JP3283668B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
- H01L29/7782—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET
- H01L29/7783—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET using III-V semiconductor material
- H01L29/7785—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET using III-V semiconductor material with more than one donor layer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
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- H—ELECTRICITY
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- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
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- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/1025—Channel region of field-effect devices
- H01L29/1029—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors
-
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- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/15—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. multiple quantum wells, superlattices
- H01L29/158—Structures without potential periodicity in a direction perpendicular to a major surface of the substrate, i.e. vertical direction, e.g. lateral superlattices, lateral surface superlattices [LSS]
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に係り、詳
しくは、超格子構造を用いた高移動度半導体装置に適用
することができ、特に、高純度の結晶を要求せず、しか
も温度に依存せずに室温でも高移動度を実現することが
できる半導体装置に関する。近年、高電子移動度トラン
ジスタ（ＨＥＭＴ）は、低温での移動度を増加して、低
雑音及び高速動作を実現できるという利点を有する。し
かしながら、このＨＥＭＴでは、不純物散乱よりも光学
フォノン散乱が支配的になるため、室温における移動度
の増大は実現していない他、不純物散乱の抑制による高
移動化には、高純度の結晶が必要とされるため、更に移
動度を高めようとすると、結晶の純度の点で実現が困難
になってくるという欠点があった。
しくは、超格子構造を用いた高移動度半導体装置に適用
することができ、特に、高純度の結晶を要求せず、しか
も温度に依存せずに室温でも高移動度を実現することが
できる半導体装置に関する。近年、高電子移動度トラン
ジスタ（ＨＥＭＴ）は、低温での移動度を増加して、低
雑音及び高速動作を実現できるという利点を有する。し
かしながら、このＨＥＭＴでは、不純物散乱よりも光学
フォノン散乱が支配的になるため、室温における移動度
の増大は実現していない他、不純物散乱の抑制による高
移動化には、高純度の結晶が必要とされるため、更に移
動度を高めようとすると、結晶の純度の点で実現が困難
になってくるという欠点があった。
【０００２】そこで、高純度の結晶を要求せず、しかも
温度に依存せずに室温でも高移動度を実現することがで
きる半導体装置が要求されている。
温度に依存せずに室温でも高移動度を実現することがで
きる半導体装置が要求されている。
【０００３】
【従来の技術】従来から、２次元状態の電子が移動する
領域と不純物をドーピングする領域を空間的に分離する
ことによって、電子の不純物散乱を抑制し、低温での移
動度を増大して低雑音及び高速動作を行うことができる
ＨＥＭＴが知られている。
領域と不純物をドーピングする領域を空間的に分離する
ことによって、電子の不純物散乱を抑制し、低温での移
動度を増大して低雑音及び高速動作を行うことができる
ＨＥＭＴが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たような従来のＨＥＭＴにおいて、室温での電子の散乱
は、不純物散乱よりも光学フォノン散乱が支配的になる
