JP2005268493A - ヘテロ接合電界効果トランジスタ - Google Patents
ヘテロ接合電界効果トランジスタ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005268493A JP2005268493A JP2004078228A JP2004078228A JP2005268493A JP 2005268493 A JP2005268493 A JP 2005268493A JP 2004078228 A JP2004078228 A JP 2004078228A JP 2004078228 A JP2004078228 A JP 2004078228A JP 2005268493 A JP2005268493 A JP 2005268493A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- barrier layer
- gan
- field effect
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
【課題】
高出力、高耐圧、高速、高周波化などを達成し得るGaN系ヘテロ接合トランジスタを提供する。
【解決手段】
上記課題は、基板上(2)に、バッファ層(3)、チャネル層(4)、スペーサー層(5)、障壁層(6)をこの順に形成した電界効果トランジスタであって、前記チャネル層は、GaNまたはInGaNからなり、前記障壁層は、一般式In1-xAlxN (I)で表されるInAlNからなり、一般式(I)中、xは、0.75<x<0.95で表される範囲の数であり、前記障壁層の厚さが3〜50nmであるヘテロ接合電界効果トランジスタなどにより解決される。
【選択図】
図1
高出力、高耐圧、高速、高周波化などを達成し得るGaN系ヘテロ接合トランジスタを提供する。
【解決手段】
上記課題は、基板上(2)に、バッファ層(3)、チャネル層(4)、スペーサー層(5)、障壁層(6)をこの順に形成した電界効果トランジスタであって、前記チャネル層は、GaNまたはInGaNからなり、前記障壁層は、一般式In1-xAlxN (I)で表されるInAlNからなり、一般式(I)中、xは、0.75<x<0.95で表される範囲の数であり、前記障壁層の厚さが3〜50nmであるヘテロ接合電界効果トランジスタなどにより解決される。
【選択図】
図1
Description
本発明は、高出力、高耐圧の高速、高周波特性に優れたヘテロ構造を有する電界効果トランジスタに関する。
ヘテロ接合電界効果トランジスタ(FET)は、格子定数などの物性の異なる2つの材料からなる界面(ヘテロ界面)を有し、ヘテロ界面に形成される2次元電子ガスをチャネルとするトランジスタである。そして、ヘテロ接合FETの1つとして、GaN系FETが知られている。GaN系FETの中で最も一般的なものは、AlGaN/GaNヘテロ接合FETである(例えば、下記特許文献1(特開2003-258005)、特許文献2(特開2003-243424)参照)。このAlGaN/GaNヘテロ接合FETは、分極電界効果によって比較的高い2次元電子濃度を得ることができる。
トランジスタのゲートの効きを良くし、相互コンダクタンスを高めるには、AlGaN障壁層の膜厚を薄くすることが望まれる。しかしながら、AlGaN障壁層の分極を高めずに、AlGaN層の膜厚を薄くすると2次元電子濃度が下がり、チャネルの抵抗が高くなるという問題がある。
AlGaN/GaNヘテロ接合トランジスタの性能を向上させるために、AlGaN層(障壁層)の分極を増大させ、2次元電子濃度を高めることが有効である。そのためにAlGaN障壁層のAl組成を大きくすることが望まれる。しかしながら、AlGaNの場合、Al組成をおよそ0.4以上に大きくするとGaN層との格子不整合が大きくなる。このため、結晶にクラック、転位等の欠陥が入りやすくなり、高品質な結晶を得ることが困難である。
例えば、AlN障壁層を有するAlN/GaNヘテロ接合トランジスタの場合、GaNとAlN障壁層との面内格子定数差が約2.5%ある。このため、AlN障壁層の膜厚が3nm程度で臨界膜厚に達し、Al組成を大きくしたことによる分極電界の増大を得ることができない。その結果、2次元電子濃度が減少し、電子移動度も減少するのでチャネル層の抵抗が著しく増大する。また、Al組成を大きくせずにAlGaN障壁層の膜厚を薄くすると分極効果が小さくなり、分極効果により誘起される2次元電子濃度が減少し、それにともない電子移動度も減少するためチャネル層の抵抗が著しく増大する。
したがって、AlGaN障壁層を用いたヘテロ接合FETでは、高速、高周波化などの性能の向上には限界がある。
特開2003-258005
特開2003-243424
本発明は、高出力、高耐圧、高速、高周波化などを達成し得るGaN系ヘテロ接合トランジスタを提供することを目的とする。
本発明は、基本的には、ヘテロ接合FETにおけるAlGaN障壁層をInAlN障壁層に置き換えたものに関する。
[1] すなわち、上記の課題のうち少なくとも一つを解決するため、本発明のヘテロ接合FETは、GaNまたはInGaNからなるチャネル層と、下記一般式(I)で表されるInAlNからなる障壁層と含むヘテロ構造を有する。
In1-xAlxN (I)
In1-xAlxN (I)
本発明のヘテロ接合FETは、これまで採用されていなかったInAlN障壁層を採用した新規なヘテロ接合FETであり、後述するような様々な効果がある。
[2] 本発明のヘテロ接合FETは、好ましくは、前記一般式(I)中、xは、0.75<x<0.95で表される範囲の数である。このように、本発明のヘテロ接合FETは、障壁層のAlの含有率を高くできるので、障壁層の分極効果を高めることができる。
[3] 本発明のヘテロ接合FETは、好ましくは、前記障壁層の厚さが、3〜50nmである。本発明のヘテロ接合FETは、障壁層の厚さを従来の障壁層に比べ薄くできるので、ゲートの効きが良くなり、優れた相互コンダクタンスを得ることができる。
[4] 本発明のヘテロ接合FETは、好ましくは、前記チャネル層の厚さが、100nm〜10μmである。
[3] 本発明のヘテロ接合FETは、好ましくは、前記障壁層の厚さが、3〜50nmである。本発明のヘテロ接合FETは、障壁層の厚さを従来の障壁層に比べ薄くできるので、ゲートの効きが良くなり、優れた相互コンダクタンスを得ることができる。
[4] 本発明のヘテロ接合FETは、好ましくは、前記チャネル層の厚さが、100nm〜10μmである。
