JP2004022774A - Semiconductor device and field effect transistor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a contact layer used for a semiconductor device, such as the HJFET etc., that can obtain a low contact resistance without passing through any high-temperatrue annealing step. <P>SOLUTION: The ohmic-contacted contact layer of a hetero field effect transistor is constituted of a GaN layer 14 and an Al<SB>y</SB>N<SB>(0<y≤)</SB>layer 15 formed on the layer 14. Then ohmic electrodes 1 and 3 are formed on the contact layer. When the transistor is constituted in this way, the transistor can obtain a low contact resistance without passing through any high-temperature annealing step. In addition, since dependency of the contact resistance on the electrode material is low, the low contact resistance is obtained even when a thermally stable material, such as the WSi etc., having a high melting point is used as an electrode material. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、III 族窒化物半導体層とこの半導体層にオーミックに接触するオーミック電極とを半導体装置およびこのオーミック電極を有する電界効果トランジスタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図8は、従来技術によるヘテロ接合電界効果トランジスタ(Hetero−Junction Field Effect Transistor ;以下、HJFETという)の概略断面図である。このような従来技術のHJFETは、例えば、江川(T.Egawa )等により文献1999年インターナショナル・エレクトロン・デバイス・ミーティング・ダイジェスト(IEDM 99−401〜404)に報告されている。
図8(a)は、従来技術によるHJFETの断面構造を示す。このHJFETは、基板にサファイアを用い、サファイア基板110の上にGaNバッファ層111が形成されている。GaNバッファ層111の上にGaNチャネル層112が形成され、その上にAlGaN電子供給層113が形成されている。この電子供給層113上にn型GaN層114が形成されている。このn型GaN層114に接してソース電極101とドレイン電極103が形成されている。これら電極はn型GaN層114にオーム性接触している。また、n型GaN層114およびAlGaN電子供給層113の一部を除去して形成したリセス部には、AlGaN供給層113に接してゲート電極102が形成され、このゲート電極は、AlGaN供給層113にショットキー性接触してている。
図8(b)は、図8(a)のオーミックコンタクト部に対応する伝導帯エネルギー分布を示すエネルギーバンド図である。縦軸はエネルギー、横軸は深さをそれぞれ示す。電極と接触している半導体界面には空乏層が広がり、電子に対するポテンシャルバリアが生成される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
前記構造の半導体装置は、電極から半導体へ電子が移動する際に高いポテンシャルバリアが存在するため、低コンタクト抵抗のソース・ドレイン電極を得ることが困難である。コンタクト抵抗を下げるには650℃以上の高温でアニール処理を行うことが有効であるが、高温アニール処理を行うときはプロセスの工程順に大きな制約がかかるという問題が起こる。また、低抵抗が得られる電極金属がAlを含む材料に限られており、したがって、熱的に不安定であるという問題があった。
本発明の課題は、上記の従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、高温でのアニール工程を経ることなく低いコンタクト抵抗が得られるHJFETなどの半導体装置を提供できるようにすることである。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明によれば、III 族窒化物半導体層と前記III 族窒化物半導体層にオーミックに接触するオーミック電極とを有する半導体装置において、前記III 族窒化物半導体層は、GaN層またはn型AlGa1−uN層(但し、0<u≦1)とこのGaN層またはn型AlGa1−uN層の上に形成されたAlGa1−yN層(但し、0<y≦1)であり、前記オーミック電極は、このAlGa1−yN層上に形成されていることを特徴とする半導体装置、が提供される。
【0005】
また、上記の課題を解決するために、本発明によれば、チャネル層、または、チャネル層および電子供給層を含む活性層と、前記チャネル層の電子伝導度を制御するゲート電極と、前記活性層上に形成されたコンタクト層と、前記コンタクト層に接して形成されたソース電極およびドレイン電極とを備え、前記コンタクト層は、GaN層またはn型AlGa1−uN層(但し、0<u≦1)とその上に形成されたAlGa1−yN層(但し、0<y≦1)とからなることを特徴とする電界効果トランジスタ、が提供される。
【0006】
[作用]
オーミック接触がなされるコンタクト層をこのような構成とすることにより、高温でのアニール工程を経ることなく低いコンタクト抵抗のオーミック電極を得ることができる。また、この構成においては、コンタクト抵抗の電極材料依存性が小さく、熱的に安定なWSi等の高融点材料を電極材料として用いても低いコンタクト抵抗が得られる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下、実施例に即して発明の実施の形態を説明する。
(第1の実施例)
図1を参照して本発明の第1の実施例を説明する。
図1は、この実施例に係るHJFETの概略図であり、図1(a)は、HJFETの断面構造を示す。このHJFETは、サファイアなどの基板10上に形成される。基板10上には半導体層からなるバッファ層11が形成されている。このバッファ層11上にGaNチャネル層12が形成されている。チャネル層の上には、AlGaN電子供給層13が形成され、この電子供給層13上にはn型GaN層14が形成されている。n型GaN層14上に最上層のAlGaN層15が形成されている。また、AlGaN層15に接してソース電極1とドレイン電極3とが形成され、いずれもオーム性接触がとられている。AlGaN層15、n型GaN層14およびAlGaN電子供給層13の一部は除去され、除去により形成されたリセス部には、AlGaN供給層13に接してショットキー性接触のゲート電極2が形成されている。
【0008】
図1(b)は、図1(a)のオーミックコンタクト部に対応する伝導帯エネルギー分布を示す特性図である。縦軸はエネルギー、横軸は深さをそれぞれ示している。この実施例におけるオーミック性接触は、電極金属中の電子がAlGa1−yN層15を透過してGaN層14に到達することによって得られる。
図1(b)において、電極−半導体界面のポテンシャルバリアは、電極金属の種類とAlGa1−yNのAl組成yによって決まる。AlGa1−yN−GaNの伝導帯エネルギー差もAl組成yによって決まる。またAlGa1−y N層中の電界は、ピエゾ分極と自発分極によって生じた電荷に起因するものであり、これもAl組成yによって決まる。
