JPS6352484A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPS6352484A
JPS6352484A JP19538086A JP19538086A JPS6352484A JP S6352484 A JPS6352484 A JP S6352484A JP 19538086 A JP19538086 A JP 19538086A JP 19538086 A JP19538086 A JP 19538086A JP S6352484 A JPS6352484 A JP S6352484A
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JP
Japan
Prior art keywords
layer
electron
electrons
inflection point
type
Prior art date
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Pending
Application number
JP19538086A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshifumi Katayama
片山 良史
Yasuhiro Shiraki
靖寛 白木
Tsuneo Ichiguchi
市口 恒雄
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to JP19538086A priority Critical patent/JPS6352484A/en
Publication of JPS6352484A publication Critical patent/JPS6352484A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To realize an ultra-high-speed operation by a method wherein a cyclic structure is provided along at least one layer among a semiconductor layer, an insulating layer and a conductive layer and, at this cyclic structure, the effective mass of an electron which is related to the movement in the direction along the direction of this layer can be either positive or negative depending on the energy of the electron. CONSTITUTION:The cross section parallel to the source-drain direction, i.e., the channel direction, at an n type GaAs layer 6 is shaped like a cyclic structure along the same direction. The concentration of electrons in a two-dimensional electron layer 12 appearing near the interface between an undoped GaAs layer 4 and an n type Al0.3Ga0.7As layer 5 is modulated by the cycle, and the potential applied to these electrons becomes a cyclic potential. If a gate voltage is scanned at this time, the Fermi level is increased gradually and reaches an inflection point as shown by A, A', B, B', etc. Before and after the inflection point the effective mass of the electron changes from a positive state to a negative one. Therefore, when the Fermi level passes through the inflection point, the electron which has been accelerated so far is affected by the acceleration acting in the reverse direction and the speed is slowed down.

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係り、特に超高周波で動作する半
導体装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device, and particularly to a semiconductor device that operates at ultra-high frequencies.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来の電界効果トランジスタ(以下、FETと略記する
)の動作限界を超える超高移動度FETの考案が、榊(
H,5akaki )によって、ジャバニース・ジャー
ナル・オブ・アプライド・フィジックス・レターズ第2
1巻 第L381頁(1982年)(Jpn、 J、 
Appl、 Phys、 Lett、 2よ(1982
) L 381)に論じられている。彼らはFETのチ
ャンネル中の電子密度Nを変化させることなく、その走
行速度■(または移動度μ)を外部信号に応じて変える
方式のトランジスタ構造を提案し、これを速度変調トラ
ンジスタV M Tと名付けた。彼らによれば、このト
ランジスタではチャンネル中の電子数を変える必要がな
いので、走行時間の制約がなくなるので高速応答が可能
になるとしている。さらに彼らは、これを実現する手段
としてダブル・ペテロ構造を駆使して、移動度の異なる
二つの平行するチャンネルを生じさせ、この二つのチャ
ンネル間を電子を移動させる方法を明示している。
The idea of an ultra-high mobility FET that exceeds the operating limits of conventional field effect transistors (hereinafter abbreviated as FET) was developed by Sakaki (
H, 5akaki), Javanese Journal of Applied Physics Letters No. 2
Volume 1, page L381 (1982) (Jpn, J.
Appl, Phys, Lett, 2 (1982
) L 381). They proposed a transistor structure in which the traveling speed (or mobility μ) of the FET could be changed in response to an external signal without changing the electron density N in the channel, and called this a speed modulation transistor VMT. I named it. According to them, this transistor does not require changing the number of electrons in the channel, which eliminates transit time constraints and enables high-speed response. Furthermore, they demonstrated a method for achieving this by making full use of the double Peter structure, creating two parallel channels with different mobilities, and allowing electrons to move between these two channels.

