JPWO2006132419A1 - 電界効果トランジスタ - Google Patents
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Abstract
Description
そこで、次に、こうしたトランジスタについて本発明者が検討したところ、図21中に点線で示したように、第1フィールドプレート電極からソース電極にわたって第2フィールドプレート電極を設けた場合、低周波領域における利得が向上するものの、転換点が低周波数側(図中fc')にシフトしてしまうことが明らかになった。
GaAsまたはInPからなる半導体基板と、
該半導体基板上に設けられた化合物半導体層構造と、
該化合物半導体層構造上に離間して形成されたソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極の間に配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の領域において、前記化合物半導体層構造の上部に設けられるとともに、前記化合物半導体層構造と絶縁された第一フィールドプレートと、
前記化合物半導体層構造の上部に設けられるとともに、前記化合物半導体層構造および前記第一フィールドプレートと絶縁された第二フィールドプレートと、
を含み、
前記第二フィールドプレートが、前記第一フィールドプレートと前記ドレイン電極との間の領域にあって、前記第一フィールドプレートを前記ドレイン電極から遮蔽する遮蔽部を含み、
前記遮蔽部の上端が、前記第一フィールドプレートの上面よりも上部に位置しており、
ゲート長方向における断面視において、前記第一フィールドプレートと前記ゲート電極とから構成される構造体の上部に、前記第二フィールドプレートがオーバーラップするオーバーラップ領域のゲート長方向の長さをLolとし、ゲート長をLgとしたときに、
0≦Lol/Lg≦1
である電界効果トランジスタが提供される。
0≦Lol/Lg≦1
となっている。
111 化合物半導体
112 ソース電極
113 ゲート電極
114 ドレイン電極
115 第1の絶縁膜
116 第1のフィールドプレート電極
117 第2の絶縁膜
118 第2のフィールドプレート電極
131 GaAs層
132 AlGaAs層
133 GaAs層
図1は、本実施の形態の電界効果トランジスタの構成を示す断面図である。図1に示した電界効果トランジスタは、デュアル・フィールドプレート構造を有する。
0≦Lol/Lg≦1
である。例えば、Lol=0、つまり、Lol/Lg=0とすることができる。
また、実施例で後述するように、本実施の形態の電界効果トランジスタをワイドリセス構造としてもよく、このとき、化合物半導体111上に接してゲート電極113が設けられるとともに、化合物半導体111とドレイン電極114との間にコンタクト層(図5中のGaAs層133)が介在し、コンタクト層がリセス構造を有し、コンタクト層の底面に露出した化合物半導体111(図5中のAlGaAs層132)上に第1の絶縁膜115が設けられ、第1の絶縁膜115上に接して第1のフィールドプレート電極116が設けられ、第1のフィールドプレート電極116の側面を被覆する第2の絶縁膜117に接し第2のフィールドプレート電極118が設けられ、ゲート電極113端部からドレイン電極114に向かう第1のフィールドプレート電極116のゲート長方向の延出幅をLfp1、第2のフィールドプレート電極118の下面のゲート長方向の長さをLfp2、ゲート電極113とコンタクト層のリセス底面のドレイン側端部との距離をLgr、第1のフィールドプレート電極116の側面における第2の絶縁膜117の厚さをd3、としたときに、下記式(1)および式(2)を満たすように構成されていてもよい。
Lfp1+Lfp2+d3≦3/5×Lgr (2)
また、ゲート長方向の断面視において、第2のフィールドプレート電極118の下面のゲート長方向の長さをLfp2、第1のフィールドプレート電極116とゲート電極113との間の領域における第2のフィールドプレート電極118の遮蔽部119の下面と、化合物半導体111との距離をd2、としたときに、下記式(3)を満たすように構成されていてもよい。
第1の絶縁膜115は、例えば、酸化膜であり、さらに具体的には、SiO2膜である。
(i)Lol=0、または
(ii)0<Lol/Lg≦1
が成り立つ構成となっている。
