JP5526353B2

JP5526353B2 - 高電子移動度トランジスタ

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Publication number: JP5526353B2
Application number: JP2007203369A
Authority: JP
Inventors: 寛崇外賀
Original assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Current assignee: Asahi Kasei EMD Corp
Priority date: 2007-08-03
Filing date: 2007-08-03
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2027-08-03
Also published as: JP2009038307A

Description

本発明は、半導体デバイス及びその製造方法に関し、より詳細には、衛星放送用の送受信用増幅素子や高速データ転送用素子として好適な高電子移動度トランジスタ（ＨｉｇｈＥｌｅｃｔｒｏｎＭｏｂｉｌｉｔｙＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ；以下、ＨＥＭＴと略記する）や高感度な磁気センサなどの半導体デバイス及びその製造方法に関する。

衛星放送の送受信用増幅素子等に代表されるＧＨｚ帯の高周波素子として、ＨＥＭＴが知られている。代表的なものには、ＧａＡｓ基板上のＧａＡｓ層やＩｎＰ基板上のＩｎ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ層を電子走行層として用いたものなどがあり、これらはいずれも、ＧａＡｓとＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓとＩｎＡｌＡｓのヘテロ構造界面に蓄積する２次元電子ガス層を利用したものである。

しかし、これらの素子によって、十数ＧＨｚ帯の電波の送受信が可能な素子を得るためには、０．２μｍ以下の極めて短いゲート長を有するＨＥＭＴが必要になる。このような長さのゲート電極を形成するには、光リソグラフイーが用いられることもあるが、高度の技術が必要になり、安定的に生産するのは容易ではない。しかもゲート長を短くすると、ゲート抵抗の増大によるノイズの増大、さらにはゲインの低下などの原因にもなるなどトランジスタの特性としても問題が生じてくる。

このため、微細化技術が容易で、量産性があり、かつ、従来以上に高い周波数帯に対応できる新しい構造の高周波素子が求められている。つまり、電子走行層の電子の走行速度が速く、比較的長いゲート長でも高い周波数帯に対応できる高周波素子が好ましい。さらに、このような高周波素子において、ゲート長の０．２μｍ以下、あるいは０．１μｍ以下までの一層の微細化を行なえば、更に高周波帯であるミリ波帯などへの応用も期待できるため、幅広い分野への応用が可能になる。

これらの要求に応えるため、ＧａＡｓやＩｎ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓに対して、電子移動度と飽和速度が圧倒的に大きいＩｎＡｓや高Ｉｎ濃度のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓの良質な薄膜を、ＨＥＭＴの電子走行層に用いる研究が行なわれている。電子移動度が高いという特徴は、ホール素子、磁気抵抗素子といった磁気センサにおいては高感度のセンサを実現するために重要な特性であり、磁気センサへの応用の点でも同様である。ＩｎＡｓや高Ｉｎ濃度のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓの高い電子移動度と飽和速度は、ＧａＡｓやＩｎ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓを電子走行層として用いたＨＥＭＴに比べて長いゲート長を有するＨＥＭＴでも、十数ＧＨｚ帯あるいは、さらに高い周波数帯に対応する高周波素子を実現できる可能性を有している。

しかし、ＩｎＡｓや高Ｉｎ濃度のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ系ＨＥＭＴを実現する上では、電子供給層が如何なる材料であるかが重要な問題である。すなわち、電子供給層の伝導帯とチャネルの伝導帯との不連続の値が電子走行層へ電子を閉じ込めるために十分な大きさを持ち、電子濃度の値も適切で、かつ電子走行層であるＩｎＡｓや高Ｉｎ濃度のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓと結晶的にうまく整合がとれる材料である必要がある。

例えば、特許文献１によると、ＩｎＡｓと異なる格子定数をもつ汎用性のＧａＡｓ基板上に、ＩｎＡｓと実質的に格子整合するＡｌＧａＡｓＳｂ層、電子走行層としてのＩｎＡｓ層、さらにＩｎＡｓと実質的に格子整合するＡｌＧａＡｓＳｂ層を順次積層する構造をとることで、優れた高周波特性を有する電界効果トランジスタ（Ｆｉｅｌｄｅｆｆｅｃｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；以下、ＦＥＴと略記する）を実現している。

ここでは、層中で発生した電子のみをキャリアとするＩｎＡｓ層が電子走行層として用いられており、意図的なドーピングによる電子供給は行われていない。これらのキャリアは意図せずにドープされたＡｌＧａＡｓＳｂ中のドナー不純物や、ＡｌＧａＡｓＳｂとＩｎＡｓとの界面から供給されているものである。更に低いオン抵抗（大きい相互コンダクタンス）のＨＥＭＴを得るためには、ＩｎＡｓ層のシート抵抗を下げなければならず、更に電子濃度を大きくする必要がある。つまり、ＩｎＡｓ電子走行層の電子移動度を低下させずに、電子濃度を大きくする技術が必須となっている。このような技術の確立は、高感度で温度特性が良好な磁気センサを作成する上でも極めて重要な課題となっている。

まず、ＩｎＡｓや高Ｉｎ濃度のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層の電子濃度を大きくする方法として、ＩｎＡｓや高Ｉｎ濃度のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層に直接ドナー不純物をドープする方法がある。ドナー不純物は、ドナー原子として作用するものなら何でも良く、例えば、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ｓｉ、Ｓｎなどが挙げられる。しかし、この場合、ドナー不純物は、ＩｎＡｓや高Ｉｎ濃度のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ層中で不純物散乱源となり、電子移動度は低下してしまう。

ＩｎＡｓや高Ｉｎ濃度のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層の電子濃度を大きくするもう一つの方法として、変調ドープを用いる方法がある。この構造ではＩｎＡｓや高Ｉｎ濃度のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層にはドナー不純物はドープされておらず、ＡｌＧａＡｓＳｂ層のみにドナー不純物がドープされている。このときＩｎＡｓや高Ｉｎ濃度のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓとＡｌＧａＡｓＳｂとの伝導帯の不連続性のためにヘテロ界面のＩｎＡｓや高Ｉｎ濃度のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ側に電子の蓄積が起こる。

すなわち、ＩｎＡｓや高Ｉｎ濃度のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓの電子親和度が大きいためＡｌＧａＡｓＳｂ層内のドナー不純物により供給された電子がＩｎＡｓや高Ｉｎ濃度のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ側に引きつけられて２次元電子ガス層を形成する。ＩｎＡｓや高Ｉｎ濃度のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ層にはドナー不純物はドープされていないため、不純物散乱の影響もなく高い電子移動度を得ることができる。ここでドナー不純物がドープされる位置は、ＡｌＧａＡｓＳｂ層の厚さ方向に均一でも良く、分布があっても良い。例えば、ＡｌＧａＡｓＳｂ層にドナー不純物がデルタドープされていても良い。

