JPS61289672A - 電界効果型半導体装置 - Google Patents

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、ｎチャンネル型電界効果トランジスタと、ｎ
チャンネル型電界効果トランジスタとを構成している電
界効果型半導体装置に関する。

に迷Ｊ目り玉 ｎチャンネル型電界効果トランジスタと、ｐチャンネル
電界効果型トランジスタとを構成している電界効果型半
導体装置として、従来、第５図を伴なって次に述べる構
成を有するものが提案されている。

すなわち、例えばＧａＡｓでなる半絶縁性半導体基板１
０上に、例えばＧａＡｓのような第１の半導体でなり、
且ツ１０１５ａｔＯＩＩ／Ｃ１３以下というような十分
低い不純物濃度を有する、第１の半導体層２１と、その
第１の半導体層２１上に形成され、且つ第１の半導体に
比し小さな電子親和力を有し且つ第１の半導体に比し大
なる電子親和力とバンドギャップとての和を有する例え
ばＡｔ　　Ｇａ、、Ａｓのような第２の半導体で＜Ｔす
、旦ツ１０１５ａ【０鋤／Ｃ１３以下トイうような十分
低い不純物濃度を有する、第２の半導体ＷＪ２２とを有
する半導体積層体２０が、例えば分子線エピタキシャル
法によって形成されている。

しかして、その半導体積層体２０上に、例えばＧａＡＳ
のような第１の半導体と同じ、または例えばＧｅのよう
な第１の半導体に比し大なる電子Ｉ２和力を有する第４
の単導体でなり且つ第１及び第２の半導体１１２１及び
２２に比し高いｎ型不純物ｍ度を有する第４の半導体１
１２４かを有するストライプ状体３１が、局部的に、形
成されている。

また、半導体積層体内２０に、ストライプ状体３１を幅
方向に挟んだ前位置において、第１及び第２の半導体層
２１及び２２に比し高いｎ型不純物１濃度を有する第１
及び第２の半導体領域４１及び４２が、第２の半導体１
１２２の表面側から、少くとも第１の半導体Ｈ２１内に
達する深さに、局部的に、例えばＢｅイオンの打込によ
って形成されている。この場合、第１及び第２の半導体
領域４１及び４２は、その内１１１１端が第４の半導体
１２４の外側端に対応する位置またはその近傍まで延長
している。

さらに、第１及び第２の半導体領域４１及び４２に第１
及び第２の電極５１及び５２がそれぞれ付されている。

また、半導体積層体２０上に、第１の半導体１１２１と
同じまたは第１の半導体層２１に比し大なる電子親和力
を有する第５の半導体でなり、且つ第１及び第２の半導
体層２１及び２２に比し高いｐ型不純物濃度を有する第
５の半導体層２５、または金属でなる第６の電極５６を
有する第２のストライプ状体３２が、局部的に形成され
ている。ただし、図においては、第２のストライプ状体
３２が第６の電極でなる場合が示されている。

さらに、半導体積層体内２０に、第２のストライプ状体
３２を幅方向に挟んだ前位置において、第１及び第２の
半導体層２１及び２２に比し高いｐ型不純物濃度を有す
る第３及び第４の半導体領域４３及び４４が、第２の半
導体１２２の表面側から、少くとも第１の半導体層２１
内に達する深さに、局部的に、ｐ型不純物イオンの打込
によって形成されている。

