JP2006120784A - Semiconductor joint superconduction three-terminal element and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor joint superconduction three-terminal element and its manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP2006120784A
JP2006120784A JP2004305668A JP2004305668A JP2006120784A JP 2006120784 A JP2006120784 A JP 2006120784A JP 2004305668 A JP2004305668 A JP 2004305668A JP 2004305668 A JP2004305668 A JP 2004305668A JP 2006120784 A JP2006120784 A JP 2006120784A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
etching
inalas
channel layer
etching stop
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2004305668A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4819338B2 (en
Inventor
Tatsushi Akasaki
達志 赤崎
Junsaku Nitta
淳作 新田
Hideaki Takayanagi
英明 高柳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2004305668A priority Critical patent/JP4819338B2/en
Publication of JP2006120784A publication Critical patent/JP2006120784A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4819338B2 publication Critical patent/JP4819338B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To manufacture more easily semiconductor superconduction three-terminal element which controls a supercurrent by use of a gate electrode by bringing a source drain electrode made of superconduction metal into an ohmic contact with a channel layer consisting of InGaAs of a high electron mobility transistor. <P>SOLUTION: A gate contact layer 108 is formed so as to expose the upper surface of an etching stop layer 106 by removing selectively an InAlAs layer 128, and by setting a resist pattern 122 as a mask. In this etching, the etching method to be used is capable of etching removal of the InAlAs selectively to InP. Next, by setting a resist pattern 122 as a mask, the etching removal of the exposed etching stop layer 106 is carried out so as to expose the channel layer 105 at both the sides. It changes into the condition that was exposed to both this side. In this etching, the etching method to be used is capable of etching removal of the InGaAs selectively to InP. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、InGaAsからなるチャネル層から構成された高電子移動度トランジスタを接合部にもつ半導体結合超伝導三端子素子及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor-coupled superconducting three-terminal device having a high electron mobility transistor composed of a channel layer made of InGaAs at a junction and a method for manufacturing the same.

トンネル型ジョセフソン接合素子に始まる半導体におけるバイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ(FET)に対応する超伝導3端子素子の研究が、従来より数多く行われている。このなかで、半導体結合超伝導素子は、半導体に対する電気的制御による3端子動作の可能性から多くの試みがなされ、高電子移動度トランジスタのソースドレイン電極に超伝導材料を用いたものが提案されている(特許文献1参照)。これは、チャネル層をInGaAsから構成し、超伝導電極との間でオーミック接触を可能とすることで、高キャリア濃度、高移動度で、かつ高いトランスコンダクタンスgmが得られるようにしたものである。   Many studies have been made on superconducting three-terminal devices corresponding to bipolar transistors and field effect transistors (FETs) in semiconductors beginning with tunnel-type Josephson junction devices. Of these, many attempts have been made for semiconductor-coupled superconducting devices because of the possibility of three-terminal operation by electrical control of semiconductors, and the use of superconducting materials for the source and drain electrodes of high electron mobility transistors has been proposed. (See Patent Document 1). This is because the channel layer is made of InGaAs and enables ohmic contact with the superconducting electrode so that high carrier concentration, high mobility, and high transconductance gm can be obtained. .

上述した半導体結合超伝導トランジスタについて説明すると、図2に示すように、半絶縁性のInPからなる基板201の上に、ノンドープのInAlAsからなるバッファ層202,n形のInAlAsからなるキャリア供給層203,ノンドープのInAlAsからなるスペーサ層204,InGaAsからなるチャネル層205,InAlAsからなるゲートコンタクト層208を備え、ゲートコンタクト層208を挟むようにチャネル層205の上にソース電極209及びドレイン電極210を備え、ゲートコンタクト層208の上にゲート電極211を備えたものである。ソース電極209,ドレイン電極210は、超伝導材料であるNbから構成され、チャネル層205とオーミック接続している。   The semiconductor coupled superconducting transistor described above will be described. As shown in FIG. 2, a buffer layer 202 made of non-doped InAlAs and a carrier supply layer 203 made of n-type InAlAs are formed on a substrate 201 made of semi-insulating InP. , A spacer layer 204 made of non-doped InAlAs, a channel layer 205 made of InGaAs, a gate contact layer 208 made of InAlAs, and a source electrode 209 and a drain electrode 210 on the channel layer 205 so as to sandwich the gate contact layer 208. The gate electrode 211 is provided on the gate contact layer 208. The source electrode 209 and the drain electrode 210 are made of Nb, which is a superconducting material, and are in ohmic contact with the channel layer 205.

次に、図2に示す素子の製造方法について、図3を用いて簡単に説明する。まず、図3(a)に示すように、基板201の上に、ノンドープのInAlAs,n形のInAlAs,ノンドープのInAlAs,InGaAs,InAlAsを、例えば有機金属気相成長法により結晶成長させ、バッファ層202,キャリア供給層203,スペーサ層204,チャネル層205,InAlAs層228が形成された状態とする。ついで、InAlAs層228の上に、電子ビーム露光用の感光性樹脂層221が形成された状態とする。   Next, a method for manufacturing the element shown in FIG. 2 will be briefly described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 3A, on the substrate 201, non-doped InAlAs, n-type InAlAs, non-doped InAlAs, InGaAs, and InAlAs are crystal-grown by, for example, metal organic vapor phase epitaxy to form a buffer layer. 202, a carrier supply layer 203, a spacer layer 204, a channel layer 205, and an InAlAs layer 228 are formed. Next, a photosensitive resin layer 221 for electron beam exposure is formed on the InAlAs layer 228.

