JP2005005646A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は超高速集積回路、ミリ波、マイクロ波集積回路等の能動素子として利用ができ、高周波数、高利得および低ノイズ等の優れた特性を有するヘテロ接合型電界効果トランジスタ等の半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開平6−120258号公報
【特許文献2】
特開平9−55494号公報
【非特許文献1】
R.Palla,J.C.Harmand,S.Biblemont,and A.Clei”AlInAs/GaInAs HEMT with AlInP barrier layer”,Proc.8th Int.Conf.On Indium Phosphideand Related Materials,pp.678−680,April 1996.
【非特許文献2】
T.Enoki,H.Ito,K.Ikuta,and Y.Ishii,”0.1−μm InAlAs/InGaAs HEMTs with an InP−recess−etch stopper grown by MOCVD”,Proc.7th Int.Conf.On Indium Phosphide and Related Materials,pp.81−84,May 1995.
【非特許文献3】
A.Endo,Y.Yamasita,K.Shinohara,M.Higasiwaki,K.Hikosaka,T.Mimura,S.Hiyamizu,and T.Matsui,”Fabrication Technologyand Device Perfomance
of Sub−50−nm−Gate InP−Based
High Electoron Mobility Transistor”,Jpn.J.Appl.Phys.,Vol,41(2002)pp.1094−1098.
従来技術として、一般的に用いられている基板にInPを用いたヘテロ接合型電界効果トランジスタの層構成に関して、その一例(例えば特許文献1参照)を説明する。
図2に示すように、InPからなる基板21上に、アンドープのInAlAsからなるバッファー層22が形成され、その上にアンドープのInGaAsからなるチャネル層23が形成されている。また、チャネル層23上にはアンドープのInAlAsからなるスペーサ層24が形成され、スペーサ層24の上にはn型のキャリアが発生するようにSiを添加(バルクドープ)したInAlAsキャリア供給層25が形成され、その上にアンドープのInAlAs層26とアンドープのInP層27からなるショットキー接合形成層が形成されている。特に、符号27のInP層はゲート加工時にゲート電極を形成する層でエッチングを自動的に停止させる機能を持っており、リセスエッチストッパー層と呼ばれている。また、スペーサ層、キャリア供給層、ショットキー接合形成層を合わせた層はバリア層と呼ばれている。
図2に示す符号27のリセスエッチストッパー層の材料には、InPの他、InAlPが用いられることがある(例えば非特許文献1参照)。また、ショットキー接合形成層としてリセスエッチストッパー層を用いない、InAlAsのみの構造も従来技術では多く用いられている。しかし、このようなリセスエッチストッパー層を用いない構造を用いてICを作製する際には、ゲート加工時のエッチング量を均一、かつ、高精度で制御する高度なプロセス技術が必要となる。 一方で、ショットキー接合形成層へのInPリセスエッチストッパー層の導入は、加エプロセスの再現性を良好にし、かつ、しきい値電圧(Vth)や伝達コンダクタンス(gm)の均一性を向上する特徴がある(例えば非特許文献3参照)。
【0003】
さらに、InPリセスエッチストッパー層27上には、ショットキー接合により形成されたゲート電極29が配置されている。また、ゲート電極29より所定の間隔を開けて、ソース電極30とドレイン電極31がSiを不純物として添加したバルクドープのn−InGaAsからなるコンタクト層28を介してオーミック接合により形成されている。
このヘテロ接合型電界効果トランジスタにおいては、キャリア供給層25から供給された電子により、チャネル層23内のスペーサ層24側界面付近に二次元電子ガスが形成される。そして、ソース電極30下の領域とドレイン電極31下の領域との間で、その二次元電子ガスの流れを、ゲート電極29に印加する電圧により制御することで装置を動作させている。キャリアである電子は、二次元電子となりアンドープ(低不純物)のチャネル層中を移動するので、不純物による散乱が抑制され、高速で移動することが可能になる。キャリア供給層にはバルクドープのn−InAlAsの他、n−InAlPが用いられることがある(例えば特許文献2参照)。以上のように、従来技術のショットキー接合形成層には、InP/InAlAs、InAlP/InAlAsの積層構造やInAlAsが用いられてきた。
ヘテロ接合型電界効果トランジスタ等で用いられる化含物半導体結晶の積層構造の形成(成長)には、一般的に、有機金属気相成長法(MOVPE)や分子線エピタキシャル成長法(MBE)が用いられる。InP基板上に、ヘテロ接合型電界効果トランジスタを成長する場合、構成材料の一部に、InAlAsのようなAlを含む材料が用いられることが多いが、Alは非常に活性なため不純物を取り込み易く、一般的に高品質結晶を得るためには高温成長(500℃以上)が必要となる。
