JPH07193223A - ヘテロ接合fetの製造方法 - Google Patents

ヘテロ接合fetの製造方法

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JPH07193223A
JPH07193223A JP33033493A JP33033493A JPH07193223A JP H07193223 A JPH07193223 A JP H07193223A JP 33033493 A JP33033493 A JP 33033493A JP 33033493 A JP33033493 A JP 33033493A JP H07193223 A JPH07193223 A JP H07193223A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】Al0.2 Ga0.8 Asヘテロバッファ層、In
0.2 Ga0.8 As電流チャネル層およびAl0.2 Ga
0.8 As電子供給層を有するヘテロ接合FETにおい
て、それぞれ最適な成長温度でエピタキシャル成長する
ことによってピンチオフ特性を良好にし、かつ2DEG
層のシート電子濃度と電子移動度を向上させる。 【構成】n型Al0.2 Ga0.8 As電子供給層5Aとア
ンドープGaAsバッファ層2Aを基板温度600℃〜
700℃で成長し、アンドープIn0.2 Ga0.8Asチ
ャネル層4とアンドープAl0.2 Ga0.8 Asヘテロバ
ッファ層4を400℃〜500℃で成長する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はヘテロ接合FETの製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】化合物半導体FETとして、バンドギャ
ップの異なる2つの半導体層間の、ヘテロ接合のバンド
ギャップの小さい方の半導体に誘起される二次元電子ガ
ス(2DEG)層を用いたFETが知られているが、こ
れについては例えば、井上、松野の「ヘテロ接合型電界
効果トランジスタ(公開特許公報(A)平1−1432
7号)に開示されている。
【0003】従来のヘテロFETについて図5を参照し
て説明する。図5(a)に示すように、半絶縁性GaA
s基板1上に、アンドープGaAsバッファ層2を形
成、次いで図5(b)に示すように、アンドープAl
0.2 Ga0.8 Asヘテロバッファ層3、アンドープIn
0.2 Ga0.8 Asチャネル層4を形成し、次いで図5
(c)に示すように、n型Al0.2 Ga0.8 As電子供
給層5、ゲート電極9を形成する。7,8はそれぞれn
型GaAsコンタクト層6を介して設けられたソース電
極およびドレイン電極である。このように、n型Al
0.2 Ga0.8 As電子供給層5とアンドープIn0.2
0.8 Asチャネル層4とアンドープAl0.2 Ga0.8
Asヘテロバッファ層3で作られたポテンシャル井戸に
は2DEG層(図示しない)が形成される。FETで
は、ソース電極7とドレイン電極8の間の2DEG層を
流れる電流をゲート電極9に印加される電圧によって制
御しており、デバイスの高性能化のためには(1)2D
EG層のシート電子濃度が高く、電子移動度が高いこと
(2)ピンチオフ特性が良く(漏れ電流が少ない)gm
が大きいことが重要であるが、従来はアンドープGaA
s層2にないしn型GaAsコンタクト層6を450℃
から520℃のある一定の基板温度でエピタキシャル成
長をすることによって形成していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エピタ
キシャル成長の最適温度が上述した全ての物質について
同一であるとは必ずしもいえないのはむしろ当然であ
り、前述した電子移動度やgmの改善の余地があるとい
えよう。
【0005】本発明の目的は一層改善された電気的特性
のヘテロ接合FETを実現できる製造方法を提供するこ
とにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のヘテロ接合FE
Tの製造方法は、半絶縁性GaAs基板表面にGaAs
バッファ層、Alx Ga1-x Asヘテロバッファ層(0
<x<1)、前記Alx Ga1-x Asヘテロバッファ層
よりバンドギャップの小さいIny Ga1-y Asチャネ
ル層(0<y<1)および前記Iny Ga1-y Asチャ
ネル層よりバンドギャップの大きいAlz Ga1-z As
電子供給層(0<z<1)を順次エピタキシャル成長し
てヘテロ接合構造体を形成する工程を含むヘテロ接合F
ETの製造方法において、前記Alz Ga1-z As電子
供給層および前記GaAsバッファ層をそれぞれ基板温
度600℃以上700℃以下で成長し、Iny Ga1-y
