JPH06188274A - Hetero junction field effect transistor - Google Patents

Hetero junction field effect transistor

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JPH06188274A
JPH06188274A JP33699592A JP33699592A JPH06188274A JP H06188274 A JPH06188274 A JP H06188274A JP 33699592 A JP33699592 A JP 33699592A JP 33699592 A JP33699592 A JP 33699592A JP H06188274 A JPH06188274 A JP H06188274A
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JP
Japan
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semiconductor layer
layer
field effect
gate electrode
effect transistor
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Withdrawn
Application number
JP33699592A
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Japanese (ja)
Inventor
Nobutaka Fuchigami
伸隆 渕上
Junji Shigeta
淳二 重田
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Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi ULSI Engineering Corp
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To control a decrease in gate forward allowable voltage and gate breakdown strength and control an increase in noise, by using a semiconductor material of reverse conductive type to an operating layer as a cap layer or a spacer layer in EFET or DFET. CONSTITUTION:An operating layer 1 is growth to a thickness of 15nm on a buffer layer 4 and sequentially an un-AlGaAs barrier layer 2 is growth to 10nm and a p-GaAs layer 3 is grown to 10nm by a MBE method. Then, only the element forming region is left and the other regions are isolated by a wet etching. After this, a gate electrode 6 (WSix) is formed and an SiO2 film is coated and then only the regions forming high concentration conductive layers 5 are removed by a dry etching, After recovering damage of the dry etching by a short-time annealing, sing the SiO2 film as a mask, an n-GaAs is selectively growth by a MOVPE method and the high concentration conductive layers 5 are formed, and ohmic electrodes 7 are installed y a lift-off method.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はヘテロ接合電界効果トラ
ンジスタに関し、温度上昇によるゲート順方向電圧の低
下とゲート耐圧の低下を抑制するデバイス構造に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heterojunction field effect transistor, and more particularly to a device structure for suppressing a decrease in gate forward voltage and a decrease in gate breakdown voltage due to temperature rise.

【0002】[0002]

【従来の技術】AlGaAs/GaAs構造やInAlAs/I
nGaAs構造のヘテロ接合FETではAlGaAs層やIn
AlAs層の酸化を防止する為、表面にアンドープのGa
As層、或いはInGaAs層からなるキャップ層を設ける
必要がある。又、デプレッション型FET(DFET)の
場合では閾値電圧(Vth)を調整する為のスペーサ層をキ
ャップ層の替わりに用いることもでき、これらの従来例
としてエンハンスメント型FET(EFET)とDFET
を同一の半導体基板上に形成したE/D構成のヘテロ接
合FETがインターナショナル・エレクトロンデバイス
・ミーティングの予稿集第688頁から第691頁(I
EDM88 Technical.Digest p.688〜691(1988))
までに記載されている。簡略化した断面図を図3に示す
が、基板上にun-GaAs緩衝層4、n-GaAs動作層1、
un-AlGaAs障壁層2、un-GaAsキャップ層3、AlG
aAsエッチング停止層11、un-GaAsスペーサ層9をエ
ピタキシャル成長させて、DFETはスペーサ層9上に
ゲート電極6を設け、EFETはエッチング停止層11ま
でを除去してゲート電極6を形成する。動作層1とオー
ミック電極7の接触抵抗を低減する為の高濃度導電層
(オーミック層)5はイオン打込みによって形成し、配線
工程を施すことで本従来例のFETは完成する。
2. Description of the Related Art AlGaAs / GaAs structures and InAlAs / I
In a heterojunction FET of nGaAs structure, an AlGaAs layer or In
To prevent oxidation of the AlAs layer, undoped Ga
It is necessary to provide a cap layer composed of an As layer or an InGaAs layer. Further, in the case of depletion type FET (DFET), a spacer layer for adjusting the threshold voltage (Vth) can be used instead of the cap layer. As these conventional examples, enhancement type FET (EFET) and DFET
A heterojunction FET having an E / D structure in which the same is formed on the same semiconductor substrate is an electronic electron device meeting proceedings page 688 to page 691 (I
EDM88 Technical.Digest p.688-691 (1988))
Up to. A simplified sectional view is shown in FIG. 3, in which an un-GaAs buffer layer 4, an n-GaAs operating layer 1, and
un-AlGaAs barrier layer 2, un-GaAs cap layer 3, AlG
The aAs etching stop layer 11 and the un-GaAs spacer layer 9 are epitaxially grown, the DFET is provided with the gate electrode 6 on the spacer layer 9, and the EFET is removed by removing the etching stop layer 11 to form the gate electrode 6. High-concentration conductive layer for reducing the contact resistance between the operating layer 1 and the ohmic electrode 7.
The (ohmic layer) 5 is formed by ion implantation, and a wiring process is performed to complete the FET of this conventional example.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のヘテロ
接合FETではゲート電極6とチャネル層1の間に設け
た障壁層2によってゲート順方向許容電圧(Vf)値を大
きくできるが、発熱で素子の温度が上昇した場合、アン
ドープのGaAsキャップ層3とスペーサ層9の導電率が
無視できない程度に増大して、ゲート電極6とオーミッ
ク層5の間にキャップ層3やスペーサ層9を経路とする
横方向リーク電流が発生し、ゲート順方向許容電圧(V
f)とゲート耐圧(BVgs)の低下を招く問題がある。こ
の問題はキャップ層3やスペーサ層9を厚くする程、影
響が大きくなる。
In the above-mentioned prior art heterojunction FET, the gate forward direction allowable voltage (Vf) value can be increased by the barrier layer 2 provided between the gate electrode 6 and the channel layer 1, but the element is generated by heat generation. When the temperature rises, the conductivity of the undoped GaAs cap layer 3 and the spacer layer 9 increases to a non-negligible level, and the cap layer 3 and the spacer layer 9 serve as paths between the gate electrode 6 and the ohmic layer 5. Lateral leakage current occurs, and the gate forward voltage (V
f) and the gate breakdown voltage (BVgs) are lowered. This problem becomes more serious as the cap layer 3 and the spacer layer 9 are made thicker.

