JPH0239440A - High speed transistor - Google Patents

High speed transistor

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JPH0239440A
JPH0239440A JP18890988A JP18890988A JPH0239440A JP H0239440 A JPH0239440 A JP H0239440A JP 18890988 A JP18890988 A JP 18890988A JP 18890988 A JP18890988 A JP 18890988A JP H0239440 A JPH0239440 A JP H0239440A
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JP
Japan
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layer
layers
source
gaas
gate electrode
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JP18890988A
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Japanese (ja)
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Yuji Awano
祐二 粟野
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/775Field effect transistors with one dimensional charge carrier gas channel, e.g. quantum wire FET
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

PURPOSE:To reduce the lateral degree of freedom of a two-dimensional carrier gas and make the gas a one-dimensional carrier gas and increase its mobility by a method wherein the electron (positive hole) supply layer and the channel layer of a high electron mobility transistor having a modulated doping structure are divided into a plurality of lattices in parallel with the direction connecting between the source and drain. CONSTITUTION:For instance, an i-type AlGaAs layer 2, an intrinsic GaAs layer 2 and an n<+>-type AlGaAs layer 4 which are successively built up on a semi-insulating GaAs substrate 1 and source and drain electrodes 5 which are brought into ohmic contact with the layers 2-4 are provided. Electrons supplied by the layer 4 are accumulated to form a two-dimensional electron gas. An aperture 7 is formed in an interlayer insulating layer 6 formed on the layer 4 on the part between the source and drain electrodes 5 and a gate electrode 8 is so provided as to be brought into contact with the substrate 1 and the respective layers 2-4. At least the parts of the layers 2-4 corresponding to the aperture 7 are divided into layers 22, layers 23 and layers 24 by wedge type cuts and a plurality of fine lattices 20 separated from each other are provided in parallel with the direction connecting between the source and drain electrodes 5. The gate electrode 8 is brought into contact with the side surfaces of the respective lattices 20.

Description

【発明の詳細な説明】 (概 要〕 変調ド−ピング構造を有する高電子移動度または高正孔
移動度のトランジスタに関し。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Summary) The present invention relates to a high electron mobility or high hole mobility transistor having a modulated doping structure.

キャリヤの輸送方向を一次元にすることによる高速化を
目的とし。
The aim is to increase the speed by making the carrier transport direction one-dimensional.

高抵抗の半導体基板上に確定されたゲート形成領域を有
し、該半導体基板上に形成された真性半導体から成る第
1層と、その有する電子親和力が該第1層の真性半導体
が有する電子親和力より小さいか、もしくは、その有す
る電子親和力とハンドギャップの和が該第1層の真性半
導体が有する電子親和力とハンドギャップの和より大き
いかのいずれかである一導電型の半導体から成り、該第
1層上に積層された第2層と、少なくとも該第1層にオ
ーミック接触するように形成されたソースおよびドレイ
ンと、少なくとも該ゲート形成領域における該第1.第
2および第3層を該ソース・ドレイン間を結ぶ方向に平
行な複数の格子に分離する切り欠き部と、該切り欠き部
分を埋めるようにして形成されたゲート電極とを備える
ことから構成される。
A first layer made of an intrinsic semiconductor formed on the semiconductor substrate, having a defined gate formation region on a high-resistance semiconductor substrate, and an electron affinity of the intrinsic semiconductor of the first layer. or the sum of the electron affinity and the hand gap is larger than the sum of the electron affinity and the hand gap of the intrinsic semiconductor of the first layer; a second layer laminated on top of the first layer; a source and a drain formed in ohmic contact with at least the first layer; and at least the first layer in the gate formation region. The structure includes a cutout portion that separates the second and third layers into a plurality of lattices parallel to the direction connecting the source and drain, and a gate electrode formed to fill the cutout portion. Ru.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は変調ドーピング技術を用いて形成されるHEM
T(tligh Electron Mobility
 Transistor)  と称される高電子移動度
のトランジスタおよび同様の構造で高正孔移動度を利用
する1−ランジスタに関する。
The present invention describes HEMs formed using modulation doping techniques.
T (tight Electron Mobility
The present invention relates to high electron mobility transistors called transistors and 1-transistors that utilize high hole mobility with a similar structure.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

n−AlGaAs層と1−GaAs層とのへテロ界面に
生じる2次元電子ガスをチャネル層として用いる高電子
移動度の半導体装置は種々のものが提案されている。ま
た、p−AlGaAs層と1−GaAs層とのへテロ界
面に生じる2次元正孔ガスをチャネル層として用いる高
正孔移動度の半導体装置も既に提案されている。2次元
電子ガスおよび2次元正孔ガスにおける電子移動度およ
び正孔移動度は9通常の3次元電子のそれに比べ、低温
においてはるかに高い値を示す。2次元電子ガスにおけ
るキャリヤの輸送の自由度をさらに1次元減らすことに
より、より高い電子移動度が生じることが理論的に予測
されている(H,5akaki et al、、 In
5t、 Phys、 Conf。
Various high electron mobility semiconductor devices have been proposed that use a two-dimensional electron gas generated at the heterointerface between an n-AlGaAs layer and a 1-GaAs layer as a channel layer. Furthermore, a semiconductor device with high hole mobility has already been proposed in which a two-dimensional hole gas generated at the hetero interface between a p-AlGaAs layer and a 1-GaAs layer is used as a channel layer. The electron mobility and hole mobility in two-dimensional electron gas and two-dimensional hole gas exhibit much higher values at low temperatures than those of normal three-dimensional electrons. It is theoretically predicted that higher electron mobility will result by further reducing the degree of freedom for carrier transport in a two-dimensional electron gas (H,5akaki et al., In
5t, Phys, Conf.

