JP2007305630A - Field effect transistor and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、窒化物系化合物半導体から構成される電界効果トランジスタ及び電界効果トランジスタの製造方法に関するものである。 The present invention relates to a field effect transistor composed of a nitride compound semiconductor and a method for manufacturing the field effect transistor.
GaN,InGaN,AlGaN,AlInGaNなどの窒化物系化合物半導体はバンドギャップエネルギーが大きく、しかも耐熱温度が高いので、窒化物系化合物半導体を使用した半導体デバイスは、高温動作特性に優れるようになる。たとえば、半導体デバイスとしてトランジスタは、MOS(Metal Oxcide Semiconductor)トランジスタや、HEMT(High Electron Mobility Transistor)がある。 Nitride-based compound semiconductors such as GaN, InGaN, AlGaN, and AlInGaN have a large band gap energy and a high heat-resistant temperature. Therefore, a semiconductor device using a nitride-based compound semiconductor has excellent high-temperature operating characteristics. For example, as a semiconductor device, a transistor includes a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor and a HEMT (High Electron Mobility Transistor).
ところで、半導体をデバイスとして使用する場合、n型の導電性を有する半導体層又はp型の導電性を有する半導体層、又は、それらの両方の半導体層が必要となる。ここで、窒化物系化合物半導体はバンドギャップエネルギーが大きいので、p型の導電性を有する半導体層を形成するためにp型ドーパントをドーピングしても活性化エネルギーが比較的大きくなる。そのため、ドーピングされたドーパントは室温では活性化されず、活性化率は非常に小さい。 By the way, when using a semiconductor as a device, a semiconductor layer having n-type conductivity, a semiconductor layer having p-type conductivity, or both of these semiconductor layers is required. Here, since the nitride-based compound semiconductor has a large band gap energy, the activation energy is relatively large even if a p-type dopant is doped to form a semiconductor layer having p-type conductivity. Therefore, the doped dopant is not activated at room temperature, and the activation rate is very small.
ここで、窒化物系化合物半導体のp型ドーパントとして一般的に用いられているのはマグネシウム(Mg)である。
また、窒化物系化合物半導体の層を成長する場合は一般的に、有機金属気相成長法(MOCVD法)と分子線ビームエピタキシー法(MBE法)が用いられる。前者のMOCVD法においては、p型ドーパントとしてビシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)が用いられている。後者のMBE法においては、p型ドーパントとして、ビシクロペンタジエニルマグネシウムの他、金属マグネシウム(Mg)が用いられている。
Here, magnesium (Mg) is generally used as the p-type dopant of the nitride-based compound semiconductor.
When growing a nitride compound semiconductor layer, generally, a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) and a molecular beam epitaxy method (MBE method) are used. In the former MOCVD method, bicyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) is used as a p-type dopant. In the latter MBE method, metal magnesium (Mg) is used in addition to bicyclopentadienylmagnesium as a p-type dopant.
しかし、窒化物系化合物半導体におけるMgの活性化エネルギーは約200meVと大きく、活性化率も約1%程度と低いために、1019cm-3と高濃度にドーピングしてもキャリア濃度は1017cm-3程度と十分なキャリア濃度を得ることが困難である。更にキャリア濃度を得るためにドーピング量を1020cm-3と増加させていくとドーピングしたマグネシウムは格子間位置に入り、ドナー不純物として働き、補償してしまうことになる。さらに、MOCVD法ではキャリアガスとして多量の水素が用いられており、p型ドーパントをドーピングしても水素パッシベーションにより、p型ドーパントが不活性化されて高濃度キャリアを得にくいという問題がある。 However, since the activation energy of Mg in the nitride-based compound semiconductor is as large as about 200 meV and the activation rate is as low as about 1%, the carrier concentration is 10 17 even if doping is as high as 10 19 cm −3. It is difficult to obtain a sufficient carrier concentration of about cm −3 . Further, when the doping amount is increased to 10 20 cm −3 in order to obtain the carrier concentration, the doped magnesium enters the interstitial position and acts as a donor impurity to compensate. Furthermore, in the MOCVD method, a large amount of hydrogen is used as a carrier gas, and there is a problem that even if a p-type dopant is doped, the p-type dopant is inactivated by hydrogen passivation and it is difficult to obtain high-concentration carriers.
その他、Mgドーピング量が1019cm-3を超えるとピラミッド型欠陥が生成されることが報告されている。また、Mgドーピング量が1020cm-3を超えると表面モフォロジーが悪くなり、逆に高抵抗になってしまう。 In addition, it has been reported that pyramid defects are generated when the Mg doping amount exceeds 10 19 cm −3 . On the other hand, if the Mg doping amount exceeds 10 20 cm −3 , the surface morphology is deteriorated, and conversely, the resistance becomes high.
そこで、低抵抗なp型の導電性を有する半導体層を成長する方法として、高抵抗化した窒化物系化合物半導体層のIII族窒化物に特別な処理を行って低抵抗なp型半導体層とする半導体層の作製方法と、結晶成長の工程を工夫して低抵抗なp型半導体層とする半導体層の作製方法とがある。 Therefore, as a method of growing a semiconductor layer having a low resistance p-type conductivity, a special treatment is applied to the group III nitride of the nitride-based compound semiconductor layer having a high resistance to obtain a low resistance p-type semiconductor layer There are a method for manufacturing a semiconductor layer and a method for manufacturing a semiconductor layer which is a low-resistance p-type semiconductor layer by devising a crystal growth process.
高抵抗化した窒化物系化合物半導体層のIII族窒化物に特別な処理を行って低抵抗なp型半導体層を得る技術として、これまでに電子線照射による方法や熱処理による方法がこれまでに提案されている。特開平3−218625号公報(特許文献1)には、低エネルギーの電子線を照射し、結晶中に含まれる水素とp型半導体の結合を切って低抵抗のp型半導体層にする方法が提案されている。 As a technique for obtaining a low-resistance p-type semiconductor layer by performing special treatment on the III-nitride of a nitride-based compound semiconductor layer with high resistance, a method using an electron beam irradiation or a method using a heat treatment has hitherto been used. Proposed. Japanese Patent Laid-Open No. 3-218625 (Patent Document 1) discloses a method of irradiating a low-energy electron beam to cut off the bond between hydrogen and p-type semiconductor contained in the crystal to form a low-resistance p-type semiconductor layer. Proposed.
特許2785253(特許文献2)には、p型ドーパントがドープされた窒化物系化合物半導体層をエッチングして、その表面に凹凸を形成する工程と、凹凸を形成した後、その窒化物系化合物半導体を400℃以上の温度でアニーリングする工程により低抵抗のp型半導体層を得る方法が提案されている。 Japanese Patent No. 2785253 (Patent Document 2) discloses a step of etching a nitride compound semiconductor layer doped with a p-type dopant to form irregularities on the surface, and forming the irregularities, and then the nitride compound semiconductor. There has been proposed a method for obtaining a low-resistance p-type semiconductor layer by a step of annealing at a temperature of 400 ° C. or higher.
