JP2600755B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概 要〕 III V族化合物半導体からなりチャネル層上にキャリ
ア供給層を有してチャネル層の界面に生ずる２次元電子
ガスをキャリアとする半導体装置に関し、 DXセンターの悪影響を回避しながら２次元電子ガスの
移動度を増加させることを目的とし、 ノンドープの第１のIII V族化合物半導体からなるチ
ャネル層と、III族元素にアルミニウムを含まず且つＶ
族元素が第１のIII V族化合物半導体と異なって、電子
親和力が第１のIII V族化合物半導体より小さいドープ
された第２のIII V族化合物半導体からなるキャリア供
給層との間に、Ｖ族元素が第１のIII V族化合物半導体
と同じで電子親和力が第１のIII V族化合物半導体より
小さいノンドープの第３のIII V族化合物半導体からな
りキャリア供給層より薄いスペーサ層が介在するように
構成する。
ア供給層を有してチャネル層の界面に生ずる２次元電子
ガスをキャリアとする半導体装置に関し、 DXセンターの悪影響を回避しながら２次元電子ガスの
移動度を増加させることを目的とし、 ノンドープの第１のIII V族化合物半導体からなるチ
ャネル層と、III族元素にアルミニウムを含まず且つＶ
族元素が第１のIII V族化合物半導体と異なって、電子
親和力が第１のIII V族化合物半導体より小さいドープ
された第２のIII V族化合物半導体からなるキャリア供
給層との間に、Ｖ族元素が第１のIII V族化合物半導体
と同じで電子親和力が第１のIII V族化合物半導体より
小さいノンドープの第３のIII V族化合物半導体からな
りキャリア供給層より薄いスペーサ層が介在するように
構成する。
本発明は、III V族化合物半導体からなりチャネル層
上にキャリア供給層を有してチャネル層の界面に生ずる
２次元電子ガスをキャリアとする半導体装置に関す。
上にキャリア供給層を有してチャネル層の界面に生ずる
２次元電子ガスをキャリアとする半導体装置に関す。
上記半導体装置は、２次元電子ガスの移動度が大であ
ることを利用して動作速度を速めたものであり、HEMTと
称せられるFETが実用化されている。そして一層の高速
化のために、上記移動度を更に増加させるようにするこ
とが望まれている。
ることを利用して動作速度を速めたものであり、HEMTと
称せられるFETが実用化されている。そして一層の高速
化のために、上記移動度を更に増加させるようにするこ
とが望まれている。
第２図はHEMTの従来例の模式側断面図である。
第２図において、１はGaAsの基板、２は基板１上にエ
ピタキシャル成長したノンドープのGaAsからなるチャネ
ル層、３はチャネル層２上にエピタキシャル成長したノ
ンドープのInGaPからなるスペーサ層、４はスペーサ層
３上にエピタキシャル成長したｎ−InGaPからなるキャ
リア供給層で、であり、キャリア供給層４上には、ショ
ットキ接合のゲート電極５とオーミック接続のソース電
極６及びドレイン電極７が形成されている。
ピタキシャル成長したノンドープのGaAsからなるチャネ
ル層、３はチャネル層２上にエピタキシャル成長したノ
ンドープのInGaPからなるスペーサ層、４はスペーサ層
３上にエピタキシャル成長したｎ−InGaPからなるキャ
リア供給層で、であり、キャリア供給層４上には、ショ
ットキ接合のゲート電極５とオーミック接続のソース電
極６及びドレイン電極７が形成されている。
InGaPの電子親和力がGaAsのそれより小さいことから
チャネル層２のスペーサ層３との界面に２次元電子ガス
８が生じ、これがチャネルのキャリアとなってゲート電
極５により制御されて、電極６及び７間のドレイン電流
が変化する。そして２次元電子ガス８の移動度がSiの電
子移動度に比べて大であることから、HEMTはSiのFETよ
り動作速度が速い特徴を有している。
チャネル層２のスペーサ層３との界面に２次元電子ガス
８が生じ、これがチャネルのキャリアとなってゲート電
極５により制御されて、電極６及び７間のドレイン電流
が変化する。そして２次元電子ガス８の移動度がSiの電
子移動度に比べて大であることから、HEMTはSiのFETよ
り動作速度が速い特徴を有している。
スペーサ層３は、キャリア供給層４のドナーの近接に
よる２次元電子ガス８の散乱を低減させるために設けら
れている。
よる２次元電子ガス８の散乱を低減させるために設けら
れている。
スペーサ層３及びキャリア供給層４は、その半導体を
AlGaAsにしたものもあるが、その場合、Alの存在により
ドナーがDXセンターと称せられる深い準位を形成して、
それが２次元電子ガス８となるキャリアの供給を阻害し
ドレイン電流を低下させるという悪影響を及ぼすことか
ら、上記のようにAlを含まないInGaPにしてドレイン電
