JPS61276265A - 絶縁ゲ−ト型電界効果トランジスタ - Google Patents

絶縁ゲ−ト型電界効果トランジスタ

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JPS61276265A
JPS61276265A JP60117121A JP11712185A JPS61276265A JP S61276265 A JPS61276265 A JP S61276265A JP 60117121 A JP60117121 A JP 60117121A JP 11712185 A JP11712185 A JP 11712185A JP S61276265 A JPS61276265 A JP S61276265A
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JP
Japan
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substrate
semiconductor
drain
source
forbidden band
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JP60117121A
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English (en)
Inventor
Shigetaka Kumashiro
熊代 成孝
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/13Semiconductor regions connected to electrodes carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. source or drain regions
    • H10D62/149Source or drain regions of field-effect devices
    • H10D62/151Source or drain regions of field-effect devices of IGFETs 
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/80Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
    • H10D62/82Heterojunctions
    • H10D62/824Heterojunctions comprising only Group III-V materials heterojunctions, e.g. GaN/AlGaN heterojunctions
    • HELECTRICITY
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    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/80Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
    • H10D62/85Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group III-V materials, e.g. GaAs
    • H10D62/852Semiconductor 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

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は絶縁ゲート型電界効果トランジスタに関し、特
に衝突電離の発生およびそnに伴なう寄生バイポーラ効
果の発生を抑止した絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
に関する0 〔従来の技術〕 絶縁ゲート型電界効果トランジスタは、シリコン等の半
導体基板上に基板又はウェルと逆の導電型不純物を導入
してソース・ドレインの領域を形成する一方、基板の主
面上に絶縁層を形成しこの上にゲート電極を形成した構
成となっている。したがって、この種のトランジスタで
はソース・ドレイン領域は必然的に基板と同一の半導体
で構成さnることになる0 〔発明が解決しようとする問題点〕 上述したように、これまでの絶縁ゲート型電界効果トラ
ンジスタはソース・ドレイン領域上基板と同一の半導体
で構成することが当然のこととして考えらnてきている
が、このトランジスタは高いドレイン電圧を印加すると
ドレイン基板接合空乏層内で衝突電離を生じ、電子正孔
対を発生せしめ、この発生キャリアによって基板内部の