Ser、  No、63.  Int、 Symp、 
 GaAs  and  RelatedCompou
nds、 p、251−256.1981) 、この1
次元電子ガスを用いる素子として、第5図に示す構造が
提案されている。
Ser. No. 63. Int, Symp,
GaAs and RelatedCompou
nds, p, 251-256.1981), this 1
A structure shown in FIG. 5 has been proposed as an element using dimensional electron gas.

この構造は、 p−AlGaAs層51および53とこ
れらの層に挟まれたρ−GaAs層52から成る積層に
溝54を設け、この溝54の壁面に絶縁層55を介して
接するゲート電極56を形成したものであって、金属−
絶縁層一半導体から成る旧S (Metal−5emi
conductorInsulator)構造を存する
。p−GaAsN52の反転層57中に生じるキャリヤ
電子は、a54に平行に1次元方向に走行する。しかし
、この電子はp−GaAs層52中の不純物による散乱
を受けるため、高移動度が期待できなす、さらに、 G
aAsに対して界面不純物準位の少ない良質かつ安定な
絶縁層は未だ見出されていない等の問題がある。
In this structure, a groove 54 is provided in a laminated layer consisting of p-AlGaAs layers 51 and 53 and a ρ-GaAs layer 52 sandwiched between these layers, and a gate electrode 56 is provided in contact with the wall surface of this groove 54 via an insulating layer 55. A metal-
Old S (Metal-5emi) consisting of an insulating layer and a semiconductor
conductorInsulator) structure. Carrier electrons generated in the inversion layer 57 of p-GaAsN52 travel in a one-dimensional direction parallel to a54. However, since these electrons are scattered by impurities in the p-GaAs layer 52, high mobility cannot be expected.
There are problems with aAs, such as the fact that a high-quality and stable insulating layer with few interfacial impurity levels has not yet been found.

これに対し5本発明者はHEMT構造における2次元電
子ガスの輸送を1次元方向に閉じ込める構造を有する一
種のPBT(Permiable Ba5e Tran
sistor)を提案している(特願昭62−0641
71.昭和62年03月20日付)。その構造は第6図
に示すごとくである。
In contrast, the present inventor has developed a type of PBT (Permiable Ba5e Tran) that has a structure that confines the two-dimensional electron gas transport in the HEMT structure in one dimension.
sister) (patent application No. 62-0641)
71. (dated March 20, 1986). Its structure is as shown in FIG.

PBTの原理は米国特許筒4,378.629号公報に
より最初に開示された。上記米国特許公報のPBTはエ
ミソターコレクク間の半導体層を層厚方向に輸送される
電子を、この半導体層に埋め込まれた櫛の歯状のベース
電極により制御するものであって。
The principle of PBT was first disclosed in US Pat. No. 4,378,629. In the PBT disclosed in the above-mentioned US patent publication, electrons transported in the thickness direction of the semiconductor layer between the emitter collectors are controlled by a comb-tooth-shaped base electrode embedded in the semiconductor layer.

ヘテロ接合界面近傍に発生する2次元電子ガスを用いる
ものではない。その構造および問題点については上記出
願明細書に記されている。
It does not use two-dimensional electron gas generated near the heterojunction interface. Its structure and problems are described in the above application.

第6図の構造は、上記初期のPBTの原理を2次元電子
ガスの制御に適用するようにしたものである。
The structure shown in FIG. 6 is one in which the principle of the above-mentioned early PBT is applied to the control of two-dimensional electron gas.

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

第6図に示す構造のPBTにおいては1例えば1GaA
s基板61上に1−AIGaAs層62+ 1−GaA
s層63. n−AlGaAs層64が順次積層され、
これらの層を貫通する櫛の歯状のゲート65が設けられ
ている。ゲート65は絶縁層66に設けられた開口を通
じて上部電極67に接続され、互いに同電位にされてい
る。厚さ約100人のx−GaAs層63に発生する2
次元電子ガスはゲート65間の1000人の隙間を通過
してソース/ドレイン68間を流れる。上部電極67に
印加する電圧によって、ゲート65の周囲に発生する空
乏層の厚さが変化するため、ソース/ドレイン68間を
流れる電流が制御されるとともに、2次元電子ガスは輸
送方向と直交する方向の自由度が制限され、1次元電子
ガスとして振る舞う。
In the PBT having the structure shown in Fig. 6, 1, for example, 1GaA
1-AIGaAs layer 62 + 1-GaA on the s-substrate 61
s layer 63. n-AlGaAs layers 64 are sequentially stacked,
A comb-shaped gate 65 is provided that penetrates these layers. The gate 65 is connected to the upper electrode 67 through an opening provided in the insulating layer 66, and are set to the same potential. 2 generated in the x-GaAs layer 63 with a thickness of approximately 100 mm.
Dimensional electron gas passes through the 1000 mm gap between the gates 65 and flows between the source/drain 68. Since the thickness of the depletion layer generated around the gate 65 changes depending on the voltage applied to the upper electrode 67, the current flowing between the source/drain 68 is controlled, and the two-dimensional electron gas is perpendicular to the transport direction. It has limited directional freedom and behaves as a one-dimensional electron gas.