流を大きくさせている。
AlGaAsにしたものもあるが、その場合、Alの存在により
ドナーがDXセンターと称せられる深い準位を形成して、
それが２次元電子ガス８となるキャリアの供給を阻害し
ドレイン電流を低下させるという悪影響を及ぼすことか
ら、上記のようにAlを含まないInGaPにしてドレイン電
流を大きくさせている。
しかしながら、相互に接合するチャネル層２とスペー
サ層３では、前者がAs、後者がＰといった具合に相互間
でＶ族元素が異なるため界面にトラップが多く形成され
て、そのトラップが２次元電子ガス８の散乱要因として
作用して移動度を減少させている〔参考文献：電子通信
学会技術研究報告、Vol.86,No.305,ED86−144、大場，
他、“InGaAlPヘテロ界面特性とHEMTの試作”〕。
サ層３では、前者がAs、後者がＰといった具合に相互間
でＶ族元素が異なるため界面にトラップが多く形成され
て、そのトラップが２次元電子ガス８の散乱要因として
作用して移動度を減少させている〔参考文献：電子通信
学会技術研究報告、Vol.86,No.305,ED86−144、大場，
他、“InGaAlPヘテロ界面特性とHEMTの試作”〕。
また、キャリア供給層４とするInGaPは、Ｐが存在す
るため成長に専らMOCVD法が用いられるが、MOCVD法でIn
GaPを成長した場合には、〈110〉方向にInとGaの原子が
規則性をもって配列する〔参考文献：第43回応用物理学
関係連合講演会講演予稿集、第一分冊,P.119、五明，
他、“MOVPE−AlGaInPバンドギャップエネルギーと格子
配列状態（Ｉ）”〕。このためチャネル層２とスペーサ
層３の界面は、規則性を持った凹凸状態となり２次元電
子ガス８の伝導率に異方性が生じて移動度を減少させて
いる。
るため成長に専らMOCVD法が用いられるが、MOCVD法でIn
GaPを成長した場合には、〈110〉方向にInとGaの原子が
規則性をもって配列する〔参考文献：第43回応用物理学
関係連合講演会講演予稿集、第一分冊,P.119、五明，
他、“MOVPE−AlGaInPバンドギャップエネルギーと格子
配列状態（Ｉ）”〕。このためチャネル層２とスペーサ
層３の界面は、規則性を持った凹凸状態となり２次元電
子ガス８の伝導率に異方性が生じて移動度を減少させて
いる。
そして減少した移動度の下では、HEMTの動作速度が十
分に速くなり得ない。
分に速くなり得ない。
そこで本発明は、先に述べたDXセンターの悪影響を回
避しながら２次元電子ガス８の移動度を増加させること
を目的とする。
避しながら２次元電子ガス８の移動度を増加させること
を目的とする。
上記目的は、ノンドープの第１のIII V族化合物半導
体からなるチャネル層と、III族元素にアルミニウムを
含まず且つＶ族元素が第１のIII V族化合物半導体と異
なって、電子親和力が第１のIII V族化合物半導体より
小さいドープされた第２のIII V族化合物半導体からな
るキャリア供給層との間に、Ｖ族元素が第１のIII V族
化合物半導体と同じで電子親和力が第１のIII V族化合
物半導体より小さいノンドープの第３のIII V族化合物
半導体からなりキャリア供給層より薄いスペーサ層が介
在しており、チャネル層のスペーサ層との界面に生ずる
２次元電子ガスをキャリアとする本発明の半導体装置に
よって達成される。
体からなるチャネル層と、III族元素にアルミニウムを
含まず且つＶ族元素が第１のIII V族化合物半導体と異
なって、電子親和力が第１のIII V族化合物半導体より
小さいドープされた第２のIII V族化合物半導体からな
るキャリア供給層との間に、Ｖ族元素が第１のIII V族
化合物半導体と同じで電子親和力が第１のIII V族化合
物半導体より小さいノンドープの第３のIII V族化合物
半導体からなりキャリア供給層より薄いスペーサ層が介
在しており、チャネル層のスペーサ層との界面に生ずる
２次元電子ガスをキャリアとする本発明の半導体装置に
よって達成される。
キャリアとする２次元電子ガスが生ずる界面を形成す
るチャネル層とスペーサ層は、相互のIII V族化合物半
導体においてＶ族元素が同じである。このことにより、
その界面における先に述べたトラップの形成が大幅に減
少して２次元電子ガスの移動度が従来例の場合より増加
する。
るチャネル層とスペーサ層は、相互のIII V族化合物半
導体においてＶ族元素が同じである。このことにより、
その界面における先に述べたトラップの形成が大幅に減
少して２次元電子ガスの移動度が従来例の場合より増加
する。
然も、キャリア供給層にはAlが含まれないこと、スペ
ーサ層にAlが含まれたとしてもスペーサ層がノンドープ
であり且つ薄いこと、により、先に述べたDXセンターの
悪影響は回避される。
ーサ層にAlが含まれたとしてもスペーサ層がノンドープ
