JP2000012563A - Field effect semiconductor device - Google Patents

Field effect semiconductor device

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JP2000012563A
JP2000012563A JP10177432A JP17743298A JP2000012563A JP 2000012563 A JP2000012563 A JP 2000012563A JP 10177432 A JP10177432 A JP 10177432A JP 17743298 A JP17743298 A JP 17743298A JP 2000012563 A JP2000012563 A JP 2000012563A
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layer
barrier layer
semiconductor device
gate electrode
barrier
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JP10177432A
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Japanese (ja)
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Shigeharu Matsushita
重治 松下
Shigeyoshi Fujii
栄美 藤井
Shigeyuki Murai
成行 村井
Hisaaki Tominaga
久昭 冨永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field effect semiconductor device wherein a threshold voltage varies little even if the thickness of metal constituting a gate electrode disperses, in a device of a constitution wherein metal constituting a gate electrode diffuses to a barrier layer. SOLUTION: In the semiconductor device, an n-type GaAs layer 3 and a barrier layer are formed on a GaAs board 1 one by one, a gate electrode 10 is formed on the barrier layer, and Pt constituting the gate electrode 10 diffuses to a barrier layer. The barrier layer is formed of a first AlGaAs layer 4 and a second AlGaAs layer 5, and the first AlGaAs layer 4 is a semiconductor material wherein Pt is hard to diffuse when compared to the second AlGaAs layer 5.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はゲート電極を有する
電界効果型半導体装置に関する。
The present invention relates to a field effect type semiconductor device having a gate electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】GaAsを始めとするIII−V族化合物半
導体からなるMESFET(金属・半導体電界効果トラ
ンジスタ)、HEMT(高電子移動度トランジスタ)等
の電界効果型半導体装置では、半導体からなる動作層に
ショットキ接合するゲート電極が用いられている。
2. Description of the Related Art In a field effect type semiconductor device such as a MESFET (metal-semiconductor field effect transistor) or a HEMT (high electron mobility transistor) made of a III-V compound semiconductor such as GaAs, an operation layer made of a semiconductor is used. A gate electrode that makes a Schottky junction is used.

【0003】図14は従来の電界効果トランジスタの一
例を示す模式的断面図である。この電界効果トランジス
タは、ゲート電極が半導体層に埋め込まれた構造であ
る。
FIG. 14 is a schematic sectional view showing an example of a conventional field effect transistor. This field effect transistor has a structure in which a gate electrode is embedded in a semiconductor layer.

【0004】図14において、GaAs基板101上に
は、GaAsバッファ層102、Siがドープされてい
るGaAsチャネル層103、AlGaAs層105、
GaAs層106が順に形成されている。前記各層には
所定間隔を隔ててn+層からなる第1、第2高濃度領域
107a、107bが形成されている。第1、第2高濃
度領域107a、107b上には夫々、ソース電極10
8、ドレイン電極109が形成されている。ソース電極
108とドレイン電極109との間には、ゲート電極1
10が形成されている。
In FIG. 14, a GaAs buffer layer 102, a GaAs channel layer 103 doped with Si, an AlGaAs layer 105,
A GaAs layer 106 is formed in order. First and second high-concentration regions 107a and 107b made of n + layers are formed at predetermined intervals in each layer. The source electrode 10 is formed on the first and second high-concentration regions 107a and 107b, respectively.
8. A drain electrode 109 is formed. Between the source electrode 108 and the drain electrode 109, the gate electrode 1
10 are formed.

【0005】ゲート電極110は、GaAs層106上
にPt層110aと他の金属層110bとが積層されて
おり、Pt層110aの下方には該Pt層110aが拡
散してなるPt拡散層110cが形成されている。Pt
拡散層110cは熱処理により形成され、GaAs層1
06を通り抜け、 AlGaAs層105の途中まで達
している。
The gate electrode 110 has a Pt layer 110a and another metal layer 110b laminated on a GaAs layer 106, and a Pt diffusion layer 110c formed by diffusing the Pt layer 110a below the Pt layer 110a. Is formed. Pt
The diffusion layer 110c is formed by heat treatment, and the GaAs layer 1
06 and reaches halfway through the AlGaAs layer 105.

【0006】このような拡散層を有するゲート電極11
0aを用いた電界効果型トランジスタは、ソース電極8
とゲート電極10との間の寄生抵抗が低減し、相互コン
ダクタンスgmが向上し、電流遮断周波数、即ち使用可
能な周波数が高くなることが知られている。
The gate electrode 11 having such a diffusion layer
Field effect transistor using the source electrode 8a.
It is known that the parasitic resistance between the gate electrode 10 and the gate electrode 10 decreases, the transconductance gm increases, and the current cutoff frequency, that is, the usable frequency increases.

【0007】一方、トランジスタの閾値電圧を制御する
ことはマイクロ波回路やデジタル回路を構成する上で最
も重要な項目の一つであり、このような閾値電圧の制御
においては、ゲート電極とチャネル層との距離を一定に
保つことが必要とされる。
On the other hand, controlling the threshold voltage of a transistor is one of the most important items in configuring a microwave circuit or a digital circuit. In controlling such a threshold voltage, the gate electrode and the channel layer are controlled. It is necessary to keep a constant distance from the vehicle.

【0008】上述したゲート電極110では、半導体と
反応するPt層110aの膜厚の略2倍程度の深さまで
Ptが拡散してPt拡散層110cが形成されることが
知られている。このため、Pt層110aの膜厚のばら
つきに応じてPt拡散層110cの深さもばらつき、そ
の結果、トランジスタの閾値電圧にばらつきが発生する
という問題がある。
In the gate electrode 110 described above, it is known that Pt diffuses to a depth of about twice the thickness of the Pt layer 110a reacting with the semiconductor to form a Pt diffusion layer 110c. Therefore, there is a problem that the depth of the Pt diffusion layer 110c also varies according to the variation of the thickness of the Pt layer 110a, and as a result, the threshold voltage of the transistor varies.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来例
の欠点に鑑み為されたものであり、ゲート電極を構成す
る金属の拡散量のばらつきが小さく、閾値電圧のばらつ
きが小さい電界効果型半導体装置を提供することを目的
とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks of the prior art, and has been made in consideration of the above-described drawbacks. It is an object to provide a semiconductor device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の電界効果型半導
体装置は、半導体基板上にチャネル層、障壁層が順に形
成され、該半導体層上にゲート電極が形成され、該ゲー
ト電極を構成する金属が前記障壁層まで拡散している電
界効果型半導体装置において、前記障壁層は第1障壁層
と第2障壁層からなり、前記第1障壁層は前記第2障壁
層に比べ前記ゲート電極を構成する金属が拡散しにくい
半導体材料によりなることを特徴とする。
According to the field effect type semiconductor device of the present invention, a channel layer and a barrier layer are sequentially formed on a semiconductor substrate, and a gate electrode is formed on the semiconductor layer to form the gate electrode. In a field-effect type semiconductor device in which metal is diffused to the barrier layer, the barrier layer includes a first barrier layer and a second barrier layer, and the first barrier layer connects the gate electrode to the second barrier layer. It is characterized in that the constituent metal is made of a semiconductor material that is difficult to diffuse.

【0011】このような構成の電界効果型半導体装置で
は、前記ゲート電極を構成する金属は、前記第2の障壁
層で拡散が抑制されるため、前記金属の層厚にばらつき
が生じても、前記第2の障壁層内における前記金属の拡
散量のばらつきは少なくなる。
In the field-effect semiconductor device having such a configuration, the metal constituting the gate electrode is suppressed from diffusing in the second barrier layer. Variations in the diffusion amount of the metal in the second barrier layer are reduced.

【0012】更に、本発明の電界効果型半導体装置は、
前記第2障壁層が前記第1障壁層よりも低抵抗の半導体
層よりなることを特徴とする。
Further, the field-effect semiconductor device of the present invention
The second barrier layer is formed of a semiconductor layer having a lower resistance than the first barrier layer.

【0013】これにより、障壁層の厚みを増加させて
も、該障壁層が高抵抗化するのが抑制される。
Thus, even if the thickness of the barrier layer is increased, the barrier layer is prevented from increasing in resistance.

【0014】また、本発明の電界効果型半導体装置は、
前記第1障壁層が前記第2障壁層よりも前記チャネル層
側に形成されていることを特徴とする。
Further, the field-effect semiconductor device of the present invention
The first barrier layer is formed closer to the channel layer than the second barrier layer.

