JPS6235678A - ダブル・ヘテロ型電界効果トランジスタ - Google Patents
ダブル・ヘテロ型電界効果トランジスタInfo
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- JPS6235678A JPS6235678A JP17619585A JP17619585A JPS6235678A JP S6235678 A JPS6235678 A JP S6235678A JP 17619585 A JP17619585 A JP 17619585A JP 17619585 A JP17619585 A JP 17619585A JP S6235678 A JPS6235678 A JP S6235678A
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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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/36—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the concentration or distribution of impurities in the bulk material
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-
- H—ELECTRICITY
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- 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
- H01L29/7782—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 confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET
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- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
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〕
ＧａＡｓ層の電子の高速性を利用した半導体装置にＨＥ
ＭＴがあり、ＧａＡｓチャネル層に２次元電子ガスを供
給するＡｌＧａＡｓ層をチャネル層の上下に設けたダブ
ル・ヘテロ構造が知られているが、Ｓｉをドーピングせ
るＮ−ＡｌＧａＡｓ２次元電子ガス供給層の代わりにプ
レーナ・ドーピング法により形成せるＡｌＡｓ／ｎ−Ｇ
ａＡｓ 赳格子構造により特性の改善を図った。
ＭＴがあり、ＧａＡｓチャネル層に２次元電子ガスを供
給するＡｌＧａＡｓ層をチャネル層の上下に設けたダブ
ル・ヘテロ構造が知られているが、Ｓｉをドーピングせ
るＮ−ＡｌＧａＡｓ２次元電子ガス供給層の代わりにプ
レーナ・ドーピング法により形成せるＡｌＡｓ／ｎ−Ｇ
ａＡｓ 赳格子構造により特性の改善を図った。
本発明は、ダブル・ヘテロ型（ＤＨ型）ＨＥＭＴ （Ｈ
ｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａ
ｎｓｉｓｔｏｒ ）における、電子供給層の構造に関す
る。
ｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａ
ｎｓｉｓｔｏｒ ）における、電子供給層の構造に関す
る。
高い電子移動度を利用したトランジスタとしてのＨＥＭ
Ｔ特性の性能向上のため、チャネル層を流れる電子濃度
を大きくすることが必要であり、チャネル層の上下に電
子供給層を設けたダブル・ヘテロ型ＨＥＭＴが提案され
ている。
Ｔ特性の性能向上のため、チャネル層を流れる電子濃度
を大きくすることが必要であり、チャネル層の上下に電
子供給層を設けたダブル・ヘテロ型ＨＥＭＴが提案され
ている。
このＤＨ型ＨＥＭＴ構造は、反転型ＨＥＭＴと正常型Ｈ
ＥＭＴを組み合わせたものと考えられるが、反転型ＨＥ
ＭＴ構造を形成しているＳｔをドーピングせるＮ−Ａｌ
ＧａＡｓ電子供給層とＧａＡｓチャネル層との界面にＳ
ｉの偏析効果を生じ、チャネル層の電子移動度が充分上
がらないという問題があり改善が要望されている。
ＥＭＴを組み合わせたものと考えられるが、反転型ＨＥ
ＭＴ構造を形成しているＳｔをドーピングせるＮ−Ａｌ
