JPH0261146B2

JPH0261146B2 -

Info

Publication number: JPH0261146B2
Application number: JP57009620A
Authority: JP
Inventors: Robeeru Jai Hooru
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1981-01-27
Filing date: 1982-01-26
Publication date: 1990-12-19
Also published as: FR2498815B1; US4563696A; CA1177583A; FR2498815A1; EP0058577B1; JPS57143870A; EP0058577A1; DE3260213D1

Description

【発明の詳細な説明】（技術分野）本発明は、垂直構造から成るトランジスターを
製作する分野における半導体デイバイスから創作
された構造を示し、電流又は信号を迅速にスイツ
チングし、または信号の位相を迅速に変化させる
ために、新たな手法で、弾道電子を偏向させるこ
とを目的とする半導体デイバイスおよび該デイバ
イスの製造方法に関する。

（背景技術）ある条件のもとに、ガリウム・ひ素、インジウ
ム・リン、インジウム・アンチモンのような半導
体において、電界中にある電子は、１ミクロン以
下の距離を他の電子との衝突によつて速さや方向
を防げられることなく通過する。これらは弾道電
子と呼ばれる。弾道輸送装置内部における電子の
走行時間は、半導体物質が有する不整構造を透過
することによりエネルギーが失われる間に電子線
が減衰する平均的時間とほぼ同じである。

垂直トランジスタ構造は、半導体材料中に埋め
込まれたグリツドの指の間に電子がキヤンセルさ
れ、カソード・アノード間（換言すれば電界効果
トランジスタにおけるソースとドレイン間）の非
常に短かい距離を迅速に通過するように設計され
ている。部分的な電子の弾道作用の結果、このよ
うなトランジスタは通常のトランジスタよりも、
高い最大周波数及び大きな相互コンダクタンスを
有する。しかしながらこのような構造は、高速度
なスイツチング作用又は非常に厳密な位相シフト
に対しては使用することができない。

（発明の目的）本発明は、スイツチ及び移相器を製造するため
に半導体材料の中に埋め込まれたグリツドを有す
る電界効果トランジスタの構造を大きく改良する
ことによつて、これらの欠点を除去することを目
的とする。

本発明に基づくデイバイスは、少なくとも１つ
のカソードと少なくとも１つのアノードを有す
る。この２つの電極は、電子の弾道現象を引き起
こすために半導体膜のいずれかの面に位置し、ま
たこの膜は最初に埋め込まれたグリツド電極を有
する。

またこのデイバイスは、２番目に埋め込まれた
グリツド電極を有する。第１グリツドと第２グリ
ツド間に異つた電圧を供給する手段が具備され
る。さらにこのデイバイスが、スイツチまたは移
相器として作用するかによつて、弾道電子が異な
るグリツドバイアス電圧の作用によりアノード電
極面上の異なる点に向かう結果、カソードとアノ
ード間を通過する弾道電子に対し異なる走行時間
を与えるために充分な長さを有する補助のアノー
ド電極またはアノード電極を有する。

（発明の構成及び作用）第１図に示すスイツチング・デイバイスは、半
導体材料から成る膜１を有する。この半導体材料
は、例えば単結晶ガリウム・ひ素のようなもので
あり、ｎ形ドーピング濃度は重要ではなく、cm³あ
たり５×10¹⁵から10¹⁶個の原子をふくむ。膜１の
厚さは１ミクロン以下であり、このことが機械的
な取扱いを難しくしている。この膜は、絶縁体材
料からなる支持体上に前もつてエピタキシヤルな
面を成長させた後、化学薬品により選択的にエツ
チングされた基板上のエピタキシヤル処理の結果
であることを後に述べる。

膜１は、次の(a)、(b)を有する。

(a) 膜の広い２つの面上にもうけられるオーム接
点、すなわち、ソース接点１０およびターゲツ
ト接点２１，２２を有し、これらの接点は膜上
に接触する斜線で示されている。

(b) 膜１（後に製造工程が示される）の内部に埋
め込まれたシヨツトキー接点型のオーム接点と
平行な１つの対をなす列。この接点は、２つの
グリツド棒G₁及びG₂によつて膜の外側に接続
されている。この接点の組合せは、第１図にお
いて線XXと線YYとで定められた一連のセル
XYを、半導体材料と共に形成していることが
わかる。おのおののセルは、ソース接点１０、
少なくとも２つのドレインもしくはターゲツト
接点２１及び２２、および２つの埋め込まれた
グリツド接点３１及び３２を有する。

