JP2011071307A - Field effect transistor and method of manufacturing the same - Google Patents

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敬久 藤井
Towainamu Jon
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field effect transistor hard to get damaged even if high voltage is applied. <P>SOLUTION: The field effect transistor includes a substrate 1, a channel layer 3 and a barrier layer 4, a source electrode 6, a gate electrode 7 and a drain electrode 8 which are separately provided on the barrier layer 4 in this order. A first n-type impurity diffusion region 12 is provided immediately below the source electrode 6. A second n-type impurity diffusion region 13 is provided immediately below the drain electrode 8. A third n-type impurity diffusion region 15 is provided in the channel layer 3 under the second n-type impurity diffusion region and the channel layer 3 and the barrier layer 4 on the side of the gate electrode of the second n-type impurity diffusion region. The third n-type impurity diffusion region 15 has a lower n-type impurity concentration than that of the second n-type impurity diffusion region 13. Concentration of an electric field exceeding a breakdown strength is thus prevented from occurring in the barrier layer 4 and the channel layer 3 when voltage is applied between the gate electrode and the drain electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電界効果トランジスタ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a field effect transistor and a manufacturing method thereof.

III族窒化物半導体を用いた高耐圧ヘテロ接合型電界効果トランジスタ(HFET)は、高い絶縁破壊電界強度、高い熱伝導率を有する高周波のパワースイッチング素子として広く研究されている(たとえば、特許文献1参照)。   High-voltage heterojunction field effect transistors (HFETs) using group III nitride semiconductors are widely studied as high-frequency power switching elements having high breakdown field strength and high thermal conductivity (for example, Patent Document 1). reference).

図8にIII族窒化物半導体を用いた代表的なnチャネル型HFETの概略断面を示す。
図8のトランジスタでは、基板101上にチャネル層103が形成され、その上部にチャネル層103よりも大きなバンドギャップを持ったバリア層104が形成されている。互いに異なるバンドギャップを有するチャネル層103とバリア層104との界面にはヘテロ接合が形成されており、自発分極とピエゾ分極によりヘテロ接合界面の近傍には電子が高濃度で蓄積する二次元電子ガス117が存在している。二次元電子ガス117のシート電子濃度は、チャネル層103とバリア層104の材料により異なるが、例えば1×1013/cm2程度のシート電子濃度が発生する。
また、ソース電極106、ドレイン電極108およびゲート電極107がバリア層104上部に形成され、絶縁膜110がバリア層104を覆うよう形成されている。
また、電界集中を緩和するため、ゲート電極107はフィールドプレート構造となっている。
また、このトランジスタでは動作時の順方向電圧を下げるため及び良好なオーミックコンタクトが得られるようにするために、ソース電極106の直下のバリア層104およびチャネル層103に第1n+型拡散領域112が形成され、ドレイン電極108の直下のバリア層104及びチャネル層103に第2n+型拡散領域113が形成されている。
FIG. 8 shows a schematic cross section of a typical n-channel HFET using a group III nitride semiconductor.
In the transistor of FIG. 8, a channel layer 103 is formed on a substrate 101, and a barrier layer 104 having a larger band gap than the channel layer 103 is formed thereon. A heterojunction is formed at the interface between the channel layer 103 and the barrier layer 104 having different band gaps, and a two-dimensional electron gas in which electrons accumulate at a high concentration in the vicinity of the heterojunction interface due to spontaneous polarization and piezoelectric polarization. 117 is present. The sheet electron concentration of the two-dimensional electron gas 117 varies depending on the material of the channel layer 103 and the barrier layer 104, but a sheet electron concentration of, for example, about 1 × 10 13 / cm 2 is generated.
A source electrode 106, a drain electrode 108, and a gate electrode 107 are formed on the barrier layer 104, and an insulating film 110 is formed so as to cover the barrier layer 104.
In addition, the gate electrode 107 has a field plate structure in order to reduce electric field concentration.
In this transistor, the first n + type diffusion region 112 is formed in the barrier layer 104 and the channel layer 103 immediately below the source electrode 106 in order to lower the forward voltage during operation and to obtain a good ohmic contact. The second n + type diffusion region 113 is formed in the barrier layer 104 and the channel layer 103 immediately below the drain electrode 108.

なお、図8のようなトランジスタでは、ソース電極106とドレイン電極108との間の電流は、電子をキャリアとして主に二次元電子ガス117を流れ、ゲート電極107に印加する電圧を変化させることによりオン/オフを切換えることができる。具体的には、例えば、ソース電極106を接地しドレイン電極108に+の電圧を印加状態で、ソース電極106とゲート電極107との間に電圧を印加しない場合、ソース電極106の電子がバリア層104とチャネル層103との界面に形成された二次元電子ガス117を流れドレイン電極108へと流れることにより、トランジスタをオンとすることができる。また、例えばソース電極106を接地しドレイン電極108に+の電圧を印加状態で、ゲート電極107に−1V〜−30V程度の電圧を印加することにより、ゲート電極107の電子と二次元電子ガス117との相互作用によりゲート電極107下の二次元電子ガス117が空乏化する。その結果、ソース電極106からドレイン電極108へ流れる電子がゲート電極107下の二次元電子ガス117を流れることができなくなる。このことによりソース電極106とドレイン電極108との間の電流を低減または流れなくすることができ、トランジスタをオフとすることができる。   In the transistor as shown in FIG. 8, the current between the source electrode 106 and the drain electrode 108 flows mainly through the two-dimensional electron gas 117 using electrons as carriers, and changes the voltage applied to the gate electrode 107. Can be switched on / off. Specifically, for example, when the source electrode 106 is grounded and a positive voltage is applied to the drain electrode 108 and no voltage is applied between the source electrode 106 and the gate electrode 107, electrons in the source electrode 106 are transferred to the barrier layer. The transistor can be turned on by flowing the two-dimensional electron gas 117 formed at the interface between the channel 104 and the channel layer 103 to the drain electrode 108. Further, for example, when the source electrode 106 is grounded and a positive voltage is applied to the drain electrode 108 and a voltage of about −1 V to −30 V is applied to the gate electrode 107, the electrons of the gate electrode 107 and the two-dimensional electron gas 117 are applied. The two-dimensional electron gas 117 under the gate electrode 107 is depleted due to the interaction. As a result, electrons flowing from the source electrode 106 to the drain electrode 108 cannot flow through the two-dimensional electron gas 117 below the gate electrode 107. Accordingly, current between the source electrode 106 and the drain electrode 108 can be reduced or prevented from flowing, and the transistor can be turned off.