ため、室温における移動度の増大は実現していないとい
う問題があった。また、不純物散乱の抑制による高移動
度化には、高純度の結晶が必要とされるため、意図しな
い不純物の混入をさけるために非常な努力が要求され
る。このため、更に移動度を高めようとすると、結晶の
純度の点で実現が困難になってくるという問題があっ
た。
たような従来のＨＥＭＴにおいて、室温での電子の散乱
は、不純物散乱よりも光学フォノン散乱が支配的になる
ため、室温における移動度の増大は実現していないとい
う問題があった。また、不純物散乱の抑制による高移動
度化には、高純度の結晶が必要とされるため、意図しな
い不純物の混入をさけるために非常な努力が要求され
る。このため、更に移動度を高めようとすると、結晶の
純度の点で実現が困難になってくるという問題があっ
た。
【０００５】そこで、本発明は、高純度の結晶を要求せ
ず、しかも温度に依存せずに室温でも高移動度を実現す
ることができる半導体装置を提供することを目的とす
る。
ず、しかも温度に依存せずに室温でも高移動度を実現す
ることができる半導体装置を提供することを目的とす
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
は上記目的達成のため、バンドオフセットを有する２種
以上の半導体材料を組み合わせて複数のミニバンドを形
成し、該複数のミニバンドの中の少なくとも一つのミニ
バンドの電子の有効質量を、この装置を構成したいずれ
の材料の電子の有効質量よりも小さくしたものである。
は上記目的達成のため、バンドオフセットを有する２種
以上の半導体材料を組み合わせて複数のミニバンドを形
成し、該複数のミニバンドの中の少なくとも一つのミニ
バンドの電子の有効質量を、この装置を構成したいずれ
の材料の電子の有効質量よりも小さくしたものである。
【０００７】その際、電子が移動するミニバンドは、前
記小さい有効質量を有するミニバンドが支配的になるよ
うに選択ドーピングの量を調整している。この場合、ド
ーピング量を調整することにより、高エネルギーで有効
質量の小さいミニバンドのみを効率良く電子の移動に寄
与させることができる。
記小さい有効質量を有するミニバンドが支配的になるよ
うに選択ドーピングの量を調整している。この場合、ド
ーピング量を調整することにより、高エネルギーで有効
質量の小さいミニバンドのみを効率良く電子の移動に寄
与させることができる。
【０００８】本発明において、前記ミニバンド構造は、
電子の移動方向にバンドオフセットを有する２種の材料
を交互に並べた構造で構成してもよいし、電子の移動方
向と電子の移動方向に垂直な方向とに周期構造で構成す
るようにしてもよく、前者の場合は、電子の移動方向に
ミニバンド構造を形成することができるので、電子の移
動方向の有効質量を効率良く低減することができ、ま
た、後者の場合は、電子の移動方向と電子の移動方向に
垂直な方向とにミニバンド構造を形成することができる
ので、該両方の方向の有効質量を効率良く低減すること
ができる。
電子の移動方向にバンドオフセットを有する２種の材料
を交互に並べた構造で構成してもよいし、電子の移動方
向と電子の移動方向に垂直な方向とに周期構造で構成す
るようにしてもよく、前者の場合は、電子の移動方向に
ミニバンド構造を形成することができるので、電子の移
動方向の有効質量を効率良く低減することができ、ま
た、後者の場合は、電子の移動方向と電子の移動方向に
垂直な方向とにミニバンド構造を形成することができる
ので、該両方の方向の有効質量を効率良く低減すること
ができる。
【０００９】本発明において、前記ミニバンド構造は、
ＨＥＭＴのチャネル層に形成してなるように構成しても
よく、この場合、ＨＥＭＴのチャネル層の電子の有効質
量を低減することができるので、従来の不純物散乱抑制
による場合のような高純度の結晶を要求せず、しかも温
度に依存せずに室温でも高移動度を実現することができ
るＨＥＭＴを得ることができる。そして、このようにミ
ニバンド構造をＨＥＭＴのチャネル層に形成する際は、
電子がチャネル層に閉じ込められることによって生じた
不連続なエネルギー準位のうち、最低の準位の小さい有
効質量を有するミニバンドが、電子の移動に支配的に関
与するようにチャネル層の層厚を調整してなるように構
成すれば、高エネルギーで有効質量の小さいミニバンド
のみを効率良く電子の移動に寄与させることができる。
ＨＥＭＴのチャネル層に形成してなるように構成しても
よく、この場合、ＨＥＭＴのチャネル層の電子の有効質
量を低減することができるので、従来の不純物散乱抑制
による場合のような高純度の結晶を要求せず、しかも温
度に依存せずに室温でも高移動度を実現することができ
るＨＥＭＴを得ることができる。そして、このようにミ
ニバンド構造をＨＥＭＴのチャネル層に形成する際は、
電子がチャネル層に閉じ込められることによって生じた
不連続なエネルギー準位のうち、最低の準位の小さい有
効質量を有するミニバンドが、電子の移動に支配的に関
与するようにチャネル層の層厚を調整してなるように構
成すれば、高エネルギーで有効質量の小さいミニバンド
のみを効率良く電子の移動に寄与させることができる。
【００１０】本発明において、例えばＨＥＭＴのチャネ
ル層は、電子の移動方向にＩｎＡｓとＧａＡｓを交互に
並べた構造を有し、層厚を１００オングストローム以下
とし、チャネル層をＩｎＡｌＡｓで挟んでなるように構
成するのが素子特性を良好にできる点で好適であり、ま
た、チャネル層の基板は、微傾斜基板を用いるのが周期
構造を容易に実現できる点で好適である。
ル層は、電子の移動方向にＩｎＡｓとＧａＡｓを交互に
並べた構造を有し、層厚を１００オングストローム以下
とし、チャネル層をＩｎＡｌＡｓで挟んでなるように構
成するのが素子特性を良好にできる点で好適であり、ま
た、チャネル層の基板は、微傾斜基板を用いるのが周期
構造を容易に実現できる点で好適である。
【００１１】
【作用】従来は、前述した如く、高移動度化の実現する
方法としては、電子の散乱を低減するという方法を採っ
ていたが、この方法では、更に高移動度を実現しようと
すると、結晶の高品質が相当に要求されるため、装置の
作製に多大な努力が必要となるうえ、室温での高移動度
を実現することができなかった。
方法としては、電子の散乱を低減するという方法を採っ
ていたが、この方法では、更に高移動度を実現しようと
すると、結晶の高品質が相当に要求されるため、装置の
作製に多大な努力が必要となるうえ、室温での高移動度
を実現することができなかった。
【００１２】さて、周期構造によってミニバンドが形成
されることは、良く知られており、このミニバンドの電
子の有効質量は、各々のミニバンドによって異なった値
を有する。そして、一般的傾向としては、最も低いエネ
ルギー準位のミニバンドの有効質量は大きく、エネルギ
ー準位の高いミニバンド程有効質量は小さくなる。そこ
で、本発明者は、鋭意検討した結果、高移動度を実現す
る方法として、従来のような電子の散乱を低減する方法
を採るのではなく、上記の如く電子の有効質量を小さく
する方法を採ればよいことに着目し、バンドオフセット
を有する２種以上の半導体材料を組み合わせて複数のミ
ニバンドを形成し、該複数のミニバンドの中の少なくと
も一つのミニバンドの電子の有効質量を、この装置を構
成したいずれの材料の電子の有効質量よりも小さくして
なるように構成した。具体的には、ＨＥＭＴのチャネル
層において、電子の閉じ込め方向に対して垂直方向に周
期構造を形成し、この周期構造によって形成されたミニ
バンドの中で有効質量が小さく、高エネルギーのミニバ
ンドのみがキャリア（電子）が移動することができるよ
うにしたところ、電子の移動に寄与させることができる
ので、従来の不純物散乱抑制による場合のような高純度
の結晶を要求せず、しかも温度に依存せずに室温でも高
移動度を実現することができた。なお、特定のミニバン
ドのみをキャリアが移動できるようにするためには、ド
ーピングの量を調節する等の方法が好適である。
されることは、良く知られており、このミニバンドの電
子の有効質量は、各々のミニバンドによって異なった値
を有する。そして、一般的傾向としては、最も低いエネ
ルギー準位のミニバンドの有効質量は大きく、エネルギ
ー準位の高いミニバンド程有効質量は小さくなる。そこ
で、本発明者は、鋭意検討した結果、高移動度を実現す
る方法として、従来のような電子の散乱を低減する方法
を採るのではなく、上記の如く電子の有効質量を小さく
する方法を採ればよいことに着目し、バンドオフセット
を有する２種以上の半導体材料を組み合わせて複数のミ
ニバンドを形成し、該複数のミニバンドの中の少なくと
も一つのミニバンドの電子の有効質量を、この装置を構
成したいずれの材料の電子の有効質量よりも小さくして
なるように構成した。具体的には、ＨＥＭＴのチャネル
層において、電子の閉じ込め方向に対して垂直方向に周
期構造を形成し、この周期構造によって形成されたミニ
バンドの中で有効質量が小さく、高エネルギーのミニバ
ンドのみがキャリア（電子）が移動することができるよ
うにしたところ、電子の移動に寄与させることができる
ので、従来の不純物散乱抑制による場合のような高純度
の結晶を要求せず、しかも温度に依存せずに室温でも高
移動度を実現することができた。なお、特定のミニバン
ドのみをキャリアが移動できるようにするためには、ド
ーピングの量を調節する等の方法が好適である。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。 （実施例１）図１は本発明の実施例１に係る半導体装置
の構造を示す断面図であり、図２は図１に示すチャネル
層の構造を示す斜視図である。図１，２において、１は
ＩｎＰ微傾斜基板であり、２はＩｎＰ微傾斜基板１上に
形成されたノンドープＩｎ0. 52Ａｌ0.52Ａｓバッファー
層であり、３はノンドープＩｎ0.52Ａｌ0.52バッファー
層２上に形成されたｎ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ電子供給
層であり、４はｎ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ電子供給層３
上に形成されたノンドープＩｎＡｌＡｓ層であり、５は
ノンドープＩｎ0.52Ａｌ0.52Ａｓ層４上に形成されたチ
ャネル層であり、６はチャネル層５上に形成されたノン
ドープＩｎ0.52Ａｌ0.52Ａｓ層であり、７はノンドープ
Ｉｎ0.52Ａｌ0.52Ａｓ層６上に形成されたｎ−Ｉｎ0.52
Ａｌ.48Ａｓ層であり、８はｎ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ
層７からｎ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ電子供給層３に達す
るまで形成されたトレンチであり、９はトレンチ８内に
埋め込まれたｎ+ 層であり、１０〜１２は各々ソース電
極、ゲート電極、ドレイン電極である。
の構造を示す断面図であり、図２は図１に示すチャネル
層の構造を示す斜視図である。図１，２において、１は
ＩｎＰ微傾斜基板であり、２はＩｎＰ微傾斜基板１上に
形成されたノンドープＩｎ0. 52Ａｌ0.52Ａｓバッファー
層であり、３はノンドープＩｎ0.52Ａｌ0.52バッファー
層２上に形成されたｎ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ電子供給
層であり、４はｎ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ電子供給層３
上に形成されたノンドープＩｎＡｌＡｓ層であり、５は
ノンドープＩｎ0.52Ａｌ0.52Ａｓ層４上に形成されたチ
ャネル層であり、６はチャネル層５上に形成されたノン
ドープＩｎ0.52Ａｌ0.52Ａｓ層であり、７はノンドープ
Ｉｎ0.52Ａｌ0.52Ａｓ層６上に形成されたｎ−Ｉｎ0.52
Ａｌ.48Ａｓ層であり、８はｎ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ
層７からｎ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ電子供給層３に達す
るまで形成されたトレンチであり、９はトレンチ８内に
埋め込まれたｎ+ 層であり、１０〜１２は各々ソース電
極、ゲート電極、ドレイン電極である。
【００１４】本実施例では、チャネル層５は、ＧａＡｓ
層５ａとＩｎＡｓ層５ｂを交互に並べた細線からなって
おり、この細線をノンドープＩｎ0.52Ａｌ0.52Ａｓ層
４，６のスペーサー層で挟み、更にその外側からｎ−Ｉ
ｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ層３，７で挟んだ構造をしている。
そして、チャネル層５への電子は、不純物をドーピング
することによって供給され、チャネル層５は、膜厚６０
オングストロームであり、ＧａＡｓ層５ａは膜厚２３．
４７６オングストロームであり、ＩｎＡｓ層５ｂは膜厚
１７６．０７０オングストロームである。
層５ａとＩｎＡｓ層５ｂを交互に並べた細線からなって
おり、この細線をノンドープＩｎ0.52Ａｌ0.52Ａｓ層
４，６のスペーサー層で挟み、更にその外側からｎ−Ｉ
ｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ層３，７で挟んだ構造をしている。
そして、チャネル層５への電子は、不純物をドーピング
することによって供給され、チャネル層５は、膜厚６０
オングストロームであり、ＧａＡｓ層５ａは膜厚２３．
４７６オングストロームであり、ＩｎＡｓ層５ｂは膜厚
１７６．０７０オングストロームである。
【００１５】ここで、図２に示す如く、ｘ，ｙ，ｚ軸を
決め、まずは、チャネル層５のｘ軸方向の周期構造によ
って小さい有効質量を実現できることを説明する。図３
は図２に示すＧａＡｓ層５ａとＩｎＡｓ層５ｂの周期構
造によって形成されたミニバンドを示す図である。ここ
で、ＧａＡｓ層５ａを２３．４７６オングストロームと
し、ＩｎＡｓ層５ｂを１７６．０７０オングストローム
とし、バンド不連続を０．６５〔ｅＶ〕として計算し
た。図３に示す各々のミニバンドのエネルギー準位の最
大値及び最小値とｘ方向の有効質量とを図４に示す。Ｇ
ａＡｓの有効質量は０．０６７ｍe であり、ＩｎＡｓの
有効質量は０．０２３ｍe であるのに対して、３番目の
ミニバンドの有効質量は０．０１０８ｍe となって、Ｉ
ｎＡｓの有効質量の半分以下となっている。そこで、高
移動度を実現するためには、３番目のミニバンドのみが
キャリアの移動に寄与するようにすればよく、このため
には、１番目のミニバンドと２番目のミニバンドは、全
て電子が詰まり、３番目のミニバンドには、空席が残る
ようにドーピング量を調整すればよい。
決め、まずは、チャネル層５のｘ軸方向の周期構造によ
って小さい有効質量を実現できることを説明する。図３
は図２に示すＧａＡｓ層５ａとＩｎＡｓ層５ｂの周期構
造によって形成されたミニバンドを示す図である。ここ
で、ＧａＡｓ層５ａを２３．４７６オングストロームと
し、ＩｎＡｓ層５ｂを１７６．０７０オングストローム
とし、バンド不連続を０．６５〔ｅＶ〕として計算し
た。図３に示す各々のミニバンドのエネルギー準位の最
大値及び最小値とｘ方向の有効質量とを図４に示す。Ｇ
ａＡｓの有効質量は０．０６７ｍe であり、ＩｎＡｓの
有効質量は０．０２３ｍe であるのに対して、３番目の
ミニバンドの有効質量は０．０１０８ｍe となって、Ｉ
ｎＡｓの有効質量の半分以下となっている。そこで、高
移動度を実現するためには、３番目のミニバンドのみが
キャリアの移動に寄与するようにすればよく、このため
には、１番目のミニバンドと２番目のミニバンドは、全
て電子が詰まり、３番目のミニバンドには、空席が残る
ようにドーピング量を調整すればよい。
【００１６】さて、チャネル層５の電子は、ｚ方向の閉
じ込めによって、不連続なエネルギー準位を有する。こ
こで、最低の準位をＥZ1とし、２番目の準位をＥZ2とす
る。チャネル層５が全てＩｎＡｓで形成される場合図５
に示す如くバンド構造になり、チャネル層がｘ軸方向に
周期ポテンシャルを有する時は、図６に示す如く、最低
の準位ＥZ1と２番目の準位ＥZ2のバンドが各々ミニバン
ドに分裂する。しかし、最低の準位ＥZ1の３番目のミニ
バンドの上端が、２番目の準位ＥZ2の１番目のミニバン
ドよりも高エネルギー側になった場合は、図７に示す如
く、ドーピングによって最初の準位ＥZ1の３番目のミニ
バンドの間にフェルミ準位が来るようにしても、２番目
の準位ＥZ2の１番目のミニバンドにも電子が供給され
て、２番目の準位ＥZ2の１番目のミニバンドの電子の有
効質量が移動度に寄与してしまうため、高移動度を実現
することができなくなる。
じ込めによって、不連続なエネルギー準位を有する。こ
こで、最低の準位をＥZ1とし、２番目の準位をＥZ2とす
る。チャネル層５が全てＩｎＡｓで形成される場合図５
に示す如くバンド構造になり、チャネル層がｘ軸方向に
周期ポテンシャルを有する時は、図６に示す如く、最低
の準位ＥZ1と２番目の準位ＥZ2のバンドが各々ミニバン
ドに分裂する。しかし、最低の準位ＥZ1の３番目のミニ
バンドの上端が、２番目の準位ＥZ2の１番目のミニバン
ドよりも高エネルギー側になった場合は、図７に示す如
く、ドーピングによって最初の準位ＥZ1の３番目のミニ
バンドの間にフェルミ準位が来るようにしても、２番目
の準位ＥZ2の１番目のミニバンドにも電子が供給され
て、２番目の準位ＥZ2の１番目のミニバンドの電子の有
効質量が移動度に寄与してしまうため、高移動度を実現
することができなくなる。
【００１７】そこで、本実施例では、最低の準位ＥZ1の
３番目のミニバンドが２番目の準位ＥZ2−最低の準位Ｅ
Z1が大きくなるようにチャネル層５を薄くする。この時
は、図８に示す如く、最低の準位ＥZ1の３番目のミニバ
ンドのみをキャリアの移動に寄与させることができる。
例えばチャネル層５の厚さを６０オングストロームした
時は、最低の準位ＥZ1＝１３４〔ｍｅＶ〕、２番目の準
位ＥZ2＝５１５〔ｍｅＶ〕となり、上記条件を満足し
て、最低の準位ＥZ1の３番目のミニバンドのみをキャリ
アの移動に寄与させることができることが判る。
３番目のミニバンドが２番目の準位ＥZ2−最低の準位Ｅ
Z1が大きくなるようにチャネル層５を薄くする。この時
は、図８に示す如く、最低の準位ＥZ1の３番目のミニバ
ンドのみをキャリアの移動に寄与させることができる。
例えばチャネル層５の厚さを６０オングストロームした
時は、最低の準位ＥZ1＝１３４〔ｍｅＶ〕、２番目の準
位ＥZ2＝５１５〔ｍｅＶ〕となり、上記条件を満足し
て、最低の準位ＥZ1の３番目のミニバンドのみをキャリ
アの移動に寄与させることができることが判る。
【００１８】なお、上記実施例では、ｘ方向の周期構造
によってｘ方向の運動に関してミニバンドを形成した
が、ｙ方向にはミニバンドを形成していないので、エネ
ルギー準位は連続のままでｙ方向の有効質量も小さくな
らずにそのままの値である。このため、電子の有効質量
は、完全には最低の準位ＥZ1の３番目のミニバンドの有
効質量とはならないが、ｘ方向の移動度に関しては、ｘ
方向の有効質量が大きく寄与するので、かなりの程度の
有効質量を実施的に低減することができる。
によってｘ方向の運動に関してミニバンドを形成した
が、ｙ方向にはミニバンドを形成していないので、エネ
ルギー準位は連続のままでｙ方向の有効質量も小さくな
らずにそのままの値である。このため、電子の有効質量
は、完全には最低の準位ＥZ1の３番目のミニバンドの有
効質量とはならないが、ｘ方向の移動度に関しては、ｘ
方向の有効質量が大きく寄与するので、かなりの程度の
有効質量を実施的に低減することができる。
【００１９】次に、図９，１０は本発明の実施例１に係
る半導体装置の製造方法を示す図である。ここでは、結
晶の成長には、分子線エピタキシー法を用い、基板に
は、図９（ａ）に示す如くＩｎＰ微傾斜基板１を用い
る。この時、ＩｎＰ微傾斜基板１の傾斜角度を０．６度
にするため、ステップの幅は、１９９．５４６オングス
トロームになる。次いで、図９（ｂ）に示すように、Ｉ
ｎＰ微傾斜基板１上にＩｎ 0.52Ａｌ0.52Ａｓバッファー
層２、ｎ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ電子供給層３及びノン
ドープＩｎ0.52Ａｌ0.52Ａｓ層４を順次成長する。
る半導体装置の製造方法を示す図である。ここでは、結
晶の成長には、分子線エピタキシー法を用い、基板に
は、図９（ａ）に示す如くＩｎＰ微傾斜基板１を用い
る。この時、ＩｎＰ微傾斜基板１の傾斜角度を０．６度
にするため、ステップの幅は、１９９．５４６オングス
トロームになる。次いで、図９（ｂ）に示すように、Ｉ
ｎＰ微傾斜基板１上にＩｎ 0.52Ａｌ0.52Ａｓバッファー
層２、ｎ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ電子供給層３及びノン
ドープＩｎ0.52Ａｌ0.52Ａｓ層４を順次成長する。
【００２０】次に、図９（ｃ）に示すように、まずノン
ドープＩｎ0.52Ａｌ0.52Ａｓ層４上にＧａＡｓ層５ａを
