JPS5913376A - ヘテロ接合を有する半導体薄膜 - Google Patents
ヘテロ接合を有する半導体薄膜Info
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- JPS5913376A JPS5913376A JP57121760A JP12176082A JPS5913376A JP S5913376 A JPS5913376 A JP S5913376A JP 57121760 A JP57121760 A JP 57121760A JP 12176082 A JP12176082 A JP 12176082A JP S5913376 A JPS5913376 A JP S5913376A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- xas
- mixed crystal
- gaas
- hetero junction
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- Pending
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-
- 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
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (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】
本発明は、A/−XGal−XAθ混晶薄膜とGa A
g薄膜とから成るヘテロ接合を用いて二次元電子ガス層
を形成した半導体薄膜に関するものである。
g薄膜とから成るヘテロ接合を用いて二次元電子ガス層
を形成した半導体薄膜に関するものである。
不純物としてSlをドーピングしたAtxGal−xA
s混晶薄膜とGa As薄膜とによって結晶学的に良好
なヘテロ接合を形成した場合、ドーピングしていないG
aAs側に、電気伝導度の大きい二次元電子ガス層が形
成できる。
s混晶薄膜とGa As薄膜とによって結晶学的に良好
なヘテロ接合を形成した場合、ドーピングしていないG
aAs側に、電気伝導度の大きい二次元電子ガス層が形
成できる。
第1図に、このようなヘテロ接合のノ(ンドダイヤグラ
ムを示す。同図において、1はSlをドーピングしたA
zxGal−XAs層、2はGaAs層を示す。また3
は伝導帯端、4は価電子帯端、5はイオン化したS1ド
ナー、更に6は二次元電子ガス層、Tはフェルミレベル
を示す。熱平衡状態での上記二次元電子ガスの濃度は、
AtzG!Ll−zA8混晶中のS1@度、A txG
a 1− xAs混晶とGaAsとの間での伝導帯端
エネルギーの不連続値、S1ドナー活性化エネルギー、
温度等に支配され、フェルミレベルTよシ上のエネルギ
ーにあるイオン化したS1ドナー5の濃度に等しい濃度
の二次元電子が接合のGaAs側に銹起されることが知
られている。しかし、二次元電子濃度を支配する上記要
因のうちS1ドナー活性化エネルギーについては、その
At組組成への依存性が明確にされていないため、接合
の電気的特性の制御性、再現性を向上させるためのAt
組組成へ条°件が得られていなかった。
ムを示す。同図において、1はSlをドーピングしたA
zxGal−XAs層、2はGaAs層を示す。また3
は伝導帯端、4は価電子帯端、5はイオン化したS1ド
ナー、更に6は二次元電子ガス層、Tはフェルミレベル
を示す。熱平衡状態での上記二次元電子ガスの濃度は、
AtzG!Ll−zA8混晶中のS1@度、A txG
a 1− xAs混晶とGaAsとの間での伝導帯端
エネルギーの不連続値、S1ドナー活性化エネルギー、
温度等に支配され、フェルミレベルTよシ上のエネルギ
ーにあるイオン化したS1ドナー5の濃度に等しい濃度
の二次元電子が接合のGaAs側に銹起されることが知
られている。しかし、二次元電子濃度を支配する上記要
因のうちS1ドナー活性化エネルギーについては、その
At組組成への依存性が明確にされていないため、接合
の電気的特性の制御性、再現性を向上させるためのAt
組組成へ条°件が得られていなかった。
即ち、従来一般に分子線エピタキシャル(MBE)法や
有機金属気相成長(MO−CVD)法等の技術を用いて
この種のへテロ接合を有する半導体薄膜を製作する場合
