JPS6028274A - 半導体装置 - Google Patents
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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
【発明の詳細な説明】
本発明は高い電子移動度を持ち安定動作が可能な半導体
装置に関する。
装置に関する。
高速動作が期待できる能動半導体装置として、半導体へ
テロ界面の２次元電子を利用したＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ
Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ）がある０これ
は）電子親和力の異なる半導体のへテロ界面（例えばＡ
ＪｘＧａｌ−）（Ａｓ ／ ＧａＡｓ ）において、電
子親和力の小さな半導体だけに不純物をドーピングし、
電子親和力の大きな半導体側に２次元電子を生じさせ、
この２次元電子の高い移動度の利用を特長としている。
テロ界面の２次元電子を利用したＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ
Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ ）がある０これ
は）電子親和力の異なる半導体のへテロ界面（例えばＡ
ＪｘＧａｌ−）（Ａｓ ／ ＧａＡｓ ）において、電
子親和力の小さな半導体だけに不純物をドーピングし、
電子親和力の大きな半導体側に２次元電子を生じさせ、
この２次元電子の高い移動度の利用を特長としている。
しかし、ＡＪｘＧａｌ −Ｘ Ａｓ ／ Ｇ ａＡｓの
系では動作上不都合な現象が存在している。
系では動作上不都合な現象が存在している。
一般にｎ型不純物をドーピングしだＡＡり（Ｇａｌ〜、
Ａｓ中には不純物に関係した深いトラップ準位がある。
Ａｓ中には不純物に関係した深いトラップ準位がある。
このトラップ準位に電子が捕獲されるため、キャリア濃
度はドーピングした不純物濃度よシ低く、７７に程度の
低温ではキャリア濃度は顕著に減少する。この低温にお
ける減少傾向はＡＩの組成比Ｘに非常に敏感であり 、
０．２ ＜ Ｘ ＜ ０．５ではＸの増加と共にキャリ
ア濃度は急激に減少する。
度はドーピングした不純物濃度よシ低く、７７に程度の
低温ではキャリア濃度は顕著に減少する。この低温にお
ける減少傾向はＡＩの組成比Ｘに非常に敏感であり 、
０．２ ＜ Ｘ ＜ ０．５ではＸの増加と共にキャリ
ア濃度は急激に減少する。
また、低温において光照射するとキャリア濃度が増加し
、光をしゃ断してもこの状態が保持されるＰｅｒｓｉｓ
ｔｅｎｔ Ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ（Ｐ
Ｐ Ｃ）の現象がある。このため、ＡＪ）ｃＧａｔ−ｘ
Ａｓ ／ ＧａＡｓ系の２次元電子を利用したＦＥＴで
は、低温において２次元電子濃度が減少するため、しき
い値電圧が室温と低温で大きく異なる。また、ＡＪ組成
比Ｘに敏感であるため、ＦＢ’ｌ’製造による特性のバ
ラツキが大きいさらに、低温での光照射効果（ＰＰＣ）
およびドレイン電界によシ加速されたホットエレクトロ
ンがＡムＧａｐ−ｘＡｓ ／ ＧａＡｓ界面からＡノｘ
Ｇａ＋−ｘＡｓ中に入シトラップに捕獲されることによ
シ、ドレイン電流が変化する。
、光をしゃ断してもこの状態が保持されるＰｅｒｓｉｓ
ｔｅｎｔ Ｐｈｏｔｏｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ（Ｐ
Ｐ Ｃ）の現象がある。このため、ＡＪ）ｃＧａｔ−ｘ
Ａｓ ／ ＧａＡｓ系の２次元電子を利用したＦＥＴで
は、低温において２次元電子濃度が減少するため、しき
い値電圧が室温と低温で大きく異なる。また、ＡＪ組成
比Ｘに敏感であるため、ＦＢ’ｌ’製造による特性のバ
ラツキが大きいさらに、低温での光照射効果（ＰＰＣ）
およびドレイン電界によシ加速されたホットエレクトロ
ンがＡムＧａｐ−ｘＡｓ ／ ＧａＡｓ界面からＡノｘ
Ｇａ＋−ｘＡｓ中に入シトラップに捕獲されることによ
シ、ドレイン電流が変化する。
このように、ＡＡ！ｘＧａｔ−ｘＡｓ ／ ＧａＡｓ系
を利用したＦＥＴでは、温度によるしきい値変動を抑え
るとと、特性のそろったものを再現性良く製造すること
光照射下、高電界下で安定に動作することが困難であっ
た。
を利用したＦＥＴでは、温度によるしきい値変動を抑え
