JP2006134935A - Semiconductor apparatus and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、III族窒化物半導体を用いたヘテロ接合電界効果型トランジスタなどの半導体装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device such as a heterojunction field effect transistor using a group III nitride semiconductor and a method for manufacturing the same.
III族窒化物半導体ヘテロ接合電界効果型トランジスタは、破壊電界強度が高くかつ電子移動度が高いという特長を持つため、高周波かつ高出力で動作するデバイスとして期待されている。従来のGaAs系半導体と異なり、窒化物半導体では歪により2次元電子ガスが形成される。このため、電子供給層に不純物を故意に導入しないノンドープ層(低濃度層)を用いても良好なトランジスタ特性が得られている。このことは、たとえば「Ka帯1.48W高出力AlGaN/GaNヘテロ接合FET」(笠原ら、電子情報通信学会 信学技報 ED2002-93, pp.81−84(2002))(非特許文献1)に示されている。 The group III nitride semiconductor heterojunction field effect transistor is expected to be a device that operates at high frequency and high output because it has the characteristics of high breakdown field strength and high electron mobility. Unlike a conventional GaAs-based semiconductor, a nitride semiconductor forms a two-dimensional electron gas due to strain. Therefore, good transistor characteristics can be obtained even when a non-doped layer (low concentration layer) that does not intentionally introduce impurities into the electron supply layer is used. For example, “Ka band 1.48 W high power AlGaN / GaN heterojunction FET” (Kasahara et al., IEICE Technical Report ED2002-93, pp.81-84 (2002)) (Non-patent Document 1) ).
ほかにIII族窒化物半導体に関する技術が記載された文献としては、特開2004−111910号公報(特許文献1)が挙げられる。
非特許文献1にも報告されているように、従来の技術ではソース・ドレイン電極の下にも電子供給層としてのノンドープ層がある。不純物濃度の低いノンドープ層に良好なオーミック特性、すなわち低い接触抵抗を有するソース・ドレイン電極を形成することは難しい。良好なオーミック特性を得るために電子供給層に不純物を高濃度に導入するとゲート電極下にも高濃度な電子供給層が存在することになり、リーク電流や耐圧特性が劣化する原因となる。以上のように従来の技術では一定の不純物濃度の電子供給層がゲート電極およびソース・ドレイン電極のいずれの下にも存在していたため、耐圧特性と良好なオーミック特性との両立が困難であった。
As reported in Non-Patent
そこで、本発明は、耐圧特性の低下、ゲート電極におけるリーク電流の増加などのような不利益な結果をもたらすことなく接触抵抗を低減した半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a reduced contact resistance and a method for manufacturing the same without causing disadvantageous results such as a decrease in breakdown voltage characteristics and an increase in leakage current in a gate electrode.
上記目的を達成するため、本発明に基づく半導体装置は、AlxInyGa1-x-yN(0≦x<1,0≦y<1)からなる層を含むチャネル層の上側にAlzGa1-zN(0≦z≦1)からなる第1種層を含む電子供給層が形成され、上記チャネル層と上記電子供給層とがヘテロ接合されている窒化物半導体へテロ接合型電界効果トランジスタであって、上記電子供給層の上側にゲート電極、ソース電極およびドレイン電極が配置されており、上記電子供給層は、上記ゲート電極の下側の部分では不純物濃度が1E18cm-3以下のn型となっている。上記ソース電極および上記ドレイン電極の下側の部分では不純物濃度が1E18cm-3より多いn型となっている。 In order to achieve the above object, a semiconductor device according to the present invention has an Al z Ga layer on the upper side of a channel layer including a layer made of Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1). A nitride semiconductor heterojunction field effect in which an electron supply layer including a first type layer made of 1-zN (0 ≦ z ≦ 1) is formed, and the channel layer and the electron supply layer are heterojunctioned In the transistor, a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode are arranged on the upper side of the electron supply layer, and the electron supply layer has an impurity concentration of 1E18 cm −3 or less in a lower portion of the gate electrode. It is a type. The lower portion of the source electrode and the drain electrode is an n-type having an impurity concentration higher than 1E18 cm −3 .
