JPH11251334A - 電界効果トランジスタ - Google Patents
電界効果トランジスタInfo
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- JPH11251334A JPH11251334A JP5493298A JP5493298A JPH11251334A JP H11251334 A JPH11251334 A JP H11251334A JP 5493298 A JP5493298 A JP 5493298A JP 5493298 A JP5493298 A JP 5493298A JP H11251334 A JPH11251334 A JP H11251334A
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- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 チャネル層における電子移動度が大きく、し
かも周波数特性の優れた高性能な電界効果トランジスタ
を提供する。 【解決手段】 ＩnＰ基板上に(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超
格子を結晶成長させた際に自己組織的に自然形成される
ＩnＧaＡs量子細線をチャネル層として用いる。特に(Ｇ
aＡs)m／(ＩnＡs)n超格子の構成比ｍ,ｎを[１.０＜ｍ＜
１.８]，[１.０＜ｎ＜１.８]とし、自己組織的に形成さ
れるＩnＧaＡs量子細線の線幅を５〜１５ｎｍ，またそ
の層厚を５〜１５ｎｍとする。更にＩnＧaＡs量子細線
におけるＧaの組成を２０〜４５％とする。
かも周波数特性の優れた高性能な電界効果トランジスタ
を提供する。 【解決手段】 ＩnＰ基板上に(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超
格子を結晶成長させた際に自己組織的に自然形成される
ＩnＧaＡs量子細線をチャネル層として用いる。特に(Ｇ
aＡs)m／(ＩnＡs)n超格子の構成比ｍ,ｎを[１.０＜ｍ＜
１.８]，[１.０＜ｎ＜１.８]とし、自己組織的に形成さ
れるＩnＧaＡs量子細線の線幅を５〜１５ｎｍ，またそ
の層厚を５〜１５ｎｍとする。更にＩnＧaＡs量子細線
におけるＧaの組成を２０〜４５％とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば超高速大容
量通信を実現する上で用いられる電子デバイスとして好
適な高性能な電界効果トランジスタに関する。
量通信を実現する上で用いられる電子デバイスとして好
適な高性能な電界効果トランジスタに関する。
【０００２】
【関連する背景技術】近時、光ファイバを用いた超高速
大容量通信システムが注目されているが、そのシステム
の処理速度は、光信号から変換される電気信号を処理す
る電子デバイスの応答速度で制限されているのが実情で
ある。この為、電子デバイスの高性能化を図るべく種々
の検討・研究がなされている。中でもIII-Ｖ族化合物半
導体における電子の移動度がＳiよりも格段に早いこと
から、上記III-Ｖ族化合物半導体を用いた電解効果トラ
ンジスタ（ＦＥＴ）や高電子移動度トランジスタ（ＨＥ
ＭＴ）の開発が盛んに進められている。
大容量通信システムが注目されているが、そのシステム
の処理速度は、光信号から変換される電気信号を処理す
る電子デバイスの応答速度で制限されているのが実情で
ある。この為、電子デバイスの高性能化を図るべく種々
の検討・研究がなされている。中でもIII-Ｖ族化合物半
導体における電子の移動度がＳiよりも格段に早いこと
から、上記III-Ｖ族化合物半導体を用いた電解効果トラ
ンジスタ（ＦＥＴ）や高電子移動度トランジスタ（ＨＥ
ＭＴ）の開発が盛んに進められている。
【０００３】例えばＦＥＴの高性能化を図るべくアプロ
ーチとして、材料系に関する観点と素子構造的な観点と
の両面から検討が進められている。特に材料系について
は電子移動度を増加させるべく、チャネル層にＩnＧaＡ
sを用いたＧaＡs-ＦＥＴの開発が進められている。また
構造的な観点からは、チャネル層を量子細線構造化する
ことで電子移動度を増加させることが考えられている。
ーチとして、材料系に関する観点と素子構造的な観点と
の両面から検討が進められている。特に材料系について
は電子移動度を増加させるべく、チャネル層にＩnＧaＡ
sを用いたＧaＡs-ＦＥＴの開発が進められている。また
構造的な観点からは、チャネル層を量子細線構造化する
