JPH07169947A - ２次元電子ガスヘテロ構造及びこれを用いたトランジスタ - Google Patents
２次元電子ガスヘテロ構造及びこれを用いたトランジスタInfo
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- JPH07169947A JPH07169947A JP31517793A JP31517793A JPH07169947A JP H07169947 A JPH07169947 A JP H07169947A JP 31517793 A JP31517793 A JP 31517793A JP 31517793 A JP31517793 A JP 31517793A JP H07169947 A JPH07169947 A JP H07169947A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ２次元電子ガスヘテロ構造であって従来に比
べドナー順位に起因する電流−電圧特性の異常が生じに
くく、かつ、ドナー分布に起因する２次元電子ガスの散
乱が生じにくい構造を提供する。 【構成】 チャネル部及び電子供給部を具える２次元電
子ガスヘテロ構造において、ＧａＡｓ層（井戸層）３１
とＡｌＧａＡｓ層（障壁層）３３ａ，３３ｂとで構成さ
れる量子井戸３５の井戸層に当たるＧａＡｓ層３１内
に、２層のＳｉドナー添加領域３１ａ，３１ｂをＧａＡ
ｓ層３１に対し平行になるように形成する。チャネル部
は、障壁層３３ｂに接して設けたＩｎＧａＡｓ層３７で
構成する。
べドナー順位に起因する電流−電圧特性の異常が生じに
くく、かつ、ドナー分布に起因する２次元電子ガスの散
乱が生じにくい構造を提供する。 【構成】 チャネル部及び電子供給部を具える２次元電
子ガスヘテロ構造において、ＧａＡｓ層（井戸層）３１
とＡｌＧａＡｓ層（障壁層）３３ａ，３３ｂとで構成さ
れる量子井戸３５の井戸層に当たるＧａＡｓ層３１内
に、２層のＳｉドナー添加領域３１ａ，３１ｂをＧａＡ
ｓ層３１に対し平行になるように形成する。チャネル部
は、障壁層３３ｂに接して設けたＩｎＧａＡｓ層３７で
構成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、２次元電子ガスヘテ
ロ構造およびこれを用いたトランジスタに関するもので
ある。
ロ構造およびこれを用いたトランジスタに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】２次元電子ガスヘテロ構造を用いた電子
素子の従来例として、文献Ｉ（ジャパニーズ ジャーナ
ル オブ アプライド フィジックス（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．），ｖｏｌ．１９，Ｌ２２５（１９
８０））又は文献II（特公昭５９−５３７１４号公報）
に開示されているものがあった。この素子は、ＡｌＧａ
Ａｓ中に変調ドープされたドナーから供給される電子で
形成される２次元電子ガスをキャリアとして用いるタイ
プの、電界効果トランジスタであった。
素子の従来例として、文献Ｉ（ジャパニーズ ジャーナ
ル オブ アプライド フィジックス（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａ
ｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．），ｖｏｌ．１９，Ｌ２２５（１９
８０））又は文献II（特公昭５９−５３７１４号公報）
に開示されているものがあった。この素子は、ＡｌＧａ
Ａｓ中に変調ドープされたドナーから供給される電子で
形成される２次元電子ガスをキャリアとして用いるタイ
プの、電界効果トランジスタであった。
【０００３】図６（Ａ）及び（Ｂ）はこの文献Ｉ若しく
はIIに開示の素子の構造を概略的に示した断面図及び該
素子のエネルギーバンド図である。この素子は、半絶縁
性ＧａＡｓ基板１１と、該基板１１上に順次に設けられ
た高純度ＧａＡｓ層１３及びｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５で
構成される２次元電子ガスヘテロ構造１７と、該ヘテロ
構造１７に形成されたソース・ドレイン領域１９ａ，１
９ｂと、ソース・ドレイン電極２１ａ，２１ｂと、ゲー
ト電極２３とを具えたものである。なお、図において、
１５ａはドナーを示し、２５は２次元電子ガスを示す。
はIIに開示の素子の構造を概略的に示した断面図及び該
素子のエネルギーバンド図である。この素子は、半絶縁
性ＧａＡｓ基板１１と、該基板１１上に順次に設けられ
た高純度ＧａＡｓ層１３及びｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５で
構成される２次元電子ガスヘテロ構造１７と、該ヘテロ
構造１７に形成されたソース・ドレイン領域１９ａ，１
９ｂと、ソース・ドレイン電極２１ａ，２１ｂと、ゲー
ト電極２３とを具えたものである。なお、図において、
１５ａはドナーを示し、２５は２次元電子ガスを示す。
【０００４】ここで、高純度ＧａＡｓ層１３の厚みは数
１０ｎｍ程というように、電子が充分に量子化される厚
みとされている。この従来素子では、高純度ＧａＡｓ層
１３がチャネル部（２次元電子輸送層）となり、ｎ−Ａ
ｌＧａＡｓ層１５が電子供給部となる。また、ｎ−Ａｌ
ＧａＡｓ層１５から高純度ＧａＡｓ層１３への電子の供
給とゲート作用とは、ゲート電極２３に印加された電圧
によるｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５の高純度ＧａＡｓ層１３
に対するポテンシャルの制御を介して、ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓ層１５中のドナー１５ａに束縛された電子が高純度Ｇ
ａＡｓ層側に供給されるか遮断されるかによりなされ
る。
１０ｎｍ程というように、電子が充分に量子化される厚
みとされている。この従来素子では、高純度ＧａＡｓ層
１３がチャネル部（２次元電子輸送層）となり、ｎ−Ａ
ｌＧａＡｓ層１５が電子供給部となる。また、ｎ−Ａｌ
ＧａＡｓ層１５から高純度ＧａＡｓ層１３への電子の供
給とゲート作用とは、ゲート電極２３に印加された電圧
によるｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５の高純度ＧａＡｓ層１３
に対するポテンシャルの制御を介して、ｎ−ＡｌＧａＡ
ｓ層１５中のドナー１５ａに束縛された電子が高純度Ｇ
ａＡｓ層側に供給されるか遮断されるかによりなされ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来の素子においては、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５内にド
ープされたＳｉドナーはＤＸセンターと呼ばれる深い準
位を形成し、このため、電流−電圧特性に異常が生じ
る。また、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５中のＳｉドナー１５
ａの分布は、該ドナーとＧａＡｓ層１３内の２次元電子
ガス２５との間のクーロン相互作用により電子をｎ−Ａ
ｌＧａＡｓ層１５とＧａＡｓ層１３との界面におさえつ
けられる働きをしこの結果、２次元電子ガスと該界面の
小さなポテンシャルとの散乱を引き起こす。その結果、
移動度が減少するので、スイッチングスピードが低下す
る。従来の素子構造における上述のような問題は、チャ
ネル部であるＧａＡｓ層と、これに隣接する電子供給部
としてのＳｉドープのｎ−ＡｌＧａＡｓ層との間の電子
遷移および電子的相互作用に由来する。
従来の素子においては、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５内にド
ープされたＳｉドナーはＤＸセンターと呼ばれる深い準
位を形成し、このため、電流−電圧特性に異常が生じ
る。また、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層１５中のＳｉドナー１５
ａの分布は、該ドナーとＧａＡｓ層１３内の２次元電子
ガス２５との間のクーロン相互作用により電子をｎ−Ａ
ｌＧａＡｓ層１５とＧａＡｓ層１３との界面におさえつ
けられる働きをしこの結果、２次元電子ガスと該界面の
小さなポテンシャルとの散乱を引き起こす。その結果、
移動度が減少するので、スイッチングスピードが低下す
る。従来の素子構造における上述のような問題は、チャ
ネル部であるＧａＡｓ層と、これに隣接する電子供給部
としてのＳｉドープのｎ−ＡｌＧａＡｓ層との間の電子
遷移および電子的相互作用に由来する。
【０００６】この出願はこのような点に鑑みなされたも
のであり、従ってこの出願の第一発明の目的は上述の問
題点を除去できる新規な２次元電子ガスヘテロ構造を提
供することにある。また、この出願の第二発明の目的は
第一発明の構造を有した新規なトランジスタを提供する
ことにある。
のであり、従ってこの出願の第一発明の目的は上述の問
題点を除去できる新規な２次元電子ガスヘテロ構造を提
供することにある。また、この出願の第二発明の目的は
第一発明の構造を有した新規なトランジスタを提供する
ことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この第一発明の目的の達
成を図るため、この第一発明によれば、チャネル部及び
電子供給部を具える２次元電子ガスヘテロ構造におい
て、電子供給部を、ドナーを量子効果により相互作用す
るようにドープした量子井戸層で構成したことを特徴と
する。
成を図るため、この第一発明によれば、チャネル部及び
電子供給部を具える２次元電子ガスヘテロ構造におい
