JPH09246527A - Semiconductor device - Google Patents
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- JPH09246527A JPH09246527A JP5197796A JP5197796A JPH09246527A JP H09246527 A JPH09246527 A JP H09246527A JP 5197796 A JP5197796 A JP 5197796A JP 5197796 A JP5197796 A JP 5197796A JP H09246527 A JPH09246527 A JP H09246527A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体層を
有して光・電子デバイスに利用される半導体装置に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a compound semiconductor layer and used for an optoelectronic device.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に、光・電子デバイスとしては、種
々のものがあるが、例えばInとAlを含む III−V族
化合物半導体薄層を構成要素とする半導体装置が広く用
いられている。2. Description of the Related Art Generally, there are various types of optoelectronic devices, but semiconductor devices having a III-V group compound semiconductor thin layer containing In and Al, for example, as components are widely used.
【0003】この種の半導体装置には、InP基板に格
子整合するInAlAs薄層を備えたInP系高電子移
動度トランジスタ(以下、HEMTという)がある。図
11はこのHEMTの構成を模式的に示す断面図であ
る。このHEMTは、Feドープ半絶縁性InP基板1
上に、アンドープInAlAsバッファ層2、アンドー
プInGaAs電子走行層3、アンドープInAlAs
スペーサ層4、Siドープn型InAlAs電子供給層
5、アンドープInAlAsショットキーコンタクト層
6、Siドープn型InGaAsオーミックコンタクト
層7が順次積層されて形成されている。This type of semiconductor device includes an InP high electron mobility transistor (hereinafter referred to as HEMT) having an InAlAs thin layer lattice-matched to an InP substrate. FIG. 11 is a sectional view schematically showing the structure of this HEMT. This HEMT is a Fe-doped semi-insulating InP substrate 1
On top, undoped InAlAs buffer layer 2, undoped InGaAs electron transit layer 3, undoped InAlAs
The spacer layer 4, the Si-doped n-type InAlAs electron supply layer 5, the undoped InAlAs Schottky contact layer 6, and the Si-doped n-type InGaAs ohmic contact layer 7 are sequentially stacked and formed.
【0004】また、オーミックコンタクト層7は、その
層7上にドレイン電極8及びソース電極9が形成される
と、ゲート部分のショットキーコンタクト層7を露出さ
せるようにゲート部分に相当する領域が除去される。し
かる後、ショットキーコンタクト層7の露出部分上にゲ
ート電極10が形成され、全体が図示しないSiN保護
膜にて被覆される。When the drain electrode 8 and the source electrode 9 are formed on the ohmic contact layer 7, the region corresponding to the gate portion is removed so that the Schottky contact layer 7 in the gate portion is exposed. To be done. After that, the gate electrode 10 is formed on the exposed portion of the Schottky contact layer 7, and the whole is covered with a SiN protective film (not shown).
【0005】このようにInP系HEMTでは、ヘテロ
接合の伝導帯におけるエネルギー不連続の大きさをΔE
cとすると、電子走行層3のInGaAsとのΔEcを
大きくするため、バッファ層2、スペーサ層4、電子供
給層5、ショットキーコンタクト層6等にInAlAs
が用いられている。As described above, in the InP HEMT, the magnitude of energy discontinuity in the conduction band of the heterojunction is ΔE.
In order to increase ΔEc with InGaAs of the electron transit layer 3, the buffer layer 2, the spacer layer 4, the electron supply layer 5, the Schottky contact layer 6 and the like are made of InAlAs.
Is used.
【0006】また、電子供給層5に用いられるInAl
Asは、n型にドーピングされている必要がある一方、
他の層2,4,6に用いられるInAlAsは、余分な
リーク電流やピンチオフ特性を良好なものとするため、
高抵抗であることが好ましく、電子や正孔等のキャリア
を発生させる残留不純物の濃度がなるべく低く制御され
ることが望ましい。InAl used for the electron supply layer 5
While As must be n-type doped,
InAlAs used for the other layers 2, 4, and 6 improves the extra leakage current and the pinch-off characteristics,
The resistance is preferably high, and the concentration of residual impurities that generate carriers such as electrons and holes is desirably controlled as low as possible.
【0007】しかしながら、InP系HEMTのSiド
ープInAlAs電子供給層5においては、デバイス製
作プロセス中にInAlAs表面に付着するFが熱処理
時に内部拡散し、このFがドナー不純物と結合してドナ
ーを不活性化させるため、キャリアが補償されて電気特
性が劣化される問題がある。このような結晶内部へのF
の拡散は、InとAlとを含む結晶でのみ起きており、
InとAlとの組合せに起因する現象と考えられてい
る。Fはデバイス作成プロセスに使用するフッ化アンモ
ニウムなどの薬品の他、大気中からも混入するため、F
の混入を阻止することは事実上不可能となっている。However, in the Si-doped InAlAs electron supply layer 5 of the InP-based HEMT, F adhering to the InAlAs surface during the device fabrication process diffuses internally during the heat treatment, and this F bonds with the donor impurities to inactivate the donor. Therefore, there is a problem that carriers are compensated and electrical characteristics are deteriorated. F inside such a crystal
Diffusion occurs only in crystals containing In and Al,
It is considered to be a phenomenon caused by the combination of In and Al. In addition to chemicals such as ammonium fluoride used in the device manufacturing process, F is also mixed from the atmosphere, so F
It is virtually impossible to prevent the mixture of
【0008】一方、InP系HEMTのバッファ層2、
ショットキーコンタクト層6及びスペーサ層4において
は、例えば量産に適した有機金属気相成長法(MOCV
D法)により製造される場合、残留キャリア濃度の低い
InAlAs層を形成することが原料の純度の観点から
困難である問題がある。なお、高純度の原料を使用する
と、コストを非常に高くしてしまう問題がある。On the other hand, InP-based HEMT buffer layer 2,
In the Schottky contact layer 6 and the spacer layer 4, for example, metal organic chemical vapor deposition (MOCV) suitable for mass production.
In the case of manufacturing by the method D), there is a problem that it is difficult to form an InAlAs layer having a low residual carrier concentration from the viewpoint of the purity of the raw material. It should be noted that the use of high-purity raw material causes a problem of extremely high cost.
【0009】一方、これの解決のための関連技術として
は、深い準位のアクセプタを形成するFeの如き不純物
をドーピングし、残留キャリアを補償させることが知ら
れている。しかしながら、MOCVD法による高抵抗の
FeドープInAlAs層の成長の報告はあるが、実際
のHEMTデバイスに用いられる例は少ない。これは、
MOCVD法によるFeドープInAlAs層は、高抵
抗化する成長条件が極めて狭く、再現性などに問題があ
るためである。On the other hand, as a related technique for solving this problem, it is known to dope impurities such as Fe forming a deep level acceptor to compensate for residual carriers. However, although there are reports of growth of a high-resistance Fe-doped InAlAs layer by the MOCVD method, there are few cases where it is used for an actual HEMT device. this is,
This is because the Fe-doped InAlAs layer formed by the MOCVD method has extremely narrow growth conditions for increasing the resistance and has a problem in reproducibility.
【0010】このように半導体の伝導型や抵抗率を制御
することは、デバイスの作製プロセス上で重要な技術と
なっている。この種の技術は大きくわけて2通りの方式
がある。一つは、イオン注入技術のように高エネルギー
元素を半導体に打込む方式である。もう一つは、例えば
GaAsにZnを拡散させる場合のように、不純物元素
を含むガス雰囲気に半導体表面を曝したり、GaAsに
AuGeでアロイ電極を形成するときのように不純物元
素を直接接触させ、熱処理中に拡散させる方式である。Controlling the conductivity type and resistivity of the semiconductor in this manner is an important technique in the device manufacturing process. There are roughly two types of this type of technology. One is a method of implanting a high energy element into a semiconductor like an ion implantation technique. The other is to expose the semiconductor surface to a gas atmosphere containing an impurity element as in the case of diffusing Zn into GaAs, or to directly contact the impurity element with GaAs to form an alloy electrode with AuGe, This is a method of diffusing during heat treatment.
【0011】これらの方式は、実際のデバイス作製に使
用されるが、微細な構造をもつデバイスで選択的に伝導
型や抵抗率を変えたいときには未だ不十分である。これ
らの方式では、不純物元素の分布を急峻に変化できず、
また、不純物分布がプロセスパラメータにて規定されて
しまうからである。プロセスパラメータとは、例えばイ
オン注入では加速エネルギーであり、熱拡散では熱処理
温度と時間である。また、不純物分布は、例えば熱拡散
の場合、深さ方向の制御性が悪く、面内均一性などもあ
まりよくない。Although these methods are used for actual device fabrication, they are still insufficient when it is desired to selectively change the conductivity type or resistivity in a device having a fine structure. In these methods, the distribution of impurity elements cannot be changed sharply,
Also, the impurity distribution is defined by the process parameters. The process parameters are, for example, acceleration energy in ion implantation and heat treatment temperature and time in thermal diffusion. Further, in the impurity distribution, for example, in the case of thermal diffusion, the controllability in the depth direction is poor, and the in-plane uniformity is not very good.
【0012】[0012]
【発明が解決しようとする課題】以上述べたようにこの
種の半導体装置では、高価格の原料を用いることなく、
残留キャリア濃度の極めて低い高抵抗のInAlAs層
2,4,6を形成することが困難である問題がある。As described above, in this type of semiconductor device, it is possible to use high-priced raw materials,
There is a problem that it is difficult to form high-resistance InAlAs layers 2, 4, and 6 having extremely low residual carrier concentration.
【0013】なお、MOCVD法によりInAlAsを
結晶成長させると、実現される残留キャリア濃度は1×
1015cm-3程度である。このようなInAlAs層
は、HEMT等のバッファ層2、スペーサ層4、ショッ
トキーコンタクト層6に用いられると、バッファリーク
電流の増加、ピンチオフ特性、雑音特性の悪化等のよう
にデバイス特性に悪影響を与える問題がある。When InAlAs is grown by MOCVD, the residual carrier concentration achieved is 1 ×.
It is about 10 15 cm -3 . When such an InAlAs layer is used for the buffer layer 2 such as HEMT, the spacer layer 4, and the Schottky contact layer 6, it adversely affects the device characteristics such as an increase in buffer leak current, pinch-off characteristics, and deterioration of noise characteristics. I have a problem to give.
【0014】一方、電子供給層5においては、Fの混入
を阻止してキャリアの補償を起きにくくすることが望ま
れるものの、Fの混入を阻止することが事実上不可能で
ある問題がある。On the other hand, in the electron supply layer 5, although it is desired to prevent F from being mixed so that carrier compensation is less likely to occur, there is a problem that it is practically impossible to prevent F from being mixed.
【0015】まとめると、半導体装置の伝導型や抵抗率
を制御する技術は、未だ不十分なものであるという問題
がある。本発明は上記実情を考慮してなされたもので、
伝導型や抵抗率の制御性が向上された半導体装置を提供
することを目的とする。In summary, there is a problem that the technique for controlling the conductivity type and the resistivity of the semiconductor device is still insufficient. The present invention has been made in consideration of the above circumstances,
An object of the present invention is to provide a semiconductor device having improved conductivity type and controllability of resistivity.
【0016】また、本発明の第2の目的は、残留キャリ
ア濃度の極めて低い高抵抗半導体層を有する半導体装置
を提供することにある。さらに、本発明の第3の目的
は、混入するフッ素によるキャリアの補償を阻止し得る
半導体装置を提供することにある。A second object of the present invention is to provide a semiconductor device having a high resistance semiconductor layer having an extremely low residual carrier concentration. Further, a third object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of preventing carrier compensation by fluorine mixed therein.
【0017】[0017]
【課題を解決するための手段】本発明の第1の骨子は、
化合物半導体にn型となるドナー不純物元素、及びp型
となるアクセプタ不純物元素を添加し、さらに意図的に
H、O、F、Clなどの第3の不純物元素を添加するこ
とにより、任意に伝導型や抵抗率を制御することにあ
る。特に、ドナー濃度がアクセプタ濃度よりも高い場合
であっても、第3の不純物元素により伝導型をp型に制
御可能である。この技術は、デバイスの用途で高抵抗を
もつことが好ましい層に用いられ、例えば、HEMTで
は電子供給層以外の他の層であるバッファ層、ショット
キーコンタクト層、スペーサ層のうち、一層以上に適用
される。The first gist of the present invention is:
Conduction is arbitrarily performed by adding an n-type donor impurity element and a p-type acceptor impurity element to the compound semiconductor, and intentionally adding a third impurity element such as H, O, F, or Cl. It is to control the mold and the resistivity. In particular, even when the donor concentration is higher than the acceptor concentration, the conductivity type can be controlled to the p-type by the third impurity element. This technique is used for layers that preferably have high resistance in device applications. For example, in HEMTs, one or more layers other than the electron supply layer, which are the buffer layer, the Schottky contact layer, and the spacer layer, are used. Applied.
【0018】また、本発明の第2の骨子は、InとAl
とを含む III−V化合物半導体にBを含有させることに
より、Fによるキャリアの補償を低減させることにあ
る。この技術は、デバイスの用途でn型にドーピングさ
れる必要のある層に用いられ、例えば、HEMTでは電
子供給層に適用される。The second skeleton of the present invention is In and Al.
By including B in the III-V compound semiconductor containing and, the carrier compensation by F is reduced. This technique is used for layers that need to be n-type doped for device applications, for example in HEMTs for electron supply layers.
【0019】次に、本発明の第1及び第2の骨子につい
て詳細に説明する。 (第1の骨子の説明)例えば、InAlAsに対して、
Si、Sn、Se、Sなどがドナー元素となり、Be、
Znなどがアクセプタ元素となる。また、Feは深いア
クセプタとなり、Oは深いドナーとなる。Next, the first and second gist of the present invention will be described in detail. (Description of first skeleton) For example, for InAlAs,
Si, Sn, Se, S, etc. serve as donor elements, and Be,
Zn or the like becomes the acceptor element. Further, Fe becomes a deep acceptor and O becomes a deep donor.
【0020】半導体は、浅いドナー濃度をNd、浅いア
クセプタ濃度をNaとすると、両者の差|Nd−Na|
でキャリア濃度及び抵抗率が決まり、濃度の高い方で伝
導型が決まる。通常、化合物半導体中にはこれら以外の
重金属やCその他の軽元素が残留不純物として存在す
る。しかし、それらの残留濃度は通常低く、基板におい
ても1×1017cm-3以下であり、エピタキシャル成長
させた場合には濃度はさらに低くなり、主要なドナー濃
度、アクセプタ濃度よりも低い。意図的にドーピングし
ていないInAlAsには微量の残留不純物がありn型
であるが、Feをドーピングすると、この微量のドナー
を補償してInAlAsを高抵抗化できる。In the semiconductor, if the shallow donor concentration is Nd and the shallow acceptor concentration is Na, the difference between them is | Nd-Na |.
Determines the carrier concentration and resistivity, and the higher concentration determines the conductivity type. Usually, heavy metals other than these and C and other light elements are present as residual impurities in the compound semiconductor. However, the residual concentration thereof is usually low, even 1 × 10 17 cm −3 or less even in the substrate, and the concentration becomes lower when epitaxially grown, which is lower than the main donor concentration and acceptor concentration. Although InAlAs that is not intentionally doped has a small amount of residual impurities and is n-type, if Fe is doped, InAlAs can be compensated for this small amount of donor and the resistance of InAlAs can be increased.
【0021】さて、F、Clなどのハロゲン元素やH、
Oは、ドナー元素に結合し易いため、ドナーの活性化を
妨げる要因となっている。例えば、InAlAs中にお
いて、Oがあるとドナー濃度に対して電子濃度が低くな
る。これはOがSiと何らかの結合をして深い準位を作
るためと考えられる(例えば、S.Narituka,T.Noda,A.Wa
gai,S.Fujita,Y.Asizawa,J.Crystal Growth,vol.131,p.
186,1993)。また、n型のInAlAs中にFが混入す
ると、Fがドナー元素に結合して不活性化させ、キャリ
ア濃度を低下させる(例えば、N.Hayafuji,Y.Yamamoto,
N.Yoshida,T.Sonoda,S.Takamiya,S.Mitsui,Appl.Phys.L
ett.vol.66,p.863,1995 及びExtended Abstract of the
7th International Conference on Indium Phoshide a
nd Related Materials,paper WP49 1995 pp265)。な
お、結晶内部へのFの混入は、InとAlとを含む結晶
内部でのみ起きている。Now, halogen elements such as F and Cl and H,
O is a factor that hinders activation of the donor because it easily bonds to the donor element. For example, in InAlAs, if O is present, the electron concentration becomes lower than the donor concentration. It is considered that this is because O bonds with Si to form a deep level (eg, S. Narituka, T. Noda, A. Wa).
gai, S.Fujita, Y.Asizawa, J.Crystal Growth, vol.131, p.
186, 1993). Further, when F is mixed into n-type InAlAs, F binds to a donor element to inactivate it and lowers carrier concentration (for example, N. Hayafuji, Y. Yamamoto,
N.Yoshida, T.Sonoda, S.Takamiya, S.Mitsui, Appl.Phys.L
ett.vol.66, p.863, 1995 and Extended Abstract of the
7th International Conference on Indium Phoshide a
nd Related Materials, paper WP49 1995 pp265). Note that F is mixed into the crystal only inside the crystal containing In and Al.
【0022】ところで、このような不活性化の機構は未
だはっきりとは解明されていない。不活性化された状態
は熱的にはかなり安定であり、一度、不活性化される
と、典型的な化合物半導体のプロセス温度では解除され
ない。一方、アクセプタはこのような不活性化の影響を
受けにくい。By the way, the mechanism of such inactivation has not been clarified yet. The passivated state is quite stable thermally, and once passivated, it is not released at the process temperature of a typical compound semiconductor. On the other hand, acceptors are less susceptible to such inactivation.
【0023】従って、濃度Ndのドナーと、濃度Naの
アクセプタとが同時に含まれる領域に第3の不純物元素
を共存させ、ドナーを不活性化させると、Nd>Naで
あっても不活性化の程度に応じてn型を高抵抗化させ、
あるいは伝導型をp型に反転できる。 (第2の骨子の説明)Bは、InAlAsのn型ドーパ
ントであるSi、Se、SなどよりもFとの化学結合エ
ネルギーが大きい(B-F: 641kJ/mol、Si-F: 592kJ/mo
l、Se-F: 322kJ/mol、 S-F: 298kJ/mol、化学便覧基
礎編II,pp322)。すなわち、Bを含むInAlAs層で
は、混入したFが前述したn型ドーパントよりもBと結
合する確率が高いため、キャリアの補償が起こりにくく
なっている。Therefore, if the third impurity element is made to coexist in the region in which the donor having the concentration Nd and the acceptor having the concentration Na are simultaneously contained to inactivate the donor, even if Nd> Na, the inactivation is performed. Depending on the degree, increase the n-type resistance,
Alternatively, the conductivity type can be inverted to p-type. (Explanation of the second skeleton) B has a larger chemical bond energy with F than Si, Se, S, etc. which are n-type dopants of InAlAs (BF: 641 kJ / mol, Si-F: 592 kJ / mo).
l, Se-F: 322kJ / mol, SF: 298kJ / mol, Chemical Handbook Basics II, pp322). That is, in the InAlAs layer containing B, since the mixed F has a higher probability of being bonded to B than the n-type dopant described above, carrier compensation is less likely to occur.
【0024】従って、InとAlとを含む III−V族化
合物半導体にBを含有させることにより、Fによるキャ
リアの補償を低減できる。以上が本発明の骨子である。
続いて、本発明に適用される第3の不純物元素の添加手
段を説明する。 (添加手段)添加手段としては、エピタキシャル成長中
の雰囲気ガスを用いてもよい。例えば、InAlAsを
MOCVD法で成長させる場合、V族元素の原料である
アルシンAsH3 と、 III族元素の供給原料であるトリ
メチルアルミニウム(CH3)3 Al並びにトリメチル
インジウム(CH3 )3 Inとを使うと、活性なAl元
素があるため、キャリアガスや原料ガスに残留するOを
混入させやすい。Oの混入量は、原料供給量の比や成長
温度に依存するため、V/ III比を変えることで制御可
能である。また、Oの供給原料としては、別個のOを含
む原料をドーピングガスとしてもよい。このように、エ
ピタキシャル成長中に第3の不純物元素を添加する方式
では、ウェハ全面に第3の不純物元素が混入される。Therefore, by adding B to the III-V group compound semiconductor containing In and Al, the carrier compensation by F can be reduced. The above is the outline of the present invention.
Subsequently, a third impurity element adding means applied to the present invention will be described. (Adding Means) As an adding means, an atmospheric gas during epitaxial growth may be used. For example, when InAlAs is grown by the MOCVD method, arsine AsH 3 which is a raw material of a group V element and trimethylaluminum (CH 3 ) 3 Al and trimethylindium (CH 3 ) 3 In which are raw materials of a group III element are supplied. When used, since there is an active Al element, it is easy to mix O remaining in the carrier gas and the source gas. The mixing amount of O depends on the ratio of the raw material supply amount and the growth temperature, and can be controlled by changing the V / III ratio. Further, as a source material of O, a separate source material containing O may be used as a doping gas. As described above, in the method of adding the third impurity element during the epitaxial growth, the third impurity element is mixed into the entire surface of the wafer.
【0025】次にウェハ全面ではなく、特定の領域のみ
に第3の不純物元素を添加する方式を説明する。この方
式は、エピタキシャル成長では実現困難であるため、マ
スクによる選択的な拡散が用いられる。すなわち、プロ
セスにより所望の形状に半導体基板の表面がマスクさ
れ、しかる後、半導体基板が第3の不純物元素を含む雰
囲気ガス中に曝されることにより、第3の不純物元素が
特定の領域に拡散される。Next, a method of adding the third impurity element only to a specific region, not the entire surface of the wafer will be described. Since this method is difficult to realize by epitaxial growth, selective diffusion using a mask is used. That is, the surface of the semiconductor substrate is masked into a desired shape by the process, and then the semiconductor substrate is exposed to an atmosphere gas containing the third impurity element, so that the third impurity element diffuses into a specific region. To be done.
【0026】例えば、図1(a)は拡散前の状態を示す
図であり、InP基板11上にInPバッファ層12、
n型InAlAs層13が順次積層されており、n型I
nAlAs層13上にはマスク層14が選択的に形成さ
れている。For example, FIG. 1A is a diagram showing a state before diffusion, in which the InP buffer layer 12 is formed on the InP substrate 11.
The n-type InAlAs layer 13 is sequentially stacked, and the n-type I
A mask layer 14 is selectively formed on the nAlAs layer 13.
【0027】ここで、マスク層14は、InAlAs層
13の表面を部分的に露出するための層であり、例えば
InGaAs層又はInP層のようなエピタキシャル成
長層をエッチングして形成してもよく、あるいは、Si
O2 膜又はSiN膜のような保護膜を積層した後にエッ
チングして形成してもよい。Here, the mask layer 14 is a layer for partially exposing the surface of the InAlAs layer 13, and may be formed by etching an epitaxial growth layer such as an InGaAs layer or an InP layer, or , Si
It may be formed by stacking a protective film such as an O 2 film or a SiN film and then etching.
【0028】図1(a)の構造において、n型InAl
As層13は、エピタキシャル成長の際に、濃度Ndの
ドナー元素と、その濃度Ndよりも低い濃度Naのp型
アクセプタ元素とが同時にドーピングされているとす
る。In the structure of FIG. 1A, n-type InAl
It is assumed that the As layer 13 is simultaneously doped with a donor element having a concentration Nd and a p-type acceptor element having a concentration Na lower than the concentration Nd during the epitaxial growth.
【0029】このとき、ドナー元素を不活性化させる第
3の不純物元素を表面から拡散させると、図2(b)に
示す拡散領域15では、ドナーの不活性化が生じる。例
えば、Nd=2×1018cm-3、Na=1×1018cm
-3とすると、ドナーの不活性化を十分に促進すれば、拡
散領域15の伝導型をn型からp型に反転できる。At this time, if the third impurity element that inactivates the donor element is diffused from the surface, the donor is inactivated in the diffusion region 15 shown in FIG. 2B. For example, Nd = 2 × 10 18 cm −3 , Na = 1 × 10 18 cm
With a value of -3 , the conductivity type of the diffusion region 15 can be inverted from n-type to p-type by sufficiently promoting the inactivation of the donor.
【0030】また、図1(a)の構造において、n型I
nAlAs層13は、エピタキシャル成長の際に、濃度
Ndのドナー元素と、ドナーに対して深いアクセプタと
なるFeとが同時にドーピングされているとする。但
し、Fe濃度はNFeである。In addition, in the structure of FIG.
It is assumed that the nAlAs layer 13 is simultaneously doped with a donor element having a concentration of Nd and Fe serving as a deep acceptor for the donor during the epitaxial growth. However, the Fe concentration is NFe.
【0031】前述同様に、ドナー元素を不活性化させる
第3の不純物元素を表面から拡散させると、図1(b)
に示す拡散領域15では、ドナーの不活性化が生じる。
例えば、Nd=2×1018cm-3、NFe=1×1017c
m-3とすると、ドナーの不活性化を十分に促進すれば、
拡散領域15の伝導型をn型から高抵抗に制御可能であ
る。Similarly to the above, when the third impurity element for inactivating the donor element is diffused from the surface, FIG.
In the diffusion region 15 shown by (3), inactivation of the donor occurs.
For example, Nd = 1 × 10 18 cm -3 and NFe = 1 × 10 17 c
m -3 , if the inactivation of the donor is sufficiently promoted,
The conductivity type of the diffusion region 15 can be controlled from n-type to high resistance.
【0032】このように、浅いドナー濃度Nd、浅いア
クセプタ濃度Na、深いアクセプタのFe濃度NFeの制
御により、抵抗率や伝導型をプロセス中に任意に変更で
きる。As described above, by controlling the shallow donor concentration Nd, the shallow acceptor concentration Na, and the deep acceptor Fe concentration NFe, the resistivity and conduction type can be arbitrarily changed during the process.
【0033】なお、Bは、前述同様に、InとAlとを
含む半導体層のエピタキシャル成長の際に同時に添加さ
れる方がデバイス中にて急峻な深さ方向プロファイルを
もたせる観点から好ましい。例えば、HEMTの如き、
多層構造のデバイスにおいて、電子供給層にのみBを含
有させることはイオン注入では不可能であるが、エピタ
キシャル成長では十分に可能である。As described above, B is preferably added at the same time during the epitaxial growth of the semiconductor layer containing In and Al from the viewpoint of providing a steep depth direction profile in the device. For example, like HEMT,
In a device having a multi-layer structure, it is impossible to contain B only in the electron supply layer by ion implantation, but it is sufficiently possible by epitaxial growth.
【0034】さて、上述した本発明の骨子並びに不純物
元素の添加手段に基づいて、具体的には以下のような解
決手段が実現される。請求項1に対応する発明は、浅い
ドナー準位で濃度Ndのドナー元素と、浅いアクセプタ
準位で濃度Naのアクセプタ元素とがNd>Naの関係
を有してほぼ均一に分布され、且つ前記浅いドナー準位
のドナー元素を不活性化させるための不活性化元素を含
有する半導体層を備えた半導体装置であって、前記不活
性化元素が水素(H)、フッ素(F)、酸素(O)、塩
素(Cl)のいずれか1種類の元素であり、且つ前記不
活性化元素の存在する領域がp型領域である半導体装置
である。Based on the above-described gist of the present invention and the means for adding an impurity element, the following means for solving the problems are specifically realized. The invention corresponding to claim 1 is such that a donor element having a concentration of Nd at a shallow donor level and an acceptor element having a concentration of Na at a shallow acceptor level have a relationship of Nd> Na and are substantially uniformly distributed, and A semiconductor device comprising a semiconductor layer containing an inactivating element for inactivating a donor element having a shallow donor level, wherein the inactivating element is hydrogen (H), fluorine (F), oxygen ( O) and chlorine (Cl), and the region where the inactivating element is present is a p-type region.
【0035】また、請求項2に対応する発明は、浅いド
ナー準位で濃度Ndのドナー元素と、深いアクセプタ準
位で濃度Ndaのアクセプタ元素とがNd>Ndaの関
係を有してほぼ均一に分布され、前記浅いドナー準位の
ドナー元素を不活性化させるための不活性化元素を含有
する半導体層を備えた半導体装置であって、前記不活性
化元素が水素、フッ素、酸素、塩素のいずれか1種類の
元素であり、且つ前記不活性化元素の存在する領域が前
記半導体層中の他の領域よりも高抵抗である半導体装置
である。Further, in the invention corresponding to claim 2, the donor element having a concentration of Nd at a shallow donor level and the acceptor element having a concentration of Nda at a deep acceptor level have a relationship of Nd> Nda and are substantially uniform. A semiconductor device having a semiconductor layer that is distributed and contains an inactivating element for inactivating the donor element of the shallow donor level, wherein the inactivating element is hydrogen, fluorine, oxygen, or chlorine. The semiconductor device is any one of the elements, and the region in which the passivating element is present has a higher resistance than the other regions in the semiconductor layer.
【0036】さらに、請求項3に対応する発明は、少な
くともインジウム(In)とアルミニウム(Al)とを
含む III−V族の化合物半導体層を備えた半導体装置で
あって、前記化合物半導体層は、自己の III族元素の濃
度に対して0.5%以下の割合で硼素(B)を含んでい
る半導体装置である。Further, the invention according to claim 3 is a semiconductor device comprising a III-V group compound semiconductor layer containing at least indium (In) and aluminum (Al), wherein the compound semiconductor layer comprises: The semiconductor device contains boron (B) at a ratio of 0.5% or less with respect to the concentration of its own group III element.
【0037】なお、請求項3に対応する半導体層は、B
以外の組成がほぼ等しい場合、従来の半導体層とほぼ等
しい電気特性を奏する。これはBは III族元素なので、
III−V族化合物半導体中ではドナー又はアクセプタの
いずれにもならないからである。The semiconductor layer corresponding to claim 3 is B
When the composition other than is almost the same, the same electrical characteristics as the conventional semiconductor layer are obtained. This is because B is a group III element,
This is because it does not serve as either a donor or an acceptor in the III-V group compound semiconductor.
【0038】また、同様に請求項3に対応する半導体層
のB濃度は、従来の半導体層のEg、ΦBを変えない程
度の値である。図2はFによるキャリア不活性化の度合
をBのドーピング濃度に対応させて示した図である。図
示するように、キャリアの補償の阻止に必要なB濃度は
ドーピング濃度程度である。ドーピング濃度は、一般に
母体結晶の III族組成の0.1%以下であり、InAl
AsのEg、ΦB等を変えない程度となっている。ここ
では、B濃度は母体結晶の III族組成の0.1%以上と
してもよいが、結晶性を良くする観点から格子不整合に
よるハッチが入らない程度に抑えることが望ましい。す
なわち、B濃度は、InAlAs層の場合、 III族組成
の0.5%以下が望ましい。 (作用)従って、請求項1に対応する発明は以上のよう
な手段を講じたことにより、浅いドナー準位で濃度Nd
のドナー元素と、浅いアクセプタ準位で濃度Naのアク
セプタ元素とがNd>Naの関係を有してほぼ均一に分
布された半導体層に対し、浅いドナー準位のドナー元素
を不活性化させるための不活性化元素が添加されること
により、不活性化元素の存在する領域がp型領域に反転
するので、例えばゲート直下の伝導型や抵抗率の制御性
を向上させることができる。Similarly, the B concentration of the semiconductor layer corresponding to claim 3 is a value that does not change Eg and ΦB of the conventional semiconductor layer. FIG. 2 is a diagram showing the degree of carrier inactivation by F corresponding to the doping concentration of B. As shown in the figure, the B concentration required to prevent carrier compensation is about the doping concentration. The doping concentration is generally 0.1% or less of the group III composition of the host crystal, and
It does not change Eg, ΦB, etc. of As. Here, the B concentration may be 0.1% or more of the group III composition of the host crystal, but from the viewpoint of improving the crystallinity, it is desirable to suppress the hatching due to lattice mismatch. That is, in the case of the InAlAs layer, the B concentration is preferably 0.5% or less of the group III composition. (Operation) Therefore, the invention corresponding to claim 1 takes the concentration Nd at a shallow donor level by taking the above means.
To inactivate the donor element of the shallow donor level with respect to the semiconductor layer in which the donor element of 3 and the acceptor element of concentration Na at the shallow acceptor level have a relationship of Nd> Na and are almost uniformly distributed. When the passivating element is added, the region where the passivating element exists is inverted to the p-type region, so that the conductivity type immediately below the gate and the controllability of the resistivity can be improved.
【0039】また、請求項2に対応する発明は、浅いド
ナー準位で濃度Ndのドナー元素と、深いアクセプタ準
位で濃度Ndaのアクセプタ元素とがNd>Ndaの関
係を有してほぼ均一に分布された半導体層に対し、浅い
ドナー準位のドナー元素を不活性化させるための不活性
化元素が添加されることにより、不活性化元素の存在す
る領域が半導体層中の他の領域よりも高抵抗化するの
で、残留キャリア濃度の極めて低い高抵抗半導体層を実
現することができる。Further, in the invention according to claim 2, the donor element having a concentration of Nd at the shallow donor level and the acceptor element having a concentration of Nda at the deep acceptor level have a relationship of Nd> Nda and are substantially uniform. By adding an inactivating element for inactivating the donor element having a shallow donor level to the distributed semiconductor layer, the area where the inactivating element exists is more than the other area in the semiconductor layer. Since the resistance is also increased, a high resistance semiconductor layer having an extremely low residual carrier concentration can be realized.
【0040】さらに、請求項3に対応する発明は、In
とAlとを含む III−V族化合物半導体結晶にBを含有
させているので、BがFに結合することにより、Fによ
るキャリアの補償を阻止することができる。Furthermore, the invention corresponding to claim 3 is In
Since B is contained in the III-V group compound semiconductor crystal containing Al and Al, the binding of B to F prevents the compensation of carriers by F.
【0041】[0041]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。 (第1の実施の形態)なお、本実施の形態は、Si、F
e、Fの添加により、ゲート直下のInAlAsを高抵
抗化させるものである。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (First Embodiment) In the present embodiment, Si, F
By adding e and F, the resistance of InAlAs immediately below the gate is increased.
【0042】図3は本発明の第1の実施の形態に係るF
ETの構成を模式的に示す断面図である。このFET
は、Feドープ半絶縁性InP基板21上に、InPバ
ッファ層22、i型InGaAs電子走行層23、n+
型InAlAs電子供給層24、i型InGaP層2
5、n型InAlAs層26が順次積層されている。な
お、このn型InAlAs層26はSiとFeが添加さ
れている。FIG. 3 shows an F according to the first embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which shows the structure of ET typically. This FET
Is an InP buffer layer 22, an i-type InGaAs electron transit layer 23, and n + on a Fe-doped semi-insulating InP substrate 21.
Type InAlAs electron supply layer 24, i type InGaP layer 2
5, the n-type InAlAs layer 26 is sequentially stacked. Note that Si and Fe are added to the n-type InAlAs layer 26.
【0043】n型InAlAs層26上には、複数のn
+ 型InGaAsオーミックコンタクト層27が選択的
に形成され、各n+ 型InGaAsオーミックコンタク
ト層27上には個別にドレイン電極28又はソース電極
29が形成されている。A plurality of n layers are formed on the n-type InAlAs layer 26.
A + type InGaAs ohmic contact layer 27 is selectively formed, and a drain electrode 28 or a source electrode 29 is individually formed on each n + type InGaAs ohmic contact layer 27.
【0044】また、n型InAlAs層26は、各n+
型InGaAsオーミックコンタクト層27に挟まれた
領域がFの拡散により高抵抗領域30とされ、この高抵
抗領域30上にゲート電極31が形成されている。The n-type InAlAs layer 26 has n +
The region sandwiched by the InGaAs ohmic contact layers 27 is made into a high resistance region 30 by diffusion of F, and a gate electrode 31 is formed on this high resistance region 30.
【0045】次に、以上のようなFETの製造方法と作
用について説明する。始めに、MOCVD法により、図
4(a)に示す構造をエピタキシャル成長させる。成長
原料には、トリメチルガリウム(CH3 )3 Ga、トリ
メチルアルミニウム(CH3 )3 Al、トリメチルイン
ジウム(CH3 )3 In、アルシンAsH3 、ホスフィ
ンPH3 、さらにドーパント原料としてジシランSi2
H6 、フェロセンCP2 Feが使用される。Next, the manufacturing method and operation of the above FET will be described. First, the structure shown in FIG. 4A is epitaxially grown by the MOCVD method. As the growth raw material, trimethylgallium (CH 3 ) 3 Ga, trimethylaluminum (CH 3 ) 3 Al, trimethylindium (CH 3 ) 3 In, arsine AsH 3 , phosphine PH 3 , and disilane Si 2 as a dopant raw material.
H 6 and ferrocene CP 2 Fe are used.
【0046】すなわち、図4(a)に示すように、Fe
ドープ半絶縁性InP基板21上にアンドープInPバ
ッファ層22、アンドープInGaAs電子走行層2
3、Siドープn+ 型InAlAs電子供給層24、ア
ンドープi型InGaP層25を成長させる。続けて、
Siを5×1017cm-3、Feを1×1017cm-3、同
時に添加してn型InAlAs層26を成長させる。次
いで、Siドープn+ 型InGaAsオーミックコンタ
クト層27を成長させる。That is, as shown in FIG.
An undoped InP buffer layer 22 and an undoped InGaAs electron transit layer 2 on a doped semi-insulating InP substrate 21.
3. The Si-doped n + type InAlAs electron supply layer 24 and the undoped i-type InGaP layer 25 are grown. continue,
Si is added at 5 × 10 17 cm −3 and Fe is added at 1 × 10 17 cm −3 at the same time to grow the n-type InAlAs layer 26. Then, a Si-doped n + type InGaAs ohmic contact layer 27 is grown.
【0047】FETの製造は、ごく一般的な工程で行
う。FETの形成されない部分がInP基板21までエ
ッチングされてFET間が素子分離される。続けて、A
uGeNiを蒸着後、窒素雰囲気中で熱処理が行なわ
れ、図4(b)に示すように、アロイオーミック電極で
あるドレイン電極28及びソース電極29が形成され
る。The FET is manufactured by a very general process. The part where the FET is not formed is etched up to the InP substrate 21 to separate the elements between the FETs. Continuing, A
After vapor deposition of uGeNi, heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere to form a drain electrode 28 and a source electrode 29, which are alloy ohmic electrodes, as shown in FIG. 4B.
【0048】しかる後、図4(c)に示すように、レジ
スト32が塗布され、フォトリソグラフィによりゲート
形成口が開口され、図4(c)に示すように、n+ 型I
nGaAsオーミックコンタクト層27が選択的にエッ
チングにより除去される。なお、エッチングの際には、
n型InAlAs層26にてエッチングが止まるよう
に、InGaAsオーミックコンタクト層27のみを選
択的にエッチングできるクエン酸とH2 O2 の混合液が
使用される。Thereafter, as shown in FIG. 4C, a resist 32 is applied, and a gate formation port is opened by photolithography. As shown in FIG.
The nGaAs ohmic contact layer 27 is selectively removed by etching. In addition, at the time of etching,
A mixed solution of citric acid and H 2 O 2 that can selectively etch only the InGaAs ohmic contact layer 27 is used so that the etching stops at the n-type InAlAs layer 26.
【0049】続けて、HF雰囲気に5分間ウェハ表面を
曝した後、ゲート金属が蒸着され、リフトオフによりゲ
ート電極31が形成される。しかる後、窒素雰囲気中、
300℃で15分間の熱処理が施される。この熱処理に
よりHF雰囲気に曝した際に、ウェハ表面に残留するF
が拡散してInAlAs中のSiを不活性化させる。も
し仮に、n型InAlAs層がSiのみドーピングされ
ている場合にはn型InAlAsのキャリア濃度が減少
するだけである。しかしながら、本実施の形態において
は、n型InAlAs層26中に、Siに加え、深いア
クセプタであるFeが高濃度にドーピングされているた
め、Fの拡散された領域は高抵抗領域10となる。Subsequently, after exposing the wafer surface to the HF atmosphere for 5 minutes, the gate metal is vapor-deposited and the gate electrode 31 is formed by lift-off. Then, in a nitrogen atmosphere,
Heat treatment is performed at 300 ° C. for 15 minutes. The F remaining on the wafer surface when exposed to the HF atmosphere by this heat treatment
Diffuse to inactivate Si in InAlAs. If the n-type InAlAs layer is doped with only Si, the carrier concentration of the n-type InAlAs will only decrease. However, in the present embodiment, the n-type InAlAs layer 26 is doped with Fe, which is a deep acceptor, at a high concentration in addition to Si, so that the region in which F is diffused becomes the high resistance region 10.
【0050】このように製造されるFETは、従来とは
異なり、次の(1)〜(3)に示す利点を有する。 (1)ゲート電極直下のn型InAlAsが高抵抗化さ
れるため、ショットキーバリアハイトΦBが高くなり、
ゲートリーク電流を低下させることができる。 (2)ゲート近傍のn型InAlAsも高抵抗化される
ため、ゲート耐圧を向上させることができる。 (3)オーミック電極近傍のn型InAlAsは、ゲー
ト近傍のn型InAlAs層6と同一のエピタキシャル
成長層であるにも関わらず、Siが不活性化されないた
め、n型の伝導型と低抵抗率を保持している。この結
果、低いソース抵抗を維持することができる。 (第2の実施の形態)次に、本発明の第2の実施の形態
に係るFETについて図3を参照しながら説明するに、
第1の実施の形態と同一部分についてはその詳しい説明
を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。The FET manufactured in this manner has the following advantages (1) to (3), which are different from the conventional ones. (1) Since the n-type InAlAs immediately below the gate electrode has a high resistance, the Schottky barrier height ΦB becomes high,
The gate leak current can be reduced. (2) Since the n-type InAlAs near the gate also has a high resistance, the gate breakdown voltage can be improved. (3) Since the n-type InAlAs near the ohmic electrode is the same epitaxial growth layer as the n-type InAlAs layer 6 near the gate, Si is not inactivated, so that the n-type conductivity and the low resistivity can be obtained. keeping. As a result, a low source resistance can be maintained. (Second Embodiment) Next, an FET according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
Detailed description of the same parts as those in the first embodiment will be omitted, and only different parts will be described here.
【0051】すなわち、本実施の形態は、第1の実施の
形態の変形形態であり、n型InAlAs層の一部をp
型層に反転させたものである。具体的には、第1の実施
形態中の製造方法中、フェロセンCP2 Feに代えて、
ジメチル亜鉛をZnのドーパントガスとして用い、n型
InAlAsをエピタキシャル成長させる際に、1×1
017cm-3程度のZnを前述同様にSiと同時にドーピ
ングする。That is, this embodiment is a modification of the first embodiment, and a part of the n-type InAlAs layer is p-type.
It is an inversion of the mold layer. Specifically, in the manufacturing method according to the first embodiment, instead of ferrocene CP 2 Fe,
When n-type InAlAs is epitaxially grown using dimethylzinc as a Zn dopant gas, 1 × 1
Zn of about 0 17 cm -3 is doped at the same time as Si as described above.
【0052】以下、第1の実施の形態と同一工程を経る
ことにより、図3に示されたn型InAlAs層26の
高抵抗領域30が、第2の実施の形態ではp型領域にな
る。このように製造されるFETは、従来とは異なり、
次の(1)〜(2)に示す利点を有する。 (1)ゲート電極直下のn型InAlAsをp型に反転
させるため、ゲートをショットキーではなくpn接合で
動作でき、ゲート耐圧を高くでき、ゲートリーク電流を
低下させることができる。 (2)オーミック電極近傍のn型InAlAsは、ゲー
ト近傍のn型InAlAsと同一のエピタキシャル成長
層であるにも関わらず、Siが不活性化されないため、
n型の伝導型と低抵抗率を保持している。この結果、低
いソース抵抗を維持することができる。 (第3の実施の形態)次に、本発明の第3の実施の形態
に係るヘテロ接合バイポーラトランジスタ(以下、HB
Tという)について説明する。なお、本実施の形態は、
HBTへの適用を示すものであり、Si、Fe、Oの添
加により、n型InAlAsエミッタ層が高抵抗化され
ている。The high resistance region 30 of the n-type InAlAs layer 26 shown in FIG. 3 becomes a p-type region in the second embodiment by going through the same steps as in the first embodiment. The FET manufactured in this way is different from the conventional one.
It has the following advantages (1) to (2). (1) Since the n-type InAlAs immediately below the gate electrode is inverted to the p-type, the gate can operate with a pn junction instead of the Schottky, the gate breakdown voltage can be increased, and the gate leak current can be reduced. (2) Since the n-type InAlAs near the ohmic electrode is the same epitaxial growth layer as the n-type InAlAs near the gate, Si is not inactivated.
It retains n-type conductivity and low resistivity. As a result, a low source resistance can be maintained. (Third Embodiment) Next, a heterojunction bipolar transistor (hereinafter referred to as HB) according to a third embodiment of the present invention.
(T) will be described. In this embodiment,
It shows application to HBT, and the resistance of the n-type InAlAs emitter layer is increased by adding Si, Fe and O.
【0053】図5はこのHBTの構成を模式的に示す断
面図である。このHBTは、半絶縁性InP基板41上
にn+ 型InGaAsコレクタコンタクト層42が形成
され、このn+ 型InGaAsコレクタコンタクト層4
2上にコレクタ電極43並びにn型InGaAsコレク
タ層44が選択的に形成されている。FIG. 5 is a sectional view schematically showing the structure of this HBT. In this HBT, an n + type InGaAs collector contact layer 42 is formed on a semi-insulating InP substrate 41, and this n + type InGaAs collector contact layer 4 is formed.
A collector electrode 43 and an n-type InGaAs collector layer 44 are selectively formed on the second electrode 2.
【0054】n型InGaAsコレクタ層44上にはp
+ 型InGaAs層45が形成され、p+ 型InGaA
s層45上には、ベース電極46並びに薄いn型InA
lAsエミッタ層47が選択的に形成されている。な
お、n型InAlAsエミッタ層47はエピタキシャル
成長時にSiとFeが添加されており、後工程でOの拡
散された浅い領域47aを側面部に有している。On the n-type InGaAs collector layer 44, p is formed.
The p-type InGaAs layer 45 is formed, and p + -type InGaA is formed.
A base electrode 46 and a thin n-type InA are formed on the s layer 45.
The lAs emitter layer 47 is selectively formed. The n-type InAlAs emitter layer 47 has Si and Fe added during epitaxial growth, and has a shallow region 47a in which O is diffused in a later step in the side surface portion.
【0055】n型InAlAsエミッタ層47上にはS
iドープn型InAlAsエミッタ層48、n+ 型In
AlAsエミッタコンタクト層49、エミッタ電極50
が順次積層されている。S is formed on the n-type InAlAs emitter layer 47.
i-doped n-type InAlAs emitter layer 48, n + -type In
AlAs emitter contact layer 49, emitter electrode 50
Are sequentially laminated.
【0056】次に、以上のようなHBTの製造方法と作
用について説明する。MOCVD法により、図6(a)
に示す構造をエピタキシャル成長させる。成長原料に
は、トリメチルガリウム(CH3 )3 Ga、(CH3 )
3 Al、(CH3 )3 In、アルシンAsH3 、ホスフ
ィンPH3 、さらにドーパント原料としてジシランSi
2 H6 、フェロセンCP2 Feが使用される。Next, the manufacturing method and operation of the above HBT will be described. By MOCVD method, FIG.
The structure shown in is grown epitaxially. The growth raw material is trimethylgallium (CH 3 ) 3 Ga, (CH 3 )
3 Al, (CH 3 ) 3 In, arsine AsH 3 , phosphine PH 3 , and disilane Si as a dopant raw material.
2 H 6 and ferrocene CP 2 Fe are used.
【0057】図6(a)に示すように、Feドープ半絶
縁性InP基板41上にn+ 型InGaAsコレクタコ
ンタクト層42、n型InGaAsコレクタ層44、p
+ 型InGaAsベース層45を成長させる。続けて、
4×1017cm-3のSiと、1×1017cm-3のFeと
をドーピングした薄いInAlAsエミッタ層47、S
iのみドーピングしたn型InAlAsエミッタ層4
8、n型InGaAsエミッタコンタクト層49を成長
させる。As shown in FIG. 6A, an n + type InGaAs collector contact layer 42, an n type InGaAs collector layer 44, p are formed on a Fe-doped semi-insulating InP substrate 41.
A + type InGaAs base layer 45 is grown. continue,
Thin InAlAs emitter layer 47, S doped with 4 × 10 17 cm −3 Si and 1 × 10 17 cm −3 Fe
n-type InAlAs emitter layer 4 doped only with i
8. Grow n-type InGaAs emitter contact layer 49.
【0058】図6(b)はベース層45までエッチング
されたプロセス途中の段階を示す工程図である。図示す
るように、n型InGaAsエミッタコンタクト層49
上にSiO2 膜51を介してレジスト52が塗布されて
いる。なお、デバイスの両側のハッチングはイオン注入
により形成された絶縁領域53である。FIG. 6B is a process diagram showing a stage in the middle of the process in which the base layer 45 is etched. As shown, the n-type InGaAs emitter contact layer 49
A resist 52 is applied on top of it via a SiO 2 film 51. The hatching on both sides of the device is the insulating region 53 formed by ion implantation.
【0059】この次に、ウェハ表面が酸素プラズマ雰囲
気に短時間曝される。このとき、酸素が表面より拡散し
てSiを不活性化させるため、図6(c)に示すよう
に、浅い領域47aが高抵抗化される。続けて、ベース
電極用金属が蒸着され、リフトオフの後、熱処理が施さ
れてアロイ電極であるベース電極46が形成される。Next, the wafer surface is exposed to an oxygen plasma atmosphere for a short time. At this time, oxygen diffuses from the surface and inactivates Si, so that the resistance of the shallow region 47a is increased as shown in FIG. 6C. Subsequently, a base electrode metal is vapor-deposited, lifted off, and then heat-treated to form a base electrode 46 which is an alloy electrode.
【0060】以下、コレクタ電極43、エミッタ電極5
0が形成され、HBTが完成される。このようなHBT
によれば、エミッタ層47の側面部である浅い領域47
aが高抵抗化され、すなわちInAlAsの露出表面が
空乏化されるので、この部分がガードリングとして作用
する。従って、望ましくない表面での再結合を阻止で
き、HBTの電流ゲインの低下を阻止することができ
る。 (第4の実施の形態)次に、本発明の第4の実施の形態
に係るInP系HEMTについて説明する。Hereinafter, the collector electrode 43 and the emitter electrode 5
0 is formed and the HBT is completed. HBT like this
According to the method, the shallow region 47 which is the side surface of the emitter layer 47
Since a has a high resistance, that is, the exposed surface of InAlAs is depleted, this portion functions as a guard ring. Therefore, it is possible to prevent undesired recombination on the surface and prevent the reduction of the current gain of the HBT. (Fourth Embodiment) Next, an InP HEMT according to a fourth embodiment of the present invention will be described.
【0061】本実施の形態は、Fの添加によりショット
キーコンタクト層及びバッファ層を高抵抗化し、且つF
の添加されたショットキーコンタクト層及びバッファ層
をそれぞれn型InAlAs以外の他の半導体層で挟む
ことにより、Fをショットキーコンタクト層及びバッフ
ァ層に閉じ込めたものである。In this embodiment, the addition of F makes the Schottky contact layer and the buffer layer have high resistance, and
The F is confined in the Schottky contact layer and the buffer layer by sandwiching the added Schottky contact layer and the buffer layer with semiconductor layers other than n-type InAlAs, respectively.
【0062】図7はこのInP系HEMTの構成を模式
的に示す断面図である。このInP系HEMTは、Fe
ドープ半絶縁性InP基板61上に、300nm厚のF
ドープInAlAsバッファ層62、25nm厚のアン
ドープInGaAs電子走行層63、3nm厚のFドー
プInAlAsスペーサ層64、3nm厚のアンドープ
InPホールバリア層兼F拡散防止層65、10nm厚
のSiドープInAlAs電子供給層66、5nm厚の
アンドープInAlGaAs層兼F拡散防止層67、1
5nm厚のFドープInAlAsショットキーコンタク
ト層68が順次積層されている。FIG. 7 is a sectional view schematically showing the structure of this InP HEMT. This InP HEMT is Fe
On the doped semi-insulating InP substrate 61, 300 nm thick F
Doped InAlAs buffer layer 62, 25 nm thick undoped InGaAs electron transit layer 63, 3 nm thick F-doped InAlAs spacer layer 64, 3 nm thick undoped InP hole barrier layer / F diffusion preventing layer 65, 10 nm Si-doped InAlAs electron supply layer 66, 5 nm thick undoped InAlGaAs layer and F diffusion prevention layer 67, 1
An F-doped InAlAs Schottky contact layer 68 having a thickness of 5 nm is sequentially stacked.
【0063】FドープInAlAsショットキーコンタ
クト層68上には、複数のSiドープn型InGaAs
オーミックコンタクト層69が選択的に形成され、各S
iドープn型InGaAsオーミックコンタクト層69
上には個別にドレイン電極70又はソース電極71が形
成されている。A plurality of Si-doped n-type InGaAs is formed on the F-doped InAlAs Schottky contact layer 68.
The ohmic contact layer 69 is selectively formed, and each S
i-doped n-type InGaAs ohmic contact layer 69
The drain electrode 70 or the source electrode 71 is individually formed on the top.
【0064】また、FドープInAlAsショットキー
コンタクト層68は、各Siドープn型InGaAsオ
ーミックコンタクト層69に挟まれた領域上にゲート電
極72が形成されている。In the F-doped InAlAs Schottky contact layer 68, the gate electrode 72 is formed on the region sandwiched by the Si-doped n-type InGaAs ohmic contact layers 69.
【0065】ここで、両拡散防止層としては、n型In
AlAsとは異なる他の半導体層が用いられ、例えば、
GaAs、AlGaAs、InGaAs、InAlGa
As、InP、AlInP、InGaP、InGaAl
P等のGa又はPの少なくとも一方が含まれる III−V
族化合物半導体が適宜使用可能となっている。なお、こ
の拡散防止層は、フッ素Fがn型InAlAs以外の他
の半導体層中には拡散しないという性質を利用してい
る。Here, n-type In is used as both diffusion prevention layers.
Other semiconductor layers different from AlAs are used, for example:
GaAs, AlGaAs, InGaAs, InAlGa
As, InP, AlInP, InGaP, InGaAl
III-V containing at least one of Ga such as P and P
Group compound semiconductors can be appropriately used. The diffusion prevention layer utilizes the property that fluorine F does not diffuse into the semiconductor layers other than n-type InAlAs.
【0066】次に、以上のようなInP系HEMTの製
造方法と作用について説明する。始めに、Feドープ半
絶縁性InP基板61上に、MOCVD法により結晶成
長を行なう。成長温度650℃、成長圧力70torrでI
nP基板上に格子整合するように成長させる。成長原料
には、トリメチルインジウム(CH3 )3 In、トリメ
チルガリウム(CH3 )3 Ga、トリメチルアルミニウ
ム(CH3 )3 Al、アルシンAsH3 、ホスフィンP
H3 、さらにSiのドーパント原料としてジシランSi
2 H6 が使用される。Next, the manufacturing method and operation of the above InP HEMT will be described. First, crystal growth is performed on the Fe-doped semi-insulating InP substrate 61 by the MOCVD method. I at growth temperature of 650 ° C and growth pressure of 70 torr
It is grown so as to be lattice-matched on the nP substrate. The growth raw materials include trimethylindium (CH 3 ) 3 In, trimethylgallium (CH 3 ) 3 Ga, trimethylaluminum (CH 3 ) 3 Al, arsine AsH 3 , phosphine P.
H 3 and disilane Si as a raw material for Si
2 H 6 is used.
【0067】まず、Feドープ半絶縁性InP基板61
上に300nm厚のアンドープInAlAsバッファ層
62* が形成される。次に、このアンドープInAlA
sバッファ層62* はフッ素ガス又はフッ素化合物ガス
の雰囲気中に10分間だけ曝される。なお、フッ素化合
物ガスとしては、例えばCF4 があり、又はCF4 をN
2 ガスで希釈したものでもよい。First, the Fe-doped semi-insulating InP substrate 61.
A 300 nm thick undoped InAlAs buffer layer 62 * is formed on top. Next, this undoped InAlA
The s buffer layer 62 * is exposed to the atmosphere of fluorine gas or fluorine compound gas for 10 minutes. As the fluorine compound gas, there is, for example, CF 4 , or CF 4 is replaced by N 4 .
It may be diluted with 2 gases.
【0068】次に、このウェハは、MOCVD装置内に
て400℃で10分間だけAs雰囲気中で放置され、F
がアンドープInAlAsバッファ層62* 中に拡散さ
れることにより、このアンドープInAlAsバッファ
層62* がFドープInAlAsバッファ層62とな
る。Then, this wafer is left in an MO atmosphere at 400 ° C. for 10 minutes in an As atmosphere to remove F
Are diffused into the undoped InAlAs buffer layer 62 * , so that the undoped InAlAs buffer layer 62 * becomes the F-doped InAlAs buffer layer 62.
【0069】しかる後、FドープInAlAsバッファ
層62上に、25nm厚のアンドープInGaAs電子
走行層63、3nm厚のアンドープInAlAsスペー
サ層64* が順次積層されている。Thereafter, an undoped InGaAs electron transit layer 63 with a thickness of 25 nm and an undoped InAlAs spacer layer 64 * with a thickness of 3 nm are sequentially laminated on the F-doped InAlAs buffer layer 62.
【0070】ここで前述同様に、このウェハは、MOC
VD装置内にて400℃で10分間だけAs雰囲気中で
放置され、FがアンドープInAlAsスペーサ層64
* 中に拡散されることにより、このアンドープInAl
Asスペーサ層64* がFドープInAlAsスペーサ
層64となる。Here, as described above, this wafer is a MOC.
The undoped InAlAs spacer layer 64 is left in the VD apparatus at 400 ° C. for 10 minutes in an As atmosphere so that F is undoped.
* Diffused in this undoped InAl
The As spacer layer 64 * becomes the F-doped InAlAs spacer layer 64.
【0071】次に、このFドープInAlAsスペーサ
層64上に、3nm厚のアンドープInPホールバリア
層兼F拡散防止層65、10nm厚のSiドープn型I
nAlAs電子供給層66、5nm厚のアンドープIn
AlGaAs層兼F拡散防止層67、15nm厚のアン
ドープInAlAsショットキーコンタクト層68*が
順次積層されて形成される。Next, on the F-doped InAlAs spacer layer 64, a 3 nm thick undoped InP hole barrier layer / F diffusion preventing layer 65 and a 10 nm thick Si-doped n-type I layer are formed.
nAlAs electron supply layer 66, 5 nm thick undoped In
An AlGaAs layer / F diffusion preventing layer 67 and a 15 nm thick undoped InAlAs Schottky contact layer 68 * are sequentially formed.
【0072】このウェハは、前述同様に、MOCVD装
置内にて400℃で10分間だけAs雰囲気中で放置さ
れ、FがアンドープInAlAsショットキーコンタク
ト層68* 中に拡散されることにより、このアンドープ
InAlAsショットキーコンタクト層68* がFドー
プInAlAsショットキーコンタクト層68となる。This wafer was left in an MOCVD apparatus at 400 ° C. for 10 minutes in an As atmosphere in the same manner as described above, and F was diffused into the undoped InAlAs Schottky contact layer 68 * , whereby the undoped InAlAs was diffused. The Schottky contact layer 68 * becomes the F-doped InAlAs Schottky contact layer 68.
【0073】次に、このFドープInAlAsショット
キーコンタクト層68上に、Siドープn型InGaA
sオーミックコンタクト層69が形成される。このよう
にして得られた積層構造をもつウェハに対し、HEMT
の形成されない部分がInP基板61までエッチングさ
れてHEMTが素子分離される。また、Siドープn型
InGaAsオーミックコンタクト層69上には、ドレ
イン電極70及びソース電極71が形成される。Next, on the F-doped InAlAs Schottky contact layer 68, Si-doped n-type InGaA is formed.
The s ohmic contact layer 69 is formed. For the wafer having the laminated structure thus obtained, HEMT
The part where no is formed is etched up to the InP substrate 61 to isolate the HEMT. A drain electrode 70 and a source electrode 71 are formed on the Si-doped n-type InGaAs ohmic contact layer 69.
【0074】次に、電子ビーム直描法によりゲート領域
がパターニングされ、ゲート領域のオーミックコンタク
ト層69がリセスエッチングにより除去されることによ
り、ゲート領域のFドープInAlAsショットキーコ
ンタクト層69が露出される。Next, the gate region is patterned by the electron beam direct writing method, and the ohmic contact layer 69 in the gate region is removed by recess etching to expose the F-doped InAlAs Schottky contact layer 69 in the gate region.
【0075】そして、このFドープInAlAsショッ
トキーコンタクト層69の露出部分上にゲート長0.1
μmのT型ゲート電極72が形成される。最後に全面が
SiNの保護膜にて被覆される。A gate length of 0.1 is formed on the exposed portion of the F-doped InAlAs Schottky contact layer 69.
A μm T-shaped gate electrode 72 is formed. Finally, the entire surface is covered with a SiN protective film.
【0076】このように製造されたHEMTによれば、
良好な高周波特性を得ることができる。 (第5の実施の形態)次に、本発明の第5の実施の形態
に係るInP系HEMTについて説明する。図8はこの
InP系HEMTの構成を模式的に示す断面図であり、
図7と同一部分には同一符号を付してその詳しい説明は
省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。According to the HEMT manufactured in this way,
Good high frequency characteristics can be obtained. (Fifth Embodiment) Next, an InP HEMT according to a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a sectional view schematically showing the structure of this InP-based HEMT.
The same parts as those in FIG. 7 are designated by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted, and only different parts will be described here.
【0077】すなわち、本実施の形態は、第4の実施の
形態の変形形態であって、Fの添加により高抵抗化を図
る層をバッファ層62のみにしたものであり、具体的に
はFドープInAlAsショットキーコンタクト層68
及びFドープInAlAsスペーサ層64を両層ともに
Fを添加せずにアンドープ層68* ,64* とし、且つ
これに伴いアンドープInPホールバリア層兼F拡散防
止層65と、アンドープInAlGaAs層兼F拡散防
止層67とが省略された構成となっている。That is, the present embodiment is a modification of the fourth embodiment, in which only the buffer layer 62 is a layer whose resistance is increased by the addition of F. Doped InAlAs Schottky contact layer 68
The F-doped InAlAs spacer layer 64 is made into the undoped layers 68 * and 64 * without adding F, and accordingly, the undoped InP hole barrier layer / F diffusion prevention layer 65 and the undoped InAlGaAs layer / F diffusion prevention are also formed. The layers 67 and 67 are omitted.
【0078】このような構成としても、FドープInA
lAsバッファ層62に関しては第4の実施の形態と同
様の効果を得ることができる。 (第6の実施の形態)次に、本発明の第6の実施の形態
に係るチャネルドープFETについて説明する。なお、
本実施の形態は、Fの添加によるInAlAsの高抵抗
化と、InAlAs以外の層の挟み込みによるFのIn
AlAsへの閉じ込めとをチャネルドープFETに適用
させたものである。Even with such a structure, F-doped InA
With respect to the lAs buffer layer 62, the same effect as that of the fourth embodiment can be obtained. (Sixth Embodiment) Next, a channel dope FET according to a sixth embodiment of the present invention will be described. In addition,
In the present embodiment, the resistance of InAlAs is increased by the addition of F, and the In of F by the sandwiching of layers other than InAlAs
Confinement in AlAs is applied to a channel-doped FET.
【0079】図9はこのチャネルドープFETの構成を
模式的に示す断面図である。このチャネルドープFET
は、FeドープInP基板81上に、FドープInAl
Asバッファ層82、Siドープn型InGaAs電子
走行層83、FドープInAlAsショットキーコンタ
クト層84が順次積層形成されている。FIG. 9 is a sectional view schematically showing the structure of this channel-doped FET. This channel dope FET
Is F-doped InAl on the Fe-doped InP substrate 81.
An As buffer layer 82, a Si-doped n-type InGaAs electron transit layer 83, and an F-doped InAlAs Schottky contact layer 84 are sequentially stacked.
【0080】また、FドープInAlAsショットキー
コンタクト層84上には、複数のSiドープn型InG
aAsオーミックコンタクト層85が選択的に形成さ
れ、各Siドープn型InGaAsオーミックコンタク
ト層85上には個別にドレイン電極86又はソース電極
87が形成されている。A plurality of Si-doped n-type InGs are formed on the F-doped InAlAs Schottky contact layer 84.
The aAs ohmic contact layer 85 is selectively formed, and the drain electrode 86 or the source electrode 87 is individually formed on each Si-doped n-type InGaAs ohmic contact layer 85.
【0081】また、FドープInAlAsショットキー
コンタクト層84は、各Siドープn型InGaAsオ
ーミックコンタクト層85に挟まれた領域上にゲート電
極88が形成されている。In the F-doped InAlAs Schottky contact layer 84, the gate electrode 88 is formed on the region sandwiched by the Si-doped n-type InGaAs ohmic contact layers 85.
【0082】このような構造としても、第5の実施の形
態と同様に、バッファ層82及びショットキーコンタク
ト層84を高抵抗化することができる。 (第7の実施の形態)次に、本発明の第7の実施の形態
に係るHEMT構造について説明する。Even with such a structure, the resistance of the buffer layer 82 and the Schottky contact layer 84 can be increased, as in the fifth embodiment. (Seventh Embodiment) Next, a HEMT structure according to a seventh embodiment of the present invention will be described.
【0083】本実施の形態は、Bの添加により、F混入
によるドナーの不活性化を阻止し、電子供給層を安定的
にn型にしたものである。図10はこのHEMT構造を
模式的に示す断面図である。このHEMT構造は、Fe
ドープ半絶縁性InP基板91上に、300nm厚のア
ンドープInPバッファ層92、20nm厚のアンドー
プInGaAs電子走行層93、3nm厚のアンドープ
InAlAsスペーサ層94、20nm厚のSi・Bド
ープn型InAlAs電子供給層95、20nm厚のア
ンドープInAlAsショットキーコンタクト層96、
20nm厚のSiドープn型InGaAsオーミックコ
ンタクト層97が順次形成されている。In this embodiment, the addition of B prevents the inactivation of the donor due to the incorporation of F, and makes the electron supply layer stable n-type. FIG. 10 is a sectional view schematically showing this HEMT structure. This HEMT structure is Fe
On the doped semi-insulating InP substrate 91, an undoped InP buffer layer 92 with a thickness of 300 nm, an undoped InGaAs electron transit layer 93 with a thickness of 20 nm, an undoped InAlAs spacer layer 94 with a thickness of 3 nm, and an Si / B-doped n-type InAlAs electron supply with a thickness of 20 nm. Layer 95, 20 nm thick undoped InAlAs Schottky contact layer 96,
A 20 nm thick Si-doped n-type InGaAs ohmic contact layer 97 is sequentially formed.
【0084】ここで、Si・Bドープn型InAlAs
電子供給層95は、Bの濃度が5×1018cm-3となっ
ている。n型InGaAsオーミックコンタクト層97
は、ドナー濃度が5×1018cm-3となっている。Here, Si / B-doped n-type InAlAs
The electron supply layer 95 has a B concentration of 5 × 10 18 cm −3 . n-type InGaAs ohmic contact layer 97
Has a donor concentration of 5 × 10 18 cm −3 .
【0085】次に、このようなHEMT構造の製造方法
及び作用を説明する。各層の結晶成長は、前述同様に、
成長温度650℃、成長圧力70torrの条件にてMOC
VD法により、InP基板上に格子整合するように行な
われる。成長原料としては、トリメチルインジウム(C
H3 )3 In、トリメチルガリウム(CH3 )3 Ga、
トリメチルアルミニウム(CH3 )3 Al、アルシンA
sH3、ホスフィンPH3 が用いられ、Bのドーパント
にトリエチルボロン、Siのドーパントとしてジシラン
Si2 H6 が使用される。Next, the manufacturing method and operation of such a HEMT structure will be described. The crystal growth of each layer is as described above.
MOC under conditions of growth temperature of 650 ° C and growth pressure of 70 torr
The VD method is performed so as to be lattice-matched on the InP substrate. Trimethyl indium (C
H 3 ) 3 In, trimethylgallium (CH 3 ) 3 Ga,
Trimethyl aluminum (CH 3 ) 3 Al, arsine A
sH 3 and phosphine PH 3 are used, triethylboron is used as the B dopant, and disilane Si 2 H 6 is used as the Si dopant.
【0086】具体的には、Feドープ半絶縁性InP基
板91上に、アンドープInPバッファ層92、アンド
ープInGaAs電子走行層93、アンドープInAl
Asスペーサ層94、Si・Bドープn型InAlAs
電子供給層95、アンドープInAlAsショットキー
コンタクト層96、Siドープn型InGaAsオーミ
ックコンタクト層97が順次形成される。Specifically, on the Fe-doped semi-insulating InP substrate 91, an undoped InP buffer layer 92, an undoped InGaAs electron transit layer 93, and an undoped InAl.
As spacer layer 94, Si / B-doped n-type InAlAs
An electron supply layer 95, an undoped InAlAs Schottky contact layer 96, and a Si-doped n-type InGaAs ohmic contact layer 97 are sequentially formed.
【0087】このような構造によれば、Si・Bドープ
n型InAlAs電子供給層95は、プロセス時にFが
混入したとしても、Bを添加しているので、BがFに結
合することにより、Fによるキャリアの補償を低減させ
ることができ、もって、熱処理を伴うプロセスを用いて
もn型層を安定的に実現できる。According to such a structure, since B is added to the Si.B-doped n-type InAlAs electron supply layer 95 even if F is mixed in during the process, B is bonded to F, so that The carrier compensation due to F can be reduced, so that the n-type layer can be stably realized even if a process involving heat treatment is used.
【0088】次に、本実施の形態に係るHEMT構造
と、従来のHEMT構造とについて、熱処理の影響を調
べた。なお、従来のHEMT構造とは、Bが未添加のI
nAlAs電子供給層を備えたものである。Next, the influence of the heat treatment was examined for the HEMT structure according to this embodiment and the conventional HEMT structure. It should be noted that the conventional HEMT structure has a structure in which B is not added.
It is provided with an nAlAs electron supply layer.
【0089】ここで、両HEMT構造について、オーミ
ックコンタクト層がエッチング除去され、窒素雰囲気下
で280℃、10分間熱処理が施され、熱処理前後のシ
ートキャリア濃度がホール測定にて調べられた。Here, for both HEMT structures, the ohmic contact layer was removed by etching, heat treatment was performed at 280 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere, and the sheet carrier concentration before and after the heat treatment was examined by hole measurement.
【0090】その結果、本実施の形態のHEMT構造
は、熱処理後のシートキャリア濃度が熱処理前に比べて
5%減少していた。一方、従来のHEMT構造は、熱処
理後のシートキャリア濃度が熱処理前に比べて30%減
少していた。すなわち、本実施の形態のHEMT構造の
方が、格段に熱処理の影響が少なかった。As a result, in the HEMT structure of this embodiment, the sheet carrier concentration after the heat treatment was reduced by 5% as compared with that before the heat treatment. On the other hand, in the conventional HEMT structure, the sheet carrier concentration after the heat treatment was reduced by 30% as compared with that before the heat treatment. That is, the HEMT structure of the present embodiment was significantly less affected by the heat treatment.
【0091】また、本実施の形態のHEMT構造と、従
来のHEMT構造とにおいて、熱処理前のシート電子濃
度及び移動度には有意差はなかった。また、両HEMT
構造を用いてHEMTを製造し、ゲート耐圧を調べたが
有意差は見られなかった。従って、本実施の形態に係る
Si・BドープInAlAs電子供給層は、従来のB未
添加のInAlAs電子供給層と略同一の電気特性、E
g、ΦB等の物性を有していると考えられる。 (他の実施の形態)なお、第1の実施の形態では、Si
の不活性化をHF蒸気に曝す工程で行なう場合について
説明したが、これに限らず、HF蒸気に代えて、CF4
ガスプラズマ、酸素プラズマに曝すことにより、F、O
を拡散させて代替させた構成としても、本発明を同様に
実施して同様の効果を得ることができる。Further, there was no significant difference in the sheet electron concentration and the mobility before the heat treatment between the HEMT structure of this embodiment and the conventional HEMT structure. Also, both HEMTs
A HEMT was manufactured using the structure and the gate breakdown voltage was examined, but no significant difference was observed. Therefore, the Si / B-doped InAlAs electron supply layer according to the present embodiment has substantially the same electrical characteristics and E as the conventional B-undoped InAlAs electron supply layer.
It is considered to have physical properties such as g and ΦB. (Other Embodiments) In the first embodiment, Si
Although the case where the inactivation of CF 4 is performed in the step of exposing to HF vapor has been described, the present invention is not limited to this, and CF 4 may be used instead of HF vapor.
By exposing to gas plasma and oxygen plasma, F, O
Even if the configuration is diffused and replaced, the same effects can be obtained by implementing the present invention in the same manner.
【0092】また、第2の実施の形態では、Siの不活
性化を酸素プラズマに曝す工程で行なう場合について説
明したが、これに限らず、酸素プラズマに代えて、CF
4 ガスプラズマ、HF蒸気に曝すことにより、F、Oを
拡散させて代替させた構成としても、本発明を同様に実
施して同様の効果を得ることができる。In the second embodiment, the case where Si is inactivated in the step of exposing it to oxygen plasma has been described, but the present invention is not limited to this, and CF is used instead of oxygen plasma.
Even if the composition is such that F and O are diffused and replaced by exposing to 4- gas plasma and HF vapor, the same effects can be obtained by carrying out the present invention in the same manner.
【0093】さらに、第1乃至第3の実施の形態では、
FET又はHBTに応用される場合を説明したが、これ
に限らず、レーザダイオードの電流狭窄層の形成や一般
的な素子の分離手段として活用しても、本発明を同様に
実施して同様の効果を得ることができる。Furthermore, in the first to third embodiments,
Although the case where the present invention is applied to the FET or the HBT has been described, the present invention is not limited to this, and may be applied to the formation of a current constriction layer of a laser diode or a general element isolation means, and the same embodiment of the present invention can be performed to achieve the same effect. The effect can be obtained.
【0094】また、第1乃至第3の実施の形態では、I
nAlGaAsに適用される場合を説明したが、これに
限らず、GaAs、AlGaAs、InGaP、InA
lPなど他の III−V族化合物半導体に適用しても、本
発明を同様に実施して同様の効果を得ることができる。Further, in the first to third embodiments, I
Although the case of applying to nAlGaAs has been described, the present invention is not limited to this, and GaAs, AlGaAs, InGaP, InA.
Even if the present invention is applied to other III-V group compound semiconductors such as IP, the same effects can be obtained by carrying out the present invention in the same manner.
【0095】さらに、第4の実施の形態では、電子供給
層以外のInAlAs層全てにFの添加されたものを用
いる場合について説明したが、これに限らず、デバイス
の用途により、バッファ層、ショットキーコンタクト
層、スペーサ層のうち、いずれか1つ又は2つにFドー
プInAlAsを用いる構成としても、本発明を同様に
実施して同様の効果を得ることができる。なお、この場
合、Fの拡散防止層がFドープInAlAsに隣接する
ように適宜設けられる。Further, in the fourth embodiment, the case where F is added to all the InAlAs layers other than the electron supply layer has been described, but the present invention is not limited to this, and the buffer layer and the shot layer may be used depending on the application of the device. Even if the F-doped InAlAs is used for any one or two of the key contact layer and the spacer layer, the same effects can be obtained by carrying out the present invention in the same manner. In this case, the F diffusion preventing layer is appropriately provided so as to be adjacent to the F-doped InAlAs.
【0096】また、第1乃至第7の実施の形態では、I
nAlAsに適用した場合について説明したが、これに
限らず、InAlAsに代えて、V族にP、Sbを含む
InAlP、InAlSb、InAlAsP、InAl
AsSbなどに適用してもよく、また、 III族にGaを
含むInAlGaAs、InAlGaP、InAlGa
Sbなどに適用してもよい。In the first to seventh embodiments, I
Although the case of applying to nAlAs has been described, the present invention is not limited to this, and InAlP, InAlSb, InAlAsP, InAl containing P and Sb in the V group instead of InAlAs.
InAlGaAs, InAlGaP, InAlGa containing Ga in the group III may be applied.
You may apply to Sb etc.
【0097】さらに、第1乃至第7の実施の形態では、
MOCVD法を用いてデバイスを製造した場合を説明し
たが、これに限らず、MBE法(分子線エピタキシー
法)などの如き、他の薄膜成長法を用いてデバイスを製
造しても、本発明を同様に実施して同様の効果を得るこ
とができる。Furthermore, in the first to seventh embodiments,
Although the case where the device is manufactured using the MOCVD method has been described, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied even if the device is manufactured using another thin film growth method such as the MBE method (molecular beam epitaxy method). The same effect can be obtained by carrying out similarly.
【0098】また、第1乃至第7の実施の形態では、n
型ドーパントとしてSiを用いた場合を説明したが、こ
れに限らず、Se、S、Snなどをn型ドーパントとし
て用いる構成としても、本発明を同様に実施して同様の
効果を得ることができる。その他、本発明はその要旨を
逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。In the first to seventh embodiments, n
Although the case where Si is used as the type dopant has been described, the present invention is not limited to this, and the same effects can be obtained by implementing the present invention in the same manner even if the composition uses Se, S, Sn, or the like as the n-type dopant. . In addition, the present invention can be modified in various ways without departing from the scope of the invention.
【0099】[0099]
【発明の効果】以上説明したように請求項1の発明によ
れば、浅いドナー準位で濃度Ndのドナー元素と、浅い
アクセプタ準位で濃度Naのアクセプタ元素とがNd>
Naの関係を有してほぼ均一に分布された半導体層に対
し、浅いドナー準位のドナー元素を不活性化させるため
の不活性化元素が添加されることにより、不活性化元素
の存在する領域がp型領域に反転するので、伝導型や抵
抗率の制御性を向上できる半導体装置を提供できる。As described above, according to the invention of claim 1, the donor element having a concentration of Nd at the shallow donor level and the acceptor element having a concentration of Na at the shallow acceptor level are Nd>
An inactivating element exists by adding an inactivating element for inactivating a donor element having a shallow donor level to a semiconductor layer having a relationship of Na and being almost uniformly distributed. Since the region is inverted to the p-type region, it is possible to provide a semiconductor device capable of improving the controllability of conductivity type and resistivity.
【0100】また、請求項2の発明によれば、浅いドナ
ー準位で濃度Ndのドナー元素と、深いアクセプタ準位
で濃度Ndaのアクセプタ元素とがNd>Ndaの関係
を有してほぼ均一に分布された半導体層に対し、浅いド
ナー準位のドナー元素を不活性化させるための不活性化
元素が添加されることにより、不活性化元素の存在する
領域が半導体層中の他の領域よりも高抵抗化するので、
残留キャリア濃度の極めて低い高抵抗半導体層を有する
半導体装置を提供できる。According to the second aspect of the invention, the donor element having a concentration of Nd at the shallow donor level and the acceptor element having a concentration of Nda at the deep acceptor level have a relationship of Nd> Nda and are substantially uniform. By adding an inactivating element for inactivating the donor element having a shallow donor level to the distributed semiconductor layer, the area where the inactivating element exists is more than the other area in the semiconductor layer. Also increases the resistance,
It is possible to provide a semiconductor device having a high resistance semiconductor layer having an extremely low residual carrier concentration.
【0101】さらに、請求項3の発明によれば、Inと
Alとを含む III−V族化合物半導体結晶にBを含有さ
せているので、BがFに結合することにより、Fによる
キャリアの補償を阻止できる半導体装置を提供できる。Further, according to the invention of claim 3, since B is contained in the III-V group compound semiconductor crystal containing In and Al, B is bonded to F, whereby carrier compensation by F is performed. It is possible to provide a semiconductor device that can prevent the above.
【図1】本発明の原理を模式的に説明するための断面
図。FIG. 1 is a sectional view for schematically explaining the principle of the present invention.
【図2】本発明に係るフッ素によるキャリア不活性化の
度合と硼素のドーピング濃度との対応関係を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a correspondence relationship between the degree of carrier inactivation by fluorine and the doping concentration of boron according to the present invention.
【図3】本発明の第1の実施の形態に係るFETの構成
を模式的に示す断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the FET according to the first embodiment of the present invention.
【図4】同実施の形態におけるFETの製造方法を説明
するための工程断面図。FIG. 4 is a process cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the FET in the same embodiment.
【図5】本発明の第3の実施の形態に係るHBTの構成
を模式的に示す断面図。FIG. 5 is a sectional view schematically showing the configuration of an HBT according to a third embodiment of the present invention.
【図6】同実施の形態におけるHEMTの製造方法を説
明するための工程断面図。6A to 6C are process cross-sectional views for explaining the method for manufacturing the HEMT according to the same embodiment.
【図7】本発明の第4の実施の形態に係るInP系HE
MTの構成を模式的に示す断面図。FIG. 7 is an InP-based HE according to a fourth embodiment of the present invention.
Sectional drawing which shows the structure of MT typically.
【図8】本発明の第5の実施の形態に係るInP系HE
MTの構成を模式的に示す断面図。FIG. 8 is an InP-based HE according to a fifth embodiment of the present invention.
Sectional drawing which shows the structure of MT typically.
【図9】本発明の第6の実施の形態に係るチャネルドー
プFETの構成を模式的に示す断面図。FIG. 9 is a sectional view schematically showing the structure of a channel-doped FET according to a sixth embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第7の実施の形態に係るHEMT構
造を模式的に示す断面図。FIG. 10 is a sectional view schematically showing a HEMT structure according to a seventh embodiment of the present invention.
【図11】従来のInP系HEMTの構成を模式的に示
す断面図。FIG. 11 is a sectional view schematically showing the configuration of a conventional InP HEMT.
21,41,61,81,91…Feドープ半絶縁性I
nP基板。 22,92…InPバッファ層。 23,63,83,93…i型InGaAs電子走行
層。 24,66…n+ 型InAlAs電子供給層。 25…i型InGaP層。 26…n型InAlAs層。 27,69,85,97…n+ 型InGaAsオーミッ
クコンタクト層。 28,70,86…ドレイン電極。 29,71,87…ソース電極。 30…高抵抗領域。 31,72,88…ゲート電極。 32,52…レジスト。 42…n+ 型InGaAsコレクタコンタクト層。 43…コレクタ電極。 44…n型InGaAsコレクタ層。 45…p+ 型InGaAsベース層。 46…ベース電極。 47…n型InAlAsエミッタ層。 47a…浅い領域。 48…Siドープn型InAlAsエミッタ層。 49…n+ 型InAlAsエミッタコンタクト層。 50…エミッタ電極。 51…SiO2 膜。 53…絶縁領域。 62,82…FドープInAlAsバッファ層。 64…FドープInAlAsスペーサ層。 64* ,94…アンドープInAlAsスペーサ層。 65…アンドープInPホールバリア層兼F拡散防止
層。 67…アンドープInAlGaAs層兼F拡散防止層。 68,84…FドープInAlAsショットキーコンタ
クト層。 68* ,96…アンドープInAlAsショットキーコ
ンタクト層。 95…Si・Bドープn型InAlAs電子供給層。21, 41, 61, 81, 91 ... Fe-doped semi-insulating property I
nP substrate. 22, 92 ... InP buffer layer. 23, 63, 83, 93 ... i-type InGaAs electron transit layer. 24, 66 ... n + type InAlAs electron supply layer. 25 ... i-type InGaP layer. 26 ... n-type InAlAs layer. 27, 69, 85, 97 ... n + type InGaAs ohmic contact layer. 28, 70, 86 ... Drain electrodes. 29, 71, 87 ... Source electrodes. 30 ... High resistance region. 31, 72, 88 ... Gate electrodes. 32, 52 ... Resist. 42 ... n + type InGaAs collector contact layer. 43 ... Collector electrode. 44 ... n-type InGaAs collector layer. 45 ... p + type InGaAs base layer. 46 ... Base electrode. 47 ... n-type InAlAs emitter layer. 47a ... Shallow area. 48 ... Si-doped n-type InAlAs emitter layer. 49 ... n + type InAlAs emitter contact layer. 50 ... Emitter electrode. 51 ... SiO 2 film. 53 ... Insulation area. 62, 82 ... F-doped InAlAs buffer layer. 64 ... F-doped InAlAs spacer layer. 64 * , 94 ... Undoped InAlAs spacer layer. 65 ... Undoped InP hole barrier layer and F diffusion preventing layer. 67 ... Undoped InAlGaAs layer and F diffusion prevention layer. 68, 84 ... F-doped InAlAs Schottky contact layer. 68 * , 96 ... Undoped InAlAs Schottky contact layer. 95 ... Si.B-doped n-type InAlAs electron supply layer.
フロントページの続き (72)発明者 芦沢 康夫 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内Front page continuation (72) Inventor Yasuo Ashizawa, No. 1, Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture
Claims (3)
と、浅いアクセプタ準位で濃度Naのアクセプタ元素と
がNd>Naの関係を有してほぼ均一に分布され、且つ
前記浅いドナー準位のドナー元素を不活性化させるため
の不活性化元素を含有する半導体層を備えた半導体装置
であって、 前記不活性化元素が水素、フッ素、酸素、塩素のいずれ
か1種類の元素であり、且つ前記不活性化元素の存在す
る領域がp型領域であることを特徴とする半導体装置。1. A donor element having a concentration of Nd at a shallow donor level and an acceptor element having a concentration of Na at a shallow acceptor level are substantially uniformly distributed in a relationship of Nd> Na, and the shallow donor level is provided. A semiconductor device comprising a semiconductor layer containing an inactivating element for inactivating the donor element of, wherein the inactivating element is any one element of hydrogen, fluorine, oxygen and chlorine. A semiconductor device in which the region where the passivation element is present is a p-type region.
と、深いアクセプタ準位で濃度Ndaのアクセプタ元素
とがNd>Ndaの関係を有してほぼ均一に分布され、
前記浅いドナー準位のドナー元素を不活性化させるため
の不活性化元素を含有する半導体層を備えた半導体装置
であって、 前記不活性化元素が水素、フッ素、酸素、塩素のいずれ
か1種類の元素であり、且つ前記不活性化元素の存在す
る領域が前記半導体層中の他の領域よりも高抵抗である
ことを特徴とする半導体装置。2. A donor element having a concentration of Nd at a shallow donor level and an acceptor element having a concentration of Nda at a deep acceptor level are substantially uniformly distributed with a relationship of Nd> Nda,
A semiconductor device comprising a semiconductor layer containing an inactivating element for inactivating a donor element of the shallow donor level, wherein the inactivating element is any one of hydrogen, fluorine, oxygen and chlorine. A semiconductor device, which is a kind of element and has a region in which the passivation element is present has a higher resistance than other regions in the semiconductor layer.
を含む III−V族の化合物半導体層を備えた半導体装置
であって、 前記化合物半導体層は、自己の III族元素の濃度に対し
て0.5%以下の割合で硼素を含んでいることを特徴と
する半導体装置。3. A semiconductor device comprising a III-V group compound semiconductor layer containing at least indium and aluminum, wherein the compound semiconductor layer has a concentration of 0.5% or less with respect to its own group III element concentration. A semiconductor device containing boron in a ratio of.
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