異なるセルのソース・ドレイン間の空間が、セ
ルの数に比例して増加する全電流を得るために、
並列に構成されている。従つて、それぞれのセル
の接点１０は電圧源Ｖの負極である同じ端子１１
にひとまとめに接続されている。一方、電圧源の
正極は、たとえばアースされている。同様に接点
３１および３２は、それぞれ電圧源V₁およびV₂
の負極側であるグリツド棒に接続されている。電
圧V₁またはV₂の大きさ（それぞれ絶対値）を交
互に他より大きくするための制御手段がある。こ
の２つの負電位V₁およびV₂は、それぞれソース
接点１０の負電位より高い。

最後に、接点２１および２２はそれぞれ、隣接
するセルの同様な接点に接続され、おのおのター
ゲツト・デイバイスR₁およびR₂に並列に接続さ
れている。３又は４のターゲツト接点及び３又は
４のターゲツト・デイバイスを持つことが可能で
ある。

スイツチング・デイバイスの動作は、次のとう
りである。いま、第１図に示す線XXおよび線
YYで囲まれた部分のセルについて考える。接点
２１および２２は、接点１０に対して正電位であ
るので、電子線は接点１０から接点２１または２
２へ向かう。

第１の場合もし電圧V₂がV₁（それぞれ絶対値）より高いと
きは、接点３１および３２のまわりの空乏域４１
および４２は異なる半径を有し、ゾーン４１の半
径が最小半径である。電子線は、３つの異なる部
分に分れる。最も大きな部分はE₀である。ター
ゲツト２１がE₀を捕えることができないように
V₁およびV₂を調節すると、E₀はターゲツト２１
の方へ斜めに向かう。これらが弾道電子であり、
半導体膜により初めに設定された条件に従う。こ
のため、ターゲツトは大部分の電子線を効果的に
捕えることができる。ターゲツト２１は、電子線
の残部E₁およびE₂を捕えることができない。こ
れは、空乏域の影響を受けるからである。従つて
事実上、ターゲツト２２はいかなる電子をも捕え
ることができない。

第２の場合もし電圧V₂がV₁（それぞれ絶対値）より小さい
と仮定しても、その動作は第１の場合と同様であ
る。ただし、多くの電子線はターゲツト２２に捕
えられ、ターゲツト２１はいかなる電子も捕える
ことができない。こうして抵抗R₁またはR₂に対
して電流をスイツチすることができる。スイツチ
ング・デイバイスは、プレート１の異なるセルの
並列構成により形成される。

本発明によるスイツチング・デイバイスの大き
な利点の中で、固体構造に起因する利点および弾
道電子の速度特性に起因する利点とに注目する必
要がある。

第２図に示す移相器は、ターゲツト接点に関す
る部分を除いて、第１図に示すスイツチング・デ
イバイスと同様に膜１を有する。そしてこの場
合、オーム接点を形成しまたオーム接点として表
示されているターゲツト接点２０は、ソース接点
と反対側に位置する面上にもうけられる。この単
一の接点は、あらゆる場合に電子線を捕えること
ができるように、相対的に大きな表面積を有す
る。この接点は、ターゲツト・デイバイスＲの入
力端子に接続されており、該デイバイスのもう一
方の端子は移相器のアース側に接続されている。
移相器の動作は、スイツチング・デイバイスの動
作と同じである。電子線E₀は、電圧V₁およびV₂
（それぞれ絶対値）の割合によつて決められたタ
ーゲツト接点２０上の特別の方向に斜めに向か
う。このようにして、ターゲツト・デイバイスＲ
に到達する信号の移相の程度を変化させることが
できるのである。

次に２接点スイツチの場合について、本発明に
基づくデイバイスの製造工程について述べる。こ
の工程は、簡便な変更を加えれば、２以上の接点
または２以上の移相器を有するスイツチに応用で
きる。製造工程は、第３図に示す未だドーピング
されていない単結晶ガリウム・ひ素基板から出発
する。この基板は、任意の導電率に決めることが
できる。またこの基板は、任意の厚さを有し、後
工程中に除去される。

例えば、エピタキシヤル層４は、有機金属エピ
タキシー法により基板３上に形成される。

この層は、 Ga_1-xAl_xAs から成り、ｘは０と１の間の値をとるが、その値
はGaAsをスペアーする化学薬品を用いて選択的
にエツチングするために充分なものでなければな
らない。その厚さは、例えば約１ミクロンであ
る。ガリウム・ひ素層５は、cm³当り５×10¹⁵から
10¹⁶個の原子の濃度（濃度はクリテイカルではな
い）でｎ形ドーピングされて、層４上にエピタキ
シヤル成長により形成される。厚さは、例えば、
およそ0.1ミクロンである。

第４図および第５図は、それぞれ断面図および
平面図である。両図は、２つのインターデイジタ
ルのグリツドを形成するために、層５上に金属を
付着させる工程を行つた結果を示している。グリ
ツドG₁は第４図に示す断面に垂直に形成され指
３１，３３等を有する。グリツドG₂は指３２，
３４等（指３１，３３に対して平行）を有する。
指３１および３２（または３３および３４）間の
距離ｄは、第１図に示されている作用によつて前
もつて決められている。一方、指３２および３３
間または同様な位置関係にある指間の距離は、変
えることができる。

第６図および第７図は、それぞれ断面図および
平面図である。両図は、２つのグリツドG₁およ
びG₂の指を埋め込むために、ガリウム・ひ素か
ら成る層６をエピタキシーにより成長させる工程
を行つた結果を示している。コーテイング６の幅
は、バイアス電源を接続するためのグリツド棒に
アクセス可能になるように決められる。

層６のガリウム・ひ素は、層５のそれと同じよ
うにドーピングされており、実際には２つのグリ
ツドG₁およびG₂の指が埋め込まれた単一のコー
テイング７となつている。

第８図は断面図である。これは、グリツドの指
３１および３２と平行な指を形成するソース接点
１０を付着させる工程を行つた結果を示してい
る。ここで注意すべきことは、おのおのの接点１
０は、指３１および３２に対してそれぞれ等距離
であるという点である。これらの寸法は、例え
ば、長さ200ミクロン、幅0.1ミクロン、厚さ0.1
ミクロン（厚さはトランジスターのグリツドの長
さを決める）である。また２つの隣接したグリツ
ドの指の間の距離は、0.5ミクロンであり、２つ
の隣接したソース接点間の距離は１ミクロンであ
る。層７の厚さは、0.2から0.3ミクロンである。

第９図は、絶縁体９０をソース接点１０の間に
付着させる工程を行つた結果を示している。この
工程において、写真蝕刻法により接点１０上に樹
脂の指を付着させることにより、前もつて接点１
０の上の部分を保護する。この中間工程は示され
ていない。二酸化シリコン（SiO₂）が、次々に、
完成したデイバイスの上に付着され樹脂の指とこ
れらを覆う二酸化シリコンは、樹脂溶剤の作用に
より取り除かれる。

第１０図は、半導体コーテイング４および７よ
り厚い金属プレート１００を付着させる工程を行
つた結果を示している。金属プレート１００は、
ソース接点１０に対して平行にアクセスすること
を可能とする。金属プレート１００は、半導体の
一端７１に沿つて半導体片から突き出ている。

次の２つの工程は、半導体基板を除去すること
と、その半導体基板の代わりに金属プレート１０
０の面上に絶縁支持体を付着することである。

第１１図は半導体基板を除去するための中間工
程を示している。この中間工程は、次の(a)、(b)か
らなる。

(a) 第１１図に示す第１段階では、ガリウム・ひ
素基板が、化学薬剤−たとえば、過酸化水素と
アンモニアを体積比で19対１の分量で混合した
もの−によつてエツチングされる（矢印１１
０）。

(b) 基板を形成するガリウム・ひ素を完全に除去
した後、第２段階では、コーテイング４を形成
するガリウム・ひ素とアルミニウムが、化学薬
剤−たとえば、ふつ化水素酸と純水を同じ体積
分量で混合したもの−によつてエツチングされ
る。この化学的作用によるエツチングは、
GaAlAsが完全に除去されるまで続けられる。

第１２図は、デイバイスの取扱いを容易にする
ために、エポキシ樹脂コーテイング１２１とこれ
に比べて薄いガラスコーテイング１２２を、金属
板プレート上に連続して付着させる工程を行つた
結果を示している。

次の段階は、グリツドG₁およびG₂のそれぞれ
の指（シヨツトキー接点３１および３２）に対し
て平行に指を位置させることにより、アノード接
点またはターゲツトの列を形成させることであ
る。

第１段階では、いくつかの指２１から成る第１
列を付着する。

(a) 光蝕刻法によつて、感光樹脂マスクが形成さ
れかつ同じ金属片C₁（ターゲツトの第１列）か
ら指が平行に分岐するように構成されているタ
ーゲツト２１のパターンに従つて露光される。
この工程を第１５図に示す。樹脂マスク上にタ
ーゲツトC₁のかくれた像を形成するために、
光学的方法を用いグリツド３１および３２の列
を正確に配列する。従つて、以前に示された意
味において、各セルにおいて、グリツドとアノ
ードのそれぞれの電極の位置に関し、他の電極
の平行度をふくめて厳しく注意しなければなら
ない。ガリウム・ひ素を通つて指が見えるよう
にするために、赤外線顕微鏡（波長0.9ミクロ
ン以上）が使用される。樹脂マスクを現像した
後、現われたみぞの中に金属を付着させ、最終
的に残つた樹脂を除去する。これらの工程を行
つた結果が第１３図に示されている。

(b) 第１４図および第１５図はそれぞれ平面図及
び断面図であり、次の工程を行つた結果を示し
ている。

(1) 絶縁体層１４０を、指２１の間、およびこ
れらを連結する金属片C₁のまわりに付着。

(2) 絶縁体１４０上に、金属片C₁およびこれ
に接合するコネクター１５１とを付着。

第２段階では、前述の工程で示された操作と同
様な操作を行なう。しかしながら二酸化シリコン
は、第２列の指の金属片（未だ付着されていな
い）と、第１列の指の金属片（すでに付着されて
いる）とを絶縁するために付着されるのである。
第１６図は、指２１および２２から成る２列を有
するデイバイスを示している。次の点が指適され
る。

(1) 第１列のターゲツト２２を連結する金属片
C₂は、指２１からなる第１列をカバーする絶
縁体層１５４上に付着されている。

(2) この金属片C₂は、絶縁体層１５４上に付着
されたコネクターC₃に接続されている。

３つまたはそれ以上のターゲツトを有するスイ
ツチングの場合には、おのおののターゲツトを形
成する指の例の間隔は、２つの連続したソース接
点を分離する距離に等しい。たとえば、前述の例
で言うとその距離は１ミクロンであり、従つてタ
ーゲツト間の距離は１ミクロン以下である。

本発明に基づく移相器の製造工程は、アノード
接点を付着することに関する最終工程を除いて、
今まで述べてきたいくつかの工程からなる。最終
工程は、第２図に示すターゲツト電極２０を形成
するために、第１２図に示すコーテイング７の面
上に金属を付着させる単一の工程で置き換えるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、スイツチング・デイバイスを形成す
る発明に基づく１番目の実施例を示す図、第２図
は、移相器を形成する発明に基づく２番目の実施
例を示す図、第３図、第４図、第５図、第６図、
第７図、第８図、第９図、第１０図、第１１図、
第１２図、第１３図、第１４図、第１５図および
第１６図は、それぞれ本発明に基づくデイバイス
の製造工程を示す図である。１……半導体膜、１０……ソース接点、２０，
２１，２２……ドレイン接点、３１，３２……グ
リツド接点、９０……絶縁体層、１００……金属
板、１５１，１５２……コネクタ。

Claims

【特許請求の範囲】１弾道輸送電子を偏向させるデイバイスであつ
て、少なくとも１つのカソードと少なくとも１つ
のアノードを有し、該２つの電極は弾道電子現象
を可能とする半導体膜のいずれかの面に位置し、
該フイルムは第１の埋め込まれたグリツド電極と
２番目に埋め込まれたグリツド電極とを有し、該
埋め込まれた電極間にかかる電位差の作用により
電子線が偏向するように、第１グリツド電極およ
び第２グリツド電極にバイアス電圧を供給する手
段が具備されることを特徴とする、弾道輸送電子
を偏向させるデイバイス。２第１グリツド電極および第２グリツド電極間
に供給される電圧の割合を変えることにより、電
流が１つのまたは別のアノード電極を通つて流れ
るように、少なくとも１つの追加電極を有する、
特許請求の範囲第１項に記載のデイバイス。３弾道電子が異なるグリツドバイアス電圧によ
りアノード電極上の異なる点に向かう結果、カソ
ードとアノード間を通過する弾道電子に対し異な
る走行時間を与えるために充分な長さのアノード
電極を有する、特許請求の範囲第１項記載のデイ
バイス。４平行な電極の列を形成するカソード、第１グ
リツド電極および第２グリツド電極、およびアノ
ードを有し、第１グリツド電極および第２グリツ
ド電極はインターデイジタルグリツドを形成し、
カソード電極およびアノード電極は半導体膜を用
いてオーム接点を形成し、グリツド電極はシヨツ
トキー接点を形成する、特許請求の範囲第２項に
記載のデイバイス。５カソード電極およびグリツド電極は平行な電
極の列を形成し、カソード電極は半導体膜を用い
てオーム接点を形成し、２つのインターデイジタ
ル電極の組であるグリツド電極は半導体膜中に埋
め込まれたシヨツトキー接点を形成する、特許請
求の範囲第３項に記載のデイバイス。６半導体膜は、cm³当り５×10¹⁵から10¹⁶個の原
子の濃度でｎ形ドーピングされたガリウム・ひ素
から成り、膜の厚さが１ミクロン以下である、特
許請求の範囲第１項に記載のデイバイス。７弾道輸送電子を偏向させるデイバイスであつ
て、少なくとも１つのカソードと少なくとも１つ
のアノードを有し、該２つの電極は弾道電子現象
を可能とする半導体膜のいずれかの面に位置し、
該フイルムは第１の埋め込まれたグリツド電極と
２番目に埋め込まれたグリツド電極とを有し、該
埋め込まれた電極間にかかる電位差の作用により
電子線が偏向するように、第１グリツド電極およ
び第２グリツド電極にバイアス電圧を供給する手
段が具備されるごときデイバイスの製造方法であ
つて、第１の半導体材料から形成される平行六面
体３から出発し、少なくとも次に示す手段を有す
る製造方法； (A) 基板の広い面積を覆い、第１の半導体材料に
何ら影響を与えることなく化学薬剤を用いた選
択的なエツチングにより除去される第２の半導
体材料からなる第１層４をエピタキシーによつ
て付着し、 (B) 第１層上に、第１の半導体材料と同じ材料か
らなる第２層５をエピタキシーによつて付着
し、 (C) 第２層の少なくとも２点に、２つのシヨツト
キー接点を形成するために金属を付着し、 (D) 第２層およびシヨツトキー接点上に第１の半
導体材料の内部にシヨツトキー接点を埋め込む
ために、第１の半導体材料と同じ材料からなる
第３層６をエピタキシーによつて付着し、 (E) 第３層上に少なくとも１つのオーム接点を形
成するために金属を付着し、 (F) オーム接点１０に何ら影響を与えることなし
に、第３層上に絶縁体層９０を付着し、 (G) 絶縁体層およびオーム接点上に、半導体材料
から突出した金属板１００を付着し、 (H) 第１の半導体材料を選択的にエツチングする
薬剤によつて第１層４を除去し、 (J) 新たな基板を形成するために少なくとも１つ
の絶縁体材料を(G)工程で付着された膜上に付着
し、 (K) (I)工程のエツチングにより現われた層７上
に、少なくとも１つのオーム接点２１を付着さ
せる。８ (K)工程において付着された第１列オーム接点
上に、(J)工程に続いて少なくとも２列のオーム接
点を付着させる場合において、２列のオーム接点
が互いに絶縁されるように第２列のオーム接点を
接続する金属を交差させるために、第１列のオー
ム接点上を部分的に覆う絶縁層を付着させる、特
許請求の範囲第７項に記載の方法。９移相器を形成する場合において、弾道電子が
アノード電極上の異なる点に到達することにより
弾道電子に異なる通過時間を与えるために、(K)工
程で付着されたオーム接点が充分な長さを有す
る、特許請求の範囲第７項に記載の方法。１０ (J)と(K)の間に、絶縁体片が付着され、該絶
縁体片は第１列オーム接点を構成する金属片の端
により部分的に覆われ、第１列の接点をコネクタ
ーに接続するための金属を受ける、特許請求の範
囲第８項に記載の方法。１１ (K)工程以後の工程中において、第１列オー
ム接点を部分的に覆う絶縁体層に、半導体材料と
絶縁体層を部分的に覆う第２列オーム接点と該接
点に対応するコネクターが最終的に絶縁体層上に
付着されると同時に、第２列オーム接点を接続す
るための金属を付着する、特許請求の範囲第１０
項に記載の方法。