JPH02185042A - 電界効果トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

電界効果トランジスタ及びその製造方法

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JPH02185042A
JPH02185042A JP517189A JP517189A JPH02185042A JP H02185042 A JPH02185042 A JP H02185042A JP 517189 A JP517189 A JP 517189A JP 517189 A JP517189 A JP 517189A JP H02185042 A JPH02185042 A JP H02185042A
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(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) 本発明はマイクロ波及びミリ波の波長領域に於て動作す
る電界効果トランジスタの構造及びその製造方法に関す
るものである。
(従来の技術) マイクロ波及びミリ波の波長領域に於て動作する電界効
果トランジスタに於ける雑音指数は次に示すフクイの式
(Fukui’s eq、)でも良く知られているよう
にソース抵抗、ゲートルソース間容量、相互コンダクタ
ンス、ゲート抵抗等に大きく依存する。
F=1 + 2n−Kf−f−Cgs   + g g
rnこの式でFは雑音指数、Kfはフイツテング定数、
fは動作周波数、Cpはゲートルソース間容量、Rgは
ゲート抵抗、馬はソース抵抗、gmは相互コンダクタン
スをそれぞれ表している。ここで特にソース抵抗は真性
相互コンダクタンスにも影響を与えるため重要と言える
。通常のMESFETや選択ドープ構造FETに於ては
ソース抵抗を低減させることを意図してゲートの位置を
可能な限りソース電極に近づける努力がなされている。
MESFETに関してはこのソース抵抗を低減させる別
の方法としてユナイテッド・スティソ・パテント(Un
ited 5tates Patent)の第4.72
7.404号(PatentNumber 4.727
.404)にボッコン・ギボツド(Boccon−Gi
bod)が提案しているような方法がある。第4図にこ
の提案されているFETの要部切断面図を示す。通常の
MESFETの構造に加えて、ソース電極〜ゲート電極
間及びドレイン電極〜ゲート電極間に誘電体層を形成し
、該誘電体層上に金属膜を形成している。該金属膜はソ
ース電極及びドレイン電極と電気的に接触している。高
周波動作時に於ては金属膜と能動層の間のキャパシタを
通してソース電極からゲート下に電子が流れ込むので実
質上のソース抵抗成分は減少する。
(発明が解決しようとする問題点) 従来の例に示したようなソース、ドレイン、ゲートの3
端子電界効果トランジスタに於ては、ソースルゲート間
の2次元平面での距離がトランジスタのソース抵抗を大
きく左右する。これはMESFETのみならず、2次元
電子ガス層をチャネル層とした選択ドープ構造2次元電
子ガス電界効果トランジスタに於ても共通の問題点と言
える。ソース抵抗は電界効果トランジスタの動作上に於
ける雑音指数をはじめとする諸々の特性に大きく反映す
るパラメータである。従って通常はこのソース抵抗の低
減を意図してオーミック電極間の距離を小さくし、且つ
ゲートの形成位置を可能な限りソース電極に近づける努
力がなされている。しかしこれは半導体装置作製プロセ
ス上の制約から限界があり、しかもプロセスの条件設定
が歩留りを大きく左右する。従来の技術で示したボッコ
ン・ギボッドによる発明はこの問題点を解決するために
考えられたものである。しかし誘電体を用いるため充分
な誘電率が得られず問題点の解決に充分寄与していない
。又誘電体層を形成する際、界面状態の制御に注意しな
いとチャネル層表面にチャネル電子のトラップが起こっ
てしまう可能性がある。
(問題点を解決するための手段) 本発明は以上述べたような問題点を解決する新規な構造
の半導体装置である。この半導体装置は、半絶縁性半導
体基板上に活性層が設けられており、該活性層上の2箇
所にソース電極及びドレイン電極に相当するオーミック
電極を有し該オーミック電極間の所望の箇所にショット
キー型のゲート電極を有しているような電界効果トラン
ジスタに於て、前記2つのオーミック電極と前記ゲート
電極の間の前記活性層上に前記活性層に比べ電子親和力
の小なる不純物無添加半導体層を形成し、該半導体層上
に前記ゲート電極とは接触せずにかつ前記2つのオーミ
ック電極と電気的に接触しているような金属膜を有する
ことを特徴とする。
又、このような半導体を製造する方法は、半絶縁性半導
体基板上に前記半絶縁性半導体基板と格子整合するよう
な不純物添加半導体層を成長させ、続いて該不純物添加
