JPS6086872A - 半導体装置 - Google Patents
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Classifications
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
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- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
- H01L29/7786—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT
- H01L29/7787—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT with wide bandgap charge-carrier supplying layer, e.g. direct single heterostructure MODFET
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
ta> 発明の技術分野
本発明は半導体装置、特に2次元電子ガスの面濃度が増
大し、かつ工業的実施に適する構造を有する半導体装置
に関する。
大し、かつ工業的実施に適する構造を有する半導体装置
に関する。
(b) 技術の背景
電子計算機などの性能の一層の向上全志向して半導体装
置の高速化、低消*冠力化が推進されており、キャリア
移動度がシリコン(Sl)より遥に大きい砒化ガリウム
(GaAs )などの化合物半導体を用いる半導体装置
が多く開発されている。
置の高速化、低消*冠力化が推進されており、キャリア
移動度がシリコン(Sl)より遥に大きい砒化ガリウム
(GaAs )などの化合物半導体を用いる半導体装置
が多く開発されている。
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が存在している半導体
空間内を移動する。この移動に際してキャリアは格子振
動および不純物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度を低下させ
ると不純物イオンによる散乱の確率が大きくなり、キャ
リアの移動度はこれによって制限される。
いては、キャリアは不純物イオンが存在している半導体
空間内を移動する。この移動に際してキャリアは格子振
動および不純物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度を低下させ
ると不純物イオンによる散乱の確率が大きくなり、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排除するために、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
の移動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FITと略称する)によって一
層の高速化が実現されている。
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
の移動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FITと略称する)によって一
層の高速化が実現されている。
(C1従来技術と問題点
ヘテロ接合形FETの従来の構造の1例を第1図に示す
。半絶縁性GaAa基板1上に、ノンドープのGaAs
層2と、これより電子親和力が小さくドナー不純物を含
むn型の砒化アルミニウムガリウム(AtGaAs )
層3とが設けられて、両層の界面はへテロ接合を形成し
ている。n型A#aAs層3(電子供給層という)から
ノンドープのGaAs層2(チャネル層という)へ遷移
した電子によってヘテロ接合界面近傍に生成される2次
元電子ガス5がチャネルとして機能し、その電子濃度を
ゲート電極6に印加する電圧によって制御することによ
って、ソース電極7とドレイン電極8との間のインピー
ダンスが制御される。
。半絶縁性GaAa基板1上に、ノンドープのGaAs
層2と、これより電子親和力が小さくドナー不純物を含
むn型の砒化アルミニウムガリウム(AtGaAs )
層3とが設けられて、両層の界面はへテロ接合を形成し
ている。n型A#aAs層3(電子供給層という)から
ノンドープのGaAs層2(チャネル層という)へ遷移
した電子によってヘテロ接合界面近傍に生成される2次
元電子ガス5がチャネルとして機能し、その電子濃度を
ゲート電極6に印加する電圧によって制御することによ
って、ソース電極7とドレイン電極8との間のインピー
ダンスが制御される。
以上説明した従来例の如く、前記構造を構成する半導体
材料として現在主流をなしているものは、基板及びチャ
ネル層’e GaAs *電子供給層をAt−GaAs
によって構成するA九aAs /GaAs系半導体であ
る。またGaAs基板1上にGaAsチャネル層2及び
AffiaAa″wL子供給層3をエピタキシャル成長
する方法としては主として分子線ビームエピタキシャル
成長方法(以下MBE法と略称する)が行なわれている
。
材料として現在主流をなしているものは、基板及びチャ
ネル層’e GaAs *電子供給層をAt−GaAs
によって構成するA九aAs /GaAs系半導体であ
