JPS6235577A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPS6235577A
JPS6235577A JP17476785A JP17476785A JPS6235577A JP S6235577 A JPS6235577 A JP S6235577A JP 17476785 A JP17476785 A JP 17476785A JP 17476785 A JP17476785 A JP 17476785A JP S6235577 A JPS6235577 A JP S6235577A
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JP
Japan
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layer
semiconductor
grown
semiconductor layer
doped
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JP17476785A
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Junji Saito
淳二 斉藤
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔橿既要〕 この発明は、2次元電子ガスをチャネルとする半導体装
置の製造方法において、 まずノンドープの半導体層をエピタキシャル成長し、か
つ電子供給層を含む他の半導体層の成長前にその表面を
サーマルエツチングすることにより、 良好で安定した特性の該半導体装置の生産性を向上する
ものである。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置の製造方法、特に空間分離型ドーピ
ングにより2次元電子ガスをチャネルとする半導体装置
の製造方法の改善に関する。
半導体装置の高速化等を目的として、砒化ガリウム(G
aAs)系などの化合物半導体の実用化カミ進められ、
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。
この2次元電子ガスが蓄積されるチャネル層は基板との
間のバッファ層を兼ねることが多く、活性領域の半導体
層に比較してその厚さを極めて大きくすることが従来必
要であり、エピタキシャル成長プロセスの大きい負担と
なっている。
〔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
4図に示す。
本従来例では半絶縁性GaAs基板11上に、ノンドー
プのn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(八lXGa、−,As)層
14、及び不純物濃度が例えば2×1018c!11−
3程度のn型GaAsN13が設けられている。このn
型GaAs層12はバッファ層並びに後述の如くチャネ
ル層として機能し、へlGaAs層14は電子供給層、
n型GaAs層15はキャップ層である。
AlGaAs層14は、例えばn型GaAs層12との
界面近傍の厚さ約5nmの領域をノンドープとし、その
他の領域に濃度2 ×1018cm−3程度のドナー不
純物を含んで、この層からn型GaAs層12へ遷移し
た電子によって、ペテロ接合界面近傍に2次元電子ガス
12eが形成される。n型GaAs層15上にソース及
びドレイン電極16が設けられ、この両電極間のn型G
aAs層15を選択的にエツチングしAlGaAs層1
4に接して設けられたゲート電極17で、前記2次元電
子ガス12eの面濃度を制御することによりトランジス
タ動作が行われる。
以上説明した如き従来のへテロ接合電界効果ト 。
ランジスタのエネルギー準位は第5図(a)の様であり
、2次元電子ガス12eはn型GaAs層12のへlG
aAs層14との界面近傍に形成される伝導帯のエネル
ギー準位の井戸に蓄積されている。このエネルギー準位
の曲がりは、これを構成する半導体単結晶の禁制帯幅と
フェルミ準位E、とによって定まる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
第5図(alに示したエネルギー準位は、バッファ層で
あるn型GaAs層12が例えば0.8−程度以上の十
分な厚さを有する場合である。i型GaAsJW12が
薄い場合には第5図(b)に示す如く、n型GaAs層
12のAlGaAs層14との界面近傍の伝導帯の最低
部がフェルミ準位E、よりも上となり2次元電子ガス1
2eが蓄積されなくなる。
これは半絶縁性GaAs基板11とi型GaAsバッフ
ァJi12との界面に界面準位が形成され、この界面準
位に伴ってノンドープのi型GaAs層12全体のエネ
ルギ一単位が上がっているためである。なおこの様な界
面準位の形成は、例えば炭素(C)酸素(0□)等の不
純物の付着、或いは結晶の乱れなどにより基板11の表
面近傍がp型になっているためであると考えられている
ヘテロ接合電界効果トランジスタなどの精密な半導体積
層構造は、従来分子線エピタキシャル成長方法(MBE
法)で全半導体層を連続して成長しているが、所要の成
長時間の大半がバッファ層に占められており、エピタキ
シャル成長のスルーブツトを向上する手段が要望されて
いる8 更にMBE法によって半導体層を厚く成長する間に、オ
ーバルデフエクト(oval defect)と呼ばれ
る特有の大きい表面欠陥が次第に増加する傾向があり、
この点からも改善が必要とされている。
〔問題点を解決するための手段〕
前記問題点は、半絶縁性化合物半導体基板上にノンルー
プの第1の半導体層を予めエピタキシャル成長し、該第
1の半導体層の表面をエツチングする真空加熱処理を施
した後大気中に曝すことなく、ドナー不純物がドープさ
れた電子供給層を含む所要の半導体層を、該第1の半導
体層上にエピタキシャル成長する本発明による半導体装
置の製造方法により解決される。
なお本発明の実施態様としては、前記電子供給層の電子
親和力を前記第1の半導体層より小さくしてこれを該第
1の半導体層に接して成長し、該第1の半導体層の該電
子供給層との界面近傍に2次元電子ガスを形成してこれ
をチャネルとする構造、或いは、前記第1の半導体層と
前記電子供給層との間に、該電子供給層より電子親和力
が大きくかつノンドープの半導体層を介在させ、この介
在する半導体層の該電子供給層との界面近傍に2次元電
子ガスを形成してこれをチャネルとする構造、などがあ
る。
〔作 用〕
本発明によれば、ノンドープのバッファ層のエピタキシ
ャル成長を他の半導体層の成長から分離する。この結果
バッファ層には例えば気相成長方法など、電子供給層、
別に設けたチャネル層等には従来と同様にMBE法を選
択することが可能となり、エピタキシャル成長のスルー
ブツトを容易に向上することができ、更にMBE法特有
のオーバルデフェクトも抑制される。
バッファ層の表面は一旦大気中に曝されるが、バッファ
層とその上に成長させる他の半導体層との間に生ずる界
面準位は、バッファ層表面のサーマルエツチングにより
抑制される。また基板−バッファ層間の界面準位の影響
を抑制するために必要なバッファ層の厚さは、気相成長
方法等の成長速度が大きいために容易に実現される。
この様に界面準位若しくはその影響が抑制され、チャネ
ル層の電子供給層との界面近傍に伝導帯の井戸がフェル
ミ準位より深く形成されて、高面濃度の2次元電子ガス
が蓄積される。
〔実施例〕
以下本発明を実施例により具体的に説明する。
第1図はへテロ接合電界効果トランジスタに本発明を適
用した第1の実施例を示す工程順模式側断面図である。
第1図(a)参照: 気相エピタキシャル成長方法によ
り、半絶縁性GaAs基板1上に不純物濃度1×IQ”
am−”程度以下のノンドープのGaAsバッファ層2
を、厚さ例えば2−程度に成長する。
気相エピタキシャル成長方法としては、例えばガリウム
(Ga)源に金属Ga、砒素(As)源に3塩化砒素(
ASC13)を用いる塩化物法、又はGa源にトリメチ
ルガリウム(Ga (CH:l) i)、As源にアル
シン(八5To)を用いる有機金属熱分解気相成長方法
(MOCVD法)などを適用する。
第1図(bl参照:  GaAsバッファ層2上に、A
1.。
3Gao、 Js電子供給層4及びn型GaAsキー?
