JPH0590301A - Field effect transistor - Google Patents

Field effect transistor

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JPH0590301A
JPH0590301A JP4071231A JP7123192A JPH0590301A JP H0590301 A JPH0590301 A JP H0590301A JP 4071231 A JP4071231 A JP 4071231A JP 7123192 A JP7123192 A JP 7123192A JP H0590301 A JPH0590301 A JP H0590301A
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layer
inas
compound semiconductor
fet
semiconductor layer
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Ichiro Shibazaki
一郎 柴崎
Kazuhiro Nagase
和宏 永瀬
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Abstract

PURPOSE:To form a good thin film with little lattice defect, etc., and to acquire a FET of good high-frequency characteristics by forming a compound semiconductor layer as a buffer layer and InAs as channel layer one by one on a semiconductor substrate whose lattice constant is different from that of InAs. CONSTITUTION:A first compound semiconductor layer 2 such as an AlGaAsSb layer is formed to a 0.05 to 3mum thickness by using MBE on a GaAs substrate, for example, whose lattice constant is different from that of InAs. Then, an InAs layer 3 as the channel layer is formed to 0.2mum or less thickness. A second compound semiconductor layer 4 which performs practical lattice matching with InAs and has larger band gap is formed a 50 to 1000mum thickness on an upper part. Furthermore, a source electrode 5 and a drain electrode 7 are formed with ohmic junction with an InAs layer 3, and a gate electrode 6 such as Al, Ti is laminated by using Schottky junction. Manufacture of an element which operates at ultra high-frequency becomes possible and producibility is improved by improvement of yield.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、衛星放送の送受信用
増幅素子や高速データ転送用素子として好適な電界効果
型トランジスタ(Field Effect Transistor、以下、FET
と略記する)に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field effect transistor (hereinafter referred to as FET) suitable as an amplifying element for transmitting / receiving satellite broadcasting and an element for high speed data transfer.
Abbreviated as)).

【0002】[0002]

【従来の技術】衛星放送の送受信用増幅素子等に代表さ
れるGHz 帯の高周波素子として、GaAs基板上のGaAsのエ
ピタキシャル層を電子走行層とする、GaAs-MESFET(Meta
l Semiconductor FET)や、GaAsとAlGaAsのヘテロ構造界
面に蓄積する2次元電子層を用いたFET 、いわゆるHEMT
(High Electron Mobility Transistor:以後、GaAs-HEM
T と記す。特開昭56-94780号公報)が広く知られてい
る。GaAs素子が高速なのは、GaAsの電子移動度が、不純
物をドープしない状態(intrinsic state) で約8,000cm2
/V・secと高く、Siに比べて数倍(5〜6倍)の値を有す
るためである。
2. Description of the Related Art As a high frequency element in the GHz band, which is represented by an amplifier element for transmitting / receiving satellite broadcasts, a GaAs-MESFET (MetaSFET (MetaSFET) with an epitaxial layer of GaAs on a GaAs substrate as an electron transit layer
Semiconductor FET) or FET using a two-dimensional electron layer accumulated at the heterostructure interface of GaAs and AlGaAs, so-called HEMT
(High Electron Mobility Transistor: Later, GaAs-HEM
Write T. JP-A-56-94780) is widely known. The speed of GaAs devices is that the electron mobility of GaAs is approximately 8,000 cm 2 when the impurities are not doped (intrinsic state).
This is because it is as high as / V · sec and has a value several times (5 to 6 times) that of Si.

【0003】ただし、GaAs-MESFET では、電子走行層に
不純物をドープしなければならず、この不純物による伝
導電子の散乱のため、電子移動度は、4,000cm2/V・sec程
度まで低くなる。この問題を解決するために、GaAs-HEM
T では、バンドギャップが異なる異種の半導体のヘテロ
接合を使って、不純物がドープされた電子供給層と電子
走行層とを分離した構造を用いることによって、不純物
散乱の影響を減じ、高い電子移動度を実現している。
However, in the GaAs-MESFET, the electron transit layer must be doped with impurities, and due to the scattering of conduction electrons by the impurities, the electron mobility is lowered to about 4,000 cm 2 / V · sec. In order to solve this problem, GaAs-HEM
At T, the heterojunction of different semiconductors with different band gaps is used to separate the impurity-doped electron supply layer and the electron transit layer, thereby reducing the influence of impurity scattering and increasing the electron mobility. Has been realized.

【0004】GaAs-HEMT の電子供給層の不純物濃度と膜
厚との関係を規定したものに、特開昭59-53714号公報、
USP No.4,424,525、USP No.Re.33,584がある。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-53714 discloses that the relationship between the impurity concentration and the film thickness of the electron supply layer of GaAs-HEMT is specified.
There are USP No.4,424,525 and USP No.Re.33,584.

【0005】HEMT構造では、一般に、電子走行層の不純
物濃度が低いためオーミック電極が作りにくく、また電
子移動度の制御性が悪い。この欠点を補うために、ヘテ
ロ接合を形成する電子供給層と電子走行層の双方に、不
純物をドープしたGaAs-FETが提案されている(特開昭61
-54673号公報)。
In the HEMT structure, generally, the impurity concentration of the electron transit layer is low, so that it is difficult to form an ohmic electrode, and the controllability of electron mobility is poor. In order to compensate for this drawback, a GaAs-FET in which an impurity is doped in both the electron supply layer and the electron transit layer forming the heterojunction has been proposed (JP-A-61).
-54673 publication).

【0006】また、2次元電子ガスの濃度を増大させる
目的で、不純物のドーピング領域をヘテロ接合を含む領
域まで広げたGaAsの半導体ヘテロ接合デバイスが提案さ
れている(特開昭61-276267 号公報)。
Further, in order to increase the concentration of the two-dimensional electron gas, a GaAs semiconductor heterojunction device has been proposed in which an impurity doping region is expanded to a region including a heterojunction (Japanese Patent Laid-Open No. 61-276267). ).

【0007】さらに、n型の電子走行層の上面と下面双
方が、これよりギャップが広く、かつ、不純物をドープ
されている化合物半導体からなる電子供給層に接するダ
ブルヘテロ型のGaAs-FETが提案されている(特開昭61-1
31565 号公報)。
Further, a double hetero type GaAs-FET is proposed in which both the upper surface and the lower surface of the n-type electron transit layer have a wider gap than this and are in contact with an electron supply layer made of a compound semiconductor doped with impurities. (Japanese Patent Laid-Open No. 61-1
No. 31565).

【0008】また、上記ヘテロ接合を用いたGaAs-FETの
ソースおよびドレイン下部の、電子供給層と電子走行層
の双方が、不純物を含むことを規定したものとしてUSP
No.4,424,525がある。
In addition, USP is defined as defining that both the electron supply layer and the electron transit layer below the source and drain of the GaAs-FET using the above heterojunction contain impurities.
There are No.4,424,525.

【0009】しかし、これらの素子によって、十数GHz
帯の電波の送受信が可能な素子を得るためには、0.2 μ
m 以下の、極めて短いゲート長を有するFET が必要にな
る。このような長さのゲート電極を形成するには、光リ
ソグラフィーが用いられることもあるが、高度の技術が
必要になり、安定的に生産するのは容易でない。
However, with these elements, a dozen GHz
To obtain an element that can send and receive band radio waves, 0.2 μ
FETs with very short gate lengths, less than m, are needed. Although photolithography may be used to form a gate electrode having such a length, it requires a high level of technology and stable production is not easy.

【0010】実際には、電子線リソグラフィーが使用さ
れることが多いが、工業的な量産性の点で光リソグラフ
ィーに比して難がある。その上、さらに高い周波数帯に
対応する高周波素子を上記のGaAs-MESFET やGaAs-HEMT
等のGaAs-FETで実現するためには、ゲート長の一層の微
細化が必要になる。しかし、ゲート長の微細化により、
素子の高周波化を行おうとすると、新たな技術開発や工
業的に成立しにくい高度のプロセス技術が必要となる。
このため、微細化技術が容易で、量産性があり、かつ、
従来以上に高い周波数帯に対応できる新しい構造の高周
波素子が求められている。
In practice, electron beam lithography is often used, but it is more difficult than optical lithography in terms of industrial mass productivity. In addition, the high-frequency element corresponding to the higher frequency band must be the above-mentioned GaAs-MESFET or GaAs-HEMT.
In order to realize it with GaAs-FETs such as, the gate length must be further miniaturized. However, due to the miniaturization of the gate length,
In order to increase the frequency of devices, new technology development and advanced process technology that is difficult to achieve industrially are required.
Therefore, miniaturization technology is easy, mass production is possible, and
There is a demand for a high-frequency element having a new structure that can support a higher frequency band than ever before.

【0011】このような目的で、GaAsより高い電子移動
度を有するInGaAsの薄膜を、FET の電子走行層に用いる
提案がされている(特開昭63-272080 号公報)。この提
案では、n型InGaAs層を電子走行層として、この上面と
下面とが、GaAs層に接したダブルヘテロ接合を形成して
いる。GaAs層は、その双方をドープした試作例と、いず
れもノンドープの試作例とが示されている。基板にはGa
As基板が用いられている。この提案では、InGaAs層は、
GaAs層と直接接しているため、InGaAs中のAsに対するIn
原子数の割合は,格子整合性の要請から、小さくなけれ
ばならない。上記提案の試作例では、20%に押さえられ
ており、InGaAs層の膜厚も150 Åと薄い。Inの割合がこ
のように低くては,GaAsに比しての移動度の改善は、あ
まり大きなものではない。
For this purpose, it has been proposed to use an InGaAs thin film having an electron mobility higher than that of GaAs for the electron transit layer of FET (Japanese Patent Laid-Open No. 63-272080). In this proposal, the n-type InGaAs layer is used as an electron transit layer, and the upper and lower surfaces form a double heterojunction in contact with the GaAs layer. As for the GaAs layer, a prototype example in which both of them are doped and a non-doped prototype example are shown. Ga on the substrate
As substrate is used. In this proposal, the InGaAs layer is
Since it is in direct contact with the GaAs layer, In
The ratio of the number of atoms must be small because of the demand for lattice matching. In the prototype example proposed above, it is suppressed to 20%, and the thickness of the InGaAs layer is as thin as 150Å. With such a low In ratio, the improvement in mobility over GaAs is not so great.

【0012】さらに、GaAsに比して電子移動度と飽和速
度が圧倒的に大きいInAsの良質な薄膜を、FET の電子走
行層に用いる研究が行われている。
Furthermore, studies have been conducted in which a high-quality InAs thin film having an electron mobility and a saturation speed that are overwhelmingly larger than that of GaAs is used for an electron transit layer of a FET.

【0013】InAsの高い電子移動度と飽和速度は、GaAs
-FETに比して長いゲート長を有するFET でも、GaAs-FET
と同程度の高周波の電波の送受信を実現する可能性を有
している。しかし、これら従来のInAs-FETの試みは、以
下のような問題を含んでいる。
The high electron mobility and saturation rate of InAs are
-Even if the FET has a longer gate length than the FET, GaAs-FET
It has the possibility of realizing transmission and reception of radio waves of the same high frequency as. However, these conventional InAs-FET attempts have the following problems.

【0014】(1) 用いる基板が高価で、工業的な素材と
しては適しない。
(1) The substrate used is expensive and is not suitable as an industrial material.

【0015】(2) 構造が複雑で、信頼性や製造工程に難
がある。
(2) The structure is complicated and there are problems in reliability and manufacturing process.

【0016】(3) InAs層と、これに接する半導体層との
格子定数の違いのために、欠陥が発生しやすい。
(3) Defects are likely to occur due to the difference in lattice constant between the InAs layer and the semiconductor layer in contact with the InAs layer.

【0017】(4) InAs層を、これと異なる格子定数を有
する半導体層上に積層する時、欠陥を生ずる事なく積層
できるInAs層の膜厚には限界がある。この限界の膜厚、
すなわち臨界膜厚が小さいため、FET の設計上必要とす
る膜厚のInAs層が得られない。
(4) When an InAs layer is laminated on a semiconductor layer having a lattice constant different from that of the InAs layer, there is a limit to the film thickness of the InAs layer that can be laminated without causing defects. This limit film thickness,
That is, since the critical film thickness is small, an InAs layer having a film thickness required for FET design cannot be obtained.

【0018】(5) InAs層と、これに接する半導体層との
格子定数の違いが大きいため、InAs層に強いストレスが
かかり、熱的に不安定であったり、経時変化が大きい等
の問題があり信頼性に欠ける。
(5) Since there is a large difference in lattice constant between the InAs layer and the semiconductor layer in contact with the InAs layer, strong stress is applied to the InAs layer, which causes thermal instability and a large change over time. Yes Unreliable.

【0019】(6) 基板とInAs層との間の寄生容量等が大
きいため、高周波素子として充分な機能を期待し難い。
(6) Since the parasitic capacitance between the substrate and the InAs layer is large, it is difficult to expect a sufficient function as a high frequency element.

【0020】(7) 素材の一部が極めて酸化しやすいた
め、その製法が極めて複雑な上に信頼性に問題がある。
(7) Since a part of the material is very easily oxidized, the manufacturing method is very complicated and there is a problem in reliability.

【0021】(8) InAsはバンドギャップエネルギーが小
さく適当なショットキー接合や、pn接合等の非オーミッ
ク接合が得られない。
(8) InAs has a small band gap energy and cannot obtain a suitable Schottky junction or a non-ohmic junction such as a pn junction.

【0022】たとえば、InAsの基板を用いた、特開平2-
5439号公報記載の提案がある。InAs基板は、高価で、工
業的な目的にとって難点になるばかりか、常温では、絶
縁基板が得られないため、電子走行層との間に寄生容量
を有し、良好な高速特性を得る上で障害になる。
For example, using an InAs substrate, JP-A-2-
There is a proposal described in Japanese Patent No. 5439. InAs substrates are not only expensive and difficult for industrial purposes, but because an insulating substrate cannot be obtained at room temperature, they have a parasitic capacitance between them and the electron transit layer, so that good high-speed characteristics can be obtained. It becomes an obstacle.

【0023】一方、格子定数の大きく異なる基板上に、
InAs薄膜を直接形成したものもある。たとえば、特開平
2-229438号公報は、GaAs基板上に分子線エピタキシー(M
BE:Molecular Beam Epitaxy) 法を用いて、GaAsのバッ
ファ層を形成し、この上に直接、電子走行層としてのIn
As層を形成し、さらにこの上に、GaAs層を形成したダブ
ルヘテロ型のInAs-FETを開示している。この構造では、
格子定数の著しく異なるGaAs基板上にInAs層を形成する
ため、良質なInAs薄膜の得られるInAs層の膜厚は、20Å
程度以下に限定される。これは、電流駆動能力の高い素
子を設計する上で障害となり、設計上の自由度を著しく
制約し、実用上問題が多い。
On the other hand, on substrates with greatly different lattice constants,
There is also a InAs thin film directly formed. For example,
No. 2-229438 discloses that molecular beam epitaxy (M
BE: Molecular Beam Epitaxy) is used to form a GaAs buffer layer, and the In layer as an electron transit layer is directly formed on the GaAs buffer layer.
A double hetero type InAs-FET in which an As layer is formed and a GaAs layer is further formed thereon is disclosed. In this structure,
Since the InAs layer is formed on a GaAs substrate with a significantly different lattice constant, a good quality InAs thin film can be obtained with an InAs layer thickness of 20Å
Limited to below. This is an obstacle in designing an element having a high current drive capability, significantly restricts the degree of freedom in design, and is practically problematic.

【0024】GaAs基板とInAs基板との格子不整合を緩和
する方法の一つとして、特開昭60-5572 号公報は、GaSb
とAlSb層の積層膜をバッファ層として用いたInAs-FETを
提案している。GaSbは、InAsとの格子定数のずれは小さ
く、0.6 %程度である。しかし、InAs層を電子走行層と
するFET を形成するためには、GaSb上にInAs薄膜を直接
形成するのは、図1(a)に示すように、GaSb層102 の価電
子帯上端が、InAs層103 の伝導帯下端より高くなってし
まい、好ましくない。このため、図1(b)に示すように、
GaSb層102 とInAs層103 とを電気的に絶縁するための電
流障壁層として、AlSb層104 をGaSb層102 上に形成し、
この上にInAs層103 を形成する。しかしながら、この構
造ではバッファ層が複雑になるばかりか、図1(c)に示す
ようにAlSb層104 を誘電体膜として、これをサンドイッ
チするGaSb層102 とInAs層103 とを電極とする寄生容量
が形成され、高速デバイスの構造として好ましくない。
また、AlSb層104 は、InAs層103 と格子定数が1.25%も
異なるため、AlSb膜104 上のInAs薄膜103 の臨界膜厚は
200 Å以下となってしまい、これも高電流駆動の素子を
得る上では制約になる。AlSb膜104 が極めて酸化しやす
い特性を有するのも、メサエッチ法による活性層領域の
形成等に際し、工程を複雑にする原因になるとともに酸
化による素子特性の経時的変化の可能性があり、実用性
に乏しい。さらに、この提案には、酸化防止法の開示も
無い。
As one method of relaxing the lattice mismatch between the GaAs substrate and the InAs substrate, Japanese Patent Laid-Open No. 60-5572 discloses GaSb.
We have proposed an InAs-FET using a stack of AlSb and AlSb layers as a buffer layer. GaSb has a small lattice constant deviation from InAs, which is about 0.6%. However, in order to form a FET using the InAs layer as the electron transit layer, the InAs thin film is directly formed on GaSb as shown in Fig. 1 (a). It is higher than the bottom of the conduction band of the InAs layer 103, which is not preferable. Therefore, as shown in Fig. 1 (b),
An AlSb layer 104 is formed on the GaSb layer 102 as a current barrier layer for electrically insulating the GaSb layer 102 and the InAs layer 103,
An InAs layer 103 is formed on this. However, this structure not only complicates the buffer layer, but also uses the AlSb layer 104 as a dielectric film and the parasitic capacitance using the sandwiched GaSb layer 102 and InAs layer 103 as electrodes, as shown in Fig. 1 (c). Are formed, which is not preferable as a structure of a high speed device.
Further, since the AlSb layer 104 has a lattice constant different from the InAs layer 103 by 1.25%, the critical film thickness of the InAs thin film 103 on the AlSb film 104 is
It becomes less than 200 Å, which is also a limitation in obtaining a high current drive element. The fact that the AlSb film 104 has a property of being easily oxidized is also a cause of complicating the process when forming the active layer region by the mesa etching method, etc., and there is a possibility that the element characteristics of the AlSb film 104 may change with time due to the oxidation. Poor. Furthermore, this proposal does not disclose an antioxidant method.

