JP2009170746A - Semiconductor apparatus and method of manufacturing the same - Google Patents

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吉春 孝治
Shizue Matsuda
志津江 松田
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敦子 山下
Kazuyoshi Furukawa
和由 古川
Akira Ishiguro
陽 石黒
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a HEMT semiconductor apparatus of a normally-off type having easy productivity, ultrahigh frequency, high speed performance, and low noise property, and to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: The semiconductor apparatus includes: a first layer 130 made of first nitride semiconductor; a second layer 140 provided thereon and made of nitride semiconductor; and a drain electrode 170 provided on any one of the second layer 140 in a second region 260 not parallel to a gate electrode 150 provided on the second layer 140 in a first region 250 parallel to the c-axis 210 of the first layer 130 in an interface of the first layer 130 and the second layer 140 and to the c-axis 210, the second layer 140 in a third region 270 not parallel to the c-axis 210, of a source electrode 160 and the interface of the first layer 130 and the second layer 140, and an end portion of the third region 270. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)は、例えば、AlGaN/GaNヘテロ界面における高分極効果による2次元電子ガスの高移動度特性を利用することから、超高周波数、高速特性、低雑音性の特長を有する。しかし、通常のHEMTは、ゲート電圧が無い場合でも電流が流れるノーマリオン型であり、消費電力や回路設計上などの観点から、ノーマリオフ型のHEMTの実現が望まれている。   A high electron mobility transistor (HEMT) uses, for example, a high mobility characteristic of a two-dimensional electron gas due to a high polarization effect at an AlGaN / GaN hetero interface, so that it has a very high frequency, a high speed characteristic, a low Has noise characteristics. However, a normal HEMT is a normally-on type in which a current flows even when there is no gate voltage. From the viewpoints of power consumption and circuit design, it is desired to realize a normally-off HEMT.

ノーマリオフ型のHEMTを作製する方法の1つとして、ゲート電極下のAlGaN層の層厚をリセスにより薄くする手法が提案されている。しかし、この方法では、数nmオーダーの層厚でAlGaN層を残す必要があり、そして、この残し量が動作特性に大変敏感なため、製造が困難であり、実用的ではなかった。
また、特許文献1には、結晶のc軸方向を基板の主面に平行とした基板を用いたプレーナ構造によりノーマリオフ型のHEMTを得る技術が提案されている。しかし、プレーナ構造を有するこの方法では、AlGaN/GaNヘテロ接合の高移動度特性を十分に活用できず、不純物をドーピングする必要もあり、超高周波数、高速特性、低雑音性の特長を享受できなかった。
As one of the methods for manufacturing a normally-off type HEMT, a method of reducing the thickness of the AlGaN layer under the gate electrode by a recess has been proposed. However, in this method, it is necessary to leave the AlGaN layer with a layer thickness on the order of several nanometers, and since the remaining amount is very sensitive to the operating characteristics, it is difficult to manufacture and is not practical.
Patent Document 1 proposes a technique for obtaining a normally-off HEMT by a planar structure using a substrate in which the c-axis direction of the crystal is parallel to the main surface of the substrate. However, in this method having a planar structure, the high mobility characteristics of the AlGaN / GaN heterojunction cannot be fully utilized, and it is necessary to dope impurities, and the advantages of ultra-high frequency, high speed characteristics, and low noise can be enjoyed. There wasn't.

また、従来の構造では、AlGaN/GaNのエピタキシャル膜の膜応力により、ウェーハの反りが大きくなり、製造が困難となる問題もあった。
特開2007−80855号公報
Further, in the conventional structure, there is a problem that the warp of the wafer becomes large due to the film stress of the AlGaN / GaN epitaxial film, which makes it difficult to manufacture.
JP 2007-80855 A

本発明の目的は、製造が容易で、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型のHEMT半導体装置及びその製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a normally-off HEMT semiconductor device that is easy to manufacture, has ultra-high frequency, high-speed characteristics, and low noise, and a method for manufacturing the same.

本発明の一態様によれば、第1の窒化物半導体からなる第1の層と、前記第1の層の上に設けられ、前記第1の窒化物半導体よりもバンドギャップが大なる第2の窒化物半導体からなる第2の層と、前記第1の層と前記第2の層との界面のうち、前記第1の層のc軸に対して実質的に平行な第1の領域において、前記第2の層の上に設けられたゲート電極と、前記第1の層と前記第2の層との前記界面のうち、前記c軸に対して実質的に非平行な第2の領域における前記第2の層の上、及び、前記第2の領域の端部、の少なくともいずれかに設けられたソース電極と、前記第1の層と前記第2の層との前記界面のうち、前記c軸に対して実質的に非平行であり前記第2の領域との間に前記第1の領域を介在させる第3の領域における前記第2の層の上、及び、前記第3の領域の端部、の少なくともいずれかに設けられたドレイン電極と、を備えたことを特徴とする半導体装置が提供される。   According to one aspect of the present invention, a first layer made of a first nitride semiconductor and a second layer that is provided on the first layer and has a larger band gap than the first nitride semiconductor. In a first region substantially parallel to the c-axis of the first layer, of the second layer made of the nitride semiconductor and the interface between the first layer and the second layer A second region substantially non-parallel to the c-axis among the interface between the gate electrode provided on the second layer and the first layer and the second layer. A source electrode provided on at least one of the second layer and an end of the second region, and the interface between the first layer and the second layer, The second region in a third region that is substantially non-parallel to the c-axis and interposes the first region with the second region. On the layer, and, the end of the third region, the semiconductor device being characterized in that and a drain electrode provided on at least one of is provided.

本発明の別の一態様によれば、第1の窒化物半導体からなり、前記第1の窒化物半導体のc軸と実質的に平行な第1の面と、前記c軸と実質的に非平行な第2の面と、前記c軸と実質的に非平行で前記第2の面との間に前記第1の面を介在させる第3の面と、を有する第1の層を形成し、前記第1の窒化物半導体よりもバンドギャップが大なる第2の窒化物半導体からなり、前記第1の面と、前記第2の面と、前記第3の面と、を覆う第2の層を形成し、前記第1の面の前記第2の層の上にゲート電極を形成し、前記第2の面の前記第2の層の上、及び、前記第2の面における前記第1の層と前記第2の層との界面の端部、の少なくともいずれかにソース電極を形成し、前記第3の面の前記第2の層の上、及び、前記第3の面における前記第1の層と前記第2の層との界面の端部、の少なくともいずれかにドレイン電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, the first surface is made of a first nitride semiconductor, is substantially parallel to the c-axis of the first nitride semiconductor, and is substantially non-existent with the c-axis. Forming a first layer having a parallel second surface and a third surface that is substantially non-parallel to the c-axis and interposes the first surface between the second surface. A second nitride semiconductor having a band gap larger than that of the first nitride semiconductor, and covering the first surface, the second surface, and the third surface. Forming a layer, forming a gate electrode on the second layer of the first surface, forming the gate electrode on the second layer of the second surface, and the first surface on the second surface. A source electrode is formed on at least one of the end portions of the interface between the second layer and the second layer, the second electrode on the third surface, and the second electrode on the third surface. End of the interface between the layer and the second layer of the method of manufacturing a semiconductor device and forming a drain electrode on at least one is provided for.

本発明によれば、製造が容易で、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型のHEMT半導体装置及びその製造方法が提供される。   According to the present invention, there are provided a normally-off HEMT semiconductor device that is easy to manufacture, has ultra-high frequency, high-speed characteristics, and low noise, and a method for manufacturing the same.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、本願明細書及び各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式断面図である。
図1に表したように、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置10は、第1の窒化物半導体からなる第1の層130と、第1の層130の上に設けられ、第1の窒化物半導体よりもバンドギャップが大なる第2の窒化物半導体からなる第2の層140と、を備える。第1の窒化物半導体は、例えば、GaNとすることができ、また、第2の窒化物半導体は、例えば、AlGaNとすることができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
Note that, in the present specification and each drawing, the same elements as those described above with reference to the previous drawings are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted as appropriate.
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a semiconductor device according to the first embodiment of the invention.
As shown in FIG. 1, the semiconductor device 10 according to the first embodiment of the present invention is provided on a first layer 130 made of a first nitride semiconductor, the first layer 130, A second layer 140 made of a second nitride semiconductor having a band gap larger than that of the first nitride semiconductor. The first nitride semiconductor can be, for example, GaN, and the second nitride semiconductor can be, for example, AlGaN.

また、第1の層130は、基板110の上にバッファ層120を介して設けることができる。基板110は、例えばサファイアとすることができ、またバッファ層120には、例えば、窒化アルミニウム(AlN)膜を用いることができる。   Further, the first layer 130 can be provided over the substrate 110 with the buffer layer 120 interposed therebetween. The substrate 110 can be made of, for example, sapphire, and the buffer layer 120 can be made of, for example, an aluminum nitride (AlN) film.

そして、図1に例示したように、半導体装置10の場合は、第1の層130(GaN層)のc軸210は、基板110の主面114に対して垂直方向とされている。なお、第2の層140(AlGaN層)の結晶軸と、第1の層130(GaN層)の結晶軸と、は互いに実質的に平行になるので、第2の層140(AlGaN層)のc軸は、第1の層130(GaN層)のc軸210に対して実質的に平行となる。   As illustrated in FIG. 1, in the case of the semiconductor device 10, the c-axis 210 of the first layer 130 (GaN layer) is perpendicular to the main surface 114 of the substrate 110. Since the crystal axis of the second layer 140 (AlGaN layer) and the crystal axis of the first layer 130 (GaN layer) are substantially parallel to each other, the second layer 140 (AlGaN layer) The c-axis is substantially parallel to the c-axis 210 of the first layer 130 (GaN layer).

そして、半導体装置10は、ゲート電極150をさらに備える。ゲート電極150は、第1の層130と第2の層140の界面のうち、第1の層130のc軸210と実質的に平行な第1の界面251を有する第1の領域250の、第2の層140の上に設けられる。なお、ゲート電極150と第2の層140との間に、図示しない絶縁膜を設けても良い。   The semiconductor device 10 further includes a gate electrode 150. The gate electrode 150 includes a first region 250 having a first interface 251 substantially parallel to the c-axis 210 of the first layer 130 among the interfaces of the first layer 130 and the second layer 140. Provided on the second layer 140. Note that an insulating film (not shown) may be provided between the gate electrode 150 and the second layer 140.

また、半導体装置10は、ソース電極160をさらに備える。ソース電極160は、第1の層130と第2の層140の界面のうちの第2の領域260の、第2の層140の上に設けられている。第2の領域260は、第1の層130と第2の層140の界面のうち、第1の層130のc軸210と実質的に非平行な第2の界面261を有する領域である。なお、後述するように、ソース電極160は、第2の領域260の第2の界面261に接して、すなわち、第2の界面261の端部の上、すなわち、第2の領域260の端部に設けても良い。   The semiconductor device 10 further includes a source electrode 160. The source electrode 160 is provided on the second layer 140 in the second region 260 in the interface between the first layer 130 and the second layer 140. The second region 260 is a region having a second interface 261 that is substantially non-parallel to the c-axis 210 of the first layer 130 among the interfaces of the first layer 130 and the second layer 140. Note that, as will be described later, the source electrode 160 is in contact with the second interface 261 of the second region 260, that is, on the end of the second interface 261, that is, the end of the second region 260. May be provided.

また、半導体装置10は、ドレイン電極170をさらに備える。ドレイン電極170は、第1の層130と第2の層140の界面のうちの第3の領域270の第2の層140の上に設けられている。第3の領域270は、第1の層130と第2の層140の界面のうちの第1の層130のc軸210と実質的に非平行で、第2の界面261と異なる第3の界面271を有しており、第1の領域250を介して、第2の領域260と対向する領域である。すなわち、第3の領域270は、第2の領域260との間に、第1の領域250を介在させる。なお、後述するように、ドレイン電極170は、第3の領域270の第3の界面271に接して、すなわち、第3の界面271の端部の上、すなわち、第3の領域270の端部に設けても良い。   The semiconductor device 10 further includes a drain electrode 170. The drain electrode 170 is provided on the second layer 140 in the third region 270 in the interface between the first layer 130 and the second layer 140. The third region 270 is substantially non-parallel to the c-axis 210 of the first layer 130 of the interface between the first layer 130 and the second layer 140, and is different from the second interface 261. The region has an interface 271 and is opposed to the second region 260 with the first region 250 interposed therebetween. That is, the first region 250 is interposed between the third region 270 and the second region 260. Note that, as will be described later, the drain electrode 170 is in contact with the third interface 271 of the third region 270, that is, on the end portion of the third interface 271, that is, the end portion of the third region 270. May be provided.

すなわち、図1に例示した半導体装置10には、第1の層130に段差部131が設けられている。なお、この段差部131の部分において、第2の層140にも段差部141が設けられる。そして、この段差部131、141の部分が、第1の領域250であり、この第1の領域250では、第1の層130と第2の層140の第1の界面251はc軸210と平行になる。結果として、ゲート電極150が、c軸210と平行な第2の層140の上に設けられている。
なお、第1の界面251が、第1の層130のc軸210に対して平行である時、第1の界面251は、第1の層130のm面のいずれかに対して実質的に平行とすることができる。しかし、本発明はそれには限定されず、第1の界面251は、第1の層130のm面に対して実質的に非平行でも良い。
In other words, in the semiconductor device 10 illustrated in FIG. 1, the step portion 131 is provided in the first layer 130. Note that a stepped portion 141 is also provided in the second layer 140 in the stepped portion 131. The step portions 131 and 141 are the first region 250. In the first region 250, the first interface 251 between the first layer 130 and the second layer 140 is the c-axis 210. Become parallel. As a result, the gate electrode 150 is provided on the second layer 140 parallel to the c-axis 210.
Note that when the first interface 251 is parallel to the c-axis 210 of the first layer 130, the first interface 251 is substantially relative to any of the m-planes of the first layer 130. Can be parallel. However, the present invention is not limited to this, and the first interface 251 may be substantially non-parallel to the m-plane of the first layer 130.

