JPS61222272A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPS61222272A
JPS61222272A JP2776386A JP2776386A JPS61222272A JP S61222272 A JPS61222272 A JP S61222272A JP 2776386 A JP2776386 A JP 2776386A JP 2776386 A JP2776386 A JP 2776386A JP S61222272 A JPS61222272 A JP S61222272A
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epitaxial region
epitaxial
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inp
region
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ジユリアン チエング
ステヘン ロス フオレスト
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AT&T Corp
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American Telephone and Telegraph Co Inc
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は半導体回路に関し、特に種々の基板構造を含む
半導体回路に関する。
TECHNICAL FIELD This invention relates to semiconductor circuits, and more particularly to semiconductor circuits including various substrate structures.

見更夏實見 通信技術及びコンピュータ技術の双方において、m−v
集積回路技術の分野への要請が高まっている。これらの
要請にはより高い速度、より高い感度、より大きいゲイ
ン、より高い実装密度及び回路素子のより精密な許容誤
差が含まれる。
Misara Natsumi In both communication technology and computer technology, m-v
Demand for the field of integrated circuit technology is increasing. These demands include higher speed, higher sensitivity, greater gain, higher packing density, and tighter tolerances of circuit elements.

m−v集積回路の製造で特に重要なのは基板材料の本性
である。特に、集積回路の種々の素子の絶縁を図るため
の基板の抵抗と、基板と回路のインタフェースにおける
トラップ密度は重要である。トラップ密度が高いと集積
回路の電流−電圧特性におけるヒステリシス効果を生じ
、これにより例えばノイズ効率及び回路安定性などの望
ましい特性を得ることができる。
Of particular importance in the manufacture of m-v integrated circuits is the nature of the substrate material. In particular, the resistance of the substrate for isolating the various elements of the integrated circuit and the trap density at the substrate-to-circuit interface are important. High trap densities create hysteresis effects in the current-voltage characteristics of integrated circuits, which can provide desirable properties such as noise efficiency and circuit stability.

電界効果トランジスタ(F E T)素子または接合型
電界効果トランジスタ(JFET)素子を用いる従来の
集積回路では一般に、回路素子間の電気的絶縁を図るた
めに半絶縁性インジウム・リン基板が使われている。そ
のような回路は多くの文献中に見られる1例えばディー
、ウェーク(D、 Wake)らアイイーイーイー エ
レクトロン デバイス レターズ(I E E E E
lectron Device Letters LV
ol、 E D L −5、No、 7 (1984年
7月)。
Conventional integrated circuits using field effect transistor (FET) or junction field effect transistor (JFET) devices typically use semi-insulating indium phosphide substrates to provide electrical isolation between circuit elements. There is. Such circuits can be found in many publications, such as D. Wake et al.
lectron Device Letters LV
ol, EDL-5, No. 7 (July 1984).

クイ。ジー、チャイ(Y、G、 Chai)らアイイー
イーイー エレクトロン デバイス レターズ%Vo1
. EDL−4,No、7 (1983年7月)を参照
のこと、半絶縁性インジウム・リン基板を用いるこれら
の回路は作動はするけれども、基板と回路素子間の欠陥
密度が実質的に低い回路が強く望まれている。さらに。
Quit. Y, G, Chai et al. Electron Device Letters%Vo1
.. See EDL-4, No. 7 (July 1983), although these circuits using semi-insulating indium phosphide substrates operate, the circuits have a substantially low defect density between the substrate and the circuit elements. is strongly desired. moreover.

多重FET素子、または光検出素子やダイオード素子の
ような他のデバイス素子に組込まれるFET素子を用い
る■−v半導体回路においては、半絶縁性基板は柔軟性
、集積の容易さ、または有利な集積形状をさまたげるこ
とが多い。
In semiconductor circuits using multiple FET elements or FET elements incorporated into other device elements such as photodetector elements or diode elements, semi-insulating substrates offer flexibility, ease of integration, or advantageous integration. It often interferes with the shape.

1訓111略 本発明は1個または複数個のm−v半導体集積回路を含
むデバイスであって、この集積回路の基板は、p型■−
■半導体化合物でできたm−v半導体集積回路に表面が
接触する高ドープインジウム・リン(n型あるいはp型
)から主として成る0本発明にはいくつかの特定の基板
構成が含まれる。一つの基板構成は全体としてP十In
P から成る。このような基板材料に対する典型的なド
ーパントは濃度が2−40X1017原子/33の範囲
の亜鉛である。(Cd、Mg及びBeも有用である。)
他の基板構成はp型エピタキシャル層で覆われたN”I
nPの平板である。 p型エピタキシャル層は集積した
■−■−■体回路に接触する。典型的には、 N”In
P平板は約2−40xlO17原子/cs3の濃度範囲
でSまたはSnをドープされる。(Si及びTeも有用
である。)p型エピタキシャル層は、N”InP 表面
と一致するいかなる■−■−■体層であっても良く、一
般にはN”InPと格子整合された■−■半導半導体金
化合物る。
1 Lesson 111 Summary The present invention is a device including one or more m-v semiconductor integrated circuits, and the substrate of this integrated circuit is a p-type -
(2) Primarily consisting of highly doped indium phosphide (n-type or p-type) whose surface is in contact with an m-v semiconductor integrated circuit made of a semiconductor compound.The present invention includes several specific substrate configurations. One board configuration is P1In as a whole.
Consists of P. A typical dopant for such substrate materials is zinc in a concentration range of 2-40.times.10@17 atoms/33. (Cd, Mg and Be are also useful.)
Another substrate configuration is N”I covered with a p-type epitaxial layer.
It is a flat plate of nP. The p-type epitaxial layer contacts the integrated ■-■-■ body circuit. Typically, N”In
The P plate is doped with S or Sn in a concentration range of about 2-40xlO17 atoms/cs3. (Si and Te are also useful.) The p-type epitaxial layer can be any layer that is consistent with the N''InP surface and is generally lattice matched to the N''InP. Semiconductor semiconductor gold compound.

典型例はInPと格子整合された組成をもつP” I 
n G a A s (はぼI n、、、、 G a、
、4.A s )とP”InPであるS P” InG
aAs及びP”InPエピタキシャル層に対する典型的
なドーパントは2−60X10”原子/alI3の濃度
範囲のBeである。このような基板構成は、基板と集積
回路構成とのインタフェースにおける欠陥密度が低いの
で極めて有利である。典型的な集積回路構成には増幅器
構造(電界効果トランジスタ構造)、特に接合型電界効
果トランジスタ(JFET)が組込まれる。一般に、集
積構造はJFETの多重構造または他の回路素子(多く
の場合光検出器のような光学回路素子(例えばPINF
ET))と集積されたJFETの多重構造である。この
ような回路は周波数応答がより優れており、ノイズ特性
がより低く1歩留りをより高くして信頼性を高くして製
作するのがより容易である。他の利点はJFETのゲイ
ンを電気的に制御するのに用いられるバックゲート電極
を使用する可能性を生み出すことである。
A typical example is P”I, which has a composition lattice matched to InP.
n Ga As (habo I n,,, Ga,
,4. A s ) and S P” InG which is P”InP
A typical dopant for aAs and P''InP epitaxial layers is Be in a concentration range of 2-60.times.10'' atoms/alI3. Such a substrate configuration is highly advantageous due to the low defect density at the interface between the substrate and the integrated circuit structure. Typical integrated circuit configurations incorporate amplifier structures (field effect transistor structures), particularly junction field effect transistors (JFETs). Generally, the integrated structure includes a multiplex structure of JFETs or other circuit elements, often optical circuit elements such as photodetectors (e.g. PINF
It is a multiple structure of JFET integrated with ET)). Such circuits have better frequency response, lower noise characteristics, higher yield, higher reliability, and are easier to fabricate. Another advantage is that it creates the possibility of using the back gate electrode, which is used to electrically control the gain of the JFET.

去1」1旧l吸 本発明は種々の新規な基板構造が■−■半導体デバイス
に有用であるということの発見及びこれらの新規な基板
構造が、デバイスの活性素子が形成される表面を生じる
ためにp型材料を使用することに基づいている。このp
型材料の表面は電界効果型デバイスのチャネルを規定す
る表面または層として用いられることが多い、応用する
可能性としては、集積回路及び集積光電回路を含むFE
TまたはJFET素子を使用する増幅器、論理回路また
はメモリ回路がある。
The present invention relates to the discovery that a variety of novel substrate structures are useful in semiconductor devices and that these novel substrate structures provide surfaces on which the active elements of the devices are formed. It is based on the use of p-type materials for this purpose. This p
The surface of the mold material is often used as a channel-defining surface or layer in field-effect devices; potential applications include FE, including integrated circuits and integrated optoelectronic circuits.
There are amplifiers, logic circuits or memory circuits that use T or JFET devices.

