JP5190923B2 - Nitride semiconductor transistor having GaN as channel layer and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は窒化物半導体材料を用いた電子デバイスに関し、特にキャップ層を有しGaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタ及びその作製方法に関するものである。   The present invention relates to an electronic device using a nitride semiconductor material, and more particularly to a nitride semiconductor transistor having a cap layer and using GaN as a channel layer and a method for manufacturing the same.

バンドギャップの大きい窒化物半導体材料であるGaNは、絶縁破壊電圧が高い、飽和ドリフト速度が大きい、などの特徴がある。そのためGaN材料を用いれば、シリコン系の電子デバイスと比較し、耐圧特性を犠牲にすることなく低抵抗化が可能である。また化学的に安定で、よって高温で安定なため、大出力化が必要な電子デバイスの材料に用いることが可能である。   GaN, which is a nitride semiconductor material having a large band gap, has features such as a high breakdown voltage and a high saturation drift speed. Therefore, if a GaN material is used, the resistance can be reduced without sacrificing the withstand voltage characteristics as compared with a silicon-based electronic device. Further, since it is chemically stable and thus stable at a high temperature, it can be used as a material for an electronic device that requires high output.

電子デバイスに用いるGaNは、良質な結晶成長が可能な六方晶系に属するウルツ鉱型の結晶であり、結晶方位のc軸方向に分極を持つ。そのため、c面に平行にAlGaN/GaN接合などのヘテロ接合構造を形成すれば、ピエゾ効果によりヘテロ接合界面にプラスの空間固定電荷を発生させることができる。これを利用してヘテロ接合界面に2次元電子ガスを形成できる。   GaN used for electronic devices is a wurtzite crystal belonging to the hexagonal system capable of high-quality crystal growth, and has polarization in the c-axis direction of the crystal orientation. Therefore, if a heterojunction structure such as an AlGaN / GaN junction is formed in parallel to the c-plane, a positive space fixed charge can be generated at the heterojunction interface due to the piezoelectric effect. By utilizing this, a two-dimensional electron gas can be formed at the heterojunction interface.

このため、トランジスタ等において、キャリアが走行する、つまり電子の走行するチャンネル部分の形成には、c面と平行に形成されたAlGaN/GaNヘテロ接合やInAlN/GaNヘテロ接合が用いられる。   For this reason, in a transistor or the like, an AlGaN / GaN heterojunction or an InAlN / GaN heterojunction formed in parallel with the c-plane is used to form a channel portion in which carriers travel, that is, electrons travel.

現在主に製造されているヘテロ接合に形成されたチャンネルを用いる電子デバイスは、AlGaN/GaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタである。このトランジスタは次のように作製される。層構造としては基板上に約2〜3μmのノンドープのGaNを成長し、その上にAlGaNバリアー層を10〜50nm程度成長する。AlGaNバリアー層には、オーミック抵抗の低減のため、n型のドーピングを行う。ソース電極とドレイン電極は、Ti/Al/Auなどの金属を用いて、AlGaNバリアー層上の形成される。またゲート電極には、Ni/AuやPt等の金属が用いられる。   An electronic device using a channel formed in a heterojunction mainly produced at present is a nitride semiconductor transistor having AlGaN / GaN as a channel layer. This transistor is manufactured as follows. As a layer structure, about 2 to 3 μm of non-doped GaN is grown on a substrate, and an AlGaN barrier layer is grown on the substrate to a thickness of about 10 to 50 nm. The AlGaN barrier layer is n-type doped to reduce ohmic resistance. The source electrode and the drain electrode are formed on the AlGaN barrier layer using a metal such as Ti / Al / Au. A metal such as Ni / Au or Pt is used for the gate electrode.

一方、AlGaN/GaNヘテロ接合を形成するAlGaN層表面には、表面準位が存在する。AlGaN層は10〜50nmと薄いため、AlGaN/GaNヘテロ接合部に形成されたチャンネル内の電子は、電界で加速されると容易にAlGaN層を通り抜ける。   On the other hand, a surface level exists on the surface of the AlGaN layer forming the AlGaN / GaN heterojunction. Since the AlGaN layer is as thin as 10 to 50 nm, electrons in the channel formed in the AlGaN / GaN heterojunction easily pass through the AlGaN layer when accelerated by an electric field.

この通り抜けた電子は、AlGaN層表面の表面準位にトラップされるが、この表面準位のエネルギーが伝導帯端よりも深いエネルギーの位置にあるため、トラップされた電子は容易にもどることができない。表面準位の深さにも依存するが、数秒から数分以上かかる。その結果、チャンネル内を流れる電流量が減少することが起こる。これは、電流コラプスと呼ばれる。   The electrons that have passed through are trapped in the surface level of the surface of the AlGaN layer, but the trapped electrons cannot easily return because the energy of the surface level is at a position deeper than the conduction band edge. . Although it depends on the depth of the surface level, it takes several seconds to several minutes. As a result, the amount of current flowing in the channel is reduced. This is called current collapse.

電子デバイスを実用する場合には、これは大きな問題となる。トランジスタに同じドレイン電圧を加えているにもかかわらず、時間経過とともにドレイン電流が減少する。またドレイン電圧が高いほど、電流コラプスが大きく、窒化物半導体トランジスタをスイッチングデバイスとして用いる場合には、大きな問題となる。   This becomes a big problem when an electronic device is put into practical use. Despite applying the same drain voltage to the transistor, the drain current decreases with time. Also, the higher the drain voltage, the larger the current collapse, which becomes a serious problem when using a nitride semiconductor transistor as a switching device.

電流コラプスを低減するために、GaNキャップで半導体表面を覆う方法がある(非特許文献1)。これによりAlGaN表面に形成される表面準位の影響は防げるが、GaNキャップ層上には、まだ深い準位が残されており、スイッチングデバイスのように、必要とされる耐圧の高いデバイスでは改善する必要がある。   In order to reduce current collapse, there is a method of covering a semiconductor surface with a GaN cap (Non-patent Document 1). This prevents the effect of the surface level formed on the AlGaN surface, but the deep level is still left on the GaN cap layer, which is improved for devices with high required breakdown voltage such as switching devices. There is a need to.

また、GaNキャップを用いる素子において、AlGaNバリアー層から半導体表面のGaNキャップ層に至るまで、連続的に組成を変化させる構造がある(特許文献2)。これにより電流コラプスの低減と、ホールの形成を防ぐことができるとされている。しかしながら、GaNキャップ層上の準位が残る問題点がある。   In addition, an element using a GaN cap has a structure in which the composition is continuously changed from the AlGaN barrier layer to the GaN cap layer on the semiconductor surface (Patent Document 2). This is said to reduce current collapse and prevent the formation of holes. However, there is a problem that the level on the GaN cap layer remains.

