JPH0567056B2 - - Google Patents
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- JPH0567056B2 JPH0567056B2 JP60286493A JP28649385A JPH0567056B2 JP H0567056 B2 JPH0567056 B2 JP H0567056B2 JP 60286493 A JP60286493 A JP 60286493A JP 28649385 A JP28649385 A JP 28649385A JP H0567056 B2 JPH0567056 B2 JP H0567056B2
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 42
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 13
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000002109 crystal growth method Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012887 quadratic function Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
- 230000005428 wave function Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、超高速FETおよび高周波数FET等
に用いられる半導体の積層構造に関するものであ
る。
に用いられる半導体の積層構造に関するものであ
る。
（従来の技術）
従来、半導体素子に用いられる積層構造は、２
種の半導体よりなり、その界面における伝導帯下
端のエネルギー値の低い方、または価電子帯上達
のエネルギー値の高い方（以下高純度層と呼ぶ）
の界面付近に形成される凝三角ポテンシヤルに、
もう一方の半導体（以下キヤリヤ供給層と呼ぶ）
にドープされた不純物より供給された電子または
ホールを蓄積させることを利用してきた。そし
て、各半導体の、内部電界を考慮しない際の伝導
帯下端または価電子帯上端のエネルギー値は積層
方向に関して一定であつた。（この１例は、ジヤ
パニーズジヤーナルオブアプライドフイジツクス
［Jpn.J.of Appl.Phys.，19（1980）L255］に報告
されている）。
種の半導体よりなり、その界面における伝導帯下
端のエネルギー値の低い方、または価電子帯上達
のエネルギー値の高い方（以下高純度層と呼ぶ）
の界面付近に形成される凝三角ポテンシヤルに、
もう一方の半導体（以下キヤリヤ供給層と呼ぶ）
にドープされた不純物より供給された電子または
ホールを蓄積させることを利用してきた。そし
て、各半導体の、内部電界を考慮しない際の伝導
帯下端または価電子帯上端のエネルギー値は積層
方向に関して一定であつた。（この１例は、ジヤ
パニーズジヤーナルオブアプライドフイジツクス
［Jpn.J.of Appl.Phys.，19（1980）L255］に報告
されている）。
（発明が解決しようとする問題点）
この時、高純度層内の、キヤリヤ供給層との界
面付近に存在するキヤリヤは、量子力学的に考え
ればその波動関数はキヤリヤ供給層内にまで浸み
込んでいるため、キヤリヤ供給層内のイオン化し
た不純物により散乱を受ける。このため、高純度
層とキヤリヤ供給層内の間に、不純物のドーピン
グはなく、キヤリヤ供給層と同じバンド構造を有
する。スペーサ層を挿入することが広く利用され
ている。しかし、このスペーサ層は薄すぎるとそ
の効果がなく、厚すぎるとキヤリヤ供給層から高
純度層へ十分なキヤリヤが供給できないという問
題があつた。
面付近に存在するキヤリヤは、量子力学的に考え
ればその波動関数はキヤリヤ供給層内にまで浸み
込んでいるため、キヤリヤ供給層内のイオン化し
た不純物により散乱を受ける。このため、高純度
層とキヤリヤ供給層内の間に、不純物のドーピン
グはなく、キヤリヤ供給層と同じバンド構造を有
する。スペーサ層を挿入することが広く利用され
ている。しかし、このスペーサ層は薄すぎるとそ
の効果がなく、厚すぎるとキヤリヤ供給層から高
純度層へ十分なキヤリヤが供給できないという問
題があつた。
（問題点を解決するための手段）
本発明による積層構造は第１、第２、第３の半
導体による３層構造よりなり、真空準位より考え
た伝導帯下端のエネルギー値が第２の半導体層中
で積層面に垂直方向に第１の半導体から第３の半
導体方向に単調に増大し、第２の半導体をはさん
で存在する第１および第３の半導体の伝導帯下端
のエネルギー値が、第２の半導体との界面で、そ
の界面における第２の半導体の伝導帯下端のエネ
ルギー値より大きく、第３の半導体の少なくとも
一部の領域にｎ型不純物がドープされていること
に特徴がある。また、もう一つの発明は、第１、
第２、第３の半導体による３層構造よりなり、真
空準位より考えた価電子帯上端のエネルギー値が
第２の半導体層中で積層面に垂直方向に第１の半
導体から第３の半導体方向に単調に減少し、第２
の半導体をはさんで存在する第１および第３の半
導体の価電子帯上端のエネルギー値が、第２の半
導体との界面で、その界面における第２の半導体
の伝導帯上端のエネルギー値より小さく、第３の
半導体の少なくとも一部の領域にｐ型不純物がド
ープされていることに特徴がある。
導体による３層構造よりなり、真空準位より考え
た伝導帯下端のエネルギー値が第２の半導体層中
で積層面に垂直方向に第１の半導体から第３の半
導体方向に単調に増大し、第２の半導体をはさん
で存在する第１および第３の半導体の伝導帯下端
のエネルギー値が、第２の半導体との界面で、そ
の界面における第２の半導体の伝導帯下端のエネ
ルギー値より大きく、第３の半導体の少なくとも
一部の領域にｎ型不純物がドープされていること
に特徴がある。また、もう一つの発明は、第１、
第２、第３の半導体による３層構造よりなり、真
空準位より考えた価電子帯上端のエネルギー値が
第２の半導体層中で積層面に垂直方向に第１の半
導体から第３の半導体方向に単調に減少し、第２
の半導体をはさんで存在する第１および第３の半
導体の価電子帯上端のエネルギー値が、第２の半
導体との界面で、その界面における第２の半導体
の伝導帯上端のエネルギー値より小さく、第３の
半導体の少なくとも一部の領域にｐ型不純物がド
ープされていることに特徴がある。
（作用）
以下図面を用いて本発明の作用を説明する。第
１図は、第１の発明による積層構造の伝導帯下端
の構造図である。ここで、高純度層１１内の伝導
帯下端１２は、内部電界のない場合でも第１図ａ
のように積層方向に関して変化している、そのた
め、電子供給層１３内のドナー型不純物と、それ
より生じる電子による内部電界を考えた場合でも
バンド構造は第１図ｂのようになり、高純度層１
１内の電子は、電子供給層１３と高純度層１１の
界面１４と逆側の界面１５に局在することにな
る。このため、本発明では前述のスペーサ層が必
要でなく、また電子供給層１３に高いレベルでド
ーピングし、多くの電子を高純度層１１内に蓄積
させても界面１５に局在した電子に対するイオン
化した不純物の影響はほとんどないことがわか
る。
１図は、第１の発明による積層構造の伝導帯下端
の構造図である。ここで、高純度層１１内の伝導
帯下端１２は、内部電界のない場合でも第１図ａ
のように積層方向に関して変化している、そのた
め、電子供給層１３内のドナー型不純物と、それ
より生じる電子による内部電界を考えた場合でも
バンド構造は第１図ｂのようになり、高純度層１
１内の電子は、電子供給層１３と高純度層１１の
界面１４と逆側の界面１５に局在することにな
る。このため、本発明では前述のスペーサ層が必
要でなく、また電子供給層１３に高いレベルでド
ーピングし、多くの電子を高純度層１１内に蓄積
させても界面１５に局在した電子に対するイオン
化した不純物の影響はほとんどないことがわか
る。
第２の発明においても、価電子帯上端のバンド
構造とそれによる、ホールの蓄積される位置とア
クセプタ型不純物との位置関係は、上記の作用と
同様である。
構造とそれによる、ホールの蓄積される位置とア
クセプタ型不純物との位置関係は、上記の作用と
同様である。
（実施例）
以下図面を用いて第１の発明の実施例について
説明する。
説明する。
第２図ａは第１の発明の第１の実施例による積
層構造の断面図、ｂはそのエネルギバンド構造図
である、これば分子線エピタキシー法（MBE）
により製作したものである。製作手順は、高抵抗
GaAs基板２１上にノンドープGaAsバツフアー
層２２を1μｍ、ノンドープAl0.3Ga0.7Asバツフア
ー層２３を1μｍ、ノンドープAlxGa1-xAs高純度
層（ｘは積層方向に０から0.2まで線形に変化）
２４を300Å、SiドープAl0.3Ga0.7As電子供給層
２５を350Å、SiドープGaAsキヤツプ層２６を
500Å、順次成長するものである。ここで、Al0.3
Ga0.7As電子供給層２５のSiドーピングレベルは
およそ７×1017cm-3とした。
層構造の断面図、ｂはそのエネルギバンド構造図
である、これば分子線エピタキシー法（MBE）
により製作したものである。製作手順は、高抵抗
GaAs基板２１上にノンドープGaAsバツフアー
層２２を1μｍ、ノンドープAl0.3Ga0.7Asバツフア
ー層２３を1μｍ、ノンドープAlxGa1-xAs高純度
層（ｘは積層方向に０から0.2まで線形に変化）
２４を300Å、SiドープAl0.3Ga0.7As電子供給層
２５を350Å、SiドープGaAsキヤツプ層２６を
500Å、順次成長するものである。ここで、Al0.3
Ga0.7As電子供給層２５のSiドーピングレベルは
およそ７×1017cm-3とした。
この構造において、ノンドープAlxGa1-xAs高
純度層２４での電子移動度の温度依存性は第２図
ｃのようになり、低温でもイオン化した不純物に
よる散乱はほとんど受けていないことがわかつ
た。また移動度の絶対値も、室温で8000cm2Ｖ／
ｓ、77kで200000cm2Ｖ／ｓと非常に良好なもので
あつた。
純度層２４での電子移動度の温度依存性は第２図
ｃのようになり、低温でもイオン化した不純物に
よる散乱はほとんど受けていないことがわかつ
た。また移動度の絶対値も、室温で8000cm2Ｖ／
ｓ、77kで200000cm2Ｖ／ｓと非常に良好なもので
あつた。
次に第１の発明の第２の実施例について説明す
る。第３図は、この実施例による積層構造の断面
図である。これは、MBEにより高抵抗InP基板
３１上にノンドープIn0.52Al0.48Asバツフアー層３
２を0.5μｍ、ノンドープInxGa1-xAs高純度層（ｘ
は積層方向に0.8から0.2で線形に変化）３３を
300Å、SiドープIn0.52Al0.48As電子供給層３４を
400Å、SiドープIn0.53Al0.47Asキヤツプ層３５を
500Å順次成長したものである。ここで、高純度
層３３は、成長中にInの分子線ビームをとばすセ
ルの温度を時間とともに減少させていくことによ
りその組成を積層方向に変化させた。また電子供
給層３４のSiドーピングレベルは、およそ７×
1017cm-3とした。
る。第３図は、この実施例による積層構造の断面
図である。これは、MBEにより高抵抗InP基板
３１上にノンドープIn0.52Al0.48Asバツフアー層３
２を0.5μｍ、ノンドープInxGa1-xAs高純度層（ｘ
は積層方向に0.8から0.2で線形に変化）３３を
300Å、SiドープIn0.52Al0.48As電子供給層３４を
400Å、SiドープIn0.53Al0.47Asキヤツプ層３５を
500Å順次成長したものである。ここで、高純度
層３３は、成長中にInの分子線ビームをとばすセ
ルの温度を時間とともに減少させていくことによ
りその組成を積層方向に変化させた。また電子供
給層３４のSiドーピングレベルは、およそ７×
1017cm-3とした。
この構造においても、ノンドープInxGa1-xAs
高純度層での低温での電子移動度の測定から、イ
オン化した不純物により、電子は散乱をほとんど
受けていないことがわかつた。
高純度層での低温での電子移動度の測定から、イ
オン化した不純物により、電子は散乱をほとんど
受けていないことがわかつた。
次に第２の発明の一実施例について説明する。
これは、第１の発明の第１の実施例と同様の構造
であるが、高純度層２４の上にBeドープAl0.3
Ga0.7Asホール供給層を250Å、BeドープGaAsキ
ヤツプ層を500Å積層したものである。この構造
において、ノンドープAlxGa1-xAs高純度層での
ホール移動度の温度依存性は第２図ｃのものと同
様な特性を示し、その値も室温で250cm2Ｖ／ｓ、
77kで5000cm2Ｖ／ｓと非常に良好なものであつ
た。
