JP2010045169A - 化合物半導体装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
隣接するＡｓ系半導体層からのＡｓの拡散を防止できるＰ系化合物半導体層を成長する。
【解決手段】
化合物半導体装置の製造方法は、（ａ）化合物半導体基板上方に、第２のＡｓ系化合物半導体層、第３のＡｓ系化合物半導体層を形成する工程と、（ｘ）第３のＡｓ系化合物半導体層の上に、Ａｓ濃度５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜３×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲のＡｓをドーピングしつつ、Ｖ族元素がＰである第１のＰ系化合物半導体層を形成する工程と、（ｙ）第１のＰ系化合物半導体層の上にＶ族元素がＡｓである第１のＡｓ系化合物半導体層を形成する工程と、を含む。
【選択図】 図４

Description

本発明は、化合物半導体装置とその製造方法に関し、特にＶ族元素としてＡｓを含む層とＡｓを含まない層とが積層された化合物半導体装置に関する。

ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板上にジンクブレンド結晶構造を有するＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成長して種々の半導体装置が形成されている。異なるＩＩＩ−Ｖ族半導体の層を積層したヘテロ構造を用いた半導体装置として、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）等の電界効果トランジスタ、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、発光装置、多層膜光学フィルタ等が知られている。

例えば、半絶縁性（semi-insulating, si-）ＧａＡｓ基板上に、必要に応じて真性（ｉ型）ＧａＡｓバッファ層を介してｉ型ＧａＡｓまたはｉ型ＩｎＧａＡｓのチャネル（電子走行）層、ｎ型ＡｌＧａＡｓの電子供給層、ｎ型ＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓのコンタクト層を順次エピタキシャル成長し、ゲートコンタクト領域のコンタクト層をエッチングして除去し、電子供給層上にショットキコンタクトするゲート電極、その両側のコンタクト層上にオーミックコンタクトするソース／ドレイン電極を形成してＨＥＭＴを作成することが知られている。チャネル層の上下に電子供給層を設けてもよい。電子供給層をｎ型層とその少なくとも一方の側に設けたスペーサ層で構成してもよい。

ＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＧａＡｓ等、Ｖ族元素がＡｓであるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を、ＩＩＩ族元素に拘わらず、Ａｓ系化合物半導体と呼ぶことにする。同様、Ｖ族元素がＰであるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体をＰ系化合物半導体と呼ぶことにする。

上述のＨＥＭＴ構造において、Ａｓ系化合物半導体であるコンタクト層とその下方のＡｓ系化合物半導体である電子供給層との間に、Ｐ系化合物半導体であるＧａＩｎＰ層を挿入し、エッチングストッパとして用いることも知られている。例えば、リン酸、過酸化水素水、純水を１：１：１２で混合した燐酸系エッチング溶液はＡｓ系化合物半導体は高速でエッチングし、Ｐ系化合物半導体はほとんどエッチングしない。このようなエッチングストッパ層を用いてコンタクト層をエッチングすれば、エッチングストッパ層より下側の層をエッチングから保護することができる。

特開２００１−９３８３８号は、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）等の有機金属をＩＩＩ族原料、アルシン（ＡｓＨ_３），ホスフィン（ＰＨ_３）をＶ族原料とした気相成長において、ＡＳ原料の供給を停止してＰ原料の供給を行なっても、リアクタやチャンバ内に残留したＡｓが成長中のＰ系化合物薄膜中に混入して１０〜３０％のＡｓを含有したエッチングストッパ層を形成してしまい、燐酸系エッチング液でエッチされてしまうと指摘し、エッチングストッパ層を成長させる工程中、Ｐ原料のみの供給を行なう工程を一回以上設けることを提案する。

特開２００８−１５３４４０号は、ＧａＡｓ基板上に、アンドープＡｌＧａＡｓバッファ槽、アンドープＡｌＧａＡｓ障壁層、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層、アンドープＡｌＧａＡｓスペーサ層、アンドープＩｎＧａＡｓチャネル層、アンドープＡｌＧａＡｓスペーサ層、ｎ型ＡｌＧａＡｓ電子供給層、ｎ型ＡｌＧａＡｓスペーサ層、ｎ型ＩｎＧａＰ第１挿入層、ｎ型ＡｌＧａＡｓゲート形成層、ｎ型ＩｎＧａＰ第２挿入層をエピタキシャル成長し、レジストマスクを用いてｎ型ＩｎＧａＰ第２挿入層を塩酸系エッチング液でエッチしてｎ型ＡｌＧａＡｓゲート形成層でストップさせ、燐酸系エッチング液でｎ型ＡｌＧａＡｓゲート形成層をエッチしてｎ型ＩｎＧａＰ第１挿入層でストップさせる電界効果トランジスタの製造方法を開示する。

