JPH08148673A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH08148673A
JPH08148673A JP27964594A JP27964594A JPH08148673A JP H08148673 A JPH08148673 A JP H08148673A JP 27964594 A JP27964594 A JP 27964594A JP 27964594 A JP27964594 A JP 27964594A JP H08148673 A JPH08148673 A JP H08148673A
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JP
Japan
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layer
semiconductor
impurity
impurity layer
heterojunction
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Pending
Application number
JP27964594A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Matsumura
浩二 松村
Yasoo Harada
八十雄 原田
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To reduce the resistance at the heterojunction interface in a semiconductor device which includes heterojunction consisting of a semiconductor having a wide band gap and a semiconductor having a narrow band gap. CONSTITUTION: An n-GaAs cap layer 8 having a narrow band gap is made on an n-Al0.22 Ga0.78 barrier layer 7 having a wide band gap. In the n-Al0.22 Ga0.78 AS barrier layer 7, an n-type impurity layer 70 δ-doped with Si donor is made in the vicinity of the heterojunction interface with an n-GaAs cap layer 8. Accordingly, a p-type impurity layer 80 δ-doped with Be acceptor is made in the vicinity of the heterojunction interface with the n-Al0.22 Ga0.78 AS barrier layer 7. The interval between the n-type impurity layer 70 and the p-type impurity layer 80 is set to a 10 molecular layer.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、広い禁止帯を有する半
導体と狭い禁止帯を有する半導体とからなるヘテロ接合
を含む半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device including a heterojunction composed of a semiconductor having a wide bandgap and a semiconductor having a narrow bandgap.

【0002】[0002]

【従来の技術】広い禁止帯を有する半導体と狭い禁止帯
を有する半導体とからなるヘテロ接合は種々の半導体装
置に用いられている。図4にこのようなヘテロ接合を用
いた半導体装置の一例として低雑音動作特性と高出力動
作特性とを兼ね備えた電界効果型半導体装置を示す。こ
の電界効果型半導体装置は、TMT(Two Mode
channel FET)素子と呼ばれている。
2. Description of the Related Art Heterojunctions composed of a semiconductor having a wide bandgap and a semiconductor having a narrow bandgap are used in various semiconductor devices. As an example of a semiconductor device using such a heterojunction, FIG. 4 shows a field effect semiconductor device having both low noise operation characteristics and high output operation characteristics. This field effect semiconductor device has a TMT (Two Mode)
It is called a channel FET) element.

【0003】図4において、半絶縁性のGaAs基板1
上に、膜厚8000ÅのアンドープのGaAsバッファ
層2、膜厚50ÅのアンドープのIn0.2 Ga0.8 As
チャネル層3、および膜厚70ÅのアンドープのInX
Ga1-X Asチャネル層4が順に形成されている。In
X Ga1-X Asチャネル層4のInの組成比xは、In
0.2 Ga0.8 Asチャネル層3との界面から上方側に向
かって0.2から0までグレーディッドに減少する。
In FIG. 4, a semi-insulating GaAs substrate 1 is used.
An undoped GaAs buffer layer 2 having a film thickness of 8000 Å and an undoped In 0.2 Ga 0.8 As film having a film thickness of 50 Å
Channel layer 3 and undoped In X with a film thickness of 70 Å
The Ga 1-X As channel layer 4 is sequentially formed. In
The composition ratio x of In of the X Ga 1-X As channel layer 4 is In
0.2 Ga 0.8 As Gradient decreases from 0.2 to 0 from the interface with the channel layer 3 toward the upper side.

【0004】InX Ga1-X Asチャネル層4上には、
膜厚20ÅのアンドープのGaAsスペーサ層5、膜厚
200Åのn−GaAsチャネル層6、膜厚200Åの
n−Al0.22Ga0.78As障壁層7、および膜厚100
Åのn−GaAsキャップ層8が順に形成されている。
ここで、“n”は狭い禁止帯(バンドギャップ)を有す
るn型の半導体を意味し、“N”は広い禁止帯を有する
n型の半導体を意味する。
On the In X Ga 1-X As channel layer 4,
An undoped GaAs spacer layer 5 having a film thickness of 20Å, an n-GaAs channel layer 6 having a film thickness of 200Å, an n-Al 0.22 Ga 0.78 As barrier layer 7 having a film thickness of 200Å , and a film thickness of 100.
The n-GaAs cap layer 8 of Å is sequentially formed.
Here, “n” means an n-type semiconductor having a narrow forbidden band (band gap), and “N” means an n-type semiconductor having a wide forbidden band.

