DE112013001544B4 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Halbleitervorrichtung umfassend: eine geschichtete Struktur (100; 200; 300; 400), in der wenigstens eine Schmal-Bandlückenschicht (201, 203, 205, 301, 303, 305, 401, 403, 405) aus einem Material, das eine schmälere Bandlücke als das Material einer in einer ersten Richtung oder einer zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung zur Schmal-Bandlückenschicht benachbarten Schicht aufweist und mit wenigstens einer Breit-Bandlückenschicht (202, 204, 302, 304, 402, 404) aus einem Material mit einer breiteren Bandlücke als das Material einer in der ersten Richtung oder der zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung zur Breit-Bandlückenschicht benachbarte Schicht abwechselnd übereinander geschichtet sind, die geschichtete Struktur (100; 200; 300; 400) enthält wenigstens eine Doppelanbindungsstruktur mit einer ersten Anbindung, bei der die Breit-Bandlückenschicht und die Schmal-Bandlückenschicht übereinander geschichtet und in der Reihenfolge in der ersten Richtung verbunden sind und einer zweiten Anbindung, bei der die Schmal-Bandlückenschicht und die Breit-Bandlückenschicht in der Reihenfolge in der ersten Richtung geschichtet und miteinander verbunden sind, und jede der wenigstens einen Doppelanbindungsstruktur wenigstens ein Paar eines ersten Gebiets (231, 233, 331, 333, 431, 433) mit negativen festen Ladungen und einem zweiten Gebiet (232, 234, 332, 334, 432, 434) mit positiven festen Ladungen enthält; eine erste Elektrodenhalbleiterschicht (110; 210; 310; 410) ersten elektrischen Leitfähigkeitstyps, die sich in eine zweite Richtung erstreckt, die die erste Richtung schneidet und die mit jeder Schmal-Bandlückenschicht der geschichteten Struktur (100; 200; 300; 400) und jeder der Breit-Bandlückenschicht der geschichteten Struktur (100; 200; 300; 400) verbunden ist; und ...

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Halbleitervorrichtung, beispielsweise einen Kondensator oder Ähnliches, die in einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist.
  • 2. Beschreibung vom Stand der Technik
  • Die JP 2007-208 178 A offenbart einen Kondensator mit einer Laminatstruktur bei der zwei oder mehr Arten von Halbleitern laminiert werden und der drei oder mehr Schichten aufweist, um aus zwei oder mehreren Halbleitern einen Heteroübergang zu bilden und der Polarisationsübergänge aufweist, um gleichzeitig durch Polarisierung positiver und negativer Festladungen auf der Grenzfläche des Heteroübergangs gleichzeitig Ladungsträger eines ersten Leitfähigkeitstyps und eines zweiten Leitfähigkeitstyps zu erzeugen.
  • Die JP 2007-184 382 A zeigt eine Gleichrichterdiode mit einer Laminatstruktur bei der drei oder mehrere Schichten von zwei oder mehr Arten an Halbleitern geschichtet sind, die mindestens zwei oder mehrere Halbleiterheteroübergänge bilden und wobei die Polarisationsübergänge gleichzeitig Ladungsträger eines ersten und eines zweiten Leitfähigkeitstyps bilden.
  • Die US 5 367 183 A zeigt ein System mit mindestens zwei komplementären Transistoren, mit n und p-Kanälen, aber mit einer Heterostruktur von Verbindungen zwischen III-V-Materialien. Um die Schwellspannungen in den beiden Kanälen auszugleichen, nämlich den n(zweidimensionales Elektronengas) und p(zweidimensionales Löchergas) Kanälen, sind wenigstens zwei p und n δ-dotierte Schichten in den beiden Heterostrukturschichten enthalten und zwar zwischen den Kanälen (zweidimensionales Elektronengas, zweidimensionales Löchergas) und den Gate-Elektroden.
  • Die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2005-19598 ( JP 2005-19598 A ) beschreibt einen Kondensator, der Ladungen in einer Halbleiterschicht ansammelt, die durch eine Kapazitätsisolationsschicht abgegrenzt ist. Um die Kapazität des Kondensators zu erhöhen ohne die von dem Kondensator verwendete Fläche in dem flachen Gebiet des Halbleitersubstrats vergrößern zu müssen, stellt die JP 2005-19598 A einen Bereich bereit, der Ladung in die Tiefenrichtung des Halbleitersubstrats ansammelt.
  • In einem Kondensator, der die Ladung in einer durch eine Kapazitätsisolationsschicht abgegrenzte Halbleiterschicht wie in JP 2005-19598 A ansammelt, muss der Aufbau der Kapazitätsisolationsschicht, der Halbleiterschicht, usw., als Dünnschichtaufbau ausgeführt werden, um die Größe des Kondensators weiter zu verringern und dessen Kapazität zu erhöhen. Wenn der Aufbau jedoch sehr dünn wird, nimmt die Wahrscheinlichkeit an Defekten an der Isolationsschicht und/oder der Halbleiterschicht zu. Das heißt, es ist nicht einfach, einen kleinen Kondensator mit großer Kapazität zu erhalten.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst: einen geschichteten Aufbau, in dem wenigstens eine Schmal-Bandlückenschicht ausgebildet ist aus einem Material, das eine schmälere Bandlücke aufweist als ein Material einer Schicht, die benachbart zu der Schmal-Bandlückenschicht in einer ersten Richtung oder einer Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung angeordnet ist und mit wenigstens einer Breit-Bandlückenschicht ausgebildet aus einem Material, das eine breitere Bandlücke aufweist als das Material einer Schicht benachbart zu der Breit-Bandlückenschicht in der ersten Richtung oder der Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung abwechselnd übereinander geschichtet sind, der geschichtete Aufbau enthält wenigstens eine Doppelanbindungsstruktur mit einer ersten Anbindung bei der die Breit-Bandlückenschicht und die Schmal-Bandlückenschicht in dieser Reihenfolge in der ersten Richtung geschichtet und aneinander angebunden sind und mit einer zweiten Anbindung, bei der die Schmal-Bandlückenschicht und die Breit-Bandlückenschicht in dieser Reihenfolge in der ersten Richtung geschichtet und aneinander angebunden sind, und wobei jede der wenigstens einen Doppelanbindungsstruktur wenigstens ein Paar eines ersten Gebiets, das feste negative Ladungen aufweist, und einem zweiten Gebiet, das feste positive Ladungen aufweist, enthält; eine erste Elektrodenhalbleiterschicht eines ersten elektrisch Leitfähigkeitstyps, die sich in eine zweite Richtung erstreckt und die erste Richtung schneidet, und mit jeder der Schmalbandrückenschicht des geschichteten Aufbaus und jeder Breit-Bandlückenschicht des geschichteten Aufbaus verbunden ist; und eine zweite Elektrodenhalbleiterschicht vom zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyps, die sich in eine dritte Richtung erstreckt, die die erste Richtung schneidet und die mit jeder Schmal-Bandlückenschicht der geschichteten Struktur und jeder Breit-Bandlückenschicht der geschichteten Struktur verbunden ist, wobei das erste Gebiet mehr an der ersten Anbindung liegt als zu einem mittleren Bereich der Breit-Bandlückenschicht in der ersten Richtung, und das zweite Gebiet mehr zu der zweiten Anbindung liegt als zu dem mittleren Bereich der Breit-Bandlückenschicht in der ersten Richtung, und wobei das erste Gebiet durch Dotieren der negativen festen Ladungen in das an die erste Anbindung angebundene Breit-Bandlückenschicht ausgebildet wird, und das zweite Gebiet durch Dotieren der positiven festen Ladungen in die an die zweite Anbindung angebundene Breit-Bandlückenschicht ausgebildet wird.
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung enthält: einen geschichteten Aufbau, in dem wenigstens eine Schmal-Bandlückenschicht aus einem Material ausgebildet ist, das eine schmälere Bandlücke aufweist als ein Material einer Schicht, die benachbart zu der Schmal-Bandlückenschicht in einer ersten Richtung oder einer Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung angeordnet ist und wenigstens einer Breit-Bandlückenschicht ausgebildet aus einem Material, das eine breitere Bandlücke aufweist, weist das Material einer Schicht benachbart zu der Breit-Bandlückenschicht in der ersten Richtung oder der Richtung entgegengesetzt zur ersten Richtung abwechselnd geschichtet sind, der geschichtete Aufbau enthält wenigstens eine Doppelanbindungsstruktur mit einer ersten Anbindung, bei der die Breit-Bandlückenschicht und die Schmal-Bandlückenschicht in dieser Reihenfolge in der ersten Richtung geschichtet und miteinander verbunden sind und einer zweiten Anbindung, bei der die Schmal-Bandlückenschicht und die Breit-Bandlückenschicht in dieser Reihenfolge in der ersten Richtung geschichtet und miteinander verbunden sind, und mit wenigstens einem Paar eines ersten Gebietes, das eine feste negative Ladung aufweist mit einem zweiten Gebiet, das eine positive feste Ladung aufweist; einer Schottky-Elektrodenschicht, die sich in eine zweite Richtung erstreckt, die die erste Richtung schneidet und die an jede der Schmal-Bandlückenschicht des geschichteten Aufbaus und jede der Breit-Bandlückenschicht des geschichteten Aufbaus Schottky-angebunden ist; und mit einer Elektrodenhalbleiterschicht, die sich in eine dritte Richtung erstreckt, die die erste Richtung schneidet und die an jede Schmal-Bandlückenschicht des geschichteten Aufbaus und jede der Breit-Bandlückenschicht des geschichteten Aufbaus angebunden ist, wobei das erste Gebiet näher an der ersten Anbindung liegt als zu einem mittleren Bereich der Breit-Bandlückenschicht in der ersten Richtung und das zweite Gebiet näher an der zweiten Anbindung liegt als zu dem mittleren Gebiet der Breit-Bandlückenschicht in der ersten Richtung, und wobei das erste Gebiet durch Dotieren negativer fester Ladungen in die an der ersten Anbindung verbundene Breit-Bandlückenschicht ausgebildet ist; und das zweite Gebiet durch Dotieren der positiven festen Ladungen in die an der zweiten Anbindung verbundene Breit-Bandlückenschicht ausgebildet ist.
  • Gemäß dem vorangegangenen Aspekt der Erfindung kann der Unterschied zwischen der Löcherkonzentration, verursacht durch die negativen festen Ladungen und der Elektronenkonzentration verursacht durch die positiven festen Ladungen einem solchen Konzentrationsunterschied entsprechen, dass allein die Löcher oder allein die Elektronen fehlen, wenn eine Spannung zwischen der ersten Elektrodenhalbleiterschicht und der zweiten Elektrodenhalbleiterschicht angelegt wird.
  • Gemäß dem vorangegangenen Aspekt ist die Halbleitervorrichtung eine elektrische Energiespeicherhalbleitervorrichtung.
  • Gemäß dem vorangegangenen Aspekt können die negative feste Ladung des ersten Gebiets und die positive feste Ladung des zweiten Gebiets Polarisationsladungen enthalten, die durch wenigstens eines von spontaner Polarisierung und Piezo-Polarisierung erzeugt wurden, d. h. die negative feste Ladung des ersten Gebiets und die positive feste Ladung des zweiten Gebiets können beide feste Ladungen enthalten, die dotiert wurden und Polarisationsladungen, die durch wenigstens eine aus spontaner Polarisierung und Piezo-Polarisierung erzeugt wurden.