【0004】その他、EFETのキャップ層3或いはD
FETのスペーサ層9の厚さが10nm以上の場合には、
ゲートに逆方向電圧を印加したときキャップ層3或いは
スペーサ層9と障壁層2の界面(AlGaAs/GaAs界
面)に動作層1と同じ導電型のキャリアが蓄積され、こ
の蓄積されたキャリアがノイズ因子となる問題が存在す
る。例えば、ゲート電極/un-GaAs/un-AlGaAs/
n-GaAs構造のnチャネルFETに負のゲート電圧を
印加した場合、キャップ層3或いはスペーサ層9と障壁
層2の界面には2次元電子ガスが発生してノイズを増大
する。
In addition, the EFET cap layer 3 or D
When the thickness of the FET spacer layer 9 is 10 nm or more,
When a reverse voltage is applied to the gate, carriers of the same conductivity type as those of the operating layer 1 are accumulated at the interface (AlGaAs / GaAs interface) between the cap layer 3 or the spacer layer 9 and the barrier layer 2, and the accumulated carriers are noise factors. There is a problem that becomes. For example, gate electrode / un-GaAs / un-AlGaAs /
When a negative gate voltage is applied to an n-channel FET having an n-GaAs structure, a two-dimensional electron gas is generated at the interface between the cap layer 3 or the spacer layer 9 and the barrier layer 2 to increase noise.

【0005】本発明の目的は、Vf値とBVgsの低下を
抑え、さらにはノイズを増大させることのないデバイス
構造を提供することにある。
It is an object of the present invention to provide a device structure that suppresses a decrease in Vf value and BVgs and does not increase noise.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的は、上記EFE
T或いはDFETでいうキャップ層或いはスペーサ層に
動作層と逆導電型の半導体材料を用いることにより達成
できる。キャップ層或いはスペーサ層の不純物濃度は、
キャップ層或いはスペーサ層と、障壁層2、動作層1と
がPIN接合を形成してゲート容量を増大させるので、
1015〜1017/cm3程度に抑えることが望ましい。
The above object is to achieve the above-mentioned EFE.
This can be achieved by using a semiconductor material having a conductivity type opposite to that of the operating layer for the cap layer or the spacer layer in T or DFET. The impurity concentration of the cap layer or spacer layer is
Since the cap layer or the spacer layer, the barrier layer 2, and the operation layer 1 form a PIN junction to increase the gate capacitance,
It is desirable to suppress it to about 10 15 to 10 17 / cm 3 .

【0007】又、キャップ層或いはスペーサ層の材料と
して、アンドープ、或いは動作層と逆の導電型を有する
アモルファス半導体や非化学量論組成(ノンストイキオ
メトリ)の化合物半導体を用いても良い。
Further, as the material of the cap layer or the spacer layer, an amorphous semiconductor having a conductivity type opposite to that of the undoped or active layer or a compound semiconductor having a non-stoichiometric composition (non-stoichiometry) may be used.

【0008】[0008]

【作用】以下、図面を用いて本発明の作用を説明する。
図1はn-GaAs動作層1の上にun-AlGaAs障壁層2
とp-GaAsキャップ層3を設けた場合であり、ゲート
容量の増大を抑える為にキャップ層3の不純物濃度は1
16/cm3台とする。
The operation of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an un-AlGaAs barrier layer 2 on an n-GaAs active layer 1.
And the p-GaAs cap layer 3 are provided, the impurity concentration of the cap layer 3 is 1 in order to suppress the increase of the gate capacitance.
0 16 / cm 3 units.

