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JP6978669B2 - Compound semiconductor equipment and its manufacturing method, as well as receiving equipment and power generation equipment - Google Patents

Compound semiconductor equipment and its manufacturing method, as well as receiving equipment and power generation equipment Download PDF

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JP6978669B2 JP2017228060A JP2017228060A JP6978669B2 JP 6978669 B2 JP6978669 B2 JP 6978669B2 JP 2017228060 A JP2017228060 A JP 2017228060A JP 2017228060 A JP2017228060 A JP 2017228060A JP 6978669 B2 JP6978669 B2 JP 6978669B2
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Description

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。 The present invention relates to a compound semiconductor device, a method for manufacturing the same, a receiving device, and a power generation device.

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。 Schottky diodes are active elements used in wireless communication receivers and power generators. As an active element having higher detection sensitivity and conversion efficiency, a backward diode utilizing the interband tunnel phenomenon is suitable. In order to improve the efficiency of the diode, it is effective to reduce the area of the junction to suppress the junction capacitance. In a normal mesa type diode, there is a limit to the reduction of the junction, so a method of making an active element into nanowires is used. For example, a nanowired tunnel diode formed by bonding n-InAs and p-GaAsSb to a GaAs (111) B substrate is formed. According to this diode, it is possible to reduce the area of the pn junction.

特開2011−233714号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-233714 特表2008−505476号公報Japanese Patent Publication No. 2008-505476

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。 In nanowire tunnel diodes, InAs-based nanowires grow on a GaAs substrate, so it is necessary to make ohmic contact with GaAs to form electrodes. As a metal that makes ohmic contact with GaAs, there are AuGe (lower layer) / Ni (intermediate layer) / Au (upper layer) using AuGe.

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。 In order to diffuse AuGe's Ge into GaAs and form ohmic contact, it is necessary to perform heat treatment. Normally, AuGe can be brought into ohmic contact with GaAs by performing a heat treatment at 350 ° C to 450 ° C.

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。 However, this heat treatment can be problematic for active elements. When forming a nanowire tunnel diode as an active element, an InAs-based nanowire is grown by, for example, the Vapor-Liquid-Solid method (VLS method) using, for example, an Au catalyst. Therefore, the Au catalyst remains at the tip of the nanowire. When heat treatment for forming ohmic contact is performed in this state, there is a concern that the Au catalyst reacts with the nanowires and causes destabilization of the operation of the nanowire tunnel diode.

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。 The present invention is a compound semiconductor device that does not require heat treatment to obtain ohmic contact between nanowires and a metal layer, reliably forms ohmic contact without burdening the active element, and contributes to stable operation of the active element. It is an object of the present invention to provide the manufacturing method.

一つの態様では、化合物半導体装置は、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複数のナノワイヤを備えたナノワイヤ集合体と、前記ナノワイヤ集合体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。 In one embodiment, the compound semiconductor device comprises an active element and a nanowire assembly comprising a plurality of nanowires having an In-containing compound semiconductor that is ohmically contacted with a metal, electrically connected to the active element. It is provided with a metal layer that covers the upper surface and the side surface of the nanowire assembly with the metal.

一つの態様では、化合物半導体装置の製造方法は、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複数のナノワイヤを備えたナノワイヤ集合体を形成する工程と、前記ナノワイヤ集合体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。 In one embodiment, a method of manufacturing a compound semiconductor device includes the steps of forming an active element, said being active element electrically connected, the plurality of nanowires with a compound semiconductor containing In contact metal ohmic It includes a step of forming the provided nanowire aggregate and a step of forming a metal layer covering the upper surface and the side surface of the nanowire aggregate with the metal.

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。 On one aspect, a compound semiconductor device that does not require heat treatment to obtain ohmic contact between the nanowire and the metal layer, reliably forms ohmic contact without burdening the active element, and contributes to stable operation of the active element. Will be realized.

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。It is the schematic sectional drawing which shows the manufacturing method of the compound semiconductor apparatus by 1st Embodiment in the order of a process. 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。Continuing from FIG. 1, it is a schematic cross-sectional view which shows the manufacturing method of the compound semiconductor apparatus by 1st Embodiment in process order. 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。Continuing from FIG. 2, it is a schematic cross-sectional view which shows the manufacturing method of the compound semiconductor apparatus by 1st Embodiment in process order. 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。Continuing from FIG. 3, it is a schematic cross-sectional view which shows the manufacturing method of the compound semiconductor apparatus by 1st Embodiment in process order. 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。It is a schematic sectional drawing which shows the main process of the manufacturing method of the compound semiconductor apparatus by the modification of 1st Embodiment. 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。It is the schematic sectional drawing which shows the main process of the manufacturing method of the compound semiconductor apparatus by 2nd Embodiment. 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。Continuing from FIG. 6, it is a schematic cross-sectional view which shows the main process of the manufacturing method of the compound semiconductor apparatus by 2nd Embodiment. 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。Continuing from FIG. 7, it is a schematic cross-sectional view which shows the main process of the manufacturing method of the compound semiconductor apparatus by 2nd Embodiment. 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。It is a schematic sectional drawing which shows the main process of the manufacturing method of the compound semiconductor apparatus by the modification of 2nd Embodiment. 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。It is a schematic sectional drawing which shows the main process of the manufacturing method of the compound semiconductor apparatus by 3rd Embodiment. 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。Continuing from FIG. 10, it is a schematic cross-sectional view which shows the main process of the manufacturing method of the compound semiconductor apparatus by 3rd Embodiment. 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。It is a schematic sectional drawing which shows the main process of the manufacturing method of the compound semiconductor apparatus by 4th Embodiment. 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。Continuing from FIG. 12, it is a schematic cross-sectional view which shows the main process of the manufacturing method of the compound semiconductor apparatus by 4th Embodiment. 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。Continuing from FIG. 13, it is a schematic cross-sectional view which shows the main process of the manufacturing method of the compound semiconductor apparatus by 4th Embodiment. 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。It is a schematic diagram which shows the schematic structure of the radio wave receiving device by 5th Embodiment. 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。It is a schematic diagram which shows the schematic structure of the power conversion module by 6th Embodiment.

[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。
[First Embodiment]
Hereinafter, the first embodiment will be described. In this embodiment, a compound semiconductor device including a nanowire tunnel diode as an active element is exemplified, and its configuration and manufacturing method will be described in detail with reference to the drawings.
1 to 4 are schematic cross-sectional views showing the manufacturing method of the compound semiconductor device according to the first embodiment in the order of processes.

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。
First, as shown in FIG. 1A, the conductive layer 2 and the insulating film 3 are sequentially formed on the substrate 1.
Specifically, for example, a semi-insulating GaAs (111) B substrate is prepared as the substrate 1. N + −GaAs is grown on the substrate 1 to form the conductive layer 2. The conductive layer 2 is formed to have an impurity concentration of n-type impurities (Si, Ge, etc.) of about 5 × 10 18 / cm 2 and a thickness of about 200 nm.
Next, for example, a silicon oxide film is formed on the conductive layer 2 to a thickness of about 50 nm to form the insulating film 3.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 1B, openings 3a and 3b are formed in the insulating film 3.
Specifically, a resist is applied onto the insulating film 3 to form an opening that exposes the nanowire forming region of the insulating film 3, for example, by electron beam (EB) lithography. Using this resist as a mask, openings 3a and 3b that expose a part of the surface of the conductive layer 2 are formed in a plurality of nanowire forming regions of the insulating film 3 by dry etching. The openings 3a and 3b are formed to have a predetermined size of about 100 nm or less. The opening 3a is formed in the element forming region 10a, which is the forming region of the nanowire tunnel diode which is an active element. The openings 3b, in this case the plurality of openings 3b, are formed side by side with the ohmic forming region 10b, which is a nanowire forming region for forming ohmic contact of the electrodes. The resist is removed by a wet treatment or an ashing treatment.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 1 (c), the Au catalyst 4 is formed.
Specifically, in order to grow nanowires described later, an Au catalyst 4 having a thickness of about 30 nm is formed in the openings 3a and 3b by vapor deposition and lift-off.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 2A, various nanowires are grown.
Specifically, first, for example, using the Vapor-Liquid-Solid method (VLS method), n-InAs having a predetermined diameter of 100 nm or less is placed in the openings 3a and 3b of the insulating film 3 with a length of about 0.5 μm. It grows only in the vertical direction. The growing material contains In and is a compound semiconductor that makes ohmic contact with a metal, and for example, n-InGaAs may be used instead of n-InAs. As a result, the n-type compound semiconductor nanowires 5a are formed in the device forming region 10a, and a plurality of n-type compound semiconductor nanowires 6 are formed in the ohmic forming region 10b in the same step. Since n-InAs and the like have different lattice constants from n-GaAs, it is difficult to grow by normal thin film growth, but they can grow into n-GaAs by nanowire formation.

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。 Following the growth of n-InAs, p-GaAsSb having a predetermined diameter of 100 nm or less is grown only in the vertical direction to a length of about 0.5 μm. As the growing material, for example, p-GaSb or p-AlGaSb may be used instead of p-GaAsSb. As a result, the p-type compound semiconductor nanowire 5b bonded to the n-type compound semiconductor nanowire 5a is formed in the device forming region 10a. Similarly, the p-type compound semiconductor nanowire 5b is formed on each n-type compound semiconductor nanowire 6 in the ohmic formation region 10b. At the junction between the n-type compound semiconductor nanowire 5a and the p-type compound semiconductor nanowire 5b, the doping concentration is adjusted so that the nanowire tunnel diode operates as a backward diode.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 2B, the resist mask 20 is formed.
Specifically, two layers of resists having different sensitivities are applied. The lower layer resist 20a is applied so as to cover only the n-type compound semiconductor nanowires 5a and 6. The upper layer resist 20b is a resist having a higher sensitivity than the lower layer resist 20a, and is applied so as to cover only the p-type compound semiconductor nanowire 5b. Only the ohmic forming region 10b side of the upper resist 20b is removed by lithography to form an opening 20A that exposes the p-type compound semiconductor nanowire 5b on the ohmic forming region 10b side. As a result, the resist mask 20 having the opening 20A is formed.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, the p-type compound semiconductor nanowire 5b on the ohmic formation region 10b side is removed.
Specifically, the resist mask 20 is used to etch and remove the p-type compound semiconductor nanowires 5b on the ohmic forming region 10b side exposed from the opening 20A. The resist mask 20 is removed by a wet treatment or an ashing treatment. As described above, the nanowire tunnel diode 5 in which the n-type compound semiconductor nanowire 5a and the p-type compound semiconductor nanowire 5b are pn-junctioned to stand on the conductive layer 2 is formed in the element forming region 10a. In the ohmic forming region 10b, a plurality of n-type compound semiconductor nanowires 6 standing side by side on the conductive layer 2 are formed. The n-type compound semiconductor nanowire 6 is electrically connected to the nanowire tunnel diode 5 via the conductive layer 2.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 3A, the metal layer 7 is formed.
Specifically, first, a resist mask (not shown) is formed by covering the nanowire tunnel diode 5 in the device forming region 10a and exposing the n-type compound semiconductor nanowire 6 in the ohmic forming region 10b.
Next, for example, Ti (lower layer) / Pt (intermediate layer) / Au (upper layer) is deposited on the entire surface as a metal to a thickness of about 10 nm / about 30 nm / about 300 nm. By lift-off, the resist mask and Ti / Pt / Au on it are removed. As a result, a metal layer 7 is formed in the ohmic forming region 10b by covering the upper surface and the side surface of each n-type compound semiconductor nanowire 6 with Ti / Pt / Au.

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。 Here, since n-InAs of the n-type compound semiconductor nanowire 6 has a low work function with respect to the metal and the difference between the work functions of the two is small, the metal in contact with the n-type compound semiconductor nanowire 6 is automatically applied without heat treatment. Ohmic contact is formed. In this embodiment, ohmic contact is formed between the metal layer 7 and the n-type compound semiconductor nanowire 6 without heat treatment. Where the Au catalyst 4 remains on the crown of the nanowire tunnel diode 5, heat treatment for ohmic contact is not required. Therefore, the reaction between the Au catalyst 4 and the nanowire tunnel diode 5 due to the heat treatment is prevented, which contributes to the stable operation of the nanowire tunnel diode 5.

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。 Further, the n-type compound semiconductor nanowire 6 is an ultrafine structure, and the contact area is insufficient only by covering the upper surface of the metal layer, and ohmic contact is insufficient. In the present embodiment, the metal layer 7 covers the upper surface and the side surface of the n-type compound semiconductor nanowire 6 to the lower portion of the side surface very close to the conductive layer 2. Therefore, a contact area as large as possible is secured, and sufficient ohmic contact can be obtained.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 3 (b), the passivation film 8 is formed.
Specifically, for example, using a resin such as BCB, the nanowire tunnel diode 5 and the n-type compound semiconductor nanowire 6 are deposited to a thickness to be embedded to form the passivation film 8.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 3C, the surface of the passivation film 8 is etched back.
Specifically, a gas containing F is used to etch back the surface of the passivation film 8 until the Au catalyst 4 on the crown of the nanowire tunnel diode 5 is exposed. As a result, the surface of the passivation film 8 is flattened, and the Au catalyst 4 is exposed from the flat surface.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 4A, a contact hole 8a is formed in the passivation membrane 8.
Specifically, a resist mask (not shown) is formed by photolithography to open a portion located above the metal layer 7 which is a contact hole forming region of the passivation film 8. Using this resist mask, the passivation film 8 is etched with a gas containing F and O until the surface of the metal layer 7 under the opening of the resist mask is exposed. The resist mask is removed by wet treatment or ashing treatment. As a result, the contact hole 8a is formed in the passivation film 8.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 4B, the anode electrode 9 and the cathode electrode 11 are formed.
Specifically, first, a resist that opens an anode electrode forming region (a region above the nanowire tunnel diode 5 including the Au catalyst 4) and a cathode electrode forming region (a region including the contact hole 8a) on the surface of the passivation film 8. Form a mask (not shown).

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。 Next, using this resist mask, for example, Au is formed as an electrode material in the opening of the resist mask by a plating method, for example. By removing the resist mask, the anode electrode 9 is electrically connected to the nanowire tunnel diode 5 via the Au catalyst 4, and the cathode electrode is electrically connected to the metal layer 7 by embedding the contact hole 8a with Au. 11 and are formed. As described above, the compound semiconductor device according to the present embodiment is formed.

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。 As described above, according to the present embodiment, no heat treatment is required to obtain ohmic contact between the n-type compound semiconductor nanowire 6 and the metal film 7. Therefore, ohmic contact is surely formed on the nanowire tunnel diode 5 without burden, and a compound semiconductor device that contributes to the stable operation of the nanowire tunnel diode 5 is realized.

(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。
(Modification example)
Hereinafter, a modified example of the first embodiment will be described. In this example, a compound semiconductor device including a nanowire tunnel diode as an active element is exemplified as in the first embodiment, but it differs from the first embodiment in that the formation mode of ohmic contact is different.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a main step of a method for manufacturing a compound semiconductor device according to a modified example of the first embodiment.

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。
First, the same steps as those in FIGS. 1 (a) to 1 (c) of the first embodiment are performed to form the Au catalyst 4 in the openings 3a and 3b of the insulating film 3.
Subsequently, as shown in FIG. 5A, various nanowires are grown.
Specifically, first, for example, using the Vapor-Liquid-Solid method (VLS method), n-InAs having a predetermined diameter of 100 nm or less is placed in the openings 3a and 3b of the insulating film 3 with a length of about 0.5 μm. It grows only in the vertical direction. The growing material contains In and is a compound semiconductor that makes ohmic contact with a metal, and for example, n-InGaAs may be used instead of n-InAs. As a result, the n-type compound semiconductor nanowires 5a are formed in the device forming region 10a, and a plurality of n-type compound semiconductor nanowires 5a are formed in the ohmic forming region 10b in the same step.

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。 Following the growth of n-InAs, p-GaAsSb having a predetermined diameter of 100 nm or less is grown only in the vertical direction to a length of about 0.5 μm. As the growing material, for example, p-GaSb or p-AlGaSb may be used instead of p-GaAsSb. As a result, the p-type compound semiconductor nanowire 5b bonded to the n-type compound semiconductor nanowire 5a is formed in the device forming region 10a. Similarly, the p-type compound semiconductor nanowire 5b is formed on each n-type compound semiconductor nanowire 5a in the ohmic formation region 10b. At the junction between the n-type compound semiconductor nanowire 5a and the p-type compound semiconductor nanowire 5b, the doping concentration is adjusted so that the nanowire tunnel diode operates as a backward diode.

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。 As described above, the nanowire tunnel diode 5 in which the n-type compound semiconductor nanowire 5a and the p-type compound semiconductor nanowire 5b are pn-junctioned is formed in the device forming region 10a. In the ohmic formation region 10b, a plurality of compound semiconductor nanowires 21 formed by joining n-type compound semiconductor nanowires 5a and p-type compound semiconductor nanowires 5b are formed. The compound semiconductor nanowire 21 is electrically connected to the nanowire tunnel diode 5 via the conductive layer 2.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 5B, the metal layer 22 is formed.
Specifically, first, a resist mask (not shown) that covers the nanowire tunnel diode 5 in the device forming region 10a and exposes the compound semiconductor nanowire 21 in the ohmic forming region 10b is formed.
Next, for example, Ti (lower layer) / Pt (intermediate layer) / Au (upper layer) is deposited on the entire surface as a metal to a thickness of about 10 nm / about 30 nm / about 300 nm. By lift-off, the resist mask and Ti / Pt / Au on it are removed. As a result, the metal layer 22 covering the upper surface and the side surface of the compound semiconductor nanowire 21 with Ti / Pt / Au is formed in the ohmic forming region 10b.

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。 Here, the work function of n-InAs of the n-type compound semiconductor nanowire 5a of the compound semiconductor nanowire 21 is lower than that of the metal, and the difference between the work functions of the two is small. Therefore, ohmic contact is automatically formed with the metal in contact with the n-type compound semiconductor nanowire 5a without heat treatment. In this example, ohmic contact is formed between the metal layer 22 and the n-type compound semiconductor nanowire 5a of the compound semiconductor nanowire 21 without heat treatment. On the other hand, the metal layer 22 and the p-type compound semiconductor nanowire 5b of the compound semiconductor nanowire 21 are in a shotky-like state, but the current mainly flows through ohmic contact on the n-type compound semiconductor nanowire 5a side.

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。 Where the Au catalyst 4 remains on the crown of the nanowire tunnel diode 5, heat treatment for ohmic contact is not required. Therefore, the reaction between the Au catalyst 4 and the nanowire tunnel diode 5 due to the heat treatment is prevented, which contributes to the stable operation of the nanowire tunnel diode 5.

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。 Further, the n-type compound semiconductor nanowire 5a is an ultrafine structure, and the contact area is insufficient only by covering the upper surface of the metal layer, and ohmic contact is insufficient. In this example, the metal layer 22 covers the upper surface and the side surface of the compound semiconductor nanowire 21 to the lower portion of the side surface of the n-type compound semiconductor nanowire 5a very close to the conductive layer 2. Therefore, a contact area as large as possible is secured, and sufficient ohmic contact can be obtained.

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。 In this example, in the ohmic forming region 10b, ohmic contact with the metal layer 22 is ensured by the n-type compound semiconductor nanowire 5a without removing the p-type compound semiconductor nanowire 5b formed on the n-type compound semiconductor nanowire 5a. Therefore, the lithography process and the etching process for removing the p-type compound semiconductor nanowire 5b become unnecessary, and the process can be reduced.

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。 Subsequently, various steps similar to those in FIGS. 3 (b) to 4 (b) of the first embodiment are performed, and as shown in FIG. 5 (c), the compound semiconductor device according to this example is formed.

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。 As described above, according to this example, the cathode electrode of the nanowire tunnel diode 5 between the n-type compound semiconductor nanowire 5a of the compound semiconductor nanowire 21 and the metal film 7 does not require heat treatment for obtaining ohmic contact. be. Therefore, ohmic contact is surely formed on the nanowire tunnel diode 5 without burden, and a compound semiconductor device that contributes to the stable operation of the nanowire tunnel diode 5 is realized.

[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。
[Second Embodiment]
Hereinafter, the second embodiment will be described. In this embodiment, a compound semiconductor device including a nanowire tunnel diode as an active element is exemplified as in the first embodiment, but it differs from the first embodiment in that the formation mode of ohmic contact is different.
6 to 8 are schematic cross-sectional views showing the main steps of the method for manufacturing the compound semiconductor device according to the second embodiment.

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。
First, the conductive layer 2 and the insulating film 3 are sequentially formed on the substrate 1 in the same manner as in FIG. 1 (a) of the first embodiment.
Subsequently, as shown in FIG. 6A, openings 3a and 3c are formed in the insulating film 3.
Specifically, a resist is applied onto the insulating film 3 to form an opening that exposes the nanowire forming region of the insulating film 3, for example, by electron beam (EB) lithography. Using this resist as a mask, openings 3a and 3c that expose a part of the surface of the conductive substrate 1 are formed in a plurality of nanowire forming regions of the insulating film 3 by dry etching. The opening 3a is formed in the element forming region 10a, which is the forming region of the nanowire tunnel diode which is an active element, in a predetermined size having a diameter of about 100 nm or less. The opening 3c is formed over the ohmic forming region 10b, which is a nanowire forming region for forming ohmic contact of the electrodes. The resist is removed by a wet treatment or an ashing treatment.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 6 (b), the Au catalyst 4 is formed.
Specifically, in order to grow nanowires to be described later, an Au catalyst 4 having a thickness of about 30 nm is formed in the openings 3a and 3c by vapor deposition and lift-off. The opening 3c is formed so that a plurality of Au catalysts 4 come into contact with each other side by side in the opening 3c.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 6 (c), various nanowires are grown.
Specifically, first, for example, using the VLS method, n-InAs having a predetermined diameter of 100 nm or less is grown in the openings 3a and 3c of the insulating film 3 only in the vertical direction to a length of about 0.5 μm. The growing material contains In and is a compound semiconductor that makes ohmic contact with a metal, and for example, n-InGaAs may be used instead of n-InAs. As a result, the n-type compound semiconductor nanowires 5a are formed in the device forming region 10a, and a plurality of n-type compound semiconductor nanowires 12 are formed in the ohmic forming region 10b in the same step. In the ohmic formation region 10b, adjacent n-type compound semiconductor nanowires 12 are formed in contact with each other on the side surface.

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。 Following the growth of n-InAs, p-GaAsSb having a predetermined diameter of 100 nm or less is grown only in the vertical direction to a length of about 0.5 μm. As the growing material, for example, p-GaSb or p-AlGaSb may be used instead of p-GaAsSb. As a result, the p-type compound semiconductor nanowire 5b bonded to the n-type compound semiconductor nanowire 5a is formed in the device forming region 10a. Similarly, the p-type compound semiconductor nanowire 5b is formed on each n-type compound semiconductor nanowire 12 in the ohmic formation region 10b. In the ohmic formation region 10b, adjacent p-type compound semiconductor nanowires 5b are formed in contact with each other on the side surfaces, similarly to the n-type compound semiconductor nanowires 12. At the junction between the n-type compound semiconductor nanowire 5a and the p-type compound semiconductor nanowire 5b, the doping concentration is adjusted so that the nanowire tunnel diode operates as a backward diode.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 7A, the resist mask 20 is formed.
Specifically, two layers of resists having different sensitivities are applied. The lower layer resist 20a is applied so as to cover only the n-type compound semiconductor nanowires 5a and 12. The upper layer resist 20b is a resist having a higher sensitivity than the lower layer resist 20a, and is applied so as to cover only the p-type compound semiconductor nanowire 5b. Only the ohmic forming region 10b side of the upper resist 20b is removed by lithography to form an opening 20A that exposes the p-type compound semiconductor nanowire 5b on the ohmic forming region 10b side. As a result, the resist mask 20 having the opening 20A is formed.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 7B, the p-type compound semiconductor nanowire 5b on the ohmic formation region 10b side is removed.
Specifically, the resist mask 20 is used to etch and remove the p-type compound semiconductor nanowires 5b on the ohmic forming region 10b side exposed from the opening 20A. The resist mask 20 is removed by a wet treatment or an ashing treatment. As described above, the nanowire tunnel diode 5 in which the n-type compound semiconductor nanowire 5a and the p-type compound semiconductor nanowire 5b are pn-junctioned to stand on the conductive layer 2 is formed in the element forming region 10a. In the ohmic forming region 10b, a plurality of n-type compound semiconductor nanowires 12 standing side by side on the conductive layer 2 are formed. The plurality of n-type compound semiconductor nanowires 12 are in contact with adjacent objects on the side surfaces to form a nanowire aggregate 31, and are electrically connected to the nanowire tunnel diode 5 via the conductive layer 2.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 8A, the metal layer 32 is formed.
Specifically, first, a resist mask (not shown) that covers the nanowire tunnel diode 5 in the device forming region 10a and exposes the nanowire aggregate 31 in the ohmic forming region 10b is formed.

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。 Next, for example, Ti (lower layer) / Pt (intermediate layer) / Au (upper layer) is deposited on the entire surface as a metal to a thickness of about 10 nm / about 30 nm / about 300 nm. By lift-off, the resist mask and Ti / Pt / Au on it are removed. As a result, the metal layer 32 that covers the upper surface and the side surface of the nanowire assembly 31 with Ti / Pt / Au is formed in the ohmic forming region 10b.

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。 Here, since n-InAs of the n-type compound semiconductor nanowire 12 has a low work function with respect to the metal and the difference between the work functions of the two is small, the metal in contact with the n-type compound semiconductor nanowire 12 is automatically applied without heat treatment. Ohmic contact is formed. In this embodiment, ohmic contact is formed between the metal layer 32 and the nanowire assembly 31 without heat treatment. Where the Au catalyst 4 remains on the crown of the nanowire tunnel diode 5, heat treatment for ohmic contact is not required. Therefore, the reaction between the Au catalyst 4 and the nanowire tunnel diode 5 due to the heat treatment is prevented, which contributes to the stable operation of the nanowire tunnel diode 5.

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。 Further, the n-type compound semiconductor nanowire 12 is an ultrafine structure, and the contact area is insufficient only by covering the upper surface of the metal layer, and ohmic contact is insufficient. In the present embodiment, the metal layer 32 covers the upper surface and the side surface of the nanowire assembly 31 in which a plurality of n-type compound semiconductor nanowires 12 are assembled to the lower portion of the side surface extremely close to the conductive layer 2. Therefore, a contact area as large as possible is secured, and sufficient ohmic contact can be obtained.

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。 Subsequently, various steps similar to those in FIGS. 3 (b) to 4 (b) of the first embodiment are performed, and as shown in FIG. 8 (b), the compound semiconductor device according to the present embodiment is formed.

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。
In this embodiment, the case where adjacent n-type compound semiconductor nanowires 6 are in contact with each other to form a nanowire aggregate 31 is illustrated, but the following (1) or (2) may be used, for example.
(1) Adjacent Au catalysts 4 are formed slightly apart in the opening 3c, and nanowire aggregates are established with adjacent n-type compound semiconductor nanowires 12 slightly separated (there may be a portion in contact with each other). Form like this.
(2) When forming openings in the element forming region 10a of the insulating film 3, a plurality of fine openings are formed so as to be densely formed, and the nanowire aggregates are slightly separated from each other by the adjacent n-type compound semiconductor nanowires 12 (2). (There may be some parts that come into contact with each other).

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。 As described above, according to the present embodiment, no heat treatment is required to obtain ohmic contact between the n-type compound semiconductor nanowire 12 of the nanowire assembly 31 and the metal layer 32. Therefore, ohmic contact is surely formed on the nanowire tunnel diode 5 without burden, and a compound semiconductor device that contributes to the stable operation of the nanowire tunnel diode 5 is realized.

(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。
(Modification example)
Hereinafter, a modified example of the second embodiment will be described. In this example, a compound semiconductor device including a nanowire tunnel diode as an active element is exemplified as in the second embodiment, but it differs from the second embodiment in that the formation mode of ohmic contact is different.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a main step of a method for manufacturing a compound semiconductor device according to a modified example of the second embodiment.

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。 First, the same steps as in FIGS. 1 (a) of the first embodiment and FIGS. 6 (a) to 6 (b) of the second embodiment are performed in the openings 3a and 3c of the insulating film 3. The Au catalyst 4 is formed.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 9A, various nanowires are grown.
Specifically, first, for example, using the VLS method, n-InAs having a predetermined diameter of 100 nm or less is grown in the openings 3a and 3c of the insulating film 3 only in the vertical direction to a length of about 0.5 μm. The growing material contains In and is a compound semiconductor that makes ohmic contact with a metal, and for example, n-InGaAs may be used instead of n-InAs. As a result, the n-type compound semiconductor nanowires 5a are formed in the device forming region 10a, and a plurality of n-type compound semiconductor nanowires 13 are formed in the ohmic forming region 10b in the same step. In the ohmic formation region 10b, adjacent n-type compound semiconductor nanowires 13 are formed in contact with each other on the side surface.

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。 Following the growth of n-InAs, p-GaAsSb having a predetermined diameter of 100 nm or less is grown only in the vertical direction to a length of about 0.5 μm. As the growing material, for example, p-GaSb or p-AlGaSb may be used instead of p-GaAsSb. As a result, the p-type compound semiconductor nanowire 5b bonded to the n-type compound semiconductor nanowire 5a is formed in the device forming region 10a. Similarly, the p-type compound semiconductor nanowire 14 is formed on each n-type compound semiconductor nanowire 13 in the ohmic formation region 10b. In the ohmic formation region 10b, adjacent p-type compound semiconductor nanowires 5b are formed in contact with each other on the side surfaces, similarly to the n-type compound semiconductor nanowires 5a. At the junction between the n-type compound semiconductor nanowire 5a and the p-type compound semiconductor nanowire 5b, the doping concentration is adjusted so that the nanowire tunnel diode operates as a backward diode.

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。 As described above, the nanowire tunnel diode 5 in which the n-type compound semiconductor nanowire 5a and the p-type compound semiconductor nanowire 5b are pn-junctioned is formed in the device forming region 10a. In the ohmic formation region 10b, a plurality of compound semiconductor nanowires 21 formed by joining n-type compound semiconductor nanowires 13 and p-type compound semiconductor nanowires 14 are formed. The plurality of compound semiconductor nanowires 21 are in contact with adjacent objects on the side surfaces to form nanowire aggregates 41, and are electrically connected to the nanowire tunnel diode 5 via the conductive layer 2.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 9B, the metal layer 42 is formed.
Specifically, first, a resist mask (not shown) that covers the nanowire tunnel diode 5 in the device forming region 10a and exposes the nanowire aggregate 41 in the ohmic forming region 10b is formed.
Next, for example, Ti (lower layer) / Pt (intermediate layer) / Au (upper layer) is deposited on the entire surface as a metal to a thickness of about 10 nm / about 30 nm / about 300 nm. By lift-off, the resist mask and Ti / Pt / Au on it are removed. As a result, the metal layer 42 that covers the upper surface and the side surface of the nanowire assembly 41 with Ti / Pt / Au is formed in the ohmic forming region 10b.

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。 Here, the work function of n-InAs of the n-type compound semiconductor nanowire 21 of the compound semiconductor nanowire 21 is lower than that of the metal, and the difference between the work functions of the two is small. Therefore, ohmic contact is automatically formed with the metal in contact with the n-type compound semiconductor nanowire 13 without heat treatment. In this example, ohmic contact is formed between the metal layer 42 and the n-type compound semiconductor nanowire 13 of the nanowire assembly 41 without heat treatment. On the other hand, the metal layer 42 and the p-type compound semiconductor nanowire 13 of the nanowire assembly 41 are in a shotky-like state, but the current mainly flows through ohmic contact on the n-type compound semiconductor nanowire 13 side.

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。 Where the Au catalyst 4 remains on the crown of the nanowire tunnel diode 5, heat treatment for ohmic contact is not required. Therefore, the reaction between the Au catalyst 4 and the nanowire tunnel diode 5 due to the heat treatment is prevented, which contributes to the stable operation of the nanowire tunnel diode 5.

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。 Further, the n-type compound semiconductor nanowire 5a is an ultrafine structure, and the contact area is insufficient only by covering the upper surface of the metal layer, and ohmic contact is insufficient. In this example, the metal layer 42 covers the upper surface and the side surface of the nanowire assembly 41 to the lower portion of the side surface of the n-type compound semiconductor nanowire 13 which is extremely close to the conductive layer 2. Therefore, a contact area as large as possible is secured, and sufficient ohmic contact can be obtained.

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。 In this example, in the compound semiconductor nanowire 21, the n-type compound semiconductor nanowire 13 secures ohmic contact with the metal layer 42 without removing the p-type compound semiconductor nanowire 5b formed on the n-type compound semiconductor nanowire 5a. Therefore, the lithography step and the etching step for removing the p-type compound semiconductor nanowire 14 are not required, and the number of steps can be reduced.

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。 Subsequently, various steps similar to those in FIGS. 3 (b) to 4 (b) of the first embodiment are performed, and as shown in FIG. 9 (c), the compound semiconductor device according to this example is formed.

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。 As described above, according to this example, heat treatment for obtaining ohmic contact between the n-type compound semiconductor nanowire 13 of the nanowire assembly 41 and the metal layer 42 is not required. Therefore, ohmic contact is surely formed on the nanowire tunnel diode 5 without burden, and a compound semiconductor device that contributes to the stable operation of the nanowire tunnel diode 5 is realized.

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,Al23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。 In the first and second embodiments and modifications thereof, the nanowire tunnel diode may be covered with an insulating film such as SiN, SiO 2 , Al 2 O 3. In a plurality of standing nanowires, the doping concentration can be changed depending on the coarse density. The state of ohmic contact between the n-type compound semiconductor nanowire and the metal layer may be controlled by the coarse density of the n-type compound semiconductor nanowire.

[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。
[Third Embodiment]
Hereinafter, the third embodiment will be described. In this embodiment, a compound semiconductor device including a mesa-type diode as an active element is exemplified.
10 to 11 are schematic cross-sectional views showing a main step of a method for manufacturing a compound semiconductor device according to a third embodiment.

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。
First, as shown in FIG. 10A, the conductive layer 2, the n-GaAs layer 51, and the p-GaAs layer 52 are sequentially formed on the substrate 1.
Specifically, for example, a semi-insulating GaAs (111) B substrate is prepared as the substrate 1. N + -GaAs, n-GaAs, and p-GaAs are sequentially grown on the substrate 1. As a result, the conductive layer 2, the n-GaAs layer 51, and the p-GaAs layer 52 are formed on the substrate 1. The conductive layer 2 is formed to have an impurity concentration of n-type impurities (Si, Ge, etc.) of about 5 × 10 18 / cm 2 and a thickness of about 200 nm.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 10B, the n-GaAs layer 51 and the p-GaAs layer 52 are processed.
Specifically, the n-GaAs layer 51 and the p-GaAs layer 52 are processed by lithography and etching, and the n-GaAs layer 51 and the p-GaAs layer 52 are left in the element forming region 10a which is the forming region of the mesa type diode.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 10 (c), the first metal layer 53 is formed.
Specifically, first, a silicon oxide film having a thickness of, for example, about 50 nm is formed on the conductive layer 2 so as to cover the element forming region 10a, and the insulating film 54 is formed.
Next, the insulating film 54 is processed by lithography and etching to form an opening 54a that exposes a part of the surface of the p-GaAs layer 52.

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。
Next, a resist mask (not shown) that covers the insulating film 54 and exposes the opening 54a is formed.
Next, for example, Ti (lower layer) / Pt (intermediate layer) / Au (upper layer) is deposited on the entire surface as a metal to a thickness of about 10 nm / about 30 nm / about 200 nm. By lift-off, the resist mask and Ti / Pt / Au on it are removed. As a result, the first metal layer 53 to be embedded in the opening 54a is formed. p-GaAs has a low Schottky barrier height with metal. Therefore, by adjusting the doping concentration of the p-type impurities in the p-GaAs layer 52 to a high level, ohmic contact is formed between the first metal layer 53 and the p-GaAs layer 52 without heat treatment. As described above, the main configuration of the mesa-type diode having the n-GaAs layer 51, the p-GaAs layer 52, and the first metal layer 53 is formed in the element forming region 10a.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 11A, the n-type compound semiconductor nanowire 55 and the second metal layer 56 are formed.
Specifically, first, a resist is applied on the insulating film 54, and a plurality of openings are formed in the ohmic forming region 10b of the insulating film 54 by, for example, electron beam (EB) lithography. Using this resist as a mask, a plurality of openings 54b that expose a part of the surface of the conductive layer 2 are formed in the plurality of nanowire forming regions of the insulating film 54 by dry etching. The resist is removed by a wet treatment or an ashing treatment.

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。
Next, an Au catalyst 4 having a thickness of about 30 nm is formed in the opening 54b by vapor deposition and lift-off.
Next, a resist mask having an opening that covers the device forming region 10a including the first metal layer 53 and exposes the ohmic forming region 10b is formed. For example, using the VLS method, n-InAs having a predetermined diameter of 100 nm or less is grown in the opening 54b of the insulating film 54 to a length of about 0.5 μm only in the vertical direction. The growing material contains In and is a compound semiconductor that makes ohmic contact with a metal, and for example, n-InGaAs may be used instead of n-InAs. As a result, a plurality of n-type compound semiconductor nanowires 55 are formed in the ohmic forming region 10b.

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。 Next, for example, Ti (lower layer) / Pt (intermediate layer) / Au (upper layer) is deposited on the entire surface as a metal to a thickness of about 10 nm / about 30 nm / about 300 nm. By lift-off, the resist mask and Ti / Pt / Au on it are removed. As a result, the second metal layer 56 is formed in the ohmic forming region 10b by covering the upper surface and the side surface of each n-type compound semiconductor nanowire 55 with Ti / Pt / Au.

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。 Here, since n-InAs of the n-type compound semiconductor nanowire 55 has a low work function with respect to the metal and the difference between the work functions of the two is small, the metal in contact with the n-type compound semiconductor nanowire 55 is automatically applied without heat treatment. Ohmic contact is formed. In this embodiment, ohmic contact is formed between the second metal layer 56 and the n-type compound semiconductor nanowire 55 without heat treatment. In the device forming region 10a, where the first metal layer 53 is formed on the p-GaAs layer 52, heat treatment for ohmic contact of the second metal layer 56 is unnecessary. Therefore, the reaction between the first metal layer 53 and the p-GaAs layer 52 due to the heat treatment is prevented, which contributes to the stable operation of the mesa type diode.

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。 Further, the n-type compound semiconductor nanowire 55 is an ultrafine structure, and the contact area is insufficient only by covering the upper surface of the metal layer, and ohmic contact is insufficient. In the present embodiment, the second metal layer 56 covers the upper surface and the side surface of the n-type compound semiconductor nanowire 55 to the lower portion of the side surface very close to the conductive layer 2. Therefore, a contact area as large as possible is secured, and sufficient ohmic contact can be obtained.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 11B, the passivation film 57, the anode electrode 58, and the cathode electrode 59 are formed.
Specifically, first, using a resin such as BCB, the first metal layer 53 and the second metal layer 56 are deposited to a thickness to be embedded to form the passivation film 57.
Next, the surface of the passivation film 57 is etched back using a gas containing F. As a result, the surface of the passivation film 57 is flattened.

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。 Next, a resist mask (not shown) is formed by photolithography to open a portion located above the first metal layer 53 and the second metal layer 56, which are regions for forming contact holes of the passivation film 57. Using this resist mask, the passivation film 57 is etched with a gas containing F and O until the surfaces of the first metal layer 53 and the second metal layer 56 under the opening of the resist mask are exposed. The resist mask is removed by wet treatment or ashing treatment. As a result, the contact holes 57a and 57b are formed in the passivation film 57.

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。 Next, a resist mask (not shown) that opens the anode electrode forming region (the region including the contact hole 57a) and the cathode electrode forming region (the region including the contact hole 57b) on the surface of the passivation film 57 is formed.

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。 Next, using this resist mask, for example, Au is formed as an electrode material in the opening of the resist mask by a plating method, for example. By removing the resist mask, the contact hole 57a is embedded with Au and the anode electrode 58 is electrically connected to the first metal layer 53, and the contact hole 57b is embedded with Au and electrically connected to the second metal layer 56. A connected cathode electrode 59 is formed. As described above, the compound semiconductor device according to the present embodiment is formed.

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。 In this embodiment, the case where the p-GaAs layer 52 is formed on the n-GaAs layer 51 as the mesa type diode is exemplified, but the p-GaAs layer 52 may not be formed. In this case, the first metal layer 56 is provided on the n-GaAs layer 51 to form a Schottky contact, and the Schottky diode operates.

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。 Further, also in the present embodiment, similarly to the second embodiment, a plurality of n-type compound semiconductor nanowires 55 are densely formed (for example, adjacent n-type compound semiconductor nanowires 55 are in contact with each other on the side surface). May be.

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。 As described above, according to the present embodiment, no heat treatment is required to obtain ohmic contact between the n-type compound semiconductor nanowire 55 and the second metal layer 56. Therefore, ohmic contact is surely formed on the mesa-type diode without burden, and a compound semiconductor device that contributes to the stable operation of the mesa-type diode is realized.

[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。
[Fourth Embodiment]
Hereinafter, the fourth embodiment will be described. In this embodiment, a compound semiconductor device including a heterojunction Bipolar Transistor (HBT) as an active element is exemplified.
12 to 14 are schematic cross-sectional views showing the main steps of the method for manufacturing the compound semiconductor device according to the fourth embodiment.

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。
First, as shown in FIG. 12A, the conductive layer 2, the n-GaAs layer 61, the p-GaAs layer 62, the n-InGaP layer 63, and the n-GaAs layer 64 are sequentially formed on the substrate 1.
Specifically, for example, a semi-insulating GaAs (111) B substrate is prepared as the substrate 1. N + -GaAs, n-GaAs, p-GaAs, n-InGaP, and n-GaAs are sequentially grown on the substrate 1. As a result, the conductive layer 2, the n-GaAs layer 61, the p-GaAs layer 62, the n-InGaP layer 63, and the n-GaAs layer 64 are formed on the substrate 1. The conductive layer 2 is formed to have an impurity concentration of n-type impurities (Si, Ge, etc.) of about 5 × 10 18 / cm 2 and a thickness of about 200 nm.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 12B, the n-GaAs layer 61, the p-GaAs layer 62, the n-InGaP layer 63, and the n-GaAs layer 64 are processed.
Specifically, the n-GaAs layer 61, the p-GaAs layer 62, the n-InGaP layer 63, and the n-GaAs layer 64 are processed by lithography and etching, and these are left in the device forming region 10a, which is an HBT forming region. .. The n-GaAs layer 61 and the p-GaAs layer 62 are processed to have the same width, and the n-InGaP layer 63 and the n-GaAs layer 64 are processed to have the same width narrower than the n-GaAs layer 61 and the p-GaAs layer 62.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 12 (c), the first metal layer 65 is formed.
Specifically, first, a resist mask (not shown) that covers the entire surface and exposes a part of the surface of the n-GaAs layer 64 is formed.
Next, AuGe (lower layer) / Au (upper layer) as a metal is deposited on the entire surface to a thickness of about 20 nm / 300 nm by a vapor deposition method. Lift-off removes the resist mask and AuGe / Au on it. As a result, the first metal layer 65 to be the emitter electrode layer is formed on the n-GaAs layer 64.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 13A, the second metal layer 66 is formed.
Specifically, first, a resist mask (not shown) that covers the entire surface and exposes a part of the surface of the p-GaAs layer 62 on both sides of the n-InGaP layer 63 is formed.
Next, for example, Ti (lower layer) / Pt (intermediate layer) / Au (upper layer) is deposited on the entire surface as a metal to a thickness of about 10 nm / about 30 nm / about 150 nm. By lift-off, the resist mask and Ti / Pt / Au on it are removed. As a result, each second metal layer 66 to be a base electrode layer is formed on the p-GaAs layer 62 on both sides of the n-InGaP layer 63. As described above, the main HBT having the n-GaAs layer 61, the p-GaAs layer 62, the n-InGaP layer 63, the n-GaAs layer 64, the first metal layer 65, and the second metal layer 66 in the element forming region 10a. The composition is formed.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 13B, the insulating film 67 is formed.
Specifically, a silicon oxide film having a thickness of, for example, about 50 nm is formed on the conductive layer 2 so as to cover the element forming region 10a, and the insulating film 67 is formed.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 14A, the n-type compound semiconductor nanowire 68 and the third metal layer 69 are formed.
Specifically, first, a resist is applied on the insulating film 67, and a plurality of openings are formed in the ohmic forming region 10b of the insulating film 67 by, for example, electron beam (EB) lithography. Using this resist as a mask, a plurality of openings 67a that expose a part of the surface of the conductive layer 2 are formed in the plurality of nanowire forming regions of the insulating film 67 by dry etching. The resist is removed by a wet treatment or an ashing treatment.

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。
Next, an Au catalyst 4 having a thickness of about 30 nm is formed in the opening 67a by vapor deposition and lift-off.
Next, a resist mask having an opening that covers the device forming region 10a and exposes the ohmic forming region 10b is formed. For example, using the VLS method, n-InAs having a predetermined diameter of 100 nm or less is grown in the opening 67a of the insulating film 67 to a length of about 0.5 μm only in the vertical direction. The growing material contains In and is a compound semiconductor that makes ohmic contact with a metal, and for example, n-InGaAs may be used instead of n-InAs. As a result, a plurality of n-type compound semiconductor nanowires 68 are formed in the ohmic forming region 10b.

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。 Next, for example, Ti (lower layer) / Pt (intermediate layer) / Au (upper layer) is deposited on the entire surface as a metal to a thickness of about 10 nm / about 30 nm / about 300 nm. By lift-off, the resist mask and Ti / Pt / Au on it are removed. As a result, the third metal layer 69 is formed in the ohmic forming region 10b by covering the upper surface and the side surface of each n-type compound semiconductor nanowire 68 with Ti / Pt / Au.

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。 Here, since n-InAs of the n-type compound semiconductor nanowire 68 has a low work function with respect to the metal and the difference between the work functions of the two is small, the metal in contact with the n-type compound semiconductor nanowire 68 is automatically applied without heat treatment. Ohmic contact is formed. In this embodiment, ohmic contact is formed between the third metal layer 69 and the n-type compound semiconductor nanowire 68 without heat treatment. In the device forming region 10a, where the second metal layer 66 is formed on the p-GaAs layer 62, heat treatment for ohmic contact of the third metal layer 69 is unnecessary. Therefore, the reaction between the second metal layer 66 and the p-GaAs layer 62 due to the heat treatment is prevented, which contributes to the stable operation of the HBT.

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。 Further, the n-type compound semiconductor nanowire 68 is an ultrafine structure, and the contact area is insufficient only by covering the upper surface of the metal layer, and ohmic contact is insufficient. In the present embodiment, the third metal layer 69 covers the upper surface and the side surface of the n-type compound semiconductor nanowire 68 to the lower portion of the side surface very close to the conductive layer 2. Therefore, a contact area as large as possible is secured, and sufficient ohmic contact can be obtained.

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。
Subsequently, as shown in FIG. 14B, the passivation film 71, the emitter electrode 72, and the collector electrode 73 are formed.
Specifically, first, using a resin such as BCB, the first metal layer 65 and the third metal layer 69 are deposited to a thickness to be embedded to form the passivation film 71.
Next, the surface of the passivation film 71 is etched back using a gas containing F. As a result, the surface of the passivation film 71 is flattened.

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。 Next, a resist mask (not shown) is formed by photolithography to open the portions located above the first metal layer 65 and the third metal layer 69, which are the contact hole forming regions of the passivation film 71. Using this resist mask, the passivation film 71 is etched with a gas containing F and O until the surfaces of the first metal layer 65 and the third metal layer 69 under the opening of the resist mask are exposed. The resist mask is removed by wet treatment or ashing treatment. As a result, the contact holes 71a and 71b are formed in the passivation film 71.

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。 Next, a resist mask (not shown) that opens the emitter electrode forming region (region including the contact hole 71a) and the collector electrode forming region (region including the contact hole 71b) on the surface of the passivation film 71 is formed.

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。 Next, using this resist mask, for example, Au is formed as an electrode material in the opening of the resist mask by a plating method, for example. By removing the resist mask, the contact hole 71a is embedded with Au and the emitter electrode 72 is electrically connected to the first metal layer 65, and the contact hole 71b is embedded with Au and electrically connected to the third metal layer 69. A connected collector electrode 73 is formed. As described above, the compound semiconductor device according to the present embodiment is formed.

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。 In this embodiment as well, as in the second embodiment, a plurality of n-type compound semiconductor nanowires 68 are densely formed (for example, adjacent n-type compound semiconductor nanowires 68 are in contact with each other on the side surface). May be.

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。 As described above, according to the present embodiment, no heat treatment is required to obtain ohmic contact between the n-type compound semiconductor nanowire 68 and the third metal layer 69. Therefore, ohmic contact is surely formed without burdening the HBT, and a compound semiconductor device that contributes to the stable operation of the HBT is realized.

[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。
[Fifth Embodiment]
Hereinafter, the fifth embodiment will be described. In this embodiment, a radio wave receiving device of a so-called ultra-large capacity wireless communication system including the first to third embodiments and one kind of diode selected from these modifications will be exemplified. FIG. 15 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the radio wave receiving device according to the fifth embodiment.

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。 This radio wave receiving device includes a receiving antenna 81, a low noise amplifier 82, a diode 83 which is a detector, a low-pass filter 84 which is an inductor, and an output terminal 85. The diode 83 is a kind of diode selected from the first to third embodiments and modifications thereof.

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。 The strength of the RF signal input from the receiving antenna 81 is amplified by the low noise amplifier 82. After that, the RF signal is converted into a DC signal by passing through the diode 83 and the low-pass filter 84, and is output from the output terminal 85.

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。 In the present embodiment, the electrode does not require heat treatment for obtaining ohmic contact, and a diode that reliably obtains ohmic contact without burden and contributes to stable operation is applied. With this configuration, a highly reliable ultra-large capacity wireless communication network system is realized.

[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。
[Sixth Embodiment]
Hereinafter, the sixth embodiment will be described. In this embodiment, a power generation device of a power conversion module including one kind of diode selected from the first to third embodiments and modifications thereof will be exemplified. FIG. 16 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the power conversion module according to the sixth embodiment.

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。 This power generation device includes a receiving antenna 91, a matching circuit 92, a diode 93, a booster circuit 94, a capacitor 95, and an IoT (Internet of Things) sensor 96. The diode 93 is a kind of diode selected from the first to third embodiments and modifications thereof.

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。 When the RF signal input from the receiving antenna 91 is input to the diode 93 through the matching circuit 92, the diode 93 performs power conversion from the RF signal to the DC signal. The voltage of the DC signal is increased by the booster circuit 94, and then the power of the DC signal is temporarily stored in the capacitor 95. When power is stored to some extent, the capacitor 95 functions as a power source for driving, for example, a low power consumption IoT sensor 96.

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。 In the present embodiment, the electrode does not require heat treatment for obtaining ohmic contact, and a diode that reliably obtains ohmic contact without burden and contributes to stable operation is applied. With this configuration, the IoT sensor 96 that can operate with low power can be driven with high efficiency without using a battery or the like.

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。 Hereinafter, the compound semiconductor device, its manufacturing method, and various aspects of the radio wave receiving device and the power generation device will be collectively described as an appendix.

(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。
(Appendix 1) Conductive layer and
The active element provided on the conductive layer and
Nanowires having a compound semiconductor containing In and making ohmic contact with a metal, which stands on the conductive layer and is electrically connected to the active element.
A compound semiconductor device comprising a metal layer that covers the upper surface and the side surface of the nanowire with the metal.

(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。
(Appendix 2) A plurality of the nanowires stand side by side on the conductive layer.
The compound semiconductor device according to Appendix 1, wherein the metal layer covers the upper surface and the side surface of the nanowire for each nanowire.

(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。
(Appendix 3) A nanowire aggregate having a plurality of the nanowires is formed on the conductive layer.
The compound semiconductor device according to Appendix 1, wherein the metal layer covers the upper surface and the side surface of the nanowire aggregate.

(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。 (Supplementary Note 4) The compound semiconductor device according to any one of Supplementary note 1 to 3, wherein the active element is a nanowire diode having the same structure as the nanowire in the lower portion.

(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。 (Appendix 5) The compound semiconductor device according to Appendix 4, wherein the nanowire and the lower portion are both composed of n-type InAs or n-type InGaAs.

(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。
(Appendix 6) The active element is a nanowire diode.
The compound semiconductor device according to any one of Supplementary note 1 to 3, wherein the nanowire has the same structure as the active element.

(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。 (Appendix 7) The active element and the nanowire are both composed of n-type InAs or n-type InGaAs in the lower portion, and the upper portion is selected from p-type GaSb, p-type GaAsSb, and p-type AlGaSb. The compound semiconductor device according to Appendix 6, wherein the compound semiconductor device comprises one type.

(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。
(Appendix 8) A step of forming an active element on the conductive layer and
A step of forming nanowires having a compound semiconductor containing In and making ohmic contact with a metal, which stands on the conductive layer and is electrically connected to the active element.
A method for manufacturing a compound semiconductor device, which comprises a step of forming a metal layer in which the upper surface and the side surface of the nanowire are covered with the metal.

(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。
(Appendix 9) A plurality of the nanowires standing side by side on the conductive layer are formed.
The method for manufacturing a compound semiconductor device according to Appendix 8, wherein the metal layer is formed so as to cover the upper surface and the side surface of the nanowire for each nanowire.

(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。
(Appendix 10) A nanowire aggregate having a plurality of the nanowires is formed on the conductive layer, and the nanowire aggregate is formed.
The method for manufacturing a compound semiconductor device according to Appendix 8, wherein the metal layer is formed so as to cover the upper surface and the side surface of the nanowire aggregate.

(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。
(Appendix 11) The active element is a nanowire diode whose lower portion has the same structure as the nanowire.
The method for manufacturing a compound semiconductor device according to any one of Supplementary note 8 to 10, wherein the lower portion is formed at the same time as the nanowire.

(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。 (Appendix 12) The method for manufacturing a compound semiconductor device according to Appendix 11, wherein the nanowire and the lower portion are both composed of n-type InAs or n-type InGaAs.

(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。
(Appendix 13) The active element is a nanowire diode, and the nanowire has the same structure as the active element.
The method for manufacturing a compound semiconductor device according to any one of Supplementary note 8 to 10, wherein the active element and the nanowire are simultaneously formed.

(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。 (Appendix 14) The active element and the nanowire are both composed of n-type InAs or n-type InGaAs in the lower portion, and the upper portion is selected from p-type GaSb, p-type GaAsSb, and p-type AlGaSb. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to Appendix 13, which comprises one type.

(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。
(Appendix 15) Receiving antenna and
The amplifier connected to the receiving antenna and
The diode connected to the amplifier and
Including the above amplifier and the connected inductor.
The diode is
With a conductive layer
The active element provided on the conductive layer and
Nanowires having a compound semiconductor containing In and making ohmic contact with a metal, which stands on the conductive layer and is electrically connected to the active element.
A receiving device including a metal layer that covers the upper surface and the side surface of the nanowire with the metal.

(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。
(Appendix 16) Receiving antenna and
The diode connected to the receiving antenna and
A smoothing capacitor connected to the diode,
The voltage constant circuit connected to the diode and
Including
The diode is
With a conductive layer
The active element provided on the conductive layer and
Nanowires having a compound semiconductor containing In and making ohmic contact with a metal, which stands on the conductive layer and is electrically connected to the active element.
A power generation device including a metal layer that covers the upper surface and the side surface of the nanowire with the metal.

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
1 Substrate 2 Conductive layer 3,54,67 Insulation film 3a, 3b, 20A, 54a, 54b, 67a Opening 4 Au catalyst 5 Nanowire tunnel diode 5a, 6,12,13,55,68 n-type compound semiconductor nanowire 5b, 14 p-type compound semiconductor nanowire 7,22,32,42 Metal layer 8,57,71 Passion film 8a, 57a, 57b, 71a, 71b Contact hole 9,58 Anode electrode 10a Element formation region 10b Ohmic formation region 11,59 Cathode electrode 20 Resistor mask 20a Lower layer resist 20b Upper layer resist 21 Compound semiconductor nanowire 31,41 Nanowire assembly 51,61,64 n-GaAs layer 52,62 p-GaAs layer 53,65 First metal layer 56,66 Second metal layer 63 n-InGaP layer 69 Third metal layer 72 Emitter electrode 73 Collector electrode 81, 91 Receiving antenna 82 Low noise amplifier 83, 93 Diode 84 Low pass filter 85 Output terminal 92 Matching circuit 94 Boost circuit 95 Condenser 96 IoT sensor

Claims (8)

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複数のナノワイヤを備えたナノワイヤ集合体と、
前記ナノワイヤ集合体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。
With active elements
An aggregate of nanowires comprising a plurality of nanowires electrically connected to the active element and having a compound semiconductor containing In and having ohmic contact with a metal.
A compound semiconductor device including a metal layer that covers the upper surface and side surfaces of the nanowire assembly with the metal.
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に記載の化合物半導体装置。 The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the active element is a nanowire diode having the same structure as the nanowire in the lower portion. 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に記載の化合物半導体装置。
The active element is a nanowire diode and is
The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the nanowire has the same structure as the active element.
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複数のナノワイヤを備えたナノワイヤ集合体を形成する工程と、
前記ナノワイヤ集合体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。
The process of forming an active element and
A step of forming an aggregate of nanowires including a plurality of nanowires having a compound semiconductor containing In and making ohmic contact with a metal, which is electrically connected to the active element.
A method for manufacturing a compound semiconductor device, which comprises a step of forming a metal layer in which an upper surface and a side surface of the nanowire aggregate are covered with the metal.
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4に記載の化合物半導体装置の製造方法。
The active element is a nanowire diode whose lower portion has the same structure as the nanowire.
The method for manufacturing a compound semiconductor device according to claim 4, wherein the lower portion is formed at the same time as the nanowires.
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4に記載の化合物半導体装置の製造方法。
The active element is a nanowire diode, and the nanowire has the same structure as the active element.
The method for manufacturing a compound semiconductor device according to claim 4, wherein the active element and the nanowire are simultaneously formed.
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複数のナノワイヤを備えたナノワイヤ集合体と、
前記ナノワイヤ集合体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。
With the receiving antenna
The amplifier connected to the receiving antenna and
The diode connected to the amplifier and
Including the above amplifier and the connected inductor.
The diode is
With active elements
An aggregate of nanowires comprising a plurality of nanowires electrically connected to the active element and having a compound semiconductor containing In and having ohmic contact with a metal.
A receiving device including a metal layer that covers the upper surface and the side surface of the nanowire assembly with the metal.
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複数のナノワイヤを備えたナノワイヤ集合体と、
前記ナノワイヤ集合体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。
With the receiving antenna
The diode connected to the receiving antenna and
A smoothing capacitor connected to the diode,
The voltage constant circuit connected to the diode and
Including
The diode is
With active elements
An aggregate of nanowires comprising a plurality of nanowires electrically connected to the active element and having a compound semiconductor containing In and having ohmic contact with a metal.
A power generation device including a metal layer that covers the upper surface and side surfaces of the nanowire assembly with the metal.
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