(57)【要約】【課題】ナノワイヤと金属層との間でオーミック接触を得るための熱処理が不要であって、能動素子に負担なく確実にオーミック接触が形成され、能動素子の安定動作に寄与する化合物半導体装置を実現する。【解決手段】化合物半導体装置は、導電層２と、導電層２上に設けられた能動素子であるナノワイヤダイオード５と、導電層３上に起立してナノワイヤダイオード５と電気的に接続された、Ｉｎを含有してＡｕ等の金属とオーミック接触する化合物半導体を有するナノワイヤ６と、ナノワイヤ６の上面及び側面を前記金属で覆う金属層７とを備えて構成されている。【選択図】図４
2019102484.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動素子と、
前記能動素子と電気的に接続された、Ｉｎを含有して金属とオーミック接触する化合物半導体を有するナノワイヤと、
前記ナノワイヤの上面及び側面を前記金属で覆う金属層と
を備えたことを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項２】
複数の前記ナノワイヤが並んで起立しており、
前記金属層は、前記ナノワイヤごとに、前記ナノワイヤの上面及び側面を覆っていることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体装置。
【請求項３】
複数の前記ナノワイヤを有するナノワイヤ集合体が形成されており、
前記金属層は、前記ナノワイヤ集合体の上面及び側面を覆っていることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体装置。
【請求項４】
前記能動素子は、下方部分が前記ナノワイヤと同一構造であるナノワイヤダイオードであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
【請求項５】
前記能動素子はナノワイヤダイオードであり、
前記ナノワイヤは、前記能動素子と同一構造であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
【請求項６】
能動素子を形成する工程と、
前記能動素子と電気的に接続された、Ｉｎを含有して金属とオーミック接触する化合物半導体を有するナノワイヤを形成する工程と、
前記ナノワイヤの上面及び側面を前記金属で覆う金属層を形成する工程と
を備えたことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【請求項７】
並んで起立する複数の前記ナノワイヤを形成し、
前記金属層を、前記ナノワイヤごとに、前記ナノワイヤの上面及び側面を覆うように形成することを特徴とする請求項６に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項８】
複数の前記ナノワイヤを有するナノワイヤ集合体を形成し、
前記金属層を、前記ナノワイヤ集合体の上面及び側面を覆うように形成することを特徴とする請求項６に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記能動素子は、下方部分が前記ナノワイヤと同一構造であるナノワイヤダイオードであり、
前記下方部分を前記ナノワイヤと同時に形成することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記能動素子はナノワイヤダイオードであり、前記ナノワイヤは前記能動素子と同一構造であって、
前記能動素子と前記ナノワイヤとを同時に形成することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
受信アンテナと、
前記受信アンテナと接続された増幅器と、
前記増幅器と接続されたダイオードと、
前記増幅器と接続されたインダクタと
を含み、
前記ダイオードは、
能動素子と、
前記能動素子と電気的に接続された、Ｉｎを含有して金属とオーミック接触する化合物半導体を有するナノワイヤと、
前記ナノワイヤの上面及び側面を前記金属で覆う金属層と
を備えたことを特徴とする受信装置。
【請求項１２】
受信アンテナと、
前記受信アンテナと接続されたダイオードと、
前記ダイオードと接続された平滑キャパシタと、
前記ダイオードと接続された電圧一定化回路と、
を含み、
前記ダイオードは、
能動素子と、
前記能動素子と電気的に接続された、Ｉｎを含有して金属とオーミック接触する化合物半導体を有するナノワイヤと、
前記ナノワイヤの上面及び側面を前記金属で覆う金属層と
を備えたことを特徴とする発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物半導体装置及びその製造方法、並びに受信装置及び発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無線通信の受信装置や発電装置に用いられる能動素子として、ショットキーダイオードがある。より検波感度や変換効率が高い能動素子としては、バンド間トンネル現象を利用したバックワードダイオードが好適である。ダイオードを高効率化するためには、接合部の面積を縮小して接合容量を抑制することが効果的である。通常のメサ型のダイオードでは、接合部の縮小に限界があったため、能動素子をナノワイヤ化する方法が用いられる。例えば、ＧａＡｓ(１１１)Ｂ基板にｎ−ＩｎＡｓとｐ−ＧａＡｓＳｂとが接合されてなるナノワイヤ化したトンネルダイオードを形成する。このダイオードによれば、ｐｎ接合部の面積を縮小することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２３３７１４号公報
【特許文献２】特表２００８−５０５４７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ナノワイヤトンネルダイオードでは、ＩｎＡｓ系のナノワイヤはＧａＡｓ基板上に成長させることから、ＧａＡｓに対してオーミック接触させて電極を形成する必要がある。ＧａＡｓにオーミック接触する金属として一般的なものとしては、ＡｕＧｅを用いたＡｕＧｅ（下層）／Ｎｉ（中間層）／Ａｕ（上層）がある。
【０００５】
ＡｕＧｅのＧｅをＧａＡｓに拡散させ、オーミック接触を形成するためには、熱処理を行うことを要する。通常では、３５０℃〜４５０℃の熱処理を行うことにより、ＡｕＧｅをＧａＡｓに対してオーミック接触させることができる。
【０００６】
しかしながら、この熱処理が能動素子にとって問題となる場合がある。能動素子としてナノワイヤトンネルダイオードを形成する際には、例えばVapor-Liquid-Solid法（ＶＬＳ法）により例えばＡｕ触媒を用いてＩｎＡｓ系のナノワイヤを成長する。そのため、ナノワイヤの先端にはＡｕ触媒が残存することになる。この状態でオーミック接触を形成するための熱処理が施されると、Ａｕ触媒がナノワイヤと反応し、ナノワイヤトンネルダイオードの動作の不安定化を惹起することが懸念される。
【０００７】
本発明は、ナノワイヤと金属層との間でオーミック接触を得るための熱処理が不要であって、能動素子に負担なく確実にオーミック接触が形成され、能動素子の安定動作に寄与する化合物半導体装置及びその製造方法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】
【０００８】
一つの態様では、化合物半導体装置は、導電層と、前記導電層上に設けられた能動素子と、前記導電層上に起立して前記能動素子と電気的に接続された、Ｉｎを含有して金属とオーミック接触する化合物半導体を有するナノワイヤと、前記ナノワイヤの上面及び側面を前記金属で覆う金属層とを備えている。
【０００９】
一つの態様では、化合物半導体装置の製造方法は、導電層上に能動素子を形成する工程と、前記導電層上に起立して前記能動素子と電気的に接続された、Ｉｎを含有して金属とオーミック接触する化合物半導体を有するナノワイヤを形成する工程と、前記ナノワイヤの上面及び側面を前記金属で覆う金属層を形成する工程とを備えている。
【発明の効果】
【００１０】
一つの側面では、ナノワイヤと金属層との間でオーミック接触を得るための熱処理が不要であって、能動素子に負担なく確実にオーミック接触が形成され、能動素子の安定動作に寄与する化合物半導体装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態による化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図２】図１に引き続き、第１の実施形態による化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図３】図２に引き続き、第１の実施形態による化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図４】図３に引き続き、第１の実施形態による化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図５】第１の実施形態の変形例による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
【図６】第２の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
