JP3154556B2 - 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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JP3154556B2 JP17419692A JP17419692A JP3154556B2 JP 3154556 B2 JP3154556 B2 JP 3154556B2 JP 17419692 A JP17419692 A JP 17419692A JP 17419692 A JP17419692 A JP 17419692A JP 3154556 B2 JP3154556 B2 JP 3154556B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は電界効果トランジスタ
およびその製造方法に関する。より詳しくは、InP基
板上に形成されたInAlAs/InGaAs系MISFET
などの電界効果トランジスタおよびその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来技術】従来、この種のInAlAs/n−InGaAs
系MISFETとしては、図13に示すようなものがあ
る。このMISFETは、半絶縁性InP基板301上
に、アンドープInAlAsバッファ層302、アンドー
プInGaAsチャネル層303、SiドープInGaAsチ
ャネル層304、アンドープInAlAsショットキー層
305およびアンドープInGaAsキャップ層(厚さ50
Å以下)306を順に備えている。このキャップ層30
6の上にAl,Tiなどからなるゲート電極310が設け
られており、このゲート電極(金属)310と、アンドー
プInGaAsキャップ層(半導体)306と、InAlAsシ
ョットキー層(半導体)305とで、ショットキー接合を
構成している。308はソース電極、309はドレイン
電極を示している(斜線部は電極と半導体層とがアロイ
している領域を示している。)。上記アンドープInGa
Asキャップ層306は、InAlAsショットキー層30
5をパッシベーションし、かつ、ショットキー障壁高さ
(バリアハイト)を確保する働きをする。ここで、このア
ンドープInGaAsキャップ層306を50Åを超えて
形成するとパッシベーション効果が改善される。しか
し、実効的バリアハイトが低下する。このため、実際
上、アンドープInGaAsキャップ層306の厚さは、
50Å以下に抑えられている。
【0003】また、図14に示すように、従来のInAl
As/n−InGaAs系MISFETの中には、ゲート部
にリセス溝320を有するものがある。このリセス型I
nAlAs/n−InGaAs系MISFETは、図13に示
したMISFETのアンドープInGaAsキャップ層3
06に代えて、SiドープInGaAsキャップ層307を
備えている。このキャップ層307の略中央に、いわゆ
るリセスエッチングによって、アンドープInAlAsシ
ョットキー層305の表面に至るリセス溝320が形成
されている。そして、ゲート電極310は、露出したア
ンドープInAlAsショットキー層305の表面に設け
られている。上記キャップ層307は、ソース電極30
8、ドレイン電極309などのオーミック接触抵抗を低
減し、安定化することに寄与する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図13に示
したMISFETのInGaAsキャップ層306は極め
て薄く(50Å以下)形成されているため、パッシベーシ
ョン作用が不完全になりがちである。また、知られてい
るように、その直下のInAlAsショットキー層305
は非常に酸化され易く、不安定な結晶である。このた
め、製造工程中の熱処理(温度300〜400℃程度)に
よって、上記InAlAsショットキー層305の表面
が、基板表面に付着している残留酸素、水分などと結合
して簡単に酸化されてしまうという問題がある。InAl
Asショットキー層305の表面が一旦酸化されてしま
うと、ゲート電極310とソース電極308,ドレイン
電極309との間のチャネル電子の一部が空乏化して、
ソース・ゲート間抵抗,ソース・ドレイン間抵抗の大幅
な増加を招き、相互コンダクタンスGmが劣化すること
になる。また、図13に示したMISFETのショット
キー接合のバリアハイトは通常0.5eV程度であり、G
aAs系FETのショットキー接合のバリアハイトに比し