には、結晶の特性上から上記Xの値は常識的にX;O,
2〜0.3の範囲が用−られているが、このような範囲
では、AzXGal、As混晶中の81′fIk度を一
定にしたとしても、Xの増加に伴って二次元電子ガスの
濃度が減少し、AtxGJ=zAB混晶中の電子濃度も
大幅に減少する。このことは、集積回路製作等に用いる
高品質薄膜を製造する際の二次元電子ガス濃度の制御性
、再現性を低下させ、薄膜面内のXの分布の影響を受は
易くして均一性を低下させている。また、X;O,Z〜
0.3の範囲では、室温においてAtXGa1−xAθ
混晶の電気伝導度がGaAeの約75以上あシ、この種
の半導体薄膜を例えば室温で動作する電界効果トランジ
スタ等の製作に用いる場合には、ゲート電極下のA t
z G a s −X A s層中を流れる電流による
ドレインコンダクタンスの増加あるいは相互コンダクタ
ンスの低下といった問題を生じ、マイクロ波増幅用素子
、スイッチング回路等への応用に不利な条件を与えるこ
ととなる。
有機金属気相成長(MO−CVD)法等の技術を用いて
この種のへテロ接合を有する半導体薄膜を製作する場合
には、結晶の特性上から上記Xの値は常識的にX;O,
2〜0.3の範囲が用−られているが、このような範囲
では、AzXGal、As混晶中の81′fIk度を一
定にしたとしても、Xの増加に伴って二次元電子ガスの
濃度が減少し、AtxGJ=zAB混晶中の電子濃度も
大幅に減少する。このことは、集積回路製作等に用いる
高品質薄膜を製造する際の二次元電子ガス濃度の制御性
、再現性を低下させ、薄膜面内のXの分布の影響を受は
易くして均一性を低下させている。また、X;O,Z〜
0.3の範囲では、室温においてAtXGa1−xAθ
混晶の電気伝導度がGaAeの約75以上あシ、この種
の半導体薄膜を例えば室温で動作する電界効果トランジ
スタ等の製作に用いる場合には、ゲート電極下のA t
z G a s −X A s層中を流れる電流による
ドレインコンダクタンスの増加あるいは相互コンダクタ
ンスの低下といった問題を生じ、マイクロ波増幅用素子
、スイッチング回路等への応用に不利な条件を与えるこ
ととなる。
他方、不純物としてSlではな(SnやTeをAtxG
al−xAθにドーピングしたものについては、X )
0.3の範囲を用いた場合についても報告例がある。
al−xAθにドーピングしたものについては、X )
0.3の範囲を用いた場合についても報告例がある。
しかしながら、これらの不純物はALxGf’1−xA
s中の拡散係数が大きすぎて急峻な不純物の分布が形成
できないため、この種の半導体薄膜の製作には不適当で
ある。
s中の拡散係数が大きすぎて急峻な不純物の分布が形成
できないため、この種の半導体薄膜の製作には不適当で
ある。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、
その目的は、Slをドーヒ°ングしたAtxGal−x
As混晶薄膜とGaAa薄膜とから成るヘテロ接合にお
いて、Ga As側に生じる二次元電子ガス嬢度の制御
性、再現性、薄膜面内での均一性を向上させると共に、
AzxGal−xAs混晶を高抵抗化することが可能な
ヘテロ接合を有する半導体薄膜を提供することにある。
その目的は、Slをドーヒ°ングしたAtxGal−x
As混晶薄膜とGaAa薄膜とから成るヘテロ接合にお
いて、Ga As側に生じる二次元電子ガス嬢度の制御
性、再現性、薄膜面内での均一性を向上させると共に、
AzxGal−xAs混晶を高抵抗化することが可能な
ヘテロ接合を有する半導体薄膜を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明は、人zxG
a□−xAs混晶のAz組成Xの値を0.35≦X≦0
.5の範囲に設定したものである。
a□−xAs混晶のAz組成Xの値を0.35≦X≦0
.5の範囲に設定したものである。
先ず、この範囲の決定根拠となった実験例を示す。
即ち第2図は、MBE法によシ製作したAzzGal−
XAs混晶中のS1ドナー活性化エネルギーEDのAt
組組成上対する依存性を示したグラフである。
XAs混晶中のS1ドナー活性化エネルギーEDのAt
組組成上対する依存性を示したグラフである。
ここで、AzxGal−XAs混晶中の81濃度は1〜
2 X 101s/c4一定である。
2 X 101s/c4一定である。
同図において、Xの値が0.21から0.36tで増加
するのに従って、EDは5meVから150m5Vへ増
