JP2669325B2 - 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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電界効果トランジスタ
およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、ヘテロ界面での2次元電子ガスを
利用した電界効果トランジスタが、衛星通信、移動体通
信等の分野で盛んに利用されるようになっている。電界
効果トランジスタの製法に於いては、しきい電圧値を均
一に揃えるために選択エッチングを用いたリセス形成法
が試みられている。
【0003】GaAs基板に格子整合するAlGaAs
/GaAs系では、AlGaAsに対するエッチング速
度がGaAsに対するエッチング速度に比べて小さいこ
とを利用して、所望の深さまでリセスエッチングを行っ
ている。AlGaAs/GaAs系の選択エッチング技
術に関しては数多くの実験報告がなされているが、例え
ばジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・テクノ
ロジーズ、第B8巻、第5号、1122頁、1990年
(JOURNAL OF VACUUM SCIENC
E TECHNOLOGIES,VOL.B8,NO.
5,PP.1122,1990)記載の報告によれば、
クエン酸、過酸化水素水、水からなるエッチング液を用
いたもので、Al0.3 Ga0.7 Asに対するGaAsの
エッチング速度比(選択比)は90となっている。ま
た、ジャーナル・オブ・エレクトロケミカル・ソサイテ
ィ、ソリッドステート・サイエンス・アンド・テクノロ
ジー、第129巻、第10号、2380頁、1982年
(JOURNAL OFELECTROCHEMICA
L SOCIETY;SOLID−STATESCIE
NCE AND TECHNOLOGY,VOL.12
9,NO.10,PP.2380,1982)記載の報
告によれば、アンモニア水、過酸化水素水を混合したエ
ッチング液を用いたものでAl0.16Ga0.84Asに対す
るGaAsの選択比は30となっている。
【0004】ドライエッチング技術を用いたものでは、
例えばジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・
フィジックス、第20巻、第11号、L847頁、19
81年(JAPANESE JOURNAL OF A
PPLIED PHYSICS,VOL 20,NO.
11,PP.L 847,1981)に記載されてい
る。この例では、HeとCCl2 2 の混合ガスを用い
ており、Al0.3 Ga0.7 Asに対するGaAsの選択
比は200となっている。
【0005】AlGaAs/GaAs間にエッチング停
止層としてAl組成の大きいAlGaAs層を挿入し、
クエン酸を含むエッチング液で選択エッチングを行う方
法は、ジャーナル・オブ・エレクトロニック・マテリア
ルズ、21巻、第1号、9頁、1982年(JOURN
AL OF ELECTRONIC MATERIAL
S,VOL.21,NO.1,PP.9,1982)に
記載されている。図5は、この選択エッチング法を用い
て製作された2次元電子ガス電界効果トランジスタの要
部断面構造を示す引用図である。この図ではエッチング
停止層として、AlGaAsでも最もAl組成が大きい
Al1 Ga0 As、すなわちAlAsを用いている。A
lAsエッチング停止層14は、アンドープAl0.17G
a0.83A3 層13とGaAsキャップ層6の間に配され
ている。リセス9は、クエン酸、水、過酸化水素水を混
合したエッチング液によるエッチングで形成される。エ
ッチングがエッチング停止層14まで信号すると、エッ
チング速度が遅くなるため、リセス深さの高い均一性が
実現される。
【0006】GaAsに対するエッチング停止層として
AllnGaAs層を挿入し、ドライエッチングにて選
択エッチングする方法は特開平5−102194号公報
に記載されている。図6は、この選択エッチング法を用
いて製作されるMESFET(ショットキーゲート電界
効果トランジスタ)の製造工程を示す引用図である。こ
の図ではn−AlInGaAsエッチング停止層24
は、n−GaAsチャネル層23とn−GaAs層25
の間に配されている。リセス29は、例えばCCl2
2 をエッチングガスとしてRIE(反応性イオンエッチ
ング)法により形成される。エッチングはエッチング停
止層24まで進行すると、エッチング速度が遅くなるた
め、リセス深さの高い均一性が実現でされる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】クエン酸系、アンモニ
ア系などのエッチング液では、AlGaAs/GaAs
の選択比は十分にとれるもののn型に不純物ドープされ
たGaAsのエッチング速度が早く(例えば室温で30
0nm/分以上)、低温にしなければならないなど制御
性の確保に留意する必要があった。ドライエッチング法
に於いては、トランジスタの動作層へのダメージにより
