JPS639389B2 - - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は高い電子移動度を持ち安定動作が可能
な半導体装置に関する。
な半導体装置に関する。
高速動作が期待できる能動半導体装置として、
半導体へテロ界面の２次元電子を利用したFET
（Field Effect Transistor）がある。これは、電
子親和力の異なる半導体のへテロ界面（例えば
AlxGa1―xAs／GaAs）において、電子親和力の
小さな半導体だけに不純物をドーピングし、電子
親和力の大きな半導体側に２次元電子を生じさ
せ、この２次元電子の高い移動度の利用を特長と
している。しかし、AlxGa1―xAs／GaAsの系で
は動作上不都合な現象が存在している。
半導体へテロ界面の２次元電子を利用したFET
（Field Effect Transistor）がある。これは、電
子親和力の異なる半導体のへテロ界面（例えば
AlxGa1―xAs／GaAs）において、電子親和力の
小さな半導体だけに不純物をドーピングし、電子
親和力の大きな半導体側に２次元電子を生じさ
せ、この２次元電子の高い移動度の利用を特長と
している。しかし、AlxGa1―xAs／GaAsの系で
は動作上不都合な現象が存在している。
一般にｎ型不純物をドーピングしたAlxGa1―
xAs中には不純物に関係した深いトラツプ準位が
ある。このトラツプ準位に電子が捕獲されるた
め、キヤリア濃度はドーピングした不純物濃度よ
り低く、77K程度の低温ではキヤリア濃度は顕著
に減少する。この低温における減少傾向はAlの
組成比Ｘに非常に敏感であり、0.2＜Ｘ＜0.5では
Ｘの増加と共にキヤリア濃度は急激に減少する。
また、低温において光照射するとキヤリア濃度が
増加し、光をしや断してもこの状態が保持される
Persistent Photoconductivity（PPC）の現象が
ある。このため、AlxGa1―xAs／GaAs系の２次
元電子を利用したFETでは、低温において２次
元電子濃度が減少するため、しきい値電圧が室温
と低温で大きく異なる。また、Al組成比Ｘに敏
感であるため、FET製造による特性のバラツキ
が大きいさらに、低温での光照射効果（PPC）
およびドレイン電界により加速されたホツトエレ
クトロンがAlxGa1―xAs／GaAs界面から
AlxGa1―xAs中に入りトラツプに捕獲されるこ
とにより、ドレイン電流が変化する。
xAs中には不純物に関係した深いトラツプ準位が
ある。このトラツプ準位に電子が捕獲されるた
め、キヤリア濃度はドーピングした不純物濃度よ
り低く、77K程度の低温ではキヤリア濃度は顕著
に減少する。この低温における減少傾向はAlの
組成比Ｘに非常に敏感であり、0.2＜Ｘ＜0.5では
Ｘの増加と共にキヤリア濃度は急激に減少する。
また、低温において光照射するとキヤリア濃度が
増加し、光をしや断してもこの状態が保持される
Persistent Photoconductivity（PPC）の現象が
ある。このため、AlxGa1―xAs／GaAs系の２次
元電子を利用したFETでは、低温において２次
元電子濃度が減少するため、しきい値電圧が室温
と低温で大きく異なる。また、Al組成比Ｘに敏
感であるため、FET製造による特性のバラツキ
が大きいさらに、低温での光照射効果（PPC）
およびドレイン電界により加速されたホツトエレ
クトロンがAlxGa1―xAs／GaAs界面から
AlxGa1―xAs中に入りトラツプに捕獲されるこ
とにより、ドレイン電流が変化する。
このように、AlxGa1―xAs／GaAs系を利用し
たFETでは、温度によるしきい値変動を抑える
こと、特性のそろつたものを再現性良く製造する
こと光照射下、高電界下で安定に動作することが
困難であつた。
たFETでは、温度によるしきい値変動を抑える
こと、特性のそろつたものを再現性良く製造する
こと光照射下、高電界下で安定に動作することが
困難であつた。
第１図は従来の２次元電子を利用したFETの
一例の概略断面図である。
一例の概略断面図である。
第１図において１は半絶縁性半導体基板、２は
上層部から基板への電子移動を妨げるブロツク
層、３はｎ型不純物を含有する半導体からなる電
子供給層、４は電子供給層３より電子親和力が大