であり且つ薄いこと、により、先に述べたDXセンターの
悪影響は回避される。
また、キャリア供給層とスペーサ層の界面は、従来例
のキャリア供給層とチャネル層の界面の如く凹凸状態と
なったとしても、キャリアとする２次元電子ガスの領域
外であるので、着目している移動度に無関係である。
のキャリア供給層とチャネル層の界面の如く凹凸状態と
なったとしても、キャリアとする２次元電子ガスの領域
外であるので、着目している移動度に無関係である。
かくして、DXセンターの悪影響を回避しながらキャリ
アとする２次元電子ガスの移動度が増加される。
アとする２次元電子ガスの移動度が増加される。
以下本発明の実施例について第１図の模式側断面図を
用いて説明する。全図を通じ同一符号は同一対象物を示
す。
用いて説明する。全図を通じ同一符号は同一対象物を示
す。
第１図に示す実施例は、第２図に示す従来例に対応す
るHEMTであり、従来例のノンドープのInGaPからなるス
ペーサ層３を、ノンドープのAlGaAsからなるスペーサ層
3aに変えたものである。
るHEMTであり、従来例のノンドープのInGaPからなるス
ペーサ層３を、ノンドープのAlGaAsからなるスペーサ層
3aに変えたものである。
チャネル層２は、GaAsの基板１上にノンドープのGaAs
をエピタキシャル成長して厚さが約１μｍである。
をエピタキシャル成長して厚さが約１μｍである。
スペーサ層3aは、AlxGa1-xAsのｘが約0.3、厚さが約5
0Åであり、チャネル層２上にエピタキシャル成長して
ある。このｘは、チャネル層２のスペーサ層3aとの界面
に２次元電子ガス８が生ずるように、AlxGa1-xAsの電子
親和力がチャネル層２のGaAsのそれより大きくなる値と
する必要があり、0.1から１までの範囲内なら適宜で良
い。その場合、AlxGa1-xAsは、その格子定数がGaAsの格
子定数から若干ずれることがあるが、厚さが薄いので格
子間距離がGaAsに倣った状態でエピタキシャル成長す
る。
0Åであり、チャネル層２上にエピタキシャル成長して
ある。このｘは、チャネル層２のスペーサ層3aとの界面
に２次元電子ガス８が生ずるように、AlxGa1-xAsの電子
親和力がチャネル層２のGaAsのそれより大きくなる値と
する必要があり、0.1から１までの範囲内なら適宜で良
い。その場合、AlxGa1-xAsは、その格子定数がGaAsの格
子定数から若干ずれることがあるが、厚さが薄いので格
子間距離がGaAsに倣った状態でエピタキシャル成長す
る。
キャリア供給層４は、格子定数がチャネル層２のGaAs
に揃うようにInxGa1-xPのｘを約0.49にし、またSiを１
×1018cm-3の濃度にドープしてｎ型にしてあり、スペー
サ層3a上にエピタキシャル成長して厚さが約350Åであ
る。
に揃うようにInxGa1-xPのｘを約0.49にし、またSiを１
×1018cm-3の濃度にドープしてｎ型にしてあり、スペー
サ層3a上にエピタキシャル成長して厚さが約350Åであ
る。
ゲート電極５、ソース電極６及びドレイン電極７は、
従来例と同様である。
従来例と同様である。
このように構成したHEMTは、先に説明した理由によ
り、チャネル層２とスペーサ層3aの界面に形成されるト
ラップが少なく、然もその界面が凹凸状態になることも
なくて、２次元電子ガス８の移動度が従来例より大幅に
増加する。
り、チャネル層２とスペーサ層3aの界面に形成されるト
ラップが少なく、然もその界面が凹凸状態になることも
なくて、２次元電子ガス８の移動度が従来例より大幅に
増加する。
本発明者の確認によれば、77Kにおける移動度は、従
来例で35,000cm2/V・ｓであったのが、実施例では45,00
0cm2/V・ｓに増加していた。また、キャリア供給層４を
InGaPにして大きくしたドレイン電流は、スペーサ層が
３から3aに変わってAlを含むにもかかわらず低下してい
なかった。
来例で35,000cm2/V・ｓであったのが、実施例では45,00
0cm2/V・ｓに増加していた。また、キャリア供給層４を
InGaPにして大きくしたドレイン電流は、スペーサ層が
３から3aに変わってAlを含むにもかかわらず低下してい
なかった。
なお、実施例は、GaAsでチャネル層を、InGaPでキャ
リア供給層を、AlGaAsでスペーサ層を構成した場合であ
るが、上述の説明から、ノンドープの第１のIII V族化
合物半導体でチャネル層を、III族元素にアルミニウム
を含まず且つＶ族元素が第１の化合物半導体と異なっ
て、電子親和力が第１のIII V族化合物半導体より小さ
いドープされた第２のIII V族化合物半導体でキャリア
供給層を、Ｖ族元素が第１のIII V族化合物半導体と同
じで電子親和力が第１のIII V族化合物半導体より小さ
いノンドープの第３のIII V族化合物半導体でスペーサ
