JPH0745636A - Field-effect transistor - Google Patents

Field-effect transistor

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JPH0745636A
JPH0745636A JP18637393A JP18637393A JPH0745636A JP H0745636 A JPH0745636 A JP H0745636A JP 18637393 A JP18637393 A JP 18637393A JP 18637393 A JP18637393 A JP 18637393A JP H0745636 A JPH0745636 A JP H0745636A
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gate
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fet
doping
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Nobuchika Kuwata
展周 桑田
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Abstract

PURPOSE:To provide a field-effect transistor which has such a planar gate that can suppress a long gate effect and is suitable for integration and a high gate breakdown voltage and high output. CONSTITUTION:A thin channel layer 13 containing an impurity at a high concentration is formed on a semiconductor substrate 11 and a cap layer containing a doping layer 15 is formed on the channel layer 13. The thickness and impurity concentration of the doping layer 15 are controlled so that the doping layer 15 itself can be depleted by a surface depletion layer resulting from the interface level of the surface of the substrate 11 and the surface depletion layer cannot spread to the channel layer 13. In addition, the thickness of the cap layer is made within the range of 450-1,200Angstrom .

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は電界効果トランジスタ
(FET)に関し、特に、集積化に適し高出力で高利得
な電界効果トランジスタの構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a field effect transistor (FET), and more particularly to the structure of a field effect transistor suitable for integration and having a high output and a high gain.

【0002】[0002]

【従来の技術】化合物半導体を用いたショットキーバリ
ア型電界効果トランジスタ(MESFET)は、その高
速性、低消費電力性が注目され、近年では、移動体通信
システムにおける移動体側の高出力高効率増幅器等に応
用されている。MESFETの高出力化、高効率化を図
るには、ソース電極とゲート電極間の抵抗、すなわち、
ソース抵抗(Rs =ΔVGS/ΔIDS)を低減させてトラ
ンスコンダクタンス(gm )の増大およびオン抵抗(R
ON)の低減を図ると共に、ゲート電極とドレイン電極間
におけるゲート耐圧(Vbd)を増大させることが重要で
ある。
2. Description of the Related Art A Schottky barrier field effect transistor (MESFET) using a compound semiconductor has attracted attention for its high speed and low power consumption. It is applied to etc. To increase the output and efficiency of the MESFET, the resistance between the source electrode and the gate electrode, that is,
The source resistance (Rs = ΔV GS / ΔI DS ) is reduced to increase the transconductance (gm) and the on-resistance (Rm).
It is important to reduce the ON ) and increase the gate breakdown voltage (V bd ) between the gate electrode and the drain electrode.

【0003】トランスコンダクタンスの増大化をプラナ
ー構造において達成したものとして、本願発明者により
提案されたMESFETがある(特開平4−22553
3号)。このMESFETは、薄層化されたチャネル層
の上にキャップ層を設けたいわゆるパルスドープ型ME
SFETにおいて、キャップ層中に表面空乏層の広がり
を抑えるドーピング層を設けたものである。このような
構造とすることにより長ゲート効果を抑制することがで
き、これによって、トランスコンダクタンスの増大化を
図ることができる。
There is a MESFET proposed by the inventor of the present application as one that achieves an increase in transconductance in a planar structure (Japanese Patent Laid-Open No. 4-22553).
No. 3). This MESFET is a so-called pulse-doped ME in which a cap layer is provided on a thinned channel layer.
In the SFET, a doping layer for suppressing the spread of the surface depletion layer is provided in the cap layer. With such a structure, the long gate effect can be suppressed, and thereby the transconductance can be increased.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、ゲート耐圧の増大化についての十分
な考察が為されていなかった。そのため、トランスコン
ダクタンスの増大化を追及するあまりに、ゲート耐圧が
不十分となる場合が生じた。
However, in the above-mentioned prior art, sufficient consideration has not been given to increasing the gate breakdown voltage. As a result, the gate breakdown voltage may become insufficient in an attempt to increase the transconductance.