Lg:ゲート長、
Lfp1:ゲート電極113のドレイン側端部から第1のフィールドプレート電極116のドレイン電極114側端部までの長さ、
Lfp2:第2のフィールドプレート電極118の下面のゲート長方向の長さ、つまり、遮蔽部119のゲート側端部から第2のフィールドプレート電極118のドレイン側端部までの第2のフィールドプレート118下面のゲート長方向の長さ、
Lfd:第1のフィールドプレート電極116とゲート電極113とから構成される構造体ならびに第2の絶縁膜117と第2のフィールドプレート電極118の第2の絶縁膜117を挟んでの交差量、Lfd=Lol+d3である、
Lgd:ゲート電極113とドレイン電極114との間の距離、
Lgr:リセス構造を有するトランジスタの場合、ゲート電極113のドレイン側端部とコンタクト層のリセス底面のドレイン側端部との距離、
d1:第1のフィールドプレート電極116の底面と化合物半導体111との距離。図2では、第1の絶縁膜115の厚さに対応する。
d2:第2のフィールドプレート電極118の底面と化合物半導体111との距離。図2では、第1の絶縁膜115の厚さと第2の絶縁膜117の厚さの和に対応する。
d3:第1のフィールドプレート電極116と第2のフィールドプレート電極118に挟まれた絶縁膜の厚さ。図2においては、第2の絶縁膜117のゲート長方向の厚さに対応する。
Lol:ゲート電極113と第1のフィールドプレート電極116とから構成される構造体と第2のフィールドプレート電極118とのオーバーラップ領域のゲート長方向の長さ。
0.5×Lfp1≦Lfp2 (1)
とすることができる。こうすることにより、第1のフィールドプレート電極116とドレイン電極114との間の電気力線をさらに充分に遮断することができる。
Lfp1+Lfp2+d3≦3/5×Lgr (2)
を満たす構成とすることができる。こうすることにより、より一層耐圧を向上させることができる。また、上記式(1)および式(2)を同時に満たす構成とすることがさらに好ましい。
d2≦0.5×Lfp2 (3)
とすることができる。上記構成は、例えば、第1の絶縁膜115の厚さおよび第2の絶縁膜117の厚さを、上記式(3)を満たす厚さになるよう調節することにより得られる。こうすれば、第1のフィールドプレート電極116とドレイン電極114間の電気力線をより一層充分に遮断することができる。
以下の実施の形態では、第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
第1の実施の形態においては、ゲート電極113と第1のフィールドプレート電極116が構造的に分離されており、素子のアイソレーション領域で電気的に接続する構成の場合を例に説明したが、ゲート電極113と第1のフィールドプレート電極116とが連続一体に形成された一体型の構成であってもよい。
以上の実施の形態においては、第1のフィールドプレート電極116の下面が、遮蔽部119の下面よりも化合物半導体111の側に位置する構成の場合について説明した。以上の実施の形態に記載の電界効果トランジスタにおいて、遮蔽部119の下面が、第1のフィールドプレート電極116の下面よりも下部すなわち化合物半導体111側に位置する構成とすることもできる。本実施の形態では、第2の実施の形態のトランジスタの場合を例に説明する。
本実施例では、図3に示した電界効果トランジスタを作製し、評価した。半導体基板110として、高抵抗GaAs(半絶縁性GaAs)基板を用い、化合物半導体111に対応する層として、例えば、AlGaAsバッファ層(不図示)を100nm、GaAs層131を400nm、AlGaAs層132(Al組成比0.20、厚さ30nm)、およびGaAs層133(Siドナー濃度1×1017cm−3、厚さ50nm)を形成した。金属膜としてAuGe、NiおよびAuをこの順に蒸着し、リフトオフ工程を用いてソース電極112、ドレイン電極114を形成し、窒素雰囲気中420℃で熱処理することによりオーミックコンタクトを形成した。
Lol/Lg=(Lfd−d3)/Lgであり、
0≦Lol/Lg≦1
を満たす構成とすることにより、転換点を高周波数側に好適に維持することが可能であることが明らかになった。
以下の実施例においては、第1の実施例と異なる点を中心に説明する。
本実施例では、ゲート電極113および第1のフィールドプレート電極116とから構成される構造体ならびに第2の絶縁膜117と、第2のフィールドプレート電極118との、第2の絶縁膜117を挟んでの交差量Lfdの遮蔽効果への影響に関して調べた。
