JPH11204777A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH11204777A
JPH11204777A JP280198A JP280198A JPH11204777A JP H11204777 A JPH11204777 A JP H11204777A JP 280198 A JP280198 A JP 280198A JP 280198 A JP280198 A JP 280198A JP H11204777 A JPH11204777 A JP H11204777A
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JP
Japan
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layer
buffer layer
gaas
substrate
quantum well
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP280198A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Yokoyama
隆弘 横山
Katsunori Nishii
勝則 西井
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase gain while restraining varieties of a threshold and enable making characteristics of a subthreshold region excellent, in an FET having a double heterojunction. SOLUTION: A buffer layer 12 consisting of nondoped I-GaAs of 200 nm in thickness and relieves adverse effect (lattice defect, background carrier concentration, etc.), of a substrate 11 is formed on a main surface of the substrate 11 composed of GaAs. A first spacer layer 13 consisting of P-type p-Al0.2 Ga0.8 As of 8 nm in thickness and having carrier concentration of 1×10<18> cm<-3> and forms an energy barrier to a quantum well layer, and a first carrier supply layer 14 consisting of N-type n-Al0.2 Ga0.8 As of 10 nm in thickness and having carrier concentration of 4×10<18> cm<-3> , forms an energy barrier to the quantum well layer and supplies carriers are formed on the buffer layer 12.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、リセスゲートを持
たないショットキ型ダブルヘテロ接合電界効果トランジ
スタに関する。
The present invention relates to a Schottky double heterojunction field effect transistor having no recess gate.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体層にGaAsを含んだダブルヘテ
ロ接合を持つ電界効果トランジスタ(以下、FETと略
称する。)は、キャリアが走行する量子井戸層を間に挟
んで互いに対向する2層からなるキャリア供給層を有す
るため、1層のみのキャリア供給層を有するシングルヘ
テロ接合FETと比べて大きな電子密度が得られるの
で、携帯電話機のパワーアンプ等の高周波帯域用の高出
力デバイスとして広く用いられている。
2. Description of the Related Art A field effect transistor (hereinafter abbreviated as FET) having a double heterojunction containing GaAs in a semiconductor layer is composed of two layers facing each other with a quantum well layer in which carriers travel. Since it has a carrier supply layer, a higher electron density can be obtained as compared with a single heterojunction FET having only one carrier supply layer. Therefore, it is widely used as a high output device for a high frequency band such as a power amplifier of a mobile phone. I have.

【0003】一般に、これらのへテロ接合FETは分子
線エピタキシー(MBE)法等を用いて得られるエピタ
キシャル成長基板の主面上に形成される。ここで、FE
Tのソース電極及びドレイン電極のオーミックコンタク
ト抵抗を下げるため、コンタクト形成領域、すなわち、
エピタキシャル成長基板の最上層を高濃度のn型又はp
型のオーミックコンタクト層としておく必要があり、さ
らに、ゲート電極にはオーミックコンタクト層において
チャネル層と並行して電流が流れるパラレル伝導が生じ
ないように、オーミックコンタクト層におけるゲート電
極の下側部分を除去するリセスエッチングを行なう必要
がある。しかしながら、オーミックコンタクト層のリセ
スエッチングは、リセス部の膜厚にばらつきが生じやす
いため、このばらつきによってFETのしきい値電圧V
thがばらつき、電気的特性がそろわなくなる。
Generally, these heterojunction FETs are formed on the main surface of an epitaxial growth substrate obtained by using a molecular beam epitaxy (MBE) method or the like. Where FE
In order to reduce the ohmic contact resistance of the source electrode and the drain electrode of T, a contact formation region, ie,
The uppermost layer of the epitaxial growth substrate is made of high concentration n-type or p-type.
Type ohmic contact layer, and the lower part of the gate electrode in the ohmic contact layer must be removed so that the gate electrode does not have parallel conduction in which current flows in parallel with the channel layer in the ohmic contact layer. Recess etching must be performed. However, the recess etching of the ohmic contact layer tends to cause variation in the film thickness of the recessed portion.
th varies and electrical characteristics are not uniform.

【0004】そこで、近年、リセス部に形成されるリセ
スゲートを持たないダブルヘテロ接合FETが開発され
ている。
Therefore, in recent years, a double heterojunction FET having no recess gate formed in a recess portion has been developed.

【0005】以下、従来のリセスゲートを持たないダブ
ルヘテロ接合FETについて図面を参照しながら説明す
る。
Hereinafter, a conventional double hetero junction FET having no recess gate will be described with reference to the drawings.

【0006】図7(a)は従来のダブルヘテロ接合FE
Tを形成するためのエピタキシャル成長基板の断面構成
を示している。図7(a)に示すエピタキシャル成長基
板は、GaAsからなる基板101の主面上に、厚さが
200nmのノンドープのi−GaAsからなり基板1
01のGaAs結晶と該基板101の上に成長する各結
晶層との格子不整合を緩和するバッファ層102と、厚
さが2nmのノンドープのi−Al0.2 Ga0.8 Asか
らなり後述のキャリア供給層と格子整合を図ると共に後
述の量子井戸層に対するエネルギー障壁を生成する第1
のスペーサ層103と、厚さが10nmでn型のキャリ
ア濃度が2×1018cm-3のn−Al0.2 Ga0.8 As
からなり量子井戸層に対するエネルギー障壁を生成する
と共にキャリアを供給する第1のキャリア供給層104
と、厚さが2nmのノンドープのi−Al0.2 Ga0.8
Asからなりドープ層とノンドープ層とを区分してゲイ
ンを向上させると共にチャネル層に対するエネルギー障
壁を生成する第2のスペーサ層105と、厚さが15n
mのノンドープのi−In0.2 Ga0.8 Asからなりキ
ャリアが走行する量子井戸層106と、厚さが2nmの
ノンドープのi−Al0.2 Ga0.8 Asからなりドープ
層とノンドープ層とを区分してゲインを向上させると共
に量子井戸層106に対するエネルギー障壁を生成する
第3のスペーサ層107と、厚さが20nmでn型のキ
ャリア濃度が2×1018cm-3のn−Al0.2 Ga0.8
Asからなり量子井戸層106に対するエネルギー障壁
を生成すると共にキャリアを供給する第2のキャリア供
給層108と、厚さが5nmのノンドープのi−GaA
sからなりゲート電極とショットキ接触するゲートコン
タクト層109とが順次エピタキシャル成長している。
FIG. 7A shows a conventional double heterojunction FE.
1 shows a cross-sectional configuration of an epitaxial growth substrate for forming T. The epitaxial growth substrate shown in FIG. 7A has a substrate 1 made of non-doped i-GaAs having a thickness of 200 nm on a main surface of a substrate 101 made of GaAs.
A buffer layer 102 for alleviating the lattice mismatch between the GaAs crystal of No. 01 and each crystal layer grown on the substrate 101, and a non-doped i-Al 0.2 Ga 0.8 As 2 nm-thick carrier supply layer, which will be described later. The first is to lattice match and generate an energy barrier for the quantum well layer described later.
Spacer layer 103 and n-Al 0.2 Ga 0.8 As having a thickness of 10 nm and an n-type carrier concentration of 2 × 10 18 cm −3.
A first carrier supply layer 104 that generates an energy barrier for the quantum well layer and supplies carriers.
And a non-doped i-Al 0.2 Ga 0.8 having a thickness of 2 nm
A second spacer layer 105 made of As, which separates a doped layer and a non-doped layer to improve gain and generate an energy barrier for the channel layer;
The gain is divided into a quantum well layer 106 made of non-doped i-In 0.2 Ga 0.8 As m and having carriers traveling therethrough, and a doped layer and a non-doped layer made of non-doped i-Al 0.2 Ga 0.8 As having a thickness of 2 nm. And a third spacer layer 107 which generates an energy barrier for the quantum well layer 106 and an n-Al 0.2 Ga 0.8 layer having a thickness of 20 nm and an n-type carrier concentration of 2 × 10 18 cm −3.
A second carrier supply layer 108 made of As, which generates an energy barrier for the quantum well layer 106 and supplies carriers, and a non-doped i-GaAs having a thickness of 5 nm.
The gate contact layer 109 made of s and having a Schottky contact with the gate electrode is sequentially epitaxially grown.