特開２００１−９３８３８号公報 特開２００８−１５３４４０号公報

Ｖ族元素がＰであるＰ系化合物半導体層とＶ族元素がＡｓであるＡｓ系化合物半導体層を積層し、一方の層をエッチングストッパとして他方の層をエッチングすることがある。

Ｐ系化合物半導体層を形成することが望まれる時、Ｐ−Ａｓ混合化合物半導体層が形成されてしまうと所望の機能が発揮できず、歩留まりが低下する原因になる。

本発明の目的は、隣接するＡｓ系半導体層からのＡｓの拡散を防止できるＰ系化合物半導体層を成長できる化合物半導体装置の製造方法、および結果として得られるＰ系化合物半導体層を含む化合物半導体装置を提供することである。

本発明の他の目的は、十分薄く、かつエッチングスットッパとして十分機能するＰ系化合物半導体層を含む化合物半導体装置、およびその製造方法を提供することである。

本発明の１観点によれば、
Ａｓ濃度５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜３×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲のＡｓを成長時にドーピングされている、Ｖ族元素がＰである第１のＰ系化合物半導体層と、
前記第１のＰ系化合物半導体層の上に形成され、Ｖ族元素がＡｓである第１のＡｓ系化合物半導体層と、
を有する化合物半導体装置
が提供される。

本発明の他の観点によれば、
（ｘ）Ａｓ濃度５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜３×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲のＡｓをドーピングしつつ、Ｖ族元素がＰである第１のＰ系化合物半導体層を形成する工程と、
（ｙ）前記第１のＰ系化合物半導体層の上にＶ族元素がＡｓである第１のＡｓ系化合物半導体層を形成する工程と、
を含む化合物半導体装置の製造方法
が提供される。

本発明者らは、不純物濃度レベルのＡｓをドープしたＰ系化合物半導体層を成長すると、隣接するＡｓ系化合物半導体層からのＡｓの拡散を抑制できることを見出した。

以下、本発明者らが行なった実験に沿って説明する。

図１Ａ，１Ｂは、予備実験において作成したサンプルの構成を概略的に示すＧａＡｓ基板の断面図である。図１Ａにおいては、ＧａＡｓ基板２１の上に、アンドープＧａＡｓバッファ層２２、アンドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層２３を順次有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）で成長させた。図１Ｂにおいては、ＧａＡｓ基板２１の上に、アンドープＧａＡｓバッファ層２２、ＡｓドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層２５を順次ＭＯＣＶＤで成長させた。

図１Ｃは、ＭＯＣＶＤ装置の構成を示すブロック図である。反応炉ＲＦは、ヒータＨを備えた支持台ＳＰを収容し、支持台ＳＰ上に成長用基板ＳＵＢを載置する。反応炉ＲＦには複数のガス供給系ＧＳが接続され、各ガス供給系ＧＳには、マスフローコントローラと圧力計を含むガス制御装置ＧＣ。キャリアガス配管が接続されている。反応炉ＲＦは真空排気ポンプＶＰによって所望圧力に維持され、徐害設備ＰＲを介して排気される。

Ｖ族原料ガス供給系、ＩＩＩ族原料ガス供給系は、それぞれのキャリアガス配管に、ガス制御装置を介してＶ族原料ガス源、ＩＩＩ族原料ガス源が接続されている。Ｖ族原料ガスは、アルシン（ＡｓＨ_３）とホスフィン（ＰＨ_３）である。ＩＩＩ族原料ガスは有機金属であり、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ），トリメチルガリウム（ＴＭＧ），トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いた。

ドーピング原料ＤＰは、ｎ型不純物、ｐ型不純物それぞれ独立に供給される。ｎ型ドーピング源として、シラン（ＳｉＨ_４）、セレン化水素（Ｈ_２Ｓｅ）、ｐ型ドーピング源としてジメチルジンク（ＤＭＺｎ）が設けられている。

