JP2009152349A - Hetero-junction field effect transistor and method of producing the same - Google Patents

Hetero-junction field effect transistor and method of producing the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent increase in parasitic resistance by lowering potential barrier in the lower side of source/drain electrodes. <P>SOLUTION: The hetero-junction field effect transistor (FET) is formed of a nitride semiconductor provided with including a channel layer 30 and a barrier layer 50 formed on the channel layer 30 via a spacer layer 40. Moreover, this transistor is additionally provided with a gate electrode 80 formed on the barrier layer 50 and source/drain electrodes 70 formed on the barrier layer 50 to hold the gate electrode 80. The spacer layer 40 is formed in a region at the lower side of the gate electrode 80 and is provided with a first spacer layer 41 that is larger in a band gap than any of the channel layer 30 and barrier layer 50. The spacer layer 40 is formed in a region at the lower side of the source/drain electrodes 70 and is provided with a second spacer layer 42 that is smaller in the band gap than the first spacer layer 41. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、窒化物を含む半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタおよびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a heterojunction field effect transistor made of a semiconductor containing nitride and a method of manufacturing the same.

窒化物を含む半導体からなる従来のヘテロ接合電界効果型トランジスタでは、チャネル層とバリア層との間に1〜2nm程度の厚さのAlN(Al:アルミニウム、N:窒素)からなるスペーサ層を基板全面にわたって設けた構造となっている。この構造により、チャネル層とバリア層との界面に発生する2次元電子ガスの濃度と移動度を向上させている。この構造は、例えば、特許文献1に記載されている。   In a conventional heterojunction field effect transistor made of a semiconductor containing nitride, a spacer layer made of AlN (Al: aluminum, N: nitrogen) having a thickness of about 1 to 2 nm is formed between the channel layer and the barrier layer as a substrate. The structure is provided over the entire surface. With this structure, the concentration and mobility of the two-dimensional electron gas generated at the interface between the channel layer and the barrier layer are improved. This structure is described in Patent Document 1, for example.

特許第3708810号公報Japanese Patent No. 3708810

しかしながら、AlNはバンドギャップが大きいため、ソース/ドレイン電極の下側の領域にもAlNからなるスペーサ層が形成されていると、ソース/ドレイン電極から2次元電子ガスまでの間のポテンシャル障壁が高くなる。そのため、上記の構造では、寄生抵抗が増大し、それに伴ってドレイン電流、相互コンダクタンス、出力、効率などの多くの素子特性が劣化するという問題があった。   However, since AlN has a large band gap, if a spacer layer made of AlN is also formed in the lower region of the source / drain electrode, the potential barrier between the source / drain electrode and the two-dimensional electron gas is high. Become. For this reason, the above-described structure has a problem that parasitic resistance increases, and many device characteristics such as drain current, mutual conductance, output, and efficiency are deteriorated accordingly.

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、ソース/ドレイン電極の下側のポテンシャル障壁を低くすることにより、寄生抵抗の増大を防止することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to prevent an increase in parasitic resistance by lowering a potential barrier below a source / drain electrode.

本発明の係るヘテロ接合電界効果型トランジスタは、窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタであって、チャネル層と、前記チャネル層上にスペーサ層を介して形成されたバリア層と、前記バリア層上に形成されたゲート電極と、前記バリア層上に、前記ゲート電極を挟んで形成されたソース/ドレイン電極とを備える。そして、前記スペーサ層は、前記ゲート電極の下側の少なくとも一部の領域に形成され、前記チャネル層および前記バリア層のいずれよりもバンドギャップが大きい第1のスペーサ層と、前記ソース/ドレイン電極の下側の少なくとも一部の領域に形成され、前記第1のスペーサ層よりもバンドギャップが小さい第2のスペーサ層とを備える。   A heterojunction field effect transistor according to the present invention is a heterojunction field effect transistor made of a nitride semiconductor, and includes a channel layer, a barrier layer formed on the channel layer via a spacer layer, and the barrier A gate electrode formed on the layer; and a source / drain electrode formed on the barrier layer with the gate electrode interposed therebetween. The spacer layer is formed in at least a partial region below the gate electrode, and has a first spacer layer having a band gap larger than any of the channel layer and the barrier layer, and the source / drain electrode. And a second spacer layer having a band gap smaller than that of the first spacer layer.

本発明のヘテロ接合電界効果型トランジスタによれば、ソース/ドレイン電極の下側にバンドギャップが小さい第2のスペーサを形成したため、ソース/ドレイン電極の下側のポテンシャル障壁を低くすることができる。その結果、寄生抵抗の増大を防ぐことができる。   According to the heterojunction field effect transistor of the present invention, since the second spacer having a small band gap is formed below the source / drain electrode, the potential barrier below the source / drain electrode can be lowered. As a result, an increase in parasitic resistance can be prevented.

<実施の形態1>
図1は、本実施の形態に係る窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタ(以下、トランジスタ)を示す断面図である。このトランジスタは、半絶縁性基板10と、バッファ層20と、チャネル層30と、スペーサ層40と、バリア層50と、素子分離領域60と、ソース/ドレイン電極70と、ゲート電極80とを備える。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a heterojunction field effect transistor (hereinafter referred to as a transistor) made of a nitride semiconductor according to the present embodiment. This transistor includes a semi-insulating substrate 10, a buffer layer 20, a channel layer 30, a spacer layer 40, a barrier layer 50, an element isolation region 60, a source / drain electrode 70, and a gate electrode 80. .

半絶縁性基板10には、例えば、SiC(炭化珪素)からなる基板を用いる。チャネル層30は、最下層の半絶縁性基板10の上側に、バッファ層20を介して形成される。バリア層50は、チャネル層30上にスペーサ層40を介して形成される。   As the semi-insulating substrate 10, for example, a substrate made of SiC (silicon carbide) is used. The channel layer 30 is formed above the lowermost semi-insulating substrate 10 via the buffer layer 20. The barrier layer 50 is formed on the channel layer 30 via the spacer layer 40.

素子分離領域60は、本実施の形態に係るトランジスタを他の素子から分離する領域であり、当該トランジスタを形成する領域外に形成される。ゲート電極80は、バリア層50上に形成される。このゲート電極80の材質は、例えば、Ni(ニッケル)とAu(金)との合金(Ni/Au)からなる。ソース/ドレイン電極70は、バリア層50上に、ゲート電極80を挟んで形成される。このソース/ドレイン電極70の材質は、例えば、Ti(チタン)とAlの合金(Ti/Al)からなる。   The element isolation region 60 is a region that isolates the transistor according to the present embodiment from other elements, and is formed outside the region where the transistor is formed. The gate electrode 80 is formed on the barrier layer 50. The material of the gate electrode 80 is made of, for example, an alloy (Ni / Au) of Ni (nickel) and Au (gold). The source / drain electrode 70 is formed on the barrier layer 50 with the gate electrode 80 interposed therebetween. The source / drain electrode 70 is made of, for example, an alloy of Ti (titanium) and Al (Ti / Al).

