JPS59165467A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体装置およびその製造方法Info
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- JPS59165467A JPS59165467A JP4023783A JP4023783A JPS59165467A JP S59165467 A JPS59165467 A JP S59165467A JP 4023783 A JP4023783 A JP 4023783A JP 4023783 A JP4023783 A JP 4023783A JP S59165467 A JPS59165467 A JP S59165467A
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor 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
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types 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
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/80—Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier
- H01L29/812—Field effect transistors with field effect produced by a PN or other rectifying junction gate, i.e. potential-jump barrier with a Schottky gate
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- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/04—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their crystalline structure, e.g. polycrystalline, cubic or particular orientation of crystalline planes
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は高速低消費電力素子として期待されるGa A
s結晶を用いた半導体装置およびその製造方法に関する
ものである。
s結晶を用いた半導体装置およびその製造方法に関する
ものである。
従来例の構成とその問題点
従来より、Ga As半導体はSi半導体に比べて移動
度が5〜6倍高く、高性能電子ディバイスの実現のため
に研究され、近年、その高速性を生かした高速ディジタ
ル処理ディバイスとして集積された集積回路なども開発
されている。これら集積回路に用いられるGa As結
晶基板は、高純度の半絶縁性基板かOrなどのGa A
s結晶中で 深い準位を形成し、残留不純物を補償する
補償不純物を混入した半絶縁性基板である。
度が5〜6倍高く、高性能電子ディバイスの実現のため
に研究され、近年、その高速性を生かした高速ディジタ
ル処理ディバイスとして集積された集積回路なども開発
されている。これら集積回路に用いられるGa As結
晶基板は、高純度の半絶縁性基板かOrなどのGa A
s結晶中で 深い準位を形成し、残留不純物を補償する
補償不純物を混入した半絶縁性基板である。
補償不純物を混入しない基板は一般には引き上げ法(L
E C)法で得られ、補償不純物を混入する基板は一
般には水平ブリッジマン(H,B)法で得られるが、L
IC法による基板は基板のエッチピット密度(E、P、
D・)で代表される様に、結晶欠陥が多いことが知られ
ている。そのためH・B法による低い11・P・Dを有
する基板が用いられる事も多い。これらH,B基板では
一般にOr元素が混入されるが、不純物イオン注入など
の技術を用いて基板表面に均一な活性領域を形成しよう
とする場合には、このOr元素の挙動が活性領域の電気
特性に大きな影響を与えることが知られている。この様
な電気特性に直接影響を与えるOrの挙動として、熱処
理によるOrの再分布が上げられる。このOrの再分布
は、極端な場合には基板の半絶縁性特性が基板の表面で
々Cυ、熱変成層と呼ばれる導電層を形成する原因とな
る。この様な熱変成層が発生しなくても、Orの再分布
か大きく生じると一般のFETの活性領域等においてイ
オン注入技術などによる不純物混入後のキャリア濃度分
布にいちぢるしい影響を与えることが解っている。しだ
がってこの様なCrの再分布をより少なくすることが望
まれている。
E C)法で得られ、補償不純物を混入する基板は一
般には水平ブリッジマン(H,B)法で得られるが、L
IC法による基板は基板のエッチピット密度(E、P、
D・)で代表される様に、結晶欠陥が多いことが知られ
ている。そのためH・B法による低い11・P・Dを有
する基板が用いられる事も多い。これらH,B基板では
一般にOr元素が混入されるが、不純物イオン注入など
の技術を用いて基板表面に均一な活性領域を形成しよう
とする場合には、このOr元素の挙動が活性領域の電気
特性に大きな影響を与えることが知られている。この様
な電気特性に直接影響を与えるOrの挙動として、熱処
理によるOrの再分布が上げられる。このOrの再分布
は、極端な場合には基板の半絶縁性特性が基板の表面で
々Cυ、熱変成層と呼ばれる導電層を形成する原因とな
る。この様な熱変成層が発生しなくても、Orの再分布
か大きく生じると一般のFETの活性領域等においてイ
オン注入技術などによる不純物混入後のキャリア濃度分
布にいちぢるしい影響を与えることが解っている。しだ
がってこの様なCrの再分布をより少なくすることが望
まれている。
発明の目的
本発明はOrの再分布が少々くキャリア濃度分布のずれ
が少ない半導体装置を得ることを目的とする。さらに本
発明は、結晶の成長、基板への半導体素子の形成も含め
た半導体装置の製造に好都合な半導体装置の製造方法を
提供するものである。
が少ない半導体装置を得ることを目的とする。さらに本
発明は、結晶の成長、基板への半導体素子の形成も含め
た半導体装置の製造に好都合な半導体装置の製造方法を
提供するものである。
発明の構成
本発明はCrが混入された半絶縁性Ga As基板の[
111]結晶面に半導体素子を形成するもので、この基
板を、望ましくは結晶軸〈111〉方向に単結晶成長さ
れた結晶の前記結晶軸に垂直な面に沿って切シ出すこと
によシ形成するものである。
111]結晶面に半導体素子を形成するもので、この基
板を、望ましくは結晶軸〈111〉方向に単結晶成長さ
れた結晶の前記結晶軸に垂直な面に沿って切シ出すこと
によシ形成するものである。
実施例の説明
まず本発明のもとになった事実を説明する。
本発明者は、このCr再分布を半絶縁性単結晶Ga A
s基板の[:1ool、(110:]、(111’)A
。
s基板の[:1ool、(110:]、(111’)A
。
及びC11C11l面の4面について比較したところ、
(111)A、[111]B而において他の2面よシC
rの再分布が少ないことを発見した。本発明はこのこと
に基づくものである。
(111)A、[111]B而において他の2面よシC
rの再分布が少ないことを発見した。本発明はこのこと
に基づくものである。
第1図は、H,B法で成長されたOrドープ半絶縁性G
a Asインゴットから、上記4つの面に切シ出された
基板の900°C230分の熱処理後のCrの再分布を
2次イオン質量分析器で測定した結果を示す。同図で、
■は〔110〕面に切シ出された基板のOrの再分布で
、■は〔10o〕面、■は<111>8面、■は<1’
11>A面にそれぞれ切シ出された基板のcrの再分布
を示すものである。
a Asインゴットから、上記4つの面に切シ出された
基板の900°C230分の熱処理後のCrの再分布を
2次イオン質量分析器で測定した結果を示す。同図で、
■は〔110〕面に切シ出された基板のOrの再分布で
、■は〔10o〕面、■は<111>8面、■は<1’
11>A面にそれぞれ切シ出された基板のcrの再分布
を示すものである。
なおこの実験に用いられたCa As基板は比抵抗工1
07Ω偏のものである。
07Ω偏のものである。
この結果より、従来よシ一般的に用いられている〔10
0〕基板におけるcrの再分布より、〔111〕Aおよ
び〔111〕B面基板におけるOrの再分布がよシ少な
い事が解る。しだがって[:111〕面に例えは不純物
であるSユイオンなどを注入し熱処理を行った場合、格
子欠陥の回復後のOrの再分布は通常用いられている〔
1oo〕基板よシも少なく、Orの再分布が起らない場
合の理懇のキャリア濃度分布に近いものとなる。
0〕基板におけるcrの再分布より、〔111〕Aおよ
び〔111〕B面基板におけるOrの再分布がよシ少な
い事が解る。しだがって[:111〕面に例えは不純物
であるSユイオンなどを注入し熱処理を行った場合、格
子欠陥の回復後のOrの再分布は通常用いられている〔
1oo〕基板よシも少なく、Orの再分布が起らない場
合の理懇のキャリア濃度分布に近いものとなる。
次に本発明を用いてGaAsFET(電界効果 トラン
ジスタ)を試作した場合を例に実施例を説明する。基板
にはGa As単結晶Crドープ半絶縁性基板で、しか
も表面が〈111〉8面に切如立されたものを使用した
。FETの製造方法は通常の方法と何ら変りがないが第
2図を用いて説明する。同図aに示す様に、〈111〉
8面に切り出されたGa As単結晶半絶縁性基板1に
マスク利2を形成し、81等の不純物3をイオン注入法
で導入し、基板表面にチャンネル領域となる島状の活性
領域4を形成する。さらに同図すに示す様に新たなマス
ク月2′を形成し、S1不純物3′をイオン注入して、
さらに高い不純物濃度を有する領域5を形成し、これら
をソース領域およびドレイン領域とする。同図Cに示す
様に活性領域4にショットキゲート電極用金属6を形成
し、またソース領域、ドレイン領域5に電極金属了をそ
れぞれ設けてFETが製造される。
ジスタ)を試作した場合を例に実施例を説明する。基板
にはGa As単結晶Crドープ半絶縁性基板で、しか
も表面が〈111〉8面に切如立されたものを使用した
。FETの製造方法は通常の方法と何ら変りがないが第
2図を用いて説明する。同図aに示す様に、〈111〉
8面に切り出されたGa As単結晶半絶縁性基板1に
マスク利2を形成し、81等の不純物3をイオン注入法
で導入し、基板表面にチャンネル領域となる島状の活性
領域4を形成する。さらに同図すに示す様に新たなマス
ク月2′を形成し、S1不純物3′をイオン注入して、
さらに高い不純物濃度を有する領域5を形成し、これら
をソース領域およびドレイン領域とする。同図Cに示す
様に活性領域4にショットキゲート電極用金属6を形成
し、またソース領域、ドレイン領域5に電極金属了をそ
れぞれ設けてFETが製造される。
この様なFETでは活性領域4はFETの動作パラメー
タおよび動作特性を決定する重要な領域であシ、特に領
域4のキャリア濃度分布は極めて注意深く決定される。
タおよび動作特性を決定する重要な領域であシ、特に領
域4のキャリア濃度分布は極めて注意深く決定される。
しかしながら、通常半絶縁性基板中に含まれるOrなど
の補償不純物の再分布のためにキャリア濃度分布は設計
値から大きくずれてしまう事が多いが、本実施例の様に
Ga As単結晶基板1に〈111〉面に切シ出された
ものを用いることによって、このOrの再分布による設
計値からのずれは少なくなり、はぼ設計値通シのキャリ
ア濃度分布が得られる。
の補償不純物の再分布のためにキャリア濃度分布は設計
値から大きくずれてしまう事が多いが、本実施例の様に
Ga As単結晶基板1に〈111〉面に切シ出された
ものを用いることによって、このOrの再分布による設
計値からのずれは少なくなり、はぼ設計値通シのキャリ
ア濃度分布が得られる。
一般にGa As結晶基板を用いて領域4のキャリア濃
度分布は次の様に決定される。基板中のドナー濃度をN
n (x) 、 アクセプタ濃度をNh (x)とす
る。
度分布は次の様に決定される。基板中のドナー濃度をN
n (x) 、 アクセプタ濃度をNh (x)とす
る。
一般にこれらは領域4の深さ方向に列して一定であシそ
れぞれ定数とするので、それぞれND、NAとなる。寸
だ基板中に含まれるOrなどの補償不純物濃度をNcr
(x)とし、イオン注入などによって導入される注入不
純物の注入直後の分布をF (X)とする。本発明にお
いては、Cr々どの補償不純物の濃度分布は第1図の■
又は■に示される分布である。また注入不純物は一般に
はガウヌ分布に近い分布であることが知られている。こ
の様に現わされたそれぞれの不純物濃度分布を用いるこ
とによ−て領−4の活性化したキャリア濃度分布n(x
)は、n(x)=F(x)−Ncr(x)十Nn H
A −−(1)と表される。Orの再分布が
なく、Or濃度が深さ方向に一様であるとすると、Nc
r (X) = NCrとな9n(x)= F(x)
−NCr + ND−NA ・・・・・(2
)であるが、本発明に基づく、〈111〉 基板におい
ては再分布は他の面に比べて少なく、はぼHCr (X
)−= NOrとおくことが可能となシ、(2)式によ
ってキャリア濃度分布の予測が可能となりキャリア濃度
の制御性が良く、形成される半導体素子の設計が容易と
なる。
れぞれ定数とするので、それぞれND、NAとなる。寸
だ基板中に含まれるOrなどの補償不純物濃度をNcr
(x)とし、イオン注入などによって導入される注入不
純物の注入直後の分布をF (X)とする。本発明にお
いては、Cr々どの補償不純物の濃度分布は第1図の■
又は■に示される分布である。また注入不純物は一般に
はガウヌ分布に近い分布であることが知られている。こ
の様に現わされたそれぞれの不純物濃度分布を用いるこ
とによ−て領−4の活性化したキャリア濃度分布n(x
)は、n(x)=F(x)−Ncr(x)十Nn H
A −−(1)と表される。Orの再分布が
なく、Or濃度が深さ方向に一様であるとすると、Nc
r (X) = NCrとな9n(x)= F(x)
−NCr + ND−NA ・・・・・(2
)であるが、本発明に基づく、〈111〉 基板におい
ては再分布は他の面に比べて少なく、はぼHCr (X
)−= NOrとおくことが可能となシ、(2)式によ
ってキャリア濃度分布の予測が可能となりキャリア濃度
の制御性が良く、形成される半導体素子の設計が容易と
なる。
寸だ(1)式で与えられるキャリア濃度は、Ncr (
X)で示されるOrの再分布によって、その濃度分布の
形状がいちぢるしい影響を受ける。この分布形状につい
て第3図を用いてくわしく説明する。
X)で示されるOrの再分布によって、その濃度分布の
形状がいちぢるしい影響を受ける。この分布形状につい
て第3図を用いてくわしく説明する。
第3図に於いて、縦軸は濃度(os、−3)’、横軸は
深さくμm)である。同図11は本発明によるよシ少な
いOrの再分布で、12は一般的な本発明以外の他の基
板面を用いた場合のよシ多いOrの再分布で、それぞれ
(1)式におけるNCr (X)で表わされる。13は
残留不純物によるキャリア濃度で、(1)式においては
In −HAで示される。14はOrの再分布前のOr
濃度でNCrで示され、又15はイオン注入直後の不純
物分布でF (x)と現わされるものである。
深さくμm)である。同図11は本発明によるよシ少な
いOrの再分布で、12は一般的な本発明以外の他の基
板面を用いた場合のよシ多いOrの再分布で、それぞれ
(1)式におけるNCr (X)で表わされる。13は
残留不純物によるキャリア濃度で、(1)式においては
In −HAで示される。14はOrの再分布前のOr
濃度でNCrで示され、又15はイオン注入直後の不純
物分布でF (x)と現わされるものである。
一般に第3図に示すごとく、Her ) In −NA
として選ばれる。そのため半絶縁性基板としては過補
償の状態となっている。しかし熱処理によってGrの再
分布が生じた場合、本発明による〈111〉基板の使用
によってOrの再分布が11で示される様に少ない場合
には、分布11と分布13との交点16よシ基板の表面
側ではOrによる補償効果が減少するが、交点16より
深い領域では依然過補償状態が保たれるため、同図15
に示される分布でイオン注入された場合、注入層のキャ
リア濃度分布は同図17に示される様になる。しかもこ
の分布17は、Orの再分布がない場合に得られる注入
層のキャリア濃度分布18に非常に近いものとなる。
として選ばれる。そのため半絶縁性基板としては過補
償の状態となっている。しかし熱処理によってGrの再
分布が生じた場合、本発明による〈111〉基板の使用
によってOrの再分布が11で示される様に少ない場合
には、分布11と分布13との交点16よシ基板の表面
側ではOrによる補償効果が減少するが、交点16より
深い領域では依然過補償状態が保たれるため、同図15
に示される分布でイオン注入された場合、注入層のキャ
リア濃度分布は同図17に示される様になる。しかもこ
の分布17は、Orの再分布がない場合に得られる注入
層のキャリア濃度分布18に非常に近いものとなる。
しかるに、Crの再分布が多く12に示される分布であ
る場合には、分布12と分布13.の交点19に示され
る様に深くなるため、Crの補償効果がイオン注入層全
域にわたシ、同図15に示されるイオン注入直後のキャ
リア濃度分布は20で示される様に交点19付近に肩を
持つ様な分布となシ、深く広がった望ましくない分布と
なる。分布17にみられるような急峻さは、たとえばF
ETの活性領域として用いられた場合、FETの相互コ
ンダクタンスの向上に寄与する。したがって、Orの再
分布が少ない本発明によって、よりq−の高いFETを
製造することが可能となる。
る場合には、分布12と分布13.の交点19に示され
る様に深くなるため、Crの補償効果がイオン注入層全
域にわたシ、同図15に示されるイオン注入直後のキャ
リア濃度分布は20で示される様に交点19付近に肩を
持つ様な分布となシ、深く広がった望ましくない分布と
なる。分布17にみられるような急峻さは、たとえばF
ETの活性領域として用いられた場合、FETの相互コ
ンダクタンスの向上に寄与する。したがって、Orの再
分布が少ない本発明によって、よりq−の高いFETを
製造することが可能となる。
本発明による明記すべき他の特長は水平ブリッジマン法
との組合せにおいて好都合なことである。
との組合せにおいて好都合なことである。
水平ブリッジマン法ではインゴットの成長方向は結晶の
成長軸である〔111〕軸方向と一致する。
成長軸である〔111〕軸方向と一致する。
しだがって、<111>面を有するGa As基板を製
造する場合は、インゴットの成長方向と垂直にインゴッ
トを切断すればよく、製造も容易でしかもOr濃度が基
板面内で均一となる。一般に、結晶成長方向に沿ってO
r濃度が異なることが知られている。したがって、成長
方向に垂直に切り出された面は均一なOr濃度を有する
ものとなシ、多数の半導体素子を集積化する場合には好
都合である。なお、<111>面取外の基板を得る場合
は、前記インゴットの成長方向に対して垂直でない方向
にインゴットを切シ出しておシ、〈111〉面取外では
Or濃度が不均一となる。
造する場合は、インゴットの成長方向と垂直にインゴッ
トを切断すればよく、製造も容易でしかもOr濃度が基
板面内で均一となる。一般に、結晶成長方向に沿ってO
r濃度が異なることが知られている。したがって、成長
方向に垂直に切り出された面は均一なOr濃度を有する
ものとなシ、多数の半導体素子を集積化する場合には好
都合である。なお、<111>面取外の基板を得る場合
は、前記インゴットの成長方向に対して垂直でない方向
にインゴットを切シ出しておシ、〈111〉面取外では
Or濃度が不均一となる。
発明の効果
本発明によれば、Orの再分布が少なくキャリア濃度の
制御性能のすぐれた半導体素子をGa As単結晶半絶
縁性基板に形成でき、Cr分布の均一性のすぐれた基板
を容易に製造することができ、GaAs基板を用いた半
導体装置の製造に大きく寄与するものである。
制御性能のすぐれた半導体素子をGa As単結晶半絶
縁性基板に形成でき、Cr分布の均一性のすぐれた基板
を容易に製造することができ、GaAs基板を用いた半
導体装置の製造に大きく寄与するものである。
第1図は2次イオン質量分析器によるGa As基板の
Orの濃度分布の測定結果を示す図、第2図a、 b
、 cは本発明の一実施例にがかるFETの製造工程
断面、第3図は本発明に係るFETの濃度分布図である
。 1・・・・・・<111>面に切シ出されだGa As
半絶縁性基板、4・・・・・・活性領域、5・・・・・
ソース、ドレイン領域。 第1図 :J袋さく〃ノ 第2図 第3図 5袋乞(pml
Orの濃度分布の測定結果を示す図、第2図a、 b
、 cは本発明の一実施例にがかるFETの製造工程
断面、第3図は本発明に係るFETの濃度分布図である
。 1・・・・・・<111>面に切シ出されだGa As
半絶縁性基板、4・・・・・・活性領域、5・・・・・
ソース、ドレイン領域。 第1図 :J袋さく〃ノ 第2図 第3図 5袋乞(pml
Claims (4)
- (1) Grが混入された半絶縁性Ga As基板の
〔111〕結晶面に半導体素子を形成したことを特徴と
する半導体装置。 - (2) 半導体素子が電界効果トランジスタよシなる
特許請求の範囲第1項に記載の半導体装置。 - (3)結晶軸<111>方向にCrが混入された半絶縁
性Ga As単結晶成長させ、この結晶の前記結晶軸に
垂直な面に沿って切り出してGa As基基板影形成、
とのGa As基板表面に半導体素子を形成することを
特徴とする半導体装置の製造方法。 - (4)単結晶成長を水平ブリッジマン法にて行うことを
特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の半導体装置の
製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4023783A JPS59165467A (ja) | 1983-03-10 | 1983-03-10 | 半導体装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4023783A JPS59165467A (ja) | 1983-03-10 | 1983-03-10 | 半導体装置およびその製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59165467A true JPS59165467A (ja) | 1984-09-18 |
Family
ID=12575108
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4023783A Pending JPS59165467A (ja) | 1983-03-10 | 1983-03-10 | 半導体装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59165467A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0183550A2 (en) * | 1984-11-29 | 1986-06-04 | Fujitsu Limited | Compound semiconductor device |
JPH02141124U (ja) * | 1989-04-28 | 1990-11-27 |
-
1983
- 1983-03-10 JP JP4023783A patent/JPS59165467A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0183550A2 (en) * | 1984-11-29 | 1986-06-04 | Fujitsu Limited | Compound semiconductor device |
US4777517A (en) * | 1984-11-29 | 1988-10-11 | Fujitsu Limited | Compound semiconductor integrated circuit device |
JPH02141124U (ja) * | 1989-04-28 | 1990-11-27 |
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