10 ( 57) 【要約】
【課題】小型の蓄電型の半導体装置を提供する。 【解決手段】半導体装置は、広バンドギャップ層と狭バ ンドギャップ層が第１方向に積層されて接合する第１接 合部と、狭バンドギャップ層と広バンドギャップ層が第 １方向に積層されて接合する第２接合部を有するダブル 接合構造を１つまたは複数備えている積層体と、第１方 向と交差する第２方向、第３方向に伸びており、積層体 の各層と接合する電極半導体層とを備えている。ダブル 接合構造内には、負の固定電荷を有する第１領域と正の 固定電荷を有する第２領域とが少なくとも１対含まれて いる。第１領域は、第１接合部で接合する広バンドギャ ップ層の第１方向の中央位置よりも第１接合部に近い側 に含まれている。第２領域は、第２接合部で接合する広 バンドギャップ層の第１方向の中央位置よりも第２接合 部に近い側に含まれている。
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50 【 特 許 請 求 の 範 囲 】
【 請 求 項 １ 】
第 １ 方 向 も し く は そ の 逆 方 向 に 隣 接 す る 層 の 材 料 よ り も バ ン ド ギ ャ ッ プ が 狭 い 材 料 に よ っ て 形 成 さ れ た 少 な く と も １ 層 の 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 と 、 第 １ 方 向 も し く は そ の 逆 方 向 に 隣 接 す る 層 の 材 料 よ り も バ ン ド ギ ャ ッ プ が 広 い 材 料 に よ っ て 形 成 さ れ た 少 な く と も １ 層 の 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 が 、 交 互 に 積 層 さ れ て お り 、
広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 と 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 が 第 １ 方 向 に 積 層 さ れ て 接 合 す る 第 １ 接 合 部 と 、 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 と 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 が 第 １ 方 向 に 積 層 さ れ て 接 合 す る 第 ２ 接 合 部 を 有 す る ダ ブ ル 接 合 構 造 を １ つ ま た は 第 １ 方 向 に 複 数 積 層 さ れ た 状 態 で 備 え て い る 、 積 層 体 と 、
第 １ 方 向 と 交 差 す る 第 ２ 方 向 に 伸 び て お り 、 積 層 体 の 各 層 と 接 合 す る 第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と 、
第 １ 方 向 と 交 差 す る 第 ３ 方 向 に 伸 び て お り 、 積 層 体 の 各 層 と 接 合 す る 第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と を 備 え た 半 導 体 装 置 で あ っ て 、
積 層 体 の ダ ブ ル 接 合 構 造 内 に は 、 負 の 固 定 電 荷 を 有 す る 第 １ 領 域 と 正 の 固 定 電 荷 を 有 す る 第 ２ 領 域 と が 少 な く と も １ 対 含 ま れ て お り 、
第 １ 領 域 は 、 第 １ 接 合 部 で 接 合 す る 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 の 第 １ 方 向 の 中 央 位 置 よ り も 第 １ 接 合 部 に 近 い 側 に 含 ま れ て お り 、
第 ２ 領 域 は 、 第 ２ 接 合 部 で 接 合 す る 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 の 第 １ 方 向 の 中 央 位 置 よ り も 第 ２ 接 合 部 に 近 い 側 に 含 ま れ て い る 、 半 導 体 装 置 。
【 請 求 項 ２ 】
負 の 固 定 電 荷 に よ っ て 誘 起 さ れ た ホ ー ル の 濃 度 と 、 正 の 固 定 電 荷 に よ っ て 誘 起 さ れ た 電 子 の 濃 度 と の 濃 度 差 は 、 第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と 第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と の 間 に 電 圧 が 印 加 さ れ た 場 合 に 、 ホ ー ル と 電 子 の い ず れ か 一 方 の み が 残 存 し な い 濃 度 差 で あ る 、 請 求 項 １ に 記 載 の 半 導 体 装 置 。
【 請 求 項 ３ 】
キ ャ パ シ タ で あ る 、 請 求 項 １ ま た は ２ に 記 載 の 半 導 体 装 置 。 【 請 求 項 ４ 】
第 １ 領 域 は 、 第 １ 接 合 部 で 接 合 す る 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 に 負 の 固 定 電 荷 を ド ー プ す る こ と に よ っ て 形 成 さ れ 、
第 ２ 領 域 は 、 第 ２ 接 合 部 で 接 合 す る 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 に 正 の 固 定 電 荷 を ド ー プ す る こ と に よ っ て 形 成 さ れ る 、 請 求 項 １ な い し ３ の い ず れ か 一 項 に 記 載 の 半 導 体 装 置 。
【 請 求 項 ５ 】
第 １ 領 域 の 負 の 固 定 電 荷 お よ び 第 ２ 領 域 の 正 の 固 定 電 荷 は 、 自 発 分 極 と ピ エ ゾ 分 極 の う ち の 少 な く と も い ず れ か 一 方 に よ っ て 発 生 す る 分 極 電 荷 を 含 む 、 請 求 項 １ な い し ４ の い ず れ か 一 項 に 記 載 の 半 導 体 装 置 。
【 請 求 項 ６ 】
第 １ 領 域 の 負 の 固 定 電 荷 お よ び 第 ２ 領 域 の 正 の 固 定 電 荷 は 、 自 発 分 極 と ピ エ ゾ 分 極 の う ち の 少 な く と も い ず れ か 一 方 に よ っ て 発 生 す る 分 極 電 荷 と 、 ド ー プ さ れ た 固 定 電 荷 と の 双 方 を 含 む 、 請 求 項 １ な い し ５ の い ず れ か 一 項 に 記 載 の 半 導 体 装 置 。
【 請 求 項 ７ 】
積 層 体 は 、 第 １ 領 域 お よ び 第 ２ 領 域 よ り も 固 定 電 荷 の 濃 度 が 低 い 第 ３ 領 域 を さ ら に 含 ん で お り 、
第 ３ 領 域 は 、 １ つ の ダ ブ ル 接 合 構 造 内 の 第 １ 領 域 と 第 ２ 領 域 の 間 、 ま た は 隣 接 す る ２ つ の ダ ブ ル 接 合 構 造 の う ち の 一 方 の 第 １ 領 域 と 他 方 の 第 ２ 領 域 の 間 に 設 け ら れ て い る 、 請 求 項 １ な い し ６ の い ず れ か 一 項 に 記 載 の 半 導 体 装 置 。
【 請 求 項 ８ 】
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50 【 請 求 項 ９ 】
第 ３ 領 域 は 、 １ つ の ダ ブ ル 接 合 構 造 の 各 層 の う ち 、 最 も 耐 圧 が 低 い 層 に 設 け ら れ て い る 、 請 求 項 ７ ま た は ８ に 記 載 の 半 導 体 装 置 。
【 請 求 項 １ ０ 】
第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 は 、 積 層 体 の 各 層 に 第 １ 導 電 型 の 不 純 物 が 導 入 さ れ た 層 に よ っ て 形 成 さ れ て い る 、 請 求 項 １ な い し ９ の い ず れ か 一 項 に 記 載 の 半 導 体 装 置 。
【 請 求 項 １ １ 】
第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 は 、 積 層 体 の 各 層 に 第 ２ 導 電 型 の 不 純 物 が 導 入 さ れ た 層 に よ っ て 形 成 さ れ て い る 、 請 求 項 １ な い し １ ０ の い ず れ か 一 項 に 記 載 の 半 導 体 装 置 。
【 請 求 項 １ ２ 】
第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 お よ び 第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 が 、 積 層 体 の 最 も バ ン ド ギ ャ ッ プ が 狭 い 層 と 同 じ 材 料 に よ っ て 単 一 の 半 導 体 層 と し て 形 成 さ れ て い る 、 請 求 項 １ な い し ９ の い ず れ か 一 項 に 記 載 の 半 導 体 装 置 。
【 請 求 項 １ ３ 】
第 １ 方 向 も し く は そ の 逆 方 向 に 隣 接 す る 層 の 材 料 よ り も バ ン ド ギ ャ ッ プ が 狭 い 材 料 に よ っ て 形 成 さ れ た 少 な く と も １ 層 の 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 と 、 第 １ 方 向 も し く は そ の 逆 方 向 に 隣 接 す る 層 の 材 料 よ り も バ ン ド ギ ャ ッ プ が 広 い 材 料 に よ っ て 形 成 さ れ た 少 な く と も １ 層 の 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 が 、 交 互 に 積 層 さ れ て お り 、
広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 と 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 が 第 １ 方 向 に 積 層 さ れ て 接 合 す る 第 １ 接 合 部 と 、 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 と 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 が 第 １ 方 向 に 積 層 さ れ て 接 合 す る 第 ２ 接 合 部 を 有 す る ダ ブ ル 接 合 構 造 を １ つ ま た は 第 １ 方 向 に 複 数 積 層 さ れ た 状 態 で 備 え て い る 、 積 層 体 と 、
第 １ 方 向 と 交 差 す る 第 ２ 方 向 に 伸 び て お り 、 積 層 体 の 各 層 と シ ョ ッ ト キ ー 接 合 す る シ ョ ッ ト キ ー 電 極 層 と 、
第 １ 方 向 と 交 差 す る 第 ３ 方 向 に 伸 び て お り 、 積 層 体 の 各 層 と 接 合 す る 電 極 半 導 体 層 と を 備 え た 半 導 体 装 置 で あ っ て 、
積 層 体 の ダ ブ ル 接 合 構 造 内 に は 、 負 の 固 定 電 荷 を 有 す る 第 １ 領 域 と 正 の 固 定 電 荷 を 有 す る 第 ２ 領 域 と が 少 な く と も １ 対 含 ま れ て お り 、
第 １ 領 域 は 、 第 １ 接 合 部 で 接 合 す る 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 の 第 １ 方 向 の 中 央 位 置 よ り も 第 １ 接 合 部 に 近 い 側 に 含 ま れ て お り 、
