JPH0346271A - Mis形電界効果トランジスタ - Google Patents

Mis形電界効果トランジスタ

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JPH0346271A
JPH0346271A JP1180577A JP18057789A JPH0346271A JP H0346271 A JPH0346271 A JP H0346271A JP 1180577 A JP1180577 A JP 1180577A JP 18057789 A JP18057789 A JP 18057789A JP H0346271 A JPH0346271 A JP H0346271A
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JP
Japan
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zns
insulating film
znse
gate insulating
film
Prior art date
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Pending
Application number
JP1180577A
Other languages
English (en)
Inventor
Toru Saito
徹 斉藤
Toshiya Yokogawa
俊哉 横川
Satoshi Kamiyama
智 上山
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.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、G a A s基板を用いた金属/絶縁物/
半導体形電界効果トランジスタ(以下MISFETと称
す)に関するものである。
(従来の技術) 近年、G a A sは、Siに比べ電子移動度が大き
く、超高速論理素子材料として注目されている。
現在、GaAsを用いた論理素子は、G a A s 
M ESFETが主流であるが、MESFETに比べて
、消費電力が小さく、高集積化が可能なGaAsMIS
FETの実用化が強く期待されている。
一般に、Si基板の表面に、絶縁膜を形成する方法は、
熱酸化により良質のSiO□膜を形成する。
しかしながら、GaAs基板の場合は、Asは蒸気圧が
高く熱脱離を起こすために、良質の熱酸化膜を得ること
は不可能であった。従って、G a A s基板上に化
学的気相成長法(以下CVDと称す)や、スパッタ法等
により、低温で絶縁膜を形成していた。
従来のMISFETについて、第4図(a)および(b
)により説明する。
第4図(a)における第1の従来例のMISFETは、
半絶縁性G a A s基板1の表面に、化学的気相成
長によるSio、膜2のゲート絶縁膜を介して形成した
ゲート電極3を挟んで、不純物イオンが注入されたn0
拡散領域4上にソース・ドレイン電極5が形成されたも
のである。
第4図(b)における第2の従来例のMISFETが、
上記の第1の従来例と異なる点は、半絶縁性GaAs基
板1の表面に、エピタキシャル成長によるZ n S 
z S 6l−r(0,03< x <0.05)膜6
を介してゲート電極3が形成されている点で、その他は
変わりがない。
なお、第1の従来例では、5in2膜2の替りに、Si
、N4膜を、又第2の従来例ではZn5zSe14膜6
の替りにGayAQl−xA8(0< X < 1 )
膜をそれぞれ形成した例もある。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、第1の従来例では、G a A s基板
1とSin、膜2又はSi、N4膜の界面には、多量の
未結合が存在し、界面準位を形成していることが知られ
ている。このため、GaAs基板1に対しSio2膜2
の比抵抗が大きいため、GaAs基板1とSin、膜2
の間の界面準位密度が、1X10”an−”eV−1程
度と大きくなり、FETとして実用化するのは難しいと
いう問題があった。
また、第2の従来例では、Zn5zSe1−x膜6は。
GaAs基板1に格子整合し、且つ、禁制帯幅が、Ga
Asより大きく、さらに、上記のSio、膜2に比べて
界面準位密度が小さく、且つ、比抵抗も小さいが、伝導
帯のバンド不連続量が。
zn S a 、03 S eo 、7 / Q6Ag
で0.02eV、G a A Q A s/GaAsで
0.17eVと小さく、界面にキャリアを有効に閉じ込
めることが難しいという問題があった。
本発明は上記の問題を解決するもので、GaAs基板を
用いた高性能のMISFETを提供するものである。
(m1題を解決するための手段) 上記の課題を解決するため、本発明はGaAs基板上に
、異なる2種類以上の■−■族化合物半導体からなる超
格子を堆積し、ゲート絶縁膜とするものである。
また、G a A s基板とSin、膜又はSi、Nl
膜等の絶縁膜との間に異なる2種類以上のII −VI
族化合物半導体からなる超格子を挿入するものである。
(作 用) G a A s基板上に、例えば、ZnSe、ZnS薄
膜を交互に積層したZnSe/ZnS歪超格子でゲート
絶縁膜を形成すると、GaAs、ZnSeおよびZnS
結晶は、それぞれ格子定数が異なるが、ゲート絶縁膜を
形成する各層厚は極めて薄いため、格子が歪み、格子不
整合による転位が発生せず、GaAs/絶縁膜界面の未
結合手が極めて少なくなる。
従って、Sin、膜、又は513N4膜に比べて、界面
準位密度の著しく小さな絶縁膜の形成が可能となる。
第3図(a)および(b)は、G a A s基板上に
ZnSe/ZnS歪超格子およびG a A s基板に
格子整合したZnS、、、、Ss、、、、をそれぞれ形
成した時のエネルギーバンド図である。ZnSe/Zn
S歪超格子を絶縁膜として用いた場合、ZnSSe膜を
用いた場合に比べ、GaAs/絶縁膜界面での伝導帯の
エネルギー不連続量が約0.15eV大きい、歪超格子
は、GaAs界面に蓄積された電子にとって大きな障壁
となり、ゲート電極への漏れ電流を著しく軽減する。な
お、Zn5a/ZnS歪超格子で説明したが、ZnTe
/ZnS、Zn5Ss/ZnS、ZnTeS/ZnS、
ZnSeTe/ZnSを用いても、同様の効果が得られ
る。
G a A s基板とSio、膜あるいはSi、N、膜
等のゲート絶縁膜との界面に、例えば、ZnSeとZn
Sからなる歪超格子を挿入すると、界面に歪エネルギー
が貯えられ、転位の発生を抑制し、界面の未結合手の数
を軽減することができる。これより、従来のSin、膜
又はSi、N4膜単層のMISFETに比べて相互コン
ダクタンス等の特性が向上する。
なお、ZnSe/ZnS歪超格子の替わりにZnTe/
ZnS、ZnSSe/ZnS 、ZnTeS/ZnS。
ZnSeTe/ZnSを用いても、同様の効果が得られ
る。
(実施例) 本発明の実施例2例について、第1図および第2図によ
り説明する。
第1図は、ZnSe/ZnS歪超格子7をゲート絶縁膜
として用いた第1の実施例の要部拡大断面図である。な
お、第4図に示した従来例と同じ構成部には、同一符号
を付して説明を進める。
Siイオン注入を用いてソース・ドレイン領域となるn
0拡散領域4を形成した半絶縁性G a A s基板上
の上に、有機金属気相成長法により。
ZnSe/ZnS歪超格子7を堆積した。原料ガスには
、ジメチル亜鉛、ジメチルセレン、硫化水素を用い、成
長温度を550℃とした。
歪超格子7は、膜厚50AのZnSe7aと、膜厚50
入のZnS 7bをそれぞれ10層交互に積層して全面
に形成した後、反応性イオンエツチング法によりゲート
電極3の部分以外の歪超格子7を除去した。
ソース・ドレイン電極5はA u / Q 6を真空蒸
着した後、400℃1分間の熱処理を施しオーム性電極
とし、ゲート電極3は、Auの真空蒸着により形成した
。
このようにして得られたGaAsM I S F E 
Tのゲート長は1μm、ゲート幅は10μmである。試
作品について、ドレイン電流−ドレイン電圧特性を測定
した結果、室温で相互コンダクタンス500+s Si
請を得た。
また、キャリア密度2 X 10” (!m−”を半絶
縁性GaAs基板上に、同様の手法でZnSe/ZnS
歪超格子を堆積し、Au電極を蒸着してMISダイオー
ドを試作し、その容量−電圧特性から求めた界面準位密
度の最小値は、I XIOllam−”eV−1であっ
た。
本実施例のように、ZnSe/ZnS歪超格子7をゲー
ト絶縁膜に用いると、良好な界面特性が得られ、MIS
FETの特性が向上する。
また、ゲート電極3への漏れ電流密度は、5v印加時に
、1 p A / d以下で、従って、ZnSe/Zn
S歪超格子7の比抵抗がro1!Ω・0以上となりZn
SSe膜やA Q G a A s膜に比べ、絶縁性に
優れている。
なお、ZnSe/ZnS歪超格子7の替わりにZnTa
/ZnS、ZnSSe/ZnS、ZnTa5/ZnS、
ZnSeTe/ZnS歪超格子を用いた場合も同様の結
果が得られた。
第2図は、GaAs基板lとSj、02膜2との間にZ
nSe/ZnS歪超格子7を挿入した第2の実施例の要
部拡大断面図である。
第2の実施例が、第1図に示した第1の実施例と異なる
点は、歪超格子7が、50人のZnSeと50入のZn
Sをそれぞれ2層交互に積層して形成した点と、続いて
原料ガスとしてモノシランおよび酸化二窒素を用いたプ
ラズマCVDにより800λのSin、膜2を堆積した
点である。その点は変わらないので、同じ構成部には同
一符号を付して、その説明を省略する。
試作したGaAsM I S F E Tは、ゲート長
がlμLゲート幅がlOμ冒で、ドレイン電流−ドレイ
ン電圧特性を測定した結果、室温で相互コンダクタンス
500m S / mを得た。また、ゲート電極への漏
れ電流密度を測定した結果、lnA/aJ以下であった
。
本実施例のように、GaAs基板1とSio、膜2の間
に、ZnSe/ZnS歪超格子7を挿入することによっ
て、MISFETの特性が大幅に向上した。
なお、ZnSe/ZnS歪超格子7の替わりにZnTe
/ZnS、Zn5Ss/ZnS、ZnTeS/ZnS、
ZnSeTe/ZnSを用いても同様の結果が得られた
。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明によれば、室温で相互フン
ダクタンスが500+a S / rm程度の高性能な
GaAsMISFETトランジスタが得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるZnSe/ZnS歪超格子をゲー
ト絶縁膜としたGaAsM I S F E Tの要部
拡大断面図、第2図は本発明による、界面にZnSe/
ZnS歪超格子を挿入したGaAsMISFETの要部
拡大断面図、第3図(a)および(b)はそれぞれZn
Se/ZnS歪超格子/GaAsおよびZ n S 1
) 、 63 S 66 、 g 7 / G a A
 Sのエネルギーバンド図、第4図(a)および(b)
はそれぞれSin、膜およびZnSSe膜をゲート絶縁
膜に用いた従来のG a A 5Ml5FETの要部拡
大断面図である。 工・・・半絶縁性G a A s基板、 2・・・Si
o、膜、3・・・ゲート電極、 4・・・n°拡散領域
。 5・・・ソース・ドレイン電極、  6・・・ZnS。 S el−x膜、  7=−ZnSe/ZnS歪超格子
、7a−−−ZnSe、  7b−ZnS。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)GaAs基板の上にゲート絶縁膜を介してゲート
    電極を形成したMIS形電界効果トランジスタにおいて
    、上記のゲート絶縁膜が2種類以上の異種II−VI族化合
    物半導体薄膜を交互に積層して形成されたことを特徴と
    するMIS形電界効果トランジスタ。
  2. (2)上記のII−VI族化合物半導体が、ZnSe/Zn
    S、ZnTe/ZnS、ZnSSe/ZnS、ZnTe
    S/ZnS、ZnSeTe/ZnSであることを特徴と
    する請求項(1)記載のMIS形電界効果トランジスタ
    。
  3. (3)GaAs基板とSi系のゲート絶縁膜との間に2
    種類以上の異種II−VI族化合物半導体膜を交互に積層し
    て挿入したことを特徴とするMIS形電界効果トランジ
    スタ。
  4. (4)上記のII−VI族化合物半導体が、ZnSe/Zn
    S、ZnTe/ZnS、ZnSSe/ZnS、ZnTe
    S/ZnS、ZnSeTe/ZnSであることを特徴と
    する請求項(3)記載のMIS形電界効果トランジスタ
    。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009045233A (ja) * 2007-08-20 2009-03-05 Physical Air Corporation Co Ltd トレーニング方法及び装置
US20180006131A1 (en) * 2016-06-30 2018-01-04 International Business Machines Corporation Lattice matched and strain compensated single-crystal compound for gate dielectric

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