半導体層上に該不純物添加半導体層に比べ電子親和力の
小なる不純物無添加半導体層を成長させる工程と、該不
純物添加半導体層の所望の箇所をエツチングし、前記不
純物添加半導体表面を露呈させ、オーミック電極を形成
する工程と、該オーミック電極及び前記不純物無添加半
導体層上に金属膜を形成する工程と、前記オーミック電
極間の所望の位置に於て、前記金属膜及び前記不純物無
添加半導体層を順次エツチングし、前記不純物添加半導
体層表面を露呈させゲート電極を形成する工程とを備え
てなることを特徴とする特 (作用) 本発明における表面金属膜は、該金属膜下の不純物無添
加半導体層を介してウェハ表面活性層とキャパシタを形
成する。本発明のようにオーミック電極と前記金属膜を
接触させている場合には、金属膜とチャネルは抵抗成分
と共にキャパシタ成分を並列にした構造であるといえる
。従って直流に対しては確かに金属膜すなわちオーミッ
クとウェハ表面活性層は抵抗を介した関係であるが、高
周波動作時には電流オーミックからキャパシタを通じて
チャネル層へ流れ込むことになり、前記不純物無添加半
導体層弁したインピーダンスは実質上減少することとな
る。チャネル層に比べ電子親和力の小なる不純物無添加
半導体層を用いた本発明は、従来技術で示した誘電体を
用いている場合に比べ、高い誘電率をもつことから、動
作周波数が上昇するほどこの効果は大きくなり、従って
ゲートルソース間インピーダンスは大幅に減少すること
になる。これは高周波数特性、すなわち遮断周波数の向
上や高周波利得、雑音指数の向上に反映する。第3図に
本発明の半導体装置の等節回路を示す。図中のCD、C
8の2つのキャパシタ成分により本発明の電界効果トラ
ンジスタの高性能が期待できる。
(実施例) 本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。
第1図に本発明の半導体装置の構造をあられす要部切断
面構造を示す。半絶縁性半導体基板上に同種類の不純物
無添加半導体層、例えば半絶縁性GaAs基板11上に
不純物無添加GaAs層12を成長させ、続いてチャネ
ル層に相当する半導体層例えばn型にドープされたGa
As層13を成長し、該GaAs層13上に、該GaA
s層とはへテロ接合を有するような電子親和力の小さな
不純物無添加半導体層例えば不純物無添加AlGaAs
層14を順次積層成長させ、該不純物無添加AlGaA
s層14の特定箇所に前記n型GaAs層13の表面が
露呈するような窓が開口され、オーミック電極16.1
7が形成されている。オーミック電極の間にはオーミッ
ク部分と同様の不純物無添加AlGaAs層14に開口
部が形成されており、その開口部にショットキー型のゲ
ート電極18が形成されている。不純物無添加AlGa
As層14上にはゲート電極18には接触せずにオーミ
ック電極16.17には接触しているような金属膜15
が形成されている。
次に本発明の電界効果トランジスタ製造方法を図を用い
て説明する。第2(a)〜θ)図はその概略図である。
半絶縁性半導体基板例えば半絶縁性GaAs基板上31
に不純物無添加GaAs層32、不純物添加GaAs層
33、不純物無添加GaAs層34、不純物無添加Al
GaAs層34を順次分子線エピタキシー法(MBE法
)あるいは有機金属気相成長法(MOCVD法)等の結
晶成長法により成長させる。この電界効果トランジスタ
の活性層は不純物添加GaAs層33に相当する。
続いて前記不純物無添加AlGaAs層34をレジスト
35を用いて所望の箇所に開口し、不純物添加GaAs
層33の表面を露呈させ、リフトオフ法を用いてオーミ
ック金属例えばAu/Ni/AuGeの蒸着を行う。蒸
着後は高温熱処理アロイによりオーミック金属の共晶化
を行いオーミック電極36.37の形成を行う。次にオ
ーミック電極36.37及び不純物無添加AlGaAs
層34上に金属膜例えばAu/Pt/Tiの薄膜層38
を蒸着形成する。続いてオーミック電極間の所望の位置
にレジスト39を用いてゲート位置に開ロバターンを形
成し、例えばイオンミリングまたは反応性イオンエツチ
ング(RIE)により金属膜層38及び不純物無添加A
lGaAs層34の途中までのエツチングを行つ。
続いて酸と過酸化水素と水の混合液を用いたウェットエ
ツチング、あるいは反応性イオンエツチングによる開口
部における残りの不純物無添加AlGaAs層34をチ
ャネルに相当する不純物添加GaAs層33表面が現れ
るまでエツチングする。続いてGaAs層をエツチング
するためのエッチャント例えば硫酸と過酸化水素と水の
混合液により表面の不純物添加GaAs層33をエツチ
ングすることによりリセスを形成する。リセス形成後は
リフトオフ法によりゲート金属例えばAl/Tiあるい
はAu/Pt/Ti等の金属を用いてショットキーゲー
ト電極40を形成する。
以上で本発明の電界効果トランジスタ製造工程は完了す
る。
尚、本発明の実施例は特定の材料、特定の値を用いて説
明したがこれは理解を容易にするためのものであり、他
のIII −V族化合物半導体はInGaAs、InP
系もとよりII−Vl族、■族なとでも良い。また、例
えばオーミック金属やゲート金属金属膜等を構成する材
料についても他の材料で構わない。
(発明の効果) 本発明により電界効果トランジスタに於て高周波動作に
大きく影響するソース抵抗成分を大幅に削減することが
出来る。この効果に大きく貢献しているのはゲートルオ
ーミック間に於けるチャネル上の不純物無添加半導体層
及び該不純物無添加半導体層上の金属薄膜層である。該
金属薄膜層がオーミック電極と導通を取っており尚且つ
、前記不純物無添加半導体層を介してチャネル層とキャ
パシタを構成していることから高周波動作時に於ける実
質的なソースルゲート間のインピーダンスは減少するこ
とになり、従ってこの構造の電界効果トランジスタでは
優れた高周波特性が期待できる。又本発明の電界効果ト
ランジスタ製造方法により前記の構造の電界効果トラン
ジスタは容易に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による電界効果トランジスタの要部切断
面図、第2図(a)〜θ)は本発明による電界効果トラ
ンジスタ製造法を示す工程図、第3図は本発明の電界効
果トランジスタの等価回路を示す図、第4図はソース抵
抗の低減を狙った電界効果トランジスタ構造の一従来例
を示す図である。 11・、・半絶縁性GaAs基板、 12・・・不純物無添加GaAs層、 13・・・不純物添加GaAs層、 14・3.不純物無添加AlGaAs層、15・・・金
属膜、16・・・ソース、17・・・ドレイン、18・
・・ゲート31・・・半絶縁性GaAs基板、 32・・・不純物無添加GaAs層、 33・・・不純物添加GaAs層、 34・・・不純物無添加AlGaAs層、35・・・レ
ジスト、36・・・ソース、3701.ドレイン、38
・・・金属膜、39・・・レジスト、40ゲート、 41・・・半絶縁性基板、42・・・能動層、43・・
・誘電体層、44・・・電極、45・・・金属膜、46
・・・ゲート電極 第1図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半絶縁性半導体基板上に活性層が設けられており
    、該活性層上の2箇所にソース電極及びドレイン電極に
    相当するオーミック電極を有し、該オーミック電極間の
    所望の箇所にショットキー型のゲート電極を有している
    ような電界効果トランジスタに於て、前記2つのオーミ
    ック電極と前記ゲート電極の間の前記活性層上に前記活
    性層に比べ電子親和力の小なる不純物無添加半導体層を
    有し、該半導体層上に前記ゲート電極とは接触せずにか
    つ前記2つのオーミック電極と電気的に接触しているよ
    うな金属膜を設けてあることを特徴とする電界効果トラ
    ンジスタ。
  2. (2)半絶縁性半導体基板上に前記半絶縁性半導体基板
    と格子整合するような不純物添加半導体層を成長させ、
    該不純物添加半導体層上に該不純物添加半導体層に比べ
    電子親和力の小なる不純物無添加半導体層を成長させる
    工程と、該不純物添加半導体層の所望の箇所をエッチン
    グし、前記不純物添加半導体表面を露呈させ、オーミッ
    ク電極を形成する工程と、該オーミック電極及び前記不
    純物無添加半導体層上に金属膜を形成する工程と、前記
    オーミック電極間の所望の位置に於て、前記金属膜及び
    前記不純物無添加半導体層を順次エッチングし、前記不
    純物添加半導体層表面を露呈させゲート電極を形成する
    工程とを備えてな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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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57112079A (en) * 1980-12-29 1982-07-12 Fujitsu Ltd Field-effect semiconductor device
JPS59181673A (ja) * 1983-03-31 1984-10-16 Fujitsu Ltd 半導体装置
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JPS61184887A (ja) * 1984-09-28 1986-08-18 テキサス インスツルメンツ インコ−ポレイテツド ヘテロ接合装置

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