特許 6981289 化合物半導体装置及びその製造方法、並びに受信機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6981289

(24)【登録日】2021年11月22日

(45)【発行日】2021年12月15日

(54)【発明の名称】化合物半導体装置及びその製造方法、並びに受信機

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/861 20060101AFI20211202BHJP

   H01L 29/868 20060101ALI20211202BHJP

   H01L 21/329 20060101ALI20211202BHJP

   H01L 29/47 20060101ALI20211202BHJP

   H01L 29/872 20060101ALI20211202BHJP

   H01L 21/3205 20060101ALI20211202BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20211202BHJP

   H01L 23/532 20060101ALI20211202BHJP

   H01L 23/522 20060101ALI20211202BHJP

【ＦＩ】

   H01L29/91 C

   H01L29/91 F

   H01L29/91 A

   H01L29/91 H

   H01L29/48 D

   H01L29/48 F

   H01L21/88 R

   H01L21/88 G

   H01L21/90 D

【請求項の数】12

【全頁数】41

(21)【出願番号】特願2018-23715(P2018-23715)

(22)【出願日】2018年2月14日

(65)【公開番号】特開2019-4131(P2019-4131A)

(43)【公開日】2019年1月10日

【審査請求日】2020年10月8日

(31)【優先権主張番号】特願2017-119054(P2017-119054)

(32)【優先日】2017年6月16日

(33)【優先権主張国】JP

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２８年度、国立研究開発法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業「環境電波発電向けナノワイヤ半導体デバイスの研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】高橋 剛

(72)【発明者】

【氏名】河口 研一

【審査官】 市川 武宜

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１７５０５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−０８４８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０４３９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−１１４７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／００６４４７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／００７２４５５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１７／０５７３２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１５／０２２７７７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２９／８６１

Ｈ０１Ｌ ２９／８６８

Ｈ０１Ｌ ２９／８７２

Ｈ０１Ｌ ２１／３２９

Ｈ０１Ｌ ２９／４７

Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／７６８

Ｈ０１Ｌ ２３／５２２

Ｈ０１Ｌ ２３／５３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板から上に伸びた線状の化合物半導体であり、第１の導電型の下部と、前記下部の上に伸びた第２の導電型の上部とを備えた線状半導体と、
前記線状半導体の側面を覆うｉ型化合物半導体結晶の保護層と、
を有し、
前記第１の導電型はｎ型であり、前記第２の導電型はｐ型であり、
前記保護層の伝導帯の下端が前記下部の伝導帯の下端よりも高く、前記保護層の価電子帯の上端が前記上部の価電子帯の上端よりも低いことを特徴とする化合物半導体装置。

【請求項2】

前記保護層は、前記線状半導体において前記下部及び前記上部の両方を覆うことを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体装置。

【請求項3】

前記保護層は、前記線状半導体において前記下部及び前記上部のうちの一方を覆うことを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体装置。

【請求項4】

基板と、
前記基板から上に伸びた線状の化合物半導体であり、第１の導電型の下部と、前記下部の上に伸びた第２の導電型の上部とを備えた線状半導体と、
前記線状半導体の側面を覆うｉ型化合物半導体結晶の保護層と、
を有し、
前記保護層は、前記線状半導体において前記下部及び前記上部のうちの一方を覆うことを特徴とする化合物半導体装置。

【請求項5】

前記保護層は、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、及びＩｎＧａＰのいずれか１つからなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。

【請求項6】

基板と、
前記基板から上に伸びた線状の化合物半導体であり、第１の導電型の下部と、前記下部の上に伸びた第２の導電型の上部とを備えた線状半導体と、
前記線状半導体の側面を覆うｉ型化合物半導体結晶の保護層と、
を有し、
前記保護層は、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、及びＩｎＧａＰのいずれか１つからなることを特徴とする化合物半導体装置。

【請求項7】

前記保護層の表面を覆い、前記保護層への水分の進入を防止する水分防止絶縁層を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。

【請求項8】

基板と、
前記基板から上に伸びた線状の化合物半導体であり、第１の導電型の下部と、前記下部の上に伸びた第２の導電型の上部とを備えた線状半導体と、
前記線状半導体の側面を覆うｉ型化合物半導体結晶の保護層と、
前記保護層の表面を覆い、前記保護層への水分の進入を防止する水分防止絶縁層と、
を有することを特徴とする化合物半導体装置。

【請求項9】

電波を受信する受信部と、
前記受信部で受信した電波を電圧に変換する変換部と
を有し、
前記変換部は、
基板と、
前記基板から上に伸びた線状の化合物半導体であり、前記電波が入力される第１の導電型の下部と、前記下部の上に伸びた第２の導電型の上部とを備えた線状半導体と、
前記線状半導体の側面を覆うｉ型化合物半導体結晶の保護層と
を有することを特徴とする受信機。

【請求項10】

基板から第１の導電型の化合物半導体を上に向かって線状に成長させることにより、前記基板の上に線状半導体の下部を形成する工程と、
前記下部から第２の導電型の化合物半導体を上に向かって線状に成長させることにより、前記下部の上に線状半導体の上部を形成する工程と、
前記線状半導体の側面にｉ型化合物半導体結晶の保護層を成長させる工程と
を有することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。

【請求項11】

前記保護層は、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、及びＩｎＧａＰのいずれか１つからなることを特徴とする請求項１０に記載の化合物半導体装置の製造方法。

【請求項12】

前記線状半導体の前記下部を形成する工程、前記上部を形成する工程、及び前記保護層を成長させる工程を、前記基板を大気に曝すことなく行うことを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載の化合物半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、化合物半導体装置及びその製造方法、並びに化合物半導体装置を使用する受信機に関する。

【背景技術】

【0002】

ミリメートル波やテラヘルツ波のような高周波の電波を受信して検波する受信装置の検波素子として、ショットキーダイオードやバックワードダイオードが使用されている。

【0003】

また、このような高周波の電波を受信して電力に変換する電力変換装置の電力変換素子としても、これらのダイオードが使用され得る。

【0004】

これらのダイオードのうちバックワードダイオードは、電子のバンド間トンネル現象を利用したダイオードである。

【0005】

このバックワードダイオードは、受信装置や電力変換装置に使用したときにショットキーダイオードよりも検波感度や電力変換効率が高いので、微弱な電波を受信する場合に適している。

【0006】

そのバックワードダイオードでは、ｐ型半導体とｎ型半導体が接合したｐｎ接合の構造として、断面形状が台形のメサ型が採用される。

【0007】

一方、ダイオードの検波感度や電力変換効率をより向上させるには、ｐｎ接合の面積を小さくして、接合容量を小さくすることが効果的である。

【0008】

しかし、メサ型のｐｎ接合はパターニングによって形成されるため、ｐｎ接合の面積の縮小にはパターニングの性能に起因する限界があり、これに伴ってダイオードの検波感度や電力変換効率の向上にも限界がある。

【0009】

ｐｎ接合の面積を縮小させる方法として、基板から線状のｐ型半導体及びｎ型半導体を上に向かって連続して成長させることにより、ｐｎ接合をナノワイヤで形成するという方法が考えられる。

【0010】

この方法によれば、ｐｎ接合の面積をナノレベルの大きさまで縮小させることが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特開２０１０−２５１６８９号公報

【特許文献2】特表２０１３−５０８９６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

しかし、ｐｎ接合を備えたナノワイヤには、リーク電流を抑制するという点で改善の余地がある。

【0013】

一側面によれば、化合物半導体装置及びその製造方法、並びに受信機において、ｐｎ接合を備えたナノワイヤのリーク電流を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0014】

以下の開示の技術の一観点によれば、基板と、前記基板から上に伸びた線状の化合物半導体であり、第１の導電型の下部と、前記下部の上に伸びた第２の導電型の上部とを備えた線状半導体と、前記線状半導体の側面を覆うｉ型化合物半導体結晶の保護層とを有し、前記第１の導電型はｎ型であり、前記第２の導電型はｐ型であり、前記保護層の伝導帯の下端が前記下部の伝導帯の下端よりも高く、前記保護層の価電子帯の上端が前記上部の価電子帯の上端よりも低い化合物半導体装置が提供される。

【発明の効果】

【0015】

以下の開示の技術によれば、線状半導体の側面をｉ型化合物半導体結晶の保護層で覆っているので、線状半導体の側面は酸化されず、この側面に導電性の酸化物が形成されるのを抑制することができる。

【0016】

その結果、線状半導体の側面では導電性の酸化物によって第１導電型の下部と第２導電型の上部が電気的に接続されるのを抑制することができる。これにより、線状半導体に電圧を印加したときに線状半導体の側面を流れるリーク電流を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、検討に使用した化合物半導体装置の断面図である。

【図2】図２（ａ）は、メサ型のｐｎ接合の構造を説明する斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩ−Ｉ線における断面図である。

【図3】図３（ａ）は、ナノワイヤ型のｐｎ接合の構造を説明する斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。

【図4】図４は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その１）である。

【図5】図５は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その２）である。

【図6】図６は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その３）である。

【図7】図７は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その４）である。

【図8】図８は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その５）である。

【図9】図９は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その６）である。

【図10】図１０は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その７）である。

【図11】図１１は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その１）である。

【図12】図１２は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その８）である。

【図13】図１３は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その９）である。

【図14】図１４は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その１０）である。

【図15】図１５は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その１１）である。

【図16】図１６は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その１２）である。

【図17】図１７は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その１３）である。

【図18】図１８は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その１４）である。

【図19】図１９は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その１５）である。

【図20】図２０は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その１６）である。

【図21】図２１は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その１７）である。

【図22】図２２は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その１８）である。

【図23】図２３は、第１実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その１９）である。

【図24】図２４（ａ）は、図８の工程で得られる構造のうちのＩＩＩ−ＩＩＩ線における部分の断面図であり、図２４（ｂ）は、同じくそのＩＶ−ＩＶ線における部分の断面図である。