きく極低不純物濃度の半導体からなる動作層、５
は電子供給層３と動作層４との界面に形成される
２次元電子ガス、６は動作層４とシヨツトキ接合
を形成するゲート電極、７は動作層４と合金化し
２次元電子ガス５と電気的コンタクトがとれてい
るソース電極、８は７と同様のドレイン電極であ
る。
上層部から基板への電子移動を妨げるブロツク
層、３はｎ型不純物を含有する半導体からなる電
子供給層、４は電子供給層３より電子親和力が大
きく極低不純物濃度の半導体からなる動作層、５
は電子供給層３と動作層４との界面に形成される
２次元電子ガス、６は動作層４とシヨツトキ接合
を形成するゲート電極、７は動作層４と合金化し
２次元電子ガス５と電気的コンタクトがとれてい
るソース電極、８は７と同様のドレイン電極であ
る。
例えば、半絶縁体基板１は半絶縁性GaAs、ブ
ロツク層２は高純度のAl0.3Ga0.7As、電子供給層
３はSiを含有したｎ―Al0.3Ga0.7As、動作層４は
高純度のGaAs、ゲート電極６はAl、ソース電極
７およびドレイン電極８はAu―Ge／Auである。
ロツク層２は高純度のAl0.3Ga0.7As、電子供給層
３はSiを含有したｎ―Al0.3Ga0.7As、動作層４は
高純度のGaAs、ゲート電極６はAl、ソース電極
７およびドレイン電極８はAu―Ge／Auである。
第１図に示す従来の２次元電子を利用した
FETの動作を、前述の材料により、このバンド
図を示す第２図を用いて以下に説明する。
FETの動作を、前述の材料により、このバンド
図を示す第２図を用いて以下に説明する。
第２図は第１図に示す従来の２次元電子を利用
したFETのゲート電極下のバンド構造図である。
第２図において、第１図と同じ番号のものは同一
物質であり、同一機能を果すものである。Etは
電子供給層３中の深いトラツプ準位、Ecは伝導
帯端、Efはフエルミ準位、Evは充満帯端である。
ソースを零電位としドレインに正電圧を印加しゲ
ート電圧をOvとした場合が第２図に示すバンド
構造であるとする。この状態ではｎ―Al0.3Ga0.7
As3は完全に空乏化し、GaAs／ｎ―Al0.3Ga0.7As
界面（GaAs側）にはｎ―Al0.3Ga0.7As3中のイオ
ン化したドナーにより誘起された２次元電子ガス
が形成されており、ソース・ドレイン間には２次
元電子ガスを通じてドレイン電流が流れる。ここ
で、ゲート電圧を負に大きくしてゆくと、ゲート
下の２次元電子ガスの減少によりドレイン電流が
減少し、逆にゲート電圧を正に大きくしてゆく
と、ゲート下の２次元電子ガスの増加によりドレ
イン電流が増加する。
したFETのゲート電極下のバンド構造図である。
第２図において、第１図と同じ番号のものは同一
物質であり、同一機能を果すものである。Etは
電子供給層３中の深いトラツプ準位、Ecは伝導
帯端、Efはフエルミ準位、Evは充満帯端である。
ソースを零電位としドレインに正電圧を印加しゲ
ート電圧をOvとした場合が第２図に示すバンド
構造であるとする。この状態ではｎ―Al0.3Ga0.7
As3は完全に空乏化し、GaAs／ｎ―Al0.3Ga0.7As
界面（GaAs側）にはｎ―Al0.3Ga0.7As3中のイオ
ン化したドナーにより誘起された２次元電子ガス
が形成されており、ソース・ドレイン間には２次
元電子ガスを通じてドレイン電流が流れる。ここ
で、ゲート電圧を負に大きくしてゆくと、ゲート
下の２次元電子ガスの減少によりドレイン電流が
減少し、逆にゲート電圧を正に大きくしてゆく
と、ゲート下の２次元電子ガスの増加によりドレ
イン電流が増加する。
さて、ｎ型Al0.3Ga0.7As3中には不純物に関係
した深い電子トラツプ準位Etが多数存在し、77K
の温度ではこの電子トラツプに多数の電子が捕獲
されており、２次元電子の数は室温より少ない。
この状態で光を照射すると電子トラツプ準位Et
に捕獲されていた電子が光エネルギによつて伝導
帯に飛びだし、２次元電子の数は増加する。ま
た、２次元電子の一部がソース・ドレイン間でド
レイン電界により加速されてホツト化し、Al0.3
Ga0.7As中に飛び込むと電子トラツプ準位に捕獲
され、２次元電子の数は減少する。これら２つの
現象とも２次元電子の数を変化させるので、ドレ
イン電流が変化し安定なFET動作を阻害する。
した深い電子トラツプ準位Etが多数存在し、77K
の温度ではこの電子トラツプに多数の電子が捕獲
されており、２次元電子の数は室温より少ない。
この状態で光を照射すると電子トラツプ準位Et
に捕獲されていた電子が光エネルギによつて伝導
帯に飛びだし、２次元電子の数は増加する。ま
た、２次元電子の一部がソース・ドレイン間でド
レイン電界により加速されてホツト化し、Al0.3
Ga0.7As中に飛び込むと電子トラツプ準位に捕獲
され、２次元電子の数は減少する。これら２つの
現象とも２次元電子の数を変化させるので、ドレ
イン電流が変化し安定なFET動作を阻害する。
本発明の目的は、上記欠点を除去し、２次元電
子を利用したFETであつて、室温と低温におけ
る２次元電子密度に差がなくししかも光照射下及
び高電界下において安定動作が可能な半導体装置
を提供することにある。
子を利用したFETであつて、室温と低温におけ
る２次元電子密度に差がなくししかも光照射下及
び高電界下において安定動作が可能な半導体装置
を提供することにある。
本発明によれば、半導体基板上に設けられ上層
部から基板への電子移動を妨げるブロツク層と、
該ブロツク層上に設けられかつ電子波長以下の厚
さを有しｎ型不純物を含有する第１の半導体層と
該第１の半導体層より電子親和力が小さく電子が
トンネル可能な厚さを有する極低不純物濃度の第
２の半導体層とを交互に積層した積層構造と、該
積層構造上に設けられ第２の半導体層より電子親
和力が大きい半導体からなる動作層と、該動作層
表面の一部に設けられたゲート電極と、該ゲート
電極を挾んで前記動作層表面に設けられ第２の半
導体層と動作層との界面に存在するキヤリアと電
気的コンタクトを形成する一対の電極とを含むこ
とを特徴とする半導体装置が得られる。
部から基板への電子移動を妨げるブロツク層と、
該ブロツク層上に設けられかつ電子波長以下の厚
さを有しｎ型不純物を含有する第１の半導体層と
該第１の半導体層より電子親和力が小さく電子が
トンネル可能な厚さを有する極低不純物濃度の第
２の半導体層とを交互に積層した積層構造と、該
積層構造上に設けられ第２の半導体層より電子親
和力が大きい半導体からなる動作層と、該動作層
表面の一部に設けられたゲート電極と、該ゲート
電極を挾んで前記動作層表面に設けられ第２の半
導体層と動作層との界面に存在するキヤリアと電
気的コンタクトを形成する一対の電極とを含むこ
とを特徴とする半導体装置が得られる。
以下で本発明の実施例について図面を用いて説
明する。
明する。
第３図は本発明の第１の実施例の断面模式図で
ある。第３図において第１図と同じ番号のものは
第１図と同等物で同一機能を果すものである。９
は電子波長以下の厚さを有しｎ型不純物を含有す
る第１の半導体層、１０は第１の半導体層９およ
び動作層４より電子親和力が小さく電子がトンネ
ル可能な厚さを有する極低不純物濃度の第２の半
導体層である。例えば、第１の半導体層９は厚さ
100Å程度以下のSiドープのGaAs、第２の半導
体層１０は厚さ50Å程度以下の高純度のAlAsで
ある。上記の極低不純物濃度とは意識的にドーピ
ングしないかまたはわずかにドーピングした程度
を意味している。上記第１および第２層の厚さは
量子効果が顕著となるような充分に薄いものであ
り、これは材料により異なつている。
ある。第３図において第１図と同じ番号のものは
第１図と同等物で同一機能を果すものである。９
は電子波長以下の厚さを有しｎ型不純物を含有す
る第１の半導体層、１０は第１の半導体層９およ
び動作層４より電子親和力が小さく電子がトンネ
ル可能な厚さを有する極低不純物濃度の第２の半
導体層である。例えば、第１の半導体層９は厚さ
100Å程度以下のSiドープのGaAs、第２の半導
体層１０は厚さ50Å程度以下の高純度のAlAsで
ある。上記の極低不純物濃度とは意識的にドーピ
ングしないかまたはわずかにドーピングした程度
を意味している。上記第１および第２層の厚さは
量子効果が顕著となるような充分に薄いものであ
り、これは材料により異なつている。
第３図に示す２次元電子を利用したFETの動
作を、ブロツク層２に高純度のAl0.5Ga0.5As、第
１の半導体層９にｎ型のGaAs、第２の半導体層
１０に高純度のAlAs、動作層４に高純度のGaAs
を用い、さらにこのバンド図を示す第４図を用い
て以下に説明する。
作を、ブロツク層２に高純度のAl0.5Ga0.5As、第
