JP2000277536A - Field-effect transistor - Google Patents

Field-effect transistor

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JP2000277536A
JP2000277536A JP11086528A JP8652899A JP2000277536A JP 2000277536 A JP2000277536 A JP 2000277536A JP 11086528 A JP11086528 A JP 11086528A JP 8652899 A JP8652899 A JP 8652899A JP 2000277536 A JP2000277536 A JP 2000277536A
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layer
effect transistor
semiconductor
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Hironobu Miyamoto
広信 宮本
Kazuki Ota
一樹 大田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a structure, wherein a field-effect transistor of a constitution, wherein a leakage of a current from a Schottky gate electrode to semiconductor layers is suppressed, can be formed with good reproducibility. SOLUTION: A buffer layer 102 for raising the quality of the crystal of its upper layer and an N-type first semiconductor layer 103 with carriers flowing in its interior are formed in order on a high-resistance substrate 101. A second semiconductor layer 104, which has an electron affinity weaker than that of the layer 103 and suppresses a current to flow in the layer 104 from a gate electrode on the layer 104 by a thermal excitation, is formed on the layer 103. Moreover, a third semiconductor layer 105, which has an electron affinity more weaker than that of the layer 104, is inserted in the vicinity of the gate electrode on the layer 104. A source electrode 106, a gate electrode 107 and a drain electrode 108 are formed on such a crystal structure. A leakage current from a field-effect transistor is prevented by barrier layers provided in the semiconductor layers, and the barrier layers are provided in the semiconductor layers to prevent the wear of the transistor due to etching and to modify the reproducibility of the process for forming the transistor.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電界効果トランジ
スタに関し、特にゲートリーク電流が小さい電界効果ト
ランジスタ構造に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a field effect transistor, and more particularly to a field effect transistor structure having a small gate leak current.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、ゲート電極を直接半導体に接
触させて半導体中に流れる電流を制御する方式の電界効
果トランジスタにおいて、ゲート電極と半導体との間の
ショットキー障壁高さが低いと、熱励起された電子が電
極から半導体中に流れ込むゲートリーク電流が発生し、
デバイス特性が劣化する問題がある。この問題を解決す
る方法として、ショットキ接合界面に高い障壁を形成す
る半導体を導入する方法がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a field effect transistor of a type in which a gate electrode is brought into direct contact with a semiconductor to control a current flowing through the semiconductor, if the height of the Schottky barrier between the gate electrode and the semiconductor is low, heat is generated. Excited electrons flow from the electrode into the semiconductor, causing a gate leakage current,
There is a problem that device characteristics deteriorate. As a method for solving this problem, there is a method of introducing a semiconductor that forms a high barrier at the Schottky junction interface.

【0003】具体例として、まず、InGaP半導体の
場合について説明する。InGaP半導体は、AlGa
As半導体と異なり、反応性の高いAlを含まず、化学
的に安定であること、及び、DXセンタ等の深い準位が
ないことから、信頼性が高いトランジスタの半導体材料
として期待されている。しかしながら、金属/InGa
P半導体のショットキー障壁高さ(0.65eV)は、
金属/AlGaAs半導体のショットキー障壁高さ
(0.80eV)より低い。従って、ゲートリーク電流
が流れやすく、耐圧が低いという問題があり、用途が低
電圧で動作するデバイスに限られていた。これを解決す
る手段として、例えば特開昭62−252975号公報
に記載されるように、In0.5(Ga1-xAlx0.5As
層、あるいは、InxGa1-xP(x<0.5)を用いて
ショットキー障壁高さを上げる方法が提案されている。
As a specific example, the case of an InGaP semiconductor will be described first. InGaP semiconductor is AlGa
Unlike an As semiconductor, it does not contain highly reactive Al, is chemically stable, and has no deep level such as a DX center. Therefore, it is expected as a highly reliable transistor semiconductor material. However, metal / InGa
The Schottky barrier height (0.65 eV) of P semiconductor is
It is lower than the Schottky barrier height (0.80 eV) of the metal / AlGaAs semiconductor. Therefore, there is a problem that a gate leak current is likely to flow and a withstand voltage is low, and applications have been limited to devices operating at a low voltage. As means for solving this, for example, as described in JP-A-62-252975, In 0.5 (Ga 1-x Al x ) 0.5 As
A method of increasing the Schottky barrier height using a layer or In x Ga 1-x P (x <0.5) has been proposed.

【0004】次に、もう1つの具体例として、InP半
導体の場合について説明する。InP半導体は、電子の
飽和速度がGaAs半導体と等しく、絶縁破壊強度はG
aAs半導体の2倍高いため、高電圧動作が可能な半導
体材料として期待されている。しかしながら、InPと
ショットキーゲート金属の障壁高さは、0.5eV前後
であり、耐圧が低い。これを解決する手段として、上述
した特開昭62−252975号公報に記載されるよう
に、In0.5(Ga1-xAlx0.5As層、あるいは、I
xGa1-xP(x<0.5)を用いてショットキー障壁
高さを上げる方法が提案されている。
Next, as another specific example, a case of an InP semiconductor will be described. An InP semiconductor has an electron saturation speed equal to that of a GaAs semiconductor and a dielectric breakdown strength of G
Since it is twice as high as an aAs semiconductor, it is expected as a semiconductor material capable of high-voltage operation. However, the barrier height between InP and the Schottky gate metal is around 0.5 eV, and the breakdown voltage is low. As means for solving this, as described in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-252975, an In 0.5 (Ga 1-x Al x ) 0.5 As layer or an I 0.5
n x Ga 1-x P ( x <0.5) a method of increasing the Schottky barrier height with have been proposed.

【0005】次に、もう1つの具体例として、GaN半
導体の場合について説明する。GaN半導体のエネルギ
バンドギャップEgは3.4eVであり、GaAsの
1.42eVに比較して2倍以上高く、また、GaN半
導体の絶縁破壊強度はGaAs半導体の5倍高いため、
高温動作、高電圧動作が可能な半導体材料として期待さ
れている。しかしながら、GaN半導体とショットキー
ゲート金属の障壁高さは、1.0eVであり、従来のA
lGaAs/GaAs材料の障壁高さ1.0eVと同じ
であるが、上述のようなエネルギーバンドギャップが大
きい特徴を生かす高温中では、電界効果トランジスタを
動作時のゲートリーク電流の増加が問題となる。また、
高温動作時のゲートリーク電流を押る方法として、ゲー
ト金属とAlGaN半導体が接触するAlGaN/Ga
Nテロ接合を用いた構造が提案されている。
Next, the case of a GaN semiconductor will be described as another specific example. The energy band gap Eg of the GaN semiconductor is 3.4 eV, which is more than twice as high as 1.42 eV of GaAs, and the dielectric breakdown strength of the GaN semiconductor is five times higher than that of the GaAs semiconductor.
It is expected as a semiconductor material capable of high-temperature operation and high-voltage operation. However, the barrier height between the GaN semiconductor and the Schottky gate metal is 1.0 eV, and the conventional A
Although the barrier height of the lGaAs / GaAs material is the same as 1.0 eV, at a high temperature that makes use of the above-described feature of a large energy band gap, an increase in gate leakage current when the field effect transistor operates is problematic. Also,
As a method of suppressing gate leakage current during high-temperature operation, AlGaN / Ga in which a gate metal and an AlGaN semiconductor are in contact with each other is used.
A structure using an N-terror junction has been proposed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の具体例で説
明したInGaP半導体における第1の問題点は、作製
したデバイスに流れる電流が動作中に変動するという点
である。その理由は、Al組成を高くしたり、あるいは
In組成を低くしたりすることによって半導体中に発生
した深い準位が、キャリアを捕らえられたり、放出した
りして、デバイスの中の電位を変動させるからである。
The first problem with the InGaP semiconductor described in the above-mentioned conventional example is that the current flowing through the manufactured device fluctuates during operation. The reason is that the deep level generated in the semiconductor by increasing the Al composition or lowering the In composition changes the potential in the device by trapping or releasing carriers. It is because.

【0007】また、第2の問題は、特開昭62−252
975号公報に記載されたショットキー障壁高さを上げ
る方法で、表面のInxGa1-xP(x<0.5)層の一
部がプロセス中にエッチングされ、膜厚が減少して障壁
高さが低下することである。その理由は、InxGa1-x
P(x<0.5)層がGaAs基板と格子定数の異なる
歪層であるため、障壁高さを上げようとしてxの組成を
小さくすると、結晶欠陥の発生なしに形成できる膜厚が
薄くなり、プロセス中にInxGa1-xP(x<0.5)
層がエッチングされ、膜厚が減少することが無視できな
くなり、障壁層としての効果が薄れるからである。
[0007] The second problem is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-252.
No. 975, a part of the surface In x Ga 1 -x P (x <0.5) layer is etched during the process, and the film thickness decreases. The barrier height is reduced. The reason is that In x Ga 1-x
Since the P (x <0.5) layer is a strained layer having a different lattice constant from that of the GaAs substrate, if the composition of x is reduced to increase the barrier height, the film thickness that can be formed without generating crystal defects becomes thin. In x Ga 1-x P during the process (x <0.5)
This is because the layer is etched and the decrease in film thickness cannot be ignored, and the effect as a barrier layer is reduced.

【0008】次に、第2の具体例で説明したInP半導
体における第1の問題点は、前述と同様に表面の(Al
Ga)InP層の一部がプロセス中にエッチングされ膜
厚が減少して実効的な障壁高さが低下することである。
その理由は、障壁高さを上げるため、(AlGa)組成
を上げようとすると、InP基板に対して格子定数差が
大きくなり、結晶欠陥なしに成長できる膜厚が薄くな
り、プロセス中に(AlGa)InP層がエッチングさ
れ、膜厚が減少することが無視できなくなり、十分な障
壁として働かないからである。
Next, the first problem in the InP semiconductor described in the second specific example is that the (Al
Ga) Part of the InP layer is etched during the process to reduce the film thickness and decrease the effective barrier height.
The reason is that if the (AlGa) composition is increased to increase the barrier height, the lattice constant difference with respect to the InP substrate becomes large, the film thickness that can be grown without crystal defects becomes thin, and the (AlGa) This is because the InP layer is etched and the film thickness cannot be reduced and cannot be ignored, and does not work as a sufficient barrier.

【0009】次に、第3の具体例で説明したGaN半導
体における第1の問題点は、表面のAlxGa1-xN(x
>0.5)層の一部がプロセス中にエッチングされ、膜
厚が減少して障壁高さが低下することである。その理由
は、AlNとGaNの格子定数差は2.4%と大きく、
障壁高さを上げるため、Al組成を上げようとすると、
結晶欠陥無しに形成できるAlGaN層の膜厚は薄くな
る。そして、この薄くなったAlGaN層は、プロセス
中にエッチングされ、さらに膜厚が減少してゲートリー
ク電流を低減させる障壁としては不十分となる。
Next, the first problem with the GaN semiconductor described in the third example is that Al x Ga 1 -xN (x
> 0.5) Part of the layer is etched during the process, reducing the film thickness and lowering the barrier height. The reason is that the lattice constant difference between AlN and GaN is as large as 2.4%,
When trying to increase the Al composition to increase the barrier height,
The thickness of the AlGaN layer that can be formed without crystal defects becomes thin. Then, the thinned AlGaN layer is etched during the process, and the thickness is further reduced, so that the AlGaN layer is insufficient as a barrier for reducing the gate leak current.

