JPH11354776A - 半導体結晶積層体およびそれを用いた半導体装置 - Google Patents
半導体結晶積層体およびそれを用いた半導体装置Info
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- JPH11354776A JPH11354776A JP16179598A JP16179598A JPH11354776A JP H11354776 A JPH11354776 A JP H11354776A JP 16179598 A JP16179598 A JP 16179598A JP 16179598 A JP16179598 A JP 16179598A JP H11354776 A JPH11354776 A JP H11354776A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】半導体結晶積層薄膜の移動度のシートキャリア
濃度依存性を低減し、相互コンダクタンスが動作電流に
依存しないＨＥＭＴ素子およびそれを用いた歪み特性に
優れた半導体装置を作製する。 【解決手段】半絶縁性ＧａＡｓ基板１上にｎ型ＡｌyＧ
ａ1-yＡｓキャリア供給層４（ｙ＝０.３，ドーピング濃
度：１.５×１０18cm-3）を１０ｎｍ，アンドープＡｌy
Ｇａ1-yＡｓスペーサー層５(ｙ＝０.３）を２ｎｍ，ア
ンドープＧａＡｓチャネル層６を６ｎｍ，アンドープＩ
ｎxＧａ1-xＡｓチャネル層７(ｘ＝０.３）を６ｎｍ，ア
ンドープＧａＡｓスペーサー層８を２ｎｍ，ｎ型ＧａＡ
ｓチャネル層９（ドーピング濃度：１×１０18cm-3）を
２５ｎｍ順に積層した結晶積層体を用いてＨＥＭＴ素子
または半導体装置を作製する。
濃度依存性を低減し、相互コンダクタンスが動作電流に
依存しないＨＥＭＴ素子およびそれを用いた歪み特性に
優れた半導体装置を作製する。 【解決手段】半絶縁性ＧａＡｓ基板１上にｎ型ＡｌyＧ
ａ1-yＡｓキャリア供給層４（ｙ＝０.３，ドーピング濃
度：１.５×１０18cm-3）を１０ｎｍ，アンドープＡｌy
Ｇａ1-yＡｓスペーサー層５(ｙ＝０.３）を２ｎｍ，ア
ンドープＧａＡｓチャネル層６を６ｎｍ，アンドープＩ
ｎxＧａ1-xＡｓチャネル層７(ｘ＝０.３）を６ｎｍ，ア
ンドープＧａＡｓスペーサー層８を２ｎｍ，ｎ型ＧａＡ
ｓチャネル層９（ドーピング濃度：１×１０18cm-3）を
２５ｎｍ順に積層した結晶積層体を用いてＨＥＭＴ素子
または半導体装置を作製する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は携帯電話等の移動通
信や自動車の衝突防止レーダー等に用いる電界効果トラ
ンジスタおよびそれを用いた送受信増幅器等の半導体装
置に関する。
信や自動車の衝突防止レーダー等に用いる電界効果トラ
ンジスタおよびそれを用いた送受信増幅器等の半導体装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】InGaAsをチャネルとし、チャネルの両側
にキャリア供給層を持つダブルへテロ構造ＨＥＭＴ（Hi
gh Electron Mobility Transistor ：高電子移動度トラ
ンジスタ）の例は、アプライド・フィジックス・レター
ズ６１（１９９２年）１９４２頁から１９４４頁（Appl
ied Physics Letters61(1992)pp. 1942−1944 ）におい
て知られている。また、InGaAs層とｎ型ＧａＡｓ層をチ
ャネルとした２モードチャネルＦＥＴ（Field Effect T
ransistor ：電界効果トランジスタ）の例は、アイ・イ
ー・ディー・エム・テクニカル・ダイジェスト（１９９
４年）８９９頁から９０２頁（IEDM Technical Digest
(1994)pp. 899−902 ）において知られている。
にキャリア供給層を持つダブルへテロ構造ＨＥＭＴ（Hi
gh Electron Mobility Transistor ：高電子移動度トラ
ンジスタ）の例は、アプライド・フィジックス・レター
