JPS63115385A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS63115385A JPS63115385A JP61262167A JP26216786A JPS63115385A JP S63115385 A JPS63115385 A JP S63115385A JP 61262167 A JP61262167 A JP 61262167A JP 26216786 A JP26216786 A JP 26216786A JP S63115385 A JPS63115385 A JP S63115385A
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- Japan
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- semiconductor thin
- compound semiconductor
- thin films
- superlattice structure
- electrons
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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〕
本発明は特に同位元素の重ね合わせによる超格子構造を
キャリア走行領域とする新規な半導体装置に関わる。
キャリア走行領域とする新規な半導体装置に関わる。
本発明は互いに同一構成元素によるも、その構成元素の
対応する少くとも１の元素として原子番号が同一で質量
数を異にする同位元素が用いられた複数種の化合物半導
体薄膜の周期的積層によるいわば化学的にはホモ接合な
がら質量数上はへテロ接合の重ね合わせによる超格子構
造のキャリア走行領域を構成し、その超格子構造により
ＬＯフォノン（縦光学フォノン）を閉じ込め、キャリア
格子相互作用を変調することができると同時に超格子構
造部の各化合物半導体薄膜の化学的特性の一様化によっ
て結晶純度をより高めるなど、異種の化合物半導体薄膜
の積層による超格子構造における諸問題の解消を図る。
対応する少くとも１の元素として原子番号が同一で質量
数を異にする同位元素が用いられた複数種の化合物半導
体薄膜の周期的積層によるいわば化学的にはホモ接合な
がら質量数上はへテロ接合の重ね合わせによる超格子構
造のキャリア走行領域を構成し、その超格子構造により
ＬＯフォノン（縦光学フォノン）を閉じ込め、キャリア
格子相互作用を変調することができると同時に超格子構
造部の各化合物半導体薄膜の化学的特性の一様化によっ
て結晶純度をより高めるなど、異種の化合物半導体薄膜
の積層による超格子構造における諸問題の解消を図る。
近時、とみに化合物半導体薄膜例えばＧａＡｓ化合物半
導体薄膜と異種のＭｌＡＳ化合物半導体薄膜との繰り返
し積層による超格子構造を用いた各種半導体装置の開発
が試みられている。
導体薄膜と異種のＭｌＡＳ化合物半導体薄膜との繰り返
し積層による超格子構造を用いた各種半導体装置の開発
が試みられている。
この種の超格子構造による半導体層は、ＬＯフォノンを
閉じ込めてキャリア（例えば電子〉−格子相互作用の変
調によって例えばキアリアの移動度の向上を図るなど物
性的に種々の性質を引き出すことができることによって
各種半導体装置への通用が期待される。しかしながら、
この種異種物質による化合物半導体薄膜の超格子構造に
おいては、各化合物半導体薄膜の化学的活性の相違等に
よって一方の物質薄膜に不純物が多く取り込まれること
による結晶の純度の問題や各化合物半導体薄膜間のへテ
ロ接合面の不整合など化学的及び物性的性質の変化とい
う副次的作用の発生によって実際上キャリアー格子相互
作用の変調のみを純粋に取り出し得ないという問題点が
ある。
閉じ込めてキャリア（例えば電子〉−格子相互作用の変
調によって例えばキアリアの移動度の向上を図るなど物
性的に種々の性質を引き出すことができることによって
各種半導体装置への通用が期待される。しかしながら、
この種異種物質による化合物半導体薄膜の超格子構造に
おいては、各化合物半導体薄膜の化学的活性の相違等に
よって一方の物質薄膜に不純物が多く取り込まれること
による結晶の純度の問題や各化合物半導体薄膜間のへテ
ロ接合面の不整合など化学的及び物性的性質の変化とい
う副次的作用の発生によって実際上キャリアー格子相互
作用の変調のみを純粋に取り出し得ないという問題点が
ある。
本発明は、上述した超格子構造を有する半導体装置にお
いて、異種物質による化合物半導体薄膜の周期的積層に
よる超格子構造における諸問題を解決し、高速動作半導
体装置例えば各種電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ホ
ットエレクトロントランジスタ（ＨＥＴ） 、ヘテロ接
合型バイポーラトランジスタ（ＨＢ Ｔ）等に通用して
好適な半導体装置を提供する。
いて、異種物質による化合物半導体薄膜の周期的積層に
よる超格子構造における諸問題を解決し、高速動作半導
体装置例えば各種電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ホ
ットエレクトロントランジスタ（ＨＥＴ） 、ヘテロ接
合型バイポーラトランジスタ（ＨＢ Ｔ）等に通用して
好適な半導体装置を提供する。
本発明は、複数種の化合物半導体薄膜の周期的積層によ
る超格子構造のキャリア走行領域を設ける。この超格子
構造を構成する各化合物半導体薄膜は互いに同位元素で
ある化合物半導体よりなる。
る超格子構造のキャリア走行領域を設ける。この超格子
構造を構成する各化合物半導体薄膜は互いに同位元素で
ある化合物半導体よりなる。
そして、化合物半導体を構成する原子番号の若い元素に
ついて、この質量数の小なる同位元素を含む化合物半導
体薄膜の厚さをｄ□とし、他方の質量数の大きい同位元
素を含む化合物半導体薄膜の厚さをｄ２とするとき、ｄ
ｉ≦π１６／ｍＶｓ （Ｖｓは電子の飽和速度、ｍは
電子の有効質量、木はｈ／２πでｈはプランク定数）に
選定され、他方の化合物半導体薄膜はその厚さｄ２が数
原子層以下に相当する厚さに選定する。
ついて、この質量数の小なる同位元素を含む化合物半導
体薄膜の厚さをｄ□とし、他方の質量数の大きい同位元
素を含む化合物半導体薄膜の厚さをｄ２とするとき、ｄ
ｉ≦π１６／ｍＶｓ （Ｖｓは電子の飽和速度、ｍは
電子の有効質量、木はｈ／２πでｈはプランク定数）に
選定され、他方の化合物半導体薄膜はその厚さｄ２が数
原子層以下に相当する厚さに選定する。
上述の構成による超格子構造は、複数種の化合物半導体
薄膜の周期的積層構造とするもののその各化合物半導体
薄膜の構成元素が同位元素を用いたことによって化学的
には同一特性を示し、しかも物性的には超格子構造特有
の特性すなわちＬＯフォノンの閉じ込めを行わしめるこ
とができる。
薄膜の周期的積層構造とするもののその各化合物半導体
薄膜の構成元素が同位元素を用いたことによって化学的
には同一特性を示し、しかも物性的には超格子構造特有
の特性すなわちＬＯフォノンの閉じ込めを行わしめるこ
とができる。
これについて説明すると元素には同一原子番号でも質量
数の異なる同位元素が存在し、重い元素はどその質量数
の幅が大きい。この同位元素の例としては例えばＧａ６
９． Ｇａ” ＋ Ｚｎ” 〜Ｚｎ７０＋ ５ｅ７４〜
５ ｅａ２等を挙げることができる。この場合、質量数
差の小さいＧａの場合でもＧａＡｓの分散関係は第３図
に示すようにに ａ ６９八ｓ７５とＧａ” Ａｓ７５
とでＬＯフ゛ランチにわずかなずれが生じる。第３図に
おいて横軸はｑａ／π（ｑは波数、ａは格子定数の１／
２の値）を示す。今、同位元素による超格子構造半導体
層がＧａＡｓである場合、つまり第１の化合物半導体薄
膜がＧ ａ Ｇ９ Ａｓ ？５で、第２の化合物半導体
薄膜がＧａＴｌ Ａｓ７Ｓであって、これらが交互に繰
返えし積層されている場合について考察すると、この場
合Ｇａ９９ Ａｓ７５とＧａ７１八ｓ７５のＬＯフォノ
ン振動数の差は、第３図にみられるように小さいが、各
ＬＯブランチはｑ＝ｏで全く平坦となるという性質のた
めにＧａ６９ＡＳ７５的ＬＯフオノンはＧ ａ １１
Ａ Ｓ ？５中では１／ｅに減衰する減衰長（ダンピン
グレングス）−１／に＝ａ１０．２７Ｃ：４人（Ｋは虚
数波数でに＝０．２π／ａ）となる。つまり、質量数の
大きい同位元素を含む第２の化合物の半導体薄膜ＧａＴ
ｌ ＡｓＴ５の厚さｄ２はこれが数原子層以下に選定さ
れれば（、ａ６９６ ｓ ？５的フォノンは、ここで急
激に減衰されることが分る。因みにこの減衰はＧａＡｓ
とＭＡｓとの異種物質の超格子構造におけるＧａＡｓ的
ＬＯフォノンのＡＱＡｓ中での減衰とほぼ同程度の急激
さである。一方、ＧａＴｌ ＡｓＴ５的ＬＯフォノンは
、Ｇ ａ ７１八ｓ ７５半導体薄膜中でこそｑ＝０で
あるが、Ｇ ａＧ９ Ａ Ｓ ？Ｅ中に入ると波数ｑ
＝ ０．２５π／ａ （波長λ−８８でこれは４原子
層の半導体薄膜への閉じ込みに匹敵する）という大きい
波数をもってしまう。
数の異なる同位元素が存在し、重い元素はどその質量数
の幅が大きい。この同位元素の例としては例えばＧａ６
９． Ｇａ” ＋ Ｚｎ” 〜Ｚｎ７０＋ ５ｅ７４〜
５ ｅａ２等を挙げることができる。この場合、質量数
差の小さいＧａの場合でもＧａＡｓの分散関係は第３図
に示すようにに ａ ６９八ｓ７５とＧａ” Ａｓ７５
とでＬＯフ゛ランチにわずかなずれが生じる。第３図に
おいて横軸はｑａ／π（ｑは波数、ａは格子定数の１／
２の値）を示す。今、同位元素による超格子構造半導体
層がＧａＡｓである場合、つまり第１の化合物半導体薄
膜がＧ ａ Ｇ９ Ａｓ ？５で、第２の化合物半導体
薄膜がＧａＴｌ Ａｓ７Ｓであって、これらが交互に繰
返えし積層されている場合について考察すると、この場
合Ｇａ９９ Ａｓ７５とＧａ７１八ｓ７５のＬＯフォノ
ン振動数の差は、第３図にみられるように小さいが、各
ＬＯブランチはｑ＝ｏで全く平坦となるという性質のた
めにＧａ６９ＡＳ７５的ＬＯフオノンはＧ ａ １１
Ａ Ｓ ？５中では１／ｅに減衰する減衰長（ダンピン
グレングス）−１／に＝ａ１０．２７Ｃ：４人（Ｋは虚
数波数でに＝０．２π／ａ）となる。つまり、質量数の
大きい同位元素を含む第２の化合物の半導体薄膜ＧａＴ
ｌ ＡｓＴ５の厚さｄ２はこれが数原子層以下に選定さ
れれば（、ａ６９６ ｓ ？５的フォノンは、ここで急
激に減衰されることが分る。因みにこの減衰はＧａＡｓ
とＭＡｓとの異種物質の超格子構造におけるＧａＡｓ的
ＬＯフォノンのＡＱＡｓ中での減衰とほぼ同程度の急激
さである。一方、ＧａＴｌ ＡｓＴ５的ＬＯフォノンは
、Ｇ ａ ７１八ｓ ７５半導体薄膜中でこそｑ＝０で
あるが、Ｇ ａＧ９ Ａ Ｓ ？Ｅ中に入ると波数ｑ
＝ ０．２５π／ａ （波長λ−８８でこれは４原子
層の半導体薄膜への閉じ込みに匹敵する）という大きい
波数をもってしまう。
したがって、今例えばＧａ６９ Ａｓ７５的ＬＯフオノ
ンとＧ ｎ７１ Ａｓ ７５的ＬＯフオノンについての
波動関数をそれぞれ第４図Ａ及びＢに示すと、に ａＩ
ｆ９＾Ｓ７５的ＬＯフォノンはＧａ” Ａｓ中に閉じ込
められてＧａ” Ａｓ中にはほとんど存在せず、またＧ
ａＴ １Ａ ＳＴＳ的ＬＯフォノンはに ａ ？１
Ａ Ｓ ？Ｓ中でこそｑ＝ｏであり得るが、Ｇ ａ Ｇ
９Ａ ３７５中ではｑ＝ｏ、２５π／ａという大波数を
もっている。
ンとＧ ｎ７１ Ａｓ ７５的ＬＯフオノンについての
波動関数をそれぞれ第４図Ａ及びＢに示すと、に ａＩ
ｆ９＾Ｓ７５的ＬＯフォノンはＧａ” Ａｓ中に閉じ込
められてＧａ” Ａｓ中にはほとんど存在せず、またＧ
ａＴ １Ａ ＳＴＳ的ＬＯフォノンはに ａ ？１
Ａ Ｓ ？Ｓ中でこそｑ＝ｏであり得るが、Ｇ ａ Ｇ
９Ａ ３７５中ではｑ＝ｏ、２５π／ａという大波数を
もっている。
このように超格子構造によってＬＯフォノンを局在させ
たことによってその運動量の変調、したがって電子（キ
ャリア）との散乱確率を変調し、高速度半導体装置等を
実現することができることになる。
たことによってその運動量の変調、したがって電子（キ
ャリア）との散乱確率を変調し、高速度半導体装置等を
実現することができることになる。
すなわち、ＬＯフォノン−電子散乱確率ＷはＷ−（２π
／木）ρ（ｆｌ ｌ Ｍｔ、ｏ−ｅ ｌ ２ δ（Ｅｆ
−Ｅｉ）・・・・＋１１ のようにＬＯフォノン−電子散乱マトリクスニレメン）
； Ｍしく１−６．終状態密度ρ（ｆｌを用いて書（
ことができ、このＭ Ｌ、−９はフォノン運動量の逆数
に比例するので今、質量数の小さいＧａ６９Ａｓ７５よ
り成る第１の化合物半導体薄膜の厚さをｄｌとすると、
閉じ込めによる局所的な波数ベクトル（＝π／ｄｚ）を
飽和速度に対応する運動量（＝ｍＶｓ）より太き（する
条件、（π／ｄ１） ・＋ ＞ｍＶｓ 、すなわち、
ｄｌ ＜ π４ｉ／ｎ＋Ｖｓにすれば、Ｍ ＬＯ−８は
バルクの時に比べ十分小さくなる。例えばＧ ａ Ｇ９
Ａｓ Ｔ５的ＬＯフォノンについては、４１５２００
人でｄｌ〈２π木／ｍＶｓが達成され、このＬＯフォノ
ンの波動関数は第４図Ａで示されるようにとりうるフォ
ノンの運動量ｑが著しく制限されるためにｑ＝Ｏが禁制
となりＭ ｔ、ｏ−８は上述の超格子中ではバルクの時
に比べ極めて小さくなる。従って、Ｇａ６９Ａｓ７５的
ＬＯフオノンによる電子の散乱確率が非常に小さくなる
。また、にａ７１６ｓ７Ｓ的Ｌ○フオノン散乱もＧ ａ
６９ Ａ Ｓ ＴＳ中ではｑ ＞＞ ｏのため、散乱
確率は小さい。したがって、唯一の散乱はｑ〜０のＧａ
７１Ａｓ７５的ＬＯフオノンによるＧ ａ ７ ｉ Ａ
Ｓ ＴＳ中での電子散乱である。ところで、ｄｌが数
原子層〜数十原子層の範囲の値をとれるのに対しＧａ７
１ Ａｓ７５はほぼ２原子層で、上記のに ａ＄９ 八
ｓ ＴＳ的ＬＯフォノンの閉じ込めを完遂し得るので１
／ ３２ ｄ ２ ／ ｄ １≧１／４０という比にな
り、超格子構造全体の散乱確率には空間積分を行うが、
ｄ２を数原子層以下にすることによりこの空間を通常の
１／１０以下にし得るわけで、ＬＯフォノン散乱確率が
Ｇａ６９八Ｓ７６ にａ７１八Ｓ７５超格子構造中で
はＧａＡｓの約１指手さい値になり得る。従って、電子
のＬＯフォノンによる散乱が抑えられ電子の高移動度が
期待される。
／木）ρ（ｆｌ ｌ Ｍｔ、ｏ−ｅ ｌ ２ δ（Ｅｆ
−Ｅｉ）・・・・＋１１ のようにＬＯフォノン−電子散乱マトリクスニレメン）
； Ｍしく１−６．終状態密度ρ（ｆｌを用いて書（
ことができ、このＭ Ｌ、−９はフォノン運動量の逆数
に比例するので今、質量数の小さいＧａ６９Ａｓ７５よ
り成る第１の化合物半導体薄膜の厚さをｄｌとすると、
閉じ込めによる局所的な波数ベクトル（＝π／ｄｚ）を
飽和速度に対応する運動量（＝ｍＶｓ）より太き（する
条件、（π／ｄ１） ・＋ ＞ｍＶｓ 、すなわち、
ｄｌ ＜ π４ｉ／ｎ＋Ｖｓにすれば、Ｍ ＬＯ−８は
バルクの時に比べ十分小さくなる。例えばＧ ａ Ｇ９
Ａｓ Ｔ５的ＬＯフォノンについては、４１５２００
人でｄｌ〈２π木／ｍＶｓが達成され、このＬＯフォノ
ンの波動関数は第４図Ａで示されるようにとりうるフォ
ノンの運動量ｑが著しく制限されるためにｑ＝Ｏが禁制
となりＭ ｔ、ｏ−８は上述の超格子中ではバルクの時
に比べ極めて小さくなる。従って、Ｇａ６９Ａｓ７５的
ＬＯフオノンによる電子の散乱確率が非常に小さくなる
。また、にａ７１６ｓ７Ｓ的Ｌ○フオノン散乱もＧ ａ
６９ Ａ Ｓ ＴＳ中ではｑ ＞＞ ｏのため、散乱
確率は小さい。したがって、唯一の散乱はｑ〜０のＧａ
７１Ａｓ７５的ＬＯフオノンによるＧ ａ ７ ｉ Ａ
Ｓ ＴＳ中での電子散乱である。ところで、ｄｌが数
原子層〜数十原子層の範囲の値をとれるのに対しＧａ７
１ Ａｓ７５はほぼ２原子層で、上記のに ａ＄９ 八
ｓ ＴＳ的ＬＯフォノンの閉じ込めを完遂し得るので１
／ ３２ ｄ ２ ／ ｄ １≧１／４０という比にな
り、超格子構造全体の散乱確率には空間積分を行うが、
ｄ２を数原子層以下にすることによりこの空間を通常の
１／１０以下にし得るわけで、ＬＯフォノン散乱確率が
Ｇａ６９八Ｓ７６ にａ７１八Ｓ７５超格子構造中で
はＧａＡｓの約１指手さい値になり得る。従って、電子
のＬＯフォノンによる散乱が抑えられ電子の高移動度が
期待される。
尚、上述の説明ではに ａ６９＾５Ｔ５Ｇａ７１１１Ｓ
Ｔ５超格子構造について説明したが、他の組合せ、例え
ばｚｎ６４５８Ｔ４ ＺｎＴｏ ５８８２あるいはＺ
ｎＧ４５ｅ８２ ｚ ｎ７０３ ｅ７４超格子構造
においても各ＬＯフォノンブランチが第５図及び第６図
に示すように第３図で説明したＧａ ６９ Ａ Ｓ Ｔ
５ に ａ ７１八ｓ １５の例と類似した特性を示
すことによって同等の作用が生じ、これら超格子構造を
用いた場合においても電子（キャリア）散乱の抑制、し
たがって高い電子移動度が得られる。
Ｔ５超格子構造について説明したが、他の組合せ、例え
ばｚｎ６４５８Ｔ４ ＺｎＴｏ ５８８２あるいはＺ
ｎＧ４５ｅ８２ ｚ ｎ７０３ ｅ７４超格子構造
においても各ＬＯフォノンブランチが第５図及び第６図
に示すように第３図で説明したＧａ ６９ Ａ Ｓ Ｔ
５ に ａ ７１八ｓ １５の例と類似した特性を示
すことによって同等の作用が生じ、これら超格子構造を
用いた場合においても電子（キャリア）散乱の抑制、し
たがって高い電子移動度が得られる。
また、上述の超格子構造による場合、その構成半導体薄
膜が同一組成、同一元素によるものであり るため化学的に安定かつ均質、ひいては不純物の片寄り
や結晶性に不都合が生じ難くまた、各半導体薄膜間には
従前の異種の薄膜による超格子構造におけるようなヘテ
ロバリヤが生じないのでキャリア例えば電子の移送方向
は超格子構造の積層方向、したがって接合面に沿う方向
であるか、これと直交する方向であるかは問わず、あた
かも単一半導体バルクのように扱うことができる。
膜が同一組成、同一元素によるものであり るため化学的に安定かつ均質、ひいては不純物の片寄り
や結晶性に不都合が生じ難くまた、各半導体薄膜間には
従前の異種の薄膜による超格子構造におけるようなヘテ
ロバリヤが生じないのでキャリア例えば電子の移送方向
は超格子構造の積層方向、したがって接合面に沿う方向
であるか、これと直交する方向であるかは問わず、あた
かも単一半導体バルクのように扱うことができる。
第１図を参照して本発明によるＦＥＴの一例を説明する
。この場合、基板（１１）例えば半絶縁性のＧａＡｓ基
板上にキャリア走行領域となる前述した同位元素による
超格子構造半導体層（３）を形成する。
。この場合、基板（１１）例えば半絶縁性のＧａＡｓ基
板上にキャリア走行領域となる前述した同位元素による
超格子構造半導体層（３）を形成する。
この超格子構造半導体層（３）は、例えばＧ ｎ６９
Ａ Ｓ ７５で厚さｄｌ”；；、 ２００人の化合物半
導体薄膜（１）とにａＴｉ Ａｓ７５の厚さｄ２が２原
子層の化合物半導体薄膜（２）とが順次交互にエピタキ
シャル成長されてなる。これら超格子構造半導体層（３
）の形成すなわち各化合物半導体薄膜（１）及び（２）
の形成は例えば有機金属気相成長法すなわちＭＯＣＶＤ
法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ ＣｈｅｍｉｃａｌＶ
ａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）あるいは分子線エピ
タキシーすなわちＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅ
ａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ） ＆こよって順次連続的に形成
し得る。そして、この超格子構造半導体Ｍ（３）上にシ
ヨ・ノトキゲート電極Ｇを形成し、その両側にソース電
極Ｓ及びドレイン電極りをオーミックに被着すればシヨ
・ノトキゲート型のＦＥＴが形成される。この場合、ゲ
ート電極Ｇ下において超格子構造半導体Ｎ（３）にチャ
ンネルすなわちキャリア例えば電子の走行領域が形成さ
れる。そして、この場合超格子構造半導体層（３）にお
いてはｎ型もくしはｐ型の不純物が通常の単−層による
化合物半導体層と同様に所要の濃度をもってドーピング
されてｎチャンネル型もしく心まｐチャンネル型すなわ
ち電子をキャリアとするかあるいはホールをキャリアと
するＦＥＴが構成される。
Ａ Ｓ ７５で厚さｄｌ”；；、 ２００人の化合物半
導体薄膜（１）とにａＴｉ Ａｓ７５の厚さｄ２が２原
子層の化合物半導体薄膜（２）とが順次交互にエピタキ
シャル成長されてなる。これら超格子構造半導体層（３
）の形成すなわち各化合物半導体薄膜（１）及び（２）
の形成は例えば有機金属気相成長法すなわちＭＯＣＶＤ
法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ ＣｈｅｍｉｃａｌＶ
ａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）あるいは分子線エピ
タキシーすなわちＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅ
ａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ） ＆こよって順次連続的に形成
し得る。そして、この超格子構造半導体Ｍ（３）上にシ
ヨ・ノトキゲート電極Ｇを形成し、その両側にソース電
極Ｓ及びドレイン電極りをオーミックに被着すればシヨ
・ノトキゲート型のＦＥＴが形成される。この場合、ゲ
ート電極Ｇ下において超格子構造半導体Ｎ（３）にチャ
ンネルすなわちキャリア例えば電子の走行領域が形成さ
れる。そして、この場合超格子構造半導体層（３）にお
いてはｎ型もくしはｐ型の不純物が通常の単−層による
化合物半導体層と同様に所要の濃度をもってドーピング
されてｎチャンネル型もしく心まｐチャンネル型すなわ
ち電子をキャリアとするかあるいはホールをキャリアと
するＦＥＴが構成される。
また、第２図は本発明をダブル接合型バイポーラトラン
ジスタＨＢＴに通用した場合である。この例においては
、ｎｐｎ型のＨＢ Ｔを構成した場合で、この場合例え
ば半絶縁性のＧａＡｓ半導体基板（１１）上にｎ型の低
比抵抗のＧａＡｓエミ・ツタ電極取り出し層（１４）を
エピタキシャル成長し、これの上に後述するベース層（
１６）との間にヘテロ型のエミッタｐｎ接合Ｊｇを形成
するバンドキャンプの大なるｎ型の例えばＡＪ２ＧａＡ
Ｓ半導体層によるエミッタ！（１５）をエピタキシャル
成長する。そして、このエミッタＮ（１５）上に前述し
た同位元素の超格子構造による半導体Ｎ（３）よりなる
ベースＪｉｆ（１６）をエピタキシャル成長させ、さら
にこれの上にバンドキャップの大きいｎ型のＡｌ２Ｇａ
Ａｓよりなるエピタキシャル層すなわちコレクタ１ｆ（
１７）とこれの上に同様のｎ型の例えばＧａＡｓ半導体
層（１８）をエピタキシャル成長してコレクタ層（１７
）とベースＪＷ（１６）との間にヘテロ接合型のｐｎ接
合によるコレクタ接合ＪＣを形成し、さらにこれの上に
ｎ型の低比抵抗の例えばＧａＡｓ半導体よりなるコレク
タ電極取り出し層（１９）をエピタキシャル成長する。
ジスタＨＢＴに通用した場合である。この例においては
、ｎｐｎ型のＨＢ Ｔを構成した場合で、この場合例え
ば半絶縁性のＧａＡｓ半導体基板（１１）上にｎ型の低
比抵抗のＧａＡｓエミ・ツタ電極取り出し層（１４）を
エピタキシャル成長し、これの上に後述するベース層（
１６）との間にヘテロ型のエミッタｐｎ接合Ｊｇを形成
するバンドキャンプの大なるｎ型の例えばＡＪ２ＧａＡ
Ｓ半導体層によるエミッタ！（１５）をエピタキシャル
成長する。そして、このエミッタＮ（１５）上に前述し
た同位元素の超格子構造による半導体Ｎ（３）よりなる
ベースＪｉｆ（１６）をエピタキシャル成長させ、さら
にこれの上にバンドキャップの大きいｎ型のＡｌ２Ｇａ
Ａｓよりなるエピタキシャル層すなわちコレクタ１ｆ（
１７）とこれの上に同様のｎ型の例えばＧａＡｓ半導体
層（１８）をエピタキシャル成長してコレクタ層（１７
）とベースＪＷ（１６）との間にヘテロ接合型のｐｎ接
合によるコレクタ接合ＪＣを形成し、さらにこれの上に
ｎ型の低比抵抗の例えばＧａＡｓ半導体よりなるコレク
タ電極取り出し層（１９）をエピタキシャル成長する。
これら各層（１４） （１５）さらにベース層（１６
）を構成する超格子構造半導体層（３）の各化合物半導
体薄膜、さらにｉｉ （１７） （１８） （１９
）は連続エピタキシャルによって形成し得る。そして、
半導体層（１８）及び（１７）の一部をそれぞれエツチ
ングによって除去して、ベース層（１６）の一部を外部
に露出してここにベース電極Ｂをオーミックに被着し、
さらに半導体Ｎ （１９） （１Ｂ） （１７）及
び（１６）の一部をエツチング除去してエミッタ電極取
り出しｊｉｆｆ（１４）の一部を外部に露出してここに
エミッタ電極Ｅをオーミックに被着し、コレクタ電極取
り出し１ｍ（１９）にコレクタ電極Ｃをオーミックに被
着する。
）を構成する超格子構造半導体層（３）の各化合物半導
体薄膜、さらにｉｉ （１７） （１８） （１９
）は連続エピタキシャルによって形成し得る。そして、
半導体層（１８）及び（１７）の一部をそれぞれエツチ
ングによって除去して、ベース層（１６）の一部を外部
に露出してここにベース電極Ｂをオーミックに被着し、
さらに半導体Ｎ （１９） （１Ｂ） （１７）及
び（１６）の一部をエツチング除去してエミッタ電極取
り出しｊｉｆｆ（１４）の一部を外部に露出してここに
エミッタ電極Ｅをオーミックに被着し、コレクタ電極取
り出し１ｍ（１９）にコレクタ電極Ｃをオーミックに被
着する。
第２図に示した例においてはｎｐｎ型のＨＢ Ｔに本発
明を適用した場合であるが、ｐｎｐ型とすることもでき
る。
明を適用した場合であるが、ｐｎｐ型とすることもでき
る。
さらに、本発明は上述したショットキ型のＦＥＴに限ら
ず種々のＦＥＴ、例えば２次電子ガス型ＦＥＴ、あるい
はその他各種々の半導体装置に通用することができる。
ず種々のＦＥＴ、例えば２次電子ガス型ＦＥＴ、あるい
はその他各種々の半導体装置に通用することができる。
上述したように本発明によれば、キャリアの走行領域を
質量数について超格子構造にしたことによってＬＯフォ
ノンの閉じ込めを行ってキャリアーＬＯフォノンの相互
作用による散乱確率を小さくできることによってキャリ
アの移動度の変調、すなわち例えばキャリア移動度を高
めることができ、高速動作をなし得る半導体装置を得る
ことができるとともにまた超格子構造にするにも拘らず
、その各構成半導体薄膜は互いに同位元素構成としたこ
とによって化学的特性を均一化できることによって各半
導体薄膜間に不整合が生じたり、有効質量が重くなるな
どの不都合が効果的に回避され、安定した特性の半導体
装置を実現できる。
質量数について超格子構造にしたことによってＬＯフォ
ノンの閉じ込めを行ってキャリアーＬＯフォノンの相互
作用による散乱確率を小さくできることによってキャリ
アの移動度の変調、すなわち例えばキャリア移動度を高
めることができ、高速動作をなし得る半導体装置を得る
ことができるとともにまた超格子構造にするにも拘らず
、その各構成半導体薄膜は互いに同位元素構成としたこ
とによって化学的特性を均一化できることによって各半
導体薄膜間に不整合が生じたり、有効質量が重くなるな
どの不都合が効果的に回避され、安定した特性の半導体
装置を実現できる。
第１図及び第２図はそれぞれ本発明による半導体装置の
各別の路線的拡大断面図、第３図、第５図及び第６図は
各化合物半導体のＬＯフォノン分散図、第４図は波動関
数曲線図である。 （１１）は半導体基板、（３）は同位元素による超格子
構造半導体層である。 ８団＼八巨禦６“ε ε
各別の路線的拡大断面図、第３図、第５図及び第６図は
各化合物半導体のＬＯフォノン分散図、第４図は波動関
数曲線図である。 （１１）は半導体基板、（３）は同位元素による超格子
構造半導体層である。 ８団＼八巨禦６“ε ε
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 複数種の化合物半導体薄膜の周期的積層による超格子構
造のキャリア走行領域を有し、 上記各化合物半導体薄膜は、互いに同位元素である化合
物半導体よりなり、 上記化合物半導体を構成する原子番号の若い元素につい
てその質量数の小なる元素を含む上記１の化合物半導体
薄膜はその厚さｄ＿１がｄ＿１≦π■／ｍＶｓ（Ｖｓは
電子の飽和速度、ｍは電子の有効質量、■はｈ／２πで
ｈはプランク定数）に選定され、他方の質量数の大きい
同位元素を含む化合物半導体薄膜はその厚さｄ＿２が数
原子層以下に相当する厚さに選定されてなることを特徴
とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61262167A JPH0783029B2 (ja) | 1986-11-04 | 1986-11-04 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61262167A JPH0783029B2 (ja) | 1986-11-04 | 1986-11-04 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63115385A true JPS63115385A (ja) | 1988-05-19 |
| JPH0783029B2 JPH0783029B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=17371992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61262167A Expired - Fee Related JPH0783029B2 (ja) | 1986-11-04 | 1986-11-04 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0783029B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5442191A (en) * | 1990-09-05 | 1995-08-15 | Yale University | Isotopically enriched semiconductor devices |
| WO1996025767A3 (en) * | 1995-02-17 | 1996-09-26 | Painter B A Iii | Phonon resonator and method for its production |
-
1986
- 1986-11-04 JP JP61262167A patent/JPH0783029B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5442191A (en) * | 1990-09-05 | 1995-08-15 | Yale University | Isotopically enriched semiconductor devices |
| WO1996025767A3 (en) * | 1995-02-17 | 1996-09-26 | Painter B A Iii | Phonon resonator and method for its production |
| US5917195A (en) * | 1995-02-17 | 1999-06-29 | B.A. Painter, Iii | Phonon resonator and method for its production |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0783029B2 (ja) | 1995-09-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |