JPS6024069A

JPS6024069A - 電界効果型トランジスタ−

Info

Publication number: JPS6024069A
Application number: JP13240983A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yamazoe; 山添　博司; Atsushi Nakagawa; 敦中川; Takashi Hirose; 広瀬　貴司; Ichiro Yamashita; 一郎山下
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1983-07-19
Filing date: 1983-07-19
Publication date: 1985-02-06

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】産業上の利用分野本発明は、金属薄膜が半導体表面に直接、接してなるゲ
ートを有する電界効果型トランジスタ（以下、ＭＥＳ−
ＦＩＣＴと言う）に関するもので２　／−：あシ、特に、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）　ＭＥＳ　−Ｆ
ＥＴのゲートの改良に関するものである。

従来例の構成とその問題点近年、数Ｇ　Ｈｚ以上の高周波帯での通信において、Ｍ
ＥＳ−ＦＥＴ、特に砒化ガリウム（ＧａＡｓ）ＭＥＳ−
ＦＥＴは重要な素子となっておシ、産業界においては、
開発製造が盛んである。

ここで、ＭＥＳ、ＦＥＴについて説明する。ＭＥＳ−Ｆ
ＥＴの構成を示す斜視図を図に示す。同図において１は
絶縁性ないし半絶縁性基板、２は半導体からなる活性層
、３，４はソース電極とドレイン電極、５が金属ゲート
電極である。前記半絶縁性の意味は、体積抵抗率がほぼ
１ｏ　Ω・ｃｍ以上であることである。ＭＩＣ８−ＦＥ
Ｔの動作原理は、ゲート金属６と、活性層半導体２の接
触による半導体２の内部への空乏層の広がりを、ゲート
金属５の電位で制御し得ることに由来する。

この半導体としては、Ｉ−Ｖ族化合物半導体、特に砒化
ガリウム（ＧａＡｓ）をさしている。

図に示されるようなＭＥＳ、ＦＥＴにおいて、３ベージゲート電極５は、従来、アルミニラＡ（Ａｌ）、チタン
（Ｔｉ）、りｏム（Ｏｒ）、白金（Ｐｔ）、タングステ
ン（イ）が用いられて来た。

これら従来のＭＥＳ−ＦＥＴにおいては、まだ相互コン
ダクタンス（ｊｍ　）が十分でない。現在ゲート刊近に
堀り込み（リセス）を入れない通常の構造で、ゲート長
（図においてＬ）　１μｍとして、ゲート巾（Ｗ）１ｍ
ｍ（ミリーメ−１−＃）当り、１５０〜２００　ｍｓ　
（ミリ嗜シーメンス）程度であろう。

ゲート５をＡｌとした場合、４００℃近傍で、Ａ１が半
導体２の中へ拡散し、甘だ、半導体２の各原子がこの人
１の内部へ拡散し、ＭＥＳ−ＦＥＴの特性を大きく劣化
させる。

ゲート６をＴｉとした場合、４６０″Ｃ付近で、空気中
の水分のため酸化されてしまう。

ゲート６をＯｒとした場合、４ｏｏ℃でｃｒが半導体２
の中へ拡散し、また半導体２の構成原子のうち、ガリウ
ム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）ないしアルミニウム（
Ａ１）等がゲートのＯｒの特開昭ＧＯ−２４０６９（２
）内部へ拡散する。

ゲート５をｐｔとした場合、２５０〜３００’（：。

で半導体２の表層と反応し、新たな化合物を作る。

ゲート５をＷ（タングステン）とした場合、発明者等の
経験によれば、４００℃付近で、ゲート５が半導体２か
ら剥離する。

前述のように、ＭＥＳ　−ＩＥＴが５００°ｃの温度を
経験しても、特性が全ど不変のゲート材料はない。

以上、従来のＭＥＳ−ＦＥＴはｇｍが未だ不満足である
こと、高温で特性等が変化、これが信頼性にも影響する
と想定されることの２つの不満な点が残る。

発明の目的本発明の目的は、従来より大きなｇｍを有し、かつ、約
５００℃の温度を経験しても、全ど特性が劣化しないよ
うなＭＥＳ　、ＦＲＴのだめのゲート１料、および構成
を提供するものである。

発明の構成本発明のＭＥＳ−ＦＥＴは、半導体からなる活６ページ性層と、前記活性層上に設けられたソース電極と、前記
活性層上に設けられたドレイン電極と、前記活性層上に
設けられた少なくともロジウム（Ｒｈ）薄膜を有するゲ
ート電極とからなるＭｌｉ：Ｓ　−ＦＥＴである。前記
ゲート電極が、ロジウム（Ｒｈ　）薄膜の上に更に金属
薄膜を積層すること、すなわち、多層膜の構造を有する
場合も本発明は包含するものである。

これにより、前記Ｍ　Ｅ　Ｓ、　−Ｆ　Ｅ　Ｔは、従来
より大きなｇｍを有し、かつ、約５００℃の温度を経験
しても、全どＭＢＳ−ＦＥＴ特性が劣化しないものであ
る。

本発明は、その半導体が特に砒化ガリウムであるとき、
効果が著るしいものである。

実施例の説明以下本発明の実’／１ｌｔｉ例について、１図を参照し
ながら説明する。

半絶縁性砒化ガリウム（ＧａＡｓ　）　１上に、濃度　
−約２Ｘ１０　／−の硫黄（Ｓ）不純物を含むＧａＡｓ
活性層（厚み約２０００人）を気相成長で形成した　ｌ
− 基板を用意した。

つぎに、前記基板について、苛性ソーダ（ＮａＯＨ）水
溶液と、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）水混液でもって、Ｇａ
Ａｓ活性層を図のようにメサエッチする。同図において
、ＧａＡｓ活性層の厚みＡは２ｏ○０人である。

つぎに、ソースとドレインのオーミック電極を以下の如
く形成した。金（Ａｕ）−ゲルマニウム（Ｃｅ　）合金
（Ｇｅが１２１０含まれる）を約１３００、Ａ、ニッケ
ル（Ｎ１）を約３ｏｏ人、さらに金（Ａｕ、）を約３０
００八、順次、電子ビーム蒸着し、リフト・オフ法で電
極パターンを形成し、その後、アルゴン（Ａｒ）気流中
で、４５℃３分間熱処理した。

つぎにゲート詔石成を行う。電極パター〜の形成は、リ
フト・オフ法によった。ゲート金属膜の形成の直前に、
活性層は酒石酸系のエッチ液でがる〈エツチングされる
。本実施例で使用された金属材料は、アルミニウム（Ａ
ｌ　）　、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｏｒ）、白金（ｐ
ｔ）、タングステン（Ｗ人７１、−” 金（Ａｕ）、及びロジウム（Ｒｈ）であった。Ｒｈは、
フルウチ化学から入手した。これらの金属のゲート用膜
形成法としては、タングステン（Ｗ）はＤＣ・マグネト
ロンスパッター法で、他はロジ＋７ム（Ｒｈ）を含めて
、１Ｘ１０Ｔｏｒｒ以下の真空中で電子ビーム蒸着法で
形成した。図において、ゲート長りば１μｍ１チヤンネ
ル巾Ｗは２５０μｍとした。

ＭＥＳ−ＦＥＴの相互コンダクタンス（ｇＩｎ）ノ測定
は、カーブ・トレーサーを使用して行った。

相互コンダクタンス（ｇｍ）は、ドレイン電圧を３ｖと
し、ドレイン電流２５ｍＡ付近の測定値である。ｇｍは
ミリ・シーメンス（ｍ　Ｓ）で表わされる。

実施例の結果を第１表に示す。第１表のゲートの構成に
おいて、金属多層膜の場合、半導体活性層の上に、順次
左端の金属層から形成されてゆく。

括弧内はこの時の膜厚モニターから得られた膜厚値であ
る。

各ロア）には、複数個のＧａＡＳ基板が使われ、また２
、各基板には、数１００個の測定ＭＥＳ−ＦＥＴがある
。第１表のｇｍ値は、これら測定ＭＥＳ、ｌＲＴに亘る
平均値である。