ズ６１（１９９２年）１９４２頁から１９４４頁（Appl
ied Physics Letters61(1992)pp. 1942−1944 ）におい
て知られている。また、InGaAs層とｎ型ＧａＡｓ層をチ
ャネルとした２モードチャネルＦＥＴ（Field Effect T
ransistor ：電界効果トランジスタ）の例は、アイ・イ
ー・ディー・エム・テクニカル・ダイジェスト（１９９
４年）８９９頁から９０２頁（IEDM Technical Digest
(1994)pp. 899−902 ）において知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のInGaAs
をチャネルとし、チャネルの両側にキャリア供給層を持
つダブルへテロ構造ＨＥＭＴでは、大きな相互コンダク
タンスが比較的簡単に得られるため効率の高い増幅器が
作製できる。しかし、相互コンダクタンスの動作電流依
存性が大きく、歪み特性の良好な増幅器を作製できない
問題があった。
をチャネルとし、チャネルの両側にキャリア供給層を持
つダブルへテロ構造ＨＥＭＴでは、大きな相互コンダク
タンスが比較的簡単に得られるため効率の高い増幅器が
作製できる。しかし、相互コンダクタンスの動作電流依
存性が大きく、歪み特性の良好な増幅器を作製できない
問題があった。
【０００４】また、InGaAs層とｎ型ＧａＡｓ層をチャネ
ルとした２モードチャネルＦＥＴでは、相互コンダクタ
ンスの動作電流依存性が小さいため、歪み特性に優れた
増幅器が作製できるが、相互コンダクタンスの値が上記
ダブルへテロ構造ＨＥＭＴに比べ小さいため、効率に優
れた増幅器を作製できない問題があった。
ルとした２モードチャネルＦＥＴでは、相互コンダクタ
ンスの動作電流依存性が小さいため、歪み特性に優れた
増幅器が作製できるが、相互コンダクタンスの値が上記
ダブルへテロ構造ＨＥＭＴに比べ小さいため、効率に優
れた増幅器を作製できない問題があった。
【０００５】歪み特性に優れ、かつ効率の高い増幅器を
作製するためには、相互コンダクタンスの動作電流依存
性が小さく、かつ相互コンダクタンスの値が大きな電界
効果トランジスタを実現することが必要である。
作製するためには、相互コンダクタンスの動作電流依存
性が小さく、かつ相互コンダクタンスの値が大きな電界
効果トランジスタを実現することが必要である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的の相互コンダク
タンスの動作電流依存性が小さく、かつ相互コンダクタ
ンスの値が大きな電界効果トランジスタを実現するため
に、本発明では第１の半導体からなる第１のチャネル層
と、２元化合物で、第１の半導体よりバンドギャップの
大きな第２の半導体からなる第２のチャネル層と、第２
の半導体の一部に不純物を添加した第３のチャネル層
と、第２の半導体よりバンドギャップが大きく一部に不
純物が添加された第３の半導体からなるキャリア供給層
を有し、上記４つの層が、キャリア供給層，第２のチャ
ネル層，第１のチャネル層，第３のチャネル層の順で連
続して積層してある半導体結晶積層体を用いる。
タンスの動作電流依存性が小さく、かつ相互コンダクタ
ンスの値が大きな電界効果トランジスタを実現するため
に、本発明では第１の半導体からなる第１のチャネル層
と、２元化合物で、第１の半導体よりバンドギャップの
大きな第２の半導体からなる第２のチャネル層と、第２
の半導体の一部に不純物を添加した第３のチャネル層
と、第２の半導体よりバンドギャップが大きく一部に不
純物が添加された第３の半導体からなるキャリア供給層
を有し、上記４つの層が、キャリア供給層，第２のチャ
ネル層，第１のチャネル層，第３のチャネル層の順で連
続して積層してある半導体結晶積層体を用いる。
【０００７】
【発明の実施の形態】ＨＥＭＴの相互コンダクタンスの
値に動作電流依存性があるのは、キャリアの移動度にキ
ャリア濃度依存性があることによる。従来型のＨＥＭＴ
では、キャリア濃度が小さい際ＩｎxＧａ1-xＡｓチャネ
