(57)【要約】      （修正有）【課題】電流コラプスを低減可能な窒化物半導体トランジスタの製造方法及び窒化物半導体トランジスタを提供する。【解決手段】窒化物半導体トランジスタの製造方法は、チャネル層１１、バリア層１２、及びＧａを組成に含むキャップ層１３を基板１０上に順次成長してエピタキシャル基板２Ａを作製する成長工程と、金属イオンを含む溶液中にエピタキシャル基板２Ａを浸漬し、金属イオンをキャップ層１３の表面上に付着させる浸漬工程と、溶液中からエピタキシャル基板２Ａを取り出し、キャップ層の表面上に窒化シリコン膜を形成する成膜工程と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体トランジスタの製造方法であって、
チャネル層、バリア層、及びＧａを組成に含むキャップ層を基板上に順次成長してエピタキシャル基板を作製する成長工程と、
金属イオンを含む溶液中に前記エピタキシャル基板を浸漬し、前記金属イオンを前記キャップ層の表面上に付着させる浸漬工程と、
前記溶液中から前記エピタキシャル基板を取り出し、前記キャップ層の表面上に窒化シリコン膜を形成する成膜工程と、を含む、窒化物半導体トランジスタの製造方法。
【請求項２】
前記金属イオンは高融点金属またはその化合物のイオンであり、
前記溶液は過水硫酸液または希硫酸液である、請求項１に記載の窒化物半導体トランジスタの製造方法。
【請求項３】
前記高融点金属またはその化合物は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、及びＴｉＷのうち少なくとも一つである、請求項２に記載の窒化物半導体トランジスタの製造方法。
【請求項４】
前記浸漬工程において、前記金属イオンの基となる金属の膜が表面に成膜された別の基板を前記エピタキシャル基板とともに前記溶液中に浸漬する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の窒化物半導体トランジスタの製造方法。
【請求項５】
前記浸漬工程において、前記キャップ層の表面上の金属密度が１．０×１０１１ｃｍ−２〜１．０×１０１２ｃｍ−２の範囲内になるまで前記エピタキシャル基板を前記溶液中に浸漬する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の窒化物半導体トランジスタの製造方法。
【請求項６】
基板と、
前記基板上に設けられたチャネル層と、
前記チャネル層上に設けられたバリア層と、
Ｇａを組成に含み前記バリア層上に設けられたキャップ層と、
前記キャップ層上に設けられた窒化シリコン膜と、
前記バリア層に接するソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に設けられたゲート電極と、
少なくとも前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の領域における前記キャップ層と前記窒化シリコン膜との界面において１．０×１０１１ｃｍ−２〜１．０×１０１２ｃｍ−２の範囲内の密度で配置された金属原子と、
を備える、窒化物半導体トランジスタ。
【請求項７】
前記金属は高融点金属またはその化合物である、請求項６に記載の窒化物半導体トランジスタ。
【請求項８】
前記高融点金属またはその化合物は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、及びＴｉＷのうち少なくとも一つである、請求項７に記載の窒化物半導体トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体トランジスタの製造方法及び窒化物半導体トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＧａＮ系半導体を用いた高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）が開示されている。