JPS5844770A - 半導体装置 - Google Patents

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】 本発＠は酸素（０■）ドーピング半絶縁性ガリクムフル
ミニウム砒嵩（ＧａＡｊＡｉ　　）結晶の半導体素子へ
の応用に係り、４１にマイク−波帯ガリウム砒素電界効
果トランジスタ（Ｍ鳶８Ｆｚｔ　　）およびダブルへチ
ー構造のレーザーダイオード（ＬＤ）におい″Ｃ蟲皺牛
絶縁性ＧａＡｊムＳ結晶をエピタキシャル成長させた半
導体装置に関する。

Ｇａム！ム―　結晶を用いた半導体装置は現在数多く開
発されている。例えば光素子であるダブルへテロ構造の
レーザーダイオード（以下ＬＤと略す）。

および発光ダイオード（ＬＩＤ　）　＊またを工高連論
理素子である＾移動度トランジスター（ＩＩＩＭ？　　
’）勢があΦ０元素子については７レー化およびＩＣ化
が進み、マイクル波素子および高運論理木子等について
は、尚信頼化、高品質化が遊んでいる０本発明の目的を
エピタキシャル成長した当絃半絶縁性ＧａＡｊＡｓ結晶
、ｔｔ半尋体素子に用いることにより、従来技術による
これら半導体装置の製造方法を更に体良する方法を提供
するにある・ 以下、添付図圓を参照して本発明の詳細な説明する。

本発明の總ｌの実施例ｉエマイクー波帯ガリウム砒卓電
解効釆トランジスタ（以下ＭＩＣ１ｉＦＫ丁　と略す）
の製造方法ｒＣＩｓｉ！する。

従来のＭ鳶８Ｆｍ丁の代表的な単子榊遺を第１図に示す
、同図を参照してかかるＭＩＣ８ＦＫＴの従来′技術に
おける製造方法を説明ｊる。一般にかかる半纏体ａｔは
気相成長法によって製造され６（気相成長法については
後に説明する）、かかる方法によると、ガリウム砒素半
絶縁性基板ｌ上に高抵抗（１０’−１０・Ω・１）のガ
リウム砒素ノ（ラフ１一層２を成長させ、連続して動作
層３（厚さ０．３　ｓｗａ　）を成長させる０次に当該
動作層３上に、゛ム１１（金）十Ｇ＠（ゲルマニウム）
、ム１ｔ−蒸着して谷金化することにより、ンース電＠
４、およびドレイン電極ａＶ形成ｊる。しかる後、アル
ミニウム（ムｊ）を蒸着してゲート電極５を形成し、最
後に＃化シリコン展（ｌｌも　）７等を当絃装置表面に
形成して嵌面保５ｉｌｌとする。

ところで、上述した方法によって作成された当該ＭＩＣ
１ｉｌＦ鳶τ　Ｋは以下に述べる如き問題点力１あるｅ
′　　すなわちバッフ７一層２と動作“層３゛とＶ）界
−Ｋｍけるキャリアー練成分布が第２図に示す如く皺慢
な立下り分布であると同時に、七〇界函およびバッファ
１１寄りの所にリーク電流が生ずる。その結果、デバイ
ス特性？性はＤＣ特性の相互プンダクタ／ス（ｇｌ）　
　が界面付近（ゲート電圧のピンチオフ付近）で急ａ１
ｖｃ小さくなり、ｊｌ音指数ＮＦ　（Ｎｏｉｓ＠Ｆｉｇ
ｕｒｅ　）　、す゛二７リテイーが悪化する。さら＆Ｃ
ｆｉ面近傍のンースｋＬ他４とグー）ｔ６５間の表叩お
よびビレ１ン憲極６とゲート電極５間の嵌面部分８に形
成される表面単位の結果、デバイスの１１Ｊｌｌ技特性
はしＪＰ断局周波数ｆτ　）が小さくなり、ｇ、ＩＩ　
　の周波数分紅か生ずる１／ｆ雑音が増大する。

一方ＤＣ％性では、出力利得にドレイン電流の時間的変
化によりドリフト現象が生じ、デバイス特性を悪化させ
る。

上述した従来技術における問題点を解決すべく。

本練の発明者は当該ＭＥ８ＦＩＣＴのバッファ一層２を
ガリウムアルミニウム砒素（ＧａＡｊム−）結晶とする
半導体製造方法を提供する。

以下、絽ｌの夾り例における本発明の方氏を飾付図面を
参照してｌ１ｊ２に！Ａする。

本発明の方法は、初めＫ　Ｇ　ａ／Ａ　ｍ　Ｃ１ｓ　／
Ｈｔ系の気相成Ｉｋ法を用−・て籐４図に示す如き結晶
を成長させる。かかる工程は纂３図に示すＧｌ／ＡｌＣ
４Ａ系気相成長装置を用いて、以下に４ぺる条件下で行
なわれる。すなわち反応管１５内ＷＣｔＸ　Ｍ　ｋ　１
１　＊ガＶりＡ（Ｇａ）源（ノース）１２．アルミニウ
ム（ム１）源（ソース）１３が設置されており、それぞ
れ７４５（’Ｃ）　ｌ　８２０　（’Ｃ）　、　９００
　（’Ｃ，）の温腿に保たれている。当該反応管１５ｉ
Ｃは外部より２０℃の三塩化砒素ガス（ＡｓＣ４）　ｅ
キャリアガス（Ｈ，）。

ドーパントガス（５０ｐｐｍ　の＃素を言む４１４化水
素）、および塩化水素（ＭＣＩ　）が尋人される。

ムｓＣ４ガスおよびキヤ替アガスの流量・工、それぞれ
３０Ｇ　（ｃｃ／　ｗｉｍ　）　＊　１２００　（ｃｃ
／　ｍｉｎ　）　　である。

また動作層のドナー不純＊は固体硫黄（８）を用い、温
度を６０〜６５℃の範囲で変化させることにより結晶成
長を行なった。なお同図におい工１４はヒーターである
。

上述の条件下での気相成長法に〜よΦ結晶成長・工・先
ず半１１８縁性Ｇａム畠　基板２１上に、ｔＸ（ｏｓ）
ドーパントガスな６０〜７０　（ｃｃ　／　ｗｉｍ　）
注入しながら、厚さ３〜５（μｍ）、比抵抗１０’　（
Ω°ｃａ）のＧ＆ａ４ムｌ・０．ム８バッファ一層を成
長させる０次Ｖこム＠Ｃ１ｍガスの注入＆＋ｈめ、偽　
ドー、／４ントガスの５人を止めると同時に鍼黄ドーパ
ントガスな入れ、動作層２３をエピタキシャル成長させ
る。このとぎ動作層２３σ）′＃さけ０．３５　Ｃμｍ
）゛、キャリヤー鎖酸度２　Ｘ　１０”　（ｃａ−”　
）である。さらに連続して７２ノフア一層のＧａＡｊＡ
ｍ結蟲の成長と全（同条件下で表面バツシペーショ′ン
膜用の半絶縁性ＧａＡｊＡｓエピ結晶２４を制約０２（
μｍ）の厚さに成長させる。

以上の如き工程により、８ｇ４図に示す結晶を成長さ嫂
、第１図に示ｊ従来装置、の作成過程と同様の素子製作
ブーセスを用いて、第５図に示す構造のＭｔｓｒｒｔ　
　を作成する。なお同図において２２は牛絶縁性Ｇ轟ム
ｊＡｓ　　／・ノファ一層である。

以上１９明した如く１本発明の方法によれば、以下に説
＃４４Φ如き点が改良された。

（１）バッファ一層２２のリーク電流が大巾に減少した
。これはＧａＡｓ　＃作層２３とＧａＡＪム畠ノ（ツフ
ァ一層２２とのバンドギャップ幅が異なり（ｗ４６図参
照）ために、　ＧａＡｓ　　動作層側にキャリアのとじ
込めが起こり、　ＧａＡｌＡｓ　バッファ一層２２とＧ
ａＡｍ　　動作層２３との界面でのキャリヤー鎖匿分布
カ急峻になり（第２図の破ｉｉｉ部参照）、はばデバイ
レングス（Ｄ＠ｂｙ＠Ｌ＊Ｈｔｈ　）の理論値に近い値
ニ、なるためである。

伐）　しゃ断周波数ｆテ　が大巾に同上し、出力および
利得の時間的不安定さかなくなり、１／ｆ雑音も大巾に
改良された。

これは第１図に示す如く、従来技術では表一部８に、酸
化シリクン（８１０□）や窒化シリコン（ｌｌｉａＮｇ
　）　等のパッジページ望ン膜を用いたのに対し１本発
明ではＱａム畠　動作層２３とＧ１ム！ム１　バッジベ
ーク１フ層２４との間に表面単位が形成されないため、
全ゲート容量がムＩ　ゲートｗ執のシ曹ットキーパリャ
ー容量に近くなり、トンイン電流のドリフト現象がなく
なるためである。また一時に表面キャリヤートラップ、
放出現象がなくなるためｈ／ｆ雑童も改良される。

（３）　　＾周獣時の雑音指数ＮＦが改豊された。これ
＋Ｘ（１）で述べたＧａＡｌＡｓ　　バッファ一層２２
とＧａＡｓ動作層２３との昇面ヤヤリャー線度分布の急
峻化によるためであり。

以上毅明した如く、本発明の方法によって従来書り南で
は改善できながったＭＥＢＦＥＴ　　Ｋおけるいくつか
の問題を解決することができた。

なお上述した不発明の方法による装置の利点は以下に示
ｊ装置およびＩｔｌｉ走榮件で得られたものでオル、比
較に用イタＭｇ６Ｆ］ＣＴ　ｔＸゲート幅３０゛Ｏ（ａ
ｍ）＊ゲート長１（μａ＋１　、ドレイン惨ソース関隔
５（μ＋ｍ）。

ドレイン・ンース電憧を工Ａｕ＋Ｇ・、ムＵ　を蒸着し
て４５０℃で３０　　秒χ−イしたものである。また測
だ条件・工、ソース・ドレイン間電圧ｖｏｓ　＝　３　
（Ｖ）＊絢定８技数８　（Ｇ１１Ｚ　）である、なお、
本発明におＩｆ　ｏ　ｌｋ　ｋｔと従来Ｌ　！　（との
ＮＰ　との比ＮＦＧａムムＳ／ＮＦＧａム１　は０６〜
０．７と大巾に１改善され、短辱間、長時間のドリフト
現象も本発明の装置においては認められなかった。

本発明の第２の実施例舎工手絶縁性Ｇａム１ムＳ　結晶
をレーザー〆イオードにバクシペーション願とし【便用
′ｆ番ことに関する・ 第７図に当該実施例に係るストライプ形のタプルへデー
構造レーザーダイオード（以下ＬＤ　　と略す）の概略
断函図を示す、同図を参照すると、ｎ“■高員度基板３
１上にダブルへデー構造のレーザーダイオード素子ｓ３
２が形成されていて、当該素子ＩＩ　４Ｘ　ｌＩ面保＄
１１Ｉ３３によって被懐され℃いる。

ところで、当該表面保ＩＩ膜３３は従来技術においては
、二酸化シリコン（Ｓｉｌｏｓ）または窒化シリコン（
畠ｔｓＮ＊）ｍが使用されていた。かかる表幽保−ＩＩ
は表面特性が悪く、しかも膨張係数が重子結晶の膨張係
数と異なるため、両者の間に１１１が生じて装置の信頼
性低下の原因となっていた。

本発明舎工上述の表面保−膜を半絶縁性のＧａＡｊ＾Ｓ
結晶にすることによって、従来技術における問題を解決
する−のである。以下本発明の菖２の実施例を橋付図面
を参照して説明する。

本実施例では先ず１に＋鳳高鹸度基板３１上に形成され
た活性層を含む半導体層のＬＤ　素子形成領域を残して
メサエッチングする。さらにｍｌの実施例と同じ条件で
敵本ドープ半絶縁性のＧａＡｊムー結−３３をエピタキ
シャル成長させ、總７図に示すデバイスを得る。

以上に説明した如＜、ＬＤｏ）嵌函保護展に半絶縁性Ｇ
ａＡｊＡｓ　　膜を用いることによって、従来技術にお
ける間１ｌＩｋな）１１次することができ、しかもＧａ
ＡツムＳ結晶によΦ光Ω閉じ込め作用もあり、素子特性
を＼ 大（・に向上１ゼることができも。

本ｖｌ明の第３の爽り例はエピタキシャル成長させた半
絶縁性ＧａＡＪＡｓ　　結晶の素子間分離およびＩＣ化
への応用に関ｊる・ 第８図に当Ｍ夷抛例の一部を示す、同図において４１舎
工基板、４３４工牛絶縁性Ｇ１ムｌｈ畠　結晶、４２は
アレイ化されたＬＤ　　素子である。

かかる装置・工、まず茶７図の素子構造と儀似して基板
４１上に活性層を含む半導体層を成長した＠　ＬＤ　形
成ｖＡ域上に８ｉ０宜　　膜をリングラフイー技術を用
いて形成し、ｉＩ４択的Ｋ　ＬＤ　層のメすエツチング
を行なう。次に牛杷縁性ＧａＡｊム畠　結晶を選択成長
させ、しかる４１ｓｔｏｋ　　鵬を除去したものである
。かかる方法によれば、半絶縁性ＧａＡｊＡｓ　　結晶
によって素子間分離ができるばかりでなく、光の゛閉じ
込め効果−期待できる。またＩＣ化を計りたい場合はさ
らに連続して１１１４図にボす如く、エピタキシャル構
造になるようにＧａＡｊＡａ　　ｉ！晶を成長させる。

しかる後、＃ＩＳＳ図に示すＭ１８Ｆ］ｉｉ丁　を基不
蘭路とす番ＩＣ′に棗子桐分廟層上に形成する・以上説
明した如く、エピタキシャル成長さ、せた半＃！ｌ縁性
ＧａＡｊＡｓ　　結晶を半導体装置に利用すゐことは、
半導体装置の信頼性を太いに高めることかできるばかり
でなく、ＩＣ化等多くの利点があり、半導体装置の発展
に大いに寄与するものである。

本発明・工成長法な有機金属熱分解法（ＭＯ−ＣＶＤ）
や分子ビームｍ　（Ｍｌｌ　）　Ｋ適応しても大きな効
力を発揮することはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

纂１図会工従米技術におけるＧａム−の菖１ｇＦＩ？の
概略断面図、第２図曇工縞１図の麺筺における動作層と
バッファ一層との外向のキャリヤー一度分布を示Ｙ＠ｒ
ｍ、ａｇ３１Ａ　ｋＩＣａ／Ａｓｃｊａ／ａｔ系気相成
長法に用いる装置の概略図、第４図は牛絶縁性ＧａＡｊ
ムー結晶をパンファ一層、およびパッシベーション層と
したＭＥ８ＦｇＴ　　の概略断面図、籐５図は本発明を
用いたＭＥＳＦＥ丁　の躯略断１ｉＩｉ図、謳６図は動
作層とバッファ一層におけるエネルギーバンド構造の概
略図、第７回はダブルへデρ構造のレーサーダイオード
の概略断ｍＶ、纂８図は蕪板上にレーザーダイオードを
アレー化した状態を示す概略靭面図である。 ｌ、２１・・・ＧｍＡｓ　＃Ｐ杷縁縁性基板結晶２・・
・高抵抗バッファ一層、３・・・動作層。 ４・・・ノース電極、５・・・ゲート電極。 ６・・・ドレイン電極、７・＝ｊｌｉＯｓ　パッジペー
ジＩＶ展。 ８・・・勇面準位形成部分、　１１・・・Ｍ晶基板。 １２・・・ムＩン−ス、１３・・・Ｑ畠ンース。 １４・・・ヒータ、１５・・・反応管。 ２２・・・半ＩＩ８鰍性ＧａＡｌム２バッファ一層。 ２４・・・半Ｐ、縁性Ｇ畠ムノムＳパッシベーション層
。 ３１・・・を低抵抗基板、３２・・・ダブルヘテｐ榊造
レーザーダイオード。 ３３・・・半絶縁性ＧａムムＳ　）＜クシペーション層
。 ４１・・・基板、４２・・・ＬＤ素子、４３　＝−Ｇａ
ＡｊＡｓ結晶 特許出畝人　富士通株式会社 簀１図 表面８１９の翳馳　（μｍ） 第２− ↑ ＨＣＩ 第３図 第４図 第５図 表面 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）半絶縁性ＧａムＳ１したはＧａムムー基板上に、
   エピタキシャル成長されたｌＩｌ素ドープ半絶縁性Ｇａ
   ム！ム−層と、ｖＪ記基板上又は前記ＧａＡｊＡ−鳩上
   にエピタキシャル成長された動作層とを有することを特
   徴とする半導体装置。 （２１酸系ドープ半絶縁性Ｇ１ムｊＡｓ　　をエピタキ
   シャル成長させて形成されたＩ！１面蝋験鯛を有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲絽１項に紀幀ジ）半導体
   装置。 （３）選択的Ｋｇｌ素ドープ半絶縁性ＧａＡｊＡｉ　　
   なエピタキシャル成長して形成した素子閣分騙手段を有
   することを特徴とするｌ１ｌ１１奸−求−）＠−−１項
   に記載の半導体装置。