JP2571583B2 - III-V compound semiconductor field effect transistor - Google Patents

III-V compound semiconductor field effect transistor

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JP2571583B2 JP62276993A JP27699387A JP2571583B2 JP 2571583 B2 JP2571583 B2 JP 2571583B2 JP 62276993 A JP62276993 A JP 62276993A JP 27699387 A JP27699387 A JP 27699387A JP 2571583 B2 JP2571583 B2 JP 2571583B2
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、高速で大きな電圧振幅を取り扱うことがで
き、集積化等にも適したIII−V化合物半導体を活性層
とする金属−絶縁層−半導体形電界効果トランジスタ
(以下、MISFETと記す)に関するものである。
The present invention relates to a metal-insulating layer having a III-V compound semiconductor as an active layer, which can handle a large voltage amplitude at a high speed and is suitable for integration. -It relates to a semiconductor field effect transistor (hereinafter referred to as MISFET).

<従来の技術> III−V族化合物半導体は、高速性、低消費電力性、
低雑音性などにおいてシリコンを凌ぐため、現今その開
発が活発に行なわれている。その素子形成としては、シ
リコンによって実現されるMOSFETに相当するMISFETが高
性能化、高集積化に適しているため望ましいが、現在実
用化が進んでいるGaAsでは、その形成が困難であり、シ
ョットキーゲートを用いたMESFETが一般に用いられてい
る。しかし、MESFETは回路動作時の電圧振幅が小さく、
駆動能力も小さいなど素子の高速化、高集積化の点から
有利な素子構造とは云い難かった。
<Conventional technology> III-V group compound semiconductors have high speed, low power consumption,
Currently, its development is being actively carried out to surpass silicon in terms of low noise. For the element formation, MISFETs equivalent to MOSFETs realized by silicon are preferable because they are suitable for high performance and high integration, but GaAs, which is currently in practical use, is difficult to form. MESFETs using key gates are commonly used. However, MESFET has a small voltage amplitude during circuit operation,
It is difficult to say that the device structure is advantageous from the viewpoint of high speed and high integration of the device, such as a small driving capability.

<発明が解決しようとする問題点> MISFETが実現されれば、その論理振幅(入力電圧の振
幅)が大きい上に、雑音や電源電圧変動に対する耐性が
高く、しかも高集積度の電子デバイスが実現すると期待
されており、その材料としてはInP,InGaAsなどのインジ
ウム系III−V族化合物が適している。しかし、これら
のMISFETは実用化するには界面特性が不充分であり、ま
た動作中に特性ドリフトが生じるなどの問題があった。
また、これらのインジウム系III−V族化合物を積層し
てMIS界面から離れた位置にチャネルを形成しても、積
層半導体層の組み合わせや動作電圧により、MIS界面に
もチャネルが形成されてしまい、高性能化できないとい
う問題があった。
<Problems to be Solved by the Invention> If an MISFET is realized, an electronic device with a high logic amplitude (amplitude of an input voltage), high resistance to noise and power supply voltage fluctuation, and a high degree of integration will be realized. Therefore, indium-based III-V compounds such as InP and InGaAs are suitable as the material. However, these MISFETs have problems in that the interface characteristics are insufficient for practical use, and that characteristic drift occurs during operation.
Further, even if these indium-based III-V compounds are stacked to form a channel at a position distant from the MIS interface, a channel is also formed at the MIS interface due to the combination of the stacked semiconductor layers and the operating voltage. There was a problem that high performance could not be achieved.

本発明は上記の点に鑑みて創案されたものであり、上
記した技術的な問題点を解決し、動作面で安定であり、
しかも高性能なMISFETを提供することを目的としてい
る。
The present invention has been made in view of the above points, solves the above technical problems, is stable in operation,
Moreover, it aims to provide a high-performance MISFET.

