JPS6213080A - ヘテロ接合を有する半導体装置 - Google Patents
ヘテロ接合を有する半導体装置Info
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- JPS6213080A JPS6213080A JP15287785A JP15287785A JPS6213080A JP S6213080 A JPS6213080 A JP S6213080A JP 15287785 A JP15287785 A JP 15287785A JP 15287785 A JP15287785 A JP 15287785A JP S6213080 A JPS6213080 A JP S6213080A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- 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
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types 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
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- 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】
〔概要〕
アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）／ガリウム
砒素（ＧａＡｓ）ヘテロ接合のΔｌＧａＡｓ層にのみ選
択的にドープする際、接合界面にはＧａＡｓ層への拡散
の少ない珪素（Ｓｉ）を、接合界面より離れたところに
はドナ準位の浅い■族元素をドープすることにより、接
合界面のＧａＡｓ層のキャリアの移動度を減少させない
で、この接合を用いた電界効果トランジスタ（ＦＩＴ）
の、低温履歴によるしきい値電圧Ｖいのバラツキを抑止
する。
砒素（ＧａＡｓ）ヘテロ接合のΔｌＧａＡｓ層にのみ選
択的にドープする際、接合界面にはＧａＡｓ層への拡散
の少ない珪素（Ｓｉ）を、接合界面より離れたところに
はドナ準位の浅い■族元素をドープすることにより、接
合界面のＧａＡｓ層のキャリアの移動度を減少させない
で、この接合を用いた電界効果トランジスタ（ＦＩＴ）
の、低温履歴によるしきい値電圧Ｖいのバラツキを抑止
する。
本発明はＡｌＧａＡｓ ／ ＧａＡｓヘテロ接合を有す
る半導体装置に係り、ＡｌＧａＡｓ層に選択的にドープ
する選択ドープヘテロ接合構造に関する。
る半導体装置に係り、ＡｌＧａＡｓ層に選択的にドープ
する選択ドープヘテロ接合構造に関する。
近年、システムの高速化の要請により、混晶を用いた、
例えば＾ｌＧａＡｓ ／ＧａＡｓヘテロ接合を有するデ
バイスが実用化されるようになってきた。
例えば＾ｌＧａＡｓ ／ＧａＡｓヘテロ接合を有するデ
バイスが実用化されるようになってきた。
高移動度ＦＥＴ （ＨＲＭＴ）はその例で、ヘテロ接合
のＡｌＧａＡｓ層は電子供給層でドナ不純物がドープさ
れる。ＧａＡｓ層はアンドープのものを用い、Ａ ｌＧ
ａＡｓ層より電子の供給を受け、接合界面に２次元電子
ガス層（２ＤＥＣ）を形成し、この層、内の高移動度を
有する電子が動作にあずかる。
のＡｌＧａＡｓ層は電子供給層でドナ不純物がドープさ
れる。ＧａＡｓ層はアンドープのものを用い、Ａ ｌＧ
ａＡｓ層より電子の供給を受け、接合界面に２次元電子
ガス層（２ＤＥＣ）を形成し、この層、内の高移動度を
有する電子が動作にあずかる。
この場合、ＡｌＧａＡｓ層へのドープにより、ＧａＡｓ
層ヘドナ不純物が拡散して移動度が劣化し、あるいはデ
バイスの低温冷却時の履歴によるしきい値電圧Ｖいのバ
ラツキを生ずるため、改善が要望されている。
層ヘドナ不純物が拡散して移動度が劣化し、あるいはデ
バイスの低温冷却時の履歴によるしきい値電圧Ｖいのバ
ラツキを生ずるため、改善が要望されている。
第２図（１）、（２）は従来のＡｌＧａＡｓ ／ Ｇａ
Ａｓ選択ドープヘテロ接合の構造を示すエネルギ図であ
る。
Ａｓ選択ドープヘテロ接合の構造を示すエネルギ図であ
