JPS62266873A - 半導体装置 - Google Patents
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- 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
- H01L29/26—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, elements provided for in two or more of the groups H01L29/16, H01L29/18, H01L29/20, H01L29/22, H01L29/24, e.g. alloys
- H01L29/267—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, elements provided for in two or more of the groups H01L29/16, H01L29/18, H01L29/20, H01L29/22, H01L29/24, e.g. alloys in different semiconductor regions, e.g. heterojunctions
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- 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
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- 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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
この発明は、２次元電子ガスをチャネルとするＧａＡｓ
／ＡｌＧａＡｓ系半導体装置にかかり、Ｇ、］］Ａｓ／
ｎ−ＡｌＧａＡｓ選択ドープヘテロ接合構をＧｅ光吸収
層で挟み、ＤＸセンターをイオン化する入射光を阻止す
ることにより、 該２次元電子ガスの変動を抑止し、該半導体装置の特性
の安定性を向上するものである。
／ＡｌＧａＡｓ系半導体装置にかかり、Ｇ、］］Ａｓ／
ｎ−ＡｌＧａＡｓ選択ドープヘテロ接合構をＧｅ光吸収
層で挟み、ＤＸセンターをイオン化する入射光を阻止す
ることにより、 該２次元電子ガスの変動を抑止し、該半導体装置の特性
の安定性を向上するものである。
〔産業上の利用分野］
本発明は半導体装置、特に空間分離ドーピングと界面量
子化による高移動度のキャリアをチャネルとする例えば
高電子移動度電界効果トランジスタ（ＩＥＭＴ）等の砒
化ガリウム＜ＧａＡｓ）／砒化アルミニウムガリウム（
ＡｉＧａＡｓ）系半導体装置の改善に関する。
子化による高移動度のキャリアをチャネルとする例えば
高電子移動度電界効果トランジスタ（ＩＥＭＴ）等の砒
化ガリウム＜ＧａＡｓ）／砒化アルミニウムガリウム（
ＡｉＧａＡｓ）系半導体装置の改善に関する。
例えば）ＩＥＭＴは２次元状態の電子か移５ＪＪする領
域と不純物をドーピングする“ｉｎ域とを空間的に分離
してキャリア移動度の増大を実現し、高速デバイスとし
てまたマイクロ波帯域の低雑音デバイスとして強い期待
が寄せられているが、なおその特性の安定性向上が要望
されている。
域と不純物をドーピングする“ｉｎ域とを空間的に分離
してキャリア移動度の増大を実現し、高速デバイスとし
てまたマイクロ波帯域の低雑音デバイスとして強い期待
が寄せられているが、なおその特性の安定性向上が要望
されている。
［従来の技術］
空間分離ドーピングとキャリアの界面量子化により高移
動度を実現しているＧパｓ／ＡｌＧａＡｓ系半導体装置
の例として、ＨＥ？ＩＴの一従来例の模式側断面図を第
２図に示す。
動度を実現しているＧパｓ／ＡｌＧａＡｓ系半導体装置
の例として、ＨＥ？ＩＴの一従来例の模式側断面図を第
２図に示す。
その半導体基体は半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、ノン
ドープのｉ型ＧａＡｓ層１３、これより電子親和力が小
さく例えば濃度２Ｘ１０”ｃｍ−’程度にドナー不純物
がドープされたｎ型＾１ｘＧａｌ−ＸＡＳ層１４、及び
不純物濃度が同程度以上のｎ型ＧａＡｓ層１５が積層形
成され、このｎ型ＡＩＧａＡｓｊｉ！ｉ１４からｉ形Ｇ
ａＡｓ層１３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１３ｅが形成される。この２次元電
