(57)【要約】【課題】ＧａＡｓコンタクト層の厚みを薄くし、素子特性のばらつきを抑え、歩留まりを向上させると共に、耐圧の低下を抑えつつ、寄生抵抗を下げ、電界効果トランジスタの出力、利得特性を向上できる構造の提供を目的とする。【解決手段】ＩｎＧａＡｓ電子走行層３と、この電子走行層上にｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層４と、この電子供給層上にアンドープＡｌＧａＡｓ障壁層５と、この障壁層上にｎ型ＧａＡｓコンタクト層７と、コンタクト層に形成されたオーミック合金化領域８と、を備えたヘテロ接合電界効果トランジスタにおいて、前記障壁層５とコンタクト層７の間にｎ型ＩｎＧａＰ層６を有し、前記オーミック合金化領域８が少なくともｎ型ＩｎＧａＰ層６にまで達していることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩｎＧａＡｓ電子走行層と、
この電子走行層上にｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層と、
この電子供給層上にアンドープＡｌＧａＡｓ障壁層と、
この障壁層上にｎ型ＧａＡｓコンタクト層と、
コンタクト層に形成されたオーミック合金化領域と、
を備えたヘテロ接合電界効果トランジスタにおいて、
前記障壁層とコンタクト層の間にｎ型ＩｎＧａＰ層を有し、
前記オーミック合金化領域が少なくともｎ型ＩｎＧａＰ層にまで達していることを特徴とするヘテロ接合電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記オーミック合金化領域はＡｕ、Ｇｅ、Ｎｉの３つの金属を含むことを特徴とする請求項１に記載のヘテロ接合電界効果トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘテロ接合電界効果トランジスタ、特にＩｎＧａＡｓ電子走行層を備える高電子移動度トランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヘテロ接合を含む電界効果トランジスタは、高周波動作が可能であるという特性を有し、近年の超高速通信システムを支えるキーデバイスとなっている。この種のトランジスタには、更なる高周波特性、増幅特性、耐圧の向上、消費電力の低減が要求されている。
【０００３】
高周波特性、増幅特性の向上および低消費電力化を実現させるためには寄生抵抗の低減が有効である。寄生抵抗は電極金属と半導体の接合部に存在するオーミックコンタクト抵抗と、電子親和力の異なる半導体同士の接合部に存在する伝導帯のポテンシャル障壁による抵抗を主とする。
【０００４】
図２は、従来のヘテロ接合電界効果トランジスタの構成を示す断面図である。ＧａＡｓ基板１に、高抵抗であるＧａＡｓあるいはＡＩＧａＡｓ等からなるバッファ層２、アンドープＩｎＧａＡｓ電子走行層３、ｎ型ＡＩＧａＡｓ電子供給層４、アンドープＡｌＧａＡｓ障壁層５、高濃度にドーピングされたｎ型ＧａＡｓコンタクト層７がエピタキシャル成長法により積層されている。ＧａＡｓコンタクト層７にはオーミックコンタクトをとるための金ゲルマニウム合金およびニッケルと金とＧａＡｓの合金化領域８が形成され、ソース電極９とドレイン電極１０は合金化領域８の上に形成されている。ゲート電極１１は、コンタクト層７をエッチングで除去した、ＡｌＧａＡｓ障壁層５の上に形成されている。これはリセスと呼ばれる高周波特性及び耐圧を向上させるための構造である。
【０００５】
図２の構造におけるヘテロ接合のポテンシャル障壁による寄生抵抗について説明する。図４（ａ）は図２のＡ−Ａ断面の各層における伝導帯のエネルギーとフェルミレベルＥｆを示したものである。ソース電極９から注入された電子はｎ型ＧａＡｓコンタクト層６、アンドープＩｎＧａＡｓ障壁層５、ＩｎＧａＡｓ電子供給層４を経由してＩｎＧａＡｓ電子走行層３をドレイン電極１０に向かって流れる。この経路において、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層７とアンドープＡｌＧａＡｓ障壁層５の界面では、電子親和力の違いにより高いポテンシャル障壁Ｅｃ２が存在するため、寄生抵抗は高いものとなっていた。
【０００６】
そこで、図３に示すようにｎ型ＧａＡｓコンタクト層７とアンドープＡｌＧａＡｓ障壁層５の間に、電子親和力が両者の間に位置するｎ型ＡｌＧａＡｓ層１２を挿入する構造が提案された（例えば特許文献１参照。）。
【０００７】
図３の構造におけるＡ−Ａ断面の各層における伝導帯のエネルギーとフェルミレベルＥｆを図４（ｂ）に示す。ポテンシャル障壁Ｅｃ３は図４（ａ）のＥｃ２に比べ低くなるため、ポテンシャル障壁による抵抗を下げることができた。
【０００８】
次に、図３の構造におけるオーミック抵抗について説明する。ｎ型のＧａＡｓにオーミックコンタクトをとる場合、一般に、金ゲルマニウム合金、ニッケル、金を積層させ、例えば、４００℃で１分間の熱処理を行い、ｎ型ＧａＡｓと反応させ合金化領域を形成させる。この時の金ゲルマニウム合金、ニッケル、金の合金とｎ型ＧａＡｓコンタクト層７との合金領域は７０〜８０ｎｍの厚みに達する。低いオーミック抵抗を実現させるためには、前述の合金化領域８の最下面は高濃度にドーピングされたｎ型ＧａＡｓコンタクト層７内にある必要がある。したがって、プロセスのばらつきを考慮すると、低いコンタクト抵抗を実現させるためにはｎ型ＧａＡｓコンタクト層７は最低でも１００ｎｍ程度の厚さが必要とされていた。
【０００９】
【特許文献１】特開平６−２５２１７５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
リセス構造形成において、ゲート電極の下は高抵抗層であることが、耐圧の確保のために重要である。すなわちｎ型ＧａＡｓコンタクト層７およびｎ型ＡｌＧａＡｓ層１２をエッチングにより完全に除去することが必要である。一方、過剰なエッチングはその下層のＡｌＧａＡｓ障壁層５のエッチングを招く。ＡｌＧａＡｓ障壁層５の厚みはゲート電極１１と電子走行層３の距離を決めるものであり、素子の特性を大きく左右するパラメータである。したがって、素子の特性を所望のものとするためにはエッチングはｎ型ＧａＡｓコンタクト層７およびｎ型ＡｌＧａＡｓ層１２が完全に除去されかつ、ＡｌＧａＡｓ障壁層５には進んでいない時点で終了することが望ましい。
【００１１】
エッチングを精度良く制御するためには、ＧａＡｓコンタクト層７は薄いほど好ましい。それは、薄い層ほど、エピタキシャル成長において、面内およびウエハ間での厚みのばらつきを小さく抑えることと、エッチング量が小さいためにオーバーエッチング量を小さくすることができることによる。
【００１２】
ところが、エピタキシャル成長により形成するＧａＡｓコンタクト層７の厚みは低いコンタクト抵抗を実現するために、最低でも１００ｎｍほど必要なため、そのエッチングの制御は困難であり、ＡｌＧａＡｓ障壁層５のエッチングも進んでしまうため、作製素子の特性にばらつきを生じてしまうという問題があった。
【００１３】
また、このようにｎ型ＧａＡｓコンタクト層７が厚い構造では、電極から注入された電子が合金層８の底面から電子走行層３に垂直方向に向かう流れに対し、合金層８の底面および側面からコンタクト層７へ横方向に流れる割合が大きくなるため、リセス端での電流密度が上昇し、耐圧が低下してしまうという問題があった。
【００１４】
本発明は、ＧａＡｓコンタクト層の厚みを薄くし、素子特性のばらつきを抑え、歩留まりを向上させると共に、耐圧の低下を抑えつつ、コンタクト抵抗、ポテンシャル障壁による寄生抵抗を下げ、電界効果トランジスタの出力、利得特性を向上できる構造の提供を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、ＩｎＧａＡｓ電子走行層と、この電子走行層上にｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層と、この電子供給層上にアンドープＡｌＧａＡｓ障壁層と、この障壁層上にｎ型ＧａＡｓコンタクト層と、コンタクト層に形成されたオーミック合金化領域と、を備えたヘテロ接合電界効果トランジスタにおいて、前記障壁層とコンタクト層の間にｎ型ＩｎＧａＰ層を有し、前記オーミック合金化領域が少なくともｎ型ＩｎＧａＰ層にまで達していることを特徴とする。
【００１６】
また、前記オーミック合金化領域は少なくともＡｕ、Ｇｅ、Ｎｉの３つの金属を含むことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図１は本発明の実施例を示すＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）の断面図である。
【００１８】
図１のＨＥＭＴは、ＧａＡｓ基板１に、高抵抗であるＧａＡｓあるいはＡＩＧａＡｓ等からなるバッファ層２、アンドープＩｎＧａＡｓ電子走行層３、ｎ型ＡＩＧａＡｓ電子供給層４、アンドープＡｌＧａＡｓ障壁層５、厚さ５０Åの高濃度にドーピングしたｎ型ＩｎＧａＰ層６、厚さ５０ｎｍの高濃度にドーピングしたｎ型ＧａＡｓコンタクト層７がエピタキシャル成長法により積層されており、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層７にはオーミックコンタクトをとるための金ゲルマニウム合金およびニッケルと金とＧａＡｓの合金化領域８が形成されている。合金領域８の下面はＧａＡｓコンタクト層７を突き抜け、ｎ型ＩｎＧａＰ層６に達している。さらにソース電極９とドレイン電極１０は合金化領域８の上に形成されており、ゲート電極１１は高周波特性及び耐圧を向上させるため、ＧａＡｓコンタクト層７およびｎ型ＩｎＧａＰ層６をエッチングで除去し、アンドープＡｌＧａＡｓ障壁層５の上に形成するリセス構造をとっている。
【００１９】
ｎ型のＧａＡｓのオーミックコンタクトは、例えば、金ゲルマニウム合金、ニッケル、金を順に積層させ、４００℃で１分間の熱処理を行い、ｎ型ＧａＡｓと反応させた合金化領域の形成によって得られる。
【００２０】
図１の構造におけるヘテロ接合のポテンシャル障壁による寄生抵抗について説明する。図４（ｃ）は図１のＡ−Ａ断面の各層における伝導帯のエネルギーとフェルミレベルＥｆを示したものである。ソース電極９から注入された電子はｎ型ＩｎＧａＰ６、アンドープＩｎＧａＡｓ障壁層５、ＩｎＧａＡｓ電子供給層４を経由してＩｎＧａＡｓ電子走行層３をドレイン電極に向かって流れてゆく。この経路において、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層７とｎ型ＩｎＧａＰ６の界面では、電子親和力の違いによりポテンシャル障壁Ｅｃ１が存在するが、その高さＥｃ２より低く、Ｅｃ３と同程度であるため、ポテンシャル障壁に起因する寄生抵抗は低く抑えられている。
【００２１】
また、本発明の構成によれば、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層７の厚みは従来の１００ｎｍと比べ、５０ｎｍと薄い。このＧａＡｓコンタクト層７の厚みの低減によるリセス形成工程におけるアンドープＡｌＧａＡｓ障壁層５の厚みの制御性について以下に説明する。例えば、エピタキシャル成長の成長層厚のウエハ面内分布およびウエハ間の精度を±３％とした場合、１００ｎｍを設定して成長したＧａＡｓコンタクト層７の厚さは９７〜１０３ｎｍまで分布することになる。このＧａＡｓコンタクト層７およびｎ型ＩｎＧａＰ層６のリセスエッチングにおいて、例えば、ｎ型ＩｎＧａＰ層６の厚さは均一であり、下層のＡｌＧａＡｓ障壁層５のエッチングレートはＧａＡｓと同じとした場合、全面のＧａＡｓコンタクト層７を除去するためには少なくとも１０３ｎｍの厚みをエッチングする条件で行う必要がある。このエッチング条件では、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層７が最も薄い部分では、下層のアンドープＡｌＧａＡｓ障壁層５が６ｎｍエッチングされてしまうことになる。一方、本発明の構成の場合、５０ｎｍを設定して成長したｎ型ＧａＡｓコンタクト層７の厚さは４８．５〜５１．５ｎｍまで分布することになり、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層７が最も薄い部分でもアンドープＡｌＧａＡｓ障壁層５のエッチングは最大で３ｎｍに抑えることができる。
【００２２】
このようにリセス構造ゲート電極下のアンドープＡｌＧａＡｓ障壁層５の厚みを精度良く維持することができるので、作製素子の特性の均一性を向上でき、高い歩留まりを実現することができる。
【００２３】
本発明の構成によれば、合金化領域８の下面はｎ型ＧａＡｓコンタクト層７を突き抜け、ｎ型ＩｎＧａＰ層６に達している。ＩｎＧａＰはＡｌＧａＡｓより約３倍高いキャリア密度が許容できるため、合金化領域８からのＧｅドーピング・活性化が効果的に行われコンタクト抵抗の低減ができる。
【００２４】
したがって、例えば、ｎ型ＩｎＧａＰの代わりにｎ型ＡｌＧａＡｓを選んだ場合には本発明ほどの低いコンタクト抵抗が得られない。
【００２５】
さらに、本実施例によれば、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層７が従来と比べて薄いので、電子が合金化領域８の底面から電子走行層３に垂直方向に向かう流れに対し、合金層８の底面および側面からコンタクト層７へ横方向に流れる割合が小さいため、リセス端での電流密度は低減し、耐圧が向上できる。
【００２６】
なお、上述の例では、合金化領域８の下面は、ｎ型ＩｎＧａＰ層６に留まっているが、ｎ型ＩｎＧａＰ層６を突き抜けて、ＡｌＧａＡｓ障壁層５に達しても構わない。
【００２７】
上記実施形態ではＨＥＭＴについて示したが、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能である。例えば、ＭＥＳＦＥＴなどの他のヘテロ接合を備える電界効果トランジスタに対して適用でき、ＧａＡｓコンタクト層、ＩｎＧａＰの厚みはオーミックコンタクト合金層の形成条件によって最適条件は変更し、これらを本発明の範囲から除外するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の高移動度トランジスタの断面構造を示す図である。
【図２】従来の高移動度トランジスタの断面構造を示す図である。
【図３】従来の高移動度トランジスタの断面構造を示す図である。
【図４】図１、２および３のＡ−Ａ断面における各層の伝導帯のエネルギーとフェルミレベルＥｆを示したものである。
【符号の説明】
１  ＧａＡｓ基板、２  アンドープバッファ層、３  アンドープＩｎＧａＡｓ電子走行層、４  ｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層、５  アンドープＡｌＧａＡｓ障壁層、６  ｎ型ＩｎＧａＰ層、７  ｎ型ＧａＡｓコンタクト層、８  金ゲルマニウム合金、金、ニッケルとｎ型ＧａＡｓの合金化領域、９  ソース電極、１０  ドレイン電極、１１  ゲート電極、１２  ｎ型ＡｌＧａＡｓ層。
【図１】
2004281629.tif 000003
【図２】
2004281629.tif 000004
【図３】
2004281629.tif 000005
【図４】
2004281629.tif 000006