JPH043944A - Field-effect transistor - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は電界効果トランジスタに関し、特にヘテロ接合
を有する金属−絶縁物−半導体型電界効果トランシスタ
(以下、ヘテロMIS型電界効果トランジスタと記す)
に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a field effect transistor, and particularly to a metal-insulator-semiconductor type field effect transistor having a heterojunction (hereinafter referred to as a hetero MIS type field effect transistor).
Regarding.
化合物半導体デバイスにおいて、動作層上にポテンシャ
ル障壁層を有し、その上にケート電極を形成した構造の
MIS型電界効果トランジスタが知られている。そのよ
うなMIS型電界効果トランジスタにおいて、動作層を
n型GaAs層とし、ポテンシャル障壁層をノンドープ
AlGaAs層としたようなヘテロMIS型電界効果ト
ランジスタは、例えはヒタ(Hida)等によりアイ・
イー・イー・イエレフトロン デバイス レターズ(I
EEEElectron Device Letter
s )第8巻 557頁(1987年)に示されている
ように、電流駆動能力等の特性に優れている。As a compound semiconductor device, an MIS field effect transistor is known which has a structure in which a potential barrier layer is provided on an active layer and a gate electrode is formed on the potential barrier layer. Among such MIS type field effect transistors, a hetero MIS type field effect transistor in which the active layer is an n-type GaAs layer and the potential barrier layer is a non-doped AlGaAs layer is described by I.
EE ELEFTRON Device Letters (I
EEE Electron Device Letter
s) Vol. 8, p. 557 (1987), it has excellent characteristics such as current drive ability.
その従来例のへテロMIS型電界効果トランジスタの断
面図を第4図に示す。半絶縁性GaAs基板1上にn型
GaAs動作層3を形成し、n型GaAs動作層3上に
ノンドープAlGaAsポテンシャル障壁層4を形成し
である。ケート電極7は例えばTi/Auを用い、真空
蒸着法およびリフトオフ法でノンドープAlGaAsポ
テンシャル障壁層4上に形成しである。また、ソース電
極5およびドレイン電極6は、ノンドープAlGaAs
層4上にAu/Ge/Niなとの金属膜を形成し、ノン
ドープAlGaAs層4を貫いてn型GaAs動作層3
まで金属と半導体との合金化を行ない、合金化領域8を
通して動作層3と接触させることによ7て形成している
。また、ソース抵抗低減のために、オーミック電極形成
前にオーミック電極形成部分にn型ドーパントのイオン
注入を行ない、イオン注入領域9を形成することも行な
われる。FIG. 4 shows a cross-sectional view of a conventional hetero MIS field effect transistor. An n-type GaAs active layer 3 is formed on a semi-insulating GaAs substrate 1, and a non-doped AlGaAs potential barrier layer 4 is formed on the n-type GaAs active layer 3. The gate electrode 7 is made of Ti/Au, for example, and is formed on the non-doped AlGaAs potential barrier layer 4 by a vacuum evaporation method and a lift-off method. Further, the source electrode 5 and the drain electrode 6 are made of non-doped AlGaAs.
A metal film such as Au/Ge/Ni is formed on the layer 4, and an n-type GaAs operating layer 3 is formed by penetrating the non-doped AlGaAs layer 4.
It is formed by alloying a metal and a semiconductor up to 7 and contacting the active layer 3 through the alloyed region 8. Furthermore, in order to reduce the source resistance, an n-type dopant ion is implanted into the ohmic electrode formation portion to form the ion implantation region 9 before the ohmic electrode is formed.
また、例えば銘木等により電子情報通信学界春季全国大
会予稿第5集356頁(1989年)に示されているよ
うに、リセスゲート型の構造も提案されている。そのヘ
テロMIS型電界効果トランジスタの断面図を第5図に
示す6半絶縁性GaAs基板1上にn型GaAs動作層
3およびノンドープAlGaAsポテンシャル障壁層4
を形成し、その上に高不純物濃度半導体層2として例え
は高濃度n型GaAs層を形成しである。ゲート電極形
成部分は高不純物濃度半導体層2をエツチングし、 T
i/Au等でケート電極7を形成しである。また、ソー
ス電極5およびドレイン電16は、第4図に示した例と
同様に高不純物濃度半導体層2上にAu/Ge/Niな
どの金属膜を形成し、高不純物濃度半導体層2上、ノン
ドープAlGaAs層4を貫いてn型GaAs動作層3
まて金属と半導体との合金化を行ない、合金化領域8を
通して動作層3と接触させることによって形成している
。In addition, a recess gate type structure has also been proposed, as shown in Proceedings of the Spring National Conference of the Electronics, Information and Communication Engineers, Vol. 5, p. 356 (1989). A cross-sectional view of the hetero MIS field effect transistor is shown in FIG.
For example, a high concentration n-type GaAs layer is formed thereon as the high impurity concentration semiconductor layer 2. The gate electrode forming portion is formed by etching the high impurity concentration semiconductor layer 2 and forming a T
The gate electrode 7 is formed of i/Au or the like. Further, the source electrode 5 and the drain electrode 16 are formed by forming a metal film such as Au/Ge/Ni on the high impurity concentration semiconductor layer 2, as in the example shown in FIG. An n-type GaAs operating layer 3 passes through the non-doped AlGaAs layer 4.