【0010】そこで本発明の目的は、ゲート電極を直接
半導体に接触させて半導体中に流れる電流を制御する方
式の電界効果トランジスタにおいて、熱励起された電子
がゲート電極から半導体中に流れ込み、デバイス特性が
劣化する問題を解決した電界効果トランジスタを再現性
良く作製できる構造を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a field effect transistor of a type in which a gate electrode is brought into direct contact with a semiconductor to control a current flowing in the semiconductor. It is an object of the present invention to provide a structure which can manufacture a field effect transistor with a high reproducibility, which solves the problem of deterioration of the transistor.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するため、キャリアが流れる第1の半導体層と、前記第
1の半導体層より電子親和力が小さく、かつ、前記第1
の半導体層とヘテロ接合を形成し、かつ、ゲート電極と
ショットキー接合を形成する第2の半導体層とを有する
電界効果トランジスタにおいて、前記第2の半導体層中
に第2の半導体層より電子親和力の小さい第3の半導体
層を挿入し、かつ、その挿入位置を第2の半導体層と第
1の半導体層が形成するへテロ界面より第2の半導体層
とゲート電極が形成するショットキー接合界面の近傍に
配置したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a first semiconductor layer through which carriers flow, an electron affinity smaller than that of the first semiconductor layer, and the first semiconductor layer.
A field effect transistor having a heterojunction with the first semiconductor layer and a second semiconductor layer forming a Schottky junction with the gate electrode, wherein the second semiconductor layer has an electron affinity higher than that of the second semiconductor layer. A third semiconductor layer having a small thickness is inserted, and the insertion position is shifted from a hetero interface formed by the second semiconductor layer and the first semiconductor layer to a Schottky junction interface formed by the second semiconductor layer and the gate electrode. In the vicinity.

【0012】この電界効果トランジスタでは、ゲート電
極近傍の第2の半導体層中に第2の半導体層より電子親
和力の小さい第3の半導体層がに挿入されている。した
がって、ゲート電極から熱励起によって流れ込む電子は
第3の半導体層の電子親和力が小さいため第3の半導体
層が障壁層となり大幅に低減される。また、表面は第2
の半導体層により保護されており、プロセス中にエッチ
ングされて第3の半導体層が薄層化することもない。し
たがって、再現性良くゲートリーク電流が低減できる。
In this field effect transistor, a third semiconductor layer having a smaller electron affinity than the second semiconductor layer is inserted in the second semiconductor layer near the gate electrode. Therefore, electrons flowing from the gate electrode due to thermal excitation have a small electron affinity of the third semiconductor layer, so that the third semiconductor layer becomes a barrier layer and is greatly reduced. The surface is the second
And the third semiconductor layer is not thinned by etching during the process. Therefore, the gate leak current can be reduced with good reproducibility.

【0013】また本発明は、第1の半導体層がn型ある
いはp型であり、第1の半導体層とゲート電極がショッ
トキー接合を形成する電界効果トランジスタにおいて、
第1の半導体層中に第1の半導体層より電子親和力の小
さい第3の半導体層を挿入し、かつその挿入された第3
の半導体層と第1の半導体層との界面が、ゲート電極側
ではソース電極とゲート電極の電位を等しくしたときの
ショットキー接合に形成された空乏層端の深さに比較し
て1/2以下の深さに位置し、基板側では空乏層厚より
浅い点に位置することを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a field effect transistor in which the first semiconductor layer is n-type or p-type, and the first semiconductor layer and the gate electrode form a Schottky junction.
A third semiconductor layer having an electron affinity smaller than that of the first semiconductor layer is inserted into the first semiconductor layer, and the inserted third semiconductor layer is inserted.
The interface between the semiconductor layer and the first semiconductor layer on the gate electrode side is し て of the depth of the end of the depletion layer formed at the Schottky junction when the potentials of the source electrode and the gate electrode are equalized. It is characterized by being located at the following depth and shallower than the depletion layer thickness on the substrate side.

【0014】この電界効果トランジスタでは、ゲート電
極と第1の半導体層のショットキー接合に形成された空
乏層中のゲート電極近傍に第1の半導体層より電子親和
力の小さい第3の半導体層を挿入されている。したがっ
て、ゲート電極から熱励起によって流れ込む電子は、第
3の半導体層の電子親和力が小さいため、第3の半導体
層が障壁層となり大幅に低減される。また、表面は第1
の半導体層により保護されており、プロセス中にエッチ
ングされて第3の半導体層が薄層化することもない。し
たがって、再現性良くゲートリーク電流が低減できる。
In this field effect transistor, a third semiconductor layer having a smaller electron affinity than the first semiconductor layer is inserted near the gate electrode in a depletion layer formed at the Schottky junction between the gate electrode and the first semiconductor layer. Have been. Accordingly, electrons flowing from the gate electrode by thermal excitation have a small electron affinity of the third semiconductor layer, so that the third semiconductor layer becomes a barrier layer and is greatly reduced. The surface is the first
And the third semiconductor layer is not thinned by etching during the process. Therefore, the gate leak current can be reduced with good reproducibility.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明による電界効果トラ
ンジスタの実施の形態について説明する。 (第1の実施の形態)図1は、本発明の第1の実施の形
態による電界効果トランジスタの構造例を示す断面図で
あり、図2は、図1に示す電界効果トランジスタのゲー
ト電極下のエネルギバンドを示す説明図である。図1に
示す電界効果トランジスタは、高抵抗基板101上に、
上層の結晶の品質を上げるためのバッファ層102と、
キャリアが流れるn型伝導性を示す第1の半導体層10
3と、ゲート電極から熱励起によって流れ込む電流を抑
制するための第1の半導体層より電子親和力電子親和力
が小さい第2の半導体層104とが順次形成されてい
る。そして、第2の半導体層より電子親和力電子親和力
がさらに小さい第3の半導体層105が第2の半導体層
のゲート電極近傍に挿入された結晶構造となっている。
そして、このような結晶構造上に、ソース電極106、
ゲート電極107、ドレイン電極108を形成したもの
である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the field effect transistor according to the present invention will be described. (First Embodiment) FIG. 1 is a sectional view showing a structural example of a field-effect transistor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a structure under a gate electrode of the field-effect transistor shown in FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram showing an energy band of FIG. The field-effect transistor shown in FIG.
A buffer layer 102 for improving the quality of the upper crystal,
First semiconductor layer 10 showing n-type conductivity through which carriers flow
3 and a second semiconductor layer 104 having a smaller electron affinity than the first semiconductor layer for suppressing a current flowing from the gate electrode due to thermal excitation. The third semiconductor layer 105 having a smaller electron affinity than the second semiconductor layer has a crystal structure in which the third semiconductor layer 105 is inserted near the gate electrode of the second semiconductor layer.
Then, on such a crystal structure, the source electrode 106,
The gate electrode 107 and the drain electrode 108 are formed.

【0016】図2において、縦軸はエネルギレベルを示
し、横軸は各層の間隔を模式的に示している。キャリア
は第1の半導体層103を流れる。そして、熱によって
励起された電子109は、ゲート電極107よりショッ
トキー障壁を乗り越えて第1の半導体層103中に流れ
込もうとするが、第2の半導体層104に比較して電子
親和力が小さく、障壁高さが高い第3の半導体層105
が存在するので、流れ込む電流が大幅に抑制される。ま
た、表面には第2の半導体層104が存在するので、プ
ロセス中に第3の半導体層105がエッチングされ、薄
層化して障壁層が薄くなることもない。したがって、再
現性良くゲートリーク電流の小さい電界効果トランジス
タが得られる。
In FIG. 2, the vertical axis indicates the energy level, and the horizontal axis schematically indicates the interval between the layers. Carriers flow through the first semiconductor layer 103. Then, the electrons 109 excited by heat try to flow over the Schottky barrier from the gate electrode 107 and flow into the first semiconductor layer 103, but have a smaller electron affinity than the second semiconductor layer 104. Third semiconductor layer 105 having a high barrier height
, The flowing current is greatly suppressed. In addition, since the second semiconductor layer 104 is present on the surface, the third semiconductor layer 105 is not etched during the process, and the barrier layer is not thinned. Therefore, a field effect transistor having a small gate leak current with good reproducibility can be obtained.

【0017】また、第3の半導体層105は、第2の半
導体層104に比較して薄くて良いことから、基板の半
導体材料と格子定数が異なっても結晶欠陥が発生しな
い。したがって、電子親和力がより小さい半導体材料を
選択できる。従来より、第2の半導体層104で熱によ
って励起された電子109がゲート電極からショットキ
ー障壁を乗り越えて第1の半導体層103中に流れ込む
のを防いでいたが、本例においては、第3の半導体層1
05を挿入することで、さらに電流が低減できる。以
下、本実施の形態における具体的実施例1〜5について
説明する。
Further, since the third semiconductor layer 105 may be thinner than the second semiconductor layer 104, no crystal defects occur even if the semiconductor material of the substrate has a different lattice constant. Therefore, a semiconductor material having a smaller electron affinity can be selected. Conventionally, the electron 109 excited by heat in the second semiconductor layer 104 is prevented from flowing over the Schottky barrier from the gate electrode and flowing into the first semiconductor layer 103. Semiconductor layer 1
The current can be further reduced by inserting 05. Hereinafter, specific examples 1 to 5 in the present embodiment will be described.

【0018】(実施例1)図3は、本発明の第1の実施
の形態による電界効果トランジスタの具体的構造例を示
す断面図である。図3において、まず、高抵抗基板10
1として、GaAs基板を用いる。そして、バッファ層
102として、アンドープGaAsバッファ層を厚さ1
μmから100nmの範囲内で、例えば、400nm積
層する。そして、第1の半導体層103としてn型不純
物を添加したGaAs層、例えばSi不純物を1x10
17cm-3添加した厚さ300nmの層を形成する。ま
た、第2の半導体層104として、例えばアンドープI
nGaP層40nmを形成する。
Example 1 FIG. 3 is a cross-sectional view showing a specific example of the structure of a field effect transistor according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 3, first, the high-resistance substrate 10
As 1, a GaAs substrate is used. An undoped GaAs buffer layer having a thickness of 1
In the range of μm to 100 nm, for example, 400 nm is laminated. Then, as the first semiconductor layer 103, a GaAs layer doped with an n-type impurity, for example, 1 × 10
A layer having a thickness of 300 nm to which 17 cm -3 is added is formed. Further, as the second semiconductor layer 104, for example, undoped I
An nGaP layer 40 nm is formed.

