JPS62136081A - 相補型高速半導体装置 - Google Patents
相補型高速半導体装置Info
- Publication number
- JPS62136081A JPS62136081A JP27606185A JP27606185A JPS62136081A JP S62136081 A JPS62136081 A JP S62136081A JP 27606185 A JP27606185 A JP 27606185A JP 27606185 A JP27606185 A JP 27606185A JP S62136081 A JPS62136081 A JP S62136081A
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- JP
- Japan
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- layer
- channel
- type
- channel transistor
- supply 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。
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〕
本発明は、相補型高速半導体装置に於いて、nチャネル
・トランジスタのアン・ドープ化合物半導体チャネル層
の上下をp型化合物半導体正孔供給層で挟んでダブル・
ヘテロ接合を形成した構造とし、このnチャネル・トラ
ンジスタにシングル・ヘテロ接合を有するnチャネル・
トランジスタを組み合わせることに依り、nチャネル・
トランジスタとnチャネル・トランジスタの性能的なバ
ランスをとって全体の特性を向上させるようにしたもの
である。
・トランジスタのアン・ドープ化合物半導体チャネル層
の上下をp型化合物半導体正孔供給層で挟んでダブル・
ヘテロ接合を形成した構造とし、このnチャネル・トラ
ンジスタにシングル・ヘテロ接合を有するnチャネル・
トランジスタを組み合わせることに依り、nチャネル・
トランジスタとnチャネル・トランジスタの性能的なバ
ランスをとって全体の特性を向上させるようにしたもの
である。
本発明は、nチャネル・トランジスタとnチャネル・ト
ランジスタの特性がバランスしている相補型高速半導体
装置に関する。
ランジスタの特性がバランスしている相補型高速半導体
装置に関する。
従来、シリコン系の相補型半導体装置は、種々の分野に
広く用いられている状況にあり、また、近年では化合物
半導体系のものも実現され、特に、ヘテロ接合への選択
ドーピング技術を用いた結晶成長法が安定になったこと
もあって、高キャリヤ移動度トランジスタと呼ばれてい
る素子からなる相補型高速半導体装置が有望視され、そ
の研究・開発に大きな進展を見せている。因に、高キャ
リヤ移動度トランジスタに於いて、電子をキャリヤとす
るものは高電子移動度トランジスタ(h i gh
electron mobility trans
istor:HEMT)として知られ、また、その関係
で正孔をキャリヤとするものも、便宜上、HEMTと呼
ばれている。尚、以下、この種の相補型高速半導体装置
をHEMT系相補型半導体装置と呼ぶことにする。
広く用いられている状況にあり、また、近年では化合物
半導体系のものも実現され、特に、ヘテロ接合への選択
ドーピング技術を用いた結晶成長法が安定になったこと
もあって、高キャリヤ移動度トランジスタと呼ばれてい
る素子からなる相補型高速半導体装置が有望視され、そ
の研究・開発に大きな進展を見せている。因に、高キャ
リヤ移動度トランジスタに於いて、電子をキャリヤとす
るものは高電子移動度トランジスタ(h i gh
electron mobility trans
istor:HEMT)として知られ、また、その関係
で正孔をキャリヤとするものも、便宜上、HEMTと呼
ばれている。尚、以下、この種の相補型高速半導体装置
をHEMT系相補型半導体装置と呼ぶことにする。
このようなHEMT系相補型半導体装置に於いて、nチ
ャネルHEMTが優れているのは勿論のこと、化合物半
導体がGaAs系である場合に限って言えば、pチャネ
ルHEMTであっても、通常のnチャネルFET(fi
eld effect transistor)に
