JPH04250635A - Manufacture of two dimensional electron gas field effect transistor - Google Patents
Manufacture of two dimensional electron gas field effect transistorInfo
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Abstract
Description
【0001】0001
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体を用いたト
ランジスタの製造方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a transistor using a compound semiconductor.
【0002】0002
【従来の技術】従来の、半導体中の2次元電子ガス電界
効果トランジスタは、例えばアンドープのGaAs層上
又は両側にn型のAlGaAsを形成した構造に、ゲー
ト・ソース・ドレインを形成することにより得ている(
例えば、三村他、ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・ア
プライド・フィジクス,19巻(1990年)L225
ページ)。電子は、n型AlGaAs層からGaAs層
へ移動するが、GaAs層はアンドープのため電子の散
乱体が少なく、また電子を供給したn型AlGaAs層
はイオン化しているが、GaAs層から離れているため
、電子は散乱されずに高速で走行することができる。
この電子の高移動度をFETに応用して、高速なトラン
ジスタを得ることができている。2. Description of the Related Art A conventional two-dimensional electron gas field effect transistor in a semiconductor is obtained by forming a gate, source, and drain in a structure in which n-type AlGaAs is formed on or on both sides of an undoped GaAs layer, for example. ing(
For example, Mimura et al., Japanese Journal of Applied Physics, Volume 19 (1990) L225
page). Electrons move from the n-type AlGaAs layer to the GaAs layer, but since the GaAs layer is undoped, there are few electron scatterers, and the n-type AlGaAs layer that supplied the electrons is ionized, but is far from the GaAs layer. Therefore, electrons can travel at high speed without being scattered. By applying this high electron mobility to FETs, high-speed transistors can be obtained.
【0003】材料をInAsとAlGaSbにすればF
ETはもっと高速なものが得られる。層構造を図3のよ
うにアンドープのInAs層2の両側をAlGaSb層
1で挾む構造にすれば、InAs層2に溜まる電子の移
動度は室温で20000cm2/Vs程度が得られる(
例えば、G.Tuttle他、AlSb/InAs/A
lSb量子井戸ヘテロ接合FET、Device・Re
serch・Conference(1987)IIA
−7)。このように大きな移動度が得られる理由は電子
の有効質量がInAsでは0.027me(meは自由
電子の質量)と小さいからである。この構造にゲート・
ソース・ドレインを形成してFETを作製すれば、非常
に特性のよいFETを作製することができる。[0003] If the materials are InAs and AlGaSb, F
With ET, you can get faster speeds. If the layer structure is made such that the undoped InAs layer 2 is sandwiched between the AlGaSb layers 1 on both sides as shown in FIG. 3, the mobility of the electrons accumulated in the InAs layer 2 will be about 20,000 cm2/Vs at room temperature (
For example, G. Tuttle et al., AlSb/InAs/A
lSb quantum well heterojunction FET, Device・Re
search・Conference (1987) IIA
-7). The reason why such a large mobility is obtained is that the effective mass of electrons in InAs is as small as 0.027 me (me is the mass of free electrons). This structure has gates and
If a FET is manufactured by forming a source and a drain, an FET with very good characteristics can be manufactured.
【0004】ところで、FETで問題となるのがソース
抵抗を如何にして低減するかである。ソース抵抗の低減
はFETの高速化にとって重要である。ソース抵抗を低
減するには図3の層構造で、ディプレッション型FET
ではInAsをAlSbで挾んだ構造のままソース電極
をアロイによって形成すれば、ゲート5・ソース4間の
電子濃度も高く低抵抗が実現できる。他方エンハンスメ
ント型FETでは、ゲート5・ソース4間の部分に電子
が存在しないので、この部分にSiをイオン注入し、そ
の後活性化してこの部分に電子を形成する必要がある。
前者のFETの場合の問題点は、この材料系はアロイの
制御が難しく、基板までアロイしてしまうことである。
基板として、この材料系と格子整合しないGaAs基板
を用いると、絶縁性基板が存在するため、基板までのア
ロイは特に問題にならないが、格子整合するGaSb基
板を用いると、絶縁性基板が存在しないため、FET動
作ができなくなる。電子の移動度は、格子整合しないG
aAs基板を用いたときより、格子整合するGaSb基
板を用いたときのほうが1.5倍から2倍大きいため、
基本的にはGaSb基板を用いるのが最も好ましい。後
者の場合の問題点はイオン注入と活性化という大変な行
程があることである。この場合にも基板はGaSbを用
いる方が大きな移動度が実現できるため好ましい。By the way, a problem with FETs is how to reduce the source resistance. Reducing source resistance is important for increasing the speed of FETs. To reduce the source resistance, use the layer structure shown in Figure 3 to create a depletion type FET.
