JPS5893376A - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor deviceInfo
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- JPS5893376A JPS5893376A JP56192592A JP19259281A JPS5893376A JP S5893376 A JPS5893376 A JP S5893376A JP 56192592 A JP56192592 A JP 56192592A JP 19259281 A JP19259281 A JP 19259281A JP S5893376 A JPS5893376 A JP S5893376A
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- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/40—FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels
- H10D30/47—FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels having two-dimensional [2D] charge carrier gas channels, e.g. nanoribbon FETs or high electron mobility transistors [HEMT]
- H10D30/471—High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT]
- H10D30/475—High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having wider bandgap layer formed on top of lower bandgap active layer, e.g. undoped barrier HEMTs such as i-AlGaN/GaN HEMTs
- H10D30/4755—High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having wider bandgap layer formed on top of lower bandgap active layer, e.g. undoped barrier HEMTs such as i-AlGaN/GaN HEMTs having wide bandgap charge-carrier supplying layers, e.g. modulation doped HEMTs such as n-AlGaAs/GaAs HEMTs
-
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- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/80—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
（１）発明の技術分野
本発明は半導体装置に関する。詳しくは、本特許出願の
出願人のなした先の特許出願（特願昭５５第８２０３５
号）に係る能動的半導体装置すなわち高電子移動度トラ
ンジスタの改良に関する。更に詳。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (1) Technical Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device. For more details, please refer to the previous patent application filed by the applicant of this patent application (Japanese Patent Application No. 82035 of 1983).
This invention relates to improvements in active semiconductor devices, ie, high electron mobility transistors, according to No. 1). More details.
しくは、従来の高電子移動度トランジスタに比し、更に
電子移動度の大きい高電子移動度トランジスタすなわち
能動的半導体装置に関する。More particularly, the present invention relates to a high electron mobility transistor, that is, an active semiconductor device, which has higher electron mobility than conventional high electron mobility transistors.
（２）技術の背景 高電子移動度トランジスタとは、電子親和力の 。(2) Technology background A high electron mobility transistor is a transistor with high electron affinity.
相異なる２種の半導体を接合することにより形成される
一つのへテロ接合面の近傍に蓄積される電子群（二次元
電子ガス）の電子面濃度を制御電極により発生する静電
界を使用して制御して、制御電極を挟んで設けられた一
対の電極（入・出力電極）間に前記の蓄積電子群（二次
元電子ガス）によって形成される導電路のインピーダン
スを制御する能動的半導体装置をいう。The electron surface concentration of a group of electrons (two-dimensional electron gas) accumulated near a single heterojunction surface formed by joining two different types of semiconductors is measured using an electrostatic field generated by a control electrode. An active semiconductor device that controls the impedance of a conductive path formed by the group of accumulated electrons (two-dimensional electron gas) between a pair of electrodes (input/output electrodes) provided with a control electrode in between. say.
高電子移動度トランジスタは、電子親和力の大きな半導
体を上層にするか下層にするかにより２種類に分類され
、前者にあっては、電子親和力の大きな半導体の金属学
的厚さと電子親和力の小さな半導体の金属学的厚さとの
比が層構造によって決定される特定の値より大きいか小
さいかによりノーマリオン型又はノーマリオフ型となる
。又、後者にあっては、電子親和力の小さな半導体の金
属学的厚さが層構造によって決定される特定の値より大
きいか小さいかによりノーマリオン型又はノーマリオフ
型となる。又、ノーマリオン型にあってもノーマリオフ
型にあっても、上記のパラメータの値を選択することに
より、ピンチオフＩＩＥ圧の制御が可能なことはいうま
でもない。High electron mobility transistors are classified into two types depending on whether a semiconductor with high electron affinity is used as an upper layer or a lower layer. The normally-on type or the normally-off type depends on whether the ratio of the ? Also, in the latter case, it is a normally-on type or a normally-off type depending on whether the metallurgical thickness of the semiconductor having a small electron affinity is larger or smaller than a specific value determined by the layer structure. Furthermore, it goes without saying that the pinch-off IIE pressure can be controlled by selecting the values of the above parameters, whether it is a normally-on type or a normally-off type.
更に、高電子移動度トランジスタを構成しうる半導体の
組み合わせたりうる条件は、（イ）格子定数が近似して
おり、（ロ）電子親和力の差が大きく、かつ、（ハ）エ
ネルギーギャップの差が大きいということであるから、
非常に多く存在する。Furthermore, the conditions under which semiconductors can be combined to form a high electron mobility transistor are: (a) their lattice constants are similar, (b) there is a large difference in electron affinity, and (c) there is a difference in energy gap. Because it is large,
There are very many of them.
