JPH09232336A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
メントモードのMESFETを提供する。 【解決手段】 支持基板と、前記支持基板の上に配置さ
れた化合物半導体からなるキャリア走行層と、前記キャ
リア走行層の上の一部の領域に配置され、導電性材料か
らなるゲート電極と、前記キャリア走行層の上の、前記
ゲート電極の両側の領域にそれぞれ配置され、ノンドー
プの化合物半導体からなり、100nm以上の厚さを有
するキャップ層と、前記キャリア走行層とオーミック接
続する電流電極とを有する。
Description
し、特にMESFET(metal-semiconductot field ef
fect transistor )型半導体装置に関する。
ンシステム(PHS)の普及率の向上により、携帯電話
用、基地局用の無線装置の低価格化及び小型化が望まれ
ている。従来のnチャネルMESFETはディプレショ
ンモードで使用されるため、ドレイン電極に正のバイア
スを印加し、ゲート電極に負のバイアスを印加する必要
がある。このため、2系統の電源を準備する必要があ
り、無線装置の大型化の要因になっている。
のないエンハンスメントモードのMESFETが望まれ
ている。
ンスメントモードにするためには、ゲート電極に電圧を
印加していない状態において、ゲート電極の下の電子走
行層の全厚さを空乏化すればよい。全厚さを空乏化する
ためには、電子走行層を薄くすればよいが、薄くすると
シート抵抗が増加して利得、出力電力が低下する。ま
た、エンハンスメント動作させる際、ゲートに正電圧を
かけた時に、ゲートリーク電流が増大する。このため、
大きな飽和ドレイン電流を得ることができず、出力低下
を招く。
ドのMESFETは未だ実用化されていない。本発明の
目的は、利得、出力電力の低下を抑制したエンハンスメ
ントモードのMESFETを提供することである。
モードのMESFETにおいて、キャリア走行層のシー
ト抵抗が高くなる理由について検討する。
イアスを必要としないエンハンスメントモードのMES
FETは、ゲート電極に電圧を印加していない状態にお
いて、キャリア走行層の全厚さが空乏層で満たされる厚
さを実現する為に、比較的薄く形成せざるを得ない。
ス、ドレイン領域は、ゲート電極とのショートを防止す
るために通常ゲート電極から離間して設けられる。この
離間した領域(ゲート電極の両側の領域)におけるキャ
リア走行層のシート抵抗は、ゲート電極によって空乏層
の制御が行われないので、ゲート電極の電位にかかわら
ず、実質的に一定である。
に、上記離間した領域においては、その内部に空乏層が
浸食している分だけ電流路が狭くなり、狭くなった分だ
け、キャリア走行層全体としてのシート抵抗が高くなる
のである。
板と、前記支持基板の上に配置された化合物半導体から
なるキャリア走行層と、前記キャリア走行層の上の一部
の領域に配置され、導電性材料からなるゲート電極と、
前記キャリア走行層の上の、前記ゲート電極の両側の領
域にそれぞれ配置され、ノンドープの化合物半導体から
なり、100nm以上の厚さを有するキャップ層と、前
記キャリア走行層とオーミック接続する電流電極とを有
する半導体装置が提供される。
と、キャップ領域の表面からキャリア走行層に延びる空
乏層の厚さよりもキャップ領域の方が厚くなり、その下
に配置されたキャリア走行層に空乏層が到達しなくなる
か、またはキャリア走行層中に侵入する空乏層の深さが
浅くなる。このため、キャリア走行層のシート抵抗を低
減することができる。
ントモードにするために、ゲート電極に電圧を印加して
いない状態でゲート電極下方のキャリア走行層の全厚さ
が空乏化する程度まで薄くしても、キャリア走行層のシ
ート抵抗の増加を抑制できる。
構成に加えて、前記キャリア走行層とゲート電極との間
に配置され、前記キャリア走行層のバンドギャップより
も大きなバンドギャップを有する化合物半導体からなる
ゲートコンタクト層を有する半導体装置が提供される。
きくすることにより、ゲートコンタクト層とキャリア走
