JP2008198691A - Nitride semiconductor device - Google Patents

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Eiji Waki
英司 脇
Atsushi Nakagawa
敦 中川
Tadayoshi Deguchi
忠義 出口
Takashi Egawa
孝志 江川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor device capable of preventing current collapse. <P>SOLUTION: A buffer layer (GaN) 12, a channel layer (GaN) 13, a carrier supply layer (n-AlGaN) 14 and a Schottky layer (AlGaN) 15 are sequentially laminated on a sapphire substrate 11, and a cap layer (GaN) 16 is laminated on the Schottky layer 15. The cap layer 16 is of a polycrystalline structure in which a half width of an X-ray diffraction rocking curve on a (004) plane is within an angle range of 4,000-12,000 seconds. This cap layer 16 reduces electrons trapped in a surface level or surface level density of the cap layer 16. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、能動層にIII−V族窒化物半導体を用いた窒化物半導体装置に係り、特に高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)や電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)等に用いられその表面に保護膜を備えた窒化物半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a nitride semiconductor device using a group III-V nitride semiconductor as an active layer, and in particular, a high electron mobility transistor (HEMT), a field effect transistor (FET), and the like. The present invention relates to a nitride semiconductor device having a protective film on its surface.

図6は、III−V族窒化物半導体を用いた従来の窒化物半導体装置の断面図を示している。図6に示す窒化物半導体装置は、いわゆるHEMT構造を示しており、サファイア基板からなる基板21上に、ノンドープの窒化ガリウム(GaN)からなるバッファ層22、ノンドープの窒化ガリウム(GaN)からなるチャネル層23、n型の窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)からなるキャリア供給層24、ノンドープの窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)からなるショットキ層25が、順次積層した構造となっており、チャネル層23とキャリア供給層24との間のへテロ接合界面近傍に、ポテンシャル井戸からなる電子移動度が極めて大きな2次元電子ガス層が形成される。このような構造の窒化物半導体装置では、ショットキ層25にショットキ接触するゲート電極27(制御電極)に印加する電圧を制御することにより、ソース電極28とドレイン電極29との間を流れるキャリア(2次元電子ガス)を制御できる。   FIG. 6 shows a cross-sectional view of a conventional nitride semiconductor device using a group III-V nitride semiconductor. The nitride semiconductor device shown in FIG. 6 has a so-called HEMT structure, on a substrate 21 made of a sapphire substrate, a buffer layer 22 made of non-doped gallium nitride (GaN), and a channel made of non-doped gallium nitride (GaN). The layer 23, the carrier supply layer 24 made of n-type aluminum gallium nitride (AlGaN), and the Schottky layer 25 made of non-doped aluminum gallium nitride (AlGaN) are sequentially stacked. The channel layer 23 and the carrier supply layer A two-dimensional electron gas layer consisting of a potential well and having a very high electron mobility is formed in the vicinity of the heterojunction interface with 24. In the nitride semiconductor device having such a structure, by controlling the voltage applied to the gate electrode 27 (control electrode) in Schottky contact with the Schottky layer 25, carriers flowing between the source electrode 28 and the drain electrode 29 (2 Dimensional electron gas).

この種の窒化物半導体装置は、上記構造の他、例えば特許文献1に開示されているような様々な構造が提案されている。
特開平10−335637号公報
For this type of nitride semiconductor device, various structures as disclosed in, for example, Patent Document 1 have been proposed in addition to the above structure.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-335637

しかしながら、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)層や窒化ガリウム(GaN)層などの窒化物半導体層上にゲート電極を形成した半導体装置においては、当該の窒化物半導体層の表面準位にトラップされた電子により、表面のポテンシャルが揺らぐことにより、高いドレイン電圧での準静的動作時(RF信号やパルス信号等の小信号での線型動作時)に、ドレイン電流が減少する現象(以下、電流コラプスという)が生じるという問題があった。   However, in a semiconductor device in which a gate electrode is formed on a nitride semiconductor layer such as an aluminum gallium nitride (AlGaN) layer or a gallium nitride (GaN) layer, electrons trapped in the surface level of the nitride semiconductor layer Phenomenon in which drain current decreases due to fluctuations in surface potential during quasi-static operation with high drain voltage (linear operation with small signals such as RF signals and pulse signals) (hereinafter referred to as current collapse) There was a problem that occurred.

