JPS632384A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS632384A JPS632384A JP14585186A JP14585186A JPS632384A JP S632384 A JPS632384 A JP S632384A JP 14585186 A JP14585186 A JP 14585186A JP 14585186 A JP14585186 A JP 14585186A JP S632384 A JPS632384 A JP S632384A
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- semiconductor
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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、２次元電子ガスをチャネルとする半導体装
置にかかり、 電子供給層を量子井戸構造とし、ＤＸセンターが形成さ
れない半導体を用いて電子の基底エネルギー準位をバリ
ア高さにほぼ等しくすることにより、２次元電子ガスの
安定性向上を達成し、該半導体装置の特性を向上するも
のである。
置にかかり、 電子供給層を量子井戸構造とし、ＤＸセンターが形成さ
れない半導体を用いて電子の基底エネルギー準位をバリ
ア高さにほぼ等しくすることにより、２次元電子ガスの
安定性向上を達成し、該半導体装置の特性を向上するも
のである。
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（ＩＩＥＭＴ）等の
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（ＩＩＥＭＴ）等の
半導体装置の改善に関する。
例えばＨＥＭＴは、２次元状態の電子が移動する領域と
不純物をドーピングする領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ており、高速デバイスとして
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。
不純物をドーピングする領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ており、高速デバイスとして
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。
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半導体装置の例として、ＨＥＭＴの
一従来例の模式側断面図を第３図に示す。
動度を実現している半導体装置の例として、ＨＥＭＴの
一従来例の模式側断面図を第３図に示す。
その半導体基体は半絶縁性砒化ガリウム（ＧａＡｓ）基
板ｌｌ上に、ノンドープのｉ型ＧａＡｓ層１２、これよ
り電子親和力が小さい砒化アルミニウムガリウム（Ａ
ｌ ）、Ｇａ 、 −、Ａｓ）層１３及びｎ型ＧａＡｓ
層１４が積層され、このＡ Ｉ ＸＧａ 、 ＋ ＸＡ
ｓＡｌＢ１２えばｉ型ＧａＡｓ層１２とのヘテロ接合界
面近傍の厚さ５唾程度の領域をノンドープのスペーサ層
１３ａとし、その他を例えばシリコン（Ｓｉ）を濃度２
Ｘ １０”ｃｍ−３程度にドープしたｎ型電子供給層
１３ｂとしている。
板ｌｌ上に、ノンドープのｉ型ＧａＡｓ層１２、これよ
り電子親和力が小さい砒化アルミニウムガリウム（Ａ
ｌ ）、Ｇａ 、 −、Ａｓ）層１３及びｎ型ＧａＡｓ
層１４が積層され、このＡ Ｉ ＸＧａ 、 ＋ ＸＡ
ｓＡｌＢ１２えばｉ型ＧａＡｓ層１２とのヘテロ接合界
面近傍の厚さ５唾程度の領域をノンドープのスペーサ層
１３ａとし、その他を例えばシリコン（Ｓｉ）を濃度２
Ｘ １０”ｃｍ−３程度にドープしたｎ型電子供給層
１３ｂとしている。
このｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層１３ｂからｉ形ＧａＡ
ｓ層１２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１２ｅが形成される。この２次元電子ガ
ス１２ｅ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。