特開平11−186174号公報(特許文献3)には、窒化物系化合物半導体層に紫外線を照射することによって、p型のドーパントと水素との結合を分離してドーパントを効率的に活性化することができる。同時に、ドナーとして作用し、p型半導体層を補償している空孔を減少させ、実効的なキャリア濃度を増加させることができる。また、紫外線の照射に際しては、従来よりも低い50℃〜400℃の温度範囲において加熱すれば十分にp型ドーパントの活性化を図ることができる。また、紫外線の中心波長は380nm以下であることが望ましく、さらに、窒素雰囲気とすることが望ましいということが提案されている。 In JP-A-11-186174 (Patent Document 3), by irradiating a nitride compound semiconductor layer with ultraviolet rays, a bond between a p-type dopant and hydrogen is separated to efficiently activate the dopant. be able to. At the same time, the effective carrier concentration can be increased by reducing vacancies acting as donors and compensating the p-type semiconductor layer. In addition, upon irradiation with ultraviolet rays, the p-type dopant can be sufficiently activated by heating in a temperature range of 50 ° C. to 400 ° C., which is lower than before. Further, it has been proposed that the center wavelength of the ultraviolet light is desirably 380 nm or less, and that a nitrogen atmosphere is desirable.
結晶成長の工程を工夫して低抵抗なp型半導体層とする半導体層の作製方法としては、特開平5−183189号公報(特許文献4)に記載されているように、水素や水素を生成する水素化物のガス(NH3等)を含まない雰囲気ガス中で熱処理を行い、結晶中に含まれる水素の一部を結晶外へ拡散排出し、低抵抗のp型半導体層にする方法が提案されている。また、特開平8−125222号公報(特許文献5)には、結晶成長後の冷却過程を窒素や不活性ガス等の水素を含まないガス雰囲気中で行うことで、低抵抗のp型半導体層にする方法が開示されている。 As described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-183189 (Patent Document 4), hydrogen or hydrogen is generated as a method for manufacturing a semiconductor layer which is a low-resistance p-type semiconductor layer by devising a crystal growth process. A method is proposed in which heat treatment is performed in an atmosphere gas that does not contain hydride gas (such as NH 3 ), and a portion of the hydrogen contained in the crystal is diffused out of the crystal to form a low-resistance p-type semiconductor layer. Has been. Japanese Patent Laid-Open No. 8-125222 (Patent Document 5) discloses a low-resistance p-type semiconductor layer by performing a cooling process after crystal growth in a gas atmosphere containing no hydrogen such as nitrogen or an inert gas. A method is disclosed.
また、特開平6−232451号公報(特許文献6)には、Al1-x-yGaxInyN(0≦x≦1、0≦y≦1)で表される窒化物形化合物半導体層を成長させた後に、Mgを1×1017m-3から3×1020m-3の範囲でドーピングしてp型の窒化物形化合物半導体層を作製する方法が開示されている。この方法は、InxAlyGa(1-x-y) N(0<x<1、0<y<1)層を緩衝層として用いることにより、その上に成長するp型GaN層の歪を緩和して結晶性の悪化を防ぐことで、as−grownでp型GaNを作製するものである。この方法によればGaNにMgを3×1020cm-3の濃度でドーピングして、5×1017m-3のキャリア濃度のp型GaNを作製している。 JP-A-6-232451 (Patent Document 6) discloses a nitride-type compound semiconductor layer represented by Al 1-xy Ga x In y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1). A method for producing a p-type nitride compound semiconductor layer by doping Mg in the range of 1 × 10 17 m −3 to 3 × 10 20 m −3 after growth is disclosed. This method, by using the In x Al y Ga (1- xy) N (0 <x <1,0 <y <1) layer as a buffer layer, relieve the strain of the p-type GaN layer grown thereon Thus, p-type GaN is produced as-grown by preventing deterioration of crystallinity. According to this method, Mg is doped in GaN at a concentration of 3 × 10 20 cm −3 to produce p-type GaN having a carrier concentration of 5 × 10 17 m −3 .
Mgを窒化物系化合物半導体のp型ドーパントとして用いる場合は、Mgが所定の結晶以外まで拡散するという問題がある。( APL55(1989)pp.1017−1019)。また、この拡散は成長時に生じるだけでなく、成長後のアニール処理によっても生じる可能性がある。さらに、MOCVD装置の反応炉である石英リアクタに吸着するメモリー効果について検討した結果がJournal of Crystal Growth, Vol. 145 (1994)pp.214−218に記載されている。論文によると、Mgがメモリ効果を有するために、短時間に大量のCp2Mgを反応炉に導入してもGaN結晶中のMg分布が急峻とはならず、ドープに遅延が生じることが示されている。 When using Mg as a p-type dopant of a nitride-based compound semiconductor, there is a problem that Mg diffuses to other than a predetermined crystal. (APL55 (1989) pp. 1017-1019). Further, this diffusion may occur not only during the growth but also by an annealing process after the growth. Furthermore, the results of examining the memory effect adsorbed in the quartz reactor which is the reactor of the MOCVD apparatus are the results of Journal of Crystal Growth, Vol. 145 (1994) pp. 214-218. According to the paper, because Mg has a memory effect, even if a large amount of Cp 2 Mg is introduced into the reactor in a short time, the Mg distribution in the GaN crystal does not become steep, and the dope is delayed. Has been.
さらに、窒化物系化合物半導体ではその層と格子整合する基板が存在しないため、エピタキシャル基板を作製する際には、サファイアや炭化珪素等よりなる格子不整合基板を用いたヘテロエピタキシャル成長とならざるを得ない。これにより、GaAs系半導体では結晶中の欠陥密度が103m-2程度であるが、窒化物系化合物半導体では欠陥密度が109m-2程度と極めて多数の貫通転位が生じるため、p型ドーパントがこの貫通転位を通って容易に拡散して、急峻な接合界面を得られないという問題がある。 Furthermore, in nitride-based compound semiconductors, there is no substrate that is lattice-matched with the layer, so when fabricating an epitaxial substrate, heteroepitaxial growth using a lattice-mismatched substrate made of sapphire, silicon carbide, or the like is unavoidable. Absent. As a result, the defect density in the crystal is about 10 3 m −2 in the GaAs-based semiconductor, but a very large number of threading dislocations are generated in the nitride-based compound semiconductor, which is about 10 9 m −2. There is a problem in that the dopant easily diffuses through the threading dislocations and a steep junction interface cannot be obtained.
この対策として、特開平6−283825号公報には、拡散抑制層としてGaNよりもバンドギャップが大きいAlGaN層をアンドープ層として用いることにより、拡散を抑制している。 As a countermeasure, Japanese Patent Laid-Open No. 6-283825 uses an AlGaN layer having a larger band gap than GaN as an undoped layer as a diffusion suppressing layer.
特許3408413には、窒化ガリウム系半導体において、p型半導体層とn型半導体層とよりなるp−n接合部におけるp型半導体層のn型半導体層側にp型ドーパントとn型ドーパントを同時にドーピングすることにより、窒化ガリウム系半導体に急峻なドーピングプロファイルを持つp−n接合を形成することができる。これは、p型ドーパントとn型ドーパントとがクーロン相互作用により電気的に中性な原子対を形成することによりp型ドーパントが拡散しにくくなるというものである。 In Japanese Patent No. 3408413, in a gallium nitride based semiconductor, a p-type dopant and an n-type dopant are simultaneously doped on the n-type semiconductor layer side of the p-type semiconductor layer in a pn junction composed of a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer. By doing so, a pn junction having a steep doping profile can be formed in the gallium nitride semiconductor. This is because the p-type dopant and the n-type dopant are less likely to diffuse by forming an electrically neutral atom pair by Coulomb interaction.
窒化物系化合物半導体を用いた半導体デバイスにおいて、p型の導電型の半導体層を使用する場合は、ドーピングの調整が困難であるため低抵抗の半導体層を得にくいことに加えて、以上のように半導体層にドーピングされたドーパントが拡散してしまうという問題がある。さらに、ドーパントが拡散すると、そのドーパントがp型の導電型の半導体層の表面に偏析することもある。この偏析したアクセプタ不純物は絶縁膜と半導体との表面状態を悪化させたり、界面準位を形成してしまうために、デバイスの特性を劣化させることになる。 In a semiconductor device using a nitride-based compound semiconductor, when a p-type conductive semiconductor layer is used, it is difficult to obtain a low-resistance semiconductor layer because it is difficult to adjust the doping, as described above. In addition, the dopant doped in the semiconductor layer is diffused. Further, when the dopant diffuses, the dopant may segregate on the surface of the p-type conductive semiconductor layer. The segregated acceptor impurity deteriorates the surface state between the insulating film and the semiconductor and forms interface states, thereby deteriorating device characteristics.
また、アクセプタにおいてアクセプタ不純物はエネルギー的に深いため活性化していないアクセプタ不純物が高温動作時に活性化するために特性が不安定となる要因となる。
さらには、アクセプタを高濃度にドーピングすると、アクセプタは本来入るべき原子サイトに入らず、結晶欠陥を形成するために特性劣化を引き起こす原因となる。
In addition, since the acceptor impurity is deep in energy in the acceptor, the acceptor impurity that is not activated is activated during high-temperature operation, which causes the characteristics to become unstable.
Furthermore, when the acceptor is doped at a high concentration, the acceptor does not enter the atomic site where it should originally enter, and causes a deterioration of characteristics because crystal defects are formed.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、電界効果トランジスタを構成するp型半導体層内のドーパント不純物量やp型層とゲート絶縁膜間の界面準位密度を制御することにより、電界効果トランジスタのチャネルとなるp型半導体層の導電性を確保しつつ、特性劣化を抑制し、更に高温での動作を安定化し、良好な信頼性の電界効果トランジスタ及びそのような電界効果トランジスタの製造方法を実現することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to control the amount of dopant impurities in the p-type semiconductor layer constituting the field-effect transistor and the interface state density between the p-type layer and the gate insulating film, thereby making the field-effect transistor A field effect transistor having good reliability while suppressing the deterioration of characteristics while ensuring the conductivity of the p-type semiconductor layer serving as the channel of the channel and further stabilizing the operation at a high temperature, and a method of manufacturing such a field effect transistor Is to realize.
本発明は、基板と、前記基板の上に形成され、p型のドーパントとともにn型のドーパントがドーピングされた前記基板と格子定数が異なるp型の窒化物系化合物半導体層と、前記p型の窒化物系化合物半導体層上に形成された絶縁膜と、前記p型の窒化物系化合物半導体層をチャネル層とするために前記p型の窒化物系化合物半導体層と電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極と、前記絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を有する電界効果トランジスタである。 The present invention includes a substrate, a p-type nitride-based compound semiconductor layer having a lattice constant different from that of the substrate formed on the substrate and doped with a p-type dopant and an n-type dopant, and the p-type dopant. An insulating film formed on the nitride-based compound semiconductor layer, and a source electrically connected to the p-type nitride-based compound semiconductor layer so that the p-type nitride-based compound semiconductor layer serves as a channel layer A field effect transistor having an electrode and a drain electrode, and a gate electrode formed on the insulating film.
好ましくは、前記p型のドーパントと前記n型のドーパントのドーピング濃度の比は、略2:1である。 Preferably, the ratio of the doping concentration of the p-type dopant and the n-type dopant is approximately 2: 1.
好ましくは、前記p型のドーパントのドーピング濃度は、2×1016cm-3〜2×1019cm-3である。 Preferably, the doping concentration of the p-type dopant is 2 × 10 16 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3 .
本発明の電界効果トランジスタは、前記p型の窒化物系化合物半導体層は、Al1-x-yGaxInyN(0≦x≦1、0≦y≦1)からなる。 In the field effect transistor of the present invention, the p-type nitride compound semiconductor layer is made of Al 1 -xy Ga x In y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1).
本発明の電界効果トランジスタは、前記p型のドーパントは、Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra,Zn,Cd,Hgのうち一種類以上であり、前記n型のドーパントは、C,Si,Ge,Sn,Pb,O,S,Se,Te,Poのうち一種類以上である。 In the field effect transistor of the present invention, the p-type dopant is one or more of Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd, and Hg, and the n-type dopant is C, Si. , Ge, Sn, Pb, O, S, Se, Te, Po.
本発明の電界効果トランジスタは、前記絶縁膜は、SiO2,Al2O3,Ga2O3,MgO,Sc2O3,Gd2O3の酸化物からなる層,Si3N4,AlN,SiON,AlONの窒化物からなる層のうち一種類以上の層により構成される。 In the field effect transistor of the present invention, the insulating film is a layer made of an oxide of SiO 2 , Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , MgO, Sc 2 O 3 , Gd 2 O 3 , Si 3 N 4 , AlN. , SiON, and AlON nitride layers.
