JPH05160163A - Semiconductor device - Google Patents
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- JPH05160163A JPH05160163A JP9515191A JP9515191A JPH05160163A JP H05160163 A JPH05160163 A JP H05160163A JP 9515191 A JP9515191 A JP 9515191A JP 9515191 A JP9515191 A JP 9515191A JP H05160163 A JPH05160163 A JP H05160163A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】チャネル層の厚みが薄く、かつ、キャリア濃度
が増大したトランジスタを有する半導体装置を提供する
こと。
【構成】第1の半導体層を量子井戸層とし、第2の半導
体層を半導体障壁層とする量子井戸構造を有し、第1の
半導体層をチャネル層とし、さらに第1の半導体層に、
不純物原子を1原子層有する半導体装置。第1の半導体
層がInXGa1-XAsからなり、xの値が0.05から
0.25の範囲にあれば、不純物原子の層は1原子層以
上でも良い。
(57) [Summary] [Object] To provide a semiconductor device having a transistor in which a channel layer is thin and carrier concentration is increased. A quantum well structure having a first semiconductor layer as a quantum well layer and a second semiconductor layer as a semiconductor barrier layer, a first semiconductor layer as a channel layer, and a first semiconductor layer as a
A semiconductor device having one atomic layer of impurity atoms. A first semiconductor layer made of In X Ga 1-X As, if the value of x is 0.05 through 0.25, the layer of impurity atoms may be one atomic layer or more.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置に係り、特
に、GaAs/InGaAs系電界効果トランジスタ
(FET)に好適な構造を有する半導体装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having a structure suitable for a GaAs / InGaAs field effect transistor (FET).
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の(Al,In,Ga)As系結晶
を用いたヘテロ接合FETを有する半導体装置は、プロ
シーディング・オブ・アイ・イー・ディー・エム88,
(1988)第692頁から第695頁(IEDM8
8,pp692〜695)に論じられている。この超高
速FETは、GaAs層に高濃度(3×1018cm~3)
のSiをドープしてn型チャネル層として用いる、いわ
ゆる、ヘテロ構造絶縁ゲート型電界効果トランジスタ
(HIGFET;Hetero-structure Insulated-Gate Fi
eld Effect Transistor)であり、ゲート長0.3μm
の場合、コンダクタンス抵抗(以下、K値という)は
6.5であった。2. Description of the Related Art A semiconductor device having a heterojunction FET using a conventional (Al, In, Ga) As-based crystal is disclosed in Proceedings of IDM 88,
(1988) pp. 692-695 (IEDM8
8, pp 692-695). This ultra high-speed FET has a high concentration (3 × 10 18 cm ~ 3 ) in the GaAs layer.
Heterostructure Insulated-Gate Filtration Transistor (HIGFET; Hetero-structure Insulated-Gate Fis)
Eld Effect Transistor), gate length 0.3μm
In the case of, the conductance resistance (hereinafter, referred to as K value) was 6.5.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、n型
チャネル層としてSiを一様にドープしたGaAs層を
用いているため、チャネルのキャリア濃度が6×1018
cm~3程度以上では活性化しない。さらにチャネル層の
厚さを薄くした場合十分なキャリア濃度を得ることがで
きない。そのため高いK値を有するトランジスタが得ら
れないという問題があった。In the above-mentioned prior art, since the GaAs layer uniformly doped with Si is used as the n-type channel layer, the carrier concentration of the channel is 6 × 10 18.
It will not be activated if it exceeds about cm ~ 3 . Further, when the thickness of the channel layer is reduced, a sufficient carrier concentration cannot be obtained. Therefore, there is a problem that a transistor having a high K value cannot be obtained.
