JPH0783109B2 - 高速半導体装置 - Google Patents

高速半導体装置

Info

Publication number
JPH0783109B2
JPH0783109B2 JP61202110A JP20211086A JPH0783109B2 JP H0783109 B2 JPH0783109 B2 JP H0783109B2 JP 61202110 A JP61202110 A JP 61202110A JP 20211086 A JP20211086 A JP 20211086A JP H0783109 B2 JPH0783109 B2 JP H0783109B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor layer
substrate
iii
mocvd
speed
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
JP61202110A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6356960A (ja
Inventor
好司 玉村
克洋 秋本
淳子 小川
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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 Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP61202110A priority Critical patent/JPH0783109B2/ja
Priority to GB8719817A priority patent/GB2195050B/en
Priority to KR1019870009226A priority patent/KR950014278B1/ko
Priority to DE3728524A priority patent/DE3728524C2/de
Priority to FR8711943A priority patent/FR2611313A1/fr
Publication of JPS6356960A publication Critical patent/JPS6356960A/ja
Publication of JPH0783109B2 publication Critical patent/JPH0783109B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime 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
    • 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
    • H01L29/7786Field 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
    • H01L29/7787Field 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
    • 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
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/04Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes
    • H01L29/045Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes by their particular orientation of crystalline planes

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)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Recrystallisation Techniques (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高速半導体装置、特にIII−V族化合物半導体
による例えばHEMT,2DEG−FET,TEG−FET等と呼称される
高電子移動度トランジスタもしくは2次元電子ガスチャ
ンネル型電界効果トランジスタ、あるいはMES−FETいわ
ゆるショットキゲート型電界効果トランジスタ等の高速
半導体装置に関わる。
〔発明の概要〕
本発明は特定された結晶面特に{311}B結晶面に切り
出された基板上に、有機金属気相成長いわゆるMOCVD(M
etalorganic Chemical Vapor Deposition)によるIII−
V族化合物半導体層による不純物混入が小さく高純度化
された動作領域を形成し、高速性や低雑音性等の向上を
図る。
〔従来の技術〕
従来、高速半導体装置例えばHEMT,2DEG−FET,TEG−FET
あるいはMES−FET等において、AlxGa1−xAs(0x<
1)あるいはInyGa1−yAs(0y<1)なるIII−V族
化合物が電子移動度の高いこと比較的結晶性に優れた半
導体層を形成しやすいなどの理由によって広く用いられ
ている。この場合、このIII−V族化合物半導体を気相
成長する基板いわゆるサブストレイトとしては、{10
0}結晶面を主面とするGaAs単結晶基板及びInP単結晶基
板が用いられ、これの上に上述のAlGaAs系あるいはInGa
As系III−V族化合物半導体層を例えばMOCVDによってエ
ピタキシャル成長する構成が採られている。
ところで、上述した高速半導体装置において、その動作
領域となるIII−V族化合物半導体層においては炭素C
やシリコンSi等の残留不純物の混入が極力回避され、結
晶性に優れた半導体層であることが、その高速性及び低
雑音化に必要とされる。ところが、上述したように{10
0}基板上に、例えばトリメチルアルミニウム(CH33A
lを原料としてAlGaAs系化合物半導体層をMOCVDによって
形成する場合等において最大の欠点が炭素Cの汚染で、
これが高速半導体装置における、より高速性及び低雑音
化等の特性向上の妨げになっている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は前述したようにIII−V族化合物半導体による
高速半導体装置における残留不純物による特性の低下を
効果的に回避し、高純度のIII−V族半導体のMOCVD気相
成長半導体層による高速半導体装置を構成し、高移動度
にしたがって高速性に優れ、低雑音にしたがって良好な
特性を有する高速半導体装置を構成する。
すなわち、本発明においてはMOCVDによるIII−V族気相
成長半導体における不純物の混入、したがって結晶性が
基板の結晶面に強い依存性を有することを見出し、基板
の結晶面方位を選定することによって上述した諸問題の
解決を図る。
因みに、ジャーナル・オブ・クリスタル・グロウス(Jo
urnal of Crystal Growth)68,(1984)148−156等にも
(100)結晶基板についての報告がなされていて(111)
A面の特定について論ぜられているが、本発明はこれと
は異なる結果を得たものであり、この異なる結果に基づ
いて特性に優れた高速半導体装置を提供するものであ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明においては主面を{311}B(すなわち{311}の
As面)、とする{311}B基板上に形成されたIII−V族
化合物の有機金属気相成長による半導体層を動作領域と
する。
MOCVDは良く知られているように、III族元素、Al,Ga,In
については、その有機物金属ガスのトリメチルアルミニ
ウム(TMA),トリメチルガリウム(TMG),トリメチル
インジウム(TMI)、或いはトリエチルアルミニウム(T
EA),トリエチルガリウム(TEG),トリエチルインジ
ウム(TEI)等を用い、V族元素As,Pについてはその水
素化物のアルシンAsH3,フォスフィンPH3を用いるもので
ある。そして、これらをIII族原料に対するV族原料の
比(以下V/III比という)をもって反応容器中に送り込
む。反応容器中には、上述した{311}B基板を所要の
基板温度Tsをもって配置しておくものであり、これの表
面で、上述した原料ガスの熱分解によって基板表面にII
I−V族化合物半導体層をエピタキシャル成長する。
〔作用〕
上述の本発明による高速半導体装置によれば、その動作
領域における不純物すなわちアクセプタとなる炭素
(C)の混入が効果的に回避され、またV/III比を小に
選定することによってドナー不純物すなわちシリコン
(Si)の減少を図ることができ、これによって高いキャ
リアの移動度と良好な結晶性を有し、高速性及び低雑音
性の優れた特性を有する高速半導体装置を得ることがで
きた。
第2図はそのV/III比を変化させた場合のキャリア濃度
すなわちアクセプタとしての炭素Cの濃度、及びドナー
としてのSiの混入濃度の測定結果を示すもので、この場
合基板温度Ts=800℃としたGaAs基板上に原料ガスとし
てトリメチルアルミニウム,トリメチルガリウム,アル
シンを用いてMOCVDによって形成したAl0.33Ga0.67As化
合物半導体層についての測定を行った場合である。同図
において▲印は本発明による(311)BGaAs単結晶基板上
に前述したAlGaAs系MOCVD半導体層を形成した場合の測
定結果をプロットした点で何れもn型特性を示したもの
であり、この場合V/III比を減少させていった場合にお
いてもp型を呈することがなかった。また、同図におい
て○印及び●印はそれぞれ従来の(100)GaAs基板上に
同様のMOCVDによる半導体層を形成した場合のV/III比に
対するキャリア濃度を示し、○印はp型、●印はn型特
性を示したものである。また、同図において□印及び■
印はそれぞれ(311)AのGaAs基板上に同様のMOCVDによ
る半導体層を形成した場合のそれぞれのV/III比に対す
るキャリア濃度の測定結果をプロットしたもので□印は
p型を呈したもの、■印はn型を呈したものであり、従
来の(100)基板及び(311)A基板上にIII−V族半導
体をMOCVDによって形成した場合、V/III比を小とすると
きはp型を呈してくる。これは、Gaサイトに炭素Cが入
り込み、これがアクセプタとして作用することに因る。
またV/III比を大とすればシリコンSi等のドナーの混入
が大となってそれぞれキャリア濃度が増大してしまう。
すなわち、第2図によって明らかなように、従来の例の
ように、(100)基板上に形成したMOCVD半導体層の場
合、V/III比が80〜120付近でp型n型の反転が生じてい
るに比し、本発明による(311)B基板上にMOCVD半導体
層を形成した場合V/III比を充分低くしていってその面
が白濁するに至ってもp型−n型間の反転が観測され
ず、充分高抵抗化された。したがってV/III比を充分小
さい値例えば100以下に選定すれば、ドナー及びアクセ
プタの両不純物についてその混入量を低減化し、キャリ
ア濃度の低い高抵抗半導体層をその動作領域として構成
することができることになる。
また本発明による(311)B基板上にAlxGa1−xAs(x=
0.33)のノンドープのMOCVD半導体層を形成した場合
と、従来の(100)基板上にノンドープの同様のAlxGa1
−xAs(x=0.33)のMOCVD半導体層を形成した場合のそ
れぞれの4Kにおけるフォトルミネッセンススペクトルを
第3図及び第4図に示す。これらにおいてはV/III=135
とした場合である。
第3図及び第4図において右側すなわち長波長測のピー
クbは残留ドナー−炭素アクセプタ遷移によるものであ
り、左側、すなわち短波長側のピークaは炭素アクセプ
タが残留ドナーに束縛された半値幅6.516meVのエキシト
ンピークである。第3図及び第4図において左右のピー
クa及びb、すなわちエキシトンピークと残留不純物に
起因したドナー−アクセプタペア発光のピークの相対的
な強さの差をみて明らかなように第3図の本発明による
(311)B基板上に形成されたMOCVD半導体層は従来の
(100)基板上に形成された半導体層に比し残留炭素に
よる影響が少なく結晶性に優れたものであることがわか
る。
尚、本発明者等の研究考察によれば、炭素汚染は、(31
1)B面が最も小さく、次いで(111)B,(100),(11
1)A,(311)Aへと順次その汚染が大となって行くこと
が確認された。
〔実施例〕
本発明装置は各種の高速半導体装置例えば2次元キャリ
ア(電子,ホール)ガスチャンネルによるFETすなわち
例えばHEMT,2DEG−FET,TEG−FETへの適用、あるいはMES
−FET等各種の高速半導体装置に適用できるものである
が、第1図を参照して本発明を2次元電子ガスチャンネ
ル型のFETに適用する場合の一例を説明する。
図において、(1)はその一主面(1a)が{311}Bす
なわち{311}Asの半絶縁性単結晶GaAs基板で、その主
面(1a)上に、順次例えば5000Åの厚さにアンドープの
GaAsよりなる第1の半導体層(2)と、例えば厚さ100
ÅのアンドープのAlxGa1−xAs(x=0.33)より成る第
2の半導体層(3)と、n型の不純物のSiがドープされ
たAlxGa1−xAs(x=0.33)より成る第3の半導体層
(4)と、同様のn型のGaAsより成る第4の半導体層
(5)とが原料ガスの供給を制御することによって連続
MOCVDによって形成する。この場合原料ガスとしては、
例えばTMA,TMG,及びアルシンAsH3を用いる。そして第4
の半導体層(5)の一部をエッチング除去して第3の半
導体層(4)の一部を外部に露呈しここにゲート例えば
ショットキゲート電極(6)を被着し、その両側に残さ
れた第4の半導体層(5)に夫々ソース電極(7)及び
ドレイン電極(8)を形成する。このような構成によ
れ、第1の半導体層(2)の第2半導体層(3)との界
面に2次元電子ガス層(9)によるチャンネルが形成さ
れたFETが構成される。
このような構成によるFETは、その動作領域すなわち2
次元電子ガス層(9)が形成されるアンドープの第1及
び第2の半導体層(2)及び(3)を、前述したように
そのV/IIIが例えば30程度に近い小なる値でMOCVD成長し
た半導体層とすることによって、第2図で説明したよう
にキャリア濃度が充分低い半導体層として構成できるの
で、残留不純物さらにはこの残留不純物による結晶性の
低下が回避されることによって高い電子移動度と低雑音
化が得られ特性のよい高速半導体装置が構成される。
さらにまた上述した例においてはIII−V族化合物とし
てAlxGa1−xAs系について主として説明したが、InyGa1
−yAs系MOCVD半導体層による高速半導体装置に適用する
こともできる。
また、本発明は上述した例に限らず各種高速半導体装置
に本発明を適用できるものであり、例えばAlGaAs上にGa
As層が形成されたいわゆる逆HEMTに適用することもで
き、この場合において下層のAlを含むAlGaAs層の結晶性
の問題が解消されたことによって、これの上に形成する
GaAsの特性も向上することから、より移動度の高い2電
子ガス層によるチャンネル形成が可能となる。
また、2次元電子ガス層によるFETに限らず2次元ホー
ルガス層によるFETにおいても同様に特性向上を図るこ
とができる。
〔発明の効果〕
上述したように本発明による高速半導体装置によれば、
キャリアの移動度すなわち高速性を高めることができ、
また優れた結晶性を有する動作領域による高速半導体装
置を構成するので高速性に優れ低雑音の特性の良い優れ
た高速半導体装置を得ることができ、その実用上の利益
は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の一例の略線的断面図、第2図は本
発明の説明に供するV/III比とキャリア濃度の関係の測
定結果を示す曲線図、第3図及び第4図はそれぞれ(31
1)B基板及び(100)基板上にMOCVDによる半導体層を
形成したもののフォトルミネッセンススペクトル図であ
る。 (1)は基板、(2)〜(5)は第1〜第4の半導体層
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/812

