JPH0684965A

JPH0684965A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH0684965A
Application number: JP23809792A
Authority: JP
Inventors: Makoto Okada; 誠岡田
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-09-07
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 1994-03-25

Abstract

(57)【要約】【目的】キャリアの移動度を変調する半導体装置に関
し、速度変調用のためのゲート電極の引き出しを容易に
すること。【構成】ソース８とドレイン９の間にある半導体層２，
３の電流経路の一部に形成されたキャリア移動度又はキ
ャリア濃度の異なる第一の領域１０と、前記第一の領域
１０の両側方に間隔をおいた領域であって、前記半導体
層２、３の上方の面方向に形成されたスプリットゲート
１１ａ，１１ｂとを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に関し、よ
り詳しくは、キャリアの移動度を変調する半導体装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ＨＥＭＴ等のトランジスタでは、電流の
流れる部位の移動度は素子形成時に決定され、素子の動
作状態では固定の物理量であった。

【０００３】これに対し、図５(a) に示すように、ダブ
ルヘテロ構造を用いてキャリアの速度を変える速度変調
素子が提案されている。この速度変調素子は、GaAs基板
５１の上層に形成された第一のゲート電極５２と、GaAs
基板５１上に積層された第一のn-AlGaAs層５３、GaAs層
５４及び第二のn-AlGaAs層５５と、第二のn-AlGaAs層５
５の上に形成された第二のゲート電極５６と、GaAs層５
４の両側にそれぞれ形成されたソース電極５７、ドレイ
ン電極５８とによって構成されている。

【０００４】そして、図５(b),(c) に示すように、２つ
のゲート電圧Ｖg₁、Ｖg₂を変えることにより、GaAs層５
４とAlGaAs層５３，５５の２つの境界のチャネルに流れ
る電子の経路を変更して速度変調することになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような速
度変調素子によれば、一方のゲート電極５２をチャネル
領域よりも下方に形成しているので、ゲート電極５２の
引き出しのための構造が複雑になるといった不都合があ
る。

【０００６】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、速度変調用のためのゲート電極の引き出
しが容易となる半導体装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、図１、
２に例示するように、ソース８とドレイン９の間にある
半導体層２，３の電流経路の一部に形成されたキャリア
移動度又はキャリア濃度の異なる第一の領域１０と、前
記第一の領域１０の両側方に間隔をおいた領域であっ
て、前記半導体層２、３の上方の面方向に形成されたス
プリットゲート１１ａ，１１ｂとを有することを特徴と
する半導体装置により達成する。

【０００８】または、図４に例示するように、前記第一
の領域１０が間隔をおいて複数形成されていることを特
徴とする半導体装置により達成する。または、ヘテロ接
合された半導体層２、３の境界部分に沿って形成される
電子走行層と、前記半導体層２，３のうちの電子供給層
側に形成されたソース電極８、ドレイン電極９と、前記
ソース電極８とドレイン電極９の間の領域にある前記電
子走行層の一部に形成された低電子移動度又は低電子濃
度の第一の領域１０と、前記第一の領域１０の両側であ
って、前記ソース電極８とドレイン電極９と同じ平面上
に形成されたスプリットゲート電極１１ａ，１１ｂとを
有することを特徴とする半導体装置によって達成する。

【０００９】

【作用】本発明によれば、半導体層２，３の電流経路
の一部に、キャリア移動度が異なる領域１０或いはキャ
リア濃度が異なる第一の領域１０を設け、その両側に間
隔をおいてスプリットゲート１１ａ，１１ｂを設けるよ
うにしている。しかも、スプリットゲート１１ａ，１１
ｂは、電流経路となる半導体層２，３の上方の面方向に
形成されている。

【００１０】したがって、スプリットゲート１１ａ，１
１ｂから第一の領域１０に向けて伸びる空乏層の間隙の
位置を変更することによって、電流経路を第一の領域１
０に一致させたりさせないようにして移動度を変更で
き、これにより、キャリアの速度が変更される。

【００１１】この電流経路を制御するスプリットゲート
１１ａ，１１ｂは、半導体層２、３の上方の面方向に形
成されているので、その配線の引き出しが容易になる。

【００１２】

【実施例】そこで、以下に本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。（ａ）本発明の第１実施例の説明図１は、本発明の第１実施例装置の製造工程を示す断面
図である。

【００１３】まず、図１(a),図２(a) に示すような断面
構造となるまでの工程を説明する。始めに、ＭＢＥ等の
結晶成長技術を用いて、半絶縁性のGaAs基板１の上にノ
ンドープのGaAs層２を９０００Å、ノンドープのAlGaAs
層３を１５０Åの厚さに積層する。

【００１４】続いて、AlGaAs層４を２００Å、GaAs層５
を３００Åの厚さに積層する。これらの層には、Siを１
×１０¹⁸／cm³の濃度でドープする。このような構造に
おいては、ノンドープGaAs層２とノンドープAlGaAs層３
の界面に電子の流れを阻害する不純物が殆どないため
に、高移動度の二次元電子ガスが形成される。このよう
な高移動度の二次元電子ガスを用いたＦＥＴとしては、
ＨＥＭＴがある。

【００１５】次に、素子形成領域の周囲にある最上のAl
GaAs層４から最下のGaAs層２上部まてでをエッチングし
て凹部６を形成し、その中に例えばSiO₂等の絶縁膜７を
積層して素子分離を行う。

【００１６】この後に、AuGe／Auによりなるソース電極
８とドレイン電極９を間隔をおいて形成し、これらを最
上のGaAs膜５にオーミク接続すると、図１(a),図２(a)
に示すような断面及び平面となる。

【００１７】次に、集束イオンビーム装置を使用して、
図１(b),図２(b) に示すようにソース電極９とドレイン
電極１０の間の中央の微小領域であって、ノンドープGa
As層２の上部に到達する深さにBeをイオン注入してその
領域を低移動度化し、低移動度領域１０を形成する。

【００１８】その低移動度化の度合いは、希望する特性
に合わせてBeの注入量を調整することにより達成でき
る。例えば、加速電圧４０keV において、１０¹¹／cm²
台の注入を行えば、二次元電子ガス濃度をあまり変化さ
せないで、移動度のみを１０分の１から１００分の１程
度までの範囲で低減できる。また、１０¹²／cm²台の注
入を行えば、移動度とともに二次元電子ガス濃度も変化
し、注入部分の実質的な抵抗はさらに高くなる。さら
に、１０¹³／cm²台の注入を行えば、注入部分は高抵抗
化してしまう。

【００１９】一方、移動度の低い領域若しくは二元電子
濃度の低い領域のGaAs層２における広さは注入エネルギ
ーによって変わり、例えば４０keV では２０００Åの深
さとなり、さらにエネルギーを高くしていけば、さらに
深くなってより狭い領域だけが移動度や二次元電子濃度
の変化を受ける。

【００２０】これは、注入エネルギーによって影響を受
ける部分が、図１(b) に示すようにエネルギーが大きく
なるほど二点鎖線から実線のように変化するためであ
る。この実施例では、注入エネルギーを１００keV と
し、Beの注入量を１×１０¹³／cm²をとした。その広が
りは５００Å×５００Åであり、注入されない部分のシ
ート抵抗が６０Ω／□であるのに対し、注入された部分
のシート抵抗は１ＭΩ／□となった。

【００２１】このようなBeの注入を終えた後に、レジス
トを塗布し、これを電子ビーム露光法を用いてパターニ
ングしてゲート電極形成領域に開口部を設ける。つい
で、アルミニウム膜を堆積してから、リフトオフ法によ
りそのアルミニウム膜をパターニングして、低移動度領
域１０の両側に図１(c),２(c) に示すようなスプリット
ゲート電極１１ａ，１１ｂを形成する。例えば、ゲート
長を０．１μｍとし、スプリット間隔を０．５μｍとす
る。

【００２２】これにより、移動度変調素子が完成する。
次に、上記した実施例の作用を図３に基づいて説明す
る。まず、図３(a) に示すように、スプリットゲート電
極１１ａ，１１ｂの両方に印加される電圧Ｖ₁、Ｖ₂の
大きさを異ならせて、一方のゲート電極１１ａから伸び
る空乏層を低移動度領域１０に到達させるとともに、他
方のゲート電極１１ｂからの空乏層との間に隙間を形成
する。

【００２３】この状態では、ソース電極８からドレイン
電極９に移動する電子は、空乏層の間を通ることにな
る。次に、図３(b) に示すように、空乏層の間隙の大き
さを変えずに、スプリットゲート電極１１ａ，１１ｂの
ゲート電圧Ｖ₁、Ｖ₂を変化させて、その間隙に低移動
度領域１０が入るようにすると、ソース電極８からドレ
イン電極９に至る電子の速度が低下し、ソース・ドレイ
ン電流Ｉが小さくなる。

【００２４】さらに、図３(c) に示すように、ゲート電
圧Ｖ₁、Ｖ₂を変えて、空乏層間の間隙の大きさを変え
ないで、一方のゲート電極１１ａからの空乏層を後退さ
せるとともに、他方のゲート電極１１ｂからの空乏層を
低移動度領域１０を含む位置まで拡大させると、ソース
・ドレイン電流Ｉが大きくなる。

【００２５】これにより、電流Ｉの経路が高移動度領域
から低移動度領域１０、さらに高移動度領域へと変化
し、素子のコンダクタンスはそれに応じて変化する。こ
の素子を用いてＥＸ−ＮＯＲ等の論理回路を構成するこ
とができる。

【００２６】例えば図３(a) 及び(c) の場合には、ゲー
ト電極１１ａ，１１ｂのいずれか一方にかかる信号が高
レベルであり、この場合のソース・ドレイン電流Ｉが高
レベルとなる。また、図３(b) のように、双方のゲート
信号が低レベルの場合には、ソース・ドレイン電流Ｉが
低レベルになり、また、図３(d) のように双方のゲート
信号が高レベルの場合にもソース・ドレイン電流Ｉが低
レベルになり、これにより、ＥＸ−ＯＲの論理回路が形
成される。（ｂ）本発明のその他の実施例の説明上記した実施例によるソース・ドレイン電流が小さい場
合には、図４に示すように、ソース電極２１とドレイン
電極２２の間の低移動度領域２３を間隔をおいて多数個
形成するとともに、それらの間にゲート電極２４，２５
を形成すれば、トータルのソース・ドレイン電流を大き
くすることができる。

【００２７】この場合、ゲート電極２４、２５を２系統
にする場合には、図のようにゲート電極２４、２５を一
つおきに同電位となるように配線すれば、全てのスプリ
ット領域で同じ動作が得られる。

【００２８】なお、上記した実施例では、低移動度領域
又は低電子濃度領域を形成する場合に、半導体層に注入
する元素としてBeの他に、Ga、O 等を用いてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、半導
体層の電流経路の一部に、キャリア移動度が異なる領域
或いはキャリア濃度が異なる第一の領域を設け、その両
側に間隔をおいてスプリットゲートを設けるようにして
いる。しかも、電流経路となる半導体層の上方の面方向
にスプリットゲートを形成している。

【００３０】したがって、スプリットゲートから第一の
領域に向けて伸びる空乏層の間隙の位置を変更すること
によって、電流経路を第一の領域に一致させたりさせな
いようにして移動度を変更でき、これにより、キャリア
の速度を変更できる。

【００３１】この電流経路を制御するスプリットゲート
は、半導体層の上方の面方向に形成されているので、そ
の配線の引き出しを容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例装置の形成工程を示す断面
図である。

【図２】本発明の第１実施例装置の形成工程を示す平面
図である。

【図３】本発明の第１実施例装置の動作説明図である。

【図４】本発明の第２実施例装置を示す平面図である。

【図５】従来装置の一例を示す断面図及びエネルギーバ
ンド図である。

【符号の説明】

１ GaAs基板２ GaAs層３ AlGaAs層４ AlGaAs層５ GaAs層６凹部７絶縁膜８ソース電極９ドレイン電極１０低移動度領域（低電子濃度領域）１１ａ、１１ｂスプリットゲート電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ソース（８）とドレイン（９）の間にある
半導体層（２、３）の電流経路の一部に形成されたキャ
リア移動度又はキャリア濃度の異なる第一の領域（１
０）と、前記第一の領域（１０）の両側方に間隔をおいた領域で
あって、前記半導体層（２、３）の上方の面方向に形成
されたスプリットゲート（１１ａ、１１ｂ）とを有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】前記第一の領域（１０）が間隔をおいて複
数形成されていることを特徴とする請求項１記載の半導
体装置。
【請求項３】ヘテロ接合された半導体層（２、３）の境
界部分に沿って形成される電子走行層と、前記半導体層（２、３）のうちの電子供給層側に形成さ
れたソース電極（８）、ドレイン電極（９）と、前記ソース電極（８）とドレイン電極（９）の間の領域
にある前記電子走行層の一部に形成された低電子移動度
又は低電子濃度の第一の領域（１０）と、前記第一の領域（１０）の両側であって、前記ソース電
極（８）とドレイン電極（９）と同じ平面上に形成され
たスプリットゲート電極（１１ａ、１１ｂ）とを有する
ことを特徴とする半導体装置。