JPS62266873A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPS62266873A JPS62266873A JP61111251A JP11125186A JPS62266873A JP S62266873 A JPS62266873 A JP S62266873A JP 61111251 A JP61111251 A JP 61111251A JP 11125186 A JP11125186 A JP 11125186A JP S62266873 A JPS62266873 A JP S62266873A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- doped
- type
- gaas
- gallium arsenide
- 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
- 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
-
- 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]
- H10D30/473—High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having confinement of carriers by multiple heterojunctions, e.g. quantum well HEMT
- H10D30/4732—High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having confinement of carriers by multiple heterojunctions, e.g. quantum well HEMT using Group III-V semiconductor material
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】
〔概要〕
この発明は、2次元電子ガスをチャネルとするGaAs
/AlGaAs系半導体装置にかかり、G、]]As/
n−AlGaAs選択ドープヘテロ接合構をGe光吸収
層で挟み、DXセンターをイオン化する入射光を阻止す
ることにより、 該2次元電子ガスの変動を抑止し、該半導体装置の特性
の安定性を向上するものである。
/AlGaAs系半導体装置にかかり、G、]]As/
n−AlGaAs選択ドープヘテロ接合構をGe光吸収
層で挟み、DXセンターをイオン化する入射光を阻止す
ることにより、 該2次元電子ガスの変動を抑止し、該半導体装置の特性
の安定性を向上するものである。
〔産業上の利用分野]
本発明は半導体装置、特に空間分離ドーピングと界面量
子化による高移動度のキャリアをチャネルとする例えば
高電子移動度電界効果トランジスタ(IEMT)等の砒
化ガリウム<GaAs)/砒化アルミニウムガリウム(
AiGaAs)系半導体装置の改善に関する。
子化による高移動度のキャリアをチャネルとする例えば
高電子移動度電界効果トランジスタ(IEMT)等の砒
化ガリウム<GaAs)/砒化アルミニウムガリウム(
AiGaAs)系半導体装置の改善に関する。
例えば)IEMTは2次元状態の電子か移5JJする領
域と不純物をドーピングする“in域とを空間的に分離
してキャリア移動度の増大を実現し、高速デバイスとし
てまたマイクロ波帯域の低雑音デバイスとして強い期待
が寄せられているが、なおその特性の安定性向上が要望
されている。
域と不純物をドーピングする“in域とを空間的に分離
してキャリア移動度の増大を実現し、高速デバイスとし
てまたマイクロ波帯域の低雑音デバイスとして強い期待
が寄せられているが、なおその特性の安定性向上が要望
されている。
[従来の技術]
空間分離ドーピングとキャリアの界面量子化により高移
動度を実現しているGパs/AlGaAs系半導体装置
の例として、HE?ITの一従来例の模式側断面図を第
2図に示す。
動度を実現しているGパs/AlGaAs系半導体装置
の例として、HE?ITの一従来例の模式側断面図を第
2図に示す。
その半導体基体は半絶縁性GaAs基板11上に、ノン
ドープのi型GaAs層13、これより電子親和力が小
さく例えば濃度2X10”cm−’程度にドナー不純物
がドープされたn型^1xGal−XAS層14、及び
不純物濃度が同程度以上のn型GaAs層15が積層形
成され、このn型AIGaAsji!i14からi形G
aAs層13へ遷移した電子によってヘテロ接合界面近
傍に2次元電子ガス13eが形成される。この2次元電
子ガス13〜eは不純物散乱による移動度低下が殆どな
く、格子散乱が減少する例えば77に程度以下の低温に
おいて最も高い移動度が得られる。
ドープのi型GaAs層13、これより電子親和力が小
さく例えば濃度2X10”cm−’程度にドナー不純物
がドープされたn型^1xGal−XAS層14、及び
不純物濃度が同程度以上のn型GaAs層15が積層形
成され、このn型AIGaAsji!i14からi形G
aAs層13へ遷移した電子によってヘテロ接合界面近
傍に2次元電子ガス13eが形成される。この2次元電
子ガス13〜eは不純物散乱による移動度低下が殆どな
く、格子散乱が減少する例えば77に程度以下の低温に
おいて最も高い移動度が得られる。
この半導体基体上にソース、ドレイン電極17とゲート
電極18を設け、ゲート電極18によるショッI・キ空
乏層で2次元電子ガス13eの面密度を制御してトラン
ジスタ動作が行われる。
電極18を設け、ゲート電極18によるショッI・キ空
乏層で2次元電子ガス13eの面密度を制御してトラン
ジスタ動作が行われる。
この構造において、n型Ale(Ga、−、As電子供
給層14の混晶比Xは2次元電子ガス13eの移動度μ
n及び面密度Ns等を考慮して選択されるが、この層1
4とi形GaAsチャネル層13との伝導帯のエネルギ
ー準位差が少ない場合には2次元電子ガス13eの面密
度Nsが小さくなるために、通常伝導帯の弔位差を0.