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】{311}B基板上に形成されたIII−V族化
    合物の有機金属気相成長半導体層より成る動作領域を具
    備することを特徴とする高速半導体装置。
JP61202110A 1986-08-28 1986-08-28 高速半導体装置 Expired - Lifetime JPH0783109B2 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61202110A JPH0783109B2 (ja) 1986-08-28 1986-08-28 高速半導体装置
GB8719817A GB2195050B (en) 1986-08-28 1987-08-21 Semiconductor devices and methods of manufacture
KR1019870009226A KR950014278B1 (ko) 1986-08-28 1987-08-24 고속 반도체장치 및 그 제조 방법
DE3728524A DE3728524C2 (de) 1986-08-28 1987-08-26 Hochgeschwindigkeits-Halbleiterbauteil und Verfahren zu seiner Herstellung
FR8711943A FR2611313A1 (fr) 1986-08-28 1987-08-26 Semi-conducteur tres rapide a compose du groupe iii/v et son procede de fabrication

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61202110A JPH0783109B2 (ja) 1986-08-28 1986-08-28 高速半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6356960A JPS6356960A (ja) 1988-03-11
JPH0783109B2 true JPH0783109B2 (ja) 1995-09-06

Family

ID=16452126

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61202110A Expired - Lifetime JPH0783109B2 (ja) 1986-08-28 1986-08-28 高速半導体装置

Country Status (5)

Country Link
JP (1) JPH0783109B2 (ja)
KR (1) KR950014278B1 (ja)
DE (1) DE3728524C2 (ja)
FR (1) FR2611313A1 (ja)
GB (1) GB2195050B (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR910007414B1 (ko) * 1989-03-18 1991-09-25 재단법인 한국전자통신연구소 도핑 효과를 개선한 이질구조 화합물 반도체 소자의 제조방법
JPH03278542A (ja) * 1990-03-28 1991-12-10 Hitachi Ltd 半導体装置
EP0535293A1 (en) * 1991-01-29 1993-04-07 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. A method of fabricating a compositional semiconductor device
JP3360105B2 (ja) * 1994-03-04 2002-12-24 富士通株式会社 半導体装置の製造方法
US8829336B2 (en) 2006-05-03 2014-09-09 Rochester Institute Of Technology Nanostructured quantum dots or dashes in photovoltaic devices and methods thereof
JP2010225981A (ja) 2009-03-25 2010-10-07 Fujitsu Ltd 光半導体素子、集積素子、光半導体素子の製造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4830787B1 (ja) * 1967-12-28 1973-09-22
US3721583A (en) * 1970-12-08 1973-03-20 Ibm Vapor phase epitaxial deposition process for forming superlattice structure
JPS52101698A (en) * 1976-02-23 1977-08-25 Toshiba Corp Vapor phase growth of gallium arsenide
US4122407A (en) * 1976-04-06 1978-10-24 International Business Machines Corporation Heterostructure junction light emitting or responding or modulating devices

Also Published As

Publication number Publication date
DE3728524C2 (de) 1996-05-09
KR880003401A (ko) 1988-05-16
JPS6356960A (ja) 1988-03-11
GB2195050B (en) 1990-05-30
GB2195050A (en) 1988-03-23
GB8719817D0 (en) 1987-09-30
DE3728524A1 (de) 1988-03-10
KR950014278B1 (ko) 1995-11-24
FR2611313A1 (fr) 1988-08-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100707324B1 (ko) 반도체 장치 및 이의 제조 방법
EP0740350B1 (en) Compound semiconductor device having reduced resistance
US5952672A (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
CA2059407C (en) Gaas device fabrication and devices so produced
US6462361B1 (en) GaInP epitaxial stacking structure and fabrication method thereof, and a FET transistor using this structure
JP3753068B2 (ja) 電界効果トランジスタ用エピタキシャルウェハの製造方法
US20090318698A1 (en) Use of Metal Complexes as Emitter in an Organic Light-Emitting Component and such a Component
JPH0783109B2 (ja) 高速半導体装置
KR100201530B1 (ko) 화합물 반도체결정장치 및 그 제조방법
US5738722A (en) III-V system compound semiconductor device and method for manufacturing the semiconductor device
Li et al. High mobility AlGaN/GaN heterostructures grown by gas-source molecular beam epitaxy
JP5119644B2 (ja) Iii−v族化合物半導体エピタキシャルウェハ
EP0631298B1 (en) A method for the production of semiconductor epitaxial substrate
JP2000022135A (ja) 電界効果トランジスタ
JPH0350744A (ja) 電界効果トランジスタの製造方法
JPH04340232A (ja) ヘテロ接合型半導体装置及びその製造方法
JP2808671B2 (ja) 電界効果トランジスタ
JP2001111037A (ja) 半導体ウェハ及び電界効果トランジスタ
JP2980630B2 (ja) 化合物半導体装置
JPH02199875A (ja) 半導体素子およびその製造方法
JPH11121470A (ja) 電界効果トランジスタおよびその製造方法
Muraat et al. Extremely uniform growth on 3-inch diameter InP substrates by omvpe for N-AlInAs/GaInAs hemt application
JP2800457B2 (ja) 半導体装置
JPH0712082B2 (ja) 選択ド−プ・ヘテロ構造
US20030057437A1 (en) Compound semiconductor epitaxial wafer and devices using the same

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term