て、電子供給部を、ドナーを量子効果により相互作用す
るようにドープした量子井戸層で構成したことを特徴と
する。
【０００８】この第一発明の実施に当たり、前記量子井
戸層を、量子井戸内にドナーが２層状にかつそれらが相
互作用して水素分子状相互作用ドナーを構成するように
ドープされた層で構成するのが好適である。
戸層を、量子井戸内にドナーが２層状にかつそれらが相
互作用して水素分子状相互作用ドナーを構成するように
ドープされた層で構成するのが好適である。
【０００９】またこの出願の第二発明のトランジスタに
よれば、第一発明の２次元電子ガスヘテロ構造を用いた
ことを特徴とする。
よれば、第一発明の２次元電子ガスヘテロ構造を用いた
ことを特徴とする。
【００１０】
【作用】この第一発明の構成によれば、ドナーが量子効
果により相互作用するようにドープされた量子井戸層で
電子供給部が構成される。詳細は図３及び図４を主に参
照して後に説明するが、このような状態の電子供給部は
これに電界が印加されない状態では深い準位を形成する
ので電子は電子供給部に留まりチャネル部に及ばない。
ところがこの発明に係る２次元電子ガスヘテロ構造にゲ
ート電極を設け該ゲート電極を適性に使用すると上記相
互作用していたドナーが孤立化するようになるため、ド
ナーの準位は相互作用していた場合より浅いものとな
る。この結果、電子はチャネル部に移り２次元電子ガス
となる。図６を用いて説明した従来構造では、電子は高
いポテンシャルのドナーを有したｎ−ＡｌＧａＡｓ層よ
り供給されていたのに対しこの第一発明ではそれほど高
いポテンシャルのドナーを用いないので、電子供給部と
チャネル部との電子遷移および電子的相互作用は従来よ
り軽減されるから、急峻な電流−電圧特性が得られ、ま
た、井戸層中にドナーをドープしているため、深い準位
の形成が生じないので電流−電圧特性の異常が回避でき
る。
果により相互作用するようにドープされた量子井戸層で
電子供給部が構成される。詳細は図３及び図４を主に参
照して後に説明するが、このような状態の電子供給部は
これに電界が印加されない状態では深い準位を形成する
ので電子は電子供給部に留まりチャネル部に及ばない。
ところがこの発明に係る２次元電子ガスヘテロ構造にゲ
ート電極を設け該ゲート電極を適性に使用すると上記相
互作用していたドナーが孤立化するようになるため、ド
ナーの準位は相互作用していた場合より浅いものとな
る。この結果、電子はチャネル部に移り２次元電子ガス
となる。図６を用いて説明した従来構造では、電子は高
いポテンシャルのドナーを有したｎ−ＡｌＧａＡｓ層よ
り供給されていたのに対しこの第一発明ではそれほど高
いポテンシャルのドナーを用いないので、電子供給部と
チャネル部との電子遷移および電子的相互作用は従来よ
り軽減されるから、急峻な電流−電圧特性が得られ、ま
た、井戸層中にドナーをドープしているため、深い準位
の形成が生じないので電流−電圧特性の異常が回避でき
る。
【００１１】また、この出願の第二発明によれば、第一
発明の利点を有したトランジスタが構成される。
発明の利点を有したトランジスタが構成される。
【００１２】
【実施例】以下、図面を参照して、この出願の第一発明
及び第二発明の実施例について併せて説明する。なお、
説明に用いる各図はこれら発明を理解出来る程度に各構
成成分の形状、寸法及び配置関係を概略的に示してある
にすぎない。また、各図において、同様な構成成分につ
いては同一の符号を付して示しその重複説明を省略す
る。
及び第二発明の実施例について併せて説明する。なお、
説明に用いる各図はこれら発明を理解出来る程度に各構
成成分の形状、寸法及び配置関係を概略的に示してある
にすぎない。また、各図において、同様な構成成分につ
いては同一の符号を付して示しその重複説明を省略す
る。
【００１３】図１は２次元電子ガスヘテロ構造（第一発
明）の実施例の説明に供する図であり、また、図２は第
一発明の２次元電子ガスヘテロ構造を利用して構成した
トランジスタ（第二発明）の実施例の説明に供する断面
図である。ここで、図１に示した構造は、ちょうど、図
２のトランジスタでのゲート電極直下の部分の電子構造
に相当する。
明）の実施例の説明に供する図であり、また、図２は第
一発明の２次元電子ガスヘテロ構造を利用して構成した
トランジスタ（第二発明）の実施例の説明に供する断面
図である。ここで、図１に示した構造は、ちょうど、図
２のトランジスタでのゲート電極直下の部分の電子構造
に相当する。
【００１４】この実施例の２次元電子ガス構造では、Ｇ
ａＡｓ層（井戸層）３１とＡｌＧａＡｓ層（障壁層）３
３ａ，３３ｂとで構成される量子井戸３５の井戸層に当
たるＧａＡｓ層３１にドナーを、該ドナーが量子効果に
より相互作用するようにドープし、このようにドナーが
ドープされたＧａＡｓ層３１で、電子供給部を構成す
る。具体的にはこの実施例では、ドナーが量子効果によ
り相互作用するようにドープされた井戸層は以下の構造
