(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＡｓ半導体基板上に形成された半導体装置に於いて、ＧａＡｓ層に積層されｎ型不純物濃度が３×１０19〔cm-3〕以上で且つｘ値が０．１以下であるｎ型ＧａＡｓ1-4xＮx Ｓｂ3x層と、前記ｎ型ＧａＡｓ1-4xＮx Ｓｂ3x層にコンタクトするノン・アロイ・オーミック・コンタクト電極と
を備えてなることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
ＧａＡｓ半導体基板上に形成された半導体装置に於いて、ＡｌＧａＡｓ層に積層されｎ型不純物濃度が３×１０19〔cm-3〕以上で且つｘ値が０．１以下であるｎ型ＧａＡｓ1-4xＮx Ｓｂ3x層と、前記ｎ型ＧａＡｓ1-4xＮx Ｓｂ3x層にコンタクトするノン・アロイ・オーミック・コンタクト電極と
を備えてなることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記ｎ型ＧａＡｓ1-4xＮx Ｓｂ3x層に於ける組成は基板側から表面側に向かってＧａＡｓに略格子整合する条件を維持しながらｘ値が０から徐々に大きくなること
を特徴とする請求項１或いは請求項２記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ノン・アロイ・オーミック・コンタクト電極を必要とするＧａＡｓ系半導体装置に於いて、前記電極をコンタクトさせる半導体層を微細加工する為にドライ・エッチング法の適用を可能にして加工精度及び再現性を向上できる構成にした半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＧａＡｓ系半導体基板上に形成した半導体層を用いる半導体装置として、ＦＥＴ（ｆｉｅｌｄ  ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）或いはＨＢＴ（ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが知られ、それ等の半導体装置に於ける電極は、半導体材料が耐熱性に乏しいことから、ノン・アロイでオーミック・コンタクトさせている。
【０００３】
その場合、電極をノン・アロイ・オーミック・コンタクトさせる下地半導体材料として、Ｉｎの組成を基板側から表面側に向かって徐々に大きくしたＩｎＧａＡｓを用いることが多いのであるが、ＩｎＧａＡｓに対しては、通常、ＧａＡｓ系半導体材料を微細加工するのに多用されているドライ・エッチング法を適用することはできない。
【０００４】
その理由は、ＧａＡｓ中のＩｎ組成が１〔％〕以上になるとドライ・エッチングの速度が極端に低下することにある。
【０００５】
このドライ・エッチング速度の低下は、ドライ・エッチングの原料ガスに塩素系ガスを用いることに由来するものであり、具体的には、塩素系ガスがエッチング表面に於いて蒸気圧が低いＩｎＣｌx を生成してエッチング反応を阻害するからである。
【０００６】
従って、ＩｎＧａＡｓをエッチングする場合、微細加工の面、及び、加工精度再現性の面などで問題はあるものの、ウエット・エッチング法に依存せざるを得ない現状にある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、ノン・アロイ・オーミック・コンタクト電極を形成する必要があるＧａＡｓ系半導体装置に於いて、電極をコンタクトさせる半導体層のエッチングにドライ・エッチング法の適用を可能にしようとする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、ノン・アロイ・オーミック・コンタクト電極をコンタクトさせる為のＧａＡｓ系半導体層にＩｎを含まない材料を用いることで、素子間分離の為のメサ・エッチングなどにドライ・エッチング法の適用を可能にして微細加工や加工精度の再現性を向上させることが基本になっている。
【０００９】
前記したところから、本発明に依る半導体装置に於いては、
（１）
ＧａＡｓ半導体基板上に形成された半導体装置に於いて、ＧａＡｓ層に積層されｎ型不純物濃度が３×１０19〔cm-3〕以上で且つｘ値が０．１以下であるｎ型ＧａＡｓ1-4xＮx Ｓｂ3x層と、前記ｎ型ＧａＡｓ1-4xＮx Ｓｂ3x層にコンタクトするノン・アロイ・オーミック・コンタクト電極とを備えてなることを特徴とするか、又は、
（２）
ＧａＡｓ半導体基板上に形成された半導体装置に於いて、ＡｌＧａＡｓ層に積層されｎ型不純物濃度が３×１０19〔cm-3〕以上で且つｘ値が０．１以下であるｎ型ＧａＡｓ1-4xＮx Ｓｂ3x層と、前記ｎ型ＧａＡｓ1-4xＮx Ｓｂ3x層にコンタクトするノン・アロイ・オーミック・コンタクト電極とを備えてなることを特徴とするか、又は、
（３）
前記（１）又は（２）に於いて、前記ｎ型ＧａＡｓ1-4xＮx Ｓｂ3x層に於ける組成は基板側から表面側に向かってＧａＡｓに略格子整合する条件を維持しながらｘ値が０から徐々に大きくなることを特徴とする。
【００１１】
前記手段を採ることに依り、ノン・アロイ・オーミック・コンタクト電極を必要とするＧａＡｓ系半導体装置の特に電極がコンタクトする半導体層の加工にドライ・エッチング法を適用することが可能となり、従って、半導体装置全体の微細化や加工精度の高さは従来の技術に比較して遙に向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を実施したＨＢＴを表す要部切断側面図であり、図に於いて、１は基板、２はバッファ層、３はサブ・コレクタ（コレクタ・コンタクト）層、４はコレクタ層、５はベース層、６はエミッタ層、７はエミッタ・コンタクト層、８はｎ−ＧａＡｓＮＳｂ層、８Ａは組成変化領域（グレーデッド領域）８Ｂは組成一定領域、９はエミッタ電極、１０はベース電極、１１はコレクタ電極をそれぞれ示している。
【００１３】
前記ＨＢＴの各部分について主要なデータを例示すると次の通りである。
（１）  基板１について
材料：ＧａＡｓ
（２）  バッファ層２について
材料：ｉ−ＧａＡｓ
厚さ：５００〔Å〕
（３）  サブ・コレクタ層３について
材料：ｎ+ −ＧａＡｓ
不純物濃度：４×１０18〔cm-3〕
厚さ：４０００〔Å〕
（４）  コレクタ層４について
材料：ｎ- −ＧａＡｓ
不純物濃度：１×１０16〔cm-3〕
厚さ：６０００〔Å〕
（５）  ベース層５について
材料：ｐ+ −ＧａＡｓ
不純物濃度：３×１０19〔cm-3〕
厚さ：１０００〔Å〕
（６）  エミッタ層６について
材料：ｎ−ＡｌＧａＡｓ
不純物濃度：３×１０17〔cm-3〕
厚さ：３００〔Å〕
（７）  エミッタ・コンタクト層７について
材料：ｎ−ＧａＡｓ
不純物濃度：４×１０18〔cm-3〕
厚さ：２０００〔Å〕
（８）  ｎ−ＧａＡｓＮＳｂ層８について
不純物濃度：３×１０19〔cm-3〕以上
組成変化領域８Ａの厚さ：５００〔Å〕
組成一定領域８Ｂの厚さ：５００〔Å〕
（９）  エミッタ電極９について
材料：ＷＳｉ
厚さ：２０００〔Å〕
（１０）  ベース電極１０について
材料：Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ
厚さ：５００〔Å〕／１０００〔Å〕／２０００〔Å〕
（１１）  コレクタ電極１１について
材料：ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ
厚さ：５００〔Å〕／２００〔Å〕／２０００〔Å〕
【００１４】
本発明に於いて、ｎ−ＧａＡｓＮＳｂ層８の構成は重要であるから、ここで更に詳細に説明する。
【００１５】
ｎ−ＧａＡｓＮＳｂ層８を形成するには、最初、厚さ５００〔Å〕の組成変化領域８Ａを成膜するのであるが、その際、基板側の組成を先ずＧａＡｓとし、表面側に向けてＮとＳｂの組成を徐々に増加させ、例えば、ＧａＡｓ0.76Ｎ0.06Ｓｂ0.18になったところで組成を一定とし、そのままの状態で残り５００〔Å〕の成膜を実施する。
【００１６】
ｎ−ＧａＡｓＮＳｂ層８に於ける前記組成変化について普遍的に説明すると、基板側から表面側に向かってＧａＡｓに略格子整合する条件を維持しながらＧａＡｓ1-4xＮx Ｓｂ3xに於けるｘを０から徐々に大きくするものであり、そして、ｘの最大値は０．１以下であるようにする。
【００１７】
ＧａＡｓＮＳｂは、ｎ型不純物濃度が３×１０19〔cm-3〕以上であれば、電極コンタクト抵抗としてノン・アロイで１×１０-6〔ｃｍ2 〕以下の値を得ることができる。
【００１８】
図２はＧａＡｓＮＳｂに於ける組成とポテンシャル・エネルギとの関係を表す線図であり、横軸にはＳｂの混晶比及びＮの混晶比を、また、縦軸にはＧａＡｓ価電子帯上端からのポテンシャル・エネルギをそれぞれ採ってある。
【００１９】
図からすると、ＧａＡｓに略格子整合する組成のＧａＡｓＮＳｂに於いてＳｂとＮの組成比を増加させてゆく場合に於ける価電子帯上端と伝導帯下端のポテンシャル・エネルギが変化する様子が明瞭に看取され、Ｓｂの組成を１８〔％〕、Ｎの組成を６〔％〕とした場合、伝導帯下端は、ＧａＡｓに比較して０．４〔ｅＶ〕低下する。
【００２０】
電極金属をＧａＡｓＮＳｂにコンタクトさせて形成した際に於ける界面のフェルミ・レベルが禁制帯の中央でピニングされるとした場合、ショットキ障壁高さは０．４〔ｅＶ〕となる。
【００２１】
ＧａＡｓＮＳｂの不純物濃度が３×１０19〔cm-3〕以上であれば、電子はショットキ障壁をトンネリングに依って容易に通過することができるので、このショットキ障壁の抵抗は充分に小さくなり、１×１０-6〔Ωｃｍ2 〕以下のコンタクト抵抗となる。
【００２２】
図３はＧａＡｓ層上にＧａＡｓＮＳｂ層を形成した場合のエネルギ・バンド・ダイヤグラムであり、横軸にはＧａＡｓ0.76Ｎ0.06Ｓｂ0.18層表面からの深さ、縦軸にはポテンシャル・エネルギをそれぞれ採ってある。
【００２３】
ＧａＡｓＮＳｂ層の組成は基板側から表面側に向けて、Ｎ及びＳｂ共に増加させてあり、表面での組成はＮが６〔％〕、Ｓｂが１８〔％〕である。
【００２４】
電子はトンネリングに依って、表面の電極金属とＧａＡｓＮＳｂ層とに依るショットキ障壁に起因して生成された空乏層を容易に通過する為、コンタクト抵抗は実質的に小さくなる。
【００２５】
図４はショットキ障壁高さとコンタクト抵抗との関係を表す線図であり、横軸にはドーピング濃度を、縦軸にはコンタクト抵抗ＲC をそれぞれ採ってあり、この図から、ショットキ障壁高さが０．４〔ｅＶ〕である時、ドーピング濃度を２×１０19〔cm-3〕以上にすれば、コンタクト抵抗ＲC は１×１０-6〔Ωｃｍ2 〕以下となる。
【００２６】
前記したところから、ＧａＡｓＮＳｂがノン・アロイ・オーミック・コンタクト電極を形成する下地として充分な機能をもつことが明らかであり、また、Ｉｎを含まないから、塩素系ガスをエッチング・ガスとするドライ・エッチングを行なった場合も、ＩｎＣｌx が生成されてエッチング反応を阻害するなどの問題は起こらず、ＧａＡｓＮＳｂに於けるＮは塩化物を生成することなく表面から離脱するし、また、Ｓｂの塩化物は、その蒸気圧が充分に高いので容易に蒸発する。
【００２７】
前記実施の形態では、ＨＢＴを採り上げて説明したが、本発明は、ノン・アロイ・オーミック・コンタクト電極を必要とするＧａＡｓ系半導体装置であれば、他のデバイス、例えばＨＥＭＴ（ｈｉｇｈ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｍｏｂｉｌｉｔｙ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などに実施することができる。
【００２８】
図５は本発明を実施したＨＥＭＴを表す要部切断側面図であり、図に於いて、２１は基板、２２は第１のバッファ層、２３は第２のバッファ層、２４はチャネル層、２５は電子供給層、２６はコンタクト層、２６Ａは組成変化領域（グレーデッド領域）、２６Ｂは組成一定領域、２７はゲート電極、２８はソース電極、２９はドレイン電極をそれぞれ示している。
【００２９】
前記ＨＥＭＴの各部分について主要なデータを例示すると次の通りである。
（１）  基板２１について
材料：ＧａＡｓ
（２）  第１のバッファ層２２について
材料：ｉ−ＧａＡｓ
厚さ：５００〔Å〕
（３）  第２のバッファ層２３について
材料：ｉ−ＡｌＧａＡｓ
厚さ：３０００〔Å〕
（４）  チャネル層２４について
材料：ｉ−ＩｎＧａＡｓ
厚さ：１４０〔Å〕
（５）  電子供給層２５について
材料：ｎ−ＡｌＧａＡｓ
不純物濃度：１．５×１０18〔cm-3〕
厚さ：３００〔Å〕
（６）  コンタクト層２６について
材料：ｎ−ＧａＡｓＮＳｂ
不純物濃度：３×１０19〔cm-3〕以上
組成変化領域２６Ａの厚さ：５００〔Å〕
組成一定領域２６Ｂの厚さ：５００〔Å〕
（７）  ゲート電極２７について
材料：ＷＳｉ／Ａｕ
厚さ：１０００〔Å〕／２０００〔Å〕
（８）  ソース電極２８及びドレイン電極２９について
材料：ＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕ
厚さ：５００〔Å〕／２００〔Å〕／２０００〔Å〕
【００３０】
ＨＥＭＴの場合に於けるｎ−ＧａＡｓＮＳｂからなるコンタクト層２６に於いても、前記ＨＢＴに於けるｎ−ＧａＡｓＮＳｂ層８と同様、ノン・アロイ・オーミック・コンタクト電極を形成する下地として充分な機能をもち、また、Ｉｎを含まないことに起因するドライ・エッチングの容易性の点に於いても何ら変わりない。
【００３１】
【発明の効果】
本発明に依る半導体装置に於いては、ＧａＡｓ系半導体基板上に形成された半導体装置であって、金属電極がコンタクトする下地がＧａＡｓＮＳｂ層になっている。
【００３２】
前記構成を採ることに依り、ノン・アロイ・オーミック・コンタクト電極を必要とするＧａＡｓ系半導体装置の特に電極がコンタクトする半導体層の加工にドライ・エッチング法を適用することが可能となり、従って、半導体装置全体の微細化や加工精度の高さは従来の技術に比較して遙に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施したＨＢＴを表す要部切断側面図である。
【図２】ＧａＡｓＮＳｂに於ける組成とポテンシャル・エネルギとの関係を表す線図である。
【図３】ＧａＡｓ層上にＧａＡｓＮＳｂ層を形成した場合のエネルギ・バンド・ダイヤグラムである。
【図４】ショットキ障壁高さとコンタクト抵抗との関係を表す線図である。
【図５】本発明を実施したＨＥＭＴを表す要部切断側面図である。
【符号の説明】
１  基板
２  バッファ層
３  サブ・コレクタ（コレクタ・コンタクト）層
４  コレクタ層
５  ベース層
６  エミッタ層
７  エミッタ・コンタクト層
８  ｎ−ＧａＡｓＮＳｂ層
８Ａ  組成変化領域（グレーデッド領域）
８Ｂ  組成一定領域
９  エミッタ電極
１０  ベース電極
１１  コレクタ電極
【図１】
0004249874.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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