JPS61174775A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPS61174775A JPS61174775A JP60015913A JP1591385A JPS61174775A JP S61174775 A JPS61174775 A JP S61174775A JP 60015913 A JP60015913 A JP 60015913A JP 1591385 A JP1591385 A JP 1591385A JP S61174775 A JPS61174775 A JP S61174775A
- Authority
- JP
- Japan
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- layer
- doped
- dimensional
- thickness
- surface concentration
- Prior art date
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- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
- H10D64/111—Field plates
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
- H10D30/64—Double-diffused metal-oxide semiconductor [DMOS] FETs
- H10D30/66—Vertical DMOS [VDMOS] FETs
- H10D30/668—Vertical DMOS [VDMOS] FETs having trench gate electrodes, e.g. UMOS transistors
-
- 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
- H10D62/60—Impurity distributions or concentrations
- H10D62/605—Planar doped, e.g. atomic-plane doped or delta-doped
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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置、特に高移動度の２次元状態のキャ
リアが高面濃度で形成され、高速度でかつ大電流が実現
される半導体装置に関する。
リアが高面濃度で形成され、高速度でかつ大電流が実現
される半導体装置に関する。
半導体装置の高速化等を目的として、砒化ガリウム（Ｇ
ａＡｓ）などの化合物半導体の実用化が進められ、更に
不純物ドーピング領域とキャリア移動領域とを空間的に
分離し、２次元状態の電子をキャリアとするヘテロ接合
電界効果トランジスタ等の高移動度の半導体装置が種々
開発されているが、従来の２次元電子ガスでは高いキャ
リア濃度が得られず、その増大が要望されている。
ａＡｓ）などの化合物半導体の実用化が進められ、更に
不純物ドーピング領域とキャリア移動領域とを空間的に
分離し、２次元状態の電子をキャリアとするヘテロ接合
電界効果トランジスタ等の高移動度の半導体装置が種々
開発されているが、従来の２次元電子ガスでは高いキャ
リア濃度が得られず、その増大が要望されている。
前記へテロ接合電界効果トランジスタの構造の一例を第
４図（ａｌに示す。
４図（ａｌに示す。
本従来例では半絶縁性ＧａＡｓ基板２１上に、ノンドー
プのｉ型ＧａＡｓ層２２、これより電子親和力が小さい
砒化アルミニウムガリウム（ＡＩＸＧａ、−、Ａｓ）層
２３、及び不純物濃度が例えば２ Ｘ１０１８ｃｍ−”
程度のｎ型ＧａＡｓ層２４が設けられている。
プのｉ型ＧａＡｓ層２２、これより電子親和力が小さい
砒化アルミニウムガリウム（ＡＩＸＧａ、−、Ａｓ）層
２３、及び不純物濃度が例えば２ Ｘ１０１８ｃｍ−”
程度のｎ型ＧａＡｓ層２４が設けられている。
Ａ’１ＧａＡｓ層２３は、例えばＧａＡｓ層２２との界
面近傍の厚さ約５ｎｍの領域をノンドープとし、その他
の領域に濃度２Ｘ１０”ｃｍ−３程度のドナー不純物を
含んで、この層からｉ型ＧａＡｓ層２２へ遷移した電子
によってペテロ接合界面近傍に２次元電子ガス２２ｅが
形成される。なおこのためにＡｌＧａＡｓ１Ｗ２３は電
子供給層と呼ばれる。
面近傍の厚さ約５ｎｍの領域をノンドープとし、その他
の領域に濃度２Ｘ１０”ｃｍ−３程度のドナー不純物を
含んで、この層からｉ型ＧａＡｓ層２２へ遷移した電子
によってペテロ接合界面近傍に２次元電子ガス２２ｅが
形成される。なおこのためにＡｌＧａＡｓ１Ｗ２３は電
子供給層と呼ばれる。
前記ｎ型ＧａＡｓ層２４上にソース及びドレイン雪掻２
５が設けられ、この両電極間のｎ型ＧａＡｓＪＷ２４を
選択的にエツチングしＡｌＧａＡｓ層２３に接して設け
られたゲート電極２６により、前記２次元電子ガス２２
ｅの面濃度を制御する。
５が設けられ、この両電極間のｎ型ＧａＡｓＪＷ２４を
選択的にエツチングしＡｌＧａＡｓ層２３に接して設け
られたゲート電極２６により、前記２次元電子ガス２２
ｅの面濃度を制御する。
以上説明した如き従来のへテロ接合電界効果トランジス
タにおいては、２次元電子ガス２２ｅの面濃度Ｎｓに制
限がある。すなわち、ｎ型＾ｌＧａＡｓ電子供給層２３
のドナー不純物濃度には限界があり、また不純物濃度を
増大させても２次元電子ガス２２ｅ中では電子が状態密
度が大きい領域で縮退しているためにフェルミ準位の変
化が小さく、２次元電子ガス２２ｅの面濃度Ｎｓが増加
しない飽和傾向を示す。
タにおいては、２次元電子ガス２２ｅの面濃度Ｎｓに制
限がある。すなわち、ｎ型＾ｌＧａＡｓ電子供給層２３
のドナー不純物濃度には限界があり、また不純物濃度を
増大させても２次元電子ガス２２ｅ中では電子が状態密
度が大きい領域で縮退しているためにフェルミ準位の変
化が小さく、２次元電子ガス２２ｅの面濃度Ｎｓが増加
しない飽和傾向を示す。
この結果前記へテロ接合電界効果トランジスタでは温度
７７Ｋにおいて、例えば２次元電子ガスの移動度１！
＝ ８ Ｘ １０’ ｃｍ”／Ｖｓｅｃを得るためには
、その面濃度Ｎｓ ＝ ６ Ｘ １０” ｃｍ−”程度
以下に制限されるなどキャリア濃度が不十分で電−流が
制約され、オーミックコンタクト抵抗、雑音指数の低減
、電力の増大などが困難である。
７７Ｋにおいて、例えば２次元電子ガスの移動度１！
＝ ８ Ｘ １０’ ｃｍ”／Ｖｓｅｃを得るためには
、その面濃度Ｎｓ ＝ ６ Ｘ １０” ｃｍ−”程度
以下に制限されるなどキャリア濃度が不十分で電−流が
制約され、オーミックコンタクト抵抗、雑音指数の低減
、電力の増大などが困難である。
ヘテロ接合電界効果トランジスタの２次元電子ガス面濃
度を増大する構造を、本発明者等は先に特願昭５８−２
０１４８１によって提供している。
度を増大する構造を、本発明者等は先に特願昭５８−２
０１４８１によって提供している。
該発明による半導体基体は例えば第４図（ｂ）に示す構
造を有する。すなわち、半絶縁性ＧａＡｓ基板３１上に
ノンドープのｉ型ＧａＡｓバッファＩ’１ｆ３２を介し
て、第１の電子供給層であるＡｌＧａＡｓ層３３、ノン
ドープのｉ型ＧａＡｓチャネル層３４、第２の電子供給
層であるＡｌＧａＡｓ層３５が順次設けられている。
造を有する。すなわち、半絶縁性ＧａＡｓ基板３１上に
ノンドープのｉ型ＧａＡｓバッファＩ’１ｆ３２を介し
て、第１の電子供給層であるＡｌＧａＡｓ層３３、ノン
ドープのｉ型ＧａＡｓチャネル層３４、第２の電子供給
層であるＡｌＧａＡｓ層３５が順次設けられている。
第１の電子供給１’ｉ３３は、例えばバッファ層３２と
の界面近傍をノンドープとし、厚さ約２０ｎｍの領域に
濃度１〜５Ｘ１０”ａｍ−３程度のドナー不純物を含み
、更にチャネル層３４との界面近傍の厚さ約２０ｎｍの
領域をノンドープとしている。
の界面近傍をノンドープとし、厚さ約２０ｎｍの領域に
濃度１〜５Ｘ１０”ａｍ−３程度のドナー不純物を含み
、更にチャネル層３４との界面近傍の厚さ約２０ｎｍの
領域をノンドープとしている。
また第２の電子供給層３５は前記従来例の電子供給層と
同様に、例えばチャネル層３４との界面近傍の厚さ約５
ｎｍの領域をノンドープとし、その他の領域に１〜２
×１０”ａｍ−’程度のドナー不純物を含む。
同様に、例えばチャネル層３４との界面近傍の厚さ約５
ｎｍの領域をノンドープとし、その他の領域に１〜２
×１０”ａｍ−’程度のドナー不純物を含む。
本構造においてチャネル層３４は電子供給Ｎ３５．３３
とそれぞれへテロ接合を形成し、２次元電子ガスはその
上下２界面に形成される。しかしながらチャネル層３４
の厚さが１０ｎｍ程度以下であれば、上下の２次元電子
ガスは一層に融合する。この状態で、例えば２次元電子
ガスの移動度μ＝６Ｘ１０’ｃｍ２／Ｖｓｅｃにおいて
、面濃度ＮＳ＝ １．２Ｘ１０”ｃ＋ｎ−”程度を得て
いる。
とそれぞれへテロ接合を形成し、２次元電子ガスはその
上下２界面に形成される。しかしながらチャネル層３４
の厚さが１０ｎｍ程度以下であれば、上下の２次元電子
ガスは一層に融合する。この状態で、例えば２次元電子
ガスの移動度μ＝６Ｘ１０’ｃｍ２／Ｖｓｅｃにおいて
、面濃度ＮＳ＝ １．２Ｘ１０”ｃ＋ｎ−”程度を得て
いる。
２次元電子ガスの面濃度を増大する努力は前記例の如く
重ねられているが、電流、電力を増大し、あるいはオー
ミック抵抗、雑音指数を低減するために、更に２次元電
子ガスの面濃度を増大することが要望されている。
重ねられているが、電流、電力を増大し、あるいはオー
ミック抵抗、雑音指数を低減するために、更に２次元電
子ガスの面濃度を増大することが要望されている。
また相補型回路を構成する場合等に、正孔についても同
様な２次元状態の面濃度の増大が必要である。
様な２次元状態の面濃度の増大が必要である。
Ｃ問題点を解決するための手段〕
前記問題点は、１層の不純物を含むウェル層と２Ｎのノ
ンドープのバリア層とを有する量子井戸構造が、該バリ
ア層よりキャリア親和力が大きいノンドープの２層の半
導体層間に設けられ、該半導体層と該量子井戸構造との
界面近傍に２次元状態′のキャリアが形成されてなる本
発明による半導体装置により解決される。
ンドープのバリア層とを有する量子井戸構造が、該バリ
ア層よりキャリア親和力が大きいノンドープの２層の半
導体層間に設けられ、該半導体層と該量子井戸構造との
界面近傍に２次元状態′のキャリアが形成されてなる本
発明による半導体装置により解決される。
本発明においては、不純物を含んでキャリアを供給する
半導体層を量子論的井戸形ポテンシャル構造とし、この
量子井戸構造を挟んで上下にキャリア親和力が大きい半
導体層を設けて、各へテロ接合界面近傍に２次元キャリ
アガスを形成する。
半導体層を量子論的井戸形ポテンシャル構造とし、この
量子井戸構造を挟んで上下にキャリア親和力が大きい半
導体層を設けて、各へテロ接合界面近傍に２次元キャリ
アガスを形成する。
この量子井戸構造によりキャリア供給層内のキャリアの
エネルギー準位が高まり、各２次元キャリアガスの面濃
度が増大する。更に２次元キャリアガスが２層相互に近
接して形成されるために、その効果が倍増する。
エネルギー準位が高まり、各２次元キャリアガスの面濃
度が増大する。更に２次元キャリアガスが２層相互に近
接して形成されるために、その効果が倍増する。
この本発明の量子井戸構造による２次元キャリアガス面
濃度増大の効果は正札より電子に大きく現れ、ウェル層
の厚さ３ ｎｍ程度以下において明らかであり、２ 、
５ ｎｍ程度以下において特に顕著となる。
濃度増大の効果は正札より電子に大きく現れ、ウェル層
の厚さ３ ｎｍ程度以下において明らかであり、２ 、
５ ｎｍ程度以下において特に顕著となる。
以下本発明を実施例により具体的に説明する。
第１図（ａ）は本発明による半導体基体を示す模式側断
面図、同図（ｂｌはその要部拡大図である。
面図、同図（ｂｌはその要部拡大図である。
半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に、厚さ例えば０．５ｃ程度
のノンドープのＧａＡｓ層２、下記の量子井戸構造３、
厚さ例えば１５ｃｍのノンドープのＧａＡｓ層４、及び
例えば厚さ５０ｃｍ、不純物濃度Ｉ Ｘｌ０１８ｃｍ−
３程度のｎ型ＧａＡｓ層５を、分子線エピタキシャル成
長方法により例えば成長温度５２０℃において順次エピ
タキシャル成長する。
のノンドープのＧａＡｓ層２、下記の量子井戸構造３、
厚さ例えば１５ｃｍのノンドープのＧａＡｓ層４、及び
例えば厚さ５０ｃｍ、不純物濃度Ｉ Ｘｌ０１８ｃｍ−
３程度のｎ型ＧａＡｓ層５を、分子線エピタキシャル成
長方法により例えば成長温度５２０℃において順次エピ
タキシャル成長する。
量子井戸構造３は次の様に構成されている。すなわち、
バリア層３ａ及び３ｃは厚さ例えば１ 、５ ｎｍのノ
ンドープの砒化アルミニウム（ＡＩＡｓ）よりなる。
バリア層３ａ及び３ｃは厚さ例えば１ 、５ ｎｍのノ
ンドープの砒化アルミニウム（ＡＩＡｓ）よりなる。
またウェル層３ｂは厚さ例えば１．ＯｎｍのＧａＡｓよ
りなり、その中央付近にシリコン（Ｓｔ）のアトミック
プレーンドーピング（ａｔｏｍｉｃ ｐｌａｎｅ ｄｏ
ｐｉｎｇ） ３ｄを面密度約３ｘ１０＋ｚｃｍ−２に行
っている。
りなり、その中央付近にシリコン（Ｓｔ）のアトミック
