JPS59147463A - 電界効果半導体装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ＰＮ接合で形成されるゲートを有する接合ゲ
ート形電界効果トランジスタ、あるいはショットキ接合
で形成されるゲートを有するショットキ・ゲート形電界
効果トランジスタの特性改善に関する。

〔従来技術〕

第１図は従来のショットキ・ゲート形電界効果トランジ
スタの一例を示す（例えば１１うＩＮ弓Ｔｒａｎｓ。

ＦＪ　Ｄ　　２９　、Ｎ　ｏ、　７　＋　Ｐ］、　０９
０にその構造例が示されている）。半絶縁性Ｇ、Ａ８基
板】の土に不純物濃度の低い、又はほとんど零の、Ｇａ
Ａｓ膜′２が成長され、さらにその上にＱａｏ７Ａｊｌ
ｏ３Ａｓ膜３，１］形不純物をｌ□ｌ　６〜］　０２０
　ｃｙｒｒ　−３含んだＧａｏ７Ａ／ｉｏ、：＋Ａｓ導
電層４が形成されており、この１１形不紳物層４とショ
ットキ接合を形成づ−ろゲート金属５、ｎ形不純物層４
とそれぞれ抵抗接触を形成するソース金属６及びドレイ
ン金属６′から成る。なお、上記参考文献においては層
３は除かれて℃・るが、これは後述する２次元電子カス
７の不純、物による散乱を防止する上で効果がある。

第１図にお見・て、ゲート金属５と＋１形不純物層４の
間で形成さλ１ろショットキ接合によりゲート直下の１
１層が空乏化され、さらにゲート電界により層３，２の
界面に２次元的な電子ガス７が誘起さ才１、これがソー
ス６、ドレイン６′間の電気伝導の性質を決定する。

さて、このような構造にお℃・て、電子ガス７を誘起す
るためには、層３，４の膜厚ｄ３．　ｄ４を小さくする
必要がある。例えば上記参考文献の場合にはｄ３＝　０
　、　（１４＝　７０　ｎｍの膜厚が採用されている。

しかし、層４には比較的高濃度のｎ形不純物（例えば上
記参考文献ではＮｉ　＝　２　Ｘ　１０’８ｃｆｎ−３
）が含まれて℃・ろため、ショットキ金属５と＋１形不
純、物層４の界面に高電界領域が形成さね、数Ｖの電圧
でも上記ショットキ接合が降服してしまうという問題が
あった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、接合ゲート形あるし・はショットキ・
ゲート形の電界効果トランジスタのゲートの耐圧を大き
くすることのできる構造とした電界効果半導体装置を提
供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、接合ゲート形あるいはショットキ・グ
ーｌ−形の電界効果トランジスタにおいてゲートと接合
を形成する半導体不純物層が濃度分布を持っており、接
合に近い部分が遠い部分より不純物濃度が低くなってい
る構成と１ろにある。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照し７ながも本発明を説明する。

第２図（ａｌは従来のゲート直下の構造で、５はゲート
金属、４゛はｎ　７１．’　Ｇａｏ、ｔＡｌｏ３Ａｓ膜
の不純物濃度分布（一様分布）を示−１第２図（１））
は本発明におけるゲート面一トの構造で、ゲート金属５
及びｎ形（ｉａｏ７Ａ　（Ｊａ＋＋　Ａｓ膜の不純物濃
度分布４″を示１−０ここで、Ｎｓ＋は従来構造（（お
ける層４のｎ形不純物濃度、Ｎｌ！２゜Ｎｄ２は本発明
におけろ層４の不純物濃度で、Ｎ８２はゲートと接触す
る部分、Ｎｄ２は層３と接触する部分の１１形不純物濃
度である。またｄ４．　（１４はそ、ｈぞれ層４のｊワ
さを示す。

このような構造において、ショットキ接合における電位
差を共に重Ｓとして、第２図ｔａの構造におｊ−−［、
、ｒ方向の電界分布Ｅａ（、ｒ）、電位分布ＸＰａ（γ
）はポアソンの方程式より求まり、それぞれ次式で表わ
される。

Ｉ’ｚａ（Ｚ’ｌ＝＝　−−Ｎｓ＋　（ｊｃ−ｄ４　）
　　　　　　−・（Ｉ）に こで、ｑは単位電荷量、Ｃは層４′の誘電率、ｄ４は接
合空乏層の長さである。Ｅａ（、ｒｌは５，４′界面で
最大値Ｅａ　（ｎ１ａＸ　）となり、その値はＥａ　（
ｒｒ＋ａｘ　）　＝　−Ｎｓ＋ｄ４・・・（４１で表わ
さ才する。ｄ４の値は式（３）より従って となる。

