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JP2716134B2 - Semiconductor transistor - Google Patents
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JP2716134B2 - Semiconductor transistor - Google Patents

Semiconductor transistor

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JP2716134B2
JP2716134B2 JP62299733A JP29973387A JP2716134B2 JP 2716134 B2 JP2716134 B2 JP 2716134B2 JP 62299733 A JP62299733 A JP 62299733A JP 29973387 A JP29973387 A JP 29973387A JP 2716134 B2 JP2716134 B2 JP 2716134B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はイオン注入を用いた半導体トランジスタに関
し、特にトランジスタ特性のgmの下づまり及び上づまり
を改善した半導体トランジスタに関する。 〔従来の技術〕 近年、半導体トランジスタはディジタルICやモノリシ
ックICへの適用により、より大規模化や高周波域での高
性能化が目指されている。特に大規模集積化のために
は、プレーナ化を図ると共に、特性のウェハ面内均一性
を向上させる事が極めて重要な事である。その為に、イ
オン注入技術を用いて半絶縁性基板に動作層を形成し、
ソース,ゲート,ドレインの各電極を設けたトランジス
タのプレーナ化を図り、ウェハ面内での特性均一の向上
がなされてきた。 しかしながら、半絶縁性基板に対してイオン注入技術
により動作層を形成しているために、動作層の基板界面
側には不純物トラップのために洩れ電流が流れ、トラン
ジスタの電流−電圧特性のゲート電圧の深い側で変調が
かかりにくくなる所謂gmの下づまり現象が観測された。 この様な問題を解消するために、1982年にIEEE Tran
s.ED ED−29 K.Yamasakiに掲載されたトランジスタが提
案されている。このトランジスタは、第4図に示すよう
に、半絶縁性基板21にp型不純物原子を低ドーズ量で注
入した後に、ドナー不純物原子をイオン注入,活性化し
て動作層22と基板界面にP型層23を形成し、ソース電極
24,ドレイン電極25更にゲート電極26を設けた構成とさ
れている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上述した従来のトランジスタは基板界面側にp型層が
埋込まれることにより、ピンチオフ近傍でのgmの下づま
り現象は解消されるものの、第5図にそのトランジスタ
の電流−電圧特性を示すように、表面側で基板トラップ
とp型不純物の複合作用によって、p型埋込層が存在し
ない場合では観測されなかった、ゲート電圧0(V)付
近でのgmの上づまり現象が観測されるという問題があ
る。 この様に従来のトランジスタでは、E/D構成のディジ
タルICに適用した場合、D型トランジスタとしては良好
であってもE型トランジスタとしてはgmが小さく、駆動
能力が劣り、ICの特性上好ましくないという問題があ
る。 本発明は、E/D構成のディジタルICに適用した場合に
も、gmを大きくでき、駆動能力を向上させることのでき
る半導体トランジスタを提供することを目的としてい
る。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の半導体トランジスタは、本発明の半導体トラ
ンジスタは、GaAs基板にイオン注入により形成した動作
層を有し、前記半導体基板の表面上に、ソース、ドレイ
ンのオーミック電極とゲート電極を有する半導体トラン
ジスタにおいて、前記動作層の基板側にP型層を、表面
側にインジウム、アルミニウム、ボロンのいづれかの原
子を含む表面補償層をそれぞれ備えている。 〔実施例〕 次に、本発明を図面を参照して説明する。 第1図は本発明の第1実施例の縦断面図である。クロ
ムドープ半絶縁性ガリウム砒素基板1にp型不純物原子
としてベリリウムインオンを加速エネルギー90KeV,ドー
ズ量6×1011cm-2で全面注入して基板界面側p型層3を
形成し、続いてIII族原子としてインジウムイオンを加
速エネルギー70KeV,ドーズ量5×1011cm-2で全面注入し
て表面補償層4を形成する。次に、n型不純物原子とし
て+Si30を50KeV,5×1012cm-2の条件で選択注入し、800
℃、20min/H2のアニールにより活性化し、動作層2を形
成する。なお、実際にはこれらの注入及び処理を行なっ
た結果により前記動作層2,p型層3,表面補償層4がそれ
ぞれ積層状態に形成されるものであることは言うまでも
ない。動作層2上にソース電極5,ドレイン電極6の各オ
ーミック電極及びゲート電極7を形成することにより、
プレーナ型ガリウム砒素電界効果トランジスタが得られ
る。 この構成のトランジスタのドレイン電圧−電流特性を
第3図に示す。この図から判るように、動作層2の表面
側にIII族原子を含む表面補償層4を有していることに
より、表面補償層4ではIII族原子による原子の置換が
行われて基板トラップとp型不純物との複合作用がなく
なり、gmの上づまり現象が防止される。また、動作層2
の基板側にp型層3を有していることにより、従来と同
様にgmの下づまりが防止され、優れたトランジスタ特性
が得られる。これにより、E/D構成のディジタルICへ適
用した場合に駆動能力の大幅な向上が期待できる。 第2図は本発明の第2実施例の縦断面図である。 この実施例では,III族原子であるインジウムをドープ
した半絶縁性ガリウム砒素基板11にp型不純物原子とし
てベリリウムイオンを加速エネルギー90KeV,ドーズ量6
×1011cm-2で全面注入し、p型層13を形成する。続い
て、n型不純物原子として+Si30を50KeV,5×1012cm-2
の条件で選択注入し、800℃,20min/H2のアニールにより
活性化し動作層12を形成する。この動作層12の表面側に
基板11の表面部分で表面補償層14が形成される。この実
施例の場合でも、実際にはこれらの注入及び処理を行な
った結果により前記動作層12,p型層13,表面補償層14が
それぞれ積層状態に形成されるものであることは言うま
でもない。動作層12上にソース電極15,ドレイン電極16
の各オーミック電極及びゲート電極17を形成することよ
り、プレーナ型ガリリウム砒素電界効果トランジスタが
得られる。 この実施例においても、前記第1実施例と同様の効果
を得ることができる。 なお、p型不純物原子としてはマグネシウムを用いて
もよく、またIII族原子としてアルミニウム,ボロンを
用いてもよい。更に、n型不純物原子として硫黄,セレ
ンを用いてもよい。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明は、半導体基板に形成した
動作層の基板側にp型層を有し、表面側にIII族原子を
含む表面補償層を有しているので、表面側では基板トラ
ップとp型不純物との複合作用がなくなり、基板側では
p型層の作用により、結果としてgmの上づまり及び下づ
まりを防止して優れたトランジスタ特性を得ることがで
き、特にE/D構成ディジタルICへ適用した場合に駆動能
力の大幅な向上が期待できる効果がある。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor transistor using ion implantation, and more particularly, to a semiconductor transistor in which the transistor characteristics are reduced in gm. [Prior Art] In recent years, application of a semiconductor transistor to a digital IC or a monolithic IC has been aimed at achieving a larger scale and higher performance in a high frequency range. In particular, for large-scale integration, it is extremely important to achieve planarization and to improve uniformity of characteristics in a wafer surface. For that purpose, an active layer is formed on a semi-insulating substrate using ion implantation technology,
Transistors provided with source, gate, and drain electrodes have been made planar to improve the uniformity of characteristics within a wafer surface. However, since the operating layer is formed on the semi-insulating substrate by the ion implantation technique, a leakage current flows on the interface side of the operating layer with the substrate due to the impurity trap, and the gate voltage of the transistor's current-voltage characteristic The phenomenon of so-called gm lowering, in which modulation is less likely to be applied on the deep side of, was observed. In 1982, IEEE Tran