て0.2eV程度低いという問題がある。このため、In
AlAs/n−InGaAs系MISFETはゲートリーク電
流が大きくなって、ゲート耐圧がGaAs系FETに比し
て低いという問題がある。
【0005】図14に示したリセス型MISFETにお
いても、素子表面にInAlAs層305が位置してい
る。このため、図13に示したMISFETと同様に、
製造工程中の熱処理(温度300〜400℃程度)によっ
て、上記InGaAsショットキー層305の表面が、基
板表面に付着している残留酸素、水分などと結合して簡
単に酸化されてしまうという問題がある。さらに、図1
3に示したMISFETと同様に、ゲートリーク電流が
非常に大きく、ゲート耐圧がGaAs系MISFETに比
して低いという問題がある。
【0006】そこで、この発明の目的は、製造工程中に
InAlAsショットキー層が酸化されるのを防いでソー
ス・ゲート間直列抵抗の増大や相互コンダクタンスの劣
化を抑制でき、しかも、上記InAlAsショットキー層
とゲート電極とで構成するショットキー接合のバリアハ
イトを高めて、ゲートリーク電流を低減してゲート耐圧
を向上できる電界効果トランジスタおよびその製造方法
を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の電界効果トランジスタは、基板上に、キ
ャリアの導通経路となるべきチャネル層とアンドープI
nAlAs層とが順に積層され、上記アンドープInAlAs
層表面の所定領域上にゲート電極を有して、上記アンド
ープInAlAs層とゲート電極とでショットキー接合を
構成する電界効果トランジスタにおいて、上記アンドー
プInAlAs層表面のうち少なくとも上記ゲート電極直
下の領域に、リンが含まれていることを特徴としてい
る。
【0008】また、上記ゲート電極直下で上記リンが含
まれている部分の厚さが400Å以下であるのが望まし
い。
【0009】また、この発明の電界効果トランジスタの
製造方法は、基板上に、キャリアの導通経路となるべき
チャネル層と、アンドープInAlAs層とを順に積層す
る工程と、上記各層を積層した基板を、PH3とH2とか
ら生成されたプラズマに晒して、上記アンドープInAl
As層にリンを含ませる工程と、上記InAlAs層上の所
定領域にゲート電極を設けて、上記InAlAs層とゲー
ト電極とでショットキー接合を構成する工程を有するこ
とを特徴としている。
【0010】また、この発明の電界効果トランジスタの
製造方法は、基板上に、キャリアの導通経路となるべき
チャネル層と、アンドープInAlAs層と、SiドープI
nGaAs層とを順に積層する工程と、上記InGaAs層の
所定領域にリセス溝を形成して、このリセス溝の底部に
上記アンドープInAlAs層表面を露出させる工程と、
上記各層を積層した基板を、PH3とH2とから生成され
たプラズマに晒して、上記リセス溝内のアンドープIn
AlAs層表面にリンを含ませる工程と、上記リセス溝内
のInAlAs層表面にゲート電極を設けて、上記InAl
As層とゲート電極とでショットキー接合を構成する工
程を有することを特徴としている。
【0011】
【作用】この発明は、本発明者による実験、考察に基づ
いて創出された。
【0012】基板上に積層されたアンドープInAlAs
層表面(この表面上に厚さ50Å以下のInGaAs層が積
層されている場合を含む。)のうちゲート電極直下にリ
ンが含まれている場合、上記アンドープInAlAs層表
面がそのまま露出することがなくなる。かつ、このリン
が含まれている部分(以下、「リン化物層」という。)によ
って素子表面がパッシベーションされる。したがって、
ゲート電極とソース電極,ドレイン電極との間のInAl
As層表面が酸化されにくくなって、チャネル電子の空
乏化が抑制される。この結果、ソース・ゲート間抵抗や
ソース・ドレイン間抵抗の増大が抑えられ、相互コンダ
クタンスGmが劣化しなくなる。また、上記ゲート電極
がAl,Tiなどからなる場合、ショットキー接合のバリ
アハイトが、図13,14に示した従来のInAlAs/n
−InGaAs系FETのバリアハイトに比して、0.2e
V程度高くなる。これは、本発明者が実験により確認し
た。
【0013】なお、電子情報通信学会技術研究報告(E
D89−116(1989年11月17日),p.61)に
おいて、GaAs基板をPH3とH2とから生成されたプラ
ズマに晒すことにより、上記GaAs基板の表面にリン化
物層を形成する実験がなされている。しかし、この実験
は、PH3プラズマ処理をFETに適用したものではな
