JP2001230407A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2001230407A
JP2001230407A JP2000373612A JP2000373612A JP2001230407A JP 2001230407 A JP2001230407 A JP 2001230407A JP 2000373612 A JP2000373612 A JP 2000373612A JP 2000373612 A JP2000373612 A JP 2000373612A JP 2001230407 A JP2001230407 A JP 2001230407A
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薫 井上
Katsunori Nishii
勝則 西井
Hiroyuki Masato
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/2003Nitride compounds

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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device for improving breakdown voltage characteristics by reducing the leakage current of a field effect transistor due to a gallium nitride-based semiconductor. SOLUTION: This semiconductor device is provided with a buffer layer 102 containing GaN where a substrate 101 and a surface formed on the substrate 101 are the c surface of a Ga atom, a channel layer 103 containing GaN or InGaN where a surface formed on the buffer layer 102 is the c surface of the Ga or In atom, an electron supply layer 104 containing AlGaN where a surface formed on the channel layer 103 is the c surface of Al or Ga atom, a source electrode 106 and a drain electrode 108 formed on the electron supply layer 104, a cap layer 105 containing the GaN or InGaAlN that is the c surface of the Ga or In atom formed between the source electrode 106 and the drain electrode 108, and a gate electrode that is formed so that it is in contact with the cap layer 105.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関す
るものであり、詳細には、一般的にInXAlYGa
1-X-YN(0≦X≦1、0≦Y≦1)で表される窒化ガ
リウム系半導体のヘテロ構造を用いた電界効果型トラン
ジスタに関するものである。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device such as In x Al Y Ga.
The present invention relates to a field-effect transistor using a gallium nitride-based semiconductor heterostructure represented by 1-XYN (0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1).

【0002】[0002]

【従来の技術】GaN、AlGaN、InGaN、In
AlGaN等の窒化ガリウム系半導体は高い絶縁破壊電
界強度、高い熱伝導率、高い電子飽和速度を有しており
高周波のパワーデバイス材料として有望である。特に、
AlGaN/GaNヘテロ接合構造を有する半導体装置
は、AlGaNとGaNとのヘテロ接合界面付近に電子
が高濃度で蓄積し、いわゆる二次元電子ガスが形成され
る。この二次元電子ガスはAlGaNに添加されるドナ
ー不純物とは空間的に分離されて存在するため高い電子
移動度を示し、このヘテロ構造を用いて電界効果型トラ
ンジスタを作製した場合、ソース抵抗成分を低減するこ
とができる。また、ゲート電極から二次元電子ガスまで
の距離dは通常数十nmと短いため、ゲート長Lgが1
00nm程度と短くても、ゲート長Lgと距離dとの比
(すなわち、アスペクト比)Lg/dは、5から10程
度に大きくできる。従って、ヘテロ構造を用いた半導体
装置は、短チャネル効果が小さく、良好な飽和特性を有
する電界効果型トランジスタを容易に作製することがで
きるという優れた特徴を有する。さらにAlGaN/G
aN系へテロ構造における二次元電子は1×105V/
cm程度の高電界領域で、現在高周波トランジスタとし
て普及しているAlGaAs/InGaAs系の場合に
比べて2倍以上の電子速度を有し、高周波のパワーデバ
イスへの応用が期待されている。
2. Description of the Related Art GaN, AlGaN, InGaN, InGaN
Gallium nitride based semiconductors such as AlGaN have high dielectric breakdown field strength, high thermal conductivity, and high electron saturation speed, and are promising as high frequency power device materials. In particular,
In a semiconductor device having an AlGaN / GaN heterojunction structure, electrons are accumulated at a high concentration near the heterojunction interface between AlGaN and GaN, and a so-called two-dimensional electron gas is formed. This two-dimensional electron gas exhibits high electron mobility because it is spatially separated from the donor impurity added to AlGaN. When a field effect transistor is manufactured using this heterostructure, the source resistance component is reduced. Can be reduced. Further, since the distance d from the gate electrode to the two-dimensional electron gas is usually as short as tens of nm, the gate length Lg is 1
Even if it is as short as about 00 nm, the ratio (that is, aspect ratio) Lg / d of the gate length Lg to the distance d can be increased to about 5 to 10. Therefore, a semiconductor device using a heterostructure has an excellent feature that a short-channel effect is small and a field-effect transistor having favorable saturation characteristics can be easily manufactured. Further AlGaN / G
The two-dimensional electron in the aN-based hetero structure is 1 × 10 5 V /
In a high electric field region of about cm, the electron velocity is twice or more as compared with the case of the AlGaAs / InGaAs system widely used as a high frequency transistor at present, and application to a high frequency power device is expected.

【0003】図9に、従来の半導体装置900を示す。
半導体装置900は、サファイア基板またはSiC基板
901上に、GaNを含むバッファ層902と、GaN
またはInGaNから形成されるチャネル層903と、
AlGaNを含む電子供給層904とが順次積層された
構造である。電子供給層904上にソース電極906
と、ゲート電極907と、ドレイン電極908とが設け
られる。
FIG. 9 shows a conventional semiconductor device 900.
The semiconductor device 900 includes a GaN-containing buffer layer 902 and a GaN-containing buffer layer 902 on a sapphire substrate or a SiC substrate 901.
Or a channel layer 903 formed of InGaN;
This is a structure in which an electron supply layer 904 containing AlGaN is sequentially stacked. A source electrode 906 is provided on the electron supply layer 904.
, A gate electrode 907 and a drain electrode 908 are provided.

【0004】このAlGaN/GaN系へテロ構造は、
通常[0001]面(c面)のサファイア基板またはS
iC基板901上に有機金属気相成長法や分子線エピタ
キシー法を用いて結晶成長させることで形成される。サ
ファイア基板またはSiC基板901上にGaNを含む
バッファ層902を形成する場合、基板901とバッフ
ァ層902との格子定数は大きく異なるので、バッファ
層902を厚く形成することが必要である。なぜなら、
バッファ層902を厚く形成することで、バッファ層9
02と基板901との格子不整合に基づく歪が十分緩和
されるからである。この厚いバッファ層902上に、S
iなどのn型不純物を添加したAlGaNを含む電子供
給層904を数十nmの厚さで形成すると、選択ドーピ
ングの効果により、AlGaNとGaNとのヘテロ界面
において電子親和力の大きいバッファ層902の方に二
次元電子ガス(すなわち、チャネル層903)が形成さ
れる。MOCVD(有機金属気相成長)法で形成された
ヘテロ構造においては、結晶表面は通常、III族原子
Gaの面であり、この二次元電子ガスの濃度は、(電子
供給層904に含まれる)AlGaNと(バッファ層9
02に含まれる)GaNとの自発分極の差に、AlGa
Nが受ける引っ張り応力によるc軸方向のピエゾ分極の
効果が加わり、電子供給層904に添加したn型不純物
の濃度から予測される値よりも高濃度の電子が蓄積す
る。電子供給層904のAlGaNのAl組成が0.2
から0.3の場合に、チャネル層903の電子濃度は1
×1013/cm2程度であり、これはGaAs系デバイ
スの約3倍になる。このような高濃度の二次元電子ガス
が蓄積されることから、GaN系へテロ構造電界効果型
トランジスタ(FET)として使用される半導体装置9
00は、パワーデバイスとして非常に有望視されてい
る。
[0004] This AlGaN / GaN heterostructure is
Normally [0001] plane (c plane) sapphire substrate or S
It is formed by growing a crystal on the iC substrate 901 by using a metal organic chemical vapor deposition method or a molecular beam epitaxy method. When the buffer layer 902 containing GaN is formed over a sapphire substrate or a SiC substrate 901, the buffer layer 902 needs to be formed thick because the lattice constants of the substrate 901 and the buffer layer 902 are significantly different. Because
By forming the buffer layer 902 thickly, the buffer layer 9
This is because distortion due to lattice mismatch between the substrate 02 and the substrate 901 is sufficiently reduced. On this thick buffer layer 902, S
When the electron supply layer 904 containing AlGaN doped with an n-type impurity such as i is formed with a thickness of several tens nm, the buffer layer 902 having a high electron affinity at the hetero interface between AlGaN and GaN is formed due to the effect of selective doping. Then, a two-dimensional electron gas (that is, a channel layer 903) is formed. In the heterostructure formed by the MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method, the crystal surface is usually a plane of group III atom Ga, and the concentration of the two-dimensional electron gas is included in the electron supply layer 904. AlGaN and (buffer layer 9
02) contained in AlGaN).
The effect of piezo polarization in the c-axis direction due to the tensile stress received by N is added, and electrons having a higher concentration than the value predicted from the concentration of the n-type impurity added to the electron supply layer 904 are accumulated. The Al composition of the AlGaN of the electron supply layer 904 is 0.2
From 0.3 to 0.3, the electron concentration of the channel layer 903 is 1
It is about × 10 13 / cm 2 , which is about three times that of a GaAs device. Since such a high concentration of the two-dimensional electron gas is accumulated, the semiconductor device 9 used as a GaN-based heterostructure field effect transistor (FET)
00 is very promising as a power device.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
半導体装置900はいくつかの問題点を有する。この問
題点として、(1)結晶成長技術、および、結晶成長技
術に関連するプロセスが完全ではないため良質の結晶が
得られていないこと、(2)エッチングプロセスの工程
を経た場合にそのエッチングプロセスにより導入された
損傷によりデバイス特性が劣化し、予測されるパワー特
性が十分に実現されていないことが挙げられる。
However, the conventional semiconductor device 900 has several problems. The problems are that (1) a crystal growth technique and a process related to the crystal growth technique are not perfect, so that high-quality crystals cannot be obtained; and (2) an etching process performed after the etching process. The device characteristics are degraded due to the damage introduced by the above, and the predicted power characteristics are not sufficiently realized.