スペーサ層40は、第1のスペーサ層41と、第2のスペーサ層42とを備える。第1のスペーサ層41は、ゲート電極80の下側の少なくとも一部の領域に形成され、チャネル層30およびバリア層50のいずれよりもバンドギャップが大きい。第2のスペーサ層42は、ソース/ドレイン電極70の下側の少なくとも一部の領域に形成され、第1のスペーサ層41よりもバンドギャップが小さい。図1に係るトランジスタでは、第2のスペーサ層42の両端と、ソース/ドレイン電極70の両端が、位置を揃えている。つまり、第2のスペーサ層42の幅を、ソース/ドレイン電極70の幅に合わせている。   The spacer layer 40 includes a first spacer layer 41 and a second spacer layer 42. The first spacer layer 41 is formed in at least a partial region below the gate electrode 80, and has a larger band gap than both the channel layer 30 and the barrier layer 50. The second spacer layer 42 is formed in at least a partial region below the source / drain electrode 70, and has a band gap smaller than that of the first spacer layer 41. In the transistor according to FIG. 1, both ends of the second spacer layer 42 and both ends of the source / drain electrode 70 are aligned. That is, the width of the second spacer layer 42 is adjusted to the width of the source / drain electrode 70.

本実施の形態に係るトランジスタでは、チャネル層30と、スペーサ層40が備える第1,第2のスペーサ層41,42と、バリア層50は、AlおよびGa(ガリウム)の少なくともいずれか一つと、Nとをのみ含む。そこで、チャネル層30はAlX30Ga1-X30N(0≦X30<1)、第1のスペーサ層41はAlX41Ga1-X41N(0<X41≦1)、第2のスペーサ層42はAlX42Ga1-X42N(0<X42≦1)、バリア層50はAlX50Ga1-X50N(0<X50≦1)からなるものとする。 In the transistor according to the present embodiment, the channel layer 30, the first and second spacer layers 41 and 42 included in the spacer layer 40, and the barrier layer 50 include at least one of Al and Ga (gallium). N only. Therefore, the channel layer 30 is Al X30 Ga 1 -X30 N (0 ≦ X 30 <1), the first spacer layer 41 is Al X41 Ga 1 -X41 N (0 <X 41 ≦ 1), and the second spacer layer. 42 is made of Al X42 Ga 1 -X42 N (0 <X 42 ≦ 1), and the barrier layer 50 is made of Al X50 Ga 1 -X50 N (0 <X 50 ≦ 1).

AlXGa1-XNは、Al組成が高い(Xが大きい)ほどバンドギャップが大きくなる。本実施の形態に係るトランジスタでは、X30<X50<X41とすることにより、「チャネル層30のバンドギャップ<バリア層50のバンドギャップ<第1のスペーサ層41のバンドギャップ」となるようにしている。このような構造にすることにより、2次元電子ガスの濃度および移動度を向上させる。なお、本実施の形態では、特に、X41=1、つまり、第1のスペーサ層41は、AlNからなるものとする。また、X42<X41とすることにより、「第2のスペーサ層42のバンドギャップ<第1のスペーサ層41のバンドギャップ」となるようにしている。なお、本実施の形態に係るトランジスタでは、第2のスペーサ層42のAl組成は、その層全域において均一であるものとする。 Al X Ga 1-X N has a higher band gap as the Al composition is higher (X is larger). In the transistor according to the present embodiment, X 30 <X 50 <X 41 so that “band gap of channel layer 30 <band gap of barrier layer 50 <band gap of first spacer layer 41”. I have to. By adopting such a structure, the concentration and mobility of the two-dimensional electron gas are improved. In the present embodiment, in particular, X 41 = 1, that is, the first spacer layer 41 is made of AlN. Further, by setting X 42 <X 41 , “the band gap of the second spacer layer 42 <the band gap of the first spacer layer 41” is satisfied. Note that in the transistor according to this embodiment, the Al composition of the second spacer layer 42 is uniform throughout the layer.

以上の構成からなる本実施の形態に係るトランジスタでは、ソース/ドレイン電極70の下側にバンドギャップが小さい第2のスペーサ層42を形成した。そのため、ソース/ドレイン電極70の下側のポテンシャル障壁を低くすることができ、それに伴って寄生抵抗を低減することができる。   In the transistor according to the present embodiment configured as described above, the second spacer layer 42 having a small band gap is formed below the source / drain electrode 70. Therefore, the potential barrier on the lower side of the source / drain electrode 70 can be lowered, and accordingly, the parasitic resistance can be reduced.

以上、図1では、本実施の形態に係るトランジスタの代表的な構造について説明したが、下記に示す構造であっても、上述の同様の効果を得ることができる。図1に係るトランジスタでは、第2のスペーサ層42の両端と、ソース/ドレイン電極70の両端が、位置を揃えている。つまり、第2のスペーサ層42の幅を、ソース/ドレイン電極70の幅に合わせている。この第2のスペーサ層42は、ソース/ドレイン電極70の下側の少なくとも一部に形成されていれば、その領域のポテンシャル障壁は低くなり、それによって寄生抵抗が低減される。そのため、例えば、図2に示すように、第2のスペーサ層42の幅を、ソース/ドレイン電極70の幅よりも小さくしてもよい。また逆に、第2のスペーサ層42は、ゲート電極80の下側の領域以外に形成されていればよく、図3に示すように、第2のスペーサ層42の幅を、ソース/ドレイン電極70の幅よりも大きくしてもよい。   As described above, the typical structure of the transistor according to this embodiment has been described with reference to FIG. 1, but the same effect as described above can be obtained even with the structure described below. In the transistor according to FIG. 1, both ends of the second spacer layer 42 and both ends of the source / drain electrode 70 are aligned. That is, the width of the second spacer layer 42 is adjusted to the width of the source / drain electrode 70. If the second spacer layer 42 is formed on at least a part of the lower side of the source / drain electrode 70, the potential barrier in that region is lowered, thereby reducing the parasitic resistance. Therefore, for example, as shown in FIG. 2, the width of the second spacer layer 42 may be smaller than the width of the source / drain electrode 70. On the other hand, the second spacer layer 42 only needs to be formed in a region other than the lower region of the gate electrode 80. As shown in FIG. 3, the width of the second spacer layer 42 is set to the source / drain electrode. It may be larger than the width of 70.

前者(図2)の場合、2次元電子ガスの濃度および移動度を向上させることができるが、ソース/ドレイン電極70から2次元電子ガスまでの間のポテンシャル障壁を低くする効果が低減するため、それに伴って素子特性も劣化してしまう。一方、後者(図3)の場合、ソース/ドレイン電極70から2次元電子ガスまでの間のポテンシャル障壁をさらに低くすることができるが、その反面、2次元電子ガスの濃度および移動度が減少し、それに伴って素子特性も劣化してしまう。   In the former case (FIG. 2), the concentration and mobility of the two-dimensional electron gas can be improved, but the effect of lowering the potential barrier between the source / drain electrode 70 and the two-dimensional electron gas is reduced. As a result, the device characteristics also deteriorate. On the other hand, in the latter case (FIG. 3), the potential barrier between the source / drain electrode 70 and the two-dimensional electron gas can be further reduced, but the concentration and mobility of the two-dimensional electron gas are reduced. As a result, the device characteristics also deteriorate.

そこで、図1に示したように、第2のスペーサ層42の両端と、ソース/ドレイン電極70の両端が、位置を揃えるようにすれば、ポテンシャル障壁を低減する効果と、2次元電子ガスの濃度および移動度を向上させる効果を、両方併せ持つことができる。   Therefore, as shown in FIG. 1, if both ends of the second spacer layer 42 and both ends of the source / drain electrode 70 are aligned, the effect of reducing the potential barrier and the two-dimensional electron gas can be reduced. Both the effects of improving the concentration and mobility can be obtained.

上述のトランジスタでは、第2のスペーサ層42のAl組成は、その層全域において均一であるものとした。しかしながら、表面に平行な面内に対して少なくとも一部の領域で、X42<X41の関係となっていれば、第2のスペーサ層42のバンドギャップは、第1のスペーサ層41のバンドギャップよりも小さくなり、寄生抵抗は低減される。従って、半絶縁性基板10に平行な面内の位置を(x,y)とした場合、X42は、xとyに対して一定である必要はない。そのため、第2のスペーサ層42の代わりに、図4に示すように、Al組成が面方向(x,y)に対して変数となっているAlX43Ga1-X43N(0≦X43(x,y)≦X41、X43min<X41(X43minはX43(x,y)の最小値))からなる第2のスペーサ43で構成してもかまわない。 In the above transistor, the Al composition of the second spacer layer 42 is assumed to be uniform throughout the layer. However, the band gap of the second spacer layer 42 is equal to the band of the first spacer layer 41 if X 42 <X 41 in at least a part of the region parallel to the surface. It becomes smaller than the gap, and the parasitic resistance is reduced. Therefore, when the position in the plane parallel to the semi-insulating substrate 10 is (x, y), X 42 does not need to be constant with respect to x and y. Therefore, instead of the second spacer layer 42, as shown in FIG. 4, Al X43 Ga 1 -X43 N (0 ≦ X 43 (0 ≦ X 43 (where the Al composition is a variable with respect to the plane direction (x, y)). x, y) ≦ X 41 , X 43min <X 41 (X 43 min is the minimum value of X 43 (x, y)))).

上述のトランジスタでは、第2のスペーサ層42は、第1のスペーサ層41よりも厚くても、Al組成X42がX41に比べて十分に小さければ、ポテンシャル障壁は低くなるので、寄生抵抗は低減される。従って、第2のスペーサ層42の厚さは、必ずしも第1のスペーサ層41と同じ厚さである必要はなく、図5に示すように、第1のスペーサ層41よりも厚くしてもよい。あるいは、図6に示すように、第2のスペーサ層42を第1のスペーサ層41よりも薄くしてもよい。なお、図4に示したトランジスタにおいても、Al組成X43(x,y)がX41と比べて十分に小さければ、図1〜図3に示した第2のスペーサ層42と同様、第2のスペーサ層43を第1のスペーサ層41と異なる厚さにしてもよい。 In the above-mentioned transistors, the second spacer layer 42, be thicker than the first spacer layer 41, if the Al composition X 42 is sufficiently small as compared with the X 41, since the potential barrier is lowered, the parasitic resistance Reduced. Therefore, the thickness of the second spacer layer 42 is not necessarily the same as the thickness of the first spacer layer 41, and may be thicker than the first spacer layer 41 as shown in FIG. . Alternatively, as shown in FIG. 6, the second spacer layer 42 may be thinner than the first spacer layer 41. In the transistor shown in FIG. 4 as well, as long as the Al composition X 43 (x, y) is sufficiently smaller than X 41 , the second spacer layer 42 shown in FIGS. The spacer layer 43 may have a thickness different from that of the first spacer layer 41.

図4では、第2のスペーサ層42が、表面に平行な面方向(x,y)に対して少なくとも一部の領域で、X42<X41の関係となる場合について説明した。これと同様に、深さ方向zに対して少なくとも一部の領域で、X42<X41の関係となっていれば、第2のスペーサ層42のバンドギャップは、第1のスペーサ層41のバンドギャップよりも小さくなり、寄生抵抗は低減される。そのため、上述の第2のスペーサ層42の代わりに、図7に示すように、Al組成が深さ方向zに対して変数となっているAlX44Ga1-X44N(0≦X44(z)≦X41、X44min<X41(X44minはX44(z)の最小値))からなる第2のスペーサ層44で構成してもかまわない。同様に、図4に示した第2のスペーサ層43の代わりに、図8に示すように、Al組成がzに対して変数となっているAlX45Ga1-X45N(0≦X45(x,y,z)≦X41、X45min<X41(X45minはX45(x,y,z)の最小値))からなる第2のスペーサ層45で構成してもかまわない。 In FIG. 4, the case has been described in which the second spacer layer 42 has a relationship of X 42 <X 41 in at least a part of the region in the plane direction (x, y) parallel to the surface. Similarly, if the relationship of X 42 <X 41 is satisfied in at least a part of the region in the depth direction z, the band gap of the second spacer layer 42 is equal to that of the first spacer layer 41. It becomes smaller than the band gap, and the parasitic resistance is reduced. Therefore, instead of the second spacer layer 42 described above, as shown in FIG. 7, Al X44 Ga 1 -X44 N (0 ≦ X 44 (z ) ≦ X 41 , X 44 min <X 41 (X 44 min is the minimum value of X 44 (z)))). Similarly, instead of the second spacer layer 43 shown in FIG. 4, as shown in FIG. 8, Al X45 Ga 1 -X45 N (0 ≦ X 45 ( (x, y, z) ≦ X 41 , X 45 min <X 41 (X 45 min is the minimum value of X 45 (x, y, z)))).

以上の説明では、チャネル層30と、バリア層50と、第1,第2のスペーサ層41,42〜45は、AlおよびGaの少なくともいずれか一方と、Nとをのみ含むものとしたが、必ずしもこれに限ったものではない。例えば、チャネル層30と、第1,第2のスペーサ層41,42〜45と、バリア層50のバンドギャップの大きさをそれぞれ、B30、B41、B42、B43(x,y)、B44(z)、B45(x,y,z)、B50とする。この場合に、B30<B50<B41、B42<B41、0≦B43(x,y)≦B41、B43min<B41、0≦B44(z)≦B41、B44min<B41、0≦B45(x,y,z)≦B41、B45min<B41という関係さえ満たせば、他の化合物であってもよい。ここで、B43minはB43(x,y)の最小値、B44minはB44(z)の最小値、B45minはB45(x,y,z)の最小値である。上述の他の化合物には、例えば、Inを加えたAlとGaのうちNを含む少なくとも2種類の化合物が該当する。 In the above description, the channel layer 30, the barrier layer 50, and the first and second spacer layers 41 and 42 to 45 include only at least one of Al and Ga, and N. It is not necessarily limited to this. For example, the band gap sizes of the channel layer 30, the first and second spacer layers 41 , 42 to 45, and the barrier layer 50 are set to B 30 , B 41 , B 42 , B 43 (x, y), respectively. , B 44 (z), B 45 (x, y, z), and B 50 . In this case, B 30 <B 50 <B 41 , B 42 <B 41 , 0 ≦ B 43 (x, y) ≦ B 41 , B 43min <B 41 , 0 ≦ B 44 (z) ≦ B 41 , B Other compounds may be used as long as 44 min <B 41 , 0 ≦ B 45 (x, y, z) ≦ B 41 , and B 45 min <B 41 are satisfied. Here, B 43min is the minimum value of B 43 (x, y), B 44min is the minimum value of B 44 (z), and B 45min is the minimum value of B 45 (x, y, z). Examples of the other compounds mentioned above include at least two kinds of compounds containing N among Al and Ga to which In is added.

しかしながら、チャネル層30と、バリア層50と、第1,第2のスペーサ層41,42〜45が、AlおよびGaの少なくともいずれか一方と、Nとをのみ含む場合、バリア層50に大きな分極効果が発生するため、ヘテロ界面に高濃度の2次元電子ガスを発生させることができる。また、本実施の形態では、第1のスペーサ層41は、X41=1、すなわちAlNからなるものとした。これにより、ヘテロ界面に2次元電子ガスの濃度を移動度を向上させることができる。これらの構造は、トランジスタの大電流化さらには高出力化に有利であり、より好ましい構造である。 However, when the channel layer 30, the barrier layer 50, and the first and second spacer layers 41, 42 to 45 include only at least one of Al and Ga and N, the barrier layer 50 has a large polarization. Since the effect is generated, a high-concentration two-dimensional electron gas can be generated at the heterointerface. In the present embodiment, the first spacer layer 41 is made of X 41 = 1, that is, AlN. Thereby, the mobility of the concentration of the two-dimensional electron gas at the heterointerface can be improved. These structures are advantageous for increasing the current and further increasing the output of the transistor, and are more preferable structures.

また、一般的に、ヘテロ接合電界効果型トランジスタは、チャネル層30に用いる半導体材料の絶縁破壊電界が高いほど耐圧が高くなる。上述したように、AlXGa1-XNは、Al組成が高いほどバンドギャップが大きく、絶縁破壊電界が高い。そのため、上述のチャネル層30に用いるAlX30Ga1-X30Nは、Al組成が高い(X30が1に近い)方が好ましい。また、上述のバリア層50に用いるAlX50Ga1-X50Nも同様に、バリア層50を介してゲート電極80からヘテロ界面へ流れるゲートリーク電流が流れにくくする観点から、Al組成が高い(X50が1に近い)方が好ましい。 In general, a heterojunction field effect transistor has a higher breakdown voltage as the breakdown electric field of a semiconductor material used for the channel layer 30 is higher. As described above, Al X Ga 1-X N has a higher band gap and a higher breakdown electric field as the Al composition is higher. Therefore, Al X30 Ga 1 -X30 N used for the channel layer 30 described above preferably has a high Al composition (X 30 is close to 1). Similarly, Al X50 Ga 1 -X50 N used for the barrier layer 50 also has a high Al composition from the viewpoint of making it difficult for the gate leakage current flowing from the gate electrode 80 to the heterointerface through the barrier layer 50 (X 50 is close to 1).

また、以上で説明したチャネル層30、バリア層50は、上述のバンドギャップの関係式を満たすのであれば、必ずしも同一組成の1層からなる構造である必要はない。例えば、In組成、Al組成、Ga組成が空間的に変化していてもよく、あるいは、組成比が異なる膜を複数重ねて形成した多層膜で構成してもかまわない。また、これらの層には、例えば、Siを含む窒化物半導体においてn型、p型となる不純物が含まれていてもよい。   Further, the channel layer 30 and the barrier layer 50 described above do not necessarily have a structure composed of one layer having the same composition as long as the above-described band gap relational expression is satisfied. For example, the In composition, Al composition, and Ga composition may be spatially changed, or a multilayer film formed by stacking a plurality of films having different composition ratios may be used. In addition, these layers may contain, for example, an n-type or p-type impurity in a nitride semiconductor containing Si.

図9に係るトランジスタは、上述の構成に加えて、キャップ層90をさらに備える。このキャップ層90は、ゲート電極80とバリア層50との間に形成され、バリア層50よりもバンドギャップが小さい。この図では、バリア層50をキャップ層90で覆っている。このキャップ層90は、例えば、厚さ0.1〜50nmであるものとし、AlX90Ga1-X90N(0≦X90<X50)からなる。このような構造にすることにより、ゲート電極80と半導体界面に生じるショットキー障壁が高くなり、ゲートリーク電流を低減することができ、また、ショットキー耐圧を高くすることができる。 The transistor according to FIG. 9 further includes a cap layer 90 in addition to the above structure. The cap layer 90 is formed between the gate electrode 80 and the barrier layer 50 and has a band gap smaller than that of the barrier layer 50. In this figure, the barrier layer 50 is covered with a cap layer 90. The cap layer 90 has a thickness of 0.1 to 50 nm, for example, and is made of Al X90 Ga 1 -X90 N (0 ≦ X 90 <X 50 ). With such a structure, the Schottky barrier generated at the gate electrode 80 and the semiconductor interface is increased, the gate leakage current can be reduced, and the Schottky breakdown voltage can be increased.

また、上述の説明では、半絶縁性基板10は、SiCからなるものとして説明した。しかし、半絶縁性基板10は、必ずしもこれに限ったものではなく、例えば、Si、サファイア、GaN、AlNからなる基板を用いてもよい。特に、半絶縁性基板10として、GaNを使用した場合には、必ずしもバッファ層20を形成しなくてもよい。つまり、その場合には、半絶縁性基板10直上にチャネル層30を形成してもよい。   In the above description, the semi-insulating substrate 10 has been described as being made of SiC. However, the semi-insulating substrate 10 is not necessarily limited to this, and for example, a substrate made of Si, sapphire, GaN, or AlN may be used. In particular, when GaN is used as the semi-insulating substrate 10, the buffer layer 20 is not necessarily formed. That is, in that case, the channel layer 30 may be formed directly on the semi-insulating substrate 10.

図10に係るトランジスタは、上述のバリア層50の一部を変更したものである。このトランジスタでは、バリア層50のソース/ドレイン電極70下の部分の厚さは、それ以外の部分よりも薄い。このような構造にすることにより、ソース/ドレイン電極70の下側のバリア層50によって生じるポテンシャル障壁を薄くすることができ、寄生抵抗をより低減することができる。   The transistor according to FIG. 10 is obtained by changing a part of the barrier layer 50 described above. In this transistor, the thickness of the portion under the source / drain electrode 70 of the barrier layer 50 is thinner than the other portions. With such a structure, the potential barrier generated by the barrier layer 50 below the source / drain electrode 70 can be reduced, and the parasitic resistance can be further reduced.

また、上述の説明では、ソース/ドレイン電極70の材質は、Ti/Alからなるものとして説明した。しかし、必ずしもこれに限ったものではなく、オーミック特性が得られれば、例えば、Ti、Al、Nb(ニオブ)、Hf(ハフニウム)、Zr(ジルコニウム)、Sr(ストロンチウム)、Ni、Ta(タンタル)、Au、Mo(モリブデン)、W(タングステン)などの金属、もしくはこれら複数種類から構成される多層膜で形成されていてもよい。   In the above description, the source / drain electrode 70 is described as being made of Ti / Al. However, the present invention is not necessarily limited to this, and if ohmic characteristics are obtained, for example, Ti, Al, Nb (niobium), Hf (hafnium), Zr (zirconium), Sr (strontium), Ni, Ta (tantalum) , Au, Mo (molybdenum), W (tungsten), or the like, or a multilayer film composed of a plurality of these metals.

図11に係るトランジスタでは、上述の構成に加えて、絶縁膜100をさらに備える。この絶縁膜100は、ゲート電極80とバリア層50との間に形成される。このように、ゲート電極80は、バリア層50に接していない構造となっている。絶縁膜100の材質には、例えば、Al、Ga、Si、Hf、Tiのうち少なくとも1種類以上の原子の酸化物、窒化物、酸窒化物を用いる。このような構造にすることで、ゲートリーク電流を低減することができる。   The transistor according to FIG. 11 further includes an insulating film 100 in addition to the above structure. This insulating film 100 is formed between the gate electrode 80 and the barrier layer 50. Thus, the gate electrode 80 has a structure that is not in contact with the barrier layer 50. As the material of the insulating film 100, for example, an oxide, nitride, or oxynitride of at least one kind of atoms of Al, Ga, Si, Hf, and Ti is used. With such a structure, gate leakage current can be reduced.

図12に係るトランジスタは、図1〜図11で示した断面が四角形状のゲート電極80の一部を変更したものである。このトランジスタでは、ゲート電極81の下部の幅は、当該下部以外の部分よりも小さくなっている。このようなゲート電極81には、例えば、図12に示される断面がY字型やT字型のゲート電極が該当する。このような構造にすることにより、ゲート電極81とバリア層50とが接触する面積を維持したまま、接触している部分以外ではゲート電極81の幅を大きくすることができるため、ゲート抵抗を低減することができる。   The transistor according to FIG. 12 is obtained by changing a part of the gate electrode 80 whose cross section shown in FIGS. In this transistor, the width of the lower portion of the gate electrode 81 is smaller than the portion other than the lower portion. Such a gate electrode 81 corresponds to, for example, a gate electrode having a Y-shaped or T-shaped cross section shown in FIG. With this structure, the width of the gate electrode 81 can be increased except for the contacted portion while maintaining the contact area between the gate electrode 81 and the barrier layer 50, thereby reducing the gate resistance. can do.

図13、図14に係るトランジスタは、図12に係るトランジスタに加えて、絶縁膜101をさらに備える。この絶縁膜101は、ゲート電極80の下部以外の部分とバリア層50との間に形成される。図13には、絶縁膜101がバリア層50全面に形成されたトランジスタが示され、図14には、絶縁膜101が一部に形成されたトランジスタが示されている。絶縁膜101の材質には、例えば、Al、Ga、Si、Hf、Tiのうち少なくとも1種類以上の原子の酸化物、窒化物、酸窒化物を用いる。このような構造とすることによって、高電圧動作時にゲート電極81のドレイン電極側のエッジ部分に集中する電界が緩和されるため、耐圧を高くすることができる。   The transistor according to FIGS. 13 and 14 further includes an insulating film 101 in addition to the transistor according to FIG. The insulating film 101 is formed between a portion other than the lower portion of the gate electrode 80 and the barrier layer 50. 13 shows a transistor in which the insulating film 101 is formed on the entire surface of the barrier layer 50, and FIG. 14 shows a transistor in which the insulating film 101 is partially formed. As the material of the insulating film 101, for example, an oxide, nitride, or oxynitride of at least one kind of atoms of Al, Ga, Si, Hf, and Ti is used. With such a structure, the electric field concentrated on the edge portion on the drain electrode side of the gate electrode 81 during high voltage operation is relieved, so that the breakdown voltage can be increased.

図15に係るトランジスタは、上述のバリア層50の一部を変更したものである。このトランジスタでは、バリア層50のゲート電極80下の部分の厚さは、それ以外の部分よりも薄い。つまり、この図に係るゲート電極構造は、図1〜図14に示したプレーナ構造ではなく、ソース/ドレイン電極70に挟まれたバリア層50の一部をエッチングし、当該エッチングした領域の内側にゲート電極80を形成するリセス構造となっている。このような構造にすることにより、プレーナ構造に比べて、ソース抵抗を低減することができる。なお、ここでは、ゲート電極80について説明したが、ゲート電極81であっても同様の効果を得ることができる。   The transistor according to FIG. 15 is obtained by changing a part of the barrier layer 50 described above. In this transistor, the thickness of the portion under the gate electrode 80 of the barrier layer 50 is thinner than the other portions. That is, the gate electrode structure according to this figure is not the planar structure shown in FIGS. 1 to 14, but a part of the barrier layer 50 sandwiched between the source / drain electrodes 70 is etched, and the gate electrode structure is located inside the etched region. A recess structure for forming the gate electrode 80 is formed. With such a structure, the source resistance can be reduced as compared with the planar structure. Although the gate electrode 80 has been described here, the same effect can be obtained even with the gate electrode 81.

図16に係るトランジスタでは、バリア層50のゲート電極81下の部分には、凹部51、つまり、リセスが設けられている。そして、ゲート電極81の下部は、凹部51に埋め込まれている。つまり、この図15に係るゲート電極構造は、図1〜図14に示したプレーナ構造ではなく、ソース/ドレイン電極70に挟まれたバリア層50の一部をエッチングし、当該エッチングした凹部51を覆うようにゲート電極81を形成する埋め込みゲート構造となっている。このような構造にすることにより、プレーナ構造に比べて、ソース抵抗を低減することができ、また、高電圧動作時にゲート電極81のドレイン電極側のエッジ部分に集中する電界が緩和されるため、耐圧を高くすることができる。   In the transistor according to FIG. 16, a recess 51, that is, a recess is provided in a portion of the barrier layer 50 below the gate electrode 81. The lower part of the gate electrode 81 is buried in the recess 51. That is, the gate electrode structure according to FIG. 15 is not the planar structure shown in FIGS. 1 to 14, but a part of the barrier layer 50 sandwiched between the source / drain electrodes 70 is etched, and the etched recess 51 is formed. It has a buried gate structure in which the gate electrode 81 is formed so as to cover it. By adopting such a structure, the source resistance can be reduced as compared with the planar structure, and the electric field concentrated on the edge part on the drain electrode side of the gate electrode 81 during the high voltage operation is relaxed. The breakdown voltage can be increased.

また、上述のゲート電極80,81の材質は、必ずしもNi/Alに限ったものではなく、Ti、Al、Pt(プラチナ)、Au、Ni、Pd(パラジウム)などの金属、IrSi、PtSi、NiSi2などのシリサイド、あるいは、TiN、WNなどの窒化金属、もしくは、これら複数種類から構成される多層膜で形成されてもかまわない。 Further, the material of the gate electrodes 80 and 81 is not necessarily limited to Ni / Al, but a metal such as Ti, Al, Pt (platinum), Au, Ni, and Pd (palladium), IrSi, PtSi, and NiSi. It may be formed of a silicide such as 2 or a metal nitride such as TiN or WN, or a multilayer film composed of a plurality of these.

なお、上述した構造はすべて個々に採用してもよいし、または、それぞれを組み合わせた構造としてもよい。また、以上では、トランジスタとして動作する必要最小限の要素しか記載していないが、最終的には、保護膜、配線、バイアホールがさらに形成されたデバイスであってもよい。   Note that all of the above-described structures may be employed individually, or a structure in which each of them is combined. Although only the minimum necessary elements that operate as a transistor are described above, the device may further be formed with a protective film, wiring, and via hole.

<実施の形態2>
本実施の形態では、実施の形態1に係るヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法について説明する。ここでは、特に、図1に係るトランジスタの製造方法について説明する。なお、本実施の形態に係るトランジスタの製造方法において、実施の形態1と同一またはこれに相当する構成については、同一の符号を付すものとする。
<Embodiment 2>
In the present embodiment, a method for manufacturing a heterojunction field effect transistor according to the first embodiment will be described. Here, in particular, a method for manufacturing the transistor according to FIG. 1 will be described. Note that, in the method for manufacturing a transistor according to this embodiment, components that are the same as or equivalent to those in Embodiment 1 are denoted by the same reference numerals.

まず、図17に示すように、半絶縁性基板10上に、バッファ層20、チャネル層30、スペーサ層40、バリア層50を順に積層する。本実施の形態では、チャネル層30は上述したAlX30Ga1-X30N、スペーサ層40は上述した第1のスペーサ層41と同じAlX41Ga1-X41N、バリア層50は上述したAlX50Ga1-X50Nからなるものとする。この積層方法には、例えば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法や、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法を用いる。本実施の形態では、後者のエピタキシャル成長法により、半絶縁性基板10上にこれらの層を積層するものとする。 First, as shown in FIG. 17, the buffer layer 20, the channel layer 30, the spacer layer 40, and the barrier layer 50 are sequentially stacked on the semi-insulating substrate 10. In the present embodiment, the channel layer 30 is the Al X30 Ga 1 -X30 N described above, the spacer layer 40 is the same Al X41 Ga 1 -X41 N as the first spacer layer 41 described above, and the barrier layer 50 is the Al X50 described above. It shall consist of Ga1-X50N . For this lamination method, for example, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method or MBE (Molecular Beam Epitaxy) method is used. In the present embodiment, these layers are stacked on the semi-insulating substrate 10 by the latter epitaxial growth method.

次に、図18に示すように、バリア層50上にレジストマスク110を形成してパターン化する。そして、バリア層50から部分的にイオン注入して、AlX41Ga1-X41Nからなる第1のスペーサ層41,AlX42Ga1-X42Nからなる第2のスペーサ層42を形成する。本実施の形態では、イオンを所望の領域に打ち込み、その領域のスペーサ層40の一部をミキシング、つまり、チャネル層30、スペーサ層40、バリア層50それぞれのAl組成を平均化することにより、第1,第2のスペーサ層41,42を形成する。ここでのイオン注入は、例えば、注入ドーズ量1×1013〜1×1017(cm-2)、注入エネルギー10〜1000(keV)の条件で、Ga、Al、Arイオンを注入する。 Next, as shown in FIG. 18, a resist mask 110 is formed on the barrier layer 50 and patterned. The partially ion-implanted barrier layer 50, a second spacer layer 42 made of Al X41 first spacer layer 41 made of Ga 1-X41 N, Al X42 Ga 1-X42 N. In the present embodiment, ions are implanted into a desired region, and a part of the spacer layer 40 in that region is mixed, that is, the Al composition of each of the channel layer 30, the spacer layer 40, and the barrier layer 50 is averaged. First and second spacer layers 41 and 42 are formed. In this ion implantation, for example, Ga, Al, and Ar ions are implanted under conditions of an implantation dose amount of 1 × 10 13 to 1 × 10 17 (cm −2 ) and an implantation energy of 10 to 1000 (keV).

次に、図19に示すように、レジストマスク110を除去した後、バリア層50上に、例えば、Ti、Al、Nb、Hf、Zr、Sr、Ni、Ta、Au、Mo、Wなどの金属、もしくはこれら複数種類の多層膜を、蒸着法やスパッタ法を用いて堆積し、リフトオフ法を行う。これにより、ソース/ドレイン電極70を、バリア層50上に形成する。   Next, as shown in FIG. 19, after removing the resist mask 110, for example, a metal such as Ti, Al, Nb, Hf, Zr, Sr, Ni, Ta, Au, Mo, and W is formed on the barrier layer 50. Alternatively, a plurality of types of multilayer films are deposited using an evaporation method or a sputtering method, and a lift-off method is performed. As a result, the source / drain electrode 70 is formed on the barrier layer 50.

次に、図20に示すように、トランジスタを作成する領域外のチャネル層30、第1のスペーサ層41およびバリア層50に、例えば、イオン注入法やエッチングを用いて、素子分離領域60を形成する。本実施の形態では、イオン注入法により、素子分離領域60を形成したものとする。   Next, as shown in FIG. 20, element isolation regions 60 are formed in the channel layer 30, the first spacer layer 41, and the barrier layer 50 outside the region in which the transistor is to be formed using, for example, ion implantation or etching. To do. In the present embodiment, it is assumed that the element isolation region 60 is formed by ion implantation.

次に、図21に示すように、バリア層50上に、例えば、Ti、Al、Pt、Au、Ni、Pdなどの金属、IrSi、PtSi、NiSi2などのシリサイド、あるいは、TiN、WNなどの窒化金属、もしくは、これら複数種類から構成される多層膜を、例えば、蒸着法やスパッタ法を用いて堆積し、リフトオフ法を行う。これにより、ゲート電極80を、ソース/ドレイン電極70に挟まれたバリア層50上に形成する。 Next, as shown in FIG. 21, on the barrier layer 50, for example, metal such as Ti, Al, Pt, Au, Ni, Pd, silicide such as IrSi, PtSi, NiSi 2 , or TiN, WN, etc. A metal nitride or a multilayer film composed of a plurality of these is deposited using, for example, a vapor deposition method or a sputtering method, and a lift-off method is performed. Thereby, the gate electrode 80 is formed on the barrier layer 50 sandwiched between the source / drain electrodes 70.

以上の方法により、図1に示すヘテロ接合電界効果型トランジスタを作成することができる。以上では、トランジスタとして動作する必要最小限の要素しか記載していないが、最終的には保護膜、配線、バイアホールを形成するプロセスを経て、デバイスが形成される。なお、以上は、代表的な図1に係るトランジスタの作成について述べたが、下記に示すような条件により、実施の形態1で説明したさまざまなトランジスタを作成することができる。   With the above method, the heterojunction field effect transistor shown in FIG. 1 can be formed. Although only the minimum necessary elements that operate as a transistor are described above, a device is finally formed through a process of forming a protective film, a wiring, and a via hole. In the above, the production of a typical transistor according to FIG. 1 has been described, but various transistors described in Embodiment 1 can be produced under the following conditions.

図18で、レジストマスク110の形成およびイオン注入を、レジストパターンおよび注入条件(例えば、注入エネルギー、注入量)を変えて、複数回繰り返して行う。これにより、実施の形態1で示した図1〜図8に係るトランジスタを作成することができる。   In FIG. 18, formation of the resist mask 110 and ion implantation are repeated a plurality of times while changing the resist pattern and implantation conditions (for example, implantation energy and implantation amount). Thus, the transistor according to FIGS. 1 to 8 shown in Embodiment Mode 1 can be formed.

図17で、チャネル層30、スペーサ層40およびバリア層50の成長時に、窒化物半導体の原料ガスとなるトリメチルアンモニウム、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、アンモニアの流量や圧力、温度、時間を調整する。これにより、チャネル層30、スペーサ層40およびバリア層50を所望の組成、膜厚にする。こうして、実施の形態1で説明したさまざまな窒化物半導体ヘテロ接合電界効果型トランジスタを作成することができる。   In FIG. 17, during the growth of the channel layer 30, the spacer layer 40, and the barrier layer 50, the flow rate, pressure, temperature, and time of trimethylammonium, trimethylgallium, trimethylindium, and ammonia used as the nitride semiconductor source gas are adjusted. Thereby, the channel layer 30, the spacer layer 40, and the barrier layer 50 have a desired composition and thickness. In this way, various nitride semiconductor heterojunction field effect transistors described in the first embodiment can be formed.

また、図17で、バリア層50を成長した後に、厚さ0.1〜50nmのAlX90Ga1-X90N(0≦X90<X50)からなる薄いキャップ層90をバリア層50上に成長させれば、実施の形態1の図9に示したトランジスタを作成することができる。 In FIG. 17, after growing the barrier layer 50, a thin cap layer 90 made of Al X90 Ga 1 -X90 N (0 ≦ X 90 <X 50 ) having a thickness of 0.1 to 50 nm is formed on the barrier layer 50. If grown, the transistor shown in FIG. 9 of Embodiment 1 can be formed.

図19で、ソース/ドレイン電極70を形成する前に、例えば、Cl2を用いたドライエッチング法を用いて、第2のスペーサ層42上側のバリア層50表面の一部を除去する。それから、除去した部分にソース/ドレイン電極70を形成してもよい。これにより、実施の形態1の図10に示したトランジスタを作成することができる。 In FIG. 19, before the source / drain electrode 70 is formed, a part of the surface of the barrier layer 50 above the second spacer layer 42 is removed by using, for example, a dry etching method using Cl 2 . Then, the source / drain electrode 70 may be formed in the removed portion. Thus, the transistor shown in FIG. 10 of Embodiment 1 can be formed.

図21で、ゲート電極80を形成する前に、図22に示すように、例えば、蒸着法やプラズマCVD法を用いて、例えば、Al、Ga、Si、Hf、Tiのうち少なくとも1種類以上の原子の酸化物、窒化物、酸窒化物を堆積して絶縁膜100を形成する。それから、絶縁膜100上にゲート電極80を形成してもよい。これにより、実施の形態1の図11に示したトランジスタを作成することができる。なお、最終的にデバイスとして使用するためには、絶縁膜100のうち、ソース/ドレイン電極70を覆った部分を、例えば、フッ素を用いてウェットエッチングして除去した後、配線を形成する必要がある。   In FIG. 21, before forming the gate electrode 80, as shown in FIG. 22, for example, at least one of Al, Ga, Si, Hf, and Ti is used, for example, by vapor deposition or plasma CVD. An insulating film 100 is formed by depositing oxides, nitrides, and oxynitrides of atoms. Then, the gate electrode 80 may be formed over the insulating film 100. Thus, the transistor illustrated in FIG. 11 of Embodiment 1 can be formed. For final use as a device, it is necessary to form a wiring after removing a portion of the insulating film 100 covering the source / drain electrode 70 by wet etching using, for example, fluorine. is there.

図22の絶縁膜100形成後、図23に示すように、例えば、CF4を用いたドライエッチングや、フッ酸を用いたウェットエッチングにより、ソース/ドレイン電極70に挟まれた絶縁膜100の一部を除去して、絶縁膜101を形成する。その後、Y字型のゲート電極81を形成することにより、実施の形態1の図13に示したトランジスタを作成することができる。なお、最終的にデバイスとして使用するためには、絶縁膜101のうち、ソース/ドレイン電極70を覆った部分を、例えば、フッ素を用いてウェットエッチングして除去した後、配線を形成する必要がある。 After the formation of the insulating film 100 in FIG. 22, as shown in FIG. 23, the insulating film 100 sandwiched between the source / drain electrodes 70 by, for example, dry etching using CF 4 or wet etching using hydrofluoric acid. The insulating film 101 is formed by removing the portion. After that, by forming a Y-shaped gate electrode 81, the transistor shown in FIG. 13 of Embodiment 1 can be formed. For final use as a device, it is necessary to form a wiring after removing a portion of the insulating film 101 covering the source / drain electrode 70 by wet etching using, for example, fluorine. is there.

