JPS63142682A - 電界効果半導体装置 - Google Patents
電界効果半導体装置Info
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- JPS63142682A JPS63142682A JP28874386A JP28874386A JPS63142682A JP S63142682 A JPS63142682 A JP S63142682A JP 28874386 A JP28874386 A JP 28874386A JP 28874386 A JP28874386 A JP 28874386A JP S63142682 A JPS63142682 A JP S63142682A
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Landscapes
- 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〕
本発明は、電界効果半導体装置に於いて、GaAsNと
AらG a +−x A s層とに依るヘテロ界面近傍
のAらG a I−X A s層側に二次元電子ガスの
供給源となるシリコン・プレーナ・ドーピング層を形成
し、また、表面側に闇値電圧制御をする為の低AIl含
有率且つ低不純物濃度のn型/lアGa、−yAs層を
形成することに依り、闇値電圧が雰囲気温度の如何でシ
フトしたり、或いは、光応答性を持つなどの欠点がない
ようにしたものである。
AらG a +−x A s層とに依るヘテロ界面近傍
のAらG a I−X A s層側に二次元電子ガスの
供給源となるシリコン・プレーナ・ドーピング層を形成
し、また、表面側に闇値電圧制御をする為の低AIl含
有率且つ低不純物濃度のn型/lアGa、−yAs層を
形成することに依り、闇値電圧が雰囲気温度の如何でシ
フトしたり、或いは、光応答性を持つなどの欠点がない
ようにしたものである。
本発明は、電子親和力の差に起因して生成される二次元
電子ガス層をチャネルとして利用する電界効果半導体装
置の改良に関する。
電子ガス層をチャネルとして利用する電界効果半導体装
置の改良に関する。
前記のような電界効果半導体装置として高電子移動度ト
ランジスタ(high electr。
ランジスタ(high electr。
n mobility transistor:H
EMT)が知られている。
EMT)が知られている。
その基本的構造は、電子親和力が大きい、例えばノン・
ドープGaAs能動層上に、それより電子親和力が小さ
い、例えばn型AlGaAs電子供給層を形成し、その
ヘテロ界面近傍に於ける能動層側に生成される二次元電
子ガス層をチャネルとして電子を高速走行させるもので
ある。
ドープGaAs能動層上に、それより電子親和力が小さ
い、例えばn型AlGaAs電子供給層を形成し、その
ヘテロ界面近傍に於ける能動層側に生成される二次元電
子ガス層をチャネルとして電子を高速走行させるもので
ある。
(発明が解決しようとする問題点〕
ところで、HEMTを普遍化するには未だ解決すべき問
題が存在する。
題が存在する。
例えば、低温と室温とでは闇値電圧が大きくシフトする
為、室温で動作するように設計した集積回路は低温で動
作しない場合がある。通常、HEMTは液体窒素温度で
ある77(K)のような低温の雰囲気で特に高性能を発
揮することができるので、低温で動作する高性能のHE
MT集積回路を開発することが急務である。
為、室温で動作するように設計した集積回路は低温で動
作しない場合がある。通常、HEMTは液体窒素温度で
ある77(K)のような低温の雰囲気で特に高性能を発
揮することができるので、低温で動作する高性能のHE
MT集積回路を開発することが急務である。
通常、低温用HEMT集積回路を開発する際、室温で動
作させて特性評価を行っている。従って低温と室温とで
特性の相違が小さいHEMTが必要になる。
作させて特性評価を行っている。従って低温と室温とで
特性の相違が小さいHEMTが必要になる。
また、HEMTは低温動作時に光が入射すると特性が大
きく変動し、電源を切らないと復帰しない光応答性を示
すことが知られている。
きく変動し、電源を切らないと復帰しない光応答性を示
すことが知られている。
本発明は、液体窒素温度のような低温で動作させるのに
好適な前記種類の電界効果半導体装置を提供しようとす
る。
好適な前記種類の電界効果半導体装置を提供しようとす
る。
前記したHEMTO問題は、全て、電子供給層であるA
j!x Gap−yAs (x>o、2)にドープし
たシリコン・ドナーが生成する準位、即ち、DXセンタ
に起因していることが明らかにされている。
j!x Gap−yAs (x>o、2)にドープし
たシリコン・ドナーが生成する準位、即ち、DXセンタ
に起因していることが明らかにされている。
従って、この問題に対処するには、電界効果半導体装置
の構造を改善し、DXセンタの影響を受けないか、或い
は、軽減できるようなものにする必要がある。
の構造を改善し、DXセンタの影響を受けないか、或い
は、軽減できるようなものにする必要がある。
そこで、本発明に依る電界効果半導体装置に於いては、
半絶縁性GaAs基板(例えば半絶縁性GaAs基板1
)の上に ノン・ドープGaAs能動層(例えばノン・ドープGa
As能動層2)と ノン・ドープA l z G a I−x A Sスペ
ーサ層(例えばノン・ドープA I X G a I−
X A Sスペーサ層3)と シリコン・ブレーナ・ドーピング層(例えばシリコン・
プレーナ・ドーピング層4)と ノン・ドープA I!z G a l−X A S分離
層(例えばノン・ドープA I XG a l−X A
”分離層5)とn型Al、Gap−y As閾値電圧
制御層(例えばn型Al、Qa、−yAs閾値電圧制御
層6)とが順に形成された構成になっている。
)の上に ノン・ドープGaAs能動層(例えばノン・ドープGa
As能動層2)と ノン・ドープA l z G a I−x A Sスペ
ーサ層(例えばノン・ドープA I X G a I−
X A Sスペーサ層3)と シリコン・ブレーナ・ドーピング層(例えばシリコン・
プレーナ・ドーピング層4)と ノン・ドープA I!z G a l−X A S分離
層(例えばノン・ドープA I XG a l−X A
”分離層5)とn型Al、Gap−y As閾値電圧
制御層(例えばn型Al、Qa、−yAs閾値電圧制御
層6)とが順に形成された構成になっている。
前記のような手段を採ることに依り、本発明の電界効果
半導体装置では、二次元電子ガス層の電子供給源となる
シリコン・ドナーの殆どが常にイオン化されていて、ま
た、闇値電圧制御層に於けるAA含有率及び不純物濃度
は最もDXセンタが少なくなるように選択されているの
で、動作雰囲気温度の如何に依って闇値電圧がシフトす
る欠点や光応答性があるなどの欠点は殆ど無視できる程
度に改善された。
半導体装置では、二次元電子ガス層の電子供給源となる
シリコン・ドナーの殆どが常にイオン化されていて、ま
た、闇値電圧制御層に於けるAA含有率及び不純物濃度
は最もDXセンタが少なくなるように選択されているの
で、動作雰囲気温度の如何に依って闇値電圧がシフトす
る欠点や光応答性があるなどの欠点は殆ど無視できる程
度に改善された。
第1図は本発明一実施例の半導体層構成を解説する為の
要部説明図を表し、横方向に半導体装置の厚さ方向の距
離を、また、縦方向にA7!Asのモル比をそれぞれ採
っである。
要部説明図を表し、横方向に半導体装置の厚さ方向の距
離を、また、縦方向にA7!Asのモル比をそれぞれ採
っである。
図に於いて、
1は半絶縁性GaAs基板、
2は高純度GaAs能動層、
3はi型A j! XG a 、−XA Sスペーサ層
、4はシリコン・プレーナ・ドーピング層、5はi型A
βXGa1−XAs分離層、6はn型Al、Ga、−y
As閾値電圧制御層、7はn型GaAS電極コンタクト
層 をそれぞれ示している。
、4はシリコン・プレーナ・ドーピング層、5はi型A
βXGa1−XAs分離層、6はn型Al、Ga、−y
As閾値電圧制御層、7はn型GaAS電極コンタクト
層 をそれぞれ示している。
前記各半導体層の主要データを例示すると次の通りであ
る。
る。
(1) 能動層2について
厚さ:約1〔μm〕程度
(2)スペーサN3について
X値:約0.3〜0.2程度
厚さ:約30〔人〕程度
(3) シリコン・ブレーナ・ドーピング層4につい
て ドーピングfJ: l X 1012〜3 X 10I
2(cm−”)(4)分離層5について y値:約0.3〜0.2程度 厚さ:約30〜200〔人〕程度 (5)闇値電圧制御層6 y値:約0.2〜0.15程度 不純物:シリコン 不純物濃度lX1017〜l X I Q” (am
−”)厚さ:約100〜500 〔人〕程度 (6)電極コンタクト層7について 不純物:シリコン 不純物濃度: 1〜2 X 1018 (era−’)
厚さ:約200〜500〔人〕程度 尚、電極コンタクト層7はソース電極形成領域及びドレ
イン電極形成領域のみに存在し、ゲート電極形成領域に
於いては除去される。
て ドーピングfJ: l X 1012〜3 X 10I
2(cm−”)(4)分離層5について y値:約0.3〜0.2程度 厚さ:約30〜200〔人〕程度 (5)闇値電圧制御層6 y値:約0.2〜0.15程度 不純物:シリコン 不純物濃度lX1017〜l X I Q” (am
−”)厚さ:約100〜500 〔人〕程度 (6)電極コンタクト層7について 不純物:シリコン 不純物濃度: 1〜2 X 1018 (era−’)
厚さ:約200〜500〔人〕程度 尚、電極コンタクト層7はソース電極形成領域及びドレ
イン電極形成領域のみに存在し、ゲート電極形成領域に
於いては除去される。
斯かる諸手導体層は分子線エピタキシャル成長(mol
ecular beam epitaxy:MBE
)法を適用して容易に形成することができ、このうち特
徴的であるのは、シリコン・プレーナ・ドーピング層4
の形成であり、これは、厚さが約30〔人〕程度のA
lz G a +−x A Sからなるスペーサ層3を
成長させてからA2とGaの分子ビームを遮断しyAs
分子ビーム照射の下で、Stの分子ビームのみを照射す
ることで達成され、そして、シリコン・プレーナ・ドー
ピング層4の成長が終了した後、Siの分子ビームを遮
断し、AI及びGaの分子ビーム照射を再開し、i型A
lXGa、−yAsからなる分離層5を厚さ約30〜2
00〔人〕程度の範囲で選択して成長させれば良い。
ecular beam epitaxy:MBE
)法を適用して容易に形成することができ、このうち特
徴的であるのは、シリコン・プレーナ・ドーピング層4
の形成であり、これは、厚さが約30〔人〕程度のA
lz G a +−x A Sからなるスペーサ層3を
成長させてからA2とGaの分子ビームを遮断しyAs
分子ビーム照射の下で、Stの分子ビームのみを照射す
ることで達成され、そして、シリコン・プレーナ・ドー
ピング層4の成長が終了した後、Siの分子ビームを遮
断し、AI及びGaの分子ビーム照射を再開し、i型A
lXGa、−yAsからなる分離層5を厚さ約30〜2
00〔人〕程度の範囲で選択して成長させれば良い。
このようにして形成されたシリコン・プレーナ・ドーピ
ング層4は電子親和力が大きいノン・ドープGaAs能
動層2に電子を供給して二次元電子ガス層を生成させる
役割を果すものであり、そのシリコン・ドナーはへテロ
界面のご(近傍に在る為、エネルギ・バンドに於けるフ
ェルミ・レベルがドナー・レベルより下にあるので、そ
の殆どが常にイオン化した状態にある。
ング層4は電子親和力が大きいノン・ドープGaAs能
動層2に電子を供給して二次元電子ガス層を生成させる
役割を果すものであり、そのシリコン・ドナーはへテロ
界面のご(近傍に在る為、エネルギ・バンドに於けるフ
ェルミ・レベルがドナー・レベルより下にあるので、そ
の殆どが常にイオン化した状態にある。
第2図は第1図に見られる諸手導体層にバイアス電圧が
印加された場合に於けるエネルギ・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
を示すか或いは同じ意味を持つものとする。
印加された場合に於けるエネルギ・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
を示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、2DEGは二次
元電子ガス層、+はイオン化したSiドナー、○は中性
のSiドナー、斜線部分は例えばAIなどのゲート用金
属をそれぞれ示している。
元電子ガス層、+はイオン化したSiドナー、○は中性
のSiドナー、斜線部分は例えばAIなどのゲート用金
属をそれぞれ示している。
図から明らかなように、プレーナ・ドープされたSiの
ドナー・レベルはフェルミ・レベルE。
ドナー・レベルはフェルミ・レベルE。
より上になっている為、全てイオン化される。
このように、プレーナ・ドープしたシリコン・ドナーの
殆どがイオン化した状態にあると、光が照射されること
に依って新たにイオン化するものはないから、従来のも
のの欠点であった光応答性は解消される。
殆どがイオン化した状態にあると、光が照射されること
に依って新たにイオン化するものはないから、従来のも
のの欠点であった光応答性は解消される。
さて、前記説明したシリコン・プレーナ・ドーピング層
4についで特徴的であるのはn型A1゜G a +−y
A sからなる闇値電圧制御層6の存在である。
4についで特徴的であるのはn型A1゜G a +−y
A sからなる闇値電圧制御層6の存在である。
本発明に依る電界効果半導体装置では、この閾値電圧制
御層6の厚さ及び不純物濃度に依って闇値電圧Vいの制
御を行うのであるが、その場合、n型A l y G
a I−y ASに於けるy値とドナー濃度Nに依存し