さらに、ゲートとドレイン間の半導体表面側のGaN層又はp型GaNキャップ層上にフィールドプレートを形成する方法が示されているが、空乏層領域でのアバランシェ増幅により発生したホールの排出を容易にする構造として用いられている(特許文献1)。これについてもGaNキャップ層上に形成される表面準位の問題がある。またホールの排出をさらに効果的に行うために、p型InGaNキャップ層を用いる例も示されているが、コンタクト抵抗を下げ、フィールドプレート電極を通してホールの排出を容易にするためのものである。
特開2004−34907号公報 米国特許出願第2005/0077541号公開明細書 Applied PhysicsLetters, vol. 85, No. 23, pp. 5745, 2004
Furthermore, although a method of forming a field plate on the GaN layer or p-type GaN cap layer on the semiconductor surface side between the gate and drain is shown, it is easy to discharge holes generated by avalanche amplification in the depletion layer region. (Patent Document 1). This also has a problem of the surface level formed on the GaN cap layer. Also, an example using a p-type InGaN cap layer is shown in order to more effectively discharge holes, but this is for reducing the contact resistance and facilitating the discharge of holes through the field plate electrode.
JP 2004-34907 A US Patent Application No. 2005/0077541 Published Specification Applied PhysicsLetters, vol. 85, No. 23, pp. 5745, 2004

したがって本発明が解決しようとする課題は、GaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタにおいて、ヘテロ接合構造に形成されたチャンネル内の電子が加速された場合に、容易に表面準位にトラップされないようにすることである。またトラップされた電子が容易に戻れるようにすることである。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is that in a nitride semiconductor transistor using GaN as a channel layer, when electrons in a channel formed in a heterojunction structure are accelerated, they are not easily trapped in the surface state. Is to do. Also, the trapped electrons can be easily returned.

すなわち本発明では、次のようなGaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタとその作製方法を提供することにより課題は解決される。
(1)ドレインとゲートの間又はゲートとソースの間の半導体表面に、In及びN並びに、Al及び/又はGaを含有し、格子定数がGaN結晶よりも大きいキャップ層を有する、GaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタ。
(2)上記キャップ層がp型ドーピングされている、(1)に記載のGaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタ。
(3)上記キャップ層は、チャンネル側の界面を除いて、p型ドーピングされている、(1)に記載のGaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタ。
(4)上記p型ドーピングのドーパント濃度が5×1018cm-3以上である、(2)又は(3)に記載のGaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタ。
(5)上記キャップ層は、チャンネル側の界面にn型ドーパントが、デルタドープされている、(1)に記載のGaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタ。
(6)上記n型ドーパントの濃度が、1×1018cm-3以下である、(5)に記載のGaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタ。
(7)上記キャップ層の格子定数が、半導体表面に行くに従いステップ状に大きくなるように変化していることを特徴とする(1)に記載のGaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタ。
(8)上記キャップ層の格子定数が、半導体表面に行くに従い連続的に大きくなるように変化していることを特徴とする(1)に記載のGaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタ。
(9)キャリアを生成する効果のあるバリアー層の厚さが、ゲート部のみ薄くなっており、ソースとドレイン間の半導体表面上の全面に平坦化されたキャップ層が形成してある構造を持つ(1)に記載のGaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタ。
(10)キャリアを生成する効果のあるバリアー層のゲート部にリセス構造を形成した後に、ソースとドレイン間の半導体表面上の全面に、再成長によりキャップ層を形成する工程を含む、(9)に記載のGaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタの作製方法。
That is, in the present invention, the problem is solved by providing the following nitride semiconductor transistor having GaN as a channel layer and a manufacturing method thereof.
(1) A channel layer of GaN having a cap layer containing In and N and Al and / or Ga and having a lattice constant larger than that of a GaN crystal on a semiconductor surface between the drain and the gate or between the gate and the source Nitride semiconductor transistor.
(2) The nitride semiconductor transistor using GaN as a channel layer according to (1), wherein the cap layer is p-type doped.
(3) The nitride semiconductor transistor using GaN as a channel layer according to (1), wherein the cap layer is p-type doped except for an interface on the channel side.
(4) The nitride semiconductor transistor using GaN as a channel layer according to (2) or (3), wherein the dopant concentration of the p-type doping is 5 × 10 18 cm −3 or more.
(5) The nitride semiconductor transistor using GaN as a channel layer according to (1), wherein the cap layer is delta-doped with an n-type dopant at a channel side interface.
(6) The nitride semiconductor transistor using GaN as a channel layer according to (5), wherein the concentration of the n-type dopant is 1 × 10 18 cm −3 or less.
(7) The nitride semiconductor transistor using GaN as a channel layer according to (1), wherein the lattice constant of the cap layer changes in a stepwise manner toward the semiconductor surface.
(8) The nitride semiconductor transistor using GaN as a channel layer according to (1), wherein the lattice constant of the cap layer changes so as to increase continuously toward the semiconductor surface.
(9) The barrier layer having the effect of generating carriers has a structure in which only the gate portion is thin, and a flattened cap layer is formed on the entire surface of the semiconductor surface between the source and drain. The nitride semiconductor transistor which uses GaN as described in (1) as a channel layer.
(10) including a step of forming a cap layer by regrowth over the entire surface of the semiconductor surface between the source and drain after forming a recess structure in the gate portion of the barrier layer having an effect of generating carriers. A method for producing a nitride semiconductor transistor using GaN as a channel layer according to claim 1.

本発明によれば、GaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタにおいて、電流コラプスを低減させることができる。   According to the present invention, current collapse can be reduced in a nitride semiconductor transistor having GaN as a channel layer.

本発明で用いることの可能な窒化物半導体材料は、III族元素とV族元素から構成される窒素を含む半導体である。主な結晶の構造は、良質な結晶成長が可能な六方晶系に属するウルツ鉱型の結晶であり、結晶方位のc軸方向に分極を持つものである。   The nitride semiconductor material that can be used in the present invention is a semiconductor containing nitrogen composed of a group III element and a group V element. The main crystal structure is a wurtzite crystal belonging to the hexagonal system capable of high-quality crystal growth, and has polarization in the c-axis direction of the crystal orientation.

キャリアが走行するチャンネル部分には、GaNなどの二元素からなる結晶が適している。これは、AlGaNやInGaN、InAlNなどの三元素の混晶さらに四元素の混晶は、組成の不均一性から生じる合金散乱が大きいためである。しかしながら、Inについては電子の有効質量を小さくできることから、InGaN、InAlNの場合には、移動度の向上が期待できる。   A crystal composed of two elements such as GaN is suitable for the channel portion where the carrier travels. This is because a mixed crystal of three elements such as AlGaN, InGaN, and InAlN, and further a mixed crystal of four elements has a large alloy scattering resulting from the nonuniform composition. However, since the effective mass of electrons can be reduced for In, in the case of InGaN and InAlN, improvement in mobility can be expected.

