JPH033336A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH033336A
JPH033336A JP13603689A JP13603689A JPH033336A JP H033336 A JPH033336 A JP H033336A JP 13603689 A JP13603689 A JP 13603689A JP 13603689 A JP13603689 A JP 13603689A JP H033336 A JPH033336 A JP H033336A
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semiconductor device
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渕上 伸隆
Shinichiro Takatani
信一郎 高谷
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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〕 エピタキシャル成長で動作層を形成する電界効果トラン
ジスタを有する半導体装置に関する。
〔従来の技術〕
従来、化合物半導体素子は半絶縁性基板−1−に形成す
る為、di rfjからの基板バイアス効果は考慮され
ておらず、半絶縁性基板を流れるリーク電流についての
研究も素子間が中心であった。これは、索p間隔が数μ
mのオーダーであるのに対して。
素子と裏面との間隔は500〜1000μmもある為で
ある。
半絶縁性基板上の素子間を高抵抗化する従来例としては
、Na2S2  応用電子物性分科会講演会矛禍集(1
981)、第21頁から第24 Rにおいて、Crイオ
ンの注入によって素子間に深い準位を形成し、高抵抗化
を図る方法が論じられている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は半絶縁性基板上の素子間での高抵抗化に
関するものであり、索子と基板失血での高抵抗化に関し
ては何の配慮もなされていない。
又、導電性の基板を用いるSi半導体で問題とされる基
板バイアス効果は、半絶縁性基板を用いる化合物半導体
の肚SNET(Metal Sem1condvcto
rField Effect Transistor)
 、J F E ’l’(JunctionField
  旦ffect  工ransJ、s  tor) 
 、  MISFET  (MetalInsulat
or 5etrriconductor PET)、H
EM ’1’ (Highl:1ectron Mob
ility Transistor)等では配慮されて
いない。
ところで、MH8FHTやJ FE’l’等ではチャネ
ルを流れる電子の基板方向への廻り込みといった2次元
効果の抑制や、ソフトエラーの原因となるα線で誘起さ
れる電荷の低減の目的で動作層と逆の導電型をもつ層を
動作層の下に設けるようになった。
GaAsMBSFIETにおいては、「埋込2層」とし
て知られているが、との埋込2層の形成によって半絶縁
性基板が低抵抗化し、裏面からの基板バイアス効果に対
して脆弱化するという問題が発生することがわかった。
第2図にGaAsMHSFETを例にとって、閾値電圧
(Vth)の基板バイアス効果を示す。
(A)は埋込2層がない場合、(B)は埋込2層を設け
た場合で、pλlIのアクセプタ濃度を大きくすれば基
板バイアスによる閾値車圧の変動は更に大きくなる。基
板結晶はどちらもアンドープのGaAs結晶で、厚さは
約500μmである。
単導体装置では基板中の浮遊電荷が誤動作を起こさない
ように裏面を接地して使用するので、半導体装置中のF
ET−J4子は回路に応じて様々な電位をとっている。
従って基板電位による閾値電圧の変動が大きい場合は、
FET側からみた基板の電位(実際には基板は接地され
ており、FE Tの方が回路に応じた電位をとっている
。)によって閾値電圧が設計値からずれ、正常な回路動
作を困難にする。
そこで、本発明の目的は、裏面からの電圧による閾値電
圧の変動(基板バイアス効果)を小さくし、安定な回路
動作を0f能とする半導体装置を堤供することを目的と
する。
〔課題を解決するための手段〕
上記目的を達成する為に、基板上の素子と基板の裏面と
の間に中間層として高抵抗層を設けることとしたもので
ある。上記高抵抗層の形成方法としては、電子をトラッ
プする為の深い準位を形成する不4A物原子をドープす
る方法の他に、化合物半導体装置においては組成のスト
イキオメトリ−ずれを利用する方法、エピタキシャル成
長の際の混晶化を調整する方法がある。
【作用〕
一例として、基板上にエピタキシャル成長によって、バ
ッファ層、p層、動作層を積み重ねることで素子を形成
する半導体装置において、バッファ層の下、或いは上に
設ける深い準位を有する中間層は、基板の裏面から素子
へ、或いは素子から基板の裏面へ注入されるキャリアを
捕獲して基板の裏面と素子との間のアイソレーションを
向上させ、基板バイアス効果を低減する。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例としてエピタキシャル成長で動
作層を形成するG a A s  MH5FMT(Me
talSqmicondvctor Field fE
ffect Transistor)の場合を第1図に
より説明する。
半絶縁性G a A s J、G扱1上に、バッファ層
3゜埋込p層4.動作層5を順にエピタキシャル成長で
積み重ねていくことで製造するNビS F h Tにお
いて。
故意に深い準位を有する中間層2をバッファ層3の下(
第1図(a))、或いは上(第1図(b))に設ける。
バッファ層3はアンドープのG a A sで、厚さは
約400nm、埋込p層4はアクセプタ不純物として、
Beイオンを約3X10”cm−δドープして厚さは約
300nmである。動作層5はドナー不純物として、S
i÷イオンを約2X1018■−8ドープして厚さは約
30nmである。