第２図（１〕）の本発明構造にお（・て同様の値を求め
ると となる。

ここで、例えばＮ１１ｌ　＝　Ｎ８２．　Ｎｄｚ　＝　
２　Ｎｇｚとして計算すると （１’４　／ｄ４　＝　０．６３ １九（ｍａｘ）　／ｌｉ〕ａ（ｍａｘ）　＝　０．９４
５となり、第２図（１））の構造と１−ろことにより、
層４の膜厚を０．６３倍に薄くしても、膜４の中に生じ
る最大電界は０９４５倍と、むしろ小さくできることが
わかる。従って、第１図の従来構造の電界効果トランジ
スタにおいて、高性能化のために層４を薄くしてゆくと
、層４の電界がＧａｏ７Ａｎｏ３Ａｓの破壊電界を容易
に越えることが予想できるが、第２図（１））のように
不純物濃度に勾配をつレテることにより、層４の薄膜化
による素子の高性能化を容易に実現することができる。

第２図（Ｅ））においては、層４″において不純物濃度
が５　、４”の界面から深さく一１方向に向って線型的
に増加するモデルを考えたが、これは、線型的に変化す
ることをま必要条件ではなく、一般的に、深さ方向に不
純物濃度が濃くなっていれば、同様の効果が期待できろ
ことは当然である。

本発明の他の実施例を第３図によって説明１ろ。

第３図（ａｌに示す断面図において、■は半絶縁性Ｇ　
ａ　Ａ　ｓ基板、８はｎ形不純物層で断面１１に沿った
濃度分布が第３図（１））に示すようになっている。９
はショットキ接合で形成されたゲート電極、１０及び１
０′はそれぞれ抵抗接触で形成されたソース電極及びド
レイン電極である。第３図実施例においても、第２図の
実施例と同様、素子を微細化するために、不純物層８の
不純物濃度を大きくしてゆくと、ゲート電極９と不純物
層８０間のショットキ・ゲート耐圧が低下してくるが、
第３図（１））のような濃度分布を設けたことにより、
第２図実施例に示したと同様の効果により、上記耐圧を
低下させずに、素子の微細化、高性能化が実現できる。

また第３図（ａ）の１２．１２′に示したゲート電極端
部に電界集中が生じやすいことは公知のことであるが、
同様の意味で、不純物層８０表面のｙ方向及びｌ′力方
向、第３図（ｂ）に示した濃度分布を設けろことは同様
に効果があることは明らかである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、接合ゲート形あ
ろ（・はショットキ・ゲート形の雷、界効果トランジス
タのゲートの耐圧を、ゲートに接合している不純物層の
濃度分布を制御することで増大することができ、素子の
微細化及び高性能化を実現できろ効オがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のショットキ・ゲート形電界効果トランジ
スタの断面図、第２図は第１図中の層４内の濃度分布を
示１図で、（２１）は従来構造の場合、（１））は本発
明実施例の場合、第３図は本発明の他の実施例説明図で
（ａｌは断面図、（ｂｌは深さ方向での濃度分布図であ
る。 符号の説明 １・・・半絶縁性ＧａＡ　ｓ基板 ２・・ＧａＡ　ｓ膜 ３’　−Ｇａｏ７Ａ＃ｏ３Ａｓ膜 ４．８・・・ｎ形不純物層 ５・・・ゲート金属 ６・・ソース金属 ６′・・・ドレイン金属 ７・・・２次元電子ガス 代理人弁理士　中　村　純　之　助 １−１　　図 ７ １’２図 （ａ）　　　　　　　（ｂ） １Ｐ３１領 （Ｑ） 国分寺市東恋ケ窪−丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内 ０発　明　者　宇佐用利幸 国分寺市東恋ケ窪−丁目２８０番 地株式会社日立製作所中央研究 所内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）抵抗性接触で形成されろソース及びドレインと、
   多数ギヤリアを通すチャネル部分と、Ｐ　Ｎ接合で形成
   されろゲートとがらなりＰ　Ｎ接合部に生じる空乏層の
   広がりを制御してトランジスタ動作を行なわせる接合ゲ
   ート形電界効果トランジスタ、あるし・は上記ゲートの
   代りに金属−半導体接触の７ヨノトキ接合で形成さ第１
   るゲートを用いるショットキ・ゲート形電界効果トラン
   ジスタにおいて、ゲート接合を形成する半導体不純物層
   が濃度分布を持っており、接合に近い部分が遠い部分よ
   り不純物濃度がイ氏くなっていることを特徴とする１￥
   、界効宋半導体装置。 （２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記
   半導体不純物層が接合面に直交する方向に濃度分布を持
   っており接合面に近い部分が遠い部分より不純物濃度が
   低くなって（・ることを特徴とする電界効果半導体装置
   。 （３）　　特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   前記半導体不純物層が接合面に直交する方向にも接合面
   に平行な方向にも濃度分布を持っており、接合に近い部
   分が遠い部分より不純物濃度が低くなっていることを特
   徴とする電界効果半導体装置。