DE3149101A1

DE3149101A1 - "schottky-uebergangs-feldeffekttransistor"

Info

Publication number: DE3149101A1
Application number: DE19813149101
Authority: DE
Inventors: John Martin Whyteleafe Surrey Shannon
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-12-19
Filing date: 1981-12-11
Publication date: 1982-07-29
Also published as: US4486766A; DE3149101C2; GB2090053A; FR2496990A1; JPH0137857B2; CA1171553A; FR2496990B1; JPS57128980A; GB2090053B

Description

Ί \' Ί V^r-:"i ': 3U910-1

ΡΙΙ15 '32.747 -⁴^ ' 16-Π-1981

"Scho t tky-Ulier^nn^s-Peldeffekttransistor" .

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schottky-Übergangs-Feldeffekttransistor, in dem der Schottky-Übergang zwischen einem Halbleiterkörperteil und einer metallischen darauf angebrachten Gate-Elektrode gebildet wird, wobei der genannte Körperteil eine erste Halbleiterschicht vom einen Leitungstyp enthält, die sich, unter der genannten Gate-Elektrode erstreckt, um wenigstens einen Teil des Kanals dos Transistors zu bilden.

Uiit; or ein or metallischen Gate-Elektrode ist eine K) Ca t (.»—Ii 1 i»k trodo aus- einem stark leitenden Material zu verstehen, das einen Schottky-Übergang mit dem genannten Halb— leiterkörperteil bilden kann. Sie kann aus einem Metall oder einer Metallegierung bestehen, aber kann auch eine Zusammensetzung, wie ein Metallsilicid, z.B. Platinsilicid, Molybdänsilicid usw., enthalten.

Ein Schottky-Ühergangs-Feldeffekttransistor, in dem die Gate-Elektrode direkt auf dem Halbleiterkörperteil liegt, wird manchmal als ein "MESFET¹' bezeichnet (dabei steht MESFET für "Metal-Semiconductor Field Effect TransLstor"). MESFET's sind unipolare Anordnungen, d.h., dass dor Sfcromfluss in MESFET's nur in Form von Majoritätsladungsträgerii stattfindet. Daher gibt es keine Probleme in bezug auf die Speicherung von Mino-ritätsladungsträgern, sodass sich ein MESFET besonders gut für gewisse Anwendungen, ζ . 13 . für Ho chf r equenzanordnungen, eignet.

Ein MESFET, der die im ersten Absatz genannten Merkmale aufweist, ist auf Seiten 41O bis ki2 des von Wiley veröffentlichten Buches von S.M. Sze "Physics of Semiconductor Devices" beschrieben. Insbesondere ist ein Galliumarsenidtransistor beschrieben, in dem die sich unter der Gate-Elektrode erstreckende Halbleiterschicht eine η-leitende epitaktische Galliumarsenidschicht mit einer

-k
Dicke von 2x10 cm und einer Dotierungskonzentration von

PHB 32.747 -2- 16-11-1981

-3 f

2x10 ^J Donatoren/cm' lsi.. BeL doj-Jir';itfen Wer Lon der ])i. cUo und Dotierungskonzentration kann eine Verarmung von etwa

11 2

• UxIO Ladungsträgern/cm der epitaktischen Schicht erhalten werden.

In diesem bekannten MESFET wird das maximale elektrische Feld, das von der ersten Halbleiterschicht aufrechterhalten werden kann, ohne dass Durchschlag auftritt, durch den Anfang von Lawinendurchschlag bestimmt. Das niedrigste Feld, bei dem Lawinendurchschlag in einem besonderen HaIb-

jQ leitermaterial auftritt, ist als das kritische Feld bekannt. (Für massig dotiertes Silicium und Galliumarsenid ist dies etwa 4x10 V cm ). Um zu vermeiden, dass Lawinendurchschlag auftritt, wenn die Spannung über die erste HaIb-I <"· i l.cr.scJi i.cli L urli!>li h wird, LsL e.s no I wend i.,",-, daas di ιήι>

^₅ Schien L bei einem Feld, das unter da« kri fc LhcIio FuId I Lt;,**; ( , völlig an Ladungsträgern verarmt wird. Diese Aiü'orderiuic; steht deutlisch der Dotierungskonzentration der ersten Schicht eine obere Grenze, wodurch wieder die Gesamtanzahl von Ladungsträgern beschränkt wird, an denen die erste Halbleiterschicht verarmt werden kann (nahezu 2,5 χ 10 cm für Silicium und Galliumarsenid).

Leider ist die Verstärkung einer MESFET-Anordnung auf die Gesamtanzahl von Verunreinigungen bezogen, an denen die Gate-Elektrode verarmt werden kann. Dies geht aus der nachstehenden bekannten Beziehung hervor:

wobei g· dio Steilheit, Z die Kanalbreite, L die Kaiiai J än,<y<-, u die Mobilität und Q(a) die Gesamtanzahl von Laduagwträgern/crn im Kanal darstellen. Es ist. dann klar, dass

3Q durch das Auftreten von Lawinendurchschlap; auch die Verstärkung der bekannten MESFET-Anordnung beschränkt wird.

Nach der vorliegenden Erfindung ist ein Schottky-Übergangs-Feldeffekttransistor, in dem der Schottky-Übergang zwischen einem Halbleiterkörperteil und einer metallischen darauf angebrachten Gate-Elektrode gebildet wird, wobei der genannte Körperteil eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitungstyp enthält, die sich unter der genannten Gate-Elektrode erstreckt, um wenigstens einen Teil des

3 1 49 1 O 1

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des Kanals des Transistors zu bilden, dadurch, gekennzeichnet, dass die genannte erste Schicht derart dünn ist, dass sie ohne Durchschlag ein elektrisches Feld aufrechterhalten kann, das das kritische Feld für Lawinendurchschiag des Halbleitermaterials dieser Schicht überschreitet, und dass die effektive Höhe (in e v) des genannten Schottky-Übergangs durch ein an die Oberfläche grenzendes Gebiet vom zweiten entgegengesetzten Leitungstyp zwischen der genannten ersten·Schicht und der genannten Elektrode vergrössert

^q wird, wobei, das /jeiiannte Gebiet so dünn ist, dass es unter Gate-Vorspannung Null nahezu völlig an Ladungsträgern verarmt ist.

■■^, Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde,

dass, wenn ein den Übergang erhöhendes Gebiet eingebaut wird, die Ableitung,über die Gate—Elektrode vernachlässigbar sein kann und die erste Halbleiterschicht eine hohe Dotierungskonzentration aufweisen kann, wobei Lawinendurchschlag vermieden wird, wenn diese Schicht genügend dünn ist.

2Q Tatsächlich ist, wenn der Potentialunterschied

über die erste Halbleiterschicht kleiner als E /q ist (wobei R den Bandabstand des Halbleiters und q die elektronische Laclnrifv darstellen) nicht genügend Energie verfügbar, um zu bewirken, dass die Ladungsträger in dieser Schicht Elektron—Loch—Paare bilden, so dass Lawinendurch— "*■*" schlag nicht auftreten kann. Ausserdem ist infolge der geringen Dicke der ersten Halbleiterschicht die Wahrscheinlichkeit einer Ionisation sehr gering, so dass es sogar möglich ist, dass der Potentialunterschied über diese

3Q Schicht E /q überschreitet, ohne dass Durchschlag auftritt.

Daher kann die Dotierungskonzentration der ersten Halbleiterschicht bis oberhalb der Dotierungskonzentration erhöht werden, bei der Lawinendurchschlag in dem bekannten MESFET auftritt, solange diese erste Halbleiterschicht der-•)r, : 1 i*t (Klntiu i..s i., dii.s.4 Mio nahcy.n vtt.I. I i e; iui Ladung; rluruh ο in Po i cMi I. La I VCiTiLMnI- wLrd, da.s ίγοιιΠίϊΟΐκΙ n.i.edr.i/j Lh t, dass o.s niclit eine erhebliche Anzahl von Elektron-Loch-Paaren erzeugen kann. Mit anderen Forten: die erste Halbleiter-

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schicht kann ohne Durchschlag ein elektrisches FeJd aufrechterhalten, das das kri üischo Fυ Ld i'lir Lawliiond.iirch.soh.1 ac; ^! des Halbleitermaterials dieser Schicht überschreitet. Die

! Möglichkeit zur Erhöhung der Dotierungskonzentration der

' 5 ersten Schicht bedeutet, dass ein MESFET nach der Erfin-

' dung eine grössere Verarmung an Ladungsträgern als der be-

' kannte Transistor herbeiführen kann, so dass seine Ver-

'-' Stärkung erheblich erhöht wird. Das maximale Feld, das die

Schicht aufrechterhalten kann, wird nun durch den Anfang \ -\Q des Feldemissionsvorgangs, d.h. bei etwa 2,5 x 10 V cm

⁵ für Silicium und etwa 1,5 χ 10 V cm für Galliumarsenid,

beschränkt, und dieses Feld überschreitet das kritische Feld, d.li. h χ 1O⁵ V cm"¹ für Silicium. ■« Das an die Obai'fl.'lche gronzendo Ciebiot; vom <loni

? 15 der ersten Halbleiterschicht entgegengese tzten Lei bungs l;yp

■\ dient dazu, die effektive höhe des Schottky-Übergangs, der

: zwischen der Gate—Elektrode und dem darunterliegenden

j Halbleiterkörperteil gebildet wird, zu vergrcsseren. Tat-

? sächlich hängt der Betrag, um den die effektive Höhe ver-

: 20 grössert werden kann, von der Dotierungskonzentration die—

1 ses Gebietes ab, die über das ganze Gebiet der Gate-Elektro—

de vorhanden sein muss. Das betreffende Gebiet muss derart

₍- dünn sein, dass es unter Gate-Vorspannung Null nahezu

*: völlig an Ladungsträgern verarmt ist. Es muss auch unter

*; ^ 25 allen Betriebsbedingungen völlig verarmt sein. Bei einer ! besonderen Ausfühi-utiftsforni der JCrfindun,"; bildot dLt'PCK au

ι dio OberfJrlßhe grenzende Gebiet MH; bei zur Hernbsc* Lv.uiif;

des elektrischen Feldes an der Oberfläche des Halbleiter-• körperteiles in der Nähe der Gate-Elektrode.

30 Der Körperteil der MESFET-Anordnung enthält vorzugsweise eine zweite Halbleiterschicht vom ersten Leitungstyp, die an die erste Schicht grenzt und die niedriger als die genannte erste Schicht dotiert ist. In diesem

) Falle bildet die zweite Schicht ebenfalls einen Teil des Eanals

« des Transistors. Dies hat zur Folge, dass Ladungsträger

> 35 aus der ersten Halbleiterschicht leicht in die niedriger

5 dotierte zweite Schicht überfHessen. Da in dieser zweiten

Schicht weniger Verunreinigungen vorhanden sind, ist die Beweglichkeit der darin vorhandenen Ladungsträger verhält—

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nisinässig gross. So besteht der Gesamteffekt der zweiten "Überlauf"-Schicht in einer Vergrösserung der Beweglichkeit der Ladungsträger, wodurch sich der Vorteil ergibt, dass eine derartige Überlaufschicht enthaltende MESFET¹s mit höheren Geschwindigkeiten arbeiten können, so dass sie noch besser l'ür Hochfrequenzanwendungen geeignet werden. Da Elek— Lronen eine grössere Beweglichkeit als Löcher aufweisen und weil der MESFET eine unipolare Anordnung ist, wird dieser Effekt einer vergrösserten Beweglichkeit optimiert, wenn die erste und die zweite Halbleiterschicht vom n-Leitungstyp sind.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Schottky-Übergangs-Feldeffekttransistor nach der Erfindung,

Fig. 2 und 3 Querschnitte durch verschiedene Stu-Γοη \irährend der Herstellung des Transistors nach Fig. 1 , Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Abwandlung dos Transistors nach Fig. 1, und

Fig. 5 einen Querschnitt durch einen anderen

Schottky—Übergangs—Feldeffekttransistor nach der Erfindung. Es sei bemerkt, dass die Figuren schematisch und nicht masstäblich gezeichnet sind. Die relativen Abmessungen und Verhältnisse einiger Teile in diesen Figuren sind der Deutlichkeit und Einfachheit halber übertrieben gross oder verkleinert dargestellt. Weiter sind der Deutlichkeit der Figuren halber die. unterschiedlichen Teile des Halbleiterkörperteiles nicht schraffiert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch einen MESFET nach der Erfindung. Eine erste η -Schicht 2 ist in einem Ilalbleiterkörperteil 1 vorhanden, der z.B. ein p-leitendes ein Kristnliiiies Siliciumsubstrat mit einem spezifischen Widei-a Land von ά . U. 20 Λ . cm enthält. Die Dicke des Teiles der Schicht 2, der sich unter der Gate-Elektrode 6 erstreckt, muss kleiner als etwa 10 cm sein, so dass dieser Teil ein elektrisches Feld aufrechterhalten kann, das 4x10 V cm" , d.h. etwa das kritische Feld für Lawinen-

J. J.' 1.:.VO ."I. 31 AH

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-S-

durchschlag in massig dotiertem massivem Silicium überschreitet. Die Schicht 2, der an der Stelle des Teiles unter der Gate-Elektrode 6 eine Dicke von z.B. 1,8 χ 10 cm

1 8 und eine Dotierungskonzentration von 8x10 Donatoratomen/cm aufweisen kann, erstreckt sich in η -leitende Source- und Drain-Gebiete k bzw. 5· Diese Gebiete k und erstrecken sich bis zu der Oberfläche 3 des Halbleiterkörperteiles.

Bei diesen Werten für die Dicke und die Dotie-

}q rungskonzentration wird die Schicht 2 bei einer Spannung von 2, ¹J V verarmt und Kann sio ohiu· Durchschlaf; ti in HVI-«I von etwa 2,2 χ 10 V cm aufrechterhalten.

Ein Schottky-Üborgang wird an der Ober flache '5 zwischen dem Körperteil 1 und der metallischen Gate-Elektrode 6, die aus z.B. Molybdän bestehen kann, gebildet. Ein ρ -Gebiet 7> das an die Oberfläche 3 grenzt, ist zwischen der Gate-Elektrode 6 und der Schicht 2 vorhanden und erstreckt sich über das ganze Gebiet der Gate-Elektrode In dieser Ausführungsform erstreckt sich das Gebiet J, in Projektion gesehen, bis jenseits der Gate-Elektrode und in die Source- und Drain-Gebiete k bzw. 5· So dient beim Betrieb des Transistors, d.h. wenn eine Spannung zwischen dem Source- und dem Drain-Gebiet angelegt und eine geeignete Voi'Mpunniiiif; mi rl JL υ (Ju 1 -«»—K I ok Ι,νυιΙΐ¹ U uiifje I <Ί",1· wird, dt>r ι·ι·- weiterte Teil des Gebiotes 7 dazu, das elektrische Feld an der Oberfläche des llalbloiterkörperüeilos 1 in <λαν NHho der Gate-Elektrode 6 herabzusetzen. Um dieselbe Funktion zu erfüllen und im Gegensatz zu dem MESFET nach Fig. 1, kann der erweiterte Teil des Gebietes 7 nur auf der Drain-Seite der Gate-Elektrode 6 vorhanden sein. Das Gebiet 7

_7

kann eine Dicke von z.B. 3x10 cm aufweisen. Um die effektive Höhe des Schottky-Übergangs in genügendem Masse zu vergrössern, beträgt die Dotierungskonzentration des Ge-

19 / —3

bietes 7 z.B. 3x10 Akzeptoren/cm . Bei dieser Dotierungskonzentration und Dicke ist das Gebiet 7 unter Gate-Vorspannung Null nahezu völlig an Ladiingstra/vorii vorarmt.

I> i <lΐ M i ml (¹S LfI i r ko 1'Mr <1 j η ern 1.1» .' m-Ii ι eh I. ',' w ι ι·<1 durch quantenmechanische Durchtiiiniu 1 uu,"; durch dun

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bestimmt. Dies erfordert, dass die kombinierte Dicke der

I t I- , ί,

η -Schicht 2 und der ρ -Schicht 7 grosser als der effektive Tunnelungsabstand, der in Silicium etwa 3 nm und in Galliumarsenid etwa 5 ™ ist, sein muss. Die Höchstdicke wird durch die Fähigkeit zur Verarmung der Schicht 2 bei einer Spannung (V+V ) bestimmt,

E_ B

d Le don Wert von nahezu ^& nicht überschreiten soll. Aus

q.

norochnungen geht hervor, dass die meist geeignete Dicke TiIr die Schicht zwischen 5 nin und 50 nm liegt.

Source- und Drain-Elektroden 8 bzw. 9» die aus Aluminium bestehen können, kontaktieren die Source— und Drain—Gebiete 4 bzw. 5· Die Elektroden 8 und 9 sind gegen die Gate-Elektrode 6 durch die darauf vorhandene Isolierschicht 10 und gegeix den verbleibenden Teil des Siliciumkörperteiles durch die Isolierschicht 11 isoliert. Die Schichten 10 und 11 können z.B. aus Siliciumoxid bestehen. Eine zweite η-leitende Halbleiterschicht 13 grenzt an die η -Schicht 2. Diese Schicht 13 ist eine η-leitende Schicht und ist niedriger als die Schicht 2 dotiert. Vorzugsweise beträgt die Dotierungskonzentration, der Schicht 13/5x10 Donatoren/cm . Die Dicke der Schicht I3 muss grosser als tlii' niLLLltii-e l'roLo Weglänge von Elektronen in dieser Scliichl.

sein. Bei der vorgegebenen Dotierungskonzentration ist die

-6 mittlere freie Weglänge der Elektronen nahezu 5x10 cm und somit kann die Dicke der Schicht 13 gleich 10 cm sein. Die Beweglichkeit der Elektronen in der Schicht 13 ist dann nahezu 1.4θΟ cm V s im Vergleich zu nahezu 100 cm

— 1 — 1

V s für die Schicht 2. So wird die gesamte Beweglichkeit der Elektronen durch das Vorhandensein der Schicht 13» wie oben erwähnt, vergrössert, so dass dieser MESFET besonders gut für Hochfrequenzbetrieb geeignet ist.

Wenn eine Spannung zwischen dem Source- und dem Drain-fiebiet 4 und 5 angelegt und eine .geeignete Vorspannung an di.o Gn tu;—101 ok trodn 6 angele,·'·!" wird, wird der Stroni-

3!) riiiüH zwisclioii doj.⁴ Sniircu und dtsi- Drain von dar GaLe-Spannung gesteuert. Stromfluss findet im Kanal des Transistors statt. In den beschriebenen Ausführungsformen bildet der sich unter der Gate-Elektrode 6 erstreckende Teil der

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- Ak -

Schicht 2 einen Teil des Kanals des Transistors, während der verbleibende Teil durch die η-leitende Schicht 13 gebildet wird. Beim Betrieb erstreckt sich, wenn die Grosse der Sperrvorspannung an der Gate-Elektrode erhöht wird, g die mit dem Schottky-Übergang zusammenarbeitende Verarmungsschicht weiter in die Schicht 2 und erstreckt sie sicli letzten lindes durch die Schicht 2 bis in die n—Leitende Schicht 13. Wenn sich die Verarmungsschicht ganz durch die Schicht 13 erstreckt, wird der Transistor ausgeschaltet, weil der Stromfluss zwischen der Source und der Drain ge— ''-■ sperrt wird. Der beschriebene MESFET arbeitet somit im Ver

armungsmodus.

Ein Verfahren zur Herstellung der MESFET-Anordnung nach Fig. 1 wird nun an Hand der Fig. 2 und 3 be- : ■ 15 schrieben.

Es wird von einem p-leitenden Siliciumsubstrat

\ mit einem spezifischen Widerstand von z.B. 20 Xl .cm ausge-

-i gangen. Eine Siliciumoxidsclicht 11 wird auf der Oberfläche

ί 3 des Körpers 1 auf übliche Weise erzeugt, während ein

Fenster 12 in dem Oxid unter Verwendung üblicher photolithographischer Techniken und Atztechniken definiert wird (siehe Fig. 2). Dann wird eine Ionenimplantation zum Defi

nieren der Schichten 13 und 2 und des Gebietes 7 durchgeführt. Während dieser Ionenimplantationsschritte wirkt die Oxidschicht 11 als eine Maske. Diese Implantationsschritte finden unter den folgenden Bedingungen statt. Erstens

werden für die Schicht I3 Arsenioneri mit einer Dosis von

10 —2
10 cm bei 20 keV implantiert. Dieser Implantatioiisschritt kann bis zu einer Tiefe von z.B. 1,21 χ 10 cm durch Erhitzung auf 1100 C durchgeführt werden. Der nächstfolgende Schritt ist die Implantation von Arsenionen inj t

11 —2
einer Dosis von 1,k χ 10 cm *" bei 6 keV zur Bildung dor

Schicht 2. Dann werden Borionen mit einer Dosis von

12 -2
9x10 cm bei 0,5 keV implantiert. Auf diese Welse wird das Gebiet 7 gebildet. In Fig. 2 geben die Pfeile die unterschiedlichen Ionenimplantationen an. Die erhaltene Struktur kann während 15 Minuten bei 700 C ausgeglüht werden. Nachher wird die Molybdängate-Elektrode 6 auf

I¹IlIl Ί.'-'.7^;Ι7 JtT 16-11-1981

übliche Weise definiert und dann wird diese Elektrode mit einer Passivierungsschicht, z.B. einer Oxidschicht 10, überzogen (siehe Fig. 3)· Der nächstfolgende Schritt ist die Erzeugung der Source- und Drain-Gebiete 4 bzw. 5 durch Implantation von Phosphorionen mit einer Dosis von 5^10 cm *" bei 25 keV. Die Pfeile in Fig. 3 geben wieder die Ionenimplantation an. Die erhaltene Struktur kann dann durch Erhitzung auf 700 C während 15 Minuten ausgeglüht werden.

Im dargestellten. Beispiel erstrecken sich die Source- und .

Drain-Gebiete 4 bzw. 5 tiefer als die η-leitende Schicht 13 ' Ln den IlalbleiterkUrperteil 1 .

Der MESFET nach Fig. 1 wird nun dadurch fertig- f.

i;i>sLcJiL, driss aus Aluminium bestellende Source— und Drain-Elektroden 8 bzw. 9 unter Verwendung dem Fachmann bekann— ?

ter Verfahren erzeugt werden. '

Als eine Abwandlung dieses Verfahrens kann die ρ -Implantation auf das Gebiet beschränkt werden, in dem das endgültige ρ -Gebiet 7 gebildet werden soll. Dies i.

kann natürlich dadurch erfolgen, dass die Stellen des Kör- \ pers 1, an denen die Source- und Drain-Gebiete 4 bzw. 5 ge- » bildet werden sollen, maskiert werden. In diesem Falle ist es nicht notwendig, einen zusätzlichen Implantationsschritt | durchzuführen, weil sicli die Source— und Drain-Gebiete 4 «

bzw. 5 bereits bis zu der- Oberf Lache 3 erstrecken.

^i/ϊ· '* zeigt eine ab/v-waiidelte Aus:f(Ui.rungsf orni

der MJ5vSIVKT-Ano.rdni.iiig nach Flg. I. In diesem Falle wird der )

Effekt der Oberflächenfeldherabsetzung in der Nähe der *

Gate-Elektrode noch weiter vergrössert, weil die Schicht 2, '■ in Projektion gesehen, am Rande 4θ der Gate-Elektrode 6 |

endet. Dieser Rand 4θ ist der Rand der Elektrode 6, der der f

Drain 5 am nächsten liegt. Auf der Source-Seite der Elek- [

trode 6 erstreckt sich die Schicht 2 bis jenseits des J

Randes der Elektrode 6 in das Source-Gebiet 4. Diese Anord- ΐ

nung ergibt den Vorteil, dass höhere Spannungen an die Drain /

angelegt werden können, bevor Durchschlag auftritt. Für die Herstellung der MESFET-Anordnung nach Fig. 4 wird das obenbescliriebene Verfahren auf folgende Weise abgeändert. Nach

dor Erneu fjurifv der n-lei Lenden Schicht 13 wird das Gebiet 7 ^:·

* 4 · ft

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durch Ionenimplantation erzeugt. Dann wird eine Implantationsmaske mit einem Fenster, das schmäler als das zum
DeJ'inierun der Schicht I3 und des GebLel.es 7 verwendete
Fenster Ist, auf der Oberfläche 3 angebracht und wird, wie

g oben, uine Ionenimplantation zur Uildmip; der Schicht, 2

durchgeführt. Dieselbe Maske kann auch während der Erzeugung der Gate-Elektrode 6 erhalten bleiben, so dass der
Rand der Schicht 2 und der Rand 4O dieser Elektrode miteinander fluchten.

Ein anderer MESFET nach der Erfindung ist in

Fig. 5 dargestellt. In dieser Ausführungsform besteht der Halbleiterkörperteil 51 aus Galliumarsenid. Dieser MESFET enthält eine erste η -Schicht 52 aus Galliumarsenid, die sich in dem Körperteil 5I befindet, der z.B. ein halb-

isolierendes Galliumarsenxdsubstrat 50 enthält. Die Dicke der Schicht 52 muss kleiner als nahezu IO ~ cm sein, so
da.ss sie ein elektrisches Feld auf ν echt erhalt en kann, das 4x10 V cm , d.h. etwa das kritische Feld für Lawiriendurchschlag massig dotierten Galliumarsenids, überschreitet. Die Schicht 52, die eine Dotierungskonzentration von 10 Donatoratomen/cm und eine Dicke von 3,8 χ 10 cm
aufweisen kann, enthält η-leitende Source- und Drain-Gebiete $h bzw. 55· Bei diesen Werten für die Dicke und Dotierungskonzentration kann die Schicht 52 ohne Durchschlaft ein Feld von nahezu 6,^ χ 10 V cm aufrechterhalten.

Auch wird bei diesen Werten für die Dicke und Dotierungskonzentration die Schicht 52 unter Gate-Vorspannung Null
im thermischen Gleichgewichtszustand nahezu völlig an Ladungsträgern verarmt. So arbeitet dieser MESFET im An-

reicherungsmodus.

©in Scho btky-Übergaiifi wird an der Oberfläche VS zwischen dem Körperteil 5I und der metallischen Elektrode 56, die z.B. aus Aluminium bestehen kann, gebildet. Ein
p⁺⁺-Gebiet 57, das an die Oberfläche 53 grenzt, liegt

zwischen der Gate-Elektrode 56 und der Schicht 52 und erstreckt sich bis jenseits des Gebietes der Elektrode 56
in die Source- und Drain-Gebiete ^k bzw. 55· Gleich wie in der vorhergehenden Ausführungsform kann der erweiterte

j. Λ.'}„'.:.'■'■"} I 3U9101

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Toil dos Gebietes 57 nur auf de*' Drain—Seite der Elektrode 56 vorhanden sein. Das Gebiet 57 kann z.B. eine Dicke von

—7 18

5x10 cm und eine Dotierungskonzentration von 7x10 Akzeptoren/cm aufweisen. Bei dieser Dotierungskonzentration und Dicke wird das Gebiet 7 unter Gate-Vorspannung Null nahezu völlig an Ladungsträgern verarmt.

Eine zweite η-leitende Schicht 63 grenzt an die η -Schicht 52. Die Dotierungskonzentration dieser Schicht 63 beträgt vorzugsweise 5^10 Donatoren/cm , während ihre ^O Dicke z.B. 10 cm ist. ¥ie oben bereits .beschrieben ist, dient die Schicht 63 wieder dazu, die Beweglichkeit der IO1 ok Iroiion im MIiSKKT zu voxYppössern, wodurch die Geschvind Lfvl'-G i· t, mit der die Anordnung; arbeiten kann, vergrössert wird.

]5 Die Schichten 52 und 63 und das Gebiet 7, die alle

aus Galliumarsenid bestehen, können auf einem halbisolierenden Galliumarsenidsubstrat unter Verwendung der bekannten Molekularstrahlepitaxietechnik (MBE = Molecular Beam Epitaxy) angewachsen werden. Die Source- und Drain-Gebiete 5k bzw. 55 können durch Ionenimplantation erzeugt werden, während Isoliergebiete 64 unter Verwendung eines Protonenbeschusses erzeugt werden können. Die Einzelheiten dieser Techniken sind dem Fachmann bekannt» Die Anordnung nach Fig. 5 wird dadurch fertiggestellt, dass die Gate-Elektrode 5^» und die Source— und Drain—El ο lc tr öden . 58 bzw. 59 erzeugt werden* Die letzteren Elektroden können auch aus Nickel-GoId-Germa n' ium hergestellt 'werden. Jede übliche Technik kann zur Anbringung dieser Elektroden verwendet werden.

Es sei bemerkt, dass die Erfindung nicht auf die besonderen obenbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Tatsächlich sind im Rahmen der Erfindung viele Abwandlungen und Änderungen möglich, die jedem Fachmann klar sind. Z.B. kann statt der in den vorhergehenden Ausführungsformen beschriebenen Mittel zur Herabsetzung des Oberflächenfeldes eine Passivierungsschicht, wie eine 0xid-_ schicht, auf der Oberfläche des Halbleiterkörperteiles wenigstens in der Nähe der Gate-Elektrode vorhanden sein. Ausserdem kann das Material der ersteh Halbleiterschicht

Ö *·> Λ *

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von dem der zweiten Halbleiterschicht verschieden sein, während das Substrat auch aus einem anderen Material bestehen kann. Natürlich können auch andere Halbleitermaterialien als Silicium und Galliumarsenid verwendet werden. 5 Weiter können die Leiturifjstypen el 01- im l.ersoh i cdi i.eliou 'IV i 1 ρ ilen· MESI<'KT-Aiiorclimiiiv nllo ( c;l <» I Hrv.e i I. i r;) diu-ch il i «^ 011I-,¹Ve₁ ¹V^iWV⁰Ht¹1 κ L*m Lo 1 l.mi(v^;i l-ypt»n oi'.st» I ■/. I, wcm'iUmi.

L e e r s θ i t θ

Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

hl Schottky-Übergangs-Feldeffekttransxstor, in dem der Schottky—Übergang zwischen einem Halbleiterkörperteil und einer metallischen darauf angebrachten Gate-Elektrode gebildet wird, wobei der genannte Körperteil eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitungstyp enthält, die sich unter der genannten Gate-Elektrode erstreckt, um wenigstens einen Teil des Kanals des Transistors zu bilden, dadurch, ,",-ekennzeiclmet, dass die genannte erste Schicht derart dünn tat, dnaa sio ohne Durchschlaf; (»in tvl ok I r i mcIh's Feld aufrechterhalten kann, das das kritische L«O1<.1 I¹IIr Lawinendurchschlag des HalbleitermateriaLs diesur Schicht überschreitet, und dass die effektive Höhe (in eV) des genannten Schottky-Übergangs durch ein an die Oberfläche grenzendes Gebiet vom zweiten entgegengesetzten Leitungs-

^⁵ typ zwischen der genannten ersten Schicht und der genannten Elektrode vergrössert wird, wobei das genannte Gebiet so dünn ist, dass es unter Gate-Vorspannung Null nahezu völlig an Ladungsträgern verarmt ist-, 2. Feldeffekttransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Herabsetzung des elektrischen Feldes an der Oberfläche des TIaJ b I eiterkörpcrteiles in der Nähe dei' Gate-Elektrode vox'haiidou sind. 3· Feldeffekttransistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Herabsetzung des elektrischen Feldes durch das genannte an die Oberfläche grenzende Gebiet gebildet werden.

h. Feldeffekttransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körperteil eine zweite Halbleiterschicht vom ersten Leitungstyp enthält,

³^ die an die erste Schicht grenzt und niedriger als die genannte erste Schicht dotiert ist.

5» Feldeffekttransistor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der zweiten Schicht die

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niLl.tI.ore freie Weglänge für Majoritätsladungsträger in der ,»ennnii ton zweiten Schicht überschreitet.

(y. ■ FoJdeffßlcttransistor nach Anspruch k oder 5, dacLuroli ^ulcüiiniieichnet, dass das Halbleitermaterial der zweiten Schicht gleich dem der ersten Schicht ist.

7. Feldeffekttransistor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht auf einem Substrat liegt, das aus demselbem Halbleitermaterial wie die genannte erste und die genannte zweite' Schicht besteht.

8. Feldeffekttransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte erste Leitungstyp der n-Leitungs±yp ist.

9· Feldeffekttransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial der erste« Schicht Silicium ist.

It). Feldeffekttransistor nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der ersten Schicht, der sich unter der Gate-Elektrode erstreckt, eine Dicke von weniger als 2,5 x 10 cm und eine Dotierungskonzentration von mehr als 2x10 Atomen/cm aufweist.

11. Feldeffekttransistor nach Anspruch 9 oder 10, sofern abhängig von Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierungskonzentration der zweiten Schicht weniger als 10 ^J Atomen/cm ist.

12. Feldeffekttransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleitermaterial der ersten Schicht Galliumarsenid ist.

13. Feldeffekttransistor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Teil der ersten Schicht, der sich unter· der (!ate—Elektrode erstreckt, eine Dioko von weniger als 5^χ10 cm und eine Dotierungskonzentration von mehr als 5x10 Atomen/cm aufweist.

14. Feldeffekttransistor nach Anspruch 12 oder 13> sofern abhängig vom Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, dass die Dotierungskonzentration der zweiten Schicht weniger als 10 Atomen/cm ist.

15. Feldeffekttransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der

PHB 32.7^7

ersten Schicht zwischen 5 ι»" und ^r>0 um lie,",

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IG- I I-1OK I