【図25】図２５（ａ）〜（ｃ）は、第１実施形態に係る化合物半導体装置におけるナノワイヤのエネルギーバンドを示す図である。

【図26】図２６は、第１実施形態のナノワイヤの電流−電圧特性を示すグラフである。

【図27】図２７（ａ）は、第１実施形態のナノワイヤのｎ型下部及び保護層のエネルギーバンドを示す図であり、図２７（ｂ）は、ｐ型上部及び保護層のエネルギーバンドを示す図である。

【図28】図２８は、第２実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その１）である。

【図29】図２９は、第２実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その２）である。

【図30】図３０は、第２実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その３）である。

【図31】図３１は、第２実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その４）である。

【図32】図３２は、第２実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その５）である。

【図33】図３３（ａ）は、図３０の工程で得られる構造のうちのＶ−Ｖ線における部分の断面図であり、図３３（ｂ）は、同じくそのＶＩ−ＶＩ線における部分の断面図である。

【図34】図３４は、第３実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その１）である。

【図35】図３５は、第３実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その２）である。

【図36】図３６は、第３実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その３）である。

【図37】図３７は、第３実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その４）である。

【図38】図３８は、第３実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図（その５）である。

【図39】図３９（ａ）は、図３６の工程で得られる構造のうちのＶＩＩ−ＶＩＩ線における部分の断面図であり、図３９（ｂ）は、同じくそのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における部分の断面図である。

【図40】図４０は、第４実施形態に係るエネルギー変換装置の回路図である。

【図41】図４１は、エサキダイオードとして動作するナノワイヤを備えた化合物半導体装置の構造の一例を示す断面図である。

【図42】図４２は、エサキダイオードがヘテロ接合となっている場合のナノワイヤのエネルギーバンドを示す図である。

【図43】図４３は、エサキダイオードとして動作するナノワイヤを備えた化合物半導体装置の構造の別例を示す断面図である。

【図44】図４４は、エサキダイオードがホモ接合となっている場合のナノワイヤのエネルギーバンドを示す図である。

【図45】図４５は、通常のダイオードとして動作するナノワイヤを備えた化合物半導体装置の構造の一例を示す断面図である。

【図46】図４６は、通常のダイオードがヘテロ接合となっている場合のナノワイヤのエネルギーバンドを示す図である。

【図47】図４７は、通常のダイオードとして動作するナノワイヤを備えた化合物半導体装置の構造の別例を示す断面図である。

【図48】図４８は、通常のダイオードがホモ接合となっている場合のナノワイヤのエネルギーバンドを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本実施形態の説明に先立ち、本願発明者が検討した事項について説明する。

【0019】

図１は、その検討に使用した化合物半導体装置の断面図である。

【0020】

この化合物半導体装置１は、前述のナノワイヤ型のバルクを採用したバックワードダイオードであり、半絶縁性のGaAs基板２の上にコンタクト層３及びマスク層４がこの順に形成される。

【0021】

このうち、コンタクト層３は、半導体に不純物が高濃度にドープされた高濃度ｎ型のGaAs層である。

【0022】

また、マスク層４は、コンタクト層３の一部が露出する開口４ａが設けられたSiO₂層であり、後述するナノワイヤをコンタクト層３の上に選択的に形成するときのマスクとなる。

【0023】

その開口４ａ内のコンタクト層３からナノワイヤ５が上に向かって伸びている。このナノワイヤ５はｎ型半導体のｎ型下部６とｐ型半導体のｐ型上部７を有し、このｎ型下部６とｐ型上部７が接合したｐｎ接合を形成する。

【0024】

この例では、ｎ型下部６としてｎ型不純物がドープされたｎ型InAsの線状体を形成し、ｐ型上部７としてｐ型不純物が高濃度にドープされた高濃度ｐ型GaAsSbの線状体を形成する。

【0025】

そのナノワイヤ５の側面５ａは、外部からの水分の進入を防止する水分防止絶縁層８で覆われる。この例では、水分防止絶縁層８としてAl₂O₃層を形成する。

【0026】

また、コンタクト層３の上には金属のカソード電極９が形成される。このカソード電極９は、熱処理によってコンタクト層３にオーミック接触する。

【0027】

そのカソード電極９を含めGaAs基板２の上側全面には、被覆絶縁膜１０としてＢＣＢ（benzocyclobutene）のような樹脂膜が形成されており、ナノワイヤ５はこの被覆絶縁膜１０に埋め込まれている。

【0028】

被覆絶縁膜１０及びナノワイヤ５の上には金属のアノード電極１１が形成される。このアノード電極１１は、熱処理によってｐ型上部７にオーミック接触する。

【0029】

また、被覆絶縁膜１０にはコンタクトホール１０ａが形成され、このコンタクトホール１０ａ内及び被覆絶縁膜１０の上に引き出し配線１２が形成される。この引き出し電極１２はカソード電極９に接続されている。

【0030】

このような化合物半導体装置１において、ナノワイヤ５に逆方向の電圧を印加したときには、ｐ型上部７の価電子帯の電子が、バンド間トンネリングによってｎ型下部６の伝導帯に輸送されて、電流が流れる。

【0031】

一方、ナノワイヤ５に順方向の電圧を印加したときには、ポテンシャル障壁によってｎ型下部６の伝導帯の電子はｐ型上部７の価電子帯に移動できず、またｐ型上部７の価電子帯の正孔もｎ型下部６の伝導帯に移動できず、電流は流れない。

【0032】

このような化合物半導体装置１によれば、ナノワイヤ５の側面５ａが水分防止絶縁層８で覆われているので、水分によるｐｎ接合の劣化を抑えることができ、長期間の使用が可能となる。

【0033】

しかし、このような化合物半導体装置１では、ナノワイヤ５の側面５ａを流れるリーク電流が発生することがある。その理由は以下のように考えられる。

【0034】

ナノワイヤ５のｎ型下部６に含まれるInやｐ型上部７に含まれるSbは、酸化して酸化物となったときでも導電性を示す。

【0035】

一方、ナノワイヤ５の側面５ａを覆っている水分防止絶縁層８は、ナノレベルの幅のナノワイヤ５にナノレベルの厚さの薄層を形成することが可能なALD（Atomic Layer Deposition）法によって形成される。

【0036】

しかも、そのALD法は、ナノワイヤ５へのダメージを抑えるためにプラズマを使用しないALD法が採用されることがある。

【0037】

このプラズマを使用しないALD法で水分防止絶縁層８としてAl₃O₂層を形成する場合には、原料ガスとしてAlを含む有機金属ガスと、酸化剤として水蒸気（H₂O）を使用し、基板温度を高温にする。

【0038】

このため、水分防止絶縁層８を形成しているときに、ナノワイヤ５の側面５ａのうちのｎ型下部６の側面６ａにInの導電性の酸化物が形成され、またｐ型上部７の側面７ａにSbの導電性の酸化物が形成されてしまう。

【0039】

その結果、これらの導電性の酸化物によってｎ型下部６とｐ型上部７が電気的に接続されてしまう。

【0040】

これにより、ナノワイヤ５に順方向の電圧を印加したときに、ナノワイヤ５の内部には電流が流れないにもかかわらず、その側面５ａにはリーク電流が流れてしまう。

【0041】

そして、このリーク電流が生じると、ナノワイヤ５に逆方向の電圧を印加したときに流れた電流の一部がリーク電流によって相殺されてしまうので、ダイオードの検波感度や電力変換効率が低下することになる。

【0042】

特に、ナノワイヤ型のｐｎ接合は、その細さからメサ型のｐｎ接合と比べると側面を流れるリーク電流の影響が大きい。その理由は以下の通りである。

【0043】

図２（ａ）は、メサ型のｐｎ接合の構造を示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩ−Ｉ線における断面図である。また、図３（ａ）は、ナノワイヤ型のｐｎ接合の構造を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。

【0044】

図２（ａ）に示すように、メサ型のｐｎ接合はｎ型下部１６とｐ型上部１７が接合したものであり、ｐｎ接合面１５ｂの幅dmは１μm〜１０μm程度である。

【0045】

一方、図３（ａ）に示すように、ナノワイヤ型のｐｎ接合は前述のｎ型下部６とｐ型上部７が接合したものであり、ｐｎ接合面５ｂの幅dwは１００nm（＝０．１μm）以下である。

【0046】

このように、ナノワイヤ型のｐｎ接合の幅dwは、メサ型のバルクの幅dmの１／１０〜１／１００程度であり、メサ型のｐｎ接合に比べて細い。

【0047】

ところで、ｐｎ接合の内部を流れる電流の大きさは、電流密度が一定であると仮定すると、基板面に平行な面で切断した断面の面積によって決まる。

【0048】

一方、ｐｎ接合の側面を流れるリーク電流の大きさは、単位長さ当たりのリーク電流の大きさが一定であると仮定すると、側面の周囲の長さによって決まる。

【0049】

ここで、ｐｎ接合の基板面に平行な面で切断した断面の形状が円形であると仮定すると、図２（ｂ）に示すように、メサ型のｐｎ接合では、ｐｎ接合面１５ｂの断面積Smはπdm^２／４となり、またｐｎ接合面１５ｂの周囲の長さLmはπdmとなる。

【0050】

一方、図３（ｂ）に示すように、ナノワイヤ型のｐｎ接合では、ｐｎ接合面５ｂの断面積Swはπdw^２／４となり、またｐｎ接合面５ｂの周囲の長さLwはπdwとなる。

【0051】

そうすると、ｐｎ接合の断面積Sに対する周囲の長さLの割合をL／Sとしたときに、ナノワイヤ型のｐｎ接合のLw／Sw（＝４／dw）は、メサ型のｐｎ接合のLm／Sm（＝４／dm）の１０倍〜１００倍程度となる。