If the source electrode is formed from an alloy with a structure in which InAs is sandwiched between AlSb, the electron concentration between the gate 5 and the source 4 can be high and low resistance can be achieved. On the other hand, in the enhancement type FET, since there are no electrons in the area between the gate 5 and the source 4, it is necessary to implant Si ions into this area and then activate it to form electrons in this area. The problem with the former FET is that it is difficult to control the alloy of this material system, and the alloy ends up on the substrate. If a GaAs substrate, which is not lattice-matched to this material system, is used as the substrate, there is an insulating substrate, so the alloy up to the substrate is not a particular problem, but if a GaSb substrate, which is lattice-matched, is used, there is no insulating substrate. Therefore, FET operation becomes impossible. The electron mobility is G, which is not lattice matched.
Since it is 1.5 to 2 times larger when using a lattice-matched GaSb substrate than when using an aAs substrate,
Basically, it is most preferable to use a GaSb substrate. The problem with the latter case is that it involves a laborious process of ion implantation and activation. In this case as well, it is preferable to use GaSb as the substrate because a higher mobility can be achieved.
【0005】ところで、InAsは表面が露出すると、
伝導帯にフェルミ準位がピンニングされ表面に電子が蓄
積されることがわかっている。そこで、FETにおいて
はソースからゲートのソース端までInAs面を露出し
、InAsの上にソースとして金属をノンアロイで形成
すれば簡単に低ソース抵抗が実現できる。これはディプ
レッション型,エンハンスメント型どちらのFETに対
しても同様である。この場合のシート抵抗はおよそ30
0Ω/□程度である。この値は簡単に実現できる値とし
ては非常に小さいといえるが、この系のFETの特性が
非常に良いために、さらに低減することが要請される。By the way, when the surface of InAs is exposed,
It is known that the Fermi level is pinned in the conduction band and electrons are accumulated on the surface. Therefore, in a FET, a low source resistance can be easily achieved by exposing the InAs surface from the source to the source end of the gate and forming a non-alloy metal as the source on the InAs. This is the same for both depression type and enhancement type FETs. The sheet resistance in this case is approximately 30
It is about 0Ω/□. This value can be said to be very small as a value that can be easily realized, but since the characteristics of this type of FET are very good, further reduction is required.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】InAsをチャネルに
用いたFETにおいてはソースからゲートのソース端ま
でInAs面を露出し、InAsの上にソースとして金
属をノンアロイで形成すれば簡単に300Ω/□程度の
低ソース抵抗が実現できる。しかし、この値は簡単にで
きる値としては小さいといえるが、この系のFETの特
性が非常に良いために、さらに低減することが要請され
ていた。[Problem to be solved by the invention] In a FET using InAs for the channel, if the InAs surface is exposed from the source to the source end of the gate and a non-alloyed metal is formed as the source on the InAs, the resistance can easily be reduced to about 300 Ω/□. Low source resistance can be achieved. However, although this value can be said to be small for a value that can be easily achieved, there has been a demand for further reduction because the characteristics of this type of FET are very good.
【0007】本発明の目的は、これらの問題を解決し、
低ソース抵抗を実現し高速なFETの製造方法を提供す
ることにある。The purpose of the present invention is to solve these problems and
The object of the present invention is to provide a high-speed manufacturing method for FETs that realizes low source resistance.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
、本発明に係る2次元電子ガス電界効果トランジスタの
製造方法においては、InAs層をチャネルに用い、A
lxGa1−xSbをポテンシャル障壁層に用いた2次
元電子ガス電界効果トランジスタの製造方法において、
ゲート・ソース間のInAsチャネル面上にプラズマC
VD(Chemical・vapour・deposi
tion)法によりSi3N4を形成するものである。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, in the method for manufacturing a two-dimensional electron gas field effect transistor according to the present invention, an InAs layer is used for the channel, and an InAs layer is used for the channel.
In a method for manufacturing a two-dimensional electron gas field effect transistor using lxGa1-xSb as a potential barrier layer,
Plasma C is applied on the InAs channel surface between the gate and source.
VD (Chemical/vapour/deposit)
tion) method to form Si3N4.
【0009】また、本発明においては、InAs層をチ
ャネルに用い、AlxGa1−xSbをポテンシャル障
壁層に用いた2次元電子ガス電界効果トランジスタの製
造方法において、ゲート・ソース間のInAsチャネル
面を水素又はアンモニアのプラズマに晒すものである。Further, in the present invention, in a method for manufacturing a two-dimensional electron gas field effect transistor using an InAs layer as a channel and AlxGa1-xSb as a potential barrier layer, the InAs channel surface between the gate and source is heated with hydrogen or It is exposed to ammonia plasma.
【0010】また、本発明においては、InAs層をチ
ャネルに用い、AlxGa1−xSbをポテンシャル障
壁層に用いた2次元電子ガス電界効果トランジスタの製
造方法において、ゲート・ソース間のInAsチャネル
面を水素又はアンモニアのプラズマに晒した後Si3N
4を形成するものである。Further, in the present invention, in a method for manufacturing a two-dimensional electron gas field effect transistor using an InAs layer as a channel and AlxGa1-xSb as a potential barrier layer, the InAs channel surface between the gate and source is heated with hydrogen or Si3N after exposure to ammonia plasma
4.
【0011】[0011]
【作用】InAsの表面を空気中又は真空中に露出させ
ると、フェルミ準位が伝導帯中にピンニングされ、表面
に電子が綿密度で約1×1012cm−2程度蓄積され
る。
この場合シート抵抗はおよそ300Ω/□となる。この
InAsの表面に本発明の方法であるプラズマCVDに
よりSi3N4を形成すると、InAsとSi3N4の
界面に電子濃度が5×1012cm−2程度形成され、
その結果シート抵抗は100〜150Ω/□程度に減少
する。[Operation] When the surface of InAs is exposed in air or vacuum, the Fermi level is pinned in the conduction band, and electrons are accumulated on the surface at a density of about 1×10 12 cm −2 . In this case, the sheet resistance is approximately 300Ω/□. When Si3N4 is formed on the surface of this InAs by plasma CVD, which is the method of the present invention, an electron concentration of about 5 x 1012 cm-2 is formed at the interface between InAs and Si3N4,
As a result, the sheet resistance is reduced to about 100 to 150 Ω/□.
【0012】これはSi3N4をシランとアンモニアの
プラズマの混合によって形成する際の、プラズマのダメ
ージにより電子が誘起されるからである。この電子濃度
の増加はSi3N4の形成の有無にかかわらず、プラズ
マをInAsの表面にあてればよく、例えば、水素又は
アンモニアのプラズマに1秒から1分程度晒せばよい。
この方法によりInAs表面に電子が数多く誘起されシ
ート抵抗を低減することができる。また、これらのプラ
ズマに晒した後、その上からSi3N4を保護膜として
形成してもよい。This is because when Si3N4 is formed by mixing silane and ammonia plasma, electrons are induced by plasma damage. This increase in electron concentration can be achieved by exposing the InAs surface to plasma, for example, by exposing it to hydrogen or ammonia plasma for about 1 second to 1 minute, regardless of the presence or absence of Si3N4 formation. By this method, many electrons are induced on the InAs surface and the sheet resistance can be reduced. Further, after exposure to these plasmas, Si3N4 may be formed as a protective film thereon.
