JPS63187667A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPS63187667A
JPS63187667A JP1838787A JP1838787A JPS63187667A JP S63187667 A JPS63187667 A JP S63187667A JP 1838787 A JP1838787 A JP 1838787A JP 1838787 A JP1838787 A JP 1838787A JP S63187667 A JPS63187667 A JP S63187667A
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JP
Japan
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layer
gaas
semiconductor
semiconductor device
region
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Application number
JP1838787A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiyuki Usagawa
利幸 宇佐川
Takeyuki Hiruma
健之 比留間
Masahiko Kawada
河田 雅彦
Shigeo Goshima
五島 滋雄
Katsuhiko Mitani
三谷 克彦
Masao Yamane
正雄 山根
Susumu Takahashi
進 高橋
Tomonori Tagami
知紀 田上
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To lower parasitic resistance by broadening a steep hetero-junction with the exception of a section in which two-dimensional carriers are stored, for example, a GaAs/AlGaAs hetero-junction is disordered. CONSTITUTION:Undoped GaAs 11, N-type GaAs 12 and N<+> GaAs 13 are formed onto semi-insulating GaAs 10, and Zn ions 15 are implanted into source-drain regions. A photo-resist 30 is removed, and SiN is shaped onto the whole surface, and annealed. Consequently, an Al composition can be disordered without largely reducing the carrier concentration of N-type AlGaAs and GaAs in the source- drain regions. Accordingly, contact resistance between a source electrode 20 and a contact layer 16 and parasitic resistance between a gate 22 and the source electrode 20 can be lowered, thus increasing the mutual conductance of an element.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ヘテロ接合界面に形成される、二次元状担体
へのオーミックコンタクト形成に係り、特に、ソース、
ベート間抵抗、或いは、寄生ベース抵抗を低減して高速
動作が可能な半導体装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to the formation of an ohmic contact to a two-dimensional carrier formed at a heterojunction interface, and particularly relates to the formation of an ohmic contact to a two-dimensional carrier formed at a heterojunction interface.
The present invention relates to a semiconductor device that can operate at high speed by reducing inter-gate resistance or parasitic base resistance.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

n型AlGaAs(アルミニウム砒化ガリウム)とアン
ドープGaAs(砒化ガリウム)とのヘテロ接合界面に
形成される二次元状電子ガス(Tw。
A two-dimensional electron gas (Tw) is formed at the heterojunction interface between n-type AlGaAs (aluminum gallium arsenide) and undoped GaAs (gallium arsenide).

Dimensional Electron Gas 
: 2 D E Gと略す)を電界効果型トランジスタ
(Fisld Effet Transistor:F
ET)の能動層に用いるという技術思想は、たとえば特
開昭55−160473に記載されて、この様なFET
は一般に2次元電子ガス電界効果型トランジスタ(2D
 E G−F E T)と呼ばれる。2DEG−FET
の高性能化の最大の課題は、ソース・ゲート間抵抗(R
sr)の低減である。第2図(a)に、従来の構造の2
 D E G −F E Tの断面図を第2図(b)に
ソース電極近傍でのバンド図が示しである。
Dimensional Electron Gas
:2DEG) is called a field effect transistor (Fisld Effect Transistor:F
The technical concept of using FETs in the active layer is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 160473/1983, and
is generally a two-dimensional electron gas field effect transistor (2D
It is called EG-FET). 2DEG-FET
The biggest challenge in improving performance is the source-gate resistance (R
sr). Figure 2(a) shows the conventional structure 2.
A cross-sectional view of DEG-FET is shown in FIG. 2(b), which shows a band diagram near the source electrode.

即ち、半絶縁性G a A s基板1oの上にアンドー
プG a A s 11を1μmの膜厚で、ri型A 
ffxGat−xAs (x−0,3) 12を50n
m前後の膜厚で、またn+GaAs13  を膜厚50
nm程度にして形成している。ゲート電極22はn型A
ΩGaAsヘショットキー接合し、ソース・ドレイン電
極20.21はn+GaAs13  とアロイ接合を形
成している。ここでφa1はソース電%20とn+型G
aAs13とのショットキーバリア高さである。
That is, on a semi-insulating Ga As substrate 1o, an undoped Ga As 11 is deposited with a film thickness of 1 μm to form an ri type A.
ffxGat-xAs (x-0,3) 12 to 50n
The film thickness is around m, and the film thickness of n+GaAs13 is 50 m.
It is formed to have a thickness of about nm. Gate electrode 22 is n-type A
A Schottky junction is made to ΩGaAs, and the source/drain electrodes 20 and 21 form an alloy junction with n+GaAs13. Here, φa1 is the source voltage %20 and n+ type G
This is the Schottky barrier height with aAs13.

ソース電極20近傍(A−A’ )での伝導部エネルギ
ーバンド図が第2図(b)に示しであるが、通常のGa
As MESFET(Metal Sem1condu
ctor Fj、aldEffact Transis
tor)のオーミック接触と異なり、2DEC−FET
の場合、n”GaAs13  とn型A Q GaAs
 12の間かヘテロ接合で形成され、又、n型AlGa
As12とアンドープGaAs 11の間もヘテロ接合
で形成されているために、2DEG14とオーミックメ
タル20との間にポテンシャルバリアが形成され、n+
GaAs13  と2DEGの間に接触比抵抗Rcが生
じRs z低減の大きな障害になっていた0通常のGa
AsMESFETでは、ソース電極20とn十型GaA
s13との間の接触比抵抗RcTL’のみが問題となる
が、2DEG−FETのRsrの場合には、ヘテロ接合
間の接触比抵抗R6低減がa題となる。
The energy band diagram of the conducting part near the source electrode 20 (A-A') is shown in FIG.
As MESFET (Metal Sem1condu
ctor Fj, aldEffect Transis
2DEC-FET, unlike the ohmic contact of
In the case of n”GaAs13 and n-type A Q GaAs
It is formed as a heterojunction between 12 and n-type AlGa
Since a heterojunction is also formed between As12 and undoped GaAs 11, a potential barrier is formed between 2DEG14 and ohmic metal 20, and n+
Contact specific resistance Rc occurred between GaAs13 and 2DEG, which was a major obstacle to reducing Rsz.
In the AsMESFET, the source electrode 20 and the n+ type GaA
Only the contact specific resistance RcTL' with s13 is a problem, but in the case of Rsr of the 2DEG-FET, reducing the contact specific resistance R6 between the heterojunctions becomes a problem.

又、Rsg低減の方法として、ソース・ドレイン領域に
81イオンを注入活性化させる方法もとられているが、
活性化m度として800℃前後の高温プロセスが必要で
、ゲート電極下の層まで無秩序化してしまうという問題
があった。又、高耐熱ゲートメタルをイオン注入のマス
ク材として用いる場合1・・ランジスタの閾値電圧(V
 t h )が負の側にシフトする、いわゆる短チャン
ネル効果が問題となっていた。
In addition, as a method of reducing Rsg, a method of activating 81 ions by implanting them into the source/drain region is also used.
A high-temperature process with an activation temperature of around 800° C. is required, and there is a problem in that the layer below the gate electrode becomes disordered. In addition, when using a highly heat-resistant gate metal as a mask material for ion implantation, 1. The threshold voltage of the transistor (V
The so-called short channel effect, in which t h ) shifts to the negative side, has been a problem.

又、AlGaAs中の不純物分布が品温加熱過程を通し
て変化し、その結果■いがシフトする問題が生じていた
Furthermore, the impurity distribution in AlGaAs changes during the heating process, resulting in a problem of a shift in density.

また、ヘテロ接合界面に蓄積した2次元電子ガスを利用
した電界効果トランジスタとして、例えばジャパニーズ
 ジャーナル オブ アプライドフイジイクス 第19
巻(1980) PJ)L225−227 (Japa
nese Journal of Appl、ied 
Physics。
In addition, as a field effect transistor that utilizes two-dimensional electron gas accumulated at the heterojunction interface, for example, Japanese Journal of Applied Physics No. 19
Volume (1980) PJ) L225-227 (Japa
nese Journal of Appl, ied
Physics.

Vo12.19 Nn5 (1980) PPL225
−227)において三村他により報告された、2次元電
子ガスを用いた電界効果トランジスタいわゆるH E 
M Tが注目されている。HEMTは、第8図に示すよ
うな断面構造からなり1電子親和力の小さいAlGaA
s層124にドナ不純物が添加されており、該ドナ不純
物のイオン化により生じた電子が電子親和力の大きいG
aAs層122側に移動し2次元電子ガス123を形成
している。該2次元ガスはアンドープG a A s層
122中を走行しイオン化ドナの散乱を受けにくい為、
特に低温において高速動作可能である。
Vo12.19 Nn5 (1980) PPL225
A field effect transistor using two-dimensional electron gas, so-called H E, was reported by Mimura et al.
MT is attracting attention. HEMT has a cross-sectional structure as shown in Figure 8, and is made of AlGaA with a low single-electron affinity.
A donor impurity is added to the s layer 124, and electrons generated by ionization of the donor impurity become G
It moves to the aAs layer 122 side and forms a two-dimensional electron gas 123. Since the two-dimensional gas travels in the undoped GaAs layer 122 and is less susceptible to scattering of ionized donors,
It can operate at high speed, especially at low temperatures.

さらに、砒化ガリウム(GaAs)とアルミニウム砒化
ガリウム(AlGaAs)のヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタ(Heterojmtion Bipolar
Transistor (略してHBTと呼称する)は
従来、MBEC全ECエピタキシー法)或いはMODV
D(有機金属熱分解法)といった結晶成長法を用いて、
n−GaAs(コレクタ層)P+GaAs  (ベース
層) n −A Q GaA’s(エミツタ層)n+G
aAs(キャップM)を順次結晶成長した後、エミッタ
領域、エミッタ電極、ベース領域、ベース電極。
Furthermore, gallium arsenide (GaAs) and aluminum gallium arsenide (AlGaAs) heterojunction bipolar transistors (Heterojmtion Bipolar
Transistor (abbreviated as HBT) is conventionally known as MBEC (all EC epitaxy method) or MODV.
Using a crystal growth method such as D (organometallic pyrolysis method),
n-GaAs (collector layer) P+GaAs (base layer) n -A Q GaA's (emitter layer) n+G
After sequential crystal growth of aAs (cap M), the emitter region, emitter electrode, base region, and base electrode are formed.

コレクタ電極、コレクタ領域等を加工するのが通例(た
とえば、アイ・イー・ディー・エム1985予稿集、第
328〜331頁(IEDM1985. P P 32
8〜331参照)であった。ところが良く知られている
ように、Siのバイポーラトランジスタの場合、エミッ
タ濃度は10”an−3,ベース濃度は10”a++−
”とエミッタ側が二指程度高濃度になっているため、ベ
ース領域形成後、イオン注入法を用いて、エミッタ領域
を形成できるため、極めて微細なn−p接合領域を実現
でき、その結果として極めて微細なエミッタを形成でき
る(たとえば、エレクトロニクス レター、第19巻(
1,983年)第283頁(Electronics 
Lett、 Vo Q 、 19 Na 8 。
It is customary to process the collector electrode, collector region, etc. (for example, IEDM 1985 Proceedings, pp. 328-331 (IEDM 1985. P P 32
8-331). However, as is well known, in the case of a Si bipolar transistor, the emitter concentration is 10"an-3, and the base concentration is 10"a++-
” Since the emitter side has a high concentration of about two fingers, after forming the base region, the emitter region can be formed using ion implantation, making it possible to realize an extremely fine n-p junction region, resulting in an extremely fine Fine emitters can be formed (for example, Electronics Letters, Vol. 19 (
1,983) page 283 (Electronics
Lett, Vo Q, 19 Na 8 .

April  1983  P 283 )参照)。一
方、従来のHB Tの場合ベース抵抗をひくくするため
およびエミッタ濃度に上限が存在するため、ベース領域
不純物濃度は1016〜101g−″′δ、エミッタ領
域のAlGaAsの不純物濃度はI Q 17〜101
8an−8とベース領域に比べて低く形成するのが通例
である。
(See April 1983, p. 283). On the other hand, in the case of conventional HBT, in order to lower the base resistance and because there is an upper limit on the emitter concentration, the impurity concentration in the base region is 1016 to 101 g-'''δ, and the impurity concentration of AlGaAs in the emitter region is IQ 17 to 101.
It is customary to form the base region 8an-8 lower than the base region.

Siバイポーラトランジスタと異なり、ベース領域形成
後、イオン注入法によりエミッタ領域を形成することが
できないという欠点を有していた。
Unlike Si bipolar transistors, it has a drawback in that it is not possible to form an emitter region by ion implantation after forming the base region.

又、エミッタ領域をMBE/MOC:VD等のエピタキ
シャル成長法を用いて形成しているため、イオン注入法
と異なり、エミッタ領域を微細(〜0.5μm レベル
)に加工することが極めて難しいという問題が生じてい
た。
Furthermore, since the emitter region is formed using an epitaxial growth method such as MBE/MOC:VD, there is a problem that, unlike ion implantation, it is extremely difficult to process the emitter region finely (~0.5 μm level). was occurring.

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

上記従来技術においては、ソース(又はドレイン)ゲー
ト間のヘテロ接合が急峻にできすぎているために、接触
比抵抗Rcが生じ、ソース・ゲート抵抗Rsgを低下で
きないのであった。
In the above-mentioned conventional technology, since the heterojunction between the source (or drain) and gate is formed too steeply, a contact specific resistance Rc occurs, making it impossible to reduce the source-gate resistance Rsg.

本発明の目的は、ゲート及びゲート近傍でのヘテロ接合
は急峻なままで(即ち、p、QB品比Xが空間的に急激
に変わる(第2図(c)参照))ソース(又はドレイン
)・ゲート間のヘテロ接合がゆるやかに崩れる構造(第
1図(a)、(b)。
The purpose of the present invention is to maintain the gate and the heterojunction in the vicinity of the gate sharply (that is, the p, QB ratio・Structure in which the heterojunction between gates gradually collapses (Fig. 1 (a), (b)).

(c)、(d)および(e)参照)を実現することで、
ヘテロ接合での接触比抵抗Rc を低減する構造を与え
て、2DEG−FETを高性能にすることにある。
(c), (d) and (e)).
The object of the present invention is to improve the performance of 2DEG-FET by providing a structure that reduces the contact specific resistance Rc at the heterojunction.

第1図(a) 、  (b) 、  (c) 、  (
d)および(e)に本発明の2DEG−FETの断面図
の例と対応する主要部分のAI2組成の空間分布(第1
図(b)(c))および伝導帯のエネルギーバンド図(
第1図(d)(s))を示す。第1図(a)の11はア
ンドープGaAs、12はAI2組成が0.3 に固定
されたn型−AlGaAs層、12′はAf1組成が、
第1図(b)に示す様に、AQの分布はグレーデッド(
graded)になり、結果として、ソース電極近傍で
は、ヘテロ接合に帰因する伝導過の障壁ΔEC(第1図
(b)参照)がなくなる。
Figure 1 (a), (b), (c), (
d) and (e) are examples of cross-sectional views of the 2DEG-FET of the present invention and the spatial distribution of the AI2 composition in the corresponding main parts (first
(b) (c)) and the energy band diagram of the conduction band (
FIG. 1(d)(s)) are shown. In FIG. 1(a), 11 is an undoped GaAs layer, 12 is an n-type AlGaAs layer with an Al2 composition fixed at 0.3, and 12' is a layer with an Af1 composition of
As shown in Figure 1(b), the distribution of AQ is graded (
As a result, in the vicinity of the source electrode, the conduction barrier ΔEC (see FIG. 1(b)) due to the heterojunction disappears.

13はn+GaAs層であり、20.21はソース・ド
レイン電極、22はゲート電極である。
13 is an n+GaAs layer, 20.21 is a source/drain electrode, and 22 is a gate electrode.

本発明の第1の目的は、寄生抵抗値の小さい半導体装置
の構造を提案することにある。
A first object of the present invention is to propose a structure of a semiconductor device with a small parasitic resistance value.

また、前記HE M T構造では、ソース電子25と2
次元電子ガスのチャネル部23との間にバンドギャップ
の大きいA Q GaAsJl 24が介在する為、ソ
ース・ゲート電極の寄生抵抗を小さくすることが困難で
ある。
Furthermore, in the HEMT structure, source electrons 25 and 2
Since the A Q GaAsJl 24 with a large band gap is present between the channel part 23 of the dimensional electron gas, it is difficult to reduce the parasitic resistance of the source and gate electrodes.

