(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に順に設けられた超格子層、チャネル層及びショットキー層と、
前記ショットキー層上に設けられたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極とを備え、
前記超格子層は複数の量子井戸を有し、
各量子井戸は複数のサブバンドを有し、
前記超格子層の隣接する量子井戸の異なるサブバンドのエネルギーが互いに一致していることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置として高電子移動度トランジスタが提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。このような半導体装置は宇宙用として宇宙機などに実装される場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０１−２３５３２５号公報
【特許文献２】特開２００２−０７６３２８号公報
【特許文献３】特開２０１２−０２３３１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
宇宙用の半導体装置に宇宙空間を飛び交う重粒子が入射すると、急激に特性変動（Single Event Transient）が発生し、最悪バーンアウト（Single Event Burnout）により素子破壊が起きるという問題があった。これは、単一粒子の入射により発生した電子−正孔対のうち、移動度が低い正孔によりチャネルのポテンシャルが変調することと半導体装置内に電荷が捕獲されることが原因である。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は単一粒子が入射されても急激な特性変動やバーンアウトによる素子破壊を抑制することができる半導体装置を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る半導体装置は、基板と、前記基板上に順に設けられた超格子層、チャネル層及びショットキー層と、前記ショットキー層上に設けられたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極とを備え、前記超格子層は複数の量子井戸を有し、各量子井戸は複数のサブバンドを有し、前記超格子層の隣接する量子井戸の異なるサブバンドのエネルギーが互いに一致していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、基板とチャネル層の間に超格子層が設けられている。そして、超格子層の隣接する量子井戸のサブバンドのエネルギーが互いに一致している。これにより、超格子層に共鳴トンネル現象を発生させて、それらの量子井戸のサブバンドを通して正孔と電荷をチャネル層から基板へ抜けさせることができる。従って、正孔によるチャネルのポテンシャルの変調と半導体装置内の電荷の捕獲を抑制することができる。この結果、単一粒子が入射されても急激な特性変動やバーンアウトによる素子破壊を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】比較例に係る半導体装置を示す断面図である。
【図３】比較例に係る半導体装置のエネルギーバンドを示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る半導体装置のエネルギーバンドを示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の量子ドット層を示す平面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。基板１上に超格子層２、チャネル層３及びショットキー層４が順に設けられている。ショットキー層４上にゲート電極５、ソース電極６及びドレイン電極７が設けられている。
【００１１】
基板１は例えばＳｉＣ又はＧａＡｓである。超格子層２は例えばＡｌＮ、ＩｎＮ、ＳｉＣ、ＢＮ、ＧａＮ又はＡｌ２Ｏ３である。チャネル層３は例えばＧａＮ又はＧａＡｓである。ショットキー層４は例えばＡｌＧａＮ又はＡｌＧａＡｓである。ゲート電極５、ソース電極６及びドレイン電極７は例えばＡｕである。
【００１２】
ゲート電極５に電圧を印加することによって、ゲート電極５直下の空乏層が拡大又は縮小する。これにより、ソース電極６からドレイン電極７へ流れる電子を制御している。電子はチャネル層３を移動する。
【００１３】
続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図２は、比較例に係る半導体装置を示す断面図である。図３は、比較例に係る半導体装置のエネルギーバンドを示す図である。比較例には超格子層２が存在しない。比較例に係る半導体装置に宇宙空間を飛び交う重粒子が入射すると、急激に特性変動が発生し、最悪バーンアウトにより素子破壊が起きるという問題がある。
【００１４】
一方、本実施の形態では基板１とチャネル層３の間に超格子層２が設けられている。図４は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置のエネルギーバンドを示す図である。超格子層２は、複数の量子井戸２ａ，２ｂからなる井戸型ポテンシャルを有する。超格子層２の隣接する量子井戸２ａ，２ｂのサブバンドのエネルギーが互いに一致している。ここでは、量子井戸２ａのサブバンドＥ１のエネルギーと量子井戸２ｂのサブバンドＥ２のエネルギーが互いに一致している。なお、ここで、エネルギーが一致するとは、互いのエネルギー差が±０．１ｅＶ以内になることを含む。
【００１５】
これにより、超格子層２に共鳴トンネル現象を発生させて、量子井戸２ａのサブバンドＥ１と量子井戸２ｂのサブバンドＥ２を通して正孔と電荷をチャネル層３から基板１へ抜けさせることができる。従って、正孔によるチャネルのポテンシャルの変調と半導体装置内の電荷の捕獲を抑制することができる。この結果、単一粒子が入射されても急激な特性変動やバーンアウトによる素子破壊を抑制することができる。
【００１６】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。本実施の形態では、実施の形態１の超格子層２の代わりに量子ドット層８を形成している。
【００１７】
図６は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の量子ドット層を示す平面図である。チャネル層３の下に平面的に配置された量子ドット層８は平面的に等間隔に配置された複数の量子ドット８ａからなる井戸型ポテンシャルを有する。複数の量子ドット８ａは、摂氏３００℃でも熱励起しない０．０５ｅＶ以上の準位に形成されている。即ち、複数の量子ドット８ａは、キャリアが熱的に移動できないような深い準位に形成されている。
【００１８】
このような量子ドット層８の複数の量子ドット８ａにより、発生した正孔を捕らえることができ、電子‐正孔対の再結合確率を上げることができる。従って、単一粒子で発生した正孔を減少させることができるため、正孔によるチャネルのポテンシャルの変調と半導体装置内の電荷の捕獲を抑制することができる。この結果、単一粒子が入射されても急激な特性変動やバーンアウトによる素子破壊を抑制することができる。
【００１９】
また、複数の量子ドット８ａはそれぞれ立方体である。従って、例えば逆正多角錘型の量子ドットに比べてキャリアが移動し難いため、上記の効果が更に顕著となる。
【００２０】
図７から図９は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。まず、図７に示すように、エピタキシャル成長により基板１上に複数の核８ｂを形成する。次に、図８に示すように、次レイヤである埋め込み層８ｃを形成して複数の核８ｂの間を埋め込む。次に、図９に示すように、チャネル層３及びショットキー層４を順に形成する。このように核８ｂが成長した時点で次レイヤを成長させることで、複数の量子ドット８ａをパターンニングで形成するよりも簡単に形成することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１  基板、２  超格子層、２ａ，２ｂ  量子井戸、３  チャネル層、４  ショットキー層、５  ゲート電極、６  ソース電極、７  ドレイン電極、８  量子ドット層、８ａ  量子ドット、８ｂ  核、８ｃ  埋め込み層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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