【0013】FETにおいては、ゲート・ソース間を本
発明で示したような構造にすれば以上で述べたように、
InAs上に高濃度の電子を誘起することができ、シー
ト抵抗を100〜150Ω/□程度に小さくすることが
できる。このため、InAs面を出しただけの場合に比
較してソース抵抗は半分程度に低減でき、トランジスタ
のスピードは2倍程度に高速化できる。In an FET, if the structure between the gate and the source is as shown in the present invention, as described above,
A high concentration of electrons can be induced on InAs, and the sheet resistance can be reduced to about 100 to 150 Ω/□. Therefore, the source resistance can be reduced to about half compared to the case where only the InAs surface is exposed, and the speed of the transistor can be increased to about twice.
【0014】[0014]
【実施例】図1に本発明の請求項1及び請求項3に対応
するFETの構造を示す。基板3にはGaSbを用いて
おり、ゲート5の下は、InAs層2(厚さ200オン
グストロング)の両側をAlGaSb層1(厚さ200
オングストロング)で挾んだ構造になっている。ソース
4及びドレイン6はInAs面上に金属(Al,Au等
)をノンアロイで蒸着して形成している。ゲート5・ソ
ース4間とソース4・ドレイン6間はInAs面上にS
i3N4膜7を形成している。請求項1の方法では、I
nAs面にプラズマCVD(Chemical・vap
our・deposition)法によりSi3N4膜
7を形成しており、請求項3の方法ではSi3N4膜7
の形成前に水素又はアンモニアのプラズマに10秒程度
晒し、その後プラズマCVD法又はスパッタ法によりS
i3N4膜7を形成している。層構造の成長は例えばM
BE法によって作製できる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows the structure of an FET corresponding to claims 1 and 3 of the present invention. GaSb is used for the substrate 3, and under the gate 5, an AlGaSb layer 1 (thickness 200 angstroms) is formed on both sides of an InAs layer 2 (thickness 200 angstroms).
It has a sandwiched structure. The source 4 and drain 6 are formed by non-alloy vapor deposition of metal (Al, Au, etc.) on the InAs surface. Between the gate 5 and source 4 and between the source 4 and drain 6 are S on the InAs surface.
An i3N4 film 7 is formed. In the method of claim 1, I
Plasma CVD (Chemical Vap) on nAs surface
The Si3N4 film 7 is formed by the our-deposition method.
Before forming S, it is exposed to hydrogen or ammonia plasma for about 10 seconds, and then S
An i3N4 film 7 is formed. The growth of the layered structure is e.g.
It can be produced by the BE method.
【0015】図2に本発明の請求項2に対応するFET
の構造を示す。基板3にはGaSbを用いており、ゲー
ト5の下は、InAs層2(厚さ200オングストロン
グ)の両側をAlGaSb層1(厚さ200オングスト
ロング)で挾んだ構造になっている。ソース4及びドレ
イン6はInAs面上に金属(Al,Au等)をノンア
ロイで蒸着して形成している。ゲート5・ソース4間と
ソース4・ドレイン6間はInAs面を露出させて水素
又はアンモニアのプラズマに10秒程度晒しており、I
nAs面は露出したままになっている。FIG. 2 shows an FET corresponding to claim 2 of the present invention.
shows the structure of The substrate 3 is made of GaSb, and the structure below the gate 5 is such that an InAs layer 2 (thickness: 200 angstroms) is sandwiched between AlGaSb layers 1 (thickness: 200 angstroms) on both sides. The source 4 and drain 6 are formed by non-alloy vapor deposition of metal (Al, Au, etc.) on the InAs surface. The InAs surfaces between the gate 5 and source 4 and between the source 4 and drain 6 are exposed and exposed to hydrogen or ammonia plasma for about 10 seconds.
The nAs surface remains exposed.
【0016】[0016]
【発明の効果】本発明の方法によりFETのソース抵抗
を従来に比較して半分程度に低減することができ、高速
なトランジスタが得られる。According to the method of the present invention, the source resistance of the FET can be reduced to about half that of the conventional method, and a high-speed transistor can be obtained.
【図1】本発明の請求項1及び請求項3のFET構造を
示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an FET structure according to claims 1 and 3 of the present invention.
【図2】本発明の請求項2のFET構造を示す断面図で
ある。FIG. 2 is a sectional view showing an FET structure according to claim 2 of the present invention.
【図3】従来のFET構造を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a conventional FET structure.
1 AlGaSb層 2 InAs層 3 基板 4 ソース 5 ゲート 6 ドレイン 7 Si3N4膜 1 AlGaSb layer 2 InAs layer 3 Board 4. Sauce 5 Gate 6 Drain 7 Si3N4 film
Claims (3)
Ga1−xSbをポテンシャル障壁層に用いた2次元電
子ガス電界効果トランジスタの製造方法において、
ゲート・ソース間のInAsチャネル面上にプラズマC
VD(Chemical・vapour・deposi
tion)法によりSi3N4を形成することを特徴と
する2次元電子ガス電界効果トランジスタの製造方法。Claim 1: An InAs layer is used for the channel, and Alx
In a method for manufacturing a two-dimensional electron gas field effect transistor using Ga1-xSb as a potential barrier layer,
Plasma C is applied on the InAs channel surface between the gate and source.
VD (Chemical/vapour/deposit)
A method for manufacturing a two-dimensional electron gas field effect transistor, characterized in that Si3N4 is formed by a method.
Ga1−xSbをポテンシャル障壁層に用いた2次元電
子ガス電界効果トランジスタの製造方法において、
ゲート・ソース間のInAsチャネル面を水素又はアン
モニアのプラズマに晒すことを特徴とする2次元電子ガ
ス電界効果トランジスタの製造方法。[Claim 2] An InAs layer is used for the channel, and Alx
In a method for manufacturing a two-dimensional electron gas field effect transistor using Ga1-xSb as a potential barrier layer,
A method for manufacturing a two-dimensional electron gas field effect transistor, which comprises exposing an InAs channel surface between a gate and a source to hydrogen or ammonia plasma.
Ga1−xSbをポテンシャル障壁層に用いた2次元電
子ガス電界効果トランジスタの製造方法において、
ゲート・ソース間のInAsチャネル面を水素又はアン
モニアのプラズマに晒した後Si3N4を形成すること
を特徴とする2次元電子ガス電界効果トランジスタの製
造方法。3. Using an InAs layer for the channel, Alx
In a method for manufacturing a two-dimensional electron gas field effect transistor using Ga1-xSb as a potential barrier layer,
A method for manufacturing a two-dimensional electron gas field effect transistor, characterized in that Si3N4 is formed after exposing an InAs channel surface between a gate and a source to hydrogen or ammonia plasma.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP793791A JPH04250635A (en) | 1991-01-25 | 1991-01-25 | Manufacture of two dimensional electron gas field effect transistor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP793791A JPH04250635A (en) | 1991-01-25 | 1991-01-25 | Manufacture of two dimensional electron gas field effect transistor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04250635A true JPH04250635A (en) | 1992-09-07 |
Family
ID=11679428
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP793791A Pending JPH04250635A (en) | 1991-01-25 | 1991-01-25 | Manufacture of two dimensional electron gas field effect transistor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04250635A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7122451B2 (en) | 2002-02-28 | 2006-10-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for fabricating a semiconductor device including exposing a group III-V semiconductor to an ammonia plasma |
KR100969608B1 (en) * | 2008-02-26 | 2010-07-12 | 전북대학교산학협력단 | Leakage Current Reduction Method of Nitride Semiconductor Devices |
JP2012043937A (en) * | 2010-08-18 | 2012-03-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Field effect transistor |
-
1991
- 1991-01-25 JP JP793791A patent/JPH04250635A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7122451B2 (en) | 2002-02-28 | 2006-10-17 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for fabricating a semiconductor device including exposing a group III-V semiconductor to an ammonia plasma |
US7449399B2 (en) | 2002-02-28 | 2008-11-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for fabricating a semiconductor device for reducing a surface potential |
KR100969608B1 (en) * | 2008-02-26 | 2010-07-12 | 전북대학교산학협력단 | Leakage Current Reduction Method of Nitride Semiconductor Devices |
JP2012043937A (en) * | 2010-08-18 | 2012-03-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Field effect transistor |
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