【0025】GaAs基板とInAs基板との格子不整合を緩和
する方法の一つとして、AlSbとAl0.5Ga0.5Sb層の積層膜
からなるバッファ層の上に形成されたInAs層を電子走行
層とするInAs-FETがある(IEEE ELECTRON DEVICE LETTER
S, Vol.11, No.11, NOVEMBER, 1990) 。図2(a)に上記In
As-FETの構造図を示す。Al0.5Ga0.5Sbは、InAsとの格子
定数のズレは0.9 %程であり、臨界膜厚は300 Å以下で
ある。このため高電流駆動の素子を得る上で制約にな
る。その上この例では、2.8 μm ものAlSb層を、基板と
Al0.5Ga0.5Sb層の間のバッファ層として用い、InAs層と
Al0.5Ga0.5Sb層の間には、電子走行層のキャリア濃度を
増加するために、60ÅのAlSb層を挿入する複雑な積層構
造を用いている。また、これらのキャリアは、意図せず
にドープされたAlSb中のドナーから、あるいはAlSb層と
InAs層との界面から、電子走行層に供給されたものであ
り、このFET の製造過程において、その濃度を設計値に
合わせて制御するのは難しい。したがって、これは工業
的な量産性の上で問題があり、実用性に乏しい。図2(b)
に、上記の方法で作製されたInAs-FETの電流・電圧特性
を示す。ピンチオフ特性が見られるが、飽和領域での線
形性に乏しく、ゲート長が1.7 μm もあるのに、インパ
クト・アイオニゼイション効果も著しく、実用性に乏し
い。
As one of the methods for alleviating the lattice mismatch between the GaAs substrate and the InAs substrate, the InAs layer formed on the buffer layer made of the laminated film of AlSb and Al 0.5 Ga 0.5 Sb layer is used as the electron transit layer. There is an InAs-FET (IEEE ELECTRON DEVICE LETTER
S, Vol.11, No.11, NOVEMBER, 1990). Figure 2 (a) shows the above In
The structural drawing of As-FET is shown. Al 0.5 Ga 0.5 Sb has a deviation of the lattice constant from InAs of about 0.9% and a critical film thickness of 300 Å or less. Therefore, it is a limitation in obtaining a device driven by a high current. Moreover, in this example, an AlSb layer of 2.8 μm is used as the substrate.
It is used as a buffer layer between Al 0.5 Ga 0.5 Sb layers and the InAs layer.
Between the Al 0.5 Ga 0.5 Sb layers, in order to increase the carrier concentration in the electron transit layer, a complicated laminated structure in which a 60 Å AlSb layer is inserted is used. Also, these carriers can come from donors in unintentionally doped AlSb or with the AlSb layer.
It is supplied to the electron transit layer from the interface with the InAs layer, and it is difficult to control its concentration according to the design value in the manufacturing process of this FET. Therefore, this has a problem in terms of industrial mass productivity and is not practical. Figure 2 (b)
Shows the current-voltage characteristics of the InAs-FET manufactured by the above method. Although pinch-off characteristics can be seen, the linearity in the saturation region is poor, and the gate length is 1.7 μm, the impact ionization effect is remarkable, and it is not practical.

【0026】InAs層を、これにほぼ格子整合するAlGaAs
Sb層でサンドイッチした構造のInAs-FETが提案されてい
る(特開昭60-144979 号公報)。この提案では、半絶縁
性InP 基板上に、組成比と格子定数がステップ状に変化
するInGaAs多層構造がバッファ層として配置されてい
る。InGaAs多層構造は、基板のInP の格子定数からInAs
の格子定数まで、ステップ毎に少しずつ変化するように
設計されている。この上に、AlGaAsSb層でInAs層をサン
ドイッチした構造の積層膜が形成される。AlGaAsSb層
は、InAs層に伝導電子を閉じ込めるための障壁層として
用いられている。このようにして得られるInAs-FETの構
造は、極めて複雑で製造上好ましくない。また、バッフ
ァ層を形成するInGaAsの多層膜の最上部のInGaAs層は、
InAsに極く近い特性を有し、バンドギャップもInAsのバ
ンドギャップに近く、常温では導体である。このため、
AlGaAsSb層を誘電体膜とし、電子走行層のInAs層とバッ
ファ層のInGaAs層を電極とする寄生容量が形成され、良
好な高周波特性が得られない。また、ゲート電極とInAs
層とが直接接すると、オーミック接触してしまうため、
活性領域の形成をメサ分離法で行う場合には、この接触
を避ける構造上の工夫が必要であるが、そのような構造
の開示はない。さらに、AlGaAsSb膜は、Ga成分が少ない
場合には極めて酸化しやすい特性を有するため、メサエ
ッチ法により活性層領域を形成する場合や、InAs膜の上
部のAlGaAsSb膜が露出するような構造では、AlGaAsSb膜
の酸化防止策は必須であるが、この提案では酸化防止法
の開示が無い。
AlGaAs whose InAs layer is approximately lattice-matched to it
An InAs-FET having a structure sandwiched by Sb layers has been proposed (JP-A-60-144979). In this proposal, an InGaAs multilayer structure in which the composition ratio and the lattice constant change stepwise is arranged as a buffer layer on a semi-insulating InP substrate. The InGaAs multi-layer structure is based on the InP lattice constant of the substrate.
Up to the lattice constant of is designed to change little by little at each step. On top of this, a laminated film having a structure in which an InAs layer is sandwiched by AlGaAsSb layers is formed. The AlGaAsSb layer is used as a barrier layer for confining conduction electrons in the InAs layer. The structure of the InAs-FET thus obtained is extremely complicated and not preferable in manufacturing. Further, the uppermost InGaAs layer of the InGaAs multilayer film forming the buffer layer is
It has characteristics very close to those of InAs, its bandgap is close to that of InAs, and it is a conductor at room temperature. For this reason,
A parasitic capacitance is formed using the AlGaAsSb layer as a dielectric film and the InAs layer of the electron transit layer and the InGaAs layer of the buffer layer as electrodes, and good high frequency characteristics cannot be obtained. In addition, the gate electrode and InAs
If it comes into direct contact with the layer, ohmic contact will occur,
When the active region is formed by the mesa separation method, it is necessary to devise a structure to avoid this contact, but there is no disclosure of such a structure. Furthermore, since the AlGaAsSb film has the property of being extremely easily oxidized when the Ga component is small, when the active layer region is formed by the mesa etching method or in the structure where the AlGaAsSb film above the InAs film is exposed, the AlGaAsSb film is exposed. Although a film antioxidation measure is essential, this proposal does not disclose an antioxidation method.

【0027】[0027]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、高い電
子移動度を持つInAsを、FET の電子走行層として活用す
る試みはあったが、実用に適したFET 構造は見出されて
いない。
As described above, there have been attempts to utilize InAs having a high electron mobility as an electron transit layer of a FET, but no FET structure suitable for practical use has been found.

【0028】本発明は、衛星放送の送受信用増幅素子や
高速データ転送用素子として、優れた高周波特性を有す
るFET を提供することを目的とする。
It is an object of the present invention to provide an FET having excellent high frequency characteristics as an amplifying element for transmitting / receiving satellite broadcasts and an element for high speed data transfer.

【0029】[0029]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によるFETは、InAsと異なる格子定数を有す
る半導体基板上に、バッファ層として機能する第1の化
合物半導体層と、電子走行層として機能するInAs層とを
順次積層した構成を有している。
In order to achieve the above object, a FET according to the present invention comprises a first compound semiconductor layer functioning as a buffer layer and an electron transit layer on a semiconductor substrate having a lattice constant different from InAs. It has a structure in which an InAs layer functioning as is sequentially laminated.

【0030】[0030]

【作用】本発明において電子走行層として用いられたIn
Asは、高周波FET の電子走行層として通常用いられてい
るGaAsに比して、電子移動度と飽和速度が圧倒的に大き
い。また温度依存性も適度に小さく、GaAs-FETを凌ぐ次
世代型の高速素子の素材として期待されていた。なかで
も、実用的な意味から、GaAsやSiの汎用基板上に、InAs
の良質な結晶薄膜を形成する技術が望まれていた。
Function: In used as the electron transit layer in the present invention
As has an electron mobility and saturation velocity that are overwhelmingly higher than GaAs, which is usually used as the electron transit layer of high-frequency FETs. In addition, the temperature dependence is reasonably small and was expected as a material for next-generation high-speed devices that surpass GaAs-FETs. Above all, from a practical point of view, InAs on a general-purpose substrate of GaAs or Si
There has been a demand for a technique for forming a high-quality crystalline thin film.

【0031】GaAsやSi基板は、InAsと格子定数が著しく
異なるため、これらの基板上にInAs層を形成すると、数
層の原子層で臨界膜厚を越え、格子欠陥が発生する。こ
のため、良質なInAs薄膜を得るためには基板とInAs薄膜
の間に絶縁性のバッファ層を形成する必要がある。バッ
ファ層としては、InAsに実質的に格子整合し、欠陥の少
ない平滑な表面を有するものが望ましいことは無論であ
るが、製法の上からも信頼性の上からも熱的に安定で、
経時変化の少ない単純な構造が望ましく、また基板リー
ク電流を防御し、寄生容量の少ない構造で、かつ絶縁性
であることが望ましい。
Since GaAs and Si substrates have remarkably different lattice constants from InAs, when an InAs layer is formed on these substrates, the critical thickness is exceeded by several atomic layers and lattice defects occur. Therefore, in order to obtain a good quality InAs thin film, it is necessary to form an insulating buffer layer between the substrate and the InAs thin film. Of course, it is desirable that the buffer layer is substantially lattice-matched to InAs and has a smooth surface with few defects, but it is thermally stable from the viewpoint of manufacturing method and reliability,
A simple structure with little change over time is desirable, and it is also desirable that the structure protects the substrate leakage current, has a small parasitic capacitance, and is insulative.

【0032】本発明は、このようなバッファ層の素材と
しての条件を満足する、単純な構造を有する半導体層の
発見に基づき、このバッファ層上に形成されたInAs層を
活性層とする、優れた高周波特性を有するFET をInAs層
と格子定数の異なる基板上で、実現する全く新しいFET
構造を提示するものである。
The present invention is based on the discovery of a semiconductor layer having a simple structure that satisfies the conditions as a material for such a buffer layer, and uses an InAs layer formed on this buffer layer as an active layer. A completely new FET that realizes a high-frequency FET on a substrate with a lattice constant different from that of the InAs layer
It presents the structure.

【0033】第1の化合物半導体層は、InAsと実質的に
格子整合し、それよりバンドギャップの大きい、AlGaAs
Sb,AlGaPSb ,AlInAsSb、またはAlInPSb の中から選択
して形成したもので、単純な構成を有している。
The first compound semiconductor layer is made of AlGaAs which has a substantially lattice matching with InAs and has a larger band gap.
It is formed by selecting from Sb, AlGaPSb, AlInAsSb, or AlInPSb, and has a simple structure.

【0034】バッファ層の構造が単純化できたのは、Al
GaAsSb層等の第1の化合物半導体層が、基板とInAs層と
の格子不整合の影響をわずか数十原子層で吸収し、平滑
な平面を形成するという事実を見いだしたことによる。
これによって、汎用基板であるGaAsやSi基板上に、格子
欠陥等の少ない良質なInAs薄膜を形成することができ
た。しかも、そのInAs層の臨界膜厚は、FET の設計上必
要とする膜厚を得るのに十分な程大きくて、InAs層の界
面の受けるストレスも小さく熱的に安定で、経時変化が
小さく信頼度の高い素子を得ることができ、かつ、InAs
層と基板間の寄生容量等も小さく、高周波素子として優
れた特性が得られた。素材の一部には酸化しやすいもの
もあるが、メサ構造の側壁や保護膜によって、酸化を防
止することができた。ショットキー接合等についても、
これを容易にするいくつかの工夫を用い、高周波特性に
優れたFET を実現することができた。
The structure of the buffer layer could be simplified because
This is due to the fact that the first compound semiconductor layer such as the GaAsSb layer absorbs the influence of the lattice mismatch between the substrate and the InAs layer with only a few tens of atomic layers to form a smooth plane.
As a result, a good quality InAs thin film with few lattice defects and the like could be formed on a general-purpose substrate such as GaAs or Si substrate. Moreover, the critical film thickness of the InAs layer is large enough to obtain the film thickness required for FET design, the stress received at the interface of the InAs layer is small, it is thermally stable, and it is stable with a small change over time. InAs can be obtained with high frequency
The parasitic capacitance between the layers and the substrate was small, and excellent characteristics as a high frequency device were obtained. Some of the materials are easily oxidized, but the side walls of the mesa structure and the protective film prevented the oxidation. For Schottky junction, etc.
We have been able to realize a FET with excellent high-frequency characteristics by using several measures to facilitate this.

【0035】[0035]

【実施例】本発明者らは、InAsに格子整合しない絶縁性
基板上に、InAsと実質的に格子整合し、かつ基板とInAs
の間の格子不整合を吸収するバッファ層を設けた新たな
構造のInAs-FETを検討してきた。その結果、InAsに実質
的に格子整合し、かつInAsに比べてバンドギャップの大
きい化合物半導体のひとつであるAlGaAsSbを、InAsと格
子整合しない基板上に形成し、その上部にInAs層を形成
する構造を見出した。この構造では、基板とInAsとの格
子不整合がわずか数十原子層のAlGaAsSb層内で緩和さ
れ、良質なInAs層が得られるばかりでなく、基板とAlGa
AsSb層の界面付近の格子の乱れも少なく、FET を製作し
たとき寄生容量の少ないことが分かった。また、この他
にも同様の効果を示すいくつかの化合物半導体があるこ
とも明らかになった。これらの化合物半導体を、基板と
InAs層の間の格子不整合を緩和するためのバッファ層と
し、このバッファ層上にInAs層を形成し、さらに、InAs
と実質的に格子整合する化合物半導体の層をInAs層上に
形成することにより、これまでには実現できなかった良
好な特性を持つInAs-FETが実現できた。
EXAMPLES The inventors of the present invention have shown that InAs is substantially lattice-matched with InAs on the insulating substrate which is not lattice-matched with InAs, and InAs is used.
We have investigated a new structure of InAs-FET with a buffer layer that absorbs the lattice mismatch between the two. As a result, AlGaAsSb, which is a compound semiconductor that is substantially lattice-matched to InAs and has a larger bandgap than InAs, is formed on a substrate that is not lattice-matched to InAs, and an InAs layer is formed on top of it. Found. In this structure, the lattice mismatch between the substrate and InAs is relaxed in the AlGaAsSb layer, which is only a few tens of atomic layers, and not only a good InAs layer is obtained, but also the substrate and AlGa
It was found that the lattice distortion near the interface of the AsSb layer was small and the parasitic capacitance was small when the FET was manufactured. In addition, it was also revealed that there are some compound semiconductors showing similar effects. These compound semiconductors are used as substrates
As a buffer layer for relaxing lattice mismatch between InAs layers, an InAs layer is formed on this buffer layer, and
By forming a compound semiconductor layer that substantially lattice-matches with the InAs layer on the InAs layer, an InAs-FET with good characteristics, which could not be realized up to now, was realized.

【0036】実施例1 以下、本発明による電界効果トランジスタの一実施例を
図3により説明する。図3において、1は基板、2は第
1の化合物半導体層、3はInAs層、4は第2の化合物半
導体層を示す。また、5と7は一対のオーミック電極で
あり、5はソース電極、7はドレイン電極である。6は
ソース電極5とドレイン電極7の間に設けられたゲート
電極である。以下、各構成要素について説明する。
Embodiment 1 An embodiment of the field effect transistor according to the present invention will be described below with reference to FIG. In FIG. 3, 1 is a substrate, 2 is a first compound semiconductor layer, 3 is an InAs layer, and 4 is a second compound semiconductor layer. Further, 5 and 7 are a pair of ohmic electrodes, 5 is a source electrode, and 7 is a drain electrode. Reference numeral 6 is a gate electrode provided between the source electrode 5 and the drain electrode 7. Hereinafter, each component will be described.

【0037】基板1 本発明に用いられる基板1は、InAsと異なる格子定数を
有する基板であればなんでも良いが、GaAs基板、もしく
は、GaP 基板、表面に単結晶のGaAsを成長させたSi基
板、サファイア基板などが好適である。なかでも半絶縁
性で良質の単結晶基板が得られるGaAs基板は、特に好ま
しい。ここで言う半絶縁性とは、抵抗率が107 Ω・cm以
上のものを指す。単結晶基板を用いる場合、基板の面方
位は(100),(111),(110) 等が好ましい。これらの面方位
から、1°〜5°ずらした面方位を用いることもある。
中でも、(100) 面は良質の薄膜を成長させるうえで最適
である。通常行われるように、基板表面を平坦化させ、
清浄化させる目的で、基板と同じ材質の半導体を成長さ
せたものを本発明の基板として使用してもよい。GaAs基
板上にGaAsを成長させるのは、この最も代表的な1例で
ある。本発明が従来法に比して優れているのは、InAsと
格子定数の異なる基板を用いる場合であるが、特に、In
Asと3.5 %以上異なる格子定数を有する基板には、GaAs
基板、Si基板等があり、結晶の純度、平坦性、基板コス
ト等の点から望ましい基板が多いため、本発明の従来法
に対する優越性は最も顕著になる。
Substrate 1 The substrate 1 used in the present invention may be any substrate as long as it has a lattice constant different from InAs, but it may be a GaAs substrate, a GaP substrate, or a Si substrate on the surface of which single crystal GaAs is grown. A sapphire substrate or the like is suitable. Of these, a GaAs substrate is particularly preferable because it is semi-insulating and a good quality single crystal substrate can be obtained. The term "semi-insulating property" as used herein means that the resistivity is 10 7 Ω · cm or more. When a single crystal substrate is used, the plane orientation of the substrate is preferably (100), (111), (110) or the like. A plane direction deviated from these plane directions by 1 ° to 5 ° may be used.
Among them, the (100) plane is optimal for growing good quality thin films. Flatten the surface of the substrate, as usual
For the purpose of cleaning, a grown semiconductor of the same material as the substrate may be used as the substrate of the present invention. Growing GaAs on a GaAs substrate is one of the most representative examples of this. The present invention is superior to the conventional method in the case where a substrate having a lattice constant different from that of InAs is used.
Substrates with a lattice constant that differs from As by more than 3.5% are
There are substrates, Si substrates, etc., and since many substrates are desirable in terms of crystal purity, flatness, substrate cost, etc., the superiority of the present invention over the conventional method is most remarkable.

【0038】第1の化合物半導体層2 第1の化合物半導体層2は、(a) InAs層と実質的に格子
整合し、(b) InAs層3と大きく格子定数の異なるGaAs等
の基板に直接積層した場合でも,欠陥の少ない平滑な表
面を有し、(c) 基板との界面付近では寄生容量等の原因
になる結晶欠陥が少ない化合物半導体で、かつ(d) InAs
層3との界面では、基板リーク電流を阻止する障壁を形
成するものが好ましい。
First Compound Semiconductor Layer 2 The first compound semiconductor layer 2 is directly (a) substantially lattice-matched with the InAs layer and (b) directly on a substrate such as GaAs having a lattice constant largely different from that of the InAs layer 3. Even when stacked, it has a smooth surface with few defects, and (c) is a compound semiconductor with few crystal defects that cause parasitic capacitance near the interface with the substrate, and (d) InAs
It is preferable that the interface with the layer 3 forms a barrier that blocks the substrate leakage current.

【0039】図4に、MBE を用いてGaAs基板1上に直接
形成したAlGaAsSb層2の膜厚によって、この層の上に積
層された300ÅのInAs層3の電子移動度が変化する様子
を黒丸で示す。また、比較のため、GaAs基板上に直接設
けたAlSb層の上に形成された、300 ÅのInAs層の電子移
動度を白丸で示す。AlSb層上の300 ÅのInAs層は、既に
臨界膜厚を越えていて、電子移動度は悪くなっている。
AlGaAsSb層2上に形成されたInAs層3の電子移動度は、
AlGaAsSb層2の膜厚が0.1 μm 以上では、高い値が得ら
れ、300 Åでも既にかなり高い値が得られている。この
結果と、RHEED(REFLECTION HIGH ENERGY ELECTRON DIFF
RACTION)およびX線解析等の結果からも、膜厚が0.1 μ
m 以上のAlGaAsSb層2は、きわめて平滑な表面を有する
ばかりか、GaAs基板1との界面から約100 Å程度の距離
にある領域を除けば、膜の大部分の領域において、欠陥
の少ない良質な結晶性を有することが分かった。AlGaPS
b,AlInAsSb およびAlInPSb も同様な特性を有してい
る。
FIG. 4 shows how the electron mobility of the 300 Å InAs layer 3 laminated on the AlGaAsSb layer 2 formed directly on the GaAs substrate 1 using MBE changes depending on the film thickness. Indicate. Further, for comparison, the electron mobility of the 300 Å InAs layer formed on the AlSb layer directly provided on the GaAs substrate is shown by a white circle. The 300 Å InAs layer on the AlSb layer has already exceeded the critical thickness and the electron mobility is poor.
The electron mobility of the InAs layer 3 formed on the AlGaAsSb layer 2 is
A high value was obtained when the film thickness of the AlGaAsSb layer 2 was 0.1 μm or more, and a considerably high value was already obtained even at 300 Å. This result and RHEED (REFLECTION HIGH ENERGY ELECTRON DIFF
RACTION) and X-ray analysis results show that the film thickness is 0.1 μ
The AlGaAsSb layer 2 having a thickness of m or more has a very smooth surface, and has a good quality with few defects in most of the film except the region at a distance of about 100 Å from the interface with the GaAs substrate 1. It was found to have crystallinity. AlGaPS
b, AlInAsSb and AlInPSb have similar characteristics.

【0040】これら4種類の化合物半導体,Alx1Ga1-x1
Asy1Sb1-y1,Alx2In1-x2Asy2Sb1-y2,Alx3In1-x3Py3 Sb
1-y3およびAlx4Ga1-x4Py4Sb1-y4 は、その成分比を選ぶ
ことによっていずれもこれらの条件を満足させることが
できる。その組成比の範囲は、次に述べる3通りの異な
る方法によって定められる。
These four types of compound semiconductors, Al x1 Ga 1-x1
As y1 Sb 1-y1 , Al x2 In 1-x2 As y2 Sb 1-y2 , Al x3 In 1-x3 P y3 Sb
Both 1-y3 and Al x4 Ga 1-x4 P y4 Sb 1-y4 can satisfy these conditions by selecting their component ratios. The range of the composition ratio is determined by three different methods described below.

【0041】I.第1の方法 第1の方法は、以下の2条件を満足するように定められ
る。
I. First Method The first method is defined so as to satisfy the following two conditions.

【0042】(1A)第1の化合物半導体層2の格子定数
が、InAs層3のInAsの格子定数に、0.6%以内で一致
し、かつ、(2) 第1の化合物半導体層2が1eV以上のバ
ンドギャップを有し、InAs層3の伝導電子をInAs層3内
に閉じ込めるのに必要なポテンシャル障壁を形成する。
(1A) The lattice constant of the first compound semiconductor layer 2 matches the InAs lattice constant of the InAs layer 3 within 0.6%, and (2) the first compound semiconductor layer 2 is 1 eV or more. And has a bandgap of 1 to form a potential barrier necessary for confining conduction electrons of the InAs layer 3 in the InAs layer 3.

【0043】InAsと0.6 %以内の格子整合をする化合物
半導体は、III-V 属の2元系ではInAs以外には存在しな
い。しかしながら、第1の化合物半導体2の上に積層さ
れたInAs層3が適切な臨界膜厚を有し、かつ熱安定性や
経時変化の原因となるストレスの少ない薄膜を形成する
ためには、0.6 %以内の格子整合は必要と考えられる。
図5は、この条件を満足するIII-V 属の4元系化合物半
導体の相図である。
There is no compound semiconductor other than InAs in the binary system of the III-V group, which has a lattice matching with InAs within 0.6%. However, in order to form a thin film in which the InAs layer 3 laminated on the first compound semiconductor 2 has an appropriate critical film thickness and less stress that causes thermal stability and aging, 0.6 It is considered that lattice matching within% is necessary.
FIG. 5 is a phase diagram of a III-V group quaternary compound semiconductor that satisfies this condition.

【0044】図5に示す相図において、Alx1Ga1-x1Asy1
Sb1-y1は、AlAsとAlSbとGaSbとGaAsの4点を結んで得ら
れる矩形領域D1内の点で表される。この領域D1におい
て、x1の値は、GaAsとGaSbの点を結ぶ直線L1からの距離
に比例して0から1まで変化し、AlAsとAlSbの点を結ぶ
直線L2上で1を取る。y1の値は、AlSbとGaSbを結ぶ直線
L3からの距離に比例して0から1まで変化し、AlAsとGa
Asを結ぶ直線L4上で1になる。図中の破線と一点鎖線
は、それぞれ、各点で表される組成と組成比を有する化
合物半導体のバンドギャップの等高線と格子定数の等高
線を示す。
In the phase diagram shown in FIG. 5, Al x1 Ga 1-x1 As y1
Sb 1-y1 is represented by a point in a rectangular region D1 obtained by connecting four points of AlAs, AlSb, GaSb, and GaAs. In this region D1, the value of x1 changes from 0 to 1 in proportion to the distance from the straight line L1 connecting the points of GaAs and GaSb, and takes 1 on the straight line L2 connecting the points of AlAs and AlSb. The value of y1 is the straight line connecting AlSb and GaSb
It changes from 0 to 1 in proportion to the distance from L3, and AlAs and Ga
It becomes 1 on the straight line L4 connecting As. The broken line and the alternate long and short dash line in the figure show the contour line of the band gap and the contour line of the lattice constant of the compound semiconductor having the composition and the composition ratio represented by each point, respectively.

【0045】図5に、上記(1A)および(2) の条件を満足
する、Alx1Ga1-x1Asy1Sb1-y1を含む領域を実線で描かれ
た矩形R1の領域で示す。この領域は、{0.21≦x1≦1.0
、0.02≦y1≦0.22}で規定される。同様に、(1A)、お
よび(2) の条件を満足するAlx2In1-x2Asy2Sb1-y2、Alx3
In1-x3Py3Sb1-y3 、およびAlx4Ga1-x4Py4Sb1-y4 を含む
矩形領域は、それぞれ、{0.34≦x2≦1.0 、0.09≦y2≦
0.79}、{0.07≦x3≦1.0 、0.06≦y3≦0.72}、および
{0.13≦x4≦1.0 、0.13≦y4≦0.18}で規定される。よ
り厳密には、(1A)および(2) の条件を満たす、上記4種
類の化合物半導体の組成比の範囲は、 {0.21≦x1≦1.0 、0.09x1≦y1≦0.07x1+0.15}、 {0.34≦x2≦1.0 、 -0.82x2+0.91≦y2≦-0.87x2+1.09}、 {0.07≦x3≦1.0 、 -0.57x3+0.63≦y3≦-0.58x3+0.76}、および {0.13≦x4≦1.0 、0.06x4≦y4≦0.06x4+0.12} で規定される。
FIG. 5 shows a region containing Al x1 Ga 1-x1 As y1 Sb 1-y1 which satisfies the above conditions (1A) and (2) by a region of a rectangle R1 drawn by a solid line. This area is {0.21 ≦ x1 ≦ 1.0
, 0.02 ≦ y1 ≦ 0.22}. Similarly, Al x2 In 1-x2 As y2 Sb 1-y2 , Al x3 that satisfies the conditions (1A) and (2)
The rectangular regions containing In 1-x3 P y3 Sb 1-y3 and Al x4 Ga 1-x4 P y4 Sb 1-y4 are {0.34 ≦ x2 ≦ 1.0, 0.09 ≦ y2 ≦, respectively.
0.79}, {0.07≤x3≤1.0, 0.06≤y3≤0.72}, and {0.13≤x4≤1.0, 0.13≤y4≤0.18}. More precisely, the composition ratio ranges of the above four kinds of compound semiconductors satisfying the conditions (1A) and (2) are as follows: {0.21 ≦ x1 ≦ 1.0, 0.09x1 ≦ y1 ≦ 0.07x1 + 0.15}, {0.34 ≤x2≤1.0, -0.82x2 + 0.91≤y2≤-0.87x2 + 1.09}, {0.07≤x3≤1.0, -0.57x3 + 0.63≤y3≤-0.58x3 + 0.76}, and {0.13≤x4≤1.0, 0.06x4 ≦ y4 ≦ 0.06x4 + 0.12}.

【0046】II.第2の方法 より良質なInAs層3の得られる範囲として、第2の方法
は、以下の2条件を満足するように定められる。(1B)第
1の化合物半導体層2の格子定数が、InAs層3のInAsの
格子定数に、0.4 %以内で一致し、(2) 第1の化合物半
導体層2が1eV以上のバンドギャップを有し、InAs層3
の伝導電子をInAs層3内に閉じ込めるのに必要なポテン
シャル障壁を形成する。
II. Second Method As a range in which a higher quality InAs layer 3 can be obtained, the second method is defined so as to satisfy the following two conditions. (1B) The lattice constant of the first compound semiconductor layer 2 matches the InAs lattice constant of the InAs layer 3 within 0.4%, and (2) the first compound semiconductor layer 2 has a band gap of 1 eV or more. InAs layer 3
To form a potential barrier necessary for confining the conduction electrons of (3) in the InAs layer 3.

【0047】上記(1B)および(2) の条件を満足する、上
記4種類の化合物半導体の組成比の範囲は、図5に基づ
いて以下のように規定される。
The ranges of the composition ratios of the above four kinds of compound semiconductors which satisfy the above conditions (1B) and (2) are defined as follows based on FIG.

【0048】 Alx1Ga1-x1Asy1Sb1-y1は、 {0.21≦x1≦1.0 、 0.08x1+0.03 ≦y1≦0.08x1+0.12}、 Alx2In1-x2Asy2Sb1-y2は、 {0.34≦x2≦1.0 、 -0.83x2+0.94≦y2≦-0.86x2+1.06}、 Alx3In1-x3Py3Sb1-y3 は、 {0.07≦x3≦1.0 、 -0.57x3+0.65≦y3≦-0.58x3+0.74}、および Alx4Ga1-x4Py4Sb1-y4 は、 {0.13≦x4≦1.0 、 0.06x4+0.02 ≦y4≦0.06x4+0.10}。Al x1 Ga 1-x1 As y1 Sb 1-y1 is {0.21 ≦ x1 ≦ 1.0, 0.08x1 + 0.03 ≦ y1 ≦ 0.08x1 + 0.12}, Al x2 In 1-x2 As y2 Sb 1-y2 is , {0.34≤x2≤1.0, -0.83x2 + 0.94≤y2≤-0.86x2 + 1.06}, Alx3In1-x3Py3Sb1-y3 is {0.07≤x3≤1.0, -0.57x3 + 0.65≤y3≤-0.58x3 + 0.74 }, And Al x4 Ga 1-x4 P y4 Sb 1-y4 are {0.13 ≦ x4 ≦ 1.0, 0.06x4 + 0.02 ≦ y4 ≦ 0.06x4 + 0.10}.

【0049】III .第3の方法 第3の方法は、以下の2条件を満足するように定められ
る。
III. Third Method The third method is defined so as to satisfy the following two conditions.

【0050】(1C)第1の化合物半導体層2の上に形成さ
れたInAs層3の臨界膜厚が、このInAs層3を電子走行層
とするFET の相互コンダクタンスを最大にするようなIn
As層の膜厚以上になり、かつ、(2) 第1の化合物半導体
層2が1eV以上のバンドギャップを有し、InAs層3の伝
導電子をInAs層3内に閉じ込めるのに必要なポテンシャ
ル障壁を形成する。
(1C) InAs such that the critical film thickness of the InAs layer 3 formed on the first compound semiconductor layer 2 maximizes the mutual conductance of the FET having the InAs layer 3 as an electron transit layer.
A potential barrier required to confine the conduction electrons of the InAs layer 3 into the InAs layer 3 because the thickness is equal to or larger than the thickness of the As layer, and (2) the first compound semiconductor layer 2 has a bandgap of 1 eV or more. To form.

【0051】図6は、AlGaAsSb層2の格子定数の、InAs
の格子定数に対する、格子不整合の度合と、臨界膜厚と
の関係の概略を示す。AlGaPSb, InGaAsSb およびInGaPS
b もほぼ同様の特性を示す。
FIG. 6 shows InAs of the lattice constant of the AlGaAsSb layer 2.
An outline of the relationship between the degree of lattice mismatch and the critical film thickness with respect to the lattice constant of is shown. AlGaPSb, InGaAsSb and InGaPS
b also shows almost the same characteristics.

【0052】図6に示すように、最も高い格子整合度を
必要とするのは、最も厚い電子走行層を必要とする場合
であるが、本発明では、必要とする電子走行層の膜厚の
好ましい上限を、FET の相互コンダクタンスが最大にな
る膜厚として定めた。
As shown in FIG. 6, the highest lattice matching degree is required when the thickest electron transit layer is required, but in the present invention, the required electron transit layer thickness is required. The preferred upper limit was defined as the film thickness that maximizes the FET transconductance.

【0053】FET の相互コンダクタンスの大きさは、そ
の値が最大になるバイアス条件において移動度μ、ドナ
ー濃度NDおよび電子走行層の膜厚aの積μNDa にほぼ比
例する。このため、相互コンダクタンスの大きなFET を
得るためには、積μNDa の大きな構造が望まれる。電子
走行層3に垂直に電圧をかけて、電子走行層3を空乏化
するのに必要な、電子走行層3の上面と下面の電位差を
Voffとすれば、電圧Voffはドナー濃度NDと膜厚aと共に
増大する。FET では、電圧Voffの値は、電子走行層3の
ソース・ドレイン間耐圧VBの1/4 程度とするのが好まし
い。
The magnitude of the transconductance of the FET is substantially proportional to the product μN D a of the mobility μ, the donor concentration N D and the film thickness a of the electron transit layer under the bias condition that maximizes the value. Therefore, in order to obtain a FET with large transconductance, a structure with a large product μN D a is desired. A potential difference between the upper surface and the lower surface of the electron transit layer 3 necessary for depleting the electron transit layer 3 by applying a voltage perpendicularly to the electron transit layer 3
Assuming V off , the voltage V off increases with the donor concentration N D and the film thickness a. In the FET, the value of voltage V off is preferably about 1/4 of the source-drain breakdown voltage V B of the electron transit layer 3.

【0054】図7は、積μNDa の膜厚aへの依存性の概
要を示すグラフである。それぞれの膜厚aにおける積μ
NDa の値は、電圧Voffが耐圧VBの1/4 程度となるよう
に、ドナー濃度NDを定め、耐圧VBおよび移動度μのND
存性を考慮して与えられている。積μNDa は、膜厚aの
値が2,000Å付近で最大値をとり、この点でaの増加関
数から減少関数に変化している。よって、InAs層3の厚
さは、実用素子では2,000 Å以下でよいことが分かる。
また図6から、400 Å位の膜厚があれば、相互コンダク
タンスは最大値の80%程度になることが分かる。
FIG. 7 is a graph showing an outline of the dependence of the product μN D a on the film thickness a. Product μ at each film thickness a
The value of N D a, such that the voltage V off becomes about 1/4 breakdown voltage V B, defines the donor concentration N D, given in consideration of the N D dependence of breakdown voltage V B and the mobility μ There is. The product μ N D a takes a maximum value when the value of the film thickness a is around 2,000 Å, and at this point, it changes from an increasing function of a to a decreasing function. Therefore, it is understood that the thickness of the InAs layer 3 may be 2,000 Å or less in the practical device.
Also, from FIG. 6, it can be seen that the transconductance is about 80% of the maximum value when the film thickness is about 400 Å.

【0055】図5から、次の条件が得られる。From FIG. 5, the following conditions are obtained.

【0056】(3) 臨界膜厚2,000 ÅのInAs電子走行層3
を実現するためには、AlGaAsSb層2の成分比は、その格
子定数の、InAsの格子定数に対するズレが、0.2 %以内
になるように定めることが必要である。
(3) InAs electron transit layer 3 with a critical thickness of 2,000Å
In order to realize the above, it is necessary to determine the component ratio of the AlGaAsSb layer 2 so that the deviation of the lattice constant from the lattice constant of InAs is within 0.2%.

【0057】なお、臨界膜厚400 ÅのInAs電子走行層3
を実現するためには、AlGaAsSb層2の成分比は、その格
子定数の、InAsの格子定数に対するズレが、0.6 %以内
になるように定めることが必要であることが分かる。Al
GaPSb, InGaAsSb およびInGaPSb を第1化合物半導体層
2として用いる場合にも同様の結果が得られる。
InAs electron transit layer 3 with a critical film thickness of 400 Å
In order to realize the above, it is understood that the component ratio of the AlGaAsSb layer 2 needs to be determined so that the deviation of the lattice constant from the lattice constant of InAs is within 0.6%. Al
Similar results are obtained when GaPSb, InGaAsSb and InGaPSb are used as the first compound semiconductor layer 2.

【0058】さらに高い相互コンダクタンスのFET を実
現するために、上記(1C)、(2) の条件を満足するだけで
なく、(3) の条件をも満たす、第1の化合物半導体層2
の組成は、図5の相図に基づいて求めることができる。
その結果は、以下の通りである。
In order to realize an FET having a higher transconductance, the first compound semiconductor layer 2 not only satisfies the above conditions (1C) and (2) but also satisfies the condition (3).
The composition of can be determined based on the phase diagram of FIG.
The results are as follows.

【0059】 Alx1Ga1-x1Asy1Sb1-y1は、 {0.21≦x1≦1.0 、 0.08x1+0.05 ≦y1≦0.08x1+0.10}、 Alx2In1-x2Asy2Sb1-y2は、 {0.34≦x2≦1.0 、 -0.84x2+0.97≦y2≦-0.85x2+1.03}、 Alx3In1-x3Py3Sb1-y3 は、 {0.07≦x3≦1.0 、 -0.57x3+0.67≦y3≦-0.58x3+0.72}、および Alx4Ga1-x4Py4Sb1-y4 は、 {0.13≦x4≦1.0 、 0.06x4+0.04 ≦y4≦0.06x4+0.08}。Al x1 Ga 1-x1 As y1 Sb 1-y1 is {0.21 ≦ x1 ≦ 1.0, 0.08x1 + 0.05 ≦ y1 ≦ 0.08x1 + 0.10}, Al x2 In 1-x2 As y2 Sb 1-y2 is , {0.34≤x2≤1.0, -0.84x2 + 0.97≤y2≤-0.85x2 + 1.03}, Alx3In1-x3Py3Sb1-y3 is {0.07≤x3≤1.0, -0.57x3 + 0.67≤y3≤-0.58x3 + 0.72 }, and Al x4 Ga 1-x4 P y4 Sb 1-y4 is, {0.13 ≦ x4 ≦ 1.0, 0.06x4 + 0.04 ≦ y4 ≦ 0.06x4 + 0.08}.

【0060】この4種類の化合物半導体の中でも、組成
の制御がしやすく、良質の薄膜が得やすいAlGaAsSb,Al
InAsSbが好ましい。特に、AlGaAsSbを第1の化合物半導
体層2とした場合、FET 特性は最も良好であった。
Among these four kinds of compound semiconductors, AlGaAsSb, Al whose composition is easy to control and thin films of good quality can be easily obtained.
InAsSb is preferred. In particular, when AlGaAsSb was used as the first compound semiconductor layer 2, the FET characteristics were the best.

【0061】第1の化合物半導体層2は、不純物をドー
プしない状態でも導電性を持つことがある。この場合、
電気伝導に寄与しているキャリアの効果を打ち消すため
に、電気伝導に寄与しているキャリアと逆の極性を有す
る不純物をドープすることもある。第1の化合物半導体
層2の厚さは自由に選んでよいが、製作上の制約から、
0.05〜3.0 μm が好ましい範囲である。より好ましく
は、0.1 〜2.0 μm 、さらに好ましくは0.1 〜1.0 μm
である。
The first compound semiconductor layer 2 may have conductivity even when it is not doped with impurities. in this case,
In order to cancel the effect of the carriers contributing to the electric conduction, an impurity having a polarity opposite to that of the carriers contributing to the electric conduction may be doped. The thickness of the first compound semiconductor layer 2 may be freely selected, but due to manufacturing restrictions,
The preferable range is 0.05 to 3.0 μm. More preferably 0.1 to 2.0 μm, even more preferably 0.1 to 1.0 μm
Is.

【0062】InAs層3 本発明の電子走行層であるInAs層3は、制御電極にかか
る電圧によって電気伝導を制御する都合上、厚さ0.2 μ
m 以下が好ましい。InAs層3は、ノンドープでもよい
が、不純物がドープされていても充分に高い電子移動度
が得られるため、必要に応じて不純物ドープすることも
可能である。ドープされるドナー不純物は、InAs中でド
ナー原子として作用する物ならなんでもよいが、Si,
S,Sn,Se,Teは特に好ましい不純物である。ドープさ
れる不純物の量は、5×1016/cm3〜5×1018/cm3であれ
ばよいが、好ましい範囲は、1×1017/cm3〜1×1018/c
m3であり、より好ましくは2×1017/cm3〜8×1017/cm3
である。不純物がドープされる位置は、InAs層3の厚さ
方向に均一でも良いが、他の化合物半導体層2,4との
界面付近を避け、膜の中央部のみドープすると、第1の
化合物半導体層2および第2の化合物半導体層4との界
面での伝導電子の散乱が低減でき好ましい。また、InAs
中のInは、In原子の総数の9%以内であればGaに置き換
えてもよい。この範囲であれば、InAs層3のInAsとの格
子定数の違いは0.6 %以下であり、第1の化合物半導体
2および第2の化合物半導体4と実質的に格子整合す
る。このため、InAsの特性を大きく損なうことなく、FE
T の耐圧を上げることができる。また、第1の化合物半
導体層2および第2の化合物半導体層4の格子定数が、
InAs層3のInAsの格子定数に対して、0.4 %以内である
場合は、Inと置き換えるGaの量を6%以内とすると、格
子不整合によるInAs層3の特性の劣化や、経時変化が低
減できる。さらに、より高い格子整合をとるために、格
子不整合を0.2 %とした場合は、Inと置き換えるGaの量
を3%以下にすると、格子不整合によるInAs層3の特性
劣化は、さらに小さくできる。
InAs Layer 3 The InAs layer 3 which is the electron transit layer of the present invention has a thickness of 0.2 μm for the purpose of controlling electric conduction by the voltage applied to the control electrode.
m or less is preferable. The InAs layer 3 may be non-doped, but even if it is doped with impurities, sufficiently high electron mobility can be obtained. Therefore, it is possible to dope impurities as necessary. Any doped donor impurity may be used as long as it acts as a donor atom in InAs.
S, Sn, Se and Te are particularly preferred impurities. The amount of impurities to be doped may be 5 × 10 16 / cm 3 to 5 × 10 18 / cm 3 , but a preferable range is 1 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10 18 / c.
m 3 and more preferably 2 × 10 17 / cm 3 to 8 × 10 17 / cm 3
Is. The position where impurities are doped may be uniform in the thickness direction of the InAs layer 3, but if the central portion of the film is doped while avoiding the vicinity of the interface with other compound semiconductor layers 2 and 4, the first compound semiconductor layer 2 and the scattering of conduction electrons at the interface with the second compound semiconductor layer 4 can be reduced, which is preferable. Also, InAs
In may be replaced with Ga as long as it is within 9% of the total number of In atoms. Within this range, the difference in lattice constant from InAs of the InAs layer 3 is 0.6% or less, and the lattice matching with the first compound semiconductor 2 and the second compound semiconductor 4 is substantially achieved. Therefore, FE can be
The breakdown voltage of T can be increased. The lattice constants of the first compound semiconductor layer 2 and the second compound semiconductor layer 4 are
When the lattice constant of InAs of InAs layer 3 is 0.4% or less, if the amount of Ga replaced with In is 6% or less, deterioration of characteristics of InAs layer 3 due to lattice mismatch and deterioration with time are reduced. it can. Furthermore, if the lattice mismatch is set to 0.2% in order to achieve a higher lattice match, the characteristic deterioration of the InAs layer 3 due to the lattice mismatch can be further reduced by setting the amount of Ga replacing In to 3% or less. ..

【0063】第2の化合物半導体層4 InAs層3の上部に形成される第2の化合物半導体層4
は、InAsと実質的に格子整合し、かつ、伝導電子をInAs
層中に閉じこめるのに適した障壁をInAs層3との界面に
形成するために、InAs層3よりも大きなバンドギャップ
を持つものが好ましい。さらに、第2の化合物半導体層
4の電子親和力が、InAs層3の電子親和力に比べて小さ
く、かつ、電子親和力とバンドギャップの和が、InAs層
3の電子親和力とバンドギャップの和に対して大きくな
る場合には、InAs層3の特性を損ねることがなく好まし
い。これらの要請は、第1の化合物半導体層2に対する
要請と共通である。
Second compound semiconductor layer 4 Second compound semiconductor layer 4 formed on the InAs layer 3
Is substantially lattice-matched with InAs, and conduction electrons are InAs.
In order to form a barrier suitable for being confined in the layer at the interface with the InAs layer 3, one having a larger band gap than the InAs layer 3 is preferable. Further, the electron affinity of the second compound semiconductor layer 4 is smaller than the electron affinity of the InAs layer 3, and the sum of the electron affinity and the band gap is smaller than the sum of the electron affinity and the band gap of the InAs layer 3. When it becomes large, the characteristics of the InAs layer 3 are not impaired, which is preferable. These requirements are common with the requirements for the first compound semiconductor layer 2.

【0064】さらに、ショットキー接合を用いるFET で
は、第2の化合物半導体層4とゲート電極6とが良好な
ショットキー接合を形成することが必要である。一方、
第2の化合物半導体層4を絶縁性の障壁層として使うMI
S 型FET では、第2の化合物半導体層4は、良好な絶縁
膜となる材質が望ましい。これらの要請を満足する化合
物半導体であればなんでもよいが、なかでも、第1の化
合物半導体層2として用いた、Alx1Ga1-x1Asy1Sb1-y1
Alx2In1-x2Asy2Sb1-y2,Alx3In1-x3Py3Sb1-y3,Alx4Ga
1-x4Py4Sb1-y4は、特に好適である。また、その成分比
は、第1の化合物半導体層2と同様に定められる。良質
の薄膜が得やすいAlGaAsSb,AlInAsSbは特によい。第2
の化合物半導体層4の厚さは、50Å〜1,000 Åがよく、
ゲート電極6の形成後、第2の化合物半導体層4中に伝
導電子が存在しないような範囲であればよい。
Further, in the FET using the Schottky junction, it is necessary that the second compound semiconductor layer 4 and the gate electrode 6 form a good Schottky junction. on the other hand,
MI using the second compound semiconductor layer 4 as an insulating barrier layer
In the S-type FET, the second compound semiconductor layer 4 is preferably made of a material that forms a good insulating film. Any compound semiconductor satisfying these requirements may be used, but among them, Al x1 Ga 1-x1 As y1 Sb 1-y1 , which is used as the first compound semiconductor layer 2,
Al x2 In 1-x2 As y2 Sb 1-y2 , Al x3 In 1-x3 P y3 Sb 1-y3 , Al x4 Ga
1-x4 P y4 Sb 1-y4 is particularly preferred. Further, the component ratio thereof is determined similarly to that of the first compound semiconductor layer 2. AlGaAsSb and AlInAsSb, which can easily obtain high quality thin films, are particularly good. Second
The thickness of the compound semiconductor layer 4 is preferably 50 Å to 1,000 Å,
After the gate electrode 6 is formed, it may be in a range where conduction electrons do not exist in the second compound semiconductor layer 4.

【0065】第2の化合物半導体層4にドナー不純物を
ドープして、InAs層3への電子供給層とする場合、ドー
プされるドナー不純物は、ドナー原子として作用する物
ならなんでもよいが、Te,Se,S,Si,Snは特に好まし
い不純物である。ドープされる不純物の量は、5×1016
/cm3〜5×1018/cm3であればよいが、好ましい範囲は1
×1017/cm3〜5×1018/cm3である。ドープされる位置
は、厚さ方向に均一でも良く、分布があっても良い。特
に、ゲート電極6が形成される側の界面近傍のみ、不純
物をドープしない構造にすると、ゲート耐圧が低下せず
良好である。また、InAs層3との界面近傍の第2の化合
物半導体層4には、不純物をドープしない構造にするこ
とによって、InAs層3中の伝導電子の不純物による散乱
を低減でき、FET の動作速度を高める上で好ましい。
When the second compound semiconductor layer 4 is doped with a donor impurity to form an electron supply layer to the InAs layer 3, the doped donor impurity may be anything that acts as a donor atom. Se, S, Si and Sn are particularly preferable impurities. The amount of impurities doped is 5 × 10 16
/ cm 3 to 5 × 10 18 / cm 3 may be used, but the preferred range is 1
× 10 17 / cm 3 to 5 × 10 18 / cm 3 . The doping position may be uniform or may be distributed in the thickness direction. In particular, when the structure is such that the impurities are not doped only in the vicinity of the interface on the side where the gate electrode 6 is formed, the gate breakdown voltage is not lowered, which is favorable. Further, the second compound semiconductor layer 4 near the interface with the InAs layer 3 has a structure in which impurities are not doped, so that scattering of conduction electrons in the InAs layer 3 due to impurities can be reduced and the operating speed of the FET can be reduced. It is preferable for increasing the value.

【0066】また、第2の化合物半導体層4はIII 属と
V属の元素からなる上記の化合物半導体に限らず、II属
とVI属の元素からなる化合物半導体でもよい。
Further, the second compound semiconductor layer 4 is not limited to the above-mentioned compound semiconductor composed of the elements of group III and group V, but may be a compound semiconductor composed of the elements of group II and VI.

【0067】第1の化合物半導体層2と第2の化合物半
導体層4は、同じ組成の化合物半導体から形成すると、
製造工程が簡略化できるため好ましいが、異なる組成、
または、同一の組成で組成比の異なる化合物半導体を組
み合わせた構造でもよく、必要に応じて適宜実施され
る。
When the first compound semiconductor layer 2 and the second compound semiconductor layer 4 are made of compound semiconductors having the same composition,
It is preferable because it can simplify the manufacturing process, but different composition,
Alternatively, a structure in which compound semiconductors having the same composition but different composition ratios are combined may be used, and the structure is appropriately performed as necessary.

【0068】ソース電極5、およびドレイン電極7 ソース電極5、およびドレイン電極7は、その下部のIn
As層3とオーミック接合をとる必要がある。オーミック
接合には、各種の構造があるが、図3の実施例では、In
As層3に電極を直接コンタクトする構造をとっている。
Source Electrode 5 and Drain Electrode 7 The source electrode 5 and drain electrode 7 are
It is necessary to form an ohmic contact with the As layer 3. Although there are various structures in the ohmic junction, in the embodiment shown in FIG.
The electrode is in direct contact with the As layer 3.

【0069】InAs層3は、バンドギャップが狭く、電極
をコンタクトしただけで、接触抵抗の低いオーミック接
合が得られる。このため、オーミック電極5,6下部の
み、第2の化合物半導体層4をエッチングして、InAs層
3に電極を直接形成することができる。この場合、電極
5,7とInAs層3の間の接触抵抗を低減するために、合
金化工程を行っても良いが、蒸着しただけでも良好なオ
ーミック接合が得られる。このため、電極金属は、AuGe
/Ni/Auの3層構造をはじめとする公知の積層電極構造で
もよいが、Al,Ti,Au,Wなど単層の金属でもよく、極
めて多くの組み合わせが可能である。
The InAs layer 3 has a narrow band gap, and an ohmic junction having a low contact resistance can be obtained only by contacting the electrodes. Therefore, the second compound semiconductor layer 4 can be etched only under the ohmic electrodes 5 and 6 to directly form electrodes on the InAs layer 3. In this case, in order to reduce the contact resistance between the electrodes 5 and 7 and the InAs layer 3, an alloying step may be performed, but good ohmic contact can be obtained only by vapor deposition. Therefore, the electrode metal is AuGe
A well-known laminated electrode structure including a three-layer structure of / Ni / Au may be used, but a single-layer metal such as Al, Ti, Au, and W may be used, and an extremely large number of combinations are possible.

【0070】ゲート電極6 図3に示すゲート電極6は、その下部に空乏層を形成で
きるものであればよく、ショットキー接合を用いる方法
の他、ゲート電極6とInAs層3の間に、絶縁物を挟んだ
MIS(METAL-INSULATOR-SEMICONDUCTOR)構造や、pn接合を
利用することもできる。特に、第2の化合物半導体4を
はじめとする半導体と、ショットキー接合を形成する材
料としては、Al,Ti,W,Pt,WSi, Au などが好まし
く、これらを積層構造にしたものもよい。
Gate Electrode 6 The gate electrode 6 shown in FIG. 3 may be any one as long as it can form a depletion layer thereunder. In addition to the method of using the Schottky junction, insulation between the gate electrode 6 and the InAs layer 3 is obtained. Sandwiched things
It is also possible to use a MIS (METAL-INSULATOR-SEMICONDUCTOR) structure or a pn junction. In particular, Al, Ti, W, Pt, WSi, Au, or the like is preferable as a material for forming a Schottky junction with a semiconductor such as the second compound semiconductor 4, and those having a laminated structure may be used.

【0071】以上が本発明のFET における基本的層構造
であるが、InAs層3は、不純物をドープしても電子移動
度があまり低下せず、GaAs,InGaAs等に比べて高い電子
移動度を持つことから、InAs層3と第2の化合物半導体
層4のドナー不純物のドープの組み合わせ方により、3
種の異なる特徴をもつトランジスタが可能である。これ
らを、上記実施例の変形例1−3として説明する。
The above is the basic layer structure of the FET of the present invention, but the InAs layer 3 does not exhibit a significant decrease in electron mobility even when doped with impurities, and has a higher electron mobility than GaAs, InGaAs, and the like. Therefore, depending on how the InAs layer 3 and the second compound semiconductor layer 4 are doped with donor impurities,
Transistors with different types of features are possible. These will be described as Modifications 1-3 of the above embodiment.

【0072】変形例1 第1のタイプは、図8(a)に示すように、第2の化合物半
導体層4にはドナー不純物をドープせずに、絶縁性の障
壁層として用いるもので、後述の試作例1はこの変形例
1に属するものである。
Modified Example 1 As shown in FIG. 8A, the first type is used as an insulating barrier layer without doping the second compound semiconductor layer 4 with a donor impurity, and will be described later. The prototype example 1 of the above belongs to the modification example 1.

【0073】この場合、InAs層3は、ドナー不純物をド
ープしなくてもよいが、InAs層3の特性を落とさない範
囲であれば、ドナー不純物をドープしてもよい。このFE
T では、ゲート電極6が、不純物濃度の低い第2の化合
物半導体層4上に形成されることから、ゲート耐圧が高
く、かつ良好な整流性を持つゲート電極が形成できる。
In this case, the InAs layer 3 need not be doped with the donor impurity, but may be doped with the donor impurity as long as the characteristics of the InAs layer 3 are not deteriorated. This FE
At T, since the gate electrode 6 is formed on the second compound semiconductor layer 4 having a low impurity concentration, a gate electrode having a high gate breakdown voltage and good rectifying property can be formed.

【0074】変形例2 第2のタイプは、図8(b)に示すように、第2の化合物半
導体層4にのみ、ドナー不純物をドープしたもので、試
作例2は、この変形例2に属するものである。InAs層3
中の伝導電子は、主として、第2の化合物半導体層4か
ら、電子親和力の違いにより供給された電子であり、In
As層3中には、意図的には不純物がドープされていな
い。このため、InAs層3中の不純物による伝導電子の散
乱は、3つのタイプのうち最も少ない。したがって、本
発明によるInAs-FETのなかでは、高速動作性に最も優れ
ており、雑音特性にも優れたFET が製作できる。
Modification 2 In the second type, as shown in FIG. 8B, only the second compound semiconductor layer 4 is doped with a donor impurity. Belong to. InAs layer 3
The conduction electrons in the inside are mainly electrons supplied from the second compound semiconductor layer 4 due to the difference in electron affinity.
Impurities are not intentionally doped in the As layer 3. Therefore, the scattering of conduction electrons due to impurities in the InAs layer 3 is the smallest of the three types. Therefore, among the InAs-FETs according to the present invention, it is possible to manufacture the FET that is most excellent in high-speed operability and has excellent noise characteristics.

【0075】変形例3 第3のタイプは、図8(c)に示すように、InAs層3と第2
の化合物半導体層4の両方に、ドナー不純物をドープし
たもので、試作例3は、この変形例3に属するものであ
る。
Modification 3 As shown in FIG. 8 (c), the third type is the InAs layer 3 and the second type.
Both of the compound semiconductor layers 4 of Example 2 are doped with a donor impurity, and the prototype example 3 belongs to the modification example 3.

【0076】この場合、InAs層3中には、InAs層3中の
ドナー不純物から生じた伝導電子と、第2の化合物半導
体層4から、電子親和力の違いにより供給された伝導電
子の両方が存在し、電流担体となっている。したがっ
て、InAs層3の特性を損なうことのない不純物濃度で、
極めて高濃度の伝導電子をInAs層3中に集中させること
ができ、極めて薄いInAs層3を持つ場合でも、流れる電
流を大きくとれるなど、FET の電子走行層としては理想
的な構造が実現できる。
In this case, both the conduction electrons generated from the donor impurities in the InAs layer 3 and the conduction electrons supplied from the second compound semiconductor layer 4 due to the difference in electron affinity exist in the InAs layer 3. And serves as a current carrier. Therefore, at an impurity concentration that does not impair the characteristics of the InAs layer 3,
An extremely high concentration of conduction electrons can be concentrated in the InAs layer 3, and even if the InAs layer 3 is extremely thin, a large current can be taken, so that an ideal structure for an electron transit layer of a FET can be realized.

【0077】また、InAs層3中で熱的に励起された真性
の伝導電子が、室温付近で1015/cm3〜1016/cm3であるの
に対して、ドナー不純物から発生した伝導電子は、1017
/cm3〜1018/cm3と高濃度である。このため、FET の使用
環境温度の変化に対する、FET 特性の変動の小さいFET
となる。
Further, while the intrinsic conduction electrons thermally excited in the InAs layer 3 are 10 15 / cm 3 to 10 16 / cm 3 near room temperature, the conduction electrons generated from the donor impurity Is 10 17
High concentration of / cm 3 to 10 18 / cm 3 . For this reason, FETs with small fluctuations in FET characteristics due to changes in the operating environment temperature of the FET
Becomes

【0078】変形例4 第2の化合物半導体層4とInAs層3への不純物のドープ
の仕方によらず、InAs層3の厚さが、量子準位の形成さ
れる程度の厚さになると、図9に示すバンド図のよう
に、InAs層3中の伝導電子のエネルギーレベル30が量子
化され、いわゆる量子準位が形成される。このため、素
子の使用環境温度が変動しても、InAs層3の抵抗値の変
動が少なくなり、量子準位を形成しないものに比べ、温
度特性に優れたFET が可能となる。
Modification 4 When the thickness of the InAs layer 3 becomes a thickness at which a quantum level is formed, regardless of the method of doping impurities into the second compound semiconductor layer 4 and the InAs layer 3, As shown in the band diagram of FIG. 9, the energy level 30 of conduction electrons in the InAs layer 3 is quantized, and a so-called quantum level is formed. For this reason, even if the operating environment temperature of the element changes, the resistance value of the InAs layer 3 changes less, and a FET having excellent temperature characteristics can be obtained as compared with the case where no quantum level is formed.