プレーンドーピング（ａｔｏｍｉｃ ｐｌａｎｅ ｄｏ
ｐｉｎｇ） ３ｄを面密度約３ｘ１０＋ｚｃｍ−２に行
っている。
本実施例の各層の伝導帯のエネルギー準位及び２次元電
子ガスの分布は第２図の如き状態となる。
子ガスの分布は第２図の如き状態となる。
ただし、同図は各半導体層を第１図と同一の符号で示し
、６ば２次元電子ガスの確率分布を示す。
、６ば２次元電子ガスの確率分布を示す。
２層の２次元電子ガスは分離しているが極めて接近して
おり、この２層を１つの伝導路として取り扱うことが可
能である。
おり、この２層を１つの伝導路として取り扱うことが可
能である。
本実施例について温度７７Ｋにおいてホール効果による
測定を行い、電子面濃度Ｎｓζ３Ｘ１０”（２）−２、
電子移動度μ＃ ２ ＸＩＯ’ ｃｍ”／Ｖｓｅｃを得
ている。この電子面濃度はアトミックプレーンドーピン
グされたＳｔが完全にイオン化し、２次元電子ガスを生
成していることを示している。
測定を行い、電子面濃度Ｎｓζ３Ｘ１０”（２）−２、
電子移動度μ＃ ２ ＸＩＯ’ ｃｍ”／Ｖｓｅｃを得
ている。この電子面濃度はアトミックプレーンドーピン
グされたＳｔが完全にイオン化し、２次元電子ガスを生
成していることを示している。
前記実施例と同様の構造で、ＧａＡｓウェル層３ｂの厚
さを変化させた場合の電子面濃度Ｎｓの値を第３図に示
す。ウェル層が例えば１０ｃｍ程度と厚い場合にはその
電子のエネルギー準位の上昇が少なく、電子面濃度Ｎｓ
の増加も僅かであるが、ウェル層が薄くなるに伴って効
果が増大し、ウェル層の厚さ３ａｍ程度以下において明
らかであり、２．５ｃｍ程度以下において特に顕著とな
る。
さを変化させた場合の電子面濃度Ｎｓの値を第３図に示
す。ウェル層が例えば１０ｃｍ程度と厚い場合にはその
電子のエネルギー準位の上昇が少なく、電子面濃度Ｎｓ
の増加も僅かであるが、ウェル層が薄くなるに伴って効
果が増大し、ウェル層の厚さ３ａｍ程度以下において明
らかであり、２．５ｃｍ程度以下において特に顕著とな
る。
なおウェル層のそれぞれの厚さによって得られる電子面
濃度Ｎｓの値はウェル層の不純物ドーピングに支配され
、本実施例はＳｉのアトミックプレーンドーピングを適
用して従来の一様なドーピングの場合より高い電子面濃
度を得ている。
濃度Ｎｓの値はウェル層の不純物ドーピングに支配され
、本実施例はＳｉのアトミックプレーンドーピングを適
用して従来の一様なドーピングの場合より高い電子面濃
度を得ている。
本実施例の半導体基体の構造はへテロ接合電界効果トラ
ンジスタなど各種の半導体装置に適用することが出来、
その電流を大幅に増加させることが可能となる。
ンジスタなど各種の半導体装置に適用することが出来、
その電流を大幅に増加させることが可能となる。
まな正孔をキャリアとする同等の構造も可能であり、例
えば相補型回路等を構成する場合に適用して同様に電流
を増大する効果が得られる。
えば相補型回路等を構成する場合に適用して同様に電流
を増大する効果が得られる。
以上説明した如く本発明によれば、空間分離型ドーピン
グとへテロ接合界面により２次元状態としたキャリアの
面濃度を大幅に増大することが可能となり、ペテロ接合
電界効果トランジスタなど種々の半導体装置の電流、電
力の増大、オーミックコンタクト抵抗、雑音指数の低減
などを実現することが出来る。
グとへテロ接合界面により２次元状態としたキャリアの
面濃度を大幅に増大することが可能となり、ペテロ接合
電界効果トランジスタなど種々の半導体装置の電流、電
力の増大、オーミックコンタクト抵抗、雑音指数の低減
などを実現することが出来る。
第１図（ａ）及び（ｂｌは本発明の実施例を示す模式側
断面図、 第２図は本実施例のエネルギー準位及び２次元電子ガス
の分布の例を示す図、 第３図はウェル層の厚さと電子面濃度との相関の例を示
す図、 第４図（ａｌはへテロ接合電界効果トランジスタの構造
の一従来例を示す模式側断面図、 第４図（ｂ）は同トランジスタの半導体基体の他の従来
例を示す模式側断面図、 図において、 １は半絶縁性ＧａＡｓ基板、 ２及び４はノンドープのＧａＡｓ層、 ３は量子井戸構造、 ３ａ及び３ｃはＡｌＡｓバリア層、 ３ｂはＧａＡｓウェル層、 ３ｄはＳｉアトミックプレーンドーピング、５はｎ型Ｇ
ａＡｓ１゜ ６は２次元電子ガスの分布を示す。 第 （閏 （の Ｃｂ） 第 ２ 図 （′ｂ）
断面図、 第２図は本実施例のエネルギー準位及び２次元電子ガス
の分布の例を示す図、 第３図はウェル層の厚さと電子面濃度との相関の例を示