ＧａＡｓ４分子層２３．４７６オングストロームで成長
した後、図１０（ａ）に示すように、ノンドープＩｎ
0.52Ａｌ0.52Ａｓ層４上のＧａＡｓ層５ａが成長してい
ない領域にＩｎＡｓ層５ｂをＩｎＡｓ３０分子層１７
６．０７０オングストロームで成長し、図１０（ｂ）に
示すように、このＧａＡｓ層５ａとＩｎＡｓ層５ｂの成
長を繰り返し行ってチャネル層５を形成する。
ドープＩｎ0.52Ａｌ0.52Ａｓ層４上にＧａＡｓ層５ａを
ＧａＡｓ４分子層２３．４７６オングストロームで成長
した後、図１０（ａ）に示すように、ノンドープＩｎ
0.52Ａｌ0.52Ａｓ層４上のＧａＡｓ層５ａが成長してい
ない領域にＩｎＡｓ層５ｂをＩｎＡｓ３０分子層１７
６．０７０オングストロームで成長し、図１０（ｂ）に
示すように、このＧａＡｓ層５ａとＩｎＡｓ層５ｂの成
長を繰り返し行ってチャネル層５を形成する。
【００２１】そして、チャネル層５上にノンドープＩｎ
0.52Ａｌ0.52Ａｓ層６及びｎ−Ｉｎ 0.52Ａｌ0.48Ａｓ層
７を順次成長し、ｎ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ層７からｎ
−Ｉｎ0.52Ａｌ0.52Ａｓ層３にまで達するトレンチ８を
形成し、このトレンチ８内にｎ+ 層９を埋め込んだ後、
ソース電極１０，ゲート電極１１及びドレイン電極１２
を各々形成することにより、図１に示すようなチャネル
層５が細線化されたＨＥＭＴを得ることができる。
0.52Ａｌ0.52Ａｓ層６及びｎ−Ｉｎ 0.52Ａｌ0.48Ａｓ層
７を順次成長し、ｎ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ層７からｎ
−Ｉｎ0.52Ａｌ0.52Ａｓ層３にまで達するトレンチ８を
形成し、このトレンチ８内にｎ+ 層９を埋め込んだ後、
ソース電極１０，ゲート電極１１及びドレイン電極１２
を各々形成することにより、図１に示すようなチャネル
層５が細線化されたＨＥＭＴを得ることができる。
【００２２】このように、本実施例では、電子のチャネ
ル層５のＸ方向にＧａＡｓ層５ａとＩｎＡｓ層５ｂを交
互に形成した周期構造を作製することによってミニバン
ドを形成するとともに、ドーピング量を調整して有効質
量の小さいミニバンドのみが電子の移動に寄与するよう
に構成したため、Ｘ方向の有効質量を低減することがで
きる。このため、従来の不純物散乱抑制による場合のよ
うな高純度の結晶を要求せず、しかも温度に依存せずに
室温でも高移動度を実現することができる。 （実施例２）実施例１では、Ｘ方向の有効質量のみを低
減する場合であるのに対し、本実施例では、ｙ方向の有
効質量を低減するように、チャネル層５をｙ方向に細線
化することによって電子がｙ方向に運動量を有するよう
に構成する。具体的には、例えば図１１に示すように、
チャネル層５のｙ方向に平行にＩｎＡｌＡｓ層５ｃを形
成して、ＩｎＡｌＡｓの量子障壁によってｙ方向の電子
の運動を妨げることができる。このため、Ｘ方向のみな
らずＹ方向の有効質量も低減することができるので、実
施例１よりも更に高移動度を実現することができる。 （実施例３）実施例１では、Ｘ方向の有効質量のみを低
減する場合であるのに対し、本実施例では、ｙ方向の有
効質量を低減するように、図１２に示すように、チャネ
ル層５にｘ方向と同じくｙ方向にも周期構造を形成し構
成する。このため、Ｘ方向のみならずＹ方向の有効質量
も低減することができるので、実施例１よりも更に高移
動度を実現することができる。
ル層５のＸ方向にＧａＡｓ層５ａとＩｎＡｓ層５ｂを交
互に形成した周期構造を作製することによってミニバン
ドを形成するとともに、ドーピング量を調整して有効質
量の小さいミニバンドのみが電子の移動に寄与するよう
に構成したため、Ｘ方向の有効質量を低減することがで
きる。このため、従来の不純物散乱抑制による場合のよ
うな高純度の結晶を要求せず、しかも温度に依存せずに
室温でも高移動度を実現することができる。 （実施例２）実施例１では、Ｘ方向の有効質量のみを低
減する場合であるのに対し、本実施例では、ｙ方向の有
効質量を低減するように、チャネル層５をｙ方向に細線
化することによって電子がｙ方向に運動量を有するよう
に構成する。具体的には、例えば図１１に示すように、
チャネル層５のｙ方向に平行にＩｎＡｌＡｓ層５ｃを形
成して、ＩｎＡｌＡｓの量子障壁によってｙ方向の電子
の運動を妨げることができる。このため、Ｘ方向のみな
らずＹ方向の有効質量も低減することができるので、実
施例１よりも更に高移動度を実現することができる。 （実施例３）実施例１では、Ｘ方向の有効質量のみを低
減する場合であるのに対し、本実施例では、ｙ方向の有
効質量を低減するように、図１２に示すように、チャネ
ル層５にｘ方向と同じくｙ方向にも周期構造を形成し構
成する。このため、Ｘ方向のみならずＹ方向の有効質量
も低減することができるので、実施例１よりも更に高移
動度を実現することができる。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、従来の不純物散乱抑制
による場合のような高純度の結晶を要求せず、しかも温
度に依存せずに室温でも高移動度を実現することができ
るという効果がある。
による場合のような高純度の結晶を要求せず、しかも温
