JP3057225B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3057225B2
JP3057225B2 JP9250953A JP25095397A JP3057225B2 JP 3057225 B2 JP3057225 B2 JP 3057225B2 JP 9250953 A JP9250953 A JP 9250953A JP 25095397 A JP25095397 A JP 25095397A JP 3057225 B2 JP3057225 B2 JP 3057225B2
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JP
Japan
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layer
forbidden band
band width
semiconductor device
gate
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Inventor
三郎 高宮
宏一 飯山
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金沢大学長
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は電界効果トランジス
タに関するもので、特に、化合物半導体材料を用い、高
速半導体素子、マイクロ波・ミリ波デバイス等に利用さ
れる電界効果半導体装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field-effect transistor, and more particularly to a field-effect semiconductor device using a compound semiconductor material and used for high-speed semiconductor devices, microwave / millimeter-wave devices, and the like.

【0002】本発明は電界効果トランジスタ、高電子移
動度トランジスタ、静電誘導トランジスタのいずれにで
も適用可能であり、同様の効果を発揮する。したがっ
て、本発明はこれら全てを対象とするものである。
The present invention can be applied to any of a field effect transistor, a high electron mobility transistor, and an electrostatic induction transistor, and exhibits the same effect. Therefore, the present invention covers all of these.

【0003】[0003]

【従来の技術】以下の従来の技術、本発明の実施の態様
等、および図面の記載において、同様の要素は同様の参
照番号により表される。
2. Description of the Related Art In the following description of the prior art, the embodiments of the present invention, etc., and the drawings, like elements are denoted by like reference numerals.

【0004】図7に従来のGaAs−MESFET(G
aAsを使用したショットキー障壁ゲート型電界効果ト
ランジスタ)の断面構造模式図を示す。図7において、
1は半絶縁性GaAs基板、2はn型GaAsから成る
チャネル層、3はn型高不純物濃度GaAsから成るコ
ンタクト層、4は該コンタクト層とオーム接触をなすソ
ース電極、5は該チャネル層とショットキー接触をなす
ゲート電極、6は該コンタクト層とオーム接触を成すド
レイン電極である。このトランジスタは、使用状態で
は、ソース電極4を基準としてゲート電極5が負、ドレ
イン電極6が正の電位となるようにバイアスが加えら
れ、矢印7で示される電子の流れをゲート電圧で制御す
るかたちで動作する。
FIG. 7 shows a conventional GaAs-MESFET (G
1 shows a schematic cross-sectional structure of a Schottky barrier gate type field effect transistor using aAs. In FIG.
1 is a semi-insulating GaAs substrate, 2 is a channel layer made of n-type GaAs, 3 is a contact layer made of n-type high impurity concentration GaAs, 4 is a source electrode making ohmic contact with the contact layer, and 5 is a A gate electrode 6 that makes a Schottky contact and a drain electrode 6 that makes an ohmic contact with the contact layer. In this transistor, in use, a bias is applied such that the gate electrode 5 is negative and the drain electrode 6 is positive with respect to the source electrode 4, and the flow of electrons indicated by the arrow 7 is controlled by the gate voltage. Works in form.

【0005】図8は従来のGaAs高電子移動度トラン
ジスタの断面構造模式図である。この場合には、8で示
す真性に近いGaAsから成るチャネル層と、9で示す
n型A1GaAs電子供給層をさらに有し、該電子供給
層9の電子を不純物が殆ど無い該i型チャネル層に落と
し込んで、矢印7の如く電子を流す構造となっている。
図8の場合には、電子の走行を妨げる不純物が殆ど無い
i型チャネルを電子が流れるので、図7の場合と比較す
るとさらに高速のトランジスタを得やすい利点がある。
FIG. 8 is a schematic sectional view of a conventional GaAs high electron mobility transistor. In this case, the semiconductor device further includes a channel layer made of GaAs having an intrinsic property shown by 8 and an n-type A1GaAs electron supply layer shown by 9, and the electrons of the electron supply layer 9 are transferred to the i-type channel layer having almost no impurities. It has a structure in which electrons are dropped and electrons flow as shown by arrow 7.
In the case of FIG. 8, since electrons flow through the i-type channel having almost no impurities that hinder the traveling of electrons, there is an advantage that a higher-speed transistor can be easily obtained as compared with the case of FIG.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、応答周
波数と耐圧の積を最大にする観点あるいは超高周波に対
しても必要な耐圧を確保する観点から見ると従来のトラ
ンジスタは問題点を有する。以下に、その問題点を説明
する。
However, the conventional transistor has problems from the viewpoint of maximizing the product of the response frequency and the breakdown voltage or securing the required breakdown voltage even at an ultra-high frequency. The problem will be described below.