比較すると、低温で、正札の移動度が20〜30倍も高
く、また、デバイスとしての特性も、例えば、その伝達
コンダクタンスビイは3〜5倍も良好である。
ャネルHEMTが優れているのは勿論のこと、化合物半
導体がGaAs系である場合に限って言えば、pチャネ
ルHEMTであっても、通常のnチャネルFET(fi
eld effect transistor)に
比較すると、低温で、正札の移動度が20〜30倍も高
く、また、デバイスとしての特性も、例えば、その伝達
コンダクタンスビイは3〜5倍も良好である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前記したように、HEMT系相補型半導体装置の特性が
優れ、また、それを構成しているpチャネルHEMTが
通常のnチャネルFETよりも格段に良好な特性を持っ
てはいるが、nチャネルHEMTに比較すると未だ溝か
に劣っている。従って、相補型半導体装置としては、性
能的に甚だバランスが悪いものとなっている。
優れ、また、それを構成しているpチャネルHEMTが
通常のnチャネルFETよりも格段に良好な特性を持っ
てはいるが、nチャネルHEMTに比較すると未だ溝か
に劣っている。従って、相補型半導体装置としては、性
能的に甚だバランスが悪いものとなっている。
従って、そのような欠点を解消するには、pチャネルH
EMTの特性、特に伝達コンダクタンスg1などを向上
する必要があるが、それには2次元正孔濃度を高め、電
流駆動能力を大きくすると良い。尚、電流駆動能力を大
きくすると、容量性負荷、例えば1トランジスタ・1キ
ヤパシタ・メモリ・セル・アレイを駆動する場合には、
動作速度が向上する。
EMTの特性、特に伝達コンダクタンスg1などを向上
する必要があるが、それには2次元正孔濃度を高め、電
流駆動能力を大きくすると良い。尚、電流駆動能力を大
きくすると、容量性負荷、例えば1トランジスタ・1キ
ヤパシタ・メモリ・セル・アレイを駆動する場合には、
動作速度が向上する。
本発明は、nチャネル・トランジスタの特性を向上させ
ることに依り、全体の特性及びpチャヱルとnチャネル
の各トランジスタのバランスを改善したHEMT系相補
型半導体装置を提供する。
ることに依り、全体の特性及びpチャヱルとnチャネル
の各トランジスタのバランスを改善したHEMT系相補
型半導体装置を提供する。
本発明の相補型高速半導体装置に於いては、2次元正孔
ガス層(例えば2次元正孔ガス層C,)が生成されるア
ン・ドープ化合物半導体チャネル層(例えばアン・ドー
プGaAsチャネル層6)及びそれを上下から挟んで正
孔を供給するp型化合物半導体正孔供給層(例えばp型
A Rt G a 1− zAs正孔供給層5及びp型
A IXG a +−x A s正孔供給層7)で形成
されたダブル・ヘテロ接合を存するnチャネル・トラン
ジスタと、2次元電子ガス層(例えば2次元電子ガス層
C,)が生成されるアン・ドープ化合物半導体チャネル
層(例えばアン・ドープGaAsチャネル層2)及びそ
れに電子を供給するn型化合物半導体電子供給層(例え
ばn型All、Qa、−、As電子供給層3)で形成さ
れたシングル・ヘテロ接合を有し且つ前記nチャネル・
トランジスタに近接して同一基板(例えば半絶縁性Ga
As基板1)上に設けられたnチャネル・トランジスタ
とを備えた構成になっている。
ガス層(例えば2次元正孔ガス層C,)が生成されるア
ン・ドープ化合物半導体チャネル層(例えばアン・ドー
プGaAsチャネル層6)及びそれを上下から挟んで正
孔を供給するp型化合物半導体正孔供給層(例えばp型
A Rt G a 1− zAs正孔供給層5及びp型
A IXG a +−x A s正孔供給層7)で形成
されたダブル・ヘテロ接合を存するnチャネル・トラン
ジスタと、2次元電子ガス層(例えば2次元電子ガス層
C,)が生成されるアン・ドープ化合物半導体チャネル
層(例えばアン・ドープGaAsチャネル層2)及びそ
れに電子を供給するn型化合物半導体電子供給層(例え
ばn型All、Qa、−、As電子供給層3)で形成さ
れたシングル・ヘテロ接合を有し且つ前記nチャネル・
トランジスタに近接して同一基板(例えば半絶縁性Ga
As基板1)上に設けられたnチャネル・トランジスタ
とを備えた構成になっている。
前記手段に依ると、nチャネル・トランジスタがダブル
