JPH06163599A - 化合物半導体ヘテロ接合電界効果トランジスタ - Google Patents

化合物半導体ヘテロ接合電界効果トランジスタ

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JPH06163599A
JPH06163599A JP31700892A JP31700892A JPH06163599A JP H06163599 A JPH06163599 A JP H06163599A JP 31700892 A JP31700892 A JP 31700892A JP 31700892 A JP31700892 A JP 31700892A JP H06163599 A JPH06163599 A JP H06163599A
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undoped
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electron
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Abstract

(57)【要約】 【目的】化合物半導体ヘテロ接合電界効果トランジスタ
において、スペーサ層とチャネル層との界面のクーロン
散乱を低減する。二次元電子ガスの電子移動度を高め
て、相互コンダクタンスgm および雑音指数の改善を図
る。 【構成】半絶縁性GaAs基板1にアンドープGaAs
バッファ層2、アンドープInGaAs電流チャネル層
3、N型AlGaAs電子供給層5を順次成長させる。
つぎにゲート電極6、ソース電極7およびドレイン電極
8を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体ヘテロ接合
電界効果トランジスタ(FET)の高性能化に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】化合物半導体電界効果トランジスタとし
て、ヘテロ接合のエネルギーギャップギャップの小さい
半導体に誘起される二次元電子ガス(2DEG)層を用
いた電界効果トランジスタ(FET)がある。
【0003】従来のFETとしてMorkocらの“S
emiconductor Device with
Strained InGaAs Layer”Uni
ted States Patent 4,827,3
20,May 2,1989について、図3を参照して
説明する。
【0004】半絶縁性GaAs基板1上に、アンドープ
(高純度)GaAsバッファ層2、アンドープInGa
As電流チャネル層3、アンドープAlGaAsスペー
サ層4a、SiドープAlGaAs電子供給層5が堆積
されている。その上にゲート電極6、ソース電極7およ
びドレイン電極8が形成されている。
【0005】アンドープAlGaAsスペーサ層4aお
よびアンドープGaAsバッファ層2にはさまれたアン
ドープInGaAs電流チャネル層3のポテンシャル井
戸には二次元電子ガス(2DEG)3aが形成される。
ゲート電極6に印加される電圧によってソース電極7と
ドレイン電極8との間の二次元電子ガス3aを流れる電
流が制御される。
【0006】FETの性能を向上させるには、二次元電
子ガス3aのシート電子濃度および電子移動度を高める
必要がある。そこでSiドープAlGaAs電子供給層
5とアンドープInGaAsチャネル層3との間にアン
ドープAlGaAsスペーサ層4aを挿入して、AlG
aAs電子供給層5のドナーイオンによるクーロン散乱
を抑えることによって、二次元電子ガス3aの電子移動
度を高めている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】アンドープInGaA
s電流チャネル層とアンド−プAlGaAsスペーサ層
との界面には、Ga,Al,In,Asからなる4元化
合物が形成されている。4元化合物によるクーロン散乱
の影響が無視できないので、ヘテロ界面近傍の二次元電
子ガスの電子移動度を十分に高めることができなかっ
た。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の化合物半導体ヘ
テロ接合電界効果トランジスタは、半導体基板の一主面
上にアンドープバッファ層、前記バッファ層よりも電子
親和力が大きくエネルギーギャップギャップが小さい半
導体からなるチャネル層、前記バッファ層と電子親和力
およびエネルギーギャップギャップが等しい半導体から
なるスペーサ層および前記スペーサ層よりも電子親和力
が小さくエネルギーギャップギャップが大きい半導体か
らなる電子供給層が順次堆積されたものである。
【0009】
【実施例】本発明の第1の実施例について図1(a)を
参照して説明する。
【0010】はじめに半絶縁性GaAs基板1をMBE
