JPS62298181A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS62298181A
JPS62298181A JP61140037A JP14003786A JPS62298181A JP S62298181 A JPS62298181 A JP S62298181A JP 61140037 A JP61140037 A JP 61140037A JP 14003786 A JP14003786 A JP 14003786A JP S62298181 A JPS62298181 A JP S62298181A
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fet
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 3、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は、相補(コンプリメンタリ)型電界効果トラン
ジスタに係り、特に高速動作が可能で低消費電力の半導
体装置に関する。
〔従来の技術〕
Siを半導体材料としたコンプリメンタリ型電界効果ト
ランジスタは、n型チャネルとn型チャネルを用い、そ
のゲートによる電流のスイッチング特性が互いに逆であ
ることを利用している。従って、電界効果トランジスタ
(以下、FETと略記する)にほとんど電流を流すこと
なく、信号を増幅でき、極めて低消費電力で論理動作が
可能であるという利点を有している。現在の論理回路を
組み込んだICは大部分この型の半導体装置となってい
る。しかしながら、この素子の動作速度は。
ホール及び電子の移動度(μh、μeと略記する)のど
ちらか低い方の値で決められる。3iの場合はμh=4
80i/V−8が素子の速度を決めている。また、 Q
aAsではμeがSiの移動度より大きく超高速用デバ
イス材料と目されているが。
ホールの移動度μhについては3iよシ小さい。
従って、特開昭58−147167に記載されているよ
うに、 GaASの電子及びホールをキャリヤとして用
いてコンプリメンタリ型半導体装置を作っても、利点で
ある高い電子移動度が具体的な半導体装置に充分に生か
されない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術は、電子及びホール、2つのキャリヤの供
給源としてGaASのみを用いているためであり、特に
ホールに関しては、移動度がSiよりも低い半導体材料
を用いているところに問題があった。
本発明の目的は、ホールの移動度がSiよシも大きい半
導体材料と、電子の移動度がGaAsよシ大きい半導体
材料とを用いて、コンプリメンタリ型の電界効果トラン
ジスタを形成することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、電子の移動度がSiよりも大きい半導体材
料である工n A Sと、ホールの移動度がGaAs+
  Siよりも大きく、かつ、  InAsとの格子定
数も近いGarbとの異種接合(ヘテロ接合)を形成す
ることにより達成される。
〔作用〕
Qa3bとInAsとの2種の半導体材料を接合すると
、上記2種類の半導体の電子親和力の相違により、接合
界面には、電子とホールが同じ数だけ蓄積する半金属状
態が実現されることが佃られている〔ジャーナル オプ
 バキュウム アンドテクノロジー(J、 Vac、S
ci、Technol、 )、 21(1982)ps
3t 〜533 )。第2図はGaSbとInASのA
種接合における接合界面のバンド構造を模式的に示した
ものである。ここでGaSbと工nAsはぞれぞれアン
ドープの結晶を考えており。
接合界面においては、GaSb側の価電子帯上部に2次
元ホールガス1かたまる。一方、In A S側でys
たlジ、2次元ホールガス1と2次元電子ガス2の濃度
が等しくなるように、フェルミエネルギー3の位置が決
まる。しかしながら、いま、接合界面に近いGaSb側
をn形にドープした場合には。
第3図(a)に示すように、フェルミエネルギー3の位
置が上方にシフトし、Qa3b側のドナー8からInA
s側へ電子が供給され、接合界面では、キャリヤの濃度
はほとんどInAs側の2次元電子ガスで構成されるっ
一方、 InAs側をp形にドープした場合には、第3
図(b)に示すように、接合界面近くのエロAs側アク
セプタ9よシ、GaSbの価電子帯にホールが供給され
、接合界面におけるキャリヤはほとんどGaSbの2次
元ホールガス1で構成されることになる。
上記構造をもつ素子を低温にした場合、単独のInAS
またはGaSbを冷却した場合と異なり、キャリヤが凍
結することなく、高い電子移動度をもつ電子がInAs
側に、高いホール移動度をもつホールがGaSb側にそ
れぞれ充分な濃度で存在する。
従って、このような2次元電子ガスや2次元ホールガス
を信号のキャリヤとして利用するFETを作製した場合
には、キャリヤが極めて高移動度々半導体装置が可能と
なる。
〔実施例〕
以下、実施例によシ本発明の詳細な説明する。
実施例1 第4図、第5図はそれぞれ本発明知よるrnAs/Ga
Sbヘテロ接合n形FET及びp形F’ETの断面構造
を示す模式図である。また、第6図は、上記n形FET
とp形FETを組み合わせて、コンプリメンタリ形の構
成とした場合の等何回路を示す図である。第4図で、1
0は半絶縁InAs基板、11はノンドープJnAs、
  12はSiをドープしたn形Garb (n −G
aSbと略記)でSi濃度2 X 1017α−3,1
3は、Siを高濃度にドープしたn形Garb (n 
” −QaSbと略記)で。
Si濃度2 X 10 ” cm−”である。11. 