温度による影響を知るための、５００℃の温度ストレス
をＭＥＳ−ＦＥＴに印加する実験の場合には、ＭＥＳ−
ＦＥＴの製作の手順に関して、前述のものから変更した
。すなわち、最初にゲートの形成を行い、つぎに５００
℃１ｏ分間の温度ストレスをアルゴン（Ａｒ）雰囲気で
印加し、さらに、ソースとドレインのオーミック電極を
形成して、ＭＥＳ−ＦＥＴを得た。その結果は５００°
Ｃ経験ののちの結果の欄に示されている。

第１表１〜５は従来法による比較例である。ゲート金槁
をＡ１やＴｉ−Ａｌの多層膜とした場合、５００℃の温
度を経験すると、ゲート・リークが増加する。甚しい場
合は、それ以後、ＭＥＳ、ＦＥＴ特性を示さなくなる。

９７−−・　ｏ　一つぎに、ゲート金属を、Ｃｒ　−Ｐｔ　−Ａｕ＋Ｗ’　
−Ｔｉ　−Ａｕの多層膜とした場合、５ｏｏ℃の温度ス
トレスを印加すると、その後は、ドレイン電流が極端に
小さくなり、ドレイン電流２５ｍＡが流せず、測定不能
となる。

本発明によるロジウム（Ｒｈ）　・ゲートヲモつ場合の
実施例をロット番号６に示す。ｇｍも従来のものより高
い。また、５０ｏ℃の熱処理では、ｇｍは更に向上する
傾向にある。

つぎに、本発明に対応して、ロジウム（Ｒｈ）薄膜を含
む多層膜として、Ｒｈ−Ｐｔ−ＡｕあるいはＲｈ　−Ｔ
ｉ　−Ａｌの場合の結果を、ロット番号６・〜８に示さ
れている。ｇｍは従来法による比較例に比べて高く、ま
た、５００℃の温度ストレスにも、ｇｍは若干向上する
か（ゲートがＲｈ−Ｐｔ−Ａｕの場合）、若干減少する
（ゲートがＲｈ　−Ｔｉ−Ａｌの場合）。いずれにして
も、比較例に比べて格段に優れている。

５ｏｏ℃の温度ストレス印加における、ｇｍの前記向上
は、ロジウム（Ｒｈ）と砒化カリウム１１１：−：ノ（ＧａＡｓ　）表面がわずかに反応し、ゲート直下のシ
ョットキー・接合の質が若干向上していると推定してい
る。５００℃の温度ストレス印加におけるｇｍの前記減
少は、多層膜Ｒｈ　−Ｔｉ　−Ａｌのうち、アルミニウ
ム（Ａ１）が酸化したことに由来すると推定している。

本実施例においては、基板として砒化ガリウム（（１，
ａＡｓ）に限って述べたが、本発明はこれに限定される
ものでなく、燐化インジウム（ＩｎＰ）を半導体として
使用した、ＭＥＳ−ＦＥＴにおいても、本発明は同様の
優れた効果を発揮した。

発明の効果以」二の説明から明らかなように、本発明は、ロジウム
（Ｒｈ）Ｎ膜、捷だはロジウム（Ｒｈ）薄膜を含む多層
膜からなり、しかも前記ロジウム（Ｒｈ）薄膜が、半導
体表面に接してなる、ゲートを有するＭＥＳ−ＦＩＴを
供給するものであって、高い相互コンダクタンス（ｇｍ
）を有し、温度ストレスにも、従来のものよりも安定な
ＭＥＳ・ＦＩＴが得られる。

特開昭ＧＯ−２４０６９（４）また、前記半導体としては、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）
を使用したときが最も本発明が発揮された。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例の電界効果型トランジスタ鳥視図で
ある・１・・・・・・絶縁性又は半絶縁性基板、２・・・・・
半導体活性層、３．４・・・・・・ソースまたはドレイ
ン、６・・・・・・ゲート。

Claims

【特許請求の範囲】（１）半導体からなる活性層と、前記活性層上に設けら
れたソース電極と、前記活性層上に設けられたドレイン
電極と、前記活性層上に設けられた少なくともロジウム
薄膜を設けて々るゲート電極とからなる電界効果型トラ
ンジスター〇（２）半導体が砒化ガリウムであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電界効果型トラ
ンジスター。（３）ゲート電極が、ロジウム薄膜を含む多層膜である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電界効果
型トランジスター〇