JPH06283552A - 化合物半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

化合物半導体装置およびその製造方法

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JPH06283552A
JPH06283552A JP5067219A JP6721993A JPH06283552A JP H06283552 A JPH06283552 A JP H06283552A JP 5067219 A JP5067219 A JP 5067219A JP 6721993 A JP6721993 A JP 6721993A JP H06283552 A JPH06283552 A JP H06283552A
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JP
Japan
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electrode
conductive layer
compound semiconductor
layer
gaas
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JP5067219A
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English (en)
Inventor
Koji Watanabe
厚司 渡邊
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 導電層と基板間での寄生容量や電流を低減
し、また化合物半導体特有のサイドゲート効果を抑制す
る。 【構成】 導電層であるn型GaAs層4の下部の半絶
縁性GaAs基板1に空洞10を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、通信機器や情報処理
機器に用いられる超高速電界効果型トランジスタやダイ
オード、あるいはそれらの素子によって構成されるIC
やLSIなどの化合物半導体装置およびその製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の技術を図5に示すGaAsMES
FETを例にとり説明する。GaAsMESFETは、
半絶縁性GaAs基板51上に選択的に導電層52をエ
ピタキシャル成長法あるいはイオン注入法で形成した
後、ゲート電極となる第1の電極53を、蒸着とリフト
オフによるTi/Auの2層金属膜で形成する。その
後、オーミック電極となる第2の電極54をNi/Au
Ge/Auで形成してMESFETを完成する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】GaAsMESFET
は、第1の電極53に電圧を印加しそれにより第1の電
極53直下の導電層52の空乏層の大きさを変化させ
て、2つの第2の電極54間を流れる電流を変調するも
のである。従来の技術による場合、導電層52は半絶縁
性GaAs基板51上にあるため導電層52と半絶縁性
GaAs基板51との界面にn−i接合が形成される。
【0004】このようなn−i接合の容量は寄生容量と
して特に高周波動作時の妨げとなる。また、従来の技術
では、第1の電極53の幅が細くなる、いわゆるゲート
長が短くなると、第2の電極54間に印加された電圧に
よる電界がより高くなり、導電層52を空乏化させて電
流をしぼった場合、いわゆるピンチオフ状態にしてもn
−i界面付近で電流が流れてしまうと言う、いわゆる短
チャネル効果が起きる問題もあった。
【0005】さらには、化合物半導体の場合、このよう
な構造のMESFETを集積回路に応用すると、回路を
構成する他の電極55に負の電圧を印加したときに半絶
縁性基板を介して近接するMESFETの導電層52が
変調され第2の電極54間を流れる電流が小さくなると
いう、いわゆるサイドゲート効果が現れるという問題も
ある。
【0006】これらの問題は化合物半導体の特性上の不
安定要因となり半導体素子の設計に妨げとなるものであ
った。また、GaAsMESFETは、導電層52の上
に形成された第1の電極53のみで導電層52を変調す
るものであるため、電流駆動能力、いわゆる相互コンダ
クタンスを大きくするためには、導電層52のキャリア
濃度を高くして浅くする必要がある。
【0007】しかし、GaAsMESFETは第1の電
極53と導電層52の間にショットキー型接合を用いて
いるためキャリア濃度を高くするとショットキー接合の
耐圧が低くなり、高電圧動作に耐えられなくなる。逆
に、たとえばGaAsの場合、導電層52のキャリア濃
度は、ショットキー接合の耐圧の関係上高々2×1017
cm-3程度であり、電流を必要とする高電力FETでは
導電層52を深くせざるを得なくなり電流駆動能力に限
界が生ずるという問題となっている。
【0008】この発明の目的は、寄生容量を低減して高
速性を向上させ、短チャネル効果を改善し、さらにサイ
ドゲート効果を無くすことである。この発明の他の目的
は、電流駆動能力を向上させることである。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の化合物半
導体装置は、化合物半導体基板の一主面上に選択的に形
成された導電層と、この導電層上の一部に形成された第
1の電極および第2の電極とを備え、導電層の下部が除
去されている。請求項2記載の化合物半導体装置の製造
方法は、請求項1記載の化合物半導体装置の製造方法で
あって、導電層の周囲の一部を選択的に除去して溝を形
成し、この溝の側部を保護膜で覆い、溝を介して導電層
の下部を除去することを特徴とする。
【0010】請求項3記載の化合物半導体装置の製造方
法は、請求項1記載の化合物半導体装置の製造方法であ
って、第1および第2の電極を形成した後、化合物半導
体基板の裏面の全部あるいは一部を導電層が露出するま
で除去することを特徴とする。請求項4記載の化合物半
導体装置は、請求項1記載の化合物半導体装置であっ
て、第1の電極と対応する導電層の反対面に第3の電極
を形成したことを特徴とする。
【0011】
【作用】この発明によれば、導電層の直下の半絶縁性基
板を除去することにより、導電層の下は何も接触するも
のが無くなるため、寄生容量が無くなり、高速性を向上
でき、短チャネル効果を改善でき、さらにサイドゲート
効果を無くすことができる。
【0012】また、第1の電極と対応する導電層の反対
面に第3の電極を形成したことにより、第1の電極と同
時に第3の電極で導電層を上下から変調することが可能
になる。
【0013】
【実施例】この発明の第1の実施例について説明する。
図1(a)〜(f)は、GaAsヘテロMESFETの
製造工程順の断面図、図2(a)は図1(e)の平面
図、図2(b)は図2(a)のb−b断面図である。図
1(a)において、まず、半絶縁性GaAs基板1上に
MBE法等でGaAsバッファ層2、ノンドープAlG
aAs層3、n型GaAs層4、ノンドープAlGaA
s層5、n+ 型GaAs層6を、それぞれ、500n
m、10nm、100nm、10nm、50nmの厚さ
でエピタキシャル成長させる。このときn型GaAs層
4およびn+ 型GaAs層6のキャリア濃度は、それぞ
れ、2×1017cm-3と5×1018cm-3である。
【0014】図1(b)において、フォトリソグラフィ
とそれに続くウェットエッチングによりメサエッチング
を200nmの深さで行い、幅50μmの導電層の島を
形成して素子間の分離を行う。図1(c)において、基
板表面全体にプラズマCVD法により200nmの厚さ
のSiN膜7を形成した後、フォトリソグラフィとそれ
に続くドライエッチングにより導電層の島の脇の2箇所
に、長さ幅とも10μm、深さ200nmで基板に垂直
に溝8を掘る(図2(a),(b)参照)。
【0015】図1(d)において、再度基板全体に20
0nmのSiN膜を堆積した後、ドライエッチング法に
より、SiNの側壁9を形成する(図2(b)参照)。
図1(e)において、クエン酸を用いてウェットエッチ
ングを行い2箇所の溝8がつながるようにGaAsバッ
ファ層2およびGaAs基板1をエッチングする。その
際、ノンドープAlGaAs層3は、エッチングのスト
ッパとなるのでノンドープAlGaAs層3や導電層と
なるn型GaAs層4より上の層はそのまま残る。こう
して空洞10を形成する(図2(b)参照)。
【0016】図1(f)において、樹脂(図示せず)で
溝8を埋めた後、オーミック電極となる第2の電極11
をAuGe/Ni蒸着とリフトオフにより形成し、その
後に、フォトリソグラフィとリン酸を用いたウェットエ
ッチングによりn+ 型GaAs層6をリセスエッチング
して、Ti/Au蒸着によりゲート電極となる第1の電
極12を形成する。
【0017】この実施例では、ヘテロエピタキシャル基
板を用いたが、イオン注入によるGaAsMESFET
でもかまわない。また、MESFETに限らずプレーナ
型のダイオードでも利用可能である。なお、図1(f)
において、樹脂を埋め込む際、高圧を加えて空洞10の
部分に樹脂を充填することも可能である。
【0018】つぎに、この発明の第2の実施例について
説明する。図3は、その工程順断面図である。図3
(a),(b)は先の実施例と同様である。図におい
て、21は半絶縁性GaAs基板、22はGaAsバッ
ファ層、23はノンドープAlGaAs層、24はn型
GaAs層、25はノンドープAlGaAs層、26は
+型GaAs層、27は第2の電極、28は第1の電
極、29はSi基板、31はSiN膜である。
【0019】図3(c)において、オーミック電極とな
る第2の電極27をAuGe/Ni蒸着とリフトオフに
より形成し、その後に、フォトリソグラフィとリン酸を
用いたウェットエッチングによりn+ 型GaAs層26
をリセスエッチングして、Ti/Au蒸着によりゲート
電極となる第1の電極28を形成する。図3(d)にお
いて、基板1を別のSi基板29に、表面どうしを合わ
せて接合した後、研磨およびウェットエッチングにより