【0007】図7(b)は図7(a)に示すエピタキシ
ャル成長基板を用いたダブルヘテロ接合FETの断面構
成を示している。図7(b)に示すように、基板101
上のゲートコンタクト層109の上にはゲート電極11
0が選択的に形成されており、ゲートコンタクト層10
9の上におけるゲート電極110のゲート長方向側の領
域にはオーミック電極であるソース電極111及びドレ
イン電極112が選択的に形成されている。さらに、基
板101の上におけるソース電極111及びドレイン電
極112の下側の領域には、シリコン(Si)がバッフ
ァ層102に達するようにイオン注入されてなるオーミ
ックコンタクト領域113が形成されており、また、基
板101の上には、ソース電極111及びドレイン電極
112の上面を除く全面にわたってシリコン酸化膜から
なる絶縁膜114が形成されている。
FIG. 7B shows a sectional structure of a double hetero junction FET using the epitaxial growth substrate shown in FIG. 7A. As shown in FIG.
The gate electrode 11 is formed on the upper gate contact layer 109.
0 is selectively formed, and the gate contact layer 10
A source electrode 111 and a drain electrode 112, which are ohmic electrodes, are selectively formed in a region of the gate electrode 110 on the side of the gate electrode 110 in the gate length direction. Further, in a region below the source electrode 111 and the drain electrode 112 on the substrate 101, an ohmic contact region 113 formed by ion-implanting silicon (Si) so as to reach the buffer layer 102 is formed. On the substrate 101, an insulating film 114 made of a silicon oxide film is formed over the entire surface except for the upper surfaces of the source electrode 111 and the drain electrode 112.

【0008】このように、オーミックコンタクト領域1
13がイオン注入法を用いて形成されているため、ゲー
ト電極110の形成にリセスエッチングを用いないの
で、しきい値電圧Vthのばらつきを極めて小さくでき
る。
As described above, the ohmic contact region 1
Since the gate electrode 13 is formed using the ion implantation method, the recess etching is not used for forming the gate electrode 110, so that the variation in the threshold voltage Vth can be extremely reduced.

【0009】また、バッファ層102に、第1のスペー
サ層103やキャリア供給層104と同様の材料であっ
て、通常用いられるノンドープのi−AlGaAsに代
えてi−GaAsを用いているため、オーミックコンタ
クト領域113を形成する際に、i−GaAsはi−A
lGaAsに比べて、Siイオンの活性化率が高いの
で、オーミックコンタクト抵抗が小さくなり、その結
果、ゲインが向上したFETを実現できる。
Also, since the buffer layer 102 is made of the same material as the first spacer layer 103 and the carrier supply layer 104 and uses i-GaAs instead of the normally used non-doped i-AlGaAs, When the contact region 113 is formed, i-GaAs becomes i-A
Since the activation rate of Si ions is higher than that of lGaAs, ohmic contact resistance is reduced, and as a result, an FET with improved gain can be realized.

【0010】なお、AlGaAsに対するSiイオンの
イオン注入については、例えば、S.Adachi,”
Si−ion implantation InGaA
sand Alx Ga1-x As”,J.Appl.ph
ys.63[1],64,(1988)にその詳細が示
されている。
The ion implantation of Si ions into AlGaAs is described in, for example, S.I. Adachi, "
Si-ion implantation InGaAs
sand Al x Ga 1-x As ”, J. Appl. ph
ys. 63 [1], 64, (1988) shows the details.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のダブルヘテロ接合FETは、各結晶層の厚さとキャ
リア濃度とにもよるが、概してこのi−AlGaAsか
らなる第1のスペーサ層103の厚さが10nm以下の
場合に、ゲート電圧Vg の電圧値をしきい値電圧Vthに
近づけていくと、図8におけるFETの電流−電圧特性
に示すように、サブスレショルド領域A(Vg ≒Vth)
においてドレイン−ソース間に漏れ電流が発生し、サブ
スレショルド特性が良くないという問題がある。すなわ
ち、図8に示すように、従来のダブルヘテロ接合FET
はサブスレショルド領域Aにおいて相互コンダクタンス
gm が小さく、ゲート電圧Vg がしきい値電圧Vthより
も大きい領域(Vg >Vth)において相互コンダクタン
スgm が急激に大きくなっていることが分かる。この相
互コンダクタンスgm の大きさが変わる際のゲート電圧
Vg は、エピタキシャル成長基板の各結晶層の厚さと不
純物濃度とに依存するため、サブスレショルド領域Aか
ら離れた領域(Vg >Vth)であっても相互コンダクタ
ンスgm が小さくなる場合が発生する。この場合には、
ゲート電圧をしきい値電圧Vthよりも非常に大きい領域
(Vg >>Vth)で用いなければ十分に大きな相互コン
ダクタンスgm を得ることができなくなるため、第1の
スペーサ層103の厚さを10nm以上とする必要があ
る。
However, in the conventional double heterojunction FET, the thickness of the first spacer layer 103 made of i-AlGaAs generally depends on the thickness of each crystal layer and the carrier concentration. When the voltage value of the gate voltage Vg approaches the threshold voltage Vth in the case where is less than or equal to 10 nm, as shown in the current-voltage characteristics of the FET in FIG. 8, the sub-threshold region A (Vg ≒ Vth)
In this case, there is a problem that a leakage current occurs between the drain and the source, and the sub-threshold characteristic is not good. That is, as shown in FIG.
It can be seen that the transconductance gm is small in the sub-threshold region A, and the transconductance gm is rapidly increased in a region where the gate voltage Vg is higher than the threshold voltage Vth (Vg> Vth). Since the gate voltage Vg when the magnitude of the transconductance gm changes depends on the thickness and the impurity concentration of each crystal layer of the epitaxial growth substrate, even if the gate voltage Vg is a region away from the sub-threshold region A (Vg> Vth). The case where the transconductance gm becomes small occurs. In this case,
If the gate voltage is not used in a region (Vg >> Vth) much higher than the threshold voltage Vth, a sufficiently large transconductance gm cannot be obtained, so that the thickness of the first spacer layer 103 is set to 10 nm or more. It is necessary to

【0012】一方、i−AlGaAsからなる第1のス
ペーサ層103の厚さを10nm以上とすると、図9に
示すようにオーミックコンタクト領域113に含まれる
第1のスペーサ層103のシート抵抗が300Ω/□以
上に上昇するため、FETの高周波領域におけるゲイン
が大きく低下すると共に電力効率も劣化するという問題
がある。
On the other hand, when the thickness of the first spacer layer 103 made of i-AlGaAs is 10 nm or more, as shown in FIG. 9, the sheet resistance of the first spacer layer 103 included in the ohmic contact region 113 is 300 Ω /. □, there is a problem that the gain in the high frequency region of the FET is greatly reduced and the power efficiency is also deteriorated.

