JP3131267B2 - 電界効果トランジスタ - Google Patents

電界効果トランジスタ

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JP3131267B2 JP04033353A JP3335392A JP3131267B2 JP 3131267 B2 JP3131267 B2 JP 3131267B2 JP 04033353 A JP04033353 A JP 04033353A JP 3335392 A JP3335392 A JP 3335392A JP 3131267 B2 JP3131267 B2 JP 3131267B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は表面に導電型半導体層
を有する化合物半導体基板上に形成された高ゲート耐圧
を有する電界効果トランジスタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6は従来のこの種の電界効果トランジ
スタを示す配置図であり、図7は図6中の楕円部を示す
部分の拡大図である。図において、1は基板上に形成さ
れたゲート電極、2はゲート電極1の両側に設けたソー
ス・ドレイン電極であって、3はゲート電極1を形成し
たリセスのリセスエッジ、4は硼素(B)や水素(H)
をイオン注入することにより形成したアイソレーション
層、5はアイソレーション層4で囲まれたn−GaAs
活性層である。なお、図中、明確ではないが、ゲート電
極パッド部の下方もアイソレーションされている。
【0003】一般に、エピタキシャル成長法により形成
された導電層(例えば、n−GaAs層)を有する半導
体基板上に電界効果トランジスタ、もしくは集積回路を
形成する場合、各素子間での電気的な分離を行なうため
に電界効果トランジスタ周辺はメサエッチングするか、
もしくは図6に示すように硼素(B)や水素(H)をイ
オン注入することにより導電キャリアをなくすアイソレ
ーション層4を形成する方法がとられている。現状では
プロセス上の容易さから主として後者のアイソレーショ
ン層を形成する方法が広く採用されている。この場合、
ゲートフィンガーのソース・ドレイン電極入口部での活
性層とアイソレーション層の界面は、一般に図7に示す
ようにソース電極とドレイン電極を結ぶ線上に一致する
ように形成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】高出力用電界効果トラ
ンジスタでは高性能化のために動作層領域でのゲート電
極とドレイン電極間耐圧の向上が必要なことは周知のこ
とである。また、エピタキシャル成長法で形成された導
電層を有する半導体基板上に高出力用の電界効果トラン
ジスタを形成する場合には、上述のようにイオン注入に
よるアイソレーション層を形成する必要があり、従って
アイソレーション層の絶縁耐圧も重要な要素である。
【0005】しかしながら、イオン注入により形成され
たアイソレーション層は、結晶にダメージを与えるもの
であるため、アイソレーション層の絶縁耐圧はn−Ga
As結晶そのものの絶縁耐圧よりも低くなりがちであ
る。例えば、n−GaAs層への硼素(B)注入により
形成したアイソレーション層の絶縁破壊特性を示す図8
において、オーミック電極間距離Dが2μmの時のアイ
ソレーション層の破壊電圧は、大きく見積っても20V
程度であるから、破壊電界は近似的には20V/2×1
-4cmで105 V/cmとなり、これは一般に云われ
ているGaAs結晶そのものの絶縁耐圧7×105 V/
cmに比べて低くなっている。従って、従来の電界効果
トランジスタ構造で空乏層内のなだれ破壊電圧が20V
を超える場合には、図7に示すようにドレイン電極2の
端部とアイソレーション界面の接点Aとゲート電極1と
アイソレーション界面の接点BのAB間でのアイソレー
ション層の破壊電圧をも20V以上にする必要があり、
この場合にはAB間距離を20/105 cm=2μm以
上としなければならない。しかしながら、一方でゲート
電極とソース・ドレイン電極間距離を増大させることは
ソース抵抗を増大させることとなり、電界効果トランジ
スタの特性を劣化させるという問題があった。
【0006】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたものであり、イオン注入法でアイソレ
ーション層を形成して素子分離された電界効果トランジ
スタにおいて、高ゲート耐圧を有し、かつ低ソース抵抗
を有する高性能の電界効果トランジスタを得ることを目
的とする。
【0007】
【課題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、半導体基板上の周辺にイオン注入法により
形成したアイソレーション層の界面とゲート電極との接
点とソース・ドレイン電極端とを結ぶアイソレーション
