專(zhuān)利名稱(chēng)：場(chǎng)效應(yīng)晶體管、半導(dǎo)體基板、場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法及半導(dǎo)體基板的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及場(chǎng)效應(yīng)晶體管、半導(dǎo)體基板、場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法及半導(dǎo)體基板的制造方法。
背景技術(shù)：
將化合物半導(dǎo)體用于通道層的MISFET (金屬 絕緣體 半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，被期待作為適合于高頻工作及大功率工作的開(kāi)關(guān)設(shè)備?？墒牵绻诎雽?dǎo)體和絕緣體的界面形成能級(jí)，則存在使載流子的移動(dòng)度下降的問(wèn)題。對(duì)于半導(dǎo)體和絕緣體的界面形成的能級(jí) (本說(shuō)明書(shū)中稱(chēng)為“界面能級(jí)”)的降低而言，根據(jù)非專(zhuān)利文獻(xiàn)1的記載，有效方法是使用硫化物處理化合物半導(dǎo)體的表面。非專(zhuān)利文獻(xiàn)1 :S. ArabAsz, et al.著，Vac. 80 卷(2006 年)，888 頁(yè)發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題但是，希望能進(jìn)一步降低界面能級(jí)。另外，界面能級(jí)即使存在，通過(guò)實(shí)施將該界面能級(jí)的影響抑制得很低的對(duì)策，也有望提高場(chǎng)效應(yīng)晶體管的性能。本發(fā)明的目的就在于提供能夠?qū)⒔缑婺芗?jí)的影響降到很低，具有高通道移動(dòng)度的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述課題，在本發(fā)明的第1方式，提供一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其具有柵極絕緣層、與柵極絕緣層相接的第1半導(dǎo)體結(jié)晶層、以及與第1半導(dǎo)體結(jié)晶層晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配的第2半導(dǎo)體結(jié)晶層；柵極絕緣層、第1半導(dǎo)體結(jié)晶層及所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層是按柵極絕緣層、第1半導(dǎo)體結(jié)晶層、第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的順序配置的；所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層是InxlGah1AsylPh1 (0 < xl ^ 1、0 ^ yl ^ 1)；第2半導(dǎo)體結(jié)晶層是 In^Ga^^As^P!^ (0彡x2彡1，0彡y2彡1，y2乒yl)，第1半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Eal 比第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea2小。作為第2 半導(dǎo)體結(jié)晶層，能舉出 Inx2GaiI2Asy2Ph2 (0 ^ x2 ^ 1,0 ^ y2 ^ 1, y2 > yl)。第1半導(dǎo)體結(jié)晶層中的As原子濃度，比如是以下。場(chǎng)效應(yīng)晶體管，優(yōu)選還具有與第2半導(dǎo)體結(jié)晶層晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配的第3半導(dǎo)體結(jié)晶層；第3半導(dǎo)體結(jié)晶層配置在第1半導(dǎo)體結(jié)晶層和第2半導(dǎo)體結(jié)晶層之間，第3半導(dǎo)體結(jié)晶層，比如是 Al^In^Ga^^^As^P^^ (0 < x3 < 1,0 ^ x4 < 1,0 < x3+x4 < 1，0 彡 y3 彡 1)，第 3 半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea3比第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea2小。場(chǎng)效應(yīng)晶體管，還可以具有與所述柵極絕緣層相接的柵電極；柵電極、柵極絕緣層、以及第1半導(dǎo)體結(jié)晶層，按照柵電極，柵極絕緣層，第1半導(dǎo)體結(jié)晶層的順序配置，優(yōu)選柵極絕緣層和第1半導(dǎo)體結(jié)晶層滿(mǎn)足以下的數(shù)學(xué)公式1的關(guān)系。(數(shù)1)
( ε ！ . d0) / ( ε 0 . (I1) > ν/ δ其中，Cltl及ε C1表示被柵電極與第2半導(dǎo)體結(jié)晶層夾著的柵極下區(qū)域中的柵極絕緣層的厚度及相對(duì)介電常數(shù)，Cl1及ε工表示在柵極下區(qū)域中的第1半導(dǎo)體結(jié)晶層的厚度及相對(duì)介電常數(shù)，V表示上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值電壓以上的對(duì)上述柵電極所施加的施加電壓，δ = Ea2-Eal。并且，場(chǎng)效應(yīng)晶體管，優(yōu)選在第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的至少一部分中包含顯示P型的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)。第2半導(dǎo)體結(jié)晶層，可以是比如與第1半導(dǎo)體結(jié)晶層相接且含顯示P型的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)的結(jié)晶層。另外，第2半導(dǎo)體結(jié)晶層，比如，可以具有與第1半導(dǎo)體結(jié)晶層相接且不含雜質(zhì)的無(wú)摻雜層、以及與無(wú)摻雜層相接且包含顯示P型的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)的摻雜層。同時(shí)，上述摻雜層，也可以由顯示P型的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)的濃度互相不同的多層構(gòu)成。該無(wú)摻雜層的厚度，作為一個(gè)例子是20nm以下。場(chǎng)效應(yīng)晶體管還可以具有電子親和力Ea4比第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea2小的第4半導(dǎo)體結(jié)晶層。柵極絕緣層、第2半導(dǎo)體結(jié)晶層及第4半導(dǎo)體結(jié)晶層，按柵極絕緣層， 第2半導(dǎo)體結(jié)晶層，第4半導(dǎo)體結(jié)晶層的順序配置，第4半導(dǎo)體結(jié)晶層優(yōu)選與第2半導(dǎo)體結(jié)晶層晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配，第4半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea4比第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea2小，另外第4半導(dǎo)體結(jié)晶層優(yōu)選包含顯示P型的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)。另外，場(chǎng)效應(yīng)晶體管，還可以具有與柵極絕緣層相接的柵電極、源電極以及漏電極；優(yōu)選柵電極、柵極絕緣層及第1半導(dǎo)體結(jié)晶層，按照柵電極、柵極絕緣層、第1半導(dǎo)體結(jié)晶層的順序配置在第1方向上；柵電極、源電極及漏電極按照源電極、柵電極、漏電極的順序配置在相對(duì)于第1方向垂直的第2方向上，在第1方向上鄰接于柵電極的柵極下區(qū)域形成第1半導(dǎo)體結(jié)晶層，在源電極與柵極下區(qū)域之間、或在第1方向上鄰接于源電極的源極下區(qū)域與柵極下區(qū)域之間不形成第1半導(dǎo)體結(jié)晶層，在漏電極和柵極下區(qū)域之間，或在第1方向上鄰接于漏電極的漏極下區(qū)域和柵極下區(qū)域之間沒(méi)有形成第1半導(dǎo)體結(jié)晶層。場(chǎng)效應(yīng)晶體管，優(yōu)選還具有用于支撐包含所述柵極絕緣層、所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層及所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的層積構(gòu)造體的基底基板；基底基板，比如是從由單結(jié)晶 GaAs構(gòu)成的基板、由單結(jié)晶InP構(gòu)成的基板、由單結(jié)晶Si構(gòu)成的基板及SOI (Silicon on Insulator)基板構(gòu)成的群中選擇出的一種基板。場(chǎng)效應(yīng)晶體管，優(yōu)選還具有相接于柵極絕緣層的柵電極、源電極和漏電極，柵電極、柵極絕緣層、第1半導(dǎo)體結(jié)晶層及第2半導(dǎo)體結(jié)晶層，按照柵電極，柵極絕緣層，第1半導(dǎo)體結(jié)晶層，第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的順序配置于第1方向上，柵電極、源電極及漏電極，按照源電極，柵電極，漏電極的順序，配置在垂直于第1方向的第2方向上，在第1方向上鄰接于柵電極的柵極下區(qū)域，形成第1半導(dǎo)體結(jié)晶層及第2半導(dǎo)體結(jié)晶層，在第1方向上鄰接于源電極的源極下區(qū)域，及在第1方向上鄰接于漏電極的漏極下區(qū)域，形成第2半導(dǎo)體結(jié)晶層，在源極下區(qū)域和柵極下區(qū)域之間的第2半導(dǎo)體結(jié)晶層，以及漏極下區(qū)域和柵極下區(qū)域之間的第2半導(dǎo)體結(jié)晶層，摻雜用于生成載流子的雜原子；在源電極或源極下區(qū)域和柵極下區(qū)域之間的第1半導(dǎo)體結(jié)晶層，以及漏電極或漏極下區(qū)域和柵極下區(qū)域之間的第1半導(dǎo)體結(jié)晶層，也可以不摻雜生成所述載流子的雜原子。在本發(fā)明的第2方式中，提供半導(dǎo)體基板，具有基底基板、與基底基板相接的第2半導(dǎo)體結(jié)晶層、與第2半導(dǎo)體結(jié)晶層晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配的第1半導(dǎo)體結(jié)晶層；第1半導(dǎo)體結(jié)晶層是InxlGah1AsylP1I1(C) < xl ^ 1,0彡yl彡1)，第2半導(dǎo)體結(jié)晶層是 In^Ga^^As^P!