次に、電子ビーム露光と現像とにより感光性樹脂層221をパターニングし、図3(b)に示すように、レジストパターン222が形成された状態とする。ついで、レジストパターン222をマスクとしてInAlAs層228をエッチング除去し、図3(c)に示すように、ゲートコンタクト層208が形成され、この両脇にチャネル層205の上面が露出された状態とする。ついで、これらの上に電子ビーム蒸着法によりNbを堆積し、図3(d)に示すように、超伝導金属層223が形成された状態とする。   Next, the photosensitive resin layer 221 is patterned by electron beam exposure and development so that a resist pattern 222 is formed as shown in FIG. Next, the InAlAs layer 228 is removed by etching using the resist pattern 222 as a mask to form a gate contact layer 208 as shown in FIG. 3C, with the upper surface of the channel layer 205 exposed on both sides. . Next, Nb is deposited on these by electron beam evaporation to form a superconducting metal layer 223 as shown in FIG.

次に、レジスト剥離液を用いてレジストパターン222を溶解除去し、図3(e)に示すように、ゲートコンタクト層208を挟むようにチャネル層205の上にソース電極209及びドレイン電極210が形成された状態とする。次に、これらの上に電子ビーム露光用の感光性樹脂を塗布し、図3(f)に示すように、感光性樹脂層224が形成された状態とする。ついで、電子ビーム露光と現像とにより、図3(g)に示すように、感光性樹脂層224に開口部224aが形成された状態とする。   Next, the resist pattern 222 is dissolved and removed using a resist stripping solution, and a source electrode 209 and a drain electrode 210 are formed on the channel layer 205 so as to sandwich the gate contact layer 208 as shown in FIG. It is assumed that Next, a photosensitive resin for electron beam exposure is applied onto these so that a photosensitive resin layer 224 is formed as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 3G, an opening 224a is formed in the photosensitive resin layer 224 by electron beam exposure and development.

次に、ゲート電極となる金属材料を堆積して金属層が形成された状態とし、この後、金属層の開口部224a内に堆積された部分を残すように感光性樹脂層224を除去することで、図3(h)に示すように、ゲートコンタクト層208の上にゲート電極211が形成された状態とする。   Next, a metal material to be a gate electrode is deposited to form a metal layer, and thereafter, the photosensitive resin layer 224 is removed so as to leave a deposited portion in the opening 224a of the metal layer. Thus, the gate electrode 211 is formed on the gate contact layer 208 as shown in FIG.

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
特許第3131291号公報
The applicant has not yet found prior art documents related to the present invention by the time of filing other than the prior art documents specified by the prior art document information described in this specification.
Japanese Patent No. 3131291

しかしながら、図3を用いて説明した従来の製造方法では、ソース電極209及びドレイン電極210とチャネル層205との間の良好なオーミック接触が、容易に形成できないという問題があった。この原因は、InAlAs層228のエッチングでは、この下のInGaAsからなるチャネル層205との間に選択性が得にくいためである。   However, the conventional manufacturing method described with reference to FIG. 3 has a problem that good ohmic contact between the source electrode 209 and the drain electrode 210 and the channel layer 205 cannot be easily formed. This is because in the etching of the InAlAs layer 228, it is difficult to obtain selectivity with the channel layer 205 made of InGaAs below.

前述したように、良好なオーミック接触を得るために、レジストパターン222をマスクとしたInAlAs層228のエッチングでは、所定の領域がInAlAs層228が全て除去され、チャネル層205の上面が露出している必要がある。例えば、ソース・ドレイン電極が形成されるチャネル層205の上面に、InAlAs層228が残っている場合、これが絶縁バリアとなり、超伝導金属からなるソースドレイン電極の良好なオーミック接触が得られない(不良状態1)。また、InAlAs層228が残らないようにオーバーエッチングをしすぎると、エッチング領域におけるチャネル層205が無くなる場合がある。この状態では、ソースドレイン電極は、チャネル層205の側部で接触することになり、接触面積が著しく小さくなる(不良状態2)。   As described above, in order to obtain good ohmic contact, in the etching of the InAlAs layer 228 using the resist pattern 222 as a mask, the InAlAs layer 228 is completely removed from a predetermined region, and the upper surface of the channel layer 205 is exposed. There is a need. For example, when the InAlAs layer 228 remains on the upper surface of the channel layer 205 on which the source / drain electrodes are formed, this becomes an insulating barrier, and good ohmic contact of the source / drain electrodes made of a superconducting metal cannot be obtained (defective). State 1). Further, if the over-etching is performed so that the InAlAs layer 228 does not remain, the channel layer 205 in the etching region may be lost. In this state, the source / drain electrode comes into contact with the side portion of the channel layer 205, and the contact area becomes extremely small (defective state 2).