電子が電極から半導体へ透過するためには、AlGa1−yN層の厚さは、AlGa1−y中の電子の1波長以下である必要がある。これによって決まるAlGaN層の厚さの上限値をd(nm)とする。また、AlGa1−yN層とGaN層の界面におけるGaNの伝導帯エネルギーがフェルミ準位以下になる必要があり、この条件よりAlGa1−yNの厚さの下限が決まる。この下限値をd(nm)とする。
【0009】
ここでhはプランク定数(=6.62617×10−34Js)、πは円周率(=3.14159)、mは電子質量(=9.1095×10−31kg)、ε は真空の誘電率(=8.85418×10−12F/m)、qは素電荷(=1.60219×10−19C)、m*はAl Ga1−y N中の電子の有効質量、Φはショットキーバリア高さ、εはAlGa1−yNの比誘電率、△EcはAlGa1−yNとGaNの界面の伝導帯エネルギー差、σは分極電荷とすると、dはAlGa1−yN中の電子の波長と一致するから、
(nm)=h/2π×(2m*m Φ−0.5 ・・・(1)
と書ける。
また、AlGa1−yN層とGaN層の界面におけるGaNの伝導帯エネルギーがフェルミ準位と一致するときのAlGa1−yNの厚さがdであるから、AlGa1−yN中の電界強度をEとすると、
qΦ−qdE=△Ec              ・・・(2)
が成り立つ。ここで
E=σ/(εε)                 ・・・(3)
の関係より、
(nm)=εε ×(qΦ −△Ec)/qσ   ・・・(4)
が得られる。
【0010】
アンバシャー(Ambacher)らによる文献ジャーナル・オブ・アプライド・フィジクス(J.Appl.Phys.)、第85巻、第6号、第3222頁によると、m*、Φ、ε、△Ecおよびσの各々のAl組成y依存性は以下の通りである。
m*=0.22×m                 ・・・(5)
Φ =1.3×y+0.84              ・・・(6)
ε=−0.5×y+9.5               ・・・(7)
△Ec=0.7 ×y +1.20×y          ・・・(8)
σ=1.89×10−2×y +8.35×10−2×y   ・・・(9)
この関係を用いると式(1)および式(4)をyの関数として書き直すことができる。
(nm)=0.42×(1.3×y+0.84)−0.5 ・・・(10)
(nm)=0.64×y−1−0.06−0.69×y+0.14×y                             ・・・(11)
【0011】
以上より、この実施例の構成において、オーミックコンタクトを実現できるAlGa1−yN層のAl組成yと厚さdの関係は、
0.64×y−1−0.06−0.69×y+0.14×y ≦d(nm)
≦0.42×(1.3×y+0.84)−0.5         ・・・(12)
と設定される。(12)式はアンバシャー(Ambacher)らによる文献に示されたm*、Φ、ε、△EcおよびσのAl組成依存性を用いて導かれた関係であるが、これらのAl組成依存性としてより正確な関係が得られた場合は、(1)式および(4)式よりAlGa1−yN層厚さの上限値および下限値とAl組成の関係を導くことができる。
【0012】
以上は数値計算より導かれるAl組成比と厚さの関係であるが、実験により得られた結果を図7に示す。図7は、縦軸がコンタクト抵抗(Ωcm )、横軸がAl組成yである。n型GaN層14の上にAl組成と厚さを変えてAlGa1−yNを成長させてエピタキシャル成長基板を作製し、該エピタキシャル成長基板上にAlを蒸着してTLM(Transmission Line Measurement)パターンを形成して実験試料を形成し、コンタクト抵抗を測定した。厚さ5nm以下、Al組成yが0.5以上で10−5Ωcm 以下の低いコンタクト抵抗が得られている。また、AlGa1−yNの1 分子層に相当する厚さ0.25nmにおいても低いコンタクト抵抗が得られているが、AlGa1−yN層がない場合(y=0に相当)は10−3Ωcm台の高い抵抗値であり、1 分子層以上のAlGa1−yNが必要である。この実験結果よりAlGa1−yN層の厚さdが0.25≦d(nm)≦5であり、かつ、Al組成比yが0.5≦y≦1の範囲であれば低いコンタクト抵抗を得ることができる。実験結果はオーミック金属としてAlの場合を示したが、Ti/Al、W、WSi、Moを用いた場合も同様の結果が得られた。また、図7には蒸着後にアニールを行わない場合の結果を示したが、アニールを行うことにより更に低いコンタクト抵抗を得ることができる。
【0013】
前記HJFETは、以下のように形成される。まず、(0001)サファイアからなる基板10上に、例えば、分子線エピタキシ(Molecular Beam Epitaxy:MBE)成長法によって半導体層を成長させる。このようにして形成した半導体層は、基板側から順に、アンドープAlNからなるバッファ層11(膜厚20nm)、アンドープのGaNチャネル層12(膜厚2μm)、アンドープAl0.2Ga0.8NからなるAlGaN電子供給層13(膜厚25nm)、n型GaN層14(n型不純物濃度5×1018cm−3、膜厚50nm)、アンドープAl0.7 Ga0.7 NからなるAlGaN層15(膜厚1nm)である。
次いで、エピタキシャル層構造の一部をGaNチャネル層12が露出するまでエッチング除去することにより、素子間分離メサを形成する。続いてアンドープのAlGaN層15上に、例えば、Ti/Alなどの金属を蒸着することにより、ソース電極1およびドレイン電極3を形成し、オーム性接触をとる。ここではAlGaN層15のAl組成0.7、膜厚1nmの例をあげたが、厚さdが0.25≦d(nm)≦5であり、かつ、Al組成比yが0.5≦y≦1の範囲であれば低いコンタクト抵抗を得ることができることは先に述べた通りである。
【0014】
次に、AlGaN層15、n型GaN層14およびAlGaN電子供給層13の一部をエッチング除去することによって露出したAlGaN電子供給層13上に、例えば、Ni/Auなどの金属を蒸着してショットキー接触のゲート電極2を形成する。このようにして図1に示したHJFETを作製する。ここで示した基板材料、作製方法およびAlGaN層15以外の層構造は具体的な実施例の一例であり、発明の構造を限定するものではない。これは後述の第2の実施例以降も同様である。
【0015】
(第2の実施例)
次に、図2を参照して本発明の第2の実施例を説明する
図2は、この実施例に係るHJFETの断面構造である。この実施例は、第1の実施例のアンドープをAlGaN層15をn型AlGaN層16に置き換えたものである。すなわち、このHJFETは、(0001)サファイアからなる基板10上に、基板側から順に、アンドープAlNからなるバッファ層11(膜厚20nm)、アンドープのGaNチャネル層12(膜厚2μm)、アンドープAl0.2Ga0.8NからなるAlGaN電子供給層13(膜厚25nm)、n型GaN層14(n型不純物濃度5×1018cm−3、膜厚50nm)、n型AlGaN層16が積層されてなるものである。
この実施例においては、イオン化した不純物によりAlGaN層中の電界が更に強められ、電極からn型GaN層14へ電子が透過するトンネル確率を高めることができるため、第1の実施例と比較して更に低抵抗なオーミック電極を実現することができる。
【0016】
(第3の実施例)
次に、図3を参照して本発明の第3の実施例を説明する。
図3は、この実施例に係るHJFETの断面構造である。この実施例は、第1の実施例に係るHJFETを構成するn型GaN層14をn型AlGaN層17に置き換えたものである。すなわち、このHJFETは、(0001)サファイアからなる基板10上に、基板側から順に、アンドープAlNからなるバッファ層11(膜厚20nm)、アンドープのGaNチャネル層12(膜厚2μm)、アンドープAl0.2Ga0.8NからなるAlGaN電子供給層13(膜厚25nm)、n型AlGaN層17、アンドープのAlGaN層15(膜厚1nm)が積層されてなるものである。
n型AlGaN層17のAl組成zは、AlGaN供給層13と同程度の0.1≦z≦0.4が適当である。例えば、n型AlGaN層17のAl組成を0.2(n型不純物濃度5×1018cm−3、膜厚50nm)とし、アンドープAlGaN層15のAl組成を0.8(膜厚1nm)とすることにより、第1の実施例と同様の効果が得られる。また、アンドープAlGaN層15をn型AlGaN層とすることにより、イオン化した不純物によりAlGaN層中の電界が更に強められ、電極からn型GaN層14へ電子が透過するトンネル確率を高めることができるため、更に低抵抗のオーミック電極を実現することができる。