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

しかしながら彼らの考察の構造では、電子が上記二つの
チャンネル間を移動するには、エネルギー的に高い障壁
をもつ層をトンネル効果等によって通り抜けるか、又は
電界により加速されてこのエネルギー障壁を乗り越える
ことができるエネルギーを得ることが必要であり、期待
通りの高速動作を実現する状況をつくり出すのは極めて
困難であると考えられる。
However, in the structure considered by them, in order for electrons to move between the above two channels, they must either pass through a layer with a high energy barrier by tunneling, etc., or be accelerated by an electric field and overcome this energy barrier. It is necessary to obtain as much energy as possible, and it is thought to be extremely difficult to create a situation where the expected high-speed operation can be achieved.

本発明の目的は、上記の回着を取り除き、チャンネル内
の電子の移動度を効果的に変調する手段を提供すること
にある。
An object of the present invention is to provide a means for eliminating the above-mentioned coupling and effectively modulating the mobility of electrons within a channel.

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

まず、本発明の詳細な説明するために、第2図(a)に
示すように、電子親和度χの異なる二種類の半導体層1
,2を超格子状に積層した場合を考える。
First, in order to explain the present invention in detail, two types of semiconductor layers 1 having different electron affinities χ are used as shown in FIG.
, 2 are stacked in a superlattice.

半導体層1.2の電子親和度χおよび厚さをそれぞれ、
χ1.χ1+a*bとした場合、積層半導体層内の伝導
電子の感じる実効的な静電ポテンシャルは、第2図(b
)に示すようになる。すなわち、そのポテンシャルは、
その厚さ方向(矢印A方向)に沿って深さV o ”χ
1−χ2の周期的ポテンシャルである。その電子エネル
ギーEは、第3図に模式的に示すような構造になること
は、クローニツヒおよびベニ−によって論じられている
ように周知のことである。(アール・ドウ・エル・クロ
ーニツヒ(R,de L、にronig )およびダブ
りニー・ジー・ベニ−(W、 G、 Panney)に
よるプロスイーディンゲス オブ ロイアル ソサイエ
テイ オブ ロンドン)  (Proceedings
 of RoyalSociety of Londo
n ) 、第A130巻(1931年)第499頁)電
子エネルギーEと電子の波数にの関係を示す第3図から
明らかなように、図中、A。
The electron affinity χ and the thickness of the semiconductor layer 1.2 are respectively,
χ1. When χ1+a*b, the effective electrostatic potential felt by conduction electrons in the stacked semiconductor layer is shown in Figure 2 (b
). In other words, its potential is
The depth V o ”χ along the thickness direction (direction of arrow A)
It is a periodic potential of 1-χ2. It is well known that the electron energy E has a structure as schematically shown in FIG. 3, as discussed by Kronig and Benny. (Proceedings of the Royal Society of London by R. de L. Kronig and W. G. Panney)
of Royal Society of London
n), Vol. A130 (1931, p. 499)) As is clear from Figure 3, which shows the relationship between electron energy E and electron wave number, A in the figure.

A’ 、B、B’等で示した点が、E−に曲線の変曲点
になっていることがわかる。(この波数にと運#J:i
Pは、ブランクの定数りを2πで除したh=h/2πを
用い、P=hkの関係にある。)−方、固体物理学の教
科書1例えば、シー・キラチル(C,Kittal )
著(宇野、津屋、山下訳)「固体物理学入門上」 (丸
善株式会社、1981年出版)第205頁に論じられて
いるように、固体内の電子の有効質量msはE−に曲線
を用い、次の関係式で与えられる。
It can be seen that the points indicated by A', B, B', etc. are the inflection points of the curve at E-. (Luck with this wave number #J:i
P uses h=h/2π, which is obtained by dividing the blank constant ri by 2π, and has the relationship P=hk. ) - Method, Solid State Physics Textbook 1 For example, Kittal (C, Kittal)
As discussed in "Introduction to Solid State Physics" (Translated by Uno, Tsuya, and Yamashita), page 205 (published by Maruzen Co., Ltd., 1981), the effective mass of electrons in a solid, ms, is expressed by the curve E-. It is given by the following relational expression.

