JPS6236871A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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Publication number
JPS6236871A
JPS6236871A JP17499685A JP17499685A JPS6236871A JP S6236871 A JPS6236871 A JP S6236871A JP 17499685 A JP17499685 A JP 17499685A JP 17499685 A JP17499685 A JP 17499685A JP S6236871 A JPS6236871 A JP S6236871A
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JP
Japan
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layer
doped
electron gas
compound semiconductor
active layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP17499685A
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English (en)
Inventor
Masahisa Suzuki
雅久 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
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Publication of JPS6236871A publication Critical patent/JPS6236871A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types 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
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • 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
    • H01L29/7782Field 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、高速の半導体装置に於いて、チャネルが生成
される能動層と、該能動層に比較して広いエネルギ・バ
ンド・ギヤツブを有し且つ該能動層に接する近傍にのみ
不純物をドーピングした電子供給層とを備えてなる構成
にすることに依り、2次元電子ガス濃度を高め、半導体
中の深い不純物単位の悪影響を解消し、ゲート耐圧を向
上するようにした。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ヘテロ接合を有し且つ2次元電子ガス層を利
用して高速化を図った半導体装置の改良に関する。
〔従来の技術〕
第3図は従来技術に依る前記種類の半導体装置に於ける
エネルギ・バンド・ダイヤグラムを表している。
図に於いて、1は金属からなるゲート電極、2はn型A
llGaAs電子供給層、3はノン・ドープGaAs能
動層、4は2次元電子ガス層、Ecは伝導帯の底、EF
はフェルミ・レヘル、EVは価電子帯の頂をそれぞれ示
している。
図示のような半導体装置では、2次元電子ガス層4がチ
ャネル層となり、このチャネル層では電子がクーロン散
乱を受けずに走行することができるから、その動作速度
は極めて高速である。
ところが、この半導体装置の2次元電子ガス層4に於け
る゛′2次元電子ガス濃度は、n型AlGa、As電子
供給層2とノン・ドープGaAs能動層3との電子親和
力の差で、n型AllGaAs電子供給層2からノン・
ドープGaAs能動層3のヘテロ界面近傍に滲み出して
きた電子に依存するものであるから、あまり高くするこ
とはできない。
このように、2次元電子ガス源度を高くすることができ
ないことは、即、大きな電流を取り出せないことに通ず
るので、この半導体装置に負荷図′路を接続して駆動す
る場合、容量のチャージ・アンプに時間が掛かり、機器
全体の動作速度は遅くなってしまう。従って、如何に高
速の半導体装置であっても、その機能が無駄になってし
まう場合がある。
また、ゲート電極1に正電圧を印加してエネルギ・バン
ドを下げてゆくと、ゲート電極1とn型AllGaAs
電子供給層2に於けるゲート電極1側でキャリヤが誘発
されて滞留する状態となり、ゲート電極1に於ける電位
変化をチャネル層である2次元電子ガス層4に充分に伝
達することが不可能になる。
そこで、前記のような欠点の一部でも解消しようとして
、ダブル・ヘテロ接合を有する半導体装置が考えられた
第4図はダブル・ヘテロ接合を有する半導体装置に於け
るエネルギ・バンド・ダイヤグラムを表し、第3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。
このダブル・ヘテロ接合を有する半導体装置が第3図に
つむ)で説明したシングル・?テロ接合を有する半導体
装置と相違する点は、ノン・ドープG a A’s能動
層3’h<n型A I G a A 、s電子供給層2
及びn型電子供″給層5に挟まれた構成になっているこ
とである。尚、6は????である。
この従来例では、ノン・ドープGaAs能動層3に対し
、n型AJGaAs電子供給層2及びn型AnGaAs
電子供給層50両方から供給されるので2次元電子ガス
層4に於ける2次元電子ガス源度は向上する。
〔発明が解決しようとする問題点) 然しなから、第4図に見られる改良された”従来例のよ
うな構成にした場合、Al1GaAs中の深い不純物準
位が特性に悪影響を与えるのに加え、n型AnGaAs
電子供給層4を薄く形・成する必要があり″、本発明者
が行った実験に依れば2・50〔人〕以下にしなければ
ならず、従って、チャネルからショットキ・バリヤまで
の距離、即ち、2次元電子ガス層4からn型Al1Ga
As電子供給層2とゲート電極1との界面までの距離が
短くなるので、ゲート耐圧が著しく低くなる旨の欠点が
あり、しかも、ゲート容量も極めて大きくなってしまう
。また、ゲート電極1に電圧を印加した隙にn型A11
GaAs電子供給層2めゲート電極1側に誘発されたキ
ャリヤが蓄積する問題も解決されない。
本発明は、この種の半導体装置の構造に極めて簡単な改
変を加えることに依り、2次元電子ガス層に於ける2次
元電子ガス源度を高め且つ半導4中の深い不純物単位の
悪影響を回避すると共にゲート耐圧を向上できるように
する。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の半導体装置では、ダブル・ヘテロ接合の構成要
素となりチャネルが生成される化合物半導体能動層と、
同じくそのダブル・ヘテロ接合の構成要素であり前記化
合物半導体能動層よりも広いエネルギ・バンド・ギャッ
゛プを有し且つ仮に全体に不純物をドーピングした場合
にはヘテロ接合の影響で伝導帯のエネルギ準位が高くな
る部分にのみ不純物をドーピングした化合物半導体電子
供給層とを備えてなる構成を採っている。
〔作用〕 前記構成に依ると、ダブル・ヘテロ接合を有する構造に
なっている為、2次元電子ガス層番こ於ける2次元電子
ガス源度は高くすることができ、しかも、化合物半導体
電子供給層に於けるヘテロ接合近傍のみに不純物をドー
ピングした構造になっている為、半導体中の深い不純物
単位の悪影響が回避され、また、ゲート耐圧は向上し、
更にまh、化合物半導体電子供給層のゲート電極側はノ
ン・ドープになっているので、伝導帯の底は略直線的に
なっているので誘発された電子が滞留する虞はなく、従
って、ゲート電極に於ける電位変化はチャネルである2
次元電子ガス層に確実に伝達され良好なチャネル動作が
行われる。
〔実施例〕
第1図は本発明一実施例に於けるエネルギ・ハンド・ダ
イヤグラムを表し、第3図及び第4図に於いて用いた記
号と同記号は同部分を表すが或いは同じ意味を持つもの
とする。
図に於いて、11は金属からなるゲート電極、12はノ
ン・ドープAlGaAs層12Aとn型AlGaAs層
12Bからなる電子供給層、13はノン・ドープGaA
s能動層、14はノン・ドープAlGaAs層14A及
びn型Aj!GaAs層14Bからなる電子供給層、1
5はノン・ドープAlGaAs層、16は2次元電子ガ
ス層をそれぞれ示している。
前記各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。
(1)ノン・ドープAnGaAsi12Aについて厚さ
:〜200 〔人〕 (2)n型At!GaAs層12Bについて厚さ二〜1
00 〔人〕 不純物濃度: 3 X 10” (cm−’)(3)ノ
ン・ドープGaAs能動層13について厚さ二〜100
 〔人〕 (4)ノン・ドープAlGaAs層14Aについて厚さ
:〜50 〔人〕 (5)n型Aj!GaAs層14 Bについて厚さ:〜
100 〔人〕 不純物濃度: 3 x l O+s (am−3)本実
施例に用いられているA#GaAs層は、当然のことな
がら、Aj2XGa、□As層であって、ここでは、そ
のX値として0.3を選択している。また、ドナー濃度
は、ゲート耐圧が高いことから、かなりの高ドープが可
能であり、ここでは、前記したように3 X l O”
  (cm’−3)としである。更にまた、ノン・ドー
プAlGaAs層I4Aは前記したように50 〔人〕
程度の極めて薄いスペーサ層であってn型AlGaAs
層14Bからノン・ドープGaAs能動層13にドナー
不純物が拡散するのを抑制する働きをするものであって
、場合に依っては省くことができる。
通常、n型A7!GaAs中にはDXセンタと呼ばれる
深い不純物単位が存在しているが、本発明に依ると、D
Xセンタの全てがフェルミ・レベルEFより低いエネル
ギを持つ為、実質的な影響は全くない。
本実施例に於いて、ゲート長り、を1 〔μm〕とした
場合、約3’ 50 (m S /mu)の相互コンダ
クタンスg、を得ることができた。
第2図は第1図に見られるエネルギ・バンドを有する半
導体装置の具体的構造を説明する為の要部切断側面図で
あり、第1図に於いて用いた記号と同記号は同部分を示
すか或いは同じ意味を持つものとする。
図に於いて、17は半絶縁性GaAs基板、18はノン
・ドープGaAs層、19はソース電極、20はドレイ
ン電極、21及び22は合金化領域をそれぞれ界してい
る。
本実施例に於ける各部分の諸データを例示すると次の通
りである。
■ ノン・ドープAlGaAs層15について厚さ=2
000  C人〕 ■ ノン・ドープGaAs層18について厚さ:800