【0004】本発明の目的は、チャネル層の厚みが薄
く、かつ、キャリア濃度が増大したトランジスタを有す
る半導体装置を提供することを目的とする。An object of the present invention is to provide a semiconductor device having a transistor having a thin channel layer and an increased carrier concentration.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的は、(1)第1
の半導体層を量子井戸層とし、第2の半導体層を半導体
障壁層とする量子井戸構造を有し、該第1の半導体層を
チャネル層とする半導体装置において、第1の半導体層
は、不純物原子を1原子層有することを特徴とする半導
体装置、(2)上記1記載の半導体装置において、上記
不純物原子の1原子層の位置は、上記第1の半導体層の
中心部より第2の半導体層との界面側に近い部分である
ことを特徴とする半導体装置、(3)上記1又は2記載
の半導体装置において、上記第1の半導体層はInXG
a1-XAsからなり、上記第2の半導体層はGaAs又
はAlyGa1-yAsよりなることを特徴とする半導体装
置、(4)上記3記載の半導体装置において、上記In
XGa1-XAsのxの値は、0.05から0.25の範囲
にあることを特徴とする半導体装置、(5)上記3又は
4記載の半導体装置において、上記不純物原子は、Si
であることを特徴とする半導体装置、(6)上記1、2
又は3記載の半導体装置において、上記不純物原子はn
型不純物原子であり、さらにp型半導体層が第1の半導
体層に接して設けられたことを特徴とする半導体装置、
(7)上記1から6のいずれか一に記載の半導体装置に
おいて、上記第1の半導体層と上記第2の半導体層は、
互いに異なる格子定数を持つことを特徴とする半導体装
置、(8)第1の半導体層を量子井戸層とし、第2の半
導体層を半導体障壁層とする量子井戸構造を有し、該第
1の半導体層をチャネル層とする半導体装置において、
上記第1の半導体層は、InXGa1-XAsからなり、そ
のxの値は、0.05から0.25の範囲にあり、さら
に上記第1の半導体層は、その間に不純物原子の層を有
することを特徴とする半導体装置、(9)上記8記載の
半導体装置において、上記不純物原子の層は10Å以下
の厚みであることを特徴とする半導体装置、(10)上
記8又は9記載の半導体装置において、上記第1の半導
体層と上記第2の半導体層は、互いに異なる格子定数を
持つことを特徴とする半導体装置、(11)上記8又は
9記載の半導体装置において、上記不純物原子は、Si
であることを特徴とする半導体装置、(12)基板上
に、量子井戸層として第1の半導体層が設けられ、該第
1の半導体層の一方の側に半導体障壁層として第2の半
導体層が、該第1の半導体層の他方の側に半導体障壁層
として第3の半導体層がそれぞれ設けられて量子井戸構
造を形成し、該第1の半導体層は、不純物原子を1原子
層有し、かつチャネル層構成し、該第2の半導体層は第
1の半導体層の格子定数と異なる格子定数を持ち、該第
3の半導体層は、第1の半導体層の格子定数と等しい格
子定数を持つことを特徴とする半導体装置、(13)上
記12記載の半導体装置において、上記第1の半導体層
はInXGa1-XAsからなることを特徴とする半導体装
置、(14)上記13記載の半導体装置において、上記
InXGa1-XAsのxの値は、0.05から0.25の
範囲にあることを特徴とする半導体装置、(15)上記
13又は14記載の半導体装置において、上記不純物原
子は、Siであることを特徴とする半導体装置によって
達成される。Means for Solving the Problems The above-mentioned objects are (1) first
In the semiconductor device having a quantum well structure in which the semiconductor layer is a quantum well layer and the second semiconductor layer is a semiconductor barrier layer, and the first semiconductor layer is a channel layer, the first semiconductor layer is an impurity. (2) A semiconductor device having one atomic layer of atoms, (2) In the semiconductor device according to the above-mentioned 1, the position of the one atomic layer of the impurity atom is the second semiconductor from the center of the first semiconductor layer. (3) The semiconductor device according to the above 1 or 2, wherein the first semiconductor layer is In X G
a 1-x As and the second semiconductor layer is made of GaAs or Al y Ga 1-y As. (4) The semiconductor device according to the above 3,
The value of x of X Ga 1-X As is in the range of 0.05 to 0.25, (5) In the semiconductor device according to the above 3 or 4, the impurity atom is Si
(6) The above-mentioned 1, 2
Or in the semiconductor device according to 3, the impurity atom is n
Type impurity atoms, and a p-type semiconductor layer is further provided in contact with the first semiconductor layer,
(7) In the semiconductor device according to any one of 1 to 6 above, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are
A semiconductor device having lattice constants different from each other; (8) a quantum well structure in which the first semiconductor layer is a quantum well layer and the second semiconductor layer is a semiconductor barrier layer; In a semiconductor device having a semiconductor layer as a channel layer,
