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JPH04207040A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

Info

Publication number
JPH04207040A
JPH04207040A JP34029190A JP34029190A JPH04207040A JP H04207040 A JPH04207040 A JP H04207040A JP 34029190 A JP34029190 A JP 34029190A JP 34029190 A JP34029190 A JP 34029190A JP H04207040 A JPH04207040 A JP H04207040A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
undoped
undoped algaas
electrons
algaas layer
Prior art date
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Granted
Application number
JP34029190A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3053862B2 (en
Inventor
Shiyutainaa Kurausu
クラウス シュタイナー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2340291A priority Critical patent/JP3053862B2/en
Publication of JPH04207040A publication Critical patent/JPH04207040A/en
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent a potential barrier from being lowered by a method wherein an impurity layer to which impurities to be used as acceptors have been added when carriers are composed of electrons or to which impurities to be used as donors have been added when carriers are composed of holes is inserted and formed in a semiconductor layer which is closest to a gate out of a plurality of semiconductor layers. CONSTITUTION:When a voltage is applied to a gate electrode 19, electrons excited from impurity atoms with which an n-type GaAs layer 7 has been doped are accumulated in a quantum well which is formed of an undoped AlGaAs layer 5, the n-type GaAs layer 7 and an undoped AlGaAs layer 9. Then, when a much higher voltage is applied to the gate electrode 9, much more electrons are accumulated in the heterointerface between the n-type GaAs layer 7 and the undoped AlGaAs layer 9, and a pseudo-Fermi level is increased. The potential barrier at the heterointerface between the n-type AlGaAs layer 7 and the undoped AlGaAs layer 9 becomes effectively low and the width W of the undoped AlGaAs layer 9 becomes narrow. However, the width W becomes high and wide thanks to a delta doped layer 13 which has been inserted and formed in the undoped AlGaAs layer 9.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は、電界効果トランジスタ(FET)に係り、特
に超格子を有するMIS型FETIこ関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Field of Application) The present invention relates to field effect transistors (FETs), and particularly to MIS type FETs having a superlattice.

(従来の技術) 化合物半導体においてそのポテンシャルの形(エネルギ
ー帯構造)を制御する技術は、デバイスの多機能化、高
性能化のために重要な半導体デバイス技術の一つである
。エネルギー帯構造を制御するための方法として、一般
的に、2つの方法が考えられる。即ち、ヘテロ接合によ
る方法と不純物原子の注入による方法である。
(Prior Art) Technology for controlling the potential shape (energy band structure) of compound semiconductors is one of the important semiconductor device technologies for increasing the functionality and performance of devices. Generally, two methods can be considered as methods for controlling the energy band structure. That is, a method using a heterojunction and a method using implantation of impurity atoms.

前者の方法は、種類の異なった半導体で接合を形成する
というものである。しかしながら、この方法では、一般
的に、格子定数が異なる半導体同士を接合させることに
なるので接合面に界面準位が生じ、このため電子の振る
舞いが大きく乱れ素子の劣化が起こり易くなる。その結
果、実用になるヘテロ接合は、A IGaAS/GaA
s 、 InGaAs/A I InGaAs/InG
aAsP/InP或いは幾つかのスートモーフイック構
造(pseudomorphic 5tructure
 )の半導体のものに限定されている。
The former method involves forming a junction using different types of semiconductors. However, in this method, since semiconductors having different lattice constants are generally bonded together, an interface level is generated at the bonding surface, which greatly disturbs the behavior of electrons, making it easy to cause deterioration of the device. As a result, a practical heterojunction is A IGaAS/GaA
s, InGaAs/A I InGaAs/InG
aAsP/InP or some pseudomorphic structures
) are limited to semiconductors.

後者の方法の一例として、接合界面の両側にそれぞれ同
数のドナー不純物原子とアクセプタ不純物原子とを注入
するというものがある。これによりドーピング界面双極
子D I D (DopedInterface Di
pole)を形成することができ、実効ポテンシャルバ
リアの制御が可能となる。他の例としてQ U I D
 (Quantum Interface Induc
edDipole)というものがある。これはへテロ接
合を形成する半導体のうち、エネルギーバンドギヤ・ツ
ブが小さい方の半導体にドナー原子からなる極薄な単原
子層(δドープ層)を設けることで実効的なポテンシャ
ルバリアを低くするというものである。
An example of the latter method is to implant equal numbers of donor and acceptor impurity atoms on both sides of the junction interface. As a result, the doped interface dipole D I D (DopedInterface Di
pole), making it possible to control the effective potential barrier. Another example is Q U I D
(Quantum Interface Induc)
edDipole). This lowers the effective potential barrier by providing an ultra-thin monoatomic layer (δ-doped layer) made of donor atoms on the semiconductor with the smaller energy band gear lump among the semiconductors forming the heterojunction. That is what it is.