ヘテロ接合型電界効果トランジスタの動作速度を向上するためには、ゲート長を短くして電子の走行距離を短くする方法が有効であるが、ゲート長を短くした場合にはショートチャネル効果によってトランジスタ特性が劣化する。また、このショートチャネル効果を抑制し、トランジスタを高速動作させるためには、バリア層とチャネル層を合わせた層の厚さを薄くすることが有効であると報告されている(例えぱ非特許文献3参照)。しかし、チャネル層は二次元電子ガスを蓄積するために、ある程度(10nm程度)の膜厚を維持する必要がある。このため、実際にはバリア層の薄層化が高速化におけるキー技術となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように、ヘテロ接合型電界効果トランジスタの動作速度を向上するには、バリア層の厚さを薄くすることが必要である。つまり、図2に示した構造の場合、符号24のスペーサ層、25のキャリア供給層、26と27からなるショットキー接合形成層の薄層化が必要となる。
しかしながら、ヘテロ接合型電界効果トランジスタの層構造を成長する温度は前記のように高温であるため、キャリア供給層にバルクドープされた不純物(通常Si)は、実際には熱拡散によりキャリア供給層を挟む上下の層へ広がっている。よって、例えぱ、図2に示した従来の構造で、符号24のスペーサ層を除去したり、また、極端に薄くした場合には、バルクドープされたSiがチャネル層まで到達し、チャネル層の不純物散乱が増大することで二次元電子ガスの電子移動度が低下する。よって、スペーサ層はある程度の膜厚(1〜3nm程度)が必用である。さらに、キャリア供給層へのドーピング方法としては前記のようにパルクドープの他、成長を一旦停止して成長面に二次元的に不純物をドーピングするプレーナードープを用いることができる。バルクドープの場合、ドーピングが行われているキャリア供給層の膜厚は、通常数nm〜数十nmであるが、プレーナードープを用いた場合には、ドーピング領域の厚さを極限の原子層まで薄層化することが可能になる。
【0005】
しかし、さらなるバリア層の薄層化を考えた場合には、ショットキー接合形成層を如何に薄層化するかが重要となる。図2に示したショットキー接合形成層を形成するInPリセスエッチストッパー層27は、十分なストッパー性能を達成するに通常5nm程度の膜厚が必要であり、これより薄層化した場合には、ストッパー性能が劣化し、期待したような均一なトランジスタ特性を得ることが困難となる。また、InPの厚さは十分な膜厚を維持した状態で、符号26のInAlAs層のみを薄層化することも考えられる。しかし、InPの障壁高さがInAlAsと比較して小さいために、InP/InAlAs構造でInAlAsを薄くした場合には、実効的なショットキー障壁高さが減少し、ゲートリークが増大する等、トランジスタ素子特性が劣化する問題が発生した。
【0006】
一方、InAlAsと障壁高さがほぼ同じInAlPを用いたInAlP/InAlAs構造では、InAlPの厚さを維持した状態でInAlAsの膜厚を薄くしてもショットキー障壁高さがInP/InAlAsほど減少しない。しかし、InAlPリセスエッチストッパーは歪系(InPに格子不整合)であり、また、活性なAlを含む層がプロセス表面に出るため、InPリセスエッチストッパー層と比較して再現性良く安定な特性が得られ難く、信頼性上の問題があった。
【0007】
本発明は上記従来技術における問題点を解決するために提案されたものであって、その目的とするところは、バリア層の薄層化によってヘテロ接合型電界効果トランジスタの特性劣化が生じないショットキー接合形成層を形成した半導体装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記本発明の目的を達成するために、本発明は特許請求の範囲に記載の構成とするものである。すなわち、
請求項1に記載のように、化合物半導体基板上にバッファー層、チャネル層、スペーサ層、キャリア供給層、ショットキー接合形成層となる化合物半導体層を順次積層した構造を持ち、また、前記ショットキー接合形成層上の所定部分にゲート電極、ソース電極およびドレイン電極を形成するヘテロ接合型電界効果トランジスタであって、前記ショットキー接合形成層が基板側より、InAlAsSbとInPを積層した構造を有する半導体装置とするものである。
【0009】
また、請求項2に記載のように、請求項1において、前記化合物半導体基板にInPを用いる半導体装置とするものである。
【0010】
また、請求項3に記載のように、請求項1において、前記チャネル層がGaAs、InAsの混晶であるInGaAsからなる半導体装置とするものである。また、請求項4に記載のように、請求項1において、前記スペーサ層がInAlAs、InAlAsSbまたはInAlPである半導体装置とするものである。
【0011】
また、請求項5に記載のように、請求項1において、前記キャリア供給層がn型不純物をプレーナードープしたInP、InAlP、InAlAsSbまたはInAlAsである半導体装置とするものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
〈実施の形態1〉
ここで、本発明の優れた特性を有するヘテロ接合型電界効果トランジスタの基本的な層構成について説明する。
本発明は、超高速集積回路を構成する能動素子であるヘテロ接合型電界効果トランジスタに関するものであって、ショットキー接合層を基板側から順にInAlAsSb層とInP層で構成していることが本発明のポイントである。InP層を含むことにより、リセスエッチストッパー機能を保持したまま、InAlAsSb層を含むことによりゲートリーク電流を1桁以上低減させることができるため、製造歩留まり良く、高性能のトランジスタ特性を実現し得るという効果を奏するものである。
【0013】
従来、リセスエッチストッパー性能を有するショットキー接合形成層にはInP/InAlAsやInAlP/InAlAsの積層構造が用いられてきた。また、前記のように良好なトランジスタ性が得られるInPリセスエッチストッパー層を用いたInP/InAlAsショットキー接合形成層では、バリア層の薄層化のためにInAlAsの膜厚を減少させた時、ゲートリークが増大し、トランジスタ特性劣化が発生した。
【0014】
InP/InAlAsの積層構造においてInAlAsの薄層化によって起きるゲートリークの増加は前記のように実効的なショットキー障壁高さが減少することにより起きていると考えられる。つまり、図2(従来構成)に示すInAlAsショットキー接合形成層26に、より障壁高さが大きな材料を用いれぱ、問題となっていたゲートリークが低減できる可能性がある。また、InPに格子整合するInAlAsのAl組成は0.48である。障壁高さを大きくする方法として、このAlの組成を大きくすることが考えられる。しかし、Al組成を大きくした場合、格子定数がInPと不整合となるため、歪によってテバイス特性が劣化することが懸念される。一方、Al組成を大きくしたInAlAsにSbを添加することで、格子を再びInPに格子整合させることが可能である。つまり、InP/InAlAsSbの積層構造を採用すれば、InPに格子整合し、かつ、薄層化によってもゲートリークが少ないショットキー接合形成層を形成することが可能と考えられる。
【0015】
InAlAsSbはIn0.52Al0.48AsからAlAs0.46Sb0.54まで、さまざまな組成でInPに格子整合するこが知られている。InAlAsSbの障壁高さをInAlAsよりも大きくするためには最低でもAl組成は原子比率で0.48以上にする必要がある。また、InAlAsSbのAl組成を大きくした場合、活性なAlを増加させ過ぎることは逆にデバイス特性を劣化させる。特に、Al組成が0.8程度以上の場合は、プロセス中に酸化が進みデバイス特性が安定しない問題も発生する。よって、Al組成が0.5から0.8程度の範囲のInAlAsSbが実用上は適している。
【0016】
バリア層の薄層化のためには、前記のようにキヤリア供給層のドーピング方法としてプレーナードープを採用した方が良い。また、図2(従来構成)に示されるSiをバルクドープしたn−InAlAsキャリア供給層25のプレーナードープを行うキャリア供給層の材料にはショットキー接合形成層と同じInAlAsSbの他、InAlAs、InP、InAlP等を用いることができる。また、特にInPやInAlPは、InAlAs系の材料で問題となっているフッ素によるキャリア補償がないためデバイスの信頼性の向上が期待できる。
【0017】
また、スペーサ層に関しては、InAlAsSbの他、従来用いられてきたInAlAsやInAlPを用いることもできるが、InPはInGaAsとのバンド不連続性が小さいためスペーサ層には適していない。
【0018】
本発明では、ショットキー接合形成層にInP/InAlAsSbの積層構造を用いることにより、ショットキー接合形成層にリセスエッチストッパー層としての機能を持たせた状態で、バリア層の薄層化によるヘテロ接合型電界効果トランジスタ特性の劣化の問題を解決できるようにしたものである。
【0019】
〈実施の形態2〉
以下、本発明の実施の形態2について図を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の形態における半導体装置の構成の一例を示す断面模式図である。図1において、InPからなる基板1上に、アンドープのInAlAsからなるバッファー層2を形成し、その上にアンドープInGaAsからなるチャネル層3が形成されている。
また、チャネル層3上に、アンドープのInAlAsからなるスペーサ層4を形成し、SiをプレーナードープしたInPキャリア供給層5を形成した後、さらに、アンドーブのInAlAsSbショットキー接合形成層6とアンドーブのInPリセスエッチストッパー層7からなるショットキー接合形成層を順次積層してバリア層が形成されている。本実施の形態では、符号6のInAlAsSbショットキー接合形成層の組成をIn0.4Al0.6As0.9Sb0.1とし、符号4、5、6、7からなる各層の膜厚をそれぞれ、3、2、5、5nmとした。さらに、バリア層の最上層のInPリセスエッチストッパー層7上に、ショットキー接合してゲート電極9が形成されている。また。ゲート電極9より所定の間隔を開けて、Siがバルクドープされたn−InGaAsからなるコンタクト層8を介し、ソース電極10とドレイン電極11がオーミック接合して形成されている。
【0020】
本発明の効果を明らかにするために、成長した直後のヘトロ接合型電界効果トランジスタ構造のエピウエハをクエン酸系エッチャントでエッチングした後、ホール効果測定によって、シートキャリア濃度と移動度の変化を測定した。その結果のシートキャリア濃度と移動度のエッチング時間変化を図3に示す。図3において、エッチング時間15秒程度まではシートキャリア濃度が減少し、それに伴い移動度が増加する傾向にあり、15秒以上のエッチングではシートキャリア濃度、移動度共に一定値となった。また、この時、値が一定となるシートキャリア濃度は約2×1012cm−2、移動度は約7300cm2/Vsであった。シートキャリア濃度、および、移動度の値が15秒以上のエッチングで一定になることは、n−InGaAs層がエッチング除去された後、エッチングが自動的に停止していることを示している。また、150秒までのエッチングにおいても値が一定で変化しないことは期待したようなストッパー性能が本発明のInP/InAlAsSbをショットキー接合形成層に用いた実施の形態で達成できていることを示している。