行層との間のポテンシャル障壁を増大し、ゲートリーク
電流を低減することができる。
構成に加えて、前記ゲート電極が、その両側にそれぞれ
形成された前記キャップ層の各々に対向する側面を有
し、前記キャップ層が、前記ゲート電極の側面に接して
いる半導体装置が提供される。
電極とゲート電極間のキャリア走行層の全領域がキャッ
プ層によって覆われているため、全領域にわたって空乏
層の発生を抑制することができる。
構成に加えて、前記キャリア走行層と前記ゲートコンタ
クト層との間に配置され、前記キャリア走行層と同一組
成のノンドープ化合物半導体からなる緩和層を有する半
導体装置が提供される。
クト層との界面の荒れを防止する。本発明の他の観点に
よると、さらに上述の構成に加えて、前記ゲートコンタ
クト層と前記キャップ層との間に配置され、ノンドープ
の化合物半導体からなるスペーサ層と、前記スペーサ層
と前記キャップ層との間に配置され、前記スペーサ層及
び前記キャップ層とエッチング耐性の異なるエッチング
停止層とを有し、前記ゲート電極が、前記スペーサ層に
接するように配置されている半導体装置が提供される。
に、エッチング停止層でエッチングを自動的に停止させ
ることができる。また、その後の後処理でエッチングダ
メージを受けたエッチング停止層を除去し、スペーサ層
を表面に出すことができる。スペーサ層の表面上にゲー
ト電極を形成することにより、ゲートコンタクト層の表
面の荒れを防止することができる。
基板と、前記支持基板上に配置され、導電性を付与する
不純物を含有する化合物半導体からなるキャリア走行層
と、前記キャリア走行層上の一部領域に配置され、導電
性材料からなるゲート電極と、前記ゲート電極の両側
に、かつ前記ゲート電極から離間して配置され、前記キ
ャリア走行層に電気的に接続するソース、ドレイン領域
と、前記キャリア走行層上の、前記ゲート電極と前記ソ
ース、ドレイン領域との間の領域にそれぞれ配置された
化合物半導体によって構成され、その表面から内部に向
かって延びる表面空乏層の厚みと同等か、またはそれよ
りも大きい厚みを有するキャップ領域とを有する半導体
装置が提供される。
ドレイン領域との間に配置されたキャップ領域がキャリ
ア走行層への空乏層の侵入を阻止するので、この領域の
シート抵抗が高くなることを抑制でき、キャリア走行層
におけるシート抵抗を低減することができる。
モードのMESFETを作製するために、MESFET
の構成とその特性の定量的な解析を行った。
図を示す。半絶縁性GaAs基板50の表面上にn型不
純物がドープされたGaAsからなる電子走行層51が
形成され、その上にノンドープのAlGaAsからなる
ゲートコンタクト層52及びノンドープのGaAsから
なるキャップ層53が積層されている。
ンタクト層52の上面まで達する凹部56が形成されて
いる。凹部56は、導電性材料からなるゲート電極55
で埋め尽くされている。キャップ層53の表面上の、ゲ
ート電極55の両側の領域にそれぞれAuGe/Au
(ここで、A/Bは下側のA層と上側のB層の積層を表
す。)の2層構造のソース電極54S及びドレイン電極
54Dが形成されている。
の下方には、キャップ層53から電子走行層51の上層
部分まで不純物がイオン注入され、低抵抗領域57S及
び57Dが形成されている。ソース電極54S及びドレ
イン電極54Dとキャップ層53との界面近傍は、電極
形成後の熱処理により合金化されている。低抵抗領域5
7S及び57Dにより、それぞれソース電極54Sと電
子走行層51及びドレイン電極54Dと電子走行層51
がオーミックに接続される。
態では、ゲート電極55が形成されている領域の電子走
行層51の少なくとも上層部分が空乏化し、空乏層51
aが形成される。空乏層51aが電子走行層51の上層
部分にのみ広がる場合には、下層部分においてソース/
ドレイン間が導通する。このため、MESFETはディ
プレションモードになる。空乏層51aが電子走行層5
1の全厚さ部分に広がる場合には、ソース/ドレイン間
が導通しないため、MESFETはエンハンスメントモ