装置の成長室内で熱クリーニングしたのち、成長温度6
00℃で厚さ1μmのアンドープGaAsバッファ層2
を成長させる。つぎに成長温度を500℃に下げたのち
厚さ10nmのアンドープInY Ga1-Y As電流チャ
ネル層3(組成比Y=0.2)、厚さ1.5nmのアン
ドープGaAsスペーサ層4、Siを2×1018cm-3
ドープした厚さ40nmのN型AlX Ga1-X As電子
供給層5(組成比X=0.2)を順次成長させる。つぎ
にゲート電極6、ソース電極7およびドレイン電極8を
形成する。
【0011】N型AlX Ga1-X As電子供給層5から
は二次元電子ガス3aに十分な電子が供給される。ゲー
ト電極6に印加される電圧によってソース電極7とドレ
イン電極8との間の二次元電子ガス3aを流れる電流が
制御される。
【0012】本実施例の77Kにおける二次元電子ガス
の電子移動度μは2.9×104 cm2 /V・sと、従
来例よりも20%増加した。
【0013】またFETの性能を判断する指標である相
互コンダクタンスgm は、従来例よりも25%増加し
た。
【0014】図2に77Kにおける二次元電子ガスの電
子移動度のスペーサ層厚依存性を示す。試作実験ではア
ンドープGaAsスペーサ層の厚さが1nmから3nm
の範囲で良好な特性が確認されているが、電子移動度が
最高になる約1.5nmが最適値となることがわかる。
【0015】つぎに本発明の第2の実施例について図1
(b)を参照して説明する。
【0016】はじめに半絶縁性GaAs基板1をMBE
装置の成長室内で熱クリーニングしたのち、成長速度8
00℃で厚さ1μmのアンド−プGaAsバッファ層2
を成長させる。つぎに成長温度を500℃に下げたのち
厚さ10nmのアンドープInY Ga1-Y As電流チャ
ネル層3(組成比Y=0.2)、厚さ1.5nmのアン
ドープGaAsスペ−サ層4、厚さ30nmのSiドー
プN型AlX Ga1-XAs電子供給層5(組成比X=
0.2)を成長させる。つぎにゲート電極6、ソース電
極7およびドレイン電極8を形成する。
【0017】本実施例ではSiドープ電子供給層5のS
i濃度は一様ではなく、濃度NS =5×1012cm-2
Siデルタドープ層5aに集中させている。したがって
二次元電子ガス3aには十分な電子を供給することがで
きる。
【0018】このFETの77Kにおける二次元電子ガ
ス3aの電子移動度μは2.8×104 cm2 /V・s
と、従来例よりも15%増加した。
【0019】しかもAlX Ga1-X As電子供給層5が
デルタドープされているので第1の実施例よりも薄くす
ることができる。ゲート電極と二次元電子ガス3aとの
距離が短くなってgm が従来例よりも30%増加した。
【0020】
【発明の効果】SiドープN型AlGaAs電子供給層
とアンドープInGaAsチャネル層との間にアンドー
プGaAsスペーサ層を挿入した。その結果、へテロ界
面近傍におけるGa,Al,In,Asからなる4元化
合物が形成されなくなった。
【0021】ヘテロ界面近傍のクーロン散乱を低減し
て、二次元電子ガスの電子移動度は従来例よりも15%
以上高〈なり、FET特性が大幅に向上した。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1の実施例を示す断面図で
ある。(b)は本発明の第2の実施例を示す断面図であ
る。
【図2】スペーサ層の厚さに対する二次元電子ガスの電
子移動度を示すグラフである。
【図3】従来のFETを示す断面図である。
【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InY Ga1-Y As電流チャネル層 3a 二次元電子ガス 4 アンドープGaAsスペーサ層 4a アンドープAlGaAsスペーサ層 5 SiドープN型AlX Ga1-X As電子供給層 5a Siデルタドープ層 6 ゲート電極 7 ソース電極 8 ドレイン電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の一主面上にアンドープバッ
    ファ層、前記バッファ層よりも電子親和力が大きくエネ
    ルギーギャップギャップが小さい半導体からなるチャネ
    ル層、前記バッファ層と電子親和力およびエネルギーギ
    ャップギャップが等しい半導体からなるスペーサ層およ
    び前記スペーサ層よりも電子親和力が小さくエネルギー
    ギャップギャップが大きい半導体からなる電子供給層が
    順次堆積された化合物半導体ヘテロ接合電界効果トラン
    ジスタ。
  2. 【請求項2】 バッファ層がGaAsで、チャネル層が
    InGaAsで、スペーサ層がGaAsで、電子供給層
    がAlGaAsである請求項1記載の化合物半導体ヘテ
    ロ接合電界効果トランジスタ。
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