JPS6376380A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS6376380A JPS6376380A JP22038486A JP22038486A JPS6376380A JP S6376380 A JPS6376380 A JP S6376380A JP 22038486 A JP22038486 A JP 22038486A JP 22038486 A JP22038486 A JP 22038486A JP S6376380 A JPS6376380 A JP S6376380A
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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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
この発明は、空間分離ドーピングと界面量子化による電
子ガスをチャネルとする電界効果トランジスタにかかり
、 チャネル領域のヘテロ接合界面を複数の相互に平行なス
トライプ状に成形して、ストライプ相互間で分離された
１次元量子化に準する電子ガスを生成することにより、 電子の移動度を高めて、半導体装置の高速化を進めるも
のである。
子ガスをチャネルとする電界効果トランジスタにかかり
、 チャネル領域のヘテロ接合界面を複数の相互に平行なス
トライプ状に成形して、ストライプ相互間で分離された
１次元量子化に準する電子ガスを生成することにより、 電子の移動度を高めて、半導体装置の高速化を進めるも
のである。
本発明は半導体装置、特に空間分離ドーピングと界面量
子化による１次元に準する高移動度の電子ガスをチャネ
ルとする半導体装置に関する。
子化による１次元に準する高移動度の電子ガスをチャネ
ルとする半導体装置に関する。
従来知られている高電子移動度電界効果トランジスタ（
ＨＥＭＴ）は２次元量子化された電子ガスをチャネルと
しているが、この２次元量子化状態を１次元量子化状態
に近づけた更に高電子移動度の半導体装置の実現が要望
されている。
ＨＥＭＴ）は２次元量子化された電子ガスをチャネルと
しているが、この２次元量子化状態を１次元量子化状態
に近づけた更に高電子移動度の半導体装置の実現が要望
されている。
従来のＨＥＭＴの一例の模式側断面図を第３図に示す。
本従来例では半絶縁性砒化ガリウム（ＧａＡｓ）基板２
１上に、ノンドープのｉ形ＧａＡｓ層２２と、これより
電子親和力が小さく例えば濃度２×１０１１１ＣＩ＋１
弓程度にドナー不純物がドープされたｎ型砒化アルミニ
ウムガリウム（ＡＩＸＧａｌ−ＸＭＳ）層２３と、これ
と同程度以上にドナー不純物がドープされたｎ型ＧａＡ
ｓ層２４とが設けられ、ｎ型ＡｌＧａＡｓ１Ｊ２３から
ｉ形ＧａＡｓ層２２へ遷移した電子によってヘテロ接合
界面近傍に２次元電子ガス２２ｅが形成される。
１上に、ノンドープのｉ形ＧａＡｓ層２２と、これより
電子親和力が小さく例えば濃度２×１０１１１ＣＩ＋１
弓程度にドナー不純物がドープされたｎ型砒化アルミニ
ウムガリウム（ＡＩＸＧａｌ−ＸＭＳ）層２３と、これ
と同程度以上にドナー不純物がドープされたｎ型ＧａＡ
ｓ層２４とが設けられ、ｎ型ＡｌＧａＡｓ１Ｊ２３から
ｉ形ＧａＡｓ層２２へ遷移した電子によってヘテロ接合
界面近傍に２次元電子ガス２２ｅが形成される。
この半導体基体のｎ型ＧａＡｓ層２４上に例えば金ゲル
マニウム／金（ＡｕＧｅ／Ａｕ）を用いてソース、ドレ
イン電極２６を設け、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層２３
上に例えばチタン／白金／金（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）又は
アルミニウム（ＡＩ）等を用いてゲート電極２７を設け
る。なお２６Ａはソース、ドレイン電極２６と半導体基
体との間に形成された合金化領域である。
マニウム／金（ＡｕＧｅ／Ａｕ）を用いてソース、ドレ
イン電極２６を設け、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層２３
上に例えばチタン／白金／金（Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ）又は
アルミニウム（ＡＩ）等を用いてゲート電極２７を設け
る。なお２６Ａはソース、ドレイン電極２６と半導体基
体との間に形成された合金化領域である。
ゲート電極２７によるショットキ空乏層で２次元電子ガ
ス２２ｅの面密度を制御してトランジスタ動作が行われ
るが、この２次元電子ガス２２ｅは不純物散乱による移
動度低下が殆どなく、格子散乱が低下する例えば７７に
程度以下の低温において最も高い移動度が得られる。こ
の場合の電子移動度は通常１〜１０Ｘ１０’ｃｍ”／Ｖ
、ｓ、例えば６ Ｘ １０’ｃｍ”／Ｖ、ｓ程度であり
、不純物をドープしたＧａＡｓ単結晶内の電子移動度が
Ｉ Ｘ １０’ｃｍ”／Ｖ、ｓ以下であるのに比較すれ
ば遥かに高い値が得られている。
ス２２ｅの面密度を制御してトランジスタ動作が行われ
るが、この２次元電子ガス２２ｅは不純物散乱による移
動度低下が殆どなく、格子散乱が低下する例えば７７に
程度以下の低温において最も高い移動度が得られる。こ
の場合の電子移動度は通常１〜１０Ｘ１０’ｃｍ”／Ｖ
、ｓ、例えば６ Ｘ １０’ｃｍ”／Ｖ、ｓ程度であり
、不純物をドープしたＧａＡｓ単結晶内の電子移動度が
Ｉ Ｘ １０’ｃｍ”／Ｖ、ｓ以下であるのに比較すれ
ば遥かに高い値が得られている。
上述の様に、２次元電子ガスをチャネルとするＨＥＭＴ
は従来の電界効果トランジスタ中でキャリアの移動度が
最も高く、ゲート長の短縮と相俟って、半導体装置の高
速化の代表的な例となっている。
は従来の電界効果トランジスタ中でキャリアの移動度が
最も高く、ゲート長の短縮と相俟って、半導体装置の高
速化の代表的な例となっている。
しかしながらパターンの微細化、ゲート長の短縮にも限
界があり、電子の１次元量子化或いはこれに準する状態
によってキャリア移動度を更に高めた電界効果トランジ
スタを具体的に実現することが要望されている。
界があり、電子の１次元量子化或いはこれに準する状態
によってキャリア移動度を更に高めた電界効果トランジ
スタを具体的に実現することが要望されている。
前記問題点は、ノンドープの第１の半導体層と、該第１
の半導体層より電子親和力が小さくドナー不純物を含む
第２の半導体層とのヘテロ接合を備え、 チャネル領域の該ヘテロ接合界面が複数の相互に平行な
ストライプ状に成形されて、該ストライプ相互間で分離
され、かつ少なくとも該界面に垂直方向について量子化
された電子ガスが該界面近傍に生成され、 該ストライプに交差して配設されたゲート電極により該
電子ガスを制御する本発明による半導体装置により解決
される。
の半導体層より電子親和力が小さくドナー不純物を含む
第２の半導体層とのヘテロ接合を備え、 チャネル領域の該ヘテロ接合界面が複数の相互に平行な
ストライプ状に成形されて、該ストライプ相互間で分離
され、かつ少なくとも該界面に垂直方向について量子化
された電子ガスが該界面近傍に生成され、 該ストライプに交差して配設されたゲート電極により該
電子ガスを制御する本発明による半導体装置により解決
される。
本発明によれば、空間分離ドーピングされたヘテロ接合
界面のチャネル領域を、複数の相互に平行で幅が狭いス
トライプ状に成形し、該界面に垂直方向については従来
の２次元電子ガスと同様に量子化され、ストライプ幅方
向についてはストライプ相互間で分離され、量子化され
ないまでも１次元量子化に準する散乱作用が少ない電子
ガスを生成させて、その電子移動度を従来の２次元電子
ガスより高くする。
界面のチャネル領域を、複数の相互に平行で幅が狭いス
トライプ状に成形し、該界面に垂直方向については従来
の２次元電子ガスと同様に量子化され、ストライプ幅方
向についてはストライプ相互間で分離され、量子化され
ないまでも１次元量子化に準する散乱作用が少ない電子
ガスを生成させて、その電子移動度を従来の２次元電子
ガスより高くする。
１次元量子化に到達するためにはストライプの幅方向を
電子のドウ・ブロイ−波長（ＧａＡｓでは約３０ｎｍ）
以下にすることが必要であり、リソグラフィーエツチン
グ法等によるパターン形成でこれを実現することは困難
であるが、その１０倍程度以下として２次元電子ガスよ
り散乱作用を減少させ、移動度を増大することは可能で
ある。
電子のドウ・ブロイ−波長（ＧａＡｓでは約３０ｎｍ）
以下にすることが必要であり、リソグラフィーエツチン
グ法等によるパターン形成でこれを実現することは困難
であるが、その１０倍程度以下として２次元電子ガスよ
り散乱作用を減少させ、移動度を増大することは可能で
ある。
なおこの寸法にばらつきを生じてもゲート長短縮の場合
の様に特性が大幅に変動することはない。
の様に特性が大幅に変動することはない。
更に複数のストライプが並列接続されるために、単に電
流を増大するのみでなく、ばらつきが平均化される効果
が得られている。
流を増大するのみでなく、ばらつきが平均化される効果
が得られている。
以下本発明を実施例により具体的に説明する。
第１図は本発明の実施例の模式図であり、図（ａｌはそ
の平面図、図（ｂ）はＸ−Ｘ’断面図、図（Ｃ）はＹ−
Ｙ’断面図を示し、第２図（１１乃至（３）は本実施例
の製造工程中のＹ−Ｙ”断面図である。
の平面図、図（ｂ）はＸ−Ｘ’断面図、図（Ｃ）はＹ−
Ｙ’断面図を示し、第２図（１１乃至（３）は本実施例
の製造工程中のＹ−Ｙ”断面図である。
図において、１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、２は例えばシ
リコン（Ｓｔ）を濃度２ Ｘ １０１１＋ ａｍ−３程
度にドープしたｎ型Ａ１ｘＧａｔ−、Ａｓ（ｘ＝０．３
）層、３はノンドープのｉ型ＧａＡｓ層、４は例えばＳ
ｔを注入したｎ型ソース・ドレインコンタクト領域、５
は例えばＳｉｎｇからなる保護絶縁膜、６は例えばＡｕ
Ｇｅ／Ａｕからなるソース、ドレイン電極、６Ａはソー
ス、ドレイン電極６と半導体基体との間に形成された合
金化領域、７は例えばＡ１からなるゲート電極であり、
ｎ型ＡｔＧａＡｓ層２からｉ形ＧａＡｓ層３へ遷移した
電子によって、電子ガス３ｅがストライプ状にパターン
化された各ヘテロ接合界面近傍に形成されている。
リコン（Ｓｔ）を濃度２ Ｘ １０１１＋ ａｍ−３程
度にドープしたｎ型Ａ１ｘＧａｔ−、Ａｓ（ｘ＝０．３
）層、３はノンドープのｉ型ＧａＡｓ層、４は例えばＳ
ｔを注入したｎ型ソース・ドレインコンタクト領域、５
は例えばＳｉｎｇからなる保護絶縁膜、６は例えばＡｕ
Ｇｅ／Ａｕからなるソース、ドレイン電極、６Ａはソー
ス、ドレイン電極６と半導体基体との間に形成された合
金化領域、７は例えばＡ１からなるゲート電極であり、
ｎ型ＡｔＧａＡｓ層２からｉ形ＧａＡｓ層３へ遷移した
電子によって、電子ガス３ｅがストライプ状にパターン
化された各ヘテロ接合界面近傍に形成されている。
本実施例は例えば下記の様に製造される。
第２図（１）参照二 半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に、例
えば分子線エピタキシャル成長方法により、前記ｎ型Ａ
ｌｘＧａ、−、Ａｓ層２とノンドープのｉ型ＧａＡｓ層
３とを、例えば厚さそれぞれ１１００ｎにエピタキシャ
ル成長する。
えば分子線エピタキシャル成長方法により、前記ｎ型Ａ
ｌｘＧａ、−、Ａｓ層２とノンドープのｉ型ＧａＡｓ層
３とを、例えば厚さそれぞれ１１００ｎにエピタキシャ
ル成長する。
ｉ型ＧａＡｓ層３上に例えば５ｉＯｚ膜を設け、そのチ
ャネル領域上の部分に例えばマスク幅ｗＩ＝Ｑ、４ｇｍ
、開口幅ｗｚ＝Ｑ、４Ｉｎｎのストライプ状パターンを
形成して、マスク１１とする。
ャネル領域上の部分に例えばマスク幅ｗＩ＝Ｑ、４ｇｍ
、開口幅ｗｚ＝Ｑ、４Ｉｎｎのストライプ状パターンを
形成して、マスク１１とする。
第２図（２）参照： このマスク１１を用いて、例えば
２塩化２弗化炭素（ＣＣｈＦｔ）によるリアクティブイ
オンエツチング法により、ｉ型ＧａＡｓ層３をエツチン
グする。このエツチング法ではＧａＡｓ層３がＡｌＧａ
Ａｓ層２に対して選択的にエツチングされ、サイドエツ
チング効果によりｉ型ＧａＡｓ層３をマスク幅Ｗ＋より
狭いストライプ幅Ｗ＝０．１〜０．２ｐｍ程度とする。
２塩化２弗化炭素（ＣＣｈＦｔ）によるリアクティブイ
オンエツチング法により、ｉ型ＧａＡｓ層３をエツチン
グする。このエツチング法ではＧａＡｓ層３がＡｌＧａ
Ａｓ層２に対して選択的にエツチングされ、サイドエツ
チング効果によりｉ型ＧａＡｓ層３をマスク幅Ｗ＋より
狭いストライプ幅Ｗ＝０．１〜０．２ｐｍ程度とする。
第２図（３）参照： マスク１１を除去してＳｉｎｇ膜
５を堆積し、更にレジスト等の膜１２を被着してその上
表面を平坦にし、例えば４弗化炭素（ＣＦ４．）に酸素
（０２）を加えたドライエツチングにより、５ｉＯｚ膜
５間にｉ型ＧａＡｓ層３のストライプ状パターンが表出
する平坦面を形成する。
５を堆積し、更にレジスト等の膜１２を被着してその上
表面を平坦にし、例えば４弗化炭素（ＣＦ４．）に酸素
（０２）を加えたドライエツチングにより、５ｉＯｚ膜
５間にｉ型ＧａＡｓ層３のストライプ状パターンが表出
する平坦面を形成する。
第１図（ａｌ、（ｂ）参照： このエツチング処理によ
リソース・ドレインコンタクト領域４とするＧａＡｓ層
３も表出する。この領域のＧａＡｓ層３に、例えばＳｉ
をエネルギー１００ｋｅＶ程度でドーズ量１×１０１３
ＣＩｌ−２程度イオン注入し、活性化熱処理を行ってｎ
型ソース・ドレインコンタクト領域４を形成して、例え
ばＡｕＧｅ／Ａｕからなるソース、ドレイン電極６を配
設し、合金化熱処理を行う。
リソース・ドレインコンタクト領域４とするＧａＡｓ層
３も表出する。この領域のＧａＡｓ層３に、例えばＳｉ
をエネルギー１００ｋｅＶ程度でドーズ量１×１０１３
ＣＩｌ−２程度イオン注入し、活性化熱処理を行ってｎ
型ソース・ドレインコンタクト領域４を形成して、例え
ばＡｕＧｅ／Ａｕからなるソース、ドレイン電極６を配
設し、合金化熱処理を行う。
第１図（ａ）、（Ｃ）参照： 例えばＡ１からなるゲー
ト電極７を配設する。
ト電極７を配設する。
本実施例では例えば温度７７Ｋにおいて、電子移動度が
約Ｉ Ｘ １０６ｃｎ＋”／Ｖ、ｓであり、従来の２次
元量子化ＨＥＭＴの電子移動度が１〜１０ Ｘ １０’
ｃｍ”／Ｖ、ｓ、例えば６ Ｘ １０’ｃｍ”／Ｖ；ｓ
程度であるのに比較して、明らかな増大が実証されてい
る。
約Ｉ Ｘ １０６ｃｎ＋”／Ｖ、ｓであり、従来の２次
元量子化ＨＥＭＴの電子移動度が１〜１０ Ｘ １０’
ｃｍ”／Ｖ、ｓ、例えば６ Ｘ １０’ｃｍ”／Ｖ；ｓ
程度であるのに比較して、明らかな増大が実証されてい
る。
前記実施例ではｎ型ＡｌＧａＡｓ層を基板側としている
が、例えばノンドープのｉ型ＧａＡｓ層を基板側としｎ
型ＡｌＧａＡｓ層をその上に成長して、電子供給層をス
トライプ状にパターニングしても同様の効果を得ること
ができる。また本発明はＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系に限
られず、例えばＩｎＧａＡｓ ／ ＩｎＡｌＡｓ等を用
いた半導体装置に適用し得ることは明らかである。
が、例えばノンドープのｉ型ＧａＡｓ層を基板側としｎ
型ＡｌＧａＡｓ層をその上に成長して、電子供給層をス
トライプ状にパターニングしても同様の効果を得ること
ができる。また本発明はＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系に限
られず、例えばＩｎＧａＡｓ ／ ＩｎＡｌＡｓ等を用
いた半導体装置に適用し得ることは明らかである。
以上説明した如く本発明によれば、空間分離ドーピング
と１次元に準する界面量子化により、電子移動度が従来
のＨＥＭＴより更に増大されて半導体装置の高速化が一
層推進され、例えば次世代の電子計算システム等に大き
い効果を与える。
と１次元に準する界面量子化により、電子移動度が従来
のＨＥＭＴより更に増大されて半導体装置の高速化が一
層推進され、例えば次世代の電子計算システム等に大き
い効果を与える。
第１図は本発明の実施例の模式図、
第２図はその製造工程中のＹ−Ｙ”断面図、第３図は従
来例の模式側断面図である。 図において、 １は半絶縁性ＧａＡｓ基板、 ２はｎ型ＡｌｚＧａＩ−ｘＡｓ層、 ３はノンドープのｉ型ＧａＡｓ層、 ３ｅは電子ガス、 ４はｎ型ソース・ドレインコンタクト領域、５は保護絶
縁膜、 ６はソース、ドレイン電極、 ６Ａは合金化領域、 ７はゲート電極、 １１はマスク、 １２はレジスト等の膜を示す。 手１ 凶 票２ 図 従来ｆノ”１の漠式便層眉狛囚 ＄３ ｇ
来例の模式側断面図である。 図において、 １は半絶縁性ＧａＡｓ基板、 ２はｎ型ＡｌｚＧａＩ−ｘＡｓ層、 ３はノンドープのｉ型ＧａＡｓ層、 ３ｅは電子ガス、 ４はｎ型ソース・ドレインコンタクト領域、５は保護絶
縁膜、 ６はソース、ドレイン電極、 ６Ａは合金化領域、 ７はゲート電極、 １１はマスク、 １２はレジスト等の膜を示す。 手１ 凶 票２ 図 従来ｆノ”１の漠式便層眉狛囚 ＄３ ｇ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ノンドープの第１の半導体層と、該第１の半導体層より
電子親和力が小さくドナー不純物を含む第２の半導体層
とのヘテロ接合を備え、 チャネル領域の該ヘテロ接合界面が複数の相互に平行な
ストライプ状に成形されて、該ストライプ相互間で分離
され、かつ少なくとも該界面に垂直方向について量子化
された電子ガスが該界面近傍に生成され、 該ストライプに交差して配設されたゲート電極により該
電子ガスを制御することを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61220384A JPH07105490B2 (ja) | 1986-09-18 | 1986-09-18 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61220384A JPH07105490B2 (ja) | 1986-09-18 | 1986-09-18 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6376380A true JPS6376380A (ja) | 1988-04-06 |
| JPH07105490B2 JPH07105490B2 (ja) | 1995-11-13 |
Family
ID=16750277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61220384A Expired - Lifetime JPH07105490B2 (ja) | 1986-09-18 | 1986-09-18 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07105490B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02134830A (ja) * | 1988-11-15 | 1990-05-23 | Nec Corp | 電界効果トランジスタ |
| US6242765B1 (en) * | 1991-05-21 | 2001-06-05 | Nec Corporation | Field effect transistor and its manufacturing method |
| CN103383959A (zh) * | 2013-07-04 | 2013-11-06 | 西安电子科技大学 | 横向过生长一维电子气GaN基HEMT器件及制备方法 |
| CN103400856A (zh) * | 2013-07-04 | 2013-11-20 | 西安电子科技大学 | 选区外延的一维电子气GaN基HEMT器件及制备方法 |
| CN114695520A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-07-01 | 中国振华集团永光电子有限公司（国营第八七三厂） | 一种高速场效应晶体管及其制备方法 |
| CN115528107A (zh) * | 2022-09-28 | 2022-12-27 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | GaAs基PHEMT材料结构及其制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61170070A (ja) * | 1985-01-23 | 1986-07-31 | Sony Corp | 半導体装置 |
-
1986
- 1986-09-18 JP JP61220384A patent/JPH07105490B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61170070A (ja) * | 1985-01-23 | 1986-07-31 | Sony Corp | 半導体装置 |
Cited By (6)
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|---|---|---|---|---|
| JPH02134830A (ja) * | 1988-11-15 | 1990-05-23 | Nec Corp | 電界効果トランジスタ |
| US6242765B1 (en) * | 1991-05-21 | 2001-06-05 | Nec Corporation | Field effect transistor and its manufacturing method |
| CN103383959A (zh) * | 2013-07-04 | 2013-11-06 | 西安电子科技大学 | 横向过生长一维电子气GaN基HEMT器件及制备方法 |
| CN103400856A (zh) * | 2013-07-04 | 2013-11-20 | 西安电子科技大学 | 选区外延的一维电子气GaN基HEMT器件及制备方法 |
| CN114695520A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-07-01 | 中国振华集团永光电子有限公司（国营第八七三厂） | 一种高速场效应晶体管及其制备方法 |
| CN115528107A (zh) * | 2022-09-28 | 2022-12-27 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | GaAs基PHEMT材料结构及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07105490B2 (ja) | 1995-11-13 |
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