特開2004−200248号公報JP 2004-200248 A

しかし、図8に示すような構造の電界効果トランジスタにおいて、ソース電極およびゲート電極とドレイン電極との間に高電圧を印加すると、素子内部にかかる電界によりキャリアが増大し素子が壊れてしまう場合がある。このキャリアが増大する原因は、明らかではないが、原因の一つとして、高電圧を印加すると素子内部に絶縁破壊強度を超える電界強度がかかる部分が局所的に生じこの部分でなだれ降伏が起こるために生じると考えられている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高電圧を印加しても壊れにくい電界効果トランジスタを提供する。
However, in a field effect transistor having a structure as shown in FIG. 8, when a high voltage is applied between the source electrode, the gate electrode, and the drain electrode, carriers may increase due to the electric field applied to the inside of the element, and the element may be broken. is there. The cause of this carrier increase is not clear, but one of the causes is that when a high voltage is applied, a portion where an electric field strength exceeding the breakdown strength is locally generated inside the device, and avalanche breakdown occurs in this portion. It is thought to occur.
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a field effect transistor that is not easily broken even when a high voltage is applied.

この発明は、「基板上にチャネル層およびバリア層がこの順で設けられ、前記バリア層上にソース電極、ゲート電極およびドレイン電極がこの順で離間して設けられ、前記ソース電極の直下の前記バリア層および前記チャネル層に第1のn型不純物拡散領域が設けられ、前記ドレイン電極の直下の前記バリア層および前記チャネル層に第2のn型不純物拡散領域が設けられ、第2のn型不純物拡散領域の下側の前記チャネル層および第2のn型不純物拡散領域の前記ゲート電極側の前記チャネル層および前記バリア層に第3のn型不純物拡散領域が設けられ、第1のn型不純物拡散領域および第3のn型不純物拡散領域は、前記ゲート電極が有する前記チャネル層に最も近い下面の直下の前記バリア層および前記チャネル層を除く部分に設けられ、第3のn型不純物拡散領域は、第2のn型不純物拡散領域よりも低いn型不純物濃度を有し、第3のn型不純物拡散領域は、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間に電圧を印加したとき前記バリア層および前記チャネル層においてその絶縁破壊強度を超える電界集中が生じることを抑制することを特徴とする電界効果トランジスタ。」を提供する。   According to the present invention, “a channel layer and a barrier layer are provided in this order on a substrate, and a source electrode, a gate electrode and a drain electrode are provided on the barrier layer so as to be spaced apart in this order. A first n-type impurity diffusion region is provided in the barrier layer and the channel layer, and a second n-type impurity diffusion region is provided in the barrier layer and the channel layer immediately below the drain electrode. A third n-type impurity diffusion region is provided in the channel layer and the barrier layer on the gate electrode side of the channel layer below the impurity diffusion region and the second n-type impurity diffusion region, and the first n-type The impurity diffusion region and the third n-type impurity diffusion region are provided in a portion excluding the barrier layer and the channel layer immediately below the lower surface closest to the channel layer of the gate electrode. The third n-type impurity diffusion region has an n-type impurity concentration lower than that of the second n-type impurity diffusion region, and the third n-type impurity diffusion region is formed between the gate electrode and the drain electrode. There is provided a field effect transistor characterized by suppressing the occurrence of electric field concentration exceeding the dielectric breakdown strength in the barrier layer and the channel layer when a voltage is applied therebetween.

従来の図8のようなヘテロ接合を有する電界効果トランジスタにおいて、高電圧を印加すると、特に二次元電子ガス117のシート電子濃度が小さい場合において、ドレイン電極のゲート電極側のチャネル層において絶縁破壊が生じやすい。この原因は次のように考えられる。まず、トランジスタがオフの状態、つまりゲート電極下でキャリアの空乏化が発生した状態で、ドレイン電極に印加された電圧によりゲート電極下部のキャリアの空乏化がドレイン電極側に広がり、この空乏化がドレイン電極の近傍まで達すると考えられる。このため、ゲート電極とドレイン電極との間のシートキャリア濃度が高い領域は、高濃度のn型不純物拡散領域を形成したドレイン電極のゲート電極側のバリア層及びチャネル層だけになると考えられる。この結果、ゲート電極とドレイン電極との間に印加された電圧は、ドレイン電極近傍のシートキャリア濃度が急激に上昇する領域に局所的に集中することで絶縁破壊が生じやすくなると考えられる。   In a conventional field effect transistor having a heterojunction as shown in FIG. 8, when a high voltage is applied, particularly when the sheet electron concentration of the two-dimensional electron gas 117 is small, breakdown occurs in the channel layer on the gate electrode side of the drain electrode. Prone to occur. The cause is considered as follows. First, in a state where the transistor is off, that is, in a state where carrier depletion occurs under the gate electrode, the carrier depletion under the gate electrode spreads to the drain electrode side by the voltage applied to the drain electrode, and this depletion is reduced. It is thought that it reaches the vicinity of the drain electrode. For this reason, it is considered that the region having a high sheet carrier concentration between the gate electrode and the drain electrode is only the barrier layer and the channel layer on the gate electrode side of the drain electrode in which the high concentration n-type impurity diffusion region is formed. As a result, it is considered that the voltage applied between the gate electrode and the drain electrode is locally concentrated in a region where the sheet carrier concentration in the vicinity of the drain electrode is rapidly increased, so that dielectric breakdown is likely to occur.

本発明の電界効果トランジスタによれば、従来の電界効果トランジスタにおいて絶縁破壊が生じやすい領域の周辺に、n型不純物を一定の濃度で含む第3のn型不純物拡散領域を設ける。具体的には、第2のn型不純物拡散領域に比べn型不純物濃度が低い第3のn型不純物拡散領域を第2のn型不純物拡散領域を囲むように設ける。このことにより、ゲート電極下のキャリアの空乏化がドレイン電極の近傍にまで広がるのを防止でき、第3のn型不純物拡散領域を設けた部分のシートキャリア濃度をほぼ一定とすることができる。この結果、ゲート電極とドレイン電極との間に印加された電圧は、第3のn型不純物拡散領域にほぼ均一にかかる。この結果、局所的に大きい電界強度がかかる部分が生じるのを抑制することができ、絶縁破壊を生じにくくすることができる。また、絶縁破壊が起こりやすい部分にかかる電界集中を緩和することができる。また、トランジスタの破壊電圧(耐圧)を向上できる。   According to the field effect transistor of the present invention, the third n-type impurity diffusion region containing the n-type impurity at a constant concentration is provided around the region where dielectric breakdown is likely to occur in the conventional field effect transistor. Specifically, a third n-type impurity diffusion region having an n-type impurity concentration lower than that of the second n-type impurity diffusion region is provided so as to surround the second n-type impurity diffusion region. This can prevent the carrier depletion under the gate electrode from spreading to the vicinity of the drain electrode, and the sheet carrier concentration in the portion where the third n-type impurity diffusion region is provided can be made substantially constant. As a result, the voltage applied between the gate electrode and the drain electrode is applied substantially uniformly to the third n-type impurity diffusion region. As a result, it is possible to suppress the occurrence of a portion where a high electric field strength is locally generated, and it is possible to make dielectric breakdown difficult to occur. In addition, electric field concentration applied to a portion where dielectric breakdown is likely to occur can be reduced. In addition, the breakdown voltage (breakdown voltage) of the transistor can be improved.

