JPS63216380A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS63216380A JPS63216380A JP5071287A JP5071287A JPS63216380A JP S63216380 A JPS63216380 A JP S63216380A JP 5071287 A JP5071287 A JP 5071287A JP 5071287 A JP5071287 A JP 5071287A JP S63216380 A JPS63216380 A JP S63216380A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. 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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- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. 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
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/107—Substrate region of field-effect devices
- H01L29/1075—Substrate region of field-effect devices of field-effect transistors
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〕
この発明は、高電子移動度電界効果トランジスタ(HE
MT)において、 半絶縁性GaAs基板上に、n型Ge層とノンドープの
GaAs層と電子供給層とを順次積層し、該GaAs層
に生成される2次元電子ガスにオーミックコンタクトす
るソース、ドレイン電極と該電子供給層にショットキコ
ンタクトする通常のゲート電極に加えて、該n型Ge層
にオーミックコンタクトする電極を設け、該n型Ge層
をバックゲートとして機能させることにより、 その特性改善を実現するものである。
MT)において、 半絶縁性GaAs基板上に、n型Ge層とノンドープの
GaAs層と電子供給層とを順次積層し、該GaAs層
に生成される2次元電子ガスにオーミックコンタクトす
るソース、ドレイン電極と該電子供給層にショットキコ
ンタクトする通常のゲート電極に加えて、該n型Ge層
にオーミックコンタクトする電極を設け、該n型Ge層
をバックゲートとして機能させることにより、 その特性改善を実現するものである。
本発明は半導体装置、特に高電子移動度電界効果トラン
ジスタ()IEMT)のバンクゲート構造に関する。
ジスタ()IEMT)のバンクゲート構造に関する。
シリコン(Si)より電子移動度が大きい砒化ガリウム
(GaAs)等の化合物半導体を用い、更に空間分離ド
ーピングと電子の2次元量子化により一層の高移動度を
実現したII E M Tは、マイクロ波通信への実用
化が既に開始され、高速コンピュータ等への適用が推進
されているが、更に一層の性能向上を実現するためにそ
の相互コンダクタンスの増大、制御電極容量の低減が要
望されている。
(GaAs)等の化合物半導体を用い、更に空間分離ド
ーピングと電子の2次元量子化により一層の高移動度を
実現したII E M Tは、マイクロ波通信への実用
化が既に開始され、高速コンピュータ等への適用が推進
されているが、更に一層の性能向上を実現するためにそ
の相互コンダクタンスの増大、制御電極容量の低減が要
望されている。
化合物半導体のへテロ接合を用いて、空間分離ドーピン
グと電子の2次元量子化による高電子移動度を実現した
HEMTの一従来例の模式断面図を第3図(alに示す
。
グと電子の2次元量子化による高電子移動度を実現した
HEMTの一従来例の模式断面図を第3図(alに示す
。
本従来例では半絶縁性砒化ガリウム(GaAs)基板2
1上に、ノンドープのi形GaAsJiliF24と、
これより電子親和力が小さくドナー不純物を高濃度にド