【図７】図６に引き続き、第２の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
【図８】図７に引き続き、第２の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
【図９】第２の実施形態の変形例による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
【図１０】第３の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
【図１１】図１０に引き続き、第３の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
【図１２】第４の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
【図１３】図１２に引き続き、第４の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
【図１４】図１３に引き続き、第４の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
【図１５】第５の実施形態による電波受信装置の概略構成を示す模式図である。
【図１６】第６の実施形態による電力変換モジュールの概略構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１の実施形態］
以下、第１の実施形態について説明する。本実施形態では、能動素子としてナノワイヤトンネルダイオードを備えた化合物半導体装置を例示し、その構成及び製造方法について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１〜図４は、第１の実施形態による化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【００１３】
先ず、図１（ａ）に示すように、基板１上に導電層２及び絶縁膜３を順次形成する。
詳細には、基板１として、例えば半絶縁性のＧａＡｓ(１１１)Ｂ基板を用意する。基板１上にｎ+−ＧａＡｓを成長し、導電層２を形成する。導電層２は、ｎ型不純物（Ｓｉ，Ｇｅ等）の不純物濃度が５×１０18／ｃｍ2程度で２００ｎｍ程度の厚みに形成される。
次に、導電層２上に例えばシリコン酸化膜を５０ｎｍ程度の厚みに形成し、絶縁膜３を形成する。
【００１４】
続いて、図１（ｂ）に示すように、絶縁膜３に開口３ａ，３ｂを形成する。
詳細には、絶縁膜３上にレジストを塗布し、例えば電子ビーム（ＥＢ）リソグラフィーにより、絶縁膜３のナノワイヤ形成領域を露出させる開口を形成する。このレジストをマスクとして用い、ドライエッチングにより、絶縁膜３の複数のナノワイヤ形成領域に導電層２の表面の一部を露出させる開口３ａ，３ｂを形成する。開口３ａ，３ｂは、１００ｎｍ程度以下の所定のサイズに形成される。開口３ａは、能動素子であるナノワイヤトンネルダイオードの形成領域である素子形成領域１０ａに形成される。開口３ｂ、ここでは複数の開口３ｂは、電極のオーミック接触を形成するためのナノワイヤの形成領域であるオーミック形成領域１０ｂに並んで形成される。レジストは、ウェット処理又はアッシング処理により除去される。
【００１５】
続いて、図１（ｃ）に示すように、Ａｕ触媒４を形成する。
詳細には、後述するナノワイヤを成長するために、開口３ａ，３ｂ内に３０ｎｍ程度の厚みのＡｕ触媒４を蒸着及びリフトオフにより形成する。
【００１６】
続いて、図２（ａ）に示すように、各種ナノワイヤを成長する。
詳細には、先ず、例えばVapor-Liquid-Solid法（ＶＬＳ法）を用いて、絶縁膜３の開口３ａ，３ｂ内に、１００ｎｍ以下の所定径のｎ−ＩｎＡｓを、０．５μｍ程度の長さに縦方向のみに成長する。成長する材料はＩｎを含有しており、金属とオーミック接触する化合物半導体であり、ｎ−ＩｎＡｓの代わりに例えばｎ−ＩｎＧａＡｓを用いても良い。これにより、素子形成領域１０ａにはｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａが、オーミック形成領域１０ｂには複数のｎ型化合物半導体ナノワイヤ６が同一工程で形成される。ｎ−ＩｎＡｓ等は、ｎ−ＧａＡｓと格子定数が異なるために通常の薄膜成長では成長が困難であるところ、ナノワイヤ化することでｎ−ＧａＡｓに成長することができる。
【００１７】
ｎ−ＩｎＡｓの成長に引き続き、１００ｎｍ以下の所定径のｐ−ＧａＡｓＳｂを、０．５μｍ程度の長さに縦方向のみに成長する。成長する材料としては、ｐ−ＧａＡｓＳｂの代わりに例えばｐ−ＧａＳｂ又はｐ−ＡｌＧａＳｂを用いても良い。これにより、素子形成領域１０ａには、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａ上にこれと接合されたｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂが形成される。オーミック形成領域１０ｂにも同様に、各ｎ型化合物半導体ナノワイヤ６上にｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂが形成される。ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａとｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂとの接合部では、ナノワイヤトンネルダイオードがバックワードダイオード動作をするようにドーピング濃度が調節される。
【００１８】
続いて、図２（ｂ）に示すように、レジストマスク２０を形成する。
詳細には、感度の異なるレジストを２層塗布する。下層レジスト２０ａは、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａ，６のみを覆うように塗布される。上層レジスト２０ｂは、下層レジスト２０ａよりも高感度のレジストであり、ｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂのみを覆うように塗布される。上層レジスト２０ｂのオーミック形成領域１０ｂ側のみをリソグラフィーにより除去し、オーミック形成領域１０ｂ側のｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂを露出させる開口２０Ａを形成する。以上により、開口２０Ａを有するレジストマスク２０が形成される。
【００１９】
続いて、図２（ｃ）に示すように、オーミック形成領域１０ｂ側のｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂを除去する。
詳細には、レジストマスク２０を用いて、開口２０Ａから露出するオーミック形成領域１０ｂ側のｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂをエッチングして除去する。ウェット処理又はアッシング処理によりレジストマスク２０を除去する。以上により、素子形成領域１０ａには、導電層２上に起立する、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａとｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂとがｐｎ接合されてなるナノワイヤトンネルダイオード５が形成される。オーミック形成領域１０ｂには、導電層２上に並んで起立する、複数のｎ型化合物半導体ナノワイヤ６が形成される。ｎ型化合物半導体ナノワイヤ６は、導電層２を介してナノワイヤトンネルダイオード５と電気的に接続されている。
【００２０】
続いて、図３（ａ）に示すように、金属層７を形成する。
詳細には、先ず、素子形成領域１０ａのナノワイヤトンネルダイオード５を覆いオーミック形成領域１０ｂのｎ型化合物半導体ナノワイヤ６を露出させるレジストマスク（不図示）を形成する。
次に、全面に、蒸着法により金属として例えばＴｉ（下層）／Ｐｔ（中間層）／Ａｕ（上層）を１０ｎｍ程度／３０ｎｍ程度／３００ｎｍ程度の厚みに堆積する。リフトオフにより、レジストマスク及びその上のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを除去する。以上により、オーミック形成領域１０ｂで各ｎ型化合物半導体ナノワイヤ６の上面及び側面をＴｉ／Ｐｔ／Ａｕで覆う金属層７が形成される。
【００２１】
ここで、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ６のｎ−ＩｎＡｓは金属に対して仕事関数が低く、両者の仕事関数の差が小さいために、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ６に接する金属には、熱処理無しでも自動的にオーミック接触が形成される。本実施形態では、金属層７とｎ型化合物半導体ナノワイヤ６との間で熱処理することなくオーミック接触が形成される。ナノワイヤトンネルダイオード５の頭頂部にはＡｕ触媒４が残存しているところ、オーミック接触のための熱処理が不要である。そのため、熱処理に起因するＡｕ触媒４とナノワイヤトンネルダイオード５との反応が防止され、ナノワイヤトンネルダイオード５の安定動作に寄与する。
【００２２】
また、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ６は極細の構造体であり、金属層がその上面を覆うのみでは接触面積が不足し、オーミック接触は不十分である。本実施形態では、金属層７はｎ型化合物半導体ナノワイヤ６の上面及び側面を、導電層２に極めて近い当該側面の下方部位まで覆っている。そのため、可及的に大きな接触面積が確保され、十分なオーミック接触が得られる。
【００２３】
続いて、図３（ｂ）に示すように、パシベーション膜８を形成する。
詳細には、例えばＢＣＢ等の樹脂を用いて、ナノワイヤトンネルダイオード５及びｎ型化合物半導体ナノワイヤ６を埋め込む厚みに堆積し、パシベーション膜８を形成する。
【００２４】
続いて、図３（ｃ）に示すように、パシベーション膜８の表面をエッチバックする。
詳細には、Ｆを含有するガスを用いて、パシベーション膜８の表面を、ナノワイヤトンネルダイオード５の頭頂部のＡｕ触媒４が露出するまでエッチバックする。これにより、パシベーション膜８の表面が平坦化され、当該平坦面からＡｕ触媒４が露出した形とされる。
【００２５】
続いて、図４（ａ）に示すように、パシベーション膜８にコンタクト孔８ａを形成する。
詳細には、フォトリソグラフィーによりパシベーション膜８のコンタクト孔の形成領域である金属層７の上方に位置する部位を開口するレジストマスク（不図示）を形成する。このレジストマスクを用いて、Ｆ及びＯを含有するガスでパシベーション膜８を、レジストマスクの開口下における金属層７の表面が露出するまでエッチングする。ウェット処理又はアッシング処理によりレジストマスクを除去する。以上により、パシベーション膜８にコンタクト孔８ａが形成される。
【００２６】
続いて、図４（ｂ）に示すように、アノード電極９及びカソード電極１１を形成する。
詳細には、先ず、パシベーション膜８の表面におけるアノード電極の形成領域（Ａｕ触媒４を含むナノワイヤトンネルダイオード５の上方の領域）及びカソード電極の形成領域（コンタクト孔８ａを含む領域）を開口するレジストマスク（不図示）を形成する。
【００２７】
次に、このレジストマスクを用いて、例えばメッキ法によりレジストマスクの開口内に電極材料として例えばＡｕを形成する。レジストマスクを除去することにより、Ａｕ触媒４を介してナノワイヤトンネルダイオード５と電気的に接続されたアノード電極９と、コンタクト孔８ａをＡｕで埋め込んで金属層７と電気的に接続されたカソード電極１１とが形成される。以上により、本実施形態による化合物半導体装置が形成される。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態によれば、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ６と金属膜７との間でオーミック接触を得るための熱処理が不要である。そのため、ナノワイヤトンネルダイオード５に負担なく確実にオーミック接触が形成され、ナノワイヤトンネルダイオード５の安定動作に寄与する化合物半導体装置が実現する。
【００２９】
（変形例）
以下、第１の実施形態の変形例について説明する。本例では、第１の実施形態と同様に能動素子としてナノワイヤトンネルダイオードを備えた化合物半導体装置を例示するが、オーミック接触の形成態様が異なる点で第１の実施形態と相違する。
図５は、第１の実施形態の変形例による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
【００３０】
先ず、第１の実施形態の図１（ａ）〜図１（ｃ）と同様の諸工程を行い、絶縁膜３の開口３ａ，３ｂ内にＡｕ触媒４を形成する。
続いて、図５（ａ）に示すように、各種ナノワイヤを成長する。
詳細には、先ず、例えばVapor-Liquid-Solid法（ＶＬＳ法）を用いて、絶縁膜３の開口３ａ，３ｂ内に、１００ｎｍ以下の所定径のｎ−ＩｎＡｓを、０．５μｍ程度の長さに縦方向のみに成長する。成長する材料はＩｎを含有しており、金属とオーミック接触する化合物半導体であり、ｎ−ＩｎＡｓの代わりに例えばｎ−ＩｎＧａＡｓを用いても良い。これにより、素子形成領域１０ａにはｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａが、オーミック形成領域１０ｂには複数のｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａが同一工程で形成される。
【００３１】
ｎ−ＩｎＡｓの成長に引き続き、１００ｎｍ以下の所定径のｐ−ＧａＡｓＳｂを、０．５μｍ程度の長さに縦方向のみに成長する。成長する材料としては、ｐ−ＧａＡｓＳｂの代わりに例えばｐ−ＧａＳｂ又はｐ−ＡｌＧａＳｂを用いても良い。これにより、素子形成領域１０ａには、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａ上にこれと接合されたｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂが形成される。オーミック形成領域１０ｂにも同様に、各ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａ上にｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂが形成される。ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａとｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂとの接合部では、ナノワイヤトンネルダイオードがバックワードダイオード動作をするようにドーピング濃度が調節される。
【００３２】
以上により、素子形成領域１０ａには、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａとｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂとがｐｎ接合されてなるナノワイヤトンネルダイオード５が形成される。オーミック形成領域１０ｂには、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａとｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂとが接合されてなる複数の化合物半導体ナノワイヤ２１が形成される。化合物半導体ナノワイヤ２１は、導電層２を介してナノワイヤトンネルダイオード５と電気的に接続されている。
【００３３】
続いて、図５（ｂ）に示すように、金属層２２を形成する。
詳細には、先ず、素子形成領域１０ａのナノワイヤトンネルダイオード５を覆いオーミック形成領域１０ｂの化合物半導体ナノワイヤ２１を露出させるレジストマスク（不図示）を形成する。
次に、全面に、蒸着法により金属として例えばＴｉ（下層）／Ｐｔ（中間層）／Ａｕ（上層）を１０ｎｍ程度／３０ｎｍ程度／３００ｎｍ程度の厚みに堆積する。リフトオフにより、レジストマスク及びその上のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを除去する。以上により、オーミック形成領域１０ｂで化合物半導体ナノワイヤ２１の上面及び側面をＴｉ／Ｐｔ／Ａｕで覆う金属層２２が形成される。
【００３４】
ここで、化合物半導体ナノワイヤ２１のｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａのｎ−ＩｎＡｓは金属に対して仕事関数が低く、両者の仕事関数の差が小さい。そのため、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａに接する金属には、熱処理無しでも自動的にオーミック接触が形成される。本例では、金属層２２と化合物半導体ナノワイヤ２１のｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａとの間で熱処理することなくオーミック接触が形成される。一方、金属層２２と化合物半導体ナノワイヤ２１のｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂとの間ではショットキーライクな状態となるが、電流は主にｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａ側のオーミック接触を通って流れる。
【００３５】
ナノワイヤトンネルダイオード５の頭頂部にはＡｕ触媒４が残存しているところ、オーミック接触のための熱処理が不要である。そのため、熱処理に起因するＡｕ触媒４とナノワイヤトンネルダイオード５との反応が防止され、ナノワイヤトンネルダイオード５の安定動作に寄与する。
【００３６】
また、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａは極細の構造体であり、金属層がその上面を覆うのみでは接触面積が不足し、オーミック接触は不十分である。本例では、金属層２２は化合物半導体ナノワイヤ２１の上面及び側面を、導電層２に極めて近いｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａの側面の下方部位まで覆っている。そのため、可及的に大きな接触面積が確保され、十分なオーミック接触が得られる。
