JPH05114615A - 化合物半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

化合物半導体装置及びその製造方法

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JPH05114615A
JPH05114615A JP3302281A JP30228191A JPH05114615A JP H05114615 A JPH05114615 A JP H05114615A JP 3302281 A JP3302281 A JP 3302281A JP 30228191 A JP30228191 A JP 30228191A JP H05114615 A JPH05114615 A JP H05114615A
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JP
Japan
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semiconductor
gate electrode
channel
layer
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JP3302281A
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English (en)
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Yoshikazu Nakagawa
義和 中川
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Rohm Co Ltd
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Rohm Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1025Channel region of field-effect devices
    • H01L29/1029Channel region of field-effect devices of field-effect transistors

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Abstract

(57)【要約】 【目的】多重細線チャンネルFET等の如き1次元チャ
ンネルを有する化合物半導体装置においてストライプ側
面からの容量を低減し雑音特性を改善する。 【構成】本発明の化合物半導体装置は、複数の半導体層
が上下に隣接するように設けられた半導体に所定間隔で
形成された複数のイオン注入層8と、前記イオン注入層
8間に形成されたチャンネル7と、前記イオン注入層8
及びチャンネル7上に形成されたゲ−ト電極6と、この
ゲ−ト電極の両側に形成されたソ−スおよびドレイン電
極とからなっており、これを、半導体基板上に所定の複
数の半導体層を順次形成する工程と、前記複数の半導体
層が形成された後、部分的絶縁化のため表面からイオン
注入を所定間隔ごとに施す工程と、前記イオン注入後に
前記表面上にゲ−ト電極用の金属層を施す工程と、ゲー
ト電極の両側にソースおよびドレイン電極用の金属層を
施す工程と、から成る製造方法で作成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は化合物半導体装置とその
製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電子の移動の自由度が3次元であるME
S型FETや、2次元であるHEMT(High Electron
Mobility Transistor)の次に1次元のデバイスが考
えられている。その1次元チャンネルのデバイスとして
多重細線チャンネルFETが知られている。
【0003】この多重細線チャンネルFETは図5に示
すようにソ−ス21からドレイン23間にストライプと
呼ばれる複数の細線チャンネル24a、24b、24c
が設けられており、ゲ−ト電極22に印加する電圧によ
って電子の流れ(電流)が制御される。多重細線チャン
ネルFETでは、電子の移動の自由度が1次元であるた
め大きな電子移動度が期待される。
【0004】また、図6に示す図5のX−X’断面から
分かるようにチャンネル24a、24b、24cに側面
から電界の回り込みがあるため電子の閉じこめの効果が
あり、短チャンネル現象(ソ−スからドレインへ流れる
電流が該電流の微小な部分ではゲ−ト電圧によって制御
できにくくなる現象)を克服できるという効果も期待で
きる。
【0005】尚、図6において、25はGaAsよりな
る基板、26はアンド−プGaAs層、27はn+のA
lGaAs層、28はn+のGaAs層である。また、
29は電子を示している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の多重細線チャンネルFETでは、チャンネル(スト
ライプ)の側方にゲ−ト用の金属が存在するため、その
側面から延びる空乏層による容量がゲ−ト容量に加わ
り、雑音特性が悪いという欠点があった。即ち、ノイズ
指数NFは NF=1+K(f/fT)√{gm(Rs+Rg)}・・・ で示され、fTは fT=gm/2πCgs で表わされるので、前記容量が大きくなると、Cgsが
大きくなってfTが小さくなるため式からNFが大き
くなってしまうのである。尚、式において、Kはフィ
ッティング定数、fは周波数、fTはカットオフ周波
数、gmは相互コンダクタンス、Rsはソ−ス抵抗、R
gはゲ−ト抵抗である。
【0007】本発明はこのような点に鑑みなされたもの
であって、多重細線チャンネルFET等の如き1次元チ
ャンネルを有する化合物半導体装置においてストライプ
側面からの容量を低減し雑音特性を改善することを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明の第1の構成では、化合物半導体装置は、複数
の半導体層が上下に隣接するように設けられた半導体に
所定間隔で形成された複数のイオン注入層と、前記イオ
ン注入層間に形成されたチャンネルと、前記イオン注入
層及びチャンネル上に形成されたゲ−ト電極と、前記ゲ
−ト電極の両側に形成されたソ−ス電極およびドレイン
電極と、からなっており、これを、半導体基板上に所定
の複数の半導体層を順次形成する工程と、前記複数の半
導体層が形成された後、部分的絶縁化のため表面からイ
オン注入を所定間隔ごとに施す工程と、前記イオン注入
後に前記表面上にゲ−ト電極用の金属層を施す工程と、
前記ゲ−ト電極の両側にソ−スおよびドレイン電極用の
金属層を施す工程と、から成る製造方法で作成する。
【0009】本発明の第2の構成では、化合物半導体装
置は、複数の半導体層が上下に隣接するように設けられ
た半導体内に所定間隔で形成された複数の絶縁体層と、
前記絶縁体層間に形成されたチャンネルと、前記絶縁体
層及びチャンネル上に形成されたゲ−ト電極と、前記ゲ
−ト電極の両側に形成されたソ−ス電極およびドレイン
電極と、から成っており、これを、半導体基板上に所定
の複数の半導体層を順次形成する工程と、前記複数の半
導体層を形成した後に表面から所定間隔ごとにメサエッ
チを施す工程と、前記メサエッチにより形成された凹所
内に絶縁物を埋める工程と、前記絶縁物を埋めた後で前
記表面上にゲ−ト電極用の金属層を施す工程と、前記ゲ
−ト電極の両側にソ−スおよびドレイン電極用の金属層
を施す工程と、から成る製造方法で作成する。
【0010】本発明の第3の構成では、化合物半導体装
置は、複数の半導体層が上下に隣接するように設けられ
た半導体に所定間隔で形成された複数の絶縁体層と、前
記絶縁体層間に形成されたチャンネルと、前記半導体の
表面から上方へ突出するように前記絶縁層上に形成され
た第2の絶縁体層と、前記絶縁体層を含む前記半導体の
表面上に形成されたゲ−ト電極と、前記ゲ−ト電極の両
側に形成されたソ−ス電極およびドレイン電極と、から
成っている。
【0011】
【作用】上記各構成によると、チャンネル(ストライ
プ)の側方にはゲ−ト用の金属は存在せず、仮に存在す
るとしても側方上部であるため、それによるストライプ
側部の容量は著しく少なくなり、ノイズが抑制される。
【0012】
【実施例】図1は本発明の第1の実施例の断面図を示し
ており、図中1はGaAsよりなる基板であり、2はG
aAsバッファ層、3はGaAs(又はInGaAs)
層、4はn+のAlGaAs層(又はn+のInAlG
aAs層)、5はn+のGaAs層、6はAl等より成
るゲ−ト電極である。本実施例の特徴はイオン注入層8
が所定間隔(等間隔でなくても可)ごとに設けられてい
て、これらのイオン注入層8によって各チャンネル(ス
トライプ)を限定している点であり、且つその上にゲ−
ト電極6が設けられている点である。このとき、各スト
ライプの幅は100オングストロング〜800オングス
トロングとする。こうすることによりチャンネルは1次
元とみなせるようになる。
【0013】従って、チャンネル7の側方にはゲ−ト金
属が存在しないので、従来例のように側方から延びる空
乏層といったものが殆ど生じない。そのため、ゲ−ト・
ソ−ス間の容量Cgsが不所望に大きくならず、ノイズ
指数NFが小さくなる。
【0014】この図1の半導体装置の製造は、図2のよ
うにして作成される。まず、同図(イ)に示すようにG
aAsの基板1上に順次GaAsのバッファ層2、Ga
As(又はInGaAs)層3、n+のAlGaAs
(又はAlInGaAs)層4、n+のGaAs層5を
作成する。しかる後、その表面に同図(ロ)に示すよう
な孔9a、9b、9cを有するレジスト膜9を形成し、
このレジスト膜9を介して酸素又は水素又はホウ素等に
よるイオン注入を行なう。
【0015】しかる後、レジスト膜9を除去し、同図
(ハ)に示す如きパタ−ン10を介してソ−ス・ドレイ
ン電極のためのオ−ミックの金属の蒸着を行い、その
後、パタ−ン膜10をリフトオフする。その後、ゲ−ト
電極6のパタ−ニングを行ない、ゲ−ト金属(Al、又
はTi/Pt/Au、WSi/Au等)を蒸着し、且つ
リフトオフする。その場合、ゲ−ト電極のためのリセス
エッチを行なってもよい。
【0016】このようにして、同図(ニ)の如き半導体
装置が形成される。これをX−X’で断面すると、図1
のようになる。図2の(ニ)で11はソ−ス・ドレイン
電極結合用のオ−ミック金属を示す。
【0017】次に本発明の第2の実施例では図3に示す
ように図1のイオン注入層8に代えて絶縁体層12を設
けている。その他の部分は図1と同一の構造となってい
る。尚、絶縁体層12としてはSiO2、シリコン窒化
膜、アルミナ等が用いられる。この第2実施例の半導体
装置の製造方法は図2(イ)のように基板1上に所定の
層をエピタキシャル成長によって形成した後、図2
(ロ)の如きレジスト膜9をマスクとしてメサエッチを
行ない、そのマスクのまま低温で絶縁膜(例えば窒化
膜)をメサエッチで形成された凹所内に堆積させる。
尚、この絶縁膜の堆積はマイクロ波を用いたCVD装置
で実現できる。しかる後、リフトオフによってレジスト
膜と、その上に堆積した絶縁膜を除去する。その後は、
図2の(ハ)(ニ)で説明した工程を施す。
【0018】本発明の第3の実施例では、図4に示すよ
うに図1の第1実施例と同様にイオン注入層8を形成し
た後で、イオン注入層8の上に絶縁体層13を表面から
上方に突出するように形成し、その絶縁体層13を含む
表面にゲ−ト電極を施した構成としている。この第3の
実施例の半導体装置の製造方法はイオン注入層を形成す
る段階までは上記第1の実施例の製造方法と同じ方法を
用いることができ、その後は図4の如き絶縁体層の堆積
方法とリフトオフによって行ない、更にゲ−ト電極の形
成は図2の如き方法を用いることができる。
【0019】尚、図4の第3の実施例において、イオン
注入層8に代えて図3の如くメサエッチにより形成した
凹所に絶縁物を埋めることによって絶縁体層12を形成
し、その上に絶縁体層13を設けてもよい。上記各実施
例において、半導体層3(GaAs又はInGaAs
層)の厚さは80〜160オングストロング、半導体層
4(n+のAlGaAs又はn+のInAlGaAs
層)の厚さは200〜400オングストロングとする。
【0020】
【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、チャ
ンネルの側方にゲ−ト用の金属が存しない構造となって
いるので、側方から延びる空乏層が殆どなくなり、その
分、ゲ−ト容量値を小さくできるので、雑音の小さい良
質の化合物半導体装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例としての化合物半導体装
置の構造図。
【図2】 その製造方法を示す図。
【図3】 本発明の第2実施例の構造図。
【図4】 本発明の第3実施例の構造図。
【図5】 従来例の化合物半導体装置の平面図。
【図6】 従来例の化合物半導体装置の構造図。
【符号の説明】
1 半導体装置 2、3、4、5 半導体層 6 ゲ−ト電極 7 チャンネル(ストライプ) 8 イオン注入層 12 絶縁体層 13 絶縁体層(第2の絶縁体層)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 8617−4M H01L 21/265 C