第 ２ 領 域 は 、 第 ２ 接 合 部 で 接 合 す る 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 の 第 １ 方 向 の 中 央 位 置 よ り も 第 ２ 接 合 部 に 近 い 側 に 含 ま れ て い る 、 半 導 体 装 置 。
【 請 求 項 １ ４ 】
負 の 固 定 電 荷 に よ っ て 誘 起 さ れ た ホ ー ル の 濃 度 と 、 正 の 固 定 電 荷 に よ っ て 誘 起 さ れ た 電 子 の 濃 度 と の 濃 度 差 は 、 シ ョ ッ ト キ ー 電 極 層 と 電 極 半 導 体 層 と の 間 に 電 圧 が 印 加 さ れ た 場 合 に 、 ホ ー ル と 電 子 の い ず れ か 一 方 の み が 残 存 し な い 濃 度 差 で あ る 、 請 求 項 １ ３ に 記 載 の 半 導 体 装 置 。
【 請 求 項 １ ５ 】
第 １ 領 域 は 、 第 １ 接 合 部 で 接 合 す る 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 に 負 の 固 定 電 荷 を ド ー プ す る こ と に よ っ て 形 成 さ れ 、
第 ２ 領 域 は 、 第 ２ 接 合 部 で 接 合 す る 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 に 正 の 固 定 電 荷 を ド ー プ す る こ と に よ っ て 形 成 さ れ る 、 請 求 項 １ ３ ま た は １ ４ に 記 載 の 半 導 体 装 置 。
【 請 求 項 １ ６ 】
第 １ 領 域 の 負 の 固 定 電 荷 お よ び 第 ２ 領 域 の 正 の 固 定 電 荷 は 、 自 発 分 極 と ピ エ ゾ 分 極 の う ち の 少 な く と も い ず れ か 一 方 に よ っ て 発 生 す る 分 極 電 荷 を 含 む 、 請 求 項 １ ３ な い し １ ５ の い ず れ か 一 項 に 記 載 の 半 導 体 装 置 。
【 請 求 項 １ ７ 】
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30
40
50 【 請 求 項 １ ８ 】
積 層 体 は 、 第 １ 領 域 お よ び 第 ２ 領 域 よ り も 固 定 電 荷 の 濃 度 が 低 い 第 ３ 領 域 を さ ら に 含 ん で お り 、
第 ３ 領 域 は 、 １ つ の ダ ブ ル 接 合 構 造 内 の 第 １ 領 域 と 第 ２ 領 域 の 間 、 ま た は 隣 接 す る ２ つ の ダ ブ ル 接 合 構 造 の う ち の 一 方 の 第 １ 領 域 と 他 方 の 第 ２ 領 域 の 間 に 設 け ら れ て い る 、 請 求 項 １ ３ な い し １ ７ の い ず れ か 一 項 に 記 載 の 半 導 体 装 置 。
【 請 求 項 １ ９ 】
第 ３ 領 域 は 、 負 の 固 定 電 荷 を 有 す る 領 域 と 正 の 固 定 電 荷 を 有 す る 領 域 と を 含 ん で お り 、 第 ３ 領 域 の 負 の 固 定 電 荷 を 有 す る 領 域 は 、 正 の 固 定 電 荷 を 有 す る 領 域 よ り も 第 ２ 領 域 に 近 い 側 に 位 置 す る 、 請 求 項 １ ８ に 記 載 の 半 導 体 装 置 。
【 請 求 項 ２ ０ 】
第 ３ 領 域 は 、 １ つ の ダ ブ ル 接 合 構 造 の 各 層 の う ち 、 最 も 耐 圧 が 低 い 層 に 設 け ら れ て い る 、 請 求 項 １ ８ ま た は １ ９ に 記 載 の 半 導 体 装 置 。
【 請 求 項 ２ １ 】
電 極 半 導 体 層 は 、 積 層 体 の 各 層 に 第 １ 導 電 型 の 不 純 物 が 導 入 さ れ た 層 に よ っ て 形 成 さ れ て い る 、 請 求 項 １ ３ な い し ２ ０ の い ず れ か 一 項 に 記 載 の 半 導 体 装 置 。
【 請 求 項 ２ ２ 】
電 極 半 導 体 層 は 、 積 層 体 の 各 層 に 第 ２ 導 電 型 の 不 純 物 が 導 入 さ れ た 層 に よ っ て 形 成 さ れ て い る 、 請 求 項 １ ３ な い し ２ ０ の い ず れ か 一 項 に 記 載 の 半 導 体 装 置 。
【 請 求 項 ２ ３ 】
電 極 半 導 体 層 が 、 積 層 体 の 最 も バ ン ド ギ ャ ッ プ が 狭 い 層 と 同 じ 材 料 に よ っ て 単 一 の 半 導 体 層 と し て 形 成 さ れ て い る 、 請 求 項 １ ３ な い し ２ ０ の い ず れ か 一 項 に 記 載 の 半 導 体 装 置 。
【 発 明 の 詳 細 な 説 明 】 【 技 術 分 野 】
【 ０ ０ ０ １ 】
本 明 細 書 に 記 載 の 技 術 は 、 半 導 体 基 板 に 形 成 さ れ た キ ャ パ シ タ 等 の 半 導 体 装 置 に 関 す る 。
【 背 景 技 術 】 【 ０ ０ ０ ２ 】
特 許 文 献 １ に 、 容 量 絶 縁 性 膜 に よ っ て 隔 離 さ れ た 半 導 体 層 に 電 荷 を 蓄 積 す る キ ャ パ シ タ が 記 載 さ れ て い る 。 半 導 体 基 板 の 平 面 積 に 占 め る キ ャ パ シ タ の 面 積 を 増 大 さ せ る こ と な く キ ャ パ シ タ の 容 量 を 増 加 さ せ る た め に 、 特 許 文 献 １ で は 、 半 導 体 基 板 の 深 さ 方 向 に 電 荷 を 蓄 積 す る 部 分 を 設 け て い る 。
【 先 行 技 術 文 献 】 【 特 許 文 献 】 【 ０ ０ ０ ３ 】
【 特 許 文 献 １ 】 特 開 ２ ０ ０ ５ − １ ９ ５ ９ ８ 号 公 報 【 発 明 の 概 要 】
【 発 明 が 解 決 し よ う と す る 課 題 】 【 ０ ０ ０ ４ 】
特 許 文 献 １ の よ う に 、 容 量 絶 縁 性 膜 に よ っ て 隔 離 さ れ た 半 導 体 層 に 電 荷 を 蓄 積 す る キ ャ パ シ タ の 場 合 、 さ ら に 小 型 か つ 高 容 量 の キ ャ パ シ タ を 得 る た め に は 、 容 量 絶 縁 性 膜 や 半 導 体 層 等 の 構 成 を 薄 膜 化 す る 必 要 が あ る 。 薄 膜 化 が 進 む と 、 絶 縁 膜 や 半 導 体 層 に 欠 陥 が 生 じ 易 く な る た め 、 小 型 か つ 高 容 量 の キ ャ パ シ タ を 得 る こ と は 困 難 で あ る 。
【 課 題 を 解 決 す る た め の 手 段 】 【 ０ ０ ０ ５ 】
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50 材 料 に よ っ て 形 成 さ れ た 少 な く と も １ 層 の 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 が 、 交 互 に 積 層 さ れ て お り
、 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 と 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 が 第 １ 方 向 に 積 層 さ れ て 接 合 す る 第 １ 接 合 部 と 、 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 と 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 が 第 １ 方 向 に 積 層 さ れ て 接 合 す る 第 ２ 接 合 部 を 有 す る ダ ブ ル 接 合 構 造 を １ つ ま た は 第 １ 方 向 に 複 数 積 層 さ れ た 状 態 で 備 え て い る 、 積 層 体 と 、 第 １ 方 向 と 交 差 す る 第 ２ 方 向 に 伸 び て お り 、 積 層 体 の 各 層 と 接 合 す る 第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と 、 第 １ 方 向 と 交 差 す る 第 ３ 方 向 に 伸 び て お り 、 積 層 体 の 各 層 と 接 合 す る 第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と を 備 え て い る 。 積 層 体 の ダ ブ ル 接 合 構 造 内 に は 、 負 の 固 定 電 荷 を 有 す る 第 １ 領 域 と 正 の 固 定 電 荷 を 有 す る 第 ２ 領 域 と が 少 な く と も １ 対 含 ま れ て い る 。 第 １ 領 域 は 、 第 １ 接 合 部 で 接 合 す る 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 の 第 １ 方 向 の 中 央 位 置 よ り も 第 １ 接 合 部 に 近 い 側 に 含 ま れ て い る 。 第 ２ 領 域 は 、 第 ２ 接 合 部 で 接 合 す る 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 の 第 １ 方 向 の 中 央 位 置 よ り も 第 ２ 接 合 部 に 近 い 側 に 含 ま れ て い る 。
【 ０ ０ ０ ６ 】
上 記 の 第 １ の 半 導 体 装 置 に お い て は 、 第 １ 接 合 部 に お い て 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 に 負 の 固 定 電 荷 を 有 す る 第 １ 領 域 が 含 ま れ て い る こ と に よ っ て 、 第 １ 接 合 部 で 接 合 す る 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 に 二 次 元 ホ ー ル ガ ス （ 以 下 、 ２ Ｄ Ｈ Ｇ と い う ） 領 域 が 形 成 さ れ る 。 ま た 、 第 ２ 接 合 部 に お い て 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 に 正 の 固 定 電 荷 を 有 す る 第 ２ 領 域 が 含 ま れ て い る こ と に よ っ て 、 第 ２ 接 合 部 で 接 合 す る 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 に 二 次 元 電 子 ガ ス （ 以 下 、 ２ Ｄ Ｅ Ｇ と い う ） 領 域 が 形 成 さ れ る 。 ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 は 第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と 第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 の い ず れ か 一 方 に の み 電 気 的 に 接 続 さ れ 、 ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 は 他 方 に の み 電 気 的 に 接 続 さ れ る 。 上 記 の 半 導 体 装 置 に よ れ ば 、 ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 お よ び ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 に よ っ て 電 荷 を 蓄 積 す る た め 、 従 来 に な い 小 型 の 半 導 体 装 置 を 実 現 す る こ と が で き る 。