るとと、特性のそろったものを再現性良く製造すること
光照射下、高電界下で安定に動作することが困難であっ
た。
第１図は従来の２次元電子を利用したＦＢＴの一例の概
略断面図である。
略断面図である。
第１図において１は半絶縁性半導体基板、２は上層部か
ら基板への電子移動を妨げるブロック層、３はｎ型不純
物を含有する半導体からなる電子供給層、４は電子供給
層３よシミ子親和力が大きく極低不純物濃度の半導体か
らなる動作層、５は電子供給層３と動作層４との界面に
形成される２次元電子ガス、６は動作層４とショットキ
接合を形成するゲート電極、７は動作層４と合金化し２
次元電子ガス５と電気的コンタクトがとれているソース
電極、８は７と同様のドレイン電極である。
ら基板への電子移動を妨げるブロック層、３はｎ型不純
物を含有する半導体からなる電子供給層、４は電子供給
層３よシミ子親和力が大きく極低不純物濃度の半導体か
らなる動作層、５は電子供給層３と動作層４との界面に
形成される２次元電子ガス、６は動作層４とショットキ
接合を形成するゲート電極、７は動作層４と合金化し２
次元電子ガス５と電気的コンタクトがとれているソース
電極、８は７と同様のドレイン電極である。
例えば、半絶縁体基板１は半絶縁性ＧａＡｓ ｓ ブロ
ック層２は高純度のＡ１６．Ｂ Ｇａ６．７ Ａｓ 、
電子供給層３は８ｉを含有したｎ −ｋｌｏ、Ｂ Ｇａ
ｏ、７人Ｓ、動作層４は高純度のＧａＡｓ ＠ゲート電
極６はＡｌ、ソース電極７およびドレイン電極８はＡｕ
−Ｇｅ ／ Ａｕである。
ック層２は高純度のＡ１６．Ｂ Ｇａ６．７ Ａｓ 、
電子供給層３は８ｉを含有したｎ −ｋｌｏ、Ｂ Ｇａ
ｏ、７人Ｓ、動作層４は高純度のＧａＡｓ ＠ゲート電
極６はＡｌ、ソース電極７およびドレイン電極８はＡｕ
−Ｇｅ ／ Ａｕである。
第１図に示す従来の２次元電子を利用したＦＥＴの動作
を、前述の材料によシ、このバンド図を示す第２図を用
いて以下に説明する。
を、前述の材料によシ、このバンド図を示す第２図を用
いて以下に説明する。
第２図は第１図に示す従来の２次元電子を利用したＦＢ
Ｔのゲート電極下のバンド構造図である。
Ｔのゲート電極下のバンド構造図である。
第２図において、第１図と同じ番号のものは同一物質で
あシ同−機能を果すものである。Ｅｔは電子供給層３中
の深いトラップ準位、Ｅｃ は伝導帯端、Ｂｆはフェル
ミ準位、Ｅｖは充満帯端である。
あシ同−機能を果すものである。Ｅｔは電子供給層３中
の深いトラップ準位、Ｅｃ は伝導帯端、Ｂｆはフェル
ミ準位、Ｅｖは充満帯端である。
ソースを零電位としドレインに正電圧を印加しゲート電
圧をＯｖとした場合が第２図に示すバンド構造であると
する。この状態ではｎ −Ａ１６．Ｂ ＧａＯ，７Ａｓ
３は完全に空乏化し、ＧａＡｓ ／ ｎ −Ａ１６．＠
Ｇａ（１，７Ａｓ界面（ＧａＡｓ側）にはｎ −Ａｌ
ｏ、Ｂ ｏａｏ、、 Ａｓ ａ中のイオン化したドナー
によシ誘起された２次元電子ガスが形成されておシ、ソ
ース・ドレイン間には２次元電子ガスを通じてドレイン
電流が流れる。ここで、ゲート電圧を負に大きくしてゆ
くと、ゲート下の２次元電子ガスの減少によシトレイン
電流が減少し、逆にゲート電圧を正に大きくしてゆくと
、ゲート下の２次元電子ガスの増加によシトレイン電流
が増加する。
圧をＯｖとした場合が第２図に示すバンド構造であると
する。この状態ではｎ −Ａ１６．Ｂ ＧａＯ，７Ａｓ
３は完全に空乏化し、ＧａＡｓ ／ ｎ −Ａ１６．＠
Ｇａ（１，７Ａｓ界面（ＧａＡｓ側）にはｎ −Ａｌ
ｏ、Ｂ ｏａｏ、、 Ａｓ ａ中のイオン化したドナー
によシ誘起された２次元電子ガスが形成されておシ、ソ
ース・ドレイン間には２次元電子ガスを通じてドレイン
電流が流れる。ここで、ゲート電圧を負に大きくしてゆ
くと、ゲート下の２次元電子ガスの減少によシトレイン
電流が減少し、逆にゲート電圧を正に大きくしてゆくと
、ゲート下の２次元電子ガスの増加によシトレイン電流
が増加する。
さて、ｎ型Ａノ。、Ｂ Ｇａ６４ Ａｓ ３中には不純
物に関係した深い電子トラップ準位Ｅｔが多数存在し、
７７にの温度ではこの電子トラツブに多数の電子が捕獲
されておシ、２次元電子の数は室温よシ少ない。
物に関係した深い電子トラップ準位Ｅｔが多数存在し、
７７にの温度ではこの電子トラツブに多数の電子が捕獲
されておシ、２次元電子の数は室温よシ少ない。
この状態で光を照射すると電子トラップ準位Ｅｔに捕獲
されていた電子が光エネルギによって伝導帯に飛びだし
、２次元電子の数は増加する。また、２次元電子の一部
