JPS62217672A - Field-effect semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
二次元電子ガス層を有するヘテロ接合PETにおいて、
n −GaAs層 n −AN GaAs層 i −G
aAsからなる構造を持ち、かつn −GaAsの厚さ
を1100Å以上として、二次元電子ガス層とソース、
ドレインの各電極との接続抵抗を低減する。[Detailed Description of the Invention] [Summary] In a heterojunction PET having a two-dimensional electron gas layer,
n -GaAs layer n -AN GaAs layer i -G
It has a structure made of aAs and has a thickness of n-GaAs of 1100 Å or more, and has a two-dimensional electron gas layer, a source,
Reduce the connection resistance between the drain and each electrode.
この発明は、ヘテロ接合FETの構造に係り、特にその
性能を向上することを可能とするエビクキシャル層構造
及び電極構造に関する。The present invention relates to the structure of a heterojunction FET, and particularly to an evixaxial layer structure and an electrode structure that make it possible to improve its performance.
第5図に従来のへテロ接合FETのHEMTの素子断面
図を示す。第5図において、1は半絶縁性(S−1)G
aAs基板、2は二次元電子ガス層2DEGが形成され
る非ドープのGaAs (i −GaAs)層、3はキ
ャリア供給層のn型不純物をドープした半導体層で、こ
こではn −A# XGa1−yAs層で形成されてい
る。また、キャリア供給層3の上に保護層であるキャッ
プ層4が形成されており、ここではn −GaAs層で
構成されている。ゲート電極形成部には凹部がキャップ
層4を越えて形成され、ゲート電極8を形成する。一方
ソース電極5及びドレイン電極6がキャップ層4の上に
通常蒸着等で設けられ、アロイ処理を行ない二次元電子
ガスR2D E Gとオーミックコンタクトをとってい
る。FIG. 5 shows a cross-sectional view of a HEMT of a conventional heterojunction FET. In Figure 5, 1 is semi-insulating (S-1) G
an aAs substrate; 2 is an undoped GaAs (i-GaAs) layer on which a two-dimensional electron gas layer 2DEG is formed; 3 is a semiconductor layer doped with n-type impurities as a carrier supply layer; here, n-A# XGa1- It is formed of a yAs layer. Further, a cap layer 4 which is a protective layer is formed on the carrier supply layer 3, and is made of an n-GaAs layer here. A concave portion is formed in the gate electrode forming portion beyond the cap layer 4 to form a gate electrode 8. On the other hand, a source electrode 5 and a drain electrode 6 are provided on the cap layer 4 by ordinary vapor deposition or the like, and are subjected to an alloying process to make ohmic contact with the two-dimensional electron gas R2DEG.
従来、キャップ層4は単なる保護膜と考えられており、
その厚さを薄<シてソース、ドレインのオーミックコン
タクトをとる際の障害にならないように配慮されていた
。特に、キャップ層のn −GaAsとキャリアイ共給
層3のn −AI!xGa+−xへSとのへテロ界面に
生じるエネルギギャップ(通常0.3eV程度)のため
、キャップ層4が厚い場合はソそのため、通常、キャッ
プ層4は300人程度に形成されている。Conventionally, the cap layer 4 is considered to be just a protective film.
Care was taken to keep the thickness thin so that it would not become an obstacle when making ohmic contacts between the source and drain. In particular, n -GaAs of the cap layer and n -AI of the carrier co-supply layer 3! Because of the energy gap (usually about 0.3 eV) that occurs at the heterointerface between xGa+-x and S, if the cap layer 4 is thick, the cap layer 4 is usually formed to have a thickness of about 300 layers.
ソース、ドレインと2DECとの接続を考えるとき、第
5図に矢印し1、Llで示した2つのパスが考えられる
。従来、ソース電極5及びドレイン電極6を形成する際
にアロイ処理を行ない、アロイ領域をキャップ層4、キ
ャリア供給層3を貫いて2DEGに延びるようにし1、
ようとしていた。When considering the connection between the source, drain and 2DEC, two paths are considered, indicated by arrows 1 and Ll in FIG. Conventionally, when forming the source electrode 5 and the drain electrode 6, an alloying process is performed so that the alloy region extends to 2 DEGs through the cap layer 4 and the carrier supply layer 3.
I was trying.
即ち、L、のパスの抵抗の低減のみ配慮していた。That is, consideration was given only to reducing the resistance of the path L.
電流パスとして、第5図に第2のパスとして示すLlが
あるが、従来、前記のキャップ層のn−GaAs(!ニ
ーt−セリア供給層3のn−1!xGaトxAsとのへ
テロ界面に生じるエネルギギャップ(通常0.3 eV
程度)のため、このLlのパスはコンタクト抵抗の低減
に寄与しないものと考えられていた。As a current path, there is Ll shown as a second path in FIG. Energy gap created at the interface (usually 0.3 eV
It was thought that this Ll path would not contribute to reducing the contact resistance.
以上の観点に基づき、本発明者が実験及び計算でもとめ
た結果からも、第4図に示すようにキャップ層4の厚さ
dを700Å以上にすると急激に2DECとソース電極
とのコンタクト抵抗RCIが増大することが観察された
。Based on the above points of view, and also from the results obtained by the inventor through experiments and calculations, as shown in FIG. was observed to increase.
本発明は、ヘテロ接合FETの性能の向上のために、ソ
ース抵抗をより低減することが必要であるという認識の
もとに、なされたものである。The present invention was made based on the recognition that in order to improve the performance of a heterojunction FET, it is necessary to further reduce the source resistance.
本発明においては、互いに格子整合した非ドープのGa
As層とn型不純物をドープしたA7IGaAsffl
とn型GaAsとがその順で隣接配置され、該非ドープ
のGaAsのAj2 GaAs側の界面近傍に二次元電
子ガス層が形成される電界効果型半導体装置において、
前記n型GaAs層の厚さを1100Å以上にするとと
もに、該n型0865層にオーミックに接触するソース
及びドレインの合金電極を形成し、それぞれ前記二次元
電子ガス層とのオーミック接続を形成してなることを特
徴とする電界効果型半導体装置を提供する。In the present invention, mutually lattice matched undoped Ga
A7IGaAsffl doped with As layer and n-type impurity
and n-type GaAs are arranged adjacent to each other in that order, and a two-dimensional electron gas layer is formed near the interface of the undoped GaAs on the Aj2 GaAs side,
The thickness of the n-type GaAs layer is set to 1100 Å or more, and source and drain alloy electrodes are formed in ohmic contact with the n-type 0865 layer to form ohmic connections with the two-dimensional electron gas layer, respectively. A field effect semiconductor device is provided.
本発明者は、上記のように従来技術的常識とされ、これ
まで顧みることがなかったキャップ層の厚さの厚い領域
を含めて広範囲にキャップ層の厚さを変えて実験した。As described above, the present inventor conducted experiments by varying the thickness of the cap layer over a wide range, including a region where the thickness of the cap layer is thick, which is considered common knowledge in the prior art and has not been considered until now.
その実験結果を第1図に例示している。第1図において
、キャップ層の厚さを横軸に、コンタクト抵抗を縦軸に
とっている。The experimental results are illustrated in FIG. In FIG. 1, the thickness of the cap layer is plotted on the horizontal axis, and the contact resistance is plotted on the vertical axis.
RCと指示するのがTLM (Transmissi
on Line Model)で測定したコンタクト
抵抗である。また、RCIと指示するのは先に第4図に
示したLlのソース、ドレインの各電極と二次元電子ガ
ス層2DEGとの接触抵抗をRCと計算により求めたも
のであり、一方、RC2と指示するのは、キャップ層と
ソース、ドレインの各電極の間の接触抵抗をRCと計算
から求めたものである。RC indicates TLM (Transmissi).
Contact resistance measured using on-line model. In addition, RCI is the contact resistance between the source and drain electrodes of Ll shown in FIG. 4 and the two-dimensional electron gas layer 2DEG calculated by RC, while RC2 and What is indicated is the contact resistance between the cap layer and the source and drain electrodes determined from RC and calculation.
