JPH056905A - Field-effect semiconductor device - Google Patents
Field-effect semiconductor deviceInfo
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- JPH056905A JPH056905A JP31642691A JP31642691A JPH056905A JP H056905 A JPH056905 A JP H056905A JP 31642691 A JP31642691 A JP 31642691A JP 31642691 A JP31642691 A JP 31642691A JP H056905 A JPH056905 A JP H056905A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電界効果型半導体装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field effect semiconductor device.
【0002】[0002]
【従来の技術】衛星放送受信システムの需要が高まる
中、このシステムの重要部分を占める超低雑音電界効果
型トランジスタの性能工場に注目が集まっている。これ
らのトランジスタの高性能化には、ゲート長短縮や相互
コンダクタンスの増大等が必須の条件となっている。そ
のため、チャネル層に不純物を高濃度にドーピングした
電界効果型トランジスタが提案されている。2. Description of the Related Art As the demand for satellite broadcasting receiving systems has increased, attention has been focused on the performance factories of ultra-low noise field-effect transistors, which are an important part of this system. To improve the performance of these transistors, shortening the gate length and increasing the transconductance are essential conditions. Therefore, a field effect transistor in which the channel layer is heavily doped with impurities has been proposed.
【0003】図3は、従来この種電界効果型トランジス
タの構造を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a conventional field effect transistor of this type.
【0004】図3において、10は半絶縁性GaAs基
板、4はこの基板10上に設けられたGaAs半導体か
らなる障壁層を兼ねるバッファ層、2はバッファ層4上
に設けられたn型の不純物が高濃度にド−プされたn型
InGaAs半導体からなるチャネル層、1はこのチャ
ネル層2上に設けられたn型AlGaAs半導体層、5
はこのn型AlGaAs半導体層1上に設けられたn型
GaAs半導体からなるキャップ層である。In FIG. 3, 10 is a semi-insulating GaAs substrate, 4 is a buffer layer formed on the substrate 10 and also serves as a barrier layer made of a GaAs semiconductor, and 2 is an n-type impurity provided on the buffer layer 4. Is a heavily doped n-type InGaAs semiconductor channel layer, 1 is an n-type AlGaAs semiconductor layer provided on the channel layer 2, 5
Is a cap layer made of an n-type GaAs semiconductor provided on the n-type AlGaAs semiconductor layer 1.
【0005】6は一方のキャップ層5と接続するソース
電極、7は他方のキャップ層5と接続するドレイン電
極、8はソース電極6とドレイン電極7間のn型AlG
aAs半導体層1とショットキ接続するゲート電極であ
る。Reference numeral 6 is a source electrode connected to one cap layer 5, 7 is a drain electrode connected to the other cap layer 5, and 8 is an n-type AlG between the source electrode 6 and the drain electrode 7.
It is a gate electrode that is in Schottky connection with the aAs semiconductor layer 1.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図3に
示した電界効果型トランジスタのように、高濃度に不純
物をド−プしたチャネル層を用いたものにおいては、ゲ
ート長の短縮や相互コンダクタンスの増大を図っても、
高周波動作時の雑音指数がほとんど低減されないという
問題があった。However, in a field effect transistor such as the field effect transistor shown in FIG. 3, which uses a channel layer doped with a high concentration of impurities, the gate length is shortened and the transconductance is reduced. Even if you try to increase
There is a problem that the noise figure during high frequency operation is hardly reduced.
【0007】これは、電界効果型トランジスタでは、素
子動作時に、ゲート電極8の直下を通過する電子は、高
濃度に不純物がド−プされたチャネル層2を通ることに
より、雑音が発生するためであると考えられている。This is because in the field effect transistor, when the device operates, the electrons passing directly under the gate electrode 8 pass through the channel layer 2 in which impurities are doped at a high concentration to generate noise. Is believed to be.