１の半導体層９にｎ型のGaAs、第２の半導体層
１０に高純度のAlAs、動作層４に高純度のGaAs
を用い、さらにこのバンド図を示す第４図を用い
て以下に説明する。
第４図は第３図に示すFETのゲート電極下の
バンド構造である。第４図において、第１図〜第
３図と同じ番号のものは第１図〜第３図と同等物
で同一機能を果すものである。Eqは第１の半導
体層９と第２の半導体層１０との積層構造によつ
て新たに形成される電子の最低の量子化準位であ
る。
バンド構造である。第４図において、第１図〜第
３図と同じ番号のものは第１図〜第３図と同等物
で同一機能を果すものである。Eqは第１の半導
体層９と第２の半導体層１０との積層構造によつ
て新たに形成される電子の最低の量子化準位であ
る。
ｎ―GaAsから発生する電子は量子化準位Eqに
よつて、ｎ―GaAsだけでなく高純度AlAs中にも
広がりｎ―GaAs／AlAs積層構造全体に分布す
る。この時、ｎ―GaAs中および高純度AlAs中に
はｎ―Al0.3Ga0.7As中のような不純物に関係した
深い電子トラツプ準位は形成されない。これは、
ｎ―GaAs中にはこのようなトラツプ準位がない
こと、およびAlAsには不純物がないことによる。
量子化準位Eqは高純度GaAsの伝導帯端Ecより高
いエネルギ位置にあるので、量子化準位Eqにあ
る電子の一部は高純度GaAs側に落ち、高純度
GaAs／AlAs界面に２次元電子ガスが形成され
る。したがつて、FETとしての動作は前に示し
た従来構造のものと同じとなる。しかし、この第
１の実施例においては従来構造の電子供給層３に
当るｎ―GaAs／AlAsの積層構造中に深い電子ト
ラツプ準位が存在しないため、光照射や積層構造
中にホツトエレクトロンが飛びこむことがあつて
も２次元電子の変動はなく、FET動作は安定し
ている。
よつて、ｎ―GaAsだけでなく高純度AlAs中にも
広がりｎ―GaAs／AlAs積層構造全体に分布す
る。この時、ｎ―GaAs中および高純度AlAs中に
はｎ―Al0.3Ga0.7As中のような不純物に関係した
深い電子トラツプ準位は形成されない。これは、
ｎ―GaAs中にはこのようなトラツプ準位がない
こと、およびAlAsには不純物がないことによる。
量子化準位Eqは高純度GaAsの伝導帯端Ecより高
いエネルギ位置にあるので、量子化準位Eqにあ
る電子の一部は高純度GaAs側に落ち、高純度
GaAs／AlAs界面に２次元電子ガスが形成され
る。したがつて、FETとしての動作は前に示し
た従来構造のものと同じとなる。しかし、この第
１の実施例においては従来構造の電子供給層３に
当るｎ―GaAs／AlAsの積層構造中に深い電子ト
ラツプ準位が存在しないため、光照射や積層構造
中にホツトエレクトロンが飛びこむことがあつて
も２次元電子の変動はなく、FET動作は安定し
ている。
MBE（Molecular Beam Epitaxy）を用いて、
半絶縁性GaAs基板上に厚さ0.5μmの高純度Al0.5
Ga0.5Asを成長させ、続いて厚さ23Åで1.7×1018
cm-3のSi不純物を含むｎ型GaAsと、厚さ15Åの
高純度AlAsとの積層構造を全体として190Å成長
させ、さらにその上に厚さ0.1μmの高純度GaAs
を成長させた。シヨツトキゲート電極としては
Alを用い、ソース電極およびドレイン電極とし
てはAu―Ge／Auを用いた。その結果、ゲート
長が0.3μm、ゲート・ソース間およびゲート・ド
レイン間が0.3μmのFETにおいて、77Kでの相互
コンダクタンスgm＝250mS／mmが得られ、光照
射下および高電界下での特性の変動はなかつた。
半絶縁性GaAs基板上に厚さ0.5μmの高純度Al0.5
Ga0.5Asを成長させ、続いて厚さ23Åで1.7×1018
cm-3のSi不純物を含むｎ型GaAsと、厚さ15Åの
高純度AlAsとの積層構造を全体として190Å成長
させ、さらにその上に厚さ0.1μmの高純度GaAs
を成長させた。シヨツトキゲート電極としては
Alを用い、ソース電極およびドレイン電極とし
てはAu―Ge／Auを用いた。その結果、ゲート
長が0.3μm、ゲート・ソース間およびゲート・ド
レイン間が0.3μmのFETにおいて、77Kでの相互
コンダクタンスgm＝250mS／mmが得られ、光照
射下および高電界下での特性の変動はなかつた。
