JPH0883808A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JPH0883808A
JPH0883808A JP17581195A JP17581195A JPH0883808A JP H0883808 A JPH0883808 A JP H0883808A JP 17581195 A JP17581195 A JP 17581195A JP 17581195 A JP17581195 A JP 17581195A JP H0883808 A JPH0883808 A JP H0883808A
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JP
Japan
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layer
gate
semiconductor device
source
drain
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Application number
JP17581195A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Usagawa
利幸 宇佐川
Akiyoshi Sawada
明美 佐和田
Kenichi Tominaga
憲一 冨永
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To improve the controllability of a threshold voltage and to reduce a gate parasitic capacity and source/gate parasitic resistance by laying out a semiconductor layer of an opposite conductive type constituting a PN junction gate on a one-conductive type active layer. CONSTITUTION: A PN junction gate consisting of n-type GaAs layer 14, undoped Al GaAs layer 15, and p-type GaAs layer 16 is formed. Then, SiN layer 20 at source and drain formation parts is selectively eliminated for SiO2 side wall 21 and is formed at a gate. Then, undoped AlGaAs layer 15 at source/drain formation parts is eliminated. Then, two n<++> GaAs layers 18 acting as source and drain which are electronically connected to the n-type GaAs active layer 14 is selectively grown and formed. Then, AuGe, W, Ni, and Au are laminated on two n<++> GaAs layers 18 in this order and source and drain electrodes are formed, thus completing an FET.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、PN接合ゲートFET
(電界効果トランジスタ)を有する半導体装置、特に高
性能なMMIC(マイクロ波モノリシック集積回路)の
提供が可能な半導体装置に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a PN junction gate FET.
The present invention relates to a semiconductor device having (field effect transistor), and particularly to a semiconductor device capable of providing a high-performance MMIC (microwave monolithic integrated circuit).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、個人が野外に持ち運び可能な携帯
電話が広く普及し、電波の送信部分にエンハンスメント
型PN接合ゲートFETを用いることが考えられる。こ
の型のFETは、例えば、アイイーアイシーイー・トラ
ンザクション・オン・エレクトロン、第E75−C巻、
第10号、第1110頁から第1114頁(IEICE
Trans.ELECTRON.,Vol.E75−
C,No.10,p1110−p1114)に記載され
ており、その作製方法は次のとおりである。
2. Description of the Related Art In recent years, portable telephones that can be carried outdoors by individuals have become widespread, and it is conceivable to use enhancement type PN junction gate FETs in the radio wave transmission portion. The FET of this type is, for example, ICI / I Transaction / Electron, Volume E75-C,
No. 10, pp. 1110 to 1114 (IEICE
Trans. ELECTRON. , Vol. E75-
C, No. 10, p1110-p1114), and the manufacturing method thereof is as follows.

【0003】n型能動層およびソース・ドレインn+型
GaAs層をイオン注入法で形成する。その後、SiN
などの絶縁膜を被着し、そのゲート部分に開口部を形成
し、開口部を通してZnを拡散することによりn型能動
層中にPN接合を形成する。ゲート電極用金属は拡散後
被着し、ドライエッチングを用いるホトリソグラフィー
により、ゲート電極を形成する。
An n-type active layer and a source / drain n + type GaAs layer are formed by an ion implantation method. Then SiN
An insulating film such as is deposited, an opening is formed in the gate portion, and Zn is diffused through the opening to form a PN junction in the n-type active layer. The gate electrode metal is deposited after diffusion, and the gate electrode is formed by photolithography using dry etching.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、PN
接合の形成に拡散工程を用いる為、しきい値電圧Vth
の制御性が極めて悪い。
SUMMARY OF THE INVENTION The above prior art is based on the PN
Since the diffusion process is used to form the junction, the threshold voltage Vth
Controllability of is extremely poor.

【0005】また、n型能動層中にPN接合が形成され
るためゲート寄生容量(ソース・ゲート容量とゲート・
ドレイン容量)が大きくなる。特に、ゲート寄生容量は
ソース・ゲート寄生抵抗とトレードオフの関係にある。
すなわち、n+型GaAsソース・ドレイン層とp型G
aAsゲート層を隔てる目あき部分のn型GaAs能動
層の抵抗(ソース・ゲート寄生抵抗)を下げる為に、p
型GaAsゲート層の拡散深さを浅くするとゲート寄生
容量が大きくなる。更に、ゲート・ドレイン容量の増大
は、パワーアンプと低雑音アンプをモノリシックに形成
するMMICの場合、パワーアンプと低雑音アンプの利
得を下げる。
Since a PN junction is formed in the n-type active layer, the gate parasitic capacitance (source / gate capacitance and gate / gate capacitance
Drain capacity) becomes large. In particular, the gate parasitic capacitance has a trade-off relationship with the source / gate parasitic resistance.
That is, n + type GaAs source / drain layers and p type G
In order to reduce the resistance (source / gate parasitic resistance) of the n-type GaAs active layer in the open area separating the aAs gate layer, p
When the diffusion depth of the type GaAs gate layer is reduced, the gate parasitic capacitance increases. Further, the increase in the gate / drain capacitance lowers the gains of the power amplifier and the low noise amplifier in the case of the MMIC in which the power amplifier and the low noise amplifier are formed monolithically.

【0006】このように、上記従来技術は、以上の問題
点を有している。また、この問題点は、エンハンスメン
ト型PN接合ゲートFETに限らず、デプレッション型
PN接合ゲートFETも有している。
As described above, the above conventional technique has the above problems. Further, this problem is not limited to the enhancement type PN junction gate FET, but has the depletion type PN junction gate FET.

【0007】本発明の目的は、しきい値電圧の制御性が
良く、ゲート寄生容量およびソース・ゲート寄生抵抗を
小さくできるPN接合ゲートFETを有する半導体装置
を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device having a PN junction gate FET which has good controllability of threshold voltage and can reduce gate parasitic capacitance and source-gate parasitic resistance.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的は、電界効果ト
ランジスタの半導体層から成るソース、ドレインを一導
電型の能動層上に配置し、このソースおよびドレインの
相対する端面間の能動層上に能動層よりもバンドギャッ
プの大きいアンドープ半導体層を配置し、ソースおよび
ドレインから離してアンドープ半導体層上に一導電型と
は反対導電型の半導体層を配置し、反対導電型の半導体
層、アンドープ半導体層および能動層とで電界効果トラ
ンジスタのPN接合ゲートを構成することにより達成で
きる。
The above object is to arrange a source and a drain made of a semiconductor layer of a field effect transistor on an active layer of one conductivity type, and to dispose on the active layer between opposed end faces of the source and the drain. An undoped semiconductor layer having a band gap larger than that of the active layer is arranged, a semiconductor layer of opposite conductivity type to one conductivity type is arranged on the undoped semiconductor layer away from the source and drain, and a semiconductor layer of opposite conductivity type, undoped semiconductor layer This can be achieved by forming the PN junction gate of the field effect transistor with the layer and the active layer.