1  1  82E me  h”  ak” この関係式から、第3図に示すA、A’等変曲点の近く
では、電子の有効質i m *が非常に大きくなる。ま
た、これらの変曲点A、A’ よりエネルギーの大きな
ところではE−に曲線は上に凸であり、このE−に曲線
が上に凸な範囲では、上式より電子の有効質mm*が負
であることがわかる。
1 1 82E me h"ak" From this relational expression, the effective quality of electrons i m * becomes very large near the points of inflection A and A' shown in FIG. 3. Furthermore, at points where the energy is greater than these inflection points A and A', the curve at E- is upwardly convex, and in the range where the curve at E- is upwardly convex, from the above equation, the effective mass of electrons mm* It turns out that is negative.

すなわち変曲点A、A’ の前後で電子の有効質量の符
号が変化していることがわかる。同様な状況は変曲点B
、B’ の前後においても生じている。
That is, it can be seen that the sign of the effective mass of the electron changes before and after the inflection points A and A'. Similar situation is inflection point B
, B' also occur before and after.

このことを電子のM’EJ方程式にもどって考えると、
同じ電界が作用した場合この変曲点の上、下のエネルギ
ーの電子が受ける加速度は反対の符号であることが容易
に分る。
If we return to the M'EJ equation for electrons, we get
It is easy to see that when the same electric field acts, the accelerations experienced by electrons with energies above and below this inflection point are of opposite sign.

以上の議論においては、半導体層の積層の厚さの方向の
電子の運動に関するものであり、積層の面方向の二次元
については、電子の運動は自由電子のそれと同等のもの
であることを付は加えておく。
The above discussion concerns the movement of electrons in the direction of the thickness of the stack of semiconductor layers, and it should be noted that in the two-dimensional direction of the stack, the movement of electrons is equivalent to that of free electrons. I'll add that.

本発明は、上記の超格子状に積層した半導体層を用いて
説明したことから明らかなように、周期的横命を形成す
ることにより、そこに存在する電子の加速度があるエネ
ルギー範囲にある電子とそれと異なるエネルギー範囲に
ある電子で符号が異なることを利用するものである。す
なわち、本発明は半導体層、絶縁層もしくは専重層の少
なくとも一層に沿う周期的frW造を有し、かつ該周期
的構造は、上記方向に沿った方向の蓮柚に係る電子の有
効質量がその電子のエネルギーによって正、負のいずれ
にもなり得るように形成されていることを特徴とする。
As is clear from the above explanation using the semiconductor layers laminated in a superlattice shape, the present invention is capable of accelerating electrons in a certain energy range by forming a periodic lattice. This takes advantage of the fact that electrons in different energy ranges have different signs. That is, the present invention has a periodic frW structure along at least one of the semiconductor layer, the insulating layer, or the dedicated layer, and the periodic structure is such that the effective mass of the electrons in the direction along the above direction is It is characterized by being formed so that it can be either positive or negative depending on the energy of the electrons.

L記周期的な構造というのは1例えば上記層を縞状に加
工することによって形成される。
The L periodic structure is formed, for example, by processing the above layer into a striped shape.

〔作用〕[Effect]

固体内電子の有効質量がある方向に沿って、そのエネル
ギー値により正、負いづれにもなり得るということは、
ここに存在するな子糸に電界が作同した際に、その電子
のエネルギーにより反対方向の加速度が生じることを意
味する。
The effective mass of electrons in a solid can be positive or negative along a certain direction depending on its energy value.
This means that when an electric field is applied to the nanofibers that exist here, the energy of the electrons causes acceleration in the opposite direction.