ードになる。
くは界面から、エネルギバンド端の傾きが0になるまで
の空乏化した厚さ部分を意味する。
走行層51の厚さとピンチオフ電圧との関係を示す。ピ
ンチオフ電圧は、空乏層が電子走行層を横切るときのゲ
ートバイアス電圧で定義される。横軸は電子走行層51
の厚さを単位nmで表し、縦軸はピンチオフ電圧を単位
Vで表す。ピンチオフ電圧は、厚さ方向に関する1次元
のポアッソン方程式を解き、電子走行層51の厚さと空
乏層51aの厚さとが等しくなる時のゲート電極印加電
圧から求めた。なお、電子走行層51の不純物濃度を
1.5×1017cm-3、ゲートコンタクト層52のAl
の組成比を0.2、厚さを35nmとした。
さが厚くなるとピンチオフ電圧が単調に減少する(マイ
ナス方向に増加する)。電子走行層51の厚さが約50
nmのときにピンチオフ電圧が0Vになり、それよりも
薄い場合にはピンチオフ電圧が正になる。すなわち、電
子走行層51の厚さを50nmよりも薄くすると、エン
ハンスメントモードのMESFETが得られることがわ
かる。
ト電極55とゲートコンタクト層52との界面のビルト
インポテンシャルとピンチオフ電圧との関係を示す。横
軸はビルトインポテンシャルを単位Vで表し、縦軸はピ
ンチオフ電圧を単位Vで表す。ピンチオフ電圧は、図5
Aの場合と同様の方法で計算した。なお、電子走行層の
不純物濃度を1.5×1017cm-3、厚さを150n
m、ゲートコンタクト層52の厚さを35nmとした。
ャルを増加させると、ピンチオフ電圧も増加する。図5
Bでは、ピンチオフ電圧が負の領域を示しているが、ビ
ルトインポテンシャルを増加させるとピンチオフ電圧が
増加する傾向にあるため、ビルトインポテンシャルを増
加させることにより、エンハンスメントモードのMES
FETが得られると考えられる。
クト層52のAlの組成比により変動し、Alの組成比
を増加させるとビルトインポテンシャルも増加する。従
って、ゲートコンタクト層52のAlの組成比を増加さ
せることにより、エンハンスメントモードのMESFE
Tが得られるであろう。
さと不純物濃度との関係を説明する。MESFETをエ
ンハンスメントモードにするために電子走行層51を薄
くすると、電子走行層51のシート抵抗が高くなる。シ
ート抵抗の増加を抑制するためには、電子走行層51の
不純物濃度を高くすればよい。
チオフ電圧Vp を0Vにするための電子走行層51の厚
さと不純物濃度との関係を示す。横軸は不純物濃度を単
位cm-3で表し、縦軸は電子走行層51の厚さを単位n
mで表す。図中の折れ線はピンチオフ電圧が0Vになる
ときの電子走行層51の厚さ及び不純物濃度を示す。こ
の折れ線よりも下側の領域においてMESFETがエン
ハンスメントモードになり、上側の領域においてディプ
レションモードになる。
与える折れ線は右下がりになっている。すなわち、電子
走行層51の厚さを一定に保って不純物濃度を高くして
いくと、折れ線を横切る点でエンハンスメントモードか
らディプレションモードに変わってしまう。従って、電
子走行層51を薄くしたときにエンハンスメントモード
を保ったままシート抵抗の増加を抑制するためには、図
6Aの折れ線より下側、好ましくは折れ線の付近で示さ
れる不純物濃度とすることが好ましい。
和ドレイン電流との関係を説明する。図6Bは、ピンチ
オフ電圧Vp が0Vになるときの電子走行層51の不純
物濃度と厚さとの積を不純物濃度の関数として示す。横
軸は電子走行層51の不純物濃度を単位cm-3で表し、
縦軸は不純物濃度と厚さとの積を表す。なお、MESF
ETの条件は図6Aの場合と同様である。
と、ピンチオフ電圧を0Vとする不純物濃度と厚さとの
積も増加する。飽和ドレイン電流は、不純物濃度と厚さ
との積と相関関係を有し、この積が増加すると飽和ドレ
イン電流も増加する。従って、電子走行層51の不純物
濃度を増加させると、飽和ドレイン電流も増加する。す
なわち、電子走行層51を薄くしても、それに対応して
不純物濃度を増加させることにより、飽和ドレイン電流
の低下を防止できるのみならず、より大きな飽和ドレイ