る。またGaAs基板1上にGaAsチャネル層2及び
AffiaAa″wL子供給層3をエピタキシャル成長
する方法としては主として分子線ビームエピタキシャル
成長方法(以下MBE法と略称する)が行なわれている
。
しかしながらA&aAsには深いドナー準位が形不充分
であるために、AμiAs電子供給層3のドナー不純物
濃度を高めても2次元電子ガス5の電子面濃度はあまり
増加しない。この様にキャリア濃度が不充分であること
から、オーミックコンタクト抵抗及びソース抵抗を低減
し難く、従ってアナログ信号増幅に際して特に問題とな
る雑音指数の減少或いは電力の増大などが極めて困難で
あって、キャリア濃度の増大が必蟹とされている。
であるために、AμiAs電子供給層3のドナー不純物
濃度を高めても2次元電子ガス5の電子面濃度はあまり
増加しない。この様にキャリア濃度が不充分であること
から、オーミックコンタクト抵抗及びソース抵抗を低減
し難く、従ってアナログ信号増幅に際して特に問題とな
る雑音指数の減少或いは電力の増大などが極めて困難で
あって、キャリア濃度の増大が必蟹とされている。
またMBE法による成長層は未だ結晶欠陥が多く歩留が
向上せず、また成長層が制御条件の変化九対して敏感で
あり極めて高い真空度を必要とするなど、半導体装置を
工業的に大量に製造するには不都合な点が多(、MBE
法より工業化に適するエピタキシャル成長方法が蟹望さ
れている。
向上せず、また成長層が制御条件の変化九対して敏感で
あり極めて高い真空度を必要とするなど、半導体装置を
工業的に大量に製造するには不都合な点が多(、MBE
法より工業化に適するエピタキシャル成長方法が蟹望さ
れている。
なおIII−V族化合物半導体装置の基板に用いる単結
晶としてはGaAsが現在最も良質であって、ヘテロ接
合形F’li:T’を素子とする集積回路装置を早期に
実用化するためにはGaAs単結晶を基板として使用す
るべきである。
晶としてはGaAsが現在最も良質であって、ヘテロ接
合形F’li:T’を素子とする集積回路装置を早期に
実用化するためにはGaAs単結晶を基板として使用す
るべきである。
(d) 発明の目的
本発明はG4Asチャネル層に電子面濃度の高い2次元
電子ガスが生成され、更に生産性の高いエピタキシャル
成長方法によってこれti造することが可能なヘテロ接
合形FITe提供することを目的とする。
電子ガスが生成され、更に生産性の高いエピタキシャル
成長方法によってこれti造することが可能なヘテロ接
合形FITe提供することを目的とする。
16+ 発明の構成
本発明の前6己目的は、砒化ガリウムよりなる第1の半
導体層と、該第1の半導体層に接してドナー不純物を含
む燐化インジウムガリウムよりなる第2の半導体層と、
該第2の半導体層に接して砒化ガリウムよりなる第3の
半導体層と、該第3の半導体層に接して、前記第2の半
導体層から遷移する電子によって前記第1の半導体層に
形成される2次元電子ガス層を制御する電極とを備えて
なる半導体装置により達成される。
導体層と、該第1の半導体層に接してドナー不純物を含
む燐化インジウムガリウムよりなる第2の半導体層と、
該第2の半導体層に接して砒化ガリウムよりなる第3の
半導体層と、該第3の半導体層に接して、前記第2の半
導体層から遷移する電子によって前記第1の半導体層に
形成される2次元電子ガス層を制御する電極とを備えて
なる半導体装置により達成される。
すなわち本発明の半導体装置は、ノンドープのGaAs
チャネル層にヘテロ接合してドナー不純物を含む電子供
給層を燐化インジウムガリウム(InO,48GaO8
52P)によって形成し、この電子供給層とゲート電極
との間にGaAs層を設けている。
チャネル層にヘテロ接合してドナー不純物を含む電子供
給層を燐化インジウムガリウム(InO,48GaO8
52P)によって形成し、この電子供給層とゲート電極
との間にGaAs層を設けている。
本半導体装置のエネルギーダイヤグラムは第3図きく
、InGaP電子供給層13のGaAsチャネル層ネル
とのへテロ接合界面近傍には強い電界が形成ゐ されて、2次元電子ガスの15面濃度は電子供給層にA
ガhAaを用いた従来構造に比較して大幅に増大する。
、InGaP電子供給層13のGaAsチャネル層ネル
とのへテロ接合界面近傍には強い電界が形成ゐ されて、2次元電子ガスの15面濃度は電子供給層にA
ガhAaを用いた従来構造に比較して大幅に増大する。
ただし、InGaP電子供給層13にゲート電極16を
直接接触させるならばショットキーバリアの高さが、例
えばゲート電極材料がアルミニウム(At)である場合
に従来のAtGaAsでは約1.0(eV)であるのに
比較してInGaPでは約0.7(eV )となるなど
の低下を来す。この問題点に対しては、InGaPnG
aP電子供給層13電極16との間にGaAs Ji
14を設けることによって、第3図に示す如<InGa
P’は子供給層13の該GaAs層14とのへテロ接合
界面のエネルギー準位を高めて、有効バリア高さを従来
以上としている。
直接接触させるならばショットキーバリアの高さが、例
えばゲート電極材料がアルミニウム(At)である場合
に従来のAtGaAsでは約1.0(eV)であるのに
比較してInGaPでは約0.7(eV )となるなど
の低下を来す。この問題点に対しては、InGaPnG
aP電子供給層13電極16との間にGaAs Ji
14を設けることによって、第3図に示す如<InGa
P’は子供給層13の該GaAs層14とのへテロ接合