本発明は単一の接合型電界効果トランジスタを記述する
ことで最も良く説明される。そのような構造の側面図を
第1図に示す、これはJFETの特定の例であり、FE
T構造または′JFET構造におけるチャネル規定層と
してp型基板またはp層を用いることを説明するための
ものである。
The invention is best explained by describing a single junction field effect transistor. A side view of such a structure is shown in Figure 1, which is a specific example of a JFET and an FE
This is for explaining the use of a p-type substrate or p-layer as a channel defining layer in a T structure or a 'JFET structure.

JFET構造10はn型格子整合インジウム・ガリウム
ヒ素の層12を上に持っP”InPの基板11でできて
いる。基板はチャネル規定層11として機能し、n型イ
ンジウム・ガリウムヒ素はチャネル層12として機能す
る。
The JFET structure 10 is made of a substrate 11 of P''InP with a layer 12 of n-type lattice matched indium gallium arsenide on top. functions as

チャネル層の上にはドレイン電極13及びソース電極1
4がある。これらは通常金−ゲルマニウム、金−シリコ
ンまたは金−スズでできており、オーム接点にするため
通常は熱処理を受ける。ソースとドレインの間にはp型
半導体の小柱15があり、これはn型チャネル層12と
共に構造のp−n接合を形成する。
A drain electrode 13 and a source electrode 1 are formed on the channel layer.
There are 4. These are usually made of gold-germanium, gold-silicon or gold-tin and are usually heat treated to make ohmic contacts. Between the source and drain there are small pillars 15 of p-type semiconductor, which together with the n-type channel layer 12 form the p-n junction of the structure.

便宜を図るため、このp層はグー82層と呼ばれる。ゲ
ート電極16はグー82層15の上に位置する。ゲート
電極は典型的には小柱から約0.1ないし1.0μm突
出している。
For convenience, this p-layer is referred to as the Goo-82 layer. The gate electrode 16 is located on the goo 82 layer 15. The gate electrode typically protrudes from the trabeculae by about 0.1 to 1.0 μm.

ゲート電極は一般にはパラジウム−金、亜鉛−金などの
金合金あるいはクローム−金のような非合金材料ででき
ているが、他の電極材料を用いることも可能である。
The gate electrode is generally made of a gold alloy such as palladium-gold, zinc-gold, or a non-alloy material such as chromium-gold, although other electrode materials can be used.

特に望ましいのはP型材料の短柱である。Particularly desirable are short columns of P-type material.

典型的には柱の長さは5μm以下であり、さらに2μm
または1μm以下にする。
Typically the length of the columns is less than 5 μm, and even 2 μm.
Or less than 1 μm.

この構造の本質的な特徴はゲート電極16がp型材料(
グー82層)15の柱から突出していることである。特
別な再調整工程を必要とせずにソース及びドレイン電極
をp−n接合に対し精密に位置合わせできるようにする
のはこのゲート電極の、p型材料柱からの突出である。
The essential feature of this structure is that the gate electrode 16 is made of p-type material (
It protrudes from the 15 pillars (82 layers). It is this protrusion of the gate electrode from the p-type material column that allows precise alignment of the source and drain electrodes with respect to the p-n junction without the need for special readjustment steps.

ここで、ゲート電極はドレイン及びソース電極を堆積さ
せる時のシャドーマスクとして作用する。突出量はp層
のほとんどを除去するエッチ工程におけるアンダーカッ
トで制御される。ソース及びドレイン電極は一般に蒸着
によって形成され、ゲート電極突出量によりソース及び
ドレイン電極のp−n接合に対する近接の程度が決定さ
れる。
Here, the gate electrode acts as a shadow mask when depositing the drain and source electrodes. The amount of protrusion is controlled by undercutting in the etch process that removes most of the p-layer. The source and drain electrodes are generally formed by vapor deposition, and the degree of proximity of the source and drain electrodes to the pn junction is determined by the amount of protrusion of the gate electrode.

適当なソース及びドレイン電極を形成するために、金属
蒸着に先たち打込みを用いても良い0例えば、接触抵抗
は、電極が形成されるべき表面上(例えば層17及び1
8の表面上)にイオンを打込むことで減少させることが
できる。同様の目的のために様々な合金や金属混合物を
使用することができる。
Implants may be used prior to metal deposition to form suitable source and drain electrodes.
8) can be reduced by implanting ions into the surface. Various alloys and metal mixtures can be used for similar purposes.

第2図に ドレイン電極13、 ソース電極14及びゲ
ート電極16を有する同一の構造の平面図を示す、さら
にゲートパッド21と、エアブリッジが配置されるゲー
ト電極の一部分22とを示す。
FIG. 2 shows a plan view of the same structure with drain electrode 13, source electrode 14 and gate electrode 16, and also shows the gate pad 21 and a portion 22 of the gate electrode in which the air bridge is located.

ここで命名についての注記をしておくと便利であろう、
チャネル層の面においてソース及びドレイン電極の方を
指すゲート電極の寸法は、普通はゲート電極の短い方の
寸法ではあるが、ゲートの長さと呼ばれる。長さに垂直
な方向は、普通はソース及びドレイン電極の間に伸びる
ものであり、ゲート電極の長い方の寸法であることが多
いが、ゲートの幅と呼ばれる。ゲート電極の幅と長さが
測られる方向は第2図に示される(方向Wは幅を、方向
りは長さを表わす)。これらのデバイスはある種のやり
方で半導体材料の結晶面に関連付けて方向付けをするこ
とが望ましい、そのやり方とはつまり、エピタキシャル
層とデバイスが堆積される面(第2図の紙面)が[10
01結晶面であり、ゲート幅が<110>結晶学的方向
に沿うようにするのである。
It may be useful to make a note about naming here.
The dimension of the gate electrode that points toward the source and drain electrodes in the plane of the channel layer is called the gate length, although it is usually the shorter dimension of the gate electrode. The direction perpendicular to the length, which typically extends between the source and drain electrodes and is often the longer dimension of the gate electrode, is referred to as the gate width. The directions in which the width and length of the gate electrode are measured are shown in FIG. 2 (direction W represents width and direction W represents length). It is desirable that these devices be oriented in some way with respect to the crystal plane of the semiconductor material, such that the plane on which the epitaxial layers and devices are deposited (plane of the paper in Figure 2) is [10
01 crystal plane, and the gate width is made along the <110> crystallographic direction.

前述の構造はチャネル層及びグー82層(第1図の柱1
5)として極めて多くの半導体材料を用いて製作できる
ことを認識されたい。
The above structure consists of a channel layer and a Goo 82 layer (pillar 1 in Figure 1).
It should be recognized that 5) can be fabricated using a wide variety of semiconductor materials.

例えば、n型及びp型材料は同一でも良いし異なっても
良い。
For example, the n-type and p-type materials can be the same or different.

移動度と飽和速度の高い半導体材料系またはそのような
材料に関連する(一般には格子整合されている)材料が
望ましい、このような材料に含まれるのはインジウム・
リン、インジウム・ガリウムヒ素(一般には組成がほぼ
I n o、s 3G a a4t A 8であり、コ
レハインシウム・リンに格子整合される)、アルミニウ
ム・インジウムヒ素(例えばA Q 、、4゜In、、
、□As)、及びインジウム・リンに格子整合されたイ
ンジウム・ガリウムヒ素リンやインジウム・ガリウム・
アルミニウムヒ素などの四元化合物である。
Semiconductor material systems with high mobility and saturation velocity, or materials related to such materials (generally lattice matched), are desirable; such materials include indium.
Phosphorus, indium gallium arsenide (generally has a composition of approximately I no, s 3G a a 4 t A 8 and is lattice matched to choleheinium phosphorus), aluminum indium arsenide (for example A Q , 4゜In ,,
, □As), and indium gallium arsenide phosphide and indium gallium arsenide phosphide lattice matched to indium phosphide
It is a quaternary compound such as aluminum arsenic.

