JPS60223163A - 電界効果素子 - Google Patents
電界効果素子Info
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- JPS60223163A JPS60223163A JP7895584A JP7895584A JPS60223163A JP S60223163 A JPS60223163 A JP S60223163A JP 7895584 A JP7895584 A JP 7895584A JP 7895584 A JP7895584 A JP 7895584A JP S60223163 A JPS60223163 A JP S60223163A
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/201—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、S+−8tO,以外の半導体−絶縁膜界面で
良好な界面を得るための電界効果素子の構造を与えるも
のである。
良好な界面を得るための電界効果素子の構造を与えるも
のである。
(従来技術とその問題点)
S i −8iOs系は界面準位密度が低くほぼ理想的
な界面である。しかしStデバイスよシ高運のデバイス
を得るために、有効質量が小さく、キャリアの易動度の
大きい、Geや或はGaAs等のI−V族半導体で、集
積回路を作ろうとすると、界面状態の少ない絶縁膜の組
合せが得られない。このことが、これらの半導体を集積
化する上で大きな障害となっている。
な界面である。しかしStデバイスよシ高運のデバイス
を得るために、有効質量が小さく、キャリアの易動度の
大きい、Geや或はGaAs等のI−V族半導体で、集
積回路を作ろうとすると、界面状態の少ない絶縁膜の組
合せが得られない。このことが、これらの半導体を集積
化する上で大きな障害となっている。
一方、例えばAlXGa 1−xAll−GaAII
(x = 0.3 )のへテロ接合では、界面はP!は
理想的な特性を示すが、Ad xGa t−1層が完全
な絶縁膜ではないために、界面に乗置方向に電流が流れ
る。このためG aA s系で理想的な界面を得るため
の一つの方法として、第1図−(1)に示すようなMe
ta I S 10 s −Al x Ga 5−x
A m −G aA s構造が考えられた。GaAs基
板1の上にAJxGa t−XAs層2をエピタキシア
ル成長し、その上に酸化膜5tO13を成長する。この
上に金属電極4を形成する。第1図−(2)にエネルギ
バンド構造を示す。半導体基板1の伝導帯5、価電子帯
6.7工ルミ準位7、半導体@2の伝導帯7、価電子帯
8、絶縁@3の伝導帯9、価電価子帯10の形を電極4
に正のバイアスを印加し、電極4のフェルミ準位11が
、基板のフェルミ準位7に対して低い位置にある場合に
ついて示している。この構造では電極4へのバイアスに
よって半導体1と2の界面12にチャンネル13が形成
され、電界効果トランジスターとして動作させることが
出来る。界面12はエピタキシアル技術によって界面準
位密度の低い理想的な界面が形成される。ところで、絶
縁膜3がなく、半導体膜2のみが存在する時には、電子
13が、半導体2を通って電極4にリークするが、第1
図−(2)のように絶縁絶縁膜3を半導体膜2とゲート
電極4の間にはさむことによって、このリーク電流をカ
ットすることが出来る。こうして、G a A @の高
易動度を利用した高速のM I S (Metal−I
ngnlator−Semiconductor )電
界効果トランジスターが構成される。
(x = 0.3 )のへテロ接合では、界面はP!は
理想的な特性を示すが、Ad xGa t−1層が完全
な絶縁膜ではないために、界面に乗置方向に電流が流れ
る。このためG aA s系で理想的な界面を得るため
の一つの方法として、第1図−(1)に示すようなMe
ta I S 10 s −Al x Ga 5−x
A m −G aA s構造が考えられた。GaAs基
板1の上にAJxGa t−XAs層2をエピタキシア
ル成長し、その上に酸化膜5tO13を成長する。この
上に金属電極4を形成する。第1図−(2)にエネルギ
バンド構造を示す。半導体基板1の伝導帯5、価電子帯
6.7工ルミ準位7、半導体@2の伝導帯7、価電子帯
8、絶縁@3の伝導帯9、価電価子帯10の形を電極4
に正のバイアスを印加し、電極4のフェルミ準位11が
、基板のフェルミ準位7に対して低い位置にある場合に
ついて示している。この構造では電極4へのバイアスに
よって半導体1と2の界面12にチャンネル13が形成
され、電界効果トランジスターとして動作させることが
出来る。界面12はエピタキシアル技術によって界面準
位密度の低い理想的な界面が形成される。ところで、絶
縁膜3がなく、半導体膜2のみが存在する時には、電子
13が、半導体2を通って電極4にリークするが、第1
図−(2)のように絶縁絶縁膜3を半導体膜2とゲート
電極4の間にはさむことによって、このリーク電流をカ
ットすることが出来る。こうして、G a A @の高
易動度を利用した高速のM I S (Metal−I
ngnlator−Semiconductor )電
界効果トランジスターが構成される。
しかしながらこの構造では、半導体層2と絶縁膜3の間
の界面14にチャンネル電子15がわずかながら形成さ
れ、ゲートを深くバイアスする時は、ここに多量の電子
が蓄積される可能性がある。
の界面14にチャンネル電子15がわずかながら形成さ
れ、ゲートを深くバイアスする時は、ここに多量の電子
が蓄積される可能性がある。
すると一定のゲート電圧に対して、チャンネル13にあ
る電子が減るから、FEτのトランスコンダクタンスが
減少し、性能が落ちる。
る電子が減るから、FEτのトランスコンダクタンスが
減少し、性能が落ちる。
(発明の目的)
本発明の目的はこの問題点を解決する構造の電界効果素
子を提供することである。
子を提供することである。
(発明の構成)
本発明は、半導体基板上に、基板よシ広いバンドギャッ
プの半導体膜が形成され、その上に絶縁膜が形成され更
にその上にゲート電極が設けられた電界効果素子におい
て、絶縁膜に接する半導体膜の伝導帯の底あるいは価電
子帯の上端の傾きが基板側へ向くように連続的に変わっ
ていることを特徴とする電界効果素子である。
プの半導体膜が形成され、その上に絶縁膜が形成され更
にその上にゲート電極が設けられた電界効果素子におい
て、絶縁膜に接する半導体膜の伝導帯の底あるいは価電
子帯の上端の傾きが基板側へ向くように連続的に変わっ
ていることを特徴とする電界効果素子である。
(実施例)
第2図は本発明の第1の実施例を示す図である。
第2図−(1)に本発明で提案する構造を示す。第1図
に示した従来の素子構造との違いは、半導体膜2′ の
構成にある。従来の構造では第1図の半導体膜2が、A
JI、Ga 、−xAsで例えばx=0.3の均一な混
晶を用いていた。このため、第1図−(2)のバンド図
でA匂Gm 、−xAsの伝導帯7と価電子帯8のギャ
ップが一様である。ところで、第2図−(2)の半導体
膜2′ではAlx Ga t−x A sの混晶の組成
比Xを連続的に変えて行く、このような構造は例えば分
子線エピタキシアル技術でAllとGaの分子線の比を
コントロールすることによって実現出来る。即ち界面1
2の近くでは組成比x=0.3とし、界面16の近傍で
はx=1となるようKする。すると半導体膜A#xGa
1−XAs (x=0.3〜1 ) 12’のバンド
構造は、第2図−(2)に示すように、伝導帯7′と制
電帯8′のようになシ、バンドギャップは界面12から
界面16へ近づくにつれて漸次広くなっている。逆に言
えば伝導帯の底が基板へ向かって傾斜している。この構
造では、ゲートに正のバイアスを印加した場合でも、伝
導帯7′は図で右下りになっておシ、第1図−(2)の
15のようなチャンネルは形成されない。従って第1図
の従来例のようなチャンネル電子13の損失はない。こ
うしてチャンネル電子の損失のないダイオードが形成さ
れる。
に示した従来の素子構造との違いは、半導体膜2′ の
構成にある。従来の構造では第1図の半導体膜2が、A
JI、Ga 、−xAsで例えばx=0.3の均一な混
晶を用いていた。このため、第1図−(2)のバンド図
でA匂Gm 、−xAsの伝導帯7と価電子帯8のギャ
ップが一様である。ところで、第2図−(2)の半導体
膜2′ではAlx Ga t−x A sの混晶の組成
比Xを連続的に変えて行く、このような構造は例えば分
子線エピタキシアル技術でAllとGaの分子線の比を
コントロールすることによって実現出来る。即ち界面1
2の近くでは組成比x=0.3とし、界面16の近傍で
はx=1となるようKする。すると半導体膜A#xGa
1−XAs (x=0.3〜1 ) 12’のバンド
構造は、第2図−(2)に示すように、伝導帯7′と制
電帯8′のようになシ、バンドギャップは界面12から
界面16へ近づくにつれて漸次広くなっている。逆に言
えば伝導帯の底が基板へ向かって傾斜している。この構
造では、ゲートに正のバイアスを印加した場合でも、伝
導帯7′は図で右下りになっておシ、第1図−(2)の
15のようなチャンネルは形成されない。従って第1図
の従来例のようなチャンネル電子13の損失はない。こ
うしてチャンネル電子の損失のないダイオードが形成さ
れる。
第3図に本発明の第2の実施例を示す。p型単結晶Ga
As基板1にp型不純物(例えばZn)を素子分離領域
22に選択的にイオン注入する(注入エネルギー50
ke V、ドーズ量I X 16”ts−” )。
As基板1にp型不純物(例えばZn)を素子分離領域
22に選択的にイオン注入する(注入エネルギー50
ke V、ドーズ量I X 16”ts−” )。
しかる後、N型ソース・ドレーンとなるべき領域16.
17にN型不純物(例えばSe)をイオン注入しくエネ
ルギー50keV、ドーズ量5刈Q”n−”) 。
17にN型不純物(例えばSe)をイオン注入しくエネ
ルギー50keV、ドーズ量5刈Q”n−”) 。
約700tでアニールして、イオン注入したドナー及び
アクセプターを活性化する。
アクセプターを活性化する。
次にAI xG a 1−xA s 2 ’を組成比X
を連続的に変えながら成長する。次に絶縁膜SI0.3
をスパッター法で成長し、ゲート電極4を1’で形成す
る。
を連続的に変えながら成長する。次に絶縁膜SI0.3
をスパッター法で成長し、ゲート電極4を1’で形成す
る。
更に絶縁層3′を形成し、ソース・ドレーンにコンタク
ト18.19を開口し、AI電極2o及び21を形成す
る。以上の工程によって、電界効果トランジスタが出来
る。このトランジス&ハケート電極直下が第2図で示し
た第1の実施例の構造となっておシ、半導体膜2′のバ
ンドギャップが第2図−(2)のように連続的に変化し
ている。従つて、第1図−(2)の15のような余計な
チャンネルが形成されず、全ての電子が第2図−(2)
のチャンネル13に集中される。従って電子密度の損失
がなく、トランスコンダクタンスの大きいトランジスタ
が実現出来る。
ト18.19を開口し、AI電極2o及び21を形成す
る。以上の工程によって、電界効果トランジスタが出来
る。このトランジス&ハケート電極直下が第2図で示し
た第1の実施例の構造となっておシ、半導体膜2′のバ
ンドギャップが第2図−(2)のように連続的に変化し
ている。従つて、第1図−(2)の15のような余計な
チャンネルが形成されず、全ての電子が第2図−(2)
のチャンネル13に集中される。従って電子密度の損失
がなく、トランスコンダクタンスの大きいトランジスタ
が実現出来る。
第3図の実施例ではp型のGaAs基板を用いているが
、半絶縁性のGaA+q基板の上にn型G a A s
を成長し、適描な素子間分離を行ったものでもよい。
、半絶縁性のGaA+q基板の上にn型G a A s
を成長し、適描な素子間分離を行ったものでもよい。
第3図の実施例では、トランジスタを集積化した時に、
トランジスタ間の分離領域にもゲート領域と同様に、バ
ンドギャップが連続的に変る半導体層2′と絶縁膜層3
を用いている。更に絶縁膜層3′を厚く形成している。
トランジスタ間の分離領域にもゲート領域と同様に、バ
ンドギャップが連続的に変る半導体層2′と絶縁膜層3
を用いている。更に絶縁膜層3′を厚く形成している。
このような構造によって素子間の分離を完全に行なうこ
とが出来る。
とが出来る。
更にp型不純物層22を用いれば、素子間分離は完全に
なるので、必要に応じてp層をつけ加えることも出来る
。
なるので、必要に応じてp層をつけ加えることも出来る
。
第3図の実施例ではp型の単結晶G a A tx基板
を用いているが1.半絶縁性の単結晶G a A a基
板の上にn型G a A s層をエピタキシャル成長し
、n型GaAs層の素子分離領域にプロトンを選択的に
イオン注入することによって素子分離を行ってもよい。