ここで、InGaAsに対して選択的にInAlAsがエッチングできれば、不良状態1と不良状態2の間の状態のエッチング処理をすることは容易である。ところが、InGaAsに対して選択的にInAlAsをエッチングするエッチング方法はあるが、この方法では、樹脂から成るレジストパターン222の耐性が得にくいという問題がある。ゲート耐圧を得るためにゲートコンタクト層208は膜厚20nm以上とある程度の厚さが必要になるため、この厚さを上述したエッチング方法でエッチングすると、レジストパターン222が耐えられず、高い精度のパターニングができない。   Here, if InAlAs can be selectively etched with respect to InGaAs, it is easy to perform an etching process between the defective state 1 and the defective state 2. However, there is an etching method for selectively etching InAlAs with respect to InGaAs, but this method has a problem that it is difficult to obtain the resistance of the resist pattern 222 made of resin. In order to obtain a gate breakdown voltage, the gate contact layer 208 needs to have a certain thickness of 20 nm or more. Therefore, if this thickness is etched by the above-described etching method, the resist pattern 222 cannot be endured, and high-precision patterning is performed. I can't.

従って、高い精度でパターニングを行うためには、InGaAsに対して選択比が得られない状態でInAlAsをエッチングすることになる。このように、InAlAs層228とチャネル層205との間にエッチングの選択性が得られないため、InAlAs層228のエッチングは、主に処理時間で制御することになる。このため、前述した不良状態1と不良状態2の間の状態のエッチング処理をすることが容易ではなく、従来の製造方法では、良好なオーミック接触で超伝導金属からなるソースドレイン電極を形成することが容易ではなかった。   Therefore, in order to perform patterning with high accuracy, InAlAs is etched in a state where a selection ratio cannot be obtained with respect to InGaAs. As described above, since etching selectivity cannot be obtained between the InAlAs layer 228 and the channel layer 205, the etching of the InAlAs layer 228 is mainly controlled by the processing time. For this reason, it is not easy to perform the etching process between the defective state 1 and the defective state 2 described above, and the conventional manufacturing method forms a source / drain electrode made of a superconducting metal with good ohmic contact. Was not easy.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、超伝導金属からなるソースドレイン電極を、高電子移動度トランジスタのInGaAsからなるチャネル層にオーミック接続し、ゲート電極を用いて超伝導電流を制御する半導体超伝導三端子素子を、より容易に製造できるようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems. A source / drain electrode made of a superconductive metal is ohmically connected to a channel layer made of InGaAs of a high electron mobility transistor, and a gate electrode is connected. An object of the present invention is to make it possible to more easily manufacture a semiconductor superconducting three-terminal element that uses and controls a superconducting current.

本発明に係る半導体結合超伝導三端子素子の製造方法は、基板の上にn形のInAlAsからなるキャリア供給層が形成された状態とする第1工程と、キャリア供給層の上にInGaAsからなるチャネル層が形成された状態とする第2工程と、チャネル層の上にInPからなるエッチングストップ層が形成された状態とする第3工程と、エッチングストップ層の上にInAlAsからなる半導体層が形成された状態とする第4工程と、半導体層の上に所定の形状のマスクパターンが形成された状態とする第5工程と、InPに対してInAlAsが選択的にエッチングされる第1エッチングにより、マスクパターンをマスクとして半導体層を選択的にエッチングし、所定領域のエッチングストップ層が露出した状態でInAlAsからなるゲートコンタクト層が形成された状態とする第6工程と、InGaAsに対してInPが選択的にエッチングされる第2エッチングにより、マスクパターンをマスクとしてエッチングストップ層を選択的にエッチングし、所定領域のチャネル層が露出した状態とする第7工程と、露出したチャネル層の上に選択的に超伝導金属を堆積することで、ゲートコンタクト層の両脇のチャネル層の上にオーミック接触して形成された超伝導金属からなるソース電極及びドレイン電極が形成された状態とする第8工程と、ゲートコンタクト層の上にゲート電極が形成された状態とする第9工程とを少なくとも備えるようにしたものである。この製造方法によれば、ゲートコンタクト層のエッチング加工においてチャネル層の膜厚が減少することなく、ソース電極及びドレイン電極が形成されるチャネル層の表面が露出され、これらの良好なオーミックコンタクトが得られるようになる。   The method for manufacturing a semiconductor-coupled superconducting three-terminal device according to the present invention includes a first step in which a carrier supply layer made of n-type InAlAs is formed on a substrate, and an InGaAs layer on the carrier supply layer. A second step in which the channel layer is formed, a third step in which an etching stop layer made of InP is formed on the channel layer, and a semiconductor layer made of InAlAs are formed on the etching stop layer. A fourth step for forming the mask pattern, a fifth step for forming a mask pattern having a predetermined shape on the semiconductor layer, and a first etching for selectively etching InAlAs with respect to InP. The semiconductor layer is selectively etched using the mask pattern as a mask, and made of InAlAs with an etching stop layer in a predetermined region exposed. The etching stop layer is selectively etched using the mask pattern as a mask by the sixth step in which the gate contact layer is formed and the second etching in which InP is selectively etched with respect to InGaAs. The layer is exposed to the seventh step, and a superconducting metal is selectively deposited on the exposed channel layer to form ohmic contact on the channel layer on both sides of the gate contact layer. At least an eighth step in which a source electrode and a drain electrode made of a superconducting metal are formed and a ninth step in which a gate electrode is formed on the gate contact layer are provided. . According to this manufacturing method, the surface of the channel layer on which the source electrode and the drain electrode are formed is exposed without reducing the thickness of the channel layer in the etching process of the gate contact layer, and these good ohmic contacts can be obtained. Be able to.