【 ０ ０ ０ ７ 】
上 記 の 第 １ の 半 導 体 装 置 に お い て は 、 第 １ 接 合 部 ま た は 第 ２ 接 合 部 に 負 の 固 定 電 荷 に よ っ て 誘 起 さ れ た ホ ー ル の 濃 度 と 、 正 の 固 定 電 荷 に よ っ て 誘 起 さ れ た 電 子 の 濃 度 と の 濃 度 差 は 、 第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と 第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と の 間 に 電 圧 が 印 加 さ れ た 場 合 に 、 ホ ー ル と 電 子 の い ず れ か 一 方 の み が 残 存 し な い 濃 度 差 で あ る こ と が 好 ま し い 。 【 ０ ０ ０ ８ 】
上 記 の 第 １ の 半 導 体 装 置 は 、 キ ャ パ シ タ で あ っ て も よ い 。 【 ０ ０ ０ ９ 】
第 １ 領 域 は 、 第 １ 接 合 部 で 接 合 す る 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 に 負 の 固 定 電 荷 を ド ー プ す る こ と に よ っ て 形 成 さ れ 、 第 ２ 領 域 は 、 第 ２ 接 合 部 で 接 合 す る 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 に 正 の 固 定 電 荷 を ド ー プ す る こ と に よ っ て 形 成 さ れ て も よ い 。
【 ０ ０ １ ０ 】
第 １ 領 域 の 負 の 固 定 電 荷 お よ び 第 ２ 領 域 の 正 の 固 定 電 荷 は 、 自 発 分 極 と ピ エ ゾ 分 極 の う ち の 少 な く と も い ず れ か 一 方 に よ っ て 発 生 す る 分 極 電 荷 を 含 ん で い て も よ い 。
【 ０ ０ １ １ 】
第 １ 領 域 の 負 の 固 定 電 荷 お よ び 第 ２ 領 域 の 正 の 固 定 電 荷 は 、 自 発 分 極 と ピ エ ゾ 分 極 の う ち の 少 な く と も い ず れ か 一 方 に よ っ て 発 生 す る 分 極 電 荷 と 、 ド ー プ さ れ た 固 定 電 荷 と の 双 方 を 含 ん で い て も よ い 。
【 ０ ０ １ ２ 】
積 層 体 は 、 第 １ 領 域 お よ び 第 ２ 領 域 よ り も 固 定 電 荷 の 濃 度 が 低 い 第 ３ 領 域 を さ ら に 含 ん で お り 、 第 ３ 領 域 は 、 １ つ の ダ ブ ル 接 合 構 造 内 の 第 １ 領 域 と 第 ２ 領 域 の 間 、 ま た は 隣 接 す る ２ つ の ダ ブ ル 接 合 構 造 の う ち の 一 方 の 第 １ 領 域 と 他 方 の 第 ２ 領 域 の 間 に 設 け ら れ て い て も よ い 。
【 ０ ０ １ ３ 】
第 ３ 領 域 は 、 負 の 固 定 電 荷 を 有 す る 領 域 と 正 の 固 定 電 荷 を 有 す る 領 域 と を 含 ん で お り 、 第 ３ 領 域 の 負 の 固 定 電 荷 を 有 す る 領 域 は 、 正 の 固 定 電 荷 を 有 す る 領 域 よ り も 第 ２ 領 域 に 近 い 側 に 位 置 し て い て も よ い 。
【 ０ ０ １ ４ 】
10
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30
40
50 も よ い 。
【 ０ ０ １ ５ 】
第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 は 、 積 層 体 の 各 層 に 第 １ 導 電 型 の 不 純 物 が 導 入 さ れ た 層 に よ っ て 形 成 さ れ て い て も よ い 。
【 ０ ０ １ ６ 】
第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 は 、 積 層 体 の 各 層 に 第 ２ 導 電 型 の 不 純 物 が 導 入 さ れ た 層 に よ っ て 形 成 さ れ て い て も よ い 。
【 ０ ０ １ ７ 】
第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 お よ び 第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 が 、 積 層 体 の 最 も バ ン ド ギ ャ ッ プ が 狭 い 層 と 同 じ 材 料 に よ っ て 単 一 の 半 導 体 層 と し て 形 成 さ れ て い て も よ い 。
【 ０ ０ １ ８ 】
本 明 細 書 は ま た 、 上 記 の 第 １ の 半 導 体 装 置 に 係 る 第 １ の 電 極 半 導 体 層 ま た は 第 ２ の 電 極 半 導 体 層 の う ち の い ず れ か を シ ョ ッ ト キ ー 電 極 層 に 置 き 換 え た 、 第 ２ の 半 導 体 装 置 を 開 示 す る 。 第 ２ の 半 導 体 装 置 は 、 第 １ 方 向 も し く は そ の 逆 方 向 に 隣 接 す る 層 の 材 料 よ り も バ ン ド ギ ャ ッ プ が 狭 い 材 料 に よ っ て 形 成 さ れ た 少 な く と も １ 層 の 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 と 、 第 １ 方 向 も し く は そ の 逆 方 向 に 隣 接 す る 層 の 材 料 よ り も バ ン ド ギ ャ ッ プ が 広 い 材 料 に よ っ て 形 成 さ れ た 少 な く と も １ 層 の 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 が 、 交 互 に 積 層 さ れ て お り 、 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 と 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 が 第 １ 方 向 に 積 層 さ れ て 接 合 す る 第 １ 接 合 部 と 、 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 と 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 が 第 １ 方 向 に 積 層 さ れ て 接 合 す る 第 ２ 接 合 部 を 有 す る ダ ブ ル 接 合 構 造 を １ つ ま た は 第 １ 方 向 に 複 数 積 層 さ れ た 状 態 で 備 え て い る 、 積 層 体 と 、 第 １ 方 向 と 交 差 す る 第 ２ 方 向 に 伸 び て お り 、 積 層 体 の 各 層 と シ ョ ッ ト キ ー 接 合 す る シ ョ ッ ト キ ー 電 極 層 と 、 第 １ 方 向 と 交 差 す る 第 ３ 方 向 に 伸 び て お り 、 積 層 体 の 各 層 と 接 合 す る 電 極 半 導 体 層 と を 備 え て い る 。 積 層 体 の ダ ブ ル 接 合 構 造 内 に は 、 負 の 固 定 電 荷 を 有 す る 第 １ 領 域 と 正 の 固 定 電 荷 を 有 す る 第 ２ 領 域 と が 少 な く と も １ 対 含 ま れ て い る 。 第 １ 領 域 は 、 第 １ 接 合 部 で 接 合 す る 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 の 第 １ 方 向 の 中 央 位 置 よ り も 第 １ 接 合 部 に 近 い 側 に 含 ま れ て い る 。 第 ２ 領 域 は 、 第 ２ 接 合 部 で 接 合 す る 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 の 第 １ 方 向 の 中 央 位 置 よ り も 第 ２ 接 合 部 に 近 い 側 に 含 ま れ て い る 。
【 図 面 の 簡 単 な 説 明 】 【 ０ ０ １ ９ 】
【 図 １ 】 実 施 例 １ に 係 る 半 導 体 装 置 の 断 面 構 造 を 模 式 的 に 示 す 図 で あ る 。 【 図 ２ 】 実 施 例 ２ に 係 る 半 導 体 装 置 の 断 面 構 造 を 模 式 的 に 示 す 図 で あ る 。 【 図 ３ 】 実 施 例 ３ に 係 る 半 導 体 装 置 の 断 面 構 造 を 模 式 的 に 示 す 図 で あ る 。 【 図 ４ 】 実 施 例 ４ に 係 る 半 導 体 装 置 の 断 面 構 造 を 模 式 的 に 示 す 図 で あ る 。 【 図 ５ 】 実 施 例 ５ に 係 る 半 導 体 装 置 の 断 面 構 造 を 模 式 的 に 示 す 図 で あ る 。 【 図 ６ 】 実 施 例 ６ に 係 る 半 導 体 装 置 の 断 面 構 造 を 模 式 的 に 示 す 図 で あ る 。 【 図 ７ 】 実 施 例 ７ に 係 る 半 導 体 装 置 の 断 面 構 造 を 模 式 的 に 示 す 図 で あ る 。 【 発 明 を 実 施 す る た め の 形 態 】
【 ０ ０ ２ ０ 】
本 明 細 書 が 開 示 す る 第 １ お よ び 第 ２ の 半 導 体 装 置 は 、 キ ャ パ シ タ 等 の 蓄 電 型 の 半 導 体 装 置 と し て 好 適 に 利 用 す る こ と が で き る 。 本 明 細 書 が 開 示 す る 第 １ の 半 導 体 装 置 は 、 少 な く と も ３ 層 以 上 の 半 導 体 層 が 積 層 さ れ た 積 層 体 と 、 第 １ 方 向 と 交 差 す る 第 ２ 方 向 に 伸 び て お り 、 積 層 体 の 各 層 と 接 合 す る 第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と 、 第 １ 方 向 と 交 差 す る 第 ３ 方 向 に 伸 び て お り 、 積 層 体 の 各 層 と 接 合 す る 第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と を 備 え て い る 。 本 明 細 書 が 開 示 す る 第 ２ の 半 導 体 装 置 は 、 少 な く と も ３ 層 以 上 の 半 導 体 層 が 積 層 さ れ た 積 層 体 と 、 第 １ 方 向 と 交 差 す る 第 ２ 方 向 に 伸 び て お り 、 積 層 体 の 各 層 と シ ョ ッ ト キ ー 接 合 す る シ ョ ッ ト キ ー 電 極 層 と 、 第 １ 方 向 と 交 差 す る 第 ３ 方 向 に 伸 び て お り 、 積 層 体 の 各 層 と 接 合 す る 電 極 半 導 体 層 と を 備 え て い る 。
【 ０ ０ ２ １ 】
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30
40
50 体 層 の 組 み 合 わ せ を 例 示 す る と 、 特 に 限 定 さ れ な い が 、 ２ 種 類 以 上 の 相 違 す る 結 晶 材 料 、