上記のように、第6図の構造によりHEMTの高速化が
可能となる。しかしながら、第6図の構造は。
As described above, the structure shown in FIG. 6 allows the HEMT to operate at higher speeds. However, the structure of FIG.

半導体層62ないし64および絶縁層66に櫛の歯状の
ゲート65に対応する開口を形成する必要があり。
It is necessary to form openings corresponding to the comb-tooth-shaped gates 65 in the semiconductor layers 62 to 64 and the insulating layer 66.

さらにゲート65に接続される上部電極67を形成する
必要があるため、工程が複雑である欠点があった。また
、開口を形成する手段としてドライエツチング技術が用
いられ、とくに開口面積が微少になった場合、エツチン
グ後の開口部分付近に結晶学的欠陥を発生し、電流の低
下や熱的不安定性等の特性上の劣化が生じやすい問題が
あった。
Furthermore, since it is necessary to form an upper electrode 67 connected to the gate 65, there is a drawback that the process is complicated. In addition, dry etching technology is used as a means to form openings, and especially when the opening area becomes minute, crystallographic defects may occur near the opening after etching, resulting in a drop in current, thermal instability, etc. There was a problem in that characteristics tended to deteriorate.

本発明は、1次元電子ガスを用いる従来の半導体装置に
おける上記問題点を解決し、より簡単な工程で高性能の
半導体装置を提供可能とすることを目的とする。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems in conventional semiconductor devices using one-dimensional electron gas, and to make it possible to provide high-performance semiconductor devices with simpler steps.

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

」二記目的は、高抵抗の半導体基板上に確定されたゲー
ト形成領域を有し、該半導体基板上に形成された真性半
導体から成る第1層と、その有する電子親和力が該真性
半導体が有する電子親和力より小さいかもしくはその有
する電子親和力とバンドギャップの和が該第1層を構成
する真性半導体が有する電子親和力とハントギャップの
和より大きいかのいずれかである一導電型の半導体から
成り、該第1層上に積層された第2層と、少なくとも該
第1層にオーミック接触するように形成されたソースお
よびドレインと、少なくとも該ゲート形成領域における
該第1.第2および第3層を該ソース・ドレイン間を結
ぶ方向に平行な複数の格子に分離する切り欠き部と、該
切り欠き部分を埋めるようにして形成されたゲート電極
とを備えたことを特徴とする本発明に係る高速度トラン
ジスタによって達成される。
``The second object is to have a defined gate formation region on a high-resistance semiconductor substrate, to form a first layer made of an intrinsic semiconductor formed on the semiconductor substrate, and to have an electron affinity that the intrinsic semiconductor has. Consisting of a semiconductor of one conductivity type, which is either smaller than the electron affinity or whose sum of electron affinity and band gap is larger than the sum of the electron affinity and Hunt gap of the intrinsic semiconductor constituting the first layer, a second layer laminated on the first layer; a source and a drain formed in at least ohmic contact with the first layer; and at least the first layer in the gate formation region. It is characterized by comprising a cutout portion that separates the second and third layers into a plurality of lattices parallel to the direction connecting the source and drain, and a gate electrode formed to fill the cutout portion. This is achieved by the high-speed transistor according to the present invention.

〔作 用] 1−GaAs層とこの両側に設けられたn−AlGaA
s層とをソース/ドレイン間を結ぶ方向に平行な複数の
微小格子に加工する。これらの微小格子に接触する共通
のゲート電極を形成する。n型のAlGaAsは真性G
aAsより電子親和力が小さいため+ n−AlGaA
s層との界面近傍の1−GaAs層に2次元電子ガスが
発生する。ゲート電極に負電圧を印加すると、ゲート電
極との界面における1−GaAs層中の空乏層が伸び、
格子状の各1−GaAs層における2次元電子ガスは1
次元電子ガスとなる。
[Function] 1-GaAs layer and n-AlGaA provided on both sides of this layer
The s-layer is processed into a plurality of microlattices parallel to the direction connecting the source/drain. A common gate electrode is formed in contact with these microlattices. n-type AlGaAs is an intrinsic G
Because it has a lower electron affinity than aAs, + n-AlGaA
Two-dimensional electron gas is generated in the 1-GaAs layer near the interface with the s-layer. When a negative voltage is applied to the gate electrode, the depletion layer in the 1-GaAs layer at the interface with the gate electrode expands,
The two-dimensional electron gas in each lattice-like 1-GaAs layer is 1
It becomes a dimensional electron gas.

同様に、 1−GaAs層の両側にp−AlGaAs層
を設け。
Similarly, p-AlGaAs layers are provided on both sides of the 1-GaAs layer.

これら1−GaAs層とp−AlGaAs層をソース/
ドレイン間を結ぶ方向に平行な複数の微小格子に加工し
These 1-GaAs layers and p-AlGaAs layers are
Processed into multiple microlattices parallel to the direction connecting the drains.

