JPH08203897A

JPH08203897A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH08203897A
Application number: JP7012252A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakao; 宏中尾
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1995-01-30
Filing date: 1995-01-30
Publication date: 1996-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】半導体装置に関し、その上にエピタキシャル
成長が可能な超格子金属間化合物層からなる埋め込み配
線層の抵抗率をより低減する。【構成】化合物半導体基板１上に、Ａｌ或いはＧａ単
原子層２及びＩｎ単原子層４からなるIII 族単原子層と
Ｎｉ単原子層３とを交互に積層させて形成したＮｉＡｌ
分子層或いはＮｉＧａ分子層とＮｉＩｎ分子層とによる
超格子金属間化合物層を埋め込み配線層として用いると
共に、超格子金属間化合物層の平均格子定数の２倍と化
合物半導体基板１の格子定数とを略等しくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特
に、ＲＨＥＴ（共鳴トンネルホットエレクトロントラン
ジスタ）やＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラトランジス
タ）等の化合物半導体装置に用いる埋め込み金属配線層
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の高速化、或いは、高
機能化のためにＧａＡｓ等の化合物半導体を用いた半導
体装置が実用化されており、これらの化合物半導体装置
においても集積度の向上が要請されている。

【０００３】従来、この様な化合物半導体装置を集積化
する場合にも、シリコン半導体集積回路装置と同様に全
ての電極を、引出電極等を用いて表面側から取り出して
いたので、配線密度の関係から集積度の向上にはフォト
リソグラフィー技術の精度に応じた限界があった。

【０００４】このような問題点を解決するために、本発
明者等は、コレクタ層等に対する配線層として化合物半
導体と格子整合する埋め込み金属間化合物層を用い、こ
の金属間化合物層の上に化合物半導体層をエピタキシャ
ル成長させ、このエピタキシャル成長層にＲＨＥＴ構造
からなる量子効果メモリデバイスを形成することによっ
て集積度を向上させることを既に提案している（特願平
６−２００７２６号）。

【０００５】図６乃至図８は前記提案に係わる従来の量
子効果メモリデバイスを説明する図であり、図６は従来
の量子効果メモリデバイスの積層構造の説明図、図７は
従来の量子効果メモリデバイスの金属間化合物層の構造
の説明図、及び、図８は従来の量子効果メモリデバイス
の斜視図である。

【０００６】図６（ａ）参照まず、半絶縁性のＩｎＰ基板５上に夫々ＩｎＰ基板と格
子整合する２００ｎｍのＩｎＧａＡｓバッファ層（Ｉｎ
_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ層）６及び１０ｎｍのＩｎＡｌＡｓバ
ッファ層（Ｉｎ_0.52Ａｌ_0.48Ａｓ層）７をＭＢＥ法によ
って堆積させたのち、Ｎｉセル、Ｉｎセル、及び、Ａｌ
セル或いはＧａセルを所定の温度に昇温させると共に、
基板温度を２５０℃に設定した状態で、ＩｎＰ基板と略
格子整合するＮｉＩｎ_0.24Ａｌ_0.76或いはＮｉＩｎ_0.23
Ｇａ_0.77の組成比の金属間化合物層２６を１００ｎｍ堆
積させる。

【０００７】この金属間化合物層２６の組成は、格子定
数が２．８８６ÅであるＮｉＡｌを用いたＮｉＡｌ系の
場合には、この２倍の値とＩｎＰの格子定数の５．８６
９Åとの格子不整は−１．６５％であるので、格子整合
のためにはＮｉＩｎ_0.24Ａｌ _0.76にする必要があり、ま
た、格子定数が２．８８７ÅであるＮｉＧａを用いたＮ
ｉＧａ系の場合にはＮｉＩｎ_0.23Ｇａ_0.77にする必要が
ある。

