JPS63114176A - 高速電界効果半導体装置 - Google Patents

高速電界効果半導体装置

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JPS63114176A
JPS63114176A JP61258147A JP25814786A JPS63114176A JP S63114176 A JPS63114176 A JP S63114176A JP 61258147 A JP61258147 A JP 61258147A JP 25814786 A JP25814786 A JP 25814786A JP S63114176 A JPS63114176 A JP S63114176A
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carrier
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    • 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
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    • H01L29/267Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, elements provided for in two or more of the groups H01L29/16, H01L29/18, H01L29/20, H01L29/22, H01L29/24, e.g. alloys in different semiconductor regions, e.g. heterojunctions

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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】 〔概要〕 本発明は、高速電界効果半導体装置に於いて、チャネル
層としてアン・ドープ■−■族化合物半導体を、キャリ
ヤ供給層として前記チャネル層に比較して電子親和力が
小さく且つエネルギ・バンド・ギャップが大である不純
物ドーピングII−’Vl族化合物半導体をそれぞれ用
いることに依り、それ等半導体層に於ける伝導帯間のエ
ネルギ差を大きくすることを可能としたものである。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ヘテロ界面近傍に生成される二次元キャリヤ
・ガス層をチャネルとして利用する高速電界効果半導体
装置の改良に関する。
〔従来の技術〕
従来、この種の半導体装置として、高電子移動度トラン
ジスタ(high  electronmobilit
y  transistor:HEMT)が知られてい
る。
その標準的な構成としては、半絶縁性CaAs基板上に
アン・ドープGaAsチャネル層及びn型AJGaAs
電子供給層を順に成長させ、その構成に依ってヘテロ界
面の前記チャネル層側に生成される二次元電子ガス層を
チャネルとし、その二次元電子ガス濃度を前記電子供給
層表面に形成したゲート電極に印加される電圧で制御す
るようにしている。
このようなHEMTに於ける各半導体層の構成としでは
、前記のような電子親和力が大きいGaAs及びそれよ
りも電子親和力が小さいAlGaAsの組み合わせの外
、GaAsに対しI nGaPの組み合わせ、■nGa
ASに対しInPまたはInAffiAsの組み合わせ
などが採用されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
前記したような従来のHEMTに於いて、多用されてい
るQ a A S / A l x G a + −x
 A S  (X =0.3)系では、その伝導帯間の
エネルギ差が約0.2  (eV)と非常に小さく、ま
た、CraAs/ I n G a P系でも約0.4
 (eV)であって、さほど大きくはならない。
一般に、前記伝導帯間のエネルギ差が大であれば、ドレ
イン・ソース間が高電界下に於いても、二次元キャリヤ
・ガス層に於けるキャリヤがキャリヤ供給層に移動する
ことは阻止されるから、HEMTは安定な動作をするこ
とができ、また、HEMTの二次元キャリヤ・ガス層に
於ける二次元キャリヤ・ガス1度は伝導帯間のエネルギ
差に比例し、従って、それが大きいことは大きな電流を
取り出し得ることに結び付くものである。
本発明は、HEMTに於ける前記伝導帯間のエネルギ差
を大きくすることができるようにし、安定な動作をさせ
得るように、また、二次元キャリヤ・ガス層に於ける二
次元キャリヤ・ガス濃度を高めることを可能にする。
〔問題点を解決するための手段〕
第1図は本発明の詳細な説明する為のHEMTの要部切
断側面図を表している。
図に於いて、1は半絶縁性GaAS基板、2はアン・ド
ープ■−■族化合物半導体チャネル層、3は一導電型n
−vt族化合物半導体キャリヤ供給層、4はソース電極
