JP2815820B2 - 化合物半導体装置とその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、横方向のｐ−ｎ接合を
有する化合物半導体装置とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、導電性半導体基板上に、種々のド
ーパンドを用いてＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、Ｓｉ又はＧ
ｅを例えば分子線エピタキシャル法などの結晶成長法に
より、その結晶の成長方向、すなわち半導体基板に対し
て垂直方向（縦方向）にｐ−ｎ接合を形成して、いわゆ
るエサキダイオードと呼ばれるトンネルダイオードを作
製している。トンネルダイオードでは、実際制御できる
トンネル電流を大きくすることが重要である。当該トン
ネル電流は、一般にトンネル確率とキャリア供給関数と
の積で与えられる。従来の高濃度ドープされたｎ型とｐ
型のバルク材料同士の接合では、ポテンシャルエネルギ
ーが急峻に変化し、空乏層幅は電子がトンネルできる程
度の厚さ（例えば１００Å未満）にまで薄くなるため、
トンネル確率は大きくなる。

【０００３】しかしながら、バルク材料であるため、電
子又は正孔のキャリアの状態密度関数からみて、単位エ
ネルギー当たりの状態数は低く、高濃度ドープされた伝
導帯から価電子帯へのトンネルに寄与できる電子数（す
なわち供給関数）は少なく、トンネル電流密度は小さ
い。従って、大電流増幅を行うことができず、大電力を
得ることができないという問題点があった。また、電子
及び正孔のエネルギーに対する状態数の分布が比較的広
いため負の微分抵抗は小さく、これによって、数十ピコ
秒以下の高速のスイッチング特性を得ることができない
という問題点があった。さらに、従来のトンネルダイオ
ードは電流を流す向きが縦方向のデバイスであるため、
横方向（水平方向）の電流を駆動させるデバイスであ
る、ＭＯＳ、ＭＥＳＦＥＴ、ＨＥＭＴ等の高周波デバイ
スと、同一の半絶縁性半導体基板上で形成することがで
きないという問題点があった。

【０００４】以上の問題点を解決するために、大電流増
幅を行い高出力を得ることができるとともに、従来に比
較してより高速のスイッチング特性を得ることができ、
しかも半絶縁性半導体基板上で形成することができるト
ンネル効果型半導体装置（以下、第１の従来例とい
う。）が、特開平０６−０６９５２０号公報において開
示されている。この第１の従来例においては、平坦部間
に斜面部が形成されるように段差を形成した半絶縁性化
合物半導体基板上に、結晶成長法によって電子の状態密
度が増大するように、活性層となるプレーナドープ層、
変調ドーピング層、多重量子井戸層、又は半導体超格子
型井戸層として両性不純物をドープした化合物半導体層
を形成し、その上に化合物半導体にてなるコンタクト層
と電極とを形成することによって、上記段差によって形
成される上記活性層の平坦部と斜面部との間に於いて伝
導型の違いで横方向ｐ−ｎ接合を形成しかつ上記横方向
のｐ−ｎ接合においてトンネル効果を出現させることを
特徴としている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１の
従来例においては、ＧａＡｓ層の平担部と斜面部を用い
てｐ−ｎ接合を形成しているが、急峻なｐ−ｎ接合の電
気特性を得ることができないという問題点があった。

【０００６】また、文献１「T.Takamori et al.,“Elec
trical properties of lateral npnjunction using MBE
grown Si-GaAs on patterned substrate"，8th Intern
ational Conference on Molecular Beam Epitaxy，A6-1
5，１９９４年８月」（以下、第２の従来例という。）
の図６においては、ＧａＡｓ層の斜面部を用いてｐ−ｎ
接合を形成しているが、ｐ−ｎ接合の間にｎ^-層が形成
されており、急峻なｐ−ｎ接合特性を得ることができな
いという問題点があった。

【０００７】本発明の目的は以上の問題点を解決し、従
来例に比較して急峻なｐ−ｎ接合特性を得ることができ
る化合物半導体装置とその製造方法を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１記
載の化合物半導体装置は、平担部と、上記平担部に隣接
する斜面部とを有する半絶縁性化合物半導体基板上であ
って、上記平担部と上記斜面部との間に、上記平担部及
び上記斜面部の部分とは面方位が異なるファセット部を
有する化合物半導体層を、当該化合物半導体層が活性層
となるように、かつ上記活性層におけるファセット部と
斜面部とが同一の第１の伝導型となり上記活性層におけ
る平担部が第２の伝導型となるように形成することによ
り、上記活性層において横方向ｐ−ｎ接合を形成したこ
とを特徴とする。

【０００９】また、請求項２記載のトンネル効果型化合
物半導体装置は、請求項１記載の化合物半導体装置にお
いて、上記活性層となる化合物半導体層を、上記横方向
のｐ−ｎ接合においてトンネル効果を出現するように形
成したことを特徴とする。

【００１０】さらに、本発明に係る請求項３記載の化合
物半導体装置の製造方法は、平担部を有する半絶縁性化
合物半導体基板上において、上記平担部に隣接して斜面
部が形成されるように段差を形成することと、上記半導
体基板上であって、上記平担部と上記斜面部との間に、
結晶成長法によって、上記平担部及び上記斜面部の部分
とは面方位が異なるファセット部を有する化合物半導体
層を、当該化合物半導体層が活性層となるように、かつ
上記活性層におけるファセット部と斜面部とが同一の第
１の伝導型となり上記活性層における平担部が第２の伝
導型となるように形成することにより、上記活性層にお
いて横方向ｐ−ｎ接合を形成することと、上記活性層上
に電極を形成することとを含むことを特徴とする。

【００１１】またさらに、請求項４記載のトンネル効果
型化合物半導体装置の製造方法は、請求項３記載の化合
物半導体装置の製造方法において、上記活性層となる化
合物半導体層を形成するときに、上記横方向のｐ−ｎ接
合においてトンネル効果を出現するように形成したこと
を特徴とする。

【００１２】

【作用】請求項１記載の化合物半導体装置においては、
平担部と、上記平担部に隣接する斜面部とを有する半絶
縁性化合物半導体基板上であって、上記平担部と上記斜
面部との間に、上記平担部及び上記斜面部の部分とは面
方位が異なるファセット部を有する化合物半導体層を、
当該化合物半導体層が活性層となるように、かつ上記活
性層におけるファセット部と斜面部とが同一の第１の伝
導型となり上記活性層における平担部が第２の伝導型と
なるように形成することにより、上記活性層において横
方向ｐ−ｎ接合を形成した。これにより、従来例に比較
して急峻なｐ−ｎ接合特性を実現できる。

【００１３】また、請求項２記載のトンネル効果型化合
物半導体装置においては、請求項１記載の化合物半導体
装置において、上記活性層となる化合物半導体層を、上
記横方向のｐ−ｎ接合においてトンネル効果を出現する
ように形成した。これにより、従来例に比較して急峻な
ｐ−ｎ接合特性とトンネル効果を実現できる。

【００１４】さらに、請求項３記載の化合物半導体装置
の製造方法においては、平担部を有する半絶縁性化合物
半導体基板上において、上記平担部に隣接して斜面部が
形成されるように段差を形成する。次いで、上記半導体
基板上であって、上記平担部と上記斜面部との間に、結
晶成長法によって、上記平担部及び上記斜面部の部分と
は面方位が異なるファセット部を有する化合物半導体層
を、当該化合物半導体層が活性層となるように、かつ上
記活性層におけるファセット部と斜面部とが同一の第１
の伝導型となり上記活性層における平担部が第２の伝導
型となるように形成することにより、上記活性層におい
て横方向ｐ−ｎ接合を形成する。さらに、上記活性層上
に電極を形成する。これにより、従来例に比較して急峻
なｐ−ｎ接合特性を実現できる。

【００１５】またさらに、請求項４記載のトンネル効果
型化合物半導体装置の製造方法においては、請求項３記
載の化合物半導体装置の製造方法において、上記活性層
となる化合物半導体層を形成するときに、上記横方向の
ｐ−ｎ接合においてトンネル効果を出現するように形成
した。これにより、従来例に比較して急峻なｐ−ｎ接合
特性とトンネル効果を実現できる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る実施例に
ついて説明する。 ＜第１の実施例＞ 図１は、本発明に係る第１の実施例である横方向ｐ−ｎ
接合型トンネルトランジスタの構造を示す縦断面図であ
り、図２の（ａ）及び（ｂ）は第１の実施例のトンネル
トランジスタの製造工程を示す縦断面図である。