ことで電子移動度を増加させることが考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらＧaＡs-
ＦＥＴにおけるＩnＧaＡsからなるチャネル層は、ＧaＡ
s基板上に結晶成長させて形成される格子不整合系であ
るので、チャネル層の厚みが、その結晶性を良好に維持
することのできる臨界膜厚により制限されると言う問題
がある。またチャネル層を量子細線構造化した場合、計
算によれば電子移動度を２倍に増加させることが可能で
あるが、現在のリソグラフィーによる半導体製造技術に
おいては量子細線幅の揺らぎのため、細線の均一性を確
保しながら、キャリアの横方向閉じ込め効果が現れる１
５ｎｍ以下の線幅を実現することが困難である。
ＦＥＴにおけるＩnＧaＡsからなるチャネル層は、ＧaＡ
s基板上に結晶成長させて形成される格子不整合系であ
るので、チャネル層の厚みが、その結晶性を良好に維持
することのできる臨界膜厚により制限されると言う問題
がある。またチャネル層を量子細線構造化した場合、計
算によれば電子移動度を２倍に増加させることが可能で
あるが、現在のリソグラフィーによる半導体製造技術に
おいては量子細線幅の揺らぎのため、細線の均一性を確
保しながら、キャリアの横方向閉じ込め効果が現れる１
５ｎｍ以下の線幅を実現することが困難である。
【０００５】ちなみに量子細線幅構造のチャネル層を実
現する手法として、例えばＧaＡs基板上にＩnＧaＰ層を
結晶成長させる際、Ｉn原子とＧa原子とが［１１１］方
向に規則的に配列する自然超格子を利用することが考え
られる。しかしながら自然超格子が生じる周期は０.６
５〜０.７９ｎｍ程度であり、電子波がＩnＰ層に隣接し
てそのバリアとなるＧaＰ層にまで拡がるので十分な量
子細線効果を得ることができないと言う問題がある。
現する手法として、例えばＧaＡs基板上にＩnＧaＰ層を
結晶成長させる際、Ｉn原子とＧa原子とが［１１１］方
向に規則的に配列する自然超格子を利用することが考え
られる。しかしながら自然超格子が生じる周期は０.６
５〜０.７９ｎｍ程度であり、電子波がＩnＰ層に隣接し
てそのバリアとなるＧaＰ層にまで拡がるので十分な量
子細線効果を得ることができないと言う問題がある。
【０００６】本発明はこのような事情を考慮してなされ
たもので、その目的は、チャネル層における電子移動度
が大きく、しかも周波数特性の優れた高性能な電界効果
トランジスタを提供することにある。特に本発明は、チ
ャネル層における電子移動度の高移動化を図ることで動
作特性を向上させ、特に遮断周波数および最大発振周波
数を大幅に改善した高性能な電界効果トランジスタを実
現することを目的としている。
たもので、その目的は、チャネル層における電子移動度
が大きく、しかも周波数特性の優れた高性能な電界効果
トランジスタを提供することにある。特に本発明は、チ
ャネル層における電子移動度の高移動化を図ることで動
作特性を向上させ、特に遮断周波数および最大発振周波
数を大幅に改善した高性能な電界効果トランジスタを実
現することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
べく本発明は、ＩnＰ基板上にＧaＡsとＩnＡsとからな
る厚さ５ｎｍの(ＧaＡs)2／(ＩnＡs)2短周期超格子を、
例えばＭＢＥ（分子線エピタキシー）法により積層形成
した場合、周期２０ｎｍで組成変調が生じてＩnＧaＡs
量子細線が自己組織的に自然形成されること、またＧa
ＡsのＩnＰに対する格子不整合度が−３.７％と大き
く、上記(ＧaＡs)2／(ＩnＡs)2短周期超格子の初期成長
過程においてＧaＡsの［０１−１］方向に生じる長い島
状のＩnＧaＡsが量子細線の自然形成の核になることに
着目してなされている。
べく本発明は、ＩnＰ基板上にＧaＡsとＩnＡsとからな
る厚さ５ｎｍの(ＧaＡs)2／(ＩnＡs)2短周期超格子を、
例えばＭＢＥ（分子線エピタキシー）法により積層形成
した場合、周期２０ｎｍで組成変調が生じてＩnＧaＡs
量子細線が自己組織的に自然形成されること、またＧa
ＡsのＩnＰに対する格子不整合度が−３.７％と大き
く、上記(ＧaＡs)2／(ＩnＡs)2短周期超格子の初期成長
過程においてＧaＡsの［０１−１］方向に生じる長い島
状のＩnＧaＡsが量子細線の自然形成の核になることに
着目してなされている。
【０００８】更に本発明は、ＩnＡsのＩnＰに対する格
子不整合度は３.２％であるが、(ＧaＡs)2／(ＩnＡs)2
短周期超格子から見た場合、この(ＧaＡs)2／(ＩnＡs)2
短周期超格子が上記ＩnＰに対して格子整合した歪補償
型の超格子となっており、従って(ＧaＡs)2／(ＩnＡs)2
