JP2010212596A - Field effect transistor - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体を用いた横型の電界効果型トランジスタ(FET)に関する。 The present invention relates to a lateral field effect transistor (FET) using a semiconductor.
従来、半導体を用いた横型のFETは、スイッチング素子として広く用いられている。例えば、窒化物半導体を用いたFETは、高い絶縁破壊電界強度と、高い熱伝導率を有していることから、高周波のパワーデバイス用のスイッチング素子として非常に有望である。 Conventionally, a lateral FET using a semiconductor has been widely used as a switching element. For example, an FET using a nitride semiconductor is very promising as a switching element for a high-frequency power device because it has high breakdown field strength and high thermal conductivity.
図7に、ヘテロ接合を利用した代表的な横型のnチャネル型FETの概略断面を示す。図7に示す電界効果型トランジスタでは、基板901上にチャネル層902が形成され、このチャネル層902の上部に上記チャネル層902よりも大きなバンドギャップを持ったバリア層903が形成されている。そして、互いに異なるバンドギャップを有するチャネル層902とバリア層903との界面にはヘテロ接合が形成されている。なお、ヘテロ接合界面の近傍には電子が高濃度で蓄積し、2次元電子ガス907が存在している。また、バリア層903には、ソース電極904,ドレイン電極906およびゲート電極905が形成されている。
FIG. 7 shows a schematic cross section of a typical lateral n-channel FET using a heterojunction. In the field effect transistor shown in FIG. 7, a
従来、電極を形成する際、FETでは動作時の順方向電圧を下げるため、一般に、電極材料として適当な金属材料を積層し、それを高温熱処理に付して合金化するといった手法を行っている(例えば、特許文献1(特開平9−69623号公報)および特許文献2(特開2001−196574公報)等を参照。)。 Conventionally, when forming an electrode, in order to lower the forward voltage during operation, the FET is generally laminated with an appropriate metal material as an electrode material and alloyed by subjecting it to high-temperature heat treatment. (See, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 9-69623) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-196574)).
ところが、図7に示すような構造の横型のFETにおいて、電極形成の際に高温熱処理を行った場合、ソース電極904と基板901とを接続し、ドレイン電極906への印加電圧を増加させるに伴い、リーク電流の急増が観測された。この急増は、窒化物半導体を用いたFETでより顕著であった。
However, in the lateral FET having the structure shown in FIG. 7, when high-temperature heat treatment is performed at the time of electrode formation, the
これについて、図8、図9を参照してより詳しく説明する。 This will be described in more detail with reference to FIGS.
図8は、図7に示したFETにおいて、ドレイン電極906に電圧を印加した場合における、ドレイン電極906下側の1点鎖線の線分B−B’に沿ったエネルギーバンド図である。また、図9は、窒化物半導体を用いたFETにおいて、熱処理によりオーミックコンタクトを形成した場合における、ドレイン電極935下部の断面を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察した写真である。
FIG. 8 is an energy band diagram along a dashed line B-B ′ of the lower side of the
図9では、Si基板931上へ半導体層をエピタキシャル成膜する際、格子不整合により生じた転位936を介して、Hf/Al/Auからなるドレイン電極935の金属材料がAlGaNからなるバリア層934内部へ侵入することで生成されたメタル侵入領域937が観察される。図9のメタル侵入領域937は、図7のメタル侵入部908に対応している。このメタル侵入部908により、図8のバンド図に示す準位925が形成される。図8において、符号927はホールを示し、符号924は図7のドレイン電極906に対応する領域を示し、符号923は図7のバリア層903に対応する領域を示し、符号922は図7のチャネル層902に対応する領域を示す。また、図9において、符号932はバッファー層、符号933はGaNからなるチャネル層を表している。
In FIG. 9, when the semiconductor layer is epitaxially formed on the
このような場合において、ソース電極904と基板901とを接続し、ドレイン電極906に電圧を印加した場合、ドレイン電極906下部において、ドレイン電極906から基板901に向かう縦方向の電界Zが発生する。この電界Zの増大に伴い、図8に示すように、ホール927が、符号924で表されるドレイン電極906の領域から、符号923で表されるバリア層903の領域内へのメタルの侵入による準位925を介して、符号922で表されるチャネル層902の領域に注入される。このことにより、上記ドレイン電極からバリア層へのメタルの侵入は、リーク電流(ホールリーク)を増加させると考えられる。
In such a case, when the
そこで、この発明の課題は、ドレイン電極からのリーク電流を防止できる電界効果型トランジスタを提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a field effect transistor capable of preventing leakage current from the drain electrode.
上記課題を解決するため、この発明の電界効果型トランジスタは、基板と、
上記基板上に形成されたチャネル層と、
上記チャネル層上に形成されたソース電極,ドレイン電極およびゲート電極とを備え、
上記ドレイン電極は上記チャネル層にショットキー接合されていることを特徴としている。
In order to solve the above problems, a field effect transistor of the present invention comprises a substrate,
A channel layer formed on the substrate;
A source electrode, a drain electrode and a gate electrode formed on the channel layer;
The drain electrode is characterized by having a Schottky junction with the channel layer.