  • Gemäß dem vorangegangenen Aspekt kann die Halbleitervorrichtung außerdem ein drittes Gebiet zwischen dem ersten Gebiet und dem zweiten Gebiet enthalten, das in einem der wenigstens einen Doppelanbindungsstruktur oder zwischen dem ersten Gebiet in einem der beiden gegenseitig benachbarten Doppelanbindungsstrukturen der wenigstens einen Doppelanbindungsstruktur und dem zweiten Gebiet in dem anderen der beiden gegenseitig benachbarten Doppelanbindungsstrukturen der wenigstens einen Doppelanbindungsstruktur bereit gestellt sein, das dritte Gebiet weist eine geringere Konzentration an positiven festen Ladungen oder negativen festen Ladungen auf, als das erste Gebiet und das zweite Gebiet.
  • Gemäß dem vorangegangenen Aspekt kann das dritte Gebiet ein Gebiet aufweisen mit negativen festen Ladungen und ein Gebiet mit positiven festen Ladungen, und das Gebiet mit den negativen festen Ladungen kann näher an dem zweiten Gebiet angeordnet sein als zu dem Gebiet mit den positiven festen Ladungen.
  • Gemäß dem vorangegangenen Aspekt kann das dritte Gebiet in einer Schicht bereitgestellt werden wie die geringste Durchbruchsspannung der Schichten in einer der wenigstens einen Doppelanbindungsstruktur aufweist.
  • Gemäß dem vorangegangenen Aspekt kann die erste Elektrodenhalbleiterschicht durch Dotieren von Dotierstoffen eines ersten elektrischen Leitfähigkeitstyps in jede der Schichten des geschichteten Aufbaus ausgebildet werden.
  • Gemäß dem vorangegangenen Aspekt kann die zweite Elektrodenhalbleiterschicht durch Dotieren von Dotierstoffen eines zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyps in jede Schicht des geschichteten Aufbaus ausgebildet werden. Gemäß dem vorangegangenen Aspekt kann die erste Elektrodenhalbleiterschicht oder zweite Elektrodenhalbleiterschicht aus dem gleichen Material ausgebildet sein, wie die Schicht mit der schmalsten Bandlücke der Schichten, die in dem geschichteten Aufbau enthalten sind, und kann als einzelne Halbleiterschicht ausgebildet sein.
  • Gemäß der vorangegangenen Aspekte der Erfindung kann eine kleine Halbleitervorrichtung hergestellt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Im folgenden werden Eigenschaften, Vorteile, und technische und wirtschaftliche Bedeutung der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung in Bezug auf die begleitenden Figuren erläutert, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und wobei:
  • 1 ein Diagramm darstellt, das schematisch einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Beispiel zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung zeigt;
  • 2 ein Diagramm darstellt, das schematisch einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 3 ein Diagramm darstellt, das schematisch einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 4 ein Diagramm darstellt, das schematisch einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung gemäß einem vierten Beispiel zur Erläuterung von Teilaspekten der Erfindung zeigt;
  • 5 ein Diagramm darstellt, das schematisch einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 6 ein Diagramm darstellt, das schematisch einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 7 ein Diagramm darstellt, das schematisch einen Querschnitt einer Halbleitervorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise als elektrische Energiespeicherhalbleitervorrichtung wie beispielsweise ein Kondensator oder ähnliches verwendet werden. Eine erste Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: einen geschichteten Aufbau, in welchem wenigstens drei Halbleiterschichten geschichtet sind; eine Elektrodenhalbleiterschicht ersten elektrischen Leitfähigkeitstyps, die sich in einer zweiten Richtung erstreckt, die die erste Richtung schneidet und an jede Schicht der geschichteten Struktur angebunden ist; und eine Elektrodenhalbleiterschicht zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyps, die sich in eine dritte Richtung erstreckt, die die erste Richtung schneidet und an jede Schicht der geschichteten Struktur angebunden ist. Eine zweite Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung umfasst: einen geschichteten Aufbau, in dem wenigstens drei Halbleiterschichten geschichtet sind; eine Schottky-Elektrodenschicht, die sich in eine zweite Richtung erstreckt und die eine erste Richtung schneidet und an jede Schicht des geschichteten Aufbaus Schottky-angebunden ist; und eine Elektrodenhalbleiterschicht, die sich in eine dritte Schicht erstreckt, die die erste Richtung schneidet und an jede Schicht des geschichteten Aufbaus angebunden ist.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird der geschichtete Aufbau durch Schichten von Halbleiterschichten ausgebildet, die sich in ihrer Bandlücke unterscheiden. Beispiele für Kombinationen für Halbleiterschichten, die sich in ihrer Bandlücke unterscheiden, umfassen Schichtkombinationen zweier oder mehrerer Arten an Kristallmaterialien, Isotopenmaterialen und Kristallstrukturmaterialien. Konkreter sind die möglichen Kombinationen an Kristallmaterialien Kombinationen verschiedener Elemente, z. B.: Kombinationen von Gruppen III-V Halbleiterkomponenten mit einer oder mehr Spezies der Gruppen III-Atome und einer oder mehr Spezies der Gruppen V-Atome, wie beispielsweise eine Kombination von AlGaN und GaN, eine Kombination von AlGaAs und GaAs, und eine Kombination von InAlGaAsP und In-GaP, usw.; Kombinationen von Gruppen II-VI Halbleiterkomponenten mit einer oder mehr Spezies in der Gruppe II-Atome und einer oder Mehr Spezies der Gruppen VI-Atome, die beispielsweise eine Kombination ZnMgO und ZnO, usw.; Kombinationen von Gruppen IV Halbleiterkomponenten, die eine oder mehr Spezies der Gruppen IV-Atome enthalten, die sich im Zusammensetzungsverhältnis voneinander unterscheiden, wie beispielsweise Kombinationen SiGeC, SiGeSi und Ge, usw.; Kombinationen von Gruppen II-IV-VI Halbleiterkomponenten, wie Kombinationen von CdS und CZTS, etc.. Es wird angemerkt, dass in Bezug auf die oben aufgelisteten Komponenten die Indizes, die die Zusammensetzungsverhältnisse anzeigen, weg gelassen wurden, und in den Anwendungen solche Komponenten mit geeigneten Zusammensetzungsverhältnissen verwendet werden können. Beispiele von Kombinationen von Isotopenmaterialien enthalten eine Kombination von 13C und 12C und eine Kombination von 28Si, 29Si und 30Si. Beispiele von Kombinationen von Kristallstrukturmaterialien enthalten eine Kombination von Wurtzit und Zinkblendenstruktur GaN und eine Kombination von Einkristall GaN und Polykristall GaN. Bezüglich der Kombinationen an Halbleiterschichten, die sich in der Bandlücke unterscheiden, können die Kombinationen mit großen Bandlückenunterschied und kleinem Unterschied in der Gitterkonstante und Kombinationen mit großem Bandlückenunterschied und großen spontanen Polarisationskoeffizient und einem großen Piezo-Polarisationskoeffizient sein. Jede Halbleiterschicht kann eine charakteristische große Wärmeleitfähigkeit, große Mobilität, große Sättigungsgeschwindigkeit und kleine Defektdichte aufweisen. Außerdem können Kombinationen beispielsweise Kombinationen mit großem Bandlückenunterschied, kleinem Unterschied in der Gitterkonstante und großen Koeffizient der spontanen Polarisation und Piezo-Polarisation sein wie auch eine Kombination von AlGaN und GaN, etc. sein.
  • Die Halbleiterschichten, die den geschichteten Aufbau bilden, sind derart geschichtet, dass die Schmal-Bandlückenschichten und Breit-Bandlückenschichten sich miteinander abwechseln in der ersten Richtung (z. B. eine Richtung von der rückseitigen Oberfläche zur gegenüberliegenden Oberflächenseite der Halbleitervorrichtung). Jede Schmal-Bandlückenschicht wird aus einem Material gebildet, das eine schmälere Bandlücke aufweist als das Material der Schicht, die in der ersten Richtung oder der entgegengesetzten Richtung benachbart zur Schmal-Bandlückenschicht angeordnet ist. Jede Breit-Bandlückenschicht ist aus einem Material gebildet, das eine breitere Bandlücke aufweist als das Material der Schicht, die in der ersten Richtung oder der entgegengesetzten Richtung benachbart ist. Im Übrigen kann jede der Schmal-Bandlücken und Breit-Bandlückenschichten auch eine intrinsische Halbleiterschicht sein.
  • Da der geschichtete Aufbau wenigstens drei Halbleiterschichten aufweist, enthält der geschichtete Aufbau wenigstens einen ersten Anbindungsabschnitt, an dem eine Breit-Bandlückenschicht und eine Schmal-Bandlückenschicht geschichtet sind und in dieser Reihenfolge in der ersten Richtung aneinander angebunden sind und wenigstens einen zweiten Anbindungsabschnitt an dem eine Schmal-Bandlückenschicht und eine Breit-Bandlückenschicht geschichtet sind und in dieser Reihenfolge in der ersten Richtung aneinander angebunden sind (im Folgenden wird eine Anbindungsstruktur, die ein Paar aus einem ersten Anbindungsabschnitt und einem zweiten Anbindungsabschnitt enthält als „Doppelanbindungsstruktur” bezeichnet). In jeder Doppelanbindungsstruktur können der erste Anbindungsabschnitt und der zweite Anbindungsabschnitt in dieser Reihenfolge in der ersten Richtung angeordnet sein oder entgegengesetzt kann der zweite Anbindungsabschnitt und der erste Anbindungsabschnitt in dieser Reihenfolge in der ersten Richtung angeordnet sein. Beispiele geschichteter Aufbauten mit drei Schichten werden im Folgenden gezeigt und konkret beschrieben. In einem geschichteten Aufbau, in dem eine Schmal-Bandlückenschicht, eine Breit-Bandlückenschicht und eine Schmal-Bandlückenschicht in dieser Reihenfolge in der ersten Richtung geschichtet sind, sind der zweite Anbindungsabschnitt und der erste Anbindungsabschnitt in dieser Reihenfolge der ersten Richtung angeordnet. Andererseits sind in einer geschichteten Struktur, in der eine Breit-Bandlückenschicht, eine Schmal-Bandlückenschicht und eine Breit-Bandlückenschicht in dieser Reihenfolge in der ersten Richtung angeordnet sind, der erste Anbindungsabschnitt und der zweite Anbindungsabschnitt in dieser Reihenfolge in der ersten Richtung angeordnet.
  • Die geschichtete Struktur enthält eine Doppelanbindungsstruktur oder eine Vielzahl von Doppelanbindungsstrukturen, die in der ersten Richtung übereinander geschichtet sind. Falls eine Schmal-Bandlückenschicht eine Breit-Bandlückenschicht zu dem geschichteten Aufbau hinzugefügt werden, erhöht sich die Anzahl der Doppelanbindungsstrukturen in dem geschichteten Aufbau um eins. Beispielsweise ist in einem geschichteten Aufbau mit fünf Schichten insgesamt als Ergebnis der abwechselnden Schichtung von Schmal-Bandlückenschichten und Breit-Bandlückenschichten die Anzahl der Doppelanbindungsstrukturen in dem geschichteten Aufbau zwei.