【0052】

このことから、ナノワイヤ型のｐｎ接合は、内部を流れる電流に対する側面を流れるリーク電流の割合がメサ型のｐｎ接合よりも１０倍〜１００倍程度大きく、側面を流れるリーク電流の影響がかなり大きいといえる。

【0053】

なお、水分防止絶縁層８として、Al₃O₂層の代わりに、Al₃O₂層と同様の水分防止機能を有するSiO₂層を形成することも考えられる。

【0054】

しかしながら、プラズマを使用しないALD法によってSiO₂層を形成する場合には、酸化剤としてオゾン（O₃）が使用され、基板温度が高温になる。このため、この場合にも、ナノワイヤ５の側面５ａに導電性の酸化物が形成されてしまう。

【0055】

このような知見に鑑み、本実施形態では、以下のようにしてナノワイヤ型のｐｎ接合の側面を流れるリーク電流の発生を抑制する。

【0056】

（第１実施形態）
本実施形態に係る化合物半導体装置について、その製造方法を追いながら説明する。

【0057】

図４〜図２３は、本実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図である。

【0058】

本実施形態では、以下のようにしてナノワイヤ型のｐｎ接合を有するバックワードダイオードを備えた化合物半導体装置を製造する。

【0059】

まず、図４（ａ）に示すように、基板２０として半絶縁性のGaAs基板を用意する。そのGaAs基板の表面の面方位は、表面にＶ族原子のAsのみが並んだ（１１１）Ｂ面とする。

【0060】

なお、用意する基板２０は特に限定されない。例えば、InP基板やGaSb基板などの化合物半導体基板や、Si基板でもよい。

【0061】

また、その基板２０は導電性基板でもよい。但し、化合物半導体装置で高周波の電波を使用することを考慮すると、基板２０はキャリアが出にくい半絶縁性基板であることが好ましい。

【0062】

そして、その基板２０の上にMOVPE（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）法でコンタクト層２１としてGaAs層を２００nmの厚さに形成する。

【0063】

そのGaAs層を形成するための成長ガスは特に限定されない。例えば、Gaの原料ガスとしてトリエチルガリウム（(C₂H₅)₃Ga）を使用し、Asの原料ガスとしてアルシン（AsH₃）を使用し得る。

【0064】

また、前述のGaAs用の成長ガスにシランやジシラン等のシラン系のガスを添加することにより、GaAs層にｎ型不純物としてSiをドープする。更に、そのシラン系のガスの流量を調節することにより、本実施形態ではGaAs層におけるSiのドープ量を５×１０^１８cm^−２程度とする。

【0065】

次に、図４（ｂ）に示すように、基板２０の上側全面にCVD（Chemical Vapor Deposition）法でマスク層２２としてSiO₂層を５０nm程度の厚さに形成する。

【0066】

次に、図５（ａ）に示すように、マスク層２２の上に電子線レジストを塗布し、それを電子線によって露光した後に現像することにより、平面視で円形の開口２３ａを備えた第１のレジスト層２３を形成する。

【0067】

続いて、図５（ｂ）に示すように、第１のレジスト層２３の開口２３ａを通じてマスク層２２をドライエッチングすることにより、コンタクト層２１の一部が露出する１００nm程度の幅の円形の開口２２ａをマスク層２２に形成する。

【0068】

そのドライエッチングで使用するエッチングガスは特に限定されないが、例えば、CF₄のようなフッ素を含むガスをエッチングガスとして使用し得る。

【0069】

次に、図６（ａ）に示すように、第１のレジスト層２３の上と、マスク層２２の開口２２ａ内のコンタクト層２１の上に、蒸着法によってAu層２４を３０nm程度の厚さで形成する。

【0070】

続いて、図６（ｂ）に示すように、有機溶剤で第１のレジスト層２３を除去することにより、開口２２ａ内に形成されたAu層２４を触媒２４ａとしてコンタクト層２１の上に残す。このようなAu層２４のパターニング方法はリフトオフ法とも呼ばれる。

【0071】

次に、図７に示す工程について説明する。

【0072】

まず、不図示のチャンバ内に基板２０を入れ、基板温度を４００℃程度に上げることにより、触媒２４ａを液体化する。

【0073】

そして、そのチャンバ内にInAs用の成長ガスを供給することにより、コンタクト層２１を種結晶とし、液体化した触媒２４ａを溶媒としたVLS（Vapor Liquid Solid）法でマスク層２２の開口２２ａ内のコンタクト層２１からInAsの結晶を上に向かって成長させる。

【0074】

このとき、前述したように基板２０として表面の面方位が（１１１）Ｂ面のGaAs基板を使用しているので、コンタクト層２１が基板２０の面方位を引き継ぎ、このコンタクト層２１の表面からAsを含むInAsの結晶が上に向かって成長しやすくなる。

【0075】

そのInAs用の成長ガスは特に限定されない。例えば、Inの原料ガスとしてトリエチルインジウム（(C₂H₅)₃In）を使用し、Asの原料ガスとしてアルシン（AsH₃）を使用し得る。

【0076】

更に、前述のInAs用の成長ガスにシランやジシラン等のシラン系のガスを添加することにより、InAsにｎ型不純物としてSiをドープする。本実施形態では、InAsにSiを１×１０^１７cm^−３程度の濃度でドープしている。

【0077】

また、InAsを成長させるときの基板温度は特に限定されないが、例えば５００℃とする。

【0078】

このようにして、コンタクト層２１の上にナノワイヤ２５のｎ型下部２６としてｎ型InAsの線状体を形成する。このInAsの線状体の大きさは、例えば、幅はマスク層２２の開口２２ａよりも小さい８０nmで、長さは０．５〜１μmとする。

【0079】

続いて、InAs用の成長ガスの供給を停止して、上記のチャンバ内にGaAsSb用の成長ガスを供給することにより、前述の液体化した触媒２４ａを溶媒としたVLS法でｎ型下部２６からGaAsSbの結晶を上に向かって成長させる。

【0080】

そのGaAsSb用の成長ガスは特に限定されない。例えば、Gaの原料ガスとして前述のトリエチルガリウム（(C₂H₅)₃Ga）を使用し、Asの原料ガスとしてアルシン（AsH₃）を使用し、Sbの原料ガスとしてトリメチルアンチモン（(CH₃)₃Sb）を使用し得る。

【0081】

また、前述のGaAsSb用の成長ガスにジエチル亜鉛やジメチル亜鉛等の亜鉛を含む有機金属ガスを添加することにより、GaAsSbにｐ型不純物としてZnをドープする。更に、その有機金属ガスの流量を調節することにより、本実施形態ではGaAsSbにおけるZnのドープ量を１×１０^１８cm^−３程度とする。

【0082】

また、GaAsSbを成長させるときの基板温度は特に限定されないが、例えば、InAsと同じ５００℃とする。

【0083】

このようにして、ｎ型下部２６の上にｐ型上部２７として高濃度ｐ型GaAsSbの線状体を形成する。このGaAsSbの線状体の大きさは、例えば、幅はInAsの線状体と同じ８０nmで、長さは０．５〜１μmとする。

【0084】

以上により、ナノワイヤ２５にｎ型下部２６とｐ型上部２７が接合したｐｎ接合を形成する。

【0085】

その後、GaAsSb用の成長ガスの供給を停止する。

【0086】

次に、図８に示す工程について説明する。

【0087】

まず、上記のチャンバを引き続き使用し、基板温度を５００℃から４００℃に下げる。

【0088】

そして、そのチャンバ内にコンタクト層２１と同じGaAs用の成長ガスを供給する。但し、コンタクト層２１と異なり、そのGaAs用の成長ガスには不純物をドープするためのガスを添加しない。

【0089】

これにより、ナノワイヤ２５の側面２５ａからｉ型GaAsの結晶を基板面に平行な方向に成長させて、保護層２８としてｉ型GaAs層を形成する。

【0090】

その保護層２８は、格子不整合転位が入る直前の臨界膜厚以下の厚さ、例えば５nmの厚さに形成する。なお、保護層２８の厚さの範囲は原子層１層分（０．２nm）から１０nmくらいが目安であり、臨界膜厚を超えると結晶が壊れてリーク電流の原因となる。

【0091】

このため、この工程では、保護層２８の格子定数がｎ型下部２６及びｐ型上部２７の格子定数の各々からずれていても、保護層２８をｎ型下部２６の側面２６ａ及びｐ型上部２７の側面２７ａの各々に成長させることができる。

【0092】

図２４は、この工程で得られる構造の基板面に平行な面で切断した断面図である。図２４（ａ）は、図８のＩＩＩ−ＩＩＩ線における部分の構造を示し、図２４（ｂ）は、図８のＩＶ−ＩＶ線における部分の構造を示している。

【0093】

図８の工程を行うことにより、図２４（ａ）に示すようにｎ型下部２６の側面２６ａが保護層２８で覆われる。更に、図２４（ｂ）に示すようにｐ型上部２７の側面２７ａも保護層２８で覆われる。

【0094】

このようにして、ナノワイヤ２５の側面２５ａの全体が保護層２８で覆われる。

【0095】

その後、上記のチャンバから基板２０を取り出す。

【0096】

次に、図９に示す工程について説明する。

【0097】

図９に示すように、触媒２４ａの表面、保護層２８の表面の全体、及びマスク層２２の上に、プラズマを使用しないALD法で水分防止絶縁層２９としてAl₃O₂層を数nmの厚さに形成する。

【0098】

そのAl₃O₂層を形成するための成長ガスは特に限定されない。例えば、Alの原料ガスとしてトリメチルアルミニウム（(CH₃)₃Al）を使用し得て、酸化剤として水蒸気（H₂O）を使用し得る。

【0099】

また、このようにプラズマを使用しないALD法を使用することにより、プラズマによるダメージをナノワイヤ２５に与えるのを回避することができる。

【0100】

なお、Al₃O₂層の代わりに、ALD法で水分防止絶縁層２９としてSiO₂層やSiN層を形成してもよい。但し、SiO₂層やSiN層を形成する場合でも、プラズマによるダメージを回避するために、プラズマを使用しないALD法を使用することが好ましい。

