JPH05166846A - 高電子移動度トランジスタ - Google Patents

高電子移動度トランジスタ

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JPH05166846A
JPH05166846A JP35159491A JP35159491A JPH05166846A JP H05166846 A JPH05166846 A JP H05166846A JP 35159491 A JP35159491 A JP 35159491A JP 35159491 A JP35159491 A JP 35159491A JP H05166846 A JPH05166846 A JP H05166846A
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JP
Japan
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layer
gaas
algaas
doped
electron mobility
Prior art date
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Pending
Application number
JP35159491A
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English (en)
Inventor
Taiichi Shiina
泰一 椎名
Seiji Kojima
誠司 児島
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Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 MBE法やMOCVD法により作製される、
プレーナドープを用いたエピタキシャル成長による高電
子移動トランジスタの電気特性の方向により異常性をな
くす。 【構成】 GaAs基板上に、下から第一層としてGa
Asバッファ層、第2層としてAlGaAsバッファ
層、第3層としてGaAsチャネル層、第4層としてA
lGaAsドープ層、第5層としてGaAs電極層をエ
ピタキシャル成長した構造であって、さらに第4層のA
lGaAsドープ層の成長中に一時成長を中断してドー
パントをプレーナドープしたトランジスタにおいて、第
3層のGaAsチャネル層の厚みを1500A(オング
ストローム)以上とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は分子線エピタキシー法
(MBE法)や有機金属気相成長法(MOCVD法)な
どによって作製されたエピタキシャル成長による高電子
移動度トランジスタに関するもので、電気特性の方向に
よる異常性をなくし、又は軽減したものである。
【0002】
【従来の技術】高電子移動度トランジスタ(HEMT)
用エピタキシャルウエハの典型的構造は、図5に示すよ
うに、GaAs基板上に第1層としてGaAsバッファ
層、第2層としてAlGaAsバッファ層、第3層とし
てGaAsチャネル層、第4層としてAlGaAs;S
iドープ層、第5層としてGaAs電極層からなる。電
子供給のためのドーパントとしてはSi、Se、S等が
あるが、以下はSiを代表例として説明する。尚他のド
ーパントでも同様である。HEMTは第4層のAlGa
As;Siドープ層中の電子が電気陰性度の高い第3層
であるGaAsチャネル層に移動することにより、電子
がSiイオンに散乱されずに第3層であるGaAsチャ
ネル層中を動くことができるトランジスタである。図6
はInGaAs型HEMT(pseudo - morphic型HEM
T)を示すもので、GaAs基板上に第1層としてGa
Asバッファ層、第2層としてAlGaAsバッファ
層、第3層としてInGaAsチャネル層、第4層とし
てAlGaAs;Siドープ層、第5層としてGaA
s;Si電極層からなり、第3層であるInGaAsチ
ャネル層が更に電気陰性度が高いことを利用し、電子を
第3層であるInGaAsチャネル層中を移動させるも
のである。ところでAlGaAs中にドーパントを入れ
る方法として、最近プレーナドープ(原子層ドープ、デ
ルタドープ)技術が開発された。これはAlGaAsド
ープ層の成長中、AlやGaの供給を一時停止して成長
を止め、Si原料だけを供給してAlGaAs;Si又
はSiの薄い層を作製する技術である。プレーナドープ
は従来の一様ドープに比べ、急峻で多量のSiを入れる
ことができる。近年HEMT用エピタキシャル構造と、
プレーナドープを組み合せたエピタキシャルウエハを用
いたトランジスタの開発が行われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明者等はプレーナ
ドープHEMTの研究を行った結果、次のような問題点
があることを知見した。即ち図7に示すようにGaAs
基板上に第1層としてGaAsバッファ層、第2層とし
