JPH028450B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH028450B2
JPH028450B2 JP58119507A JP11950783A JPH028450B2 JP H028450 B2 JPH028450 B2 JP H028450B2 JP 58119507 A JP58119507 A JP 58119507A JP 11950783 A JP11950783 A JP 11950783A JP H028450 B2 JPH028450 B2 JP H028450B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
gaas
substrate
algaas
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP58119507A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6012773A (ja
Inventor
Seiji Nishi
Haruhisa Kinoshita
Masahiro Akyama
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP11950783A priority Critical patent/JPS6012773A/ja
Publication of JPS6012773A publication Critical patent/JPS6012773A/ja
Publication of JPH028450B2 publication Critical patent/JPH028450B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H01L29/778Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7781Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with inverted single heterostructure, i.e. with active layer formed on top of wide bandgap layer, e.g. IHEMT

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は高速半導体素子特にヘテロ接合境界面
に形成された二次元電子層をチヤネルとする半導
体素子の製造方法に関する。
(従来技術の説明) 従来より珪素を主体とした高速集積回路が知ら
れている。しかしながら最近この従来の高速集積
回路の代わり、分子線エピタキシー(MBE)法
或いは有機金属熱分解(MOCVD)法で形成し
たGaAs/GaAlAsのヘテロ接合を有効に利用し
た半導体素子を用いた超高速集積回路が提案され
ている。
第1図及び第2図はこのような超高速集積回路
に用いられる従来の半導体素子の一例の構造及び
その製造方法を説明するための断面図である。
第1図はGaAs/AlGaAsのヘテロ接合境界面
(以下単にヘテロ界面と称する)における高移動
二次元電子ガスをチヤネル層とする従来の電界効
果トランジスタ(以下単にFETと称する)を示
す。このFET素子はGaAs基板1上に高純度
GaAs層2、AlGaAs層3を分子線エピタキシー
法(以下単にMBEと称する)により順次に連続
成長させた後、このAlGaAs層3上にソース電極
4、ドレイン電極5及びゲート電極6を形成して
いる。尚、点線8及び9で囲まれた領域はソース
領域及びドレイン領域として夫々作用する領域で
ある。このように構成されたFET素子は高速
FETとして動作する。これは、バンドギヤツプ
(禁制帯幅)の小さい高純度GaAsの半導体層と、
バンドギヤツプの大きいAlGaAsの半導体層とを
交互に成長させた超格子構造又は両半導体層の単
一のヘテロ接合構造において、不純物の変調ドー
ピングすなわちAlGaAs層にのみ選択的にn型の
ドーピングを行うGaAsとAlGaAsとの電子親和
力の差によりAlGaAs層の電子が高純度GaAs層
に移り、ヘテロ界面に第1図に破線7で示すよう
に二次元的に広がつた電子ガスの層が出来、この
電子ガスはイオン化したドナー不純物と空間的に
離れているためクーロン散乱が少なく従つて特に
低温において電子移動度が高くなりよつて高速動
作すると説明されている。
しかしながら、この第1図のFET素子では表
面がAlGaAs層であるため、ゲート6のシヨツト
キ接合の特性が不安定となるばかりか、AlGaAs
層3のキヤリア数が多いため、ゲート電圧によつ
て二次電子ガスの濃度を変調するためには
AlGaAs層3の厚さを精密に制御しなくてはなら
ないという欠点があつた。さらに、AlGaAs層を
介して二次元電子ガスにオーム性電極を形成する
ため、接触抵抗が大きくなるという欠点もあつ
た。
他方、第1図のFET素子のヘテロ接合を形成
する半導体層を入れ替えた第2図に示すような従
来の他のFET素子が提案されており、この素子
においては、GaAs基板11上に、MBE法によ
り、GaAsバツフアー層12、AlGaAsバツフア
ー層13、n型AlGaAs層14、高純度GaAs層
15を連続的に成長させた後、高純度GaAs層1
5上にソース電極16、ドレイン電極17及びゲ
ート電極18を夫々形成した構造となつている。
ここにおいて、点線20及び21で囲まれた領域
は通常の半導体製造技術で形成されているソース
及びドレインとして作用する領域である。そして
このFET素子では高純度GaAs15とその下側n
型AlGaAs層14とのヘテロ界面に破線19で示
すようなチヤネル層すなわち二次元電子層(ガ
ス)が形成される。
この第2図に示す構造のFET素子は第1図に
示した構造のFETの有する欠点を除去するが、
文献刊行物「Journal of Applied Physics」
Vol.53、No.2、1982年2月の第1030頁〜1033頁に
掲載されたH.Morkoc、T.J.Drummond及びR.
Fischer等による論文の記載(特に第3図)から
も明らかなように、二次元電子ガス19の移動度
は同一条件下で成長させた第1図のFET素子の
二次元電子ガス7の移動度より遥かに低く、例え
ば、成長時の基板温度600−680℃の範囲で得られ
た後者の78〓の平均移動度は90000cm2/Vsである
のに対し、前者の680℃の基板温度までの範囲で
得られた78〓の移動度は2000cm2/Vs程度で、最
大700℃ろ基板温度での8500cm2/Vsであり、特に
前者のすなわち第2図に示す構造のFET素子の
移動度はMBE法による成長時の基板温度に著し
く依存することが判つた。
従来、MBE法によつてGaAs基板上にGaAs或
いはAlGaAsの膜を成長させる場合、GaAs基板
上の表面酸化膜が蒸発するのを確認して膜の成長
を行つている。この表面酸化膜の蒸発温度は約
580℃程度であるので、この成長時の基板温度を
580℃以上に設定している。他方、文献刊行物
「Applied Physics Letter」Vol.38、No.9、1981
年5月1日の第708頁〜第710頁に掲載されたW.I.
Wang、S.Judaprawira、C.E.C.Wood及びL.F.
Eastman等による論文及び「Applied Physcs
Letter」Vol.38、No.6、1981年3月15日の第427
頁〜第429頁に掲載されたP.D.Kirchner、J.M.
Woodall、J.L.Freeout及びG.D.Pettit等による論
文からも明らかなように、AlGaAs膜の成長に関
しては基板温度が高いほど良い膜が出来ることが
報告されている。しかしながら、第2図に示す構
造のFET素子の場合には前述したように成長時
の基板温度を700℃と高く設定しても78〓での移
動度は8500cm2/Vs程度であり、この素子を高速
度半導体素子に適用するには移動度が低すぎる欠
点がある。
(発明の目的) 本発明は上述した従来の半導体素子の欠点に鑑
みなれたもので、その目的は高純度GaAs層の厚
さの精密な制御を必要とせず、接触抵抗が小さく
しかも二次元電子ガスの移動度が高い高速半導体
素子の製造方法を提供することにある。
(発明の構成) この目的の達成を図るため、本発明による方法
ではヘテロ接合形成時の基板温度を、この基板の
表面酸化膜の蒸発温度より低い温度とすることを
特徴とする。
この基板温度は蒸発温度を基準として約20℃〜
180℃低い温度範囲に設定するのが好適である。
又、この基板をGaAs基板とし、第一半導体層
をAlGaAs層とし、第二半導体層をGaAs層とす
ることが出来る。
(実施例の説明) 以下、図面により本発明の実施例につき説明す
る。
本発明は上述した第2図に示す構造のFET素
子に対応する構造を有する半導体素子の製造に係
るものであり、従つてこの第2図を再び用いて本
発明の一実施例であるFET素子につき説明する。
第2図に示すように、MBE法を用いて、
GaAs基板11上にこの基板側から順次に約1000
Åの厚さのGaAsバツフア層12、約1000Åの
AlGaAsバツフア層13、第一半導体層としての
約500Åの厚さの珪素ドープAlGaAs層14、第
二半導体層としての約5000Åの厚さのノンドープ
GaAs層15を連続させ、珪素ドープAlGaAs層
14とノンドープGaAs層15とのヘテロ接合2
2を形成する。そして通常の半導体装置の製造技
術を用いて、ソース及びドレイン用の領域(点線
20,21で囲まれた領域)と、ノンドープ
GaAs層15上のソース電極16、ドレイン電極
17及びゲート電極18とを形成する。このよう
に形成された半導体素子では、ヘテロ接合22の
境界面に存在する二次元電子ガス19によりチヤ
ネル層が形成され、このチヤネル層をゲート電極
18の印加電圧により制御してソース電極16か
らドレイン電極17に流れる電流を変調すること
が出来る。
ところで、既に説明した通り、この半導体素子
を高速素子とするためにはチヤネル層19を形成
する二次形電子ガスの移動度を高くすることが必
要であり、この移動度は成長時の基板温度と関係
するものであつた。そこでこの出願の発明者はこ
の移動度と成長時の基板温度との関係を実験によ
り調べたところ、第3図に示すような関係がある
ことが判つた。この第3図は横軸を二次元電子ガ
スが形成されるヘテロ界面形成時の基板温度
(℃)とし、縦軸をシートキヤリア数5×10″cm-2
の二次元電子ガスの液体窒素温度(77〓)におけ
るホール移動度としてプロツトして示した図であ
る。この場合、基板温度をGaAs表面酸化膜が蒸
発する温度(T0)を基準として示す。この実験
結果より、基板温度を約T0−20℃〜T0−180℃の
範囲で77〓のホール移動度が40000cm2/V・sec以
上となることが判つた。
この第3図に示すような関係が得られるのは、
MBE法による成長中の珪素ドーパント(Si)の
表面蓄積効果が基板温度の低下に従つて少なくな
り、この基板温度を下げるとこれに応じて移動度
が上がり、又基板温度をさらに下げるとヘテロ界
面の平坦さが悪くなり移動度が下がることに起因
すると思われる。
そこで本発明においては、上述したMBE法を
用いて珪素ドープAlGaAs層14とノンドープ
GaAs層15とのヘテロ界面を成長させる時の基
板温度をGaAsの表面酸化膜が蒸発する温度を基
準としてこの蒸発温度よりも低い温度、特にこの
蒸発温度を基準として約20℃〜180℃下の温度範
囲に設定するのが好適である。
(発明の効果) このように本発明によれば基板の上側にMBE
法でこの基板側からバンドギヤツプの大きい第一
半導体層であるn型AlGaAs層14とバンドギヤ
ツプの小さい第二半導体層である高純度GaAs層
15とのヘテロ界面を成長させる時の基板温度を
上述したように表面酸化物である膜の蒸発温度よ
り約20℃〜180℃低い温度範囲に設定するので、
このようにして形成された半導体素子のヘテロ界
面における二次元電子ガスの移動度を高くするこ
とが出来、従つてこの二次元電子層すなわち電子
ガス19をチヤネル層として使用する高速度の半
導体素子を実現することが出来る。
又、本発明による方法に従つて製造された半導
体素子例えばFET素子の構造では、ゲート電極
18を高純度GaAs層15上に形成するので、n
型のAlGaAs層14の表面にゲート電極を形成し
たようにゲート電極に加えた電圧がイオン化した
ドナー不純物によつて減少することはなく、この
印加電圧が直接二次元電子ガス層に伝えられる。
このため高純度GaAs層15の厚さを精密に制御
する必要はなく、高い相互コンダクタンスが得ら
れる。又FET素子表面がGaAs層15であるため
ゲート電極18のシヨツトキ接合の特性が安定に
なると共に、ソース電極16、ドレイン電極17
のオーム性電極を形成しやすく、その抵抗値も小
さくしやすい。さらに、GaAsはAlGaAsに対し
て安定であり、信頼性の高い素子を実現出来る。
(変形例の説明) 本発明は上述した実施例にのみ限定されるもの
ではなく多くの変更又は変形を行い得ること明ら
かである。例えば本発明を電界効果トランザスタ
につき説明したが、他の高移動度デバイスや超高
周波デバイスにも適用出来る。
又、上述した実施例とは異なり、基板上に直接
第一半導体層を形成した構造としてもよいし、或
いは又ヘテロ接合を超格子構造としてもよい。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のGaAs−AlGaAsヘテロ界面に
おける高移動度二次元電子ガスをチヤネル層とす
る電界効果トランジスタを示す断面図、第2図は
従来及び本発明による半導体素子の製造方法の説
明に供する第1図と同様な電界効果トランジスタ
ではあるが第1図とは構造が異なる電界効果トラ
ンジスタの一実施例を示す図式的拡大断面図、第
3図は本発明の説明に供する第2図に示した電界
効果トランジスタの製造時における基板温度とホ
ール移動度との開係を示す特性曲線図である。 11……基板(例えばGaAs基板)、12……
バツフアー層(例えばGaAs)、13……バツフ
アー層(例えばAlGaAs)、14……第一半導体
層(例えばn型AlGaAs層)、15……第二半導
体層(例えば高純度GaAs層)、16……ソース
電極、17……ドレイン電極、18……ゲート電
極、19……二次元電子ガス(又はチヤネル層)、
20……ソース領域の境界を示す線、21……ゲ
ート領域の境界を示す線。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 GaAs基板上に分子線エピタキシー法で、
    AlGaAsからなる第一半導体層及びGaAsからな
    る第二半導体層をこの順序で成長し、両半導体層
    間にヘテロ接合を形成する工程と、前記第一半導
    体層に変調ドーピングを選択的に行なう工程とを
    用い、ヘテロ接合境界面の二次元電子層をチヤネ
    ルとする半導体素子を製造するに当り、前記ヘテ
    ロ接合形成時の基板温度を該基板の表面酸化膜の
    蒸発温度より20℃〜180℃低い温度とすることを
    特徴とする半導体素子の製造方法。
JP11950783A 1983-07-02 1983-07-02 半導体素子の製造方法 Granted JPS6012773A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11950783A JPS6012773A (ja) 1983-07-02 1983-07-02 半導体素子の製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11950783A JPS6012773A (ja) 1983-07-02 1983-07-02 半導体素子の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6012773A JPS6012773A (ja) 1985-01-23
JPH028450B2 true JPH028450B2 (ja) 1990-02-23

Family

ID=14762969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11950783A Granted JPS6012773A (ja) 1983-07-02 1983-07-02 半導体素子の製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6012773A (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2921835B2 (ja) * 1988-02-04 1999-07-19 松下電器産業株式会社 ヘテロ接合型電界効果トランジスタ
JP2650411B2 (ja) * 1989-04-17 1997-09-03 日立電線株式会社 電界効果トランジスタ
JPH081955B2 (ja) * 1991-08-21 1996-01-10 ヒューズ・エアクラフト・カンパニー 反転変調ドープされたヘテロ構造の製造方法
JP3301357B2 (ja) * 1997-08-26 2002-07-15 株式会社村田製作所 平行平板型プラズマcvd装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5752126A (en) * 1980-09-16 1982-03-27 Oki Electric Ind Co Ltd Compound semiconductor device
JPS5913376A (ja) * 1982-07-13 1984-01-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ヘテロ接合を有する半導体薄膜
JPS59106158A (ja) * 1982-12-10 1984-06-19 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5752126A (en) * 1980-09-16 1982-03-27 Oki Electric Ind Co Ltd Compound semiconductor device
JPS5913376A (ja) * 1982-07-13 1984-01-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ヘテロ接合を有する半導体薄膜
JPS59106158A (ja) * 1982-12-10 1984-06-19 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6012773A (ja) 1985-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPH0435904B2 (ja)
JP3177951B2 (ja) 電界効果トランジスタおよびその製造方法
JP3604502B2 (ja) 高電子移動度トランジスタ
US5981986A (en) Semiconductor device having a heterojunction
JPH081955B2 (ja) 反転変調ドープされたヘテロ構造の製造方法
JPH0810751B2 (ja) 半導体装置
JP3447438B2 (ja) 電界効果トランジスタ
JPH028450B2 (ja)
KR100548047B1 (ko) 전계효과트랜지스터
US6043143A (en) Ohmic contact and method of manufacture
JP2703885B2 (ja) 半導体装置
JP2500459B2 (ja) ヘテロ接合電界効果トランジスタ
JPH0669248A (ja) 電界効果トランジスタ及びその製造方法
JPH0684959A (ja) 高電子移動度電界効果半導体装置
EP0552067A2 (en) Field effect transistor and a fabricating method thereof
JP2708492B2 (ja) 半導体装置の製造方法
JP2001007324A (ja) トンネルトランジスタおよびその製造方法
JP2689877B2 (ja) ヘテロ接合fetの製造方法
JP2800457B2 (ja) 半導体装置
JP2614490B2 (ja) ヘテロ接合電界効果トランジスタ
JPH03165576A (ja) 量子細線半導体装置およびその製造方法
JPH01120871A (ja) 半導体装置
JPH0695534B2 (ja) ヘテロ構造半導体装置およびその製造方法
JP2616032B2 (ja) 電界効果トランジスタの製造方法
JPH10107257A (ja) 電界効果トランジスタ