また、図1に例示した半導体装置10においては、段差部131、141に対応する第1の領域250以外の部分、すなわち、第1の層130と第2の層140の第2の界面261と第3の界面271は、第1の層130のc軸210と実質的に垂直となっている。ただし、これは一例であり、第2の界面261と第3の界面271は、c軸210と実質的に垂直でなくても良く、実質的に非平行とされる。   Further, in the semiconductor device 10 illustrated in FIG. 1, portions other than the first region 250 corresponding to the step portions 131 and 141, that is, the second interface 261 between the first layer 130 and the second layer 140. The third interface 271 is substantially perpendicular to the c-axis 210 of the first layer 130. However, this is an example, and the second interface 261 and the third interface 271 may not be substantially perpendicular to the c-axis 210 and are substantially non-parallel.

なお、このような構造は、例えば、以下のようにして形成できる。すなわち、まず、基板110に用いられる例えばサファイアの結晶のc軸を基板110の主面114に対して垂直になるように設定し、その上にバッファ層120を介して第1の層130となる第1の窒化物半導体の層をエピタキシャル成長によって形成する。そして、その上に所定のレジストマスクを設けた後に、第1の窒化物半導体の層をエッチングして段差部131を形成する。その後、その上に第2の層140を形成することによって段差部141が形成される。その上に、ゲート電極150、ソース電極160、ドレイン電極170を形成することで、図1に例示した半導体装置10の構造が得られる。ただし、本発明はこれには限定されず、他の手法を用いても良い。   Such a structure can be formed as follows, for example. That is, first, the c-axis of, for example, a sapphire crystal used for the substrate 110 is set to be perpendicular to the main surface 114 of the substrate 110, and the first layer 130 is formed thereon via the buffer layer 120. A first nitride semiconductor layer is formed by epitaxial growth. Then, after providing a predetermined resist mask thereon, the step portion 131 is formed by etching the first nitride semiconductor layer. Then, the step part 141 is formed by forming the 2nd layer 140 on it. A gate electrode 150, a source electrode 160, and a drain electrode 170 are formed thereon, whereby the structure of the semiconductor device 10 illustrated in FIG. 1 is obtained. However, the present invention is not limited to this, and other methods may be used.

これにより、第1の領域250では、第1の層130と第2の層140の界面251に2次元電子ガスが形成されず、キャリアが無い状態となる。また、第2の領域260と第3の領域270では、第1の層130と第2の層140の界面261、271に2次元電子ガスが形成され、高移動度のキャリアを有することができる。
これにより、半導体装置10は、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型のHEMT半導体装置を実現できる。
Thereby, in the first region 250, the two-dimensional electron gas is not formed at the interface 251 between the first layer 130 and the second layer 140, and there is no carrier. Further, in the second region 260 and the third region 270, two-dimensional electron gas is formed at the interfaces 261 and 271 between the first layer 130 and the second layer 140, and carriers of high mobility can be included. .
As a result, the semiconductor device 10 can realize a normally-off HEMT semiconductor device having ultrahigh frequency, high speed characteristics, and low noise.

図2は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置に用いられる窒化物半導体の結晶構造を例示する模式図である。
図2(a)は、窒化物半導体の結晶構造を例示する模式図である。
図2(a)に表したように、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置に用いられる窒化物半導体は、六方晶の結晶構造を有しており、c面212、a面213、m面214を有する。そして、[0001]、[1000]、[0100]及び[0010]の結晶軸を有する。このとき、c面212に垂直な[0001]の軸方向がc軸である。
そして、図2(a)に表したように、本実施形態において用いられる第1の窒化物系半導体(例えばGaN)と第2の窒化物半導体(例えばAlGaN)との界面においては、ピエゾ分極410が誘起され、ピエゾ分極410に起因する電界411が発生する。
FIG. 2 is a schematic view illustrating the crystal structure of a nitride semiconductor used in the semiconductor device according to the first embodiment of the invention.
FIG. 2A is a schematic view illustrating the crystal structure of a nitride semiconductor.
As shown in FIG. 2A, the nitride semiconductor used in the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention has a hexagonal crystal structure, and includes a c-plane 212, an a-plane 213, An m-plane 214 is provided. And it has crystal axes of [0001], [1000], [0100] and [0010]. At this time, the axial direction of [0001] perpendicular to the c-plane 212 is the c-axis.
2A, at the interface between the first nitride semiconductor (for example, GaN) and the second nitride semiconductor (for example, AlGaN) used in this embodiment, piezoelectric polarization 410 is performed. Is induced, and an electric field 411 caused by the piezoelectric polarization 410 is generated.

図2(b)は、窒化物半導体のウェーハ上の結晶方位を例示する平面図である。
図2(b)に表したように、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置に用いられる窒化物半導体(第1の窒化物半導体113)は、基板110となるウェーハ117の面内(紙面対して平行)に、結晶軸[1000]、[0100]、[0010]が配置され、紙面に対して垂直方向に[0001]の結晶軸を有する例である。これにより、第1の層130のc軸210は基板110(ウェーハ117)の主面114に対して、垂直とすることができる。なお、図2(b)の基板110はオリエンテーションフラット118を有しており、これにより、基板110の面内での結晶軸の方向を特定することができる。
なお、第1の層130のc軸210の方向は、用いられる基板110(例えばサファイア)の主面114に対する基板110の結晶軸の方向の設定により、任意に設定することができる。すなわち、図1に例示した半導体装置10においては、c軸210は、基板110の主面114に対して垂直であったが、この他、水平とすることもでき、その他任意の角度とすることができる。
FIG. 2B is a plan view illustrating the crystal orientation on the nitride semiconductor wafer.
As shown in FIG. 2B, the nitride semiconductor (first nitride semiconductor 113) used in the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention is within the plane of the wafer 117 that becomes the substrate 110 ( In this example, the crystal axes [1000], [0100], and [0010] are arranged in parallel to the paper surface, and the crystal axis is [0001] perpendicular to the paper surface. Thereby, the c-axis 210 of the first layer 130 can be perpendicular to the main surface 114 of the substrate 110 (wafer 117). Note that the substrate 110 in FIG. 2B has an orientation flat 118, whereby the direction of the crystal axis in the plane of the substrate 110 can be specified.
Note that the direction of the c-axis 210 of the first layer 130 can be arbitrarily set by setting the direction of the crystal axis of the substrate 110 with respect to the main surface 114 of the substrate 110 (for example, sapphire) used. In other words, in the semiconductor device 10 illustrated in FIG. 1, the c-axis 210 is perpendicular to the main surface 114 of the substrate 110, but can also be horizontal or have any other angle. Can do.

図3は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置に用いられる窒化物半導体のバンド構造を例示するバンド模式図である。
図3に表したように、第2の層140に電界411が発生し、第1の層130と第2の層140との界面412に2次元電子ガス413が発生する。この2次元電子ガス413は、第1の層130中の不純物が少ない場合に、電子が移動する際の不純物散乱が小さいため、高移動度となる。これにより、本実施形態に係る半導体装置10は、超高周波数、高速特性、低雑音性の特長を有する。
そして、本実施形態に係る半導体装置10においては、ゲート電極150に対向する第1の領域250における、第1の層130と第2の層140との第1の界面251は、c軸210に対して実質的に平行なので、ピエゾ分極410に起因する電界411が発生しない。従って、2次元電子ガス413は発生しない。このため、半導体装置10は、ノーマリオフの動作が可能となる。
FIG. 3 is a band schematic view illustrating the band structure of a nitride semiconductor used in the semiconductor device according to the first embodiment of the invention.
As shown in FIG. 3, an electric field 411 is generated in the second layer 140, and a two-dimensional electron gas 413 is generated at the interface 412 between the first layer 130 and the second layer 140. This two-dimensional electron gas 413 has a high mobility when the impurities in the first layer 130 are small, since the impurity scattering when electrons move is small. Thereby, the semiconductor device 10 according to the present embodiment has the features of ultra-high frequency, high-speed characteristics, and low noise.
In the semiconductor device 10 according to the present embodiment, the first interface 251 between the first layer 130 and the second layer 140 in the first region 250 facing the gate electrode 150 is connected to the c-axis 210. On the other hand, the electric field 411 caused by the piezo polarization 410 is not generated because it is substantially parallel to the piezoelectric element. Therefore, the two-dimensional electron gas 413 is not generated. Therefore, the semiconductor device 10 can be normally off.

さらに、ソース電極160とドレイン電極170にそれぞれ対応する、第2の領域260と第3の領域270においては、第1の層130と第2の層140との第2の界面261と第3の界面271は、c軸210と非平行(図1の例ではc軸に対して垂直)となっている。これにより、第2の界面261と第3の界面271は、ピエゾ分極410に起因する電界411と非平行(図1の例では垂直)となる。このため、第2の界面261と第3の界面271において、2次元電子ガス413が発生し、これにより、ソース電極160とドレイン電極170のコンタクト抵抗を下げることができる。
なお、第1の界面251が、第1の層130のc軸210に対して平行である時、第1の界面251は、第1の層130のm面に対して平行でも、非平行でも良いが、第1の層130のm面に対して実質的に平行である場合、ピエゾ分極410に起因する電界411を最も効率的に発生させることができるので、より望ましい。ただし、本発明はこれには限定されない。
Further, in the second region 260 and the third region 270 corresponding to the source electrode 160 and the drain electrode 170, respectively, the second interface 261 between the first layer 130 and the second layer 140 and the third region The interface 271 is not parallel to the c-axis 210 (perpendicular to the c-axis in the example of FIG. 1). As a result, the second interface 261 and the third interface 271 are not parallel to the electric field 411 caused by the piezoelectric polarization 410 (perpendicular in the example of FIG. 1). For this reason, two-dimensional electron gas 413 is generated at the second interface 261 and the third interface 271, whereby the contact resistance between the source electrode 160 and the drain electrode 170 can be lowered.
Note that when the first interface 251 is parallel to the c-axis 210 of the first layer 130, the first interface 251 is either parallel or non-parallel to the m-plane of the first layer 130. Although it is good, when it is substantially parallel to the m-plane of the first layer 130, the electric field 411 caused by the piezoelectric polarization 410 can be generated most efficiently, which is more desirable. However, the present invention is not limited to this.

以下、比較例について説明する。
図4は、第1〜第3の比較例の半導体装置の構成を例示する模式断面図である。
(第1の比較例)
図4(a)に表したように、第1の比較例の半導体装置91は、基板110、バッファ層120、第1の層130、第2の層140を有し、その上に設けられたゲート電極150と、ゲート電極150の両側のソース電極160とドレイン電極170を有している。そして、第1の層130のc軸210は基板110の主面114に対して垂直である例である。そして、第1の層130、第2の層140には段差部が設けられておらず、ゲート電極150、ソース電極160、ドレイン電極170は、同じ平面内に設けられている。この時、ゲート電極150に対応する第4の領域350の、第1の層130と第2の層140との界面は、c軸210に対して垂直となっている。また、ソース電極160とドレイン電極170とにそれぞれ対応する、第5の領域360と第6の領域370の、第1の層130と第2の層140の界面もc軸210に対して垂直となっている。
Hereinafter, a comparative example will be described.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the semiconductor devices of the first to third comparative examples.
(First comparative example)
As shown in FIG. 4A, the semiconductor device 91 of the first comparative example includes the substrate 110, the buffer layer 120, the first layer 130, and the second layer 140, and is provided thereon. The gate electrode 150 includes a source electrode 160 and a drain electrode 170 on both sides of the gate electrode 150. In this example, the c-axis 210 of the first layer 130 is perpendicular to the main surface 114 of the substrate 110. The first layer 130 and the second layer 140 are not provided with a stepped portion, and the gate electrode 150, the source electrode 160, and the drain electrode 170 are provided in the same plane. At this time, the interface between the first layer 130 and the second layer 140 in the fourth region 350 corresponding to the gate electrode 150 is perpendicular to the c-axis 210. The interface between the first layer 130 and the second layer 140 of the fifth region 360 and the sixth region 370 corresponding to the source electrode 160 and the drain electrode 170 is also perpendicular to the c-axis 210. It has become.

このため、第5の領域360と第6の領域370においては2次元電子ガス413が発生し、高移動度が得られる。しかしながら、ゲート電極150に対応する第4の領域350の界面もc軸210に対して垂直であるので、2次元電子ガスが発生し、ゲート電圧に印加される電圧が閾値電圧以下の場合も電流が流れてしまい、ノーマリオンの動作となってしまう。   For this reason, the two-dimensional electron gas 413 is generated in the fifth region 360 and the sixth region 370, and high mobility is obtained. However, since the interface of the fourth region 350 corresponding to the gate electrode 150 is also perpendicular to the c-axis 210, two-dimensional electron gas is generated and the current applied even when the voltage applied to the gate voltage is equal to or lower than the threshold voltage. Flows and becomes a normally-on operation.

(第2の比較例)
図4(b)に表したように、第2の比較例の半導体装置92では、同様に基板110、バッファ層120、第1の層130、第2の層140が設けられ、その上において、ゲート電極150とソース電極160とドレイン電極170とが同一平面上に設けられている。ただし、第1の層130のc軸210は基板110の主面114に対して平行とされている。この時、ゲート電極150に対応する第4の領域350の、第1の層130と第2の層140の界面は、c軸210に対して平行で、ソース電極160とドレイン電極170とにそれぞれ対応する、第5の領域360と第6の領域370の、第1の層130と第2の層140の界面もc軸210に対して平行となっている。
(Second comparative example)
As shown in FIG. 4B, in the semiconductor device 92 of the second comparative example, the substrate 110, the buffer layer 120, the first layer 130, and the second layer 140 are similarly provided. The gate electrode 150, the source electrode 160, and the drain electrode 170 are provided on the same plane. However, the c-axis 210 of the first layer 130 is parallel to the main surface 114 of the substrate 110. At this time, the interface between the first layer 130 and the second layer 140 of the fourth region 350 corresponding to the gate electrode 150 is parallel to the c-axis 210 and is connected to the source electrode 160 and the drain electrode 170, respectively. The corresponding interface between the first layer 130 and the second layer 140 in the fifth region 360 and the sixth region 370 is also parallel to the c-axis 210.