【0079】さらに、InAs層3中を流れる伝導電子が散
乱を受けにくくなるため、高速動作にも適したトランジ
スタとなる。しかも、バンドギャップが狭いInAs層3を
電子走行層としていながら、離散的な量子準位の効果に
より、実質的にバンドギャップが広くなったのと同等の
効果がある。このため、トランジスタの耐圧を増すこと
ができる。
Furthermore, since the conduction electrons flowing in the InAs layer 3 are less likely to be scattered, the transistor is suitable for high speed operation. Moreover, while the InAs layer 3 having a narrow bandgap is used as the electron transit layer, the effect is the same as that of the bandgap being substantially widened due to the effect of the discrete quantum levels. Therefore, the breakdown voltage of the transistor can be increased.

【0080】こうした特性を得るためには、InAs層3の
膜厚を400Å以下にすることが好ましい。特に、200 Å
以下にすると、量子準位による効果はより顕著となる。
In order to obtain such characteristics, it is preferable that the thickness of the InAs layer 3 be 400 Å or less. Especially 200 Å
In the following, the effect of the quantum level becomes more remarkable.

【0081】量子井戸の材料としてのInAsは、GaAs,Si
に比べ電子の有効質量が小さいため、量子井戸の幅が広
くても、量子準位を形成しやすい。化合物半導体の格子
定数は、通常、5〜6Åであるが、薄膜成長の段階で、
1原子層程度の表面段差が生じることがあっても、量子
井戸の厚さが厚いため、段差の影響が小さく抑えられ
る。また、InAsでは、量子井戸幅が広くとれるため、量
子井戸を電子走行層としながらも、大きなコンダクタン
スを得ることができる。試作例4は、この変形例4に属
するもので、InAs層3を100 Åにした量子効果型FET の
一例である。
InAs as the material of the quantum well is GaAs, Si
Since the effective mass of electrons is smaller than that of, the quantum level can be easily formed even if the width of the quantum well is wide. The lattice constant of a compound semiconductor is usually 5 to 6Å, but at the stage of thin film growth,
Even if a surface step difference of about one atomic layer is generated, the influence of the step difference can be suppressed to be small because the quantum well is thick. In addition, since InAs has a large quantum well width, it is possible to obtain a large conductance while using the quantum well as an electron transit layer. The prototype example 4 belongs to the modification example 4 and is an example of a quantum effect FET in which the InAs layer 3 is 100 Å.

【0082】次に、ソース電極5およびドレイン電極7
の変形例について説明する。
Next, the source electrode 5 and the drain electrode 7
A modified example will be described.

【0083】変形例5 ソース電極5およびドレイン電極7は、図10に示すよう
に、InAs層3上の第2の化合物半導体層4を介して、In
As層3とオーミック接触をとる構造でもよい。この構造
は、次の方法によって形成される。すなわち、電極5,
7とInAs層3間のオーミック接触を得るために、合金化
アニールを行い、電極材料を拡散して、不純物が高濃度
にドープされた領域54,74を形成するか、あるいは、電
極5,7下部の領域54, 74のみに、ドナー不純物をイオ
ン注入し、接触抵抗を下げる。
Modified Example 5 As shown in FIG. 10, the source electrode 5 and the drain electrode 7 are formed of In via the second compound semiconductor layer 4 on the InAs layer 3.
A structure that makes ohmic contact with the As layer 3 may be used. This structure is formed by the following method. That is, the electrodes 5,
In order to obtain an ohmic contact between the In and the InAs layer 3, alloying annealing is performed to diffuse the electrode material to form heavily doped regions 54 and 74, or Donor impurities are ion-implanted only in the lower regions 54 and 74 to reduce the contact resistance.

【0084】変形例6 図11に示すように、ソース電極5およびドレイン電極7
とInAs層3との間に、より接触抵抗の低いオーミック接
触を形成するために、コンタクト層50, 70を形成する技
術もある。
Modification 6 As shown in FIG. 11, the source electrode 5 and the drain electrode 7
There is also a technique of forming the contact layers 50 and 70 between the InAs layer 3 and the InAs layer 3 to form an ohmic contact having a lower contact resistance.

【0085】コンタクト層50, 70は、ドナー不純物のド
ープされたGaAs,GaAsSb,InGaAs,InAs,InSbなどが好
ましく、厚さは500 Å以下ならよいが、100 Å〜300 Å
は特に好適である。また、コンタクト層50, 70にドープ
されるドナー不純物は、コンタクト層中でドナー原子と
して作用する物ならなんでもよいが、Si,S,Sn,Se,
Teは特に良好な不純物である。ドープされる不純物の量
は、コンタクト層50,70の材質によっても異なるが、5
×1017/cm3〜1019/cm3は好ましい範囲である。
The contact layers 50, 70 are preferably GaAs, GaAsSb, InGaAs, InAs, InSb doped with a donor impurity and have a thickness of 500 Å or less, but 100 Å to 300 Å.
Are particularly suitable. Further, the donor impurities doped into the contact layers 50 and 70 may be Si, S, Sn, Se, as long as they act as donor atoms in the contact layer.
Te is a particularly good impurity. The amount of impurities to be doped varies depending on the materials of the contact layers 50 and 70, but 5
× 10 17 / cm 3 to 10 19 / cm 3 is a preferable range.

【0086】次に、ゲート電極6の変形例について説明
する。
Next, a modification of the gate electrode 6 will be described.

【0087】変形例7 ゲート電極6の材料として、W,WSi 等の高融点金属を
使った場合は、図12に示すように、半導体層4,3の、
ゲート電極6の下部を除く領域55, 75に、ドナー不純物
をイオン注入して、ゲート電極6の周辺領域55, 75を低
抵抗化したセルフアラインメント構造をとることができ
る。この構造では、ソース電極5とゲート電極6間、お
よびゲート電極6とドレイン電極7間の寄生抵抗を減ら
すことができる。さらに、寄生抵抗のばらつきも極めて
小さく抑えることができる。
Modified Example 7 When a high melting point metal such as W or WSi is used as the material of the gate electrode 6, as shown in FIG.
Donor impurities may be ion-implanted into the regions 55 and 75 excluding the lower portion of the gate electrode 6 to form a self-alignment structure in which the peripheral regions 55 and 75 of the gate electrode 6 have low resistance. With this structure, the parasitic resistance between the source electrode 5 and the gate electrode 6 and between the gate electrode 6 and the drain electrode 7 can be reduced. Furthermore, variations in parasitic resistance can be suppressed to an extremely small value.

【0088】イオン注入する不純物は、第2の化合物半
導体層4とInAs層3で、ドナー不純物となる不純物であ
れば何でもよい。特に、S,Se,Sn,Siなどは好適であ
る。注入される不純物の濃度は、3×1017/cm3〜1×10
19/cm3が好ましい範囲である。
The impurities to be ion-implanted may be any impurities serving as donor impurities in the second compound semiconductor layer 4 and the InAs layer 3. Particularly, S, Se, Sn, Si and the like are suitable. The concentration of the injected impurities is 3 × 10 17 / cm 3 to 1 × 10
19 / cm 3 is the preferred range.

【0089】ゲート電極6は、図3に示すように、第2
の化合物半導体層4上に直接形成してもよいが、第2の
化合物半導体層4上に形成した他の層上に形成してもよ
い。
The gate electrode 6, as shown in FIG.
Although it may be formed directly on the compound semiconductor layer 4 of FIG. 3, it may be formed on another layer formed on the second compound semiconductor layer 4.

【0090】変形例8 図13に示すように、ゲート電極6の下部に、第2の化合
物半導体層4に引き続いて、大気に触れることなくInA
s,InSbといった、バンドギャップの狭い半導体からな
るゲート電極下部導電層61を形成する。この構造では、
ゲート電極下部導電層61と第2の化合物半導体層4の界
面に酸化膜がなく、界面準位の少ない理想的な界面が得
られる。一方、ゲート電極6とゲート電極下部導電層61
とはオーミック接合するため、ゲート電極下部導電層61
と第2の化合物半導体層4との間の障壁により、ゲート
電極6と第2の化合物半導体層4とをショットキー接合
したのと同等となる。
Modification 8 As shown in FIG. 13, under the gate electrode 6, following the second compound semiconductor layer 4, InA is exposed without being exposed to the atmosphere.
A gate electrode lower conductive layer 61 made of a semiconductor having a narrow bandgap such as s and InSb is formed. In this structure,
There is no oxide film at the interface between the gate electrode lower conductive layer 61 and the second compound semiconductor layer 4, and an ideal interface with few interface states can be obtained. On the other hand, the gate electrode 6 and the gate electrode lower conductive layer 61
Since an ohmic junction is formed with the
Due to the barrier between the second compound semiconductor layer 4 and the second compound semiconductor layer 4, the gate electrode 6 and the second compound semiconductor layer 4 are equivalent to a Schottky junction.

【0091】変形例9 図14に示すように、第2の化合物半導体層4がゲート電
極6と接合する箇所において、第2の化合物半導体層4
の上にリセス構造12を形成すると、FET の耐圧を上げる
ことができる。リセス構造12は、第2の化合物半導体層
4に接してゲート電極6を配置する場合に限らず、ゲー
ト電極6の配置される他の層に形成してもよい。
Modification 9 As shown in FIG. 14, the second compound semiconductor layer 4 is formed at a portion where the second compound semiconductor layer 4 is joined to the gate electrode 6.
The withstand voltage of the FET can be increased by forming the recess structure 12 on the above. The recess structure 12 is not limited to the case where the gate electrode 6 is arranged in contact with the second compound semiconductor layer 4, and may be formed in another layer where the gate electrode 6 is arranged.

【0092】挿入層、保護膜などを備えた変形例 変形例10 本発明のFET では、第1の化合物半導体層2を直接基板
1上に積層し、その上に、InAs層3を形成した単純な構
造でも、良質なInAs層3を形成できる。しかしながら、
本発明によるFET では、各層間に他の半導体層を挿入し
て、FET の特性を向上させることも可能である。図15
(a) に示す例を使って、各種挿入層の説明をする。
Modification with Insertion Layer, Protective Film, etc. Modification 10 In the FET of the present invention, the first compound semiconductor layer 2 is directly laminated on the substrate 1, and the InAs layer 3 is formed thereon. Even with such a structure, a good quality InAs layer 3 can be formed. However,
In the FET according to the present invention, it is possible to improve the characteristics of the FET by inserting another semiconductor layer between the layers. Figure 15
Various insertion layers will be explained using the example shown in (a).

【0093】この図のFET は、基板1の表面に、基板1
の材質とは異なる第1の半導体挿入層21を有し、第1の
化合物半導体層2とInAs層3の間に第2の半導体挿入層
22を、また、InAs層3と第2の化合物半導体層4との間
に第3の半導体挿入層41を有している。これらの半導体
挿入層を入れることにより、ホール電流の低減、および
トランジスタのコンダクタンスの向上を図ることができ
る。
The FET shown in FIG.
And a second semiconductor insertion layer 21 between the first compound semiconductor layer 2 and the InAs layer 3.
22 and a third semiconductor insertion layer 41 between the InAs layer 3 and the second compound semiconductor layer 4. By inserting these semiconductor insertion layers, it is possible to reduce the hole current and improve the conductance of the transistor.

【0094】第2および第3の半導体挿入層22, 41は、
InAs層3中に伝導電子をより効率的に閉じこめるため
に、電子走行層であるInAs層3と接して配置される。こ
のため、InAsよりも広いバンドギャップを持つ半導体か
ら選ばれ、半導体挿入層22, 41に用いた半導体の電子親
和力が、InAs層3の電子親和力よりも小さく、かつ、電
子親和力とバンドギャップとの和が、InAs層3の電子親
和力とバンドギャップとの和よりも大きくなる半導体層
が好ましい。なかでも、AlSb,AlGaSb,InAlAsは、特に
好適である。
The second and third semiconductor insertion layers 22 and 41 are
In order to more efficiently trap conduction electrons in the InAs layer 3, the InAs layer 3 is arranged in contact with the InAs layer 3 which is an electron transit layer. Therefore, a semiconductor having a bandgap wider than that of InAs is selected, and the electron affinity of the semiconductor used for the semiconductor insertion layers 22 and 41 is smaller than that of the InAs layer 3, and the electron affinity and the bandgap are not equal to each other. A semiconductor layer whose sum is larger than the sum of the electron affinity of InAs layer 3 and the band gap is preferable. Among them, AlSb, AlGaSb and InAlAs are particularly suitable.

【0095】挿入された各半導体層21, 22および41は、
InAs層3のInAsとは格子定数が異なるため、特定の膜厚
よりも厚くすると、格子不整合による転位が生じてしま
う。このため、InAs層3の特性が低下することがある。
したがって、半導体挿入層21, 22および41の厚さは、こ
うした格子不整合による転位の生じない膜厚、すなわ
ち、臨界膜厚の範囲が好ましい。臨界膜厚は、挿入され
る半導体の材質によって異なるが、AlSbの場合であれ
ば、InAs層3との組み合わせで、約160 Åとなる。
Each of the inserted semiconductor layers 21, 22 and 41 is
Since the lattice constant is different from that of InAs of the InAs layer 3, dislocation occurs due to lattice mismatch when the thickness is larger than a specific film thickness. Therefore, the characteristics of the InAs layer 3 may deteriorate.
Therefore, the thickness of the semiconductor insertion layers 21, 22 and 41 is preferably within the range of the film thickness at which dislocations due to such lattice mismatch do not occur, that is, the critical film thickness. The critical film thickness varies depending on the material of the semiconductor to be inserted, but in the case of AlSb, it becomes about 160Å in combination with the InAs layer 3.

【0096】また、図15(b) に示すように、ゲート電極
6の下部に接して、絶縁体層62を形成することもある。
Further, as shown in FIG. 15B, the insulator layer 62 may be formed in contact with the lower portion of the gate electrode 6.

【0097】変形例11 本発明において、第1の化合物半導体層2、および第2
の化合物半導体層4として用いられる半導体は、GaAsや
InAs等の半導体に比べて酸化しやすい。このような化合
物半導体層の酸化によるFET 特性の経時変化を低減する
ために、通常の半導体デバイスで用いられるパッシベー
ション層とは別に、酸化防止のための層を形成すると好
ましい。
Modification 11 In the present invention, the first compound semiconductor layer 2 and the second compound semiconductor layer 2
The semiconductor used as the compound semiconductor layer 4 is GaAs or
Easier to oxidize than semiconductors such as InAs. In order to reduce the change in FET characteristics over time due to such oxidation of the compound semiconductor layer, it is preferable to form a layer for preventing oxidation in addition to the passivation layer used in a normal semiconductor device.

【0098】まず、図15(a) に示すような第4の半導体
挿入層42を、第2の化合物半導体層4の上に形成する
と、第2の化合物半導体層4は、大気との接触から保護
されるため、酸化による特性劣化の問題が生じにくくな
る。第4の半導体挿入層42は、酸化しにくい半導体であ
ればよいが、GaAs,GaSb,GaAsSbが特に好ましい。厚さ
は、50〜1,000 Åが適当である。特に、100 Å〜700 Å
は最適な厚さである。
First, when the fourth semiconductor insertion layer 42 as shown in FIG. 15A is formed on the second compound semiconductor layer 4, the second compound semiconductor layer 4 is exposed to the atmosphere. Since it is protected, the problem of characteristic deterioration due to oxidation is less likely to occur. The fourth semiconductor insertion layer 42 may be a semiconductor that is difficult to oxidize, but GaAs, GaSb, and GaAsSb are particularly preferable. A suitable thickness is 50 to 1,000 Å. Especially, 100 Å ~ 700 Å
Is the optimum thickness.

【0099】変形例12 FET では、ソース−ドレイン間電流は、ゲート電極6に
印加される電圧によって制御される。このため、InAs層
3を、電気的に不活性な領域と、FET の電子走行層とな
るべき活性領域11とに分離する必要がある。この分離方
法として、メサ構造を形成する方法と、活性領域11以外
を不導体化する方法とがある。
Modification 12 In the FET, the source-drain current is controlled by the voltage applied to the gate electrode 6. Therefore, it is necessary to separate the InAs layer 3 into an electrically inactive region and an active region 11 to be the electron transit layer of the FET. As this separating method, there are a method of forming a mesa structure and a method of making the portions other than the active region 11 non-conductive.

【0100】メサ構造によって、活性領域11を形成する
場合は、酸、またはアルカリをベースとした、液体によ
るエッチング、あるいは気体によるエッチングが用いら
れる。
When the active region 11 is formed by the mesa structure, liquid etching or gas etching based on acid or alkali is used.

【0101】一方、第2の化合物半導体層4、およびIn
As層3を不導体化する場合は、イオン注入、電子線照射
など、通常の方法が用いられる。この不要部分を不導体
化する構造は、メサ構造と異なり、断面を持たないた
め、ゲートリークや酸化といった問題が起きにくい。
On the other hand, the second compound semiconductor layer 4 and In
To make the As layer 3 non-conductive, a usual method such as ion implantation or electron beam irradiation is used. Unlike the mesa structure, the structure in which the unnecessary portion is made non-conductive does not have a cross section, and thus problems such as gate leakage and oxidation are unlikely to occur.

【0102】メサ構造、すなわち、不要部分をエッチン
グにより除去し、必要な部分だけ台地状に残した構造で
は、次のような不都合が生じることがある。すなわち、
第1の化合物半導体2および第2の化合物半導体層4の
大気に触れている面が酸化し、トランジスタ特性の劣化
につながることがある。また、メサ構造の断面に露出し
たInAs層3が、ゲート電極6と接触しただけでオーミッ
ク接合するため、ゲート電極6からInAs層3へのリーク
電流が発生することもある。
In the mesa structure, that is, in the structure in which the unnecessary portion is removed by etching and only the necessary portion is left on the plateau, the following inconvenience may occur. That is,
The surfaces of the first compound semiconductor 2 and the second compound semiconductor layer 4 that are in contact with the atmosphere may be oxidized, leading to deterioration of transistor characteristics. Further, the InAs layer 3 exposed in the cross section of the mesa structure makes ohmic contact only by contacting the gate electrode 6, so that a leak current from the gate electrode 6 to the InAs layer 3 may occur.

【0103】図16(b) に示す側壁9は、このような不都
合を防止するためのものである。側壁9は、絶縁性ある
いは半絶縁性の材質から形成され、InAs層3とゲート電
極6が直接接することがないようにする。これによっ
て、ゲート電極6からInAs層3へのリーク電流を防ぐこ
とができる。そのうえ、メサ構造の断面が覆われるた
め、第1の化合物半導体層2,第2の化合物半導体層4
の酸化を防止することもできる。
The side wall 9 shown in FIG. 16 (b) is for preventing such inconvenience. The side wall 9 is formed of an insulating or semi-insulating material so that the InAs layer 3 and the gate electrode 6 do not come into direct contact with each other. Thereby, the leak current from the gate electrode 6 to the InAs layer 3 can be prevented. Moreover, since the cross section of the mesa structure is covered, the first compound semiconductor layer 2 and the second compound semiconductor layer 4 are formed.
It is also possible to prevent the oxidation of

【0104】図16(a) はFET の平面図、図16(b) は図16
(a) におけるA-B 線断面図、図16(c) は図16(a) におけ
るC-D 線断面図である。これらの図は、側壁9がメサ構
造の断面を覆うように形成されており、InAs層3とゲー
ト電極6が直接接していない様子を示している。
FIG. 16 (a) is a plan view of the FET, and FIG. 16 (b) is FIG.
16A is a sectional view taken along line AB in FIG. 16A, and FIG. 16C is a sectional view taken along line CD in FIG. 16A. These figures show that the sidewall 9 is formed so as to cover the cross section of the mesa structure, and the InAs layer 3 and the gate electrode 6 are not in direct contact with each other.

【0105】側壁9の材質は、絶縁性の半導体、もしく
は、半導体の保護膜として通常用いられる、SiNX,Si
O2,SiOXNy,Al2O3 等がよい。なかでも、SiNX,SiOXNy
は特に好適である。
The material of the side wall 9 is an insulating semiconductor, or SiN x , Si which is usually used as a protective film for a semiconductor.
O 2 , SiO X N y , Al 2 O 3 etc. are preferable. Among them, SiN X , SiO X N y
Are particularly suitable.

【0106】変形例13 図17は、第1および第2の化合物半導体層の酸化による
FET の特性劣化を小さくするために、第1の保護膜81お
よび第2の保護膜82を、素子の表面に設けた例である。
第1の保護膜81は、第1の化合物半導体層2の上面で、
かつ、活性領域11が形成されていない部分に、SiNX,Si
O2,Al2O3 等の絶縁体を用いて形成した。また、第2の
保護膜82は、活性領域11における第2の化合物半導体層
4の上面、あるいは第4の半導体挿入層42の上面で、電
極5,6および7以外の部分に形成した。第1の保護膜
81と第2の保護膜82は、同一の膜からなる場合もある
が、別々に形成してもよい。また第1の保護膜81,第2
の保護膜82と側壁9は同一の絶縁膜を、反応性イオンエ
ッチングを用いた異方性エッチングによって、除去して
形成することもできる。このため、プロセスが容易とな
る利点もある。
Modification 13 FIG. 17 shows the result of oxidation of the first and second compound semiconductor layers.
This is an example in which the first protective film 81 and the second protective film 82 are provided on the surface of the element in order to reduce the deterioration of the characteristics of the FET.
The first protective film 81 is on the upper surface of the first compound semiconductor layer 2,
In addition, SiN X , Si is formed on the portion where the active region 11 is not formed.
It was formed using an insulator such as O 2 and Al 2 O 3 . Further, the second protective film 82 is formed on the upper surface of the second compound semiconductor layer 4 in the active region 11 or the upper surface of the fourth semiconductor insertion layer 42 except the electrodes 5, 6 and 7. First protective film
The 81 and the second protective film 82 may be formed of the same film, but may be formed separately. In addition, the first protective film 81, the second
The protective film 82 and the side wall 9 can be formed by removing the same insulating film by anisotropic etching using reactive ion etching. Therefore, there is also an advantage that the process becomes easy.

【0107】その他の一般的応用構造 本発明のFET は、同一基板上に多数集積することも可能
である。また、基板と電子走行層とが同一の半導体材料
で構成されているトランジスタと、同一基板上に形成し
てもよい。特に、高速動作を特徴とする本発明のInAs-F
ETと、同一基板上に形成されたGaAs-FETとを集積化した
構造は好ましい。
Other General Application Structures Many FETs of the present invention can be integrated on the same substrate. Further, a transistor in which the substrate and the electron transit layer are made of the same semiconductor material may be formed on the same substrate. Particularly, the InAs-F of the present invention characterized by high-speed operation
A structure in which ET and GaAs-FET formed on the same substrate are integrated is preferable.

【0108】[試作例1]図8(a)に示す第2の化合物半
導体層4を絶縁性の障壁層としたFET の試作例を説明す
る。
[Prototype Example 1] A prototype example of an FET in which the second compound semiconductor layer 4 shown in FIG. 8A is used as an insulating barrier layer will be described.

【0109】厚さ350 μm の鏡面研磨した(100) 面の半
絶縁性GaAs基板を基板1として使用した。該基板1上に
第1の化合物半導体層2として、InAsに格子整合したノ
ンドープのAl0.8Ga0.2As0.14Sb0.86層を8,000 Å、ドナ
ー不純物としてのSiが2×1017/cm3ドープされたInAs層
3を700 Å、ついで、第2の化合物半導体層4として、
ノンドープのAl0.8Ga0.2As0.14Sb0.86層を400 Å、それ
ぞれ分子線エピタキシー法により順次形成した。次に、
フォトリソグラフィー法により、GaAs基板1上に形成し
た積層薄膜の不要部を除去し、素子の電子走行部分を製
作するためのレジストパターンを形成した。次にH2SO
4 : H2O2系エッチング液によりエッチングを行い、メサ
構造による活性領域11を形成した。ついで、レジストパ
ターンを形成した後、NH4OH : H2O2系エッチング液によ
り、ソース電極5およびドレイン電極7下部のAlGaAsSb
層4のみエッチングし、InAs層3の表面を出した。引き
続いて真空蒸着法により、AuGe(Au:Ge=88:12)層5
1,71 を2,000 Å、Ni層52, 72を500 Å、Au層53, 73を
3,500 Å連続蒸着した。次にリフトオフを行い、3層5
1, 52, 53および71, 72, 73からなるソース電極5,ド
レイン電極7のパターンを形成し、InAs層3とのオーミ
ック接合を得た。さらに、ゲート電極6のレジストパタ
ーンを形成した後、ウエハー全面に3,000 ÅのAlを蒸着
し、リフトオフを行って、ゲート電極6を形成した。つ
いで、ダイシングを行い、個別の素子に切り離した。こ
うして、図8(a)に示した本発明のFET を製作した。ま
た、この素子は、通常の組立工程によりリード線がつけ
られ、パッケージされた。
A mirror-polished (100) surface semi-insulating GaAs substrate having a thickness of 350 μm was used as the substrate 1. On the substrate 1, as the first compound semiconductor layer 2, a non-doped Al 0.8 Ga 0.2 As 0.14 Sb 0.86 layer lattice-matched with InAs was doped with 8,000 Å, and Si as a donor impurity was doped with 2 × 10 17 / cm 3 . InAs layer 3 is 700 Å, then as the second compound semiconductor layer 4,
Non-doped Al 0.8 Ga 0.2 As 0.14 Sb 0.86 layers were sequentially formed by 400 Å by molecular beam epitaxy. next,
An unnecessary portion of the laminated thin film formed on the GaAs substrate 1 was removed by a photolithography method, and a resist pattern for forming an electron transit portion of the device was formed. Then H 2 SO
Etching was performed with a 4 : H 2 O 2 based etching solution to form the active region 11 having a mesa structure. Then, after forming a resist pattern, the AlGaAsSb under the source electrode 5 and the drain electrode 7 is etched with an NH 4 OH: H 2 O 2 based etching solution.
Only the layer 4 was etched to expose the surface of the InAs layer 3. Subsequently, the AuGe (Au: Ge = 88: 12) layer 5 was formed by the vacuum evaporation method.
1,71 to 2,000 Å, Ni layer 52, 72 to 500 Å, Au layer 53, 73 to
3,500Å Continuous vapor deposition. Then lift off and do 3 layers 5
A pattern of the source electrode 5 and the drain electrode 7 made of 1, 52, 53 and 71, 72, 73 was formed to obtain an ohmic contact with the InAs layer 3. Further, after forming a resist pattern for the gate electrode 6, 3,000 Å Al was vapor-deposited on the entire surface of the wafer and lift-off was performed to form the gate electrode 6. Then, dicing was performed to separate into individual elements. Thus, the FET of the present invention shown in FIG. 8 (a) was manufactured. Also, the device was packaged with lead wires attached by a normal assembly process.

【0110】[試作例2]図8(b)に示す本発明のFET を
試作例によって説明する。この試作例では、第2の化合
物半導体層4にドナー不純物がドープされ、InAs層3へ
の電子供給層として機能しており、InAs層3中には意図
的に不純物はドープされていない厚さ350 μm の鏡面研
磨した(100) 面の半絶縁性GaAs基板1上に、第1の化合
物半導体層2として、InAsに格子整合したノンドープの
Al0.8Ga0.2As0.14Sb0.86層を8,000 Å、ドナー不純物の
ドープされていないInAs層3を700 Å、ついで、第2の
化合物半導体層4としてSeが2×1018/cm3ドープされた
Al0.8Ga0.2As0.14Sb0.86層を400 Å、それぞれ分子線エ
ピタキシー法により順次形成した。以後、試作例1と同
様の工程を経て、図8(b)に示すFETを製作した。
[Prototype Example 2] The FET of the present invention shown in FIG. 8B will be described with reference to a prototype example. In this prototype example, the second compound semiconductor layer 4 is doped with a donor impurity and functions as an electron supply layer to the InAs layer 3, and the InAs layer 3 is intentionally not doped with impurities. On the semi-insulating GaAs substrate 1 having a mirror-polished (100) surface of 350 μm, the first compound semiconductor layer 2 was a non-doped lattice-matched InAs layer.
Al 0.8 Ga 0.2 As 0.14 Sb 0.86 layer was 8,000 Å, InAs layer 3 not doped with donor impurities was 700 Å, and then Se was doped as 2 × 10 18 / cm 3 as the second compound semiconductor layer 4.
400 Å Al 0.8 Ga 0.2 As 0.14 Sb 0.86 layers were sequentially formed by molecular beam epitaxy. After that, the FET shown in FIG. 8B was manufactured through the same steps as in the prototype example 1.

【0111】[試作例3]図8(c)に示す本発明のFET を
試作例によって説明する。この試作例では、第2の化合
物半導体層4およびInAs層3の両方にドナー不純物がド
ープされている。InAs層3中の伝導電子は、第2の化合
物半導体層4から供給された電子と、InAs層3中のドナ
ー不純物による電子とからなっている。
[Prototype 3] The FET of the present invention shown in FIG. 8 (c) will be described with reference to a prototype. In this prototype, both the second compound semiconductor layer 4 and the InAs layer 3 are doped with donor impurities. The conduction electrons in the InAs layer 3 are composed of electrons supplied from the second compound semiconductor layer 4 and electrons due to donor impurities in the InAs layer 3.

【0112】厚さ350 μm の鏡面研磨した(100) 面の半
絶縁性GaAs基板1上に、第1の化合物半導体層2とし
て、InAsに格子整合したノンドープのAl0.8Ga0.2As0.14
Sb0.86層を8,000 Å、ドナー不純物としてSeが5×1017
/cm3ドープされたInAs層3を700 Å、ついで、第2の化
合物半導体層4としてSeが5×1017/cm3ドープされたAl
0.8Ga0.2As0.14Sb0.16層を400 Åを、それぞれ分子線エ
ピタキシー法により順次形成した。以後、試作例1と同
様の工程を経て、図8(c)に示すFET を製作した。
On the mirror-polished (100) -plane semi-insulating GaAs substrate 1 having a thickness of 350 μm, as the first compound semiconductor layer 2, non-doped Al 0.8 Ga 0.2 As 0.14 lattice-matched to InAs was used.
Sb 0.86 layer is 8,000 Å, Se as donor impurity is 5 × 10 17
/ cm 3 doped InAs layer 3 is 700 Å, then Se as the second compound semiconductor layer 4 is 5 × 10 17 / cm 3 doped Al
400 Ga of 0.8 Ga 0.2 As 0.14 Sb 0.16 layers were sequentially formed by molecular beam epitaxy. After that, the FET shown in FIG. 8 (c) was manufactured through the same steps as in the prototype example 1.

【0113】[試作例4]図3に示す本発明のFET にお
いて、InAs層3の厚さが100 Åで、InAs層3中に量子準
位が形成された量子効果型FET の試作例を説明する。In
As層3中にはドナー不純物としてSiがドープされてい
る。
[Prototype Example 4] In the FET of the present invention shown in FIG. 3, a prototype example of a quantum effect FET in which the InAs layer 3 has a thickness of 100 Å and a quantum level is formed in the InAs layer 3 will be described. To do. In
The As layer 3 is doped with Si as a donor impurity.

【0114】厚さ350 μm の鏡面研磨した(100) 面の半
絶縁性GaAs基板を基板1として使用し、該基板上に第1
の化合物半導体層2として、InAsに格子整合したノンド
ープのAl0.8Ga0.2As0.14Sb0.86層を8,000 Å、ドナー不
純物としてSiが2×1017/cm3ドープされたInAs層3を10
0 Å、ついで、第2の化合物半導体層4としてノンドー
プのAl0.8Ga0.2As0.14Sb0.16層を400 Å、それぞれ分子
線エピタキシー法により順次形成した。以下、試作例1
〜3と同様にして、図9に示すような量子効果型FET を
製作した。
A mirror-polished (100) -plane semi-insulating GaAs substrate having a thickness of 350 μm was used as the substrate 1, and the first substrate was formed on the substrate 1.
As the compound semiconductor layer 2, the non-doped Al 0.8 Ga 0.2 As 0.14 Sb 0.86 layer lattice-matched to InAs is 8,000 Å, and the InAs layer 3 doped with Si as a donor impurity is 2 × 10 17 / cm 3 10
Then, a non-doped Al 0.8 Ga 0.2 As 0.14 Sb 0.16 layer of 400 Å was sequentially formed as the second compound semiconductor layer 4 by the molecular beam epitaxy method. Hereafter, Prototype Example 1
The quantum effect type FET as shown in FIG.

【0115】[試作例5]図18に示した構造のFET の試
作例を説明する。本試作例では、第2の化合物半導体層
4にはドナー不純物がドープされ、ドナー不純物のドー
プされていないInAs層3への電子供給層としている。ま
た、第4の半導体挿入層42としてGaAsSbが形成されて
いる。
[Prototype Example 5] An example of the prototype of the FET having the structure shown in FIG. 18 will be described. In this prototype example, the second compound semiconductor layer 4 is doped with a donor impurity and is used as an electron supply layer to the InAs layer 3 not doped with the donor impurity. Further, GaAsSb is formed as the fourth semiconductor insertion layer 42.

【0116】厚さ350 μm の鏡面研磨した(100) 面の半
絶縁性GaAs基板1上に、第1の化合物半導体層2とし
て、InAsに格子整合したノンドープのAl0.7Ga0.3As0.15
Sb0.85層を8,000 Å形成し、続いて不純物のドープされ
ていないInAs層3を200 Å、さらに第2の化合物半導体
層4としてドナー不純物のSeがドープされた500 ÅのAl
0.7Ga0.3As0.15Sb0.85層を、それぞれ分子線エピタキシ
ー法により順次形成した。最後に第4の半導体挿入層4
2として、不純物のドープされていないGaAs0.15Sb0.85
層を200 Å形成した。次に、フォトリソグラフィー法に
より、GaAs基板上に形成した積層薄膜の不要部を除去
し、活性領域11を製作するためのレジストパターンを形
成した。次にH3PO4 : H2O2系エッチング液によりエッチ
ングを行い、メサ構造による活性領域11を形成した。次
にプラズマCVD 法により3,000 ÅのSiN を形成した後、
反応性イオンエッチング装置を使って、側壁9の部分以
外をエッチングして除去した。次に、オーミック電極用
のレジストパターンを形成した後、NH4OH : H2O2系エッ
チング液により、ソース電極5およびドレイン電極7下
部のGaAsSb(第4半導体挿入層42)およびAlGaAsSb(第
2の化合物半導体層4)のみエッチングし、InAs層3の
表面を出した。さらに、真空蒸着法により、Tiを1,500
Å、Auを2,500 Å連続蒸着した。次にリフトオフを行
い、ソース電極5、ドレイン電極7を形成した。さら
に、ゲート電極6のレジストパターンを形成し、NH4OH
: H2O2系エッチング液により、第4の半導体挿入層42
であるGaAsSbをエッチングした後、Alを全面に蒸着し、
リフトオフ法によりゲート電極6を形成した。ついで、
ダイシングを行い、個別の素子に切り離した。こうして
図18に示したFET を製作した。
On the mirror-polished (100) -plane semi-insulating GaAs substrate 1 having a thickness of 350 μm, as the first compound semiconductor layer 2, non-doped Al 0.7 Ga 0.3 As 0.15 lattice-matched to InAs was formed.
An Sb 0.85 layer is formed at 8,000 Å, then an InAs layer 3 not doped with impurities is 200 Å, and 500 Å Al is doped as a second compound semiconductor layer 4 with a donor impurity Se.
0.7 Ga 0.3 As 0.15 Sb 0.85 layers were sequentially formed by the molecular beam epitaxy method. Finally, the fourth semiconductor insertion layer 4
2 as undoped GaAs 0.15 Sb 0.85
A layer of 200 Å was formed. Next, an unnecessary portion of the laminated thin film formed on the GaAs substrate was removed by photolithography to form a resist pattern for manufacturing the active region 11. Then, etching was carried out with an H 3 PO 4 : H 2 O 2 based etching solution to form an active region 11 having a mesa structure. Next, after forming 3,000 Å SiN by plasma CVD method,
A portion other than the side wall 9 was etched and removed using a reactive ion etching device. Next, after forming a resist pattern for the ohmic electrode, GaAsSb (fourth semiconductor insertion layer 42) and AlGaAsSb (second semiconductor insertion layer 42) under the source electrode 5 and the drain electrode 7 are formed by an NH 4 OH: H 2 O 2 based etching solution. Only the compound semiconductor layer 4) of 1) was etched to expose the surface of the InAs layer 3. Furthermore, Ti is 1,500 by the vacuum deposition method.
Å, Au was continuously deposited by 2,500Å. Next, lift-off was performed to form the source electrode 5 and the drain electrode 7. Further, a resist pattern for the gate electrode 6 is formed, and NH 4 OH is used.
: The H 2 O 2 etchant, a fourth semiconductor insert layer 42
After etching GaAsSb which is, Al is vapor-deposited on the entire surface,
The gate electrode 6 was formed by the lift-off method. Then,
Dicing was performed to separate the individual elements. In this way, the FET shown in Fig. 18 was manufactured.

【0117】[試作例6]図19に示した本発明の別の試
作例を説明する。本試作例は、第2の化合物半導体層4
とInAs層3の両方にドナー不純物がドープされ、InAs層
3中のドナー不純物から発生した伝導電子と,第2の化
合物半導体層4から供給された伝導電子とがInAs層3中
に存在している。また、第2の半導体挿入層22、第3の
半導体挿入層41、第4の半導体挿入層42のほか、コンタ
クト層50, 70、第1の保護膜81、第2の保護膜82、側壁
9も形成された例である。
[Prototype 6] Another prototype of the present invention shown in FIG. 19 will be described. This prototype example shows the second compound semiconductor layer 4
Both the InAs layer 3 and the InAs layer 3 are doped with a donor impurity, and conduction electrons generated from the donor impurities in the InAs layer 3 and conduction electrons supplied from the second compound semiconductor layer 4 exist in the InAs layer 3. There is. In addition to the second semiconductor insertion layer 22, the third semiconductor insertion layer 41, and the fourth semiconductor insertion layer 42, the contact layers 50 and 70, the first protective film 81, the second protective film 82, and the sidewall 9 are also included. Is also formed.

【0118】まず、厚さ350 μm の鏡面研磨した(100)
面の半絶縁性GaAs基板1上に、第1の化合物半導体層2
として、InAsに格子整合したノンドープのAl0.7Ga0.3As
0.15Sb0.85層を10,000Å、第2の半導体挿入層22とし
て、Al0.7Ga0.3Sb層を20Å、Siがドープされた、キャリ
ア濃度5×1017/cm3のInAs層3を500 Å、それぞれ分子
線エピタキシー法により順次成長させた。ついで、第3
の半導体挿入層41として、Al07Ga0.3Sb 層を20Å成長さ
せたのち、第2の化合物半導体層4として、Seが1×10
18/cm3ドープされたAl0.7Ga0.3As0.15Sb0.85層を形成し
た。さらに、該層上に第4の半導体挿入層42として、Ga
As0.15Sb0.85層を100 Å、コンタクト層50、70となるIn
As層を100 Å成長させた。次に、フォトリソグラフィー
法により、GaAs基板1上に形成した積層薄膜の不要部を
除去し、活性領域11を製作するためのレジストパターン
を形成した。次に、H2SO4 : H2O2系エッチング液により
エッチングを行い、メサ構造による活性領域11を形成し
た。次に、プラズマCVD 法によりSiN を全面に2,000 Å
形成し、第1の保護膜81、第2の保護膜82、および側壁
9を同時に形成した。ついで、レジストパターンを形成
した後、反応性イオンエッチング装置を使った異方性エ
ッチングにより、側壁9の部分のSiN を残して、ソース
電極5およびドレイン電極7の形成される部分のSiN を
エッチングした。さらに真空蒸着法により、AuGe(Au:
Ge=88:12)を2,000 Å、Niを500 Å、Auを3,500 Å連
続蒸着した。次にリフトオフを行い、ソース電極5,ド
レイン電極7のパターンを形成した。その後、アニール
を行い、ソースおよびドレイン電極金属と電子走行層3
とのオーミック接合を得た。次に、ゲート電極6のレジ
ストパターンを形成し、続いて反応性イオンエッチング
装置を使った異方性エッチングにより、側壁9の部分の
SiN を残して、ゲート電極6が形成される部分のSiN の
エッチングを行った。さらに、このパターンを使って、
NH4OH : H2O2系エッチング液により、表面のInAs層50、
70とGaAsSb層42をエッチングして、第2の化合物半導体
層4であるAlGaAsSb層に、リセス構造12を形成した。次
に、ウエハー全面に3,000 ÅのAlを蒸着し、リフトオフ
を行って、ゲート長1.0 μm のゲート電極6を形成し
た。ついで、ダイシングを行い、個別の素子に切り離し
た。こうして図19に示したFET を製作した。
First, 350 μm-thick mirror-polished (100)
On the surface of the semi-insulating GaAs substrate 1, the first compound semiconductor layer 2
As a non-doped Al 0.7 Ga 0.3 As lattice-matched to InAs
10,000Å a 0.15 Sb 0.85 layer, a second semiconductor insert layer 22, 20 Å and Al 0.7 Ga 0.3 Sb layer, Si-doped, the InAs layer 3 of the carrier concentration of 5 × 10 17 / cm 3 500 Å, respectively Sequential growth was performed by the molecular beam epitaxy method. Then, the third
After the Al 07 Ga 0.3 Sb layer is grown to 20 Å as the semiconductor insertion layer 41 of, the second compound semiconductor layer 4 is made of Se of 1 × 10
An 18 0.7 cm 3 doped Al 0.7 Ga 0.3 As 0.15 Sb 0.85 layer was formed. Further, as a fourth semiconductor insertion layer 42 on the layer, Ga
As 0.15 Sb 0.85 100 Å layer, contact layers 50, 70 In
The As layer was grown to 100 Å. Next, an unnecessary portion of the laminated thin film formed on the GaAs substrate 1 was removed by photolithography, and a resist pattern for forming the active region 11 was formed. Next, etching was performed using a H 2 SO 4 : H 2 O 2 based etching solution to form the active region 11 having a mesa structure. Next, 2,000 Å SiN was deposited on the entire surface by plasma CVD method.
Then, the first protective film 81, the second protective film 82, and the side wall 9 were simultaneously formed. After forming a resist pattern, anisotropic etching using a reactive ion etching device was performed to etch SiN in the portion where the source electrode 5 and drain electrode 7 are formed, leaving SiN in the sidewall 9 portion. .. Furthermore, by the vacuum evaporation method, AuGe (Au:
Ge = 88:12) was continuously deposited by 2,000 Å, Ni by 500 Å and Au by 3,500 Å. Next, lift-off was performed to form a pattern of the source electrode 5 and the drain electrode 7. After that, annealing is performed to source and drain electrode metals and the electron transit layer 3
I got an ohmic contact with. Next, a resist pattern of the gate electrode 6 is formed, and then anisotropic etching is performed using a reactive ion etching apparatus to remove the side wall 9 portion.
With the SiN left, etching of the SiN in the portion where the gate electrode 6 is formed was performed. Furthermore, using this pattern,
NH 4 OH: H 2 O 2 system etching solution, InAs layer 50 on the surface,
The 70 and the GaAsSb layer 42 were etched to form the recess structure 12 in the AlGaAsSb layer which is the second compound semiconductor layer 4. Next, 3,000 Å Al was vapor-deposited on the entire surface of the wafer and lift-off was performed to form a gate electrode 6 having a gate length of 1.0 μm. Then, dicing was performed to separate into individual elements. In this way, the FET shown in Fig. 19 was manufactured.

【0119】[試作例7]図20に示した別の試作例を説
明する。本試作例では、InAs層3のInの一部をGaに置き
換えて、電子走行層とし、また、その膜厚を70Åとして
いるため、伝導電子が量子準位を形成している。また、
素子間分離は、イオン注入によって形成した領域10によ
り行っている。
[Prototype Example 7] Another prototype example shown in FIG. 20 will be described. In this prototype example, part of In in the InAs layer 3 is replaced with Ga to form an electron transit layer, and the film thickness thereof is set to 70Å. Therefore, conduction electrons form a quantum level. Also,
The element isolation is performed by the region 10 formed by ion implantation.

【0120】厚さ400 μm の鏡面研磨した(100) 面のp
型Si基板1上に、分子線エピタキシー法により、第1の
半導体挿入層21として、厚さ3,000 ÅのノンドープのGa
As層を形成した後、第1の化合物半導体層2として、In
Asに格子整合したノンドープのAl0.7Ga0.3As0.15Sb0.85
層を5,000 Å、InAs中のInの9%をGaに置き換えたInAs
層3を70Å、ついで、ノンドープのAl0.7Ga0.3As0.15Sb
0.85層を第2の化合物半導体層4として300 Å、最後に
第4の半導体挿入層42として、GaAs0.15Sb0.85層を100
Å、それぞれ形成した。さらに第2の保護膜82として、
プラズマCVD 法により1,000 ÅのSiN 層を全面に成長さ
せ、基板表面を覆った。次に、FET の活性領域11形成の
ためのレジストパターンを形成し、その後プロトンを全
面にイオン注入し、不要部分10を不導体化(高抵抗化)
した。
The p of the (100) surface, which was mirror-polished with a thickness of 400 μm, was used.
On the Si-type Si substrate 1, the first semiconductor insertion layer 21 was formed by molecular beam epitaxy to form undoped Ga with a thickness of 3,000 Å.
After forming the As layer, the first compound semiconductor layer 2
Undoped Al 0.7 Ga 0.3 As 0.15 Sb 0.85 lattice-matched to As
InAs with 5,000 Å layers and Ga replaced 9% of In in InAs
Layer 3 70 Å, then undoped Al 0.7 Ga 0.3 As 0.15 Sb
The 0.85 layer is 300 Å as the second compound semiconductor layer 4, and finally the GaAs 0.15 Sb 0.85 layer is 100 as the fourth semiconductor insertion layer 42.
Å, each formed. Further, as the second protective film 82,
A 1,000Å SiN layer was grown on the entire surface by plasma CVD to cover the substrate surface. Next, a resist pattern for forming the active region 11 of the FET is formed, and then protons are ion-implanted on the entire surface to make the unnecessary portion 10 a non-conductor (high resistance).
did.

【0121】ソース電極5およびドレイン電極7は、以
下のように形成した。レジストパターンを形成した後、
反応性イオンエッチングによりSiN を部分的に除去した
上で、真空蒸着法により、AuGe(Au:Ge=88:12)2,00
0 Å、Niを500 Å、Auを3,500 Å連続蒸着した。次にリ
フトオフを行い、ソース電極5,ドレイン電極7のパタ
ーンを形成した。その後、アニールを行い、電極金属と
電子走行層とのオーミック接合を得た。次に、ゲート電
極6のレジストパターンを形成した後、反応性イオンエ
ッチングによりSiN を部分的に除去した上で、ウエハー
全面にTiを500Å、Ptを500 Å、Auを1,000 Å連続蒸着
し、リフトオフを行って、ゲート電極6を形成した。最
後にダイシングを行い、個別の素子に切り離した。こう
して、図20に示した本発明の素子を製作した。また、こ
の素子は、通常の組立工程によりリード線がつけられ、
パッケージされた。
The source electrode 5 and the drain electrode 7 were formed as follows. After forming the resist pattern,
After partially removing SiN by reactive ion etching, AuGe (Au: Ge = 88: 12) 2.00 by vacuum deposition method
0 Å, Ni was 500 Å and Au was 3,500 Å continuous vapor deposition. Next, lift-off was performed to form a pattern of the source electrode 5 and the drain electrode 7. Then, annealing was performed to obtain ohmic contact between the electrode metal and the electron transit layer. Next, after forming the resist pattern for the gate electrode 6, the SiN is partially removed by reactive ion etching, and then 500 Å of Ti, 500 Å of Pt, and 1,000 Å of Au are continuously deposited on the entire surface of the wafer, and liftoff is performed. Then, the gate electrode 6 was formed. Finally, dicing was performed to separate the individual elements. Thus, the element of the present invention shown in FIG. 20 was manufactured. In addition, this element has a lead wire attached by a normal assembly process,
Packaged.

【0122】[試作例8]図21に示した本発明のFET を
試作例によって説明する。厚さ350 μm の鏡面研磨した
(100) 面の半絶縁性GaAs基板上に、分子線エピタキシー
法により、厚さ3,000 ÅのノンドープのGaAs層を形成
し、本発明の基板1とした。ついで、InAsに格子整合し
たノンドープのAlAs0.15Sb0.85層2を1,500 Å、ノンド
ープのInAs層3を700 Å、ついで、ノンドープのAlAs
0.15Sb0.85層4を形成した。次に、フォトリソグラフィ
ー法により、GaAs基板1上に形成した積層薄膜の不要部
を除去し、FET の活性領域11を製作するためのレジスト
パターンを形成した。次に、H2SO4 : H2O2系エッチング
液によりメサエッチングを行い、不要部を除去した。つ
いで、レジストパターンを形成した後、真空蒸着法によ
り、AuGe(Au:Ge=88:12)を2,000 Å、Niを500 Å、
Auを3,500 Å連続蒸着した。次にリフトオフを行い、ソ
ース電極5、ドレイン電極7のパターンを形成した。そ
の後、窒素雰囲気の電気炉中で450 ℃で5分間アニール
を行い、ソース電極5およびドレイン電極7とInAs層3
とのオーミック接合を得た。さらに、ゲート電極6のレ
ジストパターンを形成した後、ウエハー全面に3,000 Å
のAlを蒸着し、リフトオフを行い、ゲート長1.0 μm の
ゲート電極6を形成した。最後に、シランガスとアンモ
ニアガスによるプラズマCVD 法によって、SiN 保護膜を
全面に形成した。そして、電極部に窓開けを行うため、
所望のレジストパターンを形成した後、反応性イオンエ
ッチングを使って、ボンディングのために電極部に窓あ
けを行った。ついで、ダイシングを行い、個別の素子に
切り離した。こうして、図21に示した本発明の素子を製
作した。また、この素子は、通常の組立工程によりリー
ド線がつけられ、パッケージされた。
[Prototype Example 8] The FET of the present invention shown in FIG. 21 will be described with reference to a prototype example. Mirror-polished with a thickness of 350 μm
A non-doped GaAs layer having a thickness of 3,000 Å was formed on a (100) plane semi-insulating GaAs substrate by a molecular beam epitaxy method to obtain a substrate 1 of the present invention. Next, 1,500 Å non-doped AlAs 0.15 Sb 0.85 layer 2 lattice-matched to InAs, 700 Å non-doped InAs layer 3, and then non-doped AlAs
A 0.15 Sb 0.85 layer 4 was formed. Next, an unnecessary portion of the laminated thin film formed on the GaAs substrate 1 was removed by a photolithography method to form a resist pattern for manufacturing the active region 11 of the FET. Next, mesa etching was performed using an H 2 SO 4 : H 2 O 2 based etching solution to remove unnecessary portions. Then, after forming the resist pattern, by vacuum evaporation method, 2,000 Å of AuGe (Au: Ge = 88: 12) and 500 Å of Ni,
Au was continuously vapor-deposited at 3,500 Å. Next, lift-off was performed to form patterns of the source electrode 5 and the drain electrode 7. After that, annealing is performed at 450 ° C. for 5 minutes in an electric furnace in a nitrogen atmosphere to form the source electrode 5 and the drain electrode 7 and the InAs layer 3
I got an ohmic contact with. Furthermore, after forming the resist pattern of the gate electrode 6, 3,000Å over the entire surface of the wafer.
Al was evaporated and lifted off to form a gate electrode 6 having a gate length of 1.0 μm. Finally, a SiN protective film was formed on the entire surface by the plasma CVD method using silane gas and ammonia gas. And to open a window in the electrode part,
After forming the desired resist pattern, reactive ion etching was used to open a window in the electrode portion for bonding. Then, dicing was performed to separate into individual elements. Thus, the element of the present invention shown in FIG. 21 was manufactured. Also, the device was packaged with lead wires attached by a normal assembly process.

【0123】本発明のFET では、InAsの高電子移動度性
により、遮断周波数も大きく、従来構造のGaAsの電界効
果トランジスターに比べ、ゲート長が同じであれば高速
動作性にすぐれていることが分かった。
In the FET of the present invention, due to the high electron mobility of InAs, the cutoff frequency is also large, and compared with the field effect transistor of GaAs of the conventional structure, if the gate length is the same, it is superior in high speed operation. Do you get it.

【0124】[試作例9]図21に示した本発明のFET を
別の試作例により説明する。厚さ350 μm の鏡面研磨し
た(100) の半絶縁性GaAs基板上に、分子線エピタキシー
法により、厚さ3,000 ÅのノンドープのGaAs層を形成
し、基板1とした。ついでInAsに格子整合したノンドー
プのAlAs0.15Sb0.85層2を1,500 Å、InAs層3を700
Å、ついで、Siが1×1018/cm3ドープされたAlAs0.15Sb
0.85層4を形成した。以後、試作例8と同様にして、図
21に示した本発明の素子を製作した。
[Prototype 9] The FET of the present invention shown in FIG. 21 will be described with reference to another example. A non-doped GaAs layer having a thickness of 3,000 Å was formed on a (100) semi-insulating GaAs substrate having a thickness of 350 μm and mirror-polished by the molecular beam epitaxy method to obtain a substrate 1. Next, undoped AlAs 0.15 Sb 0.85 layer 2 lattice-matched to InAs is 1,500 Å and InAs layer 3 is 700
Å Then, AlAs 0.15 Sb doped with Si at 1 × 10 18 / cm 3
0.85 Layer 4 was formed. After that, in the same manner as in Prototype Example 8,
An element of the present invention shown in 21 was manufactured.

【0125】[試作例10]図21に示した本発明のFET を
別の試作例により説明する。厚さ350 μm の鏡面研磨し
た(100) の半絶縁性GaAs基板上に、分子線エピタキシー
法により、厚さ3,000 ÅのノンドープのGaAs層を形成
し、基板1とした。ついでInAsに格子整合したノンドー
プのAlAs0.15Sb0.85層2を500 Å、Siがドープされた、
キャリア濃度1×1017/cm3、電子移動度14,000cm2/v・se
c のInAs層3を700 Å、ついで、Siが1×1018/cm3ドー
プされたAlAs0.15Sb0.85層4を形成した。以後、試作例
8と同様にして、図21に示した本発明の素子を製作し
た。
[Prototype 10] The FET of the present invention shown in FIG. 21 will be described with reference to another example. A non-doped GaAs layer having a thickness of 3,000 Å was formed on a (100) semi-insulating GaAs substrate having a thickness of 350 μm and mirror-polished by the molecular beam epitaxy method to obtain a substrate 1. Next, 500 Å of undoped AlAs 0.15 Sb 0.85 layer 2 lattice-matched to InAs was doped with Si,
Carrier concentration 1 × 10 17 / cm 3 , electron mobility 14,000 cm 2 / v ・ se
The InAs layer 3 of c was 700 Å, and then the AlAs 0.15 Sb 0.85 layer 4 doped with Si at 1 × 10 18 / cm 3 was formed. After that, the device of the present invention shown in FIG. 21 was manufactured in the same manner as in Prototype Example 8.

【0126】[試作例11]図21に示した本発明のFET を
別の試作例により説明する。厚さ350 μm の鏡面研磨し
た(100) の半絶縁性GaAs基板上に、分子線エピタキシー
法により、厚さ3,000 ÅのノンドープのGaAs層を形成
し、基板1とした。ついでInAsに格子整合したノンドー
プのAlAs0.15Sb0.85層2を1,500 Å、InAs層3を100
Å、ついで、ノンドープのAlAs0.15Sb0.85層4を形成し
た。以後、試作例8と同様にして、図21に示した本発明
の素子を製作した。また、この素子は、通常の組立工程
によりリード線がつけられ、パッケージされた。
[Prototype Example 11] The FET of the present invention shown in FIG. 21 will be described with reference to another prototype example. A non-doped GaAs layer having a thickness of 3,000 Å was formed on a (100) semi-insulating GaAs substrate having a thickness of 350 μm and mirror-polished by the molecular beam epitaxy method to obtain a substrate 1. Then, undoped AlAs 0.15 Sb 0.85 layer 2 lattice-matched to InAs was deposited at 1,500 Å and InAs layer 3 was deposited at 100
Å Then, a non-doped AlAs 0.15 Sb 0.85 layer 4 was formed. After that, the device of the present invention shown in FIG. 21 was manufactured in the same manner as in Prototype Example 8. Also, the device was packaged with lead wires attached by a normal assembly process.

【0127】[試作例12]図22に示した本発明のFET を
試作例により説明する。厚さ350 μm の鏡面研磨した(1
00) 面の半絶縁性GaAs基板上に、分子線エピタキシー法
により、厚さ3,000 ÅノンドープのGaAs層を形成し、基
板1とした。ついでIn0.53Ga0.47As層21を500 Å、InAs
に格子整合したノンドープのGa0.7Al0.3As0.15Sb0.85
2を500 Å形成した後、100 ÅのノンドープのInAs層3
1,Siがドープされた500 ÅのInAs層32、および100 Å
のノンドープのInAs層33からなるInAs層3を形成し、
さらにノンドープのAlAs0.15Sb0.85層4を形成した。最
後に、5×1018/cm3のSiが不純物としてドープされたコ
ンタクト層50、70となるInAs層を200 Å形成した。次
に、フォトリソグラフィー法により、GaAs基板1上に形
成した積層薄膜の不要部を除去し、FET の活性領域11を
製作するためのレジストパターンを形成した。次に、H2
SO4 : H2O2系エッチング液によりエッチングを行い、不
要部を除去した。ついで、レジストパターンを形成した
後、真空蒸着法により、AuGe(Au:Ge=88:12)を2,00
0 Å、Niを500 Å、Auを3,500 Å連続蒸着した。次にリ
フトオフを行い、ソース電極5,ドレイン電極7のパタ
ーンを形成した。その後、窒素雰囲気の電気炉中で450
℃で5分間アニールを行い、電極金属と電子走行層との
オーミック接合を得た。ついで、レジスト剥離を経た
後、ソース電極、ドレイン電極下部以外のInAs層を除去
するため、両電極をマスクとして、H2SO4 : H2O2系エッ
チング液によりエッチングを行った。さらに、ゲート電
極6のレジストパターンを形成した後、ウエハー全面に
3,000 ÅのAlを蒸着し、リフトオフを行い、ゲート長1.
0 μm のゲート電極6を形成した。最後に、シランガス
とアンモニアガスによるプラズマCVD 法によって、SiN
からなるパッシベーション膜を全面に形成した。そし
て、電極部に窓開けを行うため、所望のレジストパター
ンを形成した後、反応性イオンエッチングを使って、ボ
ンディングのために電極部の窓あけを行った。ついで、
ダイシングを行い、個別の素子に切り離した。こうし
て、図22に示した本発明の素子を製作した。また、この
素子は、通常の組立工程によりリード線がつけられ、パ
ッケージされた。
[Prototype Example 12] The FET of the present invention shown in FIG. 22 will be described by way of a prototype example. 350 μm thick mirror-polished (1
A 3,000 Å non-doped GaAs layer having a thickness of 3,000 Å was formed on the (00) plane semi-insulating GaAs substrate by the molecular beam epitaxy method to obtain a substrate 1. Next, In 0.53 Ga 0.47 As layer 21 with 500 Å, InAs
After forming 500 Å of undoped Ga 0.7 Al 0.3 As 0.15 Sb 0.85 layer 2 that is lattice-matched to 100 Å of undoped InAs layer 3
1, Si-doped 500 Å InAs layer 32, and 100 Å
Forming an InAs layer 3 composed of the non-doped InAs layer 33 of
Further, a non-doped AlAs 0.15 Sb 0.85 layer 4 was formed. Finally, an InAs layer of 5 × 10 18 / cm 3 Si was doped as an impurity to form the contact layers 50 and 70, 200 Å. Next, an unnecessary portion of the laminated thin film formed on the GaAs substrate 1 was removed by a photolithography method to form a resist pattern for manufacturing the active region 11 of the FET. Then H 2
Etching was performed with a SO 4 : H 2 O 2 based etching solution to remove unnecessary portions. Then, after forming a resist pattern, AuGe (Au: Ge = 88: 12) was added to 2,000 by vacuum deposition.
0 Å, Ni was 500 Å and Au was 3,500 Å continuous vapor deposition. Next, lift-off was performed to form a pattern of the source electrode 5 and the drain electrode 7. Then, in an electric furnace in a nitrogen atmosphere, 450
Annealing was performed at 5 ° C. for 5 minutes to obtain an ohmic contact between the electrode metal and the electron transit layer. Then, after stripping the resist, in order to remove the InAs layer other than the lower part of the source electrode and the drain electrode, etching was performed with an H 2 SO 4 : H 2 O 2 based etching solution using both electrodes as a mask. Furthermore, after forming the resist pattern of the gate electrode 6, the entire surface of the wafer is
Gate length of 1.
A gate electrode 6 of 0 μm was formed. Finally, the SiN was formed by the plasma CVD method using silane gas and ammonia gas.
Was formed on the entire surface. Then, to form a window in the electrode portion, after forming a desired resist pattern, the electrode portion was opened for bonding by reactive ion etching. Then,
Dicing was performed to separate the individual elements. Thus, the element of the present invention shown in FIG. 22 was manufactured. Also, the device was packaged with lead wires attached by a normal assembly process.

【0128】以上、試作例によって得られた素子特性は
極めて望ましいものであった。その一例を図23に示す。
As described above, the device characteristics obtained by the prototypes are extremely desirable. An example thereof is shown in FIG.

【0129】図23は、試作例5のFET のゲート電圧を変
化させたときの、ソース−ドレイン電圧とドレイン電流
の関係を、室温で測定した結果を示すグラフである。図
2に示す従来のInAs-FETの特性と異なり、ゲート電極6
に印加した電圧によって、ドレイン電流が正確に制御さ
れており、リーク電流の少ない、良好なFET 特性を持っ
ていることがわかる。また、本発明の他の試作例におい
ても同様に良好な結果が得られている。
FIG. 23 is a graph showing the results of measuring the relationship between the source-drain voltage and the drain current at room temperature when the gate voltage of the FET of prototype example 5 was changed. Unlike the characteristics of the conventional InAs-FET shown in FIG. 2, the gate electrode 6
It can be seen that the drain current is accurately controlled by the voltage applied to, and that it has good FET characteristics with little leakage current. In addition, similarly good results were obtained in other prototypes of the present invention.

【0130】[0130]

【発明の効果】以上説明したように、この発明は、電子
移動度と電子の飽和速度がGaAsのそれより大きいInAs層
を電子走行層としているため、同一のゲート長でも高周
波まで動作させることができる。したがって、同一の動
作周波数では、本発明のFET は、従来のGaAs-HEMT に比
べて、ゲート長は約2倍でよい。このため、ゲートの加
工がきわめて容易になる。ステッパーによるフォトリソ
グラフィーの可能な0.6μm 以上の寸法の加工と、それ
より微細な加工は精度的に大きな隔たりがあり、工程も
複雑である。本発明によれば、紫外光を用いたフォトリ
ソグラフィープロセスにより、容易に超高周波で動作す
る素子の製作が可能となる。さらに、従来と同一のゲー
ト長の場合は、InAsの高電子移動度性によりGaAsの場合
に比べて2倍の高周波で動作させることができる。その
うえ、工程の歩留りもよく、量産も可能である。
As described above, according to the present invention, the InAs layer having the electron mobility and the electron saturation speed higher than that of GaAs is used as the electron transit layer, so that the same gate length can be operated up to a high frequency. it can. Therefore, at the same operating frequency, the FET of the present invention may have a gate length about twice as long as that of the conventional GaAs-HEMT. Therefore, the processing of the gate becomes extremely easy. There is a great difference in precision between the processing of 0.6 μm or more, which allows photolithography by a stepper, and the processing of smaller dimensions, and the process is complicated. According to the present invention, it is possible to easily manufacture an element that operates at an ultrahigh frequency by a photolithography process using ultraviolet light. Further, when the gate length is the same as the conventional one, the high electron mobility of InAs makes it possible to operate at a high frequency twice as high as that of GaAs. In addition, the process yield is good and mass production is possible.

【0131】本発明は、衛星放送の送受信用増幅素子や
高速データ転送用素子の高速化、コスト低下および多機
能化に貢献する。また、微細加工技術を用いた高周波素
子の製作が容易になり、さらに高速な素子の製作も実現
される。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention contributes to speeding up, cost reduction and multi-functionalization of a satellite transmission / reception amplification element and a high speed data transfer element. Further, it becomes easy to manufacture a high-frequency element using a fine processing technique, and a higher-speed element can be manufactured.

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

【図1】特開昭60-5572 号公報に示される従来のGaSbと
AlSbの積層構造によるFET のバンド図であり、(a) はGa
SbとInAsを直接接合した場合のバンド図、(b) はFET の
積層構造、(c) は、(b) の積層構造におけるバンド図で
ある。
FIG. 1 shows the conventional GaSb disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 60-5572 and
It is a band diagram of a FET with a laminated structure of AlSb, (a) is Ga
A band diagram in the case where Sb and InAs are directly bonded, (b) is a layered structure of FET, and (c) is a band diagram in the layered structure of (b).

【図2】(a) はIEEE EDL Vo.11, No.11, p.526(1990)に
示される従来のInAs-FETの断面図であり、(b) はそのIV
特性を示すグラフである。
[FIG. 2] (a) is a cross-sectional view of a conventional InAs-FET shown in IEEE EDL Vo.11, No.11, p.526 (1990), and (b) is its IV.
It is a graph which shows a characteristic.

【図3】本発明によるFET の一実施例の構成を示す断面
図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of an embodiment of an FET according to the present invention.

【図4】AlGaAsSbをGaAs基板上に形成し、InAs層のバッ
ファ層としたときの、InAsの電子移動度を示すグラフで
ある。
FIG. 4 is a graph showing electron mobility of InAs when AlGaAsSb was formed on a GaAs substrate and used as a buffer layer of the InAs layer.

【図5】4元系化合物半導体であるAlGaAsSbの組成比
と、バンドギャップと、格子定数との関係を表す相図で
あり、J.J.A.P Vol.19 p.1675 1980からの引用である。
FIG. 5 is a phase diagram showing the relationship between the composition ratio, the band gap, and the lattice constant of AlGaAsSb, which is a quaternary compound semiconductor, and is quoted from JJAP Vol.19 p.1675 1980.

【図6】バッファ層として機能する第1の化合物半導体
層とInAsとの格子不整合の大きさに対する、InAs層の臨
界膜厚の計算値を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing calculated values of the critical film thickness of the InAs layer with respect to the size of the lattice mismatch between the first compound semiconductor layer functioning as a buffer layer and InAs.

【図7】InAs層の膜厚と、FET の相互コンダクタンスと
の関係の計算結果を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the calculation result of the relationship between the film thickness of the InAs layer and the mutual conductance of the FET.

【図8】本発明によるFET の3種類の変形例の構成を示
す断面図であり、ドナー不純物のドープ位置の違いによ
って分類されており、(a) は第2の化合物半導体層4に
はドナー不純物をドープせず絶縁性の障壁層とし、電子
走行層であるInAs層にのみドープした、上記実施例の変
形例1としてのFET の断面図、(b) はInAs層にはドナー
不純物をドープせず、第2の化合物半導体層にのみドナ
ー不純物をドープしInAs層への電子供給層とした、上記
実施例の変形例2としてのFET の断面図、(c) は第2の
化合物半導体層とInAs層の両方にドナー不純物をドープ
し、InAs層中の不純物から発生した伝導素子と、第2の
化合物半導体層4から供給された伝導電子とを電流担体
とした、上記実施例の変形例3としてのFET の断面図で
ある。
8A and 8B are cross-sectional views showing the configurations of three types of modified examples of the FET according to the present invention, which are classified according to the difference in the doping position of the donor impurity, and (a) is the donor in the second compound semiconductor layer 4. A cross-sectional view of an FET as a modified example 1 of the above embodiment, in which an Ins layer, which is an electron transit layer, is doped with impurities and is used as an insulating barrier layer, and (b) is a donor impurity doped into the InAs layer. Not shown, but a cross-sectional view of an FET as a modified example 2 of the above embodiment in which the donor impurity is doped only in the second compound semiconductor layer to form an electron supply layer to the InAs layer, (c) shows the second compound semiconductor layer A modified example of the above embodiment in which both of the InAs layer and the InAs layer are doped with a donor impurity, and the conduction element generated from the impurities in the InAs layer and the conduction electron supplied from the second compound semiconductor layer 4 are used as current carriers. It is sectional drawing of FET as 3.

【図9】上記実施例の変形例4としてのFET において電
子走行層に形成されている量子準位を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a quantum level formed in an electron transit layer in a FET as a modified example 4 of the above embodiment.

【図10】第2の化合物半導体層を介して、InAs層と、
ソース、ドレイン各電極とのオーミック接合をとった、
上記実施例の変形例5としてのFETの構成を示す断面図
である。
FIG. 10 shows an InAs layer via a second compound semiconductor layer,
An ohmic contact with each of the source and drain electrodes was taken,
It is sectional drawing which shows the structure of FET as the modification 5 of the said Example.

【図11】ソース電極、およびドレイン電極下部にコン
タクト層を配置した、上記実施例の変形例6としてのFE
T の構成を示す断面図である。
FIG. 11 is a FE as a modified example 6 of the above embodiment in which a contact layer is arranged under the source electrode and the drain electrode.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of T 1.

【図12】ゲート電極をマスクとして、ゲート電極下部
を除く周辺にドナー不純物をイオン注入した、上記実施
例の変形例7としてのFET の構成を示す断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the structure of a FET as a modified example 7 of the above-mentioned embodiment, in which donor impurities are ion-implanted into the periphery except the lower part of the gate electrode using the gate electrode as a mask.

【図13】第2の化合物半導体層と、ゲート電極との間
に導電層を挿入した、上記実施例の変形例8としてのFE
T の構成を示す断面図である。
FIG. 13 is an FE as a modified example 8 of the above embodiment, in which a conductive layer is inserted between the second compound semiconductor layer and the gate electrode.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of T 1.

【図14】ゲート電極部をリセス構造にした、上記実施
例の変形例9としてのFET の構成を示す断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the structure of a FET as a modified example 9 of the above embodiment, in which the gate electrode portion has a recess structure.

【図15】上記実施例に各種のスペーサー層を加えたFE
T の構成を示す断面図であり、(a) は第1から第4の半
導体挿入層を配置した、上記実施例の変形例10および11
としてのFET の断面図、(b)は、ゲート電極下部に絶縁
体層を配置した、上記実施例の変形例10としてのFET の
断面図である。
FIG. 15: FE with various spacer layers added to the above example
It is sectional drawing which shows the structure of T, (a) is modification 10 and 11 of the said Example which arrange | positioned the 1st-4th semiconductor insertion layer.
FIG. 10B is a cross-sectional view of an FET as a tenth modification of the above-described embodiment, in which an insulating layer is arranged below the gate electrode.

【図16】メサエッチングにより素子分離をし、メサ断
面の側面に絶縁性の側壁を形成した、上記実施例の変形
例12としてのFET の構成を示す図であり、(a) は平面
図、(b) はA-B 線断面図、(c) はC-D 線断面図である。
FIG. 16 is a diagram showing the structure of an FET as a modified example 12 of the above embodiment, in which elements are separated by mesa etching and insulating side walls are formed on the side surfaces of the mesa cross section, (a) is a plan view, (b) is a sectional view taken along line AB, and (c) is a sectional view taken along line CD.

【図17】上記実施例に酸化防止層を加えた、上記実施
例の変形例13としてのFET の構成を示す断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a structure of a FET as a modified example 13 of the above-mentioned embodiment, in which an antioxidant layer is added to the above-mentioned embodiment.

【図18】試作例5によるFET の構造を示す断面図であ
る。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing the structure of a FET according to prototype example 5.

【図19】試作例6によるFET の構造を示す断面図であ
る。
FIG. 19 is a cross-sectional view showing the structure of a FET according to prototype example 6.

【図20】試作例7によるFET の構造を示す断面図であ
る。
FIG. 20 is a cross-sectional view showing the structure of a FET according to Prototype Example 7.

【図21】試作例8〜11によるFET の構造を示す断面図
である。
FIG. 21 is a cross-sectional view showing the structures of FETs according to prototype examples 8 to 11.

【図22】試作例12によるFET の構造を示す断面図であ
る。
22 is a cross-sectional view showing the structure of an FET according to Prototype Example 12. FIG.

【図23】試作例5によるFET のIV特性を示すグラフで
ある。
FIG. 23 is a graph showing IV characteristics of the FET according to the prototype example 5.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 第1の化合物半導体層 3 InAs層 4 第2の化合物半導体層 5 ソース電極 6 ゲート電極 7 ドレイン電極 9 側壁 10 高抵抗化された領域 11 活性領域 12 リセス構造 21 第1の半導体挿入層 22 第2の半導体挿入層 30 InAs層中の量子準位 31, 33 ノンッドープのInAs層 32 ドープしたInAs層 41 第3の半導体挿入層 42 第4の半導体挿入層 50 コンタクト層(ソース電極下部) 51 ソース電極5のAuGe層 52 ソース電極5のNi層 53 ソース電極5のAu層 61 ゲート電極下部導電層 62 ゲート電極下部絶縁体層 70 コンタクト層(ドレイン電極下部) 71 ドレイン電極7のAuGe層 72 ドレイン電極7のNi層 73 ドレイン電極7のAu層 74 ソース電極下部に部分的に導入されたドナー不純物 75 ゲートをマスクとしてイオン注入のされた領域(ド
レイン側) 81 第1の保護膜 82 第2の保護膜 101 GaAs基板 102 GaSb層 103 InAs層 104 AlSb層
1 substrate 2 first compound semiconductor layer 3 InAs layer 4 second compound semiconductor layer 5 source electrode 6 gate electrode 7 drain electrode 9 sidewall 10 high resistance region 11 active region 12 recess structure 21 first semiconductor insertion layer 22 Second semiconductor insertion layer 30 Quantum level in InAs layer 31, 33 Non-doped InAs layer 32 Doped InAs layer 41 Third semiconductor insertion layer 42 Fourth semiconductor insertion layer 50 Contact layer (lower part of source electrode) 51 Source electrode 5 AuGe layer 52 Source electrode 5 Ni layer 53 Source electrode 5 Au layer 61 Gate electrode lower conductive layer 62 Gate electrode lower insulator layer 70 Contact layer (Drain electrode lower portion) 71 Drain electrode 7 AuGe layer 72 Drain Ni layer of electrode 7 73 Au layer of drain electrode 74 Donor impurities partially introduced under the source electrode 75 Region (ion side) where ions are implanted using the gate as a mask 81 First protective film 82 2 of the protective layer 101 GaAs substrate 102 GaSb layer 103 InAs layer 104 AlSb layer

フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平3−192410 (32)優先日 平3(1991)8月1日 (33)優先権主張国 日本(JP)Continuation of the front page (31) Priority claim number Japanese Patent Application No. 3-192410 (32) Priority Day Hei 3 (1991) August 1 (33) Priority claim country Japan (JP)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 InAsと異なる格子定数を有する基板と、 該基板表面上に配置され、InAsと実質的に格子整合し、
かつ Alx1Ga1-x1Asy1Sb1-y1, {0.21≦x1≦1.0 , 0.02≦y1≦0.22} 、 Alx2In1-x2Asy2Sb1-y2, {0.34≦x2≦1.0 , 0.09≦y2≦0.79} 、 Alx3In1-x3Py3Sb1-3y , {0.07≦x3≦1.0 , 0.06≦y3≦0.72} 、および Alx4Ga1-x4Py4Sb1-y4 , {0.13≦x4≦1.0 , 0.01≦y4≦0.18} 、 により定められる組成を有する薄膜の中から選ばれた少
なくとも一層の膜で形成された第1の化合物半導体層
と、 該第1の化合物半導体層の上に配置されたInAs層と、 該InAs層の上に配置され、該InAs層のInAsに実質的に格
子整合し、該InAsに比して大きなバンドギャップを有す
る第2の化合物半導体層と、 前記InAs層にオーミック接触する少なくとも一対のオー
ミック電極と、 該一対のオーミック電極間にあって前記第2の化合物半
導体の上に配置され、前記InAs層内の電流を制御するた
めの少なくとも一つのゲート電極とを有することを特徴
とする電界効果型トランジスタ。
1. A substrate having a lattice constant different from InAs, disposed on the surface of the substrate, and substantially lattice-matched to InAs.
And Al x1 Ga 1-x1 As y1 Sb 1-y1 , {0.21 ≦ x1 ≦ 1.0, 0.02 ≦ y1 ≦ 0.22}, Al x2 In 1-x2 As y2 Sb 1-y2 , {0.34 ≦ x2 ≦ 1.0, 0.09 ≦ y2 ≤ 0.79}, Al x3 In 1-x3 P y3 Sb 1-3y , {0.07 ≤ x3 ≤ 1.0, 0.06 ≤ y3 ≤ 0.72}, and Al x4 Ga 1-x4 P y4 Sb 1-y4 , {0.13 ≤ x4 ≦ 1.0, 0.01 ≦ y4 ≦ 0.18}, and a first compound semiconductor layer formed of at least one film selected from the thin films having a composition defined by: and disposed on the first compound semiconductor layer. An InAs layer formed on the InAs layer, a second compound semiconductor layer disposed on the InAs layer, substantially lattice-matched to InAs of the InAs layer, and having a band gap larger than that of the InAs layer; At least one pair of ohmic electrodes that are in ohmic contact with each other, and at least one gate electrode that is disposed between the pair of ohmic electrodes and is disposed on the second compound semiconductor and that controls the current in the InAs layer. Field effect transistor and having and.
JP07123192A 1991-03-28 1992-03-27 Field-effect transistor Expired - Lifetime JP3200142B2 (en)

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JP6498891 1991-03-28
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