JP2526497B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JP2526497B2
JP2526497B2 JP5181476A JP18147693A JP2526497B2 JP 2526497 B2 JP2526497 B2 JP 2526497B2 JP 5181476 A JP5181476 A JP 5181476A JP 18147693 A JP18147693 A JP 18147693A JP 2526497 B2 JP2526497 B2 JP 2526497B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は低抵抗なオーミック電極
をもち、マイクロ波及びミリ波長領域に於いて高速動作
する半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ノンアロイオーミック電極は金属〜半導
体界面がショットキー接触であるものの、そのショット
キー障壁の高さが低いかあるいは厚みが小さいため、ト
ンネル効果及び熱電子放出によりチャネルと電気的導通
が得られている構造を示す。ゲート電極をキャップ層よ
りもバンドギャップが大きく電子親和力が小さい半導体
により構成されているゲートコンタクト層上に形成する
際、トンネル効率を向上させるため、該半導体層のゲー
ト電極形成位置より表面側に高濃度ドーピングされた層
で構成された第1のキャップ層を設け、オーミック電極
は該半導体層表面側に形成されている第2のキャップ層
上に形成された例がある。
【0003】このような構造がInP基板上のInAl
As/InGaAs系HEMTに応用された例が、例え
ばアイ・イー・イー・イー・エレクトロン・デバイス・
レターズ、第1巻、第11号、502〜504頁(IE
EE ELECTRON DEVICE LETTER
S、VOL.1、NO.11、P.502〜504、1
990年)にEnokiら(T.Enoki et a
l.)に報告されている。その構成図とバンドダイアグ
ラムをそれぞれ図5、図6に示す。ここでは第2のキャ
ップ層としてInGaAs層、第1のキャップ層として
InAlAs層を用いている。この報告では電極金属と
してAuGe/Niがノンアロイの状態で用いられてお
り、オーミック電極のコンタクト抵抗として0.14Ω
・mmが得られている。このような構造はオーミック電
極はキャップ層にショットキー接触しているにも関わら
ずゲートコンタクト層のバリアが薄いためトンネル効率
が上がり、低ソース抵抗及び低ドレイン抵抗なオーミッ
ク電極が作製できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来例で述べた高濃度
InAlAs層を含む2層キャップ採用によるノンアロ
イオーミック電極構造では、ショットキー界面でのIn
GaAsキャップ層のInの組成は基板であるInP
格子整合する比率である53%に設定されている。デバ
イス性能はソース抵抗、ドレイン抵抗の改善に伴って
上する。従ってInP基板上に形成されたヘテロ接合
効果トランジスタのデバイス性能を更に向上させるた
めにより低抵抗なオーミック電極の開発が望まれる。
【0005】
【課題を解決するための手段】オーミック電極形成層の
表面側に高濃度ドーピングされた部分をもうけることを
特徴としたノンアロイ型オーミック電極においては、更
に、オーミック金属の接触する半導体層を高インジウム
組成とすることで、トンネル効率を上げ、低抵抗化を達
成できると考えられる。
【0006】本発明は以上述べたような方法によって従
来例に示したオーミック構造に比べ更なる低抵抗なオー
ミック電極をもつ半導体装置の開発を意図したものであ
る。この半導体装置は、InP基板上に少なくともバッ
ファ層、チャネル層、ゲートコンタクト層、第1のキャ
ップ層、第2のキャップ層のそれぞれがこの順に積層さ
、ゲート電極が前記ゲートコンタクト層上に形成さ
れ、オーミック電極が前記第2のキャップ層上に形成さ
、第2のキャップ層が不純物ドープされたヘテロ接合
電界効果トランジスタに於いて、前記第2のキャップ層
中にインジウムの組成が0.53より大きな値に設定
れたInGaAs層が少なくとも1層以上存在すること
を特徴とする。
【0007】
【作用】本発明に於けるキャップInGaAs層は、イ
ンジウム組成が53%よりも大きな値に設定されている