s.ED ED-29 A transistor described in K. Yamasaki has been proposed. In this transistor, as shown in FIG. 4, after a p-type impurity atom is implanted into a semi-insulating substrate 21 at a low dose, a donor impurity atom is ion-implanted and activated to form a p-type impurity at an interface between the operation layer 22 and the substrate. Layer 23 is formed and the source electrode
24, a drain electrode 25 and a gate electrode 26 are provided. [Problems to be Solved by the Invention] In the above-mentioned conventional transistor, although the phenomenon of lowering of gm near the pinch-off is eliminated by burying a p-type layer on the substrate interface side, FIG. As shown by the current-voltage characteristics of the transistor, gm near the gate voltage of 0 (V) was not observed when the p-type buried layer was not present due to the combined action of the substrate trap and the p-type impurity on the surface side. There is a problem that an overfill phenomenon is observed. As described above, when the conventional transistor is applied to a digital IC having an E / D configuration, the gm is small as an E-type transistor, the driving capability is inferior even if the D-type transistor is good, and the characteristics of the IC are not preferable. There is a problem. An object of the present invention is to provide a semiconductor transistor capable of increasing gm and improving driving capability even when applied to a digital IC having an E / D configuration. [Means for Solving the Problems] The semiconductor transistor of the present invention is characterized in that the semiconductor transistor of the present invention has an operation layer formed by ion implantation on a GaAs substrate, and has a source and a drain on the surface of the semiconductor substrate. In a semiconductor transistor having an ohmic electrode and a gate electrode, a P-type layer is provided on the substrate side of the operation layer, and a surface compensation layer containing any one of indium, aluminum and boron is provided on the surface side. Embodiment Next, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a first embodiment of the present invention. Beryllium inon is implanted as a p-type impurity atom into the chromium-doped semi-insulating gallium arsenide substrate 1 at an acceleration energy of 90 KeV and a dose of 6 × 10 11 cm -2 to form a p-type layer 3 on the interface side of the substrate. Indium ions as group atoms are implanted over the entire surface at an acceleration energy of 70 KeV and a dose of 5 × 10 11 cm −2 to form a surface compensation layer 4. Next, + Si 30 is selectively implanted as n-type impurity atoms under the condition of 50 KeV, 5 × 10 12 cm −2 ,
° C., was activated by annealing the 20min / H 2, to form the active layer 2. Needless to say, the operation layer 2, the p-type layer 3, and the surface compensation layer 4 are actually formed in a laminated state based on the result of the implantation and the processing. By forming each ohmic electrode of the source electrode 5 and the drain electrode 6 and the gate electrode 7 on the operation layer 2,
A planar gallium arsenide field effect transistor is obtained. FIG. 3 shows the drain voltage-current characteristics of the transistor having this configuration. As can be seen from this figure, by having the surface compensation layer 4 containing group III atoms on the surface side of the operating layer 2, the surface compensation layer 4 is substituted with the group III atoms, and the surface compensation layer 4 becomes a substrate trap. The compounding action with the p-type impurity is eliminated, and the phenomenon of gm overfilling is prevented. The operation layer 2
Having the p-type layer 3 on the substrate side prevents lowering of gm as in the conventional case, thereby obtaining excellent transistor characteristics. As a result, when applied to a digital IC having an E / D configuration, a drastic improvement in drive capability can be expected. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a second embodiment of the present invention. In this embodiment, a beryllium ion as a p-type impurity atom is applied to a semi-insulating gallium arsenide substrate 11 doped with indium, which is a group III atom, at an acceleration energy of 90 KeV and a dose of 6.
