JPH01171279A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH01171279A
JPH01171279A JP62333537A JP33353787A JPH01171279A JP H01171279 A JPH01171279 A JP H01171279A JP 62333537 A JP62333537 A JP 62333537A JP 33353787 A JP33353787 A JP 33353787A JP H01171279 A JPH01171279 A JP H01171279A
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JP
Japan
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layer
carrier concentration
gaas
semiconductor device
active layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP62333537A
Other languages
English (en)
Inventor
Hideki Goto
秀樹 後藤
Naonori Katou
尚範 加藤
Tatsuhiko Kawakami
川上 龍彦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Kasei Corp
Mitsubishi Monsanto Chemical Co
Mitsubishi Chemical Industries Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/80FETs having rectifying junction gate electrodes
    • H10D30/801FETs having heterojunction gate electrodes

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はヘテロ接合電界効果トランジスタ(FET)に
係わり、特にゲート直下にバリアー層を挿入することに
よりリセス工程を容易にし、ゲート耐圧、相互コンダク
タンスの向上を可能にした半導体装置に関するものであ
る。
〔従来の技術〕
一般に、GaASFETは高速、高周波特性に優れたデ
バイスとして注目されており、その中でショットキーゲ
ートFET (MESFET)が実用化されている。
このMESFETは第6図に示すように半絶縁性GaA
s基板上1上にバッファ層23、活性層25を形成し、
その上にソース電極11、ゲート電極15、ドレイン電
極13の3つの電極を形成した構造になっている。ソー
ス、ドレイン両電極は活性1125とオーミック接触し
、ゲート電極15は活性層15の半導体とショットキー
接触をしており、この障壁電位によって半導体中に空乏
層が拡がり、この厚みをゲート電圧で制御することによ
りチャンネルの断面積が変化し、ソース・ドレイン間の
電流を制御している。またバッフyN23は、基板の結
晶性の影響を少なくするために設けられている。
また第7図に示すものは高移動度トランジスタ(HEM
T)を示し、半絶縁性GaAs1板31上にアンドープ
のGaAs層33、ドナー不純物をドープしたn型A1
1zGa+−、As層35、コンタクト層37を設けた
構造をしており、n型Aj!、1GaI−XAs層35
からGaAs層33へ電子が落ち込むことによりペテロ
接合界面近傍に2次元電子ガス33eが形成され、散乱
源となるイオン化したドナーと空間的に分離され、クー
ロン散乱が減少して高移動度を達成している。
さらに第7図において、バリア層、活性層ともアンドー
プにしたS I S (Semiconductor 
 In5ulator  Sem1cpnductor
) F E Tやヘテロ接合FETも提案されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、例えば第6図に示したQaAiFET、
或いはAj!GaAsヘテロバッフ7FET(図示せず
)は、GaAs活性層へ直接ショットキーコンタクトを
とっているためゲート耐圧が低く、また相互コンダクタ
ンスがそれほど大きくすることができないため高周波特
性が悪い(例えば1.5dB at 12GHz)とい
う欠点があった。
また第7図に示すHEMT (または逆HEMT)の場
合は活性層に当たる部分がアンドープであるためチャン
ネルを流れるキャリア濃度に限界があり、そのため相互
コンダクタンスを大きくできないという問題がある。
また5ISFETやヘテロ接合FETの場合も、いづれ
もバリア層、活性層がアンドープであるため同様に相互
コンダクタンスを大きくできないという問題があった。
本発明は上記問題点を解決するためのもので、ゲート直
下に高キャリア濃度のバリアー層を挿入することにより
リセス工程を容易にし、ゲート耐圧、相互コンダクタン
スを向上させることができる半導体装置を提供すること
を目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
そのために本発明の半導体装置は、ヘテロ接合を有する
高移動度半導体装置において、GaAs活性層とGaA
sコンタクト層間に高キャリア濃度のAj!GaAsバ
リア層を設けたことを特徴とする。
〔作用〕
本発明の半導体装置は、G a A s / A j!
 G a ASヘテロ接合を有する高移動度半導体装置
において、Q a A s活性層とGaAsコンタクト
層間に高キャリア濃度のAβGaAsバリア層を設けて
活性層の実効キャリア濃度を高めて活性層の厚みを薄く
することができ、相互コンダクタンスを大きくして高周
波特性を改善することができ、またA I G a A
 sバリア層の存在により選択エツチングを可能として
、素子特性の面内均一性、再現性を向上させることが可
能となる。
〔実施例〕
以下、実施例を図面に基づき説明する。
第1図は本発明の半導体装置のエピタキシャル層構造を
示す図、第2図はデバイス構造を示す図で、図中1は半
絶縁性GaAS基板、3はアンドープARx Gat−
X As (0≦X≦0.5)バッファ層、5はn−G
aAs活性層、7はn” −Ai、 Ga、−、As 
(0,2≦y≦0.5)バリア層、9はコンタクト層、
11はソース電極、13はドレイン電極、15はゲート
電極である。
本発明においては、第1図に示すように各層をエピタキ
シャル成長させ、コンタクト層11上にソース電極11
とドレイン電極13を形成した後、エツチングによりコ
ンタクト層の一部を除去してゲート電極15を形成する
。この場合1,67!、 Gat−、AsバリアN7が
存在するので、GaAs層5のみ溶解する選択エツチン
グを行うことができ、リセス工程における歩留まりを向
上させると共に、面内均一性、再現性を向上させること
ができる。この場合選択エツチングはウェットプロセス
でもドライプロセスでもどちらでもよい。またバリア層
7をn゛にドープして高キャリア濃度としているので、
バリア層の電子が活性層に落ち込み、活性層の実効的な
キャリア濃度をさらに高くし、その結果活性層の厚みを
薄クシて相互コンダクタンスを大きくすることが可能と
なる。
またバッファN3をアンドープとすることにより、バッ
ファ層の寄生電流を減少させてピンチオフ特性を向上さ
せ、相互コンダクタンスを大きくすることとの相乗効果
により高周波特性を向上させることが可能となる。
第3図は本発明の半導体装置の好ましいキャリア濃度と
各層の厚みを示したものである。
コンタクト層9は、オーミックコンタクトを形成するた
めにキャリア濃度n、4を1016(Jl−”オーダー
程度と高くし、厚みtlは電極が十分形成できる程度の
50〜300 nmとするのが好ましい。
バリア層7は活性Wi5への電子供給源としてキャリア
濃度n!4をIQ”am−’オーダー程度と高くし、ま
たコンタクト層9と活性N5との距離を短くするため5
pm〜30nmと薄くするのが好ましい。
活性層5はキャリア濃度をl Q 16〜l Q l1
lcffl−1程度、厚みt、を10〜3QQnmとす
るのが好ましい。
バッファ層3は寄生電流を減らすためにキャリア濃度n
2を10′5以下と小さくして電気抵抗を大きくし、ま
た基板の結晶性及び基板とバッファ層の界面の影響を活
性層に与えないようにするため厚みt4を500nm以
上と比較的厚くするのが好ましい。
次に本発明の実施例を示す。
第4図は本発明のエピタキシャル成長層の構造の一実施
例を示す図、第5図はデバイス構造の一実施例を示す図
である。
本実施例においては、バッファ層3はA1゜、3Gao
、tAs:アンドープ、1.0pm厚み、活性N5はG
aAs:Siドープ(n+=5X1016cm−3) 
、60 nm厚み、バリアN7はAJo、zGao、t
 A s : S l ドープ(nz ”  =IX1
01IICIm−’) 、15 nm厚み、コンタクト
層9はGaAs :Si ドープ(n+  ”  = 
2 X 10IIlam−’) 、1100n厚みであ
る。またゲートはA1電極で0゜5μm長、ソース、ド
レイン電極はA u G e / Ni / A uの
3層構造とした。
このような構造とすることにより素子特性は、2インチ
φ基板面内において±2%の誤差で、スレッシコールド
電圧■い=−2,0V、コンダクタンスg m = 5
00 m S / u、ノイズフィギアNF=1.0d
B (at18GHz) 、ゲート耐圧■G14AX−
+1. 2Vが得られた。
〔発明の効果〕
以上のように本発明によれば、次のような効果が達成さ
れる。
■従来のGaAsFETもしくはAlGa、11.5ヘ
テロバッファFETと同じくゲートはリセス構造をとる
が、n”−Al、Ga+−y Asバリア層との選択エ
ツチングが可能となり、素子特性の面内均一性、再現性
を格段に向上させるととができる。
■バリア層がn4にドープされているので、HEMTと
同様の原理により活性層の実効的なキャリア濃度をさら
に高くすることができ、かつ活性層の厚みを薄くするこ
とが可能であるから、相互コンダクタ中スを大きくする
ことができる。
ン ■バッファ層がアンドープのA 1 x G a + 
−* A s(X≠0)の場合にピンチオフ特性を向上
させることができ、相互コンダクタンスを大きくするこ
ととの相乗効果により高周波特性を向上させることが可
能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の半導体装置のエピタキシャル層構造を
示す図、第2図はデバイス構造を示す図、第3図はキャ
リア濃度と各層の厚みを示す図、第4図は本発明の半導
体装置のエピタキシャル層構造の一実施例を示す図、第
5図はデバイス構造の一実施例を示す図、第6図は従来
のGaAsFETの構造を示す図、第7図は従来の高移
動度トランジスタの構造を示す図である。 I・・・半絶縁性GaAs基板、3・・・アンドープA
l1Xaa+−x As1iiからなるバッファ層、5
 =−n−GaAs活性層、7・=n”  A11y 
Ga+−y ASバリア層、9・・・コンタクト層、1
1・・・ソース、13・・・ドレイン、15・・・ケー
ト。 出  願  人 三菱モンサント化成株式会社(外1名
) 代理人 弁理士 蛭 川 昌 信(外3名)第4図 第5図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ヘテロ接合を有する高移動度半導体装置において
    、GaAs活性層とGaAsコンタクト層間に高キャリ
    ア濃度のAlGaAsバリア層を設けたことを特徴とす
    る半導体装置。
  2. (2)バリア層のキャリア濃度は1×10^1^8〜5
    ×10^1^8cm^−^3である特許請求の範囲第1
    項記載の半導体装置。
  3. (3)活性層のキャリア濃度は5×10^1^6〜2×
    10^1^8cm^−^3である特許請求の範囲第1項
    記載の半導体装置。
  4. (4)GaAs活性層は、GaAs又はA、GaAsの
    バッファ層を介して半絶縁性GaAs基板上に形成され
    ている特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
  5. (5)バリア層の厚みは5〜30nmである特許請求の
    範囲第2項記載の半導体装置。
  6. (6)活性層の厚みは10〜300nmである特許請求
    の範囲第3項記載の半導体装置。
JP62333537A 1987-12-25 1987-12-25 半導体装置 Pending JPH01171279A (ja)

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EP0323220A2 (en) 1989-07-05
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