このＨＥＭＴは、第１のＧａＮ系半導体層と、第１のＧａＮ系半導体層上に設けられ、第１のＧａＮ系半導体層よりバンドギャップの大きい第２のＧａＮ系半導体層とを備える。第２のＧａＮ系半導体層には、ソース電極及びトレイン電極が電気的に接続される。ソース電極とドレイン電極との間には、ゲート電極が設けられる。ソース電極及びドレイン電極と、ゲート電極との間の第２のＧａＮ系半導体層上には、膜厚が０．２ｎｍ以上２ｎｍ未満の窒素を含む第１の絶縁膜が設けられる。第１の絶縁膜上には、酸素を含む第２の絶縁膜が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１４３８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、例えばＧａＮといった窒化物系半導体を用いたＨＥＭＴが知られている。ＨＥＭＴは、例えば結晶成長用基板上に順にエピタキシャル成長した、チャネル層、バリア層及びキャップ層を有している。チャネル層中のバリア層との界面に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が形成され、この２次元電子ガスがチャネル層として機能する。
【０００５】
キャップ層との表面には、電子捕獲準位（トラップ）が形成される。ゲートに逆バイアスを印加した状態でドレインバイアスを印加すると、ドレイン電極からゲート電極に向けて表面リーク電流が生じるが、その一部の電子は電子捕獲準位に捕獲される。捕獲準位の寿命（捕獲した電子を吐き出すまでの時間）は、マイクロ秒オーダであり、ＨＥＭＴの用途によってはオン／オフ周期よりも十分に長い時間となる。電子捕獲準位に電子が捕獲されると、チャネル層の表面が負に帯電した状態で維持される。これは、ゲート−ドレイン間のチャネル幅を狭くする（ゲート−ドレイン間の空乏領域を広げる）作用をもたらし、オン／オフ動作が連続して繰り返されると、ドレイン電圧が次第に減少する。このような現象は、電流コプラスと呼ばれる。窒化物系半導体を用いたＨＥＭＴにおいては、さらなる高速動作の実現のため、電流コラプスの低減が望まれている。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、電流コラプスを低減可能な窒化物半導体トランジスタの製造方法及び窒化物半導体トランジスタ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】
【０００７】
上述した課題を解決するために、一実施形態に係る窒化物半導体トランジスタの製造方法は、チャネル層、バリア層、及びＧａを組成に含むキャップ層を基板上に順次成長してエピタキシャル基板を作製する成長工程と、金属イオンを含む溶液中にエピタキシャル基板を浸漬し、金属イオンをキャップ層の表面上に付着させる浸漬工程と、溶液中からエピタキシャル基板を取り出し、キャップ層の表面上に窒化シリコン膜を形成する成膜工程と、を含む。
【０００８】
また、一実施形態に係る窒化物半導体トランジスタは、基板と、基板上に設けられたチャネル層と、チャネル層上に設けられたバリア層と、Ｇａを組成に含みバリア層上に設けられたキャップ層と、キャップ層上に設けられた窒化シリコン膜と、バリア層に接するソース電極及びドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間に設けられたゲート電極と、少なくともゲート電極とドレイン電極との間の領域におけるキャップ層と窒化シリコン膜との界面において１．０×１０１１ｃｍ−２〜１．０×１０１２ｃｍ−２の範囲内の密度で配置された金属原子と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による窒化物半導体トランジスタの製造方法及び窒化物半導体トランジスタによれば、電流コラプスを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、一実施形態に係る高電子移動度トランジスタを示す断面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｃ）は、一実施形態に係る高電子移動度トランジスタの製造方法を説明する図である。
【図３】図３（ａ），図３（ｂ）は、一実施形態に係る高電子移動度トランジスタの製造方法を説明する図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、比較例に係る高電子移動度トランジスタの製造方法を示す図である。
【図５】図５は、一実施形態の高電子移動度トランジスタと比較例の高電子移動度トランジスタとにおいて、ゲート−ドレイン間電圧と表面リーク電流との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、ドレインバイアス及びゲートバイアスを第１の状態に戻したときに最初に流れるゲート−ドレイン間電流の大きさをプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態に係る窒化物半導体トランジスタの製造方法及び窒化物半導体トランジスタの具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１２】
図１は、本実施形態に係る高電子移動度トランジスタ（以下、「ＨＥＭＴ」とする）を示す断面図である。このＨＥＭＴ１Ａは、主に窒化物系半導体によって構成されている。具体的には、ＨＥＭＴ１Ａは、基板１０、チャネル層１１、バリア層１２、キャップ層１３、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜１６、ドレイン電極２１、ソース電極２２、及びゲート電極２３を備えている。チャネル層１１、バリア層１２及びキャップ層１３は、基板１０上においてこの順に設けられている。
【００１３】
基板１０は、チャネル層１１、バリア層１２、及びキャップ層１３を結晶成長させるための表面を有する基板である。基板１０は、半絶縁性を有している。基板１０は、例えばＳｉＣ基板である。なお、基板１０とチャネル層１１との間に、チャネル層１１の結晶性を向上するためのＡｌＮ層及び／又はＡｌＧａＮ層といったバッファ層が設けられてもよい。
【００１４】
チャネル層１１は、基板１０上にエピタキシャル成長した電子走行層であり、例えばＧａＮといったIII−Ｖ族窒化物半導体によって構成される。チャネル層１１の厚さは、例えば０．２μｍ以上１．０μｍ以下である。
【００１５】
バリア層１２は、チャネル層１１上にエピタキシャル成長した電子供給層であり、例えばＡｌＧａＮといった、チャネル層１１よりもバンドギャップの大きいIII−Ｖ族窒化物半導体によって構成される。バリア層１２の厚さは、例えば１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。バリア層１２は、ｎ型化していてもよい。
【００１６】
キャップ層１３は、バリア層１２上にエピタキシャル成長した層であり、例えばＧａＮといった、Ｇａを組成に含むIII−Ｖ族窒化物半導体によって構成される。キャップ層１３の厚さは、例えば３ｎｍ以上１０ｎｍ以下である。キャップ層１３は、ｎ型化していてもよい。キャップ層１３の表面には、自然酸化層１４が形成されている。自然酸化層１４は、キャップ層１３に含まれるＧａが酸化してなるＧａＯＸ層である。自然酸化層１４の厚さは、例えば０．５ｎｍ以上２ｎｍ以下である。
【００１７】
ドレイン電極２１及びソース電極２２は、キャップ層１３の一部が除去された部分に設けられている。ドレイン電極２１及びソース電極２２のそれぞれは、バリア層１２の表面に接している。ドレイン電極２１及びソース電極２２のそれぞれは、オーミック電極であり、例えばチタン（Ｔｉ）層とアルミニウム（Ａｌ）層との積層構造を有する。この場合、バリア層１２とチタン層とが接触する。
【００１８】
