JPH0212928A - 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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JPH0212928A
JPH0212928A JP16433488A JP16433488A JPH0212928A JP H0212928 A JPH0212928 A JP H0212928A JP 16433488 A JP16433488 A JP 16433488A JP 16433488 A JP16433488 A JP 16433488A JP H0212928 A JPH0212928 A JP H0212928A
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裕二 安藤
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明はへテロ接合に形成される二次元電子ガスを能動
層として利用する電界効果トランジスタ(2−DECF
ET)の構造に係わり、特にその性能を向上することを
可能とするエピタキシャル層構造および電極構造に関す
る。
(従来の技術) 第5図に従来技術による2DEGFETの一例の素子断
面図を示す。図において、1は半絶縁性(S。
1、 )GaAs基板、2はバッファ層を構成するノン
ドープGaAs層、3はキャリア供給層でありn型Al
GaAs層によって構成されている。GaAsバッファ
層2のAlGaAs層3との界面近傍には二次元−子ガ
ス(2DEG)が誘起されチャネル層7を形成している
AlGaAs層3の表面にはn型GaAs層から成るキ
ャップ層4が形成され、キャップ層4上にソース電極6
aおよびドレイン電極6bが蒸着によって形成された後
、アロイ処理によって2DEGチャネル層7とのオーム
性接触をとっである。また、キャップ層4を越えて形成
されたリセス部にはゲート電極5が形成されている。
(発明が解決しようとする問題点) 現在まで2DEGFETにおいては、主にゲート長の短
縮とエピタキシャル層構造の改良による特性の改善が行
われてきたが、それも技術的限界に達しようとしており
、ソースやゲートにおける寄生抵抗を低減する技術が素
子の低雑音、高利得化において本質的な役割を演じる様
になってきた。
もともとキャップ層はAlGaAs層の表面保護の為に
設けられていたが、n+キャッ、プ層とリセス・ゲート
の採用が2DEGFETにおけるソース・ゲート間抵抗
及びドレイン・ゲート間抵抗の低減にも有効であること
が分かってきた。電流が全てアロイ領域を介して2DE
G層に流れる(これを経路P2とする)プレーナ型の2
DEGFETでは、ソース抵抗はコンタクト抵抗とソー
ス・ゲート間の2DEG層における抵抗によって決まる
。ここで、GaAs/AlGaAs系2DEGFETで
は2DEG層のシート抵抗が1000Ω1口以上と高い
ため、プレーナ構造ではソース抵抗の低減は困難である
。第5図に示すようなキャップ層を有する2DEGFE
Tでは、P2だけでなく、キャップ層からAlGaAs
層を越えて2DECに接続する電流経路(Po)が発生
し、これが寄生抵抗の低減に寄与する。経路P1の通り
やすさはキャップ層のシート抵抗とAlGaAs層の形
成するポテンシャル・バリヤにおけるトンネル抵抗率に
よって決まる。トンネル抵抗はAlGaAs層のA1組
成比とドーピング濃度および膜厚によって決まるが、ゲ
ート耐圧を下げる事無く、かつピンチオフ電圧を保った
ままでこれを低減することは困難である。一方、シート
抵抗はキャップ層の膜厚とキャリア濃度を変えることに
よって容易に調節可能である。したがって、従来は、キ
ャップ層の厚膜化とLsgの短縮によって2DEGFE
Tのソース抵抗の低減が図られていた。しかしながら、
シート抵抗を低減するためにキャップ層を厚くすると、
ソース、ドレイン各電極から2DEGとのコンタクトを
とるための合金化を深く形成する必要が生じ、アロイ温
度が高くなり素子特性に悪影響を生じるとともに、オー
ミック・コンタクトの劣化をも招くという問題があった
本発明は、このような問題を解決するために、コンタク
ト抵抗が増大しても、低いソース抵抗を実現しうる2D