第５図は本発明の第２の実施例の断面模式図で
ある。第５図において第１図〜第４図と同じ番号
のものは第１図〜第４図と同等物で同一機能を果
すものである。１１は電子親和力が動作層４より
小さくかつ伝導帯端が第１の半導体層９と第２の
半導体層１０との積層構造により形成される量子
化準位Eqと同じかそれより低い極低不純物濃度
のスペーサ層である。例えば、スペーサ層１１は
高純度のAl0.3Ga0.7Asである。
ある。第５図において第１図〜第４図と同じ番号
のものは第１図〜第４図と同等物で同一機能を果
すものである。１１は電子親和力が動作層４より
小さくかつ伝導帯端が第１の半導体層９と第２の
半導体層１０との積層構造により形成される量子
化準位Eqと同じかそれより低い極低不純物濃度
のスペーサ層である。例えば、スペーサ層１１は
高純度のAl0.3Ga0.7Asである。
第５図に示す２次元電子を利用したFETの動
作を、ブロツク層２に高純度のAl0.5Ga0.5As、第
１の半導体層９にｎ型のGaAs、第２の半導体層
１０に高純度のAlAs、スペーサ層１１に高純度
のAl0.3Ga0.7As、動作層４に高純度のGaAsを用
い、さらにこのバンド図を示す第６図を用いて以
下に説明する。
作を、ブロツク層２に高純度のAl0.5Ga0.5As、第
１の半導体層９にｎ型のGaAs、第２の半導体層
１０に高純度のAlAs、スペーサ層１１に高純度
のAl0.3Ga0.7As、動作層４に高純度のGaAsを用
い、さらにこのバンド図を示す第６図を用いて以
下に説明する。
第６図は第５図に示すFETのゲート電極下の
バンド構造を示す図である。第６図において第１
図〜第５図と同じ番号のものは第１図〜第５図と
同等物で同一機能を果すものである。
バンド構造を示す図である。第６図において第１
図〜第５図と同じ番号のものは第１図〜第５図と
同等物で同一機能を果すものである。
ｎ―GaAsから発生する電子は量子化準位Eqに
よつて、高純度AlAs中にも広がり、その一部は
スペーサ層のAl0.3Ga0.7Asを経て高純度GaAsに
落ち、高純度GaAs／Al0.3Ga0.7As界面に２次元
電子ガスが形成される。スペーサ層である高純度
Al0.3Ga0.7As層中に不純物がほとんど存在しない
ため、不純物に関係する電子トラツプはない。し
たがつて、第１の実施例と同様に、光照射下およ
び高電界下においても安定なFET動作が得られ
る。さらに、２次元電子層と不純物を含有するｎ
型GaAsとの間の距離がスペーサ層により大きく
離され２次元電子のイオン化不純物散乱が減るこ
とにより、２次元電子の移動度は第１の実施例よ
り大きくなる。
よつて、高純度AlAs中にも広がり、その一部は
スペーサ層のAl0.3Ga0.7Asを経て高純度GaAsに
落ち、高純度GaAs／Al0.3Ga0.7As界面に２次元
電子ガスが形成される。スペーサ層である高純度
Al0.3Ga0.7As層中に不純物がほとんど存在しない
ため、不純物に関係する電子トラツプはない。し
たがつて、第１の実施例と同様に、光照射下およ
び高電界下においても安定なFET動作が得られ
る。さらに、２次元電子層と不純物を含有するｎ
型GaAsとの間の距離がスペーサ層により大きく
離され２次元電子のイオン化不純物散乱が減るこ
とにより、２次元電子の移動度は第１の実施例よ
り大きくなる。
MBEを用いて、半絶縁性GaAs基板上に厚さ
0.5μmの高純度Al0.5Ga0.5Asを成長させ、次に厚
さ23Åで2.4×1018cm-3のSi不純物を含むｎ型
GaAsと厚さ20Åの高純度AlAsとの積層構造を全
体として170Å成長させ、続いて厚さ100Åの高純
度Al0.3Ga0.7Asを成長させ、さらに厚さ0.1μmの
高純度GaAsを成長させた。シヨツトキゲート電
極としてはAlを用い、ソース電極およびドレイ
ン電極としてはAu―Ge／Auを用いた。この結
果、77Kにおける移動度は100000cm2／ｖ・ｓと高
い値となり、ゲート長0.3μm、ゲート・ソース間
およびゲート・ドレイン間が0.3μmのFETにおい
て、77Kでの相互コンダクタンスgmが300mS／
mmが得られ、光照射下および高電界下での特性の
変動はなかつた。
0.5μmの高純度Al0.5Ga0.5Asを成長させ、次に厚
さ23Åで2.4×1018cm-3のSi不純物を含むｎ型
GaAsと厚さ20Åの高純度AlAsとの積層構造を全
体として170Å成長させ、続いて厚さ100Åの高純
度Al0.3Ga0.7Asを成長させ、さらに厚さ0.1μmの
高純度GaAsを成長させた。シヨツトキゲート電
極としてはAlを用い、ソース電極およびドレイ
ン電極としてはAu―Ge／Auを用いた。この結
果、77Kにおける移動度は100000cm2／ｖ・ｓと高
い値となり、ゲート長0.3μm、ゲート・ソース間
およびゲート・ドレイン間が0.3μmのFETにおい
て、77Kでの相互コンダクタンスgmが300mS／
mmが得られ、光照射下および高電界下での特性の
変動はなかつた。
上記の本発明の２つの実施例において、GaAs
層中の不純物としてはSiしか示していないが、ｎ
型不純物としてはTe，Se，Sn，Ｓでも良い。ま
た、ｎ型不純物を第１の半導体層のGaAs層全体
ではなく、第２の半導体層のAlAs層との界面部
分を除いてドーピングすると、この界面部分
（AlxGa1―xAsとなつている）で生ずる不純物に
関係した電子トラツプの完全除去が可能となる。
またスプーサ層１１としては電子の移動できる程
度（200Å以下）の厚さであれば、伝導帯端が量
子化準位Eqより高くてもよい。さらに、第１の
実施例の構造において２次元電子から100Å程度
以内にある第１の半導体層を不純物をドーピング
しない構造にすれば、第２の実施例と同様に２次
元電子の移動度を高めることができる。
層中の不純物としてはSiしか示していないが、ｎ
型不純物としてはTe，Se，Sn，Ｓでも良い。ま
た、ｎ型不純物を第１の半導体層のGaAs層全体
ではなく、第２の半導体層のAlAs層との界面部
分を除いてドーピングすると、この界面部分
（AlxGa1―xAsとなつている）で生ずる不純物に
関係した電子トラツプの完全除去が可能となる。
またスプーサ層１１としては電子の移動できる程
度（200Å以下）の厚さであれば、伝導帯端が量
子化準位Eqより高くてもよい。さらに、第１の
実施例の構造において２次元電子から100Å程度
以内にある第１の半導体層を不純物をドーピング
しない構造にすれば、第２の実施例と同様に２次
元電子の移動度を高めることができる。
本発明の２つの実施例では第１の半導体層と動
作層とは同じGaAsを用いたが、第１の半導体層
はAl組成の少ないAlxGa1―xAs（ｘ＜0.2）とし
ても良い。また、第２の半導体層である高純度
AlAsの替りにAl組成の多いAlxGa1―xAs（ｘ＞
0.3）としても良い。そして積層構造のうちブロ
ツク層に接する層は第２の半導体層でも良く、ブ
ロツク層は不純物をドープしない積層構造として
も良い。さらに、動作層としては高純度のGaAs
を用いたが、高移動度を得るためには少なくとも
２次元電子の存在する近傍の200Å程度だけが高
純度のGaAsであればよいから、これより上の
GaAsは不純物がドープしてあつても良い。例え
ば第２の実施例において、200Åを高純度GaAs
とし、その上300Åを２×1017cm-3のSiドープの
ｎ型GaAsとすれば、77Kでのgmを500mS／mmと
することができる。
作層とは同じGaAsを用いたが、第１の半導体層
はAl組成の少ないAlxGa1―xAs（ｘ＜0.2）とし
ても良い。また、第２の半導体層である高純度
AlAsの替りにAl組成の多いAlxGa1―xAs（ｘ＞
0.3）としても良い。そして積層構造のうちブロ
ツク層に接する層は第２の半導体層でも良く、ブ
ロツク層は不純物をドープしない積層構造として
も良い。さらに、動作層としては高純度のGaAs
を用いたが、高移動度を得るためには少なくとも
２次元電子の存在する近傍の200Å程度だけが高
純度のGaAsであればよいから、これより上の
GaAsは不純物がドープしてあつても良い。例え
ば第２の実施例において、200Åを高純度GaAs
とし、その上300Åを２×1017cm-3のSiドープの
ｎ型GaAsとすれば、77Kでのgmを500mS／mmと
することができる。
ゲート電極としてはシヨツトキ接合を用いたも
のしか示さなかつたが、ゲート電極としてｐ―ｎ
接合ゲート電極、quasi―Schottkyゲート電極、
camelゲート電極、絶縁ゲート電極を用いても良
い。
のしか示さなかつたが、ゲート電極としてｐ―ｎ
接合ゲート電極、quasi―Schottkyゲート電極、
camelゲート電極、絶縁ゲート電極を用いても良
い。
基板としては半絶縁性GaAs基板しか示さなか
つたが、最上層が半絶縁性AlxGa1―xAsである
基板、最上層がAlAs／GaAsの超格子または
AlxGa1―xAs／GaAsの超格子である基板、スピ
ネルやCaF2等の絶縁体基板であつても良い。
つたが、最上層が半絶縁性AlxGa1―xAsである
基板、最上層がAlAs／GaAsの超格子または
AlxGa1―xAs／GaAsの超格子である基板、スピ
ネルやCaF2等の絶縁体基板であつても良い。
本発明の実施例においてはAlAsとGaAsの系し
か示さなかつたが、他の半導体の系でもかまわな
いことは明らかである。例えば、高純度In0.53
Ga0.47Asを動作層、ｎ型のInxGa1―xAs（ｘ
0.53）を第１の半導体層、高純度InxAl1―xAs
（ｘ0.53）を第２の半導体層およびブロツク層
とするものである。この場合のｘ＝0.53で基板
InPと格子整合しているが、これからずれても積
層構造のそれぞれの界面でミスマツチの歪を吸収
するため問題なく、さらにInxAl1―xAsのｘを小
さくすれば２次元電子に対するバリヤの高さを高
くできるため有効である。
か示さなかつたが、他の半導体の系でもかまわな
いことは明らかである。例えば、高純度In0.53
Ga0.47Asを動作層、ｎ型のInxGa1―xAs（ｘ
0.53）を第１の半導体層、高純度InxAl1―xAs
（ｘ0.53）を第２の半導体層およびブロツク層
とするものである。この場合のｘ＝0.53で基板
InPと格子整合しているが、これからずれても積
層構造のそれぞれの界面でミスマツチの歪を吸収
するため問題なく、さらにInxAl1―xAsのｘを小
さくすれば２次元電子に対するバリヤの高さを高
くできるため有効である。
本発明の構造を作る結晶成長方法としては、原
理的にはどんな成長方法であつても良いが、数Å
の膜厚制御性が必要となるため、MBE法や
MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor
Deposition）法が適している。中でもMBE法は
原料の入つた炉から出る分子線をシヤツタの開閉
だけで制御できるため、遷移層が数Åの急峻な界
面を容易に実現することができ、さらにコンピユ
ータによる自動制御が容易であるため最も適した
方法である。
理的にはどんな成長方法であつても良いが、数Å
の膜厚制御性が必要となるため、MBE法や
MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor
Deposition）法が適している。中でもMBE法は
原料の入つた炉から出る分子線をシヤツタの開閉
だけで制御できるため、遷移層が数Åの急峻な界
面を容易に実現することができ、さらにコンピユ
ータによる自動制御が容易であるため最も適した
方法である。
第１図は従来構造の２次元電子を利用した
FETの概略断面図、第２図は従来構造のゲート
電極下のバンド構造図、第３図は本発明の第１の
実施例による２次元電子を利用したFETの概略
断面図、第４図は該第１の実施例のゲート電極下
のバンド構造図、第５図は本発明の第２の実施例
による２次元電子を利用したFETの概略断面図、
第６図は該第２の実施例のゲート電極下のバンド
構造図である。 １……半導体基板、２……ブロツク層、３……
電子供給層、４……動作層、５……２次元電子ガ
ス、６……ゲート電極、７……ソース電極、８…
…ドレイン電極、９……第１の半導体層、１０…
…第２の半導体層、１１……スペーサ層、Et…
…電子トラツプ準位、Ec……伝導帯端、Ef……
フエルミ準位、Ev……充満帯端、Eq……量子化
準位。
FETの概略断面図、第２図は従来構造のゲート
電極下のバンド構造図、第３図は本発明の第１の
実施例による２次元電子を利用したFETの概略
断面図、第４図は該第１の実施例のゲート電極下
のバンド構造図、第５図は本発明の第２の実施例
による２次元電子を利用したFETの概略断面図、
第６図は該第２の実施例のゲート電極下のバンド
構造図である。 １……半導体基板、２……ブロツク層、３……
電子供給層、４……動作層、５……２次元電子ガ
ス、６……ゲート電極、７……ソース電極、８…
