JPS62194677A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS62194677A JPS62194677A JP3627686A JP3627686A JPS62194677A JP S62194677 A JPS62194677 A JP S62194677A JP 3627686 A JP3627686 A JP 3627686A JP 3627686 A JP3627686 A JP 3627686A JP S62194677 A JPS62194677 A JP S62194677A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/201—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys
- H01L29/205—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys in different semiconductor regions, e.g. heterojunctions
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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】
〔概要〕
この発明はヘテロ接合電界効果トランジスタにかかり、
ヘテロ接合界面近傍において、一つの半導体層の伝導帯
がフェルミ準位より低いエネルギー準位で２次元状態の
電子を生じ、かつ他の半導体層の価電子帯がフェルミ準
位より高いエネルギー準位で２次元状態の正孔を生じて
、該電子及び正孔による該ヘテロ接合界面に沿う電流を
ショットキ空乏層により制御することにより、 不純物準位に起因する闇値電圧の変動、光応答などの従
来の問題点を解決するものである。
がフェルミ準位より低いエネルギー準位で２次元状態の
電子を生じ、かつ他の半導体層の価電子帯がフェルミ準
位より高いエネルギー準位で２次元状態の正孔を生じて
、該電子及び正孔による該ヘテロ接合界面に沿う電流を
ショットキ空乏層により制御することにより、 不純物準位に起因する闇値電圧の変動、光応答などの従
来の問題点を解決するものである。
本発明は半導体装置、特にヘテロ接合界面近傍に形成さ
れる２次元状態の電荷をチャネルとする電界効果トラン
ジスタの構造に関する。
れる２次元状態の電荷をチャネルとする電界効果トラン
ジスタの構造に関する。
砒化ガリウム（ＧａＡｓ） ／砒化アルミニウムガリウ
ム（ＡＩＧａＡｓ）等のヘテロ接合構造を有する化合物
半導体装置が種々開発され、中でもヘテロ接合電界効果
トランジスタは高電子移動度を実現した高速デバイスと
して大きい期待が寄せられているが、そのＡｌＧａＡｓ
電子供給層には後述の如き問題点がありその改善が要望
されている。
ム（ＡＩＧａＡｓ）等のヘテロ接合構造を有する化合物
半導体装置が種々開発され、中でもヘテロ接合電界効果
トランジスタは高電子移動度を実現した高速デバイスと
して大きい期待が寄せられているが、そのＡｌＧａＡｓ
電子供給層には後述の如き問題点がありその改善が要望
されている。
ヘテロ接合電界効果トランジスタでは、ヘテロ接合界面
近傍に２次元状態のキャリアを形成し、かつ不純物が添
加される領域とキャリアが移動する領域とを空間的に分
離して不純物散乱を低減して、特に低温におけるキャリ
ア移動度の増大、高速化を実現しているが、その−例の
模式側断面図を第３図（ａｌに、エネルギバンド構造を
同図（ｂ）に示す。
近傍に２次元状態のキャリアを形成し、かつ不純物が添
加される領域とキャリアが移動する領域とを空間的に分
離して不純物散乱を低減して、特に低温におけるキャリ
ア移動度の増大、高速化を実現しているが、その−例の
模式側断面図を第３図（ａｌに、エネルギバンド構造を
同図（ｂ）に示す。
半絶縁性ＧａＡｓ基板２１上に、ノンドープのｉ型Ｇａ
Ａｓ層２２と、これより電子親和力が小さく例えば濃度
Ｚ ＸＩＯｌｌｌｃｍ−’程度のドナー不純物がドープ
されたｎ型ＡｌｙＧａ１−、Ａｓ層２３とが設けられ、
ｎ型ＡｌＧａＡｓ層２３からｉ形ＧａＡｓ層２２へ遷移
した電子によってヘテロ接合界面近傍に２次元電子ガス
２２ｅが形成される。この２次元電子ガス２２ｅは不純
物散乱による移動度低下が殆どなく、格子散乱が減少す
る例えば７７に程度以下の低温において高い移動度が得
られる。
Ａｓ層２２と、これより電子親和力が小さく例えば濃度
Ｚ ＸＩＯｌｌｌｃｍ−’程度のドナー不純物がドープ
されたｎ型ＡｌｙＧａ１−、Ａｓ層２３とが設けられ、
ｎ型ＡｌＧａＡｓ層２３からｉ形ＧａＡｓ層２２へ遷移
した電子によってヘテロ接合界面近傍に２次元電子ガス
２２ｅが形成される。この２次元電子ガス２２ｅは不純
物散乱による移動度低下が殆どなく、格子散乱が減少す
る例えば７７に程度以下の低温において高い移動度が得
られる。
この半導体基体上にソース、ドレイン電極２７とゲート
電極２６を設け、ゲート電極２６によるショットキ空乏
層で２次元電子ガス２２ｅの面濃度を制御してトランジ
スタ動作が行われる。
電極２６を設け、ゲート電極２６によるショットキ空乏
層で２次元電子ガス２２ｅの面濃度を制御してトランジ
スタ動作が行われる。
このヘテロ接合電界効果トランジスタのｎ型Ａ１、Ｇａ
、−、Ａｓ電子供給層２３とｉ形ＧａＡｓチャネル層
２２との伝導帯のエネルギー準位差が少ない場合には２
次元電子ガス２２ｅの面濃度Ｎｓが小さくなるために、
通常伝導帯の準位差を０．３ｅＶ程度、すなわちｎ型Ａ
１ｇＧａｔ−Ｊｓ電子供給層２３のＡｔ組成比Ｘを０．
３程度としている。
、−、Ａｓ電子供給層２３とｉ形ＧａＡｓチャネル層
２２との伝導帯のエネルギー準位差が少ない場合には２
次元電子ガス２２ｅの面濃度Ｎｓが小さくなるために、
通常伝導帯の準位差を０．３ｅＶ程度、すなわちｎ型Ａ
１ｇＧａｔ−Ｊｓ電子供給層２３のＡｔ組成比Ｘを０．
３程度としている。
しかしながら＾ｌ、（Ｇａ、。＾Ｓの＾１組成比Ｘが０
．２５程度より大きいときには、ドープしたドナー不純
物は殆どがＤＸセンターと呼ばれる深いドナー準位を形
成する。この結果高いキャリア濃度が得られず、２次元
電子ガス面濃度Ｎｓの低下、伝達コンダクタンスｇ、の
低下を招いている。更に低温において光が入射したり、
ホットエレクトロンがチャネルからＡｌＧａＡｓ層に飛
び込んだりすれば、２次元電子ガス面濃度Ｎｓ及び闇値
電圧の変動、低周波雑音など、の現象が現れる。
．２５程度より大きいときには、ドープしたドナー不純
物は殆どがＤＸセンターと呼ばれる深いドナー準位を形
成する。この結果高いキャリア濃度が得られず、２次元
電子ガス面濃度Ｎｓの低下、伝達コンダクタンスｇ、の
低下を招いている。更に低温において光が入射したり、
ホットエレクトロンがチャネルからＡｌＧａＡｓ層に飛
び込んだりすれば、２次元電子ガス面濃度Ｎｓ及び闇値
電圧の変動、低周波雑音など、の現象が現れる。
このＡｌＧａＡｓの深いドナー準位に起因する問題に対
処するために、電子供給層をＧａＡｓとＡｌＡｓとの超
格子とし、ＧａＡｓ層にドナー不純物をドーピングする
構造が提供されているが、これにはＧａＡｓ／＾ＩＡｓ
超格子構造を形成する際の制御性、熱的或いは長期間の
安定性、オーミックコンタクト形成が困難などの問題が
ある。
処するために、電子供給層をＧａＡｓとＡｌＡｓとの超
格子とし、ＧａＡｓ層にドナー不純物をドーピングする
構造が提供されているが、これにはＧａＡｓ／＾ＩＡｓ
超格子構造を形成する際の制御性、熱的或いは長期間の
安定性、オーミックコンタクト形成が困難などの問題が
ある。
ヘテロ接合電界効果トランジスタについて上述の如く開
発が進められているがなお改善が必要である現状から、
本発明はヘテロ接合電界効果トランジスタにキャリアを
供給する新しい構造を提供することを目的とする。
発が進められているがなお改善が必要である現状から、
本発明はヘテロ接合電界効果トランジスタにキャリアを
供給する新しい構造を提供することを目的とする。
前記問題点は、第１の半導体層と第２の半導体層とによ
りヘテロ接合が形成され、該ヘテロ接合界面近傍におい
て、該第１の半導体層の伝導帯がフェルミ準位より低い
エネルギー準位で２次元状態の電子を生じ、かつ該第２
の半導体層の価電子帯がフェルミ準位より高いエネルギ
ー準位で２次元状態の正孔を生じて、該電子及び正孔に
よる該ヘテロ接合界面に沿う電流をショットキ空乏層に
より制御する本発明による半導体装置により解決される
。
りヘテロ接合が形成され、該ヘテロ接合界面近傍におい
て、該第１の半導体層の伝導帯がフェルミ準位より低い
エネルギー準位で２次元状態の電子を生じ、かつ該第２
の半導体層の価電子帯がフェルミ準位より高いエネルギ
ー準位で２次元状態の正孔を生じて、該電子及び正孔に
よる該ヘテロ接合界面に沿う電流をショットキ空乏層に
より制御する本発明による半導体装置により解決される
。
本発明によれば、ヘテロ接合電界効果トランジスタの２
次元電荷が生成されるヘテロ接合を、その界面近傍にお
いて第１の半導体層の伝導帯がフェルミ準位より低いエ
ネルギー準位で２次元状態の電子を生じ、かつ第２の半
導体層の価電子帯がフェルミ準位より高いエネルギー準
位で２次元状態の正孔を生ずる構成とし、この２次元電
子、正孔双方をキャリアとして電界効果トランジスタを
構成する。
次元電荷が生成されるヘテロ接合を、その界面近傍にお
いて第１の半導体層の伝導帯がフェルミ準位より低いエ
ネルギー準位で２次元状態の電子を生じ、かつ第２の半
導体層の価電子帯がフェルミ準位より高いエネルギー準
位で２次元状態の正孔を生ずる構成とし、この２次元電
子、正孔双方をキャリアとして電界効果トランジスタを
構成する。
なおこの半導体基体構造は第１図（ａｌ、（ｂ）にエネ
ルギーバンド図を例示する如く、例えばインジウム砒素
化合物（ＩｎＡｓ）とガリウムアンチモン化合物（Ｇａ
Ｓｂ）との組み合わせにより実現することができる。こ
の組み合わせではＩｎＡｓの伝導帯のエネルギー準位Ｅ
ｃがＧａ５ｂＯ価電子帯の準位Ｅｖより低く、図示の様
にペテロ接合界面近傍で、ＩｎＡｓの伝導帯の準位Ｅ、
がフェルミ準位Ｅ、より低く、かつＧａＳｂの価電子帯
の準位Ｂｖがフェルミ準位ＥＦより高い構成とすること
が可能である。
ルギーバンド図を例示する如く、例えばインジウム砒素
化合物（ＩｎＡｓ）とガリウムアンチモン化合物（Ｇａ
Ｓｂ）との組み合わせにより実現することができる。こ
の組み合わせではＩｎＡｓの伝導帯のエネルギー準位Ｅ
ｃがＧａ５ｂＯ価電子帯の準位Ｅｖより低く、図示の様
にペテロ接合界面近傍で、ＩｎＡｓの伝導帯の準位Ｅ、
がフェルミ準位Ｅ、より低く、かつＧａＳｂの価電子帯
の準位Ｂｖがフェルミ準位ＥＦより高い構成とすること
が可能である。
この構成ではヘテロ接合界面を挟んで電子、正孔相互間
にクーロン力が作用するために２次元電子、正札が生成
、拘束され、両生導体層にそれぞれドナー、アクセプタ
不純物をドーピングする必要はなく、先に述べた深いド
ナー準位による問題が解決される。
にクーロン力が作用するために２次元電子、正札が生成
、拘束され、両生導体層にそれぞれドナー、アクセプタ
不純物をドーピングする必要はなく、先に述べた深いド
ナー準位による問題が解決される。
以下本発明を実施例により具体的に説明する。
第２図は本発明の実施例を示す模式側断面図であり、■
は半絶縁性ＩｎＡｓ１板、２はノンドープのＩｎＡｓ層
、３はノンドープのＧａＳｂ層、４はｎ型領域、５はｐ
要領域、６はゲート電極、７はｎ側オーミック電極、８
はｐ側オーミック電極、７Ａ、８Ａはそれぞれオーミッ
ク電極と半導体基体との合金化領域であり、２ｅは２次
元状態の電子、３ｈは２次元状態の正札を示す。
は半絶縁性ＩｎＡｓ１板、２はノンドープのＩｎＡｓ層
、３はノンドープのＧａＳｂ層、４はｎ型領域、５はｐ
要領域、６はゲート電極、７はｎ側オーミック電極、８
はｐ側オーミック電極、７Ａ、８Ａはそれぞれオーミッ
ク電極と半導体基体との合金化領域であり、２ｅは２次
元状態の電子、３ｈは２次元状態の正札を示す。
本実施例の半導体基体は半絶縁性１ｎＡｓ基板１上に、
厚さ約１ ｐｍのノンドープのＩｎＡｓ層２と、厚さ約
３００ｎｒｎのノンドープのＧａ５ｂＥｉ３とをＭＢ２
法により成長したものであり、これに例えばタングステ
ンシリサイド（ＷＳｉ）等の耐熱性材料によりシヨ・７
トキゲート電極６を配設し、これに整合して例えばシリ
コン（Ｓｉ）をイオン注入してｎ型領域４、ベリリウム
（Ｂｅ）をイオン注入してｐ壁領域５を形成している。
厚さ約１ ｐｍのノンドープのＩｎＡｓ層２と、厚さ約
３００ｎｒｎのノンドープのＧａ５ｂＥｉ３とをＭＢ２
法により成長したものであり、これに例えばタングステ
ンシリサイド（ＷＳｉ）等の耐熱性材料によりシヨ・７
トキゲート電極６を配設し、これに整合して例えばシリ
コン（Ｓｉ）をイオン注入してｎ型領域４、ベリリウム
（Ｂｅ）をイオン注入してｐ壁領域５を形成している。
またｎ側オーミック電極７は例えば金ゲルマニウム（＾
ｕＧｅ）、ｐ側オーミック電極８は例えば金／亜鉛（Ａ
ｕ／Ｚｎ）で形成している。
ｕＧｅ）、ｐ側オーミック電極８は例えば金／亜鉛（Ａ
ｕ／Ｚｎ）で形成している。
本実施例は、ｎ側オーミック電極７に対しｐ側オーミッ
ク電極８を正電位として、２次元状態の電子２ｅと２次
元状態の正孔３ｈとをチャネルのキャリアとし、ゲート
電極６がある電位にあるとき電流が最大で、ゲート電位
が上下何れに変化しても電流が減少するトランジスタ動
作を行うが、ゲート電極６下のチャネル領域がノンドー
プであるためにＤＸセンター等のトラップ準位が殆どな
く、闇値電圧の変動、光応答などの前記問題点が良く解
決されている。
ク電極８を正電位として、２次元状態の電子２ｅと２次
元状態の正孔３ｈとをチャネルのキャリアとし、ゲート
電極６がある電位にあるとき電流が最大で、ゲート電位
が上下何れに変化しても電流が減少するトランジスタ動
作を行うが、ゲート電極６下のチャネル領域がノンドー
プであるためにＤＸセンター等のトラップ準位が殆どな
く、闇値電圧の変動、光応答などの前記問題点が良く解
決されている。
以上説明した如く本発明によれば、従来のＧａＡｓ／Ａ
ｌＧａＡｓ系等のヘテロ接合電界効果トランジスタにお
ける深い不純物準位に起因する闇値電圧の変動、光応答
などの問題点を良く解決し、半導体装置の動作速度、信
頼性向上等の要望に応えることが可能となる。
ｌＧａＡｓ系等のヘテロ接合電界効果トランジスタにお
ける深い不純物準位に起因する闇値電圧の変動、光応答
などの問題点を良く解決し、半導体装置の動作速度、信
頼性向上等の要望に応えることが可能となる。
第１図（ａ）、（ｂｌは本発明による半導体装置のエネ
ルギーバンドの例を示す図。 第２図は本発明の実施例の模式側断面図。 第３図（ａ）は従来例の模式側断面図、第３図（ｂｌは
従来例のエネルギーバンドの例を示す図である。 図において、 １は半絶縁性１ｎＡｓ基板、 ２はノンドープのＩｎＡｓ層、 ２ｅは２次元状態の電子、 ３はノンドープのＧａＳｂ層、 ３ｈは２次元状態の正孔、 ４はｎ型領域、５はｐ要
領域、 ６はゲート電極、７はｎ側オーミッ
ク電極、 ８はｐ側オーミック電極、 ７八、８Ａは合金化領域を示す。 木衾四に謳るず導イ木殻寵の １序ルギチ°ントンＶしに示す図 第 １ 図 １ｅラギｔ４ンリｄつ１発或づ蟇」１ｕ１テで向プ 「
？ゴ第 ？ 図
ルギーバンドの例を示す図。 第２図は本発明の実施例の模式側断面図。 第３図（ａ）は従来例の模式側断面図、第３図（ｂｌは
従来例のエネルギーバンドの例を示す図である。 図において、 １は半絶縁性１ｎＡｓ基板、 ２はノンドープのＩｎＡｓ層、 ２ｅは２次元状態の電子、 ３はノンドープのＧａＳｂ層、 ３ｈは２次元状態の正孔、 ４はｎ型領域、５はｐ要
領域、 ６はゲート電極、７はｎ側オーミッ
ク電極、 ８はｐ側オーミック電極、 ７八、８Ａは合金化領域を示す。 木衾四に謳るず導イ木殻寵の １序ルギチ°ントンＶしに示す図 第 １ 図 １ｅラギｔ４ンリｄつ１発或づ蟇」１ｕ１テで向プ 「
？ゴ第 ？ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）第１の半導体層と第２の半導体層とによりヘテロ接
合が形成され、該ヘテロ接合界面近傍において、該第１
の半導体層の伝導帯がフェルミ準位より低いエネルギー
準位で２次元状態の電子を生じ、かつ該第２の半導体層
の価電子帯がフェルミ準位より高いエネルギー準位で２
次元状態の正孔を生じて、該電子及び正孔による該ヘテ
ロ接合界面に沿う電流をショットキ空乏層により制御す
ることを特徴とする半導体装置。 ２）前記第１の半導体層がインジウム砒素化合物、前記
第２の半導体層がガリウムアンチモン化合物よりなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3627686A JPS62194677A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3627686A JPS62194677A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62194677A true JPS62194677A (ja) | 1987-08-27 |
Family
ID=12465252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3627686A Pending JPS62194677A (ja) | 1986-02-20 | 1986-02-20 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62194677A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62209864A (ja) * | 1986-03-11 | 1987-09-16 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5984475A (ja) * | 1982-11-05 | 1984-05-16 | Hitachi Ltd | 電界効果型トランジスタ |
-
1986
- 1986-02-20 JP JP3627686A patent/JPS62194677A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5984475A (ja) * | 1982-11-05 | 1984-05-16 | Hitachi Ltd | 電界効果型トランジスタ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62209864A (ja) * | 1986-03-11 | 1987-09-16 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
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