ン電流を得ることができる。
ETの電子走行層のシート抵抗と電子走行層上のキャッ
プ領域の厚さとの関係について説明する。図7Aはゲー
ト電極の両側に電子走行層の表面が露出している従来の
リセス型MESFETの断面図を示す。図4のMESF
ETでは電子走行層51とゲート電極55との間にゲー
トコンタクト層52が配置されているが、図7Aに示す
MESFETでは、電子走行層51の表面上に直接ゲー
ト電極55がショットキ接触している。その他の構成
は、図4に示すMESFETと同様である。
層53とゲート電極55との間に間隙が形成されてい
る。従って、この間隙部に電子走行層51の表面が露出
している。
露出した領域に表面空乏層51bが形成される。表面空
乏層51bのために電子走行層51の実効的な厚さが減
少し、ソース/ドレイン間の抵抗が増加することが分か
る。
走行層の表面がキャップ層で覆われた埋込ゲート型ME
SFETの断面図を示す。ゲート電極55がキャップ層
53に形成された凹部内を埋め尽くし、キャップ層53
がゲート電極55の側面に接触している。このため、ゲ
ート電極55の両側近傍領域において電子走行層51の
表面が露出せず、キャップ層53で覆われる。このた
め、電子走行層51の表面に空乏層が形成されにくい。
電子走行層51とキャップ層53との界面に形成される
空乏層の厚さは、キャップ層53の厚さに依存する。
の上に形成されたキャップ層の厚さの関数として示す。
横軸はキャップ層の厚さを単位nmで表し、縦軸はシー
ト抵抗を単位Ω/□で表す。なお、電子走行層の材料を
GaAs、厚さを46nm、不純物濃度を1×1018c
m-3とし、キャップ層の材料をGaAsとした。
るとシート抵抗が増加する。キャップ層の厚さを100
nmよりも薄くすると、シート抵抗が急激に増加する。
その理由は、キャップ層を形成したことで、キャップ層
表面で生じる表面空乏層が、キャップ層の厚みの中で終
端し、キャリア走行層中に実質的に到達しなくなったた
めであると考えられる。
加を抑制するために、キャップ層の厚さを100nm以
上とすることが好ましく、また、同図より130nm以
上とすることがより好ましいことが分かる。なお、以上
の例ではキャップ領域として、キャップ層を用い、これ
を単層で形成された場合を想定し、その結果、そのキャ
ップ層が100nm以上であることが望ましいという結
論を見いだしたのであるが、例えば、キャップ層とキャ
リア走行層との間に他の半導体層が介在した構造であっ
ても、キャップ層として100nm以上が形成されてお
れば、表面空乏層をキャリア走行層から十分に離せるの
で、その効果が低下することはない。
52は、ゲート電極直下に生じる空乏層の伸び(キャリ
ア走行層中への侵入深さ)を大きくする為のものである
が、例えば、ゲート電極の両側のソース、ドレイン領域
までの離間部分に位置するゲートコンタクト層を前述の
キャップ領域として作用させることも可能である。
ートコンタクト層の厚みをゲート電極直下の厚みよりも
大きくし、キャップ領域に位置するゲートコンタクト層
の表面で生じる表面空乏層が、その厚みの中で終端し、
キャリア走行層中に空乏層が実質的に到達しない厚みで
形成すればよいのである。このようにすれば、キャップ
層53が無いか、キャップ層53の厚みがその内部で空
乏層が終端しない厚さ(例えば100nm以下)であっ
ても、シート抵抗の増加は無くなるのである。
電極との間の離間部のキャリア走行層上に、その表面で
生じる表面空乏層がゲートコンタクト層を含めたキャッ
プ領域の厚みの中で終端し、キャリア走行層中に実質的
に到達しなくなるように、半導体からなるキャップ領域
を形成すれば、シート抵抗の増加が防止できるのであ
る。
第1の実施例について説明する。図1は、第1の実施例
によるMESFETの断面図を示す。以下、図1に示す
MESFETの製造方法を説明する。
に、分子線エピタキシ(MBE)により、バッファ層
2、電子走行層3、界面の荒れを抑制するための緩和層
4、ゲートコンタクト層5、スペーサ層6、エッチング
停止層7、キャップ層8をこの順番に積層する。成長時