【0101】

次に、図１０に示すように、基板２０の上側全面にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像することにより、開口３０ａを備えた第２のレジスト層３０を形成する。

【0102】

続いて、図１１に示すように、第２のレジスト層３０をマスクにしながら、水分防止絶縁層２９及びマスク層２２をドライエッチングすることにより、これらの層２９、２２の各々にコンタクト層２１の一部が露出する開口２９ｂ、２２ｂを形成する。

【0103】

そのドライエッチングで使用するエッチングガスは特に限定されないが、例えば、CF₄のようなフッ素を含むガスをエッチングガスとして使用し得る。

【0104】

次に、図１２に示すように、第２のレジスト層３０の上と、開口２９ｂ，２２ｂ内のコンタクト層２１の上に、蒸着法によって金属積層膜３１を形成する。

【0105】

その金属積層膜３１は、例えば下から順に厚さ約３０nmのAuGe層、及び厚さ約３００nmのAu層を積層した積層膜である。

【0106】

続いて、図１３に示すように、有機溶剤で第２のレジスト層３０を除去することにより、開口２９ｂ，２２ｂ内に形成された金属積層膜３１をカソード電極３１ａとしてコンタクト層２１の上に残す。

【0107】

更に、カソード電極３１ａに対して熱処理を行うことにより、カソード電極３１ａをコンタクト層２１にオーミック接触させる。

【0108】

次に、図１４に示すように、基板２０の上側全面に樹脂材料としてＢＣＢを塗布し、この樹脂を加熱して熱硬化させることにより、被覆絶縁膜３２として樹脂膜をナノワイヤ２５を完全に埋め込む程度の厚さに形成する。

【0109】

なお、その被覆絶縁膜３２の材料は特に限定されない。例えば、ＢＣＢの代わりにポリイミドやＳＯＧ（Spin on Glass）を使用し得る。

【0110】

但し、化合物半導体装置で高周波の電波を使用することを考慮すると、被覆絶縁膜３２の材料は信号の遅延時間が短くなる低誘電率の材料であることが好ましい。

【0111】

続いて、図１５に示すように、被覆絶縁膜３２の上面３２ｂをエッチバックすることにより、水分防止絶縁膜２９を露出させる。

【0112】

そのエッチバックで使用するエッチングガスは特に限定されないが、例えば、Al₂O₃をエッチング可能なCF₄のようなフッ素を含むガスとO₂ガスとの混合ガスをエッチングガスとして使用する。

【0113】

これにより、この工程では、水分防止絶縁層２９の上側の一部も除去される。

【0114】

このようにして、被覆絶縁膜３２の上面３２ｂに、触媒２４ａと保護層２８の上面２８ｂが露出する。

【0115】

一方、保護層２８の側面２８ａは水分防止絶縁層２９で覆われたままとなる。

【0116】

次に、図１６に示すように、基板２０の上側全面にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像することにより、その内側にナノワイヤ２５を含む開口３３ａを備えた第３のレジスト層３３を形成する。

【0117】

続いて、図１７に示すように、第３のレジスト層３３の上とその開口３３ａ内に蒸着法によって金属積層膜３４を形成する。

【0118】

その金属積層膜３４は、例えば下から順に厚さ約３０nmのAuZn層、及び厚さ約３００nmのAu層を積層した積層膜であり、触媒２４ａを覆う。

【0119】

次いで、図１８に示すように、有機溶剤で第３のレジスト層３３を除去することにより、第３のレジスト層３３の開口３３ａ内に形成されていた金属積層膜３４をアノード電極３４ａとして被覆絶縁膜３２の上に残す。

【0120】

更に、アノード電極３４に対して熱処理を行うことにより、ナノワイヤ２５上の触媒２４ａをアノード電極３４ａと合金化して一体化させると共に、アノード電極３４ａをナノワイヤ２５のｐ型上部２７にオーミック接触させる。

【0121】

次に、図１９に示すように、基板２０の上側全面にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像することにより、カソード電極３１ａの上方に開口３５ａを備えた第４のレジスト層３５を形成する。

【0122】

続いて、図２０に示すように、第４のレジスト層３５をマスクにしながら、被覆絶縁膜３２をドライエッチングすることにより、被覆絶縁膜３２にカソード電極３１ａの一部が露出するコンタクトホール３２ａを形成する。

【0123】

そのドライエッチングで使用するエッチングガスは特に限定されないが、例えば、前述のエッチバックで使用するエッチングガスと同じエッチングガスを使用し得る。

【0124】

その後、第４のレジスト層３５を除去する。

【0125】

次に、被覆絶縁膜３２の上、及びコンタクトホール３２ａの内壁に不図示のバリアメタル膜を形成する。続いて、図２１に示すように、基板２０の上側全面にフォトレジストを塗布し、それを露光、現像することにより、その内側にコンタクトホール３２ａを含む開口３６ａを備えた第５のレジスト層３６を形成する。

【0126】

続いて、図２２に示すように、バリアメタル膜をシード層にした電解メッキ法によって第５のレジスト層３６の開口３６ａの内壁やコンタクトホール３２ａを埋め込むAu膜３７を形成する。

【0127】

次に、図２３に示すように、有機溶剤で第５のレジスト層３６を除去することにより、第５のレジスト層３６の開口３６ａ内に形成されたAu膜３７を引き出し電極３７ａとして被覆絶縁膜３２の上に残す。その後、図示しないものの余分なシード層を除去する。

【0128】

以上により、本実施形態に係る化合物半導体装置４０の基本構造が完成する。

【0129】

図２５（ａ）〜（ｃ）は、その化合物半導体装置４０におけるナノワイヤ２５のエネルギーバンドを示す図である。

【0130】

なお、図２５（ａ）は平衡状態であるときのエネルギーバンドを示し、図２５（ｂ）はナノワイヤ２５に逆方向の電圧を印加したときのエネルギーバンドを示し、図２５（ｃ）はナノワイヤ２５に順方向の電圧を印加したときのエネルギーバンドを示す。

【0131】

本実施形態では、図７の工程でｎ型下部２６となるInAsのｎ型不純物の濃度を調整し、またｐ型上部２７となるGaAsSbのｐ型不純物の濃度を調整している。

【0132】

これにより、図２５（ａ）に示すように、平衡状態であるときには、ｎ型下部２６では、伝導帯の下端E_Cがフェルミ準位E_Fとほぼ一致するようになり、高濃度ｐ型上部２７では、価電子帯の上端E_Vがフェルミ準位E_Fよりも高くなる。

【0133】

そして、図２５（ｂ）に示すように、ナノワイヤ２５に逆方向の電圧を印加したときには、ｎ型下部２６とｐ型上部２７の界面におけるエネルギーバンドの曲がりが生じている部分Aが薄くなる。

【0134】

このため、ｐ型上部２７の価電子帯の電子が、バンド間トンネリングによってｎ型下部２６の伝導帯に輸送されて、電流が流れる。

【0135】

一方、図２５（ｃ）に示すように、ナノワイヤ２５に順方向の電圧を印加したときには、ポテンシャル障壁PBによってｎ型下部２６の伝導帯の電子はｐ型上部２７の価電子帯に移動できず、またｐ型上部２７の価電子帯の正孔もｎ型下部２６の伝導帯に移動できず、電流は流れない。

【0136】

図２６は、ナノワイヤ２５の電流−電圧特性を示すグラフである。

【0137】

このようにして、本実施形態のナノワイヤ２５は、図２６に示すようにバックワードダイオードとして動作するようになる。

【0138】

図２７（ａ）は、ナノワイヤ２５のｎ型下部２６及び保護層２８のエネルギーバンドを示す図であり、図２７（ｂ）は、ｐ型上部２７及び保護層２８のエネルギーバンドを示す図である。

【0139】

本実施形態によれば、図７の工程でｎ型下部２６となるInAsにｎ型不純物をドープし、またｐ型上部２７となるGaAsSbにｐ型不純物をドープし、更に図８の工程でナノワイヤ２５の側面２５ａの全体をｉ型半導体の保護層２８で覆っている。

【0140】

このようにして、図２７（ａ）に示すように保護層２８の伝導帯の下端E_Cをｎ型下部２６の伝導帯の下端E_Cよりも高くすると共に、図２７（ｂ）に示すように保護層２８の価電子帯の上端E_Vをｐ型上部２７の価電子帯の上端E_Vよりも低くしている。

【0141】

これにより、ナノワイヤ２５に順方向の電圧を印加したときに、ｎ型下部２６の伝導帯の電子は、保護層２８によるポテンシャル障壁PBを乗り越えらず、ｐ型上部２７の価電子帯に移動できなくなる。また、ｐ型上部２７の価電子帯の正孔も、保護層２８によるポテンシャル障壁PBを乗り越えらず、ｎ型下部２６の伝導帯に移動できなくなる。

【0142】

このため、ナノワイヤ２５に順方向の電圧を印加したときに生じるナノワイヤ２５の内部を流れるリーク電流を抑制することができる。

【0143】

また、本実施形態によれば、前述したようにナノワイヤ２５の側面２５ａの全体を保護層２８で覆っているので、図９の工程で水蒸気のような酸化剤を使用したとしても、酸化剤の水分や酸素がナノワイヤ２５の側面２５ａに進入するのを阻止することができる。

【0144】

これにより、ｎ型下部２６の側面２６ａ及びｐ型上部２７の側面２７ａは酸化されず、これらの側面２６ａ、２７ａにInの酸化物やSbの酸化物などの導電性の酸化物が形成されるのを抑制することができる。

【0145】

しかも、保護層２８はｉ型GaAsからなるので、その酸化剤によって酸化されたとしても保護層２８自体は導電性の酸化物にはならない。

【0146】

これらにより、ナノワイヤ２５の側面２５ａでは、導電性の酸化物によってｎ型下部２６とｐ型上部２７が電気的に接続されるのを抑制することができる。

【0147】

このため、ナノワイヤ２５に順方向の電圧を印加したときに生じるナノワイヤ２５の側面２５ａを流れるリーク電流を抑制することができる。

【0148】

特に、ナノワイヤ２５では、その細さから側面２５ａを流れるリーク電流の影響が大きいので、このリーク電流の発生を抑制することは効果的である。

【0149】

更に、本実施形態によれば、ナノワイヤ２５及び保護層２８を同じチャンバ内で連続して形成しているので、ナノワイヤ２５を形成してから保護層２８を形成するまでの間に基板２０が大気に曝されることがない。

【0150】

これにより、ナノワイヤ２５の側面２５ａに導電性の酸化物が形成されるのをより一層抑制することができる。

【0151】

このようにして、本実施形態では、ナノワイヤ２５の側面２５ａを流れるリーク電流を抑制することができるので、ダイオードの検波感度や電力変換効率が優れているというナノワイヤ２５本来の電気伝導特性を維持することができる。

【0152】

（第２実施形態）
第１実施形態では、ｎ型下部２６の側面２６ａ及びｐ型下部２７の側面２７ａの両方に保護層２８を形成したが、本実施形態では、これらの側面のうちの一方のみに保護層を形成する。

【0153】

図２８〜図３２は、本実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図である。なお、図２８〜図３２において、第１実施形態と同じ要素には第１実施形態におけるそれと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

【0154】

まず、第１実施形態の図４〜図６の工程を行うことにより、図２８に示すように、マスク層２２の開口２２ａ内のコンタクト層２１の上にナノワイヤ形成用の触媒２４ａが形成された構造を得る。

【0155】

次に、図２９に示す工程について説明する。

【0156】

まず、不図示のチャンバ内に基板２０を入れ、基板温度を４００℃程度に上げることにより、触媒２４ａを液体化する。

【0157】

そして、そのチャンバ内にInAs用の成長ガスを供給することにより、コンタクト層２１を種結晶とし、液体化した触媒２４ａを溶媒としたVLS法でコンタクト層２１からInAsの結晶を上に向かって成長させる。

【0158】

そのInAs用の成長ガスは第１実施形態と同じく、例えば、Inの原料ガスとしてトリエチルインジウムを使用し、Asの原料ガスとしてアルシンを使用し得る。更に、そのInAsにｎ型不純物としてSiを１×１０^１７cm^−３程度の濃度でドープする。

【0159】

また、InAsを成長させるときの基板温度も第１実施形態と同じく、例えば５００℃とする。

【0160】

一方、前述のInAs用の成長ガスのうち、ＩＩＩ族原子のInの原料ガスの流量を第１実施形態と同じにし、Ｖ族原子のAsの原料ガスの流量を第１実施形態よりも少なくすることにより、Inの原料ガスとAsの原料ガスとの流量比を変える。

【0161】

これにより、第１実施形態のInAsは閃亜鉛鉱型の結晶構造となるのに対し、本実施形態のInAsはウルツ鉱型の結晶構造になる。

【0162】

このようにして、コンタクト層２１の上にナノワイヤ４５のｎ型下部４６としてｎ型InAsの線状体を形成する。このInAsの線状体の大きさは第１実施形態と同じく、例えば、幅は８０nmで、長さは０．５〜１μmとする。

【0163】

一方、そのInAsの線状体の側面は、第１実施形態と異なりウルツ鉱型の結晶構造にすることにより、凹凸が少なくなり、比較的平坦となる。

【0164】

続いて、InAs用の成長ガスの供給を停止し、上記のチャンバ内にGaAsSb用の成長ガスを供給することにより、前述の液体化した触媒２４ａを溶媒としたVLS法でｎ型下部４６からGaAsSbの結晶を上に向かって成長させる。

【0165】

そのGaAsSb用の成長ガスも第１実施形態と同じく、例えば、Gaの原料ガスとしてトリエチルガリウムを使用し、Asの原料ガスとしてアルシン（AsH₃）を使用し、Sbの原料ガスとしてトリメチルアンチモンを使用し得る。更に、そのGaAsSbにｐ型不純物としてZnを１×１０^１８cm^−３程度の濃度でドープする。

【0166】

また、GaAsSbを成長させるときの基板温度も第１実施形態と同じく、例えば５００℃とする。

【0167】

更にまた、前述のGaAsSb用の成長ガスにおけるＩＩＩ族原子のGaの原料ガスとＶ族原子のSbの原料ガスとの流量比も第１実施形態と同じにする。これにより、本実施形態のGaAsSbは、第１実施形態と同じく閃亜鉛鉱型の結晶構造となる。

【0168】

このようにして、ｎ型下部４６の上にｐ型上部４７として高濃度ｐ型GaAsSbの線状体を形成する。このGaAsSbの線状体の大きさは第１実施形態と同じく、例えば、幅が８０nmで、長さは０．５〜１μmとする。

【0169】

また、そのGaAsSbの線状体の側面は、第１実施形態と同じく閃亜鉛鉱型の結晶構造にすることにより、凹凸が多くなる。

【0170】

以上により、ナノワイヤ４５にｎ型下部４６とｐ型上部４７が接合したｐｎ接合を形成する。

【0171】

その後、GaAsSb用の成長ガスの供給を停止する。

【0172】

次に、図３０に示す工程について説明する。

【0173】

上記のチャンバを引き続き使用し、基板温度を５００℃から４００℃に下げて、このチャンバ内に第１実施形態と同じｉ型GaAs用の成長ガスを供給する。

【0174】

これにより、ナノワイヤ４５の側面４５ａのうち、凹凸が多い閃亜鉛鉱型の結晶構造のｐ型上部４７の側面４７ａからｉ型GaAsの結晶を基板面に平行な方向に成長させて、保護層２８としてｉ型GaAs層を形成する。

【0175】

その保護層２８は、臨界膜厚以下の厚さ、例えば５nmの厚さに形成する。

【0176】

このため、この工程では、保護層２８の格子定数がｐ型上部４７の格子定数からずれていても、保護層２８をｐ型上部４７の側面４７ａに成長させることができる。

【0177】

一方、凹凸が少ないウルツ鉱型の結晶構造のｎ型下部４６の側面４６ａでは、ｉ型GaAsの結晶は基板面に平行な方向に成長しにくい。このため、ｎ型下部４６の側面４６ａからｉ型GaAsの結晶は殆ど成長しない。

【0178】

図３３は、この工程で得られる構造の基板面に平行な面で切断した断面図である。図３３（ａ）は、図３０のＶ−Ｖ線における部分の構造を示し、図３３（ｂ）は、図３０のＶＩ−ＶＩ線における部分の構造を示している。

【0179】

図３０の工程を行うことにより、図３３（ｂ）に示すようにｐ型上部４７の側面４７ａが保護層２８で覆われる。一方、図３３（ａ）に示すようにｎ型下部４６の側面４６ａは保護層２８で覆われずに露出する。

【0180】

このようにして、ナノワイヤ４５の側面４５ａのうちのｐ型上部４７の側面４７ａのみが保護層２８で覆われる。

【0181】

その後、上記のチャンバから基板２０を取り出す。

【0182】

次に、図３１に示す工程について説明する。

【0183】

図３１に示すように、触媒２４ａの表面、側面２８ａを含む保護層２８の表面の全体、ｎ型下部４６の側面４６ａ、及びマスク層２２の上に、プラズマを使用しないALD法で水分防止絶縁層２９としてAl₃O₂層を数nmの厚さに形成する。

【0184】

そのAl₃O₂層を形成するための成長ガスは第１実施形態と同じく、例えば、Alの原料ガスとしてトリメチルアルミニウムを使用し得て、酸化剤として水蒸気を使用し得る。

【0185】

なお、Al₃O₂層の代わりに、プラズマを使用しないALD法で水分防止絶縁層２９としてSiO₂層やSiN層を形成してもよい。

【0186】

この後は、第１実施形態で説明した図１０〜図２３の工程を行うことにより、図３２に示すように、本実施形態に係る化合物半導体装置５０の基本構造を完成させる。

【0187】

以上説明した本実施形態によれば、ナノワイヤ４５の側面４５ａのうちのｐ型上部４７の側面４７ａを保護層２８で覆っているので、図３１の工程で水蒸気のような酸化剤を使用したとしても、酸化剤の水分や酸素がｐ型上部４７の側面４７ａに進入するのを阻止することができる。

【0188】

これにより、ｐ型上部４７の側面４７ａは酸化されず、この側面４７ａにSbの酸化物のような導電性の酸化物が形成されるのを抑制することができる。

【0189】

一方、ｎ型下部４６の側面４６ａは保護層２８で覆われていないので、その酸化剤によってｎ型下部４６の側面４６ａが酸化されて、この側面４６ａにInの酸化物のような導電性の酸化物が形成される可能性がある。

【0190】

しかし、ｐ型上部４７の側面４７ａに導電性の酸化物が形成されないので、ナノワイヤ４５の側面４５ａでは、導電性の酸化物によってｎ型下部４６とｐ型上部４７が電気的に接続されるのを抑制することができる。

【0191】

このため、ナノワイヤ４５に順方向の電圧を印加したときに生じるナノワイヤ４５の側面４５ａを流れるリーク電流を抑制することができる。

【0192】

更に、本実施形態によれば、ナノワイヤ４５及び保護層２８を同じチャンバ内で連続して形成しているので、ナノワイヤ４５を形成してから保護層２８を形成するまでの間に基板が大気に曝されることがない。

【0193】

これにより、ナノワイヤ４５の側面４５ａに導電性の酸化物が形成されるのをより一層抑制することができる。

【0194】

このようにして、本実施形態でも、第１実施形態と同じくダイオードの検波感度や電力変換効率が優れているというナノワイヤ４５本来の電気伝導特性を維持することができる。

【0195】

なお、本実施形態ではナノワイヤ４５の側面４５ａのうちのｐ型上部４７の側面４７ａのみを保護層２８で覆う場合を例にして説明したが、ｎ型下部４６の側面４６ａのみを保護層２８で覆うようにしてもよい。