本発明は、１の半導体を砒化ガリエウム（Ｇａ、Ａｓ）
とし、他の半導体をアルミニュウムガリエウム砒素（Ａ
’ ｈｓ Ｇａ６，７Ａａ ）とする高電子移動度トラ
ンジスタの改良である。The present invention uses gallium arsenide (Ga, As) as the semiconductor of 1.
and other semiconductors are aluminum gallium arsenide (A
' hs Ga6,7Aa) is an improvement of a high electron mobility transistor.
高電子移動度トランジスタの大きな特徴は、上記の蓄積
電子群（二次元電子ガス）の電子移動度が、不純物散乱
による影響が電子移動度を抑える主因となる低温例えば
７７°Ｋにおいて、またはそれ以下の温度において、極
めて大きくなることである。上記の蓄積電子群は、電子
親和力の大きな半導体中ではあるが、ヘテロ接合のごく
近傍に、ごく薄（約１００Ａ以内の範囲に発生するので
、電子親和力の小さな半導体層から空間的に分離され、
その電子移動度は不純物散乱によって影響されにくいこ
とになる。そこで、この不純物散乱による影響が電子移
動度の増大を阻むこととなるような低温において極めて
大きな電子移動度が実現されるのである。この電子移動
度の改讐は１０倍程度又はそれ以上であることが実験的
に確認されている。A major feature of high electron mobility transistors is that the electron mobility of the above-mentioned stored electron group (two-dimensional electron gas) is low at low temperatures, e.g. 77°K, or lower, where the influence of impurity scattering is the main cause of suppressing electron mobility. It becomes extremely large at a temperature of . Although the above-mentioned group of accumulated electrons is in a semiconductor with a large electron affinity, it occurs very thinly (within about 100 A) in the vicinity of the heterojunction, so it is spatially separated from the semiconductor layer with a small electron affinity.
Its electron mobility will be less affected by impurity scattering. Therefore, extremely high electron mobility is achieved at low temperatures where the influence of impurity scattering prevents the increase in electron mobility. It has been experimentally confirmed that this improvement in electron mobility is about 10 times or more.
（３）従来技術と問題点″：・
従来、高電子移動度トランジスタを構成する半導体の組
み合わせとしては、砒化ガリニウムＣＧＪＩＡｓ ）と
アルミニュウムガリエウム砒素（Ａｌ １ｓＧａｌｌＹ
Ａｓ）とをもうてなしていた。砒化ガリエウム（ＧａＡ
ｓ）の格子定数、電子親和力、バンドギャップが、ツレ
ツレ、５．６５３２Ａ、 ４．０７ｅＶ、１．４３ｅＶ
であるに比し、アルミニュウムガリュウム砒素（ＡＩ
（１，３Ｇａ６．７ＡＩ）の格子定数、電子親和力、バ
ンドギャップが、そレソレ、５．６５７Ｘ、 ３．７７
ｅＶ、２．０ｅＶテＪ５’）、格子定数が極めて近似し
ており、かつ、電子親和力に十分大きな差異があるから
である。(3) Prior art and problems'': Conventionally, the combination of semiconductors constituting high electron mobility transistors is gallium arsenide (CGJIAs) and aluminum gallium arsenide (Al1sGallY).
As) was also entertained. Gallium arsenide (GaA
The lattice constant, electron affinity, and band gap of s) are 5.6532A, 4.07eV, and 1.43eV.
In contrast, aluminum gallium arsenide (AI
The lattice constant, electron affinity, and band gap of (1,3Ga6.7AI) are 5.657X, 3.77
This is because the lattice constants are very similar, and there is a sufficiently large difference in electron affinity.
ところで、高電子移動度トランジスタの特性は、各半導
体の誘電率、各半導体層界面や半導体と制御電極との界
面の不連続エネルギーの差（バリヤの高さ）、電子親和
力の小さな半導体の含有するキャリヤ濃度、高電子移動
度トランジスタの使用される温度、電子電荷量、ボルツ
マン定数等によって決定される。そこで、半導体の組み
合わせが決定すれば、電子親和力の小さな半導体の含有
するキャリヤ濃度と各半導体層特に電子親和力の小さな
半導体層の厚さが高電子移動度トランジスタの特性を決
定することになる。また、電子親和力の大きな半導体に
残留するｐ型不純物にもとづく不純物散乱の影響と電子
親和力の小さな半導体中に存在するｎ型不純物にもとづ
く不純物散乱の影響とが、高電子移動度トランジスタの
電子移動度の向上を阻む主要なパラメータであることは
知られているので、従来技術における砒化ガリエウム（
ＱａＡｓ）とアルミニュウムガリュウム砒素（Ａｌ ｈ
ａＧａＯ，？ＡＳ）とよりなる高電子移動度トランジス
タにおいては、この二つのパラメータを最適にすること
によう電子移動度は７７°Ｋにおいて１．０ＸＩＱ’
ｃ＋ｎ”／ＶＳ、 ５にニ＃イｒ２．５Ｘ１０ ｃｍ／
Ｖ８程度カ実現されている。By the way, the characteristics of high electron mobility transistors include the dielectric constant of each semiconductor, the difference in discontinuity energy (barrier height) at the interface of each semiconductor layer and the interface between the semiconductor and the control electrode, and the characteristics of the semiconductor with low electron affinity. It is determined by the carrier concentration, the temperature at which the high electron mobility transistor is used, the amount of electron charge, Boltzmann's constant, etc. Therefore, once the combination of semiconductors is determined, the carrier concentration contained in the semiconductor with low electron affinity and the thickness of each semiconductor layer, especially the semiconductor layer with low electron affinity, determine the characteristics of the high electron mobility transistor. In addition, the effects of impurity scattering due to p-type impurities remaining in a semiconductor with a high electron affinity and the effects of impurity scattering due to n-type impurities present in a semiconductor with a low electron affinity affect the electron mobility of high electron mobility transistors. Since it is known that gallium arsenide (
QaAs) and aluminum gallium arsenide (Al h
aGaO,? In a high electron mobility transistor consisting of AS), by optimizing these two parameters, the electron mobility is 1.0XIQ' at 77°K.
c+n”/VS, 5 to 2 r2.5X10 cm/
The power of about V8 has been realized.
ところで、結晶界面の格子整合が多少なりとも不十分で
あり界面に乱れがある場合、電子移動度を上昇しつる上
限が１０６程度であることが報告されている（８． Ｍ
ｏｒｉ ａｎｄ Ｔ、 Ａｎｄｏ ： Ｊ、 Ｐｈｙｓ
、 Ｓｃｉ、 Ｊｐｎ。By the way, it has been reported that when the lattice matching of the crystal interface is insufficient to some extent and there is disorder at the interface, the upper limit for increasing the electron mobility is about 106 (8.
ori and T, Ando: J, Phys
, Sci, Jpn.
４８ （１９８０） ８６５． ）。この点から考える
と、高電子移動度トランジスタの電子移動度を更に向上
す、るには、電子親和力の異なる半導体層間の格子整合
を十分にすること、すなわち、電子親和力に差はあるが
格子定数の完全に一致した２種の半導体を選択すること
が必須である。48 (1980) 865. ). Considering this point, in order to further improve the electron mobility of high electron mobility transistors, it is necessary to achieve sufficient lattice matching between semiconductor layers with different electron affinities. It is essential to select two types of semiconductors that completely match.
（４）発明の目的
不発明の目的は、電子親和力の差は十分大きいか格子定
数は一致している２種の半導体よりなる層を使用するこ
とにより、電子移動度が更に向上している高電子移動度
トランジスタを提供することにある。(4) Purpose of the Invention The purpose of the invention is to further improve the electron mobility by using layers made of two types of semiconductors that have a sufficiently large difference in electron affinity or the same lattice constant. An object of the present invention is to provide an electron mobility transistor.
（５）発明の構成
本発明の構成は、高電子移動度トランジスタにおいて、
電子親和力の大きな半導体として砒化ガリュウム（Ｇａ
Ａｓ ）を使用し、電子親和力の小さな半導体として
、アルミニエウムガリエウム砒素燐（ＡｌｘＧａ、−ｘ
Ａ８１−ｙＰｙ）を使用することにある。(5) Structure of the invention The structure of the present invention is that in a high electron mobility transistor,
Gallium arsenide (Ga) is a semiconductor with large electron affinity.
Aluminum gallium arsenide phosphorus (AlxGa, -x
A81-yPy).
（６）発明の実施例
本発明の一実施例として、砒化ガリ菖つム（ＧａＡｓ）
とアルミニュウムガリエウム砒素燐（ＡＩ （Ｌ４０ａ
（１，ａ Ａｓ ｏ、９８４ Ｐｏ、ｏｌｇ ）とよ
りなるヘテシ界面をモレキュラービームエピタキシー法
を使用して形成せるところ、両者の格子定数は５．６５
３２Ａとなり完全に一致した。また、とのへテロ界面を
有する半導体層の組み合わせを使用して高電子移動度ト
ランジスタを製造したところ、その電子移動度はフ７Ｑ
Ｋにおいて１．４ Ｘ １０５ｃｍ”／Ｖ８．５’Ｋに
おイテ４．７×ｌＱ’ｃ＋ｎ２／Ｖ８となり、従来技術
における砒化ガリュウム（ＧａＡｓ）とアルミニュウム
ガリニウム砒素（Ａｌｏ、５Ｇａｏ、ｙＡｓ ）とより
なる場合より大幅な改曽が確認された。(6) Embodiment of the Invention As an embodiment of the present invention, gallium arsenide (GaAs)
and aluminum gallium arsenic phosphorous (AI (L40a)
When a heterointerface consisting of (1,a As o, 984 Po, olg) is formed using the molecular beam epitaxy method, the lattice constant of both is 5.65.
The result was 32A, which was a perfect match. In addition, when a high electron mobility transistor was manufactured using a combination of semiconductor layers having a heterointerface with
It becomes 1.4 x 105 cm"/V8.5'K at K and 4.7 x lQ'c + n2/V8, which is better than gallium arsenide (GaAs) and aluminum gallium arsenide (Alo, 5Gao, yAs) in the conventional technology. A more significant change was confirmed than in the previous case.
なお、砒化ガリュウム（ＧａＡｓ）の格子定数とアルミ
ニニウムガリュウム砒素燐（Ａｌ ｏ、４ Ｇａ ｇ、
６Ａｓ １−ｙ Ｐｙ）の格子定数とをｙを一次変数と
して図に示す。図において直線Ａは前者を直線Ｂ−は後
者を示す。ｙの値が０．０１６において両者の格子定数
が一致していることが明らかにわかる。In addition, the lattice constant of gallium arsenide (GaAs) and the lattice constant of gallium arsenide (GaAs) and aluminum gallium arsenide phosphorus (Al o, 4 Ga g,
The lattice constant of 6As 1-y Py) is shown in the figure with y as a primary variable. In the figure, straight line A indicates the former, and straight line B- indicates the latter. It is clearly seen that the lattice constants of the two coincide when the value of y is 0.016.
（７）発明の詳細
な説明せるとおり、本発明によれば、電子親和力の差は
十分大きいが格子定数は一致している２種の半導体より
なる−を使用することにより、電子移動度が向上してい
る高電子移動度トランジスタを提供することができる。(7) As explained in detail, according to the present invention, electron mobility is improved by using two types of semiconductors that have a sufficiently large difference in electron affinity but the same lattice constant. A high electron mobility transistor with high electron mobility can be provided.
【図面の簡単な説明】
図は、アルミニエウムガリュウム砒素燐の格子定数と燐
の添加量との関係と砒化ガリュウムの格子定数とを示す
図である。
Ａ・・・・・・砒化ガリエウムの格子定数を示す直線、
Ｂ・・・・・・アルミニニウムガリエウム砒素燐の格子
定数と燐添加量との関係を示す直線。
絡
任
産
砂BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The figure shows the relationship between the lattice constant of aluminum gallium arsenide phosphorus and the amount of phosphorus added, and the lattice constant of gallium arsenide. A... Straight line showing the lattice constant of gallium arsenide,
B... A straight line showing the relationship between the lattice constant of aluminum gallium arsenide phosphorus and the amount of phosphorus added. Torino sand
Claims (1)
晶整合の上形成され前記１の半導体とは電子親和力を異
にする他の半導体よりなる層とを有し、該二つの半導体
の電子親和力の差にもとづき該二つの半導体よりなる層
の界面近傍に平面状に蓄積される電子群（二次元電子ガ
ス）を導電媒体とし、前記二つの半導体よりなる層のい
ずれかの上に設けられた制御電極と該制御電極を挟んで
設けられた一対の入・出力電極を有し、前記導電媒体よ
りなる導電路のインピーダンスが前記制御電極により制
御される能動的半導体装置において、前記１の半導体は
砒化ガリニウムであり、前記他の半導体はアルミニニウ
ムとガリニウムと砒素と燐とよりなる混晶であることを
特徴とする、能動的半導体装置。a layer made of a semiconductor, and a layer made of another semiconductor that is formed in crystal alignment with the layer made of the first semiconductor and has a different electron affinity from the first semiconductor; A conductive medium is a group of electrons (two-dimensional electron gas) that accumulates in a plane near the interface between the two semiconductor layers based on the difference in electron affinity, and is provided on either of the two semiconductor layers. In the active semiconductor device, the active semiconductor device has a control electrode and a pair of input/output electrodes provided with the control electrode in between, and the impedance of the conductive path made of the conductive medium is controlled by the control electrode. An active semiconductor device, wherein the semiconductor is gallium arsenide, and the other semiconductor is a mixed crystal consisting of aluminum, gallium, arsenic, and phosphorus.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56192592A JPS5893376A (en) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56192592A JPS5893376A (en) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | Semiconductor device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5893376A true JPS5893376A (en) | 1983-06-03 |
Family
ID=16293834
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56192592A Pending JPS5893376A (en) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5893376A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01205471A (en) * | 1988-02-10 | 1989-08-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | semiconductor equipment |
-
1981
- 1981-11-30 JP JP56192592A patent/JPS5893376A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01205471A (en) * | 1988-02-10 | 1989-08-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | semiconductor equipment |
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