を用いているが1.半絶縁性の単結晶G a A a基
板の上にn型G a A s層をエピタキシャル成長し
、n型GaAs層の素子分離領域にプロトンを選択的に
イオン注入することによって素子分離を行ってもよい。
第4図は本発明Q第3の実施例である。p型G aA
s基板1に、第2図及び第3図の実施例と同様の方法に
よってAlXGa 1−xAs膜2’ (x=0.3〜
l )と絶縁膜3を形成する。第1回目のAl蒸着とパ
タニングで、AIlゲート23形成し、第2回目のAl
蒸着とパタニングでAIlゲート24形成する。各ゲー
トを・−1,φ1.φ、、−4の4相のクロック信号で
駆動することによって電荷転送デバイス(Charge
Coupled+CIBvicir、CCD )が構
成される。AIlゲート2324を第4図−(1)のよ
うに密接して形成するにはいくつかの方法が知られてい
る。第4図−(2)に−例を示すが、これは公知である
。先ずG a A s基板lの上にA#XGa 、−X
As Ml 2’及び絶縁膜3を形成後、Al蒸着し、
レジスト層を塗布してパタニングを行ない、レジストを
マスクにしてAt’をエツチングする。すると第4ml
−(2>のlゲート23及びレジスト層25が形成さ
れる。
s基板1に、第2図及び第3図の実施例と同様の方法に
よってAlXGa 1−xAs膜2’ (x=0.3〜
l )と絶縁膜3を形成する。第1回目のAl蒸着とパ
タニングで、AIlゲート23形成し、第2回目のAl
蒸着とパタニングでAIlゲート24形成する。各ゲー
トを・−1,φ1.φ、、−4の4相のクロック信号で
駆動することによって電荷転送デバイス(Charge
Coupled+CIBvicir、CCD )が構
成される。AIlゲート2324を第4図−(1)のよ
うに密接して形成するにはいくつかの方法が知られてい
る。第4図−(2)に−例を示すが、これは公知である
。先ずG a A s基板lの上にA#XGa 、−X
As Ml 2’及び絶縁膜3を形成後、Al蒸着し、
レジスト層を塗布してパタニングを行ない、レジストを
マスクにしてAt’をエツチングする。すると第4ml
−(2>のlゲート23及びレジスト層25が形成さ
れる。
次にレジストを被覆したま4Agをシュウ酸で陽極化成
を行ない、アルミナ膜27をゲート23の側面に形成す
る。しかる後に、A4をもう一度蒸着すると、AIは第
4図−(2)のようにレジストの段差によって24と2
6に分断される。そのあとレジスト25を除去し、絶縁
膜をカッぐ−すると、第4図−(1)の構造が出来る。
を行ない、アルミナ膜27をゲート23の側面に形成す
る。しかる後に、A4をもう一度蒸着すると、AIは第
4図−(2)のようにレジストの段差によって24と2
6に分断される。そのあとレジスト25を除去し、絶縁
膜をカッぐ−すると、第4図−(1)の構造が出来る。
以上、SiO,/A匂Ga 1−XA@/GaAsを例
として述べて来たが、本発明の考え方は十分に一般的な
ものであって、この材料の組合せのみに限定されるもの
ではなく、広い材料の組合せについて成立するものであ
る。又半導体基板としてはn型、p型。
として述べて来たが、本発明の考え方は十分に一般的な
ものであって、この材料の組合せのみに限定されるもの
ではなく、広い材料の組合せについて成立するものであ
る。又半導体基板としてはn型、p型。
真性半導体のいずれに対しても成立し、又チャンネル性
の伝導キャリアとして電子のみでなく、正孔についても
成立する。正孔の場合は第2図−(2)の半導体膜の価
電子帯の上端が基板へ向かって傾斜していればよい。又
以上の例は、半導体においては単結晶について述べたが
、考え方そのものは、非晶質の半導体にも拡張し得るも
のである。
の伝導キャリアとして電子のみでなく、正孔についても
成立する。正孔の場合は第2図−(2)の半導体膜の価
電子帯の上端が基板へ向かって傾斜していればよい。又
以上の例は、半導体においては単結晶について述べたが
、考え方そのものは、非晶質の半導体にも拡張し得るも
のである。
第1図(1)は半導体−半導体一絶縁膜−ゲート構造の
ダイオードの断面図。第1図(2)は第1図(1)のダ
イオードのバンド構造図。 第2図(1)は半導体−半導体一絶縁膜−ゲート構造の
ダイオードの断面図。第2図(2)は第2図(1)のダ
イオードのバンド構造図。 第3図は第2図の構造をゲート部に持つ電界効果トラン
ジスタの断面図。 第4図(1) 、 (2)は第2図の構造をゲート部に
持つCOD素子の断面図。 1・・・半導体基板、2 、2<−・・半導体膜、3・
・・絶縁膜、4・・・ゲート電極。 第1図 第2図 第3図 一3′ 第4図(1) 3 一2′ 第4図(2) 27 27 23 27 27
ダイオードの断面図。第1図(2)は第1図(1)のダ
イオードのバンド構造図。 第2図(1)は半導体−半導体一絶縁膜−ゲート構造の
ダイオードの断面図。第2図(2)は第2図(1)のダ
イオードのバンド構造図。 第3図は第2図の構造をゲート部に持つ電界効果トラン
ジスタの断面図。 第4図(1) 、 (2)は第2図の構造をゲート部に
持つCOD素子の断面図。 1・・・半導体基板、2 、2<−・・半導体膜、3・
・・絶縁膜、4・・・ゲート電極。 第1図 第2図 第3図 一3′ 第4図(1) 3 一2′ 第4図(2) 27 27 23 27 27
Claims (1)
- 半導体基板上に、基板よシ広いバンドギャップの半導体
膜が形成され、その上に絶縁膜が形成され、更にその上
にゲート電極が設けられ水電界効果素子において、絶縁
膜に接する半導体膜の伝導帯の底あるいは価電子帯の上
端の傾きが基板側へ向くように連続的に変わっているこ
とを特徴とする電界効果素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7895584A JPS60223163A (ja) | 1984-04-19 | 1984-04-19 | 電界効果素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7895584A JPS60223163A (ja) | 1984-04-19 | 1984-04-19 | 電界効果素子 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60223163A true JPS60223163A (ja) | 1985-11-07 |
Family
ID=13676307
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7895584A Pending JPS60223163A (ja) | 1984-04-19 | 1984-04-19 | 電界効果素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS60223163A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011027577A1 (ja) * | 2009-09-07 | 2011-03-10 | 住友化学株式会社 | 電界効果トランジスタ、半導体基板、電界効果トランジスタの製造方法及び半導体基板の製造方法 |
-
1984
- 1984-04-19 JP JP7895584A patent/JPS60223163A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011027577A1 (ja) * | 2009-09-07 | 2011-03-10 | 住友化学株式会社 | 電界効果トランジスタ、半導体基板、電界効果トランジスタの製造方法及び半導体基板の製造方法 |
JP2011077516A (ja) * | 2009-09-07 | 2011-04-14 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 電界効果トランジスタ、半導体基板及び電界効果トランジスタの製造方法 |
US8779471B2 (en) | 2009-09-07 | 2014-07-15 | Sumitomo Chemical Company, Limited | Field-effect transistor, semiconductor wafer, method for producing field-effect transistor and method for producing semiconductor wafer |
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