JPH06267994A - 化合物半導体装置 - Google Patents

化合物半導体装置

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JPH06267994A
JPH06267994A JP5183493A JP5183493A JPH06267994A JP H06267994 A JPH06267994 A JP H06267994A JP 5183493 A JP5183493 A JP 5183493A JP 5183493 A JP5183493 A JP 5183493A JP H06267994 A JPH06267994 A JP H06267994A
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JP
Japan
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layer
semiconductor
semiconductor layer
gate electrode
gate
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Pending
Application number
JP5183493A
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English (en)
Inventor
Shinobu Fujita
忍 藤田
Yasuo Ashizawa
康夫 芦沢
Takao Noda
隆夫 野田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 ゲ−トのリ−ク電流を増大させることなく半
導体層の表面の酸化を防止した、信頼性の高いヘテロ接
合電界効果型化合物半導体装置を提供すること。 【構成】 ヘテロ接合を有する半導体多層構造と、この
半導体多層構造の上にそれぞれ形成されたソ−ス電極、
ドレイン電極及びゲ−ト電極を具備するヘテロ接合電界
効果型半導体装置。半導体多層構造は、Alを含む禁制
帯幅の広い第1の半導体層14と、この第1の半導体層
上に形成されたAlを含まない第2の半導体層18とを
有し、この第2の半導体層上にソ−ス電極15、ドレイ
ン電極17及びゲ−ト電極16が形成されており、ゲ−
ト電極と第2の半導体層とは合金層29を形成し、この
合金層が第1の半導体層に到達していることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、化合物半導体装置に係
り、特にヘテロ接合電界効果型トランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】電界効果型トランジスタの1種として、
ヘテロ接合を有する半導体多層構造の上にソ−ス電極、
ゲ−ト電極、及びドレイン電極を設けたヘテロ接合電界
効果型トランジスタ(以下、HFETと略す)が知られ
ている。
【0003】図4は従来のHFETの断面構造を示す図
である。図2において、半絶縁性半導体基板41上に
は、順次、バッファ−層42、電子走行層43、及び半
導体層44が形成されている。この半導体層44の上
に、ソ−ス電極45、ドレイン電極47、及びゲ−ト電
極46が設けられている。この場合、ゲ−ト電極46、
半導体層44との間でショットキ−接合を形成してい
る。
【0004】図4に示す従来のHFETにおいて、ゲ−
トのリ−ク電流を減らすためには、ゲ−トが接触する半
導体層44を、禁制帯幅の広い材料により構成し、ショ
ットキ−障壁を高めることが必要である。そのための半
導体材料として、Alを多く含むAlGaAsやInA
lAs層がよく用いられる。なお、電子走行層43とし
ては、単なる単層膜に限らず、禁制帯の広い半導体に高
濃度の不純物をド−プした層と、禁制帯の狭い層とを組
合せた、選択ド−プ構造のものも含まれる。
【0005】また、半導体層44の上に、ソ−ス電極4
5及びドレイン電極47の接触抵抗を下げるために、キ
ャップ層を設けることも可能である。この場合、ゲ−ト
電極46は、ゲ−ト領域及びその周辺のキャップ層をエ
ッチングにより除去した後に形成する必要がある。従っ
て、ゲ−ト領域の周辺では、半導体層44は露出してい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、ゲ−ト
のリ−ク電流を減らすためには、ゲ−トが接触する半導
体層44を、禁制帯幅の広い材料により構成し、ショッ
トキ−障壁を高めることが行なわれている。そのための
半導体材料として、Alを多く含むAlGaAsやIn
AlAs層がよく用いられる。しかし、これらAlを多
く含む材料は、Alの量が多いほど表面に露出した部分
が酸化されたり、不純物が吸着したりという表面汚染を
受け易く、トランジスタの信頼性が低下してしまうとい
う問題がある。SiN等で表面をパッシベ−ションする
方法もあるが、SiNを堆積する際、上記の理由によ
り、表面変性が起こり、特性の劣化を引き起こしてしま
う。
【0007】そこで、本発明の目的は、ゲ−トのリ−ク
電流を増大させることなく半導体層の表面の酸化を防止
した、信頼性の高いヘテロ接合電界効果型化合物半導体
装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、ヘテロ接合を
有する半導体多層構造と、この半導体多層構造の上にそ
れぞれ形成されたソ−ス電極、ドレイン電極及びゲ−ト
