JPH09321060A - 電界効果トランジスタとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ゲート・ソース間のリーク電流を小さくで
き、ドレイン耐圧を高くでき、かつドレイン電流ドリフ
ト、電力利得ドリフト及びマイクロ波入出力ドリフトを
小さくでき、しかもドレイン飽和電流の大きい電界効果
トランジスタとその製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板と、半導体基板の主表面に形
成された活性層と、活性層の表面に形成されたゲート電
極と、ゲート電極の両側の活性層の表面にゲート電極と
それぞれ所定の間隔を隔てて形成されたドレイン電極と
ソース電極とを備えた電界効果トランジスタにおいて、
ゲート電極とドレイン電極との間の活性層の表面と、ゲ
ート電極とソース電極との間の活性層の表面に、非晶質
酸化ガリウム膜又は非晶質窒化ガリウム膜を形成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電界効果トランジ
スタとその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、化合物半導体は、単元素半導体
であるＳｉに比べると、低電界における電子の移動度が
大きいので、マイクロ波・ミリ波素子、高出力素子に適
している。特に化合物半導体の代表的な材料であるＧａ
ＡＳ基板を用いて構成したショットキー接合ゲートを有
するＧａＡｓ電界効果トランジスタは、低雑音化、高出
力化の研究開発が進み、マイクロ波デバイスとして広く
使用されている。

【０００３】図１２は、第１の従来例の電界効果トラン
ジスタの製造工程の各工程における半導体基板１１０の
断面図である。第１の従来例の電界効果トランジスタの
製造工程においてはまず、図１２（ａ）に示すように、
例えばＧａＡｓからなる半導体基板１１０の上面に、真
空槽内でエピタキシャル成長させることにより活性層１
０１を形成する。次に、図１２（ｂ）に示すように活性
層１０１の両端を除去して素子間分離を行う。そして、
図１２（ｃ）に示すように、活性層１０１上にゲート電
極１１１、ドレイン電極１１２及びソース電極１１３を
形成する。ここで、ドレイン電極１１２とソース電極１
１３はそれぞれ、ゲート電極１１１の両側にゲート電極
１１１と所定の間隔を隔てて形成される。そして最後
に、図１２（ｄ）に示すように、プラズマＣＶＤ装置等
を用いて窒化珪素又は酸化珪素からなる絶縁保護膜１１
５を形成することにより第１の従来例の電界効果トラン
ジスタは製造される。以上のように構成された第１の従
来例の電界効果トランジスタにおいて、絶縁保護膜１１
５は、当該電界効果トランジスタ全体を保護するととも
に、ゲート電極１１１とドレイン電極１１２との間の活
性層１０１の表面と、ゲート電極１１１とソース電極１
１３との間の活性層１０１の表面とを不活性化させて、
活性層１０１の表面に酸化膜等が形成されたり、不純物
が付着したりすることを防止する。

【０００４】また、図１３は、第２の従来例の電界効果
トランジスタの製造工程の各工程における半導体基板１
１０の断面図である。第２の従来例の電界効果トランジ
スタの製造工程においてはまず、図１３（ａ）に示すよ
うに、半導体基板１１０の上面に、活性層１０１を形成
する。次に、図１３（ｂ）に示すように活性層１０１の
両端を除去して素子間分離を行った後、活性層１０１を
覆うように窒化珪素又は酸化珪素からなる絶縁膜１１４
をプラズマＣＶＤ装置を用いて形成する。そして、図１
３（ｃ）に示すようにゲート電極１１１、ドレイン電極
１１２及びソース電極１１３を形成するためにそれらを
形成する部分の絶縁膜１１４をエッチングによって除去
した後、活性層１０１上にゲート電極１１１、ドレイン
電極１１２及びソース電極１１３を形成する。そして最
後に、図１３（ｄ）に示すように、絶縁保護膜１１５を
形成することにより第２の従来例の電界効果トランジス
タは製造される。以上のように構成された第２の従来例
の電界効果トランジスタにおいて、絶縁膜１１４は、ゲ
ート電極１１１とドレイン電極１１２との間の活性層１
０１の表面と、ゲート電極１１１とソース電極１１３と
の間の活性層１０１の表面とを不活性化させて、活性層
１０１の表面に酸化膜等が形成されたり、不純物が付着
したりすることを防止する。

【０００５】また、図１４は、第３の従来例の電界効果
トランジスタの製造工程の各工程における半導体基板１
１０の断面図である。第３の従来例の電界効果トランジ
スタの製造工程においては、図１４（ａ）に示すよう
に、半導体基板１１０の上面に、活性層１０１を形成
し、次に、活性層１０１の表面を例えばアンモニアプラ
ズマ処理又は硫化アンモニウム溶液中への浸漬等の方法
により不活性処理して、不活性層１０５を形成した後、
活性層１０１と不活性層１０５の両端を除去して素子間
分離を行う。次に図１４（ｂ）に示すように絶縁膜１１
４を形成し、そして、図１４（ｃ）に示すようにゲート
電極１１１、ドレイン電極１１２及びソース電極１１３
を形成するためにそれらを形成する部分の絶縁膜１１４
をエッチングによって除去した後、不活性層１０５上に
ゲート電極１１１、ドレイン電極１１２及びソース電極
１１３を形成する。そして最後に、図１４（ｄ）に示す
ように、絶縁保護膜１１５を形成することにより第３の
従来例の電界効果トランジスタは製造される。以上のよ
うに構成された第３の従来例の電界効果トランジスタに
おいて、不活性層１０５は、活性層１０１の表面に酸化
膜が形成されたり、活性層１０１の表面に不純物が付着
したりすることを防止する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、以上の第１乃
至第３の従来例の電界効果トランジスタの製造工程にお
いては、絶縁膜１１４、絶縁保護膜１１５又は不活性層
１０５を形成する際、活性層１０１の表面が大気にさら
されたり、リソグラフィーやエッチング等の工程におい
て、活性層１０１の表面が純水、溶剤又はレジスト等に
さらされるので、活性層１０１の表面に不純物が付着す
る。このために活性層１０１と絶縁膜１１４、絶縁保護
膜１１５又は不活性層１０５との間の界面に不純物が存
在して、当該不純物に起因する界面準位が発生する。ま
た、第１と第２の従来例において絶縁保護膜１１５又は
絶縁膜１１４として用いられた窒化珪素や酸化珪素は、
ＧａＡｓ基板上に形成された活性層１０１との間に、不
純物に起因する界面準位の他に多くの界面準位を発生さ
せる。このように活性層１０１と絶縁膜１１４、絶縁保
護膜１１５又は不活性層１０５との間の界面に多くの界
面準位を発生するために、第１乃至第３の従来例の電界
効果トランジスタは、ゲート・ソース間にリーク電流が
発生したり、ドレイン耐圧が低下したり、ドレイン電流
ドリフト、電力利得ドリフト及びマイクロ波入出力ヒス
テリシス等のドリフト現象が発生するという問題点があ
った。ここで、ドレイン電流ドリフト、電力利得ドリフ
トはそれぞれ、ドレイン電流や電力利得が時間と共に変
動する現象であり、マイクロ波入出力ヒステリシスと
は、飽和出力以上の入力状態にした後、入力レベルを下
げても元の利得を得ることができないという現象ことで
ある。

【０００７】また、第１と第２の従来例において絶縁保
護膜１１５又は絶縁膜１１４として用いられた窒化珪素
や酸化珪素は、プラズマＣＶＤ装置を用いて形成される
ので、活性層１０１の表面がプラズマによって損傷を受
け、活性層１０１の表面のキャリアが減少する。これに
よって、第１と第２の従来例の電界効果トランジスタ
は、ドレイン飽和電流が減少するという問題点があっ
た。

【０００８】本発明の目的は、以上の問題点を解決し
て、従来例に比較して、ゲート・ソース間のリーク電流
を小さくでき、ドレイン耐圧を高くでき、かつドレイン
電流ドリフト、電力利得ドリフト及びマイクロ波入出力
ヒステリシスを小さくでき、しかもドレイン飽和電流の
大きい電界効果トランジスタとその製造方法を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１記
載の電界効果トランジスタは、半導体基板と、上記半導
体基板の主表面に形成された活性層と、上記活性層の表
面に形成されたゲート電極と、上記ゲート電極の両側の
上記活性層の表面に上記ゲート電極とそれぞれ所定の間
隔を隔てて形成されたドレイン電極とソース電極とを備
えた電界効果トランジスタにおいて、上記ゲート電極と
上記ドレイン電極との間の上記活性層の表面と、上記ゲ
ート電極と上記ソース電極との間の上記活性層の表面の
うちの少なくとも一方に、非晶質酸化ガリウム膜を形成
したことを特徴とする。

【００１０】また、請求項２記載の電界効果トランジス
タは、請求項１記載の電界効果トランジスタにおいて、
上記非晶質酸化ガリウム膜は、少なくとも５ｎｍ以上の
厚さを有することを特徴とする。

【００１１】さらに、本発明に係る請求項３記載の電界
効果トランジスタは、半導体基板と、上記半導体基板の
主表面に形成された活性層と、上記活性層の表面に形成
されたゲート電極と、上記ゲート電極の両側の上記活性
層の表面に上記ゲート電極とそれぞれ所定の間隔を隔て
て形成されたドレイン電極とソース電極とを備えた電界
効果トランジスタにおいて、上記ゲート電極と上記ドレ
イン電極との間の上記活性層の表面と、上記ゲート電極
と上記ソース電極との間の上記活性層の表面のうちの少
なくとも一方に、非晶質窒化ガリウム膜を形成したこと
を特徴とする。

【００１２】さらにまた、請求項４記載の電界効果トラ
ンジスタは、請求項３記載の電界効果トランジスタにお
いて、上記非晶質窒化ガリウム膜は、少なくとも５ｎｍ
以上の厚さを有することを特徴とする。

【００１３】また、本発明に係る請求項５記載の電界効
果トランジスタの製造方法は、半導体基板の主表面に形
成された活性層の表面に金属ガリウム膜を形成すること
と、上記金属ガリウム膜を酸化処理することにより、上
記活性層の表面に非晶質酸化ガリウム膜を形成すること
と、上記非晶質酸化ガリウム膜の一部分であってゲート
電極の形成部分である第１の部分と、それぞれ上記第１
の部分の両側に上記第１の部分から所定の間隔を隔てて
位置する上記非晶質酸化ガリウム膜の一部分であってド
レイン電極とソース電極との各形成部分である第２の部
分と第３の部分とを除去することと、上記非晶質酸化ガ
リウム膜の第１の部分が除去されることにより露出した
上記活性層の表面にゲート電極を形成することと、上記
非晶質酸化ガリウム膜の第２の部分と第３の部分が除去
されることにより露出した上記活性層の各表面にそれぞ
れドレイン電極とソース電極とを形成することとを含む
ことを特徴とする。

【００１４】さらに、本発明に係る請求項６記載の電界
効果トランジスタの製造方法は、半導体基板の主表面に
形成された活性層の表面に金属ガリウム膜を形成するこ
とと、上記金属ガリウム膜を窒化処理することにより、
上記活性層の表面に非晶質窒化ガリウム膜を形成するこ
とと、上記非晶質窒化ガリウム膜の一部分であってゲー
ト電極の形成部分である第１の部分と、それぞれ上記第
１の部分の両側に上記第１の部分から所定の間隔を隔て
て位置する上記非晶質窒化ガリウム膜の一部分であって
ドレイン電極とソース電極との各形成部分である第２の
部分と第３の部分とを除去することと、上記非晶質窒化
ガリウム膜の第１の部分が除去されることにより露出し
た上記活性層の表面にゲート電極を形成することと、上
記非晶質窒化ガリウム膜の第２の部分と第３の部分が除
去されることにより露出した上記活性層の各表面にそれ
ぞれドレイン電極とソース電極とを形成することとを含
むことを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】

＜第１の実施形態＞図１は、本発明に係る第１の実施形
態の電界効果トランジスタ２１の縦断面図である。当該
電界効果トランジスタ２１は、ゲート電極１１とドレイ
ン電極１２との間の活性層１の上面と、ゲート電極１１
とソース電極１３との間の活性層１の上面に非晶質酸化
ガリウム膜３ｄ，３ｅを形成したことを特徴とする。こ
こで、非晶質酸化ガリウム膜３ｄ，３ｅは、半導体基板
１０の活性層１の上面に形成された金属ガリウム膜２を
酸化処理することによって形成される。

【００１６】以下、図２乃至図７を参照して、図１の電
界効果トランジスタ２１の製造方法について詳細に説明
する。電界効果トランジスタ２１の製造方法においては
まず、図２に示すように、例えばＧａＡｓからなる半導
体基板１０の上面に、真空槽内でエピタキシャル成長さ
せることにより活性層１を形成する。次に、図３に示す
ように活性層１の上面に金属ガリウム膜２を好ましくは
５ｎｍ以上で１００ｎｍ以下の厚さになるように形成す
る。ここで、金属ガリウム膜２は、好ましくは１０^-7Ｔ
ｏｒｒより低い圧力になるように減圧された真空槽内
で、半導体基板１０の基板温度を好ましくは７７ｋ（−
１９６℃）〜２０℃の間の所定の温度になるように設定
し、蒸発させた金属ガリウム分子を活性層１の上面に堆
積させることにより形成される。第１の実施形態におい
ては、金属ガリウム膜２を形成する時の条件は上述のよ
うに設定したが、本発明はこれに限らず、半導体基板１
０の基板温度を−１９６℃以下に設定してもよいし、２
０℃以上に設定してもよい。また、真空槽内の圧力は少
なくとも１０^-5Ｔｏｒｒ以下の圧力に減圧されていれば
よい。また、活性層１の上面に形成する金属ガリウム膜
２の膜厚は１００ｎｍより厚くなるように形成してもよ
いし、５ｎｍより薄くなるように形成してもよい。

【００１７】次に、酸素ガス圧が１０^-7Ｔｏｒｒ以上に
なるように真空層内に酸素ガス又は酸素ラジカルビーム
を注入して、当該真空層内において、半導体基板１０を
５０℃から６００℃の間の所定の基板温度になるように
設定して５分以上放置することにより金属ガリウム膜２
を酸化処理して、図４に示すように活性層１上に非晶質
酸化ガリウム膜３を形成する。この場合、上述の方法に
代えて、酸素圧力下又は酸素分子線下で金属ガリウム膜
を形成してもよい。このようにすると金属ガリウム膜を
形成する時に非晶質酸化ガリウム膜３が形成される。こ
こで、非晶質酸化ガリウム膜３は、活性層１との界面で
発生する界面準位の数が極めて少ないという性質を有す
る。また、図２の活性層１をエピタキシャル成長させる
工程と、図３の金属ガリウム膜２を形成する工程と、図
４の酸化処理をする工程は、同一の真空槽内でかつ各工
程の間で半導体基板１０を当該真空槽から取り出すこと
なく連続して行う。

