JPS5828753B2 - Method of manufacturing vertical field effect transistor - Google Patents

Method of manufacturing vertical field effect transistor

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JPS5828753B2
JPS5828753B2 JP50098596A JP9859675A JPS5828753B2 JP S5828753 B2 JPS5828753 B2 JP S5828753B2 JP 50098596 A JP50098596 A JP 50098596A JP 9859675 A JP9859675 A JP 9859675A JP S5828753 B2 JPS5828753 B2 JP S5828753B2
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mesa
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は出力、利得特性のよい縦形電界効果トランジス
タの製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a method for manufacturing a vertical field effect transistor with good output and gain characteristics.

一般に高出力化を目的とした電界効果トランジスタに縦
形構造のものがある。
Generally, field effect transistors intended for high output have a vertical structure.

この構造のチャネル領域をGaAs系のメサ状領域を用
いて構成しようとする時、次の様な欠点があることを見
い出した。
It has been found that when attempting to construct the channel region of this structure using a GaAs-based mesa-like region, there are the following drawbacks.

即ち、半導体基板上にGaAs層によってメサ状領域を
形成し、この両側に埋込み層として、たとえばGaAs
層等を再びエピタキシャル成長させる場合、メサ状領域
がGaAsで形成されていると埋込み層の成長の再現性
が極めて悪くなる。
That is, a mesa-shaped region is formed on a semiconductor substrate by a GaAs layer, and buried layers of, for example, GaAs are formed on both sides of the mesa-shaped region.
When epitaxially growing a layer or the like again, if the mesa-shaped region is formed of GaAs, the reproducibility of the growth of the buried layer will be extremely poor.

本発明は、この埋込み層成長の再現性を改善せしむる製
造方法を提供するものである。
The present invention provides a manufacturing method that improves the reproducibility of buried layer growth.

この目的を達成するために本発明においては、メサ状領
域を主としてGaAlAs層で構成するものである。
In order to achieve this object, in the present invention, the mesa-shaped region is mainly composed of a GaAlAs layer.

以下本発明を実施例を用いて詳細に説明する。The present invention will be described in detail below using examples.

第1図は本発明の一実施例を示したもので、aは俯敞図
で、bはA−1の断面図である。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which a is an overhead view and b is a sectional view taken along line A-1.

n形GaO,gAl□、1As のチャネル8は図に
示すように縦方向(厚さ方向)に形成、され、p形Ga
As領域4はゲートである。
The channel 8 of n-type GaO, gAl□, 1As is formed in the vertical direction (thickness direction) as shown in the figure, and the channel 8 of n-type GaO, gAl
As region 4 is a gate.

ソース電極6、ドレーン電極7とゲート電極50間に逆
バイアスを加えると、チャネル8に第1図すに破線で示
したように空乏層が拡がって伝導度変調が行なわれる。
When a reverse bias is applied between the source electrode 6, the drain electrode 7, and the gate electrode 50, a depletion layer is expanded in the channel 8 as shown by the broken line in FIG. 1, and conductivity modulation is performed.

ゲートとp形GaAs層40間に設けた領域3はドーピ
ングを少な(したn形GaAsから成り、ゲート、ドレ
イン間の接合容量を小さくして周波数特性を良くする目
的を持っている。
The region 3 provided between the gate and the p-type GaAs layer 40 is made of lightly doped n-type GaAs, and has the purpose of reducing the junction capacitance between the gate and the drain and improving frequency characteristics.

この目的のためにはこの緩衝層のキャリア密度をできる
だけ低くすることが望ましいが、少なくともチャネルを
構成する一部の領域のキャリア密度より低くしておく。
For this purpose, it is desirable to make the carrier density of this buffer layer as low as possible, but it should be lower than the carrier density of at least a part of the region constituting the channel.

第1図に示した電界効果トランジスタはつぎのように製
造する。
The field effect transistor shown in FIG. 1 is manufactured as follows.

まずn形G a A s基板(n〜1016CrrL−
3)1上に液相エピタキシャル成長法によりn形Ga□
、gAlOoI As 2を成長させる。
First, an n-type GaAs substrate (n~1016CrrL-
3) N-type Ga□ by liquid phase epitaxial growth method on 1
, gAlOoI As 2 is grown.