  (人〕 ■ ゲート電極11について 材料:A7! 厚さ:4000  (入〕 ゲート長L9:ICμm〕 ■ ソース電極19及びドレイン電極20について 材料:Au−Ge/Au 厚さ:20OC人)/2800C人〕 合金化温度:400(’C) 合金化時間:2〔分〕 尚、ノン・ドープGaAs層18は、電極のオーミック
・コンタクトを良好にする為、n型GaAsに代替して
も良い。
〔発明の効果〕
本発明の半導体装置では、ダブル・ヘテロ接合の構成要
素であってチャネルが生成される化合物半導体能動層と
、前記ダブル・ヘテロ接合の構成要素であって前記化合
物半導体能動層に比較して広いエネルギ・バンド・ギャ
ップを有し且つ全体に不純物がドーピングされていると
した場合に前記ヘテロ接合に依り伝導帯のエネルギ準位
が高くなるべき部分にのみ不純物がドーピングされてな
る化合物半導体電子供給層とを備えてなる構成を採って
いる。
このように、ダブル・ヘテロ接合を有していることから
、化合物半導体能動層に生成される2次元電子ガス層の
2次元電子ガス濃度を高くすることができ、また、化合
物半導体電子供給層を薄く形成しても、そのゲート電極
側はノン・ドープになっているから、ゲート耐圧は充分
に高く、更にまた、ゲート電極に電圧を印加した場合、
伝導帯の底は略直線的な変化をするので、誘発された電
子が滞留しチャネル動作に悪影響を及ぼすこともなく、
しかも、前記したようにゲート耐圧が高いから、化合物
半導体能動層に電子を供給するのに影響する不純物のド
ーピングは高濃度にすることが可能である。そして、前
記構成にすると、半導体中の深い不純物単位が全てフェ
ルミ・レベルより低いエネルギを持つ為、その深い不純
物単位が起因する悪影響は無視することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明一実施例に於けるエネルギ・バンド・ダ
イヤグラム、第2図は第1図に見られるようなエネルギ
・バンドを有する半導体装置の具体的構造を説明する為
の要部切断側面図、第3図は従来例に於けるエネルギ・
バンド・ダイヤグラム、第4図は改良された従来例に於
けるエネルギ・バンド・ダイヤグラムをそれぞれ表して
いる。 図に於いて、11はゲート電極、12は電子供給層、1
3は能動層、14は電子供給層、15はノン・ドープA
NGaAs層、16は2次元電子ガス層、17は半絶縁
性GaAs基板、18はノン・ドープGaAs層、19
はソース電極、20はドレイン電極、21及び22は合
金化領域をそれぞれ示している。 特許出願人   富士通株式会社 代理人弁理士  相 谷 昭 司 代理人弁理士  渡 邊 弘 − 本発明一実施例のエネルギ・バンド・ダイヤグラム第1
図 第2図 従来例のエネルギ・バンド・り゛イヤグラム第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ダブル・ヘテロ接合の構成要素であってチャネルが生成
    される化合物半導体能動層と、 前記ダブル・ヘテロ接合の構成要素であって前記化合物
    半導体能動層に比較して広いエネルギ・バンド・ギャッ
    プを有し且つ全体に不純物がドーピングされているとし
    た場合に前記ヘテロ接合に依り伝導帯のエネルギ準位が
    高くなるべき部分にのみ不純物がドーピングされてなる
    化合物半導体電子供給層と を備えてなることを特徴とする半導体装置。
JP17499685A 1985-08-10 1985-08-10 半導体装置 Pending JPS6236871A (ja)

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JP17499685A JPS6236871A (ja) 1985-08-10 1985-08-10 半導体装置

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JP17499685A JPS6236871A (ja) 1985-08-10 1985-08-10 半導体装置

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JPS6236871A true JPS6236871A (ja) 1987-02-17

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ID=15988394

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP17499685A Pending JPS6236871A (ja) 1985-08-10 1985-08-10 半導体装置

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JP (1) JPS6236871A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01268070A (ja) * 1988-04-20 1989-10-25 Toshiba Corp ヘテロ接合型電界効果トランジスタ
US7237804B2 (en) 2001-12-27 2007-07-03 Nsk Ltd. Vehicle tilt type steering device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01268070A (ja) * 1988-04-20 1989-10-25 Toshiba Corp ヘテロ接合型電界効果トランジスタ
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