により実現している。すなわち、井戸層であるＧａＡｓ
層３１内に２層のＳｉドナー添加領域３１ａ，３１ｂを
ＧａＡｓ層３１に対し平行になるように形成することで
実現している（具体例は後述する。）。またこのときＧ
ａＡｓ層３１の厚みはドナーのボーア半径（約１００オ
ングストローム）より充分薄い値とする（具体例は後述
する。）。このように量子的に閉じ込められた２層のＳ
ｉドナー添加領域３１ａ，３１ｂは、相互作用し、従来
の水素型ドナーではなく水素分子型ドナーとなり、そし
て深い準位（ＤＸセンタと比較すれば浅い準位）を形成
する。すなわち水素分子型ドナーは、ドナー原子間のク
ーロン相互作用による２つのドナーで形成される分子軌
道に起因する準位を形成するのである。この実験的検証
は、用いた材料こそＡｌＡｓ／ＧａＡｓであるが、この
出願に係る発明者による文献III （フィジカル レビュ
ー ビー（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ），ｖ
ｏｌ．４０，ｐｐ．１３１６（１９８９））に開示され
ている。なお、図１及び図２において３７はチャネル部
としてのＩｎＧａＡｓ層、３９はｎ−ＡｌＧａＡｓ層で
あり、チャネル部としてのＩｎＧａＡｓ層３７に対して
障壁層として機能しかつソース・ドレイン電極４１ａ，
４１ｂ（図２参照）に対しコンタクト層として機能する
ものである。また、図２において、４３はゲート電極、
４５ａ，４５ｂはソース・ドレイン領域、４７は半絶縁
性ＧａＡｓ基板である。
ａＡｓ層（井戸層）３１とＡｌＧａＡｓ層（障壁層）３
３ａ，３３ｂとで構成される量子井戸３５の井戸層に当
たるＧａＡｓ層３１にドナーを、該ドナーが量子効果に
より相互作用するようにドープし、このようにドナーが
ドープされたＧａＡｓ層３１で、電子供給部を構成す
る。具体的にはこの実施例では、ドナーが量子効果によ
り相互作用するようにドープされた井戸層は以下の構造
により実現している。すなわち、井戸層であるＧａＡｓ
層３１内に２層のＳｉドナー添加領域３１ａ，３１ｂを
ＧａＡｓ層３１に対し平行になるように形成することで
実現している（具体例は後述する。）。またこのときＧ
ａＡｓ層３１の厚みはドナーのボーア半径（約１００オ
ングストローム）より充分薄い値とする（具体例は後述
する。）。このように量子的に閉じ込められた２層のＳ
ｉドナー添加領域３１ａ，３１ｂは、相互作用し、従来
の水素型ドナーではなく水素分子型ドナーとなり、そし
て深い準位（ＤＸセンタと比較すれば浅い準位）を形成
する。すなわち水素分子型ドナーは、ドナー原子間のク
ーロン相互作用による２つのドナーで形成される分子軌
道に起因する準位を形成するのである。この実験的検証
は、用いた材料こそＡｌＡｓ／ＧａＡｓであるが、この
出願に係る発明者による文献III （フィジカル レビュ
ー ビー（Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ），ｖ
ｏｌ．４０，ｐｐ．１３１６（１９８９））に開示され
ている。なお、図１及び図２において３７はチャネル部
としてのＩｎＧａＡｓ層、３９はｎ−ＡｌＧａＡｓ層で
あり、チャネル部としてのＩｎＧａＡｓ層３７に対して
障壁層として機能しかつソース・ドレイン電極４１ａ，
４１ｂ（図２参照）に対しコンタクト層として機能する
ものである。また、図２において、４３はゲート電極、
４５ａ，４５ｂはソース・ドレイン領域、４７は半絶縁
性ＧａＡｓ基板である。
【００１５】図１に示した構造においてＳｉドナー添加
領域を有するＧａＡｓ井戸層３１の厚さがＳｉドナーの
ボーア半径から見積もられる１ｓ軌道半径より充分小さ
く、また、該井戸層３１と障壁層３３ａ，３３ｂとのバ
ンド不連続が量子閉じ込めを得る程度に高いとき、フォ
トルミネッセンススペクトルに孤立したドナーに起因し
た浅い準位はクーロン相互作用が強まった準位となる。
このように相互作用しているドナーの準位５１（図３参
照）は、図３に示すように、チャネル部であるＩｎＧａ
Ａｓ層３７の伝導帯の底よりも深い準位となる。この図
３に示したような電子構造を得るための典型的な構造
は、図１を参照して説明すれば、ＧａＡｓ層３１の厚み
ｔ1 が３０分子層（約８３オングストローム）であり、
該ＧａＡｓ層３１中のドナー添加領域３１ａ，３１ｂそ
れぞれの厚みｔ2 、ｔ3 がそれぞれ４分子層（約１１オ
ングストローム）であり、障壁層３３ａ（３３ｂ）とド
ナー添加領域３１ａ（３１ｂ）との間のＧａＡｓ層３１
の部分の厚さｔ4 （ｔ5 ）が４分子層であるような構造
が挙げられる。ここで、ドナー添加領域３１ａ、３１ｂ
でのドナー濃度は量子的に誘起されるクーロン相互作用
に充分な濃度が必要なため３×１０17ｃｍ-2以上の濃度
である。また、チャネル部であるＩｎＧａＡｓ層３７の
ＩｎＡｓの組成は０．２とし、その厚みは６０オングス
トロームとする。また、チャネル部であるＩｎＧａＡｓ