Ga1−XAIXAs(0<x<:1 )を用いるのは
AIを含まないと第2段階の成長(メサエッチングの後
の成長)の再現性が悪いからである。
Ga1-XAIXAs (0<x<:1) is used because the reproducibility of the second stage growth (growth after mesa etching) is poor if AI is not included.

この成長においては複数層の成長が必要であり、複数層
の境界がメサエッチした側面と交わる必要があるがGa
Asではこの成長の再現性が悪くなるのである。
This growth requires the growth of multiple layers, and the boundaries of the multiple layers must intersect with the mesa-etched sides, but Ga
With As, the reproducibility of this growth becomes poor.

またA1の比率を小さくとるのは移動度をできるだげG
aAsに近づげておくためである。
Also, keeping the ratio of A1 small can reduce the mobility
This is to keep it close to aAs.

このエピタキシャル層の厚さは2μである。The thickness of this epitaxial layer is 2μ.

ついでこのエピタキシャル層をチャネル領域8を残して
基板に達する深さまでメサエッチする。
This epitaxial layer is then mesa-etched to a depth that reaches the substrate, leaving only the channel region 8.

チャネルは帯状に形成するが、この帯状領域の幅は0.
8μmに抑えた。
The channel is formed in a strip shape, and the width of this strip region is 0.
The thickness was suppressed to 8 μm.

この幅の再現性をあげるためにエツチング液としてはH
2SO4:H2O2二H2O−4:1:1を用いエツチ
ング液の組成を1%以内に制御し、時間、温度も精確に
制御して行なった。
In order to improve the reproducibility of this width, H
The composition of the etching solution was controlled within 1% using 2SO4:H2O22H2O-4:1:1, and the time and temperature were also precisely controlled.

エツチングはエピタキシャル層2の厚さより深く行なう
がここでは表面から2,5μmエッチした。
Etching is performed to a depth greater than the thickness of the epitaxial layer 2, but here the etching was performed by 2.5 μm from the surface.

エツチング後ウニバーを注意深く洗浄したあとゲート領
域を形成する。
After etching, the univar is carefully cleaned and a gate region is formed.

このためには連続液相エピタキシャル成長法を用い、n
−GaAs層3、p−GaAs層4を成長させる。
For this purpose, a continuous liquid phase epitaxial growth method is used, and n
-Grow GaAs layer 3 and p-GaAs layer 4.

一般にGa1−XAIXAsの上には成長が進行しない
ので、さきにメサエッチングを施した領域にのみ成長が
進行し第1図に示したような構造が得られる。
Generally, growth does not proceed on Ga1-XAIXAs, so growth proceeds only in the area where mesa etching was previously performed, resulting in the structure shown in FIG. 1.

成長時間を制御することにより成長層の表面とGao、
7A10.HAs 2の表面をゴ致させ、図のような平
坦な表面を得た。
By controlling the growth time, the surface of the growth layer and GaO,
7A10. The surface of HAs 2 was rubbed to obtain a flat surface as shown in the figure.

リフトオフ法によりソース電極6およびゲート電極5を
形成し、ドレイン電極7を形成すると素子が完成する。
A source electrode 6 and a gate electrode 5 are formed by a lift-off method, and a drain electrode 7 is formed to complete the device.

ソース電極幅は0.5μm1ゲ一ト電極幅は5μmとし
た。
The width of the source electrode was 0.5 μm and the width of the gate electrode was 5 μm.

以上のような工程を経て作製した電界効果トランジスタ
を動作させたところ、8GHz で電力利得6dB、出
力1wという良好な結果が得られた。
When the field effect transistor fabricated through the steps described above was operated, good results were obtained with a power gain of 6 dB and an output of 1 W at 8 GHz.

第2図は本発明の別の実施例を示したものである。FIG. 2 shows another embodiment of the invention.

この実施例の素子はさぎの実施例と同様にしてつくるが
、第2段階の成長法においてn−GaAs3、p形Ga
As4、n GaAs11の3層を成長させる。
The device of this example is made in the same manner as in the Sagi example, but in the second stage growth method, n-GaAs3, p-type GaAs3
Three layers of As4 and nGaAs11 are grown.