本比較例の場合、ゲート電極150に対応する第4の領域350の界面には2次元電子ガスが発生せず、ノーマリオフの動作が可能となる。しかしながら、第5の領域360と第6の領域370においても、第1の層130と第2の層140の界面にも2次元電子ガス413が発生せず、ソース領域とドレイン領域においてコンタクトが十分に得られず、またはコンタクト抵抗が高くなってしまう。すなわち、第2の比較例の半導体装置92では、ノーマリオフの動作は実現できるが、FETの素子抵抗が高くなってしまう。   In the case of this comparative example, two-dimensional electron gas is not generated at the interface of the fourth region 350 corresponding to the gate electrode 150, and a normally-off operation is possible. However, even in the fifth region 360 and the sixth region 370, the two-dimensional electron gas 413 is not generated at the interface between the first layer 130 and the second layer 140, and contact is sufficient in the source region and the drain region. Or the contact resistance becomes high. That is, in the semiconductor device 92 of the second comparative example, a normally-off operation can be realized, but the element resistance of the FET becomes high.

なお、この構造において、ソース領域とドレイン領域におけるコンタクト抵抗を下げるために、半導体層に不純物を注入する方法も考えられるが、もし、第4〜第6の領域350、360、370の全面に不純物を注入するとオフ特性が劣化する。また、ソース電極160とドレイン電極170にそれぞれ対応する第5、第6の領域360、370のみに不純物を注入する方法は、製造工程数が増加する点で不利となる。   In this structure, in order to lower the contact resistance in the source region and the drain region, a method of injecting an impurity into the semiconductor layer is also conceivable. However, if the fourth to sixth regions 350, 360, and 370 are entirely doped When OFF is injected, the off characteristics deteriorate. In addition, the method of implanting impurities only in the fifth and sixth regions 360 and 370 corresponding to the source electrode 160 and the drain electrode 170 is disadvantageous in that the number of manufacturing steps increases.

(第3の比較例)
図4(c)に表したように、第3の比較例の半導体装置93は、同様に基板110、バッファ層120、第1の層130、第2の層140、ゲート電極150、ソース電極160、ドレイン電極170を有するが、第1の層130に斜面132(段差部)が設けられた例である。そして、第1の層130のc軸210は、基板110の主面114に対して垂直とされている。そして、斜面132は、例えば、(1−101)の結晶面方位とされている。これにより、ソース電極160とドレイン電極170とにそれぞれ対応する、第5の領域360と第6の領域370の、第1の層130と第2の層140の界面はc軸210に対して垂直となっている。
そして、ゲート電極150に対応する第4の領域350の、第1の層130と第2の層140の界面は、(1−101)の面方位の角度となっており、c軸210に対して、非平行である。この構造では、斜面132が、(1−101)の結晶面方位とされているため、第1の層130の上に第2の層140を結晶成長させる際に、成長の速度が遅くなり、結果として、斜面132の部分の第2の層140の層厚が、他の領域(第5の領域360や第6の領域370)より薄くできる。これにより、ノーマリオフ動作の特性が得られる。しかしながら、斜面132の部分(第4の領域350)において、第1の層130と第2の層140との界面は、c軸210に対して非平行であるため、やはり2次元電子ガス413が発生する。このため、第3の比較例では、一応のノーマリオフの動作が可能であるが、オフ抵抗が低く、消費電力や回路設計上などの観点から改善の余地がある。
(Third comparative example)
As shown in FIG. 4C, the semiconductor device 93 of the third comparative example similarly includes the substrate 110, the buffer layer 120, the first layer 130, the second layer 140, the gate electrode 150, and the source electrode 160. In this example, the drain electrode 170 is provided, but the first layer 130 is provided with an inclined surface 132 (stepped portion). The c-axis 210 of the first layer 130 is perpendicular to the main surface 114 of the substrate 110. The slope 132 has a crystal plane orientation of (1-101), for example. Accordingly, the interface between the first layer 130 and the second layer 140 in the fifth region 360 and the sixth region 370 corresponding to the source electrode 160 and the drain electrode 170 is perpendicular to the c-axis 210. It has become.
In addition, the interface between the first layer 130 and the second layer 140 in the fourth region 350 corresponding to the gate electrode 150 has an angle of (1-101) plane orientation and is relative to the c-axis 210. And non-parallel. In this structure, since the inclined surface 132 has a crystal plane orientation of (1-101), when the second layer 140 is grown on the first layer 130, the growth rate becomes slow, As a result, the layer thickness of the second layer 140 in the portion of the slope 132 can be made thinner than other regions (the fifth region 360 and the sixth region 370). Thereby, the characteristic of normally-off operation is obtained. However, since the interface between the first layer 130 and the second layer 140 is non-parallel to the c-axis 210 in the portion of the slope 132 (fourth region 350), the two-dimensional electron gas 413 is also generated. appear. For this reason, in the third comparative example, a normally-off operation is possible, but the off-resistance is low, and there is room for improvement from the viewpoint of power consumption and circuit design.

これに対し、本実施形態に係る半導体装置10のように、ゲート電極150に対応する第1の領域250において、第1の層130と第2の層140との界面が、c軸210に対して実質的に平行となっているので、第3の比較例に比べて、オフ抵抗が高い。このため、低消費電力で回路設計上も有利なノーマリオフ型のHEMT半導体装置が得られる。   On the other hand, as in the semiconductor device 10 according to the present embodiment, in the first region 250 corresponding to the gate electrode 150, the interface between the first layer 130 and the second layer 140 is relative to the c-axis 210. Therefore, the off-resistance is higher than that of the third comparative example. For this reason, a normally-off HEMT semiconductor device having low power consumption and advantageous in circuit design can be obtained.

以下、本実施形態に係る半導体装置の別の例について説明する。
図5は、本発明の第1の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式断面図である。
図5に表したように、本発明の第1の実施形態に係る別の半導体装置11は、基板110とバッファ層120に段差部が設けられている。すなわち、図1に例示した半導体装置10においては、第1の層130に段差部131が、第2の層140に段差部141が設けられ、基板110とバッファ層120には段差部が設けられていなかったが、図5に例示する半導体装置11においては、第1の層130の段差部131や、第2の層140の段差部141に対応して、基板110に段差部111が、バッファ層120に段差部121が設けられている。
この半導体装置11は、以下のようにして形成できる。まず、例えばサファイアの結晶のc軸を適切に設定して基板110を準備し、基板110の上に所定のレジストマスクを設けた後に、基板110をエッチングすることにより基板110に段差部111を設ける。その後、その上にバッファ層120を設け段差部121が形成された後、さらにその上に、第1の層130、第2の層140を形成する。これにより、段差部131、141が形成できる。そして、第2の層140の上に、ゲート電極150、ソース電極160、ドレイン電極170を形成することによって図5に例示した半導体装置11の構造が得られる。ただし、これに限らず他の手法を用いても良い。また、ゲート電極150と第2の層140の間に、図示しない絶縁膜を設けても良い。
Hereinafter, another example of the semiconductor device according to the present embodiment will be described.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another semiconductor device according to the first embodiment of the invention.
As shown in FIG. 5, in another semiconductor device 11 according to the first embodiment of the present invention, a step portion is provided in the substrate 110 and the buffer layer 120. That is, in the semiconductor device 10 illustrated in FIG. 1, the step portion 131 is provided in the first layer 130, the step portion 141 is provided in the second layer 140, and the step portion is provided in the substrate 110 and the buffer layer 120. In the semiconductor device 11 illustrated in FIG. 5, the stepped portion 111 is formed on the substrate 110 corresponding to the stepped portion 131 of the first layer 130 and the stepped portion 141 of the second layer 140. A step portion 121 is provided in the layer 120.
The semiconductor device 11 can be formed as follows. First, for example, the substrate 110 is prepared by appropriately setting the c-axis of a sapphire crystal, a predetermined resist mask is provided on the substrate 110, and then the step 110 is provided on the substrate 110 by etching the substrate 110. . Thereafter, the buffer layer 120 is provided thereon, the stepped portion 121 is formed, and the first layer 130 and the second layer 140 are further formed thereon. Thereby, the step parts 131 and 141 can be formed. Then, the structure of the semiconductor device 11 illustrated in FIG. 5 is obtained by forming the gate electrode 150, the source electrode 160, and the drain electrode 170 on the second layer 140. However, the present invention is not limited to this, and other methods may be used. Further, an insulating film (not shown) may be provided between the gate electrode 150 and the second layer 140.

半導体装置11においても、ゲート電極150は、第1の層130と第2の層140の界面のうち、第1の層130のc軸210と実質的に平行な第1の界面251を有する第1の領域250の、第2の層140の上に設けられている。そして、ソース電極160とドレイン電極170は、第1の層130と第2の層140の界面がc軸210と垂直である、それぞれ第2の領域260と第3の領域370に対応して設けられている。   Also in the semiconductor device 11, the gate electrode 150 has a first interface 251 having a first interface 251 substantially parallel to the c-axis 210 of the first layer 130 among the interfaces of the first layer 130 and the second layer 140. One region 250 is provided on the second layer 140. The source electrode 160 and the drain electrode 170 are provided corresponding to the second region 260 and the third region 370, respectively, in which the interface between the first layer 130 and the second layer 140 is perpendicular to the c-axis 210. It has been.

これにより、ゲート電極150に対応する第1の領域250では2次元電子ガスが形成されず、また、ソース電極160とドレイン電極170にそれぞれ対応するそれぞれ第2の領域260と第3の領域270では2次元電子ガスが形成される。これにより、製造が容易で、ソース・ドレイン領域におけるコンタクト抵抗が低く、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型のHEMT半導体装置が実現できる。   As a result, the two-dimensional electron gas is not formed in the first region 250 corresponding to the gate electrode 150, and in the second region 260 and the third region 270 corresponding to the source electrode 160 and the drain electrode 170, respectively. A two-dimensional electron gas is formed. As a result, a normally-off HEMT semiconductor device that is easy to manufacture, has a low contact resistance in the source / drain region, and has an ultrahigh frequency, high speed characteristics, and low noise can be realized.

なお、図1と図5に例示した本実施形態に係る半導体装置10、11において、第1の領域250における第1の層130と第2の層140の第1の界面251は、第1の層130のc軸210と実質的に平行とされた。これは、c軸210が、基板110の主面114に対して実質的に垂直で、第1の層130の段差部131及び第2の層140の段差部141を基板110の主面114に対して垂直に設けることによって実現された。しかし、本発明はこれには限定されず、種々の変形が可能である。   In the semiconductor devices 10 and 11 according to this embodiment illustrated in FIGS. 1 and 5, the first interface 251 between the first layer 130 and the second layer 140 in the first region 250 is the first It was substantially parallel to the c-axis 210 of the layer 130. This is because the c-axis 210 is substantially perpendicular to the main surface 114 of the substrate 110, and the stepped portion 131 of the first layer 130 and the stepped portion 141 of the second layer 140 become the main surface 114 of the substrate 110. It was realized by providing it vertically. However, the present invention is not limited to this, and various modifications are possible.

また、半導体装置10、11において、段差部131と段差部141とが、基板110の主面114に対して傾斜を持った斜面であっても、第1の界面251とc軸210とが実質的に平行であれば良い。すなわち、製造条件等からの要請等によって、段差部131、141が、基板110の主面114に対してテーパを持っていて(傾斜していて)も、第1の界面251とc軸210とが実質的に平行で、第2の界面261と第3の界面がc軸210と非平行であれば良い。また、これは、以下説明する種々の実施形態についても同様である。   In the semiconductor devices 10 and 11, the first interface 251 and the c-axis 210 are substantially the same even when the stepped portion 131 and the stepped portion 141 are inclined with respect to the main surface 114 of the substrate 110. As long as they are parallel. That is, even if the stepped portions 131 and 141 are tapered (inclined) with respect to the main surface 114 of the substrate 110 due to requests from manufacturing conditions, etc., the first interface 251 and the c-axis 210 Are substantially parallel and the second interface 261 and the third interface may be non-parallel to the c-axis 210. This also applies to various embodiments described below.

(第2の実施形態)
第2の実施形態では、ソース電極160とドレイン電極170とが、それぞれ、第2の領域260の第2の界面261と、第3の領域270の第3の界面271に接して設けられた例である。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, the source electrode 160 and the drain electrode 170 are provided in contact with the second interface 261 of the second region 260 and the third interface 271 of the third region 270, respectively. It is.

図6は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式断面図である。
図6(a)、(b)に例示した半導体装置20、21は、それぞれ、図1、図5に例示した半導体装置10、11に類似した構造を有している。しかし、図6(a)、(b)に例示した第2の実施形態に係る半導体装置20、21では、ソース電極160とドレイン電極170とが、それぞれ、第2の領域260の第2の界面261と、第3の領域270の第3の界面271に接して、すなわち、第2の界面261の端部(第2の領域260の端部)、第3の界面271の端部(第3の領域270の端部)に、設けられている。これにより、これら界面に存在する2次元電子ガスによるキャリアに対して、ソース電極160とドレイン電極170が直接接触でき、2次元電子ガスを取り出しや易くなる。
これらの構造においても、ゲート電極150に対応する第1の領域250では2次元電子ガスが形成されず、また、ソース電極160とドレイン電極170に対応する第2の領域260、第3の領域270では2次元電子ガスが形成されるので、半導体装置20、21により、製造が容易で、コンタクト抵抗が低く、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型のHEMT半導体装置が実現できる。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a semiconductor device according to the second embodiment of the invention.
The semiconductor devices 20 and 21 illustrated in FIGS. 6A and 6B have structures similar to the semiconductor devices 10 and 11 illustrated in FIGS. 1 and 5, respectively. However, in the semiconductor devices 20 and 21 according to the second embodiment illustrated in FIGS. 6A and 6B, the source electrode 160 and the drain electrode 170 are respectively connected to the second interface of the second region 260. 261 and the third interface 271 of the third region 270, that is, the end of the second interface 261 (end of the second region 260), the end of the third interface 271 (third Of the region 270). As a result, the source electrode 160 and the drain electrode 170 can be in direct contact with carriers due to the two-dimensional electron gas existing at these interfaces, and the two-dimensional electron gas can be easily taken out.
Also in these structures, the two-dimensional electron gas is not formed in the first region 250 corresponding to the gate electrode 150, and the second region 260 and the third region 270 corresponding to the source electrode 160 and the drain electrode 170 are not formed. Since a two-dimensional electron gas is formed, the semiconductor devices 20 and 21 can realize a normally-off HEMT semiconductor device that is easy to manufacture, has a low contact resistance, has an ultra-high frequency, high speed characteristics, and low noise.

なお、ソース電極160とドレイン電極170のどちらか一方を、第2の層140の上に設け、他方が第1の層130と第2の層140の界面に接して、すなわち、第1の層130と第2の層140の界面の端部の上に、設けても良い。すなわち、図1と図6(a)、または、図5と図6(b)を混成した構造でも良い。   Note that one of the source electrode 160 and the drain electrode 170 is provided over the second layer 140, and the other is in contact with the interface between the first layer 130 and the second layer 140, that is, the first layer. It may be provided on the end portion of the interface between 130 and the second layer 140. That is, a structure in which FIG. 1 and FIG. 6A or FIG. 5 and FIG.

さらに、図1、図5、図6に例示した半導体装置においては、ソース電極160とドレイン電極170にそれぞれ対応する第2の領域260と第3の領域270における、第1の層130と第2の層140の界面261、271は、c軸に対して実質的に垂直であったが、これに限らず、c軸に対して実質的に非平行であれば良い。   Further, in the semiconductor device illustrated in FIGS. 1, 5, and 6, the first layer 130 and the second layer 270 in the second region 260 and the third region 270 corresponding to the source electrode 160 and the drain electrode 170, respectively. The interfaces 261 and 271 of the layer 140 are substantially perpendicular to the c-axis. However, the present invention is not limited to this, and it may be substantially non-parallel to the c-axis.

図7は、本発明の第2の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式断面図である。
図7(a)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置21aは、ソース電極160とドレイン電極170にそれぞれ対応する第2の領域260と第3の領域270における、第1の層130と第2の層の界面261、271が、c軸に対して斜めである例である。そして、ゲート電極150に対応する第1の領域250における第1の層130と第2の層の界面251は、c軸210に対して実質的に平行とされている。この構造においても、第2の界面261、第3の界面271において2次元電子ガスが形成されるので、半導体装置21aによって、製造が容易で、コンタクト抵抗が低く、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型のHEMT半導体装置が実現できる。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another semiconductor device according to the second embodiment of the invention.
As shown in FIG. 7A, another semiconductor device 21a according to this embodiment includes the first region 260 and the third region 270 corresponding to the source electrode 160 and the drain electrode 170, respectively. In this example, the interfaces 261 and 271 between the layer 130 and the second layer are oblique to the c-axis. The interface 251 between the first layer 130 and the second layer in the first region 250 corresponding to the gate electrode 150 is substantially parallel to the c-axis 210. Also in this structure, since the two-dimensional electron gas is formed at the second interface 261 and the third interface 271, the semiconductor device 21 a is easy to manufacture, has low contact resistance, ultrahigh frequency, high speed characteristics, low A noisy normally-off HEMT semiconductor device can be realized.

図7(b)、(c)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置21b、21cでは、第2の界面261と第3の界面271のどちらか一方が、c軸210に対して実質的に垂直で、他方がc軸に対して斜めになっている。この場合も、第2の界面261、第3の界面271において2次元電子ガスが形成されるので、半導体装置21b、21cによって、製造が容易で、コンタクト抵抗が低く、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型のHEMT半導体装置が実現できる。   As shown in FIGS. 7B and 7C, in another semiconductor device 21 b or 21 c according to this embodiment, one of the second interface 261 and the third interface 271 is connected to the c-axis 210. It is substantially perpendicular to the other and the other is inclined with respect to the c-axis. Also in this case, since the two-dimensional electron gas is formed at the second interface 261 and the third interface 271, the semiconductor devices 21 b and 21 c are easy to manufacture, have low contact resistance, ultrahigh frequency, high speed characteristics, A low-noise normally-off type HEMT semiconductor device can be realized.

図7(d)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置21dでは、ソース電極160、ドレイン電極170が、それぞれ、c軸210に対して実質的に非平行な第2の界面261及び第3の界面271に接している。すなわち、ソース電極160とドレイン電極170が、第1の層130と第2の層140の界面の端部の上(すなわち、第2の領域260の端部、第3の領域270の端部)に設けられている。この構造でも、ソース電極160とドレイン電極170は、それぞれ、第2の界面261及び第3の界面271と導通できる。半導体装置21dによって、製造が容易で、コンタクト抵抗がさらに低く、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型のHEMTが実現できる。
また、図7(b)、(c)に例示した構造において、ソース電極160とドレイン電極170のどちらか一方を第2の層140の上に設け、他方を、第2の界面261または第3の界面271に接して設けても良い。
As illustrated in FIG. 7D, in another semiconductor device 21 d according to this embodiment, the source electrode 160 and the drain electrode 170 are each a second interface that is substantially non-parallel to the c-axis 210. 261 and the third interface 271. That is, the source electrode 160 and the drain electrode 170 are on the end portion of the interface between the first layer 130 and the second layer 140 (that is, the end portion of the second region 260 and the end portion of the third region 270). Is provided. Even in this structure, the source electrode 160 and the drain electrode 170 can be electrically connected to the second interface 261 and the third interface 271, respectively. The semiconductor device 21d can realize a normally-off HEMT that is easy to manufacture, has a lower contact resistance, and has an ultra-high frequency, high-speed characteristics, and low noise.
In the structure illustrated in FIGS. 7B and 7C, either the source electrode 160 or the drain electrode 170 is provided over the second layer 140, and the other is connected to the second interface 261 or the third interface. May be provided in contact with the interface 271.

また、上に説明した実施形態に係る半導体装置の例では、第1の層130のc軸210が基板110の主面114に対して実質的に垂直であったが、これに限らず、第1の層130のc軸210と、基板110の主面114と、の角度は、任意の角度とすることができる。   Further, in the example of the semiconductor device according to the embodiment described above, the c-axis 210 of the first layer 130 is substantially perpendicular to the main surface 114 of the substrate 110. The angle between the c-axis 210 of one layer 130 and the main surface 114 of the substrate 110 can be an arbitrary angle.

図8は、本発明の第2の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式断面図である。
図8(a)に表したように、本発明の第2の実施形態に係る別の半導体装置22aにおいては、第1の層130のc軸210は、基板110の主面114に対して斜めとなっている。ゲート電極150は、第1の領域250の第2の層140の上に設けられている。そして、第1の領域250においては、第1の層130と第2の層140の第1の界面251は、基板110の主面114に対して斜めであり、c軸210に対して実質的に平行とされている。また、c軸210に対して実質的に非平行である第2の界面261と第3の界面271とを有する、それぞれ、第2の領域260と第3の領域270において、ソース電極160とドレイン電極170が第2の層140の上に設けられている。この構造の半導体装置22aによっても、製造が容易で、コンタクト抵抗が低く、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型のHEMT半導体装置が実現できる。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another semiconductor device according to the second embodiment of the invention.
As shown in FIG. 8A, in another semiconductor device 22 a according to the second embodiment of the present invention, the c-axis 210 of the first layer 130 is oblique with respect to the main surface 114 of the substrate 110. It has become. The gate electrode 150 is provided on the second layer 140 in the first region 250. In the first region 250, the first interface 251 between the first layer 130 and the second layer 140 is oblique with respect to the main surface 114 of the substrate 110 and substantially with respect to the c-axis 210. It is parallel to. In addition, in the second region 260 and the third region 270, which have a second interface 261 and a third interface 271 that are substantially non-parallel to the c-axis 210, respectively, the source electrode 160 and the drain An electrode 170 is provided on the second layer 140. Also with the semiconductor device 22a having this structure, it is possible to realize a normally-off HEMT semiconductor device that is easy to manufacture, has a low contact resistance, and has an ultrahigh frequency, high speed characteristics, and low noise.

また、図8(b)に表したように、本発明の第2の実施形態に係る別の半導体装置22bにおいては、ソース電極160とドレイン電極170は、それぞれ、第2の界面261と第3の界面271に接して、すなわち、第1の層130と第2の層140の界面の端部の上に、設けられている。この構造の半導体装置22bによっても、製造が容易で、コンタクト抵抗が低く、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型のHEMT半導体装置が実現できる。
なお、ソース電極160とドレイン電極170のどちらか一方を第2の層140の上に設け、他方を、第2の界面261または第2の界面271に接して設けても良い。
In addition, as illustrated in FIG. 8B, in another semiconductor device 22 b according to the second embodiment of the present invention, the source electrode 160 and the drain electrode 170 have a second interface 261 and a third interface, respectively. In contact with the interface 271, that is, on the end of the interface between the first layer 130 and the second layer 140. Also with the semiconductor device 22b having this structure, it is possible to realize a normally-off HEMT semiconductor device that is easy to manufacture, has a low contact resistance, and has an ultrahigh frequency, high speed characteristics, and low noise.
Note that one of the source electrode 160 and the drain electrode 170 may be provided over the second layer 140 and the other may be provided in contact with the second interface 261 or the second interface 271.

また、第1の層130のc軸210は、基板110の主面114に対して平行としても良い。以下、第3の実施形態によって説明する。
(第3の実施形態)
図9は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式断面図である。
図9に表したように、本発明の第9の実施形態に係る別の半導体装置30においては、基板110にトレンチ180が設けられており、そのトレンチ180の内部に第1の層130と第2の層140が設けられている。なお、基板110と第1の層130の間にバッファ層120を設けても良い。
In addition, the c-axis 210 of the first layer 130 may be parallel to the main surface 114 of the substrate 110. Hereinafter, a third embodiment will be described.
(Third embodiment)
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a semiconductor device according to the third embodiment of the invention.
As shown in FIG. 9, in another semiconductor device 30 according to the ninth embodiment of the present invention, the substrate 110 is provided with a trench 180, and the first layer 130 and the first layer 130 are formed inside the trench 180. Two layers 140 are provided. Note that the buffer layer 120 may be provided between the substrate 110 and the first layer 130.

そして、第1の層130のc軸210は、トレンチ180の底面に対して実質的に平行とされている。そして、図9に表した例では、トレンチ180の側面は、トレンチ180の底面に対して実質的に垂直とされている例である。このため、第1の層130のc軸210は、トレンチ180の側面に対して実質的に垂直となっている。   The c-axis 210 of the first layer 130 is substantially parallel to the bottom surface of the trench 180. In the example illustrated in FIG. 9, the side surface of the trench 180 is substantially perpendicular to the bottom surface of the trench 180. For this reason, the c-axis 210 of the first layer 130 is substantially perpendicular to the side surface of the trench 180.

そして、トレンチ180の底面に対応する部分が、第1の領域250であり、第1の領域250では、第1の層130と第2の層140の界面(第1の界面251)とc軸210とが実質的に平行となっている。そして、この第1の領域250(トレンチ180の底面の部分)において、第2の層140の上にゲート電極150が設けられている。
また、第1の領域250を介して、互いに対向する、トレンチ180の側面部分が、第2の領域260と第3の領域270となる。すなわち、第1の層130と第2の層140との界面がc軸210と垂直(非平行)な、第2の領域250と第3の領域における、第2の界面261と第3の界面271に、それぞれ接して、ソース電極160とドレイン電極170が設けられている。この場合、第2の界面261の端部、第3の界面271の端部の上(すなわち、第2の領域260の端部、第3の領域270の端部)に、それぞれ、ソース電極160とドレイン電極170が設けられている。
The portion corresponding to the bottom surface of the trench 180 is the first region 250, and in the first region 250, the interface between the first layer 130 and the second layer 140 (first interface 251) and the c-axis 210 is substantially parallel. A gate electrode 150 is provided on the second layer 140 in the first region 250 (the bottom portion of the trench 180).
In addition, the side portions of the trench 180 that face each other through the first region 250 become the second region 260 and the third region 270. That is, the second interface 261 and the third interface in the second region 250 and the third region where the interface between the first layer 130 and the second layer 140 is perpendicular (non-parallel) to the c-axis 210. A source electrode 160 and a drain electrode 170 are provided in contact with 271, respectively. In this case, the source electrode 160 is formed on the end portion of the second interface 261 and the end portion of the third interface 271 (that is, the end portion of the second region 260 and the end portion of the third region 270), respectively. And a drain electrode 170 are provided.

このような構造の半導体装置30においても、ゲート電極150に対応する第1の領域250では2次元電子ガスが形成されず、また、ソース電極160とドレイン電極170にそれぞれ対応する第2の領域260と第3の領域270では2次元電子ガスが形成される。これにより、半導体装置30によって、製造が容易で、コンタクト抵抗が低く、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型のHEMT半導体装置が実現できる。   Also in the semiconductor device 30 having such a structure, the two-dimensional electron gas is not formed in the first region 250 corresponding to the gate electrode 150, and the second regions 260 corresponding to the source electrode 160 and the drain electrode 170, respectively. In the third region 270, a two-dimensional electron gas is formed. Thereby, the semiconductor device 30 can realize a normally-off type HEMT semiconductor device that is easy to manufacture, has low contact resistance, and has an ultra-high frequency, high-speed characteristics, and low noise.

また、図9に例示した半導体装置30では、第1の層130及び第2の層140が、トレンチ180の内部に設けられている。これにより、第1の層130及び第2の層140に発生する膜応力が緩和される。これにより、基板110の反りが低減でき、安定して製造でき、性能の安定した半導体装置が得られる。また、トレンチ構造にすることで、チップ面積の縮小が可能になる利点を併せ持つ。   In the semiconductor device 30 illustrated in FIG. 9, the first layer 130 and the second layer 140 are provided inside the trench 180. Thereby, the film stress generated in the first layer 130 and the second layer 140 is relieved. Thereby, the warp of the substrate 110 can be reduced, and a semiconductor device that can be stably manufactured and has stable performance can be obtained. In addition, the trench structure has an advantage that the chip area can be reduced.

また、図9に例示した第3の実施形態に係る半導体装置30は、種々の変形が可能である。
図10は、本発明の第3の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式断面図である。
図10(a)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置31aでは、ソース電極160、ドレイン電極170は、トレンチ180の内側に設けられている。すなわち、第1の層130と第2の層140との界面がc軸210と非平行(垂直)な第2の領域260と第3の領域270の第2の層140の上に、それぞれソース電極160とドレイン電極170が設けられている。なお、基板110と第1の層130の間に、バッファ層120を設けることができる。以下の図10(b)〜(e)においても同様である。
Further, the semiconductor device 30 according to the third embodiment illustrated in FIG. 9 can be variously modified.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another semiconductor device according to the third embodiment of the invention.
As shown in FIG. 10A, in another semiconductor device 31 a according to this embodiment, the source electrode 160 and the drain electrode 170 are provided inside the trench 180. In other words, the interface between the first layer 130 and the second layer 140 is formed on the second layer 260 in the second region 260 and the third region 270 in which the interface is not parallel (perpendicular) to the c-axis 210, respectively. An electrode 160 and a drain electrode 170 are provided. Note that the buffer layer 120 can be provided between the substrate 110 and the first layer 130. The same applies to FIGS. 10B to 10E below.

また、図10(b)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置31bでは、ソース電極160は、第1の層130と第2の層140との界面に接して設けられ、ドレイン電極170は、第3の領域270の第2の層140の上に設けられている。   Further, as illustrated in FIG. 10B, in another semiconductor device 31 b according to the present embodiment, the source electrode 160 is provided in contact with the interface between the first layer 130 and the second layer 140, The drain electrode 170 is provided on the second layer 140 in the third region 270.

また、図10(c)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置31cでは、トレンチ180の側面が、トレンチ180の底面に対して斜めであり、テーパ形状となっている。そして、第2の領域260、第3の領域270における第1の層130と第2の層140との界面、すなわち、第2の界面261と第3の界面271は、c軸210に対して実質的に非平行である。そして、この第2の界面261と第3の界面271にそれぞれ接して、ソース電極160、ドレイン電極170が設けられている。   In addition, as illustrated in FIG. 10C, in another semiconductor device 31 c according to the present embodiment, the side surface of the trench 180 is inclined with respect to the bottom surface of the trench 180 and has a tapered shape. In addition, the interface between the first layer 130 and the second layer 140 in the second region 260 and the third region 270, that is, the second interface 261 and the third interface 271 are relative to the c-axis 210. Substantially non-parallel. A source electrode 160 and a drain electrode 170 are provided in contact with the second interface 261 and the third interface 271, respectively.

また、図10(d)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置31dでは、トレンチ180の側面がテーパ形状であり、第2の領域260、第3の領域270における第1の層130と第2の層140との界面、すなわち、第2の界面261と第3の界面271は、c軸210に対して実質的に非平行である。そして、第2の界面261に接してソース電極160が設けられ、また、第3の領域270の第2の層140の上(トレンチの内側)にドレイン電極170が設けられている。
なお、同図において、ソース電極160とドレイン電極170とを互いに入れ替えた構造としても良い。
In addition, as illustrated in FIG. 10D, in another semiconductor device 31 d according to this embodiment, the side surface of the trench 180 is tapered, and the first region in the second region 260 and the third region 270 is the first. The interface between the layer 130 and the second layer 140, that is, the second interface 261 and the third interface 271 are substantially non-parallel to the c-axis 210. A source electrode 160 is provided in contact with the second interface 261, and a drain electrode 170 is provided on the second layer 140 (inside the trench) in the third region 270.
In the figure, the source electrode 160 and the drain electrode 170 may be replaced with each other.

また、図10(e)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置31eでは、トレンチ180の側面がテーパ形状であり、第2の領域260、第3の領域270における第1の層130と第2の層140の界面、すなわち、第2の界面261と第3の界面271は、c軸210に対して実質的に非平行である。そして、第2の界面261に接し、そして、第2の領域260の第2の層140の上にも、ソース電極160が設けられている。そして、第3の領域270の第2の層140の上(トレンチの内側)にドレイン電極170が設けられている。
なお、同図において、ソース電極160とドレイン電極170とを互いに入れ替えた構造としても良い。
In addition, as illustrated in FIG. 10E, in another semiconductor device 31 e according to the present embodiment, the side surface of the trench 180 is tapered, and the first region in the second region 260 and the third region 270 is the first. The interface between the layer 130 and the second layer 140, that is, the second interface 261 and the third interface 271 are substantially non-parallel to the c-axis 210. A source electrode 160 is provided on the second layer 140 in the second region 260 in contact with the second interface 261. A drain electrode 170 is provided on the second layer 140 (inside the trench) in the third region 270.
In the figure, the source electrode 160 and the drain electrode 170 may be replaced with each other.

これら、半導体装置31a〜eにおいても、ゲート電極150に対応する第1の領域250では2次元電子ガスが形成されず、また、ソース電極160とドレイン電極170にそれぞれ対応する第2の領域260と第3の領域270では2次元電子ガスが形成される。これにより、半導体装置31a〜eによって、製造が容易で、コンタクト抵抗が低く、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型のHEMT半導体装置が実現できる。   Also in these semiconductor devices 31a to 31e, the two-dimensional electron gas is not formed in the first region 250 corresponding to the gate electrode 150, and the second region 260 corresponding to the source electrode 160 and the drain electrode 170, respectively. In the third region 270, a two-dimensional electron gas is formed. As a result, the semiconductor devices 31a to 31e can realize a normally-off HEMT semiconductor device that is easy to manufacture, has low contact resistance, has an ultra-high frequency, high-speed characteristics, and low noise.

図11は、本発明の第3の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式断面図である。
図11(a)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置32aでは、基板110に凸部181が設けられている。そして、凸部181の上面の部分が第1の領域250であり、第1の領域250における第1の層130と第2の層140との界面、すなわち、第1の界面251は、第1の層130のc軸210に対して実質的に平行となっている。そして、この第1の領域250の第2の層140の上にゲート電極150が設けられている。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another semiconductor device according to the third embodiment of the invention.
As shown in FIG. 11A, in another semiconductor device 32 a according to the present embodiment, a convex portion 181 is provided on the substrate 110. The upper surface portion of the convex portion 181 is the first region 250, and the interface between the first layer 130 and the second layer 140 in the first region 250, that is, the first interface 251 is the first region 250. The layer 130 is substantially parallel to the c-axis 210. A gate electrode 150 is provided on the second layer 140 in the first region 250.

また、図11(a)の例では、凸部181の互いに対向する2つの側面が、凸部181の上面に対して実質的に垂直である。そして、これら側面の部分が、第2の領域260と第3の領域270に相当する。すなわち、第2の領域260と第3の領域270における第1の層130と第2の層140との界面、すなわち、第2の界面261、第3の界面271は、c軸210に対して垂直(非平行)である。そして、これら第2の領域260と第3の領域270の第2の層140の上に、それぞれ、ソース電極160とドレイン電極170が設けられている。
この構造により、半導体装置32aでは、ゲート電極150に対応する第1の領域250では2次元電子ガスが形成されず、また、ソース電極160とドレイン電極170にそれぞれ対応する第2の領域260と第3の領域270では2次元電子ガスが形成される。これにより、半導体装置32aによって、製造が容易で、コンタクト抵抗が低く、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型のHEMT半導体装置が実現できる。
In the example of FIG. 11A, the two opposite side surfaces of the convex portion 181 are substantially perpendicular to the upper surface of the convex portion 181. These side portions correspond to the second region 260 and the third region 270. That is, the interface between the first layer 130 and the second layer 140 in the second region 260 and the third region 270, that is, the second interface 261 and the third interface 271 are in relation to the c-axis 210. Vertical (non-parallel). A source electrode 160 and a drain electrode 170 are provided on the second layer 140 of the second region 260 and the third region 270, respectively.
With this structure, in the semiconductor device 32a, the two-dimensional electron gas is not formed in the first region 250 corresponding to the gate electrode 150, and the second region 260 and the second region corresponding to the source electrode 160 and the drain electrode 170, respectively. A two-dimensional electron gas is formed in the third region 270. Thereby, the semiconductor device 32a can realize a normally-off HEMT semiconductor device that is easy to manufacture, has a low contact resistance, and has an ultra-high frequency, high speed characteristics, and low noise.

図11(a)に例示した半導体装置32aの構造は、種々の変形が可能である。以下説明する。
例えば、図11(b)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置32bでは、図11(a)に例示した半導体装置32aに対して、ソース電極160とドレイン電極170の構造が変えられている。すなわち、ソース電極160とドレイン電極170が、それぞれ第2の領域260の第2の界面261と、第3の領域270の第3の界面271と接して設けられている。
Various modifications can be made to the structure of the semiconductor device 32a illustrated in FIG. This will be described below.
For example, as shown in FIG. 11B, in another semiconductor device 32b according to this embodiment, the structure of the source electrode 160 and the drain electrode 170 is different from that of the semiconductor device 32a illustrated in FIG. It has been changed. That is, the source electrode 160 and the drain electrode 170 are provided in contact with the second interface 261 of the second region 260 and the third interface 271 of the third region 270, respectively.

また、図11(c)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置32cでは、ソース電極160は、第2の領域260の第2の界面261と接して設けられており、ドレイン電極170は、第3の領域270の第2の層140の上に設けられている。
なお、同図において、ソース電極160とドレイン電極170とを互いに入れ替えた構造としても良い。
In addition, as illustrated in FIG. 11C, in another semiconductor device 32 c according to the present embodiment, the source electrode 160 is provided in contact with the second interface 261 of the second region 260, and the drain The electrode 170 is provided on the second layer 140 in the third region 270.
In the figure, the source electrode 160 and the drain electrode 170 may be replaced with each other.

また、図11(d)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置32dでは、凸部181の側面がテーパ形状である。この場合も、第2の界面261と第3の界面271は、c軸210と非平行(斜め)である。そして、ソース電極160とドレイン電極170は、それぞれ第2の領域260と第3の領域270において、第2の層140の上に設けられている。   In addition, as illustrated in FIG. 11D, in another semiconductor device 32 d according to this embodiment, the side surface of the convex portion 181 has a tapered shape. Also in this case, the second interface 261 and the third interface 271 are non-parallel (oblique) to the c-axis 210. The source electrode 160 and the drain electrode 170 are provided on the second layer 140 in the second region 260 and the third region 270, respectively.

また、図11(e)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置32eでは、凸部181の側面がテーパ形状で、ソース電極160とドレイン電極170は、それぞれ第2の界面261と第3の界面271と接して設けられている。   As shown in FIG. 11E, in another semiconductor device 32e according to this embodiment, the side surface of the convex portion 181 is tapered, and the source electrode 160 and the drain electrode 170 each have a second interface 261. And in contact with the third interface 271.

また、図11(f)に表したように、本実施形態に係る別の半導体装置32fでは、凸部181の側面がテーパ形状で、ソース電極160は、第2の領域260の第2の層140の上に設けられ、また、ドレイン電極170は、第3の界面271と接して設けられている。
なお、同図において、ソース電極160とドレイン電極170とを互いに入れ替えた構造としても良い。
In addition, as illustrated in FIG. 11F, in another semiconductor device 32 f according to the present embodiment, the side surface of the convex portion 181 is tapered, and the source electrode 160 is the second layer of the second region 260. The drain electrode 170 is provided in contact with the third interface 271.
In the figure, the source electrode 160 and the drain electrode 170 may be replaced with each other.

これら半導体装置32b〜fにおいても、ゲート電極150に対応する第1の領域250では2次元電子ガスが形成されず、また、ソース電極160とドレイン電極170にそれぞれ対応する第2の領域260と第3の領域270では2次元電子ガスが形成される。これにより、半導体装置32b〜fによって、製造が容易で、コンタクト抵抗が低く、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型のHEMT半導体装置が実現できる。   Also in these semiconductor devices 32b to f, the two-dimensional electron gas is not formed in the first region 250 corresponding to the gate electrode 150, and the second region 260 and the second region corresponding to the source electrode 160 and the drain electrode 170, respectively. A two-dimensional electron gas is formed in the third region 270. Thereby, the semiconductor devices 32b to f can realize a normally-off HEMT semiconductor device that is easy to manufacture, has a low contact resistance, and has an ultra-high frequency, high speed characteristics, and low noise.

(第4の実施の形態)
図12は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。 図12(a)は、第4の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式平面図であり、図12(b)は、図12(a)のA−A線断面図である。
図12(a)に表したように、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置40は、櫛形のゲート電極150、櫛形のソース電極160、櫛形のドレイン電極170を有する。そして、図12(b)に表したように、第1の層130は、凸部181と凹部182とを有している。そして、その上に第2の層140が設けられている。なお、凸部181と凹部182とは、互いに相対的なものなので、どちらか一方を設けても良い。
(Fourth embodiment)
FIG. 12 is a schematic view illustrating the configuration of a semiconductor device according to the fourth embodiment of the invention. FIG. 12A is a schematic plan view illustrating the configuration of the semiconductor device according to the fourth embodiment, and FIG. 12B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
As illustrated in FIG. 12A, the semiconductor device 40 according to the fourth embodiment of the present invention includes a comb-shaped gate electrode 150, a comb-shaped source electrode 160, and a comb-shaped drain electrode 170. Then, as shown in FIG. 12B, the first layer 130 has a convex portion 181 and a concave portion 182. And the 2nd layer 140 is provided on it. Since the convex portion 181 and the concave portion 182 are relative to each other, either one may be provided.

そして、図12(b)に表したように、半導体装置40では、第1の層130のc軸210は、凸部181の上面、及び、凹部182の底面に対して垂直となっている。そして、ゲート電極150は、凸部181と凹部182の側面部の第2の層140の上に設けられている。そして、これら凸部181と凹部182の側面部が第1の領域250であり、第1の領域250の第1の界面251は、c軸210と実質的に平行となっている。   As illustrated in FIG. 12B, in the semiconductor device 40, the c-axis 210 of the first layer 130 is perpendicular to the upper surface of the convex portion 181 and the bottom surface of the concave portion 182. The gate electrode 150 is provided on the second layer 140 on the side surfaces of the convex portion 181 and the concave portion 182. The side portions of the convex portion 181 and the concave portion 182 are the first region 250, and the first interface 251 of the first region 250 is substantially parallel to the c-axis 210.

また、凹部182の底面である第2の領域260の第2の層140の上に、ソース電極160が設けられている。そして、第2の領域260の第2の界面261は、c軸210に対して垂直(非平行)となっている。そして、凸部181の上面である第3の領域270の第2の層140の上に、ドレイン電極170が設けられている。そして、第3の領域270の第3の界面271は、c軸210に対して垂直(非平行)となっている。   A source electrode 160 is provided on the second layer 140 in the second region 260 that is the bottom surface of the recess 182. The second interface 261 of the second region 260 is perpendicular (non-parallel) to the c-axis 210. A drain electrode 170 is provided on the second layer 140 in the third region 270 that is the upper surface of the convex portion 181. The third interface 271 of the third region 270 is perpendicular (non-parallel) to the c-axis 210.

このような構造においても、ゲート電極150に対応する第1の領域250では2次元電子ガスが形成されず、また、ソース電極160とドレイン電極170にそれぞれ対応する第2の領域260と第3の領域270では2次元電子ガスが形成される。これにより、半導体装置40によって、製造が容易で、コンタクト抵抗が低く、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型のHEMT半導体装置が実現できる。   Even in such a structure, the two-dimensional electron gas is not formed in the first region 250 corresponding to the gate electrode 150, and the second region 260 and the third region corresponding to the source electrode 160 and the drain electrode 170, respectively. In the region 270, a two-dimensional electron gas is formed. As a result, the semiconductor device 40 can realize a normally-off HEMT semiconductor device that is easy to manufacture, has low contact resistance, and has an ultra-high frequency, high-speed characteristics, and low noise.

また、このような櫛形電極を有する場合も、種々の変形が可能である。一例を説明する。
図13は、本発明の第4の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式図である。
図13(a)は、第4の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式平面図であり、図13(b)は、図13(a)のA−A線断面図である。
図13(a)に表したように、本発明の第4の実施形態に係る別の半導体装置41は、櫛形のゲート電極150、櫛形のソース電極160、櫛形のドレイン電極170を有し、第1の層130は、凸部181と凹部182とを有している。そして、その上に第2の層140が設けられている。
Various modifications are also possible when such a comb-shaped electrode is provided. An example will be described.
FIG. 13 is a schematic view illustrating the configuration of another semiconductor device according to the fourth embodiment of the invention.
FIG. 13A is a schematic plan view illustrating the configuration of another semiconductor device according to the fourth embodiment, and FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. .
As shown in FIG. 13A, another semiconductor device 41 according to the fourth embodiment of the present invention includes a comb-shaped gate electrode 150, a comb-shaped source electrode 160, and a comb-shaped drain electrode 170. One layer 130 has a convex portion 181 and a concave portion 182. And the 2nd layer 140 is provided on it.

そして、図13(b)に表したように、第1の層130のc軸210は、凸部181の上面、凹部182の底面に対して平行となっている。そして、ゲート電極150は、凸部181の上面部と凹部182の底面部の第2の層140の上に設けられている。すなわち、これら凸部181の上面の部分と凹部182の底面の部分が第1の領域であり、この第1の領域250の第1の界面251は、c軸210と実質的に平行となっている。   As shown in FIG. 13B, the c-axis 210 of the first layer 130 is parallel to the top surface of the convex portion 181 and the bottom surface of the concave portion 182. The gate electrode 150 is provided on the second layer 140 on the top surface of the protrusion 181 and the bottom surface of the recess 182. That is, the upper surface portion of the convex portion 181 and the bottom surface portion of the concave portion 182 are the first region, and the first interface 251 of the first region 250 is substantially parallel to the c-axis 210. Yes.

また、凸部181と凹部182の側面における第2の層140の上に、ソース電極160とドレイン電極170が設けられている。そして、第2の領域260の第2の界面261は、c軸210に対して垂直(非平行)となっている。そして、第3の領域270の第3の界面271も、c軸210に対して垂直(非平行)となっている。   A source electrode 160 and a drain electrode 170 are provided on the second layer 140 on the side surfaces of the convex portion 181 and the concave portion 182. The second interface 261 of the second region 260 is perpendicular (non-parallel) to the c-axis 210. The third interface 271 of the third region 270 is also perpendicular (non-parallel) to the c-axis 210.

このような構造においても、ゲート電極150に対応する第1の領域250では2次元電子ガスが形成されず、また、ソース電極160とドレイン電極170にそれぞれ対応する第2の領域260と第3の領域270では2次元電子ガスが形成される。これにより、半導体装置40によって、製造が容易で、コンタクト抵抗が低く、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型のHEMT半導体装置が実現できる。   Even in such a structure, the two-dimensional electron gas is not formed in the first region 250 corresponding to the gate electrode 150, and the second region 260 and the third region corresponding to the source electrode 160 and the drain electrode 170, respectively. In the region 270, a two-dimensional electron gas is formed. As a result, the semiconductor device 40 can realize a normally-off HEMT semiconductor device that is easy to manufacture, has low contact resistance, and has an ultra-high frequency, high-speed characteristics, and low noise.

なお、図13(b)において、凸部181と凹部182の側面は、凸部181の上面、凹部182の底面に対して垂直の側面となっているが、これに限らず、凸部181の上面、凹部182の底面に対して斜めのテーパ形状の側面となっていても良い。   In FIG. 13B, the side surfaces of the convex portion 181 and the concave portion 182 are side surfaces perpendicular to the top surface of the convex portion 181 and the bottom surface of the concave portion 182. The upper surface and the bottom surface of the concave portion 182 may be tapered side surfaces that are oblique.

(第5の実施の形態)
図14は、本発明の第5の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。 図14(a)は、第5の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式平面図であり、図14(b)は、図14(a)のA−A線断面図である。
図14(a)に表したように、本発明の第5の実施形態に係る半導体装置50は、六角形の環状のゲート電極150、六角形のソース電極160、及び、六角形の環状のドレイン電極170を有する。そして、図14(b)に表したように、第1の層130は、平面視で六角形の凹部182を有している。そして、凹部182の深さ方向が、c軸210に対して実質的に平行とされている。また、図14(a)、(b)に示した例では、六角形の凹部182において、それぞれ実質的に平行でない3つの側面219a、219b、219cは、第1の層130の結晶の3つのm面214に対して、それぞれ実質的に平行とされている。
(Fifth embodiment)
FIG. 14 is a schematic view illustrating the configuration of a semiconductor device according to the fifth embodiment of the invention. FIG. 14A is a schematic plan view illustrating the configuration of the semiconductor device according to the fifth embodiment, and FIG. 14B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
As shown in FIG. 14A, the semiconductor device 50 according to the fifth embodiment of the present invention includes a hexagonal annular gate electrode 150, a hexagonal source electrode 160, and a hexagonal annular drain. An electrode 170 is provided. And as represented to FIG.14 (b), the 1st layer 130 has the hexagonal recessed part 182 by planar view. The depth direction of the recess 182 is substantially parallel to the c-axis 210. In the example shown in FIGS. 14A and 14B, in the hexagonal recess 182, the three side surfaces 219 a, 219 b, and 219 c that are not substantially parallel to each other are three of the crystals of the first layer 130. Each of them is substantially parallel to the m-plane 214.

そして、この凹部182の内側に第2の層140が設けられている。そして、凹部182の内側の側面の部分が第1の領域250であり、そして、凹部182の側面における第1の層130と第2の層140との界面が、第1の界面251となる。すなわち、第1の界面251は、c軸210と実質的に平行であり、かつ、六角形の凹部182のそれぞれの側面は、第1の層130のm面214に対して、それぞれ平行である。   A second layer 140 is provided inside the recess 182. A portion on the inner side surface of the recess 182 is the first region 250, and an interface between the first layer 130 and the second layer 140 on the side surface of the recess 182 becomes the first interface 251. That is, the first interface 251 is substantially parallel to the c-axis 210, and each side surface of the hexagonal recess 182 is parallel to the m-plane 214 of the first layer 130. .

一方、凹部182の底面の部分が、第2の領域260であり、第2の領域260における第1の層130と第2の層140との界面、すなわち、第2の界面261は、c軸210に対して垂直(非平行)である。そして、この第2の領域260の第2の層140の上にソース電極160が設けられている。
また、凹部182以外の第1の層130の上の面の部分が、第3の領域270となる。そして、第3の領域270における第1の層130と第2の層140との界面、すなわち、第3の界面271は、c軸に対して垂直(非平行)である。そして、この第3の領域270の第2の層140の上に六角形の環状のドレイン電極170が設けられている。
なお、本実施形態の半導体装置50において、ソース電極160とドレイン電極170とを互いに入れ替えても良い。
On the other hand, the bottom portion of the recess 182 is the second region 260, and the interface between the first layer 130 and the second layer 140 in the second region 260, that is, the second interface 261 is c-axis. It is perpendicular (non-parallel) to 210. A source electrode 160 is provided on the second layer 140 in the second region 260.
Further, a portion of the surface on the first layer 130 other than the concave portion 182 becomes a third region 270. The interface between the first layer 130 and the second layer 140 in the third region 270, that is, the third interface 271 is perpendicular (non-parallel) to the c-axis. A hexagonal annular drain electrode 170 is provided on the second layer 140 in the third region 270.
In the semiconductor device 50 of this embodiment, the source electrode 160 and the drain electrode 170 may be interchanged.

このような構成の半導体装置50でも、ゲート電極150に対応する第1の領域250では2次元電子ガスが形成されず、また、ソース電極160とドレイン電極170にそれぞれ対応する第2の領域260と第3の領域270では2次元電子ガスが形成される。これにより、半導体装置50によって、製造が容易で、コンタクト抵抗が低く、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型のHEMT半導体装置が実現できる。   Even in the semiconductor device 50 having such a configuration, the two-dimensional electron gas is not formed in the first region 250 corresponding to the gate electrode 150, and the second region 260 corresponding to the source electrode 160 and the drain electrode 170 respectively. In the third region 270, a two-dimensional electron gas is formed. Thereby, the semiconductor device 50 can realize a normally-off HEMT semiconductor device that is easy to manufacture, has a low contact resistance, and has an ultra-high frequency, high speed characteristics, and low noise.

なお、上記の半導体装置図50において、凹部182の代わりに凸部181を形成してもよい。以下説明する。
図15は、本発明の第5の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式断面図である。
図15に例示される第5の実施形態に係る別の半導体装置51の平面構造は図14(a)と同様なので省略する。そして、図15は、図14(a)のA−A線断面図である。
図15に表したように、本発明の第5の実施形態に係る別の半導体装置51においては、第1の層130は、平面視で六角形の凸部181を有している。そして、凸部181の高さ方向が、c軸210に対して実質的に平行とされている。そして、図15に示した例では、六角形柱状の凸部181において、それぞれ実質的に平行でない3つの側面219a、219b、219cは、第1の層130の結晶の3つのm面214に対して、それぞれ実質的に平行である。
In the above semiconductor device FIG. 50, a convex portion 181 may be formed instead of the concave portion 182. This will be described below.
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another semiconductor device according to the fifth embodiment of the invention.
The planar structure of another semiconductor device 51 according to the fifth embodiment illustrated in FIG. 15 is the same as that in FIG. FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
As shown in FIG. 15, in another semiconductor device 51 according to the fifth embodiment of the present invention, the first layer 130 has a hexagonal convex portion 181 in plan view. The height direction of the convex portion 181 is substantially parallel to the c-axis 210. In the example shown in FIG. 15, in the hexagonal columnar convex portion 181, the three side surfaces 219 a, 219 b, and 219 c that are not substantially parallel to the three m-planes 214 of the crystal of the first layer 130, respectively. Are substantially parallel to each other.

そして、この凸部181の上面及び側面、並びに凸部181の周囲の、第1の層130の上に第2の層140が設けられている。そして、凸部181の側面の部分が第1の領域250であり、そして、凸部181の側面における第1の層130と第2の層140との界面が、第1の界面251となる。すなわち、第1の界面251は、c軸210に対して実質的に平行であり、かつ、六角形の凸部181のそれぞれの側面は、第1の層130のm面214に対して、それぞれ平行である。   Then, the second layer 140 is provided on the first layer 130 around the upper surface and side surfaces of the convex portion 181 and the convex portion 181. Then, the side portion of the convex portion 181 is the first region 250, and the interface between the first layer 130 and the second layer 140 on the side surface of the convex portion 181 becomes the first interface 251. That is, the first interface 251 is substantially parallel to the c-axis 210, and each side surface of the hexagonal convex portion 181 is respectively defined with respect to the m-plane 214 of the first layer 130. Parallel.

一方、凸部181の上面の部分が、第2の領域260であり、第2の領域260における第1の層130と第2の層140との界面、すなわち、第2の界面261は、c軸210に対して垂直(非平行)である。そして、この第2の領域260の第2の層140の上にソース電極160が設けられている。
また、凸部181の上面でなく、かつ側面でもない部分、すなわち、凸部181の周囲の部分が、第3の領域270となる。そして、第3の領域270における第1の層130と第2の層140との界面、すなわち、第3の界面271は、c軸210に対して垂直(非平行)である。そして、この第3の領域270の第2の層140の上に六角形の環状のドレイン電極170が設けられている。
なお、本実施形態の半導体装置51において、ソース電極160とドレイン電極170とを互いに入れ替えても良い。
On the other hand, the upper surface portion of the convex portion 181 is the second region 260, and the interface between the first layer 130 and the second layer 140 in the second region 260, that is, the second interface 261 is c It is perpendicular (non-parallel) to the axis 210. A source electrode 160 is provided on the second layer 140 in the second region 260.
In addition, a portion that is not the upper surface and the side surface of the convex portion 181, that is, a portion around the convex portion 181 becomes the third region 270. In addition, the interface between the first layer 130 and the second layer 140 in the third region 270, that is, the third interface 271 is perpendicular (non-parallel) to the c-axis 210. A hexagonal annular drain electrode 170 is provided on the second layer 140 in the third region 270.
In the semiconductor device 51 of this embodiment, the source electrode 160 and the drain electrode 170 may be interchanged.

このような構成の半導体装置51も、ゲート電極150に対応する第1の領域250では2次元電子ガスが形成されず、また、ソース電極160とドレイン電極170にそれぞれ対応する第2の領域260と第3の領域270では2次元電子ガスが形成される。これにより、半導体装置51によって、製造が容易で、コンタクト抵抗が低く、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型のHEMT半導体装置が実現できる。   Also in the semiconductor device 51 having such a configuration, the two-dimensional electron gas is not formed in the first region 250 corresponding to the gate electrode 150, and the second region 260 corresponding to the source electrode 160 and the drain electrode 170, respectively. In the third region 270, a two-dimensional electron gas is formed. Thereby, the semiconductor device 51 can realize a normally-off HEMT semiconductor device that is easy to manufacture, has a low contact resistance, and has an ultrahigh frequency, high speed characteristics, and low noise.

(第6の実施の形態)
図16は、本発明の第6の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するフローチャート図である。
図16に表したように、本発明の第6の実施形態に係る半導体装置の製造方法においては、まず、第1の窒化物半導体113からなり、第1の窒化物半導体113のc軸210と実質的に平行な第1の面と、c軸210と実質的に非平行な第2の面と、c軸210と実質的に非平行で第2の面との間に第1の面を介在させる第3の面と、を有する第1の層130を形成する(ステップS110)。ここで、第1の窒化物半導体113には、例えばGaNを用いることができる。
(Sixth embodiment)
FIG. 16 is a flowchart illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the sixth embodiment of the invention.
As shown in FIG. 16, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention, first, the first nitride semiconductor 113 is used, and the c-axis 210 of the first nitride semiconductor 113 The first surface is between a first surface that is substantially parallel, a second surface that is substantially non-parallel to the c-axis 210, and a second surface that is substantially non-parallel to the c-axis 210. A first layer 130 having a third surface to be interposed is formed (step S110). Here, for example, GaN can be used for the first nitride semiconductor 113.

これは、以下のようにして行う。例えば、まず、基板110に用いられる例えばサファイアの結晶のc軸を基板110の主面114に対して適切に設定し、第1の層130となる第1の窒化物半導体113の層をエピタキシャル成長によって形成する。そして、その上に所定のレジストマスクを設けた後に、第1の窒化物半導体113の層をエッチングして段差部131を形成することによって実現できる。
あるいは、例えばサファイアの結晶のc軸を適切に設定した基板110を準備し、基板110の上に所定のレジストマスクを設けた後に、基板110をエッチングすることにより、まず、基板110に段差部111を設ける。そして、その段差部111を覆うように、第1の層130を形成することによって実現できる。
なお上記において、基板110の主面114の上にバッファ層120を形成し、その上に第1の層130を形成することができる。
This is done as follows. For example, first, the c-axis of, for example, a sapphire crystal used for the substrate 110 is appropriately set with respect to the main surface 114 of the substrate 110, and a layer of the first nitride semiconductor 113 to be the first layer 130 is formed by epitaxial growth. Form. And after providing a predetermined resist mask on it, it can implement | achieve by etching the layer of the 1st nitride semiconductor 113, and forming the level | step-difference part 131. FIG.
Alternatively, for example, by preparing the substrate 110 in which the c-axis of the sapphire crystal is appropriately set, providing a predetermined resist mask on the substrate 110, and etching the substrate 110, first, the step portion 111 is formed on the substrate 110. Is provided. And it can implement | achieve by forming the 1st layer 130 so that the level | step-difference part 111 may be covered.
In the above, the buffer layer 120 can be formed on the main surface 114 of the substrate 110, and the first layer 130 can be formed thereon.

そして、第1の窒化物半導体113よりもバンドギャップが大なる第2の窒化物半導体からなり、第1の面と、第2の面と、第3の面とを覆う第2の層140を形成する(ステップS120)。なお、第1の面、第2の面、第3の面は、それぞれ、既に説明した第1の界面251、第2の界面261、第3の界面271と同義である。   The second layer 140 is made of a second nitride semiconductor having a band gap larger than that of the first nitride semiconductor 113 and covers the first surface, the second surface, and the third surface. Form (step S120). The first surface, the second surface, and the third surface are synonymous with the first interface 251, the second interface 261, and the third interface 271 already described.

そして、第1の領域250の第2の層140の上にゲート電極150を形成する(ステップS130)。   Then, the gate electrode 150 is formed on the second layer 140 in the first region 250 (step S130).

そして、第2の領域260の第2の層140の上、及び、第2の面における第1の層130と第2の層140との界面(第2の界面261)の端部、の少なくともいずれかの上にソース電極160を形成する(ステップS140)。   And at least on the second layer 140 in the second region 260 and at the end of the interface between the first layer 130 and the second layer 140 (second interface 261) on the second surface. A source electrode 160 is formed on either of them (step S140).

そして、第3の領域270の第2の層140の上、及び、第3の面における第1の層130と第2の層140との界面(第3の界面271)の端部、の少なくともいずれかの上にドレイン電極170を形成する(ステップS150)。   And at least on the second layer 140 in the third region 270 and at the end of the interface between the first layer 130 and the second layer 140 (third interface 271) on the third surface. A drain electrode 170 is formed on either of them (step S150).

これにより製造された半導体装置は、ゲート電極150に対応する第1の領域250では2次元電子ガスが形成されず、また、ソース電極160とドレイン電極170にそれぞれ対応する第2の領域260と第3の領域270では2次元電子ガスが形成される。これにより、本半導体装置は、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型の動作が可能である。すなわち、本実施形態の製造方法により、コンタクト抵抗が低く、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型HEMT半導体装置を容易に製造できる。   In the manufactured semiconductor device, the two-dimensional electron gas is not formed in the first region 250 corresponding to the gate electrode 150, and the second region 260 and the second region corresponding to the source electrode 160 and the drain electrode 170, respectively. A two-dimensional electron gas is formed in the third region 270. As a result, the semiconductor device is capable of a normally-off operation with ultra-high frequency, high speed characteristics, and low noise. That is, with the manufacturing method of this embodiment, a normally-off HEMT semiconductor device with low contact resistance, ultra-high frequency, high speed characteristics, and low noise can be easily manufactured.

なお、図16に例示したステップS110〜S150の順序は、技術的に可能な範囲で入れ替えても良く、また、ステップS110〜S150を同時に行っても良い。例えば、ゲート電極150を形成するステップS130は、ステップS140やステップS150の後に行っても良く、また、ソース電極160を形成するステップS140とドレイン電極170を形成するステップS150は、同時に実施しても良い。この他、種々の変形が可能である。   Note that the order of steps S110 to S150 illustrated in FIG. 16 may be changed within a technically feasible range, and steps S110 to S150 may be performed simultaneously. For example, step S130 for forming the gate electrode 150 may be performed after step S140 or step S150, and step S140 for forming the source electrode 160 and step S150 for forming the drain electrode 170 may be performed simultaneously. good. In addition, various modifications are possible.

(第1の実施例)
以下、本実施形態の第1の実施例として、図9に例示した半導体装置30の製造方法について説明する。
図17は、本発明の第1の実施例の半導体装置の製造方法を例示する工程順の模式断面図である。
まず、サファイアからなる基板110を準備する。この時、サファイアの結晶のc軸211が、基板110の主面114と実質的に平行になるようにする。例えば、後述するトレンチ180の側面が、(0001)(000−1)となるようなウェーハ117を用いれば良い。そして、図17(a)に表したように、基板110の主面114の上に、例えば、酸化膜からなるマスク材190を、所定の形状で形成する。
次に、図17(b)に表したように、マスク材190をマスクにして、例えば、RIE(Reactive Ion Etching)法により、基板110をエッチングし、トレンチ180を形成する。
そして、図17(c)に表したように、トレンチ180の内部に、バッファ層120として例えばAlNを形成した後、第1の層130としてGaNを例えば3μm、第2の層としてAlGaNを例えば20nmの厚さで、順次エピタキシャル成長する。これによりステップS110及びステップS120が実施される。なお、第1の層130のc軸210は、サファイアからなる基板110のc軸211に対して平行となる。
(First embodiment)
Hereinafter, as a first example of the present embodiment, a method for manufacturing the semiconductor device 30 illustrated in FIG. 9 will be described.
FIG. 17 is a schematic cross-sectional view in order of the processes, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first example of this invention.
First, a substrate 110 made of sapphire is prepared. At this time, the c-axis 211 of the sapphire crystal is made substantially parallel to the main surface 114 of the substrate 110. For example, a wafer 117 whose side surface of a trench 180 described later is (0001) (000-1) may be used. Then, as illustrated in FIG. 17A, a mask material 190 made of, for example, an oxide film is formed in a predetermined shape on the main surface 114 of the substrate 110.
Next, as illustrated in FIG. 17B, the substrate 110 is etched by the RIE (Reactive Ion Etching) method, for example, using the mask material 190 as a mask to form the trench 180.
Then, as shown in FIG. 17C, after AlN is formed as the buffer layer 120 in the trench 180, for example, GaN is 3 μm as the first layer 130, and AlGaN is 20 nm as the second layer, for example. Sequentially epitaxially grow with a thickness of. Thereby, step S110 and step S120 are implemented. The c-axis 210 of the first layer 130 is parallel to the c-axis 211 of the substrate 110 made of sapphire.

そして、マスク材190を除去した後、図17(d)に表したように、基板110の主面114及びトレンチ180の内部にレジスト191を、所定の形状で形成する。
そして、この上に、例えばTi/Al膜を成膜し、そして、レジスト191を剥離することにより、図17(e)に表したように、ソース電極160及びドレイン電極170を形成する。この時、ソース電極160とドレイン電極170は、第1の層130と第2の層140の界面と接するように、すなわち、界面の端部の上に形成する。これにより、2次元電子ガスが取り出しやすくなる。
Then, after removing the mask material 190, as shown in FIG. 17D, a resist 191 is formed in a predetermined shape on the main surface 114 and the trench 180 of the substrate 110.
Then, for example, a Ti / Al film is formed thereon, and the resist 191 is peeled off to form the source electrode 160 and the drain electrode 170 as shown in FIG. At this time, the source electrode 160 and the drain electrode 170 are formed in contact with the interface between the first layer 130 and the second layer 140, that is, on the end portion of the interface. Thereby, it becomes easy to take out the two-dimensional electron gas.

そして、図示しない適当なレジストを設けた後、例えば、ゲート電極150となるPt/Au膜を成膜し、レジストを剥離することにより、図17(f)に表すように、ゲート電極150を形成する。   Then, after providing an appropriate resist (not shown), for example, a Pt / Au film to be the gate electrode 150 is formed, and the resist is removed to form the gate electrode 150 as shown in FIG. To do.

このようにして、第1の層130と第2の層140との界面を、ゲート電極150の部分(第1の領域250)ではc軸に対して平行で、ソース電極160とドレイン電極170の部分(第2の領域260と第3の領域270)ではc軸に対して垂直(非平行)にできる。これにより、ゲート電極150に対応する第1の領域250では2次元電子ガスが形成されず、また、ソース電極160とドレイン電極170にそれぞれ対応する第2の領域260と第3の領域270では2次元電子ガスが形成され、本実施形態に係る本半導体装置は、コンタクト抵抗が低く、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型の動作が可能となる。   In this way, the interface between the first layer 130 and the second layer 140 is parallel to the c-axis in the portion of the gate electrode 150 (first region 250), and the source electrode 160 and the drain electrode 170 The portions (second region 260 and third region 270) can be perpendicular (non-parallel) to the c-axis. Thereby, the two-dimensional electron gas is not formed in the first region 250 corresponding to the gate electrode 150, and 2 in the second region 260 and the third region 270 corresponding to the source electrode 160 and the drain electrode 170, respectively. A three-dimensional electron gas is formed, and the semiconductor device according to the present embodiment has a low contact resistance, and can operate in a normally-off type with ultrahigh frequency, high speed characteristics, and low noise.

(第2の実施例)
図18は、本実施形態の第2の実施例の半導体装置の製造方法を例示する工程順の模式断面図である。
第2の実施例において、基板110にトレンチ180を形成し、その内部に、バッファ層120、第1の層130、第2の層140を形成する工程は、図17(a)〜(c)で説明した第1の実施例と同様とすることができるので説明を省略する。
マスク材190を除去した後、図18(a)に表したように、基板110の主面114及びトレンチ180の内部に、絶縁膜192として、例えば、窒化シリコンを例えば10nmの厚さで形成する。なお、絶縁膜192としては、上記に限らず、例えば、酸化シリコン等各種の材料を用いることができる。
(Second embodiment)
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view in order of the process, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the second example of this embodiment.
In the second embodiment, the steps of forming the trench 180 in the substrate 110 and forming the buffer layer 120, the first layer 130, and the second layer 140 therein are shown in FIGS. 17A to 17C. Since it can be the same as that of the first embodiment described above, the description is omitted.
After removing the mask material 190, as shown in FIG. 18A, as the insulating film 192, for example, silicon nitride is formed to a thickness of, for example, 10 nm on the main surface 114 of the substrate 110 and the trench 180. . Note that the insulating film 192 is not limited to the above, and various materials such as silicon oxide can be used.

