JPS6357946B2 - - Google Patents

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JPS6357946B2
JPS6357946B2 JP57030002A JP3000282A JPS6357946B2 JP S6357946 B2 JPS6357946 B2 JP S6357946B2 JP 57030002 A JP57030002 A JP 57030002A JP 3000282 A JP3000282 A JP 3000282A JP S6357946 B2 JPS6357946 B2 JP S6357946B2
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JP
Japan
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layer
diode
transistor
semiconductor
auxiliary
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JP57030002A
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English (en)
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JPS58147165A (ja
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Takashi Mimura
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/80Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (1) 発明の技術分野 本発明は半導体装置に関する。詳しくは、高電
子移動度トランジスタとその最大飽和電流より大
きな値の順方向電流を有するシヨツトキダイオー
ドとが、同一の基板上に形成されている半導体装
置に関する。
(2) 技術の背景 高電子移動度トランジスタとは電子親和力の相
異なる2種の半導体を接合することにより形成さ
れる一つのヘテロ接合面の近傍に蓄積される電子
群(二次元電子ガス)の電子面濃度を制御電極に
よつて制御して、この制御電極を挾んで設けられ
た一対の入・出力電極間に上記の蓄積電子群(二
次元電子ガス)をもつて形成される導電路のイン
ピーダンスを制御する能動的半導体装置をいう。
高電子移動度トランジスタを構成しうる半導体
の組み合わせとなりうる半導体の条件は(イ)互に格
子定数が同一であるか近似していること、(ロ)電子
親和力の差が大きいこと、(ハ)バンドギヤツプの差
が大きいことであり、砒化ガリウム(GaAs)と
アルミニウムガリウム砒素(AlGaAs)をはじめ
多数存在する。
更に、ノーマリオン型も、ノーマリオフ型も、
それぞれ、特有の要件を充足すれば、製造可能で
ある。
高電子移動度トランジスタにおいては、上記の
蓄積電子群(二次元電子ガス)の電子移動度が特
に低温において非常に大きくなることが特徴であ
る。
一方、半導体装置を産業上利用する場合、集積
回路の一要素としてなされることが一般である。
そして、集積回路の要素は、トランジスタ、ダイ
オード、キヤパシタ、抵抗、配線であるが、抵抗
はトランジスタのソースまたはドレインとゲート
とを短絡させて構成する場合が一般であるから、
現実的には抵抗を除外してさしつかえない。
(3) 従来技術と問題点 ところで、高電子移動度トランジスタの導電媒
体すなわち二次元電子ガスを利用する各種の半導
体装置をもつて集積回路を構成するための努力は
種々なされているが、未解決の問題点の一つに、
トランジスタの最大飽和電流より大きな値の順方
向電流を有し、しかも、浮遊静電容量の小さな、
ダイオードがトランジスタと同一の基板上に形成
されてなる半導体装置がある。
一例をあげると、第1図に示すインバータ回路
がある。上記のとおり、高電子移動度トランジス
タはエンハンスメントモードのものもデプレツシ
ヨンモードのものも製造可能であるから、E/D
形のインバータは製造可能であるが、両者のしき
い値電圧を正確に製造することは必ずしも容易で
はない。この欠点を解消し、同一種類のトランジ
スタとダイオードと配線の組み合わせのみをもつ
て構成しうるインバータの一例が第1図に示すと
ころであり、この回路はC.D.Hartgring、B.A.
Rosaris、J.M.Rickett等によつて案出されたもの
である(IEEE Solid−State Circuits vol.SC−
16、NO5、Oct.1981、578−584頁)。
ところで、この回路を有する集積回路を二次元
電子ガスを利用する半導体装置をもつて製造する
ためには、高電子移動度トランジスタと、その最
大飽和電流より大きな値の順方向電流を有し、し
かも、浮遊静電容量の小さなシヨツトキダイオー
ドとを同一基板上に形成することが必須である。
(4) 発明の目的 本発明の目的は、高電子移動度トランジスタ
と、その最大飽和電流より大きな値の順方向電流
を有し、しかも、浮遊静電容量の小さなシヨツト
キダイオードとが、同一の基板上に形成されてい
る半導体装置を提供することにある。
(5) 発明の構成 本発明の構成は、(イ)半絶縁性の半導体例えば砒
化ガリユウム(GaAs)よりなる基板上に、電子
親和力の大きな半導体例えば砒化ガリユウム
(GaAs)よりなるチヤンネル層を形成し、この
チヤンネル層上に、n型の不純物例えばシリコン
(Si)を含有する電子親和力の小さな半導体例え
ばアルミニユームガリユウム砒素(AlGaAs)よ
りなる電子供給層兼ダイオード第1層を形成し、
この電子供給層兼ダイオード第1層上に、n型の
不純物を含有する電子親和力の大きな半導体例え
ば砒化ガリユウム(GaAs)よりなる補助層兼ダ
イオード第2層を、シヨツトキダイオードの最大
電流がトランジスタの飽和電流より大きくなるよ
うな厚さとしてなる層構成を有し、(ロ)この層構成
の一部の領域に形成された高電子移動度トランジ
スタと、この層構成の他の領域に上記のトランジ
スタに接近して形成されたシヨツトキダイオード
とを有し、(ハ)上記の高電子移動度トランジスタ
は、上記の層構成を基本層構成とし、上記の補助
層兼ダイオード第2層の一部が除去されこの層に
よつて覆われていない領域における電子供給層兼
ダイオード第二層上に設けられたトランジスタ制
御電極と、このトランジスタ制御電極を挾んで電
子供給層兼ダイオード第2層上に設けられた一対
のトランジスタ入・出力電極を有し、(ニ)上記のシ
ヨツトキダイオードは、上記の層構成を基本構成
とし、上記の補助層兼ダイオード第2層の他の領
域上に、上記のトランジスタの入力電極または出
力電極と接近させて設けられたシヨツトキ接触電
極を有するものである。
この構成において重要なことは、補助層兼ダイ
オード第2層の厚さが十分に厚く、この層の抵抗
が、二次元電子ガスの有する抵抗との比較におい
ても十分低いことと、ダイオード用シヨツトキ接
触電極の面積が十分小さく浮遊静電容量を発生さ
せないことである。
(6) 発明の実施例 以下、図面を参照しつつ、本発明の一実施例に
係る半導体装置の製造工程について説明し、本発
明の構成と特有の効果とを明らかにする。一例と
して、砒化ガリユウム(GaAs)基板上に、砒化
ガリユウム(GaAs)よりなるチヤンネル層と、
n型アルミニユウムガリユウム砒素(AlGaAs)
よりなる電子供給層兼ダイオード第1層と、n型
砒化ガリユウム(GaAs)よりなる補助層兼ダイ
オード第2層とが重ねて形成されてなる層構成を
基本層構成とする場合について述べる。
第2図参照 クローム(Cr)を含有して半絶縁性である砒
化ガリユウム(GaAs)よりなる基板1上に、砒
化ガリユウム(GaAs)よりなるチヤンネル層2
と、n型不純物であるシリコン(Si)を1.3×
1018/cm3程度の濃度に含有し350Å程度の厚さを
有するアルミニユウムガリユウム砒素
(AlGaAs)よりなる電子供給層兼ダイオード第
1層3と、n型の不純物であるシリコン(Si)を
3.0×1018/cm3程度の濃度に含有し650Å程度の厚
さを有する砒化ガリユウム(GaAs)よりなる補
助層兼ダイオード第2層4とを、重ねて形成す
る。この工程はモレキユラービームエピタキシヤ
ル成長法を使用して容易に実施しうる。この層構
成の結晶パラメータは二次元電子ガス5の蓄積を
可能とするように選択されるが、補助層兼ダイオ
ード第2層4の厚さは、シヨツトキダイオードの
最大電流がトランジスタの最大飽和電流より大き
くなるよう十分厚く選択されることが必須であ
る。
第3図参照 必要に応じて、半絶縁性基板1とチヤンネル層
2の一部分とを除く部分を素子分離領域において
メサエツチして素子分離を実行した後、トランジ
スタのソース・ドレイン形成領域に選択的に不純
物を導入の上熱処理を施し、ソース・ドレイン合
金化領域6を形成する。メサエツチング工程はア
ルゴン(Ar)ガスを使用してなすイオンミリン
グ法を使用するなり、弗酸(HF)系湿式法を使
用して実行しうる。又、不純物導入の工程はイオ
ン注入法を使用して実行しうる。
ゲート電極形成領域から、補助層兼ダイオード
第2層4を除去して開口7を形成する。この工程
は、二塩化二弗化炭素(CCl2F2)とヘリユウム
(He)との等容混合ガスを使用して実行すること
ができる。
第4図参照 前工程において形成された開口7の中にゲート
長1μmゲート幅30μm程度のゲート電極8を、ま
た、ソースまたはドレイン電極形成予定領域に接
近している領域に長さ1μm幅30μm程度のシヨツ
トキダイオード電極9を形成する。これらの電極
8,9は、後の工程において熱処理を必要としな
いときはアルミニユウム(Al)をふくみ任意の
材料を選択的に堆積させることにより形成しうる
が、後の工程において熱処理の必要ががあるとき
は、チタン(Ti)、タングステン(W)等の高融
点金属またはそれらのシリサイド等を選択的に堆
積させることが望ましい。
ソース・ドレイン電極形成領域に金ゲルマニユ
ウム・金(Au・Ge/Au)の二重層よりなるソ
ース・ドレイン電極10,11を選択的に形成す
る。
上記の構造を有する半導体装置においては、ト
ランジスタの飽和電流は二次元電子ガス5によつ
て規定されるが、電極9と11の間に形成される
シヨツトキダイオードの最大電流は、二次元電子
ガス5ばかりでなく、電子供給層兼ダイオード第
1層3と補助層兼ダイオード第2層4も導電媒体
として寄与するので、上記の実施例において、ト
ランジスタの飽和電流が3mA程度であるに比
し、シヨツトキダイオードの最大電流は50mA程
度となり、十分に大きい。また、トランジスタも
ダイオードも幅はおよそ30μmで同一であり、一
方、ダイオード電極長は1μm程度で十分小さい
ので、浮遊静電容量は十分小さく、許容しうる範
囲である。
以上説明せるとおり、ダイオードの最大電流を
大きくするためには、補助層兼ダイオード第2層
の厚さを大きくすることが有効であるが、トラン
ジスタのソース・ドレイン領域を合金化しうる厚
さは最大1500Å程度であるから、上記の補助層兼
ダイオード第2層の厚さは、1500Åから電子供給
層兼ダイオード第1層の厚さを差し引いた値が限
度となる。又、浮遊容量を減少するにはシヨツト
キ接触電極の面積を小さくすることが有効である
が、この面積は補助層兼ダイオード第2層中の導
電路の断面積の10倍程度以上が望ましい。
(7) 発明の効果 以上説明せるとおり、高電子移動度トランジス
タと、その最大飽和電流より大きな値の順方向電
流を有し、しかも、浮遊静電容量の小さなシヨツ
トキダイオードとが、同一の基板上に形成されて
いる半導体装置を提供することができる。そし
て、この半導体装置は上記のとおり、二次元電子
ガスを導電媒体とする各種の半導体装置例えばイ
ンバータ等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る半導体装置をもつて構成
しうる回路の一例であるインバータ回路である。
第2,3,4図は本発明の一実施例に係る半導体
装置の主要製造工程完了後の基板断面図である。 1……半絶縁性基板、2……チヤンネル層、3
……電子供給層兼ダイオード第1層、4……補助
層兼ダイオード第2層、5……二次元電子ガス、
6……合金化領域、7……制御電極形成領域開
口、8……制御電極、9……シヨツトキダイオー
ド電極、10,11……入・出力電極。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 (イ)半絶縁性半導体基板上に形成された電子親
    和力の大きな半導体よりなるチヤンネル層と、該
    チヤンネル層上に形成されn型の不純物を含有す
    る電子親和力の小さな半導体よりなる電子供給層
    兼ダイオード第1層と、該電子供給層兼ダイオー
    ド第1層上に形成され、シヨツトキダイオードの
    最大電流がトランジスタの飽和電流より大きくな
    るような厚さを有し、n型の不純物を含有する電
    子親和力の大きな半導体よりなる補助層兼ダイオ
    ード第2層とよりなる層構成を有し、(ロ)前記補助
    層兼ダイオード第2層が一部除去されている領域
    において前記電子供給層上に設けられたトランジ
    スタ制御電極と、該トランジスタ制御電極を挟ん
    で前記補助層兼ダイオード第2層上に設けられた
    一対のトランジスタ入・出力電極とを有し、前記
    層構成を基本層構成とする高電子移動度トランジ
    スタを有し、(ハ)前記補助層兼ダイオード第2層の
    他の領域上に設けられたシヨツトキ接触型電極を
    有し前記層構成を基本層構成とするシヨツトキダ
    イオードを有する、半導体装置。
JP57030002A 1982-02-26 1982-02-26 半導体装置 Granted JPS58147165A (ja)

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US8174048B2 (en) * 2004-01-23 2012-05-08 International Rectifier Corporation III-nitride current control device and method of manufacture
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