同 位 体 材 料 、 結 晶 構 造 材 料 の 組 み 合 わ せ を 挙 げ る こ と が で き る 。 よ り 具 体 的 に は 、 結 晶 材 料 の 組 み 合 わ せ と し て は 、 例 え ば 、 Ａ ｌ Ｇ ａ Ｎ と Ｇ ａ Ｎ 、 Ａ ｌ Ｇ ａ Ａ ｓ と Ｇ ａ Ａ ｓ ま た は Ｉ ｎ Ａ ｌ Ｇ ａ Ａ ｓ Ｐ と Ｉ ｎ Ｇ ａ Ｐ 等 の Ｉ Ｉ Ｉ 族 原 子 と Ｖ 族 原 子 を そ れ ぞ れ １ 種 以 上 含 む Ｉ Ｉ Ｉ − Ｖ 族 半 導 体 化 合 物 の 組 み 合 わ せ 、 Ｚ ｎ Ｍ ｇ Ｏ と Ｚ ｎ Ｏ 等 の Ｉ Ｉ 族 原 子 と Ｖ Ｉ 族 原 子 を そ れ ぞ れ １ 種 以 上 含 む Ｉ Ｉ − Ｖ Ｉ 族 半 導 体 化 合 物 の 組 み 合 わ せ 、 Ｓ ｉ Ｇ ｅ Ｃ と Ｓ ｉ Ｇ ｅ Ｓ ｉ と Ｇ ｅ 等 の Ｉ Ｖ 族 原 子 を １ 種 以 上 含 み 、 互 い に 組 成 比 が 相 違 す る Ｉ Ｖ 族 半 導 体 化 合 物 の 組 み 合 わ せ 、 Ｃ ｄ Ｓ と Ｃ Ｚ Ｔ Ｓ 等 の Ｉ Ｉ − Ｉ Ｖ − Ｖ Ｉ 族 半 導 体 化 合 物 等 の 多 様 な 元 素 の 組 み 合 わ せ が 可 能 で あ る 。 な お 、 上 記 の 化 合 物 の 表 記 に お い て は 、 組 成 比 を 表 す サ フ ィ ッ ク ス は 省 略 さ れ て お り 、 適 宜 好 ま し い 組 成 比 の 化 合 物 を 用 い る こ と が で き る 。 ま た 、 同 位 体 材 料 の 組 み 合 わ せ と し て は 、 例 え ば 、
１ ３
Ｃ と
１ ２
Ｃ 、
２ ８
Ｓ ｉ と
２ ９
Ｓ ｉ と
３ ０
Ｓ ｉ を 挙 げ る こ と が で き る 。 ま た 、 結 晶 構 造 材 料 の 組 み 合 わ せ と し て は 、 例 え ば 、 ウ ル ツ 鉱 構 造 の Ｇ ａ Ｎ と 閃 亜 鉛 構 造 の Ｇ ａ Ｎ 、 単 結 晶 の Ｇ ａ Ｎ と 多 結 晶 の Ｇ ａ Ｎ を 挙 げ る こ と が で き る 。 バ ン ド ギ ャ ッ プ の 相 違 す る 半 導 体 層 の 組 み 合 わ せ と し て 好 ま し い も の を 挙 げ る と 、 バ ン ド ギ ャ ッ プ 差 が 大 き く 、 格 子 定 数 差 が 小 さ い 組 合 せ 、 バ ン ド ギ ャ ッ プ 差 が 大 き く 、 自 発 分 極 係 数 お よ び ピ エ ゾ 分 極 係 数 が 大 き い 組 合 せ が 好 ま し く 、 そ れ ぞ れ の 半 導 体 層 が 、 高 熱 伝 導 度 、 高 移 動 度 、 高 飽 和 速 度 お よ び 低 欠 陥 密 度 の 特 性 を 有 し て い る こ と が 好 ま し い 。 さ ら に 、 Ａ ｌ Ｇ ａ Ｎ と Ｇ ａ Ｎ と の 組 み 合 わ せ 等 の 、 バ ン ド ギ ャ ッ プ 差 が 大 き く 、 格 子 定 数 差 が 小 さ く 、 か つ 、 自 発 分 極 係 数 お よ び ピ エ ゾ 分 極 係 数 が 大 き い 組 合 せ は 、 特 に 好 ま し い 。 【 ０ ０ ２ ２ 】
積 層 体 を 構 成 す る 半 導 体 層 は 、 第 １ 方 向 （ 例 え ば 、 半 導 体 装 置 の 裏 面 側 か ら 表 面 側 に 向 か う 方 向 ） に 沿 っ て 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 と 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 が 交 互 に 配 列 さ れ る よ う に 積 層 さ れ て い る 。 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 は 、 第 １ 方 向 も し く は そ の 逆 方 向 に 隣 接 す る 層 の 材 料 よ り も バ ン ド ギ ャ ッ プ が 狭 い 材 料 に よ っ て 形 成 さ れ て い る 。 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 は 、 第 １ 方 向 も し く は そ の 逆 方 向 に 隣 接 す る 層 の 材 料 よ り も バ ン ド ギ ャ ッ プ が 広 い 材 料 に よ っ て 形 成 さ れ て い る 。 な お 、 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 お よ び 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 は 、 真 正 半 導 体 層 で あ る こ と が 好 ま し い 。
【 ０ ０ ２ ３ 】
積 層 体 は 、 少 な く と も ３ 層 以 上 の 半 導 体 層 を 備 え て い る た め 、 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 と 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 が 第 １ 方 向 に 積 層 さ れ て 接 合 す る 第 １ 接 合 部 と 、 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 と 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 が 第 １ 方 向 に 積 層 さ れ て 接 合 す る 第 ２ 接 合 部 を 少 な く と も １ つ ず つ 含 ん で い る 。 本 明 細 書 で は 、 一 組 の 第 １ 接 合 部 と 第 ２ 接 合 部 と を 合 わ せ て ダ ブ ル 接 合 構 造 と 呼 ぶ 。 ダ ブ ル 接 合 構 造 は 、 第 １ 方 向 に 第 １ 接 合 部 、 第 ２ 接 合 部 が こ の 順 序 で 配 置 さ れ て い る も の で あ っ て も よ い し 、 逆 に 、 第 １ 方 向 に 第 ２ 接 合 部 、 第 １ 接 合 部 が こ の 順 序 で 配 置 さ れ て い る も の で あ っ て も よ い 。 積 層 体 が ３ 層 で あ る 場 合 を 例 示 し て 具 体 的 に 説 明 す る と 、 第 １ 方 向 に 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 、 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 、 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 が こ の 順 序 で 配 置 さ れ た 積 層 体 に お い て は 、 第 １ 方 向 に 第 ２ 接 合 部 、 第 １ 接 合 部 が こ の 順 序 で 配 置 さ れ て い る 。 逆 に 、 第 １ 方 向 に 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 、 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 、 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 が こ の 順 序 で 配 置 さ れ た 積 層 体 に お い て は 、 第 １ 方 向 に 第 １ 接 合 部 、 第 ２ 接 合 部 が こ の 順 序 で 配 置 さ れ て い る 。
【 ０ ０ ２ ４ 】
積 層 体 は 、 ダ ブ ル 接 合 構 造 を １ つ ま た は 第 １ 方 向 に 複 数 積 層 さ れ た 状 態 で 備 え て い る 。 積 層 体 に 含 ま れ る 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 と 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 が そ れ ぞ れ １ つ ず つ 追 加 さ れ る 毎 に 、 ダ ブ ル 接 合 構 造 が １ つ 追 加 さ れ る 。 例 え ば 、 積 層 体 が 交 互 に 積 層 さ れ た 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 、 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 と を 合 計 で ５ 層 有 し て い る 場 合 に は 、 ダ ブ ル 接 合 構 造 は ２ つ と な る 。
【 ０ ０ ２ ５ 】
10
20
30
40
50 ≠ ｙ ） が こ の 順 序 で 積 層 さ れ て い て も よ い し 、
２ ９
Ｓ ｉ ／
２ ８
Ｓ ｉ ／
３ ０
Ｓ ｉ が こ の 順 序 で 積 層 さ れ て い て も よ い 。 ま た 、 ダ ブ ル 接 合 ご と に 、 第 １ 接 合 部 と 第 ２ 接 合 部 の 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 と 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 の 組 み 合 わ せ が 相 違 し て い て も よ い 。 例 え ば 、 Ａ ｌ
１ − ｘ Ｇ ａｘ Ａ ｓ ／ Ｇ ａ Ａ ｓ ／ Ａ ｌ１ − ｙ Ｇ ａｙ Ａ ｓ ／ Ｇ ａ Ａ ｓ ／ Ａ ｌ１ − ｘ Ｇ ａｘ Ａ ｓ が こ
の 順 序 で 積 層 さ れ て い て も よ い し 、 Ａ ｌ
１ − ｘ Ｇ ａｘ Ａ ｓ ／ Ｇ ａ Ａ ｓ ／ Ａ ｌ１ − ｘ Ｇ ａｘ
Ａ ｓ ／ Ｇ ａ Ａ ｓ ／ Ａ ｌ
１ − ｙ Ｇ ａｙ Ａ ｓ Ｇ ａ Ａ ｓ ／ Ａ ｌ１ − ｙ Ｇ ａｙ Ａ ｓ が こ の 順 序 で 積
層 さ れ て い て も よ い 。 な お 、 上 記 組 成 式 に お い て は 、 ０ ＜ ｘ ＜ １ 、 ０ ＜ ｙ ＜ １ か つ ｘ ≠ ｙ で あ る 。
【 ０ ０ ２ ６ 】
積 層 体 の ダ ブ ル 接 合 構 造 内 に は 、 負 の 固 定 電 荷 を 有 す る 第 １ 領 域 と 正 の 固 定 電 荷 を 有 す る 第 ２ 領 域 と が 少 な く と も １ 対 含 ま れ て い る 。 第 １ 領 域 は 、 第 １ 接 合 部 で 接 合 す る 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 の 第 １ 方 向 の 中 央 位 置 よ り も 第 １ 接 合 部 に 近 い 側 に 含 ま れ て い る 。 第 ２ 領 域 は 、 第 ２ 接 合 部 で 接 合 す る 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 の 第 １ 方 向 の 中 央 位 置 よ り も 第 ２ 接 合 部 に 近 い 側 に 含 ま れ て い る 。
【 ０ ０ ２ ７ 】
本 明 細 書 が 開 示 す る 第 １ お よ び 第 ２ の 半 導 体 装 置 は 、 第 １ 接 合 部 に お い て 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 に 負 の 固 定 電 荷 を 有 す る 第 １ 領 域 が 含 ま れ て い る こ と に よ っ て 、 第 １ 接 合 部 で 接 合 す る 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 に ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 が 形 成 さ れ る 。 ま た 、 第 ２ 接 合 部 に お い て 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 に 正 の 固 定 電 荷 を 有 す る 第 ２ 領 域 が 含 ま れ て い る こ と に よ っ て 、 第 ２ 接 合 部 で 接 合 す る 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 に ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 が 形 成 さ れ る 。 ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 お よ び ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 に 電 荷 が 蓄 積 さ れ る た め 、 キ ャ パ シ タ 等 の 蓄 電 型 の 半 導 体 装 置 と し て 利 用 で き る 。 【 ０ ０ ２ ８ 】
