化合物半导体装置的制作方法

本发明涉及高电子迁移率晶体管等化合物半导体装置。
背景技术：
：关于高电子迁移率晶体管(HEMT:HighElectronMobilityTransistor)，发挥其优异的高频特性，被用于卫星播放用接收天线、车载用毫米波雷达等的放大器。关于近年实用化的HEMT的外延构造，为了向载流子移动层即沟道层高浓度且高效地供给载流子，双掺杂HEMT成为主流，该双掺杂HEMT不仅在沟道层的上侧，在下侧也具有载流子供给层。作为双掺杂HEMT的载流子供给层而使用均匀掺杂(uniformlydoped)供给层，该均匀掺杂供给层具有期望的厚度，均匀地掺杂了杂质。另外，为了实现HEMT的性能提高，还使用供给层的高浓度薄层化，即，将杂质局部地掺杂的平面掺杂(planardoped)供给层。但是，已知下述问题，即，由于局部地高浓度掺杂，因此其杂质容易扩散，杂质从下侧的平面掺杂供给层混入至沟道层，妨碍HEMT的性能提高。作为其杂质扩散抑制方法，提出了通过外延生长的低温化及时间缩短实现的热经历的减少(例如，参照专利文献1)。另外，作为GaAs类HEMT中的杂质扩散抑制构造，提出了如下构造，即，为了缓和作为扩散原因的平面掺杂层的晶格畸变，将In添加至平面掺杂层附近的GaAs或者AlGaAs层(例如，参照专利文献2)。另外，还提出了通过将Al混晶层与平面掺杂层等相邻地形成，从而实现迁移率的提高的构造。专利文献1：日本特开平7－249757号公报专利文献2：日本特开平8－32052号公报专利文献3：日本特开2001－127283号公报在将外延生长低温化的技术中，特别是由于氧等杂质容易混入至含有Al的层，因此有可能导致可靠性恶化。另外，在将In添加至平面掺杂层附近的层的技术中，由于外延构造、生长工艺变得复杂，因此难以稳定生产。另外，如果设置Al混晶层，则其成为电阻层，源极串联电阻增加，因此存在高频特性恶化，迁移率降低的问题。技术实现要素：本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于得到一种化合物半导体装置，该化合物半导体装置能够通过简单的构造抑制杂质扩散，实现特性提高及稳定生产。本发明所涉及的化合物半导体装置的特征在于，具备：衬底；以及在所述衬底之上依次设置的缓冲层、第1载流子供给层、第1间隔层、沟道层、第2间隔层、第2载流子供给层及接触层，所述第1载流子供给层是杂质均匀地掺杂的均匀掺杂层，所述第2载流子供给层是杂质局部地掺杂的平面掺杂层，在所述缓冲层和所述第1间隔层之间、及所述第2间隔层和所述接触层之间，没有设置电阻值比所述第1及第2间隔层高的Al混晶层。发明的效果在本发明中通过将沟道层的下侧的载流子供给层设为均匀掺杂，从而能够对妨碍沟道层中的电子移动的杂质的扩散进行抑制。另外，通过不设置诸如Al混晶层这样的电阻层，从而源极串联电阻不会增加，因此不会使高频特性恶化，能够提高迁移率。其结果，能够通过简单的构造抑制杂质扩散，实现特性提高及稳定生产。附图说明图1是表示本发明的实施方式1所涉及的化合物半导体装置的剖视图。图2是表示对比例1所涉及的化合物半导体装置的剖视图。图3是表示对比例2所涉及的化合物半导体装置的剖视图。图4是表示均匀掺杂和平面掺杂的Si的扩散对比的图。图5是表示本发明的实施方式2所涉及的化合物半导体装置的剖视图。图6是表示本发明的实施方式3所涉及的化合物半导体装置的剖视图。图7是表示本发明的实施方式4所涉及的化合物半导体装置的剖视图。标号的说明1半绝缘性GaAs衬底(衬底)，2缓冲层，3n型AlGaAs均匀掺杂载流子供给层(第1载流子供给层)，4无掺杂AlGaAs间隔层(第1间隔层)，5、19无掺杂InGaAs沟道层(沟道层)，6无掺杂AlGaAs间隔层(第2间隔层)，7、21n型平面掺杂载流子供给层(第2载流子供给层)，9n型GaAs接触层(接触层)，14n型平面掺杂载流子供给层(第3载流子供给层)，15半绝缘性InP衬底(衬底)，16无掺杂AlInAs缓冲层(缓冲层)，17n型AlInAs均匀掺杂载流子供给层(第1载流子供给层)，18无掺杂AlInAs间隔层(第1间隔层)，20无掺杂AlInAs间隔层(第2间隔层)，23n型InGaAs接触层(接触层)，24无掺杂AlInAs异变缓冲层(缓冲层)具体实施方式参照附图，说明本发明的实施方式所涉及的化合物半导体装置。对相同或对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复说明。实施方式1.图1是表示本发明的实施方式1所涉及的化合物半导体装置的剖视图。该化合物半导体装置具有HEMT外延构造。即，在半绝缘性GaAs衬底1之上依次设置有：作为绝缘层的缓冲层2，其由无掺杂的GaAs或AlGaAs构成；n型AlGaAs均匀掺杂载流子供给层3； 无掺杂AlGaAs间隔层4；无掺杂InGaAs沟道层5；无掺杂AlGaAs间隔层6；n型平面掺杂载流子供给层7；无掺杂AlGaAs阻挡层8；以及n型GaAs接触层9。n型AlGaAs均匀掺杂载流子供给层3是杂质均匀地掺杂的均匀掺杂层。n型平面掺杂载流子供给层7是杂质局部地掺杂的平面掺杂层。另外，在缓冲层2和无掺杂AlGaAs间隔层4之间仅存在n型AlGaAs均匀掺杂载流子供给层3，在无掺杂AlGaAs间隔层6和n型GaAs接触层9之间仅存在n型平面掺杂载流子供给层7和无掺杂AlGaAs阻挡层8。在这些区域没有设置电阻值比无掺杂AlGaAs间隔层4、6高的Al混晶层。接下来，说明本实施方式所涉及的化合物半导体装置的制造方法。作为各半导体层的生长方法，使用有机金属气相生长法(MOVPE:MetalOrganicVaporPhaseEpitaxy)或分子束外延生长法(MBE:MolecularBeamEpitaxy)等。在这里，使用MOVPE法，作为Al原料而使用三甲基铝(TMAl)，作为Ga原料而使用三甲基镓(TMGa)，作为In原料而使用三甲基铟(TMIn)，作为As原料而使用砷化氢(AsH3)，作为Si原料而使用硅烷(SiH4)，作为载气而使用氢气。首先，以生长温度700℃在半绝缘性GaAs衬底1之上将GaAs和AlGaAs交替地层叠多层而形成缓冲层2。然后，供给掺杂剂气体，形成载流子浓度小于或等于5×1018cm－3、优选小于或等于3×1018cm－3的3～15nm的n型AlGaAs均匀掺杂载流子供给层3。然后，将作为掺杂剂气体的SiH4的供给停止，形成3～5nm的无掺杂AlGaAs间隔层4。将生长温度降温至500～600℃，生长5～30nm无掺杂InGaAs沟道层5。在升温至700℃后，形成3～5nm的无掺杂AlGaAs间隔层6。然后，将TMAl及TMGa的供给停止，供给SiH4及AsH3，形成薄层(sheet)载流子浓度为1～5×1012cm－2的n型平面掺杂载流子供给层7。将SiH4的供给停止，再次供给TMAl及TMGa，形成5～50nm的无掺杂AlGaAs阻挡层8。最后，形成载流子浓度大于或等于2×1018cm－3的50～300nm的n型GaAs接触层9。接下来，与对比例1、2比较而对本实施方式的效果进行说明。 图2是表示对比例1所涉及的化合物半导体装置的剖视图。图3是表示对比例2所涉及的化合物半导体装置的剖视图。在对比例1中，上下的载流子供给层是均匀掺杂载流子供给层10、11。在对比例2中，上下的载流子供给层是平面掺杂载流子供给层12、13。为了实现HEMT的性能提高，与对比例1相比优选使用如对比例2所示的平面掺杂载流子供给层。但是，在对比例2中存在下述问题，即，杂质从下侧的平面掺杂供给层12混入至无掺杂InGaAs沟道层5，妨碍HEMT的性能提高。在本实施方式中，通过将无掺杂InGaAs沟道层5的下侧的载流子供给层设为均匀掺杂，从而能够对妨碍无掺杂InGaAs沟道层5中的电子移动的Si等杂质的扩散进行抑制。图4是表示均匀掺杂和平面掺杂的Si的扩散对比的图。通过抑制向无掺杂InGaAs沟道层5中的Si扩散，从而如表1所示，与对比例2相比，作为HEMT的性能指标的迁移率在实施方式1中从4500cm2/Vs变化至5900cm2/Vs，提高31％。【表1】上层下层迁移率(cm2/Vs)对比例2平面平面4500实施方式1平面均匀5900在这里，沟道In组分为11％，沟道薄层载流子浓度为2.1×1012cm－2。另外，在本实施方式中，在缓冲层2和无掺杂AlGaAs间隔层4之间、及无掺杂AlGaAs间隔层6和n型GaAs接触层9之间，没有设置电阻值比无掺杂AlGaAs间隔层4、6高的Al混晶层。由此，由于源极串联电阻没有增加，因此不会使高频特性恶化，能够提高迁移率。其结果，能够通过简单的构造抑制杂质扩散，实现特性提高及稳定生产。实施方式2.图5是表示本发明的实施方式2所涉及的化合物半导体装置的剖视图。在本实施方式中，在实施方式1的结构的基础上，在缓冲层 2和无掺杂AlGaAs间隔层4之间还具备与n型AlGaAs均匀掺杂载流子供给层3层叠的n型平面掺杂载流子供给层14。n型平面掺杂载流子供给层14是杂质局部地掺杂的平面掺杂层。即使如上所述将无掺杂InGaAs沟道层5的下侧的载流子供给层设为平面掺杂层和均匀掺杂层的层叠，也能够得到与实施方式1相同的效果。此时，考虑到来自平面掺杂层的扩散，优选将均匀掺杂层的厚度设为10～20nm。实施方式3.图6是表示本发明的实施方式3所涉及的化合物半导体装置的剖视图。在本实施方式中，在半绝缘性InP衬底15之上依次设置有：无掺杂AlInAs缓冲层16、n型AlInAs均匀掺杂载流子供给层17、无掺杂AlInAs间隔层18、无掺杂InGaAs沟道层19、无掺杂AlInAs间隔层20、n型平面掺杂载流子供给层21、无掺杂AlInAs阻挡层22及n型InGaAs接触层23。即使如上所述将衬底的材料从实施方式1的GaAs变更为InP，将AlGaAs变更为AlInAs或AlGaInAs，将接触层的材料从GaAs变更为InGaAs，也能够得到与实施方式1相同的效果。但是，无掺杂InGaAs沟道层19设为与半绝缘性InP衬底15晶格匹配或者近似晶格匹配的In组分(In组分＝53％)。实施方式4.图7是表示本发明的实施方式4所涉及的化合物半导体装置的剖视图。在本实施方式中，在实施方式3的结构的基础上，将衬底变更为半绝缘性GaAs衬底1，将缓冲层变更为无掺杂AlInAs异变缓冲层24。无掺杂AlInAs异变缓冲层24构成为，从半绝缘性GaAs衬底1侧朝向n型AlInAs均匀掺杂载流子供给层17侧使In组分阶梯状或渐变地增加。此外，作为缓冲层的材料也可以取代AlInAs而使用AlGaInAs，将其In组分阶梯状或渐变地增加。由此，能够对In组分大于或等于40％的无掺杂InGaAs沟道层19和半绝缘性GaAs衬底1的晶格不匹配进行缓和，能够生长高品质的InGaAs沟道层。当前第1页1 2 3