…ドレイン電極、９……第１の半導体層、１０…
…第２の半導体層、１１……スペーサ層、Et…
…電子トラツプ準位、Ec……伝導帯端、Ef……
フエルミ準位、Ev……充満帯端、Eq……量子化
準位。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体基板上に設けられ上層部から基板への
電子移動を妨げるブロツク層と、該ブロツク層上
に設けられかつ電子波長以下の厚さを有しｎ型不
純物を含有する第１の半導体層と該第１の半導体
層より電子親和力が小さく電子がトンネル可能な
厚さを有する極低不純物濃度の第２の半導体層と
を交互に積層した積層構造と、該積層構造上に設
けられ第２の半導体層より電子親和力が大きい半
導体からなる動作層と、該動作層表面の一部に設
けられたゲート電極と、該ゲート電極を挾んで前
記動作層表面に設けられ第２の半導体層と動作層
との界面に存在するキヤリアと電気的コンタクト
を形成する一対の電極とを含むことを特徴とする
半導体装置。 ２ 積層構造と動作層との間に不純物を含有しな
いスペーサ層を備えた特許請求の範囲第１項に記
載の半導体装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13612983A JPS6028274A (ja) | 1983-07-26 | 1983-07-26 | 半導体装置 |
| EP84304300A EP0133342B1 (en) | 1983-06-24 | 1984-06-25 | A superlattice type semiconductor structure having a high carrier density |
| US06/624,333 US4695857A (en) | 1983-06-24 | 1984-06-25 | Superlattice semiconductor having high carrier density |
| DE8484304300T DE3480631D1 (de) | 1983-06-24 | 1984-06-25 | Halbleiterstruktur mit uebergitter hoher traegerdichte. |
| US07/043,046 US4792832A (en) | 1983-06-24 | 1987-04-24 | Superlattice semiconductor having high carrier density |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13612983A JPS6028274A (ja) | 1983-07-26 | 1983-07-26 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6028274A JPS6028274A (ja) | 1985-02-13 |
| JPS639389B2 true JPS639389B2 (ja) | 1988-02-29 |
Family
ID=15167982
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13612983A Granted JPS6028274A (ja) | 1983-06-24 | 1983-07-26 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6028274A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61263282A (ja) * | 1985-05-17 | 1986-11-21 | Agency Of Ind Science & Technol | 二次元電子電界効果型トランジスタの製造方法 |
-
1983
- 1983-07-26 JP JP13612983A patent/JPS6028274A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6028274A (ja) | 1985-02-13 |
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