く、またそれを示唆したものではない。何故ならば、G
aAsは、本来InAlAsよりも酸化されにくく、遥かに
安定した材料であるから、PH3プラズマ処理を行わな
くても、GaAs表面の酸化によるソース・ゲート間抵抗
やソース・ドレイン間抵抗の増大、相互コンダクタンス
の劣化のような問題は全く発生しないからである。ま
た、GaAsとゲート金属(Ti、Alなど)とからなるショ
ットキー接合を考えた場合、そのバリアハイトはInAl
Asのそれと比べ0.2eV程度高い値となっている。こ
の結果、GaAs系FETでは、ゲートショットキー特性
が安定しており、PH3プラズマ処理を施さなくても十
分実用に耐える安定動作が可能となっている。したがっ
て、上記報告には本願のようなFETの特性や信頼性を
改善するという目的意識はなく、上記報告からは本願発
明は決して生まれ得ないものである。
【0014】また、電子情報通信学会技術研究報告(E
D91−145(1992年1月20日),p.53)にお
いて、GaAs上に広ギャップ材料であるInGaP層を格
子整合させてエピタキシャル成長し、このInGaP層を
表面保護膜として利用する提案がなされている。このI
nGaP層がショットキー特性を安定化させる主な理由と
しては、ゲート金属とInGaP層との接合面に存在する
表面準位とGaAs内に閉じ込められている電子とが物理
的に隔離されているため、GaAs内に閉じ込められてい
る電子が上記表面準位の影響を受けにくいこと、およ
び、InGaP層がAl(非常に酸化され易い)を含んでい
ないため、InGaP層そのものが比較的安定な材料であ
ることが挙げられる。このため、InGaP表面層の効果
は、ゲート金属とAlを含むInAlAs層とでショットキ
ー接合を構成するFETに適用することはできない。
【0015】つまり、PH3プラズマ処理などによって
材料表面にリン化物層を設けることは、InAlAsのよ
うに表面状態が非常に不安定で、かつ、そのショットキ
ーバリアハイトが低い材料に適用されたときに、初め
て、素子特性(MISFET特性)を改善する効果を奏す
るのである。逆に言えば、上記2つの報告は、リン化物
層を設けることをInAlAsに適用する発想がなく、こ
のため、本願発明を決して導くことができない。
【0016】なお、本発明者は、上記リン化物層の厚さ
を変えた実験を行い、素子特性および信頼性について検
討した。その結果、リン化物層を表面からチャネル層を
越える深さまで形成した場合、相互コンダクタンスGm
が劣化し始めることが分かった。一般に、InAlAs/
InGaAs系電界効果トランジスタでは、Gmとゲート耐
圧の兼ね合いから、チャネル層がゲート電極直下約40
0Åの深さに設定される。したがって、上記リン化物層
の厚さは400Å以下にすることが望ましい。
【0017】
【実施例】以下、この発明の電界効果トランジスタおよ
びその製造方法を実施例により詳細に説明する。
【0018】図1は第1実施例のInAlAs/n−InGa
As系MISFETを示している。このMISFET
は、半絶縁性InP基板1上に、アンドープInAlAsバ
ッファ層2、アンドープInGaAsチャネル層3、Siド
ープInGaAsチャネル層4、アンドープInAlAsショ
ットキー層5およびアンドープInGaAsキャップ層(厚
さ50Å以下)6を順に備えている。このキャップ層6
の上にAl,Tiなどからなるゲート電極10が設けられ
ており、このゲート電極(金属)10と、アンドープIn
GaAsキャップ層(半導体)6と、InAlAsショットキ
ー層(半導体)5とで、ショットキー接合を構成してい
る。8はソース電極、9はドレイン電極を示している
(その直下の斜線部は電極8,9と半導体層とがアロイし
ている領域を示している。)。上記キャップ層6,ショッ
トキー層5のうちソース電極8とドレイン電極9との間
の領域に、リンを含むリン化物層11が設けられてい
る。
【0019】このMISFETは、次のようにして作製
される。
【0020】まず、図3に示す半絶縁性InP基板1
を用意し、このInP基板1の表面をアセトン、IPA
(イソ・プロピル・アルコール)などの有機溶剤を用いて
脱脂する。
【0021】次に、このInP基板1をMBE(分子線
エピタキシー成長)装置の成長室に搬入する。そして、
As圧下で温度520℃,3分間の熱処理を行って、In
P基板1表面に付着している酸化膜を除去する。続い
て、基板温度を490℃に下げて保持し、この状態で、
基板表面にアンドープInAlAsバッファ層(厚さ500
