JP6303915B2 - Compound semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、化合物半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a compound semiconductor device and a manufacturing method thereof.
近年、大容量無線通信を実現させるために、ミリ波又はテラヘルツ波を利用する研究がされている。これら周波数が高い信号を増幅するために、超高周波で動作するInP系高電子移動度トランジスタ(HEMT:high electron mobility transistor)が用いられている。従来のInP系HEMTには、ドーピングを行ったInAlAsのキャリア供給層、i−InGaAsのチャネル層、及びi−InAlAsのバリア層が含まれる。InP系HEMTによれば、高周波数信号を低雑音で増幅することができ、高い電力増幅率が得られる。 In recent years, research using millimeter waves or terahertz waves has been conducted in order to realize large-capacity wireless communication. In order to amplify these high-frequency signals, InP-based high electron mobility transistors (HEMTs) that operate at ultra-high frequencies are used. A conventional InP-based HEMT includes a doped InAlAs carrier supply layer, an i-InGaAs channel layer, and an i-InAlAs barrier layer. According to the InP-based HEMT, a high frequency signal can be amplified with low noise, and a high power amplification factor can be obtained.
しかしながら、従来のInP系HEMTには、ドレインコンダクタンス(gd)が増加しやすく、ドレインコンダクタンス(gd)の増加に伴って最大発振周波数(fmax)の低下が引き起こされるという問題点がある。ドレインコンダクタンス(gd)の増加に伴って耐圧が低下することもある。 However, the conventional InP-based HEMT has a problem that the drain conductance (gd) is likely to increase, and the maximum oscillation frequency (fmax) is lowered as the drain conductance (gd) increases. The breakdown voltage may decrease as the drain conductance (gd) increases.
本発明の目的は、ドレインコンダクタンスの増加に伴う最大発振周波数の低下を抑制することができる化合物半導体装置及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a compound semiconductor device capable of suppressing a decrease in maximum oscillation frequency accompanying an increase in drain conductance and a method for manufacturing the same.
本発明の化合物半導体装置における一態様は、バッファ層と、前記バッファ層の表面のキャリア供給層と、前記キャリア供給層上のチャネル層と、前記チャネル層とタイプIIのヘテロ接合をする前記チャネル層上のバリア層と、前記チャネル層上方のソース電極及びドレイン電極と、前記バリア層上方のゲート電極と、前記バリア層上の、リセスが形成されたInGaAsからなるキャップ層と、を有し、前記ゲート電極は、前記リセスの内部に形成されている。
本発明の化合物半導体装置における他の態様は、バッファ層と、前記バッファ層の表面のキャリア供給層と、前記キャリア供給層上のチャネル層と、前記チャネル層とタイプIIのヘテロ接合をする前記チャネル層上のバリア層と、前記チャネル層上方のソース電極及びドレイン電極と、前記バリア層上方のゲート電極と、前記バリア層と前記ゲート電極との間の絶縁膜と、を有し、前記絶縁膜を正孔がトンネル可能である。
Ichitai like in the compound semiconductor device of the present invention, the channel of the buffer layer, and the carrier supply layer on the surface of the buffer layer, a channel layer on the carrier supply layer, a heterojunction of the channel layer and Type II A barrier layer on the layer, a source electrode and a drain electrode above the channel layer, a gate electrode above the barrier layer, and a cap layer made of InGaAs with a recess formed on the barrier layer, The gate electrode is formed inside the recess .
In another aspect of the compound semiconductor device of the present invention, a buffer layer, a carrier supply layer on a surface of the buffer layer, a channel layer on the carrier supply layer, and the channel forming a type II heterojunction with the channel layer are provided. A barrier layer on the layer; a source electrode and a drain electrode above the channel layer; a gate electrode above the barrier layer; and an insulating film between the barrier layer and the gate electrode. The holes are tunnelable.