そのような組成はエイチ、シー、カゼイ(H,C,Ca
5ay )とエム、ビー、バニッシュ(M、B、 Pa
n1sh)の「ヘテロ構造レーザ」(Heterogt
ructura La5ers)と題する本、アカデミ
ツク プレス(Academic Press )ニュ
ーヨーク1978年刊の特にパートB「材料及び動作特
性J  (Materials and Operat
ingCharactaristics )に略述され
ている。
Such a composition is H,C,Ca
5ay) and M, B, Vanish (M, B, Pa
n1sh)'s "Heterostructure Laser" (Heterogt
ructura la5ers), published by Academic Press, New York, 1978, in particular Part B ``Materials and Operat J.
ing Characteristics).

n型材料としてI n 6.B @ G a e、47
 A sを、p型材料としてInPまたはI n 11
.13 G a 0.4? A sを用いると最も便利
である。
I n as n-type material 6. B @ G a e, 47
As p-type material, InP or In 11
.. 13 Ga 0.4? It is most convenient to use A s.

ここでp型層及びn型層に用いられる様々な好ましいド
ーパントとその好ましい濃度について略述しておくと便
利である。これらは典型的なドーパント、典型的な濃度
範囲であって本発明は他のドーパント、他の濃度範囲で
も実施できることを理解されたい、さらに、ドーパント
濃度は種々の層の厚さによって変化しても良く、電気的
接触特性を改善するために様衆な電極の近くでは極めて
高くしても良い。典型的なn型ドーパントは典型的濃度
範囲101mないし1017原子/cm’のSn。
It may be useful at this point to briefly outline various preferred dopants and their preferred concentrations for use in the p-type and n-type layers. It is to be understood that these are typical dopants and typical concentration ranges, and that the present invention may be practiced with other dopants and other concentration ranges; furthermore, the dopant concentrations may vary with the thickness of the various layers. However, it may be very high near various electrodes to improve electrical contact characteristics. A typical n-type dopant is Sn with a typical concentration range of 101m to 1017 atoms/cm'.

Si、S及びTeである。InP及びInAlAsに対
しては8−9X10”i子/cm”の範囲が、I n 
G a A sに対しては4−7×1011原子/am
”の範囲が、InGaAsPに対しては6−8X10”
原子/cm’の範囲が最も好ましい。p型層に対しては
典型的ドーパントはCd、Zne M&及びBeであり
、濃度範囲は101m−1o L@原子/cm”である
。電極とp層の間の低抵抗オーム接触を得るためにゲー
ト電極の近くでは ドーピング濃度はこの範囲を超えて
もよい(通常xo20原子/am’に近づく)。
They are Si, S and Te. For InP and InAlAs, the range of 8-9×10 "i/cm" is In
4-7 x 1011 atoms/am for Ga As
"range is 6-8X10" for InGaAsP
A range of atoms/cm' is most preferred. For the p-type layer, typical dopants are Cd, Zne M& and Be, with a concentration range of 101 m-1o L@atoms/cm''. In order to obtain a low resistance ohmic contact between the electrode and the p-layer Near the gate electrode the doping concentration may exceed this range (usually approaching xo20 atoms/am').

n型層及びp型層の厚さは所望の応用例に依存して大き
く変化しても良い。数μmの厚さが有用である。通常1
μm以下の厚さが望ましい、n型層の厚さは一般に材料
、ドーピング濃度、デバイスの所望特性などに依存する
が、通常は0.1ないし0.7μmの範囲である。 p
層の厚さは通常1μm以下である。
The thickness of the n-type and p-type layers may vary widely depending on the desired application. Thicknesses of a few μm are useful. Usually 1
The thickness of the n-type layer, which is preferably less than .mu.m thick, generally depends on the material, doping concentration, desired characteristics of the device, etc., but is typically in the range of 0.1 to 0.7 .mu.m. p
The layer thickness is usually less than 1 μm.

p層の厚さはゲート電極の下の所望のアンダーカットに
近くなることが多く、約0.5μmであることが多い。
The thickness of the p-layer is often close to the desired undercut under the gate electrode, often around 0.5 μm.

本発明の重要な特徴は基板としてP  InPを用いる
ことである。これはチャネル規定層としても機能する。
An important feature of the invention is the use of PInP as the substrate. This also functions as a channel definition layer.

このチャネル規定層に対して伝導電子は動作中ピンチオ
フされる。
Conduction electrons are pinched off to this channel defining layer during operation.

このような構造の利点は基板とチャネル層とのインタフ
ェースにおける欠陥密度が低いことであり、このことに
よりインタフェースにおけるばかりでなく、チャネルと
グー82層全体における欠陥密度が低くなる。
The advantage of such a structure is the low defect density at the substrate-channel layer interface, which results in a low defect density not only at the interface but also throughout the channel and goo 82 layers.

他の基板構造を第3図に示す。この図は第1図及び第2
図に示す構造によく似たJFET構造3oの側面図であ
る。ここで、基板は比較的厚いN” InPの層31で
できている。
Another substrate structure is shown in FIG. This figure is shown in Figures 1 and 2.
3 is a side view of a JFET structure 3o similar to the structure shown; FIG. Here, the substrate is made of a relatively thick layer 31 of N''InP.

層31はあるいはP”InPでも良く、一般には大量に
成長される。この層の上にはN+InP31とほぼ格子
整合(あるいは少なくともその上に適正に成長された)
p型材料のエピタキシャル層が配置される。典型的な層
はP” InGaAs(例えば2−40X10”原子/
 c m 3の範囲のBe  をドープされたI n、
、、3G a、、、、A s )及び前述のようにドー
プされたP  InPである。
Layer 31 may alternatively be P''InP, and is generally grown in large quantities. On top of this layer is approximately lattice matched (or at least properly grown on) N+InP 31.
An epitaxial layer of p-type material is disposed. A typical layer is P” InGaAs (e.g. 2-40X10” atoms/
In doped with Be in the range of cm3,
, 3G a , , , As ) and P InP doped as described above.

この構造の残りの部分は第1図と同様のものである。P
+型エピタキシャル層32の上にはチャネル層33が配
置されており、これは典型的にはn −I n G a
 A sまたはn−InPである。チャネル層の一部は
n型接点(一つは ドレイン電極34.一つはソース電
仁’435 )で覆われている。これらの電極は一般に
は金−ゲルマニウム、金−シリコンまたは金−スズでで
きており、n型ドーパントがチャネル層内に拡散して高
ドープ(n+)表面の狭い領域36を形成するように熱
処理を施される。これにより優れたオーム接触が得られ
る。高ドープ表面領域36を形成するためにイオン打込
みを用いることもできる。他にグー82層37及びゲー
ト電極38が示されている。
The remainder of the structure is similar to FIG. P
A channel layer 33 is disposed on the + type epitaxial layer 32, which is typically n −I n Ga
As or n-InP. Part of the channel layer is covered with n-type contacts (one for the drain electrode and one for the source electrode). These electrodes are generally made of gold-germanium, gold-silicon or gold-tin and are heat treated so that the n-type dopant diffuses into the channel layer to form a narrow region 36 of highly doped (n+) surface. administered. This provides excellent ohmic contact. Ion implantation may also be used to form highly doped surface region 36. Also shown are a goo 82 layer 37 and a gate electrode 38.

さらに複雑な構造を本発明を実施する際に用いることも
できる1例えば論理回路、メモリ回路等を含む様々な応
用例について、上述のようにして作られるJFET構造
の大アレイが有用である。
Large arrays of JFET structures made as described above are useful for a variety of applications including, for example, logic circuits, memory circuits, etc., where even more complex structures may be used in practicing the invention.

本発明はより複雑な構造を用いてさらに説明することが
できる0例えば光学的及び電子工学的構造が同一基板構
造上に集積されている例である。特に、PIN光検出器
及びJFET増幅器を用いて集積光検出増幅器構造を説
明する。この構造は一般にはPINFETと呼ばれる。
The invention can be further illustrated using more complex structures, for example where optical and electronic structures are integrated on the same substrate structure. In particular, an integrated photodetector amplifier structure is described using a PIN photodetector and a JFET amplifier. This structure is commonly called a PINFET.

PINFETの概略的構造はその側面図から最も良く分
かる。PINFETの側面図にはエピタキシャル構造、
p拡散領域及びPIN光検出器上のp接点からJFET
構造のゲート電極へのエアブリッジが明らかに示される
。第4図にPINFETの側面図を、PIN光検出器部
分及び電界効果トランジスタのゲートの断面として示す
、PINFET40は基板41で始まるm−v半導体化
合物の層でできており、基板41は概して1−5×10
1@原子/cm”の範囲のスズまたはイオウをドープし
たN  InPである。この層は概して約150μmの
厚さである。この層の上にはInPに格子整合されたI
nGaAs(概略組成I n o、sa G a 0.
4. As)の真正層42がある。
The schematic structure of a PINFET is best seen from its side view. The side view of the PINFET shows the epitaxial structure,
JFET from p-diffused region and p-contact on PIN photodetector
The air bridge to the gate electrode of the structure is clearly shown. A side view of the PINFET is shown in FIG. 4 as a cross section of the PIN photodetector portion and the gate of the field effect transistor. The PINFET 40 is made of layers of m-v semiconductor compound starting with a substrate 41, which is generally 1- 5×10
N InP doped with tin or sulfur in the range of 1@atom/cm". This layer is typically about 150 μm thick. On top of this layer is I lattice matched to the InP.
nGaAs (schematic composition I no, sa Ga 0.
4. There is a true layer 42 of As).

