(57)【要約】【課題】同一基板に形成されるＨＢＴとＦＥＴとの相互影響を低減する。【解決手段】第１半導体と、第１半導体の上方に形成された第２半導体とを備え、第２半導体は、Ｐ型の伝導型を示す不純物またはＮ型の伝導型を示す第１不純物原子と、第２半導体が第１不純物原子を有する場合のフェルミ準位を、第２半導体が第１不純物原子を有しない場合のフェルミ準位に近づける第２不純物原子とを有する半導体基板を提供する。一例として、当該第２半導体の多数キャリアは電子であり、第２不純物原子は、第１不純物原子を有する第２半導体のフェルミ準位を下降させる。第２半導体は３−５族化合物半導体であり、第２不純物原子が、ベリリウム、ボロン、炭素、マグネシウム、および亜鉛からなる群から選択された少なくとも１つであってもよい。【選択図】図１
2011009722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１半導体と、
前記第１半導体の上方に形成された第２半導体と
を備え、
前記第２半導体は、
Ｐ型またはＮ型の伝導型を示す第１不純物原子と、
前記第２半導体のフェルミ準位を、前記第２半導体が前記第１不純物原子を有しない場合のフェルミ準位に近づける第２不純物原子と
を有する半導体基板。
【請求項２】
前記第２半導体の多数キャリアが電子であり、
前記第２不純物原子は、前記第１不純物原子を有する前記第２半導体のフェルミ準位を下降させる請求項１に記載の半導体基板。
【請求項３】
前記第２半導体は３−５族化合物半導体であり、
前記第２不純物原子が、ベリリウム、ボロン、炭素、マグネシウム、および亜鉛からなる群から選択された少なくとも１つである請求項２に記載の半導体基板。
【請求項４】
前記第２半導体の電子濃度が、１×１０１８ｃｍ−３以上６×１０１８ｃｍ−３以下である請求項３に記載の半導体基板。
【請求項５】
前記第２半導体の電子濃度が、２×１０１８ｃｍ−３以上６×１０１８ｃｍ−３以下である請求項４に記載の半導体基板。
【請求項６】
前記第２不純物原子の濃度が、５×１０１７ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３以下である請求項４または請求項５に記載の半導体基板。
【請求項７】
前記第１半導体が３−５族化合物半導体であり、
前記第１半導体と前記第２半導体との間に形成され、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）またはＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＰ（０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）からなる中間層をさらに備える請求項３から請求項６の何れか一項に記載の半導体基板。
【請求項８】
前記中間層が、ＡｌｐＧａ１−ｐＡｓ層およびＡｌｑＧａ１−ｑＡｓ層（０≦ｐ≦１、０≦ｑ≦１、ｐ＜ｑ）が積層された積層体を含む請求項７に記載の半導体基板。
【請求項９】
前記第１半導体が真性半導体を有する請求項３から請求項８の何れか一項に記載の半導体基板。
【請求項１０】
前記第２半導体が、Ｎ型半導体およびＰ型半導体が積層した積層体を含む請求項３から請求項９の何れか一項に記載の半導体基板。
【請求項１１】
請求項３に記載の半導体基板の前記第１半導体に流れる電流を制御する制御端子を有するトランジスタを備える電子デバイス。
【請求項１２】
前記第１半導体と前記第２半導体との間に形成され、前記第１半導体より電子親和力が小さい第３半導体をさらに備え、
前記トランジスタは、前記第３半導体と前記第１半導体とのヘテロ界面の第１半導体側に形成された２次元キャリアガスをチャネルとする電界効果トランジスタである請求項１１に記載の電子デバイス。
【請求項１３】
前記第２半導体の上方でエピタキシャル成長され、前記第２半導体が含む不純物と同じ伝導型の第１伝導型を示す不純物を、前記第２半導体が含む不純物より低濃度に含む第４半導体と、
前記第４半導体の上方でエピタキシャル成長され、前記第１伝導型と反対の第２伝導型を示す不純物を含む第５半導体と、
前記第５半導体の上方でエピタキシャル成長され、前記第１伝導型を示す不純物を含む第６半導体と、
前記第２半導体にサブコレクタが形成され、前記第４半導体にコレクタが形成され、前記第５半導体にベースが形成され、前記第６半導体にエミッタが形成された、ヘテロ接合バイポーラトランジスタと
をさらに備える請求項１２に記載の電子デバイス。
【請求項１４】
前記電界効果トランジスタの前記２次元キャリアガスの濃度が１×１０１１ｃｍ−２以上、５×１０１２ｃｍ−２以下である請求項１２または請求項１３に記載の電子デバイス。
【請求項１５】
第１半導体を形成する段階と、
前記第１半導体の上方に第２半導体を形成する段階と
を備え、
前記第２半導体が、Ｐ型またはＮ型の伝導型を示す第１不純物原子と、前記第２半導体のフェルミ準位を、前記第２半導体が前記第１不純物原子を有しない場合のフェルミ準位に近づける第２不純物原子とを有する半導体基板の製造方法。
【請求項１６】
前記第２半導体の上方で、前記第２半導体が含む不純物と同じ伝導型の第１伝導型を示す不純物を含む第４半導体をエピタキシャル成長させる段階と、
前記第４半導体の上方で、前記第４半導体が含む不純物と反対の伝導型の第２伝導型を示す不純物を含む第５半導体をエピタキシャル成長させる段階と、
前記第５半導体の上方で、前記第１伝導型を示す第６半導体をエピタキシャル成長させる段階と
をさらに備え、
前記第４半導体に含まれる前記第１伝導型を示す不純物の濃度が、前記第２半導体に含まれる前記第１伝導型を示す不純物の濃度より低い
請求項１５に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１７】
前記第２半導体がＮ型の３−５族化合物半導体であり、
前記第２半導体を形成する段階においては、３族原料に対する５族原料のモル供給比を、１以上、６以下の範囲内に調整して、前記３−５族化合物半導体を前記第１半導体上にエピタキシャル成長させる請求項１５または請求項１６に記載の半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板、半導体基板の製造方法、および電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子デバイスの高集積化が進む中、同一基板上にヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）と電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）とを形成する手法が提案されている。非特許文献１は、ＨＢＴのエミッタ層をＦＥＴのチャネル層として使用する構造を開示する。非特許文献２は、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を形成する半導体の上に、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系ＨＢＴを形成する半導体を積層する構造を開示する。
（非特許文献１）ＩＥＤＭ  Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇ．，１９９２，ｐ．９１
（非特許文献２）ＩＥＤＭ  Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇ．，１９８９，ｐ．３８９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電子デバイスの集積度を高めると、同一基板に形成される複数の半導体デバイス間の相互の影響により、各電子素子の特性が低下する場合がある。例えば、ＨＢＴの性能を高めるには、より多くの不純物を導入するサブコレクタ層を形成することにより、コレクタの導電率を高めることが望ましい。しかし、半導体層に導入する不純物原子の濃度が高くなると当該半導体層の結晶構造が不安定化し、当該半導体層に結晶欠陥が誘起される。そして、当該欠陥が他の半導体層に伝播して成長する場合がある。
【０００４】
例えば、ＨＢＴのサブコレクタ層の不純物原子濃度が高くなると、ＨＢＴの下部に形成されているＦＥＴに結晶欠陥が伝播し、ＦＥＴの性能が劣化する。そこで、本発明は、当該半導体層における不純物原子濃度を高くした場合においても、同一基板に形成される他の半導体層に伝播される結晶欠陥を低減し、優れた特性を有するトランジスタを形成できる半導体基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明者らは検討の結果、上記の半導体層の不純物原子濃度を高くした場合においても、当該半導体層のフェルミ準位を、当該半導体層が上記の不純物原子を有しない場合のフェルミ準位に近づける、上記の不純物原子と異なる不純物原子を当該半導体層にドープすると、当該半導体層の結晶構造を安定化させ、結晶欠陥の誘起を抑制することを見出した。種々の半導体について、禁制帯の中央付近に、電子の捕獲のされやすさと電子の放出のされやすさとが同じとなる準位（電荷中性準位と称する）を定義できる。半導体層の不純物原子の濃度が高くなると、当該半導体層のフェルミ準位が電荷中性準位から離れ、伝導帯または価電子帯に近づき、結晶構造が不安定化する。しかし、当該半導体層が上記の不純物原子と異なる不純物原子を有する場合には、当該半導体層のフェルミ準位が伝導帯または価電子帯に近づいていた状態から離れて電荷中性準位に近づき、結晶構造を安定化させると考えられる。
【０００６】
そこで、本発明の第１の態様においては、第１半導体と、第１半導体の上方に形成された第２半導体とを備え、第２半導体は、Ｐ型またはＮ型の伝導型を示す第１不純物原子と、第２半導体のフェルミ準位を、第２半導体が第１不純物原子を有しない場合のフェルミ準位に近づける第２不純物原子とを有する半導体基板を提供する。一例として、当該第２半導体の多数キャリアは電子であり、第２不純物原子は、第１不純物原子を有する第２半導体のフェルミ準位を下降させる。第２半導体は３−５族化合物半導体であり、第２不純物原子が、ベリリウム、ボロン、炭素、マグネシウム、および亜鉛からなる群から選択された少なくとも１つであってもよい。
【０００７】
第２半導体の電子濃度は、例えば１×１０１８ｃｍ−３以上６×１０１８ｃｍ−３以下である。第２半導体の電子濃度は、２×１０１８ｃｍ−３以上６×１０１８ｃｍ−３以下であってもよい。第２不純物原子の濃度は、例えば５×１０１７ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３以下である。
【０００８】
上記の半導体基板は、第１半導体が３−５族化合物半導体であり、第１半導体と第２半導体との間に形成され、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）またはＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＰ（０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）からなる中間層をさらに備えてもよい。当該中間層が、ＡｌｐＧａ１−ｐＡｓ層およびＡｌｑＧａ１−ｑＡｓ層（０≦ｐ≦１、０≦ｑ≦１、ｐ＜ｑ）が積層された積層体を含んでもよい。当該第１半導体が真性半導体を有してもよい。第２半導体は、Ｎ型半導体およびＰ型半導体が積層した積層体を含んでもよい。
【０００９】
本発明の第２の態様においては、上記の半導体基板の第１半導体に流れる電流を制御する制御端子を有するトランジスタを備える電子デバイスを提供する。第１半導体と第２半導体との間に形成され、第１半導体より電子親和力が小さい第３半導体を、当該電子デバイスはさらに備えてもよい。当該トランジスタは、第３半導体と第１半導体とのヘテロ界面の第１半導体側に形成された２次元キャリアガスをチャネルとする電界効果トランジスタであってもよい。例えば、電界効果トランジスタの２次元キャリアガスの濃度は１×１０１１ｃｍ−２以上、５×１０１２ｃｍ−２以下である。
【００１０】
上記の電子デバイスは、第２半導体の上方でエピタキシャル成長され、第２半導体が含む不純物と同じ伝導型の第１伝導型を示す不純物を、第２半導体が含む不純物より低濃度に含む第４半導体と、第４半導体の上方でエピタキシャル成長され、第１伝導型と反対の第２伝導型を示す不純物を含む第５半導体と、第５半導体の上方でエピタキシャル成長され、第１伝導型を示す不純物を含む第６半導体と、第２半導体にサブコレクタが形成され、第４半導体にコレクタが形成され、第５半導体にベースが形成され、第６半導体にエミッタが形成された、ヘテロ接合バイポーラトランジスタとをさらに備えてもよい。
【００１１】
本発明の第３の態様においては、第１半導体を形成する段階と、第１半導体の上方に第２半導体を形成する段階とを備え、第２半導体が、Ｐ型またはＮ型の伝導型を示す第１不純物原子と、第２半導体のフェルミ準位を、第２半導体が第１不純物原子を有しない場合のフェルミ準位に近づける第２不純物原子とを有する半導体基板の製造方法を提供する。
【００１２】
当該半導体基板の製造方法は、第２半導体の上方で、第２半導体が含む不純物と同じ伝導型の第１伝導型を示す不純物を含む第４半導体をエピタキシャル成長させる段階と、第４半導体の上方で、第４半導体が含む不純物と反対の伝導型の第２伝導型を示す不純物を含む第５半導体をエピタキシャル成長させる段階と、第５半導体の上方で、第１伝導型を示す第６半導体をエピタキシャル成長させる段階とをさらに備えてもよい。当該第４半導体に含まれる第１伝導型を示す不純物の濃度が、当該第２半導体に含まれる第１伝導型を示す不純物の濃度より低くてもよい。
【００１３】
上記の半導体基板の製造方法において、第２半導体がＮ型の３−５族化合物半導体であり、第２半導体を形成する段階においては、３族原料に対する５族原料のモル供給比を、１以上、６以下の範囲内に調整して、３−５族化合物半導体を第１半導体上にエピタキシャル成長させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】半導体基板１００の断面の一例を示す。
【図２】半導体基板２００の断面の一例を示す。
【図３】半導体基板２００の製造方法の一例を表すフローチャートを示す。
【図４】電子デバイス４００の断面の一例を示す。
【図５】電子デバイス４００の製造過程における断面例を示す。
【図６】電子デバイス４００の製造過程における断面例を示す。
【図７】電子デバイス４００の製造過程における断面例を示す。
【図８】電子デバイス４００の製造過程における断面例を示す。
【図９】半導体基板９００の断面の一例を示す。
【図１０】実験例１のしきい値電圧特性を評価するために実施したＣ−Ｖ測定結果を示す。
【図１１】実験例２のしきい値電圧特性を評価するために実施したＣ−Ｖ測定結果を示す。
【図１２】実験例３のしきい値電圧特性を評価するために実施したＣ−Ｖ測定結果を示す。
【図１３】実験例４のしきい値電圧特性を評価するために実施したＣ−Ｖ測定結果を示す。
【図１４】実験例５のしきい値電圧特性を評価するために実施したＣ−Ｖ測定結果を示す。
【図１５】実験例６のしきい値電圧特性を評価するために実施したＣ−Ｖ測定結果を示す。
【図１６】実験例７のしきい値電圧特性を評価するために実施したＣ−Ｖ測定結果を示す。
【図１７】実験例８のしきい値電圧特性を評価するために実施したＣ−Ｖ測定結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、半導体基板１００の断面の一例を示す。半導体基板１００は、ベース基板１０２、第１半導体１１２、および第２半導体１３２を含む。ベース基板１０２は、例えば、半導体基板１００における他の構成要素を支持することができる十分な機械的強度を有する基板である。第１半導体１１２が、第２半導体１３２を支持することができる機械的強度を有する場合には、半導体基板１００はベース基板１０２を有しないでもよい。
【００１６】
ベース基板１０２は、例えば、Ｓｉ基板、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板、Ｇｅ基板、またはＧＯＩ（ｇｅｒｍａｎｉｕｍ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板である。ベース基板１０２は、ＧａＡｓ基板等の３−５族化合物半導体基板であってもよい。ベース基板１０２は、サファイア基板、ガラス基板、ＰＥＴフィルム等の樹脂基板であってもよい。
【００１７】
第１半導体１１２は、例えば真性半導体である。第１半導体１１２は、半導体基板１００にトランジスタが形成された場合に、当該トランジスタの制御端子により制御される電流を流す領域として機能することができる。例えば、当該トランジスタが電界効果トランジスタである場合には、第１半導体１１２は、ソースとドレインとの間で電流を流すチャネル層として機能する。
【００１８】
第１半導体１１２は、２次元キャリアガスを有してもよい。半導体基板１００にトランジスタが形成された場合には、当該２次元キャリアガスを通じて電流が流れる。２次元キャリアガスの濃度は１×１０１１ｃｍ−２以上、５×１０１２ｃｍ−２以下であることが好ましい。
【００１９】
第１半導体１１２は、例えば３−５族化合物半導体である。一例として、第１半導体１１２はＩｎＧａＡｓである。第１半導体１１２は、例えばエピタキシャル成長法によりベース基板１０２の上方に形成される。
【００２０】
第２半導体１３２は、第１半導体１１２の上方に形成される。第２半導体１３２は、例えば第１半導体１１２上でエピタキシャル成長することにより形成される。第２半導体１３２は、第１半導体１１２上に設けられた他の層においてエピタキシャル成長することにより形成されてもよい。第２半導体１３２は、例えば３−５族化合物半導体である。第２半導体１３２は、例えばＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓまたはＧａＮである。
【００２１】
第２半導体１３２は、Ｐ型またはＮ型の伝導型を示す第１不純物原子を有する。また、第２半導体１３２は、第２半導体１３２のフェルミ準位を、第２半導体１３２が当該第１不純物原子を有しない場合の第２半導体１３２のフェルミ準位に近づける第２不純物原子を有する。つまり、第２不純物原子は、第２半導体１３２における電荷中性準位とフェルミ準位との差を減少させる。
【００２２】
一例として、第２半導体１３２にＮ型の伝導型を示す第１不純物原子をドープすると、電子が第２半導体１３２の多数キャリアになる。第２半導体１３２の多数キャリアが電子である場合には、第２不純物原子は、第１不純物原子がドープされた第２半導体１３２のフェルミ準位を下降させる。第２半導体１３２のフェルミ準位が下降することにより、第２半導体１３２と第１半導体１１２との間のフェルミ準位の差に起因して生じる結晶欠陥を低減することができる。
【００２３】
具体的には、第２半導体１３２が３−５族化合物半導体である場合に、第２半導体１３２をＨＢＴのサブコレクタとして用いるには、第２半導体１３２にＮ型の伝導型を示す第１不純物原子として、例えばＳｉ原子をドープすることにより、電子濃度を高めることが必要である。例えば、第２半導体１３２の電子濃度は、２×１０１８ｃｍ−３以上、６×１０１８ｃｍ−３以下であることが好ましい。第２半導体１３２の電子濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以上、６×１０１８ｃｍ−３以下であってもよい。
【００２４】
ところが、電子濃度が高まった結果としてフェルミ準位が上昇すると、第２半導体１３２のフェルミ準位と電荷中性準位との差が大きくなり、結晶が不安定化して第２半導体１３２に結晶欠陥が発生する。
【００２５】
そこで、第２半導体１３２のフェルミ準位を下降させる第２不純物原子をドープすることにより、第２半導体１３２のフェルミ準位と電荷中性準位との差を小さくすることができる。一例として、第１不純物原子がＮ型の伝導型を示す場合には、第２不純物原子は第１不純物原子と反対の伝導型のＰ型の伝導型である。例えば、第２半導体１３２が３−５族化合物半導体である場合には、第２不純物原子は、ベリリウム、ボロン、炭素、マグネシウムおよび亜鉛からなる群から選択された少なくとも１つである。第２不純物原子の濃度は５×１０１７ｃｍ−３以上、１×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。
【００２６】
図１において、破線は、当該破線部分に必要に応じて他の半導体等を含んでよいことを示す。例えば、半導体基板１００は、ベース基板１０２と第１半導体１１２との間に、キャリア供給半導体、スペーサー用半導体、またはバッファ用半導体等を含む。また、半導体基板１００は、第１半導体１１２と第２半導体１３２との間に、キャリア供給半導体、スペーサー用半導体、またはバッファ用半導体等を含んでもよい。
【００２７】
図２は、半導体基板２００の断面の一例を示す。半導体基板２００は、ベース基板２０２、バッファ用半導体２０４、チャネル用半導体２１２、キャリア供給半導体２１４、バリア形成半導体２１６、コンタクト用半導体２１８、中間半導体２２４、サブコレクタ用半導体２３２、コレクタ用半導体２３４、ベース用半導体２３６、エミッタ用半導体２３８、サブエミッタ用半導体２４２、およびエミッタコンタクト用半導体２４４を備える。
【００２８】
チャネル用半導体２１２、キャリア供給半導体２１４、バリア形成半導体２１６、およびコンタクト用半導体２１８は、半導体基板１００に形成されるＨＥＭＴを構成する半導体構造層（以下、「ＨＥＭＴ用半導体構造層」と称する）である。サブコレクタ用半導体２３２、コレクタ用半導体２３４、ベース用半導体２３６、エミッタ用半導体２３８、サブエミッタ用半導体２４２、およびエミッタコンタクト用半導体２４４は、半導体基板１００に形成されるＨＢＴを構成する半導体構造層（以下、「ＨＢＴ用半導体構造層」と称する）である。
【００２９】
ベース基板２０２は、半導体基板１００におけるベース基板１０２に対応する。チャネル用半導体２１２は、第１半導体１１２に対応する。サブコレクタ用半導体２３２は、第２半導体１３２に対応する。以下の説明において、半導体基板２００における半導体基板１００に対応する構成部については、説明を省略する場合がある。
【００３０】
バッファ用半導体２０４は、チャネル用半導体２１２の結晶質を確保する目的で設けられた半導体層である。例えば、バッファ用半導体２０４は、ベース基板２０２の表面に残留する不純物原子によりベース基板２０２の上に形成される半導体素子の特性劣化を防ぐ。バッファ用半導体２０４は、チャネル用半導体２１２からのリーク電流を抑制してもよい。バッファ用半導体２０４は、チャネル用半導体２１２とベース基板２０２との格子間距離を整合させる緩衝層として機能してもよい。バッファ用半導体２０４の材料として、３−５族化合物半導体を例示できる。
【００３１】
バッファ用半導体２０４は、一例として、エピタキシャル成長法によりベース基板２０２に接して形成される。半導体基板２００は、バッファ用半導体２０４とベース基板２０２との間に他の半導体層をさらに備えてもよい。バッファ用半導体２０４は、単層の半導体層であってもよく、多層の半導体層によって構成されてもよい。例えば、バッファ用半導体２０４は、組成の異なる複数の半導体層によって構成される。
【００３２】
バッファ用半導体２０４は、キャリアトラップを含んでもよい。キャリアトラップとして、ホウ素原子または酸素原子を例示できる。バッファ用半導体２０４は、例えば、キャリアトラップとして酸素原子を添加した化合物半導体ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）またはＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｘ−ｚＰ（０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）である。当該化合物半導体に酸素原子等のキャリアトラップを添加することにより、当該半導体に深いトラップ準位を形成することができる。当該深いトラップ準位によって、バッファ用半導体２０４を通過するキャリアが捕獲されるので、バッファ用半導体２０４上に形成される他の半導体層とバッファ用半導体２０４の下にあるベース基板２０２との間のリーク電流を防止できる。
【００３３】
バッファ用半導体２０４は、複数のＰ型３−５族化合物半導体を有してもよい。当該複数の３−５族化合物半導体のうち相互に隣接する２つの３−５族化合物半導体は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）とＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ≦１，ｘ＜ｙ）とのヘテロ接合、ＡｌｐＩｎｑＧａ１−ｐ−ｑＰ（０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１）とＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＰ（０≦ｒ≦１，０≦ｓ≦１，ｐ＜ｒ）とのヘテロ接合、および、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）とＡｌｐＩｎｑＧａ１−ｐ−ｑＰ（０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１）とのヘテロ接合、からなる群から選択された少なくとも１つのヘテロ接合を形成してもよい。
【００３４】
例えば、バッファ用半導体２０４が、チャネル用半導体２１２に接するＰ型半導体層ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）とベース基板２０２に接するＰ型半導体層ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓ（０≦ｙ≦１）を含み、ｘ＜ｙである場合に、Ｐ型半導体層ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓがＰ型半導体層ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓより高いＡｌ組成を有し、広いエネルギーバンドギャップを有する。このバンドギャップの差がエネルギーバリアとなり、Ｐ型半導体ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓからＰ型半導体ＡｌｙＧａ１−ｙＡｓへのキャリアの移動を阻害するので、リーク電流の発生が抑制される。
【００３５】
バッファ用半導体２０４は、更に多くのＰ型半導体層を有してもよい。バッファ用半導体２０４における各層が原子単位の厚さを有し、バッファ用半導体２０４が全体として超格子を構成してもよい。このようにバッファ用半導体２０４が多数の層を有する場合には、多数のヘテロ接合により多数のエネルギーバリアが形成されるので、より効果的にリーク電流を防止することができる。
【００３６】
バッファ用半導体２０４は、複数のＰ型半導体層と複数のＮ型半導体層とを含み、Ｐ型半導体層とＮ型半導体層とが、交互に積層されて複数のＰＮ接合を形成する積層構造を有してもよい。当該複数のＰＮ接合が複数の空乏領域を形成してキャリアの移動を阻害するので、効果的にリーク電流を防止できる。
【００３７】
チャネル用半導体２１２は、第１半導体１１２に対応する。チャネル用半導体２１２は、一例として、バッファ用半導体２０４に接して形成される。半導体基板２００は、チャネル用半導体２１２とバッファ用半導体２０４との間に更に他の半導体等を有してもよい。例えば、半導体基板２００は、チャネル用半導体２１２とバッファ用半導体２０４との間に、更にキャリア供給半導体またはスペーサー用半導体等を有する。
【００３８】
キャリア供給半導体２１４は、チャネル用半導体２１２にキャリアを供給する。キャリア供給半導体２１４は、例えば、チャネル用半導体２１２とサブコレクタ用半導体２３２との間に形成される。半導体基板２００は、キャリア供給半導体２１４とチャネル用半導体２１２との間に更に他の半導体等を有してもよい。例えば、半導体基板２００は、キャリア供給半導体２１４とチャネル用半導体２１２との間に、更にスペーサー用半導体等を有する。
【００３９】
キャリア供給半導体２１４は、チャネル用半導体２１２よりも電子親和力が小さくてよい。キャリア供給半導体２１４は、３−５族化合物半導体である。例えば、キャリア供給半導体２１４として、ＡｌＧａＡｓを例示できる。キャリア供給半導体２１４は、例えばエピタキシャル成長法により、チャネル用半導体２１２の上に形成される。
【００４０】
キャリア供給半導体２１４は、チャネル用半導体２１２との間にヘテロ接合を形成する。当該ヘテロ接合界面には、２次元キャリアガスが形成されてもよい。当該２次元キャリアガスの濃度は１×１０１１ｃｍ−２以上、５×１０１２ｃｍ−２以下であってよく、好ましくは１×１０１２ｃｍ−２以上、３×１０１２ｃｍ−２以下である。
【００４１】
バリア形成半導体２１６は、制御電極と２次元キャリアガスとの間のエネルギー障壁を形成する。例えば、制御電極が金属で構成され、バリア形成半導体２１６と当該金属とのショットキー接合によりエネルギー障壁が形成される。バリア形成半導体２１６は、例えば３−５族化合物半導体である。バリア形成半導体２１６の材料として、ＡｌＧａＡｓを例示できる。バリア形成半導体２１６は、例えばエピタキシャル成長法によりチャネル用半導体２１２の上に形成される。半導体基板２００は、バリア形成半導体２１６を有しないで、キャリア供給半導体２１４をバリア形成半導体として兼用してもよい。
【００４２】
コンタクト用半導体２１８は、コンタクト用半導体２１８に接して形成される金属電極との間にオーミック接合を形成する。コンタクト用半導体２１８は、例えば３−５族化合物半導体である。コンタクト用半導体２１８の材料として、ＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓを例示できる。コンタクト用半導体２１８は、例えばエピタキシャル成長法によりバリア形成半導体２１６の上に形成される。
【００４３】
中間半導体２２４は、例えばチャネル用半導体２１２とサブコレクタ用半導体２３２との間に形成される。中間半導体２２４は、コンタクト用半導体２１８の上に形成されてもよい。中間半導体２２４は、サブコレクタ用半導体２３２との間でのエッチング選択性を確保できる半導体であることが好ましい。中間半導体２２４は、例えば３−５族化合物半導体である。中間半導体２２４は、一例としてＩｎＧａＰである。
【００４４】
中間半導体２２４は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ（０≦ｘ≦１）またはＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＰ（０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１）を含んでもよい。中間半導体２２４は、ＡｌｐＧａ１−ｐＡｓ層およびＡｌｑＧａ１−ｑＡｓ層（０≦ｐ≦１、０≦ｑ≦１、ｐ＜ｑ）が積層された積層体を含んでもよい。積層体は、ＡｌｐＧａ１−ｐＡｓ層およびＡｌｑＧａ１−ｑＡｓ層（０≦ｐ≦１、０≦ｑ≦１、ｐ＜ｑ）の繰返し構造を含んでもよい。中間半導体２２４は、例えばエピタキシャル成長法により形成される。
【００４５】
サブコレクタ用半導体２３２は、第２半導体１３２に対応する。具体的には、サブコレクタ用半導体２３２は、ＨＢＴのサブコレクタ層として機能する程度の電子濃度を有する。サブコレクタ用半導体２３２は、例えばＮ型の伝導型を示すＳｉ原子等の第１不純物原子が高濃度にドープされた３−５族化合物半導体である。サブコレクタ用半導体２３２の電子濃度は、一例として２×１０１８ｃｍ−３以上、６×１０１８ｃｍ−３以下である。サブコレクタ用半導体２３２の電子濃度は、１×１０１８ｃｍ−３以上、６×１０１８ｃｍ−３以下であってもよい。
【００４６】
サブコレクタ用半導体２３２は、サブコレクタ用半導体２３２のフェルミ準位を、Ｓｉ原子がドープされていない状態におけるフェルミ準位に近づける第２不純物原子を有する。つまり、サブコレクタ用半導体２３２は、サブコレクタ用半導体２３２における電荷中性準位とフェルミ準位との差を減少させる第２不純物原子を有する。上記第２不純物原子は、ベリリウム、ボロン、炭素、マグネシウムおよび亜鉛からなる群から選択された少なくとも１つである。上記第２不純物原子の濃度は、一例として５×１０１７ｃｍ−３以上、１×１０１９ｃｍ−３以下である。
【００４７】
ＨＢＴ用半導体構造層におけるサブコレクタ用半導体２３２に第２不純物原子を添加することによって、サブコレクタ用半導体２３２に結晶欠陥が生じて、当該結晶欠陥がサブコレクタ用半導体２３２の下層にまで伝播することを防ぐことができる。その結果、ＨＢＴ用半導体構造層の下部に存在するＨＥＭＴ用半導体構造層の特性の劣化を防ぐことができる。例えば、ＨＥＭＴのしきい値電圧にばらつきが生ずる等の特性劣化を防ぐことができる。
【００４８】
コレクタ用半導体２３４は、サブコレクタ用半導体２３２の上に形成されている。コレクタ用半導体２３４は、サブコレクタ用半導体２３２が有する不純物原子と同じ伝導型を示す不純物原子を含んでもよい。コレクタ用半導体２３４は、サブコレクタ用半導体２３２が有する不純物原子より、低い濃度の当該不純物原子を含んでもよい。
【００４９】
コレクタ用半導体２３４は、例えば３−５族化合物半導体である。コレクタ用半導体２３４の材料として、ＧａＡｓを例示できる。コレクタ用半導体２３４は、例えばＨＢＴのコレクタ層として機能する。コレクタ用半導体２３４は、例えばエピタキシャル成長法により形成される。
【００５０】
ベース用半導体２３６は、コレクタ用半導体２３４の上に形成されている。ベース用半導体２３６は、コレクタ用半導体２３４に含有されている不純物原子と反対の伝導型を示す不純物原子を含んでよい。ベース用半導体２３６は、例えば３−５族化合物半導体である。ベース用半導体２３６の材料として、ＧａＡｓを例示できる。ベース用半導体２３６は、ＨＢＴのベース層として機能する。ベース用半導体２３６は、例えばエピタキシャル成長法により形成される。
【００５１】
エミッタ用半導体２３８は、ベース用半導体２３６の上に形成されている。エミッタ用半導体２３８は、コレクタ用半導体２３４に含有されている不純物原子と同種の伝導型を示す不純物原子を含んでよい。エミッタ用半導体２３８は、３−５族化合物半導体である。エミッタ用半導体２３８の材料として、ＩｎＧａＰを例示できる。エミッタ用半導体２３８は、ＨＢＴのエミッタ層として機能する。エミッタ用半導体２３８は、例えばエピタキシャル成長法により形成される。
【００５２】
サブエミッタ用半導体２４２は、エミッタ用半導体２３８の上に形成されている。サブエミッタ用半導体２４２は、例えばエミッタ用半導体２３８が有する不純物原子と同種の伝導型を示す不純物原子を含む。サブエミッタ用半導体２４２は、エミッタ用半導体２３８より高い濃度の当該不純物原子を含んでもよい。
【００５３】
サブエミッタ用半導体２４２は、例えば３−５族化合物半導体である。サブエミッタ用半導体２４２の材料として、ＧａＡｓを例示できる。サブエミッタ用半導体２４２は、一例としてＨＢＴのサブエミッタ層として機能する。サブエミッタ用半導体２４２は、例えばエピタキシャル成長法により形成される。
【００５４】
エミッタコンタクト用半導体２４４は、サブエミッタ用半導体２４２の上に形成される。エミッタコンタクト用半導体２４４は、例えばエミッタ用半導体２３８が有する不純物原子と同じ伝導型を示す不純物原子を含む。エミッタコンタクト用半導体２４４は、エミッタ用半導体２３８より高い濃度の当該不純物原子を含んでもよい。エミッタコンタクト用半導体２４４は、エミッタコンタクト用半導体２４４に接して形成される金属電極との間にオーミック接合を形成してもよい。
【００５５】
エミッタコンタクト用半導体２４４は、例えば３−５族化合物半導体である。エミッタコンタクト用半導体２４４の材料として、ＩｎＧａＡｓを例示できる。エミッタコンタクト用半導体２４４は、例えばエピタキシャル成長法により形成される。
【００５６】
図３は、半導体基板２００の製造方法の一例を表すフローチャートを示す。本実施態様の半導体基板製造方法は、バッファ層を形成する段階Ｓ３１０、第１半導体を形成する段階Ｓ３２０、中間半導体を形成する段階Ｓ３３０、および第２半導体を形成する段階Ｓ３４０を備える。
【００５７】
半導体基板２００は、ベース基板２０２に、半導体基板２００を構成する他の半導体を順次エピタキシャル成長させることによって製造される。エピタキシャル成長法として、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、以下、ＭＯＣＶＤ法と称する場合がある）、分子線エピタキシー法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ、以下、ＭＢＥ法と称する場合がある）を例示できる。以下、ＭＯＣＶＤ法を用いて、半導体基板２００を製造する方法を説明する。
【００５８】
まず、バッファ層を形成する段階Ｓ３１０においては、ベース基板２０２を反応炉に載置し、ベース基板２０２上でバッファ用半導体２０４をエピタキシャル成長させる。ベース基板２０２は、例えば高抵抗の半絶縁性ＧａＡｓ単結晶基板である。ベース基板２０２は、例えば、ＬＥＣ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ  Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ）法、ＶＢ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｂｒｉｄｇｍａｎ）法、ＶＧＦ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｇｒａｄｉｅｎｔ  Ｆｒｅｅｚｉｎｇ）法等で製造されたＧａＡｓ基板である。ベース基板２０２は、１つの結晶学的面方位から０．０５°〜１０°程度の傾きをもった基板であってよい。好ましくは、ベース基板２０２は、１つの結晶学的面方位から０．３°以上、０．５°以下の傾きをもった基板である。
【００５９】
バッファ用半導体２０４は、例えばＩ型ＡｌＧａＡｓである。バッファ用半導体２０４を形成する場合には、まず、ＧａＡｓ単結晶ベース基板２０２の表面を、脱脂洗浄、エッチング、水洗、乾燥処理した後、ＭＯＣＶＤ炉の加熱台上に載置する。炉内を高純度水素で十分置換した後、ベース基板２０２の加熱を開始する。ベース基板２０２が適切な温度に安定したところで炉内に砒素原料を導入し、続いてガリウム原料およびアルミニウム原料を導入することで、ＡｌＧａＡｓ層をエピタキシャル成長させる。結晶成長時の基板温度は、例えば４００℃以上８００℃以下である。
【００６０】
３族原子原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）およびトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）等を使用することができる。５族原子原料ガスとして、アルシン（ＡｓＨ３）等を使用することができる。エピタキシャル成長条件は、例えば、反応炉内圧力０．１ａｔｍ、成長温度６５０℃、成長速度１〜３μｍ／ｈｒである。原料のキャリアガスとして、高純度水素を用いることができる。
【００６１】
続いて、第１半導体を形成する段階において、バッファ用半導体２０４の上に、順次チャネル用半導体２１２、キャリア供給半導体２１４、バリア形成半導体２１６、およびコンタクト用半導体２１８をエピタキシャル形成する。一例として、チャネル用半導体２１２はＩ型ＩｎＧａＡｓである。キャリア供給半導体２１４はＮ型ＡｌＧａＡｓである。バリア形成半導体２１６はＮ型ＡｌＧａＡｓである。コンタクト用半導体２１８は高濃度にドープされたＮ型ＧａＡｓである。
【００６２】
３族原子原料として、上記のＴＭＧおよびＴＭＡ以外に、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）を使用してもよい。例えば、ＩｎＧａＡｓのチャネル用半導体２１２を形成するには、ベース基板２０２が適切な温度に安定したところで、炉内に砒素原料であるアルシンを導入して、続いてガリウム原料であるＴＭＧ、およびインジウム原料であるＴＭＩを導入することで、ＩｎＧａＡｓをエピタキシャル成長できる。
【００６３】
Ｎ型の伝導型を示す不純物原子は、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｇｅ、Ｓｎ、ＴｅおよびＳからなる群から選択された少なくとも一つの原子である。Ｎ型の伝導型を示す不純物原子を含む化合物として、上記原子の水素化物または炭素数が１から３のアルキル基を有するアルキル化物を用いることができる。例えば、Ｎ型の伝導型を示す不純物原子として、Ｓｉを選択し、Ｎ型の伝導型を示す不純物原子を含む化合物として、シラン（ＳｉＨ４）またはジシラン（Ｓｉ２Ｈ６）を用いることができる。不純物原子Ｓｉのドーピング濃度は、エピタキシャル成長時のシランまたはジシラン流量を調整することによって変化させることができる。
【００６４】
次に、中間半導体を形成する段階Ｓ３３０においては、コンタクト用半導体２１８の上に中間半導体２２４をエピタキシャル形成する。中間半導体２２４は、例えばＮ型ＩｎＧａＰである。５族原子原料ガスとして、上記のアルシン（ＡｓＨ３）のほかに、ホスフィン（ＰＨ３）等を使用してもよい。例えば、ＩｎＧａＰの中間半導体２２４を形成するには、ベース基板２０２が適切な温度に安定したところで、炉内に燐原料であるホスフィンを導入して、続いてガリウム原料であるＴＭＧ、およびインジウム原料であるＴＭＩを導入することで、ＩｎＧａＰをエピタキシャル成長させることができる。
【００６５】
続いて、第２半導体を形成する段階Ｓ３４０においては、中間半導体２２４の上に、順次サブコレクタ用半導体２３２、コレクタ用半導体２３４、ベース用半導体２３６、エミッタ用半導体２３８、サブエミッタ用半導体２４２、およびエミッタコンタクト用半導体２４４をエピタキシャル形成する。
【００６６】
サブコレクタ用半導体２３２は、例えば第１不純物原子が高濃度にドープされたＮ型ＧａＡｓである。Ｎ型の伝導型を示す第１不純物原子は、Ｓｉ、Ｓｅ、Ｇｅ、Ｓｎ、ＴｅおよびＳからなる群から選択された少なくとも一つの原子である。
【００６７】
サブコレクタ用半導体２３２は、サブコレクタ用半導体２３２のフェルミ準位を、第１不純物原子を有しない場合のフェルミ準位に近づける第２不純物原子を有する。例えば、サブコレクタ用半導体２３２は、電荷中性準位とフェルミ準位との差を減少させる第２不純物原子として、炭素原子を含む。炭素原子の原料として、ＣＢｒ４あるいはＢｒＣＣｌ３等の炭素のハロゲン化物を用いることができるほか、３族原料に含まれる炭素を用いることができる。
【００６８】
サブコレクタ用半導体２３２に導入される炭素原子の量は、結晶成長炉へ導入する３族原料に対する５族原料のモル供給比を調整することにより調整することができる。例えば、アルシンとトリメチルガリウムとのモル供給比を調整することによって、サブコレクタ用半導体２３２を構成するＧａＡｓに導入される炭素原子の量を調整することができる。一般に３族原料に対する５族原料のモル供給比が低いほど、導入される炭素原子の量は多くなる。３族原料に対する５族原料のモル供給比は、例えば１以上６以下であり、好ましくは１．６以上６以下である。
【００６９】
コレクタ用半導体２３４は、例えばＮ型ＧａＡｓである。ベース用半導体２３６は、例えばＰ型ＧａＡｓである。ベース用半導体２３６に導入するＰ型不純物原子の原料として、ＣＢｒ４あるいはＢｒＣＣｌ３等の炭素のハロゲン化物を用いることができる。エミッタ用半導体２３８は、例えばＮ型ＩｎＧａＰである。サブエミッタ用半導体２４２は、例えば不純物原子が高濃度にドープされたＮ型ＧａＡｓである。エミッタコンタクト用半導体２４４は、不純物原子が高濃度にドープされたＮ型ＩｎＧａＡｓである。
【００７０】
図４は、電子デバイス４００の断面の一例を示す。電子デバイス４００は、ベース基板２０２、バッファ用半導体２０４、チャネル用半導体２１２、キャリア供給半導体２１４、バリア形成半導体２１６、コンタクト用半導体２１８、中間半導体２２４、サブコレクタ用半導体２３２、コレクタ用半導体２３４、ベース用半導体２３６、エミッタ用半導体２３８、サブエミッタ用半導体２４２、エミッタコンタクト用半導体２４４、ＨＢＴ４５０、およびＨＥＭＴ４６０を備える。電子デバイス４００は、半導体基板２００を用いて、同一の基板上にＨＥＭＴおよびＨＢＴをモノリシックに形成した電子デバイスである。
【００７１】
ＨＢＴ４５０は、ベース用半導体２３６に形成されたベース電極４５２、エミッタコンタクト用半導体２４４に形成されたエミッタ電極４５４、およびサブコレクタ用半導体２３２に形成されたコレクタ電極４５６を有する。ＨＥＭＴ４６０は、コンタクト用半導体２１８に形成されたドレイン電極４６２、バリア形成半導体２１６に形成されたゲート電極４６４、およびコンタクト用半導体２１８に形成されたソース電極４６６を有する。
【００７２】
図５から図８は、電子デバイス４００の製造過程における断面例を示す。以下、図面を用いて、電子デバイス４００を製造する方法を説明する。但し、半導体基板２００の製造方法と共通の部分については、説明を省略する場合がある。
【００７３】
まず、エミッタコンタクト用半導体２４４に接してエミッタ電極４５４を形成する。例えば、エミッタ電極４５４は、エミッタコンタクト用半導体２４４の表面に、エミッタ電極４５４を形成する部位に開口が設けられたレジストマスクをフォトリソグラフィ法により形成し、電極用金属を蒸着してからレジストをリフトオフすることによって形成することができる。エッチング等のフォトリソグラフィ法により、エミッタメサを形成してよい。
【００７４】
次に、図６に示すように、エッチング等のフォトリソグラフィ法によりコレクタメサを形成する。具体的には、ベース用半導体２３６に接してベース電極４５２を形成して、サブコレクタ用半導体２３２に接してコレクタ電極４５６を形成する。ベース電極４５２およびコレクタ電極４５６は、ベース電極４５２またはコレクタ電極４５６を形成する部位に開口が設けられたレジストマスクをフォトリソグラフィ法により形成し、電極用金属を蒸着してからレジストをリフトオフすることによって形成できる。
【００７５】
続いて、図７に示すように、エッチング等のフォトリソグラフィ法により、ＨＥＭＴ４６０を形成する部位におけるＨＢＴ用半導体を除去して、コンタクト用半導体２１８を露出する。さらに、図８に示すように、エッチング等のフォトリソグラフィ法により、ソースおよびドレイン部位を形成して、露出したバリア形成半導体２１６に接してゲート電極４６４を形成する。最後に、図４に示すようにドレイン電極４６２およびソース電極４６６を形成することによって、電子デバイス４００が完成する。上述の記載は、電子デバイス４００の製造過程における各段階の順序を限定するものではない。例えば、エミッタメサを形成してから、エミッタ電極４５４を形成してもよい。
【００７６】
図９は、半導体基板９００の断面の一例を示す。半導体基板９００は、半導体基板２００に比して、コンタクト用半導体２１８と中間半導体２２４との間に、更に半導体９１９を含む点において相違する。半導体９１９は、キャリア供給半導体２１４とは反対の伝導型の不純物原子を有する半導体である。
【実施例】
【００７７】
（実験例１）
実験例１において用いた半導体基板は、コンタクト用半導体２１８を含まない点を除いて、ほかの構成が半導体基板２００と同じである。ベース基板２０２として、ＧａＡｓ単結晶基板を使用した。バッファ用半導体２０４としてＩ型ＡｌＧａＡｓ、チャネル用半導体２１２としてＩ型ＩｎＧａＡｓ、キャリア供給半導体２１４としてＮ型ＡｌＧａＡｓ、バリア形成半導体２１６としてＩ型ＡｌＧａＡｓ、中間半導体２２４としてＮ型ＩｎＧａＰ、サブコレクタ用半導体２３２として不純物原子が高濃度にドープされたＮ型ＧａＡｓ、コレクタ用半導体２３４としてＮ型ＧａＡｓ、ベース用半導体２３６として不純物原子が高濃度にドープされたＰ型ＧａＡｓ、エミッタ用半導体２３８としてＮ型ＩｎＧａＰ、サブエミッタ用半導体２４２不純物原子が高濃度にドープされたＮ型ＧａＡｓ、エミッタコンタクト用半導体２４４不純物原子が高濃度にドープされたＮ型ＩｎＧａＡｓを使用した。バッファ用半導体２０４、チャネル用半導体２１２、キャリア供給半導体２１４、中間半導体２２４、サブコレクタ用半導体２３２、コレクタ用半導体２３４、ベース用半導体２３６、エミッタ用半導体２３８、サブエミッタ用半導体２４２、およびエミッタコンタクト用半導体２４４は、ＭＯＣＶＤ法を用いて、エピタキシャル成長法によって順次ベース基板２０２の上に形成した。
【００７８】
３族原子原料として、ＴＭＧ、ＴＭＡ、およびＴＭＩを使用した。また、５族原子原料ガスとして、アルシンおよびホスフィンを使用した。Ｎ型不純物原子としてジシランを使用して、Ｐ型不純物原子原料としてＢｒＣＣｌ３を使用した。
【００７９】
サブコレクタ用半導体２３２の成長時に、３族原料に対する５族原料のモル供給比を２．６として、炭素濃度を制御した。二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により、形成されたサブコレクタ用半導体２３２の炭素濃度を測定した結果、炭素濃度が１×１０１８ｃｍ−３であった。また、サブコレクタ用半導体２３２の電子濃度は５×１０１８ｃｍ−３とした。
【００８０】
続いて、ウェットエッチングにより、上記の半導体基板における中間半導体２２４から上層の半導体を除去した。露出したバリア形成半導体２１６に接してＡｌショットキー電極を形成して、ＨＥＭＴ用半導体構造層のしきい値電圧を評価するためのＣ−Ｖ（容量−電圧）測定を実施した。ＨＢＴ用半導体構造層を形成する過程におけるＨＥＭＴ用半導体構造層への影響は、この評価によって検知することができる。
【００８１】
図１０は、実験例１の測定結果のＣ−Ｖ曲線である。図１１から図１７は、それぞれ後述の実験例における測定結果である。これらの図面において、横軸がショットキー電極に印加する電圧を示し、縦軸がショットキー接合に形成される容量を示す。
【００８２】
図１０のＣ−Ｖ曲線から分かるように、ショットキー電極に負の電圧を印加すると、ある電圧で空乏化が始まり、容量が急激に減少する。図１０において、低電圧側で容量がほぼ一定である部分の曲線の切線（破線）と、容量が急激に減少する部分の曲線の切線（破線）との交点ａを用いて、近似的に容量が急激に減少する電圧（「降伏点」と称する）を表す。測定するＨＥＭＴ用半導体構造層の特性が安定であれば、このＣ−Ｖ曲線に再現性があり、繰り返し測定において得られるＣ−Ｖ曲線のばらつきが小さく、降伏点がほぼ一定となる。このばらつきによって、測定対象である半導体基板によって形成されるＨＥＭＴのしきい値電圧のばらつきを予測することができる。
【００８３】
Ｃ−Ｖ曲線のばらつきは、図１２に示すように、降伏点の電圧が最も低いａ点と降伏点の電圧が最も高いｂ点との間の電圧差によって表す。図１０のように、当該降伏点の電圧差が小さいときは、図面において、ａ点だけを表示する。図１０から、実験例１において用いた半導体基板の測定結果にばらつきが少なく、半導体基板の特性が安定であることが分かる。
【００８４】
（実験例２）
実験例２において用いた半導体基板は、半導体基板２００を構成する半導体のうち、ベース基板２０２の上に、バッファ用半導体２０４、ＨＥＭＴ用半導体構造層を構成するチャネル用半導体２１２、キャリア供給半導体２１４、およびバリア形成半導体２１６だけを形成して、エピタキシャル成長を終了した半導体基板である。上記各半導体の形成条件は、実験例１と同じである。当該半導体基板のバリア形成半導体２１６に接してＡｌショットキー電極を形成して、Ｃ−Ｖ測定を実施した。測定結果を図１１に示す。本実験例２の半導体基板におけるＨＥＭＴ用半導体構造層は、上部にＨＢＴ用半導体構造層を形成する影響を受けていないので、他の実験例の比較基準として使用する。
【００８５】
（実験例３）
実験例３において用いた半導体基板は、サブコレクタ用半導体２３２の成長時の条件を除き、実験例１と同様の条件で形成した。サブコレクタ用半導体２３２の成長時に、３族原料に対する５族原料のモル供給比を２７にして、サブコレクタ用半導体２３２における炭素濃度を３×１０１６ｃｍ−３未満に制御した。サブコレクタ用半導体２３２の電子濃度は、実験例１と同じ５×１０１８ｃｍ−３とした。また、実験例１と同様の条件で、ウェットエッチングにより、半導体基板における中間半導体２２４から上層の半導体を除去して、バリア形成半導体２１６に接してＡｌショットキー電極を形成して、Ｃ−Ｖ測定を実施した。測定結果を図１２に示す。
【００８６】
上記三つの実験例を比較してみると、実験例２のＨＥＭＴ用半導体構造層は、ＨＢＴ用半導体構造層を形成する影響を受けていないので、図１１に示すように、繰り返し測定におけるＣ−Ｖ曲線の再現性がよく、各Ｃ−Ｖ曲線の降伏点がａ点に重なり、安定な特性を示す。それに対して、実験例３のＨＥＭＴ用半導体構造層は、図１２に示すように、測定結果にばらつきが大きく、降伏点ａとｂの電圧差が０．４５Ｖとなる。これは、サブコレクタ用半導体２３２から上層のＨＢＴ用半導体構造層を形成することにより、下層に存在するＨＥＭＴ用半導体構造層の特性が劣化したことを示す。しかし、実験例１のＨＥＭＴ用半導体構造層は、同じく上部にＨＢＴ用半導体構造層を形成したにも関わらず、図１０に示すように、実験例２のＨＥＭＴ用半導体構造層とほぼ同等の安定な特性を示す。
【００８７】
ＨＥＭＴ用半導体構造層の特性が劣化する原因は、次のように考えられる。ＨＢＴ用半導体構造層において、サブコレクタ用半導体２３２のように不純物原子が高濃度にドープされる場合に、不純物原子の影響で半導体の中に結晶欠陥が生成すると考えられる。
【００８８】
そして、ＨＢＴ用半導体構造層を形成する過程において、上記結晶欠陥がＨＥＭＴ用半導体構造層に伝播して、ＨＥＭＴ用半導体構造層の特性を劣化させることが考えられる。実験例１のように、第２不純物原子として、サブコレクタ用半導体２３２に炭素原子を多量に添加すると、炭素原子が電荷中性準位とフェルミ準位との差を減少させるので、結晶が安定化し、欠陥の発生が抑制されたと考えられる。
【００８９】
（実験例４）
以下、実験例４から実験例６において、サブコレクタ用半導体２３２の炭素濃度を変化させて、その影響を調べた。実験例４において用いた半導体基板は、サブコレクタ用半導体２３２の成長時の条件を除き、実験例１と同様の条件で形成した。サブコレクタ用半導体２３２の成長時に、３族原料に対する５族原料のモル供給比を５．４にして、サブコレクタ用半導体２３２における炭素濃度を制御した。サブコレクタ用半導体２３２の炭素濃度は５×１０１７ｃｍ−３であった。サブコレクタ用半導体２３２の電子濃度は３×１０１８ｃｍ−３とした。また、実験例１と同様の条件で、ウェットエッチングにより、半導体基板における中間半導体２２４から上層の半導体を除去して、バリア形成半導体２１６に接してＡｌショットキー電極を形成して、Ｃ−Ｖ測定を実施した。測定結果を図１３に示す。
【００９０】
（実験例５）
実験例５において用いた半導体基板は、サブコレクタ用半導体２３２の成長時の条件を除き、実験例１と同様の条件で形成した。サブコレクタ用半導体２３２の成長時に、３族原料に対する５族原料のモル供給比を１．６５にして、サブコレクタ用半導体２３２における炭素濃度を制御した。サブコレクタ用半導体２３２の炭素濃度は５×１０１８ｃｍ−３であった。サブコレクタ用半導体２３２の電子濃度は５×１０１８ｃｍ−３とした。また、実験例１と同様の条件で、ウェットエッチングにより、半導体基板における中間半導体２２４から上層の半導体を除去して、バリア形成半導体２１６に接してＡｌショットキー電極を形成して、Ｃ−Ｖ測定を実施した。測定結果を図１４に示す。
【００９１】
（実験例６）
実験例６において用いた半導体基板は、サブコレクタ用半導体２３２の成長時の条件を除き、実験例１と同様の条件で形成した。サブコレクタ用半導体２３２の成長時に、３族原料に対する５族原料のモル供給比を１．３にして、サブコレクタ用半導体２３２における炭素濃度を１×１０１９ｃｍ−３に制御した。サブコレクタ用半導体２３２の電子濃度は６×１０１８ｃｍ−３とした。また、実験例１と同様の条件で、ウェットエッチングにより、半導体基板における中間半導体２２４から上層の半導体を除去して、バリア形成半導体２１６に接してＡｌショットキー電極を形成して、Ｃ−Ｖ測定を実施した。測定結果を図１５に示す。
【００９２】
実験例４から６の測定結果（図１３から図１５）を比較すると、サブコレクタ用半導体２３２の炭素濃度が１×１０１９ｃｍ−３である実験例６の測定結果に、降伏点ａとｂの電圧差が約０．１３Ｖのばらつきがあるものの、いずれのＨＥＭＴ用半導体構造層も実験例３のような大きいばらつきが見られず、安定な特性を示す。
【００９３】
（実験例７）
実験例７において用いた半導体基板は、サブコレクタ用半導体２３２の電子濃度を１×１０１８ｃｍ−３未満としたことを除き、実験例３と同様の条件で形成した。また、実験例１と同様の条件で、ウェットエッチングにより、半導体基板における中間半導体２２４から上層の半導体を除去して、バリア形成半導体２１６に接してＡｌショットキー電極を形成して、Ｃ−Ｖ測定を実施した。測定結果を図１６に示す。
【００９４】
ＨＥＭＴ用半導体構造層は、サブコレクタ用半導体２３２の電子濃度が低い場合には、図１６に示すように安定な特性を示す。
【００９５】
表１は、実験例１から実験例７までの測定結果を示す。この結果から、安定なＨＥＭＴ用半導体構造層の特性を得るには、サブコレクタ用半導体２３２の成長時における３族原料に対する５族原料のモル供給比が、１．３以上、６以下であってよく、好ましくは、１．６以上、６以下である。即ち、サブコレクタ用半導体２３２における炭素濃度が５×１０１７ｃｍ−３以上、１×１０１９ｃｍ−３以下であってよく、好ましくは、５×１０１７ｃｍ−３以上、５×１０１８ｃｍ−３以下である。また、サブコレクタ用半導体２３２における電子濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上、６×１０１８ｃｍ−３以下であってよく、好ましくは、２×１０１８ｃｍ−３以上、５×１０１８ｃｍ−３以下である。
【表１】
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【００９６】
（実験例８）
実験例８において用いた半導体基板は、中間半導体２２４の成長時の条件を除き、実験例３と同様の条件で形成した。中間半導体２２４は、ＧａＡｓとＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓとから構成する２層構造を１０回繰り返して形成された積層構造の上に、Ｎ型ＩｎＧａＰを成長させて形成された。また、実験例１と同様の条件で、ウェットエッチングにより、半導体基板における中間半導体２２４から上層の半導体を除去して、バリア形成半導体２１６に接してＡｌショットキー電極を形成して、Ｃ−Ｖ測定を実施した。測定結果を図１７に示す。
【００９７】
また、実験例８に用いた半導体基板が、中間半導体２２４構成以外に、実験例３と同様な構成を有するにも関わらす、ＨＥＭＴ用半導体構造層は、図１７に示すように、安定な特性を示す。それは、中間半導体２２４に含まれるＧａＡｓとＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓとの禁制帯幅の違いにより、ＧａＡｓとＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓとのテロ接合に形成されたエネルギーバリアが、サブコレクタ用半導体２３２に含まれる高濃度不純物原子の悪影響を抑制したものと考えられる。ＧａＡｓとＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ａｓとから構成する積層構造が１０回繰り返されることにより、複数のヘテロ接合が形成され、複数のエネルギーバリアが形成されて、その効果を大きく高めたと考えられる。
【００９８】
以上の実施態様において、同一基板にＨＥＭＴ用半導体構造層とＨＢＴ用半導体構造層を形成するにも関わらず、ＨＢＴにおける高濃度不純物原子を含む半導体に、電荷中性準位とフェルミ準位との差を減少させる第２不純物原子を添加することにより、ＨＢＴ用半導体構造層を形成する過程によるＨＥＭＴ用半導体構造層の特性の劣化を防ぎ、しきい値電圧が安定するＨＥＭＴとＨＢＴをモノリシックに形成できる半導体基板、当該半導体基板の製造方法および当該半導体基板による電子デバイスを提供できる。
【００９９】
また、ＨＥＭＴ用半導体構造層とＨＢＴ用半導体構造層との間に、エネルギーバリアを形成できるヘテロ接合を有する積層構造の中間半導体を設けることによっても、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【０１００】
１００  半導体基板、１０２  ベース基板、１１２  第１半導体、１３２  第２半導体、  ２００  半導体基板、２０２  ベース基板、２０４  バッファ用半導体、２１２  チャネル用半導体、２１４  キャリア供給半導体、２１６  バリア形成半導体、２１８  コンタクト用半導体、２２４  中間半導体、２３２  サブコレクタ用半導体、２３４  コレクタ用半導体、２３６  ベース用半導体、２３８  エミッタ用半導体、２４２  サブエミッタ用半導体、２４４  エミッタコンタクト用半導体、４００  電子デバイス、４５０  ＨＢＴ、４５２  ベース電極、４５４  エミッタ電極、４５６  コレクタ電極、４６０  ＨＥＭＴ、４６２  ドレイン電極、４６４  ゲート電極、４６６  ソース電極、９００  半導体基板、９１９  半導体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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