JPS61241972A - 化合物半導体装置 - Google Patents
化合物半導体装置Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/36—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the concentration or distribution of impurities in the bulk material
- H01L29/365—Planar doping, e.g. atomic-plane doping, delta-doping
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。
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Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
この発明は、化合物半導体装置において、半導体基体の
オーミックコンタクト電極との界面近傍に、複数層の不
純物アトミックブレーンドーピングを施すことによ、す
、 オーミックコンタクト抵抗を低減するものである。
オーミックコンタクト電極との界面近傍に、複数層の不
純物アトミックブレーンドーピングを施すことによ、す
、 オーミックコンタクト抵抗を低減するものである。
本発明は化合物半導体装置にかかり、特に良好なオーミ
ックコンタクトが実現される半導体基体の構造に関する
。
ックコンタクトが実現される半導体基体の構造に関する
。
半導体装置にとってオーミック電極は必要不可欠であり
、しかもオーミックコンタクトの良否は半導体装置の性
能に直接影響する。
、しかもオーミックコンタクトの良否は半導体装置の性
能に直接影響する。
オーミツ・クコンタクトに対する要求は半導体装置の高
性能化に伴ってますます厳しくなっているが、砒化ガリ
ウム（ＧａＡｓ）などの化合物半導体で基体が構成され
る化合物半導体装置では、シリコン（Ｓ１）などの単一
元素と異なり半導体の導電形によってもコンタクト材料
が変わり、半導体材料の耐熱性がＳｉより低いこと、薄
い半導体層を積層する構造がしばしば用いられることな
どから、要求を満足するコンタクトが得難く、その改善
が要望されている。
性能化に伴ってますます厳しくなっているが、砒化ガリ
ウム（ＧａＡｓ）などの化合物半導体で基体が構成され
る化合物半導体装置では、シリコン（Ｓ１）などの単一
元素と異なり半導体の導電形によってもコンタクト材料
が変わり、半導体材料の耐熱性がＳｉより低いこと、薄
い半導体層を積層する構造がしばしば用いられることな
どから、要求を満足するコンタクトが得難く、その改善
が要望されている。
金属−半導体のオーミックコンタクトを実現するために
少数キャリアの注入を防ぐ手段として、高キャリア濃度
層を半導体表面に形成することが一般に行われている。
少数キャリアの注入を防ぐ手段として、高キャリア濃度
層を半導体表面に形成することが一般に行われている。
例えばＧａＡｓ半導体にｎ型の導電性を与えるドーパン
トとして、■族のＳｉｓゲルマニウム（Ｇｅ）、錫（Ｓ
ｎ）、■族の硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔ
ｅ）が知られているが、特にＳｉが多く用いられている
。
トとして、■族のＳｉｓゲルマニウム（Ｇｅ）、錫（Ｓ
ｎ）、■族の硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔ
ｅ）が知られているが、特にＳｉが多く用いられている
。
従来例えば分子線エピタキシャル成長方法（ＭＢＥ法）
によって成長させるＧａＡｓ層にＳｉをドーピングする
場合に、例えばＧａＡｓ基板の温度を５００〜７００℃
とし、分子線源のＡｓを２００〜３００℃、Ｇａを９０
０〜１１００℃、Ｓｉを１１００〜１３００℃程度とし
て、＾Ｓ及びＧａのビームとＳｉのビームとを同時に基
板上に入射させ、成長速度０．５μｍ／ｈ程度でＧａＡ
ｓ中にＳｔを一様にドーピングしている。この従来のＭ
ＢＥ法によって得られるキャリア電子濃度Ｎは５〜７Ｘ
１０”ａｔ＋弓程度が最大限界である。
によって成長させるＧａＡｓ層にＳｉをドーピングする
場合に、例えばＧａＡｓ基板の温度を５００〜７００℃
とし、分子線源のＡｓを２００〜３００℃、Ｇａを９０
０〜１１００℃、Ｓｉを１１００〜１３００℃程度とし
て、＾Ｓ及びＧａのビームとＳｉのビームとを同時に基
板上に入射させ、成長速度０．５μｍ／ｈ程度でＧａＡ
ｓ中にＳｔを一様にドーピングしている。この従来のＭ
ＢＥ法によって得られるキャリア電子濃度Ｎは５〜７Ｘ
１０”ａｔ＋弓程度が最大限界である。
また例えばノンドープのＧａＡｓ層にＳｉをドーピング
する方法として、Ｓｉイオンを注入し熱処理によりこれ
を活性化する方法が行われているが、熱処理温度が例え
ば８００〜８５０℃程度に制限されるために注入したＳ
ｉイオンの活性化率が低く、この方法で得られるキャリ
ア電子濃度Ｎは最高１〜２×ＩＱ”ｃｍ−’程度である
。
する方法として、Ｓｉイオンを注入し熱処理によりこれ
を活性化する方法が行われているが、熱処理温度が例え
ば８００〜８５０℃程度に制限されるために注入したＳ
ｉイオンの活性化率が低く、この方法で得られるキャリ
ア電子濃度Ｎは最高１〜２×ＩＱ”ｃｍ−’程度である
。
通常前記のＭＢＥ法によって半導体基体が形成される化
合物半導体装置の一例として、不純物が添加される領域
とキャリアが移動する領域とをヘテロ接合界面によって
空間的に分離することにより特に低温に°おけるキャリ
アの移動度を増大して、一層の高速化を実現しているヘ
テロ接合電界効果トランジスタがある。
合物半導体装置の一例として、不純物が添加される領域
とキャリアが移動する領域とをヘテロ接合界面によって
空間的に分離することにより特に低温に°おけるキャリ
アの移動度を増大して、一層の高速化を実現しているヘ
テロ接合電界効果トランジスタがある。
このヘテロ接合電界効果トランジスタの構造の一例を第
２図に示す。半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、ノンドー
プのｉ型ＧａＡｓ層１２、これより電子親和力が小さい
砒化アルミニウムガリウム（Ａ１ｘＧａ＋−ｘＡｓ）層
１３、及び不純物濃度が例えば２Ｘ１０ＩｌｌＣＩ１１
−３程度のｎ型ＧａＡｓ層１４が設けられ、ＡｌＧａＡ
ｓ層１３は少なくともその一部分に例えば濃度２Ｘ１０
”ｃＪｌｌ−’程度のドナー不純物を含んで、この層か
らｉ型ＧａＡｓ層１２へ遷移した電子によってヘテロ接
合界面近傍に２次元電子ガス１２ｅが形成される。
２図に示す。半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上に、ノンドー
プのｉ型ＧａＡｓ層１２、これより電子親和力が小さい
砒化アルミニウムガリウム（Ａ１ｘＧａ＋−ｘＡｓ）層
１３、及び不純物濃度が例えば２Ｘ１０ＩｌｌＣＩ１１
−３程度のｎ型ＧａＡｓ層１４が設けられ、ＡｌＧａＡ
ｓ層１３は少なくともその一部分に例えば濃度２Ｘ１０
”ｃＪｌｌ−’程度のドナー不純物を含んで、この層か
らｉ型ＧａＡｓ層１２へ遷移した電子によってヘテロ接
合界面近傍に２次元電子ガス１２ｅが形成される。
前記ｎ型ＧａＡｓ層１４にオーミックコンタクトするソ
ース及びドレイン電極１５が設けられ、この両電極間の
ｎ型ＧａＡｓ層１４を選択的にエツチングし、＾１Ｇａ
Ａｓｉ１３に接して前記２次元電子ガス１２ｅの面濃度
を制御するゲート電極１７が設けられる。
ース及びドレイン電極１５が設けられ、この両電極間の
ｎ型ＧａＡｓ層１４を選択的にエツチングし、＾１Ｇａ
Ａｓｉ１３に接して前記２次元電子ガス１２ｅの面濃度
を制御するゲート電極１７が設けられる。
前記ソース及びドレイン電極１５の形成にはリフトオフ
法が多く適用される。すなわちｎ型ＧａＡｓ層１４上に
レジスト膜を設け、電極を形成する領域のレジストを選
択的に除去して開口を形成し、この開口部分のｎ型Ｇａ
ＡｓＮ１４の表面を清浄化する前処理を行った後に、例
えばゲルマニウムを添加した金（ＡｕＧｅ）層と金（Ａ
ｕ）層とを蒸着法等によって堆積し、レジスト膜を剥離
除去する。
法が多く適用される。すなわちｎ型ＧａＡｓ層１４上に
レジスト膜を設け、電極を形成する領域のレジストを選
択的に除去して開口を形成し、この開口部分のｎ型Ｇａ
ＡｓＮ１４の表面を清浄化する前処理を行った後に、例
えばゲルマニウムを添加した金（ＡｕＧｅ）層と金（Ａ
ｕ）層とを蒸着法等によって堆積し、レジスト膜を剥離
除去する。
次いで例えば温度４５０℃、時間１分間程度の加熱処理
により、ＡｕＧｅ層とＧａＡｓ層との相互拡散による合
金化を行い、合金領域１６をｉ型ＧａＡｓ層１２に達す
る深さに形成する。
により、ＡｕＧｅ層とＧａＡｓ層との相互拡散による合
金化を行い、合金領域１６をｉ型ＧａＡｓ層１２に達す
る深さに形成する。
ヘテロ接合電界効果トランジスタ等で従来得られている
オーミックコンタクトの抵抗値は、概ね０．４ΩｆｆＩ
ＩＩ＋程度以上である。
オーミックコンタクトの抵抗値は、概ね０．４ΩｆｆＩ
ＩＩ＋程度以上である。
化合物半導体装置に期待される優れた特性を十分に実現
し、その高集積化、高速化のために素子の微細化を進め
、更に雑音を低減するためには、オーミックコンタクト
の抵抗値が前記程度であることは不都合でありその改善
が強く要望されている。
し、その高集積化、高速化のために素子の微細化を進め
、更に雑音を低減するためには、オーミックコンタクト
の抵抗値が前記程度であることは不都合でありその改善
が強く要望されている。
前記問題点は、第１図の模式側断面図に示す如く、
半導体基体１のオーミックコンタクト電極２との界面近
傍に、 複数層の不純物アトミックブレーンドーピング３が施さ
れてなる本発明による化合物半導体装置により解決され
る。
傍に、 複数層の不純物アトミックブレーンドーピング３が施さ
れてなる本発明による化合物半導体装置により解決され
る。
本発明によれば、化合物半導体基体１のオーミックコン
タクト電極２との界面近傍において、従来不可能であっ
た高キャリア濃度を複数層の不純物のアトミックプレー
ンドーピング３により実現している。
タクト電極２との界面近傍において、従来不可能であっ
た高キャリア濃度を複数層の不純物のアトミックプレー
ンドーピング３により実現している。
すなわち例えばＧａＡｓ等の半導体層のＭＢＥ成長中に
、Ｇａのビームを停止してＧａＡｓ半導体層の成長を中
断し、Ｓｉビームを入射させてＳｉ原子をこの半導体層
上に被着し、次いでＳｉビームを停止して再度ＧａＡｓ
半導体層を成長することを複数回繰り返して行う。
、Ｇａのビームを停止してＧａＡｓ半導体層の成長を中
断し、Ｓｉビームを入射させてＳｉ原子をこの半導体層
上に被着し、次いでＳｉビームを停止して再度ＧａＡｓ
半導体層を成長することを複数回繰り返して行う。
ＧａＡｓ半導体層にＳｔアトミックブレーンドーピング
を行った場合の、基本的なドーピング特性は例えば第３
図の様になる。同図は２０周期のＳＬアトミックブレー
ンドーピングを、Ｓｉの面濃度ＮＤ、を一面当たり約３
ＸＩＱ”ａｍ−”の一定値とし、ドープ面相互間の間隔
を変化させて行ったＧａＡｓ半導体層について、ドープ
面相互間の間隔ｄに対するキャリア電子の単位面積当た
りの面濃度Ｎ５ｃｏで示す）及び単位体積当たりの濃度
Ｎ（・で示す）の相関を示す。
を行った場合の、基本的なドーピング特性は例えば第３
図の様になる。同図は２０周期のＳＬアトミックブレー
ンドーピングを、Ｓｉの面濃度ＮＤ、を一面当たり約３
ＸＩＱ”ａｍ−”の一定値とし、ドープ面相互間の間隔
を変化させて行ったＧａＡｓ半導体層について、ドープ
面相互間の間隔ｄに対するキャリア電子の単位面積当た
りの面濃度Ｎ５ｃｏで示す）及び単位体積当たりの濃度
Ｎ（・で示す）の相関を示す。
この場合にドープ面相互間の間隔ｄが十分に大きければ
Ｓｉは完全に活性化されているが、この間隔ｄが４ｎｍ
程度以下になればＳｉの活性化率が次第に減少し、単位
面積当たりの電子面濃度Ｎ、は低下する。しかしながら
単位体積当たりの電子濃度Ｎは間隔ｄの減少に伴って増
加し、４ｎｍ以下では先に述べた従来のキャリア濃度の
最大限界７×ｌＯ’ ” ｃｍ −”を超え、２ ａｍ
以下ではＩ ＸＩＯ”ｅｌｌ−’以上に達している。
Ｓｉは完全に活性化されているが、この間隔ｄが４ｎｍ
程度以下になればＳｉの活性化率が次第に減少し、単位
面積当たりの電子面濃度Ｎ、は低下する。しかしながら
単位体積当たりの電子濃度Ｎは間隔ｄの減少に伴って増
加し、４ｎｍ以下では先に述べた従来のキャリア濃度の
最大限界７×ｌＯ’ ” ｃｍ −”を超え、２ ａｍ
以下ではＩ ＸＩＯ”ｅｌｌ−’以上に達している。
この様にオーミックコンタクト電極に接する半導体基体
のキャリア濃度が、従来不可能であった８ｘｌＯ”ａｍ
−’以上に高められる結果、そのコンタクト抵抗が低減
され、化合物半導体装置の特性が改善される。
のキャリア濃度が、従来不可能であった８ｘｌＯ”ａｍ
−’以上に高められる結果、そのコンタクト抵抗が低減
され、化合物半導体装置の特性が改善される。
以下本発明をヘテロ接合電界効果トランジスタにかかる
実施例により具体的に説明する。本実施例は先に第２図
の模式側断面図を参照して説明した従来例に類似してお
り、同第２図を参照して説明する。
実施例により具体的に説明する。本実施例は先に第２図
の模式側断面図を参照して説明した従来例に類似してお
り、同第２図を参照して説明する。
本実施例の半導体基体は、半絶縁性ＧａＡｓ基板１１上
に下記の各半導体層が順次積層してエピタキシャル成長
されている。
に下記の各半導体層が順次積層してエピタキシャル成長
されている。
１２は従来と同様に厚さ例えばＩＩＩｒｎ程度のノンド
ープのＧａＡｓ層、１３は従来と同様に例えば厚さが４
０画程度で、ＧａＡｓ層１２との界面から５ ｎｍ程度
以内の領域１３ａはノンドープ、その他の領域Ｌ３ｂに
従来技術によりＳｉを濃度２ ×１０”ｃｍ−’程度に
一様にドープしたＡＳｏ、 ５Ｇａｏ、 Ｊｓｉｉ、１
４は本発明により例えば面濃度Ｎ１１！＃３ ＸＩＯ”
ｃＴｌｌ−２のＳｉのアトミックブレーンドーピングを
間隔２ｎｍで行った厚さが６０ｎｍ程度のＧａＡｓ１ｉ
ｉである。
ープのＧａＡｓ層、１３は従来と同様に例えば厚さが４
０画程度で、ＧａＡｓ層１２との界面から５ ｎｍ程度
以内の領域１３ａはノンドープ、その他の領域Ｌ３ｂに
従来技術によりＳｉを濃度２ ×１０”ｃｍ−’程度に
一様にドープしたＡＳｏ、 ５Ｇａｏ、 Ｊｓｉｉ、１
４は本発明により例えば面濃度Ｎ１１！＃３ ＸＩＯ”
ｃＴｌｌ−２のＳｉのアトミックブレーンドーピングを
間隔２ｎｍで行った厚さが６０ｎｍ程度のＧａＡｓ１ｉ
ｉである。
前記ＧａＡｓ層１４にオーミックコンタクトするソース
及びドレイン電極１５は、例えばＡｕＧｅ層を厚さ約２
０ｎｍ、 Ａｕ１ｉを厚さ約３００ｎｍに蒸着法等によ
って堆積し、次いで例えば温度４５０℃、時間１分間程
度の加熱処理により、ＡｕＧｅ層とＧａＡｓ層との相互
拡散による合金化を行い、合金領域１６をＧａＡｓ層１
２に達する深さに形成している。
及びドレイン電極１５は、例えばＡｕＧｅ層を厚さ約２
０ｎｍ、 Ａｕ１ｉを厚さ約３００ｎｍに蒸着法等によ
って堆積し、次いで例えば温度４５０℃、時間１分間程
度の加熱処理により、ＡｕＧｅ層とＧａＡｓ層との相互
拡散による合金化を行い、合金領域１６をＧａＡｓ層１
２に達する深さに形成している。
本実施例ではＧａＡｓ層１４のキャリア濃度は約１×Ｉ
Ｑ１９ｃｍ−”に達し、これに接するソース及びドレイ
ン電極１５とのオーミックコンタクトの抵抗値としては
０．３ΩＩＩＩＩＩ＋程度以下の値が得られて、本発明
の効果が実証された。
Ｑ１９ｃｍ−”に達し、これに接するソース及びドレイ
ン電極１５とのオーミックコンタクトの抵抗値としては
０．３ΩＩＩＩＩＩ＋程度以下の値が得られて、本発明
の効果が実証された。
以上の説明はＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系へテロ接合電界
効果トランジスタを対象としているが、本発明はこれに
限られるものではなく構造及び半導体材料が異なる他の
化合物半導体装置についても、本発明により同様の効果
を得ることができる。
効果トランジスタを対象としているが、本発明はこれに
限られるものではなく構造及び半導体材料が異なる他の
化合物半導体装置についても、本発明により同様の効果
を得ることができる。
以上説明した如く本発明によれば、化合物半導体装置の
オーミック電極のコンタクト抵抗の低減が達成され、半
導体素子の微細化、相互コンダクタンスｇｍ、雑音等の
特性の向上が進められて、化合物半導体装置の実用化に
大きい効果が得られる。
オーミック電極のコンタクト抵抗の低減が達成され、半
導体素子の微細化、相互コンダクタンスｇｍ、雑音等の
特性の向上が進められて、化合物半導体装置の実用化に
大きい効果が得られる。
第１図は本発明による半導体基体−オーミックコンタク
ト電橋構造の例を示す模式側断面図、第２図はへテロ接
合電界効果トランジスタの構造の例を示す模式側断面図
、 第３図は、面濃度約３ ＸＩＱ”ａｍ−”、２０周期の
Ｓｉアトミックブレーンドーピングを行ったＧａＡｓ半
導体層について、ドープ面相互間の間隔ｄに対する電子
の面濃度Ｎ、及び単位体積当たりの濃度Ｎの相関の例を
示す図である。 図において、 １は半導体基体、 ２はオーミックコンタクト電極、 ３はアトミックプレーンドーピング層、１１は半絶縁性
ＧａＡｓ基板、 １２はノンドープのＧａＡｓ層、 １２ｅは２次元電子ガス、 １３は＾ｌＧａＡｓ層、 １４はＧａＡｓ層、 １５はソース及びドレイン電極、 １６ば合金領域、 １７はゲート電極を示す。 社叫１：（Ｉ−列１林倒餌改唄 拳ｌ唄 事２目 θ ２．０ ４０ 乙ｏ ３．θ ／
θρドーアｆＪ准１１町め川Ｊゐｄ （四ｍ）了トミー
、７アレ〉ドービシ７ドＪる電子！！攬瞥３Ｉ！ｉ２１
Ｉ
ト電橋構造の例を示す模式側断面図、第２図はへテロ接
合電界効果トランジスタの構造の例を示す模式側断面図
、 第３図は、面濃度約３ ＸＩＱ”ａｍ−”、２０周期の
Ｓｉアトミックブレーンドーピングを行ったＧａＡｓ半
導体層について、ドープ面相互間の間隔ｄに対する電子
の面濃度Ｎ、及び単位体積当たりの濃度Ｎの相関の例を
示す図である。 図において、 １は半導体基体、 ２はオーミックコンタクト電極、 ３はアトミックプレーンドーピング層、１１は半絶縁性
ＧａＡｓ基板、 １２はノンドープのＧａＡｓ層、 １２ｅは２次元電子ガス、 １３は＾ｌＧａＡｓ層、 １４はＧａＡｓ層、 １５はソース及びドレイン電極、 １６ば合金領域、 １７はゲート電極を示す。 社叫１：（Ｉ−列１林倒餌改唄 拳ｌ唄 事２目 θ ２．０ ４０ 乙ｏ ３．θ ／
θρドーアｆＪ准１１町め川Ｊゐｄ （四ｍ）了トミー
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Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）半導体基体（１）のオーミックコンタクト電極（２
）との界面近傍に、 複数層の不純物アトミックプレーンドーピング（３）が
施されてなることを特徴とする化合物半導体装置。 ２）前記半導体基体（１）の前記界面近傍のキャリア濃
度が８×１０＾１＾８ｃｍ＾−＾３以上であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の化合物半導体装置
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8315185A JPS61241972A (ja) | 1985-04-18 | 1985-04-18 | 化合物半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8315185A JPS61241972A (ja) | 1985-04-18 | 1985-04-18 | 化合物半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61241972A true JPS61241972A (ja) | 1986-10-28 |
Family
ID=13794226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8315185A Pending JPS61241972A (ja) | 1985-04-18 | 1985-04-18 | 化合物半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61241972A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63228673A (ja) * | 1987-03-18 | 1988-09-22 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体集積回路装置及びその製造方法 |
| JPS6482677A (en) * | 1987-09-25 | 1989-03-28 | Nec Corp | Field-effect transistor |
| JPH01166568A (ja) * | 1987-12-23 | 1989-06-30 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
-
1985
- 1985-04-18 JP JP8315185A patent/JPS61241972A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63228673A (ja) * | 1987-03-18 | 1988-09-22 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体集積回路装置及びその製造方法 |
| JPS6482677A (en) * | 1987-09-25 | 1989-03-28 | Nec Corp | Field-effect transistor |
| JPH01166568A (ja) * | 1987-12-23 | 1989-06-30 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
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