JP3413345B2 - 電界効果型トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
電界効果型トランジスタ及びその製造方法Info
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Classifications
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66446—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET]
- H01L29/66462—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
-
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- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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- H01L21/28593—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising AIIIBV compounds characterised by the sectional shape, e.g. T, inverted T asymmetrical sectional shape
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- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/107—Substrate region of field-effect devices
- H01L29/1075—Substrate region of field-effect devices of field-effect transistors
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- H01L29/812—Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier with a Schottky gate
- H01L29/8128—Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier with a Schottky gate with recessed gate
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電界効果型トラン
ジスタに関し、特に、高耐圧が要求されるパワー電界効
果型トランジスタとその製造方法に関する。
ジスタに関し、特に、高耐圧が要求されるパワー電界効
果型トランジスタとその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】通信手段の多様化及び高品位化を図るた
め、信号の変調方式がアナログ方式からデジタル方式に
変わり、さらに、無線通信分野においては高周波化がま
すます加速してきている。ヒ化ガリウム(GaAs)を
用いた電界効果型トランジスタ(FET)は、デジタル
通信に適した低雑音特性及び低歪み特性と、シリコン系
デバイスよりも優れた高速性及び高周波特性とにより、
携帯電話を中心とした通信機器の発達と共に近年大幅に
需要が増えている。とりわけ送信用アンプに用いられる
パワーFETは、低消費電力であるGaAsの特徴を生
かして飛躍的に伸びている。
め、信号の変調方式がアナログ方式からデジタル方式に
変わり、さらに、無線通信分野においては高周波化がま
すます加速してきている。ヒ化ガリウム(GaAs)を
用いた電界効果型トランジスタ(FET)は、デジタル
通信に適した低雑音特性及び低歪み特性と、シリコン系
デバイスよりも優れた高速性及び高周波特性とにより、
携帯電話を中心とした通信機器の発達と共に近年大幅に
需要が増えている。とりわけ送信用アンプに用いられる
パワーFETは、低消費電力であるGaAsの特徴を生
かして飛躍的に伸びている。
【0003】パワーFETが抱える重要な課題は、その
高耐圧化であって、パワーFETの耐圧は、ゲート電極
直下の不純物濃度とゲート・ドレイン間の距離とによっ
て決まり、当然ながら、不純物濃度が低い方が、また、
ゲート・ドレイン間の距離が長い方が耐圧は良くなる。
基板にイオン注入を行なってチャネル領域を形成し、該
チャネル領域上に直接ゲート電極を形成するMESFE
T(=Metal Semiconductor FE
T)の場合は、ゲート電極直下の不純物濃度が大きいた
め、大きな耐圧は得られない。これに対し、エピタキシ
ャル膜を用いてゲート電極直下に不純物を混入しないア
ンドープ層を介在させてなるMESFETの場合は、ゲ
ート電極直下の不純物濃度が小さいため、大きな耐圧が
得られる。
高耐圧化であって、パワーFETの耐圧は、ゲート電極
直下の不純物濃度とゲート・ドレイン間の距離とによっ
て決まり、当然ながら、不純物濃度が低い方が、また、
ゲート・ドレイン間の距離が長い方が耐圧は良くなる。
基板にイオン注入を行なってチャネル領域を形成し、該
チャネル領域上に直接ゲート電極を形成するMESFE
T(=Metal Semiconductor FE
T)の場合は、ゲート電極直下の不純物濃度が大きいた
め、大きな耐圧は得られない。これに対し、エピタキシ
ャル膜を用いてゲート電極直下に不純物を混入しないア
ンドープ層を介在させてなるMESFETの場合は、ゲ
ート電極直下の不純物濃度が小さいため、大きな耐圧が
得られる。
【0004】以下、ゲート電極とチャネル層との間にア
ンドープ層を備えた従来のMESFETについて図面を
参照しながら説明する。
ンドープ層を備えた従来のMESFETについて図面を
参照しながら説明する。
【0005】図7は従来のGaAsを用いたMESFE
Tの断面構成を示している。図7に示すように、GaA
sよりなる半絶縁性基板91の上には、Siが不純物と
してドープされたn型GaAsよりなるチャネル層92
と、GaAs又はAlGaAsよりなるアンドープ層9
3とが順次形成されている。アンドープ層93の上には
互いに間隔をおいて、Siが不純物として高濃度にドー
プされたn型GaAsよりなるコンタクト層94が形成
されており、各コンタクト層94の上には、AuGe等
が蒸着されてなるソース電極97及びドレイン電極98
がそれぞれ形成されている。アンドープ層93の上にお
けるソース電極97とドレイン電極98との間には、A
l等が蒸着されてなり、アンドープ層93とショットキ
接触するゲート電極99が形成されている。
Tの断面構成を示している。図7に示すように、GaA
sよりなる半絶縁性基板91の上には、Siが不純物と
してドープされたn型GaAsよりなるチャネル層92
と、GaAs又はAlGaAsよりなるアンドープ層9
3とが順次形成されている。アンドープ層93の上には
互いに間隔をおいて、Siが不純物として高濃度にドー
プされたn型GaAsよりなるコンタクト層94が形成
されており、各コンタクト層94の上には、AuGe等
が蒸着されてなるソース電極97及びドレイン電極98
がそれぞれ形成されている。アンドープ層93の上にお
けるソース電極97とドレイン電極98との間には、A
l等が蒸着されてなり、アンドープ層93とショットキ
接触するゲート電極99が形成されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のMESFETは、ゲート電極99とチャネル層92
との間にアンドープ層93が設けられているため、絶対
耐圧は向上するものの、ゲート電極99の下部における
ドレイン電極98側の端部に電界が集中するため、ドレ
イン耐圧はゲート・ドレイン間の距離にのみ依存するの
で、さらに高耐圧化するにはゲート・ドレイン間の距離
を長くしなければならなかった。反面、ゲート・ドレイ
ン間の距離を長くすると該ゲート・ドレイン間の抵抗成
分が増加し、FETのオン抵抗が増加するので、FET
の諸特性が劣化するという問題を有している。
来のMESFETは、ゲート電極99とチャネル層92
との間にアンドープ層93が設けられているため、絶対
耐圧は向上するものの、ゲート電極99の下部における
ドレイン電極98側の端部に電界が集中するため、ドレ
イン耐圧はゲート・ドレイン間の距離にのみ依存するの
で、さらに高耐圧化するにはゲート・ドレイン間の距離
を長くしなければならなかった。反面、ゲート・ドレイ
ン間の距離を長くすると該ゲート・ドレイン間の抵抗成
分が増加し、FETのオン抵抗が増加するので、FET
の諸特性が劣化するという問題を有している。
【0007】また、耐圧値を決定する雪崩降伏現象が生
じる状況下においては、チャネル層92におけるゲート
電極99のドレイン電極98側の端部において電子・正
孔対が多数発生するため、最終的にFETの暴走を引き
起こす。このように、高耐圧化と他の電気的特性との高
性能化は相反し、また、耐圧限界近傍においては安定な
動作を行なえないという問題を有している。
じる状況下においては、チャネル層92におけるゲート
電極99のドレイン電極98側の端部において電子・正
孔対が多数発生するため、最終的にFETの暴走を引き
起こす。このように、高耐圧化と他の電気的特性との高
性能化は相反し、また、耐圧限界近傍においては安定な
動作を行なえないという問題を有している。
【0008】本発明は前記の問題に鑑み、高耐圧で且つ
オン抵抗が小さく、耐圧限界近傍において安定に動作で
きるようにすることを目的とする。
オン抵抗が小さく、耐圧限界近傍において安定に動作で
きるようにすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、基板におけるゲート電極とドレイン電極
との間に、発生した電子・正孔対のうちの正孔を捕獲し
ドレイン電極側に流す正孔吸収層を設けるものである。
め、本発明は、基板におけるゲート電極とドレイン電極
との間に、発生した電子・正孔対のうちの正孔を捕獲し
ドレイン電極側に流す正孔吸収層を設けるものである。
【0010】本発明に係る第1の電界効果型トランジス
タは、半絶縁性基板の上に形成され、不純物がドープさ
れてなるチャネル層と、チャネル層の上におけるゲート
電極形成領域のドレイン側の領域に形成され、ゲート電
極形成領域側の端部に段差部を有するアンドープ層と、
チャネル層の上及びアンドープ層の上に段差部をまたぐ
ように形成されたゲート電極と、チャネル層とアンドー
プ層との間の領域に、ゲート電極のドレイン側の側面と
の間に空間部が介在するように形成された正孔吸収層と
を備えている。
タは、半絶縁性基板の上に形成され、不純物がドープさ
れてなるチャネル層と、チャネル層の上におけるゲート
電極形成領域のドレイン側の領域に形成され、ゲート電
極形成領域側の端部に段差部を有するアンドープ層と、
チャネル層の上及びアンドープ層の上に段差部をまたぐ
ように形成されたゲート電極と、チャネル層とアンドー
プ層との間の領域に、ゲート電極のドレイン側の側面と
の間に空間部が介在するように形成された正孔吸収層と
を備えている。
【0011】第1の電界効果型トランジスタによると、
チャネル層の上におけるゲート電極形成領域のドレイン
側の領域で且つゲート電極形成領域側の端部に段差部を
有するアンドープ層が形成され、ゲート電極が該段差部
をまたぐように形成されているため、ゲート電極のドレ
イン側にずれて位置する頂部がアンドープ層と接触し且
つその脚部でチャネル層と接触するので、ゲートバイア
ス印加時にゲート電極のドレイン側の端部における電界
が緩和され、その結果、ゲート・ドレイン間の距離を短
くしても充分な耐圧を得ることができる。さらに、ゲー
ト電極のソース側の側面とソース側のコンタクト領域と
は耐圧の許す限り近づけることができるため、ソース抵
抗が低減される。
チャネル層の上におけるゲート電極形成領域のドレイン
側の領域で且つゲート電極形成領域側の端部に段差部を
有するアンドープ層が形成され、ゲート電極が該段差部
をまたぐように形成されているため、ゲート電極のドレ
イン側にずれて位置する頂部がアンドープ層と接触し且
つその脚部でチャネル層と接触するので、ゲートバイア
ス印加時にゲート電極のドレイン側の端部における電界
が緩和され、その結果、ゲート・ドレイン間の距離を短
くしても充分な耐圧を得ることができる。さらに、ゲー
ト電極のソース側の側面とソース側のコンタクト領域と
は耐圧の許す限り近づけることができるため、ソース抵
抗が低減される。
【0012】また、チャネル層とアンドープ層との間の
領域に、ゲート電極のドレイン側の側面との間に空間部
が介在するように形成された正孔吸収層が設けられてい
るため、正孔吸収層のエネルギー準位の価電子帯端がチ
ャネル層に比べて大きい場合には、該正孔吸収層が雪崩
降伏現象時に発生する電子・正孔対のうちの正孔を捕獲
すると共に、アンドープ層がドレイン側の領域に形成さ
れているので、該正孔は、直接ゲート電極に流入するこ
となくドレイン側の領域に拡散して、コンタクト領域内
又はドレイン電極内で電子と再結合する。
領域に、ゲート電極のドレイン側の側面との間に空間部
が介在するように形成された正孔吸収層が設けられてい
るため、正孔吸収層のエネルギー準位の価電子帯端がチ
ャネル層に比べて大きい場合には、該正孔吸収層が雪崩
降伏現象時に発生する電子・正孔対のうちの正孔を捕獲
すると共に、アンドープ層がドレイン側の領域に形成さ
れているので、該正孔は、直接ゲート電極に流入するこ
となくドレイン側の領域に拡散して、コンタクト領域内
又はドレイン電極内で電子と再結合する。
【0013】本発明に係る第2の電界効果型トランジス
タは、半絶縁性基板の上に形成され、不純物がドープさ
れてなるチャネル層と、チャネル層の上におけるゲート
電極形成領域のドレイン側の領域に形成され、ゲート電
極形成領域側の端部に段差部を有する絶縁層と、チャネ
ル層及び絶縁層の上に段差部をまたぐように形成された
ゲート電極と、チャネル層と絶縁層との間の領域に、ゲ
ート電極のドレイン側の側面との間に空間部が介在する
ように形成された正孔吸収層とを備えている。
タは、半絶縁性基板の上に形成され、不純物がドープさ
れてなるチャネル層と、チャネル層の上におけるゲート
電極形成領域のドレイン側の領域に形成され、ゲート電
極形成領域側の端部に段差部を有する絶縁層と、チャネ
ル層及び絶縁層の上に段差部をまたぐように形成された
ゲート電極と、チャネル層と絶縁層との間の領域に、ゲ
ート電極のドレイン側の側面との間に空間部が介在する
ように形成された正孔吸収層とを備えている。
【0014】第2の電界効果型トランジスタによると、
チャネル層の上におけるゲート電極形成領域のドレイン
側の領域で且つゲート電極形成領域側の端部に段差部を
有する絶縁層が形成され、ゲート電極が該段差部をまた
ぐように形成されているため、ゲート電極のドレイン側
の側面が該側面の上部で絶縁層と接触し且つ側面の下部
でチャネル層と接触するので、ゲートバイアス印加時に
ゲート電極のドレイン側の端部における電界が緩和さ
れ、その結果、ゲート・ドレイン間の距離を短くしても
充分な耐圧を得ることができる。さらに、ゲート電極の
ソース側の側面とソース側のコンタクト領域とは耐圧の
許す限り近づけることができるため、ソース抵抗が低減
される。
チャネル層の上におけるゲート電極形成領域のドレイン
側の領域で且つゲート電極形成領域側の端部に段差部を
有する絶縁層が形成され、ゲート電極が該段差部をまた
ぐように形成されているため、ゲート電極のドレイン側
の側面が該側面の上部で絶縁層と接触し且つ側面の下部
でチャネル層と接触するので、ゲートバイアス印加時に
ゲート電極のドレイン側の端部における電界が緩和さ
れ、その結果、ゲート・ドレイン間の距離を短くしても
充分な耐圧を得ることができる。さらに、ゲート電極の
ソース側の側面とソース側のコンタクト領域とは耐圧の
許す限り近づけることができるため、ソース抵抗が低減
される。
【0015】また、チャネル層と絶縁層との間の領域
に、ゲート電極のドレイン側の側面との間に空間部が介
在するように形成された正孔吸収層が設けられているた
め、正孔吸収層のエネルギー準位の価電子帯端がチャネ
ル層に比べて大きい場合には、該正孔吸収層が雪崩降伏
現象時に発生する電子・正孔対のうちの正孔を捕獲する
と共に、絶縁層がドレイン側の領域に形成されているの
で、該正孔は、直接ゲート電極に流入することなくドレ
イン側の領域に拡散して、コンタクト領域内又はドレイ
ン電極内で電子と再結合する。
に、ゲート電極のドレイン側の側面との間に空間部が介
在するように形成された正孔吸収層が設けられているた
め、正孔吸収層のエネルギー準位の価電子帯端がチャネ
ル層に比べて大きい場合には、該正孔吸収層が雪崩降伏
現象時に発生する電子・正孔対のうちの正孔を捕獲する
と共に、絶縁層がドレイン側の領域に形成されているの
で、該正孔は、直接ゲート電極に流入することなくドレ
イン側の領域に拡散して、コンタクト領域内又はドレイ
ン電極内で電子と再結合する。
【0016】第1又は第2の電界効果型トランジスタに
おいて、チャネル層はn型GaAsよりなる半導体層で
あり、正孔吸収層はInGaAs又はp型GaAsより
なる半導体層であることが好ましい。
おいて、チャネル層はn型GaAsよりなる半導体層で
あり、正孔吸収層はInGaAs又はp型GaAsより
なる半導体層であることが好ましい。
【0017】本発明に係る第3の電界効果型トランジス
タは、半絶縁性基板と、半絶縁性基板に互いに間隔をお
いて形成され、第1導電型の不純物が高濃度にドープさ
れてなるソースコンタクト領域及びドレインコンタクト
領域と、半絶縁性基板におけるソースコンタクト領域と
ドレインコンタクト領域との間に、ソースコンタクト領
域とドレインコンタクト領域とを接続するように形成さ
れ、第1導電型の不純物がドープされてなるチャネル領
域と、チャネル領域の上に形成されたゲート電極と、チ
ャネル領域の下におけるゲート電極とドレインコンタク
ト領域との間に形成され、第2導電型の不純物がドープ
されてなる正孔吸収領域とを備え、正孔吸収領域は、ド
レインコンタクト領域側の端部がドレインコンタクト領
域と接続されるように形成されている。
タは、半絶縁性基板と、半絶縁性基板に互いに間隔をお
いて形成され、第1導電型の不純物が高濃度にドープさ
れてなるソースコンタクト領域及びドレインコンタクト
領域と、半絶縁性基板におけるソースコンタクト領域と
ドレインコンタクト領域との間に、ソースコンタクト領
域とドレインコンタクト領域とを接続するように形成さ
れ、第1導電型の不純物がドープされてなるチャネル領
域と、チャネル領域の上に形成されたゲート電極と、チ
ャネル領域の下におけるゲート電極とドレインコンタク
ト領域との間に形成され、第2導電型の不純物がドープ
されてなる正孔吸収領域とを備え、正孔吸収領域は、ド
レインコンタクト領域側の端部がドレインコンタクト領
域と接続されるように形成されている。
【0018】第3の電界効果型トランジスタによると、
チャネル領域の下におけるゲート電極とドレインコンタ
クト領域との間に、ドレインコンタクト領域側の端部を
ドレインコンタクト領域と接続するように形成された正
孔吸収領域が設けられているため、正孔吸収領域のエネ
ルギー準位の価電子帯端がチャネル領域に比べて大きい
場合には、該正孔吸収領域が雪崩降伏現象時に発生する
電子・正孔対のうちの正孔を捕獲すると共に、該正孔吸
収領域がドレインコンタクト領域に接続されているの
で、該正孔は、直接ゲート電極に流入することなくドレ
インコンタクト領域に拡散して、該ドレインコンタクト
領域内又はドレイン電極内で電子と再結合する。
チャネル領域の下におけるゲート電極とドレインコンタ
クト領域との間に、ドレインコンタクト領域側の端部を
ドレインコンタクト領域と接続するように形成された正
孔吸収領域が設けられているため、正孔吸収領域のエネ
ルギー準位の価電子帯端がチャネル領域に比べて大きい
場合には、該正孔吸収領域が雪崩降伏現象時に発生する
電子・正孔対のうちの正孔を捕獲すると共に、該正孔吸
収領域がドレインコンタクト領域に接続されているの
で、該正孔は、直接ゲート電極に流入することなくドレ
インコンタクト領域に拡散して、該ドレインコンタクト
領域内又はドレイン電極内で電子と再結合する。
【0019】第3の電界効果型トランジスタにおいて、
半絶縁性基板はGaAsよりなり、第1導電型はn型で
且つ第2導電型はp型であることが好ましい。
半絶縁性基板はGaAsよりなり、第1導電型はn型で
且つ第2導電型はp型であることが好ましい。
【0020】本発明に係る第1の電界効果型トランジス
タの製造方法は、半絶縁性基板上に、不純物がドープさ
れてなるチャネル層、正孔吸収層、アンドープ層及び不
純物が高濃度にドープされてなるコンタクト形成層とを
順次形成する工程と、コンタクト形成層の上に、コンタ
クト形成層とオーミック接触する第1の導体膜よりなる
ソース電極及びドレイン電極を互いに間隔をおいて形成
する工程と、コンタクト形成層におけるソース電極とド
レイン電極との間の領域に対してアンドープ層が露出す
るまでエッチングを行なって、コンタクト形成層よりな
るソースコンタクト層及びドレインコンタクト層をそれ
ぞれ形成する工程と、アンドープ層及び正孔吸収層にお
けるゲートリセス形成領域に対してチャネル層が露出す
るまでエッチングを行なうことにより、アンドープ層よ
りなる上部側壁と正孔吸収層よりなる下部側壁とからな
る側壁部を有するゲートリセス領域を形成する工程と、
ゲートリセス領域における下部側壁に対して選択的にエ
ッチングを行なって、下部側壁にアンダーカット形状の
空間部を形成する工程と、半絶縁性基板の上に、ゲート
リセス領域におけるドレイン電極側の側壁部をまたぐよ
うに第2の導体膜を堆積することにより、ゲートリセス
領域におけるソース電極側の側壁との間に間隔をおくと
共に、ゲートリセス領域のドレイン電極側の側壁部の下
部側壁との間に空間部が介在するように、第2の導体膜
よりなりチャネル層及びアンドープ層とショットキ接触
するゲート電極を形成する工程とを備えている。
タの製造方法は、半絶縁性基板上に、不純物がドープさ
れてなるチャネル層、正孔吸収層、アンドープ層及び不
純物が高濃度にドープされてなるコンタクト形成層とを
順次形成する工程と、コンタクト形成層の上に、コンタ
クト形成層とオーミック接触する第1の導体膜よりなる
ソース電極及びドレイン電極を互いに間隔をおいて形成
する工程と、コンタクト形成層におけるソース電極とド
レイン電極との間の領域に対してアンドープ層が露出す
るまでエッチングを行なって、コンタクト形成層よりな
るソースコンタクト層及びドレインコンタクト層をそれ
ぞれ形成する工程と、アンドープ層及び正孔吸収層にお
けるゲートリセス形成領域に対してチャネル層が露出す
るまでエッチングを行なうことにより、アンドープ層よ
りなる上部側壁と正孔吸収層よりなる下部側壁とからな
る側壁部を有するゲートリセス領域を形成する工程と、
ゲートリセス領域における下部側壁に対して選択的にエ
ッチングを行なって、下部側壁にアンダーカット形状の