上記製造方法において、エッチングストップ層を形成する前に、チャネル層の上にチャネル層より薄いInAlAsからなる追加エッチングストップ層が形成された状態とし、第7工程では、エッチングストップ層を選択的にエッチングした後、スパッタエッチングにより、マスクパターンをマスクとして追加エッチングストップ層をエッチングして所定領域のチャネル層が露出した状態とするようにしてもよい。   In the above manufacturing method, before forming the etching stop layer, an additional etching stop layer made of InAlAs thinner than the channel layer is formed on the channel layer, and in the seventh step, the etching stop layer is selectively etched. After that, the additional etching stop layer may be etched by sputter etching using the mask pattern as a mask so that the channel layer in a predetermined region is exposed.

また、本発明に係る半導体結合超伝導三端子素子は、基板の上に形成されたn形のInAlAsからなるキャリア供給層と、このキャリア供給層の上に形成されたInGaAsからなるチャネル層と、このチャネル層の上に形成されたInPからなるエッチングストップ層と、このエッチングストップ層の上に形成されたInAlAsからなるゲートコンタクト層と、このゲートコンタクト層の上に形成されたゲート電極と、ゲートコンタクト層の両脇のチャネル層の上にオーミック接触して形成された超伝導金属からなるソース電極及びドレイン電極とを少なくとも備え、キャリア供給層から供給されたキャリアによりチャネル層に二次元電子ガスが形成されるようにしたものである。この素子では、ゲートコンタクト層の形成において、エッチングストップ層によりチャネル層が保護できるようになる。この半導体結合超伝導三端子素子において、チャネル層とエッチングストップ層との間に、チャネル層より薄いInAlAsからなる追加エッチングストップ層を備えるようにしてもよい。   Further, a semiconductor coupled superconducting three-terminal element according to the present invention includes an n-type InAlAs carrier supply layer formed on a substrate, an InGaAs channel layer formed on the carrier supply layer, An etching stop layer made of InP formed on the channel layer, a gate contact layer made of InAlAs formed on the etching stop layer, a gate electrode formed on the gate contact layer, a gate At least a source electrode and a drain electrode made of a superconducting metal formed in ohmic contact with each other on the channel layer on both sides of the contact layer, and a two-dimensional electron gas is generated in the channel layer by carriers supplied from the carrier supply layer. It is designed to be formed. In this element, the channel layer can be protected by the etching stop layer in forming the gate contact layer. In this semiconductor coupled superconducting three-terminal element, an additional etching stop layer made of InAlAs thinner than the channel layer may be provided between the channel layer and the etching stop layer.

以上説明したように、本発明によれば、チャネル層とゲートコンタクト層との間に、インジウムリンからなるエッチングストップ層を設けるようにしたので、ゲートコンタクト層のエッチング加工においてチャネル層の膜厚が減少することなく、ソース電極及びドレイン電極が形成されるチャネル層の表面が露出され、これらの良好なオーミックコンタクトが得られるようになる。この結果、超伝導金属からなるソースドレイン電極を、高電子移動度トランジスタのInGaAsからなるチャネル層にオーミック接続し、ゲート電極を用いて超伝導電流を制御する半導体超伝導三端子素子が、より容易に製造できるようになるという優れた効果が得られる。   As described above, according to the present invention, since the etching stop layer made of indium phosphide is provided between the channel layer and the gate contact layer, the thickness of the channel layer is reduced in the etching process of the gate contact layer. Without decreasing, the surface of the channel layer on which the source electrode and the drain electrode are formed is exposed, and these good ohmic contacts can be obtained. As a result, a semiconductor superconducting three-terminal device in which a source / drain electrode made of a superconducting metal is ohmically connected to a channel layer made of InGaAs of a high electron mobility transistor and a superconducting current is controlled by using a gate electrode is easier. The excellent effect of being able to be manufactured easily is obtained.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図1(a)〜図1(i)は、本発明の実施の形態における半導体結合超伝導三端子素子の製造方法例を説明するための工程図である。まず、図1(a)に示すように、半絶縁性のInPからなる基板101の上に、ノンドープのInAlAs,n形のInAlAs,ノンドープのInAlAs,InGaAsを、例えば有機金属気相成長法により結晶成長させ、バッファ層102,キャリア供給層103,スペーサ層104,チャネル層105が形成された状態とする。引き続き、InP,InAlAsを例えば有機金属気相成長法により結晶成長させ、InPからなるエッチングストップ層106,及びInAlAs層(半導体層)128が形成された状態とする。ついで、InAlAs層128の上に、電子ビーム露光用の感光性樹脂層121が形成された状態とする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A to FIG. 1I are process diagrams for explaining an example of a manufacturing method of a semiconductor coupled superconducting three-terminal element in an embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 1A, non-doped InAlAs, n-type InAlAs, non-doped InAlAs, and InGaAs are crystallized on a substrate 101 made of semi-insulating InP, for example, by metal organic chemical vapor deposition. The buffer layer 102, the carrier supply layer 103, the spacer layer 104, and the channel layer 105 are formed by growth. Subsequently, InP and InAlAs are crystal-grown by, for example, metal organic vapor phase epitaxy, and an etching stop layer 106 made of InP and an InAlAs layer (semiconductor layer) 128 are formed. Next, the photosensitive resin layer 121 for electron beam exposure is formed on the InAlAs layer 128.

