JPH01268071A - 化合物半導体素子 - Google Patents

化合物半導体素子

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JPH01268071A
JPH01268071A JP9550288A JP9550288A JPH01268071A JP H01268071 A JPH01268071 A JP H01268071A JP 9550288 A JP9550288 A JP 9550288A JP 9550288 A JP9550288 A JP 9550288A JP H01268071 A JPH01268071 A JP H01268071A
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JP
Japan
Prior art keywords
gaas
fet
compound semiconductor
active layer
source
Prior art date
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Pending
Application number
JP9550288A
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English (en)
Inventor
Kazumichi Sakamoto
坂本 和道
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • 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〕 本発明は化合物半導体素子に関わり、特に砒化ガリウム
電界効果トランジスタに適用して有効な技術に関する。
〔技術分野〕
低雑音、高遮断周波数、高出力等の特長を有するマイク
ロ波トランジスタとして、閃亜鉛鉱型結晶構造の基体を
基にして形成された砒化ガリウム電界効果トランジスタ
(GaAs−FETと略す。
)が広く知られている。また、こ のGaAs−FET
の一つとして、GaAs−FET論理素子が知られてい
る。
日経マグロウヒル社発行「日経エレクトロニクス、19
81年3月16日号、P72〜P75には、ソース抵抗
を低減したGaAs−FET論理素子が紹介されている
。この文献には、ノーマリオン型FETではチャネル層
が厚いが、ノーマリオフ型FETではチャネル層が薄い
。このため、ノーマリオフ型FETの方が表面空乏層に
よるソース抵抗の影響を受ける。したがって、ノーマリ
オフ型FETでは空乏層の影響を除く必要がある旨記載
されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
GaAs−FETは、主として高周波低雑音増幅用に使
用されており、現状より一層の高性能化が要求されてい
る。Gaps−FETの性能向上は、主として人力容量
の低減、順伝達アドミッタンスの増大で行われるが、順
伝達アドミッタンスの向上は、ゲート長の短縮だけでは
困難であり、ソース抵抗(R8)の低減が不可欠である
ソース抵抗を低減できない原因の一つとして、前記文献
にも記載されているように、表面空乏層の発生がある。
GaAs−FETは、たとえば、第8図に示されるよう
に、半絶縁性GaAs基tH1の主面にn形の能動層2
を有している。この能動層2は、中央のn形のチャネル
3と、この両側に延在するn十形のソース領域4および
ドレイン領域5とからなっている。また、前記ソース領
域4の表面にはソース電極6が設けられているとともに
、ドレイン領域5の表面にはドレイン電極7が設けられ
ている。また、前記ソース電極6およびドレイン電極7
との間のチャネル3の中央部分にはゲート電極8が設け
られ、かつこのゲート電極8とソース電極6およびドレ
イン電極7との間の能動N2表面は絶縁性の保護膜9で
被われている。
このようなGaAs−FETにあっては、使用に際して
、ゲート・ソース間の耐圧が必要である。
このゲート・ソース間耐圧確保は、ゲート・ソース間距
離によって得られる。また、ゲート・ソース間の能動層
2の表面と保!!膜9によって被われている。従来、シ
ョットキー接合形GaAs−FETの表面保護膜として
は、一般に、CVD (気相化学成長法)等によるSi
n、系、SiN系の膜が用いられている。
GaAsはシリコン(Si)と異なり、表面準位密度が
高い。また、StはSt、2との間で低い表面準位密度
を構成することができるが、GaAsは表面準位密度を
小さくできる適当な保護膜が見当たらなかった。この結
果、第8図に示されるように、G a A sである能
動層2と保護膜9との界面には数多くの表面準位が存在
し、このためGaAs中に空乏層(表面空乏層)10が
発生してしまうことになり、ソース抵抗の低減が難しか
った。
本発明の目的は、GaAs−FETのソース抵抗低減に
伴う特性向上を達成することを目的とする。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。
〔課題を解決するための手段〕
本発明のGaAs−FETにあっては、ゲートソース間
およびゲート・ドレイン間の能動層の表面を被う保護膜
は、GaAsに対し最も格子整合が取り易いGaAjL
Asで形成されている。また、このGaA1Asはノン
ドープのGaA立ASとなっていて、抵抗値が非常に高
く絶縁体として働き、FET素子の耐圧をtUなうこと
がないようになっている。
