JPH0260219B2 - - Google Patents

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JPH0260219B2
JPH0260219B2 JP61044118A JP4411886A JPH0260219B2 JP H0260219 B2 JPH0260219 B2 JP H0260219B2 JP 61044118 A JP61044118 A JP 61044118A JP 4411886 A JP4411886 A JP 4411886A JP H0260219 B2 JPH0260219 B2 JP H0260219B2
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JP
Japan
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layer
gallium arsenide
arsenide layer
gate
gaas
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JP61044118A
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Japanese (ja)
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JPS62202564A (en
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Masahisa Suzuki
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/01Manufacture or treatment
    • H10D30/015Manufacture or treatment of FETs having heterojunction interface channels or heterojunction gate electrodes, e.g. HEMT

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔概要〕 2次元電子ガス(以下2DEGと略記する)供給
層上のキヤツプ層とゲート電極の接触面積を再現
性よく減らして、ソース抵抗Rsを増大させるこ
となく、ゲート容量Cgを低下させ、かつゲート
耐圧を向上する。 〔産業上の利用分野〕 本発明はゲート電極とキヤツプ層との接触面積
を減らしたリセス構造のヘテロ接合電界効果トラ
ンジスタ(FET)に関する。 ヘテロ接合FETは、ヘテロ接合界面に生ずる
高移動度2DEGをキヤリアとして利用した高速素
子である。 ヘテロ接合FETにおいては、そのしきい値電
圧Vthをキヤツプ層のリセスエツチングの深さに
より決定するリセス構造のものが用いられる場合
が多い。 リセス構造においては、キヤツプ層の側壁とゲ
ート電極が接触すると、ゲート容量が増加し、か
つゲート耐圧が低下するため、ゲート回りのキヤ
ツプ層を厚さ方向に一部除去する構造のものが提
案されているが、除去の再現性が困難である。 〔従来の技術〕 第3図は従来例のヘテロ接合FETの断面図で
ある。 図において、1は半絶縁性ガリウム砒素(SI−
GaAs)基板で、この上に 2DEG発生層として真性ガリウム砒素(i−
GaAs)層2、 2DEG供給層としてn型アルミニウムガリウム
砒素(n−AlGaAs)層3、 キヤツプ層としてn型ガリウム砒素(n−
GaAs)層4 を順次成長し、 ゲート形成部のn−GaAs層4を除去(リセス
エツチング)して、アルミニウム(Al)よりな
るゲート電極7を形成する。 リセスエツチングは、CCl2F2をエツチヤント
とする異方性リアクテイブイオンエツチング
(RIE)により行う。 ゲート電極7の形成前に、金ゲルマニウム/金
(AuGe/Au)よりなるオーミツク(ソース、ド
レイン)電極8,9をi−GaAs層2に届くよう
に形成する。 この構造のFETにおいてはゲート電極7の側
壁は、キヤツプ層のn−GaAs層4の側壁と接触
し、この接触面に寄生ゲート容量Cg′を発生し、
かつゲート耐圧が低下する。 第4図は従来例の改良されたヘテロ接合FET
の断面図である。 この場合は、リセスエツチングのRIEに先立つ
てHFをエツチヤントとする等方性エツチングに
よつてキヤツプ層のn−GaAs層4をサイドエツ
チングし、ゲート電極7の側壁とキヤツプ層のn
−GaAs層4の側壁との接触面積を小さくしてい
る。 しかしながら、この場合選択性をもたないウエ
ツトエツチングを行うため、プロセスの再現性に
問題があり、エツチングの深さが大きすぎればソ
ース抵抗Rsの増加を招くだけでなく、しきい値
電圧が制御できない。また、エツチングの深さが
小さすぎればゲート容量Cgの増加を招くことに
なる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 キヤツプ層のゲート周辺をサイドエツチングし
た従来のヘテロ接合FETにおいては、リセスエ
