JPH0328063B2 - - Google Patents
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- JPH0328063B2 JPH0328063B2 JP60052022A JP5202285A JPH0328063B2 JP H0328063 B2 JPH0328063 B2 JP H0328063B2 JP 60052022 A JP60052022 A JP 60052022A JP 5202285 A JP5202285 A JP 5202285A JP H0328063 B2 JPH0328063 B2 JP H0328063B2
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- H10D62/10—Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
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- H10D62/213—Channel regions of field-effect devices
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- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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- H10D30/4732—High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having confinement of carriers by multiple heterojunctions, e.g. quantum well HEMT using Group III-V semiconductor material
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- H10D62/8161—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials of structures exhibiting quantum-confinement effects, e.g. single quantum wells; of structures having periodic or quasi-periodic potential variation of structures having periodic or quasi-periodic potential variation, e.g. superlattices or multiple quantum wells [MQW] potential variation due to variations in composition or crystallinity, e.g. heterojunction superlattices
- H10D62/8162—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials of structures exhibiting quantum-confinement effects, e.g. single quantum wells; of structures having periodic or quasi-periodic potential variation of structures having periodic or quasi-periodic potential variation, e.g. superlattices or multiple quantum wells [MQW] potential variation due to variations in composition or crystallinity, e.g. heterojunction superlattices having quantum effects only in the vertical direction, i.e. layered structures having quantum effects solely resulting from vertical potential variation
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- H10D62/824—Heterojunctions comprising only Group III-V materials heterojunctions, e.g. GaN/AlGaN heterojunctions
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、化合物半導体装置に関する。更に詳
しくは本発明は、格子定数の異なる３種類の化合
物半導体薄膜層を交互に積層させて、既存のいわ
ゆる混晶化合物半導体と異なるエネルギーバンド
構造を実現することにより、高電界印加状態にお
ける電子移動度を大きくした化合物半導体装置に
関する。
しくは本発明は、格子定数の異なる３種類の化合
物半導体薄膜層を交互に積層させて、既存のいわ
ゆる混晶化合物半導体と異なるエネルギーバンド
構造を実現することにより、高電界印加状態にお
ける電子移動度を大きくした化合物半導体装置に
関する。
従来の技術
化合物半導体デバイス、特に電子デバイスの製
法として、薄い一様な層の成長、成分元素組成比
の制御の容易さからエピタキシヤル成長方法が一
般的に利用されている。なかでも、最近特に注目
されている技術として、分子線エピタキシヤル成
長方法（以下簡単のために「MBE成長法」とい
う）が知られている。例えばW.T.Tsangにより
日経エレクトロニクスNo.308163（1983）において、
MBE成長法並びに薄膜周期構造を利用したデバ
イスが詳細に説明されている。
法として、薄い一様な層の成長、成分元素組成比
の制御の容易さからエピタキシヤル成長方法が一
般的に利用されている。なかでも、最近特に注目
されている技術として、分子線エピタキシヤル成
長方法（以下簡単のために「MBE成長法」とい
う）が知られている。例えばW.T.Tsangにより
日経エレクトロニクスNo.308163（1983）において、
MBE成長法並びに薄膜周期構造を利用したデバ
イスが詳細に説明されている。
このMBE成長法に従えば、結晶成長速度を単
原子面レベルで制御することができ（J.P.van
der Ziel他、J.Appl.Phys.48（1977）P3018）、さ
らには、反射型電子線回折法を併用すれば１原子
面の組成をも正確に制御することができる（J.H.
Neave他、Appl.Phys.A31、１（1983））。このよ
うなMBE法を用いることにより、第３図に示す
ような高電子移動度トランジスタ（以下、
HEMTと略す）を製造することが可能となる。
原子面レベルで制御することができ（J.P.van
der Ziel他、J.Appl.Phys.48（1977）P3018）、さ
らには、反射型電子線回折法を併用すれば１原子
面の組成をも正確に制御することができる（J.H.