の基板温度は約630℃とする。
らなる厚さ500nmの層である。電子走行層3は、不
純物濃度が1×1018cm-3になるようにSiがドープ
されたn型GaAsからなる厚さ20nmの層である。
緩和層4は、ノンドープのGaAsからなる厚さ5nm
の層である。ゲートコンタクト層5は、ノンドープのA
l0.5 Ga0.5 Asからなる厚さ20nmの層である。
らなる厚さ5nmの層である。エッチング停止層7は、
ノンドープのAl0.5 Ga0.5 Asからなる厚さ5nm
の層である。キャップ層8は、ノンドープのGaAsか
らなる厚さ130nmの層である。
される領域に対応した開口を有するレジストパターンを
形成する。このレジストパターンをマスクとして、例え
ば、加速エネルギ150〜175keV、ドーズ量1×
1013cm-2の条件でSiをイオン注入する。850℃
で20分間の熱処理を行い、注入されたSi原子を活性
化する。ソース電極及びドレイン電極が形成される領域
に、キャップ層8から電子走行層3の上層部まで達する
低抵抗領域10S及び10Dが形成される。
残したまま、AuGe/Auの積層を蒸着により形成す
る。例えば、AuGe層の厚さを50nm、Au層の厚
さを300nmとする。レジストパターンを、その上に
蒸着されたAuGe/Au層と共に除去する。このよう
にして、ソース電極9S及びドレイン電極9Dが形成さ
れる。本実施例においては、ソース電極9Sとドレイン
電極9Dとの間隔LSDを4μmとした。
分間の熱処理を行い、ソース電極9S及びドレイン電極
9Dとキャップ層8との界面を合金化する。ソース電極
9Sとドレイン電極9Dに挟まれたゲート電極形成領域
に対応した開口を有するレジストパターンを形成する。
このレジストパターンをマスクとし、エッチングガスと
してSiCl4 +SF6 を用いた反応性イオンエッチン
グ(RIE)によりキャップ層8をエッチングする。こ
のエッチングガスはAlGaAsをほとんどエッチング
しないため、AlGaAsからなるエッチング停止層7
の上面が露出した時点で深さ方向のエッチングがほぼ停
止する。
り、露出した領域のエッチング停止層7を後処理する。
HNO3 は、ドライエッチングにより、ダメージを受け
たエッチング停止層7を除去し、スペーサ層6を表面に
露出させる。このようにして、スペーサ層6の上面まで
達する凹部12が形成される。
パターンを残したまま、厚さ300nmのAl層を蒸着
により形成する。レジストパターン上に蒸着されたAl
層と共にレジストパターンを除去する。凹部12内を埋
め尽くすAlからなるゲート電極11が形成される。本
実施例では、ソース電極9Sのゲート電極側の端部とゲ
ート電極11の中心までの距離LSGを1.5μm、ゲー
ト長LG を0.9μmとした。
圧特性を示す。横軸はドレイン電圧を単位Vで表し、縦
軸はドレイン電流を単位mAで表す。図中の各曲線に付
した数字はゲート電圧を表す。ゲート電圧が0Vの時ド
レイン電流がほとんど流れず、エンハンスメントモード
になっていることがわかる。ゲート電圧を増加させると
飽和ドレイン電流も増加し、ゲート電圧1.6Vの時の
飽和ドレイン電流が約160mAとなる。
8の厚さを130nmとしているため、図7Cで説明し
たように電子走行層3のシート抵抗の増加が抑制されて
いると考えられる。また、キャップ層8がゲート電極1
1の側面に接触しているため、図7Aに示すようなゲー
ト電極の両側に形成される表面空乏層の発生が抑制され
る。
クト層5のAlの組成比が0.5とされている。従来、
ゲートコンタクト層5のAlの組成比は0.2程度とさ
れていた。Alの組成比を高くすることにより、ゲート
電極11とゲートコンタクト層5との間のビルトインポ
テンシャルを高くすることができる。図5Bで説明した
ように、ビルトインポテンシャルを高くするとピンチオ
フ電圧が高くなり、さらに、ゲート電圧を正に振り込ん
だ時のゲートリーク電流を低減できるため、エンハンス
メントモードのMESFETの作製に有効である。な
お、ゲートコンタクト層のAlの組成比を0.4〜1.
0としても同様の効果が得られるであろう。
クト層5との界面の荒れを抑制する。
6を形成し、その上にスペーサ層6及びキャップ層8の
両方とエッチング耐性の異なるエッチング停止層7を形
成している。このエッチング停止層7を設けることによ
り、凹部12の深さの制御が容易になる。
レイン電極間距離LSDを4μmとした。MESFETの
ドレイン効率を高めるためには、ソース/ドレイン電極
間距離LSDを4μm以下とすることが好ましい。また、
ソース電極とゲート電極中心間距離LSGを1.5μmと
した。良好な相互コンダクタンスを得るためには、この
距離LSGを1.5μm以下とすることが好ましい。
ESFETの断面図を示す。図1に示すMESFETで
は、ソース電極9Sとドレイン電極9Dをキャップ層8
の上に配置した。これに対し、図3Aに示すMESFE
Tでは、キャップ層8からスペーサ層6の下面に達する
凹部13S及び13Dを形成してゲートコンタクト層5
の上面を露出させ、ゲートコンタクト層5に直接接する
ようにソース電極9Sとドレイン電極9Dを配置してい
る。
した低抵抗領域10S、10Dにより、ソース電極9
S、ドレイン電極9Dと電子走行層3とをオーミック接
続している。これに対し、図2に示すMESFETで
は、ソース電極9S、ドレイン電極9Dと電子走行層3
との間に緩和層4とゲートコンタクト層5のみしか存在
しないため、ソース電極9S及びドレイン電極9Dの下
方領域の合金化のみによりオーミック接続を確保するこ
とができる。その他の構成は、図1に示すMESFET
と同様である。
法を、図1に示すMESFETの製造方法との相違点に
着目して説明する。図1に示す低抵抗領域10S、10
Dの形成のためのSiイオン注入の工程の代わりに、ソ
ース電極9S及びドレイン電極9Dを形成すべき領域に
対応した開口を有するレジストパターンを形成し、この
開口を通してキャップ層8、エッチング停止層7及びス
ペーサ層6をエッチングし、凹部13S及び13Dを形
成する。キャップ層8とエッチング停止層7のエッチン
グ条件は、図1の凹部12を形成する時の条件と同様で
ある。スペーサ層6のエッチング条件は、キャップ層8
のエッチング条件と同様である。
パターンを残したままAuGe/Auの積層を蒸着によ
り形成し、リフトオフすることにより、ソース電極9S
及びドレイン電極9Dを形成する。N2 雰囲気中で温度
を450℃とし、2分間の熱処理をおこなってソース電
極9S及びドレイン電極9Dの下方領域を合金化する。
様である。図3Aに示すMESFETでは、合金化され
た領域によってソース電極9S、ドレイン電極9Dと電
子走行層3とがオーミックに接続される。これに対し、
図1では、ゲートコンタクト層5を貫通して形成された
低抵抗領域10S及び10Dによりソース電極9S、ド
レイン電極9Dと電子走行層3とがオーミックに接続さ
れる。
3のAlの組成比は約0.5である。このようにAlの
組成比を比較的高くすると、イオン注入されたSi原子
が活性化しにくくなる。このため、ソース電極9S、ド
レイン電極9Dと電子走行層3との間の接続抵抗を低く
することが困難になる。
レイン電極9Dと電子走行層3とを合金化領域で接続す
ることにより、ソース電極9S、ドレイン電極9Dと電
子走行層3との間の接続抵抗を低減することが容易にな
る。
形例を示す。図3Aに示すMESFETでは、ソース電
極9S及びドレイン電極9Dがゲートコンタクト層5に
接していたが、図3Bに示すMESFETでは、ソース
電極9S及びドレイン電極9Dが緩和層4に接してい
る。その他の構成は、図3AのMESFETと同様であ
る。
ドレイン電極9Dと電子走行層3とが、ゲートコンタク
ト層5を貫通するSi注入領域を介さず、合金化領域に
よってオーミック接続される。従って、ソース電極9
S、ドレイン電極9Dと電子走行層3との間の接続抵抗
の増加を抑制することができる。
極9Dとを緩和層4に接触させる場合を示したが、緩和
層4を設けない場合等には、電子走行層3に直接接触さ
せてもよい。
基板を用い、電子走行層3、緩和層4、スペーサ層6及
びキャップ層8をGaAsで形成し、ゲートコンタクト
層5及びエッチング停止層7をAlGaAsで形成した
場合を説明したが、その他の材料で形成してもよい。
3をInGaAsで形成し、緩和層4をInGaAs若
