JP2011044647A - Group-iii nitride-based field-effect transistor and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a group-III nitride-based field-effect transistor having low ON resistance, and to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: The group-III nitride-based field-effect transistor includes: a base semiconductor layer; a nitride semiconductor laminate comprising a first nitride semiconductor layer, a second nitride semiconductor layer, and a third nitride semiconductor layer laminated in order on the base semiconductor layer; a source electrode and a drain electrode; a recessed region as a region where neither the second nitride semiconductor nor the third nitride semiconductor layer is formed, an insulating film formed on an inner surface of the recessed region and an upper surface of the nitride semiconductor laminate, and a gate electrode formed on the insulating film, wherein no step is formed between an upper surface of the first nitride semiconductor layer coming into contact with the insulating film and an upper surface of the first nitride semiconductor layer coming into contact with the second nitride semiconductor layer. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、III族窒化物系電界効果トランジスタおよびその製造方法に関し、特に窒化物系半導体を用いたIII族窒化物系電界効果トランジスタおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a group III nitride field effect transistor and a manufacturing method thereof, and more particularly to a group III nitride field effect transistor using a nitride semiconductor and a manufacturing method thereof.

窒化物系半導体は、破壊電界強度、熱伝導度、および飽和電子速度の特性が高い値を有することから、窒化物系半導体を用いたIII族窒化物系電界効果トランジスタは、小型であり、かつ低オン抵抗で、しかも耐圧性に優れるという特徴を有する。このような特徴を有するIII族窒化物系電界効果トランジスタは、高効率電力変換デバイスおよび高周波パワーデバイスへの応用が期待されている。   Since nitride-based semiconductors have high values of breakdown field strength, thermal conductivity, and saturation electron velocity, group III nitride-based field effect transistors using nitride-based semiconductors are small and It is characterized by low on-resistance and excellent pressure resistance. Group III nitride field effect transistors having such characteristics are expected to be applied to high-efficiency power conversion devices and high-frequency power devices.

III族窒化物系電界効果トランジスタは、GaN層とAlGaN層とを積層して用いる。このようにGaN層とAlGaN層とを積層させることにより、これらの二層の間に自発分極およびピエゾ分極が生じる。これらの分極に起因して生じる分極電界により、ヘテロ界面に二次元電子ガス(2−DEG:2-Dimensional Electron Gas)が形成され、高い濃度のシートキャリアが発生する。これによりオン抵抗が低く、耐圧性に優れたノーマリオン型のIII族窒化物系電界効果トランジスタを作製することができる。   The group III nitride field effect transistor is formed by laminating a GaN layer and an AlGaN layer. By laminating the GaN layer and the AlGaN layer in this manner, spontaneous polarization and piezo polarization occur between these two layers. Due to the polarization electric field generated due to these polarizations, a two-dimensional electron gas (2-DEG) is formed at the heterointerface, and a high-concentration sheet carrier is generated. As a result, a normally-on group III nitride field effect transistor having a low on-resistance and excellent pressure resistance can be manufactured.

一方、過電流を抑制するとともに、回路構成をシンプルなものにするという観点から、高いしきい値電圧を有するノーマリオフ型のIII族窒化物系電界効果トランジスタが望まれている。特許文献1は、III族窒化物系電界効果トランジスタにノーマリオフ動作を付与する技術が開示されている。   On the other hand, a normally-off group III nitride field effect transistor having a high threshold voltage is desired from the viewpoint of suppressing overcurrent and simplifying the circuit configuration. Patent Document 1 discloses a technique for imparting a normally-off operation to a group III nitride field effect transistor.

特許文献1では、電子供給層にリセスを形成した上で、当該リセスに絶縁膜を設けることにより、電子走行層に二次元電子ガスが形成されなくすることを以って、ノーマリオフ動作を得ている。   In Patent Document 1, a normally-off operation is obtained by forming a recess in the electron supply layer and providing an insulating film in the recess so that the two-dimensional electron gas is not formed in the electron transit layer. Yes.

国際公開第2003/071607号パンフレットInternational Publication No. 2003/071607 Pamphlet

しかし、特許文献1では、ドライエッチング技術によりリセス領域を形成しているため、リセス領域がドライエッチングによるダメージ損傷を受ける。また、リセス領域における表面ラフネスが悪化してしまう。その結果、リセス領域において移動度の低下が起こり、III族窒化物系電界効果トランジスタのオン抵抗が高くなるという問題があった。   However, in Patent Document 1, since the recess region is formed by the dry etching technique, the recess region is damaged by the dry etching. Further, the surface roughness in the recess region is deteriorated. As a result, the mobility is lowered in the recess region, and there is a problem that the on-resistance of the group III nitride field effect transistor is increased.

他方、ゲート電極にプラス電圧を印加したときに、ゲート電極下に反転層キャリアを形成させることにより、反転層キャリアと二次元電子ガスとを接続させることを以って、III族窒化物系電界効果トランジスタがオンするようになっている。   On the other hand, when a positive voltage is applied to the gate electrode, the inversion layer carrier is formed under the gate electrode, thereby connecting the inversion layer carrier and the two-dimensional electron gas, thereby obtaining a group III nitride electric field. The effect transistor is turned on.

しかし、リセス領域の垂直方向に形成される反転層キャリアとゲート電極との距離が長いため、ゲート電極に対しリセス領域の垂直方向に形成される反転層キャリアのキャリア数が少なくなり、オン抵抗が増大してしまうという問題があった。   However, since the distance between the inversion layer carrier formed in the vertical direction of the recess region and the gate electrode is long, the number of carriers in the inversion layer carrier formed in the vertical direction of the recess region with respect to the gate electrode is reduced, and the on-resistance is reduced. There was a problem of increasing.

本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、リセス領域における電子移動度が高く、かつオン抵抗が低いIII族窒化物系電界効果トランジスタおよびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such a current situation, and an object thereof is to provide a group III nitride field effect transistor having a high electron mobility in a recess region and a low on-resistance, and a method for manufacturing the same. To do.

本発明のIII族窒化物系電界効果トランジスタは、下地半導体層と、下地半導体層上に第1窒化物半導体層、第2窒化物半導体層、および第3窒化物半導体層が順次積層された窒化物半導体積層体と、窒化物半導体積層体の上面に接する、ソース電極およびドレイン電極と、ソース電極およびドレイン電極の間の窒化物半導体積層体における、第2窒化物半導体層および第3窒化物半導体層が形成されていない領域であるリセス領域と、リセス領域の内面および窒化物半導体積層体の上面に形成された絶縁膜と、絶縁膜上に形成されたゲート電極とを含み、第3窒化物半導体層は、第1窒化物半導体層および第2窒化物半導体層に比べて広い禁制帯幅を有し、絶縁膜に接する第1窒化物半導体層の上面と、第2窒化物半導体層に接する第1窒化物半導体層の上面とに段差がないことを特徴とする。   The group III nitride field effect transistor of the present invention includes a base semiconductor layer, and a nitridation in which a first nitride semiconductor layer, a second nitride semiconductor layer, and a third nitride semiconductor layer are sequentially stacked on the base semiconductor layer. A second nitride semiconductor layer and a third nitride semiconductor in the nitride semiconductor multilayer body, the source electrode and the drain electrode in contact with the upper surface of the nitride semiconductor multilayer body, and the nitride semiconductor multilayer body between the source electrode and the drain electrode A third nitride comprising: a recess region which is a region in which no layer is formed; an insulating film formed on the inner surface of the recess region and the upper surface of the nitride semiconductor stacked body; and a gate electrode formed on the insulating film. The semiconductor layer has a wider forbidden band width than the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer, and is in contact with the upper surface of the first nitride semiconductor layer in contact with the insulating film and the second nitride semiconductor layer. First Characterized in that there is no difference in level and the upper surface of the compound semiconductor layer.

絶縁膜に接する第1窒化物半導体層の上面と、第2窒化物半導体層に接する第1窒化物半導体層の上面とに表面ラフネスの差がないことが好ましい。   It is preferable that there is no difference in surface roughness between the upper surface of the first nitride semiconductor layer in contact with the insulating film and the upper surface of the first nitride semiconductor layer in contact with the second nitride semiconductor layer.

第1窒化物半導体層は、p型窒化物半導体またはi型窒化物半導体からなることが好ましい。   The first nitride semiconductor layer is preferably made of a p-type nitride semiconductor or an i-type nitride semiconductor.

第1窒化物半導体層に含まれる正孔濃度は、1×1017cm-3以下であることが好ましい。 The concentration of holes contained in the first nitride semiconductor layer is preferably 1 × 10 17 cm −3 or less.

第1窒化物半導体層および第2窒化物半導体層は、GaNであることが好ましい。
第1窒化物半導体層は、InxGa1-xN(0<x≦1)であることが好ましい。
The first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer are preferably GaN.
The first nitride semiconductor layer is preferably In x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1).

第2窒化物半導体層の厚みは、30nm以上であることが好ましい。
第2窒化物半導体層および第3窒化物半導体層は、再成長法を用いて作製されることが好ましい。
The thickness of the second nitride semiconductor layer is preferably 30 nm or more.
The second nitride semiconductor layer and the third nitride semiconductor layer are preferably formed using a regrowth method.

本発明は、下地半導体層上に第1窒化物半導体層を形成する工程と、第1窒化物半導体層の一部の上に選択成長マスクを形成する工程と、選択成長マスクが形成されていない第1窒化物半導体層上に第2窒化物半導体層、および第3窒化物半導体層を形成する工程と、選択成長マスクを除去することにより、第1窒化物半導体層の一部を露出させてリセス領域を形成する工程と、リセス領域の内面および第3窒化物半導体層上に絶縁膜を形成する工程とを含む、III族窒化物系電界効果トランジスタの製造方法でもある。   The present invention includes a step of forming a first nitride semiconductor layer on a base semiconductor layer, a step of forming a selective growth mask on a part of the first nitride semiconductor layer, and no selective growth mask is formed. A step of forming the second nitride semiconductor layer and the third nitride semiconductor layer on the first nitride semiconductor layer, and removing the selective growth mask to expose a part of the first nitride semiconductor layer. It is also a method for manufacturing a group III nitride field effect transistor, including a step of forming a recess region, and a step of forming an insulating film on the inner surface of the recess region and the third nitride semiconductor layer.