【０００８】また、この金属間化合物層２６におけるＩ
ｎＰに対する格子整合のための組成比の許容誤差を±
０．０４、即ち、格子不整に換算して約０．２％の差以
内にすると金属間化合物層２６の厚さを４０ｎｍにして
も良好な成長が可能になり、さらに、組成比の許容誤差
を±０．０２、即ち、格子不整に換算して約０．１％以
内にすると、金属間化合物層２６の厚さを１００ｎｍに
しても良好な成長が可能である。なお、以下の説明にお
いては、特段の断りがないかぎり、ＩｎＧａＡｓはＩｎ
_0.53Ｇａ_0.47Ａｓの組成のものを表し、ＩｎＡｌＡｓは
Ｉｎ_0.52Ａｌ_0.48Ａｓの組成のものを表す。

【０００９】次いで、この金属間化合物層２６上に２ｎ
ｍのｎ⁺⁺型ＩｎＡｌＡｓシード層１２、１００ｎｍのｎ
⁺⁺型ＩｎＧａＡｓ層１３、１００ｎｍのｎ⁺型ＩｎＧａ
Ａｓコレクタ層１４、６０ｎｍのｉ型ＩｎＡｌＧａＡｓ
バリア層１５、１００ｎｍのｎ⁺型ＩｎＧａＡｓベース
層１６、４ｎｍのｉ型ＩｎＡｌＡｓバリア層１７、４ｎ
ｍのｉ型ＩｎＧａＡｓウエル層１８、４ｎｍのｉ型Ｉｎ
ＡｌＡｓバリア層１９、３００ｎｍのｎ⁺型ＩｎＧａＡ
ｓエミッタ層２０、５０ｎｍのｎ⁺⁺型ＩｎＧａＡｓコン
タクト層２１を順次ＭＢＥ法を用いてエピタキシャル成
長させる。

【００１０】図６（ｂ）参照図６（ｂ）は図６（ａ）の積層構造に沿った伝導帯側の
エネルギ・バンド・ダイヤグラムを示すもので、この場
合、ｉ型ＩｎＡｌＡｓバリア層１７、ｉ型ＩｎＧａＡｓ
ウエル層１８、及び、ｉ型ＩｎＡｌＡｓバリア層１９に
よって、共鳴トンネルバリア構造が形成され、ｉ型Ｉｎ
ＧａＡｓウエル層１８に形成された量子準位２７を介し
て電子が共鳴トンネル注入されることになる。

【００１１】図７参照図７は金属間化合物層２６を拡大したものであり、Ｉｎ
Ｐ基板、ＩｎＧａＡｓバッファ層、及び、ＩｎＡｌＡｓ
バッファ層からなる化合物半導体基板２８上に、Ｉｎ
_0.24Ａｌ_0.76単原子層或いはＩｎ_0.23Ｇａ_0.77単原子層
２９とＮｉ単原子層３０とを交互に設けた構造になって
いる。この金属間化合物層２６は、Ｉｎ_0.24Ａｌ_0.76単
原子層或いはＩｎ_0.23Ｇａ_0. ₇₇単原子層２９とＮｉ単原
子層３０とを交互に堆積させた場合にも、また、ＮｉＩ
ｎ_0.24Ａｌ_0.76或いはＮｉＩｎ_0.23Ｇａ_0.77自体を直接
堆積させた場合にも略同様の超格子的な構造が得られる
ものである。

【００１２】それは、ＮｉとIII 族元素との金属間化合
物は、Ｎｉだけによって正方晶系の結晶構造を構成し、
また、III 族元素だけによって正方晶系の結晶構造を構
成し、互いの結晶構造の中心に相手の原子を体心立方晶
的に取り込むことによって、化合物を形成するものであ
るので、Ｎｉ単原子層とIII 族元素からなる単原子層と
が交互に配列し、必然的に超格子的な構成を取ることに
なるからである。

