JPH0472383B2 - - Google Patents
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- JPH0472383B2 JPH0472383B2 JP58055840A JP5584083A JPH0472383B2 JP H0472383 B2 JPH0472383 B2 JP H0472383B2 JP 58055840 A JP58055840 A JP 58055840A JP 5584083 A JP5584083 A JP 5584083A JP H0472383 B2 JPH0472383 B2 JP H0472383B2
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- gallium arsenide
- aluminum gallium
- algaas
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/80—Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置の改良に関する。特にアン
ドープのガリウムヒ素（ｉ−GaAs）層とｎ型の
アルミニウムガリウムヒ素（ｎ−AlGaAs）層と
の界面に沿つて、アンドープのガリウムヒ素（ｉ
−GaAs）層中に発生滞留する電子群（以下二次
元電子ガスと云う。）を導電媒体として利用する
半導体装置（HEMT）の改良に関する。さらに
詳しくは、かゝる半導体装置（HEMT）に対し
てなされる下記の改良に関する。
ドープのガリウムヒ素（ｉ−GaAs）層とｎ型の
アルミニウムガリウムヒ素（ｎ−AlGaAs）層と
の界面に沿つて、アンドープのガリウムヒ素（ｉ
−GaAs）層中に発生滞留する電子群（以下二次
元電子ガスと云う。）を導電媒体として利用する
半導体装置（HEMT）の改良に関する。さらに
詳しくは、かゝる半導体装置（HEMT）に対し
てなされる下記の改良に関する。
イ ゲート電極と他の電極との間にリーク電流が
流れないようにする改良。
流れないようにする改良。
ロ トランジスタ動作を安定にする改良。
ハ ゲート電極の絶縁耐力を大きくする改良。
ガリウムヒ素（GaAs）とアルミニウムガリウ
ムヒ素（AlGaAs）との組み合わせのように、電
子親和力が相互に大きく相違する２種の半導体の
ヘテロ接合界面に発生滞留する二次元電子ガス
は、いづれの半導体層によつても拘束されないた
めキヤリヤ移動度（μ）が大きく、この二次元電
子ガスは特に低温において不純物散乱の影響を受
けにくいので、特に低温においてキヤリヤ移動度
（μ）が非常に大きくなる特徴があり、この二次
元電子ガスを導電媒体として利用する半導体装置
（以下、HEMTまたは選択ドープヘテロ接合トラ
ンジスタと云う。）は、特に低温において動作速
度が極めて大きくなる特徴がある。
ムヒ素（AlGaAs）との組み合わせのように、電
子親和力が相互に大きく相違する２種の半導体の
ヘテロ接合界面に発生滞留する二次元電子ガス
は、いづれの半導体層によつても拘束されないた
めキヤリヤ移動度（μ）が大きく、この二次元電
子ガスは特に低温において不純物散乱の影響を受
けにくいので、特に低温においてキヤリヤ移動度
（μ）が非常に大きくなる特徴があり、この二次
元電子ガスを導電媒体として利用する半導体装置
（以下、HEMTまたは選択ドープヘテロ接合トラ
ンジスタと云う。）は、特に低温において動作速
度が極めて大きくなる特徴がある。
二次元電子ガスを発生させる半導体の組み合わ
せは多数存在するが、本発明は、ガリウムヒ素
（GaAs）とアルミニウムガリウムヒ素
（AlGaAs）との組み合わせよりなる選択ドープ
ヘテロ接合トランジスタ（HEMT）の改良であ
る。
せは多数存在するが、本発明は、ガリウムヒ素
（GaAs）とアルミニウムガリウムヒ素
（AlGaAs）との組み合わせよりなる選択ドープ
ヘテロ接合トランジスタ（HEMT）の改良であ
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来技術における、ｎ型アルミニウムガリウム
ヒ素（ｎ−AlGaAs）・ガリウムヒ素（GaAs）系
の選択ドープヘテロ接合トランジスタ（HEMT）
においては、上記のとおり、動作速度が速いと云
う利点はあるが、同時に、下記の欠点が認められ
る。
ヒ素（ｎ−AlGaAs）・ガリウムヒ素（GaAs）系
の選択ドープヘテロ接合トランジスタ（HEMT）
においては、上記のとおり、動作速度が速いと云
う利点はあるが、同時に、下記の欠点が認められ