【００１７】この第１の実施例のトンネルトランジスタ
は、図２（ａ）に示すように、半絶縁性ＧａＡｓ化合物
半導体基板（以下、半導体基板という。）１０において
面方位（３１１）Ａ面の平担部１０ａに対して所定の傾
斜角θ（９０°＞θ≧５°）で傾斜する斜面部１０ｂを
段差加工により形成して、その半導体基板１０上に分子
線エピタキシャル法により、図２（ｂ）に示すように、
平担部１０ａと斜面部１０ｂとの境界近傍にファセット
部１５ａを形成するように不純物濃度が好ましくは１×
１０¹⁴ｃｍ^-3未満の高純度のＧａＡｓ化合物半導体バッ
ファ層（以下、ＧａＡｓバッファ層という。）９を成長
形成した後、ＧａＡｓ化合物半導体層（以下、ＧａＡｓ
層という。）１１に両性不純物であるＳｉをドープし
て、平担部９ａ上にｐ型ＧａＡｓ層１１ｐを形成する一
方、ファセット部１５ａ及び斜面部９ｂ上に、ファセッ
ト部１５ｂを含むｎ型ＧａＡｓ層１１ｎを形成し、平担
部１０ａに対向する面方位（３１１）Ａ面を有するｐ型
ＧａＡｓ層１１ｐ上にｐ型オーミック電極１３を形成
し、斜面部１０ｂに対向する斜面を有するｎ型ＧａＡｓ
層１１ｎ及びファセット部１５ｂ上にｎ型オーミック電
極１４を形成し、平担部とファセット部とのｐ−ｎ接合
の境界にゲート電極１６を形成することにより、横方向
ｐ−ｎ接合型トンネルトランジスタを構成したことを特
徴とする。

【００１８】図２（ａ）に示すように、半導体基板１０
の上面である（３１１）Ａ面の平担部１０ａに対して傾
斜角θ（９０°＞θ≧５°）を有する斜面部１０ｂが形
成されるようにウェットエッチング法によって段差加工
を行う。次いで、図２（ｂ）に示すように、段差を有す
る半導体基板１０上に、分子線エピタキシャル法によ
り、基板温度５４０°Ｃ及びＶ／ＩＩＩ比２で、平担部
１０ａと斜面部１０ｂとの境界近傍に例えば面方位（４
１１）Ａを有するファセット部１５ａが形成されるよう
に厚さ５０００Åを有するＧａＡｓバッファ層９を成長
形成する。そして、ＧａＡｓ層１１にＳｉにてなる両性
不純物を好ましくは不純物濃度１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上で
ドープすることにより平担部９ａ上にｐ型ＧａＡｓ層１
１ｐを形成する一方、ファセット部１５ａ及び斜面部９
ｂ上にｎ型ＧａＡｓ層１１ｎを形成する。ここで、ｐ型
ＧａＡｓ層１１ｐ及びｎ型ＧａＡｓ層１１ｎが当該トラ
ンジスタにおける活性層となる。

【００１９】最後に、フォトリソグラフィー法と真空蒸
着法を用いて、平担部１０ａに対向する面方位（３１
１）Ａ面を有するｐ型ＧａＡｓ層１１ｐ上にＭｎ／Ａｕ
にてなるｐ型オーミック電極１３を形成し、斜面部１０
ｂに対向する斜面を有するｎ型ＧａＡｓ層１１ｎ上とフ
ァセット部１５ｂ上にｎ型オーミック電極１４を形成
し、ｐ型ＧａＡｓ層１１ｐとｎ型ＧａＡｓ層１１ｎとの
間のｐ−ｎ接合の境界上にゲート電極１６を形成するこ
とにより、図１の横方向ｐ−ｎ接合型トンネルトランジ
スタを得る。そして、直流電圧源５２をオーミック電極
１３，１４間に接続して順方向電圧を印加するととも
に、別の直流電圧源５１をゲート電極１６とｎ型オーミ
ック電極１４との間に接続することによって、ｐ型オー
ミック電極１３に対して逆方向電圧を印加しかつ、ｎ型
オーミック電極１４に対して順方向電圧を印加する。以
上のように構成されたトランジスタにおいて、ｐ型Ｇａ
Ａｓ層１１ｐとｎ型ＧａＡｓ層１１ｎとの間で横方向ｐ
−ｎ接合が形成される。

【００２０】図３は、図１に示す第１の実施例の半導体
装置と同様の構造を有し、図１の構造からゲート電極を
除去してなるｐ−ｎ接合型ダイオードにおけるバイアス
電圧に対する電流密度を示すグラフである。図３から明
らかなように、明確に負性微分抵抗特性が現れているこ
とがわかる。そして、温度を変化したが、逆方向電流に
変化がないので、バンド間トンネル現象に基づく特性で
あると断定できる。室温において、ピークバレイ比の値
は４．０であり、ピーク電流密度は０．７９Ａ／ｃｍ²
である。従って、第１の従来例（当該公報の図２におい
て開示されているトンネルダイオードの電流−電圧特性
では、ピークバレイ比の値は約２である。）に比較して
大きな負の微分抵抗を得ることができるので、高速のス
イッチング特性を得ることができる。

【００２１】＜第１の実施例の変形例＞ 第１の実施例においては、半導体基板１０の上面である
（３１１）Ａ面の平担部１０ａに対して傾斜角θ（９０
°＞θ≧５°）を有する斜面部１０ｂが形成されるよう
にウェットエッチング法によって段差加工を行った後
に、段差を有する半導体基板１０上に、分子線エピタキ
シャル法にＧａＡｓバッファ層９とＧａＡｓ層１１を成
長形成しているが、本発明はこれに限らず、半導体基板
１０の上面である（１１１）Ａ面の平担部１０ａに対し
て傾斜角θ（９０°＞θ≧３３°）を有する斜面部１０
ｂが形成されるようにウェットエッチング法によって段
差加工を行った後に、段差を有する半導体基板１０上
に、分子線エピタキシャル法にＧａＡｓバッファ層９と
ＧａＡｓ層１１を成長形成してもよい。以下、これを第
１の実施例の変形例という。

【００２２】この変形例では、面方位（１１１）Ａ面の
平担部１０ａに対して面方位（５１１）Ａ面（ここで、
斜面角θ＝約３９°）が斜面部１０ｂとなるように段差
加工し、分子線エピタキシャル法により、基板温度５４
０°Ｃ及びＶ／ＩＩＩ比５で、かつＳｉの不純物濃度
１．５×１０¹⁹ｃｍ^-3で６０００Åの厚さを有するＳｉ
ドープＧａＡｓ層１１をファセット部１５ｂが形成する
ように成長形成した。この成長条件のもとで、（１１
１）Ａ面はｐ型となる。また、ファセット部と斜面部と
はｎ型となる。（１１１）Ａ面上には、リフトオフ法に
よりＭｎ／Ａｕにてなるｐ型オーミック電極１３を形成
する一方、ファセット部及び斜面部上にＡｕＧｅ／Ｎｉ
／Ａｕにてなるｎ型オーミック電極１４をリフトオフ法
により形成し、合金した後、以下の電流−電圧特性を測
定した。また、ファセット部１５を形成しない条件の半
導体装置についても電流−電圧特性を測定した。

【００２３】図４は、第１の実施例の変形例の半導体装
置における逆バイアス電圧に対する電流密度を示すグラ
フである。図４から明らかなように、ファセット部１５
を形成した場合のみ、ピークバレイ比の値が４．１であ
って、９．８ｍＡ／ｃｍ²のピーク電流密度を有する負
性微分抵抗特性を得ることができることがわかる。この
半導体装置について温度を変更して測定した結果、逆方
向電流に温度依存性が見られないことから、この負性微
分抵抗特性はバンド間のトンネル電流に基づくものであ
ると断定できる。ファセット部１５を形成しない条件の
半導体装置では、負性微分抵抗特性が得られないことか
ら、このファセット部１５が急峻な横方向ｐ−ｎ接合の
形成に寄与していると考えられる。

【００２４】以上の実施例においては、ＧａＡｓ層１１
に不純物をドープすることによってトンネル効果を出現
させているが、本発明はこれに限らず、トンネル効果を
有しない急峻なｐ−ｎ接合特性を有する半導体素子を構
成してもよい。

【００２５】＜第２の実施例＞ 図３は、本発明に係る第２の実施例である変調ドープ構
造を有する横方向ｐ−ｎ接合型トンネルトランジスタの
構造を示す縦断面図である。

【００２６】この第２の実施例の変調ドープ構造型トン
ネルトランジスタは、平坦部１１０ａ，１１０ｂ間に斜
面部１１０ｃが形成されるように段差を形成した半絶縁
性ＧａＡｓ基板１１０上に、不純物濃度が１０¹⁴ｃｍ^-3
未満の高純度のＧａＡｓにてなるキャリア蓄積層１１１
ａ，１１１ｂ，１１１ｃを形成し、次いで、ドープされ
ないＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓにてなるスペーサ層１１７ａ，
１１７ｂ，１１７ｃを形成し、さらに、Ｓｉをドープし
たＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓにてなるキャリア供給層１１２
ａ，１１２ｂ，１１２ｃをファセット部２００が形成さ
れるように形成した後、ＧａＡｓコンタクト層１１３
ａ，１１３ｂ，１１３ｃを成長し、その斜面部１１３ｃ
及び下部平坦部１１３ｂにわたりｎ型オーミック電極１
１６を形成し、その平坦部１１３ａにはｐ型オーミック
電極１１５を形成し、そして、キャリア供給層１１２
ａ，１１２ｃ間に位置するｐ−ｎ接合上面にゲート電極
１１４を形成することを特徴としている。これによっ
て、当該段差において横方向のｐ−ｎ接合を形成しかつ
当該ｐ−ｎ接合においてトンネル効果を出現させる。

【００２７】図５に示すように、半絶縁性のＧａＡｓ基
板１１０の上面である（１１１）Ａ面に対して傾斜角θ
（９０°＞θ≧３３°）を有する斜面１１０ｃが形成さ
れるようにウェットエッチング法によって段差加工を行
い、これによって当該斜面部１１０ｃの両側に面方位
（１１１）Ａを有する平坦部１１０ａ，１１０ｂが形成
される。ここで、例えば、斜面１１０ｃが面方位（４１
１）Ａ面を有するとき、傾斜角θ＝約３５°であり、斜
面１１０ｃが面方位（５１１）Ａ面を有するとき、傾斜
角θ＝約３９°である。次いで、段差を有するＧａＡｓ
基板１１０に、分子線エピタキシャル法により不純物濃
度が１０¹⁴ｃｍ^-3未満の高純度のＧａＡｓにてなるキャ
リア蓄積層１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃを、キャリア
蓄積層１１１ａ，１１１ｃ間の境界近傍にファセット部
２００が形成されるように、厚さ５０００Åだけ成長さ
せる。次いで、分子線エピタキシャル法によりドープさ
れないＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓにてなるスペーサ層１１７
ａ，１１７ｂ，１１７ｃを、スペーサ層１１７ａ，１１
７ｃ間の境界近傍にファセット部２００が形成されるよ
うに、厚さ６０Åだけ成長させる。そして分子線エピタ
キシャル法によりＳｉを３×１０¹⁸ｃｍ^-3以上１×１０
¹⁹ｃｍ^-3未満のドープ量でドープしたＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａ
ｓを用いて厚さ１０００Åのキャリア供給層１１２ａ，
１１２ｂ，１１２ｃを、供給層１１２ａ，１１２ｃ間の
境界近傍にファセット部２００が形成されるように成長
形成する。最後に、分子線エピタキシャル法によりＳｉ
を５×１０¹⁸ｃｍ^-3以上１×１０¹⁹ｃｍ^-3未満のドープ
量でドープしたＧａＡｓを用いて厚さ２００Åのコンタ
クト層１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃを成長させた。以
上のように形成されたキャリア蓄積層１１１ａ，１１１
ｂ，１１１ｃと、スペーサ層１１７ａ，１１７ｂ，１１
７ｃと、キャリア供給層１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ
とでいわゆる変調ドープ層を構成している。

