JPH088353B2 - 二次元ヘテロ接合素子 - Google Patents

二次元ヘテロ接合素子

Info

Publication number
JPH088353B2
JPH088353B2 JP63012251A JP1225188A JPH088353B2 JP H088353 B2 JPH088353 B2 JP H088353B2 JP 63012251 A JP63012251 A JP 63012251A JP 1225188 A JP1225188 A JP 1225188A JP H088353 B2 JPH088353 B2 JP H088353B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
dimensional
channel layer
supply layer
gaas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP63012251A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH01187878A (ja
Inventor
琢二 園田
一夫 林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP63012251A priority Critical patent/JPH088353B2/ja
Priority to US07/300,262 priority patent/US4967242A/en
Priority to FR898900695A priority patent/FR2626407B1/fr
Publication of JPH01187878A publication Critical patent/JPH01187878A/ja
Publication of JPH088353B2 publication Critical patent/JPH088353B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7782—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 confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET
    • H01L29/7783—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 confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET using III-V semiconductor material
    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7786—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
    • 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

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は高速電子デバイスに使用される２次元ヘテ
ロ接合素子に関し、特に高速電子デバイスの性能をさら
に向上できる二次元ヘテロ接合素子に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
従来用いられている二次元ヘテロ接合素子は、バンド
ギャップの異なる２つの半導体を用い、バンドギャップ
の大きい半導体のみをＮ型にドープし、両者のヘテロ接
合界面に形成される二次元電子を利用するデバイスであ
る。
第３図はこのような従来の二次元ヘテロ接合素子の一
例を示す図であり、11はＮ−AlxGa1-xAsからなる電子供
給層、12はGaAsからなるチャネル層、４は二次元電子、
５はソース電極、６はゲート電極、７はドレイン電極で
ある。また、第４図は第３図の二次元ヘテロ接合素子の
バンド構造を示す図である。
現状では、第４図に示すように、バンドギャップの大
きい半導体としてAlxGa1-xAs、バンドギャップの小さい
半導体としてGaAsを用いたＮ−AlxGa1-xAs/GaAsヘテロ
接合素子が代表的構造である。本構造ではＮ−AlxGa1-x
Asが電子供給層、ノンドープGaAsがチャネル層として作
用するものである。
同一デバイス構造を有するヘテロ接合素子の性能向上
に対してはゲート・ソース間寄生抵抗Rsの低減化が重要
である。二次元ヘテロ接合素子のゲート・ソース間寄生
抵抗Rsは第３図からもわかるように、ソースコンタクト
抵抗Rcoとゲート・ソース間チャネル抵抗Rsgの和で表さ
れる。すなわちRs＝Rco＋Rsgである。ここでソースコン
タクト抵抗Rcoはゲート・ソース間チャネル抵抗Rsgに対
してほぼ無視できる程度に小さいため、Rsを低減するこ
とはRsgを低減することを意味する。ゲート・ソース間
チャネル抵抗Rsgは、二次元電子濃度をNs,その移動度を
μ，素子のゲート巾をωgt,ゲート・ソース間距離を
Lsg,電荷量をｑとすると、 で表される。すなわちデバイス形状一定（Lsg/ωgt＝一
定）のもとでRsgを低減するためには二次元電子濃度Ns
及び移動度μを増加させる必要がある。
従来構造における二次元電子濃度Nsは、Ｎ−AlxGa1-x
AsとGaAsの伝導帯不連続をΔEc,N−AlxGa1-xAsのキャリ
ア濃度をN,N型AlxGa1-xAsの誘電率をεとすると、 Ns（２εＮΔEc/q）1/2 …（２） で近似的に表現できる。すなわち二次元電子濃度Nsを増
加するためにはキャリア濃度Ｎ及び伝導帯不連続ΔEcを
増加する必要がある。
一方二次元電子の移動度μは、 で近似的に表現できる。ここでμＬは格子振動により決
定され、一定温度に対し、一般に有効質量が小さい材料
程大きい傾向におる。またμｉはイオン散乱による移動
度で、一定温度に対し、イオン濃度が少ない程大きくな
る。すなわちμｉはノンドープGaAs中のイオン濃度及び
二次元電子とＮ−AlxGa1-xAs中のイオンとのクーロン相
互作用により決定される。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の二次元ヘテロ接合素子においえてそのゲート・
ソース間チャネル抵抗を低減する場合、以下のような問
題点がある。
すなわちＮ−AlxGa1-xAs/GaAsヘテロ接合において
は、 ｉ）AlxGa1-xAs層にドープされたドナーが二次元電子を
供給する浅いドナーのみならず深い準位（DXセンタ）と
しても作用する。
ii）伝導帯不連続ΔEcはAlxGa1-xAsのAl組成比ｘに依
存し、ｘの増加とともに増加するが、ｘの増加に伴いド
ナーの活性化エネルギも増加し、同一ドーピングレベル
に対しキャリア濃度Ｎが減少する。それ故単独にΔEcの
みを増加させることはできず、同一ドーピングレベルに
対しキャリア濃度Ｎと伝導帯不連続ΔEc積が最大となる
ΔEcが存在し、通常ΔEc0.3eVである。ΔEc0.3eVの
時AlxGa1-xAs層中にドープされる浅いドナーの最大値は
１×1018cm-3であり、この時式（２）より算出される二
次元電子濃度Nsの最大値は２×1012cm-2である。
従って、従来の二次元ヘテロ接合素子では寄生抵抗の
低減による性能の向上を十分にできないという問題点が
あった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、高速電子デバイスの性能をさらに向上でき
る二次元ヘテロ接合素子を得ることを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
この発明に係る二次元ヘテロ接合素子は、二次元ヘテ
ロ接合の電子供給層としてドーピングによって深い準位
を形成しにくい材料を用い、チャネル層として高い移動
度を有しかつ上記電子供給層に対し伝導帯不連続ΔEcを
大きくできる材料を用いるとともに、上記電子供給層と
チャネル層との間に二次元電子と電子供給層中のイオン
とのクーロン相互作用を小さくするとともに電子供給量
とチャネル層との間の実質的なΔEcを大きくできる材料
からなり、そのバンドギャップが上記キャリア供給層か
ら上記チャネル層に向かって増大する，傾向バンドギャ
ップ型であるスペサ層を設けたものである。
〔作用〕
この発明においては、電子供給層としてドーピングに
よって深い準位を形成しにくい材料を用い、チャネル層
として高い移動度を有しかつ上記電子供給層に対し伝導
帯不連続ΔEcを大きくできる材料を用いるとともに、上
記電子供給層とチャネル層との間に二次元電子と電子供
給層中のイオンとのクーロン相互作用を小さくするとと
もに電子供給層とチャネル層との間の実質的なΔEcを大
きくする材料からなり、そのバンドギャップが上記キャ
リア供給層から上記チャネル層に向かって増大する，傾
斜バンドギャップ型であるスペサ層を設けた構成とした
から、寄生抵抗をより低減することができる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第１図は本発明の一実施例による二次元ヘテロ接合素
子を示す図、第２図は第１の二次元ヘテロ接合素子のバ
ンド構造を示す図であり、図において、１はＮ−GaAs電
子供給層、２はノンドープInyGa1-yAsチャネル層、３は
傾斜バンドギャップ型ノンドープAlxGa1-xAsスペサ層で
ある。
次に作用について説明する。
本実施例においては電子供給層として深い準位を形成
せずにキャリア濃度を高くできるＮ−GaAsを用いてい
る。このＮ−GaAs層の最大キャリア濃度は、Ｎ−AlGaAs
のそれが前述のように１×1018cm-3であるのに対し５×
1018cm-3と大きい。またチャネル層としてはＮ−GaAs電
子供給層と伝導帯不連続を形成できる材料であるノンド
ープInyGa1-yAsを用いている。このノンドープInyGa1-y
As層は従来のGaAsによるチャネル層より20％以上の移動
度の増大が可能な材料である。さらに本実施例では電子
供給層とチャネル層との間に二次元電子と電子供給層中
のイオンとのクーロン相互作用を小さくするとともに電
子供給層とチャネル層と実質的なΔEcを大きくするため
に傾斜バンドギャップ型ノンドープAlxGa1-xAsスペサ層
２を設けている。このスペサ層３の組成比ｘはInyGa1-y
Asチャネル層２との接合面で最大、GaAs電子供給層１と
の接合面でｘ＝０となっており、そのバンドギャップを
傾斜させてある。このスペサ層３を設けることにより電
子供給層１とチャネル層２との伝導帯不連続ΔEcはAlxG
a1-xAsとGaAsの0.3gVに対し、0.5eV程度迄大きくでき
る。
本実施例による二次元ヘテロ接合素子構造における二
次元電子移動度はNsは、 で表される。ここでＮはGaAsのキャリア濃度、ｌはノン
ドープAlxGa1-xAsスペサ層の厚み、ε１及びε２はそれ
ぞれGaAs,AlxGa1-xAsの誘電率、ｑは電荷量である。