The first semiconductor layer is made of In X Ga 1 -X As, and the value of x is in the range of 0.05 to 0.25. Further, the first semiconductor layer has an impurity atom between them. (9) A semiconductor device having a layer, (9) In the semiconductor device described in (8), the layer of the impurity atoms has a thickness of 10 Å or less, (10) The above-mentioned item (8) or (9). In the semiconductor device according to the above item 11, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer have different lattice constants from each other, (11) In the semiconductor device according to the above 8 or 9, the impurity atom Is Si
(12) A first semiconductor layer is provided as a quantum well layer on a substrate, and a second semiconductor layer is provided as a semiconductor barrier layer on one side of the first semiconductor layer. A third semiconductor layer is provided as a semiconductor barrier layer on the other side of the first semiconductor layer to form a quantum well structure, and the first semiconductor layer has one atomic layer of impurity atoms. , And the second semiconductor layer has a lattice constant different from that of the first semiconductor layer, and the third semiconductor layer has a lattice constant equal to that of the first semiconductor layer. the semiconductor device characterized by having, (13) in the semiconductor device of the above 12, wherein said first semiconductor layer is a semiconductor device characterized by comprising the in X Ga 1-X as, (14) above 13, wherein Of the above In X Ga 1-X As The value of x in the semiconductor device is in the range of 0.05 to 0.25. (15) In the semiconductor device described in 13 or 14, the impurity atom is Si. It is achieved by the semiconductor device.
【0006】本発明において、不純物原子の層は、部分
的に2原子層であっても、また、一部分に不純物原子の
存在しない部分があっても、平均して1原子層であれば
良い。また、上記8項記載の材料を用いるときは、1原
子層以上であっても良い。不純物原子としては、n型F
ETを構成する場合はSi、Se、Sn、S、Te等
を、p型FETを構成する場合はBe、C等を用いるこ
とが好ましい。In the present invention, the layer of impurity atoms may be a partial two-atom layer, or even a part in which no impurity atom exists may be one atomic layer on average. When the material described in the above item 8 is used, it may have one atomic layer or more. N-type F as an impurity atom
It is preferable to use Si, Se, Sn, S, Te or the like when forming the ET, and Be, C or the like when forming the p-type FET.
【0007】[0007]
【作用】図1に、GaAs(3000Å)/InxGa
1-xAs(膜厚d)/GaAsより成る量子井戸構造の
量子井戸層の中心部の1原子面に、Si原子を1×10
13cm~2添加した時の膜厚とシートキャリア濃度との関
係を示す。この時のInxGa1-xAsのIn組成比xは
0.2である。図1より明らかなように、シートキャリ
ア濃度は、dの増大と共に増大する。GaAs(すなわ
ちd=0の場合)では、シートキャリア濃度は4×10
12cm~2であるがInxGa1-xAsでは6.8×1012
cm~2まで活性化率が増大している。[Operation] In FIG. 1, GaAs (3000 Å) / In x Ga
1 × 10 Si atoms are formed on one atomic plane at the center of the quantum well layer of the quantum well structure composed of 1-x As (film thickness d) / GaAs.
The relationship between the film thickness and the sheet carrier concentration when 13 cm 2 is added is shown. In composition ratio x of the In x Ga 1-x As at this time is 0.2. As is clear from FIG. 1, the sheet carrier concentration increases as d increases. For GaAs (that is, when d = 0), the sheet carrier concentration is 4 × 10.
12 cm to 2 but 6.8 × 10 12 for In x Ga 1-x As
The activation rate increases up to cm ~ 2 .