次に、電子ビーム露光と現像とにより感光性樹脂層121をパターニングし、図1(b)に示すように、レジストパターン122が形成された状態とする。ついで、レジストパターン122をマスクとしてInAlAs層128を選択的にエッチング除去し、図1(c)に示すように、ゲートコンタクト層108が形成され、この両脇にエッチングストップ層106の上面が露出された状態とする。このエッチングでは、例えば、クエン酸と過酸化水素からなるエッチング液を用いたウエットエッチングにより行えばよい。このように、InPに対してInAlAsを選択的にエッチング除去できるエッチング方法を用いることで、InAlAs層128のパターニング工程で、InAlAs層128のみを選択的に加工できる。   Next, the photosensitive resin layer 121 is patterned by electron beam exposure and development so that a resist pattern 122 is formed as shown in FIG. Next, the InAlAs layer 128 is selectively removed by etching using the resist pattern 122 as a mask to form a gate contact layer 108 as shown in FIG. 1C, and the upper surface of the etching stop layer 106 is exposed on both sides thereof. State. In this etching, for example, wet etching using an etchant composed of citric acid and hydrogen peroxide may be performed. In this manner, by using an etching method that can selectively remove InAlAs with respect to InP, only the InAlAs layer 128 can be selectively processed in the patterning process of the InAlAs layer 128.

次に、レジストパターン122をマスクとし、露出しているエッチングストップ層106をエッチング除去し、この両脇にチャネル層105が露出された状態とする。このエッチングでは、例えば、塩酸,リン酸,酢酸,及び水らなるエッチング液を用いたウエットエッチングにより行えばよい。また、塩化水素水をエッチング液としたウエットエッチングを用いるようにしてもよい。これらのように、InGaAsに対してInPを選択的にエッチング除去できるエッチング方法を用いることで、エッチングストップ層106を選択的に除去できる。従って、エッチングストップ層106を完全に除去するためにオーバーエッチングをしても、チャネル層105がエッチングされて膜厚が減少することが抑制されるようになる。   Next, using the resist pattern 122 as a mask, the exposed etching stop layer 106 is removed by etching, and the channel layer 105 is exposed on both sides. This etching may be performed by wet etching using an etching solution such as hydrochloric acid, phosphoric acid, acetic acid, and water. Further, wet etching using hydrogen chloride water as an etchant may be used. As described above, the etching stop layer 106 can be selectively removed by using an etching method that can selectively remove InP with respect to InGaAs. Therefore, even if overetching is performed to completely remove the etching stop layer 106, the channel layer 105 is prevented from being etched and the film thickness is reduced.

次に、これらの上に電子ビーム蒸着法により例えばNbなどの超伝導金属を堆積し、図1(e)に示すように、超伝導金属層123が形成された状態とする。なお、Nbに限らず、YBa2Cu37-xなどの他の超伝導材料を用いるようにしてもよいことは、言うまでもない。次に、レジスト剥離液を用いてレジストパターン122を溶解除去し、図1(f)に示すように、ゲートコンタクト層108の領域を挟むようにチャネル層105の上にソース電極109及びドレイン電極110が形成された状態とする。なお、この後、素子を分離するために素子領域をメサ形状に加工し、この後、以降に示すゲート電極111の形成を行う。 Next, a superconducting metal such as Nb is deposited on these by an electron beam evaporation method, and a superconducting metal layer 123 is formed as shown in FIG. Needless to say, not only Nb but also other superconducting materials such as YBa 2 Cu 3 O 7-x may be used. Next, the resist pattern 122 is dissolved and removed using a resist stripping solution, and the source electrode 109 and the drain electrode 110 are formed on the channel layer 105 so as to sandwich the region of the gate contact layer 108 as shown in FIG. Is formed. After that, the element region is processed into a mesa shape in order to separate the elements, and thereafter, the gate electrode 111 shown below is formed.

次に、電子ビーム露光用の感光性樹脂を塗布し、図1(g)に示すように、感光性樹脂層124が形成された状態とする。ついで、電子ビーム露光と現像とにより、図1(h)に示すように、感光性樹脂層124に開口部124aが形成された状態とする。開口部124aは、例えば、図1の紙面に垂直な方向に延在する溝である。次に、金(Au)などのゲート電極となる金属材料を堆積して金属層が形成された状態とし、この後、金属層の開口部124a内に堆積された部分を残すように感光性樹脂層124を除去することで、図1(i)に示すように、ゲートコンタクト層108の上にゲート電極111が形成された状態とする。なお、形成されたゲート電極111は、必要な領域でチャネル層105の上に配置され、他の領域では、チャネル層105に形成される二次元電子ガスと電気的に分離されているようにする。   Next, a photosensitive resin for electron beam exposure is applied, and the photosensitive resin layer 124 is formed as shown in FIG. Next, as shown in FIG. 1H, an opening 124a is formed in the photosensitive resin layer 124 by electron beam exposure and development. The opening 124a is, for example, a groove extending in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. Next, a metal material that becomes a gate electrode such as gold (Au) is deposited to form a metal layer, and thereafter, a photosensitive resin is left so as to leave a deposited portion in the opening 124a of the metal layer. By removing the layer 124, the gate electrode 111 is formed on the gate contact layer 108 as shown in FIG. Note that the formed gate electrode 111 is disposed over the channel layer 105 in a necessary region, and is electrically separated from the two-dimensional electron gas formed in the channel layer 105 in other regions. .

