JP2008141040A - Field effect transistor and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an enhancement (normally-off) type field effect transistor using a nitride semiconductor which has a structure to obtain a low ON resistance, and to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: A contact layer 105 which consists of AlGaN whose Al composition is equal or larger than that of an AlGaN electron supply layer 104, is doped with n-type impurities at 2×10<SP>19</SP>cm<SP>-3</SP>or more and is thick in the range of 2 to 10 nm is provided on an AlGaN electron supply layer 104. The transistor has: a first recess 110 formed by removing the contact layer 105 by etching in a part between a source electrode 106 and a drain electrode 107; and a second recess 112 formed by thinning the electron supply layer 104 in a part inside the first recess. A gate insulating film 113 and a T-type gate electrode 108 are put inside of the second recess while leaving no space, and an ohmic auxiliary electrode 114 is formed on the contact layer 105 adjacent to the T-type gate electrode 108 to self-align by using a step formed by the insulating film 109 under an umbrella of the T-type gate electrode 108. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、窒化物系半導体を用いた電界効果トランジスタ、およびその製造方法に関する。特に、エンハンスメント(ノーマリオフ)型電界効果トランジスタにおいて、低オン抵抗を実現できる構成を有する電界効果トランジスタ、およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a field effect transistor using a nitride semiconductor and a method for manufacturing the same. In particular, the present invention relates to a field effect transistor having a configuration capable of realizing a low on-resistance in an enhancement (normally off) type field effect transistor, and a manufacturing method thereof.

GaN、AlGaN、InGaN、InAlN、InAlGaNなどの窒化物系半導体は、高い絶縁破壊強度、高い熱伝導率、高い電子飽和速度を有しているという特長を有する。この特長のため、高周波デバイス、あるいは電源デバイスの分野における高パワーデバイスの作製に利用する半導体材料として有望であり、近年、窒化物系半導体材料を用いた電界効果トランジスタの実用化開発が盛んに行われている。   Nitride-based semiconductors such as GaN, AlGaN, InGaN, InAlN, and InAlGaN have the characteristics of having high dielectric breakdown strength, high thermal conductivity, and high electron saturation speed. Because of this feature, it is promising as a semiconductor material used in the production of high-power devices in the field of high-frequency devices or power supply devices. In recent years, field-effect transistors using nitride-based semiconductor materials have been actively developed and developed. It has been broken.

これらの応用に対しては、電界効果トランジスタのゲート電極への負の直流バイアス電源を必要としないエンハンスメント(ノーマリオフ)型であることが要求されている。図6に、窒化物系半導体材料を用いたエンハンスメント(ノーマリオフ)型電界効果トランジスタとして、従来提案されている構造の一例を示す(特許文献1を参照)。図6に例示される、従来技術に係る、窒化物系半導体を用いたエンハンスメント型電界効果トランジスタの構成を簡単に説明する。図6に示す、エンハンスメント型電界効果トランジスタは、所謂、HEMT(High Electron Mobility Transistor)の構成を有している。   For these applications, an enhancement (normally off) type that does not require a negative DC bias power supply to the gate electrode of the field effect transistor is required. FIG. 6 shows an example of a conventionally proposed structure as an enhancement (normally off) field effect transistor using a nitride-based semiconductor material (see Patent Document 1). A configuration of an enhancement type field effect transistor using a nitride semiconductor according to the prior art illustrated in FIG. 6 will be briefly described. The enhancement type field effect transistor shown in FIG. 6 has a so-called HEMT (High Electron Mobility Transistor) configuration.

図6に示す、従来のHEMT構造の電界効果トランジスタとして、具体的には、次の構造が例示されている(特許文献1を参照)。例えば、サファイア基板のような、高抵抗の基板1の上に、厚さ50nmのGaNからなるバッファ層2が形成される。バッファ層2上に、厚さ400nmのGaNからなる電子走行層3、厚さ1nmのAlNからなる中間層9、厚さ30nmのアンドープAl0.2Ga0.8Nからなる電子供給層4を、順次積層したヘテロ接合構造が形成されている。そして、ソース電極S、ゲート電極G、ドレイン電極Dが平面配置されている。 Specifically, as a conventional field effect transistor having a HEMT structure shown in FIG. 6, the following structure is exemplified (see Patent Document 1). For example, a buffer layer 2 made of GaN having a thickness of 50 nm is formed on a high-resistance substrate 1 such as a sapphire substrate. On the buffer layer 2, an electron transit layer 3 made of GaN having a thickness of 400 nm, an intermediate layer 9 made of AlN having a thickness of 1 nm, and an electron supply layer 4 made of undoped Al 0.2 Ga 0.8 N having a thickness of 30 nm were sequentially laminated. A heterojunction structure is formed. A source electrode S, a gate electrode G, and a drain electrode D are arranged in a plane.

図6に示す、従来のHEMT構造の電界効果トランジスタでは、ゲート電極Gの直下に相当する部分8に、リセス構造を設けている。すなわち、該リセス構造を設ける部分8以外では、電子供給層4を構成するアンドープAl0.2Ga0.8N層の厚さは、30nmであるが、部分8では、アンドープAl0.2Ga0.8N層の厚さを5nmとしている。その際、該リセス構造を設ける部分8以外では、AlNからなる中間層9とGaNからなる電子走行層3とのヘテロ接合界面に、アンドープAl0.2Ga0.8Nからなる電子供給層4から供給される電子が蓄積される。このAlNからなる中間層9とGaNからなる電子走行層3とのヘテロ接合界面に蓄積される電子は、二次元電子ガス6を構成している。一方、部分8の領域では、ゲート電極Gのバイアスを0Vとする状態でも、アンドープAl0.2Ga0.8N層の表面に設けるゲート電極Gに起因する空乏層がGaNからなる電子走行層3に達している。その結果、リセス構造を設けている部分8の領域では、少なくとも、ゲート電極Gの直下に位置する、AlNからなる中間層9とGaNからなる電子走行層3とのヘテロ接合界面に、電子の蓄積は生じない。すなわち、リセス構造を設けている部分8の領域、少なくとも、ゲート電極Gの直下の部分には、ゲート電極Gのバイアスを0Vとする状態では、二次元電子ガス6は形成されていない状態となる。従って、ゲート電極Gに印加するゲート電圧VGは0Vである状態では、ソース電極Sとドレイン電極Dとの間にドレイン電圧VDを印加しても、ドレイン電流IDが流れない、ノーマリオフ状態が達成されている。すなわち、ゲート電極Gに印加するゲート電圧VGを、閾値電圧よりも高い正電圧にバイアスすると、ドレイン電流IDが流れ出す、エンハンスメント(ノーマリオフ)型電界効果トランジスタが実現されている。 In the conventional HEMT structure field effect transistor shown in FIG. 6, a recess structure is provided in a portion 8 corresponding to a portion immediately below the gate electrode G. That is, except for the portion 8 where the recess structure is provided, the thickness of the undoped Al 0.2 Ga 0.8 N layer constituting the electron supply layer 4 is 30 nm, but in the portion 8, the thickness of the undoped Al 0.2 Ga 0.8 N layer. Is 5 nm. At this time, the electron supply layer 4 made of undoped Al 0.2 Ga 0.8 N is supplied to the heterojunction interface between the intermediate layer 9 made of AlN and the electron transit layer 3 made of GaN except for the portion 8 where the recess structure is provided. Electrons are accumulated. The electrons accumulated at the heterojunction interface between the intermediate layer 9 made of AlN and the electron transit layer 3 made of GaN constitute a two-dimensional electron gas 6. On the other hand, in the region 8, even when the bias of the gate electrode G is 0 V, the depletion layer resulting from the gate electrode G provided on the surface of the undoped Al 0.2 Ga 0.8 N layer reaches the electron transit layer 3 made of GaN. Yes. As a result, in the region of the portion 8 where the recess structure is provided, electrons are accumulated at least at the heterojunction interface between the intermediate layer 9 made of AlN and the electron transit layer 3 made of GaN, which is located immediately below the gate electrode G. Does not occur. That is, the two-dimensional electron gas 6 is not formed in the region of the portion 8 where the recess structure is provided, at least in the portion immediately below the gate electrode G when the bias of the gate electrode G is 0V. . Therefore, when the gate voltage V G applied to the gate electrode G is 0 V, the drain current I D does not flow even if the drain voltage V D is applied between the source electrode S and the drain electrode D. Has been achieved. That is, the gate voltage V G applied to the gate electrode G, and biased to a positive voltage higher than the threshold voltage, the drain current I D flows out, the enhancement (normally off) type field effect transistor is realized.

次に、図6に示す、従来のHEMT構造の電界効果トランジスタを製造する工程を、図7を参照して、簡単に紹介する。まず、サファイア基板1をMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置内に導入し、ターボポンプでMOCVD装置内の真空度を1×10-6hPa以下になるまで真空引きする。その後、真空度を100hPaとし、基板を1100℃に昇温する。温度が安定したところで、基板1を900rpmで回転させる。原料となるトリメチルガリウム(TMG)を100cm3/min、アンモニアを12リットル/minの流量で、基板1の表面に導入し、GaNからなるバッファ層2の成長を行う。成長時間は4min(240sec)でバッファ層2の膜厚は50nm程度である。 Next, a process of manufacturing a conventional field effect transistor having a HEMT structure shown in FIG. 6 will be briefly introduced with reference to FIG. First, the sapphire substrate 1 is introduced into a MOCVD (Metal Organic Chemical Deposition) apparatus and evacuated with a turbo pump until the degree of vacuum in the MOCVD apparatus is 1 × 10 −6 hPa or less. Thereafter, the degree of vacuum is set to 100 hPa, and the substrate is heated to 1100 ° C. When the temperature is stabilized, the substrate 1 is rotated at 900 rpm. The trimethylgallium (TMG) as a raw material is introduced into the surface of the substrate 1 at a flow rate of 100 cm 3 / min and ammonia is 12 liter / min, and the buffer layer 2 made of GaN is grown. The growth time is 4 min (240 sec), and the thickness of the buffer layer 2 is about 50 nm.

その後、トリメチルガリウム(TMG)を100cm3/min、アンモニア(NH3)を12リットル/minの流量で、バッファ層2の上に導入して、GaNからなる電子走行層3の成長を行う。成長時間は1000secで、電子走行層3の膜厚は400nmとなる。次に、トリメチルアルミニウム(TMA)を50cm3/min、アンモニアを12リットル/minの流量で導入し、アンドープAlNからなる中間層9を成長する。引き続いて、トリメチルアルミニウム(TMA)を50cm3/min、トリメチルガリウム(TMG)を100cm3/min、アンモニアを12リットル/minの流量で導入し、Al0.2Ga0.8Nからなる電子供給層4の成長を行う。成長時間は40secで、電子供給層4の膜厚は20nmである。以上の工程によって、図7(a)に示される層構造A0が完成する。 Thereafter, trimethylgallium (TMG) is introduced onto the buffer layer 2 at a flow rate of 100 cm 3 / min and ammonia (NH 3 ) at a flow rate of 12 liter / min, and the electron transit layer 3 made of GaN is grown. The growth time is 1000 sec, and the film thickness of the electron transit layer 3 is 400 nm. Next, an intermediate layer 9 made of undoped AlN is grown by introducing trimethylaluminum (TMA) at a flow rate of 50 cm 3 / min and ammonia at 12 liters / min. Subsequently, trimethyl aluminum (TMA) of 50 cm 3 / min, trimethyl gallium (TMG) 100cm 3 / min, the ammonia was introduced at a flow rate 12 liter / min, the growth of the Al 0.2 Ga electron supply layer 4 made of 0.8 N I do. The growth time is 40 sec, and the thickness of the electron supply layer 4 is 20 nm. Through the above steps, the layer structure A 0 shown in FIG. 7A is completed.

層構造A0のエピタキシャル成長が終了した後、A0の全面にSiO2膜10を形成する。ゲート直下に相当する部分8に相当する部分領域に、SiO2膜10の開口を設け、その部分の電子供給層4を露出させる。そして、常圧において、酸素流量5リットル/minの流量下、900℃の温度で、厚さが30nmからなる電子供給層4のうち、その表面から25nmの深さまでを酸化して、酸化層11を形成する(図7(b)の層構造A1を参照)。 After the epitaxial growth of the layer structure A 0 is completed, the SiO 2 film 10 is formed on the entire surface of A 0 . An opening of the SiO 2 film 10 is provided in a partial region corresponding to the portion 8 corresponding to just below the gate, and the electron supply layer 4 in that portion is exposed. Then, under normal pressure, at an oxygen flow rate of 5 liters / min and at a temperature of 900 ° C., the electron supply layer 4 having a thickness of 30 nm is oxidized from its surface to a depth of 25 nm, and the oxide layer 11 is oxidized. (See the layer structure A 1 in FIG. 7B).

この酸化処理により、ゲート直下に相当する部分8の電子供給層4は、半導体層の厚さが5nmとなり、ゲート直下に相当する部分8以外の電子供給層4を構成する半導体層の厚さよりも薄くなる。続いて、リン酸系、塩酸系、フッ酸系もしくは硝酸系のエッチャントを用いて、酸化層11およびSiO2膜10を順次ウェットエッチングにより除去する。その結果、電子供給層4に凹部7が形成される。そして、図3(c)の層構造A2に示すように、電子供給層4の表面にゲート電極Gによる、ショットキー接合が形成されていない時点でも、この凹部7の電子走行層3では、2次元電子ガス層6が消失している。すなわち、電子供給層4の表面にショットキー接合が形成されていない状態であっても、この凹部7の直下においては、中間層9と電子走行層3との界面における、電子走行層3の伝導帯端ECは、フェルミレベルEfよりも、エネルギー的に高い位置となっている。 By this oxidation treatment, the thickness of the semiconductor layer of the electron supply layer 4 in the portion 8 corresponding to the portion immediately below the gate becomes 5 nm, which is larger than the thickness of the semiconductor layer constituting the electron supply layer 4 other than the portion 8 corresponding to the portion immediately below the gate. getting thin. Subsequently, the oxide layer 11 and the SiO 2 film 10 are sequentially removed by wet etching using a phosphoric acid based, hydrochloric acid based, hydrofluoric acid based or nitric acid based etchant. As a result, a recess 7 is formed in the electron supply layer 4. As shown in the layer structure A 2 in FIG. 3C, even when the Schottky junction due to the gate electrode G is not formed on the surface of the electron supply layer 4, The two-dimensional electron gas layer 6 has disappeared. That is, even in a state where no Schottky junction is formed on the surface of the electron supply layer 4, the conduction of the electron transit layer 3 at the interface between the intermediate layer 9 and the electron transit layer 3 immediately below the recess 7. The belt end E C is higher in energy than the Fermi level E f .

エッチング処理の終了後、EB蒸着法により、ソース電極Sとドレイン電極D(いずれもAl/Ti/Au、厚さは100nm/100nm/200nm)、凹部7内にゲート電極G(Pt/Au、厚さは100nm/200nm)を形成する。従って、凹部7の電子走行層3では、2次元電子ガス層6が消失している状態となっている、図6で示すような、従来技術に係る窒化物半導体を用いたエンハンスメント(ノーマリオフ)型電界効果トランジスタが得られる。
特開2005−183733号公報
After completion of the etching process, the source electrode S and the drain electrode D (both Al / Ti / Au, thickness is 100 nm / 100 nm / 200 nm) and the gate electrode G (Pt / Au, thickness in the recess 7 are formed by EB vapor deposition. Is 100 nm / 200 nm). Therefore, the enhancement (normally off) type using the nitride semiconductor according to the prior art as shown in FIG. 6, in which the two-dimensional electron gas layer 6 has disappeared in the electron transit layer 3 of the recess 7. A field effect transistor is obtained.
JP 2005-183733 A

一方、図6に示す構成を有するエンハンスメント(ノーマリオフ)型電界効果トランジスタは、ゲート電極Gを正にバイアスして、ゲート電圧VGが閾値バイアスVthより高く設定され(VG>Vth)、「オン状態」となった時点でのソース・ドレイン間の抵抗、所謂オン抵抗が高いために消費電力が大きいという問題がある。このゲート電圧VG>Vthである時点は、オン抵抗が高い理由は、複数の要因(原因)が関与している。 On the other hand, in the enhancement (normally off) type field effect transistor having the configuration shown in FIG. 6, the gate electrode G is positively biased, the gate voltage V G is set higher than the threshold bias V th (V G > V th ), There is a problem that the power consumption is large because the resistance between the source and the drain at the time of being in the “on state”, that is, the so-called on-resistance is high. At the time when the gate voltage V G > V th , the reason for the high on-resistance is that a plurality of factors (causes) are involved.

第一の要因(原因)は、次の現象が存在することである。ゲート電極VGが閾値バイアスVthより高く設定され、「オン状態」となった時点では、ゲート電極VGの直下の領域では、2次元電子ガス層が生成しているが、凹部7の電子走行層3中の一部は、依然として2次元電子ガス層が消失している状態となっている。 The first factor (cause) is the existence of the following phenomenon. When the gate electrode V G is set higher than the threshold bias V th and becomes “on”, a two-dimensional electron gas layer is generated in the region immediately below the gate electrode V G , but the electrons in the recess 7 A part of the traveling layer 3 is still in a state where the two-dimensional electron gas layer has disappeared.

図6に示す構成の、従来技術に係るエンハンスメント(ノーマリオフ)型電界効果トランジスタでは、ゲート電極Gは、2次元電子ガス6が消失している凹部7内に形成されており、凹部7の端とゲート電極Gとの間に隙間を設けている。ゲート電極Gを正にバイアスして、ゲート電極VGが閾値バイアスVthに達すると、ゲート電極Gの直下の電子走行層3内には2次元電子ガス層6が発生する。一方、前記凹部7の端とゲート電極Gとの隙間部に関しては、電子供給層4の表面の電位は、ゲート電極Gの直下の電子供給層4の表面の電位と相違2次元電子ガス6が消失したままであり、結果として、この部分が高い抵抗となることにより、オン抵抗が高くなる。 In the enhancement (normally off) type field effect transistor according to the prior art having the configuration shown in FIG. 6, the gate electrode G is formed in the recess 7 where the two-dimensional electron gas 6 has disappeared. A gap is provided between the gate electrode G and the gate electrode G. The gate electrode G is positively biased, the gate electrode V G reaches the threshold bias V th, the 2-dimensional electron gas layer 6 generated in the electron transit layer 3 immediately below the gate electrode G. On the other hand, regarding the gap between the end of the recess 7 and the gate electrode G, the surface potential of the electron supply layer 4 is different from the surface potential of the electron supply layer 4 immediately below the gate electrode G. As a result, the on-resistance is increased due to the high resistance of this portion.

例えば、図6に示す構造では、凹部7以外の2次元電子ガス6が発生している部分のシート抵抗は500Ω/□程度となる。各電極間の距離を、一般的に製造される代表値として、例えば、ソース電極Sとゲート電極Gとの距離を2μm、ゲート電極Gとドレイン電極Dとの距離を4μmと仮定する。その際、ゲート幅1mm(=1000μm)あたりの各電極間の抵抗は、ソース電極Sとゲート電極Gの間で500×2/1000=1Ωmm、ゲート電極Gとドレイン電極Dとの間で500×4/1000=2Ωmmとなり、合計3Ωmmのオン抵抗への寄与がある。   For example, in the structure shown in FIG. 6, the sheet resistance of the portion where the two-dimensional electron gas 6 other than the recess 7 is generated is about 500Ω / □. Assume that the distance between each electrode is a typical value that is generally manufactured, for example, the distance between the source electrode S and the gate electrode G is 2 μm, and the distance between the gate electrode G and the drain electrode D is 4 μm. At that time, the resistance between the electrodes per 1 mm (= 1000 μm) of the gate width is 500 × 2/1000 = 1 Ωmm between the source electrode S and the gate electrode G, and 500 × between the gate electrode G and the drain electrode D. 4/1000 = 2Ωmm, which contributes to a total on-resistance of 3Ωmm.

次に、上述した凹部7とゲート電極Gとの隙間について考える。凹部7では、「2次元電子ガス6が消失している」と記載されているが、この「消失」とは、実際に、電子密度が0cm-2になっている訳ではなく、「測定不能な程度」まで低下している状態である。具体的には、凹部7以外の部分に比べて、2次元電子ガス6が、少なくとも1/1000以下に減少していることを意味している。仮に、上述した凹部7とゲート電極Gとの隙間部分の2次元電子ガス6が、凹部以外の部分に比べて、1/1000になっている、すなわち、この部分のシート抵抗が1000倍の500kΩ/□程度になっているものとする。図6に示す構造においては、ゲート電極Gを凹部7内に形成するには、位置合わせ精度を考慮すると、少なくとも、0.2μmの隙間をゲート電極と凹部7の端との間に設けなければならない。仮に、ゲート電極Gと凹部7の端との隙間を、0.2μmと仮定すると、この隙間の抵抗は、ゲート幅1mm(=1000μm)あたり、500000×0.2/1000=100Ωmmとなる。このゲート電極Gと凹部7の端との隙間の抵抗は、凹部7以外の部分での抵抗に比べて、20倍ものオン抵抗への寄与がある。凹部7では、「2次元電子ガス6が消失している」場合、ゲート電極Gと凹部7の端との隙間が小さくても、著しくオン抵抗を増加させてしまう要因となっていることがわかる。 Next, consider the gap between the recess 7 and the gate electrode G described above. In the recess 7, it is described that “the two-dimensional electron gas 6 has disappeared”, but this “disappearance” does not mean that the electron density is actually 0 cm −2 , and “cannot be measured. It is in a state where it has fallen to “a certain degree”. Specifically, it means that the two-dimensional electron gas 6 is reduced to at least 1/1000 or less compared to the portion other than the recess 7. Temporarily, the two-dimensional electron gas 6 in the gap portion between the recess 7 and the gate electrode G described above is 1/1000 compared to the portion other than the recess, that is, the sheet resistance of this portion is 500 times 500 kΩ. / It shall be about □. In the structure shown in FIG. 6, in order to form the gate electrode G in the recess 7, in consideration of alignment accuracy, at least a 0.2 μm gap must be provided between the gate electrode and the end of the recess 7. Don't be. Assuming that the gap between the gate electrode G and the end of the recess 7 is 0.2 μm, the resistance of this gap is 500000 × 0.2 / 1000 = 100 Ωmm per 1 mm (= 1000 μm) of the gate width. The resistance of the gap between the gate electrode G and the end of the concave portion 7 contributes to the on-resistance as much as 20 times as compared with the resistance in the portion other than the concave portion 7. In the recess 7, it can be seen that when “two-dimensional electron gas 6 has disappeared”, even if the gap between the gate electrode G and the end of the recess 7 is small, the on-resistance is remarkably increased. .

オン抵抗を高くする、第二の要因(理由)は、ソース電極Sあるいはドレイン電極Dと2次元電子ガス6との間のアクセス抵抗が高いことである。   The second factor (reason) for increasing the on-resistance is that the access resistance between the source electrode S or drain electrode D and the two-dimensional electron gas 6 is high.

図6に示す構造では、ソース電極S、ドレイン電極Dが形成される電子供給層4は、n型ドーピングが施されていないAl0.2Ga0.8Nで構成されている。n型ドーピングが施されていないAl0.2Ga0.8Nの表面に設ける、ソース電極Sおよびドレイン電極Dの作製にAl/Ti/Auを用いる場合について検討する。この条件においては、我々の検討では、ソース電極Sあるいはドレイン電極Dと2次元電子ガス6との間のアクセス抵抗は1Ωmm程度であり、これより低い抵抗を得ることはできなかった。 In the structure shown in FIG. 6, the electron supply layer 4 on which the source electrode S and the drain electrode D are formed is composed of Al 0.2 Ga 0.8 N that is not subjected to n-type doping. Consider the case where Al / Ti / Au is used to manufacture the source electrode S and the drain electrode D provided on the surface of Al 0.2 Ga 0.8 N not subjected to n-type doping. Under this condition, in our study, the access resistance between the source electrode S or drain electrode D and the two-dimensional electron gas 6 is about 1 Ωmm, and a resistance lower than this cannot be obtained.

また、動作時のオン抵抗の低減を図る際、コンタクト抵抗を低くする目的で、ソース電極Sおよびドレイン電極Dと電子供給層4との間に高濃度ドーピングされたコンタクト層を設ける手法がある。特許文献1には、n型不純物が1×1019cm-3程度の高濃度にドーピングされた窒化物系半導体のn−GaN層を、コンタクト層に利用する構造も開示されている。しかしながら、この構造は、ソース電極Sあるいはドレイン電極Dとコンタクト層との接触抵抗を低減する効果はあるが、下記の理由によって、ソース電極Sあるいはドレイン電極Dと2次元電子ガス6との間のアクセス抵抗を効果的に低減することはできない。コンタクト層として、n−GaN層を設けると、電子供給層4であるAlGaNに、結晶歪みに基づくピエゾ圧電効果でピエゾ電界が発生し、電子供給層4とコンタクト層との界面に負の分極電荷が発生したのと等価な状態となる。この負の分極電荷により、電子供給層4であるAlGaNとコンタクト層であるn−GaNとの界面では、伝導帯下端のエネルギーポテンシャルが引き上げられ、電子に対する高いポテンシャル障壁を形成する。従って、ソース電極Sあるいはドレイン電極Dと2次元電子ガス6との間で、この高いポテンシャル障壁を電子は通過しにくい、すなわち、抵抗を上昇させる要因となっている。この抵抗上昇は、n−GaNからなるコンタクト層を用いてソース電極Sあるいはドレイン電極Dとの接触抵抗を低減した効果を相殺してしまう。実際に、ソース電極Sおよびドレイン電極Dと、Al0.2Ga0.8Nn型ドーピングが施されていない電子供給層4との間に、n−GaNからなるコンタクト層を挿入する構造について検討する。我々の検討では、前記の構成において、ソース電極Sあるいはドレイン電極Dと2次元電子ガス6との間のアクセス抵抗は、1.5Ωmmとなり、上記コンタクト層を設けていない場合のアクセス抵抗より、かえって抵抗が増加している。 Further, there is a method of providing a highly doped contact layer between the source electrode S and drain electrode D and the electron supply layer 4 for the purpose of reducing the contact resistance when reducing the on-resistance during operation. Patent Document 1 also discloses a structure in which an n-GaN layer of a nitride semiconductor doped with an n-type impurity at a high concentration of about 1 × 10 19 cm −3 is used as a contact layer. However, this structure has an effect of reducing the contact resistance between the source electrode S or the drain electrode D and the contact layer, but between the source electrode S or the drain electrode D and the two-dimensional electron gas 6 for the following reason. Access resistance cannot be effectively reduced. When an n-GaN layer is provided as a contact layer, a piezoelectric field is generated in AlGaN as the electron supply layer 4 by a piezoelectric effect based on crystal distortion, and a negative polarization charge is generated at the interface between the electron supply layer 4 and the contact layer. Is equivalent to the occurrence of. Due to this negative polarization charge, the energy potential at the lower end of the conduction band is raised at the interface between AlGaN as the electron supply layer 4 and n-GaN as the contact layer, thereby forming a high potential barrier against electrons. Therefore, electrons hardly pass through the high potential barrier between the source electrode S or the drain electrode D and the two-dimensional electron gas 6, that is, increase the resistance. This increase in resistance cancels the effect of reducing the contact resistance with the source electrode S or the drain electrode D using the contact layer made of n-GaN. Actually, a structure in which a contact layer made of n-GaN is inserted between the source electrode S and the drain electrode D and the electron supply layer 4 not subjected to Al 0.2 Ga 0.8 Nn-type doping will be examined. In our study, in the above configuration, the access resistance between the source electrode S or drain electrode D and the two-dimensional electron gas 6 is 1.5 Ωmm, which is rather than the access resistance when the contact layer is not provided. Resistance has increased.

本発明は前記の課題を解決するものである。本発明の目的は、窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタに関して、エンハンスメント(ノーマリオフ)型の構成とする際、低オン抵抗であり、消費電力を小さくできる構造を有する電界効果トランジスタ、及びその製造方法を提供することにある。   The present invention solves the above problems. An object of the present invention relates to a field effect transistor using a nitride semiconductor, and a field effect transistor having a structure that has a low on-resistance and can reduce power consumption when an enhancement (normally off) type structure is used. Is to provide.

図6に示す構成の従来のエンハンスメント(ノーマリオフ)型電界効果トランジスタにおいて、「オン抵抗」が上昇させる主要な要因は、下記の四点に集約されることを見出した。
・リセス中、このリセス内に形成されるゲート電極の両側に残余する領域のサイズ(長さ)を、それぞれ、0.2μm以下に抑えることが困難であること;
・かかるゲート電極の両側に残余する領域では、電子供給層の膜厚が薄くなっており、その直下は、「2次元電子ガスが消失している」状態となっていること;
・n型ドープされていないAlGaNからなる電子供給層上に、ソース電極およびドレイン電極を形成すると、その接触抵抗は高くなっていること;
・n型ドープされていないAlGaNからなる電子供給層上にn−GaNコンタクト層を設ける構成では、n−GaNコンタクト層上に形成するソース電極およびドレイン電極の接触抵抗は低減されるが、n−GaNコンタクト層とn型ドープされていないAlGaN層との界面にポテンシャル障壁が存在する結果、ソース電極およびドレイン電極と二次元電子ガス層との間のアクセス抵抗は、全体として低減されていないこと。
In the conventional enhancement (normally off) type field effect transistor having the configuration shown in FIG. 6, it has been found that the main factors that increase the “on resistance” are summarized in the following four points.
-During the recess, it is difficult to suppress the size (length) of the region remaining on both sides of the gate electrode formed in the recess to 0.2 μm or less, respectively;
-In the region remaining on both sides of the gate electrode, the thickness of the electron supply layer is thin, and immediately below it is in a state where "two-dimensional electron gas has disappeared";
When the source electrode and the drain electrode are formed on the electron supply layer made of undoped AlGaN, the contact resistance is increased;
In the configuration in which the n-GaN contact layer is provided on the electron supply layer made of undoped AlGaN, the contact resistance of the source electrode and the drain electrode formed on the n-GaN contact layer is reduced. As a result of the potential barrier at the interface between the GaN contact layer and the n-type undoped AlGaN layer, the access resistance between the source and drain electrodes and the two-dimensional electron gas layer is not reduced as a whole.

この四つの課題を解決する手段として、下記の構造を選択することが有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a means for solving these four problems, the inventors have found that it is effective to select the following structure, and have completed the present invention.

すなわち、本発明にかかる電界効果トランジスタにおいては、例えば、
GaNまたはInGaNからなる電子走行層とAlGaNからなる電子供給層とAlGaNからなるコンタクト層がこの順に積層された構造を備え、
該コンタクト層上にソース電極とドレイン電極が形成されており、
該ソース電極と該ドレイン電極との間の一部で該コンタクト層がエッチング除去された第1のリセスと、
該第1リセスの中の一部で該電子供給層を薄くした第2のリセスと、
該第2リセス内に隙間なく埋め込まれたT型ゲート電極を備えており、
該コンタクト層は、これを構成するAlGaNのAl組成が該電子供給層を構成するAlGaNのAl組成と同じかそれよりも大きく、かつn型不純物が2×1019cm-3以上ドーピングされており、かつその厚さが2〜10nmの範囲で構成される。
That is, in the field effect transistor according to the present invention, for example,
It has a structure in which an electron transit layer made of GaN or InGaN, an electron supply layer made of AlGaN, and a contact layer made of AlGaN are laminated in this order,
A source electrode and a drain electrode are formed on the contact layer;
A first recess in which the contact layer is etched away at a portion between the source electrode and the drain electrode;
A second recess in which the electron supply layer is thinned in a part of the first recess;
A T-type gate electrode embedded in the second recess without a gap;
The contact layer has an Al composition of AlGaN constituting the same as or larger than that of the AlGaN constituting the electron supply layer, and is doped with an n-type impurity of 2 × 10 19 cm −3 or more. And the thickness is comprised in the range of 2-10 nm.

また、上記の構成を具える、本発明にかかる電界効果トランジスタにおいて、
該第2リセスと該T型ゲート電極との間にゲート絶縁膜を形成したMISゲート構造とすることが好ましい。
In the field effect transistor according to the present invention having the above-described configuration,
A MIS gate structure in which a gate insulating film is formed between the second recess and the T-type gate electrode is preferable.

さらには、上記のMISゲート構造を採用する構成を具える、本発明にかかる電界効果トランジスタにおいて、
該ソース電極あるいは該ドレイン電極と接続されており、かつ該T型ゲート電極の傘の下の絶縁膜による段差を利用して自己整合的に該T型ゲート電極に隣接して該コンタクト層上に形成されるオーミック補助電極を備えた構造とすることがさらに好ましい。
Furthermore, in the field effect transistor according to the present invention comprising a configuration employing the above-described MIS gate structure,
It is connected to the source electrode or the drain electrode and on the contact layer adjacent to the T-type gate electrode in a self-aligned manner using a step formed by an insulating film under the umbrella of the T-type gate electrode. More preferably, the structure includes an ohmic auxiliary electrode to be formed.

一方、本発明にかかる電界効果トランジスタを製造する方法は、
少なくとも該電子走行層と該電子供給層と該コンタクト層とをエピタキシャル成長する工程と、
該コンタクト層上に該ソース電極と該ドレイン電極をする工程と、
第1の絶縁膜を形成した後、該ソース電極と該ドレイン電極の間の一部で該第1絶縁膜をエッチング除去する工程と、
該第1の絶縁膜をマスクとして、該コンタクト層をエッチング除去して、該第1のリセスを形成する工程と、
第2の絶縁膜を形成した後、異方性エッチングにより該第1リセス内に該第2絶縁膜よりなる側壁を形成する工程と、
該側壁をマスクとして該電子供給層をエッチングして、第2のリセスを形成する工程と、該第2リセス内全体および該側壁上全体および該第1の絶縁膜の一部にわたって該T型ゲート電極を形成する工程を有する。
On the other hand, a method of manufacturing a field effect transistor according to the present invention includes:
Epitaxially growing at least the electron transit layer, the electron supply layer, and the contact layer;
Forming the source electrode and the drain electrode on the contact layer;
Etching the first insulating film at a portion between the source electrode and the drain electrode after forming the first insulating film;
Using the first insulating film as a mask, etching the contact layer to form the first recess;
Forming a side wall made of the second insulating film in the first recess by anisotropic etching after forming the second insulating film;
Etching the electron supply layer using the sidewall as a mask to form a second recess, and the T-type gate over the whole of the second recess, over the sidewall, and over a part of the first insulating film Forming an electrode.

また、上記の構成を具える、本発明にかかる電界効果トランジスタを製造する方法において、
該第2リセスを形成する工程の後、該ゲート絶縁膜を形成し、その後、該T型ゲート電極を形成する工程を行うことによって、前記MISゲート構造を具える構造を実現することができる。
Further, in a method for manufacturing a field effect transistor according to the present invention, comprising the above-described configuration,
After the step of forming the second recess, the gate insulating film is formed, and then the step of forming the T-type gate electrode is performed, thereby realizing a structure including the MIS gate structure.

また、上記のMISゲート構造を具える、本発明にかかる電界効果トランジスタを製造する方法において、
該T型ゲート電極を形成する工程の後、該T型ゲート電極の傘をマスクとして、該第1の絶縁膜を異方性エッチングにより除去する工程と、
オーミック補助電極を形成する工程と
を行うことによって、前記オーミック補助電極を備えた構造を実現することができる。
Further, in a method of manufacturing a field effect transistor according to the present invention having the MIS gate structure described above,
After the step of forming the T-type gate electrode, using the umbrella of the T-type gate electrode as a mask, removing the first insulating film by anisotropic etching;
By performing the step of forming the ohmic auxiliary electrode, a structure including the ohmic auxiliary electrode can be realized.

本発明にかかる窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタは、下記の効果を有する。   The field effect transistor using the nitride semiconductor according to the present invention has the following effects.

電子供給層上にコンタクト層を設け、該コンタクト層上にソース電極とドレイン電極を設けている。ソース電極とドレイン電極の間の一部で、コンタクト層をエッチング除去して形成する第1のリセスと、第1のリセス内の一部で電子供給層を薄くすることで形成する第2のリセスとを有している。そして、T型ゲート電極を第2のリセス内に隙間なく埋め込むことにより、エンハンスメント(ノーマリオフ)型であっても、低いオン抵抗を実現する電界効果トランジスタとなるという第一の効果を有する。   A contact layer is provided on the electron supply layer, and a source electrode and a drain electrode are provided on the contact layer. A first recess formed by etching away the contact layer at a part between the source electrode and the drain electrode, and a second recess formed by thinning the electron supply layer at a part within the first recess. And have. Then, by embedding the T-type gate electrode in the second recess without a gap, even if it is an enhancement (normally off) type, there is a first effect that it becomes a field effect transistor that realizes a low on-resistance.

このコンタクト層は、該電子供給層を構成するAlGaNのAl組成と比較し、それと同じかそれよりも大きなAl組成のAlGaNで構成し、かつn型不純物が2×1019cm-3以上ドーピングされており、かつその厚さを2〜10nmの範囲とする。この高濃度ドーピングのn−AlGaNコンタクト層を利用することで、エンハンスメント(ノーマリオフ)型であっても、低いオン抵抗を実現する電界効果トランジスタとなるという第二の効果を有する。 This contact layer is made of AlGaN having an Al composition equal to or larger than that of AlGaN constituting the electron supply layer, and is doped with n-type impurities of 2 × 10 19 cm −3 or more. And the thickness is in the range of 2 to 10 nm. By using this highly doped n-AlGaN contact layer, even if it is an enhancement (normally off) type, there is a second effect that it becomes a field effect transistor that realizes a low on-resistance.

また、第2のリセスとT型ゲート電極との間にゲート絶縁膜を形成したMISゲート構造とすることで、トランジスタをオン状態にしたとき、T型ゲート電極直下の2次元電子ガス濃度を高める結果、エンハンスメント(ノーマリオフ)型であっても、低いオン抵抗を実現する電界効果トランジスタとなるという第三の効果を有する。   Further, the MIS gate structure in which the gate insulating film is formed between the second recess and the T-type gate electrode increases the two-dimensional electron gas concentration immediately below the T-type gate electrode when the transistor is turned on. As a result, even if it is an enhancement (normally off) type, it has the 3rd effect that it becomes a field effect transistor which implement | achieves low ON resistance.

さらに、T型ゲート電極の傘の下の絶縁膜による段差を利用して、自己整合的に、T型ゲート電極に隣接しているコンタクト層上に、オーミック補助電極を形成し、該コンタクト層上のオーミック補助電極を、それぞれソース電極あるいはドレイン電極と接続する構造とすることにより、エンハンスメント(ノーマリオフ)型であっても、低いオン抵抗を実現する電界効果トランジスタとなるという第四の効果を有する。   Further, an ohmic auxiliary electrode is formed on the contact layer adjacent to the T-type gate electrode in a self-aligning manner using a step formed by the insulating film under the umbrella of the T-type gate electrode, By having a structure in which each of the ohmic auxiliary electrodes is connected to the source electrode or the drain electrode, there is a fourth effect that it becomes a field effect transistor that realizes a low on-resistance even in the enhancement (normally off) type.

本発明にかかる窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタにおける、好ましい形態は、その構成によって、下記する4種の形態に分類することができる。   The preferred embodiments of the field effect transistor using the nitride semiconductor according to the present invention can be classified into the following four types according to the configuration.

まず、本発明にかかる窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタにおける第一の形態は、下記の構成を有する。   First, a first embodiment of a field effect transistor using a nitride semiconductor according to the present invention has the following configuration.

すなわち、窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタであって、
前記窒化物半導体の層状構造は、
GaNまたはInGaNからなる電子走行層と、
AlGaNからなる電子供給層と、
AlGaNからなるコンタクト層がこの順に積層された構造を含み;
該電界効果トランジスタは、
前記コンタクト層上に形成されたソース電極とドレイン電極と、
該ソース電極と該ドレイン電極との間に設けるT型ゲート電極を具えており;
前記T型ゲート電極を設ける領域には、
該ソース電極と該ドレイン電極との間の一部で、前記コンタクト層をエッチング除去して形成される第1のリセスと、
前記コンタクト層上、前記第1のリセス以外の領域で該T型ゲート電極の傘の下に形成されている第1の絶縁膜と、
前記第1のリセス中の一部で、前記電子供給層の膜厚を薄くして形成される第2のリセスと、
該第1のリセス内で、該第2のリセス以外の領域に形成される、第2の絶縁膜からなる側壁と、
該第2のリセス内、ならびに、該第2の絶縁膜からなる側壁上および該第1の絶縁膜上に形成されているゲート絶縁膜が設けられ;
該T型ゲート電極は、該ゲート絶縁膜上に隙間なく埋め込まれて形成されており;
前記T型ゲート電極を設ける領域を除く該コンタクト層上で、前記第1の絶縁膜の形成がなされていない領域上、該ソース電極上および該ドレイン電極上、ならびに、該T型ゲート電極上に形成されているオーミック補助電極を具えている
ことを特徴とする窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタである。
That is, a field effect transistor using a nitride semiconductor,
The layered structure of the nitride semiconductor is
An electron transit layer made of GaN or InGaN;
An electron supply layer made of AlGaN;
Including a structure in which contact layers made of AlGaN are stacked in this order;
The field effect transistor is:
A source electrode and a drain electrode formed on the contact layer;
A T-type gate electrode provided between the source electrode and the drain electrode;
In the region where the T-type gate electrode is provided,
A first recess formed by etching away the contact layer at a portion between the source electrode and the drain electrode;
A first insulating film formed under the umbrella of the T-type gate electrode in a region other than the first recess on the contact layer;
A second recess formed by reducing the thickness of the electron supply layer in a part of the first recess;
A sidewall made of a second insulating film formed in a region other than the second recess in the first recess;
A gate insulating film formed in the second recess and on the side wall made of the second insulating film and on the first insulating film;
The T-type gate electrode is formed to be embedded on the gate insulating film without a gap;
On the contact layer excluding the region where the T-type gate electrode is provided, on the region where the first insulating film is not formed, on the source electrode and on the drain electrode, and on the T-type gate electrode A field effect transistor using a nitride semiconductor, characterized by comprising an ohmic auxiliary electrode formed.

かかる第一の形態の窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタを製造する方法は、下記の構成を有する。   A method of manufacturing a field effect transistor using the nitride semiconductor of the first form has the following configuration.

すなわち、窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタを製造する方法であって、
エピタキシャル成長によって、少なくとも、窒化物半導体からなる電子走行層、電子供給層、コンタクト層を含む前記窒化物半導体の層状構造を形成する工程と、
該コンタクト層上に、ソース電極とドレイン電極を形成する工程と、
該ソース電極とドレイン電極、ならびに該コンタクト層上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
該ソース電極と該ドレイン電極の間の一部で、該第1の絶縁膜をエッチング除去する工程と、
第1の絶縁膜をマスクとして、該コンタクト層をエッチング除去して、第1のリセスを形成する工程と、
少なくとも該第1のリセスを覆う、第2の絶縁膜を形成する工程と、
該第2の絶縁膜に異方性エッチングを施して、該第1リセス内に該第2絶縁膜よりなる側壁を形成する工程と、
該側壁をマスクとして該電子供給層をエッチングして、第2のリセスを形成する工程と、
ゲート絶縁膜を形成する工程と、
T型ゲート電極を、第2のリセス内の該ゲート絶縁膜上に隙間なく形成する工程と、
該T型ゲート電極の傘をマスクとして、該第1の絶縁膜を異方性エッチングにより除去する工程と、
オーミック補助電極を形成する工程と
を有する
ことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法である。
That is, a method of manufacturing a field effect transistor using a nitride semiconductor,
Forming a layered structure of the nitride semiconductor including at least an electron transit layer made of a nitride semiconductor, an electron supply layer, and a contact layer by epitaxial growth; and
Forming a source electrode and a drain electrode on the contact layer;
Forming a first insulating film on the source and drain electrodes and the contact layer;
Etching away the first insulating film at a portion between the source electrode and the drain electrode;
Using the first insulating film as a mask, etching the contact layer to form a first recess;
Forming a second insulating film covering at least the first recess;
Performing anisotropic etching on the second insulating film to form a sidewall made of the second insulating film in the first recess;
Etching the electron supply layer using the sidewall as a mask to form a second recess;
Forming a gate insulating film;
Forming a T-type gate electrode on the gate insulating film in the second recess without a gap;
Removing the first insulating film by anisotropic etching using the umbrella of the T-type gate electrode as a mask;
And a step of forming an ohmic auxiliary electrode.

本発明にかかる窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタにおける第二の形態は、下記の構成を有する。   A second embodiment of the field effect transistor using the nitride semiconductor according to the present invention has the following configuration.

すなわち、窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタであって、
前記窒化物半導体の層状構造は、
GaNまたはInGaNからなる電子走行層と、
AlGaNからなる電子供給層と、
AlGaNからなるコンタクト層がこの順に積層された構造を含み;
該電界効果トランジスタは、
前記コンタクト層上に形成されたソース電極とドレイン電極と、
該ソース電極と該ドレイン電極との間に設けるT型ゲート電極を具えており;
前記T型ゲート電極を設ける領域には、
該ソース電極と該ドレイン電極との間の一部で、前記コンタクト層をエッチング除去して形成される第1のリセスと、
前記コンタクト層上、前記第1のリセス以外の領域で該T型ゲート電極の傘の下に形成されている第1の絶縁膜と、
前記第1のリセス中の一部で、前記電子供給層の膜厚を薄くして形成される第2のリセスと、
該第1のリセス内で、該第2のリセス以外の領域に形成される、第2の絶縁膜からなる側壁と、
該第2のリセス内、ならびに、該第2の絶縁膜からなる側壁上および該第1の絶縁膜上に形成されているゲート絶縁膜が設けられ;
該T型ゲート電極は、該ゲート絶縁膜上に隙間なく埋め込まれて形成されている
ことを特徴とする窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタである。
That is, a field effect transistor using a nitride semiconductor,
The layered structure of the nitride semiconductor is
An electron transit layer made of GaN or InGaN;
An electron supply layer made of AlGaN;
Including a structure in which contact layers made of AlGaN are stacked in this order;
The field effect transistor is:
A source electrode and a drain electrode formed on the contact layer;
A T-type gate electrode provided between the source electrode and the drain electrode;
In the region where the T-type gate electrode is provided,
A first recess formed by etching away the contact layer at a portion between the source electrode and the drain electrode;
A first insulating film formed under the umbrella of the T-type gate electrode in a region other than the first recess on the contact layer;
A second recess formed by reducing the thickness of the electron supply layer in a part of the first recess;
A sidewall made of a second insulating film formed in a region other than the second recess in the first recess;
A gate insulating film formed in the second recess and on the side wall made of the second insulating film and on the first insulating film;
The T-type gate electrode is a field effect transistor using a nitride semiconductor, characterized in that the T-type gate electrode is formed so as to be embedded on the gate insulating film without a gap.

かかる第二の形態の窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタを製造する方法は、下記の構成を有する。   A method of manufacturing a field effect transistor using the nitride semiconductor of the second form has the following configuration.

すなわち、窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタを製造する方法であって、
エピタキシャル成長によって、少なくとも、窒化物半導体からなる電子走行層、電子供給層、コンタクト層を含む前記窒化物半導体の層状構造を形成する工程と、
該コンタクト層上に、ソース電極とドレイン電極を形成する工程と、
該ソース電極とドレイン電極、ならびに該コンタクト層上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
該ソース電極と該ドレイン電極の間の一部で、該第1の絶縁膜をエッチング除去する工程と、
第1の絶縁膜をマスクとして、該コンタクト層をエッチング除去して、第1のリセスを形成する工程と、
少なくとも該第1のリセスを覆う、第2の絶縁膜を形成する工程と、
該第2の絶縁膜に異方性エッチングを施して、該第1リセス内に該第2絶縁膜よりなる側壁を形成する工程と、
該側壁をマスクとして該電子供給層をエッチングして、第2のリセスを形成する工程と、
ゲート絶縁膜を形成する工程と、
T型ゲート電極を、第2のリセス内の該ゲート絶縁膜上に隙間なく形成する工程と、
を有する
ことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法である。
That is, a method of manufacturing a field effect transistor using a nitride semiconductor,
Forming a layered structure of the nitride semiconductor including at least an electron transit layer made of a nitride semiconductor, an electron supply layer, and a contact layer by epitaxial growth; and
Forming a source electrode and a drain electrode on the contact layer;
Forming a first insulating film on the source and drain electrodes and the contact layer;
Etching away the first insulating film at a portion between the source electrode and the drain electrode;
Using the first insulating film as a mask, etching the contact layer to form a first recess;
Forming a second insulating film covering at least the first recess;
Performing anisotropic etching on the second insulating film to form a sidewall made of the second insulating film in the first recess;
Etching the electron supply layer using the sidewall as a mask to form a second recess;
Forming a gate insulating film;
Forming a T-type gate electrode on the gate insulating film in the second recess without a gap;
It is a manufacturing method of the field effect transistor characterized by having.

本発明にかかる窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタにおける第三の形態は、下記の構成を有する。   A third embodiment of the field effect transistor using the nitride semiconductor according to the present invention has the following configuration.

すなわち、窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタであって、
前記窒化物半導体の層状構造は、
GaNまたはInGaNからなる電子走行層と、
AlGaNからなる電子供給層と、
AlGaNからなるコンタクト層がこの順に積層された構造を含み;
該電界効果トランジスタは、
前記コンタクト層上に形成されたソース電極とドレイン電極と、
該ソース電極と該ドレイン電極との間に設けるT型ゲート電極を具えており;
前記T型ゲート電極を設ける領域には、
該ソース電極と該ドレイン電極との間の一部で、前記コンタクト層をエッチング除去して形成される第1のリセスと、
前記コンタクト層上、前記第1のリセス以外の領域で該T型ゲート電極の傘の下に形成されている第1の絶縁膜と、
前記第1のリセス中の一部で、前記電子供給層の膜厚を薄くして形成される第2のリセスと、
該第1のリセス内で、該第2のリセス以外の領域に形成される、第2の絶縁膜からなる側壁が設けられ;
該T型ゲート電極は、該第2のリセス内に隙間なく埋め込まれて形成されている
ことを特徴とする窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタである。
That is, a field effect transistor using a nitride semiconductor,
The layered structure of the nitride semiconductor is
An electron transit layer made of GaN or InGaN;
An electron supply layer made of AlGaN;
Including a structure in which contact layers made of AlGaN are stacked in this order;
The field effect transistor is:
A source electrode and a drain electrode formed on the contact layer;
A T-type gate electrode provided between the source electrode and the drain electrode;
In the region where the T-type gate electrode is provided,
A first recess formed by etching away the contact layer at a portion between the source electrode and the drain electrode;
A first insulating film formed under the umbrella of the T-type gate electrode in a region other than the first recess on the contact layer;
A second recess formed by reducing the thickness of the electron supply layer in a part of the first recess;
A sidewall made of a second insulating film formed in a region other than the second recess in the first recess;
The T-type gate electrode is a field effect transistor using a nitride semiconductor, wherein the T-type gate electrode is embedded in the second recess without any gap.

かかる第三の形態の窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタを製造する方法は、下記の構成を有する。   The method of manufacturing a field effect transistor using the nitride semiconductor of the third form has the following configuration.

すなわち、窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタを製造する方法であって、
エピタキシャル成長によって、少なくとも、窒化物半導体からなる電子走行層、電子供給層、コンタクト層を含む前記窒化物半導体の層状構造を形成する工程と、
該コンタクト層上に、ソース電極とドレイン電極を形成する工程と、
該ソース電極とドレイン電極、ならびに該コンタクト層上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
該ソース電極と該ドレイン電極の間の一部で、該第1の絶縁膜をエッチング除去する工程と、
第1の絶縁膜をマスクとして、該コンタクト層をエッチング除去して、第1のリセスを形成する工程と、
少なくとも該第1のリセスを覆う、第2の絶縁膜を形成する工程と、
該第2の絶縁膜に異方性エッチングを施して、該第1リセス内に該第2絶縁膜よりなる側壁を形成する工程と、
該側壁をマスクとして該電子供給層をエッチングして、第2のリセスを形成する工程と、
T型ゲート電極を、第2のリセス内に隙間なく形成する工程と、
を有する
ことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法である。
That is, a method of manufacturing a field effect transistor using a nitride semiconductor,
Forming a layered structure of the nitride semiconductor including at least an electron transit layer made of a nitride semiconductor, an electron supply layer, and a contact layer by epitaxial growth; and
Forming a source electrode and a drain electrode on the contact layer;
Forming a first insulating film on the source and drain electrodes and the contact layer;
Etching away the first insulating film at a portion between the source electrode and the drain electrode;
Using the first insulating film as a mask, etching the contact layer to form a first recess;
Forming a second insulating film covering at least the first recess;
Performing anisotropic etching on the second insulating film to form a sidewall made of the second insulating film in the first recess;
Etching the electron supply layer using the sidewall as a mask to form a second recess;
Forming a T-type gate electrode in the second recess without gaps;
It is a manufacturing method of the field effect transistor characterized by having.

本発明にかかる窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタにおける第四の形態は、下記の構成を有する。   A fourth embodiment of the field effect transistor using the nitride semiconductor according to the present invention has the following configuration.

すなわち、窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタであって、
前記窒化物半導体の層状構造は、
GaNまたはInGaNからなる電子走行層と、
AlGaNからなる電子供給層と、
AlGaNからなるコンタクト層がこの順に積層された構造を含み;
該電界効果トランジスタは、
前記コンタクト層上に形成されたソース電極とドレイン電極と、
該ソース電極と該ドレイン電極との間に設けるT型ゲート電極を具えており;
前記T型ゲート電極を設ける領域には、
該ソース電極と該ドレイン電極との間の一部で、前記コンタクト層をエッチング除去して形成される第1のリセスと、
前記コンタクト層上、前記第1のリセス以外の領域で該T型ゲート電極の傘の下に形成されている第1の絶縁膜と、
前記第1のリセス中の一部で、前記電子供給層の膜厚を薄くして形成される第2のリセスと、
該第1のリセス内で、該第2のリセス以外の領域に形成される、第2の絶縁膜からなる側壁が設けられ;
該T型ゲート電極は、該第2のリセス内に隙間なく埋め込まれて形成されており;
前記T型ゲート電極を設ける領域を除く該コンタクト層上で、前記第1の絶縁膜の形成がなされていない領域上、該ソース電極上および該ドレイン電極上、ならびに、該T型ゲート電極上に形成されているオーミック補助電極を具えている
ことを特徴とする窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタである。
That is, a field effect transistor using a nitride semiconductor,
The layered structure of the nitride semiconductor is
An electron transit layer made of GaN or InGaN;
An electron supply layer made of AlGaN;
Including a structure in which contact layers made of AlGaN are stacked in this order;
The field effect transistor is:
A source electrode and a drain electrode formed on the contact layer;
A T-type gate electrode provided between the source electrode and the drain electrode;
In the region where the T-type gate electrode is provided,
A first recess formed by etching away the contact layer at a portion between the source electrode and the drain electrode;
A first insulating film formed under the umbrella of the T-type gate electrode in a region other than the first recess on the contact layer;
A second recess formed by reducing the thickness of the electron supply layer in a part of the first recess;
A sidewall made of a second insulating film formed in a region other than the second recess in the first recess;
The T-type gate electrode is embedded in the second recess without any gap;
On the contact layer excluding the region where the T-type gate electrode is provided, on the region where the first insulating film is not formed, on the source electrode and on the drain electrode, and on the T-type gate electrode A field effect transistor using a nitride semiconductor, characterized by comprising an ohmic auxiliary electrode formed.

かかる第四の形態の窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタを製造する方法は、下記の構成を有する。   The method of manufacturing a field effect transistor using the nitride semiconductor of the fourth form has the following configuration.

すなわち、窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタを製造する方法であって、
エピタキシャル成長によって、少なくとも、窒化物半導体からなる電子走行層、電子供給層、コンタクト層を含む前記窒化物半導体の層状構造を形成する工程と、
該コンタクト層上に、ソース電極とドレイン電極を形成する工程と、
該ソース電極とドレイン電極、ならびに該コンタクト層上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
該ソース電極と該ドレイン電極の間の一部で、該第1の絶縁膜をエッチング除去する工程と、
第1の絶縁膜をマスクとして、該コンタクト層をエッチング除去して、第1のリセスを形成する工程と、
少なくとも該第1のリセスを覆う、第2の絶縁膜を形成する工程と、
該第2の絶縁膜に異方性エッチングを施して、該第1リセス内に該第2絶縁膜よりなる側壁を形成する工程と、
該側壁をマスクとして該電子供給層をエッチングして、第2のリセスを形成する工程と、
T型ゲート電極を、第2のリセス内に隙間なく形成する工程と、
オーミック補助電極を形成する工程と
を有する
ことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法である。
That is, a method of manufacturing a field effect transistor using a nitride semiconductor,
Forming a layered structure of the nitride semiconductor including at least an electron transit layer made of a nitride semiconductor, an electron supply layer, and a contact layer by epitaxial growth; and
Forming a source electrode and a drain electrode on the contact layer;
Forming a first insulating film on the source and drain electrodes and the contact layer;
Etching away the first insulating film at a portion between the source electrode and the drain electrode;
Using the first insulating film as a mask, etching the contact layer to form a first recess;
Forming a second insulating film covering at least the first recess;
Performing anisotropic etching on the second insulating film to form a sidewall made of the second insulating film in the first recess;
Etching the electron supply layer using the sidewall as a mask to form a second recess;
Forming a T-type gate electrode in the second recess without gaps;
And a step of forming an ohmic auxiliary electrode.

以下に、本発明を更に説明する。   The present invention is further described below.

本発明にかかる電界効果トランジスタは、ゲート電極に印加されるゲート電圧VGが、VG=0Vである際、ゲート電極直下の電子走行層に存在する電子密度を実質的に「ゼロ」とし、所謂「ノーマリオフ」状態を達成するため、下記のリセス構造を利用している。まず、ソース電極とドレイン電極の間に設ける、ゲート電極は、GaNまたはInGaNからなる電子走行層上に形成されている、AlGaNからなる電子供給層をエッチング加工して作製される第2のリセスを埋め込むように作製されたT型ゲート電極とする。その際、AlGaNからなる電子供給層をエッチング加工して作製される第2のリセスの深さを制御し、この第2のリセス直下に残る電子供給層の膜厚(dsp2)を、ゲート電極に、ゲート電圧VG=0Vを印加した状態で、電子供給層と電子走行層との界面に蓄積される二次元電子ガスが消失されるように選択する。この「ノーマリオフ」状態を達成することによって、ゲート電極に印加されるゲート電圧VGを正とすると、該ゲート電極直下に、電子供給層と電子走行層との界面に、二次元電子ガスが誘起・蓄積される状態となり、「オン状態」となる。すなわち、エンハンスメント(ノーマリオフ)型電界効果トランジスタを実現することができる。 In the field effect transistor according to the present invention, when the gate voltage V G applied to the gate electrode is V G = 0V, the electron density existing in the electron transit layer immediately below the gate electrode is substantially “zero”, In order to achieve a so-called “normally off” state, the following recess structure is used. First, the gate electrode provided between the source electrode and the drain electrode is a second recess formed by etching an electron supply layer made of AlGaN formed on an electron transit layer made of GaN or InGaN. A T-type gate electrode manufactured to be embedded is used. At this time, the depth of the second recess formed by etching the electron supply layer made of AlGaN is controlled, and the film thickness (d sp2 ) of the electron supply layer remaining immediately below the second recess is set as the gate electrode. The two-dimensional electron gas accumulated at the interface between the electron supply layer and the electron transit layer is selected so that the gate voltage V G = 0 V is applied. By achieving this "normally off" state, when the gate voltage V G applied to the gate electrode to be positive, directly under the gate electrode, the interface between the electron supply layer and the electron transit layer, the two-dimensional electron gas is induced -It will be in the state of being accumulated and will be in the “on state”. That is, an enhancement (normally off) type field effect transistor can be realized.

一方、第2のリセス部分以外の領域では、電子供給層の膜厚(dsp1)は、第2のリセス直下に残る電子供給層の膜厚(dsp2)よりも有意に厚くなっている。例えば、膜厚(dsp1)の電子供給層表面に、ゲート電極を設けて、ゲート電圧VG=0Vを印加した状態では、この膜厚(dsp1)の電子供給層と電子走行層との界面に蓄積される二次元電子ガスが消失しないように、第2のリセス部分以外の領域における、電子供給層の膜厚(dsp1)を選択する。 On the other hand, in the region other than the second recess portion, the film thickness (d sp1 ) of the electron supply layer is significantly larger than the film thickness (d sp2 ) of the electron supply layer remaining immediately below the second recess. For example, when a gate electrode is provided on the surface of the electron supply layer having a film thickness (d sp1 ) and a gate voltage V G = 0 V is applied, the electron supply layer and the electron transit layer having the film thickness (d sp1 ) are The film thickness (d sp1 ) of the electron supply layer in the region other than the second recess portion is selected so that the two-dimensional electron gas accumulated at the interface does not disappear.

例えば、前記の要件を満足するように、第2のリセス直下に残る電子供給層の膜厚(dsp2)と、第2のリセス部分以外の領域における電子供給層の膜厚(dsp1)を選択する。その構成では、第2リセス内に隙間なく埋め込まれて形成されている、T型ゲート電極に印加されるゲート電圧VGを正とし、第2のリセス直下に二次元電子ガスが誘起・蓄積され、「オン状態」となる段階では、全ての領域において、電子供給層と電子走行層との界面には、二次元電子ガスが誘起・蓄積された状態となる。従って、電界効果トランジスタが「オン状態」のときには、二次元電子ガスが消失している領域が存在しないことになり、これにより「オン抵抗」を上昇させている主な要因が解消される。 For example, in order to satisfy the above requirement, the film thickness (d sp2 ) of the electron supply layer remaining immediately below the second recess and the film thickness (d sp1 ) of the electron supply layer in the region other than the second recess portion are set. select. In this configuration, the gate voltage V G applied to the T-type gate electrode, which is embedded without gaps in the second recess, is positive, and a two-dimensional electron gas is induced and accumulated immediately below the second recess. In the “on state” stage, the two-dimensional electron gas is induced and accumulated at the interface between the electron supply layer and the electron transit layer in all regions. Therefore, when the field effect transistor is in the “on state”, there is no region in which the two-dimensional electron gas has disappeared, thereby eliminating the main factor that increases the “on resistance”.

さらに、本発明にかかる電界効果トランジスタでは、ソース電極とドレイン電極の間に設ける、ゲート電極を形成する領域は、第一のリセスとする。一方、この第一のリセス領域以外の領域は、AlGaNからなる電子供給層上に、n型不純物が2×1019cm-3以上ドーピングされたAlGaNからなるコンタクト層を設けている。加えて、このコンタクト層を構成するAlGaNのAl組成(x2)は、電子供給層を構成するAlGaNのAl組成(x1)と等しいか、それより高く(x2≧x1)選択されている。そして、ソース電極ならびにドレイン電極は、この高濃度ドーピングAlGaNからなるコンタクト層上に形成する。そのため、高濃度ドーピングAlGaNからなるコンタクト層上に形成される、ソース電極ならびにドレイン電極の接触抵抗は、例えば、アンドープAlGaNからなる電子供給層上に直接形成する場合と比較し、得られる接触抵抗を低減することができる。 Furthermore, in the field effect transistor according to the present invention, the region where the gate electrode is formed between the source electrode and the drain electrode is the first recess. On the other hand, in a region other than the first recess region, a contact layer made of AlGaN doped with n-type impurities of 2 × 10 19 cm −3 or more is provided on the electron supply layer made of AlGaN. In addition, the Al composition (x 2 ) of AlGaN constituting the contact layer is selected to be equal to or higher than the Al composition (x 1 ) of AlGaN constituting the electron supply layer (x 2 ≧ x 1 ). Yes. Then, the source electrode and the drain electrode are formed on the contact layer made of this highly doped AlGaN. Therefore, the contact resistance of the source electrode and the drain electrode formed on the contact layer made of highly doped AlGaN is compared with the case of forming the contact resistance directly on the electron supply layer made of undoped AlGaN, for example. Can be reduced.

加えて、高濃度ドーピングAlGaNからなるコンタクト層/アンドープAlGaNからなる電子供給層の界面を考えると、両者の伝導帯端エネルギーEcの差違(バンド・オフセット)、ΔEcは、零か、コンタクト層側が、電子供給層側よりも高い状態となっている。また、コンタクト層を構成するAlGaNの格子定数は、電子供給層を構成するAlGaNの格子定数と等しいか、より小さい。そのため、仮に、格子定数の差違に由来する歪みによるピエゾ圧電効果により分極電荷が誘起されても、コンタクト層と電子供給層の界面には、負の分極電荷の誘起は無く、誘起される分極電荷に起因するポテンシャルバリアは無い。一方、コンタクト層として、高濃度ドーピングGaNを採用する場合、両者の伝導帯端エネルギーEcの差違(バンド・オフセット)、ΔEcは、コンタクト層側より、電子供給層側が高い状態となる。この高濃度ドーピングGaNからなるコンタクト層/アンドープAlGaNからなる電子供給層の界面を、コンタクト層側から電子供給層側へと電子が移動する際、このバンド・オフセットΔEcは、ポテンシャルバリアとして機能する。さらに、コンタクト層を構成するGaNの格子定数は、電子供給層を構成するAlGaNの格子定数より大きい。そのため、格子定数の差違に由来する歪みによるピエゾ圧電効果により分極電荷が誘起され、コンタクト層と電子供給層の界面には、負の分極電荷が誘起される。そのため、誘起される負の分極電荷に起因するポテンシャルバリアがコンタクト層と電子供給層の界面に形成される。すなわち、前記の二つの機構でポテンシャルバリアが形成されるは、いずれも、コンタクト層側から電子供給層側へと電子が移動する際、抵抗成分として機能する。   In addition, when considering the interface between the contact layer made of highly doped AlGaN / the electron supply layer made of undoped AlGaN, the difference between the conduction band edge energies Ec (band offset), ΔEc is zero, or the contact layer side is It is higher than the electron supply layer side. The lattice constant of AlGaN constituting the contact layer is equal to or smaller than the lattice constant of AlGaN constituting the electron supply layer. Therefore, even if the polarization charge is induced by the piezoelectric effect due to the strain due to the difference in lattice constant, there is no induction of the negative polarization charge at the interface between the contact layer and the electron supply layer. There is no potential barrier due to. On the other hand, when highly doped GaN is employed as the contact layer, the difference (band offset) between the conduction band edge energies Ec and ΔEc are higher on the electron supply layer side than on the contact layer side. This band offset ΔEc functions as a potential barrier when electrons move from the contact layer side to the electron supply layer side through the interface between the contact layer made of highly doped GaN / electron supply layer made of undoped AlGaN. Further, the lattice constant of GaN constituting the contact layer is larger than the lattice constant of AlGaN constituting the electron supply layer. Therefore, the polarization charge is induced by the piezoelectric effect due to the strain resulting from the difference in lattice constant, and a negative polarization charge is induced at the interface between the contact layer and the electron supply layer. Therefore, a potential barrier due to the induced negative polarization charge is formed at the interface between the contact layer and the electron supply layer. That is, the potential barrier is formed by the two mechanisms described above, both of which function as a resistance component when electrons move from the contact layer side to the electron supply layer side.

それに対して、高濃度ドーピングAlGaNからなるコンタクト層/アンドープAlGaNからなる電子供給層の界面を、コンタクト層側から電子供給層側へと電子が移動する際、そのバンド・オフセットΔEcは、勿論、ポテンシャルバリアとして機能しない。また、ピエゾ圧電効果により分極電荷が誘起されても、コンタクト層と電子供給層の界面には、負の分極電荷の誘起は無く、誘起される分極電荷に起因するポテンシャルバリアとはならない。従って、高濃度ドーピングAlGaNからなるコンタクト層/アンドープAlGaNからなる電子供給層の構成を選択することで、高濃度ドーピングGaNからなるコンタクト層/アンドープAlGaNからなる電子供給層の界面に存在する抵抗成分を排除することができる。   On the other hand, when electrons move from the contact layer side to the electron supply layer side at the interface of the contact layer made of highly doped AlGaN / electron supply layer made of undoped AlGaN, the band offset ΔEc is of course the potential. Does not function as a barrier. Further, even if polarization charge is induced by the piezoelectric effect, no negative polarization charge is induced at the interface between the contact layer and the electron supply layer, and it does not become a potential barrier due to the induced polarization charge. Therefore, by selecting the configuration of the contact layer made of highly doped AlGaN / electron supply layer made of undoped AlGaN, the resistance component present at the interface between the contact layer made of highly doped GaN / the electron supply layer made of undoped AlGaN can be reduced. Can be eliminated.

また、高濃度ドーピングAlGaNからなるコンタクト層を設けると、ソース電極あるいはドレイン電極から流入(流出)する電流は、この抵抗率が小さなコンタクト層内において、電流拡散を起こすことができる。従って、高濃度ドーピングAlGaNからなるコンタクト層/アンドープAlGaNからなる電子供給層の界面を通過する電流の面密度が、前記電流拡散の効果によって、低下したものとなる。その後、アンドープAlGaNからなる電子供給層中を通過し、GaNまたはInGaNからなる電子走行層に達する間に生じる電位差は、電流密度の低減に比例して、低減される。換言すると、ソース電極あるいはドレイン電極から流入(流出)する電流が、アンドープAlGaNからなる電子供給層とGaNまたはInGaNからなる電子走行層の界面に形成されている二次元電子ガス層に達するまでの経路の抵抗値は、実効的に低減される。   Further, when a contact layer made of highly doped AlGaN is provided, the current flowing in (outflowing) from the source electrode or the drain electrode can cause current diffusion in the contact layer having a small resistivity. Therefore, the surface density of the current passing through the interface between the contact layer made of highly doped AlGaN / electron supply layer made of undoped AlGaN is lowered by the effect of the current diffusion. Thereafter, the potential difference generated while passing through the electron supply layer made of undoped AlGaN and reaching the electron transit layer made of GaN or InGaN is reduced in proportion to the reduction of the current density. In other words, the path through which the current flowing in (outflowing) from the source electrode or the drain electrode reaches the two-dimensional electron gas layer formed at the interface between the electron supply layer made of undoped AlGaN and the electron transit layer made of GaN or InGaN. The resistance value of is effectively reduced.

従って、第一のリセス領域以外の領域は、AlGaNからなる電子供給層上に、n型不純物が2×1019cm-3以上ドーピングされたAlGaNからなるコンタクト層を設けている構成を選択することで、上記の3つのメカニズムによって、ソース電極あるいはドレイン電極と二次元電子ガス層との間のアクセス抵抗の低減効果が得られる。 Therefore, in the region other than the first recess region, a configuration in which a contact layer made of AlGaN doped with n-type impurities of 2 × 10 19 cm −3 or more is selected on the electron supply layer made of AlGaN is selected. Thus, the effect of reducing the access resistance between the source or drain electrode and the two-dimensional electron gas layer can be obtained by the above three mechanisms.

本発明による電界効果トランジスタでは、GaNまたはInGaNからなる電子走行層上に、AlGaNからなる電子供給層とAlGaNからなるコンタクト層を積層する構成を採用している。そのため、電子走行層に利用するGaNまたはInGaNと、電子供給層、コンタクト層に利用するAlGaNとの間に存在する格子不整合のため、電子供給層、コンタクト層に利用するAlGaNの膜厚の合計は、前記格子不整合により規定される臨界膜厚を超えないようにしなければならない。上述するように、AlGaNからなる電子供給層の膜厚(dsp1)は、所定の値以上、通常、20nm以上に選択する必要があり、前記の臨界膜厚の制限を考慮すると、コンタクト層の膜厚(dc)は、10nm以下、好ましくは、2〜10nmの範囲に選択する。その際、コンタクト層全体の拡がり抵抗の上昇を回避するため、コンタクト層の膜厚(dc)が薄くなるとともに、ドーピングされるn型不純物濃度(ND)を高くすることが好ましい。すなわち、積{dc×ND}が、{10nm×1×1019cm-3}以上となるように、コンタクト層の膜厚(dc)と、ドーピングされるn型不純物濃度(ND)を選択することがより好ましい。 The field effect transistor according to the present invention employs a configuration in which an electron supply layer made of AlGaN and a contact layer made of AlGaN are stacked on an electron transit layer made of GaN or InGaN. Therefore, due to lattice mismatch existing between GaN or InGaN used for the electron transit layer and AlGaN used for the electron supply layer and contact layer, the total film thickness of AlGaN used for the electron supply layer and contact layer Must not exceed the critical film thickness defined by the lattice mismatch. As described above, the film thickness (d sp1 ) of the electron supply layer made of AlGaN must be selected to be not less than a predetermined value, usually 20 nm or more. The film thickness (d c ) is selected to be 10 nm or less, preferably in the range of 2 to 10 nm. At this time, in order to avoid an increase in the spreading resistance of the entire contact layer, it is preferable to reduce the thickness (d c ) of the contact layer and increase the n-type impurity concentration (N D ) to be doped. That is, the contact layer thickness (d c ) and the doped n-type impurity concentration (N D ) so that the product {d c × N D } is equal to or greater than {10 nm × 1 × 10 19 cm −3 }. Is more preferable.

一方、AlGaNからなる電子供給層の膜厚(dsp1)は、少なくとも、20nm以上、好ましくは、30nm以下、20nm以上の範囲に選択することが好ましい。コンタクト層が形成されていない第1のリセス中、第2のリセス部分を除く領域では、膜厚(dsp1)のAlGaNからなる電子供給層から供給される電子が、電子供給層と、GaNまたはInGaNからなる電子走行層との界面に蓄積され、二次元電子ガス層を形成している。この第1のリセス中、第2のリセス部分を除く領域における、二次元電子ガス濃度(n2D1)は、かかる領域のAlGaNからなる電子供給層の膜厚(dsp1)が増すとともに増加する。 On the other hand, the thickness (d sp1 ) of the electron supply layer made of AlGaN is at least 20 nm or more, preferably 30 nm or less, preferably 20 nm or more. In the first recess where the contact layer is not formed, in the region excluding the second recess portion, electrons supplied from the electron supply layer made of AlGaN having a film thickness (d sp1 ) Accumulated at the interface with the electron transit layer made of InGaN to form a two-dimensional electron gas layer. During the first recess, the two-dimensional electron gas concentration (n 2D1 ) in the region excluding the second recess portion increases as the thickness (d sp1 ) of the electron supply layer made of AlGaN in the region increases.

なお、この第1のリセス以外の領域は、膜厚(dsp1)のAlGaNからなる電子供給層の上に、膜厚(dc)のAlGaNからなるコンタクト層が設けられている。そのため、この領域における二次元電子ガス濃度(n2D0)は、膜厚(dsp1)のAlGaNからなる電子供給層の寄与に加えて、膜厚(dc)のAlGaNからなるコンタクト層の寄与分もある。従って、第1のリセス以外の領域における、二次元電子ガス濃度(n2D0)は、第1のリセス中、第2のリセス部分を除く領域における、二次元電子ガス濃度(n2D1)よりも高くなっている。 In a region other than the first recess, a contact layer made of AlGaN having a film thickness (d c ) is provided on an electron supply layer made of AlGaN having a film thickness (d sp1 ). Therefore, the two-dimensional electron gas concentration (n 2D0 ) in this region is the contribution of the contact layer made of AlGaN having the film thickness (d c ) in addition to the contribution of the electron supply layer made of AlGaN having the film thickness (d sp1 ). There is also. Accordingly, the two-dimensional electron gas concentration (n 2D0 ) in the region other than the first recess is higher than the two-dimensional electron gas concentration (n 2D1 ) in the region excluding the second recess portion during the first recess. It has become.

本発明にかかる電界効果トランジスタにおいては、第1のリセス中、第2のリセス部分を除く領域の長さを、第1のリセスの両側に設ける、第2の絶縁膜からなる側壁のサイズによって、決定している。すなわち、第1のリセスの両側に設ける、第2の絶縁膜からなる側壁により覆われる、AlGaNからなる電子供給層の部分の長さとしている。この第2の絶縁膜からなる側壁の作製に利用する、第1のリセスの側面を被覆するように形成される第2の絶縁膜の膜厚と、第2の絶縁膜からなる側壁により覆われる、AlGaNからなる電子供給層の部分の長さが同程度となっている。この第2の絶縁膜の膜厚(t2)を、0.1μm以下とすると、第2の絶縁膜からなる側壁により覆われる、AlGaNからなる電子供給層の部分の長さも、0.1μm以下とすることができる。 In the field effect transistor according to the present invention, the length of the region excluding the second recess portion during the first recess depends on the size of the side wall made of the second insulating film provided on both sides of the first recess. Has been decided. In other words, the length is the length of the portion of the electron supply layer made of AlGaN, which is covered by the side wall made of the second insulating film, which is provided on both sides of the first recess. The second insulating film is formed to cover the side surface of the first recess and is covered with the side wall made of the second insulating film, which is used for manufacturing the side wall made of the second insulating film. The lengths of the electron supply layers made of AlGaN are approximately the same. When the film thickness (t 2 ) of the second insulating film is 0.1 μm or less, the length of the portion of the electron supply layer made of AlGaN covered by the side wall made of the second insulating film is also 0.1 μm or less. It can be.

この第2の絶縁膜からなる側壁を形成する工程は、下記の手順で行う。   The step of forming the side wall made of the second insulating film is performed according to the following procedure.

高濃度ドーピングAlGaNからなるコンタクト層上に、ソース電極とドレイン電極を形成した後、全面を被覆する第1の絶縁膜を形成する。この第1の絶縁膜に対して、第1のリセスを形成する領域の平面形状に合わせて、エッチングを施し、開口部を形成する。この開口部を設けた第1の絶縁膜をマスクとして、高濃度ドーピングAlGaNからなるコンタクト層をエッチング除去して、第1のリセスを形成する。この第1のリセスの底面には、AlGaNからなる電子供給層が露呈する状態となる。その後、第1の絶縁膜の上面、第1の絶縁膜と第1のリセスの側面、ならびに、第1のリセスの底面に露呈するAlGaNからなる電子供給層表面を被覆するように、膜厚(t2)の第2の絶縁膜を形成する。そして、形成された第2の絶縁膜を、上面から異方性エッチング処理を施し、第1の絶縁膜の上面ならびに第1のリセスの底面を被覆している第2の絶縁膜を除去する。この異方性エッチング処理では、第1の絶縁膜と第1のリセスの側面部を被覆している第2の絶縁膜は、除去されずに残された状態となる。この第1の絶縁膜と第1のリセスの側面部に残された第2の絶縁膜を、第2の絶縁膜からなる側壁として利用する。すなわち、第1のリセス中、AlGaNからなる電子供給層の表面を覆う状態で残される、第2の絶縁膜からなる側壁のサイズ(長さ)は、この側面部分に形成された第2の絶縁膜の膜厚(t2)と実質的に等しくなっている。 A source electrode and a drain electrode are formed on a contact layer made of highly doped AlGaN, and then a first insulating film is formed to cover the entire surface. The first insulating film is etched in accordance with the planar shape of the region where the first recess is to be formed, thereby forming an opening. Using the first insulating film provided with the opening as a mask, the contact layer made of highly doped AlGaN is removed by etching to form a first recess. On the bottom surface of the first recess, an electron supply layer made of AlGaN is exposed. Thereafter, the film thickness (so as to cover the surface of the electron supply layer made of AlGaN exposed on the upper surface of the first insulating film, the side surfaces of the first insulating film and the first recess, and the bottom surface of the first recess) A second insulating film of t 2 ) is formed. Then, the formed second insulating film is subjected to anisotropic etching treatment from the upper surface, and the second insulating film covering the upper surface of the first insulating film and the bottom surface of the first recess is removed. In this anisotropic etching process, the first insulating film and the second insulating film covering the side surface portion of the first recess are left without being removed. The first insulating film and the second insulating film left on the side surface of the first recess are used as side walls made of the second insulating film. That is, the size (length) of the side wall made of the second insulating film, which remains in the state of covering the surface of the electron supply layer made of AlGaN during the first recess, is the second insulation formed on the side surface portion. It is substantially equal to the film thickness (t 2 ).

その後、第1の絶縁膜ならびに第2の絶縁膜からなる側壁をマスクとして、第1のリセスの底面に露呈しているAlGaNからなる電子供給層にエッチング処理を施すことで、第2のリセスを形成している。   Thereafter, the etching process is performed on the electron supply layer made of AlGaN exposed on the bottom surface of the first recess by using the side wall made of the first insulating film and the second insulating film as a mask, so that the second recess is formed. Forming.

第1のリセス中、第2のリセス部分を除く領域における、二次元電子ガス濃度(n2D1)は、第1のリセス以外の領域における、二次元電子ガス濃度(n2D0)よりも低くなるが、第1のリセス中、第2のリセス部分を除く領域のサイズ(長さ)、すなわち、第2の絶縁膜からなる側壁のサイズ(長さ)を0.1μm以下の非常に小さい範囲に限定することが可能となる。その結果、第1のリセス中、第2のリセス部分を除く領域における、二次元電子ガス濃度(n2D1)が低いことに起因するシート抵抗の増加の寄与を抑制することが可能となる。 During the first recess, the two-dimensional electron gas concentration (n 2D1 ) in the region excluding the second recess portion is lower than the two-dimensional electron gas concentration (n 2D0 ) in the region other than the first recess. During the first recess, the size (length) of the region excluding the second recess portion, that is, the size (length) of the side wall made of the second insulating film is limited to a very small range of 0.1 μm or less. It becomes possible to do. As a result, it is possible to suppress the contribution of the increase in sheet resistance due to the low two-dimensional electron gas concentration (n 2D1 ) in the region other than the second recess portion during the first recess.

すなわち、本発明にかかる電界効果トランジスタでは、図6に示す構造の従来のエンハンスメント(ノーマリオフ)型電界効果トランジスタにおいて、その「オン抵抗」を上昇させる主要な要因となっている、リセス中、ゲート電極の両側に残余する領域のサイズ(長さ)を、それぞれ、0.2μm以下に抑えることが困難であるという問題も、上記の手段を選択することで解決している。   That is, in the field effect transistor according to the present invention, in the conventional enhancement (normally off) type field effect transistor having the structure shown in FIG. The problem that it is difficult to suppress the size (length) of the regions remaining on both sides of each to 0.2 μm or less is also solved by selecting the above-mentioned means.

一方、本発明にかかる電界効果トランジスタでは、第2のリセス中に埋め込むように形成するT型ゲート電極は、AlGaNからなる電子供給層との間に、ゲート絶縁膜を設けるMISゲート構造とすることができる。MISゲート構造を採用する場合も、T型ゲート電極を正にバイアスすると、T型ゲート電極下の空乏層が減少し、電子供給層と電子走行層との界面に二次元電子ガスが誘起され、「オン状態」となる。その際、T型ゲート電極に印加される、正のゲート電圧VGが増すとともに、AlGaNからなる電子供給層中の電界は減少し、その伝導帯端は平坦化するとともに、第2のリセス直下に蓄積される二次元電子ガス濃度(n2D2)が上昇する。MISゲート構造を採用する場合、電子供給層とゲート電極との間に、ゲート絶縁膜が存在しており、このゲート絶縁膜は、AlGaNからなる電子供給層からT型ゲート電極への電子流入(ゲート電流):IGに対するバリアとして機能する。T型ゲート電極に印加される、正のゲート電圧VGが増すと、終には、AlGaNからなる電子供給層の伝導帯端は完全に平坦化する。更には、正のゲート電圧VGを増すと、平坦化した、AlGaNからなる電子供給層の伝導帯端エネルギー(Ec)と、ゲート絶縁膜による障壁端との、実効的なエネルギー差が減少すると、AlGaNからなる電子供給層からT型ゲート電極への電子流入(ゲート電流):IGが増加する。すなわち、MISゲート構造を採用すると、例えば、Ni/Auゲート電極/SiNゲート絶縁膜/アンドープAl0.2Ga0.8Nからなる電子供給層の構成では、ゲートの順方向に電流が流れる、ゲート電圧VGを、+4V以上に高めることができる。 On the other hand, in the field effect transistor according to the present invention, the T-type gate electrode formed to be embedded in the second recess has a MIS gate structure in which a gate insulating film is provided between the electron supply layer made of AlGaN. Can do. Even when the MIS gate structure is adopted, if the T-type gate electrode is positively biased, the depletion layer under the T-type gate electrode is reduced, and a two-dimensional electron gas is induced at the interface between the electron supply layer and the electron transit layer, "ON state". At that time, as the positive gate voltage V G applied to the T-type gate electrode increases, the electric field in the electron supply layer made of AlGaN decreases, the conduction band edge becomes flat, and immediately below the second recess. The two-dimensional electron gas concentration (n 2D2 ) accumulated in the gas rises. When the MIS gate structure is adopted, a gate insulating film exists between the electron supply layer and the gate electrode, and this gate insulating film flows into the T-type gate electrode from the electron supply layer made of AlGaN ( gate current) acts as a barrier to I G. It is applied to the T-shaped gate electrode, increasing a positive gate voltage V G, the end, the conduction band edge of the electron supply layer made of AlGaN is completely flattened. Furthermore, when the positive gate voltage V G is increased, the effective energy difference between the planarized conduction band edge energy (Ec) of the electron supply layer made of AlGaN and the barrier edge due to the gate insulating film decreases. Electron inflow from the electron supply layer made of AlGaN to the T-type gate electrode (gate current): I G increases. That is, when the MIS gate structure is adopted, for example, in the configuration of the electron supply layer made of Ni / Au gate electrode / SiN gate insulating film / undoped Al 0.2 Ga 0.8 N, a gate voltage V G flows through the gate in the forward direction. Can be raised to + 4V or more.

一方、電子供給層上に形成されるショットキー接合型のゲート電極を採用する場合、このゲート電極と電子供給層の界面には、ショットキー障壁高さ(ΦB)が形成されている。ゲート電極に印加される、正のゲート電圧VGが、VG=ΦB/eに達すると、AlGaNからなる電子供給層の伝導帯端は完全に平坦化する。この「フラット・バンド」状態に達すると、AlGaNからなる電子供給層からT型ゲート電極への電子流入(ゲート電流):IGが急激に増加する。例えば、ショットキー障壁高さ(ΦB)が、ΦB=1.2eVである場合、正のゲート電圧VGが、VG=ΦB/e=1.2Vに達すると、ゲートの順方向に流れる電流:IGが、急激に増加する。 On the other hand, when a Schottky junction type gate electrode formed on the electron supply layer is employed, a Schottky barrier height (Φ B ) is formed at the interface between the gate electrode and the electron supply layer. When the positive gate voltage V G applied to the gate electrode reaches V G = Φ B / e, the conduction band edge of the electron supply layer made of AlGaN is completely flattened. When this “flat band” state is reached, the electron inflow (gate current): I G from the electron supply layer made of AlGaN to the T-type gate electrode rapidly increases. For example, when the Schottky barrier height (Φ B ) is Φ B = 1.2 eV, when the positive gate voltage V G reaches V G = Φ B /e=1.2 V, the forward direction of the gate The current that flows in I: I G increases rapidly.

従って、ショットキー接合型のゲート電極を採用する場合、ゲートの順方向に流れる電流:IGの急激な増加を回避するため、ゲート電極に印加される、正のゲート電圧VGは、「フラット・バンド」状態に達しない範囲に選択される。すなわち、電界効果トランジスタの動作条件は、ゲート電極に印加される、正のゲート電圧VGは、VG=ΦB/eの上限よりも、相当に低い範囲に選択される。従って、その動作条件において、第2のリセス直下に蓄積される二次元電子ガス濃度(n2D2)は、AlGaNからなる電子供給層が「フラット・バンド」状態に達した際の二次元電子ガス濃度よりも、相当に低い水準となる。一方、MISゲート構造を採用する際には、ゲート電極に印加される、正のゲート電圧VGを、AlGaNからなる電子供給層が「フラット・バンド」状態に達するように設定しても、ゲートの順方向に流れる電流:IGは、十分に低い水準となっている。従って、電界効果トランジスタの動作条件を、ゲート電極に印加される、正のゲート電圧VGを、「フラット・バンド」状態に達する状態までの範囲に選択することができる。すなわち、その動作条件において、第2のリセス直下に蓄積される二次元電子ガス濃度(n2D2)は、AlGaNからなる電子供給層が「フラット・バンド」状態に達した際の二次元電子ガス濃度まで高めることができる。そのため、MISゲート構造を採用する場合には、この「フラット・バンド」状態を達成できる、正のゲート電圧VGを印加する状態では、「オン抵抗」を低くすることができる。 Therefore, when a Schottky junction type gate electrode is employed, the positive gate voltage V G applied to the gate electrode is “flat” in order to avoid a rapid increase in the current I G flowing in the forward direction of the gate. • Selected in a range that does not reach the “Band” state. That is, the operating condition of the field effect transistor is selected so that the positive gate voltage V G applied to the gate electrode is substantially lower than the upper limit of V G = Φ B / e. Therefore, the two-dimensional electron gas concentration (n 2D2 ) accumulated immediately below the second recess under the operating conditions is the two-dimensional electron gas concentration when the AlGaN electron supply layer reaches the “flat band” state. It will be a considerably lower level. On the other hand, when the MIS gate structure is adopted, even if the positive gate voltage V G applied to the gate electrode is set so that the electron supply layer made of AlGaN reaches the “flat band” state, Current flowing in the forward direction: IG is at a sufficiently low level. Thus, the operating conditions of a field effect transistor, is applied to the gate electrode, a positive gate voltage V G, can be selected in the range up to the state reaches "flat band" condition. That is, under the operating conditions, the two-dimensional electron gas concentration (n 2D2 ) stored immediately below the second recess is the two-dimensional electron gas concentration when the electron supply layer made of AlGaN reaches the “flat band” state. Can be increased up to. Therefore, when adopting the MIS gate structure, the "flat band" condition can be achieved, in the state of applying a positive gate voltage V G, it is possible to lower the "on-resistance".

一方、「オン状態」への閾値バイアス;VT程度の、正のゲート電圧VGをゲート電極に印加する状態でも、MISゲート構造を採用する場合と比較し、ショットキー接合型のゲート電極を採用する場合、ゲートの順方向に流れる電流:IGが多くなっている。従って、ソース−ドレイン電流ISDと、ソース−ドレイン間のバイアスVSDとの比率;{VSD/ISD}≒Ronは、MISゲート構造を採用する場合と比較し、ショットキー接合型のゲート電極を採用する場合、より大きくなっている。 On the other hand, the threshold bias to the "on state"; about V T, in the positive state of applying a gate voltage V G to the gate electrode, as compared with the case of employing the MIS gate structure, the gate electrode of the Schottky junction type When it is adopted, the current I G flowing in the forward direction of the gate increases. Therefore, the ratio between the source-drain current I SD and the source-drain bias V SD ; {V SD / I SD } ≈R on is a Schottky junction type compared to the case where the MIS gate structure is adopted. When the gate electrode is adopted, it is larger.

換言すると、ショットキー接合型のゲート電極を採用する場合と比較して、MISゲート構造を採用する場合、ゲートの順方向に流れる電流:IGの増加を抑制できる結果、その動作条件の範囲全般において、「オン抵抗」を低くすることができる。 In other words, as compared with the case of employing the gate electrode of the Schottky junction, in the case of employing the MIS gate structure, a current flows in the forward direction of the gate: the result of the increase in I G can be suppressed, the range in general the operating conditions , The “on resistance” can be lowered.

さらには、T型ゲート電極の上面と、コンタクト層の表面との段差を利用して、自己整合的に、高濃度ドーピングAlGaNからなるコンタクト層の表面において、T型ゲート電極に隣接して、オーミック補助電極を形成する構成とすることもできる。このオーミック補助電極も、高濃度ドーピングAlGaNからなるコンタクト層の表面に対して、オーミック接触を達成することが可能である。さらに、オーミック補助電極は、ソース電極、あるいは、ドレイン電極と、それぞれ、電気的に接続されている。従って、高濃度ドーピングAlGaNからなるコンタクト層を介する電流の流路として、コンタクト層とソース電極、あるいは、ドレイン電極との界面を経由する経路に加えて、コンタクト層とオーミック補助電極の界面を通過し、オーミック補助電極を経由して、ソース電極、あるいは、ドレイン電極に達する経路も利用可能となっている。すなわち、オーミック補助電極は、ソース電極、あるいは、ドレイン電極とコンタクト層との接触面積を実効的に増加させる役割を果たしている。その結果、オーミック補助電極を採用することにより、ソース電極、あるいは、ドレイン電極から、電子供給層と電子走行層との界面に形成されている二次元電子ガス層へのアクセス抵抗の更なる低減が図られる。従って、オーミック補助電極を採用することにより、「オン抵抗」の更なる低減が図られる。   Further, by utilizing a step between the upper surface of the T-type gate electrode and the surface of the contact layer, an ohmic contact is formed adjacent to the T-type gate electrode on the surface of the contact layer made of highly doped AlGaN in a self-aligned manner. An auxiliary electrode may be formed. This ohmic auxiliary electrode can also achieve ohmic contact with the surface of the contact layer made of highly doped AlGaN. Furthermore, the ohmic auxiliary electrode is electrically connected to the source electrode or the drain electrode, respectively. Therefore, as a current flow path through the contact layer made of highly doped AlGaN, in addition to the path passing through the interface between the contact layer and the source electrode or the drain electrode, it passes through the interface between the contact layer and the ohmic auxiliary electrode. A path reaching the source electrode or the drain electrode via the ohmic auxiliary electrode is also available. That is, the ohmic auxiliary electrode plays a role of effectively increasing the contact area between the source electrode or the drain electrode and the contact layer. As a result, by adopting the ohmic auxiliary electrode, the access resistance from the source electrode or the drain electrode to the two-dimensional electron gas layer formed at the interface between the electron supply layer and the electron transit layer can be further reduced. Figured. Therefore, by adopting the ohmic auxiliary electrode, the “on resistance” can be further reduced.

なお、上記の構成を有する本発明にかかる窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタでは、前記ソース電極、あるいは、ドレイン電極の直下における、前記窒化物半導体の層状構造は、GaNまたはInGaNからなる電子走行層と、AlGaNからなる電子供給層と、AlGaNからなるコンタクト層がこの順に積層された構造を含んでいる。その際、GaNまたはInGaNからなる電子走行層と、AlGaNからなる電子供給層との界面に蓄積される二次元電子ガス濃度(n2D0)は、少なくとも、n2D0=0.6×1013/cm2以上とすることが好ましい。この領域では、電子走行層と、電子供給層との界面に蓄積される二次元電子ガス濃度(n2D0)は、0.6×1013/cm2〜1.5×1013/cm2の範囲に選択することがより望ましい。 In the field effect transistor using the nitride semiconductor according to the present invention having the above-described configuration, the layered structure of the nitride semiconductor immediately below the source electrode or the drain electrode has an electron travel made of GaN or InGaN. It includes a structure in which a layer, an electron supply layer made of AlGaN, and a contact layer made of AlGaN are stacked in this order. At this time, the two-dimensional electron gas concentration (n 2D0 ) accumulated at the interface between the electron transit layer made of GaN or InGaN and the electron supply layer made of AlGaN is at least n 2D0 = 0.6 × 10 13 / cm. Two or more are preferable. In this region, the two-dimensional electron gas concentration (n 2D0 ) accumulated at the interface between the electron transit layer and the electron supply layer is 0.6 × 10 13 / cm 2 to 1.5 × 10 13 / cm 2 . It is more desirable to select a range.

その際、電子走行層を構成する、GaNまたはInGaNは、好ましくは、GaNまたはInyGa1-yN(0<y≦0.1)の範囲に選択することが好ましい。また、電子走行層を構成する、GaNまたはInGaNの膜厚(d2)は、少なくとも、2nm以上とし、例えば、InyGa1-yN(0<y≦0.1)を利用する場合には、20nm以下とすることが好ましい。すなわち、GaNをバッファ層として、その上面に、InyGa1-yN(0<y≦0.1)をエピタキシャル成長する際、その臨界膜厚:tcrを考慮し、InGaNの膜厚(d2)は、d2≦tcrの範囲に選択することが好ましい。 At that time, GaN or InGaN constituting the electron transit layer is preferably selected in the range of GaN or In y Ga 1-y N (0 <y ≦ 0.1). Further, the film thickness (d 2 ) of GaN or InGaN constituting the electron transit layer is at least 2 nm or more, for example, when In y Ga 1-y N (0 <y ≦ 0.1) is used. Is preferably 20 nm or less. That is, the GaN as a buffer layer on its upper surface, In y Ga 1-y N (0 <y ≦ 0.1) when epitaxially grown, the critical film thickness: considering t cr, InGaN having a thickness (d 2 ) is preferably selected in the range of d 2 ≦ t cr .

一方、例えば、AlGaN(GaN)をバッファ層として、その上面に、InyGa1-yN(0<y≦0.1)をエピタキシャル成長する際、電子供給層とバッファ層とで挟まれる電子走行層は、AlGaN/InGaN/AlGaNの構造となる。その際、電子走行層とバッファ層との間のInGaN/AGaNの界面に二次元的な電子の蓄積は起こらず、電子供給層と電子走行層との間のAlGaN/InGaNの界面のみに二次元電子ガスの蓄積が集中する構造とすることが好ましい。そのためには、電子走行層に用いるInGaNの膜厚(d2)は、2nm≦d2≦5nmの範囲に選択することが好ましい。前記の条件を満たすと、ゲート電圧VG=0Vに設定した際、ゲート電極直下のInGaNからなる電子走行層には、二次元的な電子の蓄積はなされていない状態とできる。すなわち、ゲート電圧VG=0Vに設定した際、電子供給層と電子走行層との間のAlGaN/InGaNの界面、電子走行層とバッファ層との間のInGaN/AlGaNの界面ともに、電子の蓄積がなされていない状態となる。一方、ゲート電圧VGを正にバイアスし、オン状態となった際、ゲート電極直下のInGaNからなる電子走行層においては、電子供給層と電子走行層との間のAlGaN/InGaNの界面に二次元電子ガスの蓄積が集中する。 On the other hand, for example, when AlGaN (GaN) is used as a buffer layer and In y Ga 1-y N (0 <y ≦ 0.1) is epitaxially grown on the upper surface thereof, electron travel is sandwiched between the electron supply layer and the buffer layer. The layer has an AlGaN / InGaN / AlGaN structure. At this time, two-dimensional accumulation of electrons does not occur at the InGaN / AGaN interface between the electron transit layer and the buffer layer, but only at the AlGaN / InGaN interface between the electron supply layer and the electron transit layer. A structure in which accumulation of electron gas is concentrated is preferable. For that purpose, the thickness (d 2 ) of InGaN used for the electron transit layer is preferably selected in the range of 2 nm ≦ d 2 ≦ 5 nm. When the above condition is satisfied, when the gate voltage V G = 0V is set, the electron transit layer made of InGaN directly under the gate electrode can be in a state where two-dimensional electrons are not accumulated. That is, when the gate voltage V G is set to 0 V, both the AlGaN / InGaN interface between the electron supply layer and the electron transit layer and the InGaN / AlGaN interface between the electron transit layer and the buffer layer accumulate electrons. It is in a state where has not been made. On the other hand, when the gate voltage V G is positively biased and turned on, in the electron transit layer made of InGaN directly under the gate electrode, the AlGaN / InGaN interface between the electron supply layer and the electron transit layer is Dimensional electron gas accumulation is concentrated.

更に、AlGaNからなる電子供給層と、GaNまたはInGaNからなる電子走行層との間に、中間層として、膜厚(di)1nm以下のノンドープのAlN層を挿入する形態を採用することもできる。その際、中間層として利用するAlN層と、GaNまたはInGaNからなる電子走行層との界面には、より大きな伝導帯端エネルギー差(バンド・オフセット):ΔEcが形成される。この形態を選択する場合には、オン状態となった際、この界面に蓄積される二次元電子ガスの移動度を向上する効果を示す。また、ショットキー接合が順方向バイアスされた際、GaNまたはInGaNからなる電子走行層からAlGaNからなる電子供給層への電子流入に対するポテンシャル障壁としても機能する。 Furthermore, it is possible to adopt a form in which a non-doped AlN layer having a film thickness (d i ) of 1 nm or less is inserted as an intermediate layer between an electron supply layer made of AlGaN and an electron transit layer made of GaN or InGaN. . At that time, a larger conduction band edge energy difference (band offset): ΔEc is formed at the interface between the AlN layer used as the intermediate layer and the electron transit layer made of GaN or InGaN. When this form is selected, the effect of improving the mobility of the two-dimensional electron gas accumulated at the interface when turned on is shown. When the Schottky junction is forward-biased, it also functions as a potential barrier against electron inflow from the electron transit layer made of GaN or InGaN to the electron supply layer made of AlGaN.

なお、中間層を挿入する場合には、第2のリセスを形成した後、di≦1nmとした上で、第2のリセス直下に残余する、AlGaNからなる電子供給層の膜厚(dsp2)と中間層の膜厚(di)の和{dsp2+di}を、少なくとも、3nm≦{dsp2+di}≦15nmの範囲に、好ましくは、3nm≦{dsp2+di}≦12nmの範囲に選択することが望ましい。 In the case of inserting the intermediate layer, after the second recess is formed, d i ≦ 1 nm, and the film thickness of the electron supply layer made of AlGaN (d sp2) remaining directly under the second recess ) And the intermediate layer thickness (d i ) {d sp2 + d i } is at least in the range of 3 nm ≦ {d sp2 + d i } ≦ 15 nm, preferably 3 nm ≦ {d sp2 + d i } ≦ 12 nm It is desirable to select the range.

一方、AlGaNからなる電子供給層を構成する、AlGaN層の組成は、Alx1Ga1-x1N(0<x1≦0.5)の範囲に選択することが好ましい。すなわち、電子走行層と電子供給層との界面に蓄積される二次元電子ガス濃度(n2D0)を上記の範囲とするためには、AlGaN層と、GaNまたはInGaN層との間の伝導帯端エネルギー差(バンド・オフセット):ΔEcを、200meV≦ΔEc≦700meVの範囲に選択することが好ましい。その際、AlGaNからなる電子供給層を構成する、AlGaN層の組成は、Alx1Ga1-x1N(0.15≦x1≦0.5)の範囲に選択することが好ましい。より好ましくは、AlGaN層と、GaNまたはInGaN層との間のバンド・オフセット:ΔEcを、200meV≦ΔEc≦500meVの範囲に選択する。その際、AlGaNからなる電子供給層を構成する、AlGaN層の組成は、Alx1Ga1-x1N(0.15≦x1≦0.35)の範囲に選択することがより好ましい。なお、AlGaNからなる電子供給層をAlx1Ga1-x1N(0.15≦x1≦0.35)で構成する際には、その膜厚(dsp1)は、少なくとも、20nm≦dsp1≦30nmの範囲に選択することが好ましい。 On the other hand, the composition of the AlGaN layer constituting the electron supply layer made of AlGaN is preferably selected in the range of Al x1 Ga 1-x1 N (0 <x 1 ≦ 0.5). That is, in order to set the two-dimensional electron gas concentration (n 2D0 ) accumulated at the interface between the electron transit layer and the electron supply layer within the above range, the conduction band edge between the AlGaN layer and the GaN or InGaN layer is used. Energy difference (band offset): ΔEc is preferably selected in the range of 200 meV ≦ ΔEc ≦ 700 meV. At that time, the composition of the AlGaN layer constituting the electron supply layer made of AlGaN is preferably selected in the range of Al x1 Ga 1-x1 N (0.15 ≦ x 1 ≦ 0.5). More preferably, the band offset: ΔEc between the AlGaN layer and the GaN or InGaN layer is selected in the range of 200 meV ≦ ΔEc ≦ 500 meV. At that time, the composition of the AlGaN layer constituting the electron supply layer made of AlGaN is more preferably selected within the range of Al x1 Ga 1-x1 N (0.15 ≦ x 1 ≦ 0.35). When the electron supply layer made of AlGaN is composed of Al x1 Ga 1-x1 N (0.15 ≦ x 1 ≦ 0.35), the film thickness (d sp1 ) is at least 20 nm ≦ d sp1. It is preferable to select within the range of ≦ 30 nm.

次に、アルミニウム組成A1のAlGaNからなる電子供給層上に形成される、コンタクト層を構成するAlGaNのアルミニウム組成A2は、A2≧A1とする。一方、このコンタクト層に対しては、n型不純物を2×1019cm-3以上ドーピングしている。このn型不純物としては、Si、Cなどの14族元素、あるいは、S、Oなどの16族元素を利用することが好ましい。なお、コンタクト層を構成するAlGaNのアルミニウム組成A2と、電子供給層を構成するAlGaNのアルミニウム組成A1との差違、(A2−A1)は、0≦(A2−A1)≦0.1の範囲に選択することが好ましい。すなわち、コンタクト層上に形成するソース電極、あるいは、ドレイン電極が、良好なオーミック性接触を達成する上では、コンタクト層を構成するAlGaNのアルミニウム組成A2は、0.1≦A2≦0.6の範囲に選択することがより好ましい。なお、AlGaNからなるンタクト層の膜厚(dc)は、10nm以下、好ましくは、2〜10nmの範囲に選択する。その際、コンタクト層全体の拡がり抵抗の上昇を回避するため、コンタクト層の膜厚(dc)が薄くなるとともに、ドーピングされるn型不純物濃度(ND)を高くすることが好ましい。すなわち、積{dc×ND}が、{10nm×1×1019cm-3}以上となるように、コンタクト層の膜厚(dc)と、ドーピングされるn型不純物濃度(ND)を選択することがより好ましい。 Next, formed on the electron supply layer composed of AlGaN of aluminum composition A 1, aluminum composition A 2 of AlGaN constituting the contact layer, and A 2 ≧ A 1. On the other hand, this contact layer is doped with an n-type impurity of 2 × 10 19 cm −3 or more. As this n-type impurity, it is preferable to use a group 14 element such as Si or C, or a group 16 element such as S or O. The difference between the aluminum composition A 2 of AlGaN constituting the contact layer and the aluminum composition A 1 of AlGaN constituting the electron supply layer, (A 2 −A 1 ) is 0 ≦ (A 2 −A 1 ) ≦ It is preferable to select in the range of 0.1. That is, in order for the source electrode or drain electrode formed on the contact layer to achieve good ohmic contact, the aluminum composition A 2 of AlGaN constituting the contact layer is 0.1 ≦ A 2 ≦ 0. It is more preferable to select the range of 6. Note that the thickness (d c ) of the contact layer made of AlGaN is selected to be 10 nm or less, preferably in the range of 2 to 10 nm. At this time, in order to avoid an increase in the spreading resistance of the entire contact layer, it is preferable to reduce the thickness (d c ) of the contact layer and increase the n-type impurity concentration (N D ) to be doped. That is, the contact layer thickness (d c ) and the doped n-type impurity concentration (N D ) so that the product {d c × N D } is equal to or greater than {10 nm × 1 × 10 19 cm −3 }. Is more preferable.

このコンタクト層上に形成されるソース電極、ならびに、ドレイン電極は、蒸着・リフトオフ法を用いて、例えば、Ti/Al(30/180nm)をコンタクト層表面の所定場所に形成する。その後、700℃、60秒のRTA(Rapid Thermal Anneal)を行って、コンタクト層との界面に良好なオーミック性接触を形成する。   For the source electrode and drain electrode formed on the contact layer, for example, Ti / Al (30/180 nm) is formed at a predetermined location on the surface of the contact layer by using a vapor deposition / lift-off method. Thereafter, RTA (Rapid Thermal Anneal) is performed at 700 ° C. for 60 seconds to form good ohmic contact at the interface with the contact layer.

なお、オーミック補助電極も、コンタクト層表面とオーミック性接触を形成するものを利用する。例えば、Ti/Al(15/60nm)を利用し、600℃、30秒のRTAにより、を行って、コンタクト層との間にオーミック性接触を形成する。   Note that an ohmic auxiliary electrode is also used that forms ohmic contact with the contact layer surface. For example, Ti / Al (15/60 nm) is used and RTA is performed at 600 ° C. for 30 seconds to form ohmic contact with the contact layer.

一方、コンタクト層をエッチング除去して形成される第1のリセスの長さ(L1)は、その中に形成すべき第2のリセスの長さ(L2)を基準として、第2の絶縁膜からなる側壁の長さ(t2)と、L2≒L1−2×t2 の関係を満たすように選択する。 On the other hand, the length (L 1 ) of the first recess formed by etching away the contact layer is determined based on the length (L 2 ) of the second recess to be formed therein. Selection is made so as to satisfy the relationship of the length (t 2 ) of the side wall made of the film and L 2 ≈L 1 −2 × t 2 .

本発明においては、第2の絶縁膜からなる側壁の長さ(t2)は、少なくとも、t2≦0.1μm(100nm)の範囲に選択することが望ましい。 In the present invention, the length (t 2 ) of the side wall made of the second insulating film is preferably selected at least in the range of t 2 ≦ 0.1 μm (100 nm).

一方、形成すべき第2のリセスの長さ(L2)は、この第2のリセスの直下に残されるAlGaNからなる電子供給層の膜厚(dsp2)に基づき選択される。例えば、第2のリセスの長さ(L2)は、残される電子供給層の膜厚(dsp2)に対して、(L2)≧5×(dsp2) の関係を満たすように選択することが望ましい。すなわち、第2のリセスの直下において、二次元電子ガス層の誘起と、その排除が均一に進行させるためには、前記の条件を満たすように、ゲート電極の長さ(LG)を、(LG)≧5×(dsp2) の関係を満たすように選択することが望ましい。その際、第2のリセスに埋め込まれるゲート電極Gの長さ(LG)は、第2のリセスの長さ(L2)よりも僅かに短くなっている。 On the other hand, the length (L 2 ) of the second recess to be formed is selected based on the film thickness (d sp2 ) of the electron supply layer made of AlGaN left immediately below the second recess. For example, the length (L 2 ) of the second recess is selected so as to satisfy the relationship of (L 2 ) ≧ 5 × (d sp2 ) with respect to the film thickness (d sp2 ) of the remaining electron supply layer. It is desirable. In other words, in order to induce the two-dimensional electron gas layer and the elimination thereof directly under the second recess, the length (L G ) of the gate electrode is set to satisfy the above condition ( It is desirable to select so as to satisfy the relationship of L G ) ≧ 5 × (d sp2 ). At this time, the length (L G ) of the gate electrode G embedded in the second recess is slightly shorter than the length (L 2 ) of the second recess.

一方、エッチング加工における制御精度の観点からは、少なくとも、エッチング除去されるAlGaN層の厚さ(dsp1−dsp2)を基準として、(L2)≧(dsp1−dsp2)の範囲に選択することが望ましい。すなわち、第2のリセスを形成に際して実施されるAlGaN層のエッチング工程では、マスクの開口部長さ(L2)は、目的とするエッチング深さ(dsp1−dsp2)と同じか、それ以上に選択することが好ましい。 On the other hand, from the viewpoint of control accuracy in etching processing, at least the range of (L 2 ) ≧ (d sp1 -d sp2 ) is selected based on the thickness (d sp1 -d sp2 ) of the AlGaN layer to be removed by etching. It is desirable to do. That is, in the etching process of the AlGaN layer performed when forming the second recess, the opening length (L 2 ) of the mask is equal to or more than the target etching depth (d sp1 -d sp2 ). It is preferable to select.

なお、第2のリセスの直下に残されるAlGaNからなる電子供給層の膜厚(dsp2)は、AlGaNからなる電子供給層とGaNまたはInGaNからなる電子走行層との界面に存在する間の伝導帯端エネルギー差(バンド・オフセット):ΔEc、ならびに、AlGaNからなる電子供給層に対して、ゲート電極がショットキー接合を形成した際のショットキー障壁高さ(ΦB)を考慮した上で、選定される。通常、残されるAlGaNからなる電子供給層の膜厚(dsp2)は、少なくとも、3nm≦dsp2≦15nmの範囲に、好ましくは、3nm≦dsp2≦12nmの範囲に選択することが望ましい。 Note that the film thickness (d sp2 ) of the electron supply layer made of AlGaN left immediately below the second recess is the conduction between the electron supply layer made of AlGaN and the electron transit layer made of GaN or InGaN. Band edge energy difference (band offset): ΔEc, and Schottky barrier height (Φ B ) when the gate electrode forms a Schottky junction with respect to the electron supply layer made of AlGaN, Selected. Usually, the film thickness (d sp2 ) of the remaining electron supply layer made of AlGaN is preferably selected in the range of at least 3 nm ≦ d sp2 ≦ 15 nm, preferably in the range of 3 nm ≦ d sp2 ≦ 12 nm.

第1の絶縁膜は、コンタクト層をエッチング除去して、第1のリセスを形成する際、そのエッチング・マスクとして利用される。従って、目的とする第1のリセスの長さ(L1)に対応する長さを有する開口を設ける。この開口は、第1の絶縁膜をエッチングすることで形成される。その際、第1の絶縁膜をエッチング加工する際の精度を考慮すると、通常、開口部の長さ(L1)と、第1の絶縁膜の膜厚(t1)との比率:{L1/t1}は、{L1/t1}≧1の範囲に選択することが望ましい。 The first insulating film is used as an etching mask when the contact layer is removed by etching to form the first recess. Accordingly, an opening having a length corresponding to the target length (L 1 ) of the first recess is provided. This opening is formed by etching the first insulating film. At this time, considering the accuracy in etching the first insulating film, the ratio between the length (L 1 ) of the opening and the film thickness (t 1 ) of the first insulating film: {L 1 / t 1} is preferably selected in the range of {L 1 / t 1} ≧ 1.

加えて、オーミック補助電極を形成する際には、第1の絶縁膜は、オーミック補助電極と、ゲート電極とを高さ方向で分離するための、絶縁性スペーサとしての機能を有する。その際、オーミック補助電極全体の膜厚(tm3)を基準として、第1の絶縁膜の膜厚(t1)は、少なくとも、(t1)/(tm3)≧2の範囲、より好ましくは、(t1)/(tm3)≧2.5の範囲に選択することが望ましい。 In addition, when the ohmic auxiliary electrode is formed, the first insulating film functions as an insulating spacer for separating the ohmic auxiliary electrode and the gate electrode in the height direction. At that time, the film thickness (t 1 ) of the first insulating film is at least in the range of (t 1 ) / (t m3 ) ≧ 2, based on the film thickness (t m3 ) of the entire ohmic auxiliary electrode. Is preferably selected in the range of (t 1 ) / (t m3 ) ≧ 2.5.

例えば、オーミック補助電極全体の膜厚(tm3)として、75nmを選択すると、第1の絶縁膜の膜厚(t1)は、少なくとも、(t1)≧150nm、好ましくは、(t1)≧200nmの範囲に選択する。それに応じて、第1のリセスの長さ(L1)に対応する、開口部の長さ(L1)も、(L1)≧150nm、好ましくは、(L1)≧200nmの範囲に選択する。 For example, when 75 nm is selected as the film thickness (t m3 ) of the entire ohmic auxiliary electrode, the film thickness (t 1 ) of the first insulating film is at least (t 1 ) ≧ 150 nm, preferably (t 1 ) A range of ≧ 200 nm is selected. Accordingly, corresponds to the length of the first recess (L 1), the length of the opening (L 1) also, (L 1) ≧ 150 nm, preferably, selected within the range of (L 1) ≧ 200 nm To do.

次に、第2の絶縁膜からなる側壁を形成する際には、膜厚(t2)の第2の絶縁膜を、第1の絶縁膜の上面、第1の絶縁膜の開口部側壁面、ならびに、第1のリセスの側面と底面とを全面被覆するように一旦形成する。その際、第1のリセス部分に残される「開口部分」のサイズ(長さ)は、{L1−2×t2}となる。異方性エッチング処理を施し、第1の絶縁膜の上面、この第1のリセス部分に残される「開口部分」の底部分に存在する第2の絶縁膜を選択的に除去する。 Next, when the side wall made of the second insulating film is formed, the second insulating film having a film thickness (t 2 ) is formed on the upper surface of the first insulating film and the side wall surface of the opening of the first insulating film. In addition, the first recess is once formed so as to entirely cover the side surface and the bottom surface of the first recess. At that time, the size (length) of the “opening portion” left in the first recess portion is {L 1 −2 × t 2 }. An anisotropic etching process is performed to selectively remove the second insulating film existing on the top surface of the first insulating film and the bottom portion of the “opening portion” left in the first recess portion.

第2の絶縁膜として利用可能な絶縁材料は、第1の絶縁膜の上面、第1の絶縁膜の開口部側壁面、ならびに、第1のリセスの側面と底面とを全面被覆するように、均一な膜厚で被覆が可能な絶縁材料である。すなわち、気相成長によって、等方的な成膜を行うことが可能な絶縁材料である。例えば、SiN、SiO2、SiON、Al23、AlN、ZrO2、HfO2などの等方的な成膜が可能な絶縁材料を利用することが好ましい。なお、これらの等方的な成膜が可能な絶縁材料のうち、異方性エッチング処理に適する絶縁材料を使用する。従って、SiN、SiO2、SiONなどが、第2の絶縁膜として利用可能な絶縁材料として挙げられる。 The insulating material that can be used as the second insulating film covers the entire top surface of the first insulating film, the side wall surface of the opening of the first insulating film, and the side and bottom surfaces of the first recess. It is an insulating material that can be coated with a uniform film thickness. That is, it is an insulating material capable of performing isotropic film formation by vapor phase growth. For example, it is preferable to use an insulating material capable of isotropic film formation such as SiN, SiO 2 , SiON, Al 2 O 3 , AlN, ZrO 2 , and HfO 2 . Of these insulating materials capable of isotropic film formation, an insulating material suitable for anisotropic etching is used. Therefore, SiN, SiO 2 , SiON, and the like are listed as insulating materials that can be used as the second insulating film.

なお、第1のリセス部分に残される「開口部分」は、長さ{L1−2×t2}の開口に対して、深さは、{t1+dc−t2}となっている。最終的に、異方性エッチング処理が完了した時点では、第2のリセスを形成するために使用される開口部の形状は、上部の開口部の長さは、L1、底面部の長さは、{L1−2×t2}、深さは、{t1+dc}となっている。これをマスクとして、エッチング処理を施すと、この底面部の長さに相当する長さ(L2)と、エッチング除去されるAlGaN層の厚さ(dsp1−dsp2)となっている第2のリセスが形成される。 Note that "aperture" to be left in the first recess portion, the opening length {L 1 -2 × t 2} , depth, and has a {t 1 + d c -t 2 } . Finally, when the anisotropic etching process is completed, the shape of the opening used to form the second recess is that the length of the upper opening is L 1 , and the length of the bottom surface Is {L 1 −2 × t 2 }, and the depth is {t 1 + d c }. When etching is performed using this as a mask, the length (L 2 ) corresponding to the length of the bottom surface and the thickness (d sp1 -d sp2 ) of the AlGaN layer to be removed by etching are obtained. Recesses are formed.

MISゲート構造を採用する場合、この第2のリセスの底面と側壁面、ならびに、第2の絶縁膜からなる側壁、第1の絶縁膜の上面を覆うように、膜厚(t3)のゲート絶縁膜を形成する。この時点で、AlGaNからなる電子供給層の第2のリセス内の空隙は、開口部の長さは、{L2−2×t3}≒{L1−2×t2−2×t3}、AlGaN層領域部分の深さは、{(dsp1−dsp2)−(t3)}となっている。 When the MIS gate structure is adopted, the gate having a film thickness (t 3 ) so as to cover the bottom surface and the side wall surface of the second recess, the side wall made of the second insulating film, and the top surface of the first insulating film. An insulating film is formed. At this time, the gap in the second recess of the electron supply layer made of AlGaN has an opening length of {L 2 −2 × t 3 } ≈ {L 1 −2 × t 2 −2 × t 3. }, The depth of the AlGaN layer region portion is {(d sp1 -d sp2 )-(t 3 )}.

ゲート絶縁膜として利用可能な絶縁材料は、上記の第2のリセスの底面と側壁面、ならびに、第2の絶縁膜からなる側壁、第1の絶縁膜の上面を覆うように、均一な膜厚で被覆が可能な絶縁材料である。すなわち、気相成長によって、等方的な成膜を行うことが可能な絶縁材料である。例えば、SiN、SiO2、SiON、Al23、AlN、ZrO2、HfO2などの等方的な成膜が可能な絶縁材料を利用することが好ましい。さらに、ゲート電極の形成に利用される金属材料との密着性が高く、第2のリセスの底面と側壁面、ならびに、第2の絶縁膜からなる側壁、第1の絶縁膜の上面を覆うように、かかる金属材料による均一な被覆が可能なものを選択することがより好ましい。この要件を含めると、例えば、SiN、SiO2、SiON、Al23などがより好適な絶縁材料である。このゲート絶縁膜の膜厚(t3)は、電界効果トランジスタを利用する周波数ならびに、使用するゲート電圧VGを考慮して選択されるが、一般に、3nm≦t3≦80nmの範囲、望ましくは、3nm≦t3≦30nmの範囲に選択することが好ましい。 The insulating material that can be used as the gate insulating film has a uniform film thickness so as to cover the bottom surface and the side wall surface of the second recess, the side wall made of the second insulating film, and the top surface of the first insulating film. It is an insulating material that can be covered with. That is, it is an insulating material capable of performing isotropic film formation by vapor phase growth. For example, it is preferable to use an insulating material capable of isotropic film formation such as SiN, SiO 2 , SiON, Al 2 O 3 , AlN, ZrO 2 , and HfO 2 . Furthermore, it has high adhesion to the metal material used for forming the gate electrode, and covers the bottom surface and the side wall surface of the second recess, the side wall made of the second insulating film, and the top surface of the first insulating film. In addition, it is more preferable to select one that can be uniformly coated with such a metal material. Including this requirement, for example, SiN, SiO 2 , SiON, Al 2 O 3 and the like are more preferable insulating materials. The film thickness (t 3 ) of the gate insulating film is selected in consideration of the frequency at which the field effect transistor is used and the gate voltage V G to be used. Generally, the film thickness is 3 nm ≦ t 3 ≦ 80 nm, preferably It is preferable to select the range of 3 nm ≦ t 3 ≦ 30 nm.

この第2のリセス内を隙間なく埋め込むように形成するゲート電極は、その断面形状はT型となるT型ゲート電極とする。すなわち、第2のリセス内を隙間なく埋め込んだのち、その上面を所望の平面形状にエッチング加工する際、利用するエッチング・マスクのパターニングが容易に実施できる。また、ゲート電極の幅に対して、その方向のゲート電極のトランス・コンダクタンスを維持する上でも、T型ゲート電極を採用することが好ましい。   The gate electrode formed so as to be embedded in the second recess without a gap is a T-type gate electrode having a T-shaped cross section. That is, after the inside of the second recess is filled without a gap, the etching mask to be used can be easily patterned when the upper surface is etched into a desired planar shape. Also, in order to maintain the transconductance of the gate electrode in that direction with respect to the width of the gate electrode, it is preferable to employ a T-type gate electrode.

ゲート電極を形成する金属材料として、電子供給層を構成するアンドープAlGaNに対して、ショットキー障壁高さ(ΦB)が、ΦB≧0.8eVのショットキー接合を形成することができる金属材料を利用することが望ましい。なお、前記ショットキー接合形成用の金属材料上に、高い電気伝導度を示す金属材料を積層する構成とすることが好ましい。また、ショットキー接合形成用の金属材料は、その下地層となる、電子供給層を構成するアンドープAlGaN、あるいは、ゲート絶縁膜に対する密着性を有するものが好適に利用される。例えば、ゲート電極は、Ni/Au、Pt/Au、Pd/Au、Ni/Pt/Au、Ni/Pd/Auなどを使用して作製することが好ましい。 As a metal material for forming the gate electrode, a metal material capable of forming a Schottky junction having a Schottky barrier height (Φ B ) of Φ B ≧ 0.8 eV with respect to undoped AlGaN constituting the electron supply layer It is desirable to use Note that it is preferable that a metal material exhibiting high electrical conductivity is stacked on the metal material for forming the Schottky junction. Further, as the metal material for forming the Schottky junction, an undoped AlGaN constituting the electron supply layer serving as the underlayer, or a material having adhesion to the gate insulating film is preferably used. For example, the gate electrode is preferably manufactured using Ni / Au, Pt / Au, Pd / Au, Ni / Pt / Au, Ni / Pd / Au, or the like.

以下に、具体例を示して、本発明をより詳しく説明する。下記の具体例は、本発明の最良の実施形態の一例であるが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. The following specific examples are examples of the best embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to these embodiments.

(第一の実施形態)
本発明の第一の実施形態にかかる電界効果トランジスタを、図1を参照して説明する。図1は、該第一の実施形態にかかる電界効果トランジスタの構造を模式的に示す断面図である。
(First embodiment)
A field effect transistor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the field effect transistor according to the first embodiment.

本第一の実施形態にかかる電界効果トランジスタにおいて利用される窒化物半導体は、下記の層状構造を有している。基板101上に、バッファ層102、厚さ1μmのGaNからなる電子走行層103、厚さ25nmのアンドープAl0.2Ga0.8Nからなる電子供給層104、n型不純物としてSiが2×1019cm-3ドーピングされた、厚さ5nmのAl0.2Ga0.8Nからなるコンタクト層105が、この順にエピタキシャル成長され、積層構造を形成している。該コンタクト層105上に、ソース電極106とドレイン電極107が形成されている。ソース電極106とドレイン電極107との間に、T型ゲート電極108を設けている。 The nitride semiconductor used in the field effect transistor according to the first embodiment has the following layered structure. On the substrate 101, a buffer layer 102, an electron transit layer 103 made of GaN having a thickness of 1 μm, an electron supply layer 104 made of undoped Al 0.2 Ga 0.8 N having a thickness of 25 nm, and Si of 2 × 10 19 cm as an n-type impurity. A contact layer 105 made of Al 0.2 Ga 0.8 N having a thickness of 5 nm and doped 3 is epitaxially grown in this order to form a laminated structure. A source electrode 106 and a drain electrode 107 are formed on the contact layer 105. A T-type gate electrode 108 is provided between the source electrode 106 and the drain electrode 107.

このT型ゲート電極108とそれを設ける領域は、下記する構成を有している。   The T-type gate electrode 108 and the region in which it is provided have the following configuration.

ソース電極106とドレイン電極107との間の一部で、該コンタクト層105をエッチング除去して、電子供給層104を露出させ、第1のリセス110としている。該コンタクト層105上、この第1のリセス110以外の領域に、T型ゲート電極108の傘の下に形成された厚さ200nmのSiNからなる第1の絶縁膜109が形成されている。また、第1のリセス110中には、その一部に、電子供給層104の厚さを5nmまで薄くして、第2のリセス112が形成されている。一方、第1のリセス110中、第2のリセス112以外の領域には、元の膜厚が100nmのSiNをエッチング加工して形成した、第2の絶縁膜111からなる側壁が作製されている。該第2のリセス112内、ならびに、該第2の絶縁膜111からなる側壁上および該第1絶縁膜109上には、厚さ12nmのSiNよりなるゲート絶縁膜113が形成されている。該ゲート絶縁膜113上に隙間なく埋め込まれたT型ゲート電極108が形成されている。該コンタクト層105上で該第1絶縁膜109が形成されていない領域、該ソース電極106上および該ドレイン電極107上、ならびに、該T型ゲート電極108上には、オーミック補助電極114が形成されている。すなわち、オーミック補助電極114は、合計3つの部分に分割されており、該ソース電極106と電気的に接続される、ソース電極側の部分、該ドレイン電極107と電気的に接続される、ドレイン電極側の部分、ならびに、T型ゲート電極108上に形成されている、T型ゲート電極上の部分に分かれている。   The contact layer 105 is removed by etching at a part between the source electrode 106 and the drain electrode 107 to expose the electron supply layer 104, thereby forming a first recess 110. A first insulating film 109 made of SiN having a thickness of 200 nm formed under the umbrella of the T-type gate electrode 108 is formed on the contact layer 105 in a region other than the first recess 110. In addition, the second recess 112 is formed in the first recess 110 by partially reducing the thickness of the electron supply layer 104 to 5 nm. On the other hand, in the region other than the second recess 112 in the first recess 110, a side wall made of the second insulating film 111 formed by etching SiN having an original film thickness of 100 nm is formed. . A gate insulating film 113 made of SiN having a thickness of 12 nm is formed in the second recess 112 and on the side wall made of the second insulating film 111 and the first insulating film 109. A T-type gate electrode 108 is formed on the gate insulating film 113 without any gaps. An ohmic auxiliary electrode 114 is formed on the contact layer 105 where the first insulating film 109 is not formed, on the source electrode 106 and the drain electrode 107, and on the T-type gate electrode 108. ing. That is, the ohmic auxiliary electrode 114 is divided into a total of three portions, and is electrically connected to the source electrode 106, a portion on the source electrode side, and a drain electrode electrically connected to the drain electrode 107 It is divided into a portion on the side and a portion on the T-type gate electrode formed on the T-type gate electrode 108.

第2のリセス112直下の電子供給層104上には、ゲート絶縁膜113を介して、T型ゲート電極108が形成されており、MIS構造となっている。この第2のリセス112直下の電子供給層104の厚さは、5nmまで薄くされているため、ゲート電圧VGが、VG=0Vでは、この電界効果トランジスタはOFF状態となっている。この電界効果トランジスタをON状態とする、ゲートの閾値バイアスVthは、Vth=+0.5Vとなっており、エンハンスメント(ノーマリオフ)型の電界効果トランジスタが得られている。 A T-type gate electrode 108 is formed on the electron supply layer 104 immediately below the second recess 112 via a gate insulating film 113, and has a MIS structure. Since the thickness of the electron supply layer 104 immediately below the second recess 112 is reduced to 5 nm, the field effect transistor is in an OFF state when the gate voltage V G is V G = 0V. The threshold voltage V th of the gate which turns on this field effect transistor is V th = + 0.5 V, and an enhancement (normally off) type field effect transistor is obtained.

図1に示される構造では、ゲート電圧VGが、VG=0Vの状態において、該コンタクト層105に覆われている領域の直下、GaNからなる電子走行層103とアンドープAl0.2Ga0.8Nからなる電子供給層104の界面には、二次元電子ガスが存在している。また、第1のリセス110中、第2のリセス112以外の領域は、厚さ25nmのアンドープAl0.2Ga0.8Nからなる電子供給層104の表面上に、第2の絶縁膜111からなる側壁、その上のゲート絶縁膜113を介して、T型ゲート電極108のバイアス電圧が印加される。ゲート電圧VGが、VG=0Vの状態において、この部分領域の直下でも、電子走行層103と電子供給層104の界面には、二次元電子ガスが存在する状態となっている。T型ゲート電極108を正にバイアスしてオン状態にしたときには、2次元電子ガスが消失している領域は存在せず、従って低いオン抵抗が得られるという効果がもたらされる。従って、T型ゲート電極108を正にバイアスして、ゲート電圧VGが、閾値バイアスVthに達し、「オン状態」となる時点では、電子走行層103と電子供給層104の界面には、二次元電子ガスが消失している領域は存在しない。その結果、低い「オン抵抗」を示す、エンハンスメント(ノーマリオフ)型の電界効果トランジスタの動作特性が得られる。 In the structure shown in FIG. 1, when the gate voltage V G is V G = 0V, the electron transit layer 103 made of GaN and the undoped Al 0.2 Ga 0.8 N are directly under the region covered with the contact layer 105. Two-dimensional electron gas is present at the interface of the electron supply layer 104. Further, in the first recess 110, regions other than the second recess 112 are formed on the surface of the electron supply layer 104 made of undoped Al 0.2 Ga 0.8 N having a thickness of 25 nm, on the side wall made of the second insulating film 111, A bias voltage of the T-type gate electrode 108 is applied through the gate insulating film 113 thereon. When the gate voltage V G is V G = 0V, a two-dimensional electron gas is present at the interface between the electron transit layer 103 and the electron supply layer 104 even immediately below this partial region. When the T-type gate electrode 108 is positively biased and turned on, there is no region in which the two-dimensional electron gas has disappeared, and thus there is an effect that a low on-resistance can be obtained. Therefore, when the T-type gate electrode 108 is positively biased and the gate voltage V G reaches the threshold bias V th and becomes “on”, the interface between the electron transit layer 103 and the electron supply layer 104 is There is no region where the two-dimensional electron gas has disappeared. As a result, an operation characteristic of an enhancement (normally off) type field effect transistor exhibiting a low “on resistance” can be obtained.

コンタクト層105には、n型不純物であるSiが2×1019cm-3の濃度でドーピングされており、この上にソース電極106とドレイン電極107を形成しており、ソース電極106あるいはドレイン電極107を、アンドープAl0.2Ga0.8Nからなる電子供給層104上に形成する場合と比較し、接触抵抗の低減がなされている。また、電子供給層104を構成するアンドープAl0.2Ga0.8Nと、コンタクト層105を構成する高濃度ドーピングAl0.2Ga0.8Nは、同じ格子定数を有し、また、両者の界面において、伝導帯端エネルギーEcの差違(バンド・オフセット):ΔEcは存在しない。従って、コンタクト層105と電子供給層104との界面に、負の分極電荷の発生、ならびにバンド・オフセット:ΔEcに起因するポテンシャルバリアは発生しない。加えて、コンタクト層105自体の膜厚は、5nmと極めて薄く、その抵抗率も十分に低いので、このコンタクト層105自体のシリーズ抵抗が極く僅かなものとなっている。 The contact layer 105 is doped with Si as an n-type impurity at a concentration of 2 × 10 19 cm −3 , and a source electrode 106 and a drain electrode 107 are formed thereon, and the source electrode 106 or the drain electrode Compared with the case where 107 is formed on the electron supply layer 104 made of undoped Al 0.2 Ga 0.8 N, the contact resistance is reduced. Further, undoped Al 0.2 Ga 0.8 N constituting the electron supply layer 104 and high-concentration doped Al 0.2 Ga 0.8 N constituting the contact layer 105 have the same lattice constant, and the conduction band edge is formed at the interface between the two. Difference in energy Ec (band offset): ΔEc does not exist. Therefore, no negative polarization charge is generated at the interface between the contact layer 105 and the electron supply layer 104, and a potential barrier due to the band offset: ΔEc does not occur. In addition, the contact layer 105 itself has a very thin film thickness of 5 nm and its resistivity is sufficiently low, so that the series resistance of the contact layer 105 itself is very small.

結果的に、コンタクト層105を設けていない場合と比較し、上記の構成のコンタクト層105を設ける場合は、総合的に、ソース電極106あるいはドレイン電極107と二次元電子ガスとの間のアクセス抵抗を低減する効果が得られる。   As a result, compared with the case where the contact layer 105 is not provided, when the contact layer 105 having the above configuration is provided, the access resistance between the source electrode 106 or the drain electrode 107 and the two-dimensional electron gas is comprehensively determined. Is obtained.

特に、高濃度ドーピングAl0.2Ga0.8Nからなるコンタクト層105は、前記第1のリセス110の領域を除く、アンドープAl0.2Ga0.8Nからなる電子供給層104の表面を覆うように形成されている、従って、ソース電極106あるいはドレイン電極107を通過する電流は、この高濃度ドーピングAl0.2Ga0.8Nからなるコンタクト層105内で横方向への電流拡散を受ける。このコンタクト層105内における電流拡散の効果は、コンタクト層105の膜厚dcの増加とともに、電流密度[dI/dS]を、exp{−(dc2/(dcr2}と荒く近似できる割合で低減する。この電流拡散効果による電流密度[dI/dS]の低減は、アンドープAl0.2Ga0.8Nからなる電子供給層104中のシリーズ抵抗を低減させるため、アクセス抵抗の低減が見みられる。 In particular, the contact layer 105 made of highly doped Al 0.2 Ga 0.8 N is formed so as to cover the surface of the electron supply layer 104 made of undoped Al 0.2 Ga 0.8 N, excluding the region of the first recess 110. Therefore, the current passing through the source electrode 106 or the drain electrode 107 undergoes current diffusion in the lateral direction in the contact layer 105 made of this highly doped Al 0.2 Ga 0.8 N. The effect of current diffusion in the contact layer 105 is that the current density [dI / dS] becomes rough as exp {− (d c ) 2 / (d cr ) 2 } as the film thickness d c of the contact layer 105 increases. Reduce at an approximate rate. The reduction of the current density [dI / dS] due to the current diffusion effect reduces the series resistance in the electron supply layer 104 made of undoped Al 0.2 Ga 0.8 N, and thus the access resistance is reduced.

図3は、前記高濃度ドーピングAl0.2Ga0.8Nからなるコンタクト層105に起因する電流拡散効果に起因するアクセス抵抗の低減効果を説明する、シミュレーション結果を示すグラフである。図3には、電子供給層104の膜厚(dsp1)とコンタクト層105の膜厚(dc)の合計{dsp1+dc}を30nmに固定し、二次元電子ガスによるシート抵抗を500Ω/□としたとき、ソース電極106あるいはドレイン電極107と二次元電子ガスとの間のアクセス抵抗と、コンタクト層の膜厚dcとの関係をシミュレーション計算した結果が示されている。図3によると、コンタクト層105の厚さが0nm、すなわちアンドープAlGaNよりなる電子供給層104に直接ソース電極106およびドレイン電極を形成した場合のアクセス抵抗は0.87Ωmmであるが、コンタクト層105の厚さを5nmとすることにより、アクセス抵抗は0.11Ωmmとほぼ1/8に低減するという著しい効果が得られることがわかる。 FIG. 3 is a graph showing a simulation result for explaining the effect of reducing the access resistance caused by the current diffusion effect caused by the contact layer 105 made of the high-concentration doped Al 0.2 Ga 0.8 N. In FIG. 3, the total {d sp1 + d c } of the film thickness (d sp1 ) of the electron supply layer 104 and the film thickness (d c ) of the contact layer 105 is fixed to 30 nm, and the sheet resistance due to the two-dimensional electron gas is 500Ω. When / □, the result of simulation calculation of the relationship between the access resistance between the source electrode 106 or the drain electrode 107 and the two-dimensional electron gas and the film thickness d c of the contact layer is shown. According to FIG. 3, the access resistance when the thickness of the contact layer 105 is 0 nm, that is, when the source electrode 106 and the drain electrode are directly formed on the electron supply layer 104 made of undoped AlGaN is 0.87 Ωmm. It can be seen that by setting the thickness to 5 nm, the access resistance is reduced to about 1/8, that is, 0.11 Ωmm.

一方、コンタクト層105の厚さを5nmに留め、電子供給層の厚さを25nmと厚さの減少量を抑えていることにより、第1のリセス110の外側のコンタクト層105が残っている領域のシート抵抗は、500Ω/□であるのに対して、第1のリセス110内のシート抵抗は550Ω/□となり、第1のリセス形成に伴うシート抵抗の増加率を10%に抑制している。図6に示す、従来技術に係る電界効果トランジスタでは、ゲート電極Gと凹部7との間の隙間部のシート抵抗が500kΩ/□にも達しており、図1に示す、第一の実施形態の電界効果トランジスタの構成においては、格段に、アクセク抵抗の低減がなされていることがわかる。   On the other hand, by keeping the thickness of the contact layer 105 at 5 nm and the thickness of the electron supply layer at 25 nm and suppressing the decrease in thickness, the region where the contact layer 105 outside the first recess 110 remains. The sheet resistance of the first recess 110 is 550 Ω / □ while the sheet resistance of the sheet is 500 Ω / □, and the increase rate of the sheet resistance accompanying the formation of the first recess is suppressed to 10%. . In the field effect transistor according to the prior art shown in FIG. 6, the sheet resistance of the gap between the gate electrode G and the recess 7 reaches 500 kΩ / □, and the first embodiment shown in FIG. In the structure of the field effect transistor, it can be seen that the access resistance is remarkably reduced.

また、第2のリセス112内で電子供給層104とT型ゲート電極108との間にゲート絶縁膜113を設けていることにより、ゲート電極の順方向に電流が流れ始める電圧が+4Vになっている。その結果、図1に示すMIS型の電界効果トランジスタの「オン状態」において、T型ゲート電極108直下の二次元電子ガス濃度が高くなることで、「オン抵抗」が低減するという効果ももたらされる。   In addition, since the gate insulating film 113 is provided between the electron supply layer 104 and the T-type gate electrode 108 in the second recess 112, the voltage at which current starts to flow in the forward direction of the gate electrode becomes + 4V. Yes. As a result, in the “ON state” of the MIS type field effect transistor shown in FIG. 1, the two-dimensional electron gas concentration immediately below the T-type gate electrode 108 is increased, so that the “ON resistance” is also reduced. .

加えて、コンタクト層105上にオーミック補助電極114を設けることにより、オーミック補助電極114とコンタクト層105が接触している領域のシート抵抗がさらに低減し、この寄与によって、「オン抵抗」がさらに低減するという効果がもたらされる。   In addition, by providing the ohmic auxiliary electrode 114 on the contact layer 105, the sheet resistance in the region where the ohmic auxiliary electrode 114 and the contact layer 105 are in contact with each other is further reduced, and this contribution further reduces the “on resistance”. The effect of doing.

(製造工程)
次に、図2−1、図2−2を参照して、図1に示す第1の実施形態のMIS型電界効果トランジスタを製造する方法を説明する。
(Manufacturing process)
Next, a method for manufacturing the MIS field effect transistor according to the first embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS.

始めに、有機金属気相成長法(MOVPE: Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)を用いて、基板101上に、バッファ層102、厚さ1μmのGaNからなる電子走行層103、厚さ25nmのアンドープAl0.2Ga0.8Nからなる電子供給層104、厚さ5nmでn型不純物としてSiが2×1019cm-3ドーピングされたAl0.2Ga0.8Nからなるコンタクト層105をこの順にエピタキシャル成長し、作製に利用される窒化物半導体の積層構造を得る(図2−1(a))。 First, using a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE), a buffer layer 102, an electron transit layer 103 made of GaN having a thickness of 1 μm, an undoped Al 0.2 having a thickness of 25 nm are formed on the substrate 101. electron supply layer 104 made of Ga 0.8 n, a contact layer 105 having a thickness of 5nm by n-type impurity as the Si is 2 × 10 19 cm -3 doped Al 0.2 Ga 0.8 n epitaxially grown in this order, is used for preparing A laminated structure of nitride semiconductor is obtained (FIG. 2-1 (a)).

次に、蒸着・リフトオフ法を用いて、Ti/Al(30/180nm)電極を、コンタクト層105表面の所定場所に形成する。その後、700℃、60秒のRTA(Rapid Thermal Anneal)を行って、ソース電極106およびドレイン電極107を得る(図2−1(b))。   Next, a Ti / Al (30/180 nm) electrode is formed at a predetermined location on the surface of the contact layer 105 by vapor deposition / lift-off method. Thereafter, RTA (Rapid Thermal Anneal) is performed at 700 ° C. for 60 seconds to obtain the source electrode 106 and the drain electrode 107 (FIG. 2-1 (b)).

プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、厚さ(t1)200nmのSiNからなる第1の絶縁膜109を全面に成膜する。その後、ソース電極106とドレイン電極107との間、第1のリセス110を作製すべき位置に、この第1のリセス110の平面形状パターンに合わせた、開口パターンを形成したフォトレジスト・マスクを作製する。このフォトレジスト・マスクを利用し、RIE(Reactive Ion Etching)法を用いて、SiNからなる第1の絶縁膜109をエッチングする(図2−1(c))。この第1の絶縁膜109をマスクにし、ICP(Inductively Coupled Plasma)ドライエッチ法を用いて、コンタクト層105をエッチング除去する。前記の開口パターンに合わせて、コンタクト層105が除去され、アンドープAl0.2Ga0.8Nからなる電子供給層104の表面が露呈し、第1のリセス110が形成される。 A first insulating film 109 made of SiN having a thickness (t 1 ) of 200 nm is formed on the entire surface by plasma CVD (Chemical Vapor Deposition). Thereafter, a photoresist mask in which an opening pattern is formed in accordance with the planar shape pattern of the first recess 110 at a position where the first recess 110 is to be formed between the source electrode 106 and the drain electrode 107 is manufactured. To do. Using this photoresist mask, the first insulating film 109 made of SiN is etched by RIE (Reactive Ion Etching) (FIG. 2-1 (c)). Using the first insulating film 109 as a mask, the contact layer 105 is removed by etching using an ICP (Inductively Coupled Plasma) dry etching method. In accordance with the opening pattern, the contact layer 105 is removed, the surface of the electron supply layer 104 made of undoped Al 0.2 Ga 0.8 N is exposed, and the first recess 110 is formed.

その後、全面に、プラズマCVD法によりSiNからなる第2の絶縁膜111を成膜する。この第2の絶縁膜111の膜厚(t2)は、上記の例では、100nmに選択されている。その際、第1の絶縁膜109の上面、第1のリセス110の領域では、第1の絶縁膜109とコンタクト層105のエッチング側面、第1のリセス110の底面に露呈している電子供給層104の表面が、第2の絶縁膜111で被覆される。 Thereafter, a second insulating film 111 made of SiN is formed on the entire surface by plasma CVD. The film thickness (t 2 ) of the second insulating film 111 is selected to be 100 nm in the above example. At that time, in the region of the upper surface of the first insulating film 109 and the first recess 110, the electron supply layer exposed on the etching side surface of the first insulating film 109 and the contact layer 105 and the bottom surface of the first recess 110. The surface of 104 is covered with the second insulating film 111.

さらに、RIE法を用いて、作製された第2の絶縁膜111に、上面から異方性エッチングを施す。その際、第1の絶縁膜109の上面、ならびに、第1のリセス110の底面に露呈している電子供給層104の表面に形成されている、SiNからなる第2の絶縁膜111をエッチング除去する。その時点で、第1のリセス110の領域において、第1の絶縁膜109とコンタクト層105のエッチング側面を被覆していた部位は、SiNからなる第2の絶縁膜111が、側壁状に残余する。この側壁状に残余している、SiNからなる第2の絶縁膜111を、第2の絶縁膜111よりなる側壁として利用する(図2−2(d))。   Furthermore, anisotropic etching is performed on the manufactured second insulating film 111 from the upper surface by using the RIE method. At that time, the second insulating film 111 made of SiN formed on the top surface of the first insulating film 109 and the surface of the electron supply layer 104 exposed on the bottom surface of the first recess 110 is removed by etching. To do. At that time, in the region of the first recess 110, the second insulating film 111 made of SiN remains in the shape of the side wall at the portion covering the etching side surface of the first insulating film 109 and the contact layer 105. . The second insulating film 111 made of SiN remaining in the shape of the side wall is used as a side wall made of the second insulating film 111 (FIG. 2-2 (d)).

この段階では、第1のリセス110の底面に露呈している電子供給層104の平面形状は、第1のリセス110の平面形状を基礎として、第2の絶縁膜111よりなる側壁で覆われている部分が狭くなっている。一方、第2の絶縁膜111よりなる側壁で覆われている部分のサイズ(長さ)は、第1のリセス110の側面から、その側面に形成された第2の絶縁膜111の膜厚に相当するものとなっている。すなわち、露呈している電子供給層104の平面形状において、その長さ(L2)は、第1のリセス110の平面形状における長さ(L1)から、側面に形成された第2の絶縁膜111の膜厚(t2)の2倍を引いた値、L2≒L1−2×t2となっている。 At this stage, the planar shape of the electron supply layer 104 exposed on the bottom surface of the first recess 110 is covered with a sidewall made of the second insulating film 111 based on the planar shape of the first recess 110. The part where it is narrowed. On the other hand, the size (length) of the portion covered with the side wall made of the second insulating film 111 is changed from the side surface of the first recess 110 to the film thickness of the second insulating film 111 formed on the side surface. It is equivalent. That is, in the planar shape of the exposed electron supply layer 104, the length (L 2 ) is the second insulation formed on the side surface from the length (L 1 ) in the planar shape of the first recess 110. A value obtained by subtracting twice the film thickness (t 2 ) of the film 111 is L 2 ≈L 1 −2 × t 2 .

第2の絶縁膜111よりなる側壁および第1の絶縁膜109をマスクとし、ICPドライエッチ法を用いて、電子供給層104を20nmエッチングして、第2のリセス112を形成する。その後、プラズマCVD法により、SiNからなるゲート絶縁膜113を12nm成膜する。次いで、蒸着・リフトオフ法を用いて、Ni/Au(30/300nm)を、前記の第2のリセス112を埋め込むように形成する。その結果、ゲート絶縁膜113上に形成され、パターニングされたNi/Au(30/300nm)の断面形状は、T型となり、T型ゲート電極108を得る(図2−2(e))。   Using the side wall made of the second insulating film 111 and the first insulating film 109 as a mask, the electron supply layer 104 is etched by 20 nm using an ICP dry etching method to form a second recess 112. Thereafter, a gate insulating film 113 made of SiN is formed to a thickness of 12 nm by plasma CVD. Next, Ni / Au (30/300 nm) is formed so as to embed the second recess 112 by vapor deposition / lift-off method. As a result, the cross-sectional shape of Ni / Au (30/300 nm) formed and patterned on the gate insulating film 113 becomes T-type, and the T-type gate electrode 108 is obtained (FIG. 2-2 (e)).

T型ゲート電極108をマスクとし、RIE法を用いて、ゲート絶縁膜113および第1の絶縁膜109をエッチング除去する。次いで、Ti/Al(15/60nm)を蒸着する。その際、T型ゲート電極108の端部には、厚さ(t1)200nmのSiNからなる第1の絶縁膜109、厚さ(t3)12nmのSiNからなるゲート絶縁膜113、Ni/Au(30/300nm)で構成される、段差が形成されている。この段差を利用して、蒸着されるTi/Al(15/60nm)を、ソース電極106側の部分、ドレイン電極107側の部分、そして、T型ゲート電極108上の部分に分割している。 Using the T-type gate electrode 108 as a mask, the gate insulating film 113 and the first insulating film 109 are removed by etching using the RIE method. Next, Ti / Al (15/60 nm) is deposited. At that time, a first insulating film 109 made of SiN having a thickness (t 1 ) of 200 nm, a gate insulating film 113 made of SiN having a thickness (t 3 ) of 12 nm, Ni / A step composed of Au (30/300 nm) is formed. Using this step, the deposited Ti / Al (15/60 nm) is divided into a part on the source electrode 106 side, a part on the drain electrode 107 side, and a part on the T-type gate electrode 108.

最後に、600℃、30秒のRTAにより、Ti/Al(15/60nm)をオーミック補助電極114を形成する。図1に示す、MISゲート構造を採用している電界効果トランジスタが作製される。   Finally, an ohmic auxiliary electrode 114 of Ti / Al (15/60 nm) is formed by RTA at 600 ° C. for 30 seconds. A field effect transistor employing the MIS gate structure shown in FIG. 1 is manufactured.

上記の第一の実施形態にかかる電界効果トランジスタでは、コンタクト層105に、電子供給層104と同じAl組成のAlGaNであり、n型不純物であるSiが2×1019cm-3の濃度でドーピングしたものを選択している。この高濃度ドーピングAlGaNからなるコンタクト層105上に、ソース電極106とドレイン電極107を形成し、加えて、オーミック補助電極を設ける構造を採用している。この構造の選択によって、上述するように、ソース電極106あるいはドレイン電極107と二次元電子ガスとの間のアクセス抵抗を著しく低減できるという利点が得られる。 In the field effect transistor according to the first embodiment, the contact layer 105 is made of AlGaN having the same Al composition as the electron supply layer 104, and Si, which is an n-type impurity, is doped at a concentration of 2 × 10 19 cm −3. You have selected. A structure is employed in which a source electrode 106 and a drain electrode 107 are formed on the contact layer 105 made of this highly doped AlGaN, and in addition, an ohmic auxiliary electrode is provided. By selecting this structure, as described above, there is an advantage that the access resistance between the source electrode 106 or the drain electrode 107 and the two-dimensional electron gas can be significantly reduced.

さらに、第1のリセス110内に、第2のリセス112を形成する際、第1のリセス110の側面に形成される、第2の絶縁膜111よりなる側壁をエッチング・マスクとして利用している。第1のリセス110の側面に形成される、第2の絶縁膜111の膜厚(t2)を100nmとすることによって、側壁によって覆われている電子供給層104の長さ(L3)も、第2の絶縁膜111の膜厚(t2)に相当する、0.1μmとなっている。加えて、この側壁によって覆われている部分では、電子供給層104の膜厚dspは25nmとなっており、その直下の電子供給層104と電子走行層103の界面には二次元電子ガスが存在する状態を達成している。その結果、第1のリセス110内の、第2のリセス112の形成領域を除く部分、すなわち、第2の絶縁膜111よりなる側壁で覆われる部分の長さは、ソース電極106側とドレイン電極107側に、それぞれ、長さ0.1μmの小さな領域に限定されている。加えて、この小さな領域は、その直下の電子供給層104と電子走行層103の界面には二次元電子ガスが存在する状態となっており、リセス形成に起因する「オン抵抗の増加」を最小限に抑制できるという利点が得られる。 Further, when the second recess 112 is formed in the first recess 110, the side wall made of the second insulating film 111 formed on the side surface of the first recess 110 is used as an etching mask. . By setting the film thickness (t 2 ) of the second insulating film 111 formed on the side surface of the first recess 110 to 100 nm, the length (L 3 ) of the electron supply layer 104 covered with the sidewall is also increased. The thickness is 0.1 μm, which corresponds to the thickness (t 2 ) of the second insulating film 111. In addition, in the portion covered by the sidewall, the film thickness dsp of the electron supply layer 104 is 25 nm, and two-dimensional electron gas is present at the interface between the electron supply layer 104 and the electron transit layer 103 immediately below the electron supply layer 104. A state that exists exists. As a result, the length of the portion of the first recess 110 excluding the region where the second recess 112 is formed, that is, the length of the portion covered with the side wall made of the second insulating film 111 is the same as that of the source electrode 106 side and the drain electrode. Each side is limited to a small region having a length of 0.1 μm on the 107 side. In addition, this small region has a state in which two-dimensional electron gas exists at the interface between the electron supply layer 104 and the electron transit layer 103 immediately below, and minimizes an “increase in on-resistance” due to recess formation. The advantage that it can be suppressed to the limit is obtained.

利用する電子走行層/電子走行層、ゲート長、ソース電極あるいはドレイン電極とゲート電極の間の距離を同じとする場合、図6に示す、従来のリセス構造電界効果トランジスタにおける「オン抵抗」は、5.5Ωmm程度となる。一方、上記の第一の実施形態にかかる電界効果トランジスタにおける「オン抵抗」は、1.1Ωmmとなり、従来のものの1/5に低減されている。   When the electron transit layer / electron transit layer to be used, the gate length, the distance between the source electrode or the drain electrode and the gate electrode are the same, the “on resistance” in the conventional recessed structure field effect transistor shown in FIG. It becomes about 5.5 Ωmm. On the other hand, the “on-resistance” in the field effect transistor according to the first embodiment is 1.1 Ωmm, which is 1/5 of the conventional one.

(第二の実施形態)
上記の第一の実施形態においては、高濃度ドーピングAl0.2Ga0.8Nからなるコンタクト層105と、オーミック補助電極114とを利用することで、ソース電極とドレイン電極の電極面積を実効的に拡大し、それによって、ソース電極106あるいはドレイン電極107と二次元電子ガスとの間のアクセス抵抗を顕著に低減する効果を得ている。
(Second embodiment)
In the first embodiment described above, by using the contact layer 105 made of highly doped Al 0.2 Ga 0.8 N and the ohmic auxiliary electrode 114, the electrode area of the source electrode and the drain electrode is effectively expanded. Thereby, an effect of remarkably reducing the access resistance between the source electrode 106 or the drain electrode 107 and the two-dimensional electron gas is obtained.

なお、高濃度ドーピングAl0.2Ga0.8Nからなるコンタクト層105による電流拡散効果が十分に発揮される場合には、オーミック補助電極114を形成しない構成とすることができる。 In the case where the current diffusion effect by the contact layer 105 made of high-concentration doped Al 0.2 Ga 0.8 N is sufficiently exhibited, the ohmic auxiliary electrode 114 may not be formed.

以下に、オーミック補助電極114の形成を省いた、第二の実施形態にかかる電界効果トランジスタの一例を、図4を参照して説明する。   Hereinafter, an example of the field effect transistor according to the second embodiment, in which the formation of the ohmic auxiliary electrode 114 is omitted, will be described with reference to FIG.

図4に示す、第二の実施形態にかかる電界効果トランジスタにおいて利用される窒化物半導体は、下記の層状構造を有している。基板401上に、バッファ層402、厚さ1μmのGaNからなる第2のバッファ層415、厚さ3nmのIn0.05Ga0.95Nからなる電子走行層403、厚さ25nmのアンドープAl0.2Ga0.8Nからなる電子供給層404、n型不純物としてSiが2×1019cm-3ドーピングされた、厚さ5nmのAl0.25Ga0.75Nからなるコンタクト層405が、この順にエピタキシャル成長され、積層構造を形成している。該コンタクト層405上に、ソース電極406とドレイン電極407が形成されている。ソース電極406とドレイン電極407との間に、T型ゲート電極408を設けている。 The nitride semiconductor used in the field effect transistor according to the second embodiment shown in FIG. 4 has the following layered structure. On a substrate 401, a buffer layer 402, a second buffer layer 415 made of GaN having a thickness of 1 μm, an electron transit layer 403 made of In 0.05 Ga 0.95 N having a thickness of 3 nm, and an undoped Al 0.2 Ga 0.8 N having a thickness of 25 nm. An electron supply layer 404 and a contact layer 405 made of Al 0.25 Ga 0.75 N with a thickness of 5 nm doped with Si 2 × 10 19 cm −3 as an n-type impurity are epitaxially grown in this order to form a stacked structure. Yes. A source electrode 406 and a drain electrode 407 are formed on the contact layer 405. A T-type gate electrode 408 is provided between the source electrode 406 and the drain electrode 407.

このT型ゲート電極408とそれを設ける領域は、下記する構成を有している。   This T-type gate electrode 408 and the region in which it is provided have the following configuration.

ソース電極406とドレイン電極407との間の一部で、該コンタクト層405をエッチング除去して、電子供給層404を露出させ、第1のリセス410としている。該コンタクト層405上、この第1のリセス410以外の領域に、T型ゲート電極408の傘の下に形成された厚さ200nmのSiNからなる第1の絶縁膜409が形成されている。また、第1のリセス410中には、その一部に、電子供給層404の厚さを4nmまで薄くして、第2のリセス412が形成されている。一方、第1のリセス410中、第2のリセス412以外の領域には、元の膜厚が120nmのSiNをエッチング加工して形成した、第2の絶縁膜411からなる側壁が作製されている。該第2のリセス412内、ならびに、該第2の絶縁膜411からなる側壁上および該第1絶縁膜409上には、厚さ15nmのSiNよりなるゲート絶縁膜413が形成されている。該ゲート絶縁膜413上に隙間なく埋め込まれたT型ゲート電極408が形成されている。   The contact layer 405 is removed by etching at a part between the source electrode 406 and the drain electrode 407 to expose the electron supply layer 404, thereby forming a first recess 410. A first insulating film 409 made of SiN having a thickness of 200 nm and formed under the umbrella of the T-type gate electrode 408 is formed on the contact layer 405 in a region other than the first recess 410. In addition, the second recess 412 is formed in the first recess 410 by partially reducing the thickness of the electron supply layer 404 to 4 nm. On the other hand, in the region other than the second recess 412 in the first recess 410, a side wall made of the second insulating film 411 formed by etching SiN having an original film thickness of 120 nm is formed. . A gate insulating film 413 made of SiN having a thickness of 15 nm is formed in the second recess 412 and on the side wall made of the second insulating film 411 and on the first insulating film 409. A T-type gate electrode 408 is formed on the gate insulating film 413 without any gaps.

図4に示す、第二の実施形態にかかる電界効果トランジスタでは、オーミック補助電極を形成していないので、コンタクト層内における電流拡散効果を、コンタクト層上にオーミック補助電極を設けることによって、一層向上させるという効果は失われている。すなわち、コンタクト層上にオーミック補助電極を設けることにより、オーミック補助電極とコンタクト層が接触している領域のシート抵抗がさらに低減し、この寄与によって、「オン抵抗」がさらに低減するという効果は失われている。   Since the ohmic auxiliary electrode is not formed in the field effect transistor according to the second embodiment shown in FIG. 4, the current diffusion effect in the contact layer is further improved by providing the ohmic auxiliary electrode on the contact layer. The effect of letting go is lost. That is, by providing the ohmic auxiliary electrode on the contact layer, the sheet resistance in the region where the ohmic auxiliary electrode and the contact layer are in contact with each other is further reduced, and this contribution loses the effect of further reducing the “on resistance”. It has been broken.

一方、オーミック補助電極を形成するための工程、すなわち、第1の絶縁膜とゲート絶縁膜をエッチング除去し、コンタクト層を露出させるRIE法によるエッチング工程、蒸着工程、ならびに、RTAによるシンター工程を省くことができ、製造工程の簡略化、それに伴う低コスト化が図られる。   On the other hand, the process for forming the ohmic auxiliary electrode, that is, the etching process by the RIE method in which the first insulating film and the gate insulating film are removed by etching to expose the contact layer, the vapor deposition process, and the sintering process by RTA are omitted. Therefore, the manufacturing process can be simplified and the cost can be reduced accordingly.

第二の実施形態にかかる電界効果トランジスタの上記の構成では、電子走行層403にInGaNを採用することで、この層に蓄積される二次元電子ガス濃度を高めることができ、シート抵抗の低減がなされている。この効果は、電界効果トランジスタの「オン抵抗」を低減する際、大きく寄与している。   In the above-described configuration of the field effect transistor according to the second embodiment, by adopting InGaN for the electron transit layer 403, the two-dimensional electron gas concentration accumulated in this layer can be increased, and the sheet resistance can be reduced. Has been made. This effect greatly contributes in reducing the “on resistance” of the field effect transistor.

また、コンタクト層405を構成するAlGaNのAl組成は0.25であり、電子供給層404を構成するAlGaNのAl組成よりも高くしてあるので、コンタクト層405と電子供給層404の境界部に存在するポテンシャルバリアは、実効的に低下される。その結果、アクセス抵抗における、コンタクト層405と電子供給層404の境界部における抵抗成分の寄与を低減できている。加えて、In0.05Ga0.95Nからなる電子走行層403と、Al0.2Ga0.8Nからなる電子供給層404、Al0.25Ga0.75Nからなるコンタクト層405の間における格子不整合に起因する歪みは、GaNからなる電子走行層とAl0.2Ga0.8Nからなる電子供給層の間における格子不整合に起因する歪みより大きくなっている。その効果も、Al0.2Ga0.8Nからなる電子供給層404とIn0.05Ga0.95Nからなる電子走行層403の界面に蓄積される二次元電子ガス濃度を高める効果を示すため、電界効果トランジスタの「オン抵抗の低減」に寄与している。 Further, the Al composition of AlGaN constituting the contact layer 405 is 0.25, which is higher than the Al composition of AlGaN constituting the electron supply layer 404, so that the boundary between the contact layer 405 and the electron supply layer 404 is present. The existing potential barrier is effectively reduced. As a result, the contribution of the resistance component at the boundary between the contact layer 405 and the electron supply layer 404 in the access resistance can be reduced. In addition, distortion caused by lattice mismatch between the electron transit layer 403 made of In 0.05 Ga 0.95 N, the electron supply layer 404 made of Al 0.2 Ga 0.8 N, and the contact layer 405 made of Al 0.25 Ga 0.75 N is The strain is larger than the strain caused by lattice mismatch between the electron transit layer made of GaN and the electron supply layer made of Al 0.2 Ga 0.8 N. The effect also shows the effect of increasing the two-dimensional electron gas concentration accumulated at the interface between the electron supply layer 404 made of Al 0.2 Ga 0.8 N and the electron transit layer 403 made of In 0.05 Ga 0.95 N. This contributes to reduction of on-resistance.

第二の実施形態にかかる電界効果トランジスタの上記の構成では、オーミック補助電極に由来する低減効果は失われているが、In0.05Ga0.95Nからなる電子走行層とAl0.25Ga0.75Nからなるコンタクト層を採用することによる、アクセス抵抗の低減効果が付与されている。その結果、図6に示す、従来のリセス構造電界効果トランジスタにおける「オン抵抗」は5.5Ωmm程度となるが、上記構成の第二の実施形態にかかる電界効果トランジスタにおける「オン抵抗」は、1.3Ωmmとなり、従来のものの1/4以下に低減されている。 In the above configuration of the field effect transistor according to the second embodiment, the reduction effect derived from the ohmic auxiliary electrode is lost, but the electron transit layer made of In 0.05 Ga 0.95 N and the contact made of Al 0.25 Ga 0.75 N. By adopting the layer, an effect of reducing the access resistance is given. As a result, the “on resistance” in the conventional recessed structure field effect transistor shown in FIG. 6 is about 5.5 Ωmm, but the “on resistance” in the field effect transistor according to the second embodiment having the above-described configuration is 1 .3Ωmm, which is reduced to ¼ or less of the conventional one.

(第三の実施形態)
前記第二の実施形態にかかる電界効果トランジスタは、MISゲート構造を採用しているが、MESゲート構造、すなわち、ショットキー接合型のゲート電極を採用する構成としてもよい。
(Third embodiment)
The field effect transistor according to the second embodiment employs a MIS gate structure, but may employ a MES gate structure, that is, a Schottky junction type gate electrode.

以下に、MISゲート構造に代えて、ショットキー接合型のゲート電極を採用する第三の実施形態にかかる電界効果トランジスタの一例を、図5を参照して説明する。   An example of the field effect transistor according to the third embodiment that employs a Schottky junction type gate electrode instead of the MIS gate structure will be described below with reference to FIG.

図5に示す、第二の実施形態にかかる電界効果トランジスタにおいて利用される窒化物半導体は、下記の層状構造を有している。基板501上に、バッファ層502、厚さ1.5μmのGaNからなる第2のバッファ層515、厚さ2nmのIn0.1Ga0.9Nからなる電子走行層503、厚さ28nmのアンドープAl0.2Ga0.8Nからなる電子供給層504、n型不純物としてSiが1×1020cm-3ドーピングされた、厚さ2nmのAl0.25Ga0.75Nからなるコンタクト層505が、この順にエピタキシャル成長され、積層構造を形成している。該コンタクト層505上に、ソース電極506とドレイン電極507が形成されている。ソース電極506とドレイン電極507との間に、T型ゲート電極508を設けている。 The nitride semiconductor used in the field effect transistor according to the second embodiment shown in FIG. 5 has the following layered structure. On the substrate 501, a buffer layer 502, a second buffer layer 515 made of GaN having a thickness of 1.5 μm, an electron transit layer 503 made of In 0.1 Ga 0.9 N having a thickness of 2 nm, and an undoped Al 0.2 Ga 0.8 having a thickness of 28 nm. An electron supply layer 504 made of N and a contact layer 505 made of Al 0.25 Ga 0.75 N having a thickness of 2 nm doped with Si as an n-type impurity at 1 × 10 20 cm −3 are epitaxially grown in this order to form a stacked structure is doing. A source electrode 506 and a drain electrode 507 are formed on the contact layer 505. A T-type gate electrode 508 is provided between the source electrode 506 and the drain electrode 507.

このT型ゲート電極508とそれを設ける領域は、下記する構成を有している。   The T-type gate electrode 508 and the region where it is provided have the following configuration.

ソース電極506とドレイン電極507との間の一部で、該コンタクト層505をエッチング除去して、電子供給層504を露出させ、第1のリセス510としている。該コンタクト層505上、この第1のリセス510以外の領域に、T型ゲート電極508の傘の下に形成された厚さ150nmのSiNからなる第1の絶縁膜509が形成されている。また、第1のリセス510中には、その一部に、電子供給層504の厚さを3nmまで薄くして、第2のリセス512が形成されている。一方、第1のリセス510中、第2のリセス512以外の領域には、元の膜厚が80nmのSiNをエッチング加工して形成した、第2の絶縁膜511からなる側壁が作製されている。該第2のリセス512内に隙間なく埋め込まれたT型ゲート電極508が形成されている。   The contact layer 505 is removed by etching at a part between the source electrode 506 and the drain electrode 507 to expose the electron supply layer 504, thereby forming a first recess 510. A first insulating film 509 made of SiN having a thickness of 150 nm formed under the umbrella of the T-type gate electrode 508 is formed on the contact layer 505 in a region other than the first recess 510. In addition, a second recess 512 is formed in the first recess 510 by partially reducing the thickness of the electron supply layer 504 to 3 nm. On the other hand, in the region other than the second recess 512 in the first recess 510, a side wall made of the second insulating film 511 formed by etching SiN having an original film thickness of 80 nm is formed. . A T-type gate electrode 508 is formed in the second recess 512 without any gap.

図5に示す、第三の実施形態にかかる電界効果トランジスタでは、オーミック補助電極を形成していないので、コンタクト層内における電流拡散効果を、コンタクト層上にオーミック補助電極を設けることによって、一層向上させるという効果は失われている。一方、n型不純物としてSiが1×1020cm-3ドーピングされた、厚さ2nmのAl0.25Ga0.75Nからなるコンタクト層505自体は、横方向の拡がり抵抗はより低いため、コンタクト層内における電流拡散効果は、さらに高くなっている。加えて、より高濃度ドーピングされたAl0.25Ga0.75Nからなるコンタクト層505の表面に、ソース電極506とドレイン電極507を形成しており、その電極部分の接触抵抗は、一層の低減がなされている。 In the field effect transistor according to the third embodiment shown in FIG. 5, since the ohmic auxiliary electrode is not formed, the current diffusion effect in the contact layer is further improved by providing the ohmic auxiliary electrode on the contact layer. The effect of letting go is lost. On the other hand, the contact layer 505 itself made of Al 0.25 Ga 0.75 N having a thickness of 2 nm and doped with Si as an n-type impurity at 1 × 10 20 cm −3 itself has a lower lateral spreading resistance. The current spreading effect is even higher. In addition, a source electrode 506 and a drain electrode 507 are formed on the surface of a contact layer 505 made of Al 0.25 Ga 0.75 N that is more highly doped, and the contact resistance of the electrode portion is further reduced. Yes.

第三の実施形態にかかる電界効果トランジスタの上記の構成では、In0.1Ga0.9Nからなる電子走行層503を採用することで、この層に蓄積される二次元電子ガス濃度を高めることができ、シート抵抗の低減がなされている。特に、In0.1Ga0.9Nからなる電子走行層503と、Al0.2Ga0.8Nからなる電子供給層504との界面における、伝導帯端エネルギーEcの差違(バンド・オフセット):ΔEc、両者間の格子不整合に起因する歪み、さらには、Al0.2Ga0.8Nからなる電子供給層504の膜厚は28nmとなっていることに起因して、蓄積される二次元電子ガス濃度がより高くなっている。この効果は、電界効果トランジスタの「オン抵抗」を低減する際、大きく寄与している。 In the above configuration of the field effect transistor according to the third embodiment, by adopting the electron transit layer 503 made of In 0.1 Ga 0.9 N, the concentration of the two-dimensional electron gas accumulated in this layer can be increased, Sheet resistance has been reduced. In particular, the difference in conduction band edge energy Ec (band offset) at the interface between the electron transit layer 503 made of In 0.1 Ga 0.9 N and the electron supply layer 504 made of Al 0.2 Ga 0.8 N: ΔEc, the lattice between them The accumulated two-dimensional electron gas concentration is higher due to the distortion caused by mismatching and the fact that the thickness of the electron supply layer 504 made of Al 0.2 Ga 0.8 N is 28 nm. . This effect greatly contributes to reducing the “on resistance” of the field effect transistor.

また、コンタクト層405を構成するAlGaNのAl組成は0.25であり、電子供給層404を構成するAlGaNのAl組成よりも高くしてあるので、コンタクト層405と電子供給層404の境界部に存在するポテンシャルバリアは、実効的に低下される。その結果、アクセス抵抗における、コンタクト層405と電子供給層404の境界部における抵抗成分の寄与を低減できている。加えて、In0.05Ga0.95Nからなる電子走行層403と、Al0.2Ga0.8Nからなる電子供給層404、Al0.25Ga0.75Nからなるコンタクト層405の間における格子不整合に起因する歪みは、GaNからなる電子走行層とAl0.2Ga0.8Nからなる電子供給層の間における格子不整合に起因する歪みより大きくなっている。その効果も、Al0.2Ga0.8Nからなる電子供給層404とIn0.05Ga0.95Nからなる電子走行層403の界面に蓄積される二次元電子ガス濃度を高める効果を示すため、電界効果トランジスタの「オン抵抗の低減」に寄与している。 Further, the Al composition of AlGaN constituting the contact layer 405 is 0.25, which is higher than the Al composition of AlGaN constituting the electron supply layer 404, so that the boundary between the contact layer 405 and the electron supply layer 404 is present. The existing potential barrier is effectively reduced. As a result, the contribution of the resistance component at the boundary between the contact layer 405 and the electron supply layer 404 in the access resistance can be reduced. In addition, distortion caused by lattice mismatch between the electron transit layer 403 made of In 0.05 Ga 0.95 N, the electron supply layer 404 made of Al 0.2 Ga 0.8 N, and the contact layer 405 made of Al 0.25 Ga 0.75 N is The strain is larger than the strain caused by lattice mismatch between the electron transit layer made of GaN and the electron supply layer made of Al 0.2 Ga 0.8 N. The effect also shows the effect of increasing the two-dimensional electron gas concentration accumulated at the interface between the electron supply layer 404 made of Al 0.2 Ga 0.8 N and the electron transit layer 403 made of In 0.05 Ga 0.95 N. This contributes to reduction of on-resistance.

一方、上記の第一の実施形態、第二の実施形態の電界効果トランジスタでは、MISゲート構造を採用することによって、「オン状態」となるゲート電極バイアスの閾値:VTを高くしている。ゲート電極バイアスが、閾値:VTに達する前に、第2のリセス直下の領域以外の、第1のリセス中の領域は、二次元電子ガスが蓄積されている状態となる。そのため、「オン状態」に達する時点で、二次元電子ガス密度が消失している領域が残ることに由来する「オン抵抗」を上昇させる要因は排除されている。それに対して、第三の実施形態の電界効果トランジスタでは、ショットキー接合型のゲート電極を採用するため、「オン状態」となるゲート電極バイアスの閾値:VTが相対的に低下することを抑制するため、第2のリセス512直下の電子供給層504の厚さを3nmまで薄くしている。その結果、第三の実施形態の電界効果トランジスタにおいても、ゲート電極バイアスが、閾値:VTに達する前に、第2のリセス直下の領域以外の、第1のリセス中の領域は、二次元電子ガスが蓄積されている状態となる。 On the other hand, the first embodiment described above, the field-effect transistor of the second embodiment, by employing the MIS gate structure, the threshold of the gate electrode bias becomes "ON state": have high V T. Before the gate electrode bias reaches the threshold value V T , the region in the first recess other than the region immediately below the second recess is in a state in which the two-dimensional electron gas is accumulated. For this reason, the factor that increases the “on resistance” derived from the fact that the region where the two-dimensional electron gas density disappears remains when the “on state” is reached is eliminated. In contrast, the field-effect transistor of the third embodiment, in order to adopt a gate electrode of the Schottky junction, the "on state" to become the gate electrode bias thresholds: prevent the V T decreases relatively Therefore, the thickness of the electron supply layer 504 immediately below the second recess 512 is reduced to 3 nm. As a result, also in the field effect transistor of the third embodiment, before the gate electrode bias reaches the threshold value V T , the region in the first recess other than the region immediately below the second recess is two-dimensional. The electron gas is accumulated.

一方、第三の実施形態の電界効果トランジスタの構成を選択すると、オーミック補助電極を形成するための工程に加えて、ゲート絶縁膜を形成する工程を省くことができ、製造工程の簡略化、それに伴う低コスト化の効果はより高くなる。   On the other hand, when the configuration of the field effect transistor of the third embodiment is selected, in addition to the process for forming the ohmic auxiliary electrode, the process of forming the gate insulating film can be omitted, and the manufacturing process can be simplified. The effect of lowering costs is higher.

第三の実施形態にかかる電界効果トランジスタの上記の構成では、オーミック補助電極に由来する低減効果は失われているが、In0.1Ga0.9Nからなる電子走行層、Siが1×1020cm-3ドーピングされた、Al0.25Ga0.75Nからなるコンタクト層、膜厚がより厚いAl0.2Ga0.8Nからなる電子供給層を採用することによる、アクセス抵抗の低減効果が付与されている。その結果、図6に示す、従来のリセス構造電界効果トランジスタにおける「オン抵抗」は5.5Ωmm程度となるが、上記構成の第二の実施形態にかかる電界効果トランジスタにおける「オン抵抗」は、1.8Ωmmとなり、従来のものの1/3以下に低減されている。 In the above configuration of the field effect transistor according to the third embodiment, the reduction effect derived from the ohmic auxiliary electrode is lost, but the electron transit layer made of In 0.1 Ga 0.9 N, Si is 1 × 10 20 cm −. By adopting a contact layer made of Al 0.25 Ga 0.75 N doped with 3 and an electron supply layer made of Al 0.2 Ga 0.8 N having a larger film thickness, an effect of reducing access resistance is given. As a result, the “on resistance” in the conventional recessed structure field effect transistor shown in FIG. 6 is about 5.5 Ωmm, but the “on resistance” in the field effect transistor according to the second embodiment having the above-described configuration is 1 .8Ωmm, which is reduced to 1/3 or less of the conventional one.

以上、本発明にかかる各実施形態の電界効果トランジスタにおける「オン抵抗」の低減に利用される原理をより詳しく説明するために、各窒化物半導体の組成やドーピング濃度や厚さ、各電極の金属の種類や積層構造、各絶縁膜の種類や膜厚などを具体的に開示している。なお、以上に説明した「オン抵抗」の低減に利用される原理を満足する限り、その構成は、上記の具体例に開示した数値や材料に限定されるものではなく、およそ窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタを製造する上で一般的に使用されている材料や構造を広く用いることができる。   As described above, in order to explain in more detail the principle used for reducing the “on resistance” in the field effect transistor of each embodiment according to the present invention, the composition, doping concentration and thickness of each nitride semiconductor, and the metal of each electrode Specifically, the type, the laminated structure, the type and thickness of each insulating film are disclosed. As long as the principle used for reducing the “on resistance” described above is satisfied, the configuration is not limited to the numerical values and materials disclosed in the above specific examples, and a nitride semiconductor is used. The materials and structures generally used in manufacturing the field effect transistor can be widely used.

本発明にかかる窒化物半導体を用いたエンハンスメント(ノーマリーオフ)型電界効果トランジスタは、低オン抵抗であり、消費電力を小さくできる構造を有する利点を活用して、携帯電話の基地局や衛星通信システムなどで用いられる大出力マイクロ波増幅器を構成するトランジスタや、PCの電源や自動車のパワーステアリングなどの電力制御装置に使用されるトランジスタへの応用が可能である。   The enhancement (normally-off) type field effect transistor using a nitride semiconductor according to the present invention has the advantage of having a low on-resistance and a structure that can reduce power consumption. The present invention can be applied to a transistor that constitutes a high-power microwave amplifier used in a system or the like, and a transistor that is used in a power control device such as a PC power supply or an automobile power steering.

本発明の第1の実施形態にかかる電界効果トランジスタの構成の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of a structure of the field effect transistor concerning the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態にかかる電界効果トランジスタの製造工程中、(a)エピタキシャル成長工程、(b)ソース電極およびドレイン電極の形成工程、(c)第1の絶縁膜のエッチング工程を模式的に説明する断面図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a field effect transistor manufacturing process according to the first embodiment of the present invention, in which (a) an epitaxial growth process, (b) a source electrode and drain electrode formation process, and (c) a first insulating film etching process are performed. FIG. 本発明の第1の実施形態にかかる電界効果トランジスタの製造工程中、(d)第2の絶縁膜の異方的エッチングもよる側壁の形成工程、(e)ゲート絶縁膜上へのT型ゲート電極の形成工程を模式的に説明する断面図である。During the manufacturing process of the field effect transistor according to the first embodiment of the present invention, (d) a step of forming a sidewall by anisotropic etching of the second insulating film, (e) a T-type gate on the gate insulating film It is sectional drawing which illustrates the formation process of an electrode typically. 本発明の第1の実施形態にかかる電界効果トランジスタの構成において、高濃度ドーピングAlGaNからなるコンタクト層を設けることによるアクセス抵抗の低減効果における、コンタクト層の膜厚の依存性をシミュレーション計算した結果を示すグラフである。In the configuration of the field effect transistor according to the first embodiment of the present invention, the result of simulation calculation of the dependency of the contact layer thickness on the effect of reducing the access resistance by providing the contact layer made of highly doped AlGaN is shown. It is a graph to show. 本発明の第2の実施形態にかかる電界効果トランジスタの構成の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of a structure of the field effect transistor concerning the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態にかかる電界効果トランジスタの構成の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of a structure of the field effect transistor concerning the 3rd Embodiment of this invention. 従来のリセスゲート構造を有する電界効果トランジスタの構造の一例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of the structure of the field effect transistor which has the conventional recessed gate structure. 従来のリセスゲート構造を有する電界効果トランジスタの製造工程中、(a)エピタキシャル成長工程、(b)リセス構造形成のための選択的酸化処理工程、(c)選択的酸化領域のエッチング除去によるリセス形成工程を模式的に説明する断面図である。During the manufacturing process of a field effect transistor having a conventional recess gate structure, (a) an epitaxial growth step, (b) a selective oxidation treatment step for forming a recess structure, and (c) a recess formation step by etching removal of the selective oxidation region. It is sectional drawing demonstrated typically.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 バッファ層
3 電子走行層
4 電子供給層
6 2次元電子ガス
7 凹部
8 ゲート直下に相当する部分
9 中間層
10 SiO2
11 酸化層
101、401、501 基板
102、402、502 バッファ層
103、403、503 電子走行層
104、404、504 電子供給層
105、405、505 コンタクト層
106、406、506 ソース電極
107、407、507 ドレイン電極
108、408、508 T型ゲート電極
109、409、509 第1の絶縁膜
110、410、510 第1のリセス
111、411、511 第2の絶縁膜
112、412、512 第2のリセス
113、413 ゲート絶縁膜
114 オーミック補助電極
415、515 第2のバッファ層(GaN)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Buffer layer 3 Electron travel layer 4 Electron supply layer 6 Two-dimensional electron gas 7 Recessed portion 8 Portion corresponding to just under the gate 9 Intermediate layer 10 SiO 2 layer 11 Oxide layer 101, 401, 501 Substrate 102, 402, 502 Buffer layer 103, 403, 503 Electron transit layer 104, 404, 504 Electron supply layer 105, 405, 505 Contact layer 106, 406, 506 Source electrode 107, 407, 507 Drain electrode 108, 408, 508 T-type gate electrode 109, 409, 509 First insulating film 110, 410, 510 First recess 111, 411, 511 Second insulating film 112, 412, 512 Second recess 113, 413 Gate insulating film 114 Ohmic auxiliary electrode 415, 515 Second Buffer layer (GaN)

Claims (8)

窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタであって、
前記窒化物半導体の層状構造は、
GaNまたはInGaNからなる電子走行層と、
AlGaNからなる電子供給層と、
AlGaNからなるコンタクト層がこの順に積層された構造を含み;
該電界効果トランジスタは、
前記コンタクト層上に形成されたソース電極とドレイン電極と、
該ソース電極と該ドレイン電極との間に設けるT型ゲート電極を具えており;
前記T型ゲート電極を設ける領域には、
該ソース電極と該ドレイン電極との間の一部で、前記コンタクト層をエッチング除去して形成される第1のリセスと、
前記コンタクト層上、前記第1のリセス以外の領域で該T型ゲート電極の傘の下に形成されている第1の絶縁膜と、
前記第1のリセス中の一部で、前記電子供給層の膜厚を薄くして形成される第2のリセスと、
該第1のリセス内で、該第2のリセス以外の領域に形成される、第2の絶縁膜からなる側壁と、
該第2のリセス内、ならびに、該第2の絶縁膜からなる側壁上および該第1の絶縁膜上に形成されているゲート絶縁膜が設けられ;
該T型ゲート電極は、該ゲート絶縁膜上に隙間なく埋め込まれて形成されており;
前記T型ゲート電極を設ける領域を除く該コンタクト層上で、前記第1の絶縁膜の形成がなされていない領域上、該ソース電極上および該ドレイン電極上、ならびに、該T型ゲート電極上に形成されているオーミック補助電極を具えている
ことを特徴とする窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタ。
A field effect transistor using a nitride semiconductor,
The layered structure of the nitride semiconductor is
An electron transit layer made of GaN or InGaN;
An electron supply layer made of AlGaN;
Including a structure in which contact layers made of AlGaN are stacked in this order;
The field effect transistor is:
A source electrode and a drain electrode formed on the contact layer;
A T-type gate electrode provided between the source electrode and the drain electrode;
In the region where the T-type gate electrode is provided,
A first recess formed by etching away the contact layer at a portion between the source electrode and the drain electrode;
A first insulating film formed under the umbrella of the T-type gate electrode in a region other than the first recess on the contact layer;
A second recess formed by reducing the thickness of the electron supply layer in a part of the first recess;
A sidewall made of a second insulating film formed in a region other than the second recess in the first recess;
A gate insulating film formed in the second recess and on the side wall made of the second insulating film and on the first insulating film;
The T-type gate electrode is formed to be embedded on the gate insulating film without a gap;
On the contact layer excluding the region where the T-type gate electrode is provided, on the region where the first insulating film is not formed, on the source electrode and on the drain electrode, and on the T-type gate electrode A field effect transistor using a nitride semiconductor, comprising an ohmic auxiliary electrode formed.
窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタであって、
前記窒化物半導体の層状構造は、
GaNまたはInGaNからなる電子走行層と、
AlGaNからなる電子供給層と、
AlGaNからなるコンタクト層がこの順に積層された構造を含み;
該電界効果トランジスタは、
前記コンタクト層上に形成されたソース電極とドレイン電極と、
該ソース電極と該ドレイン電極との間に設けるT型ゲート電極を具えており;
前記T型ゲート電極を設ける領域には、
該ソース電極と該ドレイン電極との間の一部で、前記コンタクト層をエッチング除去して形成される第1のリセスと、
前記コンタクト層上、前記第1のリセス以外の領域で該T型ゲート電極の傘の下に形成されている第1の絶縁膜と、
前記第1のリセス中の一部で、前記電子供給層の膜厚を薄くして形成される第2のリセスと、
該第1のリセス内で、該第2のリセス以外の領域に形成される、第2の絶縁膜からなる側壁と、
該第2のリセス内、ならびに、該第2の絶縁膜からなる側壁上および該第1の絶縁膜上に形成されているゲート絶縁膜が設けられ;
該T型ゲート電極は、該ゲート絶縁膜上に隙間なく埋め込まれて形成されている
ことを特徴とする窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタ。
A field effect transistor using a nitride semiconductor,
The layered structure of the nitride semiconductor is
An electron transit layer made of GaN or InGaN;
An electron supply layer made of AlGaN;
Including a structure in which contact layers made of AlGaN are stacked in this order;
The field effect transistor is:
A source electrode and a drain electrode formed on the contact layer;
A T-type gate electrode provided between the source electrode and the drain electrode;
In the region where the T-type gate electrode is provided,
A first recess formed by etching away the contact layer at a portion between the source electrode and the drain electrode;
A first insulating film formed under the umbrella of the T-type gate electrode in a region other than the first recess on the contact layer;
A second recess formed by reducing the thickness of the electron supply layer in a part of the first recess;
A sidewall made of a second insulating film formed in a region other than the second recess in the first recess;
A gate insulating film formed in the second recess and on the side wall made of the second insulating film and on the first insulating film;
The field effect transistor using a nitride semiconductor, wherein the T-type gate electrode is formed on the gate insulating film so as to be embedded without a gap.
窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタであって、
前記窒化物半導体の層状構造は、
GaNまたはInGaNからなる電子走行層と、
AlGaNからなる電子供給層と、
AlGaNからなるコンタクト層がこの順に積層された構造を含み;
該電界効果トランジスタは、
前記コンタクト層上に形成されたソース電極とドレイン電極と、
該ソース電極と該ドレイン電極との間に設けるT型ゲート電極を具えており;
前記T型ゲート電極を設ける領域には、
該ソース電極と該ドレイン電極との間の一部で、前記コンタクト層をエッチング除去して形成される第1のリセスと、
前記コンタクト層上、前記第1のリセス以外の領域で該T型ゲート電極の傘の下に形成されている第1の絶縁膜と、
前記第1のリセス中の一部で、前記電子供給層の膜厚を薄くして形成される第2のリセスと、
該第1のリセス内で、該第2のリセス以外の領域に形成される、第2の絶縁膜からなる側壁が設けられ;
該T型ゲート電極は、該第2のリセス内に隙間なく埋め込まれて形成されている
ことを特徴とする窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタ。
A field effect transistor using a nitride semiconductor,
The layered structure of the nitride semiconductor is
An electron transit layer made of GaN or InGaN;
An electron supply layer made of AlGaN;
Including a structure in which contact layers made of AlGaN are stacked in this order;
The field effect transistor is:
A source electrode and a drain electrode formed on the contact layer;
A T-type gate electrode provided between the source electrode and the drain electrode;
In the region where the T-type gate electrode is provided,
A first recess formed by etching away the contact layer at a portion between the source electrode and the drain electrode;
A first insulating film formed under the umbrella of the T-type gate electrode in a region other than the first recess on the contact layer;
A second recess formed by reducing the thickness of the electron supply layer in a part of the first recess;
A sidewall made of a second insulating film formed in a region other than the second recess in the first recess;
The field effect transistor using a nitride semiconductor, wherein the T-type gate electrode is formed to be embedded in the second recess without any gap.
窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタであって、
前記窒化物半導体の層状構造は、
GaNまたはInGaNからなる電子走行層と、
AlGaNからなる電子供給層と、
AlGaNからなるコンタクト層がこの順に積層された構造を含み;
該電界効果トランジスタは、
前記コンタクト層上に形成されたソース電極とドレイン電極と、
該ソース電極と該ドレイン電極との間に設けるT型ゲート電極を具えており;
前記T型ゲート電極を設ける領域には、
該ソース電極と該ドレイン電極との間の一部で、前記コンタクト層をエッチング除去して形成される第1のリセスと、
前記コンタクト層上、前記第1のリセス以外の領域で該T型ゲート電極の傘の下に形成されている第1の絶縁膜と、
前記第1のリセス中の一部で、前記電子供給層の膜厚を薄くして形成される第2のリセスと、
該第1のリセス内で、該第2のリセス以外の領域に形成される、第2の絶縁膜からなる側壁が設けられ;
該T型ゲート電極は、該第2のリセス内に隙間なく埋め込まれて形成されており;
前記T型ゲート電極を設ける領域を除く該コンタクト層上で、前記第1の絶縁膜の形成がなされていない領域上、該ソース電極上および該ドレイン電極上、ならびに、該T型ゲート電極上に形成されているオーミック補助電極を具えている
ことを特徴とする窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタ。
A field effect transistor using a nitride semiconductor,
The layered structure of the nitride semiconductor is
An electron transit layer made of GaN or InGaN;
An electron supply layer made of AlGaN;
Including a structure in which contact layers made of AlGaN are stacked in this order;
The field effect transistor is:
A source electrode and a drain electrode formed on the contact layer;
A T-type gate electrode provided between the source electrode and the drain electrode;
In the region where the T-type gate electrode is provided,
A first recess formed by etching away the contact layer at a portion between the source electrode and the drain electrode;
A first insulating film formed under the umbrella of the T-type gate electrode in a region other than the first recess on the contact layer;
A second recess formed by reducing the thickness of the electron supply layer in a part of the first recess;
A sidewall made of a second insulating film formed in a region other than the second recess in the first recess;
The T-type gate electrode is embedded in the second recess without any gap;
On the contact layer excluding the region where the T-type gate electrode is provided, on the region where the first insulating film is not formed, on the source electrode and on the drain electrode, and on the T-type gate electrode A field effect transistor using a nitride semiconductor, comprising an ohmic auxiliary electrode formed.
窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタを製造する方法であって、
エピタキシャル成長によって、少なくとも、窒化物半導体からなる電子走行層、電子供給層、コンタクト層を含む前記窒化物半導体の層状構造を形成する工程と、
該コンタクト層上に、ソース電極とドレイン電極を形成する工程と、
該ソース電極とドレイン電極、ならびに該コンタクト層上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
該ソース電極と該ドレイン電極の間の一部で、該第1の絶縁膜をエッチング除去する工程と、
第1の絶縁膜をマスクとして、該コンタクト層をエッチング除去して、第1のリセスを形成する工程と、
少なくとも該第1のリセスを覆う、第2の絶縁膜を形成する工程と、
該第2の絶縁膜に異方性エッチングを施して、該第1リセス内に該第2絶縁膜よりなる側壁を形成する工程と、
該側壁をマスクとして該電子供給層をエッチングして、第2のリセスを形成する工程と、
ゲート絶縁膜を形成する工程と、
T型ゲート電極を、第2のリセス内の該ゲート絶縁膜上に隙間なく形成する工程と、
該T型ゲート電極の傘をマスクとして、該第1の絶縁膜を異方性エッチングにより除去する工程と、
オーミック補助電極を形成する工程と
を有する
ことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a field effect transistor using a nitride semiconductor,
Forming a layered structure of the nitride semiconductor including at least an electron transit layer made of a nitride semiconductor, an electron supply layer, and a contact layer by epitaxial growth; and
Forming a source electrode and a drain electrode on the contact layer;
Forming a first insulating film on the source and drain electrodes and the contact layer;
Etching away the first insulating film at a portion between the source electrode and the drain electrode;
Using the first insulating film as a mask, etching the contact layer to form a first recess;
Forming a second insulating film covering at least the first recess;
Performing anisotropic etching on the second insulating film to form a sidewall made of the second insulating film in the first recess;
Etching the electron supply layer using the sidewall as a mask to form a second recess;
Forming a gate insulating film;
Forming a T-type gate electrode on the gate insulating film in the second recess without a gap;
Removing the first insulating film by anisotropic etching using the umbrella of the T-type gate electrode as a mask;
And a step of forming an ohmic auxiliary electrode.
窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタを製造する方法であって、
エピタキシャル成長によって、少なくとも、窒化物半導体からなる電子走行層、電子供給層、コンタクト層を含む前記窒化物半導体の層状構造を形成する工程と、
該コンタクト層上に、ソース電極とドレイン電極を形成する工程と、
該ソース電極とドレイン電極、ならびに該コンタクト層上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
該ソース電極と該ドレイン電極の間の一部で、該第1の絶縁膜をエッチング除去する工程と、
第1の絶縁膜をマスクとして、該コンタクト層をエッチング除去して、第1のリセスを形成する工程と、
少なくとも該第1のリセスを覆う、第2の絶縁膜を形成する工程と、
該第2の絶縁膜に異方性エッチングを施して、該第1リセス内に該第2絶縁膜よりなる側壁を形成する工程と、
該側壁をマスクとして該電子供給層をエッチングして、第2のリセスを形成する工程と、
ゲート絶縁膜を形成する工程と、
T型ゲート電極を、第2のリセス内の該ゲート絶縁膜上に隙間なく形成する工程と、
を有する
ことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a field effect transistor using a nitride semiconductor,
Forming a layered structure of the nitride semiconductor including at least an electron transit layer made of a nitride semiconductor, an electron supply layer, and a contact layer by epitaxial growth; and
Forming a source electrode and a drain electrode on the contact layer;
Forming a first insulating film on the source and drain electrodes and the contact layer;
Etching away the first insulating film at a portion between the source electrode and the drain electrode;
Using the first insulating film as a mask, etching the contact layer to form a first recess;
Forming a second insulating film covering at least the first recess;
Performing anisotropic etching on the second insulating film to form a sidewall made of the second insulating film in the first recess;
Etching the electron supply layer using the sidewall as a mask to form a second recess;
Forming a gate insulating film;
Forming a T-type gate electrode on the gate insulating film in the second recess without a gap;
A method for producing a field effect transistor, comprising:
窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタを製造する方法であって、
エピタキシャル成長によって、少なくとも、窒化物半導体からなる電子走行層、電子供給層、コンタクト層を含む前記窒化物半導体の層状構造を形成する工程と、
該コンタクト層上に、ソース電極とドレイン電極を形成する工程と、
該ソース電極とドレイン電極、ならびに該コンタクト層上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
該ソース電極と該ドレイン電極の間の一部で、該第1の絶縁膜をエッチング除去する工程と、
第1の絶縁膜をマスクとして、該コンタクト層をエッチング除去して、第1のリセスを形成する工程と、
少なくとも該第1のリセスを覆う、第2の絶縁膜を形成する工程と、
該第2の絶縁膜に異方性エッチングを施して、該第1リセス内に該第2絶縁膜よりなる側壁を形成する工程と、
該側壁をマスクとして該電子供給層をエッチングして、第2のリセスを形成する工程と、
T型ゲート電極を、第2のリセス内に隙間なく形成する工程と、
を有する
ことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a field effect transistor using a nitride semiconductor,
Forming a layered structure of the nitride semiconductor including at least an electron transit layer made of a nitride semiconductor, an electron supply layer, and a contact layer by epitaxial growth; and
Forming a source electrode and a drain electrode on the contact layer;
Forming a first insulating film on the source and drain electrodes and the contact layer;
Etching away the first insulating film at a portion between the source electrode and the drain electrode;
Using the first insulating film as a mask, etching the contact layer to form a first recess;
Forming a second insulating film covering at least the first recess;
Performing anisotropic etching on the second insulating film to form a sidewall made of the second insulating film in the first recess;
Etching the electron supply layer using the sidewall as a mask to form a second recess;
Forming a T-type gate electrode in the second recess without gaps;
A method for producing a field effect transistor, comprising:
窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタを製造する方法であって、
エピタキシャル成長によって、少なくとも、窒化物半導体からなる電子走行層、電子供給層、コンタクト層を含む前記窒化物半導体の層状構造を形成する工程と、
該コンタクト層上に、ソース電極とドレイン電極を形成する工程と、
該ソース電極とドレイン電極、ならびに該コンタクト層上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
該ソース電極と該ドレイン電極の間の一部で、該第1の絶縁膜をエッチング除去する工程と、
第1の絶縁膜をマスクとして、該コンタクト層をエッチング除去して、第1のリセスを形成する工程と、
少なくとも該第1のリセスを覆う、第2の絶縁膜を形成する工程と、
該第2の絶縁膜に異方性エッチングを施して、該第1リセス内に該第2絶縁膜よりなる側壁を形成する工程と、
該側壁をマスクとして該電子供給層をエッチングして、第2のリセスを形成する工程と、
T型ゲート電極を、第2のリセス内に隙間なく形成する工程と、
オーミック補助電極を形成する工程と
を有する
ことを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a field effect transistor using a nitride semiconductor,
Forming a layered structure of the nitride semiconductor including at least an electron transit layer made of a nitride semiconductor, an electron supply layer, and a contact layer by epitaxial growth; and
Forming a source electrode and a drain electrode on the contact layer;
Forming a first insulating film on the source and drain electrodes and the contact layer;
Etching away the first insulating film at a portion between the source electrode and the drain electrode;
Using the first insulating film as a mask, etching the contact layer to form a first recess;
Forming a second insulating film covering at least the first recess;
Performing anisotropic etching on the second insulating film to form a sidewall made of the second insulating film in the first recess;
Etching the electron supply layer using the sidewall as a mask to form a second recess;
Forming a T-type gate electrode in the second recess without gaps;
And a step of forming an ohmic auxiliary electrode.
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