る。
従来のＡｌＧａＡｓ ／ ＧａＡｓ選択ドープヘテロ接
合構造ではＡｌＧａＡｓ層のドーパントは同一ウェハで
は１種類であった。
合構造ではＡｌＧａＡｓ層のドーパントは同一ウェハで
は１種類であった。
図において、縦軸は電子に対するエネルギ、横軸は距離
、ＥＦは擬フエルミ準位（ｉｍｒｅｆ） 、ＣＢは伝導
帯の下端、ＤＬはドナ準位で、ＥＦより上にあるものは
電離している。
、ＥＦは擬フエルミ準位（ｉｍｒｅｆ） 、ＣＢは伝導
帯の下端、ＤＬはドナ準位で、ＥＦより上にあるものは
電離している。
第２図（１）はＡｌＧａＡｓ層にＳｉをドープした場合
の図である。
の図である。
Ｓｉは接合界面での拡散は少ないが、ドナ準位は深い（
ＡＩＡｓ混晶比が０．３のＡｌＧａＡｓに対して伝導帯
の下端より１２０ｍｅν）ためキャリア濃度Ｘ、が少な
い。
ＡＩＡｓ混晶比が０．３のＡｌＧａＡｓに対して伝導帯
の下端より１２０ｍｅν）ためキャリア濃度Ｘ、が少な
い。
また擬フエルミ準位をドナ準位が過るため、低温冷却時
の履歴によりしきい値電圧Ｖｔｈにバラツキを生ずる欠
点があった。
の履歴によりしきい値電圧Ｖｔｈにバラツキを生ずる欠
点があった。
この理由はつぎの通りである。
接合に印加するバイアス値が異なると、ドナ準位が擬フ
エルミ準位と交わる位置が異なるため、ＡｌＧａＡｓ中
でイオン化しているドナ準位の総数が異なる。電気的中
性の要請よりこの数と同数の電子（キャリア濃度ＮＳ
）かヘテロ接合界面のＧａＡｓ層に生じた２ＤＥＧ層に
誘起される。
エルミ準位と交わる位置が異なるため、ＡｌＧａＡｓ中
でイオン化しているドナ準位の総数が異なる。電気的中
性の要請よりこの数と同数の電子（キャリア濃度ＮＳ
）かヘテロ接合界面のＧａＡｓ層に生じた２ＤＥＧ層に
誘起される。
従って、キャリア濃度Ｎ３の変動によりしきい値電圧Ｖ
いにバラツキを生ずる。
いにバラツキを生ずる。
特に低温時には、ドナ準位に電子を捕獲するときに障壁
を生ずるため、１度イオン化した電子はもとのドナ準位
に戻り難いために、バイアスの変動や、光の照射等の履
歴により、しきい値電圧Ｖいにバラツキを生ずる。
を生ずるため、１度イオン化した電子はもとのドナ準位
に戻り難いために、バイアスの変動や、光の照射等の履
歴により、しきい値電圧Ｖいにバラツキを生ずる。
第２図（２）はΔ１ＧａＡｓＪ！に■族元素をドープし
た場合の図である。
た場合の図である。
■族元素として例えばセレン（Ｓｅ）、硫黄（Ｓ）を用
いる。
いる。
この場合はドナ準位は浅い（ＡＩＡｓ混晶比が０．３の
ＡｌＧａＡｓに対して伝導帯の下端より６０ｍｅＶ）た
めキャリア濃度Ｎ、は大きいが、接合界面でドーパント
がＧａＡｓＪＷへ拡散する欠点があった。
ＡｌＧａＡｓに対して伝導帯の下端より６０ｍｅＶ）た
めキャリア濃度Ｎ、は大きいが、接合界面でドーパント
がＧａＡｓＪＷへ拡散する欠点があった。
従来の１種類のドーパントを用いた＾１ＧａＡｓ層のＡ
ｌＧａＡｓ ／ ＧａＡｓ選択ドープヘテロ接合構造
では、ドナ準位の深い元素を用いると、キャリア濃度Ｎ
３は小さく、かつ低温冷却時の履歴によりしきい値電圧
Ｖｔｈにバラツキを生ずる。
ｌＧａＡｓ ／ ＧａＡｓ選択ドープヘテロ接合構造
では、ドナ準位の深い元素を用いると、キャリア濃度Ｎ
３は小さく、かつ低温冷却時の履歴によりしきい値電圧
Ｖｔｈにバラツキを生ずる。
反対にドナ準位の浅い元素を用いると、上記の欠点は少
ないが、接合界面でドーパントが拡散する欠点があった
。
ないが、接合界面でドーパントが拡散する欠点があった
。
上記問題点の解決は、ＡｌＧａＡｓ ／ ＧａＡｓヘテ
ロ接合のＡｌＧａＡｓ層に対し、接合界面の近傍部分に
Ｓｉを、接合界面より離れた部分に■族元素をドープし
てなることを特徴とするヘテロ接合を有する半導体装置
により達成される。
ロ接合のＡｌＧａＡｓ層に対し、接合界面の近傍部分に
Ｓｉを、接合界面より離れた部分に■族元素をドープし
てなることを特徴とするヘテロ接合を有する半導体装置
により達成される。
本発明によるＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ選択ドープヘテロ
接合の構造では、接合界面のＡｌＧａＡｓはＳｔをドー
プしているため、ＧａＡｓ側へのドーパントのだれは少
ない。また中央部ではドナ準位の浅い■族をドープして
いるため、ドナ準位が擬フエルミ準位より下にこない特
徴をもっている。
接合の構造では、接合界面のＡｌＧａＡｓはＳｔをドー
プしているため、ＧａＡｓ側へのドーパントのだれは少
ない。また中央部ではドナ準位の浅い■族をドープして
いるため、ドナ準位が擬フエルミ準位より下にこない特
徴をもっている。
このような構造では、アンドープＧａＡｓへの拡散が少
ないため、キャリアの移動度の劣化がなく、また従来例
で説明した低温冷却時の履歴によるしきい値電圧Ｖｔｈ
にバラツキの小さいものが得られる。
ないため、キャリアの移動度の劣化がなく、また従来例
で説明した低温冷却時の履歴によるしきい値電圧Ｖｔｈ
にバラツキの小さいものが得られる。
第１図は本発明のＡ ｌＧａＡｓ ／ ＧａＡｓ選択ド
ープヘテロ接合の構造を示すエネルギ図である。
ープヘテロ接合の構造を示すエネルギ図である。
本発明のＡ ｌＧａＡｓ ／ ＧａＡｓ選択ドープヘテ
ロ接合構造ではＡｌＧａＡｓ層のドーパントは２種類用
い、ヘテロ接合界面近傍ではＳｉ、ヘテロ接合より離れ
たところでは■族のＳｅを用いる。
ロ接合構造ではＡｌＧａＡｓ層のドーパントは２種類用
い、ヘテロ接合界面近傍ではＳｉ、ヘテロ接合より離れ
たところでは■族のＳｅを用いる。
図において、縦軸は電子に対するエネルギ、横軸は距離
、ＥＦは１疑フ工ルミ準位、ＣＢは伝導帯の下端、ＤＬ
ＩはＳｉの、ＤＩ、２はＳｅのドナ準位で、いずれもＥ
Ｆより上にあり、電離している。
、ＥＦは１疑フ工ルミ準位、ＣＢは伝導帯の下端、ＤＬ
ＩはＳｉの、ＤＩ、２はＳｅのドナ準位で、いずれもＥ
Ｆより上にあり、電離している。
図より分かるように、ドナ準位ＤＬＩ 、ＤＬ２は擬フ
エルミ準位Ｅ、を過らないため、低温冷却時の履歴によ
るしきい値電圧Ｖｔｈのバラツキが小さい。
エルミ準位Ｅ、を過らないため、低温冷却時の履歴によ
るしきい値電圧Ｖｔｈのバラツキが小さい。
本発明を実現するには、例えば有機金属化学気相成長（
ＭＯＣＶＤ）法において、ドーパントの系統を２本設け
る。硫化水素（Ｈ２Ｓ）、あるいはセレン化水素（Ｈｚ
Ｓｅ）の系統と、モノシラン（Ｓ ｉ ＨＪの系統を設
け、ＡｌＧａＡｓ層の成長初期にはＳｉＨ４を、途中か
ら＋＋ＺＳ、あるいはＨｏ５ｅに切り換えるだけでよい
。
ＭＯＣＶＤ）法において、ドーパントの系統を２本設け
る。硫化水素（Ｈ２Ｓ）、あるいはセレン化水素（Ｈｚ
Ｓｅ）の系統と、モノシラン（Ｓ ｉ ＨＪの系統を設
け、ＡｌＧａＡｓ層の成長初期にはＳｉＨ４を、途中か
ら＋＋ＺＳ、あるいはＨｏ５ｅに切り換えるだけでよい
。
第３図は本発明による７ＥＭＴの構造を示す断面図であ
る。
る。
図において、１は半絶縁性ＧａＡｓ （ＳＩ−ＧａＡｓ
）基板で、この上にアンドープＧａＡｓ層２、電子供給
層としてｎ型ＡＩＧａＡｓ（ｎ−ＡＩＧａＡｓ）層３を
成長する。
）基板で、この上にアンドープＧａＡｓ層２、電子供給
層としてｎ型ＡＩＧａＡｓ（ｎ−ＡＩＧａＡｓ）層３を
成長する。
ｎ−ＡｌＧａＡｓ層３は本発明を適用し、アンドープＧ
ａＡｓ層２との界面（接合界面）近傍ばＳｉを、離れた
ところではＳｅをドープする。
ａＡｓ層２との界面（接合界面）近傍ばＳｉを、離れた
ところではＳｅをドープする。
２ＤＥＣは２次元電子ガス層を示す。
４はゲート電極でアルミニウム（ＡＩ）ｌｔ！、 ５は
ソース電極で金ゲルマニウム／金（ＡｕＧｅ／Ａｕ）層
、６はドレイン電極でＡｕＧｅ／Ａｕ層である。
ソース電極で金ゲルマニウム／金（ＡｕＧｅ／Ａｕ）層
、６はドレイン電極でＡｕＧｅ／Ａｕ層である。
以上詳細に説明したように本発明によれば、接合界面で
のドーパントのだれがなく、ドナ準位が擬フエルミ準位
を過らない選択ドープヘテロ接合構造を実現できるので
、移動度の劣化がなく、かつ低温冷却時の履歴によりし
きい値電圧νいのバラツキが小さいヘテロ接合を有する
半導体装置が得られる。
のドーパントのだれがなく、ドナ準位が擬フエルミ準位
を過らない選択ドープヘテロ接合構造を実現できるので
、移動度の劣化がなく、かつ低温冷却時の履歴によりし
きい値電圧νいのバラツキが小さいヘテロ接合を有する
半導体装置が得られる。
第１図は本発明のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ選択ドープヘ
テロ接合の構造を示すエネルギ図、 第２図（１）、（２）は従来のＡ ｌＧａＡｓ ／ Ｇ
ａＡｓ選択ドープヘテロ接合の構造を示すエネルギ図、 第３図は本発明によるｆＥＭＴの構造を示す断面図であ
る。 図において、 ＥＦは擬フエルミ準位、 ＣＢは伝導帯の下端、 ＤＬＩ はＳｉのドナ準位、 ＤＬ２はＳｅのドナ準位、 ２０ＥＧは２次元電子ガス層、 １は５ｒ−ＧａＡｓ基板、 ２はアンドープｃａＡｓＪＷ１ ３は電子供給層でｎ−へｌＧａＡｓ層、４はゲート電極
でＡ１層、 ５はソース電極でＡｕＧｅ／Ａｕ層、
テロ接合の構造を示すエネルギ図、 第２図（１）、（２）は従来のＡ ｌＧａＡｓ ／ Ｇ
ａＡｓ選択ドープヘテロ接合の構造を示すエネルギ図、 第３図は本発明によるｆＥＭＴの構造を示す断面図であ
る。 図において、 ＥＦは擬フエルミ準位、 ＣＢは伝導帯の下端、 ＤＬＩ はＳｉのドナ準位、 ＤＬ２はＳｅのドナ準位、 ２０ＥＧは２次元電子ガス層、 １は５ｒ−ＧａＡｓ基板、 ２はアンドープｃａＡｓＪＷ１ ３は電子供給層でｎ−へｌＧａＡｓ層、４はゲート電極
でＡ１層、 ５はソース電極でＡｕＧｅ／Ａｕ層、
Claims (1)
- アルミニウムガリウム砒素（ＡｌＧａＡｓ）／ガリウム
砒素（ＧａＡｓ）ヘテロ接合のアルミニウムガリウム砒
素層に対し、接合界面の近傍部分に珪素（Ｓｉ）を、接
合界面より離れた部分にVI族元素をドープしてなること
を特徴とするヘテロ接合を有する半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15287785A JPS6213080A (ja) | 1985-07-11 | 1985-07-11 | ヘテロ接合を有する半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15287785A JPS6213080A (ja) | 1985-07-11 | 1985-07-11 | ヘテロ接合を有する半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6213080A true JPS6213080A (ja) | 1987-01-21 |
Family
ID=15550071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15287785A Pending JPS6213080A (ja) | 1985-07-11 | 1985-07-11 | ヘテロ接合を有する半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6213080A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9830898B2 (en) | 2011-01-31 | 2017-11-28 | Bae Systems Plc | Mounting arrangements |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59119768A (ja) * | 1982-12-24 | 1984-07-11 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
-
1985
- 1985-07-11 JP JP15287785A patent/JPS6213080A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59119768A (ja) * | 1982-12-24 | 1984-07-11 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9830898B2 (en) | 2011-01-31 | 2017-11-28 | Bae Systems Plc | Mounting arrangements |
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