ゲート電極２３は、キャップ層１３上であって、ドレイン電極２１とソース電極２２との間に設けられている。ゲート電極２３は、例えばニッケル（Ｎｉ）層と金（Ａｕ）層との積層構造を有する。ゲート電極２３は、バリア層１２の表面に接するように設けられてもよく、バリア層１２の表面との間にＳｉＮ膜１６を挟んで設けられてもよい。
【００１９】
ＳｉＮ膜１６は、チャネル層１１、バリア層１２、及びキャップ層１３を保護する膜であり、キャップ層１３上に設けられてキャップ層１３を覆っている。ＳｉＮ膜１６の厚さは、例えば１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【００２０】
少なくともドレイン電極２１とゲート電極２３との間の領域において、キャップ層１３とＳｉＮ膜１６との界面（より詳細には自然酸化層１４とＳｉＮ膜１６との界面）には、多数の金属原子を含む金属拡散層１５が存在している。本実施形態では、金属拡散層１５は、ドレイン電極２１とソース電極２２との間にわたって存在している。金属拡散層１５において、金属原子は、例えば１．０×１０１１ｃｍ−２〜１．０×１０１２ｃｍ−２の範囲内の密度で分布している。なお、このような密度の大きさは、ＳＩＭＳ分析によって検出可能な大きさである。つまり、金属拡散層１５では、金属原子が積層方向と垂直な面内において平面的（二次元的）に分布している。金属拡散層１５は、ドレイン電極２１とゲート電極２３との間の表面伝導度を高め、表面リーク電流を増大させる。金属拡散層１５に含まれる金属は、例えば高融点金属またはその化合物であって、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、及びＴｉＷのうち少なくとも一つである。後述するように、金属拡散層１５は金属イオンをキャップ層１３の表面に付着させることにより形成される。但し、金属イオンは、キャップ層１３の表面に付着後、乾燥した時点でイオン化金属から金属に変化する。
【００２１】
このようなＨＥＭＴ１Ａにおいては、チャネル層１１とバリア層１２との界面に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）が生じることにより、チャネル領域１１ａがチャネル層１１におけるバリア層１２との界面に形成される。このチャネル領域１１ａが電流経路となって、ドレイン電極２１とソース電極２２との間に電流が流れ、ＨＥＭＴ１Ａがオン状態となる。
【００２２】
続いて、図２（ａ）〜図２（ｃ）及び図３（ａ），図３（ｂ）を参照しながら、本実施形態に係るＨＥＭＴ１Ａの製造方法について説明する。図２（ａ）〜図２（ｃ）及び図３（ａ），図３（ｂ）は、本実施形態に係るＨＥＭＴ１Ａの製造方法を説明する図である。
【００２３】
まず、基板１０を用意する。基板１０を成長炉に投入し、図２（ａ）に示されるように、例えば有機金属気相成長法（Organometallic Vapor Phase Epitaxy；ＯＭＶＰＥ）によって、チャネル層１１、バリア層１２、及びキャップ層１３を基板１０の表面上に順に成長する（成長工程）。この工程によって、基板１０、チャネル層１１、バリア層１２、及びキャップ層１３を備えるエピタキシャル基板２Ａが作製される。チャネル層１１及びキャップ層１３がＧａＮ層である場合、その原料は例えばＴＭＧガス及びＮＨ３ガスである。バリア層１２がＡｌＧａＮ層である場合、その原料は例えばＴＭＡガス、ＴＭＧガス、及びＮＨ３ガスである。
【００２４】
その後、エピタキシャル基板２Ａを成長炉から取り出す。このとき、エピタキシャル基板２Ａの表面が大気に晒されるので、キャップ層１３の表面のＧａが酸化し、ＧａＯＸからなる自然酸化層１４が形成される。
【００２５】
次に、図２（ｂ）に示されるように、金属イオンを含む溶液３１を貯めた水槽３０を用意する。そして、溶液３１中にエピタキシャル基板２Ａを浸漬する（浸漬工程）。この工程では、例えば、金属イオンの基となる金属の膜３２ａが表面に成膜された別の基板３２を、エピタキシャル基板２Ａとともに溶液３１中に浸漬する。このとき、膜３２ａから溶け出した金属イオンがキャップ層１３の表面上に付着（析出）する。金属イオンは高融点金属またはその化合物のイオンであり、高融点金属は、例えばＴｉ、Ｔａ、Ｗ、及びＴｉＷのうち少なくとも一つである。溶液３１は、例えば過水硫酸液（一般的に、過酸化水素水＋硫酸の混合液を過硫酸、カロ酸、付着ＳＰＭ処理などという）または希硫酸液である。この工程では、キャップ層１３の表面上の金属面密度が１．０×１０１１ｃｍ−２〜１．０×１０１２ｃｍ−２の範囲内になるまでエピタキシャル基板２Ａを溶液３１中に浸漬する。金属面密度は、基板３２の枚数、溶液３１の温度、及びエピタキシャル基板２Ａの浸漬時間のうち少なくとも１つを調整することによって制御可能である。その後、溶液３１中からエピタキシャル基板２Ａを取り出す。この浸漬工程によって、図２（ｃ）に示されるように、キャップ層１３上（より正確には自然酸化層１４上）に金属拡散層１５が形成される。
【００２６】
続いて、水槽３０からエピタキシャル基板２Ａを取り出し、図３（ａ）に示されるように、キャップ層１３の表面上にＳｉＮ膜１６を形成する（成膜工程）。この工程では、例えば、プラズマＣＶＤによってＳｉＮ膜１６を形成する。
【００２７】
続いて、通常のフォトリソグラフィ技術を用いてＳｉＮ膜１６上にマスクを形成し、ＳｉＮ膜１６及びキャップ層１３の一部にエッチングを行う。これにより、ＳｉＮ膜１６及びキャップ層１３に開口が形成される。そして、図３（ｂ）に示されるように、該開口から露出したバリア層１２上に、ソース電極２２及びドレイン電極２１を例えばリフトオフ法を用いて形成する。同時に、ソース電極２２とドレイン電極２１との間のＳｉＮ膜１６上に（或いは、ＳｉＮ膜１６がエッチングされて露出したキャップ層１３上に）、ゲート電極２３を形成する。そして、加熱によりソース電極２２及びドレイン電極２１を合金化して、バリア層１２とのオーミック接触を実現する。以上の工程を経て、本実施形態のＨＥＭＴ１Ａが作製される。
【００２８】
なお、図３（ａ）〜図３（ｂ）に示される工程では、ＳｉＮ膜１６、ドレイン電極２１、ソース電極２２、及びゲート電極２３を次の順序で形成してもよい。まず、ソース電極２２及びドレイン電極２１が形成される領域の自然酸化層１４を除去し、該領域上にソース電極２２及びドレイン電極２１を形成し、加熱によりこれらを合金化してバリア層１２とのオーミック接触を実現する。次いで、バリア層１２上、ソース電極２２上、及びドレイン電極２１上にＳｉＮ膜１６を形成し、バリア層１２上のＳｉＮ膜１６の上に（或いは、ＳｉＮ膜１６がエッチングされて露出したキャップ層１３上に）ゲート電極２３を形成する。
【００２９】
以上に説明した、本実施形態のＨＥＭＴ１Ａ及びその製造方法によって得られる効果について説明する。図４（ａ）〜図４（ｃ）は、比較例に係るＨＥＭＴの製造方法を示す図である。この比較例では、まず、図４（ａ）に示されるように、本実施形態と同様にしてエピタキシャル基板２Ａを作製する。前述したように、成長炉からエピタキシャル基板２Ａを取り出す際、キャップ層１３の表面には自然酸化層１４が形成される。次に、図４（ｂ）に示されるように、キャップ層１３の表面上にＳｉＮ膜１６を形成する。その後、ＳｉＮ膜１６及びキャップ層１３に開口を形成する。そして、図４（ｃ）に示されるように、該開口から露出したバリア層１２上に、ソース電極２２及びドレイン電極２１を形成する。同時に、ソース電極２２とドレイン電極２１との間のＳｉＮ膜１６上に、ゲート電極２３を形成する。こうして、比較例に係るＨＥＭＴ１００が作製される。
【００３０】
このようなＨＥＭＴ１００において、キャップ層１３の表面には、電子捕獲準位（トラップ）が形成される。電子捕獲準位は、例えば、キャップ層１３を成長させる際のＧａＮ最表層のＮ抜け、成長条件のばらつきによるＧａＮ最表層の組成比のずれ、自然酸化層１４などに起因して形成される。
【００３１】
ゲート電極２３に逆バイアス電圧を印加した状態でドレイン電極２１にバイアス電圧を印加すると、ドレイン電極２１からゲート電極２３に向けて表面リーク電流が生じる。そして、その一部の電子１７は、電子捕獲準位に捕獲される。これにより、ゲート−ドレイン間のチャネル幅が狭くなり、オン／オフ動作が連続して繰り返されると、ドレイン電圧が次第に減少する。従って、例えば携帯電話の基地局における信号増幅にＨＥＭＴが用いられるような場合、高周波且つ高出力での動作に影響を及ぼしてしまう。
【００３２】
図５は、本実施形態のＨＥＭＴ１Ａと比較例のＨＥＭＴ１００とにおいて、ゲート−ドレイン間電圧と表面リーク電流との関係を示すグラフである。このグラフは、ソース電極２２をオープンにした状態でゲート−ドレイン間にバイアス（ドレイン側が高く、ゲートショットキ接合は逆バイアス状態）を印加した際に、ドレイン電極２１からゲート電極２３に向けて流れる表面リーク電流を測定した結果である。図５において、横軸はゲート−ドレイン間電圧（単位：Ｖ）を表し、横軸は表面リーク電流（単位：Ａ／ｍｍ）を表す。グラフＧ１は本実施形態のＨＥＭＴ１Ａの測定結果を示し、グラフＧ２は比較例のＨＥＭＴ１００の測定結果を示す。
【００３３】
図５を参照すると、本実施形態のＨＥＭＴ１Ａでは、いずれのゲート−ドレイン間電圧においても、比較例に係るＨＥＭＴ１００と比較して、表面リーク電流が顕著に増大していることがわかる。本実施形態の製造方法では、前述したように、金属イオンを含む溶液３１中にエピタキシャル基板２Ａを浸漬することにより（図２（ｂ））、キャップ層１３上に金属拡散層１５を形成する（図２（ｃ））。また、本実施形態のＨＥＭＴ１Ａでは、キャップ層１３上に金属拡散層１５が設けられている。すなわち、少なくともゲート電極２３とドレイン電極２１との間の領域におけるキャップ層１３とＳｉＮ膜１６との界面に、金属原子が配置されている。この金属原子によってＨＥＭＴ１Ａの表面伝導度が増し、表面リーク電流が増大したものと考えられる。
【００３４】
ここで、本実施形態のＨＥＭＴ１Ａと比較例のＨＥＭＴ１００とについて、電流コプラスの影響を確認するために次のような実験を行った。まず、厚さ１０００ｎｍのアンドープＧａＮチャネル層１１、厚さ２０ｎｍのＡｌＧａＮバリア層１２、及び厚さ５ｎｍのＧａＮキャップ層１３を備えるＨＥＭＴ１Ａ，１００を作製した。そして、ＨＥＭＴ１Ａ，１００の双方に対し、ドレインバイアスＶｄｓを５０Ｖに設定し、更に、ドレイン電流Ｉｄが６００ｍＡとなるようゲートバイアスＶｇｓを設定した。このとき、ＨＥＭＴ１Ａ，１００においてゲートバイアスＶｇｓの大きさは互いに異なる。この状態を第１の状態とする。次に、ドレイン電流Ｉｄが実質的にオフとなるようなゲートバイアスＶｇｓを印加した。このとき、十分に低い（負方向に大きな）ゲートバイアスＶｇｓとして、−５Ｖを印加した。ＨＥＭＴのターンオン電圧Ｖｔｈは通常−３Ｖ程度であるので、ゲートバイアスＶｇｓはこれよりも低い電圧であればよい。この状態を第２の状態とする。続いて、ドレインバイアスＶｄｓ及びゲートバイアスＶｇｓを再び第１の状態に戻した。
【００３５】
図６は、ドレインバイアスＶｄｓ及びゲートバイアスＶｇｓを第１の状態に戻したときに最初に流れるゲート−ドレイン間電流の大きさをプロットしたグラフである。横軸はゲート−ドレイン間電流（単位：Ａ／ｍｍ）を示し、縦軸は最大パルス電流（単位：ｍＡ／ｍｍ）を示す。また、プロットＰ１，Ｐ２は比較例を示し、プロットＰ３は本実施形態を示す。図６を参照すると、本実施形態においては、比較例に対し、第１の状態に戻したときに最初に流れるゲート−ドレイン間電流が顕著に大きくなっていることが理解される。この結果は、本実施形態において電流コプラス現象が比較例から格段に低減されていることを示す。これは、以下に説明する作用によるものと考えられる。
【００３６】
一回目の第１の状態において、表面リーク電流が大きい本実施形態のＨＥＭＴ１Ａでは、表面リーク電流が小さい比較例のＨＥＭＴ１００に対して、電子を捕獲しているトラップの割合が大きくなる。逆に、表面リーク電流が小さい比較例のＨＥＭＴ１００では、表面リーク電流が大きい本実施形態のＨＥＭＴ１Ａと比較して、電子を捕獲しているトラップの割合が小さくなる。
【００３７】
そして、第２の状態においても、表面リーク電流によりトラップへの電子の捕獲は進行する。しかし、比較例のＨＥＭＴ１００では、その前の第１の状態において電子を捕獲しているトラップの割合が小さいので、新たに電子を捕獲するトラップの割合が相対的に大きくなる。また、第２の状態では負方向に大きなゲートバイアスＶｇｓを印加するので、表面のフェルミ準位が上昇し、トラップが新たに空乏化される。この新たに空乏化されたトラップもまた、表面リーク電流に由来する電子を捕獲する。比較例のＨＥＭＴ１００では、その前の第１の状態において電子を捕獲しているトラップの割合が小さいので、新たに電子を捕獲するトラップの影響（負電荷）が、本実施形態のＨＥＭＴ１Ａと比較して顕著に現れる。
【００３８】
その後、再びゲートバイアスＶｇｓを第１の状態に戻したときに、比較例のＨＥＭＴ１００では、第２の状態で新たに電子を捕獲したトラップの相対的な割合が大きくなるので、この表面負電荷の影響が大きく現れ、チャネルの幅を狭くするため、電流コラプスが大きくなる。逆に、本実施形態のＨＥＭＴ１Ａでは、第２の状態で新たに電子を捕獲したトラップの相対的な割合が小さくなるので、この表面負電荷の影響が小さくなり、チャネル幅の狭小化の割合が抑えられ、電流コラプスが低減される。
【００３９】
このように、本実施形態のＨＥＭＴ１Ａ及び製造方法によれば、電流コラプスを効果的に低減することができる。従って、ＨＥＭＴ１Ａの動作特性のばらつきを低減し、信頼性を高めることができる。
【００４０】
また、本実施形態のように、金属拡散層１５における金属原子の密度は、１．０×１０１１ｃｍ−２〜１．０×１０１２ｃｍ−２の範囲内であってもよい。また、浸漬工程において、キャップ層１３の表面上の金属密度が１．０×１０１１ｃｍ−２〜１．０×１０１２ｃｍ−２の範囲内になるまでエピタキシャル基板２Ａを溶液３１中に浸漬してもよい。金属密度が１．０×１０１２ｃｍ−２以下であることにより、耐圧不良を抑制し、ピンチオフ不良を低減できる。また、金属密度が１．０×１０１１ｃｍ−２以上であることにより、コラプス改善効果を有効に得ることができる。
【００４１】
また、本実施形態のように、金属イオンは高融点金属またはその化合物のイオンであり、溶液３１は過水硫酸液または希硫酸液であってもよい。特に、高融点金属またはその化合物は、Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、及びＴｉＷのうち少なくとも一つであってもよい。高融点金属は、過水硫酸液または希硫酸液といった溶液３１中において比較的安定して存在することができるからである。
【００４２】
また、本実施形態のように、浸漬工程において、金属イオンの基となる金属の膜３２ａが表面に成膜された基板３２をエピタキシャル基板２Ａとともに溶液３１中に浸漬してもよい。これにより、簡易な方法によって溶液３１中に金属イオンを含ませることができる。なお、他の方法によって溶液３１中に金属イオンを含ませてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１Ａ…ＨＥＭＴ、２Ａ…エピタキシャル基板、１０…基板、１１…チャネル層、１１ａ…チャネル領域、１２…バリア層、１３…キャップ層、１４…自然酸化層、１５…金属拡散層、１６…ＳｉＮ膜、１７…電子、２１…ドレイン電極、２２…ソース電極、２３…ゲート電極、３０…水槽、３１…溶液、３２…基板、３２ａ…金属の膜。
【図１】
2019003991.tif 000003
【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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