電極を具備するヘテロ接合電界効果型半導体装置であっ
て、前記半導体多層構造は、Alを含む禁制帯幅の広い
第1の半導体層と、この第1の半導体層上に形成された
Alを含まない第2の半導体層とを有し、この第2の半
導体層上に前記ソ−ス電極、ドレイン電極及びゲ−ト電
極が形成されており、前記ゲ−ト電極と第2の半導体層
とは合金層を形成し、この合金層は、前記第1の半導体
層とショットキ−接合を形成していることを特徴とする
ヘテロ接合電界効果型半導体装置を提供する。
【0009】本発明のヘテロ接合電界効果型半導体装置
において、ゲ−ト電極を構成する材料は、第1の半導体
層とショットキ−接合を形成するとともに、第2の半導
体層に熱拡散して合金層を形成し得るものである。その
ような材料として、Pt、Pd等を用いることが出来
る。また、第1の半導体層としては、通常、Alを含む
III-V族化合物半導体、例えばAlGaAs、InAl
As等を、第2の半導体層としては、通常、GaAs、
InP等を、それぞれ使用することが出来る。
【0010】
【作用】本発明のヘテロ接合電界効果型化合物半導体装
置では、ゲ−ト電極とショットキ−接合を形成する、A
lを含む禁制帯幅の広い第1の半導体層とゲ−ト電極と
の間に、Alを含まない第2の半導体層を介在させてい
る。そのため、Alを含む第1の半導体層は、熱工程の
際には露出しておらず、酸化による表面汚染が生ずるこ
とがない。その結果、デバイスの信頼性を向上すること
が出来る。
【0011】また、ゲ−ト電極と第2の半導体層とは合
金層を形成し、この合金層が、Alを含む禁制帯幅の広
い第1の半導体層とショットキ−接合を形成している。
そのため、ゲ−トリ−ク電流が増大することはない。
【0012】また特に、第2の半導体層として、V族元
素がPであるような化合物半導体を用いることにより、
その表面がより安定となるとともに、更にその上に形成
されたキャップ層を高い選択比で選択的にエッチングし
て第2の半導体層を均一に露出することが可能となり、
その結果、特性のバラツキのないヘテロ接合電界効果型
半導体装置を得ることが出来る。
【0013】このように、本発明によると、ゲ−トリ−
ク電流が増大することなく、表面汚染を防止することが
可能な、信頼性の高いヘテロ接合電界効果型化合物半導
体装置を得ることが可能である。
【0014】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例につ
いて説明する。図1は、本発明の第1の実施例に係るH
FETの断面図である。このトランジスタの製造工程に
つき、以下に説明する。
【0015】まず、MBE法を用い、GaAs基板11
上にノンド−プGaAsバッファ−層12を1000オ
ングストロ−ムの厚さに成長させ、その上に1×1018
cm-3のSiがド−プされたGaAs層13を500オ
ングストロ−ムの厚さに成長させた。更にその上にノン
ド−プAl0.3 Ga0.7 As層14を200オングスト
ロ−ムの厚さに成長させ、続いてノンド−プGaAs層
18を100オングストロ−ムの厚さに成長させた。
【0016】次に、ノンド−プGaAs層18上に、ホ
トリソグラフィ−によりAuGe−Niからなるソ−ス
電極15及びドレイン電極17を形成した後、ホトリソ
グラフィ−によりPdからなるゲ−ト電極16を形成し
た。この状態では、GaAs層18の存在のため、Ga
As層18がない従来の構造のヘテロ接合電界効果型ト
ランジスタに比べ、ゲ−トのリ−ク電流は10〜100
倍となる。
【0017】ゲ−ト電極16成後、370℃で10分
間、熱処理すると、ゲ−ト電極16を構成するPdは熱
拡散してGaAsと反応し合金層19を形成し、この合
金層19はAl0.3 Ga0.7 As層14と接触するに至
り、ショットキ−接合を形成する。このように構成され
る図1に示すHFETは、従来の構造のHFETと同
様、低いゲ−トリ−ク電流を示した。
【0018】なお、図1に示すHFETは、言わばデジ
タル用のHFETであり、これに対し図2は、アナログ
用に好適なHFETを示す。即ち、ソ−ス電極15及び
ドレイン電極17は、Al0.3 Ga0.7 As層14内に
まで入り込み、合金層を形成している。図3は、本発明
の第2の実施例に係るHFETの断面図である。このト
ランジスタの製造工程につき、以下に説明する。
【0019】まず、MBE法を用い、InP基板21上
にInPに格子整合するノンド−プInAlAsバッフ
ァ−層22を3000オングストロ−ムの厚さに成長さ
せ、その上にノンド−プInGaAsからなる電子走行
層23を800オングストロ−ムの厚さに成長させた。
更にその上にInAlAsからなるスペ−サ層30を2
0オングストロ−ムの厚さに成長させ、その上に3×1
18cm-3のSiがド−プされたInAlAsからなる
電子供給層31を500オングストロ−ムの厚さに成長
させた。続いて、その上にノンド−プInAlAs層2
4を100オングストロ−ムの厚さに成長させ、更にそ
の上にノンド−プInP層28を50オングストロ−ム
の厚さに成長させ、最後に3×1018cm-3のSiがド
−プされたInGaAsからなるオ−ミックコンタクト
層32を100オングストロ−ムの厚さに成長させた。
【0020】次に、InGaAs層32上に、ホトリソ
グラフィ−によりAuGe−Niからなるソ−ス電極2
5及びドレイン電極27を形成した後、全面にレジスト
膜を形成し、このレジスト膜を電子ビ−ム露光法により
直接描画し、現像して、寸法0.15μmの開口部を形
成した。
【0021】続いて、開口部を有するレジスト膜をマス
クとして用いて、H3 PO4 、H22 及びH2 0の混
合液からなるエッチング液により、オ−ミックコンタク
ト層32をリセスエッチングした。この時、InP層2
8はこのエッチング液によっては殆どエッチングされな
いため、オ−ミックコンタクト層32のみが選択的にエ
ッチングされ、InP層28が部分的に露出した。
【0022】次いで、全面にPt及びAuを順に蒸着
し、レジスト膜及びその上のPt−Au膜をリフトオフ
し、露出したInP層28の上にゲ−ト長0.2μmの
ゲ−ト電極26を形成した。
【0023】この状態でゲ−トのリ−ク電流を測定した
ところ、InP層28のない従来の構造のHFETに比
べ、10〜100倍のリ−ク電流となった。しかし、ゲ
−ト電極26の形成後、350℃で10分間、熱処理す
ると、ゲ−ト電極を構成するPtは熱拡散してInPと
反応し合金層29を形成した。この合金層29はInA
lAs層24と接触するに至り、ショットキ−接合を形
成する。このように構成される図3に示すHFETは、
従来の構造のヘテロ接合電界効果型トランジスタと同
様、低いゲ−トリ−ク電流を示した。
【0024】図3に示すHFETと、InP層28のな
い従来の構造のHFETとを、酸素雰囲気中で200℃
で10分間、熱処理したところ、従来の構造のHFET
は、ドレイン飽和電流が200mA/mmと約半分に減
少した。これは、InAlAs層24が表面汚染された
ためである。一方、図3に示すヘテロ接合電界効果型ト
ランジスタのドレイン飽和電流は、400mA/mmと
全く変動がなかった。
【0025】次に、図3に示すHFETについて、ソ−
ス・ドレイン飽和電流、相互コンダクタンス、スレッシ
ュホ−ルド電圧のばらつきを測定したところ、InP層
28のない従来の構造のHFETに比べ、ばらつきは約
1/4減少した。
【0026】なお、InP層28の下のInAlAs層
24がない構造のHFETも、ゲ−トリ−ク電流が多少
増えるものの、ソ−ス・ドレイン飽和電流、相互コンダ
クタンス、スレッシュホ−ルド電圧のばらつきについて
は、図3に示すHFETとほぼ同等であった。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
ゲ−トリ−ク電流が増大することなく、表面汚染を防止
することが可能な、信頼性の高いヘテロ接合電界効果型
半導体装置を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の1実施例に係るヘテロ接合電界効果
型トランジスタの断面図。
【図2】 図1に示すヘテロ接合電界効果型トランジス
タの変形例を示す断面図。
【図3】 本発明の他の実施例に係るヘテロ接合電界効
果型トランジスタの断面図。
【図4】 従来のヘテロ接合電界効果型トランジスタの
断面図。
【符号の説明】 11…GaAs基板 12…ノンド−プGaAsバッファ−層 13…GaAs層 14…ノンド−プAl0.3 Ga0.7 As層 15…ソ−ス電極 16…ゲ−ト電極 17…ドレイン電極 18…ノンド−プGaAs層 21…InP基板 22…ノンド−プInAlAsバッファ−層 23…電子走行層 24…ノンド−プInAlAs層 25…ソ−ス電極 26…ゲ−ト電極 27…ドレイン電極 28…InP層 29…合金層 30…スペ−サ層 31…電子供給層 32…InGaAs層

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヘテロ接合を有する半導体多層構造と、
    この半導体多層構造の上にそれぞれ形成されたソ−ス電
    極、ドレイン電極及びゲ−ト電極を具備するヘテロ接合
    電界効果型半導体装置であって、前記半導体多層構造
    は、Alを含む禁制帯幅の広い第1の半導体層と、この
    第1の半導体層上に形成されたAlを含まない第2の半
    導体層とを有し、この第2の半導体層上に前記ソ−ス電
    極、ドレイン電極及びゲ−ト電極が形成されており、前
    記ゲ−ト電極と第2の半導体層とは合金層を形成し、こ
    の合金層が前記第1の半導体層に到達していることを特
    徴とするヘテロ接合電界効果型化合物半導体装置。
JP5183493A 1993-03-12 1993-03-12 化合物半導体装置 Pending JPH06267994A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5808332A (en) * 1995-03-14 1998-09-15 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Field-effect semiconductor device
US6605831B1 (en) 1999-09-09 2003-08-12 Murata Manufacturing Co., Ltd. Field-effect semiconductor device

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5808332A (en) * 1995-03-14 1998-09-15 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Field-effect semiconductor device
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