0Å)2と、アンドープInGaAsチャネル層(厚さ10
0Å)3と、SiドープInGaAsチャネル層(Si濃度5
×1018/cm3、厚さ100Å)4と、アンドープInAl
Asショットキー層(厚さ300Å)5と、アンドープIn
GaAsキャップ層(厚さ50Å)6を順次成長させる。
【0022】次に、上記各層2,…,6を積層した基板
1を上記MBE装置から取り出す。図4に示すように、
通常のフォトエッチング、アロイ処理を行って、素子の
両側にソース電極8とドレイン電極9を形成する。
【0023】次に、基板1をプラズマCVD装置に搬
入する。このプラズマCVD装置内で、13.56MHz
の高周波を用いてPH3とH2との混合気体のグロー放電
を起こしてプラズマを生成して、このプラズマに上記各
層を積層した基板1を30分間だけ晒す(PH3プラズマ
処理)。このとき、装置内には、H2で10%に希釈した
PH3を流量20sccmだけ流し、圧力は5×10-3Tor
r、プラズマパワー密度は0.2W/cm2、基板温度は2
00℃にそれぞれ設定する。図5に示すように、このP
3プラズマ処理によって、大量のリン原子がアンドー
プInGaAsキャップ層6とアンドープInAlAsショッ
トキー層5に導入され、キャップ層6表面から数十〜数
百Åの領域でAs原子と置換される。この場合、アンド
ープInAlAsショットキー層5の表面に、厚さ約20
0Åのリン化物層11(斜線で示す)が形成される。
【0024】最後に、図1に示したように、通常のフ
ォトエッチング工程によって、上記InGaAsキャップ
層6の表面に、Ti/Pt/Auからなるゲート電極10
を設ける(作製完了)。
【0025】このようにした場合、ソース電極8とゲー
ト電極10との間、ゲート電極10とドレイン電極9と
の間で、アンドープInAlAsショットキー層5がその
まま(正確にはInGaAsキャップ層6を介して)露出す
ることがなく、リン化物層11によって覆われているの
で、製造工程中にその表面が酸化されにくい。かつ、素
子表面がリン化物層11によってパッシベーションされ
る。したがって、チャネル電子が空乏化するのを抑制す
ることができる。この結果、ソース・ゲート間抵抗やソ
ース・ドレイン間抵抗の増大を抑えることができ、相互
コンダクタンスGmの劣化を防止することができる(実際
に測定誤差範囲内に抑えることができた。)。また、上
記ゲート電極10直下のショットキー接合のバリアハイ
トを、図13,14に示した従来のInAlAs/n−InG
aAs系FETのバリアハイトに比して、0.2eV程度高
くすることができた。この結果、ゲートリーク電流を抑
制でき、ゲート逆方向耐圧(ゲートリーク電流が−10
0μA/mmのときのゲートバイアス値と定義してい
る。)を−6Vと大幅に向上させることができた(なお、
図13,図14の両MISFETでは、ゲート逆方向耐
圧は−2Vである。)。
【0026】図2は第2実施例のInAlAs/n−InGa
As系MISFETを示している。このMISFET
は、第1実施例のMISFETのアンドープInGaAs
キャップ層6に代えて、SiドープInGaAsキャップ層
7を備えている。このキャップ層7の略中央に、アンド
ープInAlAsショットキー層5の表面に至るリセス溝
20が形成されている。そして、ゲート電極10は、露
出したアンドープInAlAsショットキー層5の表面に
設けられている。上記キャップ層7は、ソース電極8、
ドレイン電極9などのオーミック接触抵抗を低減し、安
定化することに寄与する。素子表面にはリン化物層1
1′が設けられている。
【0027】このMISFETは、次のようにして作製
される。
【0028】まず、図6に示すように、第1実施例と
全く同様に、MBE装置によって半絶縁性InP基板1
上にアンドープInAlAsショットキー層(厚さ300
Å)5までを積層し、続いて、この上に、SiドープIn
GaAsキャップ層(Si濃度1×1019/cm3、厚さ20
0Å)7を成長させる。
【0029】次に、上記各層2,…,6を積層した基板
1を上記MBE装置から取り出す。そして、通常のフォ
トエッチング、アロイ処理を行って、素子の両側にソー
ス電極8とドレイン電極9を形成する。
【0030】次に、図2に示すように、キャップ層7
の略中央に、いわゆるリセスエッチングによって、アン
ドープInAlAsショットキー層5の表面に至るリセス
溝20を形成する。
【0031】次に、基板1をプラズマCVD装置に搬
入する。このプラズマCVD装置内で、13.56MHz