ｓ層１２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１２ｅが形成される。この２次元電子ガ
ス１２ｅ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１５とゲート
電極１６を設け、ゲート電極１６によるショットキ空乏
層で２次元電子ガス１２ｅの面密度を制御してトランジ
スタ動作が行われる。
電極１６を設け、ゲート電極１６によるショットキ空乏
層で２次元電子ガス１２ｅ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、＾ｌＸＧａ、−ＸＡｓ層１３のＡｌ
混晶比Ｘは２次元電子ガス１２ｅの移動度μｎ及び面密
度Ｎｓを考慮して選択されるが、移動度μｎはＸ＝０．
２〜０．３程度で最大となり、面密度Ｎｓからはｉ形Ｇ
ａＡｓ層１２との伝導帯のエネルギー準位差を０．２４
ｅＶ程度以上、従ってｘ ＝０．３０程度以上とするこ
とが望ましい。
混晶比Ｘは２次元電子ガス１２ｅの移動度μｎ及び面密
度Ｎｓを考慮して選択されるが、移動度μｎはＸ＝０．
２〜０．３程度で最大となり、面密度Ｎｓからはｉ形Ｇ
ａＡｓ層１２との伝導帯のエネルギー準位差を０．２４
ｅＶ程度以上、従ってｘ ＝０．３０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、Ａ１ｙＧａ＋−ＪＳのＡｌ
混晶比Ｘを０．２５程度より大きくすればドープしたＳ
ｉ等のドナー準位が急激に深くなり、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。
混晶比Ｘを０．２５程度より大きくすればドープしたＳ
ｉ等のドナー準位が急激に深くなり、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。
更にこの深いドナー準位は、２００に程度以下で赤外線
が入射すれば電子が伝導帯に励起され、光照射を停止し
ても伝導電子がドナー準位に落ちないＰＰＣ（ｐｅｒｓ
ｉｓｔｅｎｔ ｐｈｏｔｏ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ
）等の現象を示してＤＸセンターと呼ばれるが、これに
より、低温における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ｇ１の低下、闇値電圧■いが
変動する現象等が現れている。
が入射すれば電子が伝導帯に励起され、光照射を停止し
ても伝導電子がドナー準位に落ちないＰＰＣ（ｐｅｒｓ
ｉｓｔｅｎｔ ｐｈｏｔｏ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ
）等の現象を示してＤＸセンターと呼ばれるが、これに
より、低温における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ｇ１の低下、闇値電圧■いが
変動する現象等が現れている。
この様な問題を生ずるＤＸセンターを排除することを目
的として、従来例のＡ １ ｘＧａ 、 −、Ａｓ層１
３に代えてＳｉドープＧａＡｓ ／ノンドープＡｌＡｓ
１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ＧａＡｓ層の中央の５原子層のみにＳ
ｔ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。
的として、従来例のＡ １ ｘＧａ 、 −、Ａｓ層１
３に代えてＳｉドープＧａＡｓ ／ノンドープＡｌＡｓ
１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ＧａＡｓ層の中央の５原子層のみにＳ
ｔ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 ／ Ａ ｌＧａＡｓ系半導体材料を用いた従
来のＨＥＭＴ等には上述の如き不安定性があるが、高速
電子計算機、マイクロ波通信等に大きい効果が期待され
るこの高移動度半導体装置にこの様な不安定性が残るこ
とは看過し得ず、十分な解決が必要である。
来のＨＥＭＴ等には上述の如き不安定性があるが、高速
電子計算機、マイクロ波通信等に大きい効果が期待され
るこの高移動度半導体装置にこの様な不安定性が残るこ
とは看過し得ず、十分な解決が必要である。
前記問題点は、第１、第２．、第３及び第４の半導体層