界面に沿った距離をゲート電極とソース・ドレイン電極
間距離を変えることなく増大させることを可能にしたも
のである。
【0008】
【作用】この発明における電界効果トランジスタでは、
半導体基板上の電界効果トランジスタを形成する周辺に
イオン注入法により形成したアイソレーション層の界面
とゲート電極との接点と、ソース・ドレイン電極端とア
イソレーション界面との接点を結ぶアイソレーション界
面に沿った距離をゲート電極とソース・ドレイン電極間
距離を何ら変えることなく増大させることにより、アイ
ソレーション層に印加される電界を緩和させることがで
き、これによって高耐圧で、かつ低ソース抵抗を有する
高性能の電界効果トランジスタを得ることができる。
【0009】
【実施例】以下、この発明の実施例を図に基いて詳細に
説明する。 実施例1 図1はこの発明の一実施例を示す配置図であり、図2は
図1中の楕円部分の拡大図である。図において1は基板
上のn−GaAs層5上に形成されたゲート電極、2は
n−GaAs層5上のゲート電極1の両側に形成したソ
ース・ドレイン電極、3はリセスエッジ、4はアイソレ
ーション層であり、5のn−GaAs導電層はアイソレ
ーション層4で囲まれている。このアイソレーション層
4はエピタキシャル成長法にて基板上に形成したn−G
aAs層5の電界効果トランジスタを形成する部分をフ
オトレジストのパターニングにてマスクし、後で形成す
るソース・ドレイン電極2とゲート電極1との間のn−
GaAs層5の面積が図2のように増大するように硼素
(B)をイオン注入することにより形成される。その
後、所要位置にソース・ドレイン電極2およびゲート電
極1を蒸着、リフトオフにて形成した。
【0010】このように、n−GaAs層5の面積が増
大するように直線のアイソレーション界面を形成するこ
とによって、ゲート電極1と注入アイソレーション界面
の接点Bと、ドレイン電極端Aとの距離を増大させるこ
とにより注入アイソレーション層4に印加される最大電
界を緩和し、トランジスタの絶縁耐圧を向上させること
ができる。20V以上の耐圧を得るには、図2中のゲー
ト電極1とドレイン電極2との距離aを1.5μmとし
た場合にAB間距離を2μm以上とするにはbを1.3
3μmとすればよい。なお、上記ではゲート電極1と注
入アイソレーション層4の界面との接点Bについて一方
のドレイン電極側についてのみ説明したが、他方のソー
ス電極側の接点についても同様にして形成することは勿
論である。
【0011】実施例2 ゲート電極1とドレイン電極2間におけるアイソレーシ
ョン層4とn−GaAs層5との界面が図3のようにn
−GaAs層5からみて外側に円弧状となるように、n
−GaAs層5上の電界効果トランジスタ形成部分をフ
オトレジストのパターニングによってマスクしておいて
硼素(B)のイオン注入を行ってアイソレーション層4
を形成した。その後n−GaAsの所要位置にソース・
ドレイン電極2およびゲート電極1を蒸着リフトオフに
て形成した。このようにゲート電極1とドレイン電極2
との間のアイソレーション層4とn−GaAs層5の界
面を円弧状に形成したことによって、該界面を直線状に
形成した実施例1の場合よりゲート電極1と注入アイソ
レーション界面との接点Bとドレイン電極端Aとの距離
を長くすることができる。
【0012】このようにアイソレーション界面が円弧状
の場合、注入アイソレーション層4に印加される最大電
界が円弧に沿って接点Bからドレイン電極端Aに向かう
時、アイソレーション層界面が円弧状で直線よりも距離
が長くなるため、AB間に印加される電界は緩和され
て、なお一層注入アイソレーション層の絶縁耐圧の向上
をはかることができる。なおドレイン電極端Aから接点
Bに向かう注入アイソレーション界面がn−GaAs層
からみて外側に円弧状になるような場合で、該界面の総
距離が直線ABよりも長くなるような形状であれば、必
ずしも界面は円弧状でなくても折れ線であっても同様の
効果を得ることができる。
【0013】実施例3 注入アイソレーション層4に印加される電界を緩和させ
るにはゲート電極1と注入アイソレーション界面との接
点Bとドレイン電極端Aとの距離を増大させればよいこ
とから、本実施例3では図4のようにアイソレーション
層4を基板上に形成したのち、ソース・ドレイン電極2
のゲート電極1との間隔を図のように注入アイソレーシ
ョン界面近傍のみを広げるようにパターニングして所要
位置にソース・ドレイン電極2を、さらにゲート電極1
を蒸着、リフトオフにて形成した。これによってソース
抵抗を決定するn−GaAs層内でのソース・ドレイン
電極2の間隔を拡げることなくゲート電極1と注入アイ
ソレーション界面との接点Bとドレイン電極端2との距
離を、例えば2μm以上に増大させることができて、A
B間に印加させる電界を緩和することができ、高耐圧で
かつ低ソース抵抗の電界効果トランジスタを得ることが
できる。
【0014】参考例 図5は参考例を示すものであり、注入アイソレーション