の高周波を用いてPH3とH2との混合気体のグロー放電
を起こしてプラズマを生成して、このプラズマに上記各
層を積層した基板1を30分間だけ晒す(PH3プラズマ
処理)。このとき、装置内には、H2で10%に希釈した
PH3を流量20sccmだけ流し、圧力は5×10-3Tor
r、プラズマパワー密度は0.2W/cm2、基板温度は2
00℃にそれぞれ設定する。このPH3プラズマ処理に
よって、大量のリン原子がリセス溝20内のアンドープ
InAlAsショットキー層5の表面(および両側のSiド
ープInGaAsキャップ層6)に導入され、この表面から
数十〜数百Åの領域でAs原子と置換される。この場
合、アンドープInAlAsショットキー層5の表面に、
厚さ約200Åのリン化物層11′(斜線で示す)が形成
される。
【0032】最後に、通常のフォトエッチング工程に
よって、上記リセス溝20内のInAlAsショットキー
層5の表面に、Ti/Pt/Auからなるゲート電極10
を設ける(作製完了)。
【0033】このようにした場合、第1実施例と同様
に、ソース電極8とゲート電極10との間、ゲート電極
10とドレイン電極9との間で、アンドープInAlAs
ショットキー層5がそのまま露出することがなく、リン
化物層11′によって覆われているので、製造工程中に
その表面が酸化されにくい。かつ、素子表面がリン化物
層11′によってパッシベーションされる。したがっ
て、チャネル電子が空乏化するのを抑制することができ
る。この結果、ソース・ゲート間抵抗やソース・ドレイ
ン間抵抗の増大を抑えることができ、相互コンダクタン
スGmの劣化を防止することができる(実際に測定誤差範
囲内に抑えることができた。)。また、上記ゲート電極
10直下のショットキー接合のバリアハイトを、図1
3,14に示した従来のInAlAs/n−InGaAs系FE
Tのバリアハイトに比して、0.2eV程度高くすること
ができた。この結果、ゲートリーク電流を抑制でき、図
13,14に示したMISFETに比してゲート逆方向
耐圧向上させることができた(なお、図13,図14のM
ISFETでは、ゲート逆方向耐圧は−2Vであ
る。)。
【0034】なお、本発明者は、上記リン化物層11,
11′の厚さを変えた実験を行い、検討した。その結
果、リン化物層11,11′を表面からInGaAsチャネ
ル層4を越える深さまで形成した場合、相互コンダクタ
ンスGmが劣化し始めることが分かった。一般に、InA
lAs/n−InGaAs系MISFETでは、Gmとゲート
耐圧の兼ね合いから、チャネル層4がゲート電極直下約
400Åの深さに設定される。したがって、リン化物層
の11,11′厚さは400Å以下にすることが望まし
い。
【0035】図7は第3実施例のInAlAs/InGaAs
系HEMTを示している。このHEMTは、半絶縁性I
nP基板101上に、アンドープInAlAsバッファ層1
02、アンドープInGaAsチャネル層103、アンド
ープInAlAsスペーサ層104、SiドープInAlAs
ドナー層105、アンドープInAlAsショットキー層
106を順に備えている。このショットキー層106の
上にAl,Tiなどからなるゲート電極110が設けられ
ており、このゲート電極(金属)110と、InAlAsシ
ョットキー層(半導体)106とで、ショットキー接合を
構成している。108はソース電極、109はドレイン
電極を示している(その直下の斜線部は電極108,10
9と半導体層とがアロイしている領域を示してい
る。)。上記ショットキー層106のうちソース電極1
08とドレイン電極109との間の領域に、リンを含む
リン化物層111が設けられている。
【0036】このHEMTは、次のようにして作製され
る。
【0037】まず、図9に示す半絶縁性InP基板1
01を用意し、このInP基板101の表面をアセト
ン、IPA(イソ・プロピル・アルコール)などの有機溶
剤を用いて脱脂する。
【0038】次に、このInP基板101をMBE(分
子線エピタキシー成長)装置の成長室に搬入する。そし
て、As圧下で温度520℃,3分間の熱処理を行って、
InP基板101表面に付着している酸化膜を除去す
る。続いて、基板温度を490℃に下げて保持し、この
状態で、基板表面にアンドープInAlAsバッファ層(厚
さ5000Å)102と、アンドープInGaAsチャネル
層(厚さ100Å)103と、アンドープInAlAsスペ
ーサ層(厚さ50Å)104と、SiドープInAlAsドナ
ー層(Si濃度5×1018/cm3、厚さ100Å)105