電位が上昇し、ソースΦ基板接合が順バイアスさ扛て寄
生バイポーラ降伏を生じさせるという問題がめる0この
現象は例えば、S、M、Sze著、 John −Wi
 ley & Son社出版の” Physics o
f Sem1conductorDevices 5e
cond Edition ’のP2S5〜483に記
述されている。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の絶縁ゲート型電界効果トランジスタは、基板よ
りも禁制帯幅が小さくかつ電子親和力の太き々半導体で
ソース部金構成し、逆に禁制帯幅が大きくかつ電子親和
力の小さな半導体でドレイン部を構成し、更に基板とド
レイン部とを禁制帯幅が連続かつ単調に変化する半導体
で構成したものである。
〔実施例〕
次に、本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の一実施例を模式的に示す縦断面図であ
シ、1は半導体基板、2,3は夫々ソース、ドレイン鎖
酸、4は基板lとドレイン3を接続するための領域であ
る。そして、本例では基板1にP型半導体を用いると共
に、ソース2には基板lよりも禁制帯幅が小さくφ)電
子親和力の大きい半導体を用い、またドレイン3には基
板lよりも禁制帯幅が大きくかつ電子親和力の小さい半
導体を用いて高濃度n型領域全構成している。一方、基
板1とドレイン3を接続する領域4は禁制帯幅が連続か
つ単調に変化する半導体で構成している。図中、8はゲ
ート電極、9は絶縁膜、10゜11はソース、ドレイン
の各電極、12は基板電極である。
前記各半導体としては、例えば基板1にGa0.28I
n O,72Po、4 As0.6 、  ソース2部
分にGa0.47InO,53As、ドレイン3部分に
InP、ドレイン・基板間接続部分4にGax In 
1−x PyAs 1−y (0≦X≦0.28,0≦
y≦Q、4 、 y==1.429x)の組合せが考え
らnlこnらは例えば選択エピタキシャル成長法によっ
て形成さnる。勿論三〜四元混晶全組合せfLは他の構
成も考えら詐る。
第2因は前記第1図の半導体装置の絶縁膜基板界面にそ
った線上におけるドレイン電圧印加時のエネルギ帯構造
図である。図において、B1は基板lのバンド構造を示
し、以下同様に82はソース2のバンド構造、BSはド
レイン3のバンド構造、B4はドレイン3と基板1の接
続部分4のバンド構造を示す。また、D、はソース・基
板間空乏層を、B6は中電界ドリフト領域を%D?はド
レイン・基板間空乏層を夫々示している。更に、E、B
S ”to l EfmB(yc)は夫々基板1、ソー
ス2、ドレイン3.基板・ドレイン接続部4の各半導体
の禁制帯幅全示し、特にEfゆ(ロ)は位置Xによって
連続的に変化する。
こnから判るように、ゲート電極8に正の電圧が印加さ
nるとソース・基板間空乏層り、に障壁電位が低減し、
拡散によってソース2から基板lに電子が注入さnる。
この電子はソースφドレイン間の横方向電界により中電
界ドリフト領域D6をドレイン側に向かって移動する。
そして、電子がドレイン・基板間空乏層り、に到達する
と、同部分の高い電界により急激に加速さnてドレイン
3に到達する。このとき、ゲート電圧、ドレイン電圧を
変化させるとソース・基板間空乏層り、にががる障壁電
位および中電界ドリフト領域り、のエネルギ帯の傾きが
変化し、ソース−ドレイン間の電流が変化する。
第3図囚、■)は夫々基板lの半導体と、ドレイン30
半導体と全接触させる前(同図(A))と接触させた後
(同図■)のエネルギ帯構造を示す。図において、XB
*Xoは夫々基板、ドレインの各半導体の電子親和力、
以下同様にECM、ECDは伝導帯下端、Erg p 
EFDは7工ルミ準位、Ef!1*EfDは禁止帯幅、
Eyl s EyDは価電子帯上端を示す。
また、 EFは基板1とドレイン3を接触させた場合の
フェルミ準位、△Xは基板1にもドレイン3と同じ半導
体を用いた場合における接触電位の差である。更に、同
図中入は基板lにドレイン3と同じ半導体を用いたとき
の伝導体下端、Bは本発明における異なる半導体を用い
たときの伝導体下端である。
こ扛らの図から判るように、基板とドレインで形成さn
るPN接合両端で電子が感じる障壁電位は、こnまでの
AよりもΔXだけ小さくなっている。この状況はPn接
合の両端に電圧を印加した場合も全く同じであり、特に
逆バイアスをnmした場合には誠の寄与の分だけ内部電
圧が低下することになる。こnに対し、本発明のように
基板とドレインと全禁制帯幅が連続かつ単調に変化する
半導体で接続した場合には、同図におけるBのように伝
導帯下端の段差が生じないため、電子が空乏層中を運動
する際にΔXだけ障壁電位が減少する効果が徐々に加わ
p1電子が移動し易くなる効果をもたらす。ΔXの値は
近似的に次式で与えらnる。
Δx=Eyo−Era 一方、電子が高電界を受けて加速さn衝突電離を生ずる
には電子が所要のしきい値エネルギ以上のエネルギを持
たねばならないが、このしきい値エネルギと禁制帯#A
は正の相関関係があpl一般に禁制帯幅が大きい程衝突
電離は生じに<<、また電界が低い程衝突電離は生じに
くい。したがって、前述した本発明の構成を用いtば、
ドレイン側で禁制帯幅が大きくなり、ドレインと同じ半
導体全基板に用いた場合よりもドレイン・基板接合内の
電界が減少して衝突電離が生じにくくなる。
次にソース2の半導体に基板1よりも禁制帯幅が小さく
、かつ電気親和力の大きいものを使用することが寄生バ
イポーラ効果の抑制に有効であることを説明する。
第2図の場合、衝突電離で生じた正孔は発生量が多いと
きには、基板1の83部分のソース側に蓄積し始め、ソ
ース・基板接合金順バイアスの方向へ向ける。ここで、
ソース・基板接合の電子電流と正孔電流の比は次式で与
えら扛る。
但し、Dn二基板半導体中の電子拡散係数):ソース部
分の半導体中の正孔拡散係数 Ln:基板半導体中の電子拡散長 Lp二ソース部分の半導体中の正孔拡散長Pl:基板半
導体中の熱平衡時正孔濃度Ns:ソース部分の半導体中
の熱平衡時電子濃度 mpl :基板半導体中の正孔の有効質量rnlB :
基板半導体中の電子の有効質鏡m、8:ソース部分の半
導体中の正孔の有効質量 mn3 :ソース部分の半導体中の電子の有効質量 R:ボルツマン定数 T :温度 rの値を決定する主要なパラメータはN31Pal・E
yB  EyBであり、N3 e Pal fe与えら
nたものとすと、rの値はEyB−Eysでほば決定さ
fる。前述した本発明の構成の場合s Efs  bf
B<Oであるのでγく1である0したがって、たとえソ
ース・基板間のPn接合が順バイアスさ牡ても流nる電
流の殆んどは正孔電流であり、電子は殆んど基板へ注入
さnない。こnによハ導′lt率変調や注入押nた電子
による衝突電離の増加が抑えらn、寄生バイポーラ効果
によるブレークダウンが生じにくくなる。
なお、前例ではnチャネル表面伝導型の例について述べ
たが、本発明はPチャネル型やバルク伝導型の絶縁ゲー
ト型トランジスタにも同様に適用できる。また、半導体
の部分全等価なエネルギ準位差を有する超格子又は歪超
格子を単層づつ横方向に積層した構造で置き換えること
もできる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、基板に用いる半導体より
も禁制帯幅が小さく、かつ電子親和力の大きい半導体で
ソースを構成し、逆に禁制帯幅が大きくかつ電子親和力
の小さな半導体でドレインを構成し、更にドレインと基
板との間を禁制帯幅が連続かつ単調に変化する半導体で
構成しているので、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
の衝突電離の発生およびこnに伴なう寄生バイポーラ効
果の発生を抑制する効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一笑施例全模式的に示す縦断面図、第
2図は第1図のトランジスタの絶縁膜基板弁面にそった
線上におけるドレイン電圧印加時のエネルギ帯構造図、
第3図■、(B)は夫々基板半導体とドレイン半導体と
を接触させる前と接触後の各エネルギ帯構造図である。 1・・・・・・基板、2・・・・・・ソース、3・・・
・・・ドレイン、4・・・・・・基板・ドレイン接続部
、8・−・・・・ゲート電極、9・・・・・・絶縁膜、
10・・・・・・ソース電極、11・・・・・・ドレイ
ン電極。 代理人 弁理士  内  原    晋。 痔 第3WJ A:埴ネ91クドレイ詞幣ケγ同り一半磐り■いた謳略
含めイテ二格−Lママ11;メ害i

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、一の半導体からなる基板に、この半導体よりも禁制
    帯幅が小さくかつ電子親和力の大きい半導体でソースを
    形成し、また前記一の半導体よりも禁制帯幅が大きくか
    つ電子親和力の小さい半導体でドレインを形成し、更に
    基板とドレインとを禁制帯幅が連続かつ単調に変化する
    半導体で接続したことを特徴とする絶縁ゲート型電界効
    果トランジスタ。
JP60117121A 1985-05-30 1985-05-30 絶縁ゲ−ト型電界効果トランジスタ Pending JPS61276265A (ja)

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Cited By (4)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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