これはp形GaAs層4の厚さを薄くし実効的ゲート長
を短かくするためである。
This is to reduce the thickness of the p-type GaAs layer 4 and shorten the effective gate length.

この方法によればゲート長を1ミクロン以下にすること
が可能であり、周波数特性を改善できる。
According to this method, the gate length can be reduced to 1 micron or less, and the frequency characteristics can be improved.

ゲート領域4には拡散により形成したp形GaAs領域
10を通して逆バイアスを供給する。
A reverse bias is supplied to the gate region 4 through a p-type GaAs region 10 formed by diffusion.

このあとの電極づげはさきの実施例と同様である。The subsequent electrode attachment is the same as in the previous embodiment.

n形GaAs11のキャリア密度も、緩衝領域と同様少
なくしてありソース、ゲート間の容量を低く抑えるのに
役立っている。
The carrier density of the n-type GaAs 11 is also reduced as in the buffer region, which helps to keep the capacitance between the source and gate low.

第3図は本発明の別の実施例を示したもので、チャネル
内にキャリア濃度の低い領域を設けたものである。
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention, in which a region with low carrier concentration is provided within the channel.

ここでは第1回の成長においてn形GaAs基板上にn
形Gao、9Al(、,1As 12、n−GaAs
13、n形GaO,gAlo、IAs 14を成長さ
せる。
Here, in the first growth, n
Form Gao, 9Al(,, 1As 12, n-GaAs
13. Grow n-type GaO, gAlo, IAs 14.

ソース、ゲート間に逆バイアスを印加すると空乏層はn
−GaAs領域13に主として拡がるが、この領域
が非常に狭いので効率のよい伝導度変調が可能である。
When a reverse bias is applied between the source and gate, the depletion layer becomes n
- It mainly spreads in the GaAs region 13, but since this region is very narrow, efficient conductivity modulation is possible.

またこの領域を設けることによりソース、ドレインのキ
ャリア濃度とチャネル内の伝導度変調領域のキャリア濃
度を独立に選ぶことができる。
Further, by providing this region, the carrier concentration of the source and drain and the carrier concentration of the conductivity modulation region in the channel can be selected independently.

これによりソースドレインの抵抗を高(することなくチ
ャネルの空乏層の拡がりを調節できる。
This allows the expansion of the channel depletion layer to be adjusted without increasing the source/drain resistance.

またチャネルの実効長をゲート幅と無関係に決めること
ができるので有利である。
It is also advantageous because the effective length of the channel can be determined independently of the gate width.

このため高周波特性の非常により縦形電界効果トランジ
スタを得た。
Therefore, a vertical field effect transistor with excellent high frequency characteristics was obtained.

第4図は本発明の別の実施例を示したもので、第1回目
の成長でn形Ga□、gAlO6IAs 2、n形G
aAs15、n形GaoBA10,2As 16を連
続的に成長させたものである。
FIG. 4 shows another embodiment of the present invention, in which n-type Ga□, gAlO6IAs 2, n-type G
AAs15, n-type GaoBA10, and 2As16 were continuously grown.

第2回目の成長後n形Gao、8AI□−2As l
5をエッチしてn形GaAs15を露出させソース電極
の接触抵抗を低減した構造である。
After the second growth, n-type Gao, 8AI□-2As l
5 is etched to expose the n-type GaAs 15 and reduce the contact resistance of the source electrode.

以上述べたように本発明の縦形電界効果トランジスタは
、高周波特性のみならず、出力特性にも優れた増幅素子
であってその実用的効果はきわめて太きいものである。
As described above, the vertical field effect transistor of the present invention is an amplifying element that is excellent not only in high frequency characteristics but also in output characteristics, and its practical effects are extremely large.

なお上記実施例において第1回目の成長でn形GaAs
基板上に直接GaAlAsを成長させた場合を述べたが
、=旦n形GaAsを成長させた後、チャネル層を成長
させた方が厚さの再現性がよい。
Note that in the above example, n-type GaAs was grown in the first growth.
Although we have described the case where GaAlAs is grown directly on the substrate, it is better to grow the channel layer after growing the n-type GaAs for better thickness reproducibility.

この場合メサエッチングは成長させたn形GaAsに達
する深さまで行なえばよい。
In this case, mesa etching may be performed to a depth that reaches the grown n-type GaAs.