加しており、その変化率は約10100OV / xで
変化は極めて急激でおる。Xが0.36を越えると、E
oは逆に減少するが、その変化は1/10程度に緩やか
となる。このことから、x;’o、2〜0.3の範囲で
FDが上述したように大きなX依存性を有していること
が、当該領域で二次元電子ガス濃度が大きく変化するこ
との要因の一つとなっていることが理解される。
するのに従って、EDは5meVから150m5Vへ増
加しており、その変化率は約10100OV / xで
変化は極めて急激でおる。Xが0.36を越えると、E
oは逆に減少するが、その変化は1/10程度に緩やか
となる。このことから、x;’o、2〜0.3の範囲で
FDが上述したように大きなX依存性を有していること
が、当該領域で二次元電子ガス濃度が大きく変化するこ
との要因の一つとなっていることが理解される。
、そこで、このAt組組成上0,35≦X≦0.5の範
囲に選択することにより、次のような作用を生じる。
囲に選択することにより、次のような作用を生じる。
第1に、とのXの範囲では、EDが145meV±5チ
となシ、xの変動に対するKOの変動が最小に抑えられ
る。のみならず、この範囲では電子を供給するドナー準
位はX谷に付随しているが、X谷の伝導帯端エネルギー
のX依存性はF谷のそれよシも小さいため、AtXGI
LI XA8混晶とGaAsとから成るヘテロ接合界面
においてGaAe側に誘起される二次元電子ガス濃度の
X依存性は小さくなる。
となシ、xの変動に対するKOの変動が最小に抑えられ
る。のみならず、この範囲では電子を供給するドナー準
位はX谷に付随しているが、X谷の伝導帯端エネルギー
のX依存性はF谷のそれよシも小さいため、AtXGI
LI XA8混晶とGaAsとから成るヘテロ接合界面
においてGaAe側に誘起される二次元電子ガス濃度の
X依存性は小さくなる。
第2に、EDが最大値付近にあるため、 AtxGal
−XAs混晶中の自由電子濃度は最小となる。
−XAs混晶中の自由電子濃度は最小となる。
第3図に、Slを2 X 1 o11/caドーピング
したAtxGal−xAs混晶の室温における電子濃度
のX依存性を示す。ここでも、Xの変化、即ちKDの変
化に対応して電子濃度の低下が見られ、Xを0.35≦
X≦0.5の範囲に選択した場合の電子濃度は0.2≦
X≦0.3の場合に比較して115〜1/10となる。
したAtxGal−xAs混晶の室温における電子濃度
のX依存性を示す。ここでも、Xの変化、即ちKDの変
化に対応して電子濃度の低下が見られ、Xを0.35≦
X≦0.5の範囲に選択した場合の電子濃度は0.2≦
X≦0.3の場合に比較して115〜1/10となる。
第3に、X≧0.35の領域では電子の移動度が約10
0cνv−secであp、X=03の場合と比較しても
約175にすぎない。従って、電気伝導度で比較すると
、0゜35≦X≦0.5の場合は0.2≦X≦0.3の
場合の1/25以下となる。
0cνv−secであp、X=03の場合と比較しても
約175にすぎない。従って、電気伝導度で比較すると
、0゜35≦X≦0.5の場合は0.2≦X≦0.3の
場合の1/25以下となる。
これらの作用から、SiをドーピングしたAtxGa、
XAII混晶とGaAsとから成るヘテロ接合゛にお
いて、At組組成分0.35≦X≦0.5の範囲に選ぶ
ことによシ、製造工程のばらつきから生じるXの変動が
二次元電子ガス濃度に与える影響を最小限にすることが
でき、その制御性、再現性および大面積薄膜の面内均一
性を向上させることができる。
XAII混晶とGaAsとから成るヘテロ接合゛にお
いて、At組組成分0.35≦X≦0.5の範囲に選ぶ
ことによシ、製造工程のばらつきから生じるXの変動が
二次元電子ガス濃度に与える影響を最小限にすることが
でき、その制御性、再現性および大面積薄膜の面内均一
性を向上させることができる。
これは特に集積回路用高品質薄膜を製造する上で極めて
有用である。
有用である。
一例としてこの種のへテロ接合を有する半導体薄膜を室
温で動作する電界効果トランジスタに応用した場合につ
いて素子特性上の効果を第4図および第5図を用いて説
明する。
温で動作する電界効果トランジスタに応用した場合につ
いて素子特性上の効果を第4図および第5図を用いて説
明する。
第4図はこのような電界効果トランジスタの構造を示す
断面図でアシ、同図において、11は半絶縁性のGaA
s基板、12はこのGaAs基板上に形成されたへテロ
