(57)【要約】【課題】大がかりな装置を用いることなく大量生産ができる状態で、ＧａＡｓなどの化合物半導体層と絶縁層との界面における界面特性の悪化が抑制できるようにする。【解決手段】ステップＳ１０１で、ＧａおよびＡｓを含む化合物半導体からなる半導体層を形成する。次に、ステップＳ１０２で、半導体層の表面に粒子線を照射する。この粒子線の照射では、窒素、アンチモン、およびリンより選択した原子のラジカルを照射する。次に、ステップＳ１０３で、粒子線を照射した半導体層の上に絶縁層を形成する。【選択図】  図１
2013165144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａおよびＡｓを含む化合物半導体からなる半導体層を形成する工程と、
前記半導体層の表面に粒子線を照射する工程と、
前記粒子線を照射した前記半導体層の上に絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層の上に電極を形成する工程と
を少なくとも備え、
前記粒子線の照射では、窒素、アンチモン、およびリンより選択した原子のラジカルを照射することを特徴とするＭＯＳ構造の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のＭＯＳ構造の製造方法において、
前記粒子線の照射では、砒素が解離する温度に前記半導体層を加熱することを特徴とするＭＯＳ構造の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２記載のＭＯＳ構造の製造方法において、
前記半導体層は、ＧａＡｓ層であることを特徴とするＭＯＳ構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＧａＡｓなどの化合物半導体層を用いたＭＯＳ構造を製造するＭＯＳ構造の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、次世代の集積回路用半導体材料として期待されている。しかしながら、この化合物半導体を用い、半導体層の上に絶縁層を介して電極（金属）を設けたＭＯＳ構造を形成する場合、絶縁層と半導体層との界面特性が悪く、良好な動作が得られないという問題がある。
【０００３】
界面特性が良好でない原因としては，化合物半導体層の表面に存在する酸化膜，表面欠陥，表面不純物などが考えられる。ＧａＡｓの場合には，表面酸化膜としてＧａ2Ｏ3およびＡｓ2Ｏ3などが存在する。これらの酸化膜は、塩酸（ＨＣｌ）やリン酸（Ｈ3ＰＯ4）などの酸を用いることで除去することは可能である。しかしながら、これらの酸化膜を除去した後に、ＧａＡｓから分離した単体元素のＧａおよびＡｓが残ることが考えられる。
【０００４】
電気陰性度で比べると、Ｇａは１．８１，Ａｓは２．１８であり、ＧａはＡｓと比べると若干正に帯電する。このため、例えば、ＧａＡｓ層の表面に残存する酸素（電気陰性度３．４４）は、Ｇａと結合しやすい。従って、ＧａＡｓ層の表面に単体元素として存在するのはＡｓが多いことになり、この単体元素のＡｓが、界面特性を劣化させる要因と考えられている。
【０００５】
例えば、ＧａＡｓ層でＭＯＳ構造を形成した場合、絶縁層を介して配置されている電極にゲート電圧を加えると、絶縁層とＧａＡｓ層との界面に存在するＡｓが、まずは電子を捕獲する。このために、絶縁層とＧａＡｓ層との界面に誘起される電荷が実効的に減少し、ＧａＡｓ層中のキャリア濃度変調は弱くなる。
【０００６】
上述したような半導体層と絶縁層との界面に単独元素として存在するＡｓを不活性化する手法として、まず、第１に、硫化水素などを用いた表面保護処理がある（非特許文献１参照）、また、第２に、シリコンの原子層を、半導体層と絶縁層との間に界面層（interfacial layer）として挿入する技術がある（非特許文献２参照）。同様に、ゲルマニウムまたはアルミニウムなどの金属の原子層を界面層として、半導体層と絶縁層との間に挿入する技術もある。また、第３に、半導体層の表面が汚染される前に（Ｇａ、Ｇｄ）2Ｏ3絶縁層を分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法で成長させる技術も提案されている（非特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Y. Xuan et al. , "Simplified Surface Preparation for GaAs Passivation Using Atomic Layer-Deposited High-κ Dielectrics", IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, vol.54, no.8, pp.1811-1817, 2007.
【非特許文献２】H. Hasegawa, "MBE growth and applications of silicon interface control layers", Thin Solid Films, vol.367, pp.58-67, 2000.
【非特許文献３】M. Passlack et al. , "Quasistatic and high frequency capacitance.voltage characterization of Ga2O3.GaAs structures fabricated by in situ molecular beam epitaxy", Appl. Phys. Lett. , vol.68, no.8, pp.1099-1101, 1996.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した各技術においては、以下に示すような問題がある。
【０００９】
まず、第１の技術および第２の技術では、ｐ型ＧａＡｓやｐ型ＩｎＧａＡｓへの適用の有用性が確認されているが、ｎ型ＧａＡｓやｎ型ＩｎＧａＡｓについては効果が小さい。また、第３の技術では、良好な界面を得られる手法ではあるが、成長した化合物半導体を大気暴露せずＭＢＥ法で作製しなければならないために、装置が大がかりとなり、かつ量産には向かないために工業生産には適さないという大きな欠点がある。このようなことから、ｎ型ＧａＡｓやｎ型ＩｎＧａＡｓに適応できるような新しい手法が求められている。
【００１０】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、大がかりな装置を用いることなく大量生産ができる状態で、ＧａＡｓなどの化合物半導体層と絶縁層との界面における界面特性の悪化が抑制できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るＭＯＳ構造の製造方法は、ＧａおよびＡｓを含む化合物半導体からなる半導体層を形成する工程と、半導体層の表面に粒子線を照射する工程と、粒子線を照射した半導体層の上に絶縁層を形成する工程と、絶縁層の上に電極を形成する工程とを少なくとも備え、粒子線の照射では、窒素、アンチモン、およびリンより選択した原子のラジカルを照射する。
【００１２】
上記ＭＯＳ構造の製造方法において、粒子線の照射では、砒素が解離する温度に半導体層を加熱するとよい。なお、半導体層は、ＧａＡｓ層であればよい。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、窒素、アンチモン、およびリンより選択した原子のラジカルを照射するようにしたので、大がかりな装置を用いることなく大量生産ができる状態で、ＧａＡｓなどの化合物半導体層と絶縁層との界面における界面特性の悪化が抑制できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態におけるＭＯＳ構造の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図２】図２は、本発明の実施の形態における製造方法で製造されるＭＯＳ構造の断面を示す断面図である。
【図３】図３は、窒素ラジカルの照射を行うラジカル窒化装置の構成を示す構成図である。
【図４】図４は、窒素ラジカル照射処理をしていないＭＯＳ構造（ＭＯＳ構造キャパシタ）の容量−電圧（Ｃ−Ｖ）特性を示す特性図である。
【図５】図５は、４００℃１５分で窒素ラジカル照射処理をしたＭＯＳ構造（ＭＯＳ構造キャパシタ）の容量−電圧（Ｃ−Ｖ）特性を示す特性図である。
【図６】図６は、３００℃１５分で窒素ラジカル照射処理をしたＭＯＳ構造（ＭＯＳ構造キャパシタ）の容量−電圧（Ｃ−Ｖ）特性を示す特性図である。
【図７】図７は、窒素ラジカル照射処理をした半導体層に対してＸ線光電子分光（ＸＰＳ）を用いた表面分析を行った結果を示す特性図である。
【図８】図８は、ＧａＡｓ基板をＡｓ膜で覆った試料２１およびＧａＡｓ基板のままの試料２２を加熱処理した後のＸ線光電子分光（ＸＰＳ）分析結果を示す特性図である。
【図９】図９は、窒素ラジカル照射処理をしたＭＯＳ構造（ＭＯＳ構造キャパシタ）について、測定周波数を変化させてＣ−Ｖ特性の周波数分散を測定した結果を示す特性図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態における製造方法で製造される他のＭＯＳ構造の断面を示す断面図である。
【図１１】図１１は、Ｓｂラジカル照射処理をしたＭＯＳ構造（ＭＯＳ構造キャパシタ）の容量−電圧（Ｃ−Ｖ）特性を示す特性図である。
【図１２】図１２は、表面層がＩｎＡｌＡｓおよびＩｎＰであるＨＥＭＴ素子のゲート電圧と面抵抗の値をプロットした特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態におけるＭＯＳ構造の製造方法を説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ１０１で、ＧａおよびＡｓを含む化合物半導体からなる半導体層を形成する。例えば、ＧａＡｓ基板を半導体層として用いればよい。
【００１６】
次に、ステップＳ１０２で、半導体層の表面に粒子線を照射する。この粒子線の照射では、窒素、アンチモン、およびリンより選択した原子のラジカルを照射する。次に、ステップＳ１０３で、粒子線を照射した半導体層の上に絶縁層を形成する。例えば、よく知られた化学的気相成長（ＣＶＤ）法により、酸化アルミニウムを堆積することで、絶縁層を形成すればよい。次に、ステップＳ１０４で、絶縁層の上に第１電極を形成する。また、ステップＳ１０５で、半導体層に接続する第２電極を形成する。このように第２電極を形成することで、本実施の形態におけるＭＯＳ構造をキャパシタとすることができる。
【００１７】
上述したことにより形成されるＭＯＳ構造は、図２の断面図に示すように構成される。このＭＯＳ構造は、図２に示すように、例えば、ｎ型のＧａＡｓからなる半導体層２０１と、この主表面に形成された絶縁層２０２と、絶縁層２０２の上に形成された第１電極２０３と、半導体層２０１の裏面に形成された第２電極２０４とを備える。第２電極２０４は、半導体層２０１の裏面にオーミック接続している。
【００１８】
本実施の形態によれば、絶縁層を形成する前に、ＧａおよびＡｓを含む化合物半導体からなる半導体層の絶縁層形成面に、窒素、アンチモン、およびリンより選択した原子のラジカルを照射するようにしたので、半導体層表面における単体元素のＡｓによる界面特性の劣化が抑制できるようになり、半導体層と絶縁層との界面における界面特性の悪化が抑制できるようになる。
【００１９】
以下、上述したラジカル照射による、ＧａおよびＡｓを含む化合物半導体からなる半導体層表面における単体元素のＡｓによる界面特性の劣化抑制について、実施例を用いてより詳細に説明する。
【００２０】
［実施例１］
はじめに、実施例１について、説明する。実施例１では、図２に示したＭＯＳ構造を作製し、作製したＭＯＳ構造の特性を評価する。実施例１では、ＧａおよびＡｓを含む化合物半導体からなる半導体層として、ＧａＡｓ基板を用いる。また、窒素（Ｎ）のラジカルを照射する。
【００２１】
まず、窒素ラジカルを照射する装置について説明する。窒素ラジカルの照射は、例えば、図３に示すラジカル窒化装置を用いればよい。このラジカル窒化装置は、ロードロック付きの高真空チャンバ３０１を備え、高真空チャンバ３０１内に、ヒータ３０２，サセプタ３０３，熱電対３０５，ラジカルガン３０６を備える。サセプタ３０３には、処理対象の基板３０４が固定され、基板３０４は、裏面側よりヒータ３０２の赤外線加熱により、例えば、１１００℃程度まで加熱可能とされている。また、この加熱温度は、熱電対３０５を用いて測定される。なお、高真空チャンバ３０１の内部は、図示しない排気機構により減圧排気可能とされている。排気機構としては、例えば、ロータリーポンプなどが用いられる。
【００２２】
ラジカルガン３０６は、導入された窒素を用いて生成した窒素のラジカルを、出口より基板３０４の側に照射可能としている。また、出口には、高電圧が印加可能な電極より構成されたイオントラップ３０７が設けられ、窒素イオンが基板３０４の側に照射されることを抑制している。例えば、ラジカル窒化処理時の窒素流量は１．２〜３ｓｃｃｍ、チャンバ圧力は４．６×１０-3〜１．２×１０-2Ｐａ、また、ラジカル生成のためのＲＦ出力は、２００〜５００Ｗである。なお、ｓｃｃｍは流量の単位であり、０℃・１０１３ｈＰａの流体が１分間に１ｃｍ3流れることを示す。
【００２３】
次に、作製したＭＯＳ構造について簡単に説明する。まず、ＧａＡｓ基板を用意し、この表面に窒素のラジカルからなる粒子線を照射する。窒素ラジカルの照射では、上述した装置を用い、ＲＦ電力が３００Ｗ、Ｎ2ガスの流量が２．５ｓｃｃｍ、チャンバ圧力は１．０９〜１．２×１０-2Ｐａである。
【００２４】
以上の条件で、窒素ラジカルの照射をしたＧａＡｓ基板の主表面に、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）からなる絶縁層を形成する。絶縁層は、層厚約６５ｎｍに形成する。例えば、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）と水（Ｈ2Ｏ）とをソースガスとし、基板温度条件を１９０℃としたＣＶＤ法により、ＧａＡｓ基板の上にＡｌ2Ｏ3を堆積すればよい。次に、形成した絶縁層の表面およびＧａＡｓ基板の裏面に、金（Ａｕ）またはアルミニウムなどの電極金属を蒸着して第１電極および第２電極を形成すればよい。
【００２５】
このように作製したＭＯＳ構造キャパシタについて、まず最初に、容量−電圧（Ｃ−Ｖ）特性の安定性について調べた。この特性調査では、Ｃ−Ｖ特性を８回測定する。また、比較の対象として、上述した窒素ラジカル照射をしていないＭＯＳ構造キャパシタについても同様の特性調査を行う。
【００２６】
窒素ラジカル照射をしていないＭＯＳ構造キャパシタでは、図４の（ａ）に示すように、Ｃ−Ｖ特性測定の１回目から４回目までの間に、容量が大きく低下している。また、図４の（ｂ）に示すように、５回目以降も徐々に容量が低下する傾向が認められる。
【００２７】
これに対し、基板温度条件４００℃で１５分の窒素ラジカル照射処理を行ったＭＯＳ構造キャパシタでは、図５の（ａ）および図５の（ｂ）に示すように、Ｃ−Ｖ特性測定の１回目から８回目までの間において、容量値はほぼ一定で変化していない。また、窒素ラジカル照射の処理により、Ｃ−Ｖ特性の電荷注入型のヒステリシス幅は小さくなり、界面特性が改善されていることがわかる。
【００２８】
次に、基板温度条件３００℃で１５分の窒素ラジカル照射処理を行ったＭＯＳ構造キャパシタのＣ−Ｖ特性測定結果について、図６に示す。基板温度条件３００℃では、図６の（ａ）および（ｂ）に示すように、窒素ラジカル照射処理をしていない場合と、基板温度条件４００℃で窒素ラジカル照射処理をした場合との中間的な特性となっている。基板温度条件３００℃では、測定回数によりややＣ−Ｖ特性の劣化が見られる。
【００２９】
以上の結果より、窒素ラジカル照射処理においては、基板温度条件を４００℃程度とするなど、半導体層よりＡｓが昇華（解離）する（し始める）温度条件とすることが重要であることが明らかとなった。上述した結果について検討する。４００℃まで加熱した場合には、ＧａＡｓからなる半導体層の表面に単体で残っていたＡｓは昇華し、Ａｓ原子と窒素原子との置換がより効率的に行われ、３００℃の条件の場合よりも半導体層表面に単体で残存するＡｓが少なくなるため、４００℃の条件の方が特性がよいものと考えられる。
【００３０】
次に、ＧａＡｓからなる半導体層の表面に窒素ラジカル照射処理を施した試料に対してＸ線光電子分光（ＸＰＳ）を用いた表面分析を行った。その結果を図７に示す。窒素ラジカル照射処理を、４００℃で１５分施した試料１、３００℃で１５分施した試料２、４００℃で５分施した試料３について、このＸＰＳ分析を行った。図７において、実線が試料１であり、点線が試料２であり、一点鎖線が試料３である。
【００３１】
図７に示すように、Ｇａ３ｄ、Ａｓ３ｄ、Ｏ１ｓのスペクトル強度には大きな違いはない。一方、Ｎ１ｓについては、試料１が、他の試料２，３よりもピーク値が大きい。これは、ＧａＡｓからなる半導体層の表面に窒素が存在していることを示している。この状態において、ＡｓＮでは存在しないので、ＧａＮで存在していると考えている。なお、この熱処理温度は装置の到達真空度と密接な関係がある。超高真空装置の場合には、３８０℃程度から半導体層の表面Ａｓの解離が始まるが、原子層堆積（ＡＬＤ）法など成長チャンバの圧力が高真空でない場合には、４１０℃ぐらいからＡｓの解離が始まる。
【００３２】
次に、ＧａＡｓ基板からのＡｓの解離について観察した結果について説明する。以下では、光学顕微鏡によるＡｓ膜の昇華の観察、およびＸＰＳによる分析を行った。まずＧａＡｓ基板の清浄表面を厚さ約５００ｎｍのＡｓ膜で覆った２つの試料２１を作製した。また、ＧａＡｓ基板そのままでの２つの試料２２を作製した。合計で４つの試料を用意した。
【００３３】
用意した一方の試料２１および試料２２に対し、基板温度３００℃で１時間の加熱処理をし、他方の試料２１および試料２２に対し、４００℃で１０分の加熱処理を行った。４００℃で加熱した試料２１は、表面のＡｓ膜が無くなっているのを光学顕微鏡で観察できたが、３００℃で加熱した試料２１の場合には、Ａｓ膜はそのまま残っていた。
【００３４】
次に、上記加熱処理後の４つの試料についてＸ線光電子分光（ＸＰＳ）分析を行った結果を図８に示す。図８の（ａ）において、３００℃で加熱した試料には、Ａｓの酸化物（oxide）のピークが存在するが、４００℃で加熱した試料には、Ａｓ酸化物のピークは見られない。これに対して、図８の（ｂ）に示すようにＧａの酸化物（oxide）は、４００℃になると多くなっている。この２つの事実から４００℃においては、Ａｓは昇華して結晶中から解離し、それまでＡｓを酸化していた酸素が、Ｇａに移ったものと解釈できる。言い換えると、図８の結果は、ＧａＡｓ結晶は、４００℃においてＡｓが解離したことを示している。なお、上述したように、このＡｓの解離温度は、処理装置の真空度に依存するので、装置の真空度の状態によって値は変わるものである。
【００３５】
次に、測定周波数を変化させてＣ−Ｖ特性の周波数分散を測定した結果について、図９に示す。図９において、ｎ型のＧａＡｓからなる半導体層に対し、（ａ）は窒素ラジカル照射処理をしない場合、（ｂ）は基板温度条件４００℃で１５分間の窒素ラジカル照射処理を施した場合、（ｃ）は基板温度条件３００℃で１５分間の窒素ラジカル照射処理を施した場合、（ｄ）は基板温度条件４００℃で５分間の窒素ラジカル照射処理を施した場合、のＣ−Ｖ特性を周波数１００Ｈｚから１ＭＨｚまで変えて測定した。
【００３６】
窒素ラジカル照射処理をしていない場合、および基板温度条件３００℃で窒素ラジカル照射処理をしている場合には、周波数分散があまり見られていない。また、これらの試料については、正バイアス側での蓄積容量が小さい値にとどまっており、フェルミレベルのピニングを示唆する結果となった。
【００３７】
これらの結果に対し、４００℃で窒素ラジカル照射処理を施した場合、特に１５分間の窒素ラジカル照射処理を施した場合には、大きな周波数分散が観測された。低周波の測定においては蓄積容量がピニングされていると思われている点を超えて増加し、０．１μＦ／ｃｍ2程度まで増加している。従って、ＧａＡｓからなる半導体層の表面に窒素ラジカル照射処理を施すことにより、界面特性はある程度改善された結果、ヒステリシスの小さいＣ−Ｖ曲線が得られると同時に、フェルミレベルのピニング効果が抑制されたと考えられる。
【００３８】
以上の実験結果より、本実施の形態における窒素ラジカル照射処理により界面特性の悪化が抑制できるのは、ＧａおよびＡｓを含む化合物半導体の表面におけるＡｓが窒素に置き換えられ（置換され）、単体元素として存在するＡｓが減少したためと考えることができる。
【００３９】
なお、上述した例では、窒素ラジカル照射処理に、窒素ラジカルガンを用いたが、これに限るものではない。窒素ラジカル照射処理は、窒素分子を活性化させて表面反応が促進されるような状態で窒素ラジカルが供給可能な方法であれば、いずれの方法でもよい。例えば、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマや誘導性結合プラズマ（ＩＣＰ）により生成した窒素プラズマより、イオン種などを除去して窒素ラジカルを取り出して用いるようにしてもよい。これらの手法により、高濃度のラジカル原子を生成し、Ａｓ欠陥に化学反応により配置するような方法も有効である。
【００４０】
［実施例２］
次に、実施例２について、説明する。実施例２では、図１０に示すＭＯＳ構造を作製し、作製したＭＯＳ構造の特性を評価する。図１０に示すＭＯＳ構造は、例えば、ｎ型のＧａＡｓからなる半導体層１００１と、この主表面に形成された酸化アルミニウムからなる絶縁層１００２と、絶縁層１００２の上に形成されたＴｉ／Ａｕからなる第１電極１００３とを備える。また、半導体層１００１の裏面に形成されたＡｕＧｅＮｉからなる第２電極１００４を備える。第２電極１００４は、半導体層１００１の裏面にオーミック接続している。このように第２電極１００４を形成することで、上記ＭＯＳ構造をキャパシタとすることができる。
【００４１】
また、実施例２では、アンチモン（Ｓｂ）のラジカルを照射する。半導体層１００１の絶縁層１００２を形成する表面に、Ｓｂのラジカルを照射する方法としては、例えば、ＭＢＥ法によるＳｂ線雰囲気中に、温度条件４００℃で半導体層１００１の表面を晒せばよい。また、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）からなる絶縁層１００２は、ＡＬＤ法を用いて形成した。ＡＬＤ法において、まず、温度条件２００℃で、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を半導体層１００１の表面に供給してここに吸着層を形成し、次に、水（Ｈ2Ｏ）を供給して吸着層を酸化し、１分子層のＡｌ2Ｏ3を形成する。これを複数回繰り返すことで、層厚２０ｎｍの絶縁層１００２を形成した。
【００４２】
図１０を用いて説明したＭＯＳ構造において、半導体層１００１の表面に上述したＳｂラジカル照射処理をしていない試料３１と、Ｓｂラジカル照射処理をした試料３２を作製し、各々のＣ−Ｖ特性を測定した結果を図１１に示す。図１１において、（ａ）が試料３１の測定結果を示し、（ｂ）が、試料３２の測定結果を示している。
【００４３】
図１１から明らかなように、測定回数毎の分布が、試料３１は試料３２に比較して大きく、かつ低周波において試料３２に見られる反転層が見られない。これらの界面電荷密度（Ｄit）を計算より求めると、試料３１が５×１０12ｃｍ-2であるのに対して、試料３２は２×１０ｃｍ-2という値が得られた。このことから、窒素ラジカル照射処理と同様に、Ｓｂラジカル照射処理により、界面準位の安定化が図られているものと考えられる。窒素よりアンチモンの方が改善が小さいのは、窒素とガリウムとの結合力とアンチモンとガリウムとの結合力との違いによるものと考えられる。
【００４４】
以上に説明したように、本発明によれば、ＧａおよびＡｓを含む化合物半導体からなる半導体層の表面に、窒素ラジカル照射処理もしくはＳｂラジカル照射処理を施してから、絶縁層を形成するので、上記半導体層と絶縁層との界面における界面特性の悪化が抑制できるようになる。また、このようなラジカルの照射は、大がかりな装置を必要とせず、大量生産が容易である。本発明のＭＯＳ構造は、ＭＯＳ構造キャパシタおよびＭＯＳ構造の電界効果トランジスタなどの半導体装置に適用可能である。
【００４５】
また、窒素およびＳｂに加え、Ａｓと同族であるリン（Ｐ）のラジカルを照射しても、前述同様にＧａおよびＡｓを含む化合物半導体層と、この上に形成する絶縁層との界面特性の悪化が抑制できる。例えば、ＭＯＣＶＤ法によりＧａＡｓの層を成長した後、４１０℃前後の温度を保ち、成長させたＧａＡｓ層の表面より所定量のＡｓを昇華させた後に、ＧａＡｓ層の表面にリンのラジカルを供給すればよい。
【００４６】
リンのラジカル照射による効果は、ＩｎＧａＡｓヘテロ基板を用いたＨＥＭＴ素子により確認をしている。ＩｎＧａＡｓヘテロ基板の最上層（表面層）は、通常ＩｎＡｌＡｓを使用する。これは、ＩｎＡｌＡｓの障壁高さが大きいためである。これに対し、表面層にＩｎＰ層を用いた素子を作製して比較を行った。
【００４７】
図１２は、表面層がＩｎＡｌＡｓおよびＩｎＰであるＨＥＭＴ素子のゲート電圧と面抵抗の値をプロットした特性図である。ゲート絶縁層は、層厚２０ｎｍのＡｌ2Ｏ3層を用い、また、ゲート電極は、金（Ａｕ）から構成した。ＩｎＰを表面層とした場合には、面抵抗も非常に大きくなり電流がピンチオフするが、ここでは２つの場合のヒステリシスについて比較する。ＩｎＡｌＡｓ表面層と比較して、ＩｎＰ表面層では、ヒステリシスの幅が非常に小さくなっている。
【００４８】
このヒステリシスの起源は、ゲート絶縁層と表面層との界面での不純物密度に起因する。従って、上述した結果は、表面がリン化することで界面での不純物密度が減少して界面制御性が向上したことを示している。この結果から明らかなように、リンのラジカル照射によっても、ＧａＡｓなどの化合物半導体層と絶縁層との界面における界面特性の悪化が抑制できる。
【００４９】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、対象とする化合物半導体層は、ＧａＡｓ層に限るものではなく、ＩｎＧａＡｓ層であってもよい。
【００５０】
また、半導体層の表面へのラジカルの照射は、イオン打ち込み法により行ってもよい。イオン打ち込みの場合には、表面のみならず更に深い所に原子が混在する可能性があるので、例えば入射角を基板（半導体層）の表面に対して平行に近い状態とし、また、加速電圧を低くするなどの工夫が必要である。
【符号の説明】
【００５１】
２０１…半導体層、２０２…絶縁層、２０３…第１電極、２０４…第２電極。
【図１】
2013165144.tif 000003
【図２】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１２】
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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９】
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【図１１】
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