なおさらに、第３及び第４の半導体領域４３及び４４に
、第４及び第５の電極５４及び５５がそれぞれ付されて
いる。

よって、第１及び第２の半導体領域４１及び４２をそれ
ぞれソース領域及びドレイン領域とし、半導体積層体２
０の第１の半導体Ｈ２１の、第１及び第２の半導体領域
４１及び４２間の領域をｎチャンネル形成用層とし、第
１及び第２の電極５１及び５２をそれぞれソース電極及
びドレイン電極とし、第１のストライプ状体３１をゲー
ト部とし、その第４の半導体層２４にゲート電極を着ね
させている、ｎチャンネル電界効果型トランジスタＵ１
が構成され、且つ第３及び第４の半導体領域４３及び４
４をそれぞれソース領域及びドレイン領域とし、半導体
積層体２０の第１の半導体１１２１の、第３及び第４の
半導体領域４３及び４４間の領域をｐチ１ｒンネル形成
用層とし、第４及び第５の電極５４及び５５をそれぞれ
ソース１４及びドレイン電極とし、第２のストライプ状
体３２をゲート部とし、その第６の電極５６をゲート電
極とｄｗｅるｐチャンネル電界効果型トランジスタＵ２
が構成されている。

以上が、従来提案されている電界効果型半導体装置の構
成である。

このような構成によれば、そのｎチャンネル電界効果型
トランジスタＵ１についてみるとき、そのソース電極と
しての第１の電極５１と、ゲート部のゲート電極を兼ね
る第１のスＩ・ライプ状体３１の第４の半導体層２４と
の間に、制御電圧が印加されていない状態で、または、
第３の半導体１１２３側を負とするｖ４御電圧が所定の
！１１（閾値電圧）以上の値で印加されている状態では
、半導体積層体２０を構成している第１の半導体１５２
１の、ｎチャンネル、形成用層としての第１及び第２の
半導体領域４１及び４２間の領域の第２の半導体Ｗ４２
２側に、２次元電子ガス形成層としてのｎチャンネルＷ
Ｊ６１は形成されていず、よって、ソース電極としての
第１の電極５１と、ドレイン電極としての第２の電極５
２との間がオフ状態である。

しかしながら、このような状態から、ソース電極として
の第１の電極５１と、ゲート電極を兼ねているストライ
プ状体３１の第４の半導体ｍ２４との間に、第４の半導
体！１２４１１を正とする１ｌＪｔｌｌ電圧を印加さ・
せるか、または、第１の電極５１及び第４の半導体１２
４間に第４の半導体ＷＪ２４を負として印加している制
御電圧の値を、正方向に大にすれば、第１及び第２の半
導体領域４１及び４２のいずれが一方または双方から、
電子が、ｎチャンネル形成用層としての、第１の半導体
層２１の第１及び第２の半導体領域４１及び４２間の領
域の第２の半導体層２２１１にｌ！積し、よって、ｎチ
ャンネル形成用層としての、第１の半導体ＷＪ２１の、
第１及び第２の半導体領域４１及び４２間の領域の第２
の半導体１１２２側に、２次元電子ガス形成届としてｎ
チャンネル層６１が形成され、よって、ソース電極とし
ての第１の電極５１と、ドレイン電極としての第２の電
極５２との間が、オン状態になる。

また、そのオン状態において、制御電圧の値を大にまた
は小に変更すれば、これに応じて、ｐチャンネル１１４
５に蓄積される正孔の囚が大にまたは小に変更する。

このため、ソース電極としての第１のＩＩ極５１と、ド
レイン電極としての第２の電極５２との間に、負荷を通
じて、所要の電源を接続した状態で、ソース電極として
の第１の電極５１と、ゲート電極としての第４の半導体
Ｈ２４との間に＆１Ｉ１１１′Ｆ！！圧を印加させるこ
とによって、その制御電圧の値に応じて！、ＩＩ御され
た電流を、負荷に供給することができる、というｎチャ
ンネル電界効果型トランジスタとしての機能が得られる
。

また、第５図に示す従来の電界効果型半導体装置の場合
、そのｐチャンネル電界効果型トランジスタＵ２につい
てみるとき、ソース電極としての第４の電極５４と、ゲ
ート電極としての第６・の電極５６との間に、制御電圧
が印加されていない状態で、またはゲート電極としての
第６の電極５６側を正とする！ＩＪＩＩＩＷｉ圧が所定
の値（閾値電圧）以下の値で印加されている状態では、
半導体８ｉＷ体２０を構成している第１の半導体口２１
の、ｐチャンネル形成用層としてのソース領域としての
第３の半導体領域４３とドレイン領域としての第４の半
導体領域４４との間の領域の第２の半導体１！２２側に
、２次元正孔ガス形成層としてのｎチャンネル層６２は
形成されておらず、よって、ソース電極としての第４の
電極５４と、ドレイン電極としての第５の電極４５との
問がオフ状態である。

しかしながら、このような状態から、ソース電極として
の第４の電極５４と、ゲート電極としての第６の電極５
６との間に、第６の電極５側を負とする１Ｉ１１御電圧
を印加させるが、または、第４及び第６の電極５４及び
５６問に第６の電極５６側を正として印加しているａｘ
ｌ　ｔｌｌ　ｍ圧の値を、正方向に大にすれば、第３及
び第４の半導体領域４３及び４４のいずれか一方または
双方カラ、正孔が、ｐチャンネル形成用層としての、第
１の半導体層２１の、第３及び第４の半導体領域４３及
び４４１Ｘｌの領域の第２の半導体層２２側に蓄積し、
このため、ｐチャンネル形成用層としての、第１の半導
体１ｍ２１の第３及び第４の半導体領域４３及び４４間
の領域の第２の半導体層２２側に、２次元正孔ガス形成
層としてのｎチャンネル層６２が形成され、よって、ソ
ース電極としての第４の［ｌｆ＋５４と、ドレイン電極
としての第５の電極４５との間が、オン状態になる。

また、そのオン状態において、ｉ、ｌＩ　ｔｉｌｌ電圧
の値を大にまたは小に変更づれば、これに応じて、ｎチ
ャンネル層に蓄積されている電子の量が大にまたは小に
変更する。

このため、ソース電極としての第４の電極５４と、ドレ
イン電極としての第５の電極４５との間に、負荷を通じ
て、所要の電源を接続した状態で、ソース電極としての
第４の電極５４と、ゲート電極としての第６の電極５６
との間に制御電圧を印加させることによって、その制御
電圧の値に応じてｉ制御されたＩｌ流を、負荷に供給す
ることができる、というｐチャンネル電界効果型トラン
ジスタとしての！ｌ能が得られる。