【0008】本発明は、上述した問題点を解決し、雑音
指数の大幅な向上を図ることをその課題とするAn object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to significantly improve the noise figure.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板上
に、第1の半導体からなるバッファ層、この第1の半導
体より電子親和力が大きい第2の半導体からなるアンド
−プのチャネル層、前記第1の半導体より電子親和力が
大きい第3の半導体からなるチャネル層、前記第2、第
3の半導体より電子親和力が小さい第4の半導体層、及
び第5の半導体からなるキャップ層を備え、前記キャッ
プ層に接続する1対の電極と、この電極内の前記第4の
半導体層に配設されたゲート電極とを設けてなる。According to the present invention, a buffer layer made of a first semiconductor, an AND channel layer made of a second semiconductor having an electron affinity higher than that of the first semiconductor are provided on a semiconductor substrate. A channel layer made of a third semiconductor having an electron affinity higher than that of the first semiconductor, a fourth semiconductor layer having an electron affinity lower than those of the second and third semiconductors, and a cap layer made of a fifth semiconductor, A pair of electrodes connected to the cap layer and a gate electrode arranged in the fourth semiconductor layer in the electrodes are provided.
【0010】[0010]
【作用】本発明では、素子動作時、ゲート電極直下を通
過する電子は、アンド−プのチャネル層を通ることによ
り、雑音の発生が抑制される。According to the present invention, when the device is in operation, the electrons passing directly under the gate electrode pass through the channel layer of the AND, so that the generation of noise is suppressed.
【0011】[0011]
【実施例】以下、本発明の実施例を図1及び図2を参照
して説明する。図1は、本発明の一実施例を示す断面
図、図2は、本発明のゲート電極直下の伝導体バンド構
造の模式図である。Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic view of a conductor band structure immediately below a gate electrode of the present invention.
【0012】尚、図3と同一構成部分には同一符号を付
す。The same components as those in FIG. 3 are designated by the same reference numerals.
【0013】図1に示すように、10は、半絶縁性Ga
As基板、4はGaAs半導体からなる障壁層を兼ねる
バッファ層である。As shown in FIG. 1, 10 is a semi-insulating Ga.
The As substrate 4 is a buffer layer which also serves as a barrier layer made of a GaAs semiconductor.
【0014】3は、本発明の特徴とするところのチャネ
ル層であり、バッファ層4のGaAs半導体より電子親
和力が大きいアンド−プのInGaAs半導体にて構成
され、上記バッファ層4上に設けられる。Reference numeral 3 is a channel layer, which is a feature of the present invention, and is made of an In-deep InGaAs semiconductor having an electron affinity higher than that of the GaAs semiconductor of the buffer layer 4, and is provided on the buffer layer 4.
【0015】2は上記バッファ層4のGaAs半導体よ
り電子親和力が大きいn型不純物を高濃度にド−プした
n型AlGaAs半導体層からなるチャネル層で、チャ
ネル層3上に設けられる。Reference numeral 2 denotes a channel layer formed of an n-type AlGaAs semiconductor layer in which an n-type impurity having a higher electron affinity than the GaAs semiconductor of the buffer layer 4 is doped at a high concentration, and is provided on the channel layer 3.
【0016】そして、このチャネル層2上にチャネル層
2、3より電子親和力が小さいn型AlGaAs半導体
層1、このn型AlGaAs1上にn型GaAs層から
なるキャップ層5が設けられる。更に、一方のキャップ
層5と接続するソース電極6、他方のキャップ層5と接
続するドレイン電極7、ソース電極6とドレイン電極7
間のn型AlGaAs半導体層1とショットキ接続する
ゲート電極8が夫々設けられ、本発明に係る電界効果型
トランジスタが形成される。An n-type AlGaAs semiconductor layer 1 having a smaller electron affinity than the channel layers 2 and 3 is provided on the channel layer 2, and a cap layer 5 made of an n-type GaAs layer is provided on the n-type AlGaAs 1. Further, the source electrode 6 connected to the one cap layer 5, the drain electrode 7 connected to the other cap layer 5, the source electrode 6 and the drain electrode 7
Gate electrodes 8 that are in Schottky connection with the n-type AlGaAs semiconductor layer 1 between are provided respectively, and the field effect transistor according to the present invention is formed.