本発明の一実施形態の電界効果トランジスタの構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the field effect transistor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の電界効果トランジスタの構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the field effect transistor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の電界効果トランジスタの構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the field effect transistor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の電界効果トランジスタの構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the field effect transistor of one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態の電界効果トランジスタの構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the field effect transistor of one Embodiment of this invention. 従来の電界効果トランジスタについてのシミュレーションの結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the simulation about the conventional field effect transistor. 本発明の一実施形態の電界効果トランジスタについてのシミュレーションの結果を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the result of the simulation about the field effect transistor of one Embodiment of this invention. 従来の電界効果トランジスタの構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the conventional field effect transistor.

1.本発明の電界効果トランジスタについて
本発明の電界効果トランジスタは、基板上にチャネル層およびバリア層がこの順で設けられ、前記バリア層上にソース電極、ゲート電極およびドレイン電極がこの順で離間して設けられ、前記ソース電極の直下の前記バリア層および前記チャネル層に第1のn型不純物拡散領域が設けられ、前記ドレイン電極の直下の前記バリア層および前記チャネル層に第2のn型不純物拡散領域が設けられ、第2のn型不純物拡散領域の下側の前記チャネル層および第2のn型不純物拡散領域の前記ゲート電極側の前記チャネル層および前記バリア層に第3のn型不純物拡散領域が設けられ、第1のn型不純物拡散領域および第3のn型不純物拡散領域は、前記ゲート電極が有する前記チャネル層に最も近い下面の直下の前記バリア層および前記チャネル層を除く部分に設けられ、第3のn型不純物拡散領域は、第2のn型不純物拡散領域よりも低いn型不純物濃度を有し、第3のn型不純物拡散領域は、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間に電圧を印加したとき前記バリア層および前記チャネル層においてその絶縁破壊強度を超える電界集中が生じることを抑制することを特徴とする。
1. About the field effect transistor of the present invention In the field effect transistor of the present invention, a channel layer and a barrier layer are provided in this order on a substrate, and a source electrode, a gate electrode and a drain electrode are spaced apart in this order on the barrier layer. A first n-type impurity diffusion region is provided in the barrier layer and the channel layer immediately below the source electrode, and a second n-type impurity diffusion is provided in the barrier layer and the channel layer immediately below the drain electrode. A third n-type impurity diffusion region is provided in the channel layer below the second n-type impurity diffusion region and the channel layer and the barrier layer on the gate electrode side of the second n-type impurity diffusion region. A first n-type impurity diffusion region and a third n-type impurity diffusion region are formed on a lower surface closest to the channel layer of the gate electrode. The third n-type impurity diffusion region provided in a portion excluding the barrier layer and the channel layer immediately below has a lower n-type impurity concentration than the second n-type impurity diffusion region, and the third n-type impurity diffusion region The impurity diffusion region is characterized by suppressing the occurrence of electric field concentration exceeding the dielectric breakdown strength in the barrier layer and the channel layer when a voltage is applied between the gate electrode and the drain electrode.

本発明において、電界効果トランジスタとは、ゲート電極に加えた電圧(電荷)によりゲート電極下の半導体層のキャリアを制御し、ソース電極とドレイン電極との間の電流を増減させるトランジスタをいう。また、本発明の電界効果トランジスタは、ヘテロ接合型電界効果トランジスタであってもよい。
本発明において、基板は上部にチャネル層などの半導体層を形成できる基板であれば特に限定されない。例えば、n型不純物をドープしたSi、Si、GaN、SiCまたはサファイアなどの基板である。
本発明において、チャネル層は、基板の上に設けられソース電極とドレイン電極との間の電流が流れうる層であれば特に限定されないが、例えば、III族窒化物半導体であり、さらに具体的には例えば、GaN、AlGaN、InGaNなどである。
In the present invention, a field effect transistor refers to a transistor that controls carriers in a semiconductor layer under a gate electrode by a voltage (charge) applied to the gate electrode and increases or decreases a current between the source electrode and the drain electrode. The field effect transistor of the present invention may be a heterojunction field effect transistor.
In the present invention, the substrate is not particularly limited as long as it is a substrate on which a semiconductor layer such as a channel layer can be formed. For example, a substrate such as Si, Si, GaN, SiC or sapphire doped with n-type impurities.
In the present invention, the channel layer is not particularly limited as long as it is a layer provided on the substrate and through which a current between the source electrode and the drain electrode can flow. For example, it is a group III nitride semiconductor, and more specifically, For example, GaN, AlGaN, InGaN and the like.

本発明において、バリア層は、チャネル層の上に設けられチャネル層との界面にヘテロ接合を構成しうる層であれば特に限定されない。また、バリア層はチャネル層よりも広いバンドギャップを有してもよい。バリア層としては、例えば、III族窒化物半導体であり、さらに具体的には、AlN、AlGaN、InGaNなどである。
本発明において、ソース電極、ゲート電極、ドレイン電極は、本発明の電界効果トランジスタを構成することができる電極であれば特に限定されない。
In the present invention, the barrier layer is not particularly limited as long as it is a layer provided on the channel layer and capable of forming a heterojunction at the interface with the channel layer. The barrier layer may have a wider band gap than the channel layer. The barrier layer is, for example, a group III nitride semiconductor, and more specifically, AlN, AlGaN, InGaN, or the like.
In the present invention, the source electrode, the gate electrode, and the drain electrode are not particularly limited as long as they can form the field effect transistor of the present invention.

本発明において、第1のn型不純物拡散領域は、ソース電極の直下のバリア層およびチャネル層にn型不純物を拡散させた領域であれば特に限定されない。
本発明において、n型不純物は、バリア層およびチャネル層に拡散させることによりバリア層およびチャネル層の導電率を高くすることができる不純物(ドナー)であれば特に限定されないが、例えば、バリア層およびチャネル層がIII族窒化物半導体からなる場合には、Siなどである。また、n型不純物濃度とは、n型不純物の濃度をいう。なお、n型純物濃度は、キャリアである電子の濃度とほぼ同じになると考えられる。
本発明において、第2のn型不純物拡散領域は、ドレイン電極の直下のバリア層およびチャネル層にn型不純物を拡散させた領域であれば特に限定されない。
In the present invention, the first n-type impurity diffusion region is not particularly limited as long as it is a region in which an n-type impurity is diffused in the barrier layer and the channel layer immediately below the source electrode.
In the present invention, the n-type impurity is not particularly limited as long as it is an impurity (donor) that can increase the conductivity of the barrier layer and the channel layer by diffusing into the barrier layer and the channel layer. In the case where the channel layer is made of a group III nitride semiconductor, Si or the like is used. Further, the n-type impurity concentration refers to the concentration of n-type impurities. The n-type pure substance concentration is considered to be almost the same as the concentration of electrons as carriers.
In the present invention, the second n-type impurity diffusion region is not particularly limited as long as it is a region in which an n-type impurity is diffused in the barrier layer and the channel layer immediately below the drain electrode.