ル内のキャリアが不純物散乱や合金散乱に対する充分な
スクリーニング効果が得られないため、移動度が小さ
い。キャリア濃度を増やすと上記スクリーニング効果が
得られるようになるため移動度が向上する。ところが、
キャリア濃度を更に大きくすると、過剰なキャリアが高
純度のＩｎxＧａ1-xＡｓチャネル層から低移動度領域で
あるＡｌyＧａ1-yＡｓキャリア供給層側にまで分布して
しまうため再び移動度が低下する。
値に動作電流依存性があるのは、キャリアの移動度にキ
ャリア濃度依存性があることによる。従来型のＨＥＭＴ
では、キャリア濃度が小さい際ＩｎxＧａ1-xＡｓチャネ
ル内のキャリアが不純物散乱や合金散乱に対する充分な
スクリーニング効果が得られないため、移動度が小さ
い。キャリア濃度を増やすと上記スクリーニング効果が
得られるようになるため移動度が向上する。ところが、
キャリア濃度を更に大きくすると、過剰なキャリアが高
純度のＩｎxＧａ1-xＡｓチャネル層から低移動度領域で
あるＡｌyＧａ1-yＡｓキャリア供給層側にまで分布して
しまうため再び移動度が低下する。
【０００８】このような移動度のキャリア濃度依存性の
うち、過剰キャリア濃度領域における移動度の低下を改
善するため、キャリア供給層としてAlGaAsより移動度の
大きなＧａＡｓを用い、このＧａＡｓ層をキャリア供給
層兼チャネル層として用いることが提案されているが、
この場合は、ＧａＡｓとＩｎxＧａ1-xＡｓとの電子親和
力の差が小さく、充分なキャリアをＩｎxＧａ1-xＡｓチ
ャネルに蓄えられないため、原理的に高移動度は得られ
ない。
うち、過剰キャリア濃度領域における移動度の低下を改
善するため、キャリア供給層としてAlGaAsより移動度の
大きなＧａＡｓを用い、このＧａＡｓ層をキャリア供給
層兼チャネル層として用いることが提案されているが、
この場合は、ＧａＡｓとＩｎxＧａ1-xＡｓとの電子親和
力の差が小さく、充分なキャリアをＩｎxＧａ1-xＡｓチ
ャネルに蓄えられないため、原理的に高移動度は得られ
ない。
【０００９】本発明では図３にその伝導帯構造を示すよ
うに、アンドープＩｎxＧａ1-xＡｓチャネル７の両側に
ｎ型不純物ドープ層を持つＨＥＭＴ構造においてゲート
電極に近い側をｎ型ＧａＡｓチャネル層９、遠い側をｎ
型ＡｌyＧａ1-yＡｓキャリア供給層４とし、ｎ型Ａｌy
Ｇａ1-yＡｓキャリア供給層４とアンドープInxGa1-xAs
チャネル層７の間にアンドープＧａＡｓチャネル層６を
有する積層構造を採用した。
うに、アンドープＩｎxＧａ1-xＡｓチャネル７の両側に
ｎ型不純物ドープ層を持つＨＥＭＴ構造においてゲート
電極に近い側をｎ型ＧａＡｓチャネル層９、遠い側をｎ
型ＡｌyＧａ1-yＡｓキャリア供給層４とし、ｎ型Ａｌy
Ｇａ1-yＡｓキャリア供給層４とアンドープInxGa1-xAs
チャネル層７の間にアンドープＧａＡｓチャネル層６を
有する積層構造を採用した。
【００１０】この構造では、キャリア濃度が小さい間
は、アンドープＧａＡｓチャネル層６がｎ型ＡｌyＧａ
1-yＡｓキャリア供給層４からの遠隔イオン化不純物散
乱に対するスペーサー層としてき、かつ、キャリアはア
ンドープＩｎxＧａ1-xＡｓチャネル層７とアンドープＧ
ａＡｓチャネル層６の間のヘテロ界面に生じているた
め、通常のＨＥＭＴ構造に特有なAlGaAs（３元混晶なの
で合金散乱を発する）からの合金散乱を受けずに済む。
そのため、低キャリア濃度でも高移動度が得られる。
は、アンドープＧａＡｓチャネル層６がｎ型ＡｌyＧａ
1-yＡｓキャリア供給層４からの遠隔イオン化不純物散
乱に対するスペーサー層としてき、かつ、キャリアはア
ンドープＩｎxＧａ1-xＡｓチャネル層７とアンドープＧ
ａＡｓチャネル層６の間のヘテロ界面に生じているた
め、通常のＨＥＭＴ構造に特有なAlGaAs（３元混晶なの
で合金散乱を発する）からの合金散乱を受けずに済む。
そのため、低キャリア濃度でも高移動度が得られる。
【００１１】また、最大の移動度は、通常のＨＥＭＴの
場合と同様に、ｎ型AlGaAsキャリア供給層４とアンドー