[5] 上記の課題のうち少なくとも一つを解決するため、より具体的な本発明のヘテロ接合FETは、基板上に、バッファ層、チャネル層、障壁層をこの順に形成した電界効果トランジスタであって、前記チャネル層は、GaNまたはInGaNからなり、前記障壁層は、下記一般式(I)で表されるInAlNからなり、一般式(I)中、xは、0.75<x<0.95で表される範囲の数であり、前記障壁層の厚さが、3〜50nmである。
In1-xAlxN (I)
[6] 本発明のヘテロ接合FETは、好ましくは、前記チャネル層と障壁層との間にはスペーサー層が設けられる。
In1-xAlxN (I)
[6] 本発明のヘテロ接合FETは、好ましくは、前記チャネル層と障壁層との間にはスペーサー層が設けられる。
本発明のヘテロ接合FETは、InAlN障壁層を採用したので、障壁層のAlの含有率を高くでき、障壁層の分極効果を高めることができる。これにより、ヘテロ界面における2次元電子濃度が高くなり、高い出力を得ることができる。また、本発明のヘテロ接合FETは、障壁層の厚さを従来の障壁層に比べ薄くできるので、ゲートの効きが良くなり、優れた相互コンダクタンスを得ることができる。
(1.ヘテロ接合FET)
以下、図面に従って、本発明の具現例について説明する。先に説明したとおり、本発明のヘテロ接合FETは、基本的には、ヘテロ接合FETにおけるAlGaN障壁層をInAlN障壁層に置き換えたものである。InAlN障壁層を採用したので、本発明のヘテロ接合FETは、障壁層のAlの含有率を高くでき、障壁層の分極効果を高めることができる。これにより、ヘテロ界面における2次元電子濃度が高くなり、高い出力を得ることができる。また、本発明のヘテロ接合FETは、障壁層の厚さを従来の障壁層に比べ薄くできるので、ゲートの効きが良くなり、優れた相互コンダクタンスを得ることができる。
以下、図面に従って、本発明の具現例について説明する。先に説明したとおり、本発明のヘテロ接合FETは、基本的には、ヘテロ接合FETにおけるAlGaN障壁層をInAlN障壁層に置き換えたものである。InAlN障壁層を採用したので、本発明のヘテロ接合FETは、障壁層のAlの含有率を高くでき、障壁層の分極効果を高めることができる。これにより、ヘテロ界面における2次元電子濃度が高くなり、高い出力を得ることができる。また、本発明のヘテロ接合FETは、障壁層の厚さを従来の障壁層に比べ薄くできるので、ゲートの効きが良くなり、優れた相互コンダクタンスを得ることができる。
(1.1.ヘテロ接合FETの概要)
図1は、本発明の第1の具現例に係るヘテロ接合FETを表す概略図である。図1に示されるように、本発明の第1の具現例に係るヘテロ接合FETは、基板2と、基板上に設けられたバッファ層3と、バッファ層上に設けられたチャネル層4と、チャネル層上に設けられたスペーサー層5と、スペーサー層上に設けられた障壁層6とを含む。図1に示されるように、この具現例は、ソース電極7、ゲート電極8、ドレイン電極9が設けられている。なお、ヘテロ界面は、チャネル層と、スペーサー層との間で形成される。
図1は、本発明の第1の具現例に係るヘテロ接合FETを表す概略図である。図1に示されるように、本発明の第1の具現例に係るヘテロ接合FETは、基板2と、基板上に設けられたバッファ層3と、バッファ層上に設けられたチャネル層4と、チャネル層上に設けられたスペーサー層5と、スペーサー層上に設けられた障壁層6とを含む。図1に示されるように、この具現例は、ソース電極7、ゲート電極8、ドレイン電極9が設けられている。なお、ヘテロ界面は、チャネル層と、スペーサー層との間で形成される。
(1.2.基板)
基板としては、FETに用いられる公知の基板を採用できる。基板の材質として、サファイア、SiC、GaNがあげられ、これらの中で好ましくはサファイアである。
基板としては、FETに用いられる公知の基板を採用できる。基板の材質として、サファイア、SiC、GaNがあげられ、これらの中で好ましくはサファイアである。
(1.3.バッファ層)
バッファ層は、緩衝層とも呼ばれる層である。サファイア基板とGaNは、格子定数の差が約16.3%と大きい。このため、サファイア基板に直接GaN層(チャネル層)を成長させるとGaN層に格子欠陥が発生し、高品質な結晶を得られない。このような事態を避けるため、基板とGaN層との間にバッファ層が設けられる。バッファ層の組成は、AlNのほかGaN系ヘテロFETに用いられる公知のバッファ層の組成を採用できる。バッファ層の膜厚は、特に限定されないが、10nm〜1000nmがあげられ、好ましくは100nm〜500nmであり、より好ましくは200nm〜400nmであり、更に好ましくは250nm〜350nmである。
バッファ層は、緩衝層とも呼ばれる層である。サファイア基板とGaNは、格子定数の差が約16.3%と大きい。このため、サファイア基板に直接GaN層(チャネル層)を成長させるとGaN層に格子欠陥が発生し、高品質な結晶を得られない。このような事態を避けるため、基板とGaN層との間にバッファ層が設けられる。バッファ層の組成は、AlNのほかGaN系ヘテロFETに用いられる公知のバッファ層の組成を採用できる。バッファ層の膜厚は、特に限定されないが、10nm〜1000nmがあげられ、好ましくは100nm〜500nmであり、より好ましくは200nm〜400nmであり、更に好ましくは250nm〜350nmである。
(1.4.チャネル層)
チャネル層は、ヘテロ界面を形成する層である。チャネル層の組成は、GaN、InGaNがあげられる。チャネル層の膜厚として、100nm〜10μmがあげられ、好ましくは500nm〜3μmであり、より好ましくは1μm〜2μmである。窒化ガリウム(GaN)をチャネル層としたトランジスタは、GaNのバンドギャップが約3.4 eVと大きいため、高い出力を得ることができ、また、高耐圧動作が可能である。
チャネル層は、ヘテロ界面を形成する層である。チャネル層の組成は、GaN、InGaNがあげられる。チャネル層の膜厚として、100nm〜10μmがあげられ、好ましくは500nm〜3μmであり、より好ましくは1μm〜2μmである。窒化ガリウム(GaN)をチャネル層としたトランジスタは、GaNのバンドギャップが約3.4 eVと大きいため、高い出力を得ることができ、また、高耐圧動作が可能である。
(1.5.スペーサー層)
