JPH02210865A - E/d構成電界効果トランジスタ - Google Patents

E/d構成電界効果トランジスタ

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JPH02210865A
JPH02210865A JP1029839A JP2983989A JPH02210865A JP H02210865 A JPH02210865 A JP H02210865A JP 1029839 A JP1029839 A JP 1029839A JP 2983989 A JP2983989 A JP 2983989A JP H02210865 A JPH02210865 A JP H02210865A
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JP
Japan
Prior art keywords
lattices
semiconductor
gate
effect transistor
constitution
Prior art date
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Pending
Application number
JP1029839A
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English (en)
Inventor
Nobutaka Fuchigami
渕上 伸隆
Shinichiro Takatani
信一郎 高谷
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Hitachi Ltd
Hitachi Solutions Technology Ltd
Original Assignee
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
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Publication date
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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、能動層をエピタキシャル成長で形成する電界
効果トランジスタに関する。
〔従来の技術〕
能動層をエピタキシャル成長で形成する電界効果トラン
ジスタ(FET)は、通常1つの能動層からは1つの閾
値電圧をもったものしかできない為、エンハンスメント
形(EFET)とデプレション形(DFET)とで構成
するE/D構成をとりにくい、E/D構造の従来例とし
ては、特開昭59−168677号公報、及び第49回
応用物理学会学術講演会講演予稿集(1988,秋)第
938頁において、デプレション形をチャネルとゲート
の間のスペーサ層を厚くすることで実現する方法が論じ
られている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ゲートとチャネルの間のスペーサ層を厚くしてデプレシ
ョン形電界効果トランジ久夕を実現することでE/D構
成を可能とさせる方法は、スペーサ層をもつFET (
HEM’l’、DMT、IGFE”l’等)だけしか適
用できないという問題がある。
例えば、MESFETにおいてアンドープの半導体をゲ
ートと能動層との界面にもってくることでデプレション
形MESNET (DFET)を実現しようとすると、
能動層とアンドープ層とを分離する為の特別な工夫が必
要となる問題がある。
また、アンドープの半導体層と能動層とをヘテル接合と
すると、アンドープ層に禁制帯幅の小さいものをもって
くると、ショットキー特性が劣化し、禁制帯幅の大きい
ものをもってくるとデプレション形の形成が困難となる
問題がある。
本発明の目的は、MESFETでも容易に適用可能なE
/Dvt成の方法な提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
エンハンスメント形のMESF)!:’1’ではゲート
と能動層とのショットキー接合で発生する空乏層によっ
てチャネルが閉じているので、ショットキー電極の代わ
りに絶縁体をもってくれば、界面ではピンニングされて
電流は流れない、しかしバルクの方では電流が流れるよ
うになるのでデプレション形を実現することが可能とな
る。ところが、化合物半導体と絶縁体との界面はプロセ
ス的に不安定であるので再現性の良い閾値電圧を得るの
が困難なこと、及びゲート電圧でチャネルを流れる電流
を制御する際に絶縁膜が界面にあれば論理振幅が大きく
なり過ぎて、EFE’l’との釣り合いがとれなくなる
問題がある。
そこで1本発明においては絶縁膜で格子を作り、格子の
下のバルク部分のチャネルを、格子のRlftfの金属
−半導体接合で生じる空乏層によって横から開閉させる
こととした。格子の幅を変えることで閾値電圧を調整す
ることも可能である。
〔作用〕
E/D楕成構成路では、E F E ”I’は駆動用に
、DFETは負荷用に用いるので、EFETには高いコ
ンダクタンスが要求されるが、1)FETのコンダクタ
ンスを高くする必要はない、そこで、能動層の形成条件
はE F E ’1’を最適化させるように設定する。
DF’ETを実現する為には、上記能動層とゲート金属
