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JP3425855B2 - Semiconductor device - Google Patents
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JP3425855B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3425855B2
JP3425855B2 JP29210597A JP29210597A JP3425855B2 JP 3425855 B2 JP3425855 B2 JP 3425855B2 JP 29210597 A JP29210597 A JP 29210597A JP 29210597 A JP29210597 A JP 29210597A JP 3425855 B2 JP3425855 B2 JP 3425855B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、近年実用化されつ
つある高電子移動度トランジスタであるGaAs基板上
に形成されたヘテロ接合電界効果トランジスタ(以下F
ETという。)の素子構造、特にパワー用のInGaA
sFETの素子構造に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heterojunction field effect transistor (hereinafter referred to as "F") formed on a GaAs substrate which is a high electron mobility transistor which has been put into practical use in recent years.
Called ET. ) Device structure, especially InGaA for power
The present invention relates to an element structure of sFET.

【0002】[0002]

【従来の技術】GaAs基板上に形成されたInGaA
sFETは、図9に示す通り、GaAs基板1、バッフ
ァ層としてのアンドープGaAs層2、チャンネル層と
してのアンドープInGaAs層6、スペーサ層として
のアンドープAlGaAs層5、ドナー供給層としての
SiドープAlGaAs層4、キャップ層としてのSi
ドープGaAs層9、ソース電極10、ドレイン電極1
1、ゲート電極13から構成される。これは、当初は低
雑音用トランジスタとして実用化を迎えた。近年、この
InGaAsFETをパワー用の素子としての実用化の
提案がなされている。
2. Description of the Related Art InGaA formed on a GaAs substrate
As shown in FIG. 9, the sFET includes a GaAs substrate 1, an undoped GaAs layer 2 as a buffer layer, an undoped InGaAs layer 6 as a channel layer, an undoped AlGaAs layer 5 as a spacer layer, and a Si-doped AlGaAs layer 4 as a donor supply layer. , Si as cap layer
Doped GaAs layer 9, source electrode 10, drain electrode 1
1 and the gate electrode 13. This was initially put into practical use as a transistor for low noise. In recent years, proposals have been made for practical use of this InGaAs FET as a power element.

【0003】このInGaAsFETをパワー用に用い
る場合、その電流駆動能力を高める目的で、図10に示
すように、アンドープInGaAs層6の上下にそれぞ
れドナー供給層としてSiをドープされたAlGaAs
層4を設ける。このAlGaAs層4は、それのAlの
混晶比は0.2〜0.3が一般的である。尚、3はバッ
ファ層としてのGaAs層2とこのAlGaAs層4と
の間に介在するバッファ層としてのアンドープAlGa
As層である。この結晶構造の特徴は、InGaAs層
6に、このInGaAs層6の上下のAlGaAs層4
から電子(この電子は、InGaAs層6中に2次元的
に分布していることから2次元電子と呼ばれている)が
供給されていることである。このことにより、この構造
によれば、図9に示すInGaAs層4に1層のAlG
aAs供給層4からしか電子が供給されない構造に比べ
て、約2倍の電子濃度3〜5×1012cm-2でInGa
As層6に電子が存在する。こうして、この構造はトラ
ンジスタの電流駆動能力が高まり、低雑音等の小信号の
用途ではなく、パワー用のトランジスタとして用いるこ
とができる。
When this InGaAs FET is used for power, for the purpose of enhancing its current driving capability, as shown in FIG. 10, AlGaAs doped with Si as donor supply layers above and below the undoped InGaAs layer 6, respectively.
The layer 4 is provided. The AlGaAs layer 4 generally has an Al mixed crystal ratio of 0.2 to 0.3. Incidentally, 3 is undoped AlGa as a buffer layer interposed between the GaAs layer 2 as a buffer layer and the AlGaAs layer 4.
It is an As layer. The characteristic of this crystal structure is that the InGaAs layer 6 is provided with AlGaAs layers 4 above and below the InGaAs layer 6.
To supply electrons (which are called two-dimensional electrons because these electrons are two-dimensionally distributed in the InGaAs layer 6). Therefore, according to this structure, one layer of AlG is formed on the InGaAs layer 4 shown in FIG.
Compared to the structure in which electrons are supplied only from the aAs supply layer 4, the InGa has an electron concentration of about 3 to 5 × 10 12 cm −2 .
There are electrons in the As layer 6. Thus, this structure enhances the current driving capability of the transistor and can be used as a power transistor rather than a small signal application such as low noise.

