JP3338911B2 - 半導体装置とその製造方法 - Google Patents
半導体装置とその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置、特にIII
−Ｖ族化合物半導体を用いた電界効果半導体装置、さら
には高電子移動度トランジスタおよびその製造方法に関
する。近年のコンピュータシステムの高速化の要求等に
伴い、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）等、高速
素子の開発が進んでいる。
−Ｖ族化合物半導体を用いた電界効果半導体装置、さら
には高電子移動度トランジスタおよびその製造方法に関
する。近年のコンピュータシステムの高速化の要求等に
伴い、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）等、高速
素子の開発が進んでいる。
【０００２】
【従来の技術】電子供給層から高電子移動度の高純度電
子走行層（能動層）にキャリアを供給して二次元電子ガ
スを形成し、高速度のキャリア輸送を用いる能動素子で
ある高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）は、ＡｌＧ
ａＡｓ／ＧａＡｓ，ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ，Ｉｎ
ＡｌＡｓ／ＩｎＰ等の材料の組合せのヘテロ構造で実現
されてきた。
子走行層（能動層）にキャリアを供給して二次元電子ガ
スを形成し、高速度のキャリア輸送を用いる能動素子で
ある高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）は、ＡｌＧ
ａＡｓ／ＧａＡｓ，ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ，Ｉｎ
ＡｌＡｓ／ＩｎＰ等の材料の組合せのヘテロ構造で実現
されてきた。
【０００３】このうち、半絶縁性ＩｎＰ基板上に形成し
たＩｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ／ＩｎＰ系ヘテロ構造を利用し
たＨＥＭＴは電子走行層のＩｎＰがＧａＡｓに比べて遜
色のない優れた電気伝導性を示すだけでなく、ＩｎＰの
エネルギーギャップがＩｎＧａＡｓに対して大きく、高
電界においてよりブレイクダウンを起こしにくい。この
ように、高速素子としてだけでなく、その特徴を利用し
てパワーＦＥＴとして応用が見込まれている。
たＩｎ0.52Ａｌ0.48Ａｓ／ＩｎＰ系ヘテロ構造を利用し
たＨＥＭＴは電子走行層のＩｎＰがＧａＡｓに比べて遜
色のない優れた電気伝導性を示すだけでなく、ＩｎＰの
エネルギーギャップがＩｎＧａＡｓに対して大きく、高
電界においてよりブレイクダウンを起こしにくい。この
ように、高速素子としてだけでなく、その特徴を利用し
てパワーＦＥＴとして応用が見込まれている。
【０００４】このＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＰ系ＨＥＭＴ用結
晶を成長する際、ＩｎＰの成長後にＩｎＡｌＡｓの成長
を連続的に行うと、構成元素が互いに混じり合い界面の
急峻性が著しく損なわれるという問題があった。
晶を成長する際、ＩｎＰの成長後にＩｎＡｌＡｓの成長
を連続的に行うと、構成元素が互いに混じり合い界面の
急峻性が著しく損なわれるという問題があった。
【０００５】この現象に関連して、ＢｅｌｃｏｒｅのＢ
ｒａｓｉｌ，ＢａｈｔらはガスソースＭＢＥ法を用いて
ＩｎＡｌＡｓとＩｎＰの界面にＡｌＰを挿入することで
界面の品質が向上することを報告している（Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６０，ｐ．１９８１（１９９２）
参照）。この工程においては、ＡｌＰを成長した後、引
き続いて成長するＩｎＡｌＡｓのＶ族原料のＡｓＨ3 を
流して成長中断を行っている。
ｒａｓｉｌ，ＢａｈｔらはガスソースＭＢＥ法を用いて
ＩｎＡｌＡｓとＩｎＰの界面にＡｌＰを挿入することで
界面の品質が向上することを報告している（Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６０，ｐ．１９８１（１９９２）
参照）。この工程においては、ＡｌＰを成長した後、引
き続いて成長するＩｎＡｌＡｓのＶ族原料のＡｓＨ3 を
流して成長中断を行っている。
【０００６】図４は、従来のＩｎＡｌＡｓ／ＡｌＰ／Ｉ
ｎＰ ＨＥＭＴの説明図であり、（Ａ）はその断面構造
を示し、（Ｂ）は結晶成長の際の原料供給切り替えシー
ケンスを示している。この図において、２１は半絶縁性
ＩｎＰ基板、２２はＩｎＰ層、２３はノンドープＡｌＰ
層、２４はノンドープＩｎＡｌＡｓ層、２５はＳｉ−Ｉ
ｎＡｌＡｓ層、２６はノンドープＩｎＡｌＡｓ層、２７
1 ，２７2 はＳｉ−ＩｎＧａＡｓ層、２８1 ，２８2 は
Ａｕ／ＡｕＧｅ層、２９はＡｌ層である。
