JPH10270462A - Field effect transistor - Google Patents

Field effect transistor

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JPH10270462A
JPH10270462A JP9075233A JP7523397A JPH10270462A JP H10270462 A JPH10270462 A JP H10270462A JP 9075233 A JP9075233 A JP 9075233A JP 7523397 A JP7523397 A JP 7523397A JP H10270462 A JPH10270462 A JP H10270462A
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JP
Japan
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conductivity type
layer
type
drain region
region
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JP9075233A
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Japanese (ja)
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Kazuaki Kunihiro
和明 國弘
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NEC Corp
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NEC Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent deterioration of operating speed and improve frequency dispersion of drain conductance and drain lag, by a method wherein a second conductivity type semiconductor layer is not formed in a part just under a first conductivity type drain region. SOLUTION: This transistor is provided with the following; a heavily doped N-type source region 4s linked with a lightly doped N-type source region 5s, a heavily doped N-type drain region 4d linked with lightly doped N-type drain region 5d, and a source electrode 7s and a drain region 7d which make ohmic contact with the heavily doped N-type source region 4s and the heavily doped N-type drain region 4d, respectively. The heavily doped N-type source region 4s and the lightly doped N-type drain region 5d are formed in the surface part of a p-type semiconductor layer 8A, which is not formed on the bottom surface of the heavily doped N-type drain region 4s. Thereby, deterioration of operating speed is prevented, and frequency dispersion of drain conductance and drain lag can be improved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電界効果トランジ
スタの構造に関する。
The present invention relates to a structure of a field effect transistor.

【0002】[0002]

【従来の技術】ガリウム砒素(GaAs)MESFET
(メタル・セミコンダクタFET((Metal Se
miconductor FET))やHJFET(ヘ
テロジャンクションFET(Heterojuncti
on FET))は、GaAsがシリコン(Si)に比
べ高い電子移動度を有するという特徴を生かして、高速
・低消費電力ICやマイクロ波・ミリ波帯高出力用素子
として精力的に研究・開発が進められてきた。特に近
年、低消費電力が要求される携帯機器の普及や無線通信
の応用領域の拡大により、GaAs FETの需要はま
すます高まってきている。
2. Description of the Related Art Gallium arsenide (GaAs) MESFET
(Metal Semiconductor FET ((Metal Se
HFET (heterojunction FET) and HJFET (heterojunction FET).
on FET)) is a vibrant research and development of high-speed, low-power ICs and high-output devices in the microwave and millimeter-wave bands, taking advantage of the fact that GaAs has a higher electron mobility than silicon (Si). Has been advanced. In particular, in recent years, the demand for GaAs FETs has been increasing more and more due to the spread of portable devices requiring low power consumption and the expansion of application fields of wireless communication.

【0003】GaAsFETは、通常、半絶縁性基板上
に形成される。半絶縁性基板を使用することは、寄生容
量を減らし素子を高速動作させるという観点からは、G
aAsFETの利点といえる。しかしその一方で、半絶
縁性基板は素子の不安定動作を引き起こす。半絶縁性基
板は、浅い不純物準位を深い不純物準位(トラップ)で
補償することによって得られる。基板中に含まれる深い
不純物準位は、キャリアの捕獲・放出に素子の動作速度
に比べ非常に長い時間を要するので、低周波におけるド
レインコンダクタンスの周波数分散やドレイン電流の応
答遅れ(ドレインラグ)が生じ、素子の実用上大きな問
題となっていた。
[0003] GaAs FETs are usually formed on a semi-insulating substrate. The use of a semi-insulating substrate reduces G from the viewpoint of reducing parasitic capacitance and operating the element at high speed.
This is an advantage of aAsFET. However, on the other hand, the semi-insulating substrate causes unstable operation of the device. A semi-insulating substrate is obtained by compensating for shallow impurity levels with deep impurity levels (traps). Since the deep impurity level contained in the substrate requires much longer time to capture and emit carriers than the operation speed of the device, the frequency dispersion of the drain conductance at a low frequency and the response delay (drain lag) of the drain current are reduced. This caused a serious problem in practical use of the device.

【0004】従来、こうした問題を解決するために、半
絶縁性基板と能動層との間にp型埋め込み層を設け、基
板中のトラップ電荷の変化が直接能動層に伝わらないよ
うにするという技術がしばしば用いられてきた。
Conventionally, in order to solve such a problem, a technique is provided in which a p-type buried layer is provided between a semi-insulating substrate and an active layer so that changes in trapped charges in the substrate are not directly transmitted to the active layer. Has often been used.

【0005】図6は従来のp型埋め込み層を有するME
S FETを示す断面図である。
FIG. 6 shows a conventional ME having a p-type buried layer.
It is sectional drawing which shows SFET.

【0006】半絶縁性GaAs基板1にボロン・イオン
の注入を利用して絶縁領域2を形成して活性領域を区画
し、ベリリウム・イオンの注入を利用してp型埋め込み
層8を形成し、シリコン・イオンの注入を利用してn型
チャネル層3を形成し、ゲート電極6を形成し、高濃度
ドレイン領域4d,高濃度ソース領域4s,低濃度ドレ
イン領域5d,低濃度ソース領域5s,ドレイン電極7
d,ソース電極7sを形成する。p型埋め込み層8は高
濃度ソース領域4sとPN接合による容量結合や漏れ電
流により結合しているのでその電位は固定される。それ
によって周波数分散やドレインラグが改善される。
An insulating region 2 is formed in a semi-insulating GaAs substrate 1 using boron ion implantation to divide an active region, and a p-type buried layer 8 is formed using beryllium ion implantation. An n-type channel layer 3 is formed using silicon ion implantation, a gate electrode 6 is formed, and a high-concentration drain region 4d, a high-concentration source region 4s, a low-concentration drain region 5d, a low-concentration source region 5s, and a drain are formed. Electrode 7
d, forming a source electrode 7s; Since the p-type buried layer 8 is coupled to the high-concentration source region 4s by capacitive coupling due to the PN junction and leakage current, the potential is fixed. Thereby, frequency dispersion and drain lag are improved.

【0007】図7は、従来のp型埋め込み層を有するH
JFETを示す断面図である。
FIG. 7 shows a conventional H type having a p-type buried layer.
It is sectional drawing which shows a JFET.

【0008】半絶縁性GaAs基板101上にノンドー
プバッファ層120(高純度GaAs層)、p型埋め込
み層108(p型GaAs層)、高純度のノンドープG
aAs層121、n型電子供給層122(n型Alx
1-x As(例えばx=0.5))が順次にエピタキシ
ャル成長されている。102は活性領域を区画する絶縁
領域、106はn型電子供給層122のリセス部に設け
られたゲート電極、104dはn型ドレイン領域(n+
型GaAs層)、104sはn型ソース領域(n+ 型G
aAs層)、107dはドレイン電極、107sはソー
ス電極、103はチャネル層(2次元電子ガス層)であ
る。p型埋め込み層108は、n型ソース領域104s
と寄生結合や漏れ電流により結合してその電位は固定さ
れる。チャネル層が形成されるノンドープGaAs層1
21と半絶縁性GaAs基板101との間にはノンドー
プバッファ層120が介在しているが、その厚さが1μ
m程度では半絶縁性GaAs基板中の深い不純物準位の
影響を防止できないので、p型埋め込み層を設けなけれ
ばならない。
On a semi-insulating GaAs substrate 101, a non-doped buffer layer 120 (high-purity GaAs layer), a p-type buried layer 108 (p-type GaAs layer), a high-purity non-doped G
aAs layer 121, n-type electron supply layer 122 (n-type Al x G
a 1-x As (for example, x = 0.5) is sequentially epitaxially grown. 102 is an insulating region for partitioning the active region, 106 is a gate electrode provided in a recess of the n-type electron supply layer 122, and 104d is an n-type drain region (n +
Type GaAs layer) and 104s are n-type source regions (n + type G
a), 107 d is a drain electrode, 107 s is a source electrode, and 103 is a channel layer (two-dimensional electron gas layer). The p-type buried layer 108 is an n-type source region 104s
And the potential is fixed by parasitic coupling or leakage current. Non-doped GaAs layer 1 on which channel layer is formed
A non-doped buffer layer 120 is interposed between the non-doped buffer layer 120 and the semi-insulating GaAs substrate 101.
At about m, the influence of the deep impurity level in the semi-insulating GaAs substrate cannot be prevented, so a p-type buried layer must be provided.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上述したMESFET
やHJFETの周波数分散やドレインラグを有効に制御
するためには、p型埋め込み層のp型不純物(Be)の
濃度を高くして、その一部に中性領域が形成されるよう
にしなければならない。すなわち、ドレイン電圧印加時
にゲート電極の下部のp型埋め込み層が空乏化してしま
うのを防がなければならない。しかし、p型不純物濃度
が高くなると、p型埋め込み層とチャネルやドレイン領
域との間の寄生容量が増大し、素子本来の動作速度が低
くなってしまうという問題があった。
SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned MESFET
In order to effectively control the frequency dispersion and drain lag of the HJFET and the HJFET, the concentration of the p-type impurity (Be) in the p-type buried layer must be increased so that a neutral region is formed in a part thereof. No. That is, it is necessary to prevent the p-type buried layer below the gate electrode from being depleted when the drain voltage is applied. However, when the p-type impurity concentration increases, the parasitic capacitance between the p-type buried layer and the channel or drain region increases, and there is a problem in that the original operation speed of the device decreases.

【0010】従って本発明の目的は、動作速度の低下を
防止してドレインコンダクタンスの周波数分散やドレイ
ンラグを改善できる電界効果トランジスタを提供するこ
とにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is therefore an object of the present invention to provide a field effect transistor capable of preventing a reduction in operation speed and improving frequency dispersion of drain conductance and drain lag.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の電界効果
トランジスタは、少なくともその下部に半絶縁性化合物
半導体領域を有する化合物半導体基板上に形成された第
1導電型チャネル層と、前記半絶縁性化合物半導体領域
と前記第1導電型チャネル層との間に設けられた第2導
電型半導体層と、前記第1導電型チャネル層に接続さ
れ、第1導電型のキャリアを供給するソース電極と直接
オーム性接触をなす第1導電型ソース領域及び第1導電
型のキャリアが流れ込むドレイン電極と直接オーム性接
触をなす第1導電型ドレイン領域とを有する電界効果ト
ランジスタにおいて、前記第2導電型半導体層が前記第
1導電型ドレイン領域の直下部の少なくとも一部には設
けられていないというものである。
According to a first field effect transistor of the present invention, a first conductivity type channel layer formed on a compound semiconductor substrate having a semi-insulating compound semiconductor region at least under the first field effect transistor; A second conductivity type semiconductor layer provided between an insulating compound semiconductor region and the first conductivity type channel layer; and a source electrode connected to the first conductivity type channel layer and supplying a first conductivity type carrier. A first conductivity type source region and a drain electrode into which carriers of the first conductivity type flow directly into ohmic contact, and a first conductivity type drain region directly making ohmic contact with the second conductivity type; The semiconductor layer is not provided on at least a part of a portion immediately below the drain region of the first conductivity type.