この不純物原子の注入による方法を適用して製造された
半導体装置として、近年、DMT(Dope−chan
nel hetero MISFET5 )と呼+rれ
る超格子を有するF E T CH,)lfda et
 al、、ED−3y(2)(1987)1448]が
、従来のG a A s M E S F E Tによ
り優れた点を持つということで注目を集めている。
In recent years, DMT (Dope-chan) has been used as a semiconductor device manufactured by applying this method of implanting impurity atoms.
nel hetero MISFET5) with a superlattice called
al., ED-3y(2) (1987) 1448] is attracting attention because it is superior to the conventional GaAs MESFET.

具体的なりMTとしては、ショットキー金属層(上層)
/アンドープAllGaAs層/nドープGaAs層/
アンドープAi)GaAs層(下層)が挙がられる。
A specific MT is a Schottky metal layer (upper layer)
/Undoped AllGaAs layer/n-doped GaAs layer/
An example is an undoped Ai)GaAs layer (lower layer).

二のようなり Ni Tには次のような特徴がある。NiT has the following characteristics.

第1に、上層のアンドープA、pGaAs層により、2
次元電子FETの多種の不安定動作の原因となるDXセ
ンターのような深い準位の集中が最小に抑えられる。ま
た、ブレークダウン電圧も高くなる。
First, the upper undoped A, pGaAs layer allows 2
Concentration of deep levels such as the DX center, which causes various types of unstable operation in dimensional electron FETs, is minimized. Furthermore, the breakdown voltage also increases.

第2に、高ゲート電圧においてキャリアは主にアンドー
プA、1lGaAs層/nドープGaAs層のへテロ界
面の領域に集中する。したがって、イオン化不純物の散
乱の影響を受は難くなり、スクリーニング効果や移動度
が向上する。
Second, at high gate voltages, carriers mainly concentrate in the region of the heterointerface of the undoped A, 11GaAs layer/n-doped GaAs layer. Therefore, it is less susceptible to scattering of ionized impurities, and the screening effect and mobility are improved.

第3に、このDMTは高スピード(5Gb i t/S
)で低消費電力である。このため、このDMTを用いる
ことでDCFL−5bitシフトレジスタ、31段DC
FLリングオシレータ(4,sp s/ga t e)
、  レーザドライバ(100bit/s)等のデバイ
スが実現されている。
Third, this DMT supports high speed (5Gbit/S
) and low power consumption. Therefore, by using this DMT, DCFL-5 bit shift register, 31 stage DC
FL ring oscillator (4, sp s/ga te)
, laser drivers (100 bit/s), and other devices have been realized.

第7図はこのDMTのゲート直下のエネルギーバンド図
である。第7図(a)はOFF時、第7図(b)はON
時を示している。第7図(b)に示されるようにON状
態ではゲート電圧V6の上昇に伴いCVa−Vc+→V
G2)アンドープANGaAs層(上層)/n型GaA
s層のへテロ界面(チャネル領域)近傍のポテンシャル
バリアは歪められることによりその高さが低くなる。
FIG. 7 is an energy band diagram immediately below the gate of this DMT. Figure 7(a) is OFF, Figure 7(b) is ON
It shows the time. As shown in FIG. 7(b), in the ON state, as the gate voltage V6 increases, CVa-Vc+→V
G2) Undoped ANGaAs layer (upper layer)/n-type GaA
The height of the potential barrier near the heterointerface (channel region) of the s-layer is reduced by being distorted.

このため、アンドープAjlGaAs層(上層)/n型
GaAs層のへテロ界面に蓄積されている電子がこのポ
テンシャルバリアを容易に乗り越えてゲートに侵入し、
アドミタンス等の電気特性の低下を引き起こすという問
題があった。
Therefore, electrons accumulated at the hetero interface of the undoped AjlGaAs layer (upper layer)/n-type GaAs layer easily overcome this potential barrier and enter the gate.
There has been a problem in that electrical characteristics such as admittance deteriorate.

(発明が解決しようとする課題) 上述の如〈従来の超格子を有するMIS型のFETでは
、そのゲート電圧が高くなるとヘテロ接合界面(チャネ
ル)のポテンシャルバリアが歪んで結果的に低くなり、
このためチャネル内の電子が容易にゲートに侵入して電
気特性が低下するという問題があった。
(Problem to be Solved by the Invention) As mentioned above, in a conventional MIS type FET having a superlattice, when the gate voltage increases, the potential barrier at the heterojunction interface (channel) becomes distorted and becomes lower as a result.
Therefore, there is a problem in that electrons within the channel easily enter the gate, resulting in a decrease in electrical characteristics.

本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目
的とするところは、 ゲート電圧の昇圧に伴うヘテロ接合界面のポテンシャル
バリアの低下を防止し、良好な電気特性を有する半導体
装置を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide a semiconductor device that prevents a decrease in the potential barrier at a heterojunction interface due to an increase in gate voltage and has good electrical characteristics. It's about doing.

[発明の構成コ (課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するために、本発明の半導体装置は、
複数の半導体層が互いにヘテロ接合されてなる超格子に
蓄積されるキャリアをゲートに印加する電圧により制御
する半導体装置において、前記複数の半導体層のうち最
も前記ゲートに近い半導体層に前記キャリアが電子の場
合はアクセプタとなる不純物或いは前記キャリアが正孔
の場合はドナーとなる不純物が添加された不純物層が挿
設されていることを特徴とする 特に、この半導体装置は、基板上に形成された第1の化
合物半導体層と、この第1の化合物半導体層にヘテロ接
合された不純物を含む第1の化合物半導体層よりエネル
ギーバンドギャップが小さい第2の化合物半導体層と、
この第2の化合物半導体層にヘテロ接合された第2の化
合物判導体層よりエネルギーバンドギャップが大きい第
3の化合物半導体層と、この第3の化合物半導体層に挿
設された少くとも1つの極薄な不純物層とを有する超格
子を備えていることを特徴としている。
[Configuration of the Invention (Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the semiconductor device of the present invention comprises:
In a semiconductor device in which carriers accumulated in a superlattice formed by heterojunctions of a plurality of semiconductor layers are controlled by a voltage applied to a gate, the carriers are transferred to a semiconductor layer closest to the gate among the plurality of semiconductor layers. In particular, this semiconductor device is characterized in that an impurity layer is inserted into which is added an impurity that becomes an acceptor when the carrier is a hole, or an impurity that becomes a donor when the carrier is a hole. a first compound semiconductor layer; a second compound semiconductor layer having a smaller energy bandgap than the first compound semiconductor layer containing an impurity heterojunctioned to the first compound semiconductor layer;
a third compound semiconductor layer having a larger energy bandgap than the second compound conductor layer heterojunctioned to the second compound semiconductor layer; and at least one pole inserted in the third compound semiconductor layer. It is characterized by having a superlattice with a thin impurity layer.

(作用) 本発明の半導体装置によれば、電子の蓄積層を形成する
半導体層のうち、ゲートに最も近い半導体層に極薄な不
純物層を挿設しているのでこの不純物層が挿設された位
置の実効的なポテンシャルバリアが高くなる。このため
、ゲート電圧が高くなっても電子は容易にはこのポテン
シャルバリアを越えることができない。その結果、電子
の膜厚方向の運動の制御が可能となり、電子のゲート侵
入等を防止できるので素子の劣化や電気特性の低下を防
止できる。
(Function) According to the semiconductor device of the present invention, an extremely thin impurity layer is inserted in the semiconductor layer closest to the gate among the semiconductor layers forming the electron storage layer. The effective potential barrier at the location increases. Therefore, even if the gate voltage becomes high, electrons cannot easily overcome this potential barrier. As a result, it becomes possible to control the movement of electrons in the film thickness direction, and it is possible to prevent electrons from entering the gate, thereby preventing deterioration of the element and deterioration of electrical characteristics.

(実施例) 以下、図面を参照しながら実施例を説明をする。(Example) Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.

第1図は本発明の第1の実施例に係るMISFETの断
面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a MISFET according to a first embodiment of the present invention.

GaAsからなる半絶縁性基板1上には結晶性を整える
ためにアンドープGaAsからなる厚さ約500nm程
度のバッファ層3が設けられている。このバッファ層3
上には厚さが約20nm程度のアンドープAl)GaA
s層5が設けられている。このアンドープAlGaAs
層5上には、Siの濃度が約lXl018cm−3、厚
さ約20nm程度のn型GaAs層7.厚さ約25nm
のアンドープAllGaAs層9.厚さ約5nmのn型
GaAs層11が順次設けられている。また、アンドー
プAlGaAs層9にはアクセプタの役割をするδドー
プ層13が挿設されている。このδドープ層13は、炭
素原子からなり、1つの原子固自たりに1〜5X101
2cm−2程度のイオンを含む。ソース電極15.ドレ
イン電極17及びゲート電極19がn型GaAs層11
上に所定の関係でもって配設されている。
A buffer layer 3 made of undoped GaAs and having a thickness of about 500 nm is provided on a semi-insulating substrate 1 made of GaAs to adjust the crystallinity. This buffer layer 3
On top is undoped Al)GaA with a thickness of about 20 nm.
An s layer 5 is provided. This undoped AlGaAs
On the layer 5 is an n-type GaAs layer 7 with a Si concentration of about 1X1018 cm-3 and a thickness of about 20 nm. Thickness approx. 25nm
undoped AllGaAs layer 9. An n-type GaAs layer 11 having a thickness of about 5 nm is sequentially provided. Furthermore, a δ-doped layer 13 is inserted into the undoped AlGaAs layer 9 and serves as an acceptor. This δ-doped layer 13 is made of carbon atoms, and each atom has 1 to 5×101
Contains ions of about 2 cm-2. Source electrode 15. The drain electrode 17 and the gate electrode 19 are the n-type GaAs layer 11
are arranged in a predetermined relationship above.

第5図(a)〜(c)にはこのように構成されたMIS
PETのエネルギーバンド図が示されている。
FIGS. 5(a) to (c) show the MIS configured in this way.
An energy band diagram of PET is shown.

同図(a)にはゲート電圧がゼロのときの伝導バンドE
cとフェルミレベルEFとが示されている。低バンドギ
ャップのn型GaAs層7は高バンドギャップのアンド
ープAllGaAs層5,9との間に挾まれている。こ
のため、GaAs層5には量子井戸が形成されている。
Figure (a) shows the conduction band E when the gate voltage is zero.
c and the Fermi level EF are shown. A low bandgap n-type GaAs layer 7 is sandwiched between high bandgap undoped AllGaAs layers 5 and 9. For this reason, a quantum well is formed in the GaAs layer 5.

また、n型GaAs層7上のアンドープAl1GaAs
層9内にはδドープ層13が設けられているので、この
δドープ層13とアンドープAl1GaAs層5 / 
n型GaAs層7の界面との間に双極子モーメントが誘
起される。この誘起された双極子モーメントは、n型G
aAs層7/アンド一プApGaAs層9のへテロ界面
におけるポテンシャルバリアの実効的な増加を導く。即
ち、δドープ層13が挿設された位置の伝導バンドの下
端のエネルギーEcがスパイク状に高くなる。
Moreover, undoped Al1GaAs on the n-type GaAs layer 7
Since the δ-doped layer 13 is provided in the layer 9, the δ-doped layer 13 and the undoped Al1GaAs layer 5/
A dipole moment is induced between the n-type GaAs layer 7 and the interface. This induced dipole moment is the n-type G
This leads to an effective increase in the potential barrier at the heterointerface of the aAs layer 7/and-coupled ApGaAs layer 9. That is, the energy Ec at the lower end of the conduction band at the position where the δ-doped layer 13 is inserted increases in a spike-like manner.

次に同図(b)に示されるように(以下、フェルミレベ
ルEPは省力)、ゲート電極19に電圧を印加すると、
ゲート電圧の上昇に伴いn型GaAs層7にドープされ
た不純物原子か・ら励起された電子が、アンドープAl
1GaAs層5 / n型ANGaAs層7/アンドー
プAIGaAS層9で形成される量子井戸に蓄積される
Next, as shown in the same figure (b) (hereinafter, Fermi level EP is labor-saving), when a voltage is applied to the gate electrode 19,
As the gate voltage increases, electrons excited from the impurity atoms doped in the n-type GaAs layer 7
It is accumulated in the quantum well formed by the 1GaAs layer 5/n-type ANGaAs layer 7/undoped AIGaAS layer 9.

次に同図(C)に示されるように、ゲート電極1つにさ
らに高い電圧が印加されると、n型GaAs層7/アン
ド一プAρGaAs層9のへテロ界面にはより多くの電
子が蓄積されると共に疑フェルミレベルが上がる。疑フ
ェルミレベルが上昇するとn型A、1JGaAS層7/
アンドープA、9GaAs層9のへテロ界面のポテンシ
ャルバリアが実効的に低くなる。即ち、n型AlGaA
s層7/アンド一プAlGaAs層9のへテロ界面近傍
のアンドープAlGaAs層9の伝導バンドの下端のエ
ネルギーEcが低くなり、電子が蓄積されているエネル
ギーレベル以上のEcを有するアンドープAlGaAs
層9の幅Wが狭くなる。しがしながら、アンドープAl
1GaAs層9に挿設されたδドープ層13により本実
施例のアンドープAlGaAs層9の伝導帯ECのレベ
ル及び電子が蓄積されているエネルギーレベル以上のア
ンドープAlGaAs層9の伝導帯Ecの幅Wは、従来
のそれよりそれぞれ高く、広くなっている。このため、
第5図(C)に示したようにゲート電極19に印加され
る電圧レベルが第7図に示したvt2に達しても電子は
ポテンシャルバリアを越えることかできなくなり、アン
ドープAlGaAs層9を垂直に横切りn型GaAs層
11に侵入する電子の発生を防止できる。
Next, as shown in the same figure (C), when a higher voltage is applied to one gate electrode, more electrons are generated at the heterointerface of the n-type GaAs layer 7/and-amp AρGaAs layer 9. As it accumulates, the suspected Fermi level increases. When the pseudo-Fermi level increases, the n-type A, 1JGaAS layer 7/
The potential barrier at the hetero interface of the undoped A, 9GaAs layer 9 is effectively lowered. That is, n-type AlGaA
The energy Ec at the lower end of the conduction band of the undoped AlGaAs layer 9 near the hetero interface of the s layer 7/and-doped AlGaAs layer 9 becomes low, and the undoped AlGaAs has an Ec higher than the energy level at which electrons are stored.
The width W of the layer 9 becomes narrower. However, undoped Al
The level of the conduction band EC of the undoped AlGaAs layer 9 of this embodiment due to the δ-doped layer 13 inserted in the 1GaAs layer 9 and the width W of the conduction band Ec of the undoped AlGaAs layer 9 which is higher than the energy level where electrons are stored are as follows. , respectively, are higher and wider than the conventional ones. For this reason,
As shown in FIG. 5(C), even if the voltage level applied to the gate electrode 19 reaches vt2 shown in FIG. The generation of electrons penetrating the transverse n-type GaAs layer 11 can be prevented.

かくして本実施例のMISPETは、高ゲート電圧にお
けるゲート電極への電子の侵入を防止できるのでゲート
電極19に印加できる電圧の安全領域幅が広くなり、そ
の結果、より多くの電子がn型GaAs層7/アンド一
プAj7GaAs層9のへテロ界面に蓄積されるのでド
レイン電流等の電気特性が改善される。
In this way, the MISPET of this example can prevent electrons from entering the gate electrode at high gate voltages, so the safe range of the voltage that can be applied to the gate electrode 19 is widened, and as a result, more electrons can be transferred to the n-type GaAs layer. Since it is accumulated at the hetero interface of the 7/and-p Aj7 GaAs layer 9, electrical characteristics such as drain current are improved.

なお、本実施例による口型GaAs層7/アンドープA
、QGaAs層9のへテロ界面のポテンシャルバリアの
実効的な増加は、このへテロ界面から5〜19nm程度
離れたアンドープAlGaAs層9にδビー1層13を
挿設した場合で、50〜150mV程度である。また、
本実施例のMISFETを用いてDCFL回路等のロジ
ック回路を組むと、そのノイスマージンか大きくなるの
で回路の信頼性を高めることができる。
Note that the mouth-shaped GaAs layer 7/undoped A according to this embodiment
, the effective increase in the potential barrier at the hetero interface of the QGaAs layer 9 is approximately 50 to 150 mV when the δBe 1 layer 13 is inserted into the undoped AlGaAs layer 9, which is approximately 5 to 19 nm away from the hetero interface. It is. Also,
When a logic circuit such as a DCFL circuit is constructed using the MISFET of this embodiment, the noise margin becomes large, so that the reliability of the circuit can be improved.

第2図には本発明の第2の実施例に係るMISFETの
断面図が示されている。なお、第1図の実施例と対応す
る部分には第1図と同一符号を付し、詳細な説明は省略
する。
FIG. 2 shows a sectional view of a MISFET according to a second embodiment of the invention. Note that parts corresponding to the embodiment in FIG. 1 are designated by the same reference numerals as in FIG. 1, and detailed description thereof will be omitted.

この旧5FETか先に説明した実施例のものと異なる点
は、第2のδビー1層21をアンドープAlGaAs層
9に挿設したことにある。第6図(a)〜(C)にはこ
のように構成された旧5FETのエネルギーバンド図が
示されている。同図(a)はケート電極19に電圧が印
加されていないときの伝導バンドEc及びフェルミレベ
ルEFを示している。δビー1層13.21が挿設され
た位置に対応したところのアンドープAlGaAs層9
の伝導バンドには、スパイク状のレベルの上昇が見られ
る。次にゲート電極19に電圧を印加すると同図(b)
に示されるように、n型GaAs層7/アンド一プAl
GaAs層9のへテロ界面に電子が蓄積される。そして
、先の実施例と同様にゲート電圧がV12を越えても、
同図(c)に示されるようにn型GaAs層7/アンド
一プAJGaAs層9のへテロ界面の実効的なポテンシ
ャルバリアが高くなっているので電子がこのポテンシャ
ルバリアを越えてアンドープAlGaAs層9に侵入す
るという不都合は起きない。
This old 5FET differs from the previously described embodiment in that the second δBe1 layer 21 is inserted into the undoped AlGaAs layer 9. FIGS. 6(a) to 6(C) show energy band diagrams of the old 5FET configured in this manner. FIG. 5A shows the conduction band Ec and the Fermi level EF when no voltage is applied to the gate electrode 19. The undoped AlGaAs layer 9 corresponds to the position where the δ Be 1 layer 13.21 is inserted.
A spike-like increase in level is seen in the conduction band. Next, when a voltage is applied to the gate electrode 19, the same figure (b)
As shown in FIG.
Electrons are accumulated at the heterointerface of the GaAs layer 9. As in the previous embodiment, even if the gate voltage exceeds V12,
As shown in the figure (c), since the effective potential barrier at the hetero interface between the n-type GaAs layer 7 and the undoped AlGaAs layer 9 is high, electrons can cross this potential barrier and the undoped AlGaAs layer 9 There will be no inconvenience caused by the intrusion.

かくして本実施例の旧5PETでも先の説明した実施例
と同様な効果を得ることができる。
In this way, even with the old 5PET of this embodiment, the same effects as those of the previously described embodiment can be obtained.

なお、この場合光の実施例に比べ、n型GaAs層7/
アンド一プAj!GaAs層9のへテロ界面近傍のアン
ドープAlGaAs層9の伝導バンドの実効的レベルが
より高くなり、電子が蓄積されているエネルギーレベル
以上のアンドープAlGaAs層9の伝導帯の幅Wもよ
り広くなる。したがって、ゲート電極19に印加できる
電圧の安全領域幅もより広くなる。
In this case, compared to the optical example, the n-type GaAs layer 7/
Andip Aj! The effective level of the conduction band of the undoped AlGaAs layer 9 near the heterointerface of the GaAs layer 9 becomes higher, and the width W of the conduction band of the undoped AlGaAs layer 9, which is higher than the energy level at which electrons are stored, also becomes wider. Therefore, the safe range width of the voltage that can be applied to the gate electrode 19 also becomes wider.

第3図には本発明の第3の実施例に係るMfSFETの
断面図が示されている。この実施例が第1の実施例と異
なる点は、バッファ層3上とアンドープAlGaAs層
5との間にp型GaAs層23゜アンドープGaAs層
25を順次設けたことにある。本実施例ではp型GaA
s層23の不純物濃度を3X10”、その厚を20nm
程度にした。
FIG. 3 shows a cross-sectional view of an MfSFET according to a third embodiment of the present invention. This embodiment differs from the first embodiment in that a p-type GaAs layer 23 and an undoped GaAs layer 25 are sequentially provided between the buffer layer 3 and the undoped AlGaAs layer 5. In this example, p-type GaA
The impurity concentration of the s layer 23 is 3×10”, and its thickness is 20 nm.
I made it to the extent.

また、アンドープGaAs層25の厚さは10nm程度
である。
Further, the thickness of the undoped GaAs layer 25 is about 10 nm.

このような構成であると、第1の実施例と同様な効果が
得られるのは勿論のこと、p型GaAs層23により短
チャンネル効果が抑制されると共に、アンドープGaA
s層25により製造プロセスで生じるp型GaAs層2
3のアンドープGaAs層5への拡散、メモリ効果、そ
してソース。
With such a configuration, not only the same effects as in the first embodiment can be obtained, but also the short channel effect is suppressed by the p-type GaAs layer 23, and the undoped GaAs
The p-type GaAs layer 2 generated in the manufacturing process by the s-layer 25
3 into the undoped GaAs layer 5, the memory effect, and the source.

ドレイン領域の寄生容量を防止できる。Parasitic capacitance in the drain region can be prevented.

第4図には本発明の第4の実施例に係る旧5FETの断
面図が示されている。この実施例が先に説明した第3の
実施例と異なる点は、第2のδビー1層21をアンドー
プAlGaAs層9に挿設したことにある。
FIG. 4 shows a sectional view of an old 5FET according to a fourth embodiment of the present invention. This embodiment differs from the previously described third embodiment in that the second δBe 1 layer 21 is inserted into the undoped AlGaAs layer 9.

このような構成であると第3の実施例と同様な効果が得
られるのは勿論のこと、n型GaAs層7/アンド一プ
AlGaAs層9のへテロ界面のポテンシャルバリアの
実効的なレベルがより高くなるのでゲート電極19に印
加できる電圧の安全領域幅がより広くなる。
With such a configuration, not only the same effect as the third embodiment can be obtained, but also the effective level of the potential barrier at the hetero interface of the n-type GaAs layer 7/and-type AlGaAs layer 9. Since the voltage becomes higher, the safe range width of the voltage that can be applied to the gate electrode 19 becomes wider.

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば、上記実施例では3層以上のδドープ層を用
いたMISFETについては説明しなかったが、この場
合でも同様な効果が得られるのは勿論のことである。ま
た、この場合、δドープ層の層数が増えてもアンドープ
AlGaAs層9の本質的な層厚は変わらない。したが
って、アンドープAlGaAs層9の層厚が厚くなるこ
とに起因する相互コンダクタンスの低下などの電気特性
の低下は生しない。また、δドープ層としてAgGaA
s中で拡散係数が小さい炭素原子を用いたが、これは実
施例のMISFETの製造に高温(950℃)な製造工
程が伴うので、δドープ層となる原子が拡散するのを防
止するためである。
Note that the present invention is not limited to the embodiments described above. For example, in the above embodiments, a MISFET using three or more δ-doped layers was not described, but it goes without saying that similar effects can be obtained in this case as well. Further, in this case, even if the number of δ-doped layers increases, the essential layer thickness of the undoped AlGaAs layer 9 does not change. Therefore, deterioration in electrical properties such as deterioration in mutual conductance due to an increase in the thickness of the undoped AlGaAs layer 9 does not occur. In addition, AgGaA is used as the δ-doped layer.
Carbon atoms with a small diffusion coefficient were used in s, but this was done in order to prevent the atoms forming the δ-doped layer from diffusing as manufacturing of the MISFET in the example involves a high temperature (950°C) manufacturing process. be.

したがって、AgGaAs中でアクセプタとして働き、
且つ拡散係数が小さいものであれば、他の原子、例えば
Be、Mgを用いても良い。また、n型GaAsの代わ
りにP型GaAsを用いて量子井戸を構成しても良い。
Therefore, it acts as an acceptor in AgGaAs,
Other atoms such as Be and Mg may be used as long as they have a small diffusion coefficient. Further, the quantum well may be constructed using p-type GaAs instead of n-type GaAs.

この場合、キャリアはホールとなり、δドープ層はトナ
ーとして働く不純物を添加しておけば良い。さらに、実
施例ではアンドープAl)GaAs層/n型GaAs/
アンドープAlGaAs層のへテロ接合で量子井戸を構
成したが、1 nGaAs/1 nGaAs/1 nG
aAs、S i/S iGe/S i、又はスートモー
フイック (pseudomorphic)構造の半導
体で構成しても良い。要はI nGaAs/InGaA
sP/InGaAs接合と同様なエネルギーバンド構造
を有する接合が構成できる半導体材料を選べば良い。そ
の他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して
実施できる。
In this case, the carriers are holes, and the δ-doped layer may be doped with an impurity that acts as a toner. Furthermore, in the example, undoped Al)GaAs layer/n-type GaAs/
A quantum well was constructed with a heterojunction of an undoped AlGaAs layer, but 1 nGaAs/1 nGaAs/1 nG
It may be composed of aAs, Si/S iGe/S i, or a pseudomorphic semiconductor. In short, InGaAs/InGaA
A semiconductor material that can form a junction having the same energy band structure as the sP/InGaAs junction may be selected. In addition, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

[発明の効果コ 本発明の半導体装置によれば、電子を蓄積する層を構成
する半導体層内に極薄な不純物層を挿設することで電子
を閉じ込めるポテンシャルバリアを実効的に高くしてい
る。その結果、ゲート電圧の上昇によるポテンシャルバ
リアの低下を防止できるのでゲートに印加できる電圧の
安全領域が広くなると共に、ドレイン電流等の電気特性
が改善される。
[Effects of the Invention] According to the semiconductor device of the present invention, the potential barrier that confines electrons is effectively increased by inserting an extremely thin impurity layer into the semiconductor layer that constitutes the layer that stores electrons. . As a result, it is possible to prevent the potential barrier from decreasing due to an increase in gate voltage, thereby widening the safe range of voltage that can be applied to the gate, and improving electrical characteristics such as drain current.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1の実施例に係るMISFETの断
面図、第2図は本発明の第2の実施例に係るMISPE
Tの断面図、第3図は本発明の第3の実施例に係るMI
SFETの断面図、第4図は本発明の第4の実施例に係
る旧5FETの断面図、第5図(a)〜(C)は本発明
の第1の実施例に係る旧5PETのエネルギーバンド図
、第6図(a)〜(C)は本発明の第2の実施例に係る
旧5PETのエネルギーバンド図、第7図は従来の旧5
FETのエネルギーバンド図である。 1・・・半絶縁性基板、3・・・バッファ層、5・・・
アンドープAlGaAs層、7−n型GaAs層、9・
・・アンドープAlGaAs層、11・・・n型GaA
s層、13・・・δドープ層、15・・・ソース電極、
17・・・ドレイン電極、19・・・ゲート電極、21
−=δドープ層、2 :3 ・p型GaAs層、25・
・・アンドープQaAs層。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 第3図
FIG. 1 is a sectional view of a MISFET according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a MISFET according to a second embodiment of the present invention.
A sectional view of T, FIG. 3 is an MI according to a third embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of the old 5FET according to the fourth embodiment of the present invention, and Figures 5 (a) to (C) are energy diagrams of the old 5PET according to the first embodiment of the present invention. Band diagrams, FIGS. 6(a) to (C) are energy band diagrams of the old 5PET according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an energy band diagram of the conventional old 5PET.
It is an energy band diagram of FET. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Semi-insulating substrate, 3... Buffer layer, 5...
Undoped AlGaAs layer, 7-n-type GaAs layer, 9.
...Undoped AlGaAs layer, 11...n-type GaA
s layer, 13...δ doped layer, 15... source electrode,
17...Drain electrode, 19...Gate electrode, 21
−=δ doped layer, 2:3・p-type GaAs layer, 25・
...Undoped QaAs layer. Applicant's agent Patent attorney Takehiko Suzue Figure 1 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 複数の半導体層が互いにヘテロ接合されてなる超格子に
蓄積されるキャリアをゲートに印加する電圧により制御
する半導体装置において、 前記複数の半導体層のうち最も前記ゲートに近い半導体
層に前記キャリアが電子の場合はアクセプタとなる不純
物或いは前記キャリアが正孔の場合はドナーとなる不純
物が添加された不純物層が挿設されていることを特徴と
する半導体装置。
[Scope of Claims] A semiconductor device in which carriers accumulated in a superlattice formed by heterojunctions of a plurality of semiconductor layers are controlled by a voltage applied to a gate, comprising: a semiconductor closest to the gate among the plurality of semiconductor layers; 1. A semiconductor device characterized in that an impurity layer is inserted into the layer to which an impurity is added which becomes an acceptor when the carrier is an electron, or an impurity which becomes a donor when the carrier is a hole.
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JP2005302861A (en) * 2004-04-08 2005-10-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device using group iii-v nitride semiconductor

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