と、アンドープInAlAsショットキー層(厚さ300
Å)106を順次成長させる。上記アンドープInGaAs
チャネル層103は、キャリアとなる2次元電子112
を含む状態となる。
【0039】次に、上記各層102,…,106を積層
した基板101を上記MBE装置から取り出す。図11
に示すように、通常のフォトエッチング、アロイ処理を
行って、素子の両側にソース電極108とドレイン電極
109を形成する。
【0040】次に、基板101をプラズマCVD装置
に搬入する。このプラズマCVD装置内で、13.56
MHzの高周波を用いてPH3とH2との混合気体のグロ
ー放電を起こしてプラズマを生成して、このプラズマに
上記各層を積層した基板101を30分間だけ晒す(P
3プラズマ処理)。このとき、装置内には、H2で10
%に希釈したPH3を流量20sccmだけ流し、圧力は5
×10-3Torr、プラズマパワー密度は0.2W/cm2
基板温度は200℃にそれぞれ設定する。図11示すよ
うに、このPH3プラズマ処理によって、大量のリン原
子がアンドープInAlAsショットキー層106に導入
され、その表面から数十〜数百Åの領域でAs原子と置
換される。この場合、アンドープInAlAsショットキ
ー層106の表面に、厚さ約200Åのリン化物層11
1(斜線で示す)が形成される。
【0041】最後に、図7に示したように、通常のフ
ォトエッチング工程によって、上記InAlAsショット
キー層106の表面に、Ti/Pt/Auからなるゲート
電極110を設ける(作製完了)。
【0042】このようにした場合、ソース電極108と
ゲート電極110との間、ゲート電極110とドレイン
電極109との間で、InAlAsショットキー層106
がそのまま露出することがなく、リン化物層111によ
って覆われているので、製造工程中にその表面が酸化さ
れにくい。かつ、素子表面がリン化物層111によって
パッシベーションされる。したがって、チャネル電子が
空乏化するのを抑制することができる。この結果、ソー
ス・ゲート間抵抗やソース・ドレイン間抵抗の増大を抑
えることができ、相互コンダクタンスGmの劣化を防止
することができる(実際に測定誤差範囲内に抑えること
ができた。)。また、上記ゲート電極110直下のショ
ットキー接合のバリアハイトを、図13,14に示した
従来のInAlAs/n−InGaAs系MISFETのバリ
アハイトに比して、0.2eV程度高くすることができ
た。この結果、ゲートリーク電流を抑制でき、ゲート逆
方向耐圧(ゲートリーク電流が−100μA/mmのとき
のゲートバイアス値と定義している。)を−6Vと大幅
に向上させることができた(なお、図13,図14の両M
ISFETでは、ゲート逆方向耐圧は−2Vであ
る。)。
【0043】図8は第4実施例のInAlAs/InGaAs
系HEMTを示している。このHEMTは、第3実施例
のHEMTのアンドープInAlAsショットキー層10
6上に、SiドープInGaAsキャップ層107を備えて
いる。このキャップ層107の略中央に、アンドープI
nAlAsショットキー層106の表面に至るリセス溝1
20が形成されている。そして、ゲート電極110は、
露出したアンドープInAlAsショットキー層106の
表面に設けられている。上記キャップ層107は、ソー
ス電極108、ドレイン電極109などのオーミック接
触抵抗を低減し、安定化することに寄与する。素子表面
にはリン化物層111′が設けられている。
【0044】このHEMTは、次のようにして作製され
る。
【0045】まず、図12に示すように、第3実施例
と全く同様に、MBE装置によって半絶縁性InP基板
101上にアンドープInAlAsショットキー層(厚さ3
00Å)105までを積層し、続いて、この上に、Siド
ープInGaAsキャップ層(Si濃度1×1019/cm3、厚
さ500Å)107を成長させる。
【0046】次に、上記各層102,…,106を積層
した基板101を上記MBE装置から取り出す。そし
て、通常のフォトエッチング、アロイ処理を行って、素
子の両側にソース電極108とドレイン電極109を形
成する。
【0047】次に、図8に示すように、キャップ層1
07の略中央に、いわゆるリセスエッチングによって、
アンドープInAlAsショットキー層106の表面に至
るリセス溝120を形成する。
【0048】次に、基板101をプラズマCVD装置
に搬入する。このプラズマCVD装置内で、13.56
MHzの高周波を用いてPH3とH2との混合気体のグロ
ー放電を起こしてプラズマを生成して、このプラズマに
上記各層を積層した基板101を30分間だけ晒す(P
3プラズマ処理)。このとき、装置内には、H2で10
%に希釈したPH3を流量20sccmだけ流し、圧力は5
×10-3Torr、プラズマパワー密度は0.2W/cm2
基板温度は200℃にそれぞれ設定する。このPH3
ラズマ処理によって、大量のリン原子がリセス溝120
内のアンドープInAlAsショットキー層106の表面
(および両側のSiドープInGaAsキャップ層107)に
導入され、この表面から数十〜数百Åの領域でAs原子
と置換される。この場合、アンドープInAlAsショッ
トキー層106の表面に、厚さ約200Åのリン化物層
111′(斜線で示す)が形成される。
【0049】最後に、通常のフォトエッチング工程に
よって、上記リセス溝120内のInAlAsショットキ
ー層106の表面に、Ti/Pt/Auからなるゲート電
極110を設ける(作製完了)。
【0050】このようにした場合、第1実施例と同様
に、ソース電極108とゲート電極110との間、ゲー
ト電極110とドレイン電極109との間で、アンドー
プInAlAsショットキー層106がそのまま露出する
ことがなく、リン化物層111′によって覆われている
ので、製造工程中にその表面が酸化されにくい。かつ、
素子表面がリン化物層111′によってパッシベーショ
ンされる。したがって、チャネル電子が空乏化するのを
抑制することができる。この結果、ソース・ゲート間抵
抗やソース・ドレイン間抵抗の増大を抑えることがで
き、相互コンダクタンスGmの劣化を防止することがで
きる(実際に測定誤差範囲内に抑えることができた。)。
また、上記ゲート電極110直下のショットキー接合の
バリアハイトを、図13,14に示した従来のInAlAs
/n−InGaAs系FETのバリアハイトに比して、0.
2eV程度高くすることができた。この結果、ゲートリ
ーク電流を抑制でき、図13,14に示したMISFE
Tに比してゲート逆方向耐圧向上させることができた
(なお、図13,図14のMISFETでは、ゲート逆方
向耐圧は−2Vである。)。
【0051】なお、本発明者は、上記リン化物層11
1,111′の厚さを変えた実験を行い、素子特性およ
び信頼性について検討した。その結果、リン化物層11
1,111′を表面からInGaAsチャネル層103を越
える深さまで形成した場合、相互コンダクタンスGmが
劣化し始めることが分かった。一般に、InAlAs/In
GaAs系HEMTでは、Gmとゲート耐圧の兼ね合いか
ら、チャネル層103がゲート電極直下約400Åの深
さに設定される。したがって、リン化物層111,11
1′の厚さは400Å以下にすることが望ましい。
【0052】
【発明の効果】以上より明らかなように、この発明は、
基板上に積層されたアンドープInAlAs層表面(この表
面上に厚さ50Å以下のInGaAs層が積層されている
場合を含む。)のうちゲート電極直下にリン化物層を設
けているので、上記アンドープInAlAsがそのまま露
出することがなく、製造工程中にその表面が酸化される
のを抑制することができる。かつ、素子表面をリン化物
層によってパッシベーションできる。したがって、チャ
ネル電子が空乏化するのを抑制することができる。この
結果、ソース・ゲート間抵抗やソース・ドレイン間抵抗
の増大を抑えることができ、相互コンダクタンスGmの
劣化を防止することができる。また、上記ゲート電極直
下のショットキー接合のバリアハイトを、従来に比し
て、0.2eV程度高くすることができる。この結果、ゲ
ートリーク電流を抑制でき、ゲート逆方向耐圧を大幅に
向上させることができる。
【0053】また、ゲート電極直下の上記リン化物層の
厚さが400Å以下である場合、リン化物層が表面から
チャネル層を越える深さまで至らないので、相互コンダ
クタンスの劣化を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の第1実施例のInAlAs/n−In
GaAs系MISFETの断面構造を示す図である。
【図2】 この発明の第2実施例のInAlAs/n−In
GaAs系MISFETの断面構造を示す図である。
【図3】 上記第1実施例のInAlAs/n−InGaAs
系MISFETの作製過程の状態を示す図である。
【図4】 上記第1実施例のInAlAs/n−InGaAs
系MISFETの作製過程の状態を示す図である。
【図5】 上記第1実施例のInAlAs/n−InGaAs
系MISFETの作製過程の状態を示す図である。
