JPS5893376A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- 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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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor
- electron mobility
- gallium arsenide
- semiconductor device
- high electron
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- 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
- H10D62/82—Heterojunctions
- H10D62/824—Heterojunctions comprising only Group III-V materials heterojunctions, e.g. GaN/AlGaN heterojunctions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- 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
- H10D62/85—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group III-V materials, e.g. GaAs
- H10D62/852—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group III-V materials, e.g. GaAs being Group III-V materials comprising three or more elements, e.g. AlGaN or InAsSbP
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
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】
（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。
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。
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。
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。
（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 。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
（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。
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。
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。
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。
（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。
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。
【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
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
Claims (1)
- １の半導体よりなる層と、該１の半導体よりなる層と結
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56192592A JPS5893376A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56192592A JPS5893376A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5893376A true JPS5893376A (ja) | 1983-06-03 |
Family
ID=16293834
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56192592A Pending JPS5893376A (ja) | 1981-11-30 | 1981-11-30 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5893376A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01205471A (ja) * | 1988-02-10 | 1989-08-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置 |
-
1981
- 1981-11-30 JP JP56192592A patent/JPS5893376A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01205471A (ja) * | 1988-02-10 | 1989-08-17 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置 |
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