がソース・ドレイン間でドレイン電界によシ加速されて
ホット化し、Ａｌ１ｏ、Ｂ Ｇａ０．７Ａｓ中に飛び込
むと電子トラップ準位に捕獲され、２次元電子の数は減
少する。これら２つの現象とも２次元電子の数を変化さ
せるので、ドレイン電流が変化し安定なＦＥＴ動作を阻
害する。
されていた電子が光エネルギによって伝導帯に飛びだし
、２次元電子の数は増加する。また、２次元電子の一部
がソース・ドレイン間でドレイン電界によシ加速されて
ホット化し、Ａｌ１ｏ、Ｂ Ｇａ０．７Ａｓ中に飛び込
むと電子トラップ準位に捕獲され、２次元電子の数は減
少する。これら２つの現象とも２次元電子の数を変化さ
せるので、ドレイン電流が変化し安定なＦＥＴ動作を阻
害する。
本発明の目的は、上記欠点を除去し、２次元電子を利用
したＦＩＴであって、室温と低温における２次元電子密
度に差がなくしかも光照射下及び高電界下において安定
動作が可能な半導体装置を提供することにある。
したＦＩＴであって、室温と低温における２次元電子密
度に差がなくしかも光照射下及び高電界下において安定
動作が可能な半導体装置を提供することにある。
本発明によれば、半導体基板上に設けられ上層部から基
板への電子移動を妨げるブロック層と、該ブロック層上
に設けられかつ電子波長以下の厚さを有しｎ型不純物を
含有する第１の半導体層と該第１の半導体層よシミ子親
和力が小さく電子がトンネル可能な厚さを有する極低不
純物濃度の第２の半導体層とを交互に積層した積層構造
と、該積層構造上に設けられ第２の半導体層よシミ子親
和力が大きい半導体からなる動作層と、該動作層表面の
一部に設けられたゲート電極と、該ゲート電極を挾んで
前記動作層表面に設けられ第２の半導体層と動作層との
界面に存在するキャリアと電気的コンタクトを形成する
一対の電極とを含むことを特徴とする半導体装置が得ら
れる。
板への電子移動を妨げるブロック層と、該ブロック層上
に設けられかつ電子波長以下の厚さを有しｎ型不純物を
含有する第１の半導体層と該第１の半導体層よシミ子親
和力が小さく電子がトンネル可能な厚さを有する極低不
純物濃度の第２の半導体層とを交互に積層した積層構造
と、該積層構造上に設けられ第２の半導体層よシミ子親
和力が大きい半導体からなる動作層と、該動作層表面の
一部に設けられたゲート電極と、該ゲート電極を挾んで
前記動作層表面に設けられ第２の半導体層と動作層との
界面に存在するキャリアと電気的コンタクトを形成する
一対の電極とを含むことを特徴とする半導体装置が得ら
れる。
以下で本発明の実施例について図面を用いて説明する。
第３図は本発明の第１の実施例の断面模式図である。第
３図において第１図と同じ番号のものは第１図と同等物
で同一機能を果すものである。９は電子波長以下の厚さ
を有しｎ型不純物を含有する第１の半導体層、１０は第
１の半導体層９および動作層４よシミ子親和力が小さく
電子がトンネル可能な厚さを有する極低不純物濃度の第
２の半導体層である。例えば、第１の半導体層９は厚さ
１００Ｘ程度以下のＳｔドープのＧａＡｓ 、第２の半
導体層１０は厚さ５０Ｘ程度以下の高純度のＡ／Ａｓで
ある。上記の極低不純物濃度とは意識的にドーピングし
ないかまたはわずかにドーピングした程度を意味してい
る。上記第１および第２層の厚さは量子効果が顕著とな
るような充分に薄いものでアシ、これは材料によシ異な
っている。
３図において第１図と同じ番号のものは第１図と同等物
で同一機能を果すものである。９は電子波長以下の厚さ
を有しｎ型不純物を含有する第１の半導体層、１０は第
１の半導体層９および動作層４よシミ子親和力が小さく
電子がトンネル可能な厚さを有する極低不純物濃度の第
２の半導体層である。例えば、第１の半導体層９は厚さ
１００Ｘ程度以下のＳｔドープのＧａＡｓ 、第２の半
導体層１０は厚さ５０Ｘ程度以下の高純度のＡ／Ａｓで
ある。上記の極低不純物濃度とは意識的にドーピングし
ないかまたはわずかにドーピングした程度を意味してい
る。上記第１および第２層の厚さは量子効果が顕著とな
るような充分に薄いものでアシ、これは材料によシ異な
っている。
第３図に示す２次元電子を利用したＦＥＴの動純度のＧ
ａＡｓ を用い、さらにこのバンド図を示す第４図を用
いて以下に説明する。
ａＡｓ を用い、さらにこのバンド図を示す第４図を用
いて以下に説明する。
第４図は第３図に示すＦＥＴのゲート電極下のバンド構
造である。第４図において、第１図〜第３図と同じ番号
のものは第１図〜第３図と同等物で同一機能を果すもの
である。Ｅｇは第１の半導体層９と第２の半導体層１０