III−Ｖ族化合物半導体のｎ型ドーパントとしては、一般にＴｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ｓｎ、Ｓｉなどが知られているが、なかでもIＶ族元素Ｓｉが最も広く使われている。Ｓｉは蒸気圧が低いので、標準の分子線エピタキシー（以下、ＭＢＥと略記する）プロセスにおいて使用されるフラックスソースの温度範囲において、その制御が容易なためである。

しかしながら、ＡｌＳｂやＧａＳｂなどのアンチモン化合物中においては、Ｓｉはアクセプタ不純物として働く（例えば、非特許文献１参照）ことが明らかになってきている。更に、ＡｌＳｂとＧａＳｂとの混晶であるＡｌＧａＳｂや、ＩｎＡｓあるいは高Ｉｎ濃度のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓと格子定数の近いＡｌＧａＡｓＳｂにおいても、Ｓｉはアクセプタ不純物であり、ＡｌＧａＡｓＳｂの電子供給層を形成することができない。

そのため、ＡｌＧａＡｓＳｂ層へのドナー不純物としては、ＡｌＳｂやＧａＳｂなどのアンチモン化合物中においても、ドナー不純物として十分に働くＶI族元素であるＴｅなどが用いられる（例えば、非特許文献１参照）。しかしながら、Ｔｅは蒸気圧が非常に高いため、標準のＭＢＥプロセスにおいて使用されるフラックスソースの温度範囲が非常に低く、ドーピング量を急激に変えることが難しく、その制御が容易ではない。更に、Ｔｅは蒸気圧が非常に高いため、ＭＢＥ装置内に非常に残留しやすくなる。この残留物はＭＢＥ装置を汚染し、そして、同装置を用いた後プロセスのｐ型プロセスの妨げにもなり、工業上好ましくない。

従って、ＡｌＧａＡｓＳｂ層へのドナー不純物としては、取り扱いが容易なIＶ族元素を用いることが好ましい。Ｓｉと同じくIＶ族元素であるＳｎも比較的蒸気圧が低く、取り扱いやすいドーパント材料である。非特許文献１によると、ＳｎもＡｌＳｂやＧａＳｂなどのアンチモン化合物中においてアクセプタ不純物として働く旨の記述がある。しかし、実際にＡｌＧａＡｓＳｂ層にＳｎをドープした場合、ＩｎＡｓ電子走行層への電子供給層として働くかは明らかではなかった。このため、ＩｎＡｓや高Ｉｎ濃度のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層に対し、電子供給層として機能するＡｌＧａＡｓＳｂ層を用いたＨＥＭＴ、もしくは磁気センサは実現できなかった。

特開平５−９０３０１号公報（特許３２００１４２号公報）ＰｈｙｓｉｃａＥ２０（２００４）１９６−２０３，ＨｅｒｂｅｒｔＫｒｏｅｍｅｒ，ＵＣＳＢ

上述したように、蒸気圧が低いIＶ族元素をドナー不純物として用いることで、ＩｎＡｓや高Ｉｎ濃度のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層の電子濃度を、ＭＢＥ装置を汚染することなく精度良く容易に制御し、かつＩｎＡｓや高Ｉｎ濃度のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層の電子移動度を低下させずに、電子濃度を大きくする技術は確立されていなかった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、蒸気圧が低いIＶ族元素Ｓｎをドナー不純物として用いることで、ＩｎＡｓや高Ｉｎ濃度のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓチャネル層の電子濃度を、ＭＢＥ装置を汚染することなく精度良く容易に制御し、かつＩｎＡｓや高Ｉｎ濃度のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層の電子移動度を低下させずに、電子濃度を大きくする技術を確立することで、優れた高周波特性を有するＨＥＭＴや高感度な磁気センサなどの半導体デバイス及びその製造方法を提供することにある。

本発明は、ＩｎＡｓ層とＡｌyＧａ1-yＳｂ層（０≦ｙ≦１）とのヘテロ接合を少なくとも一つ有する半導体デバイスであって、少なくとも１層以上の前記ＡｌyＧａ1-yＳｂ層にはＳｎがドープされており、前記ＡｌｙＧａ１−ｙＳｂ層中には、ＳｎがドープされたＡｌｙＧａ１−ｙＳｂ層（０≦ｙ≦１）が設けられており、前記ＩｎＡｓ層と前記ＳｎがドープされたＡｌｙＧａ１−ｙＳｂ層との間にある、Ｓｎがドープされていない前記ＡｌｙＧａ１−ｙＳｂ層の膜厚は、２．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、前記ＳｎがドープされたＡｌ _ｙＧａ _１−ｙＳｂ層（０≦ｙ≦１）が、電子走行層である前記ＩｎＡｓ層への電子供給層となっていることを特徴とする半導体デバイスと、前記半導体デバイス上にオーミック接合されたソース電極及びドレイン電極と、前記半導体デバイス上に設けられたゲート電極とを備えることを特徴とする。

前記半導体デバイスが、基板と、該基板上に設けられた第１のＡｌyＧａ1-yＳｂ層（０≦ｙ≦１）と、該第１のＡｌyＧａ1-yＳｂ層の上に設けられた電子走行層としてのＩｎＡｓ層と、該ＩｎＡｓ層の上に設けられた第２のＡｌyＧａ1-yＳｂ層（０≦ｙ≦１）とを備え、前記第１又は第２のＡｌyＧａ1-yＳｂ層のうち、少なくとも一方のＡｌyＧａ1-yＳｂ層中に、前記ＳｎがドープされたＡｌｙＧａ１−ｙＳｂ層（０≦ｙ≦１）が設けられており、前記ＩｎＡｓ層への電子供給層となっていることを特徴とする。

本発明によれば、ＡｌＧａＡｓＳｂ電子供給層のドナー不純物として、蒸気圧が低く、取り扱いが容易なIＶ族元素Ｓｎを用いることにより、ＭＢＥ装置を汚染することなく、容易にＩｎ_xＧａ_1-xＡｓチャネル層の電子濃度を制御することができる。従って、高い電子濃度と高い電子移動度をもつＩｎ_xＧａ_1-xＡｓチャネル層を工業的に安定して製造することができるため、衛星放送の送受信用増幅素子や高速データ転送用素子として、優れた高周波特性を有するＨＥＭＴや高感度な磁気センサなどの半導体デバイス及びその製造方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明による高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の一実施形態を説明するための断面図で、符号１は基板、２は第１のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層、３はＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層、４は第２のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層を示している。５と７は１対のオーミック電極であり、５はソース電極、７はドレイン電極である。６はソース電極５とドレイン電極７の間に設けられたゲート電極である。