る。
イ アンドープのガリウムヒ素（ｉ−GaAs）層
上に電子供給層であるｎ型のアルミニウムガリ
ウムヒ素（ｎ−AlGaAs）層が形成され、これ
ら２層間に発生する二次元電子ガスを導電媒体
として利用する構成の選択ドープヘテロ接合ト
ランジスタ（HEMT）においては、最上層が
ｎ型アルミニウムガリウムヒ素（ｎ−
AlGaAs）層であるが、このｎ型アルミニウム
ガリウムヒ素（ｎ−AlGaAs）の表面には表面
準位が形成されやすい。
上に電子供給層であるｎ型のアルミニウムガリ
ウムヒ素（ｎ−AlGaAs）層が形成され、これ
ら２層間に発生する二次元電子ガスを導電媒体
として利用する構成の選択ドープヘテロ接合ト
ランジスタ（HEMT）においては、最上層が
ｎ型アルミニウムガリウムヒ素（ｎ−
AlGaAs）層であるが、このｎ型アルミニウム
ガリウムヒ素（ｎ−AlGaAs）の表面には表面
準位が形成されやすい。
その理由を下記に略述する。まず、族元素
には、ボロン（第１周期）・アルミニウム（第
２周期）・ガリウム（第３周期）等が含まれる
が、それぞれの原子半径は、80pm・125pm・
125pmであり、アルミニウムの原子半径のみが
異常に大きい。そのため、アルミニウムは、そ
の最外殻電子が遊離しやすく、活性が大きい。
具体的に数値をもつて示すと、ボロン・アルミ
ニウム・ガリウムの酸化物のギブスの自由エネ
ルギーは、それぞれ−1191.29KJmol-1・−
1581.9KJmol-1・−998KJmol-1であり、ギブ
スの自由エネルギーも、アルミニウムに対して
のみ異常に大きい。そのため、アルミニウムは
酸素と結合しやすい。また、アルミニウムガリ
ウムヒ素（AlGaAs）の構成要素であるアルミ
ニウムヒ素（AlAs）とガリウムヒ素（GaAs）
とを比較すると、ガリウムヒ素は比較的安定で
あるが、アルミニウムヒ素（AlAs）は容易に
分解して酸素や水酸イオンと結合しやすいこと
も知られている。・族化合物は、共有結合
に加えて両原子のイオン性にもとづく結合力に
よつても結合されているが、アルミニウムヒ素
（AlAs）はこのイオン性に起因する結合力が大
きな割合を占めるので、酸素や水酸イオンと結
合しやすい。これらの要因により、アルミニウ
ムヒ素（AlAs）層には、表面準位が形成され
やすい。
には、ボロン（第１周期）・アルミニウム（第
２周期）・ガリウム（第３周期）等が含まれる
が、それぞれの原子半径は、80pm・125pm・
125pmであり、アルミニウムの原子半径のみが
異常に大きい。そのため、アルミニウムは、そ
の最外殻電子が遊離しやすく、活性が大きい。
具体的に数値をもつて示すと、ボロン・アルミ
ニウム・ガリウムの酸化物のギブスの自由エネ
ルギーは、それぞれ−1191.29KJmol-1・−
1581.9KJmol-1・−998KJmol-1であり、ギブ
スの自由エネルギーも、アルミニウムに対して
のみ異常に大きい。そのため、アルミニウムは
酸素と結合しやすい。また、アルミニウムガリ
ウムヒ素（AlGaAs）の構成要素であるアルミ
ニウムヒ素（AlAs）とガリウムヒ素（GaAs）
とを比較すると、ガリウムヒ素は比較的安定で
あるが、アルミニウムヒ素（AlAs）は容易に
分解して酸素や水酸イオンと結合しやすいこと
も知られている。・族化合物は、共有結合
に加えて両原子のイオン性にもとづく結合力に
よつても結合されているが、アルミニウムヒ素
（AlAs）はこのイオン性に起因する結合力が大
きな割合を占めるので、酸素や水酸イオンと結
合しやすい。これらの要因により、アルミニウ
ムヒ素（AlAs）層には、表面準位が形成され
やすい。
そのため、ゲート電極からのリーク電流が発
生しやすく、ゲート電極電位の経時的変化に起
因する、電界効果の経時的不安定が発生しやす
い。換言すれば、ｎ型のアルミニウムガリウム
ヒ素（ｎ−AlGaAs）層とアンドープのガリウ
ムヒ素（ｉ−GaAs）層とのヘテロ接合界面近
傍に発生する電界効果の経時的変化に起因する
二次元電子ガスの面濃度の経時的変化が発生し
やすく、結果的に、伝達コンダクタンス（gm）
の周波数分散が発生しやすく、また、低周波雑
音が発生しやすい。
生しやすく、ゲート電極電位の経時的変化に起
因する、電界効果の経時的不安定が発生しやす
い。換言すれば、ｎ型のアルミニウムガリウム
ヒ素（ｎ−AlGaAs）層とアンドープのガリウ
ムヒ素（ｉ−GaAs）層とのヘテロ接合界面近
傍に発生する電界効果の経時的変化に起因する
二次元電子ガスの面濃度の経時的変化が発生し
やすく、結果的に、伝達コンダクタンス（gm）
の周波数分散が発生しやすく、また、低周波雑
音が発生しやすい。
このような問題を解決するために、チヤンネ
ル上の領域には、二酸化シリコン（SiO2）
膜・窒化アルミニウム（AlN）膜・PSG膜・
PBSG膜等の保護膜が形成されるが、この保護
膜の形成以前に発生している表面準位や保護膜
形成中に発生する表面準位にもとづく影響に対
しては保護効果がなく、上記せる諸問題の有効
な解決とはなりえない。
ル上の領域には、二酸化シリコン（SiO2）
膜・窒化アルミニウム（AlN）膜・PSG膜・
PBSG膜等の保護膜が形成されるが、この保護
膜の形成以前に発生している表面準位や保護膜
形成中に発生する表面準位にもとづく影響に対
しては保護効果がなく、上記せる諸問題の有効
な解決とはなりえない。
上記せるアンドープのガリウムヒ素（ｉ−
GaAs）層上に電子供給層であるｎ型のアルミ
ニウムガリウムヒ素（ｎ−AlGaAs）層が形成
されている層構成の選択ドープヘテロ接合トラ
ンジスタ（HEMT）の１例について、ソース
−ドレイン電流を測定する高温加速試験を80℃
において実行すると、第７図にグラフＡをもつ
て示すように、ソース・ドレイン電流はプロセ
ス中に約30％本来の値より減少し、その後も急
速に低下して、約３時間をもつて零となり、ト
ランジスタ機能を失う。
GaAs）層上に電子供給層であるｎ型のアルミ
ニウムガリウムヒ素（ｎ−AlGaAs）層が形成
されている層構成の選択ドープヘテロ接合トラ
ンジスタ（HEMT）の１例について、ソース
−ドレイン電流を測定する高温加速試験を80℃
において実行すると、第７図にグラフＡをもつ
て示すように、ソース・ドレイン電流はプロセ
ス中に約30％本来の値より減少し、その後も急
速に低下して、約３時間をもつて零となり、ト
ランジスタ機能を失う。
ロ 選択ドープヘテロ接合トランジスタ
（HEMT）のゲート電極にはシヨツトキ電極が
一般に使用されるが、選択ドープヘテロ接合ト
ランジスタ（HEMT）の最上層をなすｎ型ア
ルミニウムガリウムヒ素（ｎ−AlGaAs）層の
不純物濃度は高濃度であるから、ゲート電極の
絶縁耐力を大きくしにくい。
（HEMT）のゲート電極にはシヨツトキ電極が
一般に使用されるが、選択ドープヘテロ接合ト
ランジスタ（HEMT）の最上層をなすｎ型ア
ルミニウムガリウムヒ素（ｎ−AlGaAs）層の
不純物濃度は高濃度であるから、ゲート電極の
絶縁耐力を大きくしにくい。
これらの欠点を解消するため、チヤンネル上の
領域に表面準位が発生しにくゝ、ゲート電極から
リーク電流が発生することがなく、電界効果トラ
ンジスタとしての動作が安定している選択ドープ
ヘテロ接合トランジスタ（HEMT）の開発が望
まれていた。
領域に表面準位が発生しにくゝ、ゲート電極から
リーク電流が発生することがなく、電界効果トラ
ンジスタとしての動作が安定している選択ドープ
ヘテロ接合トランジスタ（HEMT）の開発が望
まれていた。
上記の目的は、アンドープのガリウムヒ素層２
上に、電子供給層としてのｎ型のアルミニウムガ
リウムヒ素層３が形成され、このｎ型のアルミニ
ウムガリウムヒ素層３よりなる電子供給層上のソ
ース電極・ドレイン電極形成領域に、ソース電極
コンタクト層・ドレイン電極コンタクト層として
のｎ型のガリウムヒ素層４が形成され、このｎ型
のガリウムヒ素層４よりなるソース電極コンタク
ト層・ドレイン電極コンタクト層上にソース電極
７・ドレイン電極８が形成され、このソース電極
７・ドレイン電極８が形成されている領域を除く
前記のｎ型のガリウムヒ素層４よりなるソース電
極コンタクト層・ドレイン電極コンタクト層上と
前記のｎ型のアルミニウムガリウムヒ素層３より
なる電子供給層上とには、保護層としてのアンド
ープのアルミニウムガリウムヒ素層６が形成さ
れ、このアンドープのアルミニウムガリウムヒ素
層６よりなる保護層上にゲート電極９が形成され
ている半導体装置をもつて達成される。
上に、電子供給層としてのｎ型のアルミニウムガ
リウムヒ素層３が形成され、このｎ型のアルミニ
ウムガリウムヒ素層３よりなる電子供給層上のソ
ース電極・ドレイン電極形成領域に、ソース電極
コンタクト層・ドレイン電極コンタクト層として
のｎ型のガリウムヒ素層４が形成され、このｎ型
のガリウムヒ素層４よりなるソース電極コンタク
ト層・ドレイン電極コンタクト層上にソース電極
７・ドレイン電極８が形成され、このソース電極
７・ドレイン電極８が形成されている領域を除く
前記のｎ型のガリウムヒ素層４よりなるソース電
極コンタクト層・ドレイン電極コンタクト層上と
前記のｎ型のアルミニウムガリウムヒ素層３より
なる電子供給層上とには、保護層としてのアンド