スペーサー層は、チャネル層と障壁層との間に設けられる任意の薄層である。ヘテロ界面は、チャネル層とスペーサー層との界面である。図1に記載される本発明の第1の具現例に係るヘテロ接合FETはスペーサー層を有しているが、スペーサー層はなくても構わない。この場合、ヘテロ界面はチャネル層と障壁層との界面となる。スペーサー層の組成として、AlN、AlGaN、InAlGaNなどがあげられ、好ましくはAlN、AlGaNであり、より好ましくはAlNである。スペーサー層の膜厚は、0.1nm〜5nmがあげられ、好ましくは0.5nm〜3nmであり、より好ましくは1nm〜2nmである。
スペーサー層は、チャネル層と障壁層との間に設けられる任意の薄層である。ヘテロ界面は、チャネル層とスペーサー層との界面である。図1に記載される本発明の第1の具現例に係るヘテロ接合FETはスペーサー層を有しているが、スペーサー層はなくても構わない。この場合、ヘテロ界面はチャネル層と障壁層との界面となる。スペーサー層の組成として、AlN、AlGaN、InAlGaNなどがあげられ、好ましくはAlN、AlGaNであり、より好ましくはAlNである。スペーサー層の膜厚は、0.1nm〜5nmがあげられ、好ましくは0.5nm〜3nmであり、より好ましくは1nm〜2nmである。
(1.6.障壁層)
障壁層は、チャネル層にくらべバンドギャップの大きな層である。本発明のヘテロ接合FETにおいて、障壁層は、下記一般式(I)で表されるInAlN障壁層である。
障壁層は、チャネル層にくらべバンドギャップの大きな層である。本発明のヘテロ接合FETにおいて、障壁層は、下記一般式(I)で表されるInAlN障壁層である。
In1-xAlxN (I)
一般式(I)中、xとしては、0.75<x<0.95で表される範囲の数があげられ、好ましくは0.78〜0.92であり、より好ましくは0.8〜0.9であり、更に好ましくは0.82〜0.85である。xの値が大きいほど、Alの含有量が多くなり層の分極率が上がることとなる。しなしながら、xの値が下層のGaNと格子整合する0.83からずれるに従い、結晶のコヒーレント成長が困難となり、また結晶性が変化するので、上記の値とすることが好ましい。
InAlN層の膜厚は、特に限定されないが、3nm〜50nmがあげられ、好ましくは5nm〜40nmであり、より好ましくは5nm〜20nmであるが、10nm〜100nm、20nm〜100nm、25nm〜50nm、10nm〜25nm、5nm〜50nmなどから適宜選択すればよい。
(1.7.電極)
本発明のヘテロ接合FETに用いられる電極として、ヘテロ接合FETに用いられる公知の電極を採用できる。このような電極は、ソース電極7、ゲート電極8、ドレイン電極9からなるものがあげられる。
本発明のヘテロ接合FETに用いられる電極として、ヘテロ接合FETに用いられる公知の電極を採用できる。このような電極は、ソース電極7、ゲート電極8、ドレイン電極9からなるものがあげられる。
(2.作用)
本発明のInxAl1-xN/GaNヘテロ構造の作用について説明する。図2は、AlxGa1-xNとIn1-xAlxNのAl組成xとGaNとの面内方向の格子定数比の関係を示すグラフである。図2に示されるように、例えばAlxGa1-xNの場合、x=0.5以上にすると格子不整合は1%以上となる。そのためGaN上に成長するAlGaNは、大きな歪みを受けるので、高品質なAlGaN/GaNヘテロ構造を得ることは難しい。一方、In1-xAlxNの場合にはAl組成x=0.83でGaNと格子整合し、またx=0.75から0.90の範囲ではGaNとの格子不整合が1%以内であるために、GaN上に高品質なIn1-xAlxN結晶を成長することができる。そのため、大きな分極を持つ障壁層を有するInAlN/GaNヘテロ構造を得ることができる。
本発明のInxAl1-xN/GaNヘテロ構造の作用について説明する。図2は、AlxGa1-xNとIn1-xAlxNのAl組成xとGaNとの面内方向の格子定数比の関係を示すグラフである。図2に示されるように、例えばAlxGa1-xNの場合、x=0.5以上にすると格子不整合は1%以上となる。そのためGaN上に成長するAlGaNは、大きな歪みを受けるので、高品質なAlGaN/GaNヘテロ構造を得ることは難しい。一方、In1-xAlxNの場合にはAl組成x=0.83でGaNと格子整合し、またx=0.75から0.90の範囲ではGaNとの格子不整合が1%以内であるために、GaN上に高品質なIn1-xAlxN結晶を成長することができる。そのため、大きな分極を持つ障壁層を有するInAlN/GaNヘテロ構造を得ることができる。
このように本発明のヘテロ接合FETでは、GaNとInAlNとの間に大きな分極効果が得られるので、InAlN障壁層の膜厚を通常のAlGaN/GaNヘテロ構造と比較してより薄くしても十分な2次元電子濃度を得ることができる。
図3はGaNと格子整合するAl組成x=0.83のIn1-xAlxN(x=0.83)障壁層を有するIn0.17Al0.83N/GaNヘテロ構造トランジスタの膜厚とチャネルに分極効果により誘起される2次元電子濃度の関係を示すグラフである。一方、図4は、Al0.25Ga0.75N/GaNトランジスタの障壁層の膜厚とチャネルに分極効果により誘起される2次元電子濃度の関係を示すグラフである。
GaNトランジスタに要求される2次元電子の濃度は、通常1×1013cm-2以上である。図3、及び図4に示されるように、Al0.25Ga0.75N/GaNトランジスタではそのような2次元電子濃度を満たすために障壁層の膜厚は20nm以上なければならない。一方、In0.17Al0.83N/GaNトランジスタでは障壁層の膜厚が、3nm以上であればその2次元電子濃度を達成できる。これは障壁層のAl組成を増大させることにより大幅に分極効果が増大した結果である。
上述のようにInAlN/GaNヘテロ構造を用いてトランジスタを作製した場合、AlGaN/GaNトランジスタに比べて電流密度を減らすことなくゲートの効きを向上させることができる。これにより、相互コンダクタンスが向上し、結果として高出力を保ったまま高速に動作するGaNトランジスタを実現できる。
(3.製造方法)
本発明のヘテロ接合FETは、RFプラズマ分子線エピタキシー成長法によるInAlN半導体結晶を製造することにより製造できる。RF−MBE法によるInAlNの結晶成長法は、超高真空成長室内に設置した基板を加熱し、クヌーセンセル内で熱したインジウムソースから蒸発したインジウム分子線と、アルミニウムソースから蒸発したアルミニウム分子線と、RFプラズマによって窒素ガス(N2)を分解して得た窒素ラジカル分子線とを同時に基板上へ供給することにより、InAlN結晶を成長させるものである(例えば、特開2003-192497号公報参照)。
