ｎ−AlGaAsキャリア供給層（高濃度層）、８…アンドー
プAlGaAsバリア層、９…ｎ−ＧａＡｓキャップ層、１０
…ＳｉＯ₂膜、１１…ソース電極、１２…ドレイン電
極、１３…ゲート電極、１４…Ｓｉプレーナドープ層、
100…初段のＦＥＴ、101…次段のＦＥＴ、102…入力端
子、103…出力端子、104…初段のＦＥＴのゲート電圧端
子、105…次段のＦＥＴのゲート電圧端子、106…初段の
ＦＥＴのドレイン電圧端子、107…次段のＦＥＴのドレ
イン電圧端子、108…アース、109…ストリップ線路、11
0…コンデンサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三島友義東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者森光廣東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体から成るチャネル層と、該チャネル
層より電子親和力が小さく、上記チャネル層へキャリア
を供給するｎ型半導体層から成るキャリア供給層を有す
る電界効果トランジスタにおいて、上記キャリア供給層
の厚さ方向におけるｎ型イオン化不純物濃度は、上記チ
ャネル層側面部分より大きいイオン化不純物濃度を有す
る部分が層内部にあるごとく分布していることを特徴と
する電界効果トランジスタ。
【請求項２】半導体から成るチャネル層と、該チャネル
層より電子親和力とバンドギャップの和が大きく、上記
チャネル層へキャリアを供給するｐ型半導体層から成る
キャリア供給層を有する電界効果トランジスタにおい
て、上記キャリア供給層の厚さ方向におけるｐ型イオン
化不純物濃度は、上記チャネル層側面部分より大きいイ
オン化不純物濃度を有する部分が層内部にあるごとく分
布していることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項３】上記キャリア供給層のイオン化不純物濃度
分布は上記チャネル層から遠ざかるにつれて階段状に大
きくなっている請求項１又は２記載の電界効果トランジ
スタ。
【請求項４】上記階段状不純物濃度の各不純物濃度の層
は、それぞれの層が単独で存在した時のチャネル層中の
キャリア移動度が同じになるように、厚さ及びイオン化
不純物濃度が設定されている請求項３記載の電界効果ト
ランジスタ。
【請求項５】上記キャリア供給層はプレーナドープ層を
有している請求項１又は２記載の電界効果トランジス
タ。
【請求項６】上記キャリア供給層のプレーナドープ層お
よびその他の層は、それぞれの層が単独で存在した時の
チャネル層中のキャリア移動度が同じになるように、厚
さ及びイオン化不純物濃度が設定されている請求項５記
載の電界効果トランジスタ。
【請求項７】上記キャリア供給層のイオン化不純物濃度
は上記チャネルから遠ざかるにつれて連続的に大きくな
っている請求項１又は２記載の電界効果トランジスタ。
【請求項８】上記電界効果トランジスタは上記チャネル
層と上記キャリア供給層との間に膜厚が１〜４nmの第１
の半導体層を有しており、該第１の半導体層のイオン化
不純物濃度は10¹⁶/cm³程度以下であり、上記キャリア供
給層中の上記チャネル側面のイオン化不純物濃度は１〜
４×10¹⁸/cm³の範囲にある請求項１乃至７のいずれか一
項に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項９】上記チャネル層はアンドープ層である請求
項１乃至８のいずれか一項に記載の電界効果トランジス
タ。
【請求項１０】上記チャネル層はドープ層である請求項
１乃至８のいずれか一項に記載の電界効果トランジス
タ。
【請求項１１】上記電界効果トランジスタは上記キャリ
ア供給層の上記チャネル層とは反対側の面上にゲート電
極を有しており、該ゲート電極と上記キャリア供給層と
の間に第４の半導体層が形成されており、該第２の半導
体層のイオン化不純物濃度は1×10¹⁸/cm³以下である請
求項１乃至１０のいずれか一項に記載の電界効果トラン
ジスタ。
【請求項１２】上記電界効果トランジスタはＧａＡｓ基
板を有しており、該ＧａＡｓ基板上に上記チャネル層、
キャリア供給層およびゲート電極が形成されており、上
記チャネル層はＩｎＧａＡｓから成り、上記キャリア供
給層、第１の半導体層および第３の半導体層はＡｌＧａ
Ａｓから成る請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の
電界効果トランジスタ。
【請求項１３】上記電界効果トランジスタはＩｎＰ基板
を有しており、該ＧａＡｓ基板上に上記チャネル層、キ
ャリア供給層およびゲート電極が形成されており、上記
チャネル層はＩｎＧａＡｓから成り、上記キャリア供給
層、第１の半導体層および第３の半導体層はＩｎＡｌＡ
ｓから成る請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の電
界効果トランジスタ。
【請求項１４】上記電界効果トランジスタはソース−ド
レイン間電流１mA〜４mAで動作する請求項１乃至１３の
いずれか一項に記載の電界効果トランジスタ。
【請求項１５】請求項１乃至１４のいずれか一項に記載
の電界効果トランジスタを使用することを特徴とする低
雑音増幅回路。