JPS61144070A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS61144070A JPS61144070A JP26539784A JP26539784A JPS61144070A JP S61144070 A JPS61144070 A JP S61144070A JP 26539784 A JP26539784 A JP 26539784A JP 26539784 A JP26539784 A JP 26539784A JP S61144070 A JPS61144070 A JP S61144070A
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- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 21
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/107—Substrate region of field-effect devices
- H01L29/1075—Substrate region of field-effect devices of field-effect transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
- H01L29/7782—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET
- H01L29/7783—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET using III-V semiconductor material
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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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、例えば、ヘテロ接合を有し且つ２次元電子ガ
ス層を利用して動作速度を向上した電界効果トランジス
タやＭＥＳＦＥＴ （ｍｅ ｔ ａ １ｓｅｍｉｃｏｎ
ｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒ
ａｎｓｉｓｔｏｒ）のような半導体装置の改良に間する
。
ス層を利用して動作速度を向上した電界効果トランジス
タやＭＥＳＦＥＴ （ｍｅ ｔ ａ １ｓｅｍｉｃｏｎ
ｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ ｅｆｆｅｃｔ ｔｒ
ａｎｓｉｓｔｏｒ）のような半導体装置の改良に間する
。
第３図はこの種の半導体装置の従来例を説明する為の要
部切断側面説明図を表している。
部切断側面説明図を表している。
図に於いて、１０１はｉ型ＧａＡｓ能動層、１０２はｎ
型ＡｌＧａＡｓ電子供給層、１０３はソース電極、１０
４はドレイン電極、１０５はゲート電極、１０６は２次
元電子の軌跡、ｅは２次元電子、Ｌ、はゲート長をそれ
ぞれ表している。
型ＡｌＧａＡｓ電子供給層、１０３はソース電極、１０
４はドレイン電極、１０５はゲート電極、１０６は２次
元電子の軌跡、ｅは２次元電子、Ｌ、はゲート長をそれ
ぞれ表している。
この半導体装置では、ドレイン電極１０４に正電圧を印
加して動作させるので、ゲート電極１０５のドレイン側
エツジの部分では逆バイアスになって、その部分の近傍
では、ｙ方向の電界の方向は２次元電子ｅを軌跡１０６
に見られるように基板側に押しやることになり、また、
図に付記した距離対電界強度の線図からも明らかなよう
に、Ｘ方向の電界強度は前記部分近傍で著しく高くなっ
ている為、そこで２次元電子ｅの走行速度が飽和する。
加して動作させるので、ゲート電極１０５のドレイン側
エツジの部分では逆バイアスになって、その部分の近傍
では、ｙ方向の電界の方向は２次元電子ｅを軌跡１０６
に見られるように基板側に押しやることになり、また、
図に付記した距離対電界強度の線図からも明らかなよう
に、Ｘ方向の電界強度は前記部分近傍で著しく高くなっ
ている為、そこで２次元電子ｅの走行速度が飽和する。
前記のような半導体装置に於ける動作速度を決定する重
要な因子の一つは前記した通りゲート電極１０５のドレ
イン側エツジの部分に於ける電子速度である。
要な因子の一つは前記した通りゲート電極１０５のドレ
イン側エツジの部分に於ける電子速度である。
従って、前記説明したように、２次元電子ｅの走行速度
が飽和するような場合、ゲート長り、を短くすると、そ
の飽和速度の値に依って半導体装置の動作周波数が決ま
ってしまうことになる。
が飽和するような場合、ゲート長り、を短くすると、そ
の飽和速度の値に依って半導体装置の動作周波数が決ま
ってしまうことになる。
良く知られているように、通常、ＧａＡｓに於ける電子
速度は、約３ （ＫＶ／ｃｍ）以上の電界に於いて、ｒ
バレーからしバレーへの谷間遷移に依って飽和する。
速度は、約３ （ＫＶ／ｃｍ）以上の電界に於いて、ｒ
バレーからしバレーへの谷間遷移に依って飽和する。
一般に、ヘテロ接合を有し、２次元電子ガス層を利用し
て動作速度を向上した前記のような半導体装置に於いて
、前記の飽和電子速度を大きくすることができれば、よ
り一層の高速化を達成することができる。
て動作速度を向上した前記のような半導体装置に於いて
、前記の飽和電子速度を大きくすることができれば、よ
り一層の高速化を達成することができる。
本発明は、このような半導体装置に於いて、電子速度の
飽和が発生しないようにして、より一層の高速化を図る
ものである。
飽和が発生しないようにして、より一層の高速化を図る
ものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の一実施例を解説する為の図である第１図及び第
２図を借りて説明すると、多谷伝導帯構造を有する半導
体からなりチャネルが生成される能動層３と、該能動層
３の少なくとも活性領域に接する超格子層２とを備え、
該超格子層２に於ける基底サブ・バンド・エネルギＥ０
が前記チャネルに於ける伝導帯の底のエネルギＥＣより
低く設定された構成になっている。
２図を借りて説明すると、多谷伝導帯構造を有する半導
体からなりチャネルが生成される能動層３と、該能動層
３の少なくとも活性領域に接する超格子層２とを備え、
該超格子層２に於ける基底サブ・バンド・エネルギＥ０
が前記チャネルに於ける伝導帯の底のエネルギＥＣより
低く設定された構成になっている。
前記のような構成にすると、動作させた場合、Ｇａ、Ａ
ｓからなる能動層３に於けるｒバレーからＬバレーへの
遷移が生ずる前にｒバレーから基底サブ・バンドへの遷
移が起こる為、電子の有効質量は増大せずに軽いままの
状態で超格子層を通り抜けてドレインに到達し、その間
、電子速度の飽和は起きないから極めて高速である。
ｓからなる能動層３に於けるｒバレーからＬバレーへの
遷移が生ずる前にｒバレーから基底サブ・バンドへの遷
移が起こる為、電子の有効質量は増大せずに軽いままの
状態で超格子層を通り抜けてドレインに到達し、その間
、電子速度の飽和は起きないから極めて高速である。
第１図は本発明一実施例の要部切断側面説明図を表して
いる。
いる。
図に於いて、１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、２は超格子層
、２Ａは超格子層２を構成するｉ型ＧａＡｓ膜、２日は
ｉ型ＧａＡｓ膜２Ａと交互に積層されて超格子層２を構
成するｉ型Ａｊ！ＧａＡｓ膜、３はｉ゛型ＧａＡｓ能動
層、４はｎ型ＡｆＧａＡｓ電子供給層、５はソース電極
、６はドレイン電極、７はゲート電極、８は２次元電子
ガス層をそれぞれ示している。
、２Ａは超格子層２を構成するｉ型ＧａＡｓ膜、２日は
ｉ型ＧａＡｓ膜２Ａと交互に積層されて超格子層２を構
成するｉ型Ａｊ！ＧａＡｓ膜、３はｉ゛型ＧａＡｓ能動
層、４はｎ型ＡｆＧａＡｓ電子供給層、５はソース電極
、６はドレイン電極、７はゲート電極、８は２次元電子
ガス層をそれぞれ示している。
第２図は第１図に見られる線Ａ−Ａ ’に沿ったエネル
ギ・バンド・ダイヤグラムを表し、第１図に関して説明
した部分と同部分は同記号で指示しである。
ギ・バンド・ダイヤグラムを表し、第１図に関して説明
した部分と同部分は同記号で指示しである。
図に於いて、ＥｃはＧａＡｓに於けるｒバレーめ底のエ
ネルギ、Ｅｏは超格子層２に於ける基底サブ・バンドの
底のエネルギ、ＥＬはＬバレーの底のエネルギをそれぞ
れ示してい名。
ネルギ、Ｅｏは超格子層２に於ける基底サブ・バンドの
底のエネルギ、ＥＬはＬバレーの底のエネルギをそれぞ
れ示してい名。
さて、本発明の半導体装置に於いては、ＥＬ −Ｅｃ
＞ Ｅｏ −Ｅｃ の関係を満足させるように超格子層２のパラメータを選
定することに依り、２次元電子のｒバレーからＬバレー
への遷移を防止して高速動作させることができるもので
ある。
＞ Ｅｏ −Ｅｃ の関係を満足させるように超格子層２のパラメータを選
定することに依り、２次元電子のｒバレーからＬバレー
への遷移を防止して高速動作させることができるもので
ある。
ここで、超格子層２のパラメータとは、（１） ｉ型
ＧａＡｓ膜２Ａの厚さ：ａ（２）ｉ型ＡＪＧａＡｓ膜２
Ｂの厚さ：ｂ（３）２次元電子の有効質量：ｍ （４）バリヤの高さ：Ｖ であり、これ等に依り、次式を用いて基底サブ・バンド
・エネルギＥ、を計算することができる。
ＧａＡｓ膜２Ａの厚さ：ａ（２）ｉ型ＡＪＧａＡｓ膜２
Ｂの厚さ：ｂ（３）２次元電子の有効質量：ｍ （４）バリヤの高さ：Ｖ であり、これ等に依り、次式を用いて基底サブ・バンド
・エネルギＥ、を計算することができる。
即ち、
一１≦
ζ
ζ
≦１
以上である（要すれば、１．１．Ｇｏｌ’ ｄｍａｎ
ａｎｄ Ｖ、Ｋｒ１ｖｃｈｅｎｏｋｏｖ、Ｐ
ｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ Ｑｕａｎｔｕｍ
ＭｅｃｈａｎｉｃｓＨＡｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ。
ａｎｄ Ｖ、Ｋｒ１ｖｃｈｅｎｏｋｏｖ、Ｐ
ｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ Ｑｕａｎｔｕｍ
ＭｅｃｈａｎｉｃｓＨＡｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ。
Ｒｅａｄｉｎｇ、Ｍａｓｓ、、 １９６１． Ｐ６
０参照）。
０参照）。
第３図は電子の運動量対エネルギの関係を表す線図であ
る。
る。
図では、横軸に運動量を、縦軸にエネルギを採ってあり
、第１図、第２図、第４図に関して説明した記号と同記
号は同じ意味を持っている。
、第１図、第２図、第４図に関して説明した記号と同記
号は同じ意味を持っている。
第４図について説明したような半導体装置であれば、ｒ