本発明において、第3のn型不純物拡散領域とは、バリア層およびチャネル層にn型不純物を拡散させた領域であり、第2のn型不純物拡散領域を囲むように設けられる。また、第3のn型不純物拡散領域は、第2のn型不純物拡散領域のゲート電極側の前記チャネル層と前記バリア層との界面の一部を含みかつ第2のn型不純物拡散領域よりも低いn型不純物濃度を有する。   In the present invention, the third n-type impurity diffusion region is a region in which an n-type impurity is diffused in the barrier layer and the channel layer, and is provided so as to surround the second n-type impurity diffusion region. Further, the third n-type impurity diffusion region includes a part of the interface between the channel layer and the barrier layer on the gate electrode side of the second n-type impurity diffusion region, and more than the second n-type impurity diffusion region. Has a low n-type impurity concentration.

2.本発明の電界効果トランジスタの実施形態について
本発明の電界効果トランジスタにおいて、第3のn型不純物拡散領域は、前記ゲート電極が有する前記チャネル層に最も近い下面と前記ドレイン電極の下面との間隔を100としたとき、第2のn型不純物拡散領域の前記ゲート電極側の第3のn型不純物拡散領域が設けられた前記チャネル層と前記バリア層との界面が10以上80以下の幅を有するように設けられてもよい。
この構成により、トランジスタ特性を保持したまま、効率的に大きい電界強度がかかる部分が生じるのを抑制することができ、絶縁破壊の発生を抑制することができる。
2. Embodiment of Field Effect Transistor of the Present Invention In the field effect transistor of the present invention, the third n-type impurity diffusion region has a distance between the lower surface closest to the channel layer of the gate electrode and the lower surface of the drain electrode. 100, the interface between the channel layer provided with the third n-type impurity diffusion region on the gate electrode side of the second n-type impurity diffusion region and the barrier layer has a width of 10 to 80 It may be provided as follows.
With this configuration, it is possible to suppress the occurrence of a portion where high electric field strength is efficiently applied while maintaining the transistor characteristics, and it is possible to suppress the occurrence of dielectric breakdown.

本発明のトランジスタにおいて、チャネル層およびバリア層は、III族窒化物半導体からなってもよい。III族窒化物半導体は高い絶縁破壊電界強度、高い熱伝導率を有する。このため、高い絶縁破壊電界強度、高い熱伝導率を有する高周波のパワースイッチング素子とすることができる。また、特に大電力・高周波用途に有用なトランジスタ(HFET)とすることができる。   In the transistor of the present invention, the channel layer and the barrier layer may be made of a group III nitride semiconductor. Group III nitride semiconductors have high breakdown field strength and high thermal conductivity. For this reason, it can be set as the high frequency power switching element which has high dielectric breakdown electric field strength and high thermal conductivity. In addition, the transistor (HFET) particularly useful for high power / high frequency applications can be obtained.

本発明のトランジスタにおいて、第1のn型不純物拡散領域および第2のn型不純物拡散領域は、1.0×1014cm-2〜1.0×1016cm-2のn型不純物濃度を有してもよい。このことにより、ソース電極またはドレイン電極と、チャネル層との間の電気抵抗を低減することができる。 In the transistor of the present invention, the first n-type impurity diffusion region and the second n-type impurity diffusion region have an n-type impurity concentration of 1.0 × 10 14 cm −2 to 1.0 × 10 16 cm −2. You may have. Thereby, the electrical resistance between the source or drain electrode and the channel layer can be reduced.

本発明のトランジスタにおいて、第3のn型不純物拡散領域は、第2のn型不純物拡散領域のn型不純物濃度が1.0×10xcm-2の場合、1.0×10x-4cm-2〜1.0×10x-0.5cm-2のn型不純物濃度を有してもよい。このことにより、第3のn型不純物拡散領域の導電率が高くなりすぎることを抑制することができ、第3のn型不純物拡散領域のゲート電極側のチャネル層などに局所的に電界密度が高くなることを抑制することができる。 In the transistor of the present invention, the third n-type impurity diffusion region is 1.0 × 10 x-4 when the n-type impurity concentration of the second n-type impurity diffusion region is 1.0 × 10 x cm −2. It may have an n-type impurity concentration of cm −2 to 1.0 × 10 x−0.5 cm −2 . As a result, the conductivity of the third n-type impurity diffusion region can be prevented from becoming too high, and the electric field density is locally generated in the channel layer on the gate electrode side of the third n-type impurity diffusion region. It can suppress becoming high.

本発明のトランジスタにおいて、チャネル層は、上層チャネル層と下層チャネル層からなり、上層チャネル層は、バリア層および下層チャネル層のいずれよりも小さいバンドギャップを有してもよい。このことにより、ソース電極とドレイン電極間を流れる電流を上層チャネル層に集中して流すことができ、リーク電流を低減することができる。   In the transistor of the present invention, the channel layer includes an upper channel layer and a lower channel layer, and the upper channel layer may have a smaller band gap than any of the barrier layer and the lower channel layer. As a result, the current flowing between the source electrode and the drain electrode can be concentrated in the upper channel layer and leakage current can be reduced.

本発明のトランジスタにおいて、基板は、導電性基板であってもよい。また、導電性基板は、ソース電極と電気的に接続してもよい。このことにより、ソース電極とドレイン電極との間に電圧を印加した場合、基板とドレイン電極との間に縦方向の電界が生じドレイン電極の下部のチャネル層にかかる電界強度が大きくなる。その結果、ソース電極およびゲート電極とドレイン電極との間の電界を緩和することができる。これらより、絶縁破壊が生じやすいドレイン電極のゲート電極側のチャネル層にかかる電界強度を緩和することができ、絶縁破壊を抑制することができる。   In the transistor of the present invention, the substrate may be a conductive substrate. Further, the conductive substrate may be electrically connected to the source electrode. As a result, when a voltage is applied between the source electrode and the drain electrode, a vertical electric field is generated between the substrate and the drain electrode, and the electric field strength applied to the channel layer below the drain electrode is increased. As a result, the electric field between the source electrode and the gate electrode and the drain electrode can be relaxed. As a result, the electric field strength applied to the channel layer on the gate electrode side of the drain electrode, which easily causes dielectric breakdown, can be reduced, and the dielectric breakdown can be suppressed.