また用いることが可能なヘテロ接合チャンネルは、AlGaN/GaNヘテロ接合、AlGaInN/GaNヘテロ接合、InAlN/GaNヘテロ接合などのシングルヘテロ構造である。また、AlGaN/GaN/AlGaN、InAlN/GaN/InAlNなどのダブルヘテロ構造などにも用いることが可能である。ダブルヘテロ構造の場合には、バリアーに挟まれた井戸部がチャンネルである。   The heterojunction channel that can be used is a single heterostructure such as an AlGaN / GaN heterojunction, an AlGaInN / GaN heterojunction, or an InAlN / GaN heterojunction. It can also be used for double heterostructures such as AlGaN / GaN / AlGaN and InAlN / GaN / InAlN. In the case of a double heterostructure, a well portion sandwiched between barriers is a channel.

以下本発明についてAlGaN/GaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタに用いた実施例を例示して詳細に説明する。
(実施例1)
図1は、本発明によるInGaNキャップ層を有するAlGaN/GaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタの構造を示す。
Hereinafter, the present invention will be described in detail by exemplifying an example used for a nitride semiconductor transistor having AlGaN / GaN as a channel layer.
Example 1
FIG. 1 shows a structure of a nitride semiconductor transistor having an InGaN cap layer and an AlGaN / GaN channel layer according to the present invention.

トランジスタの半導体結晶構造を形成するための結晶基板1としては、サファイア基板、SiC基板、シリコン基板、GaN基板等が用いられる。結晶成長には、MOCVD法でよい。基板側から低温成長GaNバッファ層2などの結晶性を向上させる構造を形成した後に、高抵抗のGaN層3を成長する。   As the crystal substrate 1 for forming the semiconductor crystal structure of the transistor, a sapphire substrate, a SiC substrate, a silicon substrate, a GaN substrate, or the like is used. For crystal growth, MOCVD may be used. After forming a structure for improving crystallinity such as the low-temperature growth GaN buffer layer 2 from the substrate side, the high-resistance GaN layer 3 is grown.

その後AlGaNバリアー層4を成長する。チャンネルは、高抵抗のGaN層3とAlGaNバリアー層4のヘテロ接合面の高抵抗GaN層3側に形成される。AlGaNバリアー層4には、必要に応じて一部分もしくは全体にn型ドーピングを行う。   Thereafter, an AlGaN barrier layer 4 is grown. The channel is formed on the high resistance GaN layer 3 side of the heterojunction surface of the high resistance GaN layer 3 and the AlGaN barrier layer 4. The AlGaN barrier layer 4 is partly or wholly n-type doped as necessary.

その後InGaN層5を成長させる。In組成が4%、InGaN層厚5nmでも効果があった。またIn組成が15%の場合には、より強い効果があった。   Thereafter, the InGaN layer 5 is grown. The effect was obtained even when the In composition was 4% and the InGaN layer thickness was 5 nm. When the In composition was 15%, a stronger effect was obtained.

つぎに、トランジスタにチャンネルとして用いるヘテロ接合構造のみを残して、メサ構造を形成する。つまりヘテロ接合構造に形成される二次元電子ガスを通して他の素子との不必要な電気的導通を防ぐために、素子と素子の間のヘテロ接合構造を除去し電気的に分離する。   Next, a mesa structure is formed leaving only the heterojunction structure used as a channel for the transistor. That is, the heterojunction structure between elements is removed and electrically separated in order to prevent unnecessary electrical continuity with other elements through the two-dimensional electron gas formed in the heterojunction structure.

このためには、フォトレジストを用いて、ソース電極10、ゲート電極11、ドレイン電極12が並ぶ方向に20μm、ゲート幅方向に50μmの長方形のフォトレジストのメサのパターンを作製する。メサの幅や長さは必要に応じて変えてもよい。ゲート電極11の幅とメサの幅は同じ幅にする。   For this purpose, a photoresist mesa pattern having a rectangular shape of 20 μm in the direction in which the source electrode 10, the gate electrode 11, and the drain electrode 12 are aligned and 50 μm in the gate width direction is formed using a photoresist. The width and length of the mesa may be changed as necessary. The width of the gate electrode 11 and the width of the mesa are the same.

フォトレジストのパターン作製方法は、通常に用いられているステッパーを用いた露光方法を用いればよい。その後メサの形状になっているフォトレジストをマスクとして用いて、成長した基板表面をドライエッチングによりメサパターン状に加工する。   As a method for producing a photoresist pattern, an exposure method using a commonly used stepper may be used. Thereafter, the grown substrate surface is processed into a mesa pattern by dry etching using a photoresist in the shape of a mesa as a mask.

ドライエッチングは例えば電子サイクロトロン共鳴(ECR)法を用いた塩素プラズマを用いて行う。ドライエッチングはウエットエッチング法に比べエッチングの方向性があり、エッチング速度の制御が簡単である。エッチングレートはエピタキシャル膜の結晶品質、塩素プラズマの圧力、加速エネルギー(プラズマの引き出し電圧)などによって異なるが1時間に200〜300nmである。100nm程度エッチングして、メサ以外の部分のAlGaN層4とGaN層3の一部を除去する。   The dry etching is performed using, for example, chlorine plasma using an electron cyclotron resonance (ECR) method. Dry etching has a direction of etching compared to the wet etching method, and the etching rate is easily controlled. The etching rate varies depending on the crystal quality of the epitaxial film, the pressure of chlorine plasma, acceleration energy (plasma extraction voltage), etc., but is 200 to 300 nm per hour. Etching is performed to about 100 nm to remove portions of the AlGaN layer 4 and the GaN layer 3 other than the mesa.

このメサの形成により同じ基板上の素子と素子の間が分離され、お互いの素子間に電流が流れないようになる。素子分離については、塩素系のガスを用いたドライエッチング以外にもイオン注入によっても可能である。窒素イオン等を高速で打ち込むことにより、電気的に絶縁性を持たせて、素子分離を行えばよい。   By forming the mesa, the elements on the same substrate are separated from each other, so that no current flows between the elements. The element isolation can be performed not only by dry etching using a chlorine-based gas but also by ion implantation. By isolating nitrogen ions or the like at a high speed, the elements may be electrically isolated from each other.

メサエッチング後、メサ以外の部分に絶縁膜を形成する。絶縁膜には、酸化硅素膜、窒化硅素膜等を用いることができる。例えば、ウエハ表面全体に絶縁膜をプラズマCVD等を用いて厚さ100nm程度成膜した後、メサ以外の部分をフォトレジストにより被覆し、メサ上部の絶縁膜のみエッチングにより除去する。メサの端で、ゲート電極11がある部分は注意する。メサの界面のAlGaN/GaNヘテロ接合部のチャンネルにゲート電極11が接すると、ゲートリーク電流が増加する為である。そこでメサ界面も絶縁膜によりカバーされるようにする。   After the mesa etching, an insulating film is formed in a portion other than the mesa. As the insulating film, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or the like can be used. For example, after an insulating film is formed on the entire wafer surface with a thickness of about 100 nm using plasma CVD or the like, portions other than the mesa are covered with a photoresist, and only the insulating film on the top of the mesa is removed by etching. Pay attention to the part where the gate electrode 11 is located at the edge of the mesa. This is because the gate leakage current increases when the gate electrode 11 is in contact with the channel of the AlGaN / GaN heterojunction at the mesa interface. Therefore, the mesa interface is also covered with the insulating film.

その後、ソース電極10とドレイン電極12を形成する。ソース電極10及びドレイン電極12の電極金属としては、基板表面側から、Ti/Al/Ni/Au(30/220/40/50nm)の構造などを用いる。電極パターンの形成には、リフトオフ法を用いればよい。   Thereafter, the source electrode 10 and the drain electrode 12 are formed. As the electrode metal of the source electrode 10 and the drain electrode 12, a Ti / Al / Ni / Au (30/220/40/50 nm) structure or the like is used from the substrate surface side. A lift-off method may be used for forming the electrode pattern.

電子ビーム蒸着法などにより電極金属の蒸着をする。電極金属の蒸着後、リフトオフ法でソース及びドレイン部分のパターン以外の電極金属を除去する。リフトオフ用の溶液としてはアセトンを用いればよい。その後、電極金属の合金化のためアニールを行う。アニールは高速のランプアニール法(RTA)を用い、800℃で30秒間行う。   Electrode metal is deposited by electron beam evaporation. After the electrode metal is deposited, the electrode metal other than the pattern of the source and drain portions is removed by a lift-off method. Acetone may be used as the lift-off solution. Thereafter, annealing is performed for alloying the electrode metal. Annealing is performed at 800 ° C. for 30 seconds using a high-speed lamp annealing method (RTA).

その後、ゲート電極11を形成する。同じくリフトオフ法を用いればよい。このときにゲート電極11の形状のレジストのパターニングはフォトリソグラフィ法を用いるが、ゲート長が短く微細パターンを用いる場合には電子ビームリソグラフィ法を用いる。例えば、ゲート長が200nm以下の場合は電子ビームリソグラフィ法を用いる。   Thereafter, the gate electrode 11 is formed. Similarly, the lift-off method may be used. At this time, photolithography is used for patterning the resist in the shape of the gate electrode 11, but when the gate length is short and a fine pattern is used, electron beam lithography is used. For example, when the gate length is 200 nm or less, the electron beam lithography method is used.

ゲート電極メタルとしては、基板表面側から、Ni/Au(50/200nm)を用いる。ゲートメタルの形成には、高真空電子ビーム蒸着法でよい。この場合は、電子ビームにより蒸着源を加熱し、熱的に蒸発させる。
ゲート部直下のInGaN層5は必要に応じて除去してもよい。その場合には、ドライエッチングを用いればよい。エッチングレートが速いため、ほぼ選択的にエッチングが可能である。
As the gate electrode metal, Ni / Au (50/200 nm) is used from the substrate surface side. A high vacuum electron beam evaporation method may be used to form the gate metal. In this case, the evaporation source is heated by an electron beam and thermally evaporated.
The InGaN layer 5 immediately below the gate portion may be removed as necessary. In that case, dry etching may be used. Since the etching rate is fast, etching can be performed almost selectively.

また、ソース・ドレイン間の表面等の素子表面には、耐圧の向上などのために、プラズマCVDなどにより窒化珪素膜や酸化珪素膜を形成する。   In addition, a silicon nitride film or a silicon oxide film is formed on the element surface such as the surface between the source and the drain by plasma CVD or the like in order to improve the breakdown voltage.

図2は、実施例1の本発明の方法により作製した素子を約1秒間隔でスイッチングした結果である。横軸は時間であり、縦軸はゲート電圧と、ドレイン電流である。ゲート電圧を−3Vと0Vで、約1秒間隔でスイッチングしてある。ドレイン電圧は30Vである。またドレイン電流は、mm当たりの電流量に規格化されている。   FIG. 2 shows the result of switching the element manufactured by the method of the present invention in Example 1 at intervals of about 1 second. The horizontal axis is time, and the vertical axis is gate voltage and drain current. The gate voltage is switched between -3V and 0V at intervals of about 1 second. The drain voltage is 30V. The drain current is normalized to the amount of current per mm.

図2で測定結果を示す素子の作製に用いたウエハのAlGaNバリアー層4は、Al組成比が約25%、膜厚約15nmである。またInGaNキャップ層5のIn組成は約3〜5%、膜厚約5nmである。成長した直後のチャンネル抵抗は約800Ωである。ソースとゲートの間隔は2μm、ゲート長は3μmである。また、コラプスの影響を調べるために、ドレインとゲートの距離が50μmと長いものを測定した。
図2を見てわかるように、ゲート電圧が0Vになった直後に、ドレイン電流が立上り、ほぼパルス状のドレイン電流が得られていることがわかる。
The AlGaN barrier layer 4 of the wafer used for manufacturing the device whose measurement results are shown in FIG. 2 has an Al composition ratio of about 25% and a film thickness of about 15 nm. The InGaN cap layer 5 has an In composition of about 3 to 5% and a film thickness of about 5 nm. The channel resistance immediately after growth is about 800Ω. The distance between the source and the gate is 2 μm, and the gate length is 3 μm. Further, in order to examine the influence of collapse, the distance between the drain and the gate was as long as 50 μm.
As can be seen from FIG. 2, immediately after the gate voltage reaches 0 V, the drain current rises and a substantially pulsed drain current is obtained.