故意に深い準位を有する中間層2として、Crイオンを
約5 X 10 ”>−8ドープしたGaAsを使い、
厚さは約400nmである。Crイオンの濃度が大きい
程、転位や格子歪みといった欠陥を誘起して、該層上に
成長させるバッファ層や動作層の結晶品質を劣化させる
。但し、不純物濃度が少ない程、高抵抗化の効果は小さ
くなる0本実施例で用いた5 X 1018cxn−”
という値は、市販のHB (Horizontal B
ridgeman)法による半絶縁性GaAs基板中の
残留erg度が3〜9×101BCIll −”である
ので、これより1桁大きい値として選んだものであり、
これより増やすことも減らすことも可能である。
動作層5は、F E Tのチャネル層となる領域だけ残
して、その他の領域ではウェット・エツチングによって
除去する。ゲートの材料としてWSi(タングステン・
シリサイド)をスパッタ蒸着した後、ドライ・エツチン
グで加工して、ゲート7を形成する。
ソース、ドレインとして、n÷−G a A s 6 
 をMOCVD (有機金属化学気相成長法)で選択成
長させて形成する。ドナー不純物としてSiを約3X1
0L’ローδドープする。n十層6の厚さは約300n
mである。ソース、ドレインのオーミック電極8として
A u G eをリフトオフ法によって被着する。この
後、電極の配線を行なうことで本発明によるGaAsM
ESFf!Tを用いた半導体装置は完成する。
本実施例での基板バイアスに対する閾値電圧の変化を示
したものを第2図の(c)に示す。(B)の場合よりも
改善されたことがわかる。
本発明の他の実施例として、G a A s以外の化合
物半導体、或いはSiやGo等の半導体を用いることは
可能であり、又、MESl−’E’l’以外にもMIS
)’ET、IGI−’ET、JFET等に適用すること
も可能である。半導体基板1は、アモルファス基板、或
いはガラス基板とすることも可能である。
故意に深い準位を有する中間層2として、Orイオン以
外に、Fe、Niイオン、或いは酸素イオンをドープす
ることで形成することは可能であり、2種以上のイオン
をドープすることで形成することも’nf能である。
バッファ層3と動作層5をl1l−V系の化合物半導体
より形成する半導体装置においては、バッファ層3をエ
ピタキシャル成長で形成させる際に、組成比を調整して
ストイキオメトリ−をずらして高抵抗化する層を付随的
に形成することで中間層2とすることも可能である0例
えばGaAs半導体においてはM OV P E (M
olecular Vapor PhaseEpita
xy)法やM B E (Molecular Bea
mヒpitaxy)法でバッファ層3を形成する際に1
部をAsが過剰なノンストイキオメトリ−層とすること
で高抵抗の中間層2を形成する。
バッファ層3を3種以上の元素からなる化合物半導体よ
り形成する場合は、混晶を構成する混晶比を調整するこ
とで高抵抗層を形成することができ、バッファ層3形成
の際にバッファ層と混晶化の異なる高抵抗層を付随的に
形成することで中間層2とすることも口J能である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、基板と素子との間のアイソレーション
を向上できるので基板バイアス効果を低減する効果があ
る。
基板バイアス効果の低減によって、回路に使用されてい
るF’ E ’I’が回路中での電位によって異なる特
性をもつことが少なくなり、回路の信頼性を向上できる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図<a>および第1154(b)は各々本発明の一
実施例のエピタキシャル成長で作るG a A sM 
E S ?’ ETの断面図で、第1図(a)はバッフ
ァ層の上に中間層を設けた場合の断面図、第1図(b)
はバッファ層の下に中間層を設けた場合の断面図第2図
は本発明および従来技術において裏面電圧を変えた時の
閾値電圧の変動を示す図であり、(A)は従来技術で埋
込pMのない場合、(B)は従来技術で埋込2層がある
場合、(C)は本発明である。 1・・・半導体基板、2・・・中間層、3・・・緩衛層
(i −G a A s ) 、 4− p −G a
 A s、5−1jr作層(n−G a A s ) 
、  6−オーミック層(y1+−にaAs)、′l・
・・ゲート電極、8・・・オーミック電極。 ■ 2 図 2 一! θ 基オ反/Yイ了久 (V)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、半導体基板上にエピタキシャル成長で形成する動作
    層を有する電界効果トランジスタにおいて、上記半導体
    基板と上記動作層の間に高抵抗中間層を設けることを特
    徴とする半導体装置。 2、特許請求の範囲第1項記載の半導体装置において、
    上記中間層は深い準位を有する層、2種以上の元素から
    なる半導体のストイキオメトリーを故意に壊した層、3
    種以上の元素からなる半導体の混晶比を上記半導体基板
    、或いは上記動作層と異ならした層から成る群から選ば
    れた一種である半導体装置。 3、特許請求の範囲第2項記載の半導体装置において、
    上記動作層は化合物半導体である半導体装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6420775B1 (en) 1996-02-29 2002-07-16 Nec Corporation Compound semiconductor device having an ion implanted defect-rich layer for improved backgate effect suppression
JP2011249776A (ja) * 2010-04-30 2011-12-08 Sumitomo Chemical Co Ltd 半導体基板、半導体基板の製造方法、電子デバイス、および電子デバイスの製造方法

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