JPS6251268A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

Info

Publication number
JPS6251268A
JPS6251268A JP18959385A JP18959385A JPS6251268A JP S6251268 A JPS6251268 A JP S6251268A JP 18959385 A JP18959385 A JP 18959385A JP 18959385 A JP18959385 A JP 18959385A JP S6251268 A JPS6251268 A JP S6251268A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
drain
gate
layer
source
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP18959385A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshifumi Katayama
片山 良史
Yoshimasa Murayama
村山 良昌
Makoto Morioka
誠 森岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP18959385A priority Critical patent/JPS6251268A/ja
Publication of JPS6251268A publication Critical patent/JPS6251268A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、heterostructureを有する半
導体装置に関するものである。
〔発明の背景〕
ガリウム砒素(GaAs)はその電子の移動度がシリコ
ンに比して著しく高く、高速デバイスを作成するに適し
た材料である。しかしながら、この材料上に良質な絶縁
層を形成することが困難であるためにシリコンのような
M OS (Metal、−0xjde−Sem1co
nunctor)型の電界効果トランジスタは実現され
ていない。とるが近年、絶縁層のかわりに、ドナー不純
物を添加したアルミニウムガリウム砒素(jQGaAs
 )結晶を用いると、その界面に担体が誘起され電界果
型トランジスタが作成できることがわかつてきた。
第1図はこのl・ランジスタの動作領域バンド構造図で
ある。1,3は電極部、】−2は不純物を含有するA 
Q GaAs層、11は実質的に不純物を含有しないG
aAs層である。又F、はフェルミレベルを示す。
第1図において15はこの担体であるが二次元的なポテ
ンシャルの中にとじ込められている。この担体15は、
AQGaAs  (1,2)中のドナー不純物準位(1
4)から供給され、不純物を含有しないGaAs(11
)中を走行する。即ち、担体15はイオン化したドナー
不純物とは場所的に分離されている。その結果、不純物
ポテンシャルによる散乱が著しく減少し、高移動度が実
現できる。しかしながら、この高移動度の電子を用いて
トランジスタを作成する場合、A Q GaAs中に多
量のドナーが添加されているために、ゲート電圧が界面
領域に有効にかからず、相互コンダクタンスを下げる結
果になってしまう。これを防ぐためには。
MO8構造のように不純物を添加しないAlGaAsを
用いることが望ましい。
しかしながら、ヨツトキー型のゲー1〜の場合には、ソ
ースおよびドレイン電極と、チャンネルとの間にはMO
8構造の場合とは異なり、間隙ができている。その結果
、A Q GaAsあるいはGaAs中にドナー不純物
を添加しない場合には担体がこの間隙部に誘起されず、
従ってチャンネルとソース・ドレイン電極とを接続する
ことができず、トランジスタとして動作しえない。
このような欠点を除いた半導体装置の例として次の如き
の半導体装置がある。たとえば、日本国特開昭58−9
1682号公報にみられる。この半導体装置の要点は、
このチャンネルとソース・ドレイン電極間の間隙領域の
、禁制茶巾の広いゲート電極側の半導体、即ち上記の例
ではAl、GaAs中にドナー不純物を導入し、ゲート
電極直下のチャンネル部には不純物を導入しないことを
特徴とする電界効果トランジスタである。
かかる構造によって、(1)チャンネル近傍のA D 
GaAs中に散乱中心になる不純物がないために、移動
度が増大する、(2)AQGaAs層をMOSトランジ
スタにおける絶縁層と同等の働きを持たせることができ
るので、ゲート電圧を有効にチャンネル部に印加でき、
相互コンダクタンスを増大できること、(3)間隙部に
はドナー不純物から担体が供給されるので、チャンネル
部とソース、ドレイン電極が接続でき、1〜ランジスタ
として作動する等の特徴を有する。
さらにA1.GaAsおよびGaAsからなるヘテロ構
造電界効果トランジスタの場合には、GaAsとAlG
aAsとの伝導帯の界面での差が約0.3eVであり、
ショットキー障壁が約0.6eV程度である。従って、
不純物を添加しないA Q GaAsを用いた場合には