【0009】素子温度が上昇すれば高濃度の動作層1か
らキャップ層3へ電子が拡散する為、従来のアンドープ
キャップ層では注入された電子によってキャップ層の導
電率が著しく上昇するが、本発明のp-GaAsキャップ
層3の場合では注入された電子は補償さる。また、p-
GaAsキャップ層3とun-AlGaAs障壁層2の界面は2
次元電子ガスが発生しにくいので、動作層1からリーク
した電子が2次元電子ガスとして蓄積されることはな
い。又、pチャネルの場合は、n-GaAsキャップ層3と
un-AlGaAs障壁層2の界面は2次元正孔ガスが発生し
にくいので、動作層1からリークした正孔が蓄積される
ことはない。したがって、ゲート電極6とオーミック層
5の間に発生する横方向リーク電流に起因したVf値と
BVgsの低下を抑えることができる。又、キャップ層3
に注入されたキュリアに起因するノイズの増大も抑える
ことができる。
When the device temperature rises, electrons diffuse from the high-concentration operating layer 1 to the cap layer 3, so that in the conventional undoped cap layer, the conductivity of the cap layer remarkably rises due to the injected electrons. In the case of the p-GaAs cap layer 3, the injected electrons are compensated. Also, p-
The interface between the GaAs cap layer 3 and the un-AlGaAs barrier layer 2 is 2
Since the dimensional electron gas is unlikely to be generated, the electrons leaked from the operating layer 1 are not accumulated as the two-dimensional electron gas. In the case of p-channel, the n-GaAs cap layer 3 and
Since two-dimensional hole gas is unlikely to be generated at the interface of the un-AlGaAs barrier layer 2, holes leaked from the operation layer 1 are not accumulated. Therefore, it is possible to suppress the decrease in Vf value and BVgs due to the lateral leakage current generated between the gate electrode 6 and the ohmic layer 5. Also, the cap layer 3
It is also possible to suppress an increase in noise due to the curia injected into the.

【0010】本発明の効果を具体的に説明する為、HI
GFET(Heterostructure Insula-ted Gate FET)のD
CFL(Direct Coupled FET Logic)インバータ回路の伝
達特性を図2に示す。図2(a)はキャップ層3にアンド
ープのGaAsを用いた場合、(b)はp型のGaAs層を用
いた場合であり、各々20℃、80℃、150℃につい
ての特性を示すが、出力電圧(V0)のハイレベルは次段
のFETのVf値によってクランプされる為、その温度
依存性はVf値の温度依存性と一致する。従って障壁層
2に膜厚10nmのun-Al0.3Ga0.7As層を用いた場合、
ハイレベル電圧の理論的な温度係数は約−0.8mV/deg
と計算されるが、実際には上述の横方向リーク電流でV
f値が低下する為に理論値よりも大きくなる。例えば膜
厚が10nmのアンドープGaAsをキャップ層3に用いた
場合のハイレベル電圧の温度係数は約−1.2mV/deg
(図2(a))であり、理論値よりも大きい。しかし、キャ
ップ層3に2×1016/cm3のp-GaAsを用いた場合の温
度係数は約−0.9mV/deg((図2(b))であり、理論値
に近づくことがわかる。
To specifically explain the effects of the present invention, HI
GFET (Heterostructure Insula-ted Gate FET) D
The transfer characteristics of a CFL (Direct Coupled FET Logic) inverter circuit are shown in FIG. 2A shows the case where undoped GaAs is used for the cap layer 3, and FIG. 2B shows the case where a p-type GaAs layer is used, showing the characteristics at 20 ° C., 80 ° C., and 150 ° C., respectively. Since the high level of the output voltage (V 0 ) is clamped by the Vf value of the FET in the next stage, its temperature dependence matches the temperature dependence of the Vf value. Therefore, when an un-Al 0.3 Ga 0.7 As layer with a thickness of 10 nm is used for the barrier layer 2,
The theoretical temperature coefficient of high level voltage is about -0.8 mV / deg.
Is calculated, but in reality, the above-mentioned lateral leakage current is V
Since the f value decreases, it becomes larger than the theoretical value. For example, when undoped GaAs with a film thickness of 10 nm is used for the cap layer 3, the temperature coefficient of the high level voltage is about -1.2 mV / deg.
(Fig. 2 (a)), which is larger than the theoretical value. However, when 2 × 10 16 / cm 3 of p-GaAs is used for the cap layer 3, the temperature coefficient is about −0.9 mV / deg ((FIG. 2 (b))), which is close to the theoretical value. .

【0011】また、E/D構成の回路では高不純物濃度
のオーミック層5からスペーサ層9にキャリアが拡散し
てDFETのゲート耐圧を低下させる問題もあるが、ス
ペーサ層9にオーミック層5と逆の導電型の半導体を用
いる本発明ではキャリアの拡散が抑えられ、DFETの
ゲート耐圧の低下を抑制できる。
Further, in the E / D circuit, there is a problem that carriers diffuse from the high-impurity concentration ohmic layer 5 to the spacer layer 9 to lower the gate withstand voltage of the DFET, but the spacer layer 9 is opposite to the ohmic layer 5. In the present invention using the conductive type semiconductor, the carrier diffusion can be suppressed, and the reduction of the gate withstand voltage of the DFET can be suppressed.

【0012】また、キャップ層3やスペーサ層9に非晶
質(アモルファス)半導体を用いた場合、非晶質は結晶の
場合よりもバンドギャップが大きく、導電率が小さいの
で、アンドープであっても本発明の効果を有する。勿
論、この非晶質半導体層には動作層1と逆の導電型のも
のを用いることも可能である。
Further, when an amorphous semiconductor is used for the cap layer 3 and the spacer layer 9, the amorphous semiconductor has a larger bandgap and a smaller electric conductivity than the crystalline semiconductor, so that even if it is undoped. It has the effect of the present invention. Of course, the amorphous semiconductor layer may be of the conductivity type opposite to that of the operating layer 1.

【0013】また、V族やVI族の元素は電子親和力が大
きいので、nチャネルの場合はV族やVI族が過剰のIII
V族、或いはIIVI族のアンドープの非化学量論組成化合
物半導体をキャップ層3、或いはスペーサ層9に用いる
ことによっても本発明の効果を有する。勿論、動作層1
と逆の導電型のものを用いることも可能である。又、p
チャネルの場合はV族やVI族が欠損のアンドープ化合物
半導体を用いることによっても本発明の効果を有する。
勿論、動作層1と逆の導電型のものを用いることも可能
である。
Further, since the V group and VI group elements have a large electron affinity, in the case of the n-channel, the V group and VI group are excessive III.
The effect of the present invention is also obtained by using an undoped non-stoichiometric compound semiconductor of Group V or Group IIVI for the cap layer 3 or the spacer layer 9. Of course, operation layer 1
It is also possible to use the opposite conductivity type. Also, p
In the case of a channel, the effect of the present invention can be obtained by using an undoped compound semiconductor in which V group or VI group is deficient.
Of course, the conductivity type opposite to that of the operating layer 1 can be used.

【0014】[0014]

【実施例】実施例1 本発明の一実施例として、p-GaAs/un-AlGaAs/n-
GaAs構造のHIGFET(Heterostructure Insulated
Gate FET)の断面図を図1に、その製造工程を図4に示
す。
EXAMPLES Example 1 As one example of the present invention, p-GaAs / un-AlGaAs / n-
GaAs HIGFET (Heterostructure Insulated)
A cross-sectional view of the gate FET) is shown in FIG. 1, and its manufacturing process is shown in FIG.

【0015】(a)p-GaAs(3×1016/cm3)バッファ
層4の上にn-GaAs(3×1018/cm3)動作層1を15n
m、un-AlGaAs障壁層2を10nm、p-GaAs(1×10
16/cm3)キャップ層3を10nm、MBE(Molecular Bea
m Epitaxy)法によって成長する。 (b)素子形成領域だけを残して、その他の領域をウエ
ットエッチによって素子間分離を行なった後、ゲート電
極(WSix)6を形成し、SiO2膜12を被覆した後、高濃
度導電層5を形成する領域だけをドライエッチによって
除去する。
(A) On the p-GaAs (3 × 10 16 / cm 3 ) buffer layer 4, 15 n of n-GaAs (3 × 10 18 / cm 3 ) operating layer 1 is formed.
m, un-AlGaAs barrier layer 2 with 10 nm, p-GaAs (1 × 10
16 / cm 3 ) Cap layer 3 with 10 nm, MBE (Molecular Bea)
m Epitaxy) method. (B) After leaving only the element formation region, other regions are separated by wet etching to form a gate electrode (WSix) 6, and a SiO 2 film 12 is coated on the high concentration conductive layer 5 Only the region for forming is removed by dry etching.

【0016】ソース寄生抵抗(Rs)を低減する為、ゲー
ト電極6を形成後にゲート電極6をマスクとしてドナー
不純物をイオン打ち込みすることも可能である。
In order to reduce the source parasitic resistance (Rs), it is also possible to ion-implant the donor impurity using the gate electrode 6 as a mask after forming the gate electrode 6.

【0017】(c)RTA(短時間アニール)によってド
ライエッチのダメージを回復させた後、SiO2膜12をマ
スクにしてMOVPE(Metal Organic Vapor Phase Epi
taxy)法でn-GaAs(3×1018/cm3)を選択成長させて
高濃度導電層5を形成し、オーミック電極(Au/Ni/
AuGe)7をリフトオフ法で設けることで本発明は完成
する。
(C) After recovering the damage of dry etching by RTA (short-time annealing), MOVPE (Metal Organic Vapor Phase Epi) is used with the SiO 2 film 12 as a mask.
n-GaAs (3 × 10 18 / cm 3 ) is selectively grown by the taxy method to form the high-concentration conductive layer 5, and the ohmic electrode (Au / Ni /
The present invention is completed by providing AuGe) 7 by the lift-off method.

【0018】高濃度導電層5はn-Geやn-InGaAsに
よって形成することも可能であり、n-InXGa1-XAs組
成傾斜層を用いてノンアロイ・オーミック構造にするこ
とも可能である。
The high concentration conductive layer 5 can also be formed by n-Ge and n-InGaAs, it is also possible to use the n-In X Ga 1-X As gradient composition layer in non-alloy ohmic structure is there.

【0019】高性能化の爲、動作層1はGaAsの替わり
に InGaAsを用いることが可能であり、GaAs/In
GaAs/GaAs、或いは InGaAs/InAs/InGaA
s構造の複数層とすることも可能である。障壁層2はAl
GaAsの替わりにInGaP、或いはGaAsPを用いても
よく、キャップ層3はp-InGaPやp-GaAsP、或い
はAs組成比の大きいGaAsや非晶質のGaAsを用いる
ことも可能である。
In order to improve the performance, the operation layer 1 can use InGaAs instead of GaAs, and GaAs / In
GaAs / GaAs, or InGaAs / InAs / InGaA
It is also possible to have multiple layers of s structure. Barrier layer 2 is Al
Instead of GaAs, InGaP or GaAsP may be used, and the cap layer 3 may be formed of p-InGaP, p-GaAsP, GaAs with a large As composition ratio, or amorphous GaAs.

【0020】本実施例は障壁層2がアンドープ層の場合
について説明したが、Vf値を向上させる為に障壁層2
に1×1014〜1×1017/cm3 のp型半導体層を用い
ることも可能である。この場合、動作層1が 1×10
18〜5×1019/cm3のn型半導体であれば障壁層2は
動作層1との接合によって空乏化し、ゲート容量を増大
させることはない。
In this embodiment, the case where the barrier layer 2 is an undoped layer has been described. However, in order to improve the Vf value, the barrier layer 2
It is also possible to use a p-type semiconductor layer of 1 × 10 14 to 1 × 10 17 / cm 3 . In this case, the operation layer 1 is 1 × 10
If it is an n-type semiconductor of 18 to 5 × 10 19 / cm 3 , the barrier layer 2 is depleted by the junction with the operating layer 1 and the gate capacitance is not increased.

【0021】障壁層2が動作層1と同じ導電型の場合は
ヘテロ接合MESFETとなるが、この場合でもキャッ
プ層3に動作層1と逆の導電型の半導体を用いることで
Vf値とゲート耐圧の向上を図ることができる。
When the barrier layer 2 has the same conductivity type as that of the operating layer 1, a heterojunction MESFET is obtained. Even in this case, however, by using a semiconductor having a conductivity type opposite to that of the operating layer 1 for the cap layer 3, the Vf value and the gate breakdown voltage are increased. Can be improved.

【0022】上記実施例はAlGaAs/GaAs構造を中
心に説明したが、AlGaP/GaP、InAlAs/InGa
As、AlGaSb/GaSb、AlSb/InAs構造、等のF
ETに適用することも可能である。
Although the above-mentioned embodiments have been described focusing on the AlGaAs / GaAs structure, AlGaP / GaP, InAlAs / InGa.
F of As, AlGaSb / GaSb, AlSb / InAs structure, etc.
It is also possible to apply to ET.

【0023】又、以上はn型チャネルの場合について説
明したが、本発明はp型チャネルのFETでも適用で
き、この場合はキャップ層3に低濃度のn型半導体やV
族原子の欠損したノンストイキオメトリ層、或いは非晶
質層を用いればよい。
Although the case of the n-type channel has been described above, the present invention can also be applied to a p-type channel FET. In this case, the cap layer 3 has a low concentration of an n-type semiconductor or V.
A non-stoichiometry layer lacking a group atom or an amorphous layer may be used.

【0024】実施例2 ゲート電極をリフトオフ法で形成する場合は、ゲート金
属を被着する直前だけAlGaAs層を露出させればよい
のでAlGaAs層の酸化は少なく、ゲート電極6とAlG
aAs層2の界面にキャップ層を設ける必要はない。しか
し、E/D構成の回路ではDFETにスペーサ層9が必
要であり、その一実施例を図5に示す。
Example 2 When the gate electrode is formed by the lift-off method, the AlGaAs layer is exposed only just before the gate metal is deposited, so that the AlGaAs layer is less oxidized and the gate electrode 6 and the AlG layer are not oxidized.
It is not necessary to provide a cap layer at the interface of the aAs layer 2. However, in the E / D configuration circuit, the spacer layer 9 is necessary for the DFET, and one example thereof is shown in FIG.

【0025】スペーサ層4にアンドープ層を用いた従来
構造では素子温度が上昇した場合、動作層1と高濃度導
電層5からキャリアがスペーサ層9に拡散してVf値と
BVgsの低下を招く。しかし、本発明ではスペーサ層9
に動作層1と逆導電型の半導体層を用いることで、Vf
値やBVgsの低下を抑えることができる。
In the conventional structure using the undoped layer as the spacer layer 4, when the element temperature rises, carriers diffuse from the operating layer 1 and the high-concentration conductive layer 5 to the spacer layer 9 to lower the Vf value and BVgs. However, in the present invention, the spacer layer 9
By using a semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the operating layer 1,
It is possible to suppress a decrease in the value and BVgs.

【0026】実施例3 本発明はHEMT(High Electron Mobility Transisto
r)構造の素子に用いることも可能であり、その一実施
例を図6に示す。通常のHEMTはリフトオフ法でゲー
ト電極を形成するのでキャップ層3を設ける必要はない
が、E/D構成のHEMTではDFETにスペーサ層9
を設ける必要があり、温度が上昇すれば上述の横方向リ
ーク電流が発生する。しかし、本発明では図6(a)に示
すようにスペーサ層9にp-GaAs、或いはp-InGaAs
を用いることで横方向リーク電流を減らすことができ、
高濃度導電層5の領域ではスペーサ層9はイオン打ち込
みによってn型に変わるので寄生抵抗を増大させること
はない。又、従来のHEMTではスペーサ層9と電子供
給層8の界面に2次元電子ガス(2DEG)が生じ易かっ
たが、本発明では2DEGが蓄積されることはなく、ノ
イズを低減できる。
Embodiment 3 The present invention is based on HEMT (High Electron Mobility Transisto).
It can also be used for an element having the r) structure, and one example thereof is shown in FIG. Since the gate electrode is formed by the lift-off method in the usual HEMT, it is not necessary to provide the cap layer 3, but in the HEMT having the E / D structure, the spacer layer 9 is formed in the DFET.
Must be provided, and the above-mentioned lateral leakage current occurs when the temperature rises. However, in the present invention, as shown in FIG. 6A, p-GaAs or p-InGaAs is formed on the spacer layer 9.
The lateral leakage current can be reduced by using
In the region of the high-concentration conductive layer 5, the spacer layer 9 changes to n-type by ion implantation, so that the parasitic resistance is not increased. Further, in the conventional HEMT, a two-dimensional electron gas (2DEG) was easily generated at the interface between the spacer layer 9 and the electron supply layer 8, but in the present invention, 2DEG is not accumulated and noise can be reduced.

【0027】図6(b)はEFETのゲート耐圧を向上さ
せる為に、電子供給層8の上にp型、或いはアモルファ
スのキャップ層3を積み重ねた場合であり、キャップ層
3とスペーサ層9が同じ材料の場合にはエッチング停止
層13が必要となるが、異なる材料の場合にはエッチング
停止層13を省くことは可能である。
FIG. 6B shows a case where a p-type or amorphous cap layer 3 is stacked on the electron supply layer 8 in order to improve the gate breakdown voltage of the EFET, and the cap layer 3 and the spacer layer 9 are formed. If the same material is used, the etching stop layer 13 is required, but if the material is different, the etching stop layer 13 can be omitted.

【0028】InAlAs/InGaAs系HEMTではエッ
チング停止層13を省くことができ、キャップ層3は通常
InGaAsを用いる。しかし、スペーサ層9にもInGa
Asを用いた場合はショットキー障壁高さの低下を招く
ので、スペーサ層9にはGaAs、或いはInAlAsを用
いる必要があるが、従来のアンドープのスペーサ層では
DFETのキャップ層3は量子井戸を形成し、蓄積され
たキャリアがノイズの原因となる。しかし、スペーサ層
9にp型の半導体を用いればスペーサ層9の正孔が量子
井戸の電子を補償し、ノイズを低減することができる。
In the InAlAs / InGaAs HEMT, the etching stop layer 13 can be omitted, and the cap layer 3 usually uses InGaAs. However, the spacer layer 9 also has InGa
When As is used, the height of the Schottky barrier is lowered. Therefore, it is necessary to use GaAs or InAlAs for the spacer layer 9. However, in the conventional undoped spacer layer, the DFET cap layer 3 forms a quantum well. However, the accumulated carriers cause noise. However, if a p-type semiconductor is used for the spacer layer 9, the holes in the spacer layer 9 can compensate the electrons in the quantum well and reduce noise.

【0029】以上の実施例はn型チャネルの場合につい
て説明したが、本実施例でもp型チャネルのHEMTに
適用することは可能である。
Although the above embodiment has been described with respect to the case of the n-type channel, the present embodiment can also be applied to the HEMT of the p-type channel.