ープのアルミニウムガリウムヒ素層６が形成さ
れ、このアンドープのアルミニウムガリウムヒ素
層６よりなる保護層上にゲート電極９が形成され
ている半導体装置をもつて達成される。
本発明は、最上層がｎ型アルミニウムガリウム
ヒ素（ｎ−AlGaAs）層である選択ドープヘテロ
接合トランジスタ（HEMT）には、上記のよう
に致命的な欠陥があるが、少なくともｎ型アルミ
ニウムガリウムヒ素（ｎ−AlGaAs）層３を、こ
れと同一の結晶性を有する保護層をもつてカバー
すればよいとの着想を具体化して完成したもので
ある。
ヒ素（ｎ−AlGaAs）層である選択ドープヘテロ
接合トランジスタ（HEMT）には、上記のよう
に致命的な欠陥があるが、少なくともｎ型アルミ
ニウムガリウムヒ素（ｎ−AlGaAs）層３を、こ
れと同一の結晶性を有する保護層をもつてカバー
すればよいとの着想を具体化して完成したもので
ある。
たゞ、上記の層構成の選択ドープヘテロ接合ト
ランジスタ（HEMT）の最上層をなす電子供給
層３は、その厚さが極めて薄い高濃度ｎ型のアル
ミニウムガリウムヒ素（ｎ−AlGaAs）層である
から、ソース電極７・ドレイン電極８とのオーミ
ツクコンタクトを形成しにくいので、高濃度ｎ型
のガリウムヒ素（ｎ−GaAs）層よりなるコンタ
クト層４を設けることが多い。そのため、ゲート
電極９が形成される領域（チヤンネル領域）はリ
セスとされている。したがつて、上記のアンドー
プのガリウムヒ素（ｉ−GaAs）層２上に電子供
給層であるｎ型のアルミニウムガリウムヒ素（ｎ
−AlGaAs）層３が形成されている層構成を有す
る選択ドープヘテロ接合トランジスタ（HEMT）
のｎ型アルミニウムガリウムヒ素（ｎ−
AlGaAs）層３上に何らかの保護層を形成するに
は、リセス形成のためのエツチング工程が完了し
た後に改めて高抵抗のアルミニウムガリウムヒ素
（AlGaAs）層６を成長させる必要があるため、
２回成長が前提となり、従来技術においては、電
子供給層であるｎ型のアルミニウムガリウムヒ素
（ｎ−AlGaAs）層３上に、結晶状態の良好な高
抵抗アルミニウムガリウムヒ素（ｉ−AlGaAs）
層よりなる保護層を形成することは困難であつ
た。
ランジスタ（HEMT）の最上層をなす電子供給
層３は、その厚さが極めて薄い高濃度ｎ型のアル
ミニウムガリウムヒ素（ｎ−AlGaAs）層である
から、ソース電極７・ドレイン電極８とのオーミ
ツクコンタクトを形成しにくいので、高濃度ｎ型
のガリウムヒ素（ｎ−GaAs）層よりなるコンタ
クト層４を設けることが多い。そのため、ゲート
電極９が形成される領域（チヤンネル領域）はリ
セスとされている。したがつて、上記のアンドー
プのガリウムヒ素（ｉ−GaAs）層２上に電子供
給層であるｎ型のアルミニウムガリウムヒ素（ｎ
−AlGaAs）層３が形成されている層構成を有す
る選択ドープヘテロ接合トランジスタ（HEMT）
のｎ型アルミニウムガリウムヒ素（ｎ−
AlGaAs）層３上に何らかの保護層を形成するに
は、リセス形成のためのエツチング工程が完了し
た後に改めて高抵抗のアルミニウムガリウムヒ素
（AlGaAs）層６を成長させる必要があるため、
２回成長が前提となり、従来技術においては、電
子供給層であるｎ型のアルミニウムガリウムヒ素
（ｎ−AlGaAs）層３上に、結晶状態の良好な高
抵抗アルミニウムガリウムヒ素（ｉ−AlGaAs）
層よりなる保護層を形成することは困難であつ
た。
そのため、上記の欠点を解消するために結晶状
態の良好な高抵抗アルミニウムガリウムヒ素（ｉ
−AlGaAs）層よりなる保護層を電子供給層であ
るｎ型のアルミニウムガリウムヒ素（ｎ−
AlGaAs）層３上に形成することが有効であろう
との着想は当然予測可能であつたであろうが、本
発明に係る選択ドープヘテロ接合トランジスタ
（HEMT）は、実用に耐える半導体装置として
は、製造することができなかつた。
態の良好な高抵抗アルミニウムガリウムヒ素（ｉ
−AlGaAs）層よりなる保護層を電子供給層であ
るｎ型のアルミニウムガリウムヒ素（ｎ−
AlGaAs）層３上に形成することが有効であろう
との着想は当然予測可能であつたであろうが、本
発明に係る選択ドープヘテロ接合トランジスタ
（HEMT）は、実用に耐える半導体装置として
は、製造することができなかつた。
ところが、本発明の発明者が、アルシン
（AsH3）とトリメチルアルミニウム（Al（CH3）3）
とトリメチルガリウム（Ga（CH3）3）との混合物
を反応物質としてなすMOCVD法を使用して、
ガリウムヒ素（GaAs）層上にアンドープのアル
ミニウムガリウムヒ素（ｉ−AlGaAs）層を形成
