JPS61276318A - Manufacture of compound semiconductor device - Google Patents

Manufacture of compound semiconductor device

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JPS61276318A
JPS61276318A JP11800485A JP11800485A JPS61276318A JP S61276318 A JPS61276318 A JP S61276318A JP 11800485 A JP11800485 A JP 11800485A JP 11800485 A JP11800485 A JP 11800485A JP S61276318 A JPS61276318 A JP S61276318A
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JP
Japan
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layer
electrode
gaas
type
forming
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Pending
Application number
JP11800485A
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Japanese (ja)
Inventor
Shunichi Muto
俊一 武藤
Tsuguo Inada
稲田 嗣夫
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain a high heat-resistant electrode by interposing a thin layer doped with metal for suppressing surface level in high density between a compound semiconductor layer readily forming a surface level and an ohmic electrode made of high melting point metal or silicide when providing the electrode on the layer. CONSTITUTION:An N<+> type GaAs layer 2, an N-type GaAs layer 3, a P<+> type GaAs layer 4, an N-type AlGaAs layer 5 and an N<+> type GaAs layer 6 are sequentially laminated and grown by a molecular beam crystal growing method on a semi-insulating GaAs substrate 1. An Si is used for the N-type impurity element, a Be is used for the P-type impurity element, and the impurity densities of the layers 2, 3, 4, 5, 6 are respectively 1X10<19>, 3X10<16>, 5X10<18>, 5X10<17>, 1X10<19>/cm<3>. Then, an InGaAs layer 7 forming the feature of this method is adhered to the thickness of monomolecular layer on the layer 6 in density of 1X10<14>, and an emitter electrode 8 is formed of Mo, Au, WSi, etc. thereon. Thus, the electrode 8 having neither characteristic deterioration nor degradation of quality is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 表面準位が形成され易い半導体の表面に分子線結晶成長
法を用いて表面準位の形成を抑制する半導体層を単原子
層程度形成することにより格子不整合を生ずることのな
いオーミック電極の製造方法。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] Lattice defects are achieved by forming a monoatomic layer of a semiconductor layer that suppresses the formation of surface states using a molecular beam crystal growth method on the surface of a semiconductor where surface states are likely to be formed. A method of manufacturing an ohmic electrode without causing matching.

(産業上の利用分野〕 本発明は製造工程において被る高温処理においても影響
を受けないオーミック電極の製造方法に関する。
(Industrial Field of Application) The present invention relates to a method for manufacturing an ohmic electrode that is not affected by high temperature treatment during the manufacturing process.

半導体デバイスにおいてはオーミック電極の形成が必要
であるが、半導体と金属とでは仕事関数が異なるため、
そのままの接触では多くの場合に電位障壁を生じ、所謂
ショットキ・バリアが生じて整流性を示す。
In semiconductor devices, it is necessary to form ohmic electrodes, but since semiconductors and metals have different work functions,
In many cases, contact as it is causes a potential barrier, a so-called Schottky barrier, which exhibits rectifying properties.

また各種ある半導体材料のうち化合物半導体は表面準位
が形成され易く、そのためにオーミック電極の形成が難
しい。
Further, among various semiconductor materials, compound semiconductors are susceptible to surface levels, and therefore it is difficult to form ohmic electrodes.

特にガリウム砒素(GaAs)は表面準位が禁制帯の中
間位置に高濃度に存在するためオーミック電極の形成が
困難である。
In particular, it is difficult to form an ohmic electrode with gallium arsenide (GaAs) because its surface level exists at a high concentration in the middle of the forbidden band.

これを打開するために各種のオーミック接続法が提案さ
れているが、製造プロセスにおいて高温処理がある場合
には、この過程でオーミック接続が破壊されたり、素子
特性の劣化を生じることから耐熱性に優れたオーミック
接続は未だ実用化されていない。
Various ohmic connection methods have been proposed to overcome this problem, but if there is high temperature treatment in the manufacturing process, the ohmic connection may be destroyed or the element characteristics may deteriorate, resulting in poor heat resistance. Excellent ohmic connections have not yet been put into practical use.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

オーミック電極を形成するために各種の構成が行われて
いる。
Various configurations have been used to form ohmic electrodes.

以下オーミック接続が最も難しいGaAsを例にとって
説明すると次ぎのようになる。
The following is an explanation using GaAs, which is the most difficult ohmic connection, as an example.

■半導体材料と仕事関数の差の少ない金属を析出させ、
熱処理を行って合金化する。
■Precipitating a metal with a small difference in work function from the semiconductor material,
Alloyed by heat treatment.

