JPS6086872A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS6086872A
JPS6086872A JP19557983A JP19557983A JPS6086872A JP S6086872 A JPS6086872 A JP S6086872A JP 19557983 A JP19557983 A JP 19557983A JP 19557983 A JP19557983 A JP 19557983A JP S6086872 A JPS6086872 A JP S6086872A
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    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
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    • HELECTRICITY
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    • 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
    • H01L29/7786Field 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
    • H01L29/7787Field 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。

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。
(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。
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。
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。
(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。
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
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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。
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。
+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。
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。
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。
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。
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。
n型I nGaP N 13の成長は成長室22で行な
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
【図面の簡単な説明】
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

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  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。
JP58195579A 1983-10-19 1983-10-19 半導体装置 Expired - Lifetime JPH0732247B2 (ja)

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