以上のことにより、本実施の形態における半導体結合超伝導三端子素が形成された状態が得られる。上述した製造方法によれば、チャネル層105をほぼエッチングすることなく、チャネル層105の表面を露出させることができる。従って、本製造方法によれば、ソース電極109及びドレイン電極110とチャネル層105との良好なオーミック接触を容易に得ることが可能となる。   By the above, the state in which the semiconductor coupled superconducting three-terminal element in the present embodiment is formed is obtained. According to the manufacturing method described above, the surface of the channel layer 105 can be exposed without substantially etching the channel layer 105. Therefore, according to this manufacturing method, it is possible to easily obtain good ohmic contact between the source electrode 109 and the drain electrode 110 and the channel layer 105.

ところで、InPからなるエッチングストップ層106の選択的なエッチングは、ウエット処理であり、超伝導金属層123の形成は、真空容器内における堆積処理となる。従って、エッチングストップ層106の選択エッチングの後、超伝導金属層123を形成するまでの間、チャネル層105の露出している領域は、空気に晒されることになる。この結果、上述した製造方法では、チャネル層105の露出している領域、言い換えると、ソース電極109及びドレイン電極110とのオーミック接触を形成しようとする領域に、自然酸化による酸化膜が形成される場合がある。このように酸化膜が形成されると、良好なオーミック接触が得られない。   Incidentally, the selective etching of the etching stop layer 106 made of InP is a wet process, and the formation of the superconducting metal layer 123 is a deposition process in a vacuum vessel. Therefore, after the selective etching of the etching stop layer 106, the exposed region of the channel layer 105 is exposed to air until the superconducting metal layer 123 is formed. As a result, in the manufacturing method described above, an oxide film formed by natural oxidation is formed in a region where the channel layer 105 is exposed, in other words, a region where an ohmic contact with the source electrode 109 and the drain electrode 110 is to be formed. There is a case. When the oxide film is formed in this way, good ohmic contact cannot be obtained.

このような問題を解消するためには、例えば、チャネル層105とエッチングストップ層106との間に、膜厚5nm程度の薄いInAlAs層(追加エッチングストップ層)を備えるようにすればよい。InAlAsは、InGaAsと同様に、InPの層に対して高い選択性をもつエッチングストップ層として機能する。加えて、エッチングストップ層106の選択的なエッチングの後、薄いInAlAs層が存在することで、上述した、チャネル層105のソース電極109及びドレイン電極110とのオーミック接触を形成しようとする領域の酸化膜の形成が抑制されるようになる。   In order to solve such a problem, for example, a thin InAlAs layer (additional etching stop layer) having a thickness of about 5 nm may be provided between the channel layer 105 and the etching stop layer 106. InAlAs, like InGaAs, functions as an etching stop layer having high selectivity to the InP layer. In addition, after the selective etching of the etch stop layer 106, the presence of the thin InAlAs layer causes the above-described oxidation of the region in which the ohmic contact with the source electrode 109 and the drain electrode 110 of the channel layer 105 is to be formed. Formation of the film is suppressed.

また、薄いInAlAs層は、膜厚が5nm程度であれば、スパッタエッチングなどの選択性のないエッチング方法を用いても、チャネル層105にあまり影響を与えることが無く、薄いInAlAs層を完全に除去してチャネル層105の表面を露出させることは容易である。なお、薄いInAlAs層は、チャネル層105より薄ければよい。従って、エッチングストップ層106の選択的なエッチングの後、ドライプロセスで薄いInAlAs層を除去し、真空状態を維持したまま超伝導金属層123の堆積処理が可能となる。このように、チャネル層105とエッチングストップ層106との間に、膜厚5nm程度の薄いInAlAs層を備えることで、超伝導金属層123の形成までの間に、チャネル層105の露出面を空気に晒すことが防げるようになる。   If the thin InAlAs layer has a thickness of about 5 nm, the thin InAlAs layer is completely removed without affecting the channel layer 105 even if an etching method having no selectivity such as sputter etching is used. Thus, it is easy to expose the surface of the channel layer 105. Note that the thin InAlAs layer may be thinner than the channel layer 105. Therefore, after the selective etching of the etching stop layer 106, the thin InAlAs layer is removed by a dry process, and the superconducting metal layer 123 can be deposited while the vacuum state is maintained. Thus, by providing a thin InAlAs layer having a film thickness of about 5 nm between the channel layer 105 and the etching stop layer 106, the exposed surface of the channel layer 105 can be removed from the air before the formation of the superconducting metal layer 123. It will be possible to prevent exposure.