12.13は、分子線エピタキシー法CMBE法)によ
シ、それぞれ厚さ1μm、0.05μm、0.1μm形
成するう次に、A u : Te合金を真空蒸着して、
部分的に除去し、水素雰囲気中450Cで3分間加熱し
1合金化領域14を形成し、ソース電極16、ドレイン
電極17とする。次に、n“−GaSbをエツチングに
より選択的に除去し、フォトレジストのリフトオフ法を
用いて、ゲート電極15をTi:Pt:Auの頭に真空
蒸着して形成する。
このようにして作製したn−FETでは、ノンドープI
nAS11とn−Garb 12の接合面のInAs側
に2次元電子ガスからなるチャネルが形成され、ゲート
長0.5μm、ゲート幅IQamのデバイスにおいて、
相互コンダクタンス200 ms/mカ得られた。また
、同様な手法によ)、第5図に示すp−FETを作製し
た。第5図で、p −InAs・及びp”−InAsは
、Mgを1nAsにドープすることによシ形成した。ま
た、ソース、ドレインのオーミック形成にはAtを、ゲ
ート電極にはAuを蒸着して所望の特性を得るようにし
た。上記n−FETとp−FETを用いて、第6図に示
すコンプリメンタリ型のデバイスを作製し、その機能を
調べたところGaAs/Gahtks ヘテo 接合。
n−FETとp−FETからなるコンプリメンタリ型デ
バイス、また、3iのコンプリメンタリ型デバイスより
も高速で動作することが確認できた。
実施例2 本実施例は、n−FETとp−FETを同一基板上に集
積化して作製したものである。第1図は。
本装置の断面構造を示す模式図である。ここで。
31は半絶縁性InAS基板、32.33,34゜35
は順にノンドープ■nAs、3iドープn形Qa3b、
ノンドープGarb、 Mgドープp形InAsで、M
BE法により、1 arn、  0.1 urn、 0
.5am。
0、1μmの厚さで形成したものである。ここで、33
のn形Qa3b層におけるSi濃度は5 X 1017
6n−3,35のp形InAs+―におけるMg濃度?