本発明の目的は、表面保護膜を備えることにより、電流コラプスを抑制できるようにした窒化物半導体装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor device provided with a surface protective film so that current collapse can be suppressed.

上記目的を達成するため、本願請求項1に係る発明の窒化物半導体装置は、ガリウム、アルミニウム、ホウ素、およびインジウムからなる群の内の少なくとも1つからなるIII族元素と、窒素、リン、および砒素からなる群の内の少なくとも窒素を含むV族元素で構成されたIII−V族窒化物半導体層からなる窒化物半導体装置において、基板上に積層した前記III−V族窒化物半導体層からなる第1の窒化物半導体層と、該第1の窒化物半導体層の上に積層したアルミニウムを含まない前記III−V族窒化物半導体層からなる第2の窒化物半導体層と、該第2の窒化物半導体層にショットキ接触する制御電極とを備え、前記第2の窒化物半導体層は、(004)面におけるX線回折ロッキングカーブの半値幅が4000秒〜12000秒の角度範囲に含まれる多結晶構造であることを特徴とする。
請求項2に係る発明の窒化物半導体装置は、ガリウム、アルミニウム、ホウ素、およびインジウムからなる群の内の少なくとも1つからなるIII族元素と、窒素、リン、および砒素からなる群の内の少なくとも窒素を含むV族元素で構成されたIII−V族窒化物半導体層からなる窒化物半導体装置において、基板上に積層した前記III−V族窒化物半導体層からなる第1の窒化物半導体層と、該第1の窒化物半導体層の上に積層したアルミニウムを含まない前記III−V族窒化物半導体層からなる第2の窒化物半導体層と、該第2の窒化物半導体層に形成された凹部から前記第1の窒化物半導体層にショットキ接触する制御電極とを備え、前記第2の窒化物半導体層は、(004)面におけるX線回折ロッキングカーブの半値幅が4000秒〜12000秒の角度範囲に含まれる多結晶構造であることを特徴とする。
請求項3に係る発明は、請求項1又は2に記載の窒化物半導体装置において、前記第2の窒化物半導体層にオーミック接触するソース電極およびドレイン電極を、前記制御電極を挟むように配置したことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a nitride semiconductor device according to the first aspect of the present invention includes a group III element consisting of at least one of the group consisting of gallium, aluminum, boron, and indium, nitrogen, phosphorus, and A nitride semiconductor device comprising a group III-V nitride semiconductor layer composed of a group V element containing at least nitrogen in the group consisting of arsenic, comprising the group III-V nitride semiconductor layer stacked on a substrate. A first nitride semiconductor layer, a second nitride semiconductor layer made of the group III-V nitride semiconductor layer not containing aluminum and laminated on the first nitride semiconductor layer; A control electrode that is in Schottky contact with the nitride semiconductor layer, and the second nitride semiconductor layer has an angle range in which a half width of an X-ray diffraction rocking curve on the (004) plane is 4000 seconds to 12000 seconds Characterized in that it is a polycrystalline structure included.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a nitride semiconductor device comprising at least one group III element selected from the group consisting of gallium, aluminum, boron, and indium, and at least one selected from the group consisting of nitrogen, phosphorus, and arsenic. In a nitride semiconductor device including a group III-V nitride semiconductor layer composed of a group V element containing nitrogen, a first nitride semiconductor layer including the group III-V nitride semiconductor layer stacked on a substrate; A second nitride semiconductor layer made of the group III-V nitride semiconductor layer not containing aluminum and formed on the first nitride semiconductor layer, and the second nitride semiconductor layer formed on the second nitride semiconductor layer. A control electrode in Schottky contact with the first nitride semiconductor layer from the recess, and the second nitride semiconductor layer has an X-ray diffraction rocking curve half-value width of 4000 seconds to 120 in the (004) plane. Characterized in that it is a multi-crystal structure of the angle range of 0 seconds.
According to a third aspect of the present invention, in the nitride semiconductor device according to the first or second aspect, a source electrode and a drain electrode that are in ohmic contact with the second nitride semiconductor layer are disposed so as to sandwich the control electrode. It is characterized by that.