【0017】
(第4の実施例)
次に、図4を参照して本発明の第4の実施例を説明する。
図4は、この実施例に係るHJFETの断面構造である。この実施例は、第1の実施例に係るHJFETを構成するn型GaN層14とAlGaN電子供給層13との間にn型AlGaN層18を挿入したものである。すなわち、このHJFETは、(0001)サファイアからなる基板10上に、基板側から順に、アンドープAlNからなるバッファ層11(膜厚20nm)、アンドープのGaNチャネル層12(膜厚2μm)、アンドープAl0.2Ga0.8NからなるAlGaN電子供給層13(膜厚25nm)、n型AlGaN層18、n型GaN層14(n型不純物濃度5×1018cm−3、膜厚50nm)、アンドープのAlGaN層15(膜厚1nm)が積層されてなるものである。
【0018】
この実施例では第1の実施例で説明した効果と併せて電子供給層13の電極側にピエゾ分極によって誘起された負電荷をn型不純物のイオン化正電荷で打ち消すことにより、電子に対する伝導帯バリアを低下させ、チャネル層12からn型GaN層14へ電子が透過するトンネル確率を高めることができるため、この間の抵抗を下げることができ、第1の実施例よりも更に低いコンタクト抵抗のオーミック電極を実現することができる。また、アンドープのAlGaN層15をn型AlGaN層とすることにより、イオン化した不純物によりAlGaN層中の電界が更に強められ、電極からn型GaN層14へ電子が透過するトンネル確率を高めることができるため、更なる低抵抗化を実現することができる。
【0019】
(第5の実施例)
次に、図5を参照して本発明の第5の実施例を説明する。
図5は、この実施例に係るHJFETの断面構造である。この実施例は、第1の実施例がAlGaN電子供給層13に接して形成していたゲート電極を、n型GaN層14に接する構造としたものである。すなわち、このHJFETは、(0001)サファイアからなる基板10上に、基板側から順に、アンドープAlNからなるバッファ層11(膜厚20nm)、アンドープのGaNチャネル層12(膜厚2μm)、アンドープAl0.2Ga0.8 NからなるAlGaN電子供給層13(膜厚25nm)、n型GaN層14(n型不純物濃度5×1018cm−3、膜厚50nm)、アンドープのAlGaN層15(膜厚1nm)が積層されてなるものである。
この実施例では、ゲート電極2下のAlGaN電子供給層13のn型GaN層14側に負のピエゾ電荷が誘起される。このピエゾ電荷の作用により、実効的なショットキー障壁を高くすることができ、第1の実施例の効果に加えて、ゲートリーク電流を抑制することができる。また、アンドープのAlGaN層15をn型AlGaN層とすることにより、イオン化した不純物によりAlGaN層中の電界が更に強められ、電極からn型GaN層14へ電子が透過するトンネル確率を高めることができるため、更なる低抵抗化を実現することができる。
【0020】
(第6の実施例)
図6を参照して本発明の第6の実施例を説明する。
図6は、この実施例に係るMESFETの断面構造である。このMESFETは、基板10上に、バッファ層11、アンドープGaNバッファ19、n型GaNチャネル層20、n型GaN層14、アンドープAlGaN層15が順次形成されてなる。そして、AlGaN層15に接してソース電極1とドレイン電極3が形成され、オーム性接触がとられている。また、AlGaN層15およびn型GaN層14を除去して形成したリセス部には、n型GaNチャネル層20に接してゲート電極2が形成され、ショットキー性接触がとられている。
このようなMESFETは、以下のように作製する。まず、(0001)サファイアからなる基板10上に、例えば、MBE成長法により、基板側から順にAlNからなるバッファ層11(膜厚20nm)、アンドープGaNバッファ19(膜厚350nm)、n型GaNチャネル層20(n型不純物濃度1×1018cm−3、膜厚150nm)、n型GaN層14(n型不純物濃度5×1018cm−3、膜厚50nm)、アンドープAl0.7Ga0.3 NからなるAlGaN層15(膜厚1nm)を成長させる。続いてエピタキシャル層構造の一部をアンドープGaNバッファ19が露出するまでエッチング除去して素子間分離メサを形成した後に、第1の実施例と同様のプロセスにより作製される。
【0021】
この実施例において、オーミックコンタクトを実現できるAlGa1−yN層のAl組成yと厚さdの関係は、数値計算によれば(12)式より、
0.64×y−1−0.06−0.69×y+0.14×y ≦d(nm)≦0.42×(1.3×y+0.84)−0.5
である。また、実験結果によれば、図7より、AlGa1−yN層の厚さdが0.25≦d(nm)≦5であり、かつ、Al組成比yが0.5≦y≦1の範囲であれば低いコンタクト抵抗を得ることができる。また、アンドープのAlGaN層15をn型AlGaN層とすることにより、イオン化した不純物によりAlGaN層中の電界が更に強められ、電極からn型GaN層14へ電子が透過するトンネル確率を高めることができるため、更なる低抵抗化を実現することができる。また、この実施例ではアンドープのAlGaN層15とn型GaNチャネル層18の間に高濃度のn型GaN層14がある構造を示しているが、n型GaN層14がない構造でもこの実施例と同様の効果が得られる。
【0022】
以上好ましい実施例について説明したが、本発明はこれら実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更が可能なものである。各実施例におけるGaNチャネルはInGa1−xN(但し、0<x≦1)によって置き換えることが可能である。また、第2、第5、第6の実施例におけるn型GaN層14はn型AlGaN層によって置き換えることが可能である。また、実施例のHJFETでは、チャネル層上に電子供給層が配置されていたが、その逆であってもよく、また、チャネル層の上下に電子供給層が配置されてもよい。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の半導体装置は高温のアニール処理を行うことなく低いコンタクト抵抗を得ることができる。また、この構成においてはコンタクト抵抗の電極材料依存性が小さく、熱的に安定なWSi等の高融点材料を電極材料として用いても低いコンタクト抵抗が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係るHJFETの断面構造図とそのコンタクト部の伝導帯エネルギー分布図である。
【図2】本発明の第2の実施例に係るHJFETの断面構造図である。
【図3】第3の実施例に係るHJFETの断面構造図である。
【図4】第4の実施例に係るHJFETの断面構造図である。
【図5】第5の実施例に係るHJFETの断面構造図である。
【図6】第6の実施例に係るMESFETの断面構造図である。
【図7】本発明の効果を説明するための、コンタクト層中のAlGa1−xNのAl組成および膜厚とコンタクト抵抗の相関について得られた実験結果を示す特性図である。
【図8】従来技術によるHJFETの断面構造とそのコンタクト部の伝導帯エネルギー分布図である。
【符号の説明】
1、101  ソース電極
2、102  ゲート電極
3、103  ドレイン電極
10  基板
11  バッファ層
12、112  GaNチャネル層
13、113  AlGaN電子供給層
14、114  n型GaN層
15  AlGaN層
16、17、18  n型AlGaN層
19  アンドープGaNバッファ層
20  n型GaNチャネル層
110  サファイア基板
111  GaNバッファ層
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device having a group III nitride semiconductor layer and an ohmic electrode which is in ohmic contact with the semiconductor layer, and a field effect transistor having the ohmic electrode.