界面をソース・ドレイン電極エッジよりn−GaAs層
5が増大する方向へシフトさせたものである。即ち、イ
オン注入によりアイソレーション層4を形成したのち、
図5のようにソース・ドレイン電極2をアイソレーショ
ン層4に接しないように間隙を設けて形成すればよい。
このように、アイソレーション層4界面が接しないよう
にソース・ドレイン電極2を形成したことにより、アイ
ソレーション層4に印加される電界を注入アイソレーシ
ョン界面とn−GaAs層間のフェルミ準位のためn−
GaAs層内に生じる空乏層電界により緩和させること
ができる。注入アイソレーション界面とソース・ドレイ
ン電極エッジ間距離は、上記空乏層がソース・ドレイン
電極エッジに届かない程度に離しておけばよい。また、
あまり離しすぎると、ソース抵抗の増大を招く。例えば
n−GaAs層の濃度が1.5E17/cm3 で、ドレ
イン電圧が15Vであれば、アイソレーション界面とソ
ース・ドレイン電極エッジ間距離Wは、W=〔2ε(V
bi−Vd−KT/qNd〕1/2 (但し、ε:GaAs
の誘電率、Vbi:n−i界面でのビルトイン電圧、V
d:ドレイン電圧、q:電荷素量、K:ボルツマン定
数、Nd:ドーパント濃度)の式によって約0.4μm
が与えられる。電界効果トランジスタをこのように構成
することによって、高耐圧でかつ低ソース抵抗のものを
得ることができる。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
注入アイソレーション界面とゲート電極との接点と、ド
レイン電極端とを結ぶアイソレーション界面の距離をゲ
ート電極とソース・ドレイン電極間の距離を変えること
なく増大させることができ、これによって注入アイソレ
ーション層に印加される電界を緩和することができ、高
耐圧でかつ低ソース抵抗を有する高性能の電界効果トラ
ンジスタを得ることができるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例よりなる電界効果トランジ
スタを示す配置図である。
【図2】図1中の楕円内の拡大図である。
【図3】この発明の他の実施例よりなる電界効果トラン
ジスタを示す部分拡大配置図である。
【図4】この発明の他の実施例よりなる電界効果トラン
ジスタを示す部分拡大配置図である。
【図5】参考例よりなる電界効果トランジスタを示す部
分拡大配置図である。
【図6】従来の電界効果トランジスタを示す配置図であ
る。
【図7】図6中の楕円内の拡大図である。
【図8】イオン注入によるアイソレーション層の絶縁破
壊特性を示す線図である。
【符号の説明】
1 ゲート電極 2 ソース・ドレイン電極 3 リセス端 4 注入アイソレーション層 5 n−GaAs層
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/338 H01L 21/265 601 H01L 29/812

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に導電型半導体層を有する化合物半
    導体基板上で周辺がアイソレーションされた活性層領域
    を有する電界効果トランジスタにおいて、ゲート電極端
    と活性層−アイソレーション層界面との接点が活性層−
    アイソレーション層界面と活性層領域の両外側に設けた
    ドレイン電極端、及びソース電極端それぞれとの接点を
    結ぶ線よりも外側に位置することを特徴とする電界効果
    トランジスタ。
  2. 【請求項2】 表面に導電型半導体層を有する化合物半
    導体基板上で周辺がアイソレーションされた活性層領域
    を有する電界効果トランジスタにおいて、活性層−アイ
    ソレーション層界面と、活性層領域の両外側に設けたド
    レイン電極端、及びソース電極端それぞれとの接点を結
    ぶ線のゲート電極端との接点よりも活性層領域の外方に
    位置するゲート電極端とドレイン電極端とを結ぶ活性層
    −アイソレーション層界面が活性層領域からみて外側に
    円弧状または凸状を呈していることを特徴とする電界効
    果トランジスタ。
  3. 【請求項3】 表面に導電型半導体層を有する化合物半
    導体基板上に周辺をアイソレーションされた活性層領域
    を有する電界効果トランジスタにおいて、活性層−アイ
    ソレーション層界面近傍におけるゲート電極とアイソレ
    ーション界面の接点をB、ドレイン電極とアイソレーシ
    ョン界面の接点をAとし、このA、B間の距離を増大さ
    せることにより、上記活性層−アイソレーション層界面
    近傍におけるドレイン・ソース電極間距離活性層中央
    部における該距離より大としたことを特徴とする電界効
    果トランジスタ。
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