また図3に、比較のために、InGaNキャップ層がない素子の測定結果を示す。この素子のAlGaNバリアー層厚は15nmである。ソースとドレインの間隔は9μm、ソースとゲートの間隔は2μm、ゲート長は1μmである。またゲート幅は50μmである。ドレイン電圧は10Vの条件で測定してある。ゲート電圧を−15Vと0Vで約1秒間隔でスイッチングさせている。ドレイン電流は、mm当たりの電流量に規格化している。   FIG. 3 shows a measurement result of an element without an InGaN cap layer for comparison. The AlGaN barrier layer thickness of this element is 15 nm. The distance between the source and the drain is 9 μm, the distance between the source and the gate is 2 μm, and the gate length is 1 μm. The gate width is 50 μm. The drain voltage is measured under the condition of 10V. The gate voltage is switched between -15V and 0V at intervals of about 1 second. The drain current is normalized to the amount of current per mm.

図3の場合には、ゲート電圧を0Vにしても、なかなかドレイン電流が立ち上がらず、また、ドレイン電流がスイッチングとともに、減少していることがわかる。これは、電流コラプスであり、AlGaNバリアー層表面にある深い表面準位に電子がトラップされてしまうためである。回復には数分程度かかると考えられる。
図2と図3を比較してわかるように、本発明を用いれば、電流コラプスを低減できることがわかった。
In the case of FIG. 3, it can be seen that even when the gate voltage is set to 0 V, the drain current does not rise easily and the drain current decreases with switching. This is a current collapse, and electrons are trapped in a deep surface level on the surface of the AlGaN barrier layer. Recovery is expected to take several minutes.
As can be seen by comparing FIG. 2 and FIG. 3, it was found that current collapse can be reduced by using the present invention.

InGaNの格子定数が大きいため、InGaN層とAlGaN層の間にピエゾ効果により負の空間電荷が発生する。その結果、その負の空間電荷が電子をブロックしたものと考えられる。   Since the lattice constant of InGaN is large, negative space charges are generated between the InGaN layer and the AlGaN layer due to the piezoelectric effect. As a result, the negative space charge is thought to have blocked the electrons.

(実施例2)
また、図1のInGaNキャップ層5と同様に、GaN層よりも格子定数の大きなAlGaInN層やInAlN層を用いることも可能である。MOCVD法などの結晶成長法を用いて、InGaNキャップ層5の代わりに、AlGaInN層やInAlN層を成長すればよい。AlGaN層やAlGaInN層、InAlN層は最適な成長温度が組成によって異なるため、成長中断等が必要ならば成長中断し、成長温度を変化させた後に、AlGaInN層やInAlN層を成長する。素子の作製方法等は、実施例1と同様である。
(Example 2)
Further, similarly to the InGaN cap layer 5 of FIG. 1, an AlGaInN layer or InAlN layer having a lattice constant larger than that of the GaN layer can be used. Instead of the InGaN cap layer 5, an AlGaInN layer or an InAlN layer may be grown using a crystal growth method such as MOCVD. Since the optimal growth temperature of the AlGaN layer, AlGaInN layer, and InAlN layer differs depending on the composition, the growth is interrupted if growth interruption or the like is necessary, and the AlGaInN layer or InAlN layer is grown after changing the growth temperature. The manufacturing method and the like of the element are the same as in Example 1.

AlGaInN層の格子定数がGaN層よりも大きければ、InGaN層をキャップ層として用いた場合と同様にピエゾ効果により負の空間電荷が発生する。よって、この場合にも電流コラプスの低減が可能であった。またInAlN層をキャップ層として用いた場合も同様に電流コラプスの低減が可能であった。   If the lattice constant of the AlGaInN layer is larger than that of the GaN layer, negative space charges are generated by the piezo effect as in the case where the InGaN layer is used as the cap layer. Therefore, also in this case, the current collapse can be reduced. Similarly, when the InAlN layer is used as the cap layer, the current collapse can be reduced.

(実施例3)
また、負の空間電荷の効果をさらに高めるために、p型ドーピングをキャップ層に行ったところ、さらに効果があった。この時、キャップ層の基板側の界面は、もっとも格子の歪が大きいため、そこにMg等のドーピングを高濃度に行うと、格子欠陥が発生し、格子の歪を緩和してしまう。そこで、p型ドーピングをキャップ層の基板側界面近辺をさけて行ったところ、電流コラプスの低減に効果があった。
(Example 3)
Further, when the p-type doping was performed on the cap layer in order to further enhance the negative space charge effect, the effect was further improved. At this time, since the interface of the cap layer on the substrate side has the largest lattice strain, if a high concentration of Mg or the like is doped there, lattice defects are generated and the lattice strain is relaxed. Therefore, when p-type doping was performed away from the vicinity of the interface of the cap layer on the substrate side, there was an effect in reducing current collapse.

実際に作製した素子では、Al組成25%で厚さ20nmのAlGaNバリアー層上にIn組成15%程度のInGaNキャップ層を10nmを形成した。InGaN層の基板側5nm部分はMgドーピングを行わず、それよりも表面側のみ約1×1019cm-3程度のドーパントの濃度でドーピングを行った。その結果、格子緩和することもなく、電流コラプス低減の効果があった。Mgドーパントの活性化率は数%程度であるが、約5×1018cm-3以上のドーパントの濃度で効果があった。 In an actually fabricated device, an InGaN cap layer having an In composition of about 15% was formed on an AlGaN barrier layer having an Al composition of 25% and a thickness of 20 nm. The 5 nm portion on the substrate side of the InGaN layer was not doped with Mg, and only the surface side of the InGaN layer was doped with a dopant concentration of about 1 × 10 19 cm −3 . As a result, there was an effect of reducing current collapse without lattice relaxation. The activation rate of the Mg dopant is about several percent, but it was effective at a dopant concentration of about 5 × 10 18 cm −3 or more.

(実施例4)
また、成長中断を行い成長温度を変え、その後InGaNキャップ層を成長したが、成長中断中にSiを供給し、InGaNキャップ層とそのすぐ基板側の層の間の界面に、Siを偏析させたところ、キャップ層表面の平坦性が向上した。n型のドーパントであるSi等は、アンチサーファクタント等の効果がある。InGaNキャップ層の成長初期になんらかの効果があったためと考えられる。ドーパントの密度は、約1×1018cm-3以下であった。
Example 4
Also, the growth was interrupted and the growth temperature was changed, and then the InGaN cap layer was grown, but Si was supplied during the growth interruption, and Si was segregated at the interface between the InGaN cap layer and the layer immediately on the substrate side. However, the flatness of the cap layer surface was improved. Si or the like which is an n-type dopant has an effect such as anti-surfactant. This is probably because some effect was obtained in the early stage of growth of the InGaN cap layer. The density of the dopant was about 1 × 10 18 cm −3 or less.