との積層構造によって新たに形成される電子の最低の量
子化準位である。
造である。第４図において、第１図〜第３図と同じ番号
のものは第１図〜第３図と同等物で同一機能を果すもの
である。Ｅｇは第１の半導体層９と第２の半導体層１０
との積層構造によって新たに形成される電子の最低の量
子化準位である。
ｎ −ＧａＡｓから発生する電子は量子化準位Ｂｇによ
って、ｎ −ＧａＡｓだけでなく高純度ＡＪＡｓ中にも
広がｌ） ｎ −ＧａＡｓ ／ ＡＪＡｓ積層構造全体
に分布する。この時、ｎ−ＧａＡｓ中および高純度ＡＡ
ｉＡｓ中にはｎ −ｋ１６４ Ｇ８ｏ、−Ｉ Ａｓ中の
ような不純物に関係した深い電子トラップ準位は形成さ
れない。これは、ｎ −ＧａＡｓ中にはこのようなトラ
ップ準位がないこと、およびＡｌｌＡｓには不純物がな
いことによる。量子化準位Ｅｇは高純度ＧａＡ ｓの伝
導帯端ＥＣよシ高いエネルギ位置にあるので、量子化準
位恥にある電子の一部は高純度ＧａＡ ｓ側に落ち、高
純度ＧａＡｓ ／Ａ／Ａｓ界面に２次元電子ガスが形成
される。したがって、ＦＥＴとしての動作は前に示した
従来構造のものと同じとなる。しかし、この第１の実施
例においては従来構造の電子供給層３に当るｎ−ＧａＡ
ｓ ／ ＡＩｊＡｓの積層構造中に深い電子トラップ準
位が存在しないだめ、光照射や積層構造中にホットエレ
クトロンが飛びこむことがあっても２次元電子の変動は
なく、ＦＥＴ動作は安定している。
って、ｎ −ＧａＡｓだけでなく高純度ＡＪＡｓ中にも
広がｌ） ｎ −ＧａＡｓ ／ ＡＪＡｓ積層構造全体
に分布する。この時、ｎ−ＧａＡｓ中および高純度ＡＡ
ｉＡｓ中にはｎ −ｋ１６４ Ｇ８ｏ、−Ｉ Ａｓ中の
ような不純物に関係した深い電子トラップ準位は形成さ
れない。これは、ｎ −ＧａＡｓ中にはこのようなトラ
ップ準位がないこと、およびＡｌｌＡｓには不純物がな
いことによる。量子化準位Ｅｇは高純度ＧａＡ ｓの伝
導帯端ＥＣよシ高いエネルギ位置にあるので、量子化準
位恥にある電子の一部は高純度ＧａＡ ｓ側に落ち、高
純度ＧａＡｓ ／Ａ／Ａｓ界面に２次元電子ガスが形成
される。したがって、ＦＥＴとしての動作は前に示した
従来構造のものと同じとなる。しかし、この第１の実施
例においては従来構造の電子供給層３に当るｎ−ＧａＡ
ｓ ／ ＡＩｊＡｓの積層構造中に深い電子トラップ準
位が存在しないだめ、光照射や積層構造中にホットエレ
クトロンが飛びこむことがあっても２次元電子の変動は
なく、ＦＥＴ動作は安定している。
Ｍ Ｂ Ｂ （Ｍｏ１ｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｂｐｉ
ｔａｘｙ ）を用いて、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に厚さ
０．５μｍの高純度Ａｌｏ、ｓ Ｇａ６．５ Ａｓ を
成長させ、続いて厚さ２３Ｘで１．７ Ｘ １０” ｃ
ｔｒｚ−３のＳｉ不純物を含むｎ型ＧａＡｓと、厚さ１
５Ｘの高純度ＡｌＡｓとの積層構造を全体として１９０
Ｘ成長させ、さらにその上に厚さ０．１μｍの高純度Ｇ
ａＡｓを成長させた。ショットキゲート電極としてはＡ
ｌを用い、ソース電極およびドレイン電極としてはＡｕ
−Ｇｅ ／ Ａｕを用いた。その結果、ゲート長が０
．３μｍ１ゲート・ソース間およびゲート・ドレイン間
が０．３μｍのＦＥＴにおいて、７７にでの相互コンダ
クタンスｇｍ＝２５０ｍ８ ／ ｍｍが得られ、光照射
下および高電界下での特性の変動はなかった。
ｔａｘｙ ）を用いて、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に厚さ
０．５μｍの高純度Ａｌｏ、ｓ Ｇａ６．５ Ａｓ を
成長させ、続いて厚さ２３Ｘで１．７ Ｘ １０” ｃ
ｔｒｚ−３のＳｉ不純物を含むｎ型ＧａＡｓと、厚さ１
５Ｘの高純度ＡｌＡｓとの積層構造を全体として１９０
Ｘ成長させ、さらにその上に厚さ０．１μｍの高純度Ｇ
ａＡｓを成長させた。ショットキゲート電極としてはＡ
ｌを用い、ソース電極およびドレイン電極としてはＡｕ
−Ｇｅ ／ Ａｕを用いた。その結果、ゲート長が０
．３μｍ１ゲート・ソース間およびゲート・ドレイン間
が０．３μｍのＦＥＴにおいて、７７にでの相互コンダ
クタンスｇｍ＝２５０ｍ８ ／ ｍｍが得られ、光照射
下および高電界下での特性の変動はなかった。
第５図は本発明の第２の実施例の断面模式図である。第
５図において第１図〜第４図と同じ番号のものは第１図
〜第４図と同等物で同一機能を果すものである。１１は