〔作用〕
上記した手段によれば、本発明のGaAs−FETにあ
っては、ゲート・ソース間のGaAsを被う保護膜は、
ノンドープGaAuAsで被われているが、このGaA
立Asは、GaAsに対し格子整合がとりやすいため、
結晶格子の非整合性による表面準位の発生を最小限とす
ることができ、結果として表面空乏層の発生が最小限と
なり、ソース抵抗の増大が防止できる。
〔実施例〕
以下図面を参照して本発明の一実施例について説明する
第1図は本発明の一実施例によるGaAs−FETの要
部を示す断面図、第2図〜第6図は本発明のGaAs−
FETの製造の各工程における図であって、第2図は能
動層が形成されたウェハの断面図、第3図は主面にGa
A1As膜が形成されたウェハの断面図、第4図は主面
のGaAuAsl’Jが部分的にエンチングされたウェ
ハの断面図、第5図はソース電極およびドレイン電極が
形成されたウェハの断面図、第6図はゲート電極が形成
されたウェハの断面図である。
この実施例ではGaAsショットキ障壁ゲート形電界効
果トランジスタ(GaAs−FET)に本発明を適用し
た例を示す。
この実施例のGaAs−FETは、第1図に示されるよ
うに、半絶縁性GaAlAs板(化合物半導体)1の主
面表層部にn形の能動層2を有している。この能動層2
は、中央のn形のチャネル3と、この両側に延在するn
◆形のソース領域4およびドレイン領域5とからなって
いる。また、前記ソース領域4の表面にはソース電極6
が設けられているとともに、ドレイン領域5の表面には
ドレイン電極7が設けられている。また、前記ソース電
極6およびドレイン電極7との間のチャネル3の中央部
分にはゲート電極8が設けられ、かつこのゲート電極8
とソース電極6およびドレイン電極7との間の能動層2
の表面は保護膜としてのノンドープGaAlAs膜11
で被われている。
このようなGaAs−FETは、ゲート・ソース間のG
aAs表面を被う保護膜9が、ノンドープGaAlAs
膜で形成されている。ノンドープGaA1As膜は、抵
抗値が約107Ωcm程度と非常に高いため、GaAs
−FETに対しては、絶縁体として働き、素子としての
耐圧を損なうこともない。
また、GaAsの格子定数が5.654人、GaAlA
sの5.661人と近(以していることから、GaAs
とGaAuAsとはほぼ完全に格子整合する。この結果
、ソース・ゲート間のGaAS?’構成されるチャネル
表層部に空乏層が発生し難くなり、ソース抵抗(R3)
が低減される。
つぎに、このようなGaAs−FETの製造方法につい
て説明する。
最初に第2図に示されるように、半t@縁性GaAs基
板(化合物半導体)■で構成される半導体薄板(ウェハ
)12が用意される。そして、このウェハ12は、その
主面に2度のイオン打ち込みによってn形の能動層2が
形成される。この能動層2は、厚さ0.2μm前後、不
純物濃度が10”cm−’程度のn形のチャネル3と、
このチャネル3の別々の端に位置する厚さ数μm、不純
物濃度が10”cm−’程度のn◆形層からなるソース
領域4およびドレイン領域5からなっている。
つぎに、第3図に示されるように、前記ウェハ12の主
面全域に気相エピタキシャル法によって、1μmの厚さ
にノンドープGaA1As膜11が設けられる。
つぎに、第4図に示されるように、ウェハ12の全域に
はホトレジスト膜14が設けられるとともに、このホト
レジスト膜14は部分的に露光される。また、露光後、
ウェハ12は現像される。
そこで、現像されてパターン化したホトレジスト膜14
をマスクとして、前記GaAlAs膜11をエツチング
する。この結果、前記ソース領域4およびドレイン領域
5上のCaA1As膜11が除去され、コンタクト孔1
5が形成される。
つぎに、前記ウェハ12の主面全域に、たとえば、厚さ
1μm前後のA u G e / N i / A u
を蒸着した後、前記ホトレジスト膜14を除去して、第
5図に示されるように、ソース電極6およびドレイン電
極7を形成する(リフトオフ法)。
つぎに、前記ソース電極6とドレイン電極7の中間のノ
ンドープGaA1As膜11を部分的に除去し、間挿の
リフトオフ法によって、lIIm程度の厚さのAlLか
らなるゲート電極8を形成する(第6図参照)。
その後、ウェハ12はその主面全域にナイトライド膜(
SiN)のようなパッシベーション膜が設けられるとと
もに、このパッシベーション膜は常用のホトリソグラフ
ィによって部分的に除去されてワイヤを接続するための
ポンディングパッドが形成される。さらに、ウェハ12
は縦横に分断されて、第1図に示されるようなGaAs
−FETが多数製造される。なお、第1図においては、
前記パッシベーション膜は省略されている。
このような実施例によれば、つぎのような効果が得られ
る。
(1)本発明のG a A s −M E S F E
 Tは、ソース・ドレイン間のGaAsからなるチャネ
ルを被う保護膜は、GaAsとの格子略合の良いノンド
ープGaAILAs膜によって形成されていることから
、チャネルの表面に発生する空乏層を低減でき、ソース
抵抗を低減することができるという効果が得られる。
(2)上記(1)により、本発明のGaAs−FETは
、ソース抵抗の低減を図ることができるため、相互コン
ダクタンス(g、)を増大させることができるという効
果が得られる。
(3)上記(1)により、本発明のGaAs−FETは
、ソース抵抗の低減を図ることができるため、利得が向
上するという効果が得られる。
(4)上記(1)により、本発明のGaAs−FETは
