JPH0456140A - Compound semiconductor device and manufacture thereof - Google Patents

Compound semiconductor device and manufacture thereof

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JPH0456140A
JPH0456140A JP16265290A JP16265290A JPH0456140A JP H0456140 A JPH0456140 A JP H0456140A JP 16265290 A JP16265290 A JP 16265290A JP 16265290 A JP16265290 A JP 16265290A JP H0456140 A JPH0456140 A JP H0456140A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aluminum
layer
compound semiconductor
semiconductor device
selenide
Prior art date
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Pending
Application number
JP16265290A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shinichiro Takatani
信一郎 高谷
Yasunari Umemoto
康成 梅本
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0456140A publication Critical patent/JPH0456140A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To reduce generation of a boundary level of high concentration by composing an insulating solid layer of a material containing one or both of aluminum selenide and aluminum sulfide. CONSTITUTION:A substrate 11 made of clean undoped GaAs is first emitted with a molecular beam obtained by heating solid aluminum and a molecular beam obtained by heating solid selenium in vacuum, and an insulating film 12 made of aluminum selenide is formed. Then, after a gate electrode 13 is formed on an insulting film 12, with the electrode as a mask the excess film 12 is removed. Further, n<+> type GaAs layers 14 are formed at both sides of the electrode 13 for holding the electrode 13. Eventually, an ohmic electrode 15 is formed on the layer to obtain a MIS type field effect transistor.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【産業上の利用分野] 本発明は、化合物半導体装置及びその製造方法、特にデ
ィスクリート素子又は集積回路としての特性の劣化が少
ない化合物半導体装置及びその製造方法に関するもので
ある。 【従来の技術] 従来、半導体装置では、半導体表面、半導体領域と電極
領域間、半導体領域相互間に何等かの方法で絶縁性固体
層を形成することが広く行われている。この絶縁性固体
層は、成る場合には半導体表面の保護膜として利用され
、成る場合には半導体領域と電極領域間又は半導体領域
相互間を分離するための中間絶縁膜として使用されてい
る。特に、MIS型(又はMOS型)構造の電界効果ト
ランジスタにあっては、ゲート電極領域と半導体領域と
を分離するための中間絶縁膜として使用され、この場合
、当該中間絶縁膜と半導体領域との界面に誘起される二
次元電子ガスが導電層として機能する。 ところで、砒化ガリウム(GaAs)その他の■−■族
化合物を使用する化合物半導体装置の場合は、従来、こ
の種の絶縁性固体層を形成するための材料として二酸化
シリコン(SiC2)が用いられている(例えばJia
−Fa Fan et al、、 JapaneseJ
ournal of Applied Physics
、 Vol、27. No、7. pp+L1331〜
1333 [1988)参照)。 しかし、化合物半導体は、他の物質との反応性が比較的
大きいため、例えばGaAs半導体の表面に8102か
らなる絶縁性の固体層を形成した場合には、S iOz
中の酸素がGaAsと反応し、半導体領域のバンドギャ
ップ中に高濃度の界面準位が発生することが多い。この
ため、同固体層を表面保護膜として利用した化合物半導
体装置では5当該界面準位を介して電子又はホールの再
結合が発生し、ディスクリート素子又は集積回路として
の特性を劣化させる要因となる。また、同固体層を中間
絶縁膜として利用したMIS型電界効果トランジスタで
は、当該界面準位によってフェルミレベルのピンニング
現象が発生する結果、界面での二次元電子ガスの制御が
困難となり、これがディスクリート素子又は集積回路と
しての特性を劣化させる要因となる。 更に、SiO□の誘電率は3,9と比較的小さいため、
例えばtIs型電界効果トランジスタの中間絶縁膜とし
て5in2を使用した場合は、ゲートバイアスによって
変化させる得る二次元電子ガスの濃度が小さいという別
の問題もある。 【発明が解決しようとする課M】 従って1本発明の目的は、高濃度の界面準位の発生が少
ない化合物半導体装置及びその製造方法を提供しようと
することにある。
[Industrial Field of Application] The present invention relates to a compound semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a compound semiconductor device and a method for manufacturing the same that have little deterioration in characteristics as a discrete element or an integrated circuit. [Prior Art] Conventionally, in semiconductor devices, it has been widely practiced to form an insulating solid layer on a semiconductor surface, between a semiconductor region and an electrode region, or between semiconductor regions by some method. This insulating solid layer is used as a protective film on the surface of the semiconductor, and in other cases as an intermediate insulating film for separating the semiconductor region and the electrode region or between the semiconductor regions. In particular, in field effect transistors of MIS type (or MOS type) structure, it is used as an intermediate insulating film to separate the gate electrode region and the semiconductor region, and in this case, the intermediate insulating film and the semiconductor region are The two-dimensional electron gas induced at the interface functions as a conductive layer. By the way, in the case of compound semiconductor devices that use gallium arsenide (GaAs) and other ■-■ group compounds, silicon dioxide (SiC2) has conventionally been used as a material for forming this type of insulating solid layer. (For example, Jia
-Fa Fan et al, JapaneseJ
Internal of Applied Physics
, Vol, 27. No, 7. pp+L1331~
1333 [1988)). However, since compound semiconductors have relatively high reactivity with other substances, for example, when an insulating solid layer made of 8102 is formed on the surface of a GaAs semiconductor, SiOz
Oxygen therein reacts with GaAs, and a highly concentrated interface state is often generated in the bandgap of the semiconductor region. Therefore, in a compound semiconductor device using the same solid layer as a surface protection film, recombination of electrons or holes occurs through the interface state, which causes deterioration of the characteristics as a discrete element or an integrated circuit. In addition, in MIS field effect transistors that use the same solid layer as an intermediate insulating film, the interface states cause a Fermi-level pinning phenomenon, which makes it difficult to control the two-dimensional electron gas at the interface. Or it becomes a factor that deteriorates the characteristics as an integrated circuit. Furthermore, since the dielectric constant of SiO□ is relatively small at 3.9,
For example, when 5 in 2 is used as the intermediate insulating film of a tIs field effect transistor, there is another problem that the concentration of two-dimensional electron gas that can be changed by gate bias is small. Problems to be Solved by the Invention Accordingly, one object of the present invention is to provide a compound semiconductor device and a method for manufacturing the same in which the occurrence of high concentration interface states is reduced.