てAlGaAsバッファ層、第3層としてGaAsチャ
ネル層、第4層としてAlGaAs;Siドープ層、第
5層としてSiプレーナドープ層、第6層としてAlG
aAs;Siドープ層、第7層としてGaAs電極層を
エピタキシャル成長した構造のHEMT用エピタキシャ
ルウエハの−196℃における電気的性質が測定の方向
により異なることである。図8にV.D.P.法による
抵抗測定方法を示す。図において1,2,3,4は資料
につけた電極を示し、1−3間に電流を流して電気抵
抗、移動度、電子密度を算出した場合と、2−4間に電
流を流してこれらを算出した場合の値が違うことがわか
った。これはプレーナドープHEMT用エピタキシャル
ウエハ特有の現象であり、また室温で測定した場合に
は、このような異常は見られない。電流の方向で特性が
違うことは、電子デバイスに致命的欠陥をもたらす。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明はこれに鑑み、種
々の構造のHEMT用エピタキシャルウエハを作製し、
実験を行なった結果、プレーナドープとAlGaAsバ
ッファ層との組み合せがある場合、前述の異常が起り易
いことを知見した。AlGaAsはバッファ層を高抵抗
化し、かつトランジスタのピンチオフ特性を良くするた
めに有効であるが、プレーナドープと共存すると異常を
引き起す。そこで更に検討の結果、AlGaAsバッフ
ァ層とプレーナドープとの距離を大きくする。即ち図7
示すGaAsチャネル層の厚さを大きくすることによ
り、この問題を解し、本発明高電子移動度トランジスタ
を開発したものである。
【0005】即ち本発明の一つは、GaAs基板上に、
下から第1層としてGaAsバッファ層、第2層として
AlGaAsバッファ層、第3層としてGaAsチャネ
ル層、第4層としてAlGaAsドープ層、第5層とし
てGaAs電極層をエピタキシャル成長した構造であっ
て、さらに第4層のAlGaAsドープ層の成長中に、
一時成長を中断してドーパントをプレーナドープしたト
ランジスタにおいて、第3層のGaAsチャネル層の厚
みを1500A(オングストローム)以上としたことを
特徴とするもので、また第4層のAlGaAsドープ層
としてドーパントを一様にドープし、更にプレーナドー
プしたものを用いるのは有効である。
【0006】本発明の他の一つは、GaAs基板上に、
下から第1層としたGaAsバッファ層、第2層として
AlGaAsバッファ層、第3層としてGaAsバッフ
ァ層、第4層としてInGaAsチャネル層、第5層と
してAlGaAsドープ層、第6層としてGaAs電極
層をエピタキシャル成長した構造であって、さらに第5
層のAlGaAsドープ層の成長中に、一時成長を中断
してドーパンドをプレーナドープしたトランジスタにお
いて、第3層のGaAsバッファ層の厚みを2000A
(オングストローム)以上としたことを特徴とするもの
で、第5層のAlGaAsドープ層としてドーパントを
一様にドープし、更にプレーナドープしたものを用いる
のは有効である。
【0007】
【作用】図1はGaAs層の厚みと電気特性異常の度合
との関係を調べたグラフであり、縦軸は電気特性異常を
代表する値としてV.D.P測定時の図8に示す電極1
−3間と2−4間にそれぞれ電流を流した時に算出され
る電子密度の比で、GaAs層の厚みが1500A(オ
ングストローム)で異常は小さくなり、2000A(オ
ングストローム)以上でほとんど異常が存在しないこと
が判る。図7に示すHEMT用エピタキシャルウエハの
エネルギーバンドモデルは、図2に示すようになってい
る。GaAs基板上の下から2層目のAlGaAsバッ
ファ層と下から4層目のAlGaAs;Siドープ層
は、下から3層目のGaAsチャネル層をはさみ込み、
電子を閉じ込めている。プレーナドープは従来の一様ド
ープに比べ大量の電子を入れることができる。そのため
AlGaAsバッファ層がプレーナドープと近すぎる
と、電子を閉じ込めすぎて電気特性異常が起き易くなっ
ていると考えられる。
【0008】
【実施例】以下本発明を実施例について説明する。 (実施例1)図7に示すHEMT用エピタキシャル構造
をMOCVD法で作製した。基板上の下から3層目のG
aAsチャネル層の厚みを2000A(オングストロー
ム)とし、常圧、650℃で成長させた。Ga、Al、
As、Siの原料としてTMG、TMA、AsH3 、S
iH4 を用いた。
【0009】これについて図8に示す電極1−3間と2
−4間に電流を流し、1−3間と2−4間の比抵抗、電
子密度、移動度をV.D.P.法により調べた。その結
果を従来のGaAsチャネル層の厚みが500A(オン
グストローム)であるHEMT用エピタシキャル構造の
ものと比較して表1に示す。
【0010】
【表1】
【0011】表1から判るようにGaAsチャネル層の
厚みを500A(オングストローム)とした場合の電気
特性は、測定方向により値が大幅に異なっているが、G
aAsチャネル層の厚みを2000A(オングストロー
ム)とした本発明では、測定方向による値は近接してい
