JPS63312684A - 電界効果トランジスタ - Google Patents

電界効果トランジスタ

Info

Publication number
JPS63312684A
JPS63312684A JP14954187A JP14954187A JPS63312684A JP S63312684 A JPS63312684 A JP S63312684A JP 14954187 A JP14954187 A JP 14954187A JP 14954187 A JP14954187 A JP 14954187A JP S63312684 A JPS63312684 A JP S63312684A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
current path
region
layer
electrons
electron
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP14954187A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0546975B2 (ja
Inventor
Eiji Suematsu
英治 末松
Tatsuya Yamashita
山下 達哉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP14954187A priority Critical patent/JPS63312684A/ja
Publication of JPS63312684A publication Critical patent/JPS63312684A/ja
Publication of JPH0546975B2 publication Critical patent/JPH0546975B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/778Field 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
    • 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
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/0843Source or drain regions of field-effect devices
    • H01L29/0891Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with Schottky gate
    • 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
    • H01L29/20Semiconductor 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
    • H01L29/201Semiconductor 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
    • H01L29/205Semiconductor 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 in different semiconductor regions, e.g. heterojunctions

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、高速性に優れた電界効果トランジスタに関す
るものである。
〈従来の技術〉 n型半導体層を電流路とする電界効果トランジスタ(以
下FETと略記する)の高周波、高速特性はゲート電極
下の電流路(以下、ゲート電極下の電流路をチャネルと
記す)を走行する電子の走行時間を低減することで向上
することができる。
電子のチャネル走行時間の低減には、第1にチャネル長
を短くすること、第2にチャネル走行中の電子の平均速
度を大きくすることが有効である。
チャネル長を短くするためにゲート電極の細線化が図ら
れ、現在では電子ビーム露光技術をはじめ、さまざまな
サブミクロンプロセスの進歩により0.25μmのゲー
ト長を有したFETが再現性よく形成されるに至ってい
る。
一方、チャネル走行中の電子の平均速度を太き  。
くするために、Stより易動度が5〜6倍大きいGaA
sをチャネルに用いたショットキーゲート型F’ETが
古くから研究されており、現在ではゲート長0.5μm
程度の高周波用素子が市販され、更に高速論理素子用の
集積回路の研究が盛んに行われている。しかしながら、
上記のGaAsショットキーゲー゛グーFETでは多量
のドナー不純物を含むn型半導体層を電子が走行するた
め、電子が不純物散乱の影響を受けて易動度は約400
0cj/V’sse 。
飽和速度8 X 106cm/see程度にとどまり、
チャネル走行時間はチャネル長05μmの場合において
、7psecに制限される。°゛ チャネルを走行中の電子の平均速度をさらに大きくする
ために、ノンドープ高縄度のGaAs層の上にドナー不
純物をドープしたAtGaAs層を形成し、両者の間で
形成されるヘテロ接合界面のGaAs側に誘起される三
角ポテンシャルの底部に形成された2次元電子層をチャ
ネルとする構造の変調ドープ単一へテロ構造FET (
HFMTと呼称される)が考案され、多くの研究機関で
盛んに研究がなされている。上記単一へテロ構造FET
のチャネル電子の易動度は8000d/V−(8)、飽
和速度は1.2 X 10 ’ cm/set:程度に
達し、チャネル走行時間は同寸法のQaAsシッットキ
ーゲートグーETに比べ改善された。
さて近年、サブミクロンプロセス技術の進歩により0.
25μmのゲート長を有したFETが再現性よく形成さ
れるようになり、それらの研究が盛んに行われているこ
とは上記の通りである。チャネル長が0.25μmある
いはそれ以下のFETにおいては、チャネルを走行する
電子はほとんど散乱を受ける間もなくドレインに達する
、言わゆるニア−パリスティックな電子の輸送形態をと
る。このような場合は、電子の散乱機構を抑制すること
で得られる高い易動度や高い飽和速度によって、電子の
チャネル走行時間を大きく低減することは期待できず、
むしるソース側に静止した電子をチャネルに印加された
電界で最高速度に加速するために要する時間を短縮する
ことが重要であると考えられている。シミュレーシ璽ン
等の結果から、ソース側で静止した電子が最高速度に達
することに要する時間は約o、spsと言われている。
0.2μmのチャネル長を有するFETのチャネル走行
時間が2ps程度であることを考慮すれば、上記の電子
加速時間の占める割合は大きい。
以上のようなことに鑑みて、n+型のGaAtAsをソ
ース電極下に設け、n型GaAs層をチャネルとして有
し、n+型Ga Asをドレイン電極下に設は九FET
が考案されている。
上記のようなFETでは、電子がソースのn+領領域ら
チャネル領域に移る際に、A tG a A sとGa
Asの電子親和力の差によりヘテロ接合界面と垂直に形
成されたデルタ関数状の電界によって瞬時に加速され、
加速された電子(以下ホットな電子と称する)がチャネ
ル領域に注入されるので、静止した電子を最高速度に加
速するために要する時間よりも少ない時間で電子を最高
速度に達せしめることができる。従ってチャネルを走行
する電子の平均速度を高めることが期待できる。
〈発明が解決しようとする問題点〉 上記のようなホットな電子の注入機構を有するFETは
、飛曜的な高周波、高速性能の向上が期待されているに
もかかわらず、チャネルで電子が走行すべき方向と垂直
な面にGaAsとGaAtAsのへテロ接合界面を良好
に形成するに際して生ずるプロセス上の困難さを克服す
ることが出来ず、今だ実現には至っていない。
本発明は上記の点に鑑みて創案されたものであり、新規
なホットエレクトロン注入機構を備えた電界効果トラン
ジスタを提供することを目的としている。
く問題点を解決するだめの手段〉 上記の目的を達成するため、本発明は厚みが100A以
下である第1の半導体層と、この第1の半導体層よりも
電子親和力が小さく厚みが100A以下である第2の半
導体層とが、交互順次に積層されている積層体を電流路
として用いる電界効果トランジスタであって、上記の電
流路は電子走行に垂直な面を境界面として、この境界面
からみてソース電極側に位置する電流路の第1の部分と
、上記境界面からみてドレイン電極側に位置する電流路
の第2の部分とによって構成され、かつ、上記の電流路
の第1の部分を含み、電流路の第2の部分を含まない領
域に選択的にイオン注入を行うことによって形成された
上記の電流路の第1の部分を構成している積層体の構成
物質内での相互拡散を促進する相互拡散促進層を備えて
なるように構成している。
〈実施例〉 以下、本発明を実施例を挙げてより具体的に説明する。
第1図は本実施例によるFETの構造を示す断面図であ
る。
この第1図に示すFETでは、GaAs半絶縁性基板8
の上に分子線エピタキシャル法により、べQl−。
の厚さのノンドープ層のA LA s層la÷−+50
Aの厚さのSt ドープ(ドナー濃度I X 10”c
In−3)のQaAs層1b\が交互順次に積層されて
いる積層体1とを設けている。また、ソース電極10の
下部及びドレイン電極11の下部にSt被イオン注入領
域(ピーク濃度: lXl0 cm  ) (5と6)
をそれぞれはさんだ。この部分(5と6)はFETの電
流路として働くように構成した。また上記の電流路には
、0.25μmのゲート粂を有するゲート電極9のソー
ス電極10側の端面を含む(電流走行方向に)垂直な面
を境界面として、第1の部分2と第2の部分3とに部分
して、次のようなものを設けた。上記電流路の第1の部
分2を含み、電流路の第2の部分3を含まない領域4に
、相互拡散促進領域を設けた。