上記問題への対策として、第9図に示すようにAρGa
As層134上にオーミック電極コンタクト層135を
形成している。該コンタクト層は、AlGaAsよりバ
ンドギャップの小さいG a A sを用い、高濃度に
ドーピングをしているため接触抵抗が小さい。また該コ
ンタクト層35の厚さを数100Å以上に厚膜化して、
電子流径路を2径路139.140とでき、電流が大き
くとれる。即ち、ソース・ゲート電極間の寄生抵抗が実
効的に小さくできる。しかし、相互コンタクタンスを3
00 m S / re以上にするためには、さらに寄
生抵抗を低減する必要がある。
As a countermeasure to the above problem, AρGa
An ohmic electrode contact layer 135 is formed on the As layer 134. The contact layer uses GaAs, which has a smaller band gap than AlGaAs, and is doped with a high concentration, so that the contact resistance is small. Further, the thickness of the contact layer 35 is increased to several hundreds of Å or more,
There are two electron flow paths, 139 and 140, and a large current can be obtained. That is, the parasitic resistance between the source and gate electrodes can be effectively reduced. However, if the mutual contactance is 3
In order to achieve 00 mS/re or more, it is necessary to further reduce the parasitic resistance.

本発明の第2の目的はソース・ゲート電極間の寄生抵抗
が著しく小さい電界効果トランジスタを提供することに
ある。
A second object of the present invention is to provide a field effect transistor in which the parasitic resistance between the source and gate electrodes is extremely small.

さらに、上記従来技術では、エミッタ領域をエピタキシ
ャル法で不純物をドープしているので。
Furthermore, in the above conventional technology, the emitter region is doped with impurities by an epitaxial method.

エミッタ寸法を微細化するに不向きな構造となっていた
。又、エミッタ領域を形成するのにエツチング等でエミ
ッタ領域以外は除去するのが通例でありプレーナープロ
セスになりにくいという欠点が存在した6又HBTとG
aAsMESFETを同一基板に形成するには、高性能
のMESFETを作りにくいという欠点も存在した。
The structure was not suitable for miniaturizing the emitter size. In addition, 6-prong HBT and G
Forming aAs MESFETs on the same substrate also has the disadvantage that it is difficult to produce high-performance MESFETs.

本発明の第3の目的は、微細なエミッタ形成に好適で、
プレーナー型構造が可能であり、GaAsFETとを同
一基板に形成することが容易なHB Tを提供すること
にある。
A third object of the present invention is to be suitable for forming fine emitters,
The object of the present invention is to provide an HBT which can have a planar structure and which can be easily formed with a GaAsFET on the same substrate.

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

上記第1の目的は、イオン厚入および加熱後p型になる
不純物(以下、p型不純物)fM子または加熱後中性の
ままでいる原子(以下、中性不純物)をソースおよびド
レイン領域の両者もしくは一方に拡散、或いはイオン注
入した後、600’C前後の比較的低温でアニールした
半心体領域を構成することにより達成できる。
The first purpose is to remove impurities that become p-type after ion implantation and heating (hereinafter referred to as p-type impurities) or atoms that remain neutral after heating (hereinafter referred to as neutral impurities) in the source and drain regions. This can be achieved by configuring half-core regions that are annealed at a relatively low temperature of around 600'C after diffusion or ion implantation into one or both of them.

文献(たとえば、アプライド、フィジックス。Literature (e.g. Applied Physics.

レター、第38巻、  (1981年)第776頁Ap
pl。
Letters, Volume 38, (1981) Page 776 Ap
pl.

Puzs、Lett、 38 (1981) p 、 
776 )にみられる様に、GaAs/AlGaAs超
格子にZnなどのp型不純物を拡散すると、AQM子の
拡散が起こり超格子が崩れることが知られている。
Puzs, Lett, 38 (1981) p.
776), it is known that when a p-type impurity such as Zn is diffused into a GaAs/AlGaAs superlattice, AQM molecules are diffused and the superlattice collapses.

Aflの拡散は、単一のヘテロ接合の場合でも起こり、
GaAs/AlGaAs/GaAsの急峻なヘテロ接合
(層11,12.13)はAl1にi子が拡散し、AQ
が第1図(b)の様に空間的に分布しており、ヘテロ接
合間の接触抵抗はなくなる。
Diffusion of Afl occurs even in the case of a single heterojunction;
The steep heterojunctions of GaAs/AlGaAs/GaAs (layers 11, 12, 13) have i atoms diffused into Al1, and AQ
are spatially distributed as shown in FIG. 1(b), and there is no contact resistance between the heterojunctions.

又、F、Arイオン等の中性原子をイオン注入した場合
、650℃前後の低温(MBE等結晶成長時の結晶成長
温度程度)でアニールすることで、F、AryK子を拡
散させ、もとのn型Q a A S pAlGaAs領
域のキャリア濃度を維持できる。
In addition, when neutral atoms such as F and Ar ions are implanted, annealing at a low temperature of around 650°C (about the crystal growth temperature during crystal growth such as MBE) diffuses F and AryK atoms and restores the original structure. The carrier concentration of the n-type Q a A S pAlGaAs region can be maintained.

アニール過程で注入原子が拡散してその結果としてAn
組成の無秩序化が生じるものとしては、F 、 A r
の他にP(プロトン)、As、Br Xs。
During the annealing process, implanted atoms diffuse and as a result An
The compositional disorder occurs in F, A r
In addition to P (proton), As, Br Xs.

Ne等の原子がある。There are atoms such as Ne.

また1本発明は、不純物原子の添加量は1X101δ〜
5 X 10 ”cm−3で、アニール温度は500〜
900℃において実施できる。
In addition, in the present invention, the amount of impurity atoms added is 1X101δ~
5 X 10”cm-3, annealing temperature is 500~
It can be carried out at 900°C.

半導体は各種の混晶系半導体が適用できるが、その主な
ものはGaAs/AlGaAs、InP/G a A 
sである。
Various mixed crystal semiconductors can be used as semiconductors, but the main ones are GaAs/AlGaAs and InP/GaA.
It is s.

また上記第2の目的は、オーミック電極用半導体コンタ
クト層を500Å以上と厚くシ、該コンタクト層表面に
格子構造を設けることにより、達成される。
The second object is achieved by making the semiconductor contact layer for the ohmic electrode as thick as 500 Å or more and providing a lattice structure on the surface of the contact layer.

なお、このコンタクト層の厚さは2μmを超えると本発
明のより大きい効果は得られず、また経済的なコストを
増加させることになる。
Note that if the thickness of this contact layer exceeds 2 μm, the greater effect of the present invention cannot be obtained, and the economic cost will increase.

さらに上記第3の目的は、MBE/MOCVD等のエピ
タキシャル技術で、従来、ベース層より上のエミッタ領
域をドーピングせずに(アンドープ〜10+12Iaa
−”以上のp型)形成しておいた後、イオン注入法を用
いてエミッタ領域、ベース引き出し領域を形成すること
でI(B Tを形成し、イオン注入法で能動層を形成す
るG a A s F IE Tを形成することにより
達成される。この様な方法でHB Tを作成することが
可能な理dBよ、ベース領域が101&〜1019an
−”とエミッタ領域に比べて一桁大きいため1017〜
10”an−8のn型不純物を注入するエミッタ領域の
形成において、p型領域に入るn型不純物は無視できる
。又、イオン注入されたn型不純物をアニールする過程
で、ベース領域のn型不純物が大きく移動しない様に工
夫すれば、D−p接合位置とヘテロ接合位置もほとんど
一致し、HB Tの特性をそこなうことはない。
Furthermore, the third objective is to use epitaxial techniques such as MBE/MOCVD to avoid doping the emitter region above the base layer (undoped to 10+12Iaa).
-” or higher p type) is formed, then an emitter region and a base extraction region are formed using ion implantation to form I (B T), and an active layer is formed using ion implantation. This is achieved by forming an A s F IET.It is possible to create an HBT in this way.
-” is one order of magnitude larger than the emitter region, so 1017~
In forming the emitter region where 10"an-8 n-type impurity is implanted, the n-type impurity entering the p-type region can be ignored. Also, in the process of annealing the implanted n-type impurity, the n-type impurity in the base region If measures are taken to prevent impurities from moving significantly, the Dp junction position and the heterojunction position will almost match, and the characteristics of the HBT will not be impaired.

コレクタ領域を半絶縁性G a A s基板中に埋込み
形成した後、アンドープG a A s 、 p+Ga
As。
After embedding the collector region in the semi-insulating GaAs substrate, undoped GaAs, p+Ga
As.