本発明の化合物半導体装置の製造方法における一態様は、バッファ層の表面にキャリア供給層を形成する工程と、前記キャリア供給層上にチャネル層を形成する工程と、前記チャネル層とタイプIIのヘテロ接合をするバリア層を前記チャネル層上に形成する工程と、前記チャネル層上方にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、前記バリア層上方にゲート電極を形成する工程と、前記バリア層上に、リセスが形成されたInGaAsからなるキャップ層を形成する工程と、を有し、前記ゲート電極は、前記リセスの内部に形成されている。
本発明の化合物半導体装置の製造方法における他の態様は、バッファ層の表面にキャリア供給層を形成する工程と、前記キャリア供給層上にチャネル層を形成する工程と、前記チャネル層とタイプIIのヘテロ接合をするバリア層を前記チャネル層上に形成する工程と、前記チャネル層上方にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、前記バリア層上方にゲート電極を形成する工程と、前記バリア層と前記ゲート電極との間に絶縁膜を形成する工程と、を有し、前記絶縁膜を正孔がトンネル可能である。
Ichitai like in the manufacturing method of the compound semiconductor device of the present invention includes the steps of forming a carrier supply layer on the surface of the buffer layer, and forming the carrier supply layer on the channel layer, the channel layer and the Type II Forming a heterojunction barrier layer on the channel layer, forming a source electrode and a drain electrode above the channel layer, forming a gate electrode above the barrier layer, and on the barrier layer And a step of forming a cap layer made of InGaAs with a recess formed therein, wherein the gate electrode is formed inside the recess .
In another aspect of the method for manufacturing a compound semiconductor device of the present invention, a step of forming a carrier supply layer on the surface of the buffer layer, a step of forming a channel layer on the carrier supply layer, the channel layer and type II Forming a heterojunction barrier layer on the channel layer; forming a source electrode and a drain electrode above the channel layer; forming a gate electrode above the barrier layer; and the barrier layer; Forming an insulating film between the gate electrode, and holes can tunnel through the insulating film.
上記の化合物半導体装置等によれば、適切なバリア層が含まれるため、ドレインコンダクタンスの増加に伴う最大発振周波数の低下を抑制することができる。 According to the above compound semiconductor device and the like, since an appropriate barrier layer is included, it is possible to suppress a decrease in the maximum oscillation frequency accompanying an increase in drain conductance.
本願発明者は、従来のInP系HEMTにおいてドレインコンダクタンス(gd)が増加しやすい原因について検討を行った。この結果、ゲート端にかかる高電界によりインパクトイオン化が起こりやすく、インパクトイオン化で電子−正孔対が生じるためにドレイン電流が急激に大きくなることが判明した。そして、本願発明者は、この知見に基づき、インパクトイオン化を生じにくし、また、インパクトイオン化が生じたとしてもドレイン電流の急激な上昇を抑制することができる構成について鋭意検討を重ねた結果、以下の実施形態に想到した。 The inventor of the present application examined the cause of the increase in drain conductance (gd) in a conventional InP-based HEMT. As a result, it has been found that impact ionization is likely to occur due to a high electric field applied to the gate end, and that the drain current is rapidly increased because electron-hole pairs are generated by impact ionization. And based on this knowledge, the inventor of the present application made an impact ionization difficult, and as a result of earnestly studying a configuration capable of suppressing a rapid increase in drain current even if impact ionization occurred, the following results were obtained. The present embodiment has been conceived.
(第1の実施形態)
先ず、第1の実施形態について説明する。第1の実施形態は、HEMTの一例である。図1は、第1の実施形態に係る化合物半導体装置の構成を示す図である。図1(a)は断面図であり、図1(b)はバンド図である。
(First embodiment)
First, the first embodiment will be described. The first embodiment is an example of a HEMT. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of the compound semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 1A is a cross-sectional view, and FIG. 1B is a band diagram.