EGFET構造を提供するものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明によれば、ノンドープGaAs層及びn型不純物
がドープされたAlGaAs層及びn型GaAs層とが
この順で隣接配置され、該ノンドープGaAs層におけ
るAlGaAs層との界面近傍に2次元電子ガス層が形
成される電界効果トランジスタにおいて、前記n型Ga
As層におけるシート電子濃度が5 X 1012cm
−2以上とするとともに、ソース電極とゲート電極の間
隔を0.111m以上とすることを特徴とする電界効果
トランジスタが得られる。
(作用) 経路Pはアロイ領域を流れる経路P2と並列接続されて
いるため、経路Pの抵抗を経路P2より十分に低く出来
れば、ソース抵抗はアロイ領域におけるコンタクト抵抗
に無関係に決まるようになる。
本発明はこのような原理に基づいて、コンタクトの良否
に関わらず2DEGFETのソース抵抗が決まるように
するものである。
経路P2の抵抗は2DEGチャネル層における抵抗がソ
ース・ゲート間隔(Lsg)に比例する為、Lsgと共
に増加する。一方、経路P1における抵抗はキャップ層
を水平に(ソース・ドレイン方向に)流れるときの抵抗
成分とAlGaAsバリヤ層をトンネルするときの抵抗
成分によって決まると考えられる。Lsgが小さいとき
はトンネル電流が流れる面積が狭くP□の抵抗が非常に
大きくなり、ソース抵抗は経路P2によって決まる。L
sgが大きい時にはトンネル抵抗は小さくなるため、キ
ャップ層のシート抵抗が十分に低ければシートの抵抗の
高い(〜1000Ω/D)経路P2は流れにくくなり、
ソース抵抗は主に経路P0によって決まる様になる。
以上のような定性的考察から、ソース抵抗が経路P2に
あまり依存しなくなるためには、キャップ層におけるシ
ート抵抗を十分に低くすること、Lsgをある程度長く
とることか重要になることが分かる。
(実施例) 第1図に本発明の実施例の2DEGFETの素子断面図
を示す。図において、1はS、1.GaAs基板、2は
バッファ層を構成するノンドープGaAs層、3はキャ
リア供給層でありドナー濃度が3X1018cm=、膜
厚20nmのn型A1.3Gao、7As層によって構
成されている。GaAsバッファ層2のAlGaAs層
3との界面近傍には二次元電子ガス(2DEC)が誘起
されチャネル層7を形成している。AlGaAs層3の
表面には電子濃度か2 X 1018cm−3であるn
”GaAs層から成るキャップ層4が形成され、キャッ
プ層4上にソース電極6aおよびドレイン電極6bが蒸
着によって形成された後、アロイ処理によって2DEG
チャネル層7とのオーム性接触をとっである。また、キ
ャップ層4を越えて形成されたリセス部にはゲート電極
5が形成されている。このような素子においてキャップ
層厚およびソース・ゲート間隔を変えたときのソース抵
抗を解析することによって、ソース抵抗がアロイ領域に
おけるコンタクト抵抗にあまり依存しなくなるための条
件を求めた。
この2DEGFETにおけるソース・ゲート間の寄生抵
抗は第2図に示すような等価回路によって表される。図
においてキャップ層4の抵抗要素と2DECチャネル層
7の抵抗要素がトンネル抵抗を表す抵抗要素によって接
続されている。バリヤ層3を貫くトンネル電流と2DE
C濃度の電圧依存性を解析することによってこれらの抵
抗要素は決められる。ソース電極とキャップ層間のコン
タクトの良好さを示す性能指数であるコンタクト抵抗率
(pct)及び、ソース電極と2DEG間のコンタクト
の良好さを示す性能指数であるコンタクト抵抗率(pe
z)はパラメータとして与えた。
このような等価回路モデルに基づいて計算されたソース
抵抗とLsgとの関係を第3図に示す。
キャップ層厚をOから10,25,50,1100nま
で変えて計算することによって、キャップ層におけるシ
ート電子濃度をOから2X1013am−2まで変えた
ときのソース抵抗の変化を求めた。pClはlXl0−
7Ω・0m2、pezはlXl0−6Ω・0m2に固定
しである。Lsg=0におけるソース抵抗値はアロイ領
域におけるコンタクト抵抗(Rc2)を表す。Rc2は
pezとチャネル抵抗によって決まり、ここでは0.3
3Ω・cmである。キャップ中のシート電子濃度が0の
時はソース抵抗は経路P2のみで決まるため、ソース抵
抗はLsgに比例して直線的に増加するが、シート電子
濃度が5 X 1011012aにおいてソース抵抗は
