JPH10270464A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】優れた高耐圧性をもち、高周波領域で性能の高
いＦＥＴ構造の半導体装置を提供することを目的とす
る。 【解決手段】活性層７と障壁層６と基板層８とで構成さ
れる半導体基板上に、ソース電極１１とドレイン電極１
２と制御電極１とを有し、制御電極１に対し対称または
非対称に配設されている第１のイオン注入層４、５と、
制御電極１に対して非対称でかつ第１のイオン注入層
４、５よりも制御電極１により近接した領域まで伸延し
て配設されている、第１のイオン注入層４、５よりも浅
くかつシート抵抗値の高い第２のイオン注入層２、３と
を有するＦＥＴ構造の半導体装置において、制御電極１
に対して対称でかつ第２のイオン注入層２、３よりも制
御電極１により近接した領域まで伸延して配設されてい
る、第２のイオン注入層２、３よりも浅くかつシート抵
抗値の高い第３のイオン注入層１４、１５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高耐圧のＦＥＴ（電
界効果トランジスタ）等に適用される半導体装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来のＦＥＴ構造の半導体装置を
示す図である。図に示すように、ＧａＡｓ／ＩｎＧａＰ
障壁層６、ＩｎＧａＡｓ活性層７、ＧａＡｓ基板層８か
らなる半導体基板上に制御電極１、及びこれに相対する
配置で構成されるソース電極１１、ドレイン電極１２を
有し、さらに、ソース電極１１と制御電極１の間には第
１のイオン注入層４と第２のイオン注入層２の２つのイ
オン注入層が設けられている。これに加えて、ドレイン
電極１２と制御電極１の間には第１のイオン注入層５と
第２のイオン注入層３が、それぞれ第１のイオン注入層
４と第２のイオン注入層２に対し非対称に設けられてい
る。通常第１のイオン注入層４、５は第２のイオン注入
層２、３に比べてイオン注入エネルギーが高く、イオン
注入量も多く、深く、かつシート抵抗値も低いのが通常
である。

【０００３】さらに上記ＦＥＴ構造の半導体装置に電圧
がかかる場合、図に示すように、第２のイオン注入層２
は制御電極１に近接して設けられ、第２のイオン注入層
３は制御電極１に遠隔して設けられる。これは制御電極
１とソース電極１１の間に印加される電圧に比べて、制
御電極１とドレイン電極１２の間に印加される電圧が大
きいためである。もし、電圧の印加が大きい領域に濃度
の高い領域があると電界集中の度合いがより高く成り、
耐圧が低下することになる。その理由は図４に示すよう
に、もし第２のイオン注入層２ａ、３ａが制御電極１に
対して対称に配置されているときは、図４（ａ）の５ａ
に見られるようにドレイン電極１２側の電位分布は傾き
が急になり、電界強度は図４（ｂ）の８ａに見られるよ
うに高くなる。そして、この電界強度が一定値を越えた
とき絶縁破壊が生じ、ＦＥＴは破壊してしまう。絶縁破
壊をおこす電圧を耐圧という。対称配置によりソース電
極１１側とドレイン電極１２側に第２のイオン注入層３
ａを設けた場合はドレイン電極１２側での電界強度が高
く成りやすく、耐圧の低下を招くことになる。このよう
な耐圧の低下を避けるため、ドレイン電極１２側の第２
のイオン注入層３ｂを遠く非対称に配置した場合の電位
分布と電界強度分布をそれぞれ図４の６ｂと７ｂに示
す。電位差の大きい制御電極１とドレイン電極１２との
間において、制御電極１と第２のイオン注入層３ｂとの
距離を設けることで電界強度の増大を抑え素子全体の耐
圧を向上させることができる。これが従来技術による高
耐圧化の手法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の手法で高耐圧化を行った場合、以下のような欠点が
ある。実際には図３の制御電極１の材料をＲＩＥ（Reac
tive Ion Etching）加工する場合、電極材料のみなら
ず、障壁層６の一部も一緒に削れてしまい、破線９、１
０で示すように制御電極１の周辺の半導体層が減少して
しまう。この減少分は通常表面の変質層を含めて１０ｎ
ｍから１５ｎｍ程度である。ところが、例えば、障壁層
６、活性層７の厚さはそれぞれ同程度の厚さ、つまり１
０−１５ｎｍであるため、プロセスの不安定性によりイ
オン注入されていない部分の半導体層の抵抗値は大きく
変動する。図に示すように、非対称な第２のイオン注入
層３の場合、イオン注入の無い領域１３ａが有るため、
この部分の抵抗は特に抵抗変動を受けやすい。これはド
レイン抵抗の変動となって現れ、ドレイン抵抗は高周波
特性に大きな影響を与える。図５に電力利得の周波数依
存特性がドレイン抵抗変動により変化する状況を示し
た。図に示すように、実線はドレイン抵抗Ｒｄが高い場
合の電力利得を示し、破線はドレイン抵抗Ｒｄの低い場
合を示している。図から解る様に低周波領域では３ｄＢ
／オクターブの割合で減少するが、ある周波数を境にそ
れより高周波側では６ｄＢ／オクターブの割合で減少す
る。そして、ドレイン抵抗Ｒｄの高低により、低周波領
域では電力利得に差は無いが、高周波領域での電力利得
には大きな差が現れる。従って、これまでの従来技術で
はプロセスの変動によりドレイン抵抗Ｒｄが変動し、ド
レイン抵抗Ｒｄが高くなると、高周波領域での電力利得
が大きく低下するという問題があった。

【０００５】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、優れた高耐圧性をもち、高周波領域で性能
の高いＦＥＴ構造の半導体装置を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明においては、活性層と障壁層と基板層とで構
成される半導体基板上に、ソース電極とドレイン電極と
制御電極とを有し、上記制御電極に対し対称または非対
称に配設されている第１のイオン注入層と、上記制御電
極に対して非対称でかつ上記第１のイオン注入層よりも
上記制御電極により近接した領域まで伸延して配設され
ている、上記第１のイオン注入層よりも浅くかつシート
抵抗値の高い第２のイオン注入層とを有するＦＥＴ構造
の半導体装置において、上記制御電極に対して対称でか
つ上記第２のイオン注入層よりも上記制御電極により近
接した領域まで伸延して配設されている、上記第２のイ
オン注入層よりも浅くかつシート抵抗値の高い第３のイ
オン注入層を設ける。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る半導体装置の
断面図である。図に示すように、エピタキシャル成長ま
たはイオン注入等の技術により、基板層８の上に活性層
７と障壁層６とを有する半導体基板を形成する。ここで
はエピタキシャル技術によりＧａＡｓ基板層８上に作成
したＩｎＧａＡｓ活性層７とヘテロ接合からなるＧａＡ
ｓ／ＩｎＧａＰ障壁層６を示しているが、バルクのＧａ
Ａｓ基板層８に対してイオン注入により活性層７を作成
することもできる。該半導体基板上にＷＳｉ、ＷＳｉＮ
等の耐熱性金属からなる制御電極１、ソース電極１１、
ドレイン電極１２を作成し、制御電極１からの距離を左
右対称に第３のイオン注入層１４、１５を設ける（ここ
で対称とは厳密な意味での対称でなくてもよい）。次
に、第３の注入層１４、１５の外側に制御電極１からの
距離が左右非対称な第２のイオン注入層２、３を設置す
る。これらの注入層はドレイン電極１２がある方のイオ
ン注入層が制御電極１からの距離が遠く形成されてい
る。さらに対称な内側の第３のイオン注入層１４、１５
は非対称な外側の第２の注入層２、３に比べてシート抵
抗が高く注入量が少なく形成されている。通常は非対称
な第２の注入層２、３の外側に、非対称な第１のイオン
注入層４、５、さらにソース電極１１、ドレイン電極１
２が形成されている。なお、第１のイオン注入層４、５
は対称に形成されてもよく、また、オーミック領域とな
っている。