ツチングの再現性に問題があり、特性の劣化を起
こしやすい。 〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点の解決は、半絶縁性ガリウム砒素基
板1上に、2DEG発生層として真性ガリウム砒素
層2、2DEG供給層として第1のn型アルミニウ
ムガリウム砒素層3、第1のキヤツプ層として第
1のn型ガリウム砒素層4、エツチング阻止層と
して第2のn型アルミウムガリウム砒素層5、第
2のキヤツプ層として第2のn型ガリウム砒素層
6を順次成長し、等方性エツチングを用いてゲー
ト形成領域の該第2のn型ガリウム砒素層6をゲ
ート形成領域より広く除去した後、基板に垂直な
方向に優勢な異方性エツチングを用いてゲート形
成領域の該第2のアルミニウムガリウム砒素層5
および該第1のn型ガリウム砒素層4を除去し、
露出した該第1のn型アルミニウムガリウム砒素
層3上にゲート電極7を形成し、該ゲート電極7
の両側に該ゲート電極7より離れてオーミツク電
極8,9を該真性ガリウム砒素層2に届くように
形成してなる本発明によるヘテロ接合電界効果ト
ランジスタにより達成される。 〔作用〕 本発明はソース抵抗Rsと寄生ゲート容量Cg′が
ともに小さいヘテロ接合FETを得るために、キ
ヤツプ層のn−GaAs層の中にエツチング阻止層
としてn−AlGaAs層を設けた3層構造のキヤツ
プ層を用いて、ゲート形成部のリセスエツチング
の際に、まずこのn−AlGaAs層までn−GaAs
の等方性選択エツチングを行い、続いて2DEG供
給層のn−AlGaAs層まで異方性選択エツチング
を行つて、プロセスの再現性を向上できる層構造
を提起したものである。 〔実施例〕 第1図は本発明のヘテロ接合FETの断面図で
ある。 図において、1はSI−GaAs基板で、この上に
2DEG発生層として厚さ1000Åのi−GaAs層2、
2DEG供給層として厚さ400Åのn−AlGaAs層
3、第1のキヤツプ層として厚さ150Åの第1の
n−GaAs層4、 エツチング阻止層として厚さ50Åの第2のn−
AlGaAs層5、 第2のキヤツプ層として厚さ300Åの第2のn
−GaAs層6 を順次成長する。 n型層は珪素(Si)をドープして形成し、この
層のキヤリア濃度はいずれも1×1018cm-3であ
る。 つぎに、ゲート形成部のn−GaAs層6とn−
AlGaAs層5とn−GaAs層4を除去して、Alよ
りなるゲート電極7を形成する。 この場合、n−GaAs層6はゲート電極に接触
しないようにサイドエツチングがされている。 ゲート電極7の形成前に、AuGe/Auよりな
るオーミツク電極8,9をi−GaAs層2に届く
ように形成する。 この構造においては、2DEG供給層であるn−
AlGaAs層3上のn−GaAs層4およびn−
AlGaAs層5の厚さは150および50Åで、この膜
厚によつて2DEGは十分な電子密度をもつため、
ソース抵抗Rsが増大することはない。かつゲー
ト電極の側壁に接触する厚さは200Åで寄生ゲー
ト容量Cg′は小さい。 つぎに、この構造のFETの工程の概略を説明
する。 第2図は1〜3は本発明のヘテロ接合FETの
製造工程を説明する断面図である。 第2図は1において、分子線エピタキシヤル成
長(MBE)法等による第1図と同じ層構造の表
面にAuGe/Au(200/2800Å)のオーミツク電
極8,9を蒸着し、合金化する。 つぎに、フオトレジスタ11を塗布し、ゲート
形成領域を開口し、H2O2とNH4OHをエツチヤ
ントとするウエツトエツチング法により、n−
AlGaAs層5に対してn−GaAs層6を選択して
等方性エツチングを行う。 この等方性エツチングは圧力30PaでCCl2F2
エツチヤントとするRIEによつてもよい。 これらの等方性エツチングはエツチング阻止層
のn−AlGaAs層5により深さ方向へのエツチン
グの進行が妨げられるため、オーバーエツチング
により、ソース抵抗Rsが増加してしまうことは
ない。 第2図2において、圧力2PaでCCl2F2をエツチ
ヤントとするRIEによりn−AlGaAs層5とn−
GaAs層4に、基板に対し垂直方向に優勢な異方
性エツチングを行い、n−AlGaAs層3を露出さ
せる。 第2図3において、Alを厚さ4000Åに蒸着し、
ゲート電極7を形成し、ゲート電極7以外のAl
層はフオトレジスト11とともにリフトオフして
除去する。 〔発明の効果〕 以上詳細に説明したように本発明によるキヤツ
プ層のゲート周辺をサイドエツチングしたヘテロ
接合FETにおいては、リセスエツチングの再現
性がよく、ソース抵抗Rsを増大させないで、寄
生ゲート容量Cg′を低減し、ゲート耐圧を向上す
る。
[Summary] The contact area between the cap layer on the two-dimensional electron gas (hereinafter abbreviated as 2DEG) supply layer and the gate electrode is reduced with good reproducibility to reduce the gate capacitance C g without increasing the source resistance R s . , and improve gate breakdown voltage. [Industrial Application Field] The present invention relates to a recessed heterojunction field effect transistor (FET) in which the contact area between a gate electrode and a cap layer is reduced. Heterojunction FET is a high-speed device that uses high-mobility 2DEG generated at the heterojunction interface as a carrier. Heterojunction FETs often have a recess structure in which the threshold voltage V th is determined by the depth of recess etching of the cap layer. In a recessed structure, when the sidewalls of the cap layer and the gate electrode come into contact, the gate capacitance increases and the gate breakdown voltage decreases, so a structure in which a portion of the cap layer around the gate is removed in the thickness direction has been proposed. However, reproducibility of removal is difficult. [Prior Art] FIG. 3 is a sectional view of a conventional heterojunction FET. In the figure, 1 is semi-insulating gallium arsenide (SI-
GaAs) substrate, on which intrinsic gallium arsenide (i-
GaAs) layer 2, n-type aluminum gallium arsenide (n-AlGaAs) layer 3 as the 2DEG supply layer, and n-type gallium arsenide (n-AlGaAs) layer 3 as the cap layer.
GaAs) layers 4 are sequentially grown, and the n-GaAs layer 4 in the gate forming portion is removed (recess etching) to form a gate electrode 7 made of aluminum (Al). Recess etching is performed by anisotropic reactive ion etching (RIE) using CCl 2 F 2 as an etchant. Before forming the gate electrode 7, ohmic (source, drain) electrodes 8, 9 made of gold germanium/gold (AuGe/Au) are formed so as to reach the i-GaAs layer 2. In the FET with this structure, the sidewall of the gate electrode 7 contacts the sidewall of the n-GaAs layer 4 of the cap layer, and a parasitic gate capacitance C g ' is generated at this contact surface.
In addition, the gate breakdown voltage decreases. Figure 4 shows an improved conventional heterojunction FET.
FIG. In this case, prior to the RIE of recess etching, the n-GaAs layer 4 of the cap layer is side-etched by isotropic etching using HF as an etchant, and the side walls of the gate electrode 7 and the n-GaAs layer 4 of the cap layer are side-etched.
- The contact area with the sidewall of the GaAs layer 4 is reduced. However, since wet etching is performed without selectivity in this case, there are problems with process reproducibility, and if the etching depth is too large, not only will the source resistance R s increase, but the threshold voltage is out of control. Furthermore, if the etching depth is too small, the gate capacitance C g will increase. [Problems to be Solved by the Invention] In conventional heterojunction FETs in which the area around the gate of the cap layer is side-etched, there is a problem in the reproducibility of recess etching, which tends to cause deterioration of characteristics. [Means for solving the problem] The above problem is solved by forming an intrinsic gallium arsenide layer 2 as a 2DEG generation layer and a first n-type aluminum gallium arsenide layer as a 2DEG supply layer on a semi-insulating gallium arsenide substrate 1. 3. A first n-type gallium arsenide layer 4 as a first cap layer, a second n-type aluminum gallium arsenide layer 5 as an etching stop layer, and a second n-type gallium arsenide layer 6 as a second cap layer in this order. After growing and removing the second n-type gallium arsenide layer 6 in the gate formation region wider than the gate formation region using isotropic etching, the gate is etched using anisotropic etching predominant in the direction perpendicular to the substrate. The second aluminum gallium arsenide layer 5 in the formation region
and removing the first n-type gallium arsenide layer 4,
A gate electrode 7 is formed on the exposed first n-type aluminum gallium arsenide layer 3;
This is achieved by the heterojunction field effect transistor according to the present invention, in which ohmic electrodes 8 and 9 are formed on both sides of the gate electrode 7 so as to reach the intrinsic gallium arsenide layer 2. [Function] In order to obtain a heterojunction FET with small source resistance R s and parasitic gate capacitance C g ', the present invention provides an n-AlGaAs layer as an etching stopper layer in the n-GaAs layer of the cap layer. Using a cap layer with a layered structure, when recess etching the gate forming area, firstly, the n-GaAs layer is etched up to this n-AlGaAs layer.
This proposed a layer structure that can improve process reproducibility by performing isotropic selective etching on the 2DEG supply layer, followed by anisotropic selective etching up to the n-AlGaAs layer of the 2DEG supply layer. [Example] FIG. 1 is a sectional view of a heterojunction FET of the present invention. In the figure, 1 is the SI-GaAs substrate, on which
i-GaAs layer 2 with a thickness of 1000 Å as a 2DEG generation layer,
A 400 Å thick n-AlGaAs layer 3 as a 2DEG supply layer, a 150 Å thick first n-GaAs layer 4 as a first cap layer, and a 50 Å thick second n-GaAs layer 4 as an etch stop layer.
AlGaAs layer 5, a second n layer with a thickness of 300 Å as a second cap layer
- Sequentially grow GaAs layers 6. The n-type layer is formed by doping silicon (Si), and the carrier concentration of each layer is 1×10 18 cm −3 . Next, the n-GaAs layer 6 and the n-
AlGaAs layer 5 and n-GaAs layer 4 are removed to form gate electrode 7 made of Al. In this case, the n-GaAs layer 6 is side-etched so as not to contact the gate electrode. Before forming the gate electrode 7, ohmic electrodes 8 and 9 made of AuGe/Au are formed so as to reach the i-GaAs layer 2. In this structure, the 2DEG supply layer n-
n-GaAs layer 4 on AlGaAs layer 3 and n-
The thickness of the AlGaAs layer 5 is 150 and 50 Å, and the 2DEG has sufficient electron density due to this thickness, so
The source resistance R s does not increase. Moreover, the thickness of the gate electrode in contact with the side wall is 200 Å, and the parasitic gate capacitance C g ′ is small. Next, an outline of the process for producing an FET with this structure will be explained. In FIG. 2, 1 to 3 are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the heterojunction FET of the present invention. In FIG. 2, in step 1, ohmic electrodes 8 and 9 of AuGe/Au (200/2800 Å) are deposited and alloyed on the surface of the same layer structure as in FIG. 1 by molecular beam epitaxial growth (MBE) or the like. Next, a photoresistor 11 is applied, a gate formation region is opened, and n-etching is performed using a wet etching method using H 2 O 2 and NH 4 OH as an etchant.