本発明は、この電子がそのエネルギーによって相異なる
符号の有効質量を有することを用いて、上述の榊らの提
案の電子の速度変調を有効に行わせることを利用した半
導体装置を可能にする方法を提供するものである。
The present invention utilizes the fact that these electrons have effective masses of different signs depending on their energy to effectively perform the velocity modulation of electrons as proposed by Sakaki et al. It provides:

〔実施例〕〔Example〕

実施例1 第1図(a)は、本発明の第1の実施例のFETの断面
図、第1図(b)は、第1図(、)のFETの平面図(
第1図(a)のB方向矢視図)である。
Embodiment 1 FIG. 1(a) is a cross-sectional view of the FET of the first embodiment of the present invention, and FIG. 1(b) is a plan view of the FET of FIG.
FIG. 1A is a view taken in the direction of arrow B in FIG.

図において、3は半絶縁性GaAs基板、4は不純物を
ドープしないG a A s層、5はn形A Q o、
aG a 0.7A 8層、6はソース、ドレイン方向
すなわちチャネル方向と垂直な方向(矢印入方向)に周
期的な構造を有するn形G a A s層(本実施例で
は図示のごとくn形G a A s層が縞状に形成しで
ある)、10.11はソース、ドレイン領域、7.8は
ソース、ドレイン電極、9はゲート電極、12はG a
 A s層4とn形A D o、aGao、7A s 
層5の界面近くに11〜起される二次元電子入りである
In the figure, 3 is a semi-insulating GaAs substrate, 4 is a GaAs layer not doped with impurities, 5 is an n-type A Qo,
aGa 0.7A 8 layers, 6 is an n-type GaAs layer (in this example, an n-type as shown in the figure) having a periodic structure in the source and drain direction, that is, the direction perpendicular to the channel direction (in the direction of the arrow). 10.11 is a source and drain region, 7.8 is a source and drain electrode, 9 is a gate electrode, and 12 is a G a
A s layer 4 and n-type A Do, aGao, 7A s
Two-dimensional electrons are generated near the interface of layer 5.

このFETの製造方法について説明する。まず、第4図
に示すように、半組球性GaAs基板3の上に、分子線
エピタキシ(MBE)法により、意識的には不純物をド
ープしないG a A s層4を厚さ500nmエピタ
キシャル成長させ、その上にSiを2 X 10 ”a
n−3の濃度で含むn形Afio、5Gao、7As 
層5を30 n m (10〜100 n mの範囲の
厚さ)の厚さで成長させ、さらにSiを2 X 10 
”am−’の濃度で含むn形G a A s 層6を3
0 n m (10−100n mの厚さ)の厚さで成
長させる。
A method of manufacturing this FET will be explained. First, as shown in FIG. 4, a 500 nm thick GaAs layer 4, which is not intentionally doped with impurities, is epitaxially grown on a semicytotic GaAs substrate 3 by molecular beam epitaxy (MBE). , Si on top of it 2×10”a
Containing n-type Afio, 5Gao, 7As at a concentration of n-3
Layer 5 was grown to a thickness of 30 nm (thickness in the range 10-100 nm) and further Si was grown at 2 × 10
An n-type Ga As layer 6 containing a concentration of "am-" is 3
Grow to a thickness of 0 nm (10-100 nm thickness).

次に、電子線描画法と、ドライエツチング法を組合せて
用い、n形GaAs層6を第4図のD−り断面を示す第
5図に模式的に示すように幅25nm、間隔25 r、
 mの縞状に加工する。
Next, using a combination of an electron beam lithography method and a dry etching method, the n-type GaAs layer 6 is formed to have a width of 25 nm and a spacing of 25 r, as schematically shown in FIG.
Process into m stripes.