、ソース抵抗の低減を図ることができるため、順アドミ
タンスが向上するという効果が得られる。
(5)上記(2)により、本発明のGaAs−FETは
、相互コンダクタンスの向上により、低雑音化が達成で
きるという効果が得られる。
(6)上記(1)〜(5)により、本発明によれば、ソ
ース抵抗の低減に基づいて相互コンダクタンス、利得、
順アドミタンスの向上が図れ、かつ低雑音化を図ること
ができるため、高性能なGaAs−FETを提供するこ
とができるという相乗効果が得られる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、第7図に示さ
れるように、前記ノンドープGaAjLAs膜11を形
成する際、形成開始時わずかに不純物を添加して、数百
人の厚さに亘ってわずかにn形化(nチャネルGaAs
−FETの場合、また、不純物濃度は10 ”c m−
’程度となる。)シた空乏層抑止層16を設ける構造と
してもよい、なお、この空乏層抑止層16は極めて薄(
かつ不純物濃度が低いことからn形化されても、FET
に悪い影響を与えるようなことはない。
前記実施例による構造では、ノンドープGaAlAs膜
ll下のGaAsにおける表面空乏層の発生を最小限と
するのに対し、この実施例の構造では、ノンドープGa
AjlLAs膜11のGaAsに接する近傍をわずかに
n形化することから、n形キャリアの滲み出しが生じ、
この滲み出したn形キャリアが表面準位に充填される結
果、空乏層が完全に打ち消される。したがって、この例
のGaAs−FETではさらにソース抵抗の低減が達成
できる。
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるGaAsショットキ
障壁ゲート形電界効果トランジスタの製造技術に適用し
た場合について説明したが、それに限定されるものでは
なく、他の化合物半導体の製造技術にも適用できる。
〔発明の効果] 本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を節単に説明すれば、下記のさおりであ
る。
本発明のGaAs−FETにあっては、表面保護膜に接
するGaAs表面の準位を低減できる結果、表面空乏層
の発生が最小あるいは抑止できるため、ソース・ゲート
間のチャネルの抵抗を低減できる。この結果、GaAs
−FETの相互コンダクタンス、利得、順伝達アドミタ
ンスを向上させることができるとともに低雑音化も達成
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例によるGaAs−FETの要
部を示す断面図、 第2図は同じ<GaAs−FETの製造において主面に
能動層が形成されたウェハを示す断面図、第3図は同じ
く主面にGaAuAs膜が形成されたウェハの断面図、 第4図は同じく主面のGaAuAs膜が部分的にエツチ
ングされたウェハの断面図、 第5図は同じくソース電極およびドレイン電極が形成さ
れたウェハの断面図、 第6図は同じくゲート電極が形成されたウエハの断面図
、 第7図は本発明の他の実施例によるGaAs−FETの
要部を示す断面図、 第8図は従来のGaAs−FETの要部を示す断面図で
ある。 1・・・半絶縁性GaAs基板、2・・・能動層、3・
・・チャネル、4・・・ソース領域、5・・・ドレイン
領域、6・・・ソース電極、7・・・ドレイン電極、8
・・・ゲート電極、9・・・保護膜、10・・・空乏層
、11・・・ノンドープGaAfLAs膜、12・・・
ウェハ、14・・・ホトレジスト膜、15・・・コンタ
クト孔、第  1  図 Z−驚′tjj層 //−ノ> )−7LraAl!AsRW第4図 第5図 4  &    夛 第7図 第8図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、化合物半導体と、この化合物半導体の主面に設けら
    れた能動層と、前記能動層上に並んで設けられたソース
    電極およびゲート電極ならびにドレイン電極と、前記各
    電極間の能動層表面を被う保護膜とを有する化合物半導
    体素子であって、前記保護膜は能動層を構成する化合物
    半導体の結晶格子に近似した結晶格子を有するもので形
    成されていることを特徴とする化合物半導体素子。 2、前記保護膜の下層部分は前記能動層と同一導電型に
    わずかに導電化されていることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項記載の化合物半導体素子。 3、GaAsからなる能動層上に保護膜としてノンドー
    プGaAlAs膜が設けられていることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項または第2項記載の化合物半導体素
    子。
JP9550288A 1988-04-20 1988-04-20 化合物半導体素子 Pending JPH01268071A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5949095A (en) * 1996-02-27 1999-09-07 Fujitsu Limited Enhancement type MESFET
KR100244002B1 (ko) * 1995-12-28 2000-02-01 다카노 야스아키 화합물 반도체 장치의 제조 방법

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