【0005】N−Al0.22Ga0.78As障壁層7および
n−GaAsキャップ層8にはそれぞれ濃度2×1018
cm-3のSiドナーがドーピングされている。n−Ga
Asキャップ層8の中央部にN−Al0.22Ga0.78As
障壁層7に達する凹部が形成され、N−Al0.22Ga
0.78As障壁層7上の中央部にその障壁層7とショット
キ接触するゲート電極9が形成されている。また、ゲー
ト電極9の両側のn−GaAsキャップ層8上にそのキ
ャップ層8とオーミック接触するソース電極10および
ドレイン電極11がそれぞれ形成されている。
The N-Al 0.22 Ga 0.78 As barrier layer 7 and the n-GaAs cap layer 8 each have a concentration of 2 × 10 18.
cm −3 of Si donor is doped. n-Ga
N-Al 0.22 Ga 0.78 As is formed in the center of the As cap layer 8.
A recess reaching the barrier layer 7 is formed, and N-Al 0.22 Ga is formed.
A gate electrode 9 that is in Schottky contact with the 0.78 As barrier layer 7 is formed in the center of the barrier layer 7. Further, a source electrode 10 and a drain electrode 11 which are in ohmic contact with the cap layer 8 are formed on the n-GaAs cap layer 8 on both sides of the gate electrode 9, respectively.

【0006】図4のTMT素子において、ゲート電位が
深いときには空乏層が下方まで延び、n−GaAsチャ
ネル層6から供給された電子が主としてIn0.2 Ga
0.8 Asチャネル層3およびInX Ga1-X Asチャネ
ル層4を走行する。この場合、電子は、In0.2 Ga
0.8 Asチャネル層3およびInX Ga1-X Asチャネ
ル層4の量子井戸内に良好に閉じ込められるので、高濃
度にドーピングされたn−GaAsチャネル層6中の不
純物の影響を受けることが少なく、超低雑音特性が得ら
れる。一方、ゲート電位が浅いときには空乏層が縮み、
電子は主としてn−GaAsチャネル層6を走行する。
そのため、高濃度にドーピングされたn−GaAsチャ
ネル層6がチャネルとして働き、高く平坦な相互コンダ
クタンスが得られて高出力特性が得られる。
In the TMT element of FIG. 4, when the gate potential is deep, the depletion layer extends downward, and electrons supplied from the n-GaAs channel layer 6 are mainly In 0.2 Ga.
It runs through the 0.8 As channel layer 3 and the In X Ga 1-X As channel layer 4. In this case, the electrons are In 0.2 Ga
Since it is well confined in the quantum wells of the 0.8 As channel layer 3 and the In x Ga 1 -x As channel layer 4, it is less affected by impurities in the heavily doped n-GaAs channel layer 6, Ultra low noise characteristics can be obtained. On the other hand, when the gate potential is shallow, the depletion layer shrinks,
The electrons mainly travel in the n-GaAs channel layer 6.
Therefore, the heavily doped n-GaAs channel layer 6 acts as a channel, and a high and flat transconductance is obtained, so that a high output characteristic is obtained.

【0007】図4のTMT素子において、ソース電極1
0からチャネルまでの抵抗R1およびチャネル内でゲー
ト電極9の下端までの抵抗R2からなる抵抗をソース抵
抗と呼ぶ。このソース抵抗は、熱雑音源となって雑音特
性を劣化させたり、素子の駆動能力を表わす相互コンダ
クタンスを低下させるという問題を引き起こす。したが
って、図4のTMT素子のような半導体装置の高性能化
のためには、ソース抵抗をできるだけ小さくする必要が
ある。
In the TMT element of FIG. 4, the source electrode 1
The resistance composed of the resistance R1 from 0 to the channel and the resistance R2 from the lower end of the gate electrode 9 in the channel is called the source resistance. This source resistance causes a problem of becoming a thermal noise source and deteriorating the noise characteristic, and lowering the mutual conductance representing the driving capability of the element. Therefore, in order to improve the performance of the semiconductor device such as the TMT element of FIG. 4, it is necessary to make the source resistance as small as possible.