本発明のトランジスタにおいて、バリア層またはチャネル層は、リセス構造を有し、ゲート電極は、リセス構造の凹部上に設けられてもよい。この構成により、本発明のトランジスタは、良好なピンチオフ特性を得ることができる。また、チャネル層をリセス構造とすることにより、ノーマリーオフ型のトランジスタとすることができる。   In the transistor of the present invention, the barrier layer or the channel layer may have a recess structure, and the gate electrode may be provided on the recess of the recess structure. With this configuration, the transistor of the present invention can obtain good pinch-off characteristics. In addition, when the channel layer has a recess structure, a normally-off transistor can be obtained.

本発明のトランジスタにおいて、ゲート電極とバリア層またはチャネル層との間に絶縁体層をさらに備えてもよい。この構成により、良好なゲート絶縁特性を得ることができる。   The transistor of the present invention may further include an insulator layer between the gate electrode and the barrier layer or the channel layer. With this configuration, good gate insulation characteristics can be obtained.

本発明のトランジスタにおいて、絶縁体層は、誘電率の異なる複数の層を備えてもよい。この構成により、良好なゲート絶縁特性を得ることができる。   In the transistor of the present invention, the insulator layer may include a plurality of layers having different dielectric constants. With this configuration, good gate insulation characteristics can be obtained.

本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、基板上にチャネル層およびバリア層をこの順で形成する工程と、前記チャネル層および前記バリア層に第1のn型不純物拡散領域および第3のn型不純物拡散領域を離間して形成する工程と、第3のn型不純物拡散領域の一部でありかつ、下側および前記第1のn型不純物拡散領域側に第3のn型不純物拡散領域がある部分に第2のn型不純物拡散領域を形成する工程と、第1のn型不純物拡散領域の直上にソース電極を形成する工程と、第2のn型不純物拡散領域の直上にドレイン電極を形成する工程と第1のn型不純物拡散領域と第3のn型不純物拡散領域との間の、第1のn型不純物拡散領域および第3のn型不純物拡散領域のいずれも形成されていない前記チャネル層および前記バリア層の直上にゲート電極を形成する工程とを備え、第3のn型不純物拡散領域は、第2のn型不純物拡散領域よりも低いn型不純物濃度を有するように形成されることを特徴とする。   The field effect transistor manufacturing method of the present invention includes a step of forming a channel layer and a barrier layer in this order on a substrate, and a first n-type impurity diffusion region and a third n-type in the channel layer and the barrier layer. A step of forming the impurity diffusion regions apart from each other; and a third n-type impurity diffusion region which is a part of the third n-type impurity diffusion region and is provided on the lower side and the first n-type impurity diffusion region side. Forming a second n-type impurity diffusion region in a certain part; forming a source electrode immediately above the first n-type impurity diffusion region; and forming a drain electrode directly above the second n-type impurity diffusion region. Neither the first n-type impurity diffusion region nor the third n-type impurity diffusion region is formed between the forming step and the first n-type impurity diffusion region and the third n-type impurity diffusion region. The channel layer and the barrier Forming a gate electrode immediately above the first n-type impurity diffusion region, wherein the third n-type impurity diffusion region has a lower n-type impurity concentration than the second n-type impurity diffusion region. .

3.本発明の電界効果トランジスタの各実施形態について
以下、本発明の各実施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。
図1〜5は、それぞれ本発明の一実施形態の電界効果トランジスタの構造を示す概略断面図である。
3. Embodiments of the Field Effect Transistor of the Present Invention 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.
1 to 5 are schematic cross-sectional views each showing the structure of a field effect transistor according to an embodiment of the present invention.

3−1.電界効果トランジスタ
図1に例示したように本実施形態の電界効果トランジスタ20は、基板1上にチャネル層3およびバリア層4がこの順で設けられ、バリア層4上にソース電極6、ゲート電極7およびドレイン電極8がこの順で離間して設けられ、ソース電極6の直下のバリア層4およびチャネル層3に第1のn型不純物拡散領域12が設けられ、ドレイン電極8の直下のバリア層4およびチャネル層3に第2のn型不純物拡散領域13が設けられ、第2のn型不純物拡散領域13の下側のチャネル層3および第2のn型不純物拡散領域13のゲート電極7側のチャネル層3およびバリア層4に第3のn型不純物拡散領域15が設けられ、第1のn型不純物拡散領域12および第3のn型不純物拡散領域15は、ゲート電極7が有するチャネル層3に最も近い下面の直下のバリア層4およびチャネル層3を除く部分に設けられ、第3のn型不純物拡散領域15は、第2のn型不純物拡散領域13よりも低いn型不純物濃度を有し、第3のn型不純物拡散領域15は、ゲート電極7とドレイン電極8との間に電圧を印加したときバリア層4およびチャネル層3においてその絶縁破壊強度を超える電界集中が生じることを抑制することを特徴とする。
3-1. Field Effect Transistor As illustrated in FIG. 1, in the field effect transistor 20 of this embodiment, a channel layer 3 and a barrier layer 4 are provided in this order on a substrate 1, and a source electrode 6 and a gate electrode 7 are provided on the barrier layer 4. And the drain electrode 8 are provided separately in this order, the first n-type impurity diffusion region 12 is provided in the barrier layer 4 and the channel layer 3 immediately below the source electrode 6, and the barrier layer 4 immediately below the drain electrode 8 And the second n-type impurity diffusion region 13 is provided in the channel layer 3, and the channel layer 3 below the second n-type impurity diffusion region 13 and the gate electrode 7 side of the second n-type impurity diffusion region 13 are provided. A third n-type impurity diffusion region 15 is provided in the channel layer 3 and the barrier layer 4, and the first n-type impurity diffusion region 12 and the third n-type impurity diffusion region 15 are provided in the gate electrode 7. The third n-type impurity diffusion region 15 is provided in a portion excluding the barrier layer 4 and the channel layer 3 immediately below the lower surface closest to the channel layer 3, and the n-type impurity is lower than the second n-type impurity diffusion region 13. The third n-type impurity diffusion region 15 has a concentration, and when the voltage is applied between the gate electrode 7 and the drain electrode 8, an electric field concentration exceeding the dielectric breakdown strength occurs in the barrier layer 4 and the channel layer 3. It is characterized by suppressing this.

また、本実施形態の電界効果トランジスタ20は、バリア層4の上に絶縁膜10を有してもよい。
また、本実施形態の電界効果トランジスタ20は、図5に示したようにゲート電極7とバリア層4またはチャネル層3との間に絶縁体層25を有してもよい。
また、本実施形態の電界効果トランジスタ20は、ヘテロ接合型電界効果トランジスタであってもよい。
Further, the field effect transistor 20 of the present embodiment may have the insulating film 10 on the barrier layer 4.
Further, the field effect transistor 20 of the present embodiment may include an insulator layer 25 between the gate electrode 7 and the barrier layer 4 or the channel layer 3 as shown in FIG.
Further, the field effect transistor 20 of the present embodiment may be a heterojunction field effect transistor.