短周期超格子の結晶成長時に自己組織的に形成されるＩ
nＧaＡs量子細線をチャネル層とすれば、臨界膜厚の制
限を受けることなしにチャネル層の厚みを設定すること
ができることに着目している。
子不整合度は３.２％であるが、(ＧaＡs)2／(ＩnＡs)2
短周期超格子から見た場合、この(ＧaＡs)2／(ＩnＡs)2
短周期超格子が上記ＩnＰに対して格子整合した歪補償
型の超格子となっており、従って(ＧaＡs)2／(ＩnＡs)2
短周期超格子の結晶成長時に自己組織的に形成されるＩ
nＧaＡs量子細線をチャネル層とすれば、臨界膜厚の制
限を受けることなしにチャネル層の厚みを設定すること
ができることに着目している。
【０００９】そこで本発明に係る電解効果トランジスタ
は、ＩnＰ基板上に(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超格子を結晶
成長させた際に自己組織的に自然形成されるＩnＧaＡs
量子細線をチャネル層としたことを特徴としている。ま
た本発明の好ましい態様として、請求項２に記載するよ
うにＩnＰ基板上に結晶成長させる(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)
n超格子を構成するｍとｎの値（構成比）を[１.０＜ｍ
＜１.８]，[１.０＜ｎ＜１.８]とし、自己組織的に形成
されるＩnＧaＡs量子細線の線幅を５〜１５ｎｍ，また
その層厚を５〜１５ｎｍとしたことを特徴としている。
更に請求項３に記載するように、前記ＩnＧaＡs量子細
線におけるＧaの組成を２０〜４５％としたことを特徴
としている。
は、ＩnＰ基板上に(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超格子を結晶
成長させた際に自己組織的に自然形成されるＩnＧaＡs
量子細線をチャネル層としたことを特徴としている。ま
た本発明の好ましい態様として、請求項２に記載するよ
うにＩnＰ基板上に結晶成長させる(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)
n超格子を構成するｍとｎの値（構成比）を[１.０＜ｍ
＜１.８]，[１.０＜ｎ＜１.８]とし、自己組織的に形成
されるＩnＧaＡs量子細線の線幅を５〜１５ｎｍ，また
その層厚を５〜１５ｎｍとしたことを特徴としている。
更に請求項３に記載するように、前記ＩnＧaＡs量子細
線におけるＧaの組成を２０〜４５％としたことを特徴
としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係る電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）につい
て説明する。図１はこの実施形態に係る電界効果トラン
ジスタの概略的な素子構造を示す図で、１は結晶面が
（１１０）の半絶縁性ＩnＰ基板であり、２はこの半絶
縁性ＩnＰ基板１上に形成した厚み５００ｎｍからなる
ノンドープのＩnＰバッファ層である。このＩnＰバッフ
ァ層２上に、例えば厚み１５ｎｍのｎ-Ｉn0.4Ｇa0.6Ａs
量子細線チャネル層３が形成される。このｎ-Ｉn0.4Ｇa
0.6Ａs量子細線チャネル層３は、例えば(ＧaＡs)1.5／
(ＩnＡs)1.5短周期超格子を結晶成長させた際に自己組
織的に自然形成されるＩnＧaＡs量子細線として実現さ
れる。しかして上記ｎ-Ｉn0.4Ｇa0.6Ａs量子細線チャネ
ル層３上にはノンドープのＩnＰからなるショットキー
コンタクト層４を介して厚み２０ｎｍのｎ-ＩnＧaＡsキ
ャップ層５が形成される。
実施形態に係る電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）につい
て説明する。図１はこの実施形態に係る電界効果トラン
ジスタの概略的な素子構造を示す図で、１は結晶面が
（１１０）の半絶縁性ＩnＰ基板であり、２はこの半絶
縁性ＩnＰ基板１上に形成した厚み５００ｎｍからなる
ノンドープのＩnＰバッファ層である。このＩnＰバッフ
ァ層２上に、例えば厚み１５ｎｍのｎ-Ｉn0.4Ｇa0.6Ａs
量子細線チャネル層３が形成される。このｎ-Ｉn0.4Ｇa
0.6Ａs量子細線チャネル層３は、例えば(ＧaＡs)1.5／
(ＩnＡs)1.5短周期超格子を結晶成長させた際に自己組
織的に自然形成されるＩnＧaＡs量子細線として実現さ
れる。しかして上記ｎ-Ｉn0.4Ｇa0.6Ａs量子細線チャネ
ル層３上にはノンドープのＩnＰからなるショットキー
コンタクト層４を介して厚み２０ｎｍのｎ-ＩnＧaＡsキ