本発明のヘテロ接合FETは、RFプラズマ分子線エピタキシー成長法によるInAlN半導体結晶を製造することにより製造できる。RF−MBE法によるInAlNの結晶成長法は、超高真空成長室内に設置した基板を加熱し、クヌーセンセル内で熱したインジウムソースから蒸発したインジウム分子線と、アルミニウムソースから蒸発したアルミニウム分子線と、RFプラズマによって窒素ガス(N2)を分解して得た窒素ラジカル分子線とを同時に基板上へ供給することにより、InAlN結晶を成長させるものである(例えば、特開2003-192497号公報参照)。
図5は、RF−MBE法に用いられるRF−MBE装置の概略構成を示す図である。RF−MBE装置は、真空ポンプ(図示省略)によって超高真空を実現できる成長室11内に加熱手段12を設け、この加熱手段によってサファイア基板13を昇温する。また、サファイア基板13上へ分子線を照射するためのInセル14a,Alセル14b,Gaセル14c,RFプラズマセル14dを設け、それぞれシャッター15によって開閉できる。
以下では、図5に示すRF−MBE装置を用いて、図1に示す積層体を製造する例について説明する。まず、サファイア基板13の有機洗浄を行う。また、昇温性を良くするためにサファイア基板13の裏面に高融点金属を真空蒸着する。成長室11内の加熱手段12に裏面を向けてサファイア基板13を設置し、加熱手段12によって約800℃以上に加熱して、サファイア基板13の基板表面の高温クリーニングを行う。
次いで、基板の温度を約300℃まで下げ、高純度窒素ガスをRFプラズマセル14dで分解する。これにより得られる窒素ラジカル分子線を、サファイア基板13上に供給してサファイア基板表面を窒化することにより、表面に薄い窒化アルミニウム層を形成する。プラズマの出力としては、100W〜700Wが挙げられ、好ましくは200W〜600Wである。窒素ガスの流量としては、0.1sccm〜2.0sccmが挙げられ、好ましくは0.3sccm〜1.5sccmであり、より好ましくは0.5sccm〜1.2sccmである。
次いで、加熱手段12によりサファイア基板13の温度を例えば900℃まで上げる。そして、クヌーセンセル内で加熱することによりアルミニウム分子線を得る。アルミニウム分子線と、RFプラズマで生成した窒素ラジカル分子線とを、同時にサファイア基板13上へ供給する。これにより、AlNバッファ層を成長させる。
ここで、AlNバッファ層の成長温度としては、700℃以上が挙げられるが、好ましい温度範囲は800℃〜900℃である。700℃以上であると、Al極性のAlNの成長が実現され、N極性と比べてAlN層および上に成長するGaN層の結晶性が優れたものが得られやすい。また、600℃以下であると、AlNバッファ層の極性がN極性となる傾向がある。
次いで、Alセル14bのシャッター15を閉じて、Gaセル14cのシャッター15を開ける。これにより、ガリウム分子線と窒素ラジカル分子線を同時にサファイア基板13上へ供給し、AlNバッファ層の上にGaN層を成長させる。なお、GaN層の代わりに、InGaN層とする場合には、Inセル14aからインジウム分子線とGaセル14cからガリウム分子線を同時に供給すれば良い。
ここで、GaN層の成長温度としては、650℃以上が挙げられるが、好ましい温度範囲は700℃〜800℃である。800℃以上であると、GaNの成長におけるGa分子線の結晶に取り込まれずに再蒸発する量が非常に多くなり、成長速度が極端に落ち、また、700℃以下であると、GaN層の結晶性が良くないものとなるからである。
前記のようにして、GaN層(又は、InGaN層)が所要の厚さまで成長した後、窒素ラジカルのシャッター15を開けたまま、Gaセル14aのシャッター15を閉じ、サファイア基板13の温度を250℃〜450℃まで下げ、Inセル14aのシャッター15とAlセル14bのシャッター15を開ける。これにより、InAlN層を成長させる。
なお、InAlN層を形成する前に、AlNスペーサー層を形成しても良い。
ここで、InAlN層の成長温度としては、250℃〜450℃が挙げられ、好ましくは250℃〜440℃であり、より好ましくは300℃〜430℃であり、特に好ましくは320℃〜420℃である。450℃以上であると、InAlNがInNとAlNに相分離した結晶が得られやすくなる。また、300℃以下では単結晶が得られにくく、アモルファス状の結晶が得られることが多く、結晶性が劣化する。
InAlN層の成長速度としては、1nm/時〜5000nm/時が挙げられ、好ましくは10nm/時〜2000nm/時であり、より好ましくは50nm/時〜1000nm/時であり、更に好ましくは100nm/時〜800nm/時であり、特に好ましくは300nm/時〜700nm/時である。結晶の成長速度が速すぎても遅すぎても、優れた結晶性を有する結晶を得ることが困難となるためである。
なお、本明細書における温度の測定方法としては、赤外線放射温度計にて温度を測定したものを採用すればよい。
以下に、上述した窒化インジウム系化合物半導体の積層方法により、サファイア基板上に窒化インジウムアルミニウムを積層し、ヘテロ接合FETを製造する例について説明する。
サファイア基板を有機洗浄し、基板の昇温性を改善するために裏面に高融点金属チタンを蒸着したサファイア基板を、超高真空(例えば、10-11Torr〜10-10Torr)に保たれているMBE成長室内の基板ヒーターに設置した。そして、基板を800℃程度まで昇温して、そのまま30分間保持し、サファイア基板表面の高温クリーニングを行った。その後、基板温度を300℃まで降温した。続いてRFプラズマで窒素ガスを分解して得た窒素ラジカルを照射してサファイア基板表面を60分間窒化し、表面に薄い窒化アルミニウムを形成した。
RFプラズマセルのシャッターを開けたまま、基板表面への窒素ラジカルの照射を中断せずに、基板温度を900℃まで昇温した。その後、Alセルのシャッターを開けて、AlNバッファ層を膜厚300nmとなるまで成長させた。基板温度を730℃まで降温させた。その後、Alセルのシャッターを閉じると同時にGaセルのシャッターを開き、基板温度730℃にてGaN層を膜厚1500nmとなるまで成長させた。