【0006】結晶成長に関する問題のひとつは、バッフ
ァ層902に含まれるノンドープのGaNが通常n型を
示し、キャリア濃度も1016/cm3程度あるいはそれ
以上と高いことに起因する。これは、結晶成長時に構成
元素である窒素(N)が抜け、窒素の空孔ができやすい
からと考えられる。このような残留のキャリアがあると
装置のGaNバッファ層902を介する漏れ電流成分が
大きくなり、特に高温で動作させた場合にピンチオフ特
性が悪くなるなど、素子特性の劣化につながる。また、
複数のGaN系へテロ構造FETを同一の基板に形成し
た場合にFET同士が互いに干渉し合い、正常な動作が
妨げられるという素子分離に関する問題も生じる。さら
にゲート電極907がこのGaNバッファ層902上方
に設けられた場合には、ゲートリーク電流の増大や素子
耐圧の低下などの問題が発生する。
One of the problems relating to crystal growth is that non-doped GaN contained in the buffer layer 902 usually shows n-type and the carrier concentration is as high as about 10 16 / cm 3 or more. This is presumably because nitrogen (N), which is a constituent element, escapes during crystal growth and nitrogen vacancies are easily formed. The presence of such residual carriers increases the leakage current component through the GaN buffer layer 902 of the device, which leads to deterioration of device characteristics such as poor pinch-off characteristics particularly when operated at a high temperature. Also,
When a plurality of GaN-based heterostructure FETs are formed on the same substrate, the FETs interfere with each other, which causes a problem with element isolation that normal operation is prevented. Further, when gate electrode 907 is provided above GaN buffer layer 902, problems such as an increase in gate leak current and a decrease in element withstand voltage occur.

【0007】エッチングプロセス技術上の問題点とし
て、(バッファ層902に含まれる)GaN、または、
(電子供給層904に含まれる))AlGaNの表面に
損傷が形成されることが挙げられる。GaNまたはAl
GaNはウェットエッチングを用いて除去あるいは削る
ことが困難であるため、通常ドライエッチングを用いて
エッチング加工が行われるが、ドライエッチング時に形
成される表面の損傷などによってバッファ層902また
は電子供給層904の表面にリーク電流が流れやすくな
る。特に表面の窒素が欠乏することで、エッチングによ
り露出したバッファ層902表面の導電性が高まりリー
ク電流が増大すると考えられている。
As a problem in the etching process technology, GaN (contained in the buffer layer 902) or
(Included in electron supply layer 904) Damage may be formed on the surface of AlGaN. GaN or Al
Since GaN is difficult to remove or remove using wet etching, etching is usually performed using dry etching. However, the surface of the buffer layer 902 or the electron supply layer 904 is damaged due to damage to the surface formed at the time of dry etching. Leakage current easily flows to the surface. In particular, it is considered that the lack of nitrogen on the surface increases the conductivity of the surface of the buffer layer 902 exposed by etching and increases the leakage current.

【0008】本発明は以上述べたGaN系へテロ構造F
ETの問題点に鑑みなされたものであり、その第一の目
的はGaN層中やGaN層表面に意図せず導入される欠
陥や傷に伴う残留キャリアによる表面リーク電流を著し
く低減した半導体装置(GaN系へテロ構造FET)を
提供するものである。本発明の第二の目的は、表面リー
ク電流を低減しつつ、素子の耐電圧(耐圧)を向上する
ことのできる半導体装置(GaN系へテロ構造FET)
を提供するものである。
The present invention relates to the GaN heterostructure F described above.
The first object of the present invention is to provide a semiconductor device in which surface leakage current due to residual carriers caused by defects or scratches unintentionally introduced into a GaN layer or the surface of a GaN layer is significantly reduced. GaN-based heterostructure FET). A second object of the present invention is to provide a semiconductor device (GaN-based heterostructure FET) capable of improving the withstand voltage (withstand voltage) of an element while reducing surface leakage current.
Is provided.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
基板と、該基板の上に形成されたGaNを含むバッファ
層であって、該バッファ層の表面がGa原子のc面であ
る、バッファ層と、該バッファ層の上に形成されたGa
NまたはInGaNを含むチャネル層であって、該チャ
ネル層の表面がGaまたはIn原子のc面である、チャ
ネル層と、該チャネル層の上に形成されたAlGaNを
含む電子供給層であって、該電子供給層の表面がAlま
たはGa原子のc面である、電子供給層と、該電子供給
層の上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、
該ソース電極と該ドレイン電極との間に形成されたGa
NまたはInGaAlNを含むキャップ層であって、該
キャップ層の表面はGaまたはIn原子のc面であり、
該キャップ層の少なくとも一部が該電子供給層に接す
る、キャップ層と、少なくとも一部が該キャップ層に接
するように形成されたゲート電極と、を備える。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
A buffer layer containing GaN formed on the substrate, wherein the buffer layer has a c-plane of Ga atoms on the surface of the buffer layer; and a Ga layer formed on the buffer layer.
A channel layer containing N or InGaN, wherein the surface of the channel layer is a c-plane of Ga or In atoms, and an electron supply layer containing AlGaN formed on the channel layer, An electron supply layer in which the surface of the electron supply layer is a c-plane of Al or Ga atoms, a source electrode and a drain electrode formed on the electron supply layer,
Ga formed between the source electrode and the drain electrode
A cap layer containing N or InGaAlN, wherein the surface of the cap layer is a c-plane of Ga or In atoms;
The semiconductor device includes a cap layer in which at least a part of the cap layer is in contact with the electron supply layer, and a gate electrode formed so that at least a part is in contact with the cap layer.

【0010】前記ゲート電極の少なくとも一部が前記電
子供給層に接するように形成されてもよい。
[0010] At least a part of the gate electrode may be formed so as to be in contact with the electron supply layer.

【0011】前記ゲート電極が前記キャップ層の上に形
成されてもよい。
[0011] The gate electrode may be formed on the cap layer.

【0012】前記キャップ層はInGaAlNからな
り、該キャップ層の組成はc面内で前記バッファ層とほ
ぼ格子定数の整合がとれ、かつ該キャップ層内に発生す
る分極の大きさの絶対値が前記電子供給層内に発生する
分極の絶対値よりも大きくなるように該電子供給層は形
成されてもよい。
The cap layer is made of InGaAlN. The composition of the cap layer is substantially matched to the lattice constant of the buffer layer in the c-plane, and the absolute value of the magnitude of the polarization generated in the cap layer is as described above. The electron supply layer may be formed so as to be larger than the absolute value of the polarization generated in the electron supply layer.

【0013】前記キャップ層にn型不純物が部分的ある
いは全体に添加されてもよい。
An n-type impurity may be partially or entirely added to the cap layer.

【0014】前記ゲート電極が前記ドレイン電極よりも
前記ソース電極の近くに位置してもよい。
[0014] The gate electrode may be located closer to the source electrode than the drain electrode.

【0015】前記ゲート電極の表面積が前記キャップ層
の表面積よりも大きくてもよい。
[0015] The surface area of the gate electrode may be larger than the surface area of the cap layer.

【0016】前記ゲート電極は、前記キャップ層が薄膜
化または除去された領域に位置してもよい。
[0016] The gate electrode may be located in a region where the cap layer is thinned or removed.

【0017】前記ゲート電極は前記キャップ層の前記ソ
ース電極側に形成され、該ゲート電極と前記ドレイン電
極との間に前記キャップ層が形成されてもよい。
[0017] The gate electrode may be formed on the source electrode side of the cap layer, and the cap layer may be formed between the gate electrode and the drain electrode.

【0018】前記キャップ層は、前記電子供給層の上に
形成された半導体層と、該半導体層上に形成された絶縁
膜とを備えてもよい。
[0018] The cap layer may include a semiconductor layer formed on the electron supply layer, and an insulating film formed on the semiconductor layer.

【0019】上記の構成とすることで、ショットキー接
合の障壁高さを高めることにより、ソース抵抗の増大を
防止しつつリーク電流を低減すること、あるいはソース
抵抗の増大を防止しつつ耐圧の向上を図ることができる
半導体装置を提供することができる。さらに、キャップ
層をゲート・ドレイン間のより広い範囲に残した構造と
することで、さらに半導体装置の耐圧を向上させること
ができる。
With the above structure, the barrier height of the Schottky junction is increased to reduce the leak current while preventing an increase in the source resistance, or to improve the breakdown voltage while preventing the increase in the source resistance. A semiconductor device that can achieve the above can be provided. Further, with the structure in which the cap layer is left in a wider range between the gate and the drain, the withstand voltage of the semiconductor device can be further improved.

【0020】本発明の半導体基板は、基板と、該基板の
上に形成されたAlGaNを含むバッファ層であって、
該バッファ層の表面がN原子のc面である、バッファ層
と、該バッファ層の上に形成されたAlGaNを含む電
子供給層であって、該電子供給層の表面がN原子のc面
である、電子供給層と、該電子供給層の上に形成された
GaNまたはInGaNを含むチャネル層であって、該
チャネル層の表面がN原子のc面である、チャネル層
と、該チャネル層の上に形成されたソース電極およびド
レイン電極と、該ソース電極と該ドレイン電極との間に
形成されたAlGaNを含むキャップ層であって、該キ
ャップ層の表面はN原子のc面であり、該キャップ層の
少なくとも一部が該チャネル層に接する、キャップ層
と、少なくとも一部が該キャップ層に接するように形成
されたゲート電極と、を備える。
The semiconductor substrate of the present invention comprises a substrate and a buffer layer containing AlGaN formed on the substrate,
A buffer layer in which the surface of the buffer layer is a c-plane of N atoms; and an electron supply layer including AlGaN formed on the buffer layer, wherein the surface of the electron supply layer is a c-plane of N atoms. A channel layer including GaN or InGaN formed on the electron supply layer, wherein the surface of the channel layer is a c-plane of N atoms; A source electrode and a drain electrode formed thereon, and a cap layer including AlGaN formed between the source electrode and the drain electrode, wherein a surface of the cap layer is a c-plane of N atoms; The semiconductor device includes a cap layer in which at least a part of the cap layer is in contact with the channel layer, and a gate electrode formed so that at least a part is in contact with the cap layer.

