JPH04233740A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH04233740A JPH04233740A JP41554390A JP41554390A JPH04233740A JP H04233740 A JPH04233740 A JP H04233740A JP 41554390 A JP41554390 A JP 41554390A JP 41554390 A JP41554390 A JP 41554390A JP H04233740 A JPH04233740 A JP H04233740A
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Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、キャリアの走行速度が
大きい原子配列に秩序構造をもつ超格子層と、キャリア
の走行速度が小さい原子配列に秩序構造をもたないラン
ダムアロイ層をキャリア走行層として用い、外部信号に
応じてキャリアの走行層を該2層の間で相互に変えるこ
とによって走行速度を変え、速度変調を行うことを特徴
とする動作の高速化を図った半導体装置に関する。
大きい原子配列に秩序構造をもつ超格子層と、キャリア
の走行速度が小さい原子配列に秩序構造をもたないラン
ダムアロイ層をキャリア走行層として用い、外部信号に
応じてキャリアの走行層を該2層の間で相互に変えるこ
とによって走行速度を変え、速度変調を行うことを特徴
とする動作の高速化を図った半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、情報処理システムや通信システム
の高速化の要求に伴い、その基礎となる半導体装置の一
層の高速化が要求されている。その代表的な装置として
、キャリアの移動度が大きい化合物半導体を用いたFE
TあるいはHEMTがある。しかし、現在開発が進めら
れているそれらの装置においても充分な高速性が得られ
ている訳ではなく、より一層高速化を図る必要がある。 従来のFETやHEMTにおいては、その変換コンダク
タンスΔgm は、 Δgm =Δn・μ で表され、これらの装置では、外部信号によって走行す
るキャリアの数Δnが変化し、キャリアの移動度μは原
則として変化しないことになっている。
の高速化の要求に伴い、その基礎となる半導体装置の一
層の高速化が要求されている。その代表的な装置として
、キャリアの移動度が大きい化合物半導体を用いたFE
TあるいはHEMTがある。しかし、現在開発が進めら
れているそれらの装置においても充分な高速性が得られ
ている訳ではなく、より一層高速化を図る必要がある。 従来のFETやHEMTにおいては、その変換コンダク
タンスΔgm は、 Δgm =Δn・μ で表され、これらの装置では、外部信号によって走行す
るキャリアの数Δnが変化し、キャリアの移動度μは原
則として変化しないことになっている。
【0003】この場合においては、動作速度は、電子等
のキャリアがその走行層を走行するのに要する時間によ
って制限され、原理上その上限が存在する。この動作速
度の制限を取り除くために、先に、キャリア走行層中の
電子密度nを変化させることなく、その走行速度あるい
は移動度を外部信号に応じて変える方式のトランジスタ
が提案されている(榊:JJAP 21,L381(
1982)。
のキャリアがその走行層を走行するのに要する時間によ
って制限され、原理上その上限が存在する。この動作速
度の制限を取り除くために、先に、キャリア走行層中の
電子密度nを変化させることなく、その走行速度あるい
は移動度を外部信号に応じて変える方式のトランジスタ
が提案されている(榊:JJAP 21,L381(
1982)。
【0004】この速度変調トランジスタと呼ばれる半導
体装置において、変換コンダクタンスΔgm は、Δg
m =n・Δμ で表され、変換コンダクタンスΔgm はチャネル中を
流れるキャリアの数nが変えることによって得られるの
ではなく、キャリアの走行速度を変えることによる単位
時間当たりの走行電子の数を変化させることによって得
られるから、キャリアの走行時間の制約から逃れること
ができる。しかし、この提案には、不純物濃度の異なる
2つのキャリア走行層からなるダブルヘテロ構造を用い
、外部信号によって、キャリアを移動度が異なる各キャ
リア移動層に振り分ける半導体装置について述べられて
いるが、未だ実現されていない。その理由は、キャリア
が高速で移動する層と低速で移動する層を形成する適当
な具体的技術が無かったためである。
体装置において、変換コンダクタンスΔgm は、Δg
m =n・Δμ で表され、変換コンダクタンスΔgm はチャネル中を
流れるキャリアの数nが変えることによって得られるの
ではなく、キャリアの走行速度を変えることによる単位
時間当たりの走行電子の数を変化させることによって得
られるから、キャリアの走行時間の制約から逃れること
ができる。しかし、この提案には、不純物濃度の異なる
2つのキャリア走行層からなるダブルヘテロ構造を用い
、外部信号によって、キャリアを移動度が異なる各キャ