さらに砒素が別配管で供給される。砒素のドーピング源として、水素で０．５％に希釈した希釈アルシンＤＩＬＡｓを用いた。

成長温度は７６０℃、成長圧力は１０ｋＰａ、ＩＩＩ族原料の反応炉への供給量は２００μｍol/minに保った。ドーピングする砒素濃度の制御に関して、反応炉に供給される砒素供給量（モル）とＩＩＩ族原料の供給量（モル）の比からＡｓ／ＩＩＩ比を定義する。

図１Ａにおいて、ＧａＡｓ基板２１の上に順次アンドープＧａＡｓバッファ層２２、アンドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層２３を図１Ｃに示すＭＯＣＶＤ装置を用いて成長した。アンドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層２３の成長は、Ｖ族原料の供給量を変化させて、Ｖ／ＩＩＩ（モル）比を１０〜４５０で変化させた。ここでのＶ族原料はホスフィンＰＨ_３である。

図１Ｂにおいて、ＧａＡｓ基板２１の上に順次アンドープＧａＡｓバッファ層２２、ＡｓドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層２５を図１Ｃに示すＭＯＣＶＤ装置を用いて成長した。ＡｓドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層２３の成長は、Ｖ族原料の供給量を変化させて、Ｖ／ＩＩＩ（モル）比を２０〜４５０で変化させ、Ａｓ／ＩＩＩ比を１．０×１０^−４〜１．０×１０^−１の範囲で変化させて行なった。

作成したサンプルのエピタキシャルＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層中の砒素濃度を２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）により測定した。アンドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層２３には、意図的なＡｓドープは行なっていない。しかし、アンドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層２３中の砒素濃度分布は、アンドープＧａＡｓバッファ層２２との界面で高く、界面から離れるに従って減少し、ＡｓがＧａＡｓ層から拡散したと考えられる。Ａｓ濃度が母体であるＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層２３のＶ族元素であるＰの原子数に対して５％以下になる距離を拡散距離と規定して拡散距離を測定した。同様に、ＡｓドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層２５中のＡｓ濃度分布を測定し、Ａｓ拡散距離を測定した。

図２は、測定した砒素の拡散距離をＶ／ＩＩＩ比の関数として示すグラフである。横軸がＶ／ＩＩＩ比を示し、縦軸がＡｓ拡散距離を単位ｎｍで示す。アンドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層２３中Ａｓの拡散距離を■で示し、ＡｓドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層２５中のＡｓの拡散距離を□で示す。アンドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層２３中Ａｓの拡散距離が、ＡｓドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層２５中のＡｓの拡散距離より大幅に大きいことがわかる。アンドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層２３中Ａｓの拡散距離は、Ｖ／ＩＩＩ比の低い領域で高く、Ｖ／ＩＩＩ比の増大と共に急激に減少するが、Ｖ／ＩＩＩ比１０では１２０ｎｍ以上、Ｖ／ＩＩＩ比２０で約７８である。Ｖ／ＩＩＩ比を好適な値に選択してもＡｓ拡散距離は４５ｎｍ程度以上である。エッチングストッパとして機能するＡｓ濃度５％以下のＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層２３を形成するためには、厚さ５０ｎｍ程度以上のＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層２３を成長することが必要となろう。

アンドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐエッチングストッパ層を厚さ５０ｎｍ程度以上形成すると、ソース／ドレインの抵抗成分が増大してしまう。

ＡｓドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層２５中のＡｓの拡散距離は１６ｎｍ以下であり、Ｖ／ＩＩＩ比に対する依存性も低い。広いＶ／ＩＩＩ比の領域で１０ｎｍ以下のＡｓ拡散距離を実現可能である。厚さ十数ｎｍ以下のエッチングストッパ層を実現可能で、ソース／ドレインの抵抗成分増大を抑制することができる。次に、ＡｓドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層２５中のＡｓの拡散長のＡｓ濃度に対する依存性を調べた。

図３は、Ａｓの拡散長のＡｓ濃度に対する変化を、Ｖ／ＩＩＩ比をパラメータとして調べた結果を示すグラフである。横軸がＡｓ濃度を単位ｃｍ^−３で示し、縦軸がＡｓの拡散長を単位ｎｍで示す。Ｖ／ＩＩＩ比を２０，４０，６０，８０，１３０，３５０，４５０とした場合を一緒に示す。Ａｓ濃度１×１０^１８ｃｍ^−３以下のＡｓ濃度領域では、Ｖ／ＩＩＩ比の増大と共にＡｓの拡散長が減少する傾向がみられる。Ａｓ濃度１×１０^１８ｃｍ^−３以上の領域ではＶ／ＩＩＩ比依存性はほとんど見られない。Ｖ／ＩＩＩ比に拘わらず、Ａｓ濃度３×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲においてＡｓ拡散長は３０ｎｍ以下であり、Ａｓアンドープの場合のＡｓ拡散長４５ｎｍ程度以上と比べ、明らかに短いＡｓ拡散長を実現でき、界面でのＡｓ組成変化を吸収にできる。さらに、Ａｓ濃度５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜３×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲においてＡｓ拡散距離は十数ｎｍ以下である。Ｖ／ＩＩＩ比を適切に選択すれば、Ａｓ濃度５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜３×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲において、Ａｓ拡散長は１０ｎｍ未満にできる。

Ｐ系化合物半導体の成長時に、Ａｓを５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜３×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲でその場ドープすると、下地層などから成長層中へのＡｓが高濃度に取り込まれることを抑制できると考えられる。結果として、界面近傍を除きＡｓ濃度が５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜３×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲であるＰ系化合物半導体層が得られる。界面近傍のＡｓ濃度は、隣接層からのＡｓ拡散等により、より高濃度となり得る。このような場合を含めて、「Ａｓ濃度５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜３×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲のＡｓを成長時にドーピングされている、Ｖ族元素がＰである第１のＰ系化合物半導体層」と呼ぶ。

なお、Ａｓ濃度５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の範囲では、Ａｓ濃度の減少と共にＡｓ拡散長が増大している。Ａｓアンドープとの差が減少するためと考えられる。Ａｓ濃度３×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、特に５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の範囲では、Ａｓ濃度の増大と共にＡｓ拡散長が増大している。Ａｓ濃度が組成レベルになり、新たな機能を生じて、Ａｓの拡散を抑制する機能を失っていくと考えられる。

以上の実験結果から、以下のことが判る。Ｐ系化合物半導体にＡｓを適切な濃度で添加すると、Ｐ系化合物半導体へのＡｓの拡散を抑制できる。Ａｓ濃度を対Ｖ族元素比で５％以下にするＡｓ拡散長を十数ｎｍ以下に抑制することが容易であり、１０ｎｍ未満にすることも可能である。エッチングストップ層としてＰ系化合物半導体を用いる場合を考えると、厚さ数ｎｍ〜十数ｎｍでエッチングストッパ層としての機能を十分に備えたＰ系化合物半導体層が可能となる。

別の観点から見ると、Ａｓ濃度分布の切り替えを急峻にすることができ、ヘテロ界面の境界を明確化できる。多層膜光学フィルタを形成する場合等、所望の光学的特性を有する多層膜を実現し易くなる。

図４Ａ−４Ｃは、電界効果トランジスタ（ＨＥＭＴ）の製造工程を示す断面図である。

図４Ａに示すように、半絶縁性（si-）ＧａＡｓ基板１の上に、厚さ２００ｎｍのアンドープ（ｉ−）ＧａＡｓバッファ層２、厚さ１００ｎｍのアンドープ（ｉ−）Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓ障壁層３、シート濃度が３×１０^１２ｃｍ^−２のＳｉプレーナドープ層４、厚さ３ｎｍのｉ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓスペーサ層５、厚さ２０ｎｍのｉ−Ａｌ_０．８５Ｇａ_０．１５Ａｓチャネル層６、厚さ３ｎｍのｉ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓスペーサ層７、シート濃度が３×１０^１２ｃｍ^−２のＳｉプレーナドープ層８、厚さ２０ｎｍのｉ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓショットキコンタクト層９、厚さ１０ｎｍのｉ−Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐエッチングストッパ層１０、キャリア濃度３×１０^１８ｃｍ^−３、厚さ３０ｎｍのｎ型ＧａＡｓオーミックコンタクト層１１を順次ＭＯＣＶＤで成長する。

ｉ−Ａｌ_０．８５Ｇａ_０．１５Ａｓチャネル層６の下側に、Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓ障壁層３、Ｓｉプレーナドープ層４、ｉ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓスペーサ層５で構成される電子供給層が配置され、ｉ−Ａｌ_０．８５Ｇａ_０．１５Ａｓチャネル層６の上側に、ｉ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓスペーサ層７、Ｓｉプレーナドープ層８、ｉ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓショットキコンタクト層９で構成される電子供給層が配置されていると考えることができる。