層３７とＧａＡｓ層３１との間のＡｌＧａＡｓ障壁層３
３ｂの厚みは３０オングストローム程度とする。また、
このとき、トラジスタ構造とする場合の図２に示したｎ
−ＡｌＧａＡｓ層３７の厚みは、構成しようとするトラ
ンジスタがノーマリオン型のものであるかノーマリオフ
型のものであるかにかかわり、前者としたい場合はゲー
ト電極がＡｌ（アルミニウム）であるとしたなら１００
ｎｍ以上とし、後者としたい場合ならそれより薄くす
る。このような条件とされた２次元電子ガスヘテロ構造
では、これに電界がかけられていない状態では、電子は
ＧａＡｓ層３１に留まりチャネル部であるＩｎＧａＡｓ
層３５に供給されることはない。
領域を有するＧａＡｓ井戸層３１の厚さがＳｉドナーの
ボーア半径から見積もられる１ｓ軌道半径より充分小さ
く、また、該井戸層３１と障壁層３３ａ，３３ｂとのバ
ンド不連続が量子閉じ込めを得る程度に高いとき、フォ
トルミネッセンススペクトルに孤立したドナーに起因し
た浅い準位はクーロン相互作用が強まった準位となる。
このように相互作用しているドナーの準位５１（図３参
照）は、図３に示すように、チャネル部であるＩｎＧａ
Ａｓ層３７の伝導帯の底よりも深い準位となる。この図
３に示したような電子構造を得るための典型的な構造
は、図１を参照して説明すれば、ＧａＡｓ層３１の厚み
ｔ1 が３０分子層（約８３オングストローム）であり、
該ＧａＡｓ層３１中のドナー添加領域３１ａ，３１ｂそ
れぞれの厚みｔ2 、ｔ3 がそれぞれ４分子層（約１１オ
ングストローム）であり、障壁層３３ａ（３３ｂ）とド
ナー添加領域３１ａ（３１ｂ）との間のＧａＡｓ層３１
の部分の厚さｔ4 （ｔ5 ）が４分子層であるような構造
が挙げられる。ここで、ドナー添加領域３１ａ、３１ｂ
でのドナー濃度は量子的に誘起されるクーロン相互作用
に充分な濃度が必要なため３×１０17ｃｍ-2以上の濃度
である。また、チャネル部であるＩｎＧａＡｓ層３７の
ＩｎＡｓの組成は０．２とし、その厚みは６０オングス
トロームとする。また、チャネル部であるＩｎＧａＡｓ
層３７とＧａＡｓ層３１との間のＡｌＧａＡｓ障壁層３
３ｂの厚みは３０オングストローム程度とする。また、
このとき、トラジスタ構造とする場合の図２に示したｎ
−ＡｌＧａＡｓ層３７の厚みは、構成しようとするトラ
ンジスタがノーマリオン型のものであるかノーマリオフ
型のものであるかにかかわり、前者としたい場合はゲー
ト電極がＡｌ（アルミニウム）であるとしたなら１００
ｎｍ以上とし、後者としたい場合ならそれより薄くす
る。このような条件とされた２次元電子ガスヘテロ構造
では、これに電界がかけられていない状態では、電子は
ＧａＡｓ層３１に留まりチャネル部であるＩｎＧａＡｓ
層３５に供給されることはない。
【００１６】ところが、この図１及び図２に示した構造
に対し、図２に示したゲート電極４３を用い電圧を該構
造でのエネルギバンド図が図４に示した状態となるよう
に印加すると、ＧａＡｓ井戸３１での量子閉じ込め効果
が弱くなるため、量子閉じ込めにより増強されていたド
ナー添加領域３１ａ，３１ｂ間のクーロン相互作用は弱
まり水素分子のようなふるまいを示すクーロン相互作用
ドナーは孤立したドナーとなり浅い準位（相互作用から
孤立化したドナーの準位）５３を形成する。このとき、
相互作用ドナーに起因していた深いドナー準位は存在し
ない。加えて、電界印加による水素分子型ドナーのｋ−
空間上の対称性の低下から、相互作用が抑制され、孤立
したドナーとなる効果も深いドナーから浅いドナーへの
変化を助長する。この段階でＧａＡｓ井戸層３１内には
浅いドナー５３のみが存在する。この状態で、孤立した
ドナーの波動関数５５（図４参照）は、電界印加による
量子閉じ込めの低下により、量子トンネル効果にとって
充分薄いＡｌＧａＡｓ障壁層をトンネル効果によりチャ
ネル部であるＩｎＧａＡｓ層３７にしみ出す。またこの
とき孤立したドナーの準位５３は、チャネル部であるＩ
ｎＧａＡｓ層３７の電子の第１サブバンドより充分高い
ポテンシャルなので結果としてＩｎＧａＡｓ層３７に電
子が供給され、ＩｎＧａＡｓ層に２次元電子ガス２５が
形成される（図４参照）。
に対し、図２に示したゲート電極４３を用い電圧を該構
造でのエネルギバンド図が図４に示した状態となるよう
に印加すると、ＧａＡｓ井戸３１での量子閉じ込め効果
が弱くなるため、量子閉じ込めにより増強されていたド
ナー添加領域３１ａ，３１ｂ間のクーロン相互作用は弱
まり水素分子のようなふるまいを示すクーロン相互作用
ドナーは孤立したドナーとなり浅い準位（相互作用から
孤立化したドナーの準位）５３を形成する。このとき、
相互作用ドナーに起因していた深いドナー準位は存在し
ない。加えて、電界印加による水素分子型ドナーのｋ−
空間上の対称性の低下から、相互作用が抑制され、孤立
したドナーとなる効果も深いドナーから浅いドナーへの
変化を助長する。この段階でＧａＡｓ井戸層３１内には
浅いドナー５３のみが存在する。この状態で、孤立した
ドナーの波動関数５５（図４参照）は、電界印加による
量子閉じ込めの低下により、量子トンネル効果にとって
充分薄いＡｌＧａＡｓ障壁層をトンネル効果によりチャ
ネル部であるＩｎＧａＡｓ層３７にしみ出す。またこの
とき孤立したドナーの準位５３は、チャネル部であるＩ
ｎＧａＡｓ層３７の電子の第１サブバンドより充分高い
ポテンシャルなので結果としてＩｎＧａＡｓ層３７に電
子が供給され、ＩｎＧａＡｓ層に２次元電子ガス２５が
形成される（図４参照）。
【００１７】また、電界が印加されなくなるとＧａＡｓ
層３１では浅い準位はなくなり再びドナーの相互作用に
起因する深い準位５１（図３参照）が生じるので電子は
ＧａＡｓ層３１に留まりチャネル部であるＩｎＧａＡｓ
層３７に供給されなくなる。このように、第一発明の２
次元電子ガスヘテロ構造では電界を印加するか否かによ
るゲートの作用が生じるため、この構造は電界効果トラ
ンジスタのゲート部として用い得るものであることが分
かる。
層３１では浅い準位はなくなり再びドナーの相互作用に
起因する深い準位５１（図３参照）が生じるので電子は
ＧａＡｓ層３１に留まりチャネル部であるＩｎＧａＡｓ
層３７に供給されなくなる。このように、第一発明の２
次元電子ガスヘテロ構造では電界を印加するか否かによ
るゲートの作用が生じるため、この構造は電界効果トラ
ンジスタのゲート部として用い得るものであることが分
かる。
【００１８】なお、図２に示したトランジスタ構造は例
えば以下のような方法で作製することが出来る。
えば以下のような方法で作製することが出来る。
【００１９】先ず、半絶縁性ＧａＡｓ基板４７上に、障
壁層としてのアンドープＡｌＧａＡｓ層３３ａ、Ｓｉ添
加領域３１ａ，３１ｂを有する電子供給部としてのＧａ
Ａｓ層３１、障壁層としてのアンドープＡｌＧａＡｓ層
３３ｂ、チャネル部としてのＩｎＧａＡｓ層３７及び、
コンタクト層（チャンネル部に対する障壁層にもなる）
としてのｎ−ＡｌＧａＡｓ３９を順次に、各層が上記膜
厚となるように形成する。これら層の形成は、分子線エ
ピタキシ法、有機金属気相成長法、有機金属分子線エピ
タキシ法などの好適な方法で行なえる。
壁層としてのアンドープＡｌＧａＡｓ層３３ａ、Ｓｉ添
加領域３１ａ，３１ｂを有する電子供給部としてのＧａ
Ａｓ層３１、障壁層としてのアンドープＡｌＧａＡｓ層
３３ｂ、チャネル部としてのＩｎＧａＡｓ層３７及び、
コンタクト層（チャンネル部に対する障壁層にもなる）
としてのｎ−ＡｌＧａＡｓ３９を順次に、各層が上記膜
厚となるように形成する。これら層の形成は、分子線エ
ピタキシ法、有機金属気相成長法、有機金属分子線エピ
タキシ法などの好適な方法で行なえる。
【００２０】次に、この積層体に対しイオン注入法によ
り部分的にソース・ドレイン領域４５ａ，４５ｂを形成
する。次いで、公知の方法によりソース・ドレイン電極
４１ａ，４１ｂを形成する。
り部分的にソース・ドレイン領域４５ａ，４５ｂを形成
する。次いで、公知の方法によりソース・ドレイン電極
４１ａ，４１ｂを形成する。
【００２１】次に、ゲート電極４３を形成する。このゲ
ート電極４３は例えばアルミニウムを用いたショットキ
ー電極で構成する。ゲート電極４３をアルミニウムで構
成した場合、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層３７の厚さが１００ｎ
ｍ以上の場合このトランジスタはノーマリオン型の電界
効果トランジスタとなり、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層３７の厚
さが１００ｎｍより薄い場合このトランジスタはノーマ
リオフ型の電界効果トランジスタとなる。
ート電極４３は例えばアルミニウムを用いたショットキ
ー電極で構成する。ゲート電極４３をアルミニウムで構
成した場合、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層３７の厚さが１００ｎ
ｍ以上の場合このトランジスタはノーマリオン型の電界
効果トランジスタとなり、ｎ−ＡｌＧａＡｓ層３７の厚
さが１００ｎｍより薄い場合このトランジスタはノーマ
リオフ型の電界効果トランジスタとなる。
【００２２】上述においては第一発明の２次元電子ガス
ヘテロ構造及び第二発明のトランジスタの実施例につい
て併せて説明したが、これら発明は上述の実施例に限ら
れない。
ヘテロ構造及び第二発明のトランジスタの実施例につい
て併せて説明したが、これら発明は上述の実施例に限ら
れない。
【００２３】例えば上述の実施例では、２次元電子ガス
ヘテロ構造を構成する各層３１，３１ａ，３１ｂ、３３
ｂ，３７，３９の厚みｔ1 〜ｔ5 等の数値例を示した
が、これらは例示にすぎない。これら各層の厚さは、図
５に示したように、：２次元電子ガスヘテロ構造に電
界を印加した状態においては、孤立したＳｉドナーの準
位５３がＩｎＧａＡｓ層３７（チャネル部）の電子の第
