JPH05283439A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH05283439A
JPH05283439A JP4083650A JP8365092A JPH05283439A JP H05283439 A JPH05283439 A JP H05283439A JP 4083650 A JP4083650 A JP 4083650A JP 8365092 A JP8365092 A JP 8365092A JP H05283439 A JPH05283439 A JP H05283439A
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JP
Japan
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layer
undoped
doped
gaas
type gaas
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JP4083650A
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English (en)
Inventor
浩幸 ▲高▼澤
Hiroyuki Takazawa
Osamu Kagaya
修 加賀谷
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 FETのドレイン電流の低周波振動の発振耐
圧を向上させ、素子分離溝の深さを減少させる。 【構成】 半絶縁性GaAs基板1に、ノンドープGa
As層2、厚さの総計が150nm以上であるノンドー
プAlxGa1-xAs層3、p型GaAs層4、n型Ga
As能動層5を順次積層させた構造を持つ結晶表面に電
界効果トランジスタを形成する。 【効果】 信頼性の高い集積回路の作成が可能になる。
さらに、生産コストを低減できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の半導体集積回路の高集積化に対し
て、集積回路を形成している素子間の距離が縮小されて
きた。それに伴い、サイドゲート効果と呼ばれる問題が
生じていた。サイドゲート効果とは、素子間の電気的な
相互作用によって、電界効果トランジスタ(FET)に
流れる電流値が減少したり、閾い値電圧が変化したりす
る現象である。したがって、素子間の電気的分離を確実
に行なうことが必要であった。
【0003】上記問題に対する従来技術としては、例え
ば特開平3−87044号公報に論じられており、図1
0に示すように、バッファ層内にヘテロ界面を形成する
半導体層を設け、該半導体層に達する溝を形成すること
によって素子分離を行なっていた。図10において、6
1は半導体結晶基板、62はAlxGa1-xAs層、63
はGaAs層、64はヘテロ界面である。図10におけ
るAlxGa1-xAs層62の厚さは100nmである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】GaAsFETを用い
た集積回路、特にアナログ集積回路においては、低周波
振動と呼ばれる現象が発生し問題となっていた。低周波
振動とは、FETの隣接素子もしくは隣接電極に負電圧
を印加したときに、FETのドレイン電流が数ヘルツと
いう低い周波数で振動する現象である。半導体装置の動
作周波数である数ギガヘルツに比べ、著しく低い周波数
で振動することから一般に”低周波振動”と呼ばれてい
る。
【0005】ところが我々が従来構造である100nm
のAlxGa1-xAs層を用いてGaAsFETを作成
し、低周波振動の検討を行なった結果、従来構造では低
周波振動を防止できない領域があることが初めて明らか
となった。低周波振動の発振耐圧について、図9を用い
て説明する。特性線101は、ノンドープAlxGa1-x
As層3(図1)の厚みが100nmの場合である。そ
の場合、半導体装置表面からノンドープAlxGa1-x
s層3までの深さd(図1)<200nmでは発振耐圧
は−5V〜−9Vであったが、深さd=300nmのと
きには発振耐圧は−20Vを越えた。すなわち、ノンド
ープAlxGa1-xAs層3の厚みが100nmである場
合、低周波振動の発振耐圧を向上させるためには深さd
を300nm以上にする必要がある。
【0006】ところが、深さdを300nm以上に大き
くすると、ノンドープAlxGa1-xAs層3(図1)に
達する素子分離溝を形成するときに問題が生じる。それ
は次の2点である。(1)ウエットエッチングで溝を形
成した場合、横方向のエッチングにより能動層までエッ
チングされ、不良が発生する。(2)ドライエッチング
で溝形成をする場合、溝が深く、垂直であるために平坦
化が困難になる。この2つの問題を解決するには、深さ
dが300nm未満の溝が必要である。
【0007】本発明は、FETのドレイン電流の低周波
振動の発振耐圧を向上させ、かつ、素子分離溝の深さを
縮小することのできる半導体装置を提案するものであ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】図1に示すように、半絶
縁性GaAs基板1に、ノンドープGaAs層2、厚さ
の総計が150nm以上であるノンドープAlxGa1-x
As層3、p型GaAs層4、n型GaAs能動層5を
順次積層させた構造を持つ結晶表面に複数の電界効果ト
ランジスタを形成し、該電界効果トランジスタの間に深
さが300nm未満の溝31を設けた。
【0009】図1において、11はゲート電極、12は
ソース電極、13はドレイン電極である。
【0010】
【作用】AlxGa1-xAs層3(図1)を少なくとも総
計150nm形成することにより、低周波振動の発振耐
圧が向上する。
【0011】また、電界効果トランジスタの間にAlx
Ga1-xAs層3(図6)まで達する溝を形成すること
により、サイドゲート耐圧が改善する。さらに、半導体
装置表面からAlxGa1-xAs層3までの深さを縮小で
きるので、AlxGa1-xAs層3まで達する素子間分離
溝34の深さを浅くできる。
【0012】
【実施例】実施例1 本発明の半導体装置の実施例1の作成の手順を図2ない
し図5を用いて説明する。
【0013】図2は、本発明の実施例1における半導体
装置を製造するための工程図(1)である。LEC(L
iquid Encapsulated Czockr
alski)法によって結晶成長した半絶縁性GaAs
基板1に、MBE法(Molecular Beam
Epitaxy法)により、ノンドープGaAs層2
(300nm)、ノンドープAlxGa1-xAs層(50
nm)、ノンドープGaAs層(50nm)、ノンドー
プAlxGa1-xAs層(50nm)、ノンドープGaA
s層(50nm)、ノンドープAlxGa1-xAs層(5
0nm)を順次積層させた層3(ノンドープAlxGa
1-xAsの厚さの総計は150nm)、p型GaAs層
4(150nm;不純物としてBeを6.0×1016
m-3含む)、n型GaAs能動層5(15nm;不純物
としてSiを5.3×1018cm-3含む)、ノンドープ
AlGaAs層6(10nm)、ノンドープGaAs層
7(5nm)を成長させた。ここで、ノンドープAlx
Ga1-xAs層3および6のAl組成比xは0.3であ
るものを用いた。
【0014】図3は、本発明の実施例1における半導体
装置を製造するための工程図(2)である。ウェットエ
ッチング法によって、深さ100nmの溝31を形成
し、ホトリソグラフィ技術を用いてゲート電極11を形
成した。ゲート電極金属にはWSix(タングステンシ
リサイド)を用い、その厚みは600nmとした。
【0015】図4は、本発明の実施例1における半導体
装置を製造するための工程図(3)である。ソース、ド
レイン領域にイオン打ち込み(イオン種:Si,ドーズ
量:5×1013cm-2)を行なった後、深さ50nmの
オ−ミック電極層形成用溝32、33を順次ドライエッ
チング法により形成した。ここで、エッチングガスはS
iCl4を用いた。
【0016】図5は、本発明の実施例1における半導体
装置を製造するための工程図(4)である。次いで、M
OCVD(Metal Organic Chemic
alVapor Deposition)法によりn型
GaAs層41,42(320nm;不純物としてSi
を4.0×1018cm-3含む)を選択成長した。次い
で、リフト・オフ法によりソース電極12およびドレイ
ン電極13を形成し、400℃で合金化してオーミック
電極として、FETを形成した。ソース電極12および
ドレイン電極13に用いた金属及びその厚みは、AuG
e:60nm,W:10nm,Ni:10nm,Au:
120nmである。最後に、基板裏面にオーミック電極
14を形成して、該電極14の電位を固定した。
【0017】本実施例1の半導体装置を用いることで、
図9の特性線102に示すように、図1の深さdにかか
わらず低周波振動の発振耐圧を少なくとも−20V以下
にすることができる。
【0018】実施例2 図6は、実施例2における半導体装置の断面図である。
実施例2は、実施例1の工程手順と同様にして作成でき
る。実施例2の実施例1と異なる点は、(1)層3を厚
さ300nmのノンドープAlxGa1-xAs単層とした
点、および(2)ソース、ドレイン領域にイオン打ち込
み(イオン種:Si,ドーズ量:5×1013cm-2)を
行なった後、深さ100nmの溝34を電界効果トラン
ジスタの間にドライエッチング法により形成した点であ
る。溝34形成時のエッチングガスはSiCl4を用い
た。溝34の幅は1μmである。該溝34は、少なくと
もノンドープAlxGa1-xAs層3に達していれば良
い。また、溝34は、ソース電極12及びドレイン電極
13を形成したあとに、形成してもかまわない。
【0019】実施例1と比べて実施例2では、溝34が
ノンドープAlxGa1-xAs層3まで達しているので、
サイドゲート耐圧を改善できる効果がある。
【0020】実施例3 図7は、実施例3における半導体装置の断面図である。
実施例3は、実施例2の工程手順と同様にして作成でき
る。実施例3の実施例2と異なる点は、深さ100nm
の溝34を電界効果トランジスタを囲むようにしてドラ
イエッチング法により形成した点である。
【0021】実施例2と比べて実施例3では、溝34が
電界効果トランジスタを囲むようにして形成されている
ので、サイドゲート耐圧を改善できる効果がある。
【0022】実施例4 図8は、実施例4における半導体装置の断面図である。
実施例4は、実施例3の工程手順と同様にして作成でき
る。実施例4の実施例3と異なる点は、(1)p型Ga
As層4の厚さを50nmとし、不純物としてのBe濃
度を1.8×1017cm-3とした点、および(2)ドラ
イエッチング法による溝34の形成工程を省いた点であ
る。実施例2では、p型GaAs層4の厚さを実施例1
の1/3とし、且つ不純物としてのBe濃度を実施例1
の3倍としている。したがって、実施例2におけるFE
Tの閾い値電圧と実施例1におけるFETの閾い値電圧
とは一致している。
【0023】実施例3と比べて実施例4では、p型Ga
As層4の厚さが50nm減少している。このことによ
り、結晶成長の時間およびGaAsの原料を節約できる
のでコストを低減するのに効果がある。
【0024】ウェットエッチング法による溝31の深さ
は実施例1と同じく100nmとした。該溝31はノン
ドープAlxGa1-xAs層3まで達しているので、ドラ
イエッチング法による溝34の形成工程を省くことがで
きる。溝34の形成工程を省いたことで、工程手順を簡
略化でき、生産コストを低減することができる。
【0025】本実施例1ないし4において、層3はノン
ドープAlxGa1-xAsからなるものにしたが、酸素を
1〜3×1018cm-3ドープしたAlxGa1-xAs層と
してもよい。この場合、サイドゲート耐圧を改善できる
効果がある。
【0026】また、実施例1ないし4では、上記構造の
半導体結晶を用いたが、ノンドープAlxGa1-xAs層
3の厚みの総計が150nm以上であれば、他の半導体
層の厚み、不純物の有無やその種類および濃度を変えて
もよい。例えば、p型GaAs層4をノンドープGaA
s層にしても本発明の効果は変わらない。
【0027】
【発明の効果】FETのドレイン電流を流れる電流の低
周波振動の発振耐圧を向上させ、信頼性の高い集積回路
の作成が可能になる。さらに、素子分離溝を浅くでき、
該溝形成の時間が短縮されるので、生産コストを低減で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を示す断面構造図である。
【図2】本発明の実施例1における半導体装置を製造す
るための工程図(1)である。
【図3】本発明の実施例1における半導体装置を製造す
るための工程図(2)である。
【図4】本発明の実施例1における半導体装置を製造す
るための工程図(3)である。
【図5】本発明の実施例1における半導体装置を製造す
るための工程図(4)である。
【図6】本発明の実施例2における半導体装置の断面図
である。
【図7】本発明の実施例3における半導体装置の平面図
である。
【図8】本発明の実施例4における半導体装置の断面図
である。
【図9】本発明の低周波振動防止効果を説明するための
図である。
【図10】従来例を説明するための断面図である。
【符号の説明】
1……半絶縁性GaAs基板、2……ノンドープGaA
s層、3……厚さの総計が150nm以上であるノンド
ープAlxGa1-xAs単層または複層、4……p型Ga
As層、5……n型GaAs能動層、6……ノンドープ
AlxGa1-xAs層、7……ノンドープGaAs層、1
1……ゲート電極、12……ソース電極、13……ドレ
イン電極、14……オーミック電極、31……ウエット
エッチング法で作成した溝、32,33,34……ドラ
イエッチング法で作成した溝、41,42……n型Ga
As層、61……半導体結晶基板、62……AlxGa
1-xAs層、63……GaAs層、64……ヘテロ界
面、65……表面からヘテロ界面64に達する溝、10
1……ノンドープAlxGa1-xAsを100nm形成し
たときの低周波振動の発振耐圧を示す特性線、102…
…ノンドープAlxGa1-xAsを総計150nm形成し
たときの低周波振動発振耐圧を示す特性線。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半絶縁性GaAs基板に、ノンドープGa
    As層、厚さの総計が150nm以上であるノンドープ
    AlxGa1-xAs単層または複層、p型GaAs層、n
    型GaAs能動層を順次積層させた構造を持つ結晶表面
    に電界効果トランジスタが形成されていることを特徴と
    する半導体装置。
  2. 【請求項2】上記電界効果トランジスタの間に少なくと
    も上記ノンドープAlxGa1-xAs層まで達する溝が設
    けられている請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】上記溝は上記電界効果トランジスタを囲む
    ように設けられている請求項2記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】半導体装置表面から上記ノンドープAlx
    Ga1-xAs層までの深さは200nm未満である請求
    項1、2もしくは3記載の半導体装置。
JP4083650A 1992-03-30 1992-04-06 半導体装置 Pending JPH05283439A (ja)

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JP4083650A JPH05283439A (ja) 1992-04-06 1992-04-06 半導体装置
US08/036,787 US5523593A (en) 1992-03-30 1993-03-25 Compound semiconductor integrated circuit and optical regenerative repeater using the same

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07297386A (ja) * 1994-04-27 1995-11-10 Nec Corp 化合物半導体装置
US5739559A (en) * 1994-03-17 1998-04-14 Hitachi, Ltd. Compound semiconductor integrated circuit with a particular high resistance layer
JP2019145748A (ja) * 2018-02-23 2019-08-29 ローム株式会社 半導体装置

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