【0009】[0009]

【作用】PN接合ゲートを構成する反対導電型の半導体
層を一導電型の能動層上に配置しているので、すなわち
従来の拡散による形成を採っていないので、しきい値電
圧の制御性が良い。PN接合ゲートを構成する反対導電
型の半導体層とソース、ドレインとが離れていているた
め、これらで構成されるゲート寄生容量が小さい。半導
体層から成るソース、ドレインを一導電型の能動層上に
配置して、PN接合によるビルトインポテンシャルФp
nとソースとゲートの間の能動層(目あき部分)の表面
ポテンシャルФsとの違いによる能動層内への空乏層の
延び方の違いを積極的に利用して、目あき部分での空乏
層の延びを小さくしているので、ソース・ゲート寄生抵
抗が小さい。ゲート下における空乏層の延びは、エンハ
ンスメント型の場合は能動層の厚さ全体にわたり、デプ
レッション型の場合は能動層の厚さ全体にわたらず能動
層の一部が残こる。
Since the semiconductor layers of opposite conductivity type forming the PN junction gate are arranged on the active layer of one conductivity type, that is, the conventional diffusion method is not adopted, the controllability of the threshold voltage is improved. good. Since the semiconductor layer of the opposite conductivity type forming the PN junction gate is separated from the source and the drain, the gate parasitic capacitance formed by these is small. A source and a drain made of a semiconductor layer are arranged on an active layer of one conductivity type, and a built-in potential φp due to a PN junction is provided.
The depletion layer at the open area is positively utilized by positively utilizing the difference in the extension of the depletion layer into the active layer due to the difference between the surface potential Φs of the active layer (open area) between n and the source and the gate. , The source / gate parasitic resistance is small. The extension of the depletion layer under the gate extends over the entire thickness of the active layer in the case of the enhancement type, and does not extend over the entire thickness of the active layer in the case of the depletion type, and a part of the active layer remains.

【0010】以下、図1(c)の構造を例にとり、ソー
ス・ゲート寄生抵抗の減少について詳細に説明する。n
型能動層14の濃度をND、膜厚をa、誘電率をε、単
位電荷素量をqと定義すると、エンハンスメント型PN
接合ゲートFETのしきい値電圧 Vthは Vth=Φpn−qNDa2/2ε ………(式1) で表される。
The reduction of the source / gate parasitic resistance will be described in detail below by taking the structure of FIG. 1 (c) as an example. n
If the concentration of the active layer 14 is ND, the film thickness is a, the permittivity is ε, and the unit charge is q, the enhancement type PN
The threshold voltage Vth of the junction gate FET is represented by Vth = Φpn-qNDa 2 / 2ε ... (Equation 1).

【0011】また、目あき部分70(SiN側壁20お
よびSiO2側壁21の直下のn型能動層14の領域7
0)中に延びる空乏層の厚みをhとすると表面電位Φs
とhの関係は Φs=qNDh2/2ε ………(式2) で表される。
Further, a perforated portion 70 (region 7 of the n-type active layer 14 immediately below the SiN side wall 20 and the SiO 2 side wall 21) is formed.
0) If the thickness of the depletion layer extending inward is h, the surface potential Φs
The relationship between h and h is represented by Φs = qNDh 2 / 2ε ... (Equation 2).

【0012】一方、ショットキーバリアのビルトインポ
テンシャルをΦBn、n型能動層の膜厚をbと定義する
と、ショットキーゲートを有するMESFETやヘテロ
接合FETのエンハンスメント型FETのVthは Vth=ΦBn−εNDb2/2ε ………(式3) で表される。
On the other hand, if the built-in potential of the Schottky barrier is defined as Φ B n and the film thickness of the n-type active layer is defined as b, Vth of the enhancement type FET such as MESFET having a Schottky gate or heterojunction FET is Vth = Φ B n-εNDb 2 / 2ε ... (Expression 3)

【0013】また、ショットキー接合のビルトインポテ
ンシャルΦBnと表面電位Φsは殆ど同じである。
The built-in potential Φ B n of the Schottky junction and the surface potential Φ s are almost the same.

【0014】したがって、同一Vthの場合に、PN接
合ゲートFETとショットキーゲートFETを比べる
と、同じ能動層不純物濃度NDなら Φpn−ΦBn≒qND(a2−b2)/2ε=0.7〜1.0V……(式4) となり、aの方がbよりかなり大きくできる。つまり、
PN接合ゲートFETの方がショットキーゲートFET
より、チャネル層を厚くでき、また図1(c)の目あき
部分70での空乏層の延びを抑えてシート抵抗を比較的
小さくできるので、多くのソース、ドレイン電流が流
れ、ソース・ゲート寄生抵抗を小さくできる。 具体例
として、Vth=0.2V、ND=7×1017/c
3、Φpn=1.4V、Φs=0.7V,移動度μ=
3500cm2/Vsの時、以上の式からSiO2側壁2
1直下のn型能動層のシート抵抗ρsは2KΩ/□前後
になる事が予想され、実験的にも確かめられている。
[0014] Therefore, in the case of the same Vth, compared to PN junction gate FET and Schottky gate FET, if the same active layer impurity concentration ND Φpn-Φ B n ≒ qND (a 2 -b 2) / 2ε = 0. 7 to 1.0 V (Equation 4), and a can be considerably larger than b. That is,
PN junction gate FET is more Schottky gate FET
As a result, since the channel layer can be made thicker and the depletion layer at the open area 70 in FIG. 1 (c) can be suppressed from extending so that the sheet resistance can be made relatively small, a large amount of source / drain current flows and source / gate parasitic Resistance can be reduced. As a specific example, Vth = 0.2V, ND = 7 × 10 17 / c
m 3 , Φpn = 1.4V, Φs = 0.7V, mobility μ =
When 3500 cm 2 / Vs, SiO 2 sidewall 2 from the above formula
It is expected that the sheet resistance ρs of the n-type active layer immediately below 1 will be around 2 KΩ / □, and it has been confirmed experimentally.

【0015】SiO2側壁21の膜厚を200nm程度
に設計すると、トランジスタ幅10μmあたり40Ωの
ソース・ゲート寄生抵抗が発生し、n++型GaAs高濃
度層18およびソース電極が加わるとトランジスタ幅1
0μmあたりのソース・ゲート寄生抵抗は70Ω程度に
なるが、この値はパワーFETとして実用に耐え得る充
分小さな値である。
When the SiO 2 side wall 21 is designed to have a film thickness of about 200 nm, a source / gate parasitic resistance of 40 Ω is generated for a transistor width of 10 μm, and when the n ++ type GaAs high concentration layer 18 and the source electrode are added, the transistor width 1
The source / gate parasitic resistance per 0 μm is about 70Ω, which is a sufficiently small value that can be practically used as a power FET.

【0016】一方、ショットキーゲートのMESFET
やヘテロ接合FETでエンハンスメント型FETを形成
する場合、ショットキー接合のビルトインポテンシャル
ΦBnと表面電位Φsは殆ど同じになるので、目あき部分
のn型能動層のシート抵抗ρsは極めて高くなる。この
シート抵抗ρsを下げなければ実用的なデバイスになら
ないので、従来は深いしきい値を持ち、かつプロセスが
簡単なデプリーション型のGaAsMESFETがパワ
ーGaAsFETの主流であった。つまり、従来のME
SFETやヘテロ接合FETでエンハンスメント型FE
Tを作ろうとすると、目あき部分70のシート抵抗が数
十kΩ/□以上になり、イオン注入源などによりn型能
動層の不純物濃度をゲート直下のチャンネル層の能動層
の不純物濃度より必ず上げざるを得ないので、ソース、
ゲート、ドレイン耐圧の劣化を招いていた。逆に耐圧を
確保しようとするとデバイス性能が落ちていた。
On the other hand, a Schottky gate MESFET
In the case of forming an enhancement type FET with a heterojunction FET, the built-in potential Φ B n of the Schottky junction and the surface potential Φs are almost the same, so that the sheet resistance ρs of the n-type active layer in the open area is extremely high. A depletion type GaAs MESFET having a deep threshold value and a simple process has been the mainstream of the power GaAs FET in the past, because it cannot be a practical device unless the sheet resistance ρs is lowered. In other words, conventional ME
Enhancement type FE with SFET and heterojunction FET
When making T, the sheet resistance of the open area 70 becomes several tens of kΩ / □ or more, and the impurity concentration of the n-type active layer must be raised more than the impurity concentration of the active layer of the channel layer immediately below the gate due to an ion implantation source or the like. I have no choice but to use the sauce,
The breakdown voltage of the gate and drain was deteriorated. On the contrary, when trying to secure the breakdown voltage, the device performance deteriorated.

【0017】本発明によれば、上述のように、パワーF
ETとして実用に耐える充分低いソース・ゲート寄生抵
抗をもつエンハンスメント型FET実現できる。また、
本発明では、能動層上に配置された能動層よりもバンド
ギャップの大きいアンドープ半導体層(図1(c)にお
いてはアンドープAlGaAs層15)もゲート・ドレ
イン間耐圧の向上に寄与している。すなわち、ゲートの
ドレイン側端から延びる空乏層の厚さが有効に厚くなり
電界が緩和されて耐圧が向上する。ここで、アンドープ
とは、不純物原子が意識的にはドープされていないこと
を意味する。また、ソース、ドレインの形成にイオン注
入法を採っていないこともゲート・ドレイン間耐圧耐圧
の向上に寄与している。すなわち、結晶性に乱れがない
ため、電流リークによるブレークダウンが生じず、耐圧
が向上する。
According to the present invention, as described above, the power F
An enhancement type FET having a sufficiently low source / gate parasitic resistance that can be practically used as an ET can be realized. Also,
In the present invention, the undoped semiconductor layer (undoped AlGaAs layer 15 in FIG. 1C) having a bandgap larger than that of the active layer arranged on the active layer also contributes to the improvement of the breakdown voltage between the gate and the drain. That is, the thickness of the depletion layer extending from the drain side end of the gate is effectively increased, the electric field is relaxed, and the breakdown voltage is improved. Here, undoped means that impurity atoms are not intentionally doped. In addition, the fact that the ion implantation method is not used for forming the source and drain also contributes to the improvement of the breakdown voltage between the gate and the drain. That is, since the crystallinity is not disturbed, breakdown due to current leakage does not occur and the breakdown voltage is improved.

【0018】図1(c)においては、PN接合ゲートを
構成するP型およびN型の半導体層は共にGaAsでバ
ンドギャップが同じ材料で構成されているが、上記説明
から容易に理解できるように、能動層としても働く一方
の層の方が他の層よりバンドギャップの小さい材料で構
成されていても本発明は実施できる。
In FIG. 1 (c), both the P-type and N-type semiconductor layers constituting the PN junction gate are made of GaAs and made of the same material with the same band gap, but as can be easily understood from the above description. The present invention can be practiced even if one of the layers, which also functions as an active layer, is made of a material having a smaller bandgap than the other layers.

【0019】NチャネルのFETを例にとり説明した
が、上記説明からから容易に理解できるように、本発明
はPチャネルのFETにも有効である。
Although the N-channel FET has been described as an example, the present invention is also effective for the P-channel FET, as can be easily understood from the above description.

【0020】本発明はエンハンスメント型およびデプレ
ッション型の両方の型に有効であるが、電源の観点から
は、単一電源ですむエンハンスメント型の方が、2つの
電源を必要とするデプレッション型より有利である。
Although the present invention is effective for both the enhancement type and the depletion type, from the viewpoint of the power source, the enhancement type which requires only a single power source is more advantageous than the depletion type which requires two power sources. is there.

【0021】本発明の半導体装置の製造には、近年量産
技術としての地歩を築きつつあるMOCVD(有機金属
熱分解法)やMBE(分子線エピタキシー法)を用いる
ことができる。
For manufacturing the semiconductor device of the present invention, MOCVD (organic metal pyrolysis method) or MBE (molecular beam epitaxy method), which has recently been established as a mass production technology, can be used.

【0022】本発明の半導体装置と同一のデバイス構造
および製造プロセスを用いて、本発明の半導体装置とは
平面構成は異なる高周波領域での高性能低雑音増幅器や
スイッチを本発明の半導体装置とモノリシックに構成で
きる。
By using the same device structure and manufacturing process as the semiconductor device of the present invention, a high-performance low noise amplifier or switch in a high frequency region having a plane configuration different from that of the semiconductor device of the present invention is monolithically integrated with the semiconductor device of the present invention. Can be configured to.

【0023】[0023]