これらの微小格子に接触する共通のゲート電極を形成す
る。p型のAlGaAsの電子親和力とハンドギャップ
の和は、真性GaAsの電子親和力とハンドギャップの
和より大きいため、 p−AlGaAs層との界面近傍
の1−GaAs層に2次元正孔ガスが発生する。ゲート
電極に正電圧を印加すると、ゲート電極との界面におけ
る1−GaAs層中の空乏層が伸び、格子状の各1−G
aA5Nにおける2次元正孔ガスは1次元電子ガスとな
る。
A common gate electrode is formed in contact with these microlattices. Since the sum of the electron affinity and hand gap of p-type AlGaAs is larger than the sum of the electron affinity and hand gap of intrinsic GaAs, two-dimensional hole gas is generated in the 1-GaAs layer near the interface with the p-AlGaAs layer. . When a positive voltage is applied to the gate electrode, the depletion layer in the 1-GaAs layer at the interface with the gate electrode expands, and each 1-G
The two-dimensional hole gas in aA5N becomes a one-dimensional electron gas.

電流はこの1次元電子ガスまたは1次元正孔ガスで運ば
れ、その大きさはゲート電極に印加された負電圧または
正電圧の大きさによって制御される。
Current is carried by this one-dimensional electron gas or one-dimensional hole gas, and its magnitude is controlled by the magnitude of the negative or positive voltage applied to the gate electrode.

〔実施例〕〔Example〕

夕の構造を示す切り欠き斜視図である。図示のように、
半絶縁性のGaAs (Sl−GaAs)基板1上に順
次エピタキシャル成長した1例えば1−AlGaAs層
2゜真性のGaAs (i−GaAs)層3 、  n
 ”−AlGaAs層4と。
It is a cutaway perspective view showing the structure of the cover. As shown,
For example, a 1-AlGaAs layer 2, an intrinsic GaAs (i-GaAs) layer 3, n, which are sequentially epitaxially grown on a semi-insulating GaAs (Sl-GaAs) substrate 1.
”-AlGaAs layer 4.

これらの層2〜4とオーミック接触するソース/ドレイ
ン電極5を有する。1−GaAs層33には、n゛Al
GaAsAlGaAs層4電子が蓄積して2次元電子ガ
スが発生している。1−AlGaAs層2は必須ではな
いが、 1−GaAs層3に発生する電子ガスをこの層
内に強く閉じ込め、2次元性を増す働きを示す。
It has source/drain electrodes 5 in ohmic contact with these layers 2-4. 1-GaAs layer 33 has n゛Al
GaAsAlGaAs layer 4 Electrons are accumulated and a two-dimensional electron gas is generated. Although the 1-AlGaAs layer 2 is not essential, it strongly confines the electron gas generated in the 1-GaAs layer 3 within this layer, thereby increasing the two-dimensionality.

n ”−AlGaAs層4上には9例えば5iON (
オキシ窒化シリコン)から成る層間絶縁層6が形成され
ている。層間絶縁層6のソース/ドレイン電極5間の所
定位置に開ロアが設けられており、開ロア内に露出して
いるSl−GaAs基板1および各層2ないし4と接触
するようにして1例えばアルミニウム(Al)から成る
ゲート電極8が設けられている。
For example, 5iON (
An interlayer insulating layer 6 made of (silicon oxynitride) is formed. An open lower is provided at a predetermined position between the source/drain electrodes 5 of the interlayer insulating layer 6, and a layer 1, for example, of aluminum is formed in contact with the Sl-GaAs substrate 1 and each layer 2 to 4 exposed in the open lower. A gate electrode 8 made of (Al) is provided.

なお1 ソース/ドレイン電極5は1例えば金−ゲルマ
ニウム(AuGe)合金薄膜と金(Au)薄膜の2層構
造から成り、その一部が直下のn″−AlGaAs層4
から5l−GaAs基板1に達するように拡散してアロ
イ層9が形成されている。
Note that the source/drain electrode 5 has a two-layer structure, for example, a gold-germanium (AuGe) alloy thin film and a gold (Au) thin film, and a part of it is directly below the n''-AlGaAs layer 4.
An alloy layer 9 is formed by diffusion to reach the 5l-GaAs substrate 1.

1−AlGaAs層2と真性のGaAs (i−GaA
s)層3とn゛−AlGaAs層4は、少な(とも開ロ
アに露出している領域、すなわち、ゲート電極8と接触
している部分が、ソース/ドレイン電極5を結ぶ方向に
平行な複数の格子状に分離されている。
1-AlGaAs layer 2 and intrinsic GaAs (i-GaA
s) The layer 3 and the n-AlGaAs layer 4 have a small (open lower exposed region, that is, a portion in contact with the gate electrode 8, which has a plurality of layers parallel to the direction connecting the source/drain electrodes 5). are separated in a grid pattern.

第2図は第1図におけるA−A断面図であって前記各層
2ないし4は、楔状の切り欠き部10によりそれぞれが
分割された1−AlGaAs層22.1−GaAs層2
3およびn”−AlGaAs層24から構成される微小
な格子20に分離されている。格子の周期は約2000
人である。ゲート電極8は切り欠き部10を埋めるよう
に形成されており、それぞれの格子20の側面と接触し
ている。その結果、ゲート電極8は格子20の側面に表
出している1−AlGaAs層22. l−GaAs層
23およびn”−AlGaAs層24とショットキ接合
を形成している。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line A-A in FIG.
3 and n''-AlGaAs layers 24.The period of the lattice is approximately 2000.
It's a person. The gate electrode 8 is formed to fill the notch 10 and is in contact with the side surface of each grating 20. As a result, the gate electrode 8 forms a 1-AlGaAs layer 22 . A Schottky junction is formed with the l-GaAs layer 23 and the n''-AlGaAs layer 24.