度に依存せずに室温でも高移動度を実現することができ
るという効果がある。
【図１】本発明の実施例１に係る半導体装置の構造を示
す断面図である。
す断面図である。
【図２】図１に示すチャネル層の構造を示す斜視図であ
る。
る。
【図３】図２に示すＧａＡｓ層とＩｎＡｓ層の周期構造
によって形成されたミニバンドを示す図である。
によって形成されたミニバンドを示す図である。
【図４】図３に示す各々のミニバンドのエネルギー準位
の最大値及び最小値とＸ方向の有効質量とを示す図であ
る。
の最大値及び最小値とＸ方向の有効質量とを示す図であ
る。
【図５】チャネル層が全てＩｎＡｓで形成される場合の
Ｘ方向の運動エネルギーを加えたバンド構造を示す図で
ある。
Ｘ方向の運動エネルギーを加えたバンド構造を示す図で
ある。
【図６】チャネル層がＸ軸方向に周期ポテンシャルを有
する時の最低の準位ＥZ1と２番目の準位ＥZ2のバンドが
各々分裂したミニバンド構造を示す図である。
する時の最低の準位ＥZ1と２番目の準位ＥZ2のバンドが
各々分裂したミニバンド構造を示す図である。
【図７】最低の準位ＥZ1の３番目のミニバンドの上端が
２番目の準位ＥZ2の１番目のミニバンドよりも高エネル
ギー側になった場合のミニバンド構造を示す図である。
２番目の準位ＥZ2の１番目のミニバンドよりも高エネル
ギー側になった場合のミニバンド構造を示す図である。
【図８】２番目の準位ＥZ2−最低の準位ＥZ1を大きくし
たミニバンド構造を示す図である。
たミニバンド構造を示す図である。
【図９】本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法
を示す図である。
を示す図である。
【図１０】本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方
法を示す図である。
法を示す図である。
【図１１】本発明の実施例２に係るチャネル層の構造を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施例３に係るチャネル層の構造を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
１ ＩｎＰ微傾斜基板 ２ ノンドープＩｎ0.52Ａｌ0.52バッファー層 ３ ｎ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ電子供給層 ４，６ ノンドープＩｎ0.52Ａｌ0.52Ａｓ層 ５ チャネル層 ５ａ ＧａＡｓ層 ５ｂ ＩｎＡｓ層 ５ｃ ＩｎＡｌＡｓ層 ７ ｎ−Ｉｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ層 ８ トレンチ ９ ｎ+ 層 １０ ソース電極 １１ ゲート電極 １２ ドレイン電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−26078（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−97028（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−312684（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−84872（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−299869（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−168731（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/338 H01L 29/778 H01L 29/812
Claims (5)
- 【請求項１】バンドオフセットを有する２種以上の半導
体材料を組み合わせて複数のミニバンドを形成し、該複
数のミニバンドの中の少なくとも一つのミニバンドの電
子の有効質量を、この装置を構成したいずれの材料の電
子の有効質量よりも小さくしてなること、及び 電子が移
動するミニバンドは前記小さい有効質量を有するミニバ
ンドが支配的になるように選択ドーピングの量を調整し
てなることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】前記ミニバンド構造は、ＨＥＭＴ（Ｈｉｇ
ｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｎａｎｓ
ｉｓｔｏｒ）のチャネル層に形成してなることを特徴と
する請求項１記載の半導体装置。 - 【請求項３】前記ミニバンド構造を前記ＨＥＭＴのチャ
ネル層に形成する際は、電子がチャネル層に閉じ込めら
れることによって生じた不連続なエネルギー準位のう
ち、最低の準位の小さい有効質量を有するミニバンド
が、電子の移動に支配的に関与するようにチャネル層の
層厚を調整してなることを特徴とする請求項２記載の高
電子移動度半導体装置。 - 【請求項４】前記チャネル層は、電子の移動方向にＩｎ
ＡｓとＧａＡｓを交互に並べた構造を有し、チャネル層
厚を１００オングストローム以下とし、チャネル層をＩ
ｎＡｌＡｓで挟んでなることを特徴とする請求項３記載