【0008】図2に、シートキャリア濃度のSiを添加
する原子面位置依存性を示す。GaAs(厚み3000
Å)からなる半導体障壁層12、GaAs(厚み500
0Å)からなる半導体障壁層10の間に、In組成比
0.2のInxGa1-xAs(厚み100Å)からなる量
子井戸層11を挿入し、量子井戸層11にSi(NSi=
1×1013cm~2)を原子層ドープを行なった試料を示
す。原子層ドープ面の位置は、それぞれ位置A(量子井
戸層11層の中心部)、位置B(半導体障壁層12の界
面より50Åの位置)、位置C(半導体障壁層10の界
面より50Åの位置)の3通りとした。FIG. 2 shows the dependence of the sheet carrier concentration on the atomic plane position where Si is added. GaAs (thickness 3000
Å) semiconductor barrier layer 12, GaAs (thickness 500
The quantum well layer 11 made of In x Ga 1-x As (thickness 100 Å) having an In composition ratio of 0.2 is inserted between the semiconductor barrier layers 10 made of 0 Å), and Si (N Si =
A sample obtained by atomic layer doping of 1 × 10 13 cm 2 is shown. The positions of the atomic layer-doped surface are the position A (the center of the quantum well layer 11), the position B (the position 50 Å from the interface of the semiconductor barrier layer 12), and the position C (the position 50 Å from the interface of the semiconductor barrier layer 10). ).
【0009】位置Aの試料は図1に示す通り5.5×1
012cm~2のシートキャリア濃度が得られ、位置Bで
は、6.6×1012cm~2、位置Cでは6.2×1012
cm~2とさらに高活性化を示した。The sample at the position A is 5.5 × 1 as shown in FIG.
A sheet carrier concentration of 0 12 cm- 2 was obtained, at position B 6.6 × 10 12 cm- 2 and at position C 6.2 × 10 12
The activation was even higher at cm- 2 .
【0010】以上に示す様に、HIGFETのチャネル
にSi原子層をドープして用いることにより高濃度チャ
ネルが得られ、さらに原子層ドープ面の位置制御によ
り、さらに高濃度チャネルを得ることができる。As described above, a high-concentration channel can be obtained by doping the channel of the HIGFET with a Si atomic layer, and a higher-concentration channel can be obtained by controlling the position of the atomic layer-doped surface.
【0011】また、図6に、アンドープGaAs/In
XGa1-XAs(厚み100Å)/アンドープGaAs構
造において、InXGa1-XAs層の中心部にシートキャ
リア濃度1×1013cm~2のSiを原子層ドープした場
合のIn組成比とシートキャリア濃度及び電子移動度と
の関係を示す。シートキャリア濃度はIn組成比と共に
増大し、移動度は逆に低下して行く。Further, in FIG. 6, undoped GaAs / In
X Ga 1-X As (thickness 100 Å) / undoped GaAs structure, In composition ratio in the case of atomic layer doping of Si with a sheet carrier concentration of 1 × 10 13 cm to 2 in the central portion of the In X Ga 1-X As layer And the sheet carrier concentration and electron mobility are shown. The sheet carrier concentration increases with the In composition ratio, and the mobility decreases conversely.
【0012】図7に、上記図6に示した場合と同じ試料
におけるシート抵抗のIn組成比依存性を示す。シート
抵抗はIn組成が0.05〜0.25の範囲で低い値を
示し、In組成0.05未満及び0.25を超えると急
激に増大している。FIG. 7 shows the In composition ratio dependence of the sheet resistance in the same sample as that shown in FIG. The sheet resistance shows a low value in the In composition range of 0.05 to 0.25, and sharply increases when the In composition is less than 0.05 and exceeds 0.25.
【0013】FETのチャネルとして上記量子井戸層に
原子層ドープ構造を用い、材料としてInXGa1-XAs
を用いる場合、図6よりIn組成0.05以上でGaA
sチャネルに比して高濃度チャネルが得られ、図7より
In組成を0.05〜0.25に選ぶことにより、寄生
抵抗の低減化を図ることができる。An atomic layer-doped structure is used for the quantum well layer as the channel of the FET, and In X Ga 1-X As is used as the material.
6 is used, the In composition is 0.05 or more and GaA
A high-concentration channel can be obtained as compared with the s channel, and the parasitic resistance can be reduced by selecting the In composition of 0.05 to 0.25 from FIG.