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の半導体層が上下に隣接するように設
    けられた半導体に所定間隔で形成された複数のイオン注
    入層と、 前記イオン注入層間に形成されたチャンネルと、 前記イオン注入層及びチャンネル上に形成されたゲ−ト
    電極と、 前記ゲ−ト電極の両側に形成されたソ−ス電極およびド
    レイン電極と、 から成る多重細線チャンネル型の化合物半導体装置。
  2. 【請求項2】半導体基板上に所定の複数の半導体層を順
    次形成する工程と、 前記複数の半導体層が形成された後、部分的絶縁化のた
    め表面からイオン注入を所定間隔ごとに施す工程と、 前記イオン注入後に前記表面上にゲ−ト電極用の金属層
    を施す工程と、 前記ゲ−ト電極の両側にソ−スおよびドレイン電極用の
    金属層を施す工程と、 から成る多重細線チャンネル型化合物半導体の製造方
    法。
  3. 【請求項3】複数の半導体層が上下に隣接するように設
    けられた半導体内に所定間隔で形成された複数の絶縁体
    層と、 前記絶縁体層間に形成されたチャンネルと、 前記絶縁体層及びチャンネル上に形成されたゲ−ト電極
    と、 前記ゲ−ト電極の両側に形成されたソ−ス電極およびド
    レイン電極と、 から成る多重細線チャンネル型の化合物半導体装置。
  4. 【請求項4】半導体基板上に所定の複数の半導体層を順
    次形成する工程と、 前記複数の半導体層を形成した後に表面から所定間隔ご
    とにメサエッチを施す工程と、 前記メサエッチにより形成された凹所内に絶縁物を埋め
    る工程と、 前記絶縁物を埋めた後で前記表面上にゲ−ト電極用の金
    属層を施す工程と、 前記ゲ−ト電極の両側にソ−スおよびドレイン電極用の
    金属層を施す工程と、 から成る多重細線チャンネル型化合物半導体の製造方
    法。
  5. 【請求項5】複数の半導体層が上下に隣接するように設
    けられた半導体に所定間隔で形成された複数の絶縁体層
    と、 前記絶縁体層間に形成されたチャンネルと、 前記半導体の表面から上方へ突出するように前記絶縁層
    上に形成された第2の絶縁体層と、 前記絶縁体層を含む前記半導体の表面上に形成されたゲ
    −ト電極と、 前記ゲ−ト電極の両側に形成されたソ−ス電極およびド
    レイン電極と、 から成る多重細線チャンネル型の化合物半導体装置。
JP3302281A 1991-10-21 1991-10-21 化合物半導体装置及びその製造方法 Pending JPH05114615A (ja)

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US07/954,908 US5726467A (en) 1991-10-21 1992-09-30 Multiple narrow-line-channel fet having improved noise characteristics
CA002080080A CA2080080C (en) 1991-10-21 1992-10-07 Multiple narrow-line-channel fet having improved noise characteristics
EP92117924A EP0538792B1 (en) 1991-10-21 1992-10-20 Multiple narrow-line-channel fet having improved noise characteristics
DE69218875T DE69218875T2 (de) 1991-10-21 1992-10-20 Mehrkanal-FET mit schmaler Linienbreite und mit verbesserten Rauschcharakteristiken

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DE69218875T2 (de) 1997-09-18
CA2080080A1 (en) 1993-04-22
CA2080080C (en) 1997-09-16
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