【図6】 上記第2実施例のInAlAs/n−InGaAs
系MISFETの作製過程の状態を示す図である。
【図7】 この発明の第3実施例のInAlAs/InGa
As系HEMTの断面構造を示す図である。
【図8】 この発明の第4実施例のInAlAs/InGa
As系HEMTの断面構造を示す図である。
【図9】 上記第3実施例のInAlAs/InGaAs系H
EMTの作製過程の状態を示す図である。
【図10】 上記第3実施例のInAlAs/InGaAs系
HEMTの作製過程の状態を示す図である。
【図11】 上記第3実施例のInAlAs/InGaAs系
HEMTの作製過程の状態を示す図である。
【図12】 上記第4実施例のInAlAs/InGaAs系
HEMTの作製過程の状態を示す図である。
【図13】 従来のInAlAs/n−InGaAs系MIS
FETの断面構造を示す図である。
【図14】 従来のリセス型InAlAs/n−InGaAs
系MISFETの断面構造を示す図である。
【符号の説明】
1,101 半絶縁性InP基板 2,102 アンドープInAlAsバッファ層 3,103 アンドープInGaAsチャネル層 4 SiドープInGaAsチャネル層 5,106 アンドープInAlAsショットキー層 6 アンドープInGaAsキャップ層 7,107 SiドープInGaAsキャップ層 8,108 ソース電極 9,109 ドレイン電極 10,110 ゲート電極 11,11′,111,111′ リン化物層 104 アンドープInAlAsスペーサ層 105 SiドープInAlAsドナー層 112 2次元電子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−205471(JP,A) 特開 昭62−145779(JP,A) 特開 平1−241817(JP,A) 特開 昭63−107172(JP,A) 特開 昭63−107173(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/778 H01L 21/338 H01L 29/78 H01L 29/812

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に、キャリアの導通経路となるべ
    きチャネル層とアンドープInAlAs層とが順に積層さ
    れ、上記アンドープInAlAs層表面の所定領域上にゲ
    ート電極を有して、上記アンドープInAlAs層とゲー
    ト電極とでショットキー接合を構成する電界効果トラン
    ジスタにおいて、 上記アンドープInAlAs層表面のうち少なくとも上記
    ゲート電極直下の領域に、リンが含まれていることを特
    徴とする電界効果トランジスタ。
  2. 【請求項2】 上記ゲート電極直下で上記リンが含まれ
    ている部分の厚さが400Å以下であることを特徴とす
    る請求項1に記載の電界効果トランジスタ。
  3. 【請求項3】 基板上に、キャリアの導通経路となるべ
    きチャネル層と、アンドープInAlAs層とを順に積層
    する工程と、 上記各層を積層した基板を、PH3とH2とから生成され
    たプラズマに晒して、上記アンドープInAlAs層にリ
    ンを含ませる工程と、 上記InAlAs層上の所定領域にゲート電極を設けて、
    上記InAlAs層とゲート電極とでショットキー接合を
    構成する工程を有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。
  4. 【請求項4】 基板上に、キャリアの導通経路となるべ
    きチャネル層と、アンドープInAlAs層と、Siドープ
    InGaAs層とを順に積層する工程と、 上記InGaAs層の所定領域にリセス溝を形成して、こ
    のリセス溝の底部に上記アンドープInAlAs層表面を
    露出させる工程と、 上記各層を積層した基板を、PH3とH2とから生成され
    たプラズマに晒して、上記リセス溝内のアンドープIn
    AlAs層表面にリンを含ませる工程と、 上記リセス溝内のInAlAs層表面にゲート電極を設け
    て、上記InAlAs層とゲート電極とでショットキー接
    合を構成する工程を有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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