【0014】[0014]
【実施例】実施例1 本発明の一実施例の半導体装置の断面図を図3に示す。
まず、この半導体装置の製造方法を説明する。分子線エ
ピタキシー(MBE)法により半絶縁性GaAs基板1
上に、アンドープGaAsよりなるバッファ層2(厚み
3000Å)、p型GaAsよりなる半導体障壁層3
(厚み2900Å、p型不純物Be、不純物濃度3×1
016cm~3)、p型In0.2Ga0.8Asよりなるp型半
導体層4′(厚み100Å、p型不純物Be)、アンド
ープIn0.2Ga0.8Asからなる量子井戸層4(厚み1
00Å)、アンドープAl0.3Ga0.7Asよりなる半導
体障壁層5(厚み100Å)を積層する。Si原子層ド
ープ面20は、量子井戸層4の成長を中断して設けた。
この位置は半導体障壁層5の直下50Åの位置とした。
また、この時のシートキャリア濃度は5×1012cm~2
であった。なお、InGaAs成長中のIn再蒸発と、
Siの拡散を抑止するため、成長温度は500℃で行な
った。EXAMPLE 1 A sectional view of a semiconductor device according to an example of the present invention is shown in FIG.
First, a method of manufacturing this semiconductor device will be described. Semi-insulating GaAs substrate 1 by molecular beam epitaxy (MBE) method
A buffer layer 2 (thickness 3000 Å) made of undoped GaAs and a semiconductor barrier layer 3 made of p-type GaAs
(Thickness 2900Å, p-type impurity Be, impurity concentration 3 × 1
0 16 cm to 3 ), a p-type semiconductor layer 4 ′ made of p-type In 0.2 Ga 0.8 As (thickness 100 Å, p-type impurity Be), a quantum well layer 4 made of undoped In 0.2 Ga 0.8 As (thickness 1
00Å) and a semiconductor barrier layer 5 (thickness 100Å) made of undoped Al 0.3 Ga 0.7 As. The Si atomic layer-doped surface 20 is provided while interrupting the growth of the quantum well layer 4.
This position was 50 Å directly under the semiconductor barrier layer 5.
Further, the sheet carrier concentration at this time is 5 × 10 12 cm to 2
Met. In addition, In re-evaporation during InGaAs growth,
The growth temperature was 500 ° C. in order to suppress the diffusion of Si.
【0015】さらに、通常のホトリソグラフィー工程に
よりオーミック領域に相当する部分をエッチング除去
し、有機金属化学気相成長(MOCVD)法によりエッ
チング除去した部分に選択的に高濃度n型InGaAs
層6をエピタキシャル成長させた。続いて、ホトリソグ
ラフィー工程と、蒸着工程を経てソース電極7、ドレイ
ン電極8をAuGe系合金を用いて形成した。さらに、
電子線描画により、ゲート部を形成し、Ti/Alを蒸
着してゲート電極9を形成した。ゲート長は、0.3μ
mとした。このようにして得たHIGFETでは、高濃
度薄膜チャネルを用いているため、トランジスタ特性の
K値は14であった。Furthermore, a portion corresponding to the ohmic region is removed by etching by a normal photolithography process, and a high concentration n-type InGaAs is selectively removed at the portion removed by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD).
Layer 6 was grown epitaxially. Then, the source electrode 7 and the drain electrode 8 were formed using AuGe type alloy through a photolithography process and a vapor deposition process. further,
A gate portion was formed by electron beam drawing, and Ti / Al was deposited to form a gate electrode 9. Gate length is 0.3μ
m. In the HIGFET thus obtained, since the high concentration thin film channel was used, the K value of the transistor characteristic was 14.
【0016】実施例2 本発明の第2の実施例の半導体装置の断面図を図4に示
す。MBE法により、半絶縁性GaAs基板1上に、ア
ンドープGaAsよりなるバッファ層2、p型GaAs
よりなる半導体障壁層3(厚み3000Å、p型不純物
Be、不純物濃度3×1016cm~3)、アンドープIn
0.1Ga0.9Asからなる量子井戸層4(厚み100
Å)、アンドープAl0.3Ga0.7Asよりなる半導体障
壁層5(厚み150A)を順次エピタキシャル成長させ
る。Si原子層ドープ面20は、量子井戸層4の成長を
中断してその中心部に設けた。この時シートキャリア濃
度を5×1012cm~2に設定した。エピタキシャル成長
及び原子層ドーピングは基板温度500℃で行なった。Embodiment 2 FIG. 4 shows a sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. By the MBE method, the buffer layer 2 made of undoped GaAs and the p-type GaAs are formed on the semi-insulating GaAs substrate 1.