【0008】一般に、ソース抵抗を低減するためには、
禁止帯の広い半導体層と電極との間に禁止帯の狭い半導
体層を形成することにより電極を構成する金属と禁止帯
の広い半導体層との間の接触抵抗を低減すること、およ
び電極と接触する半導体層の不純物濃度を増大させるこ
とが行われている。
Generally, in order to reduce the source resistance,
Forming a semiconductor layer having a narrow forbidden band between a semiconductor layer having a wide forbidden band and an electrode to reduce the contact resistance between the metal forming the electrode and the semiconductor layer having a wide forbidden band, and contact with the electrode. The impurity concentration of the semiconductor layer is increased.

【0009】図4のTMT素子の場合には、広い禁止帯
を有するN−Al0.22Ga0.78As障壁層7とソース電
極10およびドレイン電極11との間に狭い禁止帯を有
するn−GaAsキャップ層8を形成するとともに、N
−Al0.22Ga0.78As障壁層7およびn−GaAsキ
ャップ層8にSiを2×1018cm-3ドーピングしてい
る。他のN−AlGaAs/GaAs系変調ドープヘテ
ロ接合電界効果トランジスタにおいても、ソース抵抗を
低減するために同様のことが行われている。
In the case of the TMT element shown in FIG. 4, an n-GaAs cap layer having a narrow forbidden band between the N-Al 0.22 Ga 0.78 As barrier layer 7 having a wide forbidden band and the source electrode 10 and the drain electrode 11. 8 and N
The -Al 0.22 Ga 0.78 As barrier layer 7 and the n-GaAs cap layer 8 are doped with Si at 2 × 10 18 cm −3 . In other N-AlGaAs / GaAs system modulation-doped heterojunction field effect transistors, the same thing is done to reduce the source resistance.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように広い禁止帯を有する半導体層と電極との間に狭い
禁止帯を有する半導体層を形成した場合には、以下のよ
うな問題点が生じる。
However, when the semiconductor layer having a narrow bandgap is formed between the semiconductor layer having a wide bandgap and the electrode as described above, the following problems occur. .

【0011】図5に図4のTMT素子における伝導帯の
エネルギーバンド構造および電子分布状態を示す。図5
において、実線Aは伝導帯のポテンシャル分布を示し、
破線Bは電子分布を示す。
FIG. 5 shows the energy band structure of the conduction band and the electron distribution state in the TMT element of FIG. Figure 5
In, the solid line A indicates the potential distribution of the conduction band,
The broken line B shows the electron distribution.

【0012】n−GaAsキャップ層8の禁止帯はN−
Al0.22Ga0.78As障壁層7の禁止帯よりも狭いの
で、図5に示すように、n−GaAsキャップ層8とN
−Al 0.22Ga0.78As障壁層7とのヘテロ接合界面に
ノッチ20が形成される。このノッチ20により電子の
移動が妨げられ、n−GaAsキャップ層8とN−Al
0.22Ga0.78As障壁層7との間の抵抗値が増大すると
いう問題がある。ヘテロ接合界面でのノッチ20による
抵抗の値は全ソース抵抗の値の約4分の1を占める。
The forbidden band of the n-GaAs cap layer 8 is N-
Al0.22Ga0.78Narrower than the forbidden band of As barrier layer 7
Then, as shown in FIG. 5, n-GaAs cap layer 8 and N
-Al 0.22Ga0.78At the heterojunction interface with the As barrier layer 7
The notch 20 is formed. This notch 20
Movement is hindered, and n-GaAs cap layer 8 and N-Al
0.22Ga0.78When the resistance value between the As barrier layer 7 increases
I have a problem. Due to the notch 20 at the heterojunction interface
The resistance value accounts for about one quarter of the total source resistance value.