電子親和力が動作層４よシ小さくかつ伝導帯端が第１の
半導体層９と第２の半導体層１０との積層構造によ多形
成される量子化準位Ｅｇと同じかそれよシ低い極低不純
物濃度のスペーサ層である。例えば、スペーサ層１１は
高純度のＡｌ６．Ｂ Ｇａ（１，７Ａｓである。
５図において第１図〜第４図と同じ番号のものは第１図
〜第４図と同等物で同一機能を果すものである。１１は
電子親和力が動作層４よシ小さくかつ伝導帯端が第１の
半導体層９と第２の半導体層１０との積層構造によ多形
成される量子化準位Ｅｇと同じかそれよシ低い極低不純
物濃度のスペーサ層である。例えば、スペーサ層１１は
高純度のＡｌ６．Ｂ Ｇａ（１，７Ａｓである。
第５図に示す２次元電子を利用したＦＥＴの動作を、ブ
ロック層２に高純度のＡ７ｏ、、 Ｇａｏ、、 Ａｓ、
第１の半導体層９にｎ型のＧａＡｓ 、第２の半導体層
１０に高純度のＡｌＡｓ 、スペーサ層１１に高純度の
ｈｌｌｏ、５Ｑａｏ、７Ａｓ、動作層４に高純度のＧａ
Ａ ｓを用い、さらにこのバンド図を示す第６図を用
いて以下に説明する。
ロック層２に高純度のＡ７ｏ、、 Ｇａｏ、、 Ａｓ、
第１の半導体層９にｎ型のＧａＡｓ 、第２の半導体層
１０に高純度のＡｌＡｓ 、スペーサ層１１に高純度の
ｈｌｌｏ、５Ｑａｏ、７Ａｓ、動作層４に高純度のＧａ
Ａ ｓを用い、さらにこのバンド図を示す第６図を用
いて以下に説明する。
第６図は第５図に示すＦＥＴのゲート電極下のバンド構
造を示す図である。第６図において第１図〜第５図と同
じ番号のものは第１図〜第５図と同等物で同一機能を果
すものである。
造を示す図である。第６図において第１図〜第５図と同
じ番号のものは第１図〜第５図と同等物で同一機能を果
すものである。
ｎ −ＧａＡｓから発生する電子は量子化準位Ｅｇによ
って、高純度ＡＪ！Ａｓ中にも広がり、その一部はスペ
ーサ層のＡｌ１６．Ｂ Ｇａ６．７ Ａｓを経て高純度
ＧａＡｓに落ち、高純度ＧａＡｇ ／ ｋｌｏ、ｓ Ｇ
ａｏ４ Ａｓ界面に２次元電子ガスが形成される。スペ
ーサ層である高純度Ａ１６４０ａ６．ｙ Ａｓ 層中に
不純物がほとんど存在しないため、不純物に関係する電
子トラップはない。したがって、第１の実施例と同様に
、光照射下および高電界下においても安定なＦＢＴ動作
が得られる。さらに、２次元電子層と不純物を含有する
ｎＷＧａＡａとの間の距離がスペーサ層によυ大きく離
され２次元電子のイオン化不純物散乱が減ることによシ
、２次元電子の移動度は第１の実施例よシ大きくなる。
って、高純度ＡＪ！Ａｓ中にも広がり、その一部はスペ
ーサ層のＡｌ１６．Ｂ Ｇａ６．７ Ａｓを経て高純度
ＧａＡｓに落ち、高純度ＧａＡｇ ／ ｋｌｏ、ｓ Ｇ
ａｏ４ Ａｓ界面に２次元電子ガスが形成される。スペ
ーサ層である高純度Ａ１６４０ａ６．ｙ Ａｓ 層中に
不純物がほとんど存在しないため、不純物に関係する電
子トラップはない。したがって、第１の実施例と同様に
、光照射下および高電界下においても安定なＦＢＴ動作
が得られる。さらに、２次元電子層と不純物を含有する
ｎＷＧａＡａとの間の距離がスペーサ層によυ大きく離
され２次元電子のイオン化不純物散乱が減ることによシ
、２次元電子の移動度は第１の実施例よシ大きくなる。
ＭＢＥを用いて、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に厚さ０．５
μｍの高純度ｋｌ。、、 Ｇａｏ、６ Ａｓ を成長さ
せ、次に厚さ２３Ｘで２．４ Ｘ １０１” ｃ＋ｘ−
３のＳｔ不純物を含むｎ屋ＧａＡｓと厚さ２０Ｘの高純
度ｋｌｋｓとの積層構造を全体として１７０Ｘ成長させ
、続いて厚さ１００Ｘの高純度ｈｌｏ、Ｂ Ｇａ６．１
Ａｓを成長させ、さらに厚さ０．１μｍの高純度Ｇａ
Ａｓを成長させた。 シ目ットキグート電極としてはＡ
Ｊを用い、ソース電極およびドレイン電極としてはＡｕ
−Ｇｅ ／ Ａｕを用いた。その結果、７７Ｋにおけ
る移動度はｉｏｏ、ｏｏ。
μｍの高純度ｋｌ。、、 Ｇａｏ、６ Ａｓ を成長さ
せ、次に厚さ２３Ｘで２．４ Ｘ １０１” ｃ＋ｘ−
３のＳｔ不純物を含むｎ屋ＧａＡｓと厚さ２０Ｘの高純
度ｋｌｋｓとの積層構造を全体として１７０Ｘ成長させ
、続いて厚さ１００Ｘの高純度ｈｌｏ、Ｂ Ｇａ６．１
Ａｓを成長させ、さらに厚さ０．１μｍの高純度Ｇａ
Ａｓを成長させた。 シ目ットキグート電極としてはＡ
Ｊを用い、ソース電極およびドレイン電極としてはＡｕ
−Ｇｅ ／ Ａｕを用いた。その結果、７７Ｋにおけ
る移動度はｉｏｏ、ｏｏ。
ｃｆｌ／ｖ−５と高い値となシ、ゲート長０．３μｍ１
