JPS61271874A - 半導体装置 - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- 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
- H01L29/02—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
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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】
〔概要〕
この発明は、GaAs/AlAs超格子構造を備える半
導体装置において、 そのGaAs層への不純物導入をアトミックプレーンド
ーピング法によることにより、 キャリア濃度の増大、超格子構造の厚さの減少を実現し
、該半導体装置の特性向上を達成するようにしたもので
ある。
導体装置において、 そのGaAs層への不純物導入をアトミックプレーンド
ーピング法によることにより、 キャリア濃度の増大、超格子構造の厚さの減少を実現し
、該半導体装置の特性向上を達成するようにしたもので
ある。
本発明は半導体装置、特に砒化ガリウム(GaAs)と
砒化アルミニウム(AIAs)とからなる超格子構造を
備える半導体装置の改善に関する。
砒化アルミニウム(AIAs)とからなる超格子構造を
備える半導体装置の改善に関する。
半導体装置の高速化等を目的として、GaAs、砒化ア
ルミニウムガリウム(AlGaAs)などの化合物半導
体の実用化が進められ、更に不純物ドーピング領域とキ
ャリア移動領域とを空間的に分離し、2次元状態の電子
をキャリアとするヘテロ接合電界効果トランジスタ等の
高移動度の半導体装置が開発されている。
ルミニウムガリウム(AlGaAs)などの化合物半導
体の実用化が進められ、更に不純物ドーピング領域とキ
ャリア移動領域とを空間的に分離し、2次元状態の電子
をキャリアとするヘテロ接合電界効果トランジスタ等の
高移動度の半導体装置が開発されている。
また、例えばレーザ、ホトダイオードなどの光半導体装
置においては、目的とする光に対応するエネルギーバン
ドギャプ等の組合せを実現するためにGaAs5 Al
GaAsなどの化合物半導体が多く用いられている。
置においては、目的とする光に対応するエネルギーバン
ドギャプ等の組合せを実現するためにGaAs5 Al
GaAsなどの化合物半導体が多く用いられている。
しかしながら、このGaAs、 AlGaAsなどの化
合物半導体は従来高いキャリア濃度が得られず、その増
大が強く要望されている。
合物半導体は従来高いキャリア濃度が得られず、その増
大が強く要望されている。
(従来の技術〕
前記へテロ接合電界効果トランジスタの構造の一例を第
3図+8)に示す。
3図+8)に示す。
本従来例では半絶縁性GaAs基板11上に、ノンドー
プのl型GaAsJi12、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(AlGaAsXMS)層
13、及び不純物濃度が例えば2X10”am−”程度
のn型GaAs層14が設けられている。
プのl型GaAsJi12、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(AlGaAsXMS)層
13、及び不純物濃度が例えば2X10”am−”程度
のn型GaAs層14が設けられている。
AlGaAs層13は、例えばi型GaAs層12との
界面近傍の厚さ約6nmの領域をノンドープとし、その
他の領域に濃度2×101Icffl″3程度のドナー
不純物を含んで、この層から1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。なおこのためにAlGaAs層
13は電子供給層と呼ばれる。
界面近傍の厚さ約6nmの領域をノンドープとし、その
他の領域に濃度2×101Icffl″3程度のドナー
不純物を含んで、この層から1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。なおこのためにAlGaAs層
13は電子供給層と呼ばれる。
前記n型GaAs層14上にソース及びドレイン電極1
5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AlGaAs層13に接して設けら
れたゲート電極16により、前記2次元電子ガス12e
の面濃度を制御する。
5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AlGaAs層13に接して設けら
れたゲート電極16により、前記2次元電子ガス12e
の面濃度を制御する。
以上説明した如き従来のへテロ接合電界効果トランジス
タにおいては、2次元電子ガス12eの面濃度がn型A
lGaAs電子供給層13の電子濃度の限界によって制
限され、相互コンダクタンスg、及び電力の増大、雑音
指数の低減などが困難であり、また電子濃度の温度によ
る変化が閾値電圧に現れている。
タにおいては、2次元電子ガス12eの面濃度がn型A
lGaAs電子供給層13の電子濃度の限界によって制
限され、相互コンダクタンスg、及び電力の増大、雑音
指数の低減などが困難であり、また電子濃度の温度によ
る変化が閾値電圧に現れている。
なお、AlGaAsに不純物をドープして形成される深
いドナー準位は特にDXセンターと呼ばれ、赤外光の照
射後も導電性を失わないなどの特異な性質を示す。
いドナー準位は特にDXセンターと呼ばれ、赤外光の照
射後も導電性を失わないなどの特異な性質を示す。
この様な問題に対処するために、電子供給層を前記Al
GaAsから、シリコン(St)をドープしたGaAs
とノンドープのAlAsとからなる超格子構造に置き換
えた、第3図(b)に示す如き構造が報告されている。
GaAsから、シリコン(St)をドープしたGaAs
とノンドープのAlAsとからなる超格子構造に置き換
えた、第3図(b)に示す如き構造が報告されている。
〔例えば、小用他、[超格子構造と選択的な不純物ドー
ピングによって化合物半導体の電子密度を上げる」 日
経エレクトロニクス、1985年1月14日号、213
〜240頁〕 本従来例の電子供給層23のノンドープGaAs層12
側の領域23aは、厚さ2.5面のSiドープGaAs
と厚さ1.5nmのノンドープAlAsを交互に積層し
ており、AlAsから約0 、5 nm以内の範囲を除
いてGaAsにStがドープされ、その平均濃度は2X
10”aa−’である。
ピングによって化合物半導体の電子密度を上げる」 日
経エレクトロニクス、1985年1月14日号、213
〜240頁〕 本従来例の電子供給層23のノンドープGaAs層12
側の領域23aは、厚さ2.5面のSiドープGaAs
と厚さ1.5nmのノンドープAlAsを交互に積層し
ており、AlAsから約0 、5 nm以内の範囲を除
いてGaAsにStがドープされ、その平均濃度は2X
10”aa−’である。
その上の領域23bでは、AlAsの厚さが1.5nm
から次第に減少してn型GaAs層14との界面でOn
mとなり、真領域合計の厚さは40nmである。
から次第に減少してn型GaAs層14との界面でOn
mとなり、真領域合計の厚さは40nmである。
本従来例では、例えば温度77Kにおいて、2次元電子
ガスの電子移動度約9 X 10’cm”/V、s、電
子面温度約8 X 10” cm−”で、前記従来例の
構造の場合の電子面濃度例えば約5 XIO”cm−”
より改善され、温度及び光照射による閾値電圧の変化も
少ないことが報告されている。また更にStのドーピン
グ濃度を8 XIO”(J−’程度まで高め、超格子の
厚さを2pnmに減少可能であると説明されている。
ガスの電子移動度約9 X 10’cm”/V、s、電
子面温度約8 X 10” cm−”で、前記従来例の
構造の場合の電子面濃度例えば約5 XIO”cm−”
より改善され、温度及び光照射による閾値電圧の変化も
少ないことが報告されている。また更にStのドーピン
グ濃度を8 XIO”(J−’程度まで高め、超格子の
厚さを2pnmに減少可能であると説明されている。
前記の超格子構造等の成長方法として、分子線エピタキ
シャル成長方法(MBE法)が多く適用されるが、MB
E法によってGaAs層にSiをドーピングする場合に
は、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900〜
1100℃、Siを1100〜1300℃程度として、
As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 、5 am / h程度でG
aAs中にSiを一様にドーピングしている。
シャル成長方法(MBE法)が多く適用されるが、MB
E法によってGaAs層にSiをドーピングする場合に
は、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900〜
1100℃、Siを1100〜1300℃程度として、
As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 、5 am / h程度でG
aAs中にSiを一様にドーピングしている。
前記例の如き超格子構造において、この従来のドーピン
グ法で有効なS i ?!1度は、GaAs層のみにつ
いての平均値で、6XIQ”am−3程度、これによっ
て得られる超格子構造の電子濃度は2 XIO”am−
’程度、ヘテロ接合電界効果トランジスタの2次元電子
ガスの電子面濃度は13 ×l Q l l cll−
寡程度が最大限界である。
グ法で有効なS i ?!1度は、GaAs層のみにつ
いての平均値で、6XIQ”am−3程度、これによっ
て得られる超格子構造の電子濃度は2 XIO”am−
’程度、ヘテロ接合電界効果トランジスタの2次元電子
ガスの電子面濃度は13 ×l Q l l cll−
寡程度が最大限界である。
例えばヘテロ接合電界効果トランジスタについて、これ
を改善する努力が前記例の如く重ねられているが、厚さ
2.5面のGaAs1iのうちSiがドープされる範囲
は1.5amに限られ、得られる電子濃度は未だ十分で
はない。
を改善する努力が前記例の如く重ねられているが、厚さ
2.5面のGaAs1iのうちSiがドープされる範囲
は1.5amに限られ、得られる電子濃度は未だ十分で
はない。
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
するために、更に高いキャリア濃度をを達成することが
要望されている。
するために、更に高いキャリア濃度をを達成することが
要望されている。
前記問題点は、第1図に例示する如く、砒化ガリウム層
3Gと砒化アルミニウム層3Aとが交互に積層された超
格子構造を備えて、該砒化アルミニウム層3Aはノンド
ープであり、該砒化ガリウム層3Gに不純物3Dがアト
ミックプレーンドーピングされてなる、 本発明による半導体装置により解決される。
3Gと砒化アルミニウム層3Aとが交互に積層された超
格子構造を備えて、該砒化アルミニウム層3Aはノンド
ープであり、該砒化ガリウム層3Gに不純物3Dがアト
ミックプレーンドーピングされてなる、 本発明による半導体装置により解決される。
本発明では第1図に例示する如(、GaAs/AlAs
超格子構造のGaAs層3Gに、Si等の不純物3Dを
アトミックプレーンドーピング方法によりドーピングす
る。すなわちGaAs層3GのMBB成長中にGaビー
ムを停止してその成長を中断し、Si等の不純物のビー
ムを入射させてその原子を1原子層レベルで被着し、次
いで不純物のビームを停止して再度GaAs層3Gを成
長する。前記従来例と同様にAlAs層3Aはノンドー
プで成長し、超格子構造を形成する。
超格子構造のGaAs層3Gに、Si等の不純物3Dを
アトミックプレーンドーピング方法によりドーピングす
る。すなわちGaAs層3GのMBB成長中にGaビー
ムを停止してその成長を中断し、Si等の不純物のビー
ムを入射させてその原子を1原子層レベルで被着し、次
いで不純物のビームを停止して再度GaAs層3Gを成
長する。前記従来例と同様にAlAs層3Aはノンドー
プで成長し、超格子構造を形成する。
GaAs半導体層に例えばSiのアトミックプレーンド
ーピングを一面だけ行った場合に、SiO面濃度3X1
0”3−”程度まではSiは完全に活性化され、St面
濃度とともに電子面濃度が直線的に増加する。
ーピングを一面だけ行った場合に、SiO面濃度3X1
0”3−”程度まではSiは完全に活性化され、St面
濃度とともに電子面濃度が直線的に増加する。
Stアトミックプレーンドーピングを周期的に行い、ド
ープ面相互間の間隔を変化させた場合には、間隔が4G
m程度以下になればSiの活性化率が次第に減少し、一
定のSt面濃度に対して電子面濃度は低下するが、単位
体積当たりの電子濃度は間隔の減少に伴って増加して従
来のキャリア濃度の最大限界を超え、例えば2+un程
度以下ではI XIO”am−3以上に達する。この様
に面濃度とドープ面相互間の間隔を選択して、不純物を
アトミックプレーンドーピングすることにより従来の限
界を超えるキャリア濃度が実現される。
ープ面相互間の間隔を変化させた場合には、間隔が4G
m程度以下になればSiの活性化率が次第に減少し、一
定のSt面濃度に対して電子面濃度は低下するが、単位
体積当たりの電子濃度は間隔の減少に伴って増加して従
来のキャリア濃度の最大限界を超え、例えば2+un程
度以下ではI XIO”am−3以上に達する。この様
に面濃度とドープ面相互間の間隔を選択して、不純物を
アトミックプレーンドーピングすることにより従来の限
界を超えるキャリア濃度が実現される。
更に不純物ドーピング領域の厚さが無視し得て、GaA
s層を従来の3次元的ドーピングの場合より薄くするこ
とが可能であり、例えばヘテロ接合電界効果トランジス
タにおいて高キャリア濃度で薄い電子供給層が実現され
、相互コンダクタンスg、の増大が達成されるなどの効
果が得られる。
s層を従来の3次元的ドーピングの場合より薄くするこ
とが可能であり、例えばヘテロ接合電界効果トランジス
タにおいて高キャリア濃度で薄い電子供給層が実現され
、相互コンダクタンスg、の増大が達成されるなどの効
果が得られる。
〔実施例〕
以下本発明を実施例により具体的に説明する。
第2図(a)は本発明によるヘテロ接合電界効果トラン
ジスタの例を示す模式側断面図、同図(b)はその超格
子構造及びその近傍のエネルギー準位及び2次元電子ガ
スの分布の例を示す図である。
ジスタの例を示す模式側断面図、同図(b)はその超格
子構造及びその近傍のエネルギー準位及び2次元電子ガ
スの分布の例を示す図である。
半絶縁性GaAs基板1上に、厚さ例えば0.5n程度
のノンドープのGaAs層2、下記の超格子構造3、及
び例えばStを濃度I XIO”ell−’程度にドー
プし厚さ50nm程度のn型GaAs層4を、MBE法
により例えば成長温度520℃において順次エピタキシ
ャル成長する。
のノンドープのGaAs層2、下記の超格子構造3、及
び例えばStを濃度I XIO”ell−’程度にドー
プし厚さ50nm程度のn型GaAs層4を、MBE法
により例えば成長温度520℃において順次エピタキシ
ャル成長する。
超格子構造3は次の様に構成されている。すなわちノン
ドープのGaAs層2上に、厚さ例えば1.5唾のノン
ドープのAlAs層3Aと、厚さ例えば2.0GmのG
aAs層3Gとを交互に積層して、その合計厚さはディ
ブリーシランモードでも33nm程度以下、例えば約2
7nmに形成され、各GaAs層3Gの中央付近にsi
の面密度約2X10”am−”のアトミックブレーンド
ーピング3Dが行なわれている。この実施例のエネルギ
ー準位及び2次元電子ガス2eの分布は第2図(b)の
如き状態となる。
ドープのGaAs層2上に、厚さ例えば1.5唾のノン
ドープのAlAs層3Aと、厚さ例えば2.0GmのG
aAs層3Gとを交互に積層して、その合計厚さはディ
ブリーシランモードでも33nm程度以下、例えば約2
7nmに形成され、各GaAs層3Gの中央付近にsi
の面密度約2X10”am−”のアトミックブレーンド
ーピング3Dが行なわれている。この実施例のエネルギ
ー準位及び2次元電子ガス2eの分布は第2図(b)の
如き状態となる。
前記半導体基体に従来技術により、ソース及びドレイン
電極5、ゲート電橋6が設けられる。
電極5、ゲート電橋6が設けられる。
本実施例では温度77Kにおいて、2次元電子ガス2e
の電子面温度約1.5X10”cs+−”、電子移動度
約4 XIO’ Cal”/V、3 %相互コンダクタ
ンスgs 200■S/mm程度以上が得られ、前記従
来例に比較してその効果が実証された。
の電子面温度約1.5X10”cs+−”、電子移動度
約4 XIO’ Cal”/V、3 %相互コンダクタ
ンスgs 200■S/mm程度以上が得られ、前記従
来例に比較してその効果が実証された。
以上の説明はへテロ接合電界効果トランジスタを例とし
ているが、本発明を他の半導体装置、例えば縦型電界効
果トランジスタ、半導体発光装置等に適用して、同様の
効果を収めることができる。
ているが、本発明を他の半導体装置、例えば縦型電界効
果トランジスタ、半導体発光装置等に適用して、同様の
効果を収めることができる。
以上説明した如く本発明によれば、GaAs/AlAs
超格子構造のキャリア濃度を従来以上に高め、かつその
厚さを薄くすることが可能となり、例えば相互コンダク
タンスの増大など、化合物半導体装置の主力であるGa
As系半導体装置の進歩に大きい効果が得られる。
超格子構造のキャリア濃度を従来以上に高め、かつその
厚さを薄くすることが可能となり、例えば相互コンダク
タンスの増大など、化合物半導体装置の主力であるGa
As系半導体装置の進歩に大きい効果が得られる。
第1図は本発明の超格子構造の説明図、第2図(a)は
へテロ接合電界効果トランジスタにかかる本発明の実施
例を示す模式側断面図、 第21図(b)は本実施例のエネルギー準位及び2次元
電子ガスの分布の例を示す図、 第3図(a)及び偽)はへテロ接合電界効果トランジス
タの従来例を示す模式側断面図である。 図において、 1は半絶縁性GaAs基板、 2はノンドープのGaAs層、 2eは2次元電子ガス、 3は超格子構造、 3Aは超格子構造のAlAs層、 3Gは超格子構造のGaAs層、 3Dはアトミックプレーンドーピングされた5i14は
n型GaAs層、 5はソース及びドレイン電極、 6はゲート電極を示す。 早 3 N (レノ
へテロ接合電界効果トランジスタにかかる本発明の実施
例を示す模式側断面図、 第21図(b)は本実施例のエネルギー準位及び2次元
電子ガスの分布の例を示す図、 第3図(a)及び偽)はへテロ接合電界効果トランジス
タの従来例を示す模式側断面図である。 図において、 1は半絶縁性GaAs基板、 2はノンドープのGaAs層、 2eは2次元電子ガス、 3は超格子構造、 3Aは超格子構造のAlAs層、 3Gは超格子構造のGaAs層、 3Dはアトミックプレーンドーピングされた5i14は
n型GaAs層、 5はソース及びドレイン電極、 6はゲート電極を示す。 早 3 N (レノ
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 砒化ガリウム層(3G)と砒化アルミニウム層(3A)
とが交互に積層された超格子構造を備えて、該砒化アル
ミニウム層(3A)はノンドープであり、該砒化ガリウ
ム層(3G)に不純物(3D)がアトミックプレーンド
ーピングされてなる、 ことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11337185A JPS61271874A (ja) | 1985-05-27 | 1985-05-27 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11337185A JPS61271874A (ja) | 1985-05-27 | 1985-05-27 | 半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61271874A true JPS61271874A (ja) | 1986-12-02 |
Family
ID=14610588
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11337185A Pending JPS61271874A (ja) | 1985-05-27 | 1985-05-27 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61271874A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0199435A2 (en) * | 1985-02-28 | 1986-10-29 | Fujitsu Limited | Field effect semiconductor device |
-
1985
- 1985-05-27 JP JP11337185A patent/JPS61271874A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0199435A2 (en) * | 1985-02-28 | 1986-10-29 | Fujitsu Limited | Field effect semiconductor device |
US4833508A (en) * | 1985-02-28 | 1989-05-23 | Fujitsu Limited | High electron mobility device with intrinsic AlAs/GaAs superlattice separator region |
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