【0013】一方、半導体層にその結晶性を損なわずに
一様にドーピングすることができる不純物の量には限度
がある。例えば、n−GaAs層にSiをドーピングす
る場合には、3×1018cm-3程度が限度である。
On the other hand, there is a limit to the amount of impurities that can be uniformly doped in the semiconductor layer without impairing its crystallinity. For example, when Si is doped in the n-GaAs layer, the limit is about 3 × 10 18 cm -3 .

【0014】本発明の目的は、広い禁止帯を有する半導
体および狭い禁止帯を有する半導体からなるヘテロ接合
を含む半導体装置において接合面での抵抗値を低減する
ことである。
An object of the present invention is to reduce the resistance value at the junction surface in a semiconductor device including a heterojunction composed of a semiconductor having a wide bandgap and a semiconductor having a narrow bandgap.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体装置
は、第1の禁止帯幅を有する第1導電型の第1の半導体
および第1の禁止帯幅よりも狭い第2の禁止帯幅を有す
る第1導電型の第2の半導体からなるヘテロ接合を含む
半導体装置において、第1の半導体内のヘテロ接合界面
近傍に第1導電型不純物がδ関数的にドーピングされて
なる第1の不純物層を形成するとともに、第2の半導体
内のヘテロ接合界面近傍に第2導電型不純物がδ関数的
にドーピングされてなる第2の不純物層を形成したもの
である。
A semiconductor device according to the present invention includes a first semiconductor of a first conductivity type having a first forbidden band width and a second forbidden band width narrower than the first forbidden band width. In a semiconductor device including a heterojunction made of a second semiconductor of the first conductivity type having a first conductivity type impurity, the first conductivity type impurity is δ-function-doped near the heterojunction interface in the first semiconductor. In addition to forming the layer, a second impurity layer is formed in the vicinity of the heterojunction interface in the second semiconductor by doping the second conductivity type impurity in a δ function.

【0016】ここで、「δ関数的なドーピング」とは、
半導体層の数分子層、好ましくは1分子層へのドーピン
グをいい、アトミックプレーナドーピングとも呼ぶ。特
に、第1の不純物層と第2の不純物層との間の距離が電
子のド・ブロイ波長の4分の1以下であることが好まし
い。また、第1および第2の不純物層における不純物の
ドーピング濃度は、ヘテロ接合界面でのバンド不連続性
が減少するようにバンドが曲がる程度であることが好ま
しい。
Here, "d-functional doping" means
Doping into a few molecular layers of a semiconductor layer, preferably into one molecular layer, is also called atomic planar doping. In particular, it is preferable that the distance between the first impurity layer and the second impurity layer be one fourth or less of the de Broglie wavelength of electrons. Further, the doping concentration of impurities in the first and second impurity layers is preferably such that the band bends so that band discontinuity at the heterojunction interface is reduced.

【0017】[0017]

【作用】本発明に係る半導体装置においては、狭い禁止
帯幅を有する第1導電型の第2の半導体のヘテロ接合界
面近傍に第2導電型不純物をδ関数的にドーピングする
ことにより、狭い禁止帯側のエネルギーバンドが持ち上
がってヘテロ接合界面に形成されていたノッチが実質的
に消失する。
In the semiconductor device according to the present invention, by narrowing the narrow bandgap by doping the second conductivity type impurity in the vicinity of the heterojunction interface of the second semiconductor of the first conductivity type having a narrow bandgap by the δ function. The energy band on the band side is lifted up, and the notch formed at the heterojunction interface disappears substantially.

【0018】また、ヘテロ接合界面近傍に形成された第
1の不純物層および第2の不純物層が電気双極子を形成
するが、半導体装置全体として見れば電気的に中性とな
る。したがって、第1および第2の不純物層は、半導体
装置の電子分布にほとんど影響を与えない。
Further, the first impurity layer and the second impurity layer formed in the vicinity of the heterojunction interface form electric dipoles, but they are electrically neutral when viewed as a semiconductor device as a whole. Therefore, the first and second impurity layers have almost no effect on the electron distribution of the semiconductor device.