The metal and the semiconductor are alloyed and brought into contact with the active layer 3 through the alloyed region 8.
また例えば、塚田等により1989年秋季応用物理学会
学術講演会予稿第3集1062頁に示されているように
、高不純物濃度半導体層をオーム性電極形成部に選択的
に再成長する方法も提案されている。その電界効果トラ
ンジスタの断面図を第6図に示す。半絶縁性GaAs基
板1上にn型GaAs動作層3およびノンドープAlG
aAsポテンシャル障壁層4を形成し、オーム性電極形
成部のノンドープAlGaAsポテンシャル障壁層4お
よびn型GaAs動作層3をエツチングして開口し、開
口部に選択的に高不純物濃度半導体層2として高濃度n
型GaAs層を有機金属化学的気相成長法(以下MOC
VD法と記す)などにより再成長して形成しである。ま
た、再成長層と動作層3との界面の接触抵抗低減のため
に、再成長前にオーミック電極形成部分にn型のドーパ
ントをイオン注入し、イオン注入領域9を形成する方法
もとられる。For example, as shown in Proceedings of the 1989 Autumn Academic Conference of the Japan Society of Applied Physics, page 1062, Tsukada et al. proposed a method of selectively regrowing a highly impurity-concentrated semiconductor layer on the ohmic electrode formation area. has been done. A cross-sectional view of the field effect transistor is shown in FIG. An n-type GaAs active layer 3 and non-doped AlG are formed on a semi-insulating GaAs substrate 1.
An aAs potential barrier layer 4 is formed, and the non-doped AlGaAs potential barrier layer 4 and the n-type GaAs operating layer 3 in the ohmic electrode formation area are etched to form an opening, and a high impurity concentration semiconductor layer 2 is selectively formed in the opening. n
type GaAs layer was grown using metal organic chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as MOC).
It is formed by regrowth using a VD method (referred to as VD method) or the like. Furthermore, in order to reduce the contact resistance at the interface between the regrown layer and the active layer 3, a method is also used in which an n-type dopant is ion-implanted into the ohmic electrode formation portion to form the ion-implanted region 9 before the regrowth.
従来例で述べたようなヘテロMIS型電界効果トランジ
スタにおいては、オーミック電極部分に多くの問題点が
生じた。まず第4図に示すように、ポテンシャル障壁層
を貫いて電極金属と半導体層との合金化を行なう場合、
合金化条件が難しく、合金化条件が適切だない場合には
ソース抵抗が大きくなり、ばらつきが大きくなったりし
た。In the hetero MIS type field effect transistor as described in the conventional example, many problems have arisen in the ohmic electrode portion. First, as shown in FIG. 4, when alloying the electrode metal and the semiconductor layer through the potential barrier layer,
The alloying conditions were difficult, and when the alloying conditions were not appropriate, the source resistance increased and the variation increased.
例えばポテンシャル障壁層がノンドープA I GaA
sの場合、ポテンシャル障壁層を貫いて合金化を行なう
には、ポテンシャル障壁層が無い場合よりも合金化温度
を高くしなければならない。また合金化温度を最適にし
ても、ポテンシャル障壁層か無い場合よりもソース抵抗
が高くなることはよく知られている。For example, the potential barrier layer is non-doped A I GaA
In the case of s, alloying through the potential barrier layer requires a higher alloying temperature than without the potential barrier layer. It is also well known that even if the alloying temperature is optimized, the source resistance will be higher than with or without the potential barrier layer.
また、ソース抵抗の低減のためにn型のドーパントをイ
オン注入しても、ポテンシャル障壁層によりソース抵抗
が高くなるという問題の解決にはならす、ソース抵抗の
低減は十分でない。さらにイオン注入を行なうことによ
り製造工程が煩雑になり、またドーパントの拡散により
イオン注入領域か横方向に広がったり、イオン注入領域
から動作層の下を電流が流れることにより短チヤネル効
果か生じ易くなった。Further, even if an n-type dopant is ion-implanted to reduce the source resistance, the reduction in the source resistance is not sufficient to solve the problem that the source resistance increases due to the potential barrier layer. Furthermore, ion implantation complicates the manufacturing process, and the ion implantation region spreads laterally due to dopant diffusion, and short channel effects are likely to occur due to current flowing from the ion implantation region under the active layer. Ta.
また第5図に示すように、高不純物濃度半導体層を設け
た場合でも、上に述べたようなポテンシャル障壁層によ
りソース抵抗が高くなるという問題点は解決されない。Further, as shown in FIG. 5, even when a highly impurity-concentrated semiconductor layer is provided, the above-mentioned problem that the source resistance increases due to the potential barrier layer is not solved.
またこの構造においては、ケート形成部のリセスエッチ
ングの深さの制御が困難で、エツチングの深さのばらつ
きにより、しきい値電圧等の特性にばらつきかでるとい
う問題点もあった。Further, in this structure, it is difficult to control the depth of recess etching of the gate forming portion, and variations in the etching depth cause variations in characteristics such as threshold voltage.