ゲート電極8に前記ソース/ドレイン電極5に対して負
電圧を印加すると、ゲート電極8との界面近傍の1−G
aAs層23における空乏層が伸び、第2図(blに示
すように、2次元電子ガスは各1−GaAs層23の中
心部に閉じ込められる。このようにして。
When a negative voltage is applied to the gate electrode 8 with respect to the source/drain electrode 5, 1-G near the interface with the gate electrode 8
The depletion layer in the aAs layer 23 is extended, and the two-dimensional electron gas is confined in the center of each 1-GaAs layer 23, as shown in FIG.

2次元電子ガスは格子の軸に直交する方向の自由度を失
い、1次元電子ガス(IDEG)となる。すなわち、ソ
ース/ドレイン電極5間の電流は1次元電子ガスによっ
て運ばれ、その電流値はゲート電極8に印加する負電圧
の大きさによって制御される。
The two-dimensional electron gas loses its degree of freedom in the direction perpendicular to the axis of the lattice, and becomes a one-dimensional electron gas (IDEG). That is, the current between the source/drain electrodes 5 is carried by one-dimensional electron gas, and the current value is controlled by the magnitude of the negative voltage applied to the gate electrode 8.

このように1本発明の高電子移動度トランジスタは肝性
の原理によって動作するが、従来の11肝Tと異なって
キャリヤが1次元電子ガスであるためより高速動作が可
能となっている。
As described above, the high electron mobility transistor of the present invention operates according to the hepatic principle, but unlike the conventional hepatic T, the carrier is a one-dimensional electron gas, so that higher speed operation is possible.

第3図(alないしくC)は本発明の別の実施例の構造
における前記格子の断面図を示す。第3図(alの実施
例においては、 1−GaAs層23とn”−AlGa
As層24が各々複数層設けられている。この構造によ
れば。
Figures 3 (al to C) show cross-sectional views of the grating in a structure of another embodiment of the invention. FIG. 3 (in the Al embodiment, 1-GaAs layer 23 and n''-AlGa
A plurality of As layers 24 are each provided. According to this structure.

各1−GaAs層23に1次元電子ガス(IDEG)が
発生し。
One-dimensional electron gas (IDEG) is generated in each 1-GaAs layer 23.

トランジスタの電流容量が増大される。第3図(b)お
よび(C)は、前記実施例とは異なった形状を有する格
子の例を示す。1−AlGaAs層22と1−GaAs
層23とn ”−AlGaAs層24から成る格子が台
形(第3図、(bl )あるいは半円型(第3図(C)
)となった場合である。これらの形状は、切り欠き部1
0の形成方法に応じて適宜選択すればよい。
The current capacity of the transistor is increased. FIGS. 3(b) and 3(c) show examples of gratings having shapes different from those of the previous embodiments. 1-AlGaAs layer 22 and 1-GaAs
The lattice consisting of the layer 23 and the n''-AlGaAs layer 24 has a trapezoidal shape (Fig. 3, (bl)) or a semicircular shape (Fig. 3(C)).
). These shapes are similar to the notch 1
It may be selected appropriately depending on the method of forming 0.

第4図は本発明に係る高電子移動度トランジスタの製造
工程を示す要部断面図であって、前記実施例におけるの
と同じ部分には同一符号を付しである。
FIG. 4 is a sectional view of a main part showing the manufacturing process of a high electron mobility transistor according to the present invention, and the same parts as in the above embodiment are given the same reference numerals.

第4図(alを参照して1例えば周知のMBE (分子
線エピタキシ)法またはFIOCVD (有機金属化学
気相堆積)法を用い、 (100)面を表出している半
絶縁性のGaAs基板1上に、 1−AlGaAs層2
.1−GaAs層3゜n ’−AIGaAs層4を順次
結晶成長させる。AlGaAs層2および4の厚さは、
それぞれ、約1000人および300人とし、n型不純
物としてシリコン(Si)を1.5xlO”/c+d程
度ドープする。1−GaAs層3の厚さは約100人と
する。ここまでの工程は、同一の結晶成長装置内におい
て速読して行う。
FIG. 4 (see al) 1 A semi-insulating GaAs substrate 1 with the (100) plane exposed, for example, using the well-known MBE (molecular beam epitaxy) method or FIOCVD (metal-organic chemical vapor deposition) method. On top, 1-AlGaAs layer 2
.. 1-GaAs layer 3°n'-AIGaAs layer 4 are sequentially crystal-grown. The thickness of AlGaAs layers 2 and 4 is
The thickness of the 1-GaAs layer 3 is approximately 100.The thickness of the 1-GaAs layer 3 is approximately 100.The steps up to this point are as follows: This is done by rapid reading in the same crystal growth apparatus.

上記のち、トランジスタ形成領域以外の領域に図示しな
い分MNを形成する。この方法として例えば分離領域に
開口を存するレジストマスクを形成し、この領域のへl
GaAs層4から5I−GaAs基板1に達する深さに
プロトンをイオン注入し、半導体層を不活性化する方法
を用いてもよく、あるいは1分離領域に5r−GaAs
基板1に達する溝を形成してもよい。こののち1周知の
プラズマCVD法等を用いて、n“−AlGaAs層4
上に1例えば5iON(オキシ窒化シリコン)から成る
厚さ約3500人の層間絶縁層6を形成する。
After the above, an MN (not shown) is formed in a region other than the transistor formation region. In this method, for example, a resist mask having an opening in the isolation region is formed, and
A method may be used in which protons are ion-implanted to a depth reaching the 5I-GaAs substrate 1 from the GaAs layer 4 to inactivate the semiconductor layer, or a method may be used in which the semiconductor layer is inactivated.
A groove reaching the substrate 1 may also be formed. After this, an n"-AlGaAs layer 4 is formed using a well-known plasma CVD method or the like.
An interlayer insulating layer 6 made of, for example, 5iON (silicon oxynitride) and having a thickness of about 3,500 layers is formed thereon.