本発明の窒化物半導体装置によれば、X線回折で得られるロッキングカーブの半値幅で規定(4000秒〜12000秒の角度範囲)された多結晶構造の第2の窒化物半導体層を表面保護膜とすることで、当該表面保護膜の表面準位にトラップされる電子若しくは表面準位密度を低減させることができ、高いドレイン電圧での準静的動作時であっても、電流コラプス現象が抑制され、高周波特性が改善される。
また、本発明の窒化物半導体装置によれば、通常の窒化物半導体装置の製造工程における通常の成膜条件(成膜温度、V/III比、成長速度等)の制御により、前記多結晶構造の第2の窒化物半導体層を形成することができるため、製造工程の制御性が良く、特性の優れた窒化物半導体装置を歩留まり良く製造することができる。
According to the nitride semiconductor device of the present invention, the surface of the second nitride semiconductor layer having a polycrystalline structure defined by the full width at half maximum of the rocking curve obtained by X-ray diffraction (angle range of 4000 seconds to 12000 seconds) is protected. By forming a film, the electron trapped in the surface level of the surface protective film or the density of the surface level can be reduced, and the current collapse phenomenon can occur even during quasi-static operation at a high drain voltage. It is suppressed and the high frequency characteristics are improved.
In addition, according to the nitride semiconductor device of the present invention, the polycrystalline structure can be controlled by controlling normal film formation conditions (film formation temperature, V / III ratio, growth rate, etc.) in a normal nitride semiconductor device manufacturing process. Since the second nitride semiconductor layer can be formed, a nitride semiconductor device with good controllability of the manufacturing process and excellent characteristics can be manufactured with a high yield.

以下、本発明の窒化物半導体装置について、III−V族窒化物半導体装置であるHEMTを例にとり、詳細に説明する。   Hereinafter, the nitride semiconductor device of the present invention will be described in detail by taking a HEMT as a group III-V nitride semiconductor device as an example.

<第1の実施例>
図1は本発明の第1の実施例のIII−V族窒化物半導体装置であるHEMTの断面図を示している。本実施例の窒化物半導体装置は、図1に示すように、サファイアからなる基板11上に、厚さ30nm程度のノンドープの窒化ガリウム(GaN)からなるバッファ層12、後述するキャリア供給層のエネルギーギャップより小さいエネルギーギャップを持ち厚さ2μmのノンドープの窒化ガリウム(GaN)からなるチャネル層13、当該チャネル層13との界面にキャリアとなる2次元電子ガス層を形成する厚さ15nmのn型の窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)からなるキャリア供給層14、厚さ3nmのノンドープの窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)からなるショットキ層15、表面保護膜となる厚さ10nmのノンドープの窒化ガリウム(GaN)からなるキャップ層16を、順次積層形成している。
<First embodiment>
FIG. 1 shows a sectional view of a HEMT which is a group III-V nitride semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the nitride semiconductor device of the present embodiment has a buffer layer 12 made of non-doped gallium nitride (GaN) having a thickness of about 30 nm on a substrate 11 made of sapphire, and energy of a carrier supply layer to be described later. A channel layer 13 made of non-doped gallium nitride (GaN) having an energy gap smaller than the gap and having a thickness of 2 μm, and a two-dimensional electron gas layer serving as a carrier at the interface with the channel layer 13 are formed. Carrier supply layer 14 made of aluminum gallium nitride (AlGaN), Schottky layer 15 made of 3 nm thick non-doped aluminum gallium nitride (AlGaN), cap made of 10 nm thick non-doped gallium nitride (GaN) serving as a surface protective film The layers 16 are sequentially stacked.

バッファ層12、チャネル層13、キャリア供給層14およびショットキ層15は、請求項の第1の窒化物半導体層を構成し、キャップ層16は請求項の第2の窒化物半導体層を構成する。   The buffer layer 12, the channel layer 13, the carrier supply layer 14, and the Schottky layer 15 constitute the first nitride semiconductor layer of the claims, and the cap layer 16 constitutes the second nitride semiconductor layer of the claims.