図13のように、ゲート電極81を形成した後に、例えば、フッ酸を用いたウェットエッチングにより、絶縁膜101をすべて除去する。これにより、実施の形態1の図12に示したトランジスタを作成することができる。また、ここでのウェットエッチングの処理条件(例えば、時間や濃度)を調整することにより、所望の領域の絶縁膜101を残す。これにより、実施の形態1の図14に示したトランジスタを作成することができる。   As shown in FIG. 13, after the gate electrode 81 is formed, the insulating film 101 is entirely removed by wet etching using hydrofluoric acid, for example. Thus, the transistor shown in FIG. 12 of Embodiment 1 can be formed. Further, the insulating film 101 in a desired region is left by adjusting the processing conditions (for example, time and concentration) of the wet etching here. Thus, the transistor shown in FIG. 14 of Embodiment 1 can be formed.

図20の素子分離領域60形成後、例えば、Cl2を用いたドライエッチングにより、ソース/ドレイン電極70に挟まれたバリア層50表面の一部を除去し、あらかじめ凹部51、つまり、リセスを形成する。その後、その凹部51にゲート電極80,81を形成することにより、実施の形態1の図15、図16に示したトランジスタを作成することができる。 After the element isolation region 60 in FIG. 20 is formed, a part of the surface of the barrier layer 50 sandwiched between the source / drain electrodes 70 is removed by dry etching using, for example, Cl 2, and a recess 51, that is, a recess is formed in advance. To do. Thereafter, by forming gate electrodes 80 and 81 in the recess 51, the transistor shown in FIGS. 15 and 16 of the first embodiment can be produced.

なお、以上の工程では、ソース/ドレイン電極70の形成、素子分離領域60の形成、ゲート電極80,81の3工程をこの順で行った。しかし、必ずしもこの順番に限ったものではなく、例えば、ソース/ドレイン電極70を形成する前に、素子分離領域60を形成するというように、これら3工程の順番を入れ替えてもよい。   In the above process, the source / drain electrode 70 formation, the element isolation region 60 formation, and the gate electrodes 80 and 81 were performed in this order. However, the order is not necessarily limited to this order. For example, the order of these three steps may be changed such that the element isolation region 60 is formed before the source / drain electrode 70 is formed.

実施の形態1に係るトランジスタの構造を示す図である。2 is a diagram illustrating a structure of a transistor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るトランジスタの構造を示す図である。2 is a diagram illustrating a structure of a transistor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るトランジスタの構造を示す図である。2 is a diagram illustrating a structure of a transistor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るトランジスタの構造を示す図である。2 is a diagram illustrating a structure of a transistor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るトランジスタの構造を示す図である。2 is a diagram illustrating a structure of a transistor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るトランジスタの構造を示す図である。2 is a diagram illustrating a structure of a transistor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るトランジスタの構造を示す図である。2 is a diagram illustrating a structure of a transistor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るトランジスタの構造を示す図である。2 is a diagram illustrating a structure of a transistor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るトランジスタの構造を示す図である。2 is a diagram illustrating a structure of a transistor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るトランジスタの構造を示す図である。2 is a diagram illustrating a structure of a transistor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るトランジスタの構造を示す図である。2 is a diagram illustrating a structure of a transistor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るトランジスタの構造を示す図である。2 is a diagram illustrating a structure of a transistor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るトランジスタの構造を示す図である。2 is a diagram illustrating a structure of a transistor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るトランジスタの構造を示す図である。2 is a diagram illustrating a structure of a transistor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るトランジスタの構造を示す図である。2 is a diagram illustrating a structure of a transistor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るトランジスタの構造を示す図である。2 is a diagram illustrating a structure of a transistor according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態2に係るトランジスタの製造方法を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the transistor according to the second embodiment. 実施の形態2に係るトランジスタの製造方法を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the transistor according to the second embodiment. 実施の形態2に係るトランジスタの製造方法を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the transistor according to the second embodiment. 実施の形態2に係るトランジスタの製造方法を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the transistor according to the second embodiment. 実施の形態2に係るトランジスタの製造方法を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the transistor according to the second embodiment. 実施の形態2に係るトランジスタの製造方法を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the transistor according to the second embodiment. 実施の形態2に係るトランジスタの製造方法を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing the transistor according to the second embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 半絶縁性基板、20 バッファ層、30 チャネル層、41 第1のスペーサ層、42〜45 第2のスペーサ層、50 バリア層、51 凹部、60 素子分離領域、70 ソース/ドレイン電極、80,81 ゲート電極、90 キャップ層、100,101 絶縁膜、110 レジストマスク。   10 semi-insulating substrate, 20 buffer layer, 30 channel layer, 41 first spacer layer, 42 to 45 second spacer layer, 50 barrier layer, 51 recess, 60 element isolation region, 70 source / drain electrode, 80, 81 gate electrode, 90 cap layer, 100, 101 insulating film, 110 resist mask.

Claims (4)

窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタであって、
チャネル層と、
前記チャネル層上にスペーサ層を介して形成されたバリア層と、
前記バリア層上に形成されたゲート電極と、
前記バリア層上に、前記ゲート電極を挟んで形成されたソース/ドレイン電極とを備え、
前記スペーサ層は、
前記ゲート電極の下側の少なくとも一部の領域に形成され、前記チャネル層および前記バリア層のいずれよりもバンドギャップが大きい第1のスペーサ層と、
前記ソース/ドレイン電極の下側の少なくとも一部の領域に形成され、前記第1のスペーサ層よりもバンドギャップが小さい第2のスペーサ層とを備える、
ヘテロ接合電界効果型トランジスタ。
A heterojunction field effect transistor made of a nitride semiconductor,
A channel layer;
A barrier layer formed on the channel layer via a spacer layer;
A gate electrode formed on the barrier layer;
A source / drain electrode formed on the barrier layer with the gate electrode interposed therebetween;
The spacer layer is
A first spacer layer formed in at least a partial region below the gate electrode and having a larger band gap than any of the channel layer and the barrier layer;
A second spacer layer formed in at least a partial region below the source / drain electrode and having a band gap smaller than that of the first spacer layer;
Heterojunction field effect transistor.
前記チャネル層と、前記スペーサ層と、前記バリア層は、
AlおよびGaの少なくもいずれか一つと、Nとを含む、
請求項1に記載のヘテロ接合電界効果型トランジスタ。
The channel layer, the spacer layer, and the barrier layer are
Including at least one of Al and Ga and N;
The heterojunction field effect transistor according to claim 1.
前記第1のスペーサ層は、AlNからなる、
請求項1または請求項2に記載のヘテロ接合電界効果型トランジスタ。
The first spacer layer is made of AlN.
The heterojunction field effect transistor according to claim 1.
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法であって、
(a)前記チャネル層、前記スペーサ層、前記バリア層を順に積層する工程と、
(b)前記工程(a)の後、前記バリア層から部分的にイオン注入して、前記第1,第2のスペーサ層を形成する工程とを備える、
ヘテロ接合電界効果型トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor according to any one of claims 1 to 3,
(A) laminating the channel layer, the spacer layer, and the barrier layer in order;
(B) after the step (a), partially ion-implanting from the barrier layer to form the first and second spacer layers;
A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor.
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