  • In einem geschichteten Aufbau, in dem drei oder mehr Arten an Halbleiterschichten übereinander geschichtet sind, die sich voneinander in der Bandlücke unterscheiden, können die Kombinationen der Schmal-Bandlückenschicht und der Breit-Bandlückenschicht der Anbindungsabschnitte für jeden Anbindungsabschnitt unterschiedlich sein. Konkret heißt das beispielsweise, Schichten von Al1-x-GaxAs/GaAs/Al1-yGayAs (wobei x # y) können in dieser Reihenfolge geschichtet sein, oder Schichten aus 29Si/28Si/30Si können in dieser Reihenfolge geschichtet sein. Außerdem können die Kombinationen der Schmal-Bandlückenschicht und der Breit-Bandlückenschicht des ersten Anbindungsabschnitts und Schmal-Bandlückenschicht und Breit-Bandlückenschicht des zweiten Anbindungsabschnitts in den Doppelanbindungsstrukturen für jede Doppelanbindungsstruktur verschieden sein. Zum Beispiel können Schichten aus in dieser Reihenfolge geschichtet sein oder Schichten aus Al1-xGaxAs/GaAs/Al1-x GaxAs/GaAs/Al1-yGayAsGaAs/Al1-yGayAs können auch in dieser Reihenfolge geschichtet sein. In den vorangegangenen Zusammensetzungsformeln gilt 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x ≠ y.
  • Jede Doppelanbindungsstruktur des geschichteten Aufbaus enthält wenigstens ein Paar eines ersten Gebiets, das eine negative feste Ladung aufweist und ein zweites Gebiet, das eine positive feste Ladung aufweist. Das erste Gebiet ist in der Breit-Bandlückenschicht enthalten und an den ersten Anbindungsabschnitt angebunden und ist an einer Seite der Schicht angeordnet, die näher an dem ersten Anbindungsabschnitt ist, als zu einem Mittelbereich der Breit-Bandlückenschicht in der ersten Richtung. Das zweite Gebiet ist in der Breit-Bandlückenschicht enthalten und an den zweiten Anbindungsabschnitt angeschlossen und befindet sich an einer Seite der Schicht, die näher an dem zweiten Anbindungsabschnitt liegt als an einem Mittelbereich der Breit-Bandlückenschicht der ersten Richtung. In der Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung bildet sich, da an dem ersten Anbindungsabschnitt der Breit-Bandlückenschichtabschnitt das erste Gebiet enthält, das die negative feste Ladung aufweist ein 2DHG-Gebiet in der Schmal-Bandlückenschicht aus die an den ersten Anbindungsabschnitt an die Breit-Bandlückenschicht angebunden ist. Außerdem, da an dem zweiten Anbindungsabschnitt die Breit-Bandlückenschicht das zweite Gebiet enthält, das eine positive feste Ladung aufweist, wird ein 2DEG-Gebiet in der Schmal-Bandlückenschicht an dem zweiten Anbindungsabschnitt zur Breit-Bandlückenschicht ausgebildet. Da das 2DHG-Gebiet und das DEG-Gebiet Ladungen anhäufen, kann die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung als elektrische Energiespeicherhalbleitervorrichtung wie beispielsweise ein Kondensator oder Ähnliches verwendet werden.
  • Eine erste Halbleitervorrichtung, in dem die Elektrodenhalbleiterschicht mit ersten elektrischen Leitfähigkeitstyps eine p-Schicht ist und die Elektrodenhalbleiterschicht von zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyp eine n-Schicht ist mit dem Folgenden als Beispiel gezeigt und beschrieben. In einer non-bias-Zeit während der kein Potentialunterschied an die Halbleitervorrichtung angelegt ist, ist das 2DHG-Gebiet elektrisch mit der p-Schicht verbunden, aber nicht elektrisch mit der n-Schicht. Das 2DEG-Gebiet ist elektrisch mit der n-Schicht verbunden, aber ist nicht elektrisch mit der p-Schicht verbunden. Als Ergebnis sammeln das 2DHG-Gebiet und das 2DEG-Gebiet elektrische Ladung. Wenn eine Reversevorspannung an die Halbleitervorrichtung (während einer Reversevorspannungszeit) angelegt wird, erstrecken sich Verarmungsschichten zwischen die p-Schicht und das 2DHG-Gebiet und zwischen die n-Schicht und das 2DEG-Gebiet, so dass die Durchbruchspannung aufrechterhalten wird. Die gewünschte Durchbruchspannung kann durch Einstellen der Bandlücke und der Dicke jeder der Schichten die den geschichteten Aufbau bilden erhalten werden. Ein Aufbau, bei dem das Material der breiten Bandlückenschicht AlGaN und das Material jeder Schmal-Bandlückenschicht GaN ist, wird als Beispiel gezeigt und weiter unten im Detail beschrieben. Wenn die Ladungskonzentration an der Schnittstelle zwischen einer Breit-Bandlückenschicht und einer Schmal-Bandlückenschicht (die Gesamtheit der Polarisationsladungen und dotierten Ladungen) ist 1,0 × 1013 cm–2, lässt sich eine Durchbruchspannung von etwa einem Volt erhalten, falls die Dicke D der Breit-Bandlückenschicht und die Dicke d der Schmal-Bandlückenschicht beide größer oder gleich 100 nm sind. Ladungen mit einer Konzentration, die in etwa der vorher genannten Ladungskonzentration an der Schnittstelle entspricht, können an der Halbleitervorrichtung angesammelt werden. Gemäß der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung können Ladungen in dem 2DHG-Gebiet und dem 2DEG-Gebiet angesammelt werden, so dass eine kleine Halbleitervorrichtung realisiert werden kann. In der ersten Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung kann der Unterschied zwischen der Trägerkonzentration (Löcher), die in dem ersten Anbindungsabschnitt oder dem zweiten Anbindungsabschnitt durch die negativen festen Ladungen (die Trägerkonzentration in dem 2DHG-Gebiet) und der Konzentration der Träger (Elektronen) erzeugt in dem ersten Anbindungsgebiet oder dem zweiten Anbindungsgebiet durch die positiven festen Ladungen (die Trägerkonzentration in dem 2DHG-Gebiet) einen solchen Konzentrationsunterschied entsprechen, dass die Löcher alleine oder die Elektronen alleine fehlen, wenn eine Spannung zwischen der Elektrodenhalbleiterschicht mit einem ersten elektrischen Leitfähigkeitstyp (die erste Elektrodenhalbleiterschicht) und der Elektrodenhalbleiterschicht von einem zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyp (die zweite Elektrodenhalbleiterschicht) angelegt wird. In der zweiten Halbleitervorrichtung der Erfindung kann der Unterschied zwischen der Konzentration der Löcher, die in dem ersten Anbindungsabschnitt oder dem zweiten Anbindungsabschnitt erzeugt werden durch die negativen festen Ladungen und der Konzentration der Elektronen, die in dem ersten Anbindungsabschnitt oder dem zweiten Anbindungsabschnitt durch die positiven Ladungen erzeugt werden einer solchen Konzentrationsdifferenz entsprechen, dass die Löcher alleine oder die Elektronen alleine fehlen, wenn eine Spannung zwischen der Schottky-Elektronenschicht und der Elektrodenhalbleiterschicht angelegt ist. Wenn der Trägerkonzentrationsunterschied zwischen dem 2DHG-Gebiet und dem 2DEG-Gebiet eine vorher festgelegte Konzentrationsdifferenz (z. B. 20%) übersteigt, verschwindet das 2DHG oder 2DEG-Gebiet mit der kleineren Trägerkonzentration der zweiten Gebiete zuerst und das andere der 2DHG oder 2DEG-Gebiete bleibt bestehen, wenn die Trägerkonzentration in dem 2DHG-Gebiet und die Trägerkonzentration in dem 2DEG-Gebiet durch Anlegen einer Reversevorspannung an die Elektrodenhalbleiterschicht mit ersten elektrischen Leitfähigkeitstyp und an die Elektrodenhalbleiterschicht von zweitem elektrischen Leitfähigkeitstyp (Anlegen einer Spannung mit einer solchen Polarität, dass die Trägerkonzentration in dem 2DHG-Gebiet und die Trägerkonzentration in dem 2DEG-Gebiet abnimmt). In diesem Fall konzentriert sich das elektrische Feld an Endabschnitten derjenigen Trägerschicht, die bestehen bleibt und die Durchbruchspannung nimmt ab. Das heißt, die Ladungsträgerkonzentrationsdifferenz zwischen der Trägerschicht, die durch die negativen festen Ladungen (2DHG-Gebiete) erzeugt wurden und der Ladungsschicht, die durch die positiven festen Ladungen (2DEG-Gebiet) erzeugt wurden, kann einem Konzentrationsunterschied entsprechen, der gleich oder kleiner als 20% ist, was dem entspricht, dass „solch ein Konzentrationsunterschied, dass Löcher alleine oder Elektronen alleine fehlen, wenn eine Spannung zwischen der ersten Elektrodenhalbleiterschicht und der zweiten Elektrodenhalbleiterschicht angelegt ist”. Im Übrigen ist der konkrete Bereich des numerischen Wertes eines „solchen Konzentrationsunterschieds, dass Elektronen alleine oder Elektronen alleine fehlen, wenn eine Spannung an die Elektrodenhalbleiterschicht des ersten elektrischen Leitfähigkeitstyps und die Elektrodenhalbleiterschicht des zweiten Elektrodenhalbleitertyps angelegt ist” nicht auf die vorgenannte Konzentration gleich oder kleiner als 20% begrenzt. Der obere Grenzwert dieses Bereichs als numerischer Wert ändert sich in Abhängigkeit der Eigenschaften der Halbleitermaterialien, die in der Halbleitervorrichtung verwendet werden (elektrische Durchlässigkeit oder Ähnliches), des Aufbaus der Halbleitervorrichtung (dem Abstand zwischen der Elektrodenhalbleiterschicht mit ersten elektrischen Leitfähigkeitstyps und der Elektrodenhalbleiterschicht mit zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyp), etc., und wird daher manchmal 5% oder weniger oder 50% oder weniger.
  • Die Fälle, in denen nur eines aus dem 2DHG-Gebiet und dem 2DEG-Gebiet fehlen, enthalten folgende zwei Szenarien. Eines ist der Fall, in dem das 2DHG-Gebiet und das 2DEG-Gebiet gemeinsam existieren. In diesem Fall ist das Elektrodengebiet groß. Dieses Szenario ist daher effektiv für die Größenverringerung der Halbleitervorrichtung als Kondensator. Der zweite Fall ergibt sich, wenn das 2DHG-Gebiet und das 2DEG-Gebiet gemeinsam verschwinden. In diesem Fall bestehen nur die festen Ladungen und ein Teil der Spannung wird durch das elektrische Feld zwischen den festen Ladungen aufrechterhalten. Dieses Szenario ist daher effektiv, um die Größe einer Halbleitervorrichtung mit einer hohen Durchbruchsspannung zu erhalten.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen die positiven oder negativen festen Ladungen dotierte Ladungen. Es können auch positive und negative festen Ladungen als Polarisationsladungen vorhanden sein. Es ist ausreichend, wenn die Halbleitervorrichtung wenigstens dotierte Ladungen enthält.
  • Die Halbleitervorrichtung kann auch beides, Polarisationsladungen und dotierte Ladungen enthalten. Falls beides, Polarisationsladungen und dotierte Ladungen enthalten sind, entspricht die positive oder negative feste Ladung der Summe der Polarisationsladungen und der dotierten Ladungen. Die Polarisationsladung lässt sich einteilen in Polarisationsladung, die durch spontane Polarisation erzeugt wurde und Polarisationsladung, die durch Piezo-Polarisation erzeugt wurde. Beispielsweise, falls eine Kombination von AlGaN und GaN verwendet wird, kann die Polarisationsladung als positive oder negative feste Ladung verwendet werden, wie es in dieser Beschreibung beschrieben wird. Außerdem, falls irgendeine der Kombinationen von AlGaAs and GaAs, Si und Ge, 13C und 12C, 28Si, 29Si und 30Si verwendet wird, ist es nötig, die positiven oder negativen festen Ladungen, wie in der Beschreibung beschrieben, zu dotieren, da Polarisationsladung nicht verwendet werden kann. Selbst für ein Material, bei dem Polarisationsladung verwendet werden kann, können außerdem Ladungen dotiert werden, um als positive oder negative feste Ladungen verwendet werden zu können.
