JPS60154675A - 電界効果トランジスタ - Google Patents

電界効果トランジスタ

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JPS60154675A
JPS60154675A JP1125984A JP1125984A JPS60154675A JP S60154675 A JPS60154675 A JP S60154675A JP 1125984 A JP1125984 A JP 1125984A JP 1125984 A JP1125984 A JP 1125984A JP S60154675 A JPS60154675 A JP S60154675A
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semiconductor
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semiconductor layer
impurity
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Yasumi Hikosaka
康己 彦坂
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Fujitsu Ltd
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    • 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
    • H01L29/80Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier

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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 本発明は半尋体装置、特に2次元電子ガスによる尚電子
移動度分有して電流各音が従来より増大された、高速度
かつ高出力の電界効果トランジスタにIv、l′t7.
(b) 技術の背景 現在エレクトロニクスの主役となっているノリコン(S
i)半導体装置の限界を超える重速化、低消費通力化全
実現するために、キャリア!r!jに電子の桜勤度がノ
リコンより逼に大きいカリウム・砒素(GaAs )な
どの化合物半導体を用いる半導体装置の開発か推進され
ている。
化合物半導体を用いるl−ランシスタとしては、そのN
x’W工程がバイポーラトランジスタより簡単であるな
どの理由によって一界幼呆トランジスタ(以下F E 
Tと略称する)の開発が先行しており、特に牛P!紘性
の化合物半導体を基板に用いで(−を赳容呈を減少せし
めたショットキーバリア形1イ” E Tが主流となっ
ている。
従来の横這の81もしくはGaAa等の半導体装1級に
おいては、キャリアは不純物イオンが存在している半導
体全曲内を移動する。この移動に際してキャリアはイl
子振動および不純値イオンによって散乱を受けるが、格
子振動による散乱の確率を小さくするために温#を低下
させると不純物イオンによる散乱の確率が犬きくなシ、
キャリアの移動度はこれによって制限される。
この不純物散乱効果をリド除するために、不純物が添加
される領域とキャリアが移動する領域と金へテロ接合界
面によって空間的に分離して、特に低温におけるキャリ
アの′$励度を増大せしめたヘテロ接合形電界効果トラ
ンジスタ(以下へテロ接合形]” E Tと略称する>
Kよって一層の高速化が実現逼れている。
(cl 従来技術と問題点 前記へテロ接合形FETの従来の構造の1例を胆1図(
a)に示す0半杷は性GaAs基板l上に、ノンドープ
のi型GaAsJ12と、これにより竜子親オロカの小
さいnu砒化アルミニウムガリウム(dGaAs)11
3と、n型GaAs In 4とが設けられている。n
型のA IG a A 8層3(′電子供給鳩という)
からi型GaAsM2 (チャネル)―という)へ遷移
した11.子によって1μり層のへテロ接合弁開近傍に
生成される2次元電子カス2Aがチャネルとして機能す
る。この2次元亀子ガス2Aの面濃度を制御するゲート
−極5は、通常n型GaAs層4全選択的に除去したリ
セス構造によって、n型AAGaAsl付3に接して設
けら4るC−土た6 i1ノース山、極、71.1ドレ
イン114.猛でめる。なお目u記ll型ΔtGaAs
lj3の1MGaAs172とのへテロ砿合弁面近傍に
ドナー不純物全導入しないスペーサ領域を設けて、2次
元議子ガス2Aに対する不純物イオン散乱効果を防止す
ることがしばしば行なわれている。第1し1(b)は本
従来例の伝りメ・沿のエネルギーダイヤグラムであり、
it図(a)と同−符号により対応を示す。
以」二睨明した可1きn−AJGaAs/1−GaAs
からなる従来のンングルへテロ44す魚の・\テロ接合
形FETにおV、−Cは、2仄元′岨子カス2pc/)
4.子■濃度Nsに洞1収がある。すなわち2仄几″I
感子ガス2A中では′4子が状態重度が大きい領域で縮
退しているために、n型AJGaAs勉3のドナー不純
物一度を増大させても、フェルミ準位の変化が小ちくて
2仄7T:電子ガス2Aの11、子面函度Nsが請訓し
ない飽第1月頃同を示す。この結末%l’4!I ae
促米列においては、温度77(Klにおいて例えば2次
元電子ガスの電子移動度μm5XlO’(Gが/■・S
〕を得るためには、その面濃度Nilが6〜7×1o■
〔cm″〕程度以下に制限され、これより大電流動作は
期待しがたく、またオーミック接触抵抗、雑音指数の低
減などが困難である。
電子面濃度の大きい2次元電子ガスが得られる419造
として例えば第2図に示す一層ドーピングへテロ構造が
既に知られている。図において11はGaAs1曽、+
 2はAJGaAs層であり、各層にドナー不純物が導
入されている。本構造においてはnWGaAa層11に
これを挾む2層のnWAAGaAs層12から電子層着
2し、更にn型Ga/Is層11に導入されたドナー不
純物からも電子が供給されて、n型GaAs1曽11の
厚さが20(nm)程度以下である場合には、これらの
電子が混合された2次元電子カスLIAが形成きれる。
本構造によれば2次元電子カスの面濃度は増大するが、
この2次元電子ガスは不純物が導入された半導体空間内
にあるため不純物散乱が犬きく電子移動度が低く、ヘテ
ロ接合形B″ETには適しない。
(d) 発明の目的 本り6明は以」二説明した問題点に対処し、ヘテロ接合
形FETについてその電流各桁が11;1大さレル猶遺
を提供することを目的とする0 (e) 発明の構成 本発明のhII記目的は、第1の化合物半導体よりなり
ドナー不純物を営む第lの半導体層と、該第1の化合物
半導体よりなり該第10牛4体層の上面に接する第2の
半導体層と、該第1の化合物半導体より電子親和力が小
さい第2の化合切半導体よりなりドナー不^UIII*
に含んで該第2の半専体j音の上面に接する第3の半導
体層とを備えて、該第3の半導体層から該第2の半導体
層に遷移する甫1子によって生成ちれる2次元1に子カ
ス層と該第1の半導体層とを直流路とする半導体装置に
より達l戊される。
本発明の構造のエネルギーバンド図の例を第3図に示す
図ニオイて、20は半絶縁性基板又はノンドープのバッ
ファ1θである。2Lは前記第1の半導体MrCあって
ドナー不純物が4人されており、例えばQaAsによっ
て形成される。22は前記第2の半導体層であり第1の
半導体層と組成は同一であるが通常ノンドープのi型で
ある023はAit記第3の半導体層であり、スペーサ
領域を除いてドナー不純物が導入式れている。第1及び
第2の半導体層がGaAsであるならばこの第3の半導
体層はAAGaAsによって形成される。
ペテロ接合界面に生ずるGaAs層22の伝導帯のボテ
ン/ヤル井戸内に閉じこめられて2次元電子ガス22A
が生成されるが、n型QaA41鱒2【内の不純物によ
るクーロン散乱を防止するために、2次元電子ガス22
Aとn型GaA+s層21との間の2次元1子ガスの波
動関数が分布する範誼クンドープのi型GaAs22が
必要である。この距離は通常LOCnm)程度以上あれ
ばよい。
本半導体装置は2次元電子ガス22Aとn型GaAs層
21内の3次元電子との双方をチャネルとし、ゲートバ
イアス電圧が浅いときには2次元。
3次元の双方のIjb子によって伝尋が行なわれ、ゲー
トバイアス電圧を深くJ−れば2次元′電子カス22A
かう・己にピンチオフ4−る。
(f) 発明の゛実施例 に 以下本発明ψ実施例によりりこに具体的に説明する0 第4図(a)は本つら明の実施例を示す断聞図、同図(
b)はそのエネルギーバンド図である。本’94 ++
iu例の半導体基体は半絶縁性GaAs基板30−ヒに
、例えば分子線エビタキノヤル成長方法或いは有(幾金
箱熱分解気相成長方法によって成長した下記の半導体層
か設けられている。たたし下記表中、組成比XがOはG
aAs、 0.3はAA!o3Gao7As 、 0−
0.3はGaAs1MとAA’o3Gao7As層との
開音連続的につなぐ様に組成比が変化するAAGaAs
盾を示し、各符号 組成比X ドナー濃度 厚さ くCm J (nm) 37 0 1XIO1870 360〜0.3 tXlo” 30 35 0.3 1XIO” 30 34 0.3 ノンドープ 6 33 0 ノンドープ 20 32 0 1xlo” 50 31 0 ノンドープ 300 ノンドープのi型GaAGaAs1eに2仄元゛電子ガ
ス33Aが生成されでいる。またn型GaAs1峠32
は不純物を冨むチャネル層であるが、この層の不純物般
1屁はn型AJo、5Gao7As ’b1子供給層3
5等より不純I+/1g+兜ケ低くしてこれによる電子
のクーロン散^Lをづ”l’ 1m Lでいる。
この半導体基体のn型GaAg増37に深さ6゜Cnm
)程1反のリセスを形成して、ゲート長駒1〔μm〕 
ゲート幅f+600[μm〕 のゲート順18にフルミ
ニラム(AA)k用いて配設している。またソース電極
39及びドレイン′電極4oは金ゲルマニウム/ 笠L
AuGe/Au)を用いてn型Gaxs層37上に配設
している。
本実施例にお、いて電子面濃度Ns中1.2 X L 
O12[Crn−’ )と前記従来例の約2倍になり、
