JPH07153937A - ヘテロ接合fet - Google Patents

ヘテロ接合fet

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JPH07153937A
JPH07153937A JP30025793A JP30025793A JPH07153937A JP H07153937 A JPH07153937 A JP H07153937A JP 30025793 A JP30025793 A JP 30025793A JP 30025793 A JP30025793 A JP 30025793A JP H07153937 A JPH07153937 A JP H07153937A
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JP
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silicon
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gaas
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Abstract

(57)【要約】 【目的】ミリ波帯で使用するヘテロ接合FETにおいて
大信号動作時に線形利得を低下させず、かつ飽和入力電
圧付近の線形利得の伸びを向上させながら、高出力、高
耐圧が得られる事を目的とする。 【構成】半絶縁性GaAs基板1上にノンドープGaA
sバッファ層2、ノンドープIn0.2 Ga0.8 Asチャ
ネル層3、第一のシリコンドープGaAs層4、シリコ
ンドープAlGaAs層5、ノンドープAlGaAs層
6、を積層し、6上にショットキーゲートを形成する。
5,6によりゲートショットキー接合での、トンネリン
グ電流、鏡像効果等に起因した熱電子放出電流は低減さ
れ、ゲート逆方向リーク電流は大きく低減される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高出力ヘテロ接合FET
に関し、特にミリ波帯で大信号動作時に高利得、高出
力、高耐圧が得られるヘテロ接合FETに関する。
【0002】
【従来の技術】図2は、従来のミリ波帯高出力FETの
断面図であり、半導体基板11、バッファ層12、ノン
ドープIn0.2 Ga0.8 As層3、第一のシリコンドー
プAl0.2 Ga0.8 As層(3x1018(cm-3))1
3、第二のシリコンドープAl0.2 G0.8 As層(1
x1017(cm-3))14、高濃度シリコドープGaA
s層7、14にショットキー接合を形成したゲート電
極、それぞれ9,10にオーミック接合を形成したソー
ス,ドレイン電極を有している。次に、動作について説
明する。3は電子が走行するチャネル層として動作し、
13,14はチャネルへの2次元電子ガス(以下2DE
G)の電子供給層として動作する。ここで、In0.2
0.8 As3は2DEGを閉じこめる量子井戸として働
くが、格子不整合である13との間に転位を生じさせな
いための臨界膜厚として150−200Aに律速される
ため、量子井戸の持ちうる2DEGの最大量子状態部と
して働くと共に、主にRsの増大を抑制しつつ、かつ8
とのゲートショットキー接合部のトンネル電流を低減し
高ゲート耐圧の実現に寄与している。これらにより、ミ
リ波帯等の高周波で高出力を達成するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のFET
では、ゲートショットキー接合部でのトンネル電流は低
減できるが、14は低能度であってもドーピングがされ
ているため、ノンドープAlGaAsに比ベショットキ
ーバリア高さ(ΦB)が低い、電界集中に起因して鏡像
効果によるΦBの低下が生ずる、という欠点があった。
これらは熱電子放出電流を増加させ、それが種電流とな
り低電圧でアバランシェ増倍を引き起こし、ゲート電圧
を低下させてしまっていた。また、それを補うために、
14をさらに低濃度化した場合、高抵抗のAlGaAs
により、オーミックからのトンネル電流、又はバリア越
え電流が減少するため、Rsが増大し、FETの高周波
特性である小信号動作時のfmaxの低下、大信号動作
時の線形利得の低下を引き起こすという問題があった。
さらに、大信号動作時にゲートの順方向に電圧を印加し
た場合、パラレルコンダクタンス(gm)が上ずまり、
高周波での飽和入力電圧付近で線形利得が劣化するとい
う問題があった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明のヘテロ接合FE
Tは、半導体基板上に順に成長した、ノンドープInG
aAs層、第一のシリコンドープされたGaAs層、シ
リコンドープされたAlGaAs層、ノンドープAlG
aAs層、第二のシリコンドープされたGaAs層を有
し、ノンドープAlGaAs層にショットキー接合を形
成したゲート電極、第二のGaAs層にオーミック接合
を形成したドレイン、ソース電極を備えている。好まし
くは、InGaAs層がIn組成比20%、膜厚150
Aで、第一のGaAs層の膜厚が50A、濃度3x10
18(cm-3)、ノンドープAlGaAs層の膜厚が20
0Aである事を特徴とする。
【0005】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明の一実施例のヘテロ接合FETの断面
図である。
【0006】半絶縁性GaAs基板1上に、MBEによ
り順に、膜厚2000AのノンドープGaAs2、膜厚
150AでIn組成比20%のノンドープInGaAs
3、膜厚50Aで濃度3x1018(cm-3)の第一のシ
リコンドープGaAs層4、膜厚200Aで濃度1x1
17(cm-3)のシリコンドープAl0.2 Ga0.8 As
