JPS6251266A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS6251266A
JPS6251266A JP60191717A JP19171785A JPS6251266A JP S6251266 A JPS6251266 A JP S6251266A JP 60191717 A JP60191717 A JP 60191717A JP 19171785 A JP19171785 A JP 19171785A JP S6251266 A JPS6251266 A JP S6251266A
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alas
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Masao Itabashi
昌夫 板橋
Akira Ishibashi
晃 石橋
Yoshifumi Mori
森 芳文
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/10Shapes, relative sizes or dispositions of the regions of the semiconductor bodies; Shapes of the semiconductor bodies
    • H10D62/17Semiconductor regions connected to electrodes not carrying current to be rectified, amplified or switched, e.g. channel regions
    • H10D62/351Substrate regions of field-effect devices
    • H10D62/357Substrate regions of field-effect devices of FETs
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/40FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels
    • H10D30/47FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels having two-dimensional [2D] charge carrier gas channels, e.g. nanoribbon FETs or high electron mobility transistors [HEMT]
    • H10D30/471High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT]
    • H10D30/473High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having confinement of carriers by multiple heterojunctions, e.g. quantum well HEMT

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  • Recrystallisation Techniques (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕   ・ 本発明は半導体装置、特にGaAs基板上に化合物半導
体層をエピタキシャル成長して動作領域を形成する種々
の化合物半導体装置例えば2次元電子ガスチャンネルに
よるFl!T 、いわゆ411BMT等の化合物、半導
体装置に関わる。
〔発明の概要〕
本発明はGaAs基板上に(7八jl As)III 
(GaAs)nの超格子構造のバッファ層を形成し、こ
れの上に化合物半導体例えばAlGaAs系化合物半導
体をエピタキシャル成長させることによって高品位の化
合物半導体層を形成する。
〔従来の技術〕
IJBMT等の化合物半導体装置において仲、例えばC
rがドープさ、れた半絶暉性GaAs基板上にAllG
aAs系の各、半導体層、例えばアンドープのGaAs
半導体層、n型のAI GaAs半導体層、さらにその
上にGaAs半導体層が順次例えばMOCVD  (M
etalorganicChemical Vapor
 Deposition )法或いはMB[!(Mol
ecular Beam Epitaxy)法等によっ
て、順次エピタキシャル成長してその動作領域、即ちI
IEMTにおいては、2次元電子ガスチャンネルを形成
する領域を含む各領域の形、成を行う。この場合、高量
質Q↓ピタ士シャル層を得るためには、その動作領域を
形成する部分例えば前述したHIIMTにおけるアンド
ープのGaAs層は数十μm程度の厚さまで成長させる
必要があった。これはGaAs基板からの(、r等の不
純−の拡散や結晶欠陥の伝播がGaAs基板の界面側か
ら生ずることがないようにバッファ層としての機能をも
たらしためるために厚い成長膜を形成するとか或いは実
質的にバッファ層の介在を行わしめるものである。
近年このエピタキシャル成長層を薄くしても高品質なエ
ピタキシャル層を得る対策して超格子の構造のバッファ
層を介してエピタキシャル成長をさせる試みがなされて
いる。例えば超格子構造のバッファ層上に連続して成長
させた量子井戸層の光学的特性が改善されるという報告
がある(藤井他;昭和59年春応用物理学会予稿集29
P N−1,アーノルド(D、八rnold) 他;ア
イ・イー・イー・イー・エレクトロンデバイスレターズ
(IEEE ElectronDevice Lett
ers) Vol、EDL−5+ Na3,82 (1