24eV程度以上、従ってn型Al、、Ga、−、へS
電子供給層14のAl混晶比Xを0.3程度以上とする
ことが望ましい。
給層14の混晶比Xは2次元電子ガス13eの移動度μ
n及び面密度Ns等を考慮して選択されるが、この層1
4とi形GaAsチャネル層13との伝導帯のエネルギ
ー準位差が少ない場合には2次元電子ガス13eの面密
度Nsが小さくなるために、通常伝導帯の弔位差を0.
24eV程度以上、従ってn型Al、、Ga、−、へS
電子供給層14のAl混晶比Xを0.3程度以上とする
ことが望ましい。
しかしながら他方において、AlXGa、□AsのAl
混晶比Xが0.25程度より大きいときには、ドープし
たシリコン(Si)等のドナー準位が急激に深くなる。
混晶比Xが0.25程度より大きいときには、ドープし
たシリコン(Si)等のドナー準位が急激に深くなる。
このAlXGa+−、gA3の深いドナ一単位は温度2
00に程度以下において、光子エネルギーが0.85±
0.1eV以上の光が入射すれば電子が伝導帯に励起さ
れ、光照射が停止しても伝導電子がドナー準位に落ちな
いPPC(persistent photo con
ductivity)等の現象を示してDXセンターと
呼ばれるが、これにより、ドーピング量を増加してもこ
れに見合う高いキャリア濃度が得られない。
00に程度以下において、光子エネルギーが0.85±
0.1eV以上の光が入射すれば電子が伝導帯に励起さ
れ、光照射が停止しても伝導電子がドナー準位に落ちな
いPPC(persistent photo con
ductivity)等の現象を示してDXセンターと
呼ばれるが、これにより、ドーピング量を増加してもこ
れに見合う高いキャリア濃度が得られない。
更に第3図にGaAs/Ale、 :+Ga(1,7A
sからなるHEMTの電子移動度μn及び2次元電子ガ
ス面密度Nsの1例を環境温度を横軸として図示する様
に、低温において2次元電子ガス面密度Nsの低下、従
って伝達コンダクタンスg、の低下が現れ、更に同図に
光を照射した”明”と光を遮断した”暗”とを比較図示
する様に、光が入射することにより2次元電子ガスの移
動度μn及び電子面密度Nsが変動し、従って伝達コン
ダクタンスg、及び闇値電圧■い等が変動する現象が現
れている。
sからなるHEMTの電子移動度μn及び2次元電子ガ
ス面密度Nsの1例を環境温度を横軸として図示する様
に、低温において2次元電子ガス面密度Nsの低下、従
って伝達コンダクタンスg、の低下が現れ、更に同図に
光を照射した”明”と光を遮断した”暗”とを比較図示
する様に、光が入射することにより2次元電子ガスの移
動度μn及び電子面密度Nsが変動し、従って伝達コン
ダクタンスg、及び闇値電圧■い等が変動する現象が現
れている。
この問題に対処するために、前記従来例のAlXGa
、 −、As層14に代えて例えばSiドープGaAs
/ノンドープAlAs超格子を用いる構造が提供されて
いるが、この構造では例えば9原子層の中央の5原子層
のみに31をドープしており、熱拡散等による不安定性
の要因となっている。
、 −、As層14に代えて例えばSiドープGaAs
/ノンドープAlAs超格子を用いる構造が提供されて
いるが、この構造では例えば9原子層の中央の5原子層
のみに31をドープしており、熱拡散等による不安定性
の要因となっている。
GaAs/AlGaAs系半導体材料を用いた従来のI
IEMT等には上述の如き不安定性があるが、本発明は
光入射によって発生しその停止後にも通常残存する特性
変化を防止して、高速電子計算機、低雑音マイクロ波回
路等に大きい効果が期待されているHEMT、或いはそ
の他の高移動度半導体装置を改善することを目的とする
。
IEMT等には上述の如き不安定性があるが、本発明は
光入射によって発生しその停止後にも通常残存する特性
変化を防止して、高速電子計算機、低雑音マイクロ波回
路等に大きい効果が期待されているHEMT、或いはそ
の他の高移動度半導体装置を改善することを目的とする
。
前記問題点は、第1のゲルマニウム層上に、少なくとも
ノンドープの砒化ガリウム層と、ドナー不純物をドープ
した砒化アルミニウムガリウム層とを介して、第2のゲ
ルマニウム層がエピタキシャル成長され、 該砒化ガリウム層の該砒化アルミニウムガリウム層との
ヘテロ接合界面近傍に、2次元電子ガスが形成される本
発明による半導体装置により解決される。
ノンドープの砒化ガリウム層と、ドナー不純物をドープ
した砒化アルミニウムガリウム層とを介して、第2のゲ
ルマニウム層がエピタキシャル成長され、 該砒化ガリウム層の該砒化アルミニウムガリウム層との
ヘテロ接合界面近傍に、2次元電子ガスが形成される本
発明による半導体装置により解決される。
AlGaAs電子供給層内にDXセンターを形成するド
ナー不純物が光によってイオン化されるのは、先に述べ
た如く光子エネルギーが0.85±0.1eV以上の光
であり、GaAsの禁制帯幅はこの値より遥かに大きい
1.4eV程度であるのに対して、ゲルマニウム(Ge
)の禁制帯幅は室温で0.66eV、絶対零度OKでも
0.74eνである。従ってAlGaAs電子供給層と
GaAsチャネル層の上下にGe層を設けて光子エネル
ギーがこの禁制帯幅より大きい光を吸収することにより
、入射光によるDXセンターのイオン化を阻止し、2次
元電子ガス面密度Nsの変動を抑止することができる。
ナー不純物が光によってイオン化されるのは、先に述べ
た如く光子エネルギーが0.85±0.1eV以上の光
であり、GaAsの禁制帯幅はこの値より遥かに大きい
1.4eV程度であるのに対して、ゲルマニウム(Ge
)の禁制帯幅は室温で0.66eV、絶対零度OKでも
0.74eνである。従ってAlGaAs電子供給層と
GaAsチャネル層の上下にGe層を設けて光子エネル
ギーがこの禁制帯幅より大きい光を吸収することにより
、入射光によるDXセンターのイオン化を阻止し、2次
元電子ガス面密度Nsの変動を抑止することができる。
しかもGaAs、 AlGaAsとGeとは、結晶構造
が前者の閃亜鉛鉱(α−ZnS)形に対し後者はダイヤ
モンド(C)形で格子形状が合致し、かつ格子定数がG
aAsの5.6534人に対しGeは5.65748人
と極めて近いために、その一方の単結晶上に他方をエピ
タキシャル成長して任意の半導体基体を形成することが
可能である。
が前者の閃亜鉛鉱(α−ZnS)形に対し後者はダイヤ
モンド(C)形で格子形状が合致し、かつ格子定数がG
aAsの5.6534人に対しGeは5.65748人
と極めて近いために、その一方の単結晶上に他方をエピ
タキシャル成長して任意の半導体基体を形成することが
可能である。
以下本発明を実施例により具体的に説明する。
第1図はHEMTにかかる本発明の実施例を示す模式側
断面図であり、1は半絶縁性GaAs基板、2は厚さ例
えば0.5−程度のノンドープのGe層、3は厚さ例え
ば0.5μm程度のノンドープのGaAs層、4は例え
ば濃度2×l018cm−3程度に31をドープし、厚
さ40nm程度のn型A10.3Gaa、 7A5層、
5はこれと同程度以上にSiをドープし、厚さ例えば5
0nm程度のn型GaAsJi、6は例えば濃度5×1
0′8〜1×1019にm−コ程度に砒素(As)をド
ープし、厚さ0.2μm程度の1型Ge層、3eは2次
元電子ガス、7はソース、ドレイン電極、8はゲート電
極である。
断面図であり、1は半絶縁性GaAs基板、2は厚さ例
えば0.5−程度のノンドープのGe層、3は厚さ例え
ば0.5μm程度のノンドープのGaAs層、4は例え
ば濃度2×l018cm−3程度に31をドープし、厚
さ40nm程度のn型A10.3Gaa、 7A5層、
5はこれと同程度以上にSiをドープし、厚さ例えば5
0nm程度のn型GaAsJi、6は例えば濃度5×1
0′8〜1×1019にm−コ程度に砒素(As)をド
ープし、厚さ0.2μm程度の1型Ge層、3eは2次
元電子ガス、7はソース、ドレイン電極、8はゲート電
極である。
本実施例の半導体基体は例えば分子線j:ビタキシャル
成長方法(MBE法)によって形成し、この半扉体基体
上に、ソース、ドレイン電極7を例えば金ゲルマニウム
/金(AuGe/Au)を用いて、ゲート電極8を例え
ばアルミニウム(AI)を用いて配Q−rる。
成長方法(MBE法)によって形成し、この半扉体基体
上に、ソース、ドレイン電極7を例えば金ゲルマニウム
/金(AuGe/Au)を用いて、ゲート電極8を例え
ばアルミニウム(AI)を用いて配Q−rる。
本実施例では例えば温度77Kにおいて、白色光を照射
した前後で2次元電子ガス面密度Ns、伝達コンダクタ
ンスg、及び闇値電圧■いに有意差が現れず本発明の効
果が実証されている。
した前後で2次元電子ガス面密度Ns、伝達コンダクタ
ンスg、及び闇値電圧■いに有意差が現れず本発明の効
果が実証されている。
また本発明はHEMTにその適用を限られるものではな
く、例えば速度変調トランジスタ(Velocity−
Modulation Transistor、H,
5akaki: Jpn、J、Appl。
く、例えば速度変調トランジスタ(Velocity−
Modulation Transistor、H,
5akaki: Jpn、J、Appl。
Phys、シo1.21.No、6.1982年6月)
、単量子井戸トランジスタ(Single Quant
um Well Transistor。
、単量子井戸トランジスタ(Single Quant
um Well Transistor。
C,Hamaguch i他: Jpn、J、Appl
、Phys、 Vol、23.No、3゜1984年3
月)等の空間分離ドーピングと界面量子化による高移動
度のキャリアを利用する半導体装置全般に適用すること
が可能である。
、Phys、 Vol、23.No、3゜1984年3
月)等の空間分離ドーピングと界面量子化による高移動
度のキャリアを利用する半導体装置全般に適用すること
が可能である。
以上説明した如く本発明によれば、空間分離ドーピング
と界面量子化による2次元電子ガスをチャネルとするG
aAs /^1GaAs系半導体装置において、入射光
によるDXセンターのイオン化が大幅に抑止され、)I
EMT等の半導体装置の闇値電圧等の特性の安定性向上
が実現される。
と界面量子化による2次元電子ガスをチャネルとするG
aAs /^1GaAs系半導体装置において、入射光
によるDXセンターのイオン化が大幅に抑止され、)I
EMT等の半導体装置の闇値電圧等の特性の安定性向上
が実現される。
第1図はHEMTにかかる本発明の実施例の模式側断面
図、 第2図はl(EMTの従来例の模式側断面図、第3図は
その電子移動度及び電子面密度の例を示す図である。 図において、 1は半絶縁性GaAs基板、 2はノンドープのGe層、 3はノンドープ 3eは2次元電子ガス、 4はn型AIO. zGao. Js@、5はn型Ga
As層、 6はn+型Ge層、 7はソース、ドレイン電極、 8はゲート電極を示す。 第 1 図 従来例の漢人便・j断面図 簗2図
図、 第2図はl(EMTの従来例の模式側断面図、第3図は
その電子移動度及び電子面密度の例を示す図である。 図において、 1は半絶縁性GaAs基板、 2はノンドープのGe層、 3はノンドープ 3eは2次元電子ガス、 4はn型AIO. zGao. Js@、5はn型Ga
As層、 6はn+型Ge層、 7はソース、ドレイン電極、 8はゲート電極を示す。 第 1 図 従来例の漢人便・j断面図 簗2図
Claims (1)
- 第1のゲルマニウム層上に、少なくともノンドープの砒
化ガリウム層と、ドナー不純物をドープした砒化アルミ
ニウムガリウム層とを介して、第2のゲルマニウム層が
エピタキシャル成長され、該砒化ガリウム層の該砒化ア
ルミニウムガリウム層とのヘテロ接合界面近傍に、2次
元電子ガスが形成されることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61111251A JPS62266873A (ja) | 1986-05-15 | 1986-05-15 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61111251A JPS62266873A (ja) | 1986-05-15 | 1986-05-15 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62266873A true JPS62266873A (ja) | 1987-11-19 |
Family
ID=14556436
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61111251A Pending JPS62266873A (ja) | 1986-05-15 | 1986-05-15 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62266873A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5804842A (en) * | 1995-06-20 | 1998-09-08 | Nec Research Institute, Inc. | Optically writing erasable conductive patterns at a bandgap-engineered heterojunction |
| EP1936697A2 (en) | 2006-12-22 | 2008-06-25 | Interuniversitair Microelektronica Centrum (IMEC) | A field effect transistor device, and methods of production thereof |
| EP1936696A1 (en) * | 2006-12-22 | 2008-06-25 | INTERUNIVERSITAIR MICROELEKTRONICA CENTRUM vzw (IMEC) | A field effect transistor device and methods of production thereof |
-
1986
- 1986-05-15 JP JP61111251A patent/JPS62266873A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5804842A (en) * | 1995-06-20 | 1998-09-08 | Nec Research Institute, Inc. | Optically writing erasable conductive patterns at a bandgap-engineered heterojunction |
| EP1936697A2 (en) | 2006-12-22 | 2008-06-25 | Interuniversitair Microelektronica Centrum (IMEC) | A field effect transistor device, and methods of production thereof |
| EP1936696A1 (en) * | 2006-12-22 | 2008-06-25 | INTERUNIVERSITAIR MICROELEKTRONICA CENTRUM vzw (IMEC) | A field effect transistor device and methods of production thereof |
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