特性劣化の問題があった。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の電界効
果トランジスタは、半絶縁性GaAs基板上に、電子親
和力の大きい第1の半導体層と、該第1の半導体層に比
べて電子親和力が小さい第2の半導体層がこの順に積層
された電界効果トランジスタに於いて、前記第2の半導
体層上にInAlAs層と、n型に不純物ドープされた
GaAs層とがこの順に積層されていることを特徴とす
る。
【0009】請求項2に記載の電界効果トランジスタの
製造方法は、半絶縁性GaAs基板上に、電子親和力の
大きい第1の半導体層と、該第1の半導体層に比べて電
子親和力が小さい第2の半導体層と、InAlAs層
と、n型に不純物ドープされたGaAs層とをこの順に
積層する工程と、リセス工程とを有し、該n型に不純物
ドープされたGaAs層をコハク酸を含むエッチング液
または酒石酸を含むエッチング液により選択的にリセス
エッチングを行うことを特徴とする。
【0010】
【作用】本発明によれば、ドライエッチング法によるリ
セス形成時のダメージを回避することができる。また、
コハク酸または酒石酸を含むエッチング液のGaAsに
対するエッチング速度は室温に於いても十分遅いため、
リセス深さの制御性を改善することができる。
【0011】
【実施例】本発明の電界効果トランジスタおよびその製
造方法の具体例について図面を参照して詳細に説明す
る。
【0012】(実施例1)図1(a)には、エピタキシ
ャル基板の一例を示す。半絶縁性GaAs基板1畳にア
ンドープGaAsバッファ層2が200nmの厚さで、
アンドープIn0.2 Ga0.8 Asチャネル層3が15n
mの厚さで、例えばSiなどの不純物が2×1018cm
-3の濃度でドープされたn−GaAsキャップ層6が6
0nmの厚さで、それぞれ例えば分子線エピタキシャル
成長法(MBE)により順次結晶成長されている。
【0013】このエピタキシャル基板上に、図1(b)
に示すソース電極7、ドレイン電極8を例えばAlGe
とNiの蒸着及びそれに続く熱処理アロイ工程により形
成する。
【0014】次にオーミック電極間に、リセス9を形成
する。例えば水1リットルに対しコハク酸200グラム
の割合で混合したものにアンモニアを加えることでPH
5.0に調整する。これに過酸化水素水0.24リット
ルを加えたものをエッチング液とする。摂氏20度に於
いて、このエッチング液を用いたInAlAsとGaA
sのエッチング速度の比は1対21である。このときの
GaAsのエッチング速度は毎分25nmである。
【0015】図3は、エッチング時間とエッチング量の
関係を示している。本実施例に於いて、キャップ層がエ
ッチングにより除去される時間を100%とすれば、エ
ッチング停止層がすべて除去される時間はその70%に
あたる。したがって、仮に全体のエッチング時間を13
5%に設定すれば、エッチング液の調合、温度等による
エッチング速度の変動が最大35%あったとしても、エ
ッチング量の変動を2nm以内に抑えることができる。
【0016】最後に図1(c)に示すように、リセス内
部に例えばTiとPtとAuからなるゲート電極10を
形成する。
【0017】形成された電界効果トランジスタは、In
0.2 Ga0.8 Asチャネル層3に形成される量子井戸に
2次元電子ガスが溜まり、この電子キャリアとして動作
する。本実施例により製造された電解効果トランジスタ
のしきい電圧値の標準偏差は30mVと良好な値を示
す。本実施例の電界効果トランジスタに於けるソース電
極7からIn0.2 Ga0.8 Asチャネル層3間の寄生抵
抗(ソース抵抗)は、ゲート幅1mm換算で0.4Ωあ
り、図4に示す従来構造の電界効果トランジスタのソー
ス抵抗とほぼ同じ値である、これはIn0.5 Al0.5
sエッチング停止層5によるソース抵抗の劣化がないこ
とを示している。
【0018】(実施例2)本実施例では、エッチング液
の組成を除いて、実施例1と同じ工程で電界効果トラン
ジスタを形成する。
【0019】エッチング液の調合は例えば次の通りであ
る。水1リットルに対し酒石酸160グラムの割合で混
合したものにアンモニアを加えることでPH5.0に調
整する。これに過酸化水素水0.17リットルを加えた
ものをエッチング液とする。摂氏20度に於いて、この
エッチング液を用いたInAlAsとGaAsのエッチ
ング速度の比は1対26である。このときのGaAsの
エッチング速度は毎分20nmである。
【0020】形成された電界効果トランジスタは、図1
に於いてIn0.2 Ga0.8 Asチャネル層3に形成され
る量子井戸に2次元電子ガスが溜まり、この電子をキャ
リアとして動作する。本実施例により製造された電界効
果トランジスタのしきい電圧値の標準偏差は28mVと
良好な値を示す。本実施例の電界効果トランジスタに於
けるソース電極7からIn0.2 Ga0.8 Asチャネル層
3の間の寄生抵抗(ソース抵抗)は、ゲート幅1mm換
算で0.4Ωであり図4に示す従来構造の電界効果トラ
ンジスタのソース抵抗とほぼ同じ値である。これは、I
0.5 Al0.5Asエッチング停止層5によるソース抵
抗の劣化がないことを示している。
【0021】(実施例3)本実施例に於いては、図1