子ガス１３〜ｅ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
おいて最も高い移動度が得られる。
ドープのｉ型ＧａＡｓ層１３、これより電子親和力が小
さく例えば濃度２Ｘ１０”ｃｍ−’程度にドナー不純物
がドープされたｎ型＾１ｘＧａｌ−ＸＡＳ層１４、及び
不純物濃度が同程度以上のｎ型ＧａＡｓ層１５が積層形
成され、このｎ型ＡＩＧａＡｓｊｉ！ｉ１４からｉ形Ｇ
ａＡｓ層１３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１３ｅが形成される。この２次元電
子ガス１３〜ｅ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
おいて最も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１７とゲート
電極１８を設け、ゲート電極１８によるショッＩ・キ空
乏層で２次元電子ガス１３ｅの面密度を制御してトラン
ジスタ動作が行われる。
電極１８を設け、ゲート電極１８によるショッＩ・キ空
乏層で２次元電子ガス１３ｅの面密度を制御してトラン
ジスタ動作が行われる。
この構造において、ｎ型Ａｌｅ（Ｇａ、−、Ａｓ電子供
給層１４の混晶比Ｘは２次元電子ガス１３ｅの移動度μ
ｎ及び面密度Ｎｓ等を考慮して選択されるが、この層１
４とｉ形ＧａＡｓチャネル層１３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１３ｅの面密
度Ｎｓが小さくなるために、通常伝導帯の弔位差を０．
２４ｅＶ程度以上、従ってｎ型Ａｌ、、Ｇａ、−、へＳ
電子供給層１４のＡｌ混晶比Ｘを０．３程度以上とする
ことが望ましい。
給層１４の混晶比Ｘは２次元電子ガス１３ｅの移動度μ
ｎ及び面密度Ｎｓ等を考慮して選択されるが、この層１
４とｉ形ＧａＡｓチャネル層１３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１３ｅの面密
度Ｎｓが小さくなるために、通常伝導帯の弔位差を０．
２４ｅＶ程度以上、従ってｎ型Ａｌ、、Ｇａ、−、へＳ
電子供給層１４のＡｌ混晶比Ｘを０．３程度以上とする
ことが望ましい。
しかしながら他方において、ＡｌＸＧａ、□ＡｓのＡｌ
混晶比Ｘが０．２５程度より大きいときには、ドープし
たシリコン（Ｓｉ）等のドナー準位が急激に深くなる。
混晶比Ｘが０．２５程度より大きいときには、ドープし
たシリコン（Ｓｉ）等のドナー準位が急激に深くなる。
このＡｌＸＧａ＋−、ｇＡ３の深いドナ一単位は温度２
００に程度以下において、光子エネルギーが０．８５±
０．１ｅＶ以上の光が入射すれば電子が伝導帯に励起さ
れ、光照射が停止しても伝導電子がドナー準位に落ちな
いＰＰＣ（ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ ｐｈｏｔｏ ｃｏｎ
ｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）等の現象を示してＤＸセンターと
呼ばれるが、これにより、ドーピング量を増加してもこ
れに見合う高いキャリア濃度が得られない。
００に程度以下において、光子エネルギーが０．８５±
０．１ｅＶ以上の光が入射すれば電子が伝導帯に励起さ
れ、光照射が停止しても伝導電子がドナー準位に落ちな
いＰＰＣ（ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ ｐｈｏｔｏ ｃｏｎ
ｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）等の現象を示してＤＸセンターと
呼ばれるが、これにより、ドーピング量を増加してもこ
れに見合う高いキャリア濃度が得られない。
更に第３図にＧａＡｓ／Ａｌｅ、 ：＋Ｇａ（１，７Ａ
ｓからなるＨＥＭＴの電子移動度μｎ及び２次元電子ガ
ス面密度Ｎｓの１例を環境温度を横軸として図示する様
に、低温において２次元電子ガス面密度Ｎｓの低下、従
って伝達コンダクタンスｇ、の低下が現れ、更に同図に
光を照射した”明”と光を遮断した”暗”とを比較図示
する様に、光が入射することにより２次元電子ガスの移
動度μｎ及び電子面密度Ｎｓが変動し、従って伝達コン
ダクタンスｇ、及び闇値電圧■い等が変動する現象が現
れている。
ｓからなるＨＥＭＴの電子移動度μｎ及び２次元電子ガ
ス面密度Ｎｓの１例を環境温度を横軸として図示する様
に、低温において２次元電子ガス面密度Ｎｓの低下、従
って伝達コンダクタンスｇ、の低下が現れ、更に同図に
光を照射した”明”と光を遮断した”暗”とを比較図示
する様に、光が入射することにより２次元電子ガスの移
動度μｎ及び電子面密度Ｎｓが変動し、従って伝達コン