この第1図の実験結果から、キャップ層を従来の場合よ
り、厚くしてソース、ドレインの各電極とのオーミック
コンタクトを良好にすることにより、素子のソース抵抗
を低減できることが予測される。From the experimental results shown in FIG. 1, it is predicted that the source resistance of the device can be reduced by making the cap layer thicker than in the conventional case to improve ohmic contact with the source and drain electrodes.
そこで、本発明者等は、後で実施例として詳しく説明す
る第2図のへテロ素子構造についてキャップ層のn −
GaAs層の厚さdとソース抵抗Rsとの関係を測定し
た。その結果、第3図○印のように実際の素子構造にお
いても、キャップ層を厚くし、キャップ層とソース、ド
レインの各電極とのオーミックコンタクトを良好にとる
とソース抵抗を低減できることが明らかになった。なお
、実線で示したのが、ソース抵抗の計算値である。Therefore, the present inventors have determined that the cap layer has an n -
The relationship between the thickness d of the GaAs layer and the source resistance Rs was measured. As a result, it is clear that even in the actual device structure, as shown by the circle mark in Figure 3, the source resistance can be reduced by making the cap layer thicker and making good ohmic contact between the cap layer and the source and drain electrodes. became. Note that the solid line indicates the calculated value of the source resistance.
第2図に、本発明の実施例のへテロ接合FETのHEM
Tの素子断面図であり、図はゲート電極形成前の状態に
相当する。FIG. 2 shows the HEM of the heterojunction FET according to the embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of an element of T, and the figure corresponds to a state before formation of a gate electrode.
図において、21は基板で半導体絶縁性GaAsを用い
ている。In the figure, reference numeral 21 denotes a substrate made of semiconductor insulating GaAs.
22は二次元電子ガス層(2DEC)27が形成される
半導体層でi −GaAsで形成さる。22 is a semiconductor layer on which a two-dimensional electron gas layer (2DEC) 27 is formed, and is made of i-GaAs.
23はキャリア供給層でn−八l xGal−x As
で構成されている。なお、ここではキャリア供給層は2
つの層に分れており、2DEG側の200人のnA7!
X Ga1−xAs (X = 0.3 )の層と、3
00人のAβ組成変化屓(g−n−八l x Gap−
xAsn xは内側で0.3で表面側でOになるよう
に変化する)で構成されている。23 is a carrier supply layer n-8l x Gal-x As
It consists of Note that here, the carrier supply layer is 2.
It is divided into two layers, with 200 nA7 members on the 2DEG side!
a layer of X Ga1-xAs (X = 0.3), and 3
Aβ composition change in 00 people (gn-8l x Gap-
xAsn x changes from 0.3 on the inside to O on the surface side).
ここではそのX値を22のi −GaAsに隣接する(
則でX=0.3となし、キャ′ンブ層24のn −Ga
Asに接する側でx=Qとしている。このキャリア供給
層23はキャリア濃度2×1018CI11−3にn型
不純物でドープされている。Here, its X value is set adjacent to 22 i -GaAs (
According to the rule, X = 0.3, and the n-Ga
On the side in contact with As, x=Q. This carrier supply layer 23 is doped with n-type impurities to a carrier concentration of 2×10 18 CI 11-3.
24のキャップ層はn −GaAsで形成され、2×1
0”cn−’にドープされている。そして、このキャッ
プ層の表面近傍は2 X 101”程度の高濃度にn型
不純物でドープしている。本実施例では、このキヤ・ン
フ゛屓の厚さを300人、700人、1100人、15
00人の4通りに変えて実験した。The cap layer of 24 is formed of n-GaAs and has a 2×1
The cap layer is doped with an n-type impurity at a high concentration of about 2×101” near the surface. In this embodiment, the thickness of this canvas is 300 people, 700 people, 1100 people, and 15 people.
An experiment was conducted with 00 people in four different ways.
以上の各半導体層は一連のエピタキシャル成長工程によ
り形成される。Each of the above semiconductor layers is formed by a series of epitaxial growth steps.
次に、ソース、ドレインの各電極の形成法を説明する。Next, a method for forming the source and drain electrodes will be explained.
25.26がそれぞれソース電極及びドレイン電極であ
る。これらはそれぞれオーミ・ツクメタルとして八u/
AuGe (Auの厚さ4000人、AuGeの厚さ
200人)を蒸着形成し、アロイ条件として窒素(N2
)雰囲気で460℃で1分間熱処理して形成している。25 and 26 are a source electrode and a drain electrode, respectively. These are respectively 8u/ as Omi Tsukumetal.
AuGe (Au thickness 4000 mm, AuGe thickness 200 mm) was formed by vapor deposition, and nitrogen (N2
) is formed by heat treatment at 460° C. for 1 minute in an atmosphere.
以上の、ペテロ構造について、前記のようにキヤ・ンブ
層の厚さを300人、700人、1100人、1500
人の4通りに変えて、ソース抵抗を計測した結果を第3
図に示す。図から明らかなように、キャップ層のn −
GaAsの厚さを従来より十分厚い1100人にすると
ソース抵抗Rsが実用上十分と考えられる1Ωに近い良
好な特性を示す。そして、キャップ層の厚さを1500
人にすると1Ωというさらに優れた値を得た。なお、キ
ャップ層の厚さを1500Å以上にしてもソース抵抗R
sの低減効果は飽和してくる。キャップ層の厚さには自
ずから限界がある。例えば、キャップ層が厚いと、キャ
ップ層とソース、ドレインの各電極とのオーミックコン
タクトをとるためのアロイを深く形成することが必要に
なり、処理温度が高くなる等で素子特性上に悪影響を与
えることが制限条件となる。このようなことから、実用
上の上限のキャップ層の厚さdは3000人程度と考え
られる。 本実施例の構成で従来よりソース抵抗が低減
される理由の第1はキャップ層24の厚味を厚くしたた
めキャップ層24とソース、ドレイン電極25.26と
の接触抵抗が向上したことと考えられ、また、理由の第
2は、11組成変化層(g−n−八I!X Ga1−X
へS)をキャリア供給層23に導入したことにより、キ
ャップ層24とキャリア供給層23との接触抵抗二低減
したためと考えられる。For the above Peter structure, the thickness of the cab layer is 300, 700, 1100, and 1500 as described above.
The results of measuring the source resistance in four different ways are shown in the third figure.
As shown in the figure. As is clear from the figure, n − of the cap layer
When the thickness of GaAs is increased to 1100 mm, which is sufficiently thicker than the conventional one, the source resistance Rs exhibits good characteristics close to 1 Ω, which is considered to be sufficient for practical use. And the thickness of the cap layer is 1500
In humans, an even better value of 1Ω was obtained. Note that even if the thickness of the cap layer is 1500 Å or more, the source resistance R
The effect of reducing s becomes saturated. There is a natural limit to the thickness of the cap layer. For example, if the cap layer is thick, it is necessary to form the alloy deeply to make ohmic contact between the cap layer and the source and drain electrodes, which increases the processing temperature and adversely affects the device characteristics. This becomes a limiting condition. For this reason, the practical upper limit of the thickness d of the cap layer is considered to be about 3000 layers. The first reason why the structure of this embodiment reduces the source resistance compared to the conventional one is that the thickness of the cap layer 24 is increased, which improves the contact resistance between the cap layer 24 and the source and drain electrodes 25 and 26. , and the second reason is that 11 composition change layers (gn-8I!X Ga1-X
This is considered to be because the contact resistance between the cap layer 24 and the carrier supply layer 23 was reduced by introducing S) into the carrier supply layer 23.
以上のことから明らかなように、本発明によれば、キャ
ップ層のn −GaAsの厚さを1000Å以上にする
ことにより、ペテロ接合F ’E Tのコンタクト抵抗
、ソース抵抗を低減することができるので、ペテロ接合
FETの素子特性をより向上することを可能にする。As is clear from the above, according to the present invention, by making the thickness of n-GaAs of the cap layer 1000 Å or more, the contact resistance and source resistance of the Peter junction F'ET can be reduced. Therefore, it is possible to further improve the device characteristics of the Peter junction FET.
第1図は、キャップ層のn −GaAs層の厚さに対す
るコンタクト抵抗の依存性を示す図、第2図は本発明の
実施例のへテロ構造を示す図、第3図は実施例の構造の
ソース抵抗の測定結果を示す図、第4図は二次元電子ガ
ス層に対して直接コンタクトをとる場合のコンタクト抵
抗を示す図、第5図は従来例としてのへテロ接合FET
の素子断面図である。
21は基板の半導体絶縁性GaAs
22は二次元電子ガス層(2DEC)27が形成される
半導体層のi−GaAs
23はキャリア供給層のn−八(l xGap−xAs
で24はキャ゛ンブ層のn −GaAs
25.26はそれぞれソース電極及びドレイン電極
特許出廓人 富士通株式会社
代理人 弁理士 玉蟲久五部(外1名)キマップ噛厚み
とコンタクト抵抗の関係を示す図第 1 図
実施例のへテロ構造を示す図
第 2 図
実施例のソース抵抗の測定結果を示す図第 3 図
2DEGに対するコンタクト抵抗を示す図第 4
図
従来例の素子断面図
第 5 図FIG. 1 is a diagram showing the dependence of contact resistance on the thickness of the n-GaAs layer of the cap layer, FIG. 2 is a diagram showing a heterostructure of an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram of the structure of the embodiment. Figure 4 is a diagram showing the contact resistance when making direct contact with the two-dimensional electron gas layer. Figure 5 is a diagram showing the measurement results of the source resistance of a conventional heterojunction FET.
FIG. 21 is a semiconductor insulating GaAs substrate, 22 is an i-GaAs semiconductor layer on which a two-dimensional electron gas layer (2DEC) 27 is formed, and 23 is an n-8 (l x Gap-x As) carrier supply layer.
24 is n-GaAs in the cavity layer. 25. 26 is the source electrode and drain electrode, respectively. Patent agent: Fujitsu Limited Representative, Patent attorney, Gobe Tamamushi (one other person). Relationship between thickness and contact resistance. Fig. 1 shows the heterostructure of the embodiment Fig. 2 shows the measurement results of the source resistance of the embodiment Fig. 2 Fig. 2 shows the contact resistance for DEG
Figure 5 Cross-sectional view of conventional device
Claims (2)
不純物をドープしたAlGaAs層とn型GaAsとが
その順で隣接配置され、該非ドープのGaAsのAlG
aAs側の界面近傍に二次元電子ガス層が形成される電
界効果型半導体装置において、 前記n型GaAs層の厚さを1100Å以上にするとと
もに、該n型GaAs層にオーミックに接触するソース
及びドレインの合金電極を形成し、それぞれ前記二次元
電子ガス層とのオーミック接続を形成してなることを特
徴とする電界効果型半導体装置。(1) An undoped GaAs layer, an n-type impurity-doped AlGaAs layer, and n-type GaAs that are lattice matched to each other are arranged adjacent to each other in that order, and the undoped GaAs is
In a field effect semiconductor device in which a two-dimensional electron gas layer is formed near the interface on the aAs side, the thickness of the n-type GaAs layer is 1100 Å or more, and the source and drain are in ohmic contact with the n-type GaAs layer. A field-effect semiconductor device comprising: alloy electrodes formed thereon, each forming an ohmic connection with the two-dimensional electron gas layer.
記n型GaAs層に接触する側のAlの割合が低減する
ように形成してな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半導体装置。(2) The electric field according to claim 1, characterized in that the AlGaAs layer doped with the n-type impurity is formed such that the proportion of Al on the side in contact with the n-type GaAs layer is reduced. Effective semiconductor device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP6041886A JPS62217672A (en) | 1986-03-18 | 1986-03-18 | Field-effect semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP6041886A JPS62217672A (en) | 1986-03-18 | 1986-03-18 | Field-effect semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62217672A true JPS62217672A (en) | 1987-09-25 |
JPH0260220B2 JPH0260220B2 (en) | 1990-12-14 |
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ID=13141629
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP6041886A Granted JPS62217672A (en) | 1986-03-18 | 1986-03-18 | Field-effect semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS62217672A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005191449A (en) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Field-effect transistor |
-
1986
- 1986-03-18 JP JP6041886A patent/JPS62217672A/en active Granted
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005191449A (en) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Field-effect transistor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0260220B2 (en) | 1990-12-14 |
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