アンドープA Q GaAs、 G a A sを順次
形成した後、エミッタ領域をn+イオン注入し、p+G
aAsベース層の引き出し領域形成のp+イオン注入を
行なってもよい。又、エミッタとコレクタ層を逆転させ
て、エミツタ層をMBE等で全面エピタキシャル成長す
るか或いは、半絶縁性基板中に選択的に形成後゛、ベー
ス領域p+GaAs層をエピタキシャル成長後、アンド
ープG a A s層を形成し、n十イオン注入法を用
いてコレクタ層を面内に選択的に形成してもよい。Ga
As/AlGaAs、HB Iに本発明を応用した場合
を念頭において本発明の概要を第10図(a)、(b)
を用いて説明する。
After sequentially forming undoped AQ GaAs and GaAs, n+ ions are implanted into the emitter region, and p+G
P+ ion implantation may be performed to form a lead-out region of the aAs base layer. Alternatively, by reversing the emitter and collector layers and epitaxially growing the emitter layer on the entire surface by MBE, etc., or selectively forming it in a semi-insulating substrate, after epitaxially growing the base region p+GaAs layer, an undoped GaAs layer is formed. The collector layer may be selectively formed in the plane using n+ ion implantation. Ga
The outline of the present invention is shown in Fig. 10 (a) and (b) with the case where the present invention is applied to As/AlGaAs and HB I in mind.
Explain using.

半絶縁性GaAa基板10上にn+GaAs11− コ
レクタであるn −G a A s層12  p+Ga
As13層を従来例のようにMBE/MOCVD等で形
成し、アンドープ(〜p−1013の一δレベルの残留
レベル)AlGaAs14.GaAs15を各々連続的
に形成する(第10図(a))。
On the semi-insulating GaAa substrate 10 is an n+GaAs 11- collector layer 12, which is a p+GaAs collector.
An As13 layer is formed by MBE/MOCVD or the like as in the conventional example, and an undoped (~p-1013 residual level of 1 δ level) AlGaAs14. Each layer of GaAs 15 is successively formed (FIG. 10(a)).

イオン注入法を用いて、p+ベベー引き出し領域21.
ベース電極34を各々形成、又、イオン注入法でn型エ
ミッタ領域20を形成及び、アンドープ層15,14を
利用してGaAsFETのn型能動層24.n十層23
等もイオン注入法を用いて形成する。31.32は各々
ソース・ドレイン電極、30はゲート電極、33.35
はそれぞれエミッタ電極、コレクタ電極で、また522
はコレクタ領域11からのn十引き出し領域である。こ
の様にエミッタ領域をイオン注入法を用いて形成できる
理由は、第10図(C)に示すようにエミッタ側のドー
ピングレベルがベース側より1桁近く低いため、ベース
領域に入りこむn型不純物はほとんどベース領域の不純
物レベルに影響を与えない。
Using the ion implantation method, the p+ Bebe extraction region 21.
The base electrodes 34 are formed respectively, and the n-type emitter region 20 is formed by ion implantation, and the n-type active layer 24 of the GaAsFET is formed using the undoped layers 15 and 14. n tenth layer 23
etc. are also formed using the ion implantation method. 31.32 are source and drain electrodes, 30 is a gate electrode, 33.35
are the emitter electrode and collector electrode, respectively, and 522
is the n+ extraction area from the collector area 11. The reason why the emitter region can be formed using the ion implantation method in this way is that the doping level on the emitter side is nearly an order of magnitude lower than that on the base side, as shown in Figure 10 (C). It hardly affects the impurity level in the base region.

これは、ヘテロ接合を用いることで、ベース領域のドー
ピングレベルを高くすることができるといつヘテロ接合
固有の性質を使ったものである。
This takes advantage of the unique properties of a heterojunction, which allows the doping level of the base region to be increased by using a heterojunction.

〔作用〕[Effect]

第1の手段においては、ソース・ドレイン領域のヘテロ
接合がA Q H子の拡散によりG a A sからA
lGaAsへの連続的な変化を示す様になる。
In the first method, the heterojunction of the source/drain region is changed from Ga As to A by diffusion of A Q H atoms.
It shows a continuous change to lGaAs.

この時、電子には、ヘテロ接合のバンドギャップに帰因
するポテンシャルバリアは消え去り、通常のホモ接合の
GaAsME、SF[Tの場合と同様のオーミック機構
となる。
At this time, the potential barrier caused by the band gap of the heterojunction disappears for electrons, and an ohmic mechanism similar to that of normal homojunction GaAsME and SF[T occurs.

又、ゲート電極大のヘテロ接合は急峻な状j島にあるの
で、ゲート電極形成に、n型G a A sを正確に選
択的にエツチングで除去できる。
Furthermore, since the gate electrode-sized heterojunction is located on a steep island, n-type GaAs can be accurately and selectively removed by etching to form the gate electrode.

特に、F、Ar1ヴ子等の中性原子を注入した場合には
、比較的低温でARの無秩序化をひき起こし、Si原子
等のn型不純物を活性化された状態に保つことが可能で
ある。
In particular, when neutral atoms such as F and Ar atoms are implanted, it is possible to cause disorder in the AR at relatively low temperatures and to keep n-type impurities such as Si atoms in an activated state. be.

又、Zn等のn型不純物原子を注入した場合2次元電子
ガスの下方にp型G a A s領域が形成され、ゲー
ト長短縮化に伴うショートチャネル効果等は減少する。
Furthermore, when n-type impurity atoms such as Zn are implanted, a p-type GaAs region is formed under the two-dimensional electron gas, and short channel effects and the like associated with shortening of the gate length are reduced.

上記第2の手段においてはオーミックfim用コンタク
ト層に高濃度にドープされた厚い(500Å以上)−導
電型コンタク1一層を用いることで、接触抵抗も小さく
なり且つ電子流径路も2通り(第3図39.40で示す
)となり、ソース・ゲートff1t4間の寄生抵抗も小
さくなる。
In the second method described above, by using a thick (500 Å or more) conductive type contact layer 1 doped with a high concentration in the ohmic fim contact layer, the contact resistance can be reduced and the electron flow paths can be set in two ways (the third (shown in FIG. 39.40), and the parasitic resistance between the source and gate ff1t4 is also reduced.

さらに、前記コンタクト層表面に設けた格子構造により
、オーミック″ftL極との接触面積が大きくとれ、且
つ凹部底面のエッヂ部近傍で電子注入量が大きくなるの
で、接触抵抗が著しく低減できる。
Further, the lattice structure provided on the surface of the contact layer allows a large contact area with the ohmic "ftL pole" and a large amount of electron injection near the edge of the bottom of the recess, so that the contact resistance can be significantly reduced.

また、凹部による電極との接触面積増大は準マクロ的な
見方をすると第1図のコンタクト層1.5中に矢印で示
したようにm−7−流径路が増えたことになり、寄生抵
抗が実効的に低減する。
Furthermore, from a quasi-macroscopic perspective, the increase in the contact area with the electrode due to the recess means that the m-7 flow path increases as shown by the arrow in the contact layer 1.5 in Figure 1, which results in parasitic resistance. is effectively reduced.

第3の手段においては、上記のようにエミツタ層をアン
ドープの状態にしておき、その後、イオン注入法を用い
て、エミッタ領域+ GaAsFET領域を形成できる
ため、エミッタ領域をFETと同じレベルで微細にする
ことが可能になる。ベース引き出し領域をイオン注入法
を用いてプレーナ構造で容易に形成することができる。
In the third method, the emitter layer is left in an undoped state as described above, and then the emitter region + GaAsFET region can be formed using the ion implantation method, so the emitter region can be made as fine as the FET. It becomes possible to do so. The base extraction region can be easily formed with a planar structure using an ion implantation method.

又、エミッタ領域をイオン注入法で形成するのでエミッ
タ領域が注入部分のみとなりその結果エミッタ・ベース
間の寄生容量を極めて小さくすることが可能となる。
Furthermore, since the emitter region is formed by ion implantation, the emitter region consists only of the implanted portion, and as a result, it is possible to extremely reduce the parasitic capacitance between the emitter and the base.

〔実施例〕 以下、本発明を実施例を詳しく説明する。〔Example〕 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.

実施例l AuGaAs/GaAs  2DEG−FETに本発明
を適用した場合の実施例を第3図(a)、(b)。
Example 1 FIGS. 3(a) and 3(b) show an example in which the present invention is applied to an AuGaAs/GaAs 2DEG-FET.

(c)を用いて説明する。This will be explained using (c).