本発明によれば、ゲート電極の下側の領域では不純物濃度が1E18cm-3以下の低濃度であって、ソース/ドレイン電極の下側の領域では不純物濃度が1E18cm-3を越える高濃度となっている半導体装置を形成することが可能である。したがって、高耐圧を維持しつつ接触抵抗を下げることができる。 According to the present invention, the impurity concentration in the lower region of the gate electrode is a low concentration of 1E18 cm −3 or less, and the impurity concentration in the lower region of the source / drain electrode is a high concentration exceeding 1E18 cm −3. It is possible to form a semiconductor device. Therefore, the contact resistance can be lowered while maintaining a high breakdown voltage.
本発明に関連する記載において、1Enという表記は、1×10nを意味する。したがって、たとえば、1E18とは、1×1018を表す。 In the description related to the present invention, the notation 1En means 1 × 10 n . Thus, for example, 1E18 represents 1 × 10 18 .
(実施の形態1)
(製造方法)
図1〜図8を参照して、本発明に基づく実施の形態1における半導体装置の製造方法について説明する。ここで製造の対象とする半導体装置は、III族窒化物半導体ヘテロ接合型電界効果トランジスタである。まず、サファイア、SiC、Si、GaNなどからなる基板10を用意する。MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長法)、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシャル成長法)などを用いて、図1に示すように、基板10の主表面にチャネル層1とこの上側に積み重なる電子供給層2を作製する。ただし、チャネル層1はAlxInyGa1-x-yN(0≦x<1, 0≦y<1)からなるものとする。電子供給層2はAlzGa1-zN(0≦z≦1)からなるものとする。
(Embodiment 1)
(Production method)
With reference to FIGS. 1-8, the manufacturing method of the semiconductor device in
チャネル層1は電子が流れるために必要な程度の厚みがあればよい。したがって、チャネル層1の厚みは50〜3000nmであればよい。チャネル層1の不純物濃度も問わない。電子供給層2はチャネル層1よりバンドギャップ幅が広いものを用いる。たとえばチャネル層1と電子供給層2との組み合わせとしては、GaN/AlGaN、InGaN/AlGaNなどが考えられる。電子供給層2の厚みは格子緩和しない程度の厚みであればよい。すなわち5〜50nmであればよい。電子供給層2の不純物濃度は、半導体装置を高耐圧とするために1E18cm-3以下とする。ここで電子供給層2の不純物はn型とする。
The
ポアソン方程式から求めた不純物濃度と耐圧との関係を図7に示す。不純物濃度が減少すると空乏層が伸びるため、破壊電界に達するために必要な電圧(これを「破壊電圧」という。)が増加する。半導体装置を高耐圧にするためには破壊電圧の値を大きくすればよい。一般にパラメータとしての「耐圧」は破壊電圧のことを指す。図7のグラフから破壊電圧を100V以上に大きくするためには不純物濃度を1E18cm-3以下とする必要があることがわかる。なお、窒化物半導体では故意に不純物を導入しない場合、すなわちノンドープの場合でも、成長炉や雰囲気ガス中から不純物が半導体中に入り、n型となる。このため、結晶成長においてノンドープであっても実際の不純物濃度が1E18cm-3以下であれば本発明を適用できる。 FIG. 7 shows the relationship between the impurity concentration obtained from the Poisson equation and the withstand voltage. As the impurity concentration decreases, the depletion layer grows, so that the voltage required to reach the breakdown electric field (this is called “breakdown voltage”) increases. In order to increase the breakdown voltage of the semiconductor device, the breakdown voltage value may be increased. In general, “breakdown voltage” as a parameter refers to a breakdown voltage. It can be seen from the graph of FIG. 7 that the impurity concentration needs to be 1E18 cm −3 or less in order to increase the breakdown voltage to 100 V or more. In addition, even when the impurity is not intentionally introduced into the nitride semiconductor, that is, in the case of non-doping, the impurity enters the semiconductor from the growth furnace or atmospheric gas and becomes n-type. For this reason, the present invention can be applied if the actual impurity concentration is 1E18 cm −3 or less even if non-doped in crystal growth.