711.流′#1杖もほぼ2倍となっている。
以上の説明はへテロ接合形FFjTの本来の構成として
、2次元′電子ガスが生成されるチャネル層をノンドー
プのi型としている。しかしながら2次元電子ガスが生
成されるチャネル層、前記実施例のGaAs層33に僅
かにドナー不純吻ヲ4φ人することによって1子移動度
をさほど低下4〜ることなく螺子面礎1ルを増大するこ
ともできる。
例えば前記実施例のスペーサ層34及び2次元電子によ
るチャネル層33を下記の如く変更する〇符号 組成比
X ドナーa度 厚さ 〔on”〕(nm) 34d O,32XlO” 6 33d O2X10” 50 この様に不純l吻を低a度にチャネル層等に導入した実
施例においては、電子面一度及び電流容縫が前記実施例
に比較してほぼ10%程度増大している。
以上説明した如く本発明の構造によって、従来のへテロ
接合形FETの限界をこえて電子面濃度及び′電流容箱
を増大’i1−ることかでき、平均的な電子移動度の低
下も悌かである。また本発明の半導体装置は従来のソヨ
ソi・キーバリア形FETに比較して平均的な軍子移動
期が高く、かつ2次元′心子ガスの効果によってトラン
スコンダクタンスgmの増大、ゲート鬼1王に対するド
レイン電流の+tlL編性の改署がもたらされる。
以」二の説明はGaAg/AAGaAsk用いて本発明
の半導体装置を48成しているが、例えばGan47I
no5zAs/ AJo4s 工no52ASなど他の
化合物半導体を用いても本発明の半導体装置を実現する
ことができる。
□□□)弁明の効果 以上説明した如く本発明によれは、良好な電子移動岐と
大きい成流容世とが実現され、高速度で商出力の半導体
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j” E ’L’の
IJr而図面図図(b)はそのエネルギーバンド図、第
2区10ま従来の試みを説明するエネルギーバンド図、
第3図は本発明を説明するエネルギーバンド図%第4図
(a)は本発明の実施例の1υ[面図、同ヌI(bi&
よそのエネルギーバンド図である。 図において、20は半絶蒜性GaAs基板又はノンドー
プのGaAsバッファ層%2【はn型Ga Aslm5
,22はノンドープのGaAs1偶+、22 Aは2仄
元′電子ガス、23はノンドープ領域ケ含むn型AlG
aAs1脅、 30は半sit性GaAsJ板、31及
び33はノンドープのGaAs1&、32及び37はn
W G a A 81曽、34はノンドープのA I 
[1,3Gao、y A s 1m、35ばn型AJo
3Gao7As Iiv、3 Gはn型AlxGa1−
xAs (0:5xS0.3)層、3Bはゲート電極、
39はソース唱転 40はドレイン゛電極を示す〇第1
 図 隼2 ド //7f 第3Z

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 第1の化合物半導体よりなりドナー不純物を含む≠1の
    半導体層と、該第1の化合物半導体よりなり、該第lの
    半、vf体層の上面に接する第2の手酌、体層と、該第
    1の化合物半導体より電子親λIJ力が小さい編2の化
    合物半導体よりなり、ドナー不純物を含んで該第2の半
    導体層の上面に接する第3の半4体層と′に備えて、該
    第3の半導体層から該第2の半畳体層に遷移する電子に
    よって生成される2次元箱、子ガス層と該第1の半導体
    層とを電流路とすることを特徴とする半導体装置。
JP59011259A 1984-01-25 1984-01-25 電界効果トランジスタ Expired - Lifetime JPH0797633B2 (ja)

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JPH0797633B2 JPH0797633B2 (ja) 1995-10-18

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0308969A2 (en) * 1987-09-25 1989-03-29 Siemens Aktiengesellschaft High electron mobility transistor structure
US5389802A (en) * 1992-12-21 1995-02-14 Nec Corporation Heterojunction field effect transistor (HJFET) having an improved frequency characteristic

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JPS58107678A (ja) * 1981-12-21 1983-06-27 Fujitsu Ltd 半導体装置

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JPH0797633B2 (ja) 1995-10-18

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