JPS61160978A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS61160978A
JPS61160978A JP43285A JP43285A JPS61160978A JP S61160978 A JPS61160978 A JP S61160978A JP 43285 A JP43285 A JP 43285A JP 43285 A JP43285 A JP 43285A JP S61160978 A JPS61160978 A JP S61160978A
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semiconductor layer
layer
input terminal
semiconductor
electron affinity
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Kotaro Tsubaki
光太郎 椿
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稔 岡本
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    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
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    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
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    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/778Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7786Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT
    • H01L29/7787Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT with wide bandgap charge-carrier supplying layer, e.g. direct single heterostructure MODFET

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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は素子単体でスイッチ動作、電圧増幅の動作を行
なう半導体装置に関するものである。
〔従来の技術〕
第7図にスイッチ動作、電圧増幅の動作を行なう従来の
半導体装置の回路を示す。第7図において、1,3は出
力端子、2.4は入力端子、5はゲート入力端子である
。この装置は、入力端子4.6に電圧が印加されたとき
に出力端子1,3に出力される電圧をゲート入力端子5
の電圧で制御するものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
このような装置においては、出力端子1,3に出力する
電圧を制御するためには、出力端子1と入力端子2との
間に負荷を挿入する必要があるという欠点があった。
〔問題点を解決するための手段〕
このような問題点を解決するために本発明は、電子親和
力の差の大きい同一導電型の第1および第2の半導体層
からなるペテロ接合を形成し、電子親和力の大きい第1
の半導体層上に形成した第2の半導体層表面にその方向
が対向する電極を結ぶ線と0度〜90度の角度をなす多
数の溝を形成し、第2の半導体層の厚みを溝部分におい
て第1の半導体層界面に蓄積するキャリアの数をゲート
電圧で制御可能な大きさにし、入力端子と出力端子とゲ
ート入力端子とを設けるようにしたものである。また、
半絶縁性基板上の導電性の半導体層上にその方向が対向
する電極を結ぶ線と0度〜90度の角度をなす多数の溝
を形成し、半導体層の厚みを溝部分においてキャリアの
数をゲート電圧で制御可能な大きさにし、入力端子と出
力端子とゲート入力端子とを設けるようにしたものであ
る。
〔作用〕
本発明においては、負荷抵抗を有することなく、スイッ
チ動作、電圧増幅がなされる。
〔実施例〕
本発明に係わる半導体装置の一実施例を第1図に示す。
第1図に示す半導体装置はAfGaAs、QaAsのへ
テロ接合半導体装置であり、第1図(a)は平面図、第
1図中)は第1図(a)のA−A線断面図である。第1
図において、6a、6bは溝、7a、7bは突起0.8
はn”Aj!GaAs層、9はノンドープQafi、s
層、10は拡散層、11は電子蓄積層、12はノンドー
プAlGaAs層、13はGaAs半絶縁性基板である
。第1図において第7図と同一部分又は相当部分には同
一符号が付しである。
このように構成された装置の構造について説明する。G
