JPS5976478A - 電界効果トランジスタ及びその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、半絶縁性半導体結晶基板上に形成された化合
物半導体結晶層を、能動層どして有する電界効果トラン
ジスタ、及びその製法の改良に関する。

半絶縁性半導体結晶基板上に形成された化合物半導体結
晶層を、能動層として有する電界効果トランジスタとし
て、従来、次に述べる構成のものが提案されている。

即ち、第１図に示Ｊように、例えばＩｎＰ−Ｕなる半絶
縁性半導体結晶基板１を有し、その半絶縁性半導体結晶
基板１上に、化合物？１′導体結晶層２が、能動層とし
て形成されている。

この場合、能動層としての化合物半導体結晶層２は、１
つのｌｎ　Ｑａ　ＡＳ系結晶層３でなる。

このような、１つのＩｎＧａＡＳ系結晶層３でなる、能
動層としての化合物半導体結晶層２は、液相エピタキシ
ャル成長法または気（［１エピタキシヤル成長法によっ
て形成される。

また、ｆｉｌ　！’、ＩＪ層どしての化合物半導体結晶
層２」−に、所要の間隔を保っ°Ｃ、ソース電極４とド
レイン電極５とが、それぞれオーミックにｆ」され−（
いる。

また、能動層どしての化合物半導体結晶層２上に、ソー
ス電極４とドレイン電極５との間にＪ３いて、例えばＡ
ｕでなるゲート電極６が化合物半導体結晶層２どの間で
ショットキ接合７を形成づるようにイ１されている。

以上が、従来提案されている電界効果１ヘランジスタの
゛構成である。

このような構成を有づる電界効果１−ランジスタにＪ、
れば、ソース電極４どゲート電極６との間に、制御電圧
を印加すれば、化合物半導体結晶層２内に、ショク］・
キ接合７がら、半絶縁性半導体結晶基板１側に拡がる空
乏層が形成される。

従って、ソース電極４どドレイン電極５との間に、負荷
を通じて所要の電源を接続している状態で、ソース電極
４とゲート電極６との間に、制ｍ電圧を印加することに
よって、化合物半導体結晶層２の、ソース電Ｉｆｉ４と
ドレイン電極５との間を通って負荷に流れる電流を、制
御覆ることができるという、電界効果１〜ランジスタど
゛しての機能を♀する。

ところで、第１図Ｃ上述した従来の電界効果トランジス
タの場合、その能動層どしての化合物半導体結晶層２が
、Ｉｎ　Ｇａ　Ａｓ系結晶層３でなる。

このように、能動層としての化合物半導体結晶層２が、
ＩｎＧａＡＳ系結晶層３Ｔ：′なる理由は、化合物半導
体結晶層２を、１ｎＱａＡＳ系結晶層３とする場合、そ
の材質上、化合物半導体結晶層２にお【ノる電子の移動
度が、′比較的高く、従って、上）ホした電界効果トラ
ンジスタとしての機能が、高速で１ｑられる、と考えら
れているからである。

しかしながら、能動層としての、ＩｎＧａＡＳ系結晶層
３でなる化合物半導体結晶層２は、−り達したように、
液相エピタキシャル成長法または気相エピタキシャル成
長法にｊ；って形成されるが、このような方法にＪ：っ
て、能動層としての、ＩｎＧａＡｓ系結晶層３′ｃなる
化合物半導体結晶層２が形成されている場合、その化合
物半導体結晶層２は、高い電子の移動度を有するものと
して形成されない。

即ち、半絶縁性半導体結晶基板゛１をｌｎｐでなるもの
とし、そして、化合物半導体結晶層２どなる１ｎＱａＡ
ｓ系結晶層３全結晶述したように、液相エピタキシャル
成長法または気相上ピタキシレル成長法によって、半絶
縁性半導体結晶基板１と格子整合するように、ｌ　ｎ　
６．、、　Ｇ　ａ、ｔ３ＡＳの組成に形成しても、Ｉｎ
ＧａＡＳ系結晶層３を、第２図に示づように、１００に
の温度でも、電子の移動度μが、１０．０００　（ａｍ
’／Ｖ秒）に近い程度であるものとしてしか得られない
。