プＩｎxＧａ1-xＡｓチャネル層７との電子親和力の差で
決まるため、通常のＨＥＭＴを下回ることはない。一
方、過剰キャリア濃度領域においても、アンドープＩｎ
xＧａ1-xＡｓチャネル層７に蓄えきれない過剰キャリア
はｎ型ＡｌyＧａ1-yＡｓキャリア供給層４よりも移動度
の高いアンドープGaAsチャネル６およびｎ型ＧａＡｓチ
ャネル層９に分布するため、極端な移動度の低下は起こ
らない。
場合と同様に、ｎ型AlGaAsキャリア供給層４とアンドー
プＩｎxＧａ1-xＡｓチャネル層７との電子親和力の差で
決まるため、通常のＨＥＭＴを下回ることはない。一
方、過剰キャリア濃度領域においても、アンドープＩｎ
xＧａ1-xＡｓチャネル層７に蓄えきれない過剰キャリア
はｎ型ＡｌyＧａ1-yＡｓキャリア供給層４よりも移動度
の高いアンドープGaAsチャネル６およびｎ型ＧａＡｓチ
ャネル層９に分布するため、極端な移動度の低下は起こ
らない。
【００１２】このように本発明により移動度のキャリア
濃度に依存する変化が大幅に抑えられるため、相互コン
ダクタンスの動作電流依存性が小さくなり、歪み特性に
優れ、かつ、高効率な増幅器を実現できる。
濃度に依存する変化が大幅に抑えられるため、相互コン
ダクタンスの動作電流依存性が小さくなり、歪み特性に
優れ、かつ、高効率な増幅器を実現できる。
【００１３】（実施例１）本発明の実施例１を図４およ
び図５を用いて説明する。
び図５を用いて説明する。
【００１４】まず、図４に示すように、ＭＢＥ装置によ
り半絶縁性ＧａＡｓ基板１上にアンドープＧａＡｓバッ
ファ層２を２００ｎｍ，アンドープＡｌyＧａ1-yＡｓバ
ッファ層３(ｙ＝０.３）を１００ｎｍ，ｎ型ＡｌyＧａ
1-yＡｓキャリア供給層４（ｙ＝０.３，ドーピング濃
度：１.５×１０18cm-3）を１０ｎｍ，アンドープＡｌy
Ｇａ1-yＡｓスペーサー層５(ｙ＝０.３）を２ｎｍ，ア
ンドープＧａＡｓチャネル層６を６ｎｍ，アンドープＩ
ｎxＧａ1-xＡｓチャネル層７(ｘ＝０.３）を６ｎｍ，ア
ンドープＧａＡｓスペーサー層８を２ｎｍ，ｎ型ＧａＡ
ｓチャネル層９(ドーピング濃度：１×１０18cm-3)を２
５ｎｍ，アンドープＡｌyＧａ1-yＡｓバリア層１０(ｙ
＝０.３）を１５ｎｍ，アンドープＧａＡｓキャップ層
２１を２０ｎｍ順にエピタキシャル成長する。
り半絶縁性ＧａＡｓ基板１上にアンドープＧａＡｓバッ
ファ層２を２００ｎｍ，アンドープＡｌyＧａ1-yＡｓバ
ッファ層３(ｙ＝０.３）を１００ｎｍ，ｎ型ＡｌyＧａ
1-yＡｓキャリア供給層４（ｙ＝０.３，ドーピング濃
度：１.５×１０18cm-3）を１０ｎｍ，アンドープＡｌy
Ｇａ1-yＡｓスペーサー層５(ｙ＝０.３）を２ｎｍ，ア
ンドープＧａＡｓチャネル層６を６ｎｍ，アンドープＩ
ｎxＧａ1-xＡｓチャネル層７(ｘ＝０.３）を６ｎｍ，ア
ンドープＧａＡｓスペーサー層８を２ｎｍ，ｎ型ＧａＡ
ｓチャネル層９(ドーピング濃度：１×１０18cm-3)を２
５ｎｍ，アンドープＡｌyＧａ1-yＡｓバリア層１０(ｙ
＝０.３）を１５ｎｍ，アンドープＧａＡｓキャップ層
２１を２０ｎｍ順にエピタキシャル成長する。
【００１５】この半導体結晶積層薄膜を一片が５mm程度
の正方形に切り出し、４角にＩｎ電極を形成しホール測
定用の試料を作製し、試料の表面を徐々にエッチングし
ながらホール測定を行うことにより移動度のキャリア濃
度依存性を調べる。
の正方形に切り出し、４角にＩｎ電極を形成しホール測
定用の試料を作製し、試料の表面を徐々にエッチングし
ながらホール測定を行うことにより移動度のキャリア濃
度依存性を調べる。
【００１６】測定した移動度とキャリア濃度の関係は図
５のようになる。ここでは参考のため従来の構造である
InGaAsをチャネルとし、チャネルの両側にキャリア供給
層を持つダブルへテロ構造ＨＥＭＴおよびＩｎxＧａ1-x
Ａｓ層とｎ型ＧａＡｓ層をチャネルとした２モードチャ
ネルＦＥＴの特性もそれぞれ従来構造（１）および従来
構造（２）として併記する。
５のようになる。ここでは参考のため従来の構造である
