JPH05166845A - Field effect transistor - Google Patents

Field effect transistor

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Publication number
JPH05166845A
JPH05166845A JP33016791A JP33016791A JPH05166845A JP H05166845 A JPH05166845 A JP H05166845A JP 33016791 A JP33016791 A JP 33016791A JP 33016791 A JP33016791 A JP 33016791A JP H05166845 A JPH05166845 A JP H05166845A
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JP
Japan
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semiconductor layer
layer
gate electrode
region
type
Prior art date
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Pending
Application number
JP33016791A
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Japanese (ja)
Inventor
Kunihiro Arai
邦博 荒井
Tatsushi Akasaki
達志 赤崎
Takatomo Enoki
孝知 榎木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Abstract

PURPOSE:To get a high-speed, high-frequency, and low-noise FET which has enabled the improvement of the uniformity and the reproducibility of transistor properties, the increase of drain breakdown strength, and the reduction of source resistance, by making a multilayer semiconductor layer include a p-type semiconductor layer, and forming a p-type semiconductor layer selectively right below a gate electrode, and others. CONSTITUTION:This transistor includes a multilayer semiconductor layer 18 consisting of a compound semiconductor, a gate electrode 10, a source electrode 11, and a drain electrode 12, and has an n-type conductive channel, wherein electrons are made carriers, in one part inside the multilayer semiconductor layer 18. In such an FET, the multilayer semiconductor layer 18 includes a p-type semiconductor layer 7, and one part of the multilayer semiconductor layer 18 from the surface of the multilayer semiconductor layer 18 to at least the p-type semiconductor layer 7 is removed excluding the region 16 below the gate electrode 10, and the p-type semiconductor layer 7 is made selectively right below the gate electrode 10. And, the end in the direction of the channel of the gate electrode 10 is on the same line as the end of the p-type semiconductor layer 7 or outside of the end of the p-type semiconductor layer 7.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体から成る
多層半導体層を含んで成る電界効果トランジスタに係
り、特に、トランジスタ特性の均一性・再現性の向上、
ドレイン耐圧の増大、ソース抵抗の低減を可能とする高
速、高周波、低雑音の電界効果トランジスタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field effect transistor including a multi-layer semiconductor layer made of a compound semiconductor, and more particularly to improving uniformity and reproducibility of transistor characteristics,
The present invention relates to a high-speed, high-frequency, low-noise field effect transistor capable of increasing drain withstand voltage and reducing source resistance.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の一例の電界効果トランジスタの断
面構造を図5に示す。
2. Description of the Related Art FIG. 5 shows a sectional structure of a conventional field effect transistor.

【0003】半絶縁性のInP基板51上に、アンドー
プで膜厚2000ÅのInAlAs層52、アンドープ
で膜厚300ÅのInGaAs層53、アンドープで膜
厚20ÅのInAlAs層54、n型(Si添加、不純
物濃度4×1018cm~3)で膜厚150ÅのInAlA
s層55、アンドープで膜厚200ÅのInAlAs層
56、n型(Si添加、4×1018cm~3)で膜厚10
0ÅのInGaAs層57、がそれらの順序で積層され
ている半導体多層構造(以下、多層半導体層と称す)5
8が形成され、該多層半導体層58の一部分が表面から
少なくとも該InAlAs層56に達する深さまで除去
されて溝70が形成されており、該溝70の底面上にゲ
ートショットキー電極(以下ゲート電極と記す)60が
形成されており、InGaAs層57上のゲート電極6
0を挾んだ両位置にソースオーミック電極(以下ソース
電極と記す)61とドレインオーミック電極(以下ドレ
イン電極と記す)62が形成されている。
On a semi-insulating InP substrate 51, an undoped InAlAs layer 52 having a film thickness of 2000Å, an undoped InGaAs layer 53 having a film thickness of 300Å, an undoped InAlAs layer 54 having a film thickness of 20Å, n-type (Si addition, impurities InAlA with a concentration of 4 × 10 18 cm ~ 3 ) and a film thickness of 150Å
s layer 55, undoped InAlAs layer 56 with a film thickness of 200 Å, n-type (Si added, 4 × 10 18 cm to 3 ) and a film thickness of 10
A semiconductor multi-layered structure (hereinafter referred to as a multi-layered semiconductor layer) in which 0 Å InGaAs layer 57 is stacked in that order 5
8 is formed, a part of the multilayer semiconductor layer 58 is removed from the surface to a depth reaching at least the InAlAs layer 56 to form a groove 70, and a gate Schottky electrode (hereinafter referred to as a gate electrode) is formed on the bottom surface of the groove 70. 60) is formed, and the gate electrode 6 on the InGaAs layer 57 is formed.
A source ohmic electrode (hereinafter referred to as a source electrode) 61 and a drain ohmic electrode (hereinafter referred to as a drain electrode) 62 are formed at both positions sandwiching 0.