ダクタンスｇ、及び闇値電圧■い等が変動する現象が現
れている。
この問題に対処するために、前記従来例のＡｌＸＧａ
、 −、Ａｓ層１４に代えて例えばＳｉドープＧａＡｓ
／ノンドープＡｌＡｓ超格子を用いる構造が提供されて
いるが、この構造では例えば９原子層の中央の５原子層
のみに３１をドープしており、熱拡散等による不安定性
の要因となっている。
、 −、Ａｓ層１４に代えて例えばＳｉドープＧａＡｓ
／ノンドープＡｌＡｓ超格子を用いる構造が提供されて
いるが、この構造では例えば９原子層の中央の５原子層
のみに３１をドープしており、熱拡散等による不安定性
の要因となっている。
ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系半導体材料を用いた従来のＩ
ＩＥＭＴ等には上述の如き不安定性があるが、本発明は
光入射によって発生しその停止後にも通常残存する特性
変化を防止して、高速電子計算機、低雑音マイクロ波回
路等に大きい効果が期待されているＨＥＭＴ、或いはそ
の他の高移動度半導体装置を改善することを目的とする
。
ＩＥＭＴ等には上述の如き不安定性があるが、本発明は
光入射によって発生しその停止後にも通常残存する特性
変化を防止して、高速電子計算機、低雑音マイクロ波回
路等に大きい効果が期待されているＨＥＭＴ、或いはそ
の他の高移動度半導体装置を改善することを目的とする
。
前記問題点は、第１のゲルマニウム層上に、少なくとも
ノンドープの砒化ガリウム層と、ドナー不純物をドープ
した砒化アルミニウムガリウム層とを介して、第２のゲ
ルマニウム層がエピタキシャル成長され、 該砒化ガリウム層の該砒化アルミニウムガリウム層との
ヘテロ接合界面近傍に、２次元電子ガスが形成される本
発明による半導体装置により解決される。
ノンドープの砒化ガリウム層と、ドナー不純物をドープ
した砒化アルミニウムガリウム層とを介して、第２のゲ
ルマニウム層がエピタキシャル成長され、 該砒化ガリウム層の該砒化アルミニウムガリウム層との
ヘテロ接合界面近傍に、２次元電子ガスが形成される本
発明による半導体装置により解決される。
ＡｌＧａＡｓ電子供給層内にＤＸセンターを形成するド
ナー不純物が光によってイオン化されるのは、先に述べ
た如く光子エネルギーが０．８５±０．１ｅＶ以上の光
であり、ＧａＡｓの禁制帯幅はこの値より遥かに大きい
１．４ｅＶ程度であるのに対して、ゲルマニウム（Ｇｅ
）の禁制帯幅は室温で０．６６ｅＶ、絶対零度ＯＫでも
０．７４ｅνである。従ってＡｌＧａＡｓ電子供給層と
ＧａＡｓチャネル層の上下にＧｅ層を設けて光子エネル
ギーがこの禁制帯幅より大きい光を吸収することにより
、入射光によるＤＸセンターのイオン化を阻止し、２次
元電子ガス面密度Ｎｓの変動を抑止することができる。
ナー不純物が光によってイオン化されるのは、先に述べ
た如く光子エネルギーが０．８５±０．１ｅＶ以上の光
であり、ＧａＡｓの禁制帯幅はこの値より遥かに大きい
１．４ｅＶ程度であるのに対して、ゲルマニウム（Ｇｅ
）の禁制帯幅は室温で０．６６ｅＶ、絶対零度ＯＫでも
０．７４ｅνである。従ってＡｌＧａＡｓ電子供給層と
ＧａＡｓチャネル層の上下にＧｅ層を設けて光子エネル
ギーがこの禁制帯幅より大きい光を吸収することにより
、入射光によるＤＸセンターのイオン化を阻止し、２次
元電子ガス面密度Ｎｓの変動を抑止することができる。
しかもＧａＡｓ、 ＡｌＧａＡｓとＧｅとは、結晶構造
が前者の閃亜鉛鉱（α−ＺｎＳ）形に対し後者はダイヤ
モンド（Ｃ）形で格子形状が合致し、かつ格子定数がＧ
ａＡｓの５．６５３４人に対しＧｅは５．６５７４８人
と極めて近いために、その一方の単結晶上に他方をエピ
タキシャル成長して任意の半導体基体を形成することが
可能である。
が前者の閃亜鉛鉱（α−ＺｎＳ）形に対し後者はダイヤ
モンド（Ｃ）形で格子形状が合致し、かつ格子定数がＧ
ａＡｓの５．６５３４人に対しＧｅは５．６５７４８人
と極めて近いために、その一方の単結晶上に他方をエピ
タキシャル成長して任意の半導体基体を形成することが
可能である。
以下本発明を実施例により具体的に説明する。
第１図はＨＥＭＴにかかる本発明の実施例を示す模式側
断面図であり、１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、２は厚さ例
えば０．５−程度のノンドープのＧｅ層、３は厚さ例え
ば０．５μｍ程度のノンドープのＧａＡｓ層、４は例え
ば濃度２×ｌ０１８ｃｍ−３程度に３１をドープし、厚
さ４０ｎｍ程度のｎ型Ａ１０．３Ｇａａ、 ７Ａ５層、
５はこれと同程度以上にＳｉをドープし、厚さ例えば５
０ｎｍ程度のｎ型ＧａＡｓＪｉ、６は例えば濃度５×１