【0019】さらに、第3の半導体層105として、例
えばアンドープInxGa1-xP(x=0.3、10n
m)層を第2の半導体層104中のゲート電極より深さ
10nmの部位に挿入した。ソース電極106、ドレイ
ン電極108は、第2の半導体層104上にコンタクト
層110として、高濃度にn型不純物を添加したGaA
s層110を、例えばSi濃度2×1018cm-3、厚さ
50nmに形成し、その上にオーミック電極として、例
えばAuGe/Niを蒸着後、熱処理により合金化して
作製する。ゲート電極107は、第2の半導体層104
上のコンタクト層110をエッチング除去した後、第2
の半導体層104であるアンドープInGaP層を露出
させ、レジストリフトオフ法により作製する。
Further, as the third semiconductor layer 105, for example, undoped In x Ga 1 -x P (x = 0.3, 10n
m) The layer was inserted into the second semiconductor layer 104 at a position 10 nm deeper than the gate electrode. The source electrode 106 and the drain electrode 108 are formed as a contact layer 110 on the second semiconductor layer 104 as GaAs doped with n-type impurities at a high concentration.
The s layer 110 is formed, for example, with a Si concentration of 2 × 10 18 cm −3 and a thickness of 50 nm, and then, as an ohmic electrode thereon, for example, AuGe / Ni is deposited and then alloyed by heat treatment. The gate electrode 107 is formed of the second semiconductor layer 104
After removing the upper contact layer 110 by etching, the second
The undoped InGaP layer, which is the semiconductor layer 104, is exposed, and is manufactured by a registry lift-off method.

【0020】以上のような構成において、ゲート電極1
07と接触する第2の半導体層104であるInGaP
の下層に第3の半導体層105としてInxGa1-x
(x=0.3、10nm)層が存在するため、従来のI
xGa1-xP(x=0.3、10nm)層が表面に露出
する構造に比較して、プロセス中に表面がエッチングさ
れてInxGa1-xP(x=0.3、10nm)層が薄層
化することがない。したがって、再現性良くゲートリー
ク電流の低減がはかれる。
In the above configuration, the gate electrode 1
InGaP which is the second semiconductor layer 104 in contact with the
In x Ga 1 -x P as a third semiconductor layer 105 below
(X = 0.3, 10 nm) layer, the conventional I
n x Ga 1-x P ( x = 0.3,10nm) layer compared to the structure which is exposed on the surface, the surface in the process is etched In x Ga 1-x P ( x = 0.3, 10 nm) layer is not thinned. Therefore, the gate leak current can be reduced with good reproducibility.

【0021】なお、この実施例では、第3の半導体層1
05として厚さ10nmの(x=0.3)を用いたが、
例えば1990年7月ジャーナル・オブ・アプライドフ
ィジックス、第68巻、第1号、第107〜111ペー
ジ、第2図記載のInGaPのIn組成と臨界膜厚の関
係を満たす範囲内にあればよい。また、望ましくは、障
壁厚さとして4nm以上が確保される中で、In組成が
低いほうがよい。また、本実施例では、第3の半導体層
105の挿入位置として第2の半導体層104中のゲー
ト電極107より深さ10nmに挿入したが、ゲートリ
ーク電流を低減するためには、挿入位置としてはゲート
電極107に近いほうが望ましく、プロセス中に表面が
約2nmエッチングされることを考慮すると、2nm以
上10nm未満の深さに挿入するのが最も効果的であ
る。また、ここでは第3の半導体層105として、In
xGa1-xPを用いて説明したが、AlxGa1-xAs(x
=0.5)、臨界膜厚が4nm以上を満たす範囲内のI
x(Ga1-yAly1-xP(x<0.51、y>0)を
用いても同様の効果がある。また、第2半導体層104
がAlGaAs層の場合でも同様の効果がある。
In this embodiment, the third semiconductor layer 1
A 10 nm thick (x = 0.3) was used as 05,
For example, it may be within the range satisfying the relationship between the In composition and the critical film thickness of InGaP described in the July 1990 Journal of Applied Physics, Vol. 68, No. 1, pages 107-111, and FIG. Also, desirably, the In composition is lower while the barrier thickness is 4 nm or more. In this embodiment, the third semiconductor layer 105 is inserted at a depth of 10 nm from the gate electrode 107 in the second semiconductor layer 104. However, in order to reduce the gate leakage current, the third semiconductor layer 105 is inserted at a position where the third semiconductor layer 105 is inserted. Is preferably closer to the gate electrode 107. Considering that the surface is etched by about 2 nm during the process, it is most effective to insert at a depth of 2 nm or more and less than 10 nm. Further, here, as the third semiconductor layer 105, In
x Ga 1-x P has been described, but Al x Ga 1-x As (x
= 0.5), I within a range where the critical film thickness satisfies 4 nm or more.
n x (Ga 1-y Al y) 1-x P (x <0.51, y> 0) even with the same effect. Also, the second semiconductor layer 104
Is an AlGaAs layer, the same effect can be obtained.

【0022】(実施例2)本実施例2では、上述した実
施例1と同様に第1の半導体層103を形成した後、第
2の半導体層104として、例えばInGaP層40n
mを形成する。そして、第3の半導体層105として、
例えばInxGa1-xP(x=0.3、10nm)層を第
2の半導体層104中のゲート電極107より深さ10
nmの部位に挿入した。また、このとき第2の半導体層
104及び第3の半導体層105の2層をp型(2×1
19cm-3)にドーピングした。その後、実施例1と同
様のプロセスでトランジスタを形成した。
(Embodiment 2) In Embodiment 2, after forming the first semiconductor layer 103 in the same manner as in Embodiment 1 described above, as the second semiconductor layer 104, for example, an InGaP layer 40n
m. And as the third semiconductor layer 105,
For example, an In x Ga 1 -x P (x = 0.3, 10 nm) layer is formed at a depth 10 from the gate electrode 107 in the second semiconductor layer 104.
nm site. At this time, the two layers of the second semiconductor layer 104 and the third semiconductor layer 105 are p-type (2 × 1
0 19 cm -3 ). After that, a transistor was formed in the same process as in Example 1.

【0023】本実施例2においても、ゲート電極107
と接触するInGaPの下層に、第3の半導体層105
してInxGa1-xP(x=0.3、10nm)層が存在
するため、従来の表面に露出する構造に比較して、プロ
セス中のエッチングによりInxGa1-xP(x=0.
3、10nm)層が薄層化することがないため、再現性
良くゲートリーク電流の低減がはかれる。さらに本実施
例2では、第2の半導体層104と第3の半導体層10
5にp型の不純物(2×1019cm-3)を添加してい
る。このためビルトインポテンシャルが高くなり、ゲー
ト電極107に正の電圧を加えた場合に発生するゲート
リーク電流の増加現象も抑制できる。
Also in the second embodiment, the gate electrode 107
A third semiconductor layer 105 under the InGaP that is in contact with
As a result, there is an In x Ga 1 -x P (x = 0.3, 10 nm) layer, so that the In x Ga 1 -x P (x = 0.
Since the (3, 10 nm) layer is not thinned, the gate leak current can be reduced with good reproducibility. Further, in the second embodiment, the second semiconductor layer 104 and the third semiconductor layer 10
5 is doped with a p-type impurity (2 × 10 19 cm −3 ). For this reason, the built-in potential is increased, and an increase in the gate leak current that occurs when a positive voltage is applied to the gate electrode 107 can be suppressed.

【0024】なお、本実施例2では、第2の半導体層1
04と第3の半導体層105にp型の不純物(2×10
19cm-3)を添加したが、第3の半導体層105と、第
3の半導体層105により2つに分割された第2の半導
体層104との3層のうち、少なくとも1層以上がp型
にドーピングされていれば、ビルトインポテンシャルは
高くなり、リーク電流が低減できる。また、この実施例
2でも実施例1で説明したその他の半導体材料が適用で
きる。
In the second embodiment, the second semiconductor layer 1
04 and the third semiconductor layer 105 have p-type impurities (2 × 10
Although 19 cm −3 ) was added, at least one or more of the three layers of the third semiconductor layer 105 and the second semiconductor layer 104 divided into two by the third semiconductor layer 105 were p-type. If the mold is doped, the built-in potential increases and the leakage current can be reduced. In the second embodiment, the other semiconductor materials described in the first embodiment can be applied.

【0025】(実施例3)この実施例3は、実施例1と
同様に、図3において第1の半導体層103を形成した
後、第2の半導体層104として、例えばInGaP層
を40nmを形成し、第3の半導体層105として、例
えばInxGa1-xP(x=0.3、10nm)層を第2
の半導体層中のゲート電極107より深さ10nmの位
置に挿入した。このとき第2の半導体層104及び第3
の半導体層105の2層をn型(2×1017cm-3)に
ドーピングする。その後、実施例1と同様のプロセスで
トランジスタを形成した。
(Embodiment 3) In Embodiment 3, as in Embodiment 1, after forming the first semiconductor layer 103 in FIG. 3, an InGaP layer, for example, having a thickness of 40 nm is formed as the second semiconductor layer 104. Then, for example, an In x Ga 1 -x P (x = 0.3, 10 nm) layer is used as the third semiconductor layer 105 as the second semiconductor layer 105.
At a depth of 10 nm from the gate electrode 107 in the semiconductor layer. At this time, the second semiconductor layer 104 and the third
Are doped into n-type (2 × 10 17 cm −3 ). After that, a transistor was formed in the same process as in Example 1.

【0026】この実施例3においても、ゲート電極10
7と接触するInGaPの下層に第3の半導体層105
として、InxGa1-xP(x=0.3、10nm)層が
存在するため、従来の表面に露出する構造に比較して、
プロセス中のエッチングによりInxGa1-xP(x=
0.3、10nm)層が薄層化することがない。このた
め再現性良くゲートリーク電流の低減がはかれる。さら
に本実施例3では、第2の半導体層104と第3の半導
体層105にn型の不純物(2×1017cm-3)を添加
している。このためコンタクト層110から第1の半導
体層103までのアクセス抵抗が低減でき、高効率のト
ランジスタが実現できた。本実施例3では、第2の半導
体層104と第3の半導体層105にn型の不純物(2
×1017cm-3)を添加したが、第3の半導体層105
と第3の半導体層105により2つに分割された第2の
半導体層104の3層のうち、少なくとも1層以上がn
型にドーピングされていれば、アクセス抵抗が低減でき
る。また、この実施例2でも実施例1で説明したその他
の半導体材料が適用できる。
In the third embodiment, the gate electrode 10
, A third semiconductor layer 105 under the InGaP that is in contact with
As there is an In x Ga 1-x P (x = 0.3, 10 nm) layer, the structure is exposed as compared with the conventional structure exposed on the surface.
In x Ga 1-x P (x =
0.3, 10 nm) layer does not become thin. Therefore, the gate leak current can be reduced with good reproducibility. In the third embodiment, an n-type impurity (2 × 10 17 cm −3 ) is added to the second semiconductor layer 104 and the third semiconductor layer 105. Therefore, the access resistance from the contact layer 110 to the first semiconductor layer 103 can be reduced, and a highly efficient transistor can be realized. In the third embodiment, the second semiconductor layer 104 and the third semiconductor layer 105 have n-type impurities (2
× 10 17 cm −3 ), but the third semiconductor layer 105
And at least one of the three layers of the second semiconductor layer 104 divided into two by the third semiconductor layer 105 is n.
If the mold is doped, the access resistance can be reduced. In the second embodiment, the other semiconductor materials described in the first embodiment can be applied.