この層は概して、約5X10”原子/cm”の濃度で軽
くn型にドープする不純物を含んでいる。この層の厚さ
は約5μmである。この層のバンドギャップ(0,75
eV)はこの層に入射する放射(0,75eVより大き
いエネルギーまたは 1.65μmより短い波長を持つ
放射)を確実に吸収するようなものであり、ドーピング
レベルは層全体に電界勾配が行きわたるように低く(理
論的に可能な限り低く)する。
This layer generally contains a lightly n-type doping impurity at a concentration of about 5.times.10"atoms/cm". The thickness of this layer is approximately 5 μm. The bandgap of this layer (0,75
eV) is such as to ensure the absorption of radiation incident on this layer (radiation with energy greater than 0.75 eV or wavelength shorter than 1.65 μm), and the doping level is such that the electric field gradient is distributed across the layer. (as low as theoretically possible).

この層42の上にはInP系と格子整合された(または
少なくとも適合する)p型半導体材料の薄い層43が配
置される。この層はチャネル規定層と呼ばれる。大きい
バンドギャップを有する材料(例えばバンドギャップ1
.35eVのP−InPまたはバンドギャップ1.4e
VのP −I n A Q A s )が電圧ブレーク
タウンを避けるために好まれることが多い、しかし特に
、下の層42及び上の層44との適合性により製造がよ
り容易になる場合は他の材料が有利であろう0例えば吸
収層42とチャネル層44がI n G a A sで
ある時はp −I n G a A sが好まれるであ
ろう。
Above this layer 42 is placed a thin layer 43 of p-type semiconductor material lattice matched (or at least compatible) with the InP system. This layer is called the channel definition layer. Materials with large band gaps (e.g. band gap 1
.. 35eV P-InP or bandgap 1.4e
P -I n A Q A s ) of V is often preferred to avoid voltage breaktown, but especially if compatibility with the underlying layer 42 and the overlying layer 44 makes manufacturing easier. Other materials may be advantageous; for example, when absorption layer 42 and channel layer 44 are InGaAs, p-InGaAs may be preferred.

チャネル規定層43の上にはJFETのn及びp層を形
成するために用いられる二つの■−■半導体層が配置さ
れる。これらの層はn型I n G a A s 44
及びp型InGaA s 45であり双方ともInPに
格子整合される。これらの層には他の材料(JJK則と
してInPまたはInGaAsP)を使っても良い、典
型的厚さはn−InGaAsの場合0.4μmpI n
 G a A s  の場合0.6μmである。、これ
らの層はn型JFET層またはチャネル層、及びp型J
FET層またはグー82層と呼ばれることがある。これ
らの層については以下に詳述する。
Two semiconductor layers used to form the n and p layers of the JFET are arranged on the channel defining layer 43. These layers are n-type I n Ga As 44
and p-type InGaAs 45, both of which are lattice matched to InP. Other materials (InP or InGaAsP according to JJK rules) may be used for these layers; typical thickness is 0.4 μmpI n for n-InGaAs.
In the case of G a As , it is 0.6 μm. , these layers are the n-type JFET layer or channel layer, and the p-type JFET layer or channel layer.
It is sometimes called the FET layer or Goo82 layer. These layers are detailed below.

様々なメタライゼーションもP I NFET構造の一
部として含まれる。例えばN−InP基板41には放射
を受容する開口を有するn型接点46(典型的にはA 
u −S n )が付加されている1通常、n型接点4
6中の開口により露出されるN”−InPの表面は、表
面での反射を一部させるための抗反射(anti−re
flection、 AR)被覆47で覆われている。
Various metallizations are also included as part of the P I NFET structure. For example, the N-InP substrate 41 has an n-type contact 46 (typically an A
u −S n ) is added 1 Usually, n-type contact 4
The surface of the N''-InP exposed by the aperture in
flexion, AR) coating 47.

さらに、一般にはCr  Au合金で作られるいくつか
のp接点も示されている。例えばそのような合金は構造
のPINゲート用のp接点48及びJFETゲート電極
用のp接点49を形成する。同様のメタライゼーション
が、回路のPIN部分をJPETのゲート49に接続す
るエアブリッジ50を形成する。パックゲートへの接点
は接点54を介し、典型的にはゲート電極49と同じ金
属組成で作られる。
Additionally, several p-contacts, typically made of CrAu alloys, are also shown. For example, such an alloy forms the p-contact 48 for the PIN gate and the p-contact 49 for the JFET gate electrode of the structure. Similar metallization forms an air bridge 50 connecting the PIN portion of the circuit to the gate 49 of the JPET. Contact to the pack gate is via contact 54, typically made of the same metal composition as gate electrode 49.

さらに、PIN構造のP領域を形成するP+型領域51
も示されている。これは一般には。
Furthermore, a P+ type region 51 forming a P region of a PIN structure.
is also shown. This is generally true.

PIN構造のp接点を形成する前に亜鉛を上部の二層(
44,45)に拡散させることで導入される。ドーピン
グ濃度は通常lo−m−101″原子7cm”の範囲で
ある。いくつかの不動態化層(例えば5iNx)を用い
ても良いが図示はしていない0図示の部分はゲート電極
の中心を下降しているので、第4図にはソース及びドレ
イン電極は示されていない。
Zinc is added to the top two layers (
44, 45). Doping concentrations are typically in the range of lo-m-101'' atoms 7 cm''. Some passivation layer (e.g. 5iNx) may be used, but is not shown.The source and drain electrodes are not shown in Figure 4, as the portion shown runs down the center of the gate electrode. Not yet.

チャネル規定層としてp層を用いているので、PIN接
合を形成するにあたって他の変型も可能である。ここで
はP+−型領域51の代りに、PIN構造のp−接点が
チャネル規定層43に直接接触するために形成される。
Since the p-layer is used as the channel defining layer, other variations are possible in forming the PIN junction. Here, instead of the P+- type region 51, a p-contact of a PIN structure is formed for direct contact with the channel defining layer 43.

これは以下のようにしてなされる。つまり初めに、チャ
ネル層とPIN構造のP接点領域の下に位置する2層4
5の小部分をエツチングまたは除去し、次にp接点がチ
ャネル規定層43に接触してPIN接合を形成するよう
にする。
This is done as follows. That is, first, the two layers 4 located below the channel layer and the P contact region of the PIN structure.
A small portion of 5 is etched or removed so that the p-contact then contacts channel defining layer 43 to form a PIN junction.

本発明の二つの重要な特徴は強調する価値がある。即ち
、JFETのゲート電極からPIN電極を隔離するエア
ブリッジ50の下のギャップ52と、PIN構造を囲み
、これをJFET構造から隔離するメサ隔離堀53であ
る。さらにチャネル規定層としてp層を用いていること
が利点である。これにより、様々なインタフェースにお
いて欠陥密度の低いより優れた半導体材料を用いること
が可能である。
Two important features of the invention are worth highlighting. namely, a gap 52 under the air bridge 50 that isolates the PIN electrode from the JFET gate electrode, and a mesa isolation moat 53 that surrounds and isolates the PIN structure from the JFET structure. Another advantage is that the p layer is used as the channel defining layer. This allows the use of better semiconductor materials with lower defect densities at various interfaces.

第5図に、PIN光検出器上、のp接点4e、エアブリ
ッジ50及びJFET構造のゲート電極49を有する同
様の構造の斜視図を示す。
FIG. 5 shows a perspective view of a similar structure with a p-contact 4e, an air bridge 50 and a gate electrode 49 of a JFET structure on the PIN photodetector.

