JP2016225556A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
例えばミリ波帯(約30〜約300GHz)やサブミリ波帯(約300GHz〜約3THz)で動作可能な通信用超高速トランジスタの一つに高電子移動度トランジスタ(HEMT;High Electron Mobility Transistor)がある。
例えば、III−V族化合物半導体を用いたHEMTとしては、例えば、チャネル層(電子走行層)にInGaAsを用い、電子供給層(バリア層)にInAlAs又はAlGaAsを用いたInAlAs/InGaAs系HEMT又はAlGaAs/InGaAs系HEMT、あるいは、チャネル層にInGaPを用い、電子供給層にAlGaAs又はInAlPを用いたAlGaAs/InGaP系HEMT又はInAlP/InGaP系HEMTなどがある。
For example, there is a high electron mobility transistor (HEMT) as one of ultrahigh-speed transistors for communication that can operate in a millimeter wave band (about 30 to about 300 GHz) or a submillimeter wave band (about 300 GHz to about 3 THz). .
For example, as a HEMT using a group III-V compound semiconductor, for example, an InAlAs / InGaAs-based HEMT or AlGaAs using InGaAs for the channel layer (electron transit layer) and InAlAs or AlGaAs for the electron supply layer (barrier layer). / InGaAs-based HEMT, or AlGaAs / InGaP-based HEMT or InAlP / InGaP-based HEMT using InGaP for the channel layer and AlGaAs or InAlP for the electron supply layer.
このようなHEMTの高速化を、真性遅延時間を短縮することによって実現するには、例えば、ゲート長を微細化する、チャネル層中の電子速度を増大させるなどの方法がある。
このうち、チャネル層中の電子速度を増大させるには、電子の有効質量の軽い半導体をチャネル層に用いれば良い。
In order to realize such high-speed HEMT by shortening the intrinsic delay time, there are methods such as reducing the gate length and increasing the electron velocity in the channel layer.
Among these, in order to increase the electron velocity in the channel layer, a semiconductor with a low effective mass of electrons may be used for the channel layer.
そこで、HEMTのチャネル層中に、電子の有効質量の軽い半導体からなる層を設けたコンポジットチャネルHEMTがある。
例えば、InAlAs/InGaAs系HEMT又はAlGaAs/InGaAs系HEMTのInGaAsチャネル層中に、電子の有効質量の軽い半導体であるInAsからなるInAs層を設けたInGaAs/InAs/InGaAsコンポジットチャネルHEMTがある。また、例えば、AlGaAs/InGaP系HEMT又はInAlP/InGaP系HEMTのInGaPチャネル層中に、電子の有効質量の軽い半導体であるInPからなるInP層を設けたInGaP/InP/InGaPコンポジットチャネルHEMTがある。
Therefore, there is a composite channel HEMT in which a layer made of a semiconductor having a low electron effective mass is provided in the channel layer of the HEMT.
For example, there is an InGaAs / InAs / InGaAs composite channel HEMT in which an InAs layer made of InAs, which is a semiconductor with a low effective electron mass, is provided in an InGaAs channel layer of InAlAs / InGaAs-based HEMT or AlGaAs / InGaAs-based HEMT. Further, for example, there is an InGaP / InP / InGaP composite channel HEMT in which an InP layer made of InP, which is a semiconductor having a low electron effective mass, is provided in an InGaP channel layer of an AlGaAs / InGaP-based HEMT or InAlP / InGaP-based HEMT.
ところで、例えばInGaAs/InAs/InGaAsコンポジットチャネルHEMTでは、チャネル層は、InGaAs層、InAs層、InGaAs層が順に積層された構造を有し、InAs層はInGaAs層よりも電子の有効質量の軽い半導体からなる層である。
この場合、InGaAsよりもInAsの格子定数の方が大きいため、チャネル層を構成するInAs層に圧縮歪みが加わることになる。
By the way, in an InGaAs / InAs / InGaAs composite channel HEMT, for example, the channel layer has a structure in which an InGaAs layer, an InAs layer, and an InGaAs layer are stacked in order, and the InAs layer is made of a semiconductor having a lighter effective mass of electrons than the InGaAs layer. It is a layer.
In this case, since the lattice constant of InAs is larger than that of InGaAs, compressive strain is applied to the InAs layer constituting the channel layer.
そして、圧縮歪みが加わったInAs層は、無歪みのInAs層よりも電子の有効質量が増大する。この結果、電子の有効質量が軽い半導体であるというInAsの有効性を十分には活かせなくなる。これはHEMTの高速化を図る上で好ましくない。
また、InAs層に圧縮歪みが加わると、InAs層の結晶が劣化してしまう。この結果、InAs層を厚くすることが難しくなり、InAs層を厚くすることができないと、InAs層に十分に電子を溜め込むことができず、InAs層を挟むInGaAs層にまで電子が広がってしまうことになる。これはHEMTの高速化を図る上で好ましくない。
The InAs layer to which compressive strain is applied has an effective electron mass that is higher than that of the unstrained InAs layer. As a result, the effectiveness of InAs, which is a semiconductor having a low effective electron mass, cannot be fully utilized. This is not preferable for speeding up the HEMT.
Further, when compressive strain is applied to the InAs layer, the crystal of the InAs layer is deteriorated. As a result, it is difficult to increase the thickness of the InAs layer. If the InAs layer cannot be increased, electrons cannot be sufficiently stored in the InAs layer, and electrons spread to the InGaAs layer sandwiching the InAs layer. become. This is not preferable for speeding up the HEMT.
なお、ここでは、InGaAs/InAs/InGaAsコンポジットチャネルHEMTにおける課題として説明しているが、他の材料系のコンポジットチャネルHEMT(例えばInGaP/InP/InGaPコンポジットチャネルHEMT)においても同様の課題がある。
そこで、チャネル層を構成する電子の有効質量の軽い半導体からなる層に加わる圧縮歪みを低減したい。
In addition, although it demonstrated as a subject in InGaAs / InAs / InGaAs composite channel HEMT here, the same subject exists also in composite channel HEMT (for example, InGaP / InP / InGaP composite channel HEMT) of another material system.
Therefore, it is desired to reduce the compressive strain applied to the layer made of a semiconductor having a light effective mass of electrons constituting the channel layer.
本半導体装置は、基板の上方に少なくとも電子走行層、電子供給層を含む半導体積層構造を備え、電子走行層は、III−V族化合物半導体からなり、第1層、第2層及び第3層が順に積層された構造を有し、第2層は第1層及び第3層よりも電子の有効質量の軽い半導体からなり、第2層の伝導帯のエネルギが第1層及び第3層の伝導帯のエネルギよりも低く、第1層と第2層との界面及び第2層と第3層との界面に、III−V族化合物半導体のV族元素が、III−V族化合物半導体のV族元素よりも原子半径の大きいV族元素で置換された混晶領域を有する。 The semiconductor device includes a semiconductor stacked structure including at least an electron transit layer and an electron supply layer above a substrate, and the electron transit layer is made of a III-V group compound semiconductor, and includes a first layer, a second layer, and a third layer. Are stacked in order, the second layer is made of a semiconductor having a lighter effective mass of electrons than the first layer and the third layer, and the energy of the conduction band of the second layer is that of the first layer and the third layer. The group V element of the group III-V compound semiconductor is lower than the energy of the conduction band at the interface between the first layer and the second layer and the interface between the second layer and the third layer. It has a mixed crystal region substituted with a group V element having an atomic radius larger than that of a group V element.
本半導体装置の製造方法は、基板の上方に少なくとも電子走行層、電子供給層を含む半導体積層構造を形成する工程を含み、電子走行層を形成する工程は、III−V族化合物半導体からなる第1層を形成し、第1層上に、第1層よりも電子の有効質量の軽いIII−V族化合物半導体からなり、伝導帯のエネルギが第1層よりも低い第2層を形成し、第2層上に、第2層よりも電子の有効質量の重いIII−V族化合物半導体からなり、伝導帯のエネルギが第2層よりも高い第3層を形成する、各工程を含み、さらに、第1層を形成する工程と第2層を形成する工程との間及び第2層を形成する工程と第3層を形成する工程との間に、III−V族化合物半導体のV族元素よりも原子半径の大きいV族元素を照射する工程を含む。 The method for manufacturing a semiconductor device includes a step of forming a semiconductor multilayer structure including at least an electron transit layer and an electron supply layer above a substrate, and the step of forming the electron transit layer includes a step of forming a group III-V compound semiconductor. Forming one layer, and forming on the first layer a second layer made of a III-V compound semiconductor having a lighter effective mass of electrons than that of the first layer and having a conduction band energy lower than that of the first layer; Forming a third layer made of a III-V group compound semiconductor having a larger effective mass of electrons than that of the second layer on the second layer and having a conduction band energy higher than that of the second layer; , Between the step of forming the first layer and the step of forming the second layer, and between the step of forming the second layer and the step of forming the third layer, a group V element of a III-V group compound semiconductor A step of irradiating a group V element having a larger atomic radius.
したがって、本半導体装置及びその製造方法によれば、チャネル層を構成する電子の有効質量の軽い半導体からなる層に加わる圧縮歪みを低減することができるという利点がある。 Therefore, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof, there is an advantage that the compressive strain applied to the layer made of a semiconductor having a light effective mass of electrons constituting the channel layer can be reduced.
以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる半導体装置について、図1〜図18を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる半導体装置は、例えば通信に用いられる超高速トランジスタの一つである、III−V族化合物半導体を用いたHEMT、即ち、III−V族化合物半導体ヘテロ構造を有するHEMTを備える。
A semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
The semiconductor device according to the present embodiment includes, for example, a HEMT using a III-V group compound semiconductor, that is, one of ultra-high speed transistors used for communication, that is, a HEMT having a III-V group compound semiconductor heterostructure.
本実施形態では、半導体装置は、例えば、基板上に、III−V族化合物半導体としてInAlAs/InGaAs系化合物半導体を用いた半導体積層構造を有するHEMT、即ち、電子走行層(チャネル層)にInGaAsを用い、電子供給層(バリア層)にInAlAsを用いたInAlAs/InGaAs系HEMT(InGaAsチャネルHEMT)を備える。 In the present embodiment, the semiconductor device is, for example, a HEMT having a semiconductor laminated structure using an InAlAs / InGaAs-based compound semiconductor as a III-V group compound semiconductor on a substrate, that is, InGaAs is used for an electron transit layer (channel layer). In use, the electron supply layer (barrier layer) includes an InAlAs / InGaAs-based HEMT (InGaAs channel HEMT) using InAlAs.
このHEMTは、例えば、ミリ波(約30〜約300GHz)やサブミリ波(約300GHz〜約3THz)の領域で動作可能なトランジスタである。
本InAlAs/InGaAs系HEMTは、図1に示すように、基板10と、基板10上に設けられた半導体積層構造26と、半導体積層構造26上に設けられたゲート電極33、ソース電極31及びドレイン電極32とを備える。
The HEMT is a transistor that can operate in a millimeter wave (about 30 to about 300 GHz) or submillimeter wave (about 300 GHz to about 3 THz) region, for example.
As shown in FIG. 1, the present InAlAs / InGaAs-based HEMT includes a
本実施形態では、基板10は、半絶縁性InP基板[例えば半絶縁性(100)InP基板;半導体基板]である。なお、基板10としては、GaAs基板やSi基板を用いることもできる。
半導体積層構造26は、電子走行層24及び電子供給層25を含む半導体積層構造である。ここでは、半導体積層構造26は、バッファ層11、下部バリア層12、電子走行層(チャネル層)24、電子供給層(上部バリア層)25、エッチング停止層21、キャップ層22を順に積層した構造になっている。なお、キャップ層22をオーミックコンタクト用キャップ層ともいう。
In the present embodiment, the
The
本実施形態では、バッファ層11は、例えば、厚さが約1000nmである。なお、バッファ層11に用いる材料は、基板10に応じて異なる。なお、バッファ層11は、必要に応じて設ければ良い。
下部バリア層12は、InAlAs層である。ここでは、アンドープのInAlAs層である。例えば、i−In0.52Al0.48As層であり、その厚さは約200nmである。なお、バッファ層11を設けない場合には、この下部バリア層12がバッファ層としても機能することになる。
In the present embodiment, the
The
電子走行層24は、InGaAs系化合物半導体(III−V族化合物半導体)からなり、InGaAs層(第1層)13、InAs層(第2層)15、InGaAs層(第3層)17が順に積層された構造(ここでは3層構造)を有する。この場合、InAs層15は、InGaAs層13、17よりも電子の有効質量の軽い半導体からなる。
このように、本実施形態のInAlAs/InGaAs系HEMTは、InAlAs/InGaAs系HEMTのInGaAsチャネル層中に、電子の有効質量の軽い半導体であるInAsからなるInAs層を設けたInGaAs/InAs/InGaAsコンポジットチャネルHEMTである。なお、InGaAs/InAs/InGaAsコンポジットチャネルHEMTを、As系コンポジットチャネルHEMTともいう。
The
As described above, the InAlAs / InGaAs-based HEMT according to the present embodiment is an InGaAs / InAs / InGaAs composite in which an InAs layer made of InAs, which is a semiconductor having a low electron effective mass, is provided in the InGaAs channel layer of the InAlAs / InGaAs-based HEMT. Channel HEMT. The InGaAs / InAs / InGaAs composite channel HEMT is also referred to as an As-based composite channel HEMT.
このInGaAs/InAs/InGaAsコンポジットチャネルHEMTの半導体積層構造26は、下部バリア層(InAlAs層)12、電子走行層24及び電子供給層(InAlAs層)25が順に積層された構造を有する。
そして、図2の伝導帯バンド構造(垂直方向の伝導帯バンド構造)に示すように、下部バリア層12、電子走行層24及び電子供給層25によって構成される量子井戸の中に、電子走行層24の第1層13、第2層15及び第3層17によって構成され、この量子井戸よりも伝導帯のエネルギが深い(低い)量子井戸が設けられている。
The InGaAs / InAs / InGaAs composite channel HEMT semiconductor stacked
As shown in the conduction band structure (vertical conduction band structure) in FIG. 2, the electron transit layer is formed in the quantum well constituted by the
また、図2の伝導帯バンド構造に示すように、電子走行層24の第1層13及び第3層17(InGaAs層)の伝導帯のエネルギが下部バリア層12及び電子供給層25(InAlAs層)の伝導帯のエネルギよりも低く、かつ、第2層15(InAs層)の伝導帯のエネルギが第1層13及び第3層17の伝導帯のエネルギよりも低くなっている。
つまり、下部バリア層12及び電子供給層25、電子走行層24の第1層13及び第3層17、電子走行層24の第2層15の順に伝導帯のエネルギが低くなっており、伝導帯のエネルギが最も低い電子走行層24の第2層15がチャネルとして機能し、その次に伝導帯のエネルギが低い電子走行層24の第1層13及び第3層17がサブチャネルとして機能するようになっている。
Further, as shown in the conduction band structure of FIG. 2, the energy of the conduction band of the
That is, the energy of the conduction band decreases in the order of the
そして、図1に示すように、電子走行層24は、InGaAs層13とInAs層15との界面及びInAs層15とInGaAs層17との界面に、それを構成するInGaAs系化合物半導体のV族元素であるAsが、InGaAs系化合物半導体のV族元素であるAsよりも原子半径の大きいV族元素であるSbで置換された混晶領域14、16を有する。
As shown in FIG. 1, the
つまり、電子走行層24は、伝導帯のエネルギが浅い量子井戸と伝導帯のエネルギが深い量子井戸との間に、これらの量子井戸を構成するIII−V族化合物半導体のV族元素であるAsが、III−V族化合物半導体のV族元素であるAsよりも原子半径の大きいV族元素であるSbで置換された混晶領域14、16を有する。
これにより、電子走行層24を構成する電子の有効質量の軽い半導体からなるInAs層15に加わる圧縮歪みを低減することができる。
That is, the
Thereby, the compressive strain added to the
この場合、図2の伝導帯バンド構造に示すように、混晶領域14、16の伝導体のエネルギは、InAs層15の伝導帯のエネルギよりも低くなる。これにより、電子走行層24のInGaAs層13、InAs層15、InGaAs層17によって構成される量子井戸のInAs層15に、電子をより閉じ込めることが可能となる。
なお、InGaAs層13を下部層又は下部チャネル層ともいう。また、InAs層15を中間層又は中間チャネル層ともいう。また、InGaAs層17を上部層又は上部チャネル層ともいう。また、混晶領域14、16を、Sbを含む混晶領域、置換領域、As/Sb置換領域、Sbビーム照射領域、Sb雰囲気による混晶領域ともいう。また、InGaAs層13とInAs層15との界面に設けられている混晶領域14を、下部混晶領域ともいう。また、InAs層15とInGaAs層17との界面に設けられている混晶領域16を、上部混晶領域ともいう。
In this case, as shown in the conduction band structure of FIG. 2, the energy of the conductor in the
The
本実施形態では、図1に示すように、電子走行層24は、アンドープのInGaAs層13、Sbビーム照射領域14、アンドープのInAs層15、Sbビーム照射領域16、アンドープのInGaAs層17を下から順に備えた構造になっている。
ここで、アンドープのInGaAs層13は、例えば、InPに格子整合するi−In0.53Ga0.47As層であり、厚さは約3nmである。また、Sbビーム照射領域14は、例えば1原子層程度の極薄の領域である。また、アンドープのInAs層15は、例えば、厚さは約5nmである。また、Sbビーム照射領域16は、例えば1原子層程度の極薄の領域である。また、アンドープのInGaAs層17は、例えば、InPに格子整合するi−In0.53Ga0.47As層であり、厚さは約2nmである。
In this embodiment, as shown in FIG. 1, the
Here, the
このように、電子走行層24は、III−V族化合物半導体からなり、第1層13、第2層15及び第3層17が順に積層された構造を有し、第2層15は第1層13及び第3層17よりも電子の有効質量の軽い半導体からなる。
そして、第2層15の伝導帯のエネルギが第1層13及び第3層17の伝導帯のエネルギよりも低く、第1層13と第2層15との界面及び第2層15と第3層17との界面に、III−V族化合物半導体のV族元素が、III−V族化合物半導体のV族元素よりも原子半径の大きいV族元素で置換された混晶領域14、16を有する。
As described above, the
The energy of the conduction band of the
本実施形態では、III−V族化合物半導体のV族元素はAsであり、III−V族化合物半導体のV族元素よりも原子半径の大きいV族元素はSbである。また、電子走行層24は、第1層13としてInGaAs層、第2層15としてInAs層、第3層17としてInGaAs層が順に積層された構造を有する。
電子供給層25は、InAlAsスペーサ層18、Si−δドーピング層19、InAlAsバリア層20を順に積層させた構造を有する。
In the present embodiment, the group V element of the III-V group compound semiconductor is As, and the group V element having an atomic radius larger than that of the group V element of the group III-V compound semiconductor is Sb. The
The
ここでは、電子供給層25は、アンドープのInAlAsスペーサ層18、Siをδドープしてn型導電性を付与したInAlAsによって形成されるSi−δドーピング層19、アンドープのInAlAsバリア層20を順に積層させた構造を有する。
例えば、電子供給層25は、厚さ約3nmのi−In0.52Al0.48Asスペーサ層18、Siのδドーピング量を約1×1013cm−2程度としたSi−δドーピング層19、厚さ約6nmのi−In0.52Al0.48Asバリア層20を順に積層させた構造を有する。
Here, the
For example, the
エッチング停止層21は、InP層であり、キャップ層22に対するエッチング停止層である。
ここでは、アンドープのInP層、即ち、i−InP層であり、その厚さは、約3nmである。
なお、このエッチング停止層21は、InAlAs電子供給層25の酸化を防ぐ保護層としての機能も有する。
The
Here, it is an undoped InP layer, that is, an i-InP layer, and its thickness is about 3 nm.
The
キャップ層22は、InGaAs層である。ここでは、Siをドープしてn型導電性を付与したn−InGaAs層である。例えば、n−In0.53Ga0.47As層であり、その厚さは約20nmであり、Siドーピング量は約2×1019cm−3程度である。なお、n−In0.53Ga0.47As層に、n−In0.70Ga0.30As層を積層して、2層構造のキャップ層にしても良い。この場合、n−In0.53Ga0.47As層の厚さは約20nmとし、n−In0.70Ga0.30As層の厚さは約10nmとし、Siドーピング量は約2×1019cm−3程度とすれば良い。また、n型InGaAs層とn型InAlAs層を積層して、2層構造のキャップ層にしても良い。
The
なお、半導体積層構造26は、基板10の上方に少なくとも電子走行層24及び電子供給層25を含むものであれば良く、他の積層構造になっていても良い。また、半導体積層構造26を、ヘテロ構造半導体層ともいう。
そして、このように構成される半導体積層構造26上に、ゲート電極33、ソース電極31及びドレイン電極32が設けられており、半導体積層構造26の表面はSiO2膜(絶縁膜)23によって覆われている。
The
A
ここでは、キャップ層22上に、電極金属として例えばTi/Pt/Auを用いたソース電極(金属電極)31及びドレイン電極(金属電極)32が設けられている。
つまり、キャップ層22と金属電極であるソース電極31及びドレイン電極32との接触がオーミックコンタクトとなるように、キャップ層22上に金属電極であるソース電極31及びドレイン電極32が設けられている。このため、ソース電極31及びドレイン電極32をオーミック電極という。
Here, a source electrode (metal electrode) 31 and a drain electrode (metal electrode) 32 using, for example, Ti / Pt / Au as electrode metals are provided on the
That is, the
また、i−InP層21上に、電極金属として例えばTi/Pt/Auを用いたゲート電極(金属電極)33が設けられている。
ところで、本実施形態において、電子走行層24を、上述のように構成しているのは、以下の理由による。
HEMTの高速化を実現するために、チャネル層中の電子速度を増大させるには、電子の有効質量の軽い半導体をチャネル層に用いれば良い。
Further, a gate electrode (metal electrode) 33 using, for example, Ti / Pt / Au as an electrode metal is provided on the i-
By the way, in this embodiment, the reason why the
In order to increase the electron velocity in the channel layer in order to increase the speed of the HEMT, a semiconductor having a low electron effective mass may be used for the channel layer.
ここで、電子の有効質量の軽い半導体としては、例えば、InAs(0.022m0)、InSb(0.014m0)、これらの混晶であるInAsSbなどがある。なお、m0は電子の静止質量である。
例えば、InAsは、Al(Ga)Sbをバリア層としたHEMTに用いられたり、InAlAs/InGaAs系HEMTのInGaAsチャネル層中に極薄層として導入されてInGaAs/InAs/InGaAsコンポジットチャネルHEMTとするのに用いられたりする。
Here, examples of the semiconductor with a low effective mass of electrons include InAs (0.022 m 0 ), InSb (0.014 m 0 ), and InAsSb which is a mixed crystal thereof. Note that m 0 is the static mass of electrons.
For example, InAs is used in HEMTs using Al (Ga) Sb as a barrier layer, or introduced as an ultrathin layer in an InGaAs channel layer of an InAlAs / InGaAs HEMT to form an InGaAs / InAs / InGaAs composite channel HEMT. It is used for.
このうち、InAsをAl(Ga)Sbをバリア層としたHEMTに用いる場合、InAs、AlSb、GaSbの格子定数が約0.61nm程度で近いことから、これらの組合せで比較的良好なヘテロ構造が得られる。
一方、InGaAs/InAs/InGaAsコンポジットチャネルHEMTは、図3に示すように、電子走行層(チャネル層)24を上下のIn0.53Ga0.47As層13、17でInAs層15を挟んだ構造とし、下部バリア層12及び電子供給層25にIn0.52Al0.48Asを用い、電子走行層24のIn0.53Ga0.47Asと下部バリア層12及び電子供給層25のIn0.52Al0.48Asとが格子整合するようにする。この場合、伝導帯バンド構造は図4に示すようになる。
Among these, when InAs is used for a HEMT having Al (Ga) Sb as a barrier layer, the lattice constant of InAs, AlSb, and GaSb is close to about 0.61 nm. can get.
On the other hand, the InGaAs / InAs / InGaAs composite channel HEMT has an electron transit layer (channel layer) 24 sandwiched between In 0.53 Ga 0.47 As
このようなInGaAs/InAs/InGaAsコンポジットチャネルHEMTの場合、InGaAsよりもInAsの格子定数の方が大きいため、チャネル層24に導入されたInAs層15に圧縮歪みが加わることになる。
そして、圧縮歪みが加わったInAs層15は、無歪みのInAs層15よりも電子の有効質量が増大する。この結果、電子の有効質量が軽い半導体であるというInAsの有効性を十分には活かせなくなる。これはHEMTの高速化を図る上で好ましくない。
In the case of such an InGaAs / InAs / InGaAs composite channel HEMT, since the lattice constant of InAs is larger than that of InGaAs, compressive strain is applied to the
The
また、InAs層15に圧縮歪みが加わると、InAs層15の結晶が劣化してしまうため、InAs層15を厚くすることが難しい。また、InAs層15をあまり厚くすると、InAs層15の結晶品質が劣化してしまう。また、InAs層15を厚くすることができないと、InAs層15に十分に電子を溜め込むことができず、InAs層15を挟むInGaAs層13、17にまで電子が広がってしまうことになる。例えば、現在のところ結晶品質が劣化しない程度の厚さは約2nm程度であり、この程度の厚さだと、InAs層15に十分に電子を溜めこむことができず、上下のInGaAs層13、17にまで電子が広がってしまうことになる。これはHEMTの高速化を図る上で好ましくない。
In addition, when compressive strain is applied to the
そこで、本実施形態では、上述のように、InGaAs/InAs/InGaAsコンポジットチャネルHEMTの電子走行層24を、InGaAs層13とInAs層15との界面及びInAs層15とInGaAs層17との界面に、それを構成するInGaAs系化合物半導体のV族元素であるAsが、InGaAs系化合物半導体のV族元素であるAsよりも原子半径の大きいV族元素であるSbで置換された混晶領域14、16を有するものとしている。
Therefore, in the present embodiment, as described above, the
この混晶領域14、16では、InGaAs系化合物半導体であるInGaAsやInAsに含まれるAsがSbで置換され、InSb、InAsSb、InGaSb、InGaAsSbなどのAsよりも原子半径の大きいSbを含む混晶になっている。これらのAsよりも原子半径の大きいSbを含む混晶は、InAsよりも格子定数が大きいため(格子定数の大小関係;InGaAs<InAs<Sbを含む混晶)、InAsに加わる圧縮歪みを低減する作用がある。
In the
これにより、InGaAs/InAs/InGaAsコンポジットチャネルHEMTの電子走行層24を構成する電子の有効質量の軽い半導体からなるInAs層15に加わる圧縮歪みを低減することができる。この結果、InAs層15中の電子の有効質量の増大が抑制され、電子の有効質量が軽い半導体であるというInAsの本来の物性が十分に活かされるようになる。また、圧縮歪みが加わることによるInAs層15の結晶品質の劣化を抑制することができ、高品質の結晶を維持しつつ、InAs層15をできるだけ厚くして、InAs層15に十分に電子を溜め込む(閉じ込める)ことができるようになる。これらの点によって、InGaAs/InAs/InGaAsコンポジットチャネルHEMTの高速化を実現することが可能となる。
Thereby, the compressive strain applied to the
この場合、図2の伝導帯バンド構造に示すように、混晶領域14、16の伝導体のエネルギは、InAs層15の伝導帯のエネルギよりも低くなる。これにより、電子走行層24のInGaAs層13、InAs層15、InGaAs層17によって構成される量子井戸のInAs層15に、電子をより一層閉じ込めることが可能となる。
次に、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法について説明する。
In this case, as shown in the conduction band structure of FIG. 2, the energy of the conductor in the
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described.
本実施形態にかかる半導体装置の製造方法は、基板10の上方に少なくとも電子走行層24、電子供給層25を含む半導体積層構造26を形成する工程を含む(図5参照)。
また、電子走行層24を形成する工程は、III−V族化合物半導体(ここではInGaAs系化合物半導体)からなる第1層(ここではInGaAs層)13を形成し、第1層13上に、第1層13よりも電子の有効質量の軽いIII−V族化合物半導体からなり、伝導帯のエネルギが第1層よりも低い第2層(ここではInAs層)15を形成し、第2層15上に、第2層15よりも電子の有効質量の重いIII−V族化合物半導体からなり、伝導帯のエネルギが第2層15よりも高い第3層(ここではInGaAs層)17を形成する、各工程を含む(図5参照)。
The method for manufacturing a semiconductor device according to this embodiment includes a step of forming a
The step of forming the
さらに、第1層13を形成する工程と第2層15を形成する工程との間及び第2層15を形成する工程と第3層17を形成する工程との間に、III−V族化合物半導体のV族元素(ここではAs)よりも原子半径の大きいV族元素(ここではSb)を照射する工程を含む(図5参照)。
本実施形態では、半導体積層構造26は、さらに下部バリア層(ここではInAlAs層)12を含む。そして、半導体積層構造26を形成する工程は、下部バリア層12を形成し、下部バリア層12上に、伝導帯のエネルギが下部バリア層12よりも低い第1層13及び第3層17を含む電子走行層24を形成し、電子走行層24上に、伝導帯のエネルギが電子走行層24の第1層13及び第3層17よりも高い電子供給層(ここではInAlAs層)25を形成する、各工程を含む。つまり、下部バリア層12、電子走行層24及び電子供給層25によって構成される量子井戸の中に、電子走行層24の第1層13、第2層15及び第3層17によって構成され、この量子井戸よりも伝導帯のエネルギが深い(低い)量子井戸を形成する(図5、図2参照)。
Further, between the step of forming the
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、III−V族化合物半導体のV族元素よりも原子半径の大きいV族元素を照射する工程で、III−V族化合物半導体のV族元素よりも原子半径の大きいV族元素を照射することによって形成される混晶領域14、16の伝導体のエネルギは、第2層15の伝導帯のエネルギよりも低い(図5、図2参照)。
以下、InAlAs/InGaAs系HEMT(InGaAs/InAs/InGaAsコンポジットチャネルHEMT)の製造方法を例に挙げて、図5〜図14を参照しながら説明する。
In the present embodiment, in the step of irradiating a group V element having a larger atomic radius than the group V element of the group III-V compound semiconductor, the group V having a larger atomic radius than the group V element of the group III-V compound semiconductor. The energy of the conductor of the
Hereinafter, a manufacturing method of an InAlAs / InGaAs-based HEMT (InGaAs / InAs / InGaAs composite channel HEMT) will be described as an example with reference to FIGS.
まず、図5に示すように、半絶縁性InP基板10上に、例えば分子線エピタキシー(Molecular Beam Epitaxy;MBE)法によって、バッファ層11、i−In0.52Al0.48As下部バリア層12、電子走行層24を構成するi−In0.53Ga0.47As層13、Sbビーム照射領域14、i−InAs層15、Sbビーム照射領域16、i−In0.53Ga0.47As層17、電子供給層25を構成するi−In0.52Al0.48Asスペーサ層18、Si−δドーピング層19、i−In0.52Al0.48Asバリア層20、i−InPエッチング停止層21、n−In0.53Ga0.47Asキャップ層22を順に積層させて、半導体積層構造26を形成する。
First, as shown in FIG. 5, a
このようにして、基板10の上方に少なくとも電子走行層24、電子供給層25を含む半導体積層構造26を形成する。
特に、電子走行層24を形成する工程では、以下のようにして、i−In0.53Ga0.47As層13、Sbビーム照射領域14、i−InAs層15、Sbビーム照射領域16、i−In0.53Ga0.47As層17を形成する。
In this way, the
In particular, in the step of forming the
つまり、まず、i−In0.52Al0.48As下部バリア層12上に、i−In0.53Ga0.47As層(第1層)13を形成する。
次に、i−In0.53Ga0.47As層13の表面にSbビームを照射して、Sbビーム照射領域14を形成する。つまり、i−In0.53Ga0.47As層13の表面に、電子走行層24を構成するInGaAs系化合物半導体(III−V族化合物半導体)のV族元素であるAsよりも原子半径の大きいV族元素であるSbビームを照射して、Sbビーム照射領域14を形成する。
That is, first, the i-In 0.53 Ga 0.47 As layer (first layer) 13 is formed on the i-In 0.52 Al 0.48 As
Next, the surface of the i-In 0.53 Ga 0.47 As
ここでは、i−In0.53Ga0.47As層13を形成した後、i−InAs層15を形成する前に、即ち、i−In0.53Ga0.47As層13を形成する工程とi−InAs層15を形成する工程との間に、III族、Asのビームを止め、Sbビームを照射する。
これにより、AsとSbの置換が起こり、i−In0.53Ga0.47As層13の表面上に、即ち、i−In0.53Ga0.47As層13とその後にこの上に形成されるi−InAs層15との間に、InSb、InAsSb、InGaSb、InGaAsSbなどのSbを含む極薄(例えば1原子層程度)の混晶領域であるSbビーム照射領域14が形成される。
Here, after the i-In 0.53 Ga 0.47 As
Thus, occur substitution of As and Sb, on the surface of the i-In 0.53 Ga 0.47 As
このようにして形成される、Asよりも原子半径の大きいSbを含む混晶は、InAsよりも格子定数が大きいため、i−InAs層15に加わる圧縮歪みを低減することができる。
なお、ここでは、Sbビームを照射してSbビーム照射領域14を形成しているが、Sb雰囲気下においてSb雰囲気による混晶領域であるSbビーム照射領域14を形成しても良い。
Since the mixed crystal containing Sb having a larger atomic radius than As, which is formed in this way, has a larger lattice constant than InAs, the compressive strain applied to the i-
Here, the Sb beam is irradiated to form the Sb
次に、i−In0.53Ga0.47As層13上、即ち、i−In0.53Ga0.47As層13の表面上のSbビーム照射領域14上に、i−InAs層(第2層)15を形成する。つまり、i−In0.53Ga0.47As層13上に、i−In0.53Ga0.47As層13よりも電子の有効質量の軽いInAs(III−V族化合物半導体)からなり、伝導帯のエネルギがi−In0.53Ga0.47As層13よりも低いi−InAs層15を形成する。
Next, on the i-In 0.53 Ga 0.47 As
次に、i−InAs層15の表面にSbビームを照射して、Sbビーム照射領域16を形成する。つまり、i−InAs層15の表面に、電子走行層24を構成するInGaAs系化合物半導体(III−V族化合物半導体)のV族元素であるAsよりも原子半径の大きいV族元素であるSbビームを照射して、Sbビーム照射領域16を形成する。
ここでは、i−InAs層15を形成した後、i−In0.53Ga0.47As層17を形成する前に、即ち、i−InAs層15を形成する工程とi−In0.53Ga0.47As層17を形成する工程との間に、III族、Asのビームを止め、Sbビームを照射する。
Next, the surface of the i-
Here, after the i-
これにより、AsとSbの置換が起こり、i−InAs層15の表面上に、即ち、i−InAs層15とその後にこの上に形成されるi−In0.53Ga0.47As層17との間に、InSb、InAsSb、InGaSb、InGaAsSbなどのSbを含む極薄(例えば1原子層程度)の混晶領域であるSbビーム照射領域16が形成される。
このようにして形成される、Asよりも原子半径の大きいSbを含む混晶は、InAsよりも格子定数が大きいため、i−InAs層15に加わる圧縮歪みを低減することができる。
As a result, substitution of As and Sb occurs, that is, on the surface of the i-
Since the mixed crystal containing Sb having a larger atomic radius than As, which is formed in this way, has a larger lattice constant than InAs, the compressive strain applied to the i-
なお、ここでは、Sbビームを照射してSbビーム照射領域16を形成しているが、Sb雰囲気下においてSb雰囲気による混晶領域であるSbビーム照射領域16を形成しても良い。
次に、i−InAs層15上に、即ち、i−InAs層15の表面上のSbビーム照射領域16上に、i−In0.53Ga0.47As層(第3層)17を形成する。つまり、i−InAs層15上に、i−InAs層15よりも電子の有効質量の重いIn0.53Ga0.47As(III−V族化合物半導体)からなり、伝導帯のエネルギがi−InAs層15よりも高いi−In0.53Ga0.47As層17を形成する。
Although the Sb
Next, an i-In 0.53 Ga 0.47 As layer (third layer) 17 is formed on the i-
このようにして、i−In0.53Ga0.47As層13、Sbビーム照射領域14、i−InAs層15、Sbビーム照射領域16、i−In0.53Ga0.47As層17を順に備える電子走行層24を形成する。
なお、結晶成長法は、MBE法に限られるものではなく、例えば、有機金属化学堆積(MOCVD;Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法を用いることも可能である。
In this way, the i-In 0.53 Ga 0.47 As
Note that the crystal growth method is not limited to the MBE method, and for example, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method can also be used.
ここでは、バッファ層11は、厚さを約1000nmとする。また、i−In0.52Al0.48As下部バリア層12は、厚さを約200nmとする。また、i−In0.53Ga0.47As層13は、厚さを約3nmとする。また、Sbビーム照射領域14は、1原子層程度の極薄層とする。また、i−InAs層15は、厚さを約5nmとする。また、Sbビーム照射領域16は、1原子層程度の極薄層とする。また、i−In0.53Ga0.47As層17は、厚さを約2nmとする。また、i−In0.52Al0.48Asスペーサ層18は、厚さを約3nmとする。また、Si−δドーピング層19は、Siのδドーピング量を約1×1013cm−2程度とする。また、i−In0.52Al0.48Asバリア層20は、厚さを約6nmとする。また、i−InPエッチング停止層21は、厚さを約3nmとする。また、n−In0.53Ga0.47Asキャップ層22は、厚さを約20nmとし、Siドーピング量を約2×1019cm−3程度とする。
Here, the
次に、素子分離後、図6に示すように、例えばTi/Pt/Auの3層構造のソース電極31、ドレイン電極32を形成する。これにより、これにより、n−In0.53Ga0.47Asキャップ層22上にソース電極31及びドレイン電極32が形成される。
次に、図7に示すように、ソース電極31とドレイン電極32の間のキャップ層22上に、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって、SiO2膜23を形成する。ここでは、SiO2膜23は、厚さを約20nm程度とする。
Next, after element isolation, as shown in FIG. 6, for example, a
Next, as shown in FIG. 7, an SiO 2 film 23 is formed on the
次に、図8〜図14に示すように、T型ゲート電極33を形成する。
つまり、まず、図8に示すように、3層構造のレジスト膜41〜43を形成する。ここでは、ZEPレジスト(日本ゼオン製)、PMGI(Poly-dimethylglutarimide)レジスト、ZEPレジストを順に塗布して、ZEPレジスト膜41、PMGIレジスト膜42、ZEPレジスト膜43を順に積層させた3層構造のレジスト膜を形成する。
Next, as shown in FIGS. 8 to 14, a T-
That is, first, as shown in FIG. 8, three-layer resist
次に、例えば電子ビーム露光法によって、図9に示すように、T型ゲート電極33のヘッド部分を形成する領域を露光し、ZEPレジスト膜43及びPMGIレジスト膜42に開口部を形成する。また、例えば電子ビーム露光法によって、図10に示すように、T型ゲート電極33のフット部分を形成する領域を露光し、最下層のZEPレジスト膜41に所望のゲート長に合わせて開口部を形成する。
Next, as shown in FIG. 9, for example, an area for forming the head portion of the T-
次に、ゲート長に合わせて形成された開口部を有する最下層のZEPレジスト膜41をマスクとして、例えばエッチングガスとしてCF4を用いた反応性イオンエッチングによって、図11に示すように、SiO2膜23に開口部を形成する。
そして、キャップ層22を電気的に分離するために、例えばエッチング液としてクエン酸(C6H8O7)と過酸化水素水(H2O2)の混合溶液を用いてウェットエッチングを行なって、図12に示すように、リセスを形成する。
Next, using the lowermost ZEP resist
In order to electrically separate the
最後に、図13に示すように、例えばTi、Pt、Auを蒸着させた後、リフトオフを行なって、図14に示すように、例えばTi/Pt/Auの3層構造のT型ゲート電極33を形成する。これにより、i−InPエッチング停止層21上にT型ゲート電極33が形成される。
このようにして、本実施形態にかかる半導体装置(InAlAs/InGaAs系HEMT;InGaAs/InAs/InGaAsコンポジットチャネルHEMT)を製造することができる。
Finally, as shown in FIG. 13, for example, Ti, Pt, and Au are deposited, and then lift-off is performed. As shown in FIG. 14, for example, a T-
In this way, the semiconductor device (InAlAs / InGaAs-based HEMT; InGaAs / InAs / InGaAs composite channel HEMT) according to the present embodiment can be manufactured.
したがって、本実施形態にかかる半導体装置によれば、チャネル層24を構成する電子の有効質量の軽い半導体からなる層(ここではInAs層15)に加わる圧縮歪みを低減することができるという利点がある。
この結果、電子走行層24に備えられるInAs層15中の電子の有効質量の増大が抑制され、圧縮歪みが加わることによるInAs層15の結晶品質の劣化を抑制することができ、InAs層15をできるだけ厚くすることができ、HEMTの高速化を実現することが可能となる。
Therefore, according to the semiconductor device of the present embodiment, there is an advantage that the compressive strain applied to the layer (in this case, the InAs layer 15) made of a semiconductor having a light effective mass of electrons constituting the
As a result, an increase in effective mass of electrons in the
なお、上述の実施形態では、InAlAsをバリア層(電子供給層25及び下部バリア層12)とするInGaAs/InAs/InGaAsコンポジットチャネルHEMT(InAlAs/InGaAs系HEMT)に本発明を適用する場合を例に挙げて説明しているが、材料系はこれに限られるものではない。
例えば、AlGaAsをバリア層(電子供給層及び下部バリア層)とするInGaAs/InAs/InGaAsコンポジットチャネルHEMT(AlGaAs/InGaAs系HEMT)に本発明を適用することもできる。
In the above embodiment, the case where the present invention is applied to an InGaAs / InAs / InGaAs composite channel HEMT (InAlAs / InGaAs HEMT) using InAlAs as a barrier layer (
For example, the present invention can also be applied to an InGaAs / InAs / InGaAs composite channel HEMT (AlGaAs / InGaAs HEMT) using AlGaAs as a barrier layer (electron supply layer and lower barrier layer).
