JP2557430B2 - 電界効果トランジスタおよびその製造方法 - Google Patents

電界効果トランジスタおよびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、マイクロ波デバイス、集積回路などに用
いられるインジウム・リン(InP)基板上のn形アルミ
ニウム・インジウム・ヒ素(n−AlInAs)/ガリウム・
インジウム・ヒ素(GaInAs)へテロ接合を用いた電界効
果トランジスタおよびその製造方法に関する。
〔従来の技術〕
この種の電界効果トランジスタとして、従来第4図に
示すように、InP基板1の上にバッファ層2を介してGaI
nAs層3、n−AlInAs層4を積層し、その上にソース電
極5、ゲート電極6およびドレイン電極7を配置した構
造のものが報告されている(チェン(C.Y.Chen)他、ア
イ・イー・イー・イー エレクトロン デバイス レタ
ーズ(IEEE Electron Device Letters)EDL−3,NO.6,pp
152−155,1982年)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記のような従来構成では、ソース電極5とゲート電
極6との間にソース抵抗と呼ばれる寄生抵抗が存在し、
この寄生抵抗によって、相互コンダクタンスをはじめと
する電界効果トランジスタの重要な特性が支配されるこ
とから、このソース抵抗の低減が、電界効果トランジス
タとしての特性を向上させるために重要な課題となって
いた。
そこでこの発明は、InP基板上のn−AlInAs/GaInAsヘ
テロ接合を用いた電界効果トランジスタにおいて、ソー
ス抵抗を低減できる構造およびその製造方法を提供する
ことを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明の電界効果トランジスタは、n−AlInAs層上
に、開口を有する厚さ略0.03μmのInP層および厚さ0.1
から1.0μmのn−GaInAs層を積層し、このn−GaInAs
層上にソース・ドレイン電極を配置するとともに、上記
開口部下のn−AlInAs層上にゲート電極を配置してあ
る。
また、この発明の電界効果トランジスタの製造方法
は、n−AlInAs層上にInP層およびn−GaInAs層をそれ
ぞれ厚さ略0.03μmおよび0.1から10μmに順次形成
し、その上にソース・ドレイン電極を形成する一方、ゲ
ート電極形成領域に開口を有するエッチングマスクを用
い、はじめにInP層に対しn−GaInAs層を選択的に除去
するエッチング手段により上記開口部下およびその周辺
近傍のn−GaInAs層、次いでn−AlInAs層に対しInP層
を選択的に除去するエッチング手段により上記開口部下
およびその周辺近傍のInP層を除去した後、上記エッチ
ングマスクをマスクとしてその開口部下のn−AlInAs層
上にゲート電極を形成する。
〔作用〕
この発明によれば、ソース電極をゲート電極との間に
低抵抗のn−GaInAs層を挿入したことによりその間の抵
抗が低減されている。また、作製される電界効果トラン
ジスタの特性は、n−AlInAs層の厚さに依存するが、こ
のn−AlInAs層と上記n−GaInAs層との間にInP層を介
在させ、n−GaInAs層のパターニングの際に、その下の
n−AlInAs層の層厚に変化を与えることを防いでいる。
さらに、n−GaInAs層およびInP層の形成とゲート電極
の形成を、同一のマスクを利用して自己整合的に行なう
ことで高い位置合せ精度を得、n−GaInAs層とゲート電
極間の間隔を狭くすることを可能にしている。
〔実施例〕
以下、添付図面の第1図ないし第3図を参照して、こ
の発明の一実施例を説明する。なお、図面の説明におい
て同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省
略する。
第1図は、この発明の一実施例に係る電界効果トラン
ジスタの断面図である。なお、次の第2図においても同
様であるが、図面上の寸法は各部の実際の寸法の関係を
示していない。
第1図において、ソース電極5とゲート電極6との間
に、n−GaInAs層11を挿入してある。このようにソース
およびゲート両電極間に低抵抗層を挿入してその間の抵
抗の低減をはかる技術はリセス構造として知られている
が、本発明ではこれにn−GaInAs層を用いており、GaIn
Asが、同じくInP層基板上に形成可能なAlInAsやInPに比
較しても非常に低抵抗であるところから、ソース抵抗を