ｎＰ ＨＥＭＴの説明図であり、（Ａ）はその断面構造
を示し、（Ｂ）は結晶成長の際の原料供給切り替えシー
ケンスを示している。この図において、２１は半絶縁性
ＩｎＰ基板、２２はＩｎＰ層、２３はノンドープＡｌＰ
層、２４はノンドープＩｎＡｌＡｓ層、２５はＳｉ−Ｉ
ｎＡｌＡｓ層、２６はノンドープＩｎＡｌＡｓ層、２７
1 ，２７2 はＳｉ−ＩｎＧａＡｓ層、２８1 ，２８2 は
Ａｕ／ＡｕＧｅ層、２９はＡｌ層である。
【０００７】従来のＩｎＡｌＡｓ／ＡｌＰ／ＩｎＰ Ｈ
ＥＭＴは、図４（Ａ）に示されているように、半絶縁性
ＩｎＰ基板２１の上に、バッファ層兼能動層となるノン
ドープのＩｎＰ層２２と、ノンドープＡｌＰ層２３と、
スペーサ層となるノンドープＩｎＡｌＡｓ層２４と、電
子供給層となるＳｉをドープしたＳｉ−ＩｎＡｌＡｓ層
２５と、ショットキ電極層となるノンドープＩｎＡｌＡ
ｓ層２６と、オーミック層となるＳｉをドープしたＳｉ
−ＩｎＧａＡｓ層２７1 ，２７2 が順次積層して形成さ
れ、Ｓｉ−ＩｎＧａＡｓ層２７1 ，２７2 の上にソース
電極とドレイン電極となるＡｕ／ＡｕＧｅ層２８1 ，２
８2 が形成され、ノンドープＩｎＡｌＡｓ層２６の上に
ゲート電極となるＡｌ層２９が形成されている。
ＥＭＴは、図４（Ａ）に示されているように、半絶縁性
ＩｎＰ基板２１の上に、バッファ層兼能動層となるノン
ドープのＩｎＰ層２２と、ノンドープＡｌＰ層２３と、
スペーサ層となるノンドープＩｎＡｌＡｓ層２４と、電
子供給層となるＳｉをドープしたＳｉ−ＩｎＡｌＡｓ層
２５と、ショットキ電極層となるノンドープＩｎＡｌＡ
ｓ層２６と、オーミック層となるＳｉをドープしたＳｉ
−ＩｎＧａＡｓ層２７1 ，２７2 が順次積層して形成さ
れ、Ｓｉ−ＩｎＧａＡｓ層２７1 ，２７2 の上にソース
電極とドレイン電極となるＡｕ／ＡｕＧｅ層２８1 ，２
８2 が形成され、ノンドープＩｎＡｌＡｓ層２６の上に
ゲート電極となるＡｌ層２９が形成されている。
【０００８】また、従来のＩｎＡｌＡｓ／ＡｌＰ／Ｉｎ
Ｐ ＨＥＭＴを製造するための結晶成長の際の原料供給
切り替えシーケンスは図４（Ｂ）に示されているよう
に、はじめにＩｎとＰの原料を供給してＩｎＰ層を成長
し、次いでＩｎの供給を停止してＡｌの原料を供給して
ＡｌＰ層を成長し、その後瞬時に原料の両方の供給を停
止してＡｓの原料だけを供給して成長を中断する（成長
中断）。一定時間成長を中断した後、Ａｓの原料の供給
を継続したまま、Ｉｎの原料とＡｌの原料の供給を開始
してＩｎＡｌＡｓ層を成長する。
Ｐ ＨＥＭＴを製造するための結晶成長の際の原料供給
切り替えシーケンスは図４（Ｂ）に示されているよう
に、はじめにＩｎとＰの原料を供給してＩｎＰ層を成長
し、次いでＩｎの供給を停止してＡｌの原料を供給して
ＡｌＰ層を成長し、その後瞬時に原料の両方の供給を停
止してＡｓの原料だけを供給して成長を中断する（成長
中断）。一定時間成長を中断した後、Ａｓの原料の供給
を継続したまま、Ｉｎの原料とＡｌの原料の供給を開始
してＩｎＡｌＡｓ層を成長する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】上記の従来技術を有機
金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によるＩｎＡｌＡｓ／Ａ
ｌＰ／ＩｎＰ ＨＥＭＴ用結晶成長に適用すると、ＭＯ
ＣＶＤでは高い基板温度で成長する必要があるため、ま
た、ＡｌＰ層を成長した後にＡｓＨ3 供給下で待機する
間にＡｌＰ層の最表面のＰ原子が基板前面に到達したＡ
ｓの水素化物と反応あるいは脱離するため、原子がきれ
いに揃った成長面から凹凸のある成長面に変化してしま
う。そして、その面の上にＩｎＡｌＡｓを成長するた
め、ＩｎＡｌＡｓ層とＰ化合物の界面が急峻でなくなり
界面の質が劣化してしまうという問題があった。
金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によるＩｎＡｌＡｓ／Ａ
ｌＰ／ＩｎＰ ＨＥＭＴ用結晶成長に適用すると、ＭＯ
ＣＶＤでは高い基板温度で成長する必要があるため、ま
た、ＡｌＰ層を成長した後にＡｓＨ3 供給下で待機する
間にＡｌＰ層の最表面のＰ原子が基板前面に到達したＡ
ｓの水素化物と反応あるいは脱離するため、原子がきれ
いに揃った成長面から凹凸のある成長面に変化してしま
う。そして、その面の上にＩｎＡｌＡｓを成長するた
め、ＩｎＡｌＡｓ層とＰ化合物の界面が急峻でなくなり
界面の質が劣化してしまうという問題があった。
【００１０】先に引用した先行技術のようにガスソース
ＭＢＥ法による場合は、ＡｓＨ3 を供給するが、基板前
面ではＡｓＨ3 が分解してＡｓ2 となっているために、
上記の反応が起こらず、また、ＡｓＨ3 とＰＨ3 では、
ＡｓＨ3 が結晶中に取り込まれる割合が高いと推定され
る。
ＭＢＥ法による場合は、ＡｓＨ3 を供給するが、基板前
面ではＡｓＨ3 が分解してＡｓ2 となっているために、
上記の反応が起こらず、また、ＡｓＨ3 とＰＨ3 では、
ＡｓＨ3 が結晶中に取り込まれる割合が高いと推定され
る。
【００１１】このことにより、ＨＥＭＴ用結晶の最も高
純度が要求される電子走行層と電子供給層の界面に結晶
欠陥が多数発生し、ＨＥＭＴ用結晶の特性を劣化させ
る。具体的には、電子はこの２種の半導体層によって形
成される界面の近傍（２０〜１００Å）付近を主に走行
するため、この領域の結晶に不純物の混入や格子の乱れ
がある場合には電子の移動度が著しく低下し、相互コン
ダクタンス等のＦＥＴの特性の低下を引き起こす。
純度が要求される電子走行層と電子供給層の界面に結晶
欠陥が多数発生し、ＨＥＭＴ用結晶の特性を劣化させ
る。具体的には、電子はこの２種の半導体層によって形
成される界面の近傍（２０〜１００Å）付近を主に走行
するため、この領域の結晶に不純物の混入や格子の乱れ
がある場合には電子の移動度が著しく低下し、相互コン
ダクタンス等のＦＥＴの特性の低下を引き起こす。
【００１２】本発明は、ＩｎＰ等のＰを含む化合物半導
体基板の上にＡｓを含む化合物半導体層またはその混晶
層を減圧式有機金属気相成長法によって成長する場合、
その間に介挿したＡｌＰ層の表面の結晶構造が劣化する
のを防ぎ、ＡｌＰ層とＡｓを含む化合物半導体層の界面
の結晶欠陥を低減して、ＨＥＭＴ等の半導体装置の特性
を改善する手段を提供することを目的とする。
体基板の上にＡｓを含む化合物半導体層またはその混晶
層を減圧式有機金属気相成長法によって成長する場合、
その間に介挿したＡｌＰ層の表面の結晶構造が劣化する
のを防ぎ、ＡｌＰ層とＡｓを含む化合物半導体層の界面
の結晶欠陥を低減して、ＨＥＭＴ等の半導体装置の特性
を改善する手段を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明に依る半導体装置
に於いては、 （１） ＩｎＰ基板上にＰＨ 3 雰囲気中で待機すること
によって表面を安定化したＡｌＰ層とＡｓを含む化合物
半導体層とをこの順で減圧式有機金属気相成長法によっ
て成長した半導体積層構造を有することを特徴とする
か、或いは、 （２） ＩｎＰ基板上にＩｎＰ層とＰＨ 3 雰囲気中で待
機することによって表面を安定化したＡｌＰ層とＡｓを
含む化合物半導体層とをこの順で減圧式有機金属気相成
長法によって成長した半導体積層構造を有することを特
徴とするか、或いは、 （３） 前記（１）或いは（２）に於いて、ＡｌＰ層の
厚さが５〜１０Åであることを特徴とするか、或いは、 （４） 前記（１）乃至（３）の何れか１に於いて、Ａ
ｓを含む化合物半導体層がＩｎＧａＡｓ層またはＩｎＡ
ｌＡｓ層またはＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓからなるヘ
テロ結晶層であることを特徴とするか、或いは、 （５） 前記（４）に於いて、ＩｎＰ層が変調ドープさ
れた電子走行層であり、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ等
のＡｓを含み不純物ドープされた化合物半導体層が電子
供給層であることを特徴とする。 また、本発明に依る半
導体装置の製造方法に於いて、 （６） ＩｎＰ基板上にＡｌＰ層を減圧式有機金属気相
成長法によって成長する工程と、前記ＡｌＰ層をＰＨ 3
雰囲気中で待機することによって表面を安定化する工程
と、前記ＡｌＰ層の上にＡｓを含む化合物半導体層を減
圧式有機金属気相成長法によって成長する工程とを含ん
でなることを特徴とするか、或いは、 （７） ＩｎＰ基板上にＩｎＰ層を減圧式有機金属気相
成長法によって成長する工程と、前記ＩｎＰ層上にＡｌ
Ｐ層を減圧式有機金属気相成長法によって成長する工程
と、前記ＡｌＰ層をＰＨ 3 雰囲気中で待機することによ
って表面を安定化する工程と、前記ＡｌＰ層上にＡｓを
含む化合物半導体層を減圧式有機金属気相成長法によっ
て成長する工程とを含んでなることを特徴とするか、或
いは、 （８） 前記（６）又は（７）に於いて、ＡｌＰ層の厚
さが５〜１０Åであ ることを特徴とする。
に於いては、 （１） ＩｎＰ基板上にＰＨ 3 雰囲気中で待機すること
によって表面を安定化したＡｌＰ層とＡｓを含む化合物
半導体層とをこの順で減圧式有機金属気相成長法によっ
て成長した半導体積層構造を有することを特徴とする
か、或いは、 （２） ＩｎＰ基板上にＩｎＰ層とＰＨ 3 雰囲気中で待
機することによって表面を安定化したＡｌＰ層とＡｓを
含む化合物半導体層とをこの順で減圧式有機金属気相成
長法によって成長した半導体積層構造を有することを特
徴とするか、或いは、 （３） 前記（１）或いは（２）に於いて、ＡｌＰ層の
厚さが５〜１０Åであることを特徴とするか、或いは、 （４） 前記（１）乃至（３）の何れか１に於いて、Ａ
ｓを含む化合物半導体層がＩｎＧａＡｓ層またはＩｎＡ
ｌＡｓ層またはＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓからなるヘ
テロ結晶層であることを特徴とするか、或いは、 （５） 前記（４）に於いて、ＩｎＰ層が変調ドープさ
れた電子走行層であり、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ等
のＡｓを含み不純物ドープされた化合物半導体層が電子
供給層であることを特徴とする。 また、本発明に依る半
導体装置の製造方法に於いて、 （６） ＩｎＰ基板上にＡｌＰ層を減圧式有機金属気相
成長法によって成長する工程と、前記ＡｌＰ層をＰＨ 3
雰囲気中で待機することによって表面を安定化する工程
と、前記ＡｌＰ層の上にＡｓを含む化合物半導体層を減
圧式有機金属気相成長法によって成長する工程とを含ん
でなることを特徴とするか、或いは、 （７） ＩｎＰ基板上にＩｎＰ層を減圧式有機金属気相
成長法によって成長する工程と、前記ＩｎＰ層上にＡｌ
Ｐ層を減圧式有機金属気相成長法によって成長する工程
と、前記ＡｌＰ層をＰＨ 3 雰囲気中で待機することによ
って表面を安定化する工程と、前記ＡｌＰ層上にＡｓを
含む化合物半導体層を減圧式有機金属気相成長法によっ
て成長する工程とを含んでなることを特徴とするか、或
いは、 （８） 前記（６）又は（７）に於いて、ＡｌＰ層の厚
さが５〜１０Åであ ることを特徴とする。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【作用】図１は、本発明のＩｎＡｌＡｓ／ＡｌＰ／Ｉｎ
Ｐ ＨＥＭＴの原理説明図であり、（Ａ）はその断面構
造を示し、（Ｂ）は結晶成長の際の原料供給切り替えシ
ーケンスを示している。この図において、１は半絶縁性
ＩｎＰ基板、２はＩｎＰ層、３はノンドープＡｌＰ層、
４はノンドープＩｎＡｌＡｓ層、５はＳｉ−ＩｎＡｌＡ
ｓ層、６はノンドープＩｎＡｌＡｓ層、７1 ，７2 はＳ
ｉ−ＩｎＧａＡｓ層、８1 ，８2 はＡｕ／ＡｕＧｅ層、
９はＡｌ層である。
Ｐ ＨＥＭＴの原理説明図であり、（Ａ）はその断面構
造を示し、（Ｂ）は結晶成長の際の原料供給切り替えシ
ーケンスを示している。この図において、１は半絶縁性
ＩｎＰ基板、２はＩｎＰ層、３はノンドープＡｌＰ層、
４はノンドープＩｎＡｌＡｓ層、５はＳｉ−ＩｎＡｌＡ
ｓ層、６はノンドープＩｎＡｌＡｓ層、７1 ，７2 はＳ
ｉ−ＩｎＧａＡｓ層、８1 ，８2 はＡｕ／ＡｕＧｅ層、
９はＡｌ層である。
【００１９】本発明のＩｎＡｌＡｓ／ＡｌＰ／ＩｎＰ
ＨＥＭＴは、図１（Ａ）に示されているように、半絶縁
性ＩｎＰ基板１の上に、バッファ層兼能動層となるノン
ドープのＩｎＰ層２と、ノンドープＡｌＰ層３と、スペ
ーサ層となるノンドープＩｎＡｌＡｓ層４と、電子供給
層となるＳｉをドープしたＳｉ−ＩｎＡｌＡｓ層５と、
ショットキ電極層となるノンドープＩｎＡｌＡｓ層６
と、オーミック層となるＳｉをドープしたＳｉ−ＩｎＧ
ａＡｓ層７1 ，７2 が順次減圧式有機金属気相成長（Ｍ
ＯＣＶＤ）法によるエピタキシャル成長法を用いて積層
して形成され、Ｓｉ−ＩｎＧａＡｓ層７1 ，７2 の上に
ソース電極とドレイン電極となるＡｕ／ＡｕＧｅ層
８1 ，８2 が形成され、ノンドープＩｎＡｌＡｓ層６の
上にゲート電極となるＡｌ層９が形成されている。
ＨＥＭＴは、図１（Ａ）に示されているように、半絶縁
性ＩｎＰ基板１の上に、バッファ層兼能動層となるノン
ドープのＩｎＰ層２と、ノンドープＡｌＰ層３と、スペ
ーサ層となるノンドープＩｎＡｌＡｓ層４と、電子供給
層となるＳｉをドープしたＳｉ−ＩｎＡｌＡｓ層５と、
ショットキ電極層となるノンドープＩｎＡｌＡｓ層６
と、オーミック層となるＳｉをドープしたＳｉ−ＩｎＧ
ａＡｓ層７1 ，７2 が順次減圧式有機金属気相成長（Ｍ
ＯＣＶＤ）法によるエピタキシャル成長法を用いて積層
して形成され、Ｓｉ−ＩｎＧａＡｓ層７1 ，７2 の上に
ソース電極とドレイン電極となるＡｕ／ＡｕＧｅ層
８1 ，８2 が形成され、ノンドープＩｎＡｌＡｓ層６の
上にゲート電極となるＡｌ層９が形成されている。
【００２０】また、本発明のＩｎＡｌＡｓ／ＡｌＰ／Ｉ
ｎＰ ＨＥＭＴを製造するための結晶成長の際の原料供
給切り替えシーケンスは図１（Ｂ）に示されているよう
に、はじめにＩｎとＰの原料を供給してＩｎＰ層を成長
し、次いでＩｎの供給を停止してＡｌの原料を供給して
ＡｌＰ層を成長し、その後Ａｌの原料の供給を停止して
Ｐの原料のみを供給し続ける（成長中断）。一定時間成
長を中断した後、Ｐの原料の供給を停止し、Ｉｎの原料
とＡｌの原料とＡｓの原料の供給を開始してＩｎＡｌＡ
ｓ層を成長する。
ｎＰ ＨＥＭＴを製造するための結晶成長の際の原料供
給切り替えシーケンスは図１（Ｂ）に示されているよう
に、はじめにＩｎとＰの原料を供給してＩｎＰ層を成長
し、次いでＩｎの供給を停止してＡｌの原料を供給して
ＡｌＰ層を成長し、その後Ａｌの原料の供給を停止して
Ｐの原料のみを供給し続ける（成長中断）。一定時間成
長を中断した後、Ｐの原料の供給を停止し、Ｉｎの原料
とＡｌの原料とＡｓの原料の供給を開始してＩｎＡｌＡ
ｓ層を成長する。
【００２１】本発明の発明者は減圧式有機金属気相成長
法によってＩｎＰ基板上にＩｎＡｌＡｓ層を成長する際
の高品質化の検討実験を行った。ＩｎＰ基板上にＩｎＡ
ｌＡｓ層を成長するにあたって、その界面において以下
の手順の３種の試料を作成した。
法によってＩｎＰ基板上にＩｎＡｌＡｓ層を成長する際
の高品質化の検討実験を行った。ＩｎＰ基板上にＩｎＡ
ｌＡｓ層を成長するにあたって、その界面において以下
の手順の３種の試料を作成した。
【００２２】各試料の界面形成の手順は、 ＩｎＰ基板を昇温し、ＰＨ3 を流して１秒間待ち、
その後ＩｎＡｌＡｓ層を成長する（試料１）。 ＩｎＰ基板を昇温し、ＡｌＰ層を２原子程度成長
し、ＡｓＨ3 を流して１秒間待ち、その後ＩｎＡｌＡｓ
層を成長する（試料２）。 ＩｎＰ基板を昇温し、ＡｌＰ層を２原子程度成長
し、ＰＨ3 を流して１秒間待ち、その後ＩｎＡｌＡｓ層
を成長する（試料３）。
その後ＩｎＡｌＡｓ層を成長する（試料１）。 ＩｎＰ基板を昇温し、ＡｌＰ層を２原子程度成長
し、ＡｓＨ3 を流して１秒間待ち、その後ＩｎＡｌＡｓ
層を成長する（試料２）。 ＩｎＰ基板を昇温し、ＡｌＰ層を２原子程度成長
し、ＰＨ3 を流して１秒間待ち、その後ＩｎＡｌＡｓ層
を成長する（試料３）。
【００２３】各試料の評価方法として、７７Ｋにおける
フォトルミネセンス（ＰＬ）強度を測定する方法を用い
た。
フォトルミネセンス（ＰＬ）強度を測定する方法を用い
た。
【００２４】図２は、ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＰ基板のＰＬ
スペクトル説明図である。この材料系ではＩｎＡｌＡｓ
のバンド端近傍の１．５ｅＶ付近とＩｎＰのバンド端近
傍の１．４ｅＶ付近に発光が観測されるはずである。し
かしながら、図２に示されるように、試料１と試料２の
発光スペクトルは、その他に１．２５ｅＶ付近に強度の
強い半値幅の広い発光が観測された。この発光はＰとＡ
ｓの界面の乱れによって生じることが経験的にも知られ
ている。
スペクトル説明図である。この材料系ではＩｎＡｌＡｓ
のバンド端近傍の１．５ｅＶ付近とＩｎＰのバンド端近
傍の１．４ｅＶ付近に発光が観測されるはずである。し
かしながら、図２に示されるように、試料１と試料２の
発光スペクトルは、その他に１．２５ｅＶ付近に強度の
強い半値幅の広い発光が観測された。この発光はＰとＡ
ｓの界面の乱れによって生じることが経験的にも知られ
ている。
【００２５】一方、試料３のＰＨ3 で安定化したＡｌＰ
層を挿入した試料のＰＬの１．２５ｅＶ付近の発光は著
しく減少した。この事実は、ＰＨ3 で安定化したＡｌＰ
層を、ＩｎＰ層とＩｎＡｌＡｓ層の間に挿入することに
よってＰとＡｓの混合が抑制できたことを示している。
層を挿入した試料のＰＬの１．２５ｅＶ付近の発光は著
しく減少した。この事実は、ＰＨ3 で安定化したＡｌＰ
層を、ＩｎＰ層とＩｎＡｌＡｓ層の間に挿入することに
よってＰとＡｓの混合が抑制できたことを示している。
【００２６】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【００２７】図３は、本発明の一実施例のＩｎＡｌＡｓ
／ＡｌＰ／ＩｎＰ ＨＥＭＴの説明図であり、（Ａ）は
その断面構造を示し、（Ｂ）は結晶成長の際の原料供給
切り替えシーケンスを示している。この図において、１
１は半絶縁性ＩｎＰ基板、１２はＩｎＰ層、１３はノン
ドープＡｌＰ層、１４はノンドープＩｎＡｌＡｓ層、１
５はＳｉ−ＩｎＡｌＡｓ層、１６はノンドープＩｎＡｌ
Ａｓ層、１７1 ，１７2 はＳｉ−ＩｎＧａＡｓ層、１８
1 ，１８2 はＡｕ／ＡｕＧｅ層、１９はＡｌ層である。
／ＡｌＰ／ＩｎＰ ＨＥＭＴの説明図であり、（Ａ）は
その断面構造を示し、（Ｂ）は結晶成長の際の原料供給
切り替えシーケンスを示している。この図において、１
１は半絶縁性ＩｎＰ基板、１２はＩｎＰ層、１３はノン
ドープＡｌＰ層、１４はノンドープＩｎＡｌＡｓ層、１
５はＳｉ−ＩｎＡｌＡｓ層、１６はノンドープＩｎＡｌ
Ａｓ層、１７1 ，１７2 はＳｉ−ＩｎＧａＡｓ層、１８
1 ，１８2 はＡｕ／ＡｕＧｅ層、１９はＡｌ層である。
【００２８】この実施例のＩｎＡｌＡｓ／ＡｌＰ／Ｉｎ
Ｐ ＨＥＭＴは、図３（Ａ）に示されているように、６
５０℃に加熱した半絶縁性ＩｎＰ基板１１の上に、減圧
式有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によって、まずII
I 族原料のトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）とＶ族原
料のフォスフィン（ＰＨ3 ）を用いてバッファ層兼電子
走行層となるノンドープのＩｎＰ層１２を約０．５μｍ
成長する。
Ｐ ＨＥＭＴは、図３（Ａ）に示されているように、６
５０℃に加熱した半絶縁性ＩｎＰ基板１１の上に、減圧
式有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によって、まずII
I 族原料のトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）とＶ族原
料のフォスフィン（ＰＨ3 ）を用いてバッファ層兼電子
走行層となるノンドープのＩｎＰ層１２を約０．５μｍ
成長する。
【００２９】続いて、その上にIII 族原料をＴＭＩｎか
らトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）に瞬時に切り換
えて、ノンドープＡｌＰ層１３をおよそ２原子層（約６
Å）成長し、III 族原料のＴＭＡｌのみ供給を停止し、
ＰＨ3 だけ流した状態で１秒間待つ。
らトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）に瞬時に切り換
えて、ノンドープＡｌＰ層１３をおよそ２原子層（約６
Å）成長し、III 族原料のＴＭＡｌのみ供給を停止し、
ＰＨ3 だけ流した状態で１秒間待つ。
【００３０】その後、III 族原料のＴＭＡｌ、Ｖ族原料
のアルシン（ＡｓＨ3 ）を同時に供給開始し、スペーサ
層となるノンドープＩｎＡｌＡｓ層１４を例えば２０Å
成長し、その上にジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用いてｎ型
ドーピングした（例えば２×１０18ｃｍ-3程度のＳｉ濃
度）電子供給層となるＳｉ−ＩｎＡｌＡｓ層１５を例え
ば４００Å成長する。
のアルシン（ＡｓＨ3 ）を同時に供給開始し、スペーサ
層となるノンドープＩｎＡｌＡｓ層１４を例えば２０Å
成長し、その上にジシラン（Ｓｉ2 Ｈ6 ）を用いてｎ型
ドーピングした（例えば２×１０18ｃｍ-3程度のＳｉ濃
度）電子供給層となるＳｉ−ＩｎＡｌＡｓ層１５を例え
ば４００Å成長する。
【００３１】さらにその上に、ショットキ電極層となる
ノンドープＩｎＡｌＡｓ層１６を１５０Å、オーミック
層となるＳｉ−ＩｎＧａＡｓ層１７1 ，１７2 を１００
Å成長する。成長した結晶の表面は鏡面であり、断面Ｔ
ＥＭ像でも平坦な界面が観測され、ノンドープＡｌＰ層
１３は極めて薄いため、ＩｎＰとの臨界膜厚内に入って
いるものと考えられる。
ノンドープＩｎＡｌＡｓ層１６を１５０Å、オーミック
層となるＳｉ−ＩｎＧａＡｓ層１７1 ，１７2 を１００
Å成長する。成長した結晶の表面は鏡面であり、断面Ｔ
ＥＭ像でも平坦な界面が観測され、ノンドープＡｌＰ層
１３は極めて薄いため、ＩｎＰとの臨界膜厚内に入って
いるものと考えられる。
【００３２】このように成長した結晶のゲート領域をエ
ッチングして除去した後、オーミック層となるＳｉ−Ｉ
ｎＧａＡｓ層１７1 ，１７2 の上に、ソース電極とドレ
イン電極をＡｕ／ＡｕＧｅ層１８1 ，１８2 を用いて形
成し、ショットキ電極層となるノンドープＩｎＡｌＡｓ
層１６の上にゲート電極となるＡｌ層１９を用いて形成
してＩｎＡｌＡｓ／ＡｌＰ／ＩｎＰ ＨＥＭＴを完成す
る。
ッチングして除去した後、オーミック層となるＳｉ−Ｉ
ｎＧａＡｓ層１７1 ，１７2 の上に、ソース電極とドレ
イン電極をＡｕ／ＡｕＧｅ層１８1 ，１８2 を用いて形
成し、ショットキ電極層となるノンドープＩｎＡｌＡｓ
層１６の上にゲート電極となるＡｌ層１９を用いて形成
してＩｎＡｌＡｓ／ＡｌＰ／ＩｎＰ ＨＥＭＴを完成す
る。
【００３３】本発明のＩｎＡｌＡｓ／ＡｌＰ／ＩｎＰ
ＨＥＭＴと比較対照するため、上記の本発明の製造工程
において、ノンドープのＩｎＰ層１２を成長した後、ノ
ンドープＡｌＰ層１３を成長し、ＡｓＨ3 雰囲気中で待
機した後、ノンドープＩｎＡｌＡｓ層１４を成長した構
造で他の構造は同一のものを用いた。
ＨＥＭＴと比較対照するため、上記の本発明の製造工程
において、ノンドープのＩｎＰ層１２を成長した後、ノ
ンドープＡｌＰ層１３を成長し、ＡｓＨ3 雰囲気中で待
機した後、ノンドープＩｎＡｌＡｓ層１４を成長した構
造で他の構造は同一のものを用いた。
【００３４】成長した結晶の簡易評価法として、Ｖａｎ
ｄｅｒ Ｐａｕｗ法で電子移動度と二次元電子密度を
測定した。この測定のための電極は、窒素雰囲気中で４
５０℃に３分間保持してＩｎＳｎをアロイすることによ
って形成した。
ｄｅｒ Ｐａｕｗ法で電子移動度と二次元電子密度を
測定した。この測定のための電極は、窒素雰囲気中で４
５０℃に３分間保持してＩｎＳｎをアロイすることによ
って形成した。
【００３５】室温と液体窒素温度における電子移動度と
電子密度は下記の通りであった。 （１）ＰＨ3 雰囲気中で待機したＡｌＰ層をＩｎＰ層と
ＩｎＡｌＡｓ層の間に挿入した試料 電子移動度 室温 ３４００（ｃｍ2 ／Ｖｓ） 液体窒素温度 ４００００（ｃｍ2 ／Ｖｓ） 電子密度 室温 ３．４×１０12（ｃｍ-2） 液体窒素温度 １．６×１０12（ｃｍ-2）
電子密度は下記の通りであった。 （１）ＰＨ3 雰囲気中で待機したＡｌＰ層をＩｎＰ層と
ＩｎＡｌＡｓ層の間に挿入した試料 電子移動度 室温 ３４００（ｃｍ2 ／Ｖｓ） 液体窒素温度 ４００００（ｃｍ2 ／Ｖｓ） 電子密度 室温 ３．４×１０12（ｃｍ-2） 液体窒素温度 １．６×１０12（ｃｍ-2）
【００３６】（２）ＡｓＨ3 雰囲気中で待機したＡｌＰ
層をＩｎＰ層とＩｎＡｌＡｓ層の間に挿入した試料 電子移動度 室温 １７００（ｃｍ2 ／Ｖｓ） 液体窒素温度 ８５００（ｃｍ2 ／Ｖｓ） 電子密度 室温 ４．０×１０12（ｃｍ-2） 液体窒素温度 ２．１×１０12（ｃｍ-2）
層をＩｎＰ層とＩｎＡｌＡｓ層の間に挿入した試料 電子移動度 室温 １７００（ｃｍ2 ／Ｖｓ） 液体窒素温度 ８５００（ｃｍ2 ／Ｖｓ） 電子密度 室温 ４．０×１０12（ｃｍ-2） 液体窒素温度 ２．１×１０12（ｃｍ-2）
【００３７】この結果から分かるように、ＰＨ3 雰囲気
中で待機したＡｌＰ層を、ＩｎＰ層とＩｎＡｌＡｓ層の
間に挿入した試料では電子移動度が、特に液体窒素温度
で顕著に増大している。
中で待機したＡｌＰ層を、ＩｎＰ層とＩｎＡｌＡｓ層の
間に挿入した試料では電子移動度が、特に液体窒素温度
で顕著に増大している。
【００３８】一方、電子密度は約１５〜２０％減少して
いるが、電子移動度の増加の割合が大きく補って余りあ
る効果がみられる。
いるが、電子移動度の増加の割合が大きく補って余りあ
る効果がみられる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
電子走行層と電子供給層の界面に乱れの少ない電子移動
度の高いＩｎＡｌＡｓ／ＡｌＰ／ＩｎＰ系ＨＥＭＴを実
現することができ、この技術分野において寄与するとこ
ろが大きい。
電子走行層と電子供給層の界面に乱れの少ない電子移動
度の高いＩｎＡｌＡｓ／ＡｌＰ／ＩｎＰ系ＨＥＭＴを実
現することができ、この技術分野において寄与するとこ
ろが大きい。
【図１】本発明のＩｎＡｌＡｓ／ＡｌＰ／ＩｎＰ ＨＥ
ＭＴの原理説明図であり、（Ａ）はその断面構造を示
し、（Ｂ）は結晶成長の際の原料供給切り替えシーケン
スを示している。
ＭＴの原理説明図であり、（Ａ）はその断面構造を示
し、（Ｂ）は結晶成長の際の原料供給切り替えシーケン
スを示している。
【図２】ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＰ基板のＰＬスペクトル説
明図である。
明図である。
【図３】本発明の一実施例のＩｎＡｌＡｓ／ＡｌＰ／Ｉ
ｎＰ ＨＥＭＴの説明図であり、（Ａ）はその断面構造
を示し、（Ｂ）は結晶成長の際の原料供給切り替えシー
ケンスを示している。
ｎＰ ＨＥＭＴの説明図であり、（Ａ）はその断面構造
を示し、（Ｂ）は結晶成長の際の原料供給切り替えシー
ケンスを示している。
【図４】従来のＩｎＡｌＡｓ／ＡｌＰ／ＩｎＰ ＨＥＭ
Ｔの説明図であり、（Ａ）はその断面構造を示し、
（Ｂ）は結晶成長の際の原料供給切り替えシーケンスを
示している。
Ｔの説明図であり、（Ａ）はその断面構造を示し、
（Ｂ）は結晶成長の際の原料供給切り替えシーケンスを
示している。
１，１１，２１ 半絶縁性ＩｎＰ基板 ２，１２，２２ ＩｎＰ層 ３，１３，２３ ノンドープＡｌＰ層 ４，１４，２４ ノンドープＩｎＡｌＡｓ層 ５，１５，２５ Ｓｉ−ＩｎＡｌＡｓ層 ６，１６，２６ ノンドープＩｎＡｌＡｓ層 ７1 ，７2 ，１７1 ，１７2 ，２７1 ，２７2 Ｓｉ−
ＩｎＧａＡｓ層 ８1 ，８2 ，１８1 ，１８2 ，２８1 ，２８2 Ａｕ／
ＡｕＧｅ層 ９，１９，２９ Ａｌ層
ＩｎＧａＡｓ層 ８1 ，８2 ，１８1 ，１８2 ，２８1 ，２８2 Ａｕ／
ＡｕＧｅ層 ９，１９，２９ Ａｌ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 Ｆｏｕｒｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏ ｎａｌ Ｉｎｄｉｕｍ Ｐｈｏｓｐｈｉ ｄｅ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔ ｅｒｉａｌｓ，1992，米国，1992年４ 月，ｐ．286−289 Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌ ｅｔｔｅｒｓ，米国，1992年４月20日, Ｖｏｌ．60，Ｎｏ．16，ｐ．1981−1983 Ｉｎｄｉｕｍ Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉ ａｌｓ，1994．Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｎａ ｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ，米国，1994年，ｐ．575−578 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/338 H01L 21/205 H01L 29/778 H01L 29/812
Claims (8)
- 【請求項１】 ＩｎＰ基板上にＰＨ3 雰囲気中で待機す
ることによって表面を安定化したＡｌＰ層とＡｓを含む
化合物半導体層とをこの順で減圧式有機金属気相成長法
によって成長した半導体積層構造を有することを特徴と
する半導体装置。 - 【請求項２】 ＩｎＰ基板上にＩｎＰ層とＰＨ3 雰囲気
中で待機することによって表面を安定化したＡｌＰ層と
Ａｓを含む化合物半導体層とをこの順で減圧式有機金属
気相成長法によって成長した半導体積層構造を有するこ
とを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】 ＡｌＰ層の厚さが５〜１０Åであること
を特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体装
置。 - 【請求項４】 Ａｓを含む化合物半導体層がＩｎＧａＡ
ｓ層またはＩｎＡｌＡｓ層またはＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡ
ｌＡｓからなるヘテロ結晶層であることを特徴とする請
求項１乃至請求項３の何れか１記載の半導体装置。 - 【請求項５】 ＩｎＰ層が変調ドープされた電子走行層
であり、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＡｌＡｓ等のＡｓを含み不
純物ドープされた化合物半導体層が電子供給層であるこ
とを特徴とする請求項４記載の半導体装置。 - 【請求項６】 ＩｎＰ基板上にＡｌＰ層を減圧式有機金
属気相成長法によって成長する工程と、前記 ＡｌＰ層をＰＨ3 雰囲気中で待機することによって
表面を安定化する工程と、前記 ＡｌＰ層の上にＡｓを含む化合物半導体層を減圧式
有機金属気相成長法によって成長する工程とを含んでな
ることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項７】 ＩｎＰ基板上にＩｎＰ層を減圧式有機金
属気相成長法によって成長する工程と、前記 ＩｎＰ層上にＡｌＰ層を減圧式有機金属気相成長法
によって成長する工程と、前記 ＡｌＰ層をＰＨ3 雰囲気中で待機することによって
表面を安定化する工程と、前記 ＡｌＰ層上にＡｓを含む化合物半導体層を減圧式有
機金属気相成長法によって成長する工程とを含んでなる
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項８】 ＡｌＰ層の厚さが５〜１０Åであること
を特徴とする請求項６または請求項７記載の半導体装置
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04218194A JP3338911B2 (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | 半導体装置とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04218194A JP3338911B2 (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | 半導体装置とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07249759A JPH07249759A (ja) | 1995-09-26 |
| JP3338911B2 true JP3338911B2 (ja) | 2002-10-28 |
Family
ID=12628829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04218194A Expired - Lifetime JP3338911B2 (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | 半導体装置とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3338911B2 (ja) |
-
1994
- 1994-03-14 JP JP04218194A patent/JP3338911B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，米国，１９９２年４月２０日，Ｖｏｌ．６０，Ｎｏ．１６，ｐ．１９８１−１９８３ |
| Ｆｏｕｒｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｉｎｄｉｕｍ Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１９９２，米国，１９９２年４月，ｐ．２８６−２８９ |
| Ｉｎｄｉｕｍ Ｐｈｏｓｐｈｉｄｅ ａｎｄ Ｒｅｌａｔｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１９９４．Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ，米国，１９９４年，ｐ．５７５−５７８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07249759A (ja) | 1995-09-26 |
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