JP2007103925A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高濃度のドーピングを行うことが可能で、電極と良好なオーミック接触を取ることを可能とする。
【解決手段】 III−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体装置において、エミッタ電極と該エミッタ電極に接触する金属電極接触層とを有し、前記金属電極接触層が量子構造で構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、III−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体装置及びその製造方法に係り、特にヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）或いは高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）に好適なものである。

ＧａＡｓを代表とするIII−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体装置は、歪みが小さく、効率の良いＧＨｚ以上の高周波特性を実現できることから、携帯電話を初めとする多くの通信機器における増幅器などに広く使用されている。そのなかでもエミッタ・ベース接合にヘテロ接合を用いたＨＢＴは、エミッタ層のバンドギャップがベース層のバンドギャップよりも広いことにより、エミッタ注入効率を高くすることができるため、特に高周波特性に優れ、携帯電話用高出力トランジスタ等に広く使用されている。

図４に示した従来のＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ＨＢＴを例にとって、その構造を説明する。

ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ＨＢＴは、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、ＭＯＶＰＥやＭＢＥ法といった気相エピタキシャル成長法により、ｎ型ＧａＡｓサブコレクタ層７、ｎ型ＧａＡｓコレクタ層６、コレクタ空乏化領域となるｎ型ＧａＡｓコレクタ層５、ｐ型ＧａＡｓベース層４、ｎ型ＩｎＧａＰエミッタ層３、ｎ型ＧａＡｓエミッタコンタクト層２及びｎ型ＩｎＧａＡｓノンアロイ層１の各エピタキシャル層を積層することにより形成される。なお、ｎ型ＩｎＧａＡｓ層をノンアロイ層とするのは、アロイ層と比べて接触抵抗が低いからである。

コレクタ層５，６、ベース層４及びエミッタ層３の導電型としては、ｐ−ｎ−ｐタイプもあるが、図示例のようにｎ−ｐ−ｎタイプのエピタキシャル層を積層する場合が殆どである。ここで、ｎタイプのドーパントとしてはＳｉが一般に使われる。ｐタイプのドーパントとして炭素、亜鉛、ベリリウムといった元素が用いられる。

ＨＢＴおいては、ｎ型ＩｎＧａＡｓノンアロイ層１の上にエミッタ（金属）電極１４が、ｐ型ＧａＡｓベース層４の上にベース電極１３が、そしてｎ型ＧａＡｓサブコレクタ層７の上にコレクタ電極１２が形成される。エミッタ接地の場合は、電源１５から、コレクタ電極１２に正の電圧を印加し、ベース電極１３よりベース電流を信号入力として流し、出力となるコレクタ電流を制御する。

ここでＨＢＴの動作原理を、図６を用いて説明する。
図６はｎ−ｐ−ｎタイプＨＢＴのエネルギーバンド構造を示す。ＨＢＴはエミッタ、ベース、コレクタの３つの基本領域を有する半導体素子であり、上記各層１〜７に対応して、ノンアロイ領域３１、エミッタコンタクト領域３２、エミッタ領域３３、ベース領域３４、コレクタ空乏化領域３５、コレクタ領域３６、サブコレクタ領域３７を具備する。図中、９は伝導帯下端、１０は価電子帯上端、１１はフェルミ準位である。

ノンアロイ領域３１、エミッタコンタクト領域３２を経てエミッタ領域３３から注入された電子８はベース領域３４に入り、ベース領域３４を高速で通り抜ける。また、ベース領域３４からエミッタ領域３３へ注入されるホールは、ＩｎＧａＰによるワイドギャップ・エミッタの採用で効果的に抑制されるので、エミッタ・ベース間に順方向のバイアスがかかっていても、電流伝送率が低下しない。電子は、ベース領域３４・コレクタ領域３６間のコレクタ空乏化領域３５に到達した後、ベース・コレクタ間の大きな電界で加速されてコレクタ領域３６に入る。ｎ−ｐ−ｎタイプＨＢＴは、電子がエミッタ電極１４からコレクタ電極１２に到達するまでの時間が短いので高速で動作する。

ＨＢＴで最も重要なのはベース領域３４である。即ち、エミッタ領域３３よりベース領域３４へ電子８を注入し、これがベース領域３４中の正孔と再結合せず、コレクタ領域３５、３６へ伝送されることが理想であり、電流ロスを少なくしなければならない。その為ベース領域３４は最適に設計される必要がある。
ＨＢＴ素子を全体的に見ると、ベース領域３４以外に電流ロスが発生する個所が幾つかある。例えば、サブコレクタ領域３７とこれに接触するコレクタ電極１２、及び金属電極接触層のノンアロイ領域３１とこれに接触するエミッタ電極１４である。

ここでベース領域３４は１０¹⁹〜１０²⁰［ｃｍ^-3］程度のｐ型ＧａＡｓ層であり、サブコレクタ領域３７も３．０〜５．０×１０¹⁸［ｃｍ^-3］と非常に高濃度にドーピングされたｎ型ＧａＡｓ層であり、金属電極であるベース電極１３、コレクタ電極１２とそれぞれ良好なオーミック接触を取ることが出来る。
これに対し、金属電極接触層であるノンアロイ領域３１に対応するノンアロイ層１は、通常ＧａＡｓ層を用いるが、図４に例示したように、ｎ型ＧａＡｓ層ではなくｎ型ＩｎＧａＡｓ層を用いることが多い。これはＩｎＧａＡｓの方がＧａＡｓに比べ金属ライクな性質を示し、また多量のドーパントをドーピング出来る為、１×１０¹⁹［ｃｍ^-3］のｎ型層を形成することが出来る。更にこれらの金属ライクで、多量のドーパントをドーピングできるという特性は、Ｉｎの組成を上げることにより増幅される、といった長所があるためである。したがって、ノンアロイ層１が金属電極であるエミッタ電極１４と良好なオーミック接触を取るためには、ノンアロイ層１を構成するＩｎＧａＡｓのＩｎ組成を大きくすることが好ましい。

しかし、ＩｎＧａＡｓのＩｎ組成を増加させると、その格子定数がＧａＡｓのそれより遠ざかる。この為、図５に示すように、エミッタコンタクト層２に対応するＧａＡｓ層１６上に、ノンアロイ層１に対応するＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ層１７を所望のＩｎ組成比ｘで直接堆積させると、その界面には図５に示すような転位１８が発生する。この転位１８は結晶欠陥の一種であるから、例えば半導体素子を作製した場合、この転位を含む素子は電気的不良が発生する。

この事態を回避する為には、ノンアロイ層１とエミッタコンタクト層２との界面で格子定数を合わせるために、Ｉｎ組成を変化させてＩｎＧａＡｓノンアロイ層１７を成長させる必要がある。即ち、ＧａＡｓ層上にＩｎ_xＧａ_1-xＡｓを堆積させる場合、先ずＩｎ組成の設定は０とし、徐々にＩｎ組成を増やして、良好なオーミック接触を取ることが可能な所望の組成まで変化させることを行う。

例えば、特許文献１では、ＩｎＧａＡｓノンアロイ層を、Ｉｎ組成をステップ状に変えたステップグレーデッド層と、その上に形成したＩｎ組成を均一とした均一組成層で構成することを提案している。

また特許文献２では、ノンアロイ層とオーミックコンタクト層との間にＩｎ組成を０から６０％まで変化させた傾斜層（リニアグレーデッド層）を挿入している。Ｉｎ組成を６０％としているのは、本来Ｃ（炭素）をドーピングするとｐ型キャリア濃度を示すＩｎＧａＡｓ層が、そのＩｎ組成ｘを０．５以上にすることで、ｎ型のキャリア濃度を示すことを利用し、ＩｎＧａＡｓノンアロイ層のＩｎ組成ｘを０．６程度とすることでｎ型のＩｎＧａＡｓノンアロイ層とし、これにより接触抵抗を下げている。

一方、金属電極接触層であるノンアロイ領域３１に対応するノンアロイ層１に、通常通りＧａＡｓ層を用いる場合は、ｎ型ドーピングとして専らＳｉが使われている。
特開２００４−２０７５４６号公報 特開２００５−７９２６８号公報