【００１３】そして、III 族元素であるＩｎとＧａ或い
はＡｌは互いに固溶するので、格子整合のために金属間
化合物であるＮｉＧａ或いはＮｉＡｌにＩｎを混入した
場合には、ＩｎがＮｉＧａのＧａサイト或いはＮｉＡｌ
のＡｌサイトを優先的に置換して、Ｎｉ単原子層とＩｎ
Ｇａ単原子層或いはＩｎＡｌ単原子層とが交互に配列し
て、１層のＮｉ単原子層と１層のＩｎＧａ単原子層或い
は一層のＩｎＡｌ単原子層とによって、１層のＮｉＩｎ
_xＧａ_1-x３元分子層或いは１層のＮｉＩｎ_xＡｌ_1-x
３元分子層を構成することになる。

【００１４】図８参照次いで、エミッタメサ２２及びベース・コレクタメサ２
３をウェット・エッチング法により形成したのち、金属
間化合物層２６をスパッタエッチングして行アドレス信
号配線層を形成する。

【００１５】最後に、保護絶縁層（図示せず）に設けた
コンタクトホールを介してエミッタ側のｎ⁺⁺型ＩｎＧａ
Ａｓコンタクト層２１に接続する電極２５を設けて行ア
ドレス信号配線層と略直交する方向に延在する列アドレ
ス信号配線層を形成して、微分負性特性を示すダブルエ
ミッタ構造の量子効果メモリデバイスが完成する。な
お、微分負性特性を示すダブルエミッタ構造の量子効果
メモリデバイス自体は、特開平６−１１２４２６号公報
に記載されている。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＮｉＩｎ_0.24
Ａｌ_0.76或いはＮｉＩｎ_0.23Ｇａ_0.77からなる金属間化
合物層は３元金属間化合物であるので、抵抗率の観点か
らは、従来検討されていた２元金属間化合物に劣るとい
う欠点がある。即ち、ＮｉＩｎ_0.24Ａｌ_0.76或いはＮｉ
Ｉｎ_0.23Ｇａ_0.77を構成するＩｎ_0.24Ａｌ_0.76単原子層
或いはＩｎ_0.23Ｇａ_0.77単原子層におけるＩｎの分布は
ランダムであるので、２元金属間化合物に比べて合金散
乱が支配的となり、抵抗率が増加する問題があった。

【００１７】そして、この様な３元金属間化合物からな
る金属間化合物層を埋め込み配線層として用いる場合に
は、抵抗を低下させるためにその膜厚を増大させる必要
があるが、膜厚を増加させた場合には、その上に設ける
エピタキシャル成長層の特性が劣化することになり、膜
厚の増大には限界があった。

【００１８】したがって、本発明は、その上にエピタキ
シャル成長が可能な超格子金属間化合物からなる埋め込
み配線層の抵抗率をより低減することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。図１参照本発明は、化合物半導体基板１上に、III 族元素からな
る単原子層２，４とＮｉ単原子層３とを交互に積層させ
た２種類の２元金属間化合物分子層からなる超格子金属
間化合物層を埋め込み配線層として用いた半導体装置に
おいて、２元金属間化合物分子層はIII 族元素がＡｌ及
びＧａの内の一方とＮｉからなる分子層とＮｉＩｎ分子
層とによって構成され、超格子金属間化合物層の平均格
子定数の２倍と前記化合物半導体基板の格子定数とが略
等しいことを特徴とする。

【００２０】また、本発明は、化合物半導体基板１がＩ
ｎＰ基板であり、また、超格子金属間化合物層が｛（Ｎ
ｉＡｌ分子層）_3n／（ＮｉＩｎ分子層）_n｝_m又は
｛（ＮｉＧａ分子層）_3n／（ＮｉＩｎ分子層）_n｝_mの
いずれかであり、さらに、ｎは１又は２、且つ、ｍは整
数であることを特徴とする。