ｎ型ＧａＡｓオーミックコンタクト層１１は、ソース／ドレイン電極のチャネル層６に対するオーミック接触形成を容易にするための層である。ゲート電極は、上側の電子供給層上にショットキ接触するように形成する。ゲート電極形成領域のｎ型ＧａＡｓオーミックコンタクト層１１は除去する必要がある。ｎ型ＧａＡｓオーミックコンタクト層１１エッチング時に、上側電子供給層にエッチングダメージを与えないように、ｉ−Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐエッチングストッパ層１０が挿入されている。

ｉ−Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐエッチングストッパ層１０は、成長時にＡｓを種々の濃度でその場ドープして幾つかのサンプルを作成した。またＡｓアンドープにサンプルも作成した。
サンプルＳ１：Ａｓアンドープ、
サンプルＳ２：Ａｓドーピング量１．０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、
サンプルＳ３：Ａｓドーピング量５．０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、
サンプルＳ４：Ａｓドーピング量３．０×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、
サンプルＳ５：Ａｓドーピング量８．０×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、
図４Ｂに示すように、ｎ型ＧａＡｓオーミックコンタクト層１１上にゲートコンタクト領域に開口を有するフォトレジストマスクＰＲを形成し、ｎ型ＧａＡｓオーミックコンタクト層１１を燐酸系エッチング液（燐酸：過酸化水素水；純水＝１：１：１２）でエッチングした。このエッチング液はＡｓ系化合物半導体に対して高いエッチングレートを示すが、Ｐ系化合物半導体装置はほとんどエッチングしない。従って、ｉ−Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐエッチングストッパ層１０は、燐酸系エッチング液を用いたｎ型ＧａＡｓオーミックコンタクト層１１のエッチングにおいて、エッチングストッパとして機能すべき層である。但し、ｉ−Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８ＰにＡｓが添加され、Ａｓ濃度が高くなるとエッチングストッパとしての機能が低下する。上記サンプルのエッチングストッパ層は厚さ１０ｎｍで形成したので、隣接するＡｓ系化合物半導体層からのＡｓ拡散で、層全体のＡｓ濃度が高くなる可能性がある。

次に、露出したｉ−Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐエッチングストッパ層１０を塩酸系エッチング液でエッチングする。塩酸系エッチング液は、Ｐ系化合物半導体に対しては高いエッチングレートを示すが、Ａｓ系化合物半導体に対するエッチングレートは著しく低い。従って、塩酸系エッチング液を用いたｉ−Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐエッチングストッパ層１０のエッチングにおいて、ｉ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓショットキコンタクト層９はエッチングストッパとして機能する。その後、フォトレジストマスクＰＲは除去する。

ｎ型ＧａＡｓオーミックコンタクト層１１のエッチング後、露出したｉ−Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐエッチングストッパ層１０表面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察した。さらに、ｉ−Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐエッチングストッパ層１０のエッチング後、ｉ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓシショットキコンタクト層９表面もＡＦＭで観察した。

サンプルＳ１においては、Ａｓアンドープのｉ−Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐエッチングストッパ層１０の表面に孔状のエッチングダメージが高密度に観察された。さらに下層のｉ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓショットキコンタクト層９までもエッチングされ、同じく孔状のダメージを受けていることが判った。

サンプルＳ２においては、Ａｓドープのｉ−Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐエッチングストッパ層１０の表面に孔状のエッチングダメージは観察されず、下層のｉ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓショットキコンタクト層９が保護されていることが判った。

サンプルＳ３，Ｓ４においても、Ａｓドープのｉ−Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐエッチングストッパ層１０の表面に孔状のエッチングダメージは観察されず、下層のｉ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓショットキコンタクト層９が保護されていることが判った。

サンプルＳ５においては、Ａｓドープのｉ−Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐエッチングストッパ層１０が全てエッチングで除去されており、さらに下層のｉ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓショットキコンタクト層９も全面にエッチングダメージを受けていることが判った。

図３を参照すると、ｉ−Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐエッチングストッパ層１０がエッチングダメージを受けていないサンプルＳ２，Ｓ３，Ｓ４のＡｓドーピング量１．０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、５．０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３、３．０×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３は、Ａｓ拡散長を１０ｎｍ程度以下に抑制できるＡｓドーピング量である。厚さ１０ｎｍのｉ−Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐエッチングストッパ層１０表面のＡｓ濃度は５％未満となって、エッチングストッパ層の機能を十分果たしたと考えられる。サンプルＳ５のＡｓドーピング量８．０×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３は、Ａｓ拡散長が５０ｎｍ以上になるＡｓドーピング量である。厚さ１０ｎｍのｉ−Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐエッチングストッパ層１０は、全体のＡｓ濃度が高くなり、エッチングストッパとして機能しなかったと考えられる。