次いで9層間絶縁層6上にレジスト層(図示省略)を塗
布し、このレジスト層をパターンニングしてソース/ド
レイン形成領域上に開口11を設け。
Next, a resist layer (not shown) is applied on the nine interlayer insulating layers 6, and this resist layer is patterned to form openings 11 over the source/drain forming regions.

ドライエツチング法を用いて、開口11内の層間絶縁層
6を選択除去し、引続いて開口11内に表出したAlG
aAs層2上および前記レジスト層上全体にAu薄膜、
 Ni にソケル)薄膜+ AuGe7!4膜を順次 
形成する。これら金属薄膜の形成は周知の蒸着法。
Using a dry etching method, the interlayer insulating layer 6 in the opening 11 is selectively removed, and then the AlG exposed in the opening 11 is removed.
an Au thin film on the entire aAs layer 2 and the resist layer;
Sokel on Ni) thin film + AuGe7!4 film sequentially
Form. These metal thin films are formed using a well-known vapor deposition method.

スパッタリング法を用いればよい。次いで、前記レジス
ト層を除去する。レジストの除去と同時に。
A sputtering method may be used. Next, the resist layer is removed. At the same time as removing the resist.

ソース/ドレイン形成領域以外の前記金属薄膜がリフト
オフして除去される。こののち、 5l−GaAs基板
1を不活性雰囲気中で400°Cで10分間程度で熱処
理する。このようにして、第4図(blに示すように、
開口11内にソース/ドレイン電極5が形成されるとと
もに、 AlGaAs層4から5l−GaAs基板1に
達する低抵抗のアロイ層9が形成される。
The metal thin film other than the source/drain formation region is lifted off and removed. Thereafter, the 5l-GaAs substrate 1 is heat treated at 400° C. for about 10 minutes in an inert atmosphere. In this way, as shown in Figure 4 (bl),
A source/drain electrode 5 is formed in the opening 11, and a low resistance alloy layer 9 extending from the AlGaAs layer 4 to the 5l-GaAs substrate 1 is formed.

次いで、上記と同様のりソゲラフ技術とドライエ・7チ
ング法を用いて、第4図(0)に示すように。
Next, using the glue sogelaf technique and dry etching method similar to those described above, as shown in FIG. 4 (0).

ゲート形成領域の層間絶縁N6に開ロアを設ける。An open lower is provided in the interlayer insulation N6 of the gate formation region.

第4図Fdlはこの段階における斜視図であって、開ロ
ア内に表出するAlGaAs層4表面に、前記分離領域
12の一部が示されている。
FIG. 4Fdl is a perspective view at this stage, showing a part of the separation region 12 on the surface of the AlGaAs layer 4 exposed in the open lower part.

第4図(C)および(dlに示す状態の5I−GaAs
基板1表面にレジストを塗布し、その前記開ロア上の部
分を、第4図(e)に示すように格子状のレジストマス
ク13にパターンニングする。第4図(elは、レジス
トマスク13形成後における第4図(dlのA−A方向
の断面を示し、レジストマスク13はソース/ドレイン
電極5を結ぶ方向に平行な格子状をなしている。上記格
子状のレジストマスク13を形成するための好適な方法
は、干渉露光法であって、可干渉性の2つの光ビームを
レジスト層で干渉させることによって生じる干渉縞のパ
ターンに対応してレジストが感光され、これを現像する
と格子状のレジストマスク13が得られる。したがって
、露光用のマスクを必要としない。上記レジストマスク
13の格子周期は、前記のように例えば2000人であ
る。
5I-GaAs in the state shown in FIG. 4(C) and (dl)
A resist is applied to the surface of the substrate 1, and the portion above the open lower portion is patterned into a grid-like resist mask 13 as shown in FIG. 4(e). FIG. 4 (el shows a cross section in the AA direction of FIG. 4 (dl) after the resist mask 13 is formed, and the resist mask 13 has a lattice shape parallel to the direction in which the source/drain electrodes 5 are connected. A preferred method for forming the lattice-shaped resist mask 13 is an interference exposure method, in which the resist is exposed to a pattern of interference fringes produced by causing two coherent light beams to interfere with each other in a resist layer. is exposed and developed to obtain a lattice-shaped resist mask 13.Therefore, no exposure mask is required.The lattice period of the resist mask 13 is, for example, 2000 as described above.