また第6図に示すように、オーム性電極形成部のポテン
シャル障壁層をエツチングして除去し、その開口部に選
択的に高不純物濃度半導体層を再成長する場合、ポテン
シャル障壁層における寄生抵抗が非常に小さくなるとい
う利点かある。しかし、再成長層と動作層と接触面積を
大きくすることが困難であり、ソース抵抗が高くなり易
くなった。Furthermore, as shown in FIG. 6, when the potential barrier layer in the ohmic electrode formation area is etched and removed and a high impurity concentration semiconductor layer is selectively regrown in the opening, the parasitic resistance in the potential barrier layer increases. It has the advantage of being extremely small. However, it is difficult to increase the contact area between the regrown layer and the active layer, which tends to increase the source resistance.
またn型ドーパントをオーミック電極形成領域にイオン
注入することにより、再成長界面の寄生抵抗の低減は可
能であるが、ソース抵抗を十分小さくすることは困難で
あった。また製造工程が複雑になり、短チヤネル効果が
生じ易かった。Although it is possible to reduce the parasitic resistance at the regrowth interface by ion-implanting an n-type dopant into the ohmic electrode formation region, it has been difficult to sufficiently reduce the source resistance. Furthermore, the manufacturing process became complicated and short channel effects were likely to occur.
また高不純物濃度半導体層としてInGaAs層等を用
いたノンアロイオーミックのように高不純物濃度半導体
層のみに接触するオーミック電極を用いる場合には問題
が生じる。ここで高不純物濃度半導体層をInXGa1
−xAsのIn組成比Xを下部から表面に向けて徐々に
Oから1へ増加させたn型1nGaAs傾斜組成層とし
た場合、電極金属とn型GaAs層との間には理論上ポ
テンシャル障壁か存在せず、非常にソース抵抗の小さい
オーミック電極を形成する二とかで°きる。またこのよ
うなノンアロイオーミックにおいてはWSiなどの耐熱
性金属を用いることかてきるという利点かある。しかし
、従来例にこのようなノンアロイオーミックを適用した
場合には、例えば第5図のような構造では電極金属から
ポテンシャル障壁層を貫いて動作層に電流か流れなけれ
ばならない。ここでポテンシャル障壁が大きい場合はポ
テンシャル障壁層における寄生抵抗か大きくなり、ソー
ス抵抗が大きくなってしまう。例えばポテンシャル障壁
がノンドープAI(,3Gao、 7As層200人の
場合、ポテンシャル障壁層における寄生抵抗は約4X
10−’Ωcm2であり、ポテンシャル障壁層の無い場
合に比べて1桁以上も大きい。また第6図に示すような
構造に適用する場合には、InGaAs傾斜組成層の選
択的再成長は技術的に困難であり、結晶成長条件が適切
でないと、再成長できなかったり、再成長層の内部抵抗
がきくなり易い。Further, problems arise when using an ohmic electrode that contacts only the high impurity concentration semiconductor layer, such as in a non-alloy ohmic device using an InGaAs layer or the like as the high impurity concentration semiconductor layer. Here, the high impurity concentration semiconductor layer is InXGa1
-xIf the In composition ratio X of As is gradually increased from O to 1 from the bottom to the surface in an n-type 1nGaAs gradient composition layer, there is theoretically a potential barrier between the electrode metal and the n-type GaAs layer. This can be achieved by forming an ohmic electrode with extremely low source resistance. Furthermore, such non-alloy ohmics have the advantage of being able to use heat-resistant metals such as WSi. However, when such a non-alloy ohmic is applied to the conventional example, for example, in the structure shown in FIG. 5, a current must flow from the electrode metal to the active layer through the potential barrier layer. Here, if the potential barrier is large, the parasitic resistance in the potential barrier layer becomes large, and the source resistance becomes large. For example, if the potential barrier is a non-doped AI (,3Gao, 7As layer with 200 layers), the parasitic resistance in the potential barrier layer is approximately 4X.
10-'Ωcm2, which is more than an order of magnitude larger than the case without the potential barrier layer. Furthermore, when applied to the structure shown in Fig. 6, selective regrowth of the InGaAs graded composition layer is technically difficult, and if the crystal growth conditions are not appropriate, regrowth may not be possible or the regrowth layer may not be able to be regrown. internal resistance tends to increase.
本発明の目的は、従来の欠点を除去したソース抵抗の低
いヘテロMIS型電界効果トランジスタを提供すること
にある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a hetero MIS type field effect transistor with a low source resistance and which eliminates the drawbacks of the conventional transistors.
〔課題を解決するための手段〕
本発明の電界効果トランジスタは、半導体基板と、半導
体基板上にお互いに対向して形成した一対の高不純物濃
度半導体層と、一対の高不純物濃度半導体層上に形成し
た一対のオーム性のソース電極およびドレイン電極と、
高不純物濃度半導体層上の少なくとも一部を覆うように
して一対の高不純物濃度半導体層の間の半導体基板上に
形成された動作層と、少なくともソース電極およびドレ
イン電極形成部分を除いて動作層上に形成されたポテン
シャル障壁層と、一対の高不純物濃度半導体層の間のポ
テンシャル障壁層上に形成されたショットキーゲート電
極とを備えてなることを特徴とする。[Means for Solving the Problems] A field effect transistor of the present invention includes a semiconductor substrate, a pair of high impurity concentration semiconductor layers formed opposite to each other on the semiconductor substrate, and a semiconductor layer formed on the pair of high impurity concentration semiconductor layers. a pair of ohmic source and drain electrodes formed;
An active layer formed on a semiconductor substrate between a pair of high impurity concentration semiconductor layers so as to cover at least a portion of the high impurity concentration semiconductor layer, and an active layer formed on the semiconductor substrate except for at least the source electrode and drain electrode forming portions. and a Schottky gate electrode formed on the potential barrier layer between a pair of high impurity concentration semiconductor layers.