【0004】このパワートランジスタとしてその性能上
要求されてくるものの1つとして、ゲート・ドレイン逆
耐圧の高いことが挙げらる。通常、パワートランジスタ
として安定動作させようとするためには、10V以上の
逆耐圧が必要とされる。このため、ゲート電極13が接
するAlGaAs層4は、そのドナー濃度勾配がInG
aAs層6からゲート電極13に向かって下げるよう工
夫している。又、この構造とは異なる方式として、図1
1に示すように、ゲート電極13が接するドナー供給層
としてのAlGaAs層5’のドナー構造にSiのプレ
ーナードープ構造を用いて、ゲート電極13と接するA
lGaAs層5’の部分においては意図的には不純物を
ドーピングしないアンドープにすることが提案されてい
る。尚、この図11において、破線はSiのプレーナー
ドーピングの状況を示している。
One of the requirements for the performance of this power transistor is that it has a high reverse gate / drain breakdown voltage. Normally, a reverse breakdown voltage of 10 V or higher is required for stable operation as a power transistor. Therefore, the AlGaAs layer 4 in contact with the gate electrode 13 has a donor concentration gradient of InG.
The device is devised so that it is lowered from the aAs layer 6 toward the gate electrode 13. As a method different from this structure, as shown in FIG.
As shown in FIG. 1, the planar structure of Si is used for the donor structure of the AlGaAs layer 5 ′ as the donor supply layer in contact with the gate electrode 13, and the A in contact with the gate electrode 13 is used.
It has been proposed that the 1GaAs layer 5 ′ is intentionally made undoped without doping impurities. In FIG. 11, the broken line shows the state of planar doping of Si.

【0005】又、特開平3−70145に記載されてい
るInGaAsFETは、図12に示すように、ドナー
供給層としてのSiドープAlGaAs層4の上に形成
されたスペーサとしてのアンドープAlGaAs層5
と、このAlGaAs層5の上に形成されたチャンネル
層としてのアンドープInGaAs層6と、このInG
aAs層6の上に形成された障壁層としてのノンドープ
GaAs層14と、このGaAs層14の上に形成され
たゲート電極13を有している。尚、この図において、
図9、10と同等部分は同じ符号で示している。この構
造においては、ゲート電極13とInGaAs層6との
間に存在するのはアンドープGaAs層14であり、こ
のGaAs層14はドナー供給層としてではなく、あく
までもゲートショットキー接合ポテンシャルの障壁層と
している。
Further, as shown in FIG. 12, the InGaAs FET described in Japanese Patent Laid-Open No. 3-70145 has an undoped AlGaAs layer 5 as a spacer formed on a Si-doped AlGaAs layer 4 as a donor supply layer.
An undoped InGaAs layer 6 as a channel layer formed on the AlGaAs layer 5 and the InG
It has a non-doped GaAs layer 14 as a barrier layer formed on the aAs layer 6 and a gate electrode 13 formed on this GaAs layer 14. In this figure,
Portions equivalent to those in FIGS. 9 and 10 are denoted by the same reference numerals. In this structure, it is the undoped GaAs layer 14 that exists between the gate electrode 13 and the InGaAs layer 6, and this GaAs layer 14 is not a donor supply layer but a barrier layer for the gate Schottky junction potential. .

【0006】そして、この公報においては、実施例とし
て、ゲート電極13とInGaAs層6との間に1×1
17cm-3のSiドープGaAs層を用いる場合も示し
ているが、この程度のドナー濃度では、InGaAs層
6中の2次元電子濃度を十分高くすることができず、こ
のSiドープGaAs層は障壁層としてあつかってい
る。
In this publication, as an example, 1 × 1 is provided between the gate electrode 13 and the InGaAs layer 6.
A case where a Si-doped GaAs layer of 0 17 cm -3 is used is also shown, but with such a donor concentration, the two-dimensional electron concentration in the InGaAs layer 6 cannot be sufficiently increased, and this Si-doped GaAs layer is It is used as a barrier layer.

【0007】従って、この公報に開示されているInG
aAsFETにおいては、チャンネル層としてのInG
aAs層に供給される2次元電子は、当該InGaAs
層下のドナー供給層としてのAlGaAs層からしか供
給されないため、2次元電子濃度は、通常、2×1012
/cm2の程度が上限となっている。このことは、この
公報に開示のInGaAsFETは、低雑音等の小信号
用のトランジスタとして使用できるが、図9、10に示
すようなパワー用のトランジスタとしては使用できな
い。
Therefore, the InG disclosed in this publication is
In aAsFET, InG as a channel layer
The two-dimensional electrons supplied to the aAs layer are the InGaAs
Since it is supplied only from the AlGaAs layer as a donor supply layer below the layer, the two-dimensional electron concentration is usually 2 × 10 12
The upper limit is / cm 2 . This means that the InGaAs FET disclosed in this publication can be used as a transistor for small signals such as low noise, but cannot be used as a transistor for power as shown in FIGS.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】図10、11に示すI
nGaAsFETは、ゲート電極13がAlGaAs層
4、5’の上に形成されており、当該AlGaAs層は
ゲートショットキー層として用いられているとともにI
nGaAs層6に電子を供給するドナー層としての働き
も担っている。
Problems to be Solved by the Invention I shown in FIGS.
In the nGaAs FET, the gate electrode 13 is formed on the AlGaAs layers 4 and 5 ', and the AlGaAs layer is used as the gate Schottky layer and I
It also functions as a donor layer that supplies electrons to the nGaAs layer 6.

【0009】このAlGaAs層4、5’は、結晶成長
の際III族元素としてAlとGaがV族元素のAsと同時
に供給されることにより形成される。この結晶成長は分
子線エピタキシー法(MBE)や、有機金属気相成長法
(MOCVD)によって行われるのが一般的である。こ
のAlGaAs層は、そのAl組成比が0.3(Alの
組成xが0.3)に近付くと、その結晶にドナーが添加
された場合、DXセンターと呼ばれる、不純物中心を形
成し、添加したドナーによって供給される電子濃度を不
安定にさせることが知られており、その結晶成長には常
に細心の注意をはらわなくてはならないという問題があ
る。
The AlGaAs layers 4 and 5'are formed by supplying Al and Ga as group III elements simultaneously with As of the group V element during crystal growth. This crystal growth is generally performed by a molecular beam epitaxy method (MBE) or a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD). In this AlGaAs layer, when the Al composition ratio approaches 0.3 (Al composition x is 0.3), when a donor is added to the crystal, an impurity center called a DX center is formed and added. It is known to make the concentration of electrons supplied by a donor unstable, and there is a problem in that crystal growth must always be done with great care.

【0010】また、ゲート電極13は、このAlGaA
s層4、5’とショットキー接合にて接している。Al
元素自身は非常に酸化されやすく、その元素がショット
キー接合を形成する結晶の構成元素であるため、ゲート
電極13直下のAlGaAsに多くの表面準位が形成さ
れており、しかもこの表面準位の形成過程は現在まだ未
知の部分であるのでこの表面準位の形成が非常に不安定
なものとならざるをえない状況にあり、このことからゲ
ート電極とAlGaAsとのショットキー特性を不安定
にしている。事実、従来技術で形成したGaAs基板上
に形成されたInGaAsFETおいてゲート電極にA
lを用いた場合、ショットキー特性のできばえを示す理
想因子(n値)は2〜4程度の値となっている。これ
は、通常のGaAsにおいてAlゲート電極が形成され
ているMESFETなどの理想因子(n値)が1〜1.
3程度であることと比べると、かなり大きな値となって
しまう。また、従来技術で形成したGaAs基板上に形
成されたInGaAsFETでは、ゲート電極に逆方向
のゲート電流が僅かに流れても、その前後で僅かではあ
るが、トランジスタのピンチオフ電圧が変動し、不安定
動作の原因となっているという問題がある。
The gate electrode 13 is made of this AlGaA.
It is in contact with the s layers 4 and 5'by a Schottky junction. Al
Since the element itself is very easily oxidized and the element is a constituent element of a crystal forming a Schottky junction, many surface levels are formed in AlGaAs immediately below the gate electrode 13, and moreover, this surface level Since the formation process is currently unknown, the formation of this surface state is inevitably unstable, which makes the Schottky characteristics of the gate electrode and AlGaAs unstable. ing. In fact, in the InGaAs FET formed on the GaAs substrate formed by the conventional technique, A is used as the gate electrode.
When 1 is used, the ideal factor (n value) indicating the quality of the Schottky characteristic is about 2 to 4. This is because the ideal factor (n value) of MESFET in which Al gate electrode is formed in normal GaAs is 1 to 1.
Compared with being around 3, it will be a considerably large value. Further, in the InGaAs FET formed on the GaAs substrate formed by the conventional technique, even if a slight reverse gate current flows through the gate electrode, the pinch-off voltage of the transistor fluctuates slightly before and after the gate current, but is unstable. There is a problem that is causing the operation.

【0011】また、上記公報に開示のFETにおいては
上記の
In the FET disclosed in the above publication, the above

【従来の技術】で述べたとおり、パワー用としては適さ
ないという問題がある。
As described in "Prior Art", there is a problem that it is not suitable for power.

【0012】本発明は、以上の問題に鑑み、FETにつ
いてパワー用としての素子特性を十分に保ちつつ、ゲー
トショットキー特性の安定化を図ることのできる高電子
移動度の半導体装置を提供することを目的とする。
In view of the above problems, the present invention provides a semiconductor device having a high electron mobility capable of stabilizing the gate Schottky characteristic while sufficiently maintaining the element characteristic of the FET for power use. With the goal.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
GaAs基板上に形成されたn型不純物が添加された第
1の半導体層であるAlGaAs層と、この第1の半導
体層上形成された第1の半導体層よりも電子親和力が強
く、かつ禁制帯幅が小さく、その電子濃度が3×10 12
cm -2 以上の第2の半導体層であるInGaAs層と
この第2の半導体層上に形成された第2の半導体層より
も電子親和力が弱く、かつ禁制帯幅が大きいn型不純物
が添加された第3の半導体層であるノンドープのGaA
s層にプレーナドーピングされた層と、この第3の半導
体層上に形成された第3の半導体層とオーミック接合に
て対峙しているソース電極及びドレイン電極と、この第
3の半導体層とショットキー接合にて対峙しているゲー
ト電極とを有することを特徴とする。
The semiconductor device of the present invention comprises:
An AlGaAs layer , which is a first semiconductor layer to which an n-type impurity is added, formed on a GaAs substrate, and has a stronger electron affinity than the first semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and has a forbidden band. The width is small and the electron density is 3 × 10 12
an InGaAs layer which is a second semiconductor layer having a cm −2 or more ,
A non-doped GaA that is a third semiconductor layer added with an n-type impurity having an electron affinity lower than that of the second semiconductor layer formed on the second semiconductor layer and having a large forbidden band width.
The layer s-layer is planarly doped, the source electrode and the drain electrode facing the third semiconductor layer formed on the third semiconductor layer at an ohmic junction, the third semiconductor layer and the shot. And a gate electrode facing each other at a key junction .

【0014】本発明の半導体装置は、好ましくは、第3
の半導体層のプレーナドーピングが、1×10 12 cm -2
以上、4×10 12 cm -2 以下のn型不純物を含んでい
る。
The semiconductor device of the present invention is preferably the third one.
The planar doping of the semiconductor layer is 1 × 10 12 cm -2
Not less than 4 × 10 12 cm -2 and less n-type impurities
It

【0015】本発明の半導体装置は、好ましくは、第1
の半導体層がn型不純物としてSiをドープされた、第
2の半導体層に電子を供給する電子供給層である。
The semiconductor device of the present invention is preferably the first
The semiconductor layer of Si is doped with Si as an n-type impurity,
2 is an electron supply layer for supplying electrons to the second semiconductor layer.

【0016】本発明の半導体装置は、好ましくは、第1
の半導体層がSiをドープしたAlGaAs層であり、
第3の半導体層のn型不純物がSiである。
The semiconductor device of the present invention is preferably the first
Is a Si-doped AlGaAs layer,
The n-type impurity of the third semiconductor layer is Si.

【0017】[0017]

【0018】本発明の作用を以下に説明する。従来、G
aAs基板に形成されるFETとしてチャンネル層とし
てInGaAs層を用いたGaAs系統パワーFETに
あっては、InGaAs層の両側にドナー供給層として
SiをドープしたAlGaAsが用いられたAlGaA
s/InGaAs/AlGaAsの組み合わせがドナー
供給の面から展開されている。それにも拘わらず、本発
明は、パワーFETとして、GaAs/InGaAs/
AlGaAsの組み合わせについて検討し、GaAsが
パワーFETとして実用に耐えるドナーの供給を行い得
るか検討を重ね、十分なドナーの供給が可能であること
実証するに至って創作されたものである。そこで、本発
明は、パワーFET用としてGaAs層をドナー供給層
として作用させるものである。さらに、GaAsはAl
GaAsに比べてゲート電極に対し安定なショットキー
接合が形成され、FETとして安定な動作を実現でき
る。そして、GaAsはゲート耐圧についても、AlG
aAsに比べ有利である。
The operation of the present invention will be described below. Conventionally, G
In a GaAs power FET using an InGaAs layer as a channel layer as an FET formed on an aAs substrate, AlGaA using Si-doped AlGaAs as a donor supply layer on both sides of the InGaAs layer is used.
The combination of s / InGaAs / AlGaAs has been developed from the viewpoint of donor supply. In spite of that, the present invention uses GaAs / InGaAs /
It was created by studying the combination of AlGaAs, repeatedly examining whether GaAs can supply a donor that can withstand practical use as a power FET, and demonstrating that a sufficient donor can be supplied. Therefore, in the present invention, a GaAs layer is used as a donor supply layer for a power FET. Furthermore, GaAs is Al
A stable Schottky junction is formed with respect to the gate electrode as compared with GaAs, and stable operation as an FET can be realized. Also, GaAs has a gate breakdown voltage of AlG
It is advantageous over aAs.

【0019】本発明の半導体装置は、第2の半導体層の
両側にドナー供給層としての第1の半導体層及び第3の
半導体層を有し、この第3の半導体層はゲート電極とシ
ョットキー接合するものであって、n型不純物が添加さ
れたGaAs層であるから、第2の半導体層のドナーは
パワー用として必要な濃度で存在させることができ、
又、ゲート電極と結晶として非常に不安定なドナー層と
してのAlGaAs層とがショットキー接合にて接する
ことが原理的になくなり、GaAs層上に安定したゲー
トショットキー特性が得られるため、ひいてはパワー素
子としての特性を保ったまま安定した動作の半導体装置
を得ることができる。
The semiconductor device of the present invention has a first semiconductor layer and a third semiconductor layer as donor supply layers on both sides of the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer is a gate electrode and a Schottky. Since it is a GaAs layer to which the n-type impurity is added, the donor of the second semiconductor layer can be present at a concentration necessary for power,
Further, in principle, the contact between the gate electrode and the AlGaAs layer as the donor layer, which is very unstable as a crystal, is eliminated at the Schottky junction, and stable gate Schottky characteristics can be obtained on the GaAs layer. It is possible to obtain a semiconductor device which operates stably while maintaining the characteristics as an element.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下に本発明の半導体装置の実施
の形態について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a semiconductor device of the present invention will be described below.

【0021】(参考例) 図1は、半導体装置を模式的に示す断面図である。 Ga
As基板1の上に、バッファ層としてのアンドープGa
As層2、バッファ層としてのアンドープAlGaAs
層3、ドナー供給層としてのSiドープAlGaAs層
4、スペーサ層としてのアンドープAlGaAs層5、
チャンネル層としてのアンドープInGaAs層6、ス
ペーサ層としてのアンドープGaAs層7、ドナー供給
層としてのSiドープGaAs層8をこの順に積層して
いる。このGaAs層8の上にキャップ層としてのSi
ドープGaAs層9、そのキャプ層9の上にそれぞれソ
ース電極10及びドレイン電極11を積層している。ま
た、前記GaAs層8の上にゲート電極13を積層して
いる。
Reference Example FIG. 1 is a sectional view schematically showing a semiconductor device. Ga
Undoped Ga as a buffer layer on the As substrate 1
As layer 2, undoped AlGaAs as buffer layer
Layer 3, Si-doped AlGaAs layer 4 as a donor supply layer, undoped AlGaAs layer 5 as a spacer layer,
An undoped InGaAs layer 6 as a channel layer, an undoped GaAs layer 7 as a spacer layer, and a Si-doped GaAs layer 8 as a donor supply layer are laminated in this order. Si on the GaAs layer 8 as a cap layer
A source electrode 10 and a drain electrode 11 are laminated on the doped GaAs layer 9 and the cap layer 9, respectively. A gate electrode 13 is laminated on the GaAs layer 8.

【0022】この半導体装置の製造について、以下に製
造工程示す図2乃至図5を参照し説明する。アセントン
等の有機溶剤にてGaAs基板1の脱脂処理をおこな
う。その後、GaAs基板1を、MBE装置(分子線エ
ピタキシー法を実施する装置)に搬入し、真空中で50
0℃で30分のベーキングを行い、GaAs基板1表面
に付着している水分を除去する。その後、GaAs基板
1の温度570℃に上げ、アンドープGaAs層2を5
00nmの厚さに、AlGaAs層3を200nmの厚
さに順次成長する。これらはバッファ層として形成す
る。
The manufacture of this semiconductor device will be described below with reference to FIGS. The GaAs substrate 1 is degreased with an organic solvent such as acetone. After that, the GaAs substrate 1 is loaded into an MBE apparatus (an apparatus that carries out a molecular beam epitaxy method), and the substrate is subjected to 50
Baking is performed at 0 ° C. for 30 minutes to remove the moisture adhering to the surface of the GaAs substrate 1. Then, the temperature of the GaAs substrate 1 is raised to 570 ° C., and the undoped GaAs layer 2 is heated to 5 ° C.
The AlGaAs layer 3 is successively grown to a thickness of 00 nm to a thickness of 200 nm. These are formed as a buffer layer.

【0023】その後、さらに、このAlGaAs層3の
上に、ドナー供給層としてSiを2×1018cm-3ドー
プしたAlGaAs層4を20nmの厚さで、スペーサ
層としてアンドープAlGaAs層5を厚さ2nmで、
この順に成長する。このAlGaAs層4の上に、チャ
ンネル層としてアンドープInGaAs層6を厚さ10
nmで積層し、その上にスペーサ層としてアンドープG
aAs層7を2nm厚さで、ドナー供給層としてSiを
1×1018cm-3ドープしたGaAs層8を厚さ20n
mで、キャップ層を形成する為のSiを2×1018cm
-3ドープしたGaAs層9を厚さ50nmでこの順に成
長する(図2参照)。ここで、AlGaAs中のAlの
組成比は0.25(Alの組成xが0.25)であり、
InGaAs中のInの組成比は0.2(Inの組成y
が0.2)とする。
After that, further, on the AlGaAs layer 3, an AlGaAs layer 4 doped with Si of 2 × 10 18 cm -3 as a donor supply layer with a thickness of 20 nm and an undoped AlGaAs layer 5 as a spacer layer are further formed. At 2 nm,
It grows in this order. An undoped InGaAs layer 6 having a thickness of 10 is formed as a channel layer on the AlGaAs layer 4.
nm, and undoped G as a spacer layer thereon
The aAs layer 7 has a thickness of 2 nm, and the GaAs layer 8 doped with Si at 1 × 10 18 cm −3 has a thickness of 20 n as a donor supply layer.
m is 2 × 10 18 cm for forming the cap layer.
A -3 doped GaAs layer 9 is grown in this order with a thickness of 50 nm (see FIG. 2). Here, the composition ratio of Al in AlGaAs is 0.25 (Al composition x is 0.25),
The composition ratio of In in InGaAs is 0.2 (In composition y
Is 0.2).

【0024】その後、通常のフォトエッチング工程を経
て素子間分離を図り、さらに、通常のフォトエッチン
グ、アロイ工程を経て、図3に示すような、Au/Ni
/Auからなるソース電極10及びドレイン電極11を
形成する。
Thereafter, the elements are separated through a normal photo-etching step, and further, a normal photo-etching and alloying steps are performed, followed by Au / Ni as shown in FIG.
A source electrode 10 and a drain electrode 11 made of / Au are formed.

【0025】その後、図4に示すように、レジストパタ
ーン12を形成し、このレジストパターンをエッチング
マスクとしてGaAs層8、9のエッチングを行う。こ
のとき、エッチングの終了の目安としては、ソース電極
10とドレイン電極11間に流れる電流値を測定し、2
V印加時の電流の値が300〜600mA/mmにす
る。
Thereafter, as shown in FIG. 4, a resist pattern 12 is formed, and the GaAs layers 8 and 9 are etched using this resist pattern as an etching mask. At this time, the value of the current flowing between the source electrode 10 and the drain electrode 11 is measured to measure the end of the etching.
The value of the current when V is applied is set to 300 to 600 mA / mm.

【0026】その後、このエッチングにより露出したG
aAs層8に、図5に示すように、ゲート電極13を形
成する。このゲート電極13の材料としては、Al、T
i/Pt/Au等を用いる。その後、有機溶剤によるリ
フトオフを行い、図1に示すゲート電極13が掘り込ま
れた構造(いわゆるリセスゲート構造)のトランジスタ
を得る。
After that, the G exposed by this etching
A gate electrode 13 is formed on the aAs layer 8 as shown in FIG. The material of the gate electrode 13 is Al, T
i / Pt / Au or the like is used. After that, lift-off with an organic solvent is performed to obtain a transistor having a structure in which the gate electrode 13 shown in FIG. 1 is dug (so-called recess gate structure).

【0027】この実施の形態1のトランジスタにおいて
は、パワー用に電流駆動能力として必要な3×1012
-1以上のチャンネル電子濃度を保ちつつ、ゲートショ
ットキー特性の安定化が可能となった。特に、このトラ
ンジスタでは、300mA/mmのドレイン電流密度で
−14Vのゲート逆方向耐圧、ゲート電極の理想因子
(n)値は1.1が得られた。
In the transistor of the first embodiment, 3 × 10 12 c which is necessary as a current driving capability for power is used.
It became possible to stabilize the gate Schottky characteristics while maintaining the channel electron concentration of m -1 or more. In particular, in this transistor, a gate reverse breakdown voltage of -14 V and an ideal factor (n) value of the gate electrode of 1.1 were obtained at a drain current density of 300 mA / mm.

【0028】この構造のトランジスタのドナー供給層と
してのGaAs層8中のドナー濃度とチャンネル層とし
てのInGaAs層6中の2次元電子濃度の関係を図6
に示す。これを得るに当たって、図7に示す構造まで結
晶成長し、すなわち図2においてGaAs層8まで結晶
成長を行つた段階において、GaAs層8のドナー濃度
Nとその層厚dとして次の表1に示すサンプルを用い
た。
FIG. 6 shows the relationship between the donor concentration in the GaAs layer 8 serving as the donor supply layer and the two-dimensional electron concentration in the InGaAs layer 6 serving as the channel layer of the transistor of this structure.
Shown in. To obtain this, at the stage of crystal growth up to the structure shown in FIG. 7, that is, at the stage of crystal growth up to the GaAs layer 8 in FIG. 2, the donor concentration N of the GaAs layer 8 and its layer thickness d are shown in Table 1 below. A sample was used.

【0029】[0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】この図6の特性は、図7の結晶構造のもの
を用いて、ホール測定により、その2次元電子濃度を実
験的に確かめた結果を示す。この図6から、パワー用の
トランジシタとして必要とされる電子濃度3×1012
-2以上とするためには、ドナー供給層としてのGaA
s層8のドナー濃度は5×1017cm-3以上必要であこ
とが判る。また、ドナー濃度の上限はGaAsへのドナ
ー添加の上限を考慮することにより決めることが可能で
あり、2.5×1018cm-3とすることができる。そし
て、InGaAs層6の電子濃度として4×1012cm
-2とすることが可能であり、電流駆動力として大きいも
のとすることができる。
The characteristics of FIG. 6 show the results of experimentally confirming the two-dimensional electron concentration by Hall measurement using the crystal structure of FIG. From this FIG. 6, the electron density required as a power transistor is 3 × 10 12 c
In order to obtain m −2 or more, GaA as a donor supply layer is used.
It is understood that the donor concentration of the s layer 8 needs to be 5 × 10 17 cm −3 or more. The upper limit of the donor concentration can be determined by considering the upper limit of the donor addition to GaAs, and can be set to 2.5 × 10 18 cm −3 . The electron concentration of the InGaAs layer 6 is 4 × 10 12 cm
It can be set to -2 , and the current driving force can be large.

【0031】(実施の形態) 図8は本発明の実施の形態を模式的に説明する断面図で
ある。尚、この図8において、参考例と同等部分は同一
符号にて表記している。参考例におけるドナー供給層と
してのGaAs層8に代えて、Siを1×1012cm-2
でアンドープGaAs層8’にプレーナドーピングして
ドナー供給層としたものである。図8において、破線に
てプレーナドーピングの状況を示している。尚、このド
ナー供給層は参考例におけるGaAs層8の成長工程に
代えて、プレーナドーピング方法を利用して形成するこ
とができる。
[0031] (Embodiment) FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating the shape condition of the present invention schematically. In FIG. 8, the same parts as those in the reference example are denoted by the same reference numerals. In place of the GaAs layer 8 as the donor supply layer in the reference example , Si was added at 1 × 10 12 cm −2
Then, the undoped GaAs layer 8'is planarly doped to form a donor supply layer. In FIG. 8, the situation of planar doping is indicated by a broken line. The donor supply layer can be formed by using a planar doping method instead of the growth step of the GaAs layer 8 in the reference example .

【0032】この構成においては、ゲート電極13はア
ンドープGaAs層8’とショットキー接合を形成して
いるため、その接合の特性はAlGaAsとショトキー
接合を形成している場合に比べて、実施の形態1と同様
に安定しており、特性の安定したパワー用のトランジス
タを得ることができる。そして、この構成は、実施の形
態1に比べてゲート逆耐圧を大きくすることが可能であ
り、耐圧のより大きく要求される用途に適している。
In this structure, since the gate electrode 13 forms a Schottky junction with the undoped GaAs layer 8 ', the junction characteristics are different from those in the case where the Schottky junction is formed with AlGaAs. As in the case of No. 1, it is possible to obtain a power transistor which is stable and has stable characteristics. Further, this configuration can increase the gate reverse withstand voltage as compared with the first embodiment, and is suitable for applications in which a higher withstand voltage is required.

【0033】この形態において、Siのプレーナドーピ
ング量としては1×1012cm-2の例について説明した
が、少なくともSiを4×1012cm-2まで増量するこ
とは可能であり、GaAsへのドナー添加の上限までド
ーピングが可能であり、より電流駆動力を増すことがで
きる。
In this embodiment, the planar doping amount of Si is 1 × 10 12 cm −2 , but it is possible to increase Si to at least 4 × 10 12 cm −2 . Doping is possible up to the upper limit of donor addition, and the current driving force can be further increased.

【0034】上記実施の形態においては、ドナーとして
Siを用いた例について説明したが、Siと同族のIV族
の原子、例えばGe等をもちいることもできる。また、
上記実施の形態においては、いわゆるリセスゲート構造
の例について説明したが、リセスゲート構造ではなく、
キャップ層9を省略してゲート電極13、ソース電極1
1及びドレイン電極12をGaAs層8上に形成しても
良い。
In the above-described embodiment, the example in which Si is used as the donor has been described, but it is also possible to use an atom of group IV, which is in the same group as Si, such as Ge. Also,
In the above-described embodiment, an example of a so-called recess gate structure has been described.
The gate layer 13 and the source electrode 1 are omitted by omitting the cap layer 9.
1 and the drain electrode 12 may be formed on the GaAs layer 8.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明の半導体装置は、ゲート電極がG
aAsとショットキー接合していることからゲートショ
ットキー特性の安定化が可能であり且つゲート電極と接
合するGaAs層はn型不純物をドープされてチャンネ
ルに対する電子供給層として大いに役立ち、パワー用に
電流駆動力として必要なチャンネル電子濃度、例えば3
×1012cm-2を保つことができ、さらには4×1012
cm-2とすることもでき、高周波特性に優れた特性の安
定化されたパワートランジスタを提供することができ
る。
In the semiconductor device of the present invention, the gate electrode is G
Since it has a Schottky junction with aAs, the gate Schottky characteristic can be stabilized, and the GaAs layer which is joined to the gate electrode is doped with n-type impurities and serves a great role as an electron supply layer for the channel, so that a current Channel electron concentration required as driving force, eg 3
X10 12 cm -2 can be maintained and further 4x10 12
It can be set to cm −2, and a stabilized power transistor with excellent high frequency characteristics can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】半導体装置の構成を模式的に説明する断面図で
ある。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically illustrating the configuration of a semiconductor device .

【図2】半導体装置の製造工程を説明する断面図であ
る。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device .

【図3】半導体装置の製造工程を説明する断面図であ
る。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a manufacturing process of a semiconductor device .

【図4】半導体装置の製造工程を説明する断面図であ
る。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the semiconductor device .

【図5】半導体装置の製造工程を説明する断面図であ
る。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating the manufacturing process of the semiconductor device .

【図6】半導体装置のチャンネル層中の電子濃度のGa
As層中のドナー濃度依存特性を説明する図である。
FIG. 6 is a Ga of electron concentration in a channel layer of a semiconductor device .
It is a figure explaining the donor concentration dependence characteristic in an As layer.

【図7】半導体装置のホール測定用サンプルの構成を説
明する断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating the configuration of a hole measuring sample of a semiconductor device .

【図8】本発明の半導体装置の実施の形態を模式的に説
明する断面図である。
The form status of the implementation of the semiconductor device of the present invention; FIG is a cross-sectional view illustrating schematically.

【図9】従来の半導体装置の構成を模式的に説明する断
面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically illustrating the configuration of a conventional semiconductor device.

【図10】従来の半導体装置の他の構成を模式的に説明
する断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically illustrating another configuration of the conventional semiconductor device.

【図11】従来の半導体装置の今一つの他の構成を模式
的に説明する断面図である。
FIG. 11 is a sectional view schematically explaining another configuration of the conventional semiconductor device.

【図12】従来の半導体装置のさらに他の構成を模式的
に説明する断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically illustrating still another configuration of the conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 GaAs基板 2 GaAs層 3 アンドープAlGaAs層 4 SiドープAlGaAs層アンドープAlGaAs層 6 アンドープInGaAs層 7 アンドープGaAs層 8 SiドープGaAs層 8’ SiドープGaAS層 9 SiドープGaAS層 10 ソース電極 11 ドレイン電極 12 フォトレジスト 13 ゲート電極1 GaAs Substrate 2 GaAs Layer 3 Undoped AlGaAs Layer 4 Si Doped AlGaAs Layer 5 Undoped AlGaAs Layer 6 Undoped InGaAs Layer 7 Undoped GaAs Layer 8 Si Doped GaAs Layer 8'Si Doped GaAs Layer 9 Si Doped GaAS Layer 10 Source Electrode 11 Drain Electrode 12 Photoresist 13 Gate electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/338 H01L 29/778 H01L 29/812 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/338 H01L 29/778 H01L 29/812

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 GaAs基板上に形成されたn型不純物
が添加された第1の半導体層であるAlGaAs層と、 この第1の半導体層上形成された第1の半導体層よりも
電子親和力が強く、かつ禁制帯幅が小さく、その電子濃
度が3×10 12 cm -2 以上の第2の半導体層であるIn
GaAs層と、 この第2の半導体層上に形成された第2の半導体層より
も電子親和力が弱く、かつ禁制帯幅が大きいn型不純物
が添加された第3の半導体層であるノンドープのGaA
s層にプレーナドーピングされた層と、 この第3の半導体層上に形成された第3の半導体層とオ
ーミック接合にて対峙しているソース電極及びドレイン
電極と、 この第3の半導体層とショットキー接合にて対峙してい
るゲート電極とを有することを特徴とする半導体装置
1. An AlGaAs layer , which is a first semiconductor layer to which an n-type impurity is added, formed on a GaAs substrate, and has an electron affinity higher than those of the first semiconductor layer formed on the first semiconductor layer. Strong and narrow band gap,
Which is the second semiconductor layer with a degree of 3 × 10 12 cm -2 or more
The GaAs layer and the non-doped GaA which is the third semiconductor layer added with the n-type impurity having the electron affinity weaker than that of the second semiconductor layer formed on the second semiconductor layer and having a large band gap.
The layer s-layer is planarly doped, the source electrode and the drain electrode facing the third semiconductor layer formed on the third semiconductor layer in ohmic contact, the third semiconductor layer and the shot. A semiconductor device having a gate electrode facing each other at a key junction.
【請求項2】 前記第3の半導体層のプレーナドーピン
グが、1×1012cm-2以上、4×1012cm-2以下の
n型不純物を含んでいることを特徴とする請求項1に記
載の半導体装置。
2. A planar dopin for the third semiconductor layer .
Grayed is, 1 × 10 12 cm -2 or more, the semiconductor device according to claim 1, characterized in that it contains 4 × 10 12 cm -2 or less of n-type impurity.
【請求項3】 前記第1の半導体層がn型不純物として
Siをドープされた、第2の半導体層に電子を供給する
電子供給層であることを特徴とする請求項1又は2に記
載の半導体装置。
Wherein said first semiconductor layer is doped with Si as an n-type impurity, according to claim 1 or 2, characterized in that an electron supply layer supplying electrons to the second semiconductor layer Semiconductor device.
【請求項4】 前記第1の半導体層がSiをドープした
AlGaAs層であり、前記第3の半導体層のn型不純
物がSiであることを特徴とする請求項1又は2に記載
の半導体装置。
Wherein a AlGaAs layer, wherein the first semiconductor layer is doped with Si, the semiconductor device according to claim 1 or 2 n-type impurity of the third semiconductor layer is characterized in that it is a Si .
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