次に、電子供給層2の表面に対して写真製版を行なう。この写真製版によって、図2に示すように、電子供給層2の表面のうちソース・ドレイン電極領域7以外の領域を覆うようにレジストパターン6を形成する。このレジストパターン6は次工程のイオン注入用マスクとなるものである。レジストパターン6の厚みはイオンが電子供給層2に到達しないようにできる厚みであればよい。たとえば1〜6μm程度であればよい。注入されたイオンを遮断できる膜であればレジストパターン6に代えて酸化膜などの膜をマスクとして用いてもよい。
Next, photoengraving is performed on the surface of the
あるいは変形例として、電子供給層2の上側に10〜100nm程度の窒化膜、酸化膜などを形成した後、その上側にレジストパターンを形成してもよい。このときレジストパターンの下地として形成される窒化膜、酸化膜などはイオン注入時にイオンにより電子供給層を構成するGa、Nなどの原子が真空中に跳ね飛ばされるのを抑制する。
Alternatively, as a modification, after a nitride film or oxide film of about 10 to 100 nm is formed on the upper side of the
この後、注入工程として、図3に示すようにイオン注入装置を用いて電界加速したイオン8を照射する。こうして、イオン注入が行なわれる。イオン8はn型不純物である原子であればよい。具体的にはSi、Ge、C、Sn、Pb、Oなどが考えられるが、不純物準位の浅いSiまたはGeが望ましい。さらにMn、Mgなどのp型不純物を同時にイオン注入することでn型不純物の電気的活性化を促進してもよい。イオン注入の加速エネルギー、注入濃度は、電子供給層2のうちの注入された領域での不純物濃度が1E18cm-3を超えるように設定すればよい。
Thereafter, as an implantation process, as shown in FIG. 3, ions 8 subjected to electric field acceleration are irradiated using an ion implantation apparatus. In this way, ion implantation is performed. The ions 8 may be atoms that are n-type impurities. Specifically, Si, Ge, C, Sn, Pb, O, and the like can be considered, but Si or Ge having a shallow impurity level is desirable. Furthermore, the electrical activation of n-type impurities may be promoted by simultaneously implanting p-type impurities such as Mn and Mg. The acceleration energy and implantation concentration of ion implantation may be set so that the impurity concentration in the implanted region of the
一例として、AlzGa1-zN(0≦z≦1)からなる電子供給層2の厚みを35nmとし、注入濃度を1E14cm-2としてイオン注入を行なった場合の深さ方向の不純物分布をモンテカルロ計算で求めた結果を図8に示す。図8のグラフから、電子供給層2のたとえ一部だけでも1E18cm-3以上の不純物濃度となるのは加速エネルギーが200keV以下のときであることがわかる。加速エネルギーをさらに減少させることで表面近傍の不純物濃度が増加する。電子供給層2表面にきわめて近い位置での不純物濃度が1E18cm-3以上となるのは、図8のグラフから、加速エネルギー50keV以下のときであることがわかる。
As an example, the impurity distribution in the depth direction when the thickness of the
図8のグラフからわかるように、加速エネルギーが5keVの場合、たとえ注入量を2桁下げても電子供給層2の一部が1E18cm-3以上の不純物濃度となっている状態が得られる。したがって、注入濃度は図8の実験で採用した1E14cm-2より2桁小さい1E12cm-2であってもよい。結局のところ、注入工程は、Siイオンを200keV以下の加速エネルギーで前記電子供給層の少なくとも一部だけでも不純物濃度が1E18cm-3となるように1E12cm-2以上の注入濃度で注入する工程を含むことが好ましいといえる。
As can be seen from the graph of FIG. 8, when the acceleration energy is 5 keV, even if the injection amount is reduced by two orders of magnitude, a state where a part of the
なお、電子は電子供給層2とチャネル層1との界面を走行する。ソース・ドレイン電極からこの界面までの抵抗を低減するためには電子供給層2のなるべく全体の不純物濃度を1E18cm-3より高くすることが望ましい。そのためには、図8のグラフから、注入濃度が1E14cm-2である場合、加速エネルギーはおおよそ10keV以上、50keV以下とすることが望ましいことがわかる。
The electrons travel on the interface between the
注入濃度と表面不純物濃度は比例するため、注入濃度が上述の例に挙げた1E14cm-2以外の値である場合でも、適宜この結果を用いて注入条件を設定することができる。 Since the implantation concentration and the surface impurity concentration are proportional, even when the implantation concentration is a value other than 1E14 cm −2 listed in the above example, the implantation conditions can be set appropriately using this result.