【０００８】また、ドレイン抵抗Ｒｄを大幅に改善し、
耐圧の劣化を最小限に留めることの可能な注入条件があ
る。図２に示すように、イオン注入量を増大させて、不
純物濃度を増加させた場合、耐圧の低下は不純物濃度に
対し線形ではなく、ある濃度以上で急激に起こるのに対
し、ドレイン抵抗Ｒｄは不純物濃度に逆比例して減少す
るために、耐圧をほとんど低下させる事無く、ドレイン
抵抗Ｒｄを低減することができる不純物濃度範囲が存在
する。実際には、図２でＡの領域でイオン注入量を定め
れば耐圧低下を招くことなく、ドレイン抵抗Ｒｄを低減
させることが可能となる。

【０００９】上述のように、第３の注入層１４、１５を
設けることにより、制御電極１の加工時に若干エッチン
グされてしまう表面領域９、１０の影響を最小限に留
め、ドレイン抵抗Ｒｄの増大による高周波特性の低下
（高周波領域の電力利得の低下）を抑制するとともに、
設計値のドレイン抵抗Ｒｄを再現性良く実現することが
できる。すなわち、イオン注入によりドレイン抵抗Ｒｄ
を決めることができるため、エピタキシャル技術による
場合に比べて安定性において優れている。さらに、イオ
ン注入層は制御電極１の加工の後からも形成可能なた
め、電極加工による半導体層の除去或いは変質層の影響
を被ることなく導電層を形成することができ、耐圧を低
下させる事なくドレイン抵抗Ｒｄを低く保ち、高周波領
域での電力利得特性を格段に向上させることが可能であ
る。

【００１０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る半導
体装置においては、第３のイオン注入層を設けることに
より、優れた高耐圧性と高周波特性を有するＦＥＴが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る半導体装置の断面図である。

【図２】不純物濃度と耐圧およびドレイン抵抗の関係を
示す図である。

【図３】従来技術の半導体装置の断面図である。

【図４】従来技術の半導体装置における電位分布及び電
界強度分布を示す図である。

【図５】ドレイン抵抗が電力利得の周波数依存性に及ぼ
す影響を示す図である。

【符号の説明】

１……制御電極 ２……第２のイオン注入層 ３……第２のイオン注入層 ４……第１のイオン注入層 ５……第１のイオン注入層 ６……障壁層 ７……活性層 ８……基板層 ９……破線 １０……破線 １１……ソース電極 １２……ドレイン電極 １３……イオン注入の無い領域 １３ａ…イオン注入の無い領域 １４……第３のイオン注入層 １５……第３のイオン注入層 ５ａ…対象の場合の電位分布 ６ａ…非対象の場合の電位分布 ７ａ…非対称の場合の電界強度分布 ８ａ…対称の場合の電界強度分布 Ａ…耐圧の低下に比べてドレイン抵抗の改善が著しい領
域 Ｂ…耐圧の低下が著しくドレイン抵抗の改善が小さな領
域 Ｈ……ドレイン抵抗が高い場合の電力利得 Ｌ……ドレイン抵抗が低い場合の電力利得

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小野寺 清光 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 日向 文明 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 入戸野 巧 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 (72)発明者 渡辺 和夫 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】活性層と障壁層と基板層とで構成される半
   導体基板上に、ソース電極とドレイン電極と制御電極と
   を有し、上記制御電極に対し対称または非対称に配設さ
   れている第１のイオン注入層と、上記制御電極に対して
   非対称でかつ上記第１のイオン注入層よりも上記制御電
   極により近接した領域まで伸延して配設されている、上
   記第１のイオン注入層よりも浅くかつシート抵抗値の高
   い第２のイオン注入層とを有するＦＥＴ構造の半導体装
   置において、上記制御電極に対して対称でかつ上記第２
   のイオン注入層よりも上記制御電極により近接した領域
   まで伸延して配設されている、上記第２のイオン注入層
   よりも浅くかつシート抵抗値の高い第３のイオン注入層
   を有することを特徴とする半導体装置。