Neave他、Appl.Phys.A31、１（1983））。このよ
うなMBE法を用いることにより、第３図に示す
ような高電子移動度トランジスタ（以下、
HEMTと略す）を製造することが可能となる。
なお、従来の化合物半導体を用いたマイクロ波
素子については、たとえば特開昭59−4085号およ
び特開昭58−147169号公報に記されている。
素子については、たとえば特開昭59−4085号およ
び特開昭58−147169号公報に記されている。
第３図に示したHEMT構造は、半絶縁性GaAs
基板１を有し、その基板１の上には、バツフア層
として機能するGaAs層２が形成され、更にその
上に、チヤンネル層をなすアンドープのGaAs層
３が形成されている。そして、そのGaAs層３上
には、ｎ−GaxAl1-xAsのような高い不純物濃度
の電子供給層４が形成され、その中央には、高濃
度にｐ型不純物を含有し、大きな電子親和力を有
する半導体よりなる層５が設けられ、そして、そ
の層５の上にはゲート電極６が形成されている。
更に、層５を挟む電子供給層４の表面領域７は合
金化され、その上にソース及びドレイン電極８が
形成されている。
基板１を有し、その基板１の上には、バツフア層
として機能するGaAs層２が形成され、更にその
上に、チヤンネル層をなすアンドープのGaAs層
３が形成されている。そして、そのGaAs層３上
には、ｎ−GaxAl1-xAsのような高い不純物濃度
の電子供給層４が形成され、その中央には、高濃
度にｐ型不純物を含有し、大きな電子親和力を有
する半導体よりなる層５が設けられ、そして、そ
の層５の上にはゲート電極６が形成されている。
更に、層５を挟む電子供給層４の表面領域７は合
金化され、その上にソース及びドレイン電極８が
形成されている。
このような半導体装置において、ゲート電極６
に適当なバイアス電圧を印加すると、電子供給層
４とチヤンネル層３との界面におけるチヤンネル
層３側に、二次元電子ガス９が形成される。この
結果、不純物イオンの少ないチヤンネル層３内の
界面近傍数10Å厚のところを、多量の電子が流れ
ることになる。従つて、電子移動度を制限する１
つの大きな要因である不純物イオン散乱が少な
く、高移動度を実現することができる。
に適当なバイアス電圧を印加すると、電子供給層
４とチヤンネル層３との界面におけるチヤンネル
層３側に、二次元電子ガス９が形成される。この
結果、不純物イオンの少ないチヤンネル層３内の
界面近傍数10Å厚のところを、多量の電子が流れ
ることになる。従つて、電子移動度を制限する１
つの大きな要因である不純物イオン散乱が少な
く、高移動度を実現することができる。
発明が解決しようとする問題点
しかしながら、このような化合物半導体装置に
おいては、二次元電子ガスにおける電子移動度の
印加電界強度依存性が極めて大きく、低電界の場
合には高移動度を実現できるが、高電界の場合に
はその移動度が著しく低下してしまう。このよう
な現象は、例えば、M.Inoue他、J.J.A.P.22 357
（1983）の記述されている。また、その１例を上
記したマイクロ波素子のようなGaAs／ｎ−Gax
Al1-xAs構造の場合について示すと、第４図の点
線の如くなる。
おいては、二次元電子ガスにおける電子移動度の
印加電界強度依存性が極めて大きく、低電界の場
合には高移動度を実現できるが、高電界の場合に
はその移動度が著しく低下してしまう。このよう
な現象は、例えば、M.Inoue他、J.J.A.P.22 357
（1983）の記述されている。また、その１例を上
記したマイクロ波素子のようなGaAs／ｎ−Gax
Al1-xAs構造の場合について示すと、第４図の点
線の如くなる。
このような高電界印加状態における半導体内で
の電子散乱機構としては、インターバレイ（谷
間）散乱やインパクトイオナイゼーシヨンあるい
はフオノン（格子振動）散乱などが挙げられる。
そのため、一般に超高周波トランジスタにおいて
チヤンネル層として用いられる半導体結晶は、以
下の特性の向上が要求される。
の電子散乱機構としては、インターバレイ（谷
間）散乱やインパクトイオナイゼーシヨンあるい
はフオノン（格子振動）散乱などが挙げられる。
そのため、一般に超高周波トランジスタにおいて
チヤンネル層として用いられる半導体結晶は、以
下の特性の向上が要求される。
インターバレイ散乱を起こりにくくするため
に、ｋ空間での谷間のあいだのエネルギー差△
Ｅが大きいこと。
に、ｋ空間での谷間のあいだのエネルギー差△
Ｅが大きいこと。
インパクトイオナイゼーシヨンを起こりにく
くするために、エネルギーギヤツプEgが大き
いこと。
くするために、エネルギーギヤツプEgが大き
いこと。
キヤリア電子の運動エネルギーのフオノン散
乱による損失を小さくするために、有効質量
m*が小さいこと。
乱による損失を小さくするために、有効質量
m*が小さいこと。
谷間間のエネルギー差△Ｅ、エネルギーギヤツ
プEgなどのパラメータについては、GaAs結晶の
エネルギーバンド構造を例に挙げるならば、第５
図の如くである。また、有効質量m*はエネルギ
ーバンド構造との間に、 １／m*＝１／〓2・d2E（Ｋ）／dk2 のような関係がある。
プEgなどのパラメータについては、GaAs結晶の