界面のエネルギー準位を高めて、有効バリア高さを従来
以上としている。
更に本発明によるGaAs /I nGaP / Ga
As積層構造はAtを含まないために気相エピタキシャ
ル成長方法によって成長することが容易であって、従来
のAtGaAs / GaAs積層構造形成の主流であ
るMEB法に比較して、その生産性が大きく向上する。
As積層構造はAtを含まないために気相エピタキシャ
ル成長方法によって成長することが容易であって、従来
のAtGaAs / GaAs積層構造形成の主流であ
るMEB法に比較して、その生産性が大きく向上する。
+f+ 発明の実施例
以下本発明を実施例により図面を参照して具体的に説明
する。
する。
第4図は本発明の1実施例を示す断面図であり、11は
半絶縁性GaAs基板、12はノンドープのGaAsチ
ャネル層、13はドナー不純物としてシリ:ry(St
)’!r含むn型I nGaP電子供給層、14はノン
ドープのGaAs層、15は2次元電子ガス、16はゲ
ート電極、17はソース電極、18はドレイン電極で″
ある。
半絶縁性GaAs基板、12はノンドープのGaAsチ
ャネル層、13はドナー不純物としてシリ:ry(St
)’!r含むn型I nGaP電子供給層、14はノン
ドープのGaAs層、15は2次元電子ガス、16はゲ
ート電極、17はソース電極、18はドレイン電極で″
ある。
本実施例〈おいては前記半導体層12乃至14は第5図
に模式図を示す気相エピタキシャル成長方法によって成
長している。すなわち2室の成長室21及び22を備え
た成長装置の第1の成長室21にはガリウム(Ga)2
3に収容し、第2の成長室22にはGa24及びインジ
ウム(In) 251c収容する。
に模式図を示す気相エピタキシャル成長方法によって成
長している。すなわち2室の成長室21及び22を備え
た成長装置の第1の成長室21にはガリウム(Ga)2
3に収容し、第2の成長室22にはGa24及びインジ
ウム(In) 251c収容する。
又、半絶縁性GaAs基板11は両成長室21及び22
それぞれの所定の位置に移動させることができる。
それぞれの所定の位置に移動させることができる。
ノンドープのGaAs層12及び14の成長は成長室2
1で行なう。Ga23′f:温度800[℃:]程度、
基板11を嚇度670(1:)程度とし、水”A (H
2)k塩化砒素(AaCts)中でバブリングさせた混
合ガスを流量0.5 (17m1n)程度としてこれを
流量3乃至3.5(t/min:l程度のH,ガスで稀
釈しガス導入口26から尋人して、GaAs層12は厚
さ例えば2〔μm〕程度に、GaAs層14はInGa
PnGaP層厚3上えば5 (nm)程度に成長してい
る。
1で行なう。Ga23′f:温度800[℃:]程度、
基板11を嚇度670(1:)程度とし、水”A (H
2)k塩化砒素(AaCts)中でバブリングさせた混
合ガスを流量0.5 (17m1n)程度としてこれを
流量3乃至3.5(t/min:l程度のH,ガスで稀
釈しガス導入口26から尋人して、GaAs層12は厚
さ例えば2〔μm〕程度に、GaAs層14はInGa
PnGaP層厚3上えば5 (nm)程度に成長してい
る。
n型I nGaP N 13の成長は成長室22で行な
う。
う。
前記のGaAs層12の成長後に基板11を成長室22
に移動し、Ga 24 f温度750 (C)程度、I
n25を温度800〔℃〕程度とし、基板11の温度は
GaAsの成長と同等として、ガス導入口27から塩化
燐(PCls) ”fc水素ガスと共に導入する。この
反応ガスにはI nGaP層13が5Cnm)程度成長
した後にモノシラン(SiH4)が添加されて、InG
aP層13はGaAs層12とのへテロ接合界面から前
記厚さの領域を除いた領域にドナー不純物としてStが
lXl0”([)程度にドープされる。本実施例におい
てはInGaP )@ 13の厚さを約50 (nrn
〕としている。なおこのI nGaP層13に続いて先
に述べた如(GaAs層14を成長する。
に移動し、Ga 24 f温度750 (C)程度、I
n25を温度800〔℃〕程度とし、基板11の温度は
GaAsの成長と同等として、ガス導入口27から塩化
燐(PCls) ”fc水素ガスと共に導入する。この
反応ガスにはI nGaP層13が5Cnm)程度成長
した後にモノシラン(SiH4)が添加されて、InG
aP層13はGaAs層12とのへテロ接合界面から前
記厚さの領域を除いた領域にドナー不純物としてStが
lXl0”([)程度にドープされる。本実施例におい
てはInGaP )@ 13の厚さを約50 (nrn
〕としている。なおこのI nGaP層13に続いて先
に述べた如(GaAs層14を成長する。
このGaAs層14上に例えば金ゲルマニウム/金(A
uGe/Au)膜を設はバターニング後に温度450〔
℃〕時間2分間程度の熱処理を施すことによってソース
電極17及びドレイン電極18を形成する。
uGe/Au)膜を設はバターニング後に温度450〔
℃〕時間2分間程度の熱処理を施すことによってソース
電極17及びドレイン電極18を形成する。
また例えばAtを用いてゲート電極16を形・成する。
このゲート電極16の形成に先立ってGaAs層14を
選択的にエツチングして閾値電圧を制御することは従来
構造と同様に可能である。
選択的にエツチングして閾値電圧を制御することは従来
構造と同様に可能である。
以上説明した本発明の実施例においては、2次元電子ガ
スの電子面濃度は2X10”[6n”)以上であって従
来例の2倍程度以上に増大され、またゲート洩れ電流は
従来例と同程度以下となっている。
スの電子面濃度は2X10”[6n”)以上であって従
来例の2倍程度以上に増大され、またゲート洩れ電流は
従来例と同程度以下となっている。
また燐(P)を含む化合物結晶はMBE法では装置内壁
に付着するPの問題が先に述べた問題点の他に加わるの
に対して、本発明の構造は気相エピタキシャル成長方法
を適用することが可能であるために工業的実施が容易で
ある。
に付着するPの問題が先に述べた問題点の他に加わるの
に対して、本発明の構造は気相エピタキシャル成長方法
を適用することが可能であるために工業的実施が容易で
ある。
(g+ 発明の詳細
な説明した如く本発明によれば、チャネル電流を形成す
る2次元電子ガスの面濃度が大幅に増大し、かつ洩れ電
流特性なども良好であるヘテロ接合形FETeI業的に
容易に製造することが可能となり、半導体装置の高速化
の早期実現を促進する効果が大きい。
る2次元電子ガスの面濃度が大幅に増大し、かつ洩れ電
流特性なども良好であるヘテロ接合形FETeI業的に
容易に製造することが可能となり、半導体装置の高速化
の早期実現を促進する効果が大きい。
第1図はへテロ接合形FBTの従来例を示す断面図、第
2図はそのエネルギーダイヤグラム、第3図は本発明に
よる半導体装置のエネルギーダイヤグラム、第4図は本
発明の実施例の断面図、第5図はエピタキシャル成長方
法の例を示す模式図である。 図において、11は半絶縁性GaAs基板、12はノン
ドープのGaAs層、13はn型InO,48Ga0.
52P層、14はGaAs層、15は2次元電子ガス、
16はゲート電極、17はソース電極、18はドレイン
電極、21及び22は成長室、23及び24はGa、2
5はInf示す。 第1 阿 寥2 阿 第3図 第4図
2図はそのエネルギーダイヤグラム、第3図は本発明に
よる半導体装置のエネルギーダイヤグラム、第4図は本
発明の実施例の断面図、第5図はエピタキシャル成長方
法の例を示す模式図である。 図において、11は半絶縁性GaAs基板、12はノン
ドープのGaAs層、13はn型InO,48Ga0.
52P層、14はGaAs層、15は2次元電子ガス、
16はゲート電極、17はソース電極、18はドレイン
電極、21及び22は成長室、23及び24はGa、2
5はInf示す。 第1 阿 寥2 阿 第3図 第4図
Claims (1)
- 砒化ガリウムよりなる第1の半導体層と、該第1の半導
体層に接してドナー不純物を含む燐化インジウムガリウ
ムよりなる第2の半導体層と、該第2の半導体層に接し
て砒化ガリウムよりなる第3の半導体層と、該第3の半
導体層に接して、前記第2の半導体層から遷移する電子
によって前記第1の半導体層に形成される2次元電子ガ
ス層を制御する一極と金備えてなることを特徴とする半
導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58195579A JPH0732247B2 (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58195579A JPH0732247B2 (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6086872A true JPS6086872A (ja) | 1985-05-16 |
JPH0732247B2 JPH0732247B2 (ja) | 1995-04-10 |
Family
ID=16343478
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58195579A Expired - Lifetime JPH0732247B2 (ja) | 1983-10-19 | 1983-10-19 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0732247B2 (ja) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JPH01238175A (ja) * | 1988-03-18 | 1989-09-22 | Fujitsu Ltd | 高電子移動度トランジスタ |
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-
1983
- 1983-10-19 JP JP58195579A patent/JPH0732247B2/ja not_active Expired - Lifetime
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US9127867B2 (en) | 2009-07-28 | 2015-09-08 | Toshiba Carrier Corporation | Heat source unit |
US10072883B2 (en) | 2009-07-28 | 2018-09-11 | Toshiba Carrier Corporation | Heat source unit |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0732247B2 (ja) | 1995-04-10 |
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