【0005】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたものであり、十分な大きさのトランスコン
ダクタンスと高いゲート耐圧を両立させた電界効果トラ
ンジスタを提供することを目的としている。
The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a field effect transistor having both a sufficiently large transconductance and a high gate breakdown voltage.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明のFETは、この
ような目的を達成するためになされたものであり、不純
物濃度の高い薄層化されたチャンネル層と、このチャン
ネル層上に形成されたキャップ層とを備え、キャップ層
は不純物が添加されたドーピング層を有し、このドーピ
ング層の厚さおよび不純物濃度は、半導体基板表面の界
面準位に起因する表面空乏層によってドーピング層自身
が空乏化され、かつ、この表面空乏層がチャンネル層に
まで広がらない所定の厚さおよび所定の不純物濃度であ
り、キャップ層の層厚が450オングストローム以上、
1200オングストローム以下である。
The FET of the present invention has been made in order to achieve such an object, and is formed by a thin channel layer having a high impurity concentration and formed on this channel layer. And a cap layer having a doping layer doped with impurities, and the thickness and the impurity concentration of the doping layer are determined by the surface depletion layer due to the interface state of the semiconductor substrate surface. The surface layer is depleted and has a predetermined thickness and a predetermined impurity concentration such that the surface depletion layer does not spread to the channel layer, and the cap layer has a layer thickness of 450 Å or more,
It is 1200 angstroms or less.

【0007】[0007]

【作用】表面空乏層の基板表面から深部へ向けてのひろ
がりはこのドーピング層によって阻止され、チャンネル
層は表面空乏層の影響を受けなくなり、ゲート電極下の
空乏層のみがチャンネル層に影響するようになる。した
がって、いわゆる長ゲート効果が生じない。そのため、
ゲートバイアスの浅い側においても大きなトランスコン
ダクタンスを維持できる。なお、ドーピング層自身は表
面空乏層によって空乏化され、ゲート・ドレイン間の絶
縁性は低下しない。
[Function] The spreading of the surface depletion layer from the substrate surface to the deep part is blocked by this doping layer, the channel layer is not affected by the surface depletion layer, and only the depletion layer under the gate electrode affects the channel layer. become. Therefore, the so-called long gate effect does not occur. for that reason,
A large transconductance can be maintained even on the shallow side of the gate bias. The doping layer itself is depleted by the surface depletion layer, and the insulation between the gate and drain does not deteriorate.

【0008】また、キャップ層の層厚は、トランスコン
ダクタンスを大きくするという観点からは、薄い方がよ
く、逆に、ゲート耐圧を大きくするという観点からは厚
い方が良い。キャップ層の層厚を450オングストロー
ム以上とすると、10V以上のゲート耐圧が得られ、1
200オングストローム以下となる100mS/mm以
上のトランスコンダクタンスが得られる。
Further, the thickness of the cap layer is preferably thin from the viewpoint of increasing the transconductance, and conversely, is thick from the viewpoint of increasing the gate breakdown voltage. If the thickness of the cap layer is 450 angstroms or more, a gate breakdown voltage of 10 V or more can be obtained, and
A transconductance of 100 mS / mm or more, which is 200 angstroms or less, can be obtained.

【0009】[0009]

【実施例】図1は本発明の一実施例によるMESFET
の構造を示す断面図であり、このMESFETの製造方
法は図2の各製造工程におけるFET断面図に示され
る。以下にこの製造方法について説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a MESFET according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing the structure of the MESFET, and the manufacturing method of this MESFET is shown in the FET cross-sectional views in the respective manufacturing steps of FIG. This manufacturing method will be described below.

【0010】最初に、半絶縁性GaAs半導体基板11
上にノンドープのGaAsバッファ層12が形成される
(図2(a)参照)。このバッファ層12の形成には、
MBE(分子線エピタキシ)法やOMVPE(有機金属
気相エピタキシャル)法などの結晶成長技術が用いら
れ、後述するチャンネル層13のキャリアの閉じ込め性
を向上させるため、V族原料とIII 族原料との各供給比
が制御されて導電型はp型に形成される。このGaAs
バッファ層12のキャリア密度は、例えば2.5×10
15[cm-3]に設定される。
First, the semi-insulating GaAs semiconductor substrate 11
A non-doped GaAs buffer layer 12 is formed on it (see FIG. 2A). To form this buffer layer 12,
A crystal growth technique such as MBE (Molecular Beam Epitaxy) or OMVPE (Organic Metal Vapor Phase Epitaxial) is used to improve the carrier confinement property of the channel layer 13 described later. Each supply ratio is controlled so that the conductivity type is p-type. This GaAs
The carrier density of the buffer layer 12 is, for example, 2.5 × 10 5.
It is set to 15 [cm -3 ].