【0021】前記ゲート電極の少なくとも一部が前記チ
ャネル層に接するように形成されてもよい。
[0021] At least a part of the gate electrode may be formed so as to be in contact with the channel layer.

【0022】前記ゲート電極が前記キャップ層の上に形
成されてもよい。
[0022] The gate electrode may be formed on the cap layer.

【0023】前記ゲート電極が前記ドレイン電極よりも
前記ソース電極の近くに位置してもよい。
[0023] The gate electrode may be located closer to the source electrode than the drain electrode.

【0024】前記ゲート電極の表面積が前記キャップ層
の表面積よりも大きくてもよい。
The surface area of the gate electrode may be larger than the surface area of the cap layer.

【0025】前記ゲート電極は、前記キャップ層が薄膜
化または除去された領域に位置してもよい。
[0025] The gate electrode may be located in a region where the cap layer is thinned or removed.

【0026】前記ゲート電極は前記キャップ層の前記ソ
ース電極側に形成され、該ゲート電極と前記ドレイン電
極との間に前記キャップ層が形成されてもよい。
[0026] The gate electrode may be formed on the source electrode side of the cap layer, and the cap layer may be formed between the gate electrode and the drain electrode.

【0027】前記キャップ層は、前記電子供給層の上に
形成された半導体層と、該半導体層上に形成された絶縁
膜とを備えてもよい。
[0027] The cap layer may include a semiconductor layer formed on the electron supply layer, and an insulating film formed on the semiconductor layer.

【0028】上記の構成とすることで、ショットキー接
合の障壁高さを高めることにより、ソース抵抗の増大を
防止しつつリーク電流を低減すること、あるいはソース
抵抗の増大を防止しつつ耐圧の向上を図ることができる
半導体装置を提供することができる。さらに、キャップ
層をゲート・ドレイン間のより広い範囲に残した構造と
することで、さらに半導体装置の耐圧を向上させること
ができる。
With the above structure, the barrier height of the Schottky junction is increased to reduce the leak current while preventing an increase in the source resistance, or to improve the breakdown voltage while preventing the increase in the source resistance. A semiconductor device that can achieve the above can be provided. Further, with the structure in which the cap layer is left in a wider range between the gate and the drain, the withstand voltage of the semiconductor device can be further improved.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】(実施の形態1)本発明の第1の
実施形態に係る半導体装置を図面に基づいて説明する。
図1Aは本発明の第1の実施形態に係る電界効果型トラ
ンジスタ(FET)100の断面図であり、図1Bはそ
の上面図である。電界効果型トランジスタ100は、サ
ファイアまたはSiCから形成される基板101の上
に、膜厚が約2〜3μmのGaNバッファ層102、G
aNまたはInGaNから形成されるチャネル層10
3、AlNの組成比が約0.15から0.5であり、S
iなどのn型不純物を約2×1018cm-3の濃度で添加
したn型AlGaN電子供給層104および膜厚が約1
0〜20nmのGaNキャップ層105が順次積層され
た構造である。GaNキャップ層105は中央部のみ残
して選択的にエッチング除去され、ゲート電極107が
GaNキャップ層105上に形成される。ソース電極1
06およびドレイン電極108は、ゲート電極107に
隣接して、GaNキャップ層105が除去されて露出し
た後のAlGaN電子供給層104表面上に形成され
る。ここで、各窒化物層の表面はIII族原子のc面で
形成されている。
(First Embodiment) A semiconductor device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a sectional view of a field-effect transistor (FET) 100 according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a top view thereof. The field-effect transistor 100 has a GaN buffer layer 102 having a thickness of about 2 to 3 μm on a substrate 101 formed of sapphire or SiC.
Channel layer 10 formed from aN or InGaN
3. The composition ratio of AlN is about 0.15 to 0.5,
An n-type AlGaN electron supply layer 104 to which an n-type impurity such as i is added at a concentration of about 2 × 10 18 cm −3 and a film thickness of about 1
It has a structure in which GaN cap layers 105 of 0 to 20 nm are sequentially laminated. The GaN cap layer 105 is selectively etched away leaving only the central portion, and the gate electrode 107 is formed on the GaN cap layer 105. Source electrode 1
06 and the drain electrode 108 are formed adjacent to the gate electrode 107 on the surface of the AlGaN electron supply layer 104 after the GaN cap layer 105 has been removed and exposed. Here, the surface of each nitride layer is formed by the c-plane of group III atoms.

【0030】図1Bに示すように、素子形成領域109
の周囲には、素子形成領域109を取り囲む分離領域1
10がイオン注入などのエッチングを伴わない方法によ
って形成されている。GaNキャップ層105はゲート
電極107よりも広い範囲に形成される。また、GaN
キャップ層105はソース電極106およびドレイン電
極108と接触しないように形成される。GaNキャッ
プ層105は実効的なショットキー電極の障壁高さ(ピ
ークポテンシャル)を高めるように作用し、これはGa
Nキャップ層105とAlGaN電子供給層104に発
生する分極の大きさの差によって説明される。
As shown in FIG. 1B, the element forming region 109
Around isolation region 1 surrounding element formation region 109.
10 is formed by a method that does not involve etching such as ion implantation. The GaN cap layer 105 is formed in a range wider than the gate electrode 107. Also, GaN
The cap layer 105 is formed so as not to contact the source electrode 106 and the drain electrode 108. The GaN cap layer 105 acts to increase the effective barrier height (peak potential) of the Schottky electrode.
This is explained by the difference in the magnitude of the polarization generated in the N cap layer 105 and the AlGaN electron supply layer 104.

【0031】次に、このような構成の電界効果型トラン
ジスタ100に応力が加わった場合に発生する分極の影
響について説明する。
Next, the effect of polarization generated when a stress is applied to the field effect transistor 100 having such a configuration will be described.

【0032】GaNバッファ層102は格子不整合に伴
う圧縮歪を緩和するのに十分に厚いため、歪の影響によ
るピエゾ分極は発生せず、自発分極のみが発生する。こ
れに対して、AlGaN電子供給層104は引っ張り歪
を受け、自発分極に加えて内部に大きなピエゾ分極が発
生する。この分極の方向は、基板101のc軸方向すな
わち基板101の表面に垂直な方向である。このような
分極の効果を考慮して、図1Aに示した半導体装置10
0についてGaNキャップ層105とゲート電極107
との界面を基準(距離0)とした深さ方向のポテンシャ
ルを理論的に計算した結果を図2に示す。
Since the GaN buffer layer 102 is thick enough to alleviate the compressive strain caused by lattice mismatch, piezo polarization due to the influence of the strain does not occur, but only spontaneous polarization occurs. On the other hand, the AlGaN electron supply layer 104 is subjected to tensile strain, and a large piezo polarization is generated in addition to the spontaneous polarization. The direction of this polarization is the c-axis direction of the substrate 101, that is, the direction perpendicular to the surface of the substrate 101. Considering such a polarization effect, the semiconductor device 10 shown in FIG.
0 for the GaN cap layer 105 and the gate electrode 107
FIG. 2 shows the result of theoretically calculating the potential in the depth direction with respect to the interface (distance 0).

【0033】図2では、GaNキャップ層105の厚さ
が10nm、ゲート電圧が0Vに設定している。分極の
影響によってGaNキャップ層105に電位差が生じ、
それによりAlGaN電子供給層104とのヘテロ界面
におけるポテンシャル(図2に示したピークポテンシャ
ル)が引き上げられる。このため実効的なショットキー
障壁が高くなる。
In FIG. 2, the thickness of the GaN cap layer 105 is set to 10 nm, and the gate voltage is set to 0V. A potential difference occurs in the GaN cap layer 105 due to the influence of polarization,
Thereby, the potential at the hetero interface with the AlGaN electron supply layer 104 (the peak potential shown in FIG. 2) is raised. This increases the effective Schottky barrier.

【0034】図3には、GaNキャップ層105の厚さ
を0〜20nmまで変化させた場合の実効的な障壁高さ
(ピークポテンシャル)の変化(図3において×で示
す)と、GaNキャップ層105とAlGaN電子供給
層104とのヘテロ界面に溜まる電子の濃度変化(図3
において○で示す)を理論的に計算した結果を示す。
FIG. 3 shows the change in the effective barrier height (peak potential) when the thickness of the GaN cap layer 105 is changed from 0 to 20 nm (indicated by X in FIG. 3) and the GaN cap layer The change in the concentration of electrons accumulated at the hetero interface between the electron 105 and the AlGaN electron supply layer 104 (FIG. 3)
(Indicated by に お い て in Table 1) shows the result of theoretical calculation.

