JPH0328064B2 - - Google Patents
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- JPH0328064B2 JPH0328064B2 JP60103692A JP10369285A JPH0328064B2 JP H0328064 B2 JPH0328064 B2 JP H0328064B2 JP 60103692 A JP60103692 A JP 60103692A JP 10369285 A JP10369285 A JP 10369285A JP H0328064 B2 JPH0328064 B2 JP H0328064B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/207—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds further characterised by the doping material
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- H01L29/68—Types 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
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- H01L29/7786—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT
- H01L29/7787—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT with wide bandgap charge-carrier supplying layer, e.g. direct single heterostructure MODFET
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
この発明は高電子移動度を示す二次元電子電界
効果型トランジスタの製造方法に関するものであ
る。
効果型トランジスタの製造方法に関するものであ
る。
（従来の技術）
二次元電子電界効果型トランジスタはｎ−
AlGaAsの電子供給層と高純度GaAsの電子走行
層が分けて接合してあり、電子供給層で発生した
電子は不純物無添加電子走行層を走るため高移動
度を示す。しかし、このトランジスタは閾値電圧
の温度の依存性及び光照射による不安定性につい
て問題がある。その理由は電子供給層として用い
られているAlGaAs中に添加したｎ型不純物がつ
くる深い準位のためだとされている。
AlGaAsの電子供給層と高純度GaAsの電子走行
層が分けて接合してあり、電子供給層で発生した
電子は不純物無添加電子走行層を走るため高移動
度を示す。しかし、このトランジスタは閾値電圧
の温度の依存性及び光照射による不安定性につい
て問題がある。その理由は電子供給層として用い
られているAlGaAs中に添加したｎ型不純物がつ
くる深い準位のためだとされている。
この問題を解決するため、電子供給層をｎ−
GaAsとAlGaAs極薄膜を交互に積み重ねて構成
した超格子構造層としたトランジスタが提案され
た。このように電子供給層を超格子構造としてｎ
型不純物をGaAs層のみに存在させることによ
り、これまでAlとGaの中に混在していたｎ型不
純物がGaだけに囲まれることになつてｎ型不純
物のドナー準位は深くならず、閾値電圧の温度依
存性及び光照射による不安定性の問題が解消され
るに至つた。
GaAsとAlGaAs極薄膜を交互に積み重ねて構成
した超格子構造層としたトランジスタが提案され
た。このように電子供給層を超格子構造としてｎ
型不純物をGaAs層のみに存在させることによ
り、これまでAlとGaの中に混在していたｎ型不
純物がGaだけに囲まれることになつてｎ型不純
物のドナー準位は深くならず、閾値電圧の温度依
存性及び光照射による不安定性の問題が解消され
るに至つた。
（発明が解決しようとする問題点）
上述のトランジスタにおいて、超格子構造は基
板上のアンドープGaAs層の上にｎ型不純物とし
てSiを用いて所定の厚さのSiドープGaAs極薄膜
とアンドープAlAs極薄膜を交互に分子線エピタ
キシヤル法などによつて成長させて形成する。ま
たソース領域及びドレイン領域としてのn+GaAs
層は最上層にSiイオンを打込んで形成するが、こ
の打込んだSiイオンの活性化を高めるため熱処理
を施す必要がある。この熱処理温度が650℃以上