速やかに減少し、さらに高濃度化してもソース抵抗の減
少は飽和する傾向を示す。従って、経路P1の抵抗を十
分に低減するには5X1012cm−2程度以上のキャ
ップ電子濃度が必要になる。
次に、キャップ層を50Ωm(シート電子濃度は1刈0
13cm−2)に固定してコンタクト抵抗率pc1.p
c2を変えて同様な計算を実行した。第4図にアロイ領
域のコンタクト抵抗率pc2をlXl0−7がらlXl
0−5Ω・0m2まで変化させたときのソース抵抗とL
sgとの関係を示す。キャップ層におけるコンタクト抵
抗率(pel)はpezの10分の1と仮定した。pe
zを変えることでコンタクト抵抗Rc2は0.1がら0
.33.1.1Ω・mmまで変化しているにも拘らず、
Lsgが0.211m以上の領域ではソース抵抗の変化
は0.2Ω・mm以内に抑えられている。なお、pez
 := I X 10−5Ω・0m2を除けば、Lsg
は0.1Ωm以上であればソース抵抗の変化は小さい。
ここでpc2=IX10=Ω−Cm2の場合、Lsgの
増加と共にソース抵抗が減少している領域が見られるが
、これはLsgの増加によるトンネル抵抗の減少がシー
ト抵抗の増加を上回ったためである。このようにキャッ
プ層中の電子濃度を5X1012cm−2cm以上とす
ると共にLsgを0.111m以上にすることによって
、コンタクト抵抗率が2桁変化したときでもソース抵抗
の変化を約0.2Ω・mm以下に抑えることが可能にな
る。
また、Lsgが0.511m以上では、ソース抵抗の絶
対値が大きくなり過ぎるため、Lsgとしては、0.1
Ωm以上0.5μm以下とするのが望ましい。゛以上の
実施例では通常のGaAs/AlGaAs系2DEGF
ETを用いて本発明を説明したが、本発明はGaInA
a/AlGaAs歪格子系等の他の材料系やヘテロ接合
を用いたMIS(金属、絶縁膜、半導体)FET等の他
の材料を有するFETにも適用可能である。
(発明の効果) 以上の発明の詳細な説明から明らかなように、本発明に
よれば、キャップ層中の電子濃度を5 X 1012c
m−2以上とすると共にLsgを0.111m以上にす
ることによって、コンタクトが大幅に劣化したときでも
ソース抵抗の増大を小さく抑えることができるので、2
DEGFETの素子特性をより向上することが可能にな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による実施例の素子構造断面図、第2図
は実施例におけるソース抵抗の等価回路図、第3図と第
4図は2DEGFETのソース抵抗(計算値)とソース
、ゲート間距離との関係を示す図、第5図は従来技術に
よる2DEGFETの一例の素子構造断面図である。 図において、 1はS、1.GaAs基板、2はノンドープGaAs層
、3はn型AlGaAs層、4はn型GaAsキャップ
層、5はゲート電極、6aはソース電極、6bは、ドレ
イン電極、7は2DEGチャネル層、A、A’はアロイ
領域、である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ノンドープGaAs層及びn型不純物がドープされたA
    lGaAs層及びn型GaAs層とがこの順で隣接配置
    され、該ノンドープGaAs層におけるAlGaAs層
    との界面近傍に2次元電子ガス層が形成される電界効果
    トランジスタにおいて、前記n型GaAs層におけるシ
    ート電子濃度が5×10^1^2cm^−^2以上とす
    るとともに、ソース電極とゲート電極の間隔を0.1μ
    m以上とすることを特徴とする電界効果トランジスタ。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5925275A (ja) * 1982-08-02 1984-02-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 高移動度電界効果トランジスタ
JPS59123271A (ja) * 1982-12-28 1984-07-17 Fujitsu Ltd 化合物半導体装置の製造方法
JPS6239072A (ja) * 1985-08-14 1987-02-20 Sony Corp 半導体装置の製造方法

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