また本発明は、基板の上に、p型のドーパントとともにn型のドーパントを同時にドーピングしながらp型の窒化物系化合物半導体層を形成するステップと、前記p型の窒化物系化合物半導体層の上に絶縁膜を形成するステップと、前記p型の窒化物系化合物半導体層をチャネル層とするために前記p型の窒化物系化合物半導体層と電気的に接続するようにソース電極及びドレイン電極とを形成するステップと、前記絶縁膜上にゲート電極を形成するステップと、を有する電界効果トランジスタの製造方法である。 According to another aspect of the invention, there is provided a step of forming a p-type nitride compound semiconductor layer on a substrate while simultaneously doping an n-type dopant together with a p-type dopant, and the p-type nitride compound semiconductor layer. Forming an insulating film thereon; and a source electrode and a drain electrode so as to be electrically connected to the p-type nitride compound semiconductor layer so that the p-type nitride compound semiconductor layer serves as a channel layer And a step of forming a gate electrode on the insulating film.
好ましくは、前記p型の窒化物系化合物半導体層にドーピングされたドーパントを活性化する熱処理を行うステップをさらに有する。 Preferably, the method further includes a step of performing a heat treatment for activating the dopant doped in the p-type nitride compound semiconductor layer.
本発明の電界効果トランジスタは、チャネルとなるp型半導体層の低抵抗を確保しつつ、コラプス現象を抑制し、更に高温での動作を安定化し、良好な信頼性を実現できる。また、本発明の電界効果トランジスタの製造方法によれば、チャネルとなるp型半導体層の導電性を確保しつつ、特性劣化を抑制し、更に高温での動作を安定化し、良好な信頼性を有する電界効果トランジスタを製造することができる。 The field effect transistor of the present invention can realize a good reliability by suppressing the collapse phenomenon and stabilizing the operation at high temperature while ensuring the low resistance of the p-type semiconductor layer serving as a channel. In addition, according to the method of manufacturing a field effect transistor of the present invention, while maintaining the conductivity of the p-type semiconductor layer serving as a channel, the deterioration of characteristics is suppressed, the operation at high temperature is stabilized, and good reliability is achieved. A field effect transistor can be manufactured.
図1は、本発明の電界効果トランジスタ1の概略断面図を示したものである。
図1に示した電界効果トランジスタ1は、基板2と、基板の上に形成されたp型の窒化物系化合物半導体層3を有している。また、基板2とp型の窒化物系化合物半導体層3の格子定数は互いに異なる。
FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of a
The
ここで、p型の窒化物系化合物半導体層3は電界効果トランジスタ1のチャネル層となり、そのチャネル層は所定の長さがある。当該所定の長さのチャネル層の役割を果たすp型の窒化物系化合物半導体層3のチャネルの一端と他端にはそれぞれ、n+ソース層31s,n+ドレイン層31dがコンタクト層として形成されており、n+ソース層31s上にはソース電極Sが形成されn+ドレイン層31d上にはドレイン電極Dが形成されている。
Here, the p-type nitride-based
ソース電極Sとドレイン電極Dを挟んだp型の窒化物系化合物半導体層3上には、絶縁膜4が形成されている。この絶縁膜4の上に、ゲート電極Gを形成することにより絶縁膜4に、電界効果トランジスタ1のゲート絶縁膜としての役割を持たすことができる。
An insulating film 4 is formed on the p-type nitride
ここで、p型の窒化物系化合物半導体層3はp型の導電性を有するが、p型の窒化物系化合物半導体層3には、p型のドーパントとともにn型のドーパントがドーピングされている。このようにすることで、p型の窒化物系化合物半導体層3を低抵抗化することができ、均一なドーピングも可能である。
Here, although the p-type nitride
さらに、p型ドーパントをドーピングするのと同時にn型ドーパントをドーピングすることにより、活性化エネルギーを低下させることができるので、単独でp型のドーパントをドーピングするよりも少ないドーピング量で高濃度のキャリアを得ることが可能となる。p型ドーパントのドーピング量を少なくすることで、チャネル層としての役割を果たすp型の窒化物系化合物半導体層3において、ドーパントによるキャリアの散乱を減少させることができる。これによって、チャネル層におけるキャリアの移動度が向上し、電界効果トランジスタ1の高速動作が可能となる。
Furthermore, since the activation energy can be lowered by doping the n-type dopant at the same time as doping the p-type dopant, a high concentration of carriers with a smaller doping amount than doping the p-type dopant alone. Can be obtained. By reducing the doping amount of the p-type dopant, carrier scattering by the dopant can be reduced in the p-type nitride-based
また、p型ドーパントをドーピングするのと同時にn型ドーパントをドーピングすることで、アクセプタの準位が浅くなるので、温度に依存せずホールがドーパントから放出されやすくなる。そのため、電界効果トランジスタ1の温度特性が向上する。さらに、アクセプタの準位が浅くなることで、p型の窒化物系化合物半導体層3上の絶縁膜4に形成されたゲート電極Gに加える電圧の制御幅がわずかであっても、p型の窒化物系化合物半導体層3に反転層を形成しやすい。
Further, by doping the n-type dopant simultaneously with the p-type dopant, the acceptor level becomes shallow, so that holes are easily emitted from the dopant regardless of the temperature. Therefore, the temperature characteristics of the
ここで、特開平10−101496号公報(科学技術振興団)には、MgとSiを2:1、あるいはMgとOを2:1、あるいはBeとSiを2:1、あるいはBeとOを2:1の比率でGaNに1×1018から1×1020m-3程度同時ドーピングすることによりキャリア濃度を増加させる方法が開示されている。この方法では、母体結晶(この場合は、GaN)中にアクセプタ性不純物原子2原子とドナー性不純物1原子からなる複合体が形成されることで、不純物準位(アクセプタ準位)が浅くなるとともに、アクセプタ不純物の固溶限界が上昇するために、高キャリア濃度で低抵抗のp型半導体層を作成することができるようになる。 Here, Japanese Patent Laid-Open No. 10-101396 (Science and Technology Promotion Agency) states that Mg and Si are 2: 1, or Mg and O is 2: 1, or Be and Si are 2: 1, or Be and O are A method is disclosed in which the carrier concentration is increased by co-doping GaN at a ratio of 2: 1 to about 1 × 10 18 to 1 × 10 20 m −3 . In this method, a complex composed of two acceptor impurity atoms and one donor impurity atom is formed in the base crystal (in this case, GaN), so that the impurity level (acceptor level) becomes shallow. Since the solid solubility limit of the acceptor impurity is increased, a p-type semiconductor layer having a high carrier concentration and a low resistance can be formed.
また、特開平10−144960号公報には、SiとMgを1/10以上1/1以下のSi/Mg比でドーピングすることで、特開平10−154829号には、OとMgを1/10以上1/1以下のO/Mg比でドーピングすることで、上記特開平10−101496と同様の効果が得られると記載されている。さらには特開2000−294880号公報には、OとZnを1/5以上1/2以下のO/Zn比でドーピングすることで、上記特開平10−101496と同様の効果が得られると記載されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 10-144960 discloses doping Si and Mg at a Si / Mg ratio of 1/10 or more and 1/1 or less, and Japanese Patent Laid-Open No. 10-1554829 discloses O / Mg as 1 / It is described that the same effect as in the above-mentioned JP-A-10-101696 can be obtained by doping with an O / Mg ratio of 10 or more and 1/1 or less. Further, JP-A 2000-294880 describes that doping with O and Zn at an O / Zn ratio of 1/5 or more and 1/2 or less provides the same effect as that of JP-A-10-101396. Has been.
以上のように、電界効果トランジスタ1に使用されるp型の窒化物系化合物半導体層3に、p型のドーパントとともにn型のドーパントをドーピングすることで、p型の窒化物系化合物半導体層3を低抵抗化することができる。
As described above, the p-type nitride
p型の窒化物系化合物半導体層3上には絶縁膜4を形成されているが、アクセプタ不純物とともにドナー不純物もドーピングすることで拡散が抑制されており、p型の窒化物系化合物半導体層3中にドーピングされたドーパントが表面偏析しにくい。すなわち、p型の窒化物系化合物半導体層3と絶縁膜4の界面にドーパントが偏析しにくいため、界面状態が悪化したり、界面準位が形成されにくい。
An insulating film 4 is formed on the p-type nitride-based
ここで、基板2とp型の窒化物系化合物半導体層3の格子定数は互いに異なっている。そのためp型の窒化物系化合物半導体層3には極めて多数の貫通転位が生じ、p型ドーパントがこの貫通転位を通って容易に拡散するおそれもある。しかし、p型の窒化物系化合物半導体層3に、p型のドーパントとともにn型のドーパントをドーピングされているため、p型ドーパントはp型の窒化物系化合物半導体層3内で移動しにくくなり、拡散するおそれも少ない。
Here, the lattice constants of the
窒化物系化合物半導体層3にドーピングされたp型のドーパントとn型のドーパントのドーピング濃度の差は、1×1015cm-3〜1×1017cm-3であることが望ましい。このような範囲に設定することにより、電界効果トランジスタ1がオンするためのしきい値電圧Vthを低く設定できるようになる。また、界面準位の低減により余分なしきい値電圧のシフトを抑制できる。
The difference in doping concentration of the doped p-type dopant and n-type dopant in the nitride-based
また、p型の窒化物系化合物半導体層3の具体的な半導体材料としては、Al1-x-yGaxInyN(0≦x≦1、0≦y≦1)を使用することができる。そのようにすることで、格子定数やバンドギャップエネルギーの大きさを容易に調整することができ、設計の自由度が向上する。このとき、基板2は、Si、サファイア、SiC、ZnO、GaN基板を使用することができる。
In addition, as a specific semiconductor material of the p-type nitride-based
p型の窒化物系化合物半導体層3の厚さは、0.1〜5μmの範囲であることが望ましい。0.1μm以下の場合では、p型のドーパントの濃度が1×1017cm-3以下の場合、表面および基板側から空間電荷層がのびてしまい、所望のキャリア濃度を得るのが困難である。また、0.1μm以下の場合では、基板2とp型の窒化物系化合物半導体層3の格子定数に差があることによる結晶欠陥の影響が出にくく、本発明の効果が現れにくい。5μm以上の場合では、基板2とp型の窒化物系化合物半導体層3の格子定数に差があることによる結晶欠陥の影響が顕著になり、本発明の効果がやはり現れにくい。
The thickness of the p-type nitride
p型の窒化物系化合物半導体層3のp型のドーパントについてはIIB族の元素とする。すなわち、IIB族の元素を窒化物系化合物半導体層3にドーピングすると、窒化物系化合物半導体を構成するNのサイトにその元素が入る。
The p-type dopant of the p-type nitride
p型の窒化物系化合物半導体層3のn型のドーパントについてはIVB族の元素とする。すなわち、IVB族の元素を窒化物系化合物半導体層3にドーピングすると、窒化物系化合物半導体を構成するGaのサイトにその元素が入り、II族の元素とNを介してクーロン力で互いに引き合う力が働く。そのため、p型のドーパントと同様にしてn型のドーパントも、拡散しにくい。
The n-type dopant of the p-type nitride-based
具体的には、p型のドーパントは、Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra,Zn,Cd,Hgのうち一種類以上、n型のドーパントは、C,Si,Ge,Sn,Pb,O,S,Se,Poのうち一種類以上を選択することができる。 Specifically, the p-type dopant is one or more of Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd, and Hg, and the n-type dopant is C, Si, Ge, Sn, Pb, One or more types can be selected from O, S, Se, and Po.
絶縁膜4の材料は、酸化物又は窒化物からなる層から一種類以上を選択して使用することができる。絶縁膜4として酸化物を使用する場合は、SiO2,Al2O3,Ga2O3,MgO,Sc2O3,Gd2O3を挙げることができる。また、絶縁膜4として窒化物を使用する場合は、Si3N4,AlN,SiON,AlONを挙げることができる。 The material of the insulating film 4 can be used by selecting one or more kinds from layers made of oxide or nitride. In the case where an oxide is used as the insulating film 4, SiO 2 , Al 2 O 3 , Ga 2 O 3 , MgO, Sc 2 O 3 , and Gd 2 O 3 can be mentioned. In the case of using nitride as the insulating film 4, there can be mentioned Si 3 N 4, AlN, SiON, an AlON.
以上の絶縁膜4の材料は、4eV以上の大きなバンドギャップを有しており、p型の窒化物系化合物半導体層3をチャネルとして流れるキャリアに対する十分な障壁となる。また、比誘電率が高いものもあるので、ゲート絶縁膜として以上の材料を絶縁膜4に使用した場合は、変調度を高くすることができる。さらに、絶縁破壊電圧が高いため、ゲート電極Gに電圧を加えた場合に、絶縁膜4の破壊を防ぐことができる。これらの材料は不活性であるため、界面準位密度が低く、絶縁膜4とp型の窒化物系化合物半導体層3との界面を良好に保つことができる。
The material of the above insulating film 4 has a large band gap of 4 eV or more, and becomes a sufficient barrier against carriers flowing through the p-type nitride
以上の電界効果トランジスタ1を製造する場合の基本的な手段はまず、基板2の上に、p型のドーパントとともにn型のドーパントを同時にドーピングしながらp型の窒化物系化合物半導体層3を形成する。そして、p型の窒化物系化合物半導体層3の上に絶縁膜4を形成する。絶縁膜4の形成後、p型の窒化物系化合物半導体層3をチャネル層とするためにp型の窒化物系化合物半導体層3の一部にn+層(n+ソース層31s,n+ドレイン層31d)を形成し、さらにn+層に電気的に接続するようにソース電極S及びドレイン電極Dとを形成し、絶縁膜4上にゲート電極Gを形成することにより電界効果トランジスタ1が完成する。
The basic means for manufacturing the above
また、p型のドーパントとともにn型のドーパントがドーピングされたp型の窒化物系化合物半導体層3中のドーパントを活性化するために、p型の窒化物系化合物半導体層3を形成後に熱処理を行うことが望ましい。
Further, in order to activate the dopant in the p-type nitride-based
p型の窒化物系化合物半導体層3と接触するn+型の窒化物系化合物半導体層を設ける際は、p型の窒化物系化合物半導体層3の一部をエッチングして、エッチング部分にn+型の窒化物系化合物半導体層を埋め込むようにしても良い。さらに、ソース電極S及びドレイン電極Dが形成される箇所にn+型の窒化物系化合物半導体層を設ける代わりに、当該部分のp型の窒化物系化合物半導体層3をn+型化するようにしても良い。そのためには、その箇所にn型の不純物をイオン打ち込みや熱拡散によりドーピングする。
When the n + type nitride compound semiconductor layer in contact with the p type nitride
こうすることで、ソース電極S及びドレイン電極Dと半導体層とのオーミック抵抗を減少させることができる。n型の窒化物系化合物半導体層は、再成長によっても形成することができるし、p型の窒化物系化合物半導体層3の一部にn型のイオンを打ち込んだり、熱拡散により拡散させて形成することもできる。
By doing so, the ohmic resistance between the source electrode S and drain electrode D and the semiconductor layer can be reduced. The n-type nitride-based compound semiconductor layer can also be formed by regrowth, and n-type ions are implanted into a part of the p-type nitride-based
p型の窒化物系化合物半導体層3をチャネル層とする電界効果トランジスタ1の特性は、ゲート電極Gに電圧を加えていない状態では、ソース電極Sとドレイン電極Dの間に電流が流れないいわゆるノーマリーオフ型となる。
The characteristics of the
例えば、ゲート電極Gが形成された絶縁膜4の直下部分に相当する領域についてのp型の窒化物系化合物半導体層3を薄くすることで、ピンチオフ 電圧VTが上昇する。そのため、ゲート電極に電圧を加えていない状態においては、p型の窒化物系化合物半導体層3が空乏化する。これにより、ゲート電極Gに電圧を加えない状態では、ソース電極Sとドレイン電極D間に電流が流れないいわゆるノーマリーオフの動作をする電界効果トランジスタの実現ができる。また、p型ドーパントとn型ドーパント濃度を変化させることにより、しきい値電圧を制御できる。
For example, by reducing the thickness of the p-type nitride-based
(実施例1)
図2に、本実施例1についての電界効果トランジスタ1の概略断面図を示した。
図2に示した電界効果トランジスタ1は、Si、SiC又はサファイアからなる基板2の上に、厚さ50nmのGaN又はAlNからなるバッファ層21が形成されている。バッファ層21の上には、p型の窒化物系化合物半導体層3として厚さ2nmのGaNからなる層が形成されている。
Example 1
FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of the
In the
p型の窒化物系化合物半導体層3上には、ゲート絶縁膜4として、厚さ100nmのSiO2薄膜が形成され、絶縁膜4上にはNiからなるゲート電極Gが形成されている。ゲート絶縁膜4を挟んだ両側のp型の窒化物系化合物半導体層3には、n+ソース層31s,n+ドレイン層31dがコンタクト層として形成されており、n+ソース層31s上にはソース電極Sが形成されn+ドレイン層31d上にはドレイン電極Dが形成されている。
On the p-type nitride
上記のような構成からなる、電界効果トランジスタ1を製造する工程を説明する。
まず、SiC又はサファイア基板2上にMOCVD法(有機金属気相成長)又はMBE法(分子線エピタキシー)により、GaN又はAlNバッファ層21を堆積する。その上にn型不純物としてSi及びp型不純物としてMgをそれぞれ5×1016cm-3と1×1017cm-3に同時にドーピングしながらp型の窒化物系化合物半導体層3としてのp型GaN層を堆積する(図3(a)参照)。
A process of manufacturing the
First, a GaN or
GaN層堆積温度はMOCVD法では1100℃程度、MBE法では900℃程度で、成長速度は1μm/hで行っている。MBE法に比べてMOCVD法での堆積温度が高いのは、有機金属原料であるTMGa(トリメチルガリウム)からの炭素不純物の結晶中への混入を避けるためである。MBE成長では金属原料であるGaをクヌーセンセルにより加熱して蒸発させることにより基板表面に直接供給させるために原料からの炭素不純物の混入はない。V族の窒素原料としては、MOCVD法ではアンモニア(NH3)を用い、MBE法ではアンモニア(NH3)又は窒素(N2)を高周波プラズマで窒素ラジカル種に分解させたものを用いても良い。 The GaN layer deposition temperature is about 1100 ° C. in the MOCVD method, about 900 ° C. in the MBE method, and the growth rate is 1 μm / h. The reason why the deposition temperature in the MOCVD method is higher than that in the MBE method is to avoid mixing carbon impurities from the organic metal raw material TMGa (trimethylgallium) into the crystal. In the MBE growth, Ga, which is a metal raw material, is heated by a Knudsen cell and evaporated to directly supply the substrate surface, so that no carbon impurities are mixed from the raw material. As the group V nitrogen source, ammonia (NH 3 ) may be used in the MOCVD method, and ammonia (NH 3 ) or nitrogen (N 2 ) may be decomposed into nitrogen radical species by high-frequency plasma in the MBE method. .
続いて、ゲート絶縁膜4となるAlN薄膜を堆積させる。堆積条件は基板温度550℃以下と低温で、原料としては、MOCVD法ではトリメチルアルミニウム(TMA)、MBE法では金属アルミニウムを用いて行うことによりアモルファスのAlNゲート絶縁膜4の形成が可能となる。なお、p型の窒化物系化合物半導体層3と絶縁膜4の間に、AlGaN膜やAl組成が傾斜されたAlGaN層を堆積することにより、高温で良好な結晶性を有するAlNゲート絶縁膜の堆積も可能である。
Subsequently, an AlN thin film to be the gate insulating film 4 is deposited. The deposition conditions are as low as a substrate temperature of 550 ° C. or lower, and an amorphous AlN gate insulating film 4 can be formed by using trimethylaluminum (TMA) for the MOCVD method and metal aluminum for the MBE method. In addition, by depositing an AlGaN film or an AlGaN layer with an inclined Al composition between the p-type nitride-based
なお、ゲート絶縁膜4としてAlNに代えてSiO2を使用してもよい。その場合には、堆積条件は基板温度300℃以下と低温で、SiO2原料としては、シラン(SiH4)もしくはTEOS(テトラエチルオルソシリケート)とNO2ガスを用いPECVD法(プラズマ化学気相成長)にSiO2ゲート絶縁膜を形成することが可能となる。 Note that SiO 2 may be used as the gate insulating film 4 instead of AlN. In this case, deposition conditions below the low substrate temperature 300 ° C., as the SiO 2 material, silane (SiH 4) or TEOS (tetraethyl orthosilicate) and PECVD method using NO 2 gas (plasma enhanced chemical vapor deposition) It becomes possible to form a SiO 2 gate insulating film.
次に、成長チャンバーから基板を取り出して、PECVD法(プラズマ化学気相成長)によりマスク層となるSiO2膜を堆積させる。なお、マスク層の下にAlN薄膜上に別のゲート絶縁膜材料を積層しても良い。次に、マスク層の開口から露出するAlN膜層をRIE(反応性イオンエッチング法)によりエッチングする。エッチング後に、ソース電極Sとドレイン電極Dとコンタクトをとるn+ソース層31sとn+ドレイン層31dを形成するため、マスク開口部のp型層にシリコン(Si)をイオン注入法によりドーズ量1×1015cm-2、加速電圧65keVで注入する。これにより、n+ソース層31sとn+ドレイン層31dが形成される(図3(b)参照)。但し、この時点ではイオン注入した不純物は活性化されていない。なお、導入するSi原子の活性化率を向上させるために、イオン注入の際に、基板を高温に維持しても良い。 Next, the substrate is taken out from the growth chamber, and a SiO 2 film serving as a mask layer is deposited by PECVD (plasma chemical vapor deposition). Another gate insulating film material may be laminated on the AlN thin film under the mask layer. Next, the AlN film layer exposed from the opening of the mask layer is etched by RIE (reactive ion etching method). After the etching, in order to form the n + source layer 31s and the n + drain layer 31d that are in contact with the source electrode S and the drain electrode D, silicon (Si) is dosed to the p-type layer in the mask opening by an ion implantation method. Implantation is performed at × 10 15 cm -2 and an acceleration voltage of 65 keV. Thereby, an n + source layer 31s and an n + drain layer 31d are formed (see FIG. 3B). However, the ion-implanted impurity is not activated at this time. In order to improve the activation rate of Si atoms to be introduced, the substrate may be maintained at a high temperature during ion implantation.
次に、マスク層をBHFで除去した後SiO2膜を再度形成する。これにより、ウェハ表面全体がSiO2膜にて覆われた状態となる。次に、窒素(N2)雰囲気中にて1100℃で5分間アニール処理を行う。これにより、イオン注入したSi原子を活性化させる。アニール後にマスク層であるSiO2膜をHF水溶液で除去する。 Next, after removing the mask layer with BHF, a SiO 2 film is formed again. As a result, the entire wafer surface is covered with the SiO 2 film. Next, annealing is performed at 1100 ° C. for 5 minutes in a nitrogen (N 2 ) atmosphere. Thereby, the ion-implanted Si atom is activated. After the annealing, the SiO 2 film as a mask layer is removed with an HF aqueous solution.
この際、イオン注入したSi原子の活性化率を更に向上するために、SiO2よりも耐熱性を有するAlN膜を形成し、次に窒素雰囲気中にて1300℃で1分間アニール処理を行っても良い。アニール後、AlN膜はKOH水溶液で除去する。
次に、フォトレジスト工程によりソース電極S及びドレイン電極D用の開口部を形成する。開口部から露出したn+ソース層31sとn+ドレイン層31dにTiとAlを順にEB蒸着法(電子線ビーム蒸着)により蒸着しソース電極S及びドレイン電極Dを形成する。
At this time, in order to further improve the activation rate of the ion-implanted Si atoms, an AlN film having a heat resistance higher than that of SiO 2 is formed, and then annealed at 1300 ° C. for 1 minute in a nitrogen atmosphere. Also good. After annealing, the AlN film is removed with a KOH aqueous solution.
Next, openings for the source electrode S and the drain electrode D are formed by a photoresist process. Ti and Al are sequentially deposited on the n + source layer 31s and the n + drain layer 31d exposed from the opening by EB vapor deposition (electron beam vapor deposition) to form the source electrode S and the drain electrode D.
その後、窒素雰囲気中において600℃でソース電極S及びドレイン電極Dの10分間アニール処理を行う。蒸着後のアニール処理によりオーミック性接触が得られる。次にp型の窒化物半導体層3上に形成したゲート絶縁膜4上にn型の導電性のポリシリコン膜を形成する。n型導電性のポリシリコン膜は、Si原料としてはシラン(SiH4)又はTEOSを用い、スパッタ法もしくはLPCVD法により堆積させることにより形成できる。
Thereafter, annealing is performed on the source electrode S and the drain electrode D for 10 minutes at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere. An ohmic contact is obtained by annealing after the deposition. Next, an n-type conductive polysilicon film is formed on the gate insulating film 4 formed on the p-type
n型導電性とするためのドーピング材料としては、Pを使用することができ、P原料としてはフォスフィン(PH3)又はPOCl3を用い、ポリシリコン膜を堆積中、又は堆積後にドーピングする。その後、フォトレジスト工程によりゲート電極領域をパターニングし、SF6ガスをもちいたRIE(反応性イオンエッチング法)により、ゲート電極領域以外のポリシリコンを除去する。その後、パッド電極としてTi/Mo/AuをEB蒸着法により堆積しゲート電極を形成する。なお、蒸着の方法として、抵抗加熱蒸着法やスパッタ法などにより蒸着しても良い。こうして図2に示した電界効果トランジスタ1が完成する。
P can be used as a doping material for n-type conductivity, and phosphine (PH 3 ) or POCl 3 is used as a P raw material, and a polysilicon film is doped during or after deposition. Thereafter, the gate electrode region is patterned by a photoresist process, and polysilicon other than the gate electrode region is removed by RIE (reactive ion etching method) using SF 6 gas. Thereafter, Ti / Mo / Au is deposited as a pad electrode by EB vapor deposition to form a gate electrode. Note that vapor deposition may be performed by resistance heating vapor deposition, sputtering, or the like. Thus, the
(実施例2)
図4に、本実施例2についての電界効果トランジスタ1の概略断面図を示した。
本実施例2における電界効果トランジスタ1は、図2に示した実施例1における電界効果トランジスタ1と構造を共通にする。ただし、実施例2における電界効果トランジスタ1では、実施例1における電界効果トランジスタ1のGaNからなるp型の窒化物系化合物半導体層3の上に、0.2のAl組成からなる2.5nmの厚さのn型のAlGaN層32が形成されている。また、n+ソース層31s,n+ドレイン層31dは形成されていない。
(Example 2)
FIG. 4 shows a schematic cross-sectional view of the
The
さらに、n型のAlGaN層32が、2.5nmとなっていることで、ゲート電極Gに電圧を加えていない状態では、絶縁膜4が形成されている箇所のp型の窒化物系化合物半導体層3には空乏層が発生し、ソース電極Sとドレイン電極Dの間には電流が流れない。すなわち、図4に示した電界効果トランジスタ1はノーマリーオフ型の電界効果トランジスタとなる。また、実施例2における電界効果トランジスタ1では、実施例1における電界効果トランジスタ1のAlNからなる絶縁膜4に代えて、SiNからなる絶縁膜4を使用している。
Further, since the n-
このような構成からなる実施例2の電界効果トランジスタ1を製造する工程は、実施例1の電界効果トランジスタ1と共通する。ただし、GaNからなるp型の窒化物系化合物半導体層3を堆積した後、AlGaN層32を堆積する。
The process of manufacturing the
そして、AlGaN層32の上に、Cat−CVD法(触媒化学気相蒸着法)により絶縁膜4としてSiN膜を20nm程度堆積する。Cat−CVD法では堆積する前に、水素ガスを流して表面クリーニング処理を行うことにより、ドライエッチングによる表面ダメージ層を除去している。次に、堆積したSiN膜の一部をフォトレジスト工程により除去し、Ti−Al−Ni−Au電極を電子ビーム蒸着法により形成した後、窒素雰囲気中で800℃2minのアニール処理を行い、オーム性接触を得る。最後に、絶縁膜4上にNi−Pt−Auを電子ビーム蒸着法により形成し、ショットキー電極を作製することにより、ゲート電極Gを形成する。
以上の工程により、図4に示した電界効果トランジスタ1を作製することができる。
Then, a SiN film of about 20 nm is deposited as the insulating film 4 on the
Through the above steps, the
(実施例3)
図5に、本実施例3についての電界効果トランジスタ1の概略断面図を示した。
本実施例3における電界効果トランジスタ1は、図2に示した実施例1における電界効果トランジスタ1と構造を共通にする。ただし、図2に示した実施例1における電界効果トランジスタ1では、コンタクト層としてn+ソース層31s,n+ドレイン層31dがイオン注入法により形成されているのに対し、実施例3における電界効果トランジスタ1では、コンタクト層としてn+ソース層31s,n+ドレイン層31dが選択再成長されたn型のGaN層により形成されている点で異なる。
(Example 3)
FIG. 5 shows a schematic cross-sectional view of the
The
このような構成からなる実施例3の電界効果トランジスタ1を製造する工程は、実施例1の電界効果トランジスタ1と共通する。ただし、p型の窒化物系化合物半導体層3の堆積が終了した後は、ソース電極S及びドレイン電極D形成される箇所に相当する箇所のp型の窒化物系化合物半導体層3の一部をフォトレジスト工程によりドライエッチングにより除去し、その後、MBE装置に導入して、エッチングにより除去した部分に選択的にSiドープのn型GaN層を堆積し、n+ソース層31s,n+ドレイン層31dを形成する。
The process of manufacturing the
その後、MBE装置から取り出し、PECVD法によりSiO2膜をウェハ全面に堆積させる。次に、フォトレジスト工程を用いてSiO2膜の一部の領域を除去し絶縁膜4を形成する。そして、ソース電極S及びドレイン電極DとなるTi−Al−Ni−Au電極を電子ビーム蒸着法により形成させた後、窒素雰囲気中で800℃2minのアニール処理を行い、オーム性接触を得る。最後に、絶縁膜4上にNi−Pt−Auを電子ビーム蒸着法により形成し、ゲート電極Gを形成する。なお、ゲート電極は実施例1に示したようにn型ポリシリコンとTi/Mo/Auを用いても良い。
以上の工程により、図5に示した電界効果トランジスタ1を作製することができる。
Thereafter, it is taken out from the MBE apparatus, and a SiO 2 film is deposited on the entire surface of the wafer by PECVD. Next, an insulating film 4 is formed by removing a part of the SiO 2 film using a photoresist process. Then, Ti—Al—Ni—Au electrodes to be the source electrode S and the drain electrode D are formed by an electron beam evaporation method, and then an annealing process is performed at 800 ° C. for 2 minutes in a nitrogen atmosphere to obtain ohmic contact. Finally, Ni—Pt—Au is formed on the insulating film 4 by the electron beam evaporation method, and the gate electrode G is formed. The gate electrode may be made of n-type polysilicon and Ti / Mo / Au as shown in the first embodiment.
Through the above steps, the
1…電界効果トランジスタ, 2…基板, 3…p型の窒化物系化合物半導体層, 4…絶縁膜
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記基板の上に形成され、p型のドーパントとともにn型のドーパントがドーピングされた前記基板と格子定数が異なるp型の窒化物系化合物半導体層と、
前記p型の窒化物系化合物半導体層上に形成された絶縁膜と、
前記p型の窒化物系化合物半導体層をチャネル層とするために前記p型の窒化物系化合物半導体層と電気的に接続されたソース電極及びドレイン電極と、
前記絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
を有する電界効果トランジスタ。 A substrate,
A p-type nitride-based compound semiconductor layer having a lattice constant different from that of the substrate formed on the substrate and doped with an n-type dopant together with a p-type dopant;
An insulating film formed on the p-type nitride compound semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode electrically connected to the p-type nitride-based compound semiconductor layer so that the p-type nitride-based compound semiconductor layer serves as a channel layer;
A gate electrode formed on the insulating film;
A field effect transistor.
前記p型の窒化物系化合物半導体層の上に絶縁膜を形成するステップと、
前記p型の窒化物系化合物半導体層をチャネル層とするために前記p型の窒化物系化合物半導体層と電気的に接続するようにソース電極及びドレイン電極とを形成するステップと、
前記絶縁膜上にゲート電極を形成するステップと、
を有する電界効果トランジスタの製造方法。 Forming a p-type nitride-based compound semiconductor layer on a substrate while simultaneously doping an n-type dopant together with a p-type dopant;
Forming an insulating film on the p-type nitride compound semiconductor layer;
Forming a source electrode and a drain electrode so as to be electrically connected to the p-type nitride-based compound semiconductor layer so that the p-type nitride-based compound semiconductor layer serves as a channel layer;
Forming a gate electrode on the insulating film;
A method of manufacturing a field effect transistor having
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