【0019】さらに、δ関数的なドーピングを用いてい
るので、第1の不純物層および第2の不純物層において
高濃度の不純物ドーピングが可能となる。特に、第1の
不純物層と第2の不純物層との間の距離が電子のド・ブ
ロイ波長の4分の1以下である場合には、電子は、第1
の不純物層および第2の不純物層によるエネルギーバン
ドのポテンシャル変化の影響をほとんど受けずにヘテロ
接合界面を自由に通過することができる。したがって、
ヘテロ接合界面での抵抗成分がほとんど0となる。
Further, since the delta function doping is used, high concentration impurity doping can be performed in the first impurity layer and the second impurity layer. In particular, when the distance between the first impurity layer and the second impurity layer is equal to or less than a quarter of the de Broglie wavelength of the electron, the electron is
It is possible to freely pass through the heterojunction interface without being substantially affected by the potential change of the energy band due to the impurity layer and the second impurity layer. Therefore,
The resistance component at the heterojunction interface becomes almost zero.

【0020】[0020]

【実施例】図1は本発明の一実施例によるTMT素子の
構造を示す模式的断面図である。図1において、半絶縁
性のGaAs基板1上に、膜厚8000Åのアンドープ
のGaAsバッファ層2、膜厚50ÅのアンドープのI
0.2 Ga0.8 Asチャネル層3、および膜厚70Åの
アンドープのInX Ga1-X Asチャネル層4が順に形
成されている。InX Ga1-X Asチャネル層4のIn
の組成比xは、In0.2 Ga0.8 Asチャネル層3との
界面から上方側に向かって0.2から0までグレーディ
ッドに減少する。
1 is a schematic sectional view showing the structure of a TMT element according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, an undoped GaAs buffer layer 2 having a film thickness of 8000Å and an undoped I film having a film thickness of 50Å are formed on a semi-insulating GaAs substrate 1.
An n 0.2 Ga 0.8 As channel layer 3 and an undoped In X Ga 1-X As channel layer 4 having a film thickness of 70Å are sequentially formed. In X Ga 1-X As Channel Layer 4 In
The composition ratio x of the is gradually decreased from 0.2 to 0 from the interface with the In 0.2 Ga 0.8 As channel layer 3 toward the upper side.

【0021】InX Ga1-X Asチャネル層4上には、
膜厚20ÅのアンドープのGaAsスペーサ層5、膜厚
200Åのn−GaAsチャネル層6、膜厚200Åの
N−Al0.22Ga0.78As障壁層7、および膜厚100
Åのn−GaAsキャップ層8が順に形成されている。
On the In X Ga 1-X As channel layer 4,
An undoped GaAs spacer layer 5 having a film thickness of 20Å, an n-GaAs channel layer 6 having a film thickness of 200Å, an N-Al 0.22 Ga 0.78 As barrier layer 7 having a film thickness of 200Å , and a film thickness of 100.
The n-GaAs cap layer 8 of Å is sequentially formed.

【0022】n−GaAsキャップ層8の中央部にはN
−Al0.22Ga0.78As障壁層7に達する凹部が形成さ
れ、N−Al0.22Ga0.78As障壁層7上の中央部にそ
の障壁層7とショットキ接触するゲート電極9が形成さ
れている。ゲート電極9の両側のn−GaAsキャップ
層8上にはそのキャップ層8とオーミック接触するソー
ス電極10およびドレイン電極11がそれぞれ形成され
ている。N−Al0.22Ga0.78As障壁層7およびn−
GaAsキャップ層8には、濃度2×1018cm-3のS
iドナーがそれぞれ一様にドーピングされている。
At the center of the n-GaAs cap layer 8, N is formed.
A recess reaching the -Al 0.22 Ga 0.78 As barrier layer 7 is formed, and a gate electrode 9 that is in Schottky contact with the barrier layer 7 is formed in the center of the N-Al 0.22 Ga 0.78 As barrier layer 7. A source electrode 10 and a drain electrode 11 that are in ohmic contact with the cap layer 8 are formed on the n-GaAs cap layer 8 on both sides of the gate electrode 9, respectively. N-Al 0.22 Ga 0.78 As barrier layer 7 and n-
The GaAs cap layer 8 has an S concentration of 2 × 10 18 cm −3 .
Each i donor is uniformly doped.