の半導体装置。 - 【請求項５】前記チャネル層の基板は、微傾斜基板であ
ることを特徴とする請求項３、４記載の半導体装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28718393A JP3283668B2 (ja) | 1993-11-17 | 1993-11-17 | 半導体装置 |
| US08/341,957 US5523585A (en) | 1993-11-17 | 1994-11-16 | Semiconductor device having a superlattice structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28718393A JP3283668B2 (ja) | 1993-11-17 | 1993-11-17 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07142705A JPH07142705A (ja) | 1995-06-02 |
| JP3283668B2 true JP3283668B2 (ja) | 2002-05-20 |
Family
ID=17714157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28718393A Expired - Lifetime JP3283668B2 (ja) | 1993-11-17 | 1993-11-17 | 半導体装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5523585A (ja) |
| JP (1) | JP3283668B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6020226A (en) * | 1998-04-14 | 2000-02-01 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Single layer integrated metal process for enhancement mode field-effect transistor |
| SG98018A1 (en) * | 2000-12-08 | 2003-08-20 | Inst Materials Research & Eng | A method of fabricating a semiconductor structure having quantum wires and a semiconductor device including such structure |
| EP3531462A1 (en) | 2018-02-23 | 2019-08-28 | BASF Coatings GmbH | Transparent conductive film |
| JP7451486B2 (ja) | 2018-07-05 | 2024-03-18 | ビーエーエスエフ コーティングス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 透明導電性フィルム |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4591889A (en) * | 1984-09-14 | 1986-05-27 | At&T Bell Laboratories | Superlattice geometry and devices |
| JPH0226078A (ja) * | 1988-07-15 | 1990-01-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電子干渉素子 |
| JPH03290975A (ja) * | 1990-04-09 | 1991-12-20 | Fujitsu Ltd | 縦型半導体装置 |
| JP2855775B2 (ja) * | 1990-04-20 | 1999-02-10 | 日本電気株式会社 | 電界効果トランジスタ |
| JPH053214A (ja) * | 1991-06-25 | 1993-01-08 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
-
1993
- 1993-11-17 JP JP28718393A patent/JP3283668B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1994
- 1994-11-16 US US08/341,957 patent/US5523585A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07142705A (ja) | 1995-06-02 |
| US5523585A (en) | 1996-06-04 |
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|---|---|---|---|
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