(実施例5)
次に、キャップ層の組成変化をもたせる方法について述べる。キャップ層は格子定数が大きいため格子に歪みが発生し、キャップ層のヘテロ界面側、つまり基板側の界面にピエゾ効果により負の空間固定電荷が形成されて、その電荷が電子をブロックしていると考えられる。しかし一方で、キャップ層の格子定数がその直下にあるバリアー層の格子定数と異なるため、キャップ層の基板側の界面で転移が発生し、格子が緩和してしまうことがあった。
(Example 5)
Next, a method for changing the composition of the cap layer will be described. Since the cap layer has a large lattice constant, the lattice is distorted, and a negative space fixed charge is formed by the piezoelectric effect on the hetero interface side of the cap layer, that is, the interface on the substrate side, and the charge blocks electrons. it is conceivable that. However, on the other hand, since the lattice constant of the cap layer is different from the lattice constant of the barrier layer immediately below the cap layer, transition may occur at the interface of the cap layer on the substrate side, and the lattice may be relaxed.

そこで、In組成の高い格子定数の大きなキャップ層を直接成長せずに、キャップ層をいくつかの層に分けて、基板側から最表面に行くにしたがい、徐々にInGaN層のIn組成を上げて格子定数が大きくなるようにする。隣り合う各々の層の格子定数(a軸、緩和時の値)の差が、約0.5%以下になるように変化させた。実施例として、In組成5%のInGaN層5nm、In組成10%のInGaN層5nm、In組成15%のInGaN5nmの順番に成長した所、コラプスの抑制において安定した結果が得られた。以上は、5nmづつに分ける場合であるが、10nmづつ、あるいは15nmづつでもよい。   Therefore, without directly growing a cap layer having a high lattice constant with a high In composition, the cap layer is divided into several layers and gradually increased from the substrate side to the outermost surface, and the In composition of the InGaN layer is gradually increased. Increase the lattice constant. The difference in lattice constant (a-axis, relaxed value) between adjacent layers was changed to about 0.5% or less. As an example, an InGaN layer 5 nm with an In composition of 5%, an InGaN layer 5 nm with an In composition of 10%, and an InGaN 5 nm with an In composition of 15% were grown in this order, and stable results were obtained in suppressing the collapse. The above is a case of dividing into 5 nm increments, but it may be 10 nm increments or 15 nm increments.

またキャップ層としてAlGaInN層やInAlN層を用いる場合も同様である。5nm以上の膜厚間隔で、格子定数(a軸、緩和時の値)が約0.5%づつ変化するように、ステップ状に組成を変えて層状にすればよい。   The same applies when an AlGaInN layer or an InAlN layer is used as the cap layer. What is necessary is just to make it a layer by changing the composition stepwise so that the lattice constant (a-axis, the value at the time of relaxation) changes by about 0.5% at a film thickness interval of 5 nm or more.

以上は、キャップ層をいくつかの層に分けてステップ状に組成を変化させて、格子定数の変化が急峻にならないようにする方法であるが、実際には、連続的に変化させる方法でもよい。
膜厚が10nmの範囲で、格子定数が2%程度変化する程度の割合で行ったところ、安定した結果が得られた。
The above is a method in which the cap layer is divided into several layers and the composition is changed stepwise so that the change in the lattice constant does not become steep. .
When the film thickness was in the range of 10 nm and the ratio was such that the lattice constant changed by about 2%, stable results were obtained.

(実施例6)
また、ヘテロ構造界面のバリアー層の組成からキャップ層最表面の組成までを、バンドギャップが不連続にならないように、連続的に変化させることが可能である。この場合には、表面にトラップされた電子が、再びバリアー中をチャンネルに向かって戻る時のポテンシャルの不連続性を極力なくすことが可能であり、電流コラプスの回復時間を短くできる。
(Example 6)
Further, the composition of the barrier layer at the heterostructure interface to the composition of the outermost surface of the cap layer can be continuously changed so that the band gap does not become discontinuous. In this case, it is possible to eliminate potential discontinuity when electrons trapped on the surface return to the channel through the barrier again, and the current collapse recovery time can be shortened.

このキャップ層の組成の変化のさせ方を、図を用いて説明する。トランジスタのチャンネルを形成するヘテロ接合の種類として、AlGaN/GaN接合やInAlN/GaN接合、AlGaInN/GaN接合等がある。いずれもGaNよりも格子定数が小さい半導体とGaNを接合させて、ピエゾ効果により二次元電子ガスを形成している。ここでは、Al0.2Ga0.8N/GaN接合の場合を例にとって説明する。 A method of changing the composition of the cap layer will be described with reference to the drawings. There are AlGaN / GaN junctions, InAlN / GaN junctions, AlGaInN / GaN junctions, and the like as the types of heterojunctions forming the channel of the transistor. In both cases, GaN is bonded to a semiconductor having a lattice constant smaller than that of GaN, and a two-dimensional electron gas is formed by the piezoelectric effect. Here, a case of an Al 0.2 Ga 0.8 N / GaN junction will be described as an example.

図4に、格子定数とバンドギャップの関係を示す。この図で、AlNの格子定数はa軸方向が3.11Å、c軸方向が4.98Å、バンドギャップが6.2eVである。また、GaNの格子定数はa軸方向が3.19Å、c軸方向が5.19Å、バンドギャップが3.4eVである。また、InNの格子定数はa軸方向が3.55Å、c軸方向が5.76Å、バンドギャップが0.8eVである。   FIG. 4 shows the relationship between the lattice constant and the band gap. In this figure, the lattice constant of AlN is 3.11Å in the a-axis direction, 4.98Å in the c-axis direction, and the band gap is 6.2 eV. The lattice constant of GaN is 3.19 あ る in the a-axis direction, 5.19Å in the c-axis direction, and the band gap is 3.4 eV. The lattice constant of InN is 3.553.5 in the a-axis direction, 5.76Å in the c-axis direction, and the band gap is 0.8 eV.

チャンネル近辺のバリアーは、Al0.2Ga0.8N層である。ある程度の厚さが必要であり、15nm以下の厚さになると表面にあるキャップ層の影響で、キャリアが減少してしまい、シート抵抗が増大する。そのため、15nm以上は必要である。 The barrier near the channel is an Al 0.2 Ga 0.8 N layer. A certain thickness is required. When the thickness is 15 nm or less, the number of carriers decreases due to the influence of the cap layer on the surface, and the sheet resistance increases. Therefore, 15 nm or more is necessary.