顕著に低減できる。
また、一般にこの種の電界効果トランジスタの特性
は、n−AlInAs層4の厚さに依存する。例えば、この厚
さが50Å程度薄くなるとしきい値は0.5V近く変動する。
そこで、このn−AlInAs層4をはじめとする各エピタキ
シャル層は、MOVPE(Metal Organic Vapor Phase Epita
xy)法、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法などの技術
により制御性良く作製されるが、本発明のようにリセス
構造を利用する場合はさらに、リセス部の形成に際して
n−AlInAs層4の層厚に影響を与えないよう配慮する必
要がある。
そこで本発明では、n−AlInAs層4とn−GaInAs層11
との間にさらにInP層12を介在させている。このInP層12
を設けることで、n−GaInAs層11のエッチングの際にIn
P層12をエッチングせず、InP層12のエッチングの際にn
−AlInAs層4をエッチングしない各エッチング手段の選
択が容易となり、n−AlInAs層4に影響を与えることな
くリセス部を形成できる。
ところで、このようなリセス構造では、低抵抗のn−
GaInAs層11とゲート電極6との間隔を狭くする必要があ
る。そこで本発明では、次に第2図を用いて説明するよ
うに、リセス部の形成に用いたと同様のマスクを用いて
ゲート電極6の形成を行なう。このように同一のマスク
を用いてリセス部の形成とゲート電極6の形成とを自己
整合的に行なうことにより、n−GaInAs層11とゲート電
極6との間隔を0.5μm以下にまで制御することが可能
となる。
次に、第2図によりこの電界効果トランジスタの製造
方法の一例を説明する。
半絶縁性のInP基板1の上に、例えばMOVPE法によりバ
ッファ層2を介してGaInAs層3、n−AlInAs層4、InP
層12、n−GaInAs層11を順次積層する(同図(a))。
ここでバッファ層2は、InP基板1中の不純物の拡散等
を抑制するために設けたもので、必ずしもなくてもよ
い。本実施例では、このバッファ層2はInPにより0.2μ
mの厚さに形成した。その上の各層の厚さは、GaInAs層
3を約0.1μm、n−AlInAs層4を約300Å、InP層12を
約300Å、n−GaInAs層11を約0.3μmとした。
次いで誘電体層13を構成するシリコン窒化膜SiNを全
面に0.1μmの厚さで形成し、その上に形成したレジス
トパターン(図示せず)を用いて、ソース・ドレイン電
極形成領域の窒化膜をフッ酸により除去する。その後Au
Geなどからなるオーミック金属を蒸着し、ソース・ドレ
イン電極5,7とする(同図(b))。前述したように、
n−GaInAs層11とゲート電極6との間隔は狭くする必要
があるが、両者が接触してしまっては、ゲートリーク電
流が発生する。このため、本発明ではn−GaInAs層11の
エッチングの際に、厚さ方向のみならず横方向にもエッ
チングされるサイドエッチの現象を利用して、自動的に
適度な間隔を得るもので、誘電体層13は、このn−GaIn
As層11のエッチングの際、レジストパターンからなるマ
スクの下端部を補強し、所望のサイドエッチ量を精度良
く得るのに役立つものである。
次に、ゲート電極形成領域に開口を有するレジストパ
ターン14を形成し(同図(c))、これをマスクとし
て、まずフッ酸を用いたウェットエッチングにより、上
記開口部下の誘電体層13を除去する(同図(d))。こ
の場合CF4ガスなどによるドライエッチングを用いても
よい。
引き続き、リン酸を含むエッチング液により上記開口
部下および周辺近傍のn−GaInAs層11を除去し(同図
(e))、次に塩酸を含むエッチング液によりInP層12
を除去する(同図(f))。この場合、n−GaInAs層11
のエッチング液はInP層12をエッチングせず、InP層12の
エッチング液はn−AlInAs層4をエッチングしない。ま
た、リン酸によるエッチングの際にエッチング時間を制
御することにより、n−GaInAs層11とゲート電極6との
間隔を所定の値に制御することができる。n−GaInAs層
11が厚すぎると、このときのサイドエッチ量が大きくな
り、n−GaInAs層11とゲート電極6との間隔が広くな
る。
第3図に、この間隔とn−GaInAs層11の層厚との関係
を示す。同図から、上記間隔をソース抵抗の低減に有効
な0.5μm以下とするためにはn−GaInAs層11の厚さは
0.1〜1.0μmの範囲内が望ましいことがわかる。
次いで、アルミニウム(Al)などよりなるゲート金属
15を全面に蒸着する(第2図(g))。最後に、レジス
トパターン14および誘電体層13を除去することにより不
要な領域の金属が除去され、開口部下のn−AlInAs層4
の上に残された部分がゲート電極6を形成する(同図
(h))。
この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、
種々の変形が可能である。
例えばn−GaInAs層11のエッチングは、リン酸を含む
エッチング液に限らず、硫酸:過酸化水素水混合液で行
なってもよい。同様にInP層12のエッチングには、臭
素:メタノール混合液を用いてもよい。また、誘電体層
13として窒化膜の代りにSiO2などを用いてもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように、この発明によれば、InP基板上
のn−AlInAs/GaInAsヘテロ接合を用いた電界効果トラ
ンジスタにおいて、n−AlInAs層上に、厚さ略0.03μm
のInP層および厚さ0.1から1.0μmのn−GaInAs層を介
してソース・ドレイン電極を配置する一方、InP層およ
びn−GaInAs層の開口部下のn−AlInAs層上にゲート電
極を配置したことにより、ソース抵抗が低減でき、相互
コンダクタンス500mS/mm以上、しゃ断周波数20GHz以上
の電界効果トランジスタが得られる効果がある。
また、InP層を介在させ、エッチングを2段階に分け
て行なうことにより、n−AlInAs層の厚さに影響を与え
ずにn−GaInAs層を加工することを可能とし、しかもn
−GaInAs層のパターニングと同一のマスクを用いてゲー
ト電極を自己整合的に形成することで、上記電界効果ト
ランジスタを容易に精度良く作製できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す電界効果トランジス
タの断面図、第2図はその製造方法の一例を示す工程断
面図、第3図はn−GaInAs層とゲート電極間の間隔と、
n−GaInAs層厚との関係を示す図、第4図は従来例を示
す断面図である。 1……InP基板、3……GaInAs層、4……n−AlInAs
層、5……ソース電極、6……ゲート電極、7……ドレ
イン電極、11……n−GaInAs層、12……InP層、13……
誘電体層、14……レジストパターン。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】InP基板上にGaInAs層およびn−AlInAs層
    を順次積層してなるn−AlInAs/GaInAsヘテロ接合を用
    いた電界効果トランジスタにおいて、 前記n−AlInAs層上に、開口を有するInP層およびn−G
    aInAs層を積層し、このn−GaInAs層上にソース・ドレ
    イン電極を配置するとともに、上記開口部下の前記n−
    AlInAs層上にゲート電極を配置し、前記n−GaInAs層の
    厚さを0.1〜1.0μmとし、前記InP層の厚さを略0.03μ
    mとし、前記n−GaInAs層と前記ゲート電極との間隔が
    0.5μm以下であることを特徴とする電界効果トランジ
    スタ。
  2. 【請求項2】InP基板上にGaInAs層、n−AlInAs層を順
    次積層し、さらにその上にInP層を略0.03μmの厚さ
    に、n−GaInAs層を0.1〜1.0μmの厚さに順次積層し、
    前記n−GaInAs層上にソース・ドレイン電極を形成する
    一方、ゲート電極形成領域に開口を有するエッチングマ
    スクを用い、はじめに前記InP層に対し前記n−GaInAs
    層を選択的に除去するエッチング手段により、次に前記
    n−AlInAs層に対し前記InP層を選択的に除去するエッ
    チング手段により、前記開口部下およびその周辺近傍の
    前記n−GaInAs層と前記InP層とを順次除去した後、全
    面にゲート電極を構成する導電材層を形成し、その後、
    上記エッチングマスクをその上の前記導電材層とともに
    除去することにより、前記開口部下に露出した前記n−
    AlInAs層上のみに前記導電材層を残してゲート電極を形
    成することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方
    法。
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