エネルギーバンド構造を例に挙げるならば、第５
図の如くである。また、有効質量m*はエネルギ
ーバンド構造との間に、 １／m*＝１／〓2・d2E（Ｋ）／dk2 のような関係がある。
しかしながら、従来の化合物半導体装置におい
ては、実質的な厚さを持つ各層の化合物半導体
は、均一な組成構造を追求されているために、上
記した△Ｅ、Eg、m*は自ずと決まつていた。そ
のために、上記した散乱の解消には壁があり、高
電界印加状態において高い電子移動度が実現でき
なかつた。
ては、実質的な厚さを持つ各層の化合物半導体
は、均一な組成構造を追求されているために、上
記した△Ｅ、Eg、m*は自ずと決まつていた。そ
のために、上記した散乱の解消には壁があり、高
電界印加状態において高い電子移動度が実現でき
なかつた。
そこで、本発明は、上記した電子散乱の影響を
抑えて、高電界印加状態においても高い電子移動
度を有する化合物半導体装置を提供せんとするも
のである。
抑えて、高電界印加状態においても高い電子移動
度を有する化合物半導体装置を提供せんとするも
のである。
問題点を解決するための手段
そこで、本発明者は、上記目的のために電子散
乱の問題を種々研究した。
乱の問題を種々研究した。
上記説明からわかるように、超高周波トランジ
スタにおいて、チヤンネル層として用いられる化
合物半導体結晶は、そのエネルギーバンド構造を
変えることにより、高電界印加状態でのインター
バレイ散乱やインパクトイオナイゼーシヨンによ
る散乱を低下させ、あるいは電子の有効質量を小
さくすることによつて、高電界印加状態における
移動度を大きくすることができる。
スタにおいて、チヤンネル層として用いられる化
合物半導体結晶は、そのエネルギーバンド構造を
変えることにより、高電界印加状態でのインター
バレイ散乱やインパクトイオナイゼーシヨンによ
る散乱を低下させ、あるいは電子の有効質量を小
さくすることによつて、高電界印加状態における
移動度を大きくすることができる。
一方、半導体のエネルギーバンド構造に関する
LCAO理論によると、エネルギーバンド構造を計
算する際に重要となるハミルトニアンの非対角行
列要素VLL′nは、 VLL′n＝ηLL′n・〓2／m0・d2 で表わされる。ただし、ｌ、l′はそれぞれ結晶を
構成する隣接原子の最外殻ｐ軌道の方位量子数、
ｍは同じく磁気量子数であり、ｄは隣接原子の核
間距離、m0は電子質量、ηLL′nは結晶構造に依存
した係数、〓＝ｈ／2π（ｈ：プランク定数）であ
る。
LCAO理論によると、エネルギーバンド構造を計
算する際に重要となるハミルトニアンの非対角行
列要素VLL′nは、 VLL′n＝ηLL′n・〓2／m0・d2 で表わされる。ただし、ｌ、l′はそれぞれ結晶を
構成する隣接原子の最外殻ｐ軌道の方位量子数、
ｍは同じく磁気量子数であり、ｄは隣接原子の核
間距離、m0は電子質量、ηLL′nは結晶構造に依存
した係数、〓＝ｈ／2π（ｈ：プランク定数）であ
る。
また、ハミルトニアンの対角行列要素εs c、εs a、
εp c、εp aなどは、相対的には孤立原子の項値に関
連したものである。ただし、εs cは極性化合物半
導体の陽イオン原子Ｓ軌道の項値に関連してお
り、同様に、εs aは陰イオン原子Ｓ軌道の項値に、
εp cは陽イオン原子Ｐ軌道の項値に、εp aは陰イオ
ン原子Ｐ軌道の項値にそれぞれ関連している。
εp c、εp aなどは、相対的には孤立原子の項値に関
連したものである。ただし、εs cは極性化合物半
導体の陽イオン原子Ｓ軌道の項値に関連してお
り、同様に、εs aは陰イオン原子Ｓ軌道の項値に、
εp cは陽イオン原子Ｐ軌道の項値に、εp aは陰イオ
ン原子Ｐ軌道の項値にそれぞれ関連している。
この既成理論（たとえば、W.A.Harrison、
Electronic Structure and the Properties of
Solids、1980参照）によれば、結晶構造または原
子配列を変えることにより、すなわち化合物半導
体結晶中における隣接原子の核間距離ｄならびに
隣接原子の種類を変えることにより、ハミルトニ
アンの行列要素VLL′n、εs a、εs c、εp a、εp cを変え
ることができる。このことは、結晶構造または原
子配列を変えることにより化合物半導体のエネル
ギーバンド構造を変えることができることを意味
する。
Electronic Structure and the Properties of
Solids、1980参照）によれば、結晶構造または原
子配列を変えることにより、すなわち化合物半導
体結晶中における隣接原子の核間距離ｄならびに
隣接原子の種類を変えることにより、ハミルトニ
アンの行列要素VLL′n、εs a、εs c、εp a、εp cを変え
ることができる。このことは、結晶構造または原
子配列を変えることにより化合物半導体のエネル
ギーバンド構造を変えることができることを意味
する。
一方、最近の化合物半導体結晶成長技術におい
ては、上記したように、分子線エピタキシヤル成
長法（MBE法）や有機金属気相成長法
（MOCVD、MOVPEなどと略す）などのように、
成長層厚の制御が単原子層程度にまで向上してお
り、現にGaAsとAlAsを用いて単原子レベルで交
互に積層することに成功している（A.C.
Gossard、Thin Solid Films 57、３（1979））。
ては、上記したように、分子線エピタキシヤル成
長法（MBE法）や有機金属気相成長法
（MOCVD、MOVPEなどと略す）などのように、
成長層厚の制御が単原子層程度にまで向上してお
り、現にGaAsとAlAsを用いて単原子レベルで交
互に積層することに成功している（A.C.
Gossard、Thin Solid Films 57、３（1979））。
しかしながら、GaAsとAlAsとを交互に積層し
た場合は、格子不整が約0.3％と極めて小さく、
ゆえにこれら２種類の層を交互に積層することに
よつて生じる結晶格子の歪みは小さい。このこと
は、従来のGaxAl1-x混晶に比べて、原子配列の
みが若干変化し、結晶構造はほとんど変化してい
ないことを意味し、ゆえにエネルギーバンド構造
も大きな変化を示さない。
た場合は、格子不整が約0.3％と極めて小さく、
ゆえにこれら２種類の層を交互に積層することに
よつて生じる結晶格子の歪みは小さい。このこと
は、従来のGaxAl1-x混晶に比べて、原子配列の
みが若干変化し、結晶構造はほとんど変化してい
ないことを意味し、ゆえにエネルギーバンド構造
も大きな変化を示さない。
ところが、２種類の層の格子不整を約1.5％と
大きくした場合には、エネルギーギヤツプEgの
変化が観測されている（G.C.Osbourn他、J.
Appl.Phys.48（1977）3018）。すなわち、このよ
うに格子不整が比較的大きい場合には、原子配列
だけではなく結晶構造の変化も生じ、エネルギー
バンド構造の比較的大きな変化が観測されてい
る。
大きくした場合には、エネルギーギヤツプEgの
変化が観測されている（G.C.Osbourn他、J.
Appl.Phys.48（1977）3018）。すなわち、このよ
うに格子不整が比較的大きい場合には、原子配列
だけではなく結晶構造の変化も生じ、エネルギー
バンド構造の比較的大きな変化が観測されてい
る。
しかしながら、この報告の場合においては、各
層厚が100〜200Åと厚くなつており、２種類の層
の界面近傍における結晶格子の歪んだ部分に比べ
て、結晶格子の歪んでいない従来通りの結晶構造
をとつている部分の方が極めて多くなつている。
このため、エネルギーバンド構造についてもその
ほとんどが、各層の従来通りの結晶構造に起因し
たエネルギーバンド構造によつて支配されてお
り、結晶格子の歪んだ部分からの寄与は小さい。
このように結晶格子の歪みが、各層の界面近傍に
限られているという事実は、J.M.Brown他、A.
P.L.43（1983）863に記されている。さらに、こ
のような格子不整に基く歪みによつて結晶構造が
変化するという直接的な結果は、J.A.P.45、No.
９、（1974）3789に記されている。
層厚が100〜200Åと厚くなつており、２種類の層
の界面近傍における結晶格子の歪んだ部分に比べ
て、結晶格子の歪んでいない従来通りの結晶構造
をとつている部分の方が極めて多くなつている。
このため、エネルギーバンド構造についてもその
ほとんどが、各層の従来通りの結晶構造に起因し
たエネルギーバンド構造によつて支配されてお
り、結晶格子の歪んだ部分からの寄与は小さい。
このように結晶格子の歪みが、各層の界面近傍に
限られているという事実は、J.M.Brown他、A.
