JPH05121457A - 細線電界効果トランジスタ - Google Patents

細線電界効果トランジスタ

Info

Publication number
JPH05121457A
JPH05121457A JP27954291A JP27954291A JPH05121457A JP H05121457 A JPH05121457 A JP H05121457A JP 27954291 A JP27954291 A JP 27954291A JP 27954291 A JP27954291 A JP 27954291A JP H05121457 A JPH05121457 A JP H05121457A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
gate electrode
effect transistor
heterojunction
electron
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP27954291A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasunobu Nashimoto
泰信 梨本
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.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP27954291A priority Critical patent/JPH05121457A/ja
Publication of JPH05121457A publication Critical patent/JPH05121457A/ja
Priority to US08/562,640 priority patent/US6242765B1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】微細に分割された導電チャネルを備えた化合物
ヘテロ接合電界効果トランジスタのソース電極とゲート
電極との間の直列抵抗を低減した、高性能FETを歩留
良く製造する。 【構成】ソース電極11とドレイン電極12との間の導
電チャネル領域6以外の領域に選択的に11+ などのイ
オンを注入して、ヘテロ接合界面に生じる電子蓄積層3
を消滅させる。さらに高濃度N型GaAs層5を選択エ
ッチングしたリセス8にゲート電極10が形成されてい
る。 【効果】ゲート−ソース間の直列抵抗が小さく、電子が
1次元に近い分布をもった高性能ヘテロ接合FETが実
現した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体ヘテロ接合
を用いた半導体装置に関し、特に極微細幅に分割された
導電チャネルを有するヘテロ接合電界効果トランジスタ
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、化合物半導体結晶成長技術、例え
ば分子線エピタキシーなどの発展により原子層単位で層
厚を制御することが可能となっている。また、この結晶
成長技術を用い、異なる半導体のヘテロ接合を形成し、
電子親和力のより小さい半導体に選択的に不純物をドー
プして、ヘテロ界面近傍の電子親和力の大きな半導体中
に高移動度の電子蓄積層を得ることができる。この電子
蓄積層を電流チャネルとして利用する電界効果トランジ
スタ(FET)は、ヘテロ接合FETあるいは選択ドー
プFETなどの名称で知られており、高周波特性の優れ
たものが実用化されている。
【0003】この電子蓄積層には電子が2次元的に分布
しているが、これを1次元的な分布とすることで、さら
に電子が高移動度となることが期待され、これを電流チ
ャネルとした電界効果トランジスタを作る試みがなされ
ている。最近、超高周波電界効果トランジスタとして非
常に良好な特性が得られる。
【0004】従来の細線電界効果トランジスタとして、
恩田らが1989 IEDM Technical D
igest,pp.125〜128で報告した内容につ
いて、図4(a)の平面図、そのA−B断面図である図
4(b)、そのC−D断面図である図4(c)を参照し
て説明する。
【0005】ソース電極11とドレイン電極12との間
の電子蓄積層3がメサ14と呼ばれる溝によって0.1
〜1μm程度の幅で細線チャネル領域13に細かく分割
されている。
【0006】ソース電極11とドレイン電極12との間
にはゲート電極10が形成されている。
【0007】ゲート電極10はN型GaAs層5上にあ
り、その下には電子蓄積層3に電子を供給するためのN
型AlGaAs層4がある。ゲート電極10はN型Ga
As層5およびN型AlGaAs層4のポテンシャルを
変調することにより導電チャネル3を流れる電流を制御
する。
【0008】恩田らは、導電チャネルを細かく分割しな
い素子と比較して低温における相互コンダクタンス(g
m )の著しい増大や、遮断周波数(fT )の向上を報告
している。導電チャネルの細線化による電子蓄積層の1
次元化はヘテロ接合FETの高周波特性向上に有効な方
法である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来の電界効果トラン
ジスタでは、エッチングで形成したメサと称する溝によ
って、導電チャネルを細線化している。よりいっそう微
細に導電チャネルを細線化し、電子の量子干渉効果が生
じる0.1μm程度以下の幅の導電チャネルを形成し、
さらに素子の性能を向上させることは困難である。
【0010】しかもメサ段差が生じるので、ゲート電極
形成の歩留低下など、微細加工上の問題がある。さらに
直列抵抗を下げるために通常用いられるリセス構造と称
する溝をソース電極とドレイン電極との間に形成するこ
とは困難である。
【0011】ゲート電極がN型GaAs層とショットキ
接合をなすので、ゲート電極のリーク電流を抑えるため
にN型GaAs層の不純物濃度を高くすることはできな
い。そのため導電チャネルを細線化していないヘテロ接
合FETと比較して、ソース電極とゲート電極との間の
直列抵抗が大きく、期待されていた素子性能が得られて
いない。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の細線電界効果ト
ランジスタは、半導体基板の一主面に互に電子親和力の
異なる第1の半導体層と第2の半導体層とが順次形成さ
れ、前記第1の半導体層に生じる電子蓄積層を量子干渉
効果が現われる程度以下に細かく分割するように、スト
ライプ状の損傷層が前記第2の半導体層に形成され、前
記損傷層を横切って前記電子蓄積層に達しない深さに形
成されたリセス領域内にゲート電極が形成されたもので
ある。
【0013】
【実施例】本発明の第1の実施例について、図3(a)
の平面図、そのA−B断面図である図3(b)、そのC
−D断面図である図3(c)を参照して説明する。
【0014】AuGeNiからなるソース電極11およ
びドレイン電極12はN型GaAs層5とオーミック接
合を形成している。Alからなるゲート電極10は、リ
セス8と称する溝に形成され、N型AlGaAs層6と
ショットキ接合をなす。ゲート電極10のバイアス電圧
により、電子蓄積層3の電子濃度を変調し、ソース電極
11とドレイン電極12との間の電流を制御する。
【0015】ソース電極11とドレイン電極12との間
の導電チャネル領域6には、電子蓄積層3があり、電子
蓄積層3のない損傷領域9で分割されている。
【0016】つぎにその製造工程について、図1(a)
の断面図、図1(b)の平面図、そのA−B断面図であ
る図1(c)、図2(a)の平面図、そのA−B断面図
である図2(b)を参照して説明する。
【0017】はじめに図1(a)に示すように、半絶縁
性GaAs基板1上に分子線エピタキシ法により厚さ1
μmの高純度(アンドープ)GaAs層2、Siを2×
1018cm-3ドープした厚さ40nmのN型Al0.25
0.75As層4、Siを5×1018cm-3ドープした厚
さ40nmのN型GaAs層5を順次成長する。電子親
和力の差によって、N型AlGaAs層4と高純度Ga
As層2とのヘテロ接合界面近傍の高純度GaAs層2
側に、電子濃度が約1×1012cm-2の電子蓄積層3が
形成される。
【0018】通常のヘテロ接合FETは、ヘテロ接合界
面近傍に2次元分布する電子蓄積層3をそのまま導電チ
ャネルとして用いる。これに対して、電子の分布をでき
るだけ1次元的分布に近づけ、電子の移動度などの輸送
特性を向上させるため、ソース電極11とドレイン電極
12との間の導電チャネル領域6以外の電子蓄積層3を
なくす必要がある。
【0019】つぎに図1(b)および図1(c)に示す
ように、高解像度の電子線リソグラフィ法によりレジス
ト7をパターニングして、図3(a)に示す幅0.1μ
mの導電チャネル予定領域6を選択的にカバーする。つ
ぎに11+ (硼素イオン)を加速エネルギー30ke
V、注入量(ドース)1×1013cm-2の条件でイオン
注入した。11+ イオンによって損傷を受けたN型Ga
As層5およびN型AlGaAs層4のSiは活性化し
なくなる。そのため損傷領域9の直下の電子蓄積層7が
消滅する。
【0020】ここで結晶に損傷を与えるために本実施例
で用いた11+ イオンの代りに、16+ 40Ar+ 20
Ne+ などの中性原子を用いることもできる。
【0021】つぎに図2(a)および図2(b)に示す
ように、レジスト7を除去したのち、再び電子線レジス
ト7を塗布し、高解像度の電子線リソグラフィ法で幅約
0.1μmの開口パターンを形成する。つぎに低損傷の
結晶のエッチング方法として開口部のN型GaAs層5
を、H2 SO4 、H2 2 、H2 Oの混合液を用いてウ
ェットエッチングしてリセス8を形成する。つぎに図3
(a)〜(c)に示すように、Al(アルミニウム)を
厚さ300nm真空蒸着したのち、電子線レジスト7と
ともに、不要のAlをリフトオフしてゲート電極10を
形成する。
【0022】つぎにゲート電極10から0.5μmの間
隔でレジスト(図示せず)をパターニングしたのち、A
uGe/Niを蒸着して、リフトオフ法によりソース電
極11およびドレイン電極12を形成して、H2 雰囲気
で400℃の熱処理を行なって素子部が完成する。
【0023】導電チャネル領域6の本数を150本、す
なわち全体の導電チャネル幅が15μmの素子を試作し
て従来のメサ型素子と比べて、ゲート電極10とソース
電極11との間の直列抵抗RS を1Ω・mmから0.4
Ω・mmに低減することができた。遮断周波数は従来の
40GHZ から70GHZ に向上した。さらに導電チャ
ネル領域およびゲート電極形成工程の歩留は著しく改善
された。
【0024】つぎに本発明の第2の実施例について説明
する。
【0025】第1の実施例ではレジスト7をマスクとし
て、11+ を選択的にイオン注入したが、本実施例では
集束イオンビーム(FIB)法によりレジストマスクを
用いることなく、直接11+ イオンを注入して損傷領域
を形成した。
【0026】本実施例においても、第1の実施例とほぼ
同等の素子特性が得られ、レジスト7をパターニングす
る工程がなく、製造工程を短縮することができた。
【0027】以上、N型GaAs層と高純度GaAs層
とのヘテロ接合を用いたFETについて説明したが、他
のヘテロ接合としてAlInAs層とGaInAs層と
のヘテロ接合やAlGaAs層とInGaAs層とのヘ
テロ接合などを用いた細線電界効果トランジスタにも本
発明を適用することができる。
【0028】
【発明の効果】半導体ヘテロ接合によって生じる導電チ
ャネルとなる電子蓄積層に選択的に損傷を与えて電子蓄
積層を消滅させる。その結果、0.1μm以下に分割し
た微細な導電チャネルを形成することができた。電子が
1次元に近い分布を持った高移動度の電子蓄積層を導電
チャネルとする、高性能のヘテロ接合FETを歩留良く
製造することが可能になった。
【0029】さらに高濃度N型GaAs層とリセス構造
とを備えることにより、直列抵抗が大幅に低減された。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明の第1の実施例を示す断面図で
ある。(b)は本発明の第1の実施例を示す平面図であ
る。(c)は(b)のA−B断面図である。
【図2】(a)は本発明の第1の実施例を示す平面図で
ある。(b)は(a)のA−B断面図である。
【図3】(a)は本発明の第1の実施例を示す平面図で
ある。(b)は(a)のA−B断面図である。(c)は
(a)のC−D断面図である。
【図4】(a)は従来の細線電界効果トランジスタを示
す平面図である。(b)は(a)のA−B断面図であ
る。(c)は(a)のC−D断面図である。
【符号の説明】
1 半絶縁性GaAs基板 2 高純度GaAs層 3 電子蓄積層 4 N型AlGaAs層 5 N型GaAs層 6 導電チャネル領域 7 レジスト 8 リセス 9 損傷領域 10 ゲート電極 11 ソース電極 12 ドレイン電極 13 細線チャネル領域 14 メサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/804

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の一主面に互に電子親和力の
    異なる第1の半導体層と第2の半導体層とが順次形成さ
    れ、前記第1の半導体層に生じる電子蓄積層を量子干渉
    効果が現われる程度以下に細かく分割するように、スト
    ライプ状の損傷層が前記第2の半導体層に形成され、前
    記損傷層を横切って前記電子蓄積層に達しない深さに形
    成されたリセス領域内にゲート電極が形成された細線電
    界効果トランジスタ。
JP27954291A 1991-05-21 1991-10-25 細線電界効果トランジスタ Pending JPH05121457A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27954291A JPH05121457A (ja) 1991-10-25 1991-10-25 細線電界効果トランジスタ
US08/562,640 US6242765B1 (en) 1991-05-21 1995-11-27 Field effect transistor and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP27954291A JPH05121457A (ja) 1991-10-25 1991-10-25 細線電界効果トランジスタ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05121457A true JPH05121457A (ja) 1993-05-18

Family

ID=17612444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP27954291A Pending JPH05121457A (ja) 1991-05-21 1991-10-25 細線電界効果トランジスタ

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH05121457A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0642174A1 (en) * 1993-08-03 1995-03-08 Sumitomo Electric Industries, Ltd. MESFET with low ohmic resistance

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0642174A1 (en) * 1993-08-03 1995-03-08 Sumitomo Electric Industries, Ltd. MESFET with low ohmic resistance

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH05275463A (ja) 半導体装置
JP3377022B2 (ja) ヘテロ接合型電界効果トランジスタの製造方法
US5212404A (en) Semiconductor device having a vertical channel of carriers
JP3439578B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
US5466955A (en) Field effect transistor having an improved transistor characteristic
US6242765B1 (en) Field effect transistor and its manufacturing method
JP2822400B2 (ja) 半導体装置
JPH0575139A (ja) 半導体装置及びその製造方法
EP0276981B1 (en) Semiconductor integrated circuit device and method of producing same
GB2239557A (en) High electron mobility transistors
JPH0684959A (ja) 高電子移動度電界効果半導体装置
JP4120899B2 (ja) 化合物半導体電界効果トランジスタ及びその製造方法
JPH06232168A (ja) 電界効果トランジスタおよびその製造方法
JPH06163602A (ja) 高電子移動度トランジスタ及びその製造方法
JPH05259192A (ja) ヘテロ接合型電界効果トランジスタおよびその製造方法
JP2658513B2 (ja) 電界効果トランジスタ
JP3020578B2 (ja) 半導体装置
JPH04343439A (ja) 電界効果トランジスタ
JP2996267B2 (ja) 絶縁ゲート型電界効果トランジスタの製造方法
JP2677808B2 (ja) 電界効果型トランジスタ
JPH09172165A (ja) 電界効果トランジスタおよびその製造方法
JPH06302625A (ja) 電界効果トランジスタおよびその製造方法
JP2002043332A (ja) 接合ゲート電界効果トランジスタ及びその製造方法
KR950001167B1 (ko) 화합물 반도체소자 및 그 제조방법
JPS6068661A (ja) 半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20001128