JPH0732247B2 - 半導体装置 - Google Patents
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- JPH0732247B2 JPH0732247B2 JP58195579A JP19557983A JPH0732247B2 JP H0732247 B2 JPH0732247 B2 JP H0732247B2 JP 58195579 A JP58195579 A JP 58195579A JP 19557983 A JP19557983 A JP 19557983A JP H0732247 B2 JPH0732247 B2 JP H0732247B2
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Classifications
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
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- H01L29/7787—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT with wide bandgap charge-carrier supplying layer, e.g. direct single heterostructure MODFET
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Description
【発明の詳細な説明】 （ａ）発明の技術分野 本発明は半導体装置、特に２次元電子ガスの面濃度が増
大し、かつ工業的実施に適する構造を有する半導体装置
に関する。
大し、かつ工業的実施に適する構造を有する半導体装置
に関する。
（ｂ）技術の背景 電子計算機などの性能の一層の向上を志向して半導体装
置の高速化、低消費電力化が推進されており、キャリア
移動度がシリコン（Si）より遥に大きい砒化ガリウム
（GaAs）などの化合物半導体を用いる半導体装置が多く
開発されている。
置の高速化、低消費電力化が推進されており、キャリア
移動度がシリコン（Si）より遥に大きい砒化ガリウム
（GaAs）などの化合物半導体を用いる半導体装置が多く
開発されている。
従来の構造のSiもしくはGaAs等の半導体装置において
は、キャリアは不純物イオンが存在している半導体空間
内を移動する。この移動に際してキャリアは格子振動お
よび不純物イオンによって散乱を受けるが、格子振動に
よる散乱の確率を小さくするために温度を低下させると
不純物イオンによる散乱の確率が大きくなり、キャリア
の移動度はこれによって制限される。
は、キャリアは不純物イオンが存在している半導体空間
内を移動する。この移動に際してキャリアは格子振動お
よび不純物イオンによって散乱を受けるが、格子振動に
よる散乱の確率を小さくするために温度を低下させると
不純物イオンによる散乱の確率が大きくなり、キャリア
の移動度はこれによって制限される。
この不純物散乱効果を排除するために、不純物が添加さ
れる領域とキャリアが移動する領域とをヘテロ接合界面
によって空間的に分離して、特に低温におけるキャリア
の移動度を増大せしめたヘテロ接合形電界効果トランジ
スタ（以下ヘテロ接合形FETと略称する）によって一層
の高速化が実現されている。
れる領域とキャリアが移動する領域とをヘテロ接合界面
によって空間的に分離して、特に低温におけるキャリア
の移動度を増大せしめたヘテロ接合形電界効果トランジ
スタ（以下ヘテロ接合形FETと略称する）によって一層
の高速化が実現されている。
（ｃ）従来技術と問題点 ヘテロ接合形FETの従来の構造の１例を第１図に示す。
半絶縁性GaAs基板１上に、ノンドープのGaAs層２と、こ
れより電子親和力が小さくドナー不純物を含むｎ型の砒
化アルミニウムガリウム（AlGaAs）層３とが設けられ
て、両層の界面はヘテロ接合を形成している。ｎ型AlGa
As層３（電子供給層という）からノンドープのGaAs層２
（チャネル層という）へ遷移した電子によってヘテロ接
合界面近傍に生成される２次元電子ガス５がチャネルと
して機能し、その電子濃度をゲート電極６に印加する電
圧によって制御することによって、ソース電極７とドレ
イン電極８との間のインピーダンスが制御される。
半絶縁性GaAs基板１上に、ノンドープのGaAs層２と、こ
れより電子親和力が小さくドナー不純物を含むｎ型の砒
化アルミニウムガリウム（AlGaAs）層３とが設けられ
て、両層の界面はヘテロ接合を形成している。ｎ型AlGa
As層３（電子供給層という）からノンドープのGaAs層２
（チャネル層という）へ遷移した電子によってヘテロ接
合界面近傍に生成される２次元電子ガス５がチャネルと