図２において、Ａｓアンドープのｉ−Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐ層中のＡｓ拡散長は４０ｎｍ以上である。サンプルＳ１の厚さ１０ｎｍのｉ−Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐ層１０は、エッチングストッパとして十分機能しなかったと考えられる。

サンプルＳ２，Ｓ３，Ｓ４のように、Ａｓドーピング濃度１．０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜３．０×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のｉ−Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐエッチングストッパ層を用いれば、厚さ１０ｎｍでもエッチングストッパの機能を十分果たすことができることが判った。

図４Ｃに示すように、ｎ型ＧａＡｓオーミックコンタクト層１１、ｉ−Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐエッチングストッパ層１０のエッチング後、フォトレジストマスクＰＲは除去し、露出したｉ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓショットキコンタクト層９の上にショットキゲート電極１３を形成し、ｎ型ＧａＡｓオーミックコンタクト層１１の上にソース／ドレイン電極１４，１５を形成する。このようにして、ＨＥＭＴタイプの電界効果トランジスタが作成される。

図５は、ＧａＡｓ基板上に、Ａｓドーピング濃度１．０×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３のＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層を厚さ約１μｍＭＯＣＶＤで成長し、表面からのＡｓ濃度をＳＩＭＳで測定した結果を示すグラフである。横軸が表面からの深さを単位μｍで示し、縦軸が砒素濃度を単位ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３で示す。ＧａＡｓ基板表面から、成長層に向かってＡｓ濃度が急峻に低下し、ほぼ拡散現象は生じていないことが判る。Ａｓ系材料層とＰ系材料層を積層した時、界面での組成変化が急峻になることが示唆される。

図６は、Ａｓ系化合物半導体層２８、Ｐ系化合物半導体層２９が積相された構成を示す。例えば、多層膜光学フィルタとして機能する。この場合は、単結晶膜でなく、多結晶膜や、アモルファス膜であってもよい。複数種類の半導体デバイスを形成するための母材であってもよい。この場合は、単結晶層であることが好ましいであろう。

以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、ＭＯＣＶＤにおいて、ＩＩＩ族原料としてトリエチルガリウム（ＴＥＧ）等の他の有機金属や、Ｖ族原料としてターシャリブチルホスフィン（ＴＢＰ）等の有機原料を用いてもよい。成長温度、成長圧力、ＩＩＩ族原料の反応場への供給量等を種々変更することも可能である。ＧａＩｎＰエッチストッパ層にｎ型不純物をドープしてもよい。その他、種々の変更、置換、組み合わせ、改良等が可能なことは当業者に自明であろう。

図１Ａ，１Ｂは、予備実験において作成した、ＧａＡｓ基板上にバッファ層を介してエピタキシャル成長したＡｓアンドープとＡｓドープのＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層の構成を示す断面図、図１Ｃは用いたＭＯＣＶＤ装置の構成を示すブロック図である。 図２は、ＡｓアンドープとＡｓドープのＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層で測定したＡｓ拡散長のＶ／ＩＩＩ比に対する関係を示すグラフである。 図３は、種々のＶ／ＩＩＩ比のサンプルを用いて測定したＡｓ拡散長のＡｓ濃度に対する関係を示すグラフである。 図４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、電界効果トランジスタの製造工程を示す化合物半導体基板の断面図である。 図５は、ＧａＡｓ基板上にＡｓドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層をエピタキシャル成長したサンプルの表面からの深さ方向のＡｓ濃度分布を示すグラフである。 図６は、Ｐ系化合物半導体層とＡｓ系化合物半導体層の交互積層構成を示す断面図である。

符号の説明

１ ＧａＡｓ基板、
２ ｉ−ＧａＡｓバッファ層、
３ ｉ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓバッファ層、
４、８ Ｓｉプレーナドープ層、
５，７ ｉ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓスペーサ層、
６ ｉ−Ａｌ_０．８５Ｇａ_０．１５Ａｓチャネル層、
９ ｉ−Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ａｓショットキコンタクト層、
１０ ｉ−Ｇａ_０．５２Ｉｎ_０．４８Ｐエッチングストッパ層、
１１ ｎ−ＧａＡｓオーミックコンタクト層、
ＰＲ フォトレジストマスク、
１３ ショットキゲート電極、
１４，１５ ソース／ドレイン電極、
２１ ＧａＡｓ基板、
２２ ＧａＡｓバッファ層、
２３ アンドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層、
２５ ＡｓドープＧａ_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ層、
２８ Ａｓ系化合物半導体層、
２９ Ｐ系化合物半導体層。

Claims (13)

1. Ａｓ濃度３×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲のＡｓを成長時にドーピングされている、Ｖ族元素がＰである第１のＰ系化合物半導体層と、
   前記第１のＰ系化合物半導体層の上に形成され、Ｖ族元素がＡｓである第１のＡｓ系化合物半導体層と、
   を有する化合物半導体装置。
2. 前記第１のＰ系化合物半導体層が、Ａｓ濃度５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜３×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲のＡｓを成長時にドーピングされている請求項１記載の化合物半導体装置。
3. 前記第１のＰ系化合物半導体装置の下に、化合物半導体基板とその上方に順次形成された第２のＡｓ系化合物半導体層と第３のＡｓ系化合物半導体層とを有する請求項１または２記載の化合物半導体装置。
4. 前記第２のＡｓ系化合物半導体層が、ＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓチャネル層であり、前記第３のＡｓ系化合物半導体層がｎ型不純物をドープされたＡｌＧａＡｓ電子供給層であり、
   前記化合物半導体装置が電界効果トランジスタを構成する請求項１〜３のいずれか１項記載の化合物半導体装置。
5. 前記第１のＡｓ系化合物半導体層と前記第１のＰ系化合物半導体層とが前記第３のＡｓ系化合物半導体層の所定領域上方でエッチング除去されて、前記第３のＡｓ系化合物半導体層が露出しており、
   露出した前記第３のＡｓ系化合物半導体層上に形成されたゲート電極と、
   前記第１のＡｓ系化合物半導体層の上に形成されたソース／ドレイン電極と、
   を有する請求項４記載の化合物半導体装置。
6. 前記第１のＡｓ系化合物半導体層と、前記第１のＰ系化合物半導体層との積層が、繰り返し形成されている請求項１または２記載の化合物半導体装置。
7. （ｘ）Ａｓ濃度３×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲のＡｓをドーピングしつつ、Ｖ族元素がＰである第１のＰ系化合物半導体層を形成する工程と、
   （ｙ）前記第１のＰ系化合物半導体層の上にＶ族元素がＡｓである第１のＡｓ系化合物半導体層を形成する工程と、
   を含む化合物半導体装置の製造方法。
8. 前記工程（ｘ）が、Ａｓ濃度５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜３×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲のＡｓをドーピングしつつ、第１のＰ系化合物半導体層をけいせいする請求項７記載の化合物半導体装置の製造方法。
   
9. （ａ）前記工程（ｘ）の前に、化合物半導体基板上方に、第２のＡｓ系化合物半導体層、第３のＡｓ系化合物半導体層を形成する工程、
   を含む請求項７または８記載の化合物半導体装置の製造方法。
10. 前記工程（ａ）、（ｘ）、（ｙ）が、有機金属気相堆積法でエピタキシャル層を成長する請求項９記載の化合物半導体装置の製造方法。
11. （ｂ）前記工程（ｙ）の後に、前記第１のＡｓ系化合物半導体層の所定領域上に開口を有するマスクと燐酸系エッチング液を用いて、前記第１のＰ系化合物半導体層をエッチングストッパとして、前記第１のＡｓ系化合物半導体層をエッチングする工程、
    を含む請求項９または１０記載の化合物半導体装置の製造方法。
12. （ｃ）前記工程（ｂ）に続いて、前記マスクと塩酸系エッチング液を用いて、前記第１のＰ系化合物半導体層をエッチングする工程と、
    （ｄ）露出した前記第３のＡｓ系化合物半導体層の上にゲート電極を形成する工程と、
    （ｅ）前記第１のＡｓ系化合物半導体層の上にソース／ドレイン電極を形成する工程と、
    を含む請求項１１記載の化合物半導体装置の製造方法。
13. 前記工程（ｘ）、（ｙ）を繰り返し行う工程、を含む請求項７または８記載の化合物半導体装置の製造方法。

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