しくはGaAsで形成し、ゲートコンタクト層5及びエ
ッチング停止層7をAlGaAsで形成し、スペーサ層
6及びキャップ層8をGaAsで形成してもよい。ま
た、InP基板を用い、電子走行層3、緩和層4及びス
ペーサ層6をInGaAsで形成し、ゲートコンタクト
層5及びエッチング停止層7をAlInAsで形成し、
キャップ層8をInPで形成してもよい。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
電子走行層の上に配置されるキャップ層を厚くすること
により、電子走行層を薄くしたときのシート抵抗の増加
を抑制することができる。このため、電子走行層を薄く
してMESFETをエンハンスメントモードにしたとき
のシート抵抗の増加による利得の低下等を抑制すること
ができる。
面図である。
グラフである。
ESFETの断面図である。
子走行層の厚さ及びビルトインポテンシャルの関数とし
て示すグラフである。
Vとするための電子走行層の厚さを不純物濃度の関数と
して示すグラフ、及び電子走行層の不純物濃度と厚さと
の積を不純物濃度の関数として示すグラフである。
FETの断面図、及び電子走行層のシート抵抗をその上
に形成されたキャップ層の厚さの関数として示すグラフ
である。
Claims (24)
- 【請求項1】 支持基板と、 前記支持基板の上に配置された化合物半導体からなるキ
ャリア走行層と、 前記キャリア走行層の上の一部の領域に配置され、導電
性材料からなるゲート電極と、 前記キャリア走行層の上の、前記ゲート電極の両側の領
域にそれぞれ配置され、ノンドープの化合物半導体から
なり、100nm以上の厚さを有するキャップ層と、 前記キャリア走行層とオーミック接続する電流電極とを
有する半導体装置。 - 【請求項2】 さらに、前記キャリア走行層とゲート電
極との間に配置され、前記キャリア走行層のバンドギャ
ップよりも大きなバンドギャップを有する化合物半導体
からなるゲートコンタクト層を有する請求項1に記載の
半導体装置。 - 【請求項3】 前記2つの電流電極が前記キャップ層の
上に配置されている請求項2に記載の半導体装置。 - 【請求項4】 前記2つの電流電極が前記キャップ層の
上面から少なくとも該キャップ層の下面に達する凹部内
に配置されている請求項2に記載の半導体装置。 - 【請求項5】 前記2つの電流電極が前記キャップ層の
上面から少なくとも前記ゲートコンタクト層の下面に達
する凹部内に配置されている請求項4に記載の半導体装
置。 - 【請求項6】 前記ゲート電極に外部から電圧を印加し
ない状態において、前記キャリア走行層の前記ゲート電
極下方領域の全厚さが空乏化している請求項2〜5のい
ずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項7】 前記ゲート電極が、その両側にそれぞれ
形成された前記キャップ層の各々に対向する側面を有
し、 前記キャップ層が、前記ゲート電極の側面に接している
請求項2〜6のいずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項8】 前記2つの電流電極の間隔が4μm以下
である請求項2〜7のいずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項9】 さらに、前記キャリア走行層と前記ゲー
トコンタクト層との間に配置され、前記キャリア走行層
と同一組成のノンドープ化合物半導体からなる緩和層を
有する請求項2〜8のいずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項10】 さらに、 前記ゲートコンタクト層と前記キャップ層との間に配置
され、ノンドープの化合物半導体からなるスペーサ層
と、 前記スペーサ層と前記キャップ層との間に配置され、前
記スペーサ層及び前記キャップ層とエッチング耐性の異
なるエッチング停止層とを有し、 前記ゲート電極が、前記スペーサ層に接するように配置
されている請求項2〜9のいずれかに記載の半導体装
置。 - 【請求項11】 前記支持基板及び前記キャップ層がノ
ンドープのGaAsで形成され、 前記キャリア走行層がn型不純物をドープされたGaA
sで形成され、 前記ゲートコンタクト層がノンドープのAlGaAsで
