JPS60154573A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS60154573A
JPS60154573A JP1123584A JP1123584A JPS60154573A JP S60154573 A JPS60154573 A JP S60154573A JP 1123584 A JP1123584 A JP 1123584A JP 1123584 A JP1123584 A JP 1123584A JP S60154573 A JPS60154573 A JP S60154573A
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JP
Japan
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layer
type
compound semiconductor
layers
semiconductor
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Pending
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JP1123584A
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English (en)
Inventor
Yasumi Hikosaka
康己 彦坂
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPS60154573A publication Critical patent/JPS60154573A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types 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
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/778Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7782Field 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
    • H01L29/7783Field 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
    • H01L29/7785Field 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 with more than one donor layer

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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】 +a+ 発明の技術分野 本発明は半導体装置、特に2次元電子ガスによる高電子
移動度を有して電流容量が従来より増大さnた、高速度
かつ尚出力の゛1界効来トランジスタに関する。
Tb) 技術の背景 現在エレクトロニクスの主役となっているシリコン(8
1)半導体#cmの@昇を超える一運化、低消費電力化
をSA机するために、キャリア特に電子の移動置かシリ
コンより畏に大きいガリウム・砒素(GaAs)などの
化合資半導体を用いる半導体装置の開発が推進されてい
る。
化合物半導体を用いるトランジスタとしては、その1l
ffi工程がバイポーラトランジスタより簡単であるな
どの理由によう又′域界幼来トランジスタ(以下FIT
と略称する)の開発が先行しており、特に牛M!3練性
の化合資半導体を基板に用いて浮遊容量1に減少せしめ
たシ日ットキーバリア形FETが主流と7.4″ってい
る。
従来の構造の81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か介在している半導体
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8よび不純物イオンによって散乱な受けるが、格子振
動による散乱の411!4な小さくするために温度を低
下させると不純物イオンlこよる散乱の41+lが人き
くなり、キャリアの移動度はこオフによって制限さイす
る。
この不純吻畝^L幼釆を耕法するために、不純つ力相)
加さn、る鎖酸とキャリアが移!IIIする懺職とをヘ
テロ接合界面によって空間的に分離して、臀に低温に石
&jるキャリアの移動駄ン壇人せしめたヘテロ接合形’
tt界幼呆トランジスタ(以下ヘテロ接合形FE’l“
と略称する)により℃一層の縄速化が実現されている。
(C1従来技術と問題点 1配ヘテロ接合形Fg’l’の従来の構造の1例を第1
図(alに示す。牛杷柩性Ox a A s基板1上に
、ノンドープのI型(iaAs/@2と、これ−こより
電子親和力の小さいnfi砒化アルミニウムガリウム(
1%−tGaAs)層3と、n 型UaAs鳩4とが設
けられている。n屋のAtuaAsJ輪3(電子供給層
という)からi ip (J a A S j曽2(チ
ャネルj−という)へ遷移した電子によって内層のへテ
ロ接合界面近岱に生成される2次元−子ガス2Aが1チ
ヤネルとして機能する。この2次元電子カス2人の向磯
度な制御するゲート電極5は、通常nfi(JaAs層
4を適訳的に除去したリセス構造によって、n型AzG
a、ムjvA月こ接して設けられる。また6はソース電
極、7はドレイン電極である。なお前員己n tiAL
Ga As層3のi[(JaAs層2との・\テロ接合
界面近傍にドナー不純物を尋人しないスペーサvA城を
設けて、2次元電子ガス2AGこ対する不純物イオン散
乱効果を防止することがしはしは行なわれている。第1
図(b)は本従来例の伝擲帝のエネルギーダイヤグラム
であり、第1図faJと同−符号により灼応を示す。
以上説明した如きn −AtGa As / 1−(J
aAsからなる従来のシングルへテロ構造の・\テロ按
会形FhiTにおいては、2次元電子カス2人の電子面
濃度Nsに制限がある。すなわち2次元電子カス2人中
では電子が状m田度が大きい置載で#退しているために
、n型AtGa As 7943のドt−不s !物議
Ifを増大させても、フェルミ準位の変化が小さくで2
次元電子カス2人の電子面#[N sが増加しない飽和
傾向を示す。この結果、曲i!r2従来例においては、
温度77 (K〕において例えば2次元電子カスの電子
移動度μ=5XlO’(cj/V−8)を得るためには
、その凹線[N sが6〜7XlO”(cm−2)程度
以下に制限され、大−流動作は期待しがたく才だオーミ
ック接触抵抗、雑材(d畝の低減などが1蝋である。
2次元電子ガスの電子面濃度を増大するために、ノンド
ープのi ff1(j a A sチャネルj餉Y:挾
んでヌ寸称的に上下2層の口型ALGaAs電子供m1
j−を設けることが試みられる。この構造のエネルギー
ダイヤグラムな第2図をこ示す。図において、llは基
板側のAt Ga A a %子供給層、llaはその
ドナー不純物を′ざむn型11A坂、llbはノンドー
プのrm領域、12 i;! i mUdAsチャ*ル
ー、13はチャネルMf12上曇こエピタキシャル成長
しfskL(hA s ′電子供給層、13aはそのノ
ンドープの1m領域、13bはドナー不純齋を甘むn緘
惧域であるO この様なメ寸称的なa遺に2いては、チャネル]胃12
0基板側のへテロ接合界面近傍に生成される2次元電子
ガス12Bの電子移動度が、前記従来例の2次元電子ガ
スの電子移動度の115程度以下に低下する。なおチャ
ネル層12の上側のへテロ接合界面近傍に生成される2
次元′電子ガスlい・についてもチャネル層12の厚さ
が薄い場合には2次元電子カス相互間の干渉幼果によっ
てその電子移動度が低下して、両2次元電子ガスが一体
化する厚さく 10 (nm)程& ) ICおいては
前記従来例の11a程度の電子移動度となる。
手 !ヤネル層を対称的に電子供fl&層で挾む横這は電子
面fIk度の増大は実現するものの、以上説明した如き
電子移動度の大幅な低下を伴なうために、高速化を目的
とするヘテロ接合形FETには適しない0 (d) 発明の目的 本発明は以上説明した問題点に対処し、ヘテロ接合形F
W’l”について、電子移動度の低下を招くむとなくそ
の電流容麓が増大される構造を提供することを目的とす
る。
(e) 発明の構成 本発明の前記目的は、化合物子導体基板上に、五の・\
テロ接合が、d1第1の化合物牛擲体′lII:該基板
側にして抜数個形成され、該ヘテロ接合相互間に該第2
の化金物半導体かりti第lの化合物千尋体まで組成が
連続的に変化する半導体領域が設けられて、該・\テロ
接合を介して該#g1の化合物子導体領域へ遷移する電
子によって生成される2次元電子ガスを電流路とする半
導体装置により達成される。
本発明の構造の工lルギーバンド図の例を第3図に示す
。図において21は前記第1の化合物千尋体よりなる領
域であり第lの化金物半導体として例えばG a A 
sが用いられる。22は前記第2の化合物千尋体よりな
る鎖酸であり、第2の化金物半導体として例えばAtx
Gal−xAsが用いられる。
23は@記の第2の化合物千尋体から第1の化金物半導
体まで組成か連続的に変化する牛埠体狽域であり、Ni
l Htの(JaAs、Atxuat−xAsを用いた
場合にはAtyGat−yAs、O≦y≦xとすルOコ
(’) 構造によって前記の領域21と領域22との界
面に領域21を基板側にするヘテロ接合が形成され、隣
接するこのヘテロ接合相互間にはへテロ接合が形成され
ず伝導帯は滑らかである。
前記へテロ接合の第2の化金物半導体側に電子供給層と
してドナー不純物が導入される。ただしヘテロ接合界面
近傍は通常ノンドープのスペーサ領域とし、また1tI
kのドナー不==専人狽域の化金物半導体の組成かへテ
ロ接合界面近傍の組成と等しい必要はない。
前記へテロ接合の第1の化付物半導体側はチャ息 ネルとなる。このチャネル層のへテロ接合界面近傍に2
次元電子ガス24が生成されるが、その波動関数力5分
布する軛曲はノンドープの皿型とすることが必要である
・なおこの波動開数が分布する 1深さは10(nm)
程度である。
(f) 発明の実施例 以下本発明な実施例により更に具体的に説明する。
第4図(a)は本発明の実施例を示す断面図、同図(b
lはそのエネルギーバンド図である。本実施例の半尋体
裁体は午絶縁性(j a A si&30上に、例えば
分子−エビメキシャル成兼方法或いは有機釡槁熱分解気
孔成長方法によって既長じた下記の半導体層が設けられ
ている。ただし下記表中、組成比Xか0はUaAs 、
 0.3はAto、5Gao、tAs 、 0〜0.3
は(jaAJiiと人to、aGao、tAs層との間
を連続的につなぐOσ記の組成比が変化1−るAt1a
ss )Wi’ft示し、各数値は1例を示す。
38 0〜0.3 7×1o17 3゜37 0.3 
’7X10” 20 36 0.3 ノンドープ 6 35 0 ノンドープ 30 34 0〜0.3 5X101720 33 g、3 1XIO” 10 32 Q、3 ノンドープ 6 31 Q ノンドープ 51(1(1 これらの半導体層のうち1fiGaAs層31と35と
がチャネルノーであり、それぞれに2久元電子ガス31
Aと35Aとが生成されている。またこの半導体基体に
ゲート電極40.ソース11L極41及びドレイン電極
42が配設されている。ゲート電極40はnfiGaA
s層39’!r30(nm)程度悠択的に除去したリセ
ス構造に、ケート長駒1〔μm〕。
ゲート幅約100〔μm:14こアルミニウム(At)
を電極材料として形成している。ソース電極41及びド
レイン電極42はnff1GaASJ曽39上に金ゲル
マニウム/ 蛇(AuGe/Au)’l用いて形成して
いる。 ・ 本実施例は温度77 (K)において、電子#−#贋μ
:45,000 CavV” S)、 ’it子Ij濃
[INs : 1.5 X10”[cm−2Jで、ゲー
ト暢100 (μm)あたり約35 (mA)の電流谷
瀘が得られた。この電流各層は従来構造のほば′2倍で
あり、季発明の構fLによって高電子移動就で大篭流各
童が得られることが実証された。
以上の説明はGaAs/At1jaAsを用いて本発明
の牛導体装置を構成しているが、例えば100.53G
ao、4yAs/lno、4gAto、52Asなど他
の化合1牛導体を用いても本発明の牛導体装置!tを実
現することができる。
(gl 発明の詳細 な説明した如く本発明によれ龜、2次元電子カスの電子
移動此を低下することなく電流容量の増大が実現されて
、尚速度で尚出力の早番体装置を提供することができる
【図面の簡単な説明】
第1図+a)は従来のへテロ接合形1” E i’の断
面図、同図(b)はそのエネルギーバンド図、第2図は
従来の試みを説明1−るエネルギーバンド図、第3図は
本発明を己明1−るエネルギーバンド図、第4図(a)
は本発明の実厖例の断面図、同図(b)はそのエネルギ
ーバンド図である。 図において、21はノンドープのQaAS偵域、22は
A4X GH1−z A s 領域、23はAty G
a5−yAs(Osy5x)d域、24は2久九電子ガ
ス、30は牛杷城aG a A s譲叡、31及び35
はノンドiプOG a A s層、31A及び35Aは
2次元電子ガス132及び36はノンドープのAL o
、a G ag、7 A s層、33及び37はn f
ll AtO,a Gao、y As 鳩、34及び3
8はn g ALx Gat−xAs (Q≦X≦0.
3 ) M、39はnff1GaAsJWI、 40は
ゲートtam、41はソース電極、42はドレイン旭物
を示す。 第1 図 第2図 第3図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 化合物半導体基板上に、1ffiの第1の化合物半導体
    と、該第1の化合物半導体より電子親和力が小さい第2
    の化合資半導体とのへテロ接合が、該第1の化合資半導
    体を該基板側にして複数1−形成され、咳へテロ接合相
    互間にglEjg2の化合物半導体から該第1の化合資
    半導体まで組成が連続的に変化する半導体領域が設けら
    nて、該・\テロ接合を介して該fslの化合物半導体
    領域へ遷移する電子によって生成される2次元電子ガス
    VW流路とすることを特徴とする半導体装置。
JP1123584A 1984-01-24 1984-01-24 半導体装置 Pending JPS60154573A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60235476A (ja) * 1984-05-09 1985-11-22 Nec Corp 半導体装置
JPH01183859A (ja) * 1988-01-19 1989-07-21 Sumitomo Electric Ind Ltd ヘテロ接合電界効果トランジスタ

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