【0023】特に、本実施例のTMT素子では、N−A
0.22Ga0.78As障壁層7内においてn−GaAsキ
ャップ層8とのヘテロ接合界面の近傍に、Siドナーが
1分子層だけδドーピング(アトミックプレーナドーピ
ング)されてなるn型不純物層70が形成されている。
また、n−GaAsキャップ層8内においてN−Al
0.22Ga0.78As障壁層7とのヘテロ接合界面の近傍
に、Beアクセプターが1分子層だけδドーピングされ
てなるp型不純物層80が形成されている。n型不純物
層70におけるSiドナーの濃度は1×10-13 cm-2
である。また、p型不純物層80におけるBeアクセプ
ターの濃度も1×10-13 cm-2である。n型不純物層
70とp型不純物層80との間の距離dは10分子層
(約28Å)である。 図2に図1のTMT素子におけ
る伝導帯のエネルギーバンド構造および電子分布状態を
示す。図2において、Cは伝導帯のポテンシャル分布を
示し、Dは電子分布を示す。
In particular, in the TMT element of this embodiment, N-A
l0.22Ga0.78In the As barrier layer 7, n-GaAs
Si donors near the heterojunction interface with the cap layer 8
Δ doping of only one molecular layer (atomic planar dope
N-type impurity layer 70 is formed.
In addition, in the n-GaAs cap layer 8, N-Al
0.22Ga0.78Near the heterojunction interface with the As barrier layer 7
In addition, Be acceptor is δ-doped for only one molecular layer.
The p-type impurity layer 80 is formed. n-type impurities
The concentration of the Si donor in the layer 70 is 1 × 10-13cm-2
Is. Further, Be accepting in the p-type impurity layer 80
The concentration of tar is also 1 × 10-13cm-2Is. n-type impurity layer
The distance d between 70 and the p-type impurity layer 80 is 10 molecular layers.
(About 28Å). In the TMT element of FIG. 1 in FIG.
The conduction band energy band structure and electron distribution
Show. In FIG. 2, C is the potential distribution of the conduction band.
, D shows the electron distribution.

【0024】図2に示すように、n−GaAsキャップ
層8側のヘテロ接合界面の近傍において、矢印81で示
すように、p型不純物層80によりエネルギーバンドの
ポテンシャルが引き上げられる。また、N−Al0.22
0.78As障壁層7側のヘテロ接合界面の近傍におい
て、矢印71で示すように、n型不純物層70によりエ
ネルギーバンドのポテンシャルが引き下げられる。その
結果、図5に示したノッチ20が消失し、ポテンシャル
の谷30が形成される。
As shown in FIG. 2, in the vicinity of the heterojunction interface on the n-GaAs cap layer 8 side, the energy band potential is raised by the p-type impurity layer 80 as shown by an arrow 81. Also, N-Al 0.22 G
In the vicinity of the hetero junction interface on the a 0.78 As barrier layer 7 side, the energy band potential is lowered by the n-type impurity layer 70, as indicated by an arrow 71. As a result, the notch 20 shown in FIG. 5 disappears and the potential valley 30 is formed.

【0025】p型不純物層80とn型不純物層70との
間の距離がド・ブロイ波長よりも十分に短いので、ポテ
ンシャルの谷30の大きさもド・ブロイ波長よりも十分
に小さい。そのため、n−GaAsキャップ層8側から
供給された電子は、このポテンシャルの谷30の影響を
受けずにヘテロ接合界面を自由に通過することができ
る。したがって、ヘテロ接合界面での抵抗成分がほとん
ど0となる。図5に示したノッチ20による抵抗成分は
ソース抵抗全体の4分の1を占めるので、本実施例のT
MT素子では、ソース抵抗が25%程度減少する。
Since the distance between the p-type impurity layer 80 and the n-type impurity layer 70 is sufficiently shorter than the de Broglie wavelength, the size of the potential valley 30 is also sufficiently smaller than the de Broglie wavelength. Therefore, the electrons supplied from the n-GaAs cap layer 8 side can freely pass through the heterojunction interface without being affected by the potential valley 30. Therefore, the resistance component at the heterojunction interface becomes almost zero. Since the resistance component due to the notch 20 shown in FIG. 5 occupies a quarter of the total source resistance, T of the present embodiment.
In the MT element, the source resistance is reduced by about 25%.