この発明の電界効果型トランジスタによれば、上記ドレイン電極が上記チャネル層にショットキー接合されているので、従来の熱処理によりドレイン電極にオーミックコンタクトを形成する場合と異なり、ドレイン電極下へメタルが侵入することを回避できる。よって、このメタル侵入で発生するために生じるリーク電流を低減することが可能であり、電界効果型トランジスタにおける破壊電圧を向上できる。よって、この発明の電界効果型トランジスタによれば、特に、大電力・高周波用途に用いられる横型の電界効果トランジスタにおいて有効である。 According to the field effect transistor of the present invention, since the drain electrode is Schottky-bonded to the channel layer, unlike the conventional case where an ohmic contact is formed on the drain electrode by heat treatment, metal penetrates under the drain electrode. Can be avoided. Therefore, it is possible to reduce the leakage current generated due to the metal penetration, and the breakdown voltage in the field effect transistor can be improved. Therefore, the field effect transistor according to the present invention is particularly effective in a lateral field effect transistor used for high power / high frequency applications.
また、この発明の電界効果型トランジスタによれば、ドレイン電極の接合にショットキー接合を利用していることから、逆電圧が印加された際に良好な電流遮断能力を持つ。よって、マトリックスコンバーターなどと言った電力変換装置において特に有用である。 In addition, according to the field effect transistor of the present invention, since a Schottky junction is used for the junction of the drain electrode, it has a good current interruption capability when a reverse voltage is applied. Therefore, it is particularly useful in a power conversion device such as a matrix converter.
また、一実施形態の電界効果型トランジスタは、上記ソース電極は上記チャネル層にオーミックコンタクトされている。 In one embodiment, the source electrode is in ohmic contact with the channel layer.
この実施形態によれば、上記ソース電極とチャネル層との電気的接続において、オーミック性の電圧-電流特性が得られる。 According to this embodiment, ohmic voltage-current characteristics can be obtained in the electrical connection between the source electrode and the channel layer.
また、一実施形態の電界効果型トランジスタでは、上記チャネル層は、III族窒化物系化合物半導体層である。 In one embodiment, the channel layer is a group III nitride compound semiconductor layer.
この実施形態によれば、ドレイン電極からのリーク電流の発生が顕著になる傾向がある窒化物半導体による電界効果型トランジスタにおいてドレイン電極からのリーク電流を防止できる。 According to this embodiment, it is possible to prevent leakage current from the drain electrode in a field effect transistor using a nitride semiconductor, in which generation of leakage current from the drain electrode tends to be significant.
また、一実施形態の電界効果型トランジスタでは、上記基板は、導電性基板である。 In one embodiment, the substrate is a conductive substrate.
この実施形態によれば、導電性基板を用いることにより、下地基板部分への電界強度が増加しブレイクダウンすることによる電流増加を防ぐことができる。 According to this embodiment, by using a conductive substrate, it is possible to prevent an increase in current due to an increase in electric field strength to the base substrate portion and breakdown.
すなわち、実装などにより基板下部を接地(またはソース電極と接続)し、ドレイン電極に高電圧を印加した際、ドレイン電極から基板へ向かう大きな電界が生じるが、絶縁性の基板の場合、この電界が基板にかかりブレイクダウンを起こす可能性がある。これに対し、導電性基板を用いることで、基板内部の電界強度の増大によるブレイクダウンを防ぐことができ、ブレイクダウンによる電流増加を防ぐことができる。 That is, when the lower part of the substrate is grounded (or connected to the source electrode) by mounting or the like and a high voltage is applied to the drain electrode, a large electric field is generated from the drain electrode to the substrate. There is a possibility of causing breakdown on the substrate. In contrast, by using a conductive substrate, breakdown due to an increase in electric field strength inside the substrate can be prevented, and an increase in current due to breakdown can be prevented.
たとえば、GaN on Siの高耐圧デバイスを作製する上での問題点として、GaNの破壊が起きる前にGaNの下にあるSi基板で素子の破壊が起こってしまうことが挙げられる。この破壊は、Siの絶縁破壊耐圧がGaNの絶縁破壊耐圧に比べて小さいために起こる。そこで、例えば、導電性のSi基板を用いることにより、GaNの下地基板となるSi基板への電界集中を防ぐことができる。これにより、SiがGaNよりも先にブレイクダウンを起こすことを防ぎ、素子の破壊(リーク電流の増加)を防ぐことができる。 For example, as a problem in manufacturing a high breakdown voltage device of GaN on Si, element breakdown occurs in the Si substrate under the GaN before GaN breakdown occurs. This breakdown occurs because the breakdown voltage of Si is smaller than the breakdown voltage of GaN. Therefore, for example, by using a conductive Si substrate, it is possible to prevent electric field concentration on the Si substrate that is the underlying substrate of GaN. Thereby, Si can be prevented from breaking down before GaN, and element breakdown (increase in leakage current) can be prevented.
また、一実施形態の電界効果型トランジスタでは、上記ドレイン電極と上記チャネル層との間に形成されていると共に上記チャネル層と同じ導電型の拡散領域を有し、
上記ドレイン電極は、上記拡散領域によって上記チャネル層に接合されている。
In one embodiment, the field effect transistor has a diffusion region formed between the drain electrode and the channel layer and having the same conductivity type as the channel layer,
The drain electrode is joined to the channel layer by the diffusion region.
この実施形態によれば、上記拡散領域によって、ドレイン電極‐2次元電子ガス間における接触抵抗を低減できる。 According to this embodiment, the contact resistance between the drain electrode and the two-dimensional electron gas can be reduced by the diffusion region.