【0027】(実施例4)高抵抗基板101としてIn
P基板を用いた場合、実施例1と同様にバッファ層10
2として、アンドープInPバッファ層を厚さ1μmか
ら100nmの間、例えば200nm積層し、第1の半
導体層103としてn型不純物を添加したInP層を例
えばSi不純物を1x1017cm-3添加した厚さ300
nmで形成する。そして、第2の半導体層104とし
て、例えばアンドープInAlAs層40nmを形成
し、第3の半導体層105として、例えばInxGa1-x
P(x=0.3、10nm)層を第2の半導体層104
中のゲート電極107より深さ10nmの部位に挿入し
た。ソース電極106、ドレイン電極108は、第2の
半導体層104上にコンタクト層110として高濃度に
n型不純物を添加したInP層で、例えばSi濃度2×
1018cm-3、厚さ50nmを用い、実施例1と同じプ
ロセスでを作製する。
(Embodiment 4) As the high resistance substrate 101, In
When a P substrate is used, the buffer layer 10
As the second layer, an undoped InP buffer layer is stacked with a thickness of 1 μm to 100 nm, for example, 200 nm, and an InP layer to which an n-type impurity is added as the first semiconductor layer 103 is a thickness in which, for example, a Si impurity is added at 1 × 10 17 cm −3. 300
nm. Then, as the second semiconductor layer 104, for example, an undoped InAlAs layer 40 nm is formed, and as the third semiconductor layer 105, for example, In x Ga 1 -x
The P (x = 0.3, 10 nm) layer is used as the second semiconductor layer 104
It was inserted at a position 10 nm deeper than the middle gate electrode 107. The source electrode 106 and the drain electrode 108 are InP layers in which an n-type impurity is added at a high concentration as the contact layer 110 on the second semiconductor layer 104, for example, a Si concentration of 2 ×
Using 10 18 cm −3 and a thickness of 50 nm, the same process as in Example 1 is used.

【0028】この実施例4においても、ゲート電極10
7と接触するInAlAsの下層に第3の半導体層10
5としてInxGa1-xP(x=0.3、10nm)層が
存在するため、従来のInxGa1-xP(x=0.3、1
0nm)層が表面に露出する構造に比較して、プロセス
中のエッチングによりInxGa1-xP(x=0.3、1
0nm)層が薄層化することがない。このため、再現性
良くゲートリーク電流の低減がはかれる。また、この実
施例4では、第3の半導体層105として厚さ10nm
のInxGa1-xP(x=0.3)を用いたが 実施例1
で説明したその他の材料も適用できる。また、実施例
2、3で説明したように、第2の半導体層、第3の半導
体層にn型、p型半導体層を用いることもできる。
In the fourth embodiment, the gate electrode 10
A third semiconductor layer 10 under InAlAs in contact with
5, there is an In x Ga 1-x P (x = 0.3, 10 nm) layer, so that the conventional In x Ga 1-x P (x = 0.3, 1
In x Ga 1 -x P (x = 0.3, 1
0 nm) layer is not thinned. For this reason, the gate leak current can be reduced with good reproducibility. In the fourth embodiment, the third semiconductor layer 105 has a thickness of 10 nm.
In x Ga 1-x P (x = 0.3) was used in Example 1.
Other materials described in the above can also be applied. Further, as described in the second and third embodiments, n-type and p-type semiconductor layers can be used for the second semiconductor layer and the third semiconductor layer.

【0029】(実施例5)高抵抗基板101としてサフ
ァイア基板あるいはSiC基板あるいはGaN基板を用
いた場合、実施例1と同様に、バッファ層102として
アンドープGaNバッファ層を厚さ3μmから100n
mの間、例えば2μm積層し、第1の半導体層103と
して、n型不純物を添加したGaN層を、例えばSi不
純物を1x1017cm-3添加した厚さ300nmで形成
する。さらに、第2の半導体層104として、例えばア
ンドープAl0.15Ga0.85N層を40nmで形成し、第
3の半導体層105として、例えばAlxGa1-xN(x
=0.7、10nm)層を第2の半導体層104中のゲ
ート電極107より深さ10nmの位置に挿入した。ま
た、ソース電極106、ドレイン電極108は、第2の
半導体層104上のコンタクト層110として高濃度に
n型不純物を添加したGaN層を、例えばSi濃度2×
1018cm-3、厚さ50nmを用い、実施例1と同じプ
ロセスで作製した。
(Embodiment 5) When a sapphire substrate, a SiC substrate, or a GaN substrate is used as the high-resistance substrate 101, an undoped GaN buffer layer having a thickness of 3 μm to 100 n is used as the buffer layer 102 as in the first embodiment.
For example, a GaN layer to which an n-type impurity is added is formed as the first semiconductor layer 103 to have a thickness of, for example, 300 nm to which a Si impurity is added at 1 × 10 17 cm −3 . Further, as the second semiconductor layer 104, for example, an undoped Al 0.15 Ga 0.85 N layer is formed with a thickness of 40 nm, and as the third semiconductor layer 105, for example, Al x Ga 1-x N (x
(= 0.7, 10 nm) layer was inserted into the second semiconductor layer 104 at a depth of 10 nm from the gate electrode 107. In addition, the source electrode 106 and the drain electrode 108 are formed by forming a GaN layer doped with a high concentration n-type impurity as a contact layer 110
It was manufactured in the same process as in Example 1 using 10 18 cm -3 and a thickness of 50 nm.

【0030】この実施例5においても、ゲート電極10
7と接触するAlGaNの下層に第3の半導体層105
としてAlxGa1-xN(x=0.7、10nm)層が存
在するため、従来のAl0.15Ga0.85N層が表面に露出
する構造に比較して、プロセス中のエッチングによりA
xGa1-xN(x=0.7、10nm)層が薄層化する
ことがない。このため再現性良くゲートリーク電流の低
減がはかれる。また、この実施例5では、第3の半導体
層105として厚さ10nmのアンドープAlxGa1-x
N(x=0.7)を用いたが、実施例2、3で説明した
ように第2の半導体層、第3の半導体層にn型、p型半
導体層を用いることもできる。
In the fifth embodiment, the gate electrode 10
, A third semiconductor layer 105 under AlGaN in contact with
Since Al x Ga 1-x N where (x = 0.7,10nm) layer is present as, conventional Al 0.15 Ga 0.85 N layer as compared to the structure exposed on the surface, A by etching in the process
The l x Ga 1-x N (x = 0.7, 10 nm) layer is not thinned. Therefore, the gate leak current can be reduced with good reproducibility. In the fifth embodiment, as the third semiconductor layer 105, an undoped Al x Ga 1 -x having a thickness of 10 nm is used.
Although N (x = 0.7) is used, n-type and p-type semiconductor layers can be used for the second semiconductor layer and the third semiconductor layer as described in the second and third embodiments.

【0031】(第2の実施の形態)次に、本発明の第2
の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図4は、本発明の第2の実施の形態による電界効果トラ
ンジスタの構造例を示す断面図であり、図5は、図4に
示す電界効果トランジスタのゲート電極下のエネルギバ
ンドを示す説明図である。図4において、この第2の実
施の形態による電界効果トランジスタは、高抵抗基板2
01上に、上層の結晶の品質を上げるためのバッファ層
202と、キャリアが流れるアンドープの第1の半導体
層203と、第1の半導体層203にキャリアを供給す
るために、第1の半導体層203より電子親和力が小さ
く、n型の不純物が添加された第2の半導体層204が
順次形成されている。そして、第2の半導体層204よ
り電子親和力がさらに小さい第3の半導体層205が第
2の半導体層204のゲート電極207近傍に挿入され
た結晶構造を有する。そして、この結晶構造上に、ソー
ス電極206、ゲート電極207、ドレイン電極208
を形成したものである。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described.
An embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a structural example of a field-effect transistor according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an explanatory diagram showing an energy band below a gate electrode of the field-effect transistor shown in FIG. is there. In FIG. 4, the field-effect transistor according to the second embodiment includes a high-resistance substrate 2
01, a buffer layer 202 for improving the quality of an upper layer crystal, an undoped first semiconductor layer 203 through which carriers flow, and a first semiconductor layer 203 for supplying carriers to the first semiconductor layer 203. A second semiconductor layer 204 having an electron affinity smaller than that of 203 and to which an n-type impurity is added is sequentially formed. In addition, the third semiconductor layer 205 having a smaller electron affinity than the second semiconductor layer 204 has a crystal structure in which the third semiconductor layer 205 is inserted near the gate electrode 207 of the second semiconductor layer 204. Then, on this crystal structure, the source electrode 206, the gate electrode 207, and the drain electrode 208
Is formed.

【0032】図5において、キャリアは第1の半導体層
203と第2の半導体層204とで形成されるヘテロ界
面付近の第1の半導体層203側を流れる。熱によって
励起された電子209は、ゲート電極207よりショッ
トキー障壁を乗り越えて第1の半導体層203中に流れ
込もうとするが、第2の半導体層204に比較して電子
親和力が小さい第3の半導体層がない構造では、ゲート
リーク電流が大きくなる。これに対して本形態の構造で
は、障壁高さが高い第3の半導体層205が存在するの
で、流れ込む電流が大幅に抑制される。
In FIG. 5, carriers flow on the first semiconductor layer 203 side near a hetero interface formed by the first semiconductor layer 203 and the second semiconductor layer 204. The electrons 209 excited by heat try to flow over the Schottky barrier from the gate electrode 207 and flow into the first semiconductor layer 203, but have a third electron affinity smaller than that of the second semiconductor layer 204. In the structure without the semiconductor layer, the gate leakage current increases. On the other hand, in the structure of this embodiment, since the third semiconductor layer 205 having a high barrier height is present, the flowing current is significantly suppressed.

【0033】また、表面には第2の半導体層204が存
在するので、プロセス中に第3の半導体層205がエッ
チングされ、薄層化して障壁層が薄くなることもない。
したがって、再現性良くゲートリーク電流の小さい電界
効果トランジスタが得られる。また、本構造において
は、第2の半導体層204はn型にドーピングされてい
るため空乏層幅が小さく、第1の実施の形態の電界効果
トランジスタより多くの電子209が熱によって励起さ
れ、ゲート電極207より半導体障壁を乗り越えて第1
の半導体層203に流れ込む。したがって、第3の半導
体層205を挿入してゲートリーク電流を抑制する効果
が大きいものとなる。以下、本実施の形態における具体
的実施例6について説明する。
Further, since the second semiconductor layer 204 is present on the surface, the third semiconductor layer 205 is not etched during the process, and the barrier layer is not thinned.
Therefore, a field effect transistor having a small gate leak current with good reproducibility can be obtained. Further, in this structure, since the second semiconductor layer 204 is doped with n-type, the width of the depletion layer is small, and more electrons 209 are excited by heat than the field-effect transistor of the first embodiment, and the gate is gated. Over the semiconductor barrier from the electrode 207, the first
Flows into the semiconductor layer 203. Therefore, the effect of suppressing the gate leak current by inserting the third semiconductor layer 205 is large. Hereinafter, a specific example 6 of the present embodiment will be described.

