JPH04340232A - ヘテロ接合型半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

ヘテロ接合型半導体装置及びその製造方法

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JPH04340232A
JPH04340232A JP729391A JP729391A JPH04340232A JP H04340232 A JPH04340232 A JP H04340232A JP 729391 A JP729391 A JP 729391A JP 729391 A JP729391 A JP 729391A JP H04340232 A JPH04340232 A JP H04340232A
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JP
Japan
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layer
type
inalas
substrate
channel layer
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Pending
Application number
JP729391A
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English (en)
Inventor
Yasuo Ashizawa
芦沢 康夫
Takao Noda
隆夫 野田
Shinobu Fujita
忍 藤田
Akira Wagai
和賀井 晶
Shigeya Narizuka
重弥 成塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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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】
[発明の目的]
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はInGaAsを用いたヘ
テロ接合型半導体装置及びその製造方法の改良に関する
【0002】
【従来の技術】n型である半導体層とこれよりバンドギ
ャップが狭くかつ不純物濃度が低い第二の半導体層との
ヘテロ接合界面は真空準位が連続であることから伝導帯
のエネルギーレベルに不連続を生じ、バンドギャップの
大きい第一の半導体層の電子がバンドギャップの小さい
第二の層側に移り、いわゆる2次元的な電子ガス分布を
生じる。この電子は第二の層中では不純物濃度が低いこ
とから高い電子移動度を有し、これを利用して高速の電
界効果トランジスタを形成できる。高速性を追求するた
めには電流密度を上げることが有効であり、2次元電子
ガスを構成する半導体層の組合せとして大きな伝導帯不
連続を有しかつ電界効果トランジスタのチェンネル層に
は電子移動度あるいは電子飽和速度の大きな材料を選ぶ
ことが有利である。この観点から、従来、電子供給層を
AlGaAsとした際に、チャンネル層をGaAsとす
るよりも電子飽和速度の大きなInGaAsを使うこと
が行われてきた。図6にInGaAsをチャンネル層と
する従来の電界効果トランジスタの断面図を示す。この
場合、InPを基板1とし、電子供給層はInP基板1
に格子整合しかつ適当な大きさのショットキ障壁高さを
有するInAlAs層6が使われることが一般的である
。この構造ではInP基板1への電子の広がりと素子分
離を目的として残留キャリア濃度の低いInGaAsよ
りバンドギャップの大きいノンドープInAlAs層あ
るいはノンドープInP層をバッファ層60として使う
ことが必要である。ここで、4はi型InGaAsのチ
ャンネル層、5はi型InAlAsのスペーサ層、6は
n型InAlAsの電子供給層、7はi型InAlAs
のショットキーコンタクト層、81 ,82 はn型I
nGaAsのオーミックコンタクト層であり、特にこの
オーミックコンタクト層はソース・ドレイン領域として
働く。これらの層は順次積層して形成されている。10
はTi/Pt/Auのショットキーゲート電極であり、
また91 ,92 はAuGe系のソース・ドレイン電
極である。しかしながらこの構造を実際に分子線エピタ
キシャル法あるいは有機金属気相成長法などで成長し電
界効果トランジスタに形成した場合、いくつかの問題点
を抱えている。まず有機金属気相成長法で成長したバッ
ファ層60であるInPあるいはInAlAsのアンド
ープ層はn型であり、電子の閉じ込め効果は不十分であ
り、電界効果トランジスタを動作させた場合のピンチオ
フ特性が悪い。InPにたいしてはFeをドーピングし
て抵抗の高い層を形成できるが、この場合、FeがIn
GaAs層内に拡散により侵入してくるためチャンネル
層内の電子移動度の低下を招く。一方、分子線エピタキ
シャル成長法では抵抗の高いInAlAs層を成長でき
るのでバッファ層として使用できるが、この高抵抗化は
不純物及び欠陥の補償に基づくものでありInAlAs
層自体の結晶品質が充分とはいい難い。このように、I
nGaAsをチャンネル層にした構造ではバッファ層に
おいて問題を残している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のヘテロ接合型電
界効果トランジスタ(FET)はチャンネル層から基板
側に電子が漏れるのを有効に防止するInAlAs層を
備えておらず、そのためにトランジスタ特性が低下する
という問題があった。
【0004】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
、チャンネル層からの電子の漏れを防止するための層を
ヘテロ接合型FET中に形成する事を第1の目的とする
ものであり、また、P型InAlAs層中の不純物を回
りの層に拡散させてこの層以外の層もP型にする心配の
ないヘテロ接合型半導体装置の製造方法を提供する事を
第2の目的とする。 [発明の構成]
【0005】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、第1の発明は半絶縁性InP基板上に形成されたI
nGaAsのチャンネル層と、このチャンネル層上に形
成されたInAlAsの電子供給層と、この電子供給層
上に形成された制御ゲートと、この制御ゲートの両側の
前記チャンネル層に電気的に接続して形成されたソース
・ドレイン領域とを備え、前記基板中或いは、前記基板
と前記チャンネル層間に形成されたp型InAlAs層
或いはアンドープInAs/p型AlAs超格子の有機
金属気相成長層を具備することを特徴とするヘテロ接合
型半導体装置を提供するものである。また、第2の発明
はInAlAs層及びInGaAs層を含む積層構造を
備えたヘテロ接合型半導体装置の前記InAlAs層を
形成するに当たり、原料に有機金属を用いて気相成長す
ることにより、前記原料中の炭素を前記InAlAs層
に残置してP型を呈する様にした事を特徴とするヘテロ
接合型半導体装置の製造方法を提供するものである。本
発明では、この様にAlAsを含む化合物半導体を、P
型を呈する様にする際に、ドーパントとしてCを使用す
るのである。
【0006】
【作用】本発明によれば、p型層をチャンネル層より下
例えばバッファ層内に有する構造においては、フェルミ
レベルの連続性から伝導帯が持ち上がりチャンネル内の
電子に対して有効な障壁となる。従ってチャンネル層内
に電子が有効に閉じ込められ、ゲート電圧が高くなった
場合でも電子がバッファ層内に流れ込むのを少なくさせ
る効果をもつ。この結果、チャンネルのピンチオフ特性
を向上させることができる。
【0007】さらに、本発明は有機金属気相成長法によ
りInGaAsをチャンネル層にする電界効果トランジ
スタ構造を形成する際にチャンネル層より下例えばバッ
ファ層に対してp型のInAlAs層をキャリアが空乏
化する程度の厚さに加えることにある。これに当たる条
件として、この層の厚さと濃度は例えば100A、また
Cの濃度は1×1017cm−3である事が好ましい。 この際、p型ドーパントはCである事が必要である。有
機金属気相成長方法において通常使われるp型ドーパン
トとしてBe、Mg、Zn、Cdなどがあるがこれらの
元素は拡散係数が大きいためにチャンネル層内に拡散し
てチャンネル層の品質を低下させる可能性があるほか、
一般的にこれらの元素の供給原料となるアルキル化合物
は気相成長装置の配管壁に付着しやすく、ドーピング遅
れを生じると共にいわゆるメモリ効果を来しこのInA
lAs層の後に続く層内に取り込まれ膜質を劣化させる
可能性がある。さてCはこれらの元素に比較して拡散が
小さく、さらに最も有利なことはCが万一、InPもし
くはInGaAs層に入ったとしても一般的にはドナー
になる。このため、Cがチャンネル層内に拡散したとし
ても、成長層の補償比を大きくして電子移動度を下げる
ようなことは少ない。ここではP型InAlAs層をバ
ッファ層中に形成した場合について説明したが、チャン
ネル層より下であれば良く、例えば基板中に形成しても
全く問題ない。
【0008】
【実施例】以下、実施例に基づき本発明を説明する。
【0009】図1は本発明の第1の実施例に基づく電界
効果トランジスタの断面図である。Feドープ半絶縁性
InP基板(1) 上に20A(以下、オングストロー
ムをこの様に略す)程度の厚さのCドープP型InAl
As層(2) ,i型InPバッファ層(3) ,i型
InGaAsチャンネル層 (4),アンドープInA
lAsスペーサ層(5),n型InAlAs電子供給層
 (6),i型InAlAsショットキーコンタクト層
 (7),n型InGaAsオーミックコンタクト層(
81 ,82 )が順に積層した構造である。以下、従
来例と同一部分は同一番号を付し、その詳しい説明を略
す。この構造は有機金属気相成長方法でトリメチルガリ
ウム(TMG)、トリメチルアルミニウム(TMA)、
トリメチルインディウム(TMI)、アルシン(AsH
3 )、ジシラン(Si2 H6 )を用いてエピタキ
シャル成長する。CドープP型InAlAs層(2) 
の形成については以下の様な種々の方法が挙げられる。
【0010】a)  AsHの供給量がTMI,TMA
の供給量より小さくなるような条件で成長し、メチル基
からのCの混入を増やす。この際III 族原料TMI
,TMAに対するAsH3 の供給比を減らしていくこ
とでCの取り込みを増やすことができる。 b)  AsH3 の代わりに有機金属Asを使う、こ
の際の他の有機金属As原料としてはトリメチル砒素な
どが挙げられる。 c)  CCl4 などの新たなドーパントガスを使う
【0011】図2は図1に示したトランジスタのA−A
´断面のエネルギー準位図(図2(b) )を従来例(
図2(a) )と比較して示す。p型InAlAsがあ
るため、従来例と比較すると、伝導帯が持ち上がり、I
nGaAsチャンネルの電流が基板側への浸み出しを減
少させることに有効である。
【0012】次ぎに、図3は本発明の第2の実施例を示
す断面図である。この実施例が第1の実施例と異なる点
は、p型InAlAsの代わりにアンドープInAs/
CドープP型AlAs層(2つの層を交互に積層したも
のであり、この様に記す)を採用した事である。AlA
sとInAsの厚さはそれぞれ2原子層ずつ、また周期
数は5であり、超格子の平均の格子定数はInP基板に
整合しており、不整合転位などの結晶欠陥は生じない。 InAs,AlAsの厚さは不整合転位を生じる臨界厚
さ以下であれば変化させることができる。なお本発明に
基づく電界効果トランジスタ構造は分子線エピタキシャ
ル成長法によっても形成できる。また、アンドープIn
GaAs2次元電子ガス構造のかわりにドーピングされ
たInGaAs層を活性層とする電界効果トランジスタ
構造においてもp型InAlAs層もしくはアンドープ
InAs/CドープAlAs層を採用することで同様な
改良効果が期待できる。
【0013】図4は図3に示したトランジスタのB−B
´断面でのエネルギー準位図を示す。第2の実施例にお
いてもp−AlAs/i型InAs超格子は等価的にp
型InAlAsと同じ効果をもちチャンネル電流の浸み
出しの抑制に有効である。
【0014】図5は、本発明の第3の実施例を示す断面
図である。これも各層を有機金属気相成長法で形成した
。本実施例はn+ 型InP基板50上に整合したダブ
ルヘテロレーザー構造である。p型InAlAsクラッ
ド層54,55のうち、InGaAs活性層53に近い
部分のドーパント元素をZnではなくCにすることで、
成長中にp型ドーパントが活性層中に拡散する量を抑え
ることに有効である。その他、51はn+ 型InAl
GaAsのバッファ層、52はn型InAlAsのクラ
ッド層、56はオーミックコンタクト層である。
【0015】尚、本発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、基板を他の材料例えばGaAsにしたり、或
いは他のデバイス例えばLED等に適用しても良く、そ
の主旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施する事が
できるのはいうまでもない。
【0016】
【発明の効果】上記構成により、回りに悪影響を与える
ことなくこのねらった層のみをP型にすることができ、
またこの層は電界効果トランジスタ中で、基板側への電
子のしみ出しを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】  本発明の第1の実施例を示す断面図。
【図2】  本発明の第1の実施例を説明する図。
【図3】  本発明の第2の実施例を示す断面図。
【図4】  本発明の第2の実施例を説明する図。
【図5】  本発明の第3の実施例を示す断面図。
【図6】  従来例の断面図。
【符号の説明】
1…InP基板、2…P型InAlAs層、3…アンド
ープi型InPバッファ層、4…i型InGaAsチャ
ンネル層、5…アンドープi型InAlAsスペーサ層
、6…n型InAlAs電子供給層、7…アンドープi
型InAlAsショットキコンタクト層、81 ,82
 …n型InGaAsオーミックコンタクト層、91 
,92 …ソース・ドレイン電極、10…ショットキー
ゲート電極

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  半絶縁性InP基板上に形成されたI
    nGaAsのチェンネル層と、このチャンネル層上に形
    成されたInAlAsの電子供給層と、この電子供給層
    上に形成された制御ゲートと、この制御ゲートの両側の
    前記チャンネル層に電気的に接続して形成されたソース
    ・ドレイン領域とを備え、前記基板中或いは前記基板と
    前記チャンネル層間に形成されたp型InAlAs或い
    はアンドープInAs/p型AlAs超格子の有機金属
    気相成長層を具備することを特徴とするヘテロ接合型半
    導体装置。
  2. 【請求項2】  InAlAs層及びInGaAs層を
    含む積層構造を備えたヘテロ整合型半導体装置の前記I
    nAlAs層を形成するに当たり、原料に有機金属を用
    いて気相成長することにより、前記原料中の炭素を前記
    InAlAs層に残置してP型を呈する様にした事を特
    徴とするヘテロ接合型半導体装置の製造方法。
JP729391A 1991-01-24 1991-01-24 ヘテロ接合型半導体装置及びその製造方法 Pending JPH04340232A (ja)

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