さらにP型InGaAs45と、構造のPIN部分及び
JFET部分の両方に存在するn型I n G a A
 s層44とが示されている。構造のJFET部分にお
けるp型I n G a A sはゲート電極の下に存
在する。これらの層は構造の光検出器部分と増幅器部分
との間の電気的絶縁を図るために構造のPIN部分とJ
PETPE上の間で(エアブリッジ52の下部で)除去
される。チャネル規定層43はこれらの層の下に存在す
るが、それは構造のPIN部分を構造のJFET部分か
ら電気的に切離すためであり、またJFET構造におい
てチャネル規定層として機能するためである。
Furthermore, P-type InGaAs45 and n-type InGaAs present in both the PIN and JFET parts of the structure
s layer 44 is shown. The p-type I n Ga As in the JFET part of the structure lies below the gate electrode. These layers connect the PIN and J portions of the structure to provide electrical isolation between the photodetector and amplifier portions of the structure.
It is removed between the PETPE tops (at the bottom of the air bridge 52). A channel defining layer 43 is present below these layers to electrically isolate the PIN portion of the structure from the JFET portion of the structure and to function as a channel defining layer in the JFET structure.

次は吸収層42であって、典型的にはInPとN”−I
nP構造41に格子整合されたInG a A sで作
られる。n型接点層55は構造に対する電気的接点の一
つとして機能する。
Next is the absorption layer 42, typically InP and N''-I
It is made of InGaAs which is lattice matched to the nP structure 41. N-type contact layer 55 serves as one of the electrical contacts to the structure.

p型接点層49がこの構造の最上部に示されている。A p-type contact layer 49 is shown on top of the structure.

第4図に強調して示されているのはP+型領域51であ
って、JFET層44.45を介してチャネル規定層4
3に延びている。このことにより光検出器のp−n接合
が形成され、PIN光検出器のp接点48への伝導が行
なわれる。さらに図中には構造の回路図が示されている
。前述のように、PIN接合のためにp領域を接触させ
る別のやり方はp及び層44及び45に穴をあけチャネ
ル規定層43上にp接点を形成することである。これに
よりp領域51の形成が避けられる。
What is highlighted in FIG.
It extends to 3. This forms a p-n junction of the photodetector and provides conduction to the p-contact 48 of the PIN photodetector. Furthermore, a circuit diagram of the structure is shown in the figure. As previously mentioned, another way to contact the p regions for a PIN junction is to drill holes in p and layers 44 and 45 to form a p contact on channel defining layer 43. This avoids the formation of p region 51.

図中にはさらにドレイン電極55、ソース電極56及び
バックゲート電極54が示されている。くり返すが、ド
レイン及びソース電極は、ゲート電極の突出部がシャド
ウマスクとして作用し、これらの電極がPInGaΔS
柱に対して現実の電気的接点なしで近接できるように作
用するように形成される。
Further shown in the figure are a drain electrode 55, a source electrode 56, and a back gate electrode 54. Again, for the drain and source electrodes, the protrusion of the gate electrode acts as a shadow mask, and these electrodes are made of PInGaΔS.
It is configured to act in such a way that it can be accessed without actual electrical contact to the pillar.

本発明の構造の特別の利点は、最適動作を得る際に製造
が容易なことである。製造方法の記述は第6図に示され
る層構造60から始めるのが便利である。この構造はN
+−InP基板に始まる様々なエピタキシャル層成長技
術により作られる。
A particular advantage of the structure of the invention is its ease of manufacture in obtaining optimum operation. It is convenient to begin the description of the manufacturing method with the layer structure 60 shown in FIG. This structure is N
It can be made using various epitaxial layer growth techniques starting from +-InP substrates.

構造60は1−5X10”原子/(!l”の範囲でイオ
ウまたはスズをドープされたN −InP基板61を含
む、この基板61は一般的には製造工程の後半で厚さ1
50μmまで最終的には薄くされる。基板の上には厚さ
約5μmのI nGaAsの非ドープ層62が形成され
る。この層はInPに対してほぼ格子整合されるように
概ねIna、。G a 6,47 A 8の組成を有す
る。不純物によりこの層は1−30×1014原子/1
3の範囲のドーピング濃度でn型になる。次はチャネル
規定層63で通常はp型InPまたはp型InAlAs
で作られる。InPに対して格子整合されたp型InG
aAsも使用される。この型の層はInGaAsが一つ
または複数の隣接層に対して用いられる場合は特に有用
である9層63の厚さは約1μmである0次は二つのJ
FET層である。
Structure 60 includes an N-InP substrate 61 doped with sulfur or tin in the range of 1-5X10"atoms/(!l", which substrate 61 is typically reduced to a thickness of 1 mm later in the manufacturing process.
The final thickness is reduced to 50 μm. An undoped layer 62 of InGaAs about 5 μm thick is formed over the substrate. This layer is generally Ina, so that it is approximately lattice matched to InP. It has a composition of Ga 6,47 A 8. Due to impurities, this layer has a density of 1-30×1014 atoms/1
It becomes n-type with doping concentrations in the range of 3. Next is the channel defining layer 63, which is usually made of p-type InP or p-type InAlAs.
Made with. p-type InG lattice matched to InP
aAs is also used. This type of layer is particularly useful when InGaAs is used for one or more adjacent layers.The thickness of the 9-layer 63 is about 1 μm.The zero order has two J
This is a FET layer.

一つは4−8X10”原子/cs’の濃度範囲のシリコ
ンをドープされたn型I n G a A sの層64
である0層64は通常チャネル層と呼ばれるが厚さは一
般に0.3ないし0.5μmである。
One is a layer 64 of n-type InGaAs doped with silicon with a concentration range of 4-8X10''atoms/cs'.
The 0 layer 64, which is usually called a channel layer, is generally 0.3 to 0.5 μm thick.

もう一つのJFET層はp −I n G a A s
層65であり、典型的にはBeをドープされる0通常は
p −I n G a A s層の異なる部分ではドー
ピング濃度は異なる。n−InGaAs層とのインタフ
ェースを含みp−InGaAs層の厚さく典型的には0
.5ないし0.6μm)のほとんどにわたりドーピング
濃度は約1−5XIO”原子/cm”テア’J、p接点
に隣接する2層上にある薄い層(典型的には500人)
に対してはドーピング濃度は約1−2:〈10”原子/
 cxa ’である。この構造を製造するための方法の
例は次の通りである。初めに第6図に示される構造が、
<110>方向が[100]ウエハ中に方向付けられる
ように方向付けしその結果ゲートの長い方の寸法(ゲー
ト幅)がこの方向に沿うようにする。
Another JFET layer is p −I n Ga As
The doping concentration is different in different parts of the layer 65, typically doped with Be. The thickness of the p-InGaAs layer, including the interface with the n-InGaAs layer, is typically 0.
.. Doping concentration over most of the 5 to 0.6 µm) is about 1-5 XIO"atoms/cm"tar'J, a thin layer (typically 500 N) on top of the two layers adjacent to the p-contact.
For , the doping concentration is about 1-2:〈10'' atoms/
cxa'. An example of a method for manufacturing this structure is as follows. First, the structure shown in Figure 6 is
Orient so that the <110> direction is oriented into the [100] wafer so that the long dimension of the gate (gate width) is along this direction.

PIN構造のp−n接合を形成するためにp拡散工程が
実行される。p −’ I n G a A s上にS
iN層が形成される。これは第2図の活性PTN領域2
1を規定するための拡散マスクとして機能するためにパ
ターン化される。
A p-diffusion step is performed to form a p-n junction of the PIN structure. S on p −' I n G a A s
An iN layer is formed. This is the active PTN region 2 in Figure 2.
patterned to act as a diffusion mask to define 1.

亜鉛拡散工程が、拡散深さが第1図の p型I n G
 a A s層12の上部をちょうど貫くように実行さ
れる。拡散の後、SiNマスクは除去される。
In the zinc diffusion process, the diffusion depth is as shown in Figure 1.
It is carried out just through the top of the aAs layer 12. After diffusion, the SiN mask is removed.

次にp接点金属パターン(PIN接点及び種々のFET
のゲート接点を含む)がCr−Auまたは他の適正なp
接点金属を用いてフォトリソグラフで規定される。
Next, p-contact metal pattern (PIN contact and various FETs)
(including the gate contact) is made of Cr-Au or other suitable p
Defined photolithographically using contact metal.

これらの金属接点はJFETのソース及びドレインが形
成される時にシャドウマスクとして機能することができ
るように作られる。
These metal contacts are made so that they can function as shadow masks when the JFET source and drain are formed.

製造工程中の重要な部分はn層または基板に実質的な影
響を与えないでp層(ゲート電極のアンダーカットをい
くらか含む)を除去することである。一般に、正確な工
程はn層及び2層中の■−■半導体材料の本性に依存す
る。
An important part during the manufacturing process is to remove the p-layer (including some undercut of the gate electrode) without substantially affecting the n-layer or the substrate. In general, the exact process depends on the nature of the 1-2 semiconductor materials in the n-layer and 2-layer.