そして、絶縁膜192の上に、図示しない所定形状のレジストを形成した後、絶縁膜192にウエットエッチングまたはドライエッチングを施し、ソース・ドレイン電極形成部の絶縁膜192を除去する。その後、第1の実施例と同様に、例えばTi/Al膜を成膜し、リフトオフ法によって、図18(b)に表したように、ソース電極160及びドレイン電極170を形成する。   Then, after a resist having a predetermined shape (not shown) is formed on the insulating film 192, the insulating film 192 is subjected to wet etching or dry etching to remove the insulating film 192 in the source / drain electrode formation portion. Thereafter, similarly to the first embodiment, for example, a Ti / Al film is formed, and the source electrode 160 and the drain electrode 170 are formed by the lift-off method as shown in FIG. 18B.

そして、図示しない適当なレジストを設けた後、例えば、ゲート電極150となるPt/Au膜を成膜し、レジストを剥離することにより、図18(c)に表すように、ゲート電極150を形成する。   Then, after providing an appropriate resist (not shown), for example, a Pt / Au film to be the gate electrode 150 is formed, and the resist is removed to form the gate electrode 150 as shown in FIG. To do.

このようにして、第2の実施例によっても、第1の層130と第2の層140との界面を、ゲート電極150の部分(第1の領域250)ではc軸に対して平行で、ソース電極160とドレイン電極170の部分(第2の領域260と第3の領域270)ではc軸に対して垂直(非平行)にできる。これにより、ゲート電極150に対応する第1の領域250では2次元電子ガスが形成されず、また、ソース電極160とドレイン電極170にそれぞれ対応する第2の領域260と第3の領域270では2次元電子ガスが形成され、本実施形態に係る本半導体装置は、コンタクト抵抗が低く、超高周波数、高速特性、低雑音性のノーマリオフ型の動作が可能となる。また、本実施例では、ゲート電極150と第2の層140の間に絶縁膜192を設けているので、動作安定性が高く、また信頼性の高い半導体装置が得られる。   Thus, also in the second embodiment, the interface between the first layer 130 and the second layer 140 is parallel to the c-axis in the part of the gate electrode 150 (first region 250). The portions of the source electrode 160 and the drain electrode 170 (the second region 260 and the third region 270) can be perpendicular (non-parallel) to the c-axis. Thereby, the two-dimensional electron gas is not formed in the first region 250 corresponding to the gate electrode 150, and 2 in the second region 260 and the third region 270 corresponding to the source electrode 160 and the drain electrode 170, respectively. A three-dimensional electron gas is formed, and the semiconductor device according to the present embodiment has a low contact resistance, and can operate in a normally-off type with ultrahigh frequency, high speed characteristics, and low noise. In this embodiment, since the insulating film 192 is provided between the gate electrode 150 and the second layer 140, a semiconductor device with high operational stability and high reliability can be obtained.

なお、上記の第1、第2の実施例では、基板110として、サファイアを用いた例を示したが、基板110はこれに限定されない。すなわち、例えばシリコンのような立方晶を基板とした時、トレンチ側面が(111)(−1−1−1)となる(011)ウェーハを用いれば良い。また、サファイアやGaNのような六方晶を用いた時は、トレンチ180の側面が(0001)(000−1)となるウェーハを用いれば良い。
また、本発明の実施形態に用いられる基板110は、作製する半導体装置の第1〜第3の界面251、261、271と、c軸210とのなす角が適切に設定されるように、準備されれば良く、用いる材料は任意である。
In the first and second embodiments described above, an example in which sapphire is used as the substrate 110 is shown, but the substrate 110 is not limited to this. That is, for example, when a cubic crystal such as silicon is used as a substrate, a (011) wafer having a trench side surface of (111) (-1-1-1) may be used. Further, when hexagonal crystals such as sapphire and GaN are used, a wafer in which the side surfaces of the trench 180 are (0001) (000-1) may be used.
In addition, the substrate 110 used in the embodiment of the present invention is prepared so that the angle formed between the first to third interfaces 251, 261, 271 and the c-axis 210 of the semiconductor device to be manufactured is appropriately set. Any material may be used.

なお、本願明細書を通じて「平行」には、製造工程のばらつき等による厳密な平行からのずれが含まれ、実質的に平行であれば良い。また、同様に、本願明細書を通じて、「垂直」には、厳密な垂直からのずれが含まれ、実質的に垂直であれば良い。   Throughout the present specification, “parallel” includes a strict deviation from parallel due to variations in manufacturing processes and the like, and may be substantially parallel. Similarly, throughout the present specification, “vertical” includes a deviation from strict vertical and may be substantially vertical.

以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、半導体装置及びその製造方法を構成する各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
The embodiments of the present invention have been described above with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to these specific examples. For example, with regard to the specific configuration of each element constituting the semiconductor device and the method for manufacturing the same, the present invention can be similarly implemented by appropriately selecting from a known range and a similar effect can be obtained. Are included within the scope of the present invention.
Moreover, what combined any two or more elements of each specific example in the technically possible range is also included in the scope of the present invention as long as the gist of the present invention is included.

その他、本発明の実施の形態として上述した半導体装置及びその製造方法を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての半導体装置及びその製造方法も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。   In addition, all semiconductor devices and manufacturing methods that can be implemented by those skilled in the art based on the above-described semiconductor device and manufacturing method described above as embodiments of the present invention include the gist of the present invention. As long as it belongs to the scope of the present invention.

その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。   In addition, in the category of the idea of the present invention, those skilled in the art can conceive various changes and modifications, and it is understood that these changes and modifications also belong to the scope of the present invention. .

本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置に用いられる窒化物半導体の結晶構造を例示する模式図である。1 is a schematic view illustrating a crystal structure of a nitride semiconductor used in a semiconductor device according to a first embodiment of the invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置に用いられる窒化物半導体のバンドを例示するバンド模式図である。1 is a band schematic diagram illustrating a band of a nitride semiconductor used in a semiconductor device according to a first embodiment of the invention. 第1〜第3の比較例の半導体装置の構成を例示する模式断面図である。It is a schematic cross section which illustrates the structure of the semiconductor device of the 1st-3rd comparative example. 本発明の第1の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another semiconductor device according to the first embodiment of the invention. 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a semiconductor device according to a second embodiment of the invention. 本発明の第2の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another semiconductor device according to the second embodiment of the invention. 本発明の第2の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another semiconductor device according to the second embodiment of the invention. 本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a semiconductor device according to a third embodiment of the invention. 本発明の第3の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another semiconductor device according to the third embodiment of the invention. 本発明の第3の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another semiconductor device according to the third embodiment of the invention. 本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。FIG. 10 is a schematic view illustrating the configuration of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the invention. 本発明の第4の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式図である。FIG. 10 is a schematic view illustrating the configuration of another semiconductor device according to the fourth embodiment of the invention. 本発明の第5の実施形態に係る半導体装置の構成を例示する模式図である。FIG. 10 is a schematic view illustrating the configuration of a semiconductor device according to a fifth embodiment of the invention. 本発明の第5の実施形態に係る別の半導体装置の構成を例示する模式断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of another semiconductor device according to the fifth embodiment of the invention. 本発明の第6の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するフローチャート図である。FIG. 10 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to a sixth embodiment of the invention. 本発明の第1の実施例の半導体装置の製造方法を例示する工程順の模式断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view in order of the process, illustrating the method for manufacturing the semiconductor device according to the first example of this invention. 本発明の第2の実施例の半導体装置の製造方法を例示する工程順の模式断面図である。It is a schematic cross section of order of a process which illustrates the manufacturing method of the semiconductor device of the 2nd Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10、11、20、21、21a〜d、22a〜b、30、31a〜e、32a〜f、40、41、50、51、91〜93 半導体装置
110 基板
111、121、131、141 段差部
113 第1の窒化物半導体
114 主面
117 ウェーハ
118 オリエンテーションフラット
120 バッファ層
130 第1の層
132 斜面
140 第2の層
150 ゲート電極
160 ソース電極
170 ドレイン電極
180 トレンチ
181 凸部
182 凹部
190 マスク材
191 レジスト
192 絶縁膜
210、211 c軸
212 c面
213 a面
214 m面
219a〜c 側面
250 第1の領域
251 第1の界面
260 第2の領域
261 第2の界面
270 第3の領域
271 第3の界面
350 第4の領域
360 第5の領域
370 第6の領域
410 ピエゾ分極
411 電界
412 界面
413 2次元電子ガス
414 フェルミ準位
10, 11, 20, 21, 21a-d, 22a-b, 30, 31a-e, 32a-f, 40, 41, 50, 51, 91-93 Semiconductor device 110 Substrate 111, 121, 131, 141 Stepped portion 113 First nitride semiconductor 114 Main surface 117 Wafer 118 Orientation flat 120 Buffer layer 130 First layer 132 Slope 140 Second layer 150 Gate electrode 160 Source electrode 170 Drain electrode 180 Trench 181 Convex part 182 Concave part 190 Mask material 191 Resist 192 Insulating film 210, 211 c-axis 212 c surface 213 a surface 214 m surface 219a-c side surface 250 first region 251 first interface 260 second region 261 second interface 270 third region 271 third Interface 350 350 fourth region 37 Sixth region 410 piezoelectric polarization 411 field 412 interface 413 two-dimensional electron gas 414 Fermi level

Claims (5)

第1の窒化物半導体からなる第1の層と、
前記第1の層の上に設けられ、前記第1の窒化物半導体よりもバンドギャップが大なる第2の窒化物半導体からなる第2の層と、
前記第1の層と前記第2の層との界面のうち、前記第1の層のc軸に対して実質的に平行な第1の領域において、前記第2の層の上に設けられたゲート電極と、
前記第1の層と前記第2の層との前記界面のうち、前記c軸に対して実質的に非平行な第2の領域における前記第2の層の上、及び、前記第2の領域の端部、の少なくともいずれかに設けられたソース電極と、
前記第1の層と前記第2の層との前記界面のうち、前記c軸に対して実質的に非平行であり前記第2の領域との間に前記第1の領域を介在させる第3の領域における前記第2の層の上、及び、前記第3の領域の端部、の少なくともいずれかに設けられたドレイン電極と、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
A first layer made of a first nitride semiconductor;
A second layer made of a second nitride semiconductor provided on the first layer and having a band gap larger than that of the first nitride semiconductor;
Of the interface between the first layer and the second layer, the first region substantially parallel to the c-axis of the first layer is provided on the second layer. A gate electrode;
Of the interface between the first layer and the second layer, on the second layer in the second region substantially non-parallel to the c-axis, and the second region A source electrode provided on at least one of the end portions of
Of the interface between the first layer and the second layer, the third region is substantially non-parallel to the c-axis and interposes the first region with the second region. A drain electrode provided on at least one of the second layer in the region and an end of the third region;
A semiconductor device comprising:
前記第1の領域は、前記第1の層のm面のいずれかに対して実質的に平行であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the first region is substantially parallel to any one of m-planes of the first layer. 前記第1の層は、段差部を有し、
前記第1の領域は、前記段差部と、前記段差部に隣接する領域と、のいずれか一方に設けられ、
前記第2及び第3の領域は、前記段差部と、前記段差部に隣接する領域と、のいずれか他方に設けられたことを特徴とする請求項1また2に記載の半導体装置。
The first layer has a stepped portion,
The first region is provided in any one of the stepped portion and a region adjacent to the stepped portion,
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second and third regions are provided in any one of the stepped portion and a region adjacent to the stepped portion.
前記段差部は、トレンチの側面部であり、
前記第1の領域は、前記トレンチの底面部に設けられ、
前記第2の領域と前記第3の領域は、前記トレンチの前記側面部に設けられたことを特徴とする請求項3記載の半導体装置。
The step portion is a side surface portion of the trench,
The first region is provided on a bottom surface of the trench;
The semiconductor device according to claim 3, wherein the second region and the third region are provided in the side surface portion of the trench.
第1の窒化物半導体からなり、前記第1の窒化物半導体のc軸と実質的に平行な第1の面と、前記c軸と実質的に非平行な第2の面と、前記c軸と実質的に非平行で前記第2の面との間に前記第1の面を介在させる第3の面と、を有する第1の層を形成し、
前記第1の窒化物半導体よりもバンドギャップが大なる第2の窒化物半導体からなり、前記第1の面と、前記第2の面と、前記第3の面と、を覆う第2の層を形成し、
前記第1の面の前記第2の層の上にゲート電極を形成し、
前記第2の面の前記第2の層の上、及び、前記第2の面における前記第1の層と前記第2の層との界面の端部、の少なくともいずれかにソース電極を形成し、
前記第3の面の前記第2の層の上、及び、前記第3の面における前記第1の層と前記第2の層との界面の端部、の少なくともいずれかにドレイン電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first surface made of a first nitride semiconductor, substantially parallel to the c-axis of the first nitride semiconductor, a second surface substantially non-parallel to the c-axis, and the c-axis And a third surface that is substantially non-parallel to the second surface and interposes the first surface,
A second layer made of a second nitride semiconductor having a band gap larger than that of the first nitride semiconductor, and covering the first surface, the second surface, and the third surface. Form the
Forming a gate electrode on the second layer of the first surface;
A source electrode is formed on at least one of the second layer on the second surface and an end portion of the interface between the first layer and the second layer on the second surface. ,
A drain electrode is formed on at least one of the second layer on the third surface and an end of the interface between the first layer and the second layer on the third surface. A method for manufacturing a semiconductor device.
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