層5、膜厚200AのノンドープAl0.2 Ga0.8 As
層6、膜厚1000Aで濃度3x1018(cm-3)の第
二のシリコンドープGaAs層7を積層する。さらに、
6に対してショットキー接合を形成するようゲート電極
を設け、7に対してオーミック接合を形成するようソー
ス、ドレイン電極9,10を設ける。
【0007】AlGaAs層5,6は、ゲートショット
キー接合部とチャネル3間のトンネリング電流を低減す
る。さらに、ゲート近傍の電界を大きく緩和させ、鏡像
効果を抑制すると共に、表面ノンドープAlGaAs層
6はΦBを向上させ、熱電子放出電流も大きく低減され
る。これらにより、ゲート逆方向リーク電流は大きく低
減されるため、アバランシェ増倍の種電流はほぼ無くな
り、増倍は電圧のみを依存するようになり、ゲート電圧
は向上する。また、6によるRsの増大は、4の第一の
高濃度GaAs層により抑制される。すなわち、GaA
s4はAl混晶比20%のAlGasのL谷の伝導帯側
で比べ、室温で約0.22ev程度ポテンシャルは低い
ため、ソース9から注入された電子のInGaAs層3
への実効的なトンネリング、または、バリア越えの距離
はほぼGaAs4の膜厚分減少する。これは、ノンドー
プAlGaAs層6による深さ方向の抵抗成分の増大を
抑制し、Rsの低下に起因した、fmaxの低下、線形
利得の低下を抑制する。また、ゲート順方向へ電圧印加
した場合は、AlGaAsに比べモビリティの高いGa
As4中を電子が走行するため、パラレルコンダクタン
ス成分の抵抗は低減され、gmの上ずまりは解消され、
飽和電圧付近での線形利得の劣化は抑制される。これら
により、ミリ波帯等の高周波で利得を低下させる異なく
高出力を達成できる。
【0008】また、この時GaAs4の濃度、膜厚は本
条件でのInGaAs層3の2DEG容量(2x1012
(cm-2))より少し低めの電荷量(1.5x10
12(cm-2))に設定されており、熱平衡状態で中性領
域を残す異なく完全空乏化する。これにより、AlGa
As/InGaAsとGaAs/InGaAsとの△E
cの差に起因するnsの低下は、抑制されている。
【0009】実際に、この条件でFETを試作し、ゲー
ト長0.2um、ゲート・ドレイン間距離0.5umの
一段ワイドリセス構造のFETで、従来と同等の最大チ
ャネル電流360mA/mmを有しながら、従来より約
7V高いゲート電圧22V、従来と同等のfmax=1
60GHz(ゲート幅100um)が得られ、かつ、ゲ
ート順方向の同じゲート電圧で比較して従来構造に比べ
図3のようにfmaxの伸び向上した、という結果を得
ている。
【0010】次に本発明の実施例2について説明する。
図1において、5の濃度を5x1017(cm-3)とす
る。これにより、Bvgdの向上は、従来に比べ約3V
程度になるが、Imaxは従来に比べ約1.5倍程度に
向上する。さらに、高濃度化によりIsは低減されるた
め、fmaxは従来より約10GHz程度向上する。
【0011】
【発明の効果】以上説明したように、明発明は、半導体
基板上に順に成長した、ノンドープInGaAs層、高
濃度にシリコンドープされた第一のGaAs層、前記G
aAs層に比べ低濃度にシリコンドープされたAlGa
As層、ノンドープAlGaAs層、高濃度にシリコン
ドープされた第二のGaAs層を有し、ノンドープAl
GaAs層にショットキー接合を形成したゲート電極、
第二のGaAs層にオーミック接合を形成したドレイ
ン、ソース電極を設けた。これにより、ゲートショット
キー接合部での、トンネリング電流、鏡像効果等に起因
した熱電子放出電流は低減され、ゲート逆方向電流も低
減されるため、アバランシェ像倍の種電流は減少し、ゲ
ート耐圧は大きく向上する。また、同時に第一のGaA
s層の効果にり、Rsの増大も抑制され、従来程度のf
maxを保持しつつ、かつ、ゲート順方向時のfmax
の伸びも向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のFET断面図。
【図2】従来のFET断面図。
【図3】本発明の一特性例。
【符号の説明】
1 半絶縁性GaAs基板 2 ノンドープGaAs 3 ノンドープIn0.2 Ga0.8 As 4 第一シリコンドープGaAs 5 シリコンドープAlGaAs 6 ノンドープAlGaAs 7 第二シリコンドープGaAs 8 ゲート電極 9 ソース電極 10 ドレイン電極 11 半導体基板 12 バッファ層 13 第一シリコンドープAlGaAs 14 第二シリコンドープAlGaAs

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に順に成長した、ノンドー
    プInGaAs層、第一のシリコンドープあれたGaA
    s層、シリコンドープされたAlGaAs層、ノンドー
    プAlGaAs層、第二のシリコンドープされたGaA
    s層を有し、ノンドープAlGaAs層にショットキー
    接合を形成したゲート電極、第二のGaAs層にオーミ
    ック接合を形成したドレイン、ソース電極を備える事を
    特徴とするヘテロ接合FET。
  2. 【請求項2】 前記InGaAs層がIn組成比20
    %、膜厚150Aで、第一のGaAs層の膜厚が50
    A、濃度3x1018(cm-3)、ノンドープAlGaA
    s層の膜厚が200Aである事を特徴とする請求項1記
    載のヘテロ接合FET。
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WO2010116699A1 (ja) * 2009-04-06 2010-10-14 住友化学株式会社 半導体基板、半導体基板の製造方法、半導体基板の判定方法、および電子デバイス

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