【0013】前記の問題に鑑み、本発明は、しきい値の
ばらつきを抑えながら、ゲインを向上させると共にサブ
スレショルド領域の特性を良好にできるようにすること
を目的とする。
In view of the above problems, an object of the present invention is to improve gain while improving characteristics of a sub-threshold region while suppressing variations in threshold values.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、バッファ層と該バッファ層と接する第1
の障壁層との接合面に導電型がp型の導電層を設ける構
成とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a buffer layer and a first layer in contact with the buffer layer.
Is provided with a p-type conductive layer on the junction surface with the barrier layer.

【0015】本発明に係る第1の半導体装置は、基板の
上に形成されたバッファ層と、バッファ層の上に形成さ
れ、該バッファ層よりもエネルギーバンドギャップが大
きい第1の障壁層と、第1の障壁層の上に形成された量
子井戸層と、量子井戸層の上に形成された第2の障壁層
と、第2の障壁層の上に選択的に形成されたオーミック
電極と、基板におけるオーミック電極の下方の領域に形
成され、バッファ層に達するオーミックコンタクト領域
とを備え、第1の障壁層は、バッファ層の上に順次形成
されたp型スペーサ層とn型キャリア供給層とを有して
いる。
A first semiconductor device according to the present invention comprises: a buffer layer formed on a substrate; a first barrier layer formed on the buffer layer and having a larger energy band gap than the buffer layer; A quantum well layer formed on the first barrier layer, a second barrier layer formed on the quantum well layer, an ohmic electrode selectively formed on the second barrier layer, An ohmic contact region formed below the ohmic electrode on the substrate and reaching the buffer layer; the first barrier layer comprises a p-type spacer layer and an n-type carrier supply layer formed sequentially on the buffer layer. have.

【0016】第1の半導体装置によると、基板における
オーミック電極の下方の領域に、バッファ層に達するオ
ーミックコンタクト領域を有しているため、ゲート電極
を形成する際にリセス構造が不要となる。
According to the first semiconductor device, since the ohmic contact region reaching the buffer layer is provided in the region below the ohmic electrode on the substrate, the recess structure is not required when forming the gate electrode.

【0017】また、第1の障壁層には、バッファ層側か
ら順次形成されたp型スペーサ層とn型キャリア供給層
とを有しているため、第1の障壁層においてp型スペー
サ層とn型キャリア供給層とからなるpn接合が形成さ
れるので、第1の障壁層には該pn接合によるビルトイ
ンポテンシャル分の障壁が形成される。その結果、第1
の障壁層とバッファ層との界面における伝導帯の下端を
フェルミ準位よりも高くすることができる。
Further, since the first barrier layer has a p-type spacer layer and an n-type carrier supply layer formed sequentially from the buffer layer side, the first barrier layer has a p-type spacer layer and an n-type carrier supply layer. Since a pn junction including the n-type carrier supply layer is formed, a barrier for the built-in potential due to the pn junction is formed in the first barrier layer. As a result, the first
Of the conduction band at the interface between the barrier layer and the buffer layer can be made higher than the Fermi level.

【0018】第1の半導体装置において、バッファ層が
GaAsからなり、障壁層がAlGaAs又はInGa
Pからなり、量子井戸層がInGaAs又はGaAsか
らなることが好ましい。
In the first semiconductor device, the buffer layer is made of GaAs, and the barrier layer is made of AlGaAs or InGa.
Preferably, the quantum well layer is made of P and the quantum well layer is made of InGaAs or GaAs.

【0019】第1の半導体装置において、スペーサ層の
厚さが10nm以下であることが好ましい。
In the first semiconductor device, the thickness of the spacer layer is preferably 10 nm or less.

【0020】本発明に係る第2の半導体装置は、基板の
上に形成されたバッファ層と、バッファ層の上に形成さ
れ、該バッファ層よりもエネルギーバンドギャップが大
きい第1の障壁層と、第1の障壁層の上に形成された量
子井戸層と、量子井戸層の上に形成された第2の障壁層
と、第2の障壁層の上に選択的に形成されたオーミック
電極と、基板におけるオーミック電極の下方の領域に形
成され、バッファ層に達するオーミックコンタクト領域
とを備え、バッファ層は、少なくとも第1の障壁層と接
する側がp型導電性を有している。
A second semiconductor device according to the present invention includes a buffer layer formed on a substrate, a first barrier layer formed on the buffer layer and having a larger energy band gap than the buffer layer, A quantum well layer formed on the first barrier layer, a second barrier layer formed on the quantum well layer, an ohmic electrode selectively formed on the second barrier layer, An ohmic contact region formed in the substrate below the ohmic electrode and reaching the buffer layer, wherein the buffer layer has p-type conductivity at least on the side in contact with the first barrier layer.

【0021】第2の半導体装置によると、基板における
オーミック電極の下方の領域に、バッファ層に達するオ
ーミックコンタクト領域を有しているため、ゲート電極
を形成する際にリセス構造が不要となる。
According to the second semiconductor device, since the ohmic contact region reaching the buffer layer is provided in the region below the ohmic electrode on the substrate, the recess structure is not required when forming the gate electrode.

【0022】また、バッファ層の少なくとも第1の障壁
層と接する側がp型導電性を有しているため、ノンドー
プの場合と比べてバッファ層のフェルミ準位がバンドギ
ャップの価電子帯側に位置するので、第1の障壁層とバ
ッファ層との界面における伝導帯の下端をフェルミ準位
よりも高くすることができる。
Further, since at least the side of the buffer layer that contacts the first barrier layer has p-type conductivity, the Fermi level of the buffer layer is located closer to the valence band side of the band gap than in the case of non-doping. Therefore, the lower end of the conduction band at the interface between the first barrier layer and the buffer layer can be higher than the Fermi level.

【0023】第2の半導体装置において、バッファ層が
GaAsからなり、障壁層がAlGaAs又はInGa
Pからなり、量子井戸層がInGaAs又はGaAsか
らなることが好ましい。
In the second semiconductor device, the buffer layer is made of GaAs, and the barrier layer is made of AlGaAs or InGa.
Preferably, the quantum well layer is made of P and the quantum well layer is made of InGaAs or GaAs.

【0024】第2の半導体装置において、スペーサ層の
厚さが10nm以下であることが好ましい。
In the second semiconductor device, the spacer layer preferably has a thickness of 10 nm or less.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】本願発明者らは、従来のリセスゲ
ートを持たないダブルヘテロ接合FETのサブシュレシ
ョルド特性が良くない理由を種々検討した結果、以下に
挙げるような問題点を見出した。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The inventors of the present application have studied various reasons why the conventional subhetero-junction FET having no recess gate has poor subthreshold characteristics, and found the following problems.