す図、 第４図（ａｌはへテロ接合電界効果トランジスタの構造
の一従来例を示す模式側断面図、 第４図（ｂ）は同トランジスタの半導体基体の他の従来
例を示す模式側断面図、 図において、 １は半絶縁性ＧａＡｓ基板、 ２及び４はノンドープのＧａＡｓ層、 ３は量子井戸構造、 ３ａ及び３ｃはＡｌＡｓバリア層、 ３ｂはＧａＡｓウェル層、 ３ｄはＳｉアトミックプレーンドーピング、５はｎ型Ｇ
ａＡｓ１゜ ６は２次元電子ガスの分布を示す。 第 （閏 （の Ｃｂ） 第 ２ 図 （′ｂ）
Claims (2)
- （１）１層の不純物を含むウェル層と２層のノンドープ
のバリア層とを有する量子井戸構造が、該バリア層より
キャリア親和力が大きいノンドープの２層の半導体層間
に設けられ、該半導体層と該量子井戸構造との界面近傍
に２次元状態のキャリアが形成されてなることを特徴と
する半導体装置。 - （２）前記ウェル層の厚さが３ナノメートル以下である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60015913A JPS61174775A (ja) | 1985-01-30 | 1985-01-30 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60015913A JPS61174775A (ja) | 1985-01-30 | 1985-01-30 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61174775A true JPS61174775A (ja) | 1986-08-06 |
Family
ID=11902017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60015913A Pending JPS61174775A (ja) | 1985-01-30 | 1985-01-30 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61174775A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01186683A (ja) * | 1988-01-14 | 1989-07-26 | Nec Corp | 半導体装置 |
| JPH06188271A (ja) * | 1992-12-17 | 1994-07-08 | Nec Corp | 電界効果トランジスタ |
| JPH0794758A (ja) * | 1991-09-12 | 1995-04-07 | Pohang Iron & Steel Co Ltd | デルタドープト量子井戸電界効果トランジスタの製造方法 |
| US6903383B2 (en) | 2000-11-21 | 2005-06-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device having a high breakdown voltage for use in communication systems |
-
1985
- 1985-01-30 JP JP60015913A patent/JPS61174775A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01186683A (ja) * | 1988-01-14 | 1989-07-26 | Nec Corp | 半導体装置 |
| JPH0794758A (ja) * | 1991-09-12 | 1995-04-07 | Pohang Iron & Steel Co Ltd | デルタドープト量子井戸電界効果トランジスタの製造方法 |
| JPH06188271A (ja) * | 1992-12-17 | 1994-07-08 | Nec Corp | 電界効果トランジスタ |
| US6903383B2 (en) | 2000-11-21 | 2005-06-07 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device having a high breakdown voltage for use in communication systems |
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