InGaAsをチャネルとし、チャネルの両側にキャリア供給
層を持つダブルへテロ構造ＨＥＭＴおよびＩｎxＧａ1-x
Ａｓ層とｎ型ＧａＡｓ層をチャネルとした２モードチャ
ネルＦＥＴの特性もそれぞれ従来構造（１）および従来
構造（２）として併記する。
【００１７】図からわかるように、本発明の移動度はシ
ートキャリア濃度５×１０11cm-2以上でほぼ一定の値を
とる。このように従来構造より小さいシートキャリア濃
度で移動度が高く、かつその移動度が従来構造１では移
動度が低下していた５×1012cm-2においてもほとんど低
下していないことから、本実施例の半導体結晶積層構造
を用いることによりＨＥＭＴの特性が向上できることが
わかる。
ートキャリア濃度５×１０11cm-2以上でほぼ一定の値を
とる。このように従来構造より小さいシートキャリア濃
度で移動度が高く、かつその移動度が従来構造１では移
動度が低下していた５×1012cm-2においてもほとんど低
下していないことから、本実施例の半導体結晶積層構造
を用いることによりＨＥＭＴの特性が向上できることが
わかる。
【００１８】（実施例２）本発明の実施例２を図１およ
び図２を用いて説明する。
び図２を用いて説明する。
【００１９】まず、ＭＢＥ装置により半絶縁性ＧａＡｓ
基板１上にアンドープＧａＡｓバッファ層２を２００ｎ
ｍ，アンドープＡｌyＧａ1-yＡｓバッファ層３（ｙ＝
０.３）を１００ｎｍ，ｎ型ＡｌｙＧａ1-yＡｓキャリア
供給層４（ｙ＝０.３，ドーピング濃度：１.５×１０18
cm-3）を１０ｎｍ，アンドープＡｌyＧａ1-yＡｓ スペ
ーサー層５(ｙ＝０.３）を２ｎｍ，アンドープＧａＡｓ
チャネル層６を６ｎｍ，アンドープＩｎxＧａ1-xＡｓチ
ャネル層７(ｘ＝０.３）を６ｎｍ，アンドープGaAsスペ
ーサー層８を２ｎｍ，ｎ型ＧａＡｓチャネル層９（ドー
ピング濃度：１×１０18cm-3）を２５ｎｍ，アンドープ
ＡｌyＧａ1-yＡｓバリア層１０（ｙ＝0.3)を１５ｎｍ，
ｎ型ＧａＡｓキャップ層１１（ドーピング濃度：５×１
０18cm-3）を１５０ｎｍ順にエピタキシャル成長する。
基板１上にアンドープＧａＡｓバッファ層２を２００ｎ
ｍ，アンドープＡｌyＧａ1-yＡｓバッファ層３（ｙ＝
０.３）を１００ｎｍ，ｎ型ＡｌｙＧａ1-yＡｓキャリア
供給層４（ｙ＝０.３，ドーピング濃度：１.５×１０18
cm-3）を１０ｎｍ，アンドープＡｌyＧａ1-yＡｓ スペ
ーサー層５(ｙ＝０.３）を２ｎｍ，アンドープＧａＡｓ
チャネル層６を６ｎｍ，アンドープＩｎxＧａ1-xＡｓチ
ャネル層７(ｘ＝０.３）を６ｎｍ，アンドープGaAsスペ
ーサー層８を２ｎｍ，ｎ型ＧａＡｓチャネル層９（ドー
ピング濃度：１×１０18cm-3）を２５ｎｍ，アンドープ
ＡｌyＧａ1-yＡｓバリア層１０（ｙ＝0.3)を１５ｎｍ，
ｎ型ＧａＡｓキャップ層１１（ドーピング濃度：５×１
０18cm-3）を１５０ｎｍ順にエピタキシャル成長する。
【００２０】この半導体結晶積層薄膜を周知のメサ・ア
イソレーションおよびゲート・リセス・プロセスを用
い、図１に示すようなソース電極１２，ゲート電極１
３，ドレイン電極１４を持つＨＥＭＴ素子を作製する。
イソレーションおよびゲート・リセス・プロセスを用
い、図１に示すようなソース電極１２，ゲート電極１
３，ドレイン電極１４を持つＨＥＭＴ素子を作製する。
【００２１】作製したＨＥＭＴ素子のゲート電圧と相互
コンダクタンスの関係は図２のようになる。ここでは参
考のため従来の構造であるＩｎxＧａ1-xＡｓをチャネル
とし、チャネルの両側にキャリア供給層を持つダブルへ
テロ構造ＨＥＭＴおよびＩｎxＧａ1-xＡｓ層とｎ型Ｇａ
Ａｓ層をチャネルとした２モードチャネルＦＥＴの特性
もそれぞれ従来構造（１）および従来構造（２）として
併記する。図からわかるように、本発明の相互コンダク
タンスはしきい電圧（−０.７Ｖ ）付近で急速に立ち上
がり、ゲート電圧０Ｖ以降はほぼ一定の値をとる。これ
は、「発明の実施の形態」の冒頭で説明した本発明の作
用により、移動度のキャリア濃度依存性が小さくなるた
めである。
コンダクタンスの関係は図２のようになる。ここでは参
考のため従来の構造であるＩｎxＧａ1-xＡｓをチャネル
とし、チャネルの両側にキャリア供給層を持つダブルへ
テロ構造ＨＥＭＴおよびＩｎxＧａ1-xＡｓ層とｎ型Ｇａ
Ａｓ層をチャネルとした２モードチャネルＦＥＴの特性
もそれぞれ従来構造（１）および従来構造（２）として
併記する。図からわかるように、本発明の相互コンダク
タンスはしきい電圧（−０.７Ｖ ）付近で急速に立ち上
がり、ゲート電圧０Ｖ以降はほぼ一定の値をとる。これ
は、「発明の実施の形態」の冒頭で説明した本発明の作
用により、移動度のキャリア濃度依存性が小さくなるた
めである。
【００２２】上記２つの実施例において、アンドープＩ
ｎxＧａ1-xＡｓチャネル層７のＩｎ組成ｘを０.３ とし
たが、ｎ型ＧａＡｓチャネル層９との電子親和力の差が
２次元電子ガスを形成できる範囲で変化させても本発明
の効果に変わりはない。具体的にはｘが０.２ より大き
い際に特に効果が大きい。
ｎxＧａ1-xＡｓチャネル層７のＩｎ組成ｘを０.３ とし
たが、ｎ型ＧａＡｓチャネル層９との電子親和力の差が
２次元電子ガスを形成できる範囲で変化させても本発明
の効果に変わりはない。具体的にはｘが０.２ より大き
い際に特に効果が大きい。
【００２３】また、上記実施例において、ｎ型ＡｌyＧ
ａ1-yＡｓキャリア供給層４のＡｌ組成ｙを０.３ とし
たが、アンドープＧａＡｓチャネル層６との電子親和力
の差が２次元電子ガスを形成できる範囲で変化させても
本発明の効果に変わりはない。具体的にはｙが０.２ よ
り大きい際に特に効果が大きい。
ａ1-yＡｓキャリア供給層４のＡｌ組成ｙを０.３ とし
たが、アンドープＧａＡｓチャネル層６との電子親和力
の差が２次元電子ガスを形成できる範囲で変化させても
本発明の効果に変わりはない。具体的にはｙが０.２ よ
り大きい際に特に効果が大きい。
【００２４】また、上記実施例はAlGaAs／InGaAs／Ｇａ
Ａｓ系材料を用いて作製したが、ＡｌyＧａ1-yＡｓをＡ
ｌzＩｎ1-zＡｓ，ＧａＡｓをＩｎＰ，ＩｎxＧａ1-xＡｓ
をＩｎwＧａ1-wＡｓと置き換えても同様の効果が得られ
る。
Ａｓ系材料を用いて作製したが、ＡｌyＧａ1-yＡｓをＡ
ｌzＩｎ1-zＡｓ，ＧａＡｓをＩｎＰ，ＩｎxＧａ1-xＡｓ
をＩｎwＧａ1-wＡｓと置き換えても同様の効果が得られ
る。
【００２５】その際、Ａｌ組成ｚは０.３から０.７、Ｉ
ｎ組成ｗも０.３から０.７の範囲とすることにより、格
子欠陥の少ない良質な半導体結晶積層体およびそれを用
いたＨＥＭＴ素子が得られる。
ｎ組成ｗも０.３から０.７の範囲とすることにより、格
子欠陥の少ない良質な半導体結晶積層体およびそれを用
いたＨＥＭＴ素子が得られる。
【００２６】上記実施例において、アンドープＧａＡｓ
チャネル層６の厚さを６ｎｍ，アンドープＩｎxＧａ1-x
Ａｓチャネル層の厚さを６ｎｍとしたが、各層の厚さは
本発明の効果が得られる範囲で変化させてもよい。例え
ばＩｎ組成ｘが０.２ の場合は、アンドープＩｎxＧａ
1-xＡｓチャネル層と他の層との格子不整合が小さいた
め、アンドープＩｎxＧａ1-xＡｓチャネル層を厚く、ア
ンドープＧａＡｓチャネル層を薄くすることができる。
ここで、アンドープＧａＡｓチャネル層とアンドープＩ
ｎxＧａ1-xＡｓチャネル層の合計の厚さは１２ｎｍ以下
の時に特に効果が大きい。これは、これより厚くすると
短チャネル効果等により、ピンチオフ不良が起こり易く
なるためである。
チャネル層６の厚さを６ｎｍ，アンドープＩｎxＧａ1-x
Ａｓチャネル層の厚さを６ｎｍとしたが、各層の厚さは
本発明の効果が得られる範囲で変化させてもよい。例え
ばＩｎ組成ｘが０.２ の場合は、アンドープＩｎxＧａ
1-xＡｓチャネル層と他の層との格子不整合が小さいた
め、アンドープＩｎxＧａ1-xＡｓチャネル層を厚く、ア
ンドープＧａＡｓチャネル層を薄くすることができる。
ここで、アンドープＧａＡｓチャネル層とアンドープＩ
ｎxＧａ1-xＡｓチャネル層の合計の厚さは１２ｎｍ以下