本発明のへテロMIS型電界効果トランジスタでは、ソ
ース・ドレイン電極と動作層との間にはポテンシャル障
壁層が存在しないため、ポテンシャル障壁層の存在によ
るソース抵抗の増大、ばらつきの増大という問題は生じ
ない。また高不純物濃度半導体層上にソース・ドレイン
電極が形成されているため、ソース抵抗か低減される。In the hetero MIS field effect transistor of the present invention, since there is no potential barrier layer between the source/drain electrode and the active layer, the problem of increased source resistance and variation due to the presence of the potential barrier layer does not occur. do not have. Furthermore, since the source/drain electrodes are formed on the high impurity concentration semiconductor layer, the source resistance is reduced.
更に動作層が高不純物濃度半導体層を覆うように形成さ
れるため、動作層と高不純物濃度半導体層との接触面積
を大きくすることが可能であり、これもソース抵抗の低
減に寄与する。Furthermore, since the active layer is formed to cover the high impurity concentration semiconductor layer, it is possible to increase the contact area between the active layer and the high impurity concentration semiconductor layer, which also contributes to reducing the source resistance.
更に、オーミック電極形成部にイオン注入を行なうこと
なくソース抵抗を低減できるのて、イオン注入領域が原
因となった短チヤネル効果が生じ易いという問題を回避
できる。Furthermore, since the source resistance can be reduced without implanting ions into the ohmic electrode formation portion, it is possible to avoid the problem of short channel effects caused by the ion implantation region.
また、高不純物濃度半導体層をエツチングしてから、動
作層およびポテンシャル障壁層を形成することが可能で
あることから、第5図に示した従来例のようにエツチン
グの深さにより動作層とゲ−ト電極との距離のばらつき
、しきい値電圧等の特性のばらつきが生じるという問題
は起らない。Furthermore, since it is possible to form the active layer and the potential barrier layer after etching the high impurity concentration semiconductor layer, the active layer and the potential barrier layer can be formed by etching the active layer and the potential barrier layer depending on the etching depth, as in the conventional example shown in FIG. - Problems such as variations in the distance to the negative electrode and variations in characteristics such as threshold voltage do not occur.
また本発明の構造においては、高不純物濃度半導体層と
して1nGaAs等を用いたノンアロイオーミックのよ
うに高不純物濃度半導体層のみに接触するオーミック電
極を用いることができる。これは動作層と高不純物濃度
半導体層との間にポテンシャル障壁層が存在しないため
であり、InGaAs傾斜組成層を用いたノンアロイオ
ーミックを適用した低抵抗オーミック電極の実現が可能
である。またI nGaAs傾斜組成層は半導体基板上
に連続的に成長するため、第6図に示した構造のように
技術的に困難な選択的再成長を行なう必要がない。Further, in the structure of the present invention, an ohmic electrode that contacts only the high impurity concentration semiconductor layer can be used, such as a non-alloy ohmic electrode using 1nGaAs or the like as the high impurity concentration semiconductor layer. This is because there is no potential barrier layer between the active layer and the high impurity concentration semiconductor layer, and it is possible to realize a low resistance ohmic electrode using non-alloy ohmic using an InGaAs graded composition layer. Furthermore, since the InGaAs graded composition layer is grown continuously on the semiconductor substrate, there is no need for selective regrowth, which is technically difficult, as in the structure shown in FIG.
次に本発明について図面を参照すて説明する。 Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.
第1図は本発明の一実施例として、半導体基板として半
絶縁性GaAs基板を用い、高不純物濃度半導体層とし
て高濃度n型GaAs層を用い、n型GaAs動作層上
にノンドープAlGaAsポテンシャル障壁層を形成し
た構造のへテロ型電界効果トランジスタの断面図である
。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention in which a semi-insulating GaAs substrate is used as the semiconductor substrate, a high concentration n-type GaAs layer is used as the high impurity concentration semiconductor layer, and a non-doped AlGaAs potential barrier layer is formed on the n-type GaAs active layer. 1 is a cross-sectional view of a hetero field effect transistor having a structure in which .