[0002]
[Prior art]
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a hetero-junction field effect transistor (HJFET) according to the related art. Such a prior art HJFET is reported, for example, by T. Egawa in International Electron Device Meeting Digest (IEDM 99-401 to 404) in 1999.
FIG. 8A shows a cross-sectional structure of a conventional HJFET. In this HJFET, sapphire is used as a substrate, and a GaN buffer layer 111 is formed on a sapphire substrate 110. A GaN channel layer 112 is formed on the GaN buffer layer 111, and an AlGaN electron supply layer 113 is formed thereon. On this electron supply layer 113, an n-type GaN layer 114 is formed. The source electrode 101 and the drain electrode 103 are formed in contact with the n-type GaN layer 114. These electrodes are in ohmic contact with the n-type GaN layer 114. In addition, a gate electrode 102 is formed in contact with the AlGaN supply layer 113 at a recess formed by removing a part of the n-type GaN layer 114 and the AlGaN electron supply layer 113. Has a Schottky contact.
FIG. 8B is an energy band diagram showing a conduction band energy distribution corresponding to the ohmic contact portion of FIG. 8A. The vertical axis indicates energy, and the horizontal axis indicates depth. A depletion layer spreads at the semiconductor interface in contact with the electrode, and a potential barrier for electrons is generated.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the semiconductor device having the above structure, since a high potential barrier exists when electrons move from the electrode to the semiconductor, it is difficult to obtain a source / drain electrode having low contact resistance. To reduce the contact resistance, it is effective to perform annealing at a high temperature of 650 ° C. or higher. However, when performing the high-temperature annealing, there is a problem that a great restriction is imposed on the process order. In addition, there is a problem that the electrode metal from which low resistance is obtained is limited to a material containing Al, and is therefore thermally unstable.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art. An object of the present invention is to provide a semiconductor device such as an HJFET which can obtain a low contact resistance without going through an annealing process at a high temperature. It is to be.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
According to an embodiment of the present invention, there is provided a semiconductor device having a group III nitride semiconductor layer and an ohmic electrode in ohmic contact with the group III nitride semiconductor layer. is, GaN layer or an n-type Al u Ga 1-u n layer (where, 0 <u ≦ 1) GaN layer or the n-type Toko Al u Ga 1-u Al is formed on the n layer y Ga 1- y N layer (where, 0 <y ≦ 1) is, the ohmic electrode is a semiconductor device characterized by being formed on the Al y Ga 1-y N layer, is provided.
[0005]
According to another aspect of the present invention, there is provided a channel layer, or an active layer including a channel layer and an electron supply layer, a gate electrode for controlling electron conductivity of the channel layer, a contact layer formed on the layer, and a source electrode and a drain electrode formed in contact with the contact layer, the contact layer, GaN layer or an n-type Al u Ga 1-u n layer (where 0 <u ≦ 1) and Al y Ga 1-y N layer formed thereon (where 0 <field effect transistor characterized by comprising from y ≦ 1) and, is provided.
[0006]
[Action]
With such a structure of the contact layer to be in ohmic contact, an ohmic electrode with low contact resistance can be obtained without going through a high-temperature annealing step. In this configuration, the contact resistance is less dependent on the electrode material, and a low contact resistance can be obtained even when a thermally stable high melting point material such as WSi is used as the electrode material.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to examples.
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram of an HJFET according to this embodiment, and FIG. 1A shows a cross-sectional structure of the HJFET. This HJFET is formed on a substrate 10 such as sapphire. A buffer layer 11 made of a semiconductor layer is formed on a substrate 10. On this buffer layer 11, a GaN channel layer 12 is formed. An AlGaN electron supply layer 13 is formed on the channel layer, and an n-type GaN layer 14 is formed on the electron supply layer 13. The uppermost AlGaN layer 15 is formed on the n-type GaN layer 14. In addition, a source electrode 1 and a drain electrode 3 are formed in contact with the AlGaN layer 15, all of which are in ohmic contact. The AlGaN layer 15, the n-type GaN layer 14, and a part of the AlGaN electron supply layer 13 are removed, and a Schottky contact gate electrode 2 is formed in contact with the AlGaN supply layer 13 in a recess formed by the removal. ing.
[0008]
FIG. 1B is a characteristic diagram showing a conduction band energy distribution corresponding to the ohmic contact portion in FIG. The vertical axis indicates energy, and the horizontal axis indicates depth. Ohmic contacts in this embodiment is obtained by reaching the GaN layer 14 electrons in the electrode metal is transmitted through the Al y Ga 1-y N layer 15.
1 (b), the electrode - semiconductor interface of the potential barrier depends on the type of electrode metal and Al y Ga 1-y N Al composition y. Al y Ga 1-y N- GaN conduction band energy difference is also determined by the Al composition y. The electric field of the Al y Ga 1-y N layer is due to the charge generated by piezoelectric polarization and spontaneous polarization, which is also determined by the Al composition y.
For electrons transmitted to the semiconductor from the electrode, the thickness of the Al y Ga 1-y N layer is required to be less than the electron wavelength in Al y Ga 1-y. The upper limit value of the thickness of the AlGaN layer determined by this is d 1 (nm). Further, it is necessary to GaN of conduction band energy at the interface of the Al y Ga 1-y N layer and the GaN layer is below the Fermi level position, the lower limit of the thickness of the Al y Ga 1-y N from this condition are determined. This lower limit is d 2 (nm).
[0009]
Here, h is Planck's constant (= 6.662617 × 10 −34 Js), π is pi (= 3.14159), m 0 is electron mass (= 9.1095 × 10 −31 kg), and ε 0 is ε 0 vacuum dielectric constant (= 8.85418 × 10 -12 F / m), q is the elementary charge (= 1.60219 × 10 -19 C) , m * is the electron effective mass in the Al y Ga 1-y N , [Phi B is the Schottky barrier height, the dielectric constant of ε is Al y Ga 1-y N, △ Ec is the conduction band energy difference at the interface of the Al y Ga 1-y N and GaN, sigma is when the polarization charge since d 1 is consistent with the electron wavelength in Al y Ga 1-y N,
d 1 (nm) = h / 2π × (2m * m 0 Φ B ) -0.5 (1)
Can be written.