ＧａＡｓ電子供給層とＧａＡｓチャネル層との界面にＳ
ｉの偏析効果を生じ、チャネル層の電子移動度が充分上
がらないという問題があり改善が要望されている。
従来の技術によるＤＨ型ＨＥＭＴの基本的な構成を第３
図を用いて説明する。第３図において１は半絶縁性Ｇａ
Ａｓ基板、１１はＧａＡｓバッファ層、２はＡｌＧａＡ
ｓのバッファ層、３はＮ−ＡｌＧａＡｓ層、４はノンド
ープＧａＡｓ層、５はＮ−ＡｌＧａＡｓ層と順次積層さ
れている。
図を用いて説明する。第３図において１は半絶縁性Ｇａ
Ａｓ基板、１１はＧａＡｓバッファ層、２はＡｌＧａＡ
ｓのバッファ層、３はＮ−ＡｌＧａＡｓ層、４はノンド
ープＧａＡｓ層、５はＮ−ＡｌＧａＡｓ層と順次積層さ
れている。
電極コンタクト形成のため、アロイ領域７が形成され、
ソース電極８、ドレイン電極９、ゲート電極１０が形成
されている。
ソース電極８、ドレイン電極９、ゲート電極１０が形成
されている。
Ｎ−ＡｌＧａＡｓ層３．５は電子供給層となり、ノンド
ープＧａＡｓ層４がチャネル層となる。
ープＧａＡｓ層４がチャネル層となる。
層３，４で反転型ＨＥＭＴを形成し、層４，５で正常型
のＨＥＭＴを形成している。チャネル層４は両者で共有
することで、チャネル層内の２次元電子ガス（２ＤＥＧ
）の濃度を倍増させる構造となっている。
のＨＥＭＴを形成している。チャネル層４は両者で共有
することで、チャネル層内の２次元電子ガス（２ＤＥＧ
）の濃度を倍増させる構造となっている。
上記構造のＤＨ型ＨＥＭＴを実際に製作してみると、正
常型ＨＥＭＴと同等の電子移動度が得られないというこ
とが判明している。
常型ＨＥＭＴと同等の電子移動度が得られないというこ
とが判明している。
その理由として、反転型ＨＥＭＴのＮ−ＡｌＧａＡｓ層
３と、チャネル層のＧａＡｓ層４との界面ではＳｉの偏
析効果により、チャネル層の２次元電子ガスの電子移動
度が低下するためでありＨＥＭＴとしての高速性を期待
出来なくなる。
３と、チャネル層のＧａＡｓ層４との界面ではＳｉの偏
析効果により、チャネル層の２次元電子ガスの電子移動
度が低下するためでありＨＥＭＴとしての高速性を期待
出来なくなる。
ＨＥＭＴを構成するＧａＡｓ／Ｎ−ＡｌＧａＡｓのへテ
ロ構造はＭＢＥ法で成長する。
ロ構造はＭＢＥ法で成長する。
ＧａＡｓ／Ｎ−Ａ、ｌＧａＡｓヘテロ接合部の成長は、
Ａ Ｉ、 Ｇａ＋ Ａｓ、 Ｓ ｉの４種類の分子線源
を準備し、これら４種類を同時に基板に照射することに
よってＮ−ＡｌＧａＡｓの成長が行われる。
Ａ Ｉ、 Ｇａ＋ Ａｓ、 Ｓ ｉの４種類の分子線源
を準備し、これら４種類を同時に基板に照射することに
よってＮ−ＡｌＧａＡｓの成長が行われる。
次いで、ＧａＡｓチャネル層を成長せしめる時点で、Ａ
１．とＳｉの分子線源のシャッタを閉じることによりＧ
ａＡｓ層としての成長が行われる。
１．とＳｉの分子線源のシャッタを閉じることによりＧ
ａＡｓ層としての成長が行われる。
特にＨＥＭＴの動作特性を良くするにはＧａＡｓとＮ−
ＡｌＧａＡｓのへテロ界面に形成される２次元電子ガス
の電子移動度を大きくすることが必要で、このためには
Ｎ−ＡｌＧａＡｓに含まれるＳｉのドーピング・プロフ
ァイルは出来るだけ急峻なることが望ましい。このよう
な急峻なるドーピング・プロファイルを得るためにはＭ
ＢＥ法が最も適している。それでも充分でない。
ＡｌＧａＡｓのへテロ界面に形成される２次元電子ガス
の電子移動度を大きくすることが必要で、このためには
Ｎ−ＡｌＧａＡｓに含まれるＳｉのドーピング・プロフ
ァイルは出来るだけ急峻なることが望ましい。このよう
な急峻なるドーピング・プロファイルを得るためにはＭ
ＢＥ法が最も適している。それでも充分でない。
Ｓｔは、上記のようにＧａＡｓ成長時点でシャッタを切
っても、実際の成長層では急峻なＳｉの遮断特性を示さ
ずに、ＧａＡｓ層に部分的に尾を引いて混入する。
っても、実際の成長層では急峻なＳｉの遮断特性を示さ
ずに、ＧａＡｓ層に部分的に尾を引いて混入する。
これはＳｔの偏析効果と呼ばれるもので、反転型ＨＥＭ
Ｔ構造の場合はこのＳｉの存在によって、電子の移動速
度は著しく阻害され、高電子移動度トランジスタとして
の機能は充分発揮出来な（なる。
Ｔ構造の場合はこのＳｉの存在によって、電子の移動速
度は著しく阻害され、高電子移動度トランジスタとして
の機能は充分発揮出来な（なる。
上記問題点は、シリコンのプレーナ・ドーピング層を設
けた電子供給層を形成することよりなる本発明の構造に
より解決される。
けた電子供給層を形成することよりなる本発明の構造に
より解決される。
即ち、上下２層の電子供給層として、従来例のＮ−Ａｌ
ＧａＡｓを用いるかわりに、ＡｌＡｓ／ｎ−ＧａＡｓの