【0034】(実施例6)図6は、本発明の第2の実施
の形態による電界効果トランジスタの具体的構造例を示
す断面図である。図6においては、高抵抗基板201と
してのGaAs基板上に、バッファ層202としてアン
ドープGaAsを厚さ1μmから100nmの範囲、例
えば200nm積層する。また、第1の半導体層203
としてアンドープInxGa1-xAs層を、例えばx=
0.15、厚さ300nmで形成し、第2の半導体層2
04として、例えば1x1018cm-3のSiを添加した
InGaP層を30nm形成する。さらに、第3の半導
体層205として例えばInxGa1-xP(x=0.3、
10nm)層を第2の半導体層204中のゲート電極2
07より深さ10nmの部位に挿入した。
(Embodiment 6) FIG. 6 is a sectional view showing a specific structure example of a field effect transistor according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 6, undoped GaAs having a thickness of 1 μm to 100 nm, for example, 200 nm is stacked as a buffer layer 202 on a GaAs substrate as a high resistance substrate 201. Further, the first semiconductor layer 203
Undoped In x Ga 1-x As layer, for example, x =
0.15, thickness of 300 nm, second semiconductor layer 2
As In 04, for example, an InGaP layer to which 1 × 10 18 cm −3 of Si is added is formed to a thickness of 30 nm. Further, for example, In x Ga 1 -x P (x = 0.3,
10 nm) layer as the gate electrode 2 in the second semiconductor layer 204.
It was inserted at a site 10 nm deeper than 07.

【0035】また、ソース電極206、ドレイン電極2
07は第2の半導体層204上のコンタクト層210と
して高濃度にn型不純物を添加したGaAs層を、例え
ばSi濃度2×1018cm-3、50nmで形成し、その
上にオーミック電極として例えばAuGe/Niを蒸着
後、熱処理により合金化して作製する。ゲート電極20
7は、第2の半導体層204上の高濃度にn型不純物を
添加したGaAs層をエッチング除去した後、第2の半
導体層204であるSi不純物を添加したInGaP層
を露出させ、レジストリフトオフ法により作製する。こ
のような構造では、ゲート電極207と接触するInG
aPの下層にInxGa1-xP(x=0.3、10nm)
層が存在するため、従来のInxGa1-xP(x=0.
3、10nm)層が表面に露出する構造に比較し、再現
性良くゲートリーク電流の低減がはかれる。
The source electrode 206 and the drain electrode 2
Reference numeral 07 denotes a GaAs layer to which a high concentration of n-type impurity is added as the contact layer 210 on the second semiconductor layer 204, for example, having a Si concentration of 2 × 10 18 cm −3 and 50 nm, and an ohmic electrode formed thereon, for example. After vapor deposition of AuGe / Ni, it is alloyed by heat treatment. Gate electrode 20
7 is a method of removing the GaAs layer on the second semiconductor layer 204 to which a high concentration of n-type impurity is added by etching, exposing the InGaP layer to which the Si impurity is added as the second semiconductor layer 204, Prepared by In such a structure, the InG
In x Ga 1-x P (x = 0.3, 10 nm) under aP
Due to the presence of the layer, the conventional In x Ga 1-x P (x = 0.
(3, 10 nm) The gate leakage current can be reduced with good reproducibility compared to the structure where the layer is exposed on the surface.

【0036】なお、この実施例6では、第3の半導体層
205として厚さ10nmのInxGa1-xP(x=0.
3) を用いたが、例えば1990年7月ジャーナル・オ
ブ・アプライドフィジックス第68巻、第1号、第10
7〜111ページ、第2図に記載のInGaPのIn組
成と臨界膜厚の関係を満たす範囲内にあればよい。また
望ましくは、障壁厚さとして4nm以上が確保される中
でIn組成が低いほうがよい。また、AlxGa1-xAs
(x0.5)、臨界膜厚が4nm以上を満たす範囲内の
Inx(Ga1-yAly1-xP(x<0.51、y>0)
を用いても同様の効果がある。また、第2半導体層20
4がAlGaAs層の場合でも同様の効果があった。ま
た、上述した実施例2、3、4、5で示した基板と半導
体材料、n型、p型ドーピング層の組み合わせにおいて
も同様の効果を得ることができる。
In the sixth embodiment, as the third semiconductor layer 205, a 10 nm-thick In x Ga 1 -xP (x = 0.
3) was used, for example, in July 1990, Journal of Applied Physics, Vol. 68, No. 1, No. 10
It suffices that the thickness be within the range satisfying the relationship between the In composition and the critical film thickness of InGaP described in FIG. Desirably, the In composition is preferably as low as 4 nm or more is secured as the barrier thickness. Also, Al x Ga 1-x As
(X0.5), In x within the critical film thickness satisfies more than 4nm (Ga 1-y Al y ) 1-x P (x <0.51, y> 0)
Has the same effect. Also, the second semiconductor layer 20
The same effect was obtained even when No. 4 was an AlGaAs layer. Further, similar effects can be obtained in the combination of the substrate and the semiconductor material and the n-type and p-type doping layers shown in the above-described embodiments 2, 3, 4, and 5.

【0037】(第3の実施の形態)次に、本発明の第3
の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図7は、本発明の第3の実施の形態による電界効果トラ
ンジスタの構造例を示す断面図であり、図8は、図7に
示す電界効果トランジスタのゲート電極下のエネルギバ
ンドを示す説明図である。図7において、この第3の実
施の形態による電界効果トランジスタは、高抵抗基板3
01上に、上層の結晶の品質を上げるためのバッファ層
302と、キャリアが流れるn型の不純物が添加された
第1の半導体層303と、この第1の半導体層303に
キャリアを供給する第1の半導体層303より電子親和
力が小さくn型の不純物が添加された第2の半導体層3
04とが形成されている。そして、第2の半導体層30
4より電子親和力がさらに小さい第3の半導体層305
が第2の半導体層のゲート電極307近傍に挿入された
結晶構造上に、ソース電極306、ゲート電極307、
ドレイン電極308を形成したものである。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described.
An embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a structural example of the field-effect transistor according to the third embodiment of the present invention. FIG. 8 is an explanatory diagram showing an energy band below a gate electrode of the field-effect transistor shown in FIG. is there. In FIG. 7, the field-effect transistor according to the third embodiment includes a high-resistance substrate 3
01, a buffer layer 302 for improving the quality of the crystal of the upper layer, a first semiconductor layer 303 to which an n-type impurity through which carriers flow is added, and a first layer for supplying carriers to the first semiconductor layer 303. The second semiconductor layer 3 having a smaller electron affinity than the first semiconductor layer 303 and doped with an n-type impurity.
04 is formed. Then, the second semiconductor layer 30
Third semiconductor layer 305 having an electron affinity even smaller than 4
Are inserted in the vicinity of the gate electrode 307 of the second semiconductor layer on the crystal structure, and the source electrode 306, the gate electrode 307,
The drain electrode 308 is formed.

【0038】図8において、キャリアは第1の半導体層
303と第2の半導体層304とで形成されるヘテロ界
面付近の第1の半導体層303側を流れる。第1の半導
体層303と第2の半導体層304は、キャリア濃度を
上げるためにn型不純物が添加されて空乏層幅が小さく
なり、熱によって励起された電子309は、ゲート電極
307より半導体障壁を乗り越えて第1の半導体層30
3中に流れ込みやすくなる。しかし、第2の半導体層3
03に比較して電子親和力が小さく障壁が高い第3の半
導体層305が存在するので、大幅に流れ込む電流が抑
制される。また、表面には第2の半導体層304が存在
するので、プロセス中に第3の半導体層305がエッチ
ングされ、薄層化して障壁層が薄くなることもない。し
たがって、再現性良くゲートリーク電流の小さい電界効
果トランジスタが得られる。
In FIG. 8, carriers flow on the first semiconductor layer 303 side near a hetero interface formed by the first semiconductor layer 303 and the second semiconductor layer 304. The first semiconductor layer 303 and the second semiconductor layer 304 are doped with an n-type impurity to increase the carrier concentration, the width of the depletion layer is reduced, and the electrons 309 excited by the heat are separated from the gate electrode 307 by a semiconductor barrier. Over the first semiconductor layer 30
3 easily flows into. However, the second semiconductor layer 3
Since there is the third semiconductor layer 305 having a smaller electron affinity and a higher barrier than that of the third semiconductor layer 03, the current flowing into the third semiconductor layer 305 is greatly suppressed. In addition, since the second semiconductor layer 304 is present on the surface, the third semiconductor layer 305 is not etched during the process, and the barrier layer is not thinned. Therefore, a field effect transistor having a small gate leak current with good reproducibility can be obtained.

【0039】また、本構造では、第1の半導体層303
と第2の半導体層304にn型不純物がドーピングされ
ているため空乏層幅が小さく、第2の実施の形態の電界
効果トランジスタより多くの電子309が熱によって励
起され、ゲート電極307よりショトキー障壁を乗り越
えて第1の半導体層303中に流れ込む。したがって、
第3の半導体層305を挿入することによるゲートリー
ク電流の低減効果は大きいものとなる。以下、本実施の
形態における具体的実施例7について説明する。
In this structure, the first semiconductor layer 303
And the second semiconductor layer 304 is doped with an n-type impurity, the width of the depletion layer is small, more electrons 309 are excited by heat than in the field effect transistor of the second embodiment, and the Schottky barrier is higher than the gate electrode 307. And flows into the first semiconductor layer 303. Therefore,
The effect of reducing the gate leak current by inserting the third semiconductor layer 305 is large. Hereinafter, a specific example 7 of the present embodiment will be described.