【0030】[0030]

【発明の効果】本発明によれば温度上昇によるゲート電
流の増大を抑え、Vf値とゲート耐圧の低下を小さくす
ることができる。
According to the present invention, the increase of the gate current due to the temperature rise can be suppressed and the decrease of the Vf value and the gate breakdown voltage can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例1のHIGFETの断面図であ
る。
FIG. 1 is a sectional view of a HIGFET according to a first embodiment of the present invention.

【図2】DCFLインバータ回路の伝達特性の温度依存
性による本発明の効果の説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of the effect of the present invention due to the temperature dependence of the transfer characteristic of the DCFL inverter circuit.

【図3】従来のヘテロ接合FETの断面図である。FIG. 3 is a sectional view of a conventional heterojunction FET.

【図4】図1のHIGFETの製造工程図である。FIG. 4 is a manufacturing process diagram of the HIGFET of FIG. 1.

【図5】本発明の実施例2のE/D構成のHIGFET
の断面図である。
FIG. 5 is a HIGFET having an E / D configuration according to a second embodiment of the present invention.
FIG.

【図6】本発明の実施例3のHEMTのの断面図であ
る。
FIG. 6 is a sectional view of a HEMT according to a third embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1.能動層、2.障壁層、3.キャップ層、4.半導体
緩衝層、5.高濃度導電層、6.ショットキー電極、
7.オーミック電極、8.キャリア供給層、9.スペー
サ層、10.2DEG、或いは2DHG、11.アンド
ープ層、12.SiO2、13.エッチング停止層。
1. Active layer, 2. Barrier layer, 3. Cap layer, 4. Semiconductor buffer layer, 5. High-concentration conductive layer, 6. Schottky electrode,
7. Ohmic electrode, 8. Carrier supply layer, 9. Spacer layer, 10.2DEG, or 2DHG, 11. Undoped layer, 12. SiO 2 , 13. Etch stop layer.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 重田 淳二 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Junji Shigeta 1-280, Higashikoigokubo, Kokubunji, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】n型導電型の第1の半導体層と、該第1の
半導体層とヘテロ接合を形成する第2の半導体層と、該
第2の半導体層の上記第1の半導体層とは反対側に形成
されたゲート電極を有し、上記第2の半導体層の電子親
和力は上記第1の半導体層の電子親和力より小さく、上
記第2の半導体層には不純物が故意にドープされていな
いか或いは上記第1の半導体層との接合によって完全に
空乏化する程度にp型導電型を呈する不純物がドープさ
れているヘテロ接合電界効果トランジスタにおいて、上
記第2の半導体層と上記ゲート電極との間にp型の第3
の半導体層が形成されていることを特徴とするヘテロ接
合電界効果トランジスタ。
1. An n-type conductivity type first semiconductor layer, a second semiconductor layer forming a heterojunction with the first semiconductor layer, and the first semiconductor layer of the second semiconductor layer. Has a gate electrode formed on the opposite side, the electron affinity of the second semiconductor layer is smaller than the electron affinity of the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer is intentionally doped with impurities. In the heterojunction field effect transistor, which has no or is doped with impurities exhibiting p-type conductivity to the extent that it is completely depleted by the junction with the first semiconductor layer, the second semiconductor layer and the gate electrode are provided. P-type third between
A heterojunction field effect transistor, wherein the semiconductor layer is formed.
【請求項2】p型導電型の第1の半導体層と、該第1の
半導体層とヘテロ接合を形成する第2の半導体層と、該
第2の半導体層の上記第1の半導体層とは反対側に形成
されたゲート電極を有し、上記第2の半導体層の電子親
和力とエネルギーギャップの和は上記第1の半導体層の
電子親和力とエネルギーギャップの和より大きく、上記
第2の半導体層には不純物が故意にドープされていない
か或いは上記第1の半導体層との接合によって完全に空
乏化する程度にn型導電型を呈する不純物がドープされ
ているヘテロ接合電界効果トランジスタにおいて、上記
第2の半導体層と上記ゲート電極との間にn型の第3の
半導体層が形成されていることを特徴とするヘテロ接合
電界効果トランジスタ。
2. A first semiconductor layer of p-type conductivity type, a second semiconductor layer forming a heterojunction with the first semiconductor layer, and the first semiconductor layer of the second semiconductor layer. Has a gate electrode formed on the opposite side, and the sum of the electron affinity and the energy gap of the second semiconductor layer is larger than the sum of the electron affinity and the energy gap of the first semiconductor layer. In a heterojunction field effect transistor, the layer is not intentionally doped with impurities or is doped with impurities exhibiting n-type conductivity to the extent that it is completely depleted by the junction with the first semiconductor layer, A heterojunction field effect transistor, wherein an n-type third semiconductor layer is formed between the second semiconductor layer and the gate electrode.
【請求項3】n型導電型の第1の半導体層と、該第1の
半導体層とヘテロ接合を形成する第2の半導体層と、該
第2の半導体層の上記第1の半導体層とは反対側に形成
されたゲート電極を有し、上記第2の半導体層の電子親
和力は上記第1の半導体層の電子親和力より小さく、上
記第2の半導体層の導電型は上記第1の半導体の導電型