第1の実施形態に係る化合物半導体装置100には、図1(a)に示すように、バッファ層102、バッファ層102上のキャリア供給層103、キャリア供給層103上のチャネル層104、及びチャネル層104上のバリア層105が含まれている。化合物半導体装置100には、チャネル層104上のソース電極111及びドレイン電極112、並びにバリア層105上のゲート電極113が含まれている。図1(b)に示すように、バリア層105はチャネル層104とタイプIIのヘテロ接合をしている。つまり、バリア層105とチャネル層104との接合面において、バリア層105の価電子帯の上端がチャネル層104の禁制帯にあり、バリア層105の伝導帯の下端がチャネル層104の伝導帯の下端より高い。
As shown in FIG. 1A, the compound semiconductor device 100 according to the first embodiment includes a
第1の実施形態では、図1(b)に示すように、チャネル層104の伝導帯の下端がバリア層105との界面からキャリア供給層103との界面にかけて低くなり、この勾配が大きい。このため、チャネル層104内に発生する電子121がキャリア供給層103近傍に集中する。従って、ゲート電極113に正の電位が付与されてチャネル層104がオン状態となってもインパクトイオン化が起きにくい。
In the first embodiment, as shown in FIG. 1B, the lower end of the conduction band of the
更に、インパクトイオン化が生じたとしても、図2(a)に示すように、チャネル層104内に発生した正孔122はバリア層105に移動し、ゲート電極113に吸い出される。これは、バリア層105がチャネル層104とタイプIIのヘテロ接合をしており、正孔に対するバリアが存在しないからである。
Further, even if impact ionization occurs, the holes 122 generated in the
このように、第1の実施形態では、インパクトイオン化が生じにくく、また、インパクトイオン化が生じたとしても、正孔122はチャネル層104内に蓄積しない。従って、図2(b)に示すように、ドレインコンダクタンスの上昇が抑制され、最大発振周波数(fmax)の低下及び耐圧の低下が抑制される。このため、化合物半導体装置100をモノリシックマイクロ波集積回路(MMIC:monolithic microwave integrated circuit)に含めた場合には、当該MMICの特性を向上させることができる。なお、図2(b)中の破線は、InAlAsのキャリア供給層、i−InGaAsのチャネル層、及びi−InAlAsのバリア層を含むInP系HEMTの特性曲線を示している。
Thus, in the first embodiment, impact ionization is difficult to occur, and even if impact ionization occurs, the holes 122 do not accumulate in the
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は、InP系HEMTの一例である。図3は、第2の実施形態に係る化合物半導体装置の構成を示す図である。図3(a)は断面図であり、図3(b)はバンド図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. The second embodiment is an example of an InP-based HEMT. FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the compound semiconductor device according to the second embodiment. 3A is a cross-sectional view, and FIG. 3B is a band diagram.
第2の実施形態に係る化合物半導体装置200には、図3(a)に示すように、基板201、基板201上のバッファ層202、バッファ層202上のキャリア供給層203、キャリア供給層203上のチャネル層204、及びチャネル層204上のバリア層205が含まれている。バッファ層202、キャリア供給層203、チャネル層204及びバリア層205に素子分離領域206が形成されている。化合物半導体装置200には、素子分離領域206により区画された素子領域内で、チャネル層204上のソース電極211及びドレイン電極212、並びにバリア層205上のゲート電極213が含まれている。図3(b)に示すように、バリア層205はチャネル層204とタイプIIのヘテロ接合をしている。つまり、バリア層205とチャネル層204との接合面において、バリア層205の価電子帯の上端がチャネル層204の禁制帯にあり、バリア層205の伝導帯の下端がチャネル層204の伝導帯の下端より高い。
As shown in FIG. 3A, the compound semiconductor device 200 according to the second embodiment includes a
例えば、基板201は半絶縁性InP基板、バッファ層202は厚さが300nm程度の意図的な不純物の導入が行われていないInAlAs層(i−InAlAs層)である。例えば、チャネル層204は厚さが10nm程度の意図的な不純物の導入が行われていないInGaAs層(i−InGaAs層)、バリア層205は厚さが5nm程度の意図的な不純物の導入が行われていないGaAs0.51Sb0.49層(i−GaAs0.51Sb0.49層)である。キャリア供給層203は、例えば、バッファ層202の表面へのデルタドーピング(原子層ドーピング)等の不純物の導入により形成されている。不純物としては、例えばSi、Sn若しくはSe又はこれらの任意の組み合わせが用いられる。不純物プロファイルのピークはバッファ層202の表面から3nm程度〜5nm程度の深さにあり、このピークよりも表面側の部分をスペーサ層とみなすこともできる。例えば、ソース電極211、ドレイン電極212及びゲート電極213は、厚さが10nm程度のTi膜、その上の厚さが30nm程度のPt膜及びその上の厚さが300nm程度のAu膜を含む。例えば、ゲート電極213の断面形状はT字型である。化合物半導体装置200はショットキー型ゲートを有する。
For example, the
第2の実施形態では、図3(b)に示すように、チャネル層204の伝導帯の下端がバリア層205との界面からキャリア供給層203との界面にかけて低くなり、この勾配が大きい。このため、チャネル層204内に発生する電子221がキャリア供給層203近傍に集中する。従って、ゲート電極213に正の電位が付与されてチャネル層204がオン状態となってもインパクトイオン化が起きにくい。更に、インパクトイオン化が生じたとしても、図3(b)に示すように、チャネル層204内に発生した正孔222はバリア層205に移動し、ゲート電極213に吸い出される。これは、バリア層205がチャネル層204とタイプIIのヘテロ接合をしており、正孔に対するバリアが存在しないからである。
In the second embodiment, as shown in FIG. 3B, the lower end of the conduction band of the
このように、第2の実施形態では、インパクトイオン化が生じにくく、また、インパクトイオン化が生じたとしても、正孔222はチャネル層204内に蓄積しない。従って、第1の実施形態と同様に、ドレインコンダクタンスの上昇が抑制され、最大発振周波数(fmax)の低下及び耐圧の低下が抑制される。
Thus, in the second embodiment, impact ionization is unlikely to occur, and even if impact ionization occurs, the holes 222 do not accumulate in the
なお、バリア層205に代えて、チャネル層204とタイプIのヘテロ接合をするバリア層225、例えばi−InAlAs層が用いられた場合には、図4に示す参考例のように、チャネル層204内では電界が第2の実施形態とは反対方向に作用する。このため、参考例では、ゲート電極213に正の電位が付与されてチャネル層204がオン状態となると、インパクトイオン化が生じやすい。更に、インパクトイオン化に伴って発生する正孔の逃げ場がないため、正孔の蓄積によるドレインコンダクタンスの上昇も生じやすい。
When a barrier layer 225 that forms a type I heterojunction with the
次に、第2の実施形態に係る化合物半導体装置を製造する方法について説明する。図5A乃至図5Bは、第2の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。 Next, a method for manufacturing the compound semiconductor device according to the second embodiment will be described. FIG. 5A to FIG. 5B are cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the compound semiconductor device according to the second embodiment in the order of steps.
先ず、図5A(a)に示すように、基板201上にバッファ層202を形成する。バッファ層202は、例えば有機金属化学気相成長(MOCVD:metal-organic chemical vapor deposition)法等の結晶成長法により形成することができる。
First, as shown in FIG. 5A (a), a
次いで、図5A(b)に示すように、バッファ層202の表面にキャリア供給層203を形成する。キャリア供給層203は、例えばデルタドーピング(原子層ドーピング)等の不純物の導入により形成することができる。不純物として、例えばシリコンを2×1012cm-2程度ドーピングする。不純物はバッファ層202とキャリア供給層203との界面にシート状にドーピングされ、キャリア供給層203の表面から3nm程度〜5nm程度の深さとし、このドーピング界面よりも表面側の部分をスペーサ層とみなすこともできる。
Next, as shown in FIG. 5A (b), a
その後、図5A(c)に示すように、キャリア供給層203上にチャネル層204及びバリア層205を形成する。チャネル層204及びバリア層205は、例えばMOCVD法等の結晶成長法により形成することができる。
Thereafter, as shown in FIG. 5A (c), a
続いて、図5B(d)に示すように、バッファ層202、キャリア供給層203、チャネル層204及びバリア層205に素子分離領域206を形成する。素子分離領域206の形成では、例えば、素子分離領域206を形成する予定の領域を露出し、他の領域を覆うフォトレジストマスクをバリア層205上に形成し、例えばリン酸及び過酸化水素水の混合液でバッファ層202、キャリア供給層203、チャネル層204及びバリア層205をエッチングする。エッチング後に、フォトレジストマスクを除去する。
Subsequently, as illustrated in FIG. 5B (d),
次いで、図5B(e)に示すように、素子分離領域206により区画された素子領域内で、チャネル層204上にソース電極211及びドレイン電極212を形成する。ソース電極211及びドレイン電極212の形成では、ソース電極211又はドレイン電極212を形成する予定の領域を露出し、他の領域を覆うフォトレジストマスクをバリア層205上に形成し、例えばリン酸及び過酸化水素水の混合液でバリア層205をエッチングしてチャネル層204を露出させる。そして、Ti膜、Pt膜及びAu膜を蒸着法により形成し、フォトレジストマスクをその上のTi膜、Pt膜及びAu膜と共に除去する。このように、ソース電極211及びドレイン電極212はリフトオフ法により形成することができる。
Next, as illustrated in FIG. 5B (e), the
その後、図5B(f)に示すように、ソース電極211及びドレイン電極212の間でバリア層205上にゲート電極213を形成する。ゲート電極213の形成では、ゲート電極213を形成する予定の領域を露出し、他の領域を覆うフォトレジストマスク、例えば多層マスクをバリア層205上に形成し、Ti膜、Pt膜及びAu膜を蒸着法により形成し、フォトレジストマスクをその上のTi膜、Pt膜及びAu膜と共に除去する。このように、ゲート電極213はリフトオフ法により形成することができる。
After that, as shown in FIG. 5B (f), a
そして、必要に応じてパッシベーション膜及び配線等を形成して化合物半導体装置を完成させる。 Then, a passivation film, wiring, and the like are formed as necessary to complete the compound semiconductor device.
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態は、InP系HEMTの一例である。図6は、第3の実施形態に係る化合物半導体装置の構成を示す図である。図6(a)は断面図であり、図6(b)はバンド図である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. The third embodiment is an example of an InP-based HEMT. FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a compound semiconductor device according to the third embodiment. 6A is a cross-sectional view, and FIG. 6B is a band diagram.
第3の実施形態に係る化合物半導体装置300には、図6(a)に示すように、バリア層205上の絶縁膜307が含まれており、ゲート電極213は絶縁膜307上に形成されている。絶縁膜307の厚さは正孔がトンネル可能な厚さであることが好ましい。例えば、絶縁膜307は厚さが5nm程度のアルミニウム酸化膜(Al2O3膜)である。化合物半導体装置200はMIS型ゲートを有する。他の構成は第2の実施形態と同様である。
As shown in FIG. 6A, the compound semiconductor device 300 according to the third embodiment includes an insulating
第3の実施形態でも、図6(b)に示すように、チャネル層204の伝導帯の下端がバリア層205との界面からキャリア供給層203との界面にかけて低くなり、この勾配が大きい。このため、チャネル層204内に発生する電子221がキャリア供給層203近傍に集中する。従って、ゲート電極213に正の電位が付与されてチャネル層204がオン状態となってもインパクトイオン化が起きにくい。更に、絶縁膜307を正孔がトンネル可能であれば、インパクトイオン化が生じたとしても、図6(b)に示すように、チャネル層204内に発生した正孔222はバリア層205に移動し、絶縁膜307をトンネルしてゲート電極213に吸い出される。
Also in the third embodiment, as shown in FIG. 6B, the lower end of the conduction band of the
このように、第3の実施形態でも、インパクトイオン化が生じにくく、また、絶縁膜307を正孔がトンネル可能であれば、インパクトイオン化が生じたとしても、正孔222はチャネル層204内に蓄積しない。従って、第1の実施形態と同様に、ドレインコンダクタンスの上昇が抑制され、最大発振周波数(fmax)の低下及び耐圧の低下が抑制される。
Thus, even in the third embodiment, impact ionization hardly occurs, and if holes can tunnel through the insulating
また、第3の実施形態によれば、絶縁膜307により、バリア層205、チャネル層204、キャリア供給層203及びバッファ層202を保護することができる。更に、絶縁膜307が設けられているため、第2の実施形態と比較して、バリア層205を薄くしてもよい。
According to the third embodiment, the
次に、第3の実施形態に係る化合物半導体装置を製造する方法について説明する。図7A乃至図7Bは、第3の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。 Next, a method for manufacturing the compound semiconductor device according to the third embodiment will be described. 7A to 7B are cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the compound semiconductor device according to the third embodiment in the order of steps.
先ず、図7A(a)に示すように、第2の実施形態と同様にして、バリア層205の形成までの処理を行う。次いで、図7A(b)に示すように、バリア層205上に絶縁膜307を形成する。絶縁膜307は、例えば原子層堆積(ALD:atomic layer deposition)法により形成することができる。
First, as shown in FIG. 7A (a), processing up to the formation of the
その後、図7A(c)に示すように、絶縁膜307、バッファ層202、キャリア供給層203、チャネル層204及びバリア層205に素子分離領域206を形成する。素子分離領域206の形成では、例えば、素子分離領域206を形成する予定の領域を露出し、他の領域を覆うフォトレジストマスクを絶縁膜307上に形成し、例えば熱リン酸で絶縁膜307をエッチングし、リン酸及び過酸化水素水の混合液でバッファ層202、キャリア供給層203、チャネル層204及びバリア層205をエッチングする。エッチング後に、フォトレジストマスクを除去する。
After that, as shown in FIG. 7A (c),
続いて、図7B(d)に示すように、素子分離領域206により区画された素子領域内で、チャネル層204上にソース電極211及びドレイン電極212を形成する。ソース電極211及びドレイン電極212の形成では、ソース電極211又はドレイン電極212を形成する予定の領域を露出し、他の領域を覆うフォトレジストマスクを絶縁膜307上に形成し、例えば熱リン酸で絶縁膜307をエッチングし、リン酸及び過酸化水素水の混合液でバリア層205をエッチングしてチャネル層204を露出させる。そして、Ti膜、Pt膜及びAu膜を蒸着法により形成し、フォトレジストマスクをその上のTi膜、Pt膜及びAu膜と共に除去する。このように、ソース電極211及びドレイン電極212はリフトオフ法により形成することができる。
Subsequently, as illustrated in FIG. 7B (d), the
次いで、図7B(e)に示すように、ソース電極211及びドレイン電極212の間で絶縁膜307上にゲート電極213を形成する。ゲート電極213の形成では、ゲート電極213を形成する予定の領域を露出し、他の領域を覆うフォトレジストマスク、例えば多層マスクを絶縁膜307上に形成し、Ti膜、Pt膜及びAu膜を蒸着法により形成し、フォトレジストマスクをその上のTi膜、Pt膜及びAu膜と共に除去する。このように、ゲート電極213はリフトオフ法により形成することができる。
Next, as illustrated in FIG. 7B (e), a
そして、必要に応じてパッシベーション膜及び配線等を形成して化合物半導体装置を完成させる。 Then, a passivation film, wiring, and the like are formed as necessary to complete the compound semiconductor device.
第2、第3の実施形態における断面形状がT字型のゲート電極213はゲート抵抗の低減に有効であるが、ゲート電極213の断面形状がT字型である必要はない。例えば、ゲート抵抗の影響が小さい用途、例えばデジタル用途であれば、ゲート電極213の断面形状がより単純な形状、例えば矩形状であってもよい。
Although the
チャネル層及びバリア層の各材料の組み合わせは、タイプIIのヘテロ接合が得られれば上記のものに限定されない。例えば、タイプIIのヘテロ接合が得られれば、バリア層の材料としてGaSb、AlAsSb又はAlGaAsSb等を用いてもよく、チャネル層の材料としてInP、InSb、InAs又はInAlGaAs等を用いてもよい。但し、バリア層にはAsが含まれることが好ましい。 The combination of the channel layer and barrier layer materials is not limited to the above as long as a type II heterojunction is obtained. For example, if a type II heterojunction is obtained, the barrier layer material may be GaSb, AlAsSb, AlGaAsSb, or the like, and the channel layer material may be InP, InSb, InAs, InAlGaAs, or the like. However, the barrier layer preferably contains As.
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態について説明する。第4の実施形態は、受信用モノリシックマイクロ波集積回路(MMIC:monolithic microwave integrated circuit)の一例である。図8は、第4の実施形態に係る化合物半導体装置を示す図である。
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described. The fourth embodiment is an example of a reception monolithic microwave integrated circuit (MMIC). FIG. 8 is a diagram illustrating a compound semiconductor device according to the fourth embodiment.
第4の実施形態に係る化合物半導体装置である受信用MMIC404には、図8に示すように、ローノイズアンプ(LNA:low noise amplifier)401、検波器402及びインダクタ403が含まれている。LNA401、検波器402及びインダクタ403は一つのInP基板上に集積されている。LNA401には、第2又は第3の実施形態に係るInP系HEMTが含まれている。 As shown in FIG. 8, a reception MMIC 404 that is a compound semiconductor device according to the fourth embodiment includes a low noise amplifier (LNA) 401, a detector 402, and an inductor 403. The LNA 401, the detector 402, and the inductor 403 are integrated on one InP substrate. The LNA 401 includes the InP-based HEMT according to the second or third embodiment.
第4の実施形態では、例えば、LNA401に含まれるInP系HEMTのソース電極211及び検波器402のカソード電極が接地され、InP系HEMTのドレイン電極212及び検波器402のアノード電極がインダクタ403の一端に接続される。そして、InP系HEMTのゲート電極213にミリ波を受信するアンテナ405が接続され、インダクタ403の他端から検波信号Vdetが出力される。検出信号Vdetとしては、数百mVの電位差ΔVが出力される。
In the fourth embodiment, for example, the
第4の実施形態に係る受信用MMIC404によれば、第2又は第3の実施形態に係るInP系HEMTが含まれているので、優れた特性を得ることができる。 According to the receiving MMIC 404 according to the fourth embodiment, since the InP-based HEMT according to the second or third embodiment is included, excellent characteristics can be obtained.
図9(a)に示すように、第1の実施形態において、リセス109が形成されたキャップ層108がバリア層105上に形成され、リセス109の内側でゲート電極113がバリア層105上に形成されていてもよい。キャップ層108は、例えば、厚さが50nm程度で、不純物が1×1019cm-3程度ドーピングされた低抵抗のn型InGaAs層である。また、図9(b)に示すように、第2の実施形態において、リセス209が形成されたキャップ層208がバリア層205上に形成され、リセス209の内側でゲート電極213がバリア層205上に形成されていてもよい。キャップ層208は、例えば、厚さが50nm程度で、不純物が1×1019cm-3程度ドーピングされた低抵抗のn型InGaAs層である。キャップ層108又は208の作用により、ソースとドレインとの間の抵抗が低減される。
As shown in FIG. 9A, in the first embodiment, the
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。 Hereinafter, various aspects of the present invention will be collectively described as supplementary notes.
(付記1)
バッファ層と、
前記バッファ層の表面のキャリア供給層と、
前記キャリア供給層上のチャネル層と、
前記チャネル層とタイプIIのヘテロ接合をする前記チャネル層上のバリア層と、
前記チャネル層上方のソース電極及びドレイン電極と、
前記バリア層上方のゲート電極と、
を有することを特徴とする化合物半導体装置。
(Appendix 1)
A buffer layer,
A carrier supply layer on the surface of the buffer layer;
A channel layer on the carrier supply layer;
A barrier layer on the channel layer that makes a type II heterojunction with the channel layer;
A source electrode and a drain electrode above the channel layer;
A gate electrode above the barrier layer;
A compound semiconductor device comprising:
(付記2)
前記バリア層はSbを含有することを特徴とする付記1に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 2)
The compound semiconductor device according to appendix 1, wherein the barrier layer contains Sb.
(付記3)
前記バリア層はGaAsSb層であることを特徴とする付記2に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 3)
The compound semiconductor device according to appendix 2, wherein the barrier layer is a GaAsSb layer.
(付記4)
前記キャリア供給層は、前記バッファ層への不純物の導入により形成されていることを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 4)
4. The compound semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3, wherein the carrier supply layer is formed by introducing an impurity into the buffer layer.
(付記5)
前記不純物は、Si、Sn若しくはSe又はこれらの任意の組み合わせであることを特徴とする付記4に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 5)
The compound semiconductor device according to appendix 4, wherein the impurity is Si, Sn, Se, or any combination thereof.
(付記6)
前記バリア層と前記ゲート電極との間の絶縁膜を有することを特徴とする付記1乃至5のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 6)
The compound semiconductor device according to any one of appendices 1 to 5, further comprising an insulating film between the barrier layer and the gate electrode.
(付記7)
前記絶縁膜を正孔がトンネル可能であることを特徴とする付記6に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 7)
Item 7. The compound semiconductor device according to appendix 6, wherein holes can tunnel through the insulating film.
(付記8)
バッファ層の表面にキャリア供給層を形成する工程と、
前記キャリア供給層上にチャネル層を形成する工程と、
前記チャネル層とタイプIIのヘテロ接合をするバリア層を前記チャネル層上に形成する工程と、
前記チャネル層上方にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記バリア層上方にゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
(Appendix 8)
Forming a carrier supply layer on the surface of the buffer layer;
Forming a channel layer on the carrier supply layer;
Forming a barrier layer on the channel layer to form a type II heterojunction with the channel layer;
Forming a source electrode and a drain electrode above the channel layer;
Forming a gate electrode above the barrier layer;
A method for producing a compound semiconductor device, comprising:
(付記9)
前記バリア層はSbを含有することを特徴とする付記8に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Appendix 9)
The method for manufacturing a compound semiconductor device according to appendix 8, wherein the barrier layer contains Sb.
(付記10)
前記バリア層はGaAsSb層であることを特徴とする付記9に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Appendix 10)
The method for manufacturing a compound semiconductor device according to appendix 9, wherein the barrier layer is a GaAsSb layer.
(付記11)
前記キャリア供給層を形成する工程は、前記バッファ層へ不純物を導入する工程を有することを特徴とする付記8乃至10のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Appendix 11)
11. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to any one of appendices 8 to 10, wherein the step of forming the carrier supply layer includes a step of introducing impurities into the buffer layer.
(付記12)
前記不純物は、Si、Sn若しくはSe又はこれらの任意の組み合わせであることを特徴とする付記11に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Appendix 12)
12. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to appendix 11, wherein the impurity is Si, Sn, Se, or any combination thereof.
(付記13)
前記バリア層と前記ゲート電極との間に絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とする付記8乃至12のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Appendix 13)
13. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to any one of appendices 8 to 12, further comprising a step of forming an insulating film between the barrier layer and the gate electrode.
(付記14)
前記絶縁膜を正孔がトンネル可能であることを特徴とする付記13に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Appendix 14)
14. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to appendix 13, wherein holes can tunnel through the insulating film.
102、202:バッファ層
103、203:キャリア供給層
104、204:チャネル層
105、205:バリア層
111、211:ソース電極
112、212:ドレイン電極
113、213:ゲート電極
307:絶縁膜
102, 202:
Claims (8)
前記バッファ層の表面のキャリア供給層と、
前記キャリア供給層上のチャネル層と、
前記チャネル層とタイプIIのヘテロ接合をする前記チャネル層上のバリア層と、
前記チャネル層上方のソース電極及びドレイン電極と、
前記バリア層上方のゲート電極と、
前記バリア層上の、リセスが形成されたInGaAsからなるキャップ層と、
を有し、
前記ゲート電極は、前記リセスの内部に形成されていることを特徴とする化合物半導体装置。 A buffer layer,
A carrier supply layer on the surface of the buffer layer;
A channel layer on the carrier supply layer;
A barrier layer on the channel layer that makes a type II heterojunction with the channel layer;
A source electrode and a drain electrode above the channel layer;
A gate electrode above the barrier layer;
A cap layer made of InGaAs with a recess formed on the barrier layer;
I have a,
The compound semiconductor device , wherein the gate electrode is formed inside the recess .
前記バッファ層の表面のキャリア供給層と、
前記キャリア供給層上のチャネル層と、
前記チャネル層とタイプIIのヘテロ接合をする前記チャネル層上のバリア層と、
前記チャネル層上方のソース電極及びドレイン電極と、
前記バリア層上方のゲート電極と、
前記バリア層と前記ゲート電極との間の絶縁膜と、
を有し、
前記絶縁膜を正孔がトンネル可能であることを特徴とする化合物半導体装置。 A buffer layer,
A carrier supply layer on the surface of the buffer layer;
A channel layer on the carrier supply layer;
A barrier layer on the channel layer that makes a type II heterojunction with the channel layer;
A source electrode and a drain electrode above the channel layer;
A gate electrode above the barrier layer;
An insulating film between the barrier layer and the gate electrode;
I have a,
A compound semiconductor device, wherein holes can tunnel through the insulating film .
前記キャリア供給層上にチャネル層を形成する工程と、
前記チャネル層とタイプIIのヘテロ接合をするバリア層を前記チャネル層上に形成する工程と、
前記チャネル層上方にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記バリア層上方にゲート電極を形成する工程と、
前記バリア層上に、リセスが形成されたInGaAsからなるキャップ層を形成する工程と、
を有し、
前記ゲート電極は、前記リセスの内部に形成されていることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。 Forming a carrier supply layer on the surface of the buffer layer;
Forming a channel layer on the carrier supply layer;
Forming a barrier layer on the channel layer to form a type II heterojunction with the channel layer;
Forming a source electrode and a drain electrode above the channel layer;
Forming a gate electrode above the barrier layer;
Forming a recess layer of InGaAs on the barrier layer; and
I have a,
The method of manufacturing a compound semiconductor device, wherein the gate electrode is formed inside the recess .
前記キャリア供給層上にチャネル層を形成する工程と、
前記チャネル層とタイプIIのヘテロ接合をするバリア層を前記チャネル層上に形成する工程と、
前記チャネル層上方にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記バリア層上方にゲート電極を形成する工程と、
前記バリア層と前記ゲート電極との間に絶縁膜を形成する工程と、
を有し、
前記絶縁膜を正孔がトンネル可能であることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。 Forming a carrier supply layer on the surface of the buffer layer;
Forming a channel layer on the carrier supply layer;
Forming a barrier layer on the channel layer to form a type II heterojunction with the channel layer;
Forming a source electrode and a drain electrode above the channel layer;
Forming a gate electrode above the barrier layer;
Forming an insulating film between the barrier layer and the gate electrode;
I have a,
A method of manufacturing a compound semiconductor device, wherein holes can tunnel through the insulating film .
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