本発明の実施の形態における半導体結合超伝導トランジスタの製造方法例を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the example of the manufacturing method of the semiconductor coupling superconducting transistor in embodiment of this invention. 従来よりある半導体結合超伝導トランジスタの構成を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the conventional semiconductor coupling superconducting transistor. 従来よりある半導体結合超伝導トランジスタの製造方法を説明するための工程図である。It is process drawing for demonstrating the manufacturing method of the conventional semiconductor coupling superconducting transistor.

符号の説明Explanation of symbols

101…基板、102…バッファ層、103…キャリア供給層、104…スペーサ層、105…チャネル層、106…エッチングストップ層、108…ゲートコンタクト層、109…ソース電極、110…ドレイン電極、111…ゲート電極、121…感光性樹脂層、122…レジストパターン、123…超伝導金属層、124…光性樹脂膜、124a…開口部、128…InAlAs層。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Substrate, 102 ... Buffer layer, 103 ... Carrier supply layer, 104 ... Spacer layer, 105 ... Channel layer, 106 ... Etching stop layer, 108 ... Gate contact layer, 109 ... Source electrode, 110 ... Drain electrode, 111 ... Gate Electrode 121 ... photosensitive resin layer 122 ... resist pattern 123 ... superconducting metal layer 124 ... photopolymer film 124a ... opening part 128 ... InAlAs layer

Claims (4)

基板の上にn形のInAlAsからなるキャリア供給層が形成された状態とする第1工程と、
前記キャリア供給層の上にInGaAsからなるチャネル層が形成された状態とする第2工程と、
前記チャネル層の上にInPからなるエッチングストップ層が形成された状態とする第3工程と、
前記エッチングストップ層の上にInAlAsからなる半導体層が形成された状態とする第4工程と、
前記半導体層の上に所定の形状のマスクパターンが形成された状態とする第5工程と、
InPに対してInAlAsが選択的にエッチングされる第1エッチングにより、前記マスクパターンをマスクとして前記半導体層を選択的にエッチングし、所定領域の前記エッチングストップ層が露出した状態でInAlAsからなるゲートコンタクト層が形成された状態とする第6工程と、
InGaAsに対してInPが選択的にエッチングされる第2エッチングにより、前記マスクパターンをマスクとして前記エッチングストップ層を選択的にエッチングし、所定領域の前記チャネル層が露出した状態とする第7工程と、
露出した前記チャネル層の上に選択的に超伝導金属を堆積することで、前記ゲートコンタクト層の両脇の前記チャネル層の上にオーミック接触して形成された超伝導金属からなるソース電極及びドレイン電極が形成された状態とする第8工程と、
前記ゲートコンタクト層の上にゲート電極が形成された状態とする第9工程と
を少なくとも備えることを特徴とする半導体結合超伝導三端子素子の製造方法。
A first step in which a carrier supply layer made of n-type InAlAs is formed on a substrate;
A second step in which a channel layer made of InGaAs is formed on the carrier supply layer;
A third step in which an etching stop layer made of InP is formed on the channel layer;
A fourth step in which a semiconductor layer made of InAlAs is formed on the etching stop layer;
A fifth step in which a mask pattern having a predetermined shape is formed on the semiconductor layer;
In the first etching in which InAlAs is selectively etched with respect to InP, the semiconductor layer is selectively etched using the mask pattern as a mask, and the gate contact made of InAlAs with the etching stop layer in a predetermined region exposed. A sixth step in which a layer is formed;
A second step in which InP is selectively etched with respect to InGaAs, a seventh step of selectively etching the etching stop layer using the mask pattern as a mask and exposing the channel layer in a predetermined region; ,
A source electrode and a drain made of a superconducting metal formed in ohmic contact with the channel layer on both sides of the gate contact layer by selectively depositing a superconducting metal on the exposed channel layer. An eighth step in which an electrode is formed;
And a ninth step of forming a gate electrode on the gate contact layer. 9. A method of manufacturing a semiconductor coupled superconducting three-terminal element, comprising:
請求項1記載の半導体結合超伝導三端子素子の製造方法において、
前記エッチングストップ層を形成する前に、前記チャネル層の上に前記チャネル層より薄いInAlAsからなる追加エッチングストップ層が形成された状態とし、
前記第7工程では、前記エッチングストップ層を選択的にエッチングした後、スパッタエッチングにより、前記マスクパターンをマスクとして追加エッチングストップ層をエッチングして所定領域の前記チャネル層が露出した状態とする
ことを特徴とする半導体結合超伝導三端子素子の製造方法。
In the manufacturing method of the semiconductor coupling superconducting three terminal element according to claim 1,
Before forming the etching stop layer, an additional etching stop layer made of InAlAs thinner than the channel layer is formed on the channel layer,
In the seventh step, after the etching stop layer is selectively etched, the additional etching stop layer is etched using the mask pattern as a mask by sputter etching to expose the channel layer in a predetermined region. A method for producing a semiconductor-coupled superconducting three-terminal element, characterized in that:
基板の上に形成されたn形のInAlAsからなるキャリア供給層と、
このキャリア供給層の上に形成されたInGaAsからなるチャネル層と、
このチャネル層の上に形成されたInPからなるエッチングストップ層と、
このエッチングストップ層の上に形成されたInAlAsからなるゲートコンタクト層と、
このゲートコンタクト層の上に形成されたゲート電極と、
前記ゲートコンタクト層の両脇の前記チャネル層の上にオーミック接触して形成された超伝導金属からなるソース電極及びドレイン電極と
を少なくとも備え、前記キャリア供給層から供給されたキャリアにより前記チャネル層に二次元電子ガスが形成されることを特徴とする半導体結合超伝導三端子素子。
A carrier supply layer made of n-type InAlAs formed on the substrate;
A channel layer made of InGaAs formed on the carrier supply layer;
An etching stop layer made of InP formed on the channel layer;
A gate contact layer made of InAlAs formed on the etching stop layer;
A gate electrode formed on the gate contact layer;
At least a source electrode and a drain electrode made of a superconducting metal formed in ohmic contact on the channel layer on both sides of the gate contact layer, and the channel layer by carriers supplied from the carrier supply layer A semiconductor-coupled superconducting three-terminal device characterized in that a two-dimensional electron gas is formed.
請求項3記載の半導体結合超伝導三端子素子において、
前記チャネル層と前記エッチングストップ層との間に、前記チャネル層より薄いInAlAsからなる追加エッチングストップ層を備えることを特徴とする半導体結合超伝導三端子素子。
The semiconductor-coupled superconducting three-terminal element according to claim 3,
A semiconductor coupled superconducting three-terminal device comprising an additional etching stop layer made of InAlAs thinner than the channel layer between the channel layer and the etching stop layer.
JP2004305668A 2004-10-20 2004-10-20 Semiconductor-coupled superconducting three-terminal element and manufacturing method thereof Expired - Fee Related JP4819338B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004305668A JP4819338B2 (en) 2004-10-20 2004-10-20 Semiconductor-coupled superconducting three-terminal element and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004305668A JP4819338B2 (en) 2004-10-20 2004-10-20 Semiconductor-coupled superconducting three-terminal element and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2006120784A true JP2006120784A (en) 2006-05-11
JP4819338B2 JP4819338B2 (en) 2011-11-24