したところ、このアンドープのアルミニウムガリ
ウムヒ素（ｉ−AlGaAs）層は、その結晶性が極
めて良好であり、また、ガリウムヒ素（GaAs）
層との界面状態も極めて良好であることが確認さ
れた。第１図は、上記のMOCVD法によつて形
成されたアルミニウムガリウムヒ素（ｉ−
AlGaAs）層／ガリウムヒ素（GaAs）層のＣ−
Ｖ特性曲線である。図より明らかなように、ヒス
テリシス特性は殆ど認められず、界面準位が存在
しないことが認められる。
（AsH3）とトリメチルアルミニウム（Al（CH3）3）
とトリメチルガリウム（Ga（CH3）3）との混合物
を反応物質としてなすMOCVD法を使用して、
ガリウムヒ素（GaAs）層上にアンドープのアル
ミニウムガリウムヒ素（ｉ−AlGaAs）層を形成
したところ、このアンドープのアルミニウムガリ
ウムヒ素（ｉ−AlGaAs）層は、その結晶性が極
めて良好であり、また、ガリウムヒ素（GaAs）
層との界面状態も極めて良好であることが確認さ
れた。第１図は、上記のMOCVD法によつて形
成されたアルミニウムガリウムヒ素（ｉ−
AlGaAs）層／ガリウムヒ素（GaAs）層のＣ−
Ｖ特性曲線である。図より明らかなように、ヒス
テリシス特性は殆ど認められず、界面準位が存在
しないことが認められる。
上記の実験結果にもとづいて、本発明の発明者
は、上記のMOCVD法を使用すれば、本発明に
係る先端ドープヘテロ接合トランジスタ
（HEMT）を製造することが可能であるとの確信
を得て、上記と等価な条件のMOCVD法を使用
して、本発明に係る選択ドープヘテロ接合トラン
ジスタ（HEMT）を試作し、80℃において高温
加速試験を実施して、ソース−ドレイン電流特性
を測定したところ、第７図のグラフＢに示すよう
に、10000時間経過しても、なお、ソース−ドレ
イン電流には全く変化を生ぜず、トランジスタ機
能を維持していることが確認された。
は、上記のMOCVD法を使用すれば、本発明に
係る先端ドープヘテロ接合トランジスタ
（HEMT）を製造することが可能であるとの確信
を得て、上記と等価な条件のMOCVD法を使用
して、本発明に係る選択ドープヘテロ接合トラン
ジスタ（HEMT）を試作し、80℃において高温
加速試験を実施して、ソース−ドレイン電流特性
を測定したところ、第７図のグラフＢに示すよう
に、10000時間経過しても、なお、ソース−ドレ
イン電流には全く変化を生ぜず、トランジスタ機
能を維持していることが確認された。
このような試作の結果にもとづいて、本発明の
発明者は、上記の着想が具体化され、本発明が完
成したものと考えた。
発明者は、上記の着想が具体化され、本発明が完
成したものと考えた。
こゝで、特筆すべきことは、本発明の特性安定
化に対する効果の顕著性である。第７図のグラフ
Ａに示すように、本発明の要旨に係る保護層のな
い従来技術に係る、アンドープのガリウムヒ素
（ｉ−GaAs）層上に電子供給層であるｎ型のア
ルミニウムガリウムヒ素（ｎ−AlGaAs）層が形
成されている層構成の選択ドープヘテロ接合トラ
ンジスタ（HEMT）においては、80℃において
なす高温加速試験の結果、僅か３時間でトランジ
スタ機能を失つたにも拘わらず、本発明の要旨に
係る保護層を有する選択ドープヘテロ接合トラン
ジスタ（HEMT）は、同一の高温加速試験に、
10000時間を超えて耐え続けており、その寿命を
特定することができない程、効果が顕著であるこ
とである。
化に対する効果の顕著性である。第７図のグラフ
Ａに示すように、本発明の要旨に係る保護層のな
い従来技術に係る、アンドープのガリウムヒ素
（ｉ−GaAs）層上に電子供給層であるｎ型のア
ルミニウムガリウムヒ素（ｎ−AlGaAs）層が形
成されている層構成の選択ドープヘテロ接合トラ
ンジスタ（HEMT）においては、80℃において
なす高温加速試験の結果、僅か３時間でトランジ
スタ機能を失つたにも拘わらず、本発明の要旨に
係る保護層を有する選択ドープヘテロ接合トラン
ジスタ（HEMT）は、同一の高温加速試験に、
10000時間を超えて耐え続けており、その寿命を
特定することができない程、効果が顕著であるこ
とである。
以下、図面を参照しつゝ、本発明の一実施例に
係る半導体装置（アンドープのガリウムヒ素（ｉ
−GaAs）層上に電子供給層であるｎ型のアルミ
ニウムガリウムヒ素（ｎ−AlGaAs）層が形成さ
れている層構成の選択ドープヘテロ接合トランジ
スタ（HEMT））についてさらに説明する。
係る半導体装置（アンドープのガリウムヒ素（ｉ
−GaAs）層上に電子供給層であるｎ型のアルミ
ニウムガリウムヒ素（ｎ−AlGaAs）層が形成さ