【0004】このような構成を有する電界効果トランジ
スタによれば、溝70の外部のソース領域63、ドレイ
ン領域64ではInGaAs層53に高濃度(約5×1
12cm~2)の電子の蓄積層が形成され、溝70の内部
の領域65ではInGaAs層53に適量(約1×10
12cm~2)の電子の蓄積層が形成される。図5の68に
この電子蓄積層を示す。ここで、斜線部分の幅は電子濃
度の大小を模式的に表わしている。このような電子濃度
分布は、ソース抵抗を低減し、ゲート電極によりゲート
電極直下の電子濃度を効率よく制御するための必要条件
である。
According to the field effect transistor having such a structure, in the source region 63 and the drain region 64 outside the groove 70, the InGaAs layer 53 has a high concentration (about 5 × 1).
An electron accumulation layer of 0 12 cm to 2 ) is formed, and an appropriate amount (about 1 × 10 6) of InGaAs layer 53 is formed in the region 65 inside the groove 70.
An electron accumulation layer of 12 cm ~ 2 ) is formed. This electron storage layer is shown at 68 in FIG. Here, the width of the shaded area schematically represents the magnitude of the electron concentration. Such an electron concentration distribution is a necessary condition for reducing the source resistance and efficiently controlling the electron concentration immediately below the gate electrode by the gate electrode.

【0005】この電界効果トランジスタを動作するに
は、ゲート電極60に印加した電圧を変化させることに
よりゲート電極直下の領域66の電子の濃度を変化さ
せ、ソース電極61からドレイン電極62へ流れる電子
の流量すなわちドレイン電流を変化させる。
To operate this field effect transistor, the voltage applied to the gate electrode 60 is changed to change the concentration of electrons in the region 66 immediately below the gate electrode, and the electrons flowing from the source electrode 61 to the drain electrode 62 are changed. The flow rate, that is, the drain current is changed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】図5に示したような構
造の従来の電界効果トランジスタでは、以下のような問
題点がある。
The conventional field effect transistor having the structure shown in FIG. 5 has the following problems.

【0007】しきい値電圧等のトランジスタ特性の均
一性・再現性がよくない。これは、トランジスタ特性が
溝70の深さに極めて敏感に依存し、溝70の製作工程
に極めて高い加工精度が要求されるためである。
The uniformity and reproducibility of transistor characteristics such as threshold voltage are not good. This is because the transistor characteristics are extremely sensitive to the depth of the groove 70 and extremely high processing accuracy is required in the manufacturing process of the groove 70.

【0008】ドレイン耐圧が小さい。これは、アンド
ープInAlAs層56に高電界が加わるためである。
The drain breakdown voltage is small. This is because a high electric field is applied to the undoped InAlAs layer 56.

【0009】ソース抵抗が大きい。これは、ゲート電
極60直下を除くソース領域63側のゲート電極60近
傍に電子濃度がソース領域63より少ない領域71が存
在するためである。領域71はゲート電極60直下の領
域66が溝70の内部の領域65より小さいことから、
この構造のトランジスタを製作する上で不可避的に生ず
る。
The source resistance is large. This is because there is a region 71 having an electron concentration lower than that of the source region 63 in the vicinity of the gate electrode 60 on the side of the source region 63 except under the gate electrode 60. In the region 71, since the region 66 directly below the gate electrode 60 is smaller than the region 65 inside the groove 70,
It is inevitable when manufacturing a transistor of this structure.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記問題点の、はゲ
ート電極60が溝70の底面上に形成されていることに
由来する。溝70は、ソース領域63、ドレイン領域6
4ではInGaAs層53に高濃度(約5×1012cm
~2)の電子が蓄積され、ゲート電極60直下の領域66
ではInGaAs層53に適量(約1×1012cm~2
の電子が蓄積されるという状態を実現するために、必要
であった。
The above problem is caused by the fact that the gate electrode 60 is formed on the bottom surface of the groove 70. The groove 70 has a source region 63 and a drain region 6
4 has a high concentration (about 5 × 10 12 cm) in the InGaAs layer 53.
~ 2 ) electrons are accumulated, and the region 66 immediately below the gate electrode 60 is accumulated.
Then, an appropriate amount for the InGaAs layer 53 (about 1 × 10 12 cm ~ 2 )
It was necessary in order to realize the state that the electrons of the above were accumulated.