これは、第１の発明の第１の実施例と同様の構造
であるが、高純度層２４の上にBeドープAl0.3
Ga0.7Asホール供給層を250Å、BeドープGaAsキ
ヤツプ層を500Å積層したものである。この構造
において、ノンドープAlxGa1-xAs高純度層での
ホール移動度の温度依存性は第２図ｃのものと同
様な特性を示し、その値も室温で250cm2Ｖ／ｓ、
77kで5000cm2Ｖ／ｓと非常に良好なものであつ
た。
以上ここでは第１の発明の２つの実施例、第２
の発明の１つの実施例の計３つの実施例について
述べたが、本発明は、半導体結晶成長方法、材料
の種類、成長条件等によつて限定されるものでは
ない。高純度層の組成を変化させる手段として気
相成長法においてガス流量を変化させても良い
し、また組成の変化によるバンド構造の変化の仕
方も積層方向に線形でなく、第４図ａの様に２次
関数的であつても良いし、また、ｂの様に階段状
であつても良い。
の発明の１つの実施例の計３つの実施例について
述べたが、本発明は、半導体結晶成長方法、材料
の種類、成長条件等によつて限定されるものでは
ない。高純度層の組成を変化させる手段として気
相成長法においてガス流量を変化させても良い
し、また組成の変化によるバンド構造の変化の仕
方も積層方向に線形でなく、第４図ａの様に２次
関数的であつても良いし、また、ｂの様に階段状
であつても良い。
（発明の効果）
本発明によれば、スペーサ層を設ける必要がな
く、しかもイオン化した不純物による散乱を受け
ない多数のキヤリヤを蓄積することのできる超高
速で動作する半導体素子が得られる。
く、しかもイオン化した不純物による散乱を受け
ない多数のキヤリヤを蓄積することのできる超高
速で動作する半導体素子が得られる。
第１図は、発明による積層構造の伝導帯下端の
構造図（ａ無電界、ｂ内部電界を考慮）、第２図
ａは第１の発明第１の実施例による選択ドープ構
造の断面図、ｂはそのエネルギー帯構造図、ｃは
その構造での電子移動度の温度依存性を示すグラ
フであり、第３図は第１の発明の第２の実施例を
示す断面図、第４図は高純度層のバンド構造の他
の例を示すバンド図である。 図において、１１……高純度層、１２……伝導
帯下端、１３……電子供給層、１４……電子供給
層と高純度層の界面、１５……１４と逆側の高純
度層の界面、２３……ノンドープAl0.3Ga0.7Asバ
ツフアー層、２４……ノンドープAlxGa1-xAs高
純度層（ｘは０から0.2まで変化）、２５……Siド
ープAl0.3Ga0.7As電子供給層、３２……ノンドー
プIn0.52Al0.48Asバツフアー層、３３……ノンドー
プInxGa1-xAs高純度層（ｘは0.8から0.2まで変
化）、３４……SiドープIn0.52Al0.48As電子供給層
である。
構造図（ａ無電界、ｂ内部電界を考慮）、第２図
ａは第１の発明第１の実施例による選択ドープ構
造の断面図、ｂはそのエネルギー帯構造図、ｃは
その構造での電子移動度の温度依存性を示すグラ
フであり、第３図は第１の発明の第２の実施例を
示す断面図、第４図は高純度層のバンド構造の他
の例を示すバンド図である。 図において、１１……高純度層、１２……伝導
帯下端、１３……電子供給層、１４……電子供給
層と高純度層の界面、１５……１４と逆側の高純
度層の界面、２３……ノンドープAl0.3Ga0.7Asバ
ツフアー層、２４……ノンドープAlxGa1-xAs高
純度層（ｘは０から0.2まで変化）、２５……Siド
ープAl0.3Ga0.7As電子供給層、３２……ノンドー
プIn0.52Al0.48Asバツフアー層、３３……ノンドー
プInxGa1-xAs高純度層（ｘは0.8から0.2まで変
化）、３４……SiドープIn0.52Al0.48As電子供給層
である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 第１、第２、第３の半導体による３層構造よ
りなり、真空準位より考えた伝導帯下端のエネル
ギー値が第２の半導体層中で積層面に垂直方向に
第１の半導体から第３の半導体方向に単調に増大
し、第２の半導体をはさんで存在する第１および
第３の半導体の伝導帯下端のエネルギー値が、第
２の半導体との界面で、その界面における第２の
半導体の伝導帯下端のエネルギー値より大きく、
第３の半導体の少なくとも一部の領域にｎ型不純