Composed of a semiconductor barrier layer 3 (thickness 3000 Å, p-type impurity Be, impurity concentration 3 × 10 16 cm 3 ), undoped In
0.1 Ga quantum well layer 4 made of 0.9 As (thickness 100
Å), and the semiconductor barrier layer 5 (thickness 150 A) made of undoped Al 0.3 Ga 0.7 As is sequentially epitaxially grown. The Si atomic layer-doped surface 20 was provided at the center of the quantum well layer 4 by interrupting the growth thereof. At this time, the sheet carrier concentration was set to 5 × 10 12 cm- 2 . Epitaxial growth and atomic layer doping were performed at a substrate temperature of 500 ° C.
【0017】さらに、通常のホトリソグラフィー工程に
よりオーミック領域に相当する部分をエッチング除去
し、MOCVD法によりエッチング除去した部分に選択
的に高濃度n型InGaAs層6をエピタキシャル成長
させた。続いて、ホトリソグラフィー工程と蒸着工程を
経てソース電極7、ドレイン電極8をAuGe系合金を
用いて形成した。さらに、電子線描画によりゲート部を
形成し、Ti/Alを蒸着してゲート電極9を形成して
FETを作製した。トランジスタのゲート長は0.3μ
mである。上記トランジスタでは、高濃度チャネルの作
製が可能であり、寄生抵抗も抑制できるため、トランジ
スタ特性のK値は14であった。Further, a portion corresponding to the ohmic region was removed by etching by a normal photolithography process, and a high concentration n-type InGaAs layer 6 was selectively epitaxially grown on the portion removed by the MOCVD method. Then, the source electrode 7 and the drain electrode 8 were formed using AuGe type alloy through a photolithography process and a vapor deposition process. Further, a gate portion was formed by electron beam drawing, Ti / Al was vapor-deposited to form a gate electrode 9, and a FET was produced. The gate length of the transistor is 0.3μ
m. In the above transistor, a high-concentration channel can be manufactured and parasitic resistance can be suppressed, so that the K value of the transistor characteristic was 14.
【0018】実施例3 本発明の第3の実施例の半導体装置の断面図を図5に示
す。本実施例は、第2の実施例の、半導体障壁層3と量
子井戸層4の間にp型In0.1Al0.9Asからなる第3
の半導体層13(厚み100Å)が挿入された構造であ
る。Embodiment 3 FIG. 5 shows a sectional view of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. This embodiment is the third embodiment of the second embodiment, which is composed of p-type In 0.1 Al 0.9 As between the semiconductor barrier layer 3 and the quantum well layer 4.
The semiconductor layer 13 (thickness 100 Å) is inserted.
【0019】トランジスタの作製方法は、第3の半導体
層13の形成の他は実施例2に同じであるが、本実施例
では、選択成長により形成される高濃度n型InGaA
s層6を量子井戸層4と同じIn0.1Ga0.9Asの組成
としたことにより、第3の半導体層13層上に格子整合
してエピタキシャル成長することができる。このため、
チャネル層の端面へのストレスが緩和され、トランジス
タの信頼性が向上した。以上の実施例は、n型FETの
場合について述べたが、同様にp型不純物としてBe又
はC(炭素)を添加し、p型FETを形成することがで
きる。The method of manufacturing the transistor is the same as that of the second embodiment except that the third semiconductor layer 13 is formed. In this embodiment, the high-concentration n-type InGaA formed by selective growth is used.
Since the s layer 6 has the same composition of In 0.1 Ga 0.9 As as the quantum well layer 4, epitaxial growth can be performed on the third semiconductor layer 13 with lattice matching. For this reason,
The stress on the end face of the channel layer was relieved, and the reliability of the transistor was improved. Although the above-mentioned embodiments describe the case of the n-type FET, similarly, Be or C (carbon) can be added as the p-type impurity to form the p-type FET.
【0020】[0020]
【発明の効果】本発明によれば、不純物の原子層ドーピ
ングにより高濃度薄膜チャネルの形成が可能となり、F
ETのK値が、従来に比して約2倍向上できた。また、
FETのチャネルを構成する層としてIn組成比0.0
5〜0.25のInXGa1-XAsを用いてたとき、原子
層ドープしたSiの活性化率が高く、高濃度チャネルを
形成することができた。また、FETのチャネルを構成
する層としてIn組成比0.25以下のInXGa1-XA
sを用いたとき、移動度の低下が少ないため、シート抵
抗の増大がなく、低い寄生抵抗のトランジスタが実現で
きた。According to the present invention, it is possible to form a high concentration thin film channel by atomic layer doping of impurities.
The K value of ET was improved about twice as much as the conventional one. Also,
In composition ratio of 0.0 as a layer forming a channel of FET
When In x Ga 1 -x As of 5 to 0.25 was used, the activation rate of atomic layer-doped Si was high and a high concentration channel could be formed. Further, as a layer that constitutes the channel of the FET, In x Ga 1 -x A with an In composition ratio of 0.25 or less is used.
When s was used, the mobility did not decrease so much, the sheet resistance did not increase, and a transistor with low parasitic resistance was realized.
【図1】InGaAs層の膜厚とシートキャリア濃度と
の関係を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a relationship between a film thickness of an InGaAs layer and a sheet carrier concentration.
【図2】原子層ドーピングする原子面を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an atomic plane for atomic layer doping.
【図3】本発明の一実施例の半導体装置の断面図であ
る。FIG. 3 is a sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第2の実施例の半導体装置の断面図で
ある。FIG. 4 is a sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第3の実施例の半導体装置の断面図で
ある。FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.
【図6】InXGa1-XAs層のIn組成比とシートキャ
リア濃度及び電子移動度との関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a relationship between an In composition ratio of an In X Ga 1-X As layer, a sheet carrier concentration, and an electron mobility.
【図7】InXGa1-XAs層のシート抵抗のIn組成比
依存性を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the In composition ratio dependence of the sheet resistance of an In X Ga 1-X As layer.
1 半絶縁性GaAs基板 2 バッファ層 3、5、10、12 半導体障壁層 4、11 量子井戸層 4′ p型半導体層 6 高濃度n型InGaAs層 7 ソース電極 8 ドレイン電極 9 ゲート電極 13 第3の半導体層 20 Si原子層ドープ面 1 semi-insulating GaAs substrate 2 buffer layer 3, 5, 10, 12 semiconductor barrier layer 4, 11 quantum well layer 4'p type semiconductor layer 6 high concentration n type InGaAs layer 7 source electrode 8 drain electrode 9 gate electrode 13 third Semiconductor layer 20 Si atomic layer doped surface
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 比留間 健之 東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takeyuki Hiruma 1-280, Higashi Koikekubo, Kokubunji, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.
Claims (15)
半導体層を半導体障壁層とする量子井戸構造を有し、該
第1の半導体層をチャネル層とする半導体装置におい
て、第1の半導体層は、不純物原子を1原子層有するこ
とを特徴とする半導体装置。1. A semiconductor device having a quantum well structure in which a first semiconductor layer is a quantum well layer and a second semiconductor layer is a semiconductor barrier layer, and the first semiconductor layer is a channel layer. The semiconductor device of 1 has a 1 atomic layer of an impurity atom, The semiconductor device characterized by the above-mentioned.
不純物原子の1原子層の位置は、上記第1の半導体層の
中心部より第2の半導体層との界面側に近い部分である
ことを特徴とする半導体装置。2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the position of one atomic layer of the impurity atoms is closer to the interface side with the second semiconductor layer than the central portion of the first semiconductor layer. A semiconductor device characterized by.
て、上記第1の半導体層はInXGa1-XAsからなり、
上記第2の半導体層はGaAs又はAlyGa1-yAsよ
りなることを特徴とする半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor layer is made of In X Ga 1 -X As.
The semiconductor device, wherein the second semiconductor layer is made of GaAs or Al y Ga 1-y As.
InXGa1-XAsのxの値は、0.05から0.25の
範囲にあることを特徴とする半導体装置。4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the value of x of In X Ga 1-X As is in the range of 0.05 to 0.25.
て、上記不純物原子は、Siであることを特徴とする半
導体装置。5. The semiconductor device according to claim 3, wherein the impurity atom is Si.
