JPS6235579A - 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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JPS6235579A
JPS6235579A JP17478285A JP17478285A JPS6235579A JP S6235579 A JPS6235579 A JP S6235579A JP 17478285 A JP17478285 A JP 17478285A JP 17478285 A JP17478285 A JP 17478285A JP S6235579 A JPS6235579 A JP S6235579A
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JP
Japan
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layer
buffer layer
grown
type
semiconductor
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Application number
JP17478285A
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Inventor
Junji Saito
淳二 斉藤
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
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】 〔概要〕 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、 まずバッファ層をn型としてエピタキシャル成長し、か
つ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。
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
3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i型GaAs層13、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(^1xGa+−,As)石
工4、及び不純物濃度が例えば2×10111LJ″f
f程度のn型GaAs[15が設けられている。このi
型GaAs層13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、Δ−IGaAs層14は電子供給層
、n型GaAs層15はキャップ層である。
へ1GaAs層14は、例えばi型GaAsJi13と
の界面近傍の厚さ約5 nmの領域をノンドープとし、
その他の領域に濃度2 XIO”cm−3程度のドナー
不純物を含んで、この層からi型GaAs層13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13e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
GaAs層15を選択的にエツチングしAlGaAs層
14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13eの面濃度を制御することによりトランジ
スタ動作が行われ名。
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4図(alの様であり、2次元
電子ガス13eはi型GaAs層13のAlGaAs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4図fa)に示したエネルギー準位は、バッファ層で
あるi型GaAs層13が例えば0.8μm程度以上の
十分な厚さを有する場合である。i型GaAsJi13
が薄い場合には第4図(blに示す如く、i型GaAs
層13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
13e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
ァ層13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13全体のエネル
ギー準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プットを向上する手段が要望されて
いる。
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n型半導
体バ・ノファ層を予めエピタキシャル成長し、該バッフ
ァ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、2次元電子ガスが蓄積されるノン
ドープのi形半導体チャネル層を含む所要の半導体層を
、該バッファ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。
〔作 用〕
本発明によれば、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してその成長方法を選択し、
更に基板表面に起因する界面準位のバッファ層のエネル
ギー準位に対する影響を、バッファ層を低濃度のn型と
することにより抑制する。
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。
この様にバッファ層のエピタキシャル成長を分離するこ
とにより、バッファ層には例えば気相成長方法など・チ
ャネル層、電子供給層等には従来と同様にMBE法など
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エクトも抑制される。
基板−バッファ層、バッファ層−チャネル層間の界面準
位は前記の如くそれぞれ抑制され、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
用した実施例を示す工程順模式側断面図、第2図はその
エネルギー準位を示す図である。
第1図fat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n型GaAsバッファ
層2を、例えば不純物濃度2 XIO”c+n−’、厚
さ0.2μm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
(AsCh)を用いる塩化物法、又はGa源にトリメチ
ルガリウム(Ga (CH3) 3)、As源にアルシ
ン(AsH3)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(b)参照: n型GaAsバッファ層2上に、
ノンドープの)型GaAsチャネル層3 、AlGaA
s電子供給層4及びn型GaAsキャップ層5を、?I
BE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10−8〜10− ’Torr程度の的雰囲気とし
、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。
この基板1を真空状態を保ちつつ成長室内に移動し、例
えば成長温度680℃、成長速度GaAs 1.0μm
/h、八1GaAs 1.4μn+/hで、ノンドープ
のi型GaAsチャネルrri3は厚さ約1100n、
 Alo、 zGao、 Js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(S+
)ドーピング温度約lXl0”c+n−3のn型領域4
bの厚さ約900m、 n型GaAsキャップ層5は厚
さ約10nmに成長する。
第1図fc)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、
ヘテロ接合電界効果トランジスタ素子が完成する。
本実施例のエネルギー準位は第2図の様になり、温度7
7Kにおいて、2次元電子ガス3eの面濃度約5 X 
10” cm−”、電子移動度約9 XIO’ cm2
/ν、Sで、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た。
本実施例のウェーハ1枚当たりのエピタキシャル成長時
間は、厚さ約0.2−のn型GaAsバフファ層2のM
OCVD法による成長が約5分間、i型GaAsチャネ
ル層3〜n型GaAsキャップ層5のMBIE法による
成長が約10分間であり、前記従来構造の厚さ約0.8
μmのi型GaAsバッファ層13〜n型GaAsキャ
ップ層15のMBE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GaAs/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InGaA
s/ 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ヘ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
明の実施例の工程順模式側断面図、 第2図はそのエネルギー準位を示す図 第3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4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バフファ層、 3はノンドープのi型GaAsチャネル層、3e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卸域、 4bはn型領域、 5はn型GaAsキャンプ層、 6はソース及びドレイン電極、 7はゲート電極を示す。 (久) 寥 I Z 従来例o)R式割前面図 享3 口 従来合!jのキノロヒ導危ρPJを示す口秦4 田

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 半絶縁性化合物半導体基板上にn型半導体バッファ層を
    予めエピタキシャル成長し、該バッファ層の表面をエッ
    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、2次元電子ガスが蓄積されるノンドープのi形半導
    体チャネル層を含む所要の半導体層を、該バッファ層上
    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。
JP17478285A 1985-08-08 1985-08-08 半導体装置の製造方法 Pending JPS6235579A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012182203A (ja) * 2011-02-28 2012-09-20 Sumitomo Electric Ind Ltd Iii族窒化物半導体素子、及びiii族窒化物半導体素子を作製する方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2012182203A (ja) * 2011-02-28 2012-09-20 Sumitomo Electric Ind Ltd Iii族窒化物半導体素子、及びiii族窒化物半導体素子を作製する方法

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