次いで、レジストマスク13から露出している表面に対
して異方性エツチングを施す。5l−GaAs基板1の
(100) Xにエピタキシャル成長したAlGaAs
層4. 1−GaAs層3 、 AlGaAs層2は、
 NH<0lllhOz:flzO220ニア:973
の混合液をエツチング剤として用いると、(111)A
s面のエツチング速度が高いためにこれらの層には、第
4図(f)に示すように、■字形の溝、すなわち、切り
欠き部10が形成される。上記エツチングはレジストマ
スク13下部にサイドエツチングとして進行する。した
がって、エツチングがある程度以上進行すると、傾斜面
どうしが接触して格子20は三角形となる。本発明の構
造においては、格子20は、必ずしも三角形であること
を要せず、第3図(blに示すように、 AlGaAs
層4の頂上に未だ平坦部分が残る台形をなしていても差
支えない。また、切り欠き部10の底はAlGaAs層
2に達していればよく、必ずしもGaAs 5板1に達
している必要はない。
Next, the surface exposed from the resist mask 13 is subjected to anisotropic etching. AlGaAs epitaxially grown on (100)X of 5l-GaAs substrate 1
Layer 4. 1-GaAs layer 3, AlGaAs layer 2,
NH<0lllhOz: flzO220 Near: 973
When a mixed solution of (111)A is used as an etching agent, (111)A
Since the etching rate of the s-plane is high, a square-shaped groove, that is, a notch 10 is formed in these layers, as shown in FIG. 4(f). The above etching progresses to the lower part of the resist mask 13 as side etching. Therefore, when the etching progresses beyond a certain point, the inclined surfaces come into contact with each other and the grating 20 becomes triangular. In the structure of the present invention, the lattice 20 does not necessarily have to be triangular, and as shown in FIG.
There is no problem even if the layer 4 has a trapezoidal shape with a flat portion still remaining at the top. Further, the bottom of the notch 10 only needs to reach the AlGaAs layer 2, and does not necessarily need to reach the GaAs 5 plate 1.

上記異方性エツチングののち、レジストマスク13を除
去し、格子20が形成されたGaAs4板1表面に新た
にレジストを塗布し、このレジスト層に。
After the above-mentioned anisotropic etching, the resist mask 13 was removed, and a new resist was applied to the surface of the GaAs4 plate 1 on which the grating 20 was formed, and this resist layer was coated.

第4図(C)および(dlに示すゲート開口部7に対応
する開口を設ける。この開口はゲート開口部7より大き
く形成しておくと都合がよい。上記開口が設けられたレ
ジスト層をマスクとして、 G、iAsM板1傘板1全 したのち,レジスト層を除去する。その結果,前記開口
の周囲のAI薄膜はリフトオフされ,第4図(glに示
すように,開ロア内に表出している格子20に接触する
ゲート電極8が形成される。ケート電極8は開ロア周囲
の層間絶縁層6上に延伸する部分81を有する。この延
伸部分81はゲート配線のコンタクト部分として用いら
れる。
An opening corresponding to the gate opening 7 shown in FIG. As shown in FIG. A gate electrode 8 is formed in contact with the grid 20. The gate electrode 8 has a portion 81 extending over the interlayer insulating layer 6 around the open lower portion.This extending portion 81 is used as a contact portion of the gate wiring.

上記のようにして,1次元電子ガスを利用する。One-dimensional electron gas is utilized as described above.

第4図(hlの斜視図に示す構造を有する本発明に係る
高電子移動度トランジスタが形成される。第4図(h)
は第1図の一部切り欠き斜視図と等価である。
A high electron mobility transistor according to the present invention having the structure shown in the perspective view of FIG. 4 (hl) is formed. FIG. 4 (h)
is equivalent to the partially cutaway perspective view of FIG.

本発明の構造によれば,1次元電子ガスを発生する格子
20の形成は干渉露光法とウェットエツチングを用いて
行われ,格子20の上にケート電極8を形成するだけで
よい。したがって、第6図に示す構造のPBTにおける
ように,ドライエツチングを用いて開口を形成し,この
開口内に櫛の歯状のゲート65を形成し,さらに、上部
電極67を形成する場合に比べて工程が簡単であり,ま
た、ドライエツチングによる欠陥の問題を回避できる。
According to the structure of the present invention, the formation of the grating 20 that generates one-dimensional electron gas is performed using interference exposure and wet etching, and it is only necessary to form the gate electrode 8 on the grating 20. Therefore, compared to the case where an opening is formed using dry etching, a comb-tooth-shaped gate 65 is formed in this opening, and an upper electrode 67 is further formed, as in the PBT having the structure shown in FIG. The process is simple and the problem of defects caused by dry etching can be avoided.

上記実施例においては,1次元電子ガスを用いる高電子
移動度トランジスタの場合について説明したが,第1図
ないし第4図におけるn −AlGaAs層4をp−A
lGaAs層に置き換えることにより高正孔移動度トラ
ンジスタを形成することができる。
In the above embodiment, the case of a high electron mobility transistor using one-dimensional electron gas was explained, but the n-AlGaAs layer 4 in FIGS.
By replacing it with an lGaAs layer, a high hole mobility transistor can be formed.

すなわち、前記のようにp型AlGaAsの電子親和力
とバンドギャップの和は真性GaAsの電子親和力とバ
ンドギャップの和より大きい。したがって。
That is, as described above, the sum of the electron affinity and band gap of p-type AlGaAs is greater than the sum of the electron affinity and band gap of intrinsic GaAs. therefore.

p−AlGaAs層との界面近傍における1−GaAs
層に2次元正孔ガスが発生する。そこで、ゲート電極に
正電圧を印加すると、ゲート電極との界面における1−
GaAs層中の空乏層が伸び、格子状の各1−GaAs
層における2次元正孔ガスは1次元正孔ガスとなる。ソ
ース/ドレイン電摸5間の電流は、この1次元正孔ガス
によって運ばれ1電流値はゲート電極8に印加する正電
圧の大きさによって制御される。
1-GaAs near the interface with p-AlGaAs layer
A two-dimensional hole gas is generated in the layer. Therefore, when a positive voltage is applied to the gate electrode, 1-
The depletion layer in the GaAs layer stretches, and each 1-GaAs layer in a lattice shape
The two-dimensional hole gas in the layer becomes one-dimensional hole gas. The current between the source/drain electrode 5 is carried by this one-dimensional hole gas, and the value of the current is controlled by the magnitude of the positive voltage applied to the gate electrode 8.

(発明の効果〕 本発明によれば、変調ドーピング構造の高電子移動度ま
たは高正孔移動度トランジスタにおける電子または正孔
供給層およびチャネル層をソース/ドレインを結ぶ方向
に延伸する複数の格子に分離することにより、2次元キ
ャリヤガスの横方向の自由度を減らして1次元ガスとし
、その移動度をより太きする。その結果、より高速度の
トランジスタを提供可能とする効果がある。
(Effects of the Invention) According to the present invention, the electron or hole supply layer and the channel layer in a high electron mobility or high hole mobility transistor with a modulation doping structure are formed into a plurality of lattices extending in the direction connecting the source/drain. By separating, the degree of freedom in the lateral direction of the two-dimensional carrier gas is reduced, making it a one-dimensional gas and increasing its mobility.As a result, it is possible to provide a higher speed transistor.

おける格子の形状と1次元電子ガスの発生を説明するた
めの要部断面図。
FIG. 3 is a sectional view of a main part for explaining the shape of a lattice and the generation of one-dimensional electron gas.

製造工程の実施例における要部断面図 第5図は1次元電子ガスを用いる従来の構造例を示す斜
視図。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part in an embodiment of the manufacturing process. FIG. 5 is a perspective view showing an example of a conventional structure using one-dimensional electron gas.

第6図は1次元電子ガスを用いるPBTの構造例を示す
斜視図 である。
FIG. 6 is a perspective view showing an example of the structure of a PBT using one-dimensional electron gas.

図において。In fig.

1は5l−GaAs 基板。1 is a 5l-GaAs substrate.

2と22は1−AlGaAs層 3と23は1−GaAs層。2 and 22 are 1-AlGaAs layers 3 and 23 are 1-GaAs layers.

4と24はn゛−AlGaAs層 5はソース/ドレイン電極。4 and 24 are n-AlGaAs layers 5 is a source/drain electrode.

6は層間絶縁層。6 is an interlayer insulating layer.

7と11は開口。7 and 11 are openings.

8はゲート電極、 9はアロイ層。8 is a gate electrode; 9 is the alloy layer.

10は切り欠き部 12は分離領域 13はレジストマスク 20は格子。10 is the notch 12 is the separation area 13 is resist mask 20 is a grid.

81は延伸部分 である。81 is the stretched part It is.

第1 図 終子n形ユ仄あよ故Iグ尤電壬η゛スn発を第2 図 オ各 + 6つ 変 形 イ列 箒 図 木交朗4L濱トランジスクシ鼠迭工才り第42 第 図 1次尤儂テカ゛′スΣ圧・・う咲ヱ乱溝遣例箒 乙 図Figure 1 Diagram 2 shows the final child n-type user's departure from the late I group. O each + 6 odd shapes A row broom figure Kikoro 4L Hama Tranzi Sushi Nezumi Takashi Sairi No. 42 No. figure 1st special force Σpressure...Usakiranran groove removal example broom Otsu figure

Claims (1)

【特許請求の範囲】 高抵抗の半導体基板上に画定されたゲート形成領域を有
し、 該半導体基板上に形成された真性半導体から成る第1層
と、 該第1層を構成する真性半導体が有する電子親和力より
小さい電子親和力を有するかもしくはその有する電子親
和力とバンドギャップの和が該第1層を構成する真性半
導体が有する電子親和力とバンドギャップの和より大き
い一導電型の半導体から成り、該第1層上に積層された
第2層と、少なくとも該第1層にオーミック接触するよ
うに形成されたソースおよびドレインと、 少なくとも該ゲート形成領域における該第1および第2
層を該ソース・ドレイン間を結ぶ方向に平行な複数の格
子に分離する切り欠き部と、該切り欠き部分を埋めるよ
うにして形成されたゲート電極と を備えたことを特徴とする高速度トランジスタ。
[Claims] A first layer made of an intrinsic semiconductor formed on the semiconductor substrate, having a gate formation region defined on a high-resistance semiconductor substrate, and an intrinsic semiconductor constituting the first layer. The first layer is made of a semiconductor of one conductivity type, which has an electron affinity smaller than that of the intrinsic semiconductor constituting the first layer, or whose sum of electron affinity and band gap is larger than the sum of the electron affinity and band gap of the intrinsic semiconductor constituting the first layer; a second layer stacked on the first layer; a source and a drain formed in ohmic contact with at least the first layer; and at least the first and second layers in the gate formation region.
A high-speed transistor comprising: a cutout portion that separates a layer into a plurality of lattices parallel to a direction connecting the source and drain; and a gate electrode formed to fill the cutout portion. .
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2680433A1 (en) * 1991-08-13 1993-02-19 Thomson Csf FIELD EFFECT TRANSISTOR WITH LOW NOISE.
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