【0026】すなわち、図7(b)に示す従来のダブル
ヘテロ接合FETのエネルギー準位を図10(a)
((b)は(a)の拡大図である。)に示すと、第1の
スペーサ層103はi−Al0.2 Ga0.8 Asからな
り、バッファ層102はi−GaAsからなるため接合
面201はヘテロ接合となる。従って、該接合面201
における伝導帯の下端EC がフェルミ準位EF の下側に
位置する場合が生じる。その結果、第1のキャリア供給
層104のキャリア、すなわち電子の一部がバッファ層
102側にしみ出し、しみ出した電子がサブスレショル
ド領域におけるドレイン−ソース間の漏れ電流となるた
め、サブスレショルド特性が悪くなる。
That is, the energy level of the conventional double hetero junction FET shown in FIG.
As shown in ((b) is an enlarged view of (a)), the first spacer layer 103 is made of i-Al 0.2 Ga 0.8 As, and the buffer layer 102 is made of i-GaAs. It becomes a heterojunction. Therefore, the joining surface 201
Lower E C of the conduction band in the cases located below the Fermi level E F occurs. As a result, some of the carriers in the first carrier supply layer 104, ie, some of the electrons, seep out to the buffer layer 102 side, and the seeping out electrons become a drain-source leakage current in the sub-threshold region, so that the sub-threshold characteristic is obtained. Gets worse.

【0027】従って、本願におけるダブルヘテロ接合F
ETは、バッファ層と該バッファ層と接する第1の障壁
層との接合面に導電型がp型の導電層(スペーサ層)を
設けて接合面201のエネルギー準位をフェルミ準位E
F よりも高くすることにより、第1のキャリア供給層1
04からバッファ層102側にしみ出すキャリアを抑制
するものである。
Therefore, the double hetero junction F in the present application is
In ET, a p-type conductive layer (spacer layer) is provided on the junction surface between the buffer layer and the first barrier layer in contact with the buffer layer, and the energy level of the junction surface 201 is changed to the Fermi level E.
F , the first carrier supply layer 1
This suppresses carriers that seep from the buffer layer 102 into the buffer layer 102.

【0028】(第1の実施形態)以下、本発明の第1の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
(First Embodiment) Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0029】図1(a)は本発明の第1の実施形態に係
る半導体装置としてのダブルヘテロ接合FETを形成す
るためのエピタキシャル成長基板の断面構成を示し、図
1(b)は図1(a)に示すエピタキシャル成長基板を
用いたダブルヘテロ接合FETの断面構成を示してい
る。
FIG. 1A shows a sectional structure of an epitaxial growth substrate for forming a double hetero junction FET as a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2) shows a cross-sectional configuration of a double heterojunction FET using the epitaxial growth substrate shown in FIG.

【0030】図1(a)に示すエピタキシャル成長基板
は、例えば、MBE法を用いて、GaAsからなる基板
11の主面上に、厚さが200nmのノンドープのi−
GaAsからなり基板11のGaAs結晶の悪影響(格
子欠陥及びバックグランドキャリア濃度等)を緩和する
バッファ層12と、厚さが8nmで且つp型のキャリア
濃度が1×1018cm-3であって、AlAsのモル分比
が0.2のp−Al0.2 Ga0.8 Asからなり後述のキ
ャリア供給層と格子整合を図ると共に後述の量子井戸層
に対するエネルギー障壁を生成するp型スペーサ層とし
ての第1のスペーサ層13と、厚さが10nmでn型の
キャリア濃度が4×1018cm-3のn−Al0.2 Ga
0.8 Asからなり量子井戸層に対するエネルギー障壁を
生成すると共にキャリアを供給する第1のキャリア供給
層14と、厚さが2nmのノンドープのi−Al0.2
0.8 Asからなりドープ層とノンドープ層とを区分し
て電子の移動度を向上させると共にチャネル層に対する
エネルギー障壁を生成する第2のスペーサ層15と、厚
さが15nmでInAsのモル分比が0.2のノンドー
プのi−In0.2 Ga0.8 Asからなりキャリアが走行
する量子井戸層16と、厚さが2nmのノンドープのi
−Al0.2 Ga0.8 Asからなりドープ層とノンドープ
層とを区分して電子の移動度を向上させると共に量子井
戸層16に対するエネルギー障壁を生成する第3のスペ
ーサ層17と、厚さが20nmでn型のキャリア濃度が
2×1018cm-3のn−Al0.2 Ga0.8 Asからなり
量子井戸層16に対するエネルギー障壁を生成すると共
にキャリアを供給する第2のキャリア供給層18と、厚
さが5nmのノンドープのi−GaAsからなりゲート
電極とショットキ接触し、第2のキャリア供給層18の
酸化を防ぐと共にゲート耐圧を向上させる酸化防止層1
9とが順次エピタキシャル成長している。
The epitaxial growth substrate shown in FIG. 1A is formed on a main surface of a substrate 11 made of GaAs by, for example, the MBE method.
A buffer layer 12 made of GaAs, which alleviates the adverse effects (such as lattice defects and background carrier concentration) of the GaAs crystal of the substrate 11, a thickness of 8 nm, and a p-type carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 ; , first as a p-type spacer layer mole fraction ratio of AlAs to generate energy barrier for the quantum well layer described later with achieving p-Al 0.2 Ga 0.8 carrier supply layer described later consists as lattice matched 0.2 Spacer layer 13 and n-Al 0.2 Ga having a thickness of 10 nm and an n-type carrier concentration of 4 × 10 18 cm −3.
A first carrier supply layer 14 of 0.8 As, which generates an energy barrier for the quantum well layer and supplies carriers, and a non-doped i-Al 0.2 G layer having a thickness of 2 nm.
a 0.8 As, a second spacer layer 15 that separates a doped layer from a non-doped layer to improve electron mobility and generate an energy barrier for the channel layer, and a thickness of 15 nm and a molar fraction of InAs of 15 nm. A quantum well layer 16 made of 0.2 non-doped i-In 0.2 Ga 0.8 As and in which carriers travel, and a non-doped i layer having a thickness of 2 nm;
A third spacer layer 17, which is made of -Al 0.2 Ga 0.8 As and separates a doped layer and a non-doped layer to improve electron mobility and generate an energy barrier for the quantum well layer 16; a second carrier supply layer 18 supplies a carrier with a carrier concentration of the mold to produce an energy barrier to 2 × 10 18 cm -3 of n-Al 0.2 Ga 0.8 quantum well layer 16 made of as, 5 nm thick Anti-oxidation layer 1 made of non-doped i-GaAs and having a Schottky contact with the gate electrode to prevent oxidation of the second carrier supply layer 18 and improve gate breakdown voltage.
9 are sequentially grown epitaxially.

【0031】ここで、図1(a)に示すように、量子井
戸層16が、第1のスペーサ層13、第1のキャリア供
給層14及び第2のスペーサ層15からなる第1の障壁
層21と、第3のスペーサ層17及び第2のキャリア供
給層18からなる第2の障壁層22とに挟まれてなるダ
ブルヘテロ接合を形成しており、AlGaAsからなる
第1の障壁層21及び第2の障壁層22のエネルギ−バ
ンドギャップは、GaAsからなるバッファ層12のエ
ネルギ−バンドギャップよりも大きい。
Here, as shown in FIG. 1A, the quantum well layer 16 is formed of a first barrier layer comprising a first spacer layer 13, a first carrier supply layer 14, and a second spacer layer 15. 21 and a second barrier layer 22 composed of a third spacer layer 17 and a second carrier supply layer 18 to form a double hetero junction, and the first barrier layer 21 composed of AlGaAs and The energy band gap of the second barrier layer 22 is larger than the energy band gap of the buffer layer 12 made of GaAs.

