JPH02229438A - Field-effect transistor - Google Patents

Field-effect transistor

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JPH02229438A
JPH02229438A JP5028089A JP5028089A JPH02229438A JP H02229438 A JPH02229438 A JP H02229438A JP 5028089 A JP5028089 A JP 5028089A JP 5028089 A JP5028089 A JP 5028089A JP H02229438 A JPH02229438 A JP H02229438A
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JP
Japan
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layer
channel layer
cap
channel
buffer layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP5028089A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoki Nishiyama
直樹 西山
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To keep a high speed of electrons flowing in a channel layer by a method wherein a substance whose saturation speed of electrons is higher than that of a buffer layer and a cap layer is used for the very-thin-film channel layer. CONSTITUTION:A buffer layer 12 composed of GaAS, a channel layer 13 composed of InAs and a cap layer 14 composed of GaAs are laminated one after another on a semiinsulating substrate 11 composed of GaAs doped with chromic acid. The channel layer 13 is doped with silicon ions in such a way that its electron density is about 8X18<18>cm<-3>; the cap layer 14 is doped with Si ions in such a way that its electron density is about 2X10<16>cm<-3>. A Schottky gate metal 15 is composed of aluminum; a source electrode and a drain electrode 16, 17 are composed of an alloy of gold, germanium and nickel.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、集積回路(IC)や大規模集積回路(LS
I)の構成素子として用いられる金属一半導体電界効果
トランジスタ(MESFET)に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] This invention is applicable to integrated circuits (IC) and large-scale integrated circuits (LS).
The present invention relates to a metal-semiconductor field effect transistor (MESFET) used as a component of I).

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来Ga As等の化合物半導体を用いたこの種のME
SFETにおいては、短チャネル効果を抑制しつつ、相
互コンダクタンスg やしや段周波■ 数f,を向上させるため、チャネル層をきわめて薄くし
、またそのドーピング濃度を高めることが行なわれてい
る。これらは、例えば1986年に行なわれたIEDM
のテクニカルダイジェスト8 3 2 頁 (B.  
 J  .  Van  Zeghbroeck  e
t.al.,Technical Digest 19
8B.Internatlonal Electron
Devices  Meeting,Los  Ang
eles.l986)  や、  IEEEのトランザ
クション( JEEE Transaction or
Electron Dev1ces) E D − 3
 3巻5号,1986年,625頁等に詳しい。
Conventionally, this type of ME using compound semiconductors such as GaAs
In SFETs, the channel layer is made extremely thin and its doping concentration is increased in order to suppress the short channel effect and improve the mutual conductance (g) and stage frequency (f). These include, for example, the IEDM conducted in 1986.
Technical Digest 8 3 2 pages (B.
J. Van Zeghbroecke
t. al. , Technical Digest 19
8B. International Electron
Devices Meeting,Los Ang
eles. 1986) or IEEE Transaction (JEEE Transaction or
Electron Dev1ces) ED-3
For details, see Vol. 3, No. 5, 1986, page 625.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

ところが、チャネル層を極薄膜化すると、チャネルのド
ーピング濃度が高くなるに伴ってイオン化不純物散乱の
影響が大きくなり、その結果、チャネル層中を流れる電
子の速度を自ら制限してしまう。
However, when the channel layer is made extremely thin, the influence of ionized impurity scattering increases as the doping concentration of the channel increases, and as a result, the speed of electrons flowing through the channel layer is self-limited.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明は、チャネル層を、チャネル層と基板との間に
位置するバッファ層およびチャネル層とショットキーゲ
ート電極との間に位置するキャップ層を形成する半導体
物質に対し、電子の飽和速度の大きい物質を用いて形成
したものである。
The present invention provides a method for forming a channel layer using a semiconductor material having a high saturation velocity of electrons, which forms a buffer layer located between the channel layer and the substrate, and a cap layer located between the channel layer and the Schottky gate electrode. It is formed using a substance.

〔作用〕[Effect]

電子の飽和速度の大きい半導体物質をチャネル層とする
ことにより、ドナー不純物を高濃度にドーピングしても
、チャネル層を流れる電子の速度が大きく保たれる。
By using a semiconductor material with a high electron saturation velocity as the channel layer, the velocity of electrons flowing through the channel layer can be maintained high even when doped with a donor impurity at a high concentration.

ここで、チャネル層を形成する半導体物質と、バッファ
層およびキャップ層を形成する半導体物質との間に多少
の格子不整合があっても、チャネル層の厚みを十分に薄
くすることによって、その格子不整合によりチャネル層
中に転位が生じ、チャネル層の結晶性および電気的特性
が劣化するのを防ぐことができる。したがって、広い範
囲で材料の選択が可能である。
Here, even if there is some lattice mismatch between the semiconductor material forming the channel layer and the semiconductor materials forming the buffer layer and cap layer, the lattice mismatch can be improved by making the thickness of the channel layer sufficiently thin. It is possible to prevent dislocations from occurring in the channel layer due to mismatch and deteriorating the crystallinity and electrical properties of the channel layer. Therefore, materials can be selected from a wide range.

なお、チャネル層を形成する半導体物質は、バッファ層
およびキャップ層を形成する半導体物質より電子親和力
の小さい物質とした場合、チャネル層部分に形成される
電子の通路としてのポテンシャル井戸が浅くなるおそれ
があるため、その深さを保つために、バッファ層および
キャップ層を形成する半導体物質より電子親和力の大き
い物質を選択することが望ましい。
Note that if the semiconductor material forming the channel layer has a lower electron affinity than the semiconductor material forming the buffer layer and cap layer, the potential well formed in the channel layer portion as a path for electrons may become shallow. Therefore, in order to maintain that depth, it is desirable to select a material that has a higher electron affinity than the semiconductor material forming the buffer layer and the cap layer.

〔実施例〕〔Example〕

以下、添付図面の第1図および第2図を参照してこの発
明の一実施例を説明する。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 of the accompanying drawings.

第1図はこの発明の一実施例を示す断面図である。なお
、スケールは正確なものではない。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the present invention. Please note that the scale is not accurate.

同図において、クロム酸(Cr O)をドーピングした
Ga Asからなる半絶縁性の基板11の上に、分子線
エビタキシャル成長により、Ga Asからなるバッフ
ァ層(厚さ約5000A)12、InAsからなるチャ
ネル層(2OA)13およびC;a Asからなるキャ
ップ層(300A)14を順次積層してある。チャネル
層13はその電子密度が8×1818CII1−3程度
となるようにシリコン(S1 )イオンをドーピングし
てあり、同じ《キー? ップ層14は2 X 1 0 
l6cm−3程度となルヨうに81イオンをドーピング
してある。
In the figure, on a semi-insulating substrate 11 made of GaAs doped with chromic acid (CrO), a buffer layer (thickness approximately 5000 Å) 12 made of GaAs and a buffer layer made of InAs are formed by molecular beam epitaxial growth. A channel layer (2OA) 13 made of C;a and a cap layer (300A) 14 made of As are sequentially laminated. The channel layer 13 is doped with silicon (S1) ions so that its electron density is approximately 8×1818 CII1-3, and has the same "key?" The top layer 14 is 2×10
It is doped with 81 ions to about 16cm-3.

ショットキーゲート金属15はアルミニウムCAD )
からなり、ソース・ドレイン電極16.17は金(Au
 ) 、ゲルマニウム(Ge ) 、ニッケル(Nl 
)の合金からなる。
Schottky gate metal 15 is aluminum CAD)
The source/drain electrodes 16 and 17 are made of gold (Au
), germanium (Ge), nickel (Nl
) consists of an alloy.

ここで、バッファ層12は、基板11の表面の結晶性が
悪かったり不純物が多かったりしても、その悪影響がチ
ャネル層13に直接及ばないようにする目的で介在させ
るものである。また、キャップ層14は、チャネル層1
3がInAsであり、またドーピング濃度が高いために
ショットキーゲート電極15との間に十分な障壁高さ(
バリアハイト)がとれないことを考慮し、十分な障壁高
さを確保するために設けたものであるが、これらバッフ
ァ層12およびキャップ層14とチャネル層13とは、
異なる半導体物質を用いているために、一般に格子不整
合の問題が生ずる。
Here, the buffer layer 12 is provided for the purpose of preventing the adverse effects from directly reaching the channel layer 13 even if the surface of the substrate 11 has poor crystallinity or contains many impurities. In addition, the cap layer 14 includes the channel layer 1
3 is InAs, and since the doping concentration is high, there is a sufficient barrier height (
The buffer layer 12, the cap layer 14, and the channel layer 13 are provided to ensure a sufficient barrier height in consideration of the fact that the barrier height cannot be removed.
Lattice mismatch problems generally arise due to the use of different semiconductor materials.

この場合、組合せる物質の種類により、生ずる格子不整
合の程度は決まるが、チャネル層13の膜厚をどの程度
にとるかにより、電気的特性は異なる。第2図は、バッ
ファ層およびキャップ層を形成する物質との格子不整合
によりチャネル層中に転移を生じさせ、チャネル層の結
晶性および電気的特性を劣化させない最大限のチャネル
層膜厚(限界膜厚)示したも゜のである。本実施例のよ
うにGa AsおよびInAsの組合せでは格子不整合
は約7%であって、限界膜厚は約20Aとなる。
In this case, the degree of lattice mismatch that occurs is determined by the types of materials used in combination, but the electrical characteristics vary depending on the thickness of the channel layer 13. Figure 2 shows the maximum channel layer thickness (limit) that causes dislocations in the channel layer due to lattice mismatch with the materials forming the buffer layer and cap layer, and does not deteriorate the crystallinity and electrical properties of the channel layer. Film thickness) is as shown. In the combination of GaAs and InAs as in this embodiment, the lattice mismatch is about 7% and the critical film thickness is about 20A.

チャネル層13の膜厚をこれ以下とすれば、格子不整合
による特性の劣化は回避でき、したがって本実施例では
上述したようにこの膜厚を20Aとしている。
If the thickness of the channel layer 13 is set to less than this value, deterioration of characteristics due to lattice mismatch can be avoided, and therefore, in this embodiment, this thickness is set to 20A as described above.

なお、この発明は上記実施例に限定されるものではなく
、種々の変形が可能である。例えば、バッファ層および
キャップ層とチャネル層.を形成する半導体物質の組合
せについてはGa AsとInAsとに限定されるもの
ではなく、Ga AsとGa  In   As(0≦
X≦1)、AR,X   l−X In       As   (0  ≦ y ≦ 1
 ) と G a     I  n  t−,1−y
              XAs  (0≦X≦1
)、AI2  Ga   As(0≦y   l−y y≦1)とGa  In   As(0≦X≦1)等、
X   1−X さまざまに変更することが可能である。前述したように
、チャネル層の膜厚を限界膜厚以下とすることにより、
広い選択の幅が得られる。
Note that this invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible. For example, a buffer layer, a cap layer and a channel layer. The combination of semiconductor materials forming the semiconductor material is not limited to Ga As and InAs, but may include Ga As and Ga In As (0≦
X≦1), AR, X l-X In As (0≦y≦1
) and G a I n t-,1-y
XAs (0≦X≦1
), AI2 Ga As (0≦y l−y y≦1) and Ga In As (0≦X≦1), etc.
X 1-X can be changed in various ways. As mentioned above, by setting the thickness of the channel layer below the critical thickness,
You get a wide range of choices.

また、エビタキシャル成長法も、分子線エビタキシャル
成長法には限らず、有機金属気相成長法、気相エビタキ
シャル成長法、液相エピタキシャル成長法等を利用する
ことができる。さらに不純物濃度や膜厚、各電極材料等
についても、この発明の主旨を変更しない範囲内におい
て種々の変更が可能である。
Further, the epitaxial growth method is not limited to the molecular beam epitaxial growth method, and metal organic vapor phase epitaxy, vapor phase epitaxial growth, liquid phase epitaxial growth, etc. can be used. Furthermore, various changes can be made to the impurity concentration, film thickness, each electrode material, etc. without changing the gist of the present invention.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のようにこの発明は、極薄膜チャネル層に、バッフ
ァ層およびキャップ層より電子の飽和速度の大きい物質
を用いたことにより、チャネル層にドナー不純物を高濃
度にドーピングしても、チャネル層を流れる電子の速度
を大きく保つことが可能となり、良好な特性を有するM
ESFETを実現できる効果を有する。
As described above, this invention uses a material with a higher electron saturation velocity than the buffer layer and the cap layer for the ultra-thin channel layer, so that even if the channel layer is doped with donor impurities at a high concentration, the channel layer can be It is possible to maintain a high velocity of flowing electrons, and M has good characteristics.
It has the effect of realizing an ESFET.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の一実施例を示す断面図、第2図はバ
ッファ層・キャップ層およびチャネル層関の格子不整合
とチャネル層の限界膜厚との関係を示す図である。 11・・・基板、12・・・バッファ層、13・・・チ
ャネル層、14・・・キャップ層、15・・・ショット
キーゲート電極。 特許出願人  住友電気工業株式会社
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the lattice mismatch between the buffer layer, the cap layer, and the channel layer and the critical thickness of the channel layer. DESCRIPTION OF SYMBOLS 11... Substrate, 12... Buffer layer, 13... Channel layer, 14... Cap layer, 15... Schottky gate electrode. Patent applicant: Sumitomo Electric Industries, Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、極薄膜チャネル層を備えた金属−半導体電界効果ト
ランジスタにおいて、チャネル層と基板との間に位置す
るバッファ層およびチャネル層とショットキーゲート電
極との間に位置するキャップ層を備え、チャネル層を、
バッファ層およびキャップ層を形成する半導体物質より
電子の飽和速度の大きい物質にドナー不純物を高濃度に
ドーピングしてなる半導体物質により形成したことを特
徴とする電界効果トランジスタ。 2、チャネル層の厚さを、バッファ層およびキャップ層
との格子不整合による劣化が生じない程度まで薄くした
ことを特徴とする請求項1記載の電界効果トランジスタ
[Claims] 1. In a metal-semiconductor field effect transistor with an ultra-thin channel layer, a buffer layer located between the channel layer and the substrate and a cap located between the channel layer and the Schottky gate electrode. layer, a channel layer,
A field effect transistor characterized in that it is formed of a semiconductor material obtained by doping a donor impurity at a high concentration into a material having a higher electron saturation velocity than the semiconductor material forming the buffer layer and the cap layer. 2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the thickness of the channel layer is reduced to such an extent that deterioration due to lattice mismatch with the buffer layer and the cap layer does not occur.
JP5028089A 1989-03-02 1989-03-02 Field-effect transistor Pending JPH02229438A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05259193A (en) * 1992-03-12 1993-10-08 Fujitsu Ltd Semiconductor device
US5430310A (en) * 1991-03-28 1995-07-04 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Field effect transistor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5430310A (en) * 1991-03-28 1995-07-04 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Field effect transistor
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