次いで、フォトリソグラフィを用いて、電界効果トラン
ジスタのソースおよびドレインが形成される箇所のみの
フォトレジストを除去した後、Geを8%含むAuを2
00nm、Niを20nmさらにAuを200nm蒸着
した後、リフト・オフ法によりソース、ドレイン電極7
,8を形成する。(なお、図面は概略図であり、図面の
膜厚と実際の膜厚とは一致していない、) さらに、水素雰囲気中で450℃1分間の加熱を行なう
と、ソース、ドレイン電極7,8から不純物が拡散し、
第6図の破線で示すように、ソース、ドレイン領域10
.11が形成される。
Next, using photolithography, the photoresist was removed only at the locations where the source and drain of the field effect transistor were to be formed, and then 2 layers of Au containing 8% Ge were removed.
After depositing 20 nm of Ni and 200 nm of Au, the source and drain electrodes 7 were formed by lift-off method.
, 8. (The drawing is a schematic diagram, and the film thickness in the drawing does not match the actual film thickness.) Furthermore, when heating at 450°C for 1 minute in a hydrogen atmosphere, the source and drain electrodes 7 and 8 Impurities diffuse from
As shown by the broken line in FIG. 6, the source and drain regions 10
.. 11 is formed.

このソース、ドレイン電極7.8およびソース、ドレイ
ン領域10.11を形成するプロセスは、第5図におけ
るn形G a A s )i 6を縞状に形成するプロ
セスの前に行なっても良い。すなわち、ソース、ドレイ
ンfit17.8およびソース、ドレイン領域10.1
1を形成してからn形G a A s 7J6を縞状に
形成してもよい。
The process of forming the source and drain electrodes 7.8 and the source and drain regions 10.11 may be performed before the process of forming the n-type GaAs)i 6 in a striped shape in FIG. That is, source, drain fit17.8 and source, drain region 10.1
1 may be formed, and then n-type GaAs 7J6 may be formed in a striped pattern.

次いで、先にソース、ドレイン電極7,8を形成したの
と同様なフォトリソグラフィ法により、ゲート電極を形
成すべき領域に厚さ20nmのTi、20nmのPtお
よび300nmのAuを蒸着し、リフト・オフ法により
ゲート電極9を形成する。
Next, 20 nm thick Ti, 20 nm Pt, and 300 nm thick Au were deposited on the region where the gate electrode was to be formed using the same photolithography method used to form the source and drain electrodes 7 and 8, and lift and Gate electrode 9 is formed by an off method.

このようにして作製したFETにおいては、n形G a
 A s W 6のソース、ドレイン方向すなわちチャ
ネル方向に平行な断面は、第1図(a)に示すように、
同一方向に沿う周期的な構造になっており、不純物をド
ープしないG a A s層4とn形A (l o、a
G a 0.TA 3層5の界面近くに誘起される二次
元電子層12の電子の濃度は、この周期で変調され、か
つこれらの電子が感じるポテンシャルは、上記の第2図
(b)に示したポテンシャルと同様な周期的ポテンシャ
ルとなる。
In the FET manufactured in this way, n-type Ga
The cross section of A s W 6 parallel to the source and drain directions, that is, the channel direction, is as shown in FIG. 1(a).
It has a periodic structure along the same direction, and has a G a As layer 4 that is not doped with impurities and an n-type A (l o, a
G a 0. The concentration of electrons in the two-dimensional electron layer 12 induced near the interface of the TA three layer 5 is modulated with this period, and the potential felt by these electrons is equal to the potential shown in FIG. 2(b) above. It becomes a similar periodic potential.

従来構造のFETにおいては、不純物をドープしないG
 a A S Wとn形A U o、aG a 0.7
A 3 pの界面に誘起される電子は、界面に垂直な方
向の電界により生じる深いポテンシャルの井戸の中シこ
閉じ込められて、界面に平行な面内のみ自由を子のよう
に運動する二次元゛虐子ガスとして振る舞うが、本実施
例のFETでは、この周期的構造による周期的ポテンシ
ャルによりこの方向の電子の運動は、上記の第3図で示
される運動量と電子エネルギーの関係で規定されるよう
になる。
In FETs with conventional structure, G is not doped with impurities.
a A SW and n-type A U o, aG a 0.7
Electrons induced at the A3p interface are confined in a deep potential well created by an electric field perpendicular to the interface, and are free to move like children only in a plane parallel to the interface. Although it behaves as a gas, in the FET of this example, the movement of electrons in this direction due to the periodic potential due to this periodic structure is defined by the relationship between momentum and electron energy shown in Figure 3 above. It becomes like this.

ここで、ゲート電圧を正の方向に掃引すると、フェルミ
学位は、だんだんと上昇し、A、A’ 。
Here, when the gate voltage is swept in the positive direction, the Fermi degree gradually increases to A, A'.

B、B’等で示される変曲点に到達する。この変曲点の
前後で、先に述べたように、電子の有効質量が正から負
に変化する。従って、フェルミ準位が変曲点を通過する
際にそれまで加速されていた電子は逆方向の加速度を受
は減速することになる。
An inflection point, denoted B, B', etc., is reached. Before and after this inflection point, the effective mass of the electron changes from positive to negative, as described above. Therefore, when the Fermi level passes through the inflection point, the electrons that had been accelerated until then receive acceleration in the opposite direction and are decelerated.

この際、榊らの提案のトランジスタの場合のように二つ
のチャンネルの間のバリヤーを抜ける必要がないので非
常に速い応答が期待できる。
In this case, there is no need to pass through the barrier between the two channels as in the case of the transistor proposed by Sakaki et al., so a very fast response can be expected.

本実施例のトランジスタを液体ヘリウム温度(4,2’
 K )においてドレイン電圧を0.5 vに保ちゲー
ト電圧を0.3  Vから0.5 ■に増加させたとこ
ろ、ドレイン電流は1/2に減少し、期待通りの特性を
示すことがわかった。またこの時の応答時間はこの時の
測定系の応答時間100ピコ秒以下であった。
The transistor of this example was heated at liquid helium temperature (4,2'
When the gate voltage was increased from 0.3 V to 0.5 V while keeping the drain voltage at 0.5 V, the drain current decreased by half, showing the expected characteristics. . Further, the response time of the measurement system at this time was 100 picoseconds or less.

なお、上記実施例において1分子線エピタキシャル法の
代わりに有機金属気相成長法(MO−CVD法)を用い
てもよい。また、1形Ano、3Gao、7As 層5
は、不純物をドープしない厚さ6層mのA Q o、s
G a O,7A 8層と厚さ24nmのn形A Q 
o、aG a 0.7A S Mを重ね合せたものでは
き代えたところ、FETの相互コンダクタンスは更に向
上し、雑音指数が減少した。さらに、このn形A 41
 o、aG a 0.7A 8層5は、実効的には、n
形でかつ電子親和度がGaAsより小さい厚さ方向の超
格子構造で置き変えても良い、また、ここでは、G a
 A s / A Q o、aG a 0.7A S系
を用いて説明したが、相対的な電子エネルギーの関係が
、これと類似の系でも同様のことが可能である。
Note that in the above embodiments, a metal organic chemical vapor deposition method (MO-CVD method) may be used instead of the single molecular beam epitaxial method. In addition, 1 type Ano, 3 Gao, 7As layer 5
is a 6-layer m-thick A Q o,s that is not doped with impurities.
G a O, 7A 8 layers and 24 nm thick n-type A Q
When the FET was replaced with a superimposed one of o, aG a 0.7A SM, the transconductance of the FET was further improved and the noise figure was reduced. Furthermore, this n-type A 41
o, aG a 0.7A 8 layers 5 are effectively n
GaAs may be replaced with a superlattice structure in the thickness direction which has a smaller electron affinity than GaAs.
Although the explanation has been made using the A s / A Q o, aG a 0.7A S system, the same thing can be done with a system having a similar relative electron energy relationship.

実施例2 第6図は、本発明の第2の実施例のFETの新面図であ
り、第1図に対応する図面である0図において、3は半
絶縁性GaAs基板、4は不[?5をドープしないGa
AsM、5はn形A+IQ、3G、:1o、7Asye
j、6はチャネル方向と垂直な方向に周期的な構造を有
するn形G a A s PIj、13はn形G a 
A s層に周期的な縞状に形成したZnドープ領域であ
る。改めて図示はしないが本実施例においても、第1図
(a)のようにソース、ドレイン領域およびソース、ド
レイン電極が形成されており、またゲート電極も形成さ
れている。
Embodiment 2 FIG. 6 is a new view of the FET of the second embodiment of the present invention. In FIG. 0, which is a drawing corresponding to FIG. ? Ga without doping 5
AsM, 5 is n-type A+IQ, 3G, :1o, 7Asye
j, 6 is n-type Ga As PIj having a periodic structure in the direction perpendicular to the channel direction, 13 is n-type Ga
These are Zn-doped regions formed in periodic stripes in the As layer. Although not shown again, in this embodiment, as shown in FIG. 1(a), source and drain regions and source and drain electrodes are formed, and a gate electrode is also formed.

このように、本実施例は、実施例1において、電子線描
画法とドライエツチングの組合せにより、n形GaAs
層6を縞状に加工する代りに、50kVに加速した集束
イオンビームを用いて、Znを縞状に2X10”■−2
の条件でイオン打ち込みすること番こより作製したもの
である0本実施例のFETにおいても、周期的な構造を
有することにより、チャネル方向の電子の移動度を飛Y
MI的に向上させ、超高移動度のFETを実現できた。
In this way, in this example, n-type GaAs was etched using a combination of electron beam lithography and dry etching in Example 1.
Instead of processing layer 6 into stripes, a focused ion beam accelerated to 50 kV is used to process Zn into stripes in 2X10”■-2
The FET of this example, which was manufactured by ion implantation under the following conditions, also has a periodic structure that reduces the electron mobility in the channel direction.
By improving MI, we were able to realize an FET with ultra-high mobility.

実施例3 第7図は、本発明の第3の実施例のMOSFETの断面
図であり、第1図に対応する図面である0図において、
14はSi基板、15は周期的な縞状に加工したSiO
2から成るゲート絶縁膜、16はAQから成るゲート電
極である。なお、ソース、ドレイン領域およびソース、
ドレイン電極は、図示省略する0本実施例のMOSFE
Tにおいても、ゲート絶縁膜15に周期的な構造を形成
したことにより、チャネル方向の電子の移動度を飛躍的
に向上させ、超高移動度のMOSFETを実現できた。
Embodiment 3 FIG. 7 is a sectional view of a MOSFET according to a third embodiment of the present invention, and in FIG. 0, which is a drawing corresponding to FIG.
14 is a Si substrate, 15 is a SiO processed into periodic stripes.
2 is a gate insulating film made of AQ, and 16 is a gate electrode made of AQ. Note that the source, drain region and source,
The drain electrode is a MOSFE of this embodiment (not shown).
Also in T, by forming a periodic structure in the gate insulating film 15, the mobility of electrons in the channel direction was dramatically improved, and an ultra-high mobility MOSFET was realized.

〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明は、同一方向にr)う周期
的構造を形成し、この方向に沿う電子の有効質量をエネ
ルギーの関数として、正から非常に大きな値を経て負に
なる領域を出現することが可能であり、外部電界による
チャンネル方向の電子の受ける加速度を正から負に変え
ることにより大きな速度変調を行うことができる。従っ
て、従来のFETの動作限界を超える超高速度FETを
実現することができる。
[Effects of the Invention] As explained above, the present invention forms a periodic structure r A negative region can appear, and large velocity modulation can be achieved by changing the acceleration that electrons receive in the channel direction due to the external electric field from positive to negative. Therefore, it is possible to realize an ultra-high speed FET that exceeds the operating limits of conventional FETs.