ャップ層５が形成される。
【００１１】ちなみに上記各層２,３,４,５は、分子線
エピタキシー（ＭＢＥ）法を用いて前記半絶縁性ＩnＰ
基板１上に膜厚制御しながら順にエピタキシャル成長さ
せることで積層される。但し、化学線エピタキシー（Ｃ
ＢＥ）法や有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等を用い
て前記各層２,３,４,５を積層形成することも勿論可能
である。
エピタキシー（ＭＢＥ）法を用いて前記半絶縁性ＩnＰ
基板１上に膜厚制御しながら順にエピタキシャル成長さ
せることで積層される。但し、化学線エピタキシー（Ｃ
ＢＥ）法や有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等を用い
て前記各層２,３,４,５を積層形成することも勿論可能
である。
【００１２】しかる後、リソグラフィー技術等を用いて
前記各層２,３,４,５からなる半導体多層膜の側部を半
絶縁性ＩnＰ基板１に達するまで除去した後、当該領域
にソース電極６およびドレイン電極７をそれぞれ形成
し、これをアニール処理することで上記ソース電極６お
よびドレイン電極７を前記ｎ-Ｉn0.4Ｇa0.6Ａs量子細線
チャネル層３とコンタクトさせる。次いで再びリソグラ
フィー技術等を用いて前記ｎ-ＩnＧaＡsキャップ層５を
部分的にリセスエッチングし、ゲート領域を設定する。
そしてリセスエッチングによって露出されたとＩnＰシ
ョットキーコンタクト層４上に、例えばＡlをゲート電
極８として蒸着形成する。以上の処理工程の後、前記各
電極６,７,８にそれぞれ電極配線を施すことによって電
界効果トランジスタが完成される。尚、上記素子構造の
電界効果トランジスタにおけるゲート長は、例えば１.
５μｍに設定される。
前記各層２,３,４,５からなる半導体多層膜の側部を半
絶縁性ＩnＰ基板１に達するまで除去した後、当該領域
にソース電極６およびドレイン電極７をそれぞれ形成
し、これをアニール処理することで上記ソース電極６お
よびドレイン電極７を前記ｎ-Ｉn0.4Ｇa0.6Ａs量子細線
チャネル層３とコンタクトさせる。次いで再びリソグラ
フィー技術等を用いて前記ｎ-ＩnＧaＡsキャップ層５を
部分的にリセスエッチングし、ゲート領域を設定する。
そしてリセスエッチングによって露出されたとＩnＰシ
ョットキーコンタクト層４上に、例えばＡlをゲート電
極８として蒸着形成する。以上の処理工程の後、前記各
電極６,７,８にそれぞれ電極配線を施すことによって電
界効果トランジスタが完成される。尚、上記素子構造の
電界効果トランジスタにおけるゲート長は、例えば１.
５μｍに設定される。
【００１３】ちなみに上述した如くして製作され、ｎ-
Ｉn0.4Ｇa0.6Ａs量子細線層をチャネル層３とした電界
効果トランジスタの静特性を確認したところ、ゲート長
が１.５μｍの素子においてその相互コンダクタンスｇm
が最大４００ｍＳ／ｍｍであり、同じゲート長を持つ従
来一般的なｎ型ＩnＧaＡsチャネルタイプの電界効果ト
ランジスタに比較して略２倍の高い値であった。
Ｉn0.4Ｇa0.6Ａs量子細線層をチャネル層３とした電界
効果トランジスタの静特性を確認したところ、ゲート長
が１.５μｍの素子においてその相互コンダクタンスｇm
が最大４００ｍＳ／ｍｍであり、同じゲート長を持つ従
来一般的なｎ型ＩnＧaＡsチャネルタイプの電界効果ト
ランジスタに比較して略２倍の高い値であった。
【００１４】ここで前述したｎ-Ｉn0.4Ｇa0.6Ａs量子細
線チャネル層３について今少し詳しく説明すると、本発
明においては半絶縁性のＩnＰ基板１上にＩnＰバッファ
層２を介して結晶成長させる(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超格
子の構成比ｍ,ｎを[ｍ＜０.５]，[ｎ＜０.５]の小さな
値（小数値）として選ぶことにより上記(ＧaＡs)m／(Ｉ
nＡs)n超格子の結晶成長時に自己組織的に自然形成され
るＩnＧaＡs量子細線の幅を５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲
で、また該ＩnＧaＡs量子細線におけるＧaの組成を０〜
４５％の範囲で制御するようにしている。特にＩnＧaＡ
s量子細線形状の均一性とその結晶性は、(ＧaＡs)m／
(ＩnＡs)n超格子の構成比ｍ,ｎの値に大きく依存する。
線チャネル層３について今少し詳しく説明すると、本発
明においては半絶縁性のＩnＰ基板１上にＩnＰバッファ
層２を介して結晶成長させる(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超格