【0015】この場合、前記ゲート電極を構成する金属
の拡散が前記第1障壁層内で抑制されるため、前記第1
障壁層よりも基板側に位置するチャネル層を含む半導体
層の層厚やドーピング濃度の設定は容易となる。
In this case, the diffusion of the metal constituting the gate electrode is suppressed in the first barrier layer.
The setting of the layer thickness and the doping concentration of the semiconductor layer including the channel layer located closer to the substrate than the barrier layer becomes easy.

【0016】また、本発明の電界効果型半導体装置で
は、前記ゲート電極を構成し前記障壁層まで拡散する金
属としては、Ptが適している。
In the field effect type semiconductor device of the present invention, Pt is suitable as a metal constituting the gate electrode and diffusing to the barrier layer.

【0017】また、本発明の電界効果型半導体装置で
は、前記第1、第2障壁層はAlGaAsからなり、前
記第1障壁層は前記第2障壁層よりもAlの割合(比
率)が大きいことを特徴とする。
Further, in the field-effect semiconductor device according to the present invention, the first and second barrier layers are made of AlGaAs, and the first barrier layer has a higher Al ratio (ratio) than the second barrier layer. It is characterized by.

【0018】この場合、第1障壁層は第2障壁層に比
べ、Pt等のゲート電極を構成する金属が拡散しにく
く、ゲート電極とチャネル層との間の距離のばらつきが
少なくなる。
In this case, compared to the second barrier layer, the first barrier layer is less likely to diffuse the metal constituting the gate electrode such as Pt, and the variation in the distance between the gate electrode and the channel layer is reduced.

【0019】また、本発明の電界効果型半導体装置は、
前記第1、第2障壁層がInAlAsからなり、前記第
1障壁層は前記第2障壁層よりもInの割合(比率)が
小さいことを特徴とする。
Also, the field effect type semiconductor device of the present invention
The first and second barrier layers are made of InAlAs, and the first barrier layer has a smaller In ratio (ratio) than the second barrier layer.

【0020】この場合においても、第1障壁層が第2障
壁層に比べ、Pt等のゲート電極を構成する金属が拡散
しにくく、ゲート電極とチャネル層との間の距離のばら
つきが少なくなる。
Also in this case, compared to the second barrier layer, the first barrier layer is less likely to diffuse the metal constituting the gate electrode such as Pt, and the variation in the distance between the gate electrode and the channel layer is reduced.

【0021】また、本発明の電界効果型半導体装置は、
前記第1、第2障壁層がInGaPからなり、前記第1
障壁層は前記第2障壁層よりもInの割合(比率)が小
さいことを特徴とする。
Further, the field-effect semiconductor device of the present invention
The first and second barrier layers are made of InGaP;
The barrier layer is characterized in that the ratio (ratio) of In is smaller than that of the second barrier layer.

【0022】この場合においても、第1障壁層は第2障
壁層に比べ、Pt等のゲート電極を構成する金属が拡散
しにくく、ゲート電極とチャネル層との間の距離のばら
つきが少なくなる。
Also in this case, compared to the second barrier layer, the metal constituting the gate electrode such as Pt is less likely to diffuse in the first barrier layer, and the variation in the distance between the gate electrode and the channel layer is reduced.

【0023】また、本発明の電界効果型半導体装置は、
半導体基板上にチャネル層、障壁層が順に形成され、該
障壁層に第1ゲート電極が形成され、該第1ゲート電極
を構成する金属が前記障壁層まで拡散している第1動作
部と、前記半導体基板上にチャネル層、障壁層が順に形
成され、該障壁層に第2ゲート電極を有し、前記第2ゲ
ート電極を構成する金属が前記障壁層まで拡散していな
い第2動作部とからなる電界効果型半導体装置におい
て、前記第1動作部側の障壁層は第1障壁層と第2障壁
層からなり、前記第1障壁層は前記第2障壁層に比べ前
記第1ゲート電極の金属が拡散しにくい半導体材料によ
りなることを特徴とする。
Also, the field effect type semiconductor device of the present invention
A first operation unit in which a channel layer and a barrier layer are sequentially formed on a semiconductor substrate, a first gate electrode is formed on the barrier layer, and a metal forming the first gate electrode is diffused to the barrier layer; A second operation unit in which a channel layer and a barrier layer are sequentially formed on the semiconductor substrate, the barrier layer has a second gate electrode, and a metal forming the second gate electrode is not diffused to the barrier layer; In the field effect type semiconductor device, the barrier layer on the first operation unit side includes a first barrier layer and a second barrier layer, and the first barrier layer is formed of the first gate electrode as compared with the second barrier layer. It is characterized by being made of a semiconductor material in which metal is difficult to diffuse.

【0024】このような構成の電界効果型半導体装置で
は、閾値電圧が互いに異なる第1動作部と第2動作部と
を有し、しかも第1動作部におけるゲート電極とチャネ
ル層との間の距離のばらつきは少ないため、前記第1動
作部における閾値電圧のばらつきは小さく、また第2動
作部におけるゲート電極とチャネル層との間の距離は、
前記ゲート電極とチャネル層との間にある層の厚みによ
り決まるため、第2動作部における閾値電圧を精度良く
設定できる。
The field effect type semiconductor device having such a configuration has the first operating section and the second operating section having different threshold voltages from each other, and furthermore, the distance between the gate electrode and the channel layer in the first operating section. Is small, the variation of the threshold voltage in the first operating section is small, and the distance between the gate electrode and the channel layer in the second operating section is
Since the threshold voltage is determined by the thickness of the layer between the gate electrode and the channel layer, the threshold voltage in the second operation section can be set accurately.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以下、図面に従い本発明の実施の
形態について説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0026】図1は本発明の実施の形態である第1実施
例の電界効果型半導体装置の構成を示す断面図である。
この第1実施例の電界効果型半導体装置はGaAs基板
を用いた電界効果トランジスタであり、GaAs基板1
上にはバッファ層として機能するアンドープのGaAs
層2が形成され、GaAs層2上にはチャネル層として
機能するn型GaAs層3が形成され、n型GaAs層
3上には障壁層として機能する第1のAlGaAs層4
が形成され、第1のAlGaAs層4上には障壁層とし
て機能する第2のAlGaAs層5が形成され、第2の
AlGaAs層5上にはゲート電極の耐圧を向上させる
ためのアンドープのGaAs層6が形成されており、こ
れらの層により半導体ウエハが構成されている。前記各
層の層厚は、GaAs層2が800nm、n型GaAs
層3が25nm、第1のAlGaAs層4が15nm、
第2のAlGaAs層5が15nm、GaAs層6が1
0nmである。また、n型GaAs層3はSiを2.5
×1018cm-3ドーピングすることにより形成されてい
る。また、第1のAlGaAs層4の組成比はAl0 .4
0.6As、第2のAlGaAs層5の組成比はAl0.2
Ga0.8Asであり、第1のAlGaAs層は第2のA
lGaAs層5よりもAlの割合が多い。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of a field effect type semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
The field effect type semiconductor device of the first embodiment is a field effect transistor using a GaAs substrate.
Above is undoped GaAs functioning as a buffer layer.
A layer 2 is formed, an n-type GaAs layer 3 functioning as a channel layer is formed on the GaAs layer 2, and a first AlGaAs layer 4 functioning as a barrier layer is formed on the n-type GaAs layer 3.
Is formed, a second AlGaAs layer 5 functioning as a barrier layer is formed on the first AlGaAs layer 4, and an undoped GaAs layer for improving the breakdown voltage of the gate electrode is formed on the second AlGaAs layer 5. 6 are formed, and these layers constitute a semiconductor wafer. The thickness of each layer is 800 nm for the GaAs layer 2 and n-type GaAs.
Layer 3 is 25 nm, first AlGaAs layer 4 is 15 nm,
The second AlGaAs layer 5 has a thickness of 15 nm, and the GaAs layer 6 has a thickness of 1 nm.
0 nm. Further, the n-type GaAs layer 3 contains 2.5% Si.
It is formed by doping at × 10 18 cm −3 . Further, the composition ratio of the first AlGaAs layer 4 is Al 0 .4 G
a 0.6 As, the composition ratio of the second AlGaAs layer 5 is Al 0.2
Ga 0.8 As, and the first AlGaAs layer
The ratio of Al is higher than that of the lGaAs layer 5.

【0027】第1、第2のAlGaAs層4、5はn型
GaAs層3に比べ、ポテンシャル障壁が遙かに大き
く、障壁層として機能する。また、第2のAlGaAs
層5は第1のAlGaAs層4よりも低抵抗であり、障
壁層の高抵抗化を抑えている。
The first and second AlGaAs layers 4 and 5 have a much larger potential barrier than the n-type GaAs layer 3 and function as barrier layers. Also, the second AlGaAs
The layer 5 has a lower resistance than the first AlGaAs layer 4 and suppresses the increase in resistance of the barrier layer.

【0028】前記各層2、3、4、5、6には、所定間
隔を隔ててn+層からなる高濃度領域7a、7bが形成
されている。高濃度領域7a、7bは、Siがイオン注
入されて活性化され、寄生抵抗が低減している領域であ
る。高濃度領域7a上にはソース電極8が、高濃度領域
7b上にはドレイン電極9が夫々形成されている。
In each of the layers 2, 3, 4, 5, and 6, high concentration regions 7a and 7b made of n + layers are formed at predetermined intervals. The high concentration regions 7a and 7b are regions where Si is ion-implanted and activated to reduce the parasitic resistance. A source electrode 8 is formed on the high concentration region 7a, and a drain electrode 9 is formed on the high concentration region 7b.

【0029】また、ソース電極8とドレイン電極9との
間には、Ptよりなるゲート電極10が形成されてい
る。
A gate electrode 10 made of Pt is formed between the source electrode 8 and the drain electrode 9.

【0030】ゲート電極10は、GaAs層6上に下方
から順にPt層10a、Ti層10b、Pt層10c、
Au層10dが積層され、Pt層10aの下方には該P
t層10a層が拡散してなるPt拡散層10eが形成さ
れている。Pt拡散層10eは熱処理により形成され、
GaAs層6、第2のAlGaAs層5を通り抜け、第
1のAlGaAs層4の途中まで達している。ゲート電
極10の各層の膜厚は、 Pt層10aが20nm、T
i層10bが10nm、Pt層10cが20nm、Au
層10dが400nmであり、Pt拡散層10eはGa
As層6の表面から27nm程度の深さまで拡散してい
る。尚、図1において、11はSiN膜、12はSiO
2膜である。
The gate electrode 10 is composed of a Pt layer 10a, a Ti layer 10b, a Pt layer 10c,
An Au layer 10d is laminated, and the Pt layer
A Pt diffusion layer 10e formed by diffusing the t layer 10a is formed. The Pt diffusion layer 10e is formed by a heat treatment,
It passes through the GaAs layer 6 and the second AlGaAs layer 5 and reaches halfway through the first AlGaAs layer 4. The thickness of each layer of the gate electrode 10 is 20 nm for the Pt layer 10a and T
i-layer 10b is 10 nm, Pt layer 10c is 20 nm, Au
The layer 10d is 400 nm, and the Pt diffusion layer 10e is Ga
It diffuses from the surface of the As layer 6 to a depth of about 27 nm. In FIG. 1, 11 is a SiN film and 12 is SiO
Two films.

【0031】次に、上述の図1に示した第1実施例の電
界効果型半導体装置の製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing the field effect type semiconductor device of the first embodiment shown in FIG. 1 will be described.

【0032】先ず、図2に示すように、GaAs基板1
上に、GaAs層2、n型GaAs層3、第1のAlG
aAs層4、第2のAlGaAs層5、GaAs層6を
順に成膜形成した後、SiN膜11を50nm程度成膜
した後、所定位置にレジスト13を形成し、その後、S
iイオンのイオン注入を行い高濃度領域7a、7bを形
成する。
First, as shown in FIG.
GaAs layer 2, n-type GaAs layer 3, first AlG
After sequentially forming the aAs layer 4, the second AlGaAs layer 5, and the GaAs layer 6, a SiN film 11 is formed to a thickness of about 50 nm, and then a resist 13 is formed at a predetermined position.
Ion implantation is performed to form high concentration regions 7a and 7b.

【0033】次に、図3に示すように、レジスト13を
酸素プラズマによりエッチングしてレジスト13を細く
した後、プラズマCVDによりSiO2膜12を成膜す
る。
Next, as shown in FIG. 3, after the resist 13 is etched by oxygen plasma to make the resist 13 thin, an SiO 2 film 12 is formed by plasma CVD.

【0034】次に、図4に示すように、レジスト13の
側壁部に被着したSiO2膜12をHFにより除去した
後、レジスト13をリフトオフ法により除去する。
Next, as shown in FIG. 4, after removing the SiO 2 film 12 deposited on the side wall of the resist 13 by HF, the resist 13 is removed by a lift-off method.

【0035】次に、図5に示すように、レジストパター
ンを用いて高濃度領域7a、7b上におけるSiO2
12、SiN膜11をエッチング除去した後、下方より
順にAuGe層、Ni層、Au層が積層されてなるソー
ス電極8、ドレイン電極9を成膜形成し、その後、リフ
トオフ法によりソース電極8、ドレイン電極9をパター
ン化した後、熱処理を行う。
Next, as shown in FIG. 5, after the SiO 2 film 12 and the SiN film 11 on the high concentration regions 7a and 7b are removed by etching using a resist pattern, an AuGe layer, a Ni layer, and an Au After forming the source electrode 8 and the drain electrode 9 formed by stacking the layers, the source electrode 8 and the drain electrode 9 are patterned by a lift-off method, and then heat treatment is performed.

【0036】次に、図6に示すように、レジストパター
ンを用いてゲート電極形成領域のSiO2膜12、Si
N膜11をエッチング除去した後、下方より順にPt層
10a、Ti層10b、Pt層10c、Au層10dが
積層されてなるゲート電極10を蒸着とリフトオフによ
り形成する。その後、380℃で3分間の熱処理を行う
ことにより、最下層のPt層を拡散させPt拡散層10
eを形成し、上述の図1に示す電界効果型半導体装置が
完成する。
Next, as shown in FIG. 6, the SiO 2 film 12 and the Si
After the N film 11 is removed by etching, a gate electrode 10 formed by stacking a Pt layer 10a, a Ti layer 10b, a Pt layer 10c, and an Au layer 10d in this order from below is formed by vapor deposition and lift-off. Thereafter, by performing a heat treatment at 380 ° C. for 3 minutes, the lowermost Pt layer is diffused and the Pt diffusion layer 10 is formed.
is formed, and the above-described field-effect semiconductor device shown in FIG. 1 is completed.

【0037】図7は、PtがAlGaAs層と反応する
380℃において、AlxGa1-xAs層に対するPt層
の拡散状態を調べた結果を示す図である。図7におい
て、縦軸はオージェ信号より求めたPtの拡散濃度、横
軸はAlGaAs層の表面からの深さである。尚、この
時のPt層の膜厚は100nmである。
FIG. 7 is a diagram showing the result of examining the diffusion state of the Pt layer with respect to the Al x Ga 1 -x As layer at 380 ° C. where Pt reacts with the AlGaAs layer. 7, the vertical axis represents the Pt diffusion concentration obtained from the Auger signal, and the horizontal axis represents the depth from the surface of the AlGaAs layer. At this time, the thickness of the Pt layer is 100 nm.

【0038】図7より判るように、 AlxGa1-xAs
のxの値が大きくなるに従い、拡散の深さが浅くなって
いる。即ち、Alの含有量が増え、禁制帯幅が大きいA
lGaAs層ほど、Ptの拡散が少ないことが判る。
尚、 PtがAlGaAs層と反応する300〜450
℃における他の温度においても、上述と同様の結果が得
られた。
As can be seen from FIG. 7, Al x Ga 1 -x As
The diffusion depth becomes shallower as the value of x becomes larger. That is, the content of Al increases and the forbidden band width is large.
It can be seen that the diffusion of Pt is smaller in the lGaAs layer.
Here, Pt reacts with the AlGaAs layer in a range of 300 to 450.
At other temperatures in ° C., similar results as described above were obtained.

【0039】従って、第1実施例の電界効果型半導体装
置では、ゲート電極10におけるPt層10aの層厚に
ばらつきが生じても、Pt拡散層10eの拡散はAlの
含有量が多い第1のAlGaAs層4で抑制される。そ
のため、ゲート電極10におけるPt層10aの層厚に
ばらつきが生じても、第1のAlGaAs層4における
Pt拡散層10eの拡散量はばらつきが少なく、ゲート
電極10と、チャネル層となるn型GaAs層3との距
離も変化が少なくなり、閾値電圧のばらつきを抑制する
ことが出来る。
Therefore, in the field effect type semiconductor device of the first embodiment, even if the thickness of the Pt layer 10a in the gate electrode 10 varies, the diffusion of the Pt diffusion layer 10e has a large Al content. It is suppressed by the AlGaAs layer 4. Therefore, even if the thickness of the Pt layer 10a in the gate electrode 10 varies, the diffusion amount of the Pt diffusion layer 10e in the first AlGaAs layer 4 has little variation, and the gate electrode 10 and n-type GaAs serving as a channel layer are formed. The change in the distance from the layer 3 is also small, and variation in the threshold voltage can be suppressed.

【0040】次に、上述の第1実施例の電界効果型半導
体装置と、比較例として従来構造の電界効果型半導体装
置とを夫々10個づつ作成し、第1実施例、従来構造夫
々の半導体装置について、相互コンダクタンスの平均
値、ゲート耐圧の平均値、閾値電圧の平均値、及び閾値
電圧の標準偏差を調べ、その結果を表1に示す。
Next, the field effect type semiconductor device according to the first embodiment and the field effect type semiconductor device having the conventional structure as a comparative example are respectively manufactured by ten each. For the device, the average value of the transconductance, the average value of the gate breakdown voltage, the average value of the threshold voltage, and the standard deviation of the threshold voltage were examined, and the results are shown in Table 1.

【0041】尚、従来構造の電界効果型半導体装置は図
8に示すような構成であり、第1の半導体装置との違い
は、n型GaAs層3上に第1のAlGaAs層4を介
さずに第2のAlGaAs層5を形成した点であり、従
来構造では第2のAlGaAs層5の層厚を30nmと
した。
The field effect type semiconductor device having the conventional structure has a structure as shown in FIG. 8, and is different from the first semiconductor device in that the first AlGaAs layer 4 is not interposed on the n-type GaAs layer 3. In the conventional structure, the thickness of the second AlGaAs layer 5 was set to 30 nm.

【0042】[0042]

【表1】 [Table 1]

【0043】表1から判るように、第1実施例の電界効
果型半導体装置は、従来構造のものと比べ、相互コンダ
クタンスの平均値、ゲート耐圧の平均値、閾値電圧の平
均値に関しては略同じであるが、閾値電圧の標準偏差に
関しては遙かに小さく、閾値電圧のばらつきが小さく、
優れている。これは、上述したように、第1実施例の電
界効果型半導体装置では、Pt拡散層10eの拡散がA
lGaにおけるAlの割合が多い第1のAlGaAs層
4で抑えられ、ゲート電極10と、チャネル層となるn
型GaAs層3との間の距離のばらつきが抑制されるた
めである。
As can be seen from Table 1, the average value of the mutual conductance, the average value of the gate breakdown voltage, and the average value of the threshold voltage of the field effect type semiconductor device of the first embodiment are substantially the same as those of the conventional structure. However, the standard deviation of the threshold voltage is much smaller, the variation of the threshold voltage is small,
Are better. This is because, as described above, in the field effect type semiconductor device of the first embodiment, the diffusion of the Pt diffusion layer 10e is A
The first AlGaAs layer 4 in which the proportion of Al in lGa is large is suppressed, and the gate electrode 10 and n serving as a channel layer are suppressed.
This is because variation in the distance from the GaAs layer 3 is suppressed.

【0044】次に、本発明の実施の形態である第2実施
例の電界効果型半導体装置について説明する。
Next, a description will be given of a field-effect semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【0045】図9は本発明の第2実施例の電界効果型半
導体装置の構成を示す断面図である。この第2実施例の
電界効果型半導体装置はInP基板を用いた電界効果ト
ランジスタであり、InP基板21上にはバッファ層と
して機能するアンドープのInAlAs層22が形成さ
れ、InAlAs層22上にはチャネル層として機能す
るn型InGaAs層23が形成され、n型InGaA
s層23上には第1のInAlAs層24が形成され、
第1のInAlAs層24上には第2のInAlAs層
25が形成され、第2のInAlAs層25上にはゲー
ト電極の耐圧を向上させるためのアンドープのInP層
26が形成されており、これらの層により半導体ウエハ
が構成されている。前記各層の層厚は、InAlAs層
22が800nm、n型InGaAs層23が12n
m、第1のInAlAs層24が12nm、第2のIn
AlAs層25が18nm、InP層6が10nmであ
る。また、n型InGaAs層23はSiを5×1018
cm-3ドーピングすることにより形成されている。ま
た、第1のInAlAs層24の組成比はIn0.35Al
0.65As、第2のInAlAs層25の組成比はIn
0.52Al0.48Asであり、第1のInAlAs層24は
第2のInAlAs層25よりもInの割合は少ない。
FIG. 9 shows a field-effect type half of a second embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which shows the structure of a conductor device. In the second embodiment,
A field effect semiconductor device is a field effect transistor using an InP substrate.
And a buffer layer on the InP substrate 21.
Undoped InAlAs layer 22 which functions as
And functions as a channel layer on the InAlAs layer 22.
N-type InGaAs layer 23 is formed, and n-type InGaAs
A first InAlAs layer 24 is formed on the s layer 23,
On the first InAlAs layer 24, a second InAlAs layer
25 is formed on the second InAlAs layer 25.
Undoped InP layer to improve breakdown voltage of gate electrode
26, and the semiconductor wafer is formed by these layers.
Is configured. The thickness of each of the layers is an InAlAs layer.
22 is 800 nm, n-type InGaAs layer 23 is 12 n
m, the first InAlAs layer 24 has a thickness of 12 nm,
The AlAs layer 25 has a thickness of 18 nm, and the InP layer 6 has a thickness of 10 nm.
You. Further, the n-type InGaAs layer 23 is made of 5 × 1018
cm-3It is formed by doping. Ma
The composition ratio of the first InAlAs layer 24 is In0.35Al
0.65As, the composition ratio of the second InAlAs layer 25 is In.
0.52Al0.48As, and the first InAlAs layer 24 is
The ratio of In is smaller than that of the second InAlAs layer 25.

【0046】第1、第2のInAlAs層24、25は
n型InGaAs層23に比べ、ポテンシャル障壁が遙
かに高く、障壁層として機能する。また、第2のInA
lAs層25は第1のInAlAs層24よりも低抵抗
であり、障壁層の高抵抗化を抑えている。
The first and second InAlAs layers 24 and 25 have a much higher potential barrier than the n-type InGaAs layer 23 and function as barrier layers. Also, the second InA
The lAs layer 25 has a lower resistance than the first InAlAs layer 24 and suppresses the increase in resistance of the barrier layer.

【0047】前記各層22、23、24、25、26に
は、所定間隔を隔ててn+層からなる高濃度領域27
a、27bが形成されている。高濃度領域27a、27
bは、Siがイオン注入されて活性化され、寄生抵抗が
低減している領域である。高濃度領域27a上にはソー
ス電極28が、高濃度領域27b上にはドレイン電極2
9が夫々形成されている。
Each of the layers 22, 23, 24, 25 and 26 has a high-concentration region 27 made of an n + layer at a predetermined interval.
a and 27b are formed. High concentration regions 27a, 27
b is a region where Si is ion-implanted and activated to reduce the parasitic resistance. The source electrode 28 is on the high concentration region 27a, and the drain electrode 2 is on the high concentration region 27b.
9 are formed respectively.

【0048】また、ソース電極28とドレイン電極29
との間には、ゲート電極30が形成されている。
The source electrode 28 and the drain electrode 29
Between them, a gate electrode 30 is formed.

【0049】ゲート電極30は、InP層26上に下方
から順にPt層30a、Ti層30b、Pt層30c、
Au層30dが積層され、Pt層30aの下方には該P
t層30a層が拡散してなるPt拡散層30eが形成さ
れている。Pt拡散層30eは熱処理により形成され、
InP層26、第2のInAlAs層25を通り抜け、
第1のInAlAs層24の途中まで達している。ゲー
ト電極30の各層の膜厚は、Pt層30aが20nm、
Ti層30bが10nm、Pt層30cが20nm、A
u層30dが400nmであり、Pt拡散層30eはI
nP層26の表面から27nm程度の深さまで拡散して
いる。尚、図9において、31はSiN膜、32はSi
2膜である。
The gate electrode 30 includes a Pt layer 30a, a Ti layer 30b, a Pt layer 30c,
An Au layer 30d is laminated, and the P layer is formed below the Pt layer 30a.
A Pt diffusion layer 30e formed by diffusing the t layer 30a is formed. The Pt diffusion layer 30e is formed by heat treatment,
Passing through the InP layer 26 and the second InAlAs layer 25,
The first InAlAs layer 24 reaches halfway. The thickness of each layer of the gate electrode 30 is 20 nm for the Pt layer 30a,
Ti layer 30b is 10 nm, Pt layer 30c is 20 nm, A
u layer 30d is 400 nm, and Pt diffusion layer 30e is I
It diffuses from the surface of the nP layer 26 to a depth of about 27 nm. In FIG. 9, reference numeral 31 denotes a SiN film, and 32 denotes a SiN film.
O 2 film.

【0050】この第2実施例の電界効果型半導体装置の
製造方法は、半導体材料が異なる以外は、上述の第1実
施例の場合と殆ど同じであり、ここではその説明は省略
する。
The method of manufacturing the field-effect semiconductor device of the second embodiment is almost the same as that of the first embodiment except that the semiconductor material is different, and the description is omitted here.

【0051】次に、上述の第2実施例の電界効果型半導
体装置と、比較例として従来構造の電界効果型半導体装
置とを夫々10個づつ作成し、第2実施例、従来構造夫
々の半導体装置について、相互コンダクタンスの平均
値、ゲート耐圧の平均値、閾値電圧の平均値、及び閾値
電圧の標準偏差を調べ、その結果を表2に示す。
Next, ten each of the field effect type semiconductor device of the second embodiment and the field effect type semiconductor device of the conventional structure as a comparative example were prepared. For the device, the average value of the transconductance, the average value of the gate breakdown voltage, the average value of the threshold voltage, and the standard deviation of the threshold voltage were examined. The results are shown in Table 2.

【0052】尚、従来構造の電界効果型半導体装置は図
10に示すような構成であり、第2実施例の半導体装置
との違いは、n型InGaAs層23上に第1のInA
lAs層24を介さずに第2のInAlAs層25を形
成した点である。また、従来構造の半導体装置では第2
のInAlAs層25の層厚を30nmとした。
The field effect type semiconductor device having the conventional structure has a structure as shown in FIG. 10, and the difference from the semiconductor device of the second embodiment is that the first InA layer is formed on the n-type InGaAs layer 23.
The point is that the second InAlAs layer 25 is formed without the interposition of the lAs layer 24. In the conventional semiconductor device, the second
The thickness of the InAlAs layer 25 was 30 nm.

【0053】[0053]

【表2】 [Table 2]

【0054】表2から判るように、第2実施例の電界効
果型半導体装置は、従来構造のものと比べ、相互コンダ
クタンスの平均値、ゲート耐圧の平均値、閾値電圧の平
均値に関しては略同じであるが、閾値電圧の標準偏差に
関しては遙かに小さく、閾値電圧のばらつきが小さく、
優れている。これは、第2実施例の電界効果型半導体装
置では、Pt拡散層30eの拡散がInAlにおけるI
nの割合が少ない第1のInAlAs層24で抑えら
れ、ゲート電極30と、チャネル層となるn型InGa
As層23との間の距離のばらつきが抑制されたためで
ある。
As can be seen from Table 2, the average value of the mutual conductance, the average value of the gate breakdown voltage, and the average value of the threshold voltage of the field effect type semiconductor device of the second embodiment are substantially the same as those of the conventional structure. However, the standard deviation of the threshold voltage is much smaller, the variation of the threshold voltage is small,
Are better. This is because, in the field-effect semiconductor device of the second embodiment, the diffusion of the Pt diffusion layer
The first InAlAs layer 24 in which the ratio of n is small is suppressed, and the gate electrode 30 and n-type InGa to be a channel layer are suppressed.
This is because variation in the distance from the As layer 23 was suppressed.

【0055】次に、本発明の実施の形態である第3実施
例の電界効果型半導体装置について説明する。
Next, a description will be given of a field effect type semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【0056】図11は本発明の第3実施例の電界効果型
半導体装置の構成を示す断面図である。この第3実施例
の電界効果型半導体装置はGaAs基板を用いた電界効
果トランジスタであり、GaAs基板41上にはバッフ
ァ層として機能するアンドープのGaAs層42が形成
され、GaAs層42上にはチャネル層として機能する
n型GaAs層43が形成され、n型GaAs層43上
には第1のInGaP層44が形成され、第1のInG
aP層44上には第2のInGaP層45が形成され、
第2のInGaP層45上にはゲート電極の耐圧を向上
させるためのアンドープのGaAs層46が形成されて
おり、これらの層により半導体ウエハが構成されてい
る。前記各層の層厚は、GaAs層42が800nm、
n型GaAs層43が25nm、第1のInGaP層4
4が12nm、第2のInGaP層45が18nm、G
aAs層46が10nmである。
FIG. 11 is a sectional view showing the structure of a field-effect semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. The field effect type semiconductor device according to the third embodiment is a field effect transistor using a GaAs substrate. An undoped GaAs layer 42 functioning as a buffer layer is formed on a GaAs substrate 41, and a channel is formed on the GaAs layer 42. An n-type GaAs layer 43 functioning as a layer is formed, a first InGaP layer 44 is formed on the n-type GaAs layer 43, and a first InG
A second InGaP layer 45 is formed on the aP layer 44,
An undoped GaAs layer 46 for improving the breakdown voltage of the gate electrode is formed on the second InGaP layer 45, and these layers constitute a semiconductor wafer. The GaAs layer 42 has a thickness of 800 nm,
The n-type GaAs layer 43 has a thickness of 25 nm, and the first InGaP layer 4 has a thickness of 25 nm.
4 is 12 nm, the second InGaP layer 45 is 18 nm,
The thickness of the aAs layer 46 is 10 nm.

【0057】また、n型GaAs層43はSiを2.5
×1018cm-3ドーピングすることにより形成されてい
る。また、第1のInGaP層44の組成比はIn0.35
Ga0 .65P、第2のInGaP層45の組成比はIn
0.49Ga0.51Pであり、第1のInGaP層44は第2
のInGaP層45よりも割合が少ない。
Further, the n-type GaAs layer 43 contains 2.5% of Si.
It is formed by doping at × 10 18 cm −3 . The composition ratio of the first InGaP layer 44 is In 0.35
Ga 0 .65 P, the composition ratio of the second InGaP layer 45 is In
0.49 Ga 0.51 P, and the first InGaP layer 44 is
Is smaller than that of the InGaP layer 45.

【0058】第1、第2のInGaP層44、45はn
型GaAs層43に比べ、ポテンシャル障壁が遙かに大
きく、障壁層として機能する。また、第2のInGaP
層45は第1のInGaP層44よりも低抵抗であり、
障壁層の高抵抗化を抑えている。
The first and second InGaP layers 44 and 45 have n
The potential barrier is much larger than that of the GaAs layer 43 and functions as a barrier layer. Also, the second InGaP
The layer 45 has a lower resistance than the first InGaP layer 44,
High resistance of the barrier layer is suppressed.

【0059】前記各層42、43、44、45、46に
は、所定間隔を隔ててn+層からなる高濃度領域47
a、47bが形成されている。高濃度領域47a、47
bは、Siがイオン注入されて活性化され、寄生抵抗が
低減している領域である。高濃度領域47a上にはソー
ス電極48が、高濃度領域47b上にはドレイン電極4
9が夫々形成されている。また、ソース電極48とドレ
イン電極49との間には、ゲート電極50が形成されて
いる。
Each of the layers 42, 43, 44, 45 and 46 has a high-concentration region 47 made of an n + layer at a predetermined interval.
a, 47b are formed. High concentration areas 47a, 47
b is a region where Si is ion-implanted and activated to reduce the parasitic resistance. The source electrode 48 is formed on the high concentration region 47a, and the drain electrode 4 is formed on the high concentration region 47b.
9 are formed respectively. A gate electrode 50 is formed between the source electrode 48 and the drain electrode 49.

【0060】ゲート電極50は、GaAs層46上に下
方から順にPt層50a、Ti層50b、Pt層50
c、Au層50dが積層され、Pt層50aの下方には
該Pt層50a層が拡散してなるPt拡散層50eが形
成されている。Pt拡散層50eは熱処理により形成さ
れ、GaAs層46、第2のInGaP層45を通り抜
け、第1のInGaP層44の途中まで達している。ゲ
ート電50の各層の膜厚は、Pt層50aが20nm、
Ti層50bが10nm、Pt層50cが20nm、A
u層50dが400nmであり、Pt拡散層50eはG
aAs層46の表面から27nm程度の深さまで拡散し
ている。尚、図11において、31はSiN膜、32は
SiO2膜である。
The gate electrode 50 includes a Pt layer 50a, a Ti layer 50b, and a Pt layer 50
c, an Au layer 50d is laminated, and a Pt diffusion layer 50e formed by diffusing the Pt layer 50a is formed below the Pt layer 50a. The Pt diffusion layer 50e is formed by a heat treatment, passes through the GaAs layer 46 and the second InGaP layer 45, and reaches halfway through the first InGaP layer 44. The thickness of each layer of the gate electrode 50 is 20 nm for the Pt layer 50a,
Ti layer 50b is 10 nm, Pt layer 50c is 20 nm, A
The u layer 50d is 400 nm, and the Pt diffusion layer 50e is G
It diffuses from the surface of the aAs layer 46 to a depth of about 27 nm. In FIG. 11, reference numeral 31 denotes a SiN film, and 32 denotes a SiO 2 film.

【0061】この第3実施例の電界効果型半導体装置の
製造方法は、半導体材料が異なる以外は、上述の第1実
施例の場合と殆ど同じであり、ここではその説明は省略
する。
The method of manufacturing the field-effect semiconductor device of the third embodiment is almost the same as that of the first embodiment except that the semiconductor material is different, and the description is omitted here.

【0062】次に、上述の第3実施例の電界効果型半導
体装置と、比較例として従来構造の電界効果型半導体装
置とを夫々10個づつ作成し、第3実施例、従来構造夫
々の半導体装置について、相互コンダクタンスの平均
値、ゲート耐圧の平均値、閾値電圧の平均値、及び閾値
電圧の標準偏差を調べ、その結果を表3に示す。
Next, ten each of the field effect type semiconductor device of the third embodiment and the field effect type semiconductor device of the conventional structure as a comparative example were prepared. For the device, the average value of the transconductance, the average value of the gate breakdown voltage, the average value of the threshold voltage, and the standard deviation of the threshold voltage are examined, and the results are shown in Table 3.

【0063】尚、従来構造の電界効果型半導体装置は図
12に示すような構成であり、第3実施例の半導体装置
との違いは、n型GaAs層43上に第1のInGaP
層44を介さずに第2のInGaP層45を形成した点
である。また、従来構造の半導体装置では第2のInG
aP層45の層厚を30nmとした。
The field effect type semiconductor device of the conventional structure has a structure as shown in FIG. 12, and the difference from the semiconductor device of the third embodiment is that the first InGaP layer is formed on the n-type GaAs layer 43.
The point is that the second InGaP layer 45 is formed without the layer 44 interposed therebetween. In the conventional semiconductor device, the second InG
The layer thickness of the aP layer 45 was 30 nm.

【0064】[0064]

【表3】 [Table 3]

【0065】表3から判るように、第3実施例の電界効
果型半導体装置は、従来構造のものと比べ、相互コンダ
クタンスの平均値、ゲート耐圧の平均値、閾値電圧の平
均値に関しては略同じであるが、閾値電圧の標準偏差に
関しては遙かに小さく、閾値電圧のばらつきが小さく、
優れている。これは、第3実施例の電界効果型半導体装
置では、Pt拡散層50eの拡散がInGaにおけるI
n割合が少ない第1のInGaP層44で抑えられ、ゲ
ート電極50と、チャネル層となるn型GaAs層43
との間の距離のばらつきが抑制されたためである。
As can be seen from Table 3, the average value of the mutual conductance, the average value of the gate breakdown voltage, and the average value of the threshold voltage of the field effect type semiconductor device of the third embodiment are substantially the same as those of the conventional structure. However, the standard deviation of the threshold voltage is much smaller, the variation of the threshold voltage is small,
Are better. This is because in the field-effect semiconductor device of the third embodiment, the diffusion of the Pt diffusion layer
The gate electrode 50 and the n-type GaAs layer 43 serving as a channel layer are suppressed by the first InGaP layer 44 having a small n ratio.
This is because variation in the distance between them is suppressed.

【0066】次に、本発明の実施の形態である第4実施
例の電界効果型半導体装置について説明する。
Next, a description will be given of a field-effect type semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【0067】図13は本発明の第4実施例の電界効果型
半導体装置の構成を示す断面図である。この第4実施例
の電界効果型半導体装置は共通のGaAs基板上に閾値
電圧が互いに異なる第1の動作部と第2の動作部とを有
する電界効果トランジスタである。
FIG. 13 is a sectional view showing the structure of a field-effect semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention. The field-effect semiconductor device of the fourth embodiment is a field-effect transistor having a first operation unit and a second operation unit having different threshold voltages on a common GaAs substrate.

【0068】この電界効果型半導体装置では、共通のG
aAs基板61上にはバッファ層として機能するアンド
ープのGaAs層62が形成され、GaAs層62上に
は第1動作部のチャネル層として機能するn型GaAs
層63Aと第2動作部のチャネル層として機能するn型
GaAs層63Bが形成されている。n型GaAs層6
3Aとn型GaAs層63BとはGaAs層62上に形
成された分離溝73を介して分離されている。
In this field effect type semiconductor device, the common G
An undoped GaAs layer 62 functioning as a buffer layer is formed on an aAs substrate 61, and an n-type GaAs functioning as a channel layer of a first operation unit is formed on the GaAs layer 62.
A layer 63A and an n-type GaAs layer 63B functioning as a channel layer of the second operation section are formed. n-type GaAs layer 6
3A and the n-type GaAs layer 63B are separated via a separation groove 73 formed on the GaAs layer 62.

【0069】一方のn型GaAs層63A上には第1の
AlGaAs層64Aが形成され、第1のAlGaAs
層64A上には第2のAlGaAs層65Aが形成さ
れ、第2のAlGaAs層65A上にはゲート電極の耐
圧を向上させるためのアンドープのGaAs層66Aが
形成されており、これらの層により第1動作部側の半導
体ウエハが構成されている。
On one n-type GaAs layer 63A, a first AlGaAs layer 64A is formed.
A second AlGaAs layer 65A is formed on the layer 64A, and an undoped GaAs layer 66A for improving the breakdown voltage of the gate electrode is formed on the second AlGaAs layer 65A. A semiconductor wafer on the operation section side is configured.

【0070】また、他方のn型GaAs層63B上には
第1のAlGaAs層64Bが形成され、第1のAlG
aAs層64B上には第2のAlGaAs層65Bが形
成され、第2のAlGaAs層65B上にはゲート電極
の耐圧を向上させるためのアンドープのGaAs層66
Bが形成されており、これらの層により第2動作部側の
半導体ウエハが構成されている。
A first AlGaAs layer 64B is formed on the other n-type GaAs layer 63B.
A second AlGaAs layer 65B is formed on the aAs layer 64B, and an undoped GaAs layer 66 for improving the breakdown voltage of the gate electrode is formed on the second AlGaAs layer 65B.
B are formed, and these layers constitute a semiconductor wafer on the second operation unit side.

【0071】前記各層の層厚、n型GaAs層63A、
63Bのドープ量は、上述の第1実施例と同様である。
The thickness of each layer, the n-type GaAs layer 63A,
The doping amount of 63B is the same as in the first embodiment.

【0072】第1動作部側の各層62、63A、64
A、65A、66Aには、所定間隔を隔ててn+層から
なる高濃度領域67Aa、67Abが形成されている。
高濃度領域67Aa、67Abは、Siがイオン注入さ
れて活性化され、寄生抵抗が低減している領域である。
高濃度領域67Aa上にはソース電極68Aが、高濃度
領域67Ab上にはドレイン電極69Aが夫々形成され
ている。
Each layer 62, 63A, 64 on the first operation section side
In A, 65A and 66A, high concentration regions 67Aa and 67Ab made of an n + layer are formed at predetermined intervals.
The high-concentration regions 67Aa and 67Ab are regions where Si is ion-implanted and activated to reduce the parasitic resistance.
A source electrode 68A is formed on the high concentration region 67Aa, and a drain electrode 69A is formed on the high concentration region 67Ab.

【0073】また、ソース電極68Aとドレイン電極6
9Aとの間には、ゲート電極(第1ゲート電極)70A
が形成されている。
The source electrode 68A and the drain electrode 6
9A, a gate electrode (first gate electrode) 70A
Are formed.

【0074】ゲート電極70Aは、GaAs層66上に
下方から順にPt層70a、Ti層70b、Pt層70
c、Au層70dが積層され、Pt層70aの下方には
該Pt層70aが拡散してなるPt拡散層70eが形成
されている。Pt拡散層70eは熱処理により形成さ
れ、GaAs層66A、第2のAlGaAs層65Aを
通り抜け、第1のAlGaAs層64Aの途中まで達し
ている。ゲート電極70の各層の膜厚は、Pt層70a
が20nm、Ti層70bが10nm、Pt層70cが
20nm、Au層70dが40nmであり、Pt拡散層
70eはGaAs層76の表面から27nm程度の深さ
まで拡散している。
The gate electrode 70A is formed on the GaAs layer 66 from the bottom in the order of a Pt layer 70a, a Ti layer 70b, and a Pt layer 70.
c, an Au layer 70d is laminated, and a Pt diffusion layer 70e formed by diffusing the Pt layer 70a is formed below the Pt layer 70a. The Pt diffusion layer 70e is formed by a heat treatment, passes through the GaAs layer 66A, the second AlGaAs layer 65A, and reaches halfway through the first AlGaAs layer 64A. The thickness of each layer of the gate electrode 70 is the Pt layer 70a.
Is 20 nm, the Ti layer 70b is 10 nm, the Pt layer 70c is 20 nm, the Au layer 70d is 40 nm, and the Pt diffusion layer 70e is diffused from the surface of the GaAs layer 76 to a depth of about 27 nm.

【0075】また、第2動作部側の各層62、63B、
64B、65B、66Bには、所定間隔を隔ててn+
からなる高濃度領域67Ba、67Bbが形成されてい
る。高濃度領域67Ba、67Bbは、Siがイオン注
入されて活性化され、寄生抵抗が低減している領域であ
る。高濃度領域67Ba上にはソース電極68Bが、高
濃度領域67Bb上にはドレイン電極69Bが夫々形成
されている。
Each of the layers 62 and 63B on the side of the second operation section,
In 64B, 65B, and 66B, high-concentration regions 67Ba and 67Bb made of an n + layer are formed at predetermined intervals. The high-concentration regions 67Ba and 67Bb are regions where Si is ion-implanted and activated to reduce the parasitic resistance. A source electrode 68B is formed on the high concentration region 67Ba, and a drain electrode 69B is formed on the high concentration region 67Bb.

【0076】また、ソース電極68Bとドレイン電極6
9Bとの間には、ゲート電極(第2ゲート電極)70B
が形成されている。
The source electrode 68B and the drain electrode 6
9B, a gate electrode (second gate electrode) 70B
Are formed.

【0077】ゲート電極70Bは、GaAs層66上に
下方から順にTi層70f、Pt層70g、Au層70
hが積層されている。尚、Ti層70fの下方には拡散
層は形成されていない。尚、図13において、71はS
iN膜、72はSiO2膜である。
The gate electrode 70B is formed on the GaAs layer 66 in this order from the bottom to the Ti layer 70f, the Pt layer 70g, and the Au layer 70.
h are stacked. Note that no diffusion layer is formed below the Ti layer 70f. In FIG. 13, reference numeral 71 denotes S
The iN film 72 is a SiO 2 film.

【0078】次に、上述の第4実施例の電界効果型半導
体装置を10個作成し、第1動作部と第2動作部の夫々
について、相互コンダクタンスの平均値、ゲート耐圧の
平均値、及び閾値電圧の平均値を調べ、その結果を表4
に示す。
Next, ten field-effect semiconductor devices according to the above-described fourth embodiment were manufactured, and the average value of the mutual conductance, the average value of the gate breakdown voltage, and The average value of the threshold voltage is checked, and the result is shown in Table 4.
Shown in

【0079】[0079]

【表4】 [Table 4]

【0080】表4から判るように、第4実施例の電界効
果型半導体装置は、第1動作部と第2動作部との閾値電
圧が異なっている。即ち、この第4実施例の電界効果型
半導体装置は、2種類の閾値電圧をもつ半導体装置とし
て機能する。
As can be seen from Table 4, in the field effect type semiconductor device of the fourth embodiment, the threshold voltages of the first operating section and the second operating section are different. That is, the field effect semiconductor device of the fourth embodiment functions as a semiconductor device having two types of threshold voltages.

【0081】尚、上述の実施例では、障壁層を2層の半
導体層で構成しているが、3層以上の半導体層で構成し
てもよい。
In the above embodiment, the barrier layer is composed of two semiconductor layers, but may be composed of three or more semiconductor layers.

【0082】また、本発明は上記実施例のMESFET
の構造に限らず、電子供給層とチャネル層とを有するH
EMT構造の電界効果型半導体装置にも適用可能であ
る。
The present invention also relates to the MESFET of the above embodiment.
H having an electron supply layer and a channel layer
The present invention is also applicable to a field effect type semiconductor device having an EMT structure.

【0083】[0083]

【発明の効果】本発明に依れば、閾値電圧のばらつきが
小さく、閾値電圧を容易に精度良く設定することが出来
る電界効果型半導体装置を提供し得る。
According to the present invention, it is possible to provide a field effect type semiconductor device in which the variation in threshold voltage is small and the threshold voltage can be easily and accurately set.

【0084】また、本発明によれば、閾値電圧が互いに
異なり、しかも精度良く設定されている複数のゲート電
極を有する電界効果型半導体装置を提供し得る。
Further, according to the present invention, it is possible to provide a field effect type semiconductor device having a plurality of gate electrodes having different threshold voltages and being set with high accuracy.

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

【図1】本発明の第1実施例の電界効果型半導体装置の
構成を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a field-effect semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1実施例の電界効果型半導体装置の
製造方法を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a method of manufacturing the field-effect semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1実施例の電界効果型半導体装置の
製造方法を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a method of manufacturing the field-effect semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1実施例の電界効果型半導体装置の
製造方法を示す図である。
FIG. 4 is a diagram illustrating a method of manufacturing the field-effect semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第1実施例の電界効果型半導体装置の
製造方法を示す図である。
FIG. 5 is a view illustrating a method of manufacturing the field-effect semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第1実施例の電界効果型半導体装置の
製造方法を示す図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating a method of manufacturing the field-effect semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

【図7】AlGaAs層に対するPtの拡散状態を示す
図である。
FIG. 7 is a diagram showing a state of diffusion of Pt into an AlGaAs layer.

【図8】第1実施例に対する比較例の電界効果型半導体
装置の構成を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a field-effect semiconductor device of a comparative example with respect to the first embodiment.

【図9】本発明の第2実施例の電界効果型半導体装置の
構成を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a field-effect semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.

【図10】第2実施例に対する比較例の電界効果型半導
体装置の構成を示す断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a field-effect semiconductor device of a comparative example with respect to the second embodiment.

【図11】本発明の第3実施例の電界効果型半導体装置
の構成を示す断面図である。
FIG. 11 is a sectional view showing a configuration of a field-effect semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

【図12】第3実施例に対する比較例の電界効果型半導
体装置の構成を示す断面図である。
FIG. 12 is a sectional view showing a configuration of a field-effect semiconductor device of a comparative example with respect to the third embodiment.

【図13】本発明の第4実施例の電界効果型半導体装置
の構成を示す断面図である。
FIG. 13 is a sectional view showing a configuration of a field-effect semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図14】従来の電界効果型半導体装置の構成を示す断
面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a conventional field-effect semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 GaAs基板(半導体基板) 3 GaAs層(チャネル層) 4 第1のAlGaAs層(第1障壁層) 5 第2のAlGaAs層(第2障壁層) 10 ゲート電極 10a Pt層(ゲート電極を構成する金属) 10e Pt拡散層 21 InP基板(半導体基板) 23 InGaAs層(チャネル層) 24 第1のInAlAs層(第1障壁層) 25 第2のInAlAs層(第2障壁層) 30 ゲート電極 30a Pt層(ゲート電極を構成する金属) 30e Pt拡散層 41 GaAs基板(半導体基板) 43 GaAs層(チャネル層) 44 第1のInGaP層(第1障壁層) 45 第2のInGaP層(第2障壁層) 50 ゲート電極 50a Pt層(ゲート電極を構成する金属) 50e Pt拡散層 61 GaAs基板(半導体基板) 63A GaAs層(チャネル層) 63B GaAs層(チャネル層) 64A 第1のAlGaAs層(第1障壁層) 64B 第1のAlGaAs層(第1障壁層) 65A 第2のAlGaAs層(第2障壁層) 65B 第2のAlGaAs層(第2障壁層) 70A ゲート電極(第1ゲート電極) 70a Pt層(ゲート電極を構成する金属) 70e Pt拡散層 70B ゲート電極(第2ゲート電極) 70f Pt層(ゲート電極を構成する金属) Reference Signs List 1 GaAs substrate (semiconductor substrate) 3 GaAs layer (channel layer) 4 First AlGaAs layer (first barrier layer) 5 Second AlGaAs layer (second barrier layer) 10 Gate electrode 10a Pt layer (constituting gate electrode) Metal) 10 e Pt diffusion layer 21 InP substrate (semiconductor substrate) 23 InGaAs layer (channel layer) 24 first InAlAs layer (first barrier layer) 25 second InAlAs layer (second barrier layer) 30 gate electrode 30 a Pt layer (Metal constituting gate electrode) 30e Pt diffusion layer 41 GaAs substrate (semiconductor substrate) 43 GaAs layer (channel layer) 44 First InGaP layer (first barrier layer) 45 Second InGaP layer (second barrier layer) Reference Signs List 50 gate electrode 50a Pt layer (metal constituting gate electrode) 50e Pt diffusion layer 61 GaAs substrate (semiconductor substrate) 63 GaAs layer (channel layer) 63B GaAs layer (channel layer) 64A First AlGaAs layer (first barrier layer) 64B First AlGaAs layer (first barrier layer) 65A Second AlGaAs layer (second barrier layer) 65B Second AlGaAs layer (second barrier layer) 70A Gate electrode (first gate electrode) 70a Pt layer (metal constituting gate electrode) 70e Pt diffusion layer 70B Gate electrode (second gate electrode) 70f Pt layer (gate electrode) Make up the metal)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村井 成行 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 冨永 久昭 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 4M104 AA05 BB05 BB06 BB09 BB10 BB14 CC01 CC03 DD16 DD17 DD34 DD68 FF07 GG12 5F102 GB01 GC01 GD01 GJ05 GJ06 GK04 GK05 GL04 GL05 GM04 GM05 GM06 GQ01 GR09 GS04 GT01 GV06 GV07 GV08 HC05 HC07 HC15 HC19  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shigeyuki Murai 2-5-5 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka Sanyo Electric Co., Ltd. (72) Inventor Hisaaki Tominaga 2-5-5 Keihanhondori, Moriguchi-shi, Osaka No. 5 Sanyo Electric Co., Ltd. F term (reference) 4M104 AA05 BB05 BB06 BB09 BB10 BB14 CC01 CC03 DD16 DD17 DD34 DD68 FF07 GG12 5F102 GB01 GC01 GD01 GJ05 GJ06 GK04 GK05 GL04 GL04 GL05 GM04 GM05 G04 G09 G04 G09 HC07 HC15 HC19

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上にチャネル層、障壁層が順
に形成され、該障壁層上にゲート電極が形成され、該ゲ
ート電極を構成する金属が前記障壁層まで拡散している
電界効果型半導体装置において、前記障壁層は第1障壁
層と第2障壁層からなり、前記第1障壁層は前記第2障
壁層に比べ前記ゲート電極を構成する金属が拡散しにく
い半導体材料によりなることを特徴とする電界効果型半
導体装置。
1. A field effect semiconductor in which a channel layer and a barrier layer are sequentially formed on a semiconductor substrate, a gate electrode is formed on the barrier layer, and a metal forming the gate electrode is diffused to the barrier layer. In the device, the barrier layer includes a first barrier layer and a second barrier layer, and the first barrier layer is made of a semiconductor material in which a metal forming the gate electrode is less likely to diffuse than the second barrier layer. Field-effect type semiconductor device.
【請求項2】 前記第2障壁層は前記第1障壁層よりも
低抵抗の半導体材料よりなることを特徴とする請求項1
記載の電界効果型半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second barrier layer is made of a semiconductor material having a lower resistance than the first barrier layer.
The field-effect-type semiconductor device according to the above.
【請求項3】 前記第1障壁層は前記第2障壁層よりも
前記チャネル層側に形成されていることを特徴とする請
求項1又は2記載の電界効果型半導体装置。
3. The field effect semiconductor device according to claim 1, wherein said first barrier layer is formed closer to said channel layer than said second barrier layer.
【請求項4】 前記ゲート電極を構成する金属がPtで
あることを特徴とする請求項1、2又は3記載の電界効
果型半導体装置。
4. The field-effect semiconductor device according to claim 1, wherein the metal constituting said gate electrode is Pt.
【請求項5】 前記第1、第2障壁層はAlGaAsか
らなり、前記第1障壁層は前記第2障壁層よりもAlの
割合が大きいことを特徴とする請求項1、2、3又は4
記載の電界効果型半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first and second barrier layers are made of AlGaAs, and the first barrier layer has a higher Al content than the second barrier layer.
The field-effect-type semiconductor device according to the above.
【請求項6】 前記第1、第2障壁層はInAlAsか
らなり、前記第1障壁層は前記第2障壁層よりもInの
割合が小さいことを特徴とする請求項1、2、3又は4
記載の電界効果型半導体装置。
6. The method according to claim 1, wherein the first and second barrier layers are made of InAlAs, and the first barrier layer has a smaller proportion of In than the second barrier layer.
The field-effect-type semiconductor device according to the above.
【請求項7】 前記第1、第2障壁層はInGaPから
なり、前記第1障壁層は前記第2障壁層よりもInの割
合が小さいことを特徴とする請求項1、2、3又は4記
載の電界効果型半導体装置。
7. The method according to claim 1, wherein the first and second barrier layers are made of InGaP, and the first barrier layer has a smaller proportion of In than the second barrier layer. The field-effect-type semiconductor device according to the above.
【請求項8】 半導体基板上にチャネル層、障壁層が順
に形成され、該障壁層に第1ゲート電極が形成され、該
第1ゲート電極を構成する金属が前記障壁層まで拡散し
ている第1動作部と、前記半導体基板上にチャネル層、
障壁層が順に形成され、該障壁層に第2ゲート電極が形
成され、前記第2ゲート電極を構成する金属が前記障壁
層まで拡散していない第2動作部とからなる電界効果型
半導体装置において、前記第1動作部側の障壁層は第1
障壁層と第2障壁層からなり、前記第1障壁層は前記第
2障壁層に比べ前記第1ゲート電極の金属が拡散しにく
い半導体材料によりなることを特徴とする電界効果型半
導体装置。
8. A semiconductor device comprising: a channel layer and a barrier layer formed in this order on a semiconductor substrate; a first gate electrode formed on the barrier layer; and a metal forming the first gate electrode diffused to the barrier layer. 1 operation part, a channel layer on the semiconductor substrate,
A field effect type semiconductor device comprising: a barrier layer formed in order; a second gate electrode formed on the barrier layer; and a second operating portion in which a metal forming the second gate electrode is not diffused to the barrier layer. , The barrier layer on the first operation unit side is a first barrier.
A field effect type semiconductor device comprising a barrier layer and a second barrier layer, wherein the first barrier layer is made of a semiconductor material in which the metal of the first gate electrode is less likely to diffuse than the second barrier layer.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002190588A (en) * 2000-12-20 2002-07-05 New Japan Radio Co Ltd Heterojunction fet
JP2011028602A (en) * 2009-07-28 2011-02-10 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Regulator circuit
JP2013211408A (en) * 2012-03-30 2013-10-10 Sumitomo Electric Device Innovations Inc Semiconductor device

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