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

第1図(a)は本発明の第1の実施例のFETの断面図
、第1図(b)は第1図(a)に示したFETの平面図
、第2図(a)は本発明の原理を説明するための超格子
状に積層した半導体層の模式図、第2図(b)はそのポ
テンシャルの模式図、第3図は本発明の半導体装置にお
ける電子エネルギーと波数の関係を示す図、第4図、第
5図は、本発明の第1の実施例のFETの製造プロセス
の説明のための図、第6図は本発明の第2の実施例のF
ETの断面図、第7図は本発明の第3の実施例のMOS
FETの断面図である。 1・・・半導体層1.2・・・半導体層2.3・・・半
絶縁性G a A s基板、4・・・不純物をドープし
ないGaAsJl、5− n形A Q o、aG a 
0.7A 3層、6− n形GaAs層、7・・・ドレ
イン電極、8・・・ソースlN4i、9・・・ゲートl
電極、10・・・ドレイン領域、11・・・ソース領域
、12・・・二次元電子層、13・・・Znドープ領域
、14・・・Si基板、15・・・ゲート絶縁膜(S 
i 02第 2 区 (CL) 草 2 固 (b) (=)(ニ)  (I)  (ff)  (1)第 3
 図 茗 4 区 D〜コ −j 萬 5 Z
FIG. 1(a) is a cross-sectional view of the FET of the first embodiment of the present invention, FIG. 1(b) is a plan view of the FET shown in FIG. 1(a), and FIG. 2(a) is the main A schematic diagram of semiconductor layers laminated in a superlattice shape to explain the principle of the invention, FIG. 2(b) is a schematic diagram of its potential, and FIG. 3 shows the relationship between electron energy and wave number in the semiconductor device of the present invention. 4 and 5 are diagrams for explaining the manufacturing process of the FET according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram showing the FET manufacturing process according to the second embodiment of the present invention.
A cross-sectional view of the ET, FIG. 7 is a MOS of the third embodiment of the present invention.
It is a sectional view of FET. 1... Semiconductor layer 1.2... Semiconductor layer 2.3... Semi-insulating GaAs substrate, 4... GaAsJl not doped with impurities, 5- n-type A Q o, aG a
0.7A 3 layers, 6- n-type GaAs layer, 7... drain electrode, 8... source lN4i, 9... gate l
Electrode, 10... Drain region, 11... Source region, 12... Two-dimensional electronic layer, 13... Zn doped region, 14... Si substrate, 15... Gate insulating film (S
i 02 2nd ward (CL) grass 2 hard (b) (=) (d) (I) (ff) (1) 3rd
Tsumei 4 Ward D ~ Co-j Man 5 Z

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半導体、絶縁層もしくは導電層の少なくとも一層に
、同一方向に沿う周期構造を有し、かつ該周期的構造は
、上記方向に沿つた方向の連動に係る電子の有効質量が
そのエネルギーにより正負いずれにもなり得るように形
成され、かつ該周期的構造上に少なくとも一対のキャリ
ヤ送受手段とキャリヤの濃度を制御する手段とを有する
ことを特徴とする半導体装置。 2、上記半導体装置において周期的構造の周期が約50
〜5000Å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。
[Claims] 1. At least one of the semiconductor, insulating layer, or conductive layer has a periodic structure extending in the same direction, and the periodic structure has an effective electron effect related to interlocking in the above-mentioned direction. 1. A semiconductor device, characterized in that the mass is formed so that it can be positive or negative depending on its energy, and has at least one pair of carrier transmitting/receiving means and means for controlling the concentration of carriers on the periodic structure. 2. In the above semiconductor device, the period of the periodic structure is about 50
The semiconductor device according to claim 1, characterized in that the thickness is 5000 Å.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4989052A (en) * 1987-06-19 1991-01-29 Fujitsu Limited Quantum effect semiconductor device
US6242765B1 (en) * 1991-05-21 2001-06-05 Nec Corporation Field effect transistor and its manufacturing method
JP2012256864A (en) * 2011-05-04 2012-12-27 Infineon Technologies Austria Ag Normally-off type high electron mobility transistor
JP2013172152A (en) * 2012-02-17 2013-09-02 Internatl Rectifier Corp Power transistor having segmented gate

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