【0007】これらのトランジスタの応答時間はゲート
・チャネル間の容量を充電あるいは放電してゲートを開
閉する時間と、電子がゲートからドレインに渉る空乏層
を走行する時間によって支配される。これらの時間のう
ちゲート・チャネル間容量の充放電時間は主としてゲー
ト・ソース間の容量と抵抗との積で決まるため、容量が
同じであれば該抵抗が低いほど短くなる。電子密度一定
あるいは不純物密度一定の条件では、電子移動度が高い
ほど該抵抗値が低くなるので、電子移動度が高い半導体
材料をチャネル層に用いることが高速化に繋がる。
The response time of these transistors is governed by the time for opening and closing the gate by charging or discharging the capacitance between the gate and the channel, and the time for electrons to travel through the depletion layer extending from the gate to the drain. Of these times, the charge / discharge time of the gate-channel capacitance is mainly determined by the product of the gate-source capacitance and the resistance. Therefore, if the capacitance is the same, the shorter the resistance, the shorter the time. Under the condition of a constant electron density or a constant impurity density, the higher the electron mobility, the lower the resistance value. Therefore, using a semiconductor material with a high electron mobility for the channel layer leads to an increase in speed.

【0008】しかしながら、禁制帯幅が狭い材料ほど電
子移動度が高くなることから、電子移動度が高い材料の
選択は必然的に禁制帯幅が狭い材料の選択に繋がる。
However, since a material having a narrow bandgap has a higher electron mobility, a material having a high electron mobility necessarily leads to a material having a narrow bandgap.

【0009】一方、半導体の電子雪崩による降伏電界は
略禁制帯幅に比例する。図9はIII−V化合物を主とす
るいくつかの材料の禁制帯幅と降伏電界強度の関係を示
す図である。図9において、プロットは衝突電離係数1
×104 /cmで降伏電界強度を定義した場合、上向き
矢印の頂点は衝突電離係数1×105 /cmで降伏電界
強度を定義した場合の降伏電界強度と禁制帯幅との関係
を示す。このように禁制帯幅が狭い(電子移動度が高
い)材料の選択は、降伏電界強度の低下に繋がりゲート
・ドレイン間の耐圧を低下させるという問題点があっ
た。しいて、ゲート・ドレイン間の耐圧を一定に保とう
とすれば、電界を低く抑えるためにより広い空乏層幅を
要することに繋がる。そのため、ゲート・ドレイン間空
乏層の電子走行時間が長くなる。
On the other hand, the breakdown electric field due to the semiconductor avalanche is substantially proportional to the forbidden band width. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the forbidden band width and the breakdown field strength of some materials mainly including III-V compounds. In FIG. 9, the plot shows the impact ionization coefficient 1
When the breakdown electric field strength is defined by × 10 4 / cm, the top of the upward arrow indicates the relationship between the breakdown electric field strength and the forbidden band width when the breakdown electric field strength is defined by the impact ionization coefficient 1 × 10 5 / cm. Selection of a material having such a narrow bandgap (high electron mobility) leads to a decrease in breakdown electric field strength, which causes a problem that the breakdown voltage between the gate and the drain is reduced. If the breakdown voltage between the gate and the drain is to be kept constant, a wider depletion layer width is required to keep the electric field low. Therefore, the electron transit time of the depletion layer between the gate and the drain becomes longer.

【0010】ここで、従来のトランジスタにおける上記
問題点が生じる原因を考えると、トランジスタ内部にか
かる電界は場所により異なるにもかかわらず、従来のト
ランジスタではチャネル層2(図7)あるいはチャネル
層2と電子供給層9(図8)がソース側からドレイン側
に渉って一様な材料で作られており、このため降伏電界
強度も一様であることが原因であることが分かる。
Here, considering the cause of the above-mentioned problem in the conventional transistor, the electric field applied to the inside of the transistor varies depending on the location, but in the conventional transistor, the channel layer 2 (FIG. 7) or the channel layer 2 is not formed. It can be seen that the electron supply layer 9 (FIG. 8) is made of a uniform material from the source side to the drain side, so that the breakdown field strength is also uniform.

【0011】この発明は上記従来のトランジスタの問題
点を解決し、トランジスタの応答周波数・耐圧積を向上
せしめ、実用的耐圧を維持しつつ応答周波数上限を伸ば
すことを目的とするものである。したがって、超高速ト
ランジスタの性能向上を通じて、将来の超高速通信/情
報システムの性能向上(特に上限動作速度の向上)や品
質の向上をもたらすものである。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional transistor, improve the response frequency and breakdown voltage product of the transistor, and extend the upper limit of the response frequency while maintaining a practical breakdown voltage. Therefore, the performance of the ultra-high speed communication / information system will be improved (especially, the upper limit operation speed) and the quality will be improved through the performance improvement of the ultra-high speed transistor.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
半導体層を含む基体にソース領域、ゲート領域、および
ドレイン領域が形成され、ゲート領域のチャネル層をゲ
ート領域に形成されたゲート電極により制御する電界効
果型の半導体装置において、前記チャネル層の禁制帯幅
をドレイン領域の禁制帯幅より狭くしたことを特徴とす
る半導体装置である。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
In a field-effect semiconductor device in which a source region, a gate region, and a drain region are formed in a base including a semiconductor layer, and a channel layer of the gate region is controlled by a gate electrode formed in the gate region, a forbidden band of the channel layer is provided. A semiconductor device having a width smaller than a forbidden band width of a drain region.

【0013】また、本発明の半導体装置は、前記チャネ
ル層の禁制帯幅が前記ソース領域近傍では狭く前記ドレ
イン領域近傍では広くこれらの間で滑らかに繋がる如く
徐々に変化していることを特徴とする半導体装置であ
る。また、前記半導体層が半絶縁性半導体基体であり、
前記チャネル層はn型半導体材料よりなり該基体上に直
接あるいはバッファ層を介して接しており、前記チャネ
ル層に接する前記ゲート電極と、前記ソース領域および
前記ドレイン領域に形成されたn型コンタクト層を有す
ることを特徴とする半導体装置である。また、前記チャ
ネル層に直接あるいはスペーサ層を介して接するn型電
子供給層を有する半導体装置である。
Further, the semiconductor device of the present invention is characterized in that the forbidden band width of the channel layer gradually changes so as to be narrow near the source region and wide near the drain region so as to be smoothly connected therebetween. Semiconductor device. Further, the semiconductor layer is a semi-insulating semiconductor substrate,
The channel layer is made of an n-type semiconductor material and is in contact with the base directly or via a buffer layer. The gate electrode in contact with the channel layer and an n-type contact layer formed in the source region and the drain region A semiconductor device having: Further, the present invention is a semiconductor device having an n-type electron supply layer which is in direct contact with the channel layer or via a spacer layer.

【0014】本発明の半導体装置は、第1の禁制帯幅を
有する第1のn型半導体層と、第1の半導体層上に接す
る如く設けられた第2のn型半導体層と、第2の半導体
層上に接する如く設けられた第2の禁制帯幅を有する第
3のn型半導体層を有し、第2の半導体層の側面の少な
くとも一部分にショットキー障壁型ゲートが接している
電界効果型半導体装置において、第2のn型半導体層の
禁制帯幅が第1または第2の禁制帯幅より狭いことを特
徴とする半導体装置である。
A semiconductor device according to the present invention includes a first n-type semiconductor layer having a first forbidden band width, a second n-type semiconductor layer provided so as to be in contact with the first semiconductor layer, and a second n-type semiconductor layer. An electric field having a third n-type semiconductor layer having a second forbidden band width provided so as to be in contact with the semiconductor layer and having a Schottky barrier gate in contact with at least a part of a side surface of the second semiconductor layer An effect-type semiconductor device, wherein the forbidden band width of the second n-type semiconductor layer is smaller than the first or second forbidden band width.

【0015】また、本発明の半導体装置は、該第1の禁
制帯幅が第2の禁制帯幅より広く、第2の半導体層の禁
制帯幅が前記第1と第2のの禁制帯幅と滑らかに繋がる
ごとく徐々に変化していることを特徴とする半導体装置
である。
Further, in the semiconductor device according to the present invention, the first bandgap is wider than the second bandgap, and the bandgap of the second semiconductor layer is equal to the first and second bandgap. The semiconductor device is characterized by gradually changing so as to be smoothly connected to the semiconductor device.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明は以下に記載の特定の実施
の形態により説明されるが、本発明はここに説明される
実施の形態に限定されるものではない。当業者は本発明
の技術的範囲内で多様の変形が可能であることはいうま
でもない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described with reference to specific embodiments described below, but the present invention is not limited to the embodiments described herein. It goes without saying that those skilled in the art can make various modifications within the technical scope of the present invention.

【0017】本発明の実施の形態を以下に図1〜図6を
参照して説明する。図1は本発明の概念を説明するため
の断面構造図であり、図2は本発明のチャネル材料の禁
制帯幅の分布を示す図である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional structure diagram for explaining the concept of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a distribution of a forbidden band width of the channel material of the present invention.

【0018】従来のトランジスタの問題点は、既に述べ
たように、構造的にはソース側からドレイン側に至る間
が一様な材料でできていることに起因している。この発
明は従来例の図7と異なり、図1に示すチャネル領域の
うちソース領域B1、ゲート領域B2、およびドレイン
領域B3について一様な禁制帯幅を有する材料で構成す
るのではなく、高い耐圧の必要されるドレイン領域B3
は禁制帯の幅が大きい材料で構成し、少なくともソース
領域B1は電子移動度が高い禁制帯の幅が小さい半導体
材料を用いて構成するものである。
The problem of the conventional transistor is, as described above, structurally because the material from the source side to the drain side is made of a uniform material. Unlike the conventional example shown in FIG. 7, the present invention does not use a material having a uniform band gap for the source region B1, the gate region B2, and the drain region B3 of the channel region shown in FIG. Required drain region B3
Is made of a material having a large forbidden band, and at least the source region B1 is made of a semiconductor material having a high forbidden band having a high electron mobility.

【0019】本発明は、特に望ましくは、図2に示すよ
うに、チャネル領域のうちソース側領域B1を禁制帯幅
は狭いが電子移動度が高い材料で構成し、ドレイン領域
B3を禁制帯幅が広く高い降伏電界が得られる材料で構
成し、且つ、B1とB3を繋ぐゲート下のチャネル領域
B2はソース側ではチャネル領域B1と、ドレイン側で
はチャネル領域B3と滑らかに繋がるように禁制帯幅を
分布させるものである。したがって、電子は移動度が高
いB1領域、禁制帯幅が徐々に変化している領域B2、
および禁制帯幅が広く降伏電界強度が高い領域B3を通
って流れることになる。
In the present invention, as shown in FIG. 2, the source side region B1 of the channel region is preferably made of a material having a small bandgap but high electron mobility, and the drain region B3 is formed with a bandgap. And a channel region B2 under the gate connecting B1 and B3 is forbidden band width so as to be smoothly connected to the channel region B1 on the source side and to the channel region B3 on the drain side. Is distributed. Therefore, the electrons are in the B1 region where the mobility is high, the region B2 where the forbidden band width is gradually changing,
And it flows through the region B3 where the forbidden band width is wide and the breakdown field strength is high.

【0020】図1ではウエハ表面に平行に電流が流れる
横型トランジスタの場合を示したが、図3には縦型トラ
ンジスタに本発明を適用した場合の概念図を示す。チャ
ネル領域11はB1,B2,B3で示すように縦方向に
形成され、電子の流れ12は矢印で示すように上部から
下部に向かう。このトランジスタは、それ自身がチャネ
ル領域B3を形成する例えばn型InPからなるドレイ
ン層10上に、ゲート部となるチャネル領域B2、およ
びソース部となるチャネル領域B1が形成された縦型ト
ランジスタとして構成される。そして、それぞれコンタ
クト層3を介してソース電極4およびドレイン電極6が
形成される。ゲート電極5はチャネル領域B2の側壁に
形成される。このゲート電極5は例えば基板表面前面に
電極材料を付着させた後、コーナ部分のエッチング速度
が低いことを利用してコーナ部分の金属を残すことによ
り形成することができる。
FIG. 1 shows the case of a lateral transistor in which a current flows in parallel to the wafer surface. FIG. 3 shows a conceptual diagram of the case where the present invention is applied to a vertical transistor. The channel region 11 is formed in the vertical direction as shown by B1, B2, and B3, and the electron flow 12 goes from the upper part to the lower part as shown by the arrow. This transistor is configured as a vertical transistor in which a channel region B2 serving as a gate portion and a channel region B1 serving as a source portion are formed on a drain layer 10 made of, for example, n-type InP which itself forms a channel region B3. Is done. Then, a source electrode 4 and a drain electrode 6 are formed via the contact layer 3 respectively. Gate electrode 5 is formed on the side wall of channel region B2. The gate electrode 5 can be formed, for example, by depositing an electrode material on the front surface of the substrate and leaving the metal in the corner portion by utilizing the low etching rate in the corner portion.

【0021】図1と図3はMESFETあるいは静電誘
導トランジスタにたいして本発明を応用することのでき
る構造例であるが、図4に示すように高電子移動度トラ
ンジスタに対する本発明の応用も同様に行うことができ
る。図4において9は電子供給層であり電子供給層の禁
制帯幅はチャネル層のドレイン側領域B3と同等もしく
はそれ以上の禁制帯幅の材料で構成されることが望まし
い。
FIGS. 1 and 3 show an example of a structure to which the present invention can be applied to a MESFET or an electrostatic induction transistor. As shown in FIG. 4, the application of the present invention to a high electron mobility transistor is similarly performed. be able to. In FIG. 4, reference numeral 9 denotes an electron supply layer, and the electron supply layer is desirably made of a material having a forbidden band width equal to or larger than that of the drain-side region B3 of the channel layer.

【0022】ここで、この発明の実施に関して特に好ま
しいエピタキシャル成長技術について説明する。エピタ
キシャル成長においては、その組成が変化しても成長層
に応力が生じないよう結晶の格子定数が成長に伴って変
わらないことが望ましい。しかし、例えばInGaAs
系の化合物半導体を用い、Inを徐々にGaに置き換え
て禁制帯幅を増加させるような方法では、図5に示すよ
うに禁制帯の増加に伴って格子定数が小さくなることな
る。
Here, a description will be given of an epitaxial growth technique which is particularly preferable for implementing the present invention. In epitaxial growth, it is desirable that the lattice constant of the crystal does not change with growth so that stress does not occur in the growth layer even if the composition changes. However, for example, InGaAs
In a method in which In is gradually replaced with Ga to increase the forbidden band width using a systemic compound semiconductor, the lattice constant decreases as the forbidden band increases as shown in FIG.

【0023】本発明を実施するに当たっては、上記のと
おり格子定数を一定に保ちつつ、禁制帯幅を変えること
が望ましい。格子定数を一定に保つ方法に関し、まず、
図3の縦型MESFETの場合について説明する。この
ためには、例えば、InP基板を用いる。チャネルのソ
ース側領域B1をIn0.5 Ga0.5 As、チャネルのド
レイン側領域B3をInPとし、その間の領域B2をI
0.5 Ga0.5 Asから図5に太破線で示される線に沿
ってInPに徐々に変わるInx Ga(1-x) y As
(1-y) とすることで解決される。
In practicing the present invention, it is desirable to change the forbidden band width while keeping the lattice constant constant as described above. Regarding how to keep the lattice constant constant,
The case of the vertical MESFET of FIG. 3 will be described. For this purpose, for example, an InP substrate is used. The source side region B1 of the channel is In 0.5 Ga 0.5 As, the drain side region B3 of the channel is InP, and the region B2 between them is I 0.5 Ga 0.5 As.
In x Ga (1-x) Py As gradually changing from n 0.5 Ga 0.5 As to InP along the line shown by the thick broken line in FIG.
This is solved by (1-y) .

【0024】以上In0.5 Ga0.5 AsとInPの組合
わせについて説明したが、本発明は他のIII-V 族化合物
の組合わせ、例えばAlAsとGaAsの組合わせ、A
lSbとGaSbの組合わせ、AlPとGaPの組合わ
せ等にも適用できるのは勿論である。
Although the combination of In 0.5 Ga 0.5 As and InP has been described above, the present invention relates to a combination of other III-V compounds, for example, a combination of AlAs and GaAs.
Needless to say, the present invention can be applied to a combination of 1Sb and GaSb, a combination of AlP and GaP, and the like.

【0025】次に、図1に示す横型トランジスタのチャ
ネル領域の製造方法の一例を示す。一般に、図1に示す
横型トランジスタの場合に、横方向に禁制帯幅を変える
ことは平坦なウエハ上では困難である。しかし、図6に
示す如く、例えばSiO2 からなる選択的なマスク13
を用いて半絶縁性InP基板14のエッチングを行った
後にエピタキシャル成長を行うことで実現できる。エッ
チングはマスク13の下部に凹部ができるように、基板
に対する横方向のエッチング速度が縦方向のエッチング
速度に比較し大きくなるような条件にて行う。マスク下
部に凹部内にエピタキシャル成長層15を形成する。
Next, an example of a method for manufacturing the channel region of the lateral transistor shown in FIG. 1 will be described. Generally, in the case of the lateral transistor shown in FIG. 1, it is difficult to change the forbidden band width in the horizontal direction on a flat wafer. However, as shown in FIG. 6, a selective mask 13 made of, for example, SiO 2 is used.
This can be realized by performing epitaxial growth after etching the semi-insulating InP substrate 14 by using. The etching is performed under such a condition that the etching rate in the horizontal direction with respect to the substrate is higher than the etching rate in the vertical direction so that a concave portion is formed below the mask 13. An epitaxial growth layer 15 is formed in the recess below the mask.

【0026】図6では、エピタキシャル成長は面PQか
ら矢印Vglで示す如く横方向に進行する部分と、面QR
から矢印Vgvで示す如く縦方向に進行する部分とができ
るが、面PQやORの面方位、エピタキシャル成長の温
度とガス供給速度を変えることで成長速度比Vgl/Vgv
を制御することができる。実際に必要とされるソース・
ドレイン間寸法は1〜2μm程度であることから、マス
ク13を使用する図6の選択エピタキシャル成長は、禁
制帯幅を横方向に変えていくことを除けば、通常の半導
体レーザ製造等で広く行われている選択エピタキシャル
成長技術を用いることができる。このようにしてエピタ
キシャル成長層15内にチャネル領域B3,B2,B1
が順次横方向に形成される。
In FIG. 6, the portion where the epitaxial growth proceeds in the lateral direction from the plane PQ as indicated by the arrow Vgl , and the plane QR
From the vertical direction as shown by the arrow V gv , the growth rate ratio V gl / V gv can be obtained by changing the plane orientation of the plane PQ or OR, the temperature of epitaxial growth, and the gas supply rate.
Can be controlled. Sources actually required
Since the drain-to-drain dimension is about 1 to 2 μm, the selective epitaxial growth shown in FIG. 6 using the mask 13 is widely performed in ordinary semiconductor laser manufacturing and the like except that the forbidden band width is changed in the horizontal direction. Any of the selective epitaxial growth techniques can be used. Thus, channel regions B3, B2, B1 are formed in epitaxial growth layer 15.
Are sequentially formed in the horizontal direction.

【0027】ここに記載された本発明の実施の態様は単
なる一例であり、本発明の実施例は多様に変形される事
が可能である。なお、上記実施の態様では電界効果トラ
ンジスタおよび高電子移動度トランジスタへの適用につ
いて説明したが、例えば静電誘導トランジスタ等他の電
界効果形素子にも適用可能であり、ここに記載の効果と
同様の効果を発揮する。また、上記の説明ではショット
キ障壁ゲートを有するトランジスタについて述べたが、
絶縁膜を介する金属/絶縁膜/半導体型(MIS構造)
トランジスタに適用しても同様の効果が得られることは
言うまでもない。したがって、本発明は本発明の技術的
範囲に含まれる全ての半導体装置を対象とするものであ
る。
The embodiments of the present invention described herein are merely examples, and the embodiments of the present invention can be variously modified. Note that, in the above embodiment, application to a field effect transistor and a high electron mobility transistor has been described. However, the invention can be applied to other field effect devices such as an electrostatic induction transistor. Demonstrate the effect of. In the above description, a transistor having a Schottky barrier gate has been described.
Metal / insulating film / semiconductor type with insulating film (MIS structure)
It goes without saying that a similar effect can be obtained even when applied to a transistor. Therefore, the present invention covers all semiconductor devices included in the technical scope of the present invention.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、チャネルのドレイン側領域B3に禁制帯幅が広い材
料を使うことで、ゲート・ドレイン間の空乏層幅を大き
くしなくとも耐圧を確保できることから、該空乏層の電
子走行時間を短くすることができる。また、ソース側に
ついては耐圧の制約を考慮せずに禁制帯幅が狭く電子移
動度が高い材料を使えることからゲートの充放電時間を
従来以上に短縮することができる。
As described above, according to the present invention, by using a material having a wide bandgap for the drain side region B3 of the channel, the breakdown voltage can be reduced without increasing the width of the depletion layer between the gate and the drain. As a result, the electron transit time of the depletion layer can be shortened. In addition, since a material having a narrow forbidden band width and a high electron mobility can be used on the source side without considering the restriction of the withstand voltage, the charge / discharge time of the gate can be shortened more than before.

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

【図1】本発明の概念を説明するための断面構造図。FIG. 1 is a sectional structural view for explaining the concept of the present invention.

【図2】本発明のチャネル材料の禁制帯幅の分布を示す
FIG. 2 is a diagram showing a distribution of a forbidden band width of the channel material of the present invention.

【図3】本発明による縦型MESFETの断面構造図。FIG. 3 is a sectional structural view of a vertical MESFET according to the present invention.

【図4】本発明の高電子移動度トランジスタへの適用例
を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing an application example of the present invention to a high electron mobility transistor.

【図5】III-V 化合物半導体の格子定数と禁制帯幅を示
す図。
FIG. 5 is a diagram showing a lattice constant and a forbidden band width of a III-V compound semiconductor.

【図6】選択エッチングされた半導体上への選択エピタ
キシャル成長を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing selective epitaxial growth on a selectively etched semiconductor.

【図7】従来のGaAs−MESFETの断面構造摸式
図。
FIG. 7 is a schematic diagram of a cross-sectional structure of a conventional GaAs-MESFET.

【図8】従来のGaAs高電子移動度トランジスタの断
面構造摸式図。
FIG. 8 is a schematic sectional view of a conventional GaAs high electron mobility transistor.

【図9】材料の禁制帯幅と降伏電界強度FIG. 9: Forbidden band width and breakdown field strength of materials

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半絶縁性GaAs基板 2…チャネル層 3…コンタクト層 4…ソース電極 5…ゲート電極 6…ドレイン電極 7…電子の流れ 8…チャネル層 9…電子供給層 10…ノンドープドレイン層 11…チャネル領域 12…電子の流れ 13…マスク 14…半絶縁性InP基板 15…エピタキシャル成長層 REFERENCE SIGNS LIST 1 semi-insulating GaAs substrate 2 channel layer 3 contact layer 4 source electrode 5 gate electrode 6 drain electrode 7 electron flow 8 channel layer 9 electron supply layer 10 non-doped drain layer 11 channel region 12: electron flow 13: mask 14: semi-insulating InP substrate 15: epitaxial growth layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/338 H01L 21/336 H01L 29/78 H01L 29/80 H01L 29/812 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/338 H01L 21/336 H01L 29/78 H01L 29/80 H01L 29/812

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体層を含む基体にソース領域、ゲー
ト領域、およびドレイン領域が形成され、前記ゲート領
域のチャネル層をその表面に形成されたゲート電極によ
り制御する電界効果型の半導体装置において、前記ゲー
ト電極下のチャネル層の禁制帯幅がソース側とドレイン
側との間で徐々に変化し、前記ゲート電極下のチャネル
層の禁制帯幅を前記ドレイン領域の禁制帯幅より狭くし
たことを特徴とする半導体装置。
1. A source region to the substrate including the semiconductor layer, a gate region, and a drain region is formed, in a field effect semiconductor device controlled by a gate electrode to the channel layer formed on a surface of said gate region, The game
The bandgap of the channel layer under the gate electrode is
Between the side and the channel under the gate electrode
A semiconductor device, wherein the forbidden band width of the layer is smaller than the forbidden band width of the drain region.
【請求項2】 前記チャネル層の禁制帯幅が前記ソース
領域近傍では狭く前記ドレイン領域近傍では広くこれら
の間で滑らかに繋がる如く徐々に変化していることを特
徴とする請求項1に記載の半導体装置。
2. The device according to claim 1, wherein the forbidden band width of the channel layer is gradually changed so as to be narrow near the source region and wide near the drain region so as to be smoothly connected therebetween. Semiconductor device.
【請求項3】 前記半導体層は半絶縁性半導体基体であ
り、前記チャネル層はn型半導体材料よりなり該基体上
に直接あるいはバッファ層を介して接しており、そし
て、前記チャネル層に接するゲート電極と、前記ソース
領域および前記ドレイン領域に形成されたn型コンタク
ト層を有することを特徴とする請求項1または請求項2
に記載の半導体装置。
3. The semiconductor layer is a semi-insulating semiconductor substrate, the channel layer is made of an n-type semiconductor material and is in contact with the substrate directly or through a buffer layer, and a gate is in contact with the channel layer. 3. An electrode according to claim 1, further comprising an n-type contact layer formed in said source region and said drain region.
3. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項4】 前記チャネル層に直接あるいはスペーサ
層を介して接するn型電子供給層を有する請求項1乃至
請求項3のいずれか1項記載の半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, further comprising an n-type electron supply layer in contact with said channel layer directly or via a spacer layer.
【請求項5】 第1の禁制帯幅を有する第1のn型半導
体層と、第1の半導体層上に接する如く設けられた第2
のn型半導体層と、第2の半導体層上に接する如く設け
られた第2の禁制帯幅を有する第3のn型半導体層を有
し、第2の半導体層の側面の少なくとも一部分にショッ
トキー障壁型ゲートが延在する電界効果型半導体装置に
おいて、第2のn型半導体層の禁制帯幅が前記ショット
キー障壁型ゲートに沿ってソース側からドレイン側へ徐
々に変化し、 第2のn型半導体層の禁制帯幅が第1または第2の禁制
帯幅より狭いことを特徴とする半導体装置。
5. A first n-type semiconductor layer having a first forbidden band width and a second n-type semiconductor layer provided on and in contact with the first semiconductor layer.
And a third n-type semiconductor layer having a second bandgap provided so as to be in contact with the second semiconductor layer, and a shot is formed on at least a part of the side surface of the second semiconductor layer. In the field effect type semiconductor device having a key barrier type gate extending , the forbidden band width of the second n-type semiconductor layer is the above-mentioned shot width.
From the source side to the drain side along the key barrier type gate
A semiconductor device wherein the forbidden band width of the second n-type semiconductor layer varies, and the forbidden band width is smaller than the first or second forbidden band width.
【請求項6】 第1の禁制帯幅が第2の禁制帯幅より広
く、第2の半導体層の禁制帯幅が前記第1と第2のの禁
制帯幅と滑らかに繋がるごとく徐々に変化していること
を特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
6. The first forbidden band width is wider than the second forbidden band width, and the forbidden band width of the second semiconductor layer gradually changes so as to be smoothly connected to the first and second forbidden band widths. The semiconductor device according to claim 5, wherein:
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