接合を有する半導体薄膜で、GaAs基板上のノンドー
プGaAs薄膜13およびその上にヘテロ接合したS1
ドープA tX G a 1−XAQ薄膜14から構成
され、ヘテロ接合のGaAa薄膜13の側に二次元電子
ガス層15が形成される。
断面図でアシ、同図において、11は半絶縁性のGaA
s基板、12はこのGaAs基板上に形成されたへテロ
接合を有する半導体薄膜で、GaAs基板上のノンドー
プGaAs薄膜13およびその上にヘテロ接合したS1
ドープA tX G a 1−XAQ薄膜14から構成
され、ヘテロ接合のGaAa薄膜13の側に二次元電子
ガス層15が形成される。
16.17.1aはそれぞれAtxGILJ XAS薄
M14の上に形成されたソース電極、ショットキーゲー
ト電極、ドレイン電極である。
M14の上に形成されたソース電極、ショットキーゲー
ト電極、ドレイン電極である。
第5図に、上記トランジスタのドレイン電流−電圧特性
を示す。同図において、(イ)がゲート電圧Ovの場合
、(ロ)、(ハ)、に)と順次絶対値の大きい負のゲー
ト電圧の場合を示し、実線がAzxGal−xAs薄膜
14のA4組組成を0.35≦X≦0.5とした場合の
特性を示す。これを破線で示した従来の0.2≦X≦0
,3の場合の特性と比較すれば、ドレインコンダクタン
スが減少し、特にゲート電圧がov付近の相互インダク
タンスが著しく改善されていることが分る。
を示す。同図において、(イ)がゲート電圧Ovの場合
、(ロ)、(ハ)、に)と順次絶対値の大きい負のゲー
ト電圧の場合を示し、実線がAzxGal−xAs薄膜
14のA4組組成を0.35≦X≦0.5とした場合の
特性を示す。これを破線で示した従来の0.2≦X≦0
,3の場合の特性と比較すれば、ドレインコンダクタン
スが減少し、特にゲート電圧がov付近の相互インダク
タンスが著しく改善されていることが分る。
以上説明したように、本発明によれば、8tをドーピン
グしたA tX G al−X A a混晶とGaAs
とがら成るヘテロ接合を有する半導体薄膜において、こ
れまで行なわれなかったs1ドナー活性化エネルギーE
DのX依存性の解析結果に基き、Xの値を従来常識とさ
れていた範囲を逸脱して0.35≦X≦0.5の範囲に
選択したことにより、GaAs側に形成される二次元電
子ガス濃度の制御性、再現性。
グしたA tX G al−X A a混晶とGaAs
とがら成るヘテロ接合を有する半導体薄膜において、こ
れまで行なわれなかったs1ドナー活性化エネルギーE
DのX依存性の解析結果に基き、Xの値を従来常識とさ
れていた範囲を逸脱して0.35≦X≦0.5の範囲に
選択したことにより、GaAs側に形成される二次元電
子ガス濃度の制御性、再現性。
薄膜面内均一性を向上させることができると共にA t
X Ga 1− z A s混晶側を高抵抗化すること
が可能となり、特に集積回路用高品質薄膜に応用して極
めて有用である。
X Ga 1− z A s混晶側を高抵抗化すること
が可能となり、特に集積回路用高品質薄膜に応用して極
めて有用である。
第1図はS1ドープAzxGal−1Ae混晶とGaA
sとから々るヘテロ接合のバンドダイヤグラム、第2図
はAtxGax−xAs混晶中のs1ドナー活性化エネ
ルギーEDのA4組成X依存性を示すグラフ、第3図F
iA tX G a 1z A s混晶の電子濃度のX
依存性を示すグラフ、第4図は上記へテロ接合を有する
半導体薄膜を用いた電界効果トランジスタの構成例を示
す断面図、第5図はこの電界効果トランジスタのドレイ
ン電流−電圧特性を示すグラフである。 111・・・AtXGa1−XA11層、2・・・・G
a As層、6,15・・・−二次元電子ガス層、12
拳・・・ヘテロ接合を有する半導体薄膜、13・・・”
GaAs薄膜、14 ’ ” ” °A1zGaI
XAS薄膜。 特許出願人 日本電信電話公社 代理人 山川政樹 第1図 第2図 第3図ae、kAx 第4図 第5図
sとから々るヘテロ接合のバンドダイヤグラム、第2図
はAtxGax−xAs混晶中のs1ドナー活性化エネ
ルギーEDのA4組成X依存性を示すグラフ、第3図F
iA tX G a 1z A s混晶の電子濃度のX
依存性を示すグラフ、第4図は上記へテロ接合を有する
半導体薄膜を用いた電界効果トランジスタの構成例を示
す断面図、第5図はこの電界効果トランジスタのドレイ
ン電流−電圧特性を示すグラフである。 111・・・AtXGa1−XA11層、2・・・・G