第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 が ｐ 層 で あ り 、 第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 が ｎ 層 で あ る 第 １ の 半 導 体 装 置 を 例 示 し て 説 明 す る 。 半 導 体 装 置 に 電 位 差 が 与 え ら れ て い な い 無 バ イ ア ス 時 に は 、 ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 は ｐ 層 と 電 気 的 に 接 続 す る 一 方 で 、 ｎ 層 と は 電 気 的 に 非 接 続 と な る 。 ま た 、 ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 は ｎ 層 と 電 気 的 に 接 続 す る 一 方 で 、 ｐ 層 と は 電 気 的 に 非 接 続 と な る 。 そ の 結 果 、 ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 お よ び ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 に 電 荷 が 蓄 積 さ れ る 。 半 導 体 装 置 に 逆 バ イ ア ス 電 圧 が 印 加 さ れ た 場 合 （ 逆 バ イ ア ス 時 ） に は 、 ｐ 層 と ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 の 間 、 お よ び ｎ 層 と ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 の 間 に 空 乏 層 が 広 が る た め 、 こ れ に よ っ て 耐 圧 が 維 持 さ れ る 。 積 層 体 を 構 成 す る 各 層 の バ ン ド ギ ャ ッ プ や 厚 さ を 調 整 す る こ と に よ っ て 、 所 望 の 耐 圧 を 保 持 す る こ と が で き る 。 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 の 材 料 が Ａ ｌ Ｇ ａ Ｎ で あ り 、 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 の 材 料 が Ｇ ａ Ｎ で あ る 場 合 を 例 示 し て 、 さ ら に 具 体 的 に 説 明 す る 。 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 と 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 と の 界 面 の 電 荷 濃 度 （ 分 極 電 荷 お よ び ド ー プ に よ る 電 荷 の 合 計 ） が １ ． ０ × １ ０
１ ３
ｃ ｍ
− ２
で あ る と き 、 電 荷 の 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 の 厚 さ Ｄ お よ び 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ の 厚 さ ｄ に つ い て 、 Ｄ お よ び ｄ が い ず れ も １ ０ ０ ｎ ｍ 以 上 で あ れ ば 、 １ Ｖ 程 度 の 耐 圧 を 得 る こ と が で き る 。 ま た 、 上 記 の 界 面 の 電 荷 濃 度 と 同 程 度 の 濃 度 の 電 荷 を 半 導 体 装 置 に 蓄 積 す る こ と が で き る 。 本 明 細 書 が 開 示 す る 第 １ お よ び 第 ２ の 半 導 体 装 置 に よ れ ば 、 ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 お よ び ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 に よ っ て 電 荷 を 蓄 積 す る た め 、 従 来 に な い 小 型 の 半 導 体 装 置 を 実 現 す る こ と が で き る 。
【 ０ ０ ２ ９ 】
第 １ の 半 導 体 装 置 に お い て は 、 第 １ 接 合 部 ま た は 第 ２ 接 合 部 に 負 の 固 定 電 荷 に よ っ て 誘 起 さ れ た キ ャ リ ア （ ホ ー ル ） の 濃 度 （ ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 の キ ャ リ ア 濃 度 ） と 、 正 の 固 定 電 荷 に よ っ て 誘 起 さ れ た キ ャ リ ア （ 電 子 ） の 濃 度 （ ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 の キ ャ リ ア 濃 度 ） と の 濃 度 差 は 、 第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と 第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と の 間 に 電 圧 が 印 加 さ れ た 場 合 に 、 ホ ー ル と 電 子 の い ず れ か 一 方 の み が 残 存 し な い 濃 度 差 で あ る こ と が 好 ま し い 。 第 ２ の 半 導 体 装 置 に お い て も 、 第 １ 接 合 部 ま た は 第 ２ 接 合 部 に 負 の 固 定 電 荷 に よ っ て 誘 起 さ れ た ホ ー ル の 濃 度 と 、 正 の 固 定 電 荷 に よ っ て 誘 起 さ れ た 電 子 の 濃 度 と の 濃 度 差 は 、 シ ョ ッ ト キ ー 電 極 層 と 電 極 半 導 体 層 と の 間 に 電 圧 が 印 加 さ れ た 場 合 に 、 ホ ー ル と 電 子 の い ず れ か 一 方 の み が 残 存 し な い 濃 度 差 で あ る こ と が 好 ま し い 。
10
20
30
40
50 ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 と ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 の キ ャ リ ア 濃 度 差 が 所 定 の 濃 度 差 （ 例 え ば ２ ０ ％ ） を 超 え
て い る と 、 第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と 第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 に 逆 バ イ ア ス 電 圧 （ ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 の キ ャ リ ア 濃 度 と ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 の キ ャ リ ア 濃 度 が 低 下 す る 極 性 の 電 圧 ） を 印 加 し 、 ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 の キ ャ リ ア 濃 度 と ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 の キ ャ リ ア 濃 度 を 低 減 さ せ た 際 に 、 低 濃 度 側 が 先 に 消 滅 し 、 ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 と ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 の い ず れ か 一 方 の み が 残 存 す る 。 こ の 場 合 、 残 存 し た 方 の キ ャ リ ア 層 の 端 部 に 電 界 が 集 中 す る た め 、 耐 圧 が 低 下 す る 。 こ の た め 、 負 の 固 定 電 荷 に よ っ て 誘 起 さ れ る キ ャ リ ア 層 （ ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 ） と 、 正 の 固 定 電 荷 に よ っ て 誘 起 さ れ る キ ャ リ ア 層 （ ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 ） の キ ャ リ ア 濃 度 差 は 、 「 第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と 第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と の 間 に 電 圧 が 印 加 さ れ た 場 合 に 、 ホ ー ル と 電 子 の い ず れ か 一 方 の み が 残 存 し な い 濃 度 差 」 で あ る ２ ０ ％ 以 下 で あ る こ と が 好 ま し い 。 な お 、 「 第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と 第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と の 間 に 電 圧 が 印 加 さ れ た 場 合 に 、 ホ ー ル と 電 子 の い ず れ か 一 方 の み が 残 存 し な い 濃 度 差 」 の 具 体 的 な 数 値 範 囲 は 、 上 記 し た ２ ０ ％ 以 下 に 限 定 さ れ な い 。 こ の 数 値 範 囲 の 上 限 値 は 、 半 導 体 装 置 に 用 い ら れ て い る 半 導 体 材 料 の 特 性 （ 誘 電 率 等 ） 、 半 導 体 装 置 の 構 造 （ 第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と 第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 の 距 離 等 ） 等 に よ っ て 変 化 し 、 例 え ば 、 ５ ％ 以 下 、 ま た は ５ ０ ％ 以 下 と な る 場 合 も あ る 。
【 ０ ０ ３ １ 】
な お 、 ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 と ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 の い ず れ か 一 方 の み が 残 存 し な い 場 合 に は 、 以 下 の ２ つ の 場 合 が あ る 。 １ つ 目 の 場 合 は 、 ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 と ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 と が 共 存 す る 場 合 で あ る 。 こ の 場 合 は 、 電 極 面 積 が 大 き く な る た め 、 キ ャ パ シ タ と し て 小 型 化 に 有 効 で あ る 。 ２ つ 目 の 場 合 は 、 ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 と ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 と が 共 に 消 滅 す る 場 合 で あ る 。 こ の 場 合 は 、 固 定 電 荷 の み が 残 存 し 、 固 定 電 荷 間 の 電 界 に よ っ て 電 圧 の 一 部 が 保 持 さ れ る た め 、 高 耐 圧 半 導 体 装 置 と し て 小 型 化 に 有 効 で あ る 。