キャップ層16上のゲート電極形成予定領域には、ニッケル(Ni)を下地層とするニッケル(Ni)/金(Au)の積層体からなるゲート電極17が形成され、キャップ層16との間にショットキ接触が形成されている。また、キャップ層16上のソース電極およびドレイン電極形成予定領域には、チタン(Ti)を下地層とするチタン(Ti)/アルミニウム(Al)/チタン(Ti)/金(Au)の積層体からなるソース電極18およびドレイン電極19が形成され、それぞれ、キャップ層16との間にはオーミック接触が形成されている。このオーミック接触は、非常に低抵抗接触が実現されている。   A gate electrode 17 composed of a nickel (Ni) / gold (Au) laminate having nickel (Ni) as a base layer is formed in the gate electrode formation scheduled region on the cap layer 16. Schottky contact is formed. Further, the source electrode and drain electrode formation scheduled regions on the cap layer 16 are made of a laminate of titanium (Ti) / aluminum (Al) / titanium (Ti) / gold (Au) with titanium (Ti) as an underlayer. The source electrode 18 and the drain electrode 19 are formed, and ohmic contact is formed between the cap layer 16 and the source electrode 18 and the drain electrode 19, respectively. The ohmic contact is a very low resistance contact.

表面保護膜となるキャップ層16は、MOCVD(有機金属化学的気相堆積)法、MBE(電子線エピタキシャル)法等を用いて、成長温度、成長速度、V/III比などの成膜条件を調整することにより、その結晶性(結晶構造)を調整することができる。   The cap layer 16 serving as a surface protective film is formed by using a MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method, an MBE (electron beam epitaxial) method, or the like under conditions such as a growth temperature, a growth rate, and a V / III ratio. By adjusting, the crystallinity (crystal structure) can be adjusted.

図1で説明したショットキー層15上に形成すべきキャップ層16は、その厚みが10nm程度の薄膜であるので直接評価することが困難なため、ここでは、サファイア基板のC面に、1μmの厚膜を、上記した各種成膜条件で成膜して、その結晶性を評価する。   Since the cap layer 16 to be formed on the Schottky layer 15 described in FIG. 1 is a thin film having a thickness of about 10 nm, it is difficult to directly evaluate the cap layer 16. A thick film is formed under the various film formation conditions described above, and its crystallinity is evaluated.

図2に、MOCVD法でサファイア基板のC面(六方晶体のc軸に垂直な面)に1μmの窒化ガリウム(GaN)を各種成膜条件で成膜したときの(004)面のX線回折でのロッキングカーブを示す。図2の縦軸はX線回折強度、横軸はX線の入射角度である。ロッキングカーブは、入射X線の方向と検出器とを固定し、厚膜を形成したサファイア基板のみを回転して測定したものであり、得られた特性カーブのピーク幅が、面方位の揺らぎの度合い(モザイク度)に比例する。つまり、ピーク幅が大きいほど、結晶性が悪いことを示す。   FIG. 2 shows (004) plane X-ray diffraction when 1 μm gallium nitride (GaN) is deposited on the C plane of the sapphire substrate (plane perpendicular to the c-axis of the hexagonal crystal) by MOCVD under various deposition conditions. The rocking curve at is shown. In FIG. 2, the vertical axis represents the X-ray diffraction intensity, and the horizontal axis represents the X-ray incident angle. The rocking curve is measured by rotating only the sapphire substrate with the thick X-ray film fixed to the direction of the incident X-ray and the detector. The peak width of the obtained characteristic curve is the fluctuation of the surface orientation. It is proportional to the degree (mosaic degree). That is, the larger the peak width, the worse the crystallinity.

そこで、このピーク幅を半値幅(FWHM:ピーク値の半値の角度幅)で表す。図2において、特性Aの厚膜は半値幅が600秒、特性Bの厚膜は2100秒、特性Cの厚膜は4000秒、特性Dの厚膜は12000秒、特性Eの厚膜は12000秒以上である。特性Aの厚膜は単結晶となるが、特性B〜Dの厚膜は多結晶、特性Eの厚膜は非晶質(アモルファス)となる。   Therefore, this peak width is represented by a half-value width (FWHM: an angle width of a half value of the peak value). In FIG. 2, the thick film of characteristic A has a half width of 600 seconds, the thick film of characteristic B is 2100 seconds, the thick film of characteristic C is 4000 seconds, the thick film of characteristic D is 12000 seconds, and the thick film of characteristic E is 12000. More than a second. Although the thick film having the characteristic A is a single crystal, the thick film having the characteristics B to D is polycrystalline, and the thick film having the characteristic E is amorphous.

図3A、図3Bに、図1に示した構造の窒化物半導体装置であるHEMTのDC測定およびパルス測定によるドレイン電流−電圧特性を示す。パルス測定では、パルス幅10ms、パルス周期100ms、Duty10%のパルスを印加した。なお、ここでは、複数のゲート電圧について記載した。   3A and 3B show drain current-voltage characteristics of the HEMT that is the nitride semiconductor device having the structure shown in FIG. 1 by DC measurement and pulse measurement. In the pulse measurement, a pulse having a pulse width of 10 ms, a pulse period of 100 ms, and a duty of 10% was applied. Here, a plurality of gate voltages are described.

この図3A、図3Bは、図1の窒化半導体装置の窒化ガリウム(GaN)のキャップ層16を、図2における特性採取時と同じ成膜条件でショットキー層15上に成膜した複数の半値幅(FWHM)のものについて実験したものであり、その半値幅は、600秒、2100秒、4000秒、12000秒である。キャップ層16の半値幅が600秒および2100秒の場合の(a)、(b)では、ドレイン電流がDC測定時に比べてパルス測定で減少しており、電流コラプスにより特性が劣化していることがわかる。これに対し、半値幅が4000秒および12000秒の場合の(c)、(d)では、DC測定とパルス測定でのドレイン電流はほぼ同じ特性を示しており、電流コラプスが抑制されていることがわかる。   FIGS. 3A and 3B show a plurality of half-layers in which the gallium nitride (GaN) cap layer 16 of the nitride semiconductor device of FIG. 1 is formed on the Schottky layer 15 under the same film formation conditions as those for collecting characteristics in FIG. It experimented about the thing of a value range (FWHM), The half value width is 600 second, 2100 second, 4000 second, and 12000 second. In (a) and (b) when the full width at half maximum of the cap layer 16 is 600 seconds and 2100 seconds, the drain current is decreased by pulse measurement as compared with DC measurement, and the characteristics are deteriorated due to current collapse. I understand. On the other hand, in (c) and (d) when the half-value width is 4000 seconds and 12000 seconds, the drain current in DC measurement and pulse measurement shows almost the same characteristics, and current collapse is suppressed. I understand.

図3A、図3Bのドレイン電流−電圧特性において、ドレイン電圧10Vにおける最大ドレイン電流のパルス測定とDC測定の電流比と半値幅との相関を図4に示す。半値幅が4000秒以上、12000秒以下の角度範囲を満足する成膜条件でキャップ層16を形成した場合には、95%以上の電流が保持されており、この半値幅を満足するキャップ層16を使用することにより、電流コラプスを抑制する効果が非常に大きくなることがわかる。   In the drain current-voltage characteristics of FIGS. 3A and 3B, FIG. 4 shows the correlation between the pulse ratio of the maximum drain current at the drain voltage of 10 V, the current ratio of DC measurement, and the half width. When the cap layer 16 is formed under the film forming conditions that satisfy the angle range of the full width at half maximum of 4000 seconds or more and 12000 seconds or less, the current of 95% or more is maintained, and the cap layer 16 that satisfies this half width is satisfied. It can be seen that the effect of suppressing current collapse is greatly increased by using.

以上から、図1のキャップ層16としては、半値幅が4000秒以上、12000秒以下の角度範囲内に含まれる特性カーブを呈する多結晶構造からなる薄膜を、III−V族窒化物膜となる成膜条件で10nm程度の膜厚で成膜することが望ましい。調整可能な成長条件としては、成長温度、V/III比、成長速度等がある。成長温度の場合は、他の膜(13〜15)の成膜時の温度(単結晶を形成させる温度である1000℃程度前後)よりも低く、例えば、成長温度を600℃、550℃、500℃と下げていくことにより、半値幅は、2100秒、4000秒、12000秒と大きくなる。なお、V/III比を下げる、あるいは成長速度を高くすることでも、半値幅を大きくすることができる。   From the above, as the cap layer 16 in FIG. 1, a thin film having a polycrystalline structure exhibiting a characteristic curve included in an angular range having a half width of 4000 seconds or more and 12000 seconds or less is a III-V group nitride film. It is desirable to form a film with a film thickness of about 10 nm under film formation conditions. The growth conditions that can be adjusted include growth temperature, V / III ratio, growth rate, and the like. In the case of the growth temperature, it is lower than the temperature at which the other films (13 to 15) are formed (about 1000 ° C., which is the temperature for forming a single crystal), for example, the growth temperature is 600 ° C., 550 ° C., 500 By decreasing the temperature to ° C., the full width at half maximum increases to 2100 seconds, 4000 seconds, and 12000 seconds. Note that the half width can also be increased by lowering the V / III ratio or increasing the growth rate.