a As層、6,15・・・−二次元電子ガス層、12
拳・・・ヘテロ接合を有する半導体薄膜、13・・・”
GaAs薄膜、14 ’ ” ” °A1zGaI
XAS薄膜。 特許出願人 日本電信電話公社 代理人 山川政樹 第1図 第2図 第3図ae、kAx 第4図 第5図
Claims (1)
- 少なくとも一部に不純物としてSlをドーピングしたA
tX Ga 1− z A s混晶薄膜(0くx≦1
)とGaAs薄膜とから成るヘテロ接合を有しその接合
のGa As側に二次元電子ガス層を有する半導体薄膜
において、Xの値を0.35≦X≦0.5の範囲にした
ことを特徴とするヘテロ接合を有する半導体薄膜。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57121760A JPS5913376A (ja) | 1982-07-13 | 1982-07-13 | ヘテロ接合を有する半導体薄膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57121760A JPS5913376A (ja) | 1982-07-13 | 1982-07-13 | ヘテロ接合を有する半導体薄膜 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5913376A true JPS5913376A (ja) | 1984-01-24 |
Family
ID=14819201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57121760A Pending JPS5913376A (ja) | 1982-07-13 | 1982-07-13 | ヘテロ接合を有する半導体薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5913376A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6012773A (ja) * | 1983-07-02 | 1985-01-23 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体素子の製造方法 |
| JPS6234448A (ja) * | 1985-08-06 | 1987-02-14 | Nec Eng Ltd | 中継台の着信表示制御方式 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS577165A (en) * | 1980-06-17 | 1982-01-14 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device |
| JPS5795672A (en) * | 1980-10-14 | 1982-06-14 | Thomson Csf | Field effect transistor with high breaking frequency |
-
1982
- 1982-07-13 JP JP57121760A patent/JPS5913376A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS577165A (en) * | 1980-06-17 | 1982-01-14 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device |
| JPS5795672A (en) * | 1980-10-14 | 1982-06-14 | Thomson Csf | Field effect transistor with high breaking frequency |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6012773A (ja) * | 1983-07-02 | 1985-01-23 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体素子の製造方法 |
| JPS6234448A (ja) * | 1985-08-06 | 1987-02-14 | Nec Eng Ltd | 中継台の着信表示制御方式 |
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