本発明の高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）は、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ層（０≦ｘ≦１）とＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層（０≦ｙ≦１、０≦ｚ＜１）とのヘテロ接合を少なくとも一つ有する半導体デバイスである。具体的には、基板１と、この基板１上に設けられた第１のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層（０≦ｙ≦１、０≦ｚ＜１）２と、この第１のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層２の上に設けられた電子走行層としてのＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ層（０≦ｘ≦１）３と、このＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ層３の上に設けられた第２のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層（０≦ｙ≦１、０≦ｚ＜１）４とを備えている。

ここで、第１のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層２、第２のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層４のいずれか一方、若しくは両方にはＳｎがドープされており、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層３への電子供給層となっている。また、第１のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層２、第２のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層４のいずれか一方が存在しないか、若しくは他の半導体材料となっている場合でも、ＳｎがドープされたＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層とＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層３とのヘテロ接合を、少なくとも一つ有している薄膜構造となっていれば、本発明の技術的範囲内である。以下、各構成要素について説明する。

本発明に用いられる基板１は、基板であれば何でも良いが、ＧａＡｓ基板、もしくはＧａＰ基板、表面に単結晶のＧａＡｓを成長させたＳｉ基板、サファイア基板などが好適である。なかでも半絶縁性で良質の単結晶基板が得られるＧａＡｓ基板は、特に好ましい。ここで言う半絶縁性とは、抵抗率が１０⁷Ω・ｃｍ以上のものを指す。単結晶基板を用いる場合、基板の面方位は（１００）、（１１１）、（１１０）等が好ましい。これらの面方位から１°から５°ずらした面方位を用いることもある。中でも（１００）は良質の薄膜を成長させる上で最適である。通常行われるように、基板表面を平坦化させ、清浄化させる目的で、基板と同じ材質の半導体を成長させたものを本発明の基板として使用しても良い。ＧａＡｓ基板上にＧａＡｓを成長させるのは、この最も代表的な１例である。

本発明に用いられる第１のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層２は、（ａ）Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層３との格子定数が近く、（ｂ）Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層３と比べて抵抗率が十分高く、（ｃ）Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層３と大きく格子定数の異なるＧａＡｓ等の基板上に直接積層した場合でも、欠陥の少ない平坦な表面を有していることが好ましい。第１のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層２とＩｎ_xＧａ_1‐xＡｓ電子走行層３の格子定数は、Ｉｎ_xＧａ_1‐xＡｓ電子走行層３の膜厚が臨界膜厚を超えない程度に近ければ良い。例えば、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層３の膜厚が１５ｎｍの場合、第１のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層２とＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層３の格子定数は１．３％以内で一致していることが好ましい。

Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）電子走行層３のＩｎ組成ｘが０．５３以上１以下の場合、第１のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z（０≦ｙ≦１、０≦ｚ＜１）層２のＡｓ組成ｚは０以上０．７以下であることが好ましい。第１のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層２の抵抗率は、Ａｌ組成ｙが大きいほど高くなる一方、素子化プロセス中に酸化しやすいという懸念があり、Ａｌ組成ｙは０．５以上０．８以下の範囲であることが好ましい。

第１のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層２の表面の平坦性は、膜厚が厚いほど良好であるが、工業上はなるべく薄くすることが望ましい。すなわち、膜厚は５ｎｍ以上３０００ｎｍ以下の範囲が好ましく、より好ましくは１０ｎｍ以上１０００ｎｍである。第１のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層２をＩｎ_xＧａ_1‐xＡｓ電子走行層３への電子供給層として用いる場合、Ｓｎは厚さ方向に均一にドープされていても、分布があっても良く、デルタドープされていても良い。特にＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層３との界面近傍の第１のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層２にはＳｎをドープしない構造にすることによって、不純物散乱の影響を低減でき、高い電子移動度を得ることができるため好ましい。

ここでデルタドープとは、分子線エピタキシー法を用いたIII−Ｖ族化合物半導体の薄膜成長において、ドーパントとＶ族元素を同時に照射して行なうドーピングの手法である。III族元素を照射しないため、薄膜の成長は進行しない状態でのドーピングとなる。その結果、デルタドープ層の膜厚は限りなくゼロに近く、厳密には数原子層程度の膜厚である。デルタドープは所望の場所に、所望の量のドーピングが可能であり好ましい。

本発明に用いられるＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）電子走行層３は、制御電極にかかる電圧によって電気伝導を制御する都合上、膜厚は２０００ｎｍ以下が好ましい。より好ましくは、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。また、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層３の電子濃度は、３×１０¹⁷ｃｍ^-3以上２×１０¹⁸ｃｍ^-3以下のとき、高い電子移動度を有し、好ましい。Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）電子走行層３は、Ｉｎ組成ｘが大きいほど高い電子移動度が得られるので好ましく、特にＩｎ組成ｘは０．５３以上１以下であることが好ましい。

本発明に用いられる第２のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層４は、（ａ）Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層３との格子定数が近く、（ｂ）Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層３と比べて抵抗率が十分高いことが好ましい。第２のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層４とＩｎ_xＧａ_1‐xＡｓ電子走行層３の格子定数は、Ｉｎ_xＧａ_1‐xＡｓ電子走行層３の膜厚が臨界膜厚を超えない程度に近ければ良い。例えば、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層３の膜厚が１５ｎｍの場合、第２のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層４とＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層３の格子定数は１．３％以内で一致していることが好ましい。Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ（０≦ｘ≦１）電子走行層３のＩｎ組成ｘが０．５３以上１以下の場合、第２のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z（０≦ｙ≦１、０≦ｚ＜１）層４のＡｓ組成ｚは０以上０．７以下であることが好ましい。

第２のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層４の抵抗率は、Ａｌ組成ｙが大きいほど高くなる一方、素子化プロセス中に酸化しやすいという懸念があり、Ａｌ組成ｙは０．５以上０．８以下の範囲であることが好ましい。第２のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層４の膜厚は、５ｎｍ以上１００ｎｍの範囲が好ましい。第２のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層４をＩｎ_xＧａ_1‐xＡｓチャネル層３への電子供給層として用いる場合、Ｓｎは厚さ方向に均一にドープされていても、分布があっても良く、デルタドープされていても良い。特に、ゲート電極６が形成される側の界面近傍のみ、Ｓｎをドープしない構造にすると、ゲート耐圧が低下せず良好である。

また、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層３との界面近傍の第２のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層４には、Ｓｎをドープしない構造にすることによって、不純物散乱の影響を低減でき、高い電子移動度を得ることができるため好ましい。第１のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層２と第２のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層４は、同じ組成である方が製造工程を簡略化できるため好ましいが、異なる組成であっても良く、必要に応じて適宜実施される。