そのAl0.2Ga0.8Nバリアー層上に形成するキャップ層の組成変化のさせ方は、半導体素子表面にいくにしたがって、格子定数が大きくなるようにする。つまり図4において、右の方向にいくように、組成を変化させる。In0.15Ga0.85Nが最表面になるようにする場合には、一例を示すが、図4において、Al0.2Ga0.8N→GaN→In0.15Ga0.85N、又は、Al0.2Ga0.8N→AlGaInN(Eg=3.7eV,a=3.2Å)→In0.15Ga0.85Nのように組成を変化させればよい。 The method of changing the composition of the cap layer formed on the Al 0.2 Ga 0.8 N barrier layer is such that the lattice constant increases as it goes to the surface of the semiconductor element. That is, in FIG. 4, the composition is changed so as to go in the right direction. In the case where In 0.15 Ga 0.85 N is the outermost surface, an example is shown. In FIG. 4, Al 0.2 Ga 0.8 N → GaN → In 0.15 Ga 0.85 N or Al 0.2 Ga 0.8 N → AlGaInN ( Eg = 3.7 eV, a = 3.2 Å) → In 0.15 Ga 0.85 N The composition may be changed.

あるいは、InAlN(a=3.23Å)を最表面にするには、Al0.2Ga0.8N→InAlN(a=3.23Å)になるように、図4において右上に向かって、InとAlの組成と増やしていけばよい。また最終層がAlGaInN層(Eg=4.4eV,a=3.23Å)にする場合も同様である。 Alternatively, in order to make InAlN (a = 3.23Å) the outermost surface, the composition of In and Al increases in the upper right direction in FIG. 4 so that Al 0.2 Ga 0.8 N → InAlN (a = 3.23Å). Just go. The same applies when the final layer is an AlGaInN layer (Eg = 4.4 eV, a = 3.23 Å).

(実施例7)
以上において、格子定数が大きいInGaNやAlGaInN,InAlN層をキャップ層として用いて電流コラプスを低減させる方法について述べたが、これらのInGaNキャップ層やAlGaInNキャップ層、InAlN層をゲート部分のリセス構造の表面層に用いる場合について説明する。
(Example 7)
In the above, the method of reducing current collapse by using an InGaN, AlGaInN, or InAlN layer having a large lattice constant as a cap layer has been described. The case where it is used for a layer will be described.

窒化物半導体トランジスタでは、バンドギャップがGaNよりも大きく、一方で格子定数がGaNよりも小さいAlGaN層などをGaN層と接合させて、ピエゾ効果を利用して、ヘテロ接合界面にキャリアを発生させる。これは、キャリアを生成する効果のあるバリアー層である。ノーマリオフ化に用いるリセス構造では、ゲート部のみこのキャリアを生成する効果のあるバリアー層を薄くして、ゲート部のみキャリア密度を下げる。   In a nitride semiconductor transistor, an AlGaN layer having a band gap larger than that of GaN and a lattice constant smaller than that of GaN is bonded to the GaN layer, and carriers are generated at the heterojunction interface using the piezoelectric effect. This is a barrier layer having an effect of generating carriers. In the recess structure used for normally-off, the barrier layer having the effect of generating carriers only in the gate portion is thinned, and the carrier density is lowered only in the gate portion.

たとえば、キャリアを生成する効果のあるバリアー層として、AlGaN層を用いる場合には、ゲート部のみAlGaN層の厚さを10nm程度にし、他のソースとゲート間や、ドレインとゲート間ではAlGaN層の厚さを30nm程度にする。これによりゲート部のみキャリア密度が低くなり、ノーマリオフ化が可能になる。   For example, when an AlGaN layer is used as a barrier layer having an effect of generating carriers, the thickness of the AlGaN layer is set to about 10 nm only at the gate portion, and the AlGaN layer is formed between other sources and gates or between the drain and gates. The thickness is about 30 nm. As a result, the carrier density is reduced only in the gate portion, and normally-off can be achieved.

一方、実施例1において、格子定数が大きいInGaNやAlGaInN、InAlN層をキャップ層として用いて電流コラプスを低減させる方法について述べたが、これらの格子定数の大きいキャップ層は、負の空間固定電荷を形成するめ、チャンネル内の電子を枯渇する働きがある。よってこれらのInGaNキャップ層やAlGaInNキャップ層、InAlN層をゲート部分のリセス構造の表面層に用いれば、しきい電圧をよりプラス側にシフトさせてノーマリオフ化することが容易になる。   On the other hand, in Example 1, a method for reducing current collapse using an InGaN, AlGaInN, or InAlN layer having a large lattice constant as a cap layer has been described. However, these cap layers having a large lattice constant have a negative space fixed charge. In order to form, it has the function of depleting electrons in the channel. Therefore, if these InGaN cap layer, AlGaInN cap layer, and InAlN layer are used for the surface layer of the recess structure of the gate portion, it becomes easy to shift the threshold voltage to the positive side and achieve the normally-off.

そのためには、キャリアを生成する効果のあるバリアー層のゲート部にリセス構造を形成した後に、InGaNキャップ層やAlGaInNキャップ層、又はInAlN層を再成長により形成することになる。
このときに、同時にソースとゲート間、及びドレインとゲート間の表面上にも再成長すれば、不連続な結晶の部分が発生しないため、トランジスタの性能を劣化させることがない。
For this purpose, an InGaN cap layer, an AlGaInN cap layer, or an InAlN layer is formed by regrowth after forming a recess structure in the gate portion of the barrier layer that has an effect of generating carriers.
At this time, if regrowth is also performed on the surface between the source and gate and between the drain and gate, a discontinuous crystal portion does not occur, so that the performance of the transistor is not deteriorated.

図5にその構造を示す。ヘテロ接合に隣接するヘテロ接合バリアー8と、再成長層9からなっている。ヘテロ接合バリアー8は、チャンネルにキャリアを生成する効果のあるバリアー層であり、AlGaN層やAlGaInN層、InAlN層等を用いることが可能である。この構造においては、キャリアを生成する効果のあるバリアーは、ゲート部のみにおいて薄く、それ以外のところでは厚くなっている。   FIG. 5 shows the structure. It consists of a heterojunction barrier 8 adjacent to the heterojunction and a regrowth layer 9. The heterojunction barrier 8 is a barrier layer having an effect of generating carriers in the channel, and an AlGaN layer, an AlGaInN layer, an InAlN layer, or the like can be used. In this structure, the barrier having the effect of generating carriers is thin only in the gate portion and thick in other portions.

再成長層は、ヘテロ接合バリアーのゲート部にリセス構造を形成した後に、再成長により形成したInGaN層やAlGaInN層、InN層などのキャップ層である。実施例3や実施例4、実施例5、実施例6などのようにドーピングや組成変化をさせてもよい。   The regrowth layer is a cap layer such as an InGaN layer, an AlGaInN layer, or an InN layer formed by regrowth after forming a recess structure in the gate portion of the heterojunction barrier. As in Example 3, Example 4, Example 5, Example 6, and the like, doping or composition change may be performed.