【0040】(実施例7)図9は、本発明の第3の実施
の形態による電界効果トランジスタの具体的構造例を示
す断面図である。図9において、高抵抗基板301とし
てはGaAs基板上を用い、バッファ層302として、
アンドープGaAsを厚さ1μmから100nmの範
囲、例えば200nm積層する。また、第1の半導体層
303として、例えばSiを1x1017cm-3添加した
InxGa1-xAs層、例えばx=0.15、厚さ300
nmを形成し、第2の半導体層304として、例えばS
iを添加したInGaP層を30nmで形成する。さら
に、第3の半導体層305として、例えばInxGa1-x
P(x=0.3、10nm)層を第2の半導体層304
中のゲート電極307より深さ10nmの位置に挿入し
た。
(Embodiment 7) FIG. 9 is a sectional view showing a specific example of the structure of a field effect transistor according to a third embodiment of the present invention. In FIG. 9, a GaAs substrate is used as the high resistance substrate 301, and a buffer layer 302 is used as the high resistance substrate 301.
Undoped GaAs is stacked in a thickness range of 1 μm to 100 nm, for example, 200 nm. Further, as the first semiconductor layer 303, for example, an In x Ga 1 -x As layer to which Si is added at 1 × 10 17 cm −3 , for example, x = 0.15, and a thickness of 300
nm, and as the second semiconductor layer 304, for example, S
An InGaP layer to which i is added is formed to a thickness of 30 nm. Further, as the third semiconductor layer 305, for example, In x Ga 1-x
The P (x = 0.3, 10 nm) layer is replaced with the second semiconductor layer 304
It was inserted at a depth of 10 nm from the middle gate electrode 307.

【0041】また、ソース電極306、ドレイン電極3
08は、第2の半導体層304上のコンタクト層310
として高濃度にn型不純物を添加たGaAs層で、例え
ばSi濃度2×1018cm-3、厚さ50nm上に、オー
ミック電極として例えばAuGe/Niを蒸着後、熱処
理により合金化して作製する。また、ゲート電極307
は、第2の半導体層304上の高濃度にn型不純物を添
加たGaAs層をエッチング除去した後、第2の半導体
層304であるSi不純物を添加したInGaP層を露
出させ、レジストリフトオフ法により作製する。このよ
うな構成では、ゲート電極307と接触するInGaP
の下層にが存在するため、従来のInxGa1-xP(x=
0.3、10nm)層が表面に露出する構造に比較し
て、再現性良くゲートリーク電流の低減がはかれる。
The source electrode 306 and the drain electrode 3
08 is a contact layer 310 on the second semiconductor layer 304.
For example, AuGe / Ni is deposited as a ohmic electrode on a GaAs layer to which a high concentration of n-type impurity is added, for example, with a Si concentration of 2 × 10 18 cm −3 and a thickness of 50 nm, and then alloyed by heat treatment. In addition, the gate electrode 307
Is to remove the GaAs layer on the second semiconductor layer 304 to which a high concentration n-type impurity is added by etching, and then to expose the InGaP layer to which the Si impurity is added, which is the second semiconductor layer 304, by a registry lift-off method. Make it. In such a configuration, InGaP contacting the gate electrode 307
Existing in the lower layer, the conventional In x Ga 1-x P (x =
(0.3, 10 nm) as compared with the structure in which the layer is exposed on the surface, the gate leak current can be reduced with high reproducibility.

【0042】また、この実施例7では、第3の半導体層
305として厚さ10nmのInxGa1-xP(x=0.
3)を用いたが、例えば1990年7月ジャーナル・オ
ブ・アプライドフィジックス第68巻、第1号、第10
7〜111ページ、第2図に記載のInGaPのIn組
成と臨界膜厚の関係を満たす範囲内にあればよい。ま
た、望ましくは、障壁厚さとして、4nm以上が確保さ
れる中で、In組成が低いほうがよい。なお、Alx
1-xAs(x0.5)、臨界膜厚が4nm以上を満た
す範囲内のInx(Ga1-yAly1-xP(x<0.5
1、y>0)を用いても同様の効果を得ることができ
る。また、第2半導体層304がAlGaAs層の場合
でも同様の効果がある。また、上述した実施例2、3、
4で示した基板と半導体材料、p型ドーピング層の組み
合わせにおいても同様の効果がある。
In the seventh embodiment, a 10 nm-thick In x Ga 1 -xP (x = 0.
3) was used, for example, in July 1990, Journal of Applied Physics, Vol. 68, No. 1, No. 10
It suffices that the thickness be within the range satisfying the relationship between the In composition and the critical film thickness of InGaP described in FIG. Also, desirably, the In composition is lower while the barrier thickness is 4 nm or more. In addition, Al x G
a 1-x As (x0.5) , In x (Ga 1-y Al y) within the critical film thickness satisfies more than 4nm 1-x P (x < 0.5
1, y> 0), the same effect can be obtained. The same effect is obtained even when the second semiconductor layer 304 is an AlGaAs layer. Further, in the above-described embodiments 2, 3,
The same effect can be obtained with the combination of the substrate, the semiconductor material, and the p-type doping layer shown in FIG.

【0043】(第4の実施の形態)次に、本発明の第4
の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図10は、本発明の第4の実施の形態による電界効果ト
ランジスタの構造例を示す断面図であり、図11は、図
10に示す電界効果トランジスタのゲート電極下のエネ
ルギバンドを示す説明図である。図10において、この
第4の実施の形態による電界効果トランジスタは、高抵
抗基板401上に、上層の結晶の品質を上げるためのバ
ッファ層402と、キャリアが流れるn型の不純物が添
加された第1の半導体層403が順次形成され、第1の
半導体層403より電子親和力が小さい第3の半導体層
405が第1の半導体層403のゲート電極407近傍
に挿入されている。そして、挿入された第3の半導体層
405のゲート電極407側界面は、ソース電極406
とゲート電極407の電位を等しくしたときの第1の半
導体層403とショットキー接合に形成された空乏層端
の深さに比較して1/2以下の深さに位置し、第3の半
導体層405の基板側界面が空乏層厚より浅い点に位置
する結晶構造上に、ソース電極406、ゲート電極40
7、ドレイン電極408が形成されている。
(Fourth Embodiment) Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
An embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 10 is a sectional view showing a structural example of a field effect transistor according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 11 is an explanatory diagram showing an energy band below a gate electrode of the field effect transistor shown in FIG. is there. In FIG. 10, the field-effect transistor according to the fourth embodiment has a buffer layer 402 for improving the quality of an upper crystal on a high-resistance substrate 401 and an n-type impurity in which carriers flow. One semiconductor layer 403 is sequentially formed, and a third semiconductor layer 405 having an electron affinity smaller than that of the first semiconductor layer 403 is inserted in the vicinity of the gate electrode 407 of the first semiconductor layer 403. The interface between the inserted third semiconductor layer 405 and the gate electrode 407 is connected to the source electrode 406.
The third semiconductor layer 403 is located at a depth of 1/2 or less of the depth of the depletion layer formed at the Schottky junction with the first semiconductor layer 403 when the potential of the gate electrode 407 is equal to that of the third semiconductor layer. A source electrode 406 and a gate electrode 40 are formed on a crystal structure in which the substrate-side interface of the layer 405 is located at a point shallower than the thickness of the depletion layer.
7. A drain electrode 408 is formed.

【0044】図11において、キャリアは第1の半導体
層403を流れる。熱によって励起された電子409
は、ゲート電極407より半導体障壁を乗り越えて第1
の半導体層403中に流れ込もうとするが、第1の半導
体層403に比較して電子親和力が小さく障壁高さが高
い第3の半導体層405が存在するので大幅に流れ込む
電流が抑制される。また、表面には第1の半導体層40
3が存在するのでプロセス中に第3の半導体層405が
エッチングされ薄層化して障壁層が薄くなることもな
い。したがって、再現性良くゲートリーク電流の小さい
電界効果トランジスタが得られる。
In FIG. 11, carriers flow through the first semiconductor layer 403. Electrons 409 excited by heat
Crosses over the semiconductor barrier from the gate electrode 407 and
, The third semiconductor layer 405 having a smaller electron affinity and a higher barrier height than the first semiconductor layer 403 prevents the current from flowing to a large extent. . Further, the first semiconductor layer 40 is provided on the surface.
Since 3 exists, the third semiconductor layer 405 is not etched and thinned during the process, and the barrier layer does not become thin. Therefore, a field effect transistor having a small gate leak current with good reproducibility can be obtained.

【0045】(実施例8)図12は、本発明の第4の実
施の形態による電界効果トランジスタの具体的構造例を
示す断面図である。図12において、高抵抗基板401
としてGaAs基板を用い、バッファ層402として、
アンドープGaAsを厚さ1μmから100nmの範囲
の例えば200nmで積層し、第1の半導体層403と
して、n型不純物を添加したGaAs層、例えばSi不
純物を1x1017cm-3添加した厚さ300nmで積層
する。また、第3の半導体層405として、例えばアン
ドープのInxGa1-xP(x=0.3、10nm)層を
第1の半導体層403中のゲート電極407より深さ1
0nmの位置に挿入する。
(Eighth Embodiment) FIG. 12 is a sectional view showing a specific structure example of a field effect transistor according to a fourth embodiment of the present invention. In FIG. 12, a high-resistance substrate 401
As a buffer layer 402, a GaAs substrate is used as
Undoped GaAs is stacked in a thickness of 1 μm to 100 nm in a thickness of, for example, 200 nm, and a first semiconductor layer 403 is stacked in a GaAs layer to which an n-type impurity is added, for example, in a thickness of 300 nm to which a Si impurity is added at 1 × 10 17 cm −3. I do. Further, as the third semiconductor layer 405, for example, an undoped In x Ga 1 -x P (x = 0.3, 10 nm) layer is formed at a depth of 1 from the gate electrode 407 in the first semiconductor layer 403.
Insert at 0 nm.

【0046】また、ソース電極406、ドレイン電極4
08は、第1の半導体層403上のコンタクト層410
として高濃度にn型不純物を添加たGaAs層を例えば
Si濃度2×1018cm-3厚さ50nmで形成し、この
上にオーミック電極として例えばAuGe/Niを蒸着
後、熱処理により合金化して作製する。また、ゲート電
極407は第1の半導体層403上の高濃度にn型不純
物を添加したGaAs層をエッチング除去した後、第1
の半導体層403であるn型不純物を添加したGaAs
層を露出させレジストリフトオフ法により作製する。こ
のような構成により、ゲート電極407と接触するGa
As層の下層に第3の半導体層405としてInxGa
1-xP(x=0.3、10nm)層が存在するため、従
来のInxGa1-xP(x=0.3、10nm)層が表面
に露出する構造に比較して、プロセス中に表面がエッチ
ングされてInxGa1-xP(x=0.3、10nm)層
が薄層化することがない。このため、再現性良くゲート
リーク電流の低減がはかれる。
The source electrode 406 and the drain electrode 4
08 is a contact layer 410 on the first semiconductor layer 403.
A GaAs layer to which a high concentration of n-type impurity is added is formed with, for example, a Si concentration of 2 × 10 18 cm −3 and a thickness of 50 nm, and then, for example, AuGe / Ni is deposited thereon as an ohmic electrode and then alloyed by heat treatment. I do. The gate electrode 407 is formed by etching and removing the GaAs layer on the first semiconductor layer 403 to which a high concentration n-type impurity is added.
GaAs doped with n-type impurities, which is the semiconductor layer 403 of FIG.
The layer is exposed and manufactured by a registry lift-off method. With such a configuration, Ga in contact with gate electrode 407 is formed.
In x Ga as a third semiconductor layer 405 under the As layer
Since the 1-x P (x = 0.3, 10 nm) layer is present, the process is compared with the conventional structure in which the In x Ga 1-x P (x = 0.3, 10 nm) layer is exposed on the surface. The surface is not etched and the In x Ga 1-x P (x = 0.3, 10 nm) layer is not thinned. For this reason, the gate leak current can be reduced with good reproducibility.