例えばGaAs半導体材料の上に金・ゲルマニウム(A
u−Ge)合金を真空蒸着法などで膜形成し、更にこの
上にAuを真空蒸着し、これに約450℃、30秒の熱
処理を加えることによって合金化する。
For example, gold/germanium (A
(u-Ge) alloy is formed into a film by a vacuum evaporation method, Au is further vacuum evaporated thereon, and alloyed by heat treatment at about 450° C. for 30 seconds.

■半導体層の表面に不純物元素を導入して不純物含有量
の多い半導体層を作り、これによりショットキ・バリア
の厚さを薄くし、所謂るトンネル電流によりオーミック
接続を行う。
■Introducing impurity elements into the surface of the semiconductor layer to create a semiconductor layer with a high impurity content, thereby reducing the thickness of the Schottky barrier and creating an ohmic connection using a so-called tunneling current.

例えば分子線結晶成長法(略称MBH法)を用いてGa
As半導体材料の上に錫(Sn)を高濃度にドープした
n+のGaAs1iを作り、更にこの上に電極金属を形
成することによって所謂るノンアロイ・オーミック接続
を実現している。
For example, Ga
A so-called non-alloy ohmic connection is realized by forming n+ GaAs1i heavily doped with tin (Sn) on an As semiconductor material, and then forming an electrode metal on top of this.

■MBE法などで半導体層の表面組成を連続的に変化さ
せて電位障壁の無い接続を形成している。
2) Connections without potential barriers are formed by continuously changing the surface composition of the semiconductor layer using the MBE method.

たとえばMB2法を用いてGaAsの表面にInXGa
、−xAs (但しXはO→1へと変化)とインジウム
(In)濃度が連続的に変化した層を作り、この最上層
のInAsJiに電極金属を接触させることによってオ
ーミック接続を実現している。
For example, using the MB2 method, InXGa is deposited on the surface of GaAs.
, -xAs (where X changes from O to 1) and indium (In) are created in a layer in which the concentration changes continuously, and an ohmic connection is achieved by bringing the electrode metal into contact with this top layer of InAsJi. .

然し、これらの方法はオーミック電極形成後の素子製造
工程で高温熱処理があると電極部が劣化するか、或いは
変質すると云う欠点をもつ。
However, these methods have the disadvantage that if high-temperature heat treatment is performed in the element manufacturing process after forming the ohmic electrodes, the electrode portions will deteriorate or change in quality.

すなわち合金化が進み過ぎて内部に形成されている接合
(例えばpn接合)まで届き、素子不良を招いたり、高
濃度にドープしである不純物元素が拡散して特性を劣化
させたり、格子不整合が原因してミスフィツト転移が生
じて特性を劣化させたりする。
In other words, alloying may progress too far and reach internal junctions (for example, p-n junctions), causing device failure, or highly doped impurity elements may diffuse and deteriorate characteristics, or lattice mismatch may occur. Misfit transition occurs due to this, and the characteristics deteriorate.

具体的にはGaAs化合物半導体を用いてペテロ接合バ
イポーラ・トランジスタ(略称HBT)を形成する製造
工程において、オーミック接続しているエミッタ電極を
用いてセルファライン(自己整合形)イオン注入するこ
とによってベース領域の形成が行われているが、この際
に900℃の焼鈍処理を必要としている。
Specifically, in the manufacturing process of forming a petrojunction bipolar transistor (abbreviated as HBT) using a GaAs compound semiconductor, the base region is However, this requires annealing at 900°C.

然し、従来はこの高温処理に耐える高耐熱オーミック電
極が無いことから実用化がなされていないと云う問題が
ある。
However, there is a problem in that conventionally, there is no high heat-resistant ohmic electrode that can withstand this high temperature treatment, so it has not been put into practical use.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

以上説明したようにオーミック電極形成の後に行われる
高温処理において、特性の劣化や変質を生じない高耐熱
オーミック電極が存在しないことが問題である。
As explained above, the problem is that there is no highly heat-resistant ohmic electrode that does not cause deterioration or alteration of characteristics in the high-temperature treatment performed after forming the ohmic electrode.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記の問題は表面準位が形成され易く、オーミック電極
の形成が難しい半導体層の表面に表面準位抑制用の金属
を高濃度にドープした原子層を形成した後、電極用金属
を層形成することを特徴とする高耐熱オーミック電極の
製造方法により解決することができる。
The above problem is that surface states are easily formed, making it difficult to form ohmic electrodes.After forming an atomic layer doped with a metal for suppressing surface states at a high concentration on the surface of the semiconductor layer, a layer of electrode metal is formed. This problem can be solved by a method for manufacturing a highly heat-resistant ohmic electrode characterized by the following.