【００３７】
本例では、オーミック形成領域１０ｂにおいて、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａ上に形成されたｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂを除去することなく、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａで金属層２２とオーミック接触を確保する。そのため、ｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂを除去するためのリソグラフィー工程及びエッチング工程が不要となり、工程減が実現する。
【００３８】
続いて、第１の実施形態の図３（ｂ）〜図４（ｂ）と同様の諸工程を行い、図５（ｃ）に示すように、本例による化合物半導体装置が形成される。
【００３９】
以上説明したように、本例によれば、化合物半導体ナノワイヤ２１のｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａと金属膜７との間でナノワイヤトンネルダイオード５のカソード電極について、オーミック接触を得るための熱処理が不要である。そのため、ナノワイヤトンネルダイオード５に負担なく確実にオーミック接触が形成され、ナノワイヤトンネルダイオード５の安定動作に寄与する化合物半導体装置が実現する。
【００４０】
［第２の実施形態］
以下、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、第１の実施形態と同様に能動素子としてナノワイヤトンネルダイオードを備えた化合物半導体装置を例示するが、オーミック接触の形成態様が異なる点で第１の実施形態と相違する。
図６〜図８は、第２の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
【００４１】
先ず、第１の実施形態の図１（ａ）と同様に、基板１上に導電層２及び絶縁膜３を順次形成する。
続いて、図６（ａ）に示すように、絶縁膜３に開口３ａ，３ｃを形成する。
詳細には、絶縁膜３上にレジストを塗布し、例えば電子ビーム（ＥＢ）リソグラフィーにより、絶縁膜３のナノワイヤ形成領域を露出させる開口を形成する。このレジストをマスクとして用い、ドライエッチングにより、絶縁膜３の複数のナノワイヤ形成領域に導電性基板１の表面の一部を露出させる開口３ａ，３ｃを形成する。開口３ａは、能動素子であるナノワイヤトンネルダイオードの形成領域である素子形成領域１０ａに、１００ｎｍ径程度以下の所定のサイズに形成される。開口３ｃは、電極のオーミック接触を形成するためのナノワイヤの形成領域であるオーミック形成領域１０ｂに亘って形成される。レジストは、ウェット処理又はアッシング処理により除去される。
【００４２】
続いて、図６（ｂ）に示すように、Ａｕ触媒４を形成する。
詳細には、後述するナノワイヤを成長するために、開口３ａ，３ｃ内に３０ｎｍ程度の厚みのＡｕ触媒４を蒸着及びリフトオフにより形成する。開口３ｃについては、開口３ｃ内で複数のＡｕ触媒４が並んで接触するように形成される。
【００４３】
続いて、図６（ｃ）に示すように、各種ナノワイヤを成長する。
詳細には、先ず、例えばＶＬＳ法を用いて、絶縁膜３の開口３ａ，３ｃ内に、１００ｎｍ以下の所定径のｎ−ＩｎＡｓを、０．５μｍ程度の長さに縦方向のみに成長する。成長する材料はＩｎを含有しており、金属とオーミック接触する化合物半導体であり、ｎ−ＩｎＡｓの代わりに例えばｎ−ＩｎＧａＡｓを用いても良い。これにより、素子形成領域１０ａにはｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａが、オーミック形成領域１０ｂには複数のｎ型化合物半導体ナノワイヤ１２が同一工程で形成される。オーミック形成領域１０ｂでは、隣り合うｎ型化合物半導体ナノワイヤ１２同士が側面で接触して形成される。
【００４４】
ｎ−ＩｎＡｓの成長に引き続き、１００ｎｍ以下の所定径のｐ−ＧａＡｓＳｂを、０．５μｍ程度の長さに縦方向のみに成長する。成長する材料としては、ｐ−ＧａＡｓＳｂの代わりに例えばｐ−ＧａＳｂ又はｐ−ＡｌＧａＳｂを用いても良い。これにより、素子形成領域１０ａには、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａ上にこれと接合されたｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂが形成される。オーミック形成領域１０ｂにも同様に、各ｎ型化合物半導体ナノワイヤ１２上にｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂが形成される。オーミック形成領域１０ｂでは、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ１２と同様に、隣り合うｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂ同士が側面で接触して形成される。ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａとｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂとの接合部では、ナノワイヤトンネルダイオードがバックワードダイオード動作をするようにドーピング濃度が調節される。
【００４５】
続いて、図７（ａ）に示すように、レジストマスク２０を形成する。
詳細には、感度の異なるレジストを２層塗布する。下層レジスト２０ａは、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａ，１２のみを覆うように塗布される。上層レジスト２０ｂは、下層レジスト２０ａよりも高感度のレジストであり、ｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂのみを覆うように塗布される。上層レジスト２０ｂのオーミック形成領域１０ｂ側のみをリソグラフィーにより除去し、オーミック形成領域１０ｂ側のｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂを露出させる開口２０Ａを形成する。以上により、開口２０Ａを有するレジストマスク２０が形成される。
【００４６】
続いて、図７（ｂ）に示すように、オーミック形成領域１０ｂ側のｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂを除去する。
詳細には、レジストマスク２０を用いて、開口２０Ａから露出するオーミック形成領域１０ｂ側のｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂをエッチングして除去する。ウェット処理又はアッシング処理によりレジストマスク２０を除去する。以上により、素子形成領域１０ａには、導電層２上に起立する、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａとｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂとがｐｎ接合されてなるナノワイヤトンネルダイオード５が形成される。オーミック形成領域１０ｂには、導電層２上に並んで起立する、複数のｎ型化合物半導体ナノワイヤ１２が形成される。複数のｎ型化合物半導体ナノワイヤ１２は、隣り合うものと側面で接触してナノワイヤ集合体３１とされており、導電層２を介してナノワイヤトンネルダイオード５と電気的に接続されている。
【００４７】
続いて、図８（ａ）に示すように、金属層３２を形成する。
詳細には、先ず、素子形成領域１０ａのナノワイヤトンネルダイオード５を覆いオーミック形成領域１０ｂのナノワイヤ集合体３１を露出させるレジストマスク（不図示）を形成する。
【００４８】
次に、全面に、蒸着法により金属として例えばＴｉ（下層）／Ｐｔ（中間層）／Ａｕ（上層）を１０ｎｍ程度／３０ｎｍ程度／３００ｎｍ程度の厚みに堆積する。リフトオフにより、レジストマスク及びその上のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを除去する。以上により、オーミック形成領域１０ｂでナノワイヤ集合体３１の上面及び側面をＴｉ／Ｐｔ／Ａｕで覆う金属層３２が形成される。
【００４９】
ここで、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ１２のｎ−ＩｎＡｓは金属に対して仕事関数が低く、両者の仕事関数の差が小さいために、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ１２に接する金属には、熱処理無しでも自動的にオーミック接触が形成される。本実施形態では、金属層３２とナノワイヤ集合体３１との間で熱処理することなくオーミック接触が形成される。ナノワイヤトンネルダイオード５の頭頂部にはＡｕ触媒４が残存しているところ、オーミック接触のための熱処理が不要である。そのため、熱処理に起因するＡｕ触媒４とナノワイヤトンネルダイオード５との反応が防止され、ナノワイヤトンネルダイオード５の安定動作に寄与する。
【００５０】
また、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ１２は極細の構造体であり、金属層がその上面を覆うのみでは接触面積が不足し、オーミック接触は不十分である。本実施形態では、金属層３２は複数のｎ型化合物半導体ナノワイヤ１２が集合したナノワイヤ集合体３１の上面及び側面を、導電層２に極めて近い当該側面の下方部位まで覆っている。そのため、可及的に大きな接触面積が確保され、十分なオーミック接触が得られる。
【００５１】
続いて、第１の実施形態の図３（ｂ）〜図４（ｂ）と同様の諸工程を行い、図８（ｂ）に示すように、本実施形態による化合物半導体装置が形成される。
【００５２】
なお、本実施形態では、隣り合うｎ型化合物半導体ナノワイヤ６が接触してなるナノワイヤ集合体３１を形成する場合を例示したが、例えば以下の（１）又は（２）のようにしても良い。
（１）隣り合うＡｕ触媒４を開口３ｃ内で若干離れて形成し、ナノワイヤ集合体を、隣り合うｎ型化合物半導体ナノワイヤ１２が若干離れて（一部接触する部分があっても良い）林立するように形成する。
（２）絶縁膜３の素子形成領域１０ａに開口を形成する際に、複数の微細な開口を密集するように形成し、ナノワイヤ集合体を、隣り合うｎ型化合物半導体ナノワイヤ１２が若干離れて（一部接触する部分があっても良い）林立するように形成する。
【００５３】
以上説明したように、本実施形態によれば、ナノワイヤ集合体３１のｎ型化合物半導体ナノワイヤ１２と金属層３２との間でオーミック接触を得るための熱処理が不要である。そのため、ナノワイヤトンネルダイオード５に負担なく確実にオーミック接触が形成され、ナノワイヤトンネルダイオード５の安定動作に寄与する化合物半導体装置が実現する。
【００５４】
（変形例）
以下、第２の実施形態の変形例について説明する。本例では、第２の実施形態と同様に能動素子としてナノワイヤトンネルダイオードを備えた化合物半導体装置を例示するが、オーミック接触の形成態様が異なる点で第２の実施形態と相違する。
図９は、第２の実施形態の変形例による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
【００５５】
先ず、第１の実施形態の図１（ａ）、及び第２の実施形態の図６（ａ）〜図６（ｂ）と同様の諸工程を行い、絶縁膜３の開口３ａ，３ｃ内にＡｕ触媒４を形成する。
【００５６】
続いて、図９（ａ）に示すように、各種ナノワイヤを成長する。
詳細には、先ず、例えばＶＬＳ法を用いて、絶縁膜３の開口３ａ，３ｃ内に、１００ｎｍ以下の所定径のｎ−ＩｎＡｓを、０．５μｍ程度の長さに縦方向のみに成長する。成長する材料はＩｎを含有しており、金属とオーミック接触する化合物半導体であり、ｎ−ＩｎＡｓの代わりに例えばｎ−ＩｎＧａＡｓを用いても良い。これにより、素子形成領域１０ａにはｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａが、オーミック形成領域１０ｂには複数のｎ型化合物半導体ナノワイヤ１３が同一工程で形成される。オーミック形成領域１０ｂでは、隣り合うｎ型化合物半導体ナノワイヤ１３同士が側面で接触して形成される。
【００５７】
ｎ−ＩｎＡｓの成長に引き続き、１００ｎｍ以下の所定径のｐ−ＧａＡｓＳｂを、０．５μｍ程度の長さに縦方向のみに成長する。成長する材料としては、ｐ−ＧａＡｓＳｂの代わりに例えばｐ−ＧａＳｂ又はｐ−ＡｌＧａＳｂを用いても良い。これにより、素子形成領域１０ａには、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａ上にこれと接合されたｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂが形成される。オーミック形成領域１０ｂにも同様に、各ｎ型化合物半導体ナノワイヤ１３上にｐ型化合物半導体ナノワイヤ１４が形成される。オーミック形成領域１０ｂでは、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａと同様に、隣り合うｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂ同士が側面で接触して形成される。ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａとｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂとの接合部では、ナノワイヤトンネルダイオードがバックワードダイオード動作をするようにドーピング濃度が調節される。
【００５８】
以上により、素子形成領域１０ａには、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａとｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂとがｐｎ接合されてなるナノワイヤトンネルダイオード５が形成される。オーミック形成領域１０ｂには、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ１３とｐ型化合物半導体ナノワイヤ１４とが接合されてなる複数の化合物半導体ナノワイヤ２１が形成される。複数の化合物半導体ナノワイヤ２１は、隣り合うものと側面で接触してナノワイヤ集合体４１とされており、導電層２を介してナノワイヤトンネルダイオード５と電気的に接続されている。
【００５９】
続いて、図９（ｂ）に示すように、金属層４２を形成する。
詳細には、先ず、素子形成領域１０ａのナノワイヤトンネルダイオード５を覆いオーミック形成領域１０ｂのナノワイヤ集合体４１を露出させるレジストマスク（不図示）を形成する。
次に、全面に、蒸着法により金属として例えばＴｉ（下層）／Ｐｔ（中間層）／Ａｕ（上層）を１０ｎｍ程度／３０ｎｍ程度／３００ｎｍ程度の厚みに堆積する。リフトオフにより、レジストマスク及びその上のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを除去する。以上により、オーミック形成領域１０ｂでナノワイヤ集合体４１の上面及び側面をＴｉ／Ｐｔ／Ａｕで覆う金属層４２が形成される。
【００６０】
ここで、化合物半導体ナノワイヤ２１のｎ型化合物半導体ナノワイヤ１３のｎ−ＩｎＡｓは金属に対して仕事関数が低く、両者の仕事関数の差が小さい。そのため、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ１３に接する金属には、熱処理無しでも自動的にオーミック接触が形成される。本例では、金属層４２とナノワイヤ集合体４１のｎ型化合物半導体ナノワイヤ１３との間で熱処理することなくオーミック接触が形成される。一方、金属層４２とナノワイヤ集合体４１のｐ型化合物半導体ナノワイヤ１３との間ではショットキーライクな状態となるが、電流は主にｎ型化合物半導体ナノワイヤ１３側のオーミック接触を通って流れる。
【００６１】
ナノワイヤトンネルダイオード５の頭頂部にはＡｕ触媒４が残存しているところ、オーミック接触のための熱処理が不要である。そのため、熱処理に起因するＡｕ触媒４とナノワイヤトンネルダイオード５との反応が防止され、ナノワイヤトンネルダイオード５の安定動作に寄与する。
【００６２】
また、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａは極細の構造体であり、金属層がその上面を覆うのみでは接触面積が不足し、オーミック接触は不十分である。本例では、金属層４２はナノワイヤ集合体４１の上面及び側面を、導電層２に極めて近いｎ型化合物半導体ナノワイヤ１３の側面の下方部位まで覆っている。そのため、可及的に大きな接触面積が確保され、十分なオーミック接触が得られる。
【００６３】
本例では、化合物半導体ナノワイヤ２１において、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５ａ上に形成されたｐ型化合物半導体ナノワイヤ５ｂを除去することなく、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ１３で金属層４２とオーミック接触を確保する。そのため、ｐ型化合物半導体ナノワイヤ１４を除去するためのリソグラフィー工程及びエッチング工程が不要となり、工程減が実現する。
【００６４】
続いて、第１の実施形態の図３（ｂ）〜図４（ｂ）と同様の諸工程を行い、図９（ｃ）に示すように、本例による化合物半導体装置が形成される。
【００６５】
以上説明したように、本例によれば、ナノワイヤ集合体４１のｎ型化合物半導体ナノワイヤ１３と金属層４２との間でオーミック接触を得るための熱処理が不要である。そのため、ナノワイヤトンネルダイオード５に負担なく確実にオーミック接触が形成され、ナノワイヤトンネルダイオード５の安定動作に寄与する化合物半導体装置が実現する。
【００６６】
なお、第１及び第２の実施形態及びこれらの変形例において、ナノワイヤトンネルダイオードをＳｉＮ，ＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3等の絶縁膜で被覆するようにしても良い。林立する複数のナノワイヤでは、その粗密度によってドーピング濃度を変化させることができる。ｎ型化合物半導体ナノワイヤと金属層とのオーミック接触の状況を、ｎ型化合物半導体ナノワイヤの粗密度によって制御するようにしても良い。
【００６７】
［第３の実施形態］
以下、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、能動素子としてメサ型ダイオードを備えた化合物半導体装置を例示する。
図１０〜図１１は、第３の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
【００６８】
先ず、図１０（ａ）に示すように、基板１上に導電層２、ｎ−ＧａＡｓ層５１、及びｐ−ＧａＡｓ層５２を順次形成する。
詳細には、基板１として、例えば半絶縁性のＧａＡｓ(１１１)Ｂ基板を用意する。基板１上にｎ+−ＧａＡｓ、ｎ−ＧａＡｓ、及びｐ−ＧａＡｓを順次成長する。以上により、基板１上に導電層２、ｎ−ＧａＡｓ層５１、及びｐ−ＧａＡｓ層５２が形成される。導電層２は、ｎ型不純物（Ｓｉ，Ｇｅ等）の不純物濃度が５×１０18／ｃｍ2程度で２００ｎｍ程度の厚みに形成される。
【００６９】
続いて、図１０（ｂ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ層５１及びｐ−ＧａＡｓ層５２を加工する。
詳細には、リソグラフィー及びエッチングによりｎ−ＧａＡｓ層５１及びｐ−ＧａＡｓ層５２を加工し、ｎ−ＧａＡｓ層５１及びｐ−ＧａＡｓ層５２をメサ型ダイオードの形成領域である素子形成領域１０ａに残す。
【００７０】
続いて、図１０（ｃ）に示すように、第１金属層５３を形成する。
詳細には、先ず、素子形成領域１０ａを覆うように導電層２上に例えばシリコン酸化膜を５０ｎｍ程度の厚みに形成し、絶縁膜５４を形成する。
次に、絶縁膜５４をリソグラフィー及びエッチングで加工し、ｐ−ＧａＡｓ層５２の表面の一部を露出する開口５４ａを形成する。
【００７１】
次に、絶縁膜５４上を覆い開口５４ａを露出させるレジストマスク（不図示）を形成する。
次に、全面に、蒸着法により金属として例えばＴｉ（下層）／Ｐｔ（中間層）／Ａｕ（上層）を１０ｎｍ程度／３０ｎｍ程度／２００ｎｍ程度の厚みに堆積する。リフトオフにより、レジストマスク及びその上のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを除去する。以上により、開口５４ａ埋め込む第１金属層５３が形成される。ｐ−ＧａＡｓは金属とのショットキーバリアハイトが低い。そのため、ｐ−ＧａＡｓ層５２のｐ型不純物のドーピング濃度を高く調節しておくことにより、第１金属層５３とｐ−ＧａＡｓ層５２との間で熱処理することなくオーミック接触が形成される。以上により、素子形成領域１０ａに、ｎ−ＧａＡｓ層５１、ｐ−ＧａＡｓ層５２、及び第１金属層５３を有するメサ型ダイオードの主要構成が形成される。
【００７２】
続いて、図１１（ａ）に示すように、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５５及び第２金属層５６を形成する。
詳細には、先ず、絶縁膜５４上にレジストを塗布し、例えば電子ビーム（ＥＢ）リソグラフィーにより、絶縁膜５４のオーミック形成領域１０ｂに複数の開口を形成する。このレジストをマスクとして用い、ドライエッチングにより、絶縁膜５４の複数のナノワイヤ形成領域に導電層２の表面の一部を露出させる複数の開口５４ｂを形成する。レジストは、ウェット処理又はアッシング処理により除去される。
【００７３】
次に、開口５４ｂ内に３０ｎｍ程度の厚みのＡｕ触媒４を蒸着及びリフトオフにより形成する。
次に、第１金属層５３上を含む素子形成領域１０ａを覆いオーミック形成領域１０ｂを露出させる開口を有するレジストマスクを形成する。例えばＶＬＳ法を用いて、絶縁膜５４の開口５４ｂ内に、１００ｎｍ以下の所定径のｎ−ＩｎＡｓを、０．５μｍ程度の長さに縦方向のみに成長する。成長する材料はＩｎを含有しており、金属とオーミック接触する化合物半導体であり、ｎ−ＩｎＡｓの代わりに例えばｎ−ＩｎＧａＡｓを用いても良い。これにより、オーミック形成領域１０ｂに複数のｎ型化合物半導体ナノワイヤ５５が形成される。
【００７４】
次に、全面に、蒸着法により金属として例えばＴｉ（下層）／Ｐｔ（中間層）／Ａｕ（上層）を１０ｎｍ程度／３０ｎｍ程度／３００ｎｍ程度の厚みに堆積する。リフトオフにより、レジストマスク及びその上のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを除去する。以上により、オーミック形成領域１０ｂで各ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５５の上面及び側面をＴｉ／Ｐｔ／Ａｕで覆う第２金属層５６が形成される。
【００７５】
ここで、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５５のｎ−ＩｎＡｓは金属に対して仕事関数が低く、両者の仕事関数の差が小さいために、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５５に接する金属には、熱処理無しでも自動的にオーミック接触が形成される。本実施形態では、第２金属層５６とｎ型化合物半導体ナノワイヤ５５との間で熱処理することなくオーミック接触が形成される。素子形成領域１０ａではｐ−ＧａＡｓ層５２上に第１金属層５３が形成されているところ、第２金属層５６のオーミック接触のための熱処理が不要である。そのため、熱処理に起因する第１金属層５３とｐ−ＧａＡｓ層５２との反応が防止され、メサ型ダイオードの安定動作に寄与する。
【００７６】
また、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５５は極細の構造体であり、金属層がその上面を覆うのみでは接触面積が不足し、オーミック接触は不十分である。本実施形態では、第２金属層５６はｎ型化合物半導体ナノワイヤ５５の上面及び側面を、導電層２に極めて近い当該側面の下方部位まで覆っている。そのため、可及的に大きな接触面積が確保され、十分なオーミック接触が得られる。
【００７７】
続いて、図１１（ｂ）に示すように、パシベーション膜５７、アノード電極５８、及びカソード電極５９を形成する。
詳細には、先ず、例えばＢＣＢ等の樹脂を用いて、第１金属層５３及び第２金属層５６を埋め込む厚みに堆積し、パシベーション膜５７を形成する。
次に、Ｆを含有するガスを用いて、パシベーション膜５７の表面をエッチバックする。これにより、パシベーション膜５７の表面が平坦化される。
【００７８】
次に、フォトリソグラフィーによりパシベーション膜５７のコンタクト孔の形成領域である第１金属層５３及び第２金属層５６の上方に位置する部位を開口するレジストマスク（不図示）を形成する。このレジストマスクを用いて、Ｆ及びＯを含有するガスでパシベーション膜５７を、レジストマスクの開口下における第１金属層５３及び第２金属層５６の表面が露出するまでエッチングする。ウェット処理又はアッシング処理によりレジストマスクを除去する。以上により、パシベーション膜５７にコンタクト孔５７ａ，５７ｂが形成される。
【００７９】
次に、パシベーション膜５７の表面におけるアノード電極の形成領域（コンタクト孔５７ａを含む領域）及びカソード電極の形成領域（コンタクト孔５７ｂを含む領域）を開口するレジストマスク（不図示）を形成する。
【００８０】
次に、このレジストマスクを用いて、例えばメッキ法によりレジストマスクの開口内に電極材料として例えばＡｕを形成する。レジストマスクを除去することにより、コンタクト孔５７ａをＡｕで埋め込んで第１金属層５３と電気的に接続されたアノード電極５８と、コンタクト孔５７ｂをＡｕで埋め込んで第２金属層５６と電気的に接続されたカソード電極５９とが形成される。以上により、本実施形態による化合物半導体装置が形成される。
【００８１】
なお、本実施形態では、メサ型ダイオードとして、ｎ−ＧａＡｓ層５１上にｐ−ＧａＡｓ層５２を形成する場合を例示したが、ｐ−ＧａＡｓ層５２を形成しない場合もある。この場合には、ｎ−ＧａＡｓ層５１上に第１金属層５６が設けられてショットキー接触が形成され、ショットキーダイオードとして動作する。
【００８２】
また、本実施形態でも、第２の実施形態と同様に、複数のｎ型化合物半導体ナノワイヤ５５を密集させて（例えば、隣り合うｎ型化合物半導体ナノワイヤ５５同士が側面で接触するように）形成しても良い。
【００８３】
以上説明したように、本実施形態によれば、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ５５と第２金属層５６との間でオーミック接触を得るための熱処理が不要である。そのため、メサ型ダイオードに負担なく確実にオーミック接触が形成され、メサ型ダイオードの安定動作に寄与する化合物半導体装置が実現する。
【００８４】
［第４の実施形態］
以下、第４の実施形態について説明する。本実施形態では、能動素子としてヘテロ接合バイポーラトランジスタ（Heterojunction Bipolar Transistor：ＨＢＴ）を備えた化合物半導体装置を例示する。