次に、レジストパターン6を剥離する。熱処理工程として、注入したイオン8の活性化のための熱処理を行なう。ソース・ドレイン電極領域7にイオン8が注入された結果、図4に示すように高濃度領域9が局所的に存在している。熱処理工程によって高濃度領域9に含まれているイオン8が活性化される。この熱処理は、注入されたイオンと結晶構成原子とを置換させるため、および、イオン注入で形成されたダメージを回復させるために行われるものである。このため、熱処理工程においては、1100℃以上の温度で5秒以上保持することが望ましい。また、表面から窒素原子が抜けるのを防止するために、この熱処理は窒素ガス、アンモニアガスなどのように窒素原子が含まれたガス雰囲気中で行なうことが望ましい。さらに窒化膜、酸化膜、窒化アルミニウムなどで表面を被った後に熱処理を行なってもよい。
Next, the resist
次に写真製版によりレジストパターン(図示せず)を形成する。レジストパターンはソース・ドレイン電極領域7以外を覆うように形成する。レジストパターンを介してオーミック金属膜(図示せず)を蒸着する。オーミック金属膜としては、たとえばTiとAlとの積層膜、Ti、Al、Pt、Auの積層膜などを蒸着する。レジストパターンを除去し、ソース電極3、ドレイン電極5を形成する。これを「リフトオフ法」という。この状態を図5に示す。同様な方法で、図6に示すようにゲート電極4を形成する。さらに必要に応じて他の構成要素を形成してもよい。
Next, a resist pattern (not shown) is formed by photolithography. The resist pattern is formed so as to cover other than the source /
(作用・効果)
本実施の形態における半導体装置の製造方法によれば、ゲート電極4の下側の領域では不純物濃度が1E18cm-3以下の低濃度であって、ソース電極3およびドレイン電極5の下側の領域では不純物濃度が1E18cm-3を越える高濃度となっている半導体装置を形成することが可能である。したがって、高耐圧を維持しつつ接触抵抗を下げることができる。
(Action / Effect)
According to the method of manufacturing a semiconductor device in the present embodiment, the impurity concentration in the lower region of the
さらに、ソース・ドレイン抵抗は金属と半導体との接触抵抗および電子供給層2自体の抵抗からなる。電子供給層2自体の抵抗とは、電極直下にある半導体から2次元電子ガスの部位までの半導体の抵抗である。本発明ではイオン注入によってソース/ドレイン電極3,5の直下に1E18cm-3より高い不純物濃度の領域を作製しているので、ソース・ドレイン抵抗をも低減することができる。
Further, the source / drain resistance includes a contact resistance between a metal and a semiconductor and a resistance of the
本発明では、1E18cm-3より高い不純物濃度の領域が形成されるのはソース/ドレイン電極3,5の直下を含む限られた領域のみであり、他の部分の電子供給層2は不純物濃度が1E18cm-3以下のままとなるので、耐圧特性の低下は回避できる。本発明では、高濃度領域9がゲート電極4の下にない状態でありさえすればよいので、ソース電極3またはドレイン電極5の下側からゲート電極4側に向けて高濃度領域9がはみ出していても、はみ出した高濃度領域9がゲート電極4の下にまで達していなければ本発明の効果は得られる。
In the present invention, a region having an impurity concentration higher than 1E18 cm −3 is formed only in a limited region including directly under the source /
また、本発明ではイオン注入および熱処理により高濃度領域9を形成しているので、電子供給層2の表面形状において、高濃度領域と低濃度領域との境界に段差が生じない。このため、ゲート電極4などのような微細なパターンを形成する上で有利な方法である。微細なパターンとは、たとえば、1μm以下のパターンである。
In the present invention, since the
(実施の形態2)
(構成)
図1〜図6を再び参照して、本発明に基づく実施の形態2における半導体装置について説明する。
(Embodiment 2)
(Constitution)
With reference to FIGS. 1 to 6 again, a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described.
実施の形態1で述べた半導体装置の製造方法によって半導体装置を実際に作製し、確認を行なった。 A semiconductor device was actually manufactured and confirmed by the method for manufacturing a semiconductor device described in the first embodiment.