【課題を解決するための手段】[Means to solve the problem]

本発明は、半導体表面、半導体領域と電極領域間、半導
体領域相互間等に絶縁性固体層を形成する形式の化合物
半導体装置において、当該絶縁固体層をセレン化アルミ
ニウム及び硫化アルミニウムの一方又は双方からなる材
料をもって構成したことを特徴とする。セレン化アルミ
ニウム及び硫化アルミニウムは、同類の化合物であるか
ら、それぞれを単独で使用するほか、混合物又は複合化
合物の形で使用することも可能である。 絶縁性固体層は、真空中において、固体アルミニウム原
材料を加熱して得られる分子線と、セレン及び硫黄のい
ずれか一方又は双方を少なくとも主成分とする原材料を
加熱して得られる分子線とを所望の半導体領域上に照射
し、相互に反応させることによって形成することが出来
る。この場合、セレン及び硫黄は、それぞれ単体で使用
することが出来るが、必要に応じて、アルミニウムと置
換し得る他の適当な材料との化合物の形で使用すること
も出来る。また、固体セレン(又はセレン主成分とする
化合物)からなる原材料を加熱して得られるーの分子線
と、固体硫黄(又は硫黄を主成分する化合物)からなる
原材料を加熱して得られる他の分子線とを併用すること
も可能であり、その場合は、セレン化アルミニウム及び
硫化アルミニウムの混合物又は複合化合物からなる絶縁
性固体層を形成することが出来る。 なお、絶縁性固体層は、真空中において、固体アルミニ
ウム原材料を加熱して得られる分子線を所定の半導体領
域上に照射すると同時に、セレン化水素(H2Se)及
び硫化水素(H2S)のいずれか一方又は双方を少なく
とも主成分とするガス状の原材料を供給し、相互に反応
させることによって形成することも可能である。
The present invention provides a compound semiconductor device in which an insulating solid layer is formed on a semiconductor surface, between a semiconductor region and an electrode region, between semiconductor regions, etc., in which the insulating solid layer is formed from one or both of aluminum selenide and aluminum sulfide. It is characterized by being constructed using the following materials. Since aluminum selenide and aluminum sulfide are similar compounds, each can be used alone or in the form of a mixture or a composite compound. The insulating solid layer preferably uses molecular beams obtained by heating a solid aluminum raw material in a vacuum, and molecular beams obtained by heating a raw material containing at least one or both of selenium and sulfur as a main component. It can be formed by irradiating it onto a semiconductor region and causing them to react with each other. In this case, selenium and sulfur can each be used alone, but if necessary, they can also be used in the form of a compound with another suitable material that can replace aluminum. In addition, the molecular beam of It is also possible to use a molecular beam in combination, and in that case, an insulating solid layer made of a mixture or composite compound of aluminum selenide and aluminum sulfide can be formed. Note that the insulating solid layer is formed by irradiating a predetermined semiconductor region with a molecular beam obtained by heating a solid aluminum raw material in a vacuum, and at the same time applying either hydrogen selenide (H2Se) or hydrogen sulfide (H2S). Alternatively, it is also possible to form the material by supplying gaseous raw materials containing at least both of them as main components and allowing them to react with each other.