れている層構成の選択ドープヘテロ接合トランジ
スタ（HEMT））についてさらに説明する。
第２図参照
半絶縁性ガリウムヒ素（GaAs）基板１上に、
MBE法を使用して、厚さ1μｍ程度のアンドープ
のガリウムヒ素（GaAs）層２と、厚さが400Å
程度であり、２×1018／cm3程度にｎ型の不純物を
含有するアルミニウムガリウムヒ素（ｎ−
AlGaAs）層３と、厚さが400Å程度であり、２
×1018／cm3程度にｎ型の不純物を含有するガリウ
ムヒ素（ｎ−GaAs）層４とを、つゞけて形成す
る。
MBE法を使用して、厚さ1μｍ程度のアンドープ
のガリウムヒ素（GaAs）層２と、厚さが400Å
程度であり、２×1018／cm3程度にｎ型の不純物を
含有するアルミニウムガリウムヒ素（ｎ−
AlGaAs）層３と、厚さが400Å程度であり、２
×1018／cm3程度にｎ型の不純物を含有するガリウ
ムヒ素（ｎ−GaAs）層４とを、つゞけて形成す
る。
第３図参照
フオトレジスト膜５を全面に形成した後、フオ
トリソグラフイー法を使用して、ゲート領域のリ
セス形成予定領域からフオトレジスト膜５を除去
してエツチング用マスクを形成する。その後、四
塩化炭素（CCl4）を使用してなすドライエツチ
ング法を使用して、ｎ型のガリウムヒ素（ｎ−
GaAs）層４をエツチング除去する。
トリソグラフイー法を使用して、ゲート領域のリ
セス形成予定領域からフオトレジスト膜５を除去
してエツチング用マスクを形成する。その後、四
塩化炭素（CCl4）を使用してなすドライエツチ
ング法を使用して、ｎ型のガリウムヒ素（ｎ−
GaAs）層４をエツチング除去する。
第４図参照
使用済みのフオトレジスト膜５を溶解除去した
後、アルシン（AsH3）とトリメチルアルミニウ
ム（Al（CH3）3）とトリメチルガリウム（Ga
（CH3）3）との混合物を反応物質としてなす
MOCVD法を使用して、アンドープのアルミニ
ウムガリウムヒ素（ｉ−AlGaAs）層６を厚さ
5000Å程度に形成する。このアンドープのアルミ
ニウムガリウムヒ素（ｉ−AlGaAs）層６の抵抗
は非常に大きくなり、また、上記せるとおり、ｎ
型のアルミニウムガリウムヒ素（ｎ−AlGaAs）
層３との界面に界面準位は発生しない。
後、アルシン（AsH3）とトリメチルアルミニウ
ム（Al（CH3）3）とトリメチルガリウム（Ga
（CH3）3）との混合物を反応物質としてなす
MOCVD法を使用して、アンドープのアルミニ
ウムガリウムヒ素（ｉ−AlGaAs）層６を厚さ
5000Å程度に形成する。このアンドープのアルミ
ニウムガリウムヒ素（ｉ−AlGaAs）層６の抵抗
は非常に大きくなり、また、上記せるとおり、ｎ
型のアルミニウムガリウムヒ素（ｎ−AlGaAs）
層３との界面に界面準位は発生しない。
第５図参照
フオトリソグラフイー法と四塩化炭素（CCl4）
を使用してなす化学エツチング法とを使用してソ
ース電極形成予定領域とドレイン電極形成予定領
域とから、アンドープのアルミニウムガリウムヒ
素（ｉ−AlGaAs）層６を除去した後、この領域
に金・ゲルマニウム／金（Au・Ge／Au）の二
重層を蒸着またはスパツタ形成して、ソース電極
７とドレイン電極８とを形成する。
を使用してなす化学エツチング法とを使用してソ
ース電極形成予定領域とドレイン電極形成予定領
域とから、アンドープのアルミニウムガリウムヒ
素（ｉ−AlGaAs）層６を除去した後、この領域
に金・ゲルマニウム／金（Au・Ge／Au）の二
重層を蒸着またはスパツタ形成して、ソース電極
７とドレイン電極８とを形成する。
第６図参照
ゲート電極形成予定領域以外をフオトレジスト
膜（図示せず）をもつて覆い、水（H2Ｏ）と過
酸化水素水（H2O2）とフツ酸との混合液を使用
して、アンドープのアルミニウムガリウムヒ素
（ｉ−AlGaAs）層６の厚さをゲート電極形成予
定領域において300Å程度まで減少する。続いて、
リフトオフ法を使用して、この領域にアルミニウ
ム（Al）膜を3000Å程度の厚さに形成してゲー
ト電極９を形成する。各電極に配線ボンデイング
をなした後、全面に窒化アルミニウム（AlN）
膜１０を保護膜として形成する。
膜（図示せず）をもつて覆い、水（H2Ｏ）と過
酸化水素水（H2O2）とフツ酸との混合液を使用
して、アンドープのアルミニウムガリウムヒ素
（ｉ−AlGaAs）層６の厚さをゲート電極形成予
定領域において300Å程度まで減少する。続いて、
リフトオフ法を使用して、この領域にアルミニウ
ム（Al）膜を3000Å程度の厚さに形成してゲー
ト電極９を形成する。各電極に配線ボンデイング
をなした後、全面に窒化アルミニウム（AlN）
膜１０を保護膜として形成する。
以上の工程をもつて製造された選択ドープヘテ
ロ接合トランジスタ（HEMT）に80℃において
なす高温加速試験をなしてソース−ドレイン電流
の経時変化を測定したが、〔作用〕の項にも述べ
たように、10000時間を超えても全く変化が発生
せず、その使用可能期間の限界（寿命）を知るこ
とができない状態である。
ロ接合トランジスタ（HEMT）に80℃において
なす高温加速試験をなしてソース−ドレイン電流
の経時変化を測定したが、〔作用〕の項にも述べ
たように、10000時間を超えても全く変化が発生
せず、その使用可能期間の限界（寿命）を知るこ
とができない状態である。
この絶大な効果は、本発明に係る選択ドープヘ
テロ接合トランジスタ（HEMT）のチヤンネル
上の領域（ソース電極とドレイン電極とに挟まれ
た領域）が、界面準位を有しない高抵抗アルミニ
ウムガリウムヒ素（ｉ−AlGaAs）層をもつて覆
われていることに原因するものと考えざるをえな
い。
テロ接合トランジスタ（HEMT）のチヤンネル
上の領域（ソース電極とドレイン電極とに挟まれ
た領域）が、界面準位を有しない高抵抗アルミニ
ウムガリウムヒ素（ｉ−AlGaAs）層をもつて覆
われていることに原因するものと考えざるをえな
い。
以上説明せるとおり、本発明に係る選択ドープ
ヘテロ接合トランジスタ（HEMT）は、電子供
給層としてのｎ型のアルミニウムガリウムヒ素層
が最上層をなし、ソース電極とドレイン電極とは
ソース電極コンタクト層・ドレイン電極コンタク
ト層をなすｎ型のガリウムヒ素層を介して形成さ
れ、ソース電極・ドレイン電極が形成されている
領域を除くｎ型のガリウムヒ素層よりなるソース
電極コンタクト層・ドレイン電極コンタクト層上
とｎ型のアルミニウムガリウムヒ素層よりなる電
子供給層上とには、保護層としてのアンドープの
アルミニウムガリウムヒ素層が形成され、このア
ンドープのアルミニウムガリウムヒ素層よりなる
保護層上にゲート電極が形成されているので、 イ ゲート電極からのリーク電流の発生は有効に
防止され、 ロ 電界効果が経時的に変化せず安定であり、結
果的に二次元電子ガスの面濃度が安定してお
り、伝達コンダクタンス（gm）の周波数分散
はなく、低周波雑音の発生も低減されており、 ホ ゲート耐圧も向上している。
ヘテロ接合トランジスタ（HEMT）は、電子供
給層としてのｎ型のアルミニウムガリウムヒ素層
が最上層をなし、ソース電極とドレイン電極とは
ソース電極コンタクト層・ドレイン電極コンタク
ト層をなすｎ型のガリウムヒ素層を介して形成さ
れ、ソース電極・ドレイン電極が形成されている
領域を除くｎ型のガリウムヒ素層よりなるソース
電極コンタクト層・ドレイン電極コンタクト層上
とｎ型のアルミニウムガリウムヒ素層よりなる電
子供給層上とには、保護層としてのアンドープの
アルミニウムガリウムヒ素層が形成され、このア
ンドープのアルミニウムガリウムヒ素層よりなる
保護層上にゲート電極が形成されているので、 イ ゲート電極からのリーク電流の発生は有効に
防止され、 ロ 電界効果が経時的に変化せず安定であり、結
果的に二次元電子ガスの面濃度が安定してお
り、伝達コンダクタンス（gm）の周波数分散
はなく、低周波雑音の発生も低減されており、 ホ ゲート耐圧も向上している。
特に、上記せるとうり、使用可能期間（寿命）
が極めて長い効果は極めて顕著である。
が極めて長い効果は極めて顕著である。
第１図は、MOCVD法を使用してガリウムヒ
素層上に形成されたアルミニウムガリウムヒ素層
と上記のガリウムヒ素層との界面状態を確認する
ためのＣ−Ｖ特性曲線である。第２図乃至第６図
は、本発明の一実施例に係る半導体装置の主要製
造工程完了後の基板断面図である。第７図は、本
発明に係る選択ドープヘテロ接合トランジスタ
（HEMT）の効果確認試験の結果を示すグラフで
あり、80℃における高温加速試験においてソー
ス・ドレイン電流の経時変化を測定したものであ
り、グラフＡは従来技術の結果を、グラフＢは本
願発明の結果を、それぞれ示す。 １……基板、２……アンドープのガリウムヒ素
層、３……ｎ型のアルミニウムガリウムヒ素層、
４……ｎ型のガリウムヒ素層、５……フオトレジ
スト膜、６……アンドープの高抵抗アルミニウム
ガリウムヒ素層、７……ソース電極、８……ドレ
イン電極、９……ゲート電極、１０……保護層。
素層上に形成されたアルミニウムガリウムヒ素層
と上記のガリウムヒ素層との界面状態を確認する
ためのＣ−Ｖ特性曲線である。第２図乃至第６図
は、本発明の一実施例に係る半導体装置の主要製
造工程完了後の基板断面図である。第７図は、本