まず、基板10として、SiC基板を用意した。図1に示すように、基板10の上面にチャネル層1としてGaN層を2000〜3000nm形成し、さらにその上側を覆うように電子供給層2としてノンドープAlGaN層を20〜35nmだけ形成した。ただし、このノンドープAlGaN層はAl組成が0.2〜0.25である。ノンドープAlGaN層はSIMS分析の結果、不純物濃度は1E18cm-3以下であることを確認した。
First, an SiC substrate was prepared as the
図2に示すようにレジストパターン6を形成し、図3に示すように、注入工程として、Siイオンを1E14〜1E15cm-2、100keVの条件で注入した。さらに図4に示すように高濃度領域9が形成されている状態で、熱処理工程として、窒素ガス雰囲気で1100〜1200℃に5分間保持した。さらに、図5に示すようにソース電極3およびドレイン電極5を形成した。図6に示すようにゲート電極4を形成した。
A resist
以上より、AlxInyGa1-x-yN(0≦x<1,0≦y<1)からなる層を含むチャネル層1の上側にAlzGa1-zN(0≦z≦1)からなる第1種層を含む電子供給層2が形成され、チャネル層1と電子供給層2とがヘテロ接合されている窒化物半導体へテロ接合型電界効果トランジスタであって、電子供給層2の上側にゲート電極4、ソース電極3およびドレイン電極が5配置されており、電子供給層2は、ゲート電極4の下側の部分では不純物濃度が1E18cm-3以下のn型となっていて、ソース電極3およびドレイン電極5の下側の部分では不純物濃度が1E18cm-3より高いn型となっている、半導体装置が得られた。この半導体装置は、SiCを含む基板10を備え、チャネル層1は、基板10の上側に形成されている。
As described above, Al z Ga 1-z N (0 ≦ z ≦ 1) is formed on the upper side of the
(作用・効果)
本実施の形態における半導体装置では、ゲート電極4の下側の領域では不純物濃度が1E18cm-3以下の低濃度であって、ソース電極3およびドレイン電極5の下側の領域では不純物濃度が1E18cm-3を越える高濃度となっているので、高耐圧を維持しつつ接触抵抗を下げることができる。
(Action / Effect)
In the semiconductor device in the present embodiment, the impurity concentration in the lower region of the
熱処理温度と接触抵抗との関係を図9に示す。ただし、注入したイオンはSiイオンであり、加速エネルギーは100keVで、注入濃度は1E14cm-2と1E15cm-2との2通りである。図9のグラフから熱処理温度を1100℃以上とすることで低い接触抵抗が得られることがわかる。注入をしない場合より低い接触抵抗を得るためには注入量を1E14cm-2以上に増やして表面近傍での濃度を上げればよいことがわかった。図9のグラフからSiイオンを加速エネルギーが100keVで1E14cm-2以上の注入濃度で注入した場合、1100℃以上の熱処理を行なうことが望ましいことがわかった。 FIG. 9 shows the relationship between the heat treatment temperature and the contact resistance. However, the implanted ions are Si ions, the acceleration energy is 100 keV, and there are two implantation concentrations of 1E14 cm −2 and 1E15 cm −2 . From the graph of FIG. 9, it can be seen that a low contact resistance can be obtained by setting the heat treatment temperature to 1100 ° C. or higher. It has been found that in order to obtain a lower contact resistance than in the case of no implantation, the concentration near the surface can be increased by increasing the implantation amount to 1E14 cm −2 or more. From the graph of FIG. 9, it has been found that when Si ions are implanted at an acceleration energy of 100 keV and an implantation concentration of 1E14 cm −2 or more, it is desirable to perform heat treatment at 1100 ° C. or more.
実施の形態1で説明したように不純物濃度が1E18cm-3より高い部分を得るためには加速エネルギーが200keV以下であることが好ましいことも考慮すると、結局、注入工程としては、Siイオンを200keV以下の加速エネルギーで1E14cm-2以上の注入濃度で注入することが好ましいといえる。 Considering that the acceleration energy is preferably 200 keV or less in order to obtain a portion where the impurity concentration is higher than 1E18 cm −3 as described in the first embodiment, as a result, as an implantation step, Si ions are eventually added to 200 keV or less. It can be said that it is preferable to implant at an implantation concentration of 1E14 cm −2 or more with an acceleration energy of 1E14 cm −2 .