【0032】以下、前記のように構成されたエピタキシ
ャル成長基板を用いたダブルヘテロ接合FETに製造方
法を説明する。
Hereinafter, a method for manufacturing a double heterojunction FET using the epitaxially grown substrate configured as described above will be described.

【0033】図1(b)に示すように、まず、基板11
上の酸化防止層19の上に全面にわたって高融点金属で
あるタングステンシリサイド(WSi)からなる導体膜を
堆積した後、該導体膜に対して選択的にエッチングを行
なって、酸化防止層19の上にゲート電極31を形成す
る。
As shown in FIG. 1B, first, the substrate 11
After depositing a conductor film made of tungsten silicide (WSi), which is a high melting point metal, over the entire surface of the oxidation prevention layer 19, the conductor film is selectively etched, and Then, a gate electrode 31 is formed.

【0034】次に、基板11上の酸化防止層19及びゲ
ート電極31の上に全面にわたってシリコン酸化膜(S
iOx )からなる絶縁膜32を堆積した後、基板11の
上のソース・ドレイン形成領域に対してn型不純物イオ
ンであるSiイオンをバッファ層12に達するようにイ
オン注入を行なう。その後、基板11の上に全面にわた
ってWSiからなるアニール保護膜を堆積し、ホットプ
レートアニール法を用いて、水素雰囲気にさらした基板
11に対して、温度が750℃で30秒間のアニールを
行なって注入されたSiイオンを活性化させることによ
り、基板11の上におけるゲート長方向側にオーミック
コンタクト領域33を形成する。
Next, a silicon oxide film (S) is formed over the entire surface of the oxidation prevention layer 19 and the gate electrode 31 on the substrate 11.
After depositing an insulating film 32 made of iO x ), ion implantation is performed on the source / drain formation region on the substrate 11 so that Si ions, which are n-type impurity ions, reach the buffer layer 12. Thereafter, an annealing protective film made of WSi is deposited on the entire surface of the substrate 11, and the substrate 11 exposed to a hydrogen atmosphere is annealed at 750 ° C. for 30 seconds using a hot plate annealing method. By activating the implanted Si ions, an ohmic contact region 33 is formed on the substrate 11 in the gate length direction.

【0035】次に、絶縁膜32のソース・ドレイン形成
領域に対してエッチングを行なってオーミックコンタク
ト領域33の上面を露出させる開口部を形成した後、該
開口部にオーミック金属膜を蒸着し、アルゴン雰囲気に
さらした基板11に対して、温度が450℃で15分間
の熱処理を行なって、基板11のオーミックコンタクト
領域33の上面にソース電極34及びドレイン電極35
をそれぞれ形成する。
Next, an opening for exposing the upper surface of the ohmic contact region 33 is formed by etching the source / drain formation region of the insulating film 32, and an ohmic metal film is deposited on the opening to form an argon gas. The substrate 11 exposed to the atmosphere is subjected to a heat treatment at a temperature of 450 ° C. for 15 minutes to form a source electrode 34 and a drain electrode 35 on the upper surface of the ohmic contact region 33 of the substrate 11.
Are formed respectively.

【0036】このようにして、しきい値電圧Vthのばら
つきの大きな原因となるリセスゲートを持たないダブル
ヘテロ接合FETを形成できる。
In this way, it is possible to form a double heterojunction FET having no recess gate, which causes a large variation in the threshold voltage Vth.

【0037】なお、本実施形態においては、エピタキシ
ャル成長基板におけるゲート電極31と接触する最上層
に酸化防止層19を設けたが、該酸化防止層19を設け
なくてもよい。
In the present embodiment, the antioxidant layer 19 is provided on the uppermost layer in contact with the gate electrode 31 on the epitaxial growth substrate, but the antioxidant layer 19 may not be provided.

【0038】以上のように、本実施形態によると、第1
の障壁層21において、p−Al0. 2 Ga0.8 Asから
なる第1のスペーサ層13と、n−Al0.2 Ga0.8
sからなる第1のキャリア供給層14とがpn接合を形
成している。これにより、図2(a)及び(b)のエネ
ルギー準位図に示すように、このpn接合にはビルトイ
ンポテンシャル(拡散電位)が生じるため、第1のスペ
ーサ層13側の伝導帯の下端EC がこのビルトインポテ
ンシャルの分だけ高くなる。その結果、ゲート電極31
に印加されるゲート電圧値Vgをしきい値電圧Vth程度
とした場合に、第1のスペーサ層13の厚さを10nm
以下としても、該第1のスペーサ層13のp型不純物濃
度を最適化すれば、伝導帯の下端EC における、バッフ
ァ層12と第1のスペーサ層13との接合面51のエネ
ルギー準位をフェルミ準位EF よりも高くすることがで
きる。ここで、図2(b)は図2(a)をy軸方向に対
して拡大した図である。
As described above, according to the present embodiment, the first
In the barrier layer 21, a first spacer layer 13 made of p-Al 0. 2 Ga 0.8 As , n-Al 0.2 Ga 0.8 A
The first carrier supply layer 14 made of s forms a pn junction. As a result, as shown in the energy level diagrams of FIGS. 2A and 2B, a built-in potential (diffusion potential) is generated in this pn junction, and thus the lower end E of the conduction band on the first spacer layer 13 side is generated. C increases by this built-in potential. As a result, the gate electrode 31
When the gate voltage Vg applied to the first spacer layer 13 is about the threshold voltage Vth, the thickness of the first spacer layer 13 is set to 10 nm.
In the following, if the p-type impurity concentration of the first spacer layer 13 is optimized, the energy level of the bonding surface 51 between the buffer layer 12 and the first spacer layer 13 at the lower end E C of the conduction band can be reduced. it can be higher than the Fermi level E F. Here, FIG. 2B is an enlarged view of FIG. 2A in the y-axis direction.

【0039】従って、第1のキャリア供給層14からバ
ッファ層12側にしみ出すキャリアの量を無視できる程
度に抑制できるため、図3の本実施形態に係るFETの
電流−電圧特性に示すように、サブスレショルド特性が
改善されており、サブスレショルド領域において、ドレ
イン−ソース間の漏れ電流が低減していることが分か
る。このように、サブスレショルド領域の相互コンダク
タンスgm が向上する。
Accordingly, the amount of carriers that seeps out of the first carrier supply layer 14 to the buffer layer 12 side can be suppressed to a negligible level. Therefore, as shown in the current-voltage characteristics of the FET according to this embodiment in FIG. It can be seen that the sub-threshold characteristic is improved and the leakage current between the drain and the source is reduced in the sub-threshold region. Thus, the transconductance gm of the subthreshold region is improved.

【0040】ここで、図4に本実施形態のダブルヘテロ
接合FETと従来のダブルヘテロ接合FETとのドレイ
ン電流−ゲート電圧(Ids−Vg )曲線を示す。図4に
おいて、曲線1に示す本願のFETはゲート電圧が0V
近傍でドレイン電流が流れなくなるが、一方、曲線2に
示す従来のFETはゲート電圧が0V以下の領域でも数
百mAの漏れ電流が生じていることが分かる。
FIG. 4 shows a drain current-gate voltage (Ids-Vg) curve of the double heterojunction FET of this embodiment and a conventional double heterojunction FET. In FIG. 4, the gate voltage of the FET of the present invention shown by curve 1 is 0V.
Although the drain current stops flowing in the vicinity, on the other hand, it can be seen that the conventional FET shown by curve 2 has a leakage current of several hundred mA even in the region where the gate voltage is 0 V or less.

【0041】また、図1(a)及び(b)に示すよう
に、p−Al0.2 Ga0.8 Asからなる第1のスペーサ
層13の厚さを10nm以下としたまま、サブスレショ
ルド特性を改善できるため、第1のスペーサ層13のシ
ート抵抗を実用上十分に低い値の300Ω/□とするこ
とができるため、高周波領域においてもゲインが低下し
ない。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the sub-threshold characteristic can be improved while the thickness of the first spacer layer 13 made of p-Al 0.2 Ga 0.8 As is kept at 10 nm or less. Therefore, the sheet resistance of the first spacer layer 13 can be set to a sufficiently low value of 300 Ω / □ for practical use, so that the gain does not decrease even in a high frequency region.

【0042】以上説明したように、本実施形態に係るダ
ブルヘテロ接合FETは、高周波領域においても高いゲ
インを持つことができ、この高ゲインによって高い電力
効率を実現できる。
As described above, the double heterojunction FET according to the present embodiment can have a high gain even in a high frequency region, and a high power efficiency can be realized by the high gain.

【0043】なお、本実施形態においては、量子井戸層
にInGaAsを用いたが、GaAsであってもよく、
また、第1及び第2の障壁層21,22にAlGaAs
を用いたが、InGaPであってもよい。
In this embodiment, InGaAs is used for the quantum well layer. However, GaAs may be used.
The first and second barrier layers 21 and 22 are made of AlGaAs.
Was used, but InGaP may be used instead.

【0044】(第2の実施形態)以下、本発明の第2の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
(Second Embodiment) Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0045】図5(a)は本発明の第2の実施形態に係
る半導体装置としてのダブルヘテロ接合FETを形成す
るためのエピタキシャル成長基板の断面構成を示し、図
5(b)は図5(a)に示すエピタキシャル成長基板を
用いたダブルヘテロ接合FETの断面構成を示してい
る。
FIG. 5A shows a cross-sectional structure of an epitaxial growth substrate for forming a double heterojunction FET as a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 2) shows a cross-sectional configuration of a double heterojunction FET using the epitaxial growth substrate shown in FIG.

【0046】図5(a)に示すエピタキシャル成長基板
は、例えば、MBE法を用いて、GaAsからなる基板
11の主面上に、厚さが200nmでp型のキャリア濃
度が1×1018cm-3のp−GaAsからなり基板11
のGaAs結晶の悪影響(格子欠陥及びバックグランド
キャリア濃度等)を緩和するバッファ層42と、厚さが
2nmのノンドープのi−Al0.2 Ga0.8 Asからな
り後述のキャリア供給層と格子整合を図ると共に後述の
量子井戸層に対するエネルギー障壁を生成する第1のス
ペーサ層43と、厚さが10nmでn型のキャリア濃度
が2×1018cm-3のn−Al0.2 Ga0.8 Asからな
り量子井戸層に対するエネルギー障壁を生成すると共に
キャリアを供給する第1のキャリア供給層14と、厚さ
が2nmのノンドープのi−Al0.2 Ga0.8 Asから
なりドープ層とノンドープ層とを区分して電子の移動度
を向上させると共にチャネル層に対するエネルギー障壁
を生成する第2のスペーサ層15と、厚さが15nmで
InAsのモル分比が0.2のノンドープのi−In
0.2 Ga0.8 Asからなりキャリアが走行する量子井戸
層16と、厚さが2nmのノンドープのi−Al0.2
0.8 Asからなりドープ層とノンドープ層とを区分し
て電子の移動度を向上させると共に量子井戸層16に対
するエネルギー障壁を生成する第3のスペーサ層17
と、厚さが20nmでn型のキャリア濃度が4×1018
cm-3のn−Al0.2 Ga0.8 Asからなり量子井戸層
16に対するエネルギー障壁を生成すると共にキャリア
を供給する第2のキャリア供給層18と、厚さが5nm
のノンドープのi−GaAsからなりゲート電極とショ
ットキ接触し、第2のキャリア供給層18の酸化を防ぐ
と共にゲート耐圧を向上させる酸化防止層19とが順次
エピタキシャル成長している。
The epitaxial growth substrate shown in FIG. 5 (a), for example, by using the MBE method, on the main surface of the substrate 11 made of GaAs, the carrier concentration of the p-type in the 200nm thickness of 1 × 10 18 cm - Substrate 11 composed of 3 p-GaAs
A buffer layer 42 for alleviating the adverse effects (such as lattice defects and background carrier concentration) of the GaAs crystal, and a non-doped i-Al 0.2 Ga 0.8 As layer having a thickness of 2 nm to achieve lattice matching with a carrier supply layer described later. A first spacer layer 43 for generating an energy barrier for a quantum well layer to be described later; and a quantum well layer comprising n-Al 0.2 Ga 0.8 As having a thickness of 10 nm and an n-type carrier concentration of 2 × 10 18 cm −3. The first carrier supply layer 14 that generates an energy barrier and supplies carriers and the non-doped i-Al 0.2 Ga 0.8 As layer having a thickness of 2 nm is divided into a doped layer and a non-doped layer to separate the electron mobility. And a second spacer layer 15 for improving energy dissipation and generating an energy barrier for the channel layer, and having a thickness of 15 nm and a molar fraction of InAs. .2 non-doped i-an In
A quantum well layer 16 made of 0.2 Ga 0.8 As, in which carriers travel, and a non-doped i-Al 0.2 G layer having a thickness of 2 nm;
A third spacer layer 17 made of a 0.8 As, which separates a doped layer from a non-doped layer to improve electron mobility and generates an energy barrier for the quantum well layer 16.
And an n-type carrier concentration of 4 × 10 18 with a thickness of 20 nm
a second carrier supply layer 18, which is made of n-Al 0.2 Ga 0.8 As cm −3 and generates an energy barrier for the quantum well layer 16 and supplies carriers, and has a thickness of 5 nm.
A non-doped i-GaAs layer, which is in Schottky contact with the gate electrode, prevents oxidation of the second carrier supply layer 18 and improves the gate withstand voltage, and an oxidation prevention layer 19 is sequentially epitaxially grown.

【0047】図5(b)に示すダブルヘテロ接合FET
は、第1の実施形態と同様の方法を用いて作製されてお
り、基板11上の酸化防止層19の上にはWSiからな
るゲート電極31が選択的に形成されており、酸化防止
層19の上におけるゲート電極31のゲート長方向側の
領域にはオーミック電極であるソース電極34及びドレ
イン電極35が選択的に形成されている。さらに、基板
11の上におけるソース電極34及びドレイン電極35
の下側の領域には、バッファ層42に達するようにSi
イオンが注入されてなるオーミックコンタクト領域33
が形成されており、また、基板11の上には、ソース電
極34及びドレイン電極35の上面を除く全面にわたっ
てシリコン酸化膜からなる絶縁膜32が形成されてい
る。
The double heterojunction FET shown in FIG.
Is manufactured using the same method as that of the first embodiment, and a gate electrode 31 made of WSi is selectively formed on an oxidation preventing layer 19 on a substrate 11. A source electrode 34 and a drain electrode 35, which are ohmic electrodes, are selectively formed in a region on the side of the gate electrode 31 in the gate length direction. Further, the source electrode 34 and the drain electrode 35 on the substrate 11
In the lower region of FIG.
Ohmic contact region 33 implanted with ions
In addition, an insulating film 32 made of a silicon oxide film is formed on the entire surface of the substrate 11 except for the upper surfaces of the source electrode 34 and the drain electrode 35.

【0048】このように、オーミックコンタクト領域3
3がイオン注入法を用いて形成されているため、ゲート
電極31の形成にリセスエッチングを用いないので、し
きい値電圧Vthのばらつきを極めて小さくできる。
As described above, the ohmic contact region 3
Since the gate electrode 3 is formed by using the ion implantation method, recess etching is not used for forming the gate electrode 31, so that variation in the threshold voltage Vth can be extremely reduced.

【0049】なお、本実施形態においては、エピタキシ
ャル成長基板におけるゲート電極31と接触する最上層
に酸化防止層19を設けたが、該酸化防止層19を設け
なくてもよい。
In this embodiment, the oxidation preventing layer 19 is provided as the uppermost layer in contact with the gate electrode 31 on the epitaxial growth substrate. However, the oxidation preventing layer 19 may not be provided.

【0050】以上のように、本実施形態によると、p−
GaAsからなるバッファ層42と、第1の障壁層21
のi−Al0.2 Ga0.8 Asからなる第1のスペーサ層
43とがヘテロ接合を形成している。図6(a)及び
(b)のエネルギー準位図に示すように、バッファ層4
2がp型にドープされているため、バッファ層42にノ
ンドープのi−GaAsを用いる場合と比べて、バッフ
ァ層42のフェルミ準位EF が価電子帯の上端EV 側に
位置するようになる。その結果、ゲート電極31に印加
されるゲート電圧値Vgをしきい値電圧Vth程度とした
場合に、第1のスペーサ層43の厚さを10nm以下と
しても、バッファ層42のp型不純物濃度を最適化すれ
ば、バッファ層42と第1のスペーサ層43との接合面
51における伝導帯の下端Ec をフェルミ準位EF より
も高くすることができる。ここで、図6(b)は図6
(a)をy軸方向に対して拡大した図である。
As described above, according to the present embodiment, p-
GaAs buffer layer 42 and first barrier layer 21
And the first spacer layer 43 made of i-Al 0.2 Ga 0.8 As form a hetero junction. As shown in the energy level diagrams of FIGS. 6A and 6B, the buffer layer 4
Because 2 is doped p-type, in comparison with the case of using a non-doped i-GaAs buffer layer 42, as the Fermi level E F of the buffer layer 42 is located at the upper end E V side of the valence band Become. As a result, when the gate voltage value Vg applied to the gate electrode 31 is about the threshold voltage Vth, the p-type impurity concentration of the buffer layer 42 is reduced even when the thickness of the first spacer layer 43 is set to 10 nm or less. be optimized, it can be higher than the Fermi level E F lower end Ec of the conduction band at the bonding surface 51 of the buffer layer 42 and the first spacer layer 43. Here, FIG.
It is the figure which expanded (a) to the y-axis direction.

【0051】従って、第1のキャリア供給層14からバ
ッファ層42側にしみ出すキャリアの量を無視できる程
度に抑制できるため、第1の実施形態と同様に、図3に
示すFETの電流−電圧特性に示すように、サブスレシ
ョルド特性が改善されており、サブスレショルド領域に
おいて、ドレイン−ソース間の漏れ電流が低減する。こ
のように、サブスレショルド領域の相互コンダクタンス
gm が向上する。
Therefore, the amount of carriers that seeps out of the first carrier supply layer 14 to the buffer layer 42 side can be suppressed to a negligible level. As in the first embodiment, the current-voltage of the FET shown in FIG. As shown in the characteristics, the sub-threshold characteristic is improved, and the leakage current between the drain and the source is reduced in the sub-threshold region. Thus, the transconductance gm of the subthreshold region is improved.

【0052】また、図5(a)及び(b)に示すよう
に、i−Al0.2 Ga0.8 Asからなる第1のスペーサ
層43の厚さを10nm以下としたまま、サブスレショ
ルド特性を改善できるため、第1のスペーサ層43のシ
ート抵抗を実用上十分に低い値の300Ω/□とするこ
とができるため、高周波領域においてもゲインが低下し
ない。
As shown in FIGS. 5A and 5B, the sub-threshold characteristic can be improved while the thickness of the first spacer layer 43 made of i-Al 0.2 Ga 0.8 As is kept at 10 nm or less. Therefore, the sheet resistance of the first spacer layer 43 can be set to a sufficiently low value of 300Ω / □ for practical use, so that the gain does not decrease even in a high frequency region.

【0053】なお、本実施形態においては、オーミック
コンタクト領域33におけるSiイオンの活性化率が高
いバッファ層42の全体をp-GaAsとしたが、バッ
ファ層42を、第1のスペーサ層43と接合する接合部
側にp-GaAs層を持ち、該p-GaAs層の下側にi
−GaAs層を持つ積層構造としてもよい。
In the present embodiment, the entire buffer layer 42 having a high activation rate of Si ions in the ohmic contact region 33 is p-GaAs, but the buffer layer 42 is bonded to the first spacer layer 43. A p-GaAs layer on the side of the junction to be formed, and an i-type layer below the p-GaAs layer.
A stacked structure having a GaAs layer may be used.

【0054】以上説明したように、本実施形態に係るダ
ブルヘテロ接合FETは、高周波領域においても高いゲ
インを持つことができ、この高ゲインによって高い電力
効率を実現できる。
As described above, the double heterojunction FET according to the present embodiment can have a high gain even in a high frequency region, and a high power efficiency can be realized by the high gain.

【0055】なお、本実施形態においては、量子井戸層
にInGaAsを用いたが、GaAsであってもよく、
また、第1及び第2の障壁層21,22にAlGaAs
を用いたが、InGaPであってもよい。
In this embodiment, InGaAs is used for the quantum well layer. However, GaAs may be used.
The first and second barrier layers 21 and 22 are made of AlGaAs.
Was used, but InGaP may be used instead.

【0056】[0056]

【発明の効果】本発明の第1及び第2の半導体装置によ
ると、第1の障壁層とバッファ層との界面における伝導
帯の下端をフェルミ準位よりも大きくすることができる
ため、第1の障壁層からバッファ層側にしみ出すキャリ
アを抑制できるので、サブスレショルド特性を改善でき
る。
According to the first and second semiconductor devices of the present invention, the lower end of the conduction band at the interface between the first barrier layer and the buffer layer can be made larger than the Fermi level. Carriers that leak from the barrier layer to the buffer layer side can be suppressed, so that the subthreshold characteristics can be improved.

【0057】第1及び第2の半導体装置において、バッ
ファ層がGaAsからなり、障壁層がAlGaAs又は
InGaPからなり、量子井戸層がInGaAs又はG
aAsからなると、サブスレショルド特性を改善したダ
ブルヘテロ接合FETを確実に得ることができる。
In the first and second semiconductor devices, the buffer layer is made of GaAs, the barrier layer is made of AlGaAs or InGaP, and the quantum well layer is made of InGaAs or G.
The use of aAs ensures a double heterojunction FET with improved subthreshold characteristics.

【0058】第1及び第2の半導体装置において、スペ
ーサ層の厚さが10nm以下であると、シート抵抗を十
分に小さい値とすることができるため、高周波領域にお
いてもゲインを劣化させることがない。
In the first and second semiconductor devices, if the thickness of the spacer layer is 10 nm or less, the sheet resistance can be made sufficiently small, so that the gain does not deteriorate even in a high frequency region. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)は本発明の第1の実施形態に係る半導体
装置を形成するためのエピタキシャル成長基板を示す構
成断面図である。(b)は本発明の第1の実施形態に係
る半導体装置を示す構成断面図である。
FIG. 1A is a sectional view showing a structure of an epitaxial growth substrate for forming a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2B is a configuration sectional view illustrating the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図2】(a)は本発明の第1の実施形態に係る半導体
装置のエネルギー準位を示す図である。(b)は(a)
のy軸方向の拡大図である。
FIG. 2A is a diagram illustrating an energy level of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. (B) is (a)
FIG. 3 is an enlarged view in the y-axis direction of FIG.

【図3】本発明の第1及び第2の実施形態に係る半導体
装置におけるドレイン電流−ドレイン電圧の特性曲線を
表わすグラフである。
FIG. 3 is a graph showing a characteristic curve of drain current-drain voltage in the semiconductor devices according to the first and second embodiments of the present invention.

【図4】本発明の第1及び第2の実施形態に係る半導体
装置と従来の半導体装置とのドレイン電流−ゲート電圧
の特性曲線を比較するグラフである。
FIG. 4 is a graph comparing the drain current-gate voltage characteristic curves of the semiconductor device according to the first and second embodiments of the present invention and a conventional semiconductor device.

【図5】(a)は本発明の第2の実施形態に係る半導体
装置を形成するためのエピタキシャル成長基板を示す構
成断面図である。(b)は本発明の第2の実施形態に係
る半導体装置を示す構成断面図である。
FIG. 5A is a configuration sectional view showing an epitaxial growth substrate for forming a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. (B) is a sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図6】(a)は本発明の第2の実施形態に係る半導体
装置のエネルギー準位を示す図である。(b)は(a)
のy軸方向の拡大図である。
FIG. 6A is a diagram illustrating an energy level of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. (B) is (a)
FIG. 3 is an enlarged view in the y-axis direction.

【図7】(a)は従来の半導体装置を形成するためのエ
ピタキシャル成長基板を示す構成断面図である。(b)
は従来の半導体装置を示す構成断面図である。
FIG. 7A is a configuration sectional view showing an epitaxial growth substrate for forming a conventional semiconductor device. (B)
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of a conventional semiconductor device.

【図8】従来の半導体装置におけるドレイン電流−ドレ
イン電圧の特性曲線を表わすグラフである。
FIG. 8 is a graph showing a drain current-drain voltage characteristic curve in a conventional semiconductor device.

【図9】従来の半導体装置におけるオーミックコンタク
ト抵抗のAlGaAsからなるスペーサ層の層厚依存性
を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the dependence of ohmic contact resistance on the thickness of a spacer layer made of AlGaAs in a conventional semiconductor device.

【図10】(a)は従来の半導体装置のエネルギー準位
を示す図である。(b)は(a)のy軸方向の拡大図で
ある。
FIG. 10A is a diagram showing an energy level of a conventional semiconductor device. (B) is an enlarged view in the y-axis direction of (a).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 基板 12 バッファ層 13 第1のスペーサ層(p型スペーサ層) 14 第1のキャリア供給層 15 第2のスペーサ層 16 量子井戸層 17 第3のスペーサ層 18 第2のキャリア供給層 19 酸化防止層 21 第1の障壁層 22 第2の障壁層 31 ゲート電極 32 絶縁膜 33 オーミックコンタクト領域 34 ソース電極 35 ドレイン電極 42 バッファ層 43 第1のスペーサ層 51 接合面 Reference Signs List 11 substrate 12 buffer layer 13 first spacer layer (p-type spacer layer) 14 first carrier supply layer 15 second spacer layer 16 quantum well layer 17 third spacer layer 18 second carrier supply layer 19 oxidation prevention Layer 21 First barrier layer 22 Second barrier layer 31 Gate electrode 32 Insulating film 33 Ohmic contact region 34 Source electrode 35 Drain electrode 42 Buffer layer 43 First spacer layer 51 Junction surface

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板の上に形成されたバッファ層と、 前記バッファ層の上に形成され、該バッファ層よりもエ
ネルギーバンドギャップが大きい第1の障壁層と、 前記第1の障壁層の上に形成された量子井戸層と、 前記量子井戸層の上に形成された第2の障壁層と、 前記第2の障壁層の上に選択的に形成されたオーミック
電極と、 前記基板における前記オーミック電極の下方の領域に形
成され、前記バッファ層に達するオーミックコンタクト
領域とを備え、 前記第1の障壁層は、前記バッファ層の上に順次形成さ
れたp型スペーサ層とn型キャリア供給層とを有してい
ることを特徴とする半導体装置。
A buffer layer formed on the substrate; a first barrier layer formed on the buffer layer and having a larger energy band gap than the buffer layer; A second barrier layer formed on the quantum well layer; an ohmic electrode selectively formed on the second barrier layer; and the ohmic electrode on the substrate. An ohmic contact region formed in a region below the electrode and reaching the buffer layer, wherein the first barrier layer includes a p-type spacer layer and an n-type carrier supply layer sequentially formed on the buffer layer. A semiconductor device comprising:
【請求項2】 前記バッファ層はGaAsからなり、 前記障壁層はAlGaAs又はInGaPからなり、 前記量子井戸層はInGaAs又はGaAsからなるこ
とを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said buffer layer is made of GaAs, said barrier layer is made of AlGaAs or InGaP, and said quantum well layer is made of InGaAs or GaAs.
【請求項3】 前記スペーサ層の厚さは10nm以下で
あることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein said spacer layer has a thickness of 10 nm or less.
【請求項4】 基板の上に形成されたバッファ層と、 前記バッファ層の上に形成され、該バッファ層よりもエ
ネルギーバンドギャップが大きい第1の障壁層と、 前記第1の障壁層の上に形成された量子井戸層と、 前記量子井戸層の上に形成された第2の障壁層と、 前記第2の障壁層の上に選択的に形成されたオーミック
電極と、 前記基板における前記オーミック電極の下方の領域に形
成され、前記バッファ層に達するオーミックコンタクト
領域とを備え、 前記バッファ層は、少なくとも前記第1の障壁層と接す
る側がp型導電性を有していることを特徴とする半導体
装置。
4. A buffer layer formed on a substrate; a first barrier layer formed on the buffer layer and having an energy band gap larger than the buffer layer; A second barrier layer formed on the quantum well layer; an ohmic electrode selectively formed on the second barrier layer; and the ohmic electrode on the substrate. An ohmic contact region formed in a region below the electrode and reaching the buffer layer, wherein the buffer layer has p-type conductivity at least on a side in contact with the first barrier layer. Semiconductor device.
【請求項5】 前記バッファ層はGaAsからなり、 前記障壁層はAlGaAs又はInGaPからなり、 前記量子井戸層はInGaAs又はGaAsからなるこ
とを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 4, wherein said buffer layer is made of GaAs, said barrier layer is made of AlGaAs or InGaP, and said quantum well layer is made of InGaAs or GaAs.
【請求項6】 前記スペーサ層の厚さは10nm以下で
あることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 5, wherein said spacer layer has a thickness of 10 nm or less.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007048950A (en) * 2005-08-10 2007-02-22 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and method of manufacturing same
JP2014169801A (en) * 2013-03-01 2014-09-18 Harman Co Ltd Heating cooker

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