【作用1 本発明者等は、数多くの寒、験及び考察を繰り返した結
果、化合物半導体材料の表面にセレン化アルミニウム及
び硫化アルミニウムの一方又は双方を堆積させて形成し
たI!!縁性同性固体層半導体装置としての特性劣化の
原因となる界面準位の発生が極めて少ないことを見出し
た。 従って、例えば本発明の絶縁固体層を表面保護膜として
使用すれば、半導体表面領域での再結合電流の発生を有
効に阻止することが可能であり、また1本発明の絶縁固
体層をMuS型電界効果トランジスタ等の中間絶縁膜と
使用すれば、フェルミレベルのピンニング現象を有効に
抑制することが可能である。また、セレン化アルミニウ
ム及び硫化アルミニウムの誘電率は、Sin、の誘電率
に比較して大きいため、同じゲートバイアスで変化させ
得る二次元電子ガスの濃度を大きくすることも出来る。 なお、セレン化アルミニウムの誘電率は、硫化アルミニ
ウムの誘電率に比較して更に大きいため、本発明の目的
のためには、セレン化アルミニウムの方がより優れた材
料である。 絶縁性固体層は、前述の如く、原材料を加熱し)霞・ て得た分子線を所定の半導体領域に照射することによっ
て形成することが出来るが、この方法は、比較的低温で
の成膜が可能であり、膜厚の制御も極めて良好に行うこ
とが出来るので、特性のばらつきのない化合物半導体装
置を再現性良く製造するのに適した方法である。セレン
や硫黄を加熱して得る分子線の代わりにH2S eガス
やH2Sガスを利用する方法も同様である。 セレン化アルミニウムや硫化アルミニウム(又はこれら
の混合物若しくは複合化合物)からなる絶縁性固体層は
、成膜条件の制御によってアモルファス状又は微結晶状
とすることが可能である。 なお、生成した絶縁性固体層の熱安定性や電気的性質を
最適化するためには、純粋なセレン及び硫黄を使用する
よりも、他の材料を副成分として含ませる方が寧ろ望ま
しい。但し、その場合は、絶縁性固体層の物理的特性に
悪影響を与えない材料を慎重に選択する必要がある。 【実施例】 以下1本発明を第1図乃至第4図に示した実施例を参照
して更に詳細に説明する。 〈実施例1〉 第1図は、MIS型電界効果トランジスタに本発明を適
用した場合の一実施例である。先ず、真空中において、
固体アルミニウムを加熱して得られる分子線と固体セレ
ンを加熱して得られる分子線とを清浄なアンドープGa
Asからなる基板If上に照射し、セレン化アルミニウ
ムからなる!11膜12を形成した(第1図C参照)。 絶縁膜12の膜厚は50n+iとした。次に、絶縁膜1
2上にゲート電極13を形成した後、同電極をマスクと
して余分な絶縁膜12を除去した(第1図す参照)。ゲ
ート長は1ミクロンとした。更に、ゲート電極13を挾
み、その両側にn型GaAsMf4を形成した(第1図
C参照)。最後に、同層上にオーミック電極15を形成
してMIS型電界効果トランジスタとした(第1図C参
照)。 ゲート電極13に正のバイアスを印加すると、セレン化
アルミニウム中間絶縁膜12とアンドープGaAs基板
11との界面に二次元電子ガス16が発生する。従って
、ゲート電極I3のバイアス値を調整して二次元電子ガ
スの16を濃度を変え、n+型GaAs層14を通し−
てオーミック電極15間に流れる電流を制御することに
よってトランジスタ動作が得られ例えばInGaAs、
InPを用いた場合も同様である。 絶縁膜12とアンドープG a A s基板11との間
の界面準位密度を測定した結果、1012/ c+a2
/ eV程度以下と小さいことが確認された。このため
、界面準位によるフェルミレベルのピンニングに起因す
る特性劣化が殆どない高速の素子を得ることが出来た。 伝達コンダクタンスは、150m S / mmであっ
た。また、本実施例では、真空中においてアルミニウム
分子線とセレン分子線を照射してセレン化アルミニウム
を堆積させているため、それぞれの分子線の強度を調節
することによって絶縁膜12の膜厚を精度良く制御する
ことができ、その結果、特性のばらつきの少ない素子を
再現性良く作ることが出来た。セレン化アルミニウムの
代わりに硫化アルミニウムを用いた場合も同様であり、
界面準位密度の小さい良好な素子を得ることが出来た。 伝達コンダクタンスは、loom S / mmであっ
た。 以上、化合物半導体の材料としてGaAsを用いた場合
について説明したが、他の化合物半導体、る。 〈実施例2〉 第2図は、MIS型電界効果トランジスタに本発明を適
用した場合の別の実施例を示す。先ず最初に1分子線エ
ピタキシー法により、アンドープGaAs基板21上に
n型GaAs層22及びアンドープA I G a A
 s層23を順次成長させた後、真空中において、固体
アルミニウムを加熱して得られる分子線と固体セレンを
加熱して得られる分子線とを照射してセレン化アルミニ
ウム絶縁膜24を形成した(第2図C参照)。次に、セ
レン化アルミニウム#!縁膜24上にゲート電極25を
形成し、同電極をマスクとして余分なI’l!!縁膜2
4及びA I G a A s層23を除去した(第2
図す参照)。ゲート長は、1ミクロンとした。更に、ゲ
ート電極25を挾んで両側にn型GaAs層26を形成
した(第2図C参照)。最後に、同層上にオーミック電
極27を形成してMIS型電界効果トランジスタを完成
した(第2図C参照)。本実施例のトランジスタは、実
施例1の場合と同様、MIS型構造を有するが、導電層
としてn型GaAs層22を用いており、がっ、同層と
セレン化アルミニウム絶縁膜24との間にアンドープA
lGaAs層23が挿入されている点が実施例1と異な
る。 ゲート電極25にバイアス電圧印加すると、n型G a
 A s層23中の導電キャリアの空乏層の幅が変わる
。これにより、同層中の導電キャリアの数が変わってト
ランジスタ動作が得られる。この構造では、導電層22
とセレン化アルミニウム絶縁膜24がアンドープAlG
aAs層23によって分離されているため、導電層22
を流れる電子がセレン化アルミニウム絶縁膜24中の欠
陥の影響を受は難い特長がある。更に、セレン化アルミ
ニウム絶縁膜24がない場合と比較すると、同絶縁膜が
ゲート電極25の下にある本実施例のトランジスタでは
、ゲート電極25に流れこむリーク電流が小さく、大き
な動作マージンが得られた。n型GaAs層22の厚さ
を10nm、アンドープA I G a A s層23
の厚さを20nm、セレン化アルミニウム絶縁膜24の
厚さを3onI11とじた場合の伝達コンダクタンスは
、140a+ S / ll1mであった。なお、中間
絶縁膜24として、セレン化アルミニウムの代わりに硫
化アルミニウムを用いた場合の伝達コンダクタンスは、
90m S / mmであった。 n型GaAs層22は、省略することも可能であり、そ
の場合は、アンドープGaAs層21とアンドープAl
GaAs層23の界面に誘起される二次元電子ガスが導
電層として機能する。また、n型G a A s層22
を省き、かつ、アンドープAlGaAs層23をn型A
lGaAs層に置き換えても良い。この場合も、アンド
ープGaAs層21と置換したn型A I G a A
 s層の界面に誘起される二次元電子ガスが導電層とし
て機能する。いずれの場合も、半導体の導電層とセレン
化アルミニウム絶縁膜24とが分離されているため、導
電層を流れる電子がセレン化アルミニウム層中の欠陥の
影響を受は難いこと、セレン化アルミニウム絶縁膜24
がゲート電極25の下にあるため、同電極に流れこむリ
ーク電流が小さく、大きな動作マージンが得られること
は、同様である。 以上、導電層を形成する化合物半導体の材料がG a 
A sの場合について示したが、そのほかの化合物半導
体、例えばInGaAs、InPを用いた場合も同様で