ープしたn型砒化アルミニウムガリウム(A1xGa+
−xAs)層25と、これと同程度以上にドナー不純物
をドープしたn型GaAsN26が設けられ、n型Al
GaAs電子供給層25からi形GaAs層24へ遷移
した電子によってヘテロ接合界面近傍に2次元電子ガス
24eが形成される。
1上に、ノンドープのi形GaAsJiliF24と、
これより電子親和力が小さくドナー不純物を高濃度にド
ープしたn型砒化アルミニウムガリウム(A1xGa+
−xAs)層25と、これと同程度以上にドナー不純物
をドープしたn型GaAsN26が設けられ、n型Al
GaAs電子供給層25からi形GaAs層24へ遷移
した電子によってヘテロ接合界面近傍に2次元電子ガス
24eが形成される。
この半導体基体のn型GaAs層26上に例えば金ゲル
マニウム/金(AuGe/Au)を用いてソース、ドレ
イン電極27を設け、n型AlGaAs電子供給層25
上に例えばチタン/白金/金(Ti/Pt/Au)又は
アルミニウム(AI)等を用いてゲート電極28を設け
る。なお27Aはソース、ドレイン電極27と半導体基
体との間に形成された合金化領域、30は素子間分離領
域である。
マニウム/金(AuGe/Au)を用いてソース、ドレ
イン電極27を設け、n型AlGaAs電子供給層25
上に例えばチタン/白金/金(Ti/Pt/Au)又は
アルミニウム(AI)等を用いてゲート電極28を設け
る。なお27Aはソース、ドレイン電極27と半導体基
体との間に形成された合金化領域、30は素子間分離領
域である。
ゲート電極28によるショットキ空乏層で2次元電子ガ
ス24eの面密度を制御してトランジスタ動作が行われ
るが、この2次元電子ガス24eは不純物散乱による移
動度低下が殆どなく、特に格子散乱が低下する77に程
度以下の低温では例えば1×105cm”/V、 3程
度の電子移動度が得られる。
ス24eの面密度を制御してトランジスタ動作が行われ
るが、この2次元電子ガス24eは不純物散乱による移
動度低下が殆どなく、特に格子散乱が低下する77に程
度以下の低温では例えば1×105cm”/V、 3程
度の電子移動度が得られる。
この電子移動度を更に高くして相互コンダクタンスを増
大し、或いは制御電極容量を低減するなどの目的からバ
ックゲート構造が試みられている。
大し、或いは制御電極容量を低減するなどの目的からバ
ックゲート構造が試みられている。
例えば第3図(b)に図示した従来例ではGaAs基板
21を選択的に除去して、バッファ層とチャネル層とを
兼ねるノンドープのi形GaAs層24の下面にバック
ゲートと呼ばれる第2の制御電極29を設けているが、
この様なバックゲート29は下記■、■の何れかの作用
を意図している。
21を選択的に除去して、バッファ層とチャネル層とを
兼ねるノンドープのi形GaAs層24の下面にバック
ゲートと呼ばれる第2の制御電極29を設けているが、
この様なバックゲート29は下記■、■の何れかの作用
を意図している。
■ これに正の定電圧を印加して2次元電子ガス24e
の波動関数をヘテロ接合界面から深く拡大し、電子の相
互散乱を低減して移動度を大きくし相互コンダクタンス
を高める。
の波動関数をヘテロ接合界面から深く拡大し、電子の相
互散乱を低減して移動度を大きくし相互コンダクタンス
を高める。
■ バックゲート23にも制御信号を印加して2次元電
子ガス24eの密度とともに移動度も変調し、相互コン
ダクタンスの増大と電極容量の低減とを実現する。
子ガス24eの密度とともに移動度も変調し、相互コン
ダクタンスの増大と電極容量の低減とを実現する。
上述の如き従来のバックゲート構造では2次元電子ガス
とバックゲート電極との距離が太き(、■のバックゲー
トによる2次元電子ガスの変調は甚だ困難であり、また
■の方法でも必要な電圧値が大きいために、実用化に適
するバックゲート構造が強く要望されている。
とバックゲート電極との距離が太き(、■のバックゲー
トによる2次元電子ガスの変調は甚だ困難であり、また
■の方法でも必要な電圧値が大きいために、実用化に適
するバックゲート構造が強く要望されている。
前記問題点は、半絶縁性砒化ガリウム基板上に、n型ゲ
ルマニウム層とノンドープの砒化ガリウム層と電子供給
層とが順次積層されて、該砒化ガリウム層に2次元電子
ガスが生成され、 該2次元電子ガスにオーミックコンタクトする入出力電
極と、該電子供給層にショットキコンタクトする第1の
制御電極と、該n型ゲルマニウム層にオーミックコンタ
クトする電極とを備えて、該n型ゲルマニウム層を該2
次元電子ガスに対する第2の制御電極として機能させる
本発明による半導体装置により解決される。
ルマニウム層とノンドープの砒化ガリウム層と電子供給
層とが順次積層されて、該砒化ガリウム層に2次元電子
ガスが生成され、 該2次元電子ガスにオーミックコンタクトする入出力電
極と、該電子供給層にショットキコンタクトする第1の
制御電極と、該n型ゲルマニウム層にオーミックコンタ
クトする電極とを備えて、該n型ゲルマニウム層を該2
次元電子ガスに対する第2の制御電極として機能させる
本発明による半導体装置により解決される。
本発明による半導体装置のエネルギーバンド図は第1図
に例示する如き状態となる。同図において、3はn型G
e層、4はノンドープのGaAsチャネル層、5は例え
ばn型AlGaAsからなる電子供給層、8は第1の制
御電極(通常のゲート電極)を表し、Geはその格子定
数がGaAsに掘めて近くて相互にエピタキシャル成長
が可能である。
に例示する如き状態となる。同図において、3はn型G
e層、4はノンドープのGaAsチャネル層、5は例え
ばn型AlGaAsからなる電子供給層、8は第1の制
御電極(通常のゲート電極)を表し、Geはその格子定
数がGaAsに掘めて近くて相互にエピタキシャル成長
が可能である。
Geはエネルギーバンドギャップが約0.67eVで、
GaAsの約1.43eVとは大差があり、Ge層3と
GaAs層4のへテロ接合界面でGaAs層4の伝導帯
底E、はGe層3より約0,2eV高くなる。従って高
濃度のn型Ge層3の伝導帯底E。がフェルミ準位EF
にほぼ一致しても、GaAs層4の伝導帯底E。はこの
へテロ接合界面でほぼこのエネルギー準位差だけフェル
ミ準位EFより高くなり、電子ガス4eの2次元量子化
を確保してこのGaAs層4の厚さを例えば20〜30
nm程度まで薄くすることが可能で、Ge層3を2次元
電子4eガスに対する第2の制御電極すなわちバックゲ
ートとして有効に機能させることができる。
GaAsの約1.43eVとは大差があり、Ge層3と
GaAs層4のへテロ接合界面でGaAs層4の伝導帯
底E、はGe層3より約0,2eV高くなる。従って高
濃度のn型Ge層3の伝導帯底E。がフェルミ準位EF
にほぼ一致しても、GaAs層4の伝導帯底E。はこの
へテロ接合界面でほぼこのエネルギー準位差だけフェル
ミ準位EFより高くなり、電子ガス4eの2次元量子化
を確保してこのGaAs層4の厚さを例えば20〜30
nm程度まで薄くすることが可能で、Ge層3を2次元
電子4eガスに対する第2の制御電極すなわちバックゲ
ートとして有効に機能させることができる。
以下本発明を、第2図に模式側断面図を示す実施例によ
り具体的に説明する。
り具体的に説明する。
本実施例では半絶縁性GaAs基板1上に、ノンドープ
のGaAsバッファ層2、例えば砒素(As)を濃度1
、 XIO”cm−’程度にドープし厚さ20nm程度
のn型Ge層3、厚さ例えば20〜30nm程度のノン
ドープのl型GaAsチャネル層4、例えばSiを濃度
2X10”cm−”程度にドープして厚さ4 Q nm
程度のn型AI0,3Gao、 ff八へ電子供給層5
、例えばSiを濃度2X10”cm−3程度にドープし
厚さ1100n程度のn型GaAs層6を順次エピタキ
シャル成長している。
のGaAsバッファ層2、例えば砒素(As)を濃度1
、 XIO”cm−’程度にドープし厚さ20nm程度
のn型Ge層3、厚さ例えば20〜30nm程度のノン
ドープのl型GaAsチャネル層4、例えばSiを濃度
2X10”cm−”程度にドープして厚さ4 Q nm
程度のn型AI0,3Gao、 ff八へ電子供給層5
、例えばSiを濃度2X10”cm−3程度にドープし
厚さ1100n程度のn型GaAs層6を順次エピタキ
シャル成長している。
この半導体基体は第1図に例示した如きエネルギーバン
ドを有し、n型AlGaAs電子供給層5からi型Ga
Asチャネル層4に電子が遷移して、ヘテロ接合界面近
傍に2次元電子ガス4eが形成される。
ドを有し、n型AlGaAs電子供給層5からi型Ga
Asチャネル層4に電子が遷移して、ヘテロ接合界面近
傍に2次元電子ガス4eが形成される。
この半導体基体のn型Ge層3にオーミックコンタクト
する電極9を形成する位置に、例えばSiをエネルギー
150keV、ドーズffi 5 XIO”cm−”程
度にイオン注入して活性化熱処理を行い、n型Ge層3
に達するn型領域9nを形成する。
する電極9を形成する位置に、例えばSiをエネルギー
150keV、ドーズffi 5 XIO”cm−”程
度にイオン注入して活性化熱処理を行い、n型Ge層3
に達するn型領域9nを形成する。
また例えば酸素イオン(0゛)注入法により、n型Ge
層3を越える深さの素子間分離領域10と2次元電子ガ
ス4eを越える深さの素子内分離領域11をこの半導体
基体に形成する。
層3を越える深さの素子間分離領域10と2次元電子ガ
ス4eを越える深さの素子内分離領域11をこの半導体
基体に形成する。
次いでこの半導体基体のn型GaAs層6上に、ソース
、ドレイン電極7と前記電極9とを例えばAuGe/A
uを用いて形成し、例えば温度400℃、1分間程度の
熱処理を行って、ソース、ドレイン電極7の合金化領域
7Aを2次元電子ガス4eに達してn型Ge層3に達し
ない深さに形成する。なお同時に電極9の合金化領域も
n型領域9n内に形成されるが図示を省略している。
、ドレイン電極7と前記電極9とを例えばAuGe/A
uを用いて形成し、例えば温度400℃、1分間程度の
熱処理を行って、ソース、ドレイン電極7の合金化領域
7Aを2次元電子ガス4eに達してn型Ge層3に達し
ない深さに形成する。なお同時に電極9の合金化領域も
n型領域9n内に形成されるが図示を省略している。
更にこの半導体基体のソース、ドレイン電極7間のn型
GaAs層6をエツチングし、n型A]GaAs電子供
給層5上に例えばAI等を用いて、第1の制御電極(通
常のゲート電極)8を設ける。
GaAs層6をエツチングし、n型A]GaAs電子供
給層5上に例えばAI等を用いて、第1の制御電極(通
常のゲート電極)8を設ける。
上述の実施例では静的バックゲート電圧として例えば0
,2vを電極9に印加すれば、相当する第3図(alに
示した構造のHEMTに比較して、2次元電子ガス4e
の移動度及び相互コンダクタンスが約20%増加する。
,2vを電極9に印加すれば、相当する第3図(alに
示した構造のHEMTに比較して、2次元電子ガス4e
の移動度及び相互コンダクタンスが約20%増加する。
またこのパンクゲート構造を動的に制御づれば、容量が
約20%低減する。
約20%低減する。
以上説明した如く本発明によれば、HEMTの2次元量
子化された電子ガスを制御するバツクゲ−1・構造が容
易に効果的に構成され、このGe層に正の定電圧を印加
して電子移動度を大きくし相互コンダクタンスを高める
こと。制御信号を印加して2次元電子ガスの移動度も変
調し、相互コンダクタンスを増大し電極容量を低減する
ことなどが実現して、HEMTの一層の高性能化が達成
される。
子化された電子ガスを制御するバツクゲ−1・構造が容
易に効果的に構成され、このGe層に正の定電圧を印加
して電子移動度を大きくし相互コンダクタンスを高める
こと。制御信号を印加して2次元電子ガスの移動度も変
調し、相互コンダクタンスを増大し電極容量を低減する
ことなどが実現して、HEMTの一層の高性能化が達成
される。
第1図は本発明による半導体装置のエネルギーバンド図
、 第2図は実施例の模式断面図、 第3図は従来例の模式断面図である。 図において、 1は半絶縁性GaAs基板、 2はノンドープのGaAsバッファ層、3はn型Ge層
、 4はノンドープのi型GaAsチャネル層、4eは2次
元電子ガス、 5は電子供給層(例えばn型AlGaAs層)、6はn
型GaAs層、 7はソース、ドレイン電極、 7Aは合金化領域、 8は第1の制御電極(通常のゲート電極)、9はn型G
e層3にオーミックコンタクトする電極、 9nはn型領域、 10は素子間分離領域、 11は素子内分離領域を示す。 )fJ I 后 ズ多1−−4クリ−77りへ〆qffi 図72図
、 第2図は実施例の模式断面図、 第3図は従来例の模式断面図である。 図において、 1は半絶縁性GaAs基板、 2はノンドープのGaAsバッファ層、3はn型Ge層
