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半導体用語集

表面移動度

英語表記：surface electron mobility

　半導体の電気伝導は，多くの場合はバルク結晶の内部の電気伝導が支配している。導電率（抵抗率の逆数）をキャリア（電子およびホール）密度で割った値を移動度（または，キャリア移動度）と呼ぶ。キャリアがバルク結晶中を移動する時，高温では主に格子振動が原因の，また，低温では主に不純物イオンが原因の散乱をうける。散乱から次の散乱までの平均自由時間を用いると，キャリア移動度は，平均自由時間をキャリアの有効質量で割った値に比例する。
　結晶がきわめて薄い場合や表面付近の導電率がきわめて高い場合には，表面付近を流れる電流（表面電流）の寄与が支配的となる。たとえば，MOS電界効果型トランジスタ（MOSFET：Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）における，ドレイン-ソース間の電流はその典型的な例である。ドレイン-ソース間のp型半導体の表面（酸化層との界面）付近では，表面に垂直方向に印加された正方向のゲート電圧により，伝導帯と価電子帯がエネルギーの低い方向に押し下げられる（電界効果）。ゲート電圧を大きくすると，伝導帯の底が表面付近でフェルミ準位と交差して，電子密度が高い領域（反転層；inversion layer）が形成され，表面電流を担うようになる。この時，反転層内を表面に平行に移動するキャリアの移動度を，特に表面移動度と呼ぶ。表面移動度は，バルク結晶と同様に格子振動や不純物イオンによる散乱に影響されるが，表面の凹凸や表面（酸化層との界面）に存在する様々な欠陥による散乱の影響も重要である。
　低不純物濃度のヒ化ガリウムGaAs上に，シリコンSiをドナーとして三元化合物半導体であるGaAlAsをエピタキシャル成長して，さらに金属電極をのせた構造では，GaAlAsから供給された電子が，電界効果によりフェルミ準位を過ったGaAs伝導帯反転層に溜り，GaAs表面（GaAlAsとの界面）に二次元ガスが形成される。この時，GaAs中の不純物濃度が低いため，二次元ガスを構成する電子は，特に低温で高い電子移動度を示す。この高移動度を利用した電界効果トランジスタを高移動度トランジスタ（HEMT：High Electron Mobility Transistor）と呼ぶ。HEMTは，変調ドープFET（MODFET：Modulation Doped FET）や二次元ガスFET（TEGFET：Two dimensional Electron Gas FET）とも呼ばれる。

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