して機能し、その電子濃度をゲート電極６に印加する電
圧によって制御することによって、ソース電極７とドレ
イン電極８との間のインピーダンスが制御される。
以上説明した従来例の如く、前記構造を構成する半導体
材料として現在主流をなしているものは、基板及びチャ
ネル層をGaAs,電子供給層をAl-GaAsによって構成するAl
GaAs/GaAs系半導体である。またGaAs基板１上にGaAsチ
ャネル層２及びAlGaAs電子供給層３をエピタキシャル成
長する方法としては主として分子線ビームエピタキシャ
ル成長方法（以下MBE法と略称する）が行なわれてい
る。
材料として現在主流をなしているものは、基板及びチャ
ネル層をGaAs,電子供給層をAl-GaAsによって構成するAl
GaAs/GaAs系半導体である。またGaAs基板１上にGaAsチ
ャネル層２及びAlGaAs電子供給層３をエピタキシャル成
長する方法としては主として分子線ビームエピタキシャ
ル成長方法（以下MBE法と略称する）が行なわれてい
る。
しかしながらAlGaAsには深いドナー準位が形成されるた
めにフェルミ準位も深く、第２図に示す如く伝導帯の湾
曲が少なくて、AlGaAs電子供給層３のGaAsチャネル層２
とのヘテロ接合界面近傍における伝導帯の電子に作用す
る電界強度が不充分であるために、AlGaAs電子供給層３
のドナー不純物濃度を高めても２次元電子ガス５の電子
面濃度はあまり増加しない。この様にキャリア濃度が不
充分であることから、オーミックコンタクト抵抗及びソ
ース抵抗を低減し難く、従ってアナログ信号増幅に際し
て特に問題となる雑音指数の減少或いは電力の増大など
が極めて困難であって、キャリア濃度の増大が必要とさ
れている。
めにフェルミ準位も深く、第２図に示す如く伝導帯の湾
曲が少なくて、AlGaAs電子供給層３のGaAsチャネル層２
とのヘテロ接合界面近傍における伝導帯の電子に作用す
る電界強度が不充分であるために、AlGaAs電子供給層３
のドナー不純物濃度を高めても２次元電子ガス５の電子
面濃度はあまり増加しない。この様にキャリア濃度が不
充分であることから、オーミックコンタクト抵抗及びソ
ース抵抗を低減し難く、従ってアナログ信号増幅に際し
て特に問題となる雑音指数の減少或いは電力の増大など
が極めて困難であって、キャリア濃度の増大が必要とさ
れている。
またMBE法による成長層は未だ結晶欠陥が多く歩留が向
上せず、また成長層が制御条件の変化に対して敏感であ
り極めて高い真空度を必要とするなど、半導体装置を工
業的に大量に製造するには不都合な点が多く、MBE法よ
り工業化に適するエピタキシャル成長方法が要望されて
いる。
上せず、また成長層が制御条件の変化に対して敏感であ
り極めて高い真空度を必要とするなど、半導体装置を工
業的に大量に製造するには不都合な点が多く、MBE法よ
り工業化に適するエピタキシャル成長方法が要望されて
いる。
なおIII-V族化合物半導体装置の基板に用いる単結晶と
してはGaAsが現在最も良質であって、ヘテロ接合形FET
を素子とする集積回路装置を早期に実用化するためには
GaAs単結晶を基板として使用するべきである。
してはGaAsが現在最も良質であって、ヘテロ接合形FET
を素子とする集積回路装置を早期に実用化するためには
GaAs単結晶を基板として使用するべきである。
（ｄ）発明の目的 本発明はGaAsチャネル層に電子面濃度の高い２次元電子
ガスが生成され、更に生産性の高いエピタキシャル成長
方法によってこれを製造することが可能なヘテロ接合形
FETを提供することを目的とする。
ガスが生成され、更に生産性の高いエピタキシャル成長
方法によってこれを製造することが可能なヘテロ接合形
FETを提供することを目的とする。
（ｅ）発明の効果 本発明の前記目的は、砒化ガリウムよりなる第１の半導
体層と、該第１の半導体層に接してドナー不純物を含む
燐化インジウムガリウムよりなる第２の半導体層と、該
第２の半導体層に接して砒化ガリウムよりなる第３の半
導体層と、該第３の半導体層に接して、前記第２の半導
体層から遷移する電子によって前記第１の半導体層に形
成される２次元電子ガス層を制御する電極とを備えてな
る半導体装置により達成される。
体層と、該第１の半導体層に接してドナー不純物を含む
燐化インジウムガリウムよりなる第２の半導体層と、該
第２の半導体層に接して砒化ガリウムよりなる第３の半
導体層と、該第３の半導体層に接して、前記第２の半導
体層から遷移する電子によって前記第１の半導体層に形
成される２次元電子ガス層を制御する電極とを備えてな
る半導体装置により達成される。
すなわち本発明の半導体装置は、ノンドープのGaAsチャ
ネル層にヘテロ接合してドナー不純物を含む電子供給層
を燐化インジウムガリウム（In0.48Ga0.52P）によって