7ブ層5をMBE法によりエピタキシャル成長する。
この成長を行うには、まず前記バッファ層2を成長した
基板1を従来技術により化学洗浄した後MBE装置の前
室に収容し、例えば一旦10− ” Torr程度に排
気し10− ’ 〜10− ’Torr程度のAs雰囲
気とし、温度750℃程度に約3分間加熱するサーマル
エツチングを行う。
真空状態を保ちつつこの基板1を成長室内に移動し、例
えば成長温度680℃、成長速度AlGaAs1゜4 
pm / h 、 G a A s 1 、 Otit
s / hで、AlGaAs電子供給層4はノンドープ
のスペーサ領域4aの厚さ約5nm、シリコン(Si)
ドーピング温度約I XIO”ci+−’のn型領域4
bの厚さ約9hmに、n型GaAsキャップN5は厚さ
約10nmに成長する。
第1図(C)参照: 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6、ゲート電極7が設けられ、
ペテロ接合電界効果トランジスタ素子が完成する。
第2図はへテロ接合電界効果トランジスタに本発明を適
用した第2の実施例を示す模式側断面図、第3図はその
エネルギー準位を示す図である。
本実施例の半絶縁性GaAs基板1、ノンドープのGa
Asバッファ層2及びそのサーマルエツチング工程、A
lGaAs電子供給層4及びn型GaAsキャップ層5
のMBE成長工程は前記第1の実施例と同様であるが、
GaAsバッファN2に接して厚さ約10nmのノンド
ープのGaAsチャネル層3を設け、これに連続してA
lGaAs電子供給層4及びn型GaAsキャップ層5
を成長している。
温度77Kにおいて、前記第1の実施例は2次元電子ガ
ス2eの面濃度約9X10”cm−”、電子移動度約2
.7X10’ cm”/V、sであり、前記第2の実施
例は2次元電子ガス3eの面濃度約9.8xlO”am
i、電子移動度約3.0X10’ cm”/V、sであ
った。後者は前記従来例の構造でバッファ層の厚さを1
μm程度としたときとほぼ等しい値を示し、前者はこれ
より2次元電子ガスの面濃度が約10%低いが、何れも
良好な値である。
ウェーハ1枚当たりのエピタキシャル成長時間は、厚さ
約2μ層のGaAsバッファ層のMOCVD法による成
長が約10分間、MB2法による第1の実施例のAlG
aAs電子供給層とn型GaAsキャップ層との成長が
約5分間、第2の実施例のi型GaAsチャネル層から
n型GaAsキャンプ層までの成長が約10分間であり
、従来構造の厚さ約0 、8 ttmのi型GaAsバ
ッファ層からn型GaAsキャンプ層までのMB2法に
よる成長に約40分間が必要であるのに比較して、所要
時間の大幅な削減、生産性の向上が実現された。
以上の説明は[1aA5/AlGaAs系へテロ接合電
界効果トランジスタを例としているが、本発明はこれに
限られるものではなく、他の半導体材料例えばInGa
As/AlGaAs、 InP系など、或いは2次元電
子ガスをチャネルとする他の半導体装置に適用して、同
様の効果を収めることができる。  ゛〔発明の効果〕 以上説明した如く本発明によれば、良好な特性の2次元
電子ガスをチャネルとするペテロ接合電界効果トランジ
スタ等を、高い生産性で製造することが可能となり、そ
の実用化の推進に大きい効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はへテロ接合電界効果トランジスタにか′ かる
本発明の第1の実施例の工程順模式第2図は本発明の第
2の実施例の模式側断面図、第3図は第2の実施例のエ
ネルギー準位を示す図、 第4図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、 第5図は前記従来例のエネルギー準位の例を示す図であ
る。 図において、 1は半絶縁性GaAs基板、 2はn型GaAsバッファ層、 3はノンドープのi型GaAsチャネル層、2e又は3
eは2次元電子ガス、 4はAlGaAs電子供給層、 4aはノンドープのスペーサ領域、 4bはn型領域、 5はn型GaAsキャップ層、 6はソース及びドレイン電極、 7はゲート電極を示す。 ((:L) (b) (C) 華2の実宍イ列○孝酩代1′8uごn丁口牟2 口 茅32

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)半絶縁性化合物半導体基板上にノンドープの第1の
    半導体層を予めエピタキシャル成長し、該第1の半導体
    層の表面をエッチングする真空加熱処理を施した後大気
    中に曝すことなく、ドナー不純物がドープされた電子供
    給層を含む所要の半導体層を、該第1の半導体層上にエ
    ピタキシャル成長することを特徴とする半導体装置の製
    造方法。 2)前記電子供給層の電子親和力を前記第1の半導体層
    より小さくし、該電子供給層を該第1の半導体層に接し
    て成長することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の半導体装置の製造方法。 3)前記第1の半導体層と前記電子供給層との間に、該
    電子供給層より電子親和力が大きくかつノンドープの半
    導体層を介して、前記所要の半導体層を成長することを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の半導体装置の製
    造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02141497A (ja) * 1988-11-21 1990-05-30 Nippon Mining Co Ltd 3−v族化合物半導体のエピタキシャル成長方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56133820A (en) * 1980-03-24 1981-10-20 Toshiba Corp Vapor epitaxial growth of arsenic gallium
JPS58147130A (ja) * 1982-02-26 1983-09-01 Fujitsu Ltd 半導体装置の製造方法

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