つまり、InGaAs/InAs/InGaAsコンポジットチャネルHEMT(AlGaAs/InGaAs系HEMT)において、上述の実施形態の場合と同様に、電子走行層を、InGaAs層(第1層)とInAs層(第2層)との界面及びInAs層(第2層)とInGaAs層(第3層)との界面に、それを構成するInGaAs系化合物半導体(III−V族化合物半導体)のV族元素(ここではAs)が、InGaAs系化合物半導体のV族元素よりも原子半径の大きいV族元素(ここではSb)で置換された混晶領域(Sbビーム照射領域)を有するものとしても良い。 That is, in the InGaAs / InAs / InGaAs composite channel HEMT (AlGaAs / InGaAs HEMT), the electron transit layer is divided into an InGaAs layer (first layer) and an InAs layer (second layer), as in the case of the above-described embodiment. The V group element (here As) of the InGaAs-based compound semiconductor (III-V group compound semiconductor) constituting the interface, and the interface between the InAs layer (second layer) and the InGaAs layer (third layer), It may have a mixed crystal region (Sb beam irradiation region) substituted by a group V element (here, Sb) having a larger atomic radius than the group V element of the InGaAs-based compound semiconductor.
この場合、その製造方法は、電子走行層を形成する工程に含まれるInGaAs層(第1層)を形成する工程とInAs層(第2層)を形成する工程との間及びInAs層(第2層)を形成する工程とInGaAs層(第3層)を形成する工程との間に、InGaAs系化合物半導体(III−V族化合物半導体)のV族元素(ここではAs)よりも原子半径の大きいV族元素(ここではSb)を照射する工程(Sbビーム照射工程)を含むものとすれば良い。 In this case, the manufacturing method includes a step between the step of forming the InGaAs layer (first layer) and the step of forming the InAs layer (second layer) included in the step of forming the electron transit layer and the InAs layer (second layer). Between the step of forming the layer) and the step of forming the InGaAs layer (third layer) having a larger atomic radius than the group V element (here As) of the InGaAs compound semiconductor (III-V compound semiconductor) What is necessary is just to include the process (Sb beam irradiation process) of irradiating a group V element (here Sb).
また、例えば、AlGaAs(又はInAlP)をバリア層(電子供給層及び下部バリア層)とするInGaP/InP/InGaPコンポジットチャネルHEMT(AlGaAs/InGaP系HEMT又はInAlP/InGaP系HEMT)に本発明を適用することもできる。
例えば図17に示すように、電子走行層(チャネル層)24Xを上下のInGaP層13X,17XでInP層15Xを挟んだ構造とし、下部バリア層12X及び電子供給層25XにInAlPを用い、電子走行層24XのInGaPと下部バリア層12X及び電子供給層25XのInAlPとが格子整合するようにしたInGaP/InP/InGaPコンポジットチャネルHEMTがあり、その伝導帯バンド構造は図18に示すようになる。このようなInGaP/InP/InGaPコンポジットチャネルHEMTでも、上述の実施形態のInGaAs/InAs/InGaAsコンポジットチャネルHEMTと同様の課題があるため、上述の実施形態の場合と同様に、本発明を適用することができる。
For example, the present invention is applied to an InGaP / InP / InGaP composite channel HEMT (AlGaAs / InGaP HEMT or InAlP / InGaP HEMT) using AlGaAs (or InAlP) as a barrier layer (electron supply layer and lower barrier layer). You can also.
For example, as shown in FIG. 17, an electron transit layer (channel layer) 24X has a structure in which an
ここで、AlGaAs(又はInAlP)をバリア層とするInGaP/InP/InGaPコンポジットチャネルHEMTは、AlGaAs/InGaP系HEMT又はInAlP/InGaP系HEMTのInGaPチャネル層13X,17X中に、電子の有効質量の軽い半導体であるInPからなるInP層15Xを設けたInGaP/InP/InGaPコンポジットチャネルHEMTである。
Here, the InGaP / InP / InGaP composite channel HEMT using AlGaAs (or InAlP) as a barrier layer has a light effective mass of electrons in the
つまり、InGaP/InP/InGaPコンポジットチャネルHEMT(AlGaAs/InGaP系HEMT又はInAlP/InGaP系HEMT)において、電子走行層24Xを、InGaP層(第1層)13XとInP層(第2層)15Xとの界面及びInP層(第2層)15XとInGaP層(第3層)17Xとの界面に、それを構成するInGaP系化合物半導体(III−V族化合物半導体)のV族元素(ここではP)が、InGaP系化合物半導体のV族元素よりも原子半径の大きいV族元素(ここではAs又はSb)で置換された混晶領域(Asビーム照射領域;Sbビーム照射領域)14X,16Xを有するものとしても良い。
That is, in an InGaP / InP / InGaP composite channel HEMT (AlGaAs / InGaP-based HEMT or InAlP / InGaP-based HEMT), the
この場合、その製造方法は、電子走行層24Xを形成する工程に含まれるInGaP層(第1層)13Xを形成する工程とInP層(第2層)15Xを形成する工程との間及びInP層(第2層)15Xを形成する工程とInGaP層(第3層)17Xを形成する工程との間に、InGaP系化合物半導体(III−V族化合物半導体)のV族元素(ここではP)よりも原子半径の大きいV族元素(ここではAs又はSb)を照射する工程(Asビーム照射工程;Sbビーム照射工程)を含むものとすれば良い。
In this case, the manufacturing method is performed between the step of forming the InGaP layer (first layer) 13X and the step of forming the InP layer (second layer) 15X included in the step of forming the
以下、InAlPをバリア層(電子供給層及び下部バリア層)とするInGaP/InP/InGaPコンポジットチャネルHEMT(InAlP/InGaP系HEMT)を例に挙げて、具体的に説明する。
ここでは、InGaP/InP/InGaPコンポジットチャネルHEMT(InAlP/InGaP系HEMT)は、例えば図15に示すように、GaAs基板(半導体基板)10X上に、バッファ層11X、InAlP下部バリア層12X、InGaP/InP/InGaP電子走行層(チャネル層)24X、InAlP電子供給層(上部バリア層)25X、InGaPキャップ層22Xを順に積層した半導体積層構造26Xを備える。
Hereinafter, an InGaP / InP / InGaP composite channel HEMT (InAlP / InGaP-based HEMT) using InAlP as a barrier layer (electron supply layer and lower barrier layer) will be described as an example.
Here, the InGaP / InP / InGaP composite channel HEMT (InAlP / InGaP-based HEMT) is formed on a GaAs substrate (semiconductor substrate) 10X, for example, as shown in FIG. 15, with a
例えば、GaAs基板10Xは、例えば半絶縁性(100)GaAs基板である。また、バッファ層11Xは必要に応じて設ければ良い。また、InAlP下部バリア層12Xは、i−InAlP下部バリア層であり、その厚さは約200nmである。また、InGaP/InP/InGaP電子走行層24Xは、InGaP層13X、InP層15X、InGaP層17Xが順に積層された構造を有する。また、InAlP電子供給層25Xは、i−InAlPスペーサ層18X、Siをδドープしてn型導電性を付与したInAlPによって形成されるSi−δドーピング層19X、i−InAlPバリア層20Xを順に積層させた構造を有する。ここで、i−InAlPスペーサ層18Xの厚さは約3nmであり、Si−δドーピング層19XのSiのδドーピング量は約1×1013cm−2程度であり、i−InAlPバリア層20Xの厚さは約6nmである。また、InGaPキャップ層22Xは、Siをドープしてn型導電性を付与したn−InGaP層である。ここで、n−InGaP層22Xの厚さは約20nmであり、Siドーピング量は約2×1018cm−3程度である。なお、上述のInAlP層及びInGaP層におけるIII族元素の組成比は1:1程度(各0.5程度)とすれば良い。
For example, the
また、半導体積層構造26Xは、基板10Xの上方に少なくとも電子走行層24X及び電子供給層25Xを含むものであれば良く、他の積層構造になっていても良い。
そして、半導体積層構造26X上に、ゲート電極33X、ソース電極31X及びドレイン電極32Xを設け、半導体積層構造26Xの表面をSiO2膜(絶縁膜)23Xで覆うようにすれば良い。
Further, the
Then, the
ところで、上述のように、電子走行層24Xは、InGaP系化合物半導体(III−V族化合物半導体)からなり、InGaP層(第1層)13X、InP層(第2層)15X、InGaP層(第3層)が17X順に積層された構造(ここでは3層構造)を有する。この場合、InP層15Xは、InGaP層13X,17Xよりも電子の有効質量の軽い半導体からなる。
As described above, the
このように、この変形例のInAlP/InGaP系HEMTは、InAlP/InGaP系HEMTのInGaPチャネル層13X,17X中に、電子の有効質量の軽い半導体であるInPからなるInP層15Xを設けたInGaP/InP/InGaPコンポジットチャネルHEMTである。なお、InGaP/InP/InGaPコンポジットチャネルHEMTを、P系コンポジットチャネルHEMTともいう。
As described above, the InAlP / InGaP-based HEMT of this modification example is an InGaP / InGaP / InGaP-based HEMT in which an
このInGaP/InP/InGaPコンポジットチャネルHEMTは、半導体積層構造26Xは、下部バリア層(InAlP層)12X、電子走行層24X及び電子供給層(InAlP層)25Xが順に積層された構造を有する。
つまり、図16の伝導帯バンド構造(垂直方向の伝導帯バンド構造)に示すように、下部バリア層12X、電子走行層24X及び電子供給層25Xによって構成される量子井戸の中に、電子走行層24Xの第1層13X、第2層15X及び第3層17Xによって構成され、この量子井戸よりも伝導帯のエネルギが深い(低い)量子井戸が設けられている。
In the InGaP / InP / InGaP composite channel HEMT, the semiconductor stacked
That is, as shown in the conduction band structure (vertical conduction band structure) of FIG. 16, the electron transit layer is included in the quantum well composed of the
また、図16の伝導帯バンド構造に示すように、電子走行層24Xの第1層13X及び第3層17X(InGaP層)の伝導帯のエネルギが下部バリア層12X及び電子供給層25Xの伝導帯のエネルギよりも低く、かつ、第2層15X(InP層)の伝導帯のエネルギが第1層13X及び第3層17Xの伝導帯のエネルギよりも低くなっている。
つまり、下部バリア層12X及び電子供給層25X、電子走行層24Xの第1層13X及び第3層17X、電子走行層24Xの第2層15Xの順に伝導帯のエネルギが低くなっており、伝導帯のエネルギが最も低い電子走行層24Xの第2層15Xがチャネルとして機能し、その次に伝導帯のエネルギが低い電子走行層24Xの第1層13X及び第3層17Xがサブチャネルとして機能するようになっている。
Further, as shown in the conduction band structure of FIG. 16, the energy of the conduction band of the
That is, the energy of the conduction band decreases in the order of the
そして、図15、図16に示すように、電子走行層24Xは、InGaP層13XとInP層15Xとの界面及びInP層15XとInGaP層17Xとの界面に、それを構成するInGaP系化合物半導体のV族元素であるPが、InGaP系化合物半導体のV族元素であるPよりも原子半径の大きいV族元素であるAs又はSbで置換された混晶領域14X,16Xを有する。
As shown in FIGS. 15 and 16, the
つまり、電子走行層24Xは、伝導帯のエネルギが浅い量子井戸と伝導帯のエネルギが深い量子井戸との間に、これらの量子井戸を構成するIII−V族化合物半導体のV族元素であるPが、III−V族化合物半導体のV族元素であるPよりも原子半径の大きいV族元素であるAs又はSbで置換された混晶領域14X,16Xを有する。
この混晶領域14X,16Xでは、InGaP系化合物半導体であるInGaPやInPに含まれるPがAs又はSbで置換され、InAs、InGaAs、InAsP、InGaAsPなど、又は、InSb、InPSb、InGaSb、InGaPSbなどのPよりも原子半径の大きいAs又はSbを含む混晶になっている。これらのPよりも原子半径の大きいAs又はSbを含む混晶は、InPよりも格子定数が大きいため(格子定数の大小関係;InGaP<InP<As又はSbを含む混晶)、InPに加わる圧縮歪みを低減する作用がある。
That is, the
In the mixed crystal regions 14X and 16X, InGaP or InP, which is an InGaP compound semiconductor, is substituted with As or Sb, and InAs, InGaAs, InAsP, InGaAsP, or InSb, InPSb, InGaSb, InGaPSb, etc. It is a mixed crystal containing As or Sb having an atomic radius larger than that of P. These mixed crystals containing As or Sb having a larger atomic radius than P have a larger lattice constant than InP (lattice magnitude relationship: mixed crystals containing InGaP <InP <As or Sb), and compression applied to InP. It has the effect of reducing distortion.
これにより、InGaP/InP/InGaPコンポジットチャネルHEMTの電子走行層24Xを構成する電子の有効質量の軽い半導体からなるInP層15Xに加わる圧縮歪みを低減することができる。この結果、InP層15X中の電子の有効質量の増大が抑制され、電子の有効質量が軽い半導体であるというInPの本来の物性が十分に活かされるようになる。また、圧縮歪みが加わることによるInP層15Xの結晶品質の劣化を抑制することができ、高品質の結晶を維持しつつ、InP層15Xをできるだけ厚くして、InP層15Xに十分に電子を溜め込む(閉じ込める)ことができるようになる。これらの点によって、InGaP/InP/InGaPコンポジットチャネルHEMTの高速化を実現することが可能となる。
Thereby, it is possible to reduce the compressive strain applied to the
この場合、図16の伝導帯バンド構造に示すように、混晶領域14X,16Xの伝導体のエネルギは、InP層15Xの伝導帯のエネルギよりも低くなる。これにより、電子走行層24XのInGaP層13X、InP層15X、InGaP層17Xによって構成される量子井戸のInP層15Xに、電子をより一層閉じ込めることが可能となる。
なお、InGaP層13Xを下部層又は下部チャネル層ともいう。また、InP層15Xを中間層又は中間チャネル層ともいう。また、InGaP層17Xを上部層又は上部チャネル層ともいう。また、混晶領域14X,16Xを、As又はSbを含む混晶領域、置換領域、P/As又はP/Sb置換領域、As又はSbビーム照射領域、As又はSb雰囲気による混晶領域ともいう。また、InGaP層13XとInP層15Xとの界面に設けられている混晶領域14Xを、下部混晶領域ともいう。また、InP層15XとInGaP層17Xとの界面に設けられている混晶領域16Xを、上部混晶領域ともいう。
In this case, as shown in the conduction band structure of FIG. 16, the energy of the conductors in the mixed crystal regions 14X and 16X is lower than the energy of the conduction band of the
The
この変形例では、図15に示すように、電子走行層24Xは、アンドープのInGaP層13X、As又はSbビーム照射領域14X、アンドープのInP層15X、As又はSbビーム照射領域16X、アンドープのInGaP層17Xを下から順に備えた構造になっている。
ここで、アンドープのInGaP層13Xは、例えば、GaAsに格子整合するi−InGaP層であり、厚さは約3nmである。また、As又はSbビーム照射領域14Xは、例えば1原子層程度の極薄の領域である。また、アンドープのInAs層15Xは、例えば、厚さは約5nmである。また、As又はSbビーム照射領域16Xは、例えば1原子層程度の極薄の領域である。また、アンドープのInGaAs層17Xは、例えば、GaAsに格子整合するi−InGaP層であり、厚さは約2nmである。
In this modification, as shown in FIG. 15, the
Here, the
このように、電子走行層24Xは、III−V族化合物半導体からなり、第1層13X、第2層15X及び第3層17Xが順に積層された構造を有し、第2層15Xは第1層13X及び第3層17Xよりも電子の有効質量の軽い半導体からなる。そして、第2層15Xの伝導帯のエネルギが第1層13X及び第3層17Xの伝導帯のエネルギよりも低く、第1層13Xと第2層15Xとの界面及び第2層15Xと第3層17Xとの界面に、III−V族化合物半導体のV族元素が、III−V族化合物半導体のV族元素よりも原子半径の大きいV族元素で置換された混晶領域14X,16Xを有する。
As described above, the
この変形例では、III−V族化合物半導体のV族元素はPであり、III−V族化合物半導体のV族元素よりも原子半径の大きいV族元素はAs又はSbである。また、電子走行層24Xは、第1層13XとしてInGaP層、第2層15XとしてInP層、第3層17XとしてInGaP層が順に積層された構造を有する。
次に、この変形例の半導体装置(InAlP/InGaP系HEMT;InGaP/InP/InGaPコンポジットチャネルHEMT)の製造方法について説明する。
In this modification, the group V element of the III-V group compound semiconductor is P, and the group V element having an atomic radius larger than that of the group V element of the group III-V compound semiconductor is As or Sb. The
Next, a method for manufacturing the semiconductor device (InAlP / InGaP-based HEMT; InGaP / InP / InGaP composite channel HEMT) according to this modification will be described.
まず、半絶縁性GaAs基板10X上に、例えばMBE法又はMOCVD法によって、バッファ層11X、InAlP下部バリア層12X、電子走行層24Xを構成するInGaP層13X、As又はSbビーム照射領域14X、InP層15X、As又はSbビーム照射領域16X、InGaP層17X、電子供給層25Xを構成するInAlPスペーサ層18X、Si−δドーピング層19X、InAlPバリア層20X、n−InGaPキャップ層22Xを順に積層させて、半導体積層構造26Xを形成する(図15参照)。
First, an
このようにして、基板10Xの上方に少なくとも電子走行層24X、電子供給層25Xを含む半導体積層構造26Xを形成する(図15参照)。
特に、電子走行層24Xを形成する工程では、以下のようにして、InGaP層13X、As又はSbビーム照射領域14X、InP層15X、As又はSbビーム照射領域16X、InGaP層17Xを形成する(図15参照)。
In this manner, the semiconductor stacked
In particular, in the step of forming the
つまり、まず、InAlP下部バリア層12X上に、InGaP層(第1層)13Xを形成する。
次に、InGaP層13Xの表面にAs又はSbビームを照射して、As又はSbビーム照射領域14Xを形成する。つまり、InGaP層13Xの表面に、電子走行層24Xを構成するInGaP系化合物半導体(III−V族化合物半導体)のV族元素であるPよりも原子半径の大きいV族元素であるAs又はSbビームを照射して、As又はSbビーム照射領域14Xを形成する。
That is, first, an InGaP layer (first layer) 13X is formed on the InAlP
Next, an As or Sb beam irradiation region 14X is formed by irradiating the surface of the
ここでは、InGaP層13Xを形成した後、InP層15Xを形成する前に、即ち、InGaP層13Xを形成する工程とInP層15Xを形成する工程との間に、III族、Pのビームを止め、As又はSbビームを照射する。
これにより、PとAs又はSbの置換が起こり、InGaP層13Xの表面上に、即ち、InGaP層13Xとその後にこの上に形成されるInP層15Xとの間に、InAs、InGaAs、InAsP、InGaAsPなど、又は、InSb、InPSb、InGaSb、InGaPSbなどのAs又はSbを含む極薄(例えば1原子層程度)の混晶領域であるAs又はSbビーム照射領域14Xが形成される。
Here, after the
As a result, substitution of P and As or Sb occurs. On the surface of the
このようにして形成される、Pよりも原子半径の大きいAs又はSbを含む混晶は、InPよりも格子定数が大きいため、InP層15Xに加わる圧縮歪みを低減することができる。
なお、ここでは、As又はSbビームを照射してAs又はSbビーム照射領域14Xを形成しているが、As又はSb雰囲気下においてAs又はSb雰囲気による混晶領域であるAs又はSbビーム照射領域14Xを形成しても良い。
The mixed crystal containing As or Sb having an atomic radius larger than that of P formed in this manner has a lattice constant larger than that of InP, so that the compressive strain applied to the
Here, the As or Sb beam irradiation region 14X is formed by irradiating the As or Sb beam, but the As or Sb beam irradiation region 14X which is a mixed crystal region in the As or Sb atmosphere under the As or Sb atmosphere. May be formed.
次に、InGaP層13X上、即ち、InGaP層13Xの表面上のAs又はSbビーム照射領域14X上に、InP層(第2層)15Xを形成する。つまり、InGaP層13X上に、InGaP層13Xよりも電子の有効質量の軽いInP(III−V族化合物半導体)からなり、伝導帯のエネルギがInGaP層13Xよりも低いInP層15Xを形成する。
Next, an InP layer (second layer) 15X is formed on the
次に、InP層15Xの表面にAs又はSbビームを照射して、As又はSbビーム照射領域16Xを形成する。つまり、InP層15Xの表面に、電子走行層24Xを構成するInGaP系化合物半導体(III−V族化合物半導体)のV族元素であるPよりも原子半径の大きいV族元素であるAs又はSbビームを照射して、As又はSbビーム照射領域16Xを形成する。
Next, the As or Sb beam irradiation region 16X is formed by irradiating the surface of the
ここでは、InP層15Xを形成した後、InGaP層17Xを形成する前に、即ち、InP層15Xを形成する工程とInGaP層17Xを形成する工程との間に、III族、Pのビームを止め、As又はSbビームを照射する。
これにより、PとAs又はSbの置換が起こり、InP層15Xの表面上に、即ち、InP層15Xとその後にこの上に形成されるInGaP層17Xとの間に、InAs、InGaAs、InAsP、InGaAsPなど、又は、InSb、InPSb、InGaSb、InGaPSbなどのAs又はSbを含む極薄(例えば1原子層程度)の混晶領域であるAs又はSbビーム照射領域16Xが形成される。
Here, after the
As a result, substitution of P and As or Sb occurs. On the surface of the
このようにして形成される、Pよりも原子半径の大きいAs又はSbを含む混晶は、InPよりも格子定数が大きいため、InP層15Xに加わる圧縮歪みを低減することができる。
なお、ここでは、As又はSbビームを照射してAs又はSbビーム照射領域16Xを形成しているが、As又はSb雰囲気下においてAs又はSb雰囲気による混晶領域であるAs又はSbビーム照射領域16Xを形成しても良い。
The mixed crystal containing As or Sb having an atomic radius larger than that of P formed in this manner has a lattice constant larger than that of InP, so that the compressive strain applied to the
Here, the As or Sb beam irradiation region 16X is formed by irradiating the As or Sb beam. However, the As or Sb beam irradiation region 16X which is a mixed crystal region in the As or Sb atmosphere under the As or Sb atmosphere. May be formed.
次に、InP層15X上に、即ち、InP層15Xの表面上のAs又はSbビーム照射領域16X上に、InGaP層(第3層)17Xを形成する。つまり、InP層15X上に、InP層15Xよりも電子の有効質量の重いInGaP(III−V族化合物半導体)からなり、伝導帯のエネルギがInP層15Xよりも高いInGaP層17Xを形成する。
Next, an InGaP layer (third layer) 17X is formed on the
このようにして、InGaP層13X、As又はSbビーム照射領域14X、InP層15X、As又はSbビーム照射領域16X、InGaP層17Xを順に備える電子走行層24Xを形成する。
その後、上述の実施形態の場合と同様に、素子分離後、ソース電極31X、ドレイン電極32Xを形成し、ソース電極31Xとドレイン電極32Xの間のキャップ層22X上に、SiO2膜23Xを形成し、T型ゲート電極33Xを形成する。
In this way, the
Thereafter, similarly to the above-described embodiment, after element isolation, the
このようにして、この変形例の半導体装置(InAlP/InGaP系HEMT;InGaP/InP/InGaPコンポジットチャネルHEMT)を製造することができる。
このように、この変形例の半導体装置の製造方法は、基板10Xの上方に少なくとも電子走行層24X、電子供給層25Xを含む半導体積層構造26Xを形成する工程を含む(図15参照)。
In this way, the semiconductor device (InAlP / InGaP-based HEMT; InGaP / InP / InGaP composite channel HEMT) of this modification can be manufactured.
As described above, the manufacturing method of the semiconductor device according to this modification includes a step of forming the semiconductor stacked
また、電子走行層24Xを形成する工程は、III−V族化合物半導体(ここではInGaP系化合物半導体)からなる第1層(ここではInGaP層)13Xを形成し、第1層13X上に、第1層13Xよりも電子の有効質量の軽いIII−V族化合物半導体からなり、伝導帯のエネルギが第1層よりも低い第2層(ここではInP層)15Xを形成し、第2層15X上に、第2層15Xよりも電子の有効質量の重いIII−V族化合物半導体からなり、伝導帯のエネルギが第2層15Xよりも高い第3層(ここではInGaP層)17Xを形成する、各工程を含む(図15参照)。
In addition, the step of forming the
さらに、第1層13Xを形成する工程と第2層15Xを形成する工程との間及び第2層15Xを形成する工程と第3層17Xを形成する工程との間に、III−V族化合物半導体のV族元素(ここではP)よりも原子半径の大きいV族元素(ここではAs又はSb)を照射する工程を含む(図15参照)。
本実施形態では、半導体積層構造26Xは、さらに下部バリア層(ここではInAlP層)12Xを含む。そして、半導体積層構造26Xを形成する工程は、下部バリア層12Xを形成し、下部バリア層12X上に、伝導帯のエネルギが下部バリア層12Xよりも低い第1層13X及び第3層17Xを含む電子走行層24Xを形成し、電子走行層24X上に、伝導帯のエネルギが電子走行層24Xの第1層13X及び第3層17Xよりも高い電子供給層(ここではInAlP層)25Xを形成する、各工程を含む。つまり、下部バリア層12X、電子走行層24X及び電子供給層25Xによって構成される量子井戸の中に、電子走行層24Xの第1層13X、第2層15X及び第3層17Xによって構成され、この量子井戸よりも伝導帯のエネルギが深い(低い)量子井戸を形成する(図15、図16参照)。
Further, between the step of forming the
In the present embodiment, the semiconductor stacked
また、本実施形態では、III−V族化合物半導体のV族元素よりも原子半径の大きいV族元素を照射する工程で、III−V族化合物半導体のV族元素よりも原子半径の大きいV族元素を照射することによって形成される混晶領域14X,16Xの伝導体のエネルギは、第2層15Xの伝導帯のエネルギよりも低い(図15、図16参照)。
(その他)
なお、本発明は、上述した実施形態及び変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
In the present embodiment, in the step of irradiating a group V element having a larger atomic radius than the group V element of the group III-V compound semiconductor, the group V having a larger atomic radius than the group V element of the group III-V compound semiconductor. The energy of the conductor in the mixed crystal regions 14X and 16X formed by irradiating the element is lower than the energy of the conduction band of the
(Other)
Note that the present invention is not limited to the configurations described in the above-described embodiments and modifications, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
以下、上述の実施形態及び変形例に関し、更に、付記を開示する。
(付記1)
基板の上方に少なくとも電子走行層、電子供給層を含む半導体積層構造を備え、
前記電子走行層は、III−V族化合物半導体からなり、第1層、第2層及び第3層が順に積層された構造を有し、前記第2層は前記第1層及び前記第3層よりも電子の有効質量の軽い半導体からなり、前記第2層の伝導帯のエネルギが前記第1層及び前記第3層の伝導帯のエネルギよりも低く、前記第1層と前記第2層との界面及び前記第2層と前記第3層との界面に、前記III−V族化合物半導体のV族元素が、前記III−V族化合物半導体の前記V族元素よりも原子半径の大きいV族元素で置換された混晶領域を有することを特徴とする半導体装置。
Hereinafter, additional notes will be disclosed regarding the above-described embodiment and modifications.
(Appendix 1)
A semiconductor laminated structure including at least an electron transit layer and an electron supply layer above the substrate,
The electron transit layer is made of a III-V group compound semiconductor, and has a structure in which a first layer, a second layer, and a third layer are sequentially stacked, and the second layer includes the first layer and the third layer. A semiconductor having a lighter effective mass of electrons, wherein the energy of the conduction band of the second layer is lower than the energy of the conduction bands of the first layer and the third layer, and the first layer, the second layer, The group V element of the group III-V compound semiconductor has a larger atomic radius than the group V element of the group III-V compound semiconductor at the interface of the second layer and the third layer. A semiconductor device having a mixed crystal region substituted with an element.
(付記2)
前記半導体積層構造は、さらに下部バリア層を含み、前記下部バリア層、前記電子走行層及び前記電子供給層が順に積層された構造を有し、前記電子走行層の前記第1層及び前記第3層の伝導帯のエネルギが前記下部バリア層及び前記電子供給層の伝導帯のエネルギよりも低いことを特徴とする、付記1に記載の半導体装置。
(Appendix 2)
The semiconductor stacked structure further includes a lower barrier layer, and has a structure in which the lower barrier layer, the electron transit layer, and the electron supply layer are sequentially laminated, and the first layer and the third layer of the electron transit layer. The semiconductor device according to
(付記3)
前記混晶領域の伝導体のエネルギは、前記第2層の伝導帯のエネルギよりも低いことを特徴とする、付記1又は2に記載の半導体装置。
(付記4)
前記III−V族化合物半導体の前記V族元素はAsであり、前記III−V族化合物半導体の前記V族元素よりも原子半径の大きい前記V族元素はSbであることを特徴とする、付記1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。
(Appendix 3)
The semiconductor device according to
(Appendix 4)
The group V element of the group III-V compound semiconductor is As, and the group V element having an atomic radius larger than that of the group V element of the group III-V compound semiconductor is Sb. The semiconductor device according to any one of 1 to 3.
(付記5)
前記電子走行層は、前記第1層としてInGaAs層、前記第2層としてInAs層、前記第3層としてInGaAs層が順に積層された構造を有することを特徴とする、付記4に記載の半導体装置。
(付記6)
前記III−V族化合物半導体の前記V族元素はPであり、前記III−V族化合物半導体の前記V族元素よりも原子半径の大きい前記V族元素はAsであることを特徴とする、付記1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。
(Appendix 5)
The semiconductor device according to claim 4, wherein the electron transit layer has a structure in which an InGaAs layer as the first layer, an InAs layer as the second layer, and an InGaAs layer as the third layer are sequentially stacked. .
(Appendix 6)
The group V element of the group III-V compound semiconductor is P, and the group V element having an atomic radius larger than that of the group V element of the group III-V compound semiconductor is As. The semiconductor device according to any one of 1 to 3.
(付記7)
前記III−V族化合物半導体の前記V族元素はPであり、前記III−V族化合物半導体の前記V族元素よりも原子半径の大きい前記V族元素はSbであることを特徴とする、付記1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。
(付記8)
前記電子走行層は、前記第1層としてInGaP層、前記第2層としてInP層、前記第3層としてInGaP層が順に積層された構造を有することを特徴とする、付記6又は7に記載の半導体装置。
(Appendix 7)
The group V element of the group III-V compound semiconductor is P, and the group V element having an atomic radius larger than that of the group V element of the group III-V compound semiconductor is Sb. The semiconductor device according to any one of 1 to 3.
(Appendix 8)
The electron transit layer has a structure in which an InGaP layer as the first layer, an InP layer as the second layer, and an InGaP layer as the third layer are sequentially stacked. Semiconductor device.
(付記9)
基板の上方に少なくとも電子走行層、電子供給層を含む半導体積層構造を形成する工程を含み、
前記電子走行層を形成する工程は、
III−V族化合物半導体からなる第1層を形成し、
前記第1層上に、前記第1層よりも電子の有効質量の軽いIII−V族化合物半導体からなり、伝導帯のエネルギが前記第1層よりも低い第2層を形成し、
前記第2層上に、前記第2層よりも電子の有効質量の重いIII−V族化合物半導体からなり、伝導帯のエネルギが前記第2層よりも高い第3層を形成する、各工程を含み、
さらに、前記第1層を形成する工程と前記第2層を形成する工程との間及び前記第2層を形成する工程と前記第3層を形成する工程との間に、前記III−V族化合物半導体のV族元素よりも原子半径の大きいV族元素を照射する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Appendix 9)
Forming a semiconductor multilayer structure including at least an electron transit layer and an electron supply layer above the substrate;
The step of forming the electron transit layer includes
Forming a first layer made of a III-V compound semiconductor;
On the first layer, a group III-V compound semiconductor having a lighter effective mass of electrons than the first layer is formed, and a second layer having a conduction band energy lower than that of the first layer is formed.
Each step of forming, on the second layer, a third layer made of a III-V group compound semiconductor having an electron effective mass heavier than that of the second layer and having a conduction band energy higher than that of the second layer. Including
Further, the III-V group between the step of forming the first layer and the step of forming the second layer and between the step of forming the second layer and the step of forming the third layer. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: irradiating a group V element having an atomic radius larger than that of a group V element of a compound semiconductor.
(付記10)
前記半導体積層構造は、さらに下部バリア層を含み、
前記半導体積層構造を形成する工程は、
前記下部バリア層を形成し、
前記下部バリア層上に、伝導帯のエネルギが前記下部バリア層よりも低い前記第1層及び前記第3層を含む前記電子走行層を形成し、
前記電子走行層上に、伝導帯のエネルギが前記電子走行層の前記第1層及び前記第3層よりも高い前記電子供給層を形成する、各工程を含むことを特徴とする、付記9に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 10)
The semiconductor multilayer structure further includes a lower barrier layer,
The step of forming the semiconductor stacked structure includes:
Forming the lower barrier layer;
Forming the electron transit layer including the first layer and the third layer having a conduction band energy lower than that of the lower barrier layer on the lower barrier layer;
Appendix 9 includes the steps of forming the electron supply layer on the electron transit layer having a conduction band energy higher than that of the first layer and the third layer of the electron transit layer. The manufacturing method of the semiconductor device of description.
(付記11)
前記III−V族化合物半導体の前記V族元素よりも原子半径の大きい前記V族元素を照射する工程で、前記III−V族化合物半導体の前記V族元素よりも原子半径の大きい前記V族元素を照射することによって形成される混晶領域の伝導体のエネルギは、前記第2層の伝導帯のエネルギよりも低いことを特徴とする、付記9又は10に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 11)
In the step of irradiating the group V element having a larger atomic radius than the group V element of the III-V group compound semiconductor, the group V element having a larger atomic radius than the group V element of the group III-V compound semiconductor. 11. The method of manufacturing a semiconductor device according to
(付記12)
前記III−V族化合物半導体の前記V族元素はAsであり、前記III−V族化合物半導体の前記V族元素よりも原子半径の大きい前記V族元素はSbであることを特徴とする、付記9〜11のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(付記13)
前記電子走行層を形成する工程において、前記第1層としてInGaAs層を形成し、前記第2層としてInAs層を形成し、前記第3層としてInGaAs層を形成することを特徴とする、付記12に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 12)
The group V element of the group III-V compound semiconductor is As, and the group V element having an atomic radius larger than that of the group V element of the group III-V compound semiconductor is Sb. The manufacturing method of the semiconductor device of any one of 9-11.
(Appendix 13)
Note 12: In the step of forming the electron transit layer, an InGaAs layer is formed as the first layer, an InAs layer is formed as the second layer, and an InGaAs layer is formed as the third layer. The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of Claims 1-3.
(付記14)
前記III−V族化合物半導体の前記V族元素はPであり、前記III−V族化合物半導体の前記V族元素よりも原子半径の大きい前記V族元素はAsであることを特徴とする、付記9〜11のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(付記15)
前記III−V族化合物半導体の前記V族元素はPであり、前記III−V族化合物半導体の前記V族元素よりも原子半径の大きい前記V族元素はSbであることを特徴とする、付記9〜11のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 14)
The group V element of the group III-V compound semiconductor is P, and the group V element having an atomic radius larger than that of the group V element of the group III-V compound semiconductor is As. The manufacturing method of the semiconductor device of any one of 9-11.
(Appendix 15)
The group V element of the group III-V compound semiconductor is P, and the group V element having an atomic radius larger than that of the group V element of the group III-V compound semiconductor is Sb. The manufacturing method of the semiconductor device of any one of 9-11.
(付記16)
前記電子走行層を形成する工程において、前記第1層としてInGaP層を形成し、前記第2層としてInP層を形成し、前記第3層としてInGaP層を形成することを特徴とする、付記14又は15に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 16)
Note 14: In the step of forming the electron transit layer, an InGaP layer is formed as the first layer, an InP layer is formed as the second layer, and an InGaP layer is formed as the third layer. Or 15. A method of manufacturing a semiconductor device according to 15.
10 基板(InP基板)
10X 基板(GaAs基板)
11、11X バッファ層
12 InAlAs下部バリア層
12X InAlP下部バリア層
13 InGaAs層(第1層)
13X InGaP層(第1層)
14 Sb照射領域(混晶領域)
14X As又はSb照射領域(混晶領域)
15 InAs層(第2層)
15X InP層(第2層)
16 Sb照射領域(混晶領域)
16X As又はSb照射領域(混晶領域)
17 InGaAs層(第3層)
17X InGaP層(第3層)
18 InAlAsスペーサ層
18X InAlPスペーサ層
19、19X Si―δドーピング層
20 InAlAsバリア層
20X InAlPバリア層
21 InPエッチング停止層
22 n−InGaAsキャップ層
22X n−InGaPキャップ層
23、23X SiO2膜
24、24X 電子走行層(コンポジットチャネル層)
25、25X 電子供給層
26、26X 半導体積層構造
31、31X ソース電極
32、32X ドレイン電極
33、33X ゲート電極
41 レジスト膜(ZEP)
42 レジスト膜(PMGI)
43 レジスト膜(ZEP)
10 Substrate (InP substrate)
10X substrate (GaAs substrate)
11,
13X InGaP layer (first layer)
14 Sb irradiation region (mixed crystal region)
14X As or Sb irradiation region (mixed crystal region)
15 InAs layer (second layer)
15X InP layer (second layer)
16 Sb irradiation region (mixed crystal region)
16X As or Sb irradiation region (mixed crystal region)
17 InGaAs layer (third layer)
17X InGaP layer (third layer)
18
25, 25X
42 Resist film (PMGI)
43 Resist film (ZEP)
Claims (9)
前記電子走行層は、III−V族化合物半導体からなり、第1層、第2層及び第3層が順に積層された構造を有し、前記第2層は前記第1層及び前記第3層よりも電子の有効質量の軽い半導体からなり、前記第2層の伝導帯のエネルギが前記第1層及び前記第3層の伝導帯のエネルギよりも低く、前記第1層と前記第2層との界面及び前記第2層と前記第3層との界面に、前記III−V族化合物半導体のV族元素が、前記III−V族化合物半導体の前記V族元素よりも原子半径の大きいV族元素で置換された混晶領域を有することを特徴とする半導体装置。 A semiconductor laminated structure including at least an electron transit layer and an electron supply layer above the substrate,
The electron transit layer is made of a III-V group compound semiconductor, and has a structure in which a first layer, a second layer, and a third layer are sequentially stacked, and the second layer includes the first layer and the third layer. A semiconductor having a lighter effective mass of electrons, wherein the energy of the conduction band of the second layer is lower than the energy of the conduction bands of the first layer and the third layer, and the first layer, the second layer, The group V element of the group III-V compound semiconductor has a larger atomic radius than the group V element of the group III-V compound semiconductor at the interface of the second layer and the third layer. A semiconductor device having a mixed crystal region substituted with an element.
前記電子走行層を形成する工程は、
III−V族化合物半導体からなる第1層を形成し、
前記第1層上に、前記第1層よりも電子の有効質量の軽いIII−V族化合物半導体からなり、伝導帯のエネルギが前記第1層よりも低い第2層を形成し、
前記第2層上に、前記第2層よりも電子の有効質量の重いIII−V族化合物半導体からなり、伝導帯のエネルギが前記第2層よりも高い第3層を形成する、各工程を含み、
さらに、前記第1層を形成する工程と前記第2層を形成する工程との間及び前記第2層を形成する工程と前記第3層を形成する工程との間に、前記III−V族化合物半導体のV族元素よりも原子半径の大きいV族元素を照射する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a semiconductor multilayer structure including at least an electron transit layer and an electron supply layer above the substrate;
The step of forming the electron transit layer includes
Forming a first layer made of a III-V compound semiconductor;
On the first layer, a group III-V compound semiconductor having a lighter effective mass of electrons than the first layer is formed, and a second layer having a conduction band energy lower than that of the first layer is formed.
Each step of forming, on the second layer, a third layer made of a III-V group compound semiconductor having an electron effective mass heavier than that of the second layer and having a conduction band energy higher than that of the second layer. Including
Further, the III-V group between the step of forming the first layer and the step of forming the second layer and between the step of forming the second layer and the step of forming the third layer. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: irradiating a group V element having an atomic radius larger than that of a group V element of a compound semiconductor.
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Citations (6)
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---|---|---|---|---|
JPH0684960A (en) * | 1992-05-15 | 1994-03-25 | Nec Corp | Field effect transistor |
JPH08181304A (en) * | 1994-12-21 | 1996-07-12 | Nec Corp | Field-effect transistor |
JPH10284721A (en) * | 1997-04-07 | 1998-10-23 | Oki Electric Ind Co Ltd | Strain high-electron mobility transistor |
JP2004103888A (en) * | 2002-09-11 | 2004-04-02 | Fujitsu Ltd | Resonant tunneling device and semiconductor integrated circuit using the same |
JP2007081103A (en) * | 2005-09-14 | 2007-03-29 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device |
JP2013074042A (en) * | 2011-09-27 | 2013-04-22 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device |
-
2015
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0684960A (en) * | 1992-05-15 | 1994-03-25 | Nec Corp | Field effect transistor |
JPH08181304A (en) * | 1994-12-21 | 1996-07-12 | Nec Corp | Field-effect transistor |
JPH10284721A (en) * | 1997-04-07 | 1998-10-23 | Oki Electric Ind Co Ltd | Strain high-electron mobility transistor |
JP2004103888A (en) * | 2002-09-11 | 2004-04-02 | Fujitsu Ltd | Resonant tunneling device and semiconductor integrated circuit using the same |
JP2007081103A (en) * | 2005-09-14 | 2007-03-29 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device |
JP2013074042A (en) * | 2011-09-27 | 2013-04-22 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device |
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