【0196】

ｎ型下部４６の側面４６ａのみを保護層２８で覆う場合には、図２９の工程で、InAs用の成長ガスにおけるＩＩＩ族原子のInの原料ガスとＶ族原子のAsの原料ガスとの流量比を第１実施形態と同じにして、ｎ型下部４６となるInAsを閃亜鉛鉱型の結晶構造にする。

【0197】

一方、GaAsSb用の成長ガスのうち、ＩＩＩ族原子のGaの原料ガスの流量を第１実施形態と同じにし、Ｖ族原子のSbの原料ガスの流量を第１実施形態よりも少なくして、Gaの原料ガスとAs、Sbの原料ガスとの流量比を変える。

【0198】

このようにして、ｐ型上部４７となるGaAsSbをウルツ鉱型の結晶構造にする。

【0199】

これにより、図３０の工程では、凹凸が多い閃亜鉛鉱型の結晶構造のｎ型下部４６の側面４６ａからｉ型GaAsの結晶が基板面に平行な方向に成長する一方で、凹凸が少ないウルツ鉱型の結晶構造のｐ型上部４７の側面４７ａからはｉ型GaAsの結晶は殆ど成長しなくなる。

【0200】

このようにして、ナノワイヤ４５の側面４５ａのうちのｎ型下部４６の側面４６ａのみが保護層２８で覆われるようになる。

【0201】

また、結晶構造を閃亜鉛鉱型からウルツ鉱型に変える方法は、前述したInAs用の成長ガス及びGaAsSb用の成長ガスのどちらか一方におけるＩＩＩ族原子の原料ガスとＶ族原子の原料ガスとの流量比を変えることに限定されない。

【0202】

例えば、これらの原料ガスの流量比を変えずに、ＩＩＩ族原子の原料ガス及びＶ族原子の原料ガスの流量の総量を増やすことにより、InAs及びGaAsSbのどちらか一方の成長速度を早くするようにしてもよい。

【0203】

このようにしても、InAs及びGaAsSbのどちらか一方の結晶構造を閃亜鉛鉱型からウルツ鉱型に変えることができる。

【0204】

（第３実施形態）
本実施形態では、第１実施形態及び第２実施形態とは別の方法でナノワイヤの側面に保護層を形成する。

【0205】

図３４〜図３８は、本実施形態に係る化合物半導体装置の製造途中の断面図である。なお、図３４〜図３８において、第１実施形態と同じ要素には第１実施形態におけるそれと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

【0206】

まず、第１実施形態の図４〜図６の工程を行うことにより、図３４に示すように、マスク層２２の開口２２ａ内のコンタクト層２１の上にナノワイヤ形成用の触媒２４ａが形成された構造を得る。

【0207】

次に、図３５に示す工程について説明する。

【0208】

まず、不図示のチャンバ内に基板２０を入れ、基板温度を４００℃程度に上げることにより、触媒２４ａを液体化する。

【0209】

そして、そのチャンバ内にInAs用の成長ガスを供給することにより、コンタクト層２１を種結晶とし、液体化した触媒２４ａを溶媒としたVLS法でコンタクト層２１からInAsの結晶を上に向かって成長させる。

【0210】

そのInAs用の成長ガスは第１実施形態と同じく、例えば、Inの原料ガスとしてトリエチルインジウムを使用し、Asの原料ガスとしてアルシンを使用し得る。更に、そのInAsにｎ型不純物としてSiを１×１０^１７cm^−３程度の濃度でドープする。

【0211】

また、InAsを成長させるときの基板温度は第１実施形態と同じく、例えば５００℃とする。

【0212】

一方、前述のInAs用の成長ガスのうち、ＩＩＩ族原子のInの原料ガスの流量を第１実施形態と同じにし、Ｖ族原子のAsの原料ガスの流量を第１実施形態よりも少なくすることにより、Inの原料ガスとAsの原料ガスとの流量比を変える。

【0213】

これにより、本実施形態のInAsは、第１実施形態と異なりウルツ鉱型の結晶構造になる。

【0214】

このようにして、コンタクト層２１の上にナノワイヤ４５のｎ型下部４６としてｎ型InAsの線状体を形成する。このInAsの線状体の大きさは第１実施形態と同じく、例えば、幅は８０nmで、長さは０．５〜１μmとする。

【0215】

続いて、InAs用の成長ガスの供給を停止し、上記のチャンバ内にGaAsSb用の成長ガスを供給することにより、前述の液体化した触媒２４ａを溶媒としたVLS法でｎ型下部４６からGaAsSbの結晶を上に向かって成長させる。

【0216】

そのGaAsSb用の成長ガスも第１実施形態と同じく、例えば、Gaの原料ガスとしてトリエチルガリウムを使用し、Asの原料ガスとしてアルシン（AsH₃）を使用し、Sbの原料ガスとしてトリメチルアンチモンを使用し得る。更に、そのGaAsSbにｐ型不純物としてZnを１×１０^１８cm^−３程度の濃度でドープする。

【0217】

また、GaAsSbを成長させるときの基板温度も第１実施形態と同じく、例えば５００℃とする。

【0218】

更にまた、前述のGaAsSb用の成長ガスにおけるＩＩＩ族原子のGaの原料ガスとＶ族原子のSbの原料ガスとの流量比も第１実施形態と同じにする。

【0219】

これにより、本実施形態のGaAsSbは、第１実施形態と同じく閃亜鉛鉱型の結晶構造となる。

【0220】

このようにして、ｎ型下部４６の上にｐ型上部４７として高濃度ｐ型GaAsSbの線状体を形成する。このGaAsSbの線状体の大きさは第１実施形態と同じく、例えば、幅が８０nmで、長さは０．５〜１μmとする。

【0221】

以上により、ナノワイヤ４５にｎ型下部４６とｐ型上部４７が接合したｐｎ接合を形成する。

【0222】

次に、図３６に示す工程について説明する。

【0223】

上記のチャンバを引き続き使用し、GaAsSb用の成長ガスのうちのSbの原料ガスと、Znをドープするための有機金属ガスの供給を停止して、基板温度を５００℃から４００℃に下げる。

【0224】

これにより、ナノワイヤ４５の側面４５ａのうち、凹凸が多い閃亜鉛鉱型の結晶構造のｐ型上部４７の側面４７ａからｉ型GaAsの結晶を基板面に平行な方向に成長させて、保護層５８としてｉ型GaAs層を形成する。

【0225】

その保護層５８は数原子層分の厚さに形成する。

【0226】

これにより、この工程では、保護層５８の格子定数がｐ型上部４７の格子定数からずれていても臨界膜厚より十分に薄いことから、保護層５８をｐ型上部４７の側面４７ａに成長させることができる。

【0227】

図３９は、この工程で得られる構造の基板面に平行な面で切断した断面図である。図３９（ａ）は、図３６のＶＩＩ−ＶＩＩ線における部分の構造を示し、図３９（ｂ）は、図３６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における部分の構造を示している。

【0228】

図３６の工程を行うことにより、図３９（ｂ）に示すようにｐ型上部４７の側面４７ａが保護層５８で覆われる。一方、図３９（ａ）に示すようにｎ型下部４６の側面４６ａは保護層５８で覆われずに露出する。

【0229】

このようにして、ナノワイヤ４５の側面４５ａのうちのｐ型上部４７の側面４７ａのみが保護層５８で覆われる。

【0230】

その後、上記のチャンバから基板２０を取り出す。

【0231】

次に、図３７に示す工程について説明する。

【0232】

図３７に示すように、触媒２４ａの表面、側面５８ａを含む保護層５８の表面の全体、ｎ型下部４６の側面４６ａ、及びマスク層２２の上に、プラズマを使用しないALD法で水分防止絶縁層２９としてAl₃O₂層を数nmの厚さに形成する。

【0233】

そのAl₃O₂層を形成するための成長ガスは第１実施形態と同じく、例えば、Alの原料ガスとしてトリメチルアルミニウムを使用し得て、酸化剤として水蒸気を使用し得る。

【0234】

なお、Al₃O₂層の代わりに、プラズマを使用しないALD法で水分防止絶縁層２９としてSiO₂層やSiN層を形成してもよい。

【0235】

この後は、第１実施形態で説明した図１０〜図２３の工程を行うことにより、図３８に示すように、本実施形態に係る化合物半導体装置６０の基本構造を完成させる。

【0236】

以上説明した本実施形態によれば、ナノワイヤ４５の側面４５ａのうちのｐ型上部４７の側面４７ａを保護層５８で覆っているので、図３７の工程で水蒸気のような酸化剤を使用したとしても、酸化剤の水分や酸素がｐ型上部４７の側面４７ａに進入するのを阻止することができる。

【0237】

これにより、ｐ型上部４７の側面４７ａは酸化されず、この側面４７ａにSbの酸化物などの導電性の酸化物が形成されるのを抑制することができる。

【0238】

しかも、保護層５８はｉ型GaAsからなるので、その酸化剤によって酸化されたとしても保護層５８自体は導電性の酸化物にはならない。

【0239】

一方、ｎ型下部４６の側面４６ａは保護層５８で覆われていない。

【0240】

しかし、ｐ型上部４７の側面４７ａに導電性の酸化物が形成されないので、ナノワイヤ４５の側面４５ａでは、導電性の酸化物によってｎ型下部４６とｐ型上部４７が電気的に接続されるのを抑制することができる。

【0241】

このため、ナノワイヤ４５に順方向の電圧を印加したときに生じるナノワイヤ４５の側面４５ａを流れるリーク電流を抑制することができる。

【0242】

更に、本実施形態によれば、ナノワイヤ４５及び保護層５８を同じチャンバ内で連続して形成しているので、ナノワイヤ４５を形成してから保護層５８を形成するまでの間に基板２０が大気に曝されることがない。