【 ０ ０ ３ ２ 】
本 明 細 書 が 開 示 す る 第 １ お よ び 第 ２ の 半 導 体 装 置 で は 、 正 ま た は 負 の 固 定 電 荷 は 、 分 極 電 荷 で あ っ て も よ い し 、 ド ー プ し た 電 荷 で あ っ て も よ い 。 半 導 体 装 置 は 、 固 定 電 荷 と し て 、 分 極 電 荷 と ド ー プ さ れ た 電 荷 の 少 な く と も い ず れ か 一 方 を 含 ん で い れ ば よ く 、 双 方 を 含 ん で い て も よ い 。 双 方 を 含 ん で い る 場 合 に は 、 正 ま た は 負 の 固 定 電 荷 は 、 分 極 電 荷 と ド ー プ さ れ た 電 荷 と の 和 と な る 。 分 極 電 荷 は 、 自 発 分 極 と ピ エ ゾ 分 極 に よ る 分 極 電 荷 に 分 類 さ れ る 。 例 え ば 、 Ａ ｌ Ｇ ａ Ｎ と Ｇ ａ Ｎ の 組 み 合 わ せ を 用 い る 場 合 に は 、 分 極 電 荷 を 本 明 細 書 に 係 る 正 ま た は 負 の 固 定 電 荷 と し て 利 用 で き る 。 ま た 、 例 え ば 、 Ａ ｌ Ｇ ａ Ａ ｓ と Ｇ ａ Ａ ｓ 、 Ｓ ｉ と Ｇ ｅ 、
１ ３
Ｃ と
１ ２
Ｃ 、
２ ８
Ｓ ｉ と
２ ９
Ｓ ｉ と
３ ０
Ｓ ｉ の 組 み 合 わ せ を 用 い る 場 合 に は 、 分 極 電 荷 を 利 用 で き な い の で 、 本 明 細 書 に 係 る 正 ま た は 負 の 固 定 電 荷 を ド ー プ す る 必 要 が あ る 。 な お 、 分 極 電 荷 を 利 用 で き る 材 料 で あ っ て も 、 さ ら に 電 荷 を ド ー プ し て 、 正 ま た は 負 の 固 定 電 荷 と し て 利 用 し て も よ い 。
【 ０ ０ ３ ３ 】
正 ま た は 負 の 固 定 電 荷 を 積 層 体 の 半 導 体 層 に ド ー プ す る 場 合 、 ド ー プ さ れ た 電 荷 は 、 積 層 体 の 半 導 体 層 の 平 面 方 向 （ 第 １ 方 向 を 法 線 ベ ク ト ル と す る 平 面 方 向 ） に 均 質 で あ り 、 深 さ 方 向 （ 第 １ 方 向 ） に 数 ∼ 数 十 個 の 原 子 の 厚 さ （ １ ０ ｎ ｍ 程 度 以 下 ） と な る よ う に 分 布 し て い る こ と が 好 ま し い 。 こ こ で 、 「 平 面 方 向 に 均 質 」 に 分 布 す る と は 、 原 子 が 平 面 方 向 に 一 様 に 分 布 し て い る 状 態 （ い わ ゆ る δ ド ー プ の 状 態 ） に 限 ら れ ず 、 数 個 の 原 子 が 例 え ば ド ッ ト 状 ま た は 線 状 の 集 合 体 を 形 成 し て お り 、 こ の 原 子 の 集 合 体 が 平 面 方 向 に ほ ぼ 等 間 隔 で 均 質 に 分 布 し て い る 状 態 も 含 む 。
【 ０ ０ ３ ４ 】
積 層 体 は 、 第 １ 領 域 お よ び 第 ２ 領 域 よ り も 固 定 電 荷 の 濃 度 が 低 い 第 ３ 領 域 を さ ら に 含 ん で い て も よ い 。 第 ３ 領 域 は 、 １ つ の ダ ブ ル 接 合 構 造 内 の 第 １ 領 域 と 第 ２ 領 域 の 間 に 設 け ら れ て い て も よ い 。 ま た 、 積 層 体 が ダ ブ ル 接 合 構 造 を ２ つ 以 上 有 す る 場 合 に は 、 第 ３ 領 域 は 、 隣 接 す る ２ つ の ダ ブ ル 接 合 構 造 の う ち の 一 方 の 第 １ 領 域 と 他 方 の 第 ２ 領 域 の 間 に 設 け ら れ て い て も よ い 。
10
20
30
40
50 第 ３ 領 域 の 固 定 電 荷 は 、 負 の 固 定 電 荷 と 正 の 固 定 電 荷 の い ず れ か 一 方 の み で あ っ て も よ
い し 、 双 方 で あ っ て も よ い 。 第 ３ 領 域 が 負 の 固 定 電 荷 と 正 の 固 定 電 荷 と の 双 方 を 有 す る 場 合 に は 、 第 ３ 領 域 の 負 の 固 定 電 荷 を 有 す る 領 域 は 、 正 の 固 定 電 荷 を 有 す る 領 域 よ り も 第 ２ 領 域 に 近 い 側 に 位 置 し て い る こ と が 好 ま し い 。 言 い 換 え る と 、 正 の 固 定 電 荷 を 有 す る 領 域 は 、 負 の 固 定 電 荷 を 有 す る 領 域 よ り も 第 １ 領 域 に 近 い 側 に 位 置 し て い る こ と が 好 ま し い 。 【 ０ ０ ３ ６ 】
第 ３ 領 域 は 、 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 に 設 け て も よ い し 、 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 に 設 け て も よ い 。 半 導 体 装 置 の 耐 圧 を 向 上 す る た め に は 、 第 ３ 領 域 は 、 １ つ の ダ ブ ル 接 合 構 造 の 各 層 の う ち 、 最 も 耐 圧 が 低 い 層 に 設 け ら れ て い る こ と が 好 ま し い 。
【 ０ ０ ３ ７ 】
本 明 細 書 が 開 示 す る 第 １ の 半 導 体 装 置 の 第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 お よ び 第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 は 、 多 層 積 層 構 造 で あ っ て も よ い し 、 単 一 層 で あ っ て も よ い 。 単 一 層 で あ る 場 合 に は 、 積 層 体 を 構 成 す る 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 と 同 じ 材 料 を 用 い る よ り も 、 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 と 同 じ 材 料 を 用 い て 電 極 半 導 体 層 を 形 成 す る こ と が 好 ま し く 、 積 層 体 の 最 も バ ン ド ギ ャ ッ プ が 狭 い 層 と 同 じ 材 料 に よ っ て 単 一 の 半 導 体 層 と し て 形 成 さ れ て い る こ と が 特 に 好 ま し い 。 第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 お よ び 第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 は 、 本 明 細 書 に 係 る 積 層 体 を 構 成 す る 各 半 導 体 層 と 別 の 半 導 体 層 で あ り 、 こ れ ら を 互 い に 接 合 し た も の で あ っ て も よ い 。 ま た 、 第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 お よ び 第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 が 多 層 積 層 構 造 で あ る 場 合 に は 、 本 明 細 書 に 係 る 積 層 体 に 第 １ 導 電 型 の 不 純 物 お よ び 第 ２ 導 電 型 の 不 純 物 を 注 入 す る こ と に よ っ て 、 第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 お よ び 第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 を 形 成 し て も よ い 。
【 ０ ０ ３ ８ 】
半 導 体 装 置 の 第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 お よ び 第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 は 、 そ の 表 面 等 に お い て 、 金 属 電 極 等 と 接 合 さ れ て お り 、 金 属 電 極 を 介 し て 電 圧 が 印 加 さ れ る も の で あ っ て も よ い 。
【 ０ ０ ３ ９ 】
本 明 細 書 が 開 示 す る 第 ２ の 半 導 体 装 置 の 電 極 半 導 体 層 は 、 対 に な る シ ョ ッ ト キ ー 電 極 層 の 材 料 に 応 じ て 、 第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と し て も よ い し 、 第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と し て も よ い 。 第 ２ の 半 導 体 装 置 の 電 極 半 導 体 層 は 、 第 １ の 半 導 体 装 置 の 第 １ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 ま た は 第 ２ 導 電 型 の 電 極 半 導 体 層 と 同 様 の 形 態 を と る こ と が で き る 。
【 ０ ０ ４ ０ 】
シ ョ ッ ト キ ー 電 極 層 は 、 多 層 積 層 構 造 で あ っ て も よ い し 、 単 一 層 で あ っ て も よ い 。 積 層 体 の 材 料 と し て Ａ ｌ Ｇ ａ Ｎ と Ｇ ａ Ｎ の 組 み 合 わ せ 、 ま た は Ａ ｌ Ｇ ａ Ａ ｓ と Ｇ ａ Ａ ｓ の 組 み 合 わ せ が 用 い ら れ て い る 場 合 に は 、 シ ョ ッ ト キ ー 電 極 層 と し て は 、 Ａ ｌ ， Ｐ ｔ ， Ａ ｕ ， Ｎ ｉ ， Ｐ ｄ の 金 属 層 ま た は こ れ ら を 積 層 し た 多 層 の 金 属 層 を 好 適 に 用 い る こ と が で き る 。 Ａ ｌ Ｇ ａ Ｎ と Ｇ ａ Ｎ の 組 み 合 わ せ 、 ま た は Ａ ｌ Ｇ ａ Ａ ｓ と Ｇ ａ Ａ ｓ の 組 み 合 わ せ は 、 バ ン ド ギ ャ ッ プ の 幅 が 広 い た め 、 上 記 の 金 属 材 料 は 、 ホ ー ル に 対 し て も 電 子 に 対 し て も 、 シ ョ ッ ト キ ー 接 合 を 形 成 す る 。
【 ０ ０ ４ １ 】
第 １ お よ び 第 ２ の 半 導 体 装 置 に お い て は 、 積 層 体 に お け る 正 ま た は 負 の 固 定 電 荷 に よ る 高 耐 圧 化 の 効 果 の み な ら ず 、 積 層 体 を 構 成 す る 真 正 半 導 体 層 中 の キ ャ リ ア 層 （ ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 と ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 ） の 存 在 に よ る 低 損 失 化 の 効 果 を 得 る こ と も で き る 。 こ れ に よ っ て 、 半 導 体 装 置 の 高 耐 圧 化 と 低 損 失 化 を 両 立 す る こ と が で き 、 半 導 体 装 置 の 小 型 化 に 寄 与 す る こ と が で き る 。
【 実 施 例 １ 】 【 ０ ０ ４ ２ 】
10
20
30
40
50 ３ ， １ ０ ５ と 、 Ａ ｌ Ｇ ａ Ｎ を 材 料 と す る 真 正 半 導 体 層 で あ る 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ２ ，
１ ０ ４ と を 備 え て い る 。 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ １ ， １ ０ ３ ， １ ０ ５ と 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ２ ， １ ０ ４ は 、 第 １ 方 向 （ 図 １ に 示 す Ｙ の 正 方 向 ） に 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ５ ， 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ４ ， 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ３ ， 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ２ ， 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ １ の 順 序 で 積 層 さ れ て い る 。 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ２ ， １ ０ ４ は 、 そ れ ぞ れ 第 １ 方 向 に 隣 接 す る 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ １ ， １ ０ ３ の 材 料 よ り も バ ン ド ギ ャ ッ プ が 広 い 材 料 に よ っ て 形 成 さ れ て い る 。 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ３ ， １ ０ ５ は 、 第 １ 方 向 に 隣 接 す る 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ２ ， １ ０ ４ の 材 料 よ り も バ ン ド ギ ャ ッ プ が 狭 い 材 料 に よ っ て 形 成 さ れ て い る 。 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ １ は 、 第 １ 方 向 の 逆 方 向 に 隣 接 す る 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ２ の 材 料 よ り も バ ン ド ギ ャ ッ プ が 狭 い 材 料 に よ っ て 形 成 さ れ て い る 。
【 ０ ０ ４ ３ 】
狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ １ と 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ２ は 、 第 １ 接 合 部 １ ５ １ に お い て 接 合 し て い る 。 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ２ と 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ３ は 、 第 ２ 接 合 部 １ ５ ２ に お い て 接 合 し て い る 。 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ３ と 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ４ は 、 第 １ 接 合 部 １ ５ ３ に お い て 接 合 し て い る 。 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ４ と 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ５ は 、 第 ２ 接 合 部 １ ５ ４ に お い て 接 合 し て い る 。 積 層 体 １ ０ ０ は 、 第 １ 接 合 部 １ ５ １ と 第 ２ 接 合 部 １ ５ ２ と を 含 む ダ ブ ル 接 合 構 造 と 、 第 １ 接 合 部 １ ５ ３ と 第 ２ 接 合 部 １ ５ ４ と を 含 む ダ ブ ル 接 合 構 造 と を 有 し て い る 。 積 層 体 １ ０ ０ は 、 第 １ 方 向 に 第 ２ 接 合 部 、 第 １ 接 合 部 の 順 序 で 配 列 さ れ た ダ ブ ル 接 合 構 造 を ２ つ 有 し て い る 。
【 ０ ０ ４ ４ 】
電 極 半 導 体 層 １ １ ０ は 、 積 層 体 １ ０ ０ か ら 第 ２ 方 向 （ 図 １ に 示 す 、 Ｘ の 負 方 向 ） に 伸 び て い る 。 電 極 半 導 体 層 １ ２ ０ は 、 積 層 体 １ ０ ０ か ら 第 ３ 方 向 （ 図 １ に 示 す 、 Ｘ の 正 方 向 ） に 伸 び て い る 。 第 ２ 方 向 お よ び 第 ３ 方 向 は 、 第 １ 方 向 と 直 交 し て い る 。 電 極 半 導 体 層 １ １ ０ と 電 極 半 導 体 層 １ ２ ０ は 、 積 層 体 １ ０ ０ に 対 し て Ｘ 方 向 の 両 端 に 位 置 し て お り 、 対 向 し て い る 。
【 ０ ０ ４ ５ 】
ｐ 型 の 電 極 半 導 体 層 １ １ ０ は 、 Ｇ ａ Ｎ を 材 料 と す る ｐ 型 の 半 導 体 層 で あ る ｐ 層 １ １ １ ， １ １ ３ ， １ １ ５ と 、 Ａ ｌ Ｇ ａ Ｎ を 材 料 と す る ｐ 型 の 半 導 体 層 で あ る ｐ 層 １ １ ２ ， １ １ ４ と を 備 え て い る 。 ｎ 型 の 電 極 半 導 体 層 １ ２ ０ は 、 Ｇ ａ Ｎ を 材 料 と す る ｎ 型 の 半 導 体 層 で あ る ｎ 層 １ ２ １ ， １ ２ ３ ， １ ２ ５ と 、 Ａ ｌ Ｇ ａ Ｎ を 材 料 と す る ｎ 型 の 半 導 体 層 で あ る ｐ 層 １ ２ ２ ， １ ２ ４ と を 備 え て い る 。 ｐ 層 １ １ １ と 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ １ と ｎ 層 １ ２ １ と は 、 一 連 の Ｇ ａ Ｎ 材 料 層 に よ っ て 形 成 さ れ て い る 。 ｐ 層 １ １ ２ と 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ２ と ｎ 層 １ ２ ２ と は 、 一 連 の Ａ ｌ Ｇ ａ Ｎ 材 料 層 に よ っ て 形 成 さ れ て い る 。 ｐ 層 １ １ ３ と 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ３ と ｎ 層 １ ２ ３ と は 、 一 連 の Ｇ ａ Ｎ 材 料 層 に よ っ て 形 成 さ れ て い る 。 ｐ 層 １ １ ４ と 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ４ と ｎ 層 １ ２ ４ と は 、 一 連 の Ａ ｌ Ｇ ａ Ｎ 材 料 層 に よ っ て 形 成 さ れ て い る 。 ｐ 層 １ １ ５ と 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ５ と ｎ 層 １ ２ ５ と は 、 一 連 の Ｇ ａ Ｎ 材 料 層 に よ っ て 形 成 さ れ て い る 。 ｐ 層 １ １ １ ∼ １ １ ５ お よ び ｎ 層 １ ２ １ ∼ １ ２ ５ は 、 真 正 半 導 体 層 で あ る 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ２ ， １ ０ ４ ま た は 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ １ ， １ ０ ３ ， １ ０ ５ を 積 層 し た 後 で 、 そ の 両 端 部 に ｐ 型 ま た は ｎ 型 の 不 純 物 を 注 入 す る こ と に よ っ て 形 成 す る こ と が で き る 。
【 ０ ０ ４ ６ 】
10
20
30
40
50 電 荷 を 有 す る 第 １ 領 域 １ ３ ３ と 正 の 固 定 電 荷 を 有 す る 第 ２ 領 域 １ ３ ４ を 含 ん で い る 。 第 １
領 域 １ ３ ３ は 、 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ４ の 第 １ 方 向 の 中 央 位 置 よ り も 第 １ 接 合 部 １ ５ ３ に 近 い 側 に 含 ま れ て い る 。 第 ２ 領 域 １ ３ ４ は 、 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ４ の 第 １ 方 向 の 中 央 位 置 よ り も 第 ２ 接 合 部 １ ５ ４ に 近 い 側 に 含 ま れ て い る 。 よ り 具 体 的 に は 、 第 １ 領 域 １ ３ ３ は 、 第 １ 接 合 部 １ ５ ３ に 近 接 す る 位 置 に 含 ま れ て お り 、 第 ２ 領 域 １ ３ ４ は 、 第 ２ 接 合 部 １ ５ ４ に 近 接 す る 位 置 に 含 ま れ て い る 。
【 ０ ０ ４ ７ 】
半 導 体 装 置 １ ０ の 電 極 半 導 体 層 １ １ ０ と 電 極 半 導 体 層 １ ２ ０ と の 間 に 電 圧 を 印 加 し な い 場 合 （ 無 バ イ ア ス 時 ） に は 、 第 １ 接 合 部 １ ５ １ ， １ ５ ３ で 接 合 す る 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ １ ， １ ０ ３ に 、 そ れ ぞ れ ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 １ ４ １ ， １ ４ ３ が 形 成 さ れ る 。 ま た 、 第 ２ 接 合 部 １ ５ ２ ， １ ５ ４ で 接 合 す る 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ３ ， １ ０ ５ に ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 １ ４ ２ ， １ ４ ４ が 形 成 さ れ る 。 ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 １ ４ １ ， １ ４ ３ は そ れ ぞ れ ｐ 層 １ １ １ ， １ １ ３ と 電 気 的 に 接 続 す る 一 方 で 、 ｎ 層 １ ２ １ ， １ ２ ３ と は 電 気 的 に 非 接 続 と な る 。 ま た 、 ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 １ ４ ２ ， １ ４ ４ は そ れ ぞ れ ｎ 層 １ ２ ３ ， １ ２ ５ と 電 気 的 に 接 続 す る 一 方 で 、 ｐ 層 １ １ ３ ， １ １ ５ と は 電 気 的 に 非 接 続 と な る 。 そ の 結 果 、 ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 １ ４ １ ， １ ４ ３ お よ び ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 １ ４ ２ ， １ ４ ４ に 電 荷 が 蓄 積 さ れ る 。 