【実施例】【Example】

実施例1 本発明の実施例1の、チャネルにn型導電層を用いたエ
ンハンスメント型パワーFET(Vth=0.2V)を
図1(a)〜図1(c)、図2を用いて説明する。半絶
縁性GaAs基板10上にMOCVDエピ成長技術を用
いて、アンドープGaAs層11(厚さ500nm)、
アンドープAlGaAs層12(厚さ5nm)、アンド
ープGaAs層13(厚さ50nm)、n型GaAs層
14(厚さ50nm)、アンドープAlGaAs層15
(厚さ5nm)、p型GaAs層16(厚さ50n
m)、p++型GaAs層17(厚さ50nm)をこの順
序で被着する(図1(a))。次に、図示しないが、p++
型GaAs層17上に、高耐熱ゲート金属であるWSi
(厚さ50nm)、W(厚さ800nm)および/WS
i(厚さ50nm)をこの順序で被着する。次に、WS
i層上に、SiNなどの保護膜(厚さ250nm)を形
成する。アンドープAlGaAs層12のAl組成は
0.3である。通常、この組成は0.1から0.45の
範囲から選ばれる。アンドープAlGaAs層15のA
l組成はそれぞれ0.45である。通常、この組成は
0.42から0.5の範囲から選ばれる。n型GaAs
層14の不純物濃度はND=7×1017/cm3であ
る。通常、この不純物濃度はND=1−10×1017
cm3の範囲から選ばれる。p型GaAs層16の不純
物濃度はNA=2×1019/cm3である。p++型Ga
As層17の不純物濃度はNA=5×1020/cm3
あり、そのドーパントはカーボン(C)である。
Example 1 An enhancement type power FET (Vth = 0.2V) using an n-type conductive layer in a channel of Example 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (c) and FIG. To do. An undoped GaAs layer 11 (thickness 500 nm) is formed on the semi-insulating GaAs substrate 10 by using the MOCVD epi growth technique.
Undoped AlGaAs layer 12 (thickness 5 nm), undoped GaAs layer 13 (thickness 50 nm), n-type GaAs layer 14 (thickness 50 nm), undoped AlGaAs layer 15
(Thickness 5 nm), p-type GaAs layer 16 (thickness 50 n
m) and a p ++ type GaAs layer 17 (thickness: 50 nm) are deposited in this order (FIG. 1 (a)). Next, although not shown, p ++
WSi, which is a high heat resistant gate metal, on the GaAs layer 17
(Thickness 50 nm), W (thickness 800 nm) and / WS
i (50 nm thick) is deposited in this order. Then WS
A protective film (thickness: 250 nm) such as SiN is formed on the i layer. The Al composition of the undoped AlGaAs layer 12 is 0.3. Usually, this composition is selected from the range of 0.1 to 0.45. A of undoped AlGaAs layer 15
Each l composition is 0.45. Usually, this composition is selected from the range of 0.42 to 0.5. n-type GaAs
The impurity concentration of the layer 14 is ND = 7 × 10 17 / cm 3 . Usually, this impurity concentration is ND = 1-10 × 10 17 /
It is selected from the range of cm 3 . The impurity concentration of the p-type GaAs layer 16 is NA = 2 × 10 19 / cm 3 . p ++ Ga
The impurity concentration of the As layer 17 is NA = 5 × 10 20 / cm 3 , and its dopant is carbon (C).

【0024】次に、ホトレジストをマスクとしてゲート
形成部分を残し他の部分をμ波ドライエッチング法を用
いて除去して、SiN層22、WSi層32、W層3
1、WSi層30を形成する。その結果、WSi層30
/W層31/WSi層32から成るゲート電極が形成さ
れる。次に、ホトレジストを除去、洗浄後、SiN層2
2とゲート電極をマスクとしてゲート形成部分を残し他
の部分をRIE(反応性イオンエッチング法)を用いて
選択的に除去して、p++型GaAs層17、p型GaA
s層16を形成する。その結果、n型GaAs層14/
アンドープAlGaAs層15/p型GaAs層16か
ら成るPN接合ゲートが形成される。n型GaAs能動
層14の不純物濃度と膜厚は、Vthが同一であっても
(本実施例では、Vth=0.2V)、式1に従って、
変えることができる。次に、SiN層20(厚さ50n
m)をプラズマCVDにより形成する。次に、SiO2
(厚さ300nm)をプラズマCVDによりデポ後、S
iO2をSiN層20に対してCHF3系ガスを用いたR
IEにより選択エッチングし、ゲートにSiO2の側壁
21を形成する。SiO2側壁21の厚みは250nm
であった。SiO2側壁21の厚みは、ソースおよびド
レインの耐圧の設計により決まり、100nm〜400
nmの範囲に設定される(図1(b))。
Next, using the photoresist as a mask, the gate forming portion is left and the other portions are removed by the μ wave dry etching method to remove the SiN layer 22, the WSi layer 32, and the W layer 3.
1. Form the WSi layer 30. As a result, the WSi layer 30
A gate electrode composed of the / W layer 31 / WSi layer 32 is formed. Next, after removing the photoresist and cleaning, the SiN layer 2
2 and the gate electrode are used as a mask to leave the gate formation portion, and the other portions are selectively removed by RIE (reactive ion etching method) to form a p ++ type GaAs layer 17 and a p type GaA.
The s layer 16 is formed. As a result, the n-type GaAs layer 14 /
A PN junction gate composed of the undoped AlGaAs layer 15 / p-type GaAs layer 16 is formed. Regarding the impurity concentration and the film thickness of the n-type GaAs active layer 14, even if Vth is the same (Vth = 0.2V in this embodiment), according to the equation 1,
Can be changed. Next, the SiN layer 20 (thickness 50n
m) is formed by plasma CVD. Next, SiO 2
After depositing (thickness 300 nm) by plasma CVD, S
R for which iO 2 was used for the SiN layer 20 using CHF 3 based gas
Selective etching is performed by IE to form a side wall 21 of SiO 2 on the gate. The thickness of the SiO 2 side wall 21 is 250 nm
Met. The thickness of the SiO 2 side wall 21 is determined by the design of the withstand voltage of the source and drain, and is 100 nm to 400 nm.
It is set in the range of nm (FIG. 1 (b)).

【0025】次に、ソースおよびドレイン形成部分のS
iN層20を、大気圧下での沸点(150℃)の温度の
熱リン酸を用いて、SiO2側壁21に対して選択的に
除去しゲートにSiNの側壁20を形成する。次に、ソ
ースおよびドレイン形成部分のアンドープAlGaAs
層15を除去する。アンドープAlGaAs層15のA
l組成を0.42から0.5の範囲で選んでおくと、バ
ッファー沸酸(HF)を用いて、n型GaAs層14に
対して選択比1000以上で選択的にAlGaAsを除
去できる。次に、MOCVD法を用い、n型GaAs能
動層14に電子的に接続するソースおよびドレインとし
て働く2つのn++GaAs層18(厚さ300nm、N
D=2×1018/cm3)を選択成長させて形成する
(図1(c))。
Next, S of the source and drain forming portions
The iN layer 20 is selectively removed with respect to the SiO 2 sidewall 21 using hot phosphoric acid having a boiling point (150 ° C.) under atmospheric pressure to form the SiN sidewall 20 on the gate. Next, undoped AlGaAs at the source and drain forming portions
Layer 15 is removed. A of undoped AlGaAs layer 15
If the l composition is selected in the range of 0.42 to 0.5, AlGaAs can be selectively removed using the buffer hydrofluoric acid (HF) at a selection ratio of 1000 or more with respect to the n-type GaAs layer 14. Next, using the MOCVD method, two n ++ GaAs layers 18 (thickness: 300 nm, N, which serve as a source and a drain, which are electrically connected to the n-type GaAs active layer 14, are used.
D = 2 × 10 18 / cm 3 ) is selectively grown (FIG. 1C).

【0026】次に、図示はしないが、AuGe、W、N
i、Auの順序で2つのn++GaAs層18上に積層
し、ソース電極およびドレイン電極を形成しFETが完
成する。 なお、能動層14としてシュードモルフィッ
ク(Pseudomorphic)なInGaAsを用
いてデバイス性能を向上させることもできる。つまり、
n型GaAs層14の代わりに、20nmから10nm
程度の歪の入らない臨界膜厚以下のn型InzGa1-z
s層(z=0.1−0.2)を用いる。更に必要なら、
この層にn型GaAs層を積層しても良い。InGaA
sの電子ドリフト速度は高いので、ピンチオフ電圧近傍
での素子特性を向上させることが可能になる。ゲート耐
圧やドレイン耐圧を向上させるために、InGaAsの
不純物濃度をn型GaAsの不純物濃度より下げて設計
する事も可能である。
Next, although not shown, AuGe, W, N
The FET is completed by stacking i and Au in this order on the two n ++ GaAs layers 18 to form a source electrode and a drain electrode. Pseudomorphic InGaAs can be used as the active layer 14 to improve the device performance. That is,
20 nm to 10 nm instead of the n-type GaAs layer 14
N-type In z Ga 1-z A with a critical film thickness or less without strain
An s layer (z = 0.1-0.2) is used. If you need more,
An n-type GaAs layer may be laminated on this layer. InGaA
Since the electron drift velocity of s is high, it becomes possible to improve the device characteristics in the vicinity of the pinch-off voltage. In order to improve the gate breakdown voltage and the drain breakdown voltage, it is possible to design the impurity concentration of InGaAs lower than that of n-type GaAs.

【0027】ゲート電極は、WSiを用いず、Wだけの
一層(厚さ600nm程度)にしても良い。ゲート電極
のシート抵抗は、通常0.3Ω/□以下の値をもつ。
The gate electrode may be a single layer of W (thickness: about 600 nm) without using WSi. The sheet resistance of the gate electrode usually has a value of 0.3Ω / □ or less.

【0028】静的な素子特性のみを抽出する場合には、
p++型GaAs層17を用いず、直接NA=2×1019
/cm3程度の比較的低濃度のp型GaAs層16にゲ
ート電極を接触させることもできる。しかし、大略0.
8GHz以上の高周波で動作させる時には、p++型Ga
As層17は必要である。大略0.8GHz以上の高周
波で動作させる時には、ゲート抵抗が重要な役割を演じ
る為、ゲート電極とPN接合のP型半導体層との間のオ
ーミック接触抵抗が大略5×10-6Ωcm2以上だと、
ゲート抵抗がソース抵抗に比べて無視できなくなり、そ
の結果デバイス特性が劣化する。これを防ぐには、p++
型GaAs層17の不純物濃度はNA=8×1019/c
3以上である必要がある。また、p型GaAs層16
の不純物は濃度がNA=2x1019/cm3程度と比較
的低濃度であるためBeやMgなども可能であるが、p
++型GaAs層17の不純物濃度は高濃度である為、そ
のドーパントとしてはプロセス工程における各種の熱工
程で拡散の少ないカーボンが必須である。
When extracting only static device characteristics,
Direct NA = 2 × 10 19 without using the p ++ type GaAs layer 17.
The gate electrode may be brought into contact with the p-type GaAs layer 16 having a relatively low concentration of about / cm 3 . However, about 0.
When operating at a high frequency of 8 GHz or more, p ++ type Ga
The As layer 17 is necessary. When operating at a high frequency of approximately 0.8 GHz or more, the gate resistance plays an important role, so the ohmic contact resistance between the gate electrode and the P-type semiconductor layer of the PN junction is approximately 5 × 10 −6 Ωcm 2 or more. When,
The gate resistance becomes non-negligible compared to the source resistance, and as a result, the device characteristics deteriorate. To prevent this, p ++
Type GaAs layer 17 has an impurity concentration of NA = 8 × 10 19 / c
It must be at least m 3 . In addition, the p-type GaAs layer 16
Since the impurity has a relatively low concentration of NA = 2 × 10 19 / cm 3, it is possible to use Be or Mg, but p
Since the impurity concentration of the ++ type GaAs layer 17 is high, carbon, which is less diffused in various thermal steps in the process steps, is essential as the dopant.

【0029】次に、本実施例の平面図を図2を用いて説
明する。図中の符号60´はソースパッド、61´はド
レインパッド、62´、62´´はゲートパッドであ
る。本実施例では、ゲート電極に、抵抗率がAl,C
u,Au等に比べて一桁以上高い高耐熱金属を用いる
為、櫛型ゲート構造の単位ゲート幅を小さくして(単位
ゲート幅:50μm)、全ゲート抵抗を通常の場合(単
位ゲート幅:100μm)の1/4に低減している。ま
た、3つのソースパッド領域60´の方向を中心線とし
て対称に折り返した構造にして、単位ゲート配列方向の
トランジスタの寸法を小さくしている。
Next, a plan view of this embodiment will be described with reference to FIG. In the figure, reference numeral 60 'is a source pad, 61' is a drain pad, and 62 'and 62''are gate pads. In this embodiment, the gate electrode has a resistivity of Al or C.
Since a high heat-resistant metal that is higher than u, Au, etc. by one digit or more is used, the unit gate width of the comb-shaped gate structure is made small (unit gate width: 50 μm), and the total gate resistance is normally set (unit gate width: It is reduced to 1/4 of 100 μm). Further, the structure is such that the three source pad regions 60 'are folded back symmetrically with respect to the center line, and the size of the transistor in the unit gate arrangement direction is reduced.

【0030】以下、ゲート抵抗Rgと単位ゲート配列方
向のトランジスタの寸法の関係を説明する。高耐熱ゲー
ト金属のシート抵抗をρsg、櫛型ゲートの単位ゲート
幅をWg、ゲート長をLgと定義すると、2GHz−5
GHzレベルの高周波では、単位ゲート幅当たりのゲー
ト抵抗Rg(高周波近似)は、 Rg=ρsgWg/(3Lg) ………(式5) で表される。
The relationship between the gate resistance Rg and the size of the transistor in the unit gate arrangement direction will be described below. If the sheet resistance of the high heat-resistant gate metal is defined as ρsg, the unit gate width of the comb-shaped gate is defined as Wg, and the gate length is defined as Lg, then 2 GHz-5.
At a high frequency of GHz level, the gate resistance Rg per unit gate width (high frequency approximation) is represented by Rg = ρsgWg / (3Lg) ... (Equation 5).

【0031】また、ρseffをソース・ゲート電極間の実
効的なシート抵抗、Lsgをソース・ゲート電極間距離
定義すると、ソース抵抗Rsは、 Rs=ρseffLsg/Wg ………(式6) で表される。
When ρseff is defined as the effective sheet resistance between the source and gate electrodes and Lsg is defined as the distance between the source and gate electrodes, the source resistance Rs is expressed by Rs = ρseffLsg / Wg ... (Equation 6) It

【0032】ゲート抵抗Rgは、ソース抵抗Rs以下か
無視できる値にすることが望ましい。ゲート抵抗Rg
は、同一ゲート幅において、単位ゲート幅Wgを短縮す
れば原理的に小さくできる。しかし、短縮しすぎると単
位ゲートの数が増え、単位ゲート配列方向のトランジス
タの寸法が大きくなり過ぎてしまう。その結果、両端の
単位ゲートの入力信号の位相がずれ、パワー付加効率が
落ちるという問題が生じる。この問題の解決策として、
図2の3つのソースパッド60´の方向を中心線として
対称に折り返した構造(ソースパッドが線対称軸)が採
用された。
It is desirable that the gate resistance Rg be less than or equal to the source resistance Rs or a negligible value. Gate resistance Rg
Can be reduced in principle by reducing the unit gate width Wg in the same gate width. However, if the length is too short, the number of unit gates increases and the size of the transistor in the unit gate arrangement direction becomes too large. As a result, the phases of the input signals of the unit gates at both ends are out of phase, which causes a problem that the power addition efficiency is reduced. As a solution to this problem,
A structure in which the three source pads 60 'of FIG. 2 are symmetrically folded back about the center line (the source pad is a line symmetry axis) is adopted.

【0033】本実施例におけるゲート62の構成は、単
位ゲート幅Wg=50μm、ゲート長Lg=0.5μ
m、ゲートパッド62´´が4個、各ゲートパッド62
´´に連なった18個の単位ゲート(全部で72個)、
全ゲート幅Wは3.6mmから成っている。最大ソース
ドレイン電流は、ソースドレイン電圧Vds=2.0V
のとき1A(アンペア)であった。ゲート電極のシート
抵抗は、ρsg=0.18Ω/□で単位ゲート幅当たり
のゲート抵抗Rgは6Ω、ソース抵抗Rsは14Ω、真
性チャネル領域の抵抗は10Ωであった。一方、通常の
平面構造の場合は、単位ゲート幅当たりのゲート抵抗R
gは12Ω、ソース抵抗Rsは7Ω、真性ゲート領域の
抵抗は5Ωである。これから分かるように、単位ゲート
幅当たりのゲート抵抗Rgはソース抵抗Rsに比べて小
さく、デバイス性能に殆ど影響を及ぼさない。
The structure of the gate 62 in this embodiment has a unit gate width Wg = 50 μm and a gate length Lg = 0.5 μm.
m, four gate pads 62 ″, each gate pad 62
18 unit gates (72 in total) in a row,
The total gate width W consists of 3.6 mm. Maximum source drain current is source drain voltage Vds = 2.0V
At that time, it was 1 A (ampere). The sheet resistance of the gate electrode was ρsg = 0.18Ω / □, the gate resistance Rg per unit gate width was 6Ω, the source resistance Rs was 14Ω, and the intrinsic channel region resistance was 10Ω. On the other hand, in the case of a normal planar structure, the gate resistance R per unit gate width
g is 12Ω, source resistance Rs is 7Ω, and the resistance of the intrinsic gate region is 5Ω. As can be seen from this, the gate resistance Rg per unit gate width is smaller than the source resistance Rs and has almost no influence on the device performance.

【0034】また、単位ゲート配列方向のトランジスタ
の寸法が小さい場合は、図2のような折り返し構造を採
る必要はない。
When the size of the transistor in the unit gate arrangement direction is small, it is not necessary to adopt the folded structure as shown in FIG.

【0035】実施例2 本発明の実施例2の、チャンネルにn−AlGaAsと
u−GaAsのヘテロ接合界面に形成される二次元電子
ガスを用いたエンハンスメント型パワーFETを図2お
よび図3(a)〜図3(d)を用いて説明する。
Example 2 An enhancement type power FET using a two-dimensional electron gas formed in the heterojunction interface of n-AlGaAs and u-GaAs in the channel of Example 2 of the present invention is shown in FIGS. 2 and 3 (a). ) -FIG.3 (d) demonstrates.

【0036】半絶縁性GaAs基板10上に、アンドー
プGaAsバッファー層11(厚さ500nm)、アン
ドープAlGaAsバッファー層112(厚さ5n
m)、アンドープGaAs層113(厚さ50nm)、
n型AlGaAs層(Al組成0.3、厚さ50nm)
114、アンドープAlGaAs層15´(厚さ10n
m)、p型AlGaAs層19(Al組成0.3、厚さ
50nm)、p■■型GaAs層17(厚さ50nm)
をこの順序でMBEを用いて形成する(図3(a))。
p型AlGaAs層19のAl組成は、通常0.3から
0.45の範囲から選ばれる。
An undoped GaAs buffer layer 11 (thickness: 500 nm) and an undoped AlGaAs buffer layer 112 (thickness: 5 n) are formed on a semi-insulating GaAs substrate 10.
m), undoped GaAs layer 113 (thickness 50 nm),
n-type AlGaAs layer (Al composition 0.3, thickness 50 nm)
114, undoped AlGaAs layer 15 '(thickness 10n
m), p-type AlGaAs layer 19 (Al composition 0.3, thickness 50 nm), p ■■ -type GaAs layer 17 (thickness 50 nm)
Are formed in this order using MBE (FIG. 3 (a)).
The Al composition of the p-type AlGaAs layer 19 is usually selected from the range of 0.3 to 0.45.

【0037】この後のプロセスは、以下の点を除いて実
施例1と同様である。本実施例では、ソースおよびドレ
イン電極51の寄生抵抗を低減するため、図2に示す単
位ゲート電極50に対向するソースおよびドレイン電極
51上に配線電極Mo52およびAu53この順序で設
ける(図3(b))。図3(b)では、ソース電極およ
びドレイン電極の一方のみが図示されている。配線電極
のシート抵抗は、ソースおよびドレイン電極51(Au
Ge/W/Ni/Au)のアロイ後のシート抵抗が1Ω
/□であるので、0.1Ω/□−0.01Ω/□程度に
する。配線電極材料は、Al、Cuを用いても良い。
The subsequent process is the same as in Example 1 except for the following points. In the present embodiment, in order to reduce the parasitic resistance of the source and drain electrodes 51, the wiring electrodes Mo52 and Au53 are provided in this order on the source and drain electrodes 51 facing the unit gate electrode 50 shown in FIG. 2 (FIG. )). In FIG. 3B, only one of the source electrode and the drain electrode is shown. The sheet resistance of the wiring electrode depends on the source and drain electrodes 51 (Au
Sheet resistance after alloying Ge / W / Ni / Au) is 1Ω
Since it is / □, it is about 0.1Ω / □ -0.01Ω / □. The wiring electrode material may be Al or Cu.

【0038】本実施例では、アンドープGaAs層11
3のn型AlGaAs層114との界面部分に形成され
る二次元電子ガス層(2DEG)がチャネルである。ま
た、n型AlGaAs層114と二次元電子ガス層とが
能動層である。ゲート電圧を印加しない状態では、ゲー
ト電極50の直下の上記界面部分は空乏化している。し
かし、SiO2側壁21の直下の上記界面部分は空乏化
していず、二次元電子ガス(2DEG)70’が存在し
ている(図3(c))。したがって、ソース・ゲート寄
生抵抗は小さい。
In this embodiment, the undoped GaAs layer 11 is used.
The two-dimensional electron gas layer (2DEG) formed at the interface with the n-type AlGaAs layer 114 of No. 3 is a channel. The n-type AlGaAs layer 114 and the two-dimensional electron gas layer are active layers. In the state in which the gate voltage is not applied, the interface portion just below the gate electrode 50 is depleted. However, the interface portion just below the SiO 2 side wall 21 is not depleted, and the two-dimensional electron gas (2DEG) 70 ′ exists (FIG. 3 (c)). Therefore, the source / gate parasitic resistance is small.

【0039】なお、アンドープGaAs層113のGa
Asをシュードモルフィック(Pseudomorph
ic)なInGaAsに代えた場合、2DEGのシート
抵抗を1KΩ/□に小さくできるので、ソース・ゲート
寄生抵抗をさらに低減できる。 また、折り返し構造の
平面設計をしても、ゲート抵抗が素子特性に悪影響を与
える場合(例えば、10GHz以上で動作させる時等)
には、図3(d)に示す様にゲート金属50の上に低抵
抗メタル54、55を形成して、ゲート抵抗を低減する
手段を用いる。
Ga of the undoped GaAs layer 113
As Pseudomorphic
ic), the sheet resistance of 2DEG can be reduced to 1 KΩ / □, so that the source / gate parasitic resistance can be further reduced. Further, when the gate resistance adversely affects the device characteristics even when the folded structure is designed in a plane (for example, when operating at 10 GHz or higher).
For this, as shown in FIG. 3D, a low resistance metal 54, 55 is formed on the gate metal 50 to reduce the gate resistance.

【0040】実施例では二次元キャリアガス層である二
次元電子ガス層をチャネルとして用いたが、二次元正孔
ガス層をチャネルとして用いても良い。
Although the two-dimensional electron gas layer which is the two-dimensional carrier gas layer is used as the channel in the embodiment, the two-dimensional hole gas layer may be used as the channel.

【0041】ヘテロ接合形成材料としては、AlInA
s/InGaAs等、他のヘテロ接合系を用いても良
い。
AlInA is used as a heterojunction forming material.
Other heterojunction systems such as s / InGaAs may be used.

【0042】実施例3 以下本発明の実施例3を図4を用いて説明する。本実施
例では、実施例1,2で用いた図2に示す平面構造よ
り、さらにチップ面積を小さくする平面構造とした。
Third Embodiment A third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. In the present embodiment, a planar structure in which the chip area is made smaller than the planar structure shown in FIG. 2 used in the first and second embodiments is adopted.

【0043】その特徴は、図2において対向しているゲ
ートパッド62´´を共通化して、全体で2個のゲート
パッド62´´にすることにある。その結果、本実施例
によれば、トランジスタの横幅を、ソース電極で折り返
さない、通常の平面構造の場合と等しい400μmにで
き、チップ面積を通常の平面構造の場合から殆ど増加さ
せなくする事が可能である。
The feature is that the opposing gate pads 62 ″ in FIG. 2 are commonly used to form two gate pads 62 ″ as a whole. As a result, according to this embodiment, the lateral width of the transistor can be set to 400 μm, which is the same as in the case of the normal planar structure without being folded back by the source electrode, and the chip area can be hardly increased from the case of the normal planar structure. It is possible.

【0044】すなわち、図2では、ドレインパッド61
´の長さL1、L5はそれぞれ100μm、単位ゲート
幅L2、L4はそれぞれ50μm、ソース,ゲートパッ
ド60´、62´´の部分の長さL3は200μmにな
るので、トランジスタの横幅は500μmであるが、本
実施例の図4では、ゲートパッドを共通化したのでゲー
ト・ソースパッドの長さL3を半分の100μmにで
き、トランジスタの横幅は400μmである。
That is, in FIG. 2, the drain pad 61
Since the lengths L1 and L5 of ′ are each 100 μm, the unit gate widths L2 and L4 are each 50 μm, and the length L3 of the source and gate pads 60 ′ and 62 ″ is 200 μm, the lateral width of the transistor is 500 μm. However, in FIG. 4 of the present embodiment, since the gate pad is commonly used, the length L3 of the gate / source pad can be halved to 100 μm, and the lateral width of the transistor is 400 μm.

【0045】上記実施例のエンハンスメント型PN接合
ゲートFETによれば、単一電源による2.0V程度の
低電源動作が可能なパワーFETを実現でき、またそれ
と高周波領域での高性能低雑音増幅器やスイッチをモノ
リシックに集積したMMICを実現できる。
According to the enhancement type PN junction gate FET of the above embodiment, it is possible to realize a power FET capable of operating a low power source of about 2.0 V by a single power source, and a high performance low noise amplifier in a high frequency region and It is possible to realize an MMIC in which switches are monolithically integrated.

【0046】[0046]

【発明の効果】本発明によれば、特に、GaAs等の化
合物半導体を用いた単一電源が可能なエンハンスメント
型PN接合パワーFET、およびこれと高周波低雑音増
幅器などをモノリシックに形成した半導体装置を実現で
きる。
According to the present invention, in particular, an enhancement type PN junction power FET using a compound semiconductor such as GaAs and capable of a single power source, and a semiconductor device in which this and a high frequency low noise amplifier are formed monolithically are provided. realizable.

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

【図1】本発明の実施例1のパワーFETの製造工程図
である。
FIG. 1 is a manufacturing process diagram of a power FET according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例1,2のパワーFETの平面構
造図である。
FIG. 2 is a plan structure diagram of a power FET according to first and second embodiments of the present invention.

【図3】本発明の実施例2のパワーFETの製造工程図
である。
FIG. 3 is a manufacturing process diagram of a power FET according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の実施例3のパワーFETの平面構造図
である。
FIG. 4 is a plan structure diagram of a power FET of Example 3 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…半絶縁性GaAs基板、14、114、55…能
動層、16、19…p型半導体層、17…オーミックコ
ンタクト用p++型半導体層、12、112…選択エッ
チングストッパ、15…選択エッチングストッパ兼高耐
圧バリヤ層、15´…高耐圧バリヤ層、21…SiO2
側壁、70、70´…ソース(ドレイン)ゲート目あき
部分のチャンネル層、30、31、32、50、62…
ゲート電極、51…ソース、ドレイン電極、52、53
…配線電極、54、55…低抵抗電極、60…ソース電
極、60´…ソースパッド、61…ドレイン電極、61
´…ドレインパッド、62´、62´´…ゲートパッ
ド。
10 ... Semi-insulating GaAs substrate, 14, 114, 55 ... Active layer, 16, 19 ... P-type semiconductor layer, 17 ... Ohmic contact p ++-type semiconductor layer, 12, 112 ... Selective etching stopper, 15 ... Selective etching stopper the high-voltage barrier layer, 15 '... the high-voltage barrier layer, 21 ... SiO 2
Side wall, 70, 70 '... Channel layer of source (drain) gate opening, 30, 31, 32, 50, 62 ...
Gate electrode, 51 ... Source, drain electrode, 52, 53
... Wiring electrodes, 54, 55 ... Low resistance electrodes, 60 ... Source electrodes, 60 '... Source pads, 61 ... Drain electrodes, 61
′ ... Drain pad, 62 ′, 62 ″ ... Gate pad.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/338 29/812 29/778 9171−4M H01L 29/80 L 9171−4M H ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication H01L 21/338 29/812 29/778 9171-4M H01L 29/80 L 9171-4MH

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一導電型の能動層と、上記能動層上に形成
された半導体層から成る電界効果トランジスタのソー
ス、ドレインと、上記ソースおよび上記ドレインの相対
する端面間の上記能動層上に形成された上記能動層より
バンドギャップの大きいアンドープ半導体層と、上記ソ
ースおよび上記ドレインとは距離をおいて上記アンドー
プ半導体層上に形成された上記一導電型とは反対導電型
の半導体層を有し、上記反対導電型の半導体層、上記ア
ンドープ半導体層および上記能動層は上記電界効果トラ
ンジスタのPN接合ゲートを構成しており、上記ソー
ス、上記ドレインおよび上記ゲートに各々電気的に接続
されたソース電極、ドレイン電極およびゲート電極を有
していることを特徴とする半導体装置。
1. A source and a drain of a field effect transistor comprising an active layer of one conductivity type and a semiconductor layer formed on the active layer, and on the active layer between opposing end faces of the source and the drain. An undoped semiconductor layer having a band gap larger than that of the formed active layer and a semiconductor layer of a conductivity type opposite to the one conductivity type formed on the undoped semiconductor layer are spaced apart from the source and the drain. The opposite conductivity type semiconductor layer, the undoped semiconductor layer and the active layer constitute a PN junction gate of the field effect transistor, and the source, the drain and the source electrically connected to the gate, respectively. A semiconductor device having an electrode, a drain electrode, and a gate electrode.
【請求項2】請求項1に記載の半導体装置において、上
記電界効果トランジスタはエンハンスメント型であるこ
とを特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the field effect transistor is an enhancement type.
【請求項3】請求項2に記載の半導体装置において、上
記ソースと上記ゲートの間および上記ドレインと上記ゲ
ートの間の上記アンドープ半導体層は絶縁膜で保護され
ていることを特徴とする半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the undoped semiconductor layer between the source and the gate and between the drain and the gate is protected by an insulating film. .
【請求項4】請求項3に記載の半導体装置において、上
記絶縁膜はSiO2およびSiNであることを特徴とす
る半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the insulating film is SiO 2 and SiN.
【請求項5】請求項1に記載の半導体装置において、上
記電界効果トランジスタはNチャネル型であり、上記P
N接合ゲートを構成するP型半導体層の上記ゲート電極
に接する部分は不純物原子としてカーボン(C)を含
み、上記不純物原子の濃度は大略6x1018/cm3
上であることを特徴とする半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the field effect transistor is an N channel type, and the P
A portion of the P-type semiconductor layer forming the N-junction gate in contact with the gate electrode contains carbon (C) as an impurity atom, and the concentration of the impurity atom is approximately 6 × 10 18 / cm 3 or more. .
【請求項6】請求項1に記載の半導体装置において、上
記能動層は上記ゲート電極側に配置されたGaAs層と
上記ゲート電極から遠い側に配置されたPseudomorphic
なInGaAa層との積層体であることを特徴とする半
導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the active layer is a GaAs layer disposed on the side of the gate electrode and a pseudomorphic layer disposed on a side remote from the gate electrode.
A semiconductor device characterized by being a laminated body with another InGaAa layer.
【請求項7】請求項6に記載の半導体装置において、上
記InGaAs層の不純物濃度は上記GaAs層の不純
物濃度より低いことを特徴とする半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 6, wherein the impurity concentration of the InGaAs layer is lower than the impurity concentration of the GaAs layer.
【請求項8】請求項1に記載の半導体装置において、上
記能動層は二次元キャリアガス層を有しており、該二次
元キャリアガス層が上記電界効果トランジスタのチャネ
ルとして働くことを特徴とする半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the active layer has a two-dimensional carrier gas layer, and the two-dimensional carrier gas layer acts as a channel of the field effect transistor. Semiconductor device.
【請求項9】請求項1に記載の半導体装置において、上
記PN接合ゲートを構成する上記反対導電型の半導体層
および上記能動層のバンドギャップは上記反対導電型の
半導体層方が大きいことを特徴とする半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 1, wherein the band gaps of the semiconductor layer of the opposite conductivity type and the active layer forming the PN junction gate are larger in the semiconductor layer of the opposite conductivity type. Semiconductor device.
【請求項10】請求項1に記載の半導体装置において、
上記ソース電極のパッドを線対称軸とする平面構造を有
する上記電界効果型トランジスタを少なくとも1つ有す
ることを特徴とする半導体装置。
10. The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device comprising at least one field-effect transistor having a planar structure in which the pad of the source electrode is an axis of line symmetry.
【請求項11】請求項10に記載の半導体装置におい
て、上記平面構造を有し、かつゲート電極のパッドを共
通にし、該共通ゲート電極パッドに対し2つの上記ドレ
イン電極パッドが対応している上記電界効果トランジス
タを少なくとも1つ有することを特徴とする半導体装
置。
11. The semiconductor device according to claim 10, wherein the gate electrode pad has a common structure, and two drain electrode pads correspond to the common gate electrode pad. A semiconductor device comprising at least one field effect transistor.
【請求項12】請求項1に記載の半導体装置において、
上記能動層はN型GaAs層であり、上記ソース、ドレ
インはN型GaAs層であり、上記アンドープ半導体層
はアンドープAlGaAs層であり、上記反対導電型の
半導体層はP型GaAs層であることを特徴とする半導
体装置。
12. The semiconductor device according to claim 1,
The active layer is an N-type GaAs layer, the source and drain are N-type GaAs layers, the undoped semiconductor layer is an undoped AlGaAs layer, and the semiconductor layer of the opposite conductivity type is a P-type GaAs layer. Characteristic semiconductor device.
【請求項13】請求項12に記載の半導体装置におい
て、上記AlGaAsのAlの組成は0.42から0.
5の範囲から選ばれたものであることを特徴とする半導
体装置。
13. The semiconductor device according to claim 12, wherein the Al composition of the AlGaAs is 0.42 to 0.
A semiconductor device characterized by being selected from the range of 5.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6900482B2 (en) 2001-03-30 2005-05-31 Fujitsu Quantum Devices Limited Semiconductor device having divided active regions with comb-teeth electrodes thereon
JP2007504649A (en) * 2003-08-29 2007-03-01 フリースケール セミコンダクター インコーポレイテッド Semiconductor component and method for manufacturing semiconductor component

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