  • Da positive und negative feste Ladungen in eine Halbleiterschicht des geschichteten Aufbaus dotiert werden, kann die dotierte Ladung so verteilt werden, dass die Ladung in den planaren Richtungen der Halbleiterschichten des geschichteten Aufbaus homogen ist (die planaren Richtungen deren normalen Vektor in die erste Richtung zeigt) und so dass die Ladungen, die bis zu einer Tiefe reichen, die einer Gesamtdicke mehrerer von mehrerer zehn Atomen entspricht (z. B. weniger als oder gleich etwa 10 nm). „Homogen in planare Richtungen” ist hierbei nicht darauf beschränkt, dass die Atome gleichmäßig in den planaren Richtungen (ein sogenannter δ-dotierter Zustand) verteilt ist, sondern umfasst auch den Zustand, in dem verschiedene Atome punktförmige oder linienförmige Aggregate bilden und solche Aggregate von Atomen homogen in im Wesentlichen gleichen Intervallen in den planaren Richtungen verteilt sind. Der geschichtete Aufbau kann außerdem ein drittes Gebiet enthalten mit einer geringeren festen Trägerkonzentration als das erste Gebiet und das zweite Gebiet. Das dritte Gebiet kann zwischen dem ersten Gebiet und dem zweiten Gebiet in einer Doppelanbindungsstruktur angeordnet sein. Falls der geschichtete Aufbau außerdem zwei oder mehr Doppelanbindungsstrukturen aufweist, kann das dritte Gebiet zwischen dem ersten Gebiet und einem der zwei benachbarten Doppelanbindungsstrukturen und dem zweiten Gebiet der anderen der beiden benachbarten Anbindungsstrukturen angeordnet sein.
  • Die festen Ladungen des dritten Gebiets können nur negative feste Ladungen oder positive feste Ladungen sein oder aber auch beides. In diesem Fall, in dem das dritte Gebiet beides, negative feste Ladungen und positive feste Ladungen aufweist, kann das Gebiet des dritten Gebiets, in dem die negativen festen Ladungen angeordnet sind mehr an den zweiten Gebiet liegen als das Gebiet des dritten Gebiets mit den positiven festen Ladungen an dem zweiten Gebiet. Das heißt, das Gebiet mit den positiven festen Ladungen kann mehr an dem zweiten Gebiet liegen als das Gebiet mit den negativen festen Ladungen.
  • Das dritte Gebiet kann in einer Schmal-Bandlückenschicht oder kann auch in einer Breit-Bandlückenschicht angeordnet sein. Um die Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung zu erhöhen, kann das dritte Gebiet in einer Schicht mit der geringsten Durchbruchspannung (peak inverse voltage) der Schichten der Doppelanbindungsstruktur angeordnet sein.
  • Die Elektrodenhalbleiterschicht mit ersten elektrischen Leitfähigkeitstyp und die Elektrodenhalbleiterschicht mit zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyp in der ersten Halbleitervorrichtung der Erfindung können als Multilayerstruktur oder als Einzelschichtstruktur ausgebildet sein. Falls die Elektrodenhalbleiterschicht mit ersten elektrischen Leitfähigkeitstyp und die Elektrodenhalbleiterschicht mit zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyp eine Einzelschichtstruktur haben, können die Elektrodenhalbleiterschichten eher unter Verwendung des gleichen Materials wie das der Schmal-Bandlückenschicht, die die geschichtete Struktur bildet, ausgebildet werden als unter Verwendung des Materials, das die Breit-Bandlückenschicht der geschichteten Struktur bildet. In diesem Fall kann jede der Elektrodenhalbleiterschichten als einzelne Halbleiterschicht unter Verwendung desselben Materials wie das der Schicht deren Bandlücke in der geschichteten Struktur am schmälsten ist, ausgebildet sein. Die Elektrodenhalbleiterschicht des ersten elektrischen Leitfähigkeitstyps und die Elektrodenhalbleiterschicht des zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyps können Halbleiterschichten sein, die anders als die Halbleiterschichten sind, die die geschichtete Struktur bilden und können miteinander verbunden sein. In dem Fall, in denen die Elektrodenhalbleiterschicht ersten elektrischen Leitfähigkeitstyps und die Elektrodenhalbleiterschicht zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyps eine Multilayerstruktur aufweisen, kann die Elektrodenhalbleiterschicht ersten elektrischen Leitfähigkeitstyps und die Elektrodenhalbleiterschicht zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyps ausgebildet werden und dem Dotierstoffe ersten elektrischen Leitfähigkeitstyps und Dotierstoffe zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyps entsprechend in die geschichtete Struktur implantiert werden. Die Elektrodenhalbleiterschicht ersten elektrischen Leitfähigkeitstyps und die Elektrodenhalbleiterschicht zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyps der Halbleitervorrichtung können beispielsweise an ihren Oberflächen oder Ähnlichem an Metallelektroden oder Ähnlichem angebunden sein, so dass die Spannung über die Metallelektroden an die Elektrodenhalbleiterschichten angelegt wird.
  • In der zweiten Halbleitervorrichtung der Erfindung kann die Elektrodenhalbleiterschicht eine Elektrodenhalbleiterschicht ersten elektrischen Leitfähigkeitstyps oder auch eine Elektrodenhalbleiterschicht zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyps sein gemäß dem Material der Elektrodenschicht, die mit der Elektrodenhalbleiterschicht ein Paar bildet. Die Elektrodenhalbleiterschicht der zweiten Halbleitervorrichtung kann im Wesentlichen den gleichen Aufbau aufweisen wie die Elektrodenhalbleiterschicht ersten elektrischen Leitfähigkeitstyps in der ersten Halbleitervorrichtung oder der Elektrodenhalbleiterschicht zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyps der ersten Halbleitervorrichtung.
  • Die Schottky-Elektrodenschicht kann eine Multilayerstruktur oder eine Einzelschichtstruktur aufweisen. In dem Fall, in dem eine Kombination von AlGaN und GaN oder eine Kombination von AlGaAs und GaAs als Materialien der geschichteten Struktur verwendet werden, kann eine Metallschicht aus AlPtAuNi oder Pd oder eine geschichtete Metallstruktur durch Schichten von zwei oder mehreren dieser Materialien als Schottky-Elektrodenschicht verwendet werden. Da die Kombination von AlGaN und GaN und die Kombination von AlGaAs und GaAs eine große Bandlücke aufweisen, bilden diese Metallmaterialien mit irgendeiner der Kombinationen eine Schottky-Anbindung in Bezug auf Löcher genauso wie in Bezug auf Elektronen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, nicht nur vorteilhafter Weise die Durchbruchspannung durch die positiven oder negativen festen Ladungen in der geschichteten Struktur zu erhöhen, sondern auch den Verlust aufgrund der Existenz von Trägerschichten (den 2DHG und 2DEG-Gebieten) in den intrinsischen Halbleiterschichten, die die geschichtete Struktur bilden, zu verringern. Es ist daher möglich, beides, eine erhöhte Durchbruchspannung und einen verringerten Verlust der Halbleitervorrichtung zu erreichen und die Größe der Halbleitervorrichtung zu reduzieren.
  • ERSTES BEISPIEL
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst die Halbleitervorrichtung 10 einen geschichteten Aufbau 100, eine p-Typ Elektrodenhalbleiterschicht 110, eine n-Typ Elektrodenhalbleiterschicht 120, eine erste Elektrode 191, die an eine Oberfläche der p-Typ Elektrodenhalbleiterschicht 110 angebunden ist, und eine zweite Elektrode 192, die an eine Oberfläche der n-Typ Elektrodenhalbleiterschicht 120 angebunden ist. Die geschichtete Struktur 100 enthält Schmal-Bandlückenschichten 101, 103 und 105, von denen jede eine intrinsische Halbleiterschicht aus dem Material GaN ist und Breit-Bandlückenschichten 102 und 104 von denen jede intrinsische Halbleiterschichten aus dem Material AlGaN sind. Die Schmal-Bandlückenschichten 101, 103 und 105 und die Breitbandlückenschichten 102 und 104 sind in der Reihenfolge der Schmal-Bandlückenschicht 105, der Breit-Bandlückenschicht 104, der Schmal-Bandlückenschicht 103, der Breit-Bandlückenschicht 102 und die Nah-Bandlückenschicht 101 in der ersten Richtung (eine positive Richtung entlang dem Pfeil Y in 1) geschichtet. Jede der Schmal-Bandlückenschichten 102 und 104 sind aus einem Material gebildet, das eine breitere Bandlücke aufweist als das Material der Schmal-Bandlückenschicht 101 oder 103, die in der ersten Richtung jeweils zur Breit-Bandlückenschicht 102 oder 104 benachbart sind. Jede der Schmal-Bandlückenschichten 103 und 105 ist aus einem Material gebildet, das eine schmälere Bandlücke aufweist als das Material der Breit-Bandlückenschicht 102 oder 104, die in der ersten Richtung jeweils zu der Schmal-Bandlückenschicht 103 oder 105 benachbart sind. Die Schmal-Banklückenschicht 101 ist aus einem Material gebildet, dessen Bandlücke schmäler ist als die Bandlücke des Materials der Breit-Bandlückenschicht 102, die in der entgegengesetzten Richtung zur ersten Richtung benachbart zu der Schmal-Bandlückenschicht 101 liegt.