<第2実施例>
図5は本発明の第2の実施例のIII−V族窒化物半導体装置であるHEMTの断面函を示している。この窒化物半導体装置は、図5に示すように、サファイアからなる基板11上に、厚さ30nm程度のノンドープの窒化ガリウム(GaN)からなるバッファ層12、後述するキャリア供給層のエネルギーギャップより小さいエネルギーギャップを持ち厚さ2μmのノンドープの窒化ガリウム(GaN)からなるチャネル層13、当該チャネル層13との界面にキャリアとなる2次元電子ガス層を形成する厚さ15nmのn型の窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)からなるキャリア供給層14、厚さ3nmのノンドープの窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)からなるショットキ層15、厚さ10nmの表面保護膜となるノンドープの窒化ガリウム(GaN)からなるキャップ層16を、順次積層形成している。
<Second embodiment>
FIG. 5 shows a cross section of a HEMT which is a III-V nitride semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the nitride semiconductor device has a buffer layer 12 made of non-doped gallium nitride (GaN) having a thickness of about 30 nm on a substrate 11 made of sapphire, and smaller than the energy gap of a carrier supply layer described later. A channel layer 13 made of non-doped gallium nitride (GaN) having an energy gap and a thickness of 2 μm, and an n-type aluminum gallium nitride having a thickness of 15 nm forming a two-dimensional electron gas layer serving as a carrier at the interface with the channel layer 13 A carrier supply layer 14 made of (AlGaN), a Schottky layer 15 made of non-doped aluminum gallium nitride (AlGaN) having a thickness of 3 nm, and a cap layer 16 made of non-doped gallium nitride (GaN) serving as a surface protective film having a thickness of 10 nm. The layers are sequentially stacked.

本実施例では、キャップ層16のゲート電極形成領域をエッチング除去して凹部を形成し、その凹部において表面に露出したショットキ層15上に、チタン(Ti)を下地層とするチタン(Ti)/白金(Pt)/金(Au)の積層体あるいはニッケル(Ni)を下地層とするニッケル(Ni)/金(Au)の積層体等からなるゲート電極17Aを形成し、ショットキ層15との間にショットキ接触を形成している。キャップ層16上には、そのキャップ層16に対してオーミック接触するチタン(Ti)を下地層とするチタン(Ti)/アルミニウム(Al)/チタン(Ti)/金(Au)からなるソース電極18A、ドレイン電極19Aを形成している。   In this embodiment, the gate electrode formation region of the cap layer 16 is removed by etching to form a recess, and titanium (Ti) / titanium (Ti) / underlayer is formed on the Schottky layer 15 exposed on the surface of the recess. A gate electrode 17A made of a platinum (Pt) / gold (Au) laminate or a nickel (Ni) / gold (Au) laminate having an underlying layer of nickel (Ni) is formed, and between the Schottky layer 15 A Schottky contact is formed. On the cap layer 16, a source electrode 18A made of titanium (Ti) / aluminum (Al) / titanium (Ti) / gold (Au) with titanium (Ti) in ohmic contact with the cap layer 16 as an underlayer. The drain electrode 19A is formed.

表面保護膜としてのキャップ層16は、第1の実施例と同様に、(004)面のX線回折でのロッキングカーブの半値幅(FWHM)が4000秒以上、12000秒以下の角度範囲内に含まれる多結晶構造のIII−V族窒化物半導体層となる成膜条件で10nm程度の膜厚で成膜されている。本実施例で示したIII−V族窒化物半導体装置においても、第1の実施例と同様に電流コラブスを抑制することができる。   As in the first embodiment, the cap layer 16 as the surface protective film has an angle range in which the full width at half maximum (FWHM) of the rocking curve in the (004) plane X-ray diffraction is 4000 seconds or more and 12000 seconds or less. The film is formed with a film thickness of about 10 nm under the film forming conditions for forming the included III-V group nitride semiconductor layer having a polycrystalline structure. Also in the group III-V nitride semiconductor device shown in the present embodiment, current collab can be suppressed as in the first embodiment.

<その他の実施例>
なお、以上説明した第1および第2の実施例において、窒化ガリウム(GaN)のキャップ層16をノンドープとしたが、結晶性を制御するために、鉄(Fe)、マグネシウム(Mg)、炭素(C)等を添加してもよい。また、III−V族窒化物半導体のIII族元素としては、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)、硼素(B)、インジウム(In)からなる群の内の少なくとも1つを含むものを使用することができ、V族元素としては、窒素(N)、リン(P)、砒素(As)からなる群の内の少なくとも窒素を含む1以上の元素を使用する。キャップ層16にはアルミニウムは含ませない。
<Other examples>
In the first and second embodiments described above, the cap layer 16 of gallium nitride (GaN) is non-doped. However, in order to control crystallinity, iron (Fe), magnesium (Mg), carbon ( C) or the like may be added. In addition, as a group III element of a group III-V nitride semiconductor, an element including at least one of the group consisting of gallium (Ga), aluminum (Al), boron (B), and indium (In) is used. As the group V element, at least one element containing at least nitrogen in the group consisting of nitrogen (N), phosphorus (P), and arsenic (As) is used. The cap layer 16 does not contain aluminum.

また、HEMT構造の窒化物半導体層の代わりに、不純物が添加された窒化物半導体層を能動層(チャネル層)とし、その上に上述のキャップ層が形成された構造のFET構造とすることもできる。   Further, instead of a nitride semiconductor layer having a HEMT structure, a nitride semiconductor layer to which an impurity is added may be used as an active layer (channel layer), and an FET structure having a structure in which the cap layer described above is formed thereon. it can.

本発明の第1の実施例の窒化物半導体装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. GaN(004)面におけるX線回折ロッキングカーブを示す特性図である。It is a characteristic view which shows the X-ray diffraction rocking curve in a GaN (004) surface. (a)、(b)は第1の実施例においてキャップ層の半値幅を異ならせたときのドレイン電流−電圧特性を示す特性図である。(a), (b) is a characteristic view showing drain current-voltage characteristics when the half width of the cap layer is varied in the first embodiment. (c)、(d)は第1の実施例においてキャップ層の半値幅を異ならせたときのドレイン電流−電圧特性を示す特性図である。(c), (d) is a characteristic diagram showing drain current-voltage characteristics when the full width at half maximum of the cap layer is varied in the first embodiment. 図3A,Bにおける半値幅に対するドレイン電流比の特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram of a drain current ratio with respect to a half-value width in FIGS. 本発明の第2の実施例の窒化物半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the nitride semiconductor device of the 2nd Example of this invention. 従来の窒化物半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the conventional nitride semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

11:サファイア基板、12:バッファ層、13:チャネル層、14:キャリア供給層、15:ショットキ層、16:キャップ層、17,17A:ゲート電極、18,18A:ソース電極、19,19A:ドレイン電極
21:サファイア基板、22:バッファ層、23:チャネル層、24:キャリア供給層、25:ショットキ層、27:ゲート電極、28:ソース電極、29:ドレイン電極
11: sapphire substrate, 12: buffer layer, 13: channel layer, 14: carrier supply layer, 15: Schottky layer, 16: cap layer, 17, 17A: gate electrode, 18, 18A: source electrode, 19, 19A: drain Electrode 21: Sapphire substrate, 22: Buffer layer, 23: Channel layer, 24: Carrier supply layer, 25: Schottky layer, 27: Gate electrode, 28: Source electrode, 29: Drain electrode

Claims (3)

ガリウム、アルミニウム、ホウ素、およびインジウムからなる群の内の少なくとも1つからなるIII族元素と、窒素、リン、および砒素からなる群の内の少なくとも窒素を含むV族元素で構成されたIII−V族窒化物半導体層からなる窒化物半導体装置において、
基板上に積層した前記III−V族窒化物半導体層からなる第1の窒化物半導体層と、該第1の窒化物半導体層の上に積層したアルミニウムを含まない前記III−V族窒化物半導体層からなる第2の窒化物半導体層と、該第2の窒化物半導体層にショットキ接触する制御電極とを備え、
前記第2の窒化物半導体層は、(004)面におけるX線回折ロッキングカーブの半値幅が4000秒〜12000秒の角度範囲に含まれる多結晶構造であることを特徴とする窒化物半導体装置。
III-V composed of a group III element consisting of at least one of the group consisting of gallium, aluminum, boron and indium and a group V element containing at least nitrogen within the group consisting of nitrogen, phosphorus and arsenic In a nitride semiconductor device comprising a group nitride semiconductor layer,
A first nitride semiconductor layer made of the group III-V nitride semiconductor layer laminated on a substrate, and the group III-V nitride semiconductor not containing aluminum laminated on the first nitride semiconductor layer A second nitride semiconductor layer comprising a layer and a control electrode in Schottky contact with the second nitride semiconductor layer,
The nitride semiconductor device, wherein the second nitride semiconductor layer has a polycrystalline structure in which a half width of an X-ray diffraction rocking curve in the (004) plane is included in an angle range of 4000 seconds to 12000 seconds.
ガリウム、アルミニウム、ホウ素、およびインジウムからなる群の内の少なくとも1つからなるIII族元素と、窒素、リン、および砒素からなる群の内の少なくとも窒素を含むV族元素で構成されたIII−V族窒化物半導体層からなる窒化物半導体装置において、
基板上に積層した前記III−V族窒化物半導体層からなる第1の窒化物半導体層と、該第1の窒化物半導体層の上に積層したアルミニウムを含まない前記III−V族窒化物半導体層からなる第2の窒化物半導体層と、該第2の窒化物半導体層に形成された凹部から前記第1の窒化物半導体層にショットキ接触する制御電極とを備え、
前記第2の窒化物半導体層は、(004)面におけるX線回折ロッキングカーブの半値幅が4000秒〜12000秒の角度範囲に含まれる多結晶構造であることを特徴とする窒化物半導体装置。
III-V composed of a group III element consisting of at least one of the group consisting of gallium, aluminum, boron and indium and a group V element containing at least nitrogen within the group consisting of nitrogen, phosphorus and arsenic In a nitride semiconductor device comprising a group nitride semiconductor layer,
A first nitride semiconductor layer made of the group III-V nitride semiconductor layer laminated on a substrate, and the group III-V nitride semiconductor not containing aluminum laminated on the first nitride semiconductor layer A second nitride semiconductor layer comprising a layer, and a control electrode in Schottky contact with the first nitride semiconductor layer from a recess formed in the second nitride semiconductor layer,
The nitride semiconductor device, wherein the second nitride semiconductor layer has a polycrystalline structure in which a half width of an X-ray diffraction rocking curve in the (004) plane is included in an angle range of 4000 seconds to 12000 seconds.
請求項1又は2に記載の窒化物半導体装置において、
前記第2の窒化物半導体層にオーミック接触するソース電極およびドレイン電極を、前記制御電極を挟むように配置したことを特徴とする窒化物半導体装置。
The nitride semiconductor device according to claim 1 or 2,
A nitride semiconductor device, wherein a source electrode and a drain electrode that are in ohmic contact with the second nitride semiconductor layer are disposed so as to sandwich the control electrode.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017085013A (en) * 2015-10-29 2017-05-18 富士通株式会社 Compound semiconductor device and method of manufacturing the same
WO2024036486A1 (en) * 2022-08-16 2024-02-22 Innoscience (suzhou) Semiconductor Co., Ltd. Nitride-based semiconductor device and method for manufacturing the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005183906A (en) * 2003-11-28 2005-07-07 New Japan Radio Co Ltd Nitride semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2006278812A (en) * 2005-03-30 2006-10-12 Eudyna Devices Inc Semiconductor device, its fabrication process, substrate for manufacturing semiconductor device, and its production process

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005183906A (en) * 2003-11-28 2005-07-07 New Japan Radio Co Ltd Nitride semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2006278812A (en) * 2005-03-30 2006-10-12 Eudyna Devices Inc Semiconductor device, its fabrication process, substrate for manufacturing semiconductor device, and its production process

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017085013A (en) * 2015-10-29 2017-05-18 富士通株式会社 Compound semiconductor device and method of manufacturing the same
WO2024036486A1 (en) * 2022-08-16 2024-02-22 Innoscience (suzhou) Semiconductor Co., Ltd. Nitride-based semiconductor device and method for manufacturing the same

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