Asチャネル層およびAlx Ga1-x Asヘテロバッフ
ァ層をそれぞれ400℃以上500℃以下で成長すると
いうものである。
【0007】
【実施例】本発明の一実施例について図1を参照して説
明する。
【0008】はじめに、図1(a)に示すように、半絶
縁性GaAs基板1をMBE装置の成長室内において熱
クリーニングした後、成長温度600℃〜700℃、例
えば600℃でMBEによりアンドープGaAsバッフ
ァ層2A(厚さ約1μm)を成長させる。次に成長温度
を400℃〜500℃、(例えば500℃)に下げた
後、図1(b)に示すように、アンドープAl0.2 Ga
0.8 Asヘテロバッファ層3を厚さ約100nm、アン
ドープIn0.2 Ga0.8 Asチャネル層4を厚さ約15
nm順次成長させ、その後、成長温度を再び600℃〜
700℃、例えば600℃に上げて、図1(c)に示す
ように、n型Al0.2 Ga0.8 As電子供給層5Aを厚
さ約400nm、次にn型GaAsコンタクト層6Aを
成長させた。ここで、n型Al0.2 Ga0.8 As電子供
給層5Aには、n型不純物としてSiがNd=2x10
18cm-3の濃度でドーピングされている。次いで、n型
GaAsコンタクト層6を形成し、パターニングし、ゲ
ート電極9等を形成する。
【0009】図2にヘテロ接合FETの77Kでの2D
EG層の電子移動度μとシート電子濃度nsのn型Al
0.2 Ga0.8 As電子供給層の成長温度依存性を示す。
但し、アンドープGaAsバッファ層2Aの成長温度は
n型Al0.2 Ga0.8 As電子供給層5Aと同じであ
り、アンドープAl0.2 Ga0.8 Asヘテロバッファ層
3およびアンドープIn0.2 Ga0.8 Asチャネル層4
の成長温度は500℃である。Iny Ga1-y As層の
成長は、550℃以上では困難であるので、従来から4
50℃〜520℃の温度で成長していた。
【0010】これより、n型Al0.2 Ga0.8 As電子
供給層5AおよびアンドープGaAsバッファ層2Aを
600℃〜700℃の高温で成長することによって、2
DEG層の電子移動度μとシート電子濃度nsを大幅に
増加させることができることが判る。これは、その一つ
の原因として成長温度が最適化されて、不純物の活性化
率が向上し2DEG層に十分な電子が供給されるためと
考えられる。n型Al0.2 Ga0.8 As供給層を600
℃〜700℃の高温で成長した場合、電子移動度μとシ
ート電子濃度nsは、それぞれμ=2.5x104 cm
2 /v・s,ns=2.4x1012cm-2となり従来例
によるものよりそれぞれ25%増加した。
【0011】また、図3にアンドープAl0.2 Ga0.8
Asヘテロバッファ層の漏れ電流の長温度依存性を示
す。但し、アンドープIn0.2 Ga0.8 Asチャネル層
4の成長温度は500℃、アンドープGaAsバッファ
層2、n型Al0.2 Ga0.8 As電子供給層5およびn
型コンタクト層6の成長温度は600℃である。
【0012】成長温度を600℃より100度低くする
と急激に漏れ電流が少なく(ピンチオフ特性がよく)な
り高抵抗化していることが判る。これより、Al0.2
0.8 Asヘテロバッファ層では400℃〜500℃の
低温で成長することによって漏れ電流を1000分の1
に抑えることが出来る。なお、400℃未満の成長温度
では多結晶化の傾向が表われ結晶性が悪くなるので好ま
しくない。その後、このエピタキシャル結晶に周知のフ
ォトリソグラフィ法によりゲート電極9、ソース電極7
およびドレイン電極8を形成して、ヘテロ接合FETが
製造される。
【0013】ソース電極7とドレイン電極8の間の2D
EG層を流れる電流はゲート電極9に印加される電圧に
よって制御され、アンドープAl0.2 Ga0.8 Asヘテ
ロバッファ層3を低温で成長していることからピンチオ
フ特性は良く、さらにn型Al0.2 Ga0.8 As電子供
給層を高温で成長しているので、電子移動度μとシート
電子濃度nsが増加して、FETの相互コンダクタンス
gmは従来構造に比べて25%増加した。
【0014】図4は一実施例の変形について説明するた
めの断面図である。
【0015】アンドープIn0.2 Ga0.8 Asチャネル
層4を形成するまでは一実施例と同様である。
【0016】次に、成長温度を600℃〜700℃、例
えば600℃に上昇させてMBE法により厚さ3nmの
アンドープAl0.2 Ga0.8 As層5−1Aを形成す
る。そのままの温度でGaビームの供給を停止し、Si
ビームをあててδドープ層5−2A(Siのシート濃度
5×1012cm-2)を形成し、SiビームをとめてGa
ビームの供給を再び行ない厚さ30nmのアンドープA
0.2 Ga0.8 As層5−3Aを形成する。こうしてδ