部分が少なくとも1箇所存在することで、ショットキー
障壁の高さを従来の値に比べ小さくなるように意図して
設けられている。また、ゲート電極位置より表面側に高
濃度ドーピングされた部分が存在する様なオーミック
ンタクト層を先に述べた高In組成のキャップ層と併用
することで、チャネルに対するショットキー障壁の高さ
は実効的に小さくする事が可能となり、低抵抗オーミッ
ク電極の形成が実現できる。
【0008】
【実施例】本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に
説明する。ここでは電界効果トランジスタを例にとって
説明する。
【0009】(実施例1)図1に本発明の半導体装置の
構造の1例をあらわす要部切断面図を示す。図2はその
バンドダイアグラムである。
【0010】半絶縁性InP基板11上にノンドープI
0.52Al0.48As層12が例えば800nmの厚さ
で、ノンドープIn0.53Ga0.47As層13が例えば4
0nmの厚さで、ノンドープIn0.52Al0.48As層1
4が例えば3nmの厚さで、例えば2×1018cm-3
濃度にn型にSiドープされたIn0.52Al0.48As電
子供給層15が例えば30nmの厚さで、ノンドープI
0.52Al0.48Asゲートコンタクト層16が例えば2
0nmの厚さで、例えば5×1018cm-3にn型にSi
ドープされたIn0.52Al0.48Asキャップ層17が例
えば20nmの厚さで、例えば5×1018cm-3の濃度
にn型にSiドープされたIn0.7 Ga0.3 Asキャッ
プ層18が例えば10nmの厚さで、それぞれ順次結晶
成長され、前記n型InGaAsキャップ層にソース電
極19及びドレイン電極20がTiとPtとAuの蒸着
よって形成されており、該オーミック電極間の前記ノ
ンドープInAlAsゲートコンタクト層16の途中ま
でエッチング除去されたリセス領域内部に例えばTiと
PtとAuにより構成されるショットキーゲート電極2
1が形成されている
【0011】本実施例の電界効果トランジスタに於いて
は、前記ノンドープIn0.53Ga0.47As層13がチャ
ネル層に相当し、前記高ドープIn 0.52 Al 0.48 As層
17及び前記高ドープIn 0.7 Ga 0.3 As層18がキ
ャップ層に相当する。オーミック電極は通常のアロイオ
ーミックのように熱処理する事なく良好なオーミック性
を有しており、コンタクト抵抗として0.12Ω・mm
が得られる。キャップInGaAs18のIn組成が
53%の場合も同様に評価した結果、コンタクト抵抗と
して0.17Ω・mmが得られ、先の結果に比べ0.0
5Ω・mmの差が示された。
【0012】(実施例2)図3に本発明の半導体装置の
構造の別の例をあらわす要部切断面図を示す。図4はそ
のバンドダイアグラムである。
【0013】半絶縁性InP基板11上にノンドープI
0 . 2 5 Al0 . 4 8 As層12が例えば800nm
の厚さで、ノンドープIn0 . 5 3 Ga0 . 4 7 As層
13が例えば40nmの厚さで、ノンドープIn
0 . 5 2 Al0 . 4 8 As層14が例えば3nmの厚さ
で、例えば2×101 8 cm- 3 の濃度にn型にSiド
ープされたIn0 . 5 2 Al0 . 4 8 As電子供給層1
5が例えば30nmの厚さで、ノンドープIn0 . 5 2
Al0 . 4 8 Asゲートコンタクト層16が例えば20
nmの厚さで、例えば5×101 8 cm- 3 の濃度にn
型にSiドープされたIn0 . 5 2 Al0 . 4 8 Asキ
ャップ層17が例えば20nmの厚さで、例えば5×1
1 8 cm- 3 の濃度にn型SiドープされたIn
0 . 5 3 Ga0 . 47 Asキャップ層22(a)が例え
ば10nmの厚さで、例えば5×101 8 cm- 3 の濃
度にn型にSiドープされたIn0 . 7 Ga0 . 3 As
キャップ層22(b)が例えば10nmの厚さで、それ
ぞれ順次結晶成長され、前記n型InGaAsキャップ
層22(b)上にソース電極19及びドレイン電極20
がTiとPtとAuの蒸着によって形成されており、該
オーミック電極間に前記ノンドープInAlAsゲート
コンタクト層16の途中までエッチング除去されたリセ
ス領域内部に例えばTiとPtとAuにより構成される
ショットキーゲート電極21が形成されている。
【0014】本実施例の電界効果トランジスタに於いて
は、前記ノンドープIn0 . 5 3 Ga0 . 4 7 As層1
3がチャネル層に相当し、前記高ドープIn0 . 5 2
0. 4 8 As層17及び前記高ドープIn0 . 5 3
0 . 4 7 As層22(a)及び前記高ドープIn
0 . 7 Ga0 . 3 As層22(b)がキャップ層に相当
する。オーミック電極は通常のアロイオーミックのよう
に熱処理する事なく良好なオーミック性を有しており、
コンタクト抵抗として0.13Ω・mmが得られる。
【0015】キャップに用いられるInGaAs層18
のIn組成は本実施例に於いては0.7に設定している
が、本発明はこのIn組成比をこの値に限定するもので
はなく、歪層としてミスフィット転移が発生しない範囲
に於いては該In組成比を更に大きくすることが可能で
ある。また、キャップInGaAs層中のIn組成比は
一様でなくても良く、In組成の大きな部分は層中に少
なくとも1部分存在すればキャップInGaAs層の伝
導帯はIn組成が一様に53%に設定されている場合に
比べ程度の差はあるものの小さくなるので、オーミック
抵抗低減の効果は確認できる。
【0016】
【発明の効果】以上のように、ノンアロイオ−ミックに
於いてオーミック電極形成層にIn組成が53%を越え
る高InのInGaAs層を設けることにより低抵抗な
オーミック電極が形成できる。これはデバイスに於ける
高周波動作の向上に反映し、遮断周波数、雑音特性、高
出力特性等のデバイス特性の向上を実現する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の半導体装置を説明するための図。
【図2】図1の半導体装置のバンドダイアグラムを示す
図。
【図3】本発明の半導体装置を説明するための図。
【図4】図3の半導体装置のバンドダイアグラムを示す
図。
【図5】従来例の半導体装置を説明するための図。
【図6】従来例の半導体装置のバンドダイアグラムを示
す図。
【符号の説明】
11 InP基板 12 ノンドープIn0 . 5 2 Al0 . 4 7 As層 13 ノンドープIn0 . 5 3 Ga0 . 4 7 As層 14 ノンドープIn0 . 5 2 Al0 . 4 7 As層 15 SiドープIn0 . 5 2 Al0 . 4 7 As層 16 ノンドープIn0 . 5 2 Al0 . 4 7 As層 17 SiドープIn0 . 5 2 Al0 . 4 7 As層 18 SiドープIn0 . 7 Ga0 . 3 As層 19 ソース電極 20 ドレイン電極 21 ゲート電極 22(a) SiドープIn0 . 5 3 Ga0 . 4 7 As
層 22(b) SiドープIn0 . 7 Ga0 . 7 As層 23 SiドープIn0 . 5 3 Ga0 . 4 7
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−369842(JP,A) 特開 平5−166843(JP,A) IEEE ELECTRON DEV ICE LETTERS,VOL.11, NO.11,NOVEMBER1990PP. 502−504

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】InP基板上に少なくともバッファ層と、
    チャネル層と、ゲートコンタクト層と、第1のキャップ
    層と、第2のキャップ層とが順次積層され、ゲート電極
    が前記ゲートコンタクト層上に形成され、オーミック電
    極が前記第2のキャップ層上に形成され、該第2のキャ
    ップ層が不純物ドープされたヘテロ接合電界効果トラン
    ジスタであって、前記第2のキャップ層中にインジウム
    の組成が0.53より大きな値に設定されたInGaA
    s層が少なくとも1層以上存在することを特徴とする半
    導体装置。
  2. 【請求項2】第2のキャップ層はインジウムの組成が
    0.53のInGaAs層と0.53より大きな値のI
    nGaAs層との積層構造からなることを特徴とする請
    求項1記載の半導体装置。
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IEEEELECTRONDEVICELETTERS,VOL.11,NO.11,NOVEMBER1990PP.502−504

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