半絶縁性GaAs基板1とGaAsバッファ層22の境
界付近までエッチングする。
【0020】図3(e)において、フォトリソグラフィ
とクエン酸によるウェットエッチングによりGaAsバ
ッファ層22を選択的に除去してノンドープAlGaA
s層23の一部を露出させてFETを完成する。第1の
電極28および第2の電極27の配線については、図3
(d)の工程前に形成しておいても良いし、Si基板2
9に予め配線を形成しておいてそこにつなぎ合わせるよ
うに基板をアライメントして張り合わせてもよい。
【0021】第1および第2の実施例では、寄生容量が
減少するため高速性が20%増加し、短チャネル効果に
よるしきい値電圧のシフトも1/3以下に減少した。ま
た、サイドゲート効果も無くなった。この発明の第3の
実施例を図4に示す。図において、32はGaAsバッ
ファ層、33はノンドープAlGaAs層、34はn型
GaAs層、35はノンドープAlGaAs層、36は
+ 型GaAs層、37は第2の電極、38は第1の電
極、39はSi基板、40は第3の電極、41はSiN
膜である。この実施例は、図3(e)の工程後に蒸着に
よりTi/Auの第3の電極40を形成したものであ
る。この実施例ではより高い電力を得るため、n型Ga
As層の厚みを150nmとしている。この実施例で
は、相互コンダクタンスが1.5倍以上になり電流駆動
能力が向上した。
【0022】なお、この実施例では、ヘテロエピタキシ
ャル基板を用いたが、イオン注入によるGaAsMES
FETでも実施できる。
【0023】
【発明の効果】この発明によれば、寄生容量が低減し、
高速性が増し、短チャネル効果によるしきい値電圧のシ
フトも減少することができる。また、この素子を用いた
集積回路においては、サイドゲート効果を無くすことが
できる。さらに、相互コンダクタンスが増大し電流駆動
能力が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(f)は、この発明の第1の実施例の
GaAsヘテロFETの製造工程順断面図である。
【図2】(a)は図1(e)の平面図、(b)は(a)
のb−b断面図である。
【図3】(a)〜(e)は、この発明の第2の実施例の
GaAsヘテロFETの製造工程順断面図である。
【図4】この発明の第3の実施例のGaAsヘテロFE
Tの断面図である。
【図5】従来のGaAsMESFETの断面図である。
【符号の説明】
1 半絶縁性GaAs基板 2 GaAsバッファ層 3 ノンドープAlGaAs層 4 n型GaAs層 5 ノンドープAlGaAs層 6 n+ 型GaAs層 7 SiN膜 8 溝 9 SiNの側壁 10 空洞 11 第2の電極 12 第1の電極 29 Si基板 39 Si基板 40 第3の電極

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化合物半導体基板の一主面上に選択的に
    形成された導電層と、この導電層上の一部に形成された
    第1の電極および第2の電極とを備え、前記導電層の下
    部が除去されている化合物半導体装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の化合物半導体装置の製造
    方法であって、導電層の周囲の一部を選択的に除去して
    溝を形成し、前記溝の側部を保護膜で覆い、前記溝を介
    して前記導電層の下部を除去することを特徴とする化合
    物半導体装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の化合物半導体装置の製造
    方法であって、第1および第2の電極を形成した後、化
    合物半導体基板の裏面の全部あるいは一部を導電層が露
    出するまで除去することを特徴とする化合物半導体装置
    の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の化合物半導体装置であっ
    て、第1の電極と対応する導電層の反対面に第3の電極
    を形成した化合物半導体装置。
JP5067219A 1993-03-26 1993-03-26 化合物半導体装置およびその製造方法 Pending JPH06283552A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007165638A (ja) * 2005-12-14 2007-06-28 Fujitsu Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2010098251A (ja) * 2008-10-20 2010-04-30 Fujitsu Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2014060427A (ja) * 2013-11-11 2014-04-03 Fujitsu Ltd 半導体装置及びその製造方法

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