【0035】図3に示すように、GaNキャップ層10
5の厚さが増すとともに、実効的なショットキー電極の
障壁高さ(ピークポテンシャル)は徐々に高くなる一
方、GaNキャップ層105とAlGaN電子供給層1
04とのヘテロ界面に溜まる電子の濃度は低下すること
がわかる。ピークポテンシャルが増加する理由は、Ga
Nキャップ層105に対するショットキー電極の障壁高
さが一定であるのに対して、GaNキャップ層105で
発生する電位差がGaNキャップ層105の膜厚の増加
と共に大きくなるからである。従って、GaNキャップ
層105を挿入することはピークポテンシャルを効果的
に増大させる。また、GaNキャップ層105の厚さが
増すとともに電子濃度は低下する。これはGaNキャッ
プ層105に発生する電位差分だけゲート電極に逆バイ
アスが印加されたことに起因する。
As shown in FIG. 3, the GaN cap layer 10
5, the barrier height (peak potential) of the effective Schottky electrode gradually increases, while the GaN cap layer 105 and the AlGaN electron supply layer 1 increase.
It can be seen that the concentration of electrons accumulated at the hetero interface with the H.04 decreases. The reason why the peak potential increases is that Ga
This is because, while the barrier height of the Schottky electrode with respect to the N cap layer 105 is constant, the potential difference generated in the GaN cap layer 105 increases as the thickness of the GaN cap layer 105 increases. Therefore, inserting the GaN cap layer 105 effectively increases the peak potential. Further, as the thickness of the GaN cap layer 105 increases, the electron concentration decreases. This is because a reverse bias is applied to the gate electrode by a potential difference generated in the GaN cap layer 105.

【0036】以上のように、GaNキャップ層105を
設けることでピークポテンシャルが増し、ヘテロ界面に
溜まる電子の濃度が低下する。これらはすべて電界効果
型トランジスタの高耐圧化に寄与する。しかしながら、
リーク電流にはバッファ層102の表面を伝わって流れ
る成分があり、特にバッファ層102に含まれるGaN
のように表面の窒素原子が欠乏することによってドナー
を生成するような材料では、このリーク電流成分を低減
することが重要となる。またヘテロ界面に溜まる電子の
濃度が低下することは、GaNキャップ層105がある
領域の抵抗が増加することにつながり、電界効果型トラ
ンジスタのソース抵抗を増大させ、トランジスタの性能
低下につながる。
As described above, the provision of the GaN cap layer 105 increases the peak potential and reduces the concentration of electrons accumulated at the hetero interface. These all contribute to a higher breakdown voltage of the field effect transistor. However,
The leak current has a component flowing along the surface of the buffer layer 102, and particularly, the GaN contained in the buffer layer 102
It is important to reduce the leakage current component in a material that generates a donor by deficient nitrogen atoms on the surface as described above. Also, a decrease in the concentration of electrons accumulated at the hetero interface leads to an increase in the resistance in the region where the GaN cap layer 105 is located, which leads to an increase in the source resistance of the field effect transistor, leading to a decrease in transistor performance.

【0037】本発明の電界効果型トランジスタ100で
は、ゲート・ソース間の領域のGaNキャップ層105
が除去されている(すなわち、ソース電極106とキャ
ップ層105が直接接触していない)ために、ソース抵
抗がさらに低減される。さらに、ソース・ゲート間およ
びゲート・ドレイン間のリーク電流もGaNキャップ層
105が除去されている(すなわち、ソース電極106
とキャップ層105が直接接触せず、さらにドレイン電
極108とキャップ層105が直接接触していない)こ
とにより低減できる。すでに述べたようにGaNキャッ
プ層105に発生する電位差によって図1Bの矢印aで
示す面内方向においてポテンシャルが不連続となり、リ
ーク電流に寄与する電子はこの不連続値を越えるエネル
ギーを獲得しなければならないからである。室温のエネ
ルギーは26meV程度であるので、ポテンシャルの不
連続値が260meVあればリーク電流は4桁程度低下
することとなり、極めて大きな効果となる。実際に図3
のピークポテンシャルの変化を見ると10nmの厚さの
GaNキャップ層105を挿入することで、GaNキャ
ップ層105を挿入しない場合と比較して1eV程度の
ポテンシャル不連続値が得られるので、さらにリーク電
流値を低減できることが期待される。
In the field effect transistor 100 of the present invention, the GaN cap layer 105 in the region between the gate and the source
Is removed (that is, the source electrode 106 and the cap layer 105 are not in direct contact), so that the source resistance is further reduced. Further, the GaN cap layer 105 also removes the leak current between the source and the gate and between the gate and the drain (that is, the source electrode 106).
And the cap layer 105 are not in direct contact, and the drain electrode 108 is not in direct contact with the cap layer 105). As described above, the potential becomes discontinuous in the in-plane direction indicated by the arrow a in FIG. 1B due to the potential difference generated in the GaN cap layer 105, and electrons contributing to the leakage current must acquire energy exceeding this discontinuity. Because it does not become. Since the energy at room temperature is about 26 meV, if the potential discontinuity value is 260 meV, the leakage current is reduced by about four digits, which is an extremely large effect. Figure 3
It can be seen from the change in the peak potential that when the GaN cap layer 105 having a thickness of 10 nm is inserted, a potential discontinuity value of about 1 eV is obtained as compared with the case where the GaN cap layer 105 is not inserted. It is expected that the value can be reduced.

【0038】図4は本発明の実施の形態1の第1の変形
例である電界効果型トランジスタ(FET)400を示
す。電界効果型トランジスタ400は、図1Aを参照し
て説明した電界効果型トランジスタ100とは、ゲート
電極407が積層されるGaNキャップ層405の部分
がエッチングによって薄層化あるいは除去された構成と
した点で異なる。図4では、ゲート電極407が、電流
供給層404に接する例が示されている。このようにG
aNキャップ層405が薄層化または除去され、その領
域にゲート電極407が積層されることで、GaNキャ
ップ層405による相互コンダクタンスの劣化が防止さ
れる。この場合、ショットキー障壁高さの改善はされな
いものの、GaNキャップ層とAlGaN電子供給層の
表面に水平な方向でのポテンシャルの不連続を利用する
ことによりリーク電流の低減に寄与する。
FIG. 4 shows a field effect transistor (FET) 400 which is a first modification of the first embodiment of the present invention. The field-effect transistor 400 differs from the field-effect transistor 100 described with reference to FIG. 1A in that a portion of the GaN cap layer 405 on which the gate electrode 407 is stacked is thinned or removed by etching. Different. FIG. 4 illustrates an example in which the gate electrode 407 is in contact with the current supply layer 404. Thus G
Since the aN cap layer 405 is thinned or removed and the gate electrode 407 is stacked in that region, deterioration of the transconductance due to the GaN cap layer 405 is prevented. In this case, although the height of the Schottky barrier is not improved, the use of the potential discontinuity in the direction horizontal to the surfaces of the GaN cap layer and the AlGaN electron supply layer contributes to a reduction in leakage current.

【0039】なお、図1Aに示される半導体装置100
では、キャップ層105の表面積がゲート電極107の
表面積より大きい例を示したが、本発明はこれに限定さ
れない。図5に本発明の実施の形態1の第2の変形例で
ある電界効果型トランジスタ(FET)500を示す。
電界効果型トランジスタ500は、図1Aを参照して説
明した電界効果型トランジスタ100とは、GaNキャ
ップ層505の幅はゲート電極507の幅よりも小さい
点で異なる。従って、電界効果型トランジスタ500に
おいて、ゲート電極507はGaNキャップ層505の
両側に広がった状態で積層されている。この構成として
も、リーク電流の低減と耐圧の向上という効果を得るこ
とができる。 (実施の形態2)図6A〜図6Eに、本発明の第2の実
施形態に係る電界効果型トランジスタ(FET)の断面
図を示す。図6A〜図6Eに示す電界効果型トランジス
タは、耐圧の向上を目的にGaNキャップ層605を設
けている。
The semiconductor device 100 shown in FIG.
Although the example in which the surface area of the cap layer 105 is larger than the surface area of the gate electrode 107 has been described, the present invention is not limited to this. FIG. 5 shows a field effect transistor (FET) 500 according to a second modification of the first embodiment of the present invention.
The field-effect transistor 500 differs from the field-effect transistor 100 described with reference to FIG. 1A in that the width of the GaN cap layer 505 is smaller than the width of the gate electrode 507. Therefore, in the field-effect transistor 500, the gate electrodes 507 are stacked so as to extend on both sides of the GaN cap layer 505. Even with this configuration, the effects of reducing the leak current and improving the breakdown voltage can be obtained. (Embodiment 2) FIGS. 6A to 6E are sectional views of a field-effect transistor (FET) according to a second embodiment of the present invention. 6A to 6E, the GaN cap layer 605 is provided for the purpose of improving the breakdown voltage.

【0040】図6Aに示される電界効果型トランジスタ
(FET)600は、図1に示した電界効果型トランジ
スタ(FET)100とは、GaNキャップ層605上
に設けられるゲート電極607が、ソース電極606寄
りに配置されている点で異なる。これにより、ゲート電
極607直下のチャネル層603に広がる空乏層をより
ドレイン電極608側に広げることができ、電界効果型
トランジスタ600の耐圧を向上させることができる。
The field-effect transistor (FET) 600 shown in FIG. 6A is different from the field-effect transistor (FET) 100 shown in FIG. 1 in that the gate electrode 607 provided on the GaN cap layer 605 is different from the source electrode 606 in FIG. They differ in that they are located closer. Accordingly, a depletion layer extending to the channel layer 603 immediately below the gate electrode 607 can be further expanded to the drain electrode 608 side, and the withstand voltage of the field-effect transistor 600 can be improved.

【0041】図6Bに示される電界効果型トランジスタ
610は、図6Aに示した電界効果型トランジスタ60
0とは、ゲート電極607が形成されるGaNキャップ
層605の部分がエッチングによって薄層化あるいは除
去された構成とした点で異なる。図6Bの電界効果型ト
ランジスタ610では、ゲート電極607が電流供給層
604に接するように、GaNキャップ層はエッチング
されている。図6Bに示す電界効果型トランジスタ61
0では、GaNキャップ層605を導入することにより
劣化する相互コンダクタンスを改善することができる。
The field-effect transistor 610 shown in FIG. 6B is the same as the field-effect transistor 60 shown in FIG.
The difference from 0 is that the portion of the GaN cap layer 605 where the gate electrode 607 is formed is thinned or removed by etching. In the field-effect transistor 610 of FIG. 6B, the GaN cap layer is etched so that the gate electrode 607 is in contact with the current supply layer 604. Field effect transistor 61 shown in FIG. 6B
At 0, the transconductance, which is deteriorated by introducing the GaN cap layer 605, can be improved.

【0042】図6Cに示される電界効果型トランジスタ
620では、ゲート電極607はGaNキャップ層60
5上のソース電極606側の側縁部およびその側縁部に
沿った電子供給層604上に設けられている。従って、
GaNキャップ層605は、ゲート電極607とドレイ
ン電極608との間に位置する。図6Cに示す電界効果
型トランジスタ620の構成では、ゲート・ソース間の
リーク電流は改善されないが、ゲート・ドレイン間の耐
圧は改善される。特にゲート電極607がソース電極6
06側のキャップ層605の側縁部上にまたがって形成
されているので、ゲート電極607が電子供給層604
に接する部分のドレイン電極側の領域における電界集中
を緩和でき、したがって、ゲート・ドレイン間の耐圧が
より改善される。また図6Bに示される電界効果型トラ
ンジスタ610と同様に、ソース抵抗の増大が防止でき
FETの相互コンダクタンスが改善できる。
In the field effect transistor 620 shown in FIG. 6C, the gate electrode 607 is
5 is provided on the side edge of the source electrode 606 side and the electron supply layer 604 along the side edge. Therefore,
The GaN cap layer 605 is located between the gate electrode 607 and the drain electrode 608. In the configuration of the field-effect transistor 620 shown in FIG. 6C, the leakage current between the gate and the source is not improved, but the breakdown voltage between the gate and the drain is improved. In particular, the gate electrode 607 is the source electrode 6
Since the gate electrode 607 is formed over the side edge of the cap layer 605 on the 06 side, the gate electrode 607 is connected to the electron supply layer 604.
, The concentration of the electric field in the region on the side of the drain electrode in contact with the gate electrode can be reduced, and the withstand voltage between the gate and the drain can be further improved. Further, similarly to the field-effect transistor 610 shown in FIG. 6B, an increase in the source resistance can be prevented and the mutual conductance of the FET can be improved.

【0043】以上の実施の形態では、キャップ層605
としてGaNを用いた例を説明した。しかしながら、キ
ャップ層605としてGaNを用いた場合、その厚さを
あまり厚くできない。なぜなら、図3に示すようにGa
Nの厚さを増加することによってシート電子濃度が低く
なりすぎること、および/または、ピークポテンシャル
が高くなりすぎてキャップ層605と電子供給層604
の間に正孔が蓄積するようになるという事態が生じるか
らである。キャップ層605をシート電子濃度に大きな
影響を与えずに厚くしたいという要求は、図6Cに示し
た電界効果型トランジスタ620で特に生じる。電界効
果型トランジスタ620でキャップ層605を厚くすれ
ば、ゲート電極607のドレイン側近傍の電界集中が緩
和され、電界効果型トランジスタ620の耐圧が向上す
るからである。さらに、電界効果型トランジスタ620
でキャップ層605を厚くすると、ゲート電極607が
キャップ層605に重なっている部分の寄生ゲート容量
を低減でき、電界効果型トランジスタ620の高周波特
性を改善することにつながる。
In the above embodiment, the cap layer 605
Has been described as an example using GaN. However, when GaN is used for the cap layer 605, its thickness cannot be made too large. Because, as shown in FIG.
By increasing the thickness of N, the sheet electron concentration becomes too low and / or the peak potential becomes too high, so that the cap layer 605 and the electron supply layer 604 become too high.
This is because a situation occurs in which holes accumulate during the period. The need to increase the thickness of the cap layer 605 without significantly affecting the sheet electron density arises particularly in the field-effect transistor 620 shown in FIG. 6C. This is because if the cap layer 605 is thickened in the field-effect transistor 620, the electric field concentration near the drain side of the gate electrode 607 is reduced, and the withstand voltage of the field-effect transistor 620 is improved. Further, the field effect transistor 620
When the thickness of the cap layer 605 is increased, the parasitic gate capacitance at the portion where the gate electrode 607 overlaps the cap layer 605 can be reduced, which leads to improvement in the high-frequency characteristics of the field-effect transistor 620.

【0044】適度に低下させたシート電子濃度を保ちつ
つ、キャップ層605の厚さを厚くする方法として次の
二つが挙げられる。第一は、GaNキャップ層605の
代わりにInGaAlNキャップ層を用いることであ
る。第二は、キャップ層にn型不純物を添加し、キャッ
プ層で生じる電位差を少なくするものである。
The following two methods can be used to increase the thickness of the cap layer 605 while keeping the sheet electron density appropriately reduced. The first is to use an InGaAlN cap layer instead of the GaN cap layer 605. Second, an n-type impurity is added to the cap layer to reduce a potential difference generated in the cap layer.

【0045】第一の方法において、InGaAlNの組
成に要求される要件の1つは、膜厚を厚くためにc面の
格子定数をGaNバッファ層の格子定数とほぼ整合させ
ることである。このためにはIn0.18Al0.72NとGa
Nで格子整合がとれるので、In0.18Al0.72NとGa
Nの混晶とすればよい。すなわち(In0.18Al0.72
xGa1-xNという組成にすればよい。実際には多少の組
成のずれは許容される。別の要件は、InGaAlNキ
ャップ層内部の分極の大きさをAlGaN電子供給層6
04に生じる分極の大きさよりも小さく保つことであ
る。このことは(In0.18Al0.72xGa1-xNのxの
値に制限を与えるが、これによるxの値の上限はAlG
aN電子供給層604におけるAlNの組成に依存す
る。しばしば用いられるAlGaN電子供給層604の
AlN組成についてxの上限を計算によって求めると、
AlGaN電子供給層604のAlN組成が10%の
時、xの上限は約0.16、AlGaN電子供給層60
4のAlN組成が30%の時、xの上限は約0.47と
なる。xの上限は、AlGaN電子供給層604のAl
N組成比の約1.5倍と考えればよい。
In the first method, one of the requirements for the composition of InGaAlN is that the lattice constant of the c-plane is approximately matched with the lattice constant of the GaN buffer layer in order to increase the film thickness. For this purpose, In 0.18 Al 0.72 N and Ga
Since lattice matching can be attained with N, In 0.18 Al 0.72 N and Ga
A mixed crystal of N may be used. That is, (In 0.18 Al 0.72 )
It may be the composition of x Ga 1-x N. In practice, some deviation in composition is acceptable. Another requirement is that the magnitude of the polarization inside the InGaAlN cap layer be controlled by the AlGaN electron supply layer 6.
04 is to be kept smaller than the magnitude of the polarization that occurs. This limits the value of x of (In 0.18 Al 0.72 ) x Ga 1 -xN, and the upper limit of the value of x is AlG
It depends on the composition of AlN in the aN electron supply layer 604. When the upper limit of x is obtained by calculation for the AlN composition of the AlGaN electron supply layer 604 which is often used,
When the AlN composition of the AlGaN electron supply layer 604 is 10%, the upper limit of x is about 0.16, and the upper limit of x is about 0.16.
When the AlN composition of No. 4 is 30%, the upper limit of x is about 0.47. The upper limit of x is Al of the AlGaN electron supply layer 604.
It may be considered to be about 1.5 times the N composition ratio.

【0046】第二の方法では、添加する不純物の濃度に
よって適切なキャップ層605の厚さが決定される。キ
ャップ層の材料はGaNであってもInGaAlNであ
ってもよいが、GaNを用いるものと仮定する。図2と
同様なポテンシャルをAlGaN電子供給層104以下
の領域(すなわち、図2の距離10nm以上の領域)で
維持しつつキャップ層の厚さを厚くすることを考えると
次のようになる。
In the second method, an appropriate thickness of the cap layer 605 is determined depending on the concentration of the impurity to be added. The material of the cap layer may be GaN or InGaAlN, but it is assumed that GaN is used. Considering that the thickness of the cap layer is increased while maintaining the same potential as in FIG. 2 in the region below the AlGaN electron supply layer 104 (that is, in the region with a distance of 10 nm or more in FIG. 2), the following is obtained.

【0047】図2においてキャップ層105の表面電位
はショットキー障壁の高さ0.76Vで固定されてい
る。このところで電界が0となり、かつキャップ層10
5とAlGaN電子供給層104の境界における電位
(約1.6V)と電界を等しくするようにドーピングを
おこなえばキャップ層の上にいくらでも厚くアンドープ
のGaN層を形成できることになる。このような条件を
見積もると、キャップ層の厚さとして16.7nm、n
型不純物のドーピング濃度として3×1018/cm 3
得られる。このn型GaNキャップ層の上に所望の厚さ
のアンドープGaNキャップ層を形成すればよい。
In FIG. 2, the surface potential of the cap layer 105 is shown.
Is fixed at a Schottky barrier height of 0.76V
You. At this time, the electric field becomes 0 and the cap layer 10
5 at the boundary between AlGaN electron supply layer 104
(About 1.6V) and doping to make the electric field equal.
If done, undoped any thickness on the cap layer
GaN layer can be formed. Under such conditions
To estimate, the thickness of the cap layer is 16.7 nm, n
3 × 1018/ Cm ThreeBut
can get. A desired thickness is formed on the n-type GaN cap layer.
Undoped GaN cap layer may be formed.

【0048】上記のキャップ層の構成は、実施形態の実
現性を示すための一例であって、実際には様々な濃度と
厚さを組み合わせたキャップ層を設計することができ
る。また図6Bおよび図6Cに示す電界効果型トランジ
スタ610、620のようにゲート電極による電荷制御
がゲート電極607と電界供給層604との接する部分
で主になされる場合には、図6Dおよび図6Eに示す電
界効果型トランジスタ630,640のようにキャップ
層605は、n型GaN層などの半導体層605bとそ
の上に形成した絶縁膜605aの組み合わせでもかまわ
ない。絶縁膜としてはSiO2膜や窒化シリコン膜が用
いることができるが、界面準位密度が低いといわれてい
る窒化シリコン膜を用いるほうが望ましい。なお、図6
Dに示される電界効果型トランジスタ630は、図6B
に示される電界効果型トランジスタ610のキャップ層
605の代わりに、半導体層605bとその上に絶縁膜
605aを設けたもの、図6Eに示される電界効果型ト
ランジスタ640は、図6Cに示される電界効果型トラ
ンジスタ620のキャップ層605の代わりに、半導体
層605bとその上に絶縁膜605aとを設けたもので
ある。電界効果型トランジスタ630においてゲート電
極607はAlGaN電子供給層604だけでなくキャ
ップ層605上面にも接するように形成されているが、
電界効果型トランジスタ610においてもゲート電極6
07がAlGaN電子供給層604だけでなくキャップ
層605上面にも接するように形成しても何ら差し支え
ないことはいうまでもない。特に、前述したようにゲー
ト電極607をキャップ層605上にドレイン側へ伸ば
すことによって耐圧が向上することが期待される。 (実施の形態3)実施の形態1および2において説明し
た電界効果型トランジスタ(FET)の構成は、ヘテロ
構造の表面がIII族原子の場合であったが、V族原子
の窒素が表面を形成する場合は別の構成にする必要があ
る。ヘテロ構造の表面をV族原子の窒素とした場合の例
を以下に説明する。
The above-described configuration of the cap layer is an example for showing the feasibility of the embodiment, and in fact, a cap layer having various concentrations and thicknesses can be designed. 6D and 6E when the charge control by the gate electrode is mainly performed at the contact portion between the gate electrode 607 and the electric field supply layer 604 as in the field effect transistors 610 and 620 shown in FIGS. 6B and 6C. The cap layer 605 may be a combination of a semiconductor layer 605b such as an n-type GaN layer and an insulating film 605a formed thereon, like the field effect transistors 630 and 640 shown in FIG. Although an SiO 2 film or a silicon nitride film can be used as the insulating film, it is more preferable to use a silicon nitride film which is said to have a low interface state density. FIG.
The field-effect transistor 630 shown in FIG.
6E has a semiconductor layer 605b and an insulating film 605a provided thereon instead of the cap layer 605 of the field effect transistor 610. The field effect transistor 640 shown in FIG. Instead of the cap layer 605 of the type transistor 620, a semiconductor layer 605b and an insulating film 605a provided thereon are provided. In the field-effect transistor 630, the gate electrode 607 is formed so as to be in contact with not only the AlGaN electron supply layer 604 but also the upper surface of the cap layer 605.
In the field effect transistor 610, the gate electrode 6
It is needless to say that there is no problem if 07 is formed so as to contact not only the AlGaN electron supply layer 604 but also the upper surface of the cap layer 605. In particular, it is expected that the breakdown voltage is improved by extending the gate electrode 607 on the cap layer 605 to the drain side as described above. (Embodiment 3) In the structure of the field-effect transistor (FET) described in Embodiments 1 and 2, the surface of the heterostructure is a group III atom, but nitrogen of a group V atom forms the surface. If so, another configuration is required. An example where the surface of the heterostructure is nitrogen of a group V atom will be described below.

【0049】図7に上記の具体例として電界効果型トラ
ンジスタ700を示す。電界効果型トランジスタ700
は、サファイアまたはSiCから形成される基板701
の上に、膜厚が約2〜3μmでAlNの組成比が約0.
15から0.5のAlGaNバッファ層702、Siな
どのn型不純物を約2×1018cm-3の濃度で添加した
n型AlGaN電子供給層703、膜厚が約15〜20
nmのGaNあるいはInGaNよりなるチャネル層7
04、膜厚が約10nmのAlGaNキャップ層705
が順次積層された構造である。この電界効果型トランジ
スタ700において各AlGaN層におけるAlN組成
比は同じでよいが、表面のAlGaNキャップ層705
のAlN組成は分極の効果を考慮するとAlGaNバッ
ファ層702のAlN組成よりも大きくすることができ
る。図1Aに示される電界効果型トランジスタ100と
同様に、AlGaNキャップ層705は中央部のみを残
して選択的に除去され、ゲート電極707がAlGaN
キャップ層705の上に形成される。ソース電極706
およびドレイン電極708は、ゲート電極707に隣接
して、AlGaNキャップ層705が除去された後のチ
ャネル層704の上に形成される。上記のように、各窒
化物層の表面はV族原子(窒素)のc面で形成されてい
る。
FIG. 7 shows a field-effect transistor 700 as the above specific example. Field-effect transistor 700
Is a substrate 701 made of sapphire or SiC
And a composition ratio of AlN of about 0.2 to 3 [mu] m.
AlGaN buffer layer 702 of 15 to 0.5, n-type AlGaN electron supply layer 703 doped with n-type impurity such as Si at a concentration of about 2 × 10 18 cm −3 , and film thickness of about 15 to 20
Channel layer 7 made of GaN or InGaN with a thickness of nm
04, AlGaN cap layer 705 having a thickness of about 10 nm
Are sequentially laminated structures. In this field-effect transistor 700, the AlN composition ratio in each AlGaN layer may be the same, but the AlGaN cap layer 705 on the surface
Can be made larger than the AlN composition of the AlGaN buffer layer 702 in consideration of the effect of polarization. As in the field-effect transistor 100 shown in FIG. 1A, the AlGaN cap layer 705 is selectively removed except for the central portion, and the gate electrode 707 is made of AlGaN.
It is formed on the cap layer 705. Source electrode 706
The drain electrode 708 is formed on the channel layer 704 adjacent to the gate electrode 707 after the AlGaN cap layer 705 has been removed. As described above, the surface of each nitride layer is formed by the c-plane of group V atoms (nitrogen).

【0050】GaNを主体とするへテロ構造電界効果型
トランジスタ700において、表面がV族原子となるよ
うな分子線エピタキシー法における成長条件はすでに報
告されている。表面がV族原子となるように成膜を行っ
た場合、各層に発生する分極の方向は表面がIII族原
子の場合とは逆となるため、図1Aに示した電界効果型
トランジスタ100のバッファ層102を形成する材料
としてGaNの代わりに、バッファ層702としてAl
GaNが用いられている。その上にSiなどのn型不純
物を添加したAlGaNを含む電子供給層703、チャ
ネル層704が順次形成されている。チャネル層704
への電子供給はチャネル層704の下にあるAlGaN
電子供給層703からとチャネル層704と電子供給層
703間の分極の差により誘起されるプラスの電荷とに
よりなされる。従って、通常このチャネル層704にゲ
ート電極が直接形成されることになる。ここでAlGa
Nバッファ層702は格子歪が緩和するように十分厚く
形成され、GaNまたはInGaNを含むチャネル層7
04は圧縮歪を受けるので数10nmと比較的薄く形成
される。キャップ層705としては、GaNの代わりに
AlGaNを用いる。
The growth conditions in the molecular beam epitaxy method in which the surface becomes a group V atom in the heterostructure field effect transistor 700 mainly composed of GaN have already been reported. When the film is formed so that the surface is a group V atom, the direction of polarization generated in each layer is opposite to that in the case where the surface is a group III atom, and therefore, the buffer of the field-effect transistor 100 shown in FIG. Instead of GaN as a material for forming the layer 102, Al is used as the buffer layer 702.
GaN is used. An electron supply layer 703 including AlGaN doped with an n-type impurity such as Si and a channel layer 704 are sequentially formed thereon. Channel layer 704
To the AlGaN under the channel layer 704
This is due to the positive charge induced from the electron supply layer 703 and the polarization difference between the channel layer 704 and the electron supply layer 703. Therefore, a gate electrode is usually formed directly on the channel layer 704. Where AlGa
The N buffer layer 702 is formed sufficiently thick so as to reduce lattice strain, and includes a channel layer 7 containing GaN or InGaN.
Since 04 is subjected to compressive strain, it is formed to be relatively thin with several tens of nm. As the cap layer 705, AlGaN is used instead of GaN.

【0051】このような構成とすることで、ソース抵抗
の増大の防止、リーク電流の低減が図られることは実施
形態1のところで説明したことと同様の理由による。
With such a configuration, the increase in the source resistance can be prevented and the leak current can be reduced for the same reason as described in the first embodiment.

【0052】さらに、本実施形態において多数の変形例
が考えられ、図8A〜図8Eに電界効果型トランジスタ
(FET)としてそれらの変形例を示す。ただし、図8
A〜図8Eに示される電界効果型トランジスタにおい
て、各窒化物層の表面はV族原子(窒素)のc面で形成
されている。
Further, a large number of modifications are conceivable in the present embodiment, and FIGS. 8A to 8E show such modifications as a field effect transistor (FET). However, FIG.
In the field-effect transistors shown in FIGS. 8A to 8E, the surface of each nitride layer is formed by a c-plane of group V atoms (nitrogen).

【0053】図8Aに示される電界効果型トランジスタ
800は、図4に示される電界効果型トランジスタ40
0と同様にゲート電極807を形成するAlGaNキャ
ップ層805の部分がエッチングによって薄層化または
除去された構成としたものである。このような構成とす
ることで、AlGaNキャップ層805を導入すること
により劣化する相互コンダクタンスを改善することがで
きる。
The field-effect transistor 800 shown in FIG. 8A is the same as the field-effect transistor 40 shown in FIG.
As in the case of No. 0, the portion of the AlGaN cap layer 805 forming the gate electrode 807 is thinned or removed by etching. With such a configuration, the transconductance, which is deteriorated by introducing the AlGaN cap layer 805, can be improved.

【0054】図8Bに示される電界効果型トランジスタ
810は、図5に示される電界効果型トランジスタ50
0に対応する。電界効果型トランジスタ(FET)81
0において、ゲート電極807はAlGaNキャップ層
805の上に形成されるが、AlGaNキャップ層80
5の表面積はゲート電極807の表面積よりも小さい。
従って、AlGaNキャップ層805はゲート電極80
7の底面よりも内側に形成された構成となる。電界効果
型トランジスタ810の構成とすることで、リーク電流
の低減と耐圧の向上を図ることができる。
The field-effect transistor 810 shown in FIG. 8B is the same as the field-effect transistor 50 shown in FIG.
Corresponds to 0. Field Effect Transistor (FET) 81
0, the gate electrode 807 is formed on the AlGaN cap layer 805,
5 is smaller than the surface area of the gate electrode 807.
Therefore, the AlGaN cap layer 805 is
7 is formed inside the bottom surface. With the structure of the field-effect transistor 810, leakage current can be reduced and breakdown voltage can be improved.

【0055】図8Cに示される電界効果型トランジスタ
820は、図6Aに示される電界効果型トランジスタ6
00に対応する。電界効果型トランジスタ820は、図
8Aに示した電界効果型トランジスタ(FET)800
とはAlGaNキャップ層805上に設けられるゲート
電極807の位置が異なる。ゲート電極807をソース
電極806側に配置することによって、ゲート・ドレイ
ン間におけるAlGaNキャップ層805の占める領域
がより広くなる。このような構成にすることによってゲ
ート電極807直下のチャネル層804に広がる空乏層
をよりドレイン電極808側に広げることができ、電界
効果型トランジスタ820の耐圧を向上させることがで
きる。
The field-effect transistor 820 shown in FIG. 8C is the same as the field-effect transistor 6 shown in FIG.
Corresponds to 00. The field-effect transistor 820 is the field-effect transistor (FET) 800 shown in FIG. 8A.
And the position of the gate electrode 807 provided on the AlGaN cap layer 805 is different. By arranging the gate electrode 807 on the source electrode 806 side, the area occupied by the AlGaN cap layer 805 between the gate and the drain becomes wider. With such a structure, the depletion layer that extends to the channel layer 804 immediately below the gate electrode 807 can be further expanded to the drain electrode 808 side, and the withstand voltage of the field-effect transistor 820 can be improved.

【0056】図8Dに示される電界効果型トランジスタ
830は、図6Bに示される電界効果型トランジスタ6
10と対応する。電界効果型トランジスタ830は、図
8Cに示した電界効果型トランジスタ820と、ゲート
電極807が形成されるAlGaNキャップ層805の
部分がエッチングによって薄層化あるいは除去される点
で異なる。電界効果型トランジスタ830の構造のよう
に、AlGaNキャップ層805を導入することで、劣
化する相互コンダクタンスを改善することができる。
The field effect transistor 830 shown in FIG. 8D is the same as the field effect transistor 6 shown in FIG.
Corresponds to 10. The field-effect transistor 830 differs from the field-effect transistor 820 shown in FIG. 8C in that a portion of the AlGaN cap layer 805 where the gate electrode 807 is formed is thinned or removed by etching. By introducing the AlGaN cap layer 805 as in the structure of the field-effect transistor 830, the degraded transconductance can be improved.

【0057】図8Eに示される電界効果型トランジスタ
840は、図6Cに示される電界効果型トランジスタ6
20と対応する。電界効果型トランジスタ840は、ゲ
ート電極807とドレイン電極808との間にAlGa
Nキャップ層805を設ける構造である。電界効果型ト
ランジスタ840の構造にすることで、ゲート・ソース
間のリーク電流は改善されないが、ゲート・ドレイン間
の耐圧は改善される。
The field-effect transistor 840 shown in FIG. 8E is the same as the field-effect transistor 6 shown in FIG.
Corresponds to 20. The field-effect transistor 840 has AlGa between the gate electrode 807 and the drain electrode 808.
This is a structure in which an N cap layer 805 is provided. With the structure of the field-effect transistor 840, the leakage current between the gate and the source is not improved, but the withstand voltage between the gate and the drain is improved.

【0058】キャップ層805の厚さを厚くすること
は、電界効果型トランジスタ840の構造でFETのゲ
ート−ドレイン間の耐圧を向上する場合に有効となる。
しかしながら、表面がV族原子である場合、AlGaN
以外の材料を用いてキャップ層805の厚さを厚くする
ことは簡単ではない。これはヘテロ構造の表面がIII
族の場合と異なって、チャネル層804を構成するGa
Nが面内で圧縮応力を受けるため自発分極の方向とピエ
ゾ効果による分極の方向が互いに逆向きになり、全体と
してGaNのチャネル層804内部に発生する分極の絶
対値はかなり小さくなるからである。AlGaNバッフ
ァ層802と格子整合する材料ではAlGaNよりも分
極の値を小さくできる材料は見つからない。従って、実
施の形態2で述べたようなキャップ層805へのドーピ
ングの方がAlGaN以外の材料を用いてキャップ層を
厚くするよりもより簡単で有効となる。
Increasing the thickness of the cap layer 805 is effective in improving the breakdown voltage between the gate and the drain of the FET in the structure of the field effect transistor 840.
However, if the surface is a group V atom, AlGaN
It is not easy to increase the thickness of the cap layer 805 using a material other than the above. This is because the surface of the heterostructure is III
Unlike the case of the group, Ga forming the channel layer 804
This is because N receives compressive stress in the plane, so that the direction of spontaneous polarization and the direction of polarization due to the piezo effect are opposite to each other, and the absolute value of the polarization generated inside the GaN channel layer 804 becomes considerably small as a whole. . No material that lattice-matches with the AlGaN buffer layer 802 can have a polarization value smaller than that of AlGaN. Therefore, doping the cap layer 805 as described in the second embodiment is simpler and more effective than increasing the thickness of the cap layer using a material other than AlGaN.

【0059】また実施の形態2で述べたようにキャップ
層805としてAlGaN層とその上に形成した絶縁膜
の組み合わせを用いることも、電界効果型トランジスタ
830、840の場合に有効である。絶縁膜としてはS
iO2膜や窒化シリコン膜が用いることができるが、界
面準位密度が低いといわれている窒化シリコン膜を用い
るほうが望ましい。
As described in the second embodiment, the use of a combination of an AlGaN layer and an insulating film formed thereon as the cap layer 805 is also effective in the case of the field-effect transistors 830 and 840. S as insulating film
Although an iO 2 film or a silicon nitride film can be used, it is preferable to use a silicon nitride film which is said to have a low interface state density.

【0060】なお本発明で示したGaNバッファ層10
2、402、502、602、やAlGaNバッファ層
702、802はそれぞれ基板101、401、50
1、601および701、801上に層厚が100nm
程度の比較的薄いAlN層を介して形成される場合が従
来より報告されているが、本発明はそのような場合にも
本質的に何ら変わることなく適用できることは言うまで
も無い。
The GaN buffer layer 10 shown in the present invention
2, 402, 502, 602 and the AlGaN buffer layers 702, 802 are the substrates 101, 401, 50, respectively.
100 nm on 1, 601 and 701, 801
Although a case where the film is formed through a relatively thin AlN layer has been reported in the past, it is needless to say that the present invention can be applied to such a case without any substantial change.

【0061】[0061]

【発明の効果】本発明の半導体装置は、窒化ガリウム系
ヘテロ構造のソース抵抗の増大を防止しつつリーク電流
を低減すること、あるいはソース抵抗の増大を防止しつ
つ耐圧の向上が図ることができる半導体装置(電界効果
型トランジスタ)を提供する。その結果、窒化ガリウム
系ヘテロ構造の半導体装置のパワー特性向上が可能とな
る。
According to the semiconductor device of the present invention, the leakage current can be reduced while preventing the source resistance of the gallium nitride based heterostructure from increasing, or the withstand voltage can be improved while preventing the source resistance from increasing. Provided is a semiconductor device (a field effect transistor). As a result, the power characteristics of the gallium nitride based heterostructure semiconductor device can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1A】本発明の第1の実施の形態による電界効果型
トランジスタを説明する断面図である。
FIG. 1A is a cross-sectional view illustrating a field-effect transistor according to a first embodiment of the present invention.

【図1B】本発明の第1の実施の形態による電界効果型
トランジスタを説明する上面図である。
FIG. 1B is a top view illustrating the field-effect transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第1の実施形態に関わるポテンシャル
図である。
FIG. 2 is a potential diagram according to the first embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第1の実施形態に関わるシート電子濃
度およびピークポテンシャルのGaNキャップ層厚依存
性を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing the dependence of sheet electron concentration and peak potential on the GaN cap layer thickness according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第1の実施形態の変形例による電界効
果型トランジスタを説明する断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a field-effect transistor according to a modification of the first embodiment of the present invention.

【図5】本発明第1の実施形態の別の変形例による電界
効果型トランジスタを説明する断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a field-effect transistor according to another modification of the first embodiment of the present invention.

【図6A】本発明の第2の実施の形態による電界効果型
トランジスタを説明する断面図である。
FIG. 6A is a sectional view illustrating a field-effect transistor according to a second embodiment of the present invention.

【図6B】本発明の第2の実施の形態による電界効果型
トランジスタを説明する断面図である。
FIG. 6B is a sectional view illustrating the field-effect transistor according to the second embodiment of the present invention.

【図6C】本発明の第2の実施の形態による電界効果型
トランジスタを説明する断面図である。
FIG. 6C is a sectional view illustrating the field-effect transistor according to the second embodiment of the present invention.

【図6D】本発明の第2の実施の形態による電界効果型
トランジスタを説明する断面図である。
FIG. 6D is a sectional view illustrating the field-effect transistor according to the second embodiment of the present invention.

【図6E】本発明の第2の実施の形態による電界効果型
トランジスタを説明する断面図である。
FIG. 6E is a sectional view illustrating the field-effect transistor according to the second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施の形態による電界効果型ト
ランジスタを説明する断面図である。
FIG. 7 is a sectional view illustrating a field-effect transistor according to a third embodiment of the present invention.

【図8A】本発明の第3の実施の形態の変形例による電
界効果型トランジスタを説明する断面図である。
FIG. 8A is a cross-sectional view illustrating a field-effect transistor according to a modification of the third embodiment of the present invention.

【図8B】本発明の第3の実施の形態の変形例による電
界効果型トランジスタを説明する断面図である。
FIG. 8B is a cross-sectional view illustrating a field-effect transistor according to a modification of the third embodiment of the present invention.

【図8C】本発明の第3の実施の形態の変形例による電
界効果型トランジスタを説明する断面図である。
FIG. 8C is a cross-sectional view illustrating a field-effect transistor according to a modification of the third embodiment of the present invention.

【図8D】本発明の第3の実施の形態の変形例による電
界効果型トランジスタを説明する断面図である。
FIG. 8D is a cross-sectional view illustrating a field-effect transistor according to a modification of the third embodiment of the present invention.

【図8E】本発明の第3の実施の形態の変形例による電
界効果型トランジスタを説明する断面図である。
FIG. 8E is a cross-sectional view illustrating a field-effect transistor according to a modification of the third embodiment of the present invention.

【図9】従来の電界効果型トランジスタを説明する断面
図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a conventional field-effect transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 基板 102 バッファ層 103 チャネル層 104 電子供給層 105 キャップ層 106 ソース電極 107 ゲート電極 108 ドレイン電極 101 substrate 102 buffer layer 103 channel layer 104 electron supply layer 105 cap layer 106 source electrode 107 gate electrode 108 drain electrode

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、 該基板の上に形成されたGaNを含むバッファ層であっ
て、該バッファ層の表面がGa原子のc面である、バッ
ファ層と、 該バッファ層の上に形成されたGaNまたはInGaN
を含むチャネル層であって、該チャネル層の表面がGa
またはIn原子のc面である、チャネル層と、 該チャネル層の上に形成されたAlGaNを含む電子供
給層であって、該電子供給層の表面がAlまたはGa原
子のc面である、電子供給層と、 該電子供給層の上に形成されたソース電極およびドレイ
ン電極と、 該ソース電極と該ドレイン電極との間に形成されたGa
NまたはInGaAlNを含むキャップ層であって、該
キャップ層の表面はGaまたはIn原子のc面であり、
該キャップ層の少なくとも一部が該電子供給層に接す
る、キャップ層と、 少なくとも一部が該キャップ層に接するように形成され
たゲート電極と、 を備えた半導体装置。
A buffer layer including GaN formed on the substrate, wherein the buffer layer has a c-plane of Ga atoms; and a buffer layer formed on the buffer layer. GaN or InGaN
And the surface of the channel layer is Ga
A channel layer, which is a c-plane of In atoms, and an electron supply layer including AlGaN formed on the channel layer, wherein the surface of the electron supply layer is a c-plane of Al or Ga atoms. A supply layer, a source electrode and a drain electrode formed on the electron supply layer, and a Ga formed between the source electrode and the drain electrode.
A cap layer containing N or InGaAlN, wherein the surface of the cap layer is a c-plane of Ga or In atoms;
A semiconductor device comprising: a cap layer in which at least a part of the cap layer is in contact with the electron supply layer; and a gate electrode formed so that at least a part is in contact with the cap layer.
【請求項2】 前記ゲート電極の少なくとも一部が前記
電子供給層に接するように形成される、請求項1に記載
の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein at least a part of said gate electrode is formed so as to be in contact with said electron supply layer.
【請求項3】 前記ゲート電極が前記キャップ層の上に
形成される、請求項1に記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein said gate electrode is formed on said cap layer.
【請求項4】 前記キャップ層はInGaAlNからな
り、 該キャップ層の組成はc面内で前記バッファ層とほぼ格
子定数の整合がとれ、 かつ該キャップ層内に発生する分極の大きさの絶対値が
前記電子供給層内に発生する分極の絶対値よりも小さく
なるように該電子供給層は形成される、請求項1に記載
の半導体装置。
4. The cap layer is made of InGaAlN. The composition of the cap layer is substantially matched to the lattice constant of the buffer layer in the c-plane, and the absolute value of the magnitude of polarization generated in the cap layer. 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the electron supply layer is formed such that is smaller than an absolute value of polarization generated in the electron supply layer.
【請求項5】 前記キャップ層にn型不純物が部分的あ
るいは全体に添加された、請求項1に記載の半導体装
置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein an n-type impurity is partially or entirely added to said cap layer.
【請求項6】 前記ゲート電極が前記ドレイン電極より
も前記ソース電極の近くに位置する、請求項1に記載の
半導体装置。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein said gate electrode is located closer to said source electrode than said drain electrode.
【請求項7】 前記ゲート電極の表面積が前記キャップ
層の表面積よりも大きい、請求項3に記載の半導体装
置。
7. The semiconductor device according to claim 3, wherein a surface area of said gate electrode is larger than a surface area of said cap layer.
【請求項8】 前記ゲート電極は、前記キャップ層が薄
膜化または除去された領域に位置する、請求項1に記載
の半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein said gate electrode is located in a region where said cap layer is thinned or removed.
【請求項9】 前記ゲート電極は前記キャップ層の前記
ソース電極側に形成され、該ゲート電極と前記ドレイン
電極との間に前記キャップ層が形成される、請求項1に
記載の半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 1, wherein said gate electrode is formed on said source electrode side of said cap layer, and said cap layer is formed between said gate electrode and said drain electrode.
【請求項10】 前記キャップ層は、前記電子供給層の
上に形成された半導体層と、該半導体層上に形成された
絶縁膜とを備える、請求項1に記載の半導体装置。
10. The semiconductor device according to claim 1, wherein said cap layer includes a semiconductor layer formed on said electron supply layer, and an insulating film formed on said semiconductor layer.
【請求項11】 基板と、 該基板の上に形成されたAlGaNを含むバッファ層で
あって、該バッファ層の表面がN原子のc面である、バ
ッファ層と、 該バッファ層の上に形成されたAlGaNを含む電子供
給層であって、該電子供給層の表面がN原子のc面であ
る、電子供給層と、 該電子供給層の上に形成されたGaNまたはInGaN
を含むチャネル層であって、該チャネル層の表面がN原
子のc面である、チャネル層と、 該チャネル層の上に形成されたソース電極およびドレイ
ン電極と、 該ソース電極と該ドレイン電極との間に形成されたAl
GaNを含むキャップ層であって、該キャップ層の表面
はN原子のc面であり、該キャップ層の少なくとも一部
が該チャネル層に接する、キャップ層と、 少なくとも一部が該キャップ層に接するように形成され
たゲート電極と、を備えた半導体装置。
11. A substrate, a buffer layer including AlGaN formed on the substrate, wherein the surface of the buffer layer is a c-plane of N atoms, and a buffer layer formed on the buffer layer. An electron supply layer containing AlGaN, wherein the surface of the electron supply layer is a c-plane of N atoms; and GaN or InGaN formed on the electron supply layer.
A channel layer, wherein the surface of the channel layer is a c-plane of N atoms, a source electrode and a drain electrode formed on the channel layer, the source electrode and the drain electrode, Al formed during
A cap layer containing GaN, wherein the surface of the cap layer is a c-plane of N atoms, and at least a part of the cap layer is in contact with the channel layer; And a gate electrode formed as described above.
【請求項12】 前記ゲート電極の少なくとも一部が前
記チャネル層に接するように形成される、請求項11に
記載の半導体装置。
12. The semiconductor device according to claim 11, wherein at least a part of said gate electrode is formed to be in contact with said channel layer.
【請求項13】 前記ゲート電極が前記キャップ層の上
に形成される、請求項11に記載の半導体装置。
13. The semiconductor device according to claim 11, wherein said gate electrode is formed on said cap layer.
【請求項14】 前記ゲート電極が前記ドレイン電極よ
りも前記ソース電極の近くに位置する、請求項11に記
載の半導体装置。
14. The semiconductor device according to claim 11, wherein said gate electrode is located closer to said source electrode than said drain electrode.
【請求項15】 前記ゲート電極の表面積が前記キャッ
プ層の表面積よりも大きい、請求項13に記載の半導体
装置。
15. The semiconductor device according to claim 13, wherein a surface area of said gate electrode is larger than a surface area of said cap layer.
【請求項16】 前記ゲート電極は、前記キャップ層が
薄膜化または除去された領域に位置する、請求項11に
記載の半導体装置。
16. The semiconductor device according to claim 11, wherein said gate electrode is located in a region where said cap layer is thinned or removed.
【請求項17】 前記ゲート電極は前記キャップ層の前
記ソース電極側に形成され、該ゲート電極と前記ドレイ
ン電極との間に前記キャップ層が形成される、請求項1
1に記載の半導体装置。
17. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode is formed on the source electrode side of the cap layer, and the cap layer is formed between the gate electrode and the drain electrode.
2. The semiconductor device according to 1.
【請求項18】 前記キャップ層は、前記電子供給層の
上に形成された半導体層と、該半導体層上に形成された
絶縁膜とを備える、請求項11に記載の半導体装置。
18. The semiconductor device according to claim 11, wherein said cap layer includes a semiconductor layer formed on said electron supply layer, and an insulating film formed on said semiconductor layer.
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