１サブバンドより浅くなり、：２次元電子ガスヘテロ
構造に電界を印加しない状態においては、Ｓｉの相互作
用しているドナーの準位５３がＩｎＧａＡｓ層３７（チ
ャネル部）の電子の第１サブバンドに電子が熱的に励起
されない程度深くなるといった、電子準位を作り出せる
構造で、かつ、ＩｎＧａＡｓ層３７（チャネル部）が格
子不整合による格子欠陥を生じない膜厚（臨界膜厚以下
の膜厚）であれば良い。
ヘテロ構造を構成する各層３１，３１ａ，３１ｂ、３３
ｂ，３７，３９の厚みｔ1 〜ｔ5 等の数値例を示した
が、これらは例示にすぎない。これら各層の厚さは、図
５に示したように、：２次元電子ガスヘテロ構造に電
界を印加した状態においては、孤立したＳｉドナーの準
位５３がＩｎＧａＡｓ層３７（チャネル部）の電子の第
１サブバンドより浅くなり、：２次元電子ガスヘテロ
構造に電界を印加しない状態においては、Ｓｉの相互作
用しているドナーの準位５３がＩｎＧａＡｓ層３７（チ
ャネル部）の電子の第１サブバンドに電子が熱的に励起
されない程度深くなるといった、電子準位を作り出せる
構造で、かつ、ＩｎＧａＡｓ層３７（チャネル部）が格
子不整合による格子欠陥を生じない膜厚（臨界膜厚以下
の膜厚）であれば良い。
【００２４】また、図１及び図２に示した構造は典型的
な例にすぎないことは明らかである。例えば、上述にお
いてはドナー添加領域を２層とした例を示したが３層以
上とできる可能性もあると考える。また、ドナーを量子
効果により相互作用するようにドープし得る構造は図１
のようなドナー添加領域を層状にする場合に限られな
い。
な例にすぎないことは明らかである。例えば、上述にお
いてはドナー添加領域を２層とした例を示したが３層以
上とできる可能性もあると考える。また、ドナーを量子
効果により相互作用するようにドープし得る構造は図１
のようなドナー添加領域を層状にする場合に限られな
い。
【００２５】また、上述においては、基板としてＧａＡ
ｓを用い該基板上に障壁層／井戸層／チャネル部として
ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ：Ｓｉ／ＩｎＧａＡｓ構造を設
ける例を示したが、材料はこれに限られない。例えば、
ＩｎＰ基板を用いこの基板上にＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ：
Ｓｉ／ＩｎＧａＡｓ構造を設けた場合、若しくは、Ｉｎ
Ｐ基板を用いこの基板上にＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ
Ｐ：Ｓｉ／ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）構造を設けた場合、また
は、ＧａＡｓ基板を用い該基板上にＩｎＧａＰ／ＡｌＧ
ａＡｓ：Ｓｉ／ＧａＡｓ構造を設けた場合、若しくは、
ＧａＡｓ基板を用い該基板上にＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ：
Ｓｉ／ＩｎＧａＡｓ構造を設けた場合などにおいても実
施例と同様な効果が得られる。
ｓを用い該基板上に障壁層／井戸層／チャネル部として
ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ：Ｓｉ／ＩｎＧａＡｓ構造を設
ける例を示したが、材料はこれに限られない。例えば、
ＩｎＰ基板を用いこの基板上にＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＰ：
Ｓｉ／ＩｎＧａＡｓ構造を設けた場合、若しくは、Ｉｎ
Ｐ基板を用いこの基板上にＡｌＩｎＡｓ／ＩｎＧａＡｓ
Ｐ：Ｓｉ／ＩｎＧａＡｓ（Ｐ）構造を設けた場合、また
は、ＧａＡｓ基板を用い該基板上にＩｎＧａＰ／ＡｌＧ
ａＡｓ：Ｓｉ／ＧａＡｓ構造を設けた場合、若しくは、
ＧａＡｓ基板を用い該基板上にＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ：
Ｓｉ／ＩｎＧａＡｓ構造を設けた場合などにおいても実
施例と同様な効果が得られる。
【００２６】
【発明の効果】上述した説明から明らかなように、この
出願の第一発明によれば、チャネル部及び電子供給部を
具える２次元電子ガスヘテロ構造において電子供給部を
所定の量子井戸層で構成したので、従来に比べポテンシ
ャルの深いドナーを用いての電子供給がおこなえる。こ
のため、電子供給部とチャネル部との電子遷移および電
子的相互作用は従来より軽減されるので、異常ゲート電
圧−電流特性の発生が防止若しくは従来より軽減された
トランジスタが得られる。さらに、空乏化によるゲート
動作を行なう型ではないトランジスタが構成出来るの
で、空乏化によるゲート動作を行なう型に比べ低ゲート
電圧駆動ができる。
出願の第一発明によれば、チャネル部及び電子供給部を
具える２次元電子ガスヘテロ構造において電子供給部を