Ｎを３×1018cm-3,ΔEc＝0.35eV,ε1/ε２1.03とす
ると、Ns2.9×1012cm-2となり、従来の1.5倍のNsの増
加が期待できる。上記計算に用いた数値となるＮ−GaAs
/AlxGa1-xAs/InyGa1-yAsヘテロ接合を作製した時に得ら
れた値はNs＝2.8×1012cm-2,μ＝8000cm2v-1sec-1であ
った。これは、Ns＝２×1012cm-2,μ＝6000cm2v-1sec-1
なる値をもつ通常のＮ−AlxGa1-xAs/GaAsヘテロ接合素
子に対し、式（１）からも明らかなようにRSgを約1/2に
低減するものである。通常のＮ−AlxGa1-xAs/GaAsヘテ
ロ接合素子において12GHzにおける雑音指数が1.0dBであ
るデバイスと同一構造（ゲート長，電極間隔，ゲート巾
の等しい）のデバイスに本実施例の二次元ヘテロ接合素
子を用いた場合、その雑音指数は0.85dBとなり、0.15dB
の雑音低減ができた。
このように本実施例の二次元ヘテロ接合素子は、二次
元ヘテロ接合の電子供給層としてドーピングによって深
い準位を形成しにくいＮ−GaAsを用い、チャネル層とし
て高い移動度を有しかつ上記電子供給層に対し伝導帯不
連続ΔEcを大きくできるノンドープInyGa1-yAsを用いる
とともに、上記電子供給層とチャネル層と間に二次元電
子と電子供給層中のイオンとのクーロン相互作用を小さ
くするとともに電子供給層とチャネル層と間の実質的な
ΔEcを大きくできるノンドープAlxGa1-xAsによるスペサ
層を設けた構成としたからその寄生抵抗をより低減する
ことができ、デバイスの雑音指数を大幅に低減できる等
その性能向上に大きな効果がある。
なお、上記実施例では二次元ヘテロ接合を構成する３
つの異なる材料として、Ｎ−GaAs/AlxGa1-xAs/InyGa1-y
Asなる組み合わせを用いたが、これはＮ−InP/AlxIn1-x
As/GayIn1-yAs,N−InxGa1-yAlyAs/ノンドープAlzGa1-zA
s/ノンドープInGaAs,N−InxGa1-xAly1As/InxGa1-y2Aly2
As/InGaAs（y2＞y1）,N−GaAs/ZnSe/InGaAs,N−GaAs/Zn
S/InGaAs等の組み合わせであってもよく上記実施例と同
様の効果を奏する。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、二次元ヘテロ接合
素子において、電子供給層としてドーピングによって深
い準位を形成しにくい材料を用い、チャネル層として高
い移動度を有しかつ上記電子供給層に対し伝導帯不連続
ΔEcを大きくできる材料を用いるとともに、上記電子供
給層とチャネル層との間に二次元電子と電子供給層中の
イオンとのクーロン相互作用を小さくするとともに電子
供給層とチャネル層との間の実質的なΔEcを大きくでき
る材料からなり、そのバンドギャップが上記キャリア供
給層から上記チャネル層に向かって増大する，傾斜バン
ドギャップ型であるスペサ層を設けた構成としたから、
寄生抵抗を低減でき、その性能向上を実現できる効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例による二次元ヘテロ接合素
子を示す図、第２図は第１図の二次元ヘテロ接合素子の
バンド構造を示す図、第３図は従来の二次元ヘテロ接合
素子を示す図、第４図は第３図の二次元ヘテロ接合素子
のバンド構造を示す図である。 １はＮ−GaAs電子供給層、２はノンドープInyGa1-yAsチ
ャネル層、３は傾斜バンドギャップAlxGa1-xAsスペサ
層、４は二次元電子。 なお図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ノンドープのチャネル層と、該チャネル層
    の構成材料より高いバンドギャップをもつ構成材料から
    なるノンドープのスペサ層と、上記チャネル層の構成材
    料より高くかつ上記スペサ層の構成材料より低いバンド
    ギャップをもつ材料からなる不純物がドープされたキャ
    リア供給層とを有し、上記スペサ層とチャネル層との接
    合に形成される二次元電子もしくは二次元正孔を利用す
    る二次元ヘテロ接合素子であって、 上記キャリア供給層の構成材料はドーピングによって深
    い準位が形成されにくい材料であり、 上記スペサ層は、そのバンドギャップが上記キャリア供
    給層から上記チャネル層に向かって増大する，傾斜バン
    ドギャップ型であり、 上記チャネル層の構成材料は二次元電子，二次元正孔の
    移動度の高い材料であることを特徴とする二次元ヘテロ
    接合素子。
JP63012251A 1988-01-21 1988-01-21 二次元ヘテロ接合素子 Expired - Lifetime JPH088353B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63012251A JPH088353B2 (ja) 1988-01-21 1988-01-21 二次元ヘテロ接合素子
US07/300,262 US4967242A (en) 1988-01-21 1989-01-19 Heterojunction field effect transistor
FR898900695A FR2626407B1 (fr) 1988-01-21 1989-01-20 Transistor a effet de champ a heterojonction

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP63012251A JPH088353B2 (ja) 1988-01-21 1988-01-21 二次元ヘテロ接合素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01187878A JPH01187878A (ja) 1989-07-27
JPH088353B2 true JPH088353B2 (ja) 1996-01-29

Family

ID=11800144

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63012251A Expired - Lifetime JPH088353B2 (ja) 1988-01-21 1988-01-21 二次元ヘテロ接合素子

Country Status (3)

Country Link
US (1) US4967242A (ja)
JP (1) JPH088353B2 (ja)
FR (1) FR2626407B1 (ja)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5038187A (en) * 1989-12-01 1991-08-06 Hewlett-Packard Company Pseudomorphic MODFET structure having improved linear power performance at microwave frequencies
US5270798A (en) * 1990-02-20 1993-12-14 Varian Associates, Inc. High electron mobility transistor
JP2786327B2 (ja) * 1990-10-25 1998-08-13 三菱電機株式会社 ヘテロ接合電界効果トランジスタ
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
JP3224437B2 (ja) * 1992-11-30 2001-10-29 富士通株式会社 Ｉｉｉ−ｖ族化合物半導体装置
JP2661556B2 (ja) * 1994-07-25 1997-10-08 日本電気株式会社 電界効果型半導体装置
US6462361B1 (en) 1995-12-27 2002-10-08 Showa Denko K.K. GaInP epitaxial stacking structure and fabrication method thereof, and a FET transistor using this structure
US6160274A (en) * 1996-04-18 2000-12-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Reduced 1/f low frequency noise high electron mobility transistor
US6079000A (en) * 1997-12-30 2000-06-20 Unisys Corporation XPC backup for in-process audit
US6350999B1 (en) * 1999-02-05 2002-02-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Electron-emitting device
JP2002176169A (ja) * 2000-12-05 2002-06-21 Showa Denko Kk ＧａＩｎＰ系積層構造体およびそれを用いて作製した電界効果型トランジスタ

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5928383A (ja) * 1982-08-10 1984-02-15 Nec Corp 半導体装置
DE3480631D1 (de) * 1983-06-24 1990-01-04 Nec Corp Halbleiterstruktur mit uebergitter hoher traegerdichte.
JPS60263475A (ja) * 1984-06-12 1985-12-26 Sony Corp 半導体装置
JPH0620142B2 (ja) * 1985-04-05 1994-03-16 日本電気株式会社 半導体装置
JPH0714067B2 (ja) * 1985-06-24 1995-02-15 日本電信電話株式会社 電界効果型トランジスタ
FR2600821B1 (fr) * 1986-06-30 1988-12-30 Thomson Csf Dispositif semi-conducteur a heterojonction et double canal, son application a un transistor a effet de champ, et son application a un dispositif de transductance negative
US4827320A (en) * 1986-09-19 1989-05-02 University Of Illinois Semiconductor device with strained InGaAs layer
JPS6390173A (ja) * 1986-10-02 1988-04-21 Nec Corp ヘテロ接合型電界効果トランジスタ
JPS63250863A (ja) * 1987-04-08 1988-10-18 Sharp Corp 電界効果型半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
US4967242A (en) 1990-10-30
FR2626407A1 (fr) 1989-07-28
JPH01187878A (ja) 1989-07-27
FR2626407B1 (fr) 1990-08-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2822547B2 (ja) 高電子移動度トランジスタ
US6133593A (en) Channel design to reduce impact ionization in heterostructure field-effect transistors
US5705827A (en) Tunnel transistor and method of manufacturing same
JP2676442B2 (ja) ヘテロ接合電界効果トランジスタおよびその製造方法
JPH09121061A (ja) 半導体構造の形成方法
EP0460793B1 (en) Buried channel heterojunction field effect transistor
US5105241A (en) Field effect transistor
JPS6313355B2 (ja)
JPH0783107B2 (ja) 電界効果トランジスタ
JPH088353B2 (ja) 二次元ヘテロ接合素子
US4600932A (en) Enhanced mobility buried channel transistor structure
US4903091A (en) Heterojunction transistor having bipolar characteristics
US5466955A (en) Field effect transistor having an improved transistor characteristic
US5751029A (en) Field-effect semiconductor device having heterojunction
JPS63288061A (ja) 半導体負性抵抗素子
EP0558011B1 (en) High electron mobility transistor
JPS59184573A (ja) 電界効果トランジスタ
JP2796113B2 (ja) 半導体装置
JP3021894B2 (ja) ヘテロ接合電界効果トランジスタ
JP2811753B2 (ja) 速度変調型電界効果トランジスタ
JP2674420B2 (ja) 電界効果トランジスタ
JP2616634B2 (ja) 電界効果トランジスタ
JP2001085672A (ja) 電界効果型半導体装置
JPH0260225B2 (ja)
JP2824269B2 (ja) 半導体素子