【００２１】また、本発明は、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａ
Ａｓ層及びＩｎＡｌＡｓ層の少なくとも一方をバッファ
層として設けたことを特徴とする。

【００２２】

【作用】超格子金属間化合物層の平均格子定数の２倍の
値を化合物半導体基板１の格子定数と略等しくすること
によって実効的な格子整合が得られ、且つ、超格子金属
間化合物層を２種類の２元金属間化合物分子層で構成す
ることによって合金散乱が抑制されて抵抗率が低下し、
埋め込み配線層の厚さを厚くする必要がなくなるので、
その上に設けるエピタキシャル層の結晶性を良好にする
ことができる。なお、この場合の略等しいとは、化合物
半導体基板との格子不整が０．２％以下であることを意
味する。

【００２３】また、化合物半導体基板１としてＩｎＰ基
板を用い、且つ、超格子金属間化合物層として｛（Ｎｉ
Ａｌ分子層）_3n／（ＮｉＩｎ分子層）_n｝_m又は｛（Ｎ
ｉＧａ分子層）_3n／（ＮｉＩｎ分子層）_n｝_mのいずれ
かを用いることによって、非常に良好な格子整合を取る
ことができる。

【００２４】また、ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ層及び
ＩｎＡｌＡｓ層の少なくとも一方をバッファ層として設
けることによって、特に、Ｉｎ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ組成及
びＩｎ_0.52Ａｌ_0.48Ａｓ組成のバッファ層を用いること
によって、さらに良好なエピタキシャル層の成長が可能
となる。

【００２５】

【実施例】本発明の第１の実施例の量子効果メモデバイ
スの製造工程を図２乃至図５を参照して説明する。な
お、図３（ｃ）、図４（ｅ）、及び、図５（ｇ）は行ア
ドレス信号配線層に沿った方向、即ち、図８のＡ−Ａ’
に沿った方向の断面図であり、また、図３（ｄ）、図４
（ｆ）、及び、図５（ｈ）は列アドレス信号配線層に沿
った方向、即ち、図８のＢ−Ｂ’に沿った方向の断面図
である。

【００２６】図２（ａ）参照まず、有機溶剤による脱脂処理及び表面のエッチング処
理を行った（００１）面のＩｎＰ基板５をＭｏブロック
（図示せず）に固定して超高真空チャンバ内に導入し、
３×１０^-6ＴｏｒｒのＡｓ雰囲気中で熱クリーニングを
行って表面の酸化膜を除去し、次いで、ＩｎＰ基板５上
に夫々ＩｎＰ基板と格子整合する１００ｎｍのＩｎＧａ
Ａｓバッファ層（Ｉｎ_0.53Ｇａ_0.47Ａｓ層）６及び１０
ｎｍのＩｎＡｌＡｓバッファ層（Ｉｎ_0.52Ａｌ_0.48Ａｓ
層）７をＭＢＥ法によって堆積させる。

【００２７】この時のＲＨＥＥＤ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖ
ｅＨｉｇｈＥｎｅｒｇｙＥｌｅｃｔｒｏｎＤｉ
ｆｆｒａｃｔｉｏｎ）パターンは、再構成（Ｒｅｃｏｎ
ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ）により砒素安定化面である２×４
構造、即ち、Ｘ方向の格子間隔が理想的な格子定数の２
倍であり、Ｙ方向の格子間隔が理想的な格子定数の４倍
の表面構造を示し、このＲＨＥＥＤパターンにおいて
は、通常見られる縞状のストリークパターンと共に、そ
れ以上に結晶性の良さを示す放射線状の菊池ラインと０
次のラウエリングとが観測された。

【００２８】なお、このＩｎＧａＡｓバッファ層及びＩ
ｎＡｌＡｓバッファ層は、超格子金属間化合物層を堆積
しやすくするために設けるものであるが、実施例のよう
に２層にする必要は必ずしもなく、何方か一方のみを設
けても良く、超格子金属間化合物と半導体の界面の急峻
化のためには、Ｎｉ（ＩｎＡｌ）に対してはＩｎＡｌＡ
ｓ層が、また、Ｎｉ（ＩｎＧａ）に対してはＩｎＧａＡ
ｓ層が好適である。

【００２９】また、本発明の実施例においても他に特段
の断りがないかぎり、ＩｎＧａＡｓはＩｎ_0.53Ｇａ_0.47
Ａｓの組成のものを表し、ＩｎＡｌＡｓはＩｎ_0.52Ａｌ
_0.48Ａｓの組成のものを表すが、厳密にこの組成に限ら
れるものではない。

【００３０】次いで、バックグラウンドの砒素によりＮ
ｉＡｓが形成されるのを防ぐため、バッファ層の成長
後、Ａｓセルのシャッターを閉じてＡｓセルを室温まで
降温したのち、Ｎｉセルを１５００℃に、Ｉｎセルを５
２０℃に、及び、Ａｌセルを９２０℃に昇温させると共
に、基板温度を２５０℃に設定した状態で、４周期毎に
一回Ｉｎを供給するようにしてＡｌ単原子層８或いはＩ
ｎ単原子層１０とＮｉ単原子層９とを交互に堆積させ
て、実効的に３つのＮｉＡｌ分子層と１つのＮｉＩｎ分
子層とからなる周期的構造を形成し、全体が２００分子
層（約６０ｎｍ）からなる超格子金属間化合物層１１を
形成する。

【００３１】なお、この場合の各単原子層の成長時間
は、Ｎｉ単原子層の場合には予め測定したＮｉ層の成長
速度に基づき決定し、Ｉｎ単原子層及びＡｌ単原子層に
ついては予め測定したＩｎＡｓ及びＡｌＡｓ成長時のＲ
ＨＥＥＤ振動から決定し、また、各単原子層の成長の間
に２秒間の中断を入れた。

【００３２】また、この時のＲＨＥＥＤパターンにおい
ては、シャープなストリークパターンが観測され、結晶
性が比較的良好であることを示しており、この超格子金
属間化合物層１１の抵抗率は１５〜３０μΩ・ｃｍを示
し、従来の３元金属間化合物の抵抗率である２０〜６０
μΩ・ｃｍより抵抗率が低減しているのが確認された。

【００３３】この超格子金属間化合物層１１は、Ａｌ単
原子層８とＮｉ単原子層９とによるＮｉＡｌ分子層とＩ
ｎ単原子層１０とＮｉ単原子層９とによるＮｉＩｎ分子
層とを３：１の割合で周期的配列した構造、即ち、
｛（ＮｉＡｌ分子層）₃／（ＮｉＩｎ分子層）₁｝₅₀で
表される超格子構造になっているが、必ずしもこの様な
層構造に限られるものではない。

【００３４】即ち、この超格子金属間化合物層１１は、
平均組成がＮｉＩｎ_xＡｌ_1-xのＩｎＰに対する格子整
合の条件であるｘ＝０．２４±０．０４の条件を満たす
ＮｉＩｎ_0.25Ａｌ_0.75となる一般式｛（ＮｉＡｌ分子
層）_3n／（ＮｉＩｎ分子層）_n｝_m（ｎ及びｍは整数）
で表されるものであれば良く、この構成によってある程
度の厚さの埋め込み配線層を形成することが可能とな
る。

【００３５】また、ｎを２以下の整数、即ち、１或いは
２にすることによって、各層分子層においても、膜厚を
ミスフィット転位が発生しない臨界膜厚以下に保つこと
ができる。因に、ＮｉＡｌのＩｎＰに対する格子不整は
１．６５％でその臨界膜厚は約６ｎｍであり、また、Ｎ
ｉＩｎのＩｎＰに対する格子不整は５．３％でその臨界
膜厚は約１ｎｍ以下である。

【００３６】図２（ｂ）参照以後の工程は、従来の量子効果メモリデバイスと同様で
あり、まず、この超格子金属間化合物層１１上に２ｎｍ
のｎ⁺⁺型ＩｎＡｌＡｓシード層１２、１００ｎｍのｎ⁺⁺
型ＩｎＧａＡｓ層１３、１００ｎｍのｎ⁺型ＩｎＧａＡ
ｓコレクタ層１４、６０ｎｍのｉ型ＩｎＡｌＧａＡｓバ
リア層１５、１００ｎｍのｎ⁺型ＩｎＧａＡｓベース層
１６、４ｎｍのｉ型ＩｎＡｌＡｓバリア層１７、４ｎｍ
のｉ型ＩｎＧａＡｓウエル層１８、４ｎｍのｉ型ＩｎＡ
ｌＡｓバリア層１９、３００ｎｍのｎ⁺型ＩｎＧａＡｓ
エミッタ層２０、５０ｎｍのｎ⁺⁺型ＩｎＧａＡｓコンタ
クト層２１を順次ＭＢＥ法を用いてエピタキシャル成長
させる。

【００３７】この場合も従来例と同様に、ｉ型ＩｎＡｌ
Ａｓバリア層１７、ｉ型ＩｎＧａＡｓウエル層１８、及
び、ｉ型ＩｎＡｌＡｓバリア層１９によって、共鳴トン
ネルバリア構造が形成され、ｉ型ＩｎＧａＡｓウエル層
１８に形成された量子準位を介して電子が共鳴トンネル
注入されることになる。

【００３８】なお、各層の堆積時の基板温度は、ｎ⁺⁺型
ＩｎＡｌＡｓシード層１２の場合が２００℃で、その他
の層の場合には５００℃であり、また、このｎ⁺⁺型Ｉｎ
ＡｌＡｓシード層１２は、超格子金属間化合物層１１と
の界面の急峻性を高めるために設けるものである。

【００３９】図３（ｃ）及び（ｄ）参照次いで、ウェット・エッチングにより、ｎ⁺⁺型ＩｎＧａ
Ａｓコンタクト層２１乃至ｉ型ＩｎＡｌＡｓバリア層１
７をパターニングして２つのエミッタメサ２２からなる
ダブルエミッタ構造を形成する。

【００４０】図４（ｅ）及び（ｆ）参照次いで、同じくウェット・エッチングにより、ｎ⁺型Ｉ
ｎＧａＡｓベース層１６乃至ｎ⁺⁺型ＩｎＡｌＡｓシード
層１２をパターニングしてベース・コレクタメサ２３を
形成して、一つのメモリ単位を構成する量子効果メモリ
素子が、他の量子効果メモリ素子と分離される。

【００４１】図５（ｇ）及び（ｈ）参照次いで、スパッタ・エッチングにより、超格子金属間化
合物層１１及びＩｎＡｌＡｓバッファ層７を２つのエミ
ッタメサの配列方向に延在するストライプ状にパターニ
ングして、行アドレス信号配線層を形成したのち、Ｓｉ
Ｏ₂等の絶縁膜２４を堆積させ、各エミッタメサのｎ⁺⁺
型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２１に対するコンタクトホ
ールを設け、次いで、Ａｕ・Ｇｅ等の導電層を堆積させ
てパターニングすることにより、行アドレス信号配線層
に略直交する２本の列アドレス信号配線層となる電極２
５を形成して、量子効果メモリデバイスが完成する。

【００４２】この様に、埋め込み配線層として｛（Ｎｉ
Ａｌ分子層）_3n／（ＮｉＩｎ分子層）_n｝_mからなる低
抵抗率の超格子金属間化合物層を用いたので、埋め込み
配線層の厚さを厚くしなくとも低抵抗が得られることに
なり、その上に設けるエピタキシャル成長層はミスフィ
ット転位のない良質な単結晶となるので、このエピタキ
シャル成長層に形成したダブルエミッタトランジスタの
特性も良好になる。

【００４３】次に、埋め込み配線層として｛（ＮｉＧａ
分子層）_3n／（ＮｉＩｎ分子層）_n｝_mからなる低抵抗
率の超格子金属間化合物層を用いた本発明の第２の実施
例を説明する。この第２の実施例においては、超格子金
属間化合物層を形成する工程以外は、第１の実施例と全
く同様であるので、超格子金属間化合物層を形成する工
程のみを説明する。

【００４４】ＩｎＰ基板と格子整合する１００ｎｍのＩ
ｎＧａＡｓバッファ層及び１００ｎｍのＩｎＡｌＡｓバ
ッファ層を形成したのち、Ａｓセルのシャッターを閉じ
てＡｓセルを室温まで降温したのち、Ｎｉセルを１５０
０℃に、Ｉｎセルを５２０℃に、及び、Ｇａセルを８６
０℃に昇温させると共に、基板温度を２５０℃に設定し
た状態で、４周期毎に一回Ｉｎを供給するようにしてＧ
ａ単原子層或いはＩｎ単原子層とＮｉ単原子層とを交互
に堆積させて全体が２００分子層（約６０ｎｍ）からな
る｛（ＮｉＧａ分子層）₃／（ＮｉＩｎ分子層）₁｝₅₀
超格子金属間化合物層を形成する。

【００４５】この超格子金属間化合物層の場合も、平均
組成がＮｉＩｎ_xＧａ_1-xのＩｎＰに対する格子整合の
条件であるｘ＝０．２３±０．０４の条件を満たすＮｉ
Ｉｎ _0.25Ｇａ_0.75となる一般式｛（ＮｉＧａ分子層）_3n
／（ＮｉＩｎ分子層）_n｝_m（ｎ及びｍは整数）にすれ
ば良いものであり、この構成によってある程度の厚さの
配線層を形成することが可能となる。

【００４６】この場合にも、ｎを２以下の整数、即ち、
１或いは２にすることによって、各層分子層において
も、膜厚をミスフィット転位が発生しない臨界膜厚以下
に保つことができる。因に、ＮｉＧａのＩｎＰに対する
格子不整は１．６２％でその臨界膜厚は約６ｎｍであ
り、また、ＮｉＩｎのＩｎＰに対する格子不整は５．３
％でその臨界膜厚は約１ｎｍ以下である。

【００４７】この場合、平均組成ＮｉＩｎ_0.25Ｇａ_0.75
は格子整合条件ｘ＝０．２３から０．０２ずれているの
で、膜厚をあまり厚くできないという点では０．０１の
ずれである第１の実施例の｛（ＮｉＡｌ分子層）_3n／
（ＮｉＩｎ分子層）_n｝_mより劣ることになるが、Ａｌ
の方がＧａより安価で扱いが簡単であるので、製造工程
的には第２の実施例の方が優れていることになる。

【００４８】また、超格子金属間化合物／半導体界面の
急峻性を考慮するならば、ＩｎＧａＡｓに対してはＮｉ
（ＩｎＧａ）系が、また、ＩｎＡｌＡｓに対してはＮｉ
（ＩｎＡｌ）系が好適である。