子の構成比ｍ,ｎを[ｍ＜０.５]，[ｎ＜０.５]の小さな
値（小数値）として選ぶことにより上記(ＧaＡs)m／(Ｉ
nＡs)n超格子の結晶成長時に自己組織的に自然形成され
るＩnＧaＡs量子細線の幅を５ｎｍ〜２０ｎｍの範囲
で、また該ＩnＧaＡs量子細線におけるＧaの組成を０〜
４５％の範囲で制御するようにしている。特にＩnＧaＡ
s量子細線形状の均一性とその結晶性は、(ＧaＡs)m／
(ＩnＡs)n超格子の構成比ｍ,ｎの値に大きく依存する。
【００１５】例えばＩnＧaＡs量子細線層の厚みを１２
ｎｍ以上とするべく上記(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超格子の
構成比ｍ,ｎを[１.８＜ｍ]，[１.８＜ｎ]とした場合、
格子歪に起因する欠陥によりその結晶性を良好に保つこ
とが困難となる。ちなみにこの結晶性は、例えばフォト
ルミネッセンス（ＰＬ）を用いて評価することができ
る。従って上記構成比ｍ,ｎを[１.８＜ｍ]，[１.８＜
ｎ]とすると、ＩnＧaＡs量子細線層の厚みに対する設計
マージンを確保すること自体が困難となる。
ｎｍ以上とするべく上記(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超格子の
構成比ｍ,ｎを[１.８＜ｍ]，[１.８＜ｎ]とした場合、
格子歪に起因する欠陥によりその結晶性を良好に保つこ
とが困難となる。ちなみにこの結晶性は、例えばフォト
ルミネッセンス（ＰＬ）を用いて評価することができ
る。従って上記構成比ｍ,ｎを[１.８＜ｍ]，[１.８＜
ｎ]とすると、ＩnＧaＡs量子細線層の厚みに対する設計
マージンを確保すること自体が困難となる。
【００１６】また上記構成比ｍ,ｎを[ｍ≦１.０]，[ｎ
≦１.０]とすると、ＩnＧaＡs量子細線層における基底
準位と第２準位とのエネルギ差が、量子細線効果が明確
に現れる８０ｍｅＶよりも小さくなり、むしろＩnＧaＡ
s量子細線が自己組織的に自然形成し難くなる。例えば
図２に示すように、(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超格子の構成
比が[ｍ＝ｎ≦１.０]の領域では(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n
超格子の薄膜が形成されるだけで、ＩnＧaＡs量子細線
が自己組織的に形成されることがない（薄膜領域）。ま
た構成比が[２.０≦ｍ＝ｎ]の領域では、(ＧaＡs)m／
(ＩnＡs)n超格子の結晶成長時に自己組織的に形成され
るＩnＧaＡsがドット・ライク状となり、前述した結晶
性の問題と相俟って該ＩnＧaＡs層をチャネル層として
用いるに不適切となる（ドット・ライク領域）。そして
上記構成比が[１.０＜ｍ＝ｎ＜２.０]の領域においての
み(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超格子の結晶成長時にＩnＧaＡ
s量子細線が自己組織的に形成される（細線領域）。ま
たこの際、上記細線領域において自己組織的に形成され
るＩnＧaＡs量子細線幅は、図２に示すように(ＧaＡs)m
／(ＩnＡs)n超格子の構成比の値ｍ,ｎに依存し、例えば
５ｎｍから１８ｎｍ程度に亘って変化する。特に前述し
た結晶性の問題を考慮して構成比を[１.０＜ｍ＝ｎ＜
１.８]とした場合、ＩnＧaＡs量子細線幅は５ｎｍ〜１
８ｎｍの範囲で変化する。
≦１.０]とすると、ＩnＧaＡs量子細線層における基底
準位と第２準位とのエネルギ差が、量子細線効果が明確
に現れる８０ｍｅＶよりも小さくなり、むしろＩnＧaＡ
s量子細線が自己組織的に自然形成し難くなる。例えば
図２に示すように、(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超格子の構成
比が[ｍ＝ｎ≦１.０]の領域では(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n
超格子の薄膜が形成されるだけで、ＩnＧaＡs量子細線
が自己組織的に形成されることがない（薄膜領域）。ま
た構成比が[２.０≦ｍ＝ｎ]の領域では、(ＧaＡs)m／
(ＩnＡs)n超格子の結晶成長時に自己組織的に形成され
るＩnＧaＡsがドット・ライク状となり、前述した結晶
性の問題と相俟って該ＩnＧaＡs層をチャネル層として
用いるに不適切となる（ドット・ライク領域）。そして
上記構成比が[１.０＜ｍ＝ｎ＜２.０]の領域においての
み(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超格子の結晶成長時にＩnＧaＡ
s量子細線が自己組織的に形成される（細線領域）。ま
たこの際、上記細線領域において自己組織的に形成され
るＩnＧaＡs量子細線幅は、図２に示すように(ＧaＡs)m
／(ＩnＡs)n超格子の構成比の値ｍ,ｎに依存し、例えば
５ｎｍから１８ｎｍ程度に亘って変化する。特に前述し
た結晶性の問題を考慮して構成比を[１.０＜ｍ＝ｎ＜
１.８]とした場合、ＩnＧaＡs量子細線幅は５ｎｍ〜１
８ｎｍの範囲で変化する。
【００１７】一方、上記ＩnＧaＡs量子細線形状の均一
性は、その指標の１つであるＰＬ半値幅を用いて評価す
ることができ、(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超格子の構成比の
値ｍ,ｎに依存して、例えば図３に示すような変化傾向
を有する。特に上記構成比ｍ,ｎが[１.６]程度であると
き、ＰＬ半値幅が最小となり、ＩnＧaＡs量子細線形状
の均一性が高くなることが確認できた。
性は、その指標の１つであるＰＬ半値幅を用いて評価す
ることができ、(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超格子の構成比の
値ｍ,ｎに依存して、例えば図３に示すような変化傾向
を有する。特に上記構成比ｍ,ｎが[１.６]程度であると
き、ＰＬ半値幅が最小となり、ＩnＧaＡs量子細線形状
の均一性が高くなることが確認できた。
【００１８】以上のことから本発明では、チャネル層と
して用いるＩnＧaＡs量子細線層の良好な結晶性を確保
し、且つ量子細線効果を十分に発揮させるべくＩnＧaＡ
s量子細線層を自己組織的に形成する上での(ＧaＡs)m／
(ＩnＡs)n超格子の構成比ｍ,ｎを[１.０＜ｍ＜１.８],
[１.０＜ｎ＜１.８]として定めている。またこれによっ
て自然形成されるＩnＧaＡs量子細線層におけるＧaの組
成は、図４に示すように上記構成比の値に応じて略２０
％から４５％の範囲で変化する。この組成についてはＸ
線回折やＰＬ法を用いて分析される。尚、上記構成比
ｍ,ｎの値については、前述したＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ
法等の結晶成長技術を用いることで５％程度の誤差精度
で容易に制御することができる。
して用いるＩnＧaＡs量子細線層の良好な結晶性を確保
し、且つ量子細線効果を十分に発揮させるべくＩnＧaＡ
s量子細線層を自己組織的に形成する上での(ＧaＡs)m／
(ＩnＡs)n超格子の構成比ｍ,ｎを[１.０＜ｍ＜１.８],
[１.０＜ｎ＜１.８]として定めている。またこれによっ
て自然形成されるＩnＧaＡs量子細線層におけるＧaの組
成は、図４に示すように上記構成比の値に応じて略２０
％から４５％の範囲で変化する。この組成についてはＸ
線回折やＰＬ法を用いて分析される。尚、上記構成比
ｍ,ｎの値については、前述したＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ
法等の結晶成長技術を用いることで５％程度の誤差精度
で容易に制御することができる。
【００１９】ちなみに本実施形態においては、上記ｎ-
Ｉn0.4Ｇa0.6Ａs量子細線チャネル層３を実現するべ
く、前記ＩnＰ基板１上に(ＧaＡs)1.5／(ＩnＡs)1.5短
周期超格子を結晶成長させた。そして上記ｎ-Ｉn0.6Ｇa
0.4Ａs量子細線チャネル層３を断面ＴＥＭ観察したとこ
ろ、細線幅１０ｎｍの量子細線構造が得られていること
が確認された。
Ｉn0.4Ｇa0.6Ａs量子細線チャネル層３を実現するべ
く、前記ＩnＰ基板１上に(ＧaＡs)1.5／(ＩnＡs)1.5短
周期超格子を結晶成長させた。そして上記ｎ-Ｉn0.6Ｇa
0.4Ａs量子細線チャネル層３を断面ＴＥＭ観察したとこ
ろ、細線幅１０ｎｍの量子細線構造が得られていること
が確認された。
【００２０】かくして上述した如くしてＩnＰ基板１上
に形成したｎ-Ｉn0.4Ｇa0.6Ａs量子細線層をチャネル層
３とした電界効果トランジスタによれば、材料的に上記
チャネル層３での電子移動度を８,０００〜１０,０００
ｃｍ2／Ｖｓ程度に高めることができる。しかも該チャ
ネル層３を量子細線構造としているので、その電子移動
度を更にその２倍程度、即ち、１６,０００〜２０,００
０ｃｍ2／Ｖｓ程度に増大させることができる。従って
電子デバイスとしての性能（動作速度）を飛躍的に高め
ることが可能となる。
に形成したｎ-Ｉn0.4Ｇa0.6Ａs量子細線層をチャネル層
３とした電界効果トランジスタによれば、材料的に上記
チャネル層３での電子移動度を８,０００〜１０,０００
ｃｍ2／Ｖｓ程度に高めることができる。しかも該チャ
ネル層３を量子細線構造としているので、その電子移動
度を更にその２倍程度、即ち、１６,０００〜２０,００
０ｃｍ2／Ｖｓ程度に増大させることができる。従って
電子デバイスとしての性能（動作速度）を飛躍的に高め
ることが可能となる。
【００２１】特に電子デバイスの性能指標の１つである
遮断周波数は、その相互コンダクタンスｇmに比例し、
またこの相互コンダクタンスｇmは上記電子移動度に比
例するので、上述した如くＩnＧaＡs量子細線層をチャ
ネル層３とした電界効果トランジスタによれば、その周
波数特性の大幅な改善を図ることが可能となる。しかも
上記量子細線構造をなすＩnＧaＡs量子細線チャネル層
３については、１回の結晶成長だけで実現できるので、
従来のリソグラフィー技術を用いた電界効果トランジス
タの製作法に比較してその素子構造を容易に変更するこ
とができ、また結晶損傷を招くこともない。そして結晶
性の良好な高性能な電界効果トランジスタとして容易に
製作可能である等の利点がある。
遮断周波数は、その相互コンダクタンスｇmに比例し、
またこの相互コンダクタンスｇmは上記電子移動度に比
例するので、上述した如くＩnＧaＡs量子細線層をチャ
ネル層３とした電界効果トランジスタによれば、その周
波数特性の大幅な改善を図ることが可能となる。しかも
上記量子細線構造をなすＩnＧaＡs量子細線チャネル層
３については、１回の結晶成長だけで実現できるので、
従来のリソグラフィー技術を用いた電界効果トランジス
タの製作法に比較してその素子構造を容易に変更するこ
とができ、また結晶損傷を招くこともない。そして結晶
性の良好な高性能な電界効果トランジスタとして容易に
製作可能である等の利点がある。
【００２２】尚、本発明は上述した実施形態に限定され
るものではない。例えば要求される仕様に応じてキャリ
ア濃度や膜厚等の基本パラメータを調整可能なことは言
うまでもない。またＨＥＭＴのようにキャリア供給層と
キャリア走行層とを分離し、ノンドープＩnＧaＡs量子
細線層に１次元電子ガスを閉じ込めるような素子構造と
することもできる。また(ＧaＡs)1.5／(ＩnＡs)1.5短周
期超格子に代えて(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超格子の構成比
ｍ,ｎを前述した範囲で代えて量子細線幅および層厚の
異なるＩnＧaＡs量子細線チャネル等を備えた電界効果
トランジスタを実現することも勿論可能である。その
他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することができる。
るものではない。例えば要求される仕様に応じてキャリ
ア濃度や膜厚等の基本パラメータを調整可能なことは言
うまでもない。またＨＥＭＴのようにキャリア供給層と
キャリア走行層とを分離し、ノンドープＩnＧaＡs量子
細線層に１次元電子ガスを閉じ込めるような素子構造と
することもできる。また(ＧaＡs)1.5／(ＩnＡs)1.5短周
期超格子に代えて(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超格子の構成比
ｍ,ｎを前述した範囲で代えて量子細線幅および層厚の
異なるＩnＧaＡs量子細線チャネル等を備えた電界効果
トランジスタを実現することも勿論可能である。その
他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することができる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Ｉ
nＰ基板上に(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超格子を結晶成長さ
せた際に自己組織的に形成されるＩnＧaＡs量子細線を
チャネル層としているので、電子移動度の高い高性能で
周波数特性の優れた電界効果トランジスタを提供するこ
とができる。
nＰ基板上に(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超格子を結晶成長さ
せた際に自己組織的に形成されるＩnＧaＡs量子細線を
チャネル層としているので、電子移動度の高い高性能で
周波数特性の優れた電界効果トランジスタを提供するこ
とができる。
【００２４】特に請求項２に記載するように(ＧaＡs)m
／(ＩnＡs)n超格子の構成比ｍ,ｎを[１.０＜ｍ＜１.
８]，[１.０＜ｎ＜１.８]とし、ＩnＧaＡs量子細線の線
幅を５〜１５ｎｍ，層厚を５〜１５ｎｍとしているの
で、また請求項３に記載するように前記ＩnＧaＡs量子
細線におけるＧaの組成を２０〜４５％としているの
で、量子細線効果が顕著に現れる高性能な電子デバイス
を実現することができる。
／(ＩnＡs)n超格子の構成比ｍ,ｎを[１.０＜ｍ＜１.
８]，[１.０＜ｎ＜１.８]とし、ＩnＧaＡs量子細線の線
幅を５〜１５ｎｍ，層厚を５〜１５ｎｍとしているの
で、また請求項３に記載するように前記ＩnＧaＡs量子
細線におけるＧaの組成を２０〜４５％としているの
で、量子細線効果が顕著に現れる高性能な電子デバイス
を実現することができる。
【図１】本発明の一実施形態に係る電界効果トランジス
タの概略的な素子構造を示す図。
タの概略的な素子構造を示す図。
【図２】(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超格子の構成比ｍ,ｎに
対するＩnＧaＡs量子細線の自己組織的な形成領域と、
量子細線幅の変化を示す図。
対するＩnＧaＡs量子細線の自己組織的な形成領域と、
量子細線幅の変化を示す図。
【図３】(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超格子の構成比ｍ,ｎに
依存するＩnＧaＡs量子細線形状の均一性を評価する指
標としてのＰＬ半値幅の変化を示す図。
依存するＩnＧaＡs量子細線形状の均一性を評価する指
標としてのＰＬ半値幅の変化を示す図。
【図４】(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超格子の構成比ｍ,ｎに
依存するＩnＧaＡs量子細線層におけるＧaの組成の変化
を示す図。
依存するＩnＧaＡs量子細線層におけるＧaの組成の変化
を示す図。
１ （１１０）半絶縁性ＩnＰ基板 ２ ＩnＰバッファ層（ノンドープ） ３ ｎ-Ｉn0.6Ｇa0.4Ａs量子細線チャネル層 ４ ＩnＰショットキーコンタクト層（ノンドープ） ５ ｎ-ＩnＧaＡsキャップ層 ６ ソース電極 ７ ドレイン電極 ８ Ａlゲート電極
Claims (3)
- 【請求項１】 ＩnＰ基板上に(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n超
格子を結晶成長させてなり、この(ＧaＡs)m／(ＩnＡs)n
超格子の結晶成長時に自己組織的に形成されるＩnＧaＡ
s量子細線をチャネル層としてなることを特徴とする電
界効果トランジスタ。 - 【請求項２】 前記ＩnＰ基板上に結晶成長させる(Ｇa
Ａs)m／(ＩnＡs)n超格子の構成比ｍ,ｎは[１.０＜ｍ＜
１.８]，[１.０＜ｎ＜１.８]であって、 自己組織的に形成されるＩnＧaＡs量子細線の線幅が５
〜１５ｎｍ，層厚が５〜１５ｎｍであることを特徴とす
る請求項１に記載の電界効果トランジスタ。 - 【請求項３】 前記ＩnＧaＡs量子細線におけるＧaの組
成が２０〜４５％であることを特徴とする請求項１に記
載の電界効果トランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5493298A JPH11251334A (ja) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | 電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5493298A JPH11251334A (ja) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | 電界効果トランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11251334A true JPH11251334A (ja) | 1999-09-17 |
Family
ID=12984414
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5493298A Pending JPH11251334A (ja) | 1998-03-06 | 1998-03-06 | 電界効果トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11251334A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003069677A1 (en) * | 2002-02-12 | 2003-08-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Structure, method of manufacturing the same, and device using the same |
| US7387967B2 (en) | 2002-12-13 | 2008-06-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Columnar structured material and method of manufacturing the same |
-
1998
- 1998-03-06 JP JP5493298A patent/JPH11251334A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003069677A1 (en) * | 2002-02-12 | 2003-08-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Structure, method of manufacturing the same, and device using the same |
| US7282268B2 (en) | 2002-02-12 | 2007-10-16 | Canon Kabushiki Kaisha | Structure, method of manufacturing the same, and device using the same |
| US7387967B2 (en) | 2002-12-13 | 2008-06-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Columnar structured material and method of manufacturing the same |
| US7892979B2 (en) | 2002-12-13 | 2011-02-22 | Canon Kabushiki Kaisha | Columnar structured material and method of manufacturing the same |
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