いて、上記不純物原子はn型不純物原子であり、さらに
p型半導体層が第1の半導体層に接して設けられたこと
を特徴とする半導体装置。6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity atom is an n-type impurity atom, and a p-type semiconductor layer is provided in contact with the first semiconductor layer. Semiconductor device.
体装置において、上記第1の半導体層と上記第2の半導
体層は、互いに異なる格子定数を持つことを特徴とする
半導体装置。7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor layer and the second semiconductor layer have different lattice constants from each other.
半導体層を半導体障壁層とする量子井戸構造を有し、該
第1の半導体層をチャネル層とする半導体装置におい
て、上記第1の半導体層は、InXGa1-XAsからな
り、そのxの値は、0.05から0.25の範囲にあ
り、さらに上記第1の半導体層は、その間に不純物原子
の層を有することを特徴とする半導体装置。8. A semiconductor device having a quantum well structure in which a first semiconductor layer is a quantum well layer and a second semiconductor layer is a semiconductor barrier layer, and the first semiconductor layer is a channel layer. The first semiconductor layer is made of In X Ga 1-X As, the value of x is in the range of 0.05 to 0.25, and the first semiconductor layer is a layer of impurity atoms between them. A semiconductor device comprising:
不純物原子の層は10Å以下の厚みであることを特徴と
する半導体装置。9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the layer of the impurity atoms has a thickness of 10 Å or less.
て、上記第1の半導体層と上記第2の半導体層は、互い
に異なる格子定数を持つことを特徴とする半導体装置。10. The semiconductor device according to claim 8 or 9, wherein the first semiconductor layer and the second semiconductor layer have different lattice constants from each other.
て、上記不純物原子は、Siであることを特徴とする半
導体装置。11. The semiconductor device according to claim 8 or 9, wherein the impurity atom is Si.
体層が設けられ、該第1の半導体層の一方の側に半導体
障壁層として第2の半導体層が、該第1の半導体層の他
方の側に半導体障壁層として第3の半導体層がそれぞれ
設けられて量子井戸構造を形成し、該第1の半導体層
は、不純物原子を1原子層有し、かつチャネル層構成
し、該第2の半導体層は第1の半導体層の格子定数と異
なる格子定数を持ち、該第3の半導体層は、第1の半導
体層の格子定数と等しい格子定数を持つことを特徴とす
る半導体装置。12. A first semiconductor layer is provided as a quantum well layer on a substrate, and a second semiconductor layer is provided as a semiconductor barrier layer on one side of the first semiconductor layer, and the first semiconductor layer is provided. Third quantum semiconductor layers are provided as semiconductor barrier layers on the other side to form a quantum well structure, and the first semiconductor layer has one atomic layer of impurity atoms and constitutes a channel layer. The second semiconductor layer has a lattice constant different from that of the first semiconductor layer, and the third semiconductor layer has a lattice constant equal to that of the first semiconductor layer. ..
上記第1の半導体層はInXGa1-XAsからなることを
特徴とする半導体装置。13. The semiconductor device according to claim 12,
The first semiconductor layer is a semiconductor device characterized by comprising the In X Ga 1-X As.
上記InXGa1-XAsのxの値は、0.05から0.2
5の範囲にあることを特徴とする半導体装置。14. The semiconductor device according to claim 13,
The value of x of In X Ga 1-X As is 0.05 to 0.2.
A semiconductor device having a range of 5.
おいて、上記不純物原子は、Siであることを特徴とす
る半導体装置。15. The semiconductor device according to claim 13, wherein the impurity atom is Si.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9515191A JPH05160163A (en) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP9515191A JPH05160163A (en) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | Semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05160163A true JPH05160163A (en) | 1993-06-25 |
Family
ID=14129796
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP9515191A Pending JPH05160163A (en) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | Semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH05160163A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09270522A (en) * | 1996-03-29 | 1997-10-14 | Nec Corp | Field-effect transistor and manufacture thereof |
-
1991
- 1991-04-25 JP JP9515191A patent/JPH05160163A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH09270522A (en) * | 1996-03-29 | 1997-10-14 | Nec Corp | Field-effect transistor and manufacture thereof |
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