984)参照)。しかしながらこれらの報告においても
、その超格子バッファ層の、バッファ層として作用する
機構や最適構造に関する究明、知見等の報告は未だなさ
れていない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明においては、特にGaAs基板上に化合物半導体
層のエピタキシャル成長を形成する場合における化合物
半導体の超格子バッファ層としての機能の究明に基づい
てその有効な構造を提供するものであり、これに基づい
て各種半導体装置、例えばHEMT等の化合物半導体に
おいてその高純度、高品質のエピタキシャル層の形成を
可能にし各種半導体装置例えばHEMTにおける特性改
善を図るものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明においては第1図に示すように例えばCrがドー
プされた半絶縁性のGaAs基板(1)上に特定された
構造による超格子バッファ層(2)を介して目的とする
動作領域を形成する半導体層例えば^7!GaAs系或
いはlij! Ga1nP系等の半導体層(5)を連続
的にMOCVD或いはMBE法等による一連のエピタキ
シャル工程で形成する。
超格子バッファ層(2)は(八j! As)m (Ga
As)nでm≧6とし、nを任意値とする1周期以上の
超格子構造とする。すなわち、不純物は選択的にAlA
s層にゲッタされ、そのゲッタリングのためには、へβ
As層厚が6原子層(m≧6)以上必要である事がわか
った。この様にすると、はさまれたGaAsの純度は向
上し、従って超格子上のGaAsの純度も向上する事に
なる。超格子中のGaAsの厚みは任意でよい。つまり
 八lAsのm原子層(3)とGaAsのn原子層(4
)の繰り返し積層した構成とする。 AIl As層と
GaAsとはn−mに選定し得る。
〔作用〕
上述したように半絶縁性のGaAs基板上に(^βAs
)m及び(GaAs)nの各原子層の1周期以上の積層
による超格子バッファ層(2)を形成し、これの上に半
導体層(5)をエピタキシャル成長させる場合、この半
導体N(5)としては、高品質で高純度の即ち基板から
の例えばCr不純物の拡散による侵入が抑えられる。従
って電子移動度の高い半導体層を構成することができる
これは(A7!As)nl (GaAs)nの超格子バ
ッファ層(2)によってGaAs基板からのエピタキシ
ャル成長に際して混入する不純物例えばCrがAlAs
1iiiによってゲッタリングされることによる。この
AIlAsのゲッタリングは、第3図に示すような混晶
と超格子のラマン散乱の結果から示唆される。即ち、A
j!GaAs3元混晶でも、(八II As)m (G
aAs)r1超格子でもGaAs的LOフォノンと A
1^S的1.0フオノンの2つのピークがラマン散乱で
見えるが、その後者の前者に対する強度比T Ae/ 
I caは混晶の場合には、存在比できまっていること
がわかる。すなわち同図において△印と○印とは夫々 
AIl X Ga1−y As混晶と、(AJ As)
m (GaAs)n超格子との、夫々のX/(1−x)
(但しXは八lの分率、(x−1)はGaの分率)を変
化させたときのI AI!/ I Caを示したもので
あるが、混晶の場合は、X/(1−x)の直線に良くの
っているに比し超格子にするとこの比がX/lxよりず
っと小さくなっている。一般にフォノンビーク強度は結
晶の質に比例するのでこのことは、AjlAs層の質が
落ち、反面GaAs層の質は向上したことを示すものと
みられる。つまり、AlAsによるゲッタリングがおこ
っていると思われる。
第4図、第5図、第6図及び第7図は夫々(Al^s)
m (GaAs)n超格子構造のm = nとし、夫々
n=6. 8. 10.12としたときのラマンスペク
トルを示し、第8図は八j! 0.6 Gao、5As
の結晶の同様のラマンスペクトルを示す。また第9図中
曲線(31)及び(32)は夫々(AlAs)m (G
aAs)n超格子構造のm=nとしたときのラマンスペ
クトルにおけるAl1As的LOフオノン及びGaAS
vJLOフォノンの各ピーク強度のnの値に対する依存
性を示したものであり、同図中×印及び0印は夫々その
^JAs的フォノン及びGaAs的フォノンの各nの値
を変化させたときの各ピーク強度の測定値をプロットし
たものである。これによれば、 1IAs的LOフオノ
ンのピーク強度は、n=6以上でほぼ一定となりまたG
aAs的LOフォノンの強度は、nの増加と共に増大す
ることが分かる。すなわち、フォノンのピーク強度は1
.0フオノンの寿命に比例するものであるので、nの増
加と共にフォノンの寿命が増加していること、つまりG
aAsの純度が向上していることが分かる。また第10
図は同様のn値に対するL0フォノンピークの半値幅の
依存性を示すもので、第9図において0印はGaAs的
LOフォノンの半値幅、Δ印はAjlAs的LOフォノ
ンのそれを示す。これによれば両者共nの増大と共に半
値幅が減少しn=6以上でほぼ一定になることが分かる
。即ちフォノンのピークの反値幅はLOフォノンの寿命
の逆数に比例するのでn (−m)が増大するにつれて
LOフォノンのダンピングが小さくなりエピタキシャル
層の結晶性が良くなっていることが分かる。つまり(A
n! As)m (GaAs)n超格子構造では、エピ
タキシャル成長の際に混入する不純物がAIAsNによ
ってゲッタリングされn=m≧5 GaAs層及びA6
As層の純度が向上しており、このような構造がバッフ
ァ層として有効であることを示している。
〔実施例〕
第2図はHtlMTに本発明を通用した場合の一例で、
この例ではCrがドープされた半絶縁性のGaAs基板
(1)上に(^It As)6 (GaAs)eの2〜
3周期の超格子バッファ層(2)を形成し、これの上に
不純物がドープされない厚さ2μ川のGaAs層より成
る第1の半導体層(13)、さらにこれの上にノーンド
ープのAl1Ga層より成る第2の半導体層(14)、
さらにこれの上に例えばn型の^j! o、g Gao
、t As1iiより成る第3の半導体層(15)を形
成した。これら層(2)。
(13) 〜(15)は、連続的ニMOCVD法或いは
MBE法によって供給する原料ガスを切換ることによっ
て一連のエピタキシャル工程で形成できる。そして、層
(15)に対してショットキゲート電極(16)を被着
し、これの両側にソース及びドレインの各電極(17)
及び(18)を夫々オーミックに被着した。この場合、
GaAsの第1の半導体層(13)のAN GaAsの
第2の半導体層(14)との界面に2次元電子ガスチャ
ンネルが形成されるものであるが、これらII(13)
及び(14)の界面部分はすぐれた純度及び結晶性を有
するので、より高い電子移動度が得られ、高速性にすぐ
れたHtlMTが構成できる。
また本発明は、上述した例に限らず、種々の化合物半導
体装置においてGaAs基板上にその動作層ないしは活
性層をエピタキシャル成長させる場合に基板上にバッフ
ァ層(2)を形成し、これの上に目的とする動作層ない
しは活性層を形成することができる。
〔発明の効果〕
上述したように本発明においては(Aj! As)m(
GaAs)nのmが6以上で2〜3周期の超格子構造の
極めて薄いバッファ層(2)を設けるのみで基板+11
側からのCr等の不純物をゲッタリングする効果を得る
ことができ、これの上に形成するエピタキシャル半導体
層の純度を向上しキャリア移動度の高い高品質の半導体
層を形成できるので、各種化合1物半導体装置の動作領
域をエピタキシャルする場合に用いて特性の向上をはか
ることができる。
′1
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明装置の一例の要部の路線的拡大□・。 断面図、第2図は本発明をHtlMTに適用した場合の
一例め路線的拡大断面図、第3図〜第7図は夫々(八j
l As)m (GaAs)1のラマンスペクトル図、
第8図はAI GaAs混晶のラマンスペクトル図、第
9図及び第10図は夫々(八it A!1)III (
Ga^s)n(m=n)のラマンスペクトルのフォノン
ビーク強度及び半値幅のnの値に対する依存性を示す図
である。 (])はGaAsX板、(2)は超格子バッファ層であ
る。 1■ 十導イネ層 本発明健1の9訃の郭成的き斤面閏 第1図 第2図 LQフオノフのヒO−クラ会庸のnイ夾存十生第9図 第11図 手続補正書 1、事件の表示 昭和60年 特 許 願 第191717号3、補正を
する者 事件との関係   特許出願人 住 所 東京部品用区北品用6丁目7番35号、名称(
218)ソニー株式会社 、   代表取締役 大 賀 典 雄 4、代理人 (羊、所 東京都新宿区西新宿1丁目8番1号、、、置
 03−343−5821+?切 (新宅ビル)6、補
正により増加する発明の薮 (1)明細書中、第7頁3行「n = 6 、 8 、
10.12Jをrn=6.8,12,2Jと訂正する。 (2)同、同頁4行「結晶の同様」を「混晶の同様」と
訂正する。 (3)同、第9頁3行rA6Ga層」を「^7!GaA
s層」と訂正する。 (4)図面中、第3図、4図、5図、6図、7図及び第
8図を別紙の様に訂正する。 以上

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. GaAs基板上に(AlAs)_m(GaAs)_nで
    m≧6の1周期以上の超格子構造によるバッファ層を介
    して動作領域となる半導体層をエピタキシャル成長させ
    て成ることを特徴とする半導体装置。
JP60191717A 1985-08-30 1985-08-30 半導体装置 Expired - Lifetime JPH0815212B2 (ja)

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JP60191717A JPH0815212B2 (ja) 1985-08-30 1985-08-30 半導体装置

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JPS6251266A true JPS6251266A (ja) 1987-03-05
JPH0815212B2 JPH0815212B2 (ja) 1996-02-14

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ID=16279306

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6464367A (en) * 1987-09-04 1989-03-10 Nec Corp Semiconductor device
US4980750A (en) * 1987-12-29 1990-12-25 Nec Corporation Semiconductor crystal

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5929462A (ja) * 1982-08-10 1984-02-16 Mitsubishi Electric Corp ヘテロ接合素子
JPS61216317A (ja) * 1985-03-20 1986-09-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 単結晶GaAs基板上への単結晶GaAs層の形成法

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JPH0815212B2 (ja) 1996-02-14

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