【0021】
さらに、問題となっていたゲートリークについて評価するため、図2(従来構成)に示した符号30のオーミック電極と符号29のショットキー電極間での電流−電圧特性の測定を行った。この逆電圧特性を図4に示す。この時、ショットキー電極は40μm×40μmの大きさの電極を用いた。また、図中には比較のために、図1(本発明構成)の符号6の層であるInAlAsSbをInAlAsに変更した従来構成の結果も同時に示している。従来のInP/InAlAsショットキー接合形成層を用いた場合、電圧が−1Vにおける逆方向電流値は−7.7×10−4Aであった。一方、InP/InAlAsSbショットキー接合形成層を用いた場合の逆方向電流値は−7×10−5Aであった。この結果から従来技術と比較して本発明のInP/InAlAsSbショットキー接合形成層では逆方向電流が約一桁低減することが確認できた。
【0022】
さらに、成長したウエハのプロセスを行い、ゲート長0.1μmのHEMTを作製、その特性を三端子測定法によって評価した。この結果、従来構造ではオン電圧2V、オフ電圧5V、ゲート・ドレーン間耐圧4VであったHEMTの特性が、本発明構造では、オン電圧4V、オフ電圧10V、ゲート・ドレーン間耐圧9Vになり、HEMTの耐圧特性が顕著に改善されていることが確認された。
【0023】
【発明の効果】
本発明によれば、薄層化によってヘテロ接合型電界効果トランジスタ特性の劣化の生じないショットキー接合形成層を有する半導体装置を実現することができる。
ヘテロ接合型電界効果トランジスタの動作速度を向上するためには、ショットキー接合形成層の厚さを薄くすることが有効であるが、ショットキー接合形成層を薄くした場合、実効的な障壁高さの減少ににより、ヘテロ接合型電界効果トランジスタに特性が劣化する問題があった。
本発明はリセスエッチストッパーとしての機能を持たせた状態で、十分な障壁高さを得ることができるInP/InAlAsSbの積層構造をショットキー接合形成層として採用することで、ショットキー接合形成層の薄層化に伴うトランジスタ特性の劣化の問題を解決できるようにした。
このことは、これまで良好な特性が得られなかった薄層化によっても設計通りのデバイス特性を得ることを可能にし、ヘテロ接合型電界効果トランジスタの更なる高速化を実現する上で大きな効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態で例示したヘテロ接合型電界効果トランジスタの断面構造を示す模式図。
【図2】従来のヘテロ接合型電界効果トランジスタの断面構造を示す模式図。
【図3】本発明の実施の形態で例示したエッチング時問を変化させた時のヘテロ接合電界効果トランジスタのシートキャリア濃度と移動度の変化を示すグラフ。
【図4】本発明の実施の形態で例示したオーミック電極とショットキー電極間の電流−電圧特性の測定結果を示すグラフ。
【符号の説明】
1…InP基板
2…InAlAsバッファー層
3…InGaAsチャネル層
4…InAlAsスペーサ層
5…SiをプレーナードープしたInPキャリア供給層
6…InAlAsSbショットキー接合形成層
7…InPリセスエッチストッパー層
8…n−InGaAsコンタクト層
9…ゲート電極
10…ソース電極
11…ドレイン電極
21…InP基板
22…InAlAsバッファー層
23…InGaAsチャネル層
24…InAlAsスペーサ層
25…Siをバルクドープしたn−InAlAsキャリア供給層
26…InAlAsショットキー接合形成層
27…InPリセスエッチストッパー層
28…n−InGaAsコンタクト層
29…ゲート電極
30…ソース電極
31…ドレイン電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device such as a heterojunction field effect transistor that can be used as an active element such as an ultrahigh-speed integrated circuit, a millimeter wave, and a microwave integrated circuit, and has excellent characteristics such as high frequency, high gain, and low noise. .
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
JP-A-6-120258 [Patent Document 2]
JP-A-9-55494 [Non-Patent Document 1]
R. Palla, J .; C. Harmand, S .; Biblemont, and A.B. Clei "AlInAs / GaInAs HEMT with AlInP barrier layer", Proc. 8th Int. Conf. On Indium Phosphide and Related Materials, pp. 678-680, April 1996.
[Non-Patent Document 2]
T.A. Enoki, H .; Ito, K .; Ikuta, and Y.K. Ishii, “0.1-μm InAlAs / InGaAs HEMTs with an InP-recess-etch stopper by MOCVD”, Proc. 7th Int. Conf. On Indium Phosphide and Related Materials, pp. 81-84, May 1995.
[Non-Patent Document 3]
A. Endo, Y .; Yamasita, K .; Shinohara, M .; Higasiwaki, K. et al. Hikosaka, T .; Mimura, S .; Hiyamazu, and T.K. Matsui, “Fabrication Technology and Device Performance
of Sub-50-nm-Gate InP-Based
High Electricon Mobility Transistor ", Jpn. J. Appl. Phys., Vol, 41 (2002) pp. 1094-1098.
As a conventional technique, an example (for example, refer to Patent Document 1) of a layer structure of a heterojunction field effect transistor using InP on a generally used substrate will be described.
As shown in FIG. 2, a
As a material of the recess etch stopper layer 27 shown in FIG. 2, InAlP may be used in addition to InP (see, for example, Non-Patent Document 1). In addition, a structure of only InAlAs that does not use a recess etch stopper layer as a Schottky junction formation layer is also often used in the prior art. However, when an IC is manufactured using such a structure that does not use a recess etch stopper layer, an advanced process technique for controlling the etching amount during gate processing uniformly and with high accuracy is required. On the other hand, the introduction of the InP recess etch stopper layer into the Schottky junction formation layer improves the reproducibility of the etching process and improves the uniformity of the threshold voltage (Vth) and transfer conductance (gm). There is a characteristic (for example, refer nonpatent literature 3).
[0003]
Further, a
In this heterojunction field effect transistor, a two-dimensional electron gas is formed in the vicinity of the
In general, metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) or molecular beam epitaxy (MBE) is used to form (grow) a stacked structure of compound semiconductor crystals used in heterojunction field effect transistors and the like. . When a heterojunction field effect transistor is grown on an InP substrate, a material containing Al, such as InAlAs, is often used as a part of the constituent material. However, since Al is very active, it is easy to incorporate impurities. Generally, high-temperature growth (500 ° C. or higher) is required to obtain high-quality crystals.
In order to improve the operating speed of heterojunction field effect transistors, it is effective to shorten the gate length to shorten the distance traveled by electrons. However, when the gate length is shortened, transistor characteristics are reduced by the short channel effect. Deteriorates. In addition, in order to suppress this short channel effect and operate the transistor at high speed, it has been reported that it is effective to reduce the total thickness of the barrier layer and the channel layer (for example, non-patent literature). 3). However, the channel layer needs to maintain a certain thickness (about 10 nm) in order to accumulate the two-dimensional electron gas. For this reason, the thinning of the barrier layer is actually a key technology for speeding up.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in order to improve the operation speed of the heterojunction field effect transistor, it is necessary to reduce the thickness of the barrier layer. That is, in the case of the structure shown in FIG. 2, it is necessary to thin the
However, since the temperature for growing the layer structure of the heterojunction field effect transistor is high as described above, impurities (usually Si) bulk-doped in the carrier supply layer actually sandwich the carrier supply layer by thermal diffusion. It spreads up and down. Therefore, for example, in the conventional structure shown in FIG. 2, when the
[0005]
However, when considering further thinning of the barrier layer, it is important how the Schottky junction forming layer is thinned. The InP recess etch stopper layer 27 that forms the Schottky junction formation layer shown in FIG. 2 usually requires a film thickness of about 5 nm in order to achieve sufficient stopper performance. The stopper performance deteriorates, and it becomes difficult to obtain uniform transistor characteristics as expected. It is also conceivable that only the InAlAs layer 26 is made thin while maintaining a sufficient thickness of InP. However, since the barrier height of InP is smaller than that of InAlAs, when the thickness of InAlAs is reduced in the InP / InAlAs structure, the effective Schottky barrier height decreases and gate leakage increases. There was a problem that the device characteristics deteriorated.
[0006]
On the other hand, in the InAlP / InAlAs structure using InAlP having almost the same barrier height as InAlAs, the Schottky barrier height does not decrease as much as InP / InAlAs even if the thickness of InAlAs is reduced while maintaining the thickness of InAlP. . However, the InAlP recess etch stopper is strained (lattice mismatch with InP), and a layer containing active Al appears on the process surface. Therefore, the InAlP recess etch stopper has stable characteristics with good reproducibility compared to the InP recess etch stopper layer. It was difficult to obtain and there was a problem in reliability.
[0007]
The present invention has been proposed in order to solve the above-described problems in the prior art, and the object of the present invention is to provide a Schottky in which the characteristics of the heterojunction field effect transistor do not deteriorate due to the thinning of the barrier layer. An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which a junction formation layer is formed.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object of the present invention, the present invention is configured as described in the claims. That is,
The compound semiconductor substrate according to
[0009]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the semiconductor device uses InP for the compound semiconductor substrate.
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the channel layer is a semiconductor device made of InGaAs which is a mixed crystal of GaAs and InAs. According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the spacer layer is a semiconductor device made of InAlAs, InAlAsSb, or InAlP.
[0011]
According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, the carrier supply layer is InP, InAlP, InAlAsSb, or InAlAs in which n-type impurities are planarly doped.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<
Here, a basic layer configuration of the heterojunction field effect transistor having excellent characteristics of the present invention will be described.
The present invention relates to a heterojunction field effect transistor, which is an active element constituting an ultrahigh-speed integrated circuit, and the Schottky junction layer is composed of an InAlAsSb layer and an InP layer in order from the substrate side. Is the point. By including the InP layer, the gate leakage current can be reduced by an order of magnitude or more by including the InAlAsSb layer while maintaining the recess etch stopper function, so that it is possible to realize high-performance transistor characteristics with high manufacturing yield. There is an effect.
[0013]
Conventionally, a stacked structure of InP / InAlAs or InAlP / InAlAs has been used for a Schottky junction formation layer having a recess etch stopper performance. In addition, in the InP / InAlAs Schottky junction formation layer using the InP recess etch stopper layer that provides good transistor properties as described above, when the thickness of the InAlAs is reduced for the purpose of thinning the barrier layer, Gate leakage increased and transistor characteristics deteriorated.
[0014]
In the InP / InAlAs stacked structure, the increase in gate leakage caused by the thinning of InAlAs is considered to be caused by the decrease in the effective Schottky barrier height as described above. That is, if a material having a higher barrier height is used for the InAlAs Schottky junction formation layer 26 shown in FIG. 2 (conventional configuration), there is a possibility that the gate leakage that has been a problem can be reduced. The Al composition of InAlAs that lattice matches with InP is 0.48. As a method for increasing the barrier height, it is conceivable to increase the Al composition. However, when the Al composition is increased, the lattice constant becomes inconsistent with InP, so there is a concern that the device characteristics may be deteriorated by strain. On the other hand, by adding Sb to InAlAs with an increased Al composition, the lattice can be lattice-matched with InP again. In other words, if a stacked structure of InP / InAlAsSb is employed, it is considered possible to form a Schottky junction formation layer that is lattice-matched to InP and has little gate leakage even by thinning.
[0015]
InAlAsSb is known to lattice match with InP with various compositions from In 0.52 Al 0.48 As to AlAs 0.46 Sb 0.54 . In order to make the barrier height of InAlAsSb larger than InAlAs, the Al composition must be 0.48 or more in atomic ratio at least. In addition, when the Al composition of InAlAsSb is increased, excessively increasing the active Al deteriorates the device characteristics. In particular, when the Al composition is about 0.8 or more, there is a problem that oxidation proceeds during the process and the device characteristics are not stabilized. Therefore, InAlAsSb having an Al composition in the range of about 0.5 to 0.8 is suitable for practical use.
[0016]
In order to reduce the thickness of the barrier layer, it is better to adopt planar doping as a doping method for the carrier supply layer as described above. Further, the material of the carrier supply layer for performing the planar doping of the n-InAlAs
[0017]
In addition to InAlAsSb, InAlAs and InAlP that have been conventionally used can be used for the spacer layer, but InP is not suitable for the spacer layer because of its band discontinuity with InGaAs.
[0018]
In the present invention, a heterojunction is formed by thinning the barrier layer in a state where the Schottky junction formation layer has a function as a recess etch stopper layer by using a laminated structure of InP / InAlAsSb for the Schottky junction formation layer. It is intended to solve the problem of deterioration of the characteristics of the type field effect transistor.
[0019]
<
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a
Further, a
[0020]
In order to clarify the effect of the present invention, the epitaxial wafer having a heterojunction field effect transistor structure immediately after growth was etched with a citric acid-based etchant, and then changes in sheet carrier concentration and mobility were measured by Hall effect measurement. . The resulting change in sheet carrier concentration and mobility in etching time is shown in FIG. In FIG. 3, the sheet carrier concentration decreases and the mobility tends to increase along with the etching time of about 15 seconds, and both the sheet carrier concentration and the mobility become constant values in the etching for 15 seconds or more. At this time, the sheet carrier concentration value is constant about 2 × 10 12 cm -2, the mobility was about 7300cm 2 / Vs. The fact that the sheet carrier concentration and the mobility value become constant after etching for 15 seconds or more indicates that the etching is automatically stopped after the n-InGaAs layer is removed by etching. In addition, it is shown that the stopper performance as expected can be achieved in the embodiment using the InP / InAlAsSb of the present invention as the Schottky junction formation layer even when the etching is performed up to 150 seconds and the value does not change. ing.
[0021]
Furthermore, in order to evaluate the problematic gate leakage, current-voltage characteristics were measured between the
[0022]
Further, the grown wafer was processed to produce a HEMT having a gate length of 0.1 μm, and its characteristics were evaluated by a three-terminal measurement method. As a result, the HEMT characteristics, which had an on voltage of 2 V, an off voltage of 5 V, and a gate-drain breakdown voltage of 4 V in the conventional structure, are an on voltage of 4 V, an off voltage of 10 V, and a gate-drain breakdown voltage of 9 V, It was confirmed that the pressure resistance characteristics of HEMT were remarkably improved.
[0023]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to realize a semiconductor device having a Schottky junction formation layer in which deterioration of heterojunction field effect transistor characteristics does not occur due to thinning.
In order to improve the operating speed of the heterojunction field effect transistor, it is effective to reduce the thickness of the Schottky junction formation layer. However, if the Schottky junction formation layer is reduced, the effective barrier height As a result, the heterojunction field effect transistor has a problem in that the characteristics deteriorate.
The present invention employs a stacked structure of InP / InAlAsSb capable of obtaining a sufficient barrier height in a state having a function as a recess etch stopper as a Schottky junction formation layer. It was made possible to solve the problem of deterioration of transistor characteristics due to thinning.
This makes it possible to obtain the device characteristics as designed even by thinning, for which good characteristics have not been obtained so far, and it has a great effect on realizing higher speed of the heterojunction field effect transistor. It is what you have.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a heterojunction field effect transistor exemplified in an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a conventional heterojunction field effect transistor.
FIG. 3 is a graph showing changes in sheet carrier concentration and mobility of a heterojunction field effect transistor when the etching time exemplified in the embodiment of the present invention is changed.
FIG. 4 is a graph showing measurement results of current-voltage characteristics between ohmic electrodes and Schottky electrodes exemplified in the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007073659A (en) * | 2005-09-06 | 2007-03-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Field-effect transistor |
KR100737376B1 (en) * | 2005-12-07 | 2007-07-09 | 한국전자통신연구원 | Pixel driver circuit with threshold voltage compensation circuit |
JP2007304472A (en) * | 2006-05-15 | 2007-11-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor optical modulator |
JP2011077516A (en) * | 2009-09-07 | 2011-04-14 | Sumitomo Chemical Co Ltd | Field-effect transistor, semiconductor substrate, and method of manufacturing field-effect transistor |
US8455860B2 (en) | 2009-04-30 | 2013-06-04 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Reducing source/drain resistance of III-V based transistors |
US8455929B2 (en) | 2010-06-30 | 2013-06-04 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Formation of III-V based devices on semiconductor substrates |
US8617976B2 (en) | 2009-06-01 | 2013-12-31 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Source/drain re-growth for manufacturing III-V based transistors |
US8674341B2 (en) | 2009-04-01 | 2014-03-18 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | High-mobility multiple-gate transistor with improved on-to-off current ratio |
US8816391B2 (en) * | 2009-04-01 | 2014-08-26 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Source/drain engineering of devices with high-mobility channels |
US9768305B2 (en) | 2009-05-29 | 2017-09-19 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Gradient ternary or quaternary multiple-gate transistor |
-
2003
- 2003-06-16 JP JP2003170486A patent/JP2005005646A/en active Pending
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007073659A (en) * | 2005-09-06 | 2007-03-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Field-effect transistor |
KR100737376B1 (en) * | 2005-12-07 | 2007-07-09 | 한국전자통신연구원 | Pixel driver circuit with threshold voltage compensation circuit |
JP2007304472A (en) * | 2006-05-15 | 2007-11-22 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Semiconductor optical modulator |
US10109748B2 (en) | 2009-04-01 | 2018-10-23 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | High-mobility multiple-gate transistor with improved on-to-off current ratio |
US9590068B2 (en) | 2009-04-01 | 2017-03-07 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | High-mobility multiple-gate transistor with improved on-to-off current ratio |
US8674341B2 (en) | 2009-04-01 | 2014-03-18 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | High-mobility multiple-gate transistor with improved on-to-off current ratio |
US8816391B2 (en) * | 2009-04-01 | 2014-08-26 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Source/drain engineering of devices with high-mobility channels |
US8927371B2 (en) | 2009-04-01 | 2015-01-06 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | High-mobility multiple-gate transistor with improved on-to-off current ratio |
US8455860B2 (en) | 2009-04-30 | 2013-06-04 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Reducing source/drain resistance of III-V based transistors |
US8674408B2 (en) | 2009-04-30 | 2014-03-18 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Reducing source/drain resistance of III-V based transistors |
US10269970B2 (en) | 2009-05-29 | 2019-04-23 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Gradient ternary or quaternary multiple-gate transistor |
US9768305B2 (en) | 2009-05-29 | 2017-09-19 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Gradient ternary or quaternary multiple-gate transistor |
US9006788B2 (en) | 2009-06-01 | 2015-04-14 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Source/drain re-growth for manufacturing III-V based transistors |
US8617976B2 (en) | 2009-06-01 | 2013-12-31 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Source/drain re-growth for manufacturing III-V based transistors |
CN102484077A (en) * | 2009-09-07 | 2012-05-30 | 住友化学株式会社 | Field effect transistor, semiconductor substrate, method for manufacturing field effect transistor, and method for producing semiconductor substrate |
JP2011077516A (en) * | 2009-09-07 | 2011-04-14 | Sumitomo Chemical Co Ltd | Field-effect transistor, semiconductor substrate, and method of manufacturing field-effect transistor |
US8455929B2 (en) | 2010-06-30 | 2013-06-04 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Formation of III-V based devices on semiconductor substrates |
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