の間に絶縁体、もしくは禁制帯幅の大きいn型の半導体
に格子を形成する。格子の下にはゲートバイアスがOv
でも電流の流れるチャネルができているので、格子の隙
間(ゲートと能動層とが接している界面)から伸びる空
乏層が。
このチャネルを閉じる為にはゲートバイアスを負方向に
かけなくてはならなくなる。
D F ETの閾値電圧は格子の大きさによって調整す
ることが可能となる。
〔実施例〕
第1図、第2図に、本発明の一実施例として能動層をエ
ピタキシャル成長で形成した、GaAgMESFET(
メタルセミコンダクタ フィールドエフェクト トラン
ジスタ:Matal SamiconductorFi
eld Effect Transistor)の素子
部断面図を示す。
両図において(a)が正面からの断面図、(b)が側面
からの断面図である0本実施例以外に他の化合物半導体
を用いることは可能であるし、MIS(メタル インシ
ュレータ セミコンリング:Metal In5ula
tor Sem1conductor) F E T構
造とすることも可能である。
第1図のエンハンスメント形F E ’1”であり、こ
れは通常のFETである。第2図のデプレッション形F
ETではゲート金属と能動層との間に幅Q、2  pm
、高さ0.1pmの5iOz3を0.8μmピッチの縞
状格子を形成する。
格子の長さは、リングラフィの精度を考慮してゲート長
に0.3μm以上の余裕をとったものとする。
格子3は、5iOz以外にもCnFzなとの絶縁体や、
n型A Q G a A s等のエネルギー禁制帯幅の
大きい半導体を用いて形成することも可能である。
J1+ N4は、エピタキシャル成長で形成した能動層
2上に1選択エピタキシャル成長を行うことで形成して
いるが、イオン打込みによ゛つて形成することも可能で
ある。
デプレション形FET(DF’ET)の閾値電圧は、格
子3の幅が大きい程マイナス側にシフトするので、これ
より閾値電圧の調整が可能となる。
MESFETの空乏層は、ソース側で薄く、ドレイン側
で厚いので、もし、格子の長さがゲート長より短かけれ
ば、格子3とゲート5の電流方向でのマスクの合わせず
れで閾値電圧がばらつくので、格子3の長さはゲート長
よりも大きくすることとした。
第3図に、D FE ’1’のI−V特性を示す、同図
(a)がI−s  Vas特性で1通常のF E Tと
同じである。同図(b)がI as −V gs特性で
、領域(1)では格子の下のチャネル、格子隙間の下の
チャネル共オン状態である。領域(II)では、格子隙
間の下のチャネルはオフ状態で、格子の下のチャネルが
オン状態である。領域(nt )では、どちらもオフ状
態である。
領域(11)でのコンダクタンスは、格子隙間の小さい
もの程大きくなる。
第4図、第5図に1本E/D構造MESFETのプロセ
ス工程をEFET、D)’E’rに分けて示す0両図の
(a)〜(d)は正面図である。
半絶縁性G a A s基板1上に、MBE(モレキュ
ラ ビーム エピタキシ: Mo1ecular Be
amEpitaxy)でキャリア密度が約I X 10
 ”cs−”のn−G a A s 2を約40nm成
長させる。もし格子3をn型AflGaAsで形成する
なら、更にA n G a A sを成長させるが、適
当な選択エツチング液がないので、ここでは使わない。
プラズマCVD (化学気相成長法)で5ins3を約
80nm堆積させる(a)。
能動層、或いは抵抗層となる領域だけ残して。
他のフッ酸系の溶液を用いたウェット・エツチングによ
って削り取る(b)。
エンハンスメント形FETでは能動層2の上にある5i
023  を除去する。デプレション形FETでは、長
さがゲート長にリソグラフィ工程の合わせ余裕の0.4
μmを加え1幅が0.2μmである縞状格子3を、0.
8μm間隔で形成する(C)。
ショットキー・ゲート金属として、WSio、番を約2
0nmスパッタ蒸着によって堆積した後、ゲートの部分
のみ残して他の部分をドライ・エツチングで除去するこ
とで、グー下5登形成する(d)、この時の断面図が(
e)である。
ゲートの横に5iftで(l!l壁を形成し、この側壁
をマスクとして、有機金属気相成長法(MOCVD)で
選択成長させてn+GaAs4を形成する。オーミック
電極6を形成する為には電極6の領域以外にスペーサ層
として5iOzを300nm堆積させ、オーミック電極
となるA u G e合金(Ge重斌比8%)を60n
m真空蒸着し、スペーサ層との接触をよくする為にW(
タングステン)、Ni にッケル)を10nmずつ堆積
して、その上にAuを120nm真空蒸着後、スペーサ
層をリフトオフし、オーミック電極6を残して、水素界
囲気中400℃、5分でアロイ化熱処理を行う(f)、
ここで、図を簡単にする為、スペーサ層は省いている。
この後、配線工程を行なって1本発明のE/D構成の電
界効果トランジスタは完成する。
第6図、第7図に、ペテロ接合M E S F’ E 
’1’の断面図、(b)が側断面図である0本実施例で
は能動層2とゲート7の間にショットキー特性を向上さ
せる為に、アンドープのA Q G a A s 7を
約12nm挟む。
第1.6図はエンハンスメント形であり、通常のへテロ
接合MESFETである。第7図はデプレション形であ
り、格子3にn型G a A sやSi等を使うことも
可能である。
プロセス工程は、半絶縁性のGaAs基板、又はバッフ
ァ層上にMBE成長で、n  GaAs。
アンドープAnGaAtx、n−GaAsを順に15.