リア移動層に振り分ける半導体装置について述べられて
いるが、未だ実現されていない。その理由は、キャリア
が高速で移動する層と低速で移動する層を形成する適当
な具体的技術が無かったためである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、キャリアが
高速で移動する層と低速で移動する層を形成する具体的
技術を確立し、高速のキャリア速度変調半導体装置の実
現を図ることを目的とする。
高速で移動する層と低速で移動する層を形成する具体的
技術を確立し、高速のキャリア速度変調半導体装置の実
現を図ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる半導体装
置においては、原子配列に関して秩序構造をもたないラ
ンダムアロイ層からなる第1のキャリア走行層と、3種
以上の母体結晶構成元素からなり、原子配列に関して2
元素半導体の繰り返しによる秩序構造をもつ超格子層か
らなる第2のキャリア走行層とを有し、外部信号によっ
てキャリアを該2つのキャリア走行層に振り分けること
によってキャリアを速度変調する構成を採用した。
置においては、原子配列に関して秩序構造をもたないラ
ンダムアロイ層からなる第1のキャリア走行層と、3種
以上の母体結晶構成元素からなり、原子配列に関して2
元素半導体の繰り返しによる秩序構造をもつ超格子層か
らなる第2のキャリア走行層とを有し、外部信号によっ
てキャリアを該2つのキャリア走行層に振り分けること
によってキャリアを速度変調する構成を採用した。
【0007】
【作用】本発明においては、キャリアが高速で走行する
キャリア走行層としてアロイ散乱のない2元化合物半導
体の繰り返しで構成される超格子層を用い、キャリアが
低速で走行するキャリア走行層としてアロイ散乱が大き
い原子配列に関して秩序構造をもたないランダムアロイ
層を用いるため、キャリアの走行速度差を大きくするこ
とができ、その結果として大きなgm を有し、より高
速の速度変調半導体装置が得られる。
キャリア走行層としてアロイ散乱のない2元化合物半導
体の繰り返しで構成される超格子層を用い、キャリアが
低速で走行するキャリア走行層としてアロイ散乱が大き
い原子配列に関して秩序構造をもたないランダムアロイ
層を用いるため、キャリアの走行速度差を大きくするこ
とができ、その結果として大きなgm を有し、より高
速の速度変調半導体装置が得られる。
【0008】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。本発明に
おいては、第1のキャリア走行層および第2のキャリア
走行層におけるキャリアの走行速度に大きな差をつける
ために、キャリアの走行速度が大きい第1のキャリア走
行層として、2元化合物半導体の繰り返しで構成される
いわゆる秩序構造をもつ超格子層を採用し、キャリアの
走行速度が小さい第2のキャリア走行層として、原子配
列に関して秩序構造をもたないランダムアロイ層を採用
した。
おいては、第1のキャリア走行層および第2のキャリア
走行層におけるキャリアの走行速度に大きな差をつける
ために、キャリアの走行速度が大きい第1のキャリア走
行層として、2元化合物半導体の繰り返しで構成される
いわゆる秩序構造をもつ超格子層を採用し、キャリアの
走行速度が小さい第2のキャリア走行層として、原子配
列に関して秩序構造をもたないランダムアロイ層を採用
した。
【0009】現在、半導体装置を形成する薄膜結晶成長
用に使用できる高抵抗基板が制限され、実際には、Ga
AsとInPであるため、この上に成長する半導体層の
材料として、これらの基板と格子整合するInGaAs
、InAs、GaAs等を用いざるを得ない。この場合
、これらの半導体材料の、原子配置に関して秩序構造を
もたないランダムアロイ層(混晶層)は、母体結晶をい
くら高純度化しても、構成元素の不規則な配列に起因す
るポテンシャルの歪みによるキャリアの走行の妨害、す
なわち、アロイ散乱のため電子(キャリア)の移動度す
なわち走行速度は比較的低い値に制限される。
用に使用できる高抵抗基板が制限され、実際には、Ga
AsとInPであるため、この上に成長する半導体層の
材料として、これらの基板と格子整合するInGaAs
、InAs、GaAs等を用いざるを得ない。この場合
、これらの半導体材料の、原子配置に関して秩序構造を
もたないランダムアロイ層(混晶層)は、母体結晶をい
くら高純度化しても、構成元素の不規則な配列に起因す
るポテンシャルの歪みによるキャリアの走行の妨害、す
なわち、アロイ散乱のため電子(キャリア)の移動度す
なわち走行速度は比較的低い値に制限される。
【0010】しかし、2元化合物半導体の繰り返しで構
成されるいわゆる秩序構造をもつ超格子層を用いると、
超格子中でのキャリアのアロイ散乱を無くすることがで
きるため、この層内での移動度は飛躍的に向上する。す
なわち、この平均的に同一組成の上記2種類の層を用い
ることにより、大きな移動度差を生じさせることができ
るから、これをキャリアの走行層として用いることによ
り、高速化された速度変調半導体装置を実現することが