<問題点を解決するための手段> 上記の目的を達成するため、本発明のIII−V族化合
物半導体電界効果トランジスタは、基板上に、III−V
族化合物半導体を積層してなる半導体積層と、該半導体
積層上に形成されたゲート絶縁層とを有し、上記基板あ
るいは上記半導体積層の少なくとも1つはIn及びPを含
むIII−V族化合物半導体電界効果トランジスタであっ
て、上記半導体積層は、第1半導体層及び第2半導体層
からなり、上記ゲート絶縁層と接する第1半導体層は、
第2半導体層より大きなエネルギーギャップを有し、 ゲート電圧をVG、第1半導体層と第2半導体層との伝導
帯のエネルギー差をΔEc、上記ゲート絶縁層の膜厚をd
1、上記ゲート絶縁層の比誘電率をε1、第1半導体層
の膜厚をd2、第1半導体層の比誘電率をε2として、 なる関係を満足するように設定されていることを特徴と
する。
<Means for Solving the Problems> In order to achieve the above object, a group III-V compound semiconductor field effect transistor of the present invention comprises a III-V compound semiconductor
A group III-V compound semiconductor comprising: a semiconductor stack formed by stacking group compound semiconductors; and a gate insulating layer formed on the semiconductor stack, wherein at least one of the substrate or the semiconductor stack includes In and P. In the field effect transistor, the semiconductor stack includes a first semiconductor layer and a second semiconductor layer, and the first semiconductor layer in contact with the gate insulating layer includes:
It has a larger energy gap than the second semiconductor layer, the gate voltage is VG, the energy difference between the conduction band of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is ΔEc, and the thickness of the gate insulating layer is d.
1, the relative permittivity of the gate insulating layer is ε1, the thickness of the first semiconductor layer is d2, and the relative permittivity of the first semiconductor layer is ε2, Is set so as to satisfy the following relationship.

<作 用> 上記のように構成することにより、キャリア捕獲や特
性ドリフト等の原因となるMIS界面から離れた位置にチ
ャネルが形成されるため、特性の安定化を計ることが出
来、またエネルギーギャップEgの異なる複数個のIII−
V族化合物の組合せにより、超高速動作に適した2次元
電子ガス等を利用した高性能のトランジスタを形成する
ことが出来る。
<Operation> With the above configuration, a channel is formed at a position distant from the MIS interface, which causes carrier capture and characteristic drift, etc., so that characteristics can be stabilized and energy gap can be measured. Several III- with different Eg
With the combination of the group V compounds, a high-performance transistor using a two-dimensional electron gas or the like suitable for ultrahigh-speed operation can be formed.

更にまた、MISFETの特徴である高駆動能力、大論理振
幅等の特性が維持されることになる。
Furthermore, the characteristics of the MISFET, such as high driving capability and large logic amplitude, are maintained.

<実施例> 以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明
する。
<Example> Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

実施例 1 第1図は、本発明の一実施例のMIS形電界効果トラン
ジスタの構造を示す断面図であり、半絶縁性のInP基板
3上の格子整合In1-XGaXAs第2半導体層2(x=0.4
7)、InP第1半導体層1、ゲート絶縁層4、ゲート電極
5、ソース・ドレイン電極6,7からなる。
Embodiment 1 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of an MIS field-effect transistor according to an embodiment of the present invention, and shows a lattice-matched In 1-X G ax As second semiconductor on a semi-insulating InP substrate 3. Layer 2 (x = 0.4
7), comprising an InP first semiconductor layer 1, a gate insulating layer 4, a gate electrode 5, and source / drain electrodes 6 and 7.

第2図はゲート電極5に正電圧を印加した場合のエネ
ルギーバンド図を示しており、InPのエネルギーギャッ
プ(1.35eV)はInGaAsのそれ(0.8eV)より大きく、InG
aAs層2とInP層1の界面のInGaAs層側にチャネルが形成
される。
FIG. 2 shows an energy band diagram when a positive voltage is applied to the gate electrode 5. The energy gap (1.35 eV) of InP is larger than that of InGaAs (0.8 eV).
A channel is formed on the InGaAs layer side of the interface between the aAs layer 2 and the InP layer 1.

本実施例において、InPは例えばアンドープであり、
チャネルとMIS界面を分離するバッファ層として機能す
る。
In this embodiment, InP is, for example, undoped,
It functions as a buffer layer separating the channel and the MIS interface.

ゲート絶縁層4及び第1半導体層(InP)16の膜厚、
比誘電率、電界強度をそれぞれd11,E1及びd22,E2
とし、ゲート電圧をVGとすると、 VG=V1+V2+V3 E1d1+E2d2 (ただしV3は0.1V程度であり無視するものとする) ε1E1=ε2E2 であり、 となり、第1半導体層(InP)1には近似的に の電界が印加される。
Thicknesses of the gate insulating layer 4 and the first semiconductor layer (InP) 16;
Let the relative permittivity and electric field strength be d 1 , ε 1 , E 1 and d 2 , ε 2 , E 2 respectively.
Assuming that the gate voltage is V G , V G = V 1 + V 2 + V 3 E 1 d 1 + E 2 d 2 (V 3 is about 0.1 V and should be ignored) ε 1 E 1 = ε 2 It is E 2, And approximately the first semiconductor layer (InP) 1 Is applied.

ここで、V2>ΔEC(ΔEC:InGaAsとInPの間のConduction
band discontinuity)となると、第1半導体層1と第
2半導体層2との界面とともに、MIS界面にもチャネル
が形成されて、高速性能が得られなくなる。したがって
MIS界面に新たなチャネルが形成されないためにはE2d2
<ΔECの条件が満たされることが望ましい。
Here, V 2 > ΔE C (ΔE C : Conduction between InGaAs and InP
In the case of band discontinuity, channels are formed not only at the interface between the first semiconductor layer 1 and the second semiconductor layer 2 but also at the MIS interface, and high-speed performance cannot be obtained. Therefore
In order for no new channel to be formed at the MIS interface, E 2 d 2
It is desirable that the condition of <ΔE C be satisfied.

したがって となり、 (ここでVG》ΔEC,電圧の多くは絶縁層4に印加され
る) となる。
Therefore Becomes (Here, V G >> ΔE C , and most of the voltage is applied to the insulating layer 4).

上記した(1)式からも明らかなように、第1半導体
層1の厚みは、材料の組合せや素子の動作電圧にもよる
が、高々1000Å程度、あるいはそれ以下が望ましい。
As is apparent from the above equation (1), the thickness of the first semiconductor layer 1 is preferably at most about 1000 ° or less, depending on the combination of materials and the operating voltage of the element.

例えばゲート絶縁層4として膜厚d1=1000ÅのSiO2
用い、第1半導体層1としてInPを用い、第2半導体層
2としてInGaAsを用いた場合、ε(SiO2)=3.9,ε
(InP)=12,ΔEC(InP−InGaAs)=0.3Vであるため、V
Gを1V程度とした場合、d21000Åとなり、VGを4.5V程
度とした場合、d2200Åとなる。
For example, when SiO 2 having a thickness of d 1 = 1000 ° is used as the gate insulating layer 4, InP is used as the first semiconductor layer 1, and InGaAs is used as the second semiconductor layer 2, ε 1 (SiO 2 ) = 3.9, ε 2
Since (InP) = 12, ΔE C (InP−InGaAs) = 0.3V, V
If set to about 1V to G, if you d 2 1000 Å. Therefore, the V G and about 4.5V, the d 2 200 Å.

次に本発明の実施例のMISFETの製造方法について、第
1図を参照して説明する。
Next, a method of manufacturing the MISFET according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

まず、半絶縁性のInP基板3上にMOCVD、ハライドVPE
など高純度結晶成長が可能な方法を用い、膜厚0.2〜1
μのInGaAs層2を格子整合させて形成する。この結晶層
2はデバイス動作速度を高めるためにできるだけ高純度
n<1016cm-2,さらに望ましくはn<1015cm-2であるこ
とが望ましい。次に、膜厚100〜1000ÅのInP層1を引続
き形成する。ゲート絶縁層4形成以後の工程は通常のMI
SFET工程に従い行なう。ここで、ゲート絶縁層4は本構
造の場合、MIS界面がチャネルから離れているため通常
のMISFETと比べるとドリフト等への影響は小さいが、そ
れでもできるだけ界面特性の優れた材料及び形成方法を
採用することが望ましい。好適には、光CVD法、ECRプラ
ズマCVD法など低照射損傷性の低温絶縁膜形成法を用
い、SiO2,SiN,PON,PAsO等或いはそれらの複合膜を形成
して用いる。次にゲート電極5をEB蒸着法によるAl、或
いはスパッタ法によるWなどを用いて形成し、更にフォ
トリソグラフィを用いて所定のL/Wを有する形状に加工
する。本素子のソース,ドレイン部は好適には、第1図
に点線で示したように、Si+イオン注入などの方法によ
って不純物ドープして不純物ドープ領域8,8を形成した
後、ゲート絶縁層4の当該部分をエッチングにより除去
し、AuGe等による電極6,7を真空蒸着法とリフトオフ法
との組合せにより形成して、素子を完成する。
First, MOCVD, halide VPE on semi-insulating InP substrate 3
Using a method capable of growing high-purity crystals.
The μ InGaAs layer 2 is formed by lattice matching. The crystal layer 2 preferably has a purity as high as n <10 16 cm -2 , and more preferably n <10 15 cm -2 , in order to increase the operation speed of the device. Next, an InP layer 1 having a thickness of 100 to 1000 ° is continuously formed. After the gate insulating layer 4 is formed, the process
Performed according to the SFET process. Here, in the case of this structure, the gate insulating layer 4 has a small influence on the drift and the like as compared with a normal MISFET because the MIS interface is away from the channel, but still employs a material and a forming method with as excellent interface characteristics as possible. It is desirable to do. Preferably, SiO 2 , SiN, PON, PAsO or the like or a composite film thereof is formed and used by using a low-irradiation-damaging low-temperature insulating film forming method such as a photo-CVD method or an ECR plasma CVD method. Next, the gate electrode 5 is formed using Al by EB vapor deposition or W by sputtering, and further processed by photolithography into a shape having a predetermined L / W. Preferably, the source and drain portions of the device are doped with impurities by a method such as Si + ion implantation to form impurity-doped regions 8, 8, as shown by dotted lines in FIG. Is removed by etching, and electrodes 6, 7 of AuGe or the like are formed by a combination of a vacuum deposition method and a lift-off method to complete the device.

なお、本発明の実施例においては、InP半導体層1は
アンドープとしたが、必要に応じてドープされた結晶層
を用いるようになしても良く、またアンドープ層とドー
プ層の二重構造としても良い。
In the embodiment of the present invention, the InP semiconductor layer 1 is undoped. However, if necessary, a doped crystal layer may be used, or a double structure of an undoped layer and a doped layer may be used. good.

この場合、そのドーピング量NDによって、トランジス
タの閾電圧はqNDd /2ε程度変化し、これを閾電圧制
御に用いることが出来る。
In this case, depending on the doping amount N D, the threshold voltage of the transistor varies about qN D d 2 2 / 2ε, which can be used for threshold voltage control.

本発明の実施例によって実現されるトランジスタに於
ては、チャネル領域に誘起される電子は2次元電子ガス
を形成し、InP半導体層の膜厚、ドーピング状態によっ
てエンハンスメント型及びディプリーション型の動作を
させることも可能である。
In the transistor realized by the embodiment of the present invention, the electrons induced in the channel region form a two-dimensional electron gas, and the operation of the enhancement type and the depletion type depends on the thickness and the doping state of the InP semiconductor layer. It is also possible to have

更に、本実施例においては、ゲート絶縁層として非晶
質層を用いたが、InAlP,GaAlAs等のワイドギャップのII
I−V族化合物半導体を用いることも可能である。
Further, in the present embodiment, an amorphous layer was used as the gate insulating layer, but a wide gap II such as InAlP or GaAlAs was used.
It is also possible to use an IV group compound semiconductor.

実施例 2 本発明においては、第1図に於てゲート絶縁層4に接
する第1半導体層1とその下層の第2半導体層2は格子
不整合系であってもよい。この場合両層間には格子不整
に伴なう界面準位が生じるが、その量は1〜2%のミス
マッチに対し1011cm-2のオーダとなると考えられ、こ
れは通常の方法で得られる非晶質層のゲート絶縁層4と
InPの第1半導体層1の界面の準位数よりむしろ小さ
い。これよりミスマッチの許容範囲は1〜2%程度迄と
なる。従って、実施例1においてはInPと、これと格子
整合するIn1-XGaXAs(X=0.47)の例を示したが、1〜
2%程度のミスマッチを考慮してx=0.3〜0.7のIn1-XG
aXAs採用することができる。特に望ましい構造はミスマ
ッチ<1%程度の0.3<x<0.47の組成であり、この場
合、x=0.47の格子整合系に比べて更に大きな電子移動
度を得ることができ、しかも1000Å程度以内の膜厚の第
1半導体層(InP)1を歪格子の形で、ミスフィットを
弾性変形により吸収し、多くの格子欠陥を発生させるこ
となく、第2半導体層(InGaAs)2上に形成できる。な
お、本実施例2においても、その後のMISFETの製造工程
は実施例1と同様に行なうことが出来る。
Embodiment 2 In the present invention, the first semiconductor layer 1 in contact with the gate insulating layer 4 in FIG. 1 and the second semiconductor layer 2 thereunder may be of a lattice mismatch type. In this case, an interface state is generated between the two layers due to lattice misalignment, but the amount is considered to be on the order of 10 11 cm -2 for a mismatch of 1 to 2%, which can be obtained by a usual method. An amorphous gate insulating layer 4
It is smaller than the number of levels at the interface of the first semiconductor layer 1 of InP. Thus, the allowable range of the mismatch is up to about 1 to 2%. Therefore, in Example 1, an example of InP and In 1-X Ga X As (X = 0.47) lattice-matched to InP was shown.
In 1-X G of x = 0.3-0.7 considering mismatch of about 2%
a X As can be adopted. A particularly desirable structure is a composition of 0.3 <x <0.47 with a mismatch of about 1%. In this case, a larger electron mobility can be obtained as compared with a lattice-matched system of x = 0.47, and a film of about 1000 ° or less can be obtained. The thick first semiconductor layer (InP) 1 can be formed on the second semiconductor layer (InGaAs) 2 in the form of a strained lattice by absorbing the misfit by elastic deformation and without generating many lattice defects. In the second embodiment, the subsequent MISFET manufacturing process can be performed in the same manner as in the first embodiment.

実施例 3 本実施例は、第1図に於て第2半導体層2をInPと
し、第1半導体層1をこれよりエネルギーギャップの大
きいInAlAs,InAlP,InGaP等を用いて構成する。
Embodiment 3 In this embodiment, the second semiconductor layer 2 is made of InP in FIG. 1, and the first semiconductor layer 1 is made of InAlAs, InAlP, InGaP or the like having a larger energy gap.

これらの半導体積層構造は、実施例1,2と同様、薄層
成長の制御性に優れ、高純度膜の得られるMBE、ハライ
ドVPE、MOCVD等の方法で形成できる。第1半導体層1が
InXAl1-XAsの場合はx=0.52付近にてInPと格子整合す
るため、この組成を用いることができる。しかし、第1
図の第1半導体層1が1000Å程度と薄層であれば、小さ
なミスマッチがあっても、前述の如くその薄層は歪を受
けて弾性変形し、結晶欠陥を生じることなく第2半導体
層2の上に形成できる。従って1%程度の格子不整を有
するx=0.3〜0.4のInAlAsを用いることもできる。次に
本素子の第1半導体層1は、表面側では非晶質層のゲー
ト絶縁層4と接するため、これとの界面特性に優れたIn
及びPを含むIII−V族化合物を用いることが更に望ま
しい。この場合、InP下層とは格子不整合となるが、上
記の歪超格子と同様に1〜2%前後の格子不整を許せ
ば、InXAl1-XPにおいてx=0.3程度の値までが使用でき
る。このときのInAlPのエネルギギャップはInPに比べ0.
4eV程度大きくなり、第1半導体層として好適な材料と
なり得る。
These semiconductor laminated structures are excellent in controllability of thin layer growth and can be formed by a method such as MBE, halide VPE, MOCVD, etc., which provide a high-purity film, as in Examples 1 and 2. The first semiconductor layer 1
In the case of In X Al 1 -X As, this composition can be used because lattice matching with InP occurs near x = 0.52. But the first
If the first semiconductor layer 1 shown in the drawing is a thin layer of about 1000 °, even if there is a small mismatch, the thin layer is elastically deformed due to the strain as described above without generating crystal defects, as described above. Can be formed on Therefore, InAlAs of x = 0.3 to 0.4 having lattice irregularity of about 1% can be used. Next, since the first semiconductor layer 1 of the present element is in contact with the amorphous gate insulating layer 4 on the front surface side, the first semiconductor layer 1 has excellent interface characteristics with this.
More preferably, a group III-V compound containing P and P is used. In this case, lattice mismatch with the InP lower layer occurs, but if a lattice mismatch of about 1 to 2% is allowed as in the above-described strained superlattice, In x Al 1 -XP can have a value up to about x = 0.3. Can be used. At this time, the energy gap of InAlP is 0.
This is about 4 eV, which can be a suitable material for the first semiconductor layer.

同様の観点から、本実施例の第2半導体層としてInGa
As,InAsP等の歪格子系を用いることができることも明ら
かである。
From the same viewpoint, InGa as the second semiconductor layer of the present embodiment is used.
It is clear that strained lattice systems such as As and InAsP can be used.

本実施例に於ても半導体積層形成後のMISFET製造工程
は実施例1に準じて行なわれる。
Also in this embodiment, the MISFET manufacturing process after the formation of the semiconductor lamination is performed according to the first embodiment.

上記実施例において、半導体積層を形成する基板につ
いてはInPバルク基板、サファイア等の絶縁基板、更にS
i上にInPをヘテロエピさせた基板等を用いることができ
る。
In the above embodiment, the substrate on which the semiconductor stack is formed is an InP bulk substrate, an insulating substrate such as sapphire,
A substrate or the like in which InP is heteroepitaxially formed on i can be used.

InP/Si基板を用いた場合の例を第3図に示す。なお、
これらの基板と半導体積層の間に結晶性改善の為のGaA
s,GaP,InGaAs,InAlAs等各種のバッファ層を有するもの
も勿論用いることができる。なお、第3図において、9
はエピタキシャル成長用バッフア層、10はエピタキシー
層である。
FIG. 3 shows an example in which an InP / Si substrate is used. In addition,
GaAs for improving crystallinity between these substrates and the semiconductor stack
Of course, those having various buffer layers such as s, GaP, InGaAs, and InAlAs can also be used. In FIG. 3, 9
Is a buffer layer for epitaxial growth, and 10 is an epitaxy layer.

<発明の効果> 以上のように本発明によれば、III−V族化合物半導
体を積層してもMIS界面にチャネルが形成されず、従来M
ISFETで問題となっていた素子動作の安定性の向上が可
能となり、更に大きな電圧振幅を取り扱えるMISFETの特
徴を維持しつつ、2次元電子ガス等を利用した高速電子
デバイスの形成が可能になる。特に実施例1及び2のIn
GaAsを含むMISFETはその高移動度特性から高速論理IC等
の構成にとって有効であり、又本実施例3に示したInP
を含むMISFETは、InPの材料特性(高ピーク速度、高電
界耐性など)から大出力高速素子などの構成に有効に活
かすことが出来る。
<Effects of the Invention> As described above, according to the present invention, no channel is formed at the MIS interface even when a III-V compound semiconductor is stacked,
It is possible to improve the stability of element operation, which has been a problem in ISFETs, and to form a high-speed electronic device using a two-dimensional electron gas or the like while maintaining the characteristics of MISFETs that can handle a larger voltage amplitude. In particular, In of Examples 1 and 2
MISFETs containing GaAs are effective for the construction of high-speed logic ICs due to their high mobility characteristics.
MISFETs can be effectively used in the construction of high-output high-speed devices due to the material characteristics (high peak speed, high electric field resistance, etc.) of InP.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例のMIS形電界効果トランジス
タの構造を示す断面図、第2図は第1図に示した素子に
正電圧を印加した場合のエネルギバンド図、第3図は本
発明の他の実施例のMIS形電界効果トランジスタの構造
を示す図である。 1……ゲート絶縁層に接する第1半導体層、2……第2
半導体層、3……基板、4……ゲート絶縁層、5……ゲ
ート電極、6,7……ソース及びドレイン電極、8……不
純物ドープ領域、9……エピタキシー成長用バッファ
層、10……エピタキシー層。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an MIS field effect transistor according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is an energy band diagram when a positive voltage is applied to the device shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 9 is a diagram illustrating a structure of an MIS field-effect transistor according to another embodiment of the present invention. 1... First semiconductor layer in contact with the gate insulating layer, 2.
Semiconductor layer, 3 ... substrate, 4 ... gate insulating layer, 5 ... gate electrode, 6, 7 ... source and drain electrodes, 8 ... impurity doped region, 9 ... buffer layer for epitaxy growth, 10 ... Epitaxy layer.

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】基板上に、III−V族化合物半導体を積層
してなる半導体積層と、該半導体積層上に形成されたゲ
ート絶縁層とを有し、上記基板あるいは上記半導体積層
の少なくとも1つはIn及びPを含むIII−V族化合物半
導体電界効果トランジスタであって、 上記半導体積層は、第1半導体層及び第2半導体層から
なり、 上記ゲート絶縁層と接する第1半導体層は、第2半導体
層より大きなエネルギーギャップを有し、 ゲート電圧をVG、第1半導体層と第2半導体層との伝導
帯のエネルギー差をΔEc、上記ゲート絶縁層の膜厚をd
1、上記ゲート絶縁層の比誘電率をε1、第1半導体層
の膜厚をd2、第1半導体層の比誘電率をε2として、 なる関係を満足するように設定されていることを特徴と
するIII−V族化合物半導体電界効果トランジスタ。
1. A semiconductor laminate comprising a group III-V compound semiconductor laminated on a substrate, and a gate insulating layer formed on the semiconductor laminate, wherein at least one of the substrate and the semiconductor laminate is provided. Is a III-V compound semiconductor field effect transistor including In and P, wherein the semiconductor stack comprises a first semiconductor layer and a second semiconductor layer, and the first semiconductor layer in contact with the gate insulating layer is a second semiconductor layer. It has a larger energy gap than the semiconductor layer, the gate voltage is VG, the energy difference in the conduction band between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is ΔEc, and the thickness of the gate insulating layer is d.
1, the relative permittivity of the gate insulating layer is ε1, the thickness of the first semiconductor layer is d2, and the relative permittivity of the first semiconductor layer is ε2, A group III-V compound semiconductor field-effect transistor characterized by satisfying the following relationship:
【請求項2】第1半導体層と第2半導体層とが格子整合
されている、あるいは第1半導体層と第2半導体層との
格子不整が2%以内である、のいずれかであることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載のIII−V族化合物
半導体電界効果トランジスタ。
2. The method according to claim 1, wherein the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are lattice-matched, or the lattice mismatch between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is within 2%. The III-V compound semiconductor field-effect transistor according to claim 1, characterized in that:
【請求項3】第1半導体層の膜厚を1000Å以下としたこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のIII−V族
化合物半導体電界効果トランジスタ。
3. The III-V compound semiconductor field effect transistor according to claim 1, wherein the thickness of the first semiconductor layer is 1000 ° or less.
【請求項4】第1半導体層がInPであり、第2半導体層
がInGaAsであることを特徴とする特許請求の範囲第1
項、第2項、または第3項記載のIII−V族化合物半導
体電界効果トランジスタ。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor layer is made of InP, and the second semiconductor layer is made of InGaAs.
Item III-V compound semiconductor field-effect transistor according to Item 2.
【請求項5】第1半導体層がIn1-XAlXP,In1-XGaXP,In
1-XAlXAsのいずれかであり、第2半導体層がInP,In1-XG
aXAs,InAs1-XPXのいずれかであることを特徴とする特許
請求の範囲第1項、または第2項記載のIII−V族化合
物半導体電界効果トランジスタ。
5. The first semiconductor layer is In 1-X Al X P, In 1-X Ga X P, In
1-X Al X As, and the second semiconductor layer is InP, In 1-X G
a X As, InAs 1-X P III-V group compound semiconductor field effect transistor of the Claims first of claims, or the second term, wherein a is any one of X.
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