図 １ に 示 す よ う に 、 第 １ 電 極 １ ９ １ を 低 電 位 側 、 第 ２ 電 極 １ ９ ２ を 高 電 位 側 と し て 電 極 半 導 体 層 １ １ ０ と 電 極 半 導 体 層 １ ２ ０ と の 間 に 電 位 差 を 与 え る 場 合 （ 逆 バ イ ア ス 時 ） に は 、 電 極 半 導 体 層 １ １ ０ と ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 １ ４ １ ， １ ４ ３ の 間 、 お よ び 電 極 半 導 体 層 １ ２ ０ と ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 １ ４ ２ ， １ ４ ４ の 間 に 空 乏 層 が 広 が る た め 、 こ れ に よ っ て 耐 圧 が 維 持 さ れ る 。 な お 、 ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 １ ４ １ ， １ ４ ３ と ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 １ ４ ２ ， １ ４ ４ の キ ャ リ ア 濃 度 差 は 、 電 極 半 導 体 層 １ １ ０ と 電 極 半 導 体 層 １ ２ ０ と の 間 に 電 圧 が 印 加 さ れ た 場 合 に 、 ホ ー ル と 電 子 の い ず れ か 一 方 の み が 残 存 し な い 濃 度 差 と な っ て い る 。 積 層 体 １ ０ ０ を 構 成 す る 各 層 の バ ン ド ギ ャ ッ プ や 厚 さ を 調 整 す る こ と に よ っ て 、 所 望 の 耐 圧 を 保 持 す る こ と が で き る 。 半 導 体 装 置 １ ０ に よ れ ば 、 ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 １ ４ １ ， １ ４ ３ お よ び ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 １ ４ ２ ， １ ４ ４ に よ っ て 電 荷 を 蓄 積 す る た め 、 従 来 に な い 小 型 の 半 導 体 装 置 を 実 現 す る こ と が で き る 。
【 実 施 例 ２ 】 【 ０ ０ ４ ８ 】
本 明 細 書 が 開 示 す る キ ャ パ シ タ 等 の 半 導 体 装 置 で は 、 正 ま た は 負 の 固 定 電 荷 は 、 ド ー プ し た 電 荷 で あ っ て も よ い 。 例 え ば 、 図 ２ に 示 す よ う に 、 Ａ ｌ
１ − ｘ Ｇ ａｘ Ａ ｓ （ ０ ＜ ｘ ＜
１ ） と Ｇ ａ Ａ ｓ の 組 み 合 わ せ を 用 い る 場 合 に は 、 分 極 電 荷 を 利 用 す る こ と が で き な い の で 、 正 ま た は 負 の 固 定 電 荷 を ド ー プ す る こ と に よ っ て 、 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 に 第 １ 領 域 お よ び 第 ２ 領 域 を 形 成 す る 。
【 ０ ０ ４ ９ 】
図 ２ に 示 す 半 導 体 装 置 ２ ０ は 、 半 導 体 装 置 １ ０ に お い て Ｇ ａ Ｎ 材 料 が 用 い ら れ て い た 層 が Ｇ ａ Ａ ｓ に 置 き 換 え ら れ て お り 、 Ａ ｌ Ｇ ａ Ｎ 層 が 用 い ら れ て い た 層 が Ａ ｌ
１ − ｘ Ｇ ａｘ
Ａ ｓ に 置 き 換 え ら れ て い る 。 積 層 体 ２ ０ ０ は 、 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 ２ ０ １ ， ２ ０ ３ ， ２ ０ ５ と 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 ２ ０ ２ ， ２ ０ ４ を 備 え て い る 。 ｐ 型 の 電 極 半 導 体 層 ２ １ ０ は 、 ｐ 層 ２ １ １ ∼ ２ １ ５ を 備 え て い る 。 ｎ 型 の 電 極 ２ ２ ０ は 、 ｎ 層 ２ ２ １ ∼ ２ ２ ５ を 備 え て い る 。
【 ０ ０ ５ ０ 】
10
20
30
40
50 【 ０ ０ ５ １ 】
実 施 例 ２ に 示 す よ う に 、 分 極 電 荷 を 利 用 す る こ と が で き な い 広 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 （ ２ ０ ２ ， ２ ０ ４ ） と 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 （ ２ ０ １ ， ２ ０ ３ ， ２ ０ ５ ） の 組 み 合 わ せ を 有 す る ダ ブ ル 接 合 構 造 の み を 有 す る 積 層 体 で あ っ て も 、 固 定 電 荷 を ド ー プ し て 第 １ 領 域 （ ２ ３ １ ， ２ ３ ３ ） お よ び 第 ２ 領 域 （ ２ ３ ２ ， ２ ３ ４ ） を 形 成 す る こ と が で き る 。 こ れ に よ っ て 、 半 導 体 装 置 ２ ０ に は ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 ２ ４ １ ， ２ ４ ３ お よ び ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 ２ ４ ２ ， ２ ４ ４ が 形 成 さ れ 、 電 荷 を 蓄 積 す る こ と が で き る 。 無 バ イ ア ス 時 お よ び 逆 バ イ ア ス 時 の 作 用 効 果 に つ い て は 、 半 導 体 装 置 １ ０ と 同 様 で あ る た め 、 説 明 を 省 略 す る 。
【 実 施 例 ３ 】 【 ０ ０ ５ ２ 】
図 ３ に 示 す 半 導 体 装 置 １ １ で は 、 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ３ は 、 負 の 固 定 電 荷 を 有 す る 第 ３ 領 域 １ ３ ５ を 有 し て い る 。 第 ３ 領 域 １ ３ ５ は 、 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ３ に 負 の 固 定 電 荷 を ド ー プ す る こ と に よ っ て 形 成 さ れ て い る 。 第 ３ 領 域 １ ３ ５ の 負 の 固 定 電 荷 の 濃 度 は 、 第 １ 領 域 １ ３ １ ， １ ３ ３ の 負 の 固 定 電 荷 の 濃 度 お よ び 第 ２ 領 域 １ ３ ２ ， １ ３ ４ の 正 の 固 定 電 荷 の 濃 度 よ り も 低 い 。 第 ３ 領 域 １ ３ ５ は 、 第 １ 接 合 部 １ ５ １ と 第 ２ 接 合 部 １ ５ ２ と を 有 す る ダ ブ ル 接 合 構 造 の 第 ２ 領 域 １ ３ ２ と 、 第 １ 接 合 部 １ ５ ３ と 第 ２ 接 合 部 １ ５ ４ と を 有 す る ダ ブ ル 接 合 構 造 の 第 １ 領 域 １ ３ ３ と の 間 に 設 け ら れ て い る 。 半 導 体 装 置 １ １ の そ の 他 の 具 体 的 な 形 態 に つ い て は 、 半 導 体 装 置 １ ０ と 同 様 で あ る か ら 、 半 導 体 装 置 １ ０ に お け る １ ０ ０ 番 台 の 参 照 番 号 を 半 導 体 装 置 １ １ に お い て 転 用 す る こ と に よ っ て 、 説 明 を 省 略 す る 。
【 ０ ０ ５ ３ 】
な お 、 ド ー プ に よ っ て 固 定 電 荷 を 形 成 す る 場 合 は 、 固 定 電 荷 の 形 成 位 置 の 自 由 度 が 高 い た め 、 第 １ 接 合 部 ま た は 第 ２ 接 合 部 の 高 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 側 の 近 傍 だ け で は な く 、 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 側 の 近 傍 に 第 １ 領 域 、 第 ２ 領 域 を 形 成 す る こ と が 可 能 で あ る 。 こ の 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 側 に 形 成 し た ヘ テ ロ 接 合 の 近 傍 の 固 定 電 荷 に よ っ て も 、 ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 お よ び ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 を 形 成 す る こ と が 可 能 で あ る 。
【 ０ ０ ５ ４ 】
半 導 体 装 置 １ １ に は 負 の 固 定 電 荷 を 有 す る 第 ３ 領 域 １ ３ ５ が 設 け ら れ て い る た め 、 逆 バ イ ア ス 時 に 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ３ の バ ン ド が 持 ち 上 げ ら れ る 。 そ の 結 果 、 ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 １ ４ ３ と ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 １ ４ ２ と の 間 の 電 子 の ト ン ネ ル 電 流 が 減 少 し 、 ２ Ｄ Ｈ Ｇ 領 域 １ ４ ３ と ２ Ｄ Ｅ Ｇ 領 域 １ ４ ２ と の 間 の 耐 圧 が 向 上 す る 。 そ の 他 の 無 バ イ ア ス 時 お よ び 逆 バ イ ア ス 時 の 作 用 効 果 に つ い て は 、 半 導 体 装 置 １ ０ と 同 様 で あ る た め 、 説 明 を 省 略 す る 。
【 実 施 例 ４ 】 【 ０ ０ ５ ５ 】
負 の 固 定 電 荷 を 有 す る 第 ３ 領 域 と 正 の 固 定 電 荷 を 有 す る 第 ３ 領 域 の 双 方 が 積 層 体 に 構 成 さ れ て い て も よ い 。 図 ４ に 示 す 半 導 体 装 置 １ ２ で は 、 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ３ は 、 負 の 固 定 電 荷 を 有 す る 第 ３ 領 域 １ ３ ７ と 正 の 固 定 電 荷 を 有 す る 第 ３ 領 域 １ ３ ８ を 有 し て い る 。 第 ３ 領 域 １ ３ ７ ， １ ３ ８ は 、 狭 バ ン ド ギ ャ ッ プ 層 １ ０ ３ に 負 お よ び 正 の 固 定 電 荷 を ド ー プ す る こ と に よ っ て 形 成 さ れ て い る 。 第 ３ 領 域 １ ３ ７ の 負 の 固 定 電 荷 の 濃 度 お よ び 第 ３ 領 域 １ ３ ８ の 正 の 固 定 電 荷 の 濃 度 は 、 第 １ 領 域 １ ３ １ ， １ ３ ３ の 負 の 固 定 電 荷 の 濃 度 お よ び 第 ２ 領 域 １ ３ ２ ， １ ３ ４ の 正 の 固 定 電 荷 の 濃 度 よ り も 低 い 。 第 ３ 領 域 １ ３ ７ ， １ ３ ８ は 、 第 １ 接 合 部 １ ５ １ と 第 ２ 接 合 部 １ ５ ２ と を 有 す る ダ ブ ル 接 合 構 造 の 第 ２ 領 域 １ ３ ２ と 、 第 １ 接 合 部 １ ５ ３ と 第 ２ 接 合 部 １ ５ ４ と を 有 す る ダ ブ ル 接 合 構 造 の 第 １ 領 域 １ ３ ３ と の 間 に 設 け ら れ て い る 。 半 導 体 装 置 １ ２ の そ の 他 の 具 体 的 な 形 態 に つ い て は 、 半 導 体 装 置 １ ０ と 同 様 で あ る か ら 、 半 導 体 装 置 １ ０ に お け る １ ０ ０ 番 台 の 参 照 番 号 を 半 導 体 装 置 １ ２ に お い て 転 用 す る こ と に よ っ て 、 説 明 を 省 略 す る 。
【 ０ ０ ５ ６ 】