形成し、この電子供給層とゲート電極との間にGaAs層を
設けている。本半導体装置のエネルギーダイヤグラムは
第３図の様であって、InGaPはドナー不純物準位が浅い
ためにフェルミ準位が浅くて伝導帯の湾曲が大きく、In
GaP電子供給層13のGaAsチャネル層12とのヘテロ接合界
面近傍には強い電界が形成されて、２次元電子ガス15の
面濃度は電子供給層にAlGaAsを用いた従来構造に比較し
て大幅に増大する。
ネル層にヘテロ接合してドナー不純物を含む電子供給層
を燐化インジウムガリウム（In0.48Ga0.52P）によって
形成し、この電子供給層とゲート電極との間にGaAs層を
設けている。本半導体装置のエネルギーダイヤグラムは
第３図の様であって、InGaPはドナー不純物準位が浅い
ためにフェルミ準位が浅くて伝導帯の湾曲が大きく、In
GaP電子供給層13のGaAsチャネル層12とのヘテロ接合界
面近傍には強い電界が形成されて、２次元電子ガス15の
面濃度は電子供給層にAlGaAsを用いた従来構造に比較し
て大幅に増大する。
ただし、InGaP電子供給層13にゲート電極16を直接接触
させるならばショットキーバリアの高さが、例えばゲー
ト電極材料がアルミニウム（Al）である場合に従来のAl
GaAsでは約1.0〔eV〕であるのに比較してInGaPでは約0.
7〔eV〕となるなどの低下を来す。この問題点に対して
は、InGaP電子供給層13とゲート電極16との間にGaAs層1
4を設けることによって、第３図に示す如くInGaP電子供
給層13の該GaAs層14とのヘテロ接合界面のエネルギー準
位を高めて、有効バリア高さを従来以上としている。
させるならばショットキーバリアの高さが、例えばゲー
ト電極材料がアルミニウム（Al）である場合に従来のAl
GaAsでは約1.0〔eV〕であるのに比較してInGaPでは約0.
7〔eV〕となるなどの低下を来す。この問題点に対して
は、InGaP電子供給層13とゲート電極16との間にGaAs層1
4を設けることによって、第３図に示す如くInGaP電子供
給層13の該GaAs層14とのヘテロ接合界面のエネルギー準
位を高めて、有効バリア高さを従来以上としている。
更に本発明によるGaAs/InGaP/GaAs積層構造はAlを含ま
ないために気相エピタキシャル成長方法によって成長す
ることが容易であって、従来のAlGaAs/GaAs積層構造形
成の主流であるMEB法に比較して、その生産性が大きく
向上する。
ないために気相エピタキシャル成長方法によって成長す
ることが容易であって、従来のAlGaAs/GaAs積層構造形
成の主流であるMEB法に比較して、その生産性が大きく
向上する。
（ｆ）発明の実施例 以下本発明を実施例により図面を参照して具体的に説明
する。
する。
第４図は本発明の１実施例を示す断面図であり、11は半
絶縁性GaAs基板、12はノンドープのGaAsチャネル層、13
はドナー不純物としてシリコン（Si）を含むｎ型InGaP
電子供給層、14はノンドープのGaAs層、15は２次元電子
ガス、16はゲート電極、17はソース電極、18はドレイン
電極である。
絶縁性GaAs基板、12はノンドープのGaAsチャネル層、13
はドナー不純物としてシリコン（Si）を含むｎ型InGaP
電子供給層、14はノンドープのGaAs層、15は２次元電子
ガス、16はゲート電極、17はソース電極、18はドレイン
電極である。
本実施例においては前記半導体層12乃至14は第５図に模
式図を示す気相エピタキシャル成長方法によって成長し
ている。すなわち２室の成長室21及び22を備えた成長装
置の第１の成長室21にはガリウム（Ga）23を収容し、第
２の成長室22にはGa24及びインジウム（In）25を収容す
る。又、半絶縁性GaAs基板11は両成長室21及び22それぞ
れの所定の位置に移動させることができる。
式図を示す気相エピタキシャル成長方法によって成長し
ている。すなわち２室の成長室21及び22を備えた成長装
置の第１の成長室21にはガリウム（Ga）23を収容し、第
２の成長室22にはGa24及びインジウム（In）25を収容す
る。又、半絶縁性GaAs基板11は両成長室21及び22それぞ
れの所定の位置に移動させることができる。
ノンドープのGaAs層12及び14の成長は成長室21で行な
う。Ga23を温度800〔℃〕程度、基板11を温度670〔℃〕
程度とし、水素（H2）を塩化砒素（AsCl3）中でバブリ
ングさせた混合ガスを流量0.5〔l/min〕程度としてこれ
を流量３乃至3.5〔l/min〕程度のH2ガスで稀釈しガス導
入口26から導入して、GaAs層12は厚さ例えば２〔μｍ〕
程度に、GaAs層14はInGaP層13上に厚さ例えば５〔nm〕
程度に成長している。
う。Ga23を温度800〔℃〕程度、基板11を温度670〔℃〕
程度とし、水素（H2）を塩化砒素（AsCl3）中でバブリ