また、上記の選択成長マスクを除去する工程の後に、リセス領域の内面および第3窒化物半導体層を洗浄する工程をさらに含むことが好ましい。   Preferably, the method further includes a step of cleaning the inner surface of the recess region and the third nitride semiconductor layer after the step of removing the selective growth mask.

また、絶縁膜に対しアニールを行なう工程を含むことが好ましい。   Further, it is preferable to include a step of annealing the insulating film.

本発明によれば、リセス領域における電子移動度が高く、かつオン抵抗が低いIII族窒化物系電界効果トランジスタおよびその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a group III nitride field effect transistor having a high electron mobility in a recess region and a low on-resistance, and a method for manufacturing the same.

本発明のIII族窒化物系電界効果トランジスタの一例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows an example of the group III nitride field effect transistor of this invention. 基板上に第1窒化物半導体層を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the state after forming the 1st nitride semiconductor layer on a board | substrate. 第1窒化物半導体層の一部の上に選択成長マスクを形成した後の状態を示す模式的な断面図である。It is a typical sectional view showing the state after forming a selective growth mask on a part of the first nitride semiconductor layer. 基板上に窒化物半導体積層体を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the state after forming the nitride semiconductor laminated body on a board | substrate. リセス領域の内面および第3窒化物半導体層の上面に絶縁膜を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state after an insulating film is formed on the inner surface of the recess region and the upper surface of the third nitride semiconductor layer. 絶縁膜にコンタクト領域を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the state after forming a contact region in an insulating film. ソース電極およびドレイン電極を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the state after forming a source electrode and a drain electrode. 基板上に窒化物半導体積層体を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the state after forming the nitride semiconductor laminated body on a board | substrate. エッチングによりリセス領域を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the state after forming a recess area | region by etching. 比較例1のIII族窒化物系電界効果トランジスタの一例を示す模式的な断面図である。6 is a schematic cross-sectional view showing an example of a group III nitride field effect transistor of Comparative Example 1. FIG.

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。本願の図面において、同一の参照番号は、同一部分または相当部分を表している。また、本願の図面において、長さ、幅、厚さ等の寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The configurations shown in the drawings and the following description are merely examples, and the scope of the present invention is not limited to those shown in the drawings and the following description. In the drawings of the present application, the same reference numerals represent the same or corresponding parts. In the drawings of the present application, the dimensional relationships such as length, width, and thickness are appropriately changed for clarity and simplification of the drawings and do not represent actual dimensional relationships.

(実施の形態1)
<III族窒化物系電界効果トランジスタ>
図1は、本実施の形態のIII族窒化物系電界効果トランジスタの模式的な断面図である。本実施の形態のIII族窒化物系電界効果トランジスタは、図1に示されるように、基板1上に下地半導体層2が形成されている。そして、当該下地半導体層2上に第1窒化物半導体層11、第2窒化物半導体層12a、12b、および第3窒化物半導体層13a、13bがこの順に積層されている。なお、第1窒化物半導体層11、第2窒化物半導体層12a、12b、および第3窒化物半導体層13a、13bのことを窒化物半導体積層体100と呼ぶものとし、第1窒化物半導体層11、第2窒化物半導体層12a、12b、および第3窒化物半導体層13a、13bのそれぞれの界面のことをヘテロ接合界面15a、15b、16a、16bと呼ぶものとする。
(Embodiment 1)
<Group III nitride field effect transistor>
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a group III nitride field effect transistor of the present embodiment. In the group III nitride field effect transistor of the present embodiment, a base semiconductor layer 2 is formed on a substrate 1 as shown in FIG. Then, the first nitride semiconductor layer 11, the second nitride semiconductor layers 12a and 12b, and the third nitride semiconductor layers 13a and 13b are stacked in this order on the underlying semiconductor layer 2. The first nitride semiconductor layer 11, the second nitride semiconductor layers 12a and 12b, and the third nitride semiconductor layers 13a and 13b are referred to as a nitride semiconductor stacked body 100, and the first nitride semiconductor layer 11, the interfaces of the second nitride semiconductor layers 12a and 12b and the third nitride semiconductor layers 13a and 13b are referred to as heterojunction interfaces 15a, 15b, 16a, and 16b.

ここで、第3窒化物半導体層13a、13bの禁制帯幅は、第2窒化物半導体層12a、12bの禁制帯幅よりも広いため、第2窒化物半導体層12aと第3窒化物半導体層13aとのヘテロ接合界面16aには、正の分極電荷により第2窒化物半導体層12a側に二次元電子ガス14aが発生する。同様に、第2窒化物半導体層12bと第3窒化物半導体層13bとのヘテロ接合界面16bには、正の分極電荷により第2窒化物半導体層12b側に二次元電子ガス14bが発生する。   Here, since the forbidden band width of the third nitride semiconductor layers 13a and 13b is wider than the forbidden band width of the second nitride semiconductor layers 12a and 12b, the second nitride semiconductor layer 12a and the third nitride semiconductor layer At the heterojunction interface 16a with 13a, a two-dimensional electron gas 14a is generated on the second nitride semiconductor layer 12a side due to positive polarization charges. Similarly, at the heterojunction interface 16b between the second nitride semiconductor layer 12b and the third nitride semiconductor layer 13b, a two-dimensional electron gas 14b is generated on the second nitride semiconductor layer 12b side due to positive polarization charges.

また、第3窒化物半導体層13aの上面に接するようにソース電極6を設ける。一方、第3窒化物半導体層13bの上面に接するようにドレイン電極7を設ける。ここで、ソース電極6およびドレイン電極7は、第3窒化物半導体層13a、13bにオーミックコンタクトしている。   Further, the source electrode 6 is provided so as to be in contact with the upper surface of the third nitride semiconductor layer 13a. On the other hand, the drain electrode 7 is provided in contact with the upper surface of the third nitride semiconductor layer 13b. Here, the source electrode 6 and the drain electrode 7 are in ohmic contact with the third nitride semiconductor layers 13a and 13b.

そして、ソース電極6およびドレイン電極7の間の窒化物半導体積層体100の一部に、第2窒化物半導体層12a、12bおよび第3窒化物半導体層13a、13bを形成していない領域がある。この領域のことをリセス領域20と呼ぶ。当該リセス領域20の内面および第3窒化物半導体層13a、13bの上面に、絶縁膜9が形成される。ここで、第1窒化物半導体層11と絶縁膜9との界面(すなわち、リセス領域20の底面)のことをリセス界面20cという。そして、リセス領域20の絶縁膜9上にゲート電極8が形成される。   A part of the nitride semiconductor stacked body 100 between the source electrode 6 and the drain electrode 7 has a region where the second nitride semiconductor layers 12a and 12b and the third nitride semiconductor layers 13a and 13b are not formed. . This area is referred to as a recess area 20. An insulating film 9 is formed on the inner surface of the recess region 20 and the upper surfaces of the third nitride semiconductor layers 13a and 13b. Here, the interface between the first nitride semiconductor layer 11 and the insulating film 9 (that is, the bottom surface of the recess region 20) is referred to as a recess interface 20c. Then, the gate electrode 8 is formed on the insulating film 9 in the recess region 20.

本実施の形態のIII族窒化物系電界効果トランジスタは、絶縁膜9に接する第1窒化物半導体層11の上面と、第2窒化物半導体層12a、12bに接する第1窒化物半導体層11の上面とに段差がないことを特徴とする。   The group III nitride field effect transistor according to the present embodiment includes an upper surface of the first nitride semiconductor layer 11 in contact with the insulating film 9 and the first nitride semiconductor layer 11 in contact with the second nitride semiconductor layers 12a and 12b. It is characterized in that there is no step between the top surface.

このように絶縁膜9に接する第1窒化物半導体層11の上面と、第2窒化物半導体層12a、12bに接する第1窒化物半導体層11の上面とに段差がないことにより、リセス領域20における移動度低下が抑えられることとなるため、III族窒化物系電界効果トランジスタのオン抵抗を高くなりにくくすることができる。   As described above, there is no step between the upper surface of the first nitride semiconductor layer 11 in contact with the insulating film 9 and the upper surface of the first nitride semiconductor layer 11 in contact with the second nitride semiconductor layers 12a and 12b. Therefore, the on-resistance of the group III nitride field effect transistor can be made difficult to increase.

絶縁膜9に接する第1窒化物半導体層11の上面と、第2窒化物半導体層12a、12bに接する第1窒化物半導体層11の上面とに表面ラフネスの差がないことが好ましい。このように第1窒化物半導体層11の上面に表面ラフネスの差がないことにより、リセス領域20における移動度低下をさらに抑えることができる。ここで、「表面ラフネス」とは、表面の滑らかさを示す指標であり、表面ラフネスが大きいほど表面が荒れていることを表す。   It is preferable that there is no difference in surface roughness between the upper surface of the first nitride semiconductor layer 11 in contact with the insulating film 9 and the upper surface of the first nitride semiconductor layer 11 in contact with the second nitride semiconductor layers 12a and 12b. Thus, since there is no difference in surface roughness on the upper surface of the first nitride semiconductor layer 11, it is possible to further suppress a decrease in mobility in the recess region 20. Here, “surface roughness” is an index indicating the smoothness of the surface, and the larger the surface roughness, the rougher the surface.

以下においては、本実施の形態のIII族窒化物系電界効果トランジスタの動作を説明する。   In the following, the operation of the group III nitride field effect transistor of the present embodiment will be described.

<III族窒化物系電界効果トランジスタの動作>
本実施の形態のIII族窒化物系電界効果トランジスタは、ノーマリオフ型の電界効果トランジスタである。すなわち、本実施の形態のIII族窒化物系電界効果トランジスタは、ソース電極6側の二次元電子ガス14aとドレイン電極7側の二次元電子ガス14bとがリセス領域20により分離されている。このため、ゲート電極8に電圧を印加しない状態、または0Vを印加した状態では、ソース電極6およびドレイン電極7の間に電圧を印加してもチャネルに電流が流れにくくなっている。
<Operation of Group III Nitride Field Effect Transistor>
The group III nitride field effect transistor of the present embodiment is a normally-off type field effect transistor. That is, in the group III nitride field effect transistor of the present embodiment, the two-dimensional electron gas 14 a on the source electrode 6 side and the two-dimensional electron gas 14 b on the drain electrode 7 side are separated by the recess region 20. For this reason, in a state where no voltage is applied to the gate electrode 8 or in a state where 0 V is applied, even if a voltage is applied between the source electrode 6 and the drain electrode 7, it is difficult for current to flow through the channel.

一方、ゲート電極8に正の電圧を印加すると、絶縁膜9の底面と接する第1窒化物半導体層11、および絶縁膜9と接する第2窒化物半導体層12a、12bに電子が蓄積される。当該電子によりソース電極6側の二次元電子ガス14aとドレイン電極7側の二次元電子ガス14bとが電気的に接続される。この状態で、ソース電極6およびドレイン電極7に電圧を印加すると、チャネルに電流が流れ、オン動作が生じる。   On the other hand, when a positive voltage is applied to gate electrode 8, electrons are accumulated in first nitride semiconductor layer 11 in contact with the bottom surface of insulating film 9 and second nitride semiconductor layers 12 a and 12 b in contact with insulating film 9. The two-dimensional electron gas 14a on the source electrode 6 side and the two-dimensional electron gas 14b on the drain electrode 7 side are electrically connected by the electrons. When a voltage is applied to the source electrode 6 and the drain electrode 7 in this state, a current flows through the channel and an on operation occurs.

本実施の形態のIII族窒化物系電界効果トランジスタは、オン時におけるリセス界面20cの抵抗が低減し、損失の小さいオン動作が可能となる。これは、リセス界面20cにおける移動度の増大と反転層電子濃度の増大とに起因する。   The group III nitride field effect transistor of the present embodiment has a reduced resistance at the recess interface 20c when turned on, and can be turned on with low loss. This is due to an increase in mobility and an increase in inversion layer electron concentration at the recess interface 20c.

<基板>
本実施の形態において、基板1は、電界効果トランジスタに用いられる基板1であれば、従来公知のものを用いることができる。このような基板の材料としては、たとえばSi、GaN、SiC、AlN、GaAs、ZnO等を挙げることができる。
<Board>
In the present embodiment, the substrate 1 may be a conventionally known substrate as long as it is a substrate 1 used for a field effect transistor. Examples of such a substrate material include Si, GaN, SiC, AlN, GaAs, and ZnO.

<下地半導体層>
本実施の形態において、基板1と第1窒化物半導体層11との間に下地半導体層2を設けることが好ましい。このように下地半導体層2を設けることにより、基板1の結晶格子と、第1窒化物半導体層11の結晶格子との歪みを緩和することができる。なお、基板1が下地半導体層と同等の役割を示すものであれば、基板1を下地半導体層とみなして下地半導体層を形成しなくてもよい。すなわち、基板1上に直接第1窒化物半導体層11を積層させたものも本発明の範囲に含まれる。
<Underlying semiconductor layer>
In the present embodiment, it is preferable to provide base semiconductor layer 2 between substrate 1 and first nitride semiconductor layer 11. By providing the base semiconductor layer 2 in this manner, distortion between the crystal lattice of the substrate 1 and the crystal lattice of the first nitride semiconductor layer 11 can be relaxed. Note that if the substrate 1 has a role equivalent to that of the base semiconductor layer, the base semiconductor layer may not be formed by regarding the substrate 1 as the base semiconductor layer. That is, a structure in which the first nitride semiconductor layer 11 is directly laminated on the substrate 1 is also included in the scope of the present invention.

このような下地半導体層2は、単層または複数層のいずれであってもよい。下地半導体層2が単層である場合、その材料としてはたとえばAlN、GaN、AlGaN等を用いることができる。一方、下地半導体層2が複数層である場合、下地半導体層2にはAlN/GaN多重層、AlGaN/GaN多重層等を用いることができる。下地半導体層2は、薄いアンドープAlN層上に厚いアンドープGaN層を積層した多重層であることが好ましい。なお、「GaN/AlN」と表記する場合、上面がGaNであり、下面がAlNであることを示す。   Such a base semiconductor layer 2 may be either a single layer or a plurality of layers. When the underlying semiconductor layer 2 is a single layer, for example, AlN, GaN, AlGaN or the like can be used as the material. On the other hand, when the base semiconductor layer 2 includes a plurality of layers, an AlN / GaN multilayer, an AlGaN / GaN multilayer, or the like can be used for the base semiconductor layer 2. The underlying semiconductor layer 2 is preferably a multiple layer in which a thick undoped GaN layer is stacked on a thin undoped AlN layer. Note that the expression “GaN / AlN” indicates that the upper surface is GaN and the lower surface is AlN.

<窒化物半導体層>
本実施の形態において、下地半導体層2と第1窒化物半導体層11との間にさらに第1窒化物半導体層11よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体層を形成してもよい。このように下地半導体層2と第1窒化物半導体層11との間に第1窒化物半導体層11よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体層を設けることにより、窒化物半導体層と第1窒化物半導体層11とのヘテロ接合界面に負の分極電荷を発生させることができる。このように分極電荷が発生するとともに、そのヘテロ接合界面における導電帯が不連続であることにより、電子に対して障壁を形成することができる。
<Nitride semiconductor layer>
In the present embodiment, a nitride semiconductor layer having a band gap larger than that of the first nitride semiconductor layer 11 may be formed between the base semiconductor layer 2 and the first nitride semiconductor layer 11. Thus, by providing the nitride semiconductor layer having a band gap larger than that of the first nitride semiconductor layer 11 between the base semiconductor layer 2 and the first nitride semiconductor layer 11, the nitride semiconductor layer and the first nitride are provided. Negative polarization charges can be generated at the heterojunction interface with the semiconductor layer 11. Thus, polarization charges are generated, and the conduction band at the heterojunction interface is discontinuous, whereby a barrier can be formed against electrons.

これによりオフ動作時にソース電極6とドレイン電極7との間に高いバイアス電圧を印加しても、ヘテロ接合界面16a、16bから下方に離れた領域の電子が流れる経路を遮断することができ、以ってソース電極6とドレイン電極7との間に流れるリーク電流を抑制することができる。   As a result, even when a high bias voltage is applied between the source electrode 6 and the drain electrode 7 during the off operation, a path through which electrons in a region away from the heterojunction interfaces 16a and 16b flow can be blocked. Thus, the leakage current flowing between the source electrode 6 and the drain electrode 7 can be suppressed.

このような窒化物半導体層に用いられる材料としては、GaN、AlGaN、InAlGaN、InGaN等を挙げることができる。そして、このような材料に対し、p型またはi型となるように不純物をドーピングしてもよい。ここで、窒化物半導体層に用いられる材料としてAlGaNを用いる場合、Alの原子数とGaの原子数との比は、特に限定されることなくいかなる比率であってもよく、たとえばアンドープAl0.05Ga0.95Nを用いることができる。 Examples of the material used for such a nitride semiconductor layer include GaN, AlGaN, InAlGaN, and InGaN. Such a material may be doped with impurities so as to be p-type or i-type. Here, when AlGaN is used as the material used for the nitride semiconductor layer, the ratio of the number of Al atoms to the number of Ga atoms is not particularly limited and may be any ratio, for example, undoped Al 0.05 Ga 0.95 N can be used.

<第1窒化物半導体層>
本実施の形態のIII族窒化物系電界効果トランジスタにおいて、第1窒化物半導体層11としては、GaN、AlGaN、InGaN、AlInN、AlGaInN等のアンドープまたはドーピングされた窒化物半導体を用いることが好ましく、In1-xGaxN(0<x≦1)であることがより好ましい。
<First nitride semiconductor layer>
In the group III nitride field effect transistor of the present embodiment, the first nitride semiconductor layer 11 is preferably an undoped or doped nitride semiconductor such as GaN, AlGaN, InGaN, AlInN, and AlGaInN. It is more preferable that In 1-x Ga x N (0 <x ≦ 1).

また、第1窒化物半導体層11がp型窒化物半導体またはi型窒化物半導体のいずれかになるように不純物をドーピングすることがより好ましい。このように第1窒化物半導体層11に不純物をドーピングすることにより、所望の閾値電圧に制御することができる。より高い閾値電圧を有する電界効果トランジスタを得るという観点から、第1窒化物半導体層11は、p型窒化物半導体であることが好ましい。   More preferably, the first nitride semiconductor layer 11 is doped with impurities so that it is either a p-type nitride semiconductor or an i-type nitride semiconductor. Thus, by doping the first nitride semiconductor layer 11 with impurities, the threshold voltage can be controlled to a desired value. From the viewpoint of obtaining a field effect transistor having a higher threshold voltage, the first nitride semiconductor layer 11 is preferably a p-type nitride semiconductor.

しかも、第1窒化物半導体層11にp型不純物をドーピングすることにより、オフ動作時に、空乏層が窒化物半導体積層体100の上下に延びることとなり、III族窒化物系電界効果トランジスタの耐圧性を向上させることができる。   In addition, by doping the first nitride semiconductor layer 11 with the p-type impurity, the depletion layer extends above and below the nitride semiconductor stacked body 100 during the off operation, and the pressure resistance of the group III nitride field effect transistor is increased. Can be improved.

ここで、第1窒化物半導体層11をドーピングするためのp型不純物は、窒化物半導体をp型化またはi型化することができる不純物であればいかなるドーパントをも用いることができ、たとえばMg、Zn、C、Fe等を用いることができる。   Here, as the p-type impurity for doping the first nitride semiconductor layer 11, any dopant can be used as long as it is an impurity that can make the nitride semiconductor p-type or i-type, for example, Mg Zn, C, Fe, or the like can be used.

また、第1窒化物半導体層11に含まれる正孔濃度は、1×1017cm-3以下であることが好ましい。このような正孔濃度にすることにより、閾値電圧を所望の値に制御できるとともに、III族窒化物系電界効果トランジスタのオフ動作時の耐圧性を向上させることができる。しかも、第1窒化物半導体層11に上記の濃度で正孔を含むことにより、リセス界面20cを走行するキャリアの散乱を極力抑えることができる。 The hole concentration contained in the first nitride semiconductor layer 11 is preferably 1 × 10 17 cm −3 or less. By setting such a hole concentration, the threshold voltage can be controlled to a desired value, and the pressure resistance during the off operation of the group III nitride field effect transistor can be improved. In addition, by containing holes at the above concentration in the first nitride semiconductor layer 11, scattering of carriers traveling on the recess interface 20c can be suppressed as much as possible.

<第2窒化物半導体層>
本実施の形態において、第2窒化物半導体層12a、12bは、第1窒化物半導体層11と同じ禁制帯幅を有することが好ましく、第1窒化物半導体層11がGaNからなる場合、第2窒化物半導体層12a、12bもGaNからなることが好ましい。このような第2窒化物半導体層12a、12bとしては、単層または多層の窒化物半導体層のいずれであってもよい。第2窒化物半導体層12a、12bが単層の窒化物半導体層からなる場合、アンドープのAlGaNまたはドーピングされたAlGaN、AlInN、AlGaInN等を用いてもよい。
<Second nitride semiconductor layer>
In the present embodiment, the second nitride semiconductor layers 12a and 12b preferably have the same forbidden band width as the first nitride semiconductor layer 11, and when the first nitride semiconductor layer 11 is made of GaN, The nitride semiconductor layers 12a and 12b are also preferably made of GaN. Such second nitride semiconductor layers 12a and 12b may be either single-layer or multilayer nitride semiconductor layers. When the second nitride semiconductor layers 12a and 12b are formed of a single nitride semiconductor layer, undoped AlGaN or doped AlGaN, AlInN, AlGaInN, or the like may be used.

一方、第2窒化物半導体層12a、12bが多層の窒化物半導体層からなる場合、Al組成比およびドーピング濃度の異なる複数のAlGaN層を含む多重AlGaN層、GaN/Al0.25Ga0.75N/AlN、GaN/AlGaN、InGaN/AlGaN、InGaN/AlGaN/AlN等を用いてもよい。なお、多層の窒化物半導体層を構成する各層にはドーピングされた他の窒化物半導体層を用いることもできる。 On the other hand, when the second nitride semiconductor layers 12a and 12b are formed of multiple nitride semiconductor layers, a multiple AlGaN layer including a plurality of AlGaN layers having different Al composition ratios and doping concentrations, GaN / Al 0.25 Ga 0.75 N / AlN, GaN / AlGaN, InGaN / AlGaN, InGaN / AlGaN / AlN, etc. may be used. It should be noted that other doped nitride semiconductor layers can be used for each layer constituting the multilayer nitride semiconductor layer.

また、第2窒化物半導体層12a、12bは、その厚みが30nm以上であることが好ましい。これは、第1窒化物半導体層11と第2窒化物半導体層12a、12bとのヘテロ接合界面15a、15bから二次元電子ガス14a、14bまでの距離を30nm以上とすることにより、二次元電子ガス14a、14bのキャリア移動度を向上させることができるからである。   The second nitride semiconductor layers 12a and 12b preferably have a thickness of 30 nm or more. This is because the distance from the heterojunction interfaces 15a and 15b between the first nitride semiconductor layer 11 and the second nitride semiconductor layers 12a and 12b to the two-dimensional electron gases 14a and 14b is set to 30 nm or more, thereby forming two-dimensional electrons. This is because the carrier mobility of the gases 14a and 14b can be improved.

<第3窒化物半導体層>
本実施の形態において、第3窒化物半導体層13a、13bは、第1窒化物半導体層11および第2窒化物半導体層12a、12bの禁制帯幅に比べて広い禁制帯幅を有する障壁層である。このような第3窒化物半導体層13a、13bは、多重窒化物半導体層であることが好ましく、多重窒化物半導体層を構成する各層の材料としてはGaN、AlGaN、InGaN、AlInN、AlGaInN等のアンドープまたはドーピングされた窒化物半導体等を用いることができる。第3窒化物半導体層13a、13bは、たとえば上側から順にアンドープのGaN/Al0.25Ga0.75N/AlNをそれぞれ1nm/22nm/1nmの厚みで含むものを用いることができる。
<Third nitride semiconductor layer>
In the present embodiment, the third nitride semiconductor layers 13a and 13b are barrier layers having a wider forbidden band width than the forbidden band widths of the first nitride semiconductor layer 11 and the second nitride semiconductor layers 12a and 12b. is there. Such third nitride semiconductor layers 13a and 13b are preferably multi-nitride semiconductor layers, and the material of each layer constituting the multi-nitride semiconductor layers is undoped such as GaN, AlGaN, InGaN, AlInN, AlGaInN, etc. Alternatively, a doped nitride semiconductor or the like can be used. As the third nitride semiconductor layers 13a and 13b, for example, those containing undoped GaN / Al 0.25 Ga 0.75 N / AlN in a thickness of 1 nm / 22 nm / 1 nm, respectively, from the top can be used.

<ソース電極、ドレイン電極>
本実施の形態において、ソース電極6およびドレイン電極7は、単層または多層の金属層により形成されることが好ましい。ソース電極6およびドレイン電極7に用いられる電極材料としては、Ti/Al、Ni/Au、Ti/Au、Pt/Au、Ni/Au、W、WNx、WSix等を挙げることができる。
<Source electrode, drain electrode>
In the present embodiment, the source electrode 6 and the drain electrode 7 are preferably formed of a single layer or a multilayer metal layer. Examples of the electrode material used for the source electrode 6 and the drain electrode 7 include Ti / Al, Ni / Au, Ti / Au, Pt / Au, Ni / Au, W, WN x , and WSi x .

<ゲート電極>
本実施の形態において、ゲート電極8は、絶縁膜9と第1窒化物半導体層11とが接するリセス界面20cにおける電子の濃度を制御する電極である。ゲート電極8に印加するバイアス電圧を調整することにより、リセス界面20cにおける電子の濃度を制御することができ、チャネル形成を制御することができる。ゲート電極8に用いられる金属材料としては、Ti/Al、Ni/Au、Ti/Au、Pt/Au、Ni/Au、W、WNx、WSix等を挙げることができる。
<Gate electrode>
In the present embodiment, the gate electrode 8 is an electrode that controls the concentration of electrons at the recess interface 20 c where the insulating film 9 and the first nitride semiconductor layer 11 are in contact. By adjusting the bias voltage applied to the gate electrode 8, the electron concentration at the recess interface 20c can be controlled, and the channel formation can be controlled. Examples of the metal material used for the gate electrode 8 include Ti / Al, Ni / Au, Ti / Au, Pt / Au, Ni / Au, W, WN x , and WSi x .

<絶縁膜>
本実施の形態において、リセス領域の内面および第3窒化物半導体層13a、13bの上面に形成された絶縁膜9は、単層膜に限られず多層膜とすることも可能である。すなわち絶縁膜9を単層膜で構成する場合、SiO2、SiNx、Al23、HfO2、ZrO2、TiO2、TaOx、MgO、Ga23、MgF2等を用いることができる。絶縁膜9としてSiO2を用いることにより、絶縁膜9が安定しやすくなる。また、絶縁膜9としてSiNxを用いることにより、リセス界面20cにおける電子移動度を高めることができる。
<Insulating film>
In the present embodiment, the insulating film 9 formed on the inner surface of the recess region and the upper surfaces of the third nitride semiconductor layers 13a and 13b is not limited to a single layer film but may be a multilayer film. That is, when the insulating film 9 is formed of a single layer film, SiO 2 , SiN x , Al 2 O 3 , HfO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , TaO x , MgO, Ga 2 O 3 , MgF 2 or the like may be used. it can. By using SiO 2 as the insulating film 9, the insulating film 9 is easily stabilized. Further, by using SiN x as the insulating film 9, the electron mobility at the recess interface 20c can be increased.

絶縁膜9を複数膜で構成する場合、SiNx/SiO2、SiO2/SiNx、SiNx/SiO2/SiNx等の構成を用いることができる。なお、「SiO2/SiNx」と表記する場合、上面がSiO2であり、下面がSiNxであることを示す。絶縁膜9としてSiO2/SiNxからなる複数膜を用いることにより、リセス界面20cと接するSiNxによりコラプス現象を抑制しやすく、さらに高い電子移動度を得ることができ、その上層のSiO2により安定性を得ることができる。 When the insulating film 9 is composed of a plurality of films, a structure such as SiN x / SiO 2 , SiO 2 / SiN x , SiN x / SiO 2 / SiN x can be used. Note that the expression “SiO 2 / SiN x ” indicates that the upper surface is SiO 2 and the lower surface is SiN x . By using a plurality film made of SiO 2 / SiN x as the insulating film 9, easily suppressed collapse phenomenon by SiN x in contact with the recess surface 20c, it is possible to obtain a higher electron mobility, by SiO 2 thereon Stability can be obtained.

<リセス領域>
本実施の形態ではリセス領域20の側面は、第1窒化物半導体層11、第2窒化物半導体層12a、12bの表面に対して垂直に形成したものを示しているが、このような形態のみに限られるものではなく、リセス領域20の側面が第1窒化物半導体層11、第2窒化物半導体層12a、12bの表面に対し傾斜していてもよい。
<Recess area>
In the present embodiment, the side surface of the recess region 20 is shown to be formed perpendicular to the surfaces of the first nitride semiconductor layer 11 and the second nitride semiconductor layers 12a and 12b. The side surface of the recess region 20 may be inclined with respect to the surfaces of the first nitride semiconductor layer 11 and the second nitride semiconductor layers 12a and 12b.

(製造方法)
本実施の形態のIII族窒化物系電界効果トランジスタは、以下のようにして製造することができる。
(Production method)
The group III nitride field effect transistor of the present embodiment can be manufactured as follows.

図2は、基板上に第1窒化物半導体層を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。本実施の形態においては、図2に示されるように、基板1上に有機金属化学気相堆積(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法を用いて、下地半導体層2、第1窒化物半導体層11をこの順に積層する。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a state after the first nitride semiconductor layer is formed on the substrate. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the base semiconductor layer 2 and the first nitride semiconductor layer are formed on the substrate 1 using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. 11 are stacked in this order.

図3は、第1窒化物半導体層11の一部の上に選択成長マスクを形成した後の基板を示す模式的な断面図である。次に、図3に示されるように、第1窒化物半導体層11の一部の上に選択成長マスク50を形成する。ここで、選択成長マスク50は、CVD法を用いて第1窒化物半導体層11上に保護膜を形成した上で、当該保護膜のうちの不要な部分をエッチングで除去することにより選択成長マスク50が形成される。なお、選択成長マスク50は、スパッタ法等を用いて形成してもよい。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the substrate after the selective growth mask is formed on a part of the first nitride semiconductor layer 11. Next, as shown in FIG. 3, a selective growth mask 50 is formed on part of the first nitride semiconductor layer 11. Here, the selective growth mask 50 is formed by forming a protective film on the first nitride semiconductor layer 11 using the CVD method and then removing unnecessary portions of the protective film by etching. 50 is formed. Note that the selective growth mask 50 may be formed using a sputtering method or the like.

また、選択成長マスク50に用いられる材料としては、SiO2、SiNx等を用いることができる他、SiO2/SiNxを用いてもよい。ここで、保護膜としてSiO2および/またはSiNxを用いた場合、フッ酸またはフッ化アンモニウムで希釈したフッ酸等により選択成長マスク50として不要な部分を容易にエッチングで除去することができる。 Further, as a material used for the selective growth mask 50, SiO 2 , SiN x or the like can be used, and SiO 2 / SiN x may be used. Here, when SiO 2 and / or SiN x is used as the protective film, an unnecessary portion as the selective growth mask 50 can be easily removed by etching with hydrofluoric acid diluted with hydrofluoric acid or ammonium fluoride.

図4は、基板上に窒化物半導体積層体を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。次に、図4に示されるように、第1窒化物半導体層11上のうちの選択成長マスク50が形成されていない部分上に、第2窒化物半導体層12a、12bおよび第3窒化物半導体層13a、13bを形成する。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a state after the nitride semiconductor multilayer body is formed on the substrate. Next, as shown in FIG. 4, the second nitride semiconductor layers 12a and 12b and the third nitride semiconductor are formed on the portion of the first nitride semiconductor layer 11 where the selective growth mask 50 is not formed. Layers 13a and 13b are formed.

ここで、第2窒化物半導体層12a、12bおよび第3窒化物半導体層13a、13bは、たとえばトリメチルガリウム(TMG:TriMethyl Gallium)、トリメチルアンモニウム(TMA)、アンモニア(NH3)を用いたMOCVD法、分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法、ハライド気相成長(HVPE:Hydride Vapor Phase Epitaxy)法等により形成することができる。そして、第3窒化物半導体層13a、13bを形成した後に、選択成長マスク50を除去することにより、リセス領域20を形成する。 Here, the second nitride semiconductor layers 12a and 12b and the third nitride semiconductor layers 13a and 13b are formed by MOCVD using, for example, trimethylgallium (TMG), trimethylammonium (TMA), or ammonia (NH 3 ). It can be formed by a molecular beam epitaxy (MBE) method, a halide vapor phase epitaxy (HVPE) method, or the like. Then, after forming the third nitride semiconductor layers 13a and 13b, the selective growth mask 50 is removed to form the recess region 20.

次に、リセス領域20の内面および第3窒化物半導体層13a、13bの上面を硫酸/過酸化水素水で洗浄し、さらに塩酸/過酸化水素水で洗浄する。   Next, the inner surface of the recess region 20 and the upper surfaces of the third nitride semiconductor layers 13a and 13b are washed with sulfuric acid / hydrogen peroxide solution, and further washed with hydrochloric acid / hydrogen peroxide solution.

図5は、リセス領域20の内面および第3窒化物半導体層13a、13bの上面に絶縁膜を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。本実施の形態では、図5に示されるように、リセス領域20の内面および第3窒化物半導体層13a、13bの上面に対し、絶縁膜9を形成する。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a state after an insulating film is formed on the inner surface of the recess region 20 and the upper surfaces of the third nitride semiconductor layers 13a and 13b. In the present embodiment, as shown in FIG. 5, insulating film 9 is formed on the inner surface of recess region 20 and the upper surfaces of third nitride semiconductor layers 13a and 13b.

図6は、絶縁膜にコンタクト領域を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。図6に示されるように、第3窒化物半導体層13a、13bの上面のうちのソース電極およびドレイン電極が形成される部分の絶縁膜9をフォトリソグラフィ技術により除去する。そして、窒素雰囲気の下で400℃〜1100℃でアニールを行なうことにより、絶縁膜9と窒化物半導体積層体100とが接する面の界面準位を低減させる。   FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a state after the contact region is formed in the insulating film. As shown in FIG. 6, the portion of the insulating film 9 on the upper surface of the third nitride semiconductor layers 13a and 13b where the source and drain electrodes are to be formed is removed by photolithography. Then, by performing annealing at 400 ° C. to 1100 ° C. in a nitrogen atmosphere, the interface state of the surface where the insulating film 9 and the nitride semiconductor multilayer body 100 are in contact is reduced.

その後、上記で絶縁膜9を除去した部分の第3窒化物半導体層13a、13b上に、フォトリソグラフィ技術とEB蒸着法とを用いてソース電極6およびドレイン電極7を形成する(図7)。図7は、ソース電極およびドレイン電極を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。   Thereafter, the source electrode 6 and the drain electrode 7 are formed on the third nitride semiconductor layers 13a and 13b where the insulating film 9 has been removed using the photolithography technique and the EB vapor deposition method (FIG. 7). FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing a state after forming the source electrode and the drain electrode.

そして、熱処理による合金化によりソース電極6およびドレイン電極7と、チャネルとをオーミックコンタクトさせる。なお、オーミックコンタクトを得る方法としては、熱処理による合金化する方法のみに限られるものではなく、トンネル電流機構によりオーミックコンタクトを形成する方法、コンタクト領域25にSi等のn型不純物をイオン注入等により高濃度にドーピングした上で、当該コンタクト領域25にソース電極6およびドレイン電極7を形成する方法等を用いることができる。   Then, the source electrode 6 and the drain electrode 7 and the channel are brought into ohmic contact by alloying by heat treatment. The method of obtaining the ohmic contact is not limited to the method of alloying by heat treatment, but a method of forming an ohmic contact by a tunnel current mechanism, an n-type impurity such as Si in the contact region 25 by ion implantation, or the like. For example, a method of forming the source electrode 6 and the drain electrode 7 in the contact region 25 after doping at a high concentration can be used.

次に、フォトリソグラフィ技術とEB蒸着法とを用いることにより、絶縁膜上にNi/Auからなるゲート電極8を形成する。以上の各工程により、図1に示されるように、本実施の形態のIII族窒化物系電界効果トランジスタを作製することができる。   Next, the gate electrode 8 made of Ni / Au is formed on the insulating film by using a photolithography technique and an EB vapor deposition method. Through the above steps, as shown in FIG. 1, the group III nitride field effect transistor of the present embodiment can be manufactured.

従来のIII族窒化物系電界効果トランジスタは、第1窒化物半導体層、第2窒化物半導体層、および第3窒化物半導体層を形成した後に、第2窒化物半導体層、および第3窒化物半導体層をドライエッチングにより除去して、リセス領域を形成していた。このためリセス界面における第1窒化物半導体層がドライエッチングによりダメージ損傷を受けることもあり、第1窒化物半導体層の表面ラフネスが大きいこともあった。その結果、リセス領域における移動度低下が起こり、III族窒化物系電界効果トランジスタのオン抵抗が高くなるという問題があった。   In the conventional group III nitride field effect transistor, the first nitride semiconductor layer, the second nitride semiconductor layer, and the third nitride semiconductor layer are formed, and then the second nitride semiconductor layer and the third nitride are formed. The semiconductor layer was removed by dry etching to form a recess region. For this reason, the first nitride semiconductor layer at the recess interface may be damaged by dry etching, and the surface roughness of the first nitride semiconductor layer may be large. As a result, the mobility in the recess region is lowered, and there is a problem that the on-resistance of the group III nitride field effect transistor is increased.

本実施の形態のIII族窒化物系電界効果トランジスタにおいては、リセス界面20cがドライエッチングに晒されることなくリセス領域20を形成することができる。このことから、リセス界面20cと接する第1窒化物半導体層11において、ドライエッチングによるダメージがなく、かつドライエッチングによる表面ラフネスの悪化がないIII族窒化物系電界効果トランジスタを作製することができる。これにより、III族窒化物系電界効果トランジスタのオン抵抗を高くなりにくくすることができる。   In the group III nitride field effect transistor of the present embodiment, the recess region 20 can be formed without exposing the recess interface 20c to dry etching. Accordingly, a group III nitride field effect transistor can be produced in which the first nitride semiconductor layer 11 in contact with the recess interface 20c is not damaged by dry etching and the surface roughness is not deteriorated by dry etching. As a result, the on-resistance of the group III nitride field effect transistor can be made difficult to increase.

(実施の形態2)
本実施の形態のIII族窒化物系電界効果トランジスタは、実施の形態1の第1窒化物半導体層11としてp型窒化物半導体を用いる他は、実施の形態1と同様の構成のIII族窒化物系電界効果トランジスタである。
(Embodiment 2)
The group III nitride field effect transistor of the present embodiment is a group III nitride having the same configuration as that of the first embodiment except that a p-type nitride semiconductor is used as the first nitride semiconductor layer 11 of the first embodiment. It is a physical field effect transistor.

第1窒化物半導体層11としてp型窒化物半導体を用いる場合、チャネルとオーミックコンタクトさせるソース電極6およびドレイン電極7以外に第1窒化物半導体層11とオーミックコンタクトするp型オーミック電極を形成することが好ましい。このようにp型オーミック電極を形成することにより、III族窒化物系電界効果トランジスタがオフ動作した場合にも、ゲート電極の下に位置するホールが空乏層中から追い出されやすくなる。また、p型オーミック電極を形成することにより、III族窒化物系電界効果トランジスタがオン動作した場合に窒化物系半導体積層体がワイドバンドギャップであっても、ゲート電極8の下にホールを素早く集めることができる。このようにホールを素早く出し入れすることができることにより、スイッチング特性の良好なIII族窒化物系電界効果トランジスタを作製することができる。   When a p-type nitride semiconductor is used as the first nitride semiconductor layer 11, a p-type ohmic electrode that is in ohmic contact with the first nitride semiconductor layer 11 is formed in addition to the source electrode 6 and the drain electrode 7 that are in ohmic contact with the channel. Is preferred. By forming the p-type ohmic electrode in this manner, even when the group III nitride field effect transistor is turned off, holes located under the gate electrode are easily driven out of the depletion layer. Further, by forming a p-type ohmic electrode, when the group III nitride field effect transistor is turned on, holes can be quickly formed under the gate electrode 8 even if the nitride semiconductor stacked body has a wide band gap. Can be collected. Thus, a group III nitride field effect transistor with good switching characteristics can be produced by allowing holes to be taken in and out quickly.

(製造方法)
本実施の形態のIII族窒化物系電界効果トランジスタの製造方法は、p型窒化物半導体を第1窒化物半導体層11として形成することが異なる他は、実施の形態1と同様の製造方法により、III族窒化物系電界効果トランジスタを作製する。
(Production method)
The manufacturing method of the group III nitride field effect transistor of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, except that a p-type nitride semiconductor is formed as the first nitride semiconductor layer 11. A group III nitride field effect transistor is fabricated.

このようにp型窒化物半導体からなる第1窒化物半導体層11を用いることにより、閾値電圧を向上させることができ、p型濃度によって閾値電圧を制御することができる。   Thus, by using the first nitride semiconductor layer 11 made of a p-type nitride semiconductor, the threshold voltage can be improved, and the threshold voltage can be controlled by the p-type concentration.

また、第3窒化物半導体層13a、13bを形成した後に、第1窒化物半導体層11に含まれるp型ドーパントを活性化させるためのアニールを行なうことが好ましい。このようにアニールにより第1窒化物半導体層11に含まれるp型ドーパントを活性化させることにより、閾値電圧を向上させることができる。   Moreover, it is preferable to perform annealing for activating the p-type dopant contained in the first nitride semiconductor layer 11 after forming the third nitride semiconductor layers 13a and 13b. Thus, the threshold voltage can be improved by activating the p-type dopant contained in the first nitride semiconductor layer 11 by annealing.

(実施の形態3)
本実施の形態のIII族窒化物系電界効果トランジスタは、第1窒化物半導体層11の禁制帯幅が第2窒化物半導体層12a、12bの禁制帯幅よりも小さいことを特徴とする。このように第2窒化物半導体層12a、12bの禁制帯幅よりも小さい第1窒化物半導体層11を用いることにより、p型化の活性化率が上昇し、より少ないp型不純物の濃度でより高いp型キャリア濃度を得ることができる。
(Embodiment 3)
The group III nitride field effect transistor of the present embodiment is characterized in that the forbidden band width of the first nitride semiconductor layer 11 is smaller than the forbidden band widths of the second nitride semiconductor layers 12a and 12b. As described above, by using the first nitride semiconductor layer 11 smaller than the forbidden band width of the second nitride semiconductor layers 12a and 12b, the activation rate of the p-type increases, and the concentration of the p-type impurity is smaller. A higher p-type carrier concentration can be obtained.

なお、上記のような第2窒化物半導体層12a、12bの組成比、厚み、およびキャリア濃度によっては、第1窒化物半導体層11と第2窒化物半導体層12a、12bとの界面にヘテロ接合界面15a、15bにキャリアが形成される可能性があるものの、III族窒化物系電界効果トランジスタの全体のキャリア濃度が増大するのでより好ましい。   Depending on the composition ratio, thickness, and carrier concentration of the second nitride semiconductor layers 12a and 12b as described above, a heterojunction is formed at the interface between the first nitride semiconductor layer 11 and the second nitride semiconductor layers 12a and 12b. Although carriers may be formed at the interfaces 15a and 15b, it is more preferable because the overall carrier concentration of the group III nitride field effect transistor increases.

(製造方法)
本実施の形態のIII族窒化物系電界効果トランジスタの製造方法は、第2窒化物半導体層12a、12bの禁制帯幅よりも小さい第1窒化物半導体層11を形成することが異なる他は、実施の形態1と同様の製造方法により、III族窒化物系電界効果トランジスタを作製する。
(Production method)
The manufacturing method of the group III nitride field effect transistor of the present embodiment is different in that the first nitride semiconductor layer 11 smaller than the forbidden band width of the second nitride semiconductor layers 12a and 12b is different. A group III nitride field effect transistor is fabricated by the same manufacturing method as in the first embodiment.

以下のように、実施例1のIII族窒化物系電界効果トランジスタを作製した。
本実施例においては、まず、Siからなる基板1を準備した。そして、図2に示されるように、当該基板1上に、有機金属化学気相堆積(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法を用いて、AlNおよびGaNからなる下地半導体層2、厚さ1000nmのアンドープAl0.05Ga0.95Nからなる窒化物半導体層(図示せず)、および厚さ100nmのアンドープGaN層からなる第1窒化物半導体層11をこの順に積層した。
The group III nitride field effect transistor of Example 1 was produced as follows.
In this example, first, a substrate 1 made of Si was prepared. Then, as shown in FIG. 2, an underlying semiconductor layer 2 made of AlN and GaN having a thickness of 1000 nm is formed on the substrate 1 by using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. A nitride semiconductor layer (not shown) made of undoped Al 0.05 Ga 0.95 N and a first nitride semiconductor layer 11 made of an undoped GaN layer having a thickness of 100 nm were stacked in this order.

次に、CVD法を用いて、第1窒化物半導体層11上にSiO2膜を形成した。そして、フォトリソグラフィ技術を用いて、後の工程でリセス領域となる部分以外のSiO2膜を除去した。図3は、第1窒化物半導体層11の一部の上に選択成長マスクを形成した後の基板を示す模式的な断面図である。図3に示されるように、SiO2膜のうちの除去されなかった部分が選択成長マスク50となる。 Next, a SiO 2 film was formed on the first nitride semiconductor layer 11 using the CVD method. Then, using a photolithography technique, the SiO 2 film other than the portion that becomes the recess region in a later process was removed. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the substrate after the selective growth mask is formed on a part of the first nitride semiconductor layer 11. As shown in FIG. 3, the portion of the SiO 2 film that has not been removed becomes the selective growth mask 50.

次に、第1窒化物半導体層11上のうちの選択成長マスク50が形成されずに第1窒化物半導体層11が露出している部分上に、再成長法により第2窒化物半導体層12a、12bおよび第3窒化物半導体層13a、13bを形成した。第2窒化物半導体層12a、12bは、アンドープGaNからなり、その厚さが50nmであった。また、第3窒化物半導体層13a、13bは、アンドープのGaN/Al0.25Ga0.75N/AlNという3層構造であり、その厚さがそれぞれ1nm/22nm/1nmであった。そして、第3窒化物半導体層13a、13bを形成した後に、選択成長マスク50を除去することにより、リセス領域20を形成した。 Next, on the portion of the first nitride semiconductor layer 11 where the selective growth mask 50 is not formed and the first nitride semiconductor layer 11 is exposed, the second nitride semiconductor layer 12a is formed by regrowth. , 12b and third nitride semiconductor layers 13a, 13b. The second nitride semiconductor layers 12a and 12b were made of undoped GaN and had a thickness of 50 nm. The third nitride semiconductor layers 13a and 13b have a three-layer structure of undoped GaN / Al 0.25 Ga 0.75 N / AlN, and the thicknesses were 1 nm / 22 nm / 1 nm, respectively. Then, after forming the third nitride semiconductor layers 13a and 13b, the selective growth mask 50 is removed to form the recess region 20.

次に、リセス領域20の内面および第3窒化物半導体層13a、13bの上面を硫酸/過酸化水素水で洗浄し、さらに塩酸/過酸化水素水で洗浄した。そして、リセス領域20の内面および第3窒化物半導体層13a、13bの上面に対し、CVD法を用いて厚さ30nmのSiO2からなる絶縁膜9を形成した。 Next, the inner surface of the recess region 20 and the upper surfaces of the third nitride semiconductor layers 13a and 13b were washed with sulfuric acid / hydrogen peroxide solution, and further washed with hydrochloric acid / hydrogen peroxide solution. Then, an insulating film 9 made of SiO 2 having a thickness of 30 nm was formed on the inner surface of the recess region 20 and the upper surfaces of the third nitride semiconductor layers 13a and 13b by using the CVD method.

そして、第3窒化物半導体層13a、13bの上面のうちのソース電極およびドレイン電極が形成される部分の絶縁膜9をフォトリソグラフィ技術により除去し、コンタクト領域25を作製した。そして、窒素雰囲気の下で1000度でアニールを行なうことにより、絶縁膜9と窒化物半導体積層体100との接する面の界面準位を低減させた。   Then, the insulating film 9 on the upper surfaces of the third nitride semiconductor layers 13a and 13b where the source electrode and the drain electrode are formed is removed by photolithography, and the contact region 25 is manufactured. Then, annealing was performed at 1000 degrees under a nitrogen atmosphere, so that the interface state of the surface in contact with the insulating film 9 and the nitride semiconductor multilayer body 100 was reduced.

その後、第3窒化物半導体層13a、13bのコンタクト領域25に、フォトリソグラフィ技術とEB蒸着法とを用いてTi/Alからなるソース電極6、およびソース電極6と同一組成のドレイン電極7を形成した。そして、真空雰囲気で800度、1分間熱処理を行なうことにより、ソース電極6およびドレイン電極7を二次元電子ガス14a、14bとオーミックコンタクトさせた。   Thereafter, the source electrode 6 made of Ti / Al and the drain electrode 7 having the same composition as the source electrode 6 are formed in the contact region 25 of the third nitride semiconductor layers 13a and 13b by using the photolithography technique and the EB vapor deposition method. did. Then, the source electrode 6 and the drain electrode 7 were brought into ohmic contact with the two-dimensional electron gases 14a and 14b by performing heat treatment in a vacuum atmosphere at 800 degrees for 1 minute.

次に、フォトリソグラフィ技術とEB蒸着法とを用いることにより、絶縁膜9上にNi/Auからなるゲート電極8を形成した。以上の工程により、本実施例のIII族窒化物系電界効果トランジスタを作製した。   Next, the gate electrode 8 made of Ni / Au was formed on the insulating film 9 by using a photolithography technique and an EB vapor deposition method. Through the above steps, the group III nitride field effect transistor of this example was fabricated.

上記のようにして作製した実施例1のIII族窒化物系電界効果トランジスタは、リセス界面20cと接する第1窒化物半導体層11において、ドライエッチングによるダメージがなく、かつドライエッチングによる表面ラフネスの悪化がない。しかも、絶縁膜に接する第1窒化物半導体層の上面と、第2窒化物半導体層に接する第1窒化物半導体層の上面とに段差がなかった。よって、III族窒化物系電界効果トランジスタのオン抵抗は低かった。   In the group III nitride field effect transistor of Example 1 manufactured as described above, the first nitride semiconductor layer 11 in contact with the recess interface 20c is not damaged by dry etching, and the surface roughness is deteriorated by dry etching. There is no. In addition, there was no step between the upper surface of the first nitride semiconductor layer in contact with the insulating film and the upper surface of the first nitride semiconductor layer in contact with the second nitride semiconductor layer. Therefore, the on-resistance of the group III nitride field effect transistor was low.

本実施例は、実施例1のIII族窒化物系電界効果トランジスタの第1窒化物半導体層11として1×1019cm-3の濃度でMgがドーピングされたp型GaN層を用いた他は、実施例1と同一の構成のIII族窒化物系電界効果トランジスタである。ここで、第1窒化物半導体層に含まれる正孔濃度は、1×1017cm-3であった。p型GaNからなる第1窒化物半導体層11には、p型不純物のMgが1×1019cm-3の濃度でドーピングされているが、GaN中ではMgの活性化率が低いのでp型GaNの正孔濃度は1×1017cm-3になる。 In this example, a p-type GaN layer doped with Mg at a concentration of 1 × 10 19 cm −3 was used as the first nitride semiconductor layer 11 of the group III nitride field effect transistor of Example 1. 3 is a group III nitride field effect transistor having the same configuration as in Example 1. Here, the hole concentration contained in the first nitride semiconductor layer was 1 × 10 17 cm −3 . The first nitride semiconductor layer 11 made of p-type GaN is doped with the p-type impurity Mg at a concentration of 1 × 10 19 cm −3. The hole concentration of GaN is 1 × 10 17 cm −3 .

(製造方法)
本実施例のIII族窒化物系電界効果トランジスタは、第1窒化物半導体層として、1×1019cm-3の濃度でMgがドーピングされたp型GaN層を形成したこと、および第3窒化物半導体層13a、13bを形成した後にp型ドーパントを活性化させるためのアニールをしたことを除いては、実施例1と同様の製造方法によりIII族窒化物系電界効果トランジスタを製造した。
(Production method)
In the group III nitride field effect transistor of this example, a p-type GaN layer doped with Mg at a concentration of 1 × 10 19 cm −3 was formed as the first nitride semiconductor layer, and the third nitridation A group III nitride field effect transistor was manufactured by the same manufacturing method as in Example 1 except that annealing for activating the p-type dopant was performed after the formation of the semiconductor layers 13a and 13b.

実施例3は、実施例1のIII族窒化物系電界効果トランジスタの第1窒化物半導体層11として1×1018cm-3の濃度でMgがドーピングされたp型In0.1Ga0.9Nを用いた他は、実施例1と同一の構成のIII族窒化物系電界効果トランジスタである。ここで、第1窒化物半導体層に含まれる正孔濃度は、1×1017cm-3であった。これにより第1窒化物半導体層11のp型化の活性化率が上昇し、より少ないp型不純物の濃度で同程度のp型キャリア濃度を得ることができる。 Example 3 uses p-type In 0.1 Ga 0.9 N doped with Mg at a concentration of 1 × 10 18 cm −3 as the first nitride semiconductor layer 11 of the group III nitride field effect transistor of Example 1. The other structure is a group III nitride field effect transistor having the same configuration as that of the first embodiment. Here, the hole concentration contained in the first nitride semiconductor layer was 1 × 10 17 cm −3 . Thereby, the activation rate of the p-type conversion of the first nitride semiconductor layer 11 is increased, and the same p-type carrier concentration can be obtained with a lower concentration of p-type impurities.

(製造方法)
本実施例のIII族窒化物系電界効果トランジスタは、第1窒化物半導体層として、1×1018cm-3の濃度でMgがドーピングされたp型In0.1Ga0.9N層を形成したこと、および第3窒化物半導体層13a、13bを形成した後にp型ドーパントを活性化させるためのアニールをしたことを除いては、実施例1と同様の製造方法によりIII族窒化物系電界効果トランジスタを製造した。
(Production method)
In the group III nitride field effect transistor of this example, a p-type In 0.1 Ga 0.9 N layer doped with Mg at a concentration of 1 × 10 18 cm −3 was formed as the first nitride semiconductor layer. A group III nitride field effect transistor is manufactured by the same manufacturing method as in Example 1 except that annealing for activating the p-type dopant is performed after forming the third nitride semiconductor layers 13a and 13b. Manufactured.

(比較例1)
以下のようにして、比較例1のIII族窒化物系電界効果トランジスタを作製した。
(Comparative Example 1)
The group III nitride field effect transistor of Comparative Example 1 was produced as follows.

図8は、基板上に窒化物半導体積層体を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。まず、Siからなる基板201上に、MOCVD法を用いて、AlNおよびGaNからなる下地半導体層202、厚さ1000nmのアンドープAl0.05Ga0.95Nからなる窒化物半導体層(図示せず)、厚さ100nmのアンドープGaN層からなる第1窒化物半導体層211、厚さ50nmのアンドープGaNからなる第2窒化物半導体層212および厚さがそれぞれ1nm/22nm/1nmのアンドープのGaN/Al0.25Ga0.75N/AlNからなる第3窒化物半導体層213をこの順に積層することにより、図3に示される、窒化物半導体積層体200を形成した。 FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a state after the nitride semiconductor multilayer body is formed on the substrate. First, a base semiconductor layer 202 made of AlN and GaN, a nitride semiconductor layer made of undoped Al 0.05 Ga 0.95 N (not shown) having a thickness of 1000 nm, a thickness on a substrate 201 made of Si using MOCVD. First nitride semiconductor layer 211 made of 100 nm undoped GaN layer, second nitride semiconductor layer 212 made of undoped GaN having a thickness of 50 nm, and undoped GaN / Al 0.25 Ga 0.75 N each having a thickness of 1 nm / 22 nm / 1 nm The nitride semiconductor multilayer body 200 shown in FIG. 3 was formed by laminating the third nitride semiconductor layer 213 made of / AlN in this order.

次に、CVD法を用いて第3窒化物半導体層213上にSiO2膜を形成した。そして、フォトリソグラフィ技術を用いて、後の工程でリセス領域となる部分のSiO2膜を除去し、第3窒化物半導体層を露出させた。図9は、エッチングによりリセス領域を形成した後の状態を示す模式的な断面図である。その後、図9に示されるように、第3窒化物半導体層213の表面が露出した部分から、第2窒化物半導体層212、および第3窒化物半導体層213をエッチングにより除去することにより、リセス領域220を形成した。 Next, a SiO 2 film was formed on the third nitride semiconductor layer 213 using the CVD method. Then, by using a photolithography technique, a portion of the SiO 2 film that becomes a recess region in a later process was removed, and the third nitride semiconductor layer was exposed. FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a state after the recess region is formed by etching. Thereafter, as shown in FIG. 9, the second nitride semiconductor layer 212 and the third nitride semiconductor layer 213 are removed by etching from the portion where the surface of the third nitride semiconductor layer 213 is exposed, thereby forming a recess. Region 220 was formed.

図10は、比較例1のIII族窒化物系電界効果トランジスタの一例を示す模式的な断面図である。この後は、実施例1と同様の方法により、絶縁膜209、ソース電極206、ドレイン電極207、ゲート電極208を形成し、図10に示される比較例1のIII族窒化物系電界効果トランジスタを作製した。   FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing an example of a group III nitride field effect transistor of Comparative Example 1. Thereafter, an insulating film 209, a source electrode 206, a drain electrode 207, and a gate electrode 208 are formed by the same method as in Example 1, and the Group III nitride field effect transistor of Comparative Example 1 shown in FIG. Produced.

比較例1のIII族窒化物系電界効果トランジスタは、リセス領域220がエッチングにより形成されるため、リセス界面220cと接する第1窒化物半導体層211において、ドライエッチングによるダメージがあり、表面ラフネスが悪化している。しかも、ドライエッチングにより、第1窒化物半導体層の一部が除去され、絶縁膜に接する第1窒化物半導体層の上面と、第2窒化物半導体層に接する第1窒化物半導体層の上面とに段差ができている。このため、III族窒化物系電界効果トランジスタのオン抵抗は高い値であった。   In the group III nitride field effect transistor of Comparative Example 1, since the recess region 220 is formed by etching, the first nitride semiconductor layer 211 in contact with the recess interface 220c is damaged by dry etching, and the surface roughness is deteriorated. is doing. In addition, a part of the first nitride semiconductor layer is removed by dry etching, and the upper surface of the first nitride semiconductor layer in contact with the insulating film and the upper surface of the first nitride semiconductor layer in contact with the second nitride semiconductor layer There is a difference in level. For this reason, the on-resistance of the group III nitride field effect transistor was high.

以上の説明からも明らかなように、実施例1〜3の本発明に係るIII族窒化物系電界効果トランジスタは、比較例1のIII族窒化物系電界効果トランジスタに比し、オン抵抗が低下していることが明らかである。このことから、III族窒化物系電界効果トランジスタのリセス領域を形成するに際し、エッチングを用いないようにすることにより、そのオン抵抗を低下させることができることを確認した。   As is apparent from the above description, the group III nitride field effect transistors according to the present invention of Examples 1 to 3 have lower on-resistance than the group III nitride field effect transistor of Comparative Example 1. Obviously. From this, it was confirmed that the on-resistance can be lowered by not using etching when forming the recess region of the group III nitride field effect transistor.

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。   Although the embodiments and examples of the present invention have been described as described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the configurations of the above-described embodiments and examples.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

1,201 基板、2,202 下地半導体層、6,206 ソース電極、7,207 ドレイン電極、8,208 ゲート電極、9,209 絶縁膜、11,211 第1窒化物半導体層、12a,12b,212 第2窒化物半導体層、13a,13b,213 第3窒化物半導体層、14a,14b 二次元電子ガス、15a,15b,16a,16b ヘテロ接合界面、20,220 リセス領域、20c,220c リセス界面、25 コンタクト領域、50 選択成長マスク、100、200 窒化物半導体積層体。   1,201 Substrate, 2,202 Base semiconductor layer, 6,206 Source electrode, 7,207 Drain electrode, 8,208 Gate electrode, 9,209 Insulating film, 11, 211 First nitride semiconductor layer, 12a, 12b, 212 Second nitride semiconductor layer, 13a, 13b, 213 Third nitride semiconductor layer, 14a, 14b Two-dimensional electron gas, 15a, 15b, 16a, 16b Heterojunction interface, 20,220 Recess region, 20c, 220c Recess interface , 25 contact region, 50 selective growth mask, 100, 200 nitride semiconductor laminate.

Claims (11)

下地半導体層と、
前記下地半導体層上に第1窒化物半導体層、第2窒化物半導体層、および第3窒化物半導体層が順次積層された窒化物半導体積層体と、
前記窒化物半導体積層体の上面に接する、ソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極および前記ドレイン電極の間の前記窒化物半導体積層体における、第2窒化物半導体層および第3窒化物半導体層が形成されていない領域であるリセス領域と、
前記リセス領域の内面および前記窒化物半導体積層体の上面に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成されたゲート電極とを含み、
前記第3窒化物半導体層は、前記第1窒化物半導体層および前記第2窒化物半導体層に比べて広い禁制帯幅を有し、
前記絶縁膜に接する前記第1窒化物半導体層の上面と、前記第2窒化物半導体層に接する前記第1窒化物半導体層の上面とに段差がない、III族窒化物系電界効果トランジスタ。
An underlying semiconductor layer;
A nitride semiconductor stacked body in which a first nitride semiconductor layer, a second nitride semiconductor layer, and a third nitride semiconductor layer are sequentially stacked on the base semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode in contact with an upper surface of the nitride semiconductor multilayer body;
A recess region that is a region where the second nitride semiconductor layer and the third nitride semiconductor layer are not formed in the nitride semiconductor multilayer body between the source electrode and the drain electrode;
An insulating film formed on the inner surface of the recess region and the upper surface of the nitride semiconductor multilayer body;
A gate electrode formed on the insulating film,
The third nitride semiconductor layer has a wider band gap than the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer,
A group III nitride field effect transistor having no step between an upper surface of the first nitride semiconductor layer in contact with the insulating film and an upper surface of the first nitride semiconductor layer in contact with the second nitride semiconductor layer.
前記絶縁膜に接する前記第1窒化物半導体層の上面と、前記第2窒化物半導体層に接する前記第1窒化物半導体層の上面とに表面ラフネスの差がない、請求項1に記載のIII族窒化物系電界効果トランジスタ。   The III of claim 1, wherein there is no difference in surface roughness between an upper surface of the first nitride semiconductor layer in contact with the insulating film and an upper surface of the first nitride semiconductor layer in contact with the second nitride semiconductor layer. Group nitride field effect transistor. 前記第1窒化物半導体層は、p型窒化物半導体またはi型窒化物半導体からなる、請求項1または2に記載のIII族窒化物系電界効果トランジスタ。   3. The group III nitride field effect transistor according to claim 1, wherein the first nitride semiconductor layer is made of a p-type nitride semiconductor or an i-type nitride semiconductor. 前記第1窒化物半導体層に含まれる正孔濃度は、1×1017cm-3以下である、請求項3に記載のIII族窒化物系電界効果トランジスタ。 4. The group III nitride field effect transistor according to claim 3, wherein a hole concentration contained in the first nitride semiconductor layer is 1 × 10 17 cm −3 or less. 前記第1窒化物半導体層および前記第2窒化物半導体層は、GaNである、請求項1〜4のいずれかに記載のIII族窒化物系電界効果トランジスタ。   5. The group III nitride field effect transistor according to claim 1, wherein the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer are GaN. 前記第1窒化物半導体層は、InxGa1-xN(0<x≦1)である、請求項1〜4のいずれかに記載のIII族窒化物系電界効果トランジスタ。 5. The group III nitride field effect transistor according to claim 1, wherein the first nitride semiconductor layer is In x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1). 前記第2窒化物半導体層の厚みは、30nm以上である、請求項1〜6のいずれかに記載のIII族窒化物系電界効果トランジスタ。   The group III nitride field effect transistor according to any one of claims 1 to 6, wherein a thickness of the second nitride semiconductor layer is 30 nm or more. 前記第2窒化物半導体層および前記第3窒化物半導体層は、再成長法を用いて作製される、請求項1〜7のいずれかに記載のIII族窒化物系電界効果トランジスタ。   The group III nitride field effect transistor according to any one of claims 1 to 7, wherein the second nitride semiconductor layer and the third nitride semiconductor layer are formed by using a regrowth method. 下地半導体層上に第1窒化物半導体層を形成する工程と、
前記第1窒化物半導体層の一部の上に選択成長マスクを形成する工程と、
前記選択成長マスクが形成されていない前記第1窒化物半導体層上に第2窒化物半導体層、および第3窒化物半導体層を形成する工程と、
前記選択成長マスクを除去することにより、前記第1窒化物半導体層の一部を露出させてリセス領域を形成する工程と、
前記リセス領域の内面および前記第3窒化物半導体層上に絶縁膜を形成する工程とを含む、III族窒化物系電界効果トランジスタの製造方法。
Forming a first nitride semiconductor layer on the underlying semiconductor layer;
Forming a selective growth mask on a portion of the first nitride semiconductor layer;
Forming a second nitride semiconductor layer and a third nitride semiconductor layer on the first nitride semiconductor layer on which the selective growth mask is not formed;
Removing the selective growth mask to expose a part of the first nitride semiconductor layer to form a recess region;
Forming an insulating film on the inner surface of the recess region and the third nitride semiconductor layer. A method for manufacturing a group III nitride field effect transistor.
前記選択成長マスクを除去する工程の後に、前記リセス領域の内面および前記第3窒化物半導体層を洗浄する工程をさらに含む、請求項9に記載のIII族窒化物系電界効果トランジスタの製造方法。   The method of manufacturing a group III nitride field effect transistor according to claim 9, further comprising a step of cleaning the inner surface of the recess region and the third nitride semiconductor layer after the step of removing the selective growth mask. 前記絶縁膜に対しアニールを行なう工程を含む、請求項9または10に記載のIII族窒化物系電界効果トランジスタの製造方法。   The method of manufacturing a group III nitride field effect transistor according to claim 9 or 10, comprising a step of annealing the insulating film.
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