てDXセンタが増減するので、その値を適切に選択して
DXセンタを少なくすることが肝要である。
御層6の厚さ及び不純物濃度に依って闇値電圧Vいの制
御を行うのであるが、その場合、n型A l y G
a I−y ASに於けるy値とドナー濃度Nに依存し
てDXセンタが増減するので、その値を適切に選択して
DXセンタを少なくすることが肝要である。
第3図はA /X G a I−X A ”中にシリコ
ン・ドナーをドーピングした場合に於けるDXセンタが
全ドナーに対して占める割合を測定した結果を表す線図
である。
ン・ドナーをドーピングした場合に於けるDXセンタが
全ドナーに対して占める割合を測定した結果を表す線図
である。
図では、横軸には全ドナーの濃度、即ち、DXセンタの
濃度N08と浅いドナーの濃度NDsを、また、縦軸に
はNox/ (Nox + Nn5)をそれぞれ採って
あり、パラメータはy値になっている。尚、N =No
x+No5=Nであることは勿論である。
濃度N08と浅いドナーの濃度NDsを、また、縦軸に
はNox/ (Nox + Nn5)をそれぞれ採って
あり、パラメータはy値になっている。尚、N =No
x+No5=Nであることは勿論である。
図からすると、ドナー濃度Nが低くても、Alの量が大
であるとDXセンタも多くなってしまうことが知得され
る。
であるとDXセンタも多くなってしまうことが知得され
る。
このデータから、
0.15<y<0.2
及び
3 X 10” (cm−’) <N< l x l
Q113 ((B−33の範囲でy値及びドナー濃
度Nを選択するとDXセンタを低減できることが明らか
であり、前記の実施例もそのような範囲を選択している
。
Q113 ((B−33の範囲でy値及びドナー濃
度Nを選択するとDXセンタを低減できることが明らか
であり、前記の実施例もそのような範囲を選択している
。
本発明に依る電界効果半導体装置に於いては、GaAs
層とA I XG a +−11A 8層とに依るヘテ
ロ界面近傍のAI!X Gap−x As層側に二次元
電子ガスの供給源となるシリコン・プレーナ・ドーピン
グ層を形成し、また、表面側に闇値電圧制御をする為の
低A1含有率且つ低不純物濃度のn型A(ly Gap
−+y A3層を形成しである。
層とA I XG a +−11A 8層とに依るヘテ
ロ界面近傍のAI!X Gap−x As層側に二次元
電子ガスの供給源となるシリコン・プレーナ・ドーピン
グ層を形成し、また、表面側に闇値電圧制御をする為の
低A1含有率且つ低不純物濃度のn型A(ly Gap
−+y A3層を形成しである。
前記のような構成を採ることに依り、本発明の電界効果
半導体装置では、二次元電子ガス層の電子供給源となる
シリコン・ドナーの殆どが常にイオン化されていて、ま
た、闇値電圧制御層に於けるAI!含有率及び不純物濃
度は最もDXセンタが少なくなるように選択されている
ので、動作雰囲気温度の如何に依って闇値電圧がシフト
する欠点や光応答性があるなどの欠点は殆ど無視できる
程度に改善された。
半導体装置では、二次元電子ガス層の電子供給源となる
シリコン・ドナーの殆どが常にイオン化されていて、ま
た、闇値電圧制御層に於けるAI!含有率及び不純物濃
度は最もDXセンタが少なくなるように選択されている
ので、動作雰囲気温度の如何に依って闇値電圧がシフト
する欠点や光応答性があるなどの欠点は殆ど無視できる
程度に改善された。
第1図は本発明一実施例の半導体層構成を解説する為の
要部説明図、第2図は第1図に見られる諸手導体層にバ
イアス電圧が印加された場合に於けるエネルギ・バンド
・ダイヤグラム、第3図はDXセンタが全ドナーに対し
て占める割合を示す線図をそれぞれ表している。 図に於いて、 lは半絶縁性GaAs基板、 2は高純度GaAs能動層、 3はi型AIXGaI−XASスペーサ層、4はシリコ
ン・プレーナ・ドーピング層、5はi型A 1x G
a I−X A S分離層、6はn型A ly G a
+−y A S閾値電圧制御層、7はn型GaAs電
極コンタクト層 をそれぞれ示している。 手続補正書 昭和62年9月1 特許庁長官 小 川 邦 夫 殿 (特許庁審査官 殿)1 事件の表示
昭和61年特許願第288743号2 発明の名称
電界効果半導体装置 3 補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 神奈川県用崎市中原区上小田中1015名称
(522)冨士通株式会 代表者 山 本 卓 4代理人 住 所 東京都港区虎ノ門−丁目20番7号有間ビル
2階 氏名(7283)弁理士 相谷昭 住所 同 上 氏 名 (7589)弁理士 渡 邊 弘5 補正に