【0017】上述したように、本発明の特徴とするとこ
ろは、バッファ層4とチャネル層2との間にアンド−プ
のInGaAsからなるチャネル層3を挿入したことに
ある。そして、このように形成された電界効果型トラン
ジスタのゲート電極8直下の伝導体バンド構造は図2に
示すようになる。ここで、図中の数値は計算により求め
た概算値である。As described above, the feature of the present invention resides in that the channel layer 3 made of In-doped InGaAs is inserted between the buffer layer 4 and the channel layer 2. The conductor band structure immediately below the gate electrode 8 of the field-effect transistor thus formed is as shown in FIG. Here, the numerical values in the figure are approximate values obtained by calculation.
【0018】本発明の第1の具体的実施例について説明
する。A first concrete example of the present invention will be described.
【0019】上記キャップ層5を構成するn型GaAs
半導体層のn型不純物濃度をn=3×1018cm-3に設
定し、また膜厚を800Åとする。N-type GaAs forming the cap layer 5
The n-type impurity concentration of the semiconductor layer is set to n = 3 × 10 18 cm −3 , and the film thickness is set to 800 Å.
【0020】また、n型AlGaAs半導体層1のn型
不純物濃度をn=1×1018cm-3に設定し、この膜厚
を300Åとする。Further, to set the n-type impurity concentration of the n-type AlGaAs semiconductor layer 1 to n = 1 × 10 18 cm -3 , the film thickness and 300 Å.
【0021】チャネル層2は、n型InxGa1-xAs
(xはIn組成パラメータ)で構成し、その不純物濃度
をn=2.5×1018cm-3と設定する。The channel layer 2 is made of n-type In x Ga 1-x As.
(X is an In composition parameter), and the impurity concentration thereof is set to n = 2.5 × 10 18 cm −3 .
【0022】チャネル層3は、アンド−プのInxGa
1-xAs(xはIn組成パラメータ)で構成する。The channel layer 3 is made of In-doped In x Ga.
1-x As (x is an In composition parameter).
【0023】そして、チャネル層2のIn組成パラメー
タxを0.15、膜厚50ÅとしたものをA群とし、I
n組成パラメータxを0.15、膜厚100Åとしたも
のをB群とし、Inの組成パラメータx=0.20、膜
厚50ÅとしたものをC群とする。The channel layer 2 having an In composition parameter x of 0.15 and a film thickness of 50 Å is defined as a group A, and I
A group B having an n composition parameter x of 0.15 and a film thickness of 100 Å is a group B, and an In composition parameter x = 0.20 and a film thickness of 50 Å is a group C.
【0024】尚、チャネル層3のInの組成パラメータ
xの組成は夫々チャネル層2の上記群と同じくして、ア
ンド−プInxGa1-xAsの膜厚Dを0、20Å、50
Å、100Å、120Å、150Åと変化させて、上記
サンプルをMBE法で夫々の半導体層を成長させ、ゲー
ト長0.2μmの電界効果型トランジスタを作成した。
その各電界効果型トランジスタを、12GHz(Vds
=2V、Ids=10mA)での最小雑音指数NFmi
nを比較した結果を表1に示す。The composition of the In composition parameter x of the channel layer 3 is the same as that of the above-described group of the channel layer 2, and the film thickness D of the In-doped In x Ga 1-x As is 0, 20Å, 50.
The semiconductor layers of the above sample were grown by the MBE method while changing the thicknesses of Å, 100 Å, 120 Å, and 150 Å to prepare field effect transistors having a gate length of 0.2 μm.
Each of the field effect transistors is set to 12 GHz (Vds
= 2V, Ids = 10 mA) minimum noise figure NFmi
The results of comparing n are shown in Table 1.
【0025】[0025]
【表1】 [Table 1]
【0026】表1より、図3に示した従来構造(D=0
Å)のものでは、NFminは1.0近傍である。From Table 1, the conventional structure shown in FIG. 3 (D = 0
Å), NFmin is around 1.0.
【0027】これに対して、本発明の構造、すなわち、
バッファ層4とチャネル層2との間にアンド−プのチャ
ネル層3を挿入したものにおいては、大幅に性能が向上
していることが分かる。On the other hand, the structure of the present invention, that is,
It can be seen that the performance is significantly improved in the case where the AND channel layer 3 is inserted between the buffer layer 4 and the channel layer 2.
【0028】また、この第1の具体的実施例では、チャ
ネル層3の膜厚が100Åを越えると再び性能は低下し
ているので、このチャネル層3の膜厚は100Å以下が
好ましい。Further, in the first specific example, since the performance deteriorates again when the film thickness of the channel layer 3 exceeds 100 Å, the film thickness of the channel layer 3 is preferably 100 Å or less.
【0029】次に、上記第1の実施例よりも性能が優れ
る本発明の第2の具体的実施例について説明する。Next, a second specific example of the present invention, which is superior in performance to the first example, will be described.
【0030】上記キャップ層5を構成するn型GaAs
半導体層のn型不純物濃度をn=3×1018cm-3に設
定し、また膜厚を800Åとする。N-type GaAs forming the cap layer 5
The n-type impurity concentration of the semiconductor layer is set to n = 3 × 10 18 cm −3 , and the film thickness is set to 800 Å.
【0031】また、n型AlGaAs半導体層1のn型
不純物濃度をn=1×1018cm-3に設定し、この膜厚
を300Åとする。Further, to set the n-type impurity concentration of the n-type AlGaAs semiconductor layer 1 to n = 1 × 10 18 cm -3 , the film thickness and 300 Å.
【0032】チャネル層2は、n型InxGa1-xAs
(xはIn組成パラメータ)で構成する。そして、チャ
ネル層2のIn組成パラメータxを0.15、n型不純
物濃度をn=2.5×1018cm-3、チャネル層2及び
3の合計膜厚を150ÅとしたものをD群とし、In組
成パラメータxを0.20、n型不純物濃度をn=2.
5×1018cm-3、チャネル層2及び3の合計膜厚を1
50ÅとしたものをE群とし、In組成パラメータxを
0.15、n型不純物濃度をn=4×1018cm -3、チ
ャネル層2及び3の合計膜厚を150ÅとしたものをF
群とし、In組成パラメータxを0.15、n型不純物
濃度をn=2.5×1018cm-3、チャネル層2及び3
の合計膜厚を100ÅとしたものをG群とする。The channel layer 2 is an n-type InxGa1-xAs
(X is an In composition parameter). And Cha
In composition parameter x of the channel layer 2 is 0.15, n-type impurity
N = 2.5 × 1018cm-3, Channel layer 2 and
The total film thickness of 3 was set to 150 Å and the group D was used.
The composition parameter x is 0.20, and the n-type impurity concentration is n = 2.
5 x 1018cm-3, The total thickness of the channel layers 2 and 3 is 1
50 Å is set as the E group, and the In composition parameter x is
0.15, n-type impurity concentration n = 4 × 1018cm -3, J
The total film thickness of the channel layers 2 and 3 is set to 150 Å and F
In composition parameter x is 0.15, n-type impurity
Concentration n = 2.5 × 1018cm-3, Channel layers 2 and 3
The group G having a total film thickness of 100 Å is defined as G group.
【0033】チャネル層3は、アンド−プのInxGa
1-xAs(xはIn組成パラメータ)で構成する。The channel layer 3 is made of In-doped In x Ga.
1-x As (x is an In composition parameter).
【0034】尚、チャネル層3のInの組成パラメータ
xの組成は夫々チャネル層2の上記群と同じくして、n
型InxGa1-xAsの膜厚D’を10Å、20Å、30
Å、40Å、50Å、70Åと変化させて、上記サンプ
ルをMBE法で夫々の半導体層を成長させ、ゲート長
0.2μmの電界効果型トランジスタを作成した。その
各電界効果型トランジスタを、12GHz(Vds=2
V、Ids=10mA)での最小雑音指数NFminを
比較した結果を表2に示す。The composition of the In composition parameter x of the channel layer 3 is the same as that of the above-mentioned group of the channel layer 2 and n
The film thickness D ′ of the type In x Ga 1-x As is 10Å, 20Å, 30
The sample was changed to Å, 40 Å, 50 Å, 70 Å, and each semiconductor layer was grown by the MBE method to prepare a field effect transistor having a gate length of 0.2 μm. Each of the field effect transistors is set to 12 GHz (Vds = 2
Table 2 shows the result of comparison of the minimum noise figure NFmin at V and Ids = 10 mA.