その理由は、Ｉｎ　Ｇａ　Ａｓ系結品Ｆｔ３が、Ｉζ１
とＧａとＡＳとの組成に、第３図に示すように、微視的
な不拘−性即ちクラスタリングを右し、そのクラスタリ
ングにＪ：って空間ヂせ一ジが生じ、その空間チＶ−ジ
によってＩｏＧａΔＳ系結晶層３内で、電子が散乱覆る
ためと考えられる。

従って、第１図で一１ｉホした従来の電界効果トランジ
スタの場合、化合物半導体結晶層２を、実効電子移動度
が、１０００ｃｍ’／Ｖ秒以下の低い値であるものとし
てしか形成づることができない。

よって、第１図で上述した従来の電界効果１−ランジス
タの場合、上述した電界効果ｉ〜うＩンジスタとしての
機能を、高速で得ることに、一定の限度を有する、とい
う欠点を有していた。

また、第１図で上述した従来の電界効果１〜ランジスタ
の場合、能１３層としての化合物半導体結晶層２が、１
ｎＱａＡｓ系結晶層３ｒ：なるので、ゲート電極６がＡ
ｕでなるとしても、そのゲート電ＩＩ６と化合物半導体
結晶層２どの間のショットキ接合７を良好に形成するこ
とが困ｔｌ＋である。

従って、第１図で上述した従来の電界効果トランジスタ
の場合、上述した電界効果１−ランジスタとしての機能
が、良好な制御特性を有していないという欠点を有して
いた９、 また、従来の、第１図で上述した電界効果トランジスタ
の製法は、前述したように、半絶縁性半導体結晶基板１
上に、能動層として化合物半導ｆホ結晶層２を、液相−
Ｌビタキシ（・ル成艮法または気相エピタキシ１フル成
長法によって形成りる１程を含む、というものである。

然しなから、このような従来の電界効果トランジスタの
製法の場合、上述したように、化合物半導体結晶層２を
、高い電子の移ｖＪ度を有するものとして、形成するこ
とができないので、電界効果トランジスタを、上述１）
た電界効果１−ランジスタどしての機能が高く得られる
ものとして、製造することができない、という欠点を右
していた。

Ｊ：って、本発明は、上述した欠点のない、新規な電界
効果トランジスタ、及びその製法を捉以下、第４図を伴
なって、本光明による電界効果トランジスタの一例を、
その製法の一例とともに述べよう。

第４図においＣ１第１図との対応部分には同一符号を付
して示す。

第４図に示す本発明にＪ、る電界効果１〜ランジスタは
、第１図で上述した従来の電界効果（・ランジスタにお
（〕る、半絶縁ｆｉ半尊休体晶基板１ど同様に、例えば
ＩＯｌつでなる半絶縁性十心体結晶基板１を有し、その
２１′絶縁性半シ９体結晶基板１上に、化合物半導体結
晶層２が、能動層として形成されている。

しかしながら、本発明（こよる電界効果トランジスタの
一例の場合、化合物半導体結晶層２が、ＩｎＡｓｎＡｓ
結晶層８Ａ　Ａｓ結晶層８Ｂとが交互順次に積層されて
いる積層体９でなる。

この場合、［ｎＡｓ結晶層８Ａ及びＧａ　Ａｓ結晶層８
Ｂのそれぞれは、３〜１００人の厚さを有し、またＩｎ
ＡＳ結晶層８ＡとＱａ　ＡＳ結晶Ｒ８’１３とが１００
回程度づつ交互順次に積層されている。

このような、ｌｒ３ΔＳ結晶層８Ａ及びＧａＡｓ結晶層
８Ｂとが交互順次に積層されている、積層体９でなる化
合物半導体結晶層２は、１ｎＡｓ結晶層８△とＧａＡｓ
結晶層８Ｂとを、交互順次にｖＩ層して形成することに
よつ−（、形成される。

また、能動層としての、］ｎＡＳ結晶層８△とＧａ　Ａ
ｓ結晶層８Ｂとが交互順次に積層されている積層体９Ｃ
なる化合物半導体結晶ＩＦｍ　２１に、第１図で上述し
た従来の電界効果トランジスタの場合ど同様に、所要の
間隔を保って、ソース電ｉｆ！４とドレイン電極５とが
、それ自体は公知の秤々の方法によって形成されて、そ
れぞれＡ−ミックに付されている。

