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Info
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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。
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
【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。
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。
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 G
a0.8 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。
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 G
a0.8 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 G
a0.8 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。
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 G
a0.8 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。
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。
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。
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
l0.2 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。
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
l0.2 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
12cm-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。
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
12cm-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。
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。
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。
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。
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。
示す工程順断面雨である。
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
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)
- 【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 A
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。 - 【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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33033493A JP2689877B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | ヘテロ接合fetの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP33033493A JP2689877B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | ヘテロ接合fetの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07193223A true JPH07193223A (ja) | 1995-07-28 |
JP2689877B2 JP2689877B2 (ja) | 1997-12-10 |
Family
ID=18231468
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP33033493A Expired - Fee Related JP2689877B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | ヘテロ接合fetの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2689877B2 (ja) |
Cited By (2)
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 |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP33033493A patent/JP2689877B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9450071B2 (en) | 2009-09-11 | 2016-09-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Field effect semiconductor devices and methods of manufacturing field effect semiconductor devices |
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 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2689877B2 (ja) | 1997-12-10 |
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