JP2536523B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超高速な半導体装置の製造方法に関する。
〔従来の技術〕 ｎ−AlGaAsとアンドープGaAsのヘテロ接合から成る選
択ドープ構造は、電子が不純物の少ないGaAs中を走行す
るため、高速デバイスに利用されている。このような選
択ドープ構造を有する半導体装置である電界効果トラン
ジスタ（FET）の基本構造は、その断面図を第４図に示
すように、半絶縁性GaAs基板11上にアンドープGaAs層1
2,n−AlGaAs層13が設けられ、ゲート電極14およびソー
ス，ドレイン電極15,16が設けられている。
電子はアンドープGaAs層12とｎ−AlGaAs層13のヘテロ
接合界面のGaAs層12側をソースからドレインに向かって
走行し、ゲート電極14で変調を受けてトランジスタ動作
を成す。さて、このトランジスタの動作の速さは、電子
がどれだけ短時間でゲートの下を通り抜けるかにかかっ
ている。そのため素子を微細化することが高速化にとっ
て最も重要である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
電子はソース・ドレイン間の電界で加速され、高速で
ゲート下を走行するが、このように素子が超微細化され
ると、電子が十分に加速されず、あまり高速で動作しな
い事態が起こり得る。
本発明の目的は、このような高速化への制限を打破す
る新しい構造の半導体装置の製造方法を提供することに
ある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、基板にステップを形成する工程と、第１の
半導体を構成する原子の分子ビームをステップの斜め方
向から照射し、前記ステップを覆って第１の半導体層を
形成する工程と、第１の半導体を構成する原子の分子ビ
ームを斜め方向から照射すると共に第１の半導体より電
子親和力の小さい第３の半導体を構成する原子の分子ビ
ームを前記ステップの斜め上方から照射し、前記ステッ
プ上面より側面の方が第３の半導体の組成の少ない第１
の半導体と第３の半導体との混晶層を形成する工程とを
含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
〔作用〕
本発明では、ソースにチャネルよりも伝導帯のエネル
ギーの大きいもの（チャネルに障壁となるもの）を用い
ているので、ソースからチャネルにエネルギーの高い状
態で、すなわち高速で電子を注入できるので、超微細化
されたときでも、電子を高速にできる。
〔実施例〕
第１図は本発明による半導体装置の一例であるFETの
基本構造の断面図である。第４図に示した従来のFETと
同様に、11は半絶縁性GaAs基板、12はアンドープGaAs
層、13はｎ−AlGaAs層、14はゲート電極、15,16はソー
ス，ドレイン電極であるが、本実施例の特徴はソース領
域21に、ｎ−AlGaAs層13よりAl組成の少ないn+−AlGaAs
を用いていることにある。このソースとアンドープGaAs
チャネルとの間の、ソース・ドレイン間にバイアスした
ときのバンド状態図を第２図に示す。なお図中、ECは伝
導帯を示す。
本実施例では、ソースにチャネルよりも伝導帯のエネ
ルギーの大きいもの（チャネルに障壁となるもの）を用
いているので、ソースからチャネルにエネルギーの高い
状態で、すなわち高速で電子を注入でき、超微細化され
たときでも、電子を高速にできる、ここでソースのn+−
AlGaAs層21のチャネルに対する障壁の高さは、ゲート下
のｎ−AlGaAs層13の障壁の高さよりも低くしておく必要
がある。なぜならば高くすると電子が層13に飛び込んで
しまうからである。
以上のように本実施例によれば、電子チャネルとなる
第１の半導体層12と、この第１の半導体層12より電子親
和力の小さい第２の半導体層13のヘテロ接合界面を電子
チャネルとするFETにおいて、電子チャネルよりも伝導
帯のエネルギーの大きいソース領域21を有し、このソー
ス領域から電子チャネルに、電子親和力差よりも低い障
壁を介して電子を注入する構造のFETが得られる。
さてかかるFETは、通常の結晶成長でアンドープGaAs
層12、ｎ−AlGaAs層13の成長後、選択時にソース領域21
をエッチングして、ソース領域21のn+−AlGaAsを成長
し、各電極を形成すれば実現できるが、再成長界面の品
質が良くない恐れがある。これは以下の実施例に示すプ
ロセスにより解決できる。
以下、第３図の工程図を参照しつつ説明する。
まず、半絶縁性GaAs基板11にステップを形成する（第
３図（ａ））。
次に、MBE法でステップに対して斜め方向からAs雰囲
気下でGaビームを照射し、ステップを覆ってアンドープ
GaAs層12を成長する（第３図（ｂ））。
次にGaを同様に照射し、またドーパントのSiのビーム
をGaと同様の方向から照射しつつ、Alのビームを斜め上
方から照射する（第３図（ｃ））。したがってAlの量は
ステップ上面では多く、ステップの側面では少なくな
り、ステップの側面では上面よりAl組成の少なく、かつ
ドーピング量の多いn+−AlGaAs層21が成長される。
次いで、Alビームを遮断して、コンタクト層のn+−Ga
As層22を成長する（第３図（ｄ））。
次いで、ステップ上面のn+−GaAs層22を除去してゲー
ト電極14を形成し、さらにソース電極15,ドレイン電極1
6を形成すればFETは完成する。
このように本実施例によれば、GaAs基板11にステップ
を形成する工程と、第１の半導体を構成する原子の分子
ビームをステップの斜め方向から照射し、ステップを覆
って第１の半導体層12を形成する工程と、第１の半導体
を構成する原子の分子ビームを斜め方向から照射すると
共に第１の半導体より電子親和力の小さい第３の半導体
を構成する原子の分子ビームをステップの斜め上方から
照射し、ステップ上面より側面の方が第３の半導体の組
成の少ない第１の半導体と第３の半導体との混晶層21を
形成する工程とを含んでいる。
以上のように本実施例では、結晶成長をすべて真空や
一連の成長で行っているので界面は良質である。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、超微細化しても
高速性がおおいに発揮できる半導体装置を、簡単なプロ
セスで実現でき、通信装置等の高性能化に大きく貢献で
きる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による半導体装置の一実施例であるFET
の構造断面図、 第２図は第１図のFETのバンド状態図、 第３図は本発明の半導体装置の製造方法の一実施例を示
す工程図、 第４図は従来のFETの構造断面図である。 11……半絶縁性GaAs基板 12……アンドープGaAs層 13……ｎ−AlGaAs層 14……ゲート電極 15……ソース電極 16……ドレイン電極 21……ソース領域

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】基板にステップを形成する工程と、第１の
    半導体を構成する原子の分子ビームをステップの斜め方
    向から照射し、前記ステップを覆って第１の半導体層を
    形成する工程と、第１の半導体を構成する原子の分子ビ
    ームを斜め方向から照射すると共に第１の半導体より電
    子親和力の小さい第３の半導体を構成する原子の分子ビ
    ームを前記ステップの斜め上方から照射し、前記ステッ
    プ上面より側面の方が第３の半導体の組成の少ない第１
    の半導体と第３の半導体との混晶層を形成する工程とを
    含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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