空間部を形成する工程と、半絶縁性基板の上に、ゲート
リセス領域におけるドレイン電極側の側壁部をまたぐよ
うに第2の導体膜を堆積することにより、ゲートリセス
領域におけるソース電極側の側壁との間に間隔をおくと
共に、ゲートリセス領域のドレイン電極側の側壁部の下
部側壁との間に空間部が介在するように、第2の導体膜
よりなりチャネル層及びアンドープ層とショットキ接触
するゲート電極を形成する工程とを備えている。
【0021】第1の電界効果型トランジスタの製造方法
によると、ゲートリセス領域におけるドレイン電極側の
側壁部をまたぐように第2の導体膜を堆積することによ
り、ゲートリセス領域におけるソース電極側の側壁との
間に間隔をおくと共に、ゲートリセス領域のドレイン電
極側の側壁部の下部側壁との間に空間部が介在し、且
つ、チャネル層及びドレイン電極側のアンドープ層とシ
ョットキ接触するゲート電極を形成するため、ゲート電
極におけるドレイン側にずれて位置する頂部がアンドー
プ層と接触し且つその脚部でチャネル層と接触するの
で、ゲートバイアス印加時にゲート電極のドレイン側の
端部における電界が緩和され、その結果、ゲート・ドレ
イン間の距離を短くしても充分な耐圧を得ることができ
る。さらに、ゲートリセス領域におけるソース側の側壁
はゲート電極のソース側の側面との間に間隔をおいてい
るため、ゲート電極とソースコンタクト層とは耐圧の許
す限り近づけることができるので、ソース抵抗が低減さ
れる。
によると、ゲートリセス領域におけるドレイン電極側の
側壁部をまたぐように第2の導体膜を堆積することによ
り、ゲートリセス領域におけるソース電極側の側壁との
間に間隔をおくと共に、ゲートリセス領域のドレイン電
極側の側壁部の下部側壁との間に空間部が介在し、且
つ、チャネル層及びドレイン電極側のアンドープ層とシ
ョットキ接触するゲート電極を形成するため、ゲート電
極におけるドレイン側にずれて位置する頂部がアンドー
プ層と接触し且つその脚部でチャネル層と接触するの
で、ゲートバイアス印加時にゲート電極のドレイン側の
端部における電界が緩和され、その結果、ゲート・ドレ
イン間の距離を短くしても充分な耐圧を得ることができ
る。さらに、ゲートリセス領域におけるソース側の側壁
はゲート電極のソース側の側面との間に間隔をおいてい
るため、ゲート電極とソースコンタクト層とは耐圧の許
す限り近づけることができるので、ソース抵抗が低減さ
れる。
【0022】また、チャネル層とアンドープ層との間の
領域に、ゲート電極のドレイン側の側面との間に空間部
が介在するように正孔吸収層を設けているため、正孔吸
収層のエネルギー準位の価電子帯端がチャネル層に比べ
て大きい場合には、該正孔吸収層が雪崩降伏現象時に発
生する電子・正孔対のうちの正孔を捕獲すると共に、ア
ンドープ層をドレイン側の領域に延びるように形成して
いるので、該正孔は、直接ゲート電極に流入することな
くドレイン側のコンタクト領域に拡散して、コンタクト
領域内又はドレイン電極内で電子と再結合する。
領域に、ゲート電極のドレイン側の側面との間に空間部
が介在するように正孔吸収層を設けているため、正孔吸
収層のエネルギー準位の価電子帯端がチャネル層に比べ
て大きい場合には、該正孔吸収層が雪崩降伏現象時に発
生する電子・正孔対のうちの正孔を捕獲すると共に、ア
ンドープ層をドレイン側の領域に延びるように形成して
いるので、該正孔は、直接ゲート電極に流入することな
くドレイン側のコンタクト領域に拡散して、コンタクト
領域内又はドレイン電極内で電子と再結合する。
【0023】第1の電界効果型トランジスタの製造方法
において、チャネル層はn型GaAsよりなる半導体層
であり、正孔吸収層はInGaAs又はp型GaAsよ
りなる半導体層であることが好ましい。
において、チャネル層はn型GaAsよりなる半導体層
であり、正孔吸収層はInGaAs又はp型GaAsよ
りなる半導体層であることが好ましい。
【0024】本発明に係る第2の電界効果型トランジス
タの製造方法は、半絶縁性基板に第1導電型の不純物イ
オンを選択的に注入することにより、半絶縁性基板にお
けるソース電極形成領域とドレイン電極形成領域との間
にチャネル領域を形成すると共に、半絶縁性基板におけ
るチャネル領域の下側に第2導電型の不純物イオンを選
択的に注入することにより、半絶縁性基板におけるゲー
ト電極形成領域とドレイン電極形成領域との間に正孔吸
収領域を形成する工程と、半絶縁性基板に第1導電型の
高濃度の不純物イオンを選択的に注入することにより、
チャネル領域におけるソース電極形成領域側の端部に接
続するソースコンタクト領域を形成すると共に、チャネ
ル領域及び正孔吸収領域におけるドレイン電極形成領域
側の各端部にそれぞれ接続するようにドレインコンタク
ト領域を形成する工程と、ソースコンタクト領域の上の
ソース電極形成領域及びドレインコンタクト領域の上の
ドレイン電極形成領域に第1の導体膜を堆積することに
より、ソースコンタクト領域とオーミック接触するソー
ス電極及びドレインコンタクト領域とオーミック接触す
るドレイン電極を形成する工程と、チャネル領域の上の
ゲート電極形成領域に第2の導体膜を堆積することによ
り、チャネル領域とショットキ接触する第2の導体膜よ
りなるゲート電極を形成する工程とを備えている。
タの製造方法は、半絶縁性基板に第1導電型の不純物イ
オンを選択的に注入することにより、半絶縁性基板にお
けるソース電極形成領域とドレイン電極形成領域との間
にチャネル領域を形成すると共に、半絶縁性基板におけ
るチャネル領域の下側に第2導電型の不純物イオンを選
択的に注入することにより、半絶縁性基板におけるゲー
ト電極形成領域とドレイン電極形成領域との間に正孔吸
収領域を形成する工程と、半絶縁性基板に第1導電型の
高濃度の不純物イオンを選択的に注入することにより、
チャネル領域におけるソース電極形成領域側の端部に接
続するソースコンタクト領域を形成すると共に、チャネ
ル領域及び正孔吸収領域におけるドレイン電極形成領域
側の各端部にそれぞれ接続するようにドレインコンタク
ト領域を形成する工程と、ソースコンタクト領域の上の
ソース電極形成領域及びドレインコンタクト領域の上の
ドレイン電極形成領域に第1の導体膜を堆積することに
より、ソースコンタクト領域とオーミック接触するソー
ス電極及びドレインコンタクト領域とオーミック接触す
るドレイン電極を形成する工程と、チャネル領域の上の
ゲート電極形成領域に第2の導体膜を堆積することによ
り、チャネル領域とショットキ接触する第2の導体膜よ
りなるゲート電極を形成する工程とを備えている。
【0025】第2の電界効果型トランジスタの製造方法
によると、正孔吸収領域を、チャネル領域の下側で且つ
ゲート電極形成領域とドレイン電極形成領域との間に第
2導電型の不純物イオンを選択的に注入することにより
形成すると共に、半絶縁性基板に第1導電型の高濃度の
不純物イオンを選択的に注入することにより、チャネル
領域及び正孔吸収領域におけるドレイン電極形成領域側
の各端部にそれぞれ接続するようにドレインコンタクト
領域を形成するため、正孔吸収領域のドレインコンタク
ト領域側の端部がドレインコンタクト領域と接続され
る。従って、正孔吸収領域のエネルギー準位の価電子帯
端がチャネル領域に比べて大きい場合には、該正孔吸収
領域が雪崩降伏現象時に発生する電子・正孔対のうちの
正孔を捕獲すると共に、該正孔は、直接ゲート電極に流
入することなくドレインコンタクト領域に拡散して、該
ドレインコンタクト領域内又はドレイン電極内で電子と
再結合する。
によると、正孔吸収領域を、チャネル領域の下側で且つ
ゲート電極形成領域とドレイン電極形成領域との間に第
2導電型の不純物イオンを選択的に注入することにより
形成すると共に、半絶縁性基板に第1導電型の高濃度の
不純物イオンを選択的に注入することにより、チャネル
領域及び正孔吸収領域におけるドレイン電極形成領域側
の各端部にそれぞれ接続するようにドレインコンタクト
領域を形成するため、正孔吸収領域のドレインコンタク
ト領域側の端部がドレインコンタクト領域と接続され
る。従って、正孔吸収領域のエネルギー準位の価電子帯
端がチャネル領域に比べて大きい場合には、該正孔吸収
領域が雪崩降伏現象時に発生する電子・正孔対のうちの
正孔を捕獲すると共に、該正孔は、直接ゲート電極に流
入することなくドレインコンタクト領域に拡散して、該
ドレインコンタクト領域内又はドレイン電極内で電子と
再結合する。
【0026】第2の電界効果型トランジスタの製造方法
において、半絶縁性基板はGaAsよりなり、第1導電
型はn型で且つ第2導電型はp型であることが好まし
い。
において、半絶縁性基板はGaAsよりなり、第1導電
型はn型で且つ第2導電型はp型であることが好まし
い。
【0027】
(第1の実施形態)本発明の第1の実施形態について図
面を参照しながら説明する。
面を参照しながら説明する。
【0028】図1は本発明の第1の実施形態に係る電界
効果型トランジスタの断面構成を示している。図1に示
すように、GaAsよりなる半絶縁性基板11の上に
は、Siが不純物としてドープされたn型GaAsより
なるチャネル層12と、エネルギー準位の価電子帯端が
GaAsよりも大きい材料、例えば、ヘテロ接合の場合
は半絶縁性InGaAsよりなり、またホモ接合の場合
はp型GaAsよりなる正孔吸収層13と、GaAs又
はAlGaAsよりなるアンドープ層14とが順次形成
されている。
効果型トランジスタの断面構成を示している。図1に示
すように、GaAsよりなる半絶縁性基板11の上に
は、Siが不純物としてドープされたn型GaAsより
なるチャネル層12と、エネルギー準位の価電子帯端が
GaAsよりも大きい材料、例えば、ヘテロ接合の場合
は半絶縁性InGaAsよりなり、またホモ接合の場合
はp型GaAsよりなる正孔吸収層13と、GaAs又
はAlGaAsよりなるアンドープ層14とが順次形成
されている。
【0029】チャネル層12の上には、該チャネル層を
露出させ、正孔吸収層13よりなる下部側壁とアンドー
プ層14よりなる上部側壁とからなる側壁部を有し、且
つ、下部側壁にはアンダーカット形状の空間部13aを
有するゲートリセス領域が形成されており、アンドープ
層14の上には、Siが高濃度にドープされたn型Ga
Asよりなり、該ゲートリセス領域を挟んでそれぞれソ
ースコンタクト層15Bとドレインコンタクト層15C
とが形成されている。ソースコンタクト層15Bの上に
はAuGe等よりなり該ソースコンタクト層15Bとオ
ーミック接触するソース電極17Bが形成されると共
に、ドレインコンタクト層15Cの上にはAuGe等よ
りなり該ドレインコンタクト層15Cとオーミック接触
するドレイン電極17Cが形成されている。
露出させ、正孔吸収層13よりなる下部側壁とアンドー
プ層14よりなる上部側壁とからなる側壁部を有し、且
つ、下部側壁にはアンダーカット形状の空間部13aを
有するゲートリセス領域が形成されており、アンドープ
層14の上には、Siが高濃度にドープされたn型Ga
Asよりなり、該ゲートリセス領域を挟んでそれぞれソ
ースコンタクト層15Bとドレインコンタクト層15C
とが形成されている。ソースコンタクト層15Bの上に
はAuGe等よりなり該ソースコンタクト層15Bとオ
ーミック接触するソース電極17Bが形成されると共
に、ドレインコンタクト層15Cの上にはAuGe等よ
りなり該ドレインコンタクト層15Cとオーミック接触
するドレイン電極17Cが形成されている。
【0030】Al等よりなるゲート電極19Bは、ゲー
トリセス領域におけるソース電極17B側の側壁との間
に所定の間隔をおくと共に、ゲートリセス領域における
ドレイン電極17C側の側壁部よりなる段差部をまたぐ
ことにより、ドレイン電極17C側にずれて位置し且つ
アンドープ層14とショットキ接触する頂部とチャネル
層12とショットキ接触する脚部とからなり、該脚部と
段差部下部との間に空間部13aが介在するように形成
されている。
トリセス領域におけるソース電極17B側の側壁との間
に所定の間隔をおくと共に、ゲートリセス領域における
ドレイン電極17C側の側壁部よりなる段差部をまたぐ
ことにより、ドレイン電極17C側にずれて位置し且つ
アンドープ層14とショットキ接触する頂部とチャネル
層12とショットキ接触する脚部とからなり、該脚部と
段差部下部との間に空間部13aが介在するように形成
されている。
【0031】以下、本発明の第1の実施形態に係る電界
効果型トランジスタの製造方法について図面を参照しな
がら説明する。図2(a)〜(e)は本実施形態に係る
電界効果型トランジスタの製造方法の工程順の断面構成
を示している。
効果型トランジスタの製造方法について図面を参照しな
がら説明する。図2(a)〜(e)は本実施形態に係る
電界効果型トランジスタの製造方法の工程順の断面構成
を示している。
【0032】まず、図2(a)に示すように、CVD法
等の結晶成長法を用いて、GaAsよりなる半絶縁性基
板11の上に、Siがドープされたn型GaAsよりな
るチャネル層12と、半絶縁性InGaAs又はp型G
aAsよりなる正孔吸収層13と、GaAs又はAlG
aAsよりなるアンドープ層14と、Siが高濃度にド
ープされたn型GaAsよりなるコンタクト形成層15
Aを順次積層する。その後、コンタクト形成層15Aの
上に、互いに間隔をおいたソース電極形成領域及びドレ
イン電極形成領域に開口部を有する第1のレジストパタ
ーン21を形成した後、半絶縁性基板11の上に全面に
わたって第1の導体膜としてのAuGe/Ni等よりな
る金属膜17Aを蒸着し、第1のレジストパターン21
をリフトオフして、コンタクト形成層15Aの上にソー
ス電極17B及びドレイン電極17Cをそれぞれ形成す
る。
等の結晶成長法を用いて、GaAsよりなる半絶縁性基
板11の上に、Siがドープされたn型GaAsよりな
るチャネル層12と、半絶縁性InGaAs又はp型G
aAsよりなる正孔吸収層13と、GaAs又はAlG
aAsよりなるアンドープ層14と、Siが高濃度にド
ープされたn型GaAsよりなるコンタクト形成層15
Aを順次積層する。その後、コンタクト形成層15Aの
上に、互いに間隔をおいたソース電極形成領域及びドレ
イン電極形成領域に開口部を有する第1のレジストパタ
ーン21を形成した後、半絶縁性基板11の上に全面に
わたって第1の導体膜としてのAuGe/Ni等よりな
る金属膜17Aを蒸着し、第1のレジストパターン21
をリフトオフして、コンタクト形成層15Aの上にソー
ス電極17B及びドレイン電極17Cをそれぞれ形成す
る。
【0033】次に、図2(b)に示すように、半絶縁性
基板11に対して熱処理を行なってソース電極17B及
びドレイン電極17Cとコンタクト形成層15Aとをそ
れぞれオーミック接触させる。その後、半絶縁性基板1
1の上に、コンタクト形成層15Aにおけるソースコン
タクト形成領域及びドレインコンタクト形成領域をそれ
ぞれマスクする第2のレジストパターン22を形成した
後、該第2のレジストパターン22をマスクとしてコン
タクト形成層15Aに対してアンドープ層14が露出す
るまでエッチングを行なって、コンタクト形成層15A
からソースコンタクト層15B及びドレインコンタクト
層15Cを形成する。
基板11に対して熱処理を行なってソース電極17B及
びドレイン電極17Cとコンタクト形成層15Aとをそ
れぞれオーミック接触させる。その後、半絶縁性基板1
1の上に、コンタクト形成層15Aにおけるソースコン
タクト形成領域及びドレインコンタクト形成領域をそれ
ぞれマスクする第2のレジストパターン22を形成した
後、該第2のレジストパターン22をマスクとしてコン
タクト形成層15Aに対してアンドープ層14が露出す
るまでエッチングを行なって、コンタクト形成層15A
からソースコンタクト層15B及びドレインコンタクト
層15Cを形成する。
【0034】次に、図2(c)に示すように、第2のレ
ジストパターン22を除去した後、半絶縁性基板11の
上に、ゲートリセス領域14aに開口部を有する第3の
レジストパターン23を形成し、該第3のレジストパタ
ーン23をマスクとしてアンドープ層14及び正孔吸収
層13に対してチャネル層12が露出するまでウエット
エッチングを行なって、正孔吸収層13よりなる下部側
壁とアンドープ層12よりなる上部側壁とからなる側壁
部を有するゲートリセス領域14aを形成する。引き続
き、第3のレジストパターン23をマスクとしてゲート
リセス領域14aにおける下部側壁の正孔吸収層13に
対して塩酸等を用いて選択的にウエットエッチングを行
なって、ゲートリセス領域14aにおける下部側壁がア
ンダーカット形状となる空間部13aを形成する。
ジストパターン22を除去した後、半絶縁性基板11の
上に、ゲートリセス領域14aに開口部を有する第3の
レジストパターン23を形成し、該第3のレジストパタ
ーン23をマスクとしてアンドープ層14及び正孔吸収
層13に対してチャネル層12が露出するまでウエット
エッチングを行なって、正孔吸収層13よりなる下部側
壁とアンドープ層12よりなる上部側壁とからなる側壁
部を有するゲートリセス領域14aを形成する。引き続
き、第3のレジストパターン23をマスクとしてゲート
リセス領域14aにおける下部側壁の正孔吸収層13に
対して塩酸等を用いて選択的にウエットエッチングを行
なって、ゲートリセス領域14aにおける下部側壁がア
ンダーカット形状となる空間部13aを形成する。
【0035】次に、図2(d)に示すように、第3のレ
ジストパターン23を除去した後、半絶縁性基板11の
上に、ゲートリセス領域14aにおけるドレイン電極1
7C側の壁面を含む領域に開口部を有する第4のレジス
トパターン24を形成し、半絶縁性基板11の上に全面
にわたって第2の導体膜としてのAl等よりなる金属膜
19Aを堆積する。
ジストパターン23を除去した後、半絶縁性基板11の
上に、ゲートリセス領域14aにおけるドレイン電極1
7C側の壁面を含む領域に開口部を有する第4のレジス
トパターン24を形成し、半絶縁性基板11の上に全面
にわたって第2の導体膜としてのAl等よりなる金属膜
19Aを堆積する。
【0036】次に、図2(e)に示すように、第4のレ
ジストパターン24をリフトオフして、Al等よりなる
ゲート電極19Bを、ゲートリセス領域14aにおける
ドレイン電極17C側の側壁部をまたぐと共に正孔吸収
層13よりなる下部側壁との間に空間部13aが介在す
るように形成する。
ジストパターン24をリフトオフして、Al等よりなる
ゲート電極19Bを、ゲートリセス領域14aにおける
ドレイン電極17C側の側壁部をまたぐと共に正孔吸収
層13よりなる下部側壁との間に空間部13aが介在す
るように形成する。
【0037】以下、前記のように構成された電界効果型
トランジスタの動作を説明する。
トランジスタの動作を説明する。
【0038】図3(a)は本実施形態に係る電界効果型
トランジスタの断面構成を示し、通常の電子の流れと、
雪崩降伏現象によってチャネル層におけるゲート電極の
ドレイン側の端部近傍に生じる電子・正孔対及びその正
孔の流れとを定性的に表わしている。ここで、図3
(a)において、図1に示す部材と同一の部材には同一
の符号を付すことにより説明を省略する。図3(a)に
示すように、ソースコンタクト層15B側から注入され
る電子1はチャネル層12を通ってドレインコンタクト
層15C側に流入する。一方、雪崩降伏現象が発生する
程度のゲートバイアスがゲート電極19Bに印加される
場合には、チャネル層12におけるゲート電極19Bの
ドレイン側の端部の下方の領域で電子1と正孔2とから
なる多数の電子・正孔対3が生じる。
トランジスタの断面構成を示し、通常の電子の流れと、
雪崩降伏現象によってチャネル層におけるゲート電極の
ドレイン側の端部近傍に生じる電子・正孔対及びその正
孔の流れとを定性的に表わしている。ここで、図3
(a)において、図1に示す部材と同一の部材には同一
の符号を付すことにより説明を省略する。図3(a)に
示すように、ソースコンタクト層15B側から注入され
る電子1はチャネル層12を通ってドレインコンタクト
層15C側に流入する。一方、雪崩降伏現象が発生する
程度のゲートバイアスがゲート電極19Bに印加される
場合には、チャネル層12におけるゲート電極19Bの
ドレイン側の端部の下方の領域で電子1と正孔2とから
なる多数の電子・正孔対3が生じる。
【0039】本実施形態においては、チャネル層12と
アンドープ層14との間の領域で、且つ、ゲート電極1
9Bのドレイン側の側面とドレインコンタクト層15C
との間に、正孔吸収層13のエネルギー準位の価電子帯
端がチャネル層12よりも大きい半絶縁性InGaAs
又はp型GaAsよりなる正孔吸収層13が設けられて
いるため、チャネル層12におけるゲート電極19Bの
ドレイン側の端部の下方の領域で生じた正孔2は正孔吸
収層13に捕獲される。該正孔吸収層13は、ゲート電
極19Bのドレイン側の側面と接することなく設けられ
ているため、捕獲された正孔2はゲート電極19に流入
することなくドレインコンタクト層15Cにのみ流れ込
む。その後、これらの正孔2は、高濃度にドープされた
n型のドレインコンタクト層15Cの内部で他の電子1
と再結合する。このとき、ドレイン電流はこの再結合を
補完するために微増するが、微増の割合はドレイン・ソ
ース間電流の数%未満であるため、FET自身の動作へ
の影響は無視できる。
アンドープ層14との間の領域で、且つ、ゲート電極1
9Bのドレイン側の側面とドレインコンタクト層15C
との間に、正孔吸収層13のエネルギー準位の価電子帯
端がチャネル層12よりも大きい半絶縁性InGaAs
又はp型GaAsよりなる正孔吸収層13が設けられて
いるため、チャネル層12におけるゲート電極19Bの
ドレイン側の端部の下方の領域で生じた正孔2は正孔吸
収層13に捕獲される。該正孔吸収層13は、ゲート電
極19Bのドレイン側の側面と接することなく設けられ
ているため、捕獲された正孔2はゲート電極19に流入
することなくドレインコンタクト層15Cにのみ流れ込
む。その後、これらの正孔2は、高濃度にドープされた
n型のドレインコンタクト層15Cの内部で他の電子1
と再結合する。このとき、ドレイン電流はこの再結合を
補完するために微増するが、微増の割合はドレイン・ソ
ース間電流の数%未満であるため、FET自身の動作へ
の影響は無視できる。
【0040】一方、図3(c)に示すように、従来のゲ
ート電極下にアンドープ層93を備えたMESFETの
場合においては、雪崩降伏現象時に多数発生する正孔2
は、GaAs系FETにおいて一般に負のゲートバイア
スが印加されるゲート電極99に直接流入する。これ
は、負の電位であるゲート電極99が正の電荷を有する
正孔にとって最もポテンシャルが小さくなって安定とな
るからである。これにより、ゲートリーク電流が増大
し、最終的にはFETの暴走を引き起こすことになる。
ート電極下にアンドープ層93を備えたMESFETの
場合においては、雪崩降伏現象時に多数発生する正孔2
は、GaAs系FETにおいて一般に負のゲートバイア
スが印加されるゲート電極99に直接流入する。これ
は、負の電位であるゲート電極99が正の電荷を有する
正孔にとって最もポテンシャルが小さくなって安定とな
るからである。これにより、ゲートリーク電流が増大
し、最終的にはFETの暴走を引き起こすことになる。
【0041】しかしながら、本実施形態によると、チャ
ネル層12とアンドープ層14との間の領域で、且つ、
ゲート電極19Bのドレイン側の側面とドレインコンタ
クト層15Cとの間に、正孔吸収層13のエネルギー準
位の価電子帯端がチャネル層12よりも大きい半絶縁性
InGaAs又はp型GaAsよりなる正孔吸収層13
が、ゲート電極19Bのドレイン側の側面と接すること
なく設けられているため、雪崩降伏状態で生じる正孔2
は、該正孔2にとって安定なエネルギー準位を有する正
孔吸収層13に捕獲され、その後、高濃度のドレインコ
ンタクト層15Cに拡散してその内部で他の電子と再結
合するので、ゲート電極19Bに流れ込まなくなる。従
って、ゲートリーク電流の増加が抑制されるため、耐圧
が向上すると共にFETの暴走が抑制されるので、耐圧
近傍での安定的な動作を可能にする。
ネル層12とアンドープ層14との間の領域で、且つ、
ゲート電極19Bのドレイン側の側面とドレインコンタ
クト層15Cとの間に、正孔吸収層13のエネルギー準
位の価電子帯端がチャネル層12よりも大きい半絶縁性
InGaAs又はp型GaAsよりなる正孔吸収層13
が、ゲート電極19Bのドレイン側の側面と接すること
なく設けられているため、雪崩降伏状態で生じる正孔2
は、該正孔2にとって安定なエネルギー準位を有する正
孔吸収層13に捕獲され、その後、高濃度のドレインコ
ンタクト層15Cに拡散してその内部で他の電子と再結
合するので、ゲート電極19Bに流れ込まなくなる。従
って、ゲートリーク電流の増加が抑制されるため、耐圧
が向上すると共にFETの暴走が抑制されるので、耐圧
近傍での安定的な動作を可能にする。
【0042】さらに、本実施形態の特徴として、ゲート
電極19Bのドレイン側にずれて位置する頂部がアンド
ープ層14と接触し且つその脚部でチャネル層と接触す
るため、ゲートバイアス印加時にゲート電極のドレイン
側の端部における電界が緩和されるので、ゲート・ドレ
イン間の距離を短くしても充分な耐圧を得ることができ
る。これにより、FETの立ち上がり時のオン抵抗は大
幅に低減される。
電極19Bのドレイン側にずれて位置する頂部がアンド
ープ層14と接触し且つその脚部でチャネル層と接触す
るため、ゲートバイアス印加時にゲート電極のドレイン
側の端部における電界が緩和されるので、ゲート・ドレ
イン間の距離を短くしても充分な耐圧を得ることができ
る。これにより、FETの立ち上がり時のオン抵抗は大
幅に低減される。
【0043】また、ゲート電極におけるソース側の側面
はソース側のアンドープ層14のゲート電極19B側の
端部との間に間隔をおいて形成されているため、ゲート
電極19Bとはソースコンタクト領域15Bとは耐圧の
許す限り近づけることができるので、ソース抵抗が低減
される。
はソース側のアンドープ層14のゲート電極19B側の
端部との間に間隔をおいて形成されているため、ゲート
電極19Bとはソースコンタクト領域15Bとは耐圧の
許す限り近づけることができるので、ソース抵抗が低減
される。
【0044】図4は本実施形態に係るGaAsMESF
ETの出力電力とゲート電流との関係を従来のGaAs
MESFETと対比させて測定した測定結果を示し、曲
線4は本実施形態に係るMESFETを示し、曲線5は
従来のMESFETを示している。一般に、ゲート幅が
約30mmの場合には、約17mAのゲート電流が自己
発生すると暴走することがわかっている。図4の曲線5
に示すように、従来のMESFETでは、約20Wの出
力でゲート電流が約17mAとなって暴走する。一方、
図4の曲線4に示すように、本実施形態に係るMESF
ETでは、約30Wで約17mAのゲート電流が生じた
にもかかわらず暴走には至らなかった。
ETの出力電力とゲート電流との関係を従来のGaAs
MESFETと対比させて測定した測定結果を示し、曲
線4は本実施形態に係るMESFETを示し、曲線5は
従来のMESFETを示している。一般に、ゲート幅が
約30mmの場合には、約17mAのゲート電流が自己
発生すると暴走することがわかっている。図4の曲線5
に示すように、従来のMESFETでは、約20Wの出
力でゲート電流が約17mAとなって暴走する。一方、
図4の曲線4に示すように、本実施形態に係るMESF
ETでは、約30Wで約17mAのゲート電流が生じた
にもかかわらず暴走には至らなかった。
【0045】このように、チャネル層12とアンドープ
層14との間の領域で、且つ、ゲート電極19Bのドレ
イン側の側面とドレインコンタクト層15Cとの間に、
正孔吸収層13のエネルギー準位の価電子帯端がチャネ
ル層12よりも大きい半絶縁性InGaAs又はp型G
aAsよりなる正孔吸収層13を備えているため、該正
孔吸収層13が、特にパワーFETの特性改善に与える
影響は顕著である。
層14との間の領域で、且つ、ゲート電極19Bのドレ
イン側の側面とドレインコンタクト層15Cとの間に、
正孔吸収層13のエネルギー準位の価電子帯端がチャネ
ル層12よりも大きい半絶縁性InGaAs又はp型G
aAsよりなる正孔吸収層13を備えているため、該正
孔吸収層13が、特にパワーFETの特性改善に与える
影響は顕著である。
【0046】なお、本実施形態においては、ゲート電極
19B下の電界を緩和し且つドレイン側にずれた頂部を
支えるためのアンドープ層14は、ゲート電極19B側
の端部が絶縁体であってもよく、また、チャネル層の種
類等にも依存せず、GaAs以外の材料系にも幅広く応
用できる。
19B下の電界を緩和し且つドレイン側にずれた頂部を
支えるためのアンドープ層14は、ゲート電極19B側
の端部が絶縁体であってもよく、また、チャネル層の種
類等にも依存せず、GaAs以外の材料系にも幅広く応
用できる。
【0047】また、正孔吸収層13には半絶縁性InG
aAs又はp型GaAsを用いたが、半絶縁性InGa
Asは、不純物がドープされていてもエネルギー準位の
価電子帯端がチャネル層12よりも大きくなるため、n
型又はp型であってもよい。また、ゲート電極19B下
にリセス部を設けて、基板全面にアンドープ層14及び
正孔吸収層13を設けていないのは、バンドギャップの
小さい正孔吸収層13を挟んでゲート電極19Bがチャ
ネル層14を制御するのは困難であるためであって、チ
ャネル層14におけるドレイン・ソース間電流はゲート
電極19Bの脚部がチャネル層14に直接接触している
底部で制御される。
aAs又はp型GaAsを用いたが、半絶縁性InGa
Asは、不純物がドープされていてもエネルギー準位の
価電子帯端がチャネル層12よりも大きくなるため、n
型又はp型であってもよい。また、ゲート電極19B下
にリセス部を設けて、基板全面にアンドープ層14及び
正孔吸収層13を設けていないのは、バンドギャップの
小さい正孔吸収層13を挟んでゲート電極19Bがチャ
ネル層14を制御するのは困難であるためであって、チ
ャネル層14におけるドレイン・ソース間電流はゲート
電極19Bの脚部がチャネル層14に直接接触している
底部で制御される。
【0048】(第2の実施形態)以下、本発明の第2の
実施形態について図面を参照しながら説明する。
実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0049】図5は本発明の第2の実施形態に係るプレ
ーナ型の電界効果型トランジスタの断面構成を示してい
る。図5に示すように、GaAsよりなる半絶縁性基板
31には、互いに間隔をおいて形成され、第1導電型と
してのn型の不純物Siが高濃度にドープされたソース
コンタクト領域31a及びドレインコンタクト領域31
bと、ソースコンタクト領域31aとドレインコンタク
ト領域31bとの間に、n型の不純物Siがドープさ
れ、該ソースコンタクト領域31aとドレインコンタク
ト領域31bとが互いに接続されるように形成されたチ
ャネル領域31cとが形成されている。
ーナ型の電界効果型トランジスタの断面構成を示してい
る。図5に示すように、GaAsよりなる半絶縁性基板
31には、互いに間隔をおいて形成され、第1導電型と
してのn型の不純物Siが高濃度にドープされたソース
コンタクト領域31a及びドレインコンタクト領域31
bと、ソースコンタクト領域31aとドレインコンタク
ト領域31bとの間に、n型の不純物Siがドープさ
れ、該ソースコンタクト領域31aとドレインコンタク
ト領域31bとが互いに接続されるように形成されたチ
ャネル領域31cとが形成されている。
【0050】半絶縁性基板31の上には、ソースコンタ
クト領域31aの上にAuGe等が蒸着されてなり、該
ソースコンタクト領域31aとオーミック接触するソー
ス電極37Bと、ドレインコンタクト領域31bの上に
AuGe等が蒸着されてなり、該ドレインコンタクト領
域31bとオーミック接触するドレイン電極37Cと、
チャネル領域31cの上にAl等が蒸着されてなり、該
チャネル領域31cとショットキ接触するゲート電極3
9Bとがそれぞれ形成されている。
クト領域31aの上にAuGe等が蒸着されてなり、該
ソースコンタクト領域31aとオーミック接触するソー
ス電極37Bと、ドレインコンタクト領域31bの上に
AuGe等が蒸着されてなり、該ドレインコンタクト領
域31bとオーミック接触するドレイン電極37Cと、
チャネル領域31cの上にAl等が蒸着されてなり、該
チャネル領域31cとショットキ接触するゲート電極3
9Bとがそれぞれ形成されている。
【0051】本実施形態の特徴として、チャネル領域3
1cの下におけるゲート電極39Bとドレインコンタク
ト領域31bとの間に形成され、第2導電型としてのp
型の不純物Mgがドープされ、雪崩降伏現象時における
正孔の流入を図る正孔吸収領域31dが形成されてい
る。
1cの下におけるゲート電極39Bとドレインコンタク
ト領域31bとの間に形成され、第2導電型としてのp
型の不純物Mgがドープされ、雪崩降伏現象時における
正孔の流入を図る正孔吸収領域31dが形成されてい
る。
【0052】以下、本発明の第2の実施形態に係る電界
効果型トランジスタの製造方法について図面を参照しな
がら説明する。図6(a)〜(f)は本実施形態に係る
電界効果型トランジスタの製造方法の工程順の断面構成
を示している。
効果型トランジスタの製造方法について図面を参照しな
がら説明する。図6(a)〜(f)は本実施形態に係る
電界効果型トランジスタの製造方法の工程順の断面構成
を示している。
【0053】まず、図6(a)に示すように、GaAs
よりなる半絶縁性基板31の上に正孔吸収領域形成用の
開口部を有する第1のレジストパターン41を形成し、
該第1のレジストパターン41をマスクとして半絶縁性
基板31に対してp型の不純物イオンであるMgを用い
てイオン注入を行なって半絶縁性基板31内の深部に正
孔吸収領域31dを形成する。
よりなる半絶縁性基板31の上に正孔吸収領域形成用の
開口部を有する第1のレジストパターン41を形成し、
該第1のレジストパターン41をマスクとして半絶縁性
基板31に対してp型の不純物イオンであるMgを用い
てイオン注入を行なって半絶縁性基板31内の深部に正
孔吸収領域31dを形成する。
【0054】次に、図6(b)に示すように、第1のレ
ジストパターン41を除去した後、半絶縁性基板31の
上に基板のゲート長方向の両端部をそれぞれマスクする
第2のレジストパターン42を形成し、該第2のレジス
トパターン42をマスクとして半絶縁性基板31に対し
てSiを用いてイオン注入を行なって、半絶縁性基板3
1における正孔吸収領域31dの上で且つ基板のゲート
長方向の両端部にまで延びるn型のチャネル領域31c
を形成する。
ジストパターン41を除去した後、半絶縁性基板31の
上に基板のゲート長方向の両端部をそれぞれマスクする
第2のレジストパターン42を形成し、該第2のレジス
トパターン42をマスクとして半絶縁性基板31に対し
てSiを用いてイオン注入を行なって、半絶縁性基板3
1における正孔吸収領域31dの上で且つ基板のゲート
長方向の両端部にまで延びるn型のチャネル領域31c
を形成する。
【0055】次に、図6(c)に示すように、第2のレ
ジストパターン42を除去した後、半絶縁性基板31の
上にソースコンタクト領域形成用及びドレインコンタク
ト領域形成用の各開口部を有しチャネル領域31cをマ
スクする第3のレジストパターン43を形成し、該第3
のレジストパターン43をマスクとして半絶縁性基板3
1に対して高濃度のSiを用いてイオン注入を行なうこ
とにより、ソース電極形成領域側に、チャネル領域31
cにおけるソース電極形成領域側の端部に接続されるよ
うにソースコンタクト領域31aを形成すると共に、ド
レイン電極形成領域側に、チャネル領域31c及び正孔
吸収領域31dにおけるドレイン電極形成領域側の各端
部にそれぞれ接続されるようにドレインコンタクト領域
31bを形成する。
ジストパターン42を除去した後、半絶縁性基板31の
上にソースコンタクト領域形成用及びドレインコンタク
ト領域形成用の各開口部を有しチャネル領域31cをマ
スクする第3のレジストパターン43を形成し、該第3
のレジストパターン43をマスクとして半絶縁性基板3
1に対して高濃度のSiを用いてイオン注入を行なうこ
とにより、ソース電極形成領域側に、チャネル領域31
cにおけるソース電極形成領域側の端部に接続されるよ
うにソースコンタクト領域31aを形成すると共に、ド
レイン電極形成領域側に、チャネル領域31c及び正孔
吸収領域31dにおけるドレイン電極形成領域側の各端
部にそれぞれ接続されるようにドレインコンタクト領域
31bを形成する。
【0056】次に、図6(d)に示すように、第3のレ
ジストパターン43を除去した後、半絶縁性基板31に
対して熱処理を行なって、イオン注入により形成された
各領域の不純物をそれぞれ活性化させた後、半絶縁性基
板31の上にソース電極形成領域及びドレイン電極形成
領域にそれぞれ開口部を有する第4のレジストパターン
44を形成し、半絶縁性基板31の上に全面にわたって
第1の導体膜としてのをAuGe/Ni等よりなる金属
膜37Aを蒸着し、第4のレジストパターン44をリフ
トオフして、ソースコンタクト領域31aの上にソース
電極37Bとドレインコンタクト領域31bの上にドレ
イン電極37Cをそれぞれ形成する。
ジストパターン43を除去した後、半絶縁性基板31に
対して熱処理を行なって、イオン注入により形成された
各領域の不純物をそれぞれ活性化させた後、半絶縁性基
板31の上にソース電極形成領域及びドレイン電極形成
領域にそれぞれ開口部を有する第4のレジストパターン
44を形成し、半絶縁性基板31の上に全面にわたって
第1の導体膜としてのをAuGe/Ni等よりなる金属
膜37Aを蒸着し、第4のレジストパターン44をリフ
トオフして、ソースコンタクト領域31aの上にソース
電極37Bとドレインコンタクト領域31bの上にドレ
イン電極37Cをそれぞれ形成する。
【0057】次に、図6(e)に示すように、半絶縁性
基板31に対して熱処理を行なってソース電極37Bと
ソースコンタクト領域31aとを、また、ドレイン電極
37Cとドレインコンタクト領域31bとをそれぞれオ
ーミック接触させる。その後、半絶縁性基板31の上
に、ゲート電極形成領域に開口部を有する第5のレジス
トパターン45を形成した後、半絶縁性基板31の上に
全面にわたって第2の導体膜としてのAl等よりなる金
属膜39Aを堆積する。
基板31に対して熱処理を行なってソース電極37Bと
ソースコンタクト領域31aとを、また、ドレイン電極
37Cとドレインコンタクト領域31bとをそれぞれオ
ーミック接触させる。その後、半絶縁性基板31の上
に、ゲート電極形成領域に開口部を有する第5のレジス
トパターン45を形成した後、半絶縁性基板31の上に
全面にわたって第2の導体膜としてのAl等よりなる金
属膜39Aを堆積する。
【0058】次に、図6(f)に示すように、第5のレ
ジストパターン45をリフトオフして、Al等よりなる
ゲート電極39Bを形成する。
ジストパターン45をリフトオフして、Al等よりなる
ゲート電極39Bを形成する。
【0059】以下、前記のように構成された電界効果型
トランジスタの動作を説明する。
トランジスタの動作を説明する。
【0060】図3(b)は本実施形態に係る電界効果型
トランジスタの断面構成を示し、通常の電子の流れと、
雪崩降伏現象によってゲート電極のドレイン側に生じる
電子・正孔対及びその正孔の流れとを定性的に表わして
いる。ここで、図3(b)において、図5に示す部材と
同一の部材には同一の符号を付すことにより説明を省略
する。図3(b)に示すように、ソース電極37Bから
注入された電子1はチャネル層31cを通ってドレイン
電極37Cに流入する。一方、雪崩降伏現象が発生する
程度のゲートバイアスがゲート電極39Bに印加される
場合には、前述したように、チャネル層31cにおける
ゲート電極39Bのドレイン側の端部の下方の領域で電
子1と正孔2とからなる多数の電子・正孔対3が生じ
る。
トランジスタの断面構成を示し、通常の電子の流れと、
雪崩降伏現象によってゲート電極のドレイン側に生じる
電子・正孔対及びその正孔の流れとを定性的に表わして
いる。ここで、図3(b)において、図5に示す部材と
同一の部材には同一の符号を付すことにより説明を省略
する。図3(b)に示すように、ソース電極37Bから
注入された電子1はチャネル層31cを通ってドレイン
電極37Cに流入する。一方、雪崩降伏現象が発生する
程度のゲートバイアスがゲート電極39Bに印加される
場合には、前述したように、チャネル層31cにおける
ゲート電極39Bのドレイン側の端部の下方の領域で電
子1と正孔2とからなる多数の電子・正孔対3が生じ
る。
【0061】本実施形態においては、チャネル領域の下
におけるゲート電極39Bとドレインコンタクト領域3
7Cとの間に、ドレインコンタクト領域側の端部がドレ
インコンタクト領域37Cと接続されるように形成さ
れ、且つ、正孔吸収層31dのエネルギー準位の価電子
帯端がチャネル領域31cよりも大きいp型GaAsよ
りなる正孔吸収層31dが設けられているため、チャネ
ル層31cにおけるゲート電極39Bのドレイン側の端
部の下方の領域で生じた正孔2は、正孔吸収層31dを
通ってドレインコンタクト領域31bに流入する。その
後、該正孔2は、高濃度にドープされたn型のドレイン
コンタクト領域31bの内部で他の電子1と再結合す
る。従って、雪崩降伏現象発生時にゲートリーク電流の
増加が抑制されるため、耐圧が向上すると共にFETの
暴走をも抑制できるので、耐圧近傍での安定的な動作が
可能になる。
におけるゲート電極39Bとドレインコンタクト領域3
7Cとの間に、ドレインコンタクト領域側の端部がドレ
インコンタクト領域37Cと接続されるように形成さ
れ、且つ、正孔吸収層31dのエネルギー準位の価電子
帯端がチャネル領域31cよりも大きいp型GaAsよ
りなる正孔吸収層31dが設けられているため、チャネ
ル層31cにおけるゲート電極39Bのドレイン側の端
部の下方の領域で生じた正孔2は、正孔吸収層31dを
通ってドレインコンタクト領域31bに流入する。その
後、該正孔2は、高濃度にドープされたn型のドレイン
コンタクト領域31bの内部で他の電子1と再結合す
る。従って、雪崩降伏現象発生時にゲートリーク電流の
増加が抑制されるため、耐圧が向上すると共にFETの
暴走をも抑制できるので、耐圧近傍での安定的な動作が
可能になる。
【0062】なお、本実施形態において、正孔吸収領域
31dがチャネル領域31cの下側に全面にわたって形
成されていないのは、電子・正孔対3はゲート電極39
Bのドレイン側で発生するため、チャネル領域31cに
おけるゲート電極39Bの下側を通してソース電極37
B側に正孔2を引き出そうとすると、その距離が長くな
り途中でゲート電極39Bに引き込まれてしまうので、
効果的でないからである。
31dがチャネル領域31cの下側に全面にわたって形
成されていないのは、電子・正孔対3はゲート電極39
Bのドレイン側で発生するため、チャネル領域31cに
おけるゲート電極39Bの下側を通してソース電極37
B側に正孔2を引き出そうとすると、その距離が長くな
り途中でゲート電極39Bに引き込まれてしまうので、
効果的でないからである。
【0063】このように、イオン注入により製造される
プレーナ型のGaAsMESFETにおいても、チャネ
ル領域31cと反対の導電型を有する正孔吸収領域31
dを、チャネル領域31cの下におけるゲート電極39
Bとドレインコンタクト領域31bとの間に設けること
によって、より簡便且つ安価に特性改善の効果を得るこ
とができる。
プレーナ型のGaAsMESFETにおいても、チャネ
ル領域31cと反対の導電型を有する正孔吸収領域31
dを、チャネル領域31cの下におけるゲート電極39
Bとドレインコンタクト領域31bとの間に設けること
によって、より簡便且つ安価に特性改善の効果を得るこ
とができる。
【0064】また、チャネル層31cの種類等に依存せ
ず、GaAs以外の材料系であっても同様の効果を期待
できる。
ず、GaAs以外の材料系であっても同様の効果を期待
できる。
【0065】
【発明の効果】本発明に係る第1及び第2の電界効果型
トランジスタによると、ゲート電極のドレイン側にずれ
て位置する頂部がアンドープ層又は絶縁層と接触し且つ
その脚部でチャネル層と接触するので、ゲートバイアス
印加時にゲート電極のドレイン側の端部における電界が
緩和され、その結果、ゲート・ドレイン間の距離を短く
しても充分な耐圧を得ることができる。さらに、ゲート
電極のソース側の側面とソース側のコンタクト領域とは
耐圧の許す限り近づけることができるため、ソース抵抗
が低減される。従って、FETの立ち上がり時のオン抵
抗が低減される。
トランジスタによると、ゲート電極のドレイン側にずれ
て位置する頂部がアンドープ層又は絶縁層と接触し且つ
その脚部でチャネル層と接触するので、ゲートバイアス
印加時にゲート電極のドレイン側の端部における電界が
緩和され、その結果、ゲート・ドレイン間の距離を短く
しても充分な耐圧を得ることができる。さらに、ゲート
電極のソース側の側面とソース側のコンタクト領域とは
耐圧の許す限り近づけることができるため、ソース抵抗
が低減される。従って、FETの立ち上がり時のオン抵
抗が低減される。
【0066】また、チャネル層とアンドープ層又は絶縁
層との間の領域に、ゲート電極のドレイン側の側面との
間に空間部が介在するように形成された正孔吸収層が設
けられているため、正孔吸収層のエネルギー準位の価電
子帯端がチャネル層に比べて大きい場合には、該正孔吸
収層が雪崩降伏現象時に発生する電子・正孔対のうちの
正孔を捕獲すると共に、アンドープ層又は絶縁層がドレ
イン側の領域に形成されているので、該正孔は、直接ゲ
ート電極に流入することなくドレイン側の領域に拡散し
て、コンタクト領域内又はドレイン電極内で電子と再結
合する。これにより、雪崩降伏現象時に発生する電子・
正孔対のうちの正孔がゲート電極に直接流れ込まなくな
るため、ゲートリーク電流の増加が抑制されるので、耐
圧が向上すると共にFETの暴走が抑制され、その結
果、耐圧近傍での安定的な動作が可能となる。
層との間の領域に、ゲート電極のドレイン側の側面との
間に空間部が介在するように形成された正孔吸収層が設
けられているため、正孔吸収層のエネルギー準位の価電
子帯端がチャネル層に比べて大きい場合には、該正孔吸
収層が雪崩降伏現象時に発生する電子・正孔対のうちの
正孔を捕獲すると共に、アンドープ層又は絶縁層がドレ
イン側の領域に形成されているので、該正孔は、直接ゲ
ート電極に流入することなくドレイン側の領域に拡散し
て、コンタクト領域内又はドレイン電極内で電子と再結
合する。これにより、雪崩降伏現象時に発生する電子・
正孔対のうちの正孔がゲート電極に直接流れ込まなくな
るため、ゲートリーク電流の増加が抑制されるので、耐
圧が向上すると共にFETの暴走が抑制され、その結
果、耐圧近傍での安定的な動作が可能となる。
【0067】第1及び第2の電界効果型トランジスタに
おいて、チャネル層がn型GaAsよりなる半導体層で
あり、正孔吸収層がInGaAs又はp型GaAsより
なる半導体層であると、正孔吸収層のエネルギー準位の
価電子帯端がチャネル層に比べて大きくなるので、雪崩
降伏現象時に発生する電子・正孔対のうちの正孔を確実
に捕獲できる。
おいて、チャネル層がn型GaAsよりなる半導体層で
あり、正孔吸収層がInGaAs又はp型GaAsより
なる半導体層であると、正孔吸収層のエネルギー準位の
価電子帯端がチャネル層に比べて大きくなるので、雪崩
降伏現象時に発生する電子・正孔対のうちの正孔を確実
に捕獲できる。
【0068】本発明に係る第3の電界効果型トランジス
タによると、チャネル領域の下におけるゲート電極とド
レインコンタクト領域との間に、ドレインコンタクト領
域側の端部をドレインコンタクト領域と接続するように
形成された正孔吸収領域が設けられているため、正孔吸
収領域のエネルギー準位の価電子帯端がチャネル領域に
比べて大きい場合には、該正孔吸収領域が雪崩降伏現象
時に発生する電子・正孔対のうちの正孔を捕獲すると共
に、該正孔吸収領域がドレインコンタクト領域に接続さ
れているので、該正孔は、直接ゲート電極に流入するこ
となくドレインコンタクト領域に拡散して、該ドレイン
コンタクト領域内又はドレイン電極内で電子と再結合す
る。これにより、雪崩降伏現象時に発生する電子・正孔
対のうちの正孔がゲート電極に直接流れ込まなくなるた
め、ゲートリーク電流の増加が抑制されるので、耐圧が
向上すると共にFETの暴走が抑制され、その結果、耐
圧近傍での安定的な動作が可能となる。
タによると、チャネル領域の下におけるゲート電極とド
レインコンタクト領域との間に、ドレインコンタクト領
域側の端部をドレインコンタクト領域と接続するように
形成された正孔吸収領域が設けられているため、正孔吸
収領域のエネルギー準位の価電子帯端がチャネル領域に
比べて大きい場合には、該正孔吸収領域が雪崩降伏現象
時に発生する電子・正孔対のうちの正孔を捕獲すると共
に、該正孔吸収領域がドレインコンタクト領域に接続さ
れているので、該正孔は、直接ゲート電極に流入するこ
となくドレインコンタクト領域に拡散して、該ドレイン
コンタクト領域内又はドレイン電極内で電子と再結合す
る。これにより、雪崩降伏現象時に発生する電子・正孔
対のうちの正孔がゲート電極に直接流れ込まなくなるた
め、ゲートリーク電流の増加が抑制されるので、耐圧が
向上すると共にFETの暴走が抑制され、その結果、耐
圧近傍での安定的な動作が可能となる。
【0069】第3の電界効果型トランジスタにおいて、
半絶縁性基板がGaAsよりなり、第1導電型がn型で
且つ第2導電型がp型であると、正孔吸収領域のエネル
ギー準位の価電子帯端がチャネル層に比べて大きくなる
ので、雪崩降伏現時に発生する電子・正孔対のうちの正
孔を確実に捕獲できる。
半絶縁性基板がGaAsよりなり、第1導電型がn型で
且つ第2導電型がp型であると、正孔吸収領域のエネル
ギー準位の価電子帯端がチャネル層に比べて大きくなる
ので、雪崩降伏現時に発生する電子・正孔対のうちの正
孔を確実に捕獲できる。
【0070】本発明に係る第1の電界効果型トランジス
タの製造方法によると、ゲート電極のドレイン側にずれ
て位置する頂部がアンドープ層と接触し且つその脚部で
チャネル層と接触するため、ゲートバイアス印加時にゲ
ート電極のドレイン側の端部における電界が緩和される
ので、ゲート・ドレイン間の距離を短くしても充分な耐
圧を得ることができる。さらに、ゲートリセス領域にお
けるソース側の側壁はゲート電極のソース側の側面との
間に間隔をおいているため、ゲート電極とソースコンタ
クト層とは耐圧の許す限り近づけることができるので、
ソース抵抗が低減される。これにより、FETの立ち上
がり時のオン抵抗が低減される。
タの製造方法によると、ゲート電極のドレイン側にずれ
て位置する頂部がアンドープ層と接触し且つその脚部で
チャネル層と接触するため、ゲートバイアス印加時にゲ
ート電極のドレイン側の端部における電界が緩和される
ので、ゲート・ドレイン間の距離を短くしても充分な耐
圧を得ることができる。さらに、ゲートリセス領域にお
けるソース側の側壁はゲート電極のソース側の側面との
間に間隔をおいているため、ゲート電極とソースコンタ
クト層とは耐圧の許す限り近づけることができるので、
ソース抵抗が低減される。これにより、FETの立ち上
がり時のオン抵抗が低減される。
【0071】また、チャネル層とアンドープ層との間の
領域に、ゲート電極のドレイン側の側面との間に空間部
が介在するように正孔吸収層を設けているため、正孔吸
収層のエネルギー準位の価電子帯端がチャネル層に比べ
て大きい場合には、該正孔吸収層が雪崩降伏現象時に発
生する電子・正孔対のうちの正孔を捕獲すると共に、ア
ンドープ層をドレイン側の領域に延びるように形成して
いるので、該正孔は、直接ゲート電極に流入することな
くドレイン側のコンタクト領域に拡散して、コンタクト
領域内又はドレイン電極内で電子と再結合する。従っ
て、雪崩降伏現象時に発生する電子・正孔対のうちの正
孔がゲート電極に直接流れ込まなくなるため、ゲートリ
ーク電流の増加が抑制されるので、耐圧が向上すると共
にFETの暴走が抑制され、その結果、耐圧近傍での安
定的な動作が可能となる。
領域に、ゲート電極のドレイン側の側面との間に空間部
が介在するように正孔吸収層を設けているため、正孔吸
収層のエネルギー準位の価電子帯端がチャネル層に比べ
て大きい場合には、該正孔吸収層が雪崩降伏現象時に発
生する電子・正孔対のうちの正孔を捕獲すると共に、ア
ンドープ層をドレイン側の領域に延びるように形成して
いるので、該正孔は、直接ゲート電極に流入することな
くドレイン側のコンタクト領域に拡散して、コンタクト
領域内又はドレイン電極内で電子と再結合する。従っ
て、雪崩降伏現象時に発生する電子・正孔対のうちの正
孔がゲート電極に直接流れ込まなくなるため、ゲートリ
ーク電流の増加が抑制されるので、耐圧が向上すると共
にFETの暴走が抑制され、その結果、耐圧近傍での安
定的な動作が可能となる。
【0072】第1の電界効果型トランジスタの製造方法
において、チャネル層がn型GaAsよりなる半導体層
であり、正孔吸収層がInGaAs又はp型GaAsよ
りなる半導体層であると、正孔吸収層のエネルギー準位
の価電子帯端がチャネル層に比べて大きくなるので、雪
崩降伏現象時に発生する電子・正孔対のうちの正孔を確
実に捕獲できる。
において、チャネル層がn型GaAsよりなる半導体層
であり、正孔吸収層がInGaAs又はp型GaAsよ
りなる半導体層であると、正孔吸収層のエネルギー準位
の価電子帯端がチャネル層に比べて大きくなるので、雪
崩降伏現象時に発生する電子・正孔対のうちの正孔を確
実に捕獲できる。
【0073】本発明に係る第2の電界効果型トランジス
タの製造方法によると、チャネル領域の下側で且つゲー
ト電極形成領域とドレイン電極形成領域との間に形成さ
れた正孔吸収領域は、該正孔吸収領域のドレインコンタ
クト領域側の端部がドレインコンタクト領域と接続され
るため、正孔吸収領域のエネルギー準位の価電子帯端が
チャネル領域に比べて大きい場合には、該正孔吸収領域
が雪崩降伏現象時に発生する電子・正孔対のうちの正孔
を捕獲すると共に、該正孔が直接ゲート電極に流入する
ことなくドレインコンタクト領域に拡散して、該ドレイ
ンコンタクト領域内又はドレイン電極内で電子と再結合
する。これにより、雪崩降伏現象時に発生する電子・正
孔対のうちの正孔がゲート電極に直接流れ込まなくなる
ため、ゲートリーク電流の増加が抑制されるので、耐圧
が向上すると共にFETの暴走が抑制され、その結果、
耐圧近傍での安定的な動作が可能となる。
タの製造方法によると、チャネル領域の下側で且つゲー
ト電極形成領域とドレイン電極形成領域との間に形成さ
れた正孔吸収領域は、該正孔吸収領域のドレインコンタ
クト領域側の端部がドレインコンタクト領域と接続され
るため、正孔吸収領域のエネルギー準位の価電子帯端が
チャネル領域に比べて大きい場合には、該正孔吸収領域
が雪崩降伏現象時に発生する電子・正孔対のうちの正孔
を捕獲すると共に、該正孔が直接ゲート電極に流入する
ことなくドレインコンタクト領域に拡散して、該ドレイ
ンコンタクト領域内又はドレイン電極内で電子と再結合
する。これにより、雪崩降伏現象時に発生する電子・正
孔対のうちの正孔がゲート電極に直接流れ込まなくなる
ため、ゲートリーク電流の増加が抑制されるので、耐圧
が向上すると共にFETの暴走が抑制され、その結果、
耐圧近傍での安定的な動作が可能となる。
【0074】また、イオン注入法を用いているため、簡
便且つ安価に製造できる。
便且つ安価に製造できる。
【0075】第2の電界効果型トランジスタの製造方法
において、半絶縁性基板がGaAsよりなり、第1導電
型はn型で且つ第2導電型はp型であると、正孔吸収領
域のエネルギー準位の価電子帯端がチャネル層に比べて
大きくなるので、雪崩降伏現象時に発生する電子・正孔
対のうちの正孔を確実に捕獲できる。
において、半絶縁性基板がGaAsよりなり、第1導電
型はn型で且つ第2導電型はp型であると、正孔吸収領
域のエネルギー準位の価電子帯端がチャネル層に比べて
大きくなるので、雪崩降伏現象時に発生する電子・正孔
対のうちの正孔を確実に捕獲できる。
【図1】本発明の第1の実施形態に係る電界効果型トラ
ンジスタを示す構成断面図である。
ンジスタを示す構成断面図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係る電界効果型トラ
ンジスタの製造方法を示す工程順断面図である。
ンジスタの製造方法を示す工程順断面図である。
【図3】電界効果型トランジスタにおける通常の電子の
流れと、雪崩降伏時に発生する電子・正孔対及びその正
孔の流れとを定性的に表わした模式図であって、(a)
は本発明の第1の実施形態に係る電界効果型トランジス
タの断面構成図であり、(b)は本発明の第2の実施形
態に係る電界効果型トランジスタの断面構成図であり、
(c)は従来の電界効果型トランジスタの断面構成図で
ある。
流れと、雪崩降伏時に発生する電子・正孔対及びその正
孔の流れとを定性的に表わした模式図であって、(a)
は本発明の第1の実施形態に係る電界効果型トランジス
タの断面構成図であり、(b)は本発明の第2の実施形
態に係る電界効果型トランジスタの断面構成図であり、
(c)は従来の電界効果型トランジスタの断面構成図で
ある。
【図4】本発明の第1の実施形態に係る電界効果型トラ
ンジスタの出力電力とゲート電流との関係を従来のGa
AsMESFETと対比させた測定結果を示すグラフで
ある。
ンジスタの出力電力とゲート電流との関係を従来のGa
AsMESFETと対比させた測定結果を示すグラフで
ある。
【図5】本発明の第2の実施形態に係る電界効果型トラ
ンジスタを示す構成断面図である。
ンジスタを示す構成断面図である。
【図6】本発明の第2の実施形態に係る電界効果型トラ
ンジスタの製造方法を示す工程順断面図である。
ンジスタの製造方法を示す工程順断面図である。
【図7】従来のGaAsを用いたMESFETを示す構
成断面図である。
成断面図である。
1 電子
2 正孔
3 電子・正孔対
11 半絶縁性基板
12 チャネル層
13 正孔吸収層
13a 空間部
14 アンドープ層
14a ゲートリセス領域
15A コンタクト形成層
15B ソースコンタクト層
15C ドレインコンタクト層
17A AuGe/Ni等よりなる金属膜(第1の導体
膜) 17B ソース電極 17C ドレイン電極 19A Al等よりなる金属膜(第2の導体膜) 19B ゲート電極 21 第1のレジストパターン 22 第2のレジストパターン 23 第3のレジストパターン 24 第4のレジストパターン 31 半絶縁性基板 31a ソースコンタクト領域 31b ドレインコンタクト領域 31c チャネル領域 31d 正孔吸収領域 37A AuGe/Ni等よりなる金属膜(第1の導体
膜) 37B ソース電極 37C ドレイン電極 39A Al等よりなる金属膜(第2の導体膜) 39B ゲート電極 41 第1のレジストパターン 42 第2のレジストパターン 43 第3のレジストパターン 44 第4のレジストパターン 45 第5のレジストパターン
膜) 17B ソース電極 17C ドレイン電極 19A Al等よりなる金属膜(第2の導体膜) 19B ゲート電極 21 第1のレジストパターン 22 第2のレジストパターン 23 第3のレジストパターン 24 第4のレジストパターン 31 半絶縁性基板 31a ソースコンタクト領域 31b ドレインコンタクト領域 31c チャネル領域 31d 正孔吸収領域 37A AuGe/Ni等よりなる金属膜(第1の導体
膜) 37B ソース電極 37C ドレイン電極 39A Al等よりなる金属膜(第2の導体膜) 39B ゲート電極 41 第1のレジストパターン 42 第2のレジストパターン 43 第3のレジストパターン 44 第4のレジストパターン 45 第5のレジストパターン
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 岩永 順子
大阪府門真市大字門真1006番地 松下電
器産業株式会社内
(56)参考文献 特開 平1−248565(JP,A)
特開 平1−208869(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H01L 21/338
H01L 29/80 - 29/812
Claims (5)
- 【請求項1】 半絶縁性基板の上に形成され、不純物が
ドープされてなるチャネル層と、 前記チャネル層の上におけるゲート電極形成領域のドレ
イン側の領域に形成され、ゲート電極形成領域側の端部
に段差部を有するアンドープ層と、 前記チャネル層の上及びアンドープ層の上に前記段差部
をまたぐように形成されたゲート電極と、 前記チャネル層と前記アンドープ層との間の領域に、前
記ゲート電極のドレイン側の側面との間に空間部が介在
するように形成された正孔吸収層とを備えていることを
特徴とする電界効果型トランジスタ。 - 【請求項2】 半絶縁性基板の上に形成され、不純物が
ドープされてなるチャネル層と、 前記チャネル層の上におけるゲート電極形成領域のドレ
イン側の領域に形成され、ゲート電極形成領域側の端部
に段差部を有する絶縁層と、 前記チャネル層及び絶縁層の上に前記段差部をまたぐよ
うに形成されたゲート電極と、 前記チャネル層と前記絶縁層との間の領域に、前記ゲー
ト電極のドレイン側の側面との間に空間部が介在するよ
うに形成された正孔吸収層とを備えていることを特徴と
する電界効果型トランジスタ。 - 【請求項3】 前記チャネル層はn型GaAsよりなる
半導体層であり、 前記正孔吸収層はInGaAs又はp型GaAsよりな
る半導体層であることを特徴とする請求項1又は2に記
載の電界効果型トランジスタ。 - 【請求項4】 半絶縁性基板上に、不純物がドープされ
てなるチャネル層、正孔吸収層、アンドープ層及び不純
物が高濃度にドープされてなるコンタクト形成層とを順
次形成する工程と、 前記コンタクト形成層の上に、前記コンタクト形成層と
オーミック接触する第1の導体膜よりなるソース電極及
びドレイン電極を互いに間隔をおいて形成する工程と、 前記コンタクト形成層における前記ソース電極と前記ド
レイン電極との間の領域に対して前記アンドープ層が露
出するまでエッチングを行なって、前記コンタクト形成
層よりなるソースコンタクト層及びドレインコンタクト
層をそれぞれ形成する工程と、 前記アンドープ層及び正孔吸収層におけるゲートリセス
形成領域に対して前記チャネル層が露出するまでエッチ
ングを行なうことにより、前記アンドープ層よりなる上
部側壁と前記正孔吸収層よりなる下部側壁とからなる側
壁部を有するゲートリセス領域を形成する工程と、 前記ゲートリセス領域における前記下部側壁に対して選
択的にエッチングを行なって、前記下部側壁にアンダー
カット形状の空間部を形成する工程と、 前記半絶縁性基板の上に、前記ゲートリセス領域におけ
るドレイン電極側の側壁部をまたぐように第2の導体膜
を堆積することにより、前記ゲートリセス領域における
ソース電極側の側壁との間に間隔をおくと共に、前記ゲ
ートリセス領域のドレイン電極側の側壁部の下部側壁と
の間に空間部が介在するように、前記第2の導体膜より
なり前記チャネル層及びアンドープ層とショットキ接触
するゲート電極を形成する工程とを備えていることを特
徴とする電界効果型トランジスタの製造方法。 - 【請求項5】 前記チャネル層はn型GaAsよりなる
半導体層であり、 前記正孔吸収層はInGaAs又はp型GaAsよりな
る半導体層であることを特徴とする請求項4に記載の電
界効果型トランジスタの製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12915797A JP3413345B2 (ja) | 1997-05-20 | 1997-05-20 | 電界効果型トランジスタ及びその製造方法 |
US09/081,054 US5905277A (en) | 1997-05-20 | 1998-05-19 | Field-effect transistor and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12915797A JP3413345B2 (ja) | 1997-05-20 | 1997-05-20 | 電界効果型トランジスタ及びその製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10321646A JPH10321646A (ja) | 1998-12-04 |
JP3413345B2 true JP3413345B2 (ja) | 2003-06-03 |
Family
ID=15002560
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12915797A Expired - Fee Related JP3413345B2 (ja) | 1997-05-20 | 1997-05-20 | 電界効果型トランジスタ及びその製造方法 |
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Country | Link |
---|---|
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JP2002252233A (ja) | 2001-02-22 | 2002-09-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
JP3940699B2 (ja) * | 2003-05-16 | 2007-07-04 | 株式会社東芝 | 電力用半導体素子 |
US8728884B1 (en) * | 2009-07-28 | 2014-05-20 | Hrl Laboratories, Llc | Enhancement mode normally-off gallium nitride heterostructure field effect transistor |
JP5708124B2 (ja) * | 2011-03-25 | 2015-04-30 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置 |
JP5881383B2 (ja) * | 2011-11-17 | 2016-03-09 | 株式会社豊田中央研究所 | 半導体装置とその製造方法 |
TWI717114B (zh) * | 2019-11-20 | 2021-01-21 | 國立交通大學 | 利用二段式曝光製造小線寬高電子遷移率電晶體之方法 |
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---|---|---|---|---|
GB1265017A (ja) * | 1968-08-19 | 1972-03-01 | ||
US4350993A (en) * | 1980-06-16 | 1982-09-21 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Heterojunction and Schottky barrier EBS targets |
JPS57211778A (en) * | 1981-06-24 | 1982-12-25 | Hitachi Ltd | Mos semiconductor device |
JP2818416B2 (ja) * | 1988-05-23 | 1998-10-30 | 日本電気株式会社 | Mos電界効果トランジスタ |
JPH03248438A (ja) * | 1990-02-26 | 1991-11-06 | Nec Corp | ダブルヘテロ接合電界効果トランジスタ |
JPH0539690A (ja) * | 1991-06-26 | 1993-02-19 | Toyota Motor Corp | ダンパステー構造 |
JP2906768B2 (ja) * | 1991-10-01 | 1999-06-21 | 日本電気株式会社 | ヘテロ構造電界効果トランジスタの製造方法 |
JP2911075B2 (ja) * | 1991-12-12 | 1999-06-23 | シャープ株式会社 | 電界効果トランジスタ |
JPH06224225A (ja) * | 1993-01-27 | 1994-08-12 | Fujitsu Ltd | 電界効果半導体装置 |
JP2679608B2 (ja) * | 1993-12-28 | 1997-11-19 | 日本電気株式会社 | 半導体装置とその製造方法 |
-
1997
- 1997-05-20 JP JP12915797A patent/JP3413345B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1998
- 1998-05-19 US US09/081,054 patent/US5905277A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5905277A (en) | 1999-05-18 |
JPH10321646A (ja) | 1998-12-04 |
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