できる。
成されるいわゆる秩序構造をもつ超格子層を用いると、
超格子中でのキャリアのアロイ散乱を無くすることがで
きるため、この層内での移動度は飛躍的に向上する。す
なわち、この平均的に同一組成の上記2種類の層を用い
ることにより、大きな移動度差を生じさせることができ
るから、これをキャリアの走行層として用いることによ
り、高速化された速度変調半導体装置を実現することが
できる。
【0011】図1は本発明の実施例の構成説明図である
。この図において、1は基板、2はバッファ層、3は第
2のチャネル層、4は第1のチャネル層、5はスペーサ
層、6は電子供給層、7はコンタクト層、8はソース電
極、9はドレイン電極、10はゲート電極、11は2D
EG(2次元電子ガス)である。
。この図において、1は基板、2はバッファ層、3は第
2のチャネル層、4は第1のチャネル層、5はスペーサ
層、6は電子供給層、7はコンタクト層、8はソース電
極、9はドレイン電極、10はゲート電極、11は2D
EG(2次元電子ガス)である。
【0012】その構成を製造方法から説明すると、(1
10)面を<00−1>方向に5°傾けたInP基板1
の上に、バッファ層として厚さ5000ÅのInAlA
s層2を、440℃の成長温度でMBE法によって成長
し、その上に、第2のチャネル層である、厚さ300Å
のInGaAsランダムアロイ層3を成長し、その上に
、第1のチャネル層である、InAsの単原子層とGa
Asの単原子層70層程度積層した厚さ200Åの超格
子層4を成長し、その上に、ノンドープのスペーサ層で
ある厚さ100ÅのInAlAs層5を成長し、その上
に、電子供給層として厚さ900Åのn−InAlAs
層6を成長し、その上に、コンタクト層として厚さ10
0Åのn−InGaAs層7を成長する。
10)面を<00−1>方向に5°傾けたInP基板1
の上に、バッファ層として厚さ5000ÅのInAlA
s層2を、440℃の成長温度でMBE法によって成長
し、その上に、第2のチャネル層である、厚さ300Å
のInGaAsランダムアロイ層3を成長し、その上に
、第1のチャネル層である、InAsの単原子層とGa
Asの単原子層70層程度積層した厚さ200Åの超格
子層4を成長し、その上に、ノンドープのスペーサ層で
ある厚さ100ÅのInAlAs層5を成長し、その上
に、電子供給層として厚さ900Åのn−InAlAs
層6を成長し、その上に、コンタクト層として厚さ10
0Åのn−InGaAs層7を成長する。
【0013】そして、コンタクト層7の上に、これとオ
ーミック接触するソース電極8と、ドレイン電極9を形
成し、ソース電極8と、ドレイン電極9の間に、コンタ
クト層7とショットキ接触するゲート電極10を形成す
る。上記の第1のチャネル層と第2のチャネル層を形成
する材料として、In、Ga、Asの3種類の元素を採
用し、InAsとGaAsの2元半導体の繰り返し構造
からなる超格子を形成した。
ーミック接触するソース電極8と、ドレイン電極9を形
成し、ソース電極8と、ドレイン電極9の間に、コンタ
クト層7とショットキ接触するゲート電極10を形成す
る。上記の第1のチャネル層と第2のチャネル層を形成
する材料として、In、Ga、Asの3種類の元素を採
用し、InAsとGaAsの2元半導体の繰り返し構造
からなる超格子を形成した。
【0014】3元半導体を用いると、超格子を構成する
各半導体層内でアロイ散乱を生じることになるから、2
元半導体に限られる。4種類以上の元素を採用して、そ
の元素のうちの2元半導体を用いて繰り返し構造を形成
することもできる。4種類の場合の例を挙げると、三族
元素として、In、Al、Gaを、また、五族元素とし
てAsを用い、そのうちの2種類の元素を用いて、In
As、AlAs、GaAsの2元半導体による繰り返し
構造を形成することができる。それより多い元素を用い
た場合も同様に2元半導体によって繰り返し構造を形成
することができる。
各半導体層内でアロイ散乱を生じることになるから、2
元半導体に限られる。4種類以上の元素を採用して、そ
の元素のうちの2元半導体を用いて繰り返し構造を形成
することもできる。4種類の場合の例を挙げると、三族
元素として、In、Al、Gaを、また、五族元素とし
てAsを用い、そのうちの2種類の元素を用いて、In
As、AlAs、GaAsの2元半導体による繰り返し
構造を形成することができる。それより多い元素を用い
た場合も同様に2元半導体によって繰り返し構造を形成
することができる。
【0015】ついで、この半導体装置の動作について説
明する。 1.ゲート電極に電圧が印加されていないとき2DEG
11は、超格子層である第1のチャネル層中を走行する
ため、著しく高速で走行する。 2.ゲート電極に負電圧が印加されているときゲート電
極の負電位により空乏層が拡がって、この領域の電子が
排除され、2次元電子ガス(2DEG)11は第2のチ
ャネル層を走行する。前記のように、この層ではアロイ
散乱を受けるためキャリアの走行速度は小さくなる。
明する。 1.ゲート電極に電圧が印加されていないとき2DEG
11は、超格子層である第1のチャネル層中を走行する