と同一であるヘテロ接合電界効果トランジスタにおい
て、上記第2の半導体層と上記ゲート電極との間に上記
第2の半導体層との接合によって完全に空乏化する程度
にp型導電型を呈する不純物がドープされている第3の
半導体層が形成されていることを特徴とするヘテロ接合
電界効果トランジスタ。
3. An n-type conductivity type first semiconductor layer, a second semiconductor layer forming a heterojunction with the first semiconductor layer, and the first semiconductor layer of the second semiconductor layer. Has a gate electrode formed on the opposite side, the electron affinity of the second semiconductor layer is smaller than the electron affinity of the first semiconductor layer, and the conductivity type of the second semiconductor layer is the first semiconductor. In a heterojunction field effect transistor having the same conductivity type as that of p type conductivity type to the extent that the second semiconductor layer is completely depleted by the junction with the second semiconductor layer between the second semiconductor layer and the gate electrode. A heterojunction field effect transistor, characterized in that a third semiconductor layer doped with an impurity is formed.
【請求項4】p型導電型の第1の半導体層と、該第1の
半導体層とヘテロ接合を形成する第2の半導体層と、該
第2の半導体層の上記第1の半導体層とは反対側に形成
されたゲート電極を有し、上記第2の半導体層の電子親
和力とエネルギーギャップの和は上記第1の半導体層の
電子親和力とエネルギーギャップの和より大きく、上記
第2の半導体層の導電型は上記第1の半導体の導電型と
同一であるヘテロ接合電界効果トランジスタにおいて、
上記第2の半導体層と上記ゲート電極との間に上記第2
の半導体層との接合によって完全に空乏化する程度にn
型導電型を呈する不純物がドープされている第3の半導
体層が形成されていることを特徴とするヘテロ接合電界
効果トランジスタ。
4. A first semiconductor layer of p-type conductivity type, a second semiconductor layer forming a heterojunction with the first semiconductor layer, and the first semiconductor layer of the second semiconductor layer. Has a gate electrode formed on the opposite side, and the sum of the electron affinity and the energy gap of the second semiconductor layer is larger than the sum of the electron affinity and the energy gap of the first semiconductor layer. In a heterojunction field effect transistor, the conductivity type of the layer being the same as the conductivity type of the first semiconductor,
The second semiconductor layer is formed between the second semiconductor layer and the gate electrode.
N to the extent that it is completely depleted by the junction with the semiconductor layer of
A heterojunction field effect transistor, characterized in that a third semiconductor layer doped with an impurity exhibiting a conductivity type is formed.
【請求項5】不純物を故意にドープしない第1の半導体
層と、該第1の半導体層とヘテロ接合を形成する第2の
半導体層と、該第2の半導体層の上記第1の半導体層と
は反対側に形成されたゲート電極を有し、上記第2の半
導体層の電子親和力は上記第1の半導体層の電子親和力
より小さいか或いは上記第2の半導体層の電子親和力と
エネルギーギャップの和は上記第1の半導体層の電子親
和力とエネルギーギャップの和より大きく、上記第2の
半導体層には上記第1の半導体層にキャリアを供給でき
る程度に不純物がドープされているヘテロ接合電界効果
トランジスタにおいて、上記第2の半導体層と上記ゲー
ト電極との間に第2の半導体層とは逆導電型の第3の半
導体層が形成されていることを特徴とするヘテロ接合電
界効果トランジスタ。
5. A first semiconductor layer not intentionally doped with impurities, a second semiconductor layer forming a heterojunction with the first semiconductor layer, and the first semiconductor layer of the second semiconductor layer. The second semiconductor layer has an electron affinity smaller than the electron affinity of the first semiconductor layer or an electron affinity and an energy gap of the second semiconductor layer. The sum is larger than the sum of the electron affinity and energy gap of the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer is doped with impurities to the extent that carriers can be supplied to the first semiconductor layer. Heterojunction electric field effect In the transistor, a heterojunction field effect transistor characterized in that a third semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the second semiconductor layer is formed between the second semiconductor layer and the gate electrode. .
【請求項6】上記第3の半導体層は非晶質半導体、或い
は非化学量論組成の化合物半導体からなる請求項1乃至
5のいずれか一項に記載のヘテロ接合電界効果トランジ
スタ。
6. The heterojunction field effect transistor according to claim 1, wherein the third semiconductor layer is made of an amorphous semiconductor or a compound semiconductor having a non-stoichiometric composition.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH09270522A (en) * 1996-03-29 1997-10-14 Nec Corp Field-effect transistor and manufacture thereof
JP2013511164A (en) * 2009-12-23 2013-03-28 インテル コーポレイション Improved conductivity of III-V semiconductor devices

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