形成されている請求項2〜10のいずれかに記載の半導
体装置。 - 【請求項12】 前記ゲートコンタクト層のAlの組成
比が0.4〜1.0である請求項11に記載の半導体装
置。 - 【請求項13】 前記支持基板、前記キャップ層及び前
記緩和層がノンドープのGaAsで形成され、 前記キャリア走行層がn型不純物をドープされたGaA
sで形成され、 前記ゲートコンタクト層がノンドープのAlGaAsで
形成されている請求項9に記載の半導体装置。 - 【請求項14】 前記支持基板、前記キャップ層及び前
記スペーサ層がノンドープのGaAsで形成され、 前記キャリア走行層がn型不純物をドープされたGaA
sで形成され、 前記ゲートコンタクト層及び前記エッチング停止層がノ
ンドープのAlGaAsで形成されている請求項10に
記載の半導体装置。 - 【請求項15】 前記支持基板及び前記キャップ層がノ
ンドープのGaAsで形成され、 前記キャリア走行層がn型不純物をドープされたInG
aAsで形成され、 前記ゲートコンタクト層がノンドープのAlGaAsで
形成されている請求項2〜10のいずれかに記載の半導
体装置。 - 【請求項16】 前記ゲートコンタクト層のAlの組成
比が0.4〜1.0である請求項15に記載の半導体装
置。 - 【請求項17】 前記支持基板、前記キャップ層がノン
ドープのGaAsで形成され、 前記キャリア走行層がn型不純物をドープされたInG
aAsで形成され、 前記ゲートコンタクト層がノンドープのAlGaAsで
形成され、 前記緩和層がノンドープのInGaAsまたはGaAs
で形成されている請求項9に記載の半導体装置。 - 【請求項18】 前記支持基板、前記キャップ層及び前
記スペーサ層がノンドープのGaAsで形成され、 前記キャリア走行層がn型不純物をドープされたInG
aAsで形成され、 前記ゲートコンタクト層及び前記エッチング停止層がノ
ンドープのAlGaAsで形成されている請求項10に
記載の半導体装置。 - 【請求項19】 前記支持基板及びキャップ層がノンド
ープのInPで形成され、 前記キャリア走行層がn型不純物をドープされたInG
aAsで形成され、 前記ゲートコンタクト層がノンドープのAlInAsで
形成されている請求項2〜10のいずれかに記載の半導
体装置。 - 【請求項20】 前記支持基板及びキャップ層がノンド
ープのInPで形成され、 前記キャリア走行層がn型不純物をドープされたInG
aAsで形成され、 前記ゲートコンタクト層がノンドープのAlInAsで
形成され、 前記緩和層がノンドープのInGaAsで形成されてい
る、請求項9に記載の半導体装置。 - 【請求項21】 前記支持基板及びキャップ層がノンド
ープのInPで形成され、 前記キャリア走行層がn型不純物をドープされたInG
aAsで形成され、 前記スペーサ層がノンドープのInGaAsで形成さ
れ、 前記ゲートコンタクト層及び前記エッチング停止層がノ
ンドープのAlInAsで形成されている請求項10に
記載の半導体装置。 - 【請求項22】 支持基板と、 前記支持基板上に配置され、導電性を付与する不純物を
含有する化合物半導体からなるキャリア走行層と、 前記キャリア走行層上の一部領域に配置され、導電性材
料からなるゲート電極と、 前記ゲート電極の両側に、かつ前記ゲート電極から離間
して配置され、前記キャリア走行層に電気的に接続する
ソース、ドレイン領域と、 前記キャリア走行層上の、前記ゲート電極と前記ソー
ス、ドレイン領域との間の領域にそれぞれ配置された化
合物半導体によって構成され、その表面から内部に向か
って延びる表面空乏層の厚みと同等か、またはそれより
も大きい厚みを有するキャップ領域とを有する半導体装
置。 - 【請求項23】 さらに、 前記キャリア走行層と前記ゲート電極との間に配置さ
れ、前記キャリア走行層のバンドギャップよりも大きな
バンドギャップを有する化合物半導体からなるゲートコ
ンタクト層を有する請求項22に記載の半導体装置。 - 【請求項24】 前記ゲート電極に外部から電圧を印加
しない状態において、前記キャリア走行層の前記ゲート
電極下方の全厚さが空乏化している請求項22および2
3に記載の半導体装置。
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