aAs半絶縁性基板13の上にノンドープGaAs層9
.ノンドープAlGaAs層12+  n ” A j
E G a A s層8を順次積層し、中間のチャネル
部、すなわち、n”AlGaAs層8の表面上に多数の
溝(図中斜線部)を設け、表面からノンドープGaAs
層9にかけて高不純物濃度の拡散層10(図中立線部)
を互いに分離して設け、その表面上にそれぞれ入力端子
としてのオーミック電極2,4および出力端子としての
オーミック電極1.3を設ける。その後チャネル部の凹
凸の表面上にゲート入力端子5を設ける。
本発明に係わる半導体装置の他の実施例の断面を第2図
に示す。第2図において、14はnGaAs層である。
第2図において第1図と同一部分又は相当部分には同一
符号が付しである。
このように構成された装置の構造について説明するe 
GaAs半絶縁性基板13の上にnGaAs層14を積
層し、中間のチャネル部、すなわち、n G a A 
s層14の表面上に多数の溝を設ける。
表面からQalk、s半絶縁性基板13にかけて高濃度
不純物濃度の拡散層10(図中立線部)を互いに分離し
て設け、その表面上に入力端子としてのオーミック電極
2.4および出力端子としてのオーミック電極1.3を
設ける。その後チャネル部の凹凸の表面上にゲート入力
端子5を設ける。
次に第1図に示す半導体装置の動作について説明する。
溝部と突起部の伝導度をσd、σiとしたとき、その比
σl/σdはゲート入力端子5におけるゲート電圧Vg
を介して制御できる(動作原理については後述する)。
ゲート電圧Vgを適当に調整して伝導度比σl/σd−
1としたときは、第1図(a)において溝がない場合と
同じであるから、電流は第6図(a)の矢印で示すよう
に流れ、出力端子1.3間の電位差は0である。またゲ
ート電圧Vgを適当に調整して伝導度比σl/σdwe
kO1すなわち、σd=oにできる。このときの状態を
第6図中)に示す、このとき端子2および4に印加され
た電位は、電流が第6図中)に示す矢印のように流れる
ので、突起部の伝導度σlを無限大とし溝部の電圧降下
を無視すると、出力端子1および3の電位に等しくなり
、出力端子1.3間の電位差は入力端子2.4間の電位
差に等しくなる。すなわち、出力端子1,3間の電位差
はゲート電圧Vgを介してOから入力端子2,4間の電
位差まで変えることができる。
次に、伝導度比σl/σdをゲート入力端子5における
ゲート電圧Vgを介して制御する場合の動作原理につい
て説明する。まず第3図、第4図を用いてGaAs境界
層に電子蓄積層11が形成される条件について説明する
。第3図は突起部のバンド図であり、第4図は溝部のバ
ンド図である。
溝部においては、ゲート電圧を印加しないときは突起部
と同じ数の電子蓄積層が形成され、ゲート電圧を印加す
ると電子蓄積層は減少する。ゲート入力端子5の領域を
I、AjjGaAs層8.12の領域を■、ノンドープ
GaAs層9の領域を■であられし、伝導帯の下端をE
C+ フェルミレベルをE□価電子帯の上端をEvであ
られす、バリア高さをVbl、Vb2.空乏層厚さをd
i。
d2.AlGaAs層の厚さをdO,ドナー濃度をNb
、AJGaA!の誘電率を”to電子の単位電荷をqと
すれば、全空乏層の厚さdl+d2は次式であられされ
る。
a 1 + d2−A (W1]+ rry■)A =
  〔2ε 、/  (qNb)  )  鳳/!dl
+d2に対してdo>dl+d2のとき、第3図に示す
ように、電子蓄積層11と領域■のAlGaAs中に電
子が形成され、dQ=dl+d2のとき、第4図に示す
ように、電子蓄積層11にのみに電子が形成される。こ
のとき、AllGaAs中の電子の移動度は電子蓄積層
11の電子の移動度にくらべて非常に小さくAllGa
As中の伝導度は無視することができるので、突起部の
伝導度σlと溝部の伝導度σdは等しい。すなわち、σ
l/σd=1である。ゲート電圧を印加すると電子蓄積
層11は減少し、ついにσd=Q、  σl/σd 。
=■にすることができる。
第5図に第2図に示す半導体装置の溝部に対応したバン
ド図を示す。nGaAs層14の厚さをdA、バリア高
さをvb、  ドナー濃度をNbb。
印加ゲート電圧をVg、GaAsの誘電率を81゜とす
ると、空乏層の厚さdは次式で示される。
d=BfT「マT7 B= (2ams/ (qNbb))””電子が走行す
るチャネルの厚さはdA−dで示され、ゲート電圧が0
の場合に完全にσl/σd=1にはできないが、lに近
い値にすることができる。ゲート電圧を印加していくと
、溝部の伝導度σdは、突起部の伝導度σlが0となる
電圧より小さい負の電圧でOになり、グIt/σd=閃
を達成できる。
次に第1図、第2図に示す半導体装置の製造方法につい
て説明する。まず、第1図に示す半導体装置の場合、G
aAs半絶縁性基板13の上に分子線エピタキシャル法
または有機金属気相成長法等により、ノンドープGaA
s層9を約1μmの厚さ、引き続きノンドープAItG
aAsJi12を約150Aの厚さ、同じくドナー濃度
2X10”cm−’のStドープn”AlGaAs層8
を約1000人の厚さに順次成長させる。これにより、
GaAs層9の界面には電子蓄積層11が形成される。
第2図に示す半導体装置の場合、GaAs半絶縁性基板
13の上に分子線エピタキシャル法または有機金属気相
成長法等により、ドナー濃度1×10”cm−”のSi
ドープGaAs層14を0.15μmの厚さに成長させ
るか、半絶縁性基板9の上にSiイオンを加速電圧60
kVでイオン打ち込み800℃で20分間アニールして
約0.15μmのnGaAs層14をつくる。
次にn”AjjGaAs層8またはnGaAs層14の
表面に電子ビーム露光技術、干渉露光技術等を用いてパ
ターニングを施した後、引き続き約500人の深さに選
択エツチングを行ない、中央部に約0.4μmの突条を
複数本チャネル全域に形成する0次にオーミック金属を
真空蒸着法により付着しパターニングし熱処理し合金化
して入出力端子1,2,3.4を形成し、さらにゲート
°金属を真空蒸着法により付着させた後、電子ビーム露
光技術等でパターニングを行なってゲート入力端子5を
形成し、装置の製作工程を完了する。
なお上述した実施例では、第1図に示す半導体装置の場
合、電子親和力の大きい第1の半導体層としてGaAs
、電子親和力の小さい第2の半導体層としてA I2 
G a A sを用いた場合についてのみ説明したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、半導体の組み
合わせとしては、たとえば、第1の半導体層としてGa
Sb、第2の半導体層としてAm!GaSbを用いたも
の、あるいは、第1の半導体層としてI n G a 
A S +第2の半導体層としてA11nAs、InP
を用いたものなどでも同様の効果を得ることができるこ
とは言うまでもない、第2図に示す半導体装置の場合、
GaAsについてのみ説明したが、半絶縁性基板の存在
する他の化合物半導体、たとえば、InP等でも同様の
効果を得ることができることは言うまでもない。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、電子親和力の差の大きい
同一導電型の第1および第2の半導体層からなるヘテロ
接合を形成し、第2の半導体層表面に、対向する電極を
結ぶ線と0度〜90度の角度をなす多数の溝を形成し、
第1の半導体層界面に蓄積するキャリアの数をゲート電
圧で制御可能とし、入力端子と出力端子とゲート入力端
子とを設けることにより、また、半絶縁性基板上の導電
性の半導体層上に、対向する電極を結ぶ線と0度〜90
度の角度をなす多数の溝を形成し、キャリアの数をゲー
ト電圧で制御可能とし、入力端子と出力端子とゲート入
力端子とを設けることにより、負荷抵抗を不必要なもの
としたので、半導体集積回路において高集積化が図れる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明に係わる半導体装置の一実施例を
示す平面図、第1図(blはそのA−A線断面図、第2
図は他の実施例を示す断面図、第3図は第1図に示す半
導体装置の突起部のバンド図、第4図はその溝部のバン
ド図、第5図は第2図に示す半導体装置の溝部のバンド
図、第6図(alおよび(b)はゲート電圧が印加され
ないときの電流の流れおよびゲート電圧が印加されたと
きの電流の流れを示す動作図、第7図は従来の半導体装
置の回路を示す回路図である。 1.3・・・・出力端子、2.4・・・・入力端子、5
・・・・ゲート入力端子、6a、6b・・・・溝、7a
、7b・・・・突起、8・・・・n”An’GaAs1
i、9−−・・ノンドープQaAs層、10・・・・拡
散層、11・・・・電子蓄積層、12・・・・ノンドー
プAItGaAs層、13・・・・G a A s半絶
縁性基板、14・・・enGaAs層。 特許出願人   日本電信電話公社 ゛\

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電子親和力の差の大きい同一導電型の第1および
    第2の半導体層からなるヘテロ接合を形成し、電子親和
    力の大きい前記第1の半導体層上に形成した電子親和力
    の小さい前記第2の半導体層表面に方向が対向する電極
    を結ぶ線と0度〜90度の角度をなす多数の溝を形成し
    、前記第2の半導体層の厚みを前記溝部分において前記
    第1の半導体層界面に蓄積するキャリアの数をゲート電
    圧で制御可能な大きさにし、入力端子と出力端子とゲー
    ト入力端子とを備えたことを特徴とする半導体装置。
  2. (2)半絶縁性基板上の導電性の半導体層上に方向が対
    向する電極を結ぶ線と0度〜90度の角度をなす多数の
    溝を形成し、前記半導体層の厚みを前記溝部分において
    キャリアの数をゲート電圧で制御可能な大きさにし、入
    力端子と出力端子とゲート入力端子とを備えたことを特
    徴とする半導体装置。
JP43285A 1985-01-08 1985-01-08 半導体装置 Granted JPS61160978A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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