本発明に用いられるソース電極５、及びドレイン電極７は、その下部のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層３とオーミック接合をとる必要がある。オーミック接合には、各種の構造があるが、図１では、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層３に直接接合する構造をとっている。Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層３はバンドギャップが狭く、電極をコンタクトしただけで、接触抵抗の低いオーミック接合が得られる。このためオーミック電極５、７の下部のみ、第２のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層４をエッチングして、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓチャネル層３に直接電極を形成することができる。この場合、電極５、７とＩｎ_xＧａ_1-xＡｓチャネル層３の間の接触抵抗を低減するために、合金化過程を行っても良いが、蒸着しただけでも良好なオーミック接合が得られる。このため、電極金属はＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕの３層構造をはじめとする公知の積層電極構造でも良いが、Ａｌ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｗなどの単層の金属でも良く、極めて多くの組み合わせが可能である。

本発明に用いられるゲート電極６は、その下部に空乏層を形成できるものであれば良く、ショットキー接合を用いる方法のほか、ゲート電極とＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層３の間に、絶縁物を挟んだＭＩＳ（ＭＥＴＡＬ−ＩＮＳＵＬＡＴＯＲ−ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ）構造や、ＰＮ接合を利用することもできる。特に、第２のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層４とショットキー接合を形成する材料としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｐｔ、ＷＳｉ、Ａｕなどが好ましく、これらを積層構造にしたものも良い。

図１０は、本発明による高電子移動度トランジスタの製造方法を説明するためのフローチャートを示す図である。
本発明の高電子移動度トランジスタは、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ層（０≦ｘ≦１）とＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層（０≦ｙ≦１、０≦ｚ＜１）とのヘテロ接合を少なくとも一つ有する半導体デバイスの製造方法である。

まず、ステップ１（Ｓ１）において、基板上に、アンドープの第１のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z（０≦ｙ≦１、０≦ｚ＜１）層を形成する。次に、ステップ２（Ｓ２）において、第１のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層の上に、電子走行層としてのＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ層（０≦ｘ≦１）を形成する。次に、ステップ３（Ｓ３）において、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ層の上に、アンドープの第２のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層（０≦ｙ≦１、０≦ｚ＜１）を形成する。次に、ステップ４（Ｓ４）において、Ａｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層の上にＳｎのデルタドープ層を形成する。最後に、ステップ５（Ｓ５）において、Ｓｎのデルタドープ層の上にアンドープの第３のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層（０≦ｙ≦１、０≦ｚ＜１）を形成する。また、デルタドープ層を設けるステップ４は、分子線エピタキシー法によりＳｎとＳｂとを同時に、若しくはＳｎとＡｓとＳｂとを同時に照射する。

以下に本発明の具体的な実施例について述べるが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
［実施例１］
薄膜形成方法の一例として、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）を用いた場合について以下に説明する。まず、半絶縁性のＧａＡｓ（１００）基板にＡｓを照射しながら６３０℃で加熱して表面酸素を脱離させる。そのまま基板温度を５８０℃まで下げた後、膜厚７０ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長し、更に基板温度を５３０℃に下げながら膜厚３５ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長する。次に、基板温度を４６０℃に下げながら膜厚６００ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を成長した後、基板温度を４６０℃に保持しながら膜厚１５ｎｍのＩｎＡｓ層を成長し、更に膜厚５ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を、その上にはＳｎのセル温度を９５０℃に加熱した状態で、ＳｎとＳｂを同時に５６秒間照射することでＳｎのデルタドープ層を形成し、その上には膜厚３０ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を成長した。また、本実施例では、Ａｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層の最表面の酸化等を防止する目的で、半導体保護層としてＧａＡｓキャップ層をアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層上に成長した。

この薄膜積層体の電気的特性をファンデルポー法、ホール測定により評価した結果、電子移動度は３０３００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度１．６０×１０¹²ｃｍ^-2であった。ここで、電子移動度は単位電界あたりの電子の動く速度、シート電子濃度は、１ｃｍ²当たりの電子の数である。Ｓｎのデルタドープ層がない場合の薄膜積層体では、電子移動度は２５３００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度５．９×１０¹¹ｃｍ^-2であるので、本実施例では、電子移動度、電子濃度ともに高い値を有し、Ｓｎデルタドープ層の効果は非常に大きいことがわかった。この結果から、従来アクセプタとして働くといわれていたIＶ族元素Ｓｎは、ドナーとして働くことが明らかとなった。ＴｅなどのＶI族元素に比べて、蒸気圧が低く、取り扱いが容易で、チャンバの汚染の恐れがないIＶ族元素Ｓｎで、電子走行層の電子濃度を制御できることは、工業上極めて好ましい。

これらの薄膜積層体において、メサエッチ工程を経た後、ソース電極、ドレイン電極を形成する箇所をエッチングすることでＩｎＡｓ表面を露出させ、ＩｎＡｓ上に直接ソース電極、ドレイン電極を形成し、さらにＧａＡｓキャップ層上にゲート電極を形成することで、高電子移動度トランジスタＨＥＭＴを作製した。

本実施例においては、Ｓｎデルタドープ層をＩｎＡｓとＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層との界面から５ｎｍ離れた部位に、Ｓｎセル温度を９５０℃に加熱した状態で、５６秒間照射することで形成している。

ここで、Ｓｎデルタドープ層の位置（ＩｎＡｓとＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層との界面からの距離）、Ｓｎを照射する時間をそれぞれ変化させたときの、薄膜積層体のシート電子濃度の値を図２及び図３に示す。

図２は、Ｓｎデルタドープ層の位置（ＩｎＡｓとＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層との界面からの距離）と薄膜積層体のシート電子濃度の関係をグラフに示した図で、図３は、Ｓｎを照射した時間と薄膜積層体のシート電子濃度の関係をグラフに示した図である。

このときのＳｎセル温度は９５０℃である。図２からドープ位置が近いとシート電子濃度が高く、ドープ位置が遠いとシート電子濃度が低いことがわかった。ＡｌＧａＡｓＳｂ電子供給層中の電子が、ＩｎＡｓ電子走行層に落ち込む電子の確率が、ドープ位置が遠くなるに従って減少するためと考えられる。図３からは、Ｓｎの照射する時間を長くするほど、シート電子濃度は単調に増加することがわかった。これらの結果から、Ｓｎデルタドープ層の位置（ＩｎＡｓとＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層との界面からの距離）、Ｓｎを照射する時間を制御するだけで、薄膜積層体のシート電子濃度を容易に制御することができることを見出した。