より増加する発明の数 なし6 補正の対象 明細書の
特許請求の範囲の欄7 補正の内容 別紙の通り 特許請求の範囲の記載を、 8日 「半絶縁性GaAs基板の上にノン・ドープ
GaAs能動層と ノン・ドープA7!、Ga+−yAsスペーサ層とシリ
コン・プレーナ・ドーピング層と ノン・ドープAj!XGa、−XAs分離層と該\
よ もAβの人 ・が氏いn型AρアGa、−yAs閾
値電圧制御層と 番地 が順に形成されてなることを特徴とする電界効
果社 半導体装置。」、 眞 と補正する。
要部説明図、第2図は第1図に見られる諸手導体層にバ
イアス電圧が印加された場合に於けるエネルギ・バンド
・ダイヤグラム、第3図はDXセンタが全ドナーに対し
て占める割合を示す線図をそれぞれ表している。 図に於いて、 lは半絶縁性GaAs基板、 2は高純度GaAs能動層、 3はi型AIXGaI−XASスペーサ層、4はシリコ
ン・プレーナ・ドーピング層、5はi型A 1x G
a I−X A S分離層、6はn型A ly G a
+−y A S閾値電圧制御層、7はn型GaAs電
極コンタクト層 をそれぞれ示している。 手続補正書 昭和62年9月1 特許庁長官 小 川 邦 夫 殿 (特許庁審査官 殿)1 事件の表示
昭和61年特許願第288743号2 発明の名称
電界効果半導体装置 3 補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 神奈川県用崎市中原区上小田中1015名称
(522)冨士通株式会 代表者 山 本 卓 4代理人 住 所 東京都港区虎ノ門−丁目20番7号有間ビル
2階 氏名(7283)弁理士 相谷昭 住所 同 上 氏 名 (7589)弁理士 渡 邊 弘5 補正に
より増加する発明の数 なし6 補正の対象 明細書の
特許請求の範囲の欄7 補正の内容 別紙の通り 特許請求の範囲の記載を、 8日 「半絶縁性GaAs基板の上にノン・ドープ
GaAs能動層と ノン・ドープA7!、Ga+−yAsスペーサ層とシリ
コン・プレーナ・ドーピング層と ノン・ドープAj!XGa、−XAs分離層と該\
よ もAβの人 ・が氏いn型AρアGa、−yAs閾
値電圧制御層と 番地 が順に形成されてなることを特徴とする電界効
果社 半導体装置。」、 眞 と補正する。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 半絶縁性GaAs基板の上にノン・ドープGaAs能動
層とノン・ドープAl_xGa_1_−_xAsスペー
サ層とシリコン・プレーナ・ドーピング層と ノン・ドープAl_xGa_1_−_xAs分離層とn
型Al_yGa_1_−_yAs閾値電圧制御層とが順
に形成されてなることを特徴とする電界効果半導体装置
。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28874386A JPS63142682A (ja) | 1986-12-05 | 1986-12-05 | 電界効果半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP28874386A JPS63142682A (ja) | 1986-12-05 | 1986-12-05 | 電界効果半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63142682A true JPS63142682A (ja) | 1988-06-15 |
JPH0261151B2 JPH0261151B2 (ja) | 1990-12-19 |
Family
ID=17734121
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP28874386A Granted JPS63142682A (ja) | 1986-12-05 | 1986-12-05 | 電界効果半導体装置 |
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JP (1) | JPS63142682A (ja) |
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-
1986
- 1986-12-05 JP JP28874386A patent/JPS63142682A/ja active Granted
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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