、4Aは合金化領域、5はドレイン電極、5Aは合金化
領域、6はゲート電極、7は二次元キャリヤ・ガス層を
それぞれ示している。
m−v族化合物半導体はII−Vl族化合物半導体に比
較して電子親和力及びキャリヤ移動度は共に大、また、
エネルギ・バンド・ギャップは小である。
このHEMTに於いては、チャネル層2及びキャリヤ供
給層3に於ける伝導帯間のエネルギ差が前記各従来例に
比較して大きいので、高い電圧を印加しても、二次元キ
ャリヤ・ガス層7に於けるキャリヤがキャリヤ供給層3
に移動することはなく、また、二次元キャリヤ・ガス層
7に高濃度の二次元キャリヤ・ガスを溜めることができ
る。
そこで、本発明に依る高速電界効果半導体装置に於いて
は、基板(例えば半絶縁性GaAs基板1)上に形成さ
れたアン・ドープI−V族化合物半導体(例えばアン・
ドープGaAs)からなるチャネル層(例えばチャネル
層2)と、その上に形成され該チャネル層に比較して電
子親和力が小さく且つエネルギ・バンド・ギャップが大
である不純物ドーピングII−VI族化合物半導体(例
えばn型C(io、、3Z no、5qs)からなるキ
ャリヤ供給層(例えばキャリヤ供給層3)とを備えてな
る構成になっている。
〔作用〕
前記手段を採ることに依り、チャネル層とキャリヤ供給
層との伝導帯間のエネルギ差は極めて大になるから、ド
レイン・ソース間に高圧が印加された状態に於いても、
二次元キャリヤ・ガス層に於けるキャリヤがキャリヤ供
給層に移動することはなくなり、安定に動作することが
可能となり、また、二次元キャリヤ・ガス層に於けるキ
ャリヤ・ガス濃度は向上するので大きな電流を取り出す
ことができる。
〔実施例〕
本発明一実施例に於いては、第1図に見られるHEMT
に於いて、 (a)  チャネル層2として 材料:アン・ドープGaAs 厚さ:5000  (人〕 (b)  キャリヤ(ここでは電子)供給層3として材
料:n型Cdo、axZ nQ、s?s厚さ:500(
人〕 不純物:Si 不純物濃度: 2X I Q” (cm−’)(C) 
 ソース電極4及びドレイン電極5として材料: A 
u G e / A u 厚さ:300 〔人)/3000(人〕(d)  ゲー
ト電極6として 材料:A1 厚さ:3000  (人〕 としたところ、チャネル層2及び電子供給層3に於ける
伝導帯間のエネルギ差は非常に大きく、また、格子整合
は良好であった。
第2図は本発明一実施例に関するエネルギ・バンド・ダ
イヤグラムを表し、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。
図に於いて、EFはフェルミ・レベル、ECは伝導帯の
底、Evは価電子帯の頂、B、はチャネル層2と電子供
給層3とに於ける伝導帯のエネルギ差、Byはチャネル
層2と電子供給層3とに於ける価電子帯のエネルギ差、
G2はチャネル層2に於ける禁制帯幅、G3は電子供給
層3に於ける禁制帯幅をそれぞれ示している。
前記実施例に於いては、 Be =0.7 (eV) By”1.02(eV) G2=1.42 (eV) G3=3.14 (eV) であった。因に、B、=O,’t (eV)なる値は前
記従来例の3乃至4倍に相当する。
このようにBcが高いことから、ドレイン・ソース間に
高い電圧を印加しても、二次元電子が電子供給層3に移
動することはない。
また、同じ<Beが高いことから、二次元電子ガス層に
於ける二次元電子ガス濃度N、は約4×1012(cm
−2)にもなり、これは前記各従来例の約4倍に相当す
る。
第3図は前記説明した実施例のドレイン・ソース間電圧
■。、対ドレイン・ソース間電流rD3の関係を説明す
る為の線図であり、図では横軸にVOSを、また、縦軸
にIoをそれぞれ採っである。
図に於いて、実線の特性線はCdo、4zZno、st
S / G a A sを用いて構成したHEMT (
本発明実施例)に於ける■I、s対ID3の関係を、そ
して、破線はA I! 6.3 G a O,? A 
S / G a A Sを用いて構成したHEMT (
従来例)に於けるそれを表している。
図から明らかなように、従来例では、vnsが5(V)
を越えるとID3が減少していることを看取できるが、
本発明実施例では、VOSが10(V)になっても従来
例のような現象は見られない。尚、ここに示したデータ
は、HEMTに於けるゲート長を0.5 (μm) 、
ゲート幅を200Cμm)とし、ゲート電圧はともに闇
値(InsがOとなる電圧)から0.8  (V)だけ
冑い値を設定して得たものである。
本実施例に於けるチャネル層2及び電子供給層3を形成
することは極めて容易であり、例えば、有機金属化学気
相堆積(metalorganics  chemic
al  vapour  depo s i t i 
on :MOCVD)法を適用することに依り、チャネ
ル層2であるGaAsは、トリメチルガリウム(TMG
:  (CH3)  3Ga)アルシン(ASH3) をソース・ガスとして、また、電子供給N3であるCd
ZnSは、 ジメ−J−)Liカドミウム(DMC:  (CH3)
z Cd)ジメチルジンク (DMZ :  (CH3
)z Zn)硫化水素(HzS) をソース・ガスとして成長させることができる。
〔発明の効果〕
本発明に依る高速電界効果半導体装置に於いては、チャ
ネル層としてアン・ドープ■−■族化合物半導体を、キ
ャリヤ供給層として前記チャネル層に比較して電子親和
力が小さく且つエネルギ・バンド・ギャップが大である
不純物ドーピング■−vr族化合物半導体をそれぞれ用
いる構成になっている。
前記構成を採ることに依り、チャネル層とキャリヤ供給
層との伝導帯間のエネルギ差は極めて大になるから、高
圧が印加された状態に於いても、二次元キャリヤ・ガス
層に於けるキャリヤがキャリヤ供給層に移動することは
なくなり、安定に動作することが可能となり、また、二
次元キャリヤ・ガス層に於けるキャリヤ・ガス濃度は向
上するので大きな電流を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の詳細な説明する為のHE M Tの要
部切断側面図、第2図は一実施例に於けるエネルギ・バ
ンド・ダイヤグラム、第3図はHEMTに於けるドレイ
ン・ソース間電圧対電流の関係を説明する為の線図をそ
れぞれ表している。 図に於いて、1は半絶縁性GaAs基板、2はアン・ド
ープm−v族化合物半導体チャネル層、3は一導電型1
l−Vl族化合物半導体キャリヤ供給層、4はソース電
極、4Aは合金化領域、5はドレイン電極、5Aは合金
化領域、6はゲート電極、7は二次元キャリヤ・ガス層
をそれぞれ示している。 特許出願人   冨士通株式会社 代理人弁理士  相 谷 昭 司 代理人弁理士  渡 邊 弘 − 第1図 一実施例のエネルギ・バラ円・ダイヤグラム第2図 Vos(V) 第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 基板上に形成されたアン・ドープIII−V族化合物半導
    体からなるチャネル層と、 その上に形成され該チャネル層よりも電子親和力が小さ
    く且つエネルギ・バンド・ギャップが大である不純物ド
    ーピングII−VI族化合物半導体からなるキャリヤ供給層
    と を備えてなることを特徴とする高速電界効果半導体装置
JP61258147A 1986-10-31 1986-10-31 高速電界効果半導体装置 Granted JPS63114176A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61258147A JPS63114176A (ja) 1986-10-31 1986-10-31 高速電界効果半導体装置
DE8787309477T DE3783863T2 (de) 1986-10-31 1987-10-27 Transistor mit hoher elektronenmobilitaet.
EP87309477A EP0266166B1 (en) 1986-10-31 1987-10-27 High electron mobility transistor
US07/115,925 US4958203A (en) 1986-10-31 1987-11-02 High electron mobility transistor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61258147A JPS63114176A (ja) 1986-10-31 1986-10-31 高速電界効果半導体装置

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Publication Number Publication Date
JPS63114176A true JPS63114176A (ja) 1988-05-19
JPH0260225B2 JPH0260225B2 (ja) 1990-12-14

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ID=17316175

Family Applications (1)

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JP61258147A Granted JPS63114176A (ja) 1986-10-31 1986-10-31 高速電界効果半導体装置

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US (1) US4958203A (ja)
EP (1) EP0266166B1 (ja)
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DE (1) DE3783863T2 (ja)

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EP0266166A3 (en) 1989-02-22
DE3783863D1 (de) 1993-03-11
EP0266166B1 (en) 1993-01-27
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