3−2.基板
基板1は上部にチャネル層3などの半導体層を形成できる基板であれば特に限定されない。また、基板1は導電性基板であってもよく、高抵抗基板であってもよい。例えば、n型不純物をドープしたSi(n+‐Si基板)、Si、GaN、SiCまたはサファイアなどの基板である。
基板1は、導電性基板であってもよい。また、基板1とソース電極6を電気的に接続してもよい。このことにより、基板1とドレイン電極8との間に電圧が印加され、ゲート電極7とドレイン電極8との間にかかる電界を緩和することができる。その結果、絶縁破壊の発生を抑制することができる。また、ソース電極6および基板1を接地することもできる。また、基板1とソース電極6を電気的に接続することにより、電界効果トランジスタ20をパッケージングする場合、デバイスを小型化することができる。
3-2. Substrate The substrate 1 is not particularly limited as long as it is a substrate on which a semiconductor layer such as the channel layer 3 can be formed. The substrate 1 may be a conductive substrate or a high resistance substrate. For example, a substrate such as Si (n + -Si substrate) doped with an n-type impurity, Si, GaN, SiC, or sapphire.
The substrate 1 may be a conductive substrate. Further, the substrate 1 and the source electrode 6 may be electrically connected. As a result, a voltage is applied between the substrate 1 and the drain electrode 8, and the electric field applied between the gate electrode 7 and the drain electrode 8 can be relaxed. As a result, the occurrence of dielectric breakdown can be suppressed. Further, the source electrode 6 and the substrate 1 can be grounded. Further, when the field effect transistor 20 is packaged by electrically connecting the substrate 1 and the source electrode 6, the device can be reduced in size.

3−3.チャネル層
チャネル層3は、基板1の上に設けられ、ソース電極6とドレイン電極8との間の電流が流れうるものであれば特に限定されない。また、キャリアは、電子であってもよい。また、チャネル層3は、III族窒化物半導体、例えば、GaN、AlxGa1-xN、InxGa1-xNなどからなってもよい。なお例えばxは0より大きく0.5以下でもよい。また、例えばxは、0.001以上0.1以下であってもよい。III族窒化物半導体は、絶縁破壊強度が高く熱伝導率が高いため、高周波のパワースイッチング素子とすることができる。
3-3. Channel Layer The channel layer 3 is not particularly limited as long as it is provided on the substrate 1 and can flow a current between the source electrode 6 and the drain electrode 8. The carrier may be an electron. The channel layer 3 may be made of a group III nitride semiconductor such as GaN, Al x Ga 1-x N, In x Ga 1-x N, or the like. For example, x may be greater than 0 and 0.5 or less. For example, x may be 0.001 or more and 0.1 or less. Since the group III nitride semiconductor has high dielectric breakdown strength and high thermal conductivity, it can be a high-frequency power switching element.

チャネル層3の厚さは、特に限定されないが、例えば、1〜10μmであり、さらに好ましくは2μm〜5μmである。   Although the thickness of the channel layer 3 is not specifically limited, For example, it is 1-10 micrometers, More preferably, it is 2 micrometers-5 micrometers.

チャネル層3は、バリア層4よりも小さいバンドギャップを有してもよい。このことにより、チャネル層3とバリア層4との界面に二次元電子ガス17を形成することができる。また、ソース電極6とドレイン電極8との間の電流が、主に二次元電子ガス17を流れることができる。また、この二次元電子ガス17をゲート電極に印加する電圧で制御することによりトランジスタのオンオフを切換えることができる。   The channel layer 3 may have a smaller band gap than the barrier layer 4. As a result, the two-dimensional electron gas 17 can be formed at the interface between the channel layer 3 and the barrier layer 4. Further, the current between the source electrode 6 and the drain electrode 8 can mainly flow through the two-dimensional electron gas 17. The transistor can be turned on and off by controlling the two-dimensional electron gas 17 with a voltage applied to the gate electrode.

また、チャネル層3は、図2のように上層チャネル層22と下層チャネル層23からなってもよく、上層チャネル層22は、バリア層4および下層チャネル層23のいずれよりも小さいバンドギャップを有してもよい。このことにより、キャリアである電子の大部分が上層チャネル層22に閉じ込められるようなバンド構造となるので、電子が下層チャネル層23および基板1を介して移動することによるリーク電流を低減できる。このことにより、ソース電極6とドレイン電極8の間を流れる電流を上層チャネル層22に集中して流すことができる。   The channel layer 3 may be composed of an upper channel layer 22 and a lower channel layer 23 as shown in FIG. 2, and the upper channel layer 22 has a smaller band gap than either the barrier layer 4 or the lower channel layer 23. May be. As a result, a band structure in which most of the electrons serving as carriers are confined in the upper channel layer 22 can reduce leakage current due to electrons moving through the lower channel layer 23 and the substrate 1. As a result, the current flowing between the source electrode 6 and the drain electrode 8 can be concentrated in the upper channel layer 22.

上層チャネル層22の材料は特に限定されないが、例えば、III族窒化物半導体である、GaN、AlxGa1-xN、InxGa1-xNなどからなってもよい。なお例えばxは0より大きく0.5より小さくてもよい。また、例えばxは、0.001以上0.1以下であってもよい。
また、上層チャネル層22の厚さは特に限定されないが、例えば、0.01μm以上0.1μm以下である。また、例えば0.01μm以上0.03μm以下である。また、上層チャネル層の厚さは、下層チャネル層の厚さより小さくてもよい。このことにより、キャリアである電子をより狭い範囲に閉じ込めることができる。
The material of the upper channel layer 22 is not particularly limited, but may be made of, for example, a group III nitride semiconductor such as GaN, Al x Ga 1-x N, In x Ga 1-x N, or the like. For example, x may be larger than 0 and smaller than 0.5. For example, x may be 0.001 or more and 0.1 or less.
Further, the thickness of the upper channel layer 22 is not particularly limited, and is, for example, 0.01 μm or more and 0.1 μm or less. For example, it is 0.01 micrometer or more and 0.03 micrometer or less. Further, the thickness of the upper channel layer may be smaller than the thickness of the lower channel layer. As a result, electrons that are carriers can be confined in a narrower range.