The entire surface is implanted at × 10 11 cm −2 to form a p-type layer 13. Subsequently, + Si 30 is applied as an n-type impurity atom at 50 KeV, 5 × 10 12 cm −2
And activated by annealing at 800 ° C. for 20 min / H 2 to form the operation layer 12. On the surface side of the operation layer 12, a surface compensation layer 14 is formed on the surface portion of the substrate 11. Even in the case of this embodiment, it goes without saying that the operation layer 12, the p-type layer 13, and the surface compensation layer 14 are actually formed in a laminated state according to the results of these implantations and treatments. The source electrode 15 and the drain electrode 16 on the operation layer 12
By forming the respective ohmic electrodes and the gate electrode 17, the planar type gallium arsenide field effect transistor can be obtained. In this embodiment, the same effects as in the first embodiment can be obtained. Note that magnesium may be used as the p-type impurity atom, and aluminum or boron may be used as the group III atom. Further, sulfur or selenium may be used as the n-type impurity atom. [Effect of the Invention] As described above, the present invention has a p-type layer on the substrate side of the operation layer formed on the semiconductor substrate, and has a surface compensation layer containing group III atoms on the surface side, On the surface side, the combined action of the substrate trap and the p-type impurity is eliminated, and on the substrate side, the action of the p-type layer prevents the gm from rising and falling, resulting in excellent transistor characteristics. When applied to a / D configuration digital IC, there is an effect that a drastic improvement in driving capability can be expected.

【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の第1実施例の縦断面図、第2図は本発
明の第2実施例の縦断面図、第3図は本発明によって得
られたトランジスタの電流−電圧特性図、第4図は従来
の半導体トランジスタの縦断面図、第5図は従来の半導
体トランジスタの電流−電圧特性図である。 1……クロムドープ半絶縁性ガリウム砒素基板、2……
動作層、3……p型層、4……表面補償層、5……ソー
ス電極、6……ドレイン電極、7……ゲート電極、11…
…インジウムドープ半絶縁性ガリウム砒素基板、12……
動作層、13……p型層、14……表面補償層、15……ソー
ス電極、16……ドレイン電極、17……ゲート電極、21…
…半絶縁性基板、22……動作層、23……p型層、24……
ソース電極、25……ドレイン電極、26……ゲート電極。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a second embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a transistor obtained by the present invention. FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a conventional semiconductor transistor, and FIG. 5 is a current-voltage characteristic diagram of a conventional semiconductor transistor. 1 ... Chromium-doped semi-insulating gallium arsenide substrate, 2 ...
Operating layer, 3 ... p-type layer, 4 ... Surface compensation layer, 5 ... Source electrode, 6 ... Drain electrode, 7 ... Gate electrode, 11 ...
… Indium-doped semi-insulating gallium arsenide substrate, 12 ……
Operating layer, 13 p-type layer, 14 surface compensation layer, 15 source electrode, 16 drain electrode, 17 gate electrode, 21
... Semi-insulating substrate, 22 ... Operation layer, 23 ... P-type layer, 24 ...
Source electrode, 25 ... Drain electrode, 26 ... Gate electrode.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.GaAs基板にイオン注入により形成した動作層を有
し、前記半導体基板の表面上に、ソース、ドレインのオ
ーミック電極とゲート電極を有する半導体トランジスタ
において、前記動作層の基板側にP型層を、表面側にイ
ンジウム、アルミニウム、ボロンのいづれかの原子を含
む表面補償層をそれぞれ備えることを特徴とする半導体
トランジスタ。
(57) [Claims] In a semiconductor transistor having an operation layer formed by ion implantation on a GaAs substrate and having ohmic electrodes of source and drain and a gate electrode on the surface of the semiconductor substrate, a P-type layer is provided on the substrate side of the operation layer, A semiconductor transistor comprising a surface compensation layer containing any one atom of indium, aluminum, and boron on its side.
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JPH0799752B2 (en) * 1985-05-22 1995-10-25 株式会社日立製作所 Field effect transistor
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