GaN層の成長が終了した後、Gaセルのシャッターを閉じると同時にAlセルのシャッターを開き、AlN層を膜厚1.3nmとなるまで成長させた。Alセルのシャッターを閉じ、RFプラズマセルのシャッターを開けたままで、窒素ラジカルだけを試料表面に照射しつづけながら基板を400℃に降温した。基板温度が400℃に達したらInセルとAlセルのシャッターを同時に開き、基板温度400℃でInAlN層を膜厚30nmとなるまで成長させた。
このようにして半導体積層体を得た後に、電極を形成した。GaN層まで反応性ガスエッチングにより隣接するトランジスタとの絶縁を得た。次に、Au/Ni/Al/Tiにより構成される金属多層膜をInAlN障壁層上に真空蒸着し、赤外線ランプを用いて加熱することにより、半導体層と金属とのオーミック接合を得て、ソース電極、ドレイン電極を作製した。ソース−ドレイン電極間隔は3μmであった。最後に、Au/NiをInAlN障壁層上に真空蒸着してショットキー接合を得ることにより、長さ1μm、幅50μmのゲート電極を作製した。
このようにして製造されたトランジスタは、ゲート電圧―12V以下でピンチオフし、最大電流密度は500mA/mm、最大相互コンダクタンスは52mS/mmであった。
本発明のヘテロ接合FETは、高速、高周波化にも対応できるFETとして利用できる。
1 ヘテロ接合FET
2 基板
3 バッファ層
4 チャネル層
5 スペーサー層
6 障壁層
7 ソース電極
8 ゲート電極
9 ドレイン電極
11 成長室
12 加熱手段
13 サファイア基板(単結晶基板)
14a Inセル
14b Alセル
14c Gaセル
14d RFプラズマセル
15 シャッター
2 基板
3 バッファ層
4 チャネル層
5 スペーサー層
6 障壁層
7 ソース電極
8 ゲート電極
9 ドレイン電極
11 成長室
12 加熱手段
13 サファイア基板(単結晶基板)
14a Inセル
14b Alセル
14c Gaセル
14d RFプラズマセル
15 シャッター
Claims (6)
- GaNまたはInGaNからなるチャネル層と、
下記一般式(I)で表されるInAlNからなる障壁層と含むヘテロ構造を有する電界効果トランジスタ。
In1-xAlxN (I) - 前記一般式(I)中、xは、0.75<x<0.95で表される範囲の数である請求項1に記載の電界効果トランジスタ。
- 前記障壁層の厚さが、3〜50nmである請求項1に記載の電界効果トランジスタ。
- 前記チャネル層の厚さが、100nm〜10μmである請求項1に記載の電界効果トランジスタ。
- 基板上に、バッファ層、チャネル層、障壁層をこの順に形成した電界効果トランジスタであって、
前記チャネル層は、GaNまたはInGaNからなり、
前記障壁層は、下記一般式(I)で表されるInAlNからなり、
一般式(I)中、xは、0.75<x<0.95で表される範囲の数であり、
前記障壁層の厚さが、3〜50nmである
ヘテロ接合電界効果トランジスタ。
In1-xAlxN (I) - 前記チャネル層と障壁層との間にはスペーサー層が設けられる請求項5に記載の電界効果トランジスタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004078228A JP2005268493A (ja) | 2004-03-18 | 2004-03-18 | ヘテロ接合電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004078228A JP2005268493A (ja) | 2004-03-18 | 2004-03-18 | ヘテロ接合電界効果トランジスタ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005268493A true JP2005268493A (ja) | 2005-09-29 |
Family
ID=35092729
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004078228A Pending JP2005268493A (ja) | 2004-03-18 | 2004-03-18 | ヘテロ接合電界効果トランジスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005268493A (ja) |
Cited By (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006222191A (ja) * | 2005-02-09 | 2006-08-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体装置 |
JP2007258406A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体装置 |
JP2008205146A (ja) * | 2007-02-20 | 2008-09-04 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
JP2008258299A (ja) * | 2007-04-03 | 2008-10-23 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 電界効果トランジスタ |
JP2010040828A (ja) * | 2008-08-06 | 2010-02-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 窒化物半導体装置 |
JP2010238699A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体装置 |
JP2011066034A (ja) * | 2009-09-15 | 2011-03-31 | Ngk Insulators Ltd | 半導体素子用エピタキシャル基板、ショットキー接合構造、およびショットキー接合構造の漏れ電流抑制方法 |
JPWO2009119357A1 (ja) * | 2008-03-24 | 2011-07-21 | 日本碍子株式会社 | 半導体素子用エピタキシャル基板、半導体素子、および半導体素子用エピタキシャル基板の作製方法 |
JP2011222969A (ja) * | 2010-03-26 | 2011-11-04 | Ngk Insulators Ltd | 半導体素子用エピタキシャル基板の製造方法、半導体素子用エピタキシャル基板、および半導体素子 |