【0243】

これにより、ナノワイヤ４５の側面４５ａに導電性の酸化物が形成されるのをより一層抑制することができる。

【0244】

以上により、本実施形態でも、第１実施形態と同じくダイオードの検波感度や電力変換効率が優れているというナノワイヤ４５本来の電気伝導特性を維持することができる。

【0245】

ところで、上記した本実施形態では、保護層５８をｉ型GaAsのようにAsを含むｉ型半導体で形成している。

【0246】

そして、ｐ型上部４５をｐ型GaAsSbで形成する場合には、その保護層５８を形成する図３６の工程で、GaAsSb用の成長ガスのうちSbの原料ガスと、Znをドープするための有機金属ガスの供給を停止している。

【0247】

これに対し、例えば、ｐ型上部を後述するｐ型GaSbで形成する場合には、保護層５８を形成する図３６の工程では、GaSb用の成長ガスのうちSbの原料ガスと、Znをドープするための有機金属ガスの供給を停止して、Asの原料ガスとしてアルシン（AsH₃）を供給すればよい。

【0248】

また、上記した本実施形態では、ナノワイヤ４５の側面４５ａのうちのｐ型上部４７の側面４７ａのみを極薄の保護層５８で覆う場合を例にして説明したが、ｎ型下部４６の側面４６ａのみを極薄の保護層５８で覆うようにしてもよい。

【0249】

ｎ型下部４６の側面４６ａのみを極薄の保護層５８で覆う場合には、図３５の工程で、ｎ型下部４６のInAsを閃亜鉛鉱型の結晶構造にし、ｐ型上部４７のGaAsSbをウルツ鉱型の結晶構造にすればよい。

【0250】

更にまた、第１実施形態のようにｎ型下部２６の側面２６ａ及びｐ型上部２７の側面２７ａの両方、すなわちナノワイヤ２５の側面２５ａの全体を極薄の保護層５８で覆うようにしてもよい。

【0251】

ナノワイヤ２５の側面２５ａの全体を極薄の保護層５８で覆う場合には、図３５の工程で、ｎ型下部のInAs及びｐ型上部のGaAsSbの両方を閃亜鉛鉱型の結晶構造にすればよい。

【0252】

上記の第１実施形態〜第３実施形態では、バックワードダイオードとして動作するナノワイヤ２５、４５のｎ型下部２６、４６をｎ型InAsで形成し、ｐ型上部２７、４７をｐ型GaAsSbで形成する場合を例にして説明した。

【0253】

しかし、ｎ型下部２６、４６及びｐ型上部２７、４７の材料はこれに限定されるものではない。

【0254】

例えば、ｎ型下部を、Inを含むｎ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としてｎ型InGaAsで形成してもよい。また、ｐ型上部を、Sbを含むｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としてｐ型GaSbやｐ型AlGaSbで形成してもよい。

【0255】

更に、そのナノワイヤ２５、４５のｎ型下部２６、４６及びｐ型上部２７、４７のうちのｐ型上部２７、４７の不純物の濃度を高濃度にした場合を例にして説明したが、ｎ型下部２６、４６の不純物の濃度を高濃度にしてもよい。

【0256】

また、第１実施形態及び第２実施形態では、保護層２８、５８をｉ型GaAs結晶で形成する場合を例にして説明したが、ｉ型GaAs結晶と同じく酸化されたとしても導電性の酸化物にはならないｉ型のGaN、GaP、InP、又はInGaPの結晶で保護層を形成してもよい。

【0257】

（第４実施形態）
本実施形態では、第１実施形態〜第３実施形態で製造した化合物半導体装置を使用した電力変換装置について説明する。

【0258】

図４０は、その電力変換装置の回路図である。

【0259】

図４０に示すように、この電力変換装置７０は、アンテナ７１、整合回路７２、第１実施形態〜第３実施形態で製造した化合物半導体装置のいずれかである電力変換素子７３、昇圧回路７４、及びコンデンサ７５を備える。

【0260】

このうち、整合回路７２は、アンテナ７１で受信したマイクロ波のような高周波の電波RFのインピーダンスを整合する。

【0261】

電力変換素子７３は、前述のバックワードダイオードとして動作するナノワイヤ２５、４５を備えている。

【0262】

そのナノワイヤ２５、４５では、ｎ型下部２６、４６は、コンタクト層２１、カソード電極３１ａ、及び引き出し配線３７ａを介して整合回路７２に接続される。一方、ｐ型上部２７、４７は、アノード電極３４ａを介して接地される。

【0263】

このようにして、電力変換素子７３では、整合回路７２でインピーダンス整合された電波を入力し、これをナノワイヤ２５、４５によって直流電圧に変換する。

【0264】

昇圧回路７４は、電力変換素子７３で変換された電圧を昇圧する。そして、昇圧された電圧の電荷を電力としてコンデンサ７５に一時的に蓄える。

【0265】

そして、電力変換装置７０は、このようにして蓄えた電力を外部の機器７７、例えば、インターネットと接続可能な通信機能を備えた温度センサや湿度センサに供給する。

【0266】

以上説明した本実施形態によれば、電力変換素子７３が電力変換効率に優れたナノワイヤ２５、４５を備えているので、周囲の環境に微弱な電波しかなくてもその電波を効率良く電力に変換することができる。

【0267】

このため、送電設備のない環境でも前述の機器７７を駆動することが可能な電力変換装置７０を提供することができる。

【0268】

なお、本実施形態では、電力変換装置７０に電力変換素子７３を１つ備えた場合を例にして説明したが、電力変換素子７３を複数備えてもよい。これにより、電力変換装置７０ではより大きな電力を蓄えることができる。

【0269】

その電力変換素子７３を複数備えた電力変換装置では、１つの基板２０に複数のナノワイヤ２５、４５を形成して、その複数のナノワイヤ２５、４５の各々の側面２５ａ、４５ａを保護層２８、５８で覆うようにすればよい。

【0270】

また、本実施形態では、第１実施形態〜第３実施形態で製造した化合物半導体装置４０、５０、６０を電力変換装置７０の電力変換素子７３に適用した場合を例にして説明したが、これらの化合物半導体装置４０、５０、６０を受信装置の検波素子に適用してもよい。

【0271】

このように適用した受信装置によれば、検波素子が検波感度に優れたナノワイヤ２５、４５を備えているので、微弱な電波に対しても十分な検波特性を得ることができる。

【0272】

（その他の実施形態）
上記の第１実施形態〜第３実施形態では、バックワードダイオードとして動作するナノワイヤ２５、４５を備えた化合物半導体装置４０、５０、６０を例にして説明したが、ナノワイヤ２５、４５で動作するダイオードの種類はこれに限定されない。

【0273】

本実施形態では、化合物半導体装置のバリエーションについて説明する。

【0274】

＜エサキダイオード＞
本例のエサキダイオードは、バックワードダイオードと同じくトンネルダイオードであるが、バックワードダイオードと異なりｎ型下部及びｐ型上部の両方に不純物が高濃度にドープされている。

【0275】

図４１は、そのエサキダイオードとして動作するナノワイヤを備えた化合物半導体装置の構造の一例を示す断面図である。なお、図４１において、第１実施形態と同じ要素には第１実施形態におけるそれと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

【0276】

図４１に示すように、本例の化合物半導体装置８５において、エサキダイオードとして動作するナノワイヤ８１は、高濃度ｎ型半導体のｎ型下部８２と高濃度ｐ型半導体のｐ型上部８３を有する。

【0277】

そのｎ型下部８２の材料はｎ型InGaAsであり、ｐ型上部８３の材料はｐ型GaAsSbである。このように、本例のエサキダイオードはヘテロ接合となっている。

【0278】

図４２は、エサキダイオードがヘテロ接合となっている場合のナノワイヤのエネルギーバンドを示す図である。

【0279】

図４２に示すように、平衡状態であるときには、ｎ型下部８２では、伝導帯の下端E_Cがフェルミ準位E_Fよりも低くなり、ｐ型上部８３では、価電子帯の上端E_Vがフェルミ準位E_Fよりも高くなっている。

【0280】

そして、図４１に示すように、本例の化合物半導体装置８５でも、第１実施形態と同じく、ナノワイヤ８１の側面８１ａの全体をｉ型GaAs結晶の保護層２８で覆っている。

【0281】

これにより、ナノワイヤ８１の側面８１ａでは、Inの酸化物やSbの酸化物などの導電性の酸化物によってｎ型下部８２とｐ型上部８３とが電気的に接続されるのを抑制することができる。

【0282】

このため、ナノワイヤ８１に電圧を印加したときに生じるナノワイヤ８１の側面８１ａを流れるリーク電流を抑制することができる。

【0283】

なお、エサキダイオードはヘテロ接合に限定されない。

【0284】

図４３は、エサキダイオードとして動作するナノワイヤを備えた化合物半導体装置の構造の別例を示す断面図である。なお、図４３において、第１実施形態と同じ要素には第１実施形態におけるそれと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

【0285】

図４３に示すように、本例の化合物半導体装置９０において、エサキダイオードとして動作するナノワイヤ８６は、前述のナノワイヤ８５と同じく、高濃度ｎ型半導体のｎ型下部８７と高濃度ｐ型半導体のｐ型上部８８を有する。

【0286】

一方、そのナノワイヤ８５と異なり、ｎ型下部８７の材料はｎ型InGaAsであり、ｐ型上部８８の材料はｐ型InGaAsである。このように、本例のエサキダイオードはホモ接合となっている。

【0287】

図４４は、エサキダイオードがホモ接合となっている場合のナノワイヤのエネルギーバンドを示す図である。

【0288】

図４４に示すように、平衡状態であるときには、ｎ型下部８７では、伝導帯の下端E_Cがフェルミ準位E_Fよりも低くなり、ｐ型上部８８では、価電子帯の上端E_Vがフェルミ準位E_Fよりも高くなっている。

【0289】

そして、図４３に示すように、本例の化合物半導体装置９０でも、第１実施形態と同じく、ナノワイヤ８６の側面８６ａの全体をｉ型GaAs結晶の保護層２８で覆っている。

【0290】

これにより、ナノワイヤ８６の側面８６ａでは、Inの酸化物などの導電性の酸化物によってｎ型下部８７とｐ型上部８８とが電気的に接続されるのを抑制することができる。

【0291】

このため、ナノワイヤ８６に電圧を印加したときに生じるナノワイヤ８６の側面８６ａを流れるリーク電流を抑制することができる。

【0292】

＜通常のダイオード＞
本例の通常のダイオードとは、トンネルダイオードではないダイオードのことを意味する。

【0293】

その通常のダイオードは、バックワードダイオードやエサキダイオードと異なりｎ型下部及びｐ型上部の両方に不純物が低濃度にドープされている。

【0294】

図４５は、通常のダイオードとして動作するナノワイヤを備えた化合物半導体装置の構造の一例を示す断面図である。なお、図４５において、第１実施形態と同じ要素には第１実施形態におけるそれと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

【0295】

図４５に示すように、本例の化合物半導体装置９５において、通常のダイオードとして動作するナノワイヤ９１は、ｎ型半導体のｎ型下部９２とｐ型半導体のｐ型上部９３を有する。

【0296】

そのｎ型下部９２の材料はｎ型InGaAsであり、ｐ型上部９３の材料はｐ型GaAsSbである。このように、本例のダイオードはヘテロ接合となっている。

【0297】

図４６は、通常のダイオードがヘテロ接合となっている場合のナノワイヤのエネルギーバンドを示す図である。

【0298】

図４６に示すように、平衡状態であるときには、ｎ型下部９２では、伝導帯の下端E_Cがフェルミ準位E_Fよりも高くなり、ｐ型上部９３では、価電子帯の上端E_Vがフェルミ準位E_Fよりも低くなっている。

【0299】

そして、図４５に示すように、本例の化合物半導体装置９５でも、第１実施形態と同じく、ナノワイヤ９１の側面９１ａの全体をｉ型GaAs結晶の保護層２８で覆っている。

【0300】

これにより、ナノワイヤ９１の側面９１ａでは、Inの酸化物やSbの酸化物などの導電性の酸化物によってｎ型下部９２とｐ型上部９３とが電気的に接続されるのを抑制することができる。

【0301】

このため、ナノワイヤ９１に電圧を印加したときに生じるナノワイヤ９１の側面９１ａを流れる側面リーク電流を抑制することができる。

【0302】

なお、その通常のダイオードはヘテロ接合に限定されない。

【0303】

図４７は、通常のダイオードとして動作するナノワイヤを備えた化合物半導体装置の構造の別例を示す断面図である。なお、図４７において、第１実施形態と同じ要素には第１実施形態におけるそれと同じ符号を付し、以下ではその説明を省略する。

【0304】

図４７に示すように、本例の化合物半導体装置１００において、通常のダイオードとして動作するナノワイヤ９６は、前述のナノワイヤ９５と同じく、ｎ型半導体のｎ型下部９７とｐ型半導体のｐ型上部９８を有する。

【0305】

一方、そのナノワイヤ９５と異なり、ｎ型下部９７の材料はｎ型InGaAsであり、ｐ型上部９８の材料はｐ型InGaAsである。このように、本例のダイオードはホモ接合となっている。

【0306】

図４８は、ダイオードがホモ接合となっている場合のナノワイヤのエネルギーバンドを示す図である。

【0307】

図４８に示すように、平衡状態であるときには、ｎ型下部９７では、伝導帯の下端E_Cがフェルミ準位E_Fよりも高くなり、ｐ型上部９８では、価電子帯の上端E_Vがフェルミ準位E_Fよりも低くなっている。

【0308】

そして、図４７に示すように、本例の化合物半導体装置１００でも、第１実施形態と同じく、ナノワイヤ９６の側面９６ａの全体をｉ型GaAs結晶の保護層２８で覆っている。

【0309】

これにより、ナノワイヤ９６の側面９６ａでは、Inの酸化物などの導電性の酸化物によってｎ型下部９７とｐ型上部９８とが電気的に接続されるのを抑制することができる。

【0310】

このため、ナノワイヤ９６に電圧を印加したときに生じるナノワイヤ９６の側面９６ａを流れる側面リーク電流を抑制することができる。

【0311】

なお、以上説明した本実施形態では、ｎ型下部８２、８７、９２、９７及びｐ型上部８３、８８、９３、９８の材料としてInGaAs又はGaAsSbを使用した場合を例にして説明したが、これらの材料としてGaAs、InP、GaN、又はSiを使用してもよい。

【0312】

以上説明した各実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

【0313】

（付記１）基板と、
前記基板から上に伸びた線状の化合物半導体であり、第１の導電型の下部と、前記下部の上に伸びた第２の導電型の上部とを備えた線状半導体と、
前記線状半導体の側面を覆うｉ型化合物半導体結晶の保護層と
を有することを特徴とする化合物半導体装置。

【0314】

（付記２）前記第１の導電型はｎ型であり、前記第２の導電型はｐ型であり、
前記保護層の伝導帯の下端が前記下部の伝導帯の下端よりも高く、前記保護層の価電子帯の上端が前記上部の価電子帯の上端よりも低いことを特徴とする付記１に記載の化合物半導体装置。

【0315】

（付記３）前記保護層は、前記線状半導体において前記下部及び前記上部の両方を覆うことを特徴とする付記１又は付記２に記載の化合物半導体装置。

【0316】

（付記４）前記保護層は、前記線状半導体において前記下部及び前記上部のうちの一方を覆うことを特徴とする付記１又は付記２に記載の化合物半導体装置。

【0317】

（付記５）前記保護層は、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、及びＩｎＧａＰのいずれか１つからなることを特徴とする付記１乃至付記４のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。

【0318】

（付記６）前記基板から複数の前記線状半導体が上に伸びていて、
前記複数の線状半導体の各々の側面が、前記保護層に覆われたことを特徴とする付記１乃至付記５のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。

【0319】

（付記７）前記保護層の表面を覆い、前記保護層への水分の進入を防止する水分防止絶縁層を有することを特徴とする付記１乃至付記６のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。

【0320】

（付記８）電波を受信する受信部と、
前記受信部で受信した電波を電圧に変換する変換部と
を有し、
前記変換部は、
基板と、
前記基板から上に伸びた線状の化合物半導体であり、前記電波が入力される第１の導電型の下部と、前記下部の上に伸びた第２の導電型の上部とを備えた線状半導体と、
前記線状半導体の側面を覆うｉ型化合物半導体結晶の保護層と
を有することを特徴とする受信機。

【0321】

（付記９）基板から第１の導電型の化合物半導体を上に向かって線状に成長させることにより、前記基板の上に線状半導体の下部を形成する工程と、
前記下部から第２の導電型の化合物半導体を上に向かって線状に成長させることにより、前記下部の上に前記線状半導体の上部を形成する工程と、
前記線状半導体の側面にｉ型化合物半導体結晶の保護層を成長させる工程と
を有することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。

【0322】

（付記１０）前記保護層を成長させる工程では、前記線状半導体において前記下部及び前記上部の両方に前記保護層を成長させることを特徴とする付記９に記載の化合物半導体装置の製造方法。

【0323】

（付記１１）前記保護層を成長させる工程では、前記線状半導体において前記下部及び前記上部のうちの一方に前記保護層を成長させることを特徴とする付記９に記載の化合物半導体装置の製造方法。

【0324】

（付記１２）前記保護層を成長させる工程では、前記保護層を臨界膜厚以下の膜厚にすることを特徴とする付記９乃至付記１１のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。

【0325】

（付記１３）前記保護層は、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、及びＩｎＧａＰのいずれか１つからなることを特徴とする付記９乃至付記１２のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。

【0326】

（付記１４）前記線状半導体の前記下部を形成する工程、前記上部を形成する工程、及び前記保護層を成長させる工程を、前記基板を大気に曝すことなく行うことを特徴とする付記９乃至付記１３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。

【0327】

（付記１５）前記保護層を成長させる工程の後に、
前記保護層の表面に、前記保護層への水分の進入を防止する水分防止絶縁層を形成する工程を有することを特徴とする付記９乃至付記１４のいずれか１項に記載の化合物半導体装置の製造方法。

【0328】

（付記１６）前記水分防止絶縁層を形成する工程を、プラズマを使用しないＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によって行うことを特徴とする付記１５に記載の化合物半導体装置の製造方法。

【符号の説明】

【0329】

１，４０，５０，６０，８５，９０，９５，１００…化合物半導体装置、２，２０…基板、３，２１…コンタクト層、４，２２…マスク層、５，２５，４５，８１，８６，９１，９６…ナノワイヤ、５ａ，２５ａ，４５ａ，８１ａ，８６ａ，９１ａ，９６ａ…ナノワイヤの側面、６，２６，４６，８２，８７，９２，９７…ｎ型下部、６ａ，２６ａ，４６ａ，８２ａ，８７ａ，９２ａ，９７ａ…ｎ型下部の側面、７，２７，４７，８３，８８，９３，９８…ｐ型下部、７ａ，２７ａ，４７ａ，８３ａ，８８ａ，９３ａ，９８ａ…ｐ型下部の側面、２８，５８…保護層、２８ａ，５８ａ…保護層の側面、８，２９…水分防止絶縁層、９，３１ａ…カソード電極、１０，３２…被覆絶縁膜、１１，３４ａ…アノード電極、７０…電力変換装置、７１…アンテナ、７３…電力変換素子。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】

【図42】

【図43】

【図44】

【図45】

【図46】

【図47】

【図48】