JP5032638B2 - 高電子移動度トランジスタの製造方法 - Google Patents
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Description
なお、n型InAlAs層108およびn型InGaAs層109はエッチングにより分割され、エッチングされた領域からはInP層107が露出する。また、分割されたInGaAs層109上にはソース電極またはドレイン電極となるオーミック電極110、111が形成され、露呈されたInP層107上にはゲート電極となるショットキー電極が形成されている。
そこで、MOCVD法によるHEMTの形成については、InAlAs層107やInGaAs層108等をエッチングする際にInP層107のエッチングされる密度が所定値以下となるように、InP層107を成長させる際の原料ガスの供給量を調整するようにしている(例えば、特許文献1)。
このとき、MBE法ではMOCVD法のようなガスの流れがないことから、供給される分子線の切り替えは瞬時にできているものと考えられている。実際に、III族元素の分子線(例えばAl分子線)について見ると、工程Bにおいて基板に供給される分子線強度はシャッターの駆動時間(通常1秒以下)に対応して1%以下となることが確認されている。
少なくとも一種類以上のIII族元素の分子線と第1のV族元素の分子線とを照射して前記電子供給層を形成する第1の工程と、
前記エッチストッパー層に混入する前記第1のV族元素の量が組成にして0.05以下となるように、前記III族元素の分子線と前記第1のV族元素の分子線の照射を停止し、前記第1のV族元素の供給量が前記第1の工程における供給量の1/10以下となるまで成長を中断する第2の工程と、
少なくとも一種類以上のIII族元素の分子線と第2のV族元素の分子線とを照射して前記電子供給層上に前記エッチストッパー層を形成する第3の工程と、を備え、
前記エッチストッパー層が、前記抵抗低減層をエッチングする際に前記電子供給層へのエッチングの進行を防止することを特徴とする。
これにより、エッチストッパー層への第1のV族元素の混入量を所定値以下(例えば組成にして0.05以下)とすることができる。
少なくとも一種類以上のIII族元素の分子線と第1のV族元素の分子線とを照射して前記電子供給層を形成する第1の工程と、
前記エッチストッパー層に混入する前記第1のV族元素の量が組成にして0.05以下となるように、前記III族元素の分子線と前記第1のV族元素の分子線の照射を停止するとともに、第2のV族元素の分子線を照射し、前記第1のV族元素の供給量が前記第1の工程における供給量の1/10以下となるまで成長を中断する第2の工程と、
さらに、少なくとも一種類以上のIII族元素の分子線を照射して前記電子供給層上に前記エッチストッパー層を形成する第3の工程と、を備え、
前記エッチストッパー層が、前記抵抗低減層をエッチングする際に前記電子供給層へのエッチングの進行を防止することを特徴とする。
これにより、第3の工程でエッチストッパー層の形成を開始する当初から第2のV族元素を所望の分子線強度で供給することができるので、第2の化合物半導体層への第1のV族元素の混入量をさらに低減できる。
請求項4に記載の発明は、請求項1から3の何れか一項に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法において、前記エッチャントが、燐酸系のエッチャントであることを特徴とする。
初めに、InP基板上にInAlAs層を成長させた後、成長室内に残留したバックグランドのAs分子が、InP層を成長させる際にInP層へ取り込まれることに着目し、取り込まれたAsの量とInP層(Asが混入している)のエッチング速度の関係を調べた。具体的には、As分子線源のバルブを閉めるときの開度(バルブの開閉速度)を調整することによりバックグランドに対応するAsの分子線強度を変えてInP層を成長させ、そのときのAs混入量とInP(As混入)層の燐酸系のエッチャントに対するエッチング速度の関係を調べた。
図1は、本実施形態に係る半導体薄膜であり、MBE法によりInP基板10上にInAlAs層20を成長させ、さらにその上にInP層30を成長させて形成される。このInAlAs層20とInP層とのヘテロ界面は、図6に示すHEMT構造のInAlAs層106とInP層107とのヘテロ界面に相当する。
まず、タイミングt0でIn、Al、As分子線の照射を開始してInP基板10上にInAlAs層20を成長させ、タイミングt1でAl、As分子線の照射を停止して200nm厚のInAlAs層20を形成した(工程A)。このとき、In分子線は停止することなく連続して照射される。
例えば、本実施形態ではInAlAs層上にInP層を形成する場合について述べたが、InAlAs層の代わりにInGaAs層とし、InP層の代わりInGaP層としても同様の効果が得られる。また、形成する層構造が逆、例えばInP層またはInGaP層上にInAlAs層またはInGaAs層を形成する場合であっても同様の効果が得られる。
20 InAlAs層
30 InP層
101 InP半絶縁性基板
102 ノンドープInAlAs層(バッファ層)
103 ノンドープInGaAs層(電子走行層)
104 ノンドープInAlAs層(スペーサ層)
105 n型InAlAs層(電子供給層)
106 ノンドープInAlAs層(スペーサ層)
107 ノンドープInP層(エッチストッパー層)
108 n型InAlAs層(抵抗低減層)
109 n型InGaAs層(抵抗低減層)
110、111 オーミック電極
Claims (3)
- 基板上に、III−V族系化合物半導体からなる電子走行層、電子供給層、エッチストッパー層、及び抵抗低減層を分子線エピタキシャル成長法により順次形成し、前記エッチストッパー層のエッチング速度が前記抵抗低減層のエッチング速度の数十分の一から数百分の一であるエッチャントを用いて前記抵抗低減層をエッチングして前記エッチストッパー層の一部を露出させ、前記エッチングにより分割された前記抵抗低減層上にソース電極又はドレイン電極となるオーミック電極を形成するとともに、前記エッチングにより露出した前記エッチストッパー層上にゲート電極を形成する高電子移動度トランジスタの製造方法であって、
少なくとも一種類以上のIII族元素の分子線と第1のV族元素の分子線とを照射して前記電子供給層を形成する第1の工程と、
前記エッチストッパー層に混入する前記第1のV族元素の量が組成にして0.05以下となるように、前記III族元素の分子線と前記第1のV族元素の分子線の照射を停止し、前記第1のV族元素の供給量が前記第1の工程における供給量の1/10以下となるまで成長を中断する第2の工程と、
少なくとも一種類以上のIII族元素の分子線と第2のV族元素の分子線とを照射して前記電子供給層上に前記エッチストッパー層を形成する第3の工程と、を備え、
前記電子供給層はInAlAs層であり、前記エッチストッパー層はInP層であり、前記第1のV族元素はAsであり、前記第2のV族元素はPであり、前記III族元素はIn及びAlであり、
前記エッチャントを用いた場合の前記第1のV族元素混入量(組成比)と前記エッチストッパー層(前記第1のV族元素が混入した層)のエッチング速度の関係が、少なくとも前記第1のV族元素混入量が組成にして0.025〜0.084である範囲において所定の一次関数にしたがって変化するものであり、当該所定の一次関数と所望する前記エッチストッパー層の前記エッチャントに対する耐性(秒数)とに基づいて前記エッチストッパー層の厚さを決定し、当該エッチストッパー層によって、前記抵抗低減層をエッチングする際に前記電子供給層へのエッチングの進行を防止することを特徴とする高電子移動度トランジスタの製造方法。 - 基板上に、III−V族系化合物半導体からなる電子走行層、電子供給層、エッチストッパー層、及び抵抗低減層を分子線エピタキシャル成長法により順次形成し、前記エッチストッパー層のエッチング速度が前記抵抗低減層のエッチング速度の数十分の一から数百分の一であるエッチャントを用いて前記抵抗低減層をエッチングして前記エッチストッパー層の一部を露出させ、前記抵抗低減層上にソース電極及びドレイン電極を形成するとともに、露出した前記エッチストッパー層上にゲート電極を形成する高電子移動度トランジスタの製造方法であって、
少なくとも一種類以上のIII族元素の分子線と第1のV族元素の分子線とを照射して前記電子供給層を形成する第1の工程と、
前記エッチストッパー層に混入する前記第1のV族元素の量が組成にして0.05以下となるように、前記III族元素の分子線と前記第1のV族元素の分子線の照射を停止するとともに、第2のV族元素の分子線を照射し、前記第1のV族元素の供給量が前記第1の工程における供給量の1/10以下となるまで成長を中断する第2の工程と、
さらに、少なくとも一種類以上のIII族元素の分子線を照射して前記電子供給層上に前記エッチストッパー層を形成する第3の工程と、を備え、
前記電子供給層はInAlAs層であり、前記エッチストッパー層はInP層であり、前記第1のV族元素はAsであり、前記第2のV族元素はPであり、前記III族元素はIn及びAlであり、
前記エッチャントを用いた場合の前記第1のV族元素混入量(組成比)と前記エッチストッパー層(前記第1のV族元素が混入した層)のエッチング速度の関係が、少なくとも前記第1のV族元素混入量が組成にして0.025〜0.084である範囲において所定の一次関数にしたがって変化するものであり、当該所定の一次関数と所望する前記エッチストッパー層の前記エッチャントに対する耐性(秒数)とに基づいて前記エッチストッパー層の厚さを決定し、当該エッチストッパー層によって、前記抵抗低減層をエッチングする際に前記電子供給層へのエッチングの進行を防止することを特徴とする高電子移動度トランジスタの製造方法。 - 前記エッチャントが、燐酸系のエッチャントであり、
前記所定の一次関数は前記第1のV族元素の分子線強度を変えて前記エッチストッパー層を成長させたときの前記第1のV族元素混入量と前記エッチストッパー層の燐酸系エッチャントに対するエッチング速度の関係を調べることにより求めたものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。
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