超格子構造を用い、プレーナ・ドーピングをＧａＡｓ層
に行う。
ＧａＡｓを用いるかわりに、ＡｌＡｓ／ｎ−ＧａＡｓの
超格子構造を用い、プレーナ・ドーピングをＧａＡｓ層
に行う。
ＡｌＡｓ／ｎ−ＧａＡｓの超格子構造がＮ ＡｌＧａ
Ａｓ層と同様の機能を果たすことは下記の文献でも知ら
れている。
Ａｓ層と同様の機能を果たすことは下記の文献でも知ら
れている。
参考文献；Ｔ、Ｂａｂａ他 Ｊ Ｊ Ａ Ｐ、 Ｖｏｌ
２２゜１９８３、 ｐｐ Ｌ ６２７〜Ｌ６２９
これは超格子中の実効的なドナーレベルを高くして電子
ガス濃度を大きくするためである。
２２゜１９８３、 ｐｐ Ｌ ６２７〜Ｌ６２９
これは超格子中の実効的なドナーレベルを高くして電子
ガス濃度を大きくするためである。
このような超格子構造を用いた電子供給層において、更
にＳｉをプレーナ・ドーピングで行うことにより、より
急峻なるドーピング・プロファイルを得ることが出来る
。
にＳｉをプレーナ・ドーピングで行うことにより、より
急峻なるドーピング・プロファイルを得ることが出来る
。
ＭＢＥ法によるプレーナ・ドーピングは、他のエピタキ
シアル成長の分子線源の照射を止めてＳｔのみを非常に
薄い、高濃度の層として形成するものである。
シアル成長の分子線源の照射を止めてＳｔのみを非常に
薄い、高濃度の層として形成するものである。
プレーナ・ドーピングはドーピング中は成長を行わない
のため、先に述べたＳｉの偏析効果は生じない。
のため、先に述べたＳｉの偏析効果は生じない。
プレーナ・ドーピング構造をとることによりドーピング
量のコントロールが容易となり、高濃度で急峻なるドー
ピング・プロファイルが得やす（なる。これにより特性
の均一化と高濃度、高移動度の２次元電子ガスの供給が
容易となる。
量のコントロールが容易となり、高濃度で急峻なるドー
ピング・プロファイルが得やす（なる。これにより特性
の均一化と高濃度、高移動度の２次元電子ガスの供給が
容易となる。
本発明による一実施例を第１図の構造断面図により詳細
説明する。従来の技術の項において用いた構造及び符号
で同一のの機能のものは説明を省略する。
説明する。従来の技術の項において用いた構造及び符号
で同一のの機能のものは説明を省略する。
半絶縁性基板１上には、ＧａＡｓバッファ層１１、Ａｌ
ＧａＡｓバッファ層２が積層され、Ｎ−ＡｌＧａＡｓ層
３．５の代わりにＡｌＡｓ／ｎ−ＧａＡｓの超格子電子
供給層１２．１３が積層される。
ＧａＡｓバッファ層２が積層され、Ｎ−ＡｌＧａＡｓ層
３．５の代わりにＡｌＡｓ／ｎ−ＧａＡｓの超格子電子
供給層１２．１３が積層される。
ＡｌＡｓ／ｎ−ＧａＡｓ層１３の上には、Ｎ−ＡｌＧａ
Ａｓ層１４、及びｎ−ＧａＡｓキャップ層１５が積層さ
れる。
Ａｓ層１４、及びｎ−ＧａＡｓキャップ層１５が積層さ
れる。
ＡｌＧａＡｓバッファ層２とＮ−ＡｌＧａＡｓ層１４の
ＡＩの混晶比率Ｘは０．２程度に選ばれる。また、バッ
ファ層１１及び２は０．１ μｍ以上の適当なる厚さで
良い。
ＡＩの混晶比率Ｘは０．２程度に選ばれる。また、バッ
ファ層１１及び２は０．１ μｍ以上の適当なる厚さで
良い。
Ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１４は、その厚さをコントロールす
ることにより、トランジスタのしきい値電圧をコントロ
ールすることが出来る。
ることにより、トランジスタのしきい値電圧をコントロ
ールすることが出来る。
ｎ−ＧａＡｓキャップ層１５は、オーミック・コンタク
ト用で通常数１００人の厚さである。ノンドープＧａＡ
ｓチャネル層４は、１５０〜２００人程度に形成される
。
ト用で通常数１００人の厚さである。ノンドープＧａＡ
ｓチャネル層４は、１５０〜２００人程度に形成される
。
以上の成長層は、全てＭＢＥ法により順次積層される。
本発明の主要部を構成する電子供給層１２．１３の形成
法を更に詳しく説明する。第２図に本発明の構成を模式
的に組成プロファイルにて示す。
法を更に詳しく説明する。第２図に本発明の構成を模式
的に組成プロファイルにて示す。
第２図で判るごと＜ＡｌＧａＡｓバッファ層２の成長を
終わった後、ノンドープＧａＡｓ層１６を約１５人成長
させ、更にノンドープＡｌＡｓ層１７を同じく１５人成
長させる。この成長は最初ＧａとＡｓの分子線源、次い
でＡＩとＡｓ分子線源を用いて行われる。
終わった後、ノンドープＧａＡｓ層１６を約１５人成長
させ、更にノンドープＡｌＡｓ層１７を同じく１５人成
長させる。この成長は最初ＧａとＡｓの分子線源、次い
でＡＩとＡｓ分子線源を用いて行われる。
次いで、再びＧａＡｓ層１６１を成長させるが、この成