発明に係る選択ドープヘテロ接合トランジスタ
（HEMT）の効果確認試験の結果を示すグラフで
あり、80℃における高温加速試験においてソー
ス・ドレイン電流の経時変化を測定したものであ
り、グラフＡは従来技術の結果を、グラフＢは本
願発明の結果を、それぞれ示す。 １……基板、２……アンドープのガリウムヒ素
層、３……ｎ型のアルミニウムガリウムヒ素層、
４……ｎ型のガリウムヒ素層、５……フオトレジ
スト膜、６……アンドープの高抵抗アルミニウム
ガリウムヒ素層、７……ソース電極、８……ドレ
イン電極、９……ゲート電極、１０……保護層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ アンドープのガリウムヒ素層２上にｎ型のア
ルミニウムガリウムヒ素層３が形成され、 該ｎ型のアルミニウムガリウムヒ素層３上のソ
ース電極・ドレイン電極形成領域にｎ型のガリウ
ムヒ素層４が形成され、 該ｎ型のガリウムヒ素層４上にソース電極７・
ドレイン電極８が形成され、 該ソース電極７・ドレイン電極８が形成されて
いる領域を除く前記ｎ型のガリウムヒ素層４上と
前記ｎ型のアルミニウムガリウムヒ素層３上とに
はアンドープのアルミニウムガリウムヒ素層６が
形成され、 該アンドープのアルミニウムガリウムヒ素層６
上にゲート電極９が形成され てなることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5584083A JPS59181673A (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5584083A JPS59181673A (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59181673A JPS59181673A (ja) | 1984-10-16 |
| JPH0472383B2 true JPH0472383B2 (ja) | 1992-11-18 |
Family
ID=13010192
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5584083A Granted JPS59181673A (ja) | 1983-03-31 | 1983-03-31 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59181673A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2513290B2 (ja) * | 1989-01-11 | 1996-07-03 | 日本電気株式会社 | 電界効果トランジスタ及びその製造方法 |
| JP2687897B2 (ja) * | 1994-10-13 | 1997-12-08 | 日本電気株式会社 | 電界効果型トランジスタ及びその製造方法 |
| JPH10223651A (ja) * | 1997-02-05 | 1998-08-21 | Nec Corp | 電界効果トランジスタ |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57128070A (en) * | 1981-01-30 | 1982-08-09 | Fujitsu Ltd | Field-effect transistor |
| JPS58147158A (ja) * | 1982-02-26 | 1983-09-01 | Oki Electric Ind Co Ltd | 化合物半導体電界効果トランジスタ |
-
1983
- 1983-03-31 JP JP5584083A patent/JPS59181673A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57128070A (en) * | 1981-01-30 | 1982-08-09 | Fujitsu Ltd | Field-effect transistor |
| JPS58147158A (ja) * | 1982-02-26 | 1983-09-01 | Oki Electric Ind Co Ltd | 化合物半導体電界効果トランジスタ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59181673A (ja) | 1984-10-16 |
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