【0011】次に、キャリア密度が4×1018[cm-3
と高く、厚さが200オングストロームと薄層化された
SiドープGaAsチャンネル層13がバッファ層12
上に形成される。引き続いて、このチャンネル層13上
に導電型がn型でキャリア密度が1×1015[cm-3]以
下のノンドープGaAs層14が150オングストロー
ムの厚さに形成される(同図(b)参照)。これら各層
13,14の形成にも、MBE法やOMVPE法などの
結晶成長技術が用いられる。
Next, the carrier density is 4 × 10 18 [cm -3 ].
And the Si-doped GaAs channel layer 13 thinned to a thickness of 200 angstroms is used as the buffer layer 12.
Formed on. Subsequently, a non-doped GaAs layer 14 having a conductivity type of n type and a carrier density of 1 × 10 15 [cm −3 ] or less is formed on the channel layer 13 with a thickness of 150 Å (see FIG. 2B). ). A crystal growth technique such as the MBE method or the OMVPE method is also used for forming each of the layers 13 and 14.

【0012】次に、ノンドープ層14上にキャリア密度
が4×1018[cm-3]で、厚さが50オングストローム
のSiドープGaAs層であるドーピング層15が形成
される。そして、このドーピング層15上に導電型がn
型でキャリア密度が1×1015[cm-3]以下のノンドー
プ層16が500オングストロームの厚さに形成される
(同図(c)参照)。これら各層15,16の形成に
も、上記と同様な結晶成長技術が用いられる。チャンネ
ル層13上に形成されたノンドープ層14、ドーピング
層15およびノンドープ層16はキャップ層50を構成
するものである。また、このキャップ層50におけるド
ーピング層15の上記の厚さおよび不純物濃度は、基板
表面、すなわちキャップ層50の表面の界面準位に起因
する表面空乏層によってドーピング層15自身が空乏化
され、かつ、この表面空乏層がチャンネル層13にまで
広がらないものとなっている。
Next, a doping layer 15 which is a Si-doped GaAs layer having a carrier density of 4 × 10 18 [cm −3 ] and a thickness of 50 Å is formed on the non-doped layer 14. The conductivity type is n on the doping layer 15.
A non-doped layer 16 having a carrier density of 1 × 10 15 [cm −3 ] or less is formed to a thickness of 500 Å (see FIG. 7C). The crystal growth technique similar to the above is also used for forming each of these layers 15 and 16. The non-doped layer 14, the doping layer 15, and the non-doped layer 16 formed on the channel layer 13 constitute the cap layer 50. Further, the thickness and the impurity concentration of the doping layer 15 in the cap layer 50 are such that the surface depletion layer resulting from the interface state on the substrate surface, that is, the surface of the cap layer 50 depletes the doping layer 15 itself, and The surface depletion layer does not extend to the channel layer 13.

【0013】次に、このような積層構造を持つエピタキ
シャルウエハ上に、蒸着技術、リソグラフィ技術および
エッチング技術等を用いてゲート電極17が形成され
る。その後、ゲート電極17の側壁に酸化物等が形成さ
れ、この酸化物等をマスクにして基板表面にSiイオン
が選択的にイオン注入される。このイオン注入により、
+ 型のSiイオン注入層18,19が形成される(同
図(d)参照)。この際、ドレイン側のイオン注入層1
8はゲート電極17から遠ざけられた位置に形成され
る。
Next, the gate electrode 17 is formed on the epitaxial wafer having such a laminated structure by using the vapor deposition technique, the lithography technique, the etching technique and the like. After that, an oxide or the like is formed on the side wall of the gate electrode 17, and Si ions are selectively ion-implanted on the substrate surface using the oxide or the like as a mask. By this ion implantation,
The n + type Si ion implantation layers 18 and 19 are formed (see FIG. 3D). At this time, the ion implantation layer 1 on the drain side
8 is formed at a position away from the gate electrode 17.

【0014】最後に、同様な蒸着技術やリソグラフィ技
術等が用いられ、各イオン注入層18,19にオーミッ
ク接触してドレイン電極20,ソース電極21が形成さ
れる。この電極形成により、図1に示される構造のME
SFETが完成されることになる。
Finally, the same vapor deposition technique or lithography technique is used to form the drain electrode 20 and the source electrode 21 in ohmic contact with the ion implantation layers 18 and 19. By forming this electrode, the ME having the structure shown in FIG.
The SFET will be completed.

【0015】このような構造をした本実施例によるME
SFETにおいては、平坦なキャップ層50上にゲート
電極17が形成されており、プラナー構造のMESFE
Tが形成されている。このため、ゲート電極部にリセス
構造を採用するFETが有する欠点、つまり、リセスエ
ッチングに起因する均一性,再現性の悪さにより製造歩
留まりが低下するといった欠点はない。
The ME according to this embodiment having such a structure
In the SFET, the gate electrode 17 is formed on the flat cap layer 50, and the MESFE having the planar structure is formed.
T is formed. Therefore, there is no drawback of the FET having the recess structure in the gate electrode portion, that is, the manufacturing yield is lowered due to poor uniformity and reproducibility due to recess etching.

【0016】次に、このような本実施例によるMESF
ETの動作について、キャップ層50にドーピング層を
有しない、通常のパルスドープ型MESFETと比較し
つつ、図3〜図5を用いて以下に説明する。
Next, the MESF according to this embodiment will be described.
The operation of ET will be described below with reference to FIGS. 3 to 5 while comparing with a normal pulse-doped MESFET in which the cap layer 50 does not have a doping layer.

【0017】ここで、これら各図の(a)には本実施例
によるMESFETが示されており、第1図と同一部分
については同符号を用いてその説明は省略する。また、
これら各図の(b)には公知のパルスドープ型MESF
ETが示されている。このパルスドープ型MESFET
は、GaAs半導体基板31上に本実施例によるチャン
ネル層13と同様に薄いチャンネル層32が形成されて
おり、このチャンネル層32上には低不純物濃度のキャ
ップ層33が形成されている。このキャップ層33の両
端部には本実施例におけるイオン注入層18,19と同
様なイオン注入層34,35が形成されており、また、
本実施例における各電極と同様な相対的位置にゲート電
極36,ドレイン電極37およびソース電極38が本実
施例の場合と同様に形成されている。なお、図4および
図5では図面の見易さから各符号を省略しているが、図
3の場合と同様な符号が各部位に付されている。
Here, the MESFET according to the present embodiment is shown in (a) of each of these drawings, and the same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. Also,
A known pulse-doped MESF is shown in FIG.
ET is shown. This pulse-doped MESFET
A thin channel layer 32 is formed on the GaAs semiconductor substrate 31 like the channel layer 13 according to the present embodiment, and a low impurity concentration cap layer 33 is formed on the channel layer 32. Ion implantation layers 34 and 35 similar to the ion implantation layers 18 and 19 in this embodiment are formed on both ends of the cap layer 33.
A gate electrode 36, a drain electrode 37, and a source electrode 38 are formed at the same relative positions as the respective electrodes in this embodiment, as in the case of this embodiment. 4 and 5, the reference numerals are omitted for ease of viewing the drawings, but the same reference numerals as those in FIG. 3 are attached to the respective portions.

