JPS6042872A - 砒化ガリウム電界効果型トランジスタ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、砒化ガリウム（ＧａＡｓ　）半導体表面に、
金属薄膜が直接、接して′なるケ８−トを有する、砒化
ガリウム（ＧａＡｓ　）電界効果型トランジスタ（以下
、電界効果型トランジスタをＭＥＳ　−ＦＥＴといい、
砒化ガリウム電界効果型トランジスタをＧａＡｓ・ＭＦ
、ｓ・ＦＥＴという）に関するものである。

（従来例の構成とその問題点） 近年、数ＧＨｚ以上の高周波帯での通信において、Ｇａ
Ａｓ−ＭＥＳ−ＦＥＴは鍵となる素子とみなされるに至
っており、産業界においては、その素子の開発・製造が
盛んである。

ここで、ＭＥＳ−ＦＥＴについて説明する。図はＭＥＳ
・ＦＥＴの構成を示す斜視図で１は、絶縁性ないし、手
絶縁性基板、２は半導体からなる活性層、３゜４はソー
スとドレイン、５がダートである。なお、前記中絶縁性
の意味は、体積抵抗率がほぼ１０７Ω・α以上であるこ
とである。ＭＥＳ　−ＦＥＴの動作原理は、ケ゛−ト金
属と、活性層中導体の接触による半導体の内部への空乏
層の広がりを、ダート金属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、本発明では砒化ガリウム（ＧａＡ
ｓ　）をさしている。

図に示されるようなＧａＡｓ　−ＭＥＳ−ＦＥＴにおい
て、ケゞ−１５は、従来、アルミニウム（Ａｔ　）　’
、チタン（Ｔ１）、クロム（Ｃｒ　）、白金（Ｐｔ）、
タングステン（Ｗ）が用いられて来た。

これら従来のＧａＡｓ　−ＭＥＳ　・ＦＥＴにおいては
、まだ、相互コンダクタンス（１ｍ　）が十分でない。

現在、ケ８−ト付近に堀り込み（リセス）を入れない通
常の南進でゲート長（図Ｌ）１μｍとして、ケ９−ト巾
（Ｗ）１間（ミリ・メートル）当り、１５０〜２００　
ｍｓ　（ミリ・シーメンス）程度でめろうＯケ”−ト５
’ｆｋｔとした場合４００℃近傍で、ＡＬが＃−纏体２
の中へ拡散し、また、ＧａＡｓ牛導体２の各原子がこの
ＡＡの内部へ拡散し、ＭＥＳ−ＦＥＴの特性を大きく劣
化させる。

ケ”　−）　５　ｆ　’［’ｉとした場合、４５０℃付
近で空気中の水分のためば化されてしまう。また、５０
０℃付近でＧａＡｓ　−ＭＥＳ−ＦＥＴ特性は急激に劣
化する。

ケ８−ト５をＣｒとした場合、４００℃でＣｒがＧａＡ
ｓ手導体２の中へ拡散し、またヰ導体２の構成原子のガ
リウム（Ｇａ）がケ８−トのＣｒの内部へ拡散する。

ケ・−１５をｐｔとした場答、２５０〜３００℃で牛導
体２の表層と反応し、新たな化合物を作る。グー１５を
Ｗ（タングステン）とした場合、本発明者らの経験によ
れば、４００℃付近で、ゲート５が半尋体２から剥離す
る。

このように、ＭＥＳ’−ＰＦＪＴが５００℃の温度を経
験しても、Ｆｇ’ｔ′特性が不変のダート材料はない。

以上、従来のＭＥＳ　−ＦＥＴはｆｌｍが未だ不満足で
わること、高温で特６性等が変化し、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ｉｍを有し、かつ、約
５００℃の温度を経験しても、はとんどＦＩＴ特性が劣
イピしないＧａＡｓ・ＭＥＳ−’ＦＥＴを娠供すること
である。

（発明の構成） 本発明のＭＥＳ−ＦＥＴは、オスミウム（０３）薄膜、
又はオスミウム（Ｏ８）薄膜を含む多層膜からなり、し
かも前記オスミウム（Ｏ８）薄膜が牛４体表面に接１て
なるケ゛−トを有するものでおり、これにより、−従来
より大きなｇｍを有し、かつ、約５００℃の温度を経験
しても、はとんどＦＥＴ特性が劣化しない−ＭＥＳ−Ｆ
ＥＴが得られる。

（実施例の説明） 以下本発明の実施例について、図を参照しながら説明す
る。

半絶縁性砒化ガリウム（ＧａＡｓ　）上に、濃度約２　
ｘ　ｌＱ”／ｃｎ＋３の硫黄（Ｓ）不純物を含むＧａＡ
ｓ活性層（厚み約２ｏｏｏＫ）を気オＢ成長で形成した
ものを基板ｌとする。

つぎに、前記基板ｌについて、苛性ソーダ（Ｎａ’ＯＨ
）水溶液、と、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）水混液でもって
、ＧａＡｓ活性層２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は約２０００えであ
る。