、ゲート電圧をかけない状態ではチャンネルが形成され
ない。第2図にこの場合のバンド構造図を示す、13は
やはり電極部、12はAlGaAs層、11はGaAs
層で、FMはフェルミレベルを示している。第2図の場
合、ノーマリオフ状態であり、ゲートに正の電圧をかけ
ることによってチャンネルが形成される。すなわちエン
ハンスメント型のトランジスタとなる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、前記の如き不純物を添加しないヘテロ
構造を用いた後者の電界効果1−ランジスタ(FET)
においてソース及びドレイン領域になる不純物を導入し
た領域の位置及び構造を工夫することにより、ドレイン
−ゲート間耐圧を向上させかつ製造過程における裕度を
大きく歩留りを向上させる構造を提供するこににある。
〔発明の概要〕
本発明に係わる半導体装置は次の様な基本構成を有する
即ち、キャリア移送領域を構成するためのヘテロ接合を
形成する第1および第2の半導体層と、キャリアの制御
手段と、キャリアの送受手段とを少なくとも有する半導
体装置において、前記キャリアの送受手段の間の半導体
層には不純物を101′′ロー3以下しか含まない領域
を有している。
本発明はこうした半導体装置においてゲート端に対して
ドレイン領位が空乏層の厚さの2倍以上には離れていな
い如くに構成するものである。
なお、ソースおよびドレインに隣接する領域には101
7G−3以上含有せしめるのが一般的である。
通常は3 X 1. OcxnlllG−3程度が高濃
度の上限である。
この発明の要点を第3図の構造のFETの例を用いて説
明する。ソースおよびドレイン領域になる不純物を導入
した領域24及び25は、ゲート電極28の下部に重な
るようにするか又は丁度ゲート電極の端の直下で止まる
ようにすることが通常行なわれている。(なお、第3図
における他の部位は、第4図におけるそれと同一符号で
示されているので、第4図の説明を参照されたし。)し
かし、これらの構造ではグー1〜長が極く小さくなった
場合、ドレイン耐圧の低下の低下をもたらす。
本発明はヘテロ構造の特徴を利用してゲート電極端とド
レイン領域の間に空隙を持たせることで除かれる。この
空隙の長さnaoが大きすぎるとFETとして動作しな
い。QODの値としては、空乏層の厚さの程度(即ち、
実質的に空乏層とみなし得る厚さ)まで大きくすること
ができる。また、ソース領域24とゲート電極の間の重
なりが大きいとゲート耐圧が低下するが、これは、不純
物を導入した領域を表面から遠ざけ、表面での不純物濃
度を10■17−3程度以下にすることで解決される6
以上の工夫により、ドレイン耐圧を向上させ、かつ、ゲ
ート電極とソース、ドレイン領域の合せ精度が大巾に緩
和されるので、素子製造の歩留りが向上する。
ゲート電極28とドレイン領域25の間の間隙(Q O
D)によるドレイン耐圧の向上はQ01+が不純物をド
ープしない半導体層23の厚さくd)に達した時、効果
として観測される。しかし、ioが余り大きく離れると
、ソース−ドレイン間の直列抵抗が大きくなり、F 、
E Tとしての特性が劣化する。このようにして決まる
Q6゜の限界はゲルト電圧が零における空乏層の厚さく
W)である。
即ち  d≦Q (ID≦2W ここに 但し、 ε8:層22中の誘電率、 N、:層22中の不純物濃度 e:電子の電荷 AV。:層23と層22の界面での位導帯・端の段差 vo :ゲート電圧         ゛後述する実施
例の場合、AV、は0,3eV程度テアルノテ、Nu 
= 1016am−3とすると、VG’=0(■)で、
空乏層の幅(W)は5000人程度程々る。
一方、ゲート電極とソース領域の間の間隙(n aa)
を大きくするとソース領域からのキャリアの注入効率が
低下する。従って、nonは半導体層(23)の厚さく
d)より大きくすることができない。
本明細書では具体例としてGaAs−GaAflAs係
で構成した半導体装置に関して説明したが、他のヘテロ
接合を構成する化合物半導体材料においても勿論適用可
能である。
たとえば、AQyGa、−yAs  AQzGaQ  
XA8#GaAs−AQGaAsP、 INP−InG
aAsPt INP−InGaAs。
InAs −GaAsSb等である。
〔発明の実施例〕
実施例1 第4図(a)〜(Q)に主要工程を示す。半絶縁性’G
aAs基板21上に、分子線エピタキシー法を用いて不
純物を故意には添加しないGaAS層22を約1μm(
通常、5000A 〜1 、5 p m程度としている
。)を基板温度580℃にて成長したのち、AQとGa
との組成比が約0.3 : 0.7になるA Q Ga
As一層(23)を120OA (大略500〜500
0Aの範囲で選択している。)成長させる第4図(、)
いずれの層にも不純物は特に添加しないが、Gajks
層22中でのドナー濃度は約I X 1016an−”
であった。
上記エピタキシャル層上に、CVD法(Chemi、c
alVarour 、 Depo、5ition )に
よりS i O,を約4000大成長させ、フォトリソ
グラフィ技術により、ソース及びドレイン領域となるべ
き部分をエツチングにより除去したちの29をイオン打
込みの際のマスクとしてSjイオン31−を70KeV
で2×10131−2で打込む。イオン打込みにより発
生した格子欠陥を除去し、イオンを活性化させるために
850℃で5秒間フラッシュアニールした。第4図(b
)に24..25として示したのがこの不純物領域であ
る。イオンの活性化率を高めるためもっと長い時間アニ
ールする方が望ましいが、A Q GaAs 。
GaAs界面のボケを防ぎ、また不純物の拡散を防ぐた
めに上記の条件でアニールは行っている。
なお、上記ドナー不純物としてはSiの外にGe、Sn
、’l’e、Ss、S等を用いることが出来ル。大略1
013〜1014am−”の程度をイオン打込みする不
純物濃度はキャリアをどの程度生ぜしぬる必要があるか
によってきまる。
次にイオン打込層とつながってソースおよびドレイン電
極領域を通常の合金法で形成した。このソースおよびド
レイン領域の形成は、たとえば、A u −G e合金
(2000人)−Ni  (150人)−Au (30
00人)所定のところ(26,27)に堆積し、水素雰
囲気中で400℃、5分間の加熱によって行う。
次いで、所定の部分に金属AΩを堆積してゲート電極を
形成してゲート長2μmの電界効果トランジスタ(FE
T)を作成した。なお、ゲート端とソース、ドレイン領
域との距離は、現在のマスク合せの技術で十分に制御可
能である。
このようにして作成したトランジスタは、A Q Ga
As中に2×10111cln2程度ドナーを添加した
作成した従来型の選択ドープ・ヘテロ構造電界効果トラ
ンジスタに比して移動度で約1.2倍、相をコンダクダ
ンスで約2倍、ドレイン耐圧で1.5倍、ゲート耐圧で
2倍の性能が得られた。
なお、ドレイン領域とゲート電極の位置の相対関係につ
いては、間隙が1200人〜1μmの範囲で良好な動作
特性を得た。本発明の半導体装置は製造工程の裕度を極
めて増大し得ると共に、ソース−ドレイン間の直列抵抗
の増大を最小限にとどめながら、ゲート−ドレイン間の
耐圧を向上せしめ得る。
第1表に、上述の具体例においてQ、Dを種々の値に設
定した場合の、ソース−ドレイン間の直列抵抗およびゲ
ート−ドレイン間耐圧を相互比較して示す。
Xいずれも相対値で示す。
簑*W:V、=Oにおける空乏層幅 不純物を添加しないA Q GaAs層23の代りにA
 Q GaAs層の」二に表面を保護するために不純物
を添加しないGaAs層を重ねたものについても、同様
の良好な動作特性を得た。
また不純物を添加しないGaAs層22の代りに不純物
を添加しない層22とp形又はn形不純物を添加した^
Q GaAs又はGaAs層3oを組合せたものを用い
た場合にも良好な動作特性を得た。
さらに、半絶縁性のGaAs基板の代りにn形不純物を
添加したGaAs基板を用いた場合にも良好な動作特性
を得た。
これらの良好な動作特性を得た構造の代表的な例を第5
図(a)〜(e)に示す。
第5図における各部の符号は第3図或いは第4図のそれ
と同一部位を示しており、その断面構造でみた配置を示
したものである。
第5図(a)はソース領域はゲート電極端と一致し、一
方ドレイン領域がゲート電極端とQ。たけ離れた構成を
持つものである。
第5図(b)はソース領域もドレイン領域も共にゲート
電極端から離れている例である。
第5図(c)は特に基板21上にp形又はn形不純物を
添加したA 12 GaAs層又はGaAs層3oを設
けたのである。
第5図(a)は半絶縁性基板のGaAs基板の代りにn
形不純物を添加したGaAs基板を用いた例である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来型ヘテロ接合型電界効果トランジスタのエ
ネルギーダイヤグラム、第2図は本発明に係わるトラン
ジスタのエネルギーダイアグラム、第3図は本発明に係
るトランジスタの構造断面図、第4図(a)〜(c)は
電界効果トランジスタの製造工程を示す装置断面図、第
5図(a)〜(d)は、本発明に係るトランジスタの例
を示す断面図第 4 図 (cL) (C) (b)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、第1の半導体層と第2の半導体層とがヘテロ接合を
    形成して配され、第1の半導体層の禁止帯幅は第2の半
    導体層のそれより小さくなつており、第1の半導体層と
    電気的に接続されたソースおよびドレインと、ゲード電
    極とを少なくとも有する半導体装置において、少なくと
    も前記ソースおよびドレイン間には不純物を10^1^
    6cm^−^3以下しか含まぬ領域を有し且ゲート端に
    対してドレイン領域がゲート電圧が0voltにおける
    空乏層の厚さの2倍以上には離れていないことを特徴と
    する半導体装置。 2、ゲート端とドレイン領域の間隔は、第1の半導体層
    の厚さ以上離れ、ゲート電圧が0voltにおける空乏
    層の厚さの2倍以上は離れていないことを特徴する特許
    請求の範囲第1項記載の半導体装置。 3、前記ゲート端とソース領域の間隔は、第1の半導体
    層の厚さ以上離れてはいないことを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の半導体装置。 4、前記ゲート端とソース領域の間隔は、第1の半導体
    層の厚さ以上離れていないことを特徴とする特許請求の
    範囲第2項記載の半導体装置。
JP18959385A 1985-08-30 1985-08-30 半導体装置 Pending JPS6251268A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18959385A JPS6251268A (ja) 1985-08-30 1985-08-30 半導体装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP18959385A JPS6251268A (ja) 1985-08-30 1985-08-30 半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6251268A true JPS6251268A (ja) 1987-03-05

Family

ID=16243908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP18959385A Pending JPS6251268A (ja) 1985-08-30 1985-08-30 半導体装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6251268A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63318782A (ja) * 1987-06-22 1988-12-27 Nec Corp 半導体装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5893377A (ja) * 1981-11-30 1983-06-03 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
JPS60136380A (ja) * 1983-12-26 1985-07-19 Hitachi Ltd 半導体装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5893377A (ja) * 1981-11-30 1983-06-03 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法
JPS60136380A (ja) * 1983-12-26 1985-07-19 Hitachi Ltd 半導体装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63318782A (ja) * 1987-06-22 1988-12-27 Nec Corp 半導体装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0435904B2 (ja)
KR920003799B1 (ko) 반도체 장치
US4559547A (en) Semiconductor device
JP5510324B2 (ja) 電界効果トランジスタの製造方法
US4866491A (en) Heterojunction field effect transistor having gate threshold voltage capability
JP2000021897A (ja) 電界効果トランジスタおよびその製造方法
JPS6251268A (ja) 半導体装置
KR940010557B1 (ko) 반도체장치
JP3653652B2 (ja) 半導体装置
JPH04199518A (ja) 電界効果トランジスタ及びその製造方法
JPH0328062B2 (ja)
JPS59182574A (ja) 電界効果トランジスタ
EP0146962A2 (en) Semiconductor device having hetero-structure
JP3493205B2 (ja) 電界効果トランジスタおよびその製造方法
EP0278110B1 (en) Heterojunction field effect transistor
JPS59165460A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JPS6112081A (ja) 半導体装置
JP3210533B2 (ja) 電界効果トランジスタの製造方法
JPS6143443A (ja) 半導体装置の製造方法
JPH0763094B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JPH06209019A (ja) ヘテロ接合電界効果トランジスタ
JPS6021572A (ja) 半導体装置
JPH07147288A (ja) 半導体装置の製造方法
JPS62145779A (ja) 電界効果トランジスタ
JPS61290774A (ja) 半導体装置