Further, since the thickness of the Al y Ga 1-y N when the GaN conduction band energy at the interface of the Al y Ga 1-y N layer and the GaN layer coincides with the Fermi level is d 2, Al y Ga Assuming that the electric field strength in 1-yN is E,
B -qd 2 E = △ Ec (2)
Holds. Here, E = σ / (εε 0 ) (3)
From the relationship,
d 2 (nm) = εε 0 × (qΦ B − △ Ec) / qσ (4)
Is obtained.
[0010]
Anbasha (Ambacher) et the literature Journal of Applied Physics (J. Appl.), 85 vol., No. 6, according to pages 3222, m *, Φ B, ε, of △ Ec and σ The dependence of each Al composition on y is as follows.
m * = 0.22 × m 0 (5)
Φ B = 1.3 × y + 0.84 (6)
ε = −0.5 × y + 9.5 (7)
ΔEc = 0.7 × y 2 + 1.20 × y (8)
σ = 1.89 × 10 −2 × y 2 + 8.35 × 10 −2 × y (9)
Using this relationship, equations (1) and (4) can be rewritten as a function of y.
d 1 (nm) = 0.42 × (1.3 × y + 0.84) −0.5 (10)
d 2 (nm) = 0.64 × y −1 −0.06-0.69 × y + 0.14 × y 2 (11)
[0011]
Thus, in the configuration of this embodiment, the relationship of Al y Ga 1-y N layer of Al composition y and thickness d that can achieve ohmic contact,
0.64 × y −1 −0.06-0.69 × y + 0.14 × y 2 ≦ d (nm)
≦ 0.42 × (1.3 × y + 0.84) −0.5 (12)
Is set. Equation (12) is a relationship derived from the dependence of m *, Φ B , ε, △ Ec and σ on the Al composition shown in the literature by Ambacher et al. more If exact relationship is obtained, it is possible to guide the upper limit value and the relationship of the lower limit value and the Al composition of (1) and (4) from the Al y Ga 1-y N layer thickness as.
[0012]
The above is the relationship between the Al composition ratio and the thickness derived from the numerical calculation. FIG. 7 shows the result obtained by the experiment. In FIG. 7, the vertical axis represents the contact resistance (Ωcm 2 ), and the horizontal axis represents the Al composition y. by growing Al y Ga 1-y N to produce an epitaxial growth substrate by changing the Al composition and thickness on the n-type GaN layer 14, TLM Al was evaporated on the epitaxial growth substrate (Transmission Line Measurement) pattern Was formed to form an experimental sample, and the contact resistance was measured. When the thickness is 5 nm or less and the Al composition y is 0.5 or more, a low contact resistance of 10 −5 Ωcm 2 or less is obtained. Further, corresponding to Al y Ga 1-y is also low contact resistance in a thickness 0.25nm corresponding to one molecular layer of the N are obtained, Al y Ga 1-y N If there is no layer (y = 0 ) is a high resistance value of the two 10 -3 [Omega] cm, is required one molecular layer or more Al y Ga 1-y N. The thickness d of the Al y Ga 1-y N layer from the experimental results is that 0.25 ≦ d (nm) ≦ 5 , and, Al composition ratio y is less be in the range of 0.5 ≦ y ≦ 1 Contact resistance can be obtained. Although the experimental results showed the case where Al was used as the ohmic metal, similar results were obtained when Ti / Al, W, WSi, and Mo were used. FIG. 7 shows the result in the case where the annealing is not performed after the vapor deposition. However, by performing the annealing, a lower contact resistance can be obtained.
[0013]
The HJFET is formed as follows. First, a semiconductor layer is grown on a substrate 10 made of (0001) sapphire by, for example, a molecular beam epitaxy (MBE) growth method. The semiconductor layer formed in this manner includes, in order from the substrate side, a buffer layer 11 (thickness: 20 nm) made of undoped AlN, an undoped GaN channel layer 12 (thickness: 2 μm), and an undoped Al 0.2 Ga 0.8 N AlGaN electron supply layer 13 (25 nm thick), n-type GaN layer 14 (n-type impurity concentration 5 × 10 18 cm −3 , 50 nm thick), AlGaN layer made of undoped Al 0.7 Ga 0.7 N 15 (film thickness 1 nm).
Next, a part of the epitaxial layer structure is removed by etching until the GaN channel layer 12 is exposed, thereby forming an element isolation mesa. Subsequently, the source electrode 1 and the drain electrode 3 are formed on the undoped AlGaN layer 15 by depositing a metal such as Ti / Al, for example, and an ohmic contact is made. Here, an example is given in which the Al composition of the AlGaN layer 15 is 0.7 and the film thickness is 1 nm, but the thickness d is 0.25 ≦ d (nm) ≦ 5, and the Al composition ratio y is 0.5 ≦ As described above, a low contact resistance can be obtained if y ≦ 1.
[0014]
Next, for example, a metal such as Ni / Au is vapor-deposited on the AlGaN electron supply layer 13 exposed by etching and removing a part of the AlGaN layer 15, the n-type GaN layer 14, and the AlGaN electron supply layer 13. A gate electrode 2 for key contact is formed. Thus, the HJFET shown in FIG. 1 is manufactured. The substrate material, the manufacturing method, and the layer structure other than the AlGaN layer 15 shown here are examples of specific embodiments, and do not limit the structure of the present invention. This is the same in a second embodiment and later.
[0015]
(Second embodiment)
Next, FIG. 2 for explaining a second embodiment of the present invention with reference to FIG. 2 is a cross-sectional structure of an HJFET according to this embodiment. This embodiment is obtained by replacing the undoped AlGaN layer 15 of the first embodiment with an n-type AlGaN layer 16. That is, this HJFET has a buffer layer 11 made of undoped AlN (thickness: 20 nm), an undoped GaN channel layer 12 (thickness: 2 μm), and an undoped Al 0 on a substrate made of (0001) sapphire in this order from the substrate side. .2 AlGaN electron supply layer 13 (25 nm thick) made of Ga 0.8 N, n-type GaN layer 14 (n-type impurity concentration 5 × 10 18 cm −3 , 50 nm thick), and n-type AlGaN layer 16 It has been done.
In this embodiment, the electric field in the AlGaN layer is further strengthened by the ionized impurities, and the tunnel probability that electrons pass from the electrode to the n-type GaN layer 14 can be increased. Further, an ohmic electrode having a lower resistance can be realized.
[0016]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 3 shows a cross-sectional structure of the HJFET according to this embodiment. In this embodiment, the n-type GaN layer 14 constituting the HJFET according to the first embodiment is replaced with an n-type AlGaN layer 17. That is, this HJFET has a buffer layer 11 made of undoped AlN (thickness: 20 nm), an undoped GaN channel layer 12 (thickness: 2 μm), and an undoped Al 0 on a substrate made of (0001) sapphire in this order from the substrate side. An AlGaN electron supply layer 13 (thickness: 25 nm) made of 0.2 Ga 0.8 N, an n-type AlGaN layer 17, and an undoped AlGaN layer 15 (thickness: 1 nm) are stacked.
