JP2008072042A - Gan-based semiconductor element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、大電流が得られるパワートランジスタ等の半導体増幅素子等に用いられるGaN系半導体素子に関する。 The present invention relates to a GaN-based semiconductor element used for a semiconductor amplifying element such as a power transistor that can obtain a large current.
GaNやAlGaN等のGaN系III−V族化合物半導体をチャネル層に用いたMOS型FETやHEMT(High Electron Mobility Transistor)等は、SiやGaAs等を用いたMOS型FET、HEMTに比べ、動作時のオン抵抗が1桁以上も小さく、高耐圧で高温動作や大電流動作が可能となるデバイスとして注目されている。 MOS type FETs and HEMTs (High Electron Mobility Transistors) using GaN-based III-V group compound semiconductors such as GaN and AlGaN for the channel layer are more operating than MOS type FETs and HEMTs using Si, GaAs, etc. The device has been attracting attention as a device capable of high temperature operation and large current operation with a high withstand voltage and a small on-resistance.
上記GaN系半導体素子は、例えば、図9に示すように、半絶縁性のサファイア基板51上に、GaNバッファ層52、アンドープGaN層53、n+型GaNドレイン層54、n−型GaN層5、p型GaNチャネル層56が積層されており、p型GaNチャネル層56の上には、ストライプ状のリッジ形状を有するn型GaNソース層57が形成されている。また、n型GaNソース層57のリッジ形状の全面とp型GaNチャネル層56の表面の一部に渡ってソース電極60が形成されている。 For example, as shown in FIG. 9, the GaN-based semiconductor device includes a GaN buffer layer 52, an undoped GaN layer 53, an n + -type GaN drain layer 54, and an n − -type GaN layer 5 on a semi-insulating sapphire substrate 51. The p-type GaN channel layer 56 is laminated, and an n-type GaN source layer 57 having a striped ridge shape is formed on the p-type GaN channel layer 56. A source electrode 60 is formed over the entire surface of the ridge shape of the n-type GaN source layer 57 and a part of the surface of the p-type GaN channel layer 56.
他方、p型GaNチャネル層56表面に積層された絶縁膜58上にゲート電極59が形成され、メサエッチングされたn+型GaNドレイン層54の露出した表面にドレイン電極61が形成されている。
しかし、上記従来のGaN系半導体素子では、以下のような問題が発生する。図6は、ウルツ鉱型の単結晶の構造を示しており、面方位等が示されている。サファイアの結晶構造は、図6のように六方晶系の結晶構造で表される。図9のようにサファイア基板上にGaN系半導体層を積層する場合には、通常、サファイア基板のc面(0001)が用いられ、(0001)方位のサファイア基板上に積層したGaN系半導体は、(0001)方位のウルツ鉱型の結晶構造(図6の結晶構造)を持ち、Gaのカチオン元素が成長表面方向になる結晶極性(c軸方向に成長)を有している。したがって、サファイア基板のc面(0001)に積層されたGaN系半導体層は、すべてc面が成長表面方向となる。 However, the conventional GaN-based semiconductor device has the following problems. FIG. 6 shows the structure of the wurtzite single crystal, and the plane orientation and the like are shown. The crystal structure of sapphire is represented by a hexagonal crystal structure as shown in FIG. When laminating a GaN-based semiconductor layer on a sapphire substrate as shown in FIG. 9, the c-plane (0001) of the sapphire substrate is usually used, and the GaN-based semiconductor stacked on the (0001) -oriented sapphire substrate is It has a (0001) -oriented wurtzite crystal structure (the crystal structure in FIG. 6) and has a crystal polarity (growth in the c-axis direction) in which the Ga cation element is in the growth surface direction. Therefore, all the GaN-based semiconductor layers stacked on the c-plane (0001) of the sapphire substrate have the c-plane in the growth surface direction.
ところで、図6に示すように、単結晶の柱面であるm面(10−10)は、個々の単結晶の構造を構成する基本的な面であり、結晶に亀裂が生じる場合には、m面に沿って割れが生じやすい。したがって、ウエハにクラックが生じると、m面に沿って亀裂が走り、この亀裂が素子に設けられている電極を切断する場合がある。 By the way, as shown in FIG. 6, m-plane (10-10) which is a column surface of a single crystal is a basic surface constituting the structure of each single crystal, and when a crack occurs in the crystal, Cracks are likely to occur along the m-plane. Therefore, when a crack occurs in the wafer, the crack runs along the m-plane, and this crack may cut an electrode provided in the element.
図9に示すように、ゲート電極59は、絶縁膜58の上に形成されているために、ゲート容量を有するが、このゲート容量が大きくなると、ゲート電極59にオン−オフの切り替え電圧を与えても、素子のオン−オフの切り替えに時間がかかり、また、ゲート容量の増大によって消費電力が大きくなってしまうので、通常、ゲート電極59の面積は極力小さくするようにしている。そのため、ゲート電極59は、配線幅を細くしてストライプ状に設けられており、ストライプ状に延びた方向をほぼ直角方向に横切る切断力には弱い。 As shown in FIG. 9, the gate electrode 59 has a gate capacitance because it is formed on the insulating film 58. When the gate capacitance increases, an on-off switching voltage is applied to the gate electrode 59. However, it takes time to switch the element on and off, and the power consumption increases due to the increase in the gate capacitance. Therefore, the area of the gate electrode 59 is usually made as small as possible. Therefore, the gate electrode 59 is provided in a stripe shape with a narrow wiring width, and is weak against a cutting force that crosses the direction extending in the stripe shape in a substantially perpendicular direction.
上述したように、p型GaNチャネル層56はc面が成長表面方向であるので、m面の方向がゲート電極59のストライプ状に延びた方向に対して、ほぼ直角方向に揃っている場合があり、このような場合に、p型GaNチャネル層56にクラックが生じると、m面に沿って亀裂が走るため、ゲート電極59の短手方向は切断されやすくなり、切断されると電流が流れなくなるという問題があった。 As described above, since the c-plane of the p-type GaN channel layer 56 is in the growth surface direction, the m-plane direction may be aligned substantially perpendicular to the direction of the gate electrode 59 extending in the stripe shape. In such a case, if a crack occurs in the p-type GaN channel layer 56, the crack runs along the m-plane, so that the short direction of the gate electrode 59 is easily cut, and current flows when cut. There was a problem of disappearing.
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、ウエハにクラックが生じても、ゲート電極が切断されにくいGaN系半導体素子を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a GaN-based semiconductor element in which a gate electrode is hardly cut even when a crack occurs in a wafer.
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、GaN系半導体からなるチャネル層と、前記チャネル層を挟んで配置されたソース層及びドレイン層を備えたGaN系半導体素子であって、ゲート電極の長手方向が、前記チャネル層のm面に沿って形成されていることを特徴とするGaN系半導体素子である。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a GaN-based semiconductor element comprising a channel layer made of a GaN-based semiconductor, and a source layer and a drain layer arranged with the channel layer interposed therebetween, In the GaN-based semiconductor device, the longitudinal direction of the gate electrode is formed along the m-plane of the channel layer.
また、請求項2記載の発明は、前記ゲート電極は、屈曲部を有することを特徴とする請求項1記載のGaN系半導体素子である。 The invention according to claim 2 is the GaN-based semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode has a bent portion.
また、請求項3記載の発明は、前記屈曲部は、曲線形状を有することを特徴とする請求項2記載のGaN系半導体素子である。 The invention according to claim 3 is the GaN-based semiconductor element according to claim 2, wherein the bent portion has a curved shape.
本発明によれば、チャネル層のm面に沿って、ゲート電極の長手方向を形成するようにしているので、GaN系半導体結晶のm面に沿って亀裂が生じても、強度が強い長手方向の切断は発生しにくく、ゲート電極の切断を防止することができる。 According to the present invention, since the longitudinal direction of the gate electrode is formed along the m-plane of the channel layer, the longitudinal direction is strong even if cracks occur along the m-plane of the GaN-based semiconductor crystal. The cutting of the gate electrode hardly occurs and the gate electrode can be prevented from being cut.
また、ゲート電極が折れ曲がった形状となるように形成されている場合には、その屈曲部が曲線形状を有するようにして、角を形成しないようにすることで、電界の集中を防ぎ、短絡を防止することができる。 In addition, when the gate electrode is formed to have a bent shape, the bent portion has a curved shape so as not to form a corner, thereby preventing electric field concentration and short-circuiting. Can be prevented.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。図1は本発明のGaN系半導体素子の断面構造を示し、図2又は図3は、リッジ部A、Bのリッジ形状が異なる例を示すもので、図1のGaN系半導体素子を上から見た上面図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a GaN-based semiconductor device of the present invention, and FIG. 2 or FIG. 3 shows examples in which ridge portions A and B have different ridge shapes. FIG.
本発明のGaN系半導体素子は、六方晶化合物半導体であるIII−V族GaN系半導体が用いられており、上記III−V族GaN系半導体は、4元混晶系のAlxGayInzN(x+y+z=1、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1)で表される。また、図1はNPN構造の例を示すが、本発明は、PNP構造にも適用することができる。 The GaN-based semiconductor element of the present invention uses a III-V group GaN-based semiconductor that is a hexagonal compound semiconductor, and the III-V group GaN-based semiconductor is a quaternary mixed crystal Al x Ga y In z. N (x + y + z = 1, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ z ≦ 1). Although FIG. 1 shows an example of an NPN structure, the present invention can also be applied to a PNP structure.
サファイア基板1上にGaNバッファ層2、アンドープGaN層3、n+型GaNドレイン層4、n−型GaN層5、p型GaN系チャネル層6が積層されており、p型GaN系チャネル層6の上には、リッジ形状を有するn型GaNソース層8が形成されている。また、n型GaNソース層8は、リッジ部Aとリッジ部Bと2つのリッジ部を有し、このリッジ部Aとリッジ部Bの上面から側面にかけて、さらにリッジ部A、B間のp型GaN系チャネル層6の表面に渡ってソース電極10が形成されている。絶縁物からなる選択成長用マスク7がリッジ部A及びBを挟むようにして形成されており、選択成長用マスク7の上にゲート電極9が形成されている。
A GaN buffer layer 2, an undoped GaN layer 3, an n + -type GaN drain layer 4, an n − -type GaN layer 5, and a p-type GaN-based channel layer 6 are stacked on the sapphire substrate 1. An n-type
前述したように、GaN系半導体結晶の成長には、通常、サファイア基板1のc面(0001)が用いられ、(0001)方位のサファイア基板上に積層したGaN系半導体は、(0001)方位のウルツ鉱型の結晶構造(図6の結晶構造)を持ち、サファイア基板のc面(0001)に積層されたGaN系半導体層は、すべてc面が成長表面方向となる。したがって、GaNバッファ層2〜p型GaN系チャネル層6までは、すべて積層方向がc軸方向となり、成長面はc面となっている。 As described above, the c-plane (0001) of the sapphire substrate 1 is normally used for the growth of the GaN-based semiconductor crystal, and the GaN-based semiconductor stacked on the (0001) -oriented sapphire substrate has a (0001) -oriented orientation. All the GaN-based semiconductor layers having a wurtzite crystal structure (the crystal structure of FIG. 6) stacked on the c-plane (0001) of the sapphire substrate have the c-plane in the growth surface direction. Therefore, from the GaN buffer layer 2 to the p-type GaN-based channel layer 6, the stacking direction is the c-axis direction, and the growth surface is the c-plane.
また、メサエッチングされて形成された溝内部において、露出したn+型GaNドレイン層4にはドレイン電極12が形成されており、ドレイン電極12によってリークが発生しないように、p型GaN系チャネル層6からn−型GaN層5とn+型GaNドレイン層4の側面の一部にかけて絶縁膜11が設けられている。後述するように、n型GaNソース層8は選択成長によって形成されるが、そのときに用いられる選択成長用マスク7をゲート電極9のための絶縁膜として使用する。
In addition, a drain electrode 12 is formed in the exposed n + -type GaN drain layer 4 inside the groove formed by mesa etching, and a p-type GaN-based channel layer is formed so that leakage does not occur due to the drain electrode 12. An insulating film 11 is provided from 6 to part of the side surfaces of the n − -type GaN layer 5 and the n + -type GaN drain layer 4. As will be described later, the n-type
選択成長用マスク7には、SiO2、Si3N4、ZrO2、Al2O3等の透明絶縁物が用いられる。また、p型GaN系チャネル層6としてはp型GaN層、あるいは、p型AlGaN層の上にp型GaN層を積層したもの等が用いられる。n型のドーパントにはSiが、p型のドーパントにはMgが用いられる。
For the
n+型GaNドレイン層4は、ドレイン電極12とのオーミック接触を取るために、例えば、キャリア濃度が1×1018cm−3となるように不純物Siがドーピングされており、n−型GaN層5は、n型層とp型層との接合界面でのエネルギー障壁を下げて電流を流れやすくするために設けられる中間層であり、1×1017cm−3となるように不純物Siがドーピングされている。また、p型GaN系チャネル層6は、ゲート電極に電圧がかからない状態で素子がオンとならないように、キャリア濃度を高めておく必要があり、例えば、キャリア濃度4×1016〜1×1018cm−3となるように不純物Mgがドーピングされている。 The n + -type GaN drain layer 4 is doped with impurity Si so that the carrier concentration becomes 1 × 10 18 cm −3 , for example, in order to make an ohmic contact with the drain electrode 12, and the n − -type GaN layer Reference numeral 5 denotes an intermediate layer provided to lower the energy barrier at the junction interface between the n-type layer and the p-type layer to facilitate current flow, and is doped with impurity Si so as to be 1 × 10 17 cm −3. Has been. The p-type GaN-based channel layer 6 needs to have a high carrier concentration so that the device is not turned on when no voltage is applied to the gate electrode. For example, the carrier concentration is 4 × 10 16 to 1 × 10 18. Impurity Mg is doped so as to be cm −3 .
ソース電極10、ドレイン電極12には、TaSi/Auからなる多層金属膜等が、ゲート電極にはNi/Auからなる多層金属膜等が用いられる。
A multilayer metal film made of TaSi / Au or the like is used for the
ところで、サファイア基板等の成長用基板とGaNとでは、格子定数が異なるため、成長用基板上に成長させたGaN系半導体層においては、基板から上下方向に伸びる転位(格子欠陥)が存在している。このような転位を低減する方法として、選択横方向成長(ELO:Epitaxial Lateral Overgrowth)が良く知られている。本発明では、上記選択成長を用いている。 By the way, since the growth substrate such as a sapphire substrate and GaN have different lattice constants, the GaN-based semiconductor layer grown on the growth substrate has dislocations (lattice defects) extending vertically from the substrate. Yes. As a method for reducing such dislocations, selective lateral growth (ELO: Epitaxial Lateral Overgrowth) is well known. In the present invention, the selective growth is used.
誘電体マスク等による選択成長用マスク7でp型GaN系チャネル層6を覆うことにより、最初に選択成長用マスク7の開口部から成長が起こり(選択成長)、その後選択成長用マスク7の上にも成長層が拡がることで横方向に結晶成長が形成される。
By covering the p-type GaN channel layer 6 with a
したがって、選択成長用マスク7には、結晶成長を行うための開口部が必要であり、マスクの形状によって、選択成長により形成されたn型GaNソース層8の形状も異なることになる。この選択成長用マスクのパターン例を図4、5に示す。図4、5において、網目掛けされている領域は、選択成長用マスクを表す。
Therefore, the
図4は、中央マスク部7bがストライプ状にパターニングされており、その両側に平行してストライプ状の開口部7aが設けられたものである。この開口部7aから結晶成長を行わせると、形成されるエピタキシャル層は、2つのストライプ状のリッジ部を有する形状となる。 In FIG. 4, the central mask portion 7b is patterned in a stripe shape, and stripe-shaped openings 7a are provided in parallel on both sides thereof. When crystal growth is performed from the opening 7a, the formed epitaxial layer has a shape having two striped ridges.
図4の選択成長用マスクを用いた場合の選択成長用マスク7〜ソース電極10までの積層形状を示すのが図2である。図中のMは、選択成長用マスクのうち中央マスク部7bが除去された領域を示す。領域Mを挟んで形成されているリッジ部Aとリッジ部Bとは並行してストライプ状に延びており、ゲート電極9についてもストライプ状に形成されている。
FIG. 2 shows a stacked shape from the
この場合、ゲート電極9の最も細い領域が強度的に弱くなるので、切断されやすい方向は、ゲート電極9の短手方向となるL1の方向であり、最も切断されにくい方向は、ゲート電極9の長手方向となるL2の方向である。したがって、図2の場合には、p型GaN系チャネル層6の結晶のm面に沿って、ゲート電極9の長手方向を形成するようにしておくことで(例えば、図6のm1方向と図2のL2方向とを平行にする)、クラックによるゲート電極9の切断を防ぐことができる。m面の方向は、他にも存在するが、図6からもわかるように、各m面の方向は120度の角度を保って交差しているので、他のm面の方向は、L1方向とは一致せず、切断されにくくなる。
In this case, since the thinnest region of the
一方、図5は、六角形の中央マスク部7bを中心として、同心角状に開口部7aを設けたパターンである。したがって、開口部7aも六角形となる。この開口部7aから結晶成長を行わせると、形成されるエピタキシャル層は、六角形状に連なったリッジ部を有する形状となる。この状態を示すのが、図3である。図中のMは、選択成長用マスク7のうち中央マスク部7bが除去された領域を示す。領域Mを挟んで形成されているリッジ部Aとリッジ部Bとは環状に連なっており、ゲート電極9も六角形状となっている。
On the other hand, FIG. 5 shows a pattern in which openings 7a are provided concentrically around a hexagonal central mask portion 7b. Therefore, the opening 7a is also hexagonal. When crystal growth is performed from the opening 7a, the formed epitaxial layer has a shape having a ridge portion connected in a hexagonal shape. FIG. 3 shows this state. M in the figure indicates a region of the
このゲート電極の強度が最も弱い部分は、パターン幅の最も狭い方向であり、ゲート電極9の短手方向となるL3の方向である。他方、最も強度が強い部分は、ゲート電極9の長手方向となるL4の方向である。したがって、図5の場合には、p型GaN系チャネル層6の結晶のm面の方向に沿ってゲート電極9の長手方向を形成するようにしておくことで(例えば、図6のm1方向と図2のL4方向とを平行にする)、クラックによるゲート電極9の切断を防ぐことができる。m面の方向は、他にも存在するが、図6からもわかるように、各m面の方向は120度の角度を保って交差しているので、他のm面の方向は、L3方向とは一致せず、切断されにくくなる。
The portion where the strength of the gate electrode is the weakest is the direction where the pattern width is the narrowest, and is the direction of L3 which is the short direction of the
次に、図1、2に示されるGaN系半導体素子の製造方法について述べる。製造方法としては、主としてMOCVD法(有機金属気相成長法)を用いる。まず、MOCVD装置内に、サファイア基板1を搬送し、その上に、GaNバッファ層2を600〜700℃の低温で成長させる。その後、1000℃以上に基板温度を上げてGaNバッファ層2上にアンドープGaN層3、n+型GaNドレイン層4、n−型GaN層5、p型GaN系チャネル層6を順にエピタキシャル成長させる。p型GaN系チャネル層6は、p型GaN層としても良いし、p型AlGaN層の上にp型GaN層を積層した多層構造としても良い。 Next, a method for manufacturing the GaN-based semiconductor device shown in FIGS. As a manufacturing method, an MOCVD method (metal organic chemical vapor deposition method) is mainly used. First, the sapphire substrate 1 is transferred into the MOCVD apparatus, and the GaN buffer layer 2 is grown on the sapphire substrate 1 at a low temperature of 600 to 700 ° C. Thereafter, the substrate temperature is raised to 1000 ° C. or higher, and the undoped GaN layer 3, n + -type GaN drain layer 4, n − -type GaN layer 5, and p-type GaN-based channel layer 6 are epitaxially grown in this order on the GaN buffer layer 2. The p-type GaN-based channel layer 6 may be a p-type GaN layer or a multilayer structure in which a p-type GaN layer is stacked on a p-type AlGaN layer.
例えば、GaN層を作製する場合は、キャリアガスの水素又は窒素とともに、Ga原子の原料ガスであるトリメチルガリウム(TMGa)、および、窒素原子の原料ガスであるアンモニア(NH3)を用いた。n型GaNとする場合には、n型のドーパントガスとしてのシラン(SiH4)等、p型GaNとする場合には、p型のドーパントガスとしてのCP2Mg(シクロペンタジエチルマグネシウム)等を上記反応ガスに加える。AlGaN層を作製する場合は、TMGa、NH3にトリメチルアルミニウム(TMA)を加える。 For example, when a GaN layer is formed, trimethylgallium (TMGa), which is a Ga atom source gas, and ammonia (NH 3 ), which is a nitrogen atom source gas, are used together with hydrogen or nitrogen as a carrier gas. In the case of n-type GaN, silane (SiH 4 ) or the like as an n-type dopant gas, and in the case of p-type GaN, CP 2 Mg (cyclopentadiethyl magnesium) or the like as a p-type dopant gas is used. Add to the reaction gas. When fabricating the AlGaN layer, TMGa, added trimethylaluminum (TMA) in NH 3.
このようにして各半導体層の成分に対応する反応ガス、n型、p型にする場合のドーパントガスを供給して、最適な成長温度に変化させて順次結晶成長させることにより、所定の組成で、所定の導電型の半導体層を、必要な厚さに形成した。不純物のドーピング濃度は、それぞれの原料ガスの流量によって制御した。 In this way, by supplying the reaction gas corresponding to the components of each semiconductor layer, the dopant gas for making the n-type and p-type, the crystal is grown in order by changing to the optimum growth temperature, thereby having a predetermined composition. A semiconductor layer of a predetermined conductivity type was formed to a required thickness. The doping concentration of impurities was controlled by the flow rate of each source gas.
次に、積層されたウエハをMOCVD装置から取り出して、選択成長用マスクをCVD、プラズマCVD、スパッタ等によりp型GaN系チャネル層6上に積層し、選択成長用マスク上にレジストを所定形状にパターニングした後、エッチングにより選択成長用マスクの全体形状を形成するとともに、選択的にエッチング除去して開口部を形成し、その後、レジストを除去する。このとき、レジスト形状は、選択成長用マスクの開口部、例えば図4、5における開口部7aの長手方向がp型GaN系チャネル層6のm面と平行になるようにパターニングする。 Next, the laminated wafer is taken out from the MOCVD apparatus, a selective growth mask is laminated on the p-type GaN channel layer 6 by CVD, plasma CVD, sputtering, or the like, and a resist is formed in a predetermined shape on the selective growth mask. After patterning, the entire shape of the selective growth mask is formed by etching, and selectively removed by etching to form an opening, and then the resist is removed. At this time, the resist shape is patterned so that the longitudinal direction of the opening of the selective growth mask, for example, the opening 7 a in FIGS. 4 and 5 is parallel to the m-plane of the p-type GaN-based channel layer 6.
選択成長用マスク7の開口部は、図1、2、3では、n型GaNソース層8が形成されている領域にほぼ一致し、選択成長用マスクが除去された領域Mが、中央マスク部に相当し、ここを中心として、図2ではストライプ状に、図3では同心角状に開口部を設けたパターンとなる。この開口部から結晶成長を行わせると、形成されるエピタキシャル層は、リッジ部を有する形状となる。
In FIGS. 1, 2, and 3, the opening of the
次に、再び、MOCVD装置内で結晶成長を開始し、選択成長用マスク7の開口部から結晶成長が行われる選択成長により、n型GaNソース層8が形成される。n型GaNソース層8は、リッジ部A、リッジ部Bと左右にリッジ形状を有する構造となる。より具体的には、選択成長用マスクのパターン形状により、図2や図3に示す形状が形成される。
Next, crystal growth is started again in the MOCVD apparatus, and the n-type
その後、リッジ部A、Bに挟まれた中央の窪みに存在する選択成長用マスクをフッ酸(HF)系溶液等を用いたウエットエッチングにより、剥離除去する。このときの剥離除去された領域を示すのが、図2、3に表された領域Mである。 Thereafter, the selective growth mask present in the central depression sandwiched between the ridges A and B is removed by wet etching using a hydrofluoric acid (HF) solution or the like. A region M shown in FIGS. 2 and 3 shows the region where peeling and removal are performed at this time.
次に、ソース電極10を蒸着、スパッタ等により、n型GaNソース層8における左右のリッジ部側面と選択成長用マスクが除去されたp型GaN系チャネル層6表面に渡って形成する。また、残された選択成長用マスク7の上にゲート電極9を蒸着、スパッタ等により形成する。
Next, the
ソース電極10は、n型GaNソース層8で形成されているリッジ部の内側側面とリッジ部上面の一部、選択成長用マスクが除去された領域に渡って形成されている。図2の構成の場合には、ソース電極10、n型GaNソース層8、ゲート電極9、選択成長用マスク7等は、上から見てストライプ状に形成されており、図3の構成の場合には、ソース電極10、n型GaNソース層8、ゲート電極9、選択成長用マスク7等は、上から見て同心角状に形成される。
The
次に、メサエッチングを行って、p型GaN系チャネル層6からn+型GaNドレイン層4にかけて溝部分を形成し、n+型GaNドレイン層4を露出させ、SiO2等の絶縁膜11をCVD、プラズマCVD、スパッタ等でメサエッチングによって形成された溝部分に積層し、露出したn+型GaNドレイン層4の表面と側面の一部を残して、レジストで覆い、エッチングを行って絶縁膜11の一部(レジストで覆われていない部分)を除去し、絶縁膜11が除去された領域にドレイン電極12を蒸着、スパッタ等で形成する。このようにして、図1に示すGaN系半導体素子が完成する。 Next, by performing mesa etching to form a groove portion from the p-type GaN-based channel layer 6 toward the n + -type GaN drain layer 4, to expose the n + -type GaN drain layer 4, an insulating film 11 such as SiO 2 Laminated in a groove formed by mesa etching by CVD, plasma CVD, sputtering, etc., leaving a part of the exposed surface of the n + -type GaN drain layer 4 and a part of the side surface, covered with a resist, etched, and insulating film 11 is removed (portion not covered with the resist), and the drain electrode 12 is formed by vapor deposition, sputtering, or the like in the region where the insulating film 11 is removed. In this way, the GaN-based semiconductor device shown in FIG. 1 is completed.
上記実施例では、選択成長を用いたGaN系半導体素子について述べたが、本発明は、図9に示す従来のGaN系半導体素子構造にも適用できることは明らかであり、p型GaN系チャネル層のm面に沿ってゲート電極の長手方向を形成するようにすれば良い。 In the above embodiment, a GaN-based semiconductor device using selective growth has been described. However, it is obvious that the present invention can also be applied to the conventional GaN-based semiconductor device structure shown in FIG. The longitudinal direction of the gate electrode may be formed along the m-plane.
次に、図3のように、ゲート電極9が、環状に形成されており、屈曲部を有する場合について、他の実施例を説明する。図3では、六角形状のゲート電極が形成されており、その屈曲部は、ちょうど電極が折れ曲がっている部分に相当し、6箇所存在する。図3では6箇所の屈曲部は、すべて角によって形成されており、ゲート電極9に電圧を印加した場合、角には電界が集中するので、絶縁膜である選択成長用マスク7を越えてチャネル層6と短絡が発生しやすい。
Next, another embodiment will be described in the case where the
そこで、この問題を解消するために、図7のようにゲート電極9の屈曲部に、例えば弧状等で構成された曲線形状を有する構造とした。9aはゲート電極9の屈曲部における曲線部を示す。曲線部9aは、ゲート電極9における6箇所の屈曲部すべての内側に形成されており、丸みを持たせているので、電界の集中を防ぐことができ、短絡を防止することができる。
Therefore, in order to solve this problem, the bent portion of the
一方、図8は、ゲート電極9の屈曲部の外側に丸みを持たせた例を示す。ゲート電極9は、全体として六角形状に形成されているが、ゲート電極9の屈曲部の外側には曲線部9bが形成されており、6箇所の屈曲部すべてに曲線部9bが形成されている。このように、屈曲部の外側が曲線形状となるように構成しても、電界の集中を防ぐことができ、短絡を防止することができる。
On the other hand, FIG. 8 shows an example in which the outer side of the bent portion of the
以上のゲート電極の例では、六角形状について述べたが、六角形以外の多角形や、環状に形成されていなくても、屈曲部が少なくとも1箇所有って角を有する形状であれば、図7、8のように、屈曲部を曲線形状として、丸みを持たせることにより、電界の集中を防ぐことができる。
In the above example of the gate electrode, the hexagonal shape has been described. However, the polygonal shape other than the hexagonal shape or the shape having an angle with at least one bent portion even if it is not formed in a ring shape may be used. As shown in FIGS. 7 and 8, the bent portion has a curved shape and is rounded to prevent electric field concentration.
1 サファイア基板
2 GaNバッファ層
3 アンドープGaN層
4 n+型GaNドレイン層
5 n−型GaN層
6 p型GaN系チャネル層
7 選択成長用マスク
8 n型GaNソース層
9 ゲート電極
10 ソース電極
11 絶縁膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sapphire substrate 2 GaN buffer layer 3 Undoped GaN layer 4 n + type GaN drain layer 5 n − type GaN layer 6 p type
Claims (3)
ゲート電極の長手方向が、前記チャネル層のm面に沿って形成されていることを特徴とするGaN系半導体素子。 A GaN-based semiconductor element comprising a channel layer made of a GaN-based semiconductor, and a source layer and a drain layer arranged with the channel layer interposed therebetween,
A GaN-based semiconductor device, wherein the longitudinal direction of the gate electrode is formed along the m-plane of the channel layer.
The GaN-based semiconductor device according to claim 2, wherein the bent portion has a curved shape.
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