M B E (Molecular Beam Epi
taxy :分子線エピタキシ)を用いて、半絶緻性G
aAs1O上に、アンドープGaAs1lを500nm
、SiをIXIQ16a++−”程度含有するn型Ga
As12を50nm、Siを2X10”δ印−88度含
有するn+GaAs13  を20nm〜160nm程
度の膜厚で形成後、ソース・ドレイン領域に、Znイオ
ン15を120keVの加速電圧で1xlO130−8
のドーズ軟にて注入する(第3図(a))。
M B E (Molecular Beam Epi
Taxy: Molecular beam epitaxy)
500 nm of undoped GaAs1l on aAs1O
, n-type Ga containing Si to the extent of IXIQ16a++-"
After forming n+GaAs13 containing 50 nm of As12 and 2X10" δ mark -88 degrees of Si to a thickness of about 20 nm to 160 nm, Zn ions 15 are added to the source/drain regions at 1xlO130-8 at an accelerating voltage of 120 keV.
Inject at a soft dose (Fig. 3(a)).

次に、ホトレジスト30を除去後全面に、 SiNを膜
JFg 200 n mで形成し、ランプアニールによ
り600℃から800℃で20分間のアニールを行なっ
た。その後、通常の工程を経て、ゲート電極22.ソー
ス・ドレイン電t420,21を形成した(第3図(b
))。
Next, after removing the photoresist 30, a SiN film JFg with a thickness of 200 nm was formed on the entire surface, and lamp annealing was performed at 600° C. to 800° C. for 20 minutes. Thereafter, the gate electrode 22. Source/drain voltages t420, 21 were formed (Fig. 3(b)
)).

しかしながら、ゲート電極部の下方のヘテロ接合を破壊
しないで、また、ソース・ドレイン領域のn型AlGa
Asv GaAsのキャリア濃度を大きく減少させるこ
となくAf1組成の無秩序化を生じるには、いずれの原
子を注入する場合でも注入後、熱処理を加える必要があ
る。その時には、熱処理によりAlGaAsに対するゲ
ート電極のショットキー接合に不良が生じない様にする
必要がある。
However, without destroying the heterojunction below the gate electrode part, the n-type AlGa in the source/drain region can be
In order to cause the Af1 composition to become disordered without greatly reducing the carrier concentration of Asv GaAs, it is necessary to perform heat treatment after implantation, regardless of which atoms are implanted. At that time, it is necessary to prevent defects from occurring in the Schottky junction of the gate electrode to AlGaAs by heat treatment.

第3図(c)には、高耐熱ゲートメタル22′をマスク
材として、AQの無秩序化をひき行こすZn15等を注
入することも可能であることを示しである。
FIG. 3(c) shows that it is also possible to implant Zn15 or the like which causes AQ disorder using the high heat-resistant gate metal 22' as a mask material.

Znはアニール後にp型不純物としてふるまうが、n型
GaAs13.n型AlGaAs12のSi濃度を充分
高く(〜2 X 10”δα−8レベル)することで、
n型領域をp型に反転させることなくn型に保てる。
Zn behaves as a p-type impurity after annealing, but n-type GaAs13. By increasing the Si concentration of n-type AlGaAs12 to a sufficiently high level (~2 x 10" δα-8 level),
The n-type region can be maintained as n-type without being inverted to p-type.

又、アンドープGaAs部分には、Znを注入し、熱処
理をすることが弱くp型になるが、これは、いわゆる短
チヤンネル効果抑制に効果がある。
In addition, implanting Zn into the undoped GaAs portion and subjecting it to heat treatment makes it weakly p-type, but this is effective in suppressing the so-called short channel effect.

これは、アニール処理後、p型になる不純物を注入する
ことの顕著な効果である。
This is a remarkable effect of implanting impurities that become p-type after annealing.

即ち、通常の様に、Siを注入すると、オーミック接触
は改善されるが、2DEG層の斜め下方にn+領領域形
成することになり、いわゆる短チャンネル効果を引きお
こす。短チャンネル効果とは、ゲート長Lxがたとえば
1μmから0.3μmのように短かくなる過程で、しき
い値電圧V t hが負の側にシフトする効果である。
That is, when Si is implanted as usual, ohmic contact is improved, but an n+ region is formed diagonally below the 2DEG layer, causing a so-called short channel effect. The short channel effect is an effect in which the threshold voltage V th shifts to the negative side in the process of shortening the gate length Lx from 1 μm to 0.3 μm, for example.

n + G a A s領域13のキアリア1度を大き
く減少させることなく、Af1組成を無秩序化するには
、Zn原子の他にはBe+ Ge等のp型不純物の他に
、F、Ar、Ne、Xe、プロトン等加熱後中性原子の
ものでもよい。
In order to disorder the Af1 composition without greatly reducing the chiaria degree of the n + Ga As region 13, in addition to Zn atoms, in addition to p-type impurities such as Be + Ge, F, Ar, and Ne are added. , Xe, protons, etc., which are neutral atoms after heating may be used.

例えば、Arの場合、A r +十を150keVの加
速Ya圧、 4 X 10”QI+−’(7)ドース量
で、680℃、20分の加熱で、AQ組成が無秩序化し
てしまう。オーミック改善レベルの無秩序化であれば。
For example, in the case of Ar, the AQ composition becomes disordered when A r + 10 is accelerated at 150 keV Ya pressure, 4 X 10"QI+-' (7) dose, and heated at 680°C for 20 minutes. Ohmic improvement If the level of disorder.

lXl0”am″″8レベルのドーズ量においても改善
効果を得ることができた。
An improvement effect could be obtained even at a dose level of 1Xl0"am""8.

本実施例でn+−GaAs13  をソース・ゲート抵
抗Rsz低減のために用いる時は、その膜厚を。
In this embodiment, when n+-GaAs13 is used to reduce the source/gate resistance Rsz, its film thickness should be adjusted.

たとえば160nmのように厚くする必要がある。For example, it is necessary to increase the thickness to 160 nm.

n型GaAs12 の代りにAsを1020an’″3
8度含有するn+Ge  を用いてもよい。この場合、
ヘテロ接合の無秩序化はAlGaAs層12′とG a
 A s層11の間で主に生じる。
1020an'''3 of As instead of n-type GaAs12
n+Ge containing 8 degrees may also be used. in this case,
The disorder of the heterojunction is caused by the AlGaAs layer 12' and Ga
This occurs mainly between the As layers 11.

実施例2 2次元電子ガスをベース層に用いる2DEG−HB T
に本発明を適用した場合の実施例を第4図(a)、(b
)に示す。
Example 2 2DEG-HB T using two-dimensional electron gas as base layer
FIGS. 4(a) and 4(b) show examples in which the present invention is applied to
).

半絶縁性GaAs1O基板上にMBEを用いて。using MBE on a semi-insulating GaAs1O substrate.

Beを1. X ]、 019an−8含有するP+G
GaAs16500n、アンドープGaAs1lを30
Onm、Siを2X1018an−8含有するn型An
GaAs12を40部m、Bsを2X101θ―−3含
有するp+AlGaAs L 7を50部m、同じドー
ピングレベルのp+GaAs18を20Onm形成した
Be 1. X], P+G containing 019an-8
GaAs16500n, undoped GaAs1l 30
Onm, n-type An containing 2X1018an-8 Si
40 parts m of GaAs12, 50 parts m of p+AlGaAs L7 containing 2×101θ−3 Bs, and 20 Onm of p+GaAs18 having the same doping level were formed.

引き続き、ベース領域部分にS i N30’をマスク
として、Znを250keVの加速電圧で。
Subsequently, using SiN30' as a mask in the base region, Zn was applied at an accelerating voltage of 250 keV.

3XLO130−2のドーズを注入し、S x N除去
後、5iO2(膜厚200nm)をCVD法にて被着さ
せた。次に、650℃、30分間のアニールをl−I2
#囲気で行ない。通常の工程に従って、エミッタ電極2
5.ベース電極23.コレクタ電極24を各々形成した
(第4図(b))。
After implanting a dose of 3XLO130-2 and removing S x N, 5iO2 (film thickness 200 nm) was deposited by CVD. Next, l-I2 was annealed at 650°C for 30 minutes.
#Do it with Iki. Following the normal process, emitter electrode 2
5. Base electrode 23. A collector electrode 24 was formed in each case (FIG. 4(b)).

なお、本実施例において注入イオンはZn以外にF 、
 G e r B e 、 A、 s 、 A r 、
プロトン等でもよい。
In addition to Zn, the implanted ions in this example include F,
G e r B e, A, s, A r,
Protons etc. may also be used.

以上の実施例では、nチャンネルを用いる場合について
詳述したが、nチャンネル(2次元正孔ガス)を用いる
場合には、注入イオンとしてZnの代りに、Si、Se
、等が有効である。
In the above embodiments, the case where an n-channel is used has been described in detail, but when using an n-channel (two-dimensional hole gas), Si, Se, etc. are used instead of Zn as implanted ions.
, etc. are valid.

又、半導体材料は、InP/InGaAsP 。Also, the semiconductor material is InP/InGaAsP.

InAQAs/InAsP等他のヘテロ接合系において
も有効である。
It is also effective in other heterozygous systems such as InAQAs/InAsP.

ヘテロ接合を無秩序化する他のイオン種としてフッ素原
子Fがある。この場合、G a A s中で活性化する
ことなく650〜700 ℃の比較的低温で2時間近く
加熱することにょリヘテロ接合の無秩序化及び、ト“原
子がGaAs中より拡1枚し外形にでていく。
Another ionic species that can disorder the heterojunction is fluorine atom F. In this case, heating in GaAs at a relatively low temperature of 650 to 700 °C for nearly 2 hours without activation leads to disorder of the heterojunction and the expansion of the atoms in the GaAs, resulting in a change in the external shape. I'm leaving.

実施例3 F原子を用いて無秩化を起させる例を説明する。Example 3 An example of causing disorder using F atoms will be explained.

ゲート化NAの下が超格子になっている場合について第
5図により説明する。半絶縁性GaAs基板1o上に、
MBE法を用いてアンド−プG a A、 sLl、1
μm を形成後、アンドープA Q xGat−xA 
s(大略0 、3 < x < l 、 Oの範囲に選
ぶ)層40を3r+rn、Siを5 X I O”an
−3含有するGaAs41 3μm形成し、A Q x
Gax−xA s 40  とG a A s 41を
交互に重ねた超格子42を8周期形成42後Siを5 
X I Q ”an−”含有するn十〇 a A s 
i 3を16Onm形成した。
The case where the area under the gated NA is a superlattice will be explained with reference to FIG. On the semi-insulating GaAs substrate 1o,
Undoped G a A, sLl, 1 using the MBE method
After forming μm, undoped A Q x Gat-x A
s (approximately selected in the range of 0, 3 < x < l, O) layer 40 is 3r + rn, Si is 5
A Q x
After forming 8 periods of a superlattice 42 in which Gax-xAs 40 and GaAs 41 are alternately stacked 42, 5 Si
X I Q "an-" containing n10 a A s
i3 was formed to have a thickness of 16 Onm.

その後、ゲート部分が形成されるn+GaAs13を選
択的にホトレジス1〜をマスクにしてリセスした後、光
CVDを用いて10部mのSiNを形成、異方性ドライ
エツチングによりn+GaAs側壁部分にのみSiNを
残した後、ゲートメタルとしてLaB522’  をL
Onmを被着して、ゲート電極をリフトオフ形成した。
After that, the n+ GaAs 13 where the gate part will be formed is selectively recessed using the photoresist 1~ as a mask, and then 10 parts of SiN is formed using photo-CVD, and SiN is deposited only on the n+ GaAs sidewalls by anisotropic dry etching. After that, add LaB522' as the gate metal.
Onm was deposited and the gate electrode was lift-off formed.

続いて、F原子を100keVの加速νご圧で、101
番ロー2のドーズ量イオン注入し、5iOzを20On
mの被着後650℃、2時間のアニールを行なった。
Next, the F atom was accelerated to 101 keV with ν pressure.
Ion implantation was performed at a dose of row 2, and 5iOz was 20On.
After the deposition of M, annealing was performed at 650° C. for 2 hours.

ひきつづいて、ソース・ドレイン塩Nu 20 。Next, source/drain salt Nu 20.

21としてA u G e / N i / A uを
用いて形成アロイした。
As No. 21, an alloy was formed using A.sub.G e/N.sub.i/A.sub.u.

本実施例では、650℃でF原子をアニールしたが、超
格子42は非5tirにこわれやすいが、400℃、2
時間でアニールしヘテロ接合を無秩序化することもでき
る。無秩序化領域を点線50で示している。
In this example, F atoms were annealed at 650°C, but the superlattice 42 is easily broken at 400°C,
The heterojunction can also be disordered by time annealing. The disordered region is indicated by dotted lines 50.

実施例4 ヘテロ接合MIESFETに本発明を適用した場合の実
施例を第61dに示す。
Example 4 An example in which the present invention is applied to a heterojunction MIESFET is shown in No. 61d.

MBEにより半絶縁性GaAs基板1o上にアンドープ
GaAs1lを0.3μm更に、アンドープAl2xG
at−xAs(x”0.3)48を0.2μm、Siを
3 X 1018an−3含むn+GaAs13’を1
0部m、アンドープA1xGaz−xAs  (x〜0
.3)49を20 n m 、更にSlを3 X I 
O”cu−3含むn+GaAs13  をユ60nm形
成した。引きつづき、5iOz 48&30OnmCV
D被ff サe、ゲートホトレジストを用いてゲート”
114部のSiC2、n+GaAs  L 3を選択的
に除去した。
By MBE, undoped GaAs 1l is further deposited to a thickness of 0.3 μm on semi-insulating GaAs substrate 1o, and undoped Al2xG
at-xAs(x”0.3)48 0.2 μm, Si 3×1018an-3 containing n+GaAs13′ 1
0 part m, undoped A1xGaz-xAs (x~0
.. 3) 20 nm of 49 and 3×I of Sl
60nm of n+GaAs13 containing O"cu-3 was formed.Subsequently, 5iOz 48 & 30Onm CV
Gate ” using gate photoresist
114 parts of SiC2, n+GaAs L3 were selectively removed.

その後、光CV D m ニより5iN44を15On
 Inn形成後方方性ドライエッチ後ホトレジストを除
去した。更に全面にWSi22”を300層m被着後、
ゲートホトレジストを用いてゲート電極を加工した。そ
の後、Fイオンを100keVの加速電圧ドース量I 
X 10 ”an−2注入し、CVDSiO2キャップ
を用いて650℃、2時間のアニールを行ない、SD電
極20.21を形成した。
After that, turn on 5iN44 for 15 seconds from the optical CV D m
After Inn formation and backward dry etching, the photoresist was removed. Furthermore, after depositing 300 m of WSi22” on the entire surface,
A gate electrode was processed using gate photoresist. After that, the F ions were irradiated with an accelerating voltage dose I of 100 keV.
X 10 "an-2 was implanted, and annealing was performed at 650° C. for 2 hours using a CVDSiO2 cap to form SD electrodes 20.21.

50で示す点線の領域が無秩序化領域である。The dotted line area indicated by 50 is the disordered area.

以上、実施例3,4では、Fイオンを用いて無秩序化を
形成した例を示したが、加速電圧は、通常30keV〜
200keV、  ドース量は101zaI+−2〜1
0 ”an−”、アニール条件は400℃〜700℃で
行なうことが多い。
As mentioned above, in Examples 3 and 4, an example was shown in which disordering was formed using F ions, but the accelerating voltage is usually 30 keV ~
200keV, dose is 101zaI+-2~1
0 "an-", annealing conditions are often performed at 400°C to 700°C.

FJM子の他にCQ、Br、I、At等も有効である。In addition to FJM, CQ, Br, I, At, etc. are also effective.

実施例5 第7図を用いて説明する。Example 5 This will be explained using FIG.

(100)面の半絶縁性G a A s基板111上に
MBE法を用いてアンドープG a A s層112(
厚さ1μm)、Sjを2〜3 X 10 ”am−’ド
ープしたn型A Q GaAs、W 114 (厚さ3
00人)及びSiを8 X 1018an−”ドープし
たn+GaAs層115(F%さ2000人)を順次形
成した。然る後、電子線直接描画技術を用いて、ゲート
形成部のリセス構造及びn ” G a A sコンタ
ク1〜表面の格子構造を形成する。該格子構造の溝の伸
びる方向は<Oll>方向で、レジストをマスクにウェ
ットエツチングで深さ600人の溝を形成した。
An undoped GaAs layer 112 (
n-type AQ GaAs, W 114 (thickness 3
An n+ GaAs layer 115 (F% 2000) doped with 8 x 1018 an-'' Si was successively formed. After that, the recess structure of the gate forming part and the n '' were formed using electron beam direct writing technology. G a As contact 1 to form a surface lattice structure. The grooves of the lattice structure extend in the <Oll> direction, and grooves with a depth of 600 mm were formed by wet etching using a resist as a mask.

次にゲート電極としてAQを、ソース・ドレイン電極と
してA u G e / N i / A uを用い各
々リフトオフにより形成した。
Next, AQ was used as the gate electrode, and AuGe/Ni/Au were used as the source/drain electrodes, and each was formed by lift-off.

上述の実施例において、重子供給層であるAuGaAs
層14とアンドープGaAs層112層との間に、数1
0人のアンドープAlGaAsスペーサ層を設けること
により良好なヘテロ。界面が得られ、より高速動作可能
となる。
In the above embodiment, AuGaAs, which is a deuterium supply layer,
Between the layer 14 and the undoped GaAs layer 112, the number 1 is
Good heterogeneity can be obtained by providing a zero undoped AlGaAs spacer layer. An interface can be obtained and higher speed operation is possible.

また、前記コンクタクト層の格子構造は、ソース電極コ
ンタクト層だけに設けたり、コンタクト層の一部に設け
るだけでも効果は大きい。
Further, the lattice structure of the contact layer can be provided only in the source electrode contact layer or only in a part of the contact layer, and the effect is great.

また前記格子構造の周期や溝の幅及び深さを部分的に調
整することで電流の径路を制御できろ索子の高性能化が
図れる。
Further, by partially adjusting the period of the lattice structure and the width and depth of the grooves, the current path can be controlled and the performance of the cable can be improved.

上述した実施例では、−組のヘテロ界面に蓄積された2
次元電子ガスを利用した電界効果トランジスタであるが
、コンタクト層より下層の半導体層構造はどのような構
造であってもよく、コンタクト層も含めた各層を形成す
る半導体材料に他の化合物半導体が適用できることは言
うまでもない。
In the embodiment described above, 2 accumulated at the - pair of hetero interfaces
Although it is a field effect transistor that uses dimensional electron gas, the semiconductor layer structure below the contact layer can have any structure, and other compound semiconductors can be applied to the semiconductor materials forming each layer including the contact layer. It goes without saying that it can be done.

実施例6 HBTとGaAsMESFETを同一基板に形成した例
を第11図を用いて説明する。
Example 6 An example in which an HBT and a GaAs MESFET are formed on the same substrate will be explained using FIG. 11.

半絶縁性GaAs1O基板上にMBE(分子線エピタキ
シー)によりSiを3 X 10 ”cya−8含有す
るn +GaAs rII211を400層m、Sjを
I×1013cn″″δ含有するn−GaAs 12を
300層m。
On a semi-insulating GaAs1O substrate, 400 m layers of n+GaAs rII211 containing 3 x 10"cya-8 of Si and 300 layers of n-GaAs 12 containing Ix1013cn""δ of Sj were formed by MBE (molecular beam epitaxy). m.

Beを5 X 101δQl!−8含有するp+GaA
s 213を1100n、アンドープ(p−: 〜10
”am−δレベル) A Q−GaニーxA s (x
”0.3)214を1100nアンドープGaAs21
5を200nrn形成する(第11図(a))。
Be 5 x 101δQl! -8 containing p+GaA
s213 to 1100n, undoped (p-: ~10
”am-δ level) A Q-Ga knee xA s (x
”0.3) 214 to 1100n undoped GaAs21
5 was formed to a thickness of 200 nrn (FIG. 11(a)).

熱CVD法を用いて5iO2240を500層m全面に
形成後、ベース領域取り出しのための窓明けをリソグラ
フィーを用いて行ない。5iOz240をマスクとして
Mgイオン221を8×1014Ca11−”のドーズ
量、250keVの加速電圧で注入後、5iOzを20
0層m全面に被ft後、ランプアニールを用いてMgイ
オンの活性化を行なった。
After forming 500 m layers of 5iO2240 on the entire surface using thermal CVD, a window is opened to take out the base region using lithography. Using 5iOz240 as a mask, Mg ions 221 were implanted at a dose of 8×1014Ca11-'' at an acceleration voltage of 250keV, and then 5iOz was implanted at 20
After the entire surface of the 0 layer m was coated, Mg ions were activated using lamp annealing.

続いて、ホトレジスト241、及びその内側に光CVD
法による5iN242を被着させ、Siイオン220を
加速電圧175 k eV、 3 XIO”■−2のド
ース量にしてイオン注入し、通常の熱処理を加え、エミ
ツタ層を選択的に形成した。
Subsequently, photoresist 241 and photo-CVD are applied inside it.
5iN242 was deposited by the method, and Si ions 220 were implanted at an acceleration voltage of 175 keV and a dose of 3XIO''-2, followed by conventional heat treatment to selectively form an emitter layer.

この後、ベース電極形成コレクタ電極或いはFET部分
の形成は、第10図(b)に示す様に行なった。
Thereafter, the formation of the base electrode, collector electrode, or FET portion was performed as shown in FIG. 10(b).

本実施例ではnpn型HB Tについて説明したが、p
np型HBTについても同様に本発明を適用できる。
In this example, an npn type HBT was explained, but a pn type HBT was explained.
The present invention can be similarly applied to np-type HBTs.

この様に本発明は、制御性の最も要求されるベース層の
みMBE等のエピタキシャル技術を用いてエミッタ或い
はコレクタ領域をイオン注入法で形成することにより、
トランジスタ、FET、抵抗SBD (ショットキーバ
リアダイオード)等を容易に基板内に形成することが可
能となる。
In this way, the present invention uses an epitaxial technique such as MBE only for the base layer where controllability is most required, and forms the emitter or collector region by ion implantation.
Transistors, FETs, resistors SBD (Schottky barrier diodes), etc. can be easily formed in the substrate.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、2次元状キャリアを蓄積する部分を除
き、急峻なヘテロ接合をブロードにすること、たとえば
GaAs/AlGaAsヘテロ接合を無秩序化すること
によって、2DEG−FETにおいては、ソース・ゲー
ト間寄生抵抗Rs+rが極めて小さい、又、2 D E
 G−HB Tにおいては、寄生ベース抵抗が極めて小
さい半導体装置を得ることができる。
According to the present invention, in a 2DEG-FET, by making a steep heterojunction broad, for example by disordering a GaAs/AlGaAs heterojunction, except for the part where two-dimensional carriers are accumulated, The parasitic resistance Rs+r is extremely small, and 2 D E
In G-HBT, a semiconductor device with extremely low parasitic base resistance can be obtained.

また1本発明によれば、ソース電極とコンタクト層の接
触抵抗及びゲート・ソース電極間の寄生抵抗が著しく低
減でき、素子の相互コンダクタンスが従来に比べ3〜4
割向上した。
Furthermore, according to the present invention, the contact resistance between the source electrode and the contact layer and the parasitic resistance between the gate and source electrodes can be significantly reduced, and the mutual conductance of the device can be reduced by 3 to 4 compared to the conventional one.
The percentage has improved.

さらに本発明によれば、エミッタ領域をイオン注入法で
形成するので、エミッタ・ベース間寄生容斌を極めて小
さくでき、またベース層上部に形成されるアンドープ層
中にGaAsMESFETを極めて容易に形成できるの
で、I−I B TとF E Tを同一基板内に容易に
複薮個形成することが可能となる。
Furthermore, according to the present invention, since the emitter region is formed by ion implantation, the parasitic capacitance between the emitter and the base can be extremely reduced, and the GaAs MESFET can be extremely easily formed in the undoped layer formed on the top of the base layer. , it becomes possible to easily form multiple I-I B Ts and FETs on the same substrate.

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

第1図は1本発明の詳細な説明するためのトランジスタ
断面図及びそのエネルギーバンド図、第2図は従来のF
ETの断面図とエネルギーバンド図、第3図は本発明を
2DEG−HBTに適用した実施例の断面図、第4図は
本発明を2DEB−HB ’I”に適用した場合の断面
図、第5図は実施例3を説明する図、第6図は実施例4
を説明する図、第7図は本発明の実施例5の断面(A、
第8図は公知例の断面図、第9図は、第8図に示す公知
例に一改良を加えた例の断面図、第10図は本発明の断
面構造図および第11図は実施例6の工程断面図である
。 11−・・アンド・−ブG a A s、12− n−
A Q GaA s、1、2− n型A Q xGai
−xA s 、 12 ’ ・=A Q In成がgr
adadなAlGaAs、13−n+GaAs  、1
4 ・2 D E G、16.18−p+GaAs  
、17・・・PEAΩGaAs  −20,21・・・
ソース・ドレイン電極、22・・・ゲート電極、23・
・・ベース電極。 24・・・コレクタ電極、25・・・エミッタ電極、 
111゜121.131・=半絶縁性GaAs基板、1
12゜122.132−・・アンドープGaAs層、1
.13゜123.133・・・2次元電子ガス、114
,124゜134− n型A Q GaA s層、11
5,135−・・n中型GaAsコンタクト層、116
,125゜136・・・ソース電極、117,126,
137・・・ドレイン電極、118,127,128・
・・ゲート電極、139,140・・・電子流径路、2
10・・・基板、211−n+GaAs 、212−n
−GaAs。 213−P+GaAs  、214−アンドープA Q
 GaA s、215−・・アンドープGaA s 、
 220・・・Siイオン、221・・・Mgイオン5
240・・・囁 2121 /l 了、に−7″けスAs 12  丑竺AtjエバS 73  で型6久、4s /4 二・k先電子η゛′ス 25  死3 図   75 巧  z6 イ万〉 3o  ボLしンスト ′fJ 3 図 22’  臆9町丁を春・[工 片−LメノノL 第 5 図 第2図 13 辺す6a−A5  4g、i’、  ア珪−71
・1)z(jLt=tlsj3“互”frAs 42 超格分 χ  7 7 冨 /ρ 図 Z/Z %−qaAs
Figure 1 is a cross-sectional view of a transistor and its energy band diagram for explaining the present invention in detail, and Figure 2 is a diagram of a conventional transistor.
ET cross-sectional view and energy band diagram. Figure 3 is a cross-sectional view of an embodiment in which the present invention is applied to 2DEG-HBT. Figure 4 is a cross-sectional view in the case where the present invention is applied to 2DEB-HB 'I''. Figure 5 is a diagram for explaining Example 3, and Figure 6 is Example 4.
FIG. 7 is a cross-sectional view of Example 5 of the present invention (A,
FIG. 8 is a cross-sectional view of a known example, FIG. 9 is a cross-sectional view of an example in which an improvement is added to the known example shown in FIG. 8, FIG. 10 is a cross-sectional structural diagram of the present invention, and FIG. 11 is an embodiment. 6 is a process sectional view of step 6. 11-...and-bu Ga As, 12-n-
A Q GaAs, 1, 2- n-type A Q x Gai
-xA s , 12' ・=A Q In formation is gr
adad AlGaAs, 13-n+GaAs, 1
4 ・2 D E G, 16.18-p+GaAs
, 17...PEAΩGaAs -20,21...
Source/drain electrode, 22... Gate electrode, 23.
...Base electrode. 24...Collector electrode, 25...Emitter electrode,
111°121.131 = semi-insulating GaAs substrate, 1
12゜122.132--Undoped GaAs layer, 1
.. 13゜123.133...Two-dimensional electron gas, 114
, 124゜134- n-type AQ GaAs layer, 11
5,135-...n medium-sized GaAs contact layer, 116
, 125° 136...source electrode, 117, 126,
137...Drain electrode, 118, 127, 128.
...Gate electrode, 139,140...Electron flow path, 2
10...Substrate, 211-n+GaAs, 212-n
-GaAs. 213-P+GaAs, 214-undoped A Q
GaAs, 215-... undoped GaAs,
220...Si ion, 221...Mg ion 5
240... whisper 2121 /l finished, ni-7''kesu As 12 Ushijiku Atj Eva S 73 type 6 Ku, 4s /4 2.k ahead electron η゛'S 25 death 3 Figure 75 Takumi z6 Iman 〉 3o BoL Shinst'fJ 3 Fig. 22' Spring 9-machi-cho [Kobana-L Menono L Fig. 5 Fig. 2 Fig. 13 Side 6a-A5 4g, i', A-71
・1) z (jLt=tlsj3 "mutual" frAs 42 supercase χ 7 7 wealth /ρ Figure Z/Z %-qaAs

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、不純物を実質的に含有しない半導体層( I )と混
晶よりなる他の半導体層(II)とのヘテロ接合を有し、
該ヘテロ接合界面に誘起する二次元状担体を制御する電
極と、二次元状担体と電子的に接続された少なくとも1
個以上の電極を有する半導体装置において、二次元状担
体を制御される領域及びその近傍を除いて、該半導体層
(II)の混晶が空間的に変調され、連続的に該半導体層
( I )に接続されていることを特徴とする半導体装置
。 2、上記特許請求の範囲第1項に記載の半導体装置にお
いて、上記半導体層( I )がGaAsでなり、上記半
導体層(II)がAlGaAsでなり、上記2次元担体を
制御する電極とその周辺以外のヘテロ接合界面が無秩序
化されてなることを特徴とする半導体装置。3、上記無
秩序化領域に中性化原子をイオン注入されてなるか或い
は、上記二次元状担体を制御する領域とは反対の導電性
をもつ原子をイオン注入されてな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。 4、表面が変調された格子構造のオーミック電極用半導
体コンタクト層を具備した電界効果トランジスタである
ことを特徴とする半導体装置。 5、上記オーミック電極用半導体コンタクト層に形成さ
れた上記表面格子構造において、凹部の断面側壁と底面
のなす角が90度以上であることを特徴とする特許請求
の範囲第4項に記載した半導体装置。 6、上記オーミック電極用コンタクト層が、n型GaA
s層からなり、該ドーパント濃度が、1×10^1^7
cm^−^3以上1×10^2^0cm^−^3以下で
あり、該コンタクト層の厚さが500Å以上で、該コン
タクト層に形成される凹部の深さが、該コンタクト層の
厚さの2割から8割の間であることを特徴とする特許請
求の範囲第4項に記載の半導体装置。 7、上記オーミック電極用半導体コンタクト層が、n型
GaAs層からなり、該主面が(100)面で上記格子
構造の溝の伸びている方向が <0@1@1>方向であることを特徴とする特許請求の
範囲第4項に記載の半導体装置。8、エミッタ層或いは
コレクタ層の少なくとも一方は、不純物を実質的に含有
しないでエピタキシャル成長されたエミッタ層、ベース
層、コレクタ層を有するバイポーラトランジスタにおい
て、エミッタ領域或いは、コレクタ領域の少なくとも一
方は基板内に選択的に不純物がドープされた構造を有す
ることを特徴とする半導体装置。
[Claims] 1. Having a heterojunction between a semiconductor layer (I) that does not substantially contain impurities and another semiconductor layer (II) made of a mixed crystal,
an electrode for controlling two-dimensional carriers induced at the heterojunction interface; and at least one electrode electrically connected to the two-dimensional carriers.
In a semiconductor device having more than one electrode, the mixed crystal of the semiconductor layer (II) is spatially modulated, except for the region where the two-dimensional carrier is controlled and its vicinity, and the semiconductor layer (II) is continuously modulated. ) A semiconductor device characterized by being connected to. 2. In the semiconductor device according to claim 1, the semiconductor layer (I) is made of GaAs, the semiconductor layer (II) is made of AlGaAs, and an electrode for controlling the two-dimensional carrier and its surroundings are provided. 1. A semiconductor device characterized in that a heterojunction interface other than that of the semiconductor device is disordered. 3. A patent characterized in that neutralized atoms are ion-implanted into the disordered region, or atoms having a conductivity opposite to that of the region controlling the two-dimensional carrier are ion-implanted. A semiconductor device according to claim 1. 4. A semiconductor device characterized in that it is a field effect transistor comprising a semiconductor contact layer for an ohmic electrode with a lattice structure whose surface is modulated. 5. The semiconductor according to claim 4, wherein in the surface lattice structure formed in the semiconductor contact layer for ohmic electrode, the angle between the cross-sectional side wall of the recess and the bottom surface is 90 degrees or more. Device. 6. The ohmic electrode contact layer is made of n-type GaA
It consists of an s layer, and the dopant concentration is 1×10^1^7
cm^-^3 or more and 1 x 10^2^0 cm^-^3 or less, the thickness of the contact layer is 500 Å or more, and the depth of the recess formed in the contact layer is equal to or greater than the thickness of the contact layer. 5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor device has a diameter of between 20% and 80%. 7. The semiconductor contact layer for the ohmic electrode is made of an n-type GaAs layer, the main surface is the (100) plane, and the direction in which the grooves of the lattice structure extend is the <0@1@1> direction. A semiconductor device according to claim 4 characterized by: 8. In a bipolar transistor having an emitter layer, a base layer, and a collector layer in which at least one of the emitter layer and the collector layer is epitaxially grown without substantially containing impurities, at least one of the emitter region and the collector region is in the substrate. A semiconductor device characterized by having a structure selectively doped with impurities.
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