バレーに存在した２次元電子はゲート電極１０５に於け
るドレイン側エツジの直下を走行する際にＬバレーに遷
移し、従って、有効質量が重くなって電子速度は飽和し
てしまう。
バレーに存在した２次元電子はゲート電極１０５に於け
るドレイン側エツジの直下を走行する際にＬバレーに遷
移し、従って、有効質量が重くなって電子速度は飽和し
てしまう。
然しなから、前記説明した本発明一実施例の半導体装置
では、運動量対エネルギの特性線が記号Ｈで指示しであ
るようにエネルギがＥｏである基底サブ・バンドに移行
するのみであって、ｒバレーからＬバレーへの遷移は発
生せず、従って、２次元電子の有効質量はｒバレーに在
る場合と同じく軽い状態を維持している為、電子速度の
飽和を生ずることなく超格子層２を高速で通過してドレ
インに到達する。
では、運動量対エネルギの特性線が記号Ｈで指示しであ
るようにエネルギがＥｏである基底サブ・バンドに移行
するのみであって、ｒバレーからＬバレーへの遷移は発
生せず、従って、２次元電子の有効質量はｒバレーに在
る場合と同じく軽い状態を維持している為、電子速度の
飽和を生ずることなく超格子層２を高速で通過してドレ
インに到達する。
第１図に見られる半導体装置を製造するのは極めて簡単
であって、ヘテロ接合を有し且つ２次元電子ガス層を利
用する高速半導体装置を製造する技術をそのまま適用す
ることが可能であり、唯、超格子層２を介在させる工程
が余分に必要になるだけである。
であって、ヘテロ接合を有し且つ２次元電子ガス層を利
用する高速半導体装置を製造する技術をそのまま適用す
ることが可能であり、唯、超格子層２を介在させる工程
が余分に必要になるだけである。
０その超格子層２を形成するには、分子線エピタキシャ
ル成長（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍｅｐｉｔａｘ
ｙ：ＭＢＥ）法を適用することに依り、厚さ２０〔人〕
のｉ型ＧａＡｓ膜２Ａと、同じく厚さ２０Ｃ人〕のｉ型
ＡＪＧａＡｓ膜２Ｂを必要なだけ積層すれば良い。
ル成長（ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍｅｐｉｔａｘ
ｙ：ＭＢＥ）法を適用することに依り、厚さ２０〔人〕
のｉ型ＧａＡｓ膜２Ａと、同じく厚さ２０Ｃ人〕のｉ型
ＡＪＧａＡｓ膜２Ｂを必要なだけ積層すれば良い。
超格子層２を構成する各膜の厚さを前記のようにした場
合、基線サブ・バンド・エネルギＥ６は約０．３ （
ｅＶ）となり、ＥＬ ＥＣ＝０．３６（ｅ Ｖ）よ
り小さくすることができる。
合、基線サブ・バンド・エネルギＥ６は約０．３ （
ｅＶ）となり、ＥＬ ＥＣ＝０．３６（ｅ Ｖ）よ
り小さくすることができる。
前記実施例に於いては、材料である半導体として、Ｇａ
Ａｓ／ＡＩＱａＡｓ系を採用したが、これに限定される
ことなく、例えばＧ ａ Ａ ｓ ／ Ａ ＩｔＡＳＰ
系やＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系なども用いることができ
、また、半導体装置の種類も、ヘテロ接合を有し且つ２
次元電子ガス層を利用したものに限定されることなく、
例えば、ＭＥＳＦＥＴ等に応用することも可能である。
Ａｓ／ＡＩＱａＡｓ系を採用したが、これに限定される
ことなく、例えばＧ ａ Ａ ｓ ／ Ａ ＩｔＡＳＰ
系やＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓＰ系なども用いることができ
、また、半導体装置の種類も、ヘテロ接合を有し且つ２
次元電子ガス層を利用したものに限定されることなく、
例えば、ＭＥＳＦＥＴ等に応用することも可能である。
本発明に依る半導体装置では、多谷伝４帯構造を有する
半導体からなりチャネルが生成される能動層と、該能動
層に於ける少なくとも活性領域に接する超格子層とを備
え、該超格子層に於ける基底サブ・バンド・エネルギが
前記チャネルに於ける伝導帯の底のエネルギより高く設
定された構成になっている。
半導体からなりチャネルが生成される能動層と、該能動
層に於ける少なくとも活性領域に接する超格子層とを備
え、該超格子層に於ける基底サブ・バンド・エネルギが
前記チャネルに於ける伝導帯の底のエネルギより高く設
定された構成になっている。
この構成に依れば、ゲート電極に於けるドレイン側エツ
ジの直下を走行する電子は、エネルギの谷間遷移を生ず
ることなく、超格子層の基底サブ・バンドに移行し、有
効質量が軽いまま超格子層を通り抜けてドレインに達す
ることができるので、電子速度の飽和は発生せず、この
種の電界効果半導体装置の動作速度を更に向上すること
が可能である。
ジの直下を走行する電子は、エネルギの谷間遷移を生ず
ることなく、超格子層の基底サブ・バンドに移行し、有
効質量が軽いまま超格子層を通り抜けてドレインに達す
ることができるので、電子速度の飽和は発生せず、この
種の電界効果半導体装置の動作速度を更に向上すること
が可能である。
第１図は本発明一実施例の要部切断側面説明図、第２図
は第１図に於ける線Ａ−Ａ’に沿ったエネルギ・バンド
・ダイヤグラム、第３図は電子の運動量対エネルギの関
係を説明する為の線図、第４図は従来例の要部切断側面
説明図をそれぞれ表している。 図に於いて、１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、２は超格子層
、２Ａは超格子層２を構成するｉ型ＱａＡｓ膜、２Ｂは
同じ（超格子層２を構成するｉ型ＡｌＧａＡｓ膜、３は
ｉ型ＧａＡｓ能動層、４はｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層
、５はソース電極、６はドレイン電極、７はゲート電極
、８は２次元電子ガス層をそれぞれ示している。 第１図 第２図 第３図 第４図
は第１図に於ける線Ａ−Ａ’に沿ったエネルギ・バンド
・ダイヤグラム、第３図は電子の運動量対エネルギの関
係を説明する為の線図、第４図は従来例の要部切断側面
説明図をそれぞれ表している。 図に於いて、１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、２は超格子層
、２Ａは超格子層２を構成するｉ型ＱａＡｓ膜、２Ｂは
同じ（超格子層２を構成するｉ型ＡｌＧａＡｓ膜、３は
ｉ型ＧａＡｓ能動層、４はｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層
、５はソース電極、６はドレイン電極、７はゲート電極
、８は２次元電子ガス層をそれぞれ示している。 第１図 第２図 第３図 第４図
Claims (1)
- 多谷伝導帯構造を有する半導体からなりチャネルが生成
される能動層と、該能動層に於ける少なくとも活性領域
に接する超格子層とを備え、該超格子層に於ける基底サ
ブ・バンド・エネルギが前記チャネルに於ける伝導帯の
底のエネルギより低く設定されてなることを特徴とする
半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26539784A JPS61144070A (ja) | 1984-12-18 | 1984-12-18 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26539784A JPS61144070A (ja) | 1984-12-18 | 1984-12-18 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61144070A true JPS61144070A (ja) | 1986-07-01 |
Family
ID=17416599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26539784A Pending JPS61144070A (ja) | 1984-12-18 | 1984-12-18 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61144070A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6414971A (en) * | 1987-07-09 | 1989-01-19 | Agency Ind Science Techn | Heterojunction field-effect transistor |
| US5258632A (en) * | 1990-08-31 | 1993-11-02 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Velocity modulation transistor |
| US5612550A (en) * | 1994-02-24 | 1997-03-18 | Nec Corporation | Heterojunction type semiconductor device having ordered phase alloy layers for active and cladding layers |
| CN109346574A (zh) * | 2018-09-03 | 2019-02-15 | 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 | 一种提高氮化镓基led发光二极管亮度的外延片及生长方法 |
-
1984
- 1984-12-18 JP JP26539784A patent/JPS61144070A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6414971A (en) * | 1987-07-09 | 1989-01-19 | Agency Ind Science Techn | Heterojunction field-effect transistor |
| US5258632A (en) * | 1990-08-31 | 1993-11-02 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Velocity modulation transistor |
| US5612550A (en) * | 1994-02-24 | 1997-03-18 | Nec Corporation | Heterojunction type semiconductor device having ordered phase alloy layers for active and cladding layers |
| CN109346574A (zh) * | 2018-09-03 | 2019-02-15 | 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 | 一种提高氮化镓基led发光二极管亮度的外延片及生长方法 |
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