また、能動層としての１ｎＡｓ結晶層８ΔとＧａ　Ａｓ
結晶層８Ｂとが交互順次に積層されている積層体９でな
る化合物半導体結晶層２上に、第１図で上述した従来の
電界効果トランジスタの場合と同様に、ソース電極４と
ドレイン電極５との間において、例えば八〇でなるゲー
ト電極６が、積層体９でなる化合物半導体結晶層２との
間でショツ１〜ギ接合７を形成するｊ、うに、それ自体
は公知の種々の方法によって形成さｉｔで、イリされて
いる。

以上で、本発明による電界効果トランジスタの一例構成
、及びその製法の一例が明らかと４１９た。

第４図に承り、本発明による電界効果トランジスタの構
成によれば、第１図で上）ホした従来の電界効果トラン
ジスタの場合と同様に、ソース電極４とゲート電極６と
の間に、制御電圧を印加リ−れば、１ｎΔＳ結晶層８△
とＧａＡｓ結晶層８Ｂとが交互順次に積層されている、
積層体９でなる化合物半導体結晶層２内に、ショットキ
接合７から、半絶縁性半導体結晶基板１側に拡がる空乏
層か形成されることは明らかである。

従って、ｌｎ　Ｇａ　Ａｓ系結晶層３とソース電極４ど
の間に、負荷を通じて所要の電源を接続しくいる状態−
Ｃ、ソース電極４とグー１へ電ｔへ６との間に、制御３
１１電圧を印加することによって、化合物半導体結晶層
２の、ソース電ｔＭ　４とトレイン電極５どの間を通っ
て負荷に流れる電流を、制御づ゛ることかできるという
、電界効果トランジスタとしＣの機能を呈づることも明
らかである。

ところで、第４図に示づ本発明による電界効＠］・ラン
ラスタの場合、能動層としての化合物半導体結晶層２が
、ＩｎＡｓ結晶層８△とＧａＡｓ結晶層８Ｂとが交互順
次に積層されている積層体９でなる。

そして、このような積層イ木９は、−上述したＪ：うに
、分子線エピタキシャル成長法または有機金属熱分解法
によって、ＩｎＡｓ結晶層８△とＱａ　Ａｓ結晶層８Ｂ
とを交互順次に積層して形成りることによって、形成さ
れている。

このため、積層体９を、電子の移動度が、第１図で１述
した従来の電界効果トランジスタの場合にｄ３りる、能
動層とし−Ｃの化合物半導体結晶層２を構成しているＩ
ｎＧａＡｓ系結晶層３に比し、格段的に畠いものとして
形成ザることができる。

即ち、例えば、１−リエチルインジウムｉｌｌを１０Ｃ
Ｃ／分の流量を有するキレリアガスとｊノでの水素カス
でバブルして得られるトリ上チルインジウムガスと、水
素カスで５％の温度に希釈された１００ｃｃ／分の流量
で得られるアルシンガスとでなる第１の原料ガスを、３
秒間、半絶縁性半導体結晶基板１を予め配し、１つ６０
０°Ｃにハ【１熱されている反応炉内に、水素カスで希
釈して、３迭／分の流量で導入さけることと、１へリエ
チルガリウム液体を１０ＣＣ／分の流量を有する水素ガ
スでバブルしＵＫられる１〜リエチルガリウムガスと、
水素ガスで５％のｉｌ［に希釈された１００ｃｃ／分の
流量で得られるアルシンカスとでなる第２の原料ガスを
、同様に３分間、上述した反応炉内に、上述したと同様
に水素ガスで希釈して、３１／分の流Φで導入させるこ
とどを、父互順次になし、そして、第１及び第２の１原
料ガスを交互順次にガｉ分解さけて、半絶縁性半導体結
晶基板１上に、ＩＩＩＡＳ結品トＧ　ａΔＳ結晶どを、
順次交ＨにＪ（を梢させ、このようにして、半絶縁性半
導体結晶基板１上に、厚さ６へのＩ　ｎ△Ｓ結晶層８Ａ
ど、同様に厚さ６人のＧａＡｓ結晶層８Ｂとを、それぞ
れ１００層づつ、交互順次に形成さじるという、右（浅
金属熱分解法によって、ＩｎＡｓ結晶層８△どＧａＡｓ
結晶層８　［３とが交互順次に積層されている積層体９
を形成したところ、ぞの積層体９を、電子の移動度μが
、７７にの温度で、２００．０００ｃｍ’　／Ｖ秒とい
う、第１　図ｒ上ｉＡ　シた従来の電界効果トランジス
タの揚台における、１ｎＱａＡｓ系結晶層３に比し１０
倍以上高いものとして得られた。

なお、第５図は、」上述した、有機金属熱分解法に準じ
た製法にＪ：って、ＩｎＡｓ結晶層ε３△とＧａＡｓ結
晶層８Ｂとが交互順次に積層されてなる積層体９を、そ
のＩｎＡｓ結晶層８△及びＧａ　Ａｓ結晶層８Ｂの厚さ
く入）を変えて形成した場合の、その積層体９の、７７
１くの温度での、電子の移動度μを示す図である。

また、上述したように、積層体９が、高い電子の移動度
を右する理由は、積層体９を構成している１０△Ｓ結晶
層８Ａ及びＧａ　Ａｓ結晶層８Ｂ、及びそれら間が、第
６図に示寸にうに、第３図で上述した、Ｉｎ　Ｇａ　Ａ
ｓ系結晶５３がＩｎとＧａどＡｓとの組成に、微視的な
りラスタリングを有づるというような、クラスタリング
を右さず、従って、ＩｎＡｓ結晶層８△及びＧａＡｓ結
晶層８Ｂ、及びそれら間で、従って積層体９の全体内で
、電子が不必要（こ拡散しないＩζめと考えられる。

従って、第４図に示す本発明による電界効果トランジス
タによれば、化合物半導体結晶層２を、実効電子移動度
が、１０．０００ｃｍ’　／Ｖ秒程度の、第１図で上述
した従来の電界効果１〜ランジスタにおける、化合物千
尋イ本結晶層２に比し、格段的に高い値を有するものと
して、容易に形成りることができる。

よって、第４図に示す本発明による電界効果１−ランラ
スタによれば、上）ホした電界効果１〜ランジスタどし
ての機能を、第１図で上述した従来の電界効果１〜ラン
ジスクに比し、格段的に高速で百ることができるという
第なる特徴を有する。

また、第４図に示す本発明による電界効果１ヘランジス
クの場合、能動層としての化合物ｊ′導体結晶層２が、
ＩｎＡｓ結晶Ｆ？８ＡとＯａ　Ａｓ結晶層８１３どが交
互順次にｗＩ層されている積層体９で・なることのため
に、グー１〜電極６ど化合物半導体結晶層２との間のシ
ョットギ接合７を、良好に形成りることがｒきる。

従って、第４図ｔこ示乃木発明による布界ダｌ果１〜ラ
ンジスタの場合、上述した電界効果１−ランジスクどし
ての機能が、第１図で上述しＩＣ従来の電界効果（−ラ
ンラスタに比し、良好な制御特性を有しくいるという特
徴も＠づる。

また、第４図に示１本発明ににる電界効果１〜述したよ
うに、分子線１ビタキシヤル成長法または有機金属熱分
解法にＪ、って、］ｎＡｓ結晶Ｆ７結晶どＧａ　ＡＳ結
晶層とを、交互順次に積層して形成する工稈を含ｌυで
、半絶縁性半導体結晶基板′１上に、ＩＩＩＡＳ結晶層
８△とＱａΔＳ結晶層８１３とが交互順次に積層しくい
る、積層体９でなる化合物２１′導体層２を、能動層と
して有づ−る電界効果トランジスタを製造づる、という
ものである。

このため、本発明による電界効果１〜ランジスクの製法
によれば、上述したように、化合物半導体結晶層２を、
高い電子移動数を右づるものとして、容易に形成するこ
とかできる。

従って、本発明にＪ：る電界効果トランジスタの製法に
よれは、電界効果トランジスタを、上）！！した電界効
果トランジスタとしＣの（幾能が高く得られるものどじ
て、容易に製造することかてきる、という特徴を右づる
。

なお、上）ホにおいては、本発明による電界効果１〜ラ
ンジスタ、及びその製法の一例を示したに留まり、例え
ば、第７図に示Ｊように、第４図で゛上述した構成にお
いて、その１ｎＡｓ結晶層８△どＧａＡｓ結晶層８Ｂど
が交互順次に積層されている積層体９でなる０ａＡｓ結
晶層２」−に、Ｇａ　Ａｓ結晶層１０を、上述したＧａ
ＡＳ結晶層８　Ｂを形成するに準じた方法で、バッフフ
ッ層とじて形成し、そしてそのＱａΔＳ結晶層１０上に
、ソース電極４及びドレイン電極５どをＡ−ミックに付
し、且つショッ１〜キ接合７４形成リベく、グー１〜電
極６を付した構成とづることもできる。

その他、本発明の精神をｎＲすることなしに、種々の変
型変更をなし得るであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の電界効果トランジスタを示り路線的断
面図である。 第２図は、第１図に示Ｊ従来の電界効果１ヘランジスタ
にお＋ｊる、化合物半導体結晶層の湿度１−（Ｋ）に対
する電子の移動度μ（Ｃｎｌ’／秒）の関係を示１曲線
図である。 第３図は、第１図に示づ従来の電界効果トランジスタに
お（）る、化合物半導体結晶層の、微視的にみた構成を
示１図である。 第４図は、本発明による電界効果１−ランシスタの一例
を、その製法とともに示ず路線的断面図である。 第５図は、第４図に示１本発明による電界効果トランジ
スタの一例における、化合物半導体結晶層の、それを構
成しＣいる、１１）Ａｓ結晶層及びＧａ　Ａｓ結晶層の
厚さに対する、電子の移動度μ（Ｃｍ’／Ｖ秒）の関係
を示１曲線図である。 第６図は、第・１図に示す本発明による電界効果トラン
ジスタの一例にｄ３りる、化合物半導体結晶層の、微視
的にみた構成を承り図である。 第７図は、本発明による電界効果トランジスタの他の例
を、その製法とともに示ず路線的中ｉ面図である。 １・・・・・・・・・・・・・・・半絶縁性半導体結晶
基板２・・・・・・・・・・・・・・・能動層どしての
化合物半導体結晶層 ３・・・・・・・・・・・・・・・１ＩＩＧａＡｓ系結
晶層４・・・・・・・・・・・・・・・ソース電極５・
・・・・・・・・・・・・・・ドレイン電極６・・・・
・・・・・・・・・・・ゲート電極７・・・・・・・・
・・・・・・・ショットキ接合８△・・・・・・・・・
・・・［ｎＡｓ結晶層（３Ｂ・・・・・・・・・・・・
・・・ＧａΔＳ結晶層９・・・・・・・・・・・・・・
・・・・積層体１０・・・・・・・・・・・・・・・バ
ッファ層としてのＧａＡＳ結晶層 出願人　　日本電信電話公社 代理人　　弁理士　田中正治 第１図 ＩＮ　２　ｒｍ 湿度■（に） 第；（図 第４図 第５図 訂６υ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半絶縁付半導体結晶基板上に形成された化合物半導
   体結晶層を、能動層と１ノて右する電界効果トランジス
   タにおいて、−１記能動層どしての化合物半導体結晶層
   が、ＩＩＩＡＳ結晶層と（３ａ　Ａｓ結晶層とが交互順
   次に積層されＣいる積層体でなることを特徴どづる電界
   効果１−ランジスタ。 ２、半絶縁性半導体基板上に、分子線エピタキシトル成
   長法または有機金属熱分解法にＪ、って、ＩｎＡＳ結晶
   層とＧａ　Ａｓ結晶層とを、交互順次に積層して形成す
   る工程を含／ｖで、上記半絶縁性基板上に、上記Ｉｎ　
   Ａｓ結晶層ど十記ＧａΔＳ結晶層とが交互順次に積層し
   −Ｃいる、積層体Ｃなる化合物半導体結晶層を、能動層
   として有する電界効果トランジスタを製造することを特
   徴とする、電界効果１−ランジスタの製法。