従って、第５図に示すｐチャンネル電界効果型トランジ
スタとｎチャンネル電界効果型トランジスタとを構成し
ている電界効果型半導体装置によれば、そのｎチャンネ
ル電界効果型トランジスタＵ１と、ｐチャンネル電界効
果型トランジスタＵ２とを適当に接続して用いることに
よって、インバータなどの相補型回路としての機能を得
ることができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半絶縁性半導体基板上に、第１の半導体でなり、且
   つ十分低い不純物濃度を有する第１の半導体層と、該第
   １の半導体層上に形成され、且つ上記第１の半導体に比
   し小さな電子親和力を有し且つ上記第１の半導体に比し
   大なる電子親和力とバンドギャップとの和を有する第２
   の半導体でなり、且つ十分低い不純物濃度を有する第２
   の半導体層とを有する半導体積層体が形成され、 上記半導体積層体上に、上記第１の半導体 層の第１の半導体と同じまたは上記第１の半導体に比し
   大なる電子親和力を有する第４の半導体でなり、且つ上
   記第１及び第２の半導体層に比し高いｎ型不純物濃度を
   有する第３の半導体層を有する第１のストライプ状体が
   、局部的に、形成され、 上記半導体積層体内に、上記第１のストラ イプ状体を幅方向に挟んだ両位置において、上記第１及
   び第２の半導体層に比し高いｎ型不純物濃度を有する第
   １及び第２の半導体領域が、上記第２の半導体層の表面
   側から、少くとも上記第１の半導体層内に達する深さに
   、局部的に、形成され、 上記半導体積層体上に、上記第１の半導体 と同じまたは上記第１の半導体に比し大なる電子親和力
   を有する第５の半導体でなり且つ上記第１及び第２の半
   導体層に比し高いｐ型不純物濃度を有する第５の半導体
   層または金属でなる第６の電極を有する第２のストライ
   プ状体が、局部的に、形成され、 上記半導体積層体内に、上記第２のストラ イプ状体を幅方向に挟んだ両位置において、上記第１及
   び第２の半導体層に比し高いｐ型不純物濃度を有する第
   ３及び第４の半導体領域が、上記第２の半導体層の表面
   側から、少くとも上記第１の半導体層内に達する深さに
   、局部的に、形成され、 よって、上記第１及び第２の半導体領域を それぞれソース領域及びドレイン領域とし、上記半導体
   積層体の上記第１の半導体層の上記第１及び第２の半導
   体領域間の領域をｎチャンネル形成用層とし、上記第１
   のストライプ状体をゲート部としているｎチャンネル電
   界効果型トランジスタが構成され、且つ上記第３及び第
   ４の半導体領域をそれぞれソース領域及びドレイン領域
   とし、上記半導体積層体の上記第１の半導体層の上記第
   ３及び第４の半導体領域間の領域をｐチャンネル形成用
   層とし、上記第２のストライプ状体をゲート部としてい
   るｐチャンネル電界効果型トランジスタが構成されてい
   る電界効果型半導体装置において、 上記第１の半導体層の上記第１及び第２の 半導体領域間の領域にｐ型不純物導入領域が形成されて
   いるか、または上記第１の半導体層の上記第３及び第４
   の半導体領域間の領域にｎ型不純物導入領域が形成され
   、もしくは上記第１の半導体層の第１及び第２の半導体
   領域間の領域に上記ｐ型不純物導入領域が形成され且つ
   上記第１の半導体層の第３及び第４の半導体領域間の領
   域にｎ型不純物導入領域が形成されていることを特徴と
   する電界効果型半導体装置。 ２、半絶縁性半導体基板上に、第１の半導体でなり、且
   つ十分低い不純物濃度を有する第１の半導体層と、該第
   １の半導体層上に形成され、且つ上記第１の半導体に比
   し小さな電子親和力を有し且つ上記第１の半導体に比し
   大なる電子親和力とバンドギャップとの和を有する第２
   の半導体でなり、且つ十分低い不純物濃度を有する第２
   の半導体層とを有する半導体積層体が形成され、 上記半導体積層体上に、上記第１の半導体 層の第１の半導体と同じまたは上記第１の半導体に比し
   大なる電子親和力を有する第４の半導体でなり、且つ上
   記第１及び第２の半導体層に比し高いｎ型不純物濃度を
   有する第３の半導体層を有する第１のストライプ状体が
   、局部的に、形成され、 上記半導体積層体内に、上記第１のストラ イプ状体を幅方向に挟んだ両位置において、上記第１及
   び第２の半導体層に比し高いｎ型不純物濃度を有する第
   １及び第２の半導体領域が、上記第２の半導体層の表面
   側から、少くとも上記第１の半導体層内に達する深さに
   、局部的に、形成され、 上記半導体積層体上に、上記第１の半導体 と同じまたは上記第１の半導体に比し大なる電子親和力
   を有する第５の半導体でなり且つ上記第１及び第２の半
   導体層に比し高いｐ型不純物濃度を有する第５の半導体
   層または金属でなる第６の電極を有する第２のストライ
   プ状体が、局部的に、形成され、 上記半導体積層体内に、上記第２のストラ イプ状体を幅方向に挟んだ両位置において、上記第１及
   び第２の半導体層に比し高いｐ型不純物濃度を有する第
   ３及び第４の半導体領域が、上記第２の半導体層の表面
   側から、少くとも上記第１の半導体層内に達する深さに
   、局部的に、形成され、 よって、上記第１及び第２の半導体領域を それぞれソース領域及びドレイン領域とし、上記半導体
   積層体の上記第１の半導体層の上記第１及び第２の半導
   体領域間の領域をｎチャンネル形成用層とし、上記第１
   のストライプ状体をゲート部としているｎチャンネル電
   界効果型トランジスタが構成され、且つ上記第３及び第
   ４の半導体領域をそれぞれソース領域及びドレイン領域
   とし、上記半導体積層体の上記第１の半導体層の上記第
   ３及び第４の半導体領域間の領域をｐチャンネル形成用
   層とし、上記第２のストライプ状体をゲート部としてい
   るｐチャンネル電界効果型トランジスタが構成されてい
   る電界効果型半導体装置において、 上記第１の半導体層がｎ型またはｐ型不純 物導入層でなり、 上記第１の半導体層の上記第１及び第２の 半導体領域間の領域にｐ型不純物導入領域が形成されて
   いるか、または上記第１の半導体層の上記第３及び第４
   の半導体領域間の領域にｎ型不純物導入領域が形成され
   、もしくは上記第１の半導体層の第１及び第２の半導体
   領域間の領域に上記ｐ型不純物導入領域が形成され且つ
   上記第１の半導体層の第３及び第４の半導体領域間の領
   域にｎ型不純物導入領域が形成されていることを特徴と
   する電界効果型半導体装置。 ３、半絶縁性半導体基板上に、第１の半導体でなり、且
   つ十分低い不純物濃度を有する第１の半導体層と、該第
   １の半導体層上に形成され、且つ上記第１の半導体に比
   し小さな電子親和力を有し且つ上記第１の半導体に比し
   大なる電子親和力とバンドギャップとの和を有する第２
   の半導体でなり、且つ十分低い不純物濃度を有する第２
   の半導体層と、該第２の半導体層上に形成され、且つ上
   記第１の半導体と同じ電子親和力を有する第３の半導体
   でなり、且十分低い不純物濃度を有する第３の半導体層
   とを有する半導体積層体が形成され、上記半導体積層体
   上に、上記第１の半導体 層の第１の半導体と同じまたは上記第１の半導体に比し
   大なる電子親和力を有する第４の半導体でなり、且つ上
   記第１及び第２の半導体層に比し高いｎ型不純物濃度を
   有する第３の半導体層を有する第１のストライプ状体が
   、局部的に、形成され、 上記半導体積層体内に、上記第１のストラ イプ状体を幅方向に挟んだ両位置において、上記第１及
   び第２の半導体層に比し高いｎ型不純物濃度を有する第
   １及び第２の半導体領域が、上記第２の半導体層の表面
   側から、少くとも上記第１の半導体層内に達する深さに
   、局部的に、形成され、 上記半導体積層体上に、上記第１の半導体 と同じまたは上記第１の半導体に比し大なる電子親和力
   を有する第５の半導体でなり且つ上記第１及び第２の半
   導体層に比し高いｐ型不純物濃度を有する第５の半導体
   層または金属でなる第６の電極を有する第２のストライ
   プ状体が、局部的に、形成され、 上記半導体積層体内に、上記第２のストラ イプ状体を幅方向に挟んだ両位置において、上記第１及
   び第２の半導体層に比し高いｐ型不純物濃度を有する第
   ３及び第４の半導体領域が、上記第２の半導体層の表面
   側から、少くとも上記第１の半導体層内に達する深さに
   、局部的に、形成され、 よつて、上記第１及び第２の半導体領域を それぞれソース領域及びドレイン領域とし、上記半導体
   積層体の上記第１の半導体層の上記第１及び第２の半導
   体領域間の領域をｎチャンネル形成用層とし、上記第１
   のストライプ状体をゲート部としているｎチャンネル電
   界効果型トランジスタが構成され、且つ上記第３及び第
   ４の半導体領域をそれぞれソース領域及びドレイン領域
   とし、上記半導体積層体の上記第１の半導体層の上記第
   ３及び第４の半導体領域間の領域をｐチャンネル形成用
   層とし、上記第２のストライプ状体をゲート部としてい
   るｐチャンネル電界効果型トランジスタが構成されてい
   る電界効果型半導体装置において、 上記第１の半導体層の上記第１及び第２の 半導体領域間の領域にｐ型不純物導入領域が形成されて
   いるか、または上記第１の半導体層の上記第３及び第４
   の半導体領域間の領域にｎ型不純物導入領域が形成され
   、もしくは上記第１の半導体層の第１及び第２の半導体
   領域間の領域に上記ｐ型不純物導入領域が形成され且つ
   上記第１の半導体層の第３及び第４の半導体領域間の領
   域にｎ型不純物導入領域が形成されていることを特徴と
   する電界効果型半導体装置。 ４、半絶縁性半導体基板上に、第１の半導体でなり、且
   つ十分低い不純物濃度を有する第１の半導体層と、該第
   １の半導体層上に形成され、且つ上記第１の半導体に比
   し小さな電子親和力を有し且つ上記第１の半導体に比し
   大なる電子親和力とバンドギャップとの和を有する第２
   の半導体でなり、且つ十分低い不純物濃度を有する第２
   の半導体層と該第２の半導体層上に形成され、且つ上記
   第１の半導体と同じ電子親和力を有する第３の半導体で
   なり、且十分低い不純物濃度を有する第３の半導体層と
   を有する半導体積層体が形成され、上記半導体積層体上
   に、上記第１の半導体 層の第１の半導体と同じまたは上記第１の半導体に比し
   大なる電子親和力を有する第４の半導体でなり、且つ上
   記第１及び第２の半導体層に比し高いｎ型不純物濃度を
   有する第３の半導体層を有する第１のストライプ状体が
   、局部的に、形成され、 上記半導体積層体内に、上記第１のストラ イプ状体を幅方向に挟んだ両位置において、上記第１及
   び第２の半導体層に比し高いｎ型不純物濃度を有する第
   １及び第２の半導体領域が、上記第２の半導体層の表面
   側から、少くとも上記第１の半導体層内に達する深さに
   、局部的に、形成され、 上記半導体積層体上に、上記第１の半導体 と同じまたは上記第１の半導体に比し大なる電子親和力
   を有する第５の半導体でなり且つ上記第１及び第２の半
   導体層に比し高いｐ型不純物濃度を有する第５の半導体
   層または金属でなる第６の電極を有する第２のストライ
   プ状体が、局部的に、形成され、 上記半導体積層体内に、上記第２のストラ イプ状体を幅方向に挟んだ両位置において、上記第１及
   び第２の半導体層に比し高いｐ型不純物濃度を有する第
   ３及び第４の半導体領域が、上記第２の半導体層の表面
   側から、少くとも上記第１の半導体層内に達する深さに
   、局部的に、形成され、 よつて、上記第１及び第２の半導体領域を それぞれソース領域及びドレイン領域とし、上記半導体
   積層体の上記第１の半導体層の上記第１及び第２の半導
   体領域間の領域をｎチャンネル形成用層とし、上記第１
   のストライプ状体をゲート部としているｎチャンネル電
   界効果型トランジスタが構成され、且つ上記第３及び第
   ４の半導体領域をそれぞれソース領域及びドレイン領域
   とし、上記半導体積層体の上記第１の半導体層の上記第
   ３及び第４の半導体領域間の領域をｐチャンネル形成用
   層とし、上記第２のストライプ状体をゲート部としてい
   るｐチャンネル電界効果型トランジスタが構成されてい
   る電界効果型半導体装置において、 上記第１の半導体層がｎがたまたはｐ型不 純物導入層でなり、 上記第１の半導体層の上記第１及び第２の 半導体領域間の領域にｐ型不純物導入領域が形成されて
   いるか、または上記第１の半導体層の上記第３及び第４
   の半導体領域間の領域にｎ型不純物導入領域が形成され
   、もしくは上記第１の半導体層の第１及び第２の半導体
   領域間の領域に上記ｐ型不純物導入領域が形成され且つ
   上記第１の半導体層の第３及び第４の半導体領域間の領
   域にｎ型不純物導入領域が形成されていることを特徴と
   する電界効果型半導体装置。