^ (0彡x2彡1，0彡y2彡1，y2乒yl)，第1半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Eal 比第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea2小?；谆逯伟?半導(dǎo)體結(jié)晶層及第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的層積構(gòu)造體。第2 半導(dǎo)體結(jié)晶層，比如是 Ir^GauAs-Pw (0 ^ x2 ^ 1,0 ^ y2 ^ 1, y2 > yl)。第1半導(dǎo)體結(jié)晶層中的As原子濃度為以下。半導(dǎo)體基板，優(yōu)選還包括與第2 半導(dǎo)體結(jié)晶層晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配的第3半導(dǎo)體結(jié)晶層，第3半導(dǎo)體結(jié)晶層配置在所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層和所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層之間；作為第3半導(dǎo)體結(jié)晶層可以列舉 Al^In^Ga^^^As^P^^ (0 < x3 < 1,0 ^ x4 < 1,0 < x3+x4 < 1，0 彡 y3 彡 1)，第 3 半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea3比第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea2小。另外，半導(dǎo)體基板中，最好在第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的至少一部中包含顯示P型的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)。第2半導(dǎo)體結(jié)晶層，比如，可以是與第1半導(dǎo)體結(jié)晶層相接且含顯示P型的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)的結(jié)晶層。另外，第2半導(dǎo)體結(jié)晶層，比如可以具有與所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層相接且不包含所述雜質(zhì)的無(wú)摻雜層，以及與無(wú)摻雜層相接且含有顯示P型的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)的摻雜層。另外，上述摻雜層，可以由顯示P型的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)的濃度互相不同的多個(gè)層構(gòu)成。 該無(wú)摻雜層的厚度，作為一個(gè)例可以舉出20nm以下。半導(dǎo)體基板，優(yōu)選還具有電子親和力Ea4比第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea2還小的第4半導(dǎo)體結(jié)晶層，第1半導(dǎo)體結(jié)晶層、第2半導(dǎo)體結(jié)晶層及第4半導(dǎo)體結(jié)晶層，按照第1半導(dǎo)體結(jié)晶層，第2半導(dǎo)體結(jié)晶層，第4半導(dǎo)體結(jié)晶層的順序配置，第4半導(dǎo)體結(jié)晶層優(yōu)選與第2半導(dǎo)體結(jié)晶層晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配，優(yōu)選第4半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea4 比第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea2還小，還優(yōu)選第4半導(dǎo)體結(jié)晶層含有顯示P型的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)。作為在半導(dǎo)體基板的基底基板，可以舉出由單結(jié)晶GaAs構(gòu)成的基板，由結(jié)晶InP 構(gòu)成的基板，由單結(jié)晶Si構(gòu)成的基板及SOI (Silico no Insulator)基板構(gòu)成的群中選擇出的一種基板。在本發(fā)明的第3方式中，提供一種半導(dǎo)體基板的制造方法，包括在基底基板上使第2半導(dǎo)體結(jié)晶層外延生長(zhǎng)的步驟、以及在第2半導(dǎo)體結(jié)晶層上外延生長(zhǎng)第1半導(dǎo)體結(jié)晶層的步驟；在使第2半導(dǎo)體結(jié)晶層外延生長(zhǎng)的步驟中，所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層以 Inx2Ga1_x2Asy2P1_y2(0彡x2彡1，0彡y2彡1)的形式生長(zhǎng)，在使所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層外延生長(zhǎng)的步驟中，使第1半導(dǎo)體結(jié)晶層為InxlGah1AsylPh1 (0 < xl ^ LO^yl ^ l,yl ^ y2), 并使其與第2半導(dǎo)體結(jié)晶層晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配地生長(zhǎng)，并以使第1半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Eal比第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea2小的方式使第1半導(dǎo)體結(jié)晶層及第2半導(dǎo)體結(jié)晶層生長(zhǎng)。在第3方式中，提供一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法，其具有與半導(dǎo)體基板中的第1 半導(dǎo)體結(jié)晶層相接形成絕緣層的步驟；和與絕緣層相接形成成為場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵電極的導(dǎo)電層的步驟。絕緣層優(yōu)選通過(guò)含還原材料的氣氛中的ALD法或者M(jìn)OCVD法形成。場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法中，在形成絕緣層的步驟前，可以具有在第1半導(dǎo)體結(jié)晶層的上方形成用于覆蓋形成柵電極的區(qū)域的掩模的步驟，通過(guò)將掩模使用于屏蔽膜的蝕刻法來(lái)除去被掩模覆蓋的區(qū)域以外的第1半導(dǎo)體結(jié)晶層的步驟，以及在第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的被除去了第1半導(dǎo)體結(jié)晶層的區(qū)域，通過(guò)將掩模使用于屏蔽膜的離子注入來(lái)?yè)诫s雜原子的步驟。在本發(fā)明的第4方式中，提供如下的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有第ι半導(dǎo)體結(jié)晶層和與第1半導(dǎo)體結(jié)晶層晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配的第2半導(dǎo)體結(jié)晶層，第1半導(dǎo)體結(jié)晶層是InxlGah1AsylPh1 (0 < xl彡1，0彡yl彡1)，第2半導(dǎo)體結(jié)晶層是 Inx2Ga1_x2Asy2P1_y2(0彡x2彡1，0彡y2彡1，y2乒yl)，所述制造方法包括以與第1半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Eal小于第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea2的半導(dǎo)體基板中的第1半導(dǎo)體結(jié)晶層相接形成絕緣層的步驟、和與絕緣層相接，形成成為場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵電極的導(dǎo)電層的步驟。該絕緣層，比如通過(guò)包含還原材料的氣氛中的ALD法或MOCVD法形成。


圖1表示場(chǎng)效應(yīng)晶體管100的剖面例。圖2表示在場(chǎng)效應(yīng)晶體管100的制造例的制造過(guò)程中的剖面例。圖3表示在場(chǎng)效應(yīng)晶體管100的制造例的制造過(guò)程中的剖面例。圖4表示在場(chǎng)效應(yīng)晶體管100的制造例的制造過(guò)程中的剖面例。圖5表示場(chǎng)效應(yīng)晶體管200的剖面例。圖6表示場(chǎng)效應(yīng)晶體管300的剖面例。圖7表示場(chǎng)效應(yīng)晶體管400的剖面例。圖8表示場(chǎng)效應(yīng)晶體管500的剖面圖。圖9表示在場(chǎng)效應(yīng)晶體管500的制造過(guò)程中的剖面圖。圖10表示在場(chǎng)效應(yīng)晶體管500的制造過(guò)程中的剖面圖。圖11表示在場(chǎng)效應(yīng)晶體管500的制造過(guò)程中的剖面圖。圖12表示在場(chǎng)效應(yīng)晶體管500的制造過(guò)程中的剖面圖。圖13表示在場(chǎng)效應(yīng)晶體管500的制造過(guò)程中的剖面圖。圖14表示在場(chǎng)效應(yīng)晶體管500的制造過(guò)程中的剖面圖。圖15是以比較例的場(chǎng)效應(yīng)晶體管作為比較，表示場(chǎng)效應(yīng)晶體管500的通道移動(dòng)度相對(duì)表面電子濃度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖表。圖16表示場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的剖面圖。圖17表示在場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的制造過(guò)程中的剖面圖。圖18表示在場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的制造過(guò)程中的剖面圖。圖19表示在場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的制造過(guò)程中的剖面圖。圖20表示在場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的制造過(guò)程中的剖面圖。圖21表示在場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的制造過(guò)程中的剖面圖。圖22表示在場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的制造過(guò)程中的剖面圖。圖23表示在場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的制造過(guò)程中的剖面圖。圖24表示在場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的制造過(guò)程中的剖面圖。圖25表示用電子顯微鏡觀察的場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的柵電極端部的剖面的照片。圖26表示用電子顯微鏡觀察的場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的柵電極中央部的剖面的照片。