【0026】また、δドーピングにより形成されたn型
不純物層70およびp型不純物層80は電気双極子を形
成するが、全体として見れば中性となる。したがって、
n型不純物層70およびp型不純物層80によるエネル
ギーバンドの変化は、素子の電子分布にほとんど影響を
与えない。図2に破線Dで示した電子分布は図5に破線
Bで示した電子分布と等しくなっている。
The n-type impurity layer 70 and the p-type impurity layer 80 formed by δ-doping form electric dipoles, but are neutral as a whole. Therefore,
The change in energy band due to the n-type impurity layer 70 and the p-type impurity layer 80 has almost no effect on the electron distribution of the device. The electron distribution shown by the broken line D in FIG. 2 is equal to the electron distribution shown by the broken line B in FIG.

【0027】上記実施例では、本発明をTMT素子に適
用した場合を説明したが、本発明は、図3に示すよう
に、広い禁止帯を有する第1の半導体100および狭い
禁止帯を有する第2の半導体200からなるヘテロ接合
を含む種々の半導体装置に適用することができる。
In the above embodiments, the case where the present invention is applied to the TMT element has been described, but the present invention, as shown in FIG. 3, has the first semiconductor 100 having a wide forbidden band and the first semiconductor 100 having a narrow forbidden band. The present invention can be applied to various semiconductor devices including a heterojunction composed of two semiconductors 200.

【0028】第1の半導体100において、第2の半導
体200とのヘテロ接合界面の近傍に、不純物がδドー
ピングされてなる第1の不純物層101が形成されてい
る。また、第2の半導体200において、第1の半導体
100とのヘテロ接合界面の近傍に、不純物がδドーピ
ングされてなる第2の不純物層201が形成されてい
る。第1の半導体100および第2の半導体200がn
型である場合には、第1の不純物層101もn型であ
り、第2の不純物層201はp型である。一方、第1の
半導体100および第2の半導体200がp型である場
合には、第1の不純物層101もp型であり、第2の不
純物層201はn型である。
In the first semiconductor 100, a first impurity layer 101, which is δ-doped with impurities, is formed near the heterojunction interface with the second semiconductor 200. In addition, in the second semiconductor 200, a second impurity layer 201 formed by δ-doping with an impurity is formed in the vicinity of the heterojunction interface with the first semiconductor 100. The first semiconductor 100 and the second semiconductor 200 are n
In the case of a type, the first impurity layer 101 is also an n-type and the second impurity layer 201 is a p-type. On the other hand, when the first semiconductor 100 and the second semiconductor 200 are p-type, the first impurity layer 101 is also p-type and the second impurity layer 201 is n-type.

【0029】また、第1の不純物層101および第2の
不純物層102により形成されるエネルギーバンドのポ
テンシャルの谷を電子が自由に通過できるように、第1
の不純物層101と第2の不純物層102との間の距離
Lを電子のド・ブロイ波長の4分の1以下(100Å程
度以下)に設定することが好ましい。
The first impurity layer 101 and the second impurity layer 102 are formed so that electrons can freely pass through the potential valley of the energy band.
It is preferable to set the distance L between the impurity layer 101 and the second impurity layer 102 of 1/4 or less (about 100Å or less) of the de Broglie wavelength of electrons.

【0030】表1に第1の半導体100および第2の半
導体200の組み合わせの例を示す。
Table 1 shows examples of combinations of the first semiconductor 100 and the second semiconductor 200.

【0031】[0031]

【表1】 [Table 1]

【0032】n型のドーパントとしては、Si、Se、
Te、Sn、Ge等を用いることができ、p型のドーパ
ントとしては、Si、Ge、C、Zn、Be等を用いる
ことができる。
As the n-type dopant, Si, Se,
Te, Sn, Ge, or the like can be used, and Si, Ge, C, Zn, Be, or the like can be used as the p-type dopant.