  • Die Schmal-Bandlückenschicht 101 und die Breit-Bandlückenschicht 102 sind an dem ersten Anbindungsabschnitt 151 miteinander verbunden. Die Breit-Bandlückenschicht 102 und die Schmal-Bandlückenschicht 103 sind an dem zweiten Anbindungsabschnitt 152 miteinander verbunden. Die Schmal-Bandlückenschicht 103 und die Breit-Bandlückenschicht 104 sind an dem ersten Anbindungsabschnitt 153 miteinander verbunden. Die Breit-Bandlückenschicht 104 und die Schmal-Bandlückenschicht 105 sind jeweils an dem zweiten Anbindungsabschnitt 154 miteinander verbunden. Die geschichtete Struktur 100 umfasst eine Doppelanbindungsstruktur, die den ersten Anbindungsabschnitt 151 und den zweiten Anbindungsabschnitt 152 enthält, und eine Doppelanbindungsstruktur, die den ersten Anbindungsabschnitt 153 und den zweiten Anbindungsabschnitt 154 enthält. Das heißt, die geschichtete Struktur 100 enthält zwei Doppelanbindungsstrukturen, in denen ein zweiter Anbindungsabschnitt und ein erster Anbindungsabschnitt in dieser Reihenfolge in der ersten Richtung angeordnet sind. Die Elektrodenhalbleiterschicht 110 erstreckt sich von einer zweiten Richtung (einer negativen Richtung entlang dem Pfeil X in 1) von der geschichteten Struktur 100. Das heißt, die Elektrodenhalbleiterschicht 110 ist in der zweiten Richtung benachbart zur geschichteten Struktur 100. Die Elektrodenhalbleiterschicht 120 erstreckt sich in eine dritte Richtung (die positive Richtung entlang des Pfeils X in 1) von der geschichteten Struktur 100. Das heißt, die Elektrodenhalbleiterschicht 120 ist in der dritten Richtung benachbart zu der geschichteten Struktur 100. Die zweite Richtung und die dritte Richtung sind senkrecht zu der ersten Richtung. Die Elektrodenhalbleiterschicht 110 und die Elektrodenhalbleiterschicht 120 sind an gegenüberliegenden Seiten der geschichteten Struktur 100 angeordnet und stehen sich in den X-Richtungen gegenüber. Die p-Typ Elektrodenhalbleiterschicht 110 enthält p-Schichten 111, 113 und 115, die jeweils p-Typ Halbleiterschichten aus dem Material GaN sind, und p-Schichten 112 und 114, von denen jede eine p-Typ Halbleiterschicht aus dem Material AlGaN ist. Die n-Typ Elektrodenhalbleiterschicht 120 enthält n-Schichten 121, 123 und 125, von denen jede eine n-Typ Halbleiterschicht aus dem Material GaN ist, und n-Schichten 122 und 124, von denen jede eine n-Typ Halbleiterschicht aus dem Material AlGaN ist. Die p-Schicht 111, die Schmal-Bandlückenschicht 101 und die n-Schicht 121 sind durch eine Reihe an GaN Materialschichten gebildet. Die p-Schicht 112, die Breit-Bandlückenschicht 102 und die n-Schicht 122 sind durch eine Reihe an AlGaN Materialschichten gebildet. Die p-Schicht 113, die Schmal-Bandlückenschicht 103 und die n-Schicht 123 sind durch eine Reihe an GaN Materialschichten ausgebildet. Die p-Schicht 114, die Breitbandlückenschicht 104 und die n-Schicht 124 sind durch eine Reihe an AlGaN Materialschichten ausgebildet. Die p-Schicht 115, die Schmal-Bandlückenschicht 105 und die n-Schicht 125 sind durch eine Reihe an GaN Materialschichten gebildet. Die p-Schichten 111 bis 115 und die n-Schichten 121 bis 125 können durch das Schichten von Breit-Bandlückenschichten 102 und 104, welche intrinsische Halbleiterschichten sind, die Schmal-Bandlückenschichten 101, 103 und 105, die ebenso intrinsische Halbleiterschichten sind, und dann durch Implantieren von p-Typ Dotierstoffen und n-Typ Dotierstoffen in die entsprechende der zwei entgegengesetzten Endbereiche der geschichteten Schichten ausgebildet werden.
  • Die Breit-Bandlückenschicht 102 enthält ein erstes Gebiet 131 mit negativer fester Ladung, und ein zweites Gebiet 132 mit positiver fester Ladung. In dem Fall, in dem ein GaN Material und ein AlGaN Material kombiniert werden, wird das erste Gebiet 131 und das zweite Gebiet 132 aufgrund von Polarisation ausgebildet. Das erste Gebiet 131 in der Breit-Bandlückenschicht 102 befindet sich in einer Seite, die näher an dem ersten Anbindungsabschnitt 151 angeordnet ist als zu einem mittleren Punkt in der Breit-Bandlückenschicht 102 in der ersten Richtung. Das zweite Gebiet 132 in der Breit-Bandlückenschicht 102 ist in einer Seite angeordnet, die näher an dem zweiten Anbindungsabschnitt 152 angeordnet ist als für den mittleren Punkt in der Breit-Bandlückenschicht 102 in der ersten Richtung. Genauer gesagt ist das erste Gebiet 131 in der Breit-Bandlückenschicht 102 nahe dem ersten Anbindungsabschnitt 152 und das zweite Gebiet 132 in der Breit-Bandlückenschicht 102 ist nahe dem zweiten Anbindungsabschnitt 152 angeordnet. Genauso enthält die Breit-Bandlückenschicht 104 ein erstes Gebiet 133 mit einer negativen festen Ladung und ein zweites Gebiet 134 mit einer positiven festen Ladung. Das erste Gebiet 133 in der Breit-Bandlückenschicht 104 ist auf einer Seite angeordnet, die näher an dem ersten Anbindungsabschnitt 153 als zu einem mittleren Punkt in der Breit-Bandlückenschicht 104 in der ersten Richtung. Das zweite Gebiet 134 in der Breit-Bandlückenschicht 104 ist auf einer Seite angeordnet, die näher an dem zweiten Anbindungsabschnitt 154 liegt als zu dem mittleren Punkt in der Breit-Bandlückenschicht 104 in der ersten Richtung. Genauer gesagt ist das erste Gebiet 133 in der Breit-Bandlückenschicht 104 nahe dem ersten Anbindungsabschnitt 153, und das zweite Gebiet 134 in der Breit-Bandlückenschicht 104 ist nahe dem zweiten Anbindungsabschnitt 154 angeordnet.
  • Wenn zwischen der Elektrodenhalbleiterschicht 110 und der Elektrodenhalbleiterschicht 120 der Halbleitervorrichtung 10 keine Spannung angelegt ist (zum Zeitpunkt keiner Vorspannung), sind 2DHG-Gebiete 141 und 143 in den Schmal-Bandlückenschichten 101 und 103, die jeweils an die ersten Anbindungsabschnitte 151 und 153 angebunden worden sind, ausgebildet. Außerdem werden 2DEG-Gebiete 142 und 144 in den Schmal-Bandlückenschichten 103 und 105 die jeweils an den zweiten Anbindungsabschnitten 152 und 154 angebunden worden sind, ausgebildet. Die 2DHG-Gebiete 141 und 143 sind elektrisch mit den p-Schichten 111 und 113 verbunden, aber sind nicht elektrisch verbunden mit den n-Schichten 121 und 123. Die 2DEG-Gebiete 142 und 144 sind mit den n-Schichten 123 und 125 verbunden, aber nicht elektrisch verbunden mit den p-Schichten 113 und 115. Als Ergebnis sammeln die 2DHG-Gebiete 141 und 143 und die 2DEG-Gebiete 142 und 144 Ladungen. Ist eine Potentialdifferenz zwischen der Elektrodenhalbleiterschicht 110 mit der Elektrodenhalbleiterschicht 120 vorhanden, mit der ersten Elektrode 191 auf der Niederpotentialseite und der zweiten Elektrode 192 auf der hohen Potentialseite (zur Zeit der Reversevorspannung) wie in 1 gezeigt, erstrecken sich Verarmungsschichten zwischen die Elektrodenhalbleiterschicht 110 und die 2DHG-Gebiete 141 und 143 und zwischen die Elektrodenhalbleiterschicht 120 und die 2DEG-Gebiete 142 und 144, so dass eine Durchbruchspannung aufrechterhalten wird. Im Übrigen ist die Ladungsträgerkonzentrationsdifferenz zwischen den 2DHG-Gebieten 141 und 143 und den 2DEG-Gebieten 142 und 144 eine solche Konzentrationsdifferenz, dass positive Löcher alleine und Elektronen alleine fehlen, wenn eine Spannung zwischen die Elektrodenhalbleiterschicht 110 und die Elektrodenhalbleiterschicht 120 angelegt wird. Durch Einstellen der Dicke oder der Bandlücke einer jeder der Schichten, die die geschichtete Struktur 100 bilden, kann die gewünschte Durchbruchspannung eingestellt werden. Gemäß der Halbleitervorrichtung 10 kann eine Halbleitervorrichtung mit geringer Größe hergestellt werden, da die Ladungen durch die 2DHG-Gebiete 141 und 143 und die 2DEG-Gebiete 142 und 144 angesammelt werden.
  • ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM
  • In einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist die positive oder negative feste Ladung eine Dotierungsladung. Wie in 2 gezeigt, wenn eine Kombination von Al1-xGaxAs (0 < x < 1) und GaAs verwendet wird, kann keine Polarisationsladung verwendet werden und daher wird die positive oder negative feste Ladung dotiert, um ein erstes Gebiet und ein zweites Gebiet in jeder der Breit-Bandlückenschichten auszubilden.
  • In einer Halbleitervorrichtung 20, wie in 2 gezeigt, werden GaAs Schichten anstelle der GaN Materialschichten in der Halbleitervorrichtung 10 verwendet, und Schichten aus Al1-xGaxAs werden verwendet anstelle der AlGaN Schichten in der Halbleitervorrichtung 10. Der geschichtete Aufbau 200 umfasst Schmal-Bandlückenschichten 201, 203 und 205 und Breit-Bandlückenschichten 202 und 204. Eine p-Typ Elektrodenhalbleiterschicht 210 enthält p-Schichten 211 bis 215. Eine n-Typ Elektrode 220 enthält n-Schichten 221 bis 225.
  • Die Breit-Bandlückenschicht 202 hat ein erstes Gebiet 231 mit negativer fester Ladung und ein zweites Gebiet 232 mit positiver fester Ladung. Das erste Gebiet 231 und das zweite Gebiet 232 werden ausgebildet durch δ-Dotieren der negativen festen Ladung und positiven festen Ladung in die jeweilige Breit-Bandlückenschicht 202. Die Breit-Bandlückenschicht 204 hat ein erstes Gebiet 233 mit negativer fester Ladung, und ein zweites Gebiet 234 mit positiver fester Ladung. Das erste Gebiet 233 und das zweite Gebiet 234 werden durch entsprechendes δ-Dotieren der negativen festen Ladung und der positiven festen Ladung in die Breit-Bandlückenschicht 204. Andere konkrete Ausführungsformen der Halbleitervorrichtung 220 entsprechen im Wesentlichen der Halbleitervorrichtung 10 der ersten Ausführungsform. Die anderen konkreten Ausführungsformen der Halbleitervorrichtung 20 können leicht verstanden werden, indem die Beschreibung der Halbleitervorrichtung 10 mit der Annahme, dass die 1 an der Hunderterstelle jedes Bezugszeichen durch 2 ersetzt wird, gelesen wird.
  • Wie in der zweiten Ausführungsform gezeigt, selbst wenn in einer geschichteten Struktur mit nur einer oder mehrerer Doppelanbindungsstrukturen, von denen jede eine Kombination einer Breit-Bandlückenschicht (202, 204) und einer Schmal-Bandlückenschicht (201, 203, 205) hat in der Polarisationsladung nicht verwendet werden kann, kann das erste Gebiet (231, 233) und das zweite Gebiet (232, 234) ausgebildet werden in jeder Breit-Bandlückenschicht (202, 204) durch Dotierung der festen Ladung. In der Halbleitervorrichtung 20 werden daher 2DHG-Gebiete 242 und 243 und 2DEG-Gebiete 242 und 244 ausgebildet, so dass Ladung darin angesammelt werden kann. Der Betrieb und Effekte, die zur Nicht-Vorspannungszeit und zur Reverse-Vorspannungszeit erhalten werden, sind im Wesentlichen die gleichen wie in der Halbleitervorrichtung 10.
  • DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • In einer Halbleitervorrichtung 11, wie in 3 gezeigt, weist die Schmal-Bandlückenschicht 103 ein drittes Gebiet 135 mit einer negativen festen Ladung auf. Das dritte Gebiet 135 wird durch Dotierung negativer fester Ladungen in die Schmal-Bandlückenschicht 103 ausgebildet. Die Konzentration der negativen festen Ladungen in dem dritten Gebiet 135 ist kleiner als die Konzentration der negativen festen Ladungen in den ersten Gebieten 131 und 133 und die Konzentration der positiven festen Ladungen in den zweiten Gebieten 132 und 134. Das dritte Gebiet 135 ist zwischen dem zweiten Gebiet 132 der Doppelanbindungsstruktur mit dem ersten Anbindungsabschnitt 151 und dem zweiten Anbindungsabschnitt 152 und dem ersten Gebiet 133 in der Doppelanbindungsstruktur mit dem ersten Anbindungsabschnitt 153 und dem zweiten Anbindungsabschnitt 154 angeordnet. Andere konkrete Konfigurationen in der Halbleitervorrichtung 11 entsprechen im Wesentlichen denen der Halbleitervorrichtung 10. Außerdem ist, da die festen Ladungen durch Dotierung ausgebildet werden, der Freiheitsgrad in der Lage zum Ausbilden der festen Ladungen sehr groß, so dass ein erstes Gebiet und ein zweites Gebiet nicht nur in der Nähe der Breit-Bandlückenschichtseite des ersten Anbindungsabschnitts oder des zweiten Anbindungsabschnitts sondern auch in der Nähe der Schmal-Bandlückenseite des ersten Anbindungsabschnitts und des zweiten Anbindungsabschnitts ausgebildet werden können. Es ist ebenso möglich, das 2DHG-Gebiet und ein 2DEG-Gebiet durch feste Ladungen in der Nähe der Heteroanbindung an der Schmal-Bandlückenseite auszubilden.
  • Da die Halbleitervorrichtung 11 das dritte Gebiet 135 mit der negativen festen Ladung aufweist, wird das Band der schmalen Bandlückenschicht 103 zur Zeit der Reversevorspannung angehoben. Als Ergebnis nimmt der Tunnelstrom der Elektronen zwischen dem 2DHG-Gebiet 143 und dem 2DEG-Gebiet 142 ab, und die Durchbruchspannung zwischen dem 2DHG-Gebiet 143 und dem 2DEG-Gebiet 142 verbessert sich. Andere Betriebsarten und Effekte zur Zeit der Nicht-Vorspannung und zur Zeit der Reversevorspannung entsprechen im Wesentlichen denen der Halbleitervorrichtung 10.
  • VIERTES BEISPIEL
  • Es können sowohl ein drittes Gebiet mit negativer fester Ladung und ein drittes Gebiet mit positiver fester Ladung in der geschichteten Struktur ausgebildet werden. In einer Speichervorrichtung 12, wie in 4 gezeigt, weist die Schmal-Bandlückenschicht 103 ein drittes Gebiet 137 auf, mit einer negativen festen Ladung und ein drittes Gebiet 138 mit positiver fester Ladung. Die dritten Gebiete 137 und 138 werden durch Dotieren negativer fester Ladungen und positiver fester Ladungen entsprechend in die Schmal-Bandlückenschicht 133 ausgebildet. Die Konzentration der negativen festen Ladungen in dem dritten Gebiet 137 und die Konzentration der positiven festen Ladungen in dem dritten Gebiet 138 ist niedriger als die Konzentration der negativen festen Ladungen in den ersten Gebieten 131 und 133 und die Konzentration der positiven festen Ladungen in den zweiten Gebieten 132 und 134. Die dritten Gebiete 137 und 138 sind zwischen dem zweiten Gebiet 132 der Doppelanbindungsstruktur mit dem ersten Anbindungsabschnitt 151 und dem zweiten Anbindungsabschnitt 152 und dem ersten Gebiet 133 der Doppelanbindungsstruktur mit dem ersten Anbindungsabschnitten 153 und dem zweiten Anbindungsabschnitt 154 angeordnet. Andere spezielle Konfigurationen der Halbleitervorrichtung 12 entsprechen im Wesentlichen denen der Halbleitervorrichtung 10.
  • Da die Halbleitervorrichtung 12 mit den dritten Gebieten 137 und 138 ausgestattet ist, wird zum Zeitpunkt des Anlegens der Rückwärtsvorspannung das Band der Schmal-Bandlückenschicht 103 wie bei der Halbleitervorrichtung 11 angehoben. Als Ergebnis nehmen der Tunnelstrom der Elektronen und der Tunnelstrom der positiven Löcher zwischen dem 2DHG-Gebiet 143 und dem 2DEG-Gebiet 142 ab. Als Ergebnis kann die Durchbruchspannung zwischen dem 2DHG-Gebiet 143 und dem 2DEG-Gebiet 142 gegenüber der dritten Ausführungsform weiter verbessert werden. Andere Betriebsweisen und Effekte zum Zeitpunkt der Nicht-Vorspannung und zum Zeitpunkt der Rückwärtsvorspannung entsprechen im Wesentlichen denen der Halbleitervorrichtung 10.
  • FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Wie in 5 gezeigt, enthält eine Halbleitervorrichtung 30 eine geschichtete Struktur 300, eine p-Typ Elektrodenhalbleiterschicht 310, eine n-Typ Elektrodenhalbleiterschicht 320, eine erste Elektrode 391, die an der Oberfläche der p-Typ Elektrodenhalbleiterschicht 310 verbunden ist und eine zweite Elektrode 392, die an der Oberfläche der n-Typ Elektrodenhalbleiterschicht 320 verbunden ist. Die geschichtete Struktur 300 enthält Breit-Bandlückenschichten 301, 303 und 305, von denen jede eine intrinsische Halbleiterschicht ist, dessen Material aus Al1-xGaxAs (0 < x < 1) entspricht, und Schmal-Bandlückenschichten 302 und 304, von denen jede eine intrinsische Halbleiterschicht aus GaAs besteht. Die Breit-Bandlückenschichten 301, 303 und 305 und die Schmal-Bandlückenschichten 302 und 304 sind in der Reihenfolge Breit-Bandlückenschicht 305, Schmal-Bandlückenschicht 304, Breit-Bandlückenschicht 303, Schmal-Bandlückenschicht 302 und Breit-Bandlückenschicht 301 in der ersten Richtung (eine positive Richtung entlang dem in 5 gezeigten Pfeil Y) geschichtet.
  • Die Schmal-Bandlückenschicht 302 und 304 sind aus einem Material gebildet, das eine schmälere Bandlücke aufweist als das Material der Breit-Bandlückenschichten 301 und 304, die benachbart zu den Schmal-Bandlückenschichten 302 und 304 in der ersten Richtung angeordnet sind. Die Breit-Bandlückenschichten 303 und 305 sind aus einem Material gebildet, das eine breitere Bandlücke aufweist als das Material der Schmal-Bandlückenschicht 302 und 304, die benachbart zu dem Breit-Bandlückenschichten 303 und 305 in der ersten Richtung angeordnet sind. Die Breit-Bandlückenschicht 301 ist aus einem Material gebildet, das eine breitere Bandlücke aufweist als das Material der Schmal-Bandlückenschicht 302, die benachbart zur Breit-Bandlückenschicht 301 in der entgegengesetzten Richtung der ersten Richtung angeordnet ist.
  • Die Breit-Bandlückenschicht 301 und die Schmal-Bandlückenschicht 302 sind an den zweiten Anbindungsabschnitt 352 angebunden. Die Schmal-Bandlückenschicht 302 und die Breit-Bandlückenschicht 303 sind bei einem ersten Anbindungsabschnitt 351 verbunden. Die Breit-Bandlückenschicht 303 und die Schmal-Bandlückenschicht 304 sind an einem zweiten Anbindungsabschnitt 354 verbunden. Die Schmal-Bandlückenschicht 304 und die Breit-Bandlückenschicht 305 sind an einem ersten Anbindungsabschnitt 353 verbunden. Die geschichtete Struktur 300 weist eine Doppelanbindungsstruktur auf mit dem ersten Anbindungsabschnitt 351, mit dem zweiten Abschnitt 352, und einer Doppelanbindungsstruktur mit dem ersten Anbindungsabschnitt 353 und dem zweiten Anbindungsabschnitt 354. Die geschichtete Struktur 300 weist zwei Anbindungsstrukturen auf, bei denen in jedem ein erster Anbindungsabschnitt und ein zweiter Anbindungsabschnitt in dieser Reihenfolge in der ersten Richtung angeordnet sind.
  • Die Elektrodenhalbleiterschicht 310 erstreckt sich in eine zweite Richtung (eine negative Richtung entlang dem in 5 dargestellten Pfeil X) der geschichteten Struktur 300. Die Elektrodenhalbleiterschicht 320 erstreckt sich in eine dritte Richtung (die positive Richtung entlang des in 5 dargestellten Pfeils X) von der geschichteten Struktur 300. Die zweite Richtung und die dritte Richtung sind orthogonal zur ersten Richtung. Die Elektrodenhalbleitervorrichtung 310 und die Elektrodenhalbleiterschicht 320 sind auf zwei gegenüberliegenden Enden der geschichteten Struktur 300 in den X-Richtungen angeordnet und stehen sich gegenüber.
  • Die p-Typ Elektrodenhalbleiterschicht 310 enthält p-Schichten 311, 313 und 315, von denen jeder p-Typ Halbleiterschicht aus Al1-xGaxAs besteht, und p-Schichten 312 und 314, die beide aus einer p-Typ Halbleiterschicht aus GaAs bestehen.
  • Die n-Typ Elektrodenhalbleiterschicht 320 enthält n-Schichten 321, 323 und 325, die alle aus n-Typ Halbleiterschichten aus Al1-xGaxAs und p-Schichten 323 und 324, von denen jede eine n-Typ Halbleiterschicht aus GaAs ist, besteht. Die p-Schicht 311, die Breit-Bandlückenschicht 301 und die n-Schicht 321 sind aus einer Reihe von Al1-xGaxAs Materialschichten ausgebildet. Die p-Schicht 312, die Schmal-Bandlückenschicht 302 und die n-Schicht 322 sind aus einer Reihe GaAs Materialschichten ausgebildet. Die p-Schicht 313, Breit-Bandlückenschicht 303 und die n-Schicht 323 sind aus einer Reihe Al1-xGaxAs Materialschichten ausgebildet. Die p-Schicht 314, die Schmal-Bandlückenschicht 304, und die n-Schicht 324 sind aus einer Reihe von GaAs Materialschichten gebildet. Die p-Schicht 315, die Breit-Bandlückenschicht 305 und die n-Schicht 325 sind aus einer Reihe Al1-xGaxAs Materialschichten ausgebildet. Die p-Schicht 311 bis 315 und die n-Schichten 321 bis 325 werden durch Übereinanderschichten der Schmal-Bandlückenschichten 302 und 304, welche intrinsische Halbleiterschichten sind, oder den Breit-Bandlückenschichten 301, 303 und 305, welche ebenfalls intrinsische Halbleiterschichten sind, und nachfolgendem Implantieren entweder eines p-Typ Dotierstoffes oder eines n-Typ Dotierstoffes in die entsprechende der beiden gegenüberliegenden Abschnitte jeder übereinander geschichteten Struktur hergestellt. Die Breit-Bandlückenschicht 301 enthält ein zweites Gebiet 332 mit positiven festen Ladungen. Die Breit-Bandlückenschicht 303 enthält ein erstes Gebiet 333 mit negativer fester Ladung und ein zweites Gebiet 334 mit positiver fester Ladung. Die Breit-Bandlückenschicht 305 enthält ein erstes Gebiet 333 mit negativer fester Ladung. Die ersten Gebiete 331 und 333 und die zweiten Gebiete 332 und 334 werden durch δ-Dotieren negativer fester Ladungen oder positiver fester Ladungen je nachdem in die Breit-Bandlückenschichten 301, 303 und 305 gebildet. Das erste Gebiet 331 in der Breit-Bandlückenschicht 303 ist an einer Seite angeordnet, die näher an den ersten Anbindungsabschnitt 351 als zur Mitte der Breit-Bandlückenschicht 303 in der ersten Richtung angeordnet. Das zweite Gebiet 332 in der Breit-Bandlückenschicht 301 ist an einer Seite angeordnet, die näher an dem zweiten Anbindungsabschnitt 352 liegt als zur Mitte der Breit-Bandlückenschicht 301 in der ersten Richtung. Genauer gesagt, ist das erste Gebiet 331 in der Breit-Bandlückenschicht 303 nahe des ersten Anbindungsabschnitts 351 und das zweite Gebiet 332 in der Breit-Bandlückenschicht 301 nahe des zweiten Anbindungsabschnitts 352 angeordnet. Das erste Gebiet 333 in der Breit-Bandlückenschicht 305 ist an einer Seite angeordnet, die näher zum ersten Anbindungsabschnitt 353 als zur Mitte der Breit-Bandlückenschicht 305 in der ersten Richtung. Das zweite Gebiet 334 in der Breit-Bandlückenschicht 303 ist an einer Seite angeordnet, die näher an den zweiten Anbindungsabschnitt 354 liegt als zur Mitte der Breit-Bandlückenschicht 303 in der ersten Richtung. Genauer gesagt ist das erste Gebiet 333 in der Breit-Bandlückenschicht 305 nahe des ersten Anbindungsabschnitts 353 und das zweite Gebiet 334 in der Breit-Bandlückenschicht 303 nahe dem zweiten Anbindungsabschnitt 354 angeordnet.