０′８〜１×１０１９にｍ−コ程度に砒素（Ａｓ）をド
ープし、厚さ０．２μｍ程度の１型Ｇｅ層、３ｅは２次
元電子ガス、７はソース、ドレイン電極、８はゲート電
極である。
断面図であり、１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、２は厚さ例
えば０．５−程度のノンドープのＧｅ層、３は厚さ例え
ば０．５μｍ程度のノンドープのＧａＡｓ層、４は例え
ば濃度２×ｌ０１８ｃｍ−３程度に３１をドープし、厚
さ４０ｎｍ程度のｎ型Ａ１０．３Ｇａａ、 ７Ａ５層、
５はこれと同程度以上にＳｉをドープし、厚さ例えば５
０ｎｍ程度のｎ型ＧａＡｓＪｉ、６は例えば濃度５×１
０′８〜１×１０１９にｍ−コ程度に砒素（Ａｓ）をド
ープし、厚さ０．２μｍ程度の１型Ｇｅ層、３ｅは２次
元電子ガス、７はソース、ドレイン電極、８はゲート電
極である。
本実施例の半導体基体は例えば分子線ｊ：ビタキシャル
成長方法（ＭＢＥ法）によって形成し、この半扉体基体
上に、ソース、ドレイン電極７を例えば金ゲルマニウム
／金（ＡｕＧｅ／Ａｕ）を用いて、ゲート電極８を例え
ばアルミニウム（ＡＩ）を用いて配Ｑ−ｒる。
成長方法（ＭＢＥ法）によって形成し、この半扉体基体
上に、ソース、ドレイン電極７を例えば金ゲルマニウム
／金（ＡｕＧｅ／Ａｕ）を用いて、ゲート電極８を例え
ばアルミニウム（ＡＩ）を用いて配Ｑ−ｒる。
本実施例では例えば温度７７Ｋにおいて、白色光を照射
した前後で２次元電子ガス面密度Ｎｓ、伝達コンダクタ
ンスｇ、及び闇値電圧■いに有意差が現れず本発明の効
果が実証されている。
した前後で２次元電子ガス面密度Ｎｓ、伝達コンダクタ
ンスｇ、及び闇値電圧■いに有意差が現れず本発明の効
果が実証されている。
また本発明はＨＥＭＴにその適用を限られるものではな
く、例えば速度変調トランジスタ（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ−
Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、Ｈ，
５ａｋａｋｉ： Ｊｐｎ、Ｊ、Ａｐｐｌ。
く、例えば速度変調トランジスタ（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ−
Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、Ｈ，
５ａｋａｋｉ： Ｊｐｎ、Ｊ、Ａｐｐｌ。
Ｐｈｙｓ、シｏ１．２１．Ｎｏ、６．１９８２年６月）
、単量子井戸トランジスタ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔ
ｕｍ Ｗｅｌｌ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ。
、単量子井戸トランジスタ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎｔ
ｕｍ Ｗｅｌｌ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ。
Ｃ，Ｈａｍａｇｕｃｈ ｉ他： Ｊｐｎ、Ｊ、Ａｐｐｌ
、Ｐｈｙｓ、 Ｖｏｌ、２３．Ｎｏ、３゜１９８４年３
月）等の空間分離ドーピングと界面量子化による高移動
度のキャリアを利用する半導体装置全般に適用すること
が可能である。
、Ｐｈｙｓ、 Ｖｏｌ、２３．Ｎｏ、３゜１９８４年３
月）等の空間分離ドーピングと界面量子化による高移動
度のキャリアを利用する半導体装置全般に適用すること
が可能である。
以上説明した如く本発明によれば、空間分離ドーピング
と界面量子化による２次元電子ガスをチャネルとするＧ
ａＡｓ ／＾１ＧａＡｓ系半導体装置において、入射光
によるＤＸセンターのイオン化が大幅に抑止され、）Ｉ
ＥＭＴ等の半導体装置の闇値電圧等の特性の安定性向上
が実現される。
と界面量子化による２次元電子ガスをチャネルとするＧ
ａＡｓ ／＾１ＧａＡｓ系半導体装置において、入射光
によるＤＸセンターのイオン化が大幅に抑止され、）Ｉ
ＥＭＴ等の半導体装置の闇値電圧等の特性の安定性向上
が実現される。
第１図はＨＥＭＴにかかる本発明の実施例の模式側断面
図、 第２図はｌ（ＥＭＴの従来例の模式側断面図、第３図は
その電子移動度及び電子面密度の例を示す図である。 図において、 １は半絶縁性ＧａＡｓ基板、 ２はノンドープのＧｅ層、 ３はノンドープ ３ｅは２次元電子ガス、 ４はｎ型ＡＩＯ． ｚＧａｏ． Ｊｓ＠、５はｎ型Ｇａ
Ａｓ層、 ６はｎ＋型Ｇｅ層、 ７はソース、ドレイン電極、 ８はゲート電極を示す。 第 １ 図 従来例の漢人便・ｊ断面図 簗２図
図、 第２図はｌ（ＥＭＴの従来例の模式側断面図、第３図は
その電子移動度及び電子面密度の例を示す図である。 図において、 １は半絶縁性ＧａＡｓ基板、 ２はノンドープのＧｅ層、 ３はノンドープ ３ｅは２次元電子ガス、 ４はｎ型ＡＩＯ． ｚＧａｏ． Ｊｓ＠、５はｎ型Ｇａ
Ａｓ層、 ６はｎ＋型Ｇｅ層、 ７はソース、ドレイン電極、 ８はゲート電極を示す。 第 １ 図 従来例の漢人便・ｊ断面図 簗２図
Claims (1)
- 第１のゲルマニウム層上に、少なくともノンドープの砒
化ガリウム層と、ドナー不純物をドープした砒化アルミ
ニウムガリウム層とを介して、第２のゲルマニウム層が
エピタキシャル成長され、該砒化ガリウム層の該砒化ア
ルミニウムガリウム層とのヘテロ接合界面近傍に、２次
元電子ガスが形成されることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11125186A JPS62266873A (ja) | 1986-05-15 | 1986-05-15 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11125186A JPS62266873A (ja) | 1986-05-15 | 1986-05-15 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62266873A true JPS62266873A (ja) | 1987-11-19 |
Family
ID=14556436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11125186A Pending JPS62266873A (ja) | 1986-05-15 | 1986-05-15 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62266873A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5804842A (en) * | 1995-06-20 | 1998-09-08 | Nec Research Institute, Inc. | Optically writing erasable conductive patterns at a bandgap-engineered heterojunction |
| EP1936697A2 (en) | 2006-12-22 | 2008-06-25 | Interuniversitair Microelektronica Centrum (IMEC) | A field effect transistor device, and methods of production thereof |
| EP1936696A1 (en) * | 2006-12-22 | 2008-06-25 | INTERUNIVERSITAIR MICROELEKTRONICA CENTRUM vzw (IMEC) | A field effect transistor device and methods of production thereof |
-
1986
- 1986-05-15 JP JP11125186A patent/JPS62266873A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5804842A (en) * | 1995-06-20 | 1998-09-08 | Nec Research Institute, Inc. | Optically writing erasable conductive patterns at a bandgap-engineered heterojunction |
| EP1936697A2 (en) | 2006-12-22 | 2008-06-25 | Interuniversitair Microelektronica Centrum (IMEC) | A field effect transistor device, and methods of production thereof |
| EP1936696A1 (en) * | 2006-12-22 | 2008-06-25 | INTERUNIVERSITAIR MICROELEKTRONICA CENTRUM vzw (IMEC) | A field effect transistor device and methods of production thereof |
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