本発明を実施するにあたり特に重要なことは性用p型材
料のための適正な形状を得てその結果ゲート電極が有効
的なシャドウマスクとして機能し、かつ蒸着されたソー
ス及びp−InGaAs層が過酸化水素水を伴なう50
容量%のクエン酸溶液を用いてエッチされてしまうよう
にすること、及びエツチング工程中の過程を測定するた
めの電気的モニター装置を得ることである。二つの隣接
するゲート電極の電流−電圧特性が測定され、抵抗特性
が消失し、バック−ツウ−バック(back−t。
It is particularly important in practicing the invention to obtain the proper geometry for the p-type material so that the gate electrode functions as an effective shadow mask and the deposited source and p-InGaAs layers are 50 with hydrogen peroxide
% by volume of citric acid solution and to obtain an electrical monitoring device to measure the progress during the etching process. The current-voltage characteristics of two adjacent gate electrodes are measured and the resistance characteristics disappear, back-to-back (back-t).

−back)ダイオード特性のみが残留する時にエツチ
ングは終了される。このことは各ゲート電極の下にp−
n接合のみが残留した状態で隣接ゲート電極間のp層が
除去されたことを示すものである。さらにp層の除去の
結果、ゲート電極の下にp層の元の厚さに実質的に等し
い距離のアンダーカットが生じる。2層柱からのゲート
電極の突出により、後に形成されるソース及びドレイン
電極の自己位置合わせが確実なものとなる。
-back) Etching is terminated when only diode characteristics remain. This means that p-
This shows that the p layer between adjacent gate electrodes was removed with only the n junction remaining. Additionally, removal of the p-layer results in an undercut below the gate electrode of a distance substantially equal to the original thickness of the p-layer. The protrusion of the gate electrode from the two-layer pillar ensures self-alignment of the source and drain electrodes formed later.

J FFTのソース及びドレインのn接点メタライゼー
ションは典型的にはGo  Auを用いる標準的フォト
リソグラフ技術により形成される。アンダカットされた
ゲートが突出しているからこれは自己位置合わせ工程で
ある。これによりp層との接触の危険なしでドレイン及
びソース接点の極めて接近した配置(典型的には2μm
)を行なうことができる。
The source and drain n-contact metallization of the J FFT is typically formed by standard photolithographic techniques using Go Au. This is a self-aligning process since the undercut gates are protruding. This allows for very close placement of the drain and source contacts (typically 2 μm) without the risk of contact with the p-layer.
) can be carried out.

次に、JFET構造を覆い、ブリッジ領域を含むn−I
nGaAs及びp −I n G a A s層をエツ
チングする。τ、とによりメサ隔離が行なわれる。典型
的なエッチャントは過酸化水素水を伴なう50容量%の
クエン酸である。
Next, cover the JFET structure and include the bridge region with n-I
Etch the nGaAs and p-InGaAs layers. Mesa isolation is performed by τ. A typical etchant is 50% by volume citric acid with hydrogen peroxide.

この時点で基板(N”−InP)を150μ■に薄くし
ても良い。
At this point, the substrate (N"-InP) may be thinned to 150 .mu.m.

基板(N”−InP)の反対面では入射光を受容するた
めの、活性PIN領域直下の開口を除いてn接点が形成
される。
On the opposite side of the substrate (N''-InP), an n-contact is formed except for an opening directly below the active PIN region to receive the incident light.

本発明を実施するにあたり多くの変型を用いることがで
きる。例えば、InP基板に対して格子整合されていれ
ば(または他の基板材料に対して格子整合された材料で
あれば)、二つのJFET層用に他の■−■半導体材料
を用いることができる。第1.2及び3図に示された上
述のデバイスは格子整合されたI nGaAs(概略組
成I n、、、3G aoo、7A s )を用いてい
る。n層またはp層のどちらかにおいてI n G a
 A sの代りに用いることができる他の材料は以下の
通りである。InPに格子整合されたInGaAsP、
InP、InPに格子整合され得る他の三元または四元
■−■化合物。
Many variations may be used in practicing the invention. For example, other ■−■ semiconductor materials can be used for the two JFET layers, provided they are lattice matched to the InP substrate (or materials that are lattice matched to other substrate materials). . The above-described devices shown in FIGS. 1.2 and 3 use lattice-matched InGaAs (approximate composition I n, . . . 3G aoo, 7A s ). I n Ga in either the n-layer or the p-layer
Other materials that can be used in place of As are: InGaAsP lattice matched to InP;
InP, other ternary or quaternary ■-■ compounds that can be lattice matched to InP.

典型的な組合せとエツチング法は以下の通りである。Typical combinations and etching methods are as follows.

1、  p層、n層共にInPである。典型的なエッチ
ャントは塩酸−リン酸の混合物(濃縮塩酸を用い、典型
的には容積比1:4)であり1時に少量の過酸化水素を
加えることがある。あるいは臭素−メタノール(通常は
希釈溶液)である、上述のものと同様のモニタ技術灸用
いることができる。
1. Both the p layer and n layer are InP. A typical etchant is a hydrochloric acid-phosphoric acid mixture (concentrated hydrochloric acid, typically 1:4 by volume) with a small amount of hydrogen peroxide sometimes added. Alternatively, a monitoring technique similar to that described above, bromine-methanol (usually in a dilute solution), can be used.

2、  InPに対して格子整合された2層InGaA
s (またはInGaAsP)及びn層InPの場合、
典型的なエッチャントはクエン酸であり、上述の水性過
酸化水素を伴なうこともあれば伴なわないこともある。
2. Two-layer InGaA lattice matched to InP
For s (or InGaAsP) and n-layer InP,
A typical etchant is citric acid, with or without the aqueous hydrogen peroxide mentioned above.

このエッチャントはp層を除去し、n型InPで停止す
る。エッチ速度は約800−1200人/分である。エ
ツチング工程を観測するために上述のものと同様のモニ
タ技術を用いることができる。しかしInPに到達する
とエッチ速度は大きく減少するので、この技術は自己で
停止し、従って電気的モニタ技術は重要ではない。
This etchant removes the p-layer and stops at n-type InP. The etch rate is about 800-1200 people/minute. Monitoring techniques similar to those described above can be used to monitor the etching process. However, once InP is reached, the etch rate decreases so much that the technique shuts off on its own, so electrical monitoring techniques are not important.

3.  P層はInPであり、n層はInPに格子整合
されたInGaAsまたはInGaA s Pである。
3. The P layer is InP and the n layer is InGaAs or InGaAs P lattice matched to InP.

典型的なエッチャントはリン酸中の塩酸(上述の組成)
であり、これはInPをエッチするがI n G a 
A sまたはI nGaAsPはエッチしない。くり返
すが、本方法にとって本質的なものではないが、エツチ
ング工程は上述の技術を用いてモニタすることかできる
。このエッチャントを用いるInPのエツチング速度は
3000−6000人/分である。
Typical etchant is hydrochloric acid in phosphoric acid (composition above)
, which etch InP but In Ga
As or InGaAsP is not etched. Again, although not essential to the method, the etching process can be monitored using the techniques described above. The etching rate of InP using this etchant is 3000-6000 people/min.

第7図に別のPINFET構造70を示す。Another PINFET structure 70 is shown in FIG.

これはチャネル規定層として2層を用いる。This uses two layers as channel defining layers.

本発明の別の変型例を示すものである。ゲート電極の長
い方の寸法(幅)を減じるため。
This shows another modification of the invention. To reduce the long dimension (width) of the gate electrode.

かつドレイン及びバックゲート電極の浮遊容量を減じさ
せてデバイスのゲインを変えるために、この構造は双ゲ
ート構造を採用している。バックゲート電極はチャネル
規定層として2層が用いられる場合のみ可能であること
に注意されたい。このデバイスの回路図も示されている
。ここでGはゲート、G′はバックゲート、Nはn接点
、Sはソース(ソースS1と82は通常は結合される)
、Dはドレインである。
In addition, this structure employs a double-gate structure in order to reduce the stray capacitance of the drain and back gate electrodes and change the gain of the device. It should be noted that a back gate electrode is only possible if two layers are used as channel defining layers. A circuit diagram of this device is also shown. where G is the gate, G' is the back gate, N is the n-contact, and S is the source (sources S1 and 82 are normally coupled).
, D is the drain.

第8図に本発明が最も多く使用されると思われる典型的
な回路を示す、ここでRBはバイアス抵抗、RLは回路
の負荷抵抗である。
FIG. 8 shows a typical circuit in which the present invention will most likely be used, where RB is the bias resistor and RL is the load resistance of the circuit.

はとんどの回路において、所望の特性を得るために抵抗
(RBとRL)は通常は、半導体構造中で適切にバイア
スされ配置されたFETの形で作られる。一般に負荷抵
抗は上述のJFET構造に極めて近いJFET構造によ
って作られる。これは容量を最小にし、ドーピングが最
適でなかった場合であっても優れた電気的特性を得るた
めである。多くの場合そのようなFETはソース電極に
接続されたゲート電極を有する。バイアス抵抗も通常は
FET構造で供給されるが、上述のような構造である必
要はない。また上述のJ FETに比べてゲート長が長
い。
In most circuits, the resistors (RB and RL) are usually made in the form of FETs appropriately biased and placed in a semiconductor structure to obtain the desired characteristics. Generally, the load resistor is made by a JFET structure that is very similar to the JFET structure described above. This is to minimize capacitance and obtain good electrical properties even if the doping is not optimal. Such FETs often have a gate electrode connected to a source electrode. The bias resistor is also typically provided in a FET structure, but need not be in the structure described above. Furthermore, the gate length is longer than that of the above-mentioned JFET.

本発明を実施するのにより複雑な回路も有用である。第
9図に本発明を実施するのに有用なカスコード段を含む
典型的な相互インピーダンス光受信回路を示す。
More complex circuits are also useful in implementing the invention. FIG. 9 shows a typical transimpedance optical receiver circuit including a cascode stage useful in implementing the present invention.

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

第1図はp型■−■半導体材料でできた基板を有するJ
FET構造の側面図、 第2図は第1図のJFET構造の斜視図、第3図は第1
図及び2図の構造とよく似ているが基板構造が異なるJ
FET構造の側面図、 第4図は本発明の基板構造を有するPINFET構造の
側面図、 第5図は第4図のPINFET構造の斜視図、 第6図はP lNFETデバイスが製造されるノ1.I
膚造を示す図、 第7図は双ゲート及びバックゲートを有するPINFE
T構造を示す図、 第8図はJFET構造およびPINFET構造を利用す
る典型的な回路を示す図、及び第9図は光検出器、JF
ET及びカスコード段を有する典型的な光電回路を示す
図である。 〔主要部分の符号の説明〕 基板・・・・11. 第一のエピタキシャル領域・・・
・12、第二エピタキシャル領域・・・・15、ソース
電極・・・・13、 ドレイン電極・・・・14、ゲー
ト電極・・・・16 手続補正書 昭和61年 4月18日 特許庁長官  宇 賀 道 部  殿 1、事件の表示 昭和61年特許願第 27763号 2、発明の名称 半導体デバイス 3、補正をする者 事件との関係  特許出願人 4、代理人 (1)別紙の通り浄書した明細書を1通提出致します。 (2)別紙の通り正式図面を1通提出致します。
Figure 1 shows a J with a substrate made of p-type ■-■ semiconductor material.
Figure 2 is a side view of the FET structure, Figure 2 is a perspective view of the JFET structure in Figure 1, and Figure 3 is a side view of the JFET structure in Figure 1.
J The structure is very similar to that in Figures and 2, but the substrate structure is different.
4 is a side view of a PINFET structure having a substrate structure of the present invention; FIG. 5 is a perspective view of the PINFET structure of FIG. 4; and FIG. 6 is a side view of the PINFET structure of FIG. .. I
Diagram showing skin structure, Figure 7 shows PINFE with double gate and back gate.
8 shows a typical circuit utilizing the JFET and PINFET structures, and FIG. 9 shows a photodetector, JFET structure.
1 shows a typical optoelectronic circuit with ET and cascode stages; FIG. [Explanation of symbols of main parts] Board...11. First epitaxial region...
・12, Second epitaxial region...15, Source electrode...13, Drain electrode...14, Gate electrode...16 Procedural Amendment April 18, 1988 Commissioner of the Japan Patent Office U Ka Michibe 1, Indication of the case Patent Application No. 27763 of 1985 2, Name of the invention Semiconductor device 3, Person making the amendment Relationship to the case Patent applicant 4, Attorney (1) Details written as attached. We will submit one copy of the letter. (2) We will submit one official drawing as shown in the attached sheet.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、a、基板、 b、n型伝導度を有するIII−V半導 体化合物を含み、該基板の少なくとも 一部に接触する第一のエピタキシャル 領域、 c、p型伝導度を有するIII−V半導 体化合物を含み、該第一エピタキシャ ル領域の少なくとも一部に接触し、あ る長さを有する第二のエピタキシャル 領域、 d、該第一エピタキシャル領域に接 触するソース及びドレイン電極、 e、該第二エピタキシャル領域に接 触するゲート電極、 を含む接合型電界効果トランジスタを少なくとも一つ含
む半導体デバイスにおいて、 該第一エピタキシャル領域に接触する該基 板の少なくとも一部はp型III−V半導体化合物である
ことを特徴とする半導体デバイス。 2、特許請求の範囲第1項記載のデバイ スにおいて、 該第一エピタキシャル領域に接触する該基 板の該部分はp型InPを含み、該第一及び第二エピタ
キシャル領域の該III−V半導体化合物はInPに対し
てほぼ格子整合されていることを特徴とする半導体デバ
イス。 3、特許請求の範囲第2項記載のデバイ スにおいて、 該基板はp型InPを含むことを特徴とす る半導体デバイス。 4、特許請求の範囲第1項記載のデバイ スにおいて、 該第一エピタキシャル領域に接触する該基 板の該部分はInPに対して格子整合されたp型InG
aAsを含むことを特徴とする半導体デバイス。 5、特許請求の範囲第4項記載のデバイ スにおいて、 該基板はp型InPを含むことを特徴とす る半導体デバイス。 6、特許請求の範囲第4項記載のデバイ スにおいて、 該基板はn型InPを含むことを特徴とす る半導体デバイス。 7、特許請求の範囲第1項記載のデバイ スにおいて、 該ゲート電極は該第二エピタキシャル領域 から突出するようにして該第二エピタキシャル領域上に
配置されていることを特徴とする半導体デバイス。 8、特許請求の範囲第1項記載のデバイ スにおいて、 該ゲートの該長さはソース及びドレイン電 極間の距離より短いかまたは等しく、該第一エピタキシ
ャル領域とのインタフェースに沿って測った該第二エピ
タキシャル領域の長さは該ゲート電極の該長さよりも短
いことを特徴とする半導体デバイス。 9、特許請求の範囲第1項記載のデバイ スにおいて、 該第一及び第二エピタキシャル領域はInPに格子整合
された組成を有し、InGaAs、InGaAsP、I
nGaAlAs、InAlAs及びInPから成る群か
ら選択されたIII−V半導体化合物を含むことを特徴と
する半導体デバイス。 10、特許請求の範囲第1項記載のデバイ スにおいて、 該ゲート電極はゲートパッドに電気的に接 続され、ゲート電極とゲートパッドとの間にエアブリッ
ジが存在することを特徴とする半導体デバイス。 11、特許請求の範囲第7項記載のデバイ スにおいて、 該ゲート電極の該第二エピタキシャル領域 からの突出は0.3ないし1.0μmであることを特徴
とする半導体デバイス。 12、a、n型III−V半導体化合物を含む 第一の領域、 b、真性III−V半導体化合物を含み、 該第一領域の少なくとも一部に接触す る第二のエピタキシャル領域、 c、III−V半導体化合物を含み、該 第二エピタキシャル領域の少なくとも 一部に接触する第三のエピタキシャル 領域、 d、n型伝導度のIII−V半導体化合 物を含み、該第三エピタキシャル領域 の少なくとも一部に接触する第四のエ ピタキシャル領域を含むPINFET 構造のJFET部分、 e、p型伝導度のIII−V半導体化合 物を含み、該第四エピタキシャル領域 の少なくとも一部に接触し、ある長さ を有する第五のエピタキシャル領域、 f、該第四エピタキシャル領域に接 触するソース及びドレイン電極、 g、該第五エピタキシャル領域に接 触しある長さを有するゲート電極、 れ、n型伝導度のIII−V半導体化合 物を含み該第三エピタキシャル領域の 少なくとも一部には接触するが該第四 または該第五エピタキシャル領域には 接触しない第六のエピタキシャル領域 を含むPINFET構造のPIN部分、 i、p型伝導度のIII−V半導体化合 物を含み、該第六エピタキシャル領域 の少なくとも一部には接触するが該第 四または該第五エピタキシャル領域に は接触しない第七のエピタキシャル領 域、 j、PIN接合の該p型部分を形成 するp型領域の少なくとも一部に接触 する導電性材料を含むp接点、 に、該p接点を該ゲート電極に電気 的に接続する手段、 を含むPINFET構造を少なくとも一つ含む半導体デ
バイスにおいて、 該第三エピタキシャル領域はp型III−V半 導体化合物を含むことを特徴とする半導体デバイス。 13、特許請求の範囲第12項記載のデバ イスにおいて、 該PIN接合の該p型部分を形成する該p 型領域は該p接点の下から、該第七エピタキシャル領域
の少なくとも一部を介し、該第六エピタキシャル領域の
一部を介して延び、該第三エピタキシャル領域に少なく
とも接触することを特徴とする半導体デバイス。 14、特許請求の範囲第12項記載のデバ イスにおいて、 該p接点は該第六及び第七エピタキシャル 領域を介して該第三エピタキシャル領域に電気的に接触
することを特徴とする半導体デバイス。 15、特許請求の範囲第13項記載のデバ イスにおいて、 該ゲート電極は該第四エピタキシャル領域 から突出するようにして該第五エピタキシャル領域上に
配置されることを特徴とする半導体デバイス。 16、特許請求の範囲第12項記載のデバ イスにおいて、 該第四エピタキシャル領域とのインタフェ ースに沿って測った該第五エピタキシャル領域の長さは
該ゲート電極の長さより短いことを特徴とする半導体デ
バイス。 17、特許請求の範囲第16項記載のデバ イスにおいて、 該第一領域はn型InPの基板であり、該 第二、三、四、五、六及び七エピタキシャル領域はIn
Pに格子整合された組成を有するIII−V半導体化合物
であることを特徴とする半導体デバイス。 18、特許請求の範囲第17項記載のデバ イスにおいて、 該第二エピタキシャル領域のIII−V半導体 化合物はInPにほぼ格子整合された組成を有する真性
InGaAsであることを特徴とする半導体デバイス。 19、特許請求の範囲第18項記載のデバ イスにおいて、 該第三エピタキシャル領域はInPに格子 整合された組成を有する非ドープInAlAsであるこ
とを特徴とする半導体デバイス。 20、特許請求の範囲第18項記載のデバ イスにおいて、 該第三エピタキシャル領域は半絶縁性InPであること
を特徴とする半導体デバイス。 21、特許請求の範囲第20項記載のデバ イスにおいて、 該半絶縁性InPは金属−有機化学蒸着に よって形成された、FeをドープされたInPであるこ
とを特徴とする半導体デバイス。 22、特許請求の範囲第12項記載のデバ イスにおいて、 該第四及び第六エピタキシャル領域と該第 五及び第七エピタキシャル領域は同一のIII−V半導体
化合物を含むことを特徴とする半導体デバイス。 23、特許請求の範囲第22項記載のデバ イスにおいて、 該第四及び第六エピタキシャル領域はn型 InPを含み、該第五及び第七エピタキシャル領域はp
型InPを含むことを特徴とする半導体デバイス。 24、特許請求の範囲第23項記載のデバ イスにおいて、 該第四及び第六エピタキシャル領域はn型 InGaAsであり、該第五及び第七エピタキシャル領
域はp型InPであることを特徴とする半導体デバイス
[Scope of Claims] 1. a. a substrate; b. a first epitaxial region comprising a III-V semiconductor compound having n-type conductivity and contacting at least a portion of the substrate; c. having p-type conductivity. a second epitaxial region contacting at least a portion of the first epitaxial region and having a length; d; source and drain electrodes contacting the first epitaxial region; e. a gate electrode in contact with the second epitaxial region, wherein at least a portion of the substrate in contact with the first epitaxial region is made of a p-type III-V semiconductor compound; A semiconductor device characterized by: 2. The device of claim 1, wherein the portion of the substrate in contact with the first epitaxial region comprises p-type InP, and the III-V semiconductor compound in the first and second epitaxial regions comprises: A semiconductor device characterized by being substantially lattice matched to InP. 3. The device according to claim 2, wherein the substrate contains p-type InP. 4. The device according to claim 1, wherein the portion of the substrate in contact with the first epitaxial region is made of p-type InG lattice matched to InP.
A semiconductor device comprising aAs. 5. The device according to claim 4, wherein the substrate contains p-type InP. 6. The semiconductor device according to claim 4, wherein the substrate contains n-type InP. 7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode is disposed on the second epitaxial region so as to protrude from the second epitaxial region. 8. The device of claim 1, wherein the length of the gate is less than or equal to the distance between the source and drain electrodes and the length of the second epitaxial region measured along the interface with the first epitaxial region. A semiconductor device characterized in that the length of the epitaxial region is shorter than the length of the gate electrode. 9. The device according to claim 1, wherein the first and second epitaxial regions have a composition lattice matched to InP, and include InGaAs, InGaAsP, I
A semiconductor device comprising a III-V semiconductor compound selected from the group consisting of nGaAlAs, InAlAs and InP. 10. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode is electrically connected to a gate pad, and an air bridge exists between the gate electrode and the gate pad. 11. The semiconductor device according to claim 7, wherein the gate electrode protrudes from the second epitaxial region by 0.3 to 1.0 μm. 12. a. A first region comprising an n-type III-V semiconductor compound; b. A second epitaxial region comprising an intrinsic III-V semiconductor compound and contacting at least a portion of the first region; c. III- a third epitaxial region comprising a III-V semiconductor compound and contacting at least a portion of the second epitaxial region; d, comprising a III-V semiconductor compound of n-type conductivity and contacting at least a portion of the third epitaxial region; a fifth epitaxial region having a length and comprising a III-V semiconductor compound of p-type conductivity and contacting at least a portion of the fourth epitaxial region; an epitaxial region; f a source and drain electrode in contact with the fourth epitaxial region; g a gate electrode having a length in contact with the fifth epitaxial region; a PIN portion of a PINFET structure comprising a sixth epitaxial region contacting at least a portion of the third epitaxial region but not contacting the fourth or fifth epitaxial region; i, III-V of p-type conductivity; a seventh epitaxial region comprising a semiconductor compound and contacting at least a portion of the sixth epitaxial region but not contacting the fourth or fifth epitaxial region, j forming the p-type portion of the PIN junction; A semiconductor device comprising at least one PINFET structure comprising: a p-contact comprising a conductive material contacting at least a portion of a p-type region; and means for electrically connecting the p-contact to the gate electrode. A semiconductor device, wherein the three epitaxial regions include a p-type III-V semiconductor compound. 13. The device according to claim 12, wherein the p-type region forming the p-type portion of the PIN junction is formed from below the p-contact through at least a portion of the seventh epitaxial region, and A semiconductor device extending through a portion of a sixth epitaxial region and at least contacting the third epitaxial region. 14. The device according to claim 12, wherein the p-contact electrically contacts the third epitaxial region via the sixth and seventh epitaxial regions. 15. The device according to claim 13, wherein the gate electrode is disposed on the fifth epitaxial region so as to protrude from the fourth epitaxial region. 16. The device according to claim 12, wherein the length of the fifth epitaxial region measured along the interface with the fourth epitaxial region is shorter than the length of the gate electrode. . 17. The device according to claim 16, wherein the first region is an n-type InP substrate, and the second, third, fourth, fifth, sixth and seventh epitaxial regions are InP.
A semiconductor device characterized in that it is a III-V semiconductor compound having a composition lattice matched to P. 18. The device according to claim 17, wherein the III-V semiconductor compound in the second epitaxial region is intrinsic InGaAs having a composition substantially lattice matched to InP. 19. The device according to claim 18, wherein the third epitaxial region is undoped InAlAs having a composition lattice matched to InP. 20. The semiconductor device according to claim 18, wherein the third epitaxial region is semi-insulating InP. 21. The device of claim 20, wherein the semi-insulating InP is Fe-doped InP formed by metal-organic chemical vapor deposition. 22. The device according to claim 12, wherein the fourth and sixth epitaxial regions and the fifth and seventh epitaxial regions contain the same III-V semiconductor compound. 23. The device according to claim 22, wherein the fourth and sixth epitaxial regions include n-type InP, and the fifth and seventh epitaxial regions include p-type InP.
A semiconductor device comprising type InP. 24. The device according to claim 23, wherein the fourth and sixth epitaxial regions are n-type InGaAs, and the fifth and seventh epitaxial regions are p-type InP. .
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