ある。 〈実施例3〉 次に、本発明を化合物半導体へテロ構造バイポーラトラ
ンジスタ(HBT)の表面保護に応用した場合の一実施
例について説明する。第3図は。 AlGaAs/GaAs構造のHBTの製造工程を示す
断面図である。先ず、半絶縁性GaAs基板30の表面
に、訂型GaAs層31、n型GaAs層32、p型G
aAs層33、n型AlGaAs層34及びn型G a
 A s層35を順次エピタキシャル成長させた後、エ
ミッタ電極36を形成した(第3図C照a)。次に、同
電極をマスクにして不要なn型GaAs層35及びn型
AlGaAs層34を除去した(第3図す参照)。 更に、エミッタ電極36の側部に、セレン化アルミニウ
ム固体層からなる側壁37を形成した後、同側壁26を
挾んでベース電極38を形成した(第3図C参照)。最
後に、コレクタ電極領域に対応するn型GaAs層32
及びp型G a A s33を除去してコレクタ電極3
9を形成し、HBTの主要な部分を完成した(第3図C
参照)。 本実施例では、表面保1層として機能する側壁37にセ
レン化アルミニウムが用いられている。このため、当該
側壁と下地のp型GaAs33との間の界面準位の発生
が抑えられ、n型AlGaAs層34からp型G a 
A s層33に注入された電子は、界面準位を介して再
結合して消失することなく、コレクタ層であるn型Ga
−As層31に拡散する。その結果、トランジスタのゲ
インのロスを低減することができ、本実施例のように変
性層を形成した場合は、形成しなかった場合に比べてゲ
インを5倍以上向上させることが出来た。側壁37とし
て、セレン化アルミニウムの代わりに、硫化アルミニウ
ムを使用した場合も同様であった。 以上、A IG aA s/ G aA s へテロ構
造を有するHBTについて説明したが、そのほかの化合
物半導体、例えばInGaAs、InP、InGaAs
P等を用いた場合も同様である。 〈実施例4〉 最後に、本発明を化合物半導体レーザの表面保護に用い
た場合の一実施例について説明する。第4図は、化合物
半導体レーザの発光領域の断面を示したものであり、4
0はn+型GaAs基板、41はn型AlGaAs層、
42はアンドープGaAs層、43はp型A I G 
a A s層であり、いわゆるダブルへテロ接合型の構
造となっている。44及び45はオーミック電極である
。46はセレン化アルミニウムからなる絶縁性の固体膜
であり、レーザの共振器端面に相当する部分の表面保護
膜として機能する。半導体層に垂直な方向(第4図の矢
印47)に電流を流し、活性層であるアンドープGaA
s層42でキャリアの再結合を起こし、フォトンを発生
させることにより、端面よりレーザ光48が得られる。 従来の化合物半導体レーザでは、端面の表面保護膜とし
て5in2を使用していたため、当該保護膜と化合物半
導体の各領域との界面に高密度の界面準位が存在する。 この結果、同界面準位を介して起こる非発光のキャリア
の再結合により、端面近傍でキャリア密度が減少するた
め、端面近傍での吋−ザ光の再吸収が増大し、それに伴
う温度上昇によって素子の寿命が短くなるという欠点が
あった・ しかし、本実施例による化合物半導体レーザては、表面
保護膜としてセレン化アルミニウムを用いているため界
面準位の発生が殆どなく、素子の寿命を大幅に向上させ
ることが出来た。寿命の向上は3倍以上であった。同様
の効果は、ダブルへテロ接合型以外の化合物半導体レー
ザについても、充分に期待することが出来る。
[Effect 1] As a result of numerous trials, experiments, and considerations, the inventors of the present invention have discovered that an I! ! It has been found that the occurrence of interface states, which cause the deterioration of characteristics of a homogeneous solid-layer semiconductor device, is extremely small. Therefore, for example, if the insulating solid layer of the present invention is used as a surface protection film, it is possible to effectively prevent the generation of recombination current in the semiconductor surface region. When used with an intermediate insulating film such as a field effect transistor, it is possible to effectively suppress the Fermi level pinning phenomenon. Furthermore, since the dielectric constants of aluminum selenide and aluminum sulfide are larger than that of Sin, the concentration of two-dimensional electron gas that can be changed with the same gate bias can be increased. Note that since the dielectric constant of aluminum selenide is higher than that of aluminum sulfide, aluminum selenide is a more excellent material for the purpose of the present invention. As mentioned above, an insulating solid layer can be formed by heating a raw material and irradiating a predetermined semiconductor region with a molecular beam obtained by heating the raw material, but this method requires film formation at a relatively low temperature. This method is suitable for manufacturing compound semiconductor devices with good reproducibility without variations in characteristics because the film thickness can be controlled extremely well. The same applies to the method of using H2Se gas or H2S gas instead of molecular beams obtained by heating selenium or sulfur. The insulating solid layer made of aluminum selenide or aluminum sulfide (or a mixture or composite compound thereof) can be made into an amorphous or microcrystalline state by controlling the film forming conditions. Note that in order to optimize the thermal stability and electrical properties of the produced insulating solid layer, it is preferable to include other materials as subcomponents rather than using pure selenium and sulfur. However, in that case, it is necessary to carefully select a material that does not adversely affect the physical properties of the insulating solid layer. Embodiments The present invention will be described in more detail below with reference to embodiments shown in FIGS. 1 to 4. <Embodiment 1> FIG. 1 shows an embodiment in which the present invention is applied to a MIS type field effect transistor. First, in a vacuum,
A molecular beam obtained by heating solid aluminum and a molecular beam obtained by heating solid selenium are combined into clean undoped Ga
Irradiated onto a substrate If made of As, made of aluminum selenide! 11 film 12 was formed (see FIG. 1C). The thickness of the insulating film 12 was set to 50n+i. Next, insulating film 1
After forming a gate electrode 13 on 2, the excess insulating film 12 was removed using the gate electrode as a mask (see FIG. 1). The gate length was 1 micron. Furthermore, n-type GaAsMf4 was formed on both sides of the gate electrode 13 (see FIG. 1C). Finally, an ohmic electrode 15 was formed on the same layer to form a MIS type field effect transistor (see FIG. 1C). When a positive bias is applied to the gate electrode 13, a two-dimensional electron gas 16 is generated at the interface between the aluminum selenide intermediate insulating film 12 and the undoped GaAs substrate 11. Therefore, by adjusting the bias value of the gate electrode I3, the concentration of the two-dimensional electron gas 16 is changed, and -
By controlling the current flowing between the ohmic electrodes 15, transistor operation can be obtained.
The same applies when InP is used. As a result of measuring the interface state density between the insulating film 12 and the undoped GaAs substrate 11, 1012/c+a2
It was confirmed that it was as small as / eV or less. Therefore, it was possible to obtain a high-speed device with almost no characteristic deterioration caused by Fermi level pinning caused by interface states. The transfer conductance was 150 mS/mm. In addition, in this example, since aluminum selenide is deposited by irradiating aluminum molecular beams and selenium molecular beams in a vacuum, the thickness of the insulating film 12 can be precisely controlled by adjusting the intensity of each molecular beam. Good control was possible, and as a result, devices with less variation in characteristics could be manufactured with good reproducibility. The same is true when aluminum sulfide is used instead of aluminum selenide.
We were able to obtain a good device with a low interface state density. Transfer conductance was room S/mm. Although the case where GaAs is used as the compound semiconductor material has been described above, other compound semiconductors may also be used. <Embodiment 2> FIG. 2 shows another embodiment in which the present invention is applied to a MIS type field effect transistor. First, an n-type GaAs layer 22 and an undoped A I Ga A layer are formed on an undoped GaAs substrate 21 by single molecular beam epitaxy.
After sequentially growing the s-layer 23, an aluminum selenide insulating film 24 was formed by irradiating molecular beams obtained by heating solid aluminum and molecular beams obtained by heating solid selenium in a vacuum. (See Figure 2C). Next, aluminum selenide #! A gate electrode 25 is formed on the edge film 24, and the excess I'l! is removed using the gate electrode 25 as a mask. ! Membrane 2
4 and the AIGaAs layer 23 were removed (second
(see figure). The gate length was 1 micron. Furthermore, n-type GaAs layers 26 were formed on both sides of the gate electrode 25 (see FIG. 2C). Finally, an ohmic electrode 27 was formed on the same layer to complete a MIS type field effect transistor (see FIG. 2C). The transistor of this example has an MIS type structure as in the case of Example 1, but uses an n-type GaAs layer 22 as a conductive layer, and there is a gap between this layer and an aluminum selenide insulating film 24. Undoped A
This example differs from Example 1 in that an lGaAs layer 23 is inserted. When a bias voltage is applied to the gate electrode 25, n-type Ga
The width of the conductive carrier depletion layer in the As layer 23 changes. This changes the number of conductive carriers in the same layer, resulting in transistor operation. In this structure, the conductive layer 22
and the aluminum selenide insulating film 24 is undoped AlG.
Since it is separated by the aAs layer 23, the conductive layer 22
It has the advantage that electrons flowing through the aluminum selenide insulating film 24 are hardly affected by defects. Furthermore, compared to the case where the aluminum selenide insulating film 24 is not provided, in the transistor of this embodiment in which the insulating film is provided under the gate electrode 25, the leakage current flowing into the gate electrode 25 is small, and a large operating margin can be obtained. Ta. The thickness of the n-type GaAs layer 22 is 10 nm, and the undoped AI Ga As layer 23
When the thickness of the aluminum selenide insulating film 24 was 20 nm and the thickness of the aluminum selenide insulating film 24 was 3 on I11, the transfer conductance was 140a+S/ll1m. Note that the transfer conductance when aluminum sulfide is used instead of aluminum selenide as the intermediate insulating film 24 is as follows:
It was 90mS/mm. The n-type GaAs layer 22 can be omitted, and in that case, the undoped GaAs layer 21 and the undoped Al
Two-dimensional electron gas induced at the interface of the GaAs layer 23 functions as a conductive layer. In addition, the n-type Ga As layer 22
is omitted, and the undoped AlGaAs layer 23 is made of n-type A.
It may be replaced with an lGaAs layer. Also in this case, the n-type A I Ga A substituted for the undoped GaAs layer 21
Two-dimensional electron gas induced at the interface of the s-layer functions as a conductive layer. In either case, since the conductive layer of the semiconductor and the aluminum selenide insulating film 24 are separated, electrons flowing through the conductive layer are hardly affected by defects in the aluminum selenide layer, and the aluminum selenide insulating film 24
Similarly, since the gate electrode 25 is located under the gate electrode 25, the leakage current flowing into the gate electrode 25 is small, and a large operating margin can be obtained. As mentioned above, the material of the compound semiconductor forming the conductive layer is Ga
Although the case of As is shown, the same applies to the case of using other compound semiconductors such as InGaAs and InP. <Embodiment 3> Next, an embodiment in which the present invention is applied to surface protection of a compound semiconductor heterostructure bipolar transistor (HBT) will be described. Figure 3 is. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of an HBT having an AlGaAs/GaAs structure. First, on the surface of a semi-insulating GaAs substrate 30, a modified GaAs layer 31, an n-type GaAs layer 32, a p-type G
aAs layer 33, n-type AlGaAs layer 34 and n-type Ga
After the As layer 35 was epitaxially grown in sequence, an emitter electrode 36 was formed (FIG. 3, C). Next, using the same electrode as a mask, unnecessary n-type GaAs layer 35 and n-type AlGaAs layer 34 were removed (see FIG. 3). Further, a side wall 37 made of a solid layer of aluminum selenide was formed on the side of the emitter electrode 36, and then a base electrode 38 was formed between the side walls 26 (see FIG. 3C). Finally, an n-type GaAs layer 32 corresponding to the collector electrode region
and the collector electrode 3 by removing the p-type Ga A s33.
9 and completed the main part of the HBT (Fig. 3C)
reference). In this embodiment, aluminum selenide is used for the side wall 37 which functions as a surface preservation layer. Therefore, the generation of interface states between the sidewall and the underlying p-type GaAs 33 is suppressed, and p-type Ga
The electrons injected into the As layer 33 do not recombine and disappear through the interface state, but instead flow into the n-type Ga collector layer.
- Diffuses into the As layer 31. As a result, the gain loss of the transistor could be reduced, and when the modified layer was formed as in this example, the gain could be improved by more than five times compared to the case where it was not formed. The same thing happened when aluminum sulfide was used as the side wall 37 instead of aluminum selenide. Although the HBT having the A IG aA s/G aA s heterostructure has been described above, other compound semiconductors such as InGaAs, InP, InGaAs, etc.
The same applies when P etc. are used. <Example 4> Finally, an example in which the present invention is used to protect the surface of a compound semiconductor laser will be described. Figure 4 shows a cross section of the light emitting region of a compound semiconductor laser.
0 is an n+ type GaAs substrate, 41 is an n type AlGaAs layer,
42 is an undoped GaAs layer, 43 is a p-type AI G
It is an aAs layer, and has a so-called double heterojunction structure. 44 and 45 are ohmic electrodes. 46 is an insulating solid film made of aluminum selenide, which functions as a surface protection film for a portion corresponding to the end face of the laser cavity. A current is passed in the direction perpendicular to the semiconductor layer (arrow 47 in FIG. 4), and the active layer of undoped GaA
Laser light 48 is obtained from the end face by causing recombination of carriers in the s-layer 42 and generating photons. In a conventional compound semiconductor laser, a 5 in 2 film is used as a surface protective film on the end facet, so a high density of interface states exists at the interface between the protective film and each region of the compound semiconductor. As a result, the carrier density decreases near the edge due to the recombination of non-emissive carriers that occurs via the same interface state, increasing the reabsorption of the second light near the edge, and the associated temperature rise causes the carrier density to decrease near the edge. However, since the compound semiconductor laser according to this example uses aluminum selenide as a surface protective film, there is almost no generation of interface states, which significantly shortens the device life. I was able to improve it. The improvement in life was more than three times. Similar effects can be fully expected for compound semiconductor lasers other than the double heterojunction type.

【発明の効果】【Effect of the invention】

本発明によれば、界面準位の少ない良好な絶縁性固体層
/化合物半導体の構造を得ることができ、界面準位によ
る特性劣化の少ない良好な化合物半導体装置を得ること
が出来る。即ち、本発明をMIS型構造を有する電界効
果トランジスタに適′用した場合は、界面準位による特
性の劣化が少なく。 高速で動作マージンが大きい素子を再現性良く製造する
ことが出来る。また、本発明を化合物半導体へテロ接合
バイポーラトランジスタに適用した場合は、界面準位を
介するキャリアの再結合が抑えられ、トランジスタの増
帳率の低下を阻止することが出来る。更にまた、本発明
を化合物半導体レーザに用いれば、共振器端面での劣化
を防止することが出来る。 なお、実施例の説明では、4種類の実施例を引用したが
、これ以外の様々な化合物半導体装置の場合でも、絶縁
性固体層/化合物半導体の界面準位の減少が望まれる個
所に本発明を適用することよって同様の効果を得ること
が出来る。例えば太陽電池の表面保護膜に本発明を適用
すれば、界面準位での光キャリアの再結合を阻止し、太
陽電池の変換効率を向上させることが出来る。また、電
界効果トランジスタのソース・ゲート電極間及びドレイ
ン・ゲート電極間の表面保護膜に本発明を適用すれば、
界面準位によるフェルミ準位のピンニングを阻止するこ
とができ、キャリアの空乏化に伴う表面層の高抵抗化を
抑えることが可能である。
According to the present invention, a good insulating solid layer/compound semiconductor structure with few interface states can be obtained, and a good compound semiconductor device with little characteristic deterioration due to the interface states can be obtained. That is, when the present invention is applied to a field effect transistor having an MIS type structure, there is little deterioration in characteristics due to interface states. It is possible to manufacture devices with high speed and a large operating margin with good reproducibility. Further, when the present invention is applied to a compound semiconductor heterojunction bipolar transistor, recombination of carriers via interface states is suppressed, and a decrease in the number increase rate of the transistor can be prevented. Furthermore, if the present invention is applied to a compound semiconductor laser, deterioration at the cavity end face can be prevented. In the description of the embodiments, four types of embodiments have been cited, but the present invention can also be applied to various other compound semiconductor devices where it is desired to reduce the interface state between the insulating solid layer and the compound semiconductor. A similar effect can be obtained by applying . For example, if the present invention is applied to the surface protective film of a solar cell, it is possible to prevent recombination of photocarriers at the interface level and improve the conversion efficiency of the solar cell. Furthermore, if the present invention is applied to a surface protective film between the source and gate electrodes and between the drain and gate electrodes of a field effect transistor,
It is possible to prevent the pinning of the Fermi level due to the interface state, and it is possible to suppress the increase in resistance of the surface layer due to carrier depletion.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明の第一の実施例であるMIS型電界効
果トランジスタの製造工程を示す断面図、第2図は1本
発明の第二の実施例である別のMIS型電界効果トラン
ジスタの製造工程を示す断面図、第3図は、本発明の第
三の実施例である化合物半導体へテロ構造バイポーラト
ランジスタの製造工程を示す断面図、第4図は1本発明
の第四の実施例である化合物半導体レーザの断面図であ
る〈符号の説明〉 11・・・アンドープGaAs、 12・・・セレン化
アルミニウム絶縁膜、13・・・ゲート電極、14n・
・・n型G a A s層、15・・・オーミック電極
、16・・・二次元電子ガス、21・・アンドープGa
As基板、22−n型G a A s ffJ、23・
・・アンドープAlGaAs層、24・・・セレン化ア
ルミニウム絶縁膜、25・・・ゲート電極、26・・n
型G a A s層、27・・・オーミック電極、30
・・・半絶縁性GaAs基板、31− n型GaAs層
、32−n型G a A s層、 33=・P型GaA
s層、34n−型AlGaAs層、35−n型GaAs
層、36・・・エミッタ電極、37・セレン化アルミニ
ウム側壁、38・・ベース電瓶、39  コレクタ電極
、4L−n”型G a A s基板、41−n型AlG
aAs層、42・アンドープG a A s層、43−
p型AlGaAs層、44、45・・・オーミック電極
、46・・・セレン化アルミニウム表面保護膜、47・
・電流方向、48・・・し〜ザ光。 (a)
FIG. 1 is a sectional view showing the manufacturing process of an MIS type field effect transistor which is a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view showing the manufacturing process of an MIS type field effect transistor which is a second embodiment of the present invention. 3 is a sectional view showing the manufacturing process of a compound semiconductor heterostructure bipolar transistor according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of a compound semiconductor heterostructure bipolar transistor according to the third embodiment of the present invention. It is a cross-sectional view of a compound semiconductor laser as an example. <Explanation of symbols> 11... Undoped GaAs, 12... Aluminum selenide insulating film, 13... Gate electrode, 14n...