本実施例では、図5に示したトランジスタについて、第1のフィールドプレート電極116の長さLfp1と第2のフィールドプレート電極118の長さLfp2との関係について調べた。
本実施例では、図5に示した電界効果トランジスタにおいて、第2のフィールドプレート電極118の長さLfp2の最大値について調べた。
Lfp1+Lfp2+d3≦3/5×Lgr (2)
を満たす構成とすることにより、耐圧をさらに向上させることができる。
本実施例では、図5に示した電界効果トランジスタにおいて、第2のフィールドプレート電極118の長さLfp2と第2の絶縁膜117の厚さd2に関して調べた。
図13は、本実施例の電界効果トランジスタの構成を示す断面図である。図13に示した電界効果トランジスタの基本構成は第2の実施形態にて参照した図1の電界効果トランジスタと同様であるが、所謂、ワイドリセス構造となっている点が異なる。
以下の実施例では、実施例6と異なる点を中心に説明する。
本実施例では、実施例2の方法を用いてゲート電極113および第1のフィールドプレート電極116から構成される構造体と第2のフィールドプレート電極118との絶縁膜を挟んでの交差量Lfdの遮蔽効果への影響に関して調べた。
本実施例では、図14に示した電界効果トランジスタについて、実施例3の方法を用いて第1のフィールドプレート電極116の長さLfp1と第2のフィールドプレート電極118の長さLfp2の関係について調べた。
GaAs層133上に、ソース電極112およびドレイン電極114を5.5μmの間隔で形成した。具体的には、AuGe、NiおよびAu金属を順次蒸着し、リフトオフ工程を用いてこれらの電極を形成し、窒素雰囲気中420℃で熱処理することによりオーミックコンタクトを形成した。
本実施例では図14に示した電界効果トランジスタについて、実施例4の方法を用いて、第2のフィールドプレート電極118の長さLfp2の最大値について調べた。
本実施例では図14に示した電界効果トランジスタについて、実施例5の方法を用いて、第2のフィールドプレート電極118の長さLfp2と第2の絶縁膜117の厚さdとの関係について調べた。
Claims (15)
- GaAsまたはInPからなる半導体基板と、
該半導体基板上に設けられた化合物半導体層構造と、
該化合物半導体層構造上に離間して形成されたソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極の間に配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の領域において、前記化合物半導体層構造の上部に設けられるとともに、前記化合物半導体層構造と絶縁された第一フィールドプレートと、
前記化合物半導体層構造の上部に設けられるとともに、前記化合物半導体層構造および前記第一フィールドプレートと絶縁された第二フィールドプレートと、
を含み、
前記第二フィールドプレートが、前記第一フィールドプレートと前記ドレイン電極との間の領域にあって、前記第一フィールドプレートを前記ドレイン電極から遮蔽する遮蔽部を含み、
前記遮蔽部の上端が、前記第一フィールドプレートの上面よりも上部に位置しており、
ゲート長方向における断面視において、前記第一フィールドプレートと前記ゲート電極とから構成される構造体の上部に前記第二フィールドプレートがオーバーラップするオーバーラップ領域のゲート長方向の長さをLolとし、ゲート長をLgとしたときに、
0≦Lol/Lg≦1
である
ことを特徴とする、電界効果トランジスタ。 - 前記遮蔽部の下端が、前記第一フィールドプレートの下端よりも前記半導体基板の側に位置する
ことを特徴とする、請求項1に記載の電界効果トランジスタ。 - 前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の領域において、前記化合物半導体層構造の表面を被覆する第一絶縁膜を有し、
前記第一フィールドプレートと前記ドレイン電極との間の領域において、前記第一絶縁膜に凹部が設けられ、
前記第一フィールドプレートが、前記第一絶縁膜上に接して設けられているとともに、前記遮蔽部の下端が前記凹部内に位置する
ことを特徴とする、請求項2に記載の電界効果トランジスタ。 - 前記第一フィールドプレートの下端が、前記遮蔽部の下端よりも前記半導体基板の側に位置する
ことを特徴とする、請求項1に記載の電界効果トランジスタ。 - 前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の領域において、前記化合物半導体層構造の表面を被覆する第一絶縁膜と、
前記第一フィールドプレートと前記ドレイン電極との間の領域において、前記第一絶縁膜上に設けられた第二絶縁膜と、
を有し、
前記第一フィールドプレートが、前記第一絶縁膜上に接して設けられているとともに、前記遮蔽部の下端が前記第二絶縁膜上に接している
ことを特徴とする、請求項4に記載の電界効果トランジスタ。 - 前記第一フィールドプレートが、前記ゲート電極と同電位となっている
ことを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の電界効果トランジスタ。 - 前記第二フィールドプレートが、前記ソース電極と同電位となっている
ことを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の電界効果トランジスタ。 - 前記第一フィールドプレートが、前記ゲート電極と連続一体に構成されている
ことを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の電界効果トランジスタ。 - 前記第一フィールドプレートが、前記ゲート電極から離隔して設けられた電界制御電極を含む
- Lol=0
である
ことを特徴とする、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の電界効果トランジスタ。 - 前記第二フィールドプレートと前記第一フィールドプレートとがオーバーラップしているとともに、前記第二フィールドプレートと前記ゲート電極とはオーバーラップしていない
ことを特徴とする、請求項1乃至9のいずれか一項に記載の電界効果トランジスタ。 - ゲート長方向の断面視において、
前記ゲート電極端部から前記ドレイン電極に向かう前記第一フィールドプレートのゲート長方向の延出幅をLfp1、
前記第二フィールドプレートの下面のゲート長方向の長さをLfp2、
としたときに、下記式(1):
0.5×Lfp1≦Lfp2 (1)
を満たすように構成されている
ことを特徴とする、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の電界効果トランジスタ。 - 前記化合物半導体層構造上に接して前記ゲート電極が設けられるとともに、前記化合物半導体層構造と前記ドレイン電極との間にコンタクト層が介在し、
前記コンタクト層がリセス構造を有し、
前記コンタクト層の底面に露出した前記化合物半導体層構造上に第一絶縁膜が設けられ、
前記第一絶縁膜上に接して前記第一フィールドプレートが設けられ、
前記第一フィールドプレートの側面を被覆する第二絶縁膜に接して前記第二フィールドプレートが設けられ、
ゲート長方向の断面視において、
前記ゲート電極端部から前記ドレイン電極に向かう前記第一フィールドプレートのゲート長方向の延出幅をLfp1、
前記第二フィールドプレートの下面のゲート長方向の長さをLfp2、
前記ゲート電極と前記コンタクト層のリセス底面のドレイン側端部との距離をLgr、
前記第一フィールドプレートの側面における前記第二絶縁膜の厚さをd3、
としたときに、下記式(1)および式(2):
0.5×Lfp1≦Lfp2 (1)
Lfp1+Lfp2+d3≦3/5×Lgr (2)
を満たすように構成されている
ことを特徴とする、請求項1乃至11のいずれか一項に記載の電界効果トランジスタ。 - ゲート長方向の断面視において、
前記第二フィールドプレートの下面のゲート長方向の長さをLfp2、
前記第一フィールドプレートと前記ゲート電極との間の領域における前記第二フィールドプレートの下面と、前記化合物半導体層構造との距離をd2、
としたときに、下記式(3):
d2≦0.5×Lfp2 (3)
を満たすように構成されている
ことを特徴とする、請求項1乃至13のいずれか一項に記載の電界効果トランジスタ。 - 前記化合物半導体層構造が、Asを含むIII−V族化合物半導体層構造である
ことを特徴とする、請求項1乃至14のいずれか一項に記載の電界効果トランジスタ。
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