さらに、熱処理温度とゲートリーク電流(「逆方向電流」ともいう。)との関係を調べた結果を図10に示す。熱処理温度を1100℃から上げていくとゲートリーク電流の値は徐々に増加し熱処理温度が1200℃のときにイオン注入を行なわない試料における値と同程度になる。図10において「イオン注入なし」とある試料はイオン注入を行なっていないので熱処理も行なっていない。さらに熱処理温度を1200℃より高くした場合、ゲートリーク電流は、イオン注入なしの試料における値より増えると考えられる。一般的な増幅器用デバイスではゲートリーク電流はあまり問題とならないが、低ノイズ用の増幅器ではゲートリーク電流が特性に影響を与える。 Further, FIG. 10 shows the results of examining the relationship between the heat treatment temperature and the gate leakage current (also referred to as “reverse current”). As the heat treatment temperature is increased from 1100 ° C., the value of the gate leakage current gradually increases, and is approximately the same as that in the sample in which ion implantation is not performed when the heat treatment temperature is 1200 ° C. In FIG. 10, a sample with “no ion implantation” is not subjected to heat treatment because no ion implantation is performed. Further, when the heat treatment temperature is higher than 1200 ° C., it is considered that the gate leakage current increases from the value in the sample without ion implantation. In a general amplifier device, the gate leakage current is not a problem, but in a low noise amplifier, the gate leakage current affects the characteristics.
上述のように、表面近傍での濃度を上げるためには熱処理温度が1100℃以上であることが好ましいことと、ゲートリーク電流を小さく抑えるためには、熱処理温度が1200℃以下であることが好ましいこととを双方を勘案すると、熱処理温度は1100〜1200℃の範囲とすることが望ましいといえる。 As described above, the heat treatment temperature is preferably 1100 ° C. or higher in order to increase the concentration in the vicinity of the surface, and the heat treatment temperature is preferably 1200 ° C. or lower in order to reduce the gate leakage current. Taking this into consideration, it can be said that the heat treatment temperature is desirably in the range of 1100 to 1200 ° C.
(基板の種類)
本実施の形態における半導体装置は、SiCを含む基板10を備え、チャネル層1が基板10の上側に形成されている構成としたが、基板10はSiCを含むものに限らずGaNを含む基板であってもよい。すなわち、半導体装置は、SiCまたはGaNを含む基板10を備え、チャネル層1が基板10の上側に形成されているものであることが好ましいといえる。また、半導体装置の製造方法としては、チャネル層1がSiCまたはGaNを含む基板10の上側に形成されているものを用いて行なうことが好ましいといえる。
(Substrate type)
The semiconductor device according to the present embodiment includes a
さらに、基板10としてサファイア基板を使用して形成されたヘテロ接合電界効果型トランジスタと、基板10としてSiC基板を使用して形成されたヘテロ接合電界効果型トランジスタとにおけるソース/ドレイン間のリーク電流の大きさを比較した。その結果を図11に示す。図11のグラフからは、基板10がサファイア基板である場合にリーク電流が大きくなっている様子が読み取れる。これは、基板10のサファイアとチャネル層1のGaNとでは格子定数が14%も異なることに起因して熱処理によりチャネル層1のGaNの抵抗が劣化したことによるものと考えられる。一方、SiCとGaNとでは格子定数の違いが3%程度であるため、基板10がSiC基板の場合は、熱処理によってもGaNの抵抗が劣化しなかったと考えられる。以上の実験結果から、基板10としては、GaNに対する格子定数の差が少ない材料の基板であるSiC基板を用いることが望ましいと考えられる。さらに格子定数の差をより少なくするという意味では、基板10としてGaN基板を用いることがさらに望ましい。ゲートリーク電流の場合と同様、一般的な増幅器用デバイスでは問題はないが、ゲートリーク電流が特性に影響する場合には格子定数がGaNと近い基板を用いて作製することが望ましい。すなわち、GaNとの格子定数の差がおおよそ5%以下に収まる材料の基板を用いることが好ましい。
Furthermore, leakage current between source / drain in a heterojunction field effect transistor formed using a sapphire substrate as the
(実施の形態3)
実施の形態1,2では電子供給層2が不純物濃度1E18cm-3以下のAlzGa1-zN(0≦z≦1)から形成されている例を述べてきた。本発明は、不純物濃度1E18cm-3以下の層のうち必要な箇所に局所的にイオン注入を行なって所望の抵抗を低減させるというものであるので、適用対象は電子供給層2の全体が不純物濃度1E18cm-3以下のAlzGa1-zN(0≦z≦1)から形成されている場合に限らず、電子供給層2の一部に1E18cm-3以下の領域があれば本発明は適用できる。
(Embodiment 3)
In the first and second embodiments, the example in which the
(構成)
図12を参照して、本発明に基づく実施の形態3における半導体装置について説明する。この半導体装置では、電子供給層2が第1種層2a,2cと第2種層2bとを含む。第1種層2a,2cと第2種層2bとはいずれもAlzGa1-zN(0≦z≦1)から形成され、組成は同じである。しかし、第2種層2bは、第1種層2a,2cに比べて組成は同じであるが不純物濃度が異なる。第1種層2a,2cは、不純物濃度1E18cm-3以下であるのに対して、第2種層2bは1E18cm-3を超える不純物濃度となっている。
(Constitution)
With reference to FIG. 12, a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention will be described. In this semiconductor device, the
(作用・効果)
本実施の形態では、電子供給層2の一部として不純物濃度が低い層が存在していたが、イオン注入をして高濃度領域9を形成しているので、ソース/ドレイン電極3,5と電子供給層2との接触抵抗を下げることができる。さらに、本実施の形態では、電子供給層2の内部に不純物濃度が高い層が存在するので、ソース/ドレイン電極3,5と電子供給層2との接触抵抗を下げるだけでなく、電子供給層2自体の抵抗も下げることができる。
(Action / Effect)
In the present embodiment, a layer having a low impurity concentration exists as a part of the
図13に示すように、電子供給層2が第1種層2a,2cと第3種層2dとを含む場合であっても、本発明は適用可能である。第3種層2dは、AlwGa1-wN(0≦w≦1,w≠z)からなる。すなわち、第3種層2dは、第1種層2a,2cに比べて組成の比率が異なる状態となっている。このような半導体装置においても、高耐圧を維持しつつ接触抵抗を下げるという本発明の効果を享受することができる。電子供給層2のうちゲート電極4のすぐ下に接する部分のAl組成z、すなわち図13に示す例では第1種層2aのAl組成zを変えることでショットキー障壁高さを自由に変えられる。z>wとするとショットキー障壁高さが高くなり、ショットキー特性がさらに改善される。
As shown in FIG. 13, the present invention is applicable even when the
(実施の形態4)
(構成)
図14を参照して、本発明に基づく実施の形態4における半導体装置について説明する。この半導体装置においては、電子供給層2は、不純物濃度1E18cm-3以下のAlzGa1-zN(0≦z≦1)からなる第1種層2cとGaN層12とを含む。GaN層12は電子供給層2のうち最上層となっている。
(Embodiment 4)
(Constitution)
With reference to FIG. 14, a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention will be described. In this semiconductor device, the
(作用・効果)
本実施の形態では、GaN層12が電子供給層2のうち最上層となっているので、GaN層12がゲート電極4の下側に配置されることになる。したがって、ショットキー特性がさらに改善される。GaN層12の膜厚は1〜50nmが好ましい。GaN層12の不純物濃度は問わない。
(Action / Effect)
In the present embodiment, since the
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。 In addition, the said embodiment disclosed this time is an illustration in all the points, Comprising: It is not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and includes all modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 チャネル層、2 電子供給層、2a,2c 第1種層、2b 第2種層、2d 第3種層、3 ソース電極、4 ゲート電極、5 ドレイン電極、6 レジストパターン、7 ソース・ドレイン電極領域、8 イオン、9 高濃度領域、10 基板、12 GaN層。 1 channel layer, 2 electron supply layer, 2a, 2c first type layer, 2b second type layer, 2d third type layer, 3 source electrode, 4 gate electrode, 5 drain electrode, 6 resist pattern, 7 source / drain electrode Region, 8 ions, 9 high concentration region, 10 substrate, 12 GaN layer.
Claims (8)
前記注入工程を終えた前記構造体を熱処理する熱処理工程と、
前記一部の領域を覆うようにソース電極およびドレイン電極を形成する電極形成工程とを含む、半導体装置の製造方法。 A layer made of Al z Ga 1-z N (0 ≦ z ≦ 1) is formed above the channel layer including the layer made of Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1). An implantation step of selectively injecting ions into a partial region as viewed from above the structure in which the electron supply layer is formed and the channel layer and the electron supply layer are heterojunction;
A heat treatment step of heat-treating the structure after the implantation step;
An electrode forming step of forming a source electrode and a drain electrode so as to cover the partial region.
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