図４は、薄膜積層体のシート電子濃度と電子移動度の関係をグラフに示した図である。ここにはＳｎのドープ位置を２．５ｎｍから２０ｎｍ、Ｓｎセル温度を９３０℃から９７０℃、Ｓｎ照射時間を０秒から９４秒まで変化させた、全データをプロットした。この図４からシート電子濃度が５×１０¹¹ｃｍ^-2以上３×１０¹²ｃｍ^-3以下、すなわち、電子濃度３×１０¹⁷ｃｍ^-3以上２×１０¹⁸ｃｍ^-3以下で高い電子移動度を有していることがわかる。特に１．２×１０¹²ｃｍ^-2以上１．６×１０¹²ｃｍ^-2以下、すなわち、電子濃度８×１０¹⁷ｃｍ^-3以上１．１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下では電子移動度は３００００ｃｍ²／Ｖｓ以上であり好ましい。

図５は、薄膜積層体のＳｎデルタドープ層の位置（ＩｎＡｓとＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層との界面からの距離）と電子移動度の関係をグラフに示した図である。このときのＳｎセル温度は９５０℃、Ｓｎの照射時間は５６秒としている。ドープする位置を近づけすぎると、ＩｎＡｓがＳｎの不純物散乱の影響を受けてしまうので電子移動度は低下してしまう。逆にドープする位置が遠いと、シート電子濃度は低くなってしまうため、電子移動度は低下する。電子移動度は２７０００（ｃｍ²／Ｖｓ）以上であることが好ましく、図５の結果から、Ｓｎデルタドープ層の位置（ＩｎＡｓとＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層との界面からの距離）は、２．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましい。

［実施例２］
上述した薄膜積層体をメサエッチ工程により、十字型に成形した後、電極を形成する箇所のみエッチングすることでＩｎＡｓ表面を露出させ、ＩｎＡｓ上に電極を形成することで、磁気センサであるホール素子を作製した。

図６は、作製したホール素子の構造を示す断面図で、図７は、作製したホール素子の構造を示す上面図である。なお、符号９はオーミック電極を示している。

このとき用いた薄膜積層体の電気的特性は、電子移動度３０３００ｃｍ²／Ｖｓ、シート抵抗１５８Ω、シート電子濃度１．３０×１０¹²ｃｍ^-2である。本例のホール素子で得られた特性は、入力抵抗値が３００Ω、定電圧１Ｖで駆動したとき、５０ｍＴの磁束密度の印加でホール電圧が７５ｍＶであった。すなわち、磁界での感度は、７５ｍＶ／Ｖ・５０ｍＴの高感度を示した。

［実施例３］
上述した実施例１の薄膜積層体を用いて、磁気センサである磁気抵抗素子を作製した。このとき用いた薄膜積層体の電気的特性は、電子移動度３０７００ｃｍ²／Ｖｓ、シート抵抗１４４Ω、シート電子濃度１．４２×１０¹²ｃｍ^-2である。

図８は、作製した磁気抵抗素子の構造を示す断面図で、図９は、作製した磁気抵抗素子の構造を示す上面図である。
メサエッチ工程により、短冊状に成形した後、電極を形成する箇所のみエッチングすることでＩｎＡｓ表面を露出させ、ＩｎＡｓ上にオーミック電極９、短絡電極１０を形成することで磁気抵抗素子を作製した。端子電極部を除いてＩｎＡｓの薄膜からなる磁気抵抗素子部の長さが１４５０μｍ、ＩｎＡｓ薄膜の幅が１２０μｍ、幅１２０μｍのＩｎＡｓ磁気抵抗素子部を跨いで形成されたＣｕ／Ｎｉ／Ａｕ／Ｎｉの４層からなる短絡電極は長さ１２０μｍでその幅は９μｍであり、等間隔でＩｎＡｓ薄膜に直接接触して形成した。電極間の抵抗値は磁界の印加がない場合は１２００Ωであった。

磁気抵抗素子を磁気センサとして使うときに加えられる磁束密度領域、すなわち、磁気抵抗変化が磁束密度に直線的に変化する磁束密度の領域でもあり、かつ、高感度で微弱な磁界変化を検出するためのバイアス磁束密度の領域でもある０．４５Ｔの磁束密度のときの絶対的な抵抗変化率は１６０％であり、極めて大きな磁気抵抗変化示した。

［実施例４］
薄膜形成方法の一例として、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）を用いた場合について以下に説明する。まず、半絶縁性のＧａＡｓ（１００）基板にＡｓを照射しながら６３０℃で加熱して表面酸素を脱離させる。そのまま基板温度を５８０℃まで下げた後、膜厚７０ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長し、更に基板温度を５３０℃に下げながら膜厚３５ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長する。次に、基板温度を４６０℃に下げながら膜厚６００ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を成長した後、基板温度を４６０℃に保持しながら膜厚１５ｎｍのＩｎＡｓ層を成長し、更に膜厚５ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を、その上にはＳｎのセル温度を９５０℃に加熱した状態で、ＳｎとＳｂを同時に７５秒間照射することでＳｎのデルタドープ層を形成し、その上には膜厚３０ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を成長した。また、今回の実施例ではＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層の最表面の酸化等を防止する目的で、半導体保護層としてＧａＡｓキャップ層をアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層上に成長した。

この薄膜積層体の電子移動度は２８０００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度２．１６×１０¹²ｃｍ^-2であった。Ｓｎのデルタドープ層がない場合の薄膜積層体では、電子移動度は２５３００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度５．９×１０¹¹ｃｍ^-2であるので、本実施例では、電子移動度、電子濃度ともに高い値を有し、Ｓｎデルタドープ層の効果は非常に大きいことがわかった。実施例１と比較して、電子移動度はやや低下するものの、Ｓｎの照射時間を長くすることで、より高いシート電子濃度の特性を得ることができる。

［実施例５］
薄膜形成方法の一例として、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）を用いた場合について以下に説明する。まず、半絶縁性のＧａＡｓ（１００）基板にＡｓを照射しながら６３０℃で加熱して表面酸素を脱離させる。そのまま基板温度を５８０℃まで下げた後、膜厚７０ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長し、更に基板温度を５３０℃に下げながら膜厚３５ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長する。次に、基板温度を４６０℃に下げながら膜厚６００ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を成長した後、基板温度を４６０℃に保持しながら膜厚１５ｎｍのＩｎＡｓ層を成長し、更に膜厚３５ｎｍのＳｎをドープしたＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を成長した。また、本実施例ではＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層の最表面の酸化等を防止する目的で、半導体保護層としてＧａＡｓキャップ層をＳｎドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層上に成長した。

この薄膜積層体の電子移動度は２４３００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度２．１１×１０¹²ｃｍ^-2であった。Ｓｎのドープ層がない場合の薄膜積層体では、電子移動度は２５３００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度５．９×１０¹¹ｃｍ^-2であるので、本実施例では、電子移動度、電子濃度ともに高い値を有し、Ｓｎドープ層の効果は非常に大きいことがわかった。

［実施例６］
薄膜形成方法の一例として、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）を用いた場合について以下に説明する。まず、半絶縁性のＧａＡｓ（１００）基板にＡｓを照射しながら６３０℃で加熱して表面酸素を脱離させる。そのまま基板温度を５８０℃まで下げた後、膜厚７０ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長し、更に基板温度を５３０℃に下げながら膜厚３５ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長する。次に、基板温度を４６０℃に下げながら膜厚６００ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を成長した後、基板温度を４６０℃に保持しながら膜厚１５ｎｍのＩｎＡｓ層を成長し、更に膜厚２０ｎｍのＳｎをドープしたＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を成長した後、膜厚１５ｎｍのアンドープのＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を成長した。また、本実施例ではＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層の最表面の酸化等を防止する目的で、半導体保護層としてＧａＡｓキャップ層をＳｎドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層上に成長した。

この薄膜積層体の電子移動度は２５１００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度１．８８×１０¹²ｃｍ^-2であった。Ｓｎのドープ層がない場合の薄膜積層体では、電子移動度は２５３００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度５．９×１０¹¹ｃｍ^-2であるので、本実施例では、電子移動度、電子濃度ともに高い値を有し、Ｓｎドープ層の効果は非常に大きいことがわかった。

［実施例７］
薄膜形成方法の一例として、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）を用いた場合について以下に説明する。まず、半絶縁性のＧａＡｓ（１００）基板にＡｓを照射しながら６３０℃で加熱して表面酸素を脱離させる。そのまま基板温度を５８０℃まで下げた後、膜厚７０ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長し、更に基板温度を５３０℃に下げながら膜厚３５ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長する。次に、基板温度を４６０℃に下げながら膜厚６００ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を成長した後、基板温度を４６０℃に保持しながら膜厚１５ｎｍのＩｎＡｓ層を成長し、更に膜厚５ｎｍのアンドープのＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を成長した後、膜厚３０ｎｍのＳｎをドープしたＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を成長した。また、本実施例ではＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層の最表面の酸化等を防止する目的で、半導体保護層としてＧａＡｓキャップ層をＳｎドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層上に成長した。

この薄膜積層体の電子移動度は２９５００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度１．３６×１０¹²ｃｍ^-2であった。Ｓｎのドープ層がない場合の薄膜積層体では、電子移動度は２５３００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度５．９×１０¹¹ｃｍ^-2であるので、本実施例では、電子移動度、電子濃度ともに高い値を有し、Ｓｎドープ層の効果は非常に大きいことがわかった。

［実施例８］
薄膜形成方法の一例として、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）を用いた場合について以下に説明する。まず、半絶縁性のＧａＡｓ（１００）基板にＡｓを照射しながら６３０℃で加熱して表面酸素を脱離させる。そのまま基板温度を５８０℃まで下げた後、膜厚７０ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長し、更に基板温度を５３０℃に下げながら膜厚３５ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長する。次に、基板温度を４６０℃に下げながら膜厚６００ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を成長した後、基板温度を４６０℃に保持しながら膜厚１５ｎｍのＩｎＡｓ層を成長し、更にその上に膜厚５ｎｍのアンドープのＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層、膜厚１５ｎｍのＳｎをドープしたＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層、膜厚１５ｎｍのアンドープのＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を順次成長した。また、本実施例ではＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層の最表面の酸化等を防止する目的で、半導体保護層としてＧａＡｓキャップ層をＳｎドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層上に成長した。

この薄膜積層体の電子移動度は３０１００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度１．３１×１０¹²ｃｍ^-2であった。Ｓｎのドープ層がない場合の薄膜積層体では、電子移動度は２５３００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度５．９×１０¹¹ｃｍ^-2であるので、本実施例では、電子移動度、電子濃度ともに高い値を有し、Ｓｎドープ層の効果は非常に大きいことがわかった。

［実施例９］
薄膜形成方法の一例として、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）を用いた場合について以下に説明する。まず、半絶縁性のＧａＡｓ（１００）基板にＡｓを照射しながら６３０℃で加熱して表面酸素を脱離させる。そのまま基板温度を５８０℃まで下げた後、膜厚７０ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長し、更に基板温度を５３０℃に下げながら膜厚３５ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長する。次に、基板温度を４６０℃に下げながら膜厚５９５ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を成長した後、Ｓｎのセル温度を９５０℃に加熱した状態で、ＳｎとＳｂを同時に５６秒間照射することでＳｎのデルタドープ層を形成し、その上には膜厚５ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を成長した。更に、基板温度を４６０℃に保持しながら膜厚１５ｎｍのＩｎＡｓ層を成長した後、膜厚３５ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を成長した。また、本実施例ではＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層の最表面の酸化等を防止する目的で、半導体保護層としてＧａＡｓキャップ層をアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層上に成長した。

この薄膜積層体の電子移動度は３０５００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度１．４９×１０¹²ｃｍ^-2であった。Ｓｎのデルタドープ層がない場合の薄膜積層体では、電子移動度は２５３００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度５．９×１０¹¹ｃｍ^-2であるので、本実施例では、電子移動度、電子濃度ともに高い値を有し、Ｓｎデルタドープ層の効果は非常に大きいことがわかった。また、実施例１と比較しても、同等の特性が得られており、ＩｎＡｓ電子走行層の下層のＡｌＧａＡｓＳｂ層も、Ｓｎをドープすることで電子供給層として働くことが明らかとなった。

［実施例１０］
薄膜形成方法の一例として分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）を用いた場合について詳細に述べる。まず、半絶縁性のＧａＡｓ（１００）基板にＡｓを照射しながら６３０℃で加熱し表面酸素を脱離させる。そのまま基板温度を５８０℃まで下げた後、膜厚７０ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長し、更に基板温度を５３０℃に下げながら膜厚３５ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長する。次に、基板温度を４６０℃に下げながら膜厚６００ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を成長した後、基板温度を４６０℃に保持しながら膜厚１５ｎｍのＩｎＡｓ層を成長し、更に膜厚５ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を、その上にはＳｎのセル温度を９５０℃に加熱した状態で、ＳｎとＳｂを同時に５６秒間照射することでＳｎのデルタドープ層を形成し、その上には膜厚３０ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層を成長した。また、本実施例ではＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層の最表面の酸化等を防止する目的で、半導体保護層としてＩｎＡｓキャップ層をアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層上に成長した。

この薄膜積層体の電子移動度は２９５００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度１．２６×１０¹²ｃｍ^-2であった。Ｓｎのデルタドープ層がない場合の薄膜積層体では、電子移動度は２３３００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度５．４×１０¹¹ｃｍ^-2であるので、本実施例では、電子移動度、電子濃度ともに高い値を有し、Ｓｎデルタドープ層の効果は非常に大きいことがわかった。また、実施例１と比較して同等の特性が得られており、キャップ層をＩｎＡｓにした場合でも、Ｓｎデルタドープ層の効果は非常に大きい。