が順次積層され、該第１及び第２の半導体層はノンドー
プで該第３の半導体層はドナー不純物がドープされ、 該第３の半導体層が該第１の半導体層より電子親和力が
小さくかつＤＸセンターが形成されない半導体からなり
、該第２及び第４の半導体層をバリア層とする量子井戸
を構成して、 該第３の半導体層における電子の基底エネルギー準位が
バリア高さにほぼ等しく、該第３の半導体層から遷移し
た電子により、該第１の半導体層の該第２の半導体層と
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。
が順次積層され、該第１及び第２の半導体層はノンドー
プで該第３の半導体層はドナー不純物がドープされ、 該第３の半導体層が該第１の半導体層より電子親和力が
小さくかつＤＸセンターが形成されない半導体からなり
、該第２及び第４の半導体層をバリア層とする量子井戸
を構成して、 該第３の半導体層における電子の基底エネルギー準位が
バリア高さにほぼ等しく、該第３の半導体層から遷移し
た電子により、該第１の半導体層の該第２の半導体層と
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。
本発明による半導体装置はエネルギー図を第１図に例示
する如く、例えばＡ Ｉ ＸＧａ 、 −ＸＡｓからな
る電子供給層及びスペーサ層等が量子井戸を構成し、そ
のウェル層である電子供給層はＤＸセンターが形成され
ない混晶比とし、バリア層の１であるスペーサ層は２次
元電子ガスの電子移動度μｎ、面密度Ｎｓ等を考慮して
、例えばＧａＡｓからなるチャネル層に対する伝導帯底
の準位差が大きい混晶比とする。
する如く、例えばＡ Ｉ ＸＧａ 、 −ＸＡｓからな
る電子供給層及びスペーサ層等が量子井戸を構成し、そ
のウェル層である電子供給層はＤＸセンターが形成され
ない混晶比とし、バリア層の１であるスペーサ層は２次
元電子ガスの電子移動度μｎ、面密度Ｎｓ等を考慮して
、例えばＧａＡｓからなるチャネル層に対する伝導帯底
の準位差が大きい混晶比とする。
更にウェル層の厚さくウェル幅Ｌ）を選択して、ウェル
層の電子の基底エネルギー準位 をバリア高さにほぼ等しくする。ただし、ｈはブランク
定数、ｍ“は電子の有効質量を表す。
層の電子の基底エネルギー準位 をバリア高さにほぼ等しくする。ただし、ｈはブランク
定数、ｍ“は電子の有効質量を表す。
本発明では上述の如く、量子井戸構造によりチャネル層
のヘテロ接合界面における伝導帯底の準位差と、ドナー
不純物をドープする電子供給層の半導体材料との直接的
な関連を断ち、各半導体層を選択して電子移動度μｎ、
面密度Ｎｓ等を最適値とし、かつＤＸセンターの影響を
排除することを実現している。
のヘテロ接合界面における伝導帯底の準位差と、ドナー
不純物をドープする電子供給層の半導体材料との直接的
な関連を断ち、各半導体層を選択して電子移動度μｎ、
面密度Ｎｓ等を最適値とし、かつＤＸセンターの影響を
排除することを実現している。
以下本発明を実施例により具体的に説明する。
第２図はＩＩＥＭＴにかかる本発明の実施例を示す模式
側断面図であり、その半導体基体は半絶縁性ＧａＡｓ基
板１上に下記の各半導体層が、例えば分子線エピタキシ
ャル成長方法（ＭＢＥ法）或いは有機金属熱分解気相成
長方法（ＭＯ−ＣＶＤ法）等により形成されている。
側断面図であり、その半導体基体は半絶縁性ＧａＡｓ基
板１上に下記の各半導体層が、例えば分子線エピタキシ
ャル成長方法（ＭＢＥ法）或いは有機金属熱分解気相成
長方法（ＭＯ−ＣＶＤ法）等により形成されている。
符号 組成 不純物 厚さ４
ＧａＡｓ ２ ＸＩＯ”ｃｍ−’ ２
０ ａｍ３ｃ Ａｌｏ、ａｓＧａｏ、 ５５Ａｓ
２ Ｘ １０”ｃｍ−３３０ｎｍ３ｂ Ａｌｏ、
ｚＧａｏ、１１Ａ３ ２ ＸＩＯＩｌｌｃｍ−３３，
５ｎｍ３ａ Ａｌｏ、ｍ５Ｇａｏ、５ｓＡｓ ノン
ドープ ２ｎｍ’ｌ ＧａＡｓ ノ
ンドープ ５００ ｎｍ本実施例ではＡｌｏ、 ｚ
Ｇａｏ、 ｓＡｓ層３ｂとＡｌｏ、 ａｓＧａｏ、 ５
ｓＡｓ層３ａとの伝導帯底の準位差すなわちバリア高さ
が約２７０ｍｅＶであり、上述の電子の基底エネルギー
準位Ｅ０をこれにほぼ等しくするためにＡ１．、 、Ｇ
ａ、。
ＧａＡｓ ２ ＸＩＯ”ｃｍ−’ ２
０ ａｍ３ｃ Ａｌｏ、ａｓＧａｏ、 ５５Ａｓ
２ Ｘ １０”ｃｍ−３３０ｎｍ３ｂ Ａｌｏ、
ｚＧａｏ、１１Ａ３ ２ ＸＩＯＩｌｌｃｍ−３３，
５ｎｍ３ａ Ａｌｏ、ｍ５Ｇａｏ、５ｓＡｓ ノン
ドープ ２ｎｍ’ｌ ＧａＡｓ ノ
ンドープ ５００ ｎｍ本実施例ではＡｌｏ、 ｚ
Ｇａｏ、 ｓＡｓ層３ｂとＡｌｏ、 ａｓＧａｏ、 ５
ｓＡｓ層３ａとの伝導帯底の準位差すなわちバリア高さ
が約２７０ｍｅＶであり、上述の電子の基底エネルギー
準位Ｅ０をこれにほぼ等しくするためにＡ１．、 、Ｇ
ａ、。
ｓＡｓ層３ｂの厚さＬを３．５ｕｍとしている。
なお空乏層の深さを制御するために、Ａｌｅ、 ４ｓＧ
ａ。、５ｓＡｓ層３ｃを低濃度のｎ型としている。
ａ。、５ｓＡｓ層３ｃを低濃度のｎ型としている。
この半導体基体に図示の如く２次元電子ガス２ｅが形成
され、ソース、ドレイン電極５が例えば金ゲルマニウム
／金（ＡｕＧｅ／Ａｕ）を用いて、ゲート電極６が例え
ばアルミニウム（ＡＩ）を用いて配設される。
され、ソース、ドレイン電極５が例えば金ゲルマニウム
／金（ＡｕＧｅ／Ａｕ）を用いて、ゲート電極６が例え
ばアルミニウム（ＡＩ）を用いて配設される。
本実施例ではドナー不純物をＡｌＧａＡｓ層にドープし
ているために、製造工程中の熱処理に対する安定性も前
記超格子構造より改善される。
ているために、製造工程中の熱処理に対する安定性も前
記超格子構造より改善される。
本実施例では光照射或いは低温において、従来例の如き
電子移動度μｍ、２次元電子ガス面密度Ｎｓの減少及び
闇値電圧■いの変動が認められず、本発明の効果を実証
している。
電子移動度μｍ、２次元電子ガス面密度Ｎｓの減少及び
闇値電圧■いの変動が認められず、本発明の効果を実証
している。
なお本発明は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（Ｖｅｌｏｃｉ ｔｙ
−Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ＋ Ｈ
，５ａｋａｋｉ： Ｊｐｎ、Ｊ、Ａｐｐｌ。
く、例えば速度変調トランジスタ（Ｖｅｌｏｃｉ ｔｙ
−Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ＋ Ｈ
，５ａｋａｋｉ： Ｊｐｎ、Ｊ、Ａｐｐｌ。
Ｐｈｙｓ、 Ｖｏｌ、２１．Ｎｏ、６．１９８２年６月
）、重量子井戸トランジスタ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎ
ｔｕｍ Ｗｅｌｌ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ。
）、重量子井戸トランジスタ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｑｕａｎ
ｔｕｍ Ｗｅｌｌ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ。
Ｃ，Ｈａｍａｇｕｃｈｉ他： Ｊｐｎｊ、Ａｐｐｌ、Ｉ
’ｈｙｓ、νｏ１．２３＋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
能であり、また半導体材料もＧａＡｓ ／ Ａ ｌＧａ
Ａｓ系に限られるものではない。
’ｈｙｓ、νｏ１．２３＋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
能であり、また半導体材料もＧａＡｓ ／ Ａ ｌＧａ
Ａｓ系に限られるものではない。
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半
導体装置において、ＤＸセンターに起因する２次元電子
ガスの変動が抑止され、光照射、温度による闇値電圧の
変化などの特性、安定性の向上が達成される。
と界面量子化による２次元電子ガスをチャネルとする半
導体装置において、ＤＸセンターに起因する２次元電子
ガスの変動が抑止され、光照射、温度による闇値電圧の
変化などの特性、安定性の向上が達成される。
第１図は本発明による半導体装置のエネルギー図、
第２図はＨＥＭＴにかかる本発明の実施例の模式側断面
図、 第３図はＨＥＭＴの従来例の模式側断面図である。 図において、 １は半絶縁性ＧａＡｓ基板、 ２はノンドープのＧａＡｓ層、 ２ｅは２次元電子ガス、 ３ａ及び３ｃはノンドープのＡ ｌ ｘＧａ Ｉ −１
１Ａｓ層３ｂは＾１ｘＧａｌ−、Ａｓ電子供給層、４は
ｎ型ＧａＡｓ層、 ５はソース、ドレイン電極、 ６はゲート電極を示す。 単２図
図、 第３図はＨＥＭＴの従来例の模式側断面図である。 図において、 １は半絶縁性ＧａＡｓ基板、 ２はノンドープのＧａＡｓ層、 ２ｅは２次元電子ガス、 ３ａ及び３ｃはノンドープのＡ ｌ ｘＧａ Ｉ −１
１Ａｓ層３ｂは＾１ｘＧａｌ−、Ａｓ電子供給層、４は
ｎ型ＧａＡｓ層、 ５はソース、ドレイン電極、 ６はゲート電極を示す。 単２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）第１、第２、第３及び第４の半導体層が順次積層さ
れ、該第１及び第２の半導体層はノンドープで該第３の
半導体層はドナー不純物がドープされ、 該第３の半導体層が該第１の半導体層より電子親和力が
小さくかつＤＸセンターが形成されない半導体からなり
、該第２及び第４の半導体層をバリア層とする量子井戸
を構成して、 該第３の半導体層における電子の基底エネルギー準位が
バリア高さにほぼ等しく、該第３の半導体層から遷移し
た電子により、該第１の半導体層の該第２の半導体層と
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。 ２）前記第１の半導体層が砒化ガリウム、前記第２及び
第４の半導体層がアルミニウム混晶比が０．３０以上の
砒化アルミニウムガリウム、前記第３の半導体層がアル
ミニウム混晶比が０．２５以下の砒化アルミニウムガリ
ウムから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 |
|---|---|---|---|
| JP14585186A JPS632384A (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14585186A JPS632384A (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS632384A true JPS632384A (ja) | 1988-01-07 |
Family
ID=15394558
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14585186A Pending JPS632384A (ja) | 1986-06-20 | 1986-06-20 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS632384A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6242766B1 (en) | 1999-03-19 | 2001-06-05 | Fujitsu Quantum Devices Limited | High electron mobility transistor |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6028273A (ja) * | 1983-07-26 | 1985-02-13 | Nec Corp | 半導体装置 |
| JPS60117680A (ja) * | 1983-11-29 | 1985-06-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 高速電界効果トランジスタ |
-
1986
- 1986-06-20 JP JP14585186A patent/JPS632384A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6028273A (ja) * | 1983-07-26 | 1985-02-13 | Nec Corp | 半導体装置 |
| JPS60117680A (ja) * | 1983-11-29 | 1985-06-25 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 高速電界効果トランジスタ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6242766B1 (en) | 1999-03-19 | 2001-06-05 | Fujitsu Quantum Devices Limited | High electron mobility transistor |
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