また、InGaNキャップ層や、AlGaInNキャップ層、InGaNキャップ層も含めて初めから1回目の成長で形成しておき、その後で、ゲート部にリセス構造を形成し、InGaNキャップ層や、AlGaInNキャップ層、InGaNキャップ層を重複して再成長してもよい。   In addition, an InGaN cap layer, an AlGaInN cap layer, and an InGaN cap layer are formed by the first growth from the beginning, and then a recess structure is formed in the gate portion, and the InGaN cap layer, the AlGaInN cap layer, The InGaN cap layer may be duplicated and regrown.

再成長によりInGaNキャップ層やAlGaInNキャップ層、InGaNキャップ層をリセス構造部を含めて全体に成長するため、リセス構造部のストレスでの劣化を抑えることができる。   Since the InGaN cap layer, the AlGaInN cap layer, and the InGaN cap layer are grown over the entire surface including the recess structure by regrowth, deterioration of the recess structure due to stress can be suppressed.

また、成長条件を最適化させることにより、ゲート部表面の高さを、ドレインとゲートの間や、ソースとゲートの間の表面と同じ高さになるように、再成長層9の表面を平坦化させることが可能である。この場合においても、バンドギャップ変化型構造層はリセス構造となっているため、ノーマリオフ化が可能であった。一方でゲート部の表面が平坦であるため、長さの短いゲート電極の微細パターンを用いたプロセスで、有利であった。   Further, by optimizing the growth conditions, the surface of the regrowth layer 9 is flattened so that the height of the surface of the gate portion is the same as the height between the drain and the gate or the surface between the source and the gate. It is possible to make it. Even in this case, since the band gap change type structure layer has a recess structure, it can be normally-off. On the other hand, since the surface of the gate portion is flat, it was advantageous in a process using a fine pattern of a short gate electrode.

家庭用電源のインバータ、コンバータ等に使用可能である。横型素子で低損失のまま高耐圧化が可能であるため、例えば、他の電子部品と集積化が可能であり、家庭用DC電源のAC−DC変換部等を小型化できる。また、高速動作が可能であり、省エネルギー化にも効果がある。   It can be used for inverters and converters for household power supplies. Since the lateral element can increase the breakdown voltage with low loss, for example, it can be integrated with other electronic components, and the AC-DC converter of a household DC power source can be downsized. In addition, high-speed operation is possible, which is effective for energy saving.

ドレインとゲート間、及びソースとゲート間のAlGaNヘテロ構造上にInGaN層を有する、GaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタの模式図である。It is a schematic diagram of a nitride semiconductor transistor having an InGaN layer on an AlGaN heterostructure between a drain and a gate and between a source and a gate and using GaN as a channel layer. InGaNキャップ層がある場合のドレイン電流の変化の測定結果である。It is a measurement result of the change of the drain current when there is an InGaN cap layer. InGaNキャップ層がない場合のドレイン電流の変化の測定結果である。It is a measurement result of the change of the drain current when there is no InGaN cap layer. 格子定数とバンドギャップエネルギーの関係図である。It is a relationship diagram of a lattice constant and band gap energy. ヘテロ接合バリアー層と再成長層からなるノーマリオフ型窒化物半導体トランジスタの模式図である。It is a schematic diagram of a normally-off type nitride semiconductor transistor comprising a heterojunction barrier layer and a regrowth layer.

符号の説明Explanation of symbols

1:基板
2:バッファー層
3:GaN層
4:ヘテロバリアー層
5:InGaNキャップ層
8:ヘテロ接合バリアー
9:再成長層
10:ソース電極
11:ゲート電極
12:ドレイン電極
1: Substrate 2: Buffer layer 3: GaN layer 4: Heterobarrier layer 5: InGaN cap layer 8: Heterojunction barrier 9: Regrown layer 10: Source electrode 11: Gate electrode 12: Drain electrode

Claims (4)

ドレインとゲートの間又はゲートとソースの間の半導体表面に、In及びN並びに、Al及び/又はGaを含有し、格子定数がGaN結晶よりも大きいキャップ層を有する、GaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタであって
上記キャップ層の格子定数が、半導体表面に行くに従いステップ状に大きくなるように変化していることを特徴とする窒化物半導体トランジスタ。
Nitriding using GaN as a channel layer having a cap layer containing In and N and Al and / or Ga and having a lattice constant larger than that of a GaN crystal on the semiconductor surface between the drain and the gate or between the gate and the source A semiconductor transistor ,
The lattice constant of the cap layer, nitride compound semiconductor transistor you characterized in that it varies so as to increase stepwise as it goes to the semiconductor surface.
ドレインとゲートの間又はゲートとソースの間の半導体表面に、In及びN並びに、Al及び/又はGaを含有し、格子定数がGaN結晶よりも大きいキャップ層を有する、GaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタであって
上記キャップ層の格子定数が、半導体表面に行くに従い連続的に大きくなるように変化していることを特徴とする窒化物半導体トランジスタ。
Nitriding using GaN as a channel layer having a cap layer containing In and N and Al and / or Ga and having a lattice constant larger than that of a GaN crystal on the semiconductor surface between the drain and the gate or between the gate and the source A semiconductor transistor ,
The lattice constant of the cap layer, nitride compound semiconductor transistor characterized in that it changes as increases continuously as it goes to the semiconductor surface.
ドレインとゲートの間又はゲートとソースの間の半導体表面に、In及びN並びに、Al及び/又はGaを含有し、格子定数がGaN結晶よりも大きいキャップ層を有する、GaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタであって
キャリアを生成する効果のあるバリアー層の厚さが、ゲート部のみ薄くなっており、ソースとドレイン間の半導体表面上の全面に平坦化されたキャップ層が形成されていることを特徴とする窒化物半導体トランジスタ。
Nitriding using GaN as a channel layer having a cap layer containing In and N and Al and / or Ga and having a lattice constant larger than that of a GaN crystal on the semiconductor surface between the drain and the gate or between the gate and the source A semiconductor transistor ,
The thickness of the barrier layer that is effective for generating a carrier is thinner only the gate portion, it wherein the cap layer that is entirely the planarization of the semiconductor surface between the source and drain is formed nitride nitride semiconductor transistor.
キャリアを生成する効果のあるバリアー層のゲート部にリセス構造を形成した後に、ソースとドレイン間の半導体表面上の全面に、再成長によりキャップ層を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項に記載の窒化物半導体トランジスタの作製方法。 After forming the recess structure in the gate portion of the barrier layer that is effective for generating a carrier, over the entire surface of the semiconductor surface between the source and drain, characterized in that it comprises a step of forming a cap layer by regrowth, wherein the method for manufacturing a nitride compound semiconductor transistor according to claim 3.
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