【００２８】最後に、フォトリソグラフィー法と真空蒸
着法を用いて、ｐ型ＧａＡｓコンタクト層の平坦部１１
３ａ上に、Ｍｎ／Ａｕにてなるｐ型オーミック電極１１
５を形成するとともに、ｎ型ＧａＡｓコンタクト層の斜
面１１３ｃ上から下部平坦面１１３ｂにかけてＡｕＧｅ
／Ｎｉ／Ａｕにてなるｎ型オーミック電極１１６を形成
して電極の合金化を行った。次いで、オーミック電極１
１５，１１６間のコンタクト層１１３ａ，１１３ｃの一
部をウエットエッチングで除去し、キャリア供給層１１
２ａ，１１２ｃ間に位置するｐ−ｎ接合上にＡｕ／Ｔｉ
からなるゲート電極１１４をフォトリソグラフィーと真
空蒸着法で形成し、図５のトランジスタのデバイスを得
た。そして、直流電圧源１５２をオーミック電極１１
５，１１６間に接続して順方向電圧を印加するととも
に、別の直流電圧源１５１をゲート電極１１４とｎ型オ
ーミック電極１１６との間に接続することによって、ｐ
型オーミック電極１１５に対して逆方向電圧を印加しか
つ、ｎ型オーミック電極１１６に対して順方向電圧を印
加する。

【００２９】以上のように構成されたトランジスタにお
いて、Ｓｉドーパントを面方位（１１１）Ａの平坦部で
はアクセプタになりかつ、ファセット部２００及び斜面
部ではドナーとなる成長条件で行うと、平坦部のスペー
サ層１１７ａとキャリア蓄積層１１１ａとの界面には正
孔ガスが蓄積する一方、斜面部のスペーサ層１１７ｃと
キャリア蓄積層１１１ｃとの間の界面には、電子ガスが
蓄積する。これによって、変調ドープ層内のキャリア蓄
積層の平坦部１１１ａと斜面部１１１ｃの間で横方向ｐ
−ｎ接合が形成される。

【００３０】当該トランジスタにおいては、キャリア供
給層１１２ａ乃至１１２ｃにおいてＳｉをドープ量３×
１０¹⁸ｃｍ^-3以上の極めて高いドープ量でドープしかつ
結晶成長温度を低くすることでｐ−ｎ接合界面のエネル
ギーレベルを急峻に変化させることができ、これによっ
て、トンネル効果を得ることができる。

【００３１】一般に、トンネル電流はトンネル確率関数
と、キャリアの供給関数すなわち単位エネルギー当たり
の電子の状態密度の積で表される。トンネル確率は、実
効的なバンドギャップや、電界、有効質量に依存し、電
子の状態密度関数は量子井戸構造により決められる。こ
のため、これらの物理量を変化させることでトンネル電
流を変化させることができる。本実施例のトランジスタ
においては、ｐ−ｎ接合上部に形成したゲート電極１１
４に印加する直流電圧を変化して電界を制御する電界制
御法を用いて、上記変調ドープ層内の量子構造を当該電
界により歪ませ、量子準位の位置を変化させる。それに
よって、キャリアの供給関数が変化し、トンネル電流が
変化する。すなわち、トンネル効果によってｐ−ｎ接合
を流れるトンネル電流をゲート電極１１４に印加する電
圧で変調することができる。

【００３２】本実施例のトンネルトランジスタは、第１
の実施例と同様に、大電流増幅を行うことができて大電
力が得られるとともに、従来例に比較して大きな負の微
分抵抗を得ることができるので、高速のスイッチング特
性を得ることができる。

【００３３】以上の第２の実施例においては、キャリア
蓄積層１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃと、スペーサ層１
１７ａ，１１７ｂ，１１７ｃと、キャリア供給層１１２
ａ，１１２ｂ，１１２ｃを形成しているが、本発明はこ
れに代えて、ＧａＡｓ層、Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ａｓ層、多重
量子井戸層又は半導体超格子型井戸層、Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6
Ａｓ障壁層を用いて横方向のｐ−ｎ接合を有するトラン
ジスタ又はダイオードを形成してもよい。

【００３４】以上説明したように、平坦部とファセット
部の伝導型が異なることにより横方向ｐ−ｎ接合が形成
されるが、成長中に自然発生的に形成されるファセット
部を用いることにより、段差基板形成時のエッチングに
よって発生する平坦部と斜面部の境界部のだれを回復
し、急峻な接合が得られるようになる。この結果、電気
特性的にも急峻な横方向ｐ−ｎ接合が形成され、横方向
ｐ−ｎ接合を有するトンネル型ダイオード又はトランジ
スタなどの半導体装置の製造において、電気的特性の再
現性及び均一性を向上させるとともに、デバイス特性の
向上を得ることができる。具体的には、大電流増幅を行
うことができて大電力が得られるとともに、従来例に比
較して大きな負の微分抵抗を得ることができるので、高
速のスイッチング特性を得ることができる。

【００３５】以上の実施例においては、ｐ−ｎ接合型ト
ランジスタについて説明しているが、本発明はこれに限
らず、ゲート電極１６，１１４を形成しないで、ｐ−ｎ
接合型ダイオードを形成してもよい。

【００３６】以上の実施例において、ＧａＡｓ層及びＡ
ｌＧａＡｓ層を分子線エピタキシャル法で成長させてい
るが、本発明はこれに限らず、有機金属化学的気相成長
法又は液相成長法などのその他の結晶成長法で形成して
もよい。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように本発明に係る請求項
１記載の化合物半導体装置によれば、平担部と、上記平
担部に隣接する斜面部とを有する半絶縁性化合物半導体
基板上であって、上記平担部と上記斜面部との間に、上
記平担部及び上記斜面部の部分とは面方位が異なるファ
セット部を有する化合物半導体層を、当該化合物半導体
層が活性層となるように、かつ上記活性層におけるファ
セット部と斜面部とが同一の第１の伝導型となり上記活
性層における平担部が第２の伝導型となるように形成す
ることにより、上記活性層において横方向ｐ−ｎ接合を
形成した。これにより、大電流増幅を行うことができて
大電力が得られるとともに、従来例に比較して大きな負
の微分抵抗を得ることができるので、高速のスイッチン
グ特性を得ることができる。

【００３８】また、請求項２記載のトンネル効果型化合
物半導体装置においては、請求項１記載の化合物半導体
装置において、上記活性層となる化合物半導体層を、上
記横方向のｐ−ｎ接合においてトンネル効果を出現する
ように形成した。これにより、大電流増幅を行うことが
できて大電力が得られるとともに、従来例に比較して大
きな負の微分抵抗を得ることができるので、高速のスイ
ッチング特性を得ることができる。また、トンネル効果
を実現できる。

【００３９】さらに、請求項３記載の化合物半導体装置
の製造方法においては、平担部を有する半絶縁性化合物
半導体基板上において、上記平担部に隣接して斜面部が
形成されるように段差を形成し、次いで、上記半導体基
板上であって、上記平担部と上記斜面部との間に、結晶
成長法によって、上記平担部及び上記斜面部の部分とは
面方位が異なるファセット部を有する化合物半導体層
を、当該化合物半導体層が活性層となるように、かつ上
記活性層におけるファセット部と斜面部とが同一の第１
の伝導型となり上記活性層における平担部が第２の伝導
型となるように形成することにより、上記活性層におい
て横方向ｐ−ｎ接合を形成し、さらに、上記活性層上に
電極を形成する。これにより、大電流増幅を行うことが
できて大電力が得られるとともに、従来例に比較して大
きな負の微分抵抗を得ることができるので、高速のスイ
ッチング特性を得ることができる。

【００４０】またさらに、請求項４記載のトンネル効果
型化合物半導体装置の製造方法においては、請求項３記
載の化合物半導体装置の製造方法において、上記活性層
となる化合物半導体層を形成するときに、上記横方向の
ｐ−ｎ接合においてトンネル効果を出現するように形成
した。これにより、大電流増幅を行うことができて大電
力が得られるとともに、従来例に比較して大きな負の微
分抵抗を得ることができるので、高速のスイッチング特
性を得ることができる。また、トンネル効果を実現でき
る。さらに、従来に比較して良好な再現性や均一性を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る第１の実施例である半導体装置
の縦断面図である。

【図２】 （ａ）及び（ｂ）は、図１の半導体装置の製
造工程を示す縦断面図である。

【図３】 図１に示す第１の実施例の半導体装置と同様
の構造を有するｐ−ｎ接合型ダイオードにおけるバイア
ス電圧に対する電流密度を示すグラフである。

【図４】 第１の実施例の変形例の半導体装置における
バイアス電圧に対する電流密度を示すグラフである。

【図５】 本発明に係る第２の実施例である半導体装置
の縦断面図である。

【符号の説明】

９…ＧａＡｓバッファ層、 ９ａ…ＧａＡｓバッファ層の平担部、 ９ｂ…ＧａＡｓバッファ層の斜面部、 １０…半絶縁性ＧａＡｓ半導体基板、 １０ａ…ＧａＡｓ半導体基板の平坦部、 １０ｂ…ＧａＡｓ半導体基板の斜面部、 １１…ＧａＡｓ層、 １１ｐ…ｐ型ＧａＡｓ層、 １１ｎ…ｎ型ＧａＡｓ層、 １３…ｐ型オーミック電極、 １４…ｎ型オーミック電極、 １５，１５ａ，１５ｂ…ファセット部、 １６…ゲート電極、 ５１，５２…直流電圧源、 １１０…半絶縁性ＧａＡｓ半導体基板、 １１０ａ，１１０ｂ…ＧａＡｓ半導体基板の平坦部、 １１０ｃ…ＧａＡｓ半導体基板の斜面部、 １１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ…キャリア蓄積層、 １１７ａ，１１７ｂ，１１７ｃ…スペーサ層、 １１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃ…コンタクト層、 １１４…ゲート電極、 １１５…ｐ型オーミック電極、 １１６…ｎ型オーミック電極、 １５１，１５２…直流電圧源、 ２００…ファセット部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 和久 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷 ５番地 株式会社エイ・ティ・アール光 電波通信研究所内 (72)発明者 渡辺 敏英 京都府相楽郡精華町大字乾谷小字三平谷 ５番地 株式会社エイ・ティ・アール光 電波通信研究所内 (56)参考文献 特開 平６−69520（ＪＰ，Ａ) Ｄ．Ｌ．Ｍｉｌｌｅｒ，”Ｌａｔｅｒ ａｌ ｐ−ｎ ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｆｏ ｒｍａｔｉｏｎ ｉｎ ＧａＡｓ ｍｏ ｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａ ｘｙ ｂｙ ｃｒｙｓｔａｌ ｐｌａｎ ｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｄｏｐｉｎ ｇ”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ. 47（12），1985年12月15日，Ｐ．1309− 1311 Ｔａｋｅｓｈｉ Ｔａｋａｍｏｒｉ, Ｔａｋｅｓｈｉ Ｋａｍｉｊｏｈ，”Ｅ ｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉ ｅｓ ｏｆ ｌａｔｅｒａｌ ｎｐｎｊ ｕｎｃｔｉｏｎｓ ｕｓｉｎｇ ｍｏｌ ｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘ ｙ ｇｒｏｗｎ Ｓｉ−ｄｏｐｅｄ Ｇ ａＡｓ ｏｎ ｐａｔｔｅｒｎｅｄ ｓ ｕｂｓｔｒａｔｅｓ”，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ 150，1995年，Ｐ．383−387 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 29/88 H01L 29/68 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平担部と、上記平担部に隣接する斜面部
   とを有する半絶縁性化合物半導体基板上であって、上記
   平担部と上記斜面部との間に、上記平担部及び上記斜面
   部の部分とは面方位が異なるファセット部を有する化合
   物半導体層を、当該化合物半導体層が活性層となるよう
   に、かつ上記活性層におけるファセット部と斜面部とが
   同一の第１の伝導型となり上記活性層における平担部が
   第２の伝導型となるように形成することにより、上記活
   性層において横方向ｐ−ｎ接合を形成したことを特徴と
   する化合物半導体装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の化合物半導体装置におい
   て、上記活性層となる化合物半導体層を、上記横方向の
   ｐ−ｎ接合においてトンネル効果を出現するように形成
   したことを特徴とするトンネル効果型化合物半導体装
   置。
3. 【請求項３】 平担部を有する半絶縁性化合物半導体基
   板上において、上記平担部に隣接して斜面部が形成され
   るように段差を形成することと、 上記半導体基板上であって、上記平担部と上記斜面部と
   の間に、結晶成長法によって、上記平担部及び上記斜面
   部の部分とは面方位が異なるファセット部を有する化合
   物半導体層を、当該化合物半導体層が活性層となるよう
   に、かつ上記活性層におけるファセット部と斜面部とが
   同一の第１の伝導型となり上記活性層における平担部が
   第２の伝導型となるように形成することにより、上記活
   性層において横方向ｐ−ｎ接合を形成することと、 上記活性層上に電極を形成することとを含むことを特徴
   とする化合物半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載の化合物半導体装置の製造
   方法において、上記活性層となる化合物半導体層を形成
   するときに、上記横方向のｐ−ｎ接合においてトンネル
   効果を出現するように形成したことを特徴とするトンネ
   ル効果型化合物半導体装置の製造方法。