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Info
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/201—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys
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-
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- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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- H01L29/7783—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET using III-V semiconductor material
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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。
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。
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)。
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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))。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)
- 【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。 - 【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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62325053A JP2557430B2 (ja) | 1987-12-22 | 1987-12-22 | 電界効果トランジスタおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62325053A JP2557430B2 (ja) | 1987-12-22 | 1987-12-22 | 電界効果トランジスタおよびその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01166573A JPH01166573A (ja) | 1989-06-30 |
JP2557430B2 true JP2557430B2 (ja) | 1996-11-27 |
Family
ID=18172623
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62325053A Expired - Lifetime JP2557430B2 (ja) | 1987-12-22 | 1987-12-22 | 電界効果トランジスタおよびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2557430B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5172197A (en) * | 1990-04-11 | 1992-12-15 | Hughes Aircraft Company | Hemt structure with passivated donor layer |
US5508535A (en) * | 1992-01-09 | 1996-04-16 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Compound semiconductor devices |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2557346B2 (ja) * | 1986-05-21 | 1996-11-27 | オルガノ株式会社 | 水処理装置 |
-
1987
- 1987-12-22 JP JP62325053A patent/JP2557430B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH01166573A (ja) | 1989-06-30 |
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Legal Events
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