【0047】なお、この実施例8では、第3の半導体層
405として厚さ10nmの(x=0.3)を用いた
が、各種の学会誌や論文等(刊行物)に記載されるIn
GaPのIn組成と臨界膜厚の関係を満たす範囲内にあ
ればよい。また望ましくは障壁厚さとして4nm以上が
確保される中でIn組成が低いほうがよい。また、この
実施例8では、第3の半導体層405の挿入位置として
第1の半導体層403中のゲート電極407より深さ1
0nmに挿入したが、ゲートリーク電流を低減するため
には、挿入位置としてはゲート電極407に近いほうが
望ましく、プロセス中に表面が約2nmエッチングされ
ることを考慮すると、2nm以上10nm未満の深さに
挿入するのが最も効果がある。
In the eighth embodiment, a 10 nm-thick (x = 0.3) is used as the third semiconductor layer 405, but the In semiconductor described in various academic journals and articles (publications) is used.
What is necessary is just to be in the range which satisfies the relationship between the In composition of GaP and the critical film thickness. Further, it is desirable that the In composition is lower while the barrier thickness is 4 nm or more. In the eighth embodiment, the insertion position of the third semiconductor layer 405 is 1 depth from the gate electrode 407 in the first semiconductor layer 403.
Although it is inserted at 0 nm, in order to reduce the gate leakage current, it is desirable that the insertion position is closer to the gate electrode 407, and considering that the surface is etched by about 2 nm during the process, a depth of 2 nm or more and less than 10 nm is considered. It is most effective to insert the

【0048】ここでは第3の半導体層405として、I
xGa1-xPを用いて説明したが、例えば、AlxGa
1-xAs(x0.5)や、臨界膜厚が4nm以上を満た
す範囲内のInx(Ga1-yAly1-xP(x<0.5
1、y>0)を用いても同様の効果がある。また、本実
施例8では、第3の半導体層407としてアンドープの
InxGa1 -xP(x=0.3、10nm)層を用いた
が、高濃度のP型不純物、例えば炭素を1x1019cm
-3で添加したInxGa1-xP(x=0.3、10nm)
層を用いれば、さらにリーク電流が低減できる。したが
って、高出力トランジスタに用いることができる。ま
た、第3の半導体層407として、高濃度のn型不純
物、例えばSiを1x1018cm-3で添加したInx
1-xP(x=0.3、10nm)層を用いれば、ソー
ス抵抗が低減できる。したがって、高効率トランジスタ
に用いることができる。
Here, as the third semiconductor layer 405, I
Although description has been made using n x Ga 1-x P, for example, Al x Ga 1
1-x As (x0.5) and, In x (Ga 1-y Al y) within the critical film thickness satisfies more than 4nm 1-x P (x < 0.5
1, y> 0) has the same effect. In the eighth embodiment, an undoped In x Ga 1 -x P (x = 0.3, 10 nm) layer is used as the third semiconductor layer 407. However, a high-concentration P-type impurity, for example, carbon 19 cm
In x Ga 1-x P added at -3 (x = 0.3, 10 nm)
If a layer is used, the leak current can be further reduced. Therefore, it can be used for a high-output transistor. Further, as the third semiconductor layer 407, In x G doped with a high concentration of n-type impurity, for example, Si at 1 × 10 18 cm −3.
If an a 1-x P (x = 0.3, 10 nm) layer is used, the source resistance can be reduced. Therefore, it can be used for a high-efficiency transistor.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、キャリ
アが流れる第1の半導体層と、前記第1の半導体層より
電子親和力が小さく、かつ、前記第1の半導体層とヘテ
ロ接合を形成し、かつ、ゲート電極とショットキー接合
を形成する第2の半導体層とを有する電界効果トランジ
スタにおいて、前記第2の半導体層中に第2の半導体層
より電子親和力の小さい第3の半導体層を挿入し、か
つ、その挿入位置を第2の半導体層と第1の半導体層が
形成するへテロ界面より第2の半導体層とゲート電極が
形成するショットキー接合界面の近傍に配置した。この
ため、ゲート電極から流れ込む熱励起された電子をゲー
ト電極近傍の半導体中に設けた障壁層によって防ぐこと
が可能であり、さらにその障壁層が半導体中にあるため
ゲート電極形成プロセス中にエッチングされず、プロセ
スの再現性が良いため、ゲートリーク電流小さい電界効
果トランジスタを再現性良く作製できる。
As described above, according to the present invention, a first semiconductor layer through which carriers flow, an electron affinity smaller than that of the first semiconductor layer, and a heterojunction with the first semiconductor layer are formed. A field effect transistor having a gate electrode and a second semiconductor layer forming a Schottky junction, wherein a third semiconductor layer having a smaller electron affinity than the second semiconductor layer is provided in the second semiconductor layer. The second semiconductor layer was inserted, and the insertion position was located closer to the Schottky junction interface formed by the second semiconductor layer and the gate electrode than the hetero interface formed by the second semiconductor layer and the first semiconductor layer. For this reason, it is possible to prevent the thermally excited electrons flowing from the gate electrode by the barrier layer provided in the semiconductor near the gate electrode, and since the barrier layer is in the semiconductor, it is etched during the gate electrode formation process. In addition, since the process has good reproducibility, a field-effect transistor having a small gate leak current can be manufactured with good reproducibility.

【0050】また本発明は、第1の半導体層がn型ある
いはp型であり、第1の半導体層とゲート電極がショッ
トキー接合を形成する電界効果トランジスタにおいて、
第1の半導体層中に第1の半導体層より電子親和力の小
さい第3の半導体層を挿入し、かつその挿入された第3
の半導体層と第1の半導体層との界面が、ゲート電極側
ではソース電極とゲート電極の電位を等しくしたときの
ショットキー接合に形成された空乏層端の深さに比較し
て1/2以下の深さに位置し、基板側では空乏層厚より
浅い点に位置することを特徴とする。このため、ゲート
電極から流れ込む熱励起された電子をゲート電極近傍の
半導体中に設けた障壁層によって防ぐことが可能であ
り、さらにその障壁層が半導体中にあるためゲート電極
形成プロセス中にエッチングされず、プロセスの再現性
が良いため、ゲートリーク電流小さい電界効果トランジ
スタを再現性良く作製できる。
According to the present invention, there is provided a field effect transistor in which the first semiconductor layer is n-type or p-type, and the first semiconductor layer and the gate electrode form a Schottky junction.
A third semiconductor layer having an electron affinity smaller than that of the first semiconductor layer is inserted into the first semiconductor layer, and the inserted third semiconductor layer is inserted.
The interface between the semiconductor layer and the first semiconductor layer on the gate electrode side is し て of the depth of the end of the depletion layer formed at the Schottky junction when the potentials of the source electrode and the gate electrode are equalized. It is characterized by being located at the following depth and shallower than the depletion layer thickness on the substrate side. For this reason, it is possible to prevent the thermally excited electrons flowing from the gate electrode by the barrier layer provided in the semiconductor near the gate electrode, and since the barrier layer is in the semiconductor, it is etched during the gate electrode formation process. In addition, since the process has good reproducibility, a field-effect transistor having a small gate leak current can be manufactured with good reproducibility.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態による電界効果トラ
ンジスタの構造例を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a structural example of a field effect transistor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す電界効果トランジスタのゲート電極
下のエネルギバンドを示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an energy band below a gate electrode of the field effect transistor shown in FIG.

【図3】本発明の第1の実施の形態による電界効果トラ
ンジスタの具体的構造例を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view showing a specific structure example of the field-effect transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第2の実施の形態による電界効果トラ
ンジスタの構造例を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a structural example of a field-effect transistor according to a second embodiment of the present invention.

【図5】図4に示す電界効果トランジスタのゲート電極
下のエネルギバンドを示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an energy band below a gate electrode of the field effect transistor shown in FIG.

【図6】本発明の第2の実施の形態による電界効果トラ
ンジスタの具体的構造例を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a specific structure example of a field-effect transistor according to a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施の形態による電界効果トラ
ンジスタの構造例を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a structural example of a field-effect transistor according to a third embodiment of the present invention.

【図8】図7に示す電界効果トランジスタのゲート電極
下のエネルギバンドを示す説明図である。
8 is an explanatory diagram showing an energy band below a gate electrode of the field effect transistor shown in FIG.

【図9】本発明の第3の実施の形態による電界効果トラ
ンジスタの具体的構造例を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a specific structure example of a field-effect transistor according to a third embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第4の実施の形態による電界効果ト
ランジスタの具体的構造例を示す断面図である。
FIG. 10 is a sectional view showing a specific structure example of a field effect transistor according to a fourth embodiment of the present invention.

【図11】図10に示す電界効果トランジスタのゲート
電極下のエネルギバンドを示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an energy band below a gate electrode of the field-effect transistor shown in FIG.

【図12】本発明の第4の実施の形態による電界効果ト
ランジスタの具体的構造例を示す断面図である。
FIG. 12 is a sectional view showing a specific structure example of a field-effect transistor according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101……高抵抗基板、102……バッファ層、103
……第1の半導体層、104……第2の半導体層、10
5……第3の半導体層105、106……ソース電極、
107……ゲート電極、108……ドレイン電極。
101: high-resistance substrate, 102: buffer layer, 103
... First semiconductor layer, 104... Second semiconductor layer, 10
5... Third semiconductor layers 105 and 106... Source electrodes,
107: a gate electrode; 108: a drain electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F102 GB01 GC01 GD01 GJ02 GJ04 GJ05 GJ06 GJ10 GK04 GK05 GN04 GN05 GQ01 GR04 HC15 HC19  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 5F102 GB01 GC01 GD01 GJ02 GJ04 GJ05 GJ06 GJ10 GK04 GK05 GN04 GN05 GQ01 GR04 HC15 HC19

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 キャリアが流れる第1の半導体層と、前
記第1の半導体層より電子親和力が小さく、かつ、前記
第1の半導体層とヘテロ接合を形成し、かつ、ゲート電
極とショットキー接合を形成する第2の半導体層とを有
する電界効果トランジスタにおいて、 前記第2の半導体層中に第2の半導体層より電子親和力
の小さい第3の半導体層を挿入し、かつ、その挿入位置
を第2の半導体層と第1の半導体層が形成するへテロ界
面より第2の半導体層とゲート電極が形成するショット
キー接合界面の近傍に配置した、 ことを特徴とする電界効果トランジスタ。
A first semiconductor layer through which carriers flow; an electron affinity smaller than the first semiconductor layer; a heterojunction with the first semiconductor layer; and a gate electrode and a Schottky junction And a second semiconductor layer forming a second semiconductor layer, wherein a third semiconductor layer having an electron affinity smaller than that of the second semiconductor layer is inserted into the second semiconductor layer, and the insertion position is changed to a third position. A field effect transistor, which is disposed closer to a Schottky junction interface formed by the second semiconductor layer and the gate electrode than a hetero interface formed by the second semiconductor layer and the first semiconductor layer.
【請求項2】 第1の半導体層はn−型またはp−型の
いずれかの伝導性を示す半導体であることを特徴とする
請求項1記載の電界効果トランジスタ。
2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the first semiconductor layer is a semiconductor exhibiting n-type or p-type conductivity.
【請求項3】 第1の半導体層は不純物を添加しない半
導体であり、第2の半導体層のうち第3の半導体層と第
1の半導体層に挟まれる領域がn−型またはp−型の伝
導性を示す半導体であることを特徴とする請求項1記載
の電界効果トランジスタ。
3. The first semiconductor layer is a semiconductor to which an impurity is not added, and a region between the third semiconductor layer and the first semiconductor layer in the second semiconductor layer has an n-type or a p-type. The field effect transistor according to claim 1, wherein the field effect transistor is a semiconductor exhibiting conductivity.
【請求項4】 第2の半導体層のうち第3の半導体層と
第1の半導体層に挟まれる第2の半導体層が第1の半導
体層と同じ伝導性を示すことを特徴とする請求項2記載
の電界効果トランジスタ。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second semiconductor layer of the second semiconductor layer sandwiched between the third semiconductor layer and the first semiconductor layer has the same conductivity as the first semiconductor layer. 3. The field effect transistor according to 2.
【請求項5】 第3の半導体層と、第2の半導体層のう
ち第3の半導体層とゲート電極に挟まれる側の第2の半
導体層とのうち、少なくともいずれかの層が、第1の半
導体中を流れるキャリアと反対の伝導性を示すことを特
徴とする請求項2、3または4記載の電界効果トランジ
スタ。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of the third semiconductor layer and the second semiconductor layer of the second semiconductor layer which is interposed between the third semiconductor layer and the gate electrode is formed of the first semiconductor layer. 5. The field effect transistor according to claim 2, wherein the field effect transistor exhibits conductivity opposite to that of carriers flowing in the semiconductor.
【請求項6】 第3の半導体層と、第2の半導体層のう
ち第3の半導体層とゲート電極に挟まれる側の第2の半
導体層とのうち、少なくともいずれかの層が、不純物を
添加しない半導体であることを特徴とする請求項2、3
または4記載の電界効果トランジスタ。
6. A method according to claim 6, wherein at least one of the third semiconductor layer and the second semiconductor layer of the second semiconductor layer which is interposed between the third semiconductor layer and the gate electrode has impurities. 4. A semiconductor which is not added.
Or the field-effect transistor according to 4.
【請求項7】 第3の半導体層と、第2の半導体層のう
ち第3の半導体層とゲート電極に挟まれる側の第2の半
導体層とのうち、少なくともいずれかの層が、第1の半
導体中を流れるキャリアと同じ伝導性を示す半導体であ
ることを特徴とする請求項2、3または4記載の電界効
果トランジスタ。
7. A semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of the third semiconductor layer and the second semiconductor layer of the second semiconductor layer which is interposed between the third semiconductor layer and the gate electrode is formed of the first semiconductor layer. 5. The field effect transistor according to claim 2, wherein the semiconductor has the same conductivity as carriers flowing in the semiconductor.
【請求項8】 第1の半導体層がn型あるいはp型であ
り、第1の半導体層とゲート電極がショットキー接合を
形成する電界効果トランジスタにおいて、 第1の半導体層中に第1の半導体層より電子親和力の小
さい第3の半導体層を挿入し、かつその挿入された第3
の半導体層と第1の半導体層との界面が、ゲート電極側
ではソース電極とゲート電極の電位を等しくしたときの
ショットキー接合に形成された空乏層端の深さに比較し
て1/2以下の深さに位置し、基板側では空乏層厚より
浅い点に位置することを特徴とする電界効果トランジス
タ。
8. A field effect transistor in which the first semiconductor layer is n-type or p-type and the gate electrode and the first semiconductor layer form a Schottky junction, wherein the first semiconductor layer is formed in the first semiconductor layer. A third semiconductor layer having an electron affinity smaller than that of the third semiconductor layer, and the inserted third semiconductor layer;
The interface between the semiconductor layer and the first semiconductor layer on the gate electrode side is し て of the depth of the end of the depletion layer formed at the Schottky junction when the potentials of the source electrode and the gate electrode are equalized. A field-effect transistor, which is located at the following depth, and is located at a point shallower than a depletion layer thickness on a substrate side.
【請求項9】 第3の半導体層が不純物を添加していな
いことを特徴とする請求項8記載の電界効果トランジス
タ。
9. The field effect transistor according to claim 8, wherein the third semiconductor layer is free of impurities.
【請求項10】 第3の半導体層と、第1の半導体層の
うち第3の半導体層とゲート電極に挟まれる側の第1の
半導体層とのうち、少なくともいずれかの層が、第3の
半導体層より下層の第1の半導体層を流れるキャリアと
反対の伝導性を示すことを特徴とする請求項8記載の電
界効果トランジスタ。
10. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least one of the third semiconductor layer and the first semiconductor layer on the side of the first semiconductor layer sandwiched between the third semiconductor layer and the gate electrode is formed of the third semiconductor layer. 9. The field effect transistor according to claim 8, wherein the field effect transistor exhibits conductivity opposite to that of carriers flowing through the first semiconductor layer below the semiconductor layer.
【請求項11】 第1の半導体層のうち第3の半導体層
とゲート電極で挟まれる領域と第3の半導体層が、第3
の半導体層より下層の第1の半導体層を流れるキャリア
と同じ伝導性を示すことを特徴とする請求項8記載の電
界効果トランジスタ。
11. A region between the third semiconductor layer and the gate electrode in the first semiconductor layer and the third semiconductor layer are formed by the third semiconductor layer.
9. The field effect transistor according to claim 8, wherein the field effect transistor has the same conductivity as carriers flowing through the first semiconductor layer below the semiconductor layer.
【請求項12】 第1の半導体層がInGaAsであ
り、第2の半導体層がInGaPであり、第3の半導体
層がGaAs基板に格子整合するIn0.5(Ga1-yAl
y0.5P(1>y≧0)であることを特徴とする請求項
1、2、3、4、5、6または7記載の電界効果トラン
ジスタ。
12. The first semiconductor layer is made of InGaAs, the second semiconductor layer is made of InGaP, and the third semiconductor layer is made of In 0.5 (Ga 1-y Al) lattice-matched to a GaAs substrate.
8. The field effect transistor according to claim 1, wherein y ) 0.5 P (1> y ≧ 0).
【請求項13】 第1の半導体層がInGaAsであ
り、第2の半導体層がInGaPであり、第3の半導体
層がInx(Ga1-yAly1-xP(x<0.5、1>y
≧0)の歪層であることを特徴とする請求項1、2、
3、4、5、6または7記載の電界効果トランジスタ。
A 13. A first semiconductor layer is InGaAs, a second semiconductor layer InGaP, the third semiconductor layer In x (Ga 1-y Al y) 1-x P (x <0. 5, 1> y
≧ 0), characterized in that it is a strained layer.
8. The field effect transistor according to 3, 4, 5, 6, or 7.
【請求項14】 第1の半導体層がInGaAsであ
り、第2の半導体層がAlxGa1-xAs(x<0.3)
であり、第3の半導体層がAlxGa1-xAs(x≧0.
5)の歪層であることを特徴とする請求項1、2、3、
4、5、6または7記載の電界効果トランジスタ。
14. The first semiconductor layer is made of InGaAs, and the second semiconductor layer is made of Al x Ga 1 -x As (x <0.3).
And the third semiconductor layer is made of Al x Ga 1 -x As (x ≧ 0.
5. The strained layer according to 5), wherein
The field-effect transistor according to 4, 5, 6, or 7.
【請求項15】 第1の半導体層がInxGa1-x
(0.3≧x≧0)であり、第2の半導体層がAlx
1-xN(0≦x<0.5)あり、第3の半導体層がA
xGa1-xN(0.5≦x≦1)の歪層であることを特
徴とする請求項1、2、3、4、5、6または7記載の
電界効果トランジスタ。
15. The semiconductor device according to claim 15, wherein the first semiconductor layer is In x Ga 1 -xN.
(0.3 ≧ x ≧ 0), and the second semiconductor layer is made of Al x G
a 1−x N (0 ≦ x <0.5), and the third semiconductor layer is A
8. The field effect transistor according to claim 1, wherein the field effect transistor is a strain layer of l x Ga 1 -xN (0.5 ≦ x ≦ 1).
【請求項16】 第1の半導体層がInGaAsであ
り、第3の半導体層がGaAs基板に格子整合するIn
0.5(Ga1-yAly0.5P(1>y≧0)で半導体層で
あることを特徴とする請求項8、9、10または11記
載の電界効果トランジスタ。
16. A semiconductor device comprising: a first semiconductor layer made of InGaAs; and a third semiconductor layer made of InGaAs lattice-matched to a GaAs substrate.
12. The field effect transistor according to claim 8, 9, 10 or 11, wherein 0.5 (Ga 1-y Al y ) 0.5 P (1> y ≧ 0) is a semiconductor layer.
【請求項17】 第1の半導体層がInGaAsであ
り、第3の半導体層がInx(Ga1-yAly1-xP(x
<0.5、1>y≧0)の歪層であることを特徴とする
請求項8、9、10または11記載の電界効果トランジ
スタ。
17. The method according to claim 17, wherein the first semiconductor layer is made of InGaAs, and the third semiconductor layer is made of In x (Ga 1-y Al y ) 1-x P (x
12. The field effect transistor according to claim 8, 9, 10 or 11, wherein the strain layer has a strain of <0.5, 1> y≥0).
【請求項18】 第1の半導体層がInGaAsであ
り、第3の半導体層がAlxGa1-xAs(0.5≦x)
の歪層であることを特徴とする請求項8、9、10また
は11記載の電界効果トランジスタ。
18. The method according to claim 1, wherein the first semiconductor layer is InGaAs, and the third semiconductor layer is Al x Ga 1 -x As (0.5 ≦ x).
The field effect transistor according to claim 8, 9, 10 or 11, wherein the field effect transistor is a strained layer.
【請求項19】 第1の半導体層がInxGa1-x
(0.3≧x ≧0)であり、第3の半導体層がAlx
Ga1-xN(0.5≦x≦1)の歪層であることを特徴
とする請求項8、9、10または11記載の電界効果ト
ランジスタ。
19. The method according to claim 19, wherein the first semiconductor layer is made of In x Ga 1 -xN.
(0.3 ≧ x ≧ 0), and the third semiconductor layer is made of Al x
The field effect transistor according to claim 8, 9, 10, or 11, wherein the field effect transistor is a strained layer of Ga1 -xN (0.5≤x≤1).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7432538B2 (en) 2005-09-22 2008-10-07 Toyoda Gosei Co., Ltd. Field-effect transistor

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