（１）金属電極接触層にＩｎＧａＡｓを用いる場合
上記したＩｎ組成を徐々に所望の組成まで増加させる従来技術の方法には、次のような課題がある。すなわち、所望のＩｎ組成を持つＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ層の膜厚が臨界膜厚を超えた場合、転位の発生を抑制することが困難であるということである。ここで臨界膜厚とは、あるＩｎ組成ｘに対して転位が発生しない最大のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ膜厚を意味する。例えば、ｘ＝０．５では数ｎｍの臨界膜厚しか持たない。臨界膜厚は、Ｉｎ組成ｘが増加すれば減少し、逆にＩｎ組成ｘが減少すれば増加する。したがって、所望のＩｎ組成を持つＩｎＧａＡｓ層の膜厚は、容易に臨界膜厚を超えてしまうおそれがあり、転位の発生をもたらす。

（２）金属電極接触層にＧａＡｓを用いる場合
金属電極接触層であるノンアロイ層に、通常通り、Ｉｎ組成をゼロとしたＧａＡｓを用いる場合は、ノンアロイ層より下層にあるＧａＡｓ層と同じ材料を用いるので、エピタキシャル層界面に欠陥が発生することは無い。しかし、ＧａＡｓが金属ライクでないこと、また、ｎ型ドーパントとしてＳｉを用いたのでは、１×１０¹⁹［ｃｍ^-3］以上にｎ型ドーピングすることは困難である。したがって、金属電極との良好なオーミック接触を取ることが困難である。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、高濃度のドーピングを行うことが可能で金属電極と良好なオーミック接触を取ることが可能な金属電極接触層を有する半導体装置及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。
第１の発明は、III−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体装置において、エミッタ電極と該エミッタ電極に接触する金属電極接触層とを有し、前記金属電極接触層が量子構造で構成されていることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記量子構造は、臨界膜厚以下のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．１〜１）層とその上に設けたＧａＡｓ層とを１周期として複数周期積層して構成されていることを特徴とする。

第３の発明は、第１の又は第２の発明において、前記量子構造で構成されている金属電極接触層がノンアロイ層であることを特徴とする。

第４の発明は、第１ないし第４の発明において、前記量子構造が、量子ドット、量子細線、若しくは量子井戸のいずれかであることを特徴とする。

第５の発明は、第１の発明において、前記金属電極接触層を、前記量子構造で構成する代わりに、Ｓｅが１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の濃度でドープされたｎ型ＧａＡｓ層で構成したことを特徴とする。

第６の発明は、第１ないし第５の発明において、前記半導体装置がヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ又は高電子移動度トランジスタのいずれかであることを特徴とする。

第７の発明は、エミッタ電極と該エミッタ電極に接触する金属電極接触層とを有するIII−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体装置の製造方法において、前記金属電極接触層を量子構造で形成したことを特徴とする。

第８の発明は、第７の発明において、前記量子構造を、臨界膜厚以下のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．１〜１）層とその上に設けたＧａＡｓ層とを１周期として複数周期積層して形成したことを特徴とする。

第９の発明は、第７又は第８の発明において、前記量子構造で構成されている金属電極接触層がノンアロイ層であることを特徴とする。

第１０の発明は、第７ないし第９の発明において、前記量子構造が、量子ドット、量子細線、若しくは量子井戸のいずれかであることを特徴とする。

第１１の発明は、第７の発明において、前記金属電極接触層を、前記量子構造で形成する代わりに、Ｓｅを１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の濃度でドープしたｎ型ＧａＡｓ層で形成し、前記ＧａＡｓ層を、前記金属電極接触層下のＧａＡｓ層を成長したときよりも遅く成長させることを特徴とする。

第１２の発明は、第７ないし第１１の発明において、前記半導体装置がヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ又は高電子移動度トランジスタのいずれかであることを特徴とする。

本発明によれば、高濃度のドーピングを行うことができ、金属電極と良好なオーミック接触を取ることができる。

以下に本発明を実施形態に基づいて説明する。

第１の実施の形態
［量子構造を用いたノンアロイ層］
Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ層の臨界膜厚はＩｎ組成ｘの値により変化する。前述したように、Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ層は、ｘ＝０．５では数ｎｍの臨界膜厚しか持たない。よって、その膜厚を利用した構造は必然的に量子構造となる。本発明の一態様はこの知見に基づいて創案されたものである。

本発明の一態様は、エミッタコンタクト層と、その上に形成する金属電極接触層としてのノンアロイ層との界面に生じる転位の発生を抑制可能とする方法として、ノンアロイ層を量子構造にすることを提案する。量子構造の種類としては、量子井戸、量子細線、量子ドットがある。

図２に、エミッタコンタクト層を構成するＧａＡｓ層１９上に金属電極接触層として設けられるノンアロイ層を、ノンアロイ層とＧａＡｓ１９との界面の歪みを緩和するための超格子バッファ層としても利用される量子井戸構造で構成した一例を示す。量子井戸構造は、臨界膜厚以下のｎ型Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ井戸層２０と、その上に形成する非常に薄いｎ型ＧａＡｓ障壁層２１とを１周期として複数周期積層した積層構造により構成されている。図示例では５周期積層している。

ノンアロイ層をこのような量子井戸構造とすることにより、ＧａＡｓ層１９とノンアロイ層との界面における転位の発生を抑制しつつ、ノンアロイ層を所望の面内抵抗になるように、その膜厚を制御できるようにする。Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ井戸層のＩｎ組成は、好ましくはｘ＝０．１〜１とする。組成をこのような範囲とすれば、ＧａＡｓに比べ金属ライクな性質を示し、またＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ井戸層に多量のｎ型ドーパントをドーピング出来る。

Ｉｎ組成ｘが小さいうちはＩｎ_xＧａ_1-xＡｓは二次元成長を行うため、上述したように量子構造は量子井戸になる。Ｉｎ組成ｘが０．５〜０．７を超えるあたりから臨界膜厚は数原子層オーダーになり、成長モードが二次元から三次元へ移行し、３次元成長を引き起こして直ぐに成長を停止させると、図３に示すようなＩｎＧａＡｓからなる微小結晶粒（量子ドット）２３がＧａＡｓ２２上に多数個形成される。この量子ドット２３の周囲を非常に薄いＧａＡｓ層２４で埋め込み成長を行う。図３の形態は、このＩｎＧａＡｓからなる量子ドット２３を含む非常に薄いＧａＡｓ層２４を、１周期として複数周期積層した積層構造により構成された形態である。図示例では３周期積層している。

量子構造は、上述した量子井戸、量子ドットの他に量子細線でもよい。また、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ又は高電子移動度トランジスタのいずれにおいても、その金属電極接触層としてのノンアロイ層に対して適用することができる。

金属電極接触層を図２又は図３の如く構成することにより、金属電極接触層とｎ型ＧａＡｓ層との界面における転位の発生を抑制した金属電極接触層を堆積させることが出来るようになり、半導体素子における電気的な特性の損失を抑えることができる。

図１に本発明の実施形態に係るＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ＨＢＴの構造を示す。
ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ＨＢＴは、半絶縁性ＧａＡｓ基板上に、ＭＯＶＰＥ法により、ｎ型ＧａＡｓサブコレクタ層７、ｎ型ＧａＡｓコレクタ層６、コレクタ空乏化領域となるコレクタ層５、ｐ型ＧａＡｓベース層４、ｎ型ＩｎＧａＰエミッタ層３、ｎ型ＧａＡｓエミッタコンタクト層２及び量子構造ノンアロイ層２５を積層することにより形成される。量子構造ノンアロイ層２５の上にはエミッタ電極１４が、ｐ型ＧａＡｓベース層４の上にはベース電極１３が、そしてｎ型ＧａＡｓサブコレクタ層７の上にはコレクタ電極１２が形成される。エミッタ接地の場合は、電源１５から、コレクタ電極１２に正の電圧を印加し、ベース電極１３よりベース電流を信号入力として流し、出力となるコレクタ電流を制御する。
上記エミッタ電極１４、ベース電極１３、及びコレクタ電極１２はともに金属電極である。

上記量子構造ノンアロイ層２５は、ｎ型Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓのＩｎ組成ｘを比較的小さくして二次元成長させ、臨界膜厚以下のｎ型Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ層とｎ型ＧａＡｓ層の薄膜を交互に積み重ねて量子井戸構造にしている。量子構造ノンアロイ層２５を周期的な量子井戸構造とすることにより、転位の発生を抑制しつつ所望の面内抵抗になるようにその膜厚を制御することができるようになる。

上記実施例では、ＨＢＴの例について説明したが、本発明はＦＥＴやＨＥＭＴにも適用することができる。

第２の実施の形態
［ＧａＡｓ層を用いたノンアロイ層］
次に、金属電極接触層（ノンアロイ層）に量子構造を用いる代わりに、ｎ型ＧａＡｓ層を用いる場合について説明する。

ノンアロイ層にｎ型ＧａＡｓを用いる場合は、ノンアロイ層より下層にあるｎ型ＧａＡｓエミッタコンタクト層と同じ材料を用いているので、エピタキシャル層界面に欠陥が発生することは無い。しかし、この場合は高濃度のｎ型ドーピングを行う工夫が必要である。

金属電極接触層をｎ型ＧａＡｓから成るノンアロイ層で構成した場合、ｎ型ドーパントとしてＳｉを用いたのでは、１×１０¹⁹［ｃｍ^-3］以上にｎ型ドーピングすることが難しい。このためＧａＡｓをノンアロイ層として用いる場合はドーパントとしてＳｅを用い、更に高濃度ドーピングさせるために、成長速度を従来の３分の１程度（０．３〜０．７ｎｍ／ｓｅｃ）に抑えて効率を上げる。更にＶ族原料とIII族原料との供給量比、いわゆるＶ／III比を上げて、ｐ型化する原因となるＣ濃度雰囲気を低減させる。

上述したように本実施の形態によれば、金属電極接触層に量子構造を用いているので、転位の発生を抑制したＩｎＧａＡｓ層を堆積させることが出来るようになり、半導体素子における電気的な特性の損失を抑えることができる。
また、金属電極接触層にＧａＡｓを用いた場合には、金属電極接触層より下層にある同じ材料のＧａＡｓの成長速度よりも遅い速度で成長させるので、効率良く高濃度のｎ型ドーピングを行うことができる。このため、金属電極と良好なオーミック接触を取ることができる。更にＶ／III比を上げているので、ｐ型化する原因となるＣ濃度雰囲気を低減させることができる。

また、ノンアロイ層の膜厚は半導体素子の面内抵抗特性に影響を与える。そのため、本来、ノンアロイ層の膜厚は自由に変更でき、半導体素子の面内抵抗値を簡易に変更するためのパラメータの１つとして用いることができる必要がある。この点で、本実施の形態によれば、ノンアロイ層を複数周期の積層により形成するので、ノンアロイ層の膜厚を自由に変更でき、ノンアロイ層の膜厚を上記ようなパラメータとして用いることができる。

＜実施例１＞
半絶縁性ＧａＡｓ基板の（００１）面より［１１０］方向へ２°微傾斜した直径４インチの基板上に、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）により、ｎ型ＧａＡｓサブコレクタ層（膜厚５００〜８００ｎｍ、キャリア濃度３〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3）、ｎ型ＧａＡｓコレクタ層（膜厚６００〜１２００ｎｍ、キャリア濃度１×１０¹⁶ｃｍ^-3）、ｎ型ＧａＡｓコレクタ層（コレクタ空乏化領域）（膜厚６００〜１２００ｎｍ、キャリア濃度１×１０¹⁶ｃｍ^-3）を積層した。
さらにｐ型ＧａＡｓベース層４（膜厚８０〜１００ｎｍ、キャリア濃度１〜４×１０¹⁹ｃｍ^-3）、ｎ型ＩｎＧａＰエミッタ層（膜厚３０〜１００ｎｍ、キャリア濃度３〜５×１０¹⁷ｃｍ^-3）、ｎ型ＧａＡｓエミッタコンタクト層（膜厚８０〜２００ｎｍ、キャリア濃度３〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3）及び量子構造ノンアロイ層を積層して、ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系ＨＢＴ用エピタキシャルウェハを作製した。

ここで量子構造ノンアロイ層２５には、Ｉｎ組成ｘ＝０．１、膜厚２０ｎｍのｎ型Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓ井戸層と、膜厚５０ｎｍのｎ型ＧａＡｓ障壁層とを交互に５周期成長させた量子井戸構造を用いた。

また、使用した原料は、Ａｓ原料にアルシン（ＡｓＨ₃）、Ｇａ原料にトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、及びトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、Ｉｎ原料にトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、リン原料にフォスフィン（ＰＨ₃）を用いた。またｎ型キャリアのドーパントとしてＳｉとＳｅを用い、この原料としてジシラン（Ｓｉ₂Ｈ₆）、セレン化水素（Ｈ₂Ｓｅ）を用いた。またｐ型キャリアのドーパントとしてＣを用い、この原料として四臭化炭素（ＣＢｒ₄）を用いた。

上述した本実施例１の大面積ＨＢＴ用エピタキシャルウェハ（直径４インチ）を透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で測定した結果、エミッタコンタクト層とノンアロイ層との間に転位の発生は確認されなかった。また、フォトルミネッセンス（ＰＬ）測定において、ノンアロイ層からの発光を確認することが出来たので、良好な結晶が形成されていることもわかった。

そして、このＨＢＴ用エピタキシャルウェハを加工し、図１に示すように、量子構造ノンアロイ層２５の上にはエミッタ電極１４を、ＧａＡｓベース層４の上にはベース電極１３を、そしてサブコレクタ層７の上にはコレクタ電極１２をそれぞれ形成して、特性評価用ＨＢＴを作製した。このＨＢＴのエミッタ電極１４と量子構造ノンアロイ層２５とは良好なオーミック接触が取れていた。また、このＨＢＴの基本的特性、高周波特性等、ＨＴＢ特性は良好であった。

＜比較例１＞
実施例１において、量子構造ノンアロイ層２５に、Ｉｎ組成ｘ＝０．２、膜厚２０ｎｍのｎ型Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ａｓ井戸層と、ＧａＡｓ障壁層５０ｎｍとを交互に５周期成長させた以外は、実施例１と同じ条件でＨＢＴ用エピタキシャルウェハ、及びＨＢＴを作製した。

比較例１の構造におけるＨＢＴ特性は、場所により良好な結果を得ることが出来なかった。またＴＥＭにより観察したところ、図５に示すような転位が数カ所に渡り確認された。更に平面ＴＥＭによる観察においてもミスフィット転位が確認された。なおＰＬ測定では、ノンアロイ層からの発光は確認できたものの、実施例１で観察された発光強度に対して５０％程度の強度しか得られなかった。

このことから、同じ膜厚（２０ｎｍ）でも、Ｉｎ組成ｘを０．１から０．２に高くすると、ＧａＡｓ層とＩｎＧａＡｓ層との界面の格子不整合量が増加して、転位（欠陥）が入りやすくなり、良好な結晶が得られないことが分かる。

＜実施例２＞
実施例１において、Ｉｎ組成ｘ＝０．２、膜厚１０ｎｍのＩｎ_0.2Ｇａ_0.8ＡｓとＧａＡｓ層５０ｎｍを交互に５周期成長させた以外は実施例１と同じ条件でＨＢＴ用エピタキシャルウェハ、及びＨＢＴを作製した。

本実施例２の構造における大面積におけるＨＢＴ用エピタキシャルの特性は良好であった。またＴＥＭによる測定の結果、転位の発生は確認されなかった。なおＰＬ測定において、ノンアロイ層からの発光を確認することが出来た。ここで面内のシート抵抗は実施例１の時の約２倍の値を示した。即ち膜厚に比例して面内抵抗の制御が可能なことを示唆する結果となった。

＜実施例３＞
実施例１において、金属電極接触層であるノンアロイ層の材料としてｎ型ＧａＡｓを用いた以外は、実施例１と同じ条件でＨＢＴ用エピタキシャルウェハ、及びＨＢＴを作製した。このとき用いたｎ型ドーパントはＳｅである。このＧａＡｓ層の成長に用いる成長速度を従来の１．０〜２．０ｎｍ／ｓｅｃ程度として成長を行ったところ、当該ＧａＡｓ層にドープされたキャリア濃度は１．０〜１．５×１０¹⁹［ｃｍ^-3］程度であった。更に、この成長速度を従来の３分の１程度に抑え、０．３〜０．７ｎｍ／ｓｅｃに低下させて成長したところ、キャリア濃度は１．５〜２．０×１０¹⁹［ｃｍ^-3］と１．５〜２倍程度の増加が見られた。

＜比較例２＞
実施例３において、ＧａＡｓの成長速度を従来の１．０〜２．０ｎｍ／ｓｅｃ程度とし、Ｖ／III比を１０〜１００として成長させた以外は実施例３と同じ条件でＨＢＴ用エピタキシャルウェハ、及びＨＢＴを作製した。このときのキャリア濃度は１．１〜１．３×１０¹⁹［ｃｍ^-3］と大きな変化は見られなかった。比較例２の意図は、Ｖ／III比を上げることでＣのオートドーピングを低減させ、ｐ型キャリアの低減を図ろうとしたものであるが、思った程の効果を得ることは出来なかつた。これは成長によって結晶中に取り込まれるＣ濃度が、ｎ型のドーピング濃度に対して２〜３桁小さいオーダーであるために、影響が殆ど無かった為と考えられる。

以上述べたように、本実施の形態により、転位の発生を抑制したｎ型Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．１〜１）層、またはｎ型ＧａＡｓ層を堆積させることで、半導体装置における電気的な特性の損失を抑えることができる。

以下に本発明の好ましい態様を付記する。
第１の態様は、ｎ型ＧａＡｓ基板上にｎ型ＩｎＧａＰエミッタ層、ｎ型ＧａＡｓエミッタコンタクト層、およびエミッタ電極を接触させるための金属電極接触層を有するＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ半導体ウェハにおいて、前記金属電極接触層が量子構造で構成されており、前記量子構造は、臨界膜厚以下のｎ型Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．１〜１）層とその上に設けたｎ型ＧａＡｓ層とを１周期として複数周期積層して構成されていることを特徴とする。

第２の態様は、第１の態様において、前記量子構造で構成されている金属電極接触層がノンアロイ層であり、前記量子構造が、量子ドット、量子細線、若しくは量子井戸のいずれかであることを特徴とする。

第３の態様は、第１の態様において、前記金属電極接触層を、前記量子構造で構成する代わりに、Ｓｅが１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の濃度でドープされたｎ型ＧａＡｓ層で構成したことを特徴とする。

第４の態様は、第１ないし第３の態様において、前記ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ半導体ウェハがヘテロ接合バイポーラトランジスタ用、電界効果トランジスタ用又は高電子移動度トランジスタ用のいずれかであることを特徴とする。

第５の態様は、ｎ型ＧａＡｓ基板上にｎ型ＩｎＧａＰエミッタ層、ｎ型ＧａＡｓエミッタコンタクト層、およびエミッタ電極を接触させるための金属電極接触層を有するＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ半導体ウェハの製造方法において、前記金属電極接触層を量子構造で形成し、前記量子構造は、臨界膜厚以下のｎ型Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．１〜１）層とその上に設けたｎ型ＧａＡｓ層とを１周期として複数周期積層して形成したことを特徴とする。

第６の態様は、第５の態様において、前記量子構造で構成されている金属電極接触層がノンアロイ層であり、前記量子構造が、量子ドット、量子細線、若しくは量子井戸のいずれかであることを特徴とする。

第７の態様は、第５の態様において、前記金属電極接触層を、前記量子構造で形成する代わりに、Ｓｅを１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の濃度でドープしたｎ型ＧａＡｓ層で形成し、前記ＧａＡｓ層を、前記金属電極接触層下のＧａＡｓ層を成長したときよりも遅く成長させることを特徴とする。

第８の態様は、第５ないし第７の態様において、前記ＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ半導体ウェハがヘテロ接合バイポーラトランジスタ用、電界効果トランジスタ用又は高電子移動度トランジスタ用のいずれかであることを特徴とする。

本発明の一実施形態に係るＨＢＴの構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子構造のノンアロイ層とＧａＡｓエミッタコンタクト層の断面図である。 本発明の一実施形態の変形例に係るＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ量子ドット構造のノンアロイ層とＧａＡｓエミッタコンタクト層の断面図である。 従来のＨＢＴの構造を示す断面図である。 ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ界面の転位の様子を示す図である。 従来のＨＢＴのエネルギーバンド図である。

符号の説明

１ ノンアロイ層（ｎ型ＩｎＧａＡｓ）
２ エミッタコンタクト層（ｎ型ＧａＡｓ）
３ エミッタ層（ｎ型ＩｎＧａＰ）
４ ベース層（ｐ型ＧａＡｓ）
５ コレクタ（コレクタ空乏化領域）層（ｎ型ＧａＡｓ）
６ コレクタ層（ｎ型ＧａＡｓ）
７ サブコレクタ層（ｎ型ＧａＡｓ）
８ 電子
９ 伝導帯下端
１０ 価電子帯上端
１１ フェルミ準位
１２ コレクタ電極
１３ ベース電極
１４ エミッタ電極
１５ 電源
１６ ＧａＡｓ層
１７ Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ層
１８ 転位
１９ ＧａＡｓ層（エミッタコンタクト層）
２０ ｎ型Ｉｎ_xＧａ_1-xＡｓ井戸層
２１ ｎ型ＧａＡｓ障壁層
２２ ＧａＡｓ層（エミッタコンタクト層）
２３ 量子ドット
２４ ＧａＡｓ層
２５ 量子構造ノンアロイ層

Claims (12)

1. III−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体装置において、
   エミッタ電極と該エミッタ電極に接触する金属電極接触層とを有し、
   前記金属電極接触層が量子構造で構成されていることを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記量子構造は、臨界膜厚以下のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．１〜１）層とその上に設けたＧａＡｓ層とを１周期として複数周期積層して構成されていることを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１又は２に記載の半導体装置において、
   前記量子構造で構成されている金属電極接触層がノンアロイ層であることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置において、
   前記量子構造が、量子ドット、量子細線、若しくは量子井戸のいずれかであることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記金属電極接触層を、前記量子構造で構成する代わりに、Ｓｅが１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の濃度でドープされたｎ型ＧａＡｓ層で構成したことを特徴とする半導体装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体装置において、
   前記半導体装置がヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ又は高電子移動度トランジスタのいずれかであることを特徴とする半導体装置。
7. エミッタ電極と該エミッタ電極に接触する金属電極接触層とを有するIII−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体装置の製造方法において、
   前記金属電極接触層を量子構造で形成した
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 請求項７に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記量子構造を、臨界膜厚以下のＩｎ_xＧａ_1-xＡｓ（ｘ＝０．１〜１）層とその上に設けたＧａＡｓ層とを１周期として複数周期積層して形成したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 請求項７又は８に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記量子構造で構成されている金属電極接触層がノンアロイ層であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. 請求項７ないし９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
    前記量子構造が、量子ドット、量子細線、若しくは量子井戸のいずれかであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 請求項７に記載の半導体装置の製造方法において、
    前記金属電極接触層を、前記量子構造で形成する代わりに、Ｓｅを１×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の濃度でドープしたｎ型ＧａＡｓ層で形成し、
    前記ＧａＡｓ層の成長速度は、前記金属電極接触層下のＧａＡｓ層の成長速度よりも遅いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. 請求項７ないし１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、
    前記半導体装置がヘテロ接合バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ又は高電子移動度トランジスタのいずれかであることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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