ドープ構造の電子供給層を形成する。
【0017】こうして、図5を参照して説明した従来例
によるものに比較して、77Kにおける2DEG層の電
子移動度μとシート電子濃度nsは約30%増加してμ
=2.6×104 cm2 /V・S,ns=2.5×10
12c-2となった。また相互コンダクタンスgmは30
%増加した。一実施例によるものより、これらの数値が
よいのは、電子供給層がδドープ構造をもっているため
である。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、Alz
Ga1-z As電子供給層とGaAsバッファ層を基板温
度600℃〜700℃で成長し、Iny Ga1-y Asチ
ャネル層とAlx Ga1-x Asヘテロバッファ層を40
0℃〜500℃のそれぞれ最適化された成長温度で成長
することによって、Alz Ga1-z As電子供給層の活
性化率が上がり、2DEG層のシート電子濃度と電子移
動度を著しく高くすることができ、またピンチオフ特性
が非常に良くなった。したがって相互コンダクタンスg
mが従来例と比べて25〜30%増加したヘテロ接合F
ETを製造することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の説明のため(a)〜(c)
に分図して示す工程順断面図である。
【図2】2DEG層の電子移動度μとシート電子濃度n
sのn型Al0.2 Ga0.8 As電子供給層の成長温度依
存性を示すグラフである。
【図3】アンドープAl0.2 Ga0.8 Asヘテロバッフ
ァ層の漏れ電流の成長温度依存性を示すグラフである。
【図4】一実施例の変形の説明のため断面図である。
【図5】従来例の説明のため(a)〜(c)に分図して
示す工程順断面雨である。
【符号の説明】
1 半絶縁性GaAs層 2,2A アンドープGaAsバッファ層 3 アンドープAl0.2 Ga0.8 Asヘテロバッファ
層 4 アンドープIn0.2 Ga0.8 Asチャネル層 5,5A n型Al0.2 Ga0.8 As電子供給層 5−1A,5−2A,5−3A δドープ構造を有す
る電子供給層 6,6A n型GaAsコンタクト層 7 ソース電極 8 ドレイン電極 9 ゲート電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半絶縁性GaAs基板表面にGaAsバ
    ッファ層、Alx Ga1-x Asヘテロバッファ層(0<
    x<1)、前記Alx Ga1-x Asヘテロバッファ層よ
    りバンドギャップの小さいIny Ga1-y Asチャネル
    層(0<y<1)および前記Iny Ga1-y Asチャネ
    ル層よりバンドギャップの大きいAlz Ga1-z As電
    子供給層(0<z<1)を順次エピタキシャル成長して
    ヘテロ接合構造体を形成する工程を含むヘテロ接合FE
    Tの製造方法において、前記Alz Ga1-z As電子供
    給層および前記GaAsバッファ層をそれぞれ基板温度
    600℃以上700℃以下で成長し、Iny Ga1-y
    sチャネル層およびAlx Ga1-x Asヘテロバッファ
    層をそれぞれ400℃以上500℃以下で成長すること
    を特徴とするヘテロ接合FETの製造方法。
  2. 【請求項2】 x=y=z=0.2である請求項1記載
    のヘテロ接合FETの製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102280476A (zh) * 2011-08-08 2011-12-14 中国电子科技集团公司第五十五研究所 一种赝配高电子迁移率晶体管及其制作方法
US9450071B2 (en) 2009-09-11 2016-09-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Field effect semiconductor devices and methods of manufacturing field effect semiconductor devices

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US9450071B2 (en) 2009-09-11 2016-09-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Field effect semiconductor devices and methods of manufacturing field effect semiconductor devices
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