圖27表示場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的漏極電壓相對(duì)漏極電流特性(Vd-Id特性)。圖28表示互導(dǎo)率以及場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的柵極電壓相對(duì)于漏極電流特性 (Vg-Id 特性)。圖29表示場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的通道移動(dòng)度相對(duì)表面電子濃度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖表。
具體實(shí)施例方式圖1表示作為本發(fā)明的實(shí)施方式的場(chǎng)效應(yīng)晶體管100的剖面例。場(chǎng)效應(yīng)晶體管100 具有基底基板102、第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104、第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106、第2N型區(qū)域108、第IN 型區(qū)域110、柵極絕緣層112、源電極114、漏電極116及柵電極118?；谆?02支撐包含柵極絕緣層112、第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106及第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104的層積構(gòu)造體。基底基板102，比如是由單結(jié)晶GaAs構(gòu)成的基板，由單結(jié)晶InP構(gòu)成的基板，由單結(jié)晶Si構(gòu)成的基板或SOI (Silico no Insulator)基板?；谆?02采用單結(jié)晶Si構(gòu)成的基板時(shí)，能通過(guò)使用低成本的硅晶片而降低場(chǎng)效應(yīng)晶體管100的成本。另外，因?yàn)閱谓Y(jié)晶Si的熱傳導(dǎo)性好，所以由單結(jié)晶Si組成的基底基板102，能高效率性地排出場(chǎng)效應(yīng)晶體管100所發(fā)生的熱。SOI基板熱傳導(dǎo)性好，且寄生電容小。因此，基底基板102使用SOI基板時(shí)，能高效地排出場(chǎng)效應(yīng)晶體管100所產(chǎn)生的熱， 且由于能降低場(chǎng)效應(yīng)晶體管100的寄生電容，也能提高場(chǎng)效應(yīng)晶體管100的工作速度。第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104與第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配， 第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106與柵極絕緣層112相接。第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104，比如是 Inx2Gah2Asy2Ph2 (0彡x2彡1，0彡y2彡1，y2乒yl)。第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106，比如是 Ir^Ga^As^P^ (0 < xl彡1，0彡yl彡1)。第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106的電子親和力Eal，比第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104電子親和力Ea2小。具體而言，第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106為InP時(shí)，第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104，比如是 InGaAs0第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106為InGaP時(shí)，第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104，比如是InGaAs。第1 半導(dǎo)體結(jié)晶層106為InGaP時(shí)，第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104，比如是InP。第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104和第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106的連接面形成異質(zhì)結(jié)界面，在該異質(zhì)結(jié)界面附近形成電子云。該電子云作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管100通道而發(fā)揮作用。在柵極絕緣層112和第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106的界面大量地形成起因于結(jié)晶缺陷的載流子的陷阱中心。 電子云，從柵極絕緣層112及第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106的界面偏離相當(dāng)于第1半導(dǎo)體結(jié)晶層 106厚度的距離而形成。其結(jié)果，在場(chǎng)效應(yīng)晶體管100的通道移動(dòng)的載流子被陷阱中心分散的概率變低，所以能加大場(chǎng)效應(yīng)晶體管100的載流子移動(dòng)度。第2 半導(dǎo)體結(jié)晶層 104，可以是 Ir^GauAspPw (0 ^ x2 ^ 1,0 ^ y2 ^ 1, y2 > yl)。即第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106，與第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104相比，As相對(duì)于P的比例小。根據(jù)本發(fā)明者們的實(shí)驗(yàn)探討，As的氧化物具有作為載流子的電子陷阱中心的作用。由于降低與柵極絕緣層112相接的第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106中的As的比例，因而陷阱中心減少。其結(jié)果，被分散的載流子的比例減少，能加大載流子移動(dòng)度。當(dāng)?shù)?半導(dǎo)體結(jié)晶層106的As的比例變小時(shí)，第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106中的As原子濃度成為在使用了 X射線光電子光譜法(X-ray Photoelectron Spectroscopy)的測(cè)量中測(cè)量限度以下的水平，因而優(yōu)選減小As的比例。一般通過(guò)X射線光電子光譜法的測(cè)量，原子的檢測(cè)限是左右。比如，在第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106中的As的比例，優(yōu)選是以下。第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104，至少在一部分中含有顯示P型的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)。如果第 2半導(dǎo)體結(jié)晶層104的至少一部中包含著顯示P型的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)，則由于電子的一部分被受體捕獲，在第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104中的負(fù)的空間電荷增加。其結(jié)果，第2半導(dǎo)體結(jié)晶層 104的潛在力變高，能夠抑制在第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104和第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106的界面附近一側(cè)形成的電子云向第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104的內(nèi)部擴(kuò)展，從而能夠提高該界面中的電子云的密度，提高基于柵電極的通道電子的控制性。第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104，可以具有與第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106相接且不含表現(xiàn)P型的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)的無(wú)摻雜層、和與該無(wú)摻雜層相接且含顯示P型的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)的摻雜層。 另外，上述摻雜層，可以由顯示P型的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)的濃度互相不相同的多個(gè)層構(gòu)成。比如，無(wú)摻雜層是在從第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104與第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106的界面起算預(yù)先確定的距離的區(qū)域內(nèi)形成的層。因?yàn)榈?半導(dǎo)體結(jié)晶層104具有上述的無(wú)摻雜層及摻雜層，因此， 在該界面附近，載流子不被顯示P型的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)擴(kuò)散，所以可以防止移動(dòng)度的降低。無(wú)摻雜層的厚度，比如是20nm以下，優(yōu)選是IOnm以下。場(chǎng)效應(yīng)晶體管100中，在第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104和基底基板102之間，可以包含具有與第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106的電子親和力同等大小的電子親和力的第4半導(dǎo)體結(jié)晶層。場(chǎng)效應(yīng)晶體管100通過(guò)具有該第4半導(dǎo)體結(jié)晶層，從而能夠抑制第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104與第 1半導(dǎo)體結(jié)晶層106的界面附近的電子云向基底基板側(cè)的擴(kuò)散，所以能夠提高電子云的密度，提高柵電極的通道電子的控制性。第2N型區(qū)域108，是在第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104形成的N型區(qū)域。第IN型區(qū)域110， 是在第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106形成的N型區(qū)域。作為N型區(qū)域的形成方法，可以列舉離子注入Si原子等的N型雜質(zhì)之后，根據(jù)基于退火而產(chǎn)生的活化而形成的方法。N型區(qū)域分別在源電極114及漏電極116之下形成。源電極114下的第2N型區(qū)域108及第IN型區(qū)域110， 具有作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極的作用。漏電極116下的第2N型區(qū)域108及第IN型區(qū)域 110，具有作為場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極作用。柵極絕緣層112將第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106和柵電極118實(shí)現(xiàn)直流電分離。柵極絕緣層112，比如是氧化鋁(Al2O3)層。作為氧化鋁層的制造方法，可以列舉ALD(Atomic layer exposition)法。源電極114及漏電極116，與第IN型區(qū)域110上相接地形成。柵電極118 與柵極絕緣層112相接地形成。源電極114、漏電極116及柵電極118，比如是Ti及Au的
金屬層積膜。柵電極118、柵極絕緣層112、第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106及第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104，是按照柵電極118，柵極絕緣層112，第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106，第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104的順序配置的。優(yōu)選柵極絕緣層112及第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106具有滿(mǎn)足數(shù)1關(guān)系的特性。(數(shù)1)( ε ！ · d0) / ( ε 0 · (I1) > ν/ δ其中，Cltl及ε C1表示柵電極118和第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106夾著的柵極下區(qū)域中的柵極絕緣層112的厚度及相對(duì)介電常數(shù)，Cl1及ε工表示柵極下區(qū)域中的第1半導(dǎo)體結(jié)晶層 106厚度及相對(duì)介電常數(shù)，V表示場(chǎng)效應(yīng)晶體管100的閾值電壓以上的對(duì)柵電極118所施加的施加電壓，δ = Ea2-Ealo當(dāng)V大于等于場(chǎng)效應(yīng)晶體管100的閾值電壓，且載流子在場(chǎng)效應(yīng)晶體管100的源電極114和漏電極116之間的移動(dòng)狀態(tài)下，通過(guò)滿(mǎn)足數(shù)1所述的關(guān)系，能夠在與第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106相接的第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104內(nèi)誘發(fā)高移動(dòng)度的通道電子。數(shù) 1的關(guān)系，可通過(guò)下式導(dǎo)出。柵極絕緣層112的容量C。，由下式表示C0 = ε。/d?！?式 1)因此，在柵極絕緣層112和第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106的界面引起的電荷Qtl由下式給出，即，Q0 = VXC0 = VX ε 0/d0......(式 2)相對(duì)于此，柵極絕緣層112及第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106的合成容量，由下式所示C0 = ε?！?ε J (d0 ε ^d1 ε 0)...(式 3)因此，第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106和第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104界面引起的電荷Q1,由下式所示Q1 = (V+ δ ) XC1 = (V+ δ ) X ε?！?ε / (d0 ε ^d1 ε 0)...(式 4)。這里，如果是Q1 > Q0......(式 5)則在第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104內(nèi)產(chǎn)生高移動(dòng)度通道電子。因此，如果將式2及式4 代入式5，則變成(V+ δ ) X ε。· ε (d0 ε ^d1 ε 0) > νΧ ε 0/d0...(式 6)整理公式6，得到數(shù)1所示的(ε i · d。) / ( ε?！?(I1) > ν/ δ。S卩，當(dāng)滿(mǎn)足數(shù)1的關(guān)系時(shí)，能夠在與第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106相接的第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104內(nèi)誘發(fā)高移動(dòng)度通道電子。如上所述，在場(chǎng)效應(yīng)晶體管100中，在柵極絕緣層112和第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104之間形成有第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106，所以，第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104和第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106的界面，只從柵極絕緣層112和第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104的界面離偏相當(dāng)于第1半導(dǎo)體結(jié)晶層 106的厚度的距離。因此，即使在柵極絕緣層112及第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106的界面存在陷阱中心，也能夠降低載流子被分散的概率，從而能夠加大載流子的移動(dòng)度。并且，通過(guò)將第 2半導(dǎo)體結(jié)晶層104設(shè)定為P型而提高載流子的密度，提高柵電極的通道電子的控制性，從而能夠抑制短通道效應(yīng)。圖2至圖4，表示場(chǎng)效應(yīng)晶體管100的制造方法的一例的制造過(guò)程中的剖面例。如圖2所示，在基底基板102上面依次層積第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104及第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106。 第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104及第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106的形成方法，比如是使用了 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法的夕卜延生長(zhǎng)或 MBE (Molecular Beam Epitaxy) 法。如圖3所示，在第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104上形成第2N型區(qū)域108，在第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106上形成第IN型區(qū)域110，進(jìn)一步形成柵極絕緣層112。第2N型區(qū)域108及第IN型區(qū)域110的形成方法，是把N型的雜原子以離子狀態(tài)注入的離子注入法。該N型的雜原子， 比如是Si原子。在注入離子時(shí)，優(yōu)選在第IN型區(qū)域110上預(yù)先形成無(wú)圖示的犧牲層。優(yōu)選在離子注入后進(jìn)行退火。