ため、著しく高速で走行する。 2.ゲート電極に負電圧が印加されているときゲート電
極の負電位により空乏層が拡がって、この領域の電子が
排除され、2次元電子ガス(2DEG)11は第2のチ
ャネル層を走行する。前記のように、この層ではアロイ
散乱を受けるためキャリアの走行速度は小さくなる。
【0016】したがって、ゲート電極10に変化する外
部電圧を印加してキャリアの走行層を、前記の2層間で
変化させることによってキャリアの移動度に変調をかけ
ることができ、大きなgm を有し、キャリアの走行速
度によって制約を受けないより高速の速度変調半導体装
置を得ることができる。なお、ゲート電極の電圧によっ
て、通常のFETと同様に、ソース電極からドレイン電
極に通過するキャリアの数も変化するが、この変化は、
本発明の速度変調の効果を助ける方向であるから、gm
の向上に役立てることができる。
部電圧を印加してキャリアの走行層を、前記の2層間で
変化させることによってキャリアの移動度に変調をかけ
ることができ、大きなgm を有し、キャリアの走行速
度によって制約を受けないより高速の速度変調半導体装
置を得ることができる。なお、ゲート電極の電圧によっ
て、通常のFETと同様に、ソース電極からドレイン電
極に通過するキャリアの数も変化するが、この変化は、
本発明の速度変調の効果を助ける方向であるから、gm
の向上に役立てることができる。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
キャリアの走行速度の差を著しく大きくすることができ
、その結果大きなgm を有し、より高速の速度変調半
導体装置が容易に得られることになり、高速半導体装置
の性能向上に寄与するところが大きい。
キャリアの走行速度の差を著しく大きくすることができ
、その結果大きなgm を有し、より高速の速度変調半
導体装置が容易に得られることになり、高速半導体装置
の性能向上に寄与するところが大きい。
【図1】本発明の実施例の構成説明図である。
1 基板
2 バッファ層
3 第2のチャネル層
4 第1のチャネル層
5 スペーサ層
6 電子供給層
7 コンタクト層
8 ソース電極
9 ドレイン電極
10 ゲート電極
11 2DEG
Claims (2)
- 【請求項1】 原子配列に関して秩序構造をもたない
ランダムアロイ層からなる第1のキャリア走行層と、3
種以上の母体結晶構成元素からなり、原子配列に関して
2元素半導体の繰り返しによる秩序構造をもつ超格子層
からなる第2のキャリア走行層とを有し、外部信号によ
ってキャリアを該2つのキャリア走行層に振り分けるこ
とによってキャリアを速度変調することを特徴とする半
導体装置。 - 【請求項2】 基板上に形成された、原子配列に関し
て秩序構造をもたないランダムアロイ層からなる第1の
キャリア走行層と、該第1のキャリア走行層上に形成さ
れた、3種以上の母体結晶構成元素からなり、且つ原子
配列に関して2元素半導体の繰り返しによる秩序構造を
もつ超格子層からなる第2のキャリア走行層と、該第2
のキャリア走行層上に形成された、キャリア供給層と、
該キャリア供給層上に形成された、ソース、ゲートおよ
びドレイン電極とを有し、該ゲート電極に与えられた外
部信号により、該ソース、ドレイン間を走行するキャリ
アを該2つのキャリア走行層に振り分けて、該キャリア
を速度変調することを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP41554390A JPH04233740A (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP41554390A JPH04233740A (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04233740A true JPH04233740A (ja) | 1992-08-21 |
Family
ID=18523887
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP41554390A Withdrawn JPH04233740A (ja) | 1990-12-28 | 1990-12-28 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04233740A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04241426A (ja) * | 1991-01-16 | 1992-08-28 | Nec Corp | 半導体装置 |
-
1990
- 1990-12-28 JP JP41554390A patent/JPH04233740A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04241426A (ja) * | 1991-01-16 | 1992-08-28 | Nec Corp | 半導体装置 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19980312 |