【００４９】その後の工程は、第１の実施例と全く同様
とすることによって量子効果メモリデバイスを形成する
ことができる。

【００５０】なお、上記の実施例においては、量子効果
メモリデバイスについて説明しているが、他の化合物半
導体デバイスにも適用できることは言うまでもないこと
であり、例えば、ＨＢＴ（ヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタ）、ＨＥＴ（ホットエレクトロントランジス
タ）、或いは、ＲＨＥＴ（共鳴トンネルホットエレクト
ロントランジスタ）等も対象とするものであり、更に
は、メタルベーストランジスタをも対象とするものであ
る。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、ＩｎＰと格子整合する
埋め込み配線層を、｛（ＮｉＡｌ分子層）_3n／（ＮｉＩ
ｎ分子層）_n｝_m或いは｛（ＮｉＧａ分子層）_3n／（Ｎ
ｉＩｎ分子層）_n｝_mからなる超格子金属間化合物層で
構成することによって、合金散乱に起因する抵抗率の増
大を防止できるので、埋め込み配線層の膜厚を厚くする
必要がなく、したがって、その上に成長させるエピタキ
シャル層の結晶性を良好にすることができることにな
り、化合物半導体装置の集積度の向上に寄与するところ
が大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理的構成の説明図である。

【図２】本発明の第１の実施例の途中までの製造工程の
説明図である。

【図３】本発明の第１の実施例の図２以降の途中までの
製造工程の説明図である。

【図４】本発明の第１の実施例の図３以降の途中までの
製造工程の説明図である。

【図５】本発明の第１の実施例の図４以降の製造工程の
説明図である。

【図６】従来の量子効果メモリデバイスの積層構造の説
明図である。

【図７】従来の量子効果メモリデバイスの金属間化合物
層の構造の説明図である。

【図８】従来の量子効果メモリデバイスの斜視図であ
る。

【符号の説明】

１化合物半導体基板２Ａｌ或いはＧａ単原子層３Ｎｉ単原子層４Ｉｎ単原子層５ＩｎＰ基板６ＩｎＧａＡｓバッファ層７ＩｎＡｌＡｓバッファ層８Ａｌ単原子層９Ｎｉ単原子層１０Ｉｎ単原子層１１超格子金属間化合物層１２ｎ⁺⁺型ＩｎＡｌＡｓシード層１３ｎ⁺⁺型ＩｎＧａＡｓ層１４ｎ⁺型ＩｎＧａＡｓコレクタ層１５ｉ型ＩｎＡｌＧａＡｓバリア層１６ｎ⁺型ＩｎＧａＡｓベース層１７ｉ型ＩｎＡｌＡｓバリア層１８ｉ型ＩｎＧａＡｓウエル層１９ｉ型ＩｎＡｌＡｓバリア層２０ｎ⁺型ＩｎＧａＡｓエミッタ層２１ｎ⁺⁺型ＩｎＧａＡｓコンタクト層２２エミッタメサ２３ベース・コレクタメサ２４絶縁膜２５電極２６金属間化合物層２７量子準位２８化合物半導体基板２９Ｉｎ_0.24Ａｌ_0.76（Ｉｎ_0.23Ｇａ_0.77）単原子層３０Ｎｉ単原子層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 29/73 Ｈ０１Ｌ 29/205 29/72

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】化合物半導体基板上に、III 族元素から
なる単原子層とＮｉ単原子層とを交互に積層させて形成
した２種類の２元金属間化合物分子層からなる超格子金
属間化合物層を埋め込み配線層として用いた半導体装置
において、前記２元金属間化合物分子層はIII 族元素が
Ａｌ及びＧａの内の一方とＮｉからなる分子層とＮｉＩ
ｎ分子層とによって構成され、前記超格子金属間化合物
層の平均格子定数の２倍と前記化合物半導体基板の格子
定数とが略等しいことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】上記化合物半導体基板がＩｎＰ基板であ
り、また、上記超格子金属間化合物層が｛（ＮｉＡｌ分
子層）_3n／（ＮｉＩｎ分子層）_n｝_m又は｛（ＮｉＧａ
分子層）_3n／（ＮｉＩｎ分子層）_n｝_mのいずれかであ
り、さらに、ｎは１又は２、且つ、ｍは整数であること
を特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】上記ＩｎＰ基板上にＩｎＧａＡｓ層及び
ＩｎＡｌＡｓ層の少なくとも一方をバッファ層として設
けたことを特徴とする請求項２記載の半導体装置。