Family

ID=36538396

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004305668A Expired - Fee Related JP4819338B2 (en) 2004-10-20 2004-10-20 Semiconductor-coupled superconducting three-terminal element and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4819338B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05343756A (en) * 1992-06-10 1993-12-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor coupled superconductive element
JPH06216160A (en) * 1993-01-12 1994-08-05 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Heterojunction field-effect transistor and manufacture thereof
JP2002050802A (en) * 2000-08-07 2002-02-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor coupled superconductive device and its manufacturing method
JP2002270821A (en) * 2001-03-14 2002-09-20 Fujitsu Ltd Method of manufacturing field effect semiconductor device
JP2004281720A (en) * 2003-03-17 2004-10-07 Renesas Technology Corp Method for manufacturing hetero-junction field effect transistor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05343756A (en) * 1992-06-10 1993-12-24 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor coupled superconductive element
JPH06216160A (en) * 1993-01-12 1994-08-05 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Heterojunction field-effect transistor and manufacture thereof
JP2002050802A (en) * 2000-08-07 2002-02-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor coupled superconductive device and its manufacturing method
JP2002270821A (en) * 2001-03-14 2002-09-20 Fujitsu Ltd Method of manufacturing field effect semiconductor device
JP2004281720A (en) * 2003-03-17 2004-10-07 Renesas Technology Corp Method for manufacturing hetero-junction field effect transistor

Also Published As

Publication number Publication date
JP4819338B2 (en) 2011-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2009224801A (en) Transistor device having enhancement/depletion mode pseudomorphic high electron mobility
US4679311A (en) Method of fabricating self-aligned field-effect transistor having t-shaped gate electrode, sub-micron gate length and variable drain to gate spacing
JPH08330575A (en) Higfet and method
EP1131849B1 (en) Pseudomorphic high electron mobility transistors
JP2000294796A (en) Manufacture of field effect transistor having buried mott material oxide channel
JP3210657B2 (en) Heterojunction bipolar transistor
JP2007005406A (en) Heterojunction bipolar transistor and its manufacturing method
JPH1051012A (en) Manufacture of high frequency shottky barrier diode using gaas substrate as base
US5231040A (en) Method of making a field effect transistor
JP4819338B2 (en) Semiconductor-coupled superconducting three-terminal element and manufacturing method thereof
US5483089A (en) Electrically isolated MESFET
KR100288896B1 (en) Metal Semiconductor Junction Field Effect Transistor
US4784967A (en) Method for fabricating a field-effect transistor with a self-aligned gate
EP0394590B1 (en) Field effect transistors and method of making a field effect transistor
JP2551427B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2643849B2 (en) Method for manufacturing semiconductor integrated circuit
JP2765566B2 (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP3340868B2 (en) Superconducting base transistor and method of manufacturing the same
JPS61163664A (en) Manufacture of semiconductor device
JP2000114277A (en) Field effect transistor, semiconductor wafer, and manufacture of the field effect transistor
JP2000353789A (en) Compound semiconductor device and manufacture thereof
JPH01183859A (en) Hetero-junction field-effect transistor
JP2822956B2 (en) Method for manufacturing compound semiconductor device
JPH07263643A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JPH05136177A (en) Field-effect transistor and its manufacture

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070213

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100610

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110322

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110523

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110830

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110901

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140909

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140909

Year of fee payment: 3

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees