JPH0888327A

JPH0888327A - 化合物半導体装置の製造方法、化合物半導体電界効果トランジスタ、およびヘテロ接合バイポーラトランジスタ

Info

Publication number: JPH0888327A
Application number: JP6222237A
Authority: JP
Inventors: Shunei Yoshikawa; 俊英吉川
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1994-09-16
Filing date: 1994-09-16
Publication date: 1996-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】第１の化合物半導体層上に形成されたｐ型の
第２の化合物半導体層を選択的に除去し、露出された第
１の化合物半導体層主面上にｐ型の第３の化合物半導体
層を再成長させる工程を含む半導体装置の製造方法にお
いて、前記第１の化合物半導体層主面上の不純物を除去
し、さらに第１の半導体層と第３の半導体層の境界面を
ｐ型にプレーナドープしてキャリア濃度を増大させる。【構成】第３の化合物半導体層を再成長させるに先立
って、前記第１の化合物半導体層の露出主面をＴＭＡ
ｓ，ＴＭＳｂ，ＤＭＡｓ，ＴｉＰＡｂ等の有機金属気相
材料によりフラッシュする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一般に半導体装置に関
し、特に化合物半導層の再成長工程を含む化合物半導体
装置の製造方法、およびかかる製造方法により製造され
た化合物半導体装置に関する。

【０００２】化合物半導体は大きな電子移動度を特徴と
するバンド構造を有し、ＨＥＭＴやＭＥＳＦＥＴのよう
な様々な高速ＦＥＴあるいはＨＢＴに使われている。Ｓ
ｉ−ＦＥＴでは、電子をキャリアとするｎチャネル型Ｆ
ＥＴと、ホールをキャリアとするｐチャネル型ＦＥＴと
を結合した、いわゆる相補型半導体装置が広く使われて
いる。かかる相補型半導体装置を使うことにより、消費
電力の少ないインバータやフリップフロップ等の回路を
容易に形成することができる。そこで、化合物半導体を
使って、非常に高速で動作する、消費電力の低い相補型
半導体装置を構成することが研究されている。

【０００３】

【従来の技術】図１０は、従来の構成による、かかる相
補型半導体装置の例を示す。図示の例では、２次元電子
ガスをキャリアとする一つのＨＥＭＴと、２次元ホール
ガスをキャリアとする別のＨＥＭＴとが、同一基板上
に、互いに隣接して形成されている。

【０００４】図１０を参照するに、相補型半導体装置は
半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に形成され、基板１上に形成
された約６００ｎｍの厚さを有する半絶縁性ＧａＡｓバ
ッファ層２と、前記バッファ層２上に形成された１４ｎ
ｍの厚さの非ドープＩｎＧａＡｓよりなるチャネル層３
と、前記チャネル層３上に形成された、厚さが３０ｎｍ
のｎ型ＡｌＧａＡｓよりなる電子供給層４と、前記電子
供給層４上に形成された、厚さが５０ｎｍのｎ型ＧａＡ
ｓよりなるコンタクト層５を含み、コンタクト層５中に
は、図１０に示した第１の領域Ａに対応して開口部５ａ
が、電子供給層４の上主面を露出するように形成され、
露出した電子供給層４の上主面にはショットキー電極１
０Ａが形成される。かかる構造では、周知のように、電
子供給層４よりも電子親和力の大きいチャネル層３中
に、２次元電子ガス３ａが、層４との境界面に沿って形
成され、前記ショットキー電極１０Ａは２次元電子ガス
を制御するゲート電極として作用する。また、前記領域
Ａ中において、コンタクト層５上にはオーミック電極１
０Ｂ，１０Ｃが、それぞれ前記２次元電子ガスに電子を
供給しまた回収するソース電極およびドレイン電極とし
て形成される。すなわち、図１０の領域Ａには、通常の
ＨＥＭＴが形成される。

【０００５】さらに、コンタクト層５の前記領域Ａに隣
接する領域Ｂには、エッチングストッパとして作用する
非ドープＩｎＧａＰ層６が３０ｎｍの厚さに形成され、
さらに層６上には非ドープＧａＡｓよりなるバッファ層
７が１００ｎｍの厚さに形成される。さらに、バッファ
層７上には非ドープＩｎＧａＡｓよりなるチャネル層８
が１４ｎｍの厚さに形成され、チャネル層８上にはｐ型
ＡｌＧａＡｓよりなるホール供給層９が、２５ｎｍの厚
さに形成される。ホール供給層９は、Ａｌ_0.7- _0.8 Ｇａ
_0.2-0.3 Ａｓ程度の非常に大きいバンドギャップを与え
る組成を有し、チャネル層８中にはチャネル層３の場合
と同様に、２次元ホールガス８ａが、層８と層９との間
の境界面に沿って形成される。さらに、ホール供給層９
上には、素子耐圧の向上のため挿入されている厚さが１
０ｎｍ程度の薄い非ドープＧａＡｓ層９ａを隔てて、前
記２次元ホールガス８ａを制御するショットキー電極１
１Ａが、ゲート電極として形成される。また、ホール供
給層９上には、前記ゲート電極の両側に、オーミック電
極１１Ｂ，１１Ｃが、それぞれソース電極およびドレイ
ン電極として形成される。すなわち、前記領域Ｂには二
次元ホールガスをキャリアとする高ホール移動度トラン
ジスタが、通常のＨＥＭＴと同様に形成される。以下の
説明では、かかる高ホール移動度トランジスタもＨＥＭ
Ｔと称することにする。

【０００６】一般に、化合物半導体、特にIII-V 族半導
体では、ホールの有効質量が電子の有効質量よりも実質
的に大きく、このため前記２次元ホールガス８ａ中にお
けるホールの移動度は、前記２次元電子ガス３ａ中にお
ける電子の移動度よりも実質的に小さい。換言すると、
図１０のような相補型ＨＥＭＴを形成すると、領域Ａに
形成された、２次元電子ガスをキャリアとするＨＥＭＴ
の動作に対して、領域Ｂに形成された、２次元ホールガ
スをキャリアとするＨＥＭＴの動作が追従できない問題
が生じる。この問題は、特にソース電極１１Ｂから２次
元ホールガス８ａ中に注入されたホールが、ソース電極
１１Ｂとゲート電極１１Ａとの間において受ける抵抗Ｒ
ｓの増加として顕在化する。

