DE3149101C2

DE3149101C2 -

Info

Publication number: DE3149101C2
Application number: DE3149101A
Authority: DE
Inventors: John Martin Whyteleafe Surrey Gb Shannon
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1980-12-19
Filing date: 1981-12-11
Publication date: 1992-12-17
Also published as: GB2090053A; FR2496990B1; JPS57128980A; US4486766A; FR2496990A1; GB2090053B; CA1171553A; JPH0137857B2; DE3149101A1

Description

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 des Transistors zu bilden.

Unter einer metallischen Gate-Elektrode ist eine Gate-Elektrode aus einem stark leitenden Material zu verstehen, das einen Schottky-Übergang mit dem genannten Halbleiterkörperteil 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-Übergangs-Feldeffekttransistor, in dem die Gate-Elektrode direkt auf dem Halbleiterkörperteil liegt, wird manchmal als ein "MESFET" bezeichnet (dabei steht MESFET für "Metal-Semiconductor Field Effect Transistor"). MESFET's sind unipolare Anordnungen, d. h., daß der Stromfluß in MESFET's nur in Form von Majoritätsladungsträgern stattfindet. Daher gibt es keine Probleme in bezug auf die Speicherung von Minoritätsladungsträgern, so daß sich ein MESFET besonders gut für gewisse Anwendungen, z. B. für Hochfrequenzanordnungen, eignet.

Ein MESFET, der die im ersten Absatz genannten Merkmale aufweist, ist in S. M. Sze: "Physics of Semiconductor Devices" New York 1969, Seiten 410-412 beschrieben. Insbesondere ist dort ein Galliumarsenidtransistor beschrieben, in dem die sich unter der Gate-Elektrode erstreckende Halbleiterschicht eine n-leitende epitaktische Galliumarsenidschicht mit einer Dicke von 2×10^-4 cm und einer Dotierungskonzentration von 2×10¹⁵ Donatoren/cm^-3 ist. Bei derartigen Werten der Dicke und Dotierungskonzentration kann eine Verarmung von etwa 4×10¹¹ Ladungsträgern/cm^-2 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 Halbleitermaterial auftritt, ist als das kritische Feld bekannt (für mäßig dotiertes Silicium und Galliumarsenid ist dies etwa 4×10^-5 V cm^-1). Um zu vermeiden, daß Lawinendurchschlag auftritt, wenn die Spannung über die erste Halbleiterschicht erhöht wird, ist es notwendig, daß diese Schicht bei einem Feld, das unter dem kritischen Feld liegt, völlig an Ladungsträgern verarmt wird. Diese Anforderung setzt deutlich der Dotierungskonzentration der ersten Schicht eine obere Grenze, wodurch wieder die Gesamtzahl von Ladungsträgern beschränkt wird, an denen die erste Halbleiterschicht verarmt werden kann (nahezu 2,5×10¹² cm^-2 für Silicium und Galliumarsenid).

Leider ist die Verstärkung einer MESFET-Anordnung von der Gesamtzahl von Ladungsträgern abhängig, an denen die Gate-Elektrode verarmt werden kann.

Dies geht aus der nachstehenden bekannten Beziehung hervor:

wobei g die Steilheit, Z die Kanalbreite, L die Kanallänge, µ die Mobilität uind Q(a) die Gesamtzahl von Ladungsträgern/cm^-2 im Kanal darstellen. Es ist dann klar, daß durch das Auftreten von Lawinendurchschlag auch die Verstärkung der bekannten MESFET-Anordnung beschränkt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schottky- Übergang-Feldeffekttransistor der eingangs genannten, im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definierten Art so auszubilden, daß er eine hohe Gesamtzahl von Ladungsträgern besitzt, so daß eine große Verarmung von Ladungsträgern herbeigeführt werden kann und der Transistor eine hohe Verstärkung aufweist und dadurch dem Auftreten von Lawinendurchschlag, wodurch die Gesamtzahl von Ladungsträgern beschränkt wird, vorgebeugt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale gelöst.

Der Erfindung liegt dabei 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.

Tatsächlich ist, wenn der Potentialunterschied über die erste Halbleiterschicht kleiner als E_g/q ist (wobei E_g den Bandabstand des Halbleiters und q die elektronische Ladung darstellen) nicht genügend Energie verfügbar, um zu bewirken, daß die Ladungsträger in dieser Schicht Elektron- Loch-Paare bilden, so daß Lawinendurchschlag 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 Schicht E_g/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 derart dünn ist, daß sie nahezu völlig an Ladung durch ein Potential verarmt wird, das genügend niedrig ist, daß es nicht eine erhebliche Anzahl von Elektron-Loch-Paaren erzeugen kann. Mit anderen Worten: die erste Halbleiterschicht kann ohne Durchschlag ein elektrisches Feld aufrechterhalten, das das kritische Feld für Lawinendurchschlag des Halbleitermaterials dieser Schicht überschreitet. Die Möglichkeit zur Erhöhung der Dotierungskonzentration der ersten Schicht bedeutet, daß ein MESFET nach der Erfindung eine größere Verarmung an Ladungsträgern als der bekannte Transistor herbeiführen kann, so daß seine Verstärkung erheblich erhöht wird. Das maximale Feld, das die Schicht aufrechterhalten kann, wird nun durch den Anfang des Feldemissionsvorgangs, d. h. bei etwa 2,5×10⁶ V cm^-1 für Silicium und etwa 1,5×10⁶ cm^-1 für Galliumarsenid, beschränkt, und dieses Feld überschreitet das kritische Feld, d. h. 4×10⁵ V cm^-1 für Silicium.

Das an die Oberfläche grenzende Gebiet vom dem der ersten Halbleiterschicht entgegengesetzten Leitungstyp dient dazu, die effektive Höhe des Schottky-Übergangs, der zwischen der Gate-Elektrode und dem darunterliegenden Halbleiterkörperteil gebildet wird, zu vergrößern. Tatsächlich hängt der Betrag, um den die effektive Höhe vergrößert werden kann, von der Dotierungskonzentration dieses Gebietes ab, die über das ganze Gebiet der Gate-Elektrode 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 allen Betriebsbedingungen völlig verarmt sein. Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung bildet dieses an die Oberfläche grenzende Gebiet Mittel zur Herabsetung des elektrischen Feldes an der Oberfläche des Halbleiterkörperteiles in der Nähe der Gate-Elektrode.

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 Kanals des Transistors. Dies hat zur Folge, daß Ladungsträger aus der ersten Halbleiterschicht leicht in die niedriger dotierte zweite Schicht überfließen. Da in dieser zweiten Schicht weniger Dotierstoffe vorhanden sind, ist die Beweglichkeit der darin vorhandenden Ladungsträger verhältnismäßig 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 MESFET's mit höheren Geschwindigkeiten arbeiten können, so daß sie noch besser für Hochfrequenzanwendungen geeignet werden. Da Elektronen 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 zeigt

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

Fig. 2 und 3 Querschnitte durch verschiedene Stufen während der Herstellung des Transistors nach Fig. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine Abwandlung des 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 maßstäblich 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 n⁺⁺-Schicht 2 ist in einem Halbleiterkörperteil 1 vorhanden, der z. B. ein p-leitendes ein kristallines Siliciumsubstrat mit einem spezifischen Widerstand von z. B. 20 Ω · cm enthält. Die Dicke des Teiles der Schicht 2, der sich unter der Gate-Elektrode 6 erstreckt, muß kleiner als etwa 10^-5 cm sein, so daß dieser Teil ein elektrisches Feld aufrechterhalten kann, das 4×10⁵ V cm^-1, d. h. etwa das kritische Feld für Lawinendurchschlag in mäßig dotiertem massivem Silicium überschreitet. Die Schicht 2, der an der Stelle des Teiles unter der Gate-Elektrode 6 eine Dicke von z. B. 1,8×10 ^-6 cm und eine Dotierungskonzentration von 8×10¹⁸ Donatoratomen/cm^-3 aufweisen kann, erstreckt sich in n⁺-leitende Source- und Drain-Gebiete 4 bzw. 5. Diese Gebiete 4 und 5 erstrecken sich bis zu der Oberfläche 3 des Halbleiterkörperteiles.

Bei diesen Werten für die Dicke und die Dotierungskonzentration wird die Schicht 2 bei einer Spannung von 2,5 V verarmt und kann sie ohne Durchschlag ein Feld von etwa 2,2×10⁶ V cm^-1 aufrechterhalten.

Ein Schottky-Übergang wird an der Oberfläche 3 zwischen dem Körperteil 1 und der metallischen Gate-Elektrode 6, die aus z. B. Molybdän bestehen kann, gebildet. Ein p⁺⁺-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 6. In dieser Ausführungsform erstreckt sich das Gebiet 7, in Projektion gesehen, bis jenseits der Gate-Elektrode und in die Source- und Drain-Gebiete 4 bzw. 5. So dient beim Betrieb des Transistors, d. h. wenn eine Spannung zwischen dem Source- und dem Drain-Gebiet angelegt und eine geeignete Vorspannung an die Gate-Elektrode 6 angelegt wird, der erweiterte Teil des Gebietes 7 dazu, das elektrische Feld an der Oberfläche des Halbleiterkörperteiles 1 in der Nähe 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 kann eine Dicke von z. B. 3×10^-7 cm aufweisen. Um die effektive Höhe des Schottky-Übergangs in genügendem Maße zu vergrößern, beträgt die Dotierungskonzentration des Gebietes 7 z. B. 3×10¹⁹ Akzeptoren/cm^-3. Bei dieser Dotierungskonzentration und Dicke ist das Gebiet 7 unter Gate-Vorspannung Null nahezu völlig an Ladungsträgern verarmt.

Die Mindestdicke für die erste Schicht 2 wird durch quantenmechanische Durchtunnelung durch den Übergang bestimmt. Dies erfordert, daß die kombinierte Dicke der n⁺⁺-Schicht 2 und der p⁺⁺-Schicht 7 größer als der effektive Tunnelungsabstand, der in Silicium etwa 3 nm und in Galliumarsenid etwa 5 nm ist, sein muß.

Die Höchstdicke wird durch die Fähigkeit zur Verarmung der Schicht 2 bei einer Spannung (V+V_B) bestimmt, die den Wert von nahezu nicht überschreiten soll. Aus Berechnungen geht hervor, daß die meist geeignete Dicke für die Schicht zwischen 5 nm 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 gegen den verbleibenden Teil des Siliciumkörperteiles durch die Isolierschicht 11 isoliert. Die Schichten 10 und 11 können z. B. aus Siliciumoxid bestehen. Eine zweite n-leitende Halbleiterschicht 13 grenzt an die n⁺⁺-Schicht 2. Diese Schicht 13 ist eine n-leitende Schicht und ist niedriger als die Schicht 2 dotiert. Vorzugsweise beträgt die Dotierungskonzentration der Schicht 13/5×10¹⁴ Donatoren/cm^-3. Die Dicke der Schicht 13 muß größer als die mittlere freie Weglänge von Elektronen in dieser Schicht sein. Bei der vorgegebenen Dotierungskonzentration ist die mittlere freie Weglänge der Elektronen nahezu 5×10^-6 cm und somit kann die Dicke der Schicht 13 gleich 10^-5 cm sein. Die Beweglichkeit der Elektronen in der Schicht 13 ist dann nahezu 1400 cm² V ^-1 s ^-1 im Vergleich zu nahezu 100 cm² V ^-1 s ^-1 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-Gebiet 4 und 5 angelegt und eine geeignete Vorspannung an die Gate-Elektrode 6 angelegt wird, wird der Stromfluß zwischen der Source und der Drain von der Gate-Spannung gesteuert. Stromfluß findet im Kanal des Transistors statt. In den beschriebenen Ausführungsformen bildet der sich unter der Gate-Elektrode 6 erstreckende Teil der Schicht 2 einen Teil des Kanals des Transistors, während der verbleibende Teil durch die n-leitende Schicht 13 gebildet wird. Beim Betrieb erstreckt sich, wenn die Größe der Sperrvorspannung an der Gate-Elektrode erhöht wird, die mit dem Schottky-Übergang zusammenarbeitende Verarmungsschicht weiter in die Schicht 2 und erstreckt sie sich letzten Endes 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 gesperrt wird. Der beschriebene MESFET arbeitet somit im Verarmungsmodus.

Ein Verfahren zur Herstellung der MESFET-Anordnung nach Fig. 1 wird nun an Hand der Fig. 2 und 3 beschrieben.

Es wird von einem p-leitenden Siliciumsubstrat 1 mit einem spezifischen Widerstand von z. B. 20 Ω · cm ausgegangen. Eine Siliciumoxidschicht 11 wird auf der Oberfläche 3 des Körpers 1 auf übliche Weise erzeugt, und dann ein Fenster in dem Oxid unter Verwendung üblicher photolithographischer Techniken und Ätztechniken definiert (siehe Fig. 2). Dann wird eine Ionenimplantation zum Definieren 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 13 Arsenionen mit einer Dosis von 10 10¹⁰ cm^-2 bei 20 keV implantiert. Dieser Implantationsschritt kann bis zu einer Tiefe von z. B. 1,21×10 ^-5 cm durch Erhitzung auf 1100°C durchgeführt werden. Der nächstfolgende Schritt ist die Implantation von Arsenionen mit einer Dosis von 1,4×10¹³ cm^-2 bei 6 keV zur Bildung der Schicht 2. Dann werden Borionen mit einer Dosis von 9×10¹² cm^-2 bei 0,5 keV implantiert. Auf diese Weise 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 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 5×10¹⁵ cm^-2 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 n-leitende Schicht 13 in den Halbleiterkörperteil 1.

Der MESFET nach Fig. 1 wird nun dadurch fertiggestellt, daß aus Aluminium bestehende Source- und Drain- Elektroden 8 bzw. 9 unter Verwendung dem Fachmann bekannter Verfahren erzeugt werden.

Als eine Abwandlung dieses Verfahrens kann die p⁺⁺-Implantation auf das Gebiet beschränkt werden, in dem das endgültige p⁺⁺-Gebiet 7 gebildet werden soll. Dies kann natürlich dadurch erfolgen, daß die Stellen des Körpers 1, an denen die Source- und Drain-Gebiete 4 bzw. 5 gebildet werden sollen, maskiert werden. In diesem Falle ist es nicht notwendig, einen zusätzlichen Implantationsschritt durchzuführen, weil sich die Source- und Drain-Gebiete 4 bzw. 5 bereits bis zu der Oberfläche 3 erstrecken.

Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der MESFET-Anordnung nach Fig. 1. 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 40 der Gate-Elektrode 6 endet. Dieser Rand 40 ist der Rand der Elektrode 6, der der Drain 5 am nächsten liegt. Auf der Source-Seite der Elektrode 6 erstreckt sich die Schicht 2 bis jenseits des Randes der Elektrode 6 in das Source-Gebiet 4. Diese Anordnung 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 obenbeschriebene Verfahren auf folgende Weise abgeändert. Nach der Erzeugung der n-leitenden Schicht 13 wird das Gebiet 7 durch Ionenimplantation erzeugt. Dann wird eine Implantationsmaske mit einem Fenster, das schmäler als das zum Definieren der Schicht 13 und des Gebietes 7 verwendete Fenster ist, auf der Oberfläche 3 angebracht und wird, wie oben, eine Ionenimplantation zur Bildung 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 40 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 n⁺⁺-Schicht 52 aus Galliumarsenid, die sich in dem Körperteil 51 befindet, der z. B. ein halbisolierendes Galliumarsenidsubstrat 50 enthält. Die Dicke der Schicht 52 muß kleiner als nahezu 10 ^-5 cm sein, so daß sie ein elektrisches Feld aufrechterhalten kann, das 4×10⁵ V cm^-1, d. h. etwa das kritische Feld für Lawinendurchschlag mäßig dotierten Galliumarsenids, überschreitet. Die Schicht 52, die eine Dotierungskonzentration von 10¹⁸ Donatoratomen/cm^-3 und eine Dicke von 3,8×10 ^-6 cm aufweisen kann, enthält n-leitende Source- und Drain-Gebiete 54 bzw. 55. Bei diesen Werten für die Dicke und Dotierungskonzentration kann die Schicht 52 ohne Durchschlag ein Feld von nahezu 6,5×10⁵ V cm^-1 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 Anreicherungsmodus.

Ein Schottky-Übergang wird an der Oberfläche 53 zwischen dem Körperteil 51 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 54 bzw. 55. Gleich wie in der vorhergehenden Ausführungsform kann der erweiterte Teil des Gebietes 57 nur auf der Drain-Seite der Elekrode 56 vorhanden sein. Das Gebiet kann z. B. eine Dicke von 5×10 ^-7 cm und eine Dotierungskonzentration von 7×10¹⁸ Ak zeptoren/cm^-3 aufweisen. Bei dieser Dotierungskonzentration und Dicke wird das Gebiet 7 unter Gate-Vorspannung Null nahezu völlig an Ladungsträgern verarmt.

Eine zweite n-leitende Schicht 63 grenzt an die n⁺⁺-Schicht 52. Die Dotierungskonzentration dieser Schicht 63 beträgt vorzugsweise 5×10¹⁴ Donatoren/cm^-3, während ihre Dicke z. B. 10 ^-1 cm ist. Wie oben bereits beschrieben ist, dient die Schicht 63 wieder dazu, die Beweglichkeit der Elektronen im MESFET zu vergrößern, wodurch die Geschwindigkeit, mit der die Anordnung arbeiten kann, vergrößert wird.

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 54 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 56 und die Source- und Drain-Elektroden 58 bzw. 59 erzeugt werden. Die letzteren Elektroden können auch aus Nickel- Gold-Germanium hergestellt werden. Jede übliche Technik kann zur Anbringung dieser Elektroden verwendet werden.

Die in den vorhergehenden Ausführungsformen beschriebenen Mittel zur Herabsetzung des Oberflächenfeldes einer Passivierungsschicht, wie eine Oxidschicht, können auf der Oberfläche des Halbleiterkörperteiles wenigstens in der Nähe der Gate-Elektrode vorhanden sein. Außerdem kann das Material der ersten Halbleiterschicht 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. Weiter können die Leitungstypen der unterschiedlichen Teile der MESFET-Anordnung alle (gleichzeitig) durch die entgegengesetzten Leitungstypen ersetzt werden.

Claims

1. Schottky-Übergangs-Feldeffekttransistor, in dem der Schottky-Übergang zwischen einem Halbleiterkörperteil (1) und einer metallischen darauf angebrachten Gate-Elektrode (6) gebildet wird, wobei der genannte Körperteil eine erste Halbleiterschicht (2) von einem ersten Leitungstyp enthält, die sich unter der Gate-Elektrode (6) erstreckt, um wenigstens einen Teil des Kanals des Transistors zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (2) derart dünn ist, daß sie ohne Durchschlag ein elektrisches Feld aufrechterhalten kann, daß das kritische Feld für Lawinendurchschlag des Halbleitermaterials dieser Schicht überschreitet, und daß die effektive Höhe (in eV) des genannten Schottky-Übergangs durch ein an die Oberfläche grenzendes Gebiet (7) vom zweiten entgegengesetzten Leitungstyp zwischen der ersten Schicht (2) und der Gate-Elektrode (6) vergrößert wird, wobei das genannte Gebiet (7) 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 Halbleiterkörperteiles (1) in der Nähe der Gate-Elektrode (6) vorhanden sind.

3. Feldeffekttransistor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Herabsetzung des elektrischen Feldes durch das an die Oberfläche grenzende Gebiet (7) gebildet werden.

4. Feldeffekttransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorkörperteil (1) eine zweite Halbleiterschicht (13) vom ersten Leitungstyp enthält, die an die erste Schicht (2) grenzt und niedriger als die genannte erste Schicht dotiert ist.

5. Feldeffekttransistor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der zweiten Schicht (13) die mittlere freie Weglänge für Majoritätsladungsträger in der dieser Schicht überschreitet.

6. Feldeffekttransistor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial der zweiten Schicht (13) gleich dem der ersten Schicht (2) ist.

7. Feldeffekttransistor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (13) auf einem Substrat liegt, das aus demselben Halbleitermaterial wie die erste und die zweite Schicht besteht.

8. Feldeffekttransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Leitungstyp der n-Leitungstyp ist.

9. Feldeffekttransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitermaterial der ersten Schicht (2) Silicium ist.

10. Feldeffekttransistor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil der ersten Schicht (2) der sich unter der Gate-Elektrode (6) erstreckt, eine Dicke von weniger als 2,5×10^-6 cm und eine Dotierungskonzentration von mehr als 2×10¹⁸ Atomen/cm^-3 aufweist.

11. Feldeffekttransistor nach Anspruch 9 oder 10, sofern abhängig von Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungskonzentration der zweiten Schicht (13) weniger als 10¹⁵ Atomen/cm^-3 beträgt.

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 (2), der sich unter der Gate-Elektrode (6) erstreckt, eine Dicke von weniger als 5×10^-6 cm und eine Dotierungskonzentration von mehr als 5×10^-17 Atomen/cm^-3 aufweist.

14. Feldeffekttransistor nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierungskonzentration der zweiten Schicht (13) weniger als 10¹⁵ Atomen/cm^-3 beträgt.

15. Feldeffekttransistor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der ersten Schicht (2) zwischen 5 nm und 50 nm liegt.