所定の量子井戸層で構成したので、従来に比べポテンシ
ャルの深いドナーを用いての電子供給がおこなえる。こ
のため、電子供給部とチャネル部との電子遷移および電
子的相互作用は従来より軽減されるので、異常ゲート電
圧−電流特性の発生が防止若しくは従来より軽減された
トランジスタが得られる。さらに、空乏化によるゲート
動作を行なう型ではないトランジスタが構成出来るの
で、空乏化によるゲート動作を行なう型に比べ低ゲート
電圧駆動ができる。
【図１】第一発明の実施例の説明に供する図（その１）
である。
である。
【図２】第二発明の実施例の説明に供する図である。
【図３】第一発明の実施例の説明に供する図（その２）
である。
である。
【図４】第一発明の実施例の説明に供する図（その３）
である。
である。
【図５】第一発明の変形例の説明に供する図である。
【図６】（Ａ）及び（Ｂ）は、従来技術の説明に供する
図である。
図である。
３１：井戸層（ＧａＡｓ層） ３１ａ，３１ｂ：ドナー添加領域 ３３ａ，３３ｂ：障壁層（ＡｌＧａＡｓ層） ３５：量子井戸層 ３７：チャネル部（ＩｎＧａＡｓ層） ３９：コンタクト層（ｎ−ＡｌＧａＡｓ層） ４１ａ，４１ｂ：ソース・ドレイン電極 ４３：ゲート電極 ４５ａ，４５ｂ：ソース・ドレイン領域 ４７：半絶縁性ＧａＡｓ基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/06 29/78 7514−4Ｍ Ｈ０１Ｌ 29/78 ３０１ Ｂ (72)発明者 和田 浩 東京都港区虎ノ門１丁目７番12号 沖電気 工業株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 チャネル部及び電子供給部を具える２次
元電子ガスヘテロ構造において、 電子供給部を、ドナーを量子効果により相互作用するよ
うにドープした量子井戸層で構成したことを特徴とする
２次元電子ガスヘテロ構造。 - 【請求項２】 請求項１に記載の２次元電子ガスヘテロ
構造において、 前記量子井戸層を、量子井戸内にドナーが２層状にかつ
それらが相互作用して水素分子状相互作用ドナーを構成
するようにドープされた量子井戸層で構成したことを特
徴とする２次元電子ガスヘテロ構造。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の２次元電子ガ
スヘテロ構造を用いたことを特徴とするトランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31517793A JPH07169947A (ja) | 1993-12-15 | 1993-12-15 | ２次元電子ガスヘテロ構造及びこれを用いたトランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31517793A JPH07169947A (ja) | 1993-12-15 | 1993-12-15 | ２次元電子ガスヘテロ構造及びこれを用いたトランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07169947A true JPH07169947A (ja) | 1995-07-04 |
Family
ID=18062353
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31517793A Withdrawn JPH07169947A (ja) | 1993-12-15 | 1993-12-15 | ２次元電子ガスヘテロ構造及びこれを用いたトランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07169947A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014517511A (ja) * | 2011-05-02 | 2014-07-17 | インテル・コーポレーション | 垂直トンネリングの負性微分抵抗素子 |
-
1993
- 1993-12-15 JP JP31517793A patent/JPH07169947A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014517511A (ja) * | 2011-05-02 | 2014-07-17 | インテル・コーポレーション | 垂直トンネリングの負性微分抵抗素子 |
| US9293546B2 (en) | 2011-05-02 | 2016-03-22 | Intel Corporation | Vertical tunneling negative differential resistance devices |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20010306 |