在形成了犧牲層時(shí)，在除去該犧牲層之后形成柵極絕緣層112。作為柵極絕緣層 112的形成方法，可例示ALD法。優(yōu)選通過(guò)在含有還原材料的氣氛中的ALD法或MOCVD法形成柵極絕緣層112。還原材料，比如是氫(H2)、三甲基鋁(Al (CH3) 3)。如圖4所示，通過(guò)蝕刻法除去第IN型區(qū)域110上的柵極絕緣層112形成源電極114 及漏電極116。當(dāng)由Ti及Au的金屬層積膜形成源電極114及漏電極116時(shí)，比如，采用組合了基于蒸鍍法或?yàn)R射法的薄膜形成和剝離法的圖案化法。最后，在柵極絕緣層112上面形成柵電極118。在用Ti及Au的金屬層積膜形成柵電極118的情況下，可以用與源電極 114及漏電極116同樣的方法形成。再者，基底基板102如果使用單結(jié)晶GaAs基板、單結(jié)晶InP基板等單結(jié)晶化合物半導(dǎo)體基板時(shí)，能夠重復(fù)利用基底基板102。比如，在基底基板102和第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104 之間設(shè)置剝離層，在該剝離層上面形成包含柵極絕緣層112、第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106及第2 半導(dǎo)體結(jié)晶層104的層積構(gòu)造體。通過(guò)用蝕刻法等除去剝離層，以剝離層為界將層積構(gòu)造體從基底基板102剝離。采用被剝離后的層積構(gòu)造體制造電子單元的同時(shí)，可以將剝離后的基底基板102作為新的層積構(gòu)造體的基底基板而再利用。被剝離后的層積構(gòu)造體，能與由單結(jié)晶Si組成的基板，SOI (Silico on Insulator)基板、玻璃基板、陶瓷基板、或塑料基板等粘接。在被這些基板粘接的層積構(gòu)造體上形成電子單元。在上述實(shí)施方式中說(shuō)明了場(chǎng)效應(yīng)晶體管100，不過(guò)，也能夠把握半導(dǎo)體基板的構(gòu)成。即，公開(kāi)了具有基底基板102、接觸基底基板102的第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104和與第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配的第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106，第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106是InxlGah1AsylPh1 (0 < xl彡1，0彡yl彡1)，第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104是 In^Ga^^As^P!^ (0彡x2彡1，0彡y2彡1，y2乒yl)，第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106的電子親和力 Eal比第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104電子親和力Ea2小的半導(dǎo)體基板。同時(shí)還公開(kāi)了半導(dǎo)體基板的制造方法。圖5表示作為本發(fā)明的實(shí)施方式的場(chǎng)效應(yīng)晶體管200的剖面例。場(chǎng)效應(yīng)晶體管 200，除包括第3半導(dǎo)體結(jié)晶層202的方面以外，具有和場(chǎng)效應(yīng)晶體管100同樣的構(gòu)成。因此，以下僅就不同構(gòu)成部分加以說(shuō)明。第3半導(dǎo)體結(jié)晶層202配置在第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106和第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104 之間。第3半導(dǎo)體結(jié)晶層202與第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配。第3半導(dǎo)體結(jié)晶層 202，比如是 Alnlr^Gahh^SwPhdO <χ3<1、0《χ4<1、0< x3+x4 < 1、 0 < y3 < 1)。第3半導(dǎo)體結(jié)晶層202的電子親和力Ea3，比第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104電子親和力Ea2小。具體而言，在第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106為InP時(shí)，比如，第3半導(dǎo)體結(jié)晶層202是 AlInAs，第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104是InGaAs。另外，在第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106為InGaP時(shí)，比如，第3半導(dǎo)體結(jié)晶層202是AlGaAs，第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104是InGaAs。進(jìn)一步，在第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106為InGaP的情況時(shí)，比如，第3半導(dǎo)體結(jié)晶層202是AlGaAsP,第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104是InP。再者，在第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106和第2N型區(qū)域108之間形成作為第3半導(dǎo)體結(jié)晶層202的N型層的第3N型區(qū)域204。在第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106和第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104的接合部中，由于第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106和第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104各自的構(gòu)成成分異常擴(kuò)散，有時(shí)造成結(jié)晶構(gòu)造不規(guī)則。場(chǎng)效應(yīng)晶體管200由于具有第3半導(dǎo)體結(jié)晶層202，因而能夠抑制該結(jié)晶構(gòu)造的不規(guī)則。具體而言，認(rèn)為在場(chǎng)效應(yīng)晶體管200具有含鋁(Al)的第3半導(dǎo)體結(jié)晶層202時(shí)，通過(guò)抑制Al 異常擴(kuò)散而抑制結(jié)晶構(gòu)造的不規(guī)則。其結(jié)果，能夠加大場(chǎng)效應(yīng)晶體管200的載流子移動(dòng)度。 另外，也可以將場(chǎng)效應(yīng)晶體管200的構(gòu)成理解為半導(dǎo)體基板的構(gòu)成。圖6表示本發(fā)明的實(shí)施方式的場(chǎng)效應(yīng)晶體管300的剖面例。場(chǎng)效應(yīng)晶體管300，除了具有第4半導(dǎo)體結(jié)晶層302的點(diǎn)以外，均具有和場(chǎng)效應(yīng)晶體管200同樣的構(gòu)成。因此，以下說(shuō)明不同的構(gòu)成。第4半導(dǎo)體結(jié)晶層302具有P型的傳導(dǎo)型，柵極絕緣層112、第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104 及第4半導(dǎo)體結(jié)晶層302，按照柵極絕緣層112，第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104，第4半導(dǎo)體結(jié)晶層 302的順序配置。第4半導(dǎo)體結(jié)晶層302與第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配。 第4半導(dǎo)體結(jié)晶層302的電子親和力Ea4，比第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea2小。通過(guò)具有第4半導(dǎo)體結(jié)晶層302，有時(shí)能得到設(shè)第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104為P型時(shí)同樣的效果。即，第4半導(dǎo)體結(jié)晶層302，抑制在第3半導(dǎo)體結(jié)晶層202和第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106的界面附近形成的電子云在第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104內(nèi)部擴(kuò)展。其結(jié)果，在該界面的電子云的密度進(jìn)一步提高，柵電極的通道電子的控制性升高。場(chǎng)效應(yīng)晶體管300的構(gòu)成也可以理解為半導(dǎo)體基板的構(gòu)成。圖7表示作為本發(fā)明的實(shí)施方式的場(chǎng)效應(yīng)晶體管400的剖面例。場(chǎng)效應(yīng)晶體管 400，除了有凹部402這一點(diǎn)外，其余和場(chǎng)效應(yīng)晶體管300具有同樣的構(gòu)成。因而以下說(shuō)明關(guān)于相異的構(gòu)成。將按照柵電極118、柵極絕緣層112及第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106的順序配置的方向作為第ι方向，將按照源電極114、柵電極118以及漏電極116的順序配置的方向作為第2方向。第1方向和第2方向具有實(shí)質(zhì)上垂直相交的關(guān)系。作為在第1方向上鄰接?xùn)烹姌O118 的區(qū)域的柵極下區(qū)域中形成第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106。通過(guò)形成第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106，有時(shí)能得到載流子移動(dòng)度變大的效果。另一方面，在柵極下區(qū)域與源電極114之間不形成第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106及第3 半導(dǎo)體結(jié)晶層202，在柵極下區(qū)域與漏電極116之間不形成第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106及第3半導(dǎo)體結(jié)晶層202。即，在柵極下區(qū)域與源電極114之間，及柵極下區(qū)域與漏電極116之間，形成未形成第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106及第3半導(dǎo)體結(jié)晶層202的凹部402。由于有凹部402，使得向柵極絕緣層112與第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106的界面或者第1 半導(dǎo)體結(jié)晶層106與第3半導(dǎo)體結(jié)晶層202的界面的載流子注入被抑制，載流子被注入第3 半導(dǎo)體結(jié)晶層202和第2半導(dǎo)體結(jié)晶層104的界面附近。其結(jié)果，場(chǎng)效應(yīng)晶體管400的導(dǎo)通特性變得良好。再者，在第1方向上在鄰接源電極114的源極下區(qū)域，也可以形成第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106及第3半導(dǎo)體結(jié)晶層202，也可以在第1方向上鄰接漏電極116的漏極下區(qū)域形成第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106及第3半導(dǎo)體結(jié)晶層202。該情況下，在柵極下區(qū)域和源極下區(qū)域之間，及在柵極下區(qū)域和漏極下區(qū)域之間，形成未形成第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106及第3半導(dǎo)體結(jié)晶層202的凹部。(實(shí)施例1)圖8表示作為本發(fā)明的實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)晶體管500的剖面圖。從圖9到圖14，表示在場(chǎng)效應(yīng)晶體管500的制造過(guò)程中的剖面圖。如圖9所示，準(zhǔn)備P型的InP基板502，在InP基板502的(001)表面上，使P型的 InGaAs層504及I型的InP層506外延生長(zhǎng)。將InGaAs層504的組成設(shè)定為Ina 53Ga0.47As, P型雜質(zhì)的濃度為3X 1016cm_3。進(jìn)一步在InP層506上面形成了用于抑制VB族原子的缺失的犧牲保護(hù)層508。犧牲保護(hù)層508形成了厚度6nm的Al2O3。如圖10所示，形成掩模510，離子注入了 Si原子。離子注入的注入能量為30keV， 注入量為2 X IO14cnT2。如圖11所示，將采用RTA(Rapid thermal anneal)法注入的Si活化。由此，形成了 InGaAs層504的N型層512及InP層506的N型層514。RTA的條件為600°C、進(jìn)行10秒。如圖12所示，剝離犧牲保護(hù)層508，進(jìn)行了表面清洗。作為犧牲保護(hù)層508的剝離及表面清洗，進(jìn)行了基于緩沖氫氟酸(BHF)的蝕刻法、基于稀氫氟酸(DHF)及氫氧化銨 (NH4OH)的蝕刻法。如圖13所示，形成了 Al2O3層516及TaN層518。通過(guò)ALD法以13nm的厚度形成了 Al2O3層516。通過(guò)離子束濺射法以30nm的厚形成了 TaN層518。如圖14所示，形成源極及漏極的接觸孔，在該接觸孔形成了源電極520及漏電極 522。接觸孔的形成，首先通過(guò)以SF6作為蝕刻氣體使用的反應(yīng)性離子蝕刻對(duì)TaN層518進(jìn)行干式蝕刻，接下來(lái)，通過(guò)以BHF作為蝕刻液的濕蝕刻法對(duì)Al2O3層516進(jìn)行蝕刻。掩模形成后，通過(guò)蒸鍍法形成Ti及Au的層積膜，通過(guò)用于剝離掩模的剝離法形成了源電極520及漏電極522。進(jìn)一步，掩模形成后，通過(guò)蒸鍍法形成Ti及Au的層積膜，通過(guò)用于剝離掩模的剝離法形成柵電極524，通過(guò)以SF6作為蝕刻氣體使用的反應(yīng)性離子蝕刻對(duì)TaN層518進(jìn)行干蝕刻，進(jìn)行了柵電極524的形成及電極間分離。這樣，制造了圖8所示的場(chǎng)效應(yīng)晶體管500。作為比較例，制造出不具有InP層506的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。在這種情況下的InGaAs 層的厚度，設(shè)定為與InGaAs層504厚度加上InP層506厚度后的厚度相同。圖15是以比較例的場(chǎng)效應(yīng)晶體管作為比較，表示場(chǎng)效應(yīng)晶體管500的通道移動(dòng)度相對(duì)表面電子濃度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖表。場(chǎng)效應(yīng)晶體管500是以「InP(4nm)/InGaAS」為參照的圈符號(hào)內(nèi)的數(shù)據(jù)，與以「InGaAs」為參照的四角形符號(hào)內(nèi)的比較例相比，其通道移動(dòng)度變大。也就是說(shuō)，由于具有與第1半導(dǎo)體結(jié)晶層106對(duì)應(yīng)的InP層506，所以效應(yīng)晶體管500 的通道移動(dòng)度變大。(實(shí)施例2)圖16表示本發(fā)明的其他實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的剖面圖。場(chǎng)效應(yīng)晶體管600， 不具有場(chǎng)效應(yīng)晶體管500中的InP層506的N型層514。從圖17到圖24，表示在場(chǎng)效應(yīng)晶體管600制造過(guò)程中的剖面圖。和實(shí)施例1同樣，如圖17所示，在P型的InP基板502上面，使P型的InGaAs層504及I型的InP層506 外延生長(zhǎng)，在InP層506上面形成了犧牲保護(hù)層508。各層的組成、雜質(zhì)濃度、厚度等和實(shí)施例1同樣。進(jìn)一步在犧牲保護(hù)層508上面形成了掩模510。掩模510是光致抗蝕劑膜，以覆蓋形成有柵電極524的區(qū)域的狀態(tài)形成。如圖18所示，把掩模510做為遮蔽膜，通過(guò)蝕刻法除去犧牲保護(hù)層508及InP層506。接著，如圖19所示，將掩模510直接作為遮蔽膜使用，在除去了犧牲保護(hù)層508及InP 層506的區(qū)域的InGaAs層504中離子注入Si原子。離子注入的注入能量及注入量，和實(shí)施例1同樣，為30keV及2 X IO14CnT2。如圖20所示，通過(guò)灰化除去了掩模510。通過(guò)該灰化形成了氧化物602。用蝕刻法除去了氧化物602之后，如圖21所示，形成了與犧牲保護(hù)層508同樣的犧牲保護(hù)層604。 此后，采用RTA法將注入的Si活化。這樣，在InGaAs層504上形成了 N型層512。RTA的條件，與實(shí)施例1同樣，為600°C、10秒。如圖22所示，和實(shí)施例1同樣地剝離犧牲保護(hù)層508及犧牲保護(hù)層604，和實(shí)施例1同樣地進(jìn)行表面清洗，如圖23所示，和實(shí)施例1同樣形成了 Al2O3層516及TaN層518。 接著，如圖24所示，形成源極及漏極的接觸孔，在該接觸孔形成了和實(shí)施例1同樣的源電極 520及漏電極522。接下來(lái)，與實(shí)施例1同樣，形成掩模后，通過(guò)蒸鍍法形成Ti及Au的層積膜，根據(jù)用于剝離掩模的剝離法形成柵電極524，根據(jù)作為蝕刻氣體使用了 SF6的反應(yīng)性離子蝕刻法對(duì) TaN層518進(jìn)行干式蝕刻，并進(jìn)行柵電極524的形成及電極間分離。這樣，制造了圖16所示的場(chǎng)效應(yīng)晶體管600。實(shí)施例2的場(chǎng)效應(yīng)晶體管600因?yàn)榻?jīng)過(guò)上述制造過(guò)程，所以不形成InP層506的N 型層514。實(shí)施例1的場(chǎng)效應(yīng)晶體管500中，源極-漏極間的電壓施加到InGaAs層504的 N型層512和InP層506的N型層514雙方。另一方面，在本實(shí)施例2的場(chǎng)效應(yīng)晶體管600 中，只在InGaAs層504的N型層512施加源極-漏極間的電壓。實(shí)施例1的場(chǎng)效應(yīng)晶體管500和實(shí)施例2的場(chǎng)效應(yīng)晶體管600，為期待在全都 InGaAs層504和InP層506的界面形成2維電子氣體而設(shè)計(jì)的，不過(guò)，也可在作為柵極絕緣層的Al2O3層516與InP層506的界面形成2維電子氣體。在本實(shí)施例2的場(chǎng)效應(yīng)晶體管 600中，因?yàn)镹型層不形成在InP層506，所以，假如在Al2O3層516和InP層506的界面也形成了 2維電子氣體，以此為通道發(fā)揮作用的比例也很低。因而，把在載流子陷阱造成的散亂的影響少的界面(InGaAs層504和InP層506界面)形成的2維電子氣，作為支配性的通道而發(fā)揮作用，得以提高場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的性能。圖25表示用電子顯微鏡觀察在場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的柵電極端部的剖面的照片。圖 26表示用電子顯微鏡觀察在場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的柵電極中央部的剖面的照片。確認(rèn)了在柵電極端部中，InP層506被除去。圖27表示場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的漏極電壓相對(duì)漏極電流特性(Vd-Id特性)。是場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的通道長(zhǎng)為1 μ m時(shí)的結(jié)果。在圖27中，示出了從OV到+1. 6V，按照0. 2v 的差使柵極電壓變化的狀態(tài)。由此可知，與Vd-Id特性相比，基于柵極電壓的漏極電流的控制性良好。圖28是表示互導(dǎo)率和場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的柵極電壓相對(duì)漏極電流特性(Vg-Id特性)。是場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的通道長(zhǎng)度為6μπι時(shí)的情況。設(shè)漏極電壓為50mV。由此可知， 基于柵極電壓的漏極電流的切換特性良好?；?dǎo)率的峰值表示為約13mS/mm。圖29表示場(chǎng)效應(yīng)晶體管600的通道移動(dòng)度相對(duì)表面電子濃度的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖表。 通道移動(dòng)度表示了峰值為約5600 (cm7Vs)的高值。與圖15所示的場(chǎng)效應(yīng)晶體管500的通道移動(dòng)度比較，可見(jiàn)得到了極大的改善。
關(guān)于權(quán)利要求、說(shuō)明書(shū)以及附圖中所示的各處理各處理的執(zhí)行順序，只要未特別明示為「在…之前」、「比…先行」等，且只要未將前處理的輸出用于后處理中，則可按任意順序?qū)嵤ｊP(guān)于權(quán)利要求、說(shuō)明書(shū)以及圖示中的工作流程，即使為方便起見(jiàn)而使用「首先」、 「接著」等字樣進(jìn)行說(shuō)明，但并非意味著必須按該順序?qū)嵤?。符?hào)說(shuō)明100場(chǎng)效應(yīng)晶體管，102基底基板，104第2半導(dǎo)體結(jié)晶層，106第1半導(dǎo)體結(jié)晶層， 108第2N型區(qū)域，110第IN型區(qū)域，112柵極絕緣層，114源電極，116漏電極，118柵電極， 200場(chǎng)效應(yīng)晶體管，202第3半導(dǎo)體結(jié)晶層，204第3N型區(qū)域，300場(chǎng)效應(yīng)晶體管，302第4半導(dǎo)體結(jié)晶層，400場(chǎng)效應(yīng)晶體管，402凹部，500場(chǎng)效應(yīng)晶體管，502 InP基板，504 InGaAs層， 506 InP層，508犧牲保護(hù)層，510掩模，512 N型層，514 N型層，516 Al2O3層，518 TaN層， 520源電極，522漏電極，524柵電極，600場(chǎng)效應(yīng)晶體管，602氧化物，604犧牲保護(hù)層
權(quán)利要求
1.一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，具有柵極絕緣層、與所述柵極絕緣層相接的第1半導(dǎo)體結(jié)晶層、以及與所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配的第2半導(dǎo)體結(jié)晶層；所述柵極絕緣層、所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層及所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層是按所述柵極絕緣層、所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層、所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的順序配置的；所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層是InxlGah1AsylPh1,其中，0 < xl彡1、0彡yl彡1 ； 所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層是Ir^GaMAs-Pw，其中，0 ^ x2 ^1, y2 ^ yl ；所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Eal比所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea2小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中，所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層是Inx2Ga1I2Asy2Ph2,其中，0彡x2彡1，0彡y2彡1，y2 > yl。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中， 所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層中的As原子濃度是以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中，還具有與所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配的第3半導(dǎo)體結(jié)晶層； 所述第3半導(dǎo)體結(jié)晶層被配置在所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層和所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層之間，所述第3半導(dǎo)體結(jié)晶層是Alx3Inx4Ganx4Asy3Ph3,其中，0<χ3<1，0彡χ4<1，0 < x3+x4 < 1,0 ^ y3 ^ 1,所述第3半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea3比所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea2小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中， 還具有與所述柵極絕緣層相接的柵電極，所述柵電極、所述柵極絕緣層及所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層，是按所述柵電極、所述柵極絕緣層、所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層的順序配置的，所述柵極絕緣層和所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層滿(mǎn)足數(shù)1的關(guān)系 數(shù)1(E1-Cl0)Z(E0-Cl1) > ν/δ其中，Cltl及ε C1表示被所述柵電極與所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層夾著的柵極下區(qū)域中的所述柵極絕緣層的厚度以及相對(duì)介電常數(shù)，Cl1及ε工表示在所述柵極下區(qū)域中的所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層的厚度及相對(duì)介電常數(shù)，V表示所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的閾值電壓以上的對(duì)所述柵電極所施加的施加電壓，S = Ea2-Eal。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中，在所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的至少一部分中包含著顯示P型的傳導(dǎo)型的雜質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中， 所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層具有與所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層相接，且不含所述雜質(zhì)的無(wú)摻雜層、 與所述無(wú)摻雜層相接，且包含所述雜質(zhì)的摻雜層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管， 所述無(wú)摻雜層的厚度為20nm以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，還包括具有P型的傳導(dǎo)型的第4半導(dǎo)體結(jié)晶層；所述柵極絕緣層、所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層及所述第4半導(dǎo)體結(jié)晶層按照所述柵極絕緣層、所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層、所述第4半導(dǎo)體結(jié)晶層的順序配置；所述第4半導(dǎo)體結(jié)晶層與所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配；所述第4半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea4比所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea2小。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，還具有 與所述柵極絕緣層相接的柵電極和源電極和漏電極；所述柵電極、所述柵極絕緣層及所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層，按照所述柵電極、所述柵極絕緣層、所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層的順序配置在第1方向上；所述柵電極、所述源電極及所述漏電極，按照所述源電極、所述柵電極、所述漏電極的順序，配置在垂直于所述第1方向的第2方向上；在與所述柵電極在所述第1方向上相鄰接的柵極下區(qū)域形成有所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層；所述源電極和所述柵極下區(qū)域之間，或在所述第1方向上鄰接于所述源電極的源極下區(qū)域和所述柵極下區(qū)域之間，沒(méi)有形成所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層；所述漏電極和所述柵極下區(qū)域之間，或在所述第1方向上在鄰接于所述漏電極的漏極下區(qū)域和所述柵極下區(qū)域之間沒(méi)有形成所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，還具有與所述柵極絕緣層相接的柵電極、源電極和漏電極；所述柵電極、所述柵極絕緣層、所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層及所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層按照所述柵電極、所述柵極絕緣層、所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層、所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的順序配置在第1方向上；所述柵電極、所述源電極及所述漏電極按照所述源電極、所述柵電極、所述漏電極的順序，配置在垂直于所述第1方向的第2方向上；在所述第1方向上鄰接于所述柵電極的柵極下區(qū)域，形成有所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層及所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層；在所述第1方向上鄰接于所述源電極的源極下區(qū)域，及在所述第1方向上鄰接于所述漏電極的漏極下區(qū)域，形成有所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層；在所述源極下區(qū)域和所述柵極下區(qū)域之間的所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層，以及所述漏極下區(qū)域和所述柵極下區(qū)域之間的所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層，摻雜了用于生成載流子的雜原子；在所述源電極或所述源極下區(qū)域和所述柵極下區(qū)域之間的所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層，以及所述漏電極或所述漏極下區(qū)域和所述柵極下區(qū)域之間的所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層，沒(méi)有摻雜生成所述載流子的所述雜原子。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，還具有用于支撐包含所述柵極絕緣層、所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層及所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的層積構(gòu)造體的基底基板；所述基底基板，是從由單結(jié)晶GaAs構(gòu)成的基板、由單結(jié)晶InP構(gòu)成的基板、由單結(jié)晶Si 構(gòu)成的基板及SOI基板構(gòu)成的群中選擇出的一種基板。
13.一種半導(dǎo)體基板，具有基底基板、設(shè)置在所述基底基板的上方的第2半導(dǎo)體結(jié)晶層和與所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配的第1半導(dǎo)體結(jié)晶層；所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層是InxlGah1AsylPhyl,其中，0 < xl ^ 1,0彡yl彡1， 所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層是Ir^GaMAs-Pw，其中，0 ^ x2 ^1, y2 ^ yl,所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Eal比所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea2小。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體基板，所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層是Inx2Ga1I2Asy2Ph2,其中，0彡x2彡1，0彡y2彡1，y2 > yl。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層中的As原子濃度是以下。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體基板，還具有與所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配的第3半導(dǎo)體結(jié)晶層； 所述第3半導(dǎo)體結(jié)晶層配置在所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層和所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層之間； 所述第3半導(dǎo)體結(jié)晶層是Alx3Inx4Ganx4Asy3Ph3,其中，0<χ3<1，0彡χ4<1，0 < x3+x4 < 1,0 ^ y3 ^ 1,所述第3半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea3比所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea2小。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體基板，在所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的至少一部分里包含顯示P型傳導(dǎo)型的雜質(zhì)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體基板， 所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層具有與所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層相接，且，不包含所述雜質(zhì)的無(wú)摻雜層、 與所述無(wú)摻雜層相接，且包含所述雜質(zhì)的摻雜層。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體基板， 所述無(wú)摻雜層的厚度為20nm以下。
20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體基板，還包含具有P型的傳導(dǎo)型的第4半導(dǎo)體結(jié)晶層；所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層、所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層及所述第4半導(dǎo)體結(jié)晶層，按照所述第 1半導(dǎo)體結(jié)晶層、所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層、所述第4半導(dǎo)體結(jié)晶層的順序配置； 所述第4半導(dǎo)體結(jié)晶層與所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配， 所述第4半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea4比所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea2小。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體基板，所述基底基板，是從由單結(jié)晶GaAs構(gòu)成的基板、由單結(jié)晶InP構(gòu)成的基板、由單結(jié)晶Si 構(gòu)成的基板及SOI基板構(gòu)成的群中選擇出的一種基板。
22.—種半導(dǎo)體基板的制造方法，包括在基底基板上使第2半導(dǎo)體結(jié)晶層外延生長(zhǎng)的步驟、以及在所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層上使第1半導(dǎo)體結(jié)晶層外延生長(zhǎng)的步驟； 在使所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層外延生長(zhǎng)的步驟中，使所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層以 Inx2Ga的形式生長(zhǎng)，Inx2Gah2Asy2Ph2中，0彡x2彡1，0彡y2彡1;在使所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層外延生長(zhǎng)的步驟中，使所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層以 InxlGah1AsylPh1的形式與所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配地生長(zhǎng)，In^Ga^^As^Pi^!中，0 < xl 彡 1、0 彡 yl 彡 1、yl 乒 y2，以使所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Eal比所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力 Ea2小的方式生長(zhǎng)所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層及所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層。
23.—種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法，具有與權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體基板中的所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層相接形成絕緣層的步驟；與所述絕緣層相接，形成成為場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵電極的導(dǎo)電層的步驟。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法， 在形成所述絕緣層的步驟前，包括如下步驟在所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層的上方形成用于覆蓋形成所述柵電極的區(qū)域的掩模的步驟； 通過(guò)將所述掩模使用于屏蔽膜的蝕刻法來(lái)除去被所述掩模覆蓋的區(qū)域以外的所述第1 半導(dǎo)體結(jié)晶層的步驟；以及在所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的被除去了所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層的區(qū)域，通過(guò)將所述掩模使用于屏蔽膜的離子注入來(lái)?yè)诫s雜原子的步驟。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法，所述絕緣層，通過(guò)包含還原材料的氣氛中的ALD法或者M(jìn)OCVD法形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其具有柵極絕緣層、與所述柵極絕緣層相接的第1半導(dǎo)體結(jié)晶層以及與第1半導(dǎo)體結(jié)晶層晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配的第2半導(dǎo)體結(jié)晶層，所述柵極絕緣層、所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層及所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層按照柵極絕緣層、第1半導(dǎo)體結(jié)晶層、第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的順序配置，所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層是Inx1Ga1-x1Asy1P1-y1(0＜x1≤1，0≤y1≤1)，所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層是Inx2Ga1-x2Asy2P1-y2(0≤x2≤1，0≤y2≤1，y2≠y1)，所述第1半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea1比所述第2半導(dǎo)體結(jié)晶層的電子親和力Ea2小。
文檔編號(hào)H01L29/78GK102484077SQ20108003865
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月7日
發(fā)明者卜部友二, 安田哲二, 宮田典幸, 山田永, 板谷太郎, 橫山正史, 石井裕之, 福原升, 秦雅彥, 竹中充, 高木信一 申請(qǐng)人:住友化學(xué)株式會(huì)社, 國(guó)立大學(xué)法人東京大學(xué), 獨(dú)立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所