The n-GaAs layer 6 is selected from the AlGaAs layer 5 and isotropically etched. This isotropic etching may be performed by RIE using CCl 2 F 2 as an etchant at a pressure of 30 Pa. In this isotropic etching, the progress of etching in the depth direction is prevented by the n-AlGaAs layer 5 as an etching stopper layer, so that the source resistance R s does not increase due to overetching. In FIG . 2 , the n-AlGaAs layer 5 and the n-
The GaAs layer 4 is anisotropically etched predominantly in the direction perpendicular to the substrate to expose the n-AlGaAs layer 3. In Figure 2 and 3, Al was deposited to a thickness of 4000 Å,
Gate electrode 7 is formed, and Al other than gate electrode 7 is
The layer is lifted off along with the photoresist 11 and removed. [Effects of the Invention] As explained in detail above, in the heterojunction FET in which the cap layer around the gate is side-etched according to the present invention, the reproducibility of recess etching is good, and the parasitic gate capacitance is reduced without increasing the source resistance Rs . Reduce C g ′ and improve gate breakdown voltage.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明のヘテロ接合FETの断面図、
第2図は1〜3は本発明のヘテロ接合FETの製
造工程を説明する断面図、第3図は従来例のヘテ
ロ接合FETの断面図、第4図は従来例の改良さ
れたヘテロ接合FETの断面図である。 図において、1はSI−GaAs基板、2は2DEG
発生層でi−GaAs層、3は2DEG供給層でn−
AlGaAs層、4は第1のキヤツプ層で第1のn−
GaAs層、5はエツチング阻止層で第2のn−
AlGaAs層、6は第2のキヤツプ層で第2のn−
GaAs層、7はAlよりなるゲート電極、8,9は
AuGe/Auよりなるオーミツク電極である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the heterojunction FET of the present invention.
In Fig. 2, 1 to 3 are cross-sectional views explaining the manufacturing process of the heterojunction FET of the present invention, Fig. 3 is a cross-sectional view of a conventional heterojunction FET, and Fig. 4 is a cross-sectional view of an improved conventional heterojunction FET. FIG. In the figure, 1 is SI-GaAs substrate, 2 is 2DEG
The i-GaAs layer is the generation layer, and the n-GaAs layer is the 2DEG supply layer.
AlGaAs layer 4 is the first cap layer and the first n-
GaAs layer, 5 is an etching stopper layer and the second n-
AlGaAs layer 6 is the second cap layer and the second n-
GaAs layer, 7 is a gate electrode made of Al, 8 and 9 are
This is an ohmic electrode made of AuGe/Au.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 半絶縁性ガリウム砒素基板1上に、真性ガリ
ウム砒素層2、第1のn型アルミニウムガリウム
砒素層3、第1のn型ガリウム砒素層4、第2の
n型アルミニウムガリウム砒素層5、第2のn型
ガリウム砒素層6を順次成長し、 ゲート形成領域の該第2のn型ガリウム砒素層
6をゲート形成領域より広く除去した後、ゲート
形成領域の該第2のn型アルミニウムガリウム砒
素層5および該第1のn型ガリウム砒素層4を除
去し、 露出した該第1のn型アルミニウムガリウム砒
素層3上にゲート電極7を形成し、 該ゲート電極7の両側に該ゲート電極7より離
れてオーミツク電極8,9を該真性ガリウム砒素
層2に届くように形成してなる ことを特徴とするヘテロ接合電界効果トランジス
タ。
[Claims] 1. On a semi-insulating gallium arsenide substrate 1, an intrinsic gallium arsenide layer 2, a first n-type aluminum gallium arsenide layer 3, a first n-type gallium arsenide layer 4, a second n-type aluminum After sequentially growing a gallium arsenide layer 5 and a second n-type gallium arsenide layer 6, and removing the second n-type gallium arsenide layer 6 in the gate formation region wider than the gate formation region, the second n-type gallium arsenide layer 6 in the gate formation region is removed. removing the n-type aluminum gallium arsenide layer 5 and the first n-type gallium arsenide layer 4; forming a gate electrode 7 on the exposed first n-type aluminum gallium arsenide layer 3; A heterojunction field effect transistor characterized in that ohmic electrodes 8 and 9 are formed on both sides apart from the gate electrode 7 so as to reach the intrinsic gallium arsenide layer 2.
JP61044118A 1986-03-03 1986-03-03 heterojunction field effect transistor Granted JPS62202564A (en)

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