［実施例１１］
薄膜形成方法の一例として、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）を用いた場合について以下に説明する。まず、半絶縁性のＧａＡｓ（１００）基板にＡｓを照射しながら６３０℃で加熱して表面酸素を脱離させる。そのまま基板温度を５８０℃まで下げた後、膜厚７０ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長し、更に基板温度を５３０℃に下げながら膜厚３５ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長する。次に、基板温度を４６０℃に下げながら膜厚６００ｎｍのアンドープＡｌ_0.65Ｇａ_0.35Ｓｂ層を成長した後、基板温度を４６０℃に保持しながら膜厚１５ｎｍのＩｎＡｓ層を成長し、更に膜厚５ｎｍのアンドープＡｌ_0.65Ｇａ_0.35Ｓｂ層を、その上にはＳｎのセル温度を９５０℃に加熱した状態で、ＳｎとＳｂを同時に５６秒間照射することでＳｎのデルタドープ層を形成し、その上には膜厚３０ｎｍのアンドープＡｌ_0.65Ｇａ_0.35Ｓｂ層を成長した。また、本実施例ではＡｌ_0.65Ｇａ_0.35Ｓｂ層の最表面の酸化等を防止する目的で、半導体保護層としてＧａＡｓキャップ層をアンドープＡｌ_0.65Ｇａ_0.35Ｓｂ層上に成長した。

この薄膜積層体の電子移動度は２８７００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度１．３９×１０¹²ｃｍ^-2であった。Ｓｎのデルタドープ層がない場合の薄膜積層体では、電子移動度は２１５００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度５．１×１０¹¹ｃｍ^-2であるので、本実施例では、電子移動度、電子濃度ともに高い値を有し、Ｓｎデルタドープ層の効果は非常に大きいことがわかった。また、実施例１と比較して、電子移動度はやや低下するものの、Ｓｎデルタドープ層の効果は非常に大きい。

［実施例１２］
薄膜形成方法の一例として、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）を用いた場合について以下に説明する。まず、半絶縁性のＧａＡｓ（１００）基板にＡｓを照射しながら６３０℃で加熱して表面酸素を脱離させる。そのまま基板温度を５８０℃まで下げた後、膜厚７０ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長し、更に基板温度を５３０℃に下げながら膜厚３５ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長する。次に、基板温度を４６０℃に下げながら膜厚６００ｎｍのアンドープＡｌ_0.8Ｇａ_0.2Ｓｂ層を成長した後、基板温度を４６０℃に保持しながら膜厚１５ｎｍのＩｎＡｓ層を成長し、更に膜厚５ｎｍのアンドープＡｌ_0.8Ｇａ_0.2Ｓｂ層を、その上にはＳｎのセル温度を９５０℃に加熱した状態で、ＳｎとＳｂを同時に５６秒間照射することでＳｎのデルタドープ層を形成し、その上には膜厚３０ｎｍのアンドープＡｌ_0.8Ｇａ_0.2Ｓｂ層を成長した。また、本実施例ではＡｌ_0.8Ｇａ_0.2Ｓｂ層の最表面の酸化等を防止する目的で、半導体保護層としてＧａＡｓキャップ層をアンドープＡｌ_0.8Ｇａ_0.2Ｓｂ層上に成長した。

この薄膜積層体の電子移動度は２５７００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度１．４１×１０¹²ｃｍ^-2であった。Ｓｎのデルタドープ層がない場合の薄膜積層体では、電子移動度は１７１００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度４．１×１０¹¹ｃｍ^-2であるので、本実施例では、電子移動度、電子濃度ともに高い値を有し、Ｓｎデルタドープ層の効果は非常に大きいことがわかった。また、実施例１と比較して、電子移動度はやや低下するものの、Ｓｎデルタドープ層の効果は非常に大きい。

［実施例１３］
薄膜形成方法の一例として、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）を用いた場合について以下に説明する。まず、半絶縁性のＧａＡｓ（１００）基板にＡｓを照射しながら６３０℃で加熱して表面酸素を脱離させる。そのまま基板温度を５８０℃まで下げた後、膜厚７０ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長し、更に基板温度を５３０℃に下げながら膜厚３５ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長する。次に、基板温度を４６０℃に下げながら膜厚６００ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ_0.13Ｓｂ_0.87層を成長した後、基板温度を４６０℃に保持しながら膜厚１５ｎｍのＩｎＡｓ層を成長し、更に膜厚５ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ_0.13Ｓｂ_0.87層を、その上にはＳｎのセル温度を９５０℃に加熱した状態で、ＳｎとＳｂを同時に５６秒間照射することでＳｎのデルタドープ層を形成し、その上には膜厚３０ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ_0.13Ｓｂ_0.87層を成長した。また、本実施例ではＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ_0.13Ｓｂ_0.87層の最表面の酸化等を防止する目的で、半導体保護層としてＧａＡｓキャップ層をアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ_0.13Ｓｂ_0.87層上に成長した。

この薄膜積層体の電子移動度は２３０００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度１．６７×１０¹²ｃｍ^-2であった。Ｓｎのデルタドープ層がない場合の薄膜積層体では、電子移動度は１５８００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度３．２×１０¹¹ｃｍ^-2であるので、本実施例では、電子移動度、電子濃度ともに高い値を有し、Ｓｎデルタドープ層の効果は非常に大きいことがわかった。また、実施例１と比較して、電子移動度はやや低下するものの、Ｓｎデルタドープ層の効果は非常に大きい。

［実施例１４］
薄膜形成方法の一例として、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）を用いた場合について以下に説明する。まず、半絶縁性のＧａＡｓ（１００）基板にＡｓを照射しながら６３０℃で加熱して表面酸素を脱離させる。そのまま基板温度を５８０℃まで下げた後、膜厚７０ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長し、更に基板温度を５３０℃に下げながら膜厚３５ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長する。次に、基板温度を４６０℃に下げながら膜厚６００ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ_0.13Ｓｂ_0.87層を成長した後、基板温度を４６０℃に保持しながら膜厚３０ｎｍのＩｎＡｓ層を成長し、更に膜厚５ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ_0.13Ｓｂ_0.87層を、その上にはＳｎのセル温度を９５０℃に加熱した状態で、ＳｎとＳｂを同時に５６秒間照射することでＳｎのデルタドープ層を形成し、その上には膜厚３０ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ_0.13Ｓｂ_0.87層を成長した。また、本実施例ではＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ_0.13Ｓｂ_0.87層の最表面の酸化等を防止する目的で、半導体保護層としてＧａＡｓキャップ層をアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ_0.13Ｓｂ_0.87層上に成長した。

この薄膜積層体の電子移動度は２４７００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度１．８６×１０¹²ｃｍ^-2であった。Ｓｎのデルタドープ層がない場合の薄膜積層体では、電子移動度は２１３００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度５．６×１０¹¹ｃｍ^-2であるので、本実施例では、電子移動度、電子濃度ともに高い値を有し、Ｓｎデルタドープ層の効果は非常に大きいことがわかった。また、実施例１３と比較して、より高い電子移動度、シート電子濃度を得ることができる。

［実施例１５］
薄膜形成方法の一例として、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）を用いた場合について以下に説明する。まず、半絶縁性のＧａＡｓ（１００）基板にＡｓを照射しながら６３０℃で加熱して表面酸素を脱離させる。そのまま基板温度を５８０℃まで下げた後、膜厚７０ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長し、更に基板温度を５３０℃に下げながら膜厚３５ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長する。次に、基板温度を４６０℃に下げながら膜厚６００ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ_0.3Ｓｂ_0.7層を成長した後、基板温度を４６０℃に保持しながら膜厚１５ｎｍのＩｎ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓ層を成長し、更に膜厚５ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ_0.3Ｓｂ_0.7層を、その上にはＳｎのセル温度を９５０℃に加熱した状態で、ＳｎとＳｂを同時に５６秒間照射することでＳｎのデルタドープ層を形成し、その上には膜厚３０ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ_0.3Ｓｂ_0.7層を成長した。また、本実施例ではＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ_0.3Ｓｂ_0.7層の最表面の酸化等を防止する目的で、半導体保護層としてＧａＡｓキャップ層をアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ_0.3Ｓｂ_0.7層上に成長した。

この薄膜積層体の電子移動度は１１３００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度１．４２×１０¹²ｃｍ^-2であった。Ｓｎのデルタドープ層がない場合の薄膜積層体では、電子移動度は５６００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度５×１０¹⁰ｃｍ^-2であるので、本実施例では、電子移動度、電子濃度ともに高い値を有し、Ｓｎデルタドープ層の効果は非常に大きいことがわかった。また、実施例１と比較して、電子移動度は低下するものの、Ｓｎデルタドープ層の効果は非常に大きい。

［実施例１６］
薄膜形成方法の一例として、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）を用いた場合について以下に説明する。まず、半絶縁性のＧａＡｓ（１００）基板にＡｓを照射しながら６３０℃で加熱して表面酸素を脱離させる。そのまま基板温度を５８０℃まで下げた後、膜厚７０ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長し、更に基板温度を５３０℃に下げながら膜厚３５ｎｍのＧａＡｓバッファ層を成長する。次に、基板温度を４６０℃に下げながら膜厚６００ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ_0.2Ｓｂ_0.8層を成長した後、基板温度を４６０℃に保持しながら膜厚１５ｎｍのＩｎ_0.8Ｇａ_0.2Ａｓ層を成長し、更に膜厚５ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ_0.2Ｓｂ_0.8層を、その上にはＳｎのセル温度を９５０℃に加熱した状態で、ＳｎとＳｂを同時に５６秒間照射することでＳｎのデルタドープ層を形成し、その上には膜厚３０ｎｍのアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ_0.2Ｓｂ_0.8層を成長した。また、本実施例ではＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ_0.2Ｓｂ_0.8層の最表面の酸化等を防止する目的で、半導体保護層としてＧａＡｓキャップ層をアンドープＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ_0.2Ｓｂ_0.8層上に成長した。

この薄膜積層体の電子移動度は１１７００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度１．２９×１０¹²ｃｍ^-2であった。Ｓｎのデルタドープ層がない場合の薄膜積層体では、電子移動度は８１００ｃｍ²／Ｖｓ、シート電子濃度２．４×１０¹¹ｃｍ^-2であるので、本実施例では、電子移動度、電子濃度ともに高い値を有し、Ｓｎデルタドープ層の効果は非常に大きいことがわかった。また、実施例１と比較して、電子移動度はやや低下するものの、Ｓｎデルタドープ層の効果は非常に大きい。

本発明による高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の一実施形態を説明するための断面図である。Ｓｎデルタドープ層の位置（ＩｎＡｓとＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層との界面からの距離）と薄膜積層体のシート電子濃度の関係をグラフに示した図である。Ｓｎを照射した時間と薄膜積層体のシート電子濃度の関係をグラフに示した図である。薄膜積層体のシート電子濃度と電子移動度の関係をグラフに示した図である。薄膜積層体のＳｎデルタドープ層の位置（ＩｎＡｓとＡｌ_0.53Ｇａ_0.47Ｓｂ層との界面からの距離）と電子移動度の関係をグラフに示した図である。作製したホール素子の構造を示す断面図である。作製したホール素子の構造を示す上面図である。作製した磁気抵抗素子の構造を示す断面図である。作製した磁気抵抗素子の構造を示す上面図である。本発明による高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の製造方法を説明するためのフローチャートを示す図である。

符号の説明

１基板
２第１のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層
３Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ電子走行層
４第２のＡｌ_yＧａ_1-yＡｓ_zＳｂ_1-z層
５ソース電極、
６ソース電極５とドレイン電極７の間に設けられたゲート電極
７ドレイン電極
８薄膜積層体
９オーミック電極
１０短絡電極

Claims

ＩｎＡｓ層とＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＳｂ層（０≦ｙ≦１）とのヘテロ接合を少なくとも一つ有する半導体デバイスであって、
少なくとも１層以上の前記Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＳｂ層にはＳｎがドープされており、
前記Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＳｂ層中には、ＳｎがドープされたＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＳｂ層（０≦ｙ≦１）が設けられており、
前記ＩｎＡｓ層と前記ＳｎがドープされたＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＳｂ層との間にある、Ｓｎがドープされていない前記Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＳｂ層の膜厚は、２．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、
前記ＳｎがドープされたＡｌ _ｙＧａ _１−ｙＳｂ層（０≦ｙ≦１）が、電子走行層である前記ＩｎＡｓ層への電子供給層となっていることを特徴とする半導体デバイスと、
前記半導体デバイス上にオーミック接合されたソース電極及びドレイン電極と、前記半導体デバイス上に設けられたゲート電極とを備えることを特徴とする高電子移動度トランジスタ。
前記半導体デバイスが、
基板と、該基板上に設けられた第１のＡｌ_yＧａ_1-yＳｂ層（０≦ｙ≦１）と、該第１のＡｌ_yＧａ_1-yＳｂ層の上に設けられた電子走行層としてのＩｎＡｓ層と、該ＩｎＡｓ層の上に設けられた第２のＡｌ_yＧａ_1-yＳｂ層（０≦ｙ≦１）とを備え、
前記第１又は第２のＡｌ_yＧａ_1-yＳｂ層のうち、少なくとも一方のＡｌ_yＧａ_1-yＳｂ層中に、前記ＳｎがドープされたＡｌ_ｙＧａ_１−ｙＳｂ層（０≦ｙ≦１）が設けられており、前記ＩｎＡｓ層への電子供給層となっていることを特徴とする請求項１に記載の高電子移動度トランジスタ。