層を構成することにより、DXセンターの悪影響を回避し
ながらキャリアとする２次元電子ガスの移動度を増加さ
せ得ることが容易に理解されよう。
リア供給層を、AlGaAsでスペーサ層を構成した場合であ
るが、上述の説明から、ノンドープの第１のIII V族化
合物半導体でチャネル層を、III族元素にアルミニウム
を含まず且つＶ族元素が第１の化合物半導体と異なっ
て、電子親和力が第１のIII V族化合物半導体より小さ
いドープされた第２のIII V族化合物半導体でキャリア
供給層を、Ｖ族元素が第１のIII V族化合物半導体と同
じで電子親和力が第１のIII V族化合物半導体より小さ
いノンドープの第３のIII V族化合物半導体でスペーサ
層を構成することにより、DXセンターの悪影響を回避し
ながらキャリアとする２次元電子ガスの移動度を増加さ
せ得ることが容易に理解されよう。
また、実施例はHEMTであるが、本発明の適用は、その
原理からして、チャネル層の界面に生ずる２次元電子ガ
スをキャリアとする半導体装置ならば良く、HEMTに限定
されるものでない。
原理からして、チャネル層の界面に生ずる２次元電子ガ
スをキャリアとする半導体装置ならば良く、HEMTに限定
されるものでない。
以上説明したように本発明の構成によれば、III V族
化合物半導体からなりチャネル層上にキャリア供給層を
有して、チャネル層の界面に生ずる２次元電子ガスをキ
ャリアとする半導体装置において、DXセンターの悪影響
を回避しながら２次元電子ガスの移動度を増加させるこ
とができて、例えばHEMTにおいて大きなドレイン電流を
確保しながら動作速度の一層の高速化を可能にさせる効
果がある。
化合物半導体からなりチャネル層上にキャリア供給層を
有して、チャネル層の界面に生ずる２次元電子ガスをキ
ャリアとする半導体装置において、DXセンターの悪影響
を回避しながら２次元電子ガスの移動度を増加させるこ
とができて、例えばHEMTにおいて大きなドレイン電流を
確保しながら動作速度の一層の高速化を可能にさせる効
果がある。
第１図は実施例の模式側断面図、 第２図は従来例の模式側断面図、 である。 図において、 １は基板、 ２はチャネル層、 ３、3aはスペーサ層、 ４はキャリア供給層、 ５はゲート電極、 ６はソース電極、 ７はドレイン電極、 ８は２次元電子ガス、 である。
Claims (1)
- 【請求項１】ノンドープの第１のIII V族化合物半導体
からなるチャネル層（２）と、III族元素にアルミニウ
ムを含まず且つＶ族元素が第１のIII V族化合物半導体
と異なって、電子親和力が第１のIII V族化合物半導体
より小さいドープされた第２のIII V族化合物半導体か
らなるキャリア供給層（４）との間に、Ｖ族元素が第１
のIII V族化合物半導体と同じで電子親和力が第１のIII
V族化合物半導体より小さいノンドープの第３のIII V
族化合物半導体からなりキャリア供給層（４）より薄い
スペーサ層（3a）が介在しており、チャネル層（２）の
スペーサ層（3a）との界面に生ずる２次元電子ガス
（８）をキャリアとすることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2787688A JP2600755B2 (ja) | 1988-02-09 | 1988-02-09 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2787688A JP2600755B2 (ja) | 1988-02-09 | 1988-02-09 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01202871A JPH01202871A (ja) | 1989-08-15 |
| JP2600755B2 true JP2600755B2 (ja) | 1997-04-16 |
Family
ID=12233095
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2787688A Expired - Fee Related JP2600755B2 (ja) | 1988-02-09 | 1988-02-09 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2600755B2 (ja) |
-
1988
- 1988-02-09 JP JP2787688A patent/JP2600755B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01202871A (ja) | 1989-08-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |