JP2006190988A - Semiconductor device - Google Patents

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Tomohiro Murata
智洋 村田
Yutaka Hirose
裕 廣瀬
Takeshi Tanaka
毅 田中
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a semiconductor device which comprises an ohmic electrode having a high impurity activation rate and high electron mobility and having small contact resistance and small parasitic resistance in a contact layer. <P>SOLUTION: The semiconductor device comprises an active layer 13 formed on a substrate 11, a superlattice layer 14 formed on the active layer 13, and an ohmic electrode 15 formed on the superlattice layer 14. The superlattice layer 14 is formed by alternately laminating a first thin film and a second thin film made of a semiconductor having a polarization characteristic different from the first thin film and larger in band gap than the first thin film. An interface region as a contact between the upper surface of the first thin film and the lower surface of the second thin film or an interface region as a contact between the lower surface of the first thin film and the upper surface of the second thin film is doped with impurities. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、III−V族窒化物半導体を用いた半導体装置、特に高周波デバイスに用いるトランジスタに関する。   The present invention relates to a semiconductor device using a group III-V nitride semiconductor, and more particularly to a transistor used for a high frequency device.

III−V族窒化物半導体、すなわち窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化インジウム(InN)及び一般式が(InxAl1-xyGa1-yN(但し、0≦x≦1、0≦y≦1である。)で表される混晶物は、広いバンドギャップと直接遷移型バンド構造を有している。このような物理的特徴を利用した光学素子への応用のみならず、破壊電界と飽和電子速度が大きいという特長を利用した電子デバイスへの応用も検討されている。特に、半絶縁性基板上にエピタキシャル成長したAlxGa1-xNとGaNとの界面に現れる二次元電子ガス(2 Dimantional Electron Gas;以下、2DEGと略す。)を利用するヘテロ接合電界効果トランジスタ(Hetero-junction Field Effect Transistor;以下、HFETと略す。)は、高出力高周波デバイスとして開発が進められている。 Group III-V nitride semiconductors, that is, gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), indium nitride (InN), and a general formula of (In x Al 1-x ) y Ga 1-y N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1)) has a wide band gap and a direct transition band structure. In addition to applications to optical elements that utilize such physical characteristics, applications to electronic devices that utilize the features of high breakdown electric field and saturated electron velocity are also being studied. In particular, a heterojunction field effect transistor using a two-dimensional electron gas (hereinafter referred to as 2DEG) that appears at the interface between Al x Ga 1-x N and GaN epitaxially grown on a semi-insulating substrate ( Hetero-junction Field Effect Transistor (hereinafter abbreviated as HFET) is being developed as a high-output high-frequency device.

これらの窒化物半導体素子において、素子特性を高めるためには、半導体素子内におけるコンタクト抵抗及びチャネル抵抗等の寄生抵抗成分を出来る限り低減させる必要がある。電流を電子によって搬送する場合、電子が伝導する領域に外部からオーミックコンタクトを形成する必要がある。   In these nitride semiconductor devices, in order to improve device characteristics, it is necessary to reduce parasitic resistance components such as contact resistance and channel resistance in the semiconductor device as much as possible. When current is carried by electrons, it is necessary to form an ohmic contact from the outside in a region where electrons are conducted.

従来のオーミックコンタクトとしては、例えば、AlGaN等の窒化物半導体層の上に形成された、チタン(Ti)を最下層として、アルミニウム(Al)、ニッケル(Ni)及び金(Au)等が積層された多層金属薄膜が用いられている。   As a conventional ohmic contact, for example, aluminum (Al), nickel (Ni), gold (Au), etc. are laminated with titanium (Ti) as a lowermost layer formed on a nitride semiconductor layer such as AlGaN. A multilayer metal thin film is used.

窒化物半導体層の上にTiを最下層とする多層金属薄膜を形成した後、500℃〜900℃程度の熱処理を行うことにより、窒化物半導体層の上面近傍において多層金属薄膜中のTiと窒素(N)とが反応する。反応によりNが引き抜かれて、窒化物半導体層の上面近傍の領域に空孔が形成されるため、窒化物半導体層の上面近傍の領域の金属性が上昇する。また、Tiと窒化物半導体との反応によりGa、Al、Ti及びTiN等の化合物が生成され、これらの生成物と多層金属薄膜中のAl、Ni及びAu等とがさらに反応することにより安定な金属化合物が形成される。その結果、低抵抗のオーミックコンタクトが得られる。   After forming a multilayer metal thin film having Ti as the lowermost layer on the nitride semiconductor layer, heat treatment at about 500 ° C. to 900 ° C. is performed, so that Ti and nitrogen in the multilayer metal thin film are near the upper surface of the nitride semiconductor layer. (N) reacts. N is extracted by the reaction, and vacancies are formed in the region near the top surface of the nitride semiconductor layer, so that the metallicity of the region near the top surface of the nitride semiconductor layer is increased. Further, the reaction between Ti and the nitride semiconductor produces compounds such as Ga, Al, Ti, and TiN, and these products are stable due to further reaction between Al, Ni, Au, and the like in the multilayer metal thin film. A metal compound is formed. As a result, a low resistance ohmic contact can be obtained.

オーミック電極を形成する窒化物半導体層に、可能な限り高くn型にドープしたGaN等からなるコンタクト層を用いることにより、さらにコンタクトをより低減することができる。   By using a contact layer made of n-type doped GaN or the like as high as possible in the nitride semiconductor layer forming the ohmic electrode, the contact can be further reduced.

また、コンタクト層をn型にドープされたAlGaNとGaNとからなる超格子構造とすることにより電子濃度を向上させる方法も提案されている(例えば、特許文献1〜3を参照。)。
特開2005−26671号公報 特開平9−172164号公報 特開平11−121472号公報 西澤潤一 編、御子柴宣夫 著、「半導体の物理[改訂版]」、培風館、1991年、p.109〜110
There has also been proposed a method for improving the electron concentration by making the contact layer a superlattice structure made of n-doped AlGaN and GaN (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
JP 2005-26671 A JP-A-9-172164 JP-A-11-112472 Edited by Junichi Nishizawa, Nobuo Mikoshiba, “Physics of Semiconductors [Revised Edition]”, Baifukan, 1991, p. 109-110

しかしながら、前記従来のオーミックコンタクトにおいて、n型にドープしたGaN等をコンタクト層とする場合には、コンタクト抵抗の下限が、コンタクト層における不純物の活性化率(5×1018cm-3〜3×1019cm-3)によって規定されてしまうという問題がある。これは、コンタクト層における最高キャリア濃度が、不純物の活性化率によって規定されてしまうことによる。 However, in the conventional ohmic contact, when n-type doped GaN or the like is used as the contact layer, the lower limit of the contact resistance is the impurity activation rate (5 × 10 18 cm −3 to 3 × 10 19 cm −3 ). This is because the highest carrier concentration in the contact layer is defined by the activation rate of the impurities.

また、n型にドープされたAlGaNとGaNとからなる超格子をコンタクト層とする場合には、電子が蓄積されるAlGaNとGaNとの界面にも不純物がドープされているため、不純物に起因した電子の散乱が生じ、電子の移動度が低下してしまう。その結果、コンタクト抵抗及び寄生抵抗が十分に低減できないという問題がある。   In addition, when the superlattice made of n-type doped AlGaN and GaN is used as the contact layer, the interface between AlGaN and GaN where electrons are accumulated is also doped with impurities, resulting in the impurities. Electron scattering occurs, and the mobility of electrons decreases. As a result, there is a problem that contact resistance and parasitic resistance cannot be sufficiently reduced.

また、この手法を用いて形成したn型のオーミック電極をHFETのソース電極及びドレイン電極として用いた場合、AlGaN等からなるHFETの電子走行層と超格子との境界に負のピエゾ電荷が現れる。超格子の高濃度ドープGaN層と電子走行層であるAlGaNとの界面における電子に対するポテンシャル障壁がピエゾ電荷により上昇し、コンタクト抵抗及び寄生抵抗が上昇してしまうという問題もある。   Further, when an n-type ohmic electrode formed using this method is used as a source electrode and a drain electrode of an HFET, a negative piezoelectric charge appears at the boundary between the electron transit layer of the HFET made of AlGaN or the like and the superlattice. There is also a problem that the potential barrier against electrons at the interface between the heavily doped GaN layer of the superlattice and the AlGaN which is the electron transit layer rises due to piezo charges, resulting in an increase in contact resistance and parasitic resistance.

本発明は、前記従来の問題を解決し、コンタクト層における不純物活性化率及び電子の移動度が高く、コンタクト抵抗及び寄生抵抗が小さいオーミック電極を備えた半導体装置を実現できるようにすることを目的とする。   An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and to realize a semiconductor device having an ohmic electrode with a high impurity activation rate and electron mobility in a contact layer and a small contact resistance and parasitic resistance. And

前記の目的を達成するため、本発明は半導体装置を、一部の界面のみがドープされた超格子層を備える構成とする。   In order to achieve the above object, the present invention has a semiconductor device including a superlattice layer doped only at a part of the interface.

本発明に係る半導体装置は、基板の上に形成された第1の窒化物半導体層と、第1の窒化物半導体層の上に形成され、第1の薄膜及び該第1の薄膜と分極特性が異なり且つ該第1の薄膜と比べてバンドギャップが大きい第2の薄膜とが交互に積層されてなる超格子層と、超格子層の上に形成された電極とを備え、第1の薄膜の上面と第2の薄膜の下面とが接する界面領域又は第1の薄膜の下面と第2の薄膜の上面とが接する界面領域には、不純物がドープされたドープ領域が形成されていることを特徴とする。   A semiconductor device according to the present invention includes a first nitride semiconductor layer formed on a substrate, a first nitride semiconductor layer formed on the first nitride semiconductor layer, a first thin film, and polarization characteristics of the first thin film. And a superlattice layer in which second thin films having a larger band gap than the first thin film are alternately stacked, and an electrode formed on the superlattice layer, A doped region doped with an impurity is formed in an interface region where the upper surface of the first film and the lower surface of the second thin film are in contact with each other or in an interface region where the lower surface of the first thin film and the upper surface of the second thin film are in contact with each other Features.

本発明の半導体装置によれば、第1の薄膜の上面と第2の薄膜の下面とが接する界面領域又は第1の薄膜の下面と第2の薄膜の上面とが接する界面領域には、不純物がドープされたドープ領域が形成されているため、超格子層全体が不純物によりドープされている場合と異なり、不純物による電子の散乱が生じにくい。従って、電子の移動度を低下させることなく、コンタクト抵抗及び寄生抵抗を大きく低減することが可能となる。   According to the semiconductor device of the present invention, the interface region where the upper surface of the first thin film and the lower surface of the second thin film are in contact or the interface region where the lower surface of the first thin film and the upper surface of the second thin film are in contact Since the doped region doped with is formed, unlike the case where the entire superlattice layer is doped with impurities, scattering of electrons due to the impurities hardly occurs. Accordingly, it is possible to greatly reduce the contact resistance and the parasitic resistance without reducing the electron mobility.

本発明の半導体装置においてドープ領域が形成された界面領域には、負の分極電荷が発生することが好ましい。このような構成とすることにより、分極電荷により高濃度の電子を発生させることができと共に、不純物による電子の散乱に由来する電子の移動度の低下を防止できる。   In the semiconductor device of the present invention, negative polarization charges are preferably generated in the interface region where the doped region is formed. With such a configuration, a high concentration of electrons can be generated by the polarization charge, and a decrease in electron mobility resulting from electron scattering by impurities can be prevented.

本発明の半導体装置において、超格子層と電極との間に形成され、不純物がドープされた第2の窒化物半導体層をさらに備えていることが好ましい。このような構成とすることにより、電極と超格子層との界面における電子のポテンシャル障壁を低減できる。また、第2の窒化物半導体層と超格子層との界面近傍に電子を誘起することができ、界面近傍の空乏化を防ぐことができる。従って、コンタクト抵抗をさらに低減できる。   The semiconductor device of the present invention preferably further includes a second nitride semiconductor layer formed between the superlattice layer and the electrode and doped with impurities. With this configuration, the potential barrier for electrons at the interface between the electrode and the superlattice layer can be reduced. In addition, electrons can be induced in the vicinity of the interface between the second nitride semiconductor layer and the superlattice layer, and depletion in the vicinity of the interface can be prevented. Accordingly, the contact resistance can be further reduced.

本発明の半導体装置において、第2の薄膜の膜厚と第1の薄膜の膜厚との比の値は、超格子層の上部と下部とでは互いに異なっていることが好ましい。この場合において、超格子層の上部においては、第1の薄膜の膜厚が第2の薄膜の膜厚よりも厚く、超格子層の下部においては、第2の薄膜の膜厚が第1の薄膜の膜厚よりも厚いことが好ましい。
このような構成とすることにより、電極と超格子層との界面における電子に対するポテンシャル障壁を低減できると共に、超格子層と第1の窒化物半導体層との界面における電子に対するポテンシャル障壁を低減することができるので、さらにコンタクト抵抗を低減できる。
In the semiconductor device of the present invention, the value of the ratio of the thickness of the second thin film to the thickness of the first thin film is preferably different between the upper part and the lower part of the superlattice layer. In this case, in the upper part of the superlattice layer, the first thin film is thicker than the second thin film, and in the lower part of the superlattice layer, the second thin film has the first film thickness. It is preferably thicker than the thickness of the thin film.
With this configuration, the potential barrier for electrons at the interface between the electrode and the superlattice layer can be reduced, and the potential barrier for electrons at the interface between the superlattice layer and the first nitride semiconductor layer can be reduced. Therefore, the contact resistance can be further reduced.

本発明の半導体装置において2の薄膜の膜厚は、第1の薄膜の膜厚よりも厚いことが好ましい。この場合において、第2の薄膜の膜厚と第1の薄膜の膜厚との比の値は、1より大きく且つ6以下であることが好ましい。   In the semiconductor device of the present invention, the thickness of the second thin film is preferably larger than the thickness of the first thin film. In this case, the value of the ratio between the thickness of the second thin film and the thickness of the first thin film is preferably greater than 1 and 6 or less.

本発明の半導体装置において、第1の薄膜の膜厚と第2の薄膜の膜厚との和の値は、2nm以上且つ15nm以下であることが好ましい。   In the semiconductor device of the present invention, the sum of the thickness of the first thin film and the thickness of the second thin film is preferably 2 nm or more and 15 nm or less.

本発明の半導体装置において、ドープ領域の不純物濃度は、1×1017cm-3以上且つ1×1021cm-3以下であることが好ましい。 In the semiconductor device of the present invention, the impurity concentration in the doped region is preferably 1 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 21 cm −3 or less.

本発明の半導体装置において、ドープ領域は、第1のデルタドープ領域であることが好ましい。このような構成とすることにより、超格子層と第1の窒化物半導体層との界面における電子に対するポテンシャル障壁を低減することができるので、コンタクト抵抗をさらに低減することが可能となる。   In the semiconductor device of the present invention, the doped region is preferably the first delta doped region. With such a configuration, the potential barrier against electrons at the interface between the superlattice layer and the first nitride semiconductor layer can be reduced, so that the contact resistance can be further reduced.

本発明の半導体装置において、第1の窒化物半導体層における第1の窒化物半導体層と超格子層との界面からの距離が0.1nm以上且つ1μm以下の領域には、第2のデルタドープ領域が形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、超格子層と第1の窒化物半導体層との界面における電子に対するポテンシャル障壁を低減することができるので、コンタクト抵抗をさらに低減することが可能となる。   In the semiconductor device of the present invention, the second delta doped region is formed in a region where the distance from the interface between the first nitride semiconductor layer and the superlattice layer in the first nitride semiconductor layer is 0.1 nm or more and 1 μm or less. Is preferably formed. With such a configuration, the potential barrier against electrons at the interface between the superlattice layer and the first nitride semiconductor layer can be reduced, so that the contact resistance can be further reduced.

本発明の半導体装置において、第1の薄膜は窒化ガリウムからなり、第2の薄膜は窒化アルミニウムガリウムからなることが好ましい。   In the semiconductor device of the present invention, the first thin film is preferably made of gallium nitride, and the second thin film is preferably made of aluminum gallium nitride.

本発明の半導体装置において、第1の窒化物半導体層は、複数の半導体膜が積層されてなり、複数の半導体膜のうちの最上層に形成された半導体膜は、窒化アルミニウムガリウムからなることが好ましい。このような構成とすることにより、超格子層と第1の窒化物半導体層との界面における電子に対するポテンシャル障壁を低減することができるため、コンタクト抵抗をさらに低減することが可能となる。   In the semiconductor device of the present invention, the first nitride semiconductor layer is formed by stacking a plurality of semiconductor films, and the semiconductor film formed in the uppermost layer of the plurality of semiconductor films is made of aluminum gallium nitride. preferable. With such a configuration, the potential barrier against electrons at the interface between the superlattice layer and the first nitride semiconductor layer can be reduced, so that the contact resistance can be further reduced.

本発明の半導体装置において、第1の窒化物半導体層の上に形成されたゲート電極をさらに備え、第1の窒化物半導体層は、互いに積層されたチャネル層と該チャネル層と比べてバンドギャップが大きいバリア層とを含み、超格子層は、第1の窒化物半導体層の上におけるゲート電極を挟んで両側の領域に選択的に形成されており、電極はゲート電極を挟む超格子層のうちの一方の超格子層の上に形成されたソース電極と、他方の超格子層の上に形成されたドレイン電極とであることが好ましい。   The semiconductor device of the present invention further includes a gate electrode formed on the first nitride semiconductor layer, and the first nitride semiconductor layer has a band gap compared to the channel layer and the channel layer stacked on each other. The superlattice layer is selectively formed in regions on both sides of the gate electrode on the first nitride semiconductor layer, and the electrode is a superlattice layer sandwiching the gate electrode. Preferably, the source electrode is formed on one of the superlattice layers and the drain electrode is formed on the other superlattice layer.

この場合において、半導体装置は、各超格子層とバリア層との間に形成され、バリア層と組成が等しく且つバリア層と比べて不純物濃度が高い高濃度不純物層をさらに備えていることが好ましい。このような構成とすることにより、ゲート電極のリセス構造を形成することが容易となる。   In this case, the semiconductor device preferably further includes a high-concentration impurity layer that is formed between each superlattice layer and the barrier layer, has the same composition as the barrier layer, and has a higher impurity concentration than the barrier layer. . With such a configuration, it becomes easy to form a recess structure of the gate electrode.

この場合において、各超格子層は、第1の窒化物半導体層を露出する開口部を有し、ソース電極及びドレイン電極は、開口部の側壁と接して形成されていることが好ましい。また、各超格子層は、その一部が掘り込まれた凹部を有し、ソース電極及びドレイン電極は、凹部の側壁と接して形成されていてもよい。   In this case, each superlattice layer preferably has an opening exposing the first nitride semiconductor layer, and the source electrode and the drain electrode are preferably formed in contact with the sidewall of the opening. In addition, each superlattice layer may have a recessed portion in which a part thereof is dug, and the source electrode and the drain electrode may be formed in contact with the sidewall of the recessed portion.

本発明に係る半導体装置によれば、コンタクト層における不純物活性化率及び電子の移動度が高く、コンタクト抵抗及び寄生抵抗が小さいオーミック電極を備えた半導体装置を実現できる。   According to the semiconductor device of the present invention, it is possible to realize a semiconductor device including an ohmic electrode having a high impurity activation rate and electron mobility in the contact layer and a small contact resistance and parasitic resistance.

(第1の実施形態)
本発明に係る第1の実施形態について図面を参照して説明する。図1は第1の実施形態に係る半導体装置の断面構成を示している。図1に示すように第1の実施形態の半導体装置は、サファイアからなる基板11の上に窒化アルミニウム(AlN)からなるバッファ層12を介在させて形成された窒化ガリウム(GaN)からなる活性層13と、活性層13の上に形成され、コンタクト層として機能する超格子層14と、超格子層14の上に形成されたオーミック電極15とを備えている。
(First embodiment)
A first embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of the semiconductor device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the semiconductor device of the first embodiment is an active layer made of gallium nitride (GaN) formed on a substrate 11 made of sapphire with a buffer layer 12 made of aluminum nitride (AlN) interposed. 13, a superlattice layer 14 formed on the active layer 13 and functioning as a contact layer, and an ohmic electrode 15 formed on the superlattice layer 14.

超格子層14は、図2に示すように厚さが2.3nmのGaNからなる第1の薄膜14Aと、厚さが4.7nmの窒化アルミニウムガリウム(AlxGa1-xN、本実施形態においてはx=0.26)からなる第2の薄膜14Bとが交互に7周期積層された多層膜である。図2に示すように超格子層14において、第1の薄膜14Aの上面と第2の薄膜14Bの下面とが接する界面領域には、n型の不純物であるSiが1×1019cm-3の濃度でドープされたn型ドープ領域22が形成されている。 As shown in FIG. 2, the superlattice layer 14 includes a first thin film 14A made of GaN having a thickness of 2.3 nm and an aluminum gallium nitride (Al x Ga 1-x N, thickness of 4.7 nm). In the embodiment, it is a multilayer film in which the second thin films 14B having x = 0.26) are alternately stacked for seven periods. As shown in FIG. 2, in the superlattice layer 14, in the interface region where the upper surface of the first thin film 14A and the lower surface of the second thin film 14B are in contact with each other, Si as an n-type impurity is 1 × 10 19 cm −3. An n-type doped region 22 is formed which is doped at a concentration of.

図3は超格子層14における伝導帯の底Ecとフェルミ準位EFを示している。図3に示すように、GaNからなる第1の薄膜14Aと、GaNと比べてバンドギャップが大きいAl0.26Ga0.74Nからなる第2の薄膜14Bとの界面には、第1の薄膜14Aと第2の薄膜14Bとの自発分極差及びピエゾ分極差に伴い分極電荷が発生する。本実施形態においては、第1の薄膜14Aの上面と第2の薄膜14Bの下面とが接する界面21Aに、正の分極電荷+aが生じ、第2の薄膜14Bの上面と第1の薄膜14Aの下面とが接する界面21Bに、負の分極電荷−aが生じている。 Figure 3 shows a bottom Ec and the Fermi level E F of the conduction band in the superlattice layer 14. As shown in FIG. 3, at the interface between the first thin film 14A made of GaN and the second thin film 14B made of Al 0.26 Ga 0.74 N having a larger band gap than GaN, the first thin film 14A and the first thin film 14A A polarization charge is generated in accordance with the spontaneous polarization difference and the piezoelectric polarization difference with the second thin film 14B. In this embodiment, positive polarization charge + a is generated at the interface 21A where the upper surface of the first thin film 14A and the lower surface of the second thin film 14B are in contact, and the upper surface of the second thin film 14B and the first thin film 14A Negative polarization charge -a is generated at the interface 21B in contact with the lower surface.

超格子層14の内部においては、分極電荷に誘起されて電子からなる自由電荷が多数発生している。発生した自由電荷は、第1の薄膜14Aの上面と第2の薄膜14Bの下面とが接する界面21Aに蓄積される。本実施形態においては、負の分極電荷−aが生じる界面21Bを含む領域がn型の不純物であるSiによりドープされている。Siによりドープされた領域は、ドナー準位EDとフェルミ準位EFとのエネルギー差が大きいのでドナー活性化率を特に高くすることができる。これにより、界面21Aに蓄積される電荷の濃度は1×1013cm-2となる。これは、体積濃度に換算すると、5×1019cm-3に相当し、通常のn型ドープで達成される電荷の上限濃度である2×1019cm-3〜3×1019cm-3を上回っている。 Inside the superlattice layer 14, many free charges composed of electrons are generated by being induced by polarization charges. The generated free charge is accumulated at the interface 21A where the upper surface of the first thin film 14A and the lower surface of the second thin film 14B are in contact. In the present embodiment, the region including the interface 21B where the negative polarization charge -a occurs is doped with Si, which is an n-type impurity. Since the region doped with Si has a large energy difference between the donor level E D and the Fermi level E F , the donor activation rate can be particularly increased. As a result, the concentration of charges accumulated at the interface 21A is 1 × 10 13 cm −2 . This is equivalent to 5 × 10 19 cm −3 in terms of volume concentration, and is 2 × 10 19 cm −3 to 3 × 10 19 cm −3, which is the upper limit concentration of charge achieved by normal n-type doping. Is over.

一方、本実施形態においては正の分極電荷+aが発生する界面21Aを含む領域はドープされていない。このため、エピタキシャル成長した層における水平面内の電子移動度が不純物により散乱されて低下することがなく、不純物による電気抵抗の上昇が生じない。またエピタキシャル成長した層に対して垂直方向の電子の移動についても、第2の薄膜14Bは4.7nmと薄い上に第2の薄膜14B内に生じるピエゾ電界が実効ポテンシャル障壁をさらに薄くする。従って、第1の薄膜14A内において伝導に寄与する電子は、第2の薄膜14Bのポテンシャル障壁を容易にトンネルするので、電気抵抗の上昇が生じない。   On the other hand, in this embodiment, the region including the interface 21A where the positive polarization charge + a is generated is not doped. For this reason, the electron mobility in the horizontal plane in the epitaxially grown layer is not scattered and reduced by the impurities, and the electrical resistance is not increased by the impurities. Also, regarding the movement of electrons in the direction perpendicular to the epitaxially grown layer, the second thin film 14B is as thin as 4.7 nm, and the piezoelectric field generated in the second thin film 14B further reduces the effective potential barrier. Accordingly, the electrons contributing to conduction in the first thin film 14A easily tunnel through the potential barrier of the second thin film 14B, so that the electrical resistance does not increase.

以下に電子の非常に高い活性化率が得られる理由を説明する。一般に不純物半導体における電子統計を考慮すると、ドナー準位を占めている電子の濃度nDは数1で表される。   The reason why a very high activation rate of electrons is obtained will be described below. In general, in consideration of electron statistics in an impurity semiconductor, the concentration nD of electrons occupying a donor level is expressed by Equation 1.

Figure 2006190988
Figure 2006190988

但し、NDは不純物濃度、fDは電子の分布関数、EDはドナー準位、EFはフェルミ準位、kBはボルツマン定数、Tは絶対温度である(非特許文献1を参照。)。数1を用いると、自由電子を放出して活性化しているドナーの濃度はND−nDで表されることから、ドナー不純物の活性化率ηは数2で表される。   Here, ND is an impurity concentration, fD is an electron distribution function, ED is a donor level, EF is a Fermi level, kB is a Boltzmann constant, and T is an absolute temperature (see Non-Patent Document 1). When Equation 1 is used, since the concentration of the donor activated by releasing free electrons is expressed by ND-nD, the activation rate η of the donor impurity is expressed by Equation 2.

Figure 2006190988
Figure 2006190988

数2より、ドナー準位とフェルミ準位の差が大きくなると最右辺の分母第2項は0へと漸近し、活性化率は1(すなわち100%活性化)に近づくことが分かる。従って、ドナー準位とフェルミ準位の差を大きくすることにより、高い活性化率を得ることができる。このことは符号を変更することにより、アクセプタ不純物についても適用できる。   From Equation 2, it can be seen that as the difference between the donor level and the Fermi level increases, the second term on the rightmost side becomes asymptotic to 0 and the activation rate approaches 1 (ie, 100% activation). Therefore, a high activation rate can be obtained by increasing the difference between the donor level and the Fermi level. This can also be applied to acceptor impurities by changing the sign.

図3に示すように負の分極電荷−aが現れる界面21Bにおいては、ドナー準位EDとフェルミ準位EFとの差が超格子層14の他のどの部分よりも大きい。ドナー準位EDとフェルミ準位EFとの差が最も大きい界面21Bを含むように不純物をドープすることにより、ドナー不純物の活性化率を高くすることができる。その結果、電子濃度を高くすることが可能となり、寄生抵抗を低減することが可能となる。 As shown in FIG. 3, the difference between the donor level E D and the Fermi level E F is larger than any other part of the superlattice layer 14 at the interface 21B where the negative polarization charge −a appears. By the difference between the donor level E D and the Fermi level E F is doped with impurities so as to include the largest surface 21B, it is possible to increase the activation rate of the donor impurity. As a result, the electron concentration can be increased and the parasitic resistance can be reduced.

以下に、界面21Bを含む領域のみがドープされ、界面21Aを含む領域がドープされていない超格子層14の製造方法を説明する。サファイアからなる基板11の上に、チャンバー内において、既知の方法により厚さが200nmのAlNからなるバッファ層12を形成した後、厚さが3000nmのGaNからなる活性層13をエピタキシャル成長させる。   Hereinafter, a method for manufacturing the superlattice layer 14 in which only the region including the interface 21B is doped and the region including the interface 21A is not doped will be described. On the substrate 11 made of sapphire, a buffer layer 12 made of AlN having a thickness of 200 nm is formed in a chamber by a known method, and then an active layer 13 made of GaN having a thickness of 3000 nm is epitaxially grown.

次に、活性層13の上にトリメチルアルミニウムをアルミニウム原料として供給し、トリメチルガリウムをガリウム原料として供給し、アンモニアを窒素原料として供給することによりAl0.26Ga0.74Nをエピタキシャル成長させる。Al0.26Ga0.74Nをエピタキシャル成長させた後、さらにシラン(SiH4)を供給することによりAl0.26Ga0.74NにSiを1×1019cm-3程度ドープする。その後、トリメチルアルミニウムの供給を停止し、続いてSiH4の供給を停止して、GaNを成長させる。 Next, Al 0.26 Ga 0.74 N is epitaxially grown on the active layer 13 by supplying trimethylaluminum as an aluminum source, supplying trimethylgallium as a gallium source, and supplying ammonia as a nitrogen source. After the Al 0.26 Ga 0.74 N is epitaxially grown, a Si to Al 0.26 Ga 0.74 N to about 1 × 10 19 cm -3 doping by further supplying silane (SiH 4). Thereafter, the supply of trimethylaluminum is stopped, and then the supply of SiH 4 is stopped to grow GaN.

これにより、活性層13の上に厚さが4.7nmのAl0.26Ga0.74Nからなる第2の薄膜14Bと、厚さが2.3nmのGaNからなる第1の薄膜14Aとが形成される。次に、再びAl原料の供給を行いAl0.26Ga0.74Nの成長を開始する。Al0.26Ga0.74Nの成長とGaNの成長とを交互に7回繰り返すことにより超格子層14が得られる。 As a result, a second thin film 14B made of Al 0.26 Ga 0.74 N having a thickness of 4.7 nm and a first thin film 14A made of GaN having a thickness of 2.3 nm are formed on the active layer 13. . Next, the Al raw material is supplied again to start the growth of Al 0.26 Ga 0.74 N. The superlattice layer 14 is obtained by alternately repeating the growth of Al 0.26 Ga 0.74 N and the growth of GaN seven times.

本実施形態の超格子層14の製造方法においては、第2の薄膜14Bの成長の途中からSiの供給を行い、第1の薄膜14Aを成長中にSiの供給を停止している。このため、第2の薄膜14Bから第1の薄膜14Aに切り替わる界面近傍の領域は、Siによりドープされるが、第1の薄膜14Aから第2の薄膜14Bに切り替わる界面近傍の領域は、ドープされない。   In the method of manufacturing the superlattice layer 14 of the present embodiment, Si is supplied from the middle of the growth of the second thin film 14B, and the supply of Si is stopped while the first thin film 14A is being grown. Therefore, the region near the interface where the second thin film 14B switches to the first thin film 14A is doped with Si, but the region near the interface where the first thin film 14A switches to the second thin film 14B is not doped. .

第1の薄膜14Aの膜厚と第2の薄膜14Bの膜厚とは、薄くしすぎても、厚くしすぎてもコンタクト抵抗を低減する効果が低下する。これは以下の理由による。第1の薄膜14Aを薄くしすぎると電子を蓄積する領域が狭くなり、電子濃度が低下してしまう。また、第2の薄膜14Bを薄くしすぎるとn型のAl0.26Ga0.74N層の体積が小さくなり電子供給量が低下する。一方、第2の薄膜を厚くしすぎると、第2の薄膜を電子がトンネルできなくなり、超格子層14の上下方向における抵抗が増加してしまう。 Even if the film thickness of the first thin film 14A and the film thickness of the second thin film 14B are too thin or too thick, the effect of reducing the contact resistance is lowered. This is due to the following reason. If the first thin film 14A is made too thin, the region for accumulating electrons becomes narrow, and the electron concentration decreases. On the other hand, if the second thin film 14B is made too thin, the volume of the n-type Al 0.26 Ga 0.74 N layer becomes small and the amount of electron supply decreases. On the other hand, if the second thin film is too thick, electrons cannot tunnel through the second thin film, and the resistance in the vertical direction of the superlattice layer 14 increases.

図4は本実施形態の超格子層14を備えたHFETについて、第1の薄膜14Aの膜厚及び第2の薄膜14Bの膜厚の和の値と、ソース抵抗との関係を測定した結果を示している。図4において横軸は、第1の薄膜14Aの膜厚と第2の薄膜14Bの膜厚との和の値を示している。なお、第1の薄膜14Aの膜厚と第2の薄膜14Bの膜厚との比の値(14B/14A)は2とした。図4に示すように、膜厚の和の値が7nm付近においてソース抵抗が最も小さくなった。これは、第1の薄膜14A及び第2の薄膜14Bの膜厚が薄すぎると、電子の供給及び蓄積を十分行うことができなくなり、膜厚が厚すぎると電子が第2の薄膜14Bによって形成されるポテンシャル障壁をトンネルできなくなるためである。従って、第1の薄膜14Aの膜厚と第2の薄膜14Bの膜厚との和の値は2nm以上且つ15nm以下とすることが好ましい。   FIG. 4 shows the result of measuring the relationship between the source resistance and the sum of the thickness of the first thin film 14A and the thickness of the second thin film 14B for the HFET having the superlattice layer 14 of this embodiment. Show. In FIG. 4, the horizontal axis represents the sum of the film thickness of the first thin film 14A and the film thickness of the second thin film 14B. The value of the ratio of the thickness of the first thin film 14A to the thickness of the second thin film 14B (14B / 14A) was 2. As shown in FIG. 4, the source resistance was the smallest when the sum of the film thicknesses was around 7 nm. This is because if the first thin film 14A and the second thin film 14B are too thin, electrons cannot be supplied and stored sufficiently. If the film is too thick, electrons are formed by the second thin film 14B. This is because the potential barrier cannot be tunneled. Therefore, the sum of the thickness of the first thin film 14A and the thickness of the second thin film 14B is preferably 2 nm or more and 15 nm or less.

図5は本実施形態の超格子層14を備えたHFETにおいて、第1の薄膜14Aの膜厚と第2の薄膜14Bの膜厚との和の値を一定として、第2の薄膜14Bの膜厚を変化させた場合のソース抵抗の変化を測定した結果を示している。図5において、第1の薄膜14Aの膜厚と第2の薄膜14Bの膜厚との和の値は7nmに固定している。図5に示すように第2の薄膜14Bの膜厚が厚くなるに従い、ソース抵抗の値が小さくなった。これは、AlGaN層を厚くすることにより、電子供給層であるn型AlGaN層が増加し、電子濃度が増加したためであると考えられる。しかし、第2の薄膜14Bの膜厚が7nmに近づくと、第1の薄膜14Aの膜厚が薄くなりすぎ、ソース抵抗の値が上昇した。これは電子を蓄積する領域が狭くなり、電子濃度が低下したためであると考えられる。   FIG. 5 shows a film of the second thin film 14B in the HFET having the superlattice layer 14 of the present embodiment, with the sum of the film thickness of the first thin film 14A and the film thickness of the second thin film 14B being constant. The result of measuring the change in source resistance when the thickness is changed is shown. In FIG. 5, the sum of the thickness of the first thin film 14A and the thickness of the second thin film 14B is fixed at 7 nm. As shown in FIG. 5, the source resistance value decreased as the thickness of the second thin film 14B increased. This is presumably because the n-type AlGaN layer, which is an electron supply layer, is increased by increasing the thickness of the AlGaN layer, and the electron concentration is increased. However, when the thickness of the second thin film 14B approaches 7 nm, the thickness of the first thin film 14A becomes too thin, and the value of the source resistance increases. This is presumably because the region where electrons are accumulated becomes narrow and the electron concentration decreases.

以上の結果から、第2の薄膜14Bの膜厚を第1の薄膜14Aの膜厚よりも厚くすることが好ましく、膜厚の比(14B/14A)の値は1より大きく且つ6以下とすることが好ましい。また、第1の薄膜の膜厚は1nm以上とすることが好ましい。   From the above results, it is preferable that the film thickness of the second thin film 14B is larger than the film thickness of the first thin film 14A, and the value of the film thickness ratio (14B / 14A) is greater than 1 and 6 or less. It is preferable. The thickness of the first thin film is preferably 1 nm or more.

第1の薄膜14A及び第2の薄膜14BがそれぞれGaN及びAlGaNであり、活性層13が第2の薄膜14Bと同じAl組成のAlGaN又は第2の薄膜14Bと異なるAl組成のAlGaNを含んでおり且つこの膜が超格子層14と接している場合等において、特に抵抗を低減する効果が大きい。   The first thin film 14A and the second thin film 14B are GaN and AlGaN, respectively, and the active layer 13 includes AlGaN having the same Al composition as the second thin film 14B or AlGaN having an Al composition different from that of the second thin film 14B. In addition, when this film is in contact with the superlattice layer 14, the effect of reducing the resistance is particularly great.

さらに、超格子層14中において第1の薄膜14Aの膜厚及び第2の薄膜14Bの膜厚をそれぞれ変化させてもよい。例えば、オーミック電極15の直下においては、第1の薄膜14Aの膜厚を厚くすれば、超格子層14の上部において実効的なバンドギャップを低減することができる。これにより、オーミック電極15と超格子層14との間のコンタクト抵抗を低減することが可能となる。この場合においても、超格子層14の下部において、第2の薄膜14Bの膜厚を第1の薄膜14Aの膜厚よりも厚くすることにより、超格子層14と活性層との界面におけるポテンシャル障壁を低減できる。   Furthermore, the thickness of the first thin film 14A and the thickness of the second thin film 14B may be changed in the superlattice layer 14, respectively. For example, immediately below the ohmic electrode 15, the effective band gap can be reduced above the superlattice layer 14 by increasing the thickness of the first thin film 14 </ b> A. Thereby, the contact resistance between the ohmic electrode 15 and the superlattice layer 14 can be reduced. Also in this case, the potential barrier at the interface between the superlattice layer 14 and the active layer is formed below the superlattice layer 14 by making the thickness of the second thin film 14B larger than the thickness of the first thin film 14A. Can be reduced.

第1の薄膜14AがGaNであり、超格子層14とオーミック電極15との間にn型にドープしたGaN層を設けた場合には、超格子層14の上部において第1の薄膜14Aの膜厚を第2の薄膜14Bの膜厚よりも厚くする効果が大きい。   When the first thin film 14A is GaN and an n-type doped GaN layer is provided between the superlattice layer 14 and the ohmic electrode 15, the film of the first thin film 14A is formed above the superlattice layer 14. The effect of making the thickness thicker than the thickness of the second thin film 14B is great.

本実施形態においては、第1の薄膜14A及び第2の薄膜14Bとしてエピタキシャル成長したスードモーフィックな結晶構造を有するAlGaN及びGaNを用いているため、第1の薄膜14Aと第2の薄膜14Bとの間にピエゾ分極差が生じた。リラックスした結晶を用いた場合においても、第1の薄膜14Aと第2の薄膜14Bとの間には自発分極の差があるので、第1の薄膜14Aと第2の薄膜14Bとの界面には自発分極に相当する自由電荷が誘起される。この場合、電荷量が5×1012cm-2程度となるが、各薄膜の膜厚を半分程度とすることにより、本実施形態と同等の効果が得られる。 In this embodiment, since AlGaN and GaN having a pseudomorphic crystal structure epitaxially grown are used as the first thin film 14A and the second thin film 14B, the first thin film 14A and the second thin film 14B A piezopolarization difference occurred between them. Even when a relaxed crystal is used, there is a difference in spontaneous polarization between the first thin film 14A and the second thin film 14B, so that there is an interface between the first thin film 14A and the second thin film 14B. A free charge corresponding to spontaneous polarization is induced. In this case, the charge amount is about 5 × 10 12 cm −2 , but the same effect as in the present embodiment can be obtained by reducing the thickness of each thin film to about half.

第1の薄膜14Aと第2の薄膜14Bとの組成は、第1の薄膜14Aと第2の薄膜14Bとの分極特性が異なり且つ第2の薄膜14Bのバンドギャップが第1の薄膜14Aのバンドギャップと比べて大きくなるようにすればよい。例えば、第1の薄膜14AにGaNを用い、第2の薄膜14BにAlxGa1-xNを用いる場合には、xの値を0.01〜1程度とすることにより電子閉じ込め効果が期待できるので好ましい。 The composition of the first thin film 14A and the second thin film 14B is such that the polarization characteristics of the first thin film 14A and the second thin film 14B are different, and the band gap of the second thin film 14B is the band of the first thin film 14A. What is necessary is just to make it large compared with a gap. For example, when GaN is used for the first thin film 14A and Al x Ga 1-x N is used for the second thin film 14B, an electron confinement effect is expected by setting the value of x to about 0.01 to 1. It is preferable because it is possible.

また、GaNとAlGaNとの組み合わせに限らず、一般式が(InxAl1-xyGa1-yN(但し、0≦x≦1、0≦y≦1である。)で表される化合物から選択したバンドギャップが異なる2つの化合物を組み合わせて使用することができる。また、ピエゾ分極のみが支配的となる一般式がPbxZyTiz2-x-y-z(但し、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1である。)化合物から選択したバンドギャップが異なる2つの化合物を組み合わせて使用することも可能である。 Further, not only the combination of GaN and AlGaN, but the general formula is represented by (In x Al 1-x ) y Ga 1-y N (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1). Two compounds having different band gaps selected from the compounds can be used in combination. A general formula in which only piezo polarization is dominant is a band selected from Pb x ZyTi z O 2-xyz (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1). It is also possible to use two compounds having different gaps in combination.

なお、超格子層14におけるn型ドープの方法は、ドープ濃度を極限まで高めると同時にドープ層の厚みを極限まで薄くできるデルタドープとしてもよい。このデルタドープ層の位置を負のピエゾ分極電荷が現れるAlGaN層とGaN層の界面近傍とすることにより、同様の作用効果が得られ、コンタクト抵抗を低減できる。   Note that the n-type doping method in the superlattice layer 14 may be delta doping that can increase the doping concentration to the limit and at the same time reduce the thickness of the doping layer to the limit. By setting the position of the delta doped layer in the vicinity of the interface between the AlGaN layer and the GaN layer where negative piezo-polarized charges appear, the same effect can be obtained and the contact resistance can be reduced.

また、図6に示すように超格子層14と活性層13との界面の下側にデルタドープ層18を設けてもよい。このような構成とすることにより、超格子層14と活性層13との界面における電子に対するポテンシャル障壁を低減できコンタクト抵抗を低減することが可能となる。デルタドープ層18を設ける位置は、活性層13における超格子層14と活性層13との界面からの距離が0.1nm以上且つ1μm以下の位置とすることが好ましい。   Further, as shown in FIG. 6, a delta doped layer 18 may be provided below the interface between the superlattice layer 14 and the active layer 13. With such a configuration, the potential barrier against electrons at the interface between the superlattice layer 14 and the active layer 13 can be reduced, and the contact resistance can be reduced. The position where the delta doped layer 18 is provided is preferably a position where the distance from the interface between the superlattice layer 14 and the active layer 13 in the active layer 13 is 0.1 nm or more and 1 μm or less.

本実施形態においては、活性層13をGaN層として説明したが、他の窒化物半導体であってもよく、複数の半導体膜の積層体であってもよい。また、超格子層14の最下層を第2の薄膜14Bとし、最上層を第1の薄膜14Aとする例を示したが、積層の順序を逆にしてもよい。さらに、交互に積層されていれば最上層及び最下層が共に第1の薄膜14Aであっても、第2の薄膜14Bであってもよい。   In the present embodiment, the active layer 13 has been described as a GaN layer, but it may be another nitride semiconductor or a stacked body of a plurality of semiconductor films. Further, although the example in which the lowermost layer of the superlattice layer 14 is the second thin film 14B and the uppermost layer is the first thin film 14A has been shown, the order of stacking may be reversed. Furthermore, as long as they are laminated alternately, the uppermost layer and the lowermost layer may both be the first thin film 14A or the second thin film 14B.

本実施形態においては、第2の薄膜14Bの上面と第1の薄膜14Aの下面とが接する界面21Bに負の分極電荷が生じるため、界面21Bの近傍の領域をドープした。しかし、半導体装置の構成によっては、第1の薄膜14Aの上面と第2の薄膜14Bの下面とが接する界面21Aに負の分極電荷が生じる。この場合には、界面21Aの近傍の領域をドープする。   In this embodiment, since negative polarization charges are generated at the interface 21B where the upper surface of the second thin film 14B and the lower surface of the first thin film 14A are in contact, the region in the vicinity of the interface 21B is doped. However, depending on the configuration of the semiconductor device, negative polarization charges are generated at the interface 21A where the upper surface of the first thin film 14A and the lower surface of the second thin film 14B are in contact. In this case, the region near the interface 21A is doped.

(第1の実施形態の第1変形例)
以下に、本発明に係る第1の実施形態の第1変形例について図面を参照して説明する。図7は第1の実施形態の第1変形例に係る半導体装置の断面構成を示している。図7において図1と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
(First modification of the first embodiment)
Below, the 1st modification of 1st Embodiment which concerns on this invention is demonstrated with reference to drawings. FIG. 7 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor device according to a first modification of the first embodiment. In FIG. 7, the same components as those in FIG.

図7に示すように本実施形態の半導体装置は、超格子層14とオーミック電極15との間に厚さが20nmのGaNからなるn型ドープ層16をさらに備えていることを特徴とする。   As shown in FIG. 7, the semiconductor device of this embodiment further includes an n-type doped layer 16 made of GaN having a thickness of 20 nm between the superlattice layer 14 and the ohmic electrode 15.

n型ドープ層16は1×1019cm-3の濃度のSiによりドープされた高濃度ドープ層である。n型ドープ層16を設けることによりオーミック電極15と超格子層14との界面におけるポテンシャル障壁を低減できるので、コンタクト抵抗を小さくすることが可能となる。 The n-type doped layer 16 is a heavily doped layer doped with Si having a concentration of 1 × 10 19 cm −3 . By providing the n-type doped layer 16, the potential barrier at the interface between the ohmic electrode 15 and the superlattice layer 14 can be reduced, so that the contact resistance can be reduced.

この場合、n型ドープ層16がGaNからなるため、超格子層14の最上層をGaNからなる薄膜とすることにより、コンタクト抵抗をさらに低減することができる。また、超格子層14の構成を上部においては、第1の薄膜14Aの膜厚が第2の薄膜14Bの膜厚よりも厚い構成とすることにより、n型ドープ層16と超格子層14との界面におけるバンドギャップの差を小さくすることができる。これにより、コンタクト抵抗をさらに低減することが可能となる。超格子層14の下部においては、第2の薄膜14Bの膜厚を第1の薄膜14Aの膜厚よりも厚くすることにより、超格子層14と活性層13とのコンタクト抵抗が上昇することを抑えられる。   In this case, since the n-type doped layer 16 is made of GaN, the contact resistance can be further reduced by making the uppermost layer of the superlattice layer 14 a thin film made of GaN. Further, in the upper portion of the superlattice layer 14, the first thin film 14A is thicker than the second thin film 14B, so that the n-type doped layer 16 and the superlattice layer 14 The difference in the band gap at the interface can be reduced. As a result, the contact resistance can be further reduced. In the lower part of the superlattice layer 14, the contact resistance between the superlattice layer 14 and the active layer 13 is increased by making the thickness of the second thin film 14B larger than the thickness of the first thin film 14A. It can be suppressed.

(第1の実施形態の第2変形例)
以下に、本発明に係る第1の実施形態の第2変形例について図面を参照して説明する。図8は第1の実施形態の第2変形例に係る半導体装置の断面構成を示している。図8において図1と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
(Second modification of the first embodiment)
Below, the 2nd modification of 1st Embodiment which concerns on this invention is demonstrated with reference to drawings. FIG. 8 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor device according to a second modification of the first embodiment. In FIG. 8, the same components as those in FIG.

図8に示すように本実施形態の半導体装置は、活性層13がGaNからなるチャネル層13Aと、Al0.26Ga0.74Nからなる障壁層13Bとにより構成されていることを特徴とする。 As shown in FIG. 8, the semiconductor device of this embodiment is characterized in that the active layer 13 is composed of a channel layer 13A made of GaN and a barrier layer 13B made of Al 0.26 Ga 0.74 N.

本実施形態の半導体装置は、チャネル層13Aと障壁層13Bとの界面に生じる高濃度で且つ高移動度の2DEGを利用することができるので、高速に動作させることができる。   Since the semiconductor device of this embodiment can use 2DEG having high concentration and high mobility generated at the interface between the channel layer 13A and the barrier layer 13B, it can be operated at high speed.

(第1の実施形態の第3変形例)
以下に、本発明に係る第1の実施形態の第3変形例について図面を参照して説明する。図9は第1の実施形態の第3変形例に係る半導体装置の断面構成を示している。図9において図1と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
(Third Modification of First Embodiment)
Below, the 3rd modification of 1st Embodiment which concerns on this invention is demonstrated with reference to drawings. FIG. 9 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor device according to a third modification of the first embodiment. In FIG. 9, the same components as those of FIG.

図9に示すように本実施形態の半導体装置は、超格子層14とオーミック電極との間にGaNからなるn型ドープ層16をさらに備えている。また、活性層13がGaNからなるチャネル層13Aと、Al0.26Ga0.74Nからなる障壁層13Bとにより構成されていることを特徴とする。 As shown in FIG. 9, the semiconductor device of this embodiment further includes an n-type doped layer 16 made of GaN between the superlattice layer 14 and the ohmic electrode. Further, the active layer 13 is constituted by a channel layer 13A made of GaN and a barrier layer 13B made of Al 0.26 Ga 0.74 N.

第1の実施形態及び各変形例においては、半導体装置のオーミック電極部分のみを示している。第1の窒化物半導体層の上にショットキー電極を設けることにより、ショットキーバリアダイオードを形成したり、HFETを形成したりすることができる。また、オーミック電極をベース電極としてヘテロ接合バイポーラトランジスタを形成することも可能である。   In the first embodiment and each modification, only the ohmic electrode portion of the semiconductor device is shown. By providing a Schottky electrode on the first nitride semiconductor layer, a Schottky barrier diode or an HFET can be formed. It is also possible to form a heterojunction bipolar transistor using an ohmic electrode as a base electrode.

(第2の実施形態)
以下に、本発明に係る第2の実施形態について図面を参照して説明する。図10は第2の実施形態に係る半導体装置の断面構成を示している。図10に示すように本実施形態の半導体装置は、HFETである。サファイアからなる基板31の上には、AlNからなるバッファ層32を介在させて、活性層33が形成されている。活性層33は厚さが3μmのGaNからなるチャネル層33Aと、チャネル層33Aの上に形成された厚さが25nmのAl0.26Ga0.74Nからなるバリア層33Bとからなる。
(Second Embodiment)
A second embodiment according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 10 shows a cross-sectional configuration of the semiconductor device according to the second embodiment. As shown in FIG. 10, the semiconductor device of this embodiment is an HFET. An active layer 33 is formed on a substrate 31 made of sapphire with a buffer layer 32 made of AlN interposed. The active layer 33 includes a channel layer 33A made of GaN having a thickness of 3 μm and a barrier layer 33B made of Al 0.26 Ga 0.74 N having a thickness of 25 nm formed on the channel layer 33A.

バリア層33Bの上には、パラジウムシリコン合金(PdSi)、パラジウム(Pd)又は金(Au)等からなるゲート電極37が形成されており、ゲート電極37を挟んで両側の領域には、高濃度n型ドープ層39と超格子層34とn型ドープ層36とを介在させてチタンとアルミニウムとの積層体等からなるソース電極35A及びドレイン電極35Bが形成されている。   On the barrier layer 33B, a gate electrode 37 made of palladium silicon alloy (PdSi), palladium (Pd), gold (Au), or the like is formed. A source electrode 35A and a drain electrode 35B made of a laminate of titanium and aluminum are formed with an n-type doped layer 39, a superlattice layer 34, and an n-type doped layer 36 interposed therebetween.

高濃度n型ドープ層39は、厚さが20nmのAl0.26Ga0.74Nからなり、Siが7×1018cm-3の濃度でドープされている。 The high-concentration n-type doped layer 39 is made of Al 0.26 Ga 0.74 N having a thickness of 20 nm, and Si is doped at a concentration of 7 × 10 18 cm −3 .

超格子層14は、厚さが2.4nmのGaNからなる第1の薄膜34Aと、厚さが4.6nmのAl0.26Ga0.74Nからなる第2の薄膜34Bとが交互に7周期積層された多層膜である。第2の薄膜34Bの上面と第1の薄膜34Aの下面とが接する界面近傍の領域はn型不純物であるSiが1×1019cm-3程度の濃度でドープされている。 The superlattice layer 14 is formed by alternately laminating seven periods of first thin films 34A made of GaN having a thickness of 2.4 nm and second thin films 34B made of Al 0.26 Ga 0.74 N having a thickness of 4.6 nm. Multilayer film. The region in the vicinity of the interface where the upper surface of the second thin film 34B and the lower surface of the first thin film 34A are in contact is doped with Si, which is an n-type impurity, at a concentration of about 1 × 10 19 cm −3 .

n型ドープ層36は、厚さが20nmのGaNからなり、Siが1×1019cm-3の濃度でドープされている。 The n-type doped layer 36 is made of GaN having a thickness of 20 nm, and Si is doped at a concentration of 1 × 10 19 cm −3 .

本実施形態の半導体装置は、負のピエゾ分極電荷が生じる界面を含む領域がn型の不純物であるSiによりドープされている。Siによりドープされた領域は、ドナー準位とフェルミ準位のエネルギー差が大きいのでドナー活性化率を特に高くすることができる。これにより、正の分極電荷が生じる界面に高濃度の電荷を蓄積することができる。また、正の分極電荷が生じる界面近傍の領域は、ドープされていないため、エピに対して水平面内の電子移動度が不純物により散乱されて低下することがなく、不純物による電気抵抗の上昇が生じない。その結果、ソース電極35A及びドレイン電極35Bのコンタクト抵抗を大幅に低減することが可能である。   In the semiconductor device of this embodiment, a region including an interface where negative piezo-polarized charges are generated is doped with Si that is an n-type impurity. Since the region doped with Si has a large energy difference between the donor level and the Fermi level, the donor activation rate can be particularly increased. Thereby, a high concentration charge can be accumulated at the interface where the positive polarization charge is generated. Further, since the region near the interface where the positive polarization charge is generated is not doped, the electron mobility in the horizontal plane is not scattered by the impurity and does not decrease with respect to the epi, and the electrical resistance increases due to the impurity. Absent. As a result, the contact resistance of the source electrode 35A and the drain electrode 35B can be significantly reduced.

また、本実施形態の半導体装置は、チャネル層33Aをキャップ層と見なすことも可能である。超格子層14を構成するAl0.26Ga0.74NとGaNとの積層構造は、従来よりも遙かに高濃度のチャネルに平行な方向に輸送可能な電子層を有している。従って、従来の半導体装置と比べ寄生抵抗を大幅に低減することができる。 In the semiconductor device of this embodiment, the channel layer 33A can be regarded as a cap layer. The laminated structure of Al 0.26 Ga 0.74 N and GaN constituting the superlattice layer 14 has an electron layer that can be transported in a direction parallel to the channel having a much higher concentration than conventional. Therefore, the parasitic resistance can be greatly reduced as compared with the conventional semiconductor device.

以下に、本実施形態の半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。図11は本実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示している。図11(a)に示すようにまず、既知の方法によりサファイアからなる基板31の上に、AlNからなるバッファ層32を形成した後、厚さが3μmのGaNからなるチャネル層33Aと厚さが25nmAl0.26Ga0.74Nからなるバリア層33Bとを順次形成する。続いて、バリア層33Bの上にシリコンをドープしながらAl0.26Ga0.74Nを20nm堆積し高濃度n型ドープ層39を形成する。 Below, the manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment is demonstrated with reference to drawings. FIG. 11 shows the method of manufacturing the semiconductor device according to this embodiment in the order of steps. First, as shown in FIG. 11A, after a buffer layer 32 made of AlN is formed on a substrate 31 made of sapphire by a known method, a channel layer 33A made of GaN having a thickness of 3 μm and a thickness of 33 A are formed. A barrier layer 33B made of 25 nm Al 0.26 Ga 0.74 N is sequentially formed. Subsequently, 20 nm of Al 0.26 Ga 0.74 N is deposited on the barrier layer 33B while doping silicon to form a high-concentration n-type doped layer 39.

次に、高濃度n型ドープ層39の上に厚さが4.7nmのAl0.26Ga0.74Nからなる第2の薄膜34Bと、厚さが2.4nmのGaNからなる第1の薄膜34Aとを交互に7周期エピタキシャル成長させて、超格子層34を形成する。この際に、第2の薄膜34Bの上面と第1の薄膜34Aの下面とが接する界面近傍の領域にSiをドープする。続いて、厚さが20nmのGaNからなるn型ドープ層36を有機金属化学成長(MOCVD)法等により形成する。 Next, a second thin film 34B made of Al 0.26 Ga 0.74 N having a thickness of 4.7 nm and a first thin film 34A made of GaN having a thickness of 2.4 nm are formed on the high-concentration n-type doped layer 39. Are alternately epitaxially grown for seven periods to form a superlattice layer 34. At this time, Si is doped in a region near the interface where the upper surface of the second thin film 34B and the lower surface of the first thin film 34A are in contact. Subsequently, an n-type doped layer 36 made of GaN having a thickness of 20 nm is formed by a metal organic chemical growth (MOCVD) method or the like.

次に、図11(b)に示すようにn型ドープ層36の上に、TiとAlとを順次蒸着し、リフトオフすることによりソース電極35A及びドレイン電極35Bを形成する。ソース電極35A及びドレイン電極35Bは、熱処理を行うことにより合金化する。   Next, as shown in FIG. 11B, Ti and Al are sequentially deposited on the n-type doped layer 36, and lift-off is performed to form the source electrode 35A and the drain electrode 35B. The source electrode 35A and the drain electrode 35B are alloyed by heat treatment.

次に、図11(c)に示すようにレジストにより開口部を有するマスク41を形成し、誘導結合性プラズマを用いた反応性イオンエッチング(ICP−RIE)等の手法により、ゲートリセスを形成する。続いて、パラジウムシリコン合金(PdSi)、パラジウム(Pd)又は金(Au)等からなるゲート電極37を形成する。   Next, as shown in FIG. 11C, a mask 41 having an opening is formed from a resist, and a gate recess is formed by a method such as reactive ion etching (ICP-RIE) using inductively coupled plasma. Subsequently, a gate electrode 37 made of palladium silicon alloy (PdSi), palladium (Pd), gold (Au) or the like is formed.

ゲートリセスを形成する際に、超格子層34の最下層に形成された高濃度にドープされたn型にドープ層39と、比較的低濃度にドープされたバリア層33Bとでは、高濃度n型ドープ層39の方がエッチ速度が速い。従って、高濃度n型ドープ層39とバリア層33Bとの界面においてエッチングが自動的にストップする。その結果、ゲート電極の形成領域に高濃度n型ドープ層39が残らないので、リーク電流の少ないゲート電極を再現よく形成することが可能となる。また、ゲートリセス深さを基板面内で均一にできるので閾値電圧など特性の面内均一性が向上する。   When the gate recess is formed, the heavily doped n-type doped layer 39 formed in the lowermost layer of the superlattice layer 34 and the relatively lightly doped barrier layer 33B have a highly doped n-type. The doped layer 39 has a higher etch rate. Therefore, the etching automatically stops at the interface between the high concentration n-type doped layer 39 and the barrier layer 33B. As a result, since the high-concentration n-type doped layer 39 does not remain in the gate electrode formation region, it is possible to reproducibly form a gate electrode with little leakage current. In addition, since the gate recess depth can be made uniform in the substrate surface, in-plane uniformity of characteristics such as threshold voltage is improved.

なお、本実施形態の半導体装置は、ソース電極35A及びドレイン電極35Bと超格子層34との間に、n型ドープ層36を備えているが、ソース電極35A及びドレン電極35Bが超格子層34の上に直接形成されていてもよい。また、エッチング条件によっては高濃度n型ドープ層39を設けなくてもよい。   The semiconductor device according to the present embodiment includes the n-type doped layer 36 between the source electrode 35A and the drain electrode 35B and the superlattice layer 34. However, the source electrode 35A and the drain electrode 35B are included in the superlattice layer 34. It may be formed directly on. Further, depending on the etching conditions, the high-concentration n-type doped layer 39 may not be provided.

(第2の実施形態の一変形例)
以下に、本発明に係る第2の実施形態の一変形例について図面を参照して説明する。図12は第2の実施形態の一変形例に係る半導体装置の断面構成を示している。図12において図10と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
(One Modification of Second Embodiment)
A modification of the second embodiment according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 12 shows a cross-sectional configuration of a semiconductor device according to a modification of the second embodiment. In FIG. 12, the same components as those in FIG.

図12に示すように本変形例の半導体装置は、n型ドープ層36、超格子層34及び高濃度n型ドープ層39が開口部を有しており、ソース電極35A及びドレン電極35Bが開口部に埋め込まれていることを特徴とする。ソース電極35A及びドレン電極35Bは、開口部の側壁において超格子層34と接している。これにより、超格子層34が有する、チャネルに平行な方向に輸送可能な高濃度の電子層を利用することが可能となるので、寄生抵抗を低減することができる。   As shown in FIG. 12, in the semiconductor device of this modification, the n-type doped layer 36, the superlattice layer 34, and the high-concentration n-type doped layer 39 have openings, and the source electrode 35A and the drain electrode 35B have openings. It is embedded in the part. The source electrode 35A and the drain electrode 35B are in contact with the superlattice layer 34 on the side wall of the opening. This makes it possible to use a high-concentration electron layer that can be transported in a direction parallel to the channel of the superlattice layer 34, and thus parasitic resistance can be reduced.

なお、ソース電極35A及びドレイン電極35Bが超格子層34を貫通し、バリア層33Bと接している例を示したが、必ずしもソース電極35A及びドレイン電極35Bがバリア層33Bと接している必要はなく、ソース電極35A及びドレイン電極35Bの下側に超格子層34を一部残した構造としてもよい。   Although the example in which the source electrode 35A and the drain electrode 35B penetrate the superlattice layer 34 and is in contact with the barrier layer 33B is shown, the source electrode 35A and the drain electrode 35B do not necessarily have to be in contact with the barrier layer 33B. The superlattice layer 34 may be partially left below the source electrode 35A and the drain electrode 35B.

各実施形態及びその変形例において、n型の半導体について説明したが、p型の半導体についても同様の方法により形成することができる。   In each embodiment and its modification, an n-type semiconductor has been described, but a p-type semiconductor can also be formed by a similar method.

本発明に係る半導体装置は、コンタクト層における不純物活性化率及び電子の移動度が高く、コンタクト抵抗及び寄生抵抗が小さいオーミック電極を備えた半導体装置を実現でき、III−V族窒化物半導体を用いた半導体装置、特に高周波回路に用いるトランジスタ等として有用である。   The semiconductor device according to the present invention can realize a semiconductor device including an ohmic electrode having a high impurity activation rate and electron mobility in a contact layer, and having low contact resistance and parasitic resistance, and uses a III-V nitride semiconductor. It is useful as a transistor used in a semiconductor device, particularly a high-frequency circuit.

本発明の第1の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の超格子層部分を拡大して示す断面図である。1 is an enlarged sectional view showing a superlattice layer portion of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の超格子層部分におけるポテンシャルの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of the potential in the superlattice layer part of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態に係る超格子層の構成とソース抵抗との相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation of the structure of the superlattice layer which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and source resistance. 本発明の第1の実施形態に係る超格子層の構成とソース抵抗との相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation of the structure of the superlattice layer which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and source resistance. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の別の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の第1変形例に係る半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device which concerns on the 1st modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の第2変形例に係る半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device which concerns on the 2nd modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態の第3変形例に係る半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device which concerns on the 3rd modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施形態半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device of 2nd Embodiment of this invention to process order. 本発明の第2の実施形態の第1変形例に係る半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor device which concerns on the 1st modification of the 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 基板
12 バッファ層
13 活性層
13A チャネル層
13B バリア層
14 超格子層
14A 第1の薄膜
14B 第2の薄膜
15 オーミック電極
16 n型ドープ層
17 ゲート電極
18 デルタドープ層
21A 界面
21B 界面
22 ドープ領域
31 基板
32 バッファ層
33 活性層
33A チャネル層
33B バリア層
34 超格子層
34A 第1の薄膜
34B 第2の薄膜
35A ソース電極
35B ドレイン電極
36 n型ドープ層
37 ゲート電極
39 高濃度n型ドープ層
41 マスク
11 substrate 12 buffer layer 13 active layer 13A channel layer 13B barrier layer 14 superlattice layer 14A first thin film 14B second thin film 15 ohmic electrode 16 n-type doped layer 17 gate electrode 18 delta doped layer 21A interface 21B interface 22 doped region 31 Substrate 32 Buffer layer 33 Active layer 33A Channel layer 33B Barrier layer 34 Superlattice layer 34A First thin film 34B Second thin film 35A Source electrode 35B Drain electrode 36 N-type doped layer 37 Gate electrode 39 High-concentration n-type doped layer 41 Mask

Claims (17)

第1の窒化物半導体層と、
前記第1の窒化物半導体層の上に形成され、第1の薄膜及び該第1の薄膜と分極特性が異なり且つ該第1の薄膜と比べてバンドギャップが大きい第2の薄膜とが交互に積層されてなる超格子層と、
前記超格子層の上に形成された電極とを備え、
前記第1の薄膜の上面と前記第2の薄膜の下面とが接する界面領域又は前記第1の薄膜の下面と前記第2の薄膜の上面とが接する界面領域には、不純物がドープされたドープ領域が形成されていることを特徴とする半導体装置。
A first nitride semiconductor layer;
The first thin film and the second thin film having polarization characteristics different from those of the first thin film and having a band gap larger than that of the first thin film are alternately formed on the first nitride semiconductor layer. A superlattice layer formed by lamination;
An electrode formed on the superlattice layer,
Dope doped with impurities in an interface region where the upper surface of the first thin film and the lower surface of the second thin film are in contact or an interface region where the lower surface of the first thin film and the upper surface of the second thin film are in contact A semiconductor device characterized in that a region is formed.
前記ドープ領域が形成された界面領域には、負の分極電荷が発生することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein negative polarization charges are generated in an interface region where the doped region is formed. 前記超格子層と前記電極との間に形成され、不純物がドープされた第2の窒化物半導体層をさらに備えていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a second nitride semiconductor layer formed between the superlattice layer and the electrode and doped with impurities. 前記第2の薄膜の膜厚と前記第1の薄膜の膜厚との比の値は、前記超格子層の上部と下部とでは異なっていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置。   The value of the ratio between the thickness of the second thin film and the thickness of the first thin film is different between the upper part and the lower part of the superlattice layer. 2. A semiconductor device according to item 1. 前記超格子層の上部においては、前記第1の薄膜の膜厚が前記第2の薄膜の膜厚よりも厚く、前記超格子層の下部においては、前記第2の薄膜の膜厚が前記第1の薄膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。   In the upper part of the superlattice layer, the thickness of the first thin film is thicker than that of the second thin film, and in the lower part of the superlattice layer, the thickness of the second thin film is the first thickness. The semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor device is thicker than the thickness of the thin film. 前記第2の薄膜の膜厚は、前記第1の薄膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a film thickness of the second thin film is larger than a film thickness of the first thin film. 前記第2の薄膜の膜厚と前記第1の薄膜の膜厚との比の値は、1より大きく且つ6以下であることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein a value of a ratio between the thickness of the second thin film and the thickness of the first thin film is greater than 1 and 6 or less. 前記第1の薄膜の膜厚と前記第2の薄膜の膜厚との和の値は、2nm以上且つ15nm以下であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の半導体装置。   8. The semiconductor according to claim 1, wherein the sum of the thickness of the first thin film and the thickness of the second thin film is 2 nm or more and 15 nm or less. apparatus. 前記ドープ領域の不純物濃度は、1×1017cm-3以上且つ1×1021cm-3以下であることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の半導体装置。 9. The semiconductor device according to claim 1, wherein an impurity concentration of the doped region is 1 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 21 cm −3 or less. 前記ドープ領域は、第1のデルタドープ領域であることを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the doped region is a first delta doped region. 前記第1の窒化物半導体層における前記第1の窒化物半導体層と前記超格子層との界面からの距離が0.1nm以上且つ1μm以下の領域には、第2のデルタドープ領域が形成されていることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の半導体装置。   A second delta doped region is formed in a region where the distance from the interface between the first nitride semiconductor layer and the superlattice layer in the first nitride semiconductor layer is not less than 0.1 nm and not more than 1 μm. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a semiconductor device. 前記第1の薄膜は窒化ガリウムからなり、前記第2の薄膜は窒化アルミニウムガリウムからなることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の半導体装置。   12. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first thin film is made of gallium nitride, and the second thin film is made of aluminum gallium nitride. 前記第1の窒化物半導体層は、複数の半導体膜が積層されて形成されており、
前記複数の半導体膜のうち最上層に形成された半導体膜は、窒化アルミニウムガリウムからなることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。
The first nitride semiconductor layer is formed by laminating a plurality of semiconductor films,
The semiconductor device according to claim 12, wherein a semiconductor film formed in an uppermost layer of the plurality of semiconductor films is made of aluminum gallium nitride.
前記第1の窒化物半導体層の上に形成されたゲート電極をさらに備え、
前記第1の窒化物半導体層は、互いに積層されたチャネル層と該チャネル層と比べてバンドギャップが大きいバリア層とを含み、
前記超格子層は、前記第1の窒化物半導体層の上における前記ゲート電極を挟んで両側の領域に選択的に形成されており、
前記電極は、前記ゲート電極を挟む超格子層のうちの一方の超格子層の上に形成されたソース電極と、他方の超格子層の上に形成されたドレイン電極とであることを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の半導体装置。
A gate electrode formed on the first nitride semiconductor layer;
The first nitride semiconductor layer includes a channel layer stacked on each other and a barrier layer having a larger band gap than the channel layer,
The superlattice layer is selectively formed in regions on both sides of the gate electrode on the first nitride semiconductor layer,
The electrode is a source electrode formed on one of the superlattice layers sandwiching the gate electrode, and a drain electrode formed on the other superlattice layer, The semiconductor device according to any one of claims 1 to 12.
前記各超格子層と前記バリア層との間に形成され、前記バリア層と組成が等しく且つ前記バリア層と比べて不純物濃度が高い高濃度不純物層をさらに備えていることを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。   The high-concentration impurity layer further formed between each of the superlattice layers and the barrier layer, having the same composition as the barrier layer and a higher impurity concentration than the barrier layer. 14. The semiconductor device according to 14. 前記各超格子層は、前記第1の窒化物半導体層を露出する開口部を有し、
前記ソース電極及びドレイン電極は、前記開口部の側壁と接してそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
Each superlattice layer has an opening that exposes the first nitride semiconductor layer;
The semiconductor device according to claim 14, wherein the source electrode and the drain electrode are respectively formed in contact with the side wall of the opening.
前記各超格子層は、その一部が掘り込まれた凹部を有し、
前記ソース電極及びドレイン電極は、前記凹部の側壁と接して形成されていることを特徴とする請求項14に記載の半導体装置
Each superlattice layer has a recess dug in part,
The semiconductor device according to claim 14, wherein the source electrode and the drain electrode are formed in contact with a sidewall of the recess.
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