図１２〜図１４は、第４の実施形態による化合物半導体装置の製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
【００８５】
先ず、図１２（ａ）に示すように、基板１上に導電層２、ｎ−ＧａＡｓ層６１、ｐ−ＧａＡｓ層６２、ｎ−ＩｎＧａＰ層６３、及びｎ−ＧａＡｓ層６４を順次形成する。
詳細には、基板１として、例えば半絶縁性のＧａＡｓ(１１１)Ｂ基板を用意する。基板１上にｎ+−ＧａＡｓ、ｎ−ＧａＡｓ、ｐ−ＧａＡｓ、ｎ−ＩｎＧａＰ、及びｎ−ＧａＡｓを順次成長する。以上により、基板１上に導電層２、ｎ−ＧａＡｓ層６１、ｐ−ＧａＡｓ層６２、ｎ−ＩｎＧａＰ層６３、及びｎ−ＧａＡｓ層６４が形成される。導電層２は、ｎ型不純物（Ｓｉ，Ｇｅ等）の不純物濃度が５×１０18／ｃｍ2程度で２００ｎｍ程度の厚みに形成される。
【００８６】
続いて、図１２（ｂ）に示すように、ｎ−ＧａＡｓ層６１、ｐ−ＧａＡｓ層６２、ｎ−ＩｎＧａＰ層６３、及びｎ−ＧａＡｓ層６４を加工する。
詳細には、リソグラフィー及びエッチングによりｎ−ＧａＡｓ層６１、ｐ−ＧａＡｓ層６２、ｎ−ＩｎＧａＰ層６３、及びｎ−ＧａＡｓ層６４を加工し、これらをＨＢＴの形成領域である素子形成領域１０ａに残す。ｎ−ＧａＡｓ層６１及びｐ−ＧａＡｓ層６２は同一幅に、ｎ−ＩｎＧａＰ層６３及びｎ−ＧａＡｓ層６４はｎ−ＧａＡｓ層６１及びｐ−ＧａＡｓ層６２よりも狭い同一幅に加工される。
【００８７】
続いて、図１２（ｃ）に示すように、第１金属層６５を形成する。
詳細には、先ず、全面を覆いｎ−ＧａＡｓ層６４の表面の一部を露出させるレジストマスク（不図示）を形成する。
次に、全面に、蒸着法により金属として例えばＡｕＧｅ（下層）／Ａｕ（上層）を２０ｎｍ程度／３００ｎｍ程度の厚みに堆積する。リフトオフにより、レジストマスク及びその上のＡｕＧｅ／Ａｕを除去する。以上により、ｎ−ＧａＡｓ層６４上に、エミッタ電極層となる第１金属層６５が形成される。
【００８８】
続いて、図１３（ａ）に示すように、第２金属層６６を形成する。
詳細には、先ず、全面を覆いｎ−ＩｎＧａＰ層６３の両側におけるｐ−ＧａＡｓ層６２の表面の一部を露出させるレジストマスク（不図示）を形成する。
次に、全面に、蒸着法により金属として例えばＴｉ（下層）／Ｐｔ（中間層）／Ａｕ（上層）を１０ｎｍ程度／３０ｎｍ程度／１５０ｎｍ程度の厚みに堆積する。リフトオフにより、レジストマスク及びその上のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを除去する。以上により、ｎ−ＩｎＧａＰ層６３の両側におけるｐ−ＧａＡｓ層６２上に、ベース電極層となる各第２金属層６６が形成される。以上により、素子形成領域１０ａに、ｎ−ＧａＡｓ層６１、ｐ−ＧａＡｓ層６２、ｎ−ＩｎＧａＰ層６３、ｎ−ＧａＡｓ層６４、第１金属層６５、及び第２金属層６６を有するＨＢＴの主要構成が形成される。
【００８９】
続いて、図１３（ｂ）に示すように、絶縁膜６７を形成する。
詳細には、素子形成領域１０ａを覆うように導電層２上に例えばシリコン酸化膜を５０ｎｍ程度の厚みに形成し、絶縁膜６７を形成する。
【００９０】
続いて、図１４（ａ）に示すように、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ６８及び第３金属層６９を形成する。
詳細には、先ず、絶縁膜６７上にレジストを塗布し、例えば電子ビーム（ＥＢ）リソグラフィーにより、絶縁膜６７のオーミック形成領域１０ｂに複数の開口を形成する。このレジストをマスクとして用い、ドライエッチングにより、絶縁膜６７の複数のナノワイヤ形成領域に導電層２の表面の一部を露出させる複数の開口６７ａを形成する。レジストは、ウェット処理又はアッシング処理により除去される。
【００９１】
次に、開口６７ａ内に３０ｎｍ程度の厚みのＡｕ触媒４を蒸着及びリフトオフにより形成する。
次に、素子形成領域１０ａを覆いオーミック形成領域１０ｂを露出させる開口を有するレジストマスクを形成する。例えばＶＬＳ法を用いて、絶縁膜６７の開口６７ａ内に、１００ｎｍ以下の所定径のｎ−ＩｎＡｓを、０．５μｍ程度の長さに縦方向のみに成長する。成長する材料はＩｎを含有しており、金属とオーミック接触する化合物半導体であり、ｎ−ＩｎＡｓの代わりに例えばｎ−ＩｎＧａＡｓを用いても良い。これにより、オーミック形成領域１０ｂに複数のｎ型化合物半導体ナノワイヤ６８が形成される。
【００９２】
次に、全面に、蒸着法により金属として例えばＴｉ（下層）／Ｐｔ（中間層）／Ａｕ（上層）を１０ｎｍ程度／３０ｎｍ程度／３００ｎｍ程度の厚みに堆積する。リフトオフにより、レジストマスク及びその上のＴｉ／Ｐｔ／Ａｕを除去する。以上により、オーミック形成領域１０ｂで各ｎ型化合物半導体ナノワイヤ６８の上面及び側面をＴｉ／Ｐｔ／Ａｕで覆う第３金属層６９が形成される。
【００９３】
ここで、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ６８のｎ−ＩｎＡｓは金属に対して仕事関数が低く、両者の仕事関数の差が小さいために、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ６８に接する金属には、熱処理無しでも自動的にオーミック接触が形成される。本実施形態では、第３金属層６９とｎ型化合物半導体ナノワイヤ６８との間で熱処理することなくオーミック接触が形成される。素子形成領域１０ａではｐ−ＧａＡｓ層６２上に第２金属層６６が形成されているところ、第３金属層６９のオーミック接触のための熱処理が不要である。そのため、熱処理に起因する第２金属層６６とｐ−ＧａＡｓ層６２との反応が防止され、ＨＢＴの安定動作に寄与する。
【００９４】
また、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ６８は極細の構造体であり、金属層がその上面を覆うのみでは接触面積が不足し、オーミック接触は不十分である。本実施形態では、第３金属層６９はｎ型化合物半導体ナノワイヤ６８の上面及び側面を、導電層２に極めて近い当該側面の下方部位まで覆っている。そのため、可及的に大きな接触面積が確保され、十分なオーミック接触が得られる。
【００９５】
続いて、図１４（ｂ）に示すように、パシベーション膜７１、エミッタ電極７２、及びコレクタ電極７３を形成する。
詳細には、先ず、例えばＢＣＢ等の樹脂を用いて、第１金属層６５及び第３金属層６９を埋め込む厚みに堆積し、パシベーション膜７１を形成する。
次に、Ｆを含有するガスを用いて、パシベーション膜７１の表面をエッチバックする。これにより、パシベーション膜７１の表面が平坦化される。
【００９６】
次に、フォトリソグラフィーによりパシベーション膜７１のコンタクト孔の形成領域である第１金属層６５及び第３金属層６９の上方に位置する部位を開口するレジストマスク（不図示）を形成する。このレジストマスクを用いて、Ｆ及びＯを含有するガスでパシベーション膜７１を、レジストマスクの開口下における第１金属層６５及び第３金属層６９の表面が露出するまでエッチングする。ウェット処理又はアッシング処理によりレジストマスクを除去する。以上により、パシベーション膜７１にコンタクト孔７１ａ，７１ｂが形成される。
【００９７】
次に、パシベーション膜７１の表面におけるエミッタ電極の形成領域（コンタクト孔７１ａを含む領域）及びコレクタ電極の形成領域（コンタクト孔７１ｂを含む領域）を開口するレジストマスク（不図示）を形成する。
【００９８】
次に、このレジストマスクを用いて、例えばメッキ法によりレジストマスクの開口内に電極材料として例えばＡｕを形成する。レジストマスクを除去することにより、コンタクト孔７１ａをＡｕで埋め込んで第１金属層６５と電気的に接続されたエミッタ電極７２と、コンタクト孔７１ｂをＡｕで埋め込んで第３金属層６９と電気的に接続されたコレクタ電極７３とが形成される。以上により、本実施形態による化合物半導体装置が形成される。
【００９９】
なお、本実施形態でも、第２の実施形態と同様に、複数のｎ型化合物半導体ナノワイヤ６８を密集させて（例えば、隣り合うｎ型化合物半導体ナノワイヤ６８同士が側面で接触するように）形成しても良い。
【０１００】
以上説明したように、本実施形態によれば、ｎ型化合物半導体ナノワイヤ６８と第３金属層６９との間でオーミック接触を得るための熱処理が不要である。そのため、ＨＢＴに負担なく確実にオーミック接触が形成され、ＨＢＴの安定動作に寄与する化合物半導体装置が実現する。
【０１０１】
［第５の実施形態］
以下、第５の実施形態について説明する。本実施形態では、第１〜第３の実施形態及びこれらの変形例から選ばれた１種のダイオードを備えた、いわゆる超大容量無線通信システムの電波受信装置を例示する。図１５は、第５の実施形態による電波受信装置の概略構成を示す模式図である。
【０１０２】
この電波受信装置は、受信アンテナ８１、低雑音増幅器８２、検波器であるダイオード８３、インダクタであるローパスフィルタ８４、及び出力端子８５を備えて構成されている。ダイオード８３は、第１〜第３の実施形態及びこれらの変形例から選ばれた１種のダイオードである。
【０１０３】
受信アンテナ８１から入力されたＲＦ信号は、低雑音増幅器８２により強度が増幅される。その後、ＲＦ信号はダイオード８３及びローパスフィルタ８４を通ることによりＤＣ信号に変換され、出力端子８５から出力される。
【０１０４】
本実施形態では、電極について、オーミック接触を得るための熱処理が不要であり、負担なく確実にオーミック接触が得られて安定動作に寄与するダイオードを適用する。この構成により、信頼性の高い超大容量無線通信ネットワークシステムが実現する。
【０１０５】
［第６の実施形態］
以下、第６の実施形態について説明する。本実施形態では、第１〜第３の実施形態及びこれらの変形例から選ばれた１種のダイオードを備えた電力変換モジュールの発電装置を例示する。図１６は、第６の実施形態による電力変換モジュールの概略構成を示す模式図である。
【０１０６】
この発電装置は、受信アンテナ９１、整合回路９２、ダイオード９３、昇圧回路９４、コンデンサ９５、及びＩｏＴ（Internet of Things）センサ９６を備えて構成されている。ダイオード９３は、第１〜第３の実施形態及びこれらの変形例から選ばれた１種のダイオードである。
【０１０７】
受信アンテナ９１から入力されたＲＦ信号は、整合回路９２を通してダイオード９３に入力すると、ダイオード９３によりＲＦ信号からＤＣ信号に電力変換が行われる。ＤＣ信号は昇圧回路９４により電圧が高められ、その後、コンデンサ９５に一時的にＤＣ信号の電力が蓄積される。ある程度、電力が蓄積されると、コンデンサ９５は例えば低消費電力のＩｏＴセンサ９６を駆動するための電源として機能する。
【０１０８】
本実施形態では、電極について、オーミック接触を得るための熱処理が不要であり、負担なく確実にオーミック接触が得られて安定動作に寄与するダイオードを適用する。この構成により、低電力で動作可能なＩｏＴセンサ９６を、電池等を用いることなく高効率に駆動することができる。
【０１０９】
以下、化合物半導体装置及びその製造方法、並びに電波受信装置及び発電装置の諸態様について、付記としてまとめて記載する。
【０１１０】
（付記１）導電層と、
前記導電層上に設けられた能動素子と、
前記導電層上に起立して前記能動素子と電気的に接続された、Ｉｎを含有して金属とオーミック接触する化合物半導体を有するナノワイヤと、
前記ナノワイヤの上面及び側面を前記金属で覆う金属層と
を備えたことを特徴とする化合物半導体装置。
【０１１１】
（付記２）前記導電層上に複数の前記ナノワイヤが並んで起立しており、
前記金属層は、前記ナノワイヤごとに、前記ナノワイヤの上面及び側面を覆っていることを特徴とする付記１に記載の化合物半導体装置。
【０１１２】
（付記３）前記導電層上に複数の前記ナノワイヤを有するナノワイヤ集合体が形成されており、
前記金属層は、前記ナノワイヤ集合体の上面及び側面を覆っていることを特徴とする付記１に記載の化合物半導体装置。
【０１１３】
（付記４）前記能動素子は、下方部分が前記ナノワイヤと同一構造であるナノワイヤダイオードであることを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
【０１１４】
（付記５）前記ナノワイヤ及び前記下方部分は、共にｎ型のＩｎＡｓ又はｎ型のＩｎＧａＡｓからなることを特徴とする付記４に記載の化合物半導体装置。
【０１１５】
（付記６）前記能動素子はナノワイヤダイオードであり、
前記ナノワイヤは、前記能動素子と同一構造であることを特徴とする付記１〜３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
【０１１６】
（付記７）前記能動素子及び前記ナノワイヤは、共に下方部分がｎ型のＩｎＡｓ又はｎ型のＩｎＧａＡｓからなり、上方部分がｐ型のＧａＳｂ、ｐ型のＧａＡｓＳｂ、及びｐ型のＡｌＧａＳｂから選ばれた１種からなることを特徴とする付記６に記載の化合物半導体装置。
【０１１７】
（付記８）導電層上に能動素子を形成する工程と、
前記導電層上に起立して前記能動素子と電気的に接続された、Ｉｎを含有して金属とオーミック接触する化合物半導体を有するナノワイヤを形成する工程と、
前記ナノワイヤの上面及び側面を前記金属で覆う金属層を形成する工程と
を備えたことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
【０１１８】
（付記９）前記導電層上に並んで起立する複数の前記ナノワイヤを形成し、
前記金属層を、前記ナノワイヤごとに、前記ナノワイヤの上面及び側面を覆うように形成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。
【０１１９】
（付記１０）前記導電層上に複数の前記ナノワイヤを有するナノワイヤ集合体を形成し、
前記金属層を、前記ナノワイヤ集合体の上面及び側面を覆うように形成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。
【０１２０】
（付記１１）前記能動素子は、下方部分が前記ナノワイヤと同一構造であるナノワイヤダイオードであり、
前記下方部分を前記ナノワイヤと同時に形成することを特徴とする付記８〜１０のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【０１２１】
（付記１２）前記ナノワイヤ及び前記下方部分は、共にｎ型のＩｎＡｓ又はｎ型のＩｎＧａＡｓからな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。
【０１２２】
（付記１３）前記能動素子はナノワイヤダイオードであり、前記ナノワイヤは前記能動素子と同一構造であって、
前記能動素子と前記ナノワイヤとを同時に形成することを特徴とする付記８〜１０のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
【０１２３】
（付記１４）前記能動素子及び前記ナノワイヤは、共に下方部分がｎ型のＩｎＡｓ又はｎ型のＩｎＧａＡｓからなり、上方部分がｐ型のＧａＳｂ、ｐ型のＧａＡｓＳｂ、及びｐ型のＡｌＧａＳｂから選ばれた１種からな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。
【０１２４】
（付記１５）受信アンテナと、
前記受信アンテナと接続された増幅器と、
前記増幅器と接続されたダイオードと、
前記増幅器と接続されたインダクタと
を含み、
前記ダイオードは、
導電層と、
前記導電層上に設けられた能動素子と、
前記導電層上に起立して前記能動素子と電気的に接続された、Ｉｎを含有して金属とオーミック接触する化合物半導体を有するナノワイヤと、
前記ナノワイヤの上面及び側面を前記金属で覆う金属層と
を備えたことを特徴とする受信装置。
【０１２５】
（付記１６）受信アンテナと、
前記受信アンテナと接続されたダイオードと、
前記ダイオードと接続された平滑キャパシタと、
前記ダイオードと接続された電圧一定化回路と、
を含み、
前記ダイオードは、
導電層と、
前記導電層上に設けられた能動素子と、
前記導電層上に起立して前記能動素子と電気的に接続された、Ｉｎを含有して金属とオーミック接触する化合物半導体を有するナノワイヤと、
前記ナノワイヤの上面及び側面を前記金属で覆う金属層と
を備えたことを特徴とする発電装置。
【符号の説明】
【０１２６】
１  基板
２  導電層
３，５４，６７  絶縁膜
３ａ，３ｂ，２０Ａ，５４ａ，５４ｂ，６７ａ  開口
４  Ａｕ触媒
５  ナノワイヤトンネルダイオード
５ａ，６，１２，１３，５５，６８  ｎ型化合物半導体ナノワイヤ
５ｂ，１４  ｐ型化合物半導体ナノワイヤ
７，２２，３２，４２  金属層
８，５７，７１  パシベーション膜
８ａ，５７ａ，５７ｂ，７１ａ，７１ｂ  コンタクト孔
９，５８  アノード電極
１０ａ  素子形成領域
１０ｂ  オーミック形成領域
１１，５９  カソード電極
２０  レジストマスク
２０ａ  下層レジスト
２０ｂ  上層レジスト
２１  化合物半導体ナノワイヤ
３１，４１  ナノワイヤ集合体
５１，６１，６４  ｎ−ＧａＡｓ層
５２，６２  ｐ−ＧａＡｓ層
５３，６５  第１金属層
５６，６６  第２金属層
６３  ｎ−ＩｎＧａＰ層
６９  第３金属層
７２  エミッタ電極
７３  コレクタ電極
８１，９１  受信アンテナ
８２  低雑音増幅器
８３，９３  ダイオード
８４  ローパスフィルタ
８５  出力端子
９２  整合回路
９４  昇圧回路
９５  コンデンサ
９６  ＩｏＴセンサ
【図１】
2019102484.tif 000003
【図２】
2019102484.tif 000004
【図３】
2019102484.tif 000005
【図４】
2019102484.tif 000006
【図５】
2019102484.tif 000007
【図６】
2019102484.tif 000008
【図７】
2019102484.tif 000009
【図８】
2019102484.tif 000010
【図９】
2019102484.tif 000011
【図１０】
2019102484.tif 000012
【図１１】
2019102484.tif 000013
【図１２】
2019102484.tif 000014
【図１３】
2019102484.tif 000015
【図１４】
2019102484.tif 000016
【図１５】
2019102484.tif 000017
【図１６】
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