JP2011222964A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-11-04 | Ngk Insulators Ltd | 半導体素子用エピタキシャル基板および半導体素子 |
JP2012070010A (ja) * | 2012-01-06 | 2012-04-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ヘテロ接合型電界効果トランジスタ |
JP2012256706A (ja) * | 2011-06-08 | 2012-12-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置 |
JP2013125918A (ja) * | 2011-12-16 | 2013-06-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置 |
WO2013125126A1 (ja) * | 2012-02-23 | 2013-08-29 | 日本碍子株式会社 | 半導体素子および半導体素子の製造方法 |
JP5388839B2 (ja) * | 2007-02-28 | 2014-01-15 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Iii族窒化物半導体電界効果トランジスタ |
JP2014093305A (ja) * | 2012-10-31 | 2014-05-19 | Toshiba Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
JP2014123767A (ja) * | 2008-03-31 | 2014-07-03 | Ngk Insulators Ltd | 半導体装置用エピタキシャル基板および半導体装置用エピタキシャル基板の製造方法 |
US8872226B2 (en) | 2008-03-24 | 2014-10-28 | Ngk Insulators, Ltd. | Group III nitride epitaxial substrate for semiconductor device, semiconductor device, and process for producing group III nitride epitaxial substrate for semiconductor device |
US9024325B2 (en) | 2010-07-29 | 2015-05-05 | Ngk Insulators, Ltd. | Epitaxial substrate for semiconductor element, semiconductor element, PN junction diode, and method for manufacturing an epitaxial substrate for semiconductor element |
JP2015095605A (ja) * | 2013-11-13 | 2015-05-18 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置および半導体基板 |
JP2015156454A (ja) * | 2014-02-21 | 2015-08-27 | パナソニック株式会社 | 電界効果トランジスタ |
JP2015192004A (ja) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | 国立大学法人 名古屋工業大学 | ドレイン電流密度・相互コンダクタンスを大幅に改善したリセス構造のmis型ノーマリオフhemt素子 |
JP2016187025A (ja) * | 2015-03-27 | 2016-10-27 | 富士通株式会社 | 半導体装置 |
JP2016225578A (ja) * | 2015-06-03 | 2016-12-28 | 富士通株式会社 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
JP2017509150A (ja) * | 2014-03-25 | 2017-03-30 | インテル・コーポレーション | 急峻なサブスレッショルドスイングを提供するエピタキシャル層を有するiii−nトランジスタ |
US10211323B2 (en) | 2015-09-30 | 2019-02-19 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Hemt having heavily doped N-type regions and process of forming the same |
-
2004
- 2004-03-18 JP JP2004078228A patent/JP2005268493A/ja active Pending
Cited By (36)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006222191A (ja) * | 2005-02-09 | 2006-08-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体装置 |
JP2007258406A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体装置 |
JP2008205146A (ja) * | 2007-02-20 | 2008-09-04 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
US8896022B2 (en) | 2007-02-20 | 2014-11-25 | Fujitsu Limited | Method of manufacturing compound semiconductor device |
JP4531071B2 (ja) * | 2007-02-20 | 2010-08-25 | 富士通株式会社 | 化合物半導体装置 |
US8426892B2 (en) | 2007-02-20 | 2013-04-23 | Fujitsu Limited | Compound semiconductor device and method of manufacturing the same |
JP5388839B2 (ja) * | 2007-02-28 | 2014-01-15 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Iii族窒化物半導体電界効果トランジスタ |
JP2008258299A (ja) * | 2007-04-03 | 2008-10-23 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 電界効果トランジスタ |
JPWO2009119357A1 (ja) * | 2008-03-24 | 2011-07-21 | 日本碍子株式会社 | 半導体素子用エピタキシャル基板、半導体素子、および半導体素子用エピタキシャル基板の作製方法 |
US8890208B2 (en) | 2008-03-24 | 2014-11-18 | Ngk Insulators, Ltd. | Group III nitride epitaxial substrate for semiconductor device, semiconductor device, and process for producing group III nitride epitaxial substrate for semiconductor device |
US8872226B2 (en) | 2008-03-24 | 2014-10-28 | Ngk Insulators, Ltd. | Group III nitride epitaxial substrate for semiconductor device, semiconductor device, and process for producing group III nitride epitaxial substrate for semiconductor device |
EP2259287A4 (en) * | 2008-03-24 | 2012-08-15 | Ngk Insulators Ltd | EPITACTICAL SUBSTRATE FOR A SEMICONDUCTOR COMPONENT, SEMICONDUCTOR COMPONENT AND METHOD FOR PRODUCING AN EPITACTICAL SUBSTRATE FOR A SEMICONDUCTOR COMPONENT |
JP2014123767A (ja) * | 2008-03-31 | 2014-07-03 | Ngk Insulators Ltd | 半導体装置用エピタキシャル基板および半導体装置用エピタキシャル基板の製造方法 |
JP2010040828A (ja) * | 2008-08-06 | 2010-02-18 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 窒化物半導体装置 |
JP2010238699A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 半導体装置 |
JP2011066034A (ja) * | 2009-09-15 | 2011-03-31 | Ngk Insulators Ltd | 半導体素子用エピタキシャル基板、ショットキー接合構造、およびショットキー接合構造の漏れ電流抑制方法 |
CN102024845A (zh) * | 2009-09-15 | 2011-04-20 | 日本碍子株式会社 | 半导体元件用外延基板、肖特基接合结构以及肖特基接合结构的漏电流抑制方法 |
JP2011222964A (ja) * | 2010-03-24 | 2011-11-04 | Ngk Insulators Ltd | 半導体素子用エピタキシャル基板および半導体素子 |
JP2011222969A (ja) * | 2010-03-26 | 2011-11-04 | Ngk Insulators Ltd | 半導体素子用エピタキシャル基板の製造方法、半導体素子用エピタキシャル基板、および半導体素子 |
US9024325B2 (en) | 2010-07-29 | 2015-05-05 | Ngk Insulators, Ltd. | Epitaxial substrate for semiconductor element, semiconductor element, PN junction diode, and method for manufacturing an epitaxial substrate for semiconductor element |
JP5782033B2 (ja) * | 2010-07-29 | 2015-09-24 | 日本碍子株式会社 | 半導体素子用エピタキシャル基板、半導体素子、pn接合ダイオード素子、および半導体素子用エピタキシャル基板の製造方法 |
JP2012256706A (ja) * | 2011-06-08 | 2012-12-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置 |
JP2013125918A (ja) * | 2011-12-16 | 2013-06-24 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置 |
JP2012070010A (ja) * | 2012-01-06 | 2012-04-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ヘテロ接合型電界効果トランジスタ |
JPWO2013125126A1 (ja) * | 2012-02-23 | 2015-07-30 | 日本碍子株式会社 | 半導体素子および半導体素子の製造方法 |
WO2013125126A1 (ja) * | 2012-02-23 | 2013-08-29 | 日本碍子株式会社 | 半導体素子および半導体素子の製造方法 |
JP2014093305A (ja) * | 2012-10-31 | 2014-05-19 | Toshiba Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
US9484429B2 (en) | 2012-10-31 | 2016-11-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | High electron mobility transistor (HEMT) capable of absorbing a stored hole more efficiently and method for manufacturing the same |
JP2015095605A (ja) * | 2013-11-13 | 2015-05-18 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置および半導体基板 |
JP2015156454A (ja) * | 2014-02-21 | 2015-08-27 | パナソニック株式会社 | 電界効果トランジスタ |
JP2017509150A (ja) * | 2014-03-25 | 2017-03-30 | インテル・コーポレーション | 急峻なサブスレッショルドスイングを提供するエピタキシャル層を有するiii−nトランジスタ |
JP2015192004A (ja) * | 2014-03-28 | 2015-11-02 | 国立大学法人 名古屋工業大学 | ドレイン電流密度・相互コンダクタンスを大幅に改善したリセス構造のmis型ノーマリオフhemt素子 |
JP2016187025A (ja) * | 2015-03-27 | 2016-10-27 | 富士通株式会社 | 半導体装置 |
JP2016225578A (ja) * | 2015-06-03 | 2016-12-28 | 富士通株式会社 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
US10600901B2 (en) | 2015-06-03 | 2020-03-24 | Fujitsu Limited | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof |
US10211323B2 (en) | 2015-09-30 | 2019-02-19 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Hemt having heavily doped N-type regions and process of forming the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2005268493A (ja) | ヘテロ接合電界効果トランジスタ | |
US8450782B2 (en) | Field effect transistor, method of manufacturing field effect transistor, and method of forming groove | |
US7709859B2 (en) | Cap layers including aluminum nitride for nitride-based transistors | |
KR101553721B1 (ko) | 전계 효과 트랜지스터용 에피택셜 기판 및 전계 효과 트랜지스터 | |
CN108140561B (zh) | 半导体元件用外延基板、半导体元件和半导体元件用外延基板的制造方法 | |
TWI487109B (zh) | 半導體裝置及其製造方法 | |
WO2009116281A1 (ja) | 半導体装置および半導体装置の製造方法 | |
WO2011099097A1 (ja) | 窒化物半導体装置及びその製造方法 | |
JP6896063B2 (ja) | イオン注入を用いた高抵抗窒化物バッファ層の半導体材料成長 | |
JP2009206163A (ja) | ヘテロ接合型電界効果トランジスタ | |
GB2547661A (en) | Layered vertical field effect transistor and methods of fabrication | |
US7750351B2 (en) | Epitaxial substrate for field effect transistor | |
JP2018117064A (ja) | 窒化物半導体デバイス及び窒化物半導体デバイスの製造方法 | |
JP2010040828A (ja) | 窒化物半導体装置 | |
JP2009272574A (ja) | GaN系電界効果トランジスタ及びその製造方法 | |
Luo et al. | Growth and fabrication of AlGaN/GaN HEMT based on Si (1 1 1) substrates by MOCVD | |
JP2013149732A (ja) | へテロ接合電界効果型トランジスタおよびその製造方法 | |
JP5509544B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
CN110838514B (zh) | 一种半导体器件的外延结构及其制备方法、半导体器件 | |
KR101038836B1 (ko) | 질화계 이종접합 전계효과 트랜지스터 제조방법 | |
US20230223467A1 (en) | HIGH ELECTRON MOBILITY TRANSISTORS (HEMTS) INCLUDING A YTTRIUM (Y) AND ALUMINUM NITRIDE (AlN) (YAlN) ALLOY LAYER | |
JP6650867B2 (ja) | ヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法 | |
JP2004289005A (ja) | エピタキシャル基板、半導体素子および高電子移動度トランジスタ | |
JP2011003882A (ja) | エピタキシャル基板の製造方法 | |
JP2009246307A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060316 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20070215 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070522 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080407 |