・ヘテロ構造のpチャネルHEMTである為、nチャネ
ル・トランジスタとnチャネル・トランジスタとの性能
的なバランスをとることができ、その結果、全体の特性
が向上し、そして、nチャネル・トランジスタの伝達コ
ンダクタンスgmが向上することから、それに対応して
デバイス・パラメータを小さくすることができ、高集積
化する場合に有利である。
・ヘテロ構造のpチャネルHEMTである為、nチャネ
ル・トランジスタとnチャネル・トランジスタとの性能
的なバランスをとることができ、その結果、全体の特性
が向上し、そして、nチャネル・トランジスタの伝達コ
ンダクタンスgmが向上することから、それに対応して
デバイス・パラメータを小さくすることができ、高集積
化する場合に有利である。
第1図は本発明一実施例に用いるエピタキシャル成長化
合物半導体層の構成を説明する為の要部切断側面図を表
している。
合物半導体層の構成を説明する為の要部切断側面図を表
している。
図に於いて、
lは半絶縁性G a A s基板
2はアン・ドープGaAsチャネル層
3はn型A#、Ga、−、As電子供給層4はn+型G
aAsキャップ層 5はp型Aff2Ga、−、As正孔供給層6はアン・
ドープGaAsチャネル層 7はp型A (l X G a +−x As正孔供給
層8はp+型GaAsキャップ層 をそれぞれ示し、チャネル層2、電子供給層3、キャッ
プ層4はnチャネルHEMTを構成する為のものであり
、また、正孔供給層5、チャネル層6、正孔供給層7は
pチャネルHEMTを構成する為のものである。
aAsキャップ層 5はp型Aff2Ga、−、As正孔供給層6はアン・
ドープGaAsチャネル層 7はp型A (l X G a +−x As正孔供給
層8はp+型GaAsキャップ層 をそれぞれ示し、チャネル層2、電子供給層3、キャッ
プ層4はnチャネルHEMTを構成する為のものであり
、また、正孔供給層5、チャネル層6、正孔供給層7は
pチャネルHEMTを構成する為のものである。
前記各化合物半導体層に於ける諸データを例示すると次
の通りである。
の通りである。
■ チャネル層2について
厚さ:6000 C人〕
■ 電子供給層3について
厚さ: 350. C人〕
不純物:Si
不純物濃度: 1 、 5 X 1018(cffi−
”)y値:0.1〜0.6 ■ キャップ層4について 厚さ:200(人〕 不純物:Si 不純物4度: 2 X 10 ” [cn+−’)■
正孔供給層5について 厚さ:200(人〕 不純物:Be 不純物濃度: I X 10I8(cm−”)2値:0
.3〜0.6 ■ チャネル層6について 厚さ:l00(人〕 ■ 正孔供給層7について 厚さ:20OC人〕 不純物:Be 不純物濃度: I X 10I8(cm−’)X値:0
.3〜0.6 ■ キャップ層8について 厚さ:500(人〕 不純物:Be 不純物濃度=4×10+8〔ctlI−3〕前記説明し
たような各化合物半導体層を形成するに際しては、分子
線エピタキシャル成長(m。
”)y値:0.1〜0.6 ■ キャップ層4について 厚さ:200(人〕 不純物:Si 不純物4度: 2 X 10 ” [cn+−’)■
正孔供給層5について 厚さ:200(人〕 不純物:Be 不純物濃度: I X 10I8(cm−”)2値:0
.3〜0.6 ■ チャネル層6について 厚さ:l00(人〕 ■ 正孔供給層7について 厚さ:20OC人〕 不純物:Be 不純物濃度: I X 10I8(cm−’)X値:0
.3〜0.6 ■ キャップ層8について 厚さ:500(人〕 不純物:Be 不純物濃度=4×10+8〔ctlI−3〕前記説明し
たような各化合物半導体層を形成するに際しては、分子
線エピタキシャル成長(m。
1ecular beam epitaxy:MB
E)法、若しくは、有機金属体積(metalorga
nics chemical vap。
E)法、若しくは、有機金属体積(metalorga
nics chemical vap。
ur deposition:MOCVD)法など適
宜の技法を採用することができ、そして、最初、nチャ
ネルHEMTを形成する為の各化合物半導体層を成長さ
せる。
宜の技法を採用することができ、そして、最初、nチャ
ネルHEMTを形成する為の各化合物半導体層を成長さ
せる。
これに引き続きp型A 1 z G a 1−t A
