JPS62211964A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPS62211964A
JPS62211964A JP5536386A JP5536386A JPS62211964A JP S62211964 A JPS62211964 A JP S62211964A JP 5536386 A JP5536386 A JP 5536386A JP 5536386 A JP5536386 A JP 5536386A JP S62211964 A JPS62211964 A JP S62211964A
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JP
Japan
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layer
semiconductor
semiconductor layer
type
semi
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Application number
JP5536386A
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Japanese (ja)
Inventor
Kunishige Oe
尾江 邦重
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPS62211964A publication Critical patent/JPS62211964A/en
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
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    • HELECTRICITY
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    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/778Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7786Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT
    • H01L29/7787Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT with wide bandgap charge-carrier supplying layer, e.g. direct single heterostructure MODFET

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Abstract

PURPOSE:To increase the transference of quadratic hole gas or quadratic electron gas produced on a hetero interface by a method wherein the grid constant of the second semiconductor layer laminated on the first semiconductor layer with the same grid constant as that of a semiconductor substrate is made smaller than that of the first semiconductor layer. CONSTITUTION:A P<-> type GaAs layer 2, a P-type Ga0.6In0.4P layer 3 are successively laminated on a semiinsulating GaAs substrate 1 while a gate electrode 5, a source electrode 6 and a drain electrode 7 are provided on the layer 3. Furthermore, the layer 3 is provided with smaller grid constant and wider forbidden band width than those of the layer 2 provided with the same grid constant that of the substrate 1. In such a constitution, a shrinkage stress is imposed on the layer 2 at the hetero interface between the layer 2 and the layer 3 to change the forbidden band structure, a charged electron band structure and a conductor structure. Resultantly, the quadratic hole gas and the quadratic electron gas produced on the hetero interface can be diminished to increase the transference thereof.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置に関し、特にヘテロ界面に形成さ
れる2次元正孔ガス又は2次元電子ガスを利用した半導
体装置に適用して有効な技術に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a semiconductor device, and particularly to a semiconductor device that utilizes two-dimensional hole gas or two-dimensional electron gas formed at a hetero interface. It's about technology.

〔従来技術〕[Prior art]

化合物半導体を用いて高速低消費電力の半導体装置を得
ようとする努力は従来から広くなされており、最近では
、ヘテロ界面に形成される2次元電子ガスを利用した電
界効果トランジスタ(Field 1Effect T
ransjstor、 F E T)が、例えばジャパ
ニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス
(Jpn、J、、Appl、Phys、)、第19巻、
第225頁(1980年)に記載されている。この2次
元電子ガスを利用したFETは、従来の半導体装置に比
べて。
Efforts to obtain high-speed, low-power semiconductor devices using compound semiconductors have been widely made in the past, and recently, field effect transistors (Field 1 Effect T
Ransjstor, FET), for example, Japanese Journal of Applied Physics (Jpn, J., Appl, Phys.), Vol. 19,
225 (1980). FETs that use this two-dimensional electron gas are different from conventional semiconductor devices.

その高移動度のために性能に改善が見られたが、電力を
多く消費するという欠点は改善することができなかった
Although their high mobility improved performance, the disadvantage of high power consumption could not be overcome.

近年、このような欠点を除去するために、2次元正孔ガ
スを用いたnチャネルFETを、2次元電子ガスを用い
たnチャネルFETと共に用いて相補型FETを構成す
ることにより、高速低消費電力の半導体装置を得る試み
がなされ、既にエレクトロニクス・レターズ(Elec
tronics Letters)、第21巻、第11
16頁(1985年)に、そのリング発振特性等の初歩
的な特性が報告されている。
In recent years, in order to eliminate such drawbacks, n-channel FETs using two-dimensional hole gas are used together with n-channel FETs using two-dimensional electron gas to form a complementary FET, which enables high-speed, low-power consumption. Attempts have been made to obtain power semiconductor devices and have already been published in Electronics Letters (Elec
tronics Letters), Volume 21, No. 11
16 (1985), basic characteristics such as ring oscillation characteristics are reported.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、上記文献で報告された相補型FETの動
作速度は遅く、不十分な性能のものである。これは、上
記相補型FETを構成する半導体層であるAlGa−A
s層とGaAs層とのへテロ界面に形成゛される2次元
正孔ガスの移動度が2次元電子ガスのそれに比してまだ
まだ小さく、このため2次元正孔ガスを用いたnチャネ
ルFETの性能が悪いためであった。
However, the operating speed of the complementary FET reported in the above literature is slow and has insufficient performance. This is the AlGa-A semiconductor layer that constitutes the complementary FET.
The mobility of the two-dimensional hole gas formed at the hetero interface between the s-layer and the GaAs layer is still smaller than that of the two-dimensional electron gas, and for this reason, it is difficult to develop an n-channel FET using the two-dimensional hole gas. This was due to poor performance.

本発明は、前記問題点を解決するためになされたもので
あり、その目的は、ヘテロ界面に形成される2次元正孔
ガス又は2次元電子ガスの有効質量を減少させ、移動度
を増大させることにより、高性能の半導体装置を得るこ
とにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to reduce the effective mass of the two-dimensional hole gas or two-dimensional electron gas formed at the hetero interface and increase the mobility. By doing so, the object is to obtain a high-performance semiconductor device.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろ
う。
The above and other objects and novel features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概
要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
A brief overview of typical inventions disclosed in this application is as follows.

すなわち、本発明は、半絶縁性基板上に設けられ、かつ
上記半絶縁性基板と実質的に同一の格子定数を有する低
不純物濃度の第1の半導体層と、上記第1の半導体層上
に設けられ、か?上記第1の半導体層よりも小さい格子
定数及び上記第1の半導体層よりも大きい禁止帯幅を有
する第2の半導体層とをそれぞれ具備することを最も主
要な特徴とする半導体装置である。
That is, the present invention provides a first semiconductor layer with a low impurity concentration provided on a semi-insulating substrate and having substantially the same lattice constant as the semi-insulating substrate, and a first semiconductor layer on the first semiconductor layer. Is it set up? The semiconductor device is characterized primarily by comprising a second semiconductor layer having a lattice constant smaller than that of the first semiconductor layer and a second semiconductor layer having a band gap larger than the first semiconductor layer.

これは、従来より製作されてきた、2次元正孔ガス又は
2次元電子ガスを用いたFET等の半導体装置において
は、半絶縁性基板とその上に積層された第1及び第2の
半導体層との格子定数が全て同じである層構造を用いて
いたのに比べて、根本的に異なる点である。
In conventionally manufactured semiconductor devices such as FETs using two-dimensional hole gas or two-dimensional electron gas, a semi-insulating substrate and first and second semiconductor layers laminated thereon are used. This is fundamentally different from the previous method, which used a layered structure in which all the lattice constants were the same.

本発明の層構造を採用することにより、第1の半導体層
と第2の半導体層とのへテロ界面で第1の半導体層に圧
縮応力が存在するためにその禁止帯構造及び価電子帯構
造又は伝導帯構造が変化し、このため上記へテロ界面に
形成される2次元正孔ガス又は2次元電子ガスの有効質
量が減少して移動度が大きくなる。これにより、この層
構造を利用した本発明の半導体装置の性能は、従来のも
のに比べて大幅に向上させることができる。
By adopting the layer structure of the present invention, compressive stress exists in the first semiconductor layer at the hetero interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, so that the forbidden band structure and the valence band structure are improved. Alternatively, the conduction band structure changes, so that the effective mass of the two-dimensional hole gas or two-dimensional electron gas formed at the hetero interface decreases, and the mobility increases. As a result, the performance of the semiconductor device of the present invention using this layered structure can be significantly improved compared to conventional devices.

上記圧縮応力により生ずる層構造の変化に起因する2次
元正孔ガスの有効質量の減少をamする試みは、既に、
アプライドパフィジックス・レターズ(Appl、、P
hys、Lett、 )、第46巻、第187頁(19
85年)において、GaAs / InGaAsのスト
レインド・レイヤー−スーパーラティス(Strain
ed−Layer 5uper−1attice)  
(歪の入った層から成る超格子)について報告されてい
る。この構造によりInGaAs中の2次元正孔ガスの
有効質量は確かに減少しているが、その移動度は従来の
値よりも小さなものであった。これは、GciAs基板
上にGaAsと格子定数の異なるInGaA>層を第1
の半導体層として成長させているために、格子定数の不
一致によりInGaAs層の結晶性が損なわれているた
めである。これに対し、本発明では、半絶縁性基板と第
1の半導体層とは格子定数が一致しているため、第1の
半導体層の結晶性及び第1の半導体層と第2の半導体層
とのへテロ界面の結晶性は優れていて、移動度の増大が
確認された。
Attempts have already been made to reduce the effective mass of the two-dimensional hole gas due to changes in the layer structure caused by the compressive stress.
Applied Physics Letters (Appl,,P
hys, Lett, ), Volume 46, Page 187 (19
In 1985), GaAs/InGaAs strained layer-superlattice
ed-Layer 5upper-1attice)
(a superlattice consisting of strained layers) has been reported. Although this structure certainly reduces the effective mass of the two-dimensional hole gas in InGaAs, its mobility was smaller than the conventional value. This is a first layer of InGaA with a different lattice constant from GaAs on a GciAs substrate.
This is because the InGaAs layer is grown as a semiconductor layer, and the crystallinity of the InGaAs layer is impaired due to a mismatch in lattice constants. On the other hand, in the present invention, since the semi-insulating substrate and the first semiconductor layer have the same lattice constant, the crystallinity of the first semiconductor layer and the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are the same. The crystallinity of the heterointerface was excellent, and an increase in mobility was confirmed.

〔作用〕[Effect]

上述のように、本発明によれば、第1の半導体層と第2
の半導体層とのへテロ界面で第1の半導体層に圧縮応力
が存在するためにその禁止帯構造及び価電子帯構造又は
伝導帯構造が変化し、このため上記へテロ界面に形成さ
れる2次元正孔ガス又は2次元電子ガスの有効質量が減
少して移動度が大きくなる。
As described above, according to the present invention, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer
Due to the presence of compressive stress in the first semiconductor layer at the hetero interface with the semiconductor layer, its forbidden band structure, valence band structure, or conduction band structure changes, and thus 2 The effective mass of the dimensional hole gas or the two-dimensional electron gas decreases and the mobility increases.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の一実施例髪図面を用いて具体的に説明す
る。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be specifically explained using hair drawings.

なお、実施例を説明するための全図において、同一機能
を有するものには同一符号を付け、その繰り返しの説明
は省略する。
In addition, in all the figures for explaining the embodiment, parts having the same functions are given the same reference numerals, and repeated explanations thereof will be omitted.

まず本発明をpチャネルFETに適用した第1実施例に
つき説明する。
First, a first embodiment in which the present invention is applied to a p-channel FET will be described.

第1図に示すように、第1実施例によるpチャネルFE
Tにおいては、半絶縁性GaAs基板1上に、低不純物
濃度のp−型GaAs層2及びBe (ベリリウム)等
のP型不純物がドープされたP型Gaa、r、InQ、
4 P層3が順次積層されている。このp型Gaa6I
n。4P層3は上記P−型GaAs層2よりも小さい格
子定数及び大きい禁止帯幅を有し、また、このP−型G
aAs層2は半絶縁性GaAs基板1と同一の格子定数
を有している。なおこれらのP−型GaAs層2及びp
型G、a e6In、4P層3は、分子線エピタキシャ
ル法(MBE法)、有機金属気相成長法(M OCV 
D法)等により成長させることができる。上記p−型G
aAs層2のうちの、このp−型GaAs層2とp型(
ja、6In、4P層3とのへテロ界面の近傍の部分に
は2次元正孔ガス4が形成されている。また、上記p型
Ga66Tne、+P層3には、ゲート電極5、ソース
電極6及びトレイン電極7がそれぞれ設けられでいる。
As shown in FIG. 1, the p-channel FE according to the first embodiment
In T, a p-type GaAs layer 2 with a low impurity concentration and a p-type Gaa, r, InQ, doped with a P-type impurity such as Be (beryllium) are formed on a semi-insulating GaAs substrate 1.
4 P layers 3 are sequentially laminated. This p-type Gaa6I
n. The 4P layer 3 has a smaller lattice constant and a larger forbidden band width than the P-type GaAs layer 2, and also has a larger forbidden band width than the P-type GaAs layer 2.
The aAs layer 2 has the same lattice constant as the semi-insulating GaAs substrate 1. Note that these P-type GaAs layers 2 and p
Type G, a e6In, 4P layer 3 is formed by molecular beam epitaxial method (MBE method), metal organic chemical vapor deposition method (MOCV).
D method) etc. can be used for growth. The above p-type G
Of the aAs layer 2, this p-type GaAs layer 2 and p-type (
A two-dimensional hole gas 4 is formed near the hetero interface with the ja, 6In, and 4P layer 3. Further, the p-type Ga66Tne, +P layer 3 is provided with a gate electrode 5, a source electrode 6, and a train electrode 7, respectively.

なお上記ソース電極6及びドレイン?!!極7は、P−
型GaAs層2の上部まで延びていて、2次元正孔ガス
4の両端にそれぞれ接続されている。
Note that the source electrode 6 and the drain? ! ! Pole 7 is P-
It extends to the top of the type GaAs layer 2 and is connected to both ends of the two-dimensional hole gas 4, respectively.

この第1実施例によれば、p−型GaAs層2のうちの
p型GanG:In0.4 P層3とのへテロ界面部分
には、既述のように圧縮応力が存在しているので、その
禁止帯幅が変化し、2次元正孔ガス4の有効質量が減少
して、その移動度は、P型Gao6In、4P層3の代
わりにAlGaAs層を用いた場合に比べて1.8倍に
増大した。このため、とのFETの性能を示す1〜ラン
スコンダクタンスも大幅に増大し、P型Ga、GIn、
、、 P層3の代わりにAlGaAs層を用いた場合に
比べて、1.6倍のトランスコンダクタンスが得られた
According to this first embodiment, compressive stress exists in the hetero interface portion of the p-type GaAs layer 2 with the p-type GanG:In0.4P layer 3, as described above. , the forbidden band width changes, the effective mass of the two-dimensional hole gas 4 decreases, and its mobility becomes 1.8 compared to when an AlGaAs layer is used instead of the P-type Gao6In, 4P layer 3. It has doubled. For this reason, the lance conductance, which indicates the performance of FETs, also increases significantly, and P-type Ga, GIn,
,, Compared to the case where an AlGaAs layer was used instead of the P layer 3, a transconductance 1.6 times was obtained.

次に、本発明をpチャネルFETに適用した第2実施例
につき説明する。
Next, a second embodiment in which the present invention is applied to a p-channel FET will be described.

第2図に示すように、第2実施例によるpチャネルFE
Tにおいては、半絶縁性InP基板8上に、この半絶縁
性InP基板8と同一の格子定数を有するノンドープの
Ga、4、Ino、、As層9と、このGa、4、In
o、53As層9よりも小さい格子定数及び大きい禁止
帯幅を有するノンドープのAl、、、Ino4As層1
0とが順次積層されている。これらのAlo、、 In
、4As層10及びGa11.47In0.53AS層
9中には、ゲート電極5に対してセルファラインにp型
半導体領域11が設けられている。なおこのP型半導体
領域11は、例えばゲート電極5をマスクとして例えば
Beのようなp型不純物をイオン注入し、次いでアニー
ルにより不純物の電気的活性化を行うことによって形成
することができる。
As shown in FIG. 2, the p-channel FE according to the second embodiment
In T, a non-doped Ga, 4, Ino, As layer 9 having the same lattice constant as the semi-insulating InP substrate 8 and this Ga, 4, In
o, Ino4As layer 1 of non-doped Al having a smaller lattice constant and larger band gap than the 53As layer 9
0 are sequentially stacked. These Alo,, In
, 4As layer 10 and Ga11.47In0.53AS layer 9, a p-type semiconductor region 11 is provided in a self-alignment line with respect to the gate electrode 5. Note that this P-type semiconductor region 11 can be formed by, for example, ion-implanting a p-type impurity such as Be using the gate electrode 5 as a mask, and then electrically activating the impurity by annealing.

この第2実施例によるpチャネルFETにおいては、ゲ
ート電極5の下方におけるA1.6In、4As層10
にはp型不純物がドープされていないため、第1実施例
によるpチャネルFETと異なり、ゲート電極5に電圧
を印加しない時には、Gal+、47’Ene、5aA
S層9とA1゜、、In、、、As層10とのへテロ界
面に2次元正孔ガス4は形成されていない。しかし、 
・ゲート電極5に負の電圧を印加することにより、上記
へテロ界面に2次元正孔ガス4を誘起することができる
。そして、第1実施例で述べたと同様な理由により、そ
の2次元正孔ガス4の移動度は。
In the p-channel FET according to the second embodiment, an A1.6In, 4As layer 10 below the gate electrode 5
is not doped with p-type impurities, so unlike the p-channel FET according to the first embodiment, when no voltage is applied to the gate electrode 5, Gal+, 47'Ene, 5aA
The two-dimensional hole gas 4 is not formed at the hetero interface between the S layer 9 and the A1°, , In, , As layer 10 . but,
- By applying a negative voltage to the gate electrode 5, two-dimensional hole gas 4 can be induced at the hetero interface. For the same reason as described in the first embodiment, the mobility of the two-dimensional hole gas 4 is as follows.

AI。6Inl14As層10の代わりに、Ga6.4
7In。53AS層9と同一の格子定数を有するAI、
l+、48 In、、、□AsJ’lを用いた場合に比
べ2.1倍にも増大し、このFETのトランスコンダク
タンスは1.8倍の値が得られた。
A.I. Instead of the 6Inl14As layer 10, Ga6.4
7In. 53 AI having the same lattice constant as the AS layer 9;
The transconductance of this FET was 2.1 times higher than when l+, 48 In, , □AsJ'l was used, and a value of 1.8 times higher was obtained.

次に本発明を、同一基板上に設けられたpチャネルFE
TとnチャネルFETとから成る相補型FETに適用し
た第3実施例につき説明する。
Next, the present invention is applied to a p-channel FE provided on the same substrate.
A third embodiment applied to a complementary FET consisting of a T-channel FET and an n-channel FET will be described.

第3図に示すように、第3実施例による相補型F’ET
においては、第2実施例と同様に、半絶縁性InP基板
8上にノンドープのGa14□Ini、5iAS層9と
ノンドープのA1゜5In114As層10とが順次積
層されている。そして、これらのGa647Ins、5
aAS層9及びA1.、、In、4As層10に、第2
実施例と同様な構成のnチャネルFET12が設けられ
ている。さらにこのnチャネルFET12に隣接して、
ゲート電極13、n型半導体領域14、ソース電極15
及びドレイン電極16がそれぞれ設けられ、これらによ
りnチャネルFET17が構成されている。
As shown in FIG. 3, the complementary F'ET according to the third embodiment
As in the second embodiment, a non-doped Ga14□Ini,5iAS layer 9 and a non-doped A1°5In114As layer 10 are sequentially laminated on a semi-insulating InP substrate 8. And these Ga647Ins, 5
aAS layer 9 and A1. ,, In, 4As layer 10, the second
An n-channel FET 12 having a configuration similar to that of the embodiment is provided. Furthermore, adjacent to this n-channel FET 12,
Gate electrode 13, n-type semiconductor region 14, source electrode 15
and a drain electrode 16 are provided, respectively, and constitute an n-channel FET 17.

なお、上記n型半導体領域14は、例えばゲート電極1
3をマスクとして例えばSi (シリコン)のようなn
型不純物をイオン注入し、次いでアニールにより不純物
の電気的活性化を行うことによって形成することができ
る。
Note that the n-type semiconductor region 14 is, for example, the gate electrode 1
3 as a mask, for example, N such as Si (silicon).
It can be formed by ion-implanting type impurities and then electrically activating the impurities by annealing.

上記nチャネルFET17においては、ゲート電極13
に電圧を印加しない時には、Gao、+□工ne、5a
As層9とA1.、jn、4As層10とのへテロ界面
に2次元電子ガスは形成されていないが、ゲート電極1
8に正の電圧を印加することにより2次元電子ガス18
を誘起することができる。この2次元電子ガス18が存
在している上記へテロ界面においてもGa、4. In
、、、 、 As層9には圧縮応力が存在しているので
2次元電子ガス18の移動度も変化を受けるが、圧縮応
力がない時と同程度以上の移動度を得ることが可能であ
る。
In the n-channel FET 17, the gate electrode 13
When no voltage is applied to , Gao, + □ ne, 5a
As layer 9 and A1. , jn, 4 Although no two-dimensional electron gas is formed at the hetero interface with the As layer 10, the gate electrode 1
By applying a positive voltage to 8, two-dimensional electron gas 18
can be induced. Also at the hetero interface where this two-dimensional electron gas 18 exists, Ga, 4. In
, , , Since compressive stress exists in the As layer 9, the mobility of the two-dimensional electron gas 18 also changes, but it is possible to obtain a mobility comparable to or higher than when there is no compressive stress. .

この第3実施例による相補型riTの性能は、nチャネ
ルFET17に比べて動作速度の遅いnチャネルFET
12の性能により決定されており、第2実施例で述べた
ようにnチャネルFET12の性能が1.8倍良くなる
ことにより、この分だけ相補型FETの高速化を図るこ
とができる。従って、高速低消費電力の相補型FETを
得ることができる。
The performance of the complementary riT according to the third embodiment is that the n-channel FET has a lower operating speed than the n-channel FET 17.
As described in the second embodiment, by improving the performance of the n-channel FET 12 by 1.8 times, the speed of the complementary FET can be increased by this amount. Therefore, a complementary FET with high speed and low power consumption can be obtained.

以上、本発明者によってなされた発明を上記実施例に基
づき具体的に説明したが、本発明は上述の第1〜第3実
施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない
範囲において、種々変形し得ることは勿論である。
As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically explained based on the above-mentioned embodiments, but the present invention is not limited to the above-mentioned first to third embodiments, and within the scope of the gist thereof, Of course, various modifications can be made.

例えば、第4図に示すように、第2実施例によるpチャ
ネルFETを構成する訂、、、In。、As層10の上
にノンドープのGa114□In、53As層19をキ
ャップ層として設け、このGae、*v Ing、s 
3 As層19の上にゲート電極5を設けた構造として
もよい。また第5図に示すように、第2実施例によるp
チャネルFETを構成するGao4t Ina、s 3
 As層9及びAl116In、4As層10の代わり
にp型A1゜、In、4As層20及びp型Gaa4t
Ina、5aAs層21を用いると共に、これらに溝2
2を設け、この溝22の底面にゲート電極5を設けた構
造とするこ妻もできる。
For example, as shown in FIG. 4, a p-channel FET according to the second embodiment is constructed by using an inverter. , a non-doped Ga114□In,53As layer 19 is provided as a cap layer on the As layer 10, and this Gae,*v Ing,s
3 It is also possible to have a structure in which the gate electrode 5 is provided on the As layer 19. Further, as shown in FIG. 5, p according to the second embodiment
Gao4t Ina, s 3 that constitutes the channel FET
p-type A1°, In, 4As layer 20 and p-type Gaa4t instead of As layer 9 and Al116In, 4As layer 10
Ina, 5aAs layers 21 are used, and grooves 2 are formed in these.
It is also possible to provide a structure in which a groove 22 is provided and a gate electrode 5 is provided on the bottom of the groove 22.

また、上述の第1実施例におけるp型Gae、5Ine
、iiP層3の代わりにGaInAs P層、GaIn
A1 P層又はGaInAlAs P層を用いることも
可能である。同様に、第2及び第3実施例におけるAl
、、、In、4As層10の代わりにAlGaInAs
層を用いることも可能である。
In addition, p-type Gae, 5Ine in the first embodiment described above
, ii GaInAs P layer instead of P layer 3, GaIn
It is also possible to use an A1 P layer or a GaInAlAs P layer. Similarly, Al in the second and third embodiments
, , AlGaInAs instead of In, 4As layer 10
It is also possible to use layers.

さらに、本発明は、2次元電子ガスを用いた単体のnチ
ャネルFETは勿論、FET以外の各種半導体装置にも
適用可能である。
Furthermore, the present invention is applicable not only to a single n-channel FET using two-dimensional electron gas but also to various semiconductor devices other than FETs.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以゛上説明したように、本発明によれば、第1の半導体
層と第2の半導体層とのへテロ界面に存在する圧縮応力
により、このヘテロ界面に形成される2次元正孔ガス又
は2次元電子ガスの移動度を高くすることができ、この
ため高性能の半導体装置を得ることができる。
As explained above, according to the present invention, compressive stress existing at the hetero interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer causes the two-dimensional hole gas or The mobility of two-dimensional electron gas can be increased, and therefore a high-performance semiconductor device can be obtained.

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

第1図は、本発明の第1実施例によるpチャネルFET
の断面図。 ゛ 第2図は、本発明の第2実施例によるpチャネルF
ETの断面図。 第3図は、本発明の第3実施例による相補型FETの断
面図、 第4図は、本発明の変形例によるpチャネルFETの断
面図、 第5図は、本発明の他の変形例によるpチャネルFET
の断面図である。 図中、1・・・半絶縁性GaAs基板、2・・・p−型
GaAs層、s −p型Ga、、 Inf14P層、4
・・2次元正孔ガス、5.13・・・ゲート電極、6,
15・・ソース電極、7.16・・・ドレイン電極、8
・・・半絶縁性InP基板、9.19 ”’Gao4t
Ina、53AS層、12− pチャネルFET、10
−A1.、、、In、4As層、17− nチャネルF
ET、18−2次元電子ガス、20− p型Al、6I
n、4As層、21− p型Ga6,47Inn、53
AS層である。
FIG. 1 shows a p-channel FET according to a first embodiment of the present invention.
Cross-sectional view.゛ FIG. 2 shows a p-channel F according to a second embodiment of the present invention.
A cross-sectional view of ET. FIG. 3 is a sectional view of a complementary FET according to a third embodiment of the invention, FIG. 4 is a sectional view of a p-channel FET according to a modification of the invention, and FIG. 5 is another modification of the invention. p-channel FET by
FIG. In the figure, 1... semi-insulating GaAs substrate, 2... p-type GaAs layer, sp-p type Ga, Inf14P layer, 4
...Two-dimensional hole gas, 5.13...Gate electrode, 6,
15... Source electrode, 7.16... Drain electrode, 8
...Semi-insulating InP substrate, 9.19"'Gao4t
Ina, 53 AS layer, 12- p-channel FET, 10
-A1. ,,,In, 4As layer, 17-n channel F
ET, 18-2-dimensional electron gas, 20- p-type Al, 6I
n, 4As layer, 21- p-type Ga6,47Inn, 53
This is the AS layer.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半絶縁性基板と、上記半絶縁性基板上に設けられ
、かつ上記半絶縁性基板と実質的に同一の格子定数を有
する低不純物濃度の第1の半導体層と、上記第1の半導
体層上に設けられ、かつ上記第1の半導体層よりも小さ
い格子定数及び上記第1の半導体層よりも大きい禁止帯
幅を有する第2の半導体層とをそれぞれ具備することを
特徴とする半導体装置。
(1) a semi-insulating substrate; a first semiconductor layer with a low impurity concentration provided on the semi-insulating substrate and having substantially the same lattice constant as the semi-insulating substrate; A semiconductor comprising a second semiconductor layer provided on a semiconductor layer and having a lattice constant smaller than that of the first semiconductor layer and a band gap larger than the first semiconductor layer. Device.
(2)上記半絶縁性基板がGaAs基板であり、上記第
1の半導体層がGaAs層であり、上記第2の半導体層
がGaInP層、GaInAsP層、GaInAlP層
又はGaInAlAsP層であることを特徴とする特許
請求の範囲第1項記載の半導体装置。
(2) The semi-insulating substrate is a GaAs substrate, the first semiconductor layer is a GaAs layer, and the second semiconductor layer is a GaInP layer, a GaInAsP layer, a GaInAlP layer, or a GaInAlAsP layer. A semiconductor device according to claim 1.
(3)上記半絶縁性基板がInP基板であり、上記第1
の半導体層がGa_0_._4_7In_0_._5_
3As層であり、上記第2の半導体層がAlInAs層
又はAlGaInAs層であることを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の半導体装置。
(3) the semi-insulating substrate is an InP substrate;
The semiconductor layer of Ga_0_. _4_7In_0_. _5_
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second semiconductor layer is an AlInAs layer or an AlGaInAs layer.
(4)上記半導体装置がpチャネル又はnチャネルの電
界効果トランジスタであることを特徴とする特許請求の
範囲第1項〜第3項のいずれか一項記載の半導体装置。
(4) The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the semiconductor device is a p-channel or n-channel field effect transistor.
(5)上記半導体装置が、pチャネルの電界効果トラン
ジスタとnチャネルの電界効果トランジスタとから成る
相補型電界効果トランジスタであることを特徴とする特
許請求の範囲第1項〜第3項のいずれか一項記載の半導
体装置。
(5) Any one of claims 1 to 3, wherein the semiconductor device is a complementary field effect transistor consisting of a p-channel field effect transistor and an n-channel field effect transistor. 1. The semiconductor device according to item 1.
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