半絶縁性GaAs基板1上のオーミック電極形成部分の
みに一対の高不純物濃度半導体層(高濃度n型GaAs
層)2を形成する。例えば厚さ3000人、不純物(S
i)濃度2X 1011018aとし、端部の形状はテ
ーパー状とする。この高不純物濃度半導体層2上に一対
のソース電極5およびドレイン電極6を形成する。電極
金属は例えばAu(1000人)/Ge(500人)/
N1(400人)とし、熱処理により半導体層と合金化
して合金化領域8が形成されている。ソース電極5.ド
レイン電極6が形成されていない領域の高不純物濃度半
導体層2上およびケート電極形成部分の半絶縁性基板1
上にn型GaAs動作層3を例えば200人形成し、n
型GaAs動作層3上にノンドープAlGaAsポテン
シャル障壁層4を例えば200人形成し、ノンドープA
lGaAsポテンシャル障壁層4上にゲート電[i7を
形成する。電極金属は例えばTi(500人)/ Au
(3000人)とする。A pair of high impurity concentration semiconductor layers (high concentration n-type GaAs
Form layer) 2. For example, the thickness is 3000, impurities (S
i) The concentration is 2X 1011018a, and the end shape is tapered. A pair of source electrode 5 and drain electrode 6 are formed on this high impurity concentration semiconductor layer 2. The electrode metal is, for example, Au (1000 people)/Ge (500 people)/
N1 (400 people), and is alloyed with the semiconductor layer by heat treatment to form an alloyed region 8. Source electrode5. Semi-insulating substrate 1 on the high impurity concentration semiconductor layer 2 in the region where the drain electrode 6 is not formed and on the gate electrode forming part
For example, 200 n-type GaAs operating layers 3 are formed on top of the n-type GaAs operating layer 3.
For example, 200 non-doped AlGaAs potential barrier layers 4 are formed on the type GaAs active layer 3.
A gate electrode [i7 is formed on the lGaAs potential barrier layer 4. The electrode metal is, for example, Ti (500)/Au.
(3000 people).
このようにソース電極5およびドレイン電極6と動作層
3の間にはポテンシャル障壁層4が存在しないため、ポ
テンシャル障壁層によってソース抵抗が大きくなったり
、ばらつきが大きくなったりする問題が生じない、また
高不純物濃度半導体層(高濃度n型GaAs層)2によ
りソース抵抗を低減できる。さらに高不純物濃度半導体
層2の端部をテーパー状にし、n型GaAs動作層3を
高不純物濃度半導体層2が覆われるように再成長できる
ため、動作層3と高不純物濃度半導体層2との接触面積
を大きくすることが可能であり、ソース抵抗の低減に寄
与することになる。In this way, since the potential barrier layer 4 does not exist between the source electrode 5 and drain electrode 6 and the active layer 3, problems such as an increase in source resistance or an increase in variation due to the potential barrier layer do not occur. The source resistance can be reduced by the highly impurity concentration semiconductor layer (high concentration n-type GaAs layer) 2. Furthermore, the end of the high impurity concentration semiconductor layer 2 is tapered and the n-type GaAs active layer 3 can be regrown to cover the high impurity concentration semiconductor layer 2, so that the active layer 3 and the high impurity concentration semiconductor layer 2 can be It is possible to increase the contact area, which contributes to reducing source resistance.
更に、オーミック電極形成部にイオン注入を行なうこと
なくソース抵抗を低減できるので、イオン注入領域は不
用であり、イオン注入領域が原因となって短チヤネル効
果が生じ易いという問題を回避できる。Furthermore, since the source resistance can be reduced without implanting ions into the ohmic electrode formation portion, an ion implantation region is unnecessary, and the problem that short channel effects are likely to occur due to the ion implantation region can be avoided.
また、高不純物濃度半導体層2をエツチングしてから、
動作層3およびポテンシャル障壁層4を形成するため、
第5図に示した従来例のようなエツチングの深さにより
動作層3とゲート電極7との距離にばらつきが生じてし
きい値電圧等の特性にはらっきができるという問題は生
じない。Further, after etching the high impurity concentration semiconductor layer 2,
To form the operating layer 3 and the potential barrier layer 4,
Unlike the conventional example shown in FIG. 5, the problem of variations in the distance between the active layer 3 and the gate electrode 7 due to the depth of etching, resulting in variations in characteristics such as threshold voltage, does not occur.
第2図<a)〜(d)は本発明の一実施例の電界効果ト
ランジスタの第1の製造方法を説明するための工程順の
断面図である。FIGS. 2A to 2D are cross-sectional views in the order of steps for explaining a first manufacturing method of a field effect transistor according to an embodiment of the present invention.
ます、第2図(a)に示すように、半絶縁性GaAs基
板1上に高不純物濃度半導体層(高濃度n型GaAs層
)2を設け、高不純物濃度半導体層2のゲート電極形成
部分をテーパー状にエツチングする。高不純物濃度半導
体層2は例えば厚さ3000人不純物(Si)濃度2X
1018cm−2とする。また、半絶縁性GaAs基
板1が(100)基板でゲート電極か〔011〕方向の
場合、高不純物濃度半導体層(高濃度n型GaAs層)
2のエツチング液にブロムメタノールを用い、2酸化シ
リコンをマスクにして(111)面が現れるようにエツ
チングでき、テーパー状のエツチングが可能である6次
に、第2図(b)に示すように、ソース電極5およびト
レイン電極6を高不純物濃度半導体層2上に例えば真空
蒸着法およびリフトオフ法により形成する。電極金属は
例えばAu(1000人)/Ge(500人)/N1(
400人)とし、電気炉を用いて水素カス雰囲気中で4
00°C,3分間の熱処理を行う。First, as shown in FIG. 2(a), a high impurity concentration semiconductor layer (high concentration n-type GaAs layer) 2 is provided on a semi-insulating GaAs substrate 1, and a gate electrode forming portion of the high impurity concentration semiconductor layer 2 is formed. Etch into a tapered shape. The high impurity concentration semiconductor layer 2 has a thickness of, for example, 3000 and an impurity (Si) concentration of 2X.
It is assumed to be 1018 cm-2. In addition, if the semi-insulating GaAs substrate 1 is a (100) substrate and the gate electrode is in the [011] direction, a highly impurity-concentrated semiconductor layer (highly-concentrated n-type GaAs layer)
Using brominemethanol as the etching solution in step 2 and using silicon dioxide as a mask, etching can be performed so that the (111) plane appears, and tapered etching is possible. , a source electrode 5 and a train electrode 6 are formed on the high impurity concentration semiconductor layer 2 by, for example, a vacuum evaporation method and a lift-off method. The electrode metal is, for example, Au (1000 people)/Ge (500 people)/N1 (
400 people) in a hydrogen gas atmosphere using an electric furnace.
Heat treatment is performed at 00°C for 3 minutes.
この熱処理により、深さ約1500人の合金化領域8が
高不純物濃度半導体層2中に形成され、オーミック電極
が形成される。By this heat treatment, an alloyed region 8 having a depth of about 1500 mm is formed in the highly impurity concentration semiconductor layer 2, and an ohmic electrode is formed.
次に、第2図(c)に示すように、例えばソース電極5
およびドレイン電極6をマスクとして、分子線気相成長
法(以下MBE法と記す)あるいはMOCVD法により
n型GaAs動作層3を選択的に例えば200人再成長
し、このn型GaAs動作層3上に同様にしてノンドー
プAlGaAsポテンシャル障壁層4を例えば200人
再成長する。高不純物濃度半導体層(高濃度n型GaA
s層)2の端部はテーパー状にエツチングさえているた
め、段差上にも再成長が可能である。また、n型GaA
s動作層3を高不純物濃度半導体層2を覆うように再成
長することにより、両者の接触面積を大きくでき、再成
長界面の寄生抵抗を低減できる。Next, as shown in FIG. 2(c), for example, the source electrode 5
Then, using the drain electrode 6 as a mask, the n-type GaAs active layer 3 is selectively regrown by, for example, 200 people, by molecular beam vapor deposition (hereinafter referred to as MBE method) or MOCVD, and on this n-type GaAs active layer 3. Similarly, for example, 200 non-doped AlGaAs potential barrier layers 4 are grown again. High impurity concentration semiconductor layer (high concentration n-type GaA
Since the end of the s layer 2 is etched into a tapered shape, regrowth is possible even on steps. Also, n-type GaA
By regrowing the s-operation layer 3 so as to cover the high impurity concentration semiconductor layer 2, the contact area between the two can be increased, and the parasitic resistance at the regrown interface can be reduced.
次に、第2図(d)に示すように、高不純物濃度半導体
層2をエツチング除去した上に再成長したノンドープA
lGaAsポテンシャル障壁層4上に、例えは真空蒸着
法およびリフトオフ法によりTi(500人>/ Au
(3000人)等によりゲート電極7を形成する。Next, as shown in FIG. 2(d), the high impurity concentration semiconductor layer 2 is removed by etching, and then the non-doped A layer is regrown.
On the lGaAs potential barrier layer 4, Ti (500 >/Au
(3000 people) etc. to form the gate electrode 7.
以上説明した工程により、半導体基板として半絶縁性G
aAs基板を用い、高不純物濃度半導体層として高濃度
n型GaAs層を用い、n型GaAs動作層上にノンド
ープAlGaAsポテンシャル障壁層を形成した構造の
本発明の一実施例であるヘテロ型電界効果トランジスタ
を製造できる。By the process explained above, semi-insulating G as a semiconductor substrate can be used.
A hetero field effect transistor, which is an embodiment of the present invention, has a structure in which an aAs substrate is used, a highly doped n-type GaAs layer is used as a highly impurity-concentrated semiconductor layer, and a non-doped AlGaAs potential barrier layer is formed on an n-type GaAs active layer. can be manufactured.
第3図(a)〜(d)は本発明の一実施例の電界効果ト
ランジスタの第2の製造方法を説明するための工程順の
断面図である。FIGS. 3(a) to 3(d) are cross-sectional views in order of steps for explaining a second manufacturing method of a field effect transistor according to an embodiment of the present invention.
まず、第3図(a)に示すように、半絶縁性GaAs基
板1上に高不純物濃度半導体層(高濃度n型GaAs層
)2を設け、高不純物濃度半導体層2のゲート電極形成
部分をテーパー状にエツチングする。高不純物濃度半導
体層2は例えば厚さ3000人、不純物(Si)濃度2
X 1018c+a−2とする。また、半絶縁性GaA
s基板1が(100)基板でゲート電極か(OL’l
)方向の場合、高不純物濃度半導体層(高濃度n型Ga
As層)2のエツチング液にブロムメタノールを用い、
2酸化シリコンをマスクにして(111)面が現れるよ
うに工・ンチングでき、テーパー状のエツチングが可能
である。First, as shown in FIG. 3(a), a high impurity concentration semiconductor layer (high concentration n-type GaAs layer) 2 is provided on a semi-insulating GaAs substrate 1, and a gate electrode forming portion of the high impurity concentration semiconductor layer 2 is formed. Etch into a tapered shape. The high impurity concentration semiconductor layer 2 has a thickness of, for example, 3,000 layers and an impurity (Si) concentration of 2
X 1018c+a-2. Also, semi-insulating GaA
Is the s substrate 1 a (100) substrate and the gate electrode (OL'l
) direction, the highly impurity concentration semiconductor layer (high concentration n-type Ga
Using bromine methanol as the etching solution for As layer) 2,
Using silicon dioxide as a mask, etching can be performed so that the (111) plane appears, and tapered etching is possible.
次に、第3図(b)に示すように、MBE法あるいはM
OCVD法等により全面にn型GaAs動作層3を例え
ば200人再成長し、このn型GaAs動作層3上に同
様にしてノンドープAlGaAsポテンシャル障壁層4
を例えば200人再成長する。高不純物濃度半導体層(
高濃度n型GaAs層)2の端部はテーパー状にエツチ
ングさえているため、段差上にも再成長が可能である。Next, as shown in FIG. 3(b), the MBE method or M
For example, 200 n-type GaAs active layers 3 are regrown on the entire surface by OCVD method or the like, and a non-doped AlGaAs potential barrier layer 4 is similarly grown on this n-type GaAs active layer 3.
For example, re-grow by 200 people. High impurity concentration semiconductor layer (
Since the end of the high concentration n-type GaAs layer 2 is etched into a tapered shape, regrowth is possible even on a step.
次に、第3図(c)に示すように、オーミック電極形成
部分のノンドープAlGaAsポテンシャル障壁層4お
よびn型GaAs動作層3を、フォトレジスト膜をマス
クにして燐酸等によりエツチングして開口する。この場
合n型GaAs動作層3はエツチングされないで残って
もよい。次に、開口した部分に、ソース電極5およびド
レイン電極6を例えば真空蒸着法およびリフトオフ法に
より形成する。Next, as shown in FIG. 3(c), the non-doped AlGaAs potential barrier layer 4 and the n-type GaAs operating layer 3 in the ohmic electrode formation area are etched with phosphoric acid or the like using the photoresist film as a mask to open them. In this case, the n-type GaAs active layer 3 may remain without being etched. Next, a source electrode 5 and a drain electrode 6 are formed in the opened portion by, for example, a vacuum evaporation method and a lift-off method.
ここでエツチングに用いたフォトレジスト膜をそのまま
用いることができる。オーミック電極は例えばAU(1
000人)/Ge(500人)/N1(400人)等で
金属膜を形成し、電気炉を用いた熱処理によりソース電
極5.トレイン電極6.および合金化領域8を形成して
オーム性を得る。Here, the photoresist film used for etching can be used as is. The ohmic electrode is, for example, AU(1
A metal film is formed using Ge (500 people) / N1 (400 people), etc., and a source electrode 5.000 is formed by heat treatment using an electric furnace. Train electrode6. and forming an alloyed region 8 to obtain ohmic properties.
次に、第3図(d)に示すように、高不純物濃度半導体
層2をエツチング除去した上に再成長したノンドープA
lGaAsポテンシャル障壁層4上に、例えば真空蒸着
法およびリフトオフ法によりTi(500人)/ Au
(3000人)等によりケート電極7を形成する。Next, as shown in FIG. 3(d), the high impurity concentration semiconductor layer 2 is removed by etching, and the non-doped A layer is regrown.
Ti (500)/Au is deposited on the lGaAs potential barrier layer 4 by, for example, a vacuum evaporation method and a lift-off method.
(3000 people) etc. to form the gate electrode 7.
以上説明した工程により、半導体基板として半絶縁性G
aAs基板を用い、高不純物濃度半導体層として高濃度
n型GaAs層を用い、n型GaAs動作層上にノンド
ープAlGaAsポテンシャル障壁層を形成した構造の
本発明の一実施例であるヘテロ型電界効果トランジスタ
を製造できる。By the process explained above, semi-insulating G as a semiconductor substrate can be used.
A hetero field effect transistor, which is an embodiment of the present invention, has a structure in which an aAs substrate is used, a highly doped n-type GaAs layer is used as a highly impurity-concentrated semiconductor layer, and a non-doped AlGaAs potential barrier layer is formed on an n-type GaAs active layer. can be manufactured.
本実施例では、高不純物濃度半導体層として高濃度n型
GaAs層を用い、n型GaAs動作層上にノンドープ
AlGaAsポテンシャル障壁層を形成した構造のへテ
ロ型電界効果トランジスタについて述べたが、本発明は
、高不純物濃度半導体層として高濃度n型1nGaAs
傾斜1組成層を用いたヘテロ型電界効果トランジスタな
ど、他の電界効果トランジスタにも適用できる。また、
動作層をn型GaAsに、ポテンシャル障壁層をノンド
ープAlGaAsに限る必要はない。更に、オーミック
電極をPd/Ge等の他の金属で形成してもかまわない
。同様に、ゲート電極はWSiなどな他の金属でもよい
。In this embodiment, a hetero-type field effect transistor was described in which a highly doped n-type GaAs layer was used as the highly impurity-concentrated semiconductor layer and a non-doped AlGaAs potential barrier layer was formed on the n-type GaAs active layer. is a high concentration n-type 1nGaAs layer as a high impurity concentration semiconductor layer.