... n-type GaAs layer, 15 ... ohmic electrode, 16 ... two-dimensional electron gas, 21 ... undoped Ga
As substrate, 22-n type Ga As ffJ, 23.
... Undoped AlGaAs layer, 24 ... Aluminum selenide insulating film, 25 ... Gate electrode, 26 ... n
Type G a As layer, 27... Ohmic electrode, 30
・・・Semi-insulating GaAs substrate, 31- n-type GaAs layer, 32- n-type GaAs layer, 33=・P-type GaA
s layer, 34n-type AlGaAs layer, 35-n-type GaAs
Layer, 36... Emitter electrode, 37 - Aluminum selenide side wall, 38... Base electric bottle, 39 Collector electrode, 4L-n" type Ga As substrate, 41-n type AlG
aAs layer, 42・Undoped GaAs layer, 43-
P-type AlGaAs layer, 44, 45... Ohmic electrode, 46... Aluminum selenide surface protective film, 47.
・Current direction, 48...the light. (a)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、半導体表面、半導体領域と電極領域間、半導体領域
相互間等に絶縁性固体層を形成する形式の化合物半導体
装置において、当該絶縁性固体層はセレン化アルミニウ
ム及び硫化アルミニウムのいずれか一方又は双方からな
る材料をもって構成されていることを特徴とする化合物
半導体装置。 2、絶縁性固体層がセレン化アルミニウムからなる材料
をもって構成されていることを特徴とする特許請求の範
囲第1項記載の化合物半導体装置。 3、絶縁性固体層が硫化アルミニウムからなる材料をも
って構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の化合物半導体装置。 4、絶縁性固体層がMIS型構造における中間絶縁膜と
して使用されていることを特徴とする特許請求の範囲第
1項乃至第3項のいずれか一に記載の化合物半導体装置
。 5、絶縁性固体層が半導体の表面保護層として使用され
ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第3
項のいずれか一に記載の化合物半導体装置。 6、半導体領域がIII−V族化合物をもって構成されて
いることを特徴とする特許請求の範囲第1項乃至第5項
のいずれか一に記載の化合物半導体装置。 7、固体アルミニウムの原材料を加熱して得られる分子
線と、セレン及び硫黄のいずれか一方又は双方を少なく
とも主成分とする原材料を加熱して得られる分子線とを
所望の半導体領域上に同時に照射することにより、当該
領域上にセレン化アルミニウム及び硫化アルミニウムの
いずれか一方又は双方からなる絶縁性固体層を形成する
ことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。 8、固体アルミニウムの原材料を加熱して得られる分子
線を所望の半導体領域上に照射すると同時に、セレン化
水素及び硫化水素のいずれか一方又は双方を少なくとも
主成分とするガス状の原材料を供給することにより、当
該半導体領域上にセレン化アルミニウム及び硫化アルミ
ニウムのいずれか一方又は双方からなる絶縁性固体層を
形成することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法
[Claims] 1. In a compound semiconductor device in which an insulating solid layer is formed on a semiconductor surface, between a semiconductor region and an electrode region, between semiconductor regions, etc., the insulating solid layer is made of aluminum selenide or aluminum sulfide. 1. A compound semiconductor device comprising a material made of one or both of the following. 2. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating solid layer is made of a material made of aluminum selenide. 3. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating solid layer is made of a material made of aluminum sulfide. 4. The compound semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the insulating solid layer is used as an intermediate insulating film in an MIS type structure. 5. Claims 1 to 3, characterized in that the insulating solid layer is used as a surface protection layer of a semiconductor.
The compound semiconductor device according to any one of paragraphs. 6. The compound semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, wherein the semiconductor region is composed of a III-V group compound. 7. Simultaneously irradiate a desired semiconductor region with a molecular beam obtained by heating a solid aluminum raw material and a molecular beam obtained by heating a raw material containing at least one or both of selenium and sulfur as main components. A method for manufacturing a compound semiconductor device, comprising: forming an insulating solid layer made of one or both of aluminum selenide and aluminum sulfide on the region. 8. Irradiating a desired semiconductor region with a molecular beam obtained by heating a solid aluminum raw material, and simultaneously supplying a gaseous raw material containing at least one or both of hydrogen selenide and hydrogen sulfide as a main component. A method for manufacturing a compound semiconductor device, comprising: forming an insulating solid layer made of either or both of aluminum selenide and aluminum sulfide on the semiconductor region.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH04236424A (en) * 1991-01-18 1992-08-25 Hitachi Cable Ltd Semiconductor wafer provided with insulating film and manufacture thereof

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