を超えると、電子供給層である超格子構造層が崩
れて構成しているｎ−GaAsとAlAsの平均組成を
持つAlGaAs層になることが知られており、Siを
不純物として用いたAlAs／GaAs超格子構造を有
するトランジスタは上記の如き熱処理を行うこと
は好ましくなかつた。
板上のアンドープGaAs層の上にｎ型不純物とし
てSiを用いて所定の厚さのSiドープGaAs極薄膜
とアンドープAlAs極薄膜を交互に分子線エピタ
キシヤル法などによつて成長させて形成する。ま
たソース領域及びドレイン領域としてのn+GaAs
層は最上層にSiイオンを打込んで形成するが、こ
の打込んだSiイオンの活性化を高めるため熱処理
を施す必要がある。この熱処理温度が650℃以上
を超えると、電子供給層である超格子構造層が崩
れて構成しているｎ−GaAsとAlAsの平均組成を
持つAlGaAs層になることが知られており、Siを
不純物として用いたAlAs／GaAs超格子構造を有
するトランジスタは上記の如き熱処理を行うこと
は好ましくなかつた。
この発明の目的は上述の如き打込んだ不純物イ
オンの熱処理による活性化を行つても構成してい
る超格子構造が崩れないようなｎ型不純物をドー
プした超格子構造層を有する二次元電子電界効果
型トランジスタを提供することにある。
オンの熱処理による活性化を行つても構成してい
る超格子構造が崩れないようなｎ型不純物をドー
プした超格子構造層を有する二次元電子電界効果
型トランジスタを提供することにある。
（問題点を解決するための手段）
上記目的を達成のため、この発明は電子供給層
としてAlAs／ｎ−GaAs超格子構造を用いた二次
元電子電界効果型トランジスタの製造方法におい
て、超格子構造のｎ−GaAs層はSn、Ｓ、Seまた
はTeをｎ型不純物として用いて形成したことを
特徴とする二次元電子電界効果型トランジスタの
製造方法に係るものである。
としてAlAs／ｎ−GaAs超格子構造を用いた二次
元電子電界効果型トランジスタの製造方法におい
て、超格子構造のｎ−GaAs層はSn、Ｓ、Seまた
はTeをｎ型不純物として用いて形成したことを
特徴とする二次元電子電界効果型トランジスタの
製造方法に係るものである。
（作用）
上述のようにAlAs／ｎ−GaAs超格子構造を成
長させる際に、ｎ型不純物としてSn、Ｓ、Seま
たはTeを用いてｎ−GaAs膜を形成させることに
より、650℃以上の温度の活性化のための熱処理
を行つてもSiをｎ型不純物として用いた時に生ず
るような超格子構造の無秩序化は起らず、従つ
て、確実に作動する二次元電子電界効果型トラン
ジスタが再現性良く製造できることになる。
長させる際に、ｎ型不純物としてSn、Ｓ、Seま
たはTeを用いてｎ−GaAs膜を形成させることに
より、650℃以上の温度の活性化のための熱処理
を行つてもSiをｎ型不純物として用いた時に生ず
るような超格子構造の無秩序化は起らず、従つ
て、確実に作動する二次元電子電界効果型トラン
ジスタが再現性良く製造できることになる。
（実施例）
次にこの発明を添付の図面に示した一実施例に
より説明すると、１は半絶縁性GaAs基板であつ
て、基板１上にはアンドープGaAs層２を介して
AlAs／ｚ−GaAs超格子構造層３がある。
より説明すると、１は半絶縁性GaAs基板であつ
て、基板１上にはアンドープGaAs層２を介して
AlAs／ｚ−GaAs超格子構造層３がある。
超格子構造層３の上には所定の間隔８を保つて
一対のn+GaAs層４があり、各n+GaAs層４の上
にはソース電極５とドレイン電極６があり、二つ
のn+GaAs層４間の超格子構造層３の上にはゲー
ト電極７がある。
一対のn+GaAs層４があり、各n+GaAs層４の上
にはソース電極５とドレイン電極６があり、二つ
のn+GaAs層４間の超格子構造層３の上にはゲー
ト電極７がある。
上述の基板１上に形成した半導体層はいずれも
分子線エピタキシヤル法或るいは有機金属気相エ
ピタキシヤル法を用いて成長させ、各電極は蒸着
法などによつて所定の領域上に設ける。
分子線エピタキシヤル法或るいは有機金属気相エ
ピタキシヤル法を用いて成長させ、各電極は蒸着
法などによつて所定の領域上に設ける。
超格子構造層３を構成するAlAs層とGaAs層の
膜厚は10〜100Å程度の範囲とし、両層の膜厚の
比は超格子構造層の平均組成値によつて設定され
るが、少くともAlAs層の膜厚はトンネル効果で
電子が移動可能な厚さとする。また超格子構造層
の厚さは合計で500Å程度とする。GaAs層をｎ
型とするための不純物としてSn、Ｓ、Seまたは
Teを用いる。超格子構造層３における不純物の
添加はGaAs層のみに行ない、その不純物添加領
域はGaAs層の上下のAlAs層界面からそれぞれ２
原子離れた内側の部分とするのが好ましい。この
不純物添加領域の厚さはGaAs層の膜厚をＬÅと
すると、（Ｌ−10）Åになる。不純物の添加濃度
は超格子構造層３の平均濃度として、１〜２×
1018cm-5程度とする。GaAs層での実質的な添加
濃度はGaAs層とAlAs層の膜厚を考慮して決め
る。
膜厚は10〜100Å程度の範囲とし、両層の膜厚の
比は超格子構造層の平均組成値によつて設定され
るが、少くともAlAs層の膜厚はトンネル効果で
電子が移動可能な厚さとする。また超格子構造層
の厚さは合計で500Å程度とする。GaAs層をｎ
型とするための不純物としてSn、Ｓ、Seまたは
Teを用いる。超格子構造層３における不純物の
添加はGaAs層のみに行ない、その不純物添加領
域はGaAs層の上下のAlAs層界面からそれぞれ２
原子離れた内側の部分とするのが好ましい。この
不純物添加領域の厚さはGaAs層の膜厚をＬÅと
すると、（Ｌ−10）Åになる。不純物の添加濃度
は超格子構造層３の平均濃度として、１〜２×
1018cm-5程度とする。GaAs層での実質的な添加
濃度はGaAs層とAlAs層の膜厚を考慮して決め
る。
上述のようにして、ｎ型不純物としてSn、Ｓ、
SeまたはTeを用いたｎ−GaAs層とAlAs層によ
り超格子構造を形成したら、その上にn+GaAs層
を成長させ、リフトオフなどにより中央部分のゲ
ート電極を形成する領域のn+GaAs層を取り除
き、この間隔８の超格子構造層上にゲート電極７
を蒸着する。また二つのn+GaAs層４，４にはそ
れぞれソース電極５、ドレイン電極６を蒸着す
る。
SeまたはTeを用いたｎ−GaAs層とAlAs層によ
り超格子構造を形成したら、その上にn+GaAs層
を成長させ、リフトオフなどにより中央部分のゲ
ート電極を形成する領域のn+GaAs層を取り除
き、この間隔８の超格子構造層上にゲート電極７
を蒸着する。また二つのn+GaAs層４，４にはそ
れぞれソース電極５、ドレイン電極６を蒸着す
る。
しかる後に電極の確実な蒸着のために加熱処理
を行う。この加熱処理の温度は通常400〜450℃で
５分程度である。
を行う。この加熱処理の温度は通常400〜450℃で
５分程度である。
また上述の二つのn+GaAs層４，４は超格子構
造層の上にGaAs層を成長させ、しかる後に所定
の領域にｎ型不純物イオンを打込んで形成させる
ことが現在一般的であるが、この場合は打込んだ
ｎ型不純物イオンの活性化を図るために700〜850
℃約20分の高温アニール処理を行つているが、上
述の高温加熱処理を行つても、この発明によれ
ば、理由は未だ検討中であるが、超格子構造の無
秩序化は起らない。
造層の上にGaAs層を成長させ、しかる後に所定
の領域にｎ型不純物イオンを打込んで形成させる
ことが現在一般的であるが、この場合は打込んだ
ｎ型不純物イオンの活性化を図るために700〜850
℃約20分の高温アニール処理を行つているが、上
述の高温加熱処理を行つても、この発明によれ
ば、理由は未だ検討中であるが、超格子構造の無
秩序化は起らない。
次にこの発明を実施例により説明する。
実施例 １
GaAs基板上に原料としてトリメチルガリウム
（TMG）、トリメチルアルミニウム（TMA）、ア
ルシン（AsH3）、硫化セレン（H2Se）を用いて
ｎ型不純物としてSeを用いたAlAs／ｎ−GaAs
超格子構造層を有機金属気相エピタキシヤル法に
よつて成長させた。成長温度は700℃、Seのドー
ピング濃度は１×1018cm-3、AlAs、ｎ−GaAs層
の膜厚はそれぞれ100Åで交互に合計12層形成し
た。
（TMG）、トリメチルアルミニウム（TMA）、ア
ルシン（AsH3）、硫化セレン（H2Se）を用いて
ｎ型不純物としてSeを用いたAlAs／ｎ−GaAs
超格子構造層を有機金属気相エピタキシヤル法に
よつて成長させた。成長温度は700℃、Seのドー
ピング濃度は１×1018cm-3、AlAs、ｎ−GaAs層
の膜厚はそれぞれ100Åで交互に合計12層形成し
た。
この多層構造体を、試験のため、800℃のAs圧
雰囲気中で２時間加熱処理した。この熱処理後の
多層構造体の超格子構造層をオージエ電子分光法
により測定した結果、第２図に示すようなオージ
エ信号が得られた。即ち、第２図のグラフの縦軸
はGaからのオージエ信号強度を示し、横軸はス
パツタリング時間（試料表面からの深さに対応）
を示し、グラフにより明らかなようにGaのオー
ジエ信号はほぼ等間隔で強弱を示し、加熱処理前
に測定した信号と同じであつて、超格子構造層は
無秩序化を起していないことが判る。
雰囲気中で２時間加熱処理した。この熱処理後の
多層構造体の超格子構造層をオージエ電子分光法
により測定した結果、第２図に示すようなオージ
エ信号が得られた。即ち、第２図のグラフの縦軸
はGaからのオージエ信号強度を示し、横軸はス
パツタリング時間（試料表面からの深さに対応）
を示し、グラフにより明らかなようにGaのオー
ジエ信号はほぼ等間隔で強弱を示し、加熱処理前
に測定した信号と同じであつて、超格子構造層は
無秩序化を起していないことが判る。
実施例 ２
実施例１と同様に有機金属気相エピタキシヤル
法によつてGaAs層基板上に原料としてTMG、
TMA、AsH3、硫化水素（H2S）を用いてＳを
ｎ型不純物としたAlAs／ｎ−GaAs超格子構造層
を成長させた。Ｓのドーピング濃度は１×1017cm
-3であつて、他は実施例１と同じであつた。
法によつてGaAs層基板上に原料としてTMG、
TMA、AsH3、硫化水素（H2S）を用いてＳを
ｎ型不純物としたAlAs／ｎ−GaAs超格子構造層
を成長させた。Ｓのドーピング濃度は１×1017cm
-3であつて、他は実施例１と同じであつた。
得られた多層構造体を800℃のAs圧雰囲気中で
２時間加熱処理してオージエ電子分光法により
Gaよりのオージエ信号を測定した結果、加熱処
理前に測定したオージエ信号と同じで、等間隔で
明確な強弱を示し、超格子構造層は無秩序化を起
していないことを示した。
２時間加熱処理してオージエ電子分光法により
Gaよりのオージエ信号を測定した結果、加熱処
理前に測定したオージエ信号と同じで、等間隔で
明確な強弱を示し、超格子構造層は無秩序化を起
していないことを示した。
実施例 ３
GaAs基板上に分子線エピタキシヤル法によつ
てSnをｎ型不純物として用いたAlAs／ｎ−
GaAs超格子構造層を成長させた。Ｖ族元素
（As）と族元素（Ga、Al）のフラツクス比は
〜３、成長温度は650℃、Snのドーピング濃度は
３×1018cm-3であつて、AlAs、ｎ−GaAsの膜厚
はそれぞれ100Åで合計10層形成した。
てSnをｎ型不純物として用いたAlAs／ｎ−
GaAs超格子構造層を成長させた。Ｖ族元素
（As）と族元素（Ga、Al）のフラツクス比は
〜３、成長温度は650℃、Snのドーピング濃度は
３×1018cm-3であつて、AlAs、ｎ−GaAsの膜厚
はそれぞれ100Åで合計10層形成した。
この多層構造体を800℃のAs圧雰囲気中で２時
間加熱処理を行つて、測定したオージエ信号を加
熱処理前に測定したオージエ信号と比較した結
果、全く同じであつて超格子構造層は崩れていな
いことを示していた。
間加熱処理を行つて、測定したオージエ信号を加
熱処理前に測定したオージエ信号と比較した結
果、全く同じであつて超格子構造層は崩れていな
いことを示していた。
（発明の効果）
この発明は上記の説明で明らかなように、二次
元電子電界効果型トランジスタにおける超格子構
造のｎ−GaAs層をSn、Ｓ、SeまたはTeをｎ型
不純物として用いて成長させることにより高温熱
処理を行つても超格子構造層の無秩序化が生じな
くなつたため、電子供給層としてのAlAs／ｎ−
GaAs超格子の特長を最大に生かすことができる
ようになつた。即ち、AlAs／ｎ−GaAs超格子は
同じ平均組成を持つAlGaAsと比較して高いキヤ
リヤ濃度を示し、高いキヤリア濃度が得られれば
電子供給層を薄くすることができるため同じ閾値
電圧で伝達コンダクタンスを大きくできる。この
伝達コンダクタンスが大きければトランジスタの
スイツチング速度が大きくなる。またｎ型不純物
のドナー準位が深くならないため閾値電圧の温度
依存性は小さく、光照射による不安定性も解消し
て確実に作動する二次元電子電界効果型トランジ
スタを再現性よく提供することができるようにな
る。
元電子電界効果型トランジスタにおける超格子構
造のｎ−GaAs層をSn、Ｓ、SeまたはTeをｎ型
不純物として用いて成長させることにより高温熱
処理を行つても超格子構造層の無秩序化が生じな
くなつたため、電子供給層としてのAlAs／ｎ−
GaAs超格子の特長を最大に生かすことができる
ようになつた。即ち、AlAs／ｎ−GaAs超格子は
同じ平均組成を持つAlGaAsと比較して高いキヤ
リヤ濃度を示し、高いキヤリア濃度が得られれば
電子供給層を薄くすることができるため同じ閾値
電圧で伝達コンダクタンスを大きくできる。この
伝達コンダクタンスが大きければトランジスタの
スイツチング速度が大きくなる。またｎ型不純物
のドナー準位が深くならないため閾値電圧の温度
依存性は小さく、光照射による不安定性も解消し
て確実に作動する二次元電子電界効果型トランジ
スタを再現性よく提供することができるようにな
る。
第１図はこの発明による二次元電子電界効果型
トランジスタの一実施例を示す概略構成図、第２
図はこの発明のトランジスタの超格子構造のオー
ジエ分光測定の結果を示すグラフである。 １……GaAs基板、２……アンドープGaAs層、
３……超格子構造層、４……n+GaAs層、５……
ソース電極、６……ドレイン電極、７……ゲート
電極。
トランジスタの一実施例を示す概略構成図、第２
図はこの発明のトランジスタの超格子構造のオー
ジエ分光測定の結果を示すグラフである。 １……GaAs基板、２……アンドープGaAs層、
３……超格子構造層、４……n+GaAs層、５……
ソース電極、６……ドレイン電極、７……ゲート
電極。
Claims (1)
- １ 半導体基板上に実質的にアンドープのGaAs
層を形成する工程と、該実質的にアンドープの
GaAg層上に、AlAs層と、ｎ型不純物として、
Sn、Ｓ、SeまたはTeを含むｎ−GaAs層とを交
互に複数回積層した超格子構造層を形成する工程
と、該超格子構造層上にGaAs層を形成する工程
と、該GaAs層の所定の領域にイオン打込み法に
よりｎ型不純物を選択的に導入後、熱アニールを
行なつて所定の間隔を介して離間した一対のn+
−GaAs領域を形成する工程と、該ｎ型不純物が
導入されなかつた該GaAs層を除去する工程と、
該n+−GaAs領域の一方および他方に、それぞれ
ソース電極およびドレイン電極を形成する工程
と、該一対のn+−GaAs領域の間の該超格子構造
層上にゲート電極を形成する工程を少なくとも有
することを特徴とする二次元電子電界効果型トラ
ンジスタの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10369285A JPS61263282A (ja) | 1985-05-17 | 1985-05-17 | 二次元電子電界効果型トランジスタの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10369285A JPS61263282A (ja) | 1985-05-17 | 1985-05-17 | 二次元電子電界効果型トランジスタの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61263282A JPS61263282A (ja) | 1986-11-21 |
| JPH0328064B2 true JPH0328064B2 (ja) | 1991-04-17 |
Family
ID=14360830
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10369285A Granted JPS61263282A (ja) | 1985-05-17 | 1985-05-17 | 二次元電子電界効果型トランジスタの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61263282A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS607121A (ja) * | 1983-06-24 | 1985-01-14 | Nec Corp | 超格子の構造 |
| JPS6028274A (ja) * | 1983-07-26 | 1985-02-13 | Nec Corp | 半導体装置 |
| JPS6052062A (ja) * | 1983-08-31 | 1985-03-23 | Nec Corp | 電界効果トランジスタ |
-
1985
- 1985-05-17 JP JP10369285A patent/JPS61263282A/ja active Granted
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS607121A (ja) * | 1983-06-24 | 1985-01-14 | Nec Corp | 超格子の構造 |
| JPS6028274A (ja) * | 1983-07-26 | 1985-02-13 | Nec Corp | 半導体装置 |
| JPS6052062A (ja) * | 1983-08-31 | 1985-03-23 | Nec Corp | 電界効果トランジスタ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61263282A (ja) | 1986-11-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |