化合物半導體裝置的制作方法

本發明涉及高電子遷移率晶體管等化合物半導體裝置。
背景技術：
：關于高電子遷移率晶體管(HEMT:HighElectronMobilityTransistor)，發揮其優異的高頻特性，被用于衛星播放用接收天線、車載用毫米波雷達等的放大器。關于近年實用化的HEMT的外延構造，為了向載流子移動層即溝道層高濃度且高效地供給載流子，雙摻雜HEMT成為主流，該雙摻雜HEMT不僅在溝道層的上側，在下側也具有載流子供給層。作為雙摻雜HEMT的載流子供給層而使用均勻摻雜(uniformlydoped)供給層，該均勻摻雜供給層具有期望的厚度，均勻地摻雜了雜質。另外，為了實現HEMT的性能提高，還使用供給層的高濃度薄層化，即，將雜質局部地摻雜的平面摻雜(planardoped)供給層。但是，已知下述問題，即，由于局部地高濃度摻雜，因此其雜質容易擴散，雜質從下側的平面摻雜供給層混入至溝道層，妨礙HEMT的性能提高。作為其雜質擴散抑制方法，提出了通過外延生長的低溫化及時間縮短實現的熱經歷的減少(例如，參照專利文獻1)。另外，作為GaAs類HEMT中的雜質擴散抑制構造，提出了如下構造，即，為了緩和作為擴散原因的平面摻雜層的晶格畸變，將In添加至平面摻雜層附近的GaAs或者AlGaAs層(例如，參照專利文獻2)。另外，還提出了通過將Al混晶層與平面摻雜層等相鄰地形成，從而實現遷移率的提高的構造。專利文獻1：日本特開平7－249757號公報專利文獻2：日本特開平8－32052號公報專利文獻3：日本特開2001－127283號公報在將外延生長低溫化的技術中，特別是由于氧等雜質容易混入至含有Al的層，因此有可能導致可靠性惡化。另外，在將In添加至平面摻雜層附近的層的技術中，由于外延構造、生長工藝變得復雜，因此難以穩定生產。另外，如果設置Al混晶層，則其成為電阻層，源極串聯電阻增加，因此存在高頻特性惡化，遷移率降低的問題。技術實現要素：本發明就是為了解決上述課題而提出的，其目的在于得到一種化合物半導體裝置，該化合物半導體裝置能夠通過簡單的構造抑制雜質擴散，實現特性提高及穩定生產。本發明所涉及的化合物半導體裝置的特征在于，具備：襯底；以及在所述襯底之上依次設置的緩沖層、第1載流子供給層、第1間隔層、溝道層、第2間隔層、第2載流子供給層及接觸層，所述第1載流子供給層是雜質均勻地摻雜的均勻摻雜層，所述第2載流子供給層是雜質局部地摻雜的平面摻雜層，在所述緩沖層和所述第1間隔層之間、及所述第2間隔層和所述接觸層之間，沒有設置電阻值比所述第1及第2間隔層高的Al混晶層。發明的效果在本發明中通過將溝道層的下側的載流子供給層設為均勻摻雜，從而能夠對妨礙溝道層中的電子移動的雜質的擴散進行抑制。另外，通過不設置諸如Al混晶層這樣的電阻層，從而源極串聯電阻不會增加，因此不會使高頻特性惡化，能夠提高遷移率。其結果，能夠通過簡單的構造抑制雜質擴散，實現特性提高及穩定生產。附圖說明圖1是表示本發明的實施方式1所涉及的化合物半導體裝置的剖視圖。圖2是表示對比例1所涉及的化合物半導體裝置的剖視圖。圖3是表示對比例2所涉及的化合物半導體裝置的剖視圖。圖4是表示均勻摻雜和平面摻雜的Si的擴散對比的圖。圖5是表示本發明的實施方式2所涉及的化合物半導體裝置的剖視圖。圖6是表示本發明的實施方式3所涉及的化合物半導體裝置的剖視圖。圖7是表示本發明的實施方式4所涉及的化合物半導體裝置的剖視圖。標號的說明1半絕緣性GaAs襯底(襯底)，2緩沖層，3n型AlGaAs均勻摻雜載流子供給層(第1載流子供給層)，4無摻雜AlGaAs間隔層(第1間隔層)，5、19無摻雜InGaAs溝道層(溝道層)，6無摻雜AlGaAs間隔層(第2間隔層)，7、21n型平面摻雜載流子供給層(第2載流子供給層)，9n型GaAs接觸層(接觸層)，14n型平面摻雜載流子供給層(第3載流子供給層)，15半絕緣性InP襯底(襯底)，16無摻雜AlInAs緩沖層(緩沖層)，17n型AlInAs均勻摻雜載流子供給層(第1載流子供給層)，18無摻雜AlInAs間隔層(第1間隔層)，20無摻雜AlInAs間隔層(第2間隔層)，23n型InGaAs接觸層(接觸層)，24無摻雜AlInAs異變緩沖層(緩沖層)具體實施方式參照附圖，說明本發明的實施方式所涉及的化合物半導體裝置。對相同或對應的結構要素標注相同的標號，有時省略重復說明。實施方式1.圖1是表示本發明的實施方式1所涉及的化合物半導體裝置的剖視圖。該化合物半導體裝置具有HEMT外延構造。即，在半絕緣性GaAs襯底1之上依次設置有：作為絕緣層的緩沖層2，其由無摻雜的GaAs或AlGaAs構成；n型AlGaAs均勻摻雜載流子供給層3； 無摻雜AlGaAs間隔層4；無摻雜InGaAs溝道層5；無摻雜AlGaAs間隔層6；n型平面摻雜載流子供給層7；無摻雜AlGaAs阻擋層8；以及n型GaAs接觸層9。n型AlGaAs均勻摻雜載流子供給層3是雜質均勻地摻雜的均勻摻雜層。n型平面摻雜載流子供給層7是雜質局部地摻雜的平面摻雜層。另外，在緩沖層2和無摻雜AlGaAs間隔層4之間僅存在n型AlGaAs均勻摻雜載流子供給層3，在無摻雜AlGaAs間隔層6和n型GaAs接觸層9之間僅存在n型平面摻雜載流子供給層7和無摻雜AlGaAs阻擋層8。在這些區域沒有設置電阻值比無摻雜AlGaAs間隔層4、6高的Al混晶層。接下來，說明本實施方式所涉及的化合物半導體裝置的制造方法。作為各半導體層的生長方法，使用有機金屬氣相生長法(MOVPE:MetalOrganicVaporPhaseEpitaxy)或分子束外延生長法(MBE:MolecularBeamEpitaxy)等。在這里，使用MOVPE法，作為Al原料而使用三甲基鋁(TMAl)，作為Ga原料而使用三甲基鎵(TMGa)，作為In原料而使用三甲基銦(TMIn)，作為As原料而使用砷化氫(AsH3)，作為Si原料而使用硅烷(SiH4)，作為載氣而使用氫氣。首先，以生長溫度700℃在半絕緣性GaAs襯底1之上將GaAs和AlGaAs交替地層疊多層而形成緩沖層2。然后，供給摻雜劑氣體，形成載流子濃度小于或等于5×1018cm－3、優選小于或等于3×1018cm－3的3～15nm的n型AlGaAs均勻摻雜載流子供給層3。然后，將作為摻雜劑氣體的SiH4的供給停止，形成3～5nm的無摻雜AlGaAs間隔層4。將生長溫度降溫至500～600℃，生長5～30nm無摻雜InGaAs溝道層5。在升溫至700℃后，形成3～5nm的無摻雜AlGaAs間隔層6。然后，將TMAl及TMGa的供給停止，供給SiH4及AsH3，形成薄層(sheet)載流子濃度為1～5×1012cm－2的n型平面摻雜載流子供給層7。將SiH4的供給停止，再次供給TMAl及TMGa，形成5～50nm的無摻雜AlGaAs阻擋層8。最后，形成載流子濃度大于或等于2×1018cm－3的50～300nm的n型GaAs接觸層9。接下來，與對比例1、2比較而對本實施方式的效果進行說明。 圖2是表示對比例1所涉及的化合物半導體裝置的剖視圖。圖3是表示對比例2所涉及的化合物半導體裝置的剖視圖。在對比例1中，上下的載流子供給層是均勻摻雜載流子供給層10、11。在對比例2中，上下的載流子供給層是平面摻雜載流子供給層12、13。為了實現HEMT的性能提高，與對比例1相比優選使用如對比例2所示的平面摻雜載流子供給層。但是，在對比例2中存在下述問題，即，雜質從下側的平面摻雜供給層12混入至無摻雜InGaAs溝道層5，妨礙HEMT的性能提高。在本實施方式中，通過將無摻雜InGaAs溝道層5的下側的載流子供給層設為均勻摻雜，從而能夠對妨礙無摻雜InGaAs溝道層5中的電子移動的Si等雜質的擴散進行抑制。圖4是表示均勻摻雜和平面摻雜的Si的擴散對比的圖。通過抑制向無摻雜InGaAs溝道層5中的Si擴散，從而如表1所示，與對比例2相比，作為HEMT的性能指標的遷移率在實施方式1中從4500cm2/Vs變化至5900cm2/Vs，提高31％。【表1】上層下層遷移率(cm2/Vs)對比例2平面平面4500實施方式1平面均勻5900在這里，溝道In組分為11％，溝道薄層載流子濃度為2.1×1012cm－2。另外，在本實施方式中，在緩沖層2和無摻雜AlGaAs間隔層4之間、及無摻雜AlGaAs間隔層6和n型GaAs接觸層9之間，沒有設置電阻值比無摻雜AlGaAs間隔層4、6高的Al混晶層。由此，由于源極串聯電阻沒有增加，因此不會使高頻特性惡化，能夠提高遷移率。其結果，能夠通過簡單的構造抑制雜質擴散，實現特性提高及穩定生產。實施方式2.圖5是表示本發明的實施方式2所涉及的化合物半導體裝置的剖視圖。在本實施方式中，在實施方式1的結構的基礎上，在緩沖層 2和無摻雜AlGaAs間隔層4之間還具備與n型AlGaAs均勻摻雜載流子供給層3層疊的n型平面摻雜載流子供給層14。n型平面摻雜載流子供給層14是雜質局部地摻雜的平面摻雜層。即使如上所述將無摻雜InGaAs溝道層5的下側的載流子供給層設為平面摻雜層和均勻摻雜層的層疊，也能夠得到與實施方式1相同的效果。此時，考慮到來自平面摻雜層的擴散，優選將均勻摻雜層的厚度設為10～20nm。實施方式3.圖6是表示本發明的實施方式3所涉及的化合物半導體裝置的剖視圖。在本實施方式中，在半絕緣性InP襯底15之上依次設置有：無摻雜AlInAs緩沖層16、n型AlInAs均勻摻雜載流子供給層17、無摻雜AlInAs間隔層18、無摻雜InGaAs溝道層19、無摻雜AlInAs間隔層20、n型平面摻雜載流子供給層21、無摻雜AlInAs阻擋層22及n型InGaAs接觸層23。即使如上所述將襯底的材料從實施方式1的GaAs變更為InP，將AlGaAs變更為AlInAs或AlGaInAs，將接觸層的材料從GaAs變更為InGaAs，也能夠得到與實施方式1相同的效果。但是，無摻雜InGaAs溝道層19設為與半絕緣性InP襯底15晶格匹配或者近似晶格匹配的In組分(In組分＝53％)。實施方式4.圖7是表示本發明的實施方式4所涉及的化合物半導體裝置的剖視圖。在本實施方式中，在實施方式3的結構的基礎上，將襯底變更為半絕緣性GaAs襯底1，將緩沖層變更為無摻雜AlInAs異變緩沖層24。無摻雜AlInAs異變緩沖層24構成為，從半絕緣性GaAs襯底1側朝向n型AlInAs均勻摻雜載流子供給層17側使In組分階梯狀或漸變地增加。此外，作為緩沖層的材料也可以取代AlInAs而使用AlGaInAs，將其In組分階梯狀或漸變地增加。由此，能夠對In組分大于或等于40％的無摻雜InGaAs溝道層19和半絕緣性GaAs襯底1的晶格不匹配進行緩和，能夠生長高品質的InGaAs溝道層。當前第1頁1 2 3