JPH0715018A - 電界効果トランジスタ - Google Patents

電界効果トランジスタ

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JPH0715018A
JPH0715018A JP14242493A JP14242493A JPH0715018A JP H0715018 A JPH0715018 A JP H0715018A JP 14242493 A JP14242493 A JP 14242493A JP 14242493 A JP14242493 A JP 14242493A JP H0715018 A JPH0715018 A JP H0715018A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor substrate
compound semiconductor
metal layer
fet
effect transistor
Prior art date
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Pending
Application number
JP14242493A
Other languages
English (en)
Inventor
Hirokuni Tokuda
博邦 徳田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ゲート長を0.2μm以下にまで短縮しても
短チャネル効果が抑止され、更に高周波化、高利得化が
可能となる新規な構造の電界効果トランジスタを提供す
る。 【構成】 化合物半導体基板の一主面に形成された凹凸
部と、前記凹凸部における凸部上面と凹部底面、または
前記凸部上面と前記化合物半導体基板の他主面に夫々被
着され前記化合物半導体基板とオーミック接合をなす第
一の金属層と、前記凸部側面に被着され前記化合物半導
体基板をショツトキ接合をなす第二の金属層とを具備し
てなる電界効果トランジスタ。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電界効果トランジスタの
改良に関する。
【0002】
【従来の技術】GaAsをはじめとする化合物半導体を
用いた電界効果トランジスタ(以下FETと略記する)
は、マイクロ波無線通信システムのキーデバイスとして
広く利用されている。近年のFETの性能向上は目ざま
しく、高周波化、低雑音化、高出力化を目指して今もな
お改良が続けられている。FETの性能向上を図るため
にはいくつかの施策があるが、最も有効な方法はゲート
長の短縮である。ゲート長の短縮により、伝達コンダク
タンス(gm)が増加し、ゲート容量(Cgs)が低減
する結果、高周波化、高利得化が達成される。初期に実
用化されたFETのゲート長は0.5〜1μmが普通で
あったが、電子ビーム露光法を駆使した電極加工技術の
進展により、最近ではゲート長0.2μmのFETが実
用化されるに至っている。
【0003】ゲート長の短縮による性能向上を図る上で
問題となるのが「短チャネル効果」である。以下従来例
にかかるFETの問題点として、図4を参照して短チャ
ネル効果について詳述する。
【0004】図4は従来例に係るGaAs FETの断
面構造を示す図であって、図中101は半絶縁性GaA
s基板、102はチャネルとなるn型GaAs層、10
3,104はn型GaAs層102とオーミック接触を
なす各々ソース及びドレイン電極、105はn型GaA
s層102とショツトキ接合をなすゲート電極である。
図4に示すGaAs FETは、ドレイン電極104か
らソース電極103に流れる電流を、ゲート電極105
に印加する電圧(電界)によりn型GaAs層102中
に形成される空乏層により制御することをその動作原理
としている。
【0005】図4に示すGaAs FETにおいてゲー
ト長が短くなると、ゲート下の空乏層の形状が図中に実
線で示される半楕円形106から、破線で示される半円
形106aに近くなり、チャネル中の電流を制御する深
さ方向(図で下方向)の電界成分に比べて、ゲート端か
ら横方向(図で左右方向)に伸びる電界成分が無視し得
なくなる。このためチャネル中の電流をゲート電界で有
効に制御できなくなる。また、ゲート長を短縮すると、
チャネル下の基板側を流れる電流成分が、チャネル中を
流れる電流成分に比べて無視し得ないものとなり、この
場合にも、ゲート電流をゲート電界で制御できなくな
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたゲート長短
縮に伴って生じるゲート下の空乏層の形状効果及び基板
側への電流のしみ出し効果をまとめて短チャネル効果と
呼んでいる。短チャネル効果が生じると、チャネル電流
を有効にゲート電圧(電界)で制御できなくなるため、
ピンチオフ近傍のgmが低下し、ドレインコンダクタン
ス(gd)が増加する。この結果ゲート長を短縮すると
却って利得が低下し、雑音指数(NF)が増加するとい
う問題があった。
【0007】短チャネル効果を抑止するために従来行な
われている方法は、第一に空乏層の形状効果を緩和する
ためにゲート長の短縮に伴ってn型GaAs層を薄くか
つ高濃度にするという方法であり、第二には基板側を流
れる電流を低減させるために、基板とn型GaAs層と
の界面に例えばp型GaAs層等のポテンシャル障壁と
なる層を挿入する方法である。しかしながら第一の方法
においては、n型GaAs層の高濃度薄層化により、ソ
ース、ドレインのオーミック接触抵抗が増大し、またゲ
ート、ソース間の耐圧が低下するという問題が生じる。
また、第二の方法では、p型GaAs層の挿入によりn
型GaAs層とでpn接合が形成される結果、浮遊容量
が増加するという問題が生じる。
【0008】以上詳述したように、図4に示す従来構造
のFETにおいては、ゲート長の短縮により性能向上を
図るという方法は、短チャネル効果が障害となって限界
に近づきつつあるのが実状であった。
【0009】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
であって、ゲート長を0.2μm以下にまで短縮しても
短チャネル効果が抑止され、更に高周波化、高利得化が
可能となる新規な構造の電界効果トランジスタを提供す
ることを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係る電界効果ト
ランジスタは、化合物半導体基板の一主面に形成された
凹凸部と、前記凹凸部における凸部上面と凹部底面、ま
たは前記凸部上面と前記化合物半導体基板の他主面に夫
々被着され前記化合物半導体基板とオーミック接合をな
す第一の金属層と、前記凸部側面に被着され前記化合物
半導体基板とショツトキ接合をなす第二の金属層とを具
備したことを特徴とする。また、前記凸部上面に被着さ
れた金属層がドレイン電極、前記凹部底面または前記化
合物半導体基板の他主面に被着された金属層がソース電
極、前記凸部側面に被着された金属層がゲート電極であ
ることを実施態様としている。
【0011】
【作用】上記構成の電界効果トランジスタにあっては、
化合物半導体基板の一主面に形成された凹凸部の凸部側
面にゲート電極を設けたことにより、ゲート長を短くで
きるとともに、ゲート長短縮により生じる短チャネル効
果を抑制できる結果、FETの高周波化、高利得化が可
能になる。
【0012】
【実施例】(実施例1)以下本発明の実施例につき図面
を参照して説明する。
【0013】図1は本発明にかかるFETの第一の実施
例を示すFETの断面図であって、図中1は半絶縁性G
aAs基板、2はn型GaAs層、3、4は各々ソース
及びドレイン電極、5はゲート電極を示す。図におい
て、ソース及びドレイン電極3、4は、n型GaAs層
2とオーミック接合を形成し、またゲート電極5はn型
GaAs層2とショツトキ接合を形成している。
【0014】図1に示すFETにおいて、ソース電極3
が接地電位、ドレイン電極4が正電位、ゲート電極5が
負電位になるようにバイアスを印加すると、ドレイン電
極流4よりソース電極3に向かってドレイン電流が流れ
(図中矢印で示す)、この電流がゲート電極5より伸び
る空乏層6により制御される。図1に示す本発明に係る
FETにおいては、ドレイン電流通路に半絶縁性基板が
存在しないため、短チャネル効果の一つの原因であった
基板側への電流成分が完全に抑止される。また短チャネ
ル効果の他の原因であった空乏層の形状効果について
も、本発明にかかるFETにおいては、ゲート下の空乏
層が凸部両面側から伸びるために、チャネル厚み(図中
Wで示す)を従来構造のFETに比べて厚く設計できる
ため、ドレイン電流を同一にするという条件で比較する
と、短チャネル効果は大幅に軽減される。さらに本発明
に係るFETでは、ゲート長(図中lで示す)が、ほぼ
凹凸の溝の深さで決められるため、従来構造のFETで
は形成が極めて困難であったゲート長0.1μm以下と
いった極短ゲートのFETもエッチング深さを制御する
だけで容易に製造することが可能である。
【0015】(実施例2)本発明の第2の実施例を図2
に示す。図2において、10はn型GaAs基板、13
はソース電極、14はドレイン電極、15はゲート電極
を各々示す。図2に示すFETも図1に示したFETと
バイアス電圧印加方法、動作原理は全く同じであるが、
半絶縁性GaAs基板にかわり、n型GaAs基板を用
い、また、ソース電極13を凹部底面にかわりGaAs
基板裏面に配置する点が異なる。図2に示す構造のFE
Tにおいては、図1を用いて説明した如く、短チャネル
効果が従来のFETに比べて抑止されることは勿論であ
るが、これに加えて、基板裏面がそのまま接地電極とな
るため、バイアホールによりソース電極と基板裏面を電
気的に接続する必要がなくなり、電力FETやMMIC
を製造する場合に大きな利点となる。
【0016】(実施例3)図3に本発明にかかる第3の
実施例のFETを断面図で示す。
【0017】図3において、21は半絶縁性GaAs基
板、22はn+ 型GaAs層、27はアンドープGaA
s層、28はn+ 型AlGaAs層、29はn+ 型Ga
As層、23,24は各々ソース及びドレイン電極、2
5はゲート電極を示す。第3の実施例も第1の実施例と
動作原理は同じであり、従って短チャネル効果が抑止さ
れることは勿論であるが、第3の実施例では第1実施例
のn型GaAs層2(図1)にかわり、n+ AlGaA
s層28とアンドープGaAs層27とのヘテロ接合界
面を電流チャネルとして用いており、高電子移動度トラ
ンジスタ(HEMT)の改良型と見なすことができる。
図3のFETにおいては、短チャネル効果の抑止とHE
MTがもつ高電子移動度という二つの効果により、従来
型のFETに比べて動作周波数が飛躍的に向上する。
【0018】なお上述した第1〜第3の実施例において
は化合物半導体基板としてGaAsを用いる場合につい
て例示したが、本発明は何らこれに限定されるものでは
なく、他の化合物半導体、例えばInPを用いる場合に
も広く適用することが可能である。
【0019】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、従
来構造のFETでは避けることが困難であったゲート長
の短縮に伴って問題となる短チャネル効果を抑止できる
ため、FETの高周波化、高利得化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る実施例1のFETを説明するため
の断面図。
【図2】本発明に係る実施例2のFETを示す断面図。
【図3】本発明に係る実施例3のFETを示す断面図。
【図4】従来例のFETを説明するための断面図。
【符号の説明】
1、21、101 半絶縁性GaAs基板 2、102 n型GaAs層 3、13、23、103 ソース電極 4、14、24、104 ドレイン電極 5、15、25、105 ゲート電極 6、106、106a 空乏層 10 n型GaAs基板 22、29 n+ 型GaAs層 27 アンドープGaAs層 28 n+ 型AlGaAs層

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 化合物半導体基板の一主面に形成された
    凹凸部と、前記凹凸部における凸部上面と凹部底面、ま
    たは前記凸部上面と前記化合物半導体基板の他主面に夫
    々被着され前記化合物半導体基板とオーミック接合をな
    す第一の金属層と、前記凸部側面に被着され前記化合物
    半導体基板とショツトキ接合をなす第二の金属層とを具
    備してなる電界効果トランジスタ。
  2. 【請求項2】 前記凸部上面に被着された金属層がドレ
    イン電極、前記凹部底面または前記化合物半導体基板の
    他主面に被着された金属層がソース電極、前記凸部側面
    に被着された金属層がゲート電極であることを特徴とす
    る請求項1に記載の電界効果トランジスタ。
JP14242493A 1993-06-15 1993-06-15 電界効果トランジスタ Pending JPH0715018A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008022029A (ja) * 2002-04-30 2008-01-31 Furukawa Electric Co Ltd:The GaN系半導体装置及びIII−V族窒化物半導体装置
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JP2017130579A (ja) * 2016-01-21 2017-07-27 ソニー株式会社 半導体装置、電子部品、電子機器、および半導体装置の製造方法

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