P.L.43（1983）863に記されている。さらに、こ
のような格子不整に基く歪みによつて結晶構造が
変化するという直接的な結果は、J.A.P.45、No.
９、（1974）3789に記されている。
しかし、層の種類が２種類の場合においてはこ
れらを交互に積層化させた結晶と、従来の混晶結
晶との間の原子配列の相違は大きくない。
れらを交互に積層化させた結晶と、従来の混晶結
晶との間の原子配列の相違は大きくない。
以上のことから、格子不整の大きな３種類以上
の化合物半導体薄膜層を交互に積層させることに
より、成長層全体にわたつて結晶構造と原子配列
をともに２種類の層の場合に比べて著しく大きく
変えることができる。
の化合物半導体薄膜層を交互に積層させることに
より、成長層全体にわたつて結晶構造と原子配列
をともに２種類の層の場合に比べて著しく大きく
変えることができる。
なお、化合物半導体薄膜層を交互に積層させた
半導体装置という点で類似の報告は、たとえば、
特開昭59−76468号公報あるいはT.Yao、J.J.A.
P.22（1983）L680にあるが、それらは、エネル
ギーバンド構造を改良したものでは全くない。
半導体装置という点で類似の報告は、たとえば、
特開昭59−76468号公報あるいはT.Yao、J.J.A.
P.22（1983）L680にあるが、それらは、エネル
ギーバンド構造を改良したものでは全くない。
本発明は、かかる知見に基づく研究の結果なさ
れたものである。すなわち、本発明によるなら
ば、基板と、該基板上に形成されたチヤンネル層
と、該チヤンネル層の上に形成されたシヨツトキ
ー接合のゲート電極と、該ゲート電極の両側にお
いて該ゲート電極から離れて前記チヤンネル層の
上に形成されたオーミツク接合のソース電極及び
ドレイン電極とを具備しており、前記チヤンネル
層が、格子定数の異なる３種類の化合物半導体薄
膜層を交互に積層して構成され、前記化合物半導
体薄膜層の各層の厚さが１〜100原子面の範囲内
にあり、前記格子定数の相違が、0.3％以上13％
以下の範囲にあることを特徴とする化合物半導体
装置が提供される。
れたものである。すなわち、本発明によるなら
ば、基板と、該基板上に形成されたチヤンネル層
と、該チヤンネル層の上に形成されたシヨツトキ
ー接合のゲート電極と、該ゲート電極の両側にお
いて該ゲート電極から離れて前記チヤンネル層の
上に形成されたオーミツク接合のソース電極及び
ドレイン電極とを具備しており、前記チヤンネル
層が、格子定数の異なる３種類の化合物半導体薄
膜層を交互に積層して構成され、前記化合物半導
体薄膜層の各層の厚さが１〜100原子面の範囲内
にあり、前記格子定数の相違が、0.3％以上13％
以下の範囲にあることを特徴とする化合物半導体
装置が提供される。
作 用
以上のような化合物半導体装置において、チヤ
ンネル層をなす各薄膜層の化合物半導体は、互い
に格子定数が異なり且つ極めて薄いので、各層の
実質的部分にわたつてエネルギーバンド構造が変
化し、その結果、高電界印加状態でのチヤンネル
層内における電子輸送過程でのインターバレイ散
乱やインパクトイオナイゼーシヨンによる散乱を
低下させあるいは電子の有効質量を減少させる。
従つて、高電界印加状態でのチヤンネル層におけ
る電子移動度が高く維持される。
ンネル層をなす各薄膜層の化合物半導体は、互い
に格子定数が異なり且つ極めて薄いので、各層の
実質的部分にわたつてエネルギーバンド構造が変
化し、その結果、高電界印加状態でのチヤンネル
層内における電子輸送過程でのインターバレイ散
乱やインパクトイオナイゼーシヨンによる散乱を
低下させあるいは電子の有効質量を減少させる。
従つて、高電界印加状態でのチヤンネル層におけ
る電子移動度が高く維持される。
実施例
以下に図面を参照して本発明について詳細に説
明する。
明する。
第１図は、本発明による化合物半導体装置の実
施例を図解した断面図である。なお、第１図は、
本発明を電界効果トランジスタ（以下FETと略
す）として実施した例を示している。
施例を図解した断面図である。なお、第１図は、
本発明を電界効果トランジスタ（以下FETと略
す）として実施した例を示している。
第１図に示すFETは、半絶縁性InP基板１０上
に、InAsとGaAs、InSbをそれぞれ数原子層づつ
交互にそれぞれ約80層づつ積層させた結晶構造を
有するInxGa1-xAsySb1-y化合物半導体結晶多層薄
膜層１１がFETのチヤンネル層として形成され
ている。その多層薄膜層１１の全体の膜厚は
0.15μｍでありInAs層は10Åの厚さで、GaAs層
は20Åの厚さで、InSb層は3.5Åの厚さである。
なお、このような多層薄膜層１１は、半絶縁性の
InP基板１０上にMBE成長法を用いて形成した。
に、InAsとGaAs、InSbをそれぞれ数原子層づつ
交互にそれぞれ約80層づつ積層させた結晶構造を
有するInxGa1-xAsySb1-y化合物半導体結晶多層薄
膜層１１がFETのチヤンネル層として形成され
ている。その多層薄膜層１１の全体の膜厚は
0.15μｍでありInAs層は10Åの厚さで、GaAs層
は20Åの厚さで、InSb層は3.5Åの厚さである。
なお、このような多層薄膜層１１は、半絶縁性の
InP基板１０上にMBE成長法を用いて形成した。
さらに、多層薄膜層１１の表面には、AuGeNi
オーミツク接合電極１２を蒸着し、ソースとドレ
イン電極を形成した。また、Alシヨツトキー接
合電極１３を蒸着し、ゲート電極を形成した。
オーミツク接合電極１２を蒸着し、ソースとドレ
イン電極を形成した。また、Alシヨツトキー接
合電極１３を蒸着し、ゲート電極を形成した。
AuGeNiオーミツク電極１２を形成する際の蒸
着ならびに合金処理によつて、Au原子が化合物
半導体結晶多層薄膜層１１中に拡散していく。こ
れによつて、化合物半導体結晶多層薄膜層１１内
の積層構造の周期性が乱れ、この領域１４におけ
る結晶構造は、従来のInxGa1-xAsySb1-y混晶結晶
と同一になつてしまう。この結果、この領域での
エネルギーバンド構造も、従来のInxGa1-xAsy
Sb1-y混晶結晶と同一になり、オーミツク接合を
形成することに何ら弊害は生じなかつた。このよ
うな拡散によつて化合物半導体多層薄膜層の積層
構造の周期性が破壊されるという類似の現象は、
すでにN.Holonyak他、A.P.L.39（1981）102な
どで発表されている。
着ならびに合金処理によつて、Au原子が化合物
半導体結晶多層薄膜層１１中に拡散していく。こ
れによつて、化合物半導体結晶多層薄膜層１１内
の積層構造の周期性が乱れ、この領域１４におけ
る結晶構造は、従来のInxGa1-xAsySb1-y混晶結晶
と同一になつてしまう。この結果、この領域での
エネルギーバンド構造も、従来のInxGa1-xAsy
Sb1-y混晶結晶と同一になり、オーミツク接合を
形成することに何ら弊害は生じなかつた。このよ
うな拡散によつて化合物半導体多層薄膜層の積層
構造の周期性が破壊されるという類似の現象は、
すでにN.Holonyak他、A.P.L.39（1981）102な
どで発表されている。
第１図に示すソース電極１２、ドレイン電極１
２、ゲート電極１３などについては、従来の
FET構造作製時に行なわれている従来技術を用
いることにより、FETとしての機能を有するこ
とも確認できた。
２、ゲート電極１３などについては、従来の
FET構造作製時に行なわれている従来技術を用
いることにより、FETとしての機能を有するこ
とも確認できた。
さらに、第１図における化合物半導体結晶多層
薄膜層１１において、結晶構造やエネルギーバン
ド構造が同一組成を有するInxGa1-xAsySb1-y混晶
結晶とは全く異なることについても、Ｘ線回折や
光吸収などの測定を行なうことによつて確認でき
た。この結果、第２図に示すように高電界領域に
おける電子移動度が、同一組成を有する従来の
InxGa1-xAsySb1-y混晶の場合に比べて約５倍に向
上した。
薄膜層１１において、結晶構造やエネルギーバン
ド構造が同一組成を有するInxGa1-xAsySb1-y混晶
結晶とは全く異なることについても、Ｘ線回折や
光吸収などの測定を行なうことによつて確認でき
た。この結果、第２図に示すように高電界領域に
おける電子移動度が、同一組成を有する従来の
InxGa1-xAsySb1-y混晶の場合に比べて約５倍に向
上した。
なお、上記実施例と同様な構成で、化合物半導
体結晶多層薄膜層１１の各薄膜層の厚さを１原子
面から100原子面の間で変えたところ、従来例に
比較しての差に相違はあつたが、同様な結果が得
られた。但し、同一組成の薄膜層は、多層薄膜層
全体にわたつて同一の厚さが好ましい。
体結晶多層薄膜層１１の各薄膜層の厚さを１原子
面から100原子面の間で変えたところ、従来例に
比較しての差に相違はあつたが、同様な結果が得
られた。但し、同一組成の薄膜層は、多層薄膜層
全体にわたつて同一の厚さが好ましい。
なお、上記実施例において、多層薄膜層の構成
層としてInAs（格子定数6.058Å）、GaAs（5.654
Å）及びInSb（6.479Å）を使用した。格子定数の
最も大きいInSbを基準にみるならば、格子定数
の最も小さいGaAsとの格子定数の差は、約13％
である。
層としてInAs（格子定数6.058Å）、GaAs（5.654
Å）及びInSb（6.479Å）を使用した。格子定数の
最も大きいInSbを基準にみるならば、格子定数
の最も小さいGaAsとの格子定数の差は、約13％
である。
一般に、化合物半導体結晶多層薄膜層１１の各
層の厚さが厚くなるに従い、各薄膜層がその化合
物半導体結晶本来の格子定数をとる傾向が強ま
り、従つて、多層薄膜層１１の各層の厚さを薄く
するほど、各薄膜層がその化合物半導体結晶本来
の格子定数をとる傾向が弱くなると言える。それ
故、格子不整による転位は、格子定数の差を一定
とした場合、膜厚が厚くなるほど生じやすいと言
える。換言するならば、格子不整による転位が生
じない格子不整の上限は膜厚に依存すると言え
る。
層の厚さが厚くなるに従い、各薄膜層がその化合
物半導体結晶本来の格子定数をとる傾向が強ま
り、従つて、多層薄膜層１１の各層の厚さを薄く
するほど、各薄膜層がその化合物半導体結晶本来
の格子定数をとる傾向が弱くなると言える。それ
故、格子不整による転位は、格子定数の差を一定
とした場合、膜厚が厚くなるほど生じやすいと言
える。換言するならば、格子不整による転位が生
じない格子不整の上限は膜厚に依存すると言え
る。
すなわち、化合物半導体結晶多層薄膜層１１の
各層の厚さを１原子面から100原子面の範囲とし
た場合、多層薄膜層１１の各層の厚さを薄くする
ほど、格子定数の差を大きくとることができ、多
層薄膜層１１の各層の厚さが厚くなるに従い、格
子定数の差を小さくする必要がある。そこで、上
記実施例でのInAs層、GaAs層及びInSb層の厚さ
を考えるならば、上記した格子定数の差約13％
は、格子定数の差の上限とみることができる。
各層の厚さを１原子面から100原子面の範囲とし
た場合、多層薄膜層１１の各層の厚さを薄くする
ほど、格子定数の差を大きくとることができ、多
層薄膜層１１の各層の厚さが厚くなるに従い、格
子定数の差を小さくする必要がある。そこで、上
記実施例でのInAs層、GaAs層及びInSb層の厚さ
を考えるならば、上記した格子定数の差約13％
は、格子定数の差の上限とみることができる。
なお、多層薄膜層は、上記した実施例の組合せ
に限られるものではなく、他の組合せも可能であ
り、格子定数の差が0.3％以上、更に好ましくは
1.5％以上であれば、程度に差はあるが同様な効
果が得られる。例えば、格子定数の大きな化合物
半導体としては、InAsの他に、GaSb（6.095Å）
などがあり、また、格子定数の小さな化合物半導
体としては、GaAsの他に、GaP（5.451Å）、InP
（5.869Å）などがある。それらを適当に組合せて
４元系の化合物半導体多層薄膜チヤンネル層を形
成することもできる。
に限られるものではなく、他の組合せも可能であ
り、格子定数の差が0.3％以上、更に好ましくは
1.5％以上であれば、程度に差はあるが同様な効
果が得られる。例えば、格子定数の大きな化合物
半導体としては、InAsの他に、GaSb（6.095Å）
などがあり、また、格子定数の小さな化合物半導
体としては、GaAsの他に、GaP（5.451Å）、InP
（5.869Å）などがある。それらを適当に組合せて
４元系の化合物半導体多層薄膜チヤンネル層を形
成することもできる。
発明の効果
本発明の半導体装置によれば、従来のFETの
チヤンネル層に用いられている化合物半導体の結
晶構造または原子配列を変えることにより、エネ
ルギーバンド構造を変え、高電界印加状態での半
導体結晶内における種々の散乱を低下させ、また
有効質量をし減少させることが可能となる。従つ
て、高電界印加状態における電子の移動度が、従
来の化合物半導体混晶に比べて著しく速い。
チヤンネル層に用いられている化合物半導体の結
晶構造または原子配列を変えることにより、エネ
ルギーバンド構造を変え、高電界印加状態での半
導体結晶内における種々の散乱を低下させ、また
有効質量をし減少させることが可能となる。従つ
て、高電界印加状態における電子の移動度が、従
来の化合物半導体混晶に比べて著しく速い。
第１図は、本発明による化合物半導体装置を実
施したFETの概略断面図、第２図は、本発明の
化合物半導体装置における電子移動度の印加電界
強度依存性の測定結果を示すグラフ、第３図は、
従来の高電子移動度トランジスタの概略断面図、
第４図は、従来の高電子移動度トランジスタにお
ける電子移動度の印加電界強度依存性の測定結果
を示すグラフ、第５図は、化合物半導体のエネル
ギーバンド構造を説明するための図である。 〔主な参照番号〕、１……半絶縁性GaAs基板、
２……GaAsバツフア層、３……GaAsチヤンネ
ル層、４……電子供給層、５……高濃度にｐ型不
純物を含有し、大きな電子親和力を有する半導体