【0012】この場合、第2導電型半導体層を第2導電
型不純物を選択的に導入して形成することができる。
In this case, the second conductivity type semiconductor layer can be formed by selectively introducing the second conductivity type impurity.

【0013】又、第2導電型半導体層がエピタキシャル
層でなり、第1導電型ドレイン領域の直下部において前
記エピタキシャル層が第1導電型不純物の導入により第
1導電型に変換されているようにすることができる。
The semiconductor layer of the second conductivity type may be an epitaxial layer, and the epitaxial layer may be converted to the first conductivity type immediately below the drain region of the first conductivity type by introducing impurities of the first conductivity type. can do.

【0014】更に、第2導電型半導体層が第1導電型ソ
ース領域の下部に延在しているようにすることができ
る。
Furthermore, the second conductivity type semiconductor layer may extend below the first conductivity type source region.

【0015】本発明第2の電界効果トランジスタは、半
絶縁性化合物半導体基板の表面部に形成された第1導電
型チャネル層と、前記第1導電型チャネル層にショット
キー接合するゲート電極と、前記ゲート電極を挟んで設
けられた低濃度第1導電型ソース領域及び低濃度第1導
電型ドレイン領域と、前記低濃度第1導電型ソース領域
に連結する高濃度第1導電型ソース領域及び前記低濃度
第1導電型ドレイン領域に連結する高濃度第1導電型ド
レイン領域と、前記高濃度第1導電型ソース領域及び高
濃度第1導電型ドレイン領域とそれぞれオーム性接触を
なすソース電極及びドレイン電極とを有し、前記高濃度
第1導電型ソース領域、低濃度第1導電型ソース領域、
第1導電型チャネル層及び低濃度第1導電型ドレイン領
域が第2導電型半導体層の表面部に設けられ、前記第導
電型半導体層が前記高濃度第1導電型ドレイン領域の直
下部の少なくとも一部には設けられていないというもの
である。
According to a second field effect transistor of the present invention, a first conductivity type channel layer formed on a surface portion of a semi-insulating compound semiconductor substrate, a gate electrode which makes a Schottky junction with the first conductivity type channel layer, A lightly doped first conductivity type source region and a lightly doped first conductivity type drain region provided with the gate electrode interposed therebetween; a lightly doped first conductivity type source region connected to the lightly doped first conductivity type source region; A high-concentration first-conductivity-type drain region connected to the low-concentration first-conductivity-type drain region; and a source electrode and a drain that make ohmic contact with the high-concentration first-conductivity-type source region and the high-concentration first-conductivity-type drain region, respectively. An electrode, wherein the high concentration first conductivity type source region, the low concentration first conductivity type source region,
A first conductivity type channel layer and a low-concentration first conductivity type drain region are provided on a surface portion of the second conductivity type semiconductor layer, and the first conductivity type semiconductor layer is provided at least immediately below the high concentration first conductivity type drain region. It is not provided in some.

【0016】本発明第3の電界効果トランジスタは、半
絶縁性化合物半導体基板上に順次にエピタキシャル成長
されたノンドープバッファ層、第2導電型半導体層、ノ
ンドープ半導体層及び前記ノンドープ半導体層よりバン
ド・ギャップの広い第1導電型半導体層でなるキャリア
供給層と、前記キャリア供給層に接触するゲート電極
と、前記ゲート電極を挟んで前記キャリア供給層上に設
けられた第1導電型ソース領域及び第1導電型ドレイン
領域と、前記第1導電型ソース領域及び第1ドレイン領
域とそれぞれ直接オーム性接触するソース電極及びドレ
イン電極とを有する電界効果トランジスタにおいて、第
1導電型半導体層が前記第1導電型ドレイン領域に接触
するとともに前記第2導電型半導体層を貫通して設けら
れているというものである。
According to a third field effect transistor of the present invention, a non-doped buffer layer, a second conductivity type semiconductor layer, a non-doped semiconductor layer, and a band gap having a band gap higher than that of the non-doped semiconductor layer are sequentially epitaxially grown on a semi-insulating compound semiconductor substrate. A carrier supply layer including a wide first conductivity type semiconductor layer; a gate electrode in contact with the carrier supply layer; a first conductivity type source region provided on the carrier supply layer with the gate electrode interposed therebetween; A field effect transistor having a drain region of the first conductivity type, and a source electrode and a drain electrode in direct ohmic contact with the source region and the first drain region of the first conductivity type, respectively. Being provided in contact with a region and penetrating through the second conductive type semiconductor layer A.

【0017】本発明第1又は第2の電界効果トランジス
タは、第2導電型半導体層がドレイン電極が直接オーム
性接触をなす第1導電型ドレイン領域又は高濃度第1導
電型ドレイン領域の直下部の少なくとも一部には設けら
れていないので寄生容量が少なくなる。半絶縁性化合物
半導体領域と第1導電型チャネル層との間に設けられた
第2導電型半導体層は、第1導電型ソース領域と寄生結
合や漏れ電流により結合されている。
According to the first or second field effect transistor of the present invention, the second conductive type semiconductor layer is located immediately below the first conductive type drain region or the high-concentration first conductive type drain region where the drain electrode makes direct ohmic contact. Is not provided in at least a part of the device, the parasitic capacitance is reduced. The second conductivity type semiconductor layer provided between the semi-insulating compound semiconductor region and the first conductivity type channel layer is coupled to the first conductivity type source region by parasitic coupling or leakage current.

【0018】本発明第3の電界効果トランジスタは、第
1導電型ドレイン領域に接触する第1導電型半導体層が
第2導電型半導体層を貫通しているので、寄生容量が少
なくなる。第一導電型半導体層は、第1導電型ソース領
域と寄生結合や漏れ電流により結合されている。
In the third field effect transistor of the present invention, the first conductive type semiconductor layer in contact with the first conductive type drain region penetrates the second conductive type semiconductor layer, so that the parasitic capacitance is reduced. The first conductivity type semiconductor layer is coupled to the first conductivity type source region by parasitic coupling or leakage current.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】図1は本発明の第1の実施の形態
を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention.

【0020】本実施の形態は、半絶縁性GaAs基板1
の表面部に形成されたn型チャネル層3と、n型チャネ
ル層3にショットキー接合するゲート電極6と、ゲート
電極6を挟んで設けられた低濃度n型ソース領域5s及
び低濃度n型ドレイン領域5dと、低濃度n型ソース領
域5sに連結する高濃度n型ソース領域4s及び低濃度
n型ドレイン領域5dに連結する高濃度n型ドレイン領
域4dと、高濃度n型ソース領域4s及び高濃度n型ド
レイン領域4dとそれぞれオーム性接触をなすソース電
極7s及びドレイン領域7dとを有し、高濃度n型ソー
ス領域4s、低濃度n型ソース領域5s、n型チャネル
層3及び低濃度n型ドレイン領域5dがp型半導体層8
Aの表面部に設けられ、p型半導体層8Aが高濃度n型
ドレイン領域4dの底面には設けられていないというも
のである。
In this embodiment, a semi-insulating GaAs substrate 1 is used.
An n-type channel layer 3 formed on the surface of the semiconductor device, a gate electrode 6 Schottky-bonded to the n-type channel layer 3, a low-concentration n-type source region 5s and a low-concentration n-type A drain region 5d; a high-concentration n-type source region 4s connected to the low-concentration n-type source region 5s; a high-concentration n-type drain region 4d connected to the low-concentration n-type drain region 5d; It has a source electrode 7s and a drain region 7d which make ohmic contact with the high-concentration n-type drain region 4d, respectively. The high-concentration n-type source region 4s, the low-concentration n-type source region 5s, the n-type channel layer 3, and the low-concentration The n-type drain region 5d is a p-type semiconductor layer 8
A, and the p-type semiconductor layer 8A is not provided on the bottom surface of the high-concentration n-type drain region 4d.

【0021】次に、第1の実施の形態の製造方法につい
て説明する。
Next, the manufacturing method of the first embodiment will be described.

【0022】図2(a)に示すように、半絶縁性GaA
s基板1の表面部にボロン・イオンの注入を利用して絶
縁領域2を形成することによって、例えば表面形状が第
1の長方形となる活性領域を区画した後、ホトレジスト
膜9をマスクにしてBe+ を70keV、2×1012
-2で注入して埋め込み注入層8aを形成する。第1の
長方形が、埋め込み注入層8aの表面で占有される第2
の長方形と残りの第3の長方形の2つに分割されるよう
に設計された開口がホトレジスト膜9に設けられている
ものとする。次に、図2(b)に示すように、ホトレジ
スト膜10をマスクにして活性領域の表面に、Siイオ
ンを30keV、8×1012mc-2で注入して注入層3
aを形成する。その後、埋め込み注入層8aと注入層3
aとを同時にアニールして活性化することにより、図2
(c)に示すように、p型埋め込み層8Aとn型チャネ
ル層3を形成する。次に、耐熱性のWSi膜を堆積しパ
ターニングすることにより活性領域を横断するゲート電
極6を形成し、酸化シリコン膜11を全面に堆積し、異
方性エッチングを行なって、図2(d)に示すように、
絶縁性スペーサ13を形成する。次にSiイオンを10
0keV,3×1013cm-2で注入してゲート電極6及
び絶縁性スペーサ13と自己整合的に高濃度注入層4s
a,4daを形成する。次に絶縁性スペーサ13を除去
し、Siイオンを50keV,1×1013cm-2で注入
して、図2(e)に示すようにゲート電極7と自己整合
的に低濃度注入層5sa,5daを形成する。次に、ア
ニールを行なって高濃度注入層4sa,4da及び低濃
度注入層5sa,5daを同時に活性化することによっ
て、図1に示すように、高濃度ソース領域4s及び高濃
度ドレイン領域4d並びに低濃度ソース領域5s及び低
濃度ドレイン領域5dを形成する。次に、高濃度ソース
領域4s及び高濃度ドレイン領域4dとそれぞれオーム
性接触をなすソース電極7s及びドレイン7dを形成す
る。
As shown in FIG. 2A, semi-insulating GaAs
The insulating region 2 is formed on the surface of the s-substrate 1 by implanting boron ions, for example, to define an active region having a first rectangular surface shape, and then using the photoresist film 9 as a mask to form Be. + At 70 keV, 2 × 10 12 c
The implantation is performed at m −2 to form the buried implantation layer 8a. The first rectangle is occupied by the surface of the buried injection layer 8a.
It is assumed that an opening designed to be divided into two of a rectangle and a remaining third rectangle is provided in the photoresist film 9. Next, as shown in FIG. 2B, using the photoresist film 10 as a mask, Si ions are implanted into the surface of the active region at 30 keV and 8 × 10 12 mc -2 to form an implanted layer 3.
a is formed. After that, the buried injection layer 8a and the injection layer 3
2a by simultaneously annealing and activating
As shown in (c), a p-type buried layer 8A and an n-type channel layer 3 are formed. Next, a gate electrode 6 that crosses the active region is formed by depositing and patterning a heat-resistant WSi film, a silicon oxide film 11 is deposited on the entire surface, and anisotropic etching is performed. As shown in
An insulating spacer 13 is formed. Next, 10
Injection is performed at 0 keV and 3 × 10 13 cm −2 , and the high-concentration injection layer 4 s is self-aligned with the gate electrode 6 and the insulating spacer 13.
a, 4da are formed. Next, the insulating spacer 13 is removed, Si ions are implanted at 50 keV and 1 × 10 13 cm −2 , and the low-concentration implanted layer 5sa is self-aligned with the gate electrode 7 as shown in FIG. 5 da is formed. Next, annealing is performed to simultaneously activate the high-concentration injection layers 4sa and 4da and the low-concentration injection layers 5sa and 5da, as shown in FIG. A concentration source region 5s and a low concentration drain region 5d are formed. Next, a source electrode 7s and a drain 7d that make ohmic contact with the high-concentration source region 4s and the high-concentration drain region 4d, respectively, are formed.