ングさせた混合ガスを流量0.5〔l/min〕程度としてこれ
を流量３乃至3.5〔l/min〕程度のH2ガスで稀釈しガス導
入口26から導入して、GaAs層12は厚さ例えば２〔μｍ〕
程度に、GaAs層14はInGaP層13上に厚さ例えば５〔nm〕
程度に成長している。
ｎ型InGaP層13の成長は成長室22で行なう。前記のGaAs
層12の成長後に基板11を成長室22に移動し、Ga24を温度
750〔℃〕程度、In25を温度800〔℃〕程度とし、基板11
の温度はGaAsの成長と同等として、ガス導入口27から塩
化燐（PCl3）を水素ガスと共に導入する。この反応ガス
にはInGaP層13が５〔nm〕程度成長した後にモノシラン
（SiH4）が添加されて、InGaP層13はGaAs層12とのヘテ
ロ接合界面から前記厚さの領域を除いた領域にドナー不
純物としてSiが１×1018〔cm-3〕程度にドープされる。
本実施例においてはInGaP層13の厚さを約50〔nm〕とし
ている。なおこのInGaP層13に続いて先に述べた如くGaA
s層14を成長する。
層12の成長後に基板11を成長室22に移動し、Ga24を温度
750〔℃〕程度、In25を温度800〔℃〕程度とし、基板11
の温度はGaAsの成長と同等として、ガス導入口27から塩
化燐（PCl3）を水素ガスと共に導入する。この反応ガス
にはInGaP層13が５〔nm〕程度成長した後にモノシラン
（SiH4）が添加されて、InGaP層13はGaAs層12とのヘテ
ロ接合界面から前記厚さの領域を除いた領域にドナー不
純物としてSiが１×1018〔cm-3〕程度にドープされる。
本実施例においてはInGaP層13の厚さを約50〔nm〕とし
ている。なおこのInGaP層13に続いて先に述べた如くGaA
s層14を成長する。
このGaAs層14上に例えば金ゲルマニウム／金（AuGe/A
u）膜を設けパターニング後に温度450〔℃〕時間２分間
程度の熱処理を施すことによってソース電極17及びドレ
イン電極18を形成する。また例えばAlを用いてゲート電
極16を形成する。このゲート電極16の形成に先立ってGa
As層14を選択的にエッチングして閾値電圧を制御するこ
とは従来構造と同様に可能である。
u）膜を設けパターニング後に温度450〔℃〕時間２分間
程度の熱処理を施すことによってソース電極17及びドレ
イン電極18を形成する。また例えばAlを用いてゲート電
極16を形成する。このゲート電極16の形成に先立ってGa
As層14を選択的にエッチングして閾値電圧を制御するこ
とは従来構造と同様に可能である。
以上説明した本発明の実施例においては、２次元電子ガ
スの電子面濃度は２×1012〔cm-2〕以上であって従来例
の２倍程度以上に増大され、またゲート洩れ電流は従来
例と同程度以下となっている。
スの電子面濃度は２×1012〔cm-2〕以上であって従来例
の２倍程度以上に増大され、またゲート洩れ電流は従来
例と同程度以下となっている。
また燐（Ｐ）を含む化合物結晶はMBE法では装置内壁に
付着するＰの問題が先に述べた問題点の他に加わるのに
対して、本発明の構造は気相エピタキシャル成長方法を
適用することが可能であるために工業的実施が容易であ
る。
付着するＰの問題が先に述べた問題点の他に加わるのに
対して、本発明の構造は気相エピタキシャル成長方法を
適用することが可能であるために工業的実施が容易であ
る。
（ｇ）発明の効果 以上説明した如く本発明によれば、チャネル電流を形成
する２次元電子ガスの面濃度が大幅に増大し、かつ洩れ
電流特性なども良好であるヘテロ接合形FETを工業的に
容易に製造することが可能となり、半導体装置の高速化
の早期実現を促進する効果が大きい。
する２次元電子ガスの面濃度が大幅に増大し、かつ洩れ
電流特性なども良好であるヘテロ接合形FETを工業的に
容易に製造することが可能となり、半導体装置の高速化
の早期実現を促進する効果が大きい。
第１図はヘテロ接合形FETの従来例を示す断面図、第２
図はそのエネルギーダイヤグラム、第３図は本発明によ
る半導体装置のエネルギーダイヤグラム、第４図は本発
明の実施例の断面図、第５図はエピタキシャル成長方法
の例を示す模式図である。 図において、11は半絶縁性GaAs基板、12はノンドープの
GaAs層、13はｎ型In0.48Ga0.52P層、14はGaAs層、15は
２次元電子ガス、16はゲート電極、17はソース電極、18
はドレイン電極、21及び22は成長室、23及び24はGa、25
はInを示す。
図はそのエネルギーダイヤグラム、第３図は本発明によ
る半導体装置のエネルギーダイヤグラム、第４図は本発
明の実施例の断面図、第５図はエピタキシャル成長方法
の例を示す模式図である。 図において、11は半絶縁性GaAs基板、12はノンドープの