長の途中で、Ｇａの照射を止め、Ｓｔに切り換える。こ
の時Ａｓは既に成長の終わったＧａＡｓ層よりのＡ ｓ
の蒸発を防止するため照射を止めない。
長の途中で、Ｇａの照射を止め、Ｓｔに切り換える。こ
の時Ａｓは既に成長の終わったＧａＡｓ層よりのＡ ｓ
の蒸発を防止するため照射を止めない。
このような方法で、Ｓｔをほぼ単原子層に近い厚みでＧ
ａＡｓ層の中に形成する。これはプレーナ・ドーピング
層１８として、極めて高濃度な急峻なるドーピング層と
なる。
ａＡｓ層の中に形成する。これはプレーナ・ドーピング
層１８として、極めて高濃度な急峻なるドーピング層と
なる。
その後再びＧａＡｓ層を成長させて、上記ドーピング層
をＧａＡｓ層１６１で挟み込む。その後更にＡｌＡｓ層
１７１ 、ＧａＡｓ層１６２ 、ＡｌＡｓ層１７２と積
層する。
をＧａＡｓ層１６１で挟み込む。その後更にＡｌＡｓ層
１７１ 、ＧａＡｓ層１６２ 、ＡｌＡｓ層１７２と積
層する。
以上で電子供給Ｎ１２の形成を終わり、ＧａＡｓチャネ
ル層４を積層した後、更に第２図のごとき順序でＡｌＡ
ｓ層とＧａＡｓを交互に約１５人の厚さで積層して、上
部ＨＥＭＴの電子供給層１３とする。この時中央のＧａ
Ａｓ層にプレーナ・ドーピング層１８を形成することは
同様である。
ル層４を積層した後、更に第２図のごとき順序でＡｌＡ
ｓ層とＧａＡｓを交互に約１５人の厚さで積層して、上
部ＨＥＭＴの電子供給層１３とする。この時中央のＧａ
Ａｓ層にプレーナ・ドーピング層１８を形成することは
同様である。
以上で動作領域の素子形成を終わり、ソース、ドレイン
、ゲートを形成する工程は通常の方法と変わらないので
省略する。
、ゲートを形成する工程は通常の方法と変わらないので
省略する。
以上の２層の電子供給層により、チャネル層では電子濃
度が２倍となった２次元電子ガスを得ることが出来る。
度が２倍となった２次元電子ガスを得ることが出来る。
以上に説明せるごとく、本発明のＤＨ型ＨＥＭＴ構造を
採用することにより、高濃度及び高移動度の２次元電子
ガスの供給が容易となり、またドーピング層の正確なる
コントロールが容易となるため特性の向上と均一化に寄
与する所大きい。
採用することにより、高濃度及び高移動度の２次元電子
ガスの供給が容易となり、またドーピング層の正確なる
コントロールが容易となるため特性の向上と均一化に寄
与する所大きい。
第１図は本発明にかかわるＤＨ型ＨＥＭＴ構造断面図、
第２図は本発明の組成プロファイル、
第３図は従来構造のＤＨ型ＨＥＭＴ構造断面図、を示す
。 図面において、 １は半絶縁性ＧａＡｓ基板、 ２はＡｌＧａＡｓバッファ層、 ３．５．はＮ−ＡｌＧａＡｓ層（電子供給層）、４はノ
ンドープＧａＡｓ層（チャネル層）、７はアロイ領域、 ８はソース電極、 ９はドレイン電極、 １０はゲート電極、 １１はＧａＡｓバッファ層、 １２、１３はＡｌＡｓ／ｎ−ＧａＡｓ超格子電子供給層
、１４はＮ−ＡｌＧａＡｓ層、 １５はｎ ＧａＡｓキ＋−／プ層、 １６、１６１．１６２はＧａＡｓ超格子層、１７、１７
１ 、１７２はＡｌＡｓ超格子層、１８はＳｉプレーナ
・ドーピング層、 をそれぞれ示す。 本発明ローＤｆ）シＯＨｆ！ＨＥＭ■ 揖遣耐Ｉｉ１図 第１図 オ完ω−精、成°め硝八°フＤ７ｒプル第２図
。 図面において、 １は半絶縁性ＧａＡｓ基板、 ２はＡｌＧａＡｓバッファ層、 ３．５．はＮ−ＡｌＧａＡｓ層（電子供給層）、４はノ
ンドープＧａＡｓ層（チャネル層）、７はアロイ領域、 ８はソース電極、 ９はドレイン電極、 １０はゲート電極、 １１はＧａＡｓバッファ層、 １２、１３はＡｌＡｓ／ｎ−ＧａＡｓ超格子電子供給層
、１４はＮ−ＡｌＧａＡｓ層、 １５はｎ ＧａＡｓキ＋−／プ層、 １６、１６１．１６２はＧａＡｓ超格子層、１７、１７
１ 、１７２はＡｌＡｓ超格子層、１８はＳｉプレーナ
・ドーピング層、 をそれぞれ示す。 本発明ローＤｆ）シＯＨｆ！ＨＥＭ■ 揖遣耐Ｉｉ１図 第１図 オ完ω−精、成°め硝八°フＤ７ｒプル第２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 高電子移動度トランジスタを構成する電子供給層（１２
）、（１３）として、 プレーナ・ドーピング法により形成せるｎ−ＧａＡｓを
含むＡｌＡｓ／ｎ−ＧａＡｓ超格子構造よりなることを