また、一実施形態の電界効果型トランジスタでは、上記基板と上記チャネル層との間で上記基板上に形成されたバッファー層と、
上記バッファー層と上記チャネル層との間で上記チャネル層の直下に形成された半導体テンプレート層と、
上記チャネル層上に形成されたバリア層とを備え、
上記バリア層上に上記ソース電極,ドレイン電極およびゲート電極が形成され、
上記ソース電極は、上記バリア層を介して上記チャネル層にオーミックコンタクトしており、
上記ドレイン電極は、上記バリア層を介して上記チャネル層にショットキー接合されており、
かつ、上記チャネル層は、上記テンプレート層および上記バリア層のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有している。
In one embodiment of the field effect transistor, a buffer layer formed on the substrate between the substrate and the channel layer;
A semiconductor template layer formed immediately below the channel layer between the buffer layer and the channel layer;
A barrier layer formed on the channel layer,
The source electrode, drain electrode and gate electrode are formed on the barrier layer,
The source electrode is in ohmic contact with the channel layer through the barrier layer,
The drain electrode is Schottky joined to the channel layer through the barrier layer,
The channel layer has a band gap smaller than that of the template layer and the barrier layer.
この実施形態によれば、上記チャネル層は、上記テンプレート層および上記バリア層のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有しているので、キャリアを上記チャネル層に閉じ込めることができる。すなわち、キャリアが上記半導体テンプレート層、バッファー層、基板を通って移動することによるリーク電流(つまりパラレルコンダクション)を低減できる。 According to this embodiment, since the channel layer has a band gap smaller than the band gaps of the template layer and the barrier layer, carriers can be confined in the channel layer. That is, leakage current (that is, parallel conduction) due to carriers moving through the semiconductor template layer, the buffer layer, and the substrate can be reduced.
また、一実施形態の電界効果型トランジスタでは、上記バッファー層が、III族窒化物系化合物半導体層であり、
上記半導体テンプレート層が、AlGaN層であり、
上記チャネル層が、GaN層であり、
上記バリア層が、AlGaN層であり、
上記ソース電極,ドレイン電極およびゲート電極が、キャップ層としてのGaN層を介して、上記バリア層上に形成され、
上記ソース電極が、上記バリア層およびキャップ層を介して、上記半導体チャネル層にオーミックコンタクトしており、
上記ドレイン電極が、上記バリア層およびキャップ層を介して、上記チャネル層にショットキー接合されている。
Further, in the field effect transistor of one embodiment, the buffer layer is a group III nitride compound semiconductor layer,
The semiconductor template layer is an AlGaN layer;
The channel layer is a GaN layer;
The barrier layer is an AlGaN layer;
The source electrode, drain electrode and gate electrode are formed on the barrier layer via a GaN layer as a cap layer,
The source electrode is in ohmic contact with the semiconductor channel layer through the barrier layer and the cap layer,
The drain electrode is Schottky bonded to the channel layer via the barrier layer and the cap layer.
この実施形態によれば、GaN系材料を用いることにより、高耐圧かつ高速スイッチング動作を実現できる。 According to this embodiment, by using a GaN-based material, a high breakdown voltage and a high-speed switching operation can be realized.
また、一実施形態の電界効果型トランジスタでは、上記ゲート電極がリセス構造上に形成されている。 In one embodiment, the gate electrode is formed on a recess structure.
この実施形態によれば、上記ゲート電極をリセス構造上に形成することによるノーマリオフ化が可能となる。また、相互コンダクタンスの向上を図ることができる。 According to this embodiment, normally-off can be achieved by forming the gate electrode on the recess structure. Further, mutual conductance can be improved.
上記ノーマリオフ化に関しては、ゲートリセス構造を作製することにより原理的に可能である。例えば、二次元電子ガス領域まで深くリセスを行いMIS構造と組み合わせることにより可能になる。 The above-mentioned normally-off can be made in principle by producing a gate recess structure. For example, it becomes possible by deeply recessing the two-dimensional electron gas region and combining it with the MIS structure.
また、一実施形態の電界効果型トランジスタでは、上記ゲート電極がMIS構造を構成している。 Moreover, in the field effect transistor of one embodiment, the gate electrode constitutes a MIS structure.
この実施形態によれば、MIS(Metal Insulator Semiconductor Structure)ゲート構造により、ゲートリーク電流を低減し、耐圧を向上できる。 According to this embodiment, the gate leakage current can be reduced and the breakdown voltage can be improved by the MIS (Metal Insulator Semiconductor Structure) gate structure.
この発明の電界効果型トランジスタによれば、ドレイン電極がチャネル層にショットキー接合されているので、従来の熱処理によりドレイン電極にオーミックコンタクトを形成する場合と異なり、ドレイン電極下部へメタルが侵入することを回避できる。よって、このメタル侵入が発生するために生じるリーク電流を低減することが可能であり、電界効果型トランジスタにおける破壊電圧を向上できる。よって、この発明の電界効果型トランジスタによれば、特に、大電力・高周波用途に有効に用いられる横型の電界効果トランジスタを実現できる。 According to the field effect transistor of the present invention, since the drain electrode is Schottky-bonded to the channel layer, unlike the case where an ohmic contact is formed on the drain electrode by conventional heat treatment, metal penetrates into the lower portion of the drain electrode. Can be avoided. Therefore, it is possible to reduce the leakage current caused by the metal penetration, and improve the breakdown voltage in the field effect transistor. Therefore, according to the field effect transistor of the present invention, it is possible to realize a lateral field effect transistor that is effectively used particularly for high power / high frequency applications.
また、この発明の電界効果型トランジスタによれば、ドレイン電極の接合にショットキー接合を利用していることから、逆電圧が印加された際に良好な電流遮断能力を持つ。よって、マトリックスコンバーターなどと言った電力変換装置において特に有用である。 In addition, according to the field effect transistor of the present invention, since a Schottky junction is used for the junction of the drain electrode, it has a good current interruption capability when a reverse voltage is applied. Therefore, it is particularly useful in a power conversion device such as a matrix converter.
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明するが、この発明は、以下の実施形態により限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments, but the present invention is not limited to the following embodiments.
(第1の実施の形態)
図1は、第1実施形態である電界効果トランジスタの概略断面図である。この第1実施形態では、ソース電極107,ドレイン電極109の下にそれぞれ拡散領域であるn+型領域113,112が形成されていて、ドレイン電極109がショットキー接合によりGaNチャネル層104上に形成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a field effect transistor according to the first embodiment. In the first embodiment, the
図1に示すように、この第1実施形態に係る半導体装置である電界効果トランジスタは、厚さが0.5μmのAlNからなるバッファー層102、厚さが1μmのAlXGa1−XNからなるテンプレート層103、厚さが0.02μmのGaNからなるチャネル層104、厚さが0.025μmのAlXGa1−XNからなるバリア層105、厚さが10ÅのGaNからなるキャップ層106が、n+-Siからなる導電性基板101上に順に形成されており、第1導電型チャネルでは電子がキャリアとなりトランジスタが動作する。図1において、符号110は2次元電子ガスを表し、符合111はメタル侵入部を表している。
As shown in FIG. 1, the field effect transistor which is a semiconductor device according to the first embodiment includes a
また、この実施形態では、テンプレート層103におけるAl混晶比xを0.05とし、バリア層105におけるAl混晶比xを0.25としている。
In this embodiment, the Al mixed crystal ratio x in the
なお、導電性基板101に替えて、n+‐Si基板または高抵抗基板などを用いてもよい。
Note that an n + -Si substrate, a high-resistance substrate, or the like may be used instead of the
また、ゲート電極108は真空蒸着法を用いてGaNキャップ層106上に形成されている。
The
次に、この実施形態におけるソース電極107の下のn+領域112およびソース電極107の形成方法について説明する。
Next, a method for forming the n + region 112 and the
ソース電極107の下に形成されているn+型領域113は、Siのイオン注入により形成される。すなわち、このn+型領域113は、オーミックコンタクトにおける接触抵抗を低減させるために、ドライエッチングにより、幅2.6μmでGaNキャップ層106のエッチングを行った後、イオン注入によりドーパントであるSiを1×1015(1/cm2)で注入して作製されている。
The n + -
また、ソース電極107は、幅3.0μmのHf/Al/Auをn+領域113上に真空蒸着法を用いて積層することにより形成され、850℃で30秒間の熱処理を行うことにより、GaNチャネル層104と電気的に接続されている。
The
なお、ソース電極107を形成するのに用いる金属は、Ti,Zr,Hf,Al,AlSi,W,WN,Au,Ptから選択された少なくとも一種の金属を用いている。また、ソース電極107はスパッタ法を用いて形成してもよい。
The metal used to form the
次に、この実施形態におけるドレイン電極109の下のn+型領域(拡散領域)112およびドレイン電極109の形成方法について説明する。
Next, a method for forming the n + -type region (diffusion region) 112 and the
ドレイン電極109の下に形成されているn+型領域112は、Siのイオン注入により形成される。また、このn+型領域112は、ドライエッチングにより、幅2.6μmでGaNキャップ層106のエッチングを行った後に、イオン注入によりドーパントであるSiを1×1015(1/cm2)で注入して作製されている。なお、n+型領域112は、エピタキシャル成長やSiの熱拡散を用いて形成してもよい。
The n + -
また、ドレイン電極109は、幅3.0μm のWN/Alをn+領域112上に真空蒸着法を用いて積層することにより形成されており、n+型領域112を介してGaNチャネル層104とショットキー接続されている。なお、ドレイン電極109を形成するのに用いる金属は、熱的に安定しているW/Auが最も望ましいが、例えば、Ti/Pt/Auといった他の熱的に安定した電極金属を用いてもよい。また、ドレイン電極109はスパッタ法を用いて形成してもよい。
The
次に、この実施形態の横型電界効果型トランジスタにより得られる効果について説明する。 Next, the effect obtained by the lateral field effect transistor of this embodiment will be described.
図2は、上述の第1実施形態において、ソース電極107と基板101とを接続した状態において、ドレイン電極109への印加電圧(V)に対するリーク電流(A)の特性を示したグラフである。このグラフの特性K1は、ドレイン電極109を構成する金属材料としてHf/Al/Auを用いた場合の特性であり、特性K2は、ドレイン電極109を構成する金属材料としてWN/Auを用いた場合の特性である。
FIG. 2 is a graph showing the characteristics of the leakage current (A) with respect to the voltage (V) applied to the
図2の特性K1に示すように、ドレイン電極109をHf/Al/Auで構成して従来の熱処理によりオーミックコンタクトを形成した場合、ドレイン電極109への印加電圧が増加するに従い、リーク電流が急激に増加することを示している。
As shown by the characteristic K1 in FIG. 2, when the
一方、図2の特性K2に示すように、ドレイン電極109を熱的に安定な電極材料であるWN/Auで作製した場合、ドレイン電極へ電圧印加した際に生じるリーク電流増加が特性K1に比べて抑制されている。これは、WN/Auで作製したドレイン電極109は、Hf/Al/Auを用いて熱処理を行って作製したドレイン電極109と比較して、熱的に安定であり、AlGaNバリア層105への転位を介したメタル侵入が抑制された結果であると考えられる。
On the other hand, as shown by the characteristic K2 in FIG. 2, when the
このように、WN/Auで作製したドレイン電極109により、ドレイン電極109からチャネル層104へのホールによるリーク電流を抑制できるといった効果が得られる。
As described above, the
また、この実施形態では、GaNからなるチャネル層104のバンドギャップが、Al0.05Ga0.95Nからなるテンプレート層103のバンドギャップおよびAl0.25Ga0.75Nからなるバリア層105のバンドギャップより小さい。つまり、ダブルヘテロ構造であるため、キャリアである電子をGaNチャネル層104に閉じ込めることができる。さらに、ソース電極107の下およびドレイン電極109の下におけるイオン注入領域であるn+領域113,112は、ソース電極107の下のテンプレート層103まで届かないように形成されている。
In this embodiment, the band gap of the
この構成によって、キャリアである電子の大部分がチャネル層104に閉じ込められるので、電子がテンプレート層103、バッファー層102および基板101を介して移動することによるリーク電流、つまりパラレルコンダクションを低減できる。さらに、イオン注入領域であるn+領域112,113が形成されているので、電極107,109と二次元電子ガス110との間における接触抵抗も低減できる。
With this configuration, most of electrons serving as carriers are confined in the
この発明は、ドレイン電極から基板への電界が大きくなる、特にソース電極および基板を接地した場合に有効である。 The present invention is effective when the electric field from the drain electrode to the substrate is increased, particularly when the source electrode and the substrate are grounded.
なお、この発明は、ドレイン電極から基板への大きな電界が生じる導電性基板を用いた場合に特に有効であるが、絶縁性基板を用いてもよい。また、この発明は、基板上に半導体層のエピタキシャル成長を行う際に、特に転位が垂直に形成される場合、例えば、窒化物半導体のc面エピタキシャル成長で作製される場合などに有効である。 Although the present invention is particularly effective when a conductive substrate that generates a large electric field from the drain electrode to the substrate is used, an insulating substrate may be used. In addition, the present invention is effective when the semiconductor layer is epitaxially grown on the substrate, particularly when dislocations are formed vertically, for example, when the semiconductor layer is formed by c-plane epitaxial growth of a nitride semiconductor.
(第2の実施の形態)
図3は、この発明の第2実施形態の電界効果トランジスタの概略断面図である。この電界効果トランジスタはダブルへテロ構造を有している。
(Second embodiment)
FIG. 3 is a schematic sectional view of a field effect transistor according to the second embodiment of the present invention. This field effect transistor has a double hetero structure.
この第2実施形態は、図3に示すように、ソース電極207,ドレイン電極209の下にそれぞれ拡散領域であるn+領域213,212が形成されている。このn+領域(拡散領域)213は、ソース電極207下にショットキー接合により形成されており、上記n+領域(拡散領域)212は、ドレイン電極209下にショットキー接合により形成されている。つまり、この実施形態では、ソース電極207とドレイン電極209の両方の電極がn+領域(拡散領域)213,212を介してチャネル層204にショットキー接合されている。
In the second embodiment, as shown in FIG. 3, n + regions 213 and 212 which are diffusion regions are formed under the
図3に示すように、この第2実施形態は、厚さが0.5μmのAlN/GaNの積層構造からなるバッファー層202、厚さが1μmのAlXGa1−XN(x=0.05)からなるテンプレート層203、厚さが0.02μmのGaNからなるチャネル層204、厚さが0.025μmのAlXGa1−XN(x=0.25)からなるバリア層205、厚さが10ÅのGaNからなるキャップ層206が、n+−Siからなる導電性の基板201上に順に形成されている。上記チャネル層204では、電子がキャリアとなりトランジスタが動作する。図3において、符号210は2次元電子ガスを表している。
As shown in FIG. 3, in the second embodiment, a
また、ゲート電極208は、真空蒸着法を用いてキャップ層206上に形成されている。
Further, the
次に、この第2実施形態におけるソース電極207およびドレイン電極209と、ソース電極207下のn+領域(拡散領域)213およびドレイン電極209下のn+領域(拡散領域)212の形成方法を説明する。
Next, a method of forming the
ドレイン電極209,ソース電極207の下におけるn+領域(拡散領域)212,213はイオン注入により形成した。また、ソース電極207およびドレイン電極209は、真空蒸着法を用いて、n+領域(拡散領域)212,213上に幅3.0μmのWN/Auを積層することにより形成した。なお、ソース電極207とドレイン電極209は、スパッタ法を用いて形成してもよい。
The n + regions (diffusion regions) 212 and 213 under the
この第2実施形態のように、WN/Auで作製したソース電極207,ドレイン電極209は、Hf/Al/Auを用いて熱処理を行って作製したソース電極,ドレイン電極と比較して、熱的に安定であり、AlGaNバリア層205への転位を介したメタル侵入を抑制できる。したがって、この第2実施形態によれば、前述の第1実施形態と同様に、ドレイン電極209からAlGaNバリア層205へのメタル侵入を抑制でき、メタルの侵入によるリーク電流を防止でき、ドレイン電極209からチャネル層204へのホールによるリーク電流を抑制できるという効果が得られる。
As in the second embodiment, the
また、この第2実施形態では、GaNからなるチャネル層204のバンドギャップが、Al0.05Ga0.95Nからなるテンプレート層203およびAl0.25Ga0.75Nからなるバリア層205のバンドギャップより小さいので、キャリアである電子は通常チャネル層204に閉じ込められる。さらに、ソース電極207,ドレイン電極209下のイオン注入領域であるn+領域213,212は、ソース電極207,ドレイン電極209下のテンプレート層203まで届かないように形成されている。
In the second embodiment, the band gap of the
この構成によって、キャリアである電子の大部分がチャネル層204に閉じ込められるから、電子がテンプレート層203、バッファー層202および基板201を介して移動することによるリーク電流、つまりパラレルコンダクションを低減できる。さらに、イオン注入領域であるn+領域212,213が形成されているので、電極207,209と二次元電子ガス210との間における接触抵抗も低減できる。
With this configuration, since most of the electrons that are carriers are confined in the
なお、この発明は、ドレイン電極から基板への電界が大きくなる、ソース電極および基板を接地した場合に特に有効である。なお、マトリックスコンバーターなどの電力変換装置における双方向スイッチとして利用する場合に、特に有効である。 The present invention is particularly effective when the source electrode and the substrate are grounded, where the electric field from the drain electrode to the substrate increases. It is particularly effective when used as a bidirectional switch in a power converter such as a matrix converter.
(第3の実施の形態)
図4は、この発明の第3実施形態の電界効果トランジスタの概略断面図である。この第3実施形態は、MISFET構造を有している。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a field effect transistor according to the third embodiment of the present invention. The third embodiment has a MISFET structure.
この第3実施形態は、図4に示すように、バッファー層302、テンプレート層303、チャネル層304、バリア層305、絶縁膜層313が、基板301上に順に形成されている。この実施形態では、一例として、バッファー層302は厚さが0.5μmのAlNからなり、テンプレート層303は厚さが1μmのAlXGa1−XN(x=0.05)からなる。また、この実施形態では、一例として、チャネル層304は厚さが0.02μmのGaNからなり、バリア層305は厚さが0.025μmのAlXGa1−XN(x=0.25)からなる。また、チャネル層304では電子がキャリアとなりFETが動作する。図4において、符号310は2次元電子ガスを意味する。また、符合311はメタル侵入部を表している。また、この実施形態では、基板301を導電性基板としたが、n+‐Si基板または高抵抗基板などでも良い。
In the third embodiment, as shown in FIG. 4, a
また、ゲート電極308は、良好なゲート絶縁特性を得るために絶縁膜層313上に形成されている。つまり、この第3実施形態は、MISFET構造である。なお、ゲート電極308下の絶縁膜層313としては酸化膜を用いてもよい。
The
また、WN/Auで作製したソース電極307は、AlGaNバリア層305上に直接接するように、絶縁膜層313をエッチングした領域に材料金属を積層することにより形成されており、チャネル層304と電気的に接続されている。つまり、WN/Auソース電極307は、GaNチャネル層304に対してオーミックコンタクトが得られている。
The source electrode 307 made of WN / Au is formed by laminating a material metal in a region where the insulating
次に、WN/Auで作製したドレイン電極309下におけるn+領域(拡散領域)312およびドレイン電極309の形成方法を説明する。
Next, a method for forming the n + region (diffusion region) 312 and the
ドレイン電極309下におけるn+領域(活性領域)312は、イオン注入または拡散により形成される。また、ドレイン電極309は、絶縁膜層313をエッチングし、n+領域(活性領域)312上に直接接するよう形成され、n+領域312を介してGaNチャネル層304にショットキー接続されている。
An n + region (active region) 312 under the
この第3実施形態によれば、前述の第1実施形態と同様に、WN/Auドレイン電極309は、熱的に安定であり、AlGaNバリア層305への転位を介したメタル侵入が抑制された結果、ドレイン電極309からチャネル層304へのホールによるリーク電流を抑制できる。
According to the third embodiment, similarly to the first embodiment described above, the WN /
(第4の実施の形態)
図5は、この発明の第4の実施形態の電界効果トランジスタの概略断面図である。この第4実施形態では、ゲート電極408がリセス構造上に形成されている。
(Fourth embodiment)
FIG. 5 is a schematic sectional view of a field effect transistor according to a fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, the
この第4実施形態は、図5に示すように、バッファー層402、チャネル層404、バリア層405が、基板401上に順に形成されている。バッファー層402は厚さが0.5μmのAlN/GaNの積層構造からなり、チャネル層404は、厚さが1.0μmのGaNからなる。また、バリア層405は、厚さが0.025μmのAlXGa1−XN(x=0.25)からなり、基板401は、n+−Siからなる導電性基板である。また、上記バリア層405上に厚さが10ÅのGaNからなるキャップ層406が形成されている。
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 5, a
上記GaNチャネル層404では、電子がキャリアとなりFETが動作する。図5において、符号410は2次元電子ガスを表している。
In the
また、ゲート電極408は、良好なピンチオフ特性を得るため、図5に示すように、チャネル層404上においてバリア層405,キャップ層406がエッチングされた領域上に形成されている。つまり、ゲート電極408は、リセス構造上に形成されている。
Further, in order to obtain good pinch-off characteristics, the
次に、ソース電極407,ドレイン電極409と、ソース電極407,ドレイン電極409下におけるn+領域(拡散領域)413,412の形成方法を説明する。
Next, a method for forming the
ソース電極407,ドレイン電極409下の拡散領域413,412は、Si拡散により形成される。つまり、キャップ層406のエッチングを行い、エッチング部分を覆うようにSi層を形成し、このSi層のSiを熱処理により電極407,409を形成した部分の下に拡散させて活性領域413,412を形成している。
The
また、上記ソース電極407,ドレイン電極409は、上記活性領域413,412上に形成され、ショットキー接続されている。この第4実施形態では、一例として、上記ソース電極407,ドレイン電極409を、WN/Auを積層することにより形成した。
The
この第4実施形態によれば、前述の第1実施形態と同様に、ドレイン電極409からAlGaNバリア層405へのメタル侵入を抑制でき、メタルの侵入によるリーク電流を防止できる。
According to the fourth embodiment, similarly to the first embodiment described above, metal penetration from the
(第5の実施の形態)
次に、図6に、この発明の第5実施形態の電界効果トランジスタの概略断面を示す。この第5実施形態は、MES(Metal Semiconductor)構造を有している。
(Fifth embodiment)
Next, FIG. 6 shows a schematic cross section of a field effect transistor according to a fifth embodiment of the present invention. The fifth embodiment has a MES (Metal Semiconductor) structure.
この第5実施形態は、図6に示すように、バッファー層502、チャネル層504が、基板501上に順に形成されており、チャネル層504では電子がキャリアとなりトランジスタが動作する。この第5実施形態では、一例として、上記バッファー層502を厚さが0.5μmのAlNとし、チャネル層504を厚さが1.0μmのGaNとした。
In the fifth embodiment, as shown in FIG. 6, a
また、この第5実施形態では、ゲート電極508は、チャネル層504上に形成されている。また、ソース電極507およびドレイン電極509は、チャネル層504上に、ショットキー接合により形成されている。この第5実施形態では、一例として、上記ソース電極507,ドレイン電極509を、Ti/Pt/Auを積層することにより形成した。
In the fifth embodiment, the
この第5実施形態によれば、前述の第1実施形態と同様に、ドレイン電極509からチャネル層504へのメタルの侵入によるリーク電流の増加を抑制できる。
According to the fifth embodiment, as in the first embodiment, an increase in leakage current due to metal intrusion from the
尚、上記第1〜第5実施形態では、キャリアが電子である場合を説明したがキャリアがホールである場合も本発明を適用可能であるのは勿論である。 In the first to fifth embodiments, the case where the carrier is an electron has been described, but it is needless to say that the present invention can also be applied when the carrier is a hole.
101、201、301、401、501 基板
102、202、302、402、502 バッファー層
103、203、303 テンプレート層
104、204、304、404、504 チャネル層
105、205、305、405 バリア層
106、206、406 キャップ層
107、207、307、407、507 ソース電極
108、208、308、408、508 ゲート電極
109、209、309、409、509 ドレイン電極
110、210、310、410 二次元電子ガス
111、311 メタル侵入部
112、113、212、213、312、412、413 拡散領域
313 絶縁膜層
101, 201, 301, 401, 501
Claims (9)
上記基板上に形成されたチャネル層と、
上記チャネル層上に形成されたソース電極,ドレイン電極およびゲート電極とを備え、
上記ドレイン電極は上記チャネル層にショットキー接合されていることを特徴とする電界効果型トランジスタ。 A substrate,
A channel layer formed on the substrate;
A source electrode, a drain electrode and a gate electrode formed on the channel layer;
2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the drain electrode is a Schottky junction with the channel layer.
上記チャネル層は、
III族窒化物系化合物半導体層であることを特徴とする電界効果型トランジスタ。 The field effect transistor according to claim 1,
The channel layer is
A field effect transistor, which is a group III nitride compound semiconductor layer.
上記ドレイン電極と上記チャネル層との間に形成されていると共に上記チャネル層と同じ導電型の拡散領域を有し、
上記ドレイン電極は、上記拡散領域によって上記チャネル層に接合されていることを特徴とする電界効果型トランジスタ。 The field effect transistor according to claim 1 or 2,
A diffusion region formed between the drain electrode and the channel layer and having the same conductivity type as the channel layer;
The field effect transistor according to claim 1, wherein the drain electrode is joined to the channel layer by the diffusion region.
上記ソース電極は上記チャネル層にオーミックコンタクトされていることを特徴とする電界効果型トランジスタ。 The field effect transistor according to any one of claims 1 to 3,
The field effect transistor according to claim 1, wherein the source electrode is in ohmic contact with the channel layer.
上記基板は、導電性基板であることを特徴とする電界効果型トランジスタ。 In the field effect transistor according to any one of claims 1 to 4,
The field effect transistor according to claim 1, wherein the substrate is a conductive substrate.
上記基板と上記チャネル層との間で上記基板上に形成されたバッファー層と、
上記バッファー層と上記チャネル層との間で上記チャネル層の直下に形成された半導体テンプレート層と、
上記チャネル層上に形成されたバリア層とを備え、
上記バリア層上に上記ソース電極,ドレイン電極およびゲート電極が形成され、
上記ソース電極は、上記バリア層を介して上記チャネル層にオーミックコンタクトしており、
上記ドレイン電極は、上記バリア層を介して上記チャネル層にショットキー接合されており、
かつ、上記チャネル層は、上記テンプレート層および上記バリア層のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有していることを特徴とする電界効果型トランジスタ。 The field effect transistor according to any one of claims 1 to 5,
A buffer layer formed on the substrate between the substrate and the channel layer;
A semiconductor template layer formed immediately below the channel layer between the buffer layer and the channel layer;
A barrier layer formed on the channel layer,
The source electrode, drain electrode and gate electrode are formed on the barrier layer,
The source electrode is in ohmic contact with the channel layer through the barrier layer,
The drain electrode is Schottky joined to the channel layer through the barrier layer,
The channel layer has a band gap smaller than the band gap of the template layer and the barrier layer.
上記バッファー層が、III族窒化物系化合物半導体層であり、
上記半導体テンプレート層が、AlGaN層であり、
上記チャネル層が、GaN層であり、
上記バリア層が、AlGaN層であり、
上記ソース電極,ドレイン電極およびゲート電極が、キャップ層としてのGaN層を介して、上記バリア層上に形成され、
上記ソース電極が、上記バリア層およびキャップ層を介して、上記半導体チャネル層にオーミックコンタクトしており、
上記ドレイン電極が、上記バリア層およびキャップ層を通して、上記チャネル層にショットキー接合されていることを特徴とする電界効果型トランジスタ。 The field effect transistor according to claim 6, wherein
The buffer layer is a group III nitride compound semiconductor layer,
The semiconductor template layer is an AlGaN layer;
The channel layer is a GaN layer;
The barrier layer is an AlGaN layer;
The source electrode, drain electrode and gate electrode are formed on the barrier layer via a GaN layer as a cap layer,
The source electrode is in ohmic contact with the semiconductor channel layer through the barrier layer and the cap layer,
2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the drain electrode is in Schottky junction with the channel layer through the barrier layer and the cap layer.
上記ゲート電極がリセス構造上に形成されていることを特徴とする電界効果トランジスタ。 The field effect transistor according to any one of claims 1 to 7,
A field effect transistor, wherein the gate electrode is formed on a recess structure.
上記ゲート電極がMIS構造を構成していることを特徴とする電界効果型トランジスタ。 The field effect transistor according to any one of claims 1 to 8,
A field effect transistor, wherein the gate electrode constitutes a MIS structure.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012069662A (en) * | 2010-09-22 | 2012-04-05 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Field effect transistor |
CN114823849A (en) * | 2022-04-15 | 2022-07-29 | 晶通半导体(深圳)有限公司 | Gallium nitride reverse blocking transistor |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01202870A (en) * | 1988-02-08 | 1989-08-15 | Nec Corp | Field-effect transistor |
JP2003007976A (en) * | 2001-06-25 | 2003-01-10 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device and module device |
JP2008270521A (en) * | 2007-04-20 | 2008-11-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Field-effect transistor |
JP2008288474A (en) * | 2007-05-21 | 2008-11-27 | Sharp Corp | Hetero junction field effect transistor |
JP2010165896A (en) * | 2009-01-16 | 2010-07-29 | Nec Corp | Semiconductor device and method for manufacturing therefor |
-
2009
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01202870A (en) * | 1988-02-08 | 1989-08-15 | Nec Corp | Field-effect transistor |
JP2003007976A (en) * | 2001-06-25 | 2003-01-10 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device and module device |
JP2008270521A (en) * | 2007-04-20 | 2008-11-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Field-effect transistor |
JP2008288474A (en) * | 2007-05-21 | 2008-11-27 | Sharp Corp | Hetero junction field effect transistor |
JP2010165896A (en) * | 2009-01-16 | 2010-07-29 | Nec Corp | Semiconductor device and method for manufacturing therefor |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
JPN6013019690; W. Huang and T. P. Chow: '"Monolithic High-Voltage GaN MOSFET/Schottky Pair with Reverse BlockingCapability"' Proceedings of the 19th International Symposium on Power Semiconductor Devices & ICs, 2007.(ISPSD'07 , 20070527, pp.265-268, IEEE * |
JPN6013019691; X. Zhao, J.W. Chung, H. Tang, T. Palacios: '"Schottky Drain AlGaN/GaN HEMTs for mm-wave Applications"' Device Research Conference, 2007 65th Annual , 20070618, pp.107-108, IEEE * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012069662A (en) * | 2010-09-22 | 2012-04-05 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | Field effect transistor |
CN114823849A (en) * | 2022-04-15 | 2022-07-29 | 晶通半导体(深圳)有限公司 | Gallium nitride reverse blocking transistor |
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