12.30nmずつ積んだ後、ウェット・エツチングで
能動層の部分のみ残す、能動層のキャリア濃度は3XI
O”(!l−6であり、格子のn−GaAsは10 ”
l〜10 ”cm−”の範囲で、回路に必要な閾値を考
慮して決める。高さが30nmなのでゲートのショット
キー障壁で格子は完全に空乏化しており寄生チャネルを
形成することはない。
アンドープAfiGaAs7をストッパーにして。
エンハンスメント形では、n−GaAs3を完全命に除
去し、デプレション形では、n−GaAg3で格子を形
成する。
ショットキー・ゲート5を形成し、ソース・ドレイン4
を形成し、オーミック電極6を付けるプロセス工程は前
記実施例の場合と同様であり、配線工程を行なって本実
施例のE/D構造へテロ接合FETは完成する。
〔発明の効果〕
能動層をエピタキシャル成長で形成するFE Tでは異
なる閾値電圧をもつFETの作製は困難であるが、本発
明によって容易にE/D構成のF l” Tが実現でき
る効果がある。
又、本発明は、ショットキー接合型のト’ E ’rば
かりでなく1反転型(7) F E ’r(Hh’ M
 ’1’ 、IGFHT等)にも適用が可能という効果
がある。
DFETの閾値電圧は格子の大きさを変えることで調整
できるので、3つ以上の異なる閾値電圧をもつFETを
同一基板上に形成することも可能となる。
絶縁膜をゲートと能動層の界面に格子として挟む方法は
、全面で挟む場合に比べて論理振幅が大きくなり過ぎる
ことがない。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は本発明の一実施例のE/D構成のGa
AsMr<5FETの正断面図(a)および側断面図(
b)、第3図はDF E ’l’ (7) I −V特
性図、第4図、第5図は本発明の実施例のGaAsMH
3FETのプロセス工程を示す側断面図(a ” d 
)および正断面図(e”f)、第6図および第7図は本
発明の他の実施例のE/D構成のOa A sヘテロ接
合MESFETの正断面図(a)および側断面図(b)
である。 1・・・半導体基板又は、バッファ層、2・・・n −
Q a A s (能動層)、3・・・格子状の絶縁体
又は、半導体、4・・・fig−GaAs(リース・ド
レイン)、5・・・ショットキー・ゲート、6・・・A
u−Ge(ソース・ドレイン金属)、7・・・アンドー
プAjGaAs。 8・・・空乏層。 1P−4萄 第 5 口 第 3 日 ((Z) (い

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基板上に形成する第1の半導体層上にショッ
    トキー電極を有するエンハンスメント形の電界効果トラ
    ンジスタと、同一半導体基板上に該第1の半導体層と該
    ショットキー電極との間に絶縁体、或いはエネルギー禁
    制帯幅の大きい半導体を格子状に配置することで形成す
    るデプレション形の電界効果トランジスタとで構成する
    ことを特徴とするE/D構成電界効果トランジスタ。 2、半導体基板上に形成する第1の半導体上に該第1の
    半導体よりも禁制帯幅の大きい第2の半導体を有し、そ
    の上にショットキー電極を有するエンハンスメント形の
    電界効果トランジスタと、該第2の半導体層上に絶縁体
    、或いは半導体を縞状に配置して作ったデプレション形
    の、電界効果トランジスタとで構成することを特徴とし
    たE/D構成の電界効果トランジスタ。
JP1029839A 1989-02-10 1989-02-10 E/d構成電界効果トランジスタ Pending JPH02210865A (ja)

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