この相互拡散領域について以下に説明する。
GaAs7とAlAs1aのへテロ接合界面において、
Ga原子、及びAt原子の熱相互拡散の速度は、850
℃〜900℃の温度において、8×10〜8 X 10
” cd/gM、と極めて遅い。ところが上記のへテロ
構造にGaまたはAsの注入を施すことで、上記の熱相
互拡散の速度は数ケタ倍に促進されることは良く知られ
ている。
当該FETの作成過程を次に述べる。
第1図に示すような領域4にドーズ量5X1013σ′
″2のGa+イオン注入を施し、その後950℃で10
0秒のフラッシュランプアニールを行う。これを行うこ
とで、上記電流路の第1の部分2の積層体1を構成する
。このような構成とすることによって、n−GaAs層
とノンドープAtAs層との相互拡散を促進した領域を
設けることができた。
以下に当該FETがホットな電子の注入機構を有してお
り、高速性に優れたFETであることを説明する。
第2図に電流路の第1の部分2の基板面に垂直な方向の
エネルギー帯図な示す。また第3図に電流路の第2の部
分3の基板面に垂直な方向のエネルギー帯図を示す。
第2図及び第3図において、EC1,EC2は、それぞ
れGaAs 、 AjAsの伝導帯底のエネルギーレベ
ルを表わすものとする。上述に述べた積層体1は、厚み
が100A以下である電子親和力の大きい半導体と、厚
みが100A以上である電子親和力の小さい半導体とで
構成される。このような積層体に存在する電子は、トン
ネル効果により積層体の断面方向にも自由に動くことが
出来るため、第2図並びに第3図の斜線領域に示したよ
うなミニバンドを形成する。このミニバンドのエネルギ
ーレベルは、電子親和力の大きい半導体の膜厚と電子親
和力の大きさ、さらに電子親和力の小さい火 半導体の膜厚と電子親和力の大きさによって倶定される
ものである。ここで第2図、第3図のミニバントの最底
エネルギーレベルなE。とじている。
このミニバンドのエネルギーレベルについて説明する。
電流路の第1の部分2を構成する積層体には、相互拡散
の促進を図っているため、当該積層体を構成するGaA
s層は、Ga原子の流出とAt原子の混入により、電流
路の第2の部分を構成するGaAsJ!!よりも電子親
和力が小さくなる。また、当該積層体を構成するAtA
s層は、At原子の流出とGa原子の混入により、電流
路の第2の部分を構成するAtAs層よりも、電子親和
力が大きくなっている。従がって第2図及び第3図に示
され ′るEo−Eolの値は電流路の第1の部分2で
大きくなり、電流路の第2の部分3で小さくなる。
第4図にソース電極が接地され、適当なバイアス電圧が
ドレイン電極に印加されている場合にある当該FETの
電流路のエネルギーレベルE。1゜EO1EC2を示す
。またこの第4図には、静電ポテンシャルV(x)のソ
ースからの距taXに対する変化の様子を示す。
第4図において、領域2は電流路の第1の部分。
領域3は電流路の第2の部分を示すものであり、領域1
2は、チャネルの部分を示すものである。
第4図に示すように、電子の最低エネルギーレベルE。
は、領域2と領域3の境界で不連続的に下がる。これに
伴って電流路の静電ポテンシャルは上記の境界で不連続
的に上がる。ここで当該FETの電流路を走向する電子
は、上記の境界面を通過する際に次のような現象を起こ
す。上記の境界面を通過する電子は、静電場のとびによ
って生じているδ関数的電場によって瞬時に加速され、
ホットな電子となり、チャネルに注入される。従がって
、本構造のFETでは、チャネルのソース側に流れ込む
遅い電子を最高速度に達せしめるために要する時間を低
減することができ、チャネルを走行する電子の平均速度
を高めることができる。
〈発明の効果〉 本発明により、チャネルへのホットな電子の注入機構を
有するFETが実現され、高周波、高速性能等の動作特
性の良好なFETの製造が可能になる。また個別素子の
みならず集積回路及び、オプトエレクトロニクス関係へ
も応用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示寸断面図、第2図は本発
明の実施例における電流路の第1の領域の深さ方向での
エネルギー帯図、第3図は本発明の実施例における電流
路の第2の領域の深さ方向でのエネルギー帯図、第4図
は本発明の実施例における電流路の電子走行方向でのエ
ネルギー帯及び静電ポテンシャルの変化を示す図である
。 1・・・ノンドープのAtAs層とSiドープのGaA
s層の積層体、1a・・・ノンドープのAtA1層、l
b・・・SiドープのGaAs層、2・・・電流路の第
1の部分、3・・・電流路の第2の部分、4・・・Ga
+の被イオン注入領域、5・・・Si皺イオン注入領域
、6・・・St被イオン注入領域、7・・・ノンドープ
GaAs層、8・・・GaAs半絶縁性基板、9・・・
ゲート電極、10・・・ソース電極、11・・・ドレイ
ン電極、12・・・ゲート直下のチャネル領域。 代理人 弁理士 杉 山 毅 至(他1名)第1m が論I−嗣防Mす11

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、厚みが100Å以下である第1の半導体層と、該第
    1の半導体層よりも電子親和力が小さく厚みが100Å
    以下である第2の半導体層とが、交互順次に積層されて
    いる積層体を電流路として用いる電界効果トランジスタ
    であって、 該電流路は電子走行に垂直な面を境界面として、該境界
    面からみてソース電極側に位置する電流路の第1の部分
    と、該境界面からみてドレイン電極側に位置する電流路
    の第2の部分とによって構成され、 かつ、上記の電流路の第1の部分を含み、電流路の第2
    の部分を含まない領域に選択的にイオン注入を行うこと
    によって形成された上記電流路の第1の部分を構成して
    いる積層体の構成物質内での相互拡散を促進する相互拡
    散促進層を備えてなることを特徴とする電界効果トラン
    ジスタ。
JP14954187A 1987-06-16 1987-06-16 電界効果トランジスタ Granted JPS63312684A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14954187A JPS63312684A (ja) 1987-06-16 1987-06-16 電界効果トランジスタ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14954187A JPS63312684A (ja) 1987-06-16 1987-06-16 電界効果トランジスタ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS63312684A true JPS63312684A (ja) 1988-12-21
JPH0546975B2 JPH0546975B2 (ja) 1993-07-15

Family

ID=15477399

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP14954187A Granted JPS63312684A (ja) 1987-06-16 1987-06-16 電界効果トランジスタ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS63312684A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0539693A2 (en) * 1991-10-29 1993-05-05 Rohm Co., Ltd. Compound semiconductor device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0539693A2 (en) * 1991-10-29 1993-05-05 Rohm Co., Ltd. Compound semiconductor device
EP0539693A3 (ja) * 1991-10-29 1994-02-02 Rohm Co Ltd

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0546975B2 (ja) 1993-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH024140B2 (ja)
JPS59207667A (ja) 半導体装置
JPS5891682A (ja) 半導体装置
JPH01186683A (ja) 半導体装置
JPH0312769B2 (ja)
JPS6356710B2 (ja)
JPS63312684A (ja) 電界効果トランジスタ
JPS59184573A (ja) 電界効果トランジスタ
JPS6255314B2 (ja)
JPS61276269A (ja) ヘテロ接合型電界効果トランジスタ
JP3304343B2 (ja) 電界効果トランジスタ
JP2675925B2 (ja) Mos fet
JPH0311108B2 (ja)
JPH0546974B2 (ja)
JPH025438A (ja) 絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
JPS60136380A (ja) 半導体装置
JPH10163226A (ja) 半導体装置
JP2504442B2 (ja) 半導体素子
JPH02330A (ja) 電界効果トランジスタ
JPH0513462A (ja) 化合物半導体構造
JP3245657B2 (ja) ヘテロ接合型電界効果トランジスタ
JPH0219623B2 (ja)
JPH06295926A (ja) 電界効果トランジスタを含む半導体装置
JPH05102190A (ja) 化合物半導体ヘテロ接合ゲート電界効果トランジスタ
JPS60227479A (ja) 電界効果トランジスタ