It is appropriate that the Al composition z of the n-type AlGaN layer 17 is approximately 0.1 ≦ z ≦ 0.4, which is almost the same as that of the AlGaN supply layer 13. For example, the Al composition of the n-type AlGaN layer 17 is 0.2 (n-type impurity concentration 5 × 10 18 cm −3 , the film thickness is 50 nm), and the Al composition of the undoped AlGaN layer 15 is 0.8 (1 nm film thickness). By doing so, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, by making the undoped AlGaN layer 15 an n-type AlGaN layer, the electric field in the AlGaN layer is further strengthened by the ionized impurities, and the tunneling probability of electrons passing from the electrode to the n-type GaN layer 14 can be increased. In addition, an ohmic electrode having a lower resistance can be realized.
[0017]
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional structure of the HJFET according to this embodiment. In this embodiment, an n-type AlGaN layer 18 is inserted between the n-type GaN layer 14 and the AlGaN electron supply layer 13 constituting the HJFET according to the first embodiment. That is, this HJFET has a buffer layer 11 made of undoped AlN (thickness: 20 nm), an undoped GaN channel layer 12 (thickness: 2 μm), and an undoped Al 0 on a substrate made of (0001) sapphire in this order from the substrate side. .2 AlGaN electron supply layer 13 of Ga 0.8 N (thickness 25 nm), n-type AlGaN layer 18, n-type GaN layer 14 (n-type impurity concentration 5 × 10 18 cm −3 , thickness 50 nm), undoped Of AlGaN layers 15 (1 nm thick).
[0018]
In this embodiment, in addition to the effects described in the first embodiment, the negative charge induced by the piezo polarization on the electrode side of the electron supply layer 13 is canceled by the ionized positive charge of the n-type impurity, so that the conduction band barrier for electrons is obtained. And the probability of tunneling of electrons from the channel layer 12 to the n-type GaN layer 14 can be increased, so that the resistance during this period can be reduced and the ohmic electrode having a lower contact resistance than the first embodiment can be obtained. Can be realized. Further, by making the undoped AlGaN layer 15 an n-type AlGaN layer, the electric field in the AlGaN layer is further strengthened by the ionized impurities, and the tunneling probability of electrons from the electrode to the n-type GaN layer 14 can be increased. Therefore, it is possible to further reduce the resistance.
[0019]
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional structure of the HJFET according to this embodiment. This embodiment has a structure in which the gate electrode formed in contact with the AlGaN electron supply layer 13 in the first embodiment is in contact with the n-type GaN layer 14. That is, this HJFET has a buffer layer 11 made of undoped AlN (thickness: 20 nm), an undoped GaN channel layer 12 (thickness: 2 μm), and an undoped Al 0 on a substrate made of (0001) sapphire in this order from the substrate side. .2 AlGaN electron supply layer 13 (film thickness 25 nm) made of Ga 0.8 N, n-type GaN layer 14 (n-type impurity concentration 5 × 10 18 cm −3 , film thickness 50 nm), undoped AlGaN layer 15 (film (Thickness of 1 nm).
In this embodiment, a negative piezo charge is induced on the n-type GaN layer 14 side of the AlGaN electron supply layer 13 below the gate electrode 2. By the action of the piezo charge, the effective Schottky barrier can be increased, and the gate leak current can be suppressed in addition to the effect of the first embodiment. Further, by making the undoped AlGaN layer 15 an n-type AlGaN layer, the electric field in the AlGaN layer is further strengthened by the ionized impurities, and the tunneling probability of electrons from the electrode to the n-type GaN layer 14 can be increased. Therefore, it is possible to further reduce the resistance.
[0020]
(Sixth embodiment)
A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional structure of the MESFET according to this embodiment. In this MESFET, a buffer layer 11, an undoped GaN buffer 19, an n-type GaN channel layer 20, an n-type GaN layer 14, and an undoped AlGaN layer 15 are sequentially formed on a substrate 10. Then, the source electrode 1 and the drain electrode 3 are formed in contact with the AlGaN layer 15 and have ohmic contact. A gate electrode 2 is formed in a recess formed by removing the AlGaN layer 15 and the n-type GaN layer 14 in contact with the n-type GaN channel layer 20, and has a Schottky contact.
Such a MESFET is manufactured as follows. First, a buffer layer 11 (20 nm thick) made of AlN, an undoped GaN buffer 19 (350 nm thick), an n-type GaN channel are formed on a substrate 10 made of (0001) sapphire in this order from the substrate side by, for example, MBE growth. Layer 20 (n-type impurity concentration 1 × 10 18 cm −3 , thickness 150 nm), n-type GaN layer 14 (n-type impurity concentration 5 × 10 18 cm −3 , thickness 50 nm), undoped Al 0.7 Ga 0 A 3N AlGaN layer 15 (1 nm thick) is grown. Subsequently, a part of the epitaxial layer structure is removed by etching until the undoped GaN buffer 19 is exposed to form an element isolation mesa, and then it is manufactured by the same process as in the first embodiment.
[0021]
In this embodiment, the relationship of Al y Ga 1-y N layer of Al composition y and thickness d that can achieve ohmic contact, than according to the numerical calculation (12),
0.64 × y −1 −0.06-0.69 × y + 0.14 × y 2 ≦ d (nm) ≦ 0.42 × (1.3 × y + 0.84) −0.5
It is. Further, according to the experimental results, from FIG. 7, Al y Ga 1-y N thickness of layer d is the 0.25 ≦ d (nm) ≦ 5 , and, Al proportion y 0.5 ≦ y In the range of ≦ 1, a low contact resistance can be obtained. Further, by making the undoped AlGaN layer 15 an n-type AlGaN layer, the electric field in the AlGaN layer is further strengthened by the ionized impurities, and the tunneling probability of electrons from the electrode to the n-type GaN layer 14 can be increased. Therefore, it is possible to further reduce the resistance. In this embodiment, the structure in which the high-concentration n-type GaN layer 14 is provided between the undoped AlGaN layer 15 and the n-type GaN channel layer 18 is shown. The same effect can be obtained.
[0022]
Although the preferred embodiments have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and appropriate changes can be made without departing from the gist of the present invention. GaN channel in each example In x Ga 1-x N (where, 0 <x ≦ 1) can be replaced by. Further, the n-type GaN layer 14 in the second, fifth and sixth embodiments can be replaced by an n-type AlGaN layer. Further, in the HJFET of the embodiment, the electron supply layer is disposed on the channel layer. However, the reverse is also possible, and the electron supply layer may be disposed above and below the channel layer.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, the semiconductor device of the present invention can achieve low contact resistance without performing high-temperature annealing. Further, in this configuration, the contact resistance is less dependent on the electrode material, and a low contact resistance can be obtained even if a thermally stable high melting point material such as WSi is used as the electrode material.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional structure diagram of an HJFET according to a first embodiment of the present invention and a conduction band energy distribution diagram of a contact portion thereof.
FIG. 2 is a sectional structural view of an HJFET according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional structural view of an HJFET according to a third embodiment.
FIG. 4 is a sectional structural view of an HJFET according to a fourth embodiment.
FIG. 5 is a sectional structural view of an HJFET according to a fifth embodiment.
FIG. 6 is a sectional structural view of a MESFET according to a sixth embodiment.
FIG. 7 is a characteristic diagram showing experimental results obtained for the correlation between the Al composition and the film thickness of Al x Ga 1 -xN in the contact layer and the contact resistance, for explaining the effect of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional structure of a conventional HJFET and a conduction band energy distribution diagram of a contact portion thereof.
[Explanation of symbols]
1, 101 Source electrode 2, 102 Gate electrode 3, 103 Drain electrode 10 Substrate 11 Buffer layer 12, 112 GaN channel layer 13, 113 AlGaN electron supply layer 14, 114 n-type GaN layer 15 AlGaN layer 16, 17, 18 n-type AlGaN layer 19 Undoped GaN buffer layer 20 N-type GaN channel layer 110 Sapphire substrate 111 GaN buffer layer

Claims (15)

III 族窒化物半導体層と前記III 族窒化物半導体層にオーミックに接触するオーミック電極とを有する半導体装置において、前記III 族窒化物半導体層は、GaN層またはn型AlGa1−uN層(但し、0<u≦1)とこのGaN層またはn型AlGa1−uN層の上に形成されたAlGa1−yN層(但し、0<y≦1)を含んでおり、前記オーミック電極は、このAlGa1−yN層上に形成されていることを特徴とする半導体装置。In a semiconductor device having an ohmic electrode in ohmic contact with said group III nitride semiconductor layer group III nitride semiconductor layer, the group III nitride semiconductor layer, GaN layer or an n-type Al u Ga 1-u N layer (where, 0 <u ≦ 1) Toko GaN layer or the n-type Al u Ga 1-u n layer Al y Ga 1-y n layer formed on the (where, 0 <y ≦ 1) include cage, the ohmic electrode is a semiconductor device characterized by being formed on the Al y Ga 1-y N layer. 前記AlGa1−yN層の厚さは、このAlGa1−yN層中の電子の1波長を上限とし、前記AlGa1−yN層とGaN層の界面の伝導帯がフェルミ準位に一致する厚さを下限とすることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。The thickness of the Al y Ga 1-y N layer, a wavelength of the Al y Ga 1-y N layer of the electron and the upper limit, the Al y Ga 1-y N layer and the conduction band at the interface between the GaN layer The semiconductor device according to claim 1, wherein the lower limit is a thickness at which coincides with the Fermi level. 前記AlGa1−yN層の厚さ(d)は、0.25≦d(nm)≦5であり、かつ、0.5≦y≦1であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。The thickness (d) of the AlyGa1 -yN layer satisfies 0.25≤d (nm) ≤5 and 0.5≤y≤1. 13. The semiconductor device according to claim 1. 前記AlGa1−yN層の厚さ(d)は、
0.64×y−1−0.06−0.69×y+0.14×y≦d(nm)≦0.42×(1.3×y+0.84)−0.5
を満たすことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The thickness of the Al y Ga 1-y N layer (d) is
0.64 × y −1 −0.06-0.69 × y + 0.14 × y 2 ≦ d (nm) ≦ 0.42 × (1.3 × y + 0.84) −0.5
The semiconductor device according to claim 1, wherein the following condition is satisfied.
前記AlGa1−yN層には、n型の不純物がドープされていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の半導体装置。It said Al y In Ga 1-y N layer, a semiconductor device according to claim 1 which n-type impurities is characterized in that it is doped with either 4. 前記III 族窒化物半導体層には前記GaN層の下層にn型の不純物がドープされたAlGaN層が含まれていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の半導体装置。6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the III 窒 化 nitride semiconductor layer includes an AlGaN layer doped with an n-type impurity below the GaN layer. 7. チャネル層、または、チャネル層および電子供給層を含む活性層と、前記チャネル層の電子伝導度を制御するゲート電極と、前記活性層上に形成されたコンタクト層と、前記コンタクト層に接して形成されたソース電極およびドレイン電極とを備え、前記コンタクト層は、GaN層またはn型AlGa1−uN層(但し、0<u≦1)とその上に形成されたAlGa1−yN層(但し、0<y≦1)とを含んでいることを特徴とする電界効果トランジスタ。A channel layer, or an active layer including a channel layer and an electron supply layer, a gate electrode for controlling electron conductivity of the channel layer, a contact layer formed on the active layer, and formed in contact with the contact layer It is a source electrode and a drain electrode, the contact layer, GaN layer or an n-type Al u Ga 1-u n layer (where, 0 <u ≦ 1) and Al was formed thereon y Ga 1- y N layer (where, 0 <y ≦ 1) field effect transistor, characterized in that it contains a. 基板と、前記基板上に形成されたInGa1−xN(但し、0≦x≦1)からなるチャネル層と、前記チャネル層上に形成されたAlGa1−zN(但し、0<z≦1)からなる電子供給層と、前記電子供給層上に形成されたコンタクト層と、前記電子供給層に接して形成されたゲート電極と、前記コンタクト層に接して形成されたソース電極およびドレイン電極とを備え、前記コンタクト層は、GaN層またはn型AlGa1−uN層(但し、0<u≦1)とその上に形成されたAlGa1−yN層(但し、0<y≦1)とを含んでいることを特徴とする電界効果トランジスタ。A substrate, a channel layer made of In x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) formed on the substrate, and Al z Ga 1-z N formed on the channel layer (where 0 <z ≦ 1), a contact layer formed on the electron supply layer, a gate electrode formed in contact with the electron supply layer, and a source formed in contact with the contact layer and an electrode and a drain electrode, the contact layer, GaN layer or an n-type Al u Ga 1-u n layer (where, 0 <u ≦ 1) and Al y Ga 1-y n layer formed thereon (Where 0 <y ≦ 1). 基板と、前記基板上に形成されたInGa1−xN(但し、0≦x≦1)からなるチャネル層と、前記チャネル層上に形成されたAlGa1−zN(但し、0<z≦1)からなる電子供給層と、前記電子供給層上に形成されたGaN層と、前記GaN層上に形成されたAlGa1−yN層(但し、0<y≦1)と、前記GaN層に接して形成されたゲート電極と、前記AlGa1−yN層(但し、0<y≦1)に接して形成されたソース電極およびドレイン電極とを備えたことを特徴とする電界効果トランジスタ。A substrate, a channel layer made of In x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) formed on the substrate, and Al z Ga 1-z N formed on the channel layer (where 0 <z ≦ 1) and the electron supply layer made of a GaN layer formed on the electron supply layer, Al y Ga 1-y N layer formed on the GaN layer (where, 0 <y ≦ 1 a), a gate electrode formed in contact with the GaN layer, the Al y Ga 1-y N layer (where 0 <that a y ≦ 1) to the source electrode and a drain electrode formed in contact The field effect transistor characterized by the above-mentioned. 基板と、前記基板上に形成されたInGa1−xN(但し、0≦x≦1)からなるチャネル層と、前記チャネル層上に形成されたコンタクト層と、前記チャネル層に接して形成されたゲート電極と、前記コンタクト層に接して形成されたソース電極およびドレイン電極とを備え、前記コンタクト層は、GaN層またはn型AlGa1−uN層(但し、0<u≦1)とその上に形成されたAlGa1−yN層(但し、0<y≦1)とを含んでいることを特徴とする電界効果トランジスタ。A substrate, formed on the substrate the In x Ga 1-x N (where, 0 ≦ x ≦ 1) and consists of the channel layer, and a contact layer formed on said channel layer, in contact with the channel layer comprising a gate electrode formed, and a source electrode and a drain electrode formed in contact with the contact layer, the contact layer, GaN layer or an n-type Al u Ga 1-u n layer (where, 0 <u ≦ 1) and Al y Ga 1-y N layer formed thereon (where 0 <a field effect transistor, characterized in that it contains y ≦ 1) and. 前記AlGa1−yN層には、n型の不純物がドープされていることを特徴とする請求項7から10のいずれかに記載の電界効果トランジスタ。Said Al y Ga 1-y N-layer field-effect transistor according to any one of claims 7 to 10, n-type impurities, characterized in that it is doped. 前記コンタクト層には、前記GaN層の下層挿入された、n型の不純物がドープされたAlGaN層が含まれていることを特徴とする請求項7、8または10に記載の電界効果トランジスタ。11. The field-effect transistor according to claim 7, wherein the contact layer includes an AlGaN layer inserted below the GaN layer and doped with an n-type impurity. 前記AlGa1−yN層の厚さは、前記AlGa1−yN層中の電子の1波長を上限とし、前記AlGa1−yN層とGaN層の界面の伝導帯がフェルミ準位に一致する厚さを下限とすることを特徴とする請求項7から12のいずれかに記載の電界効果トランジスタ。The thickness of the Al y Ga 1-y N layer, said Al y Ga 1-y the wavelength of the electrons in the N layer as the upper limit, the Al y Ga 1-y N layer and the conduction band at the interface between the GaN layer 13. The field-effect transistor according to claim 7, wherein a lower limit of the thickness of the field-effect transistor corresponds to the Fermi level. 前記AlGa1−yN層の厚さ(d)は、1≦d(nm)≦5であり、かつ、0.5≦y≦1であることを特徴とする請求項7から12のいずれかに記載の電界効果トランジスタ。The thickness of the Al y Ga 1-y N layer (d) are, 1 ≦ d (nm) is ≦ 5, and claims 7 12, characterized in that a 0.5 ≦ y ≦ 1 The field-effect transistor according to any one of the above. 前記AlGa1−yN層の厚さ(d)は、
0.64×y−1−0.06−0.69×y+0.14×y ≦d(nm)≦0.42×(1.3×y+0.84)−0.5
を満たすことを特徴とする請求項7から12のいずれかに記載の電界効果トランジスタ。
The thickness of the Al y Ga 1-y N layer (d) is
0.64 × y −1 −0.06-0.69 × y + 0.14 × y 2 ≦ d (nm) ≦ 0.42 × (1.3 × y + 0.84) −0.5
13. The field effect transistor according to claim 7, wherein
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005285869A (en) * 2004-03-26 2005-10-13 Kyocera Corp Epitaxial substrate and semiconductor device using the same
JP2005302916A (en) * 2004-04-09 2005-10-27 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor device
JP2007067240A (en) * 2005-08-31 2007-03-15 Toshiba Corp Nitride semiconductor device
JP2007520884A (en) * 2004-01-23 2007-07-26 インターナショナル・レクチファイヤー・コーポレーション Group III nitride current control device and manufacturing method
JP2008010803A (en) * 2006-06-02 2008-01-17 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Nitride semiconductor field-effect transistor
JP2010040972A (en) * 2008-08-08 2010-02-18 Chikao Kimura Semiconductor device, and manufacturing method thereof
JP2010219384A (en) * 2009-03-18 2010-09-30 Toyota Central R&D Labs Inc Semiconductor device comprised of group iii nitride semiconductor, and manufacturing method thereof
US8698198B2 (en) 2006-10-20 2014-04-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Nitride semiconductor device
CN104465742A (en) * 2013-09-17 2015-03-25 株式会社东芝 Semiconductor device
US9293574B2 (en) 2011-11-18 2016-03-22 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
JP7484785B2 (en) 2021-03-29 2024-05-16 富士通株式会社 NITRIDE SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING NITRIDE SEMICONDUCTOR DEVICE - Patent application

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007520884A (en) * 2004-01-23 2007-07-26 インターナショナル・レクチファイヤー・コーポレーション Group III nitride current control device and manufacturing method
US8043906B2 (en) 2004-01-23 2011-10-25 International Rectifier Corporation Method of forming a III-nitride selective current carrying device including a contact in a recess
US8174048B2 (en) 2004-01-23 2012-05-08 International Rectifier Corporation III-nitride current control device and method of manufacture
JP2005285869A (en) * 2004-03-26 2005-10-13 Kyocera Corp Epitaxial substrate and semiconductor device using the same
JP2005302916A (en) * 2004-04-09 2005-10-27 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Semiconductor device
US11393904B2 (en) 2005-08-31 2022-07-19 Kabushiki Kaisha Toshiba Nitride-based semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2007067240A (en) * 2005-08-31 2007-03-15 Toshiba Corp Nitride semiconductor device
US20150236103A1 (en) * 2005-08-31 2015-08-20 Kabushikikaisha Toshiba Nitride-based semiconductor device and method of manufacturing the same
US10453926B2 (en) 2005-08-31 2019-10-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Nitride-based semiconductor device and method of manufacturing the same
US12034051B2 (en) 2005-08-31 2024-07-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Nitride-based semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2008010803A (en) * 2006-06-02 2008-01-17 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Nitride semiconductor field-effect transistor
US8698198B2 (en) 2006-10-20 2014-04-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Nitride semiconductor device
JP2010040972A (en) * 2008-08-08 2010-02-18 Chikao Kimura Semiconductor device, and manufacturing method thereof
JP2010219384A (en) * 2009-03-18 2010-09-30 Toyota Central R&D Labs Inc Semiconductor device comprised of group iii nitride semiconductor, and manufacturing method thereof
US9293574B2 (en) 2011-11-18 2016-03-22 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
US9190508B2 (en) 2013-09-17 2015-11-17 Kabushiki Kaisha Toshiba GaN based semiconductor device
KR101636136B1 (en) * 2013-09-17 2016-07-04 가부시끼가이샤 도시바 Semiconductor device
US9406792B2 (en) 2013-09-17 2016-08-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device having GaN-based layer
EP2849230A3 (en) * 2013-09-17 2015-08-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
KR20150032159A (en) * 2013-09-17 2015-03-25 가부시끼가이샤 도시바 Semiconductor device
CN104465742A (en) * 2013-09-17 2015-03-25 株式会社东芝 Semiconductor device
JP7484785B2 (en) 2021-03-29 2024-05-16 富士通株式会社 NITRIDE SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING NITRIDE SEMICONDUCTOR DEVICE - Patent application

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