特徴とするダブル・ヘテロ型電界効果トランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17619585A JPS6235678A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | ダブル・ヘテロ型電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17619585A JPS6235678A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | ダブル・ヘテロ型電界効果トランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6235678A true JPS6235678A (ja) | 1987-02-16 |
Family
ID=16009294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17619585A Pending JPS6235678A (ja) | 1985-08-09 | 1985-08-09 | ダブル・ヘテロ型電界効果トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6235678A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06188271A (ja) * | 1992-12-17 | 1994-07-08 | Nec Corp | 電界効果トランジスタ |
| US5371387A (en) * | 1990-10-25 | 1994-12-06 | Nec Corporation | Field effect transistors |
| EP0841704A1 (en) * | 1996-11-07 | 1998-05-13 | Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik | Semiconductor transistor device and method of manufacturing the same |
| US6242766B1 (en) | 1999-03-19 | 2001-06-05 | Fujitsu Quantum Devices Limited | High electron mobility transistor |
| WO2002043156A3 (en) * | 2000-11-21 | 2002-08-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Hemt and communication system using the same |
-
1985
- 1985-08-09 JP JP17619585A patent/JPS6235678A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5371387A (en) * | 1990-10-25 | 1994-12-06 | Nec Corporation | Field effect transistors |
| JPH06188271A (ja) * | 1992-12-17 | 1994-07-08 | Nec Corp | 電界効果トランジスタ |
| EP0841704A1 (en) * | 1996-11-07 | 1998-05-13 | Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik | Semiconductor transistor device and method of manufacturing the same |
| US6242766B1 (en) | 1999-03-19 | 2001-06-05 | Fujitsu Quantum Devices Limited | High electron mobility transistor |
| WO2002043156A3 (en) * | 2000-11-21 | 2002-08-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Hemt and communication system using the same |
| US6903383B2 (en) | 2000-11-21 | 2005-06-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device having a high breakdown voltage for use in communication systems |
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