【０００７】かかる図１０に示す従来の相補型ＨＥＭＴ
の問題点を解決するため、従来より、ソース電極１１Ｂ
とゲート電極１１Ａとの間の距離を可能な限り減少させ
る試みがなされている。電極１１Ａと電極１１Ｂ、ある
いは電極１１Ａと電極１１Ｃとは異なる電極材料より形
成されるため、通常は一方の電極を形成した後これを絶
縁層で覆い、さらにかかる絶縁層中に開口部を形成する
ことにより他方の電極を形成する。しかし、かかる方法
で形成された構造では、電極１１Ａと電極１１Ｂ、ある
いは電極１１Ａと電極１１Ｃは絶縁層により隔てられる
ことになり、これらの電極を近接して形成することは困
難である。

【０００８】図１１は、上記の問題点を解決すべく従来
より提案されている構成を示す。簡単のため、図中、先
に図１０で説明した部分に対応する部分には同一の参照
符号を付し、説明を省略する。

【０００９】図１１を参照するに、図１０の構成におい
て層２〜９および９ａを堆積した後、ゲート電極１１Ａ
を形成する導体層を堆積し、さらにパターニングを行な
って前記ゲート電極１１Ａを形成し、同時に電極１１Ａ
直下に存在する部分９Ａを除いて領域Ｂから半導体層９
をドライエッチングにより除去し、チャネル層８の上主
面を露出させる。さらに、かかる露出したチャネル層８
の上主面から、ＭＯＣＶＤ法により、ｐ型ＡｌＧａＡｓ
領域９Ｂおよび９Ｃを、前記部分９Ａの両側に、成長さ
せる。その際、領域９Ｂおよび９Ｃは単結晶として成長
し、それぞれ結晶面９Ｂ_-1，９Ｂ_-2、および９Ｃ_-1，９
Ｃ_-2によって画成される。これらの結晶面は基面である
チャネル層８の上主面に対して所定の角度で傾斜してい
るため、領域９Ｂおよび９Ｃは図１１の断面図上におい
て頂部が基部よりも大きい台形形状を示す。すなわち、
基部において領域９Ｂあるいは９Ｃが領域９Ａに接して
いても、電極１１Ｂあるいは１１Ｃを担持する頂部は互
いに離間しており、電極１１Ａと１１Ｂ、あるいは電極
１１Ａと１１Ｃが接することはない。このように、図１
１の構成においては、電極１１Ａと１１Ｂ、あるいは電
極１１Ａと１１Ｃとの間の間隔を、電極を相互に短絡さ
せることなく、最小限に減少させることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１１
に示す従来の構成の半導体装置では、半導体層９を領域
９Ｂ，９Ｃに対応する部分でドライエッチングする際
に、露出したチャネル層８の上主面がＯやエッチングガ
スに含まれるＳｉ，Ｃｌ，あるいは有機物ＣＨx 等の不
純物により汚染されてしまう。このような汚染された界
面上に半導体領域９Ｂあるいは９Ｃを成長させると、境
界面の不純物がキャリアの空乏層を形成してしまい、必
然的にソース抵抗あるいはドレイン抵抗が増大してしま
う。従来の半導体装置の製造工程では、このような境界
面の不純物はＮＨ₄ Ｓx による処理により除去されてい
たが、図１１の構造においてかかる処理を行なうと、Ｓ
が境界面に残留してしまう。Ｓはドナーとして作用する
ため、従来のようにかかる境界面上にｎ型層を成長させ
る場合には問題はないが、図１１のようにｐ型層９Ｂ，
９Ｃを成長させる場合には、境界面でｐｎ接合を形成し
てしまい、ソース抵抗あるいはドレイン抵抗を増大させ
てしまう。

【００１１】そこで、本発明は上記の問題点を解決し
た、新規で有用な化合物半導体装置の製造方法、および
かかる製造方法により製造された化合物半導体装置を提
供することを概括的目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題
を、請求項１に記載したように、第１の化合物半導体層
上に、ｐ型の第２の化合物半導体層を形成する工程と；
前記第２の化合物半導体層を、前記第２の化合物半導体
層中に画成された所定の領域において、前記第１の化合
物半導体層に対して選択的に除去し、前記第１の化合物
半導体層の上主面を露出する工程と；前記露出した第１
の化合物半導体層の上主面から、前記上主面上に付着し
ている不純物を、前記上主面上に実質的な半導体層の成
長を行なうことなく有機気相材料を供給することにより
除去する清浄化工程と；前記第１の化合物半導体層の前
記露出した上主面上に、前記清浄化工程の後、ｐ型の第
３の化合物半導体層を成長する工程とを含むことを特徴
とする、化合物半導体装置の製造方法により、または、
請求項２に記載したように、前記有機気相材料は、III
−Ｖ族化合物半導体結晶中においてｐ型ドーパントとし
て作用し得る金属元素を含み、前記清浄化工程は、前記
第１の化合物半導体層の前記露出した上主面を、かかる
ｐ型ドーパントを含む有機気相材料によりｐ型にドープ
する、プレーナドープ工程を含むことを特徴とする請求
項１記載の方法により、または、請求項３に記載したよ
うに、前記有機金属気相材料は、Ｖ族元素を含むことを
特徴とする請求項１または２記載の方法により、または
請求項４に記載したように、前記有機金属気相材料は、
トリメチル砒素であることを特徴とする請求項１ないし
３のいずれか一項記載の方法により、または請求項５に
記載したように、前記有機金属気相材料は、ジメチル砒
素であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
一項記載の方法により、または、請求項６に記載したよ
うに、前記有機金属気相材料は、トリメチルアンチモン
であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一
項記載の方法により、または、請求項７に記載したよう
に、前記有機金属気相材料は、トリイソプロピルアンチ
モンであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
か一項記載の方法により、または、請求項８に記載した
ように、第１のバンドギャップを有する第１の非ドープ
化合物半導体材料よりなるチャネル層と；前記チャネル
層の主面上に画成された第１の領域上に形成され、相互
に対向する第１および第２の側壁面により画成され、前
記第１のバンドギャップよりも実質的に大きい第２のバ
ンドギャップを有するｐ型にドープされた第２の化合物
半導体材料よりなるゲート領域と；前記チャネル層の前
記主面上に、前記第１の領域の一方の側に画成された第
２の領域に対応して形成され、第３の側壁面で画成さ
れ、前記第１のバンドギャップよりも実質的に大きい第
３のバンドギャップを有するｐ型にドープされた第３の
化合物半導体材料よりなるソース領域と；前記チャネル
層の前記主面上に、前記第１の領域の他方の側に画成さ
れた第３の領域に対応して形成され、第４の側壁面で画
成され、前記第１のバンドギャップよりも実質的に大き
い第４のバンドギャップを有するｐ型にドープされた第
４の化合物半導体材料よりなるドレイン領域と；前記ゲ
ート領域上に形成され、これにショットキー接触するゲ
ート電極と；前記ソース領域上に形成され、これにオー
ミック接触するソース電極と；前記ドレイン領域上に形
成され、これにオーミック接触するドレイン電極と；前
記チャネル層中に、前記主面に沿って形成された２次元
ホールガスとよりなり；前記ソース領域は、前記２次元
ホールガス中にホールを、前記第１の領域において、前
記主面を横切って注入し；前記ドレイン領域は、ホール
を、前記第２の領域において、前記２次元ホールガスか
ら前記主面を横切って回収する構成の化合物半導体電界
効果トランジスタにおいて、前記第３の側壁面は、前記
ソース領域の、前記チャネル層主面との境界面において
前記第１の側壁面に接し、前記境界面から離れるにつれ
前記第１の側壁面から離間する結晶面よりなり；前記第
４の側壁面は、前記ドレイン領域の、前記チャネル層主
面との境界面において前記第２の側壁面に接し、前記境
界面から離れるにつれ前記第２の側壁面から離間する結
晶面よりなり；前記チャネル層主面上に、前記第１およ
び第２の領域に対応して、ｐ型ドーパントを含む層が、
前記ソース領域および前記ドレイン領域のいずれよりも
高い濃度で形成されていることを特徴とする化合物半導
体電界効果トランジスタにより、または請求項９に記載
したように、前記ｐ型ドーパントはアンチモンであるこ
とを特徴とする請求項８記載の化合物半導体電界効果ト
ランジスタにより、または請求項１０に記載したよう
に、ｎ型化合物半導体よりなるコレクタコンタクト層
と；前記コレクタコンタクト層主面上の第１の領域に形
成されたコレクタ電極と；前記コレクタコンタクト層の
前記主面上の第２の、別の領域に形成された、化合物半
導体よりなるコレクタ層と；前記コレクタ層上に形成さ
れた、ｐ型化合物半導体よりなるベース層と；前記ベー
ス層主面上の第３の領域に形成され、第１の側壁面で画
成された、ｐ型化合物半導体よりなるベースコンタクト
層と；前記ベースコンタクト層上に形成されたベース電
極と；前記ベース層の前記主面上に、前記第３の領域に
隣接して画成された第４の領域上に形成され、前記第１
の側壁面に面する第２の側壁面で画成された、ｎ型化合
物半導体よりなるエミッタ層と；前記エミッタ層上に形
成されたエミッタ電極とよりなり、前記エミッタ層を形
成する化合物半導体は、前記ベースを形成する化合物半
導体よりも大きなバンドギャップを有するヘテロ接合バ
イポーラトランジスタにおいて：前記第１の側壁面は、
前記ベース層主面上において、前記第２の側壁面に接
し、前記ベース層主面から離れるにつれて前記第２の側
壁面から離間する結晶面により形成され；前記ベース層
の前記主面上には、前記第３の領域に対応して、ｐ型ド
ーパントよりなる層が、前記ベース層および前記ベース
コンタクト層のいずれよりも高い濃度で形成されている
ことを特徴とするヘテロ接合バイポーラトランジスタに
より解決する。

【００１３】

【作用】図１〜図５は本発明の原理を説明する図であ
り、このうち図１は本発明の基礎となる実験で使われた
半導体積層構造体２０の層構成を示す。

【００１４】図１を参照するに、半導体積層構造体２０
は半絶縁性ＧａＡｓ基板２１上に構成され、基板２１上
に形成された厚さが約６００ｎｍの半絶縁性ＧａＡｓバ
ッファ層２２と、前記バッファ層２２上に形成された厚
さが５０〜１００ｎｍ程度のＡｌＧａＡｓ層２３と、前
記ＡｌＧａＡｓ層２３上に形成された厚さが約１００ｎ
ｍのｐ型ＧａＡｓ層２４と、前記ＧａＡｓ層２４上に形
成された厚さが１４ｎｍの非ドープＩｎＧａＡｓ層２５
と、さらに前記層２５上に形成された厚さが約１５０ｎ
ｍのｐ型ＧａＡｓ層２６とよりなる。層２２〜２６は通
常の減圧ＭＯＣＶＤ法により、圧力が７６Ｔｏｒｒ、温
度が６５０゜Ｃの条件下で、III 族元素の原料としてＴ
ＭＧ（トリメチルガリウム），ＴＥＧ（トリエチルガリ
ウム），ＴＭＩ（トリメチルインジウム），ＴＭＡ（ト
リメチルアルミニウム）を、またＶ族元素の原料として
アルシン（ＡｓＨ₃ ）を供給しながら実行する。また、
使用したＧａＡｓ基板２１は（１００）面に対して２゜
傾いた傾斜面を主面として有する。

【００１５】積層構造体２０が形成された後、層２６
を、層２５に対して、ＳｉＣｌ₄ を使ったドライエッチ
ングにより、選択的に除去し、層２５の上主面を露出さ
せる。さらに、このように露出した層２５の上主面上
に、層２６と同一の組成を有する層２６’を、元の厚さ
と同程度の厚さに再成長させる。その際、層２６’を際
成長させるに先立って、本発明では、露出された層２５
の上主面を、層２６’の実質的な成長を行なうことな
く、ｐ型ドーパントを含むＴＭＡｓ（トリメチル砒素）
あるいはＴＭＳｂ（トリメチルアンチモン）等の有機金
属気相材料によりフラッシュし、層２５の露出表面に付
着していたＯやＣＨx 等の不純物を除去する。典型的に
は、フラッシングは、ＴＭＡｓを使う場合１００ｓｃｃ
ｍの流量で実行される。ＴＭＳｂを使う場合には、流量
は５０ｓｃｃｍに設定する。ＴＭＡｓやＴＭＳｂは有機
ガスであり、III −Ｖ族化合物半導体結晶のＡｓサイト
においてアクセプタとして作用するＣを含む。例えば、
ＴＭＧとＴＭＡｓを使ってＧａＡｓを成長させると、得
られたＧａＡｓはＣによりｐ型にドープされることが知
られている。また、ＴＭＧとＴＭＳｂを使ったＭＯＣＶ
Ｄ法により、高温でＧａＳｂを成長させると、ｐ型のＧ
ａＳｂが得られることが知られている。

【００１６】図２は、図１の構造の線Ａ−Ａ’に沿った
キャリア濃度分布、より正確にはホール濃度分布を、ポ
ーラロン測定により求めた結果を示す。ただし、図２
中、破線で示した曲線は、前記ＩｎＧａＡｓ層２５の露
出した表面に何の処理も施さなかった場合を、実線で示
した曲線は、層２５の表面を、層２６’の再成長に先立
ってＴＭＡｓでフラッシュした場合を、また一点鎖線で
示した曲線は、層２５の表面をＴＭＳｂでフラッシュし
た場合を示す。ただし、図２において、横軸は、層２６
の表面から計った深さを示す。

【００１７】図２を参照するに、露出したＩｎＧａＡｓ
層２５の表面になんらの処理も施さなかった場合、Ｉｎ
ＧａＡｓ層２５とその上のｐ型ＧａＡｓ層２６’との境
界面に、Ｄ₁ で示した顕著なホールの枯渇が生じている
ことがわかる。これに対し、露出したＩｎＧａＡｓ層２
５の表面をＴＭＡｓをフラッシュすることにより清浄化
した場合には、かかるホールの枯渇は生じない。さら
に、ＩｎＧａＡｓ層２５の表面をＴＭＳｂで処理した場
合には、層２５と層２６’の境界面で、Ｄ₂ で示すよう
にホール濃度の増大が観察された。これは、先に説明し
た、ＴＭＧとＴＭＳｂを使った高温ＭＯＣＶＤ法によ
り、ｐ型ＧａＳｂが再成長層２６’中に混晶として形成
され、その結果ＩｎＧａＡｓ層２５が再成長層２６’と
の境界面においてｐ型にドープされたことによるものと
考えられる。すなわち、図２の結果は、層２６’をＩｎ
ＧａＡｓ層２５上に再成長する場合、再成長に先立って
露出した層２５の表面を、ＴＭＡｓあるいはＴＭＳｂで
処理することにより、層２５とその上の再成長層２６’
層との間の境界面において従来生じていた不純物による
キャリアの枯渇の問題を解消できること、特にかかる処
理にＴＭＳｂを使った場合には、境界面にアクセプタを
選択的に導入でき、再成長層を含む半導体装置における
電流路の抵抗を実質的に減少できることを示している。

【００１８】図３は、図１の半導体構造の、前記線Ａ−
Ａ’に沿った各種元素の濃度プロファイルを、ＩｎＧａ
Ａｓ層２５の露出面になんらの処理も施さなかった場合
についてＳＩＭＳ分析により求めた結果を示す図であ
る。図３中、横軸は層２６’の表面から計った深さを表
し、左側の縦軸は検出された元素濃度を、右側の縦軸は
検出された二次イオン強度を示す。すなわち、図中にお
いて右矢印を付した曲線は二次イオン強度を表し、それ
以外の曲線は元素濃度を表す。また図中、曲線のピーク
に付した数字は、対応する元素の面濃度を表す。

【００１９】図３を参照するに、層２５と層２６’との
境界面は表面からの深さが約２００ｎｍ程度の位置に形
成されており、約２００ｎｍの深さに存在するＩｎのピ
ークが図１の前記ＩｎＧａＡｓ層２５に対応する。この
深さには、Ｏ，Ｓｉ，Ｃのピークが観察され、層２５の
上主面がこれらの元素により汚染されていることがわか
る。このうち、Ｏは層２５表面と大気との接触により、
またＳｉはドライエッチングに使われたＳｉＣｌ₄ に起
因すると考えられる。さらにＣは表面に吸着された有機
基ＣＨx に起因すると考えられる。一方、３００ｎｍの
深さに見られる各元素のピークは、規格化に伴う人工的
なものである。また、深さが３００ｎｍから４００ｎｍ
の間に見られるＡｌのピークはＡｌＧａＡｓ層２３に対
応し、前記ＡｌのピークとＩｎのピークの間の部分がｐ
型ＧａＡｓ層２４に対応する。

【００２０】図４は、層２６’を再成長させるに先立っ
て、層２５の上主面をＴＭＡｓでフラッシュした場合
の、同様な元素分布を示す。図４の場合には、Ｏのピー
クが図３における５．０×１０¹³／ｃｍ²の面濃度レベ
ルから１．０×１０¹³／ｃｍ²の面濃度レベルまで減少
しており、またＳｉのピークが図３における３．１×１
０¹³／ｃｍ²の面濃度レベルから３．３×１０¹²／ｃｍ
²の面濃度レベルまで減少していることがわかる。さら
にＣのピークは消滅している。さらに、図５は、層２
６’を再成長させるに先立って、層２５の上主面をＴＭ
Ｓｂでフラッシュした場合の元素分布を示す。図５の場
合にも、ＩｎＧａＡｓ層２５と再成長ＧａＡｓ層２６’
との境界面において、Ｏのピークが１．２×１０¹³／ｃ
ｍ²の面濃度レベルまで減少し、またＳｉのピークが
４．４×１０¹²／ｃｍ²の面濃度レベルまで減少してい
るのがわかる。さらに、Ｃのピークも、１．９×１０¹³
／ｃｍ ²まで減少している。さらに、図５の場合には、
２００ｎｍ近傍の深さにおいて、層２５の上主面に対応
してＳｂが濃集しているのがわかる。先にも説明したよ
うに、高温ＭＯＣＶＤ法により、ＴＭＳｂの形で導入さ
れたＳｂは、ＧａＡｓあるいはＩｎＧａＡｓ層中におい
てｐ型ドーパントとして作用し、層２５の上主面におけ
るホール濃度を増加させる。換言すると、図５の状態で
は、層２５とその上の再成長層２６’との間の抵抗がさ
らに減少する。一方、有機金属気相材料中に含まれるＣ
のｐ型ドーパントとしての効果はあまり顕著で顕著では
なく、例えばＴＭＡｓのみをフラッシュした図４の例で
も、境界面におけるホール濃度の増大は観察されなかっ
た。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を、図６（Ａ），
（Ｂ）および図７（Ｃ），（Ｄ）を参照しながら説明す
る。

【００２２】図６（Ａ）の工程において、半絶縁性Ｇａ
Ａｓ基板３１上に、厚さが６００ｎｍの非ドープＧａＡ
ｓよりなりＨＥＭＴのバッファ層に対応する層３２と、
厚さが１４ｎｍの非ドープＩｎＧａＡｓよりなり前記Ｈ
ＥＭＴのチャネル層に対応する層３３と、厚さが３０ｎ
ｍのｐ型ＡｌＧａＡｓよりなり前記ＨＥＭＴのホール供
給層に対応する層３４と、厚さが１０ｎｍの非ドープＧ
ａＡｓよりなり前記ＨＥＭＴのゲート構造上においてホ
ール供給層とゲート電極との間に介在し、素子耐圧を向
上させる層に対応する層３５とをＭＯＣＶＤ法により順
次堆積し、図示の半導体積層構造体を形成する。典型的
な例では、基板３１は３インチ径の大きさを有し、（１
００）面に対して２゜傾斜した面を主面とする。また、
層３２〜３５はかかる基板３１上に、先に説明した減圧
ＭＯＣＶＤ法により形成される。III 族原料としては、
ＴＭＧ（テトラメチルガリウム），ＴＥＧ（テトラエチ
ルガリウム），ＴＭＩ（テトラメチルインジウム），Ｔ
ＭＡ（テトラメチルアルミニウム）が使われ、またＶ族
原料としてアルシン（ＡｓＨ₃ ）が使われる。また、ｐ
型ＡｌＧａＡｓ層３４を成長させる場合には、ｐ型ドー
パントとしてＴＭＡｓ（トリメチル砒素）あるいはＣＢ
ｒを、気相原料の形で供給する。かかるＣを含有する気
相材料をドーパントガスとして供給することにより、ド
ーパントガスから放出されたＣが層３４中のＡｓサイト
においてホールを放出し、層３４がｐ型にドープされ
る。

【００２３】積層構造体をこのようにして形成した後、
図６（Ｂ）の工程において層３５上にＳｉＯＮマスク３
６を形成し、層３４および３５のうちマスクで保護され
た領域３４Ａ，３５Ａ以外をＳｉＣｌ₄ を使ったドライ
エッチングにより除去し、ＩｎＧａＡｓ層３３の上主面
を露出させる。さらに、露出したＩｎＧａＡｓ層３３の
主面上に再びｐ型ＡｌＧａＡｓ層３４Ｂ，３４Ｃを３０
ｎｍの厚さに再成長させて、図７（Ｃ）に示す構造を得
る。

【００２４】本発明では、前記ｐ型ＡｌＧａＡｓ層３４
Ａ，３４Ｂを再成長させる際に、図６（Ｂ）の工程と図
７（Ｃ）の工程の間において、前記III 族原料およびＶ
族原料の供給を開始するに先立って、前記ＩｎＧａＡｓ
層３４の上主面が露出した状態で、ＴＭＡｓ、あるいは
ＴＭＳｂ（トリメチルアンチモン）のみをフラッシュ
し、前記上主面を清浄化する。典型的には、かかる清浄
化はＴＭＡｓを使う場合１００ｓｃｃｍの流量で実行さ
れる。ＴＭＳｂを使う場合には、流量は５０ｓｃｃｍに
設定するのが好ましい。

【００２５】さらに、前記ＳｉＯＮマスク３７を除去
し、ｐ型層３４Ｂ，３４Ｃの上主面上にオーミック電極
３８Ｂおよび３８Ｃをそれぞれソース電極およびドレイ
ン電極として形成し、さらに層３５Ａの露出された上主
面上にショットキー電極３８Ａをゲート電極として形成
することにより、図７（Ｄ）に示す構造のホールをキャ
リアとするＨＥＭＴが形成される。

【００２６】本実施例においては、図７（Ｃ）の工程に
おいてｐ型ＡｌＧａＡｓ層３４Ｂ，３４Ｃをチャネル層
３３上に再成長させる際に、結晶面３４Ｂ_-1，３４Ｃ_-1
が発達し、層３４Ｂ，３４Ｃは図７（Ｃ）に示す様に、
基部よりも頂部の大きさが小さい台形形状を示す。その
結果、層３４Ｂ，３４Ｃはその基部において領域３４Ａ
に接するが、頂部においては領域３４Ａとの間に隙間が
形成される。すなわち、層３４Ｂ，３４Ｃの頂部に形成
されたソース電極３８Ｂあるいはドレイン電極３８Ｃ
は、ゲート電極３８Ａに対して最小限の間隔で、しかも
電極３８Ａから離間して形成される。換言すると、図７
のＨＥＭＴは２次元ホールガスをキャリアとするＨＥＭ
Ｔではあっても、ソース領域３４Ｂをゲート領域３４Ａ
の最近傍に形成することができるため、またソース領域
３４Ｂとチャネル層３３との間の境界面、あるいはドレ
イン領域３４Ｃとチャネル層３３との間の境界面におけ
る抵抗を最小化することができ、その結果、２次元電子
ガスをキャリアとする通常のＨＥＭＴに匹敵する動作速
度を達成できる。

【００２７】本実施例の図６（Ｂ）の工程において露出
された層３３の上主面をフラッシュするのに使われる気
相材料は、先に記載したＴＭＡｓやＴＭＳｂに限定され
るものではなく、ＤＭＡｓ（ジメチル砒素）やＴｉＰＳ
ｂ（トリイソプロピルアンチモン）等の有機気相材料で
あってもよい。

【００２８】次に、本発明の第２実施例による相補型Ｈ
ＥＭＴについて、図８を参照しながら説明する。図示の
相補型ＨＥＭＴは図１０に示した装置と同様な構成を有
しており、共通する部分には同一の参照符号を付して説
明を省略する。

【００２９】図８を参照するに、領域９Ａ，９Ｂを、図
１１の場合と同様にチャネル層８上への再成長により形
成し、その結果、領域９Ａ，９Ｂは結晶面９Ｂ_-1，９Ｂ
_-2、あるいは結晶面９Ｃ_-1，９Ｃ_-2により画成された台
形形状を有する。また、層８の上主面のうち、領域９Ａ
〜９Ｃのいずれもが形成されていない部分はＳｉＮある
いはＳｉＯＮ層１２により覆われる。

【００３０】本実施例では、さらに、領域９Ａ，９Ｂを
再成長させるに先立って、チャネル層８の露出された上
主面をＴＭＡｓ，ＤＭＡｓ，ＴＭＳｂ，ＴｉＰＳｂ等の
有機気相材料でフラッシュし、不純物を除去する。その
際、ＴＭＳｂやＴｉＰＳｂを使うと、先に図５で説明し
たように、下地層とその上の再成長層、今の場合は層８
と領域９Ａ、および層８と領域９Ｂの境界面に、Ｓｂ含
有層８ａおよび８ｂがそれぞれ形成される。かかる構成
の半導体装置では、ゲート領域９Ａとソース領域９Ｂ、
あるいはゲート領域９Ａとドレイン領域９Ｃは、最小の
間隔で形成される。しかも、ＯやＳｉ、あるいはＣＨx
等の不純物が除去されているため、領域９Ａあるいは領
域９Ｂとチャネル層８との間の境界面において電気抵抗
の増加が生じることなく、さらにＳｂは層８あるいは領
域９Ａ，９Ｂを構成するＧａを含むIII−Ｖ族化合物半
導体中でｐ型の導電型を示すＧａＳｂを形成するため、
かかる境界面でホール濃度、すなわちキャリア濃度は枯
渇するのではなく逆に増大し、境界面における抵抗を実
質的に減少させることが可能である。

【００３１】従って、図８の構成において、領域Ｂに形
成される２次元ホールガスをキャリアとするＨＥＭＴ
は、領域Ａに形成される２次元電子ガスをキャリアとす
るＨＥＭＴに匹敵する動作速度を有し、したがってこれ
ら二種類のＨＥＭＴを結合することにより、非常に高速
で動作する、低消費電力の相補型半導体装置を形成する
ことが可能になる。

【００３２】本発明による半導体層の再成長工程を含む
半導体装置の製造方法は、先の実施例で説明したＨＥＭ
Ｔ等の電界効果トランジスタのみならず、他のトランジ
スタ、例えばヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢ
Ｔ）においても有効である。

【００３３】図９は本発明の第３実施例による、かかる
ＨＢＴの構成を示す図である。

【００３４】図９を参照するに、ＨＢＴは半絶縁性Ｇａ
Ａｓ基板４１上に形成され、基板４１上に形成された約
６００ｎｍの厚さの半絶縁性ＧａＡｓバッファ層４２上
に、約２００ｎｍの厚さのｎ⁺型ＧａＡｓコレクタコン
タクト層４３を含む。コレクタコンタクト層４３上に
は、コレクタ層として作用する非ドープＧａＡｓ層４４
が約２００ｎｍの厚さに形成され、コレクタ層４４上に
は非常に薄い、約７０ｎｍ程度のｐ型ベース層４５が形
成され、ベース層４５の上主面の第１の領域にはｎ⁺型
ＡｌＧａＡｓよりなるエミッタ層４６が形成される。エ
ミッタ層４６は、前記ベース層４６にｎ⁺型ＡｌＧａＡ
ｓ層をエピタキシャル成長し、さらにこれをパターニン
グして形成される。

【００３５】前記ベース層４５上主面中の前記前記エミ
ッタ層４６に隣接する領域には、前記エミッタ層４６を
パターニングした後、結晶面４７_-1で画成されたｐ型Ｇ
ａＡｓよりなるエミッタコンタクト層４７が再成長させ
られる。その際、前記エミッタコンタクト層４７の再成
長に先立ち、本発明では、露出したベース層４５の主面
を、ＴＭＡｓ，ＤＭＡｓ，ＴＭＳｂ，ＴｉＰＳｂ等の有
機気相原料でフラッシュし、パターニングに伴い堆積し
た不純物を除去する。特に、ＴＭＳｂあるいはＴｉＰＳ
ｂ等の、Ｓｂを含む有機気相原料を使うと、図５に示し
たように、下地層とその上の再成長層との間の境界面に
Ｓｂを含むドーピング層４５ａが形成される。このよう
に、不純物を半導体層の再成長に先立って除去すること
により、ベース層４５とベースコンタクト層４７との間
の抵抗を減少させることができる。

【００３６】さらにエミッタ層４６上にエミッタ電極４
８を、ベースコンタクト層４７上にベース電極４９を、
さらにコレクタコンタクト層４３の露出面上にコレクタ
電極５０を形成することにより、本発明の第３実施例に
よりＨＢＴが完成する。

【００３７】以上、本発明を好ましい実施例について説
明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものでは
なく、その要旨内において様々な変形・変更が可能であ
る。

【００３８】

【発明の効果】請求項１記載の本発明の特徴によれば、
第１の化合物半導体層上に形成された第２の化合物半導
体層をエッチングにより選択的に除去し、さらに第３の
化合物半導体層をエッチングの結果露出された第１の化
合物半導体層の表面に選択再成長する際に、再成長に先
立って、実質的な半導体層の成長を生じることなく有機
金属気相材料をフラッシュすることにより、前記露出さ
れた半導体層表面に付着しているＯやＣＨx 等の不純物
が除去され、その結果第３の化合物半導体層と第１の化
合物半導体層との境界面においてかかる不純物により誘
起されるキャリアの空乏化が抑止される。その際、有機
金属気相材料はｎ型ドーパントは含まないため、ｐ型の
第３の化合物半導体層を前記第１の化合物半導体層上に
再成長させる場合に、境界面が逆のｎ型にドープされる
おそれがない。かかる方法で製造された半導体装置は、
電流路の抵抗が減少し、動作速度が向上する。例えば、
本発明の方法で製造された２次元ホールガスをキャリア
とするＨＥＭＴを、従来の２次元電子ガスをキャリアと
するＨＥＭＴと組み合せることにより、効果的な相補型
半導体装置を形成することができる。また、本発明の方
法により、薄いベース層上に、エミッタ層に隣接してベ
ースコンタクト層を形成することにより、高速のｎｐｎ
ヘテロバイポーラトランジスタを形成することができ
る。

【００３９】請求項２記載の本発明の特徴によれば、II
I −Ｖ族化合物半導体結晶中でｐ型ドーパントとなり得
る金属元素を含む有機金属気相材料を供給することによ
り、前記第１の半導体層とその上に再成長する第３の半
導体層との間の境界面におけるキャリアの空乏化を抑止
できるのみならず、逆にホール濃度を増大させることが
できる。

【００４０】請求項３記載の本発明の特徴によれば、前
記有機金属気相材料としてＶ族元素を含む原料を使うこ
とにより、露出された表面での不純物を除去する清浄化
効果が向上する。

【００４１】請求項４および５記載の本発明の特徴によ
れば、前記露出された表面に付着しているＯを効果的に
除去できる。

【００４２】請求項６および７記載の本発明の特徴によ
れば、前記露出された表面に付着している不純物を除去
することにより、前記第１の半導体層と前記第３の半導
体層との間の境界面における空乏層の形成を抑止できる
のみならず、かかる境界面に、III−Ｖ族化合物半導体
結晶中でｐ型ドーパントとして作用し得るＳｂによりｐ
型のプレーナドープを行なうことにより、キャリア濃度
を増加させることができる。

【００４３】請求項８記載の本発明の特徴によれば、電
流路の抵抗が減少し動作速度が向上した化合物半導体装
置を形成することができる。また、本発明の方法で製造
された２次元ホールガスをキャリアとするＨＥＭＴを、
従来の２次元電子ガスをキャリアとするＨＥＭＴと組み
合せることにより、効果的な相補型半導体装置を形成す
ることができる。

【００４４】請求項９記載の本発明の特徴によれば、薄
いベース層上にエミッタ層に隣接して形成されたベース
コンタクト層を有する、高速のｎｐｎヘテロバイポーラ
トランジスタを形成することができる。かかるヘテロバ
イポーラトランジスタでは、ベースコンタクト層は、再
成長に伴い発達した結晶面によりエミッタ層に対して画
成・分離され、その際ベース層とベースコンタクト層と
の間の境界面における抵抗が、かかる境界面における清
浄化およびプレーナドープにより減少する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基礎となる実験で使用した試料の構成
を示す図である。

【図２】図１の試料における、ホール濃度の分布を示す
図である。

【図３】図１の試料において、半導体層の再成長に先立
って特別な処理を施さなかった場合の各種元素の分布を
示す図である。

【図４】図１の試料において、半導体層の再成長に先立
って、ＴＭＡｓによる処理を施した場合の各種元素の分
布を示す図である。

【図５】図１の試料において、半導体層の再成長に先立
って、ＴＭＳｂによる処理を施した場合の各種元素の分
布を示す図である。

【図６】（Ａ），（Ｂ）は本発明の第１実施例によるＨ
ＥＭＴの製造方法を説明する図（その一）である。

【図７】（Ｃ），（Ｄ）は本発明の第２実施例によるＨ
ＥＭＴの製造方法を説明する図（その二）である。

【図８】本発明の第２実施例による相補型ＨＥＭＴの構
成を示す図である。

【図９】本発明の第３実施例によるＨＢＴの構成を示す
図である。

【図１０】従来の相補型ＨＥＭＴの構成を示す図であ
る。

【図１１】図１０の相補型ＨＥＭＴを改良した構成の一
部を、その問題点と共に示す図である。

【符号の説明】

１，３１，４１基板２，７，３２，４２バッファ層３電子チャネル層３ａ２次元電子ガス４電子供給層５ｎ型コンタクト層６エッチングストッパ８，３３ホールチャネル層８ａ，３３ａ２次元ホールガス８ｂＳｂドープ層９，９Ｂ，９Ｃ，３４，３４Ｂ，３４Ｃホール供給層９Ａ，３４Ａゲート領域９Ｂ_-1，９Ｂ_-2，９Ｃ_-1，９Ｃ_-2，３４Ｂ_-1，３４
Ｃ_-1，４７_-1 結晶面１０Ａ，１１Ａ，３８Ａゲート電極１０Ｂ，１１Ｂ，３８Ｂソース電極１０Ｃ，１１Ｃ，３８Ｃドレイン電極２０試料２１ＧａＡｓ基板２２ＧａＡｓバッファ層２３ＡｌＧａＡｓ層２４ｐ型ＧａＡｓ層２５ｉ型ＩｎＧａＡｓ層２６ｐ型ＧａＡｓ層２６’再成長ｐ型ＧａＡｓ層３５，３５Ａｉ型ＧａＡｓ層３７ＳｉＯＮマスク４３コレクタコンタクト層４４コレクタ層４５ベース層４６エミッタ層４７ベースコンタクト層４８エミッタ電極４９ベース電極５０コレクタ電極

───────────────────────────────────────────────────── 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 21/331 29/73 29/778 21/338 29/812 Ｈ０１Ｌ 29/72 9171−4Ｍ 29/80 Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の化合物半導体層上に、ｐ型の第２
の化合物半導体層を形成する工程と；前記第２の化合物
半導体層を、前記第２の化合物半導体層中に画成された
所定の領域において、前記第１の化合物半導体層に対し
て選択的に除去し、前記第１の化合物半導体層の上主面
を露出する工程と；前記露出した第１の化合物半導体層
の上主面から、前記上主面上に付着している不純物を、
前記上主面上に実質的な半導体層の成長を行なうことな
く有機金属気相材料を供給することにより除去する清浄
化工程と；前記第１の化合物半導体層の前記露出した上
主面上に、前記清浄化工程の後、ｐ型の第３の化合物半
導体層を成長する工程とを含むことを特徴とする、化合
物半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記有機金属気相材料は、III −Ｖ族化
合物半導体結晶中においてｐ型ドーパントとして作用し
得る金属元素を含み、前記清浄化工程は、前記第１の化
合物半導体層の前記露出した上主面を、かかるｐ型ドー
パントを含む有機金属気相材料によりｐ型にドープする
プレーナドープ工程を含むことを特徴とする請求項１記
載の方法。
【請求項３】前記有機金属気相材料は、Ｖ族元素を含
むことを特徴とする請求項１または２記載の方法。
【請求項４】前記有機金属気相材料は、トリメチル砒
素であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
一項記載の方法。
【請求項５】前記有機金属気相材料は、ジメチル砒素
であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一
項記載の方法。
【請求項６】前記有機金属気相材料は、トリメチルア
ンチモンであることを特徴とする請求項１ないし３のい
ずれか一項記載の方法。
【請求項７】前記有機金属気相材料は、トリイソプロ
ピルアンチモンであることを特徴とする請求項１ないし
３のいずれか一項記載の方法。
【請求項８】第１のバンドギャップを有する第１の非
ドープ化合物半導体材料よりなるチャネル層と；前記チ
ャネル層の主面上に画成された第１の領域上に形成さ
れ、相互に対向する第１および第２の側壁面により画成
され、前記第１のバンドギャップよりも実質的に大きい
第２のバンドギャップを有するｐ型にドープされた第２
の化合物半導体材料よりなるゲート領域と；前記チャネ
ル層の前記主面上に、前記第１の領域の一方の側に画成
された第２の領域に対応して形成され、第３の側壁面で
画成され、前記第１のバンドギャップよりも実質的に大
きい第３のバンドギャップを有するｐ型にドープされた
第３の化合物半導体材料よりなるソース領域と；前記チ
ャネル層の前記主面上に、前記第１の領域の他方の側に
画成された第３の領域に対応して形成され、第４の側壁
面で画成され、前記第１のバンドギャップよりも実質的
に大きい第４のバンドギャップを有するｐ型にドープさ
れた第４の化合物半導体材料よりなるドレイン領域と；
前記ゲート領域上に形成され、これにショットキー接触
するゲート電極と；前記ソース領域上に形成され、これ
にオーミック接触するソース電極と；前記ドレイン領域
上に形成され、これにオーミック接触するドレイン電極
と；前記チャネル層中に、前記主面に沿って形成された
２次元ホールガスとよりなり；前記ソース領域は、前記
２次元ホールガス中にホールを、前記第１の領域におい
て、前記主面を横切って注入し；前記ドレイン領域は、
ホールを、前記第２の領域において、前記２次元ホール
ガスから前記主面を横切って回収する構成の化合物半導
体電界効果トランジスタにおいて、前記第３の側壁面は、前記ソース領域の、前記チャネル
層主面との境界面において前記第１の側壁面に接し、前
記境界面から離れるにつれ前記第１の側壁面から離間す
る結晶面よりなり；前記第４の側壁面は、前記ドレイン
領域の、前記チャネル層主面との境界面において前記第
２の側壁面に接し、前記境界面から離れるにつれ前記第
２の側壁面から離間する結晶面よりなり；前記チャネル
層主面上に、前記第１および第２の領域に対応して、ｐ
型ドーパントを含む層が、前記ソース領域および前記ド
レイン領域のいずれよりも高い濃度で形成されているこ
とを特徴とする化合物半導体電界効果トランジスタ。
【請求項９】前記ｐ型ドーパントはアンチモンである
ことを特徴とする請求項８記載の化合物半導体電界効果
トランジスタ。
【請求項１０】ｎ型化合物半導体よりなるコレクタコ
ンタクト層と；前記コレクタコンタクト層主面上の第１
の領域に形成されたコレクタ電極と；前記コレクタコン
タクト層の前記主面上の第２の、別の領域に形成され
た、化合物半導体よりなるコレクタ層と；前記コレクタ
層上に形成された、ｐ型化合物半導体よりなるベース層
と；前記ベース層主面上の第３の領域に形成され、第１
の側壁面で画成された、ｐ型化合物半導体よりなるベー
スコンタクト層と；前記ベースコンタクト層上に形成さ
れたベース電極と；前記ベース層の前記主面上に、前記
第３の領域に隣接して画成された第４の領域上に形成さ
れ、前記第１の側壁面に面する第２の側壁面で画成され
た、ｎ型化合物半導体よりなるエミッタ層と；前記エミ
ッタ層上に形成されたエミッタ電極とよりなり、前記エミッタ層を形成する化合物半導体は、前記ベース
を形成する化合物半導体よりも大きなバンドギャップを
有するヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて：前
記第１の側壁面は、前記ベース層主面上において、前記
第２の側壁面に接し、前記ベース層主面から離れるにつ
れて前記第２の側壁面から離間する結晶面により形成さ
れ；前記ベース層の前記主面上には、前記第３の領域に
対応して、ｐ型ドーパントよりなる層が、前記ベース層
および前記ベースコンタクト層のいずれよりも高い濃度
で形成されていることを特徴とするヘテロ接合バイポー
ラトランジスタ。