S正孔供給層5を成長させる。この正孔供給層5はダブ
ル・ヘテロ構造(double heterostr
ucture:DH) pチャネルHEMTに於ける一
方の正孔供給層であると共に下地であるnチャネルHE
MTのキャップ層4及び電子供給層3を空乏化する為の
働きもする。
S正孔供給層5を成長させる。この正孔供給層5はダブ
ル・ヘテロ構造(double heterostr
ucture:DH) pチャネルHEMTに於ける一
方の正孔供給層であると共に下地であるnチャネルHE
MTのキャップ層4及び電子供給層3を空乏化する為の
働きもする。
この後、2次元正孔ガス層が生成されるアン・ドープG
aAsチャネル層6、他方の正孔供給層であるp型A+
2.Ga、−x As正孔供給層7、p+型GaAsキ
ャップ層8を成長させる。
aAsチャネル層6、他方の正孔供給層であるp型A+
2.Ga、−x As正孔供給層7、p+型GaAsキ
ャップ層8を成長させる。
第2図(A)及び(B)は本発明一実施例の要部切断側
面図及びその等価回路図を表し、第1図に於いて用いた
記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つも
のとする。
面図及びその等価回路図を表し、第1図に於いて用いた
記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つも
のとする。
図(A)及び(B)に於いて、11はnチャネル・トラ
ンジスタ部分のソース電極、12はnチャネル・トラン
ジスタ部分のドレイン電極、13はnチャネル・トラン
ジスタ部分のゲート電極、21はnチャネル・トランジ
スタ部分のソース電極、22はnチャネル・トランジス
タ部分のドレイン電極、23はnチャネル・トランジス
タ部分のゲート電極、31.32.33は素子間分離領
域、I8は入力端、0.は出力端、VDDは正側電源レ
ベル、VSSは接地側電源レベル、CPは2次元正孔ガ
ス層、coは2次元電子ガス層をそれぞれ示している。
ンジスタ部分のソース電極、12はnチャネル・トラン
ジスタ部分のドレイン電極、13はnチャネル・トラン
ジスタ部分のゲート電極、21はnチャネル・トランジ
スタ部分のソース電極、22はnチャネル・トランジス
タ部分のドレイン電極、23はnチャネル・トランジス
タ部分のゲート電極、31.32.33は素子間分離領
域、I8は入力端、0.は出力端、VDDは正側電源レ
ベル、VSSは接地側電源レベル、CPは2次元正孔ガ
ス層、coは2次元電子ガス層をそれぞれ示している。
ここで、各電極に関する材料のデータを例示すると次の
通りである。
通りである。
■ ソース電極11及びドレイン電極12について
Au −Ge/Au
■ ゲート電極13について
A
■ ソース電極21及びドレイン電極22について
A u / Z n / A u
■ ゲート電極23について
第1図及び第2図に関する説明から明らかなように、本
発明のHEMT系相補型半導体装置に於けるpチャネル
HEMTは、チャネル層6が正孔供給層5及び7に挟ま
れていて、その両者から正孔を供給される構成、即ち、
ダブル・ヘテロ構造になっているので、チャネル層6に
生成される2次元正孔ガス層に於ける正孔濃度は高めら
れる。
発明のHEMT系相補型半導体装置に於けるpチャネル
HEMTは、チャネル層6が正孔供給層5及び7に挟ま
れていて、その両者から正孔を供給される構成、即ち、
ダブル・ヘテロ構造になっているので、チャネル層6に
生成される2次元正孔ガス層に於ける正孔濃度は高めら
れる。
このようなダブル・ヘテロ構造のpチャネルHEMTの
特性はシングル・ヘテロ構造(single het
erostructure:SH)のpチャネルHEM
Tと比較すると、伝達コンダクタンスgmは1.2〜1
.5倍も向上し、従って、このダブル・ヘテロ構造のp
チャネルHEMTを用いたHEMT系相補型半導体装置
は全体として特性が向上し、また、その伝達コンダクタ
ンスg、が向上することから、それに見合ってデバイス
・パラメータを小さくすることができるから高集積化に
有利である。
特性はシングル・ヘテロ構造(single het
erostructure:SH)のpチャネルHEM
Tと比較すると、伝達コンダクタンスgmは1.2〜1
.5倍も向上し、従って、このダブル・ヘテロ構造のp
チャネルHEMTを用いたHEMT系相補型半導体装置
は全体として特性が向上し、また、その伝達コンダクタ
ンスg、が向上することから、それに見合ってデバイス
・パラメータを小さくすることができるから高集積化に
有利である。
本発明に依る相補型高速半導体装置では、nチャネル・
トランジスタのアン・ドープ化合物半導体チャネル層の
上下をp型化合物半導体正孔供給層で挟んでダブル・ヘ
テロ接合を形成した構造とし、このnチャネル・トラン
ジスタにシングル・ヘテロ接合を有するnチャネル・ト
ランジスタを組み合わせた構成を採っている。
トランジスタのアン・ドープ化合物半導体チャネル層の
上下をp型化合物半導体正孔供給層で挟んでダブル・ヘ
テロ接合を形成した構造とし、このnチャネル・トラン
ジスタにシングル・ヘテロ接合を有するnチャネル・ト
ランジスタを組み合わせた構成を採っている。
このような構成に依り、nチャネル・トランジスタのア
ン・ドープ化合物半導体チャネル層には多量の正孔が供
給されて2次元正孔ガス層に於ける2次元正孔ガス濃度
が高められる為、その伝達コンダクタンスg、が大き(
なるなど特性が向上するので、nチャネル・トランジス
タと組み合わせた場合の性能的なバランスが良好になり
、その結果、全体としての特性が改善され、また、その
伝達コンダクタンスg、が大きくなることから、それに
対応してデバイス・パラメータを小さくすることが可能
になって高集積化する際に有利である。
ン・ドープ化合物半導体チャネル層には多量の正孔が供
給されて2次元正孔ガス層に於ける2次元正孔ガス濃度
が高められる為、その伝達コンダクタンスg、が大き(
なるなど特性が向上するので、nチャネル・トランジス
タと組み合わせた場合の性能的なバランスが良好になり
、その結果、全体としての特性が改善され、また、その
伝達コンダクタンスg、が大きくなることから、それに
対応してデバイス・パラメータを小さくすることが可能
になって高集積化する際に有利である。
第1図は本発明一実施例に用いるエピタキシャル成長化
合物半導体層の構成を説明する為の要部切断側面図、第
2図(A)及び(B)は本発明一実施例の要部切断側面
図及び等価回路図をそれぞれ表している。 図に於いて、1は基板、2はチャネル層、3は電子供給
層、4はキャップ層、5は正孔供給層、6はチャネル層
、7は正孔供給層、8はキャップ層、11はnチャネル
・トランジスタ部分のソース電極、12はnチャネル・
トランジスタ部分のドレイン電極、13はnチャネル・
トランジスタ部分のゲート電極、21はnチャネル・ト
ランジスタ部分のソース電極、22はnチャネル・トラ
ンジスタ部分のドレイン電極、23はnチャネル・トラ
ンジスタ部分のゲート電極、31,32゜33は素子間
分離領域、■8は入力端、OTは出力端、VDDは正側
電源レベル、VSSは接地側電源レベル、C4は2次元
正孔ガス層、C1は2次元電子ガス層をそれぞれ示して
いる。
合物半導体層の構成を説明する為の要部切断側面図、第
2図(A)及び(B)は本発明一実施例の要部切断側面
図及び等価回路図をそれぞれ表している。 図に於いて、1は基板、2はチャネル層、3は電子供給
層、4はキャップ層、5は正孔供給層、6はチャネル層
、7は正孔供給層、8はキャップ層、11はnチャネル
・トランジスタ部分のソース電極、12はnチャネル・
トランジスタ部分のドレイン電極、13はnチャネル・
トランジスタ部分のゲート電極、21はnチャネル・ト
ランジスタ部分のソース電極、22はnチャネル・トラ
ンジスタ部分のドレイン電極、23はnチャネル・トラ
ンジスタ部分のゲート電極、31,32゜33は素子間
分離領域、■8は入力端、OTは出力端、VDDは正側
電源レベル、VSSは接地側電源レベル、C4は2次元
正孔ガス層、C1は2次元電子ガス層をそれぞれ示して
いる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 2次元正孔ガス層が生成されるアン・ドープ化合物半導
体チャネル層及びそれを上下から挟んで正孔を供給する
p型化合物半導体正孔供給層で形成されたダブル・ヘテ
ロ接合を有するpチャネル・トランジスタと、 2次元電子ガス層が生成されるアン・ドープ化合物半導
体チャネル層及びそれに電子を供給するn型化合物半導
体電子供給層で形成されたシングル・ヘテロ接合を有し
且つ前記pチャネル・トランジスタに近接して同一基板
上に設けられたnチャネル・トランジスタと を備えてなることを特徴とする相補型高速半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27606185A JPS62136081A (ja) | 1985-12-10 | 1985-12-10 | 相補型高速半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27606185A JPS62136081A (ja) | 1985-12-10 | 1985-12-10 | 相補型高速半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62136081A true JPS62136081A (ja) | 1987-06-19 |
JPH0154868B2 JPH0154868B2 (ja) | 1989-11-21 |
Family
ID=17564250
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27606185A Granted JPS62136081A (ja) | 1985-12-10 | 1985-12-10 | 相補型高速半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62136081A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5302840A (en) * | 1991-06-20 | 1994-04-12 | Fujitsu Limited | HEMT type semiconductor device having two semiconductor well layers |
JP2010263197A (ja) * | 2009-04-07 | 2010-11-18 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 半導体基板、半導体基板の製造方法、および電子デバイス |
-
1985
- 1985-12-10 JP JP27606185A patent/JPS62136081A/ja active Granted
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5302840A (en) * | 1991-06-20 | 1994-04-12 | Fujitsu Limited | HEMT type semiconductor device having two semiconductor well layers |
JP2010263197A (ja) * | 2009-04-07 | 2010-11-18 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 半導体基板、半導体基板の製造方法、および電子デバイス |
KR20110129891A (ko) * | 2009-04-07 | 2011-12-02 | 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 | 반도체 기판, 반도체 기판의 제조 방법 및 전자 디바이스 |
US8987782B2 (en) | 2009-04-07 | 2015-03-24 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Semiconductor structure for forming a combination of different types of devices |
JP2017126762A (ja) * | 2009-04-07 | 2017-07-20 | 住友化学株式会社 | 半導体基板、半導体基板の製造方法、および電子デバイス |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0154868B2 (ja) | 1989-11-21 |
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