ゲート・ソース間およびゲート・ドレイ／間が０．３μ
ｍのＦＥＴにおいて、７７にでの相互コンダクタンス細
が３００ｍ５／ｍｍが得られ、光照射下および高電界下
での特性の変動はなかった。
ゲート・ソース間およびゲート・ドレイ／間が０．３μ
ｍのＦＥＴにおいて、７７にでの相互コンダクタンス細
が３００ｍ５／ｍｍが得られ、光照射下および高電界下
での特性の変動はなかった。
上記の本発明の２つの実施例において、ＧａＡｓ層中の
不純物としてはＳｉｌ、か示していないが、ｎ型不純物
としてはＴｅ 、 Ｂｅ 、 Ｓｎ 、 ８でも良い。
不純物としてはＳｉｌ、か示していないが、ｎ型不純物
としてはＴｅ 、 Ｂｅ 、 Ｓｎ 、 ８でも良い。
また、ｎ型不純物を第１の半導体層のＧａＡｓ層全体で
はなく、第２の半導体層のＡＪＡｓ層との界面部分を除
いてドーピングすると、この界面部分ＣＡｌｘ Ｇａ
１−ｘＡｓとなっている）で生ずる不純物に関係した電
子トラップの完全除去が可能となる。さらに、第１の実
施例の構造において２次元電子から１００Ｘ程度以内に
ある第１の半導体層を不純物をドーピングしない構造に
すれば、第２の実施例と同様に２次元電子の移動度を高
めることができる。
はなく、第２の半導体層のＡＪＡｓ層との界面部分を除
いてドーピングすると、この界面部分ＣＡｌｘ Ｇａ
１−ｘＡｓとなっている）で生ずる不純物に関係した電
子トラップの完全除去が可能となる。さらに、第１の実
施例の構造において２次元電子から１００Ｘ程度以内に
ある第１の半導体層を不純物をドーピングしない構造に
すれば、第２の実施例と同様に２次元電子の移動度を高
めることができる。
本発明の２つの実施例では第１の半導体層と動作層とは
同じＧａＡｓを用いたが、第１の半導体層はＡ／組成の
少ないＡＪＩ！ Ｘ Ｇａ １−ｘ Ａｓ （ｘ＜ ０
．２ ）としても良い。また、第２の半導体層である高
純度ｋｌ Ａｓの替シにＡＪ組成の多い）ｄｌＸ Ｇａ
Ｉ−Ｘ Ａｓ （−’ｙｃ ＞、０．３ ）としても
良いｄ・そして積層構造のうちプロ・ツク層に接する層
は第２の半導体層でも良く、ブロック層は不純物をドー
プしない積層構造としても良い。
同じＧａＡｓを用いたが、第１の半導体層はＡ／組成の
少ないＡＪＩ！ Ｘ Ｇａ １−ｘ Ａｓ （ｘ＜ ０
．２ ）としても良い。また、第２の半導体層である高
純度ｋｌ Ａｓの替シにＡＪ組成の多い）ｄｌＸ Ｇａ
Ｉ−Ｘ Ａｓ （−’ｙｃ ＞、０．３ ）としても
良いｄ・そして積層構造のうちプロ・ツク層に接する層
は第２の半導体層でも良く、ブロック層は不純物をドー
プしない積層構造としても良い。
さらに、動作層としては高純度のＧａＡｓを用いたが、
高移動度を得るためには少なくとも２次元電子の存在す
る近傍の２００Ｘ程度だけが高純度のＧ ａ Ａ ｓで
あればよいから、これよシ上のＧａＡｓは不純物がドー
プしてあっても良い。例えば第２の実施例において、２
００Ｘを高純度ＧａＡｓとし、その上３００ Ｘを２
Ｘ １０’？ ｃｌｎ−”のＳｉドープのｎ型Ｇ ａ
Ａ ｓとすれば、７７にでのｇｍを５００ｍ５／ｍｍと
することができる。
高移動度を得るためには少なくとも２次元電子の存在す
る近傍の２００Ｘ程度だけが高純度のＧ ａ Ａ ｓで
あればよいから、これよシ上のＧａＡｓは不純物がドー
プしてあっても良い。例えば第２の実施例において、２
００Ｘを高純度ＧａＡｓとし、その上３００ Ｘを２
Ｘ １０’？ ｃｌｎ−”のＳｉドープのｎ型Ｇ ａ
Ａ ｓとすれば、７７にでのｇｍを５００ｍ５／ｍｍと
することができる。
ゲート電極としてはショットキ接合を用いたものしか示
さなかったが、ゲート電極としてｐ”−ｎ接合ゲート電
極、Ｉｕａｓｉ−８ｑｈｏｔｔｋｙゲート電極、ｃａｍ
ｅｌゲート電極、絶縁ゲート電極を用いても良い。
さなかったが、ゲート電極としてｐ”−ｎ接合ゲート電
極、Ｉｕａｓｉ−８ｑｈｏｔｔｋｙゲート電極、ｃａｍ
ｅｌゲート電極、絶縁ゲート電極を用いても良い。
基板としては半絶縁性Ｇ ａ Ａ ｓ基板しか示さなか
ったが、最上層が半絶縁性Ａｌｌ Ｘ Ｇａ １−ｚ
Ａ ｓである基板、最上層がＡｌＡｓ ／ ＧａＡａの
超格子またはＡｌｘＧａ １−ｘ Ａｓ ／ ＧａＡｓ
の超格子である基板、スビネルやＣａＦ２ ％の絶縁体
基板であっても良い。
ったが、最上層が半絶縁性Ａｌｌ Ｘ Ｇａ １−ｚ
Ａ ｓである基板、最上層がＡｌＡｓ ／ ＧａＡａの
超格子またはＡｌｘＧａ １−ｘ Ａｓ ／ ＧａＡｓ
の超格子である基板、スビネルやＣａＦ２ ％の絶縁体
基板であっても良い。