(b)に示すn−GaAsキャップ層6を選択的にエッ
チング除去する工程までは、実施例1および実施例2と
同じである。この後、図2(a)に示すように、例えば
リン酸、過酸化水素水、水からなるエッチング液を用い
てアンドープInAlAsエッチング停止層5を除去す
る。エッチグはn−AlGaAs層4の途中まで進行す
る。しかしInAlAsエッチング停止層5はn−Ga
Asキャップ層6に比べて薄いので、リセス深さの均一
性を比較的良好に保ちながらリセス形成を行うことがで
きる。最後に図2(b)に示すように、リセス内部に例
えばTiとPtとAuからなるゲート電極10を形成す
る。
【0022】本実施例に於いてはゲート電極はAlGa
As電子供給層4上に形成されるため、実施例1および
実施例2に比べて高いショットキ障壁高さが得られる。
したがってゲート電流の抑制、大電流動作等が可能とな
る。以上、実施例1から実施例3により本発明の具体例
を説明した。
【0023】本発明では、InAlAsエッチング停止
層のIn組成比、膜厚はここに示したものに限定されな
い。これらの実施例に於いては、電子供給層の不純物分
布は一様ドープとしているが、これに限られるものでは
なく、例えば深さ方向に階段上に不純物濃度が変化した
り、不純物分布を局在させたり(例えばプレーナードー
プ)、電子供給層とチャネル層との間にアンドープのス
ペーサ層を設けたりすることなども可能である。さらに
InGaAsチャネル層の組成比または深さ方向での組
成比分布等に関しても、ここで示したものに限定されな
い。またチャネル自体へ直接不純物をドープすることも
できる。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、電界効果トランジスタ
のしきい電圧値を均一に制御できる。しかもInAlA
sエッチング停止層によりソース抵抗の劣化もない。本
発明に於いてはウェットエッチングプロセスを用いてい
るので、ドライエッチングでリセス形成行うときに問題
となるダメージによる特性劣化を回避することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電界効果トラジスタの製造工程を示す
断面図である。
【図2】本発明の電界効果トランジスタの製造工程を示
す断面図である。
【図3】本発明を説明するための図で、リセス形成時の
エッチング時間とエッチング量の関係を示した図であ
る。
【図4】選択エッチングを用いない、従来の製造方法で
形成された電界効果トランジスタの要部断面構造を示す
図である。
【図5】従来例として引用した電界効果トランジスタの
要部断面構造を示す図である。
【図6】従来例として引用した別の電界効果トランジス
タの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
1 半絶縁性GaAs基板 2 アンドープGaAsバッファ層 3 アンドープIn0.2 Ga0.8 Asチャネル層 4 n−Al0.2 Ga0.8 As電子供給層 5 アンドープIn0.5 Al0.5 Asエッチング停止
層 6 n−GaAsキャップ層 7 ソース電極 8 ドレイン電極 9 リセス 10 ゲート電極 11 アンドープAl0.17Ga0.83As層 12 不純物ドープ 13 アンドープAl0.17Ga0.83As層 14 AlAsエッチング停止層 21 半絶縁性GaAs基板 22 アンドープGaAsバッファ層 23 n−GaAsチャネル層 24 n−AllnGaAsエッチング停止層 25 n−GaAs層 26 n+ GaAsコンタクト層 27 ソース電極 28 ドレイン電極 29 リセス 30 ゲート電極

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半絶縁性GaAs基板上に、電子親和力
    の大きい第1の半導体層と、該第1の半導体層に比べて
    電子親和力が小さい第2の半導体層がこの順に積層され
    た電界効果トランジスタに於いて、前記第2の半導体層
    上にInAlAs層と、n型に不純物ドープされたGa
    As層とがこの順に積層されていることを特徴とする電
    界効果トランジスタ。
  2. 【請求項2】 半絶縁性GaAs基板上に、電子親和力
    の大きい第1の半導体層と、該第1の半導体層に比べて
    電子親和力が小さい第2の半導体層と、InAlAs層
    と、n型に不純物ドープされたGaAs層とをこの順に
    積層する工程と、リセス工程とを有し、リセス工程にお
    いて前記n型に不純物ドープされたGaAs層をコハク
    酸を含むエッチング液または酒石酸を含むエッチング液
    により選択的にリセスエッチングを行うこと特徴とする
    電界効果トランジスタ製造方法。
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US6797994B1 (en) 2000-02-14 2004-09-28 Raytheon Company Double recessed transistor

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