よりなる層、６……ゲート電極、７……合金化領
域、８……ソース電極、ドレイン電極、９……二
次元電子ガス、１０……InP基板、１１……多層
薄膜層、１２……ソース電極、ドレイン電極、１
３……ゲート電極、１４……混晶化領域。
施したFETの概略断面図、第２図は、本発明の
化合物半導体装置における電子移動度の印加電界
強度依存性の測定結果を示すグラフ、第３図は、
従来の高電子移動度トランジスタの概略断面図、
第４図は、従来の高電子移動度トランジスタにお
ける電子移動度の印加電界強度依存性の測定結果
を示すグラフ、第５図は、化合物半導体のエネル
ギーバンド構造を説明するための図である。 〔主な参照番号〕、１……半絶縁性GaAs基板、
２……GaAsバツフア層、３……GaAsチヤンネ
ル層、４……電子供給層、５……高濃度にｐ型不
純物を含有し、大きな電子親和力を有する半導体
よりなる層、６……ゲート電極、７……合金化領
域、８……ソース電極、ドレイン電極、９……二
次元電子ガス、１０……InP基板、１１……多層
薄膜層、１２……ソース電極、ドレイン電極、１
３……ゲート電極、１４……混晶化領域。
Claims (1)
- １ 基板と、該基板上に形成されたチヤンネル層
と、該チヤンネル層の上に形成されたシヨツトキ
ー接合のゲート電極と、該ゲート電極の両側にお
いて該ゲート電極から離れて前記チヤンネル層の
上に形成されたオーミツク接合のソース電極及び
ドレイン電極とを具備しており、前記チヤンネル
層が、格子定数の異なる３種類の化合物半導体薄
膜層を交互に積層して構成され、前記化合物半導
体薄膜層の各層の厚さが１〜100原子面の範囲内
にあり、前記格子定数の相違が、0.3％以上13％
以下の範囲にあることを特徴とする化合物半導体
装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60052022A JPS61210676A (ja) | 1985-03-15 | 1985-03-15 | 化合物半導体装置 |
| CA000504069A CA1256590A (en) | 1985-03-15 | 1986-03-13 | Compound semiconductor device with layers having different lattice constants |
| DE8686103425T DE3672360D1 (de) | 1985-03-15 | 1986-03-14 | Verbindungshalbleiterbauelement. |
| EP86103425A EP0196517B1 (en) | 1985-03-15 | 1986-03-14 | Compound semiconductor device |
| AU54742/86A AU577934B2 (en) | 1985-03-15 | 1986-03-14 | Compound semiconductor device |
| KR1019860001897A KR860007745A (ko) | 1985-03-15 | 1986-03-15 | 화합물 반도체장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60052022A JPS61210676A (ja) | 1985-03-15 | 1985-03-15 | 化合物半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61210676A JPS61210676A (ja) | 1986-09-18 |
| JPH0328063B2 true JPH0328063B2 (ja) | 1991-04-17 |
Family
ID=12903185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60052022A Granted JPS61210676A (ja) | 1985-03-15 | 1985-03-15 | 化合物半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61210676A (ja) |
-
1985
- 1985-03-15 JP JP60052022A patent/JPS61210676A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61210676A (ja) | 1986-09-18 |
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