本発明の実施例においてはＡＪＡｓとＧａＡｓの系しか
示さなかったが、他の半導体の系でもかまわないことは
明らかである。例えば、高純度Ｉｎ。、、３Ｇａｏ、ｕ
Ａｓを動作層ｎ型のＩｎ）（Ｇａｌ−ｘＡｓ （ｘ
”：０．５３ ）を第１の半導体層高純度ＩｎｘＡ４−
ｘ Ａｓ（ｘ＝０．５３）を第２の半導体層およびブロ
ック層とするものである。この場合のｘ ＝ ０．５３
で基板ＩｎＰと格子整合しているが、これからずれても
積層構造のそれぞれの界面でミスマツチの歪を吸収する
ため問題なく、さらにＩｎｘＡ１１−ｘＡｓのＸを小さ
くすれば２次元電子に対するバリヤの高さを高くできる
ため有効である。
示さなかったが、他の半導体の系でもかまわないことは
明らかである。例えば、高純度Ｉｎ。、、３Ｇａｏ、ｕ
Ａｓを動作層ｎ型のＩｎ）（Ｇａｌ−ｘＡｓ （ｘ
”：０．５３ ）を第１の半導体層高純度ＩｎｘＡ４−
ｘ Ａｓ（ｘ＝０．５３）を第２の半導体層およびブロ
ック層とするものである。この場合のｘ ＝ ０．５３
で基板ＩｎＰと格子整合しているが、これからずれても
積層構造のそれぞれの界面でミスマツチの歪を吸収する
ため問題なく、さらにＩｎｘＡ１１−ｘＡｓのＸを小さ
くすれば２次元電子に対するバリヤの高さを高くできる
ため有効である。
本発明の構造を作る結晶成長方法としては、原理的には
どんな成長分法であっても良いが、数又の膜厚制御性が
必要となるため、ＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ （Ｍｅｔａｌ
Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＶａｐｏｒＤｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ ）法が適している。中でもＭＢＥ法
は原料の入った炉から出る分子線をシャッタの開閉だけ
で制御できるだめ、遷移層が数Ｘの急峻な界面を容易に
実現することができ、さらにコンビーータによる自動制
御が容易であるため最も適した方法である。
どんな成長分法であっても良いが、数又の膜厚制御性が
必要となるため、ＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ （Ｍｅｔａｌ
Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＶａｐｏｒＤｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ ）法が適している。中でもＭＢＥ法
は原料の入った炉から出る分子線をシャッタの開閉だけ
で制御できるだめ、遷移層が数Ｘの急峻な界面を容易に
実現することができ、さらにコンビーータによる自動制
御が容易であるため最も適した方法である。
第１図は従来構造の２次元電子を利用したＦＥＴの概略
断面図、第２図は従来構造のゲート電極下のバンド構造
図、第３図は本発明の第１の実施例による２次元電子を
利用したＦＥＴの概略断面図、第４図は該第１の実施例
のゲート電極下のバンド構造図、第５図は本発明の第２
の実施例による２次元電子を利用したＦＥＴの概略断面
図、第６図は該第２の実施例のゲート電極下のバンド構
造図である。 １・・・半導体基板、 ２・・・ブロック層３・・・電
子供給層、 ４・・・動作層５・・・２次元電子ガス、
６・・・ゲート電極７・・・ソース電極 ８・・・ド
レイン電極９・・・第１の半導体層、１０・・・第２の
半導体層１１・・・スペーサ層、 Ｅｔ・・・電子トラップ準位、Ｅｏ・・・伝導帯端Ｅｆ
・・・フェルミ準位、Ｅｖ・・・充満帯端な・・・量子
化準位 乎 ３ 口 ギ Ｓ 口
断面図、第２図は従来構造のゲート電極下のバンド構造
図、第３図は本発明の第１の実施例による２次元電子を
利用したＦＥＴの概略断面図、第４図は該第１の実施例
のゲート電極下のバンド構造図、第５図は本発明の第２
の実施例による２次元電子を利用したＦＥＴの概略断面
図、第６図は該第２の実施例のゲート電極下のバンド構
造図である。 １・・・半導体基板、 ２・・・ブロック層３・・・電
子供給層、 ４・・・動作層５・・・２次元電子ガス、
６・・・ゲート電極７・・・ソース電極 ８・・・ド
レイン電極９・・・第１の半導体層、１０・・・第２の
半導体層１１・・・スペーサ層、 Ｅｔ・・・電子トラップ準位、Ｅｏ・・・伝導帯端Ｅｆ
・・・フェルミ準位、Ｅｖ・・・充満帯端な・・・量子
化準位 乎 ３ 口 ギ Ｓ 口
Claims (2)
- （１）半導体基板上に設けられ上層部から基板への電子
移動を妨げるブロック層と、該ブロック層上に設けられ
かつ電子波長以下の厚さを有しｎ型不純物を含有する第
１の半導体層と該第１の半導体層よシミ子親和力が小さ
く電子がトンネル可能な厚さを有する極低不純物濃度の
第２の半導体層とを交互に積層した積層構造と、該積層
構造上に設けられ第２の半導体層よシミ子親和力が大き
い半導体からなる動作層と、該動作層表面の一部に設け
られたゲート電極と、該ゲート電極を挾んで前記動作層
表面に設けられ第２の半導体層と動作層との界面に存在
するキャリアと電気的コンタクトを形成する一対の電極
とを含むことを特徴とする半導体装置。 - （２）積層構造と動作層との間に不純物を含有しないス
ペーサ層を備えた特許請求の範囲第（１）項に記載の半
導体装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13612983A JPS6028274A (ja) | 1983-07-26 | 1983-07-26 | 半導体装置 |
| EP84304300A EP0133342B1 (en) | 1983-06-24 | 1984-06-25 | A superlattice type semiconductor structure having a high carrier density |
| DE8484304300T DE3480631D1 (de) | 1983-06-24 | 1984-06-25 | Halbleiterstruktur mit uebergitter hoher traegerdichte. |
| US06/624,333 US4695857A (en) | 1983-06-24 | 1984-06-25 | Superlattice semiconductor having high carrier density |
| US07/043,046 US4792832A (en) | 1983-06-24 | 1987-04-24 | Superlattice semiconductor having high carrier density |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13612983A JPS6028274A (ja) | 1983-07-26 | 1983-07-26 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6028274A true JPS6028274A (ja) | 1985-02-13 |
| JPS639389B2 JPS639389B2 (ja) | 1988-02-29 |
Family
ID=15167982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13612983A Granted JPS6028274A (ja) | 1983-06-24 | 1983-07-26 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6028274A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61263282A (ja) * | 1985-05-17 | 1986-11-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 二次元電子電界効果型トランジスタの製造方法 |
-
1983
- 1983-07-26 JP JP13612983A patent/JPS6028274A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61263282A (ja) * | 1985-05-17 | 1986-11-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 二次元電子電界効果型トランジスタの製造方法 |
| JPH0328064B2 (ja) * | 1985-05-17 | 1991-04-17 | Kogyo Gijutsuin |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS639389B2 (ja) | 1988-02-29 |
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