【0018】図3は、これらMESFETの各ゲート電
極17,36に各ソース電極21,38に対して同一の
負のゲート電圧Vg が印加され、ゲート直下の空乏層が
チャンネルを完全に閉ざしている状態を表している。つ
まり、同図(a)の本実施例によるFETにおいてはゲ
ート電極17の直下の斜線で図示される空乏層がチャン
ネル層13を完全に閉ざし、同図(b)の従来のFET
においてもゲート電極36の直下の斜線で図示される空
乏層がチャンネル層32を完全に閉ざしている。ここ
で、各FETにおけるゲート電極17,36とドレイン
電極側のn+ 型のSiイオン注入層18、34との間に
は、表面の界面準位に起因する表面空乏層が形成されて
いて、ゲート電極値下の空乏層と一体となっている。
In FIG. 3, the same negative gate voltage Vg is applied to the source electrodes 21 and 38 of the gate electrodes 17 and 36 of these MESFETs, and the depletion layer immediately below the gate completely closes the channel. It represents the state. That is, in the FET according to the present embodiment shown in FIG. 9A, the depletion layer shown by the oblique line immediately below the gate electrode 17 completely closes the channel layer 13, and the conventional FET shown in FIG.
Also in FIG. 7, the depletion layer shown by the oblique line immediately below the gate electrode 36 completely closes the channel layer 32. Here, in each FET, a surface depletion layer due to the interface state of the surface is formed between the gate electrodes 17 and 36 and the n + type Si ion implantation layers 18 and 34 on the drain electrode side, It is integrated with the depletion layer below the gate electrode value.

【0019】図4は、図3に示された状態の各FETに
おいて、ゲート電圧Vg を浅い側に振っていった場合、
すなわち、絶対値の大きな負の値から絶対値の小さい負
の値に変化させた場合の各空乏層の状態を表している。
ゲート直下の各空乏層は各ゲート電極17,36に蓄積
される負電荷の減少に伴って浅くなり、各電流チャンネ
ル層13,32のチャンネルが開き出す。この状態でド
レイン電極20,37に適当な電圧が印加されると、各
ドレイン・ソース間には印加電圧に応じた電流が流れ始
める。
FIG. 4 shows the case where the gate voltage Vg is swung to the shallow side in each FET in the state shown in FIG.
That is, it represents the state of each depletion layer when the negative value having a large absolute value is changed to the negative value having a small absolute value.
The depletion layers immediately below the gates become shallower as the negative charges accumulated in the gate electrodes 17 and 36 decrease, and the channels of the current channel layers 13 and 32 open. When an appropriate voltage is applied to the drain electrodes 20 and 37 in this state, a current according to the applied voltage starts to flow between each drain and source.

【0020】図5は、図4の状態からさらにゲート電圧
Vg を各FETについて同様に浅い側に振った場合の各
空乏層の状態を表している。ゲート電圧Vg の絶対値が
減少していってある値に達すると、図5(b)に示され
る従来のMESFETでは、ゲート電極36直下の空乏
層の深さと、チャンネル層32にまで広がっているドレ
イン電極37側の表面空乏層の深さとがほぼ等しくな
る。この結果、図4(b)に示された短かった実効ゲー
ト長Laは図5(b)に示される長い実効ゲート長Lb
になる。これがいわゆる長ゲート効果が現れる。この長
ゲート効果により、従来のパルスドープ型MESFET
におけるトランスコンダクタンスgm の値は低下し、高
周波特性が悪化してしまう。
FIG. 5 shows the state of each depletion layer when the gate voltage Vg is further shifted to the shallow side for each FET from the state of FIG. When the absolute value of the gate voltage Vg decreases and reaches a certain value, in the conventional MESFET shown in FIG. 5B, the depth of the depletion layer immediately below the gate electrode 36 and the channel layer 32 are spread. The depth of the surface depletion layer on the side of the drain electrode 37 becomes substantially equal. As a result, the short effective gate length La shown in FIG. 4B is changed to the long effective gate length Lb shown in FIG. 5B.
become. This is the so-called long gate effect. Due to this long gate effect, the conventional pulse-doped MESFET
The value of the transconductance gm at 1 is reduced, and the high frequency characteristic is deteriorated.

【0021】これに対して図5(a)の本実施例による
MESFETにおいては、表面空乏層の基板表面から深
部へ向けての成長はドーピング層15によって阻止され
ている。このため、ドレイン電極20側のチャンネル層
13は表面空乏層の影響を受けず、ゲート電極17の直
下の空乏層のみがチャンネル層13に影響している。従
って、実効ゲート長Lcは変化せず、従来のパルスドー
プ型MESFETのように長ゲート効果は現れない。こ
のため、チャンネル層13に形成される電流チャネルが
完全に開き、電流が飽和するまで、トランスコンダクタ
ンスgm の値は高いままに維持される。この結果、高周
波特性は良好な状態に保たれる。また、この際、ドーピ
ング層15自身は表面空乏層によって完全に空乏化され
ているため、ゲート電極17およびドレイン電極20間
の絶縁性は低下しない。このため、本実施例によるFE
Tにおいては、ドレイン耐圧を高いままに維持すること
が可能になっている。
On the other hand, in the MESFET according to the present embodiment shown in FIG. 5A, the growth of the surface depletion layer from the substrate surface to the deep portion is blocked by the doping layer 15. Therefore, the channel layer 13 on the drain electrode 20 side is not affected by the surface depletion layer, and only the depletion layer immediately below the gate electrode 17 affects the channel layer 13. Therefore, the effective gate length Lc does not change, and the long gate effect does not appear unlike the conventional pulse-doped MESFET. Therefore, the value of the transconductance gm remains high until the current channel formed in the channel layer 13 is completely opened and the current is saturated. As a result, the high frequency characteristic is kept in a good state. At this time, since the doping layer 15 itself is completely depleted by the surface depletion layer, the insulation between the gate electrode 17 and the drain electrode 20 does not deteriorate. Therefore, the FE according to the present embodiment
At T, the drain breakdown voltage can be maintained high.

【0022】図6は、このようにゲート・バイアスを変
化させた場合における、トランスコンダクタンスgm の
ゲート電圧依存特性を模式的に示すグラフである。同図
の横軸はゲート電圧Vg [V],縦軸はトランスコンダ
クタスgm [ms/mm]を示している。また、実線で示さ
れる特性曲線41は本実施例によるMESFETの特
性、点線で示される特性曲線42は従来のパルスドープ
型MESFETの特性を表している。同図から理解され
るように、従来のMESFETにおいてはゲート・バイ
アスの浅い側、つまり、ゲート電圧が0[V]に近い側
でトランスコンダクタンスgm の値が低下している。こ
れは、前述したようにゲート・バイアスの浅い側で長ゲ
ート効果が発生するからである。これに対して、本実施
例によるMESFETにおいては、ゲート・バイアスが
浅くなってもトランスコンダクタンスgm の値は低下せ
ず、高いままの一定値に維持されている。
FIG. 6 is a graph schematically showing the gate voltage dependence characteristic of the transconductance gm when the gate bias is changed in this way. In the figure, the horizontal axis represents the gate voltage Vg [V] and the vertical axis represents the transconductance gm [ms / mm]. Further, the characteristic curve 41 shown by the solid line shows the characteristic of the MESFET according to the present embodiment, and the characteristic curve 42 shown by the dotted line shows the characteristic of the conventional pulse-doped MESFET. As can be seen from the figure, in the conventional MESFET, the value of the transconductance gm decreases on the side where the gate bias is shallow, that is, on the side where the gate voltage is close to 0 [V]. This is because the long gate effect occurs on the shallow side of the gate bias as described above. On the other hand, in the MESFET according to the present embodiment, the transconductance gm does not decrease even if the gate bias becomes shallow, and is maintained at a constant high value.

【0023】ところで、この種のFETにおいては、高
いゲート耐圧Vbd、特に10V以上のゲート耐圧Vbd
有することが求められている。ゲート耐圧Vbdを高くす
るには、ノンドープ層14、ドーピング層15およびノ
ンドープ層16からなるキャップ層50の層厚を厚くす
ればするほど高まることが発明者らの実験により判明し
た。図7は、その実験結果を示すグラフであり、横軸に
キャップ層50の厚さ、縦軸にゲート耐圧Vbdをとって
いる。この結果から判るように、10V以上のゲート耐
圧Vbdを得るためには、キャップ層50の層厚を450
オングストローム以上とすればよいことが判る。
By the way, this type of FET is required to have a high gate breakdown voltage V bd , particularly a gate breakdown voltage V bd of 10 V or more. Experiments by the inventors have revealed that the higher the gate breakdown voltage V bd , the higher the layer thickness of the cap layer 50 including the non-doped layer 14, the doping layer 15, and the non-doped layer 16. FIG. 7 is a graph showing the experimental results, in which the thickness of the cap layer 50 is plotted on the horizontal axis and the gate breakdown voltage V bd is plotted on the vertical axis. As can be seen from this result, in order to obtain the gate breakdown voltage V bd of 10 V or more, the cap layer 50 has a layer thickness of 450.
It turns out that it should be Angstrom or higher.

【0024】ところが、発明者らの実験によって、キャ
ップ層50の層厚を厚くしてゆくと、トランスコンダク
タンスgmが単調減少してゆくことも判った。図8はそ
の実験結果を示すグラフであり、横軸にキャップ層の厚
さ、縦軸にトランスコンダクタンスgmをとっている。
このグラフからキャップ層の厚さが1200オングスト
ロームを越えると、トランスコンダクタンスgmは10
0mS/mm以下となってしまい、高出力MESFET
としての十分な利得が得られない。したがって、利得が
高く、その上ゲート耐圧Vbdの高い高出力MESFET
を得るには、キャップ層50の層厚を450〜1200
オングストロームとすることが望ましい。ちなみに、上
述した実施例では、キャップ層50の層厚が700オン
グストロームであり、210mS/mmのトランスコン
ダクタンスgm、12Vのゲート耐圧Vbdが得られてい
る。
However, it has been found from the experiments by the inventors that the transconductance gm monotonically decreases as the thickness of the cap layer 50 increases. FIG. 8 is a graph showing the experimental results, in which the horizontal axis represents the thickness of the cap layer and the vertical axis represents the transconductance gm.
From this graph, when the thickness of the cap layer exceeds 1200 Å, the transconductance gm is 10
High output MESFET with 0mS / mm or less
As a result, sufficient gain cannot be obtained. Therefore, a high output MESFET having a high gain and a high gate breakdown voltage V bd
In order to obtain the above, the layer thickness of the cap layer 50 is 450 to 1200.
Angstrom is preferable. By the way, in the above-mentioned embodiment, the layer thickness of the cap layer 50 is 700 angstrom, the transconductance gm of 210 mS / mm and the gate breakdown voltage V bd of 12 V are obtained.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、表
面空乏層の基板表面から深部へ向けてのひろがりはドー
ピング層によって阻止され、チャンネル層は表面空乏層
の影響を受けなくなり、ゲート電極下の空乏層のみがチ
ャンネル層に影響するようになる。このため、従来のF
ETのようにゲート・バイアスの浅い側で長ゲート効果
を生じることがなくなり、高いトランスコンダクタンス
を保つことができる。また、この際、ドーピング層自身
は表面空乏層によって空乏化され、ゲート・ドレイン間
の絶縁性は低下しない。このため、本発明によれば、ド
レイン耐圧を高いままに維持しつつ、良好な高周波特性
を備え、高出力で高利得なFETを提供することが可能
になる。また、キャップ層の層厚を450〜1200オ
ングストロームの範囲にすることにより、利得およびゲ
ート耐圧がバランスよく共に高い高出力MESFETを
得ることができる。
As described above, according to the present invention, the spreading of the surface depletion layer from the substrate surface to the deep portion is blocked by the doping layer, the channel layer is not affected by the surface depletion layer, and the gate electrode is not affected. Only the lower depletion layer will affect the channel layer. Therefore, the conventional F
Unlike the ET, the long gate effect does not occur on the shallow side of the gate bias, and high transconductance can be maintained. Further, at this time, the doping layer itself is depleted by the surface depletion layer, and the insulation between the gate and the drain does not deteriorate. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a high output and high gain FET having excellent high frequency characteristics while maintaining the drain breakdown voltage high. Further, by setting the layer thickness of the cap layer in the range of 450 to 1200 angstroms, it is possible to obtain a high output MESFET having a well-balanced gain and a high gate breakdown voltage.

【0026】また、平坦なキャップ層上にゲート電極が
形成され、プラナー構造のFETが形成される。このた
め、リセス構造の有する欠点がなく、高集積化に適した
特性が均一なFETを得ることができる。
Further, a gate electrode is formed on the flat cap layer to form a planar structure FET. Therefore, it is possible to obtain an FET having uniform characteristics suitable for high integration without the drawbacks of the recess structure.

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

【図1】本発明の一実施例によるMESFETの構造を
示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a structure of a MESFET according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1に示されたMESFETの各製造工程にお
けるFETの断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the FET in each manufacturing process of the MESFET shown in FIG.

【図3】本実施例によるFETと従来のFETとにおい
て、チャンネルが空乏層によって完全に閉ざされている
状態を示すFET断面図である。
FIG. 3 is a FET cross-sectional view showing a state in which a channel is completely closed by a depletion layer in the FET according to the present embodiment and the conventional FET.

【図4】本実施例によるFETと従来のFETとにおい
て、ゲート・バイアスが浅い側に振られた場合の空乏層
状態を示すFET断面図である。
FIG. 4 is a FET cross-sectional view showing a depletion layer state when the gate bias is swung to the shallow side in the FET according to the present embodiment and the conventional FET.

【図5】本実施例によるFETと従来のFETとにおい
て、ゲート・バイアスが図4の場合よりさらに浅い側に
振られた場合の空乏層状態を示すFET断面図である。
5 is a FET cross-sectional view showing a depletion layer state in the case where the gate bias is swung further shallower than in the case of FIG. 4 in the FET according to the present embodiment and the conventional FET.

【図6】本実施例によるFETおよび従来のFETの各
ドレインコンダクタンスgm のゲート電圧Vg に対する
依存性を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the dependence of each drain conductance gm of the FET according to the present example and the conventional FET on the gate voltage Vg.

【図7】本実施例によるFETのキャップ層の層厚とゲ
ート耐圧Vbdとの関係を示すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the layer thickness of the cap layer and the gate breakdown voltage V bd of the FET according to this example.

【図8】本実施例によるFETのキャップ層の層厚とト
ランスコンダクタンスgmとの関係を示すグラフであ
る。
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the layer thickness of the cap layer and the transconductance gm of the FET according to this example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…半絶縁性半導体基板(GaAs)、12…ノンド
ープバッファ層(GaAs)、13…チャンネル層(S
iドープGaAs)、14…ノンドープ層(GaA
s)、15…ドーピング層(SiドープGaAs)、1
6…ノンドープ層(GaAs)、17…ゲート電極、1
8,19…Siイオン注入層、20…ドレイン電極、2
1…ソース電極、50…キャップ層。
11 ... Semi-insulating semiconductor substrate (GaAs), 12 ... Non-doped buffer layer (GaAs), 13 ... Channel layer (S)
i-doped GaAs), 14 ... Non-doped layer (GaA)
s), 15 ... Doping layer (Si-doped GaAs), 1
6 ... Non-doped layer (GaAs), 17 ... Gate electrode, 1
8, 19 ... Si ion implantation layer, 20 ... Drain electrode, 2
1 ... Source electrode, 50 ... Cap layer.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 不純物濃度の高い薄層化されたチャンネ
ル層と、このチャンネル層上に形成されたキャップ層と
を備えて形成された電界効果トランジスタにおいて、 前記キャップ層は不純物が添加されたドーピング層を有
し、このドーピング層の厚さおよび不純物濃度は、半導
体基板表面の界面準位に起因する表面空乏層によって前
記ドーピング層自身が空乏化され、かつ、この表面空乏
層が前記チャンネル層にまで広がらない所定の厚さおよ
び所定の不純物濃度であり、 前記キャップ層の層厚が450オングストローム以上、
1200オングストローム以下であることを特徴とする
電界効果トランジスタ。
1. A field-effect transistor including a thinned channel layer having a high impurity concentration and a cap layer formed on the channel layer, wherein the cap layer is doped with impurities. The doping layer has a thickness, and an impurity concentration is such that the doping layer itself is depleted by a surface depletion layer caused by an interface state of a semiconductor substrate surface, and the surface depletion layer is formed in the channel layer. Has a predetermined thickness and a predetermined impurity concentration, and the cap layer has a layer thickness of 450 angstroms or more,
A field-effect transistor having a thickness of 1200 angstroms or less.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100955368B1 (en) * 2002-04-30 2010-04-29 스미토모덴키고교가부시키가이샤 Method for measuring withstand voltage of semiconductor epitaxial wafer and semiconductor epitaxial wafer

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