GaAs層、13はｎ型In0.48Ga0.52P層、14はGaAs層、15は
２次元電子ガス、16はゲート電極、17はソース電極、18
はドレイン電極、21及び22は成長室、23及び24はGa、25
はInを示す。
Claims (1)
- 【請求項１】ノンドープの砒化ガリウムよりなる第１の
半導体層と、該第１の半導体層に接してドナー不純物を
含む燐化インジウムガリウムよりなる第２の半導体層
と、該第２の半導体層に接して砒化ガリウムよりなる第
３の半導体層と、該第３の半導体層に接して、前記第２
の半導体層から遷移する電子によって前記第１の半導体
層に形成される２次元電子ガス層を制御する電極とを備
えてなることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58195579A JPH0732247B2 (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58195579A JPH0732247B2 (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6086872A JPS6086872A (ja) | 1985-05-16 |
| JPH0732247B2 true JPH0732247B2 (ja) | 1995-04-10 |
Family
ID=16343478
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58195579A Expired - Lifetime JPH0732247B2 (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0732247B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0787246B2 (ja) * | 1987-08-20 | 1995-09-20 | 富士通株式会社 | 半導体装置 |
| JP2656937B2 (ja) * | 1988-03-18 | 1997-09-24 | 富士通株式会社 | 高電子移動度トランジスタ |
| JP2539268B2 (ja) * | 1989-07-12 | 1996-10-02 | 富士通株式会社 | 半導体装置 |
| JP2924239B2 (ja) * | 1991-03-26 | 1999-07-26 | 三菱電機株式会社 | 電界効果トランジスタ |
| JP3086748B2 (ja) * | 1991-07-26 | 2000-09-11 | 株式会社東芝 | 高電子移動度トランジスタ |
| JP2978972B2 (ja) * | 1992-03-12 | 1999-11-15 | 富士通株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| US5369043A (en) * | 1992-12-25 | 1994-11-29 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Semiconductor circuit device and method for production thereof |
| JP2581452B2 (ja) * | 1994-06-06 | 1997-02-12 | 日本電気株式会社 | 電界効果トランジスタ |
| JP4524298B2 (ja) * | 2007-06-04 | 2010-08-11 | パナソニック株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
| CN102472536A (zh) | 2009-07-28 | 2012-05-23 | 东芝开利株式会社 | 热源单元 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5694780A (en) * | 1979-12-28 | 1981-07-31 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device |
-
1983
- 1983-10-19 JP JP58195579A patent/JPH0732247B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5694780A (en) * | 1979-12-28 | 1981-07-31 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6086872A (ja) | 1985-05-16 |
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