JPS58147130A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS58147130A
JPS58147130A JP3000182A JP3000182A JPS58147130A JP S58147130 A JPS58147130 A JP S58147130A JP 3000182 A JP3000182 A JP 3000182A JP 3000182 A JP3000182 A JP 3000182A JP S58147130 A JPS58147130 A JP S58147130A
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JP
Japan
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layer
electron
gallium arsenide
gaas
electron mobility
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Pending
Application number
JP3000182A
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English (en)
Inventor
Takashi Mimura
高志 三村
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • 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

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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (1)発明の技術分野 本発明は高電子移動度トランジスタを集積化した半導体
装置の製造方法に関する。詳しくは、同一の基板上に形
成される複数の高電子移動度トランジスタを相互に絶縁
分離する領域を製造する方法の改良に関する。
(2)技術の背景 高電子移動度トランジスタとは電子親和力の相異なる2
種の半導体を接合することにより形成される一つのへテ
ロ接合面の近傍に蓄積される電子群(二次元電子ガス)
の電子面濃度を制御*@sこよって制御して、この制御
電極を挟んで設けられた一対の入・出力電極間に上記の
蓄積電子群(二次元電子ガス)をもって形成される導電
路のインピーダンスを制御する能動的半導体装置をいう
高電子移動度トランジスタを構成しうる半導体の組み合
わせとなりつる半導体の条件は、(イ)互に格子定数が
同一であるか近似していること、(ロ)電子親和力の差
が大きいこと、(ハ)バンドギャップの差が大きいこと
であるから、多数存在する。
又、電子親和力の大きな半導体よりなる層を上層にして
も下層にしても、それぞれ、特有の条件を充足するかぎ
り高電子移動度トランジスタの製造は可能である。
更に、ノーマリオン型も、ノーマリオフ型も、それぞれ
、特有の要件を充足すれば、製造可能である。
高電子移動度トランジスタにおいては、上記の蓄積電子
群(二次元電子ガス)の電子移動度が特に低温において
非常に大きくなることが特徴である。
(3)従来技術と問題点 同一の基板上に複数の、高電子移動度トランジスタが形
成される場合、それぞれのトランジスタを絶縁分離する
ことは必要であるが、高電子移動度トランジスタの場合
、その導電路が、シリコン等を材料とする従来の場合と
興なり、チャンネル層と電子供給層とのへテロ界面近傍
に極めて薄(面状に蓄積される二次元電子ガスに依存し
てし)るので、それぞれのトランジスタを絶縁分離する
ためには、この二次元電子ガスの蓄積を妨げねばならな
い。しかし、この二次元電子ガスの蓄積を妨げることは
必ずしも容易ではないので、従来、それぞれのトランジ
スタを囲う領域を二次元電子ガスの蓄積する深さまで除
去して、その目的を達成してい、た。
ところが、この従来の方法には、長時間を要するエツチ
ング工程を含む関係上工程的不利益が附随するばかりで
なく、半導体装置の表面に複数の凹凸が形成されて、そ
の上に形成される配線の断線を誘発する原因となり、特
に工業的見地から許容し難い欠点となっていた。
(4)発明の目的 本発明の目的はこの欠点を解消することにあり、同一基
板上に複数の高電子移動度トランジスタを製造する方法
において、半導体装置の表面に凹凸を発生させることな
く、それぞれの高電子移動度トランジスタを絶縁分離す
る方法を含む、高電子移動度トランジスタの製造方法を
提供することにある。
(5)発明の構成 本発明の構成は、二次元電子ガスの電子源である、電子
供給層に導入されているn型不純物の電子を捕獲する不
純物を、それぞれの高電子移動度トランジスタを絶縁分
離する領域の電子供給層に導入して、この領域において
のみ、二次元電子ガスの蓄積を妨げることを基本原理と
し、(イ)クローム(Cr)等を含有して半絶縁性であ
る砒化ガリュウム(GaAs)等の半導体よりなる単一
の基板上に、(ロ)大きな電子親和力を有する砒化ガリ
ュウム(GaAs)等の半導体(不純物は低濃度であれ
ば含有してさしつかえない。)よりなる層(チャンネル
層)とシリコン(8i)等n型の不純物を含有し小さな
電子親和力を有するアルミニュウムガリエウム砒素(A
IGaAs)等の半導体よりなる層(電子供給層)とよ
りなる二重層を形成し、(ハ)この二重層上に複数の制
御−極すなわちゲート電極を形成し、呵この複数の制御
電極のそれぞれを挟んで、それぞれ一対の入・出力電極
(ソース電極、ドレイン電極)を形成じて、複数の高電
子移動度トランジスタを上記の単一の基板上に製造する
方法において、(ホ)上記の二重層を構成する各層相瓦
間のエネルギ一段差すなわち二次元電子ガス蓄積の要因
であるエネルギ一段差より深いエネルギ一単位を形成す
ることとなる不純物を、上記の電子供給層の不純物濃度
より大きな濃度となるに十分な量、上記の複数の高電子
移動度トランジスタのそれぞれを相互に絶縁分離する領
域すなわち素子分離領域に対応する領域の上記の二重層
内に、正確には電子供給層内に、導入することにある。
以下、第1図、第2図を参照しつつ、本発明の構成の依
拠する自然法則と本発明の動作原理について説明する。
第1図、第2図はn型不純物を含有するアルミニュウム
ガリュウム砒素(At GaAs)層と不純物を含有し
ない砒化ガリエウム(GaAs)層との二重層のバンド
ダイヤグラムである。第1図に示すように、そのヘテロ
界面に存在するエネルギ一段差ΔMcによって、n型の
アルミニエウムガリュウム砒素(AIGaAs)層に含
有されるn型不純物から電子かへテロ界面近傍の砒化ガ
リュウム(GaAs)層中に移動して二次元電子ガスE
となる。そして、この二次元電子ガスEが高電子移動度
トランジスタの導電媒体である。ここで、上記のエネル
ギ一段差ΔFScよりも深いエネルギー準位Aとなる不
純物を、n型不純物濃度より大きな濃度となるに十分な
量導入すると、n型不純物の電子はすべてこの深いエネ
ルギー準位Aによって捕獲されるから、この領域に対応
するヘテロ界面近傍には、二次元電子ガスは存在しえな
いことになり、素子分離が可能となる。
(6)発明の実施例 以下図面を参照しつつ、本発明の一実施例に係る高電子
移動度トランジスタの製造方法を説明し、本発明の構成
と特有の効果とを明らかにする。
第3図参照 クローム(Cr)を含有して半絶縁性の砒化ガリエウム
(GaAs)基板1上に、不純物を含有しない砒化ガリ
エ、ウム(Qa As )よりなる層2をバッファ一層
として形成し、その上に砒化ガリzウム(GaAs)よ
りなるチャンネル層3を形成し、その上に、n型の不純
物を含有するアルミニュウムガリュウム砒素(AIGa
As)よりなる−子供給層4を形成し、更に、その上に
、n型の砒化ガリュウム(()iAs)よりなる層5を
形成する。ここで、チャンネル層3は低濃度であれば不
純物を含有することはさしつかえない。又、この不純物
の導電型はp型でもn型でもさしつかえない。この工程
はモレ牛ニラービームエピタキシー法をもって連続的に
なすことができる。この結晶プロファイルは、二次元電
子ガス6の蓄積をゆるす。
第4図参照 素子分離領域7に、プロトン、水素イオン(H)、酸素
イオン(U、  )をイオン注入する。注入イオンのド
ーズ量は電子供給層4中に含有されているn型不純物の
濃度に応じて決定されるが、電子供給層4の厚さが1.
 oboλであり、不純物濃度が2 ×10”/ ca
n”の場合、ドーズ量6 x to 12〜1016 
/C1n 、注入エネルギー100〜300KeV程度
が適当、である。この結果、素子分離領域7に対応する
領域においては二次元電子ガス6が消滅する。なおこの
条件をもってなした本実施例における素子分離抵抗は1
0〜10 ΩcIn程度であった。又、この条件をもっ
て素子分離をなした場合、不純物濃度が2 X 10”
/ can”であるn型砒化ガリュウム(Ga As)
層5も同時に半絶縁化した。
第5図参照 以下、従来技術における工程を使用して高電子移動度ト
ランジスタを完成スル。
すなわち、制御電極形成領域8からn型砒化ガリュウム
(GaAs)層5を除去し、ここに、チタン、白金、金
(T t / P t /人U)の三重層を選択的に形
成して制御電極9を形成する。ついで、入・出力電極形
成領域′10に金・ゲルマニュウム、金(Au −□□
□/Au)の二重層を選択的に形成して人・出力電極1
1を形成した後合金化工程を経てオーミックコンタクト
を完成する。
第5図から明らかなように、本実施例によれば、それぞ
れのトランジスタを溝をもって区画してメサ型とするこ
となく、素子分離することができる。
なお、n型砒化ガリエウム(GaAs)層5は高電子移
動度トランジスタにおいて必須ではないから、   ゛
制御電極9領域の凹部も必須ではない。
(7)発明の詳細 な説明せるとおり、本発明によれば、同一基板上に複数
の高電子馨動度トランジスタを製造する方法において、
半導体装置の表面に凹凸を発生させることな(それぞれ
の高電子移動度トランジスタを絶縁分離する方法を含む
、高電子移動度トランジスタの製造方法を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は本発明の動作原理を説明するための図
であり、アルミニュウムガリュウム砒素(m子親和力の
小さな半導体)と砒化ガリュウム(電子親和力の大きな
半導体)との二重層のバンドダイヤグラムである。第3
.4.5図は本発明の一実施例に係る高電子移動度トラ
ンジスタの製造方法の主要工程完了後の状態を示す基板
断面図である。 1・・・・・・半絶縁性砒化ガリュウム基板、2・・・
・・・バッファ層、3・・・・・・チャンネル層(砒化
ガリュウム層)、4・・・・・・電子供給層(n型アル
ミニュウムガリュウム砒素層)、5・・・・・・n型砒
化ガリュウム層、6・・・・・・二次元電子ガス、7・
・・・・・素子分離領域、8・・・・・・制御電極形成
領域、9・・・・・・制御電極、10・・・・・・入・
出力電極形成領域、11・・・・・・入・出力電橋。 第2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1の半絶縁性半導体基板上に、大きな電子親和力を有す
    る半導体よりなる層(チャンネル層)とn型の不純物を
    含有し小さな電子親和力を有する半導体よりなる層(電
    子供給層)とよりなる二重層を形成し、該二重層上に複
    数の制御電極を形成し、該複数の制御電極のそれぞれを
    挟んで、それぞれ一対の入・出力電極を形成して、複数
    の高電子移動度トランジスタを前記1の半絶縁性半導体
    基板上に製造する方法において、前記二重層を構成する
    各層相瓦間のエネルギ一段差より深いエネルギ一単位を
    形成する不純物を、前記電子供給層の不純物濃度より大
    きな濃度となるように、前記複数の高電子移動度トラン
    ジスタのそれぞれを相互に絶縁する領域における前記二
    重層内に、導入することを特徴とする、半導体装置の製
    造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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