、 4はノンドープのi型GaAsチャネル層、4eは2次
元電子ガス、 5は電子供給層(例えばn型AlGaAs層)、6はn
型GaAs層、 7はソース、ドレイン電極、 7Aは合金化領域、 8は第1の制御電極(通常のゲート電極)、9はn型G
e層3にオーミックコンタクトする電極、 9nはn型領域、 10は素子間分離領域、 11は素子内分離領域を示す。 )fJ I 后 ズ多1−−4クリ−77りへ〆qffi 図72図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 半絶縁性砒化ガリウム基板上に、n型ゲルマニウム層と
ノンドープの砒化ガリウム層と電子供給層とが順次積層
されて、該砒化ガリウム層に2次元電子ガスが生成され
、 該2次元電子ガスにオーミックコンタクトする入出力電
極と、該電子供給層にショットキコンタクトする第1の
制御電極と、該n型ゲルマニウム層にオーミックコンタ
クトする電極とを備えて、該n型ゲルマニウム層を該2
次元電子ガスに対する第2の制御電極として機能させる
ことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5071287A JPS63216380A (ja) | 1987-03-05 | 1987-03-05 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5071287A JPS63216380A (ja) | 1987-03-05 | 1987-03-05 | 半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63216380A true JPS63216380A (ja) | 1988-09-08 |
Family
ID=12866503
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5071287A Pending JPS63216380A (ja) | 1987-03-05 | 1987-03-05 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63216380A (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6329231B1 (en) * | 1999-05-31 | 2001-12-11 | Fujitsu Limited | Distributed constant circuit with active element |
CN103715235A (zh) * | 2014-01-09 | 2014-04-09 | 苏州能屋电子科技有限公司 | 具有背面场板结构的增强型mis-hemt器件及其制备方法 |
CN103715257A (zh) * | 2014-01-09 | 2014-04-09 | 苏州能屋电子科技有限公司 | 具有背面场板结构的hemt器件及其制备方法 |
CN103730360A (zh) * | 2014-01-09 | 2014-04-16 | 苏州能屋电子科技有限公司 | 具有背面场板结构的增强型hemt器件及其制备方法 |
CN103730492A (zh) * | 2014-01-09 | 2014-04-16 | 苏州能屋电子科技有限公司 | 具有背面场板结构的mis-hemt器件及其制备方法 |
-
1987
- 1987-03-05 JP JP5071287A patent/JPS63216380A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6329231B1 (en) * | 1999-05-31 | 2001-12-11 | Fujitsu Limited | Distributed constant circuit with active element |
CN103715235A (zh) * | 2014-01-09 | 2014-04-09 | 苏州能屋电子科技有限公司 | 具有背面场板结构的增强型mis-hemt器件及其制备方法 |
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