【0011】上記問題点のはゲート電極60直下の領
域66の半導体層がアンドープ層またはn型層のみであ
るため、アンドープInAlAs層56に高電界が印加
され易いことに由来する。
The above problem arises from the fact that a high electric field is easily applied to the undoped InAlAs layer 56 because the semiconductor layer in the region 66 immediately below the gate electrode 60 is only an undoped layer or an n-type layer.

【0012】本発明では、、の問題点を解決するた
めに溝70の形成を止める。また、の問題点を解決す
るためにゲート電極の直下にp型の半導体層、例えばp
型InAlAs層を挿入することとする。これらの変更
にもかかわらず、ソース領域、ドレイン領域ではInG
aAs層に高濃度(約5×1012cm~2)の電子が蓄積
され、ゲート電極直下の領域ではInGaAs層に適量
(約1×1012cm~2)の電子が蓄積されるという状態
を実現するために、以下のように電界効果トランジスタ
の構成を抜本的に変更する。
In the present invention, the formation of the groove 70 is stopped in order to solve the above problem. In order to solve the above problem, a p-type semiconductor layer such as p
A type InAlAs layer is to be inserted. Despite these changes, InG in the source and drain regions
A high concentration (about 5 × 10 12 cm- 2 ) of electrons is accumulated in the aAs layer, and an appropriate amount (about 1 × 10 12 cm- 2 ) of electrons is accumulated in the InGaAs layer in the region immediately below the gate electrode. In order to realize it, the structure of the field effect transistor is drastically changed as follows.

【0013】すなわち、本発明では、化合物半導体から
成る多層半導体層、ゲート電極、ソース電極、ドレイン
電極を含んで成り、かつ、上記多層半導体層内の一部に
電子をキャリアとするn型の導電チャネルを形成する電
界効果トランジスタにおいて、上記多層半導体層はp型
半導体層を含み、上記ゲート電極下の領域を除いて上記
多層半導体層表面から少なくとも上記p型半導体層まで
の上記多層半導体層の一部が除去されて、上記ゲート電
極直下に上記p型半導体層が選択的に形成され、かつ、
上記ゲート電極のチャネル方向の端部が上記p型半導体
層端部と同じか、または上記p型半導体層端部より外側
に出ていることを特徴とする電界効果トランジスタを提
案する。
That is, according to the present invention, an n-type conductive layer including a multi-layer semiconductor layer made of a compound semiconductor, a gate electrode, a source electrode and a drain electrode, and having a part of the multi-layer semiconductor layer as an electron carrier is used. In the field effect transistor forming a channel, the multilayer semiconductor layer includes a p-type semiconductor layer, and one of the multilayer semiconductor layers from the surface of the multilayer semiconductor layer to at least the p-type semiconductor layer except a region under the gate electrode. Portions are removed to selectively form the p-type semiconductor layer directly below the gate electrode, and
A field effect transistor is proposed in which the end portion of the gate electrode in the channel direction is the same as the end portion of the p-type semiconductor layer or is outside the end portion of the p-type semiconductor layer.

【0014】[0014]

【作用】本発明の電界効果トランジスタでは、溝(従来
の図5の70)を形成しないので、しきい値電圧、トラ
ンスコンダクタンス等のトランジスタ特性の均一性・再
現性が向上し、ソース抵抗が低下する。また、ゲート電
極の直下にp型半導体層を有するので、ドレイン耐圧が
増大する。
In the field effect transistor of the present invention, since the groove (70 in the prior art shown in FIG. 5) is not formed, the uniformity and reproducibility of transistor characteristics such as threshold voltage and transconductance are improved, and the source resistance is reduced. To do. Further, since the p-type semiconductor layer is provided immediately below the gate electrode, the drain breakdown voltage increases.

【0015】[0015]

【実施例】実施例1 図1は、本発明の第1の実施例の電界効果トランジスタ
の断面図である。
EXAMPLE 1 FIG. 1 is a cross-sectional view of a field effect transistor of Example 1 of the present invention.

【0016】半絶縁性のInP基板1上に、アンドープ
で膜厚2000ÅのInAlAs層2、アンドープで膜
厚300ÅのInGaAs層3、アンドープで膜厚20
ÅのInAlAs層4、n型(Si添加、1.1×10
19cm~3)で膜厚120ÅのInAlAs層5、アンド
ープで膜厚10ÅのInAlAs層6、p型(Be添
加、3×1019cm~3)で膜厚60ÅのInAlAs層
7、アンドープで膜厚150ÅのInAlAs層17
が、それらの順序で積層されている多層半導体層8が形
成され、該多層半導体層8が、ゲート電極形成予定領域
を除いて、表面から少なくともInAlAs層5に達す
る深さまで除去されて(InAlAs層5が一部除去さ
れてもよい)丘9が形成されており、該丘9の頂上にゲ
ート電極10が少なくとも該丘9の頂上全体に接触して
形成されており、InAlAs層5上のゲート電極10
を挾んだ両位置にソース電極11とドレイン電極12が
形成されている。
On a semi-insulating InP substrate 1, an undoped InAlAs layer 2 having a film thickness of 2000Å, an undoped InGaAs layer 3 having a film thickness of 300Å, and an undoped film thickness of 20
Å InAlAs layer 4, n-type (Si added, 1.1 × 10
InAlAs layer 5 having a film thickness of 120 Å in 19 cm to 3 ), InAlAs layer 6 having an undoped thickness of 10 Å, InAlAs layer 7 having a film thickness of 60 Å in p-type (Be added, 3 × 10 19 cm to 3 ), and undoped InAlAs layer 17 with a thickness of 150Å
However, the multi-layer semiconductor layer 8 laminated in the order is formed, and the multi-layer semiconductor layer 8 is removed from the surface to a depth reaching at least the InAlAs layer 5 except the region where the gate electrode is to be formed (InAlAs layer). 5 may be partially removed) A hill 9 is formed, a gate electrode 10 is formed on the top of the hill 9 in contact with at least the entire top of the hill 9, and a gate on the InAlAs layer 5 is formed. Electrode 10
A source electrode 11 and a drain electrode 12 are formed at both positions sandwiched by.

【0017】このような構成を有する電界効果トランジ
スタによれば、以下に計算結果を示すように、丘9の外
部のソース領域13、ドレイン領域14ではInGaA
s層3に高濃度(約5×1012cm~2)の電子の蓄積層
が形成され、丘9の内部の領域15ではInGaAs層
3に適量(約1×1012cm~2)の電子の蓄積層が形成
される。図1の18に、この電子蓄積層を示す。ここ
で、斜線部分の幅は、電子濃度の大小を模式的に示して
いる。このような電子濃度分布は、ソース抵抗を低減
し、ゲート電極によりゲート電極直下の電子濃度を効率
よく制御するための必要条件である。
According to the field effect transistor having such a structure, as shown in the following calculation results, InGaA is formed in the source region 13 and the drain region 14 outside the hill 9.
A high-concentration (about 5 × 10 12 cm- 2 ) electron accumulation layer is formed in the s-layer 3, and an appropriate amount (about 1 × 10 12 cm- 2 ) of electrons are accumulated in the InGaAs layer 3 in the region 15 inside the hill 9. Accumulation layer is formed. This electron storage layer is shown at 18 in FIG. Here, the width of the shaded portion schematically shows the magnitude of the electron concentration. Such an electron concentration distribution is a necessary condition for reducing the source resistance and efficiently controlling the electron concentration immediately below the gate electrode by the gate electrode.

【0018】図3に、図1の電界効果トランジスタにお
ける電子蓄積層の電子濃度のエッチング深さ依存性の計
算結果を示す。まず、エッチング無しの領域、すなわち
丘9の内部の領域15では、前述のようにInGaAs
層3に適量(約1×1012cm~2)の電子の蓄積層が形
成され、また、アンドープInAlAs層17、p型I
nAlAs層7およびアンドープInAlAs層6をエ
ッチングにより除去した領域、すなわち丘9の外部のソ
ース領域13、ドレイン領域14では、前述のようにI
nGaAs層3に高濃度(約3〜5×1012cm~2)の
電子の蓄積層が形成されることがわかる。これにより、
上記の必要条件は満足できていることがわかる。
FIG. 3 shows the calculation result of the etching depth dependence of the electron concentration of the electron storage layer in the field effect transistor of FIG. First, in the region without etching, that is, in the region 15 inside the hill 9, as described above, InGaAs is used.
An appropriate amount (about 1 × 10 12 cm 2 ) of an electron storage layer is formed in the layer 3, and the undoped InAlAs layer 17 and the p-type I layer are formed.
In the region where the nAlAs layer 7 and the undoped InAlAs layer 6 are removed by etching, that is, in the source region 13 and the drain region 14 outside the hill 9, as described above,
It can be seen that a high-concentration (about 3 to 5 × 10 12 cm to 2 ) electron accumulation layer is formed in the nGaAs layer 3. This allows
It can be seen that the above requirements are satisfied.

【0019】電子濃度がエッチング深さとともに図3に
示したように変化する理由を定性的に説明すると次のよ
うになる。すなわち、アンドープInAlAs層17お
よびp型InAlAs層7が存在する場合には実効的な
ショットキー障壁の高さが高いため、InGaAs層3
にポテンシャルエネルギーが高く電子濃度が小さいが、
エッチングによりアンドープInAlAs層17および
p型InAlAs層7を除去してゆくと、実効的なショ
ットキー障壁の高さが低くなるため、InGaAs層3
のポテンシャルエネルギーが低くなり、電子濃度が大き
くなる。これにより、上記の必要条件は満足できている
ことがわかる。
The reason why the electron concentration changes with the etching depth as shown in FIG. 3 will be explained qualitatively as follows. That is, when the undoped InAlAs layer 17 and the p-type InAlAs layer 7 are present, the effective Schottky barrier height is high, so the InGaAs layer 3
Has a high potential energy and a low electron concentration,
When the undoped InAlAs layer 17 and the p-type InAlAs layer 7 are removed by etching, the effective Schottky barrier height decreases, so that the InGaAs layer 3
The potential energy of becomes low and the electron concentration becomes high. From this, it can be seen that the above-mentioned necessary conditions are satisfied.

【0020】この電界効果トランジスタを動作するに
は、ゲート電極10に印加した電圧を変化させることに
よりゲート電極10直下の領域16の電子濃度を変化さ
せ、ソース電極11からドレイン電極12へ流れる電子
の流量すなわちドレイン電流を変化させる。
In order to operate this field effect transistor, the voltage applied to the gate electrode 10 is changed to change the electron concentration of the region 16 immediately below the gate electrode 10 so that the electrons flowing from the source electrode 11 to the drain electrode 12 are changed. The flow rate, that is, the drain current is changed.

【0021】本実施例の電界効果トランジスタは以下の
特長を持つ。
The field effect transistor of this embodiment has the following features.

【0022】しきい値電圧、トランスコンダクタンス
等のトランジスタ特性の均一性・再現性が良い。これ
は、従来例と異なり、トランジスタのしきい値電圧が丘
9の高さに依存せず、丘9の製作工程に高度な加工精度
が要求されないためである。
Good uniformity and reproducibility of transistor characteristics such as threshold voltage and transconductance. This is because, unlike the conventional example, the threshold voltage of the transistor does not depend on the height of the hill 9, and the fabrication process of the hill 9 does not require high processing accuracy.

【0023】ドレイン耐圧が大きい。これは、従来例
と異なり、ゲート電極11とドレイン電極12との間の
高電界が加わる領域に、耐圧の大きなp型のInAlA
s層7が存在するためである。
The drain breakdown voltage is high. This is different from the conventional example in that a p-type InAlA having a large breakdown voltage is formed in a region to which a high electric field is applied between the gate electrode 11 and the drain electrode 12.
This is because the s layer 7 exists.

【0024】ソース抵抗が小さい。これは、従来例と
異なり、トランジスタの構成上、ゲート電極10直下を
除くソース領域13側のゲート電極10近傍に電子濃度
がソース領域13より少ない領域(図5の71)が生じ
ないためである。さらに説明すると、ゲート電極10の
作用は丘9を通してInGaAs層3に蓄積された電子
に到達するため、本実施例ではゲート電極10直下の領
域16と丘9の内部の領域15とが構造的に一致するた
めである。
Source resistance is small. This is because, unlike the conventional example, a region (71 in FIG. 5) having a lower electron concentration than the source region 13 does not occur in the vicinity of the gate region 10 on the side of the source region 13 except under the gate electrode 10 due to the structure of the transistor. .. More specifically, since the action of the gate electrode 10 reaches the electrons accumulated in the InGaAs layer 3 through the hill 9, the region 16 directly below the gate electrode 10 and the region 15 inside the hill 9 are structurally structured in this embodiment. This is because they match.

【0025】また、本実施例では製作工程中の変動によ
るn型、p型の不純物の混在を避けるためにn型InA
lAs層5とp型InAlAs層7との間にアンドープ
のInAlAs層6を、また、ゲート電極20への正孔
の漏れを抑制するためにアンドープのInAlAs層1
7を設けている。しかし、これらの層6、17はトラン
ジスタ構成上必須のものではなく、省略も可能である。
In this embodiment, n-type InA is used in order to avoid mixing of n-type and p-type impurities due to fluctuations during the manufacturing process.
An undoped InAlAs layer 6 is provided between the 1As layer 5 and the p-type InAlAs layer 7, and an undoped InAlAs layer 1 for suppressing leakage of holes into the gate electrode 20.
7 is provided. However, these layers 6 and 17 are not essential in the transistor structure and can be omitted.

【0026】本実施例は、上記の特長を持つが、問題点
として、ソース抵抗の均一性・再現性が良くないことが
挙げられる。これは、丘9を残して他の部分をエッチン
グする工程に高度の加工精度が要求されるためである。
このことは、図3でエッチングが過度に進行し、n型I
nAlAs層5の内部まで及んだ場合、電子濃度が急激
に減少することからわかる。この問題点を解消するた
め、以下に第2の実施例について説明する。
Although the present embodiment has the above-mentioned features, the problem is that the uniformity and reproducibility of the source resistance are not good. This is because a high degree of processing accuracy is required in the step of etching the other portion leaving the hill 9.
This means that the etching proceeds excessively in FIG.
It can be seen from the fact that the electron concentration sharply decreases when reaching the inside of the nAlAs layer 5. In order to solve this problem, the second embodiment will be described below.

【0027】実施例2 図2は、本発明の第2の実施例の電界効果トランジスタ
の断面図である。
Example 2 FIG. 2 is a sectional view of a field effect transistor of Example 2 of the present invention.

【0028】半絶縁性のInP基板21上に、アンドー
プで膜厚2000ÅのInAlAs層22、n型(Si
添加、8×1018cm~3)で膜厚50ÅのInAlAs
層23、アンドープで膜厚20ÅのInAlAs層2
4、アンドープで膜厚200ÅのInGaAs層25、
アンドープで膜厚20ÅのInAlAs層26、p型
(Be添加、4×1018cm~3)で膜厚260ÅのIn
AlAs層27、がそれらの順序で積層されている多層
半導体層28が形成され、該多層半導体層28が、ゲー
ト電極形成予定領域を除いて、表面から少なくとも該I
nGaAs層25に達する深さまで除去されて(InG
aAs層25が一部除去されてもよい)丘29が形成さ
れ、該丘29の頂上にゲート電極30が形成されてお
り、InGaAs層25上のゲート電極30を挾んだ両
位置にソース電極31とドレイン電極32が形成されて
いる。
On a semi-insulating InP substrate 21, an undoped InAlAs layer 22 having a film thickness of 2000 Å, n-type (Si
InAlAs with addition of 8 × 10 18 cm ~ 3 ) and a film thickness of 50Å
Layer 23, undoped InAlAs layer 2 with thickness 20 Å
4, undoped InGaAs layer 25 with a film thickness of 200Å,
Undoped InAlAs layer 26 having a film thickness of 20 Å, p-type (Be added, 4 × 10 18 cm 3 ), In having a film thickness of 260 Å
A multi-layer semiconductor layer 28 in which AlAs layers 27 are stacked in that order is formed, and the multi-layer semiconductor layer 28 is formed at least from the surface except the region where the gate electrode is to be formed.
It is removed to the depth reaching the nGaAs layer 25 (InG
The aAs layer 25 may be partially removed) A hill 29 is formed, a gate electrode 30 is formed on the top of the hill 29, and a source electrode is formed on both sides of the gate electrode 30 on the InGaAs layer 25. 31 and a drain electrode 32 are formed.

【0029】このような構成を有する電界効果トランジ
スタによれば、丘29の外部のソース領域33、ドレイ
ン領域34ではInGaAs層25に高濃度(約5×1
12cm~2)の電子の蓄積層が形成され、丘29の内部
の領域36ではInGaAs層25に適量(約1×10
12cm~2)の電子の蓄積層が形成される。図2の38に
この電子蓄積層を示す。ここで、斜線部分の幅は、電子
濃度の大小を模式的に表わしている。このような電子濃
度分布は、ソース抵抗を低減し、ゲート電極によりゲー
ト電極直下の電子濃度を効率よく制御するための必要条
件である。
According to the field effect transistor having such a structure, in the source region 33 and the drain region 34 outside the hill 29, the InGaAs layer 25 has a high concentration (about 5 × 1).
An electron accumulation layer of 0 12 cm to 2 ) is formed, and an appropriate amount (about 1 × 10 3) is applied to the InGaAs layer 25 in the region 36 inside the hill 29.
An electron accumulation layer of 12 cm ~ 2 ) is formed. This electron storage layer is shown at 38 in FIG. Here, the width of the shaded portion schematically represents the magnitude of the electron concentration. Such an electron concentration distribution is a necessary condition for reducing the source resistance and efficiently controlling the electron concentration directly under the gate electrode by the gate electrode.

【0030】図4に、図2の電界効果トランジスタにお
ける電子蓄積層の電子濃度のエッチング深さ依存性の計
算結果を示す。p型InAlAs層27およびアンドー
プInAlAs層26をエッチングにより除去するに従
って、電子濃度が増大することがわかる。これにより、
上記の必要条件は満足できていることがわかる。
FIG. 4 shows the calculation result of the etching depth dependence of the electron concentration of the electron storage layer in the field effect transistor of FIG. It can be seen that the electron concentration increases as the p-type InAlAs layer 27 and the undoped InAlAs layer 26 are removed by etching. This allows
It can be seen that the above requirements are satisfied.

【0031】この電界効果トランジスタを動作するに
は、ゲート電極30に印加した電圧を変化させることに
よりゲート電極30直下の領域36の電子の濃度を変化
させ、ソース電極31からドレイン電極32へ流れる電
子の流量すなわちドレイン電流を変化させる。
To operate this field effect transistor, the voltage applied to the gate electrode 30 is changed to change the concentration of electrons in the region 36 immediately below the gate electrode 30, and the electrons flowing from the source electrode 31 to the drain electrode 32 are changed. And the drain current is changed.

【0032】本実施例の電界効果トランジスタは以下の
特長を持つ。
The field effect transistor of this embodiment has the following features.

【0033】しきい値電圧、トランスコンダクタンス
等のトランジスタ特性の均一性・再現性が良い。これ
は、従来例と異なり、トランジスタ特性が丘29の高さ
に依存せず、丘29の製作工程に高度な加工精度が要求
されないためである。
Good uniformity and reproducibility of transistor characteristics such as threshold voltage and transconductance. This is because, unlike the conventional example, the transistor characteristics do not depend on the height of the hill 29, and a high processing accuracy is not required in the manufacturing process of the hill 29.

【0034】ドレイン耐圧が大きい。これは、従来例
と異なり、ゲート電極30とドレイン電極32との間の
高電界が加わる領域に、耐圧の大きなp型のInAlA
s層27が存在するためである。
The drain breakdown voltage is large. This is different from the conventional example in that p-type InAlA having a high breakdown voltage is formed in a region to which a high electric field is applied between the gate electrode 30 and the drain electrode 32.
This is because the s layer 27 exists.

【0035】ソース抵抗が小さい。これは、従来例と
異なり、トランジスタの構成上、ゲート電極30直下を
除くソース領域33側のゲート電極30近傍に電子濃度
がソース領域33より少ない領域(図5の71)が生じ
ないためである。さらに説明すると、ゲート電極30の
作用は丘29を通してInGaAs層25に蓄積された
電子に到達するため、本実施例ではゲート電極30直下
の領域36と丘29の内部の領域35とが構造的に一致
するためである。
Source resistance is small. This is because, unlike the conventional example, due to the structure of the transistor, a region (71 in FIG. 5) having a lower electron concentration than the source region 33 does not occur in the vicinity of the gate electrode 30 on the side of the source region 33 except immediately below the gate electrode 30. .. More specifically, since the action of the gate electrode 30 reaches the electrons accumulated in the InGaAs layer 25 through the hill 29, the region 36 immediately below the gate electrode 30 and the region 35 inside the hill 29 are structurally structured in this embodiment. This is because they match.

【0036】また、本実施例では、電子の走行速度の向
上を狙って、アンドープInAlAs層26を設け、電
子の蓄積層38から、p型InAlAs層27を離し
た。しかし、アンドープInAlAs層26はトランジ
スタを構成する上で必須のものではなく、省略可能であ
る。
In this embodiment, the undoped InAlAs layer 26 is provided and the p-type InAlAs layer 27 is separated from the electron storage layer 38 in order to improve the traveling speed of electrons. However, the undoped InAlAs layer 26 is not essential for forming a transistor and can be omitted.

【0037】さらに、本実施例において、p型InAl
As層27のゲート電極30側の一部分をアンドープ層
とすることにより、ゲート電極30への正孔の漏れを抑
制することも可能である。
Further, in this embodiment, p-type InAl
By forming a part of the As layer 27 on the gate electrode 30 side as an undoped layer, it is possible to suppress the leakage of holes to the gate electrode 30.

【0038】以上本発明の実施例について説明したが、
上記第1および第2の実施例における各層の膜厚、不純
物濃度の値はあくまで例であり、これ以外の値を用いて
も本発明で示したトランジスタ特性の改善効果が得られ
ることは明らかである。また、他の半導体材料や不純物
元素を用いた場合でも、本発明と同様のトランジスタ構
成をとる限り、同様な特性改善効果が得られることは明
らかである。
The embodiment of the present invention has been described above.
The values of the film thickness and the impurity concentration of each layer in the first and second embodiments are merely examples, and it is apparent that the effect of improving the transistor characteristics shown in the present invention can be obtained even if other values are used. is there. Further, it is clear that even when other semiconductor materials or impurity elements are used, the same characteristic improving effect can be obtained as long as the transistor configuration similar to that of the present invention is adopted.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
トランジスタ特性の均一性・再現性に優れ、ドレイン耐
圧が大きく、かつ、ソース抵抗が小さい電界効果トラン
ジスタを提供することができる。従って、高速、高周
波、低雑音の各種集積回路への応用に適する。
As described above, according to the present invention,
It is possible to provide a field effect transistor having excellent uniformity and reproducibility of transistor characteristics, a large drain breakdown voltage, and a small source resistance. Therefore, it is suitable for application to various integrated circuits of high speed, high frequency, and low noise.