〔作用〕[Effect]

本発明は半導体被処理基板上に表面準位が形成され難い
半導体材料を単分子程度に薄く形成することによって被
処理基板の表面準位形成を抑制すると共に格子不整合の
影響をも無くするものである。
The present invention suppresses the formation of surface states on a semiconductor substrate and eliminates the effects of lattice mismatch by forming a semiconductor material on the substrate to be processed as thin as a single molecule. It is.

例えばGaAsからなる被処理基板上にMB2法によっ
て約単分子程度の厚さにInGaAsを成長させるとG
aAsの表面準位密度は抑制され、また両者の間に約7
%の格子不整合があるが、InGaAs層が余りに薄い
ためにGaAs層にミスフィツト転移を生ずることもな
い。
For example, if InGaAs is grown to a thickness of about a single molecule by the MB2 method on a substrate made of GaAs, G
The surface state density of aAs is suppressed, and there is a gap of about 7
% lattice mismatch, but the InGaAs layer is too thin to cause misfit transitions in the GaAs layer.

具体的にはGaAsの場合、表面準位密度は約1013
cm−2であるが、この抑制法としては、GaAsの(
100)面における3価のGaイオンサイトの面密度は
6.5 X 10 ”cm″″2であることから、MB
2法でAs雰囲気中にInイオンをI X 1014c
m−2程度析出させて単分子程度のInGaAsを作れ
ば、表面準位は0.3eV以下となり、オーミック接続
が可能となる・またInGaAsは熱的に安定であって
、900℃程度の熱処理にも充分に耐えることができる
Specifically, in the case of GaAs, the surface state density is approximately 1013
cm-2, but as a method of suppressing this, GaAs (
Since the areal density of trivalent Ga ion sites on the 100) plane is 6.5 x 10 ``cm''''2, MB
IX 1014c In ion in As atmosphere by method 2
If InGaAs of a single molecule size is made by precipitating about m-2, the surface level becomes 0.3 eV or less, and ohmic connection becomes possible. In addition, InGaAs is thermally stable and can withstand heat treatment at about 900℃. can withstand it well.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はGaAs HBT(ヘテロ接合バイポーラ・ト
ランジスタ)を形成する場合の半導体層の積層状態を示
す断面図、また第2図はHBTの断面構造図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the stacked state of semiconductor layers when forming a GaAs HBT (heterojunction bipolar transistor), and FIG. 2 is a cross-sectional structural view of the HBT.

本発明を実施したGaAs HBTの製造工程を説明す
ると次ぎのようになる。
The manufacturing process of GaAs HBT according to the present invention will be explained as follows.

半絶縁性GaAs基板1をMBE装置にセットしMBE
法により順次n ” GaAs層2 、  nGaAs
層3.p”GaAs層4 +  n AlGaAs層5
.n”GaAs層6と形成し、この上に本発明に係るI
nGaAs層7を単分子層程度に形成する。
Set the semi-insulating GaAs substrate 1 on the MBE device and perform MBE.
By the method, the n'' GaAs layer 2, nGaAs
Layer 3. p”GaAs layer 4 + n AlGaAs layer 5
.. n'' GaAs layer 6 is formed, and an I layer according to the present invention is formed thereon.
The nGaAs layer 7 is formed to approximately a monomolecular layer.

ここでn型半導体は不純物元素としてシリコン(Si)
を添加して形成されており、またp型はベリリウム(B
e)を用いて形成されている。
Here, the n-type semiconductor contains silicon (Si) as an impurity element.
The p-type is formed by adding beryllium (B).
e).

具体的にはn ” GaAs層2は不純物濃度がlX1
0+9CI11−3で厚さはl pm 、  nGaA
s層3は不純物濃度が3X10’εcm−3で厚さは3
000人+p”GaAs層4は不純物濃度が5 XIO
”cm−3で厚さは1000人l  nAlGaAs層
5は不純物濃度が5 X 10 ”cm−3で厚さは2
500人、n”GaAs層6の不純物濃度はI X 1
0 ”cm−3で厚さは2500人の条件で形成する。
Specifically, the impurity concentration of the n'' GaAs layer 2 is lX1.
0+9CI11-3, thickness l pm, nGaA
The s-layer 3 has an impurity concentration of 3X10'εcm-3 and a thickness of 3
000+p” GaAs layer 4 has an impurity concentration of 5 XIO
The impurity concentration of the nAlGaAs layer 5 is 5 x 10 cm-3 and the thickness is 2.
500 people, the impurity concentration of the n'' GaAs layer 6 is I x 1
0"cm-3 and thickness is formed under the condition of 2500 people.

またInGaAsJii 7におけるIn濃度はI X
l014cm−2である。
In addition, the In concentration in InGaAsJii 7 is I
It is 1014 cm-2.

次ぎにこのようにして形成したInGaAs層7の上に
モリブデン金(Mo・Au)或いはタングステン・シリ
サイド(WSi)などの高融点金属または高融点金属シ
リサイドを用いて第2図に示すようにエミッタ電極8を
形成する。
Next, an emitter electrode is formed on the InGaAs layer 7 thus formed using a high melting point metal or high melting point metal silicide such as molybdenum gold (Mo.Au) or tungsten silicide (WSi) as shown in FIG. form 8.

次ぎにInGaAs層7とn”GaAs層6の一部をエ
ツチングにより除去した後、エミッタ電極8をマスクと
してマグネシウム(Mg)イオンをp ” GaAs層
24に達するまでイオン注入を行い、その後950℃。
Next, after partially removing the InGaAs layer 7 and the n'' GaAs layer 6 by etching, magnesium (Mg) ions were implanted using the emitter electrode 8 as a mask until reaching the p'' GaAs layer 24, and then at 950°C.

5秒のランプアニールを行って注入したMgイオンを活
性化してp+領域9を形成する。
Lamp annealing is performed for 5 seconds to activate the implanted Mg ions and form p+ region 9.

なおコレクタ形成電極位置までの半導体層はn” Ga
As層2に到るまで除いである。
Note that the semiconductor layer up to the collector forming electrode position is n” Ga.
The As layer 2 is excluded.

この状態でp+領域9の上に金亜鉛(Au−Zn)合金
などを蒸着してベース電極10を形成する。
In this state, gold-zinc (Au-Zn) alloy or the like is deposited on p+ region 9 to form base electrode 10.

また、n”GaAs層2の上には金・ゲルマニウム(A
u−Ge)とAuを蒸着してコレクタ電極11を形成し
た後、450℃、30秒程度の熱処理を行って合金化す
る。。
Further, on the n'' GaAs layer 2, gold/germanium (A
After forming the collector electrode 11 by vapor depositing u-Ge) and Au, a heat treatment is performed at 450° C. for about 30 seconds to form an alloy. .

このようにしてHBTは形成されるが、以上記したよう
な熱処理においてもエミッタ電極8のオーミック接続は
影響を受けず、この実施例の場合コンタクト抵抗は2X
10−’Ωcm−2であり、HBTの高速性を充分に発
揮することができる。
Although the HBT is formed in this way, the ohmic connection of the emitter electrode 8 is not affected by the heat treatment described above, and in this example, the contact resistance is 2X.
10-' Ωcm-2, and the high-speed performance of HBT can be fully demonstrated.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上記したように本発明の実施により、高耐熱性を備え
たオーミック電極の形成が可能となり、半導体デバイス
の進歩に貢献することができる。
As described above, by carrying out the present invention, it becomes possible to form an ohmic electrode with high heat resistance, thereby contributing to the advancement of semiconductor devices.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はGaAs flBT用半導用層導体層構造図、
第2図はHBTの断面構造図、 である。 図において、 1は半絶縁性GaAs基板、 2はn”GaAs層、3
はn GaAs層、      4はp ” GaAs
層、5はn AlGaAs層、    6はn ” G
aAs層、7はInGaAs層、      8はエミ
ッタ電極、9はp+領領域     10はベース電極
、11はコレクタ電極、 である。
Figure 1 is a semiconductor layer conductor layer structure diagram for GaAs flBT,
Figure 2 is a cross-sectional structural diagram of the HBT. In the figure, 1 is a semi-insulating GaAs substrate, 2 is an n'' GaAs layer, and 3 is a semi-insulating GaAs substrate.
is n GaAs layer, 4 is p” GaAs layer
layer, 5 is n AlGaAs layer, 6 is n''G
7 is an InGaAs layer; 8 is an emitter electrode; 9 is a p+ region; 10 is a base electrode; and 11 is a collector electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 化合物半導体層上に表面準位抑制用の金属を高濃度にド
ープした薄層を形成し、該薄層上に高融点金属またはそ
のシリサイドからなる電極を形成した後、熱処理をする
ことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
A thin layer doped with a metal for suppressing surface states at a high concentration is formed on the compound semiconductor layer, an electrode made of a high melting point metal or its silicide is formed on the thin layer, and then heat treatment is performed. A method for manufacturing a compound semiconductor device.
JP11800485A 1985-05-31 1985-05-31 Manufacture of compound semiconductor device Pending JPS61276318A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6490553A (en) * 1987-09-30 1989-04-07 Fujitsu Ltd Manufacture of semiconductor device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6490553A (en) * 1987-09-30 1989-04-07 Fujitsu Ltd Manufacture of semiconductor device

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