つキニ、ソースとドレイン３，４のオーミック電極を以
、下の如く形成した。金（Ａｕ　）−ヶ９ルマニウム（
Ｇｅ、）合金（Ｇｅが１２Ｗ１０含まれる）を約１３０
０ス、ニッケル（Ｎｉ）を約３００にさらに金（Ａｕ）
を約３ｏｏｏＫ、順次、電子ビーム蒸着し、リフト・オ
フ法で電極／ぐターンを形成し、その後、アルゴン（Ａ
ｒ）気流中で、４ル０℃３分熱処理する・ つぎにゲート５の形成を行う。電極・母ターンの形成は
リフト・オフ法によった。ケゞ−ト金属膜のかるく、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（Ａｔ）、チタｙ（ＴＩ）、クロム（Ｃｒ）
、白金（ｐｔ　）、タングステン（Ｗ）、金（Ａｕ）及
びオスミウム（０８）であった。オスミウム（０３）の
ケ゛−ト用膜形成法トシテハ、ステンレス皿に、オスミ
ウム（Ｏａ）粉を均一に並べてターゲットとして、ＤＣ
・マグネトロン・スノぐツタ−法を用いた。オスミウム
（０３）は酸化しやすく、長時間のノリ・スＡｒツタ−
が必要であった。

タングステン（Ｗ）の場合も同じく、ＤＣ・マグネトロ
ン・スノソソター法で、他のものは、Ｉ　Ｘ　］　］０
−６Ｔｏｒｒ以の真空中で電子ビーム蒸着法で形成した
。図において、ゲート長しは１μｍ１チヤン′ネル巾Ｗ
は２５０μｍとしだ。

ＭＥＳ　−ＦＥＴの相互コンダクタンス＜　ｇｍ　＞の
測定は、カーブ・トレニ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２５　ｍＡ付近の測定値でおる。９ｍは
ミ′す・シーメンス（４Ｓ）で表わされる。

おいて、金属多層膜の場合、ＧａＡｓ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おおよその膜厚値である。

各ロットには、複数個０ＧａＡｓ基板が使われ、まへ、
各基板には敬１００個の測定ＭＥＳ’−ＦＥＴがある。

表のＥ１ｍ値は、これら測定ＭＥＳ・ＦＥＴ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１、前述のものから変更
した。すなわち、最初にケ゛−トの形成を行い、つきに
５００℃１０分間の温度ストレスをアルコ８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℃経験ののちの結果″の個に示されている。

表６１〜５は従来法による比較例である。ケ゛−ト金属
をＡｔやＴｉ−ＡＡの多層膜とした場合、５００℃の温
度を経験すると、−９−ト・リークが増加する。

甚しい場合は、それ以後、ＦＥＴ特性を示さなくなる。

た場合、５００℃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２
５　ｍＡが流せず、測定不能となる。

本発明によるオスミウム（Ｏ８）・ケ９−トをもつ場合
の実施例をａノｌ［’号６に示す、　ｌ１ｍも従来のも
のより高い。また、５００℃の熱処理では、９ｍはやや
下がるが実用に支障のない程度である。

本発明に対応して、オスミウム（Ｏ８）薄膜を含む多層
膜として、０ｓ−Ｐｔ−Ａｕ　６るいは０ｓ−Ｔｉ−Ａ
ｔ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０ｓ−ＰＬ−Ａｕの場合）、若干減少する（ダートが
０ｓ−Ｔｉ−Ａｔ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。

５００℃の温度ストレス印加におけるｇｍの前記向上は
、・オスミウム（Ｏ８）と砒化ガリウム（ＧａＡｓ　）
表面がわずかに反応し、ダート直下のショット・キ、−
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９ｍの前記減少は
、多層膜０ｓ−Ｔｉ−Ａｊのうち、アルミニウム（Ａｔ
）が酸化したことに由来すると推定している。また、オ
スミウム（Ｏ８）の単層膜が５００℃の温度ストレスを
受けるとｌ７ｍが下がるのは、Ｏ８の酸化による影響の
方が大きいからでめると判断される。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明のＧａＡｓＭＥ
Ｓ−ＦＥＴは、オスミウム（Ｏ８）薄膜またはオスミウ
ム（０８）薄膜を含む多層膜からなり、しかも前記オス
ミウム（Ｏ８）薄膜が、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）・＃
−導体表面に接してなるダートを有するものであり、従
って本発明によれば高い相互コンダクタンス（、ｉｉ’
ｍ　）を有し、温度ストレスにも従来のものよりも、安
定なＭＥＳ−ＦＥＴが得・られる。

【図面の簡単な説明】

図はＭＥＳ−ＦＥＴの斜視図である。 ｌ・・・絶縁性又は中絶縁性基板、２・・・牛４体活性
層、３，４・・・ソースまたはドレイン、５・・・ダー
ト。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. オスミウム薄膜、又はオスミウム薄膜を含む多層膜から
   なり、しかも前記オスミウム薄膜が砒化′ガリウム半導
   体表面に接してなるケ゛−トを有することを特徴とする
   砒化ガリウム電界効果型トランジスタ。