の時に特に効果が大きい。これは、これより厚くすると
短チャネル効果等により、ピンチオフ不良が起こり易く
なるためである。
【００２７】本実施例の半導体結晶積層体を用いたＨＥ
ＭＴ素子を能動素子として用いることにより、歪み特性
に優れた送受信増幅器が得られることは上記特性から明
らかである。
ＭＴ素子を能動素子として用いることにより、歪み特性
に優れた送受信増幅器が得られることは上記特性から明
らかである。
【００２８】このＨＥＭＴ素子がＨＥＭＴ，ＭＭＩＣ
（Monolithic Microwave IntegratedCircuit）などに使
えることは言うまでもない。
（Monolithic Microwave IntegratedCircuit）などに使
えることは言うまでもない。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、ＨＥＭＴ素子の相互コ
ンダクタンスの動作電流依存性を従来に比べ大幅に改善
できるため、移動通信や自動車衝突防止レーダーに用い
るMMIC増幅器の歪み特性を大幅に改善できる。その結
果、音質のよい移動通信端末や感度のよいレーダーを提
供できる。
ンダクタンスの動作電流依存性を従来に比べ大幅に改善
できるため、移動通信や自動車衝突防止レーダーに用い
るMMIC増幅器の歪み特性を大幅に改善できる。その結
果、音質のよい移動通信端末や感度のよいレーダーを提
供できる。
【図１】本発明の実施例２のＨＥＭＴ素子の断面図。
【図２】ゲート電圧と相互コンダクタンスの関係を表す
グラフ。
グラフ。
【図３】本発明のＨＥＭＴ素子の伝導帯エネルギー構造
を示す図。
を示す図。
【図４】本発明の実施例１の半導体結晶積層体の断面
図。
図。
【図５】シートキャリア濃度と移動度の関係を表すグラ
フ。
フ。
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ＡｌyＧａ1-yＡｓバッファ
層、４…ｎ型ＡｌyＧａ1-yＡｓキャリア供給層、５…ア
ンドープＡｌyＧａ1-yＡｓスペーサー層、６…アンドー
プＧａＡｓチャネル層、７…アンドープＩｎxＧａ1-xＡ
ｓチャネル層、８…アンドープＧａＡｓスペーサー層、
９…ｎ型ＧａＡｓチャネル層、１０…アンドープＡｌy
Ｇａ1-yＡｓバリア層、１１…ｎ型ＧａＡｓキャップ
層、１２…ソース電極、１３…ゲート電極、１４…ドレ
イン電極、２１…アンドープＧａＡｓキャップ層。
ッファ層、３…アンドープＡｌyＧａ1-yＡｓバッファ
層、４…ｎ型ＡｌyＧａ1-yＡｓキャリア供給層、５…ア
ンドープＡｌyＧａ1-yＡｓスペーサー層、６…アンドー
プＧａＡｓチャネル層、７…アンドープＩｎxＧａ1-xＡ
ｓチャネル層、８…アンドープＧａＡｓスペーサー層、
９…ｎ型ＧａＡｓチャネル層、１０…アンドープＡｌy
Ｇａ1-yＡｓバリア層、１１…ｎ型ＧａＡｓキャップ
層、１２…ソース電極、１３…ゲート電極、１４…ドレ
イン電極、２１…アンドープＧａＡｓキャップ層。
フロントページの続き (72)発明者 大部 功 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (5)
- 【請求項１】第１の半導体からなる第１のチャネル層
と、２元化合物で、第１の半導体よりバンドギャップの
大きな第２の半導体からなる第２のチャネル層と、第２
の半導体の一部に不純物を添加した第３のチャネル層
と、第２の半導体よりバンドギャップが大きく一部に不
純物が添加された第３の半導体からなるキャリア供給層
を有し、上記４つの層が、キャリア供給層，第２のチャ
ネル層，第１のチャネル層，第３のチャネル層の順で連
続して積層してあることを特徴とする半導体結晶積層
体。 - 【請求項２】上記第１の半導体がＩｎxＧａ1-xＡｓ(ｘ
＞０.２）であり、上記第２の半導体がＧａＡｓであ
り、上記第３の半導体がＡｌyＧａ1-yＡｓ(ｙ＞０.２）
であることを特徴とする請求項１に記載の半導体結晶積
層体。 - 【請求項３】上記第１の半導体がＩｎxＧａ1-xＡｓ
（０.３＜ｘ＜０.７）であり、上記第２の半導体がＩｎ
Ｐであり、上記第３の半導体がＡｌyＩｎ1-yＡｓ(０.３
＜ｘ＜０.７ ）であることを特徴とする請求項１に記載
の半導体結晶積層体。 - 【請求項４】上記第１のチャネル層と上記第２のチャネ
ル層の合計膜厚が１２ｎｍ以下であることを特徴とする
請求項１から３のいずれか記載の半導体結晶積層体。 - 【請求項５】上記請求項１から４のいずれか記載の半導
体結晶積層体を用い、上記第３のチャネル層側にゲート
電極を形成した電界効果トランジスタを能動素子として
用いたことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16179598A JPH11354776A (ja) | 1998-06-10 | 1998-06-10 | 半導体結晶積層体およびそれを用いた半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16179598A JPH11354776A (ja) | 1998-06-10 | 1998-06-10 | 半導体結晶積層体およびそれを用いた半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11354776A true JPH11354776A (ja) | 1999-12-24 |
Family
ID=15742064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16179598A Pending JPH11354776A (ja) | 1998-06-10 | 1998-06-10 | 半導体結晶積層体およびそれを用いた半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11354776A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010263196A (ja) * | 2009-04-06 | 2010-11-18 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 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 |
| JP2012195579A (ja) * | 2011-03-02 | 2012-10-11 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 半導体基板、電界効果トランジスタ、半導体基板の製造方法および電界効果トランジスタの製造方法 |
-
1998
- 1998-06-10 JP JP16179598A patent/JPH11354776A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010263196A (ja) * | 2009-04-06 | 2010-11-18 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 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 |
| US9117892B2 (en) | 2009-04-06 | 2015-08-25 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Semiconductor wafer with improved current-voltage linearity |
| JP2012195579A (ja) * | 2011-03-02 | 2012-10-11 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 半導体基板、電界効果トランジスタ、半導体基板の製造方法および電界効果トランジスタの製造方法 |
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