【0023】p型埋め込み層8Aは、高濃度ドレイン領
域4dの側面に接しているが、その底面には設けられて
いないので、図6の従来例に比較すると高濃度ドレイン
領域4dの寄生容量は低減される。本実施の形態のGa
As MESFET(ゲート長1μm,ゲート幅100
μm)の電流利得遮断周波数fTの実測例は20.6G
Hzであり、p型埋め込み層8Aを設けない以外は同一
のもののfTの実測例15.5GHzに比較して却って
大きくなっている(図6の従来例のfTの実測例は1
2.6GHzで、p型埋め込み層8を設けていない以外
は同一のもののfTの実測例15.2GHzに比較して
小さくなっていた)。
The p-type buried layer 8A is in contact with the side surface of the high-concentration drain region 4d, but is not provided on the bottom surface. Therefore, the parasitic capacitance of the high-concentration drain region 4d is smaller than that of the conventional example of FIG. Reduced. Ga of the present embodiment
As MESFET (gate length 1 μm, gate width 100
μm) is 20.6G.
Hz, which is much higher than the measured fT of 15.5 GHz of the same one except that the p-type buried layer 8A is not provided (the measured fT of the conventional example of FIG.
At 2.6 GHz, the fT was smaller than 15.2 GHz, which was the same as the measured fT of the same device except that the p-type buried layer 8 was not provided.)

【0024】n型チャネル層3、低濃度ドレイン領域5
d、低濃度ソース領域5s及び高濃度ソース領域4sと
p型埋め込み層8Aとの位置関係は図6に示す従来例と
同じであるのでドレインコンダクタンスの周波数分散や
ドレインラグは従来例と同じである。図3はドレインコ
ンダクタンスの周波数依存性を示すグラフで破線は第1
の実施の形態の実施例、実線はp型埋め込み層のないも
のの実測例(いずれもゲート長は1μm、ゲート幅は1
0μm)とする。
N-type channel layer 3 and low concentration drain region 5
d, the positional relationship between the low-concentration source region 5s and the high-concentration source region 4s and the p-type buried layer 8A is the same as that of the conventional example shown in FIG. 6, so that the frequency dispersion of the drain conductance and the drain lag are the same as the conventional example. . FIG. 3 is a graph showing the frequency dependence of the drain conductance.
In the example of the embodiment, the solid line is an actual measurement example without a p-type buried layer (in each case, the gate length is 1 μm and the gate width is 1).
0 μm).

【0025】p型埋め込み層がないときは、ドレインコ
ンダクタンスが周波数によって変化しているのに対し、
本実施の形態では従来例と同様に変動はほとんど見られ
ず、実施の形態の構造を採用してもp型埋め込み層本来
の機能は失われていないことがわかる。図4(a),
(b)はそれぞれ図1における第1の実施の形態とp型
埋め込み層を設けないものとのドレインラグを示すグラ
フである。ゲート−ソース間電圧を0にし、ドレイン電
圧を2Vから3Vの間でパルス幅10msの方形波状に
変化させたときのドレイン電流の測定結果である。第1
の実施の形態では従来例と同様にオーバシュート及びア
ンダシュートは観測されなかった。図4(a)の方がド
レイン電流が小さいのはp型埋め込み層を設けることに
よりしきい値が浅くなるからである。
When there is no p-type buried layer, while the drain conductance changes with the frequency,
In the present embodiment, almost no fluctuation is observed similarly to the conventional example, and it is understood that the original function of the p-type buried layer is not lost even if the structure of the embodiment is adopted. FIG. 4 (a),
(B) is a graph showing the drain lag of the first embodiment in FIG. 1 and the one without the p-type buried layer, respectively. It is a measurement result of the drain current when the voltage between the gate and the source is set to 0 and the drain voltage is changed from 2 V to 3 V into a square wave with a pulse width of 10 ms. First
In this embodiment, overshoot and undershoot were not observed as in the conventional example. The reason why the drain current is smaller in FIG. 4A is that the threshold becomes shallower by providing the p-type buried layer.

【0026】本実施の形態ではp型埋め込み層8Aが、
高濃度ドレイン領域4dに接しているが、高濃度ドレイ
ン領域4dの底面の一部分と接触するようにしてもfT
は改善できる。更に、高濃度ドレイン領域4dと離れて
いてもよいが、n型チャネル層3の底面全域と接触する
ようにするのが好ましい。又、半絶縁性GaAs基板に
直接イオン注入をしてn型チャネル層等を設けたが、半
絶縁性GaAs基板に高純度のノンドープGaAs層を
エピタキシャル成長させてそのノンドープGaAs層に
n型チャネル層3等を形成してもよい。その場合、ノン
ドープGaAs層と半絶縁性GaAs基板との接合面
は、p型埋め込み層と離れていてもよい。又n型チャネ
ル層はノンドープGaAs層にイオン注入して形成され
る。
In the present embodiment, the p-type buried layer 8A is
Although it is in contact with the high-concentration drain region 4d, the fT
Can be improved. Further, it may be separated from the high-concentration drain region 4d, but it is preferable to make contact with the entire bottom surface of the n-type channel layer 3. Although an n-type channel layer or the like is provided by directly ion-implanting a semi-insulating GaAs substrate, a high-purity non-doped GaAs layer is epitaxially grown on a semi-insulating GaAs substrate, and an n-type channel layer 3 is formed on the non-doped GaAs layer. Etc. may be formed. In that case, the junction surface between the non-doped GaAs layer and the semi-insulating GaAs substrate may be separated from the p-type buried layer. The n-type channel layer is formed by ion-implanting a non-doped GaAs layer.

【0027】更に化合物半導体としてはGaAs以外
に、InPなどを使用してもよい。
Further, as a compound semiconductor, InP may be used in addition to GaAs.

【0028】図5は本発明の第2の実施の形態を示す断
面図である。
FIG. 5 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【0029】この実施の形態は、半絶縁性GaAs基板
101上に順次にエピタキシャル成長されたノンドープ
バッファ層120(高純度GaAs層)、p型埋め込み
層108A(p型GaAs層)、高純度のノンドープG
aAs層121及びノンドープGaAs層121よりバ
ンド・ギャップの広いn型Alx Ga1-x As層(例え
ばx=0.2)でなる電子供給層122と、電子供給層
122に接触するゲート電極106と、ゲート電極10
6を挟んで電子供給層122上に設けられたn型ソース
領域104s及びn型ドレイン領域104dと、n型ソ
ース領域104s及びn型ドレイン領域104dとそれ
ぞれ直接オーム性接触するソース電極107s及びドレ
イン電極107dとを有する電界効果トランジスタ(H
JFET)において、n型半導体層123がn型ドレイ
ン領域104dに接触するとともにp型埋め込み層10
8Aを貫通して設けられているというものである。n型
半導体層123は、図7におけるn型ソース領域104
s及びn型ドレイン領域を形成する前に電子供給層12
2,ノンドープGaAs層121、p型埋め込み層10
8を貫通してSiイオンを注入し、アニールすることに
よって形成される。これにより、n型ドレイン領域10
4d下部のp型埋め込み層はn型半導体層123の一部
に変換される。チャネル層は2次元電子ガス層103で
ある。n型ドレイン領域104dの面積は例えばゲート
長0.5〜1μmのとき、ゲート幅×5μmノンドープ
GaAs層121の厚さは例えば100nmとし、p型
埋め込み層108A(濃度1×1018cm-3)の厚さは
例えば20nmとすると、n型ドレイン領域104d下
にp型埋め込み層がないことによる対向面積の減少が大
きく、ドレインの寄生容量は小さくなる。n型ソース領
域104s、ゲート電極106下のチャネル層(10
3)とp型埋め込み層との相対位置関係は従来例と同じ
であるのでドレインコンダクタンスの周波数分散及びド
レインラグは従来例と同様に改善できるとともに、電流
利得遮断周波数fTの低下を抑制できる。
In this embodiment, a non-doped buffer layer 120 (high-purity GaAs layer), a p-type buried layer 108A (p-type GaAs layer), and a high-purity non-doped G layer are sequentially epitaxially grown on a semi-insulating GaAs substrate 101.
an electron supply layer 122 composed of an n-type Al x Ga 1 -x As layer (for example, x = 0.2) having a wider band gap than the aAs layer 121 and the non-doped GaAs layer 121, and a gate electrode 106 in contact with the electron supply layer 122 And the gate electrode 10
6, the n-type source region 104s and the n-type drain region 104d provided on the electron supply layer 122 with the source electrode 107s and the drain electrode directly in ohmic contact with the n-type source region 104s and the n-type drain region 104d, respectively. Field effect transistor (H
JFET), the n-type semiconductor layer 123 contacts the n-type drain region 104d and the p-type buried layer 10
8A. The n-type semiconductor layer 123 corresponds to the n-type source region 104 in FIG.
Before forming the s and n-type drain regions, the electron supply layer 12 is formed.
2, non-doped GaAs layer 121, p-type buried layer 10
8 is formed by injecting Si ions through hole 8 and annealing. Thereby, the n-type drain region 10
The p-type buried layer below 4d is converted to a part of the n-type semiconductor layer 123. The channel layer is a two-dimensional electron gas layer 103. When the area of the n-type drain region 104d is, for example, a gate length of 0.5 to 1 μm, the gate width × 5 μm, the thickness of the non-doped GaAs layer 121 is, for example, 100 nm, and the thickness of the p-type buried layer 108A (concentration: 1 × 10 18 cm −3). If the thickness is, for example, 20 nm, the opposing area is largely reduced due to the absence of the p-type buried layer below the n-type drain region 104d, and the parasitic capacitance of the drain is reduced. The n-type source region 104s and the channel layer (10
Since the relative positional relationship between 3) and the p-type buried layer is the same as in the conventional example, the frequency dispersion of the drain conductance and the drain lag can be improved as in the conventional example, and the decrease in the current gain cutoff frequency fT can be suppressed.

【0030】本実施の形態はGaAs−AlGaAs系
HJFETであるが、化合物半導体材料としてはこれに
限らないことはいうまでもない。
Although the present embodiment relates to a GaAs-AlGaAs HJFET, it goes without saying that the compound semiconductor material is not limited to this.

【0031】又、図5において、ノンドープGaAs層
121を設けず、n型Alx Ga1-x As層(122)
の代りにノンドープGaAs層を設けたGaAs ME
SFETを形成することができる。そうすると、n型半
導体層123を設けないものより、fTを改善すること
ができる。
In FIG. 5, the non-doped GaAs layer 121 is not provided, and the n-type Alx Ga1-x As layer (122) is not provided.
ME with undoped GaAs layer instead of GaAs
An SFET can be formed. Then, fT can be improved as compared with the case where the n-type semiconductor layer 123 is not provided.

【0032】以上、nチャネルFETを例にあげて説明
したが、pチャネルFETに本発明を適用しうること
は、詳細説明を保つまでもなく明らかなことであろう。
Although the above description has been made by taking an n-channel FET as an example, it will be apparent that the present invention can be applied to a p-channel FET without having to keep a detailed description.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように、第1導電型チャネ
ル層下に第2導電型半導体層を設けた電界効果トランジ
スタのドレイン電極とオーム性接触をなすドレイン領域
と前記第2導電型半導体層との寄生容量を低減すること
により、動作速度の低下を防止してドレインコンダクタ
ンスの周波数分散やドレインラグを改善できるという効
果がある。
As described above, the drain region in ohmic contact with the drain electrode of the field effect transistor having the second conductivity type semiconductor layer provided below the first conductivity type channel layer, and the second conductivity type semiconductor layer By reducing the parasitic capacitance, the operation speed can be prevented from lowering and the frequency dispersion of drain conductance and drain lag can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施の形態の製造方法について
説明するための(a)〜(e)に分図して示す工程順断
面図。
FIGS. 2A to 2E are cross-sectional views illustrating the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.

【図3】第1の実施の形態のドレインコンダクタンスの
周波数依存性を示すグラフ。
FIG. 3 is a graph showing the frequency dependence of the drain conductance of the first embodiment.

【図4】第1の実施の形態のドレインラグを示すグラフ
(図4(a))及びp型埋め込み層のないもののドレイ
ンラグを示すグラフ(図4(b))。
FIG. 4 is a graph showing the drain lag of the first embodiment (FIG. 4A) and a graph showing the drain lag of the case without the p-type buried layer (FIG. 4B).

【図5】本発明の第2の実施の形態を示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing a second embodiment of the present invention.

【図6】従来のGaAsMESFETを示す断面図。FIG. 6 is a sectional view showing a conventional GaAs MESFET.

【図7】従来のHJFETを示す断面図。FIG. 7 is a sectional view showing a conventional HJFET.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,101 半絶縁性GaAs基板 2,102 絶縁領域 3 n型チャネル層 3a 注入層 103 2次元電子ガス層 4d 高濃度n型ドレイン領域 4da 高濃度注入層 104a n型ドレイン領域 4s 高濃度n型ソース領域 4sa 高濃度注入層 5d 低濃度n型ドレイン領域 5da 低濃度注入層 5s 低濃度n型ソース領域 5sa 低濃度注入層 105s n型ソース領域 6,106 ゲート電極 7d,107d ドレイン電極 7s,107s ソース電極 8,8A,108,108A p型埋め込み層 9 ホトレジスト膜 10 ホトレジスト膜 11 酸化シリコン膜 12 ホトレジスト膜 13 絶縁性スペーサ 120 ノンドープバッファ層 121 ノンドープGaAs層 122 n型電子供給層 123 n型半導体層 Reference Signs List 1,101 semi-insulating GaAs substrate 2,102 insulating region 3 n-type channel layer 3a injection layer 103 two-dimensional electron gas layer 4d high-concentration n-type drain region 4da high-concentration injection layer 104a n-type drain region 4s high-concentration n-type source Region 4sa High-concentration injection layer 5d Low-concentration n-type drain region 5da Low-concentration injection layer 5s Low-concentration n-type source region 5sa Low-concentration injection layer 105s N-type source region 6,106 Gate electrode 7d, 107d Drain electrode 7s, 107s Source electrode 8, 8A, 108, 108A p-type buried layer 9 photoresist film 10 photoresist film 11 silicon oxide film 12 photoresist film 13 insulating spacer 120 non-doped buffer layer 121 non-doped GaAs layer 122 n-type electron supply layer 123 n-type semiconductor layer

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくともその下部に半絶縁性化合物半
導体領域を有する化合物半導体基板上に形成された第1
導電型チャネル層と、前記半絶縁性化合物半導体領域と
前記第1導電型チャネル層との間に設けられた第2導電
型半導体層と、前記第1導電型チャネル層に接続され、
第1導電型のキャリアを供給するソース電極と直接オー
ム性接触をなす第1導電型ソース領域及び第1導電型の
キャリアが流れ込むドレイン電極と直接オーム性接触を
なす第1導電型ドレイン領域とを有する電界効果トラン
ジスタにおいて、前記第2導電型半導体層が前記第1導
電型ドレイン領域の直下部の少なくとも一部に設けられ
ていないことを特徴とする電界効果トランジスタ。
1. A semiconductor device comprising: a first semiconductor layer formed on a compound semiconductor substrate having a semi-insulating compound semiconductor region at least below the first semiconductor substrate;
A conductive type channel layer, a second conductive type semiconductor layer provided between the semi-insulating compound semiconductor region and the first conductive type channel layer, and a first conductive type channel layer,
A first conductivity type source region that makes direct ohmic contact with a source electrode that supplies carriers of first conductivity type, and a first conductivity type drain region that makes direct ohmic contact with a drain electrode into which carriers of the first conductivity type flow. The field effect transistor according to claim 1, wherein the second conductivity type semiconductor layer is not provided at least partially under the first conductivity type drain region.
【請求項2】 第2導電型半導体層が第2導電型の不純
物を選択的に導入して形成された請求項1記載の電界効
果トランジスタ。
2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the second conductivity type semiconductor layer is formed by selectively introducing a second conductivity type impurity.
【請求項3】 第2導電型半導体層がエピタキシャル層
でなり、第1導電型ドレイン領域の直下部において前記
エピタキシャル層が第1導電型不純物の導入により第1
導電型に変換されている請求項1記載の電界効果トラン
ジスタ。
3. The semiconductor layer of the second conductivity type is an epitaxial layer, and the epitaxial layer is formed directly below the drain region of the first conductivity type by introducing an impurity of the first conductivity type.
2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the field effect transistor is converted to a conductivity type.
【請求項4】 第2導電型半導体層が第1導電型ソース
領域の下部に延在している請求項1,2又は3記載の電
界効果トランジスタ。
4. The field effect transistor according to claim 1, wherein the second conductivity type semiconductor layer extends below the first conductivity type source region.
【請求項5】 半絶縁性化合物半導体基板の表面部に形
成された第1導電型チャネル層と、前記第1導電型チャ
ネル層にショットキー接合するゲート電極と、前記ゲー
ト電極を挟んで設けられた低濃度第1導電型ソース領域
及び低濃度第1導電型ドレイン領域と、前記低濃度第1
導電型ソース領域に連結する高濃度第1導電型ソース領
域及び前記低濃度第1導電型ドレイン領域に連結する高
濃度第1導電型ドレイン領域と、前記高濃度第1導電型
ソース領域及び高濃度第1導電型ドレイン領域とそれぞ
れオーム性接触をなすソース電極及びドレイン電極とを
有し、前記高濃度第1導電型ソース領域、低濃度第1導
電型ソース領域、第1導電型チャネル層及び低濃度第1
導電型ドレイン領域が第2導電型半導体層の表面部に設
けられ、前記第2導電型半導体層が前記高濃度第1導電
型ドレイン領域の直下部の少なくとも一部には設けられ
ていないことを特徴とする電界効果トランジスタ。
5. A first conductive type channel layer formed on a surface portion of a semi-insulating compound semiconductor substrate, a gate electrode for Schottky junction with the first conductive type channel layer, and a gate electrode interposed therebetween. A lightly doped first conductivity type source region and a lightly doped first conductivity type drain region;
A high-concentration first conductivity-type source region connected to a conductivity-type source region and a high-concentration first conductivity-type drain region connected to the low-concentration first conductivity-type drain region; A source electrode and a drain electrode, each of which is in ohmic contact with the first conductivity type drain region, wherein the high concentration first conductivity type source region, the low concentration first conductivity type source region, the first conductivity type channel layer, Concentration 1
A conductivity type drain region is provided on a surface portion of a second conductivity type semiconductor layer, and the second conductivity type semiconductor layer is not provided on at least a part immediately below the high-concentration first conductivity type drain region. Characteristic field effect transistor.
【請求項6】 半絶縁性化合物半導体基板上に順次にエ
ピタキシャル成長されたノンドープバッファ層、第2導
電型半導体層、ノンドープ半導体層及び前記ノンドープ
半導体層よりバンド・ギャップの広い第1導電型半導体
層でなるキャリア供給層と、前記キャリア供給層に接触
するゲート電極と、前記ゲート電極を挟んで前記キャリ
ア供給層上に設けられた第1導電型ソース領域及び第1
導電型ドレイン領域と、前記第1導電型ソース領域及び
第1導電型ドレイン領域とそれぞれ直接オーム性接触す
るソース電極及びドレイン電極とを有する電界効果トラ
ンジスタにおいて、第1導電型半導体層が前記第1導電
型ドレイン領域に接触するとともに前記第2導電型半導
体層を貫通して設けられていることを特徴とする電界効
果トランジスタ。
6. A non-doped buffer layer, a second conductive type semiconductor layer, a non-doped semiconductor layer, and a first conductive type semiconductor layer having a wider band gap than the non-doped semiconductor layer sequentially grown epitaxially on a semi-insulating compound semiconductor substrate. A carrier supply layer, a gate electrode in contact with the carrier supply layer, a first conductivity type source region provided on the carrier supply layer with the gate electrode interposed therebetween, and a first conductive type source region.
In a field effect transistor having a conductivity type drain region, and a source electrode and a drain electrode which are in direct ohmic contact with the first conductivity type source region and the first conductivity type drain region, respectively, the first conductivity type semiconductor layer is the first conductivity type semiconductor layer. A field effect transistor provided in contact with the conductivity type drain region and penetrating the second conductivity type semiconductor layer.
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