−12X 10” cm−3である。M B E法によ
るエピタキシャル膜形成後、ノンドープGaSb34と
p−工nAs35の2つのエピタキシャル層を部分的に
エツチングして、33のn−QaSbの層まで除去し、
除去した部分に、既述の方法により、n−FETを、ま
た、エツチングで除去せず残した部分にp−FETを形
成した。本実施例に示すように、同一基板上に、n−F
ETとI)−FETを集積化することによシ、コンプリ
メンタリFETとしての小型化が実現し、信頼性が大幅
に向上する。
〔発明の効果〕
以上の実施例で説明したように、本発明によれば、高速
動作可能なコンプリメンタリ型FETが作製できるので
、コンピュータの論理回路など。
高速、低消費電力が要求される装置への適用が可能とな
り、高速コンピュータの性能向上という技術的、経済的
効果が大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は1本発明の一実施例のコンプリメンタリ型PE
Tの断面構造を示す模式図、第2図は、InAs/Ga
rbヘテロ接合における接合界面付近のエネルギーバン
ドの様子を示す模式図、第3図(a)及び(b)はIn
AsとGaSbヘテロ接合に2いて、InASまたはG
aSbの一方に不純物をドープした場合のバンドの様子
を示す模式図、第4図、第5図は、InAs/GaSb
ヘテロ接合n−FET、およびp−FETの断面構造を
示す模式図、第6図は、コンプリメンタリ型FETの等
価回路図である。 1・−・2次元ホールガス、2・・・2次元電子ガス、
3・・・フェルミエネルギー、4・・・E c+ (I
nAsの伝導帯エネルギー)、5・・・Ev+ (In
ASの価電子帯エネルギー)、6・・・E c2 (G
aSbの伝導帯エネルギーノ、7・・・Evz(Ga3
bの価電子帯エネルギー)、8・・・ドナー、9・・・
アクセプター、1°O・・・半絶縁性1nAs基板、1
1.32・・・ノンドーブエnAs、12、33・−・
n、vGa8b (n −Garb ) 、 13−・
n”GaSb、14,21,36.43−・合金化領域
、15,23,38.41・・・ゲート電極、16゜2
4.39.42・・・ノース′電極、17,22゜37
.40・・・ドレイン電極、18.34・・・ノンドー
プGaSb、19.35・ p形InAs (1)−I
nAS)20−・・p” InAs 、25.29・・
−ソース(S)、26.28・・・ドレイン+D)、2
7.30・・・ゲート (G) 。 代理人 升埋士 小川9勝男、’I:”+::第 I 
 凹 F−FET l−・2次元ホール力“ス 奉 2 目 r気へS  彎−−1−−−一一一−Gαsb第 、3
 図 (α) (シ) ?・ア2セアタ 奉 4 図 第 S 圀 l・・2ン2厄・も−ルh゛ス

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第1の半導体層と、第1の半導体層よりも、大きい
    禁止帯幅を有する第2の半導体層とが互いの界面がヘテ
    ロ接合を形成し、ヘテロ接合界面に生ずるキャリヤから
    なる導電チャネルと電子的に接続された少なくとも一対
    の電極と、このキャリヤの制御手段とを有する半導体装
    置において、前記第1の半導体がInAs、第2の半導
    体がGaSbよりなることを特徴とする半導体装置。 2、第1の半導体が不純物を含まず、第2の半導体がn
    形の不純物を含むことにより構成された第1の能動領域
    と、第1の半導体がp形の不純物を含み、第2の半導体
    が不純物を含まないことにより構成された第2の能動領
    域とを有することを特徴とする第1項記載の半導体装置
    。 3、前記第1の能動領域と第2の能動領域とが、同一の
    基板上に形成されたことを特徴とする第1項記載の半導
    体装置。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63187668A (ja) * 1987-01-20 1988-08-03 インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン 電界効果トランジスタ
EP0448981A2 (en) * 1990-03-06 1991-10-02 Fujitsu Limited High electron mobility transistor
US5940695A (en) * 1996-10-11 1999-08-17 Trw Inc. Gallium antimonide complementary HFET
WO2008063824A1 (en) * 2006-11-16 2008-05-29 Intel Corporation Sb-based cmos devices
JP2013207020A (ja) * 2012-03-28 2013-10-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 電界効果トランジスタおよびその製造方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63187668A (ja) * 1987-01-20 1988-08-03 インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン 電界効果トランジスタ
EP0448981A2 (en) * 1990-03-06 1991-10-02 Fujitsu Limited High electron mobility transistor
US5940695A (en) * 1996-10-11 1999-08-17 Trw Inc. Gallium antimonide complementary HFET
US6054729A (en) * 1996-10-11 2000-04-25 Trw Inc. Gallium antimonide complementary HFET
US6384432B1 (en) 1996-10-11 2002-05-07 Trw Inc. Gallium antimonide complementary HFET
WO2008063824A1 (en) * 2006-11-16 2008-05-29 Intel Corporation Sb-based cmos devices
US7429747B2 (en) 2006-11-16 2008-09-30 Intel Corporation Sb-based CMOS devices
JP2013207020A (ja) * 2012-03-28 2013-10-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 電界効果トランジスタおよびその製造方法

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