The present invention can also be applied to other field effect transistors such as a hetero field effect transistor using a monograded composition layer. Also,
It is not necessary to limit the active layer to n-type GaAs and the potential barrier layer to non-doped AlGaAs. Furthermore, the ohmic electrode may be formed of other metals such as Pd/Ge. Similarly, the gate electrode may be other metals such as WSi.
以上説明したように本発明の電界効果トランジスタにお
いては、ソース電極およびトレイン電極と動作層との間
にはポテンシャル障壁層が存在しないため、ポテンシャ
ル障壁層によってソース抵抗が大きくなったり、ばらつ
きが大きくなったりする問題点がない。As explained above, in the field effect transistor of the present invention, there is no potential barrier layer between the source electrode and the train electrode and the active layer, so the potential barrier layer increases the source resistance and increases the variation. There are no problems.
更に、オーミック電極形成部にイオン注入を行なうこと
なくソース抵抗を低減できるので、イオン注入領域か原
因となった短チヤネル効果が生じ、しきい値電圧等の特
性にばらつきができるという聞届か生じない。Furthermore, the source resistance can be reduced without implanting ions into the ohmic electrode formation area, so there is no possibility of short channel effects caused by the ion implantation region causing variations in characteristics such as threshold voltage. .
また、本発明の構造においては、動作層と高不純S濃度
半導体層との間にポテンシャル障壁層が存在しないため
、InGaAs傾斜組成層等を用いたノンアロイオーミ
ックを適用した低抵抗オーミック電極の実現か可能であ
る。In addition, in the structure of the present invention, since there is no potential barrier layer between the active layer and the high impurity S concentration semiconductor layer, a low resistance ohmic electrode using non-alloy ohmic using an InGaAs graded composition layer etc. can be realized. It is possible.
第1図は本発明の一実施例を説明するための断面図、第
2図(a)〜(d)は本発明の一実施例の電界効果トラ
ンジスタの第1の製造方法を説明するための工程順の断
面図、第3図(a)〜(d)は本発明の一実施例の電界
効果トランジスタの第2の製造方法を説明するための工
程順の断面図である。第4図は第1の従来例の電界効果
トランジスタの断面図、第5図は第2の従来例の電界効
果トランジスタの断面図、第6図は第3の従来例の電界
効果トランジスタの断面図である。
1・・・半絶縁性GaAs基板、2・・高不純物濃度半
導体層、3・・・n型GaAs動作層、4・・・ノンド
ープAlGaAsポテンシャル障壁層、5・・ソース電
極、6・・・ドレイン電極、7・・・ゲート電極、8・
・・合金化領域、9・・・イオン注入領域。FIG. 1 is a sectional view for explaining an embodiment of the present invention, and FIGS. 2(a) to (d) are cross-sectional views for explaining a first manufacturing method of a field effect transistor according to an embodiment of the present invention. 3(a) to 3(d) are cross-sectional views in the order of steps for explaining a second manufacturing method of a field effect transistor according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a sectional view of a first conventional field effect transistor, FIG. 5 is a sectional view of a second conventional field effect transistor, and FIG. 6 is a sectional view of a third conventional field effect transistor. It is. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Semi-insulating GaAs substrate, 2...High impurity concentration semiconductor layer, 3...N-type GaAs operating layer, 4...Undoped AlGaAs potential barrier layer, 5...Source electrode, 6...Drain Electrode, 7... Gate electrode, 8.
... Alloying region, 9... Ion implantation region.
Claims (1)
形成した一対の高不純物濃度半導体層と、前記一対の高
不純物濃度半導体層上に形成した一対のオーム性のソー
ス電極およびドレイン電極と、前記高不純物濃度半導体
層上の少なくとも一部を覆うようにして前記一対の高不
純物濃度半導体層の間の前記半導体基板上に形成された
動作層と、少なくとも前記ソース電極およびドレイン電
極形成部分を除いて前記動作層上に形成されたポテンシ
ャル障壁層と、前記一対の高不純物濃度半導体層の間の
前記ポテンシャル障壁層上に形成されたショットキーゲ
ート電極とを備えてなることを特徴とする電界効果トラ
ンジスタ。a semiconductor substrate, a pair of high impurity concentration semiconductor layers formed opposite to each other on the semiconductor substrate, a pair of ohmic source and drain electrodes formed on the pair of high impurity concentration semiconductor layers; an active layer formed on the semiconductor substrate between the pair of high impurity concentration semiconductor layers so as to cover at least a portion of the high impurity concentration semiconductor layer; A field effect transistor comprising: a potential barrier layer formed on the active layer; and a Schottky gate electrode formed on the potential barrier layer between the pair of high impurity concentration semiconductor layers. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10494890A JPH043944A (en) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | Field-effect transistor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10494890A JPH043944A (en) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | Field-effect transistor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH043944A true JPH043944A (en) | 1992-01-08 |
Family
ID=14394322
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10494890A Pending JPH043944A (en) | 1990-04-20 | 1990-04-20 | Field-effect transistor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH043944A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008243927A (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Univ Nagoya | Field-effect transistor and manufacturing method therefor |
-
1990
- 1990-04-20 JP JP10494890A patent/JPH043944A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008243927A (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-09 | Univ Nagoya | Field-effect transistor and manufacturing method therefor |
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