【0033】本発明は、上記のTMT素子に限らず、H
EMT(High Electron mobilit
y FET)等、その他の変調ドープヘテロ接合電界効
果トランジスタにも適用することができる。また、本発
明は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタの例えば広い
禁止帯を有するエミッタ部分に適用することもできる。
さらに、本発明は、マイクロ波素子や超高速デジタル素
子として用いられる種々の化合物半導体トランジスタに
も適用することができ、ヘテロ接合を有するダイオー
ド、半導体レーザ装置等の種々の半導体装置にも適用す
ることができる。
The present invention is not limited to the above TMT element,
EMT (High Electron mobile)
y FET) and other modulation doped heterojunction field effect transistors. The present invention can also be applied to, for example, an emitter portion having a wide forbidden band of a heterojunction bipolar transistor.
Furthermore, the present invention can be applied to various compound semiconductor transistors used as microwave elements and ultrahigh-speed digital elements, and also to various semiconductor devices such as diodes having a heterojunction and semiconductor laser devices. You can

【0034】[0034]

【発明の効果】本発明によれば、広い禁止帯を有する半
導体および狭い禁止帯を有する半導体からなるヘテロ接
合界面に生じるノッチが消失するので、ヘテロ接合界面
での抵抗を低減することができる。したがって、ヘテロ
接合を有する半導体装置においてソース抵抗を低減する
ことが可能となる。
According to the present invention, since the notch generated at the heterojunction interface composed of a semiconductor having a wide bandgap and a semiconductor having a narrow bandgap disappears, the resistance at the heterojunction interface can be reduced. Therefore, the source resistance can be reduced in a semiconductor device having a heterojunction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例によるTMT素子の構造を示
す模式的断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a structure of a TMT element according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のTMT素子のエネルギーバンド構造およ
び電子分布状態を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an energy band structure and an electron distribution state of the TMT element of FIG.

【図3】本発明の基本的な構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a basic configuration of the present invention.

【図4】従来のTMT素子の構造を示す模式的断面図で
ある。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a conventional TMT element.

【図5】図4のTMT素子のエネルギーバンド構造およ
び電子分布状態を示す図である。
5 is a diagram showing an energy band structure and an electron distribution state of the TMT element of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 GaAs基板 3 In0.2 Ga0.8 Asチャネル層 4 InX Ga1-X Asチャネル層 6 n−GaAsチャネル層 7 N−Al0.22Ga0.78As障壁層 8 n−GaAsキャップ層 9 ゲート電極 10 ソース電極 11 ドレイン電極 70 n型不純物層 80 p型不純物層 100 第1の半導体 101 第1の不純物層 200 第2の半導体 201 第2の不純物層1 GaAs substrate 3 In 0.2 Ga 0.8 As channel layer 4 In X Ga 1-X As channel layer 6 n-GaAs channel layer 7 N-Al 0.22 Ga 0.78 As barrier layer 8 n-GaAs cap layer 9 Gate electrode 10 Source electrode 11 Drain electrode 70 n-type impurity layer 80 p-type impurity layer 100 first semiconductor 101 first impurity layer 200 second semiconductor 201 second impurity layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1の禁止帯幅を有する第1導電型の第
1の半導体および前記第1の禁止帯幅よりも狭い第2の
禁止帯幅を有する第1導電型の第2の半導体からなるヘ
テロ接合を含む半導体装置において、前記第1の半導体
内の前記ヘテロ接合界面近傍に第1導電型不純物がδ関
数的にドーピングされてなる第1の不純物層を形成する
とともに、前記第2の半導体の前記ヘテロ接合界面近傍
に第2導電型不純物がδ関数的にドーピングされてなる
第2の不純物層を形成したことを特徴とする半導体装
置。
1. A first semiconductor of a first conductivity type having a first bandgap and a second semiconductor of a first conductivity type having a second bandgap narrower than the first bandgap. In a semiconductor device including a heterojunction consisting of, a first impurity layer formed by doping a first conductivity type impurity in a δ function is formed in the vicinity of the heterojunction interface in the first semiconductor, and the second semiconductor layer is formed. A semiconductor device having a second impurity layer formed by doping a second conductivity type impurity in a δ function in the vicinity of the heterojunction interface of the semiconductor.
【請求項2】 前記第1の不純物層と前記第2の不純物
層との間の距離は電子のド・ブロイ波長の4分の1以下
であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the distance between the first impurity layer and the second impurity layer is not more than a quarter of the de Broglie wavelength of electrons. .
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112670356A (en) * 2020-12-24 2021-04-16 湖南科莱特光电有限公司 Semiconductor material with delta doping in single molecular layer, preparation method thereof and detector

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