  • Die Schmal-Bandlückenschicht 302 weist ein drittes Gebiet 335 auf, mit negativen festen Ladungen und ein drittes Gebiet 336 mit positiven festen Ladungen. Die Schmal-Bandlückenschicht 304 weist ein drittes Gebiet 337 mit negativen festen Ladungen und ein drittes Gebiet 338 mit positiven festen Ladungen auf. Die dritten Gebiet 335, 336, 337 und 338 werden durch Dotieren negativer und positiver fester Ladungen in jede der Schmal-Bandlückenschichten 302 und 304 ausgebildet. Die Konzentration der negativen festen Ladungen in den dritten Gebieten 335 und 337 und die Konzentration der positiven festen Ladungen in den dritten Gebieten 336 und 338 sind geringer als die Konzentration der negativen festen Ladungen in den ersten Gebieten 331 und 333 und die Konzentration der positiven festen Ladungen in den zweiten Gebieten 332 und 334. Die dritten Gebiete 335 und 336 sind zwischen dem ersten Gebiet 331 und dem zweiten Gebiet 332 angeordnet, die in einer Doppelanbindungsstruktur mit dem ersten Anbindungsabschnitt 351 und dem zweiten Anbindungsabschnitt 352 enthalten sind. Die dritten Gebiete 337 und 338 sind zwischen dem ersten Gebiet 333 und dem zweiten Gebiet 334 angeordnet, die in einer Doppelanbindungsstruktur aus dem ersten Anbindungsabschnitt 353 und dem zweiten Anbindungsabschnitt 354 enthalten sind.
  • Zum Zeitpunkt ohne Vorspannung der Halbleitervorrichtung 30 wird ein 2DHG-Gebiet 341 und ein 2DEG-Gebiet 342 in der Schmal-Bandlückenschicht 302, das an den ersten Anbindungsabschnitt 351 und an dem zweiten Anbindungsabschnitt 352 angebunden ist, ausgebildet. Außerdem wird ein 2DHG-Gebiet 253 und ein 2DEG-Gebiet 344 in der Schmal-Bandlückenschicht 304 angebunden an den ersten Anbindungsabschnitt 353 und an den zweiten Anbindungsabschnitt 354 ausgebildet. Die 2DHG-Gebiete 351 und 354 sind elektrisch mit den p-Schichten 311 und 313 entsprechend verbunden, sind aber nicht elektrisch mit den n-Schichten 321 und 323 verbunden. Außerdem sind die 2DEG-Gebiete 342 und 344 elektrisch mit den n-Schichten 323 und 325 entsprechend verbunden, sind aber nicht elektrisch mit den p-Schichten 313 und 315 verbunden. Als Ergebnis sammeln die 2DHG-Gebiete 341 und 343 und die 2DEG-Gebiete 342 und 344 Ladungen. Wie in 5 gezeigt, erstrecken sich zum Zeitpunkt der Rückwärtsvorspannung Verarmungsschichten zwischen der Elektrodenhalbleiterschicht 310 und den 2DHG-Gebieten 341 und 344 und zwischen der Halbleiterschicht 320 und den 2DEG-Gebieten 342 und 344, so dass die Durchbruchspannung aufrechterhalten wird. Durch Anpassen der Dicke oder der Bandlücke jeder der Schichten, die die geschichtete Struktur 300 bilden, kann die gewünschte Durchbruchspannung erhalten werden. Gemäß der Halbleitervorrichtung 30 ist es möglich, eine Halbleitervorrichtung kleiner Größe zu erhalten, da die 2DHG-Gebiete 341 und 343 und die 2DEG-Gebiete 342 und 344 Ladung ansammeln.
  • Außerdem ist die Halbleitervorrichtung 30 mit dritten Gebieten 335 bis 338 ausgestattet und zur Zeit der Reversevorspannung in den Halbleitervorrichtungen 11 und 12 werden die Bänder der Schmal-Bandlückenschichten 302 und 304 angehoben. Als Ergebnis nehmen der Tunnelstrom der Elektronen und der Tunnelstrom der positiven Löcher zwischen dem 2DHG-Gebiet 341 und dem 2DEG-Gebiet 342 und zwischen dem 2DHG-Gebiet 343 und dem 2DEG-Gebiet 344 ab. Als Ergebnis verbessert sich die Durchbruchspannung dazwischen.
  • SECHSTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • In einer in 6 dargestellten Halbleitervorrichtung 31 hat die Breit-Bandlückenschicht 303 ein drittes Gebiet 339 mit negativen festen Ladungen und ein drittes Gebiet 340 mit positiven festen Ladungen. Die Brückengebiete 339 und 340 werden durch Dotierung negativer fester Ladungen und positiver fester Ladungen in die Breit-Bandlückenschicht 303 hergestellt. Die Konzentration der negativen festen Ladungen in dem dritten Gebiet 339 und die Konzentration der positiven festen Ladungen in dem dritten Gebiet 340 ist geringer als die Konzentration der negativen festen Ladungen in den ersten Gebieten 331 und 333 und die Konzentration der positiven festen Ladungen in den zweiten Gebieten 332 und 334. Die dritten Gebiete 339 und 340 sind zwischen einem ersten Gebiet 351 und einer Doppelanbindungsstruktur mit einem ersten Anbindungsabschnitt 351 und einem zweiten Anbindungsabschnitt 352 und einem zweiten Gebiet 334 einer Doppelanbindungsstruktur mit einem ersten Anbindungsabschnitt 353 und einem zweiten Anbindungsabschnitt 354 angeordnet. Andere spezielle Konfigurationen der Halbleitervorrichtung 31 entsprechen im Wesentlichen der der Halbleitervorrichtung 30.
  • Da die Halbleitervorrichtung 31 mit dritten Gebieten 339 und 340 ausgebildet ist, wird das Band der Breit-Bandlückenschicht 303 zum Zeitpunkt der Reversevorspannung wie in den Halbleitervorrichtungen 11, 12 und 30 angehoben. Als Ergebnis nehmen der Tunnelstrom der Elektronen und der Tunnelstrom der positiven Löcher zwischen dem 2DHG-Gebiet 341 und dem 2DEG-Gebiet 344 ab, und die Durchbruchspannung steigt. Andere Betriebsarten und Effekte zu dem Zeitpunkt der Nicht-Vorspannung und zum Zeitpunkt der Rückwärtsvorspannung entsprechen im Wesentlichen denen der Halbleitervorrichtung 30.
  • Wie im Zusammenhang mit der fünften Ausführungsform und der sechsten Ausführungsform gezeigt, sind die dritten Gebiete in den Breit-Bandlückenschichten vorgesehen oder können ebenso in den Schmal-Bandlückenschichten angeordnet sein. Außerdem können die dritten Gebiete sowohl in den Breit-Bandlückenschichten als auch in den Schmal-Bandlückenschichten angeordnet sein. Um die Durchbruchspannung der Halbleitervorrichtung zu verbessern, kann das dritte Gebiet in einer Schicht mit der niedrigsten Durchbruchspannung der Schichten in der Doppelanbindungsstruktur angeordnet sein.
  • SIEBTE AUSFÜHRUNGSFORM
  • Eine Halbleitervorrichtung wie in 7 gezeigt, enthält eine geschichtete Struktur 400, eine p-Typ Elektrodenhalbleiterschicht 410, eine n-Typ Elektrodenhalbleiterschicht 420, eine erste Elektrode 491, verbunden mit einer Oberfläche der p-Typ Elektrodenhalbleiterschicht 410, und eine zweite Elektrode 492, verbunden mit einer Oberfläche der n-Typ Elektrodenhalbleiterschicht 420. Die Elektrodenhalbleiterschicht 410 ist durch eine einzige Halbleiterschicht vom p-Typ aus dem Material GaAs gebildet. Die Elektrodenhalbleiterschicht 420 ist ausgebildet durch eine einzige Halbleiterschicht des n-Typs aus dem Material GaAs. Andere spezielle Konfigurationen der Halbleitervorrichtung 40 entsprechen im Wesentlichen der Halbleitervorrichtung 20. Andere spezielle Konfigurationen der Halbleitervorrichtung 40 können auch einfach durch Lesen der Beschreibung der Halbleitervorrichtung 20 unter der Annahme, dass die 2 auf der hunderter Stelle jedes Bezugszeichen durch eine 4 ersetzt ist, verstanden werden.
  • In der Halbleitervorrichtung 40 ist es möglich, den Widerstand des Stroms zu reduzieren, der in der Elektrodenhalbleiterschicht 410 und 420 in Richtungen parallel zu den Y-Richtungen fließt, zu reduzieren, da jede der Elektrodenhalbleiterschichten 410 und 420 aus einer einzigen Halbleiterschicht gebildet ist.
  • MODIFIKATIONEN
  • Die p-Typ Elektrodenhalbleiterschichten und die n-Typ Elektrodenhalbleiterschichten in den Halbleitervorrichtungen gemäß der ersten bis siebten Ausführungsformen können durch Schottky-Elektrodenschichten ersetzt werden. Beispiele für Schottky-Elektrodenschichten, die verwendet werden können, enthalten Metallschichten aus Al, Pt, Au, Ni und Pd und Multi-Schichten-Metallschichten durch Übereinanderschichten irgendwelcher der vorgenannten Metallschichten.
  • Auch wenn oben spezielle Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, stellen die voran genannten Ausführungsformen lediglich Beispiele dar. Die Erfindung enthält verschiedene Modifikationen und Änderungen wie oben dargestellt. Beispielsweise, obwohl die Erstreckungsrichtung jeder der Elektrodenhalbleiterschichten (die Richtung in die die Elektrodenhalbleiterschicht nahe der geschichteten Struktur angeordnet ist) orthogonal zur Laminierungsrichtung (der ersten Richtung) der geschichteten Struktur der voran genannten Ausführungsformen dargestellt ist, ist dies nicht hierauf beschränkt. Das heißt, die Erstreckungsrichtung jeder der Elektrodenhalbleiterschichten (die Richtung in die die Elektrodenhalbleiterschicht benachbart zur beschichteten Struktur angeordnet ist), kann irgendeine Richtung sein, solange die Erstreckungsrichtung die Laminierungsrichtung der geschichteten Struktur schneidet.

Claims (21)

  1. Halbleitervorrichtung umfassend: eine geschichtete Struktur (100; 200; 300; 400), in der wenigstens eine Schmal-Bandlückenschicht (201, 203, 205, 301, 303, 305, 401, 403, 405) aus einem Material, das eine schmälere Bandlücke als das Material einer in einer ersten Richtung oder einer zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung zur Schmal-Bandlückenschicht benachbarten Schicht aufweist und mit wenigstens einer Breit-Bandlückenschicht (202, 204, 302, 304, 402, 404) aus einem Material mit einer breiteren Bandlücke als das Material einer in der ersten Richtung oder der zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung zur Breit-Bandlückenschicht benachbarte Schicht abwechselnd übereinander geschichtet sind, die geschichtete Struktur (100; 200; 300; 400) enthält wenigstens eine Doppelanbindungsstruktur mit einer ersten Anbindung, bei der die Breit-Bandlückenschicht und die Schmal-Bandlückenschicht übereinander geschichtet und in der Reihenfolge in der ersten Richtung verbunden sind und einer zweiten Anbindung, bei der die Schmal-Bandlückenschicht und die Breit-Bandlückenschicht in der Reihenfolge in der ersten Richtung geschichtet und miteinander verbunden sind, und jede der wenigstens einen Doppelanbindungsstruktur wenigstens ein Paar eines ersten Gebiets (231, 233, 331, 333, 431, 433) mit negativen festen Ladungen und einem zweiten Gebiet (232, 234, 332, 334, 432, 434) mit positiven festen Ladungen enthält; eine erste Elektrodenhalbleiterschicht (110; 210; 310; 410) ersten elektrischen Leitfähigkeitstyps, die sich in eine zweite Richtung erstreckt, die die erste Richtung schneidet und die mit jeder Schmal-Bandlückenschicht der geschichteten Struktur (100; 200; 300; 400) und jeder der Breit-Bandlückenschicht der geschichteten Struktur (100; 200; 300; 400) verbunden ist; und eine zweite Elektrodenhalbleiterschicht (120; 220; 320; 420) zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyps, die sich in eine dritte Richtung erstreckt, die die erste Richtung schneidet und die mit jeder der Schmal-Bandlückenschichten der geschichteten Struktur (100; 200; 300; 400) und jeder der Breit-Bandlückenschichten der geschichteten Struktur (100; 200; 300; 400) verbunden ist, wobei das erste Gebiet näher an der ersten Anbindung als zur Mitte der Breit-Bandlückenschicht in der ersten Richtung angeordnet ist, und das zweite Gebiet näher an der zweiten Anbindung als zur Mitte der Breit-Bandlückenschicht in der ersten Richtung angeordnet ist, und wobei das erste Gebiet durch Dotieren negativer fester Ladungen in die mit der ersten Anbindung verbundene Breit-Bandlückenschicht ausgebildet ist; und das zweite Gebiet durch Dotieren der positiven festen Ladungen in die mit der zweiten Anbindung verbundene Breit-Bandlückenschicht ausgebildet ist.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Unterschied zwischen der Konzentration der durch die negativen festen Ladungen induzierten Löcher und der Konzentration der durch die positiven festen Ladungen induzierten Elektronen derart ist, dass die Löcher alleine oder die Elektronen alleine fehlen, wenn eine Spannung zwischen der ersten Elektrodenhalbleiterschicht (110; 210; 310; 410) und der zweiten Elektrodenhalbleiterschicht (120; 220; 320; 420) angelegt wird.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Halbleitervorrichtung eine elektrische Energiespeicherhalbleitervorrichtung ist.
  4. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 wobei die negativen festen Ladungen des ersten Gebiets und die festen Ladungen des zweiten Gebiets außerdem Polarisationsladungen enthalten, die durch wenigstens spontane Polarisation erzeugt wurden.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die negativen festen Ladungen des ersten Gebiets und die positiven festen Ladungen des zweiten Gebiets sowohl die dotierten Ladungen als auch Polarisationsladungen, die durch wenigstens Piezo-Polarisation erzeugt wurden, enthalten.
  6. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, außerdem aufweisend ein drittes Gebiet (135, 137, 138, 335, 336, 337, 338) zwischen dem ersten Gebiet und dem zweiten Gebiet, die in einem von wenigstens einer Doppelanbindungsstruktur oder zwischen dem ersten Gebiet in einen der beiden gegenseitig benachbarten Doppelanbindungsstrukturen der wenigstens einen Doppelanbindungsstruktur und dem zweiten Gebiet in dem anderen der beiden gegenseitig benachbarten Doppelanbindungsstrukturen der wenigstens einen Doppelanbindungsstruktur bereit gestellt ist, das dritte Gebiet hat eine geringere Konzentration positiver fester Ladungen oder negativer fester Ladungen als das erste Gebiet und das zweite Gebiet.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei das dritte Gebiet ein Gebiet mit negativen festen Ladungen und ein Gebiet mit positiven festen Ladungen aufweist, und das Gebiet mit negativen festen Ladungen näher an dem zweiten Gebiet liegt als an dem Gebiet mit positiven festen Ladungen.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das dritte Gebiet in einer Schicht angeordnet ist die die geringste Durchbruchsspannung der in einer der wenigstens einen Doppelanbindungsstruktur bereit gestellten Schichten aufweist.
  9. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Elektrodenhalbleiterschicht (110; 210; 310) durch Dotieren eines Dotierstoffs ersten elektrischen Leitfähigkeitstyps in jede Schicht der geschichteten Struktur (100; 200; 300) ausgebildet ist.
  10. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die zweite Elektrodenhalbleiterschicht (120; 220; 320) durch Dotieren eines Dotierstoffs zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyps in jede Schicht der geschichteten Struktur (100; 200; 300) ausgebildet ist.
  11. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Elektrodenhalbleiterschicht (110; 210; 310) oder die zweiten Elektrodenhalbleiterschicht (120; 220; 320) aus dem gleichen Material ausgebildet werden wie eine Schicht mit der schmalsten Bandlücke der Schichten der geschichteten Struktur (100; 200; 300) und als einzelne Halbleiterschicht ausgebildet ist.
  12. Halbleitervorrichtung aufweisend eine geschichtete Struktur (100; 200; 300; 400), in der wenigstens eine Schmal-Bandlückenschicht aus einem Material, das eine schmälere Bandlücke als ein Material einer in einer ersten Richtung oder einer zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung zur Schmal-Bandlückenschicht benachbarten Schicht hat, und wenigstens eine Breit-Bandlückenschicht aus einem Material mit einer breiteren Bandlücke als ein Material einer in der ersten Richtung oder einer zur ersten Richtung entgegengesetzten Richtung einer zur Breit-Bandlückenschicht benachbarten Schicht abwechselnd geschichtet sind, die geschichtete Struktur (100; 200; 300; 400) enthält wenigstens eine Doppelanbindungsstruktur mit einer ersten Anbindung an der die Breit-Bandlückenschicht und die Schmal-Bandlückenschicht in dieser Reihenfolge in der ersten Richtung geschichtet miteinander verbunden sind und einer zweiten Anbindung, bei der die Schmal-Bandlückenschicht und die Breit-Bandlückenschicht dieser Reihenfolge in der ersten Richtung geschichtet und miteinander verbunden sind, und wenigstens ein Paar eines ersten Gebiets mit negativer fester Ladung und einem zweiten Gebiet mit positiver fester Ladung; eine Schottky-Elektrodenschicht, die sich in einer zweiten Richtung die die erste Richtung schneidet, erstreckt und die mit jeder Schmal-Bandlückenschicht der geschichteten Struktur (100; 200; 300; 400) und jeder Breit-Bandlückenschicht der geschichteten Struktur (100; 200; 300; 400) Schottky-verbunden ist; und eine Elektrodenhalbleiterschicht, die sich in eine dritte Richtung erstreckt, die die erste Richtung schneidet und die mit jeder Schmal-Bandlückenschicht geschichteten Struktur (100; 200; 300; 400) und jeder Breit-Bandlückenschicht der geschichteten Struktur (100; 200; 300; 400) verbunden ist, wobei das erste Gebiet in der ersten Richtung näher zu der ersten Anbindung liegt als zur Mitte der Breit-Bandlückenschicht, und das zweite Gebiet in der ersten Richtung näher an der zweiten Anbindung liegt als zur Mitte der Breit-Bandlückenschicht und wobei das erste Gebiet durch Dotieren negativer fester Ladungen in die an der ersten Anbindung verbundene Breit-Bandlückenschicht ausgebildet ist; und das zweite Gebiet durch Dotieren der positiven festen Ladungen in die an der zweiten Anbindung verbundene Breit-Bandlückenschicht ausgebildet ist.
  13. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei der Unterschied zwischen der Konzentration der durch die negativen festen Ladungen induzierten Löcher und der Konzentration der durch die positiven festen Ladungen induzierten Elektronen derart ist, dass die Löcher alleine oder die Elektronen alleine fehlen, wenn eine Spannung zwischen der Schottky-Elektrodenschicht und der Elektrodenhalbleiterschicht angelegt wird.
  14. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 13, wobei die negativen festen Ladungen des ersten Gebiets und die positiven festen Ladungen des zweiten Gebiets außerdem Polarisationsladungen enthalten, die durch wenigstens spontane Polarisation erzeugt wurden.
  15. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die negativen festen Ladungen des ersten Gebiets und die positiven festen Ladungen des zweiten Gebiets sowohl feste Ladungen aus der Dotierung als auch Polarisationsladungen erzeugt durch wenigstens Piezo-Polarisation enthalten.
  16. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15 außerdem aufweisend: ein drittes Gebiet zwischen dem ersten Gebiet und dem zweiten Gebiet, die in wenigstens einem der wenigstens einen Doppelanbindungsstruktur oder zwischen dem ersten Gebiet in einem der gegenseitig benachbarten Doppelanbindungsstrukturen von den wenigstens einen Doppelanbindungsstrukturen und dem zweiten Gebiet in dem anderen der beiden gegenseitig benachbarten Doppelanbindungsstrukturen der wenigstens einen Doppelanbindungsstruktur bereit gestellt ist, das dritte Gebiet eine geringere Konzentration an positiven festen Ladungen oder negativen festen Ladungen aufweist als das erste Gebiet und das zweite Gebiet.
  17. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 16, wobei das dritte Gebiet ein Gebiet mit negativer fester Ladung und ein Gebiet mit positiver fester Ladung aufweist und das Gebiet mit negativer fester Ladung näher zu dem zweiten Gebiet angeordnet ist als zu dem Gebiet mit positiver fester Ladung.
  18. Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei das dritte Gebiet in einer Schicht angeordnet ist, die die geringste Durchbruchspannung der in der wenigstens einen Doppelanbindungsstruktur bereitgestellten Schichten aufweist.
  19. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei die Elektrodenhalbleiterschicht durch Dotieren eines Dotierstoffs positiven Leitfähigkeitstyps in jede Schicht der geschichteten Struktur (100; 200; 300) erzeugt ist.
  20. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei die Elektrodenhalbleiterschicht durch Dotieren eines Dotierstoffs negativen Leitfähigkeitstyps in jede Schicht der geschichteten Struktur (100; 200; 300) erzeugt ist.
  21. Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei die Elektrodenhalbleiterschicht aus dem gleichen Material gebildet ist wie eine Schicht der geschichteten Struktur (400), die die Schmalste Bandlücke der Schichten der geschichteten Struktur (400) aufweist, und aus einer einzelnen Halbleiterschicht gebildet ist.
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