る。
【0012】(実施例2)図3はInGaAs型HEM
T用エピタキシャルウエハに本発明を適用したもので、
GaAs基板上に下から4層目のInGaAsチャネル
層と2層目のAlGaAsバッファ層の間に3層目とし
てGaAsバッファ層を設けることにより、プレーナド
ープとAlGaAsバッファ層との距離を大きくしたも
のである。
【0013】図4に3層目であるGaAsバッファ層の
厚みを変化させ、V.D.P法で測定した電子密度の方
向による比を示す。図から判るように3層目のGaAs
バッファ層の厚みが2000A(オングストローム)で
ほぼ比は1に近ずき、3000A(オングストローム)
でほとんど同じ値となった。InGaAs型HEMT用
エピタキシャルウエハの場合、InGaAsチャネル層
は電子を引きつける力が更に強いためAlGaAsバッ
ファ層を通常のHEMT用エピタキシャルウエハの場合
より遠ざけねばならず、InGaAs型HEMT用エピ
タキシャルウエハの場合、GaAsバッファ層は200
0A(オングストローム)以上、できれば3000A
(オングストローム)以上離すことが望まれる。
【0014】
【発明の効果】このように本発明によれば、プレーナド
ープとAlGaAsバッファ層との距離をHEMT用エ
ピタシキャルウエハの場合は1500A(オングストロ
ーム)以上、InGaAs型HEMT用エピタキシャル
ウエハの場合は2000A(オングストローム)以上離
すことにより、電気特性の方向による異常性をなくし、
あるいは軽減することができる顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】GaAs層の厚さと電気特性異常の関係を示す
グラフである。
【図2】HEMT用エピタキシャルウエハのエネルギー
バンドモデルを示す説明図である。
【図3】本発明InGaAs型HEMT用エピタキシャ
ルウエハの断面構造図である。
【図4】GaAs層の厚みと電気特性異常の関係を示す
グラフである。
【図5】高電子移動度トランジスタ用エピタキシャルウ
エハの典型的な断面構造図である。
【図6】InGaAs型HEMT用エピタキシャルウエ
ハの断面構造図である。
【図7】プレーナドープを用いたHEMT用エピタキシ
ャルウエハの断面構造図である。
【図8】電気抵抗測定用試料の平面図である。
【符号の説明】
1〜4 電極 5 エピタキシャルウエハ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 GaAs基板上に、下から第1層として
    GaAsバッファ層、第2層としてAlGaAsバッフ
    ァ層、第3層としてGaAsチャネル層、第4層として
    AlGaAsドープ層、第5層としてGaAs電極層を
    エピタキシャル成長した構造であって、さらに第4層の
    AlGaAsドープ層の成長中に、一時成長を中断して
    ドーパントをプレーナドープしたトランジスタにおい
    て、第3層のGaAsチャネル層の厚みを1500A
    (オングストローム)以上としたことを特徴とする高電
    子移動度トランジスタ。
  2. 【請求項2】 第4層のAlGaAsドープ層がドーパ
    ントを一様にドープし、更にプレーナドープしたもので
    ある請求項1記載の高電子移動度トランジスタ。
  3. 【請求項3】 GaAs基板上に、下から第1層として
    GaAsバッファ層、第2層としてAlGaAsバッフ
    ァ層、第3層としてGaAsバッファ層、第4層として
    InGaAsチャネル層、第5層としてAlGaAsド
    ープ層、第6層としてGaAs電極層をエピタキシャル
    成長した構造であって、さらに第5層のAlGaAsド
    ープ層の成長中に、一時成長を中断してドーパントをプ
    レーナドープしたトランジスタにおいて、第3層のGa
    Asバッファ層の厚みを2000A(オングストロー
    ム)以上としたことを特徴とする高電子移動度トランジ
    スタ。
  4. 【請求項4】 第5層のAlGaAsドープ層がドーパ
    ントを一様にドープし、更にプレーナドープしたもので
    ある請求項3記載の高電子移動度トランジスタ。
JP35159491A 1991-12-12 1991-12-12 高電子移動度トランジスタ Pending JPH05166846A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011091103A (ja) * 2009-10-20 2011-05-06 Shin Etsu Handotai Co Ltd 発光素子

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011091103A (ja) * 2009-10-20 2011-05-06 Shin Etsu Handotai Co Ltd 発光素子

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