【0035】[0035]
【表2】 [Table 2]
【0036】表2より、本発明の構造、すなわち、バッ
ファ層4とチャネル層2との間にアンド−プのチャネル
層3を挿入したものにおいては、大幅に性能が向上して
いることに加えて、この第2の具体的実施例は、第1の
具体的実施例のものよりも、性能が優れていることも分
かる。From Table 2, in addition to the fact that the structure of the present invention, that is, the structure in which the AND channel layer 3 is inserted between the buffer layer 4 and the channel layer 2, the performance is significantly improved. It can also be seen that this second specific example has better performance than that of the first specific example.
【0037】また、この第2の具体的実施例では、チャ
ネル層2の膜厚が30Åを越えると再び性能は低下して
いるので、このチャネル層2の膜厚は30Å以下が好ま
しい。Further, in the second specific example, when the film thickness of the channel layer 2 exceeds 30 Å, the performance deteriorates again. Therefore, the film thickness of the channel layer 2 is preferably 30 Å or less.
【0038】[0038]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ゲート電極直下での雑音の発生を抑制でき、雑音指数の
大幅な向上を図ることができる。As described above, according to the present invention,
Generation of noise immediately below the gate electrode can be suppressed, and the noise figure can be significantly improved.
【図1】本発明の一実施例の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the present invention.
【図2】本発明のゲート電極直下の伝導体バンド構造の
模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a conductor band structure immediately below a gate electrode of the present invention.
【図3】従来の電界効果型トランジスタの断面図であ
る。FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional field effect transistor.
1・・・n型AlGaAs半導体層 2・・・チャネル層 3・・・チャネル層 4・・・バッファ層 5・・・キャップ層 6・・・ソース電極 7・・・ドレイン電極 8・・・ゲート電極 10・・・半絶縁性GaAs基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... n-type AlGaAs semiconductor layer 2 ... channel layer 3 ... channel layer 4 ... buffer layer 5 ... cap layer 6 ... source electrode 7 ... drain electrode 8 ... gate Electrode 10 ... Semi-insulating GaAs substrate
Claims (1)
バッファ層、この第1の半導体より電子親和力が大きい
第2の半導体からなるアンド−プのチャネル層、前記第
1の半導体より電子親和力が大きい第3の半導体からな
るチャネル層、前記第2、第3の半導体より電子親和力
が小さい第4の半導体層、及び第5の半導体からなるキ
ャップ層を備え、前記キャップ層に接続する1対の電極
と、この電極内の前記第4の半導体層に配設されたゲー
ト電極とを設けてなる電界効果型半導体装置。Claim: What is claimed is: 1. A buffer layer made of a first semiconductor, an AND channel layer made of a second semiconductor having an electron affinity higher than that of the first semiconductor, and a buffer layer made of the first semiconductor on the semiconductor substrate. A channel layer made of a third semiconductor having an electron affinity higher than that of the first semiconductor, a fourth semiconductor layer having an electron affinity lower than those of the second and third semiconductors, and a cap layer made of a fifth semiconductor; A field effect semiconductor device comprising a pair of electrodes connected to a layer, and a gate electrode arranged in the fourth semiconductor layer in the electrode.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33737590 | 1990-11-30 | ||
JP2-337375 | 1990-11-30 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH056905A true JPH056905A (en) | 1993-01-14 |
Family
ID=18308033
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP31642691A Pending JPH056905A (en) | 1990-11-30 | 1991-11-29 | Field-effect semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH056905A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010116699A1 (en) * | 2009-04-06 | 2010-10-14 | 住友化学株式会社 | Semiconductor substrate, method for manufacturing semiconductor substrate, method for evaluating semiconductor substrate, and electronic device |
-
1991
- 1991-11-29 JP JP31642691A patent/JPH056905A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010116699A1 (en) * | 2009-04-06 | 2010-10-14 | 住友化学株式会社 | Semiconductor substrate, method for manufacturing semiconductor substrate, method for evaluating semiconductor substrate, and electronic device |
US9117892B2 (en) | 2009-04-06 | 2015-08-25 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Semiconductor wafer with improved current-voltage linearity |
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