また第2回目の成長では主としてGaAsを成長させた
例について述べたが、これらはGaAlAsで差支えな
い。
Furthermore, in the second growth, an example in which GaAs was mainly grown was described, but GaAlAs may be used instead.

とくに緩衝領域はキャリア密度が小さいことが望ましい
ので、GaAlAsを成長させた方がよい結果が得られ
る。
In particular, since it is desirable that the buffer region has a low carrier density, better results can be obtained by growing GaAlAs.

上記実施例においては緩衝領域とゲート領域の境界が、
第1回目の成長のn形G a A I A sとn形基
板の境界と一致した図を示したが、このようになるのは
まずGaAs上の成長がメサエッチした側面も含めて進
行し、これが一段落したところでGaAlAs側面の成
長が始まるためで、この時点以前にゲート領域の成長に
移れば実施例の図に示したようになるわけである。
In the above embodiment, the boundary between the buffer region and the gate region is
The figure shows the boundary between the n-type GaAs of the first growth and the n-type substrate, but this happens because the growth on the GaAs proceeds including the mesa-etched side surface, This is because the growth of the GaAlAs sidewalls begins once this has settled down, and if the growth of the gate region is started before this point, the result will be as shown in the figure of the embodiment.

したがってこれらの境界は必ずしも一致する必要はない
Therefore, these boundaries do not necessarily have to coincide.

また成長用マスクとしてGaAlAsを用いる実施例を
主として述べたが、成長用マスクとして酸化膜を用いる
ことも可能であり第4図の実施例にこれを適用すれば、
最後のエツチング工程が不要となる。
Furthermore, although the embodiment has mainly been described using GaAlAs as the growth mask, it is also possible to use an oxide film as the growth mask, and if this is applied to the embodiment shown in FIG.
The final etching step becomes unnecessary.

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

第1図は本発明の一実施例を示したものでaは俯敵図、
bはAA’断面図である。 第2図〜第4図は本発明の別の実施例を示した断面図で
、第4図のaは成長が終了した時点、bは素子のそれぞ
れ断面図である。 1:GaAs基板、2:n−Ga□、gAlo、IAs
層、3:緩衝層、4:p−GaAs層、5,6,7は各
々ゲート、ソース、ドレイン電極、8:チャネル。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which a is an overhead view;
b is a sectional view taken along line AA'. FIGS. 2 to 4 are cross-sectional views showing another embodiment of the present invention, in which a is a cross-sectional view of the device at the time when growth has been completed, and b is a cross-sectional view of the device, respectively. 1: GaAs substrate, 2: n-Ga□, gAlo, IAs
Layer 3: buffer layer, 4: p-GaAs layer, 5, 6, and 7 are gate, source, and drain electrodes, respectively, and 8: channel.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 所定の導電型を有するGaAs基板上にGaAlA
s層の少なくとも一層を最上部がGaAlAsなる如く
前記基板と同一導電型を有せしめて形成し、この形成し
た半導体層に所定の幅のメサ状領域を食刻し、このメサ
状の半導体領域の両側にそのメサ状の半導体領域のキャ
リア密度より小なるキャリア密度を有する第1の半導体
層およびゲート領域を構成する第2の半導体層の少なく
と・も二層をGaAs又はGaAlAsのエピタキシャ
ル成長で形成する工程を有することを特徴とする縦形電
界効果トランジスタの製造方法。
1 GaAlA on a GaAs substrate with a predetermined conductivity type
At least one layer of the s-layer is formed to have the same conductivity type as the substrate, such that the uppermost layer is made of GaAlAs, and a mesa-shaped region of a predetermined width is etched into the formed semiconductor layer, and the mesa-shaped semiconductor region is etched. At least two layers, a first semiconductor layer having a carrier density lower than that of the mesa-shaped semiconductor region and a second semiconductor layer constituting the gate region, are formed on both sides by epitaxial growth of GaAs or GaAlAs. 1. A method for manufacturing a vertical field effect transistor, comprising the steps of:
JP50098596A 1975-08-15 1975-08-15 Method of manufacturing vertical field effect transistor Expired JPS5828753B2 (en)

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JPS5223275A JPS5223275A (en) 1977-02-22
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