【００１８】次に、図５に示すように非晶質酸化ガリウ
ム膜３と活性層１の両端を除去して、電界効果トランジ
スタ２１の両側に隣接して形成される、例えば他の電界
効果トランジスタや受動素子等の他の素子（図示せず）
と電界効果トランジスタ２１とを分離するための素子間
分離を行う。そして、図６に示すように、非晶質酸化ガ
リウム膜３の一部分であってゲート電極１１の形成部分
である第１の部分３ａと、それぞれ第１の部分３ａの両
側に第１の部分３ａから所定の間隔を隔てて位置する、
非晶質酸化ガリウム膜３の一部分であって、ドレイン電
極１２とソース電極１３との形成部分である第２の部分
３ｂと第３の部分３ｃとを除去する。ここで、非晶質酸
化ガリウム膜３の第１の部分３ａと第２の部分３ｂと第
３の部分３ｃとは、塩酸またはりん酸等の酸を用いてエ
ッチングすることによって除去する。

【００１９】そして、図７に示すように、非晶質酸化ガ
リウム膜３の第１の部分３ａが除去されることにより露
出した活性層１の上面にゲート電極１１を形成し、上記
非晶質酸化ガリウム膜３の第２の部分３ｂが除去される
ことにより露出した活性層１の上面にドレイン電極１２
を形成し、さらに上記非晶質酸化ガリウム膜３の第３の
部分３ｃが除去されることにより露出した活性層１の上
面にソース電極１３を形成する。そして最後に、例え
ば、窒化シリコンあるいは酸化シリコンにてなる絶縁保
護膜１５を形成することにより図１の電界効果トランジ
スタ２１は製造される。

【００２０】以上の第１の実施形態の電界効果トランジ
スタ２１の製造方法において、非晶質酸化ガリウム膜３
は活性層１上に形成された金属ガリウム膜２を酸化処理
することにより形成されているので、酸化ひ素等の他の
酸化物の混入のない純度のよい非晶質酸化ガリウム膜３
を形成できる。また、プラズマＣＶＤ装置を用いていな
いので、活性層１の表面に損傷を与えることなく、非晶
質酸化ガリウム膜３を形成することができる。これによ
って、第１の実施形態の電界効果トランジスタ２１は、
活性層１の表面におけるキャリアの減少を防止でき、従
来例に比較してドレイン飽和電流を大きくできる。

【００２１】また、以上の第１の実施形態の電界効果ト
ランジスタ２１の製造方法において、活性層１をエピタ
キシャル成長させる工程と、非晶質酸化ガリウム膜３を
形成する工程とを、同一の真空槽内でかつ各工程の間で
半導体基板１０を真空槽から取り出すことなく連続して
行っているので、不純物等の付着のない清浄な活性層１
の表面に非晶質酸化ガリウム膜３を形成することができ
る。

【００２２】さらに、以上の第１の実施形態の電界効果
トランジスタ２１の製造方法において、非晶質酸化ガリ
ウム膜３は、堆積量を精度良く制御できる金属ガリウム
分子を用いて金属ガリウム膜２を所定の膜厚に精度良く
形成して、当該金属ガリウム膜２を酸化処理して形成さ
れるので、従来例に比較して非晶質酸化ガリウム膜３を
所望の膜厚に精度良く形成することができる。

【００２３】また、以上の第１の実施形態の電界効果ト
ランジスタ２１の製造方法において、非晶質酸化ガリウ
ム膜３は、真空槽内で金属ガリウム膜２が酸化処理され
て形成されているので、酸化処理される工程で不純物原
子が混入されることがなく、従来例に比較して純度の良
く形成できる。

【００２４】以上の第１の実施形態の電界効果トランジ
スタ２１の製造工程において、非晶質ガリウム膜３が形
成された後は活性層１の表面が常に非晶質酸化ガリウム
膜３に覆われて保護されているので、活性層１の表面が
不純物等によって汚染されることのないようにできる。

【００２５】上述したように第１の実施形態の電界効果
トランジスタ２１の製造方法において、不純物等の付着
のない清浄な活性層１の表面に、不純物の混入のない純
度の良い非晶質酸化ガリウム膜３を形成することができ
る。従って、第１の実施形態の電界効果トランジスタ２
１は、従来例に比較して、活性層１と非晶質酸化ガリウ
ム膜３との界面において不純物に起因して発生する界面
準位及び非晶質酸化ガリウム膜３に含まれる不純物に起
因して発生する界面準位の数を少なくできるので、ゲー
ト・ソース間のリーク電流を小さくでき、ドレイン耐圧
を高くでき、かつドレイン電流ドリフト、電力利得ドリ
フト及びマイクロ波入出力ヒステリシスを小さくでき
る。

【００２６】また、以上の第１の実施形態の電界効果ト
ランジスタ２１は、活性層１との界面において発生する
界面準位の数が極めて少ないという性質を有する非晶質
酸化ガリウム膜３を備え、従来例に比較して当該界面に
おいて発生する界面準位の数を少なくできるので、ゲー
ト・ソース間のリーク電流を小さくでき、ドレイン耐圧
を高くでき、かつドレイン電流ドリフト、電力利得ドリ
フト及びマイクロ波入出力ドリフトを小さくでき、しか
もヒステリシス現象を抑制できる。

【００２７】＜第２の実施形態＞図８は、本発明に係る
第２の実施形態の電界効果トランジスタ２２の縦断面図
である。当該電界効果トランジスタ２２は、図１の電界
効果トランジスタ２１に比べて非晶質酸化ガリウム膜３
に代えて非晶質窒化ガリウム膜４を形成した所が異な
り、他の部分は図１の電界効果トランジスタ２１と同様
に構成される。ここで、非晶質窒化ガリウム膜４は、第
１の実施形態の非晶質酸化ガリウム膜３と同様、活性層
１との界面において発生する界面準位の数が極めて少な
いという性質を有する。

【００２８】第２の実施形態の電界効果トランジスタ２
２において、非晶質窒化ガリウム膜４は、第１の実施形
態における金属ガリウム膜２の酸化処理に代えて金属ガ
リウム膜２を窒化処理することによって形成される。こ
こで、第２の実施形態の電界効果トランジスタ２２にお
いて、非晶質窒化ガリウム膜４は、金属ガリウム膜２を
窒素ガス圧が１０^-7になるように活性窒素（窒素分子、
窒素ラジカルビーム等）が注入された真空槽内で、半導
体基板１０を５０℃から６００℃の間の所定の基板温度
になるように設定して５分以上放置することにより、窒
化処理をして形成する。この場合、上述の方法に代え
て、窒素圧力下又は窒素分子線下で金属ガリウム膜を形
成するようにしてもよい。このようにすると、金属ガリ
ウム膜を形成する時に、非晶質窒化ガリウム膜４が形成
される。当該窒化処理に使用する活性窒素は例えばクラ
ッキングファーネス又はＥＣＲプラズマ等の方法を用い
て発生させる。また、金属ガリウム膜２の形成と、窒化
処理の工程は、同一の真空槽内でかつ各工程の間で半導
体基板１０を当該真空槽から取り出すことなく連続して
行う。

【００２９】以上の第２の実施形態の電界効果トランジ
スタ２２において、非晶質窒化ガリウム膜４は、活性層
１上に形成された金属ガリウム膜２を窒化処理すること
により形成されているので、活性層１に損傷を与えるこ
となく、窒化ひ素等の他の窒化物の混入のない純度の良
い非晶質窒化ガリウム膜４を形成することができる。こ
れによって、第２の実施形態の電界効果トランジスタ２
２は、活性層１の表面におけるキャリアの減少を防止で
き、従来例に比較してドレイン飽和電流を大きくでき
る。

【００３０】また、以上の第２の実施形態の電界効果ト
ランジスタ２２の製造方法において、活性層１をエピタ
キシャル成長させる工程と、非晶質窒化ガリウム４を形
成する工程とを、同一の真空槽内でかつ各工程の間で半
導体基板１０を真空槽から取り出すことなく連続して行
っているので、不純物等の付着のない清浄な活性層１の
表面に非晶質窒化ガリウム膜４を形成することができ
る。これによって、従来例に比較して活性層１と非晶質
窒化ガリウム膜４との間に不純物等の存在しない良好な
界面を形成することができる。

【００３１】さらに、以上の第２の実施形態の電界効果
トランジスタ２２の製造方法においては、堆積量を精度
良く制御できる金属ガリウム分子を用いて形成された金
属ガリウム膜２を窒化処理することにより非晶質窒化ガ
リウム膜４を形成しているので、従来例に比較して非晶
質窒化ガリウム膜４を所望の膜厚に精度良く形成するこ
とができる。

【００３２】また、以上の第２の実施形態の電界効果ト
ランジスタ２２においては、真空槽内で金属ガリウム膜
２の窒化処理をして非晶質窒化ガリウム膜４を形成して
いるので、窒化処理の工程で不純物原子が非晶質窒化ガ
リウム膜４に混入することがなく、従来例に比較して純
度の良い非晶質窒化ガリウム膜４を形成することができ
る。

【００３３】上述したように第２の実施形態の電界効果
トランジスタ２２の製造方法において、不純物等の付着
のない清浄な活性層１の表面に、不純物の混入のない純
度の良い非晶質窒化ガリウム膜４を形成することができ
る。従って、第２の実施形態の電界効果トランジスタ２
２は、従来例に比較して、活性層１と非晶質窒化ガリウ
ム膜３との界面において不純物に起因して発生する界面
準位及び非晶質窒化ガリウム膜４に含まれる不純物に起
因して発生する界面準位の数を少なくできるので、ゲー
ト・ソース間のリーク電流を小さくでき、ドレイン耐圧
を高くでき、かつドレイン電流ドリフト、電力利得ドリ
フト及びマイクロ波入出力ドリフトを小さくでき、しか
もヒステリシス現象を抑制できる。

【００３４】また、以上の第２の実施形態の電界効果ト
ランジスタ２２は、活性層１との界面で発生する界面準
位の数が極めて少ないという性質を有する非晶質窒化ガ
リウム膜４を備え、当該界面で発生する界面準位の数を
少なくできる。従って、電界効果トランジスタ２２は、
従来例に比較して、ゲート・ソース間のリーク電流を小
さくでき、ドレイン耐圧を高くでき、かつドレイン電流
ドリフト、電力利得ドリフト及びマイクロ波入出力ドリ
フトを小さくでき、しかもヒステリシス現象を抑制でき
る。

【００３５】＜変形例＞以上の第１と第２の実施形態で
は、半導体基板１０の上面にエピタキシャル成長させる
ことにより形成した活性層１の上面に、非晶質酸化ガリ
ウム膜３又は非晶質窒化ガリウム膜４を形成したが、本
発明はこれに限らず、予め活性層１が形成された半導体
基板１０を用い、真空槽内において、活性層１の表面に
存在する自然酸化膜及び不純物を除去した後、当該真空
槽から取り出すことなく当該真空槽内で第１又は第２の
実施形態と同様に金属ガリウム膜２を形成するようにし
てもよい。この場合、活性層１の表面に存在する自然酸
化膜及び不純物は、例えば、半導体基板１０を５００℃
以上の温度で熱処理したり、原子状の水素や水素プラズ
マ等を活性層１の表面に照射し、還元反応によりＯ−Ｈ
として脱離させることにより除去する。以上のようにし
ても、自然酸化膜や不純物等のない清浄な活性層１の表
面に非晶質酸化ガリウム膜３や非晶質窒化ガリウム膜４
を形成することができ、活性層１と非晶質酸化ガリウム
膜３との間に、発生する界面準位の数の少ない良好な境
界面を形成することができる。すなわち、以上のように
しても第１と第２の実施形態と同様な効果を有する。

【００３６】以上の第１又は第２の実施形態では、金属
ガリウム膜２を形成する工程と、酸化処理又は窒化処理
の工程は、同一の真空槽内でかつ各工程の間で半導体基
板１０を当該真空槽から取り出すことなく連続して行っ
たが、本発明はこれに限らず、半導体基板１０を当該真
空槽から取り出して、他の真空槽において、酸化処理を
するようにしてもよい。以上のようにしても、第１又は
第２の実施形態と同様の効果を有する。

【００３７】以上の第１の実施形態では、酸素を用いて
酸化処理を行ったが、本発明はこれに限らず、酸素プラ
ズマを用いて酸化処理をするようにしてもよいし、流水
若しくは静水中に金属ガリウム膜２が形成された半導体
基板１０を浸漬することにより酸化処理をするようにし
てもよい。以上のようにしても、第１の実施形態と同様
の効果を有する。

【００３８】以上の第１の実施形態の電界効果トランジ
スタ２１と第２の実施形態の電界効果トランジスタ２２
では、ゲート電極１１とドレイン電極１２の間の活性層
１の上面とゲート電極１１とドレイン電極１２の間の活
性層１の上面とに非晶質酸化ガリウム膜３又は非晶質窒
化ガリウム膜４を形成したが、本発明はこれに限らず、
ゲート電極１１とドレイン電極１２の間の活性層１の上
面と、ゲート電極１１とドレイン電極１２の間の活性層
１の上面のうちの少なくとも一方に非晶質酸化ガリウム
膜３又は非晶質窒化ガリウム膜４を形成するようにして
もよい。以上のようにしても第１又は第２の実施形態と
同様の効果を有する。

【００３９】以上の第１の実施形態の電界効果トランジ
スタ２１と第２の実施形態の電界効果トランジスタ２２
では、半導体基板１０としてＧａＡｓ基板を用いたが、
本発明はこれに限らずＩｎＰ基板等の他の半導体基板を
用いて構成しても良い。以上のように構成しても電界効
果トランジスタ２１，２２と同様に動作し同様の効果を
有する。

【００４０】以上の第１の実施形態の電界効果トランジ
スタ２１と第２の実施形態の電界効果トランジスタ２２
では、縦断面形状が略矩形のゲート電極１１を用いた
が、本発明はこれに限らず、例えば図９に示す縦断面形
状がＴ型のゲート電極１１ａを用いてもよいし、縦断面
形状が他の形状のゲート電極を用いてもよい。以上のよ
うに構成しても電界効果トランジスタ２１，２２と同様
に動作し同様の効果を有する。ここで、縦断面形状がＴ
型のゲート電極１１ａの抵抗は、縦断面形状が略矩形の
ゲート電極１１の抵抗に比較して小さくできる。

【００４１】以上の第１の実施形態の電界効果トランジ
スタ２１と第２の実施形態の電界効果トランジスタ２２
は、リセスを形成していないプレーナ構造の電界効果ト
ランジスタであるが、本発明はこれに限らず、図１０に
示すように活性層１の上面のゲート電極１１を形成する
部分にリセス６を形成してもよい。以上のようにリセス
６を備えた電界効果トランジスタ２４は、電界効果トラ
ンジスタ２１，２２と同様に動作し同様の効果を有する
とともに、電界効果トランジスタ２１，２２に比較し
て、寄生抵抗を小さくできかつドレイン飽和電流を大き
くできる。

【００４２】また、以上の第１の実施形態の電界効果ト
ランジスタ２１と第２の実施形態の電界効果トランジス
タ２２は、バリア層を備えていないが、本発明はこれに
限らず、図１１に示すように活性層１上にバリア層５を
形成してもよい。以上のようにバリア層５を備えたヘテ
ロ構造の電界効果トランジスタ２５は、電界効果トラン
ジスタ２１，２２と同様に動作し同様の効果を有すると
ともに、電界効果トランジスタ２１，２２に比較して、
耐圧を高くでき、リーク電流を小さくでき、かつ寄生抵
抗をより小さくでき、しかもドレイン電流をより大きく
できる。

【００４３】

【発明の効果】本発明に係る請求項１記載の電界効果ト
ランジスタは、上記ゲート電極と上記ドレイン電極との
間の上記活性層の表面と、上記ゲート電極と上記ソース
電極との間の上記活性層の表面のうちの少なくとも一方
に非晶質酸化ガリウム膜を備え、上記活性層の表面と上
記非晶質酸化ガリウム膜との間に不純物が少なくかつ半
導体との間に良好な界面を形成できるので、ゲート・ソ
ース間のリーク電流を小さくでき、ドレイン耐圧を高く
でき、かつドレイン電流ドリフト、電力利得ドリフト及
びマイクロ波入出力ドリフトを小さくでき、しかもドレ
イン飽和電流を大きくできる。

【００４４】また、請求項２記載の電界効果トランジス
タは、請求項１記載の電界効果トランジスタにおいて、
上記非晶質酸化ガリウム膜は５ｎｍ以上の厚さを有する
ので、５ｎｍより薄い非晶質酸化ガリウム膜を形成した
場合に比較して、表面準位の影響をより緩和し、また保
護膜形成時のダメージを抑えることができる。

【００４５】さらに、本発明に係る請求項３記載の電界
効果トランジスタは、上記ゲート電極と上記ドレイン電
極との間の上記活性層の表面と、上記ゲート電極と上記
ソース電極との間の上記活性層の表面のうちの少なくと
も一方に非晶質窒化ガリウム膜を備え、上記活性層の表
面と上記非晶質窒化ガリウム膜との間に不純物が少なく
かつ半導体との間に良好な界面を形成できるので、ゲー
ト・ソース間のリーク電流を小さくでき、ドレイン耐圧
を高くでき、かつドレイン電流ドリフト、電力利得ドリ
フト及びマイクロ波入出力ドリフトを小さくでき、しか
もドレイン飽和電流を大きくできる。

【００４６】また、請求項４記載の電界効果トランジス
タは、請求項３記載の電界効果トランジスタにおいて、
上記非晶質窒化ガリウム膜は５ｎｍ以上の厚さを有する
ので、５ｎｍより薄い非晶質窒化ガリウム膜を形成した
場合に比較して、表面準位の影響をより緩和し、また保
護膜形成時のダメージを抑えることができる。

【００４７】また、請求項５記載の電界効果トランジス
タの製造方法は、半導体基板の主表面に形成された活性
層の表面に金属ガリウム膜を形成することと、上記金属
ガリウム膜を酸化処理することにより、上記活性層の表
面に非晶質酸化ガリウム膜を形成することとを含む。こ
れによって、上記活性層の表面と上記非晶質酸化ガリウ
ム膜との間に不純物が少なくかつ半導体との間に良好な
界面を形成できるので、ゲート・ソース間のリーク電流
を小さくでき、ドレイン耐圧を高くでき、かつドレイン
電流ドリフト、電力利得ドリフト及びマイクロ波入出力
ドリフトを小さくでき、しかもドレイン飽和電流の大き
い電界効果トランジスタを製造することができる。

【００４８】また、請求項６記載の電界効果トランジス
タの製造方法は、半導体基板の主表面に形成された活性
層の表面に金属ガリウム膜を形成することと、上記金属
ガリウム膜を窒化処理することにより、上記活性層の表
面に非晶質窒化ガリウム膜を形成することとを含む。こ
れによって、上記活性層の表面と上記非晶質窒化ガリウ
ム膜との間に不純物が少なくかつ半導体との間に良好な
界面を形成できるので、ゲート・ソース電極間のリーク
電流を小さくでき、ドレイン耐圧を高くでき、かつドレ
イン電流ドリフト、電力利得ドリフト及びマイクロ波入
出力ドリフトを小さくでき、しかもドレイン飽和電流の
大きい電界効果トランジスタを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る第１の実施形態の電界効果トラ
ンジスタ２１の縦断面図である。

【図２】 図１の電界効果トランジスタ２１の製造工程
において、半導体基板１０の上面に活性層１を形成した
ときの半導体基板１０の縦断面図である。

【図３】 図２の活性層１の上面に金属ガリウム膜２を
形成したときの半導体基板１０の縦断面図である。

【図４】 図３の金属ガリウム膜２を酸化処理して非晶
質酸化ガリウム膜３を形成した半導体基板１０の縦断面
図である。

【図５】 素子間分離したときの半導体基板１０の縦断
面図である。

【図６】 図５の非晶質酸化ガリウム膜３のうちゲート
電極１１を形成する第１の部分３ａとドレイン電極を形
成する第２の部分３ｂとソース電極を形成する第３の部
分３ｃとを除去したときの半導体基板１０の縦断面図で
ある。

【図７】 ゲート電極１１、ドレイン電極１２及びソー
ス電極１３を形成したときの半導体基板１０の縦断面図
である。

【図８】 本発明に係る第２の実施形態の電界効果トラ
ンジスタ２２の縦断面図である。

【図９】 変形例の電界効果トランジスタ２３の縦断面
図である。

【図１０】 変形例の電界効果トランジスタ２４の縦断
面図である。

【図１１】 変形例の電界効果トランジスタ２５の縦断
面図である。

【図１２】 （ａ）乃至（ｄ）は第１の従来例の電界効
果トランジスタの製造工程の各工程を示す半導体基板１
１０の縦断面図である。

【図１３】 （ａ）乃至（ｄ）は第２の従来例の電界効
果トランジスタの製造工程の各工程を示す半導体基板１
１０の縦断面図である。

【図１４】 （ａ）乃至（ｄ）は第３の従来例の電界効
果トランジスタの製造工程の各工程を示す半導体基板１
１０の縦断面図である。

【符号の説明】

１…活性層、 ２…金属ガリウム膜、 ３，３ｄ，３ｅ…非晶質酸化ガリウム膜、 ４…非晶質窒化ガリウム膜、 ５…バリア層、 ６…リセス、 １０…半導体基板、 １１，１１ａ…ゲート電極、 １２…ドレイン電極、 １３…ソース電極、 １５…絶縁保護膜、 ２１，２２，２３，２４…電界効果トランジスタ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板と、 上記半導体基板の主表面に形成された活性層と、 上記活性層の表面に形成されたゲート電極と、 上記ゲート電極の両側の上記活性層の表面に上記ゲート
   電極とそれぞれ所定の間隔を隔てて形成されたドレイン
   電極とソース電極とを備えた電界効果トランジスタにお
   いて、 上記ゲート電極と上記ドレイン電極との間の上記活性層
   の表面と、上記ゲート電極と上記ソース電極との間の上
   記活性層の表面のうちの少なくとも一方に、非晶質酸化
   ガリウム膜を形成したことを特徴とする電界効果トラン
   ジスタ。
2. 【請求項２】 上記非晶質酸化ガリウム膜は、少なくと
   も５ｎｍ以上の厚さを有することを特徴とする請求項１
   記載の電界効果トランジスタ。
3. 【請求項３】 半導体基板と、 上記半導体基板の主表面に形成された活性層と、 上記活性層の表面に形成されたゲート電極と、 上記ゲート電極の両側の上記活性層の表面に上記ゲート
   電極とそれぞれ所定の間隔を隔てて形成されたドレイン
   電極とソース電極とを備えた電界効果トランジスタにお
   いて、 上記ゲート電極と上記ドレイン電極との間の上記活性層
   の表面と、上記ゲート電極と上記ソース電極との間の上
   記活性層の表面のうちの少なくとも一方に、非晶質窒化
   ガリウム膜を形成したことを特徴とする電界効果トラン
   ジスタ。
4. 【請求項４】 上記非晶質窒化ガリウム膜は、少なくと
   も５ｎｍ以上の厚さを有することを特徴とする請求項３
   記載の電界効果トランジスタ。
5. 【請求項５】 半導体基板の主表面に形成された活性層
   の表面に金属ガリウム膜を形成することと、 上記金属ガリウム膜を酸化処理することにより、上記活
   性層の表面に非晶質酸化ガリウム膜を形成することと、 上記非晶質酸化ガリウム膜の一部分であってゲート電極
   の形成部分である第１の部分と、それぞれ上記第１の部
   分の両側に上記第１の部分から所定の間隔を隔てて位置
   する上記非晶質酸化ガリウム膜の一部分であってドレイ
   ン電極とソース電極との各形成部分である第２の部分と
   第３の部分とを除去することと、 上記非晶質酸化ガリウム膜の第１の部分が除去されるこ
   とにより露出した上記活性層の表面にゲート電極を形成
   することと、 上記非晶質酸化ガリウム膜の第２の部分と第３の部分が
   除去されることにより露出した上記活性層の各表面にそ
   れぞれドレイン電極とソース電極とを形成することとを
   含むことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方
   法。
6. 【請求項６】 半導体基板の主表面に形成された活性層
   の表面に金属ガリウム膜を形成することと、 上記金属ガリウム膜を窒化処理することにより、上記活
   性層の表面に非晶質窒化ガリウム膜を形成することと、 上記非晶質窒化ガリウム膜の一部分であってゲート電極
   の形成部分である第１の部分と、それぞれ上記第１の部
   分の両側に上記第１の部分から所定の間隔を隔てて位置
   する上記非晶質窒化ガリウム膜の一部分であってドレイ
   ン電極とソース電極との各形成部分である第２の部分と
   第３の部分とを除去することと、 上記非晶質窒化ガリウム膜の第１の部分が除去されるこ
   とにより露出した上記活性層の表面にゲート電極を形成
   することと、 上記非晶質窒化ガリウム膜の第２の部分と第３の部分が
   除去されることにより露出した上記活性層の各表面にそ
   れぞれドレイン電極とソース電極とを形成することとを
   含むことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方
   法。