JPS6367342B2 - - Google Patents
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- JPS6367342B2 JPS6367342B2 JP58045311A JP4531183A JPS6367342B2 JP S6367342 B2 JPS6367342 B2 JP S6367342B2 JP 58045311 A JP58045311 A JP 58045311A JP 4531183 A JP4531183 A JP 4531183A JP S6367342 B2 JPS6367342 B2 JP S6367342B2
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D84/00—Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
- H10D84/01—Manufacture or treatment
- H10D84/02—Manufacture or treatment characterised by using material-based technologies
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- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
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- H10D84/01—Manufacture or treatment
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Description
【発明の詳細な説明】
(技術分野)
この発明は、選択ドーピングしたヘテロ界面に
できる2次元電子ガスを利用する半導体装置の製
造方法に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field) The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device using a two-dimensional electron gas generated at a selectively doped hetero interface.
(従来技術)
GaAsとGaAlAs、InPとInGaAsなどの禁制帯
幅が異り、平坦なヘテロ界面を形成できる2種の
半導体において、禁制帯幅の大きい方にのみ選択
的にドナ不純物を添加して、他方を高純度結晶と
したヘテロ界面を形成すると、そのヘテロ界面の
禁制帯幅の小さい高純度結晶側に他方の電子が移
動して2次元電子ガスを形成し、この電子はイオ
ン化した不純物散乱を受けにくくなるために特に
低温において高移動度を示すことが知られてい
る。GaAsとGaAlAsの場合はGaAlAsにのみ、
またInPとInGaAsの場合はInPにのみドナ不純物
を添加すれば、そのヘテロ界面に2次元電子ガス
が形成される。(Prior art) In two types of semiconductors such as GaAs and GaAlAs, and InP and InGaAs, which have different forbidden band widths and can form a flat hetero interface, donor impurities are selectively added only to the one with the larger forbidden band width. , when a heterointerface is formed with the other side being a high-purity crystal, electrons from the other side move to the high-purity crystal side with a narrow forbidden band width, forming a two-dimensional electron gas, and these electrons are scattered by ionized impurities. It is known that it exhibits high mobility especially at low temperatures because it is less susceptible to oxidation. For GaAs and GaAlAs, only for GaAlAs,
In the case of InP and InGaAs, if a donor impurity is added only to InP, a two-dimensional electron gas is formed at the hetero interface.
この高移動度の2次元電子ガスを用いたFET、
それを集積化した集積回路がGaAs、GaAlAs系
を中心に試作されているが、低消費電力・高速度
の集積回路を製作するには、同一基板上にノーマ
リオフ型のFETとノーマリオン型のFETを製作
する必要がある。これを実現するために第1図に
示すような方法が行われている。 FET using this high mobility two-dimensional electron gas,
Prototype integrated circuits have been manufactured mainly using GaAs and GaAlAs systems, but in order to produce integrated circuits with low power consumption and high speed, it is necessary to combine normally-off FETs and normally-on FETs on the same substrate. need to be manufactured. To achieve this, a method as shown in FIG. 1 is used.
まず、半絶縁性GaAs基板1上に分子ビームエ
ピタキシヤル成長法などによつて何も添加しない
高純度GaAs層2、その上にn型のGaAlAs層3、
n型のGaAs層4を成長させ、GaAs層2と
GaAlAs層3の界面に2次元電子ガス層5を形成
する。 First, on a semi-insulating GaAs substrate 1, a high-purity GaAs layer 2 with no additives formed by molecular beam epitaxial growth, an n-type GaAlAs layer 3,
The n-type GaAs layer 4 is grown, and the GaAs layer 2 and
A two-dimensional electron gas layer 5 is formed at the interface of the GaAlAs layer 3.
これを用いてノーマリオフ型のFETを製作す
るには、第1図aに示すように、表面のn型
GaAs層4を、シヨツトキゲート金属6を形成す
る部分だけ取り除き、そこにシヨツトキゲート金
属6を形成し、さらにオーミツク電極のソース電
極7、ドレイン電極8を形成する。 In order to fabricate a normally-off type FET using this, as shown in Figure 1a, the n-type
Only a portion of the GaAs layer 4 where a shot gate metal 6 is to be formed is removed, and a shot gate metal 6 is formed thereon, and a source electrode 7 and a drain electrode 8 as ohmic electrodes are further formed.
このような構成とすれば、いま、n型の
GaAlAs層3の厚みを薄くしておけば、ゲート金
属6とGaAlAs層3のシヨツトキ障壁の高さのみ
でゲート下の2次元電子ガスまで空乏層が延び
て、ゲートに正電位を加えなければドレイン電極
8とソース電極7の間に電流は流れず、ノーマリ
オフ型のFETとなる。 With this configuration, now the n-type
If the thickness of the GaAlAs layer 3 is made thin, the depletion layer will extend to the two-dimensional electron gas under the gate only by the height of the shot barrier between the gate metal 6 and the GaAlAs layer 3. No current flows between the electrode 8 and the source electrode 7, resulting in a normally-off type FET.
一方、ノーマリオン型のFETを作るには、第
1図bに示すように、同じ基板上のn型GaAs層
4をエツチングしないでその上にシヨツトキゲー
ト金属6′を形成する。すると、n型GaAs層4
のためにシヨツトキ障壁の高さのみでは空乏層が
2次元電子ガスまで延びず、ゲートに正電位を加
えなくてもドレイン電極8′、ソース電極7′間に
電流が流れるノーマリオン型のFETができる。 On the other hand, to make a normally-on type FET, as shown in FIG. 1b, a shot gate metal 6' is formed on the n-type GaAs layer 4 on the same substrate without etching it. Then, the n-type GaAs layer 4
Therefore, the depletion layer does not extend to the two-dimensional electron gas only due to the height of the Schottky barrier, and a normally-on type FET in which current flows between the drain electrode 8' and the source electrode 7' without applying a positive potential to the gate is formed. can.
なお、第1図aおよびbにおいて、9,9′は
絶縁体からなる表面保護膜である。 In addition, in FIGS. 1a and 1b, 9 and 9' are surface protection films made of an insulator.
しかしながら、上記のような方法によると、
GaAs層4の精密な選択エツチングが必要であ
り、また完全なプレーナ構造でないことなどの問
題点があつた。 However, according to the above method,
There were other problems, such as requiring precise selective etching of the GaAs layer 4 and not having a completely planar structure.
(発明の目的)
この発明は上記の点に鑑みなされたもので、2
次元電子ガスを利用するノーマリオフ、ノーマリ
オン型のFETを同一基板上に容易に、かつ完全
プレーナ構造で製作することができる半導体装置
の製造方法を提供することを目的とする。(Object of the invention) This invention was made in view of the above points, and
The present invention aims to provide a method for manufacturing a semiconductor device that allows normally-off and normally-on FETs using dimensional electron gas to be easily manufactured on the same substrate with a completely planar structure.
(実施例)
以下この発明の一実施例を図面を参照して説明
する。第2図はこの発明の一実施例を示し、aは
ノーマリオフ型、bはノーマリオン型のFETを
示す図である。これらの図に示すように、半絶縁
性GaAs基板10上に分子ビームエピタキシヤル
成長法などにより高純度のGaAs層11、n型
GaAlAs層12を成長させ、GaAs層11と
GaAlAs層12の界面に2次元電子ガス層13を
形成する。その場合、n型のGaAlAs層12のド
ナ濃度および厚みを、金属とのシヨツトキ接合の
障壁高さのみでは2次元電子ガスを空乏化してし
まわない値に選ぶ必要がある。(Embodiment) An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 shows an embodiment of the present invention, in which a shows a normally-off type FET and b shows a normally-on type FET. As shown in these figures, an n-type GaAs layer 11 of high purity is grown on a semi-insulating GaAs substrate 10 by molecular beam epitaxial growth or the like.
GaAlAs layer 12 is grown, and GaAs layer 11 and
A two-dimensional electron gas layer 13 is formed at the interface of the GaAlAs layer 12. In that case, the donor concentration and thickness of the n-type GaAlAs layer 12 must be selected to values that do not deplete the two-dimensional electron gas only by the barrier height of the shot junction with the metal.
これを用いてノーマリオフ型のFETを製作す
るには、第2図aに示すように、ゲート部分の
GaAlAs層12中に、ZnまたはBeのイオン打込
みなどでP型の領域14を形成して、PN接合に
よるゲートをつくる。この時のP型の領域14の
深さは、このPN接合の障壁の高さで2次元電子
ガスを完全に空乏化できる深さにする必要があ
る。そして、その上(P型の領域14上)にゲー
ト金属15、このゲート金属15の両側のn型
GaAlAs層12上に、オーミツク電極のソース電
極16およびドレイン電極17を形成することに
より、ノーマリオフ型のFETを製作する。 To manufacture a normally-off type FET using this, as shown in Figure 2a, the gate part must be
A P-type region 14 is formed in the GaAlAs layer 12 by ion implantation of Zn or Be, and a gate is formed by a PN junction. The depth of the P-type region 14 at this time needs to be such that the two-dimensional electron gas can be completely depleted at the height of the barrier of this PN junction. Then, on top of that (above the P-type region 14) is a gate metal 15, and on both sides of this gate metal 15 is an n-type
A normally-off type FET is manufactured by forming an ohmic source electrode 16 and a drain electrode 17 on the GaAlAs layer 12.
一方、ノーマリオン型のFETを製作するには、
第2図bに示すごとく、前記エピタキシヤル成長
した結晶上に(n型GaAlAs層12上に)直接シ
ヨツトキゲート金属15′およびソース電極1
6′、ドレイン電極17′のオーミツク電極を形成
する。 On the other hand, to make a normally-on type FET,
As shown in FIG. 2b, a gate metal 15' and a source electrode 1 are directly shot onto the epitaxially grown crystal (on the n-type GaAlAs layer 12).
6', an ohmic electrode of the drain electrode 17' is formed.
なお、第2図aおよびbにおいて、18,1
8′は絶縁体からなる表面保護膜である。 In addition, in Figure 2 a and b, 18,1
8' is a surface protection film made of an insulator.
以上説明したように一実施例では、同一基板上
にノーマリオフ、ノーマリオン型のFETを製作
できるので、2次元電子ガスの高移動度性を生か
した低消費電力の半導体装置、たとえばデイジタ
ル集積回路を容易に製作することができる。ま
た、PN接合の深さを制御することにより、ノー
マリオフ型のFETのしきい値電圧を制御するこ
とができる。さらに、精密な制御を必要とするエ
ツチングはなく、しかも完全なプレーナ構造で製
作できるので、プロセス上も有利である。 As explained above, in one embodiment, normally-off and normally-on FETs can be fabricated on the same substrate, so low power consumption semiconductor devices that take advantage of the high mobility of two-dimensional electron gas, such as digital integrated circuits, can be manufactured. It can be easily manufactured. Furthermore, by controlling the depth of the PN junction, the threshold voltage of the normally-off FET can be controlled. Furthermore, there are no etching processes that require precise control, and the device can be manufactured with a completely planar structure, which is advantageous in terms of process.
なお、上記一実施例はn型GaAlAs層が高純度
GaAs層の上にある場合について説明したが、こ
の逆にn型GaAlAs層の上に高純度GaAs層を成
長させて、そのヘテロ界面のGaAs側に2次元電
子ガス層を形成させる場合にも一実施例と同様に
シヨツトキ接合ゲートによつてノーマリオン型の
FETを、またPN接合ゲートによつてノーマリオ
フ型のFETをプレーナ構造で製作することがで
きる。 In addition, in the above embodiment, the n-type GaAlAs layer is of high purity.
Although we have explained the case where the electron gas layer is on the GaAs layer, it is also possible to grow a high-purity GaAs layer on the n-type GaAlAs layer and form a two-dimensional electron gas layer on the GaAs side of the hetero interface. As in the example, normally-on type
FETs and normally-off FETs can be fabricated with a planar structure using a PN junction gate.
また、以上はGaAs、GaAlAs系について説明
したが、他の材料についても同様である。 Moreover, although GaAs and GaAlAs-based materials have been described above, the same applies to other materials.
(発明の効果)
以上詳述したようにこの発明の方法によれば、
シヨツトキ接合ゲートとPN接合ゲートを用いて
同一基板上にノーマリオン型とノーマリオフ型の
FETを製作するから、2次元電子ガスを利用す
るノーマリオン、ノーマリオフ型の高性能な
FETを同一基板上に容易に製作することができ
る。(Effect of the invention) As detailed above, according to the method of this invention,
A normally-on type and a normally-off type can be connected on the same substrate using a shotgun junction gate and a PN junction gate.
Since we manufacture FETs, we will develop high-performance normally-on and normally-off types that use two-dimensional electron gas.
FETs can be easily manufactured on the same substrate.
第1図は2次元電子ガスを利用したノーマリオ
ン、ノーマリオフ型のFETを同一基板上に製作
する従来の方法を示す断面図、第2図はこの発明
の半導体装置の製造方法の一実施例を示す断面図
である。
11…高純度のGaAs層、12…n型GaAlAs
層、13…2次元電子ガス層、14…P型の領
域、15…ゲート金属、15′…シツトキゲート
金属、16,16′…ソース電極、17,17′…
ドレイン電極。
Fig. 1 is a cross-sectional view showing a conventional method for manufacturing normally-on and normally-off type FETs on the same substrate using two-dimensional electron gas, and Fig. 2 shows an embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention. FIG. 11... High purity GaAs layer, 12... n-type GaAlAs
layer, 13... two-dimensional electron gas layer, 14... P-type region, 15... gate metal, 15'... Schottky gate metal, 16, 16'... source electrode, 17, 17'...
drain electrode.
Claims (1)
体層を形成する工程、 上記第1半導体層上に、上記第1半導体層より
も禁制帯幅が大きく、ドナ不純物が添加された第
2半導体層を形成する工程、 上記第2半導体層の所定領域にアクセプタ不純
物を導入し、PN接合の障壁高さで該所定領域下
の2次元電子ガスを空乏化できる深さまで、P型
領域を形成する工程、 上記P型領域上にゲート電極を形成し、該P型
領域をはさむ第2半導体層上にソース電極及びド
レイン電極を形成し、ノーマリオフ型のFETを
製作する工程、 上記第2半導体層上に直接シヨツトキゲート電
極と、ソース電極及びドレイン電極を形成し、ノ
ーマリオン型のFETを製作する工程、 を備えてなることを特徴とする半導体装置の製造
方法。[Claims] 1. A step of forming a high-purity first semiconductor layer on a semi-insulating semiconductor substrate, a step of forming a donor impurity on the first semiconductor layer and having a band gap larger than that of the first semiconductor layer. a step of forming a second semiconductor layer doped with , introducing an acceptor impurity into a predetermined region of the second semiconductor layer to a depth where the barrier height of the PN junction can deplete the two-dimensional electron gas under the predetermined region; , a step of forming a P-type region, a step of forming a gate electrode on the P-type region, forming a source electrode and a drain electrode on a second semiconductor layer sandwiching the P-type region, and manufacturing a normally-off type FET. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a shot gate electrode, a source electrode, and a drain electrode directly on the second semiconductor layer to manufacture a normally-on FET.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58045311A JPS59172272A (en) | 1983-03-19 | 1983-03-19 | Manufacture of semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58045311A JPS59172272A (en) | 1983-03-19 | 1983-03-19 | Manufacture of semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59172272A JPS59172272A (en) | 1984-09-28 |
| JPS6367342B2 true JPS6367342B2 (en) | 1988-12-26 |
Family
ID=12715760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58045311A Granted JPS59172272A (en) | 1983-03-19 | 1983-03-19 | Manufacture of semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59172272A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009200149A (en) * | 2008-02-20 | 2009-09-03 | Sanken Electric Co Ltd | Semiconductor switching device |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2655594B2 (en) * | 1984-01-10 | 1997-09-24 | 日本電気株式会社 | Integrated semiconductor device |
| JP4507285B2 (en) * | 1998-09-18 | 2010-07-21 | ソニー株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
-
1983
- 1983-03-19 JP JP58045311A patent/JPS59172272A/en active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009200149A (en) * | 2008-02-20 | 2009-09-03 | Sanken Electric Co Ltd | Semiconductor switching device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59172272A (en) | 1984-09-28 |
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