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

【図1】本発明の第1の実施例の電界効果トランジスタ
の断面図である。
FIG. 1 is a sectional view of a field effect transistor of a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施例の電界効果トランジスタ
の断面図である。
FIG. 2 is a sectional view of a field effect transistor of a second embodiment of the present invention.

【図3】図1の電界効果トランジスタにおける電子蓄積
層の電子濃度のエッチング深さ依存性の計算結果を示す
図である。
3 is a diagram showing a calculation result of etching depth dependency of electron concentration of an electron storage layer in the field effect transistor of FIG.

【図4】図2の電界効果トランジスタにおける電子蓄積
層の電子濃度のエッチング深さ依存性の計算結果を示す
図である。
4 is a diagram showing a calculation result of etching depth dependency of electron concentration of an electron storage layer in the field effect transistor of FIG.

【図5】従来の一例の電界効果トランジスタの断面図で
ある。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a conventional field effect transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…半絶縁性InP基板、2…アンドープInAlAs
層、3…アンドープInGaAs層、4…アンドープI
nAlAs層、5…n型InAlAs層、6…アンドー
プInAlAs層、7…p型InAlAs層、8…多層
半導体層、9…丘、10…ゲート電極、11…ソース電
極、12…ドレイン電極、13…ソース領域、14…ド
レイン領域、15…丘の内部の領域、16…ゲート電極
直下の領域、17…アンドープInAlAs層、18…
電子蓄積層、21…半絶縁性InP基板、22…アンド
ープInAlAs層、23…n型InAlAs層、24
…アンドープInAlAs層、25…アンドープInG
aAs層、26…アンドープInAlAs層、27…p
型InAlAs層、28…多層半導体層、29…丘、3
0…ゲート電極、31…ソース電極、32…ドレイン電
極、33…ソース領域、34…ドレイン領域、35…丘
の内部の領域、36…ゲート電極直下の領域、38…電
子蓄積層。
1 ... Semi-insulating InP substrate, 2 ... Undoped InAlAs
Layer, 3 ... Undoped InGaAs layer, 4 ... Undoped I
nAlAs layer, 5 ... n-type InAlAs layer, 6 ... undoped InAlAs layer, 7 ... p-type InAlAs layer, 8 ... multilayer semiconductor layer, 9 ... hill, 10 ... gate electrode, 11 ... source electrode, 12 ... drain electrode, 13 ... Source region, 14 ... Drain region, 15 ... Region inside hill, 16 ... Region directly under gate electrode, 17 ... Undoped InAlAs layer, 18 ...
Electron storage layer, 21 ... Semi-insulating InP substrate, 22 ... Undoped InAlAs layer, 23 ... N-type InAlAs layer, 24
... undoped InAlAs layer, 25 ... undoped InG
aAs layer, 26 ... Undoped InAlAs layer, 27 ... p
Type InAlAs layer, 28 ... Multilayer semiconductor layer, 29 ... Hill, 3
0 ... Gate electrode, 31 ... Source electrode, 32 ... Drain electrode, 33 ... Source region, 34 ... Drain region, 35 ... Region inside hill, 36 ... Region immediately below gate electrode, 38 ... Electron storage layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】化合物半導体から成る多層半導体層、ゲー
ト電極、ソース電極、ドレイン電極を含んで成り、か
つ、上記多層半導体層内の一部に電子をキャリアとする
n型の導電チャネルを形成する電界効果トランジスタに
おいて、上記多層半導体層はp型半導体層を含み、上記
ゲート電極下の領域を除いて上記多層半導体層表面から
少なくとも上記p型半導体層までの上記多層半導体層の
一部が除去されて、上記ゲート電極直下に上記p型半導
体層が選択的に形成され、かつ、上記ゲート電極のチャ
ネル方向の端部が上記p型半導体層端部と同じか、また
は上記p型半導体層端部より外側に出ていることを特徴
とする電界効果トランジスタ。
1. A multi-layer semiconductor layer made of a compound semiconductor, a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode, and an n-type conductive channel having an electron as a carrier is formed in a part of the multi-layer semiconductor layer. In the field effect transistor, the multilayer semiconductor layer includes a p-type semiconductor layer, and a part of the multilayer semiconductor layer from the surface of the multilayer semiconductor layer to at least the p-type semiconductor layer is removed except for a region under the gate electrode. The p-type semiconductor layer is selectively formed immediately below the gate electrode, and the end of the gate electrode in the channel direction is the same as the end of the p-type semiconductor layer or the end of the p-type semiconductor layer. A field effect transistor characterized in that it is exposed to the outside.
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