物がドープされていることを特徴とする積層構
造。 ２ 第１、第２、第３の半導体による３層構造よ
りなり、真空準位より考えた価電子帯上端のエネ
ルギー値が第２の半導体層中で積層面に垂直方向
に第１の半導体から第３の半導体方向に単調に減
少し、第２の半導体をはさんで存在する第１およ
び第３の半導体の価電子帯上端のエネルギー値
が、第２の半導体との界面で、その界面における
第２の半導体の価電子帯上端のエネルギー値より
小さく、第３の半導体の少なくとも一部の領域に
ｐ型不純物がドープされていることも特徴とする
積層構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28649385A JPS62144365A (ja) | 1985-12-18 | 1985-12-18 | 積層構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28649385A JPS62144365A (ja) | 1985-12-18 | 1985-12-18 | 積層構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62144365A JPS62144365A (ja) | 1987-06-27 |
| JPH0567056B2 true JPH0567056B2 (ja) | 1993-09-24 |
Family
ID=17705112
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28649385A Granted JPS62144365A (ja) | 1985-12-18 | 1985-12-18 | 積層構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62144365A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2650411B2 (ja) * | 1989-04-17 | 1997-09-03 | 日立電線株式会社 | 電界効果トランジスタ |
| JP2687664B2 (ja) * | 1990-04-09 | 1997-12-08 | 日本電気株式会社 | 電界効果トランジスタ |
| JP2786327B2 (ja) * | 1990-10-25 | 1998-08-13 | 三菱電機株式会社 | ヘテロ接合電界効果トランジスタ |
| JP2014157908A (ja) * | 2013-02-15 | 2014-08-28 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電界効果トランジスタ |
| JP6612686B2 (ja) | 2016-06-21 | 2019-11-27 | 株式会社ホンダロック | 車両用ドアのアウトハンドル装置 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5529155A (en) * | 1978-08-23 | 1980-03-01 | Shunpei Yamazaki | Semiconductor device |
| JPS5928383A (ja) * | 1982-08-10 | 1984-02-15 | Nec Corp | 半導体装置 |
-
1985
- 1985-12-18 JP JP28649385A patent/JPS62144365A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5529155A (en) * | 1978-08-23 | 1980-03-01 | Shunpei Yamazaki | Semiconductor device |
| JPS5928383A (ja) * | 1982-08-10 | 1984-02-15 | Nec Corp | 半導体装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62144365A (ja) | 1987-06-27 |
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