下層チャネル層23の材料は特に限定されないが、例えばIII族窒化物半導体である、AlxGa1-xN、InxGa1-xNなどからなってもよい。なお例えばxは0.01以上0.95以下でもよい。また、例えばxは、0.02以上0.3以下であってもよい。また、例えば、上層チャネル層22がGaNからなるとき、下層チャネル層23は、AlxGa1-xN(0.1≦x≦0.3)からなってもよい。
また、例えば、上層チャネル層22がGaN又はAlxGa1-xNからなり、下層チャネル層23がAlyGa1-yNならなるとき、yはxより大きくてもよい。この場合、上層チャネル層のバンドギャップは、下層チャネル層のバンドギャップより大きくなるからである。また0.02≦(y−x)≦0.3であってもよい。
また、下層チャネル層23の厚さは、特に限定されないが、例えば、1〜10μmであり、さらに好ましくは2μm〜5μmである。
The material of the lower channel layer 23 is not particularly limited, but may be made of, for example, a group III nitride semiconductor such as Al x Ga 1-x N, In x Ga 1-x N, or the like. For example, x may be not less than 0.01 and not more than 0.95. For example, x may be 0.02 or more and 0.3 or less. For example, when the upper channel layer 22 is made of GaN, the lower channel layer 23 may be made of Al x Ga 1-x N (0.1 ≦ x ≦ 0.3).
For example, when the upper channel layer 22 is made of GaN or Al x Ga 1-x N and the lower channel layer 23 is Al y Ga 1-y N, y may be larger than x. In this case, the band gap of the upper channel layer is larger than the band gap of the lower channel layer. Moreover, 0.02 ≦ (y−x) ≦ 0.3 may be satisfied.
The thickness of the lower channel layer 23 is not particularly limited, but is, for example, 1 to 10 μm, and more preferably 2 to 5 μm.

また、チャネル層3は、図5のようにリセス構造を有してもよい。これに加えてチャネル層3とゲート電極7との間に絶縁体層25を形成することにより、ノーマリーオフ型のトランジスタとすることができる。図5のようなトランジスタでは、ゲート電極7直下のチャネル層3には二次元電子ガスが形成されない場合が多いため、ゲート電極7に電圧を印加しない場合、ソース電極6とドレイン電極8の間にはほとんど電流が流れない。また、ゲート電極7にプラスの電圧を印加することにより、ゲート電極7直下のチャネル層に電子層を形成することができ、トランジスタをオンとすることができる。   Further, the channel layer 3 may have a recess structure as shown in FIG. In addition, by forming the insulator layer 25 between the channel layer 3 and the gate electrode 7, a normally-off transistor can be obtained. In the transistor as shown in FIG. 5, the two-dimensional electron gas is often not formed in the channel layer 3 immediately below the gate electrode 7. Therefore, when no voltage is applied to the gate electrode 7, the source electrode 6 and the drain electrode 8 are not connected. Almost no current flows. Further, by applying a positive voltage to the gate electrode 7, an electron layer can be formed in the channel layer immediately below the gate electrode 7, and the transistor can be turned on.

また、チャネル層3は、例えば、基板1の上にCVDにより形成することができる。   The channel layer 3 can be formed on the substrate 1 by CVD, for example.

基板1が導電性基板である場合、基板1とドレイン電極8との間にリーク電流が生じるのを防止するため、基板1とドレイン電極8との間の長さをソース電極6とドレイン電極8との間の長さに比べ長くすることができる。具体的には、チャネル層3の厚さをソース電極6とドレイン電極8との間の長さに比べ十分に厚くすることができる。このことにより、リーク電流を小さくすることができ、ゲート電極7にオフの電圧が印加されている場合、ドレイン電極8へ流れる電流を小さくすること又は流れないようにすることができる。   When the substrate 1 is a conductive substrate, the length between the substrate 1 and the drain electrode 8 is set to a length between the source electrode 6 and the drain electrode 8 in order to prevent leakage current between the substrate 1 and the drain electrode 8. It can be made longer than the length between. Specifically, the thickness of the channel layer 3 can be made sufficiently thicker than the length between the source electrode 6 and the drain electrode 8. Accordingly, the leakage current can be reduced, and when an off voltage is applied to the gate electrode 7, the current flowing to the drain electrode 8 can be reduced or prevented from flowing.

3−4.バリア層
バリア層4は、チャネル層3の上に設けられ、チャネル層3との界面にヘテロ接合を形成すれば特に限定されない。バリア層4は、III族窒化物半導体、例えば、AlxGa1-xN、InxGa1-xNなどからなってもよい。なお例えばxは0.05以上0.9以下でもよい。また、例えばxは、0.1以上0.5以下であってもよい。III族窒化物半導体は、絶縁破壊強度が高く熱伝導率が高いため、高周波のパワースイッチング素子とすることができる。また、例えば、チャネル層3がGaNまたはGaxAl1-xNからなり、バリア層4がGayAl1-yNからなるとき、yはxより大きくてもよく、0.02≦(y−x)≦0.3であってもよい。このことによりバリア層4のバンドギャップは、チャネル層3のバンドギャップよりも大きくすることができる。
また、バリア層4は、チャネル層3よりも大きいバンドギャップを有してもよい。このことにより、チャネル層3との界面に二次元電子ガス17を形成することができる。なお、AlGaN/GaNヘテロ接合では自発分極とピエゾ分極により1×1013/cm2程度のシート電子濃度が発生する。また、ソース電極6とドレイン電極8との間に流れる電流、つまりキャリアである電子の大部分をチャネル層3を流すことができる。
3-4. Barrier layer The barrier layer 4 is not particularly limited as long as it is provided on the channel layer 3 and forms a heterojunction at the interface with the channel layer 3. The barrier layer 4 may be made of a group III nitride semiconductor, for example, Al x Ga 1-x N, In x Ga 1-x N, or the like. For example, x may be 0.05 or more and 0.9 or less. For example, x may be 0.1 or more and 0.5 or less. Since the group III nitride semiconductor has high dielectric breakdown strength and high thermal conductivity, it can be a high-frequency power switching element. For example, when the channel layer 3 is made of GaN or Ga x Al 1-x N and the barrier layer 4 is made of Ga y Al 1-y N, y may be larger than x, and 0.02 ≦ (y -X) ≦ 0.3 may be sufficient. As a result, the band gap of the barrier layer 4 can be made larger than the band gap of the channel layer 3.
The barrier layer 4 may have a larger band gap than the channel layer 3. As a result, the two-dimensional electron gas 17 can be formed at the interface with the channel layer 3. In the AlGaN / GaN heterojunction, a sheet electron concentration of about 1 × 10 13 / cm 2 is generated due to spontaneous polarization and piezoelectric polarization. Further, most of the current flowing between the source electrode 6 and the drain electrode 8, that is, electrons serving as carriers can be passed through the channel layer 3.

バリア層4の厚さは、特に限定されないが、例えば0.01μm以上0.1μm以下とすることができる。また、例えば、0.015μm以上0.07μm以下とすることができる。
また、バリア層4は図4のようにリセス構造を有してもよい。このことにより、良好なピンチオフ特性を有する電界効果トランジスタ20とすることができる。
Although the thickness of the barrier layer 4 is not specifically limited, For example, it can be 0.01 micrometer or more and 0.1 micrometer or less. For example, it can be 0.015 μm or more and 0.07 μm or less.
Further, the barrier layer 4 may have a recess structure as shown in FIG. As a result, the field effect transistor 20 having good pinch-off characteristics can be obtained.

また、バリア層4は、例えば、チャネル層3の上にCVDにより形成することができる。   The barrier layer 4 can be formed on the channel layer 3 by CVD, for example.

3−5.ソース電極
ソース電極6は、バリア層4上にソース電極6、ゲート電極7およびドレイン電極8の順で離間して設けられるように設けられ、第1のn型不純物拡散領域12の直上に設けられる電極であれば、特に限定されない。ソース電極6を形成するのに用いる金属は、例えば、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ることができる。ソース電極6は例えば、Hf/Al/Au、Ti/Pt/Auからなる電極とすることができる。
ソース電極6の幅は、特に限定されないが、例えば10μm以上1mm以下とすることができる。
また、ソース電極6は、真空蒸着法、スパッタ法などにより形成することができる。
また、バリア層4上に絶縁膜10を形成している場合、ソース電極6を形成する部分の絶縁膜10をエッチングにより除去し、ソース電極6がバリア層4に接触するように形成することができる。
また、ソース電極6は、真空蒸着法、スパッタ法などにより形成した後、熱処理を行うことができる。熱処理は、特に限定されないが、例えば、550℃で1分間行うことができる。このことにより、ソース電極6とチャネル層3は、第1のn型不純物拡散層12を介してオーミック接続することができる。
3-5. Source electrode The source electrode 6 is provided on the barrier layer 4 so as to be spaced apart in order of the source electrode 6, the gate electrode 7, and the drain electrode 8, and is provided immediately above the first n-type impurity diffusion region 12. If it is an electrode, it will not specifically limit. As the metal used to form the source electrode 6, for example, at least one metal selected from Ti, Zr, Hf, Al, AlSi, W, WN, Au, and Pt can be used. The source electrode 6 can be, for example, an electrode made of Hf / Al / Au or Ti / Pt / Au.
Although the width | variety of the source electrode 6 is not specifically limited, For example, it can be 10 micrometers or more and 1 mm or less.
The source electrode 6 can be formed by a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like.
In the case where the insulating film 10 is formed on the barrier layer 4, the insulating film 10 in a portion where the source electrode 6 is to be formed is removed by etching so that the source electrode 6 is in contact with the barrier layer 4. it can.
Further, the source electrode 6 can be heat-treated after being formed by a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like. Although heat processing is not specifically limited, For example, it can carry out at 550 degreeC for 1 minute. As a result, the source electrode 6 and the channel layer 3 can be ohmically connected via the first n-type impurity diffusion layer 12.

3−6.ドレイン電極
ドレイン電極8は、バリア層4上にソース電極6、ゲート電極7およびドレイン電極8の順で離間して設けられるように設けられ、第2のn型不純物拡散領域13の直上に設けられる電極であれば、特に限定されない。ドレイン電極8を形成するのに用いる金属は、例えば、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ることができる。ドレイン電極8は例えば、Hf/Al/Au、Ti/Pt/Auからなる電極とすることができる。
ドレイン電極8の幅は、特に限定されないが、例えば1μm以上5μm以下とすることができる。
また、ドレイン電極8は、真空蒸着法、スパッタ法などにより形成することができる。
また、バリア層4上に絶縁膜10を形成している場合、ドレイン電極8を形成する部分の絶縁膜10をエッチングにより除去し、ドレイン電極8がバリア層4に接触するように形成することができる。
また、ドレイン電極8は、真空蒸着法、スパッタ法などにより形成した後、熱処理を行うことができる。熱処理は、特に限定されないが、例えば、550℃で1分間行うことができる。このことにより、ドレイン電極8とチャネル層3は、第2のn型不純物拡散層12を介してオーミック接続することができる。
3-6. Drain electrode The drain electrode 8 is provided on the barrier layer 4 so as to be spaced apart in order of the source electrode 6, the gate electrode 7, and the drain electrode 8, and is provided immediately above the second n-type impurity diffusion region 13. If it is an electrode, it will not specifically limit. As the metal used to form the drain electrode 8, for example, at least one metal selected from Ti, Zr, Hf, Al, AlSi, W, WN, Au, and Pt can be used. The drain electrode 8 can be, for example, an electrode made of Hf / Al / Au or Ti / Pt / Au.
Although the width | variety of the drain electrode 8 is not specifically limited, For example, they are 1 micrometer or more and 5 micrometers or less.
The drain electrode 8 can be formed by a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like.
In addition, when the insulating film 10 is formed on the barrier layer 4, the insulating film 10 in a portion where the drain electrode 8 is to be formed is removed by etching so that the drain electrode 8 is in contact with the barrier layer 4. it can.
Further, the drain electrode 8 can be heat-treated after being formed by a vacuum deposition method, a sputtering method, or the like. Although heat processing is not specifically limited, For example, it can carry out at 550 degreeC for 1 minute. Accordingly, the drain electrode 8 and the channel layer 3 can be ohmically connected via the second n-type impurity diffusion layer 12.

3−7. ゲート電極
ゲート電極8は、バリア層4上にソース電極6、ゲート電極7およびドレイン電極8の順で離間して設けられるように設けられる電極であれば、特に限定されない。また、ゲート電極8の直下のバリア層4およびチャネル層3には、第1のn型不純物拡散領域12、第2のn型不純物拡散領域13及び第3のn型不純物拡散領域15は、設けられていない。
また、ゲート電極7とドレイン電極8は一定の間隔を有するように設けられてもよい。また、ゲート電極7が有するチャネル層3に最も近い下面とドレイン電極8の下面は、一定の間隔を有するように設けられてもよい。
ゲート電極8は、図1、2、4のようにバリア層4に接触するように設けられてもよい。また、図3、図5のように絶縁膜10または絶縁体層25を介してバリア層4またはチャネル層3の上に設けられていてもよい。このことにより、良好なゲート絶縁特性を得ることができる。
3-7. Gate electrode The gate electrode 8 is not particularly limited as long as it is an electrode provided on the barrier layer 4 so as to be spaced apart in order of the source electrode 6, the gate electrode 7 and the drain electrode 8. The barrier layer 4 and the channel layer 3 immediately below the gate electrode 8 are provided with a first n-type impurity diffusion region 12, a second n-type impurity diffusion region 13, and a third n-type impurity diffusion region 15. It is not done.
Further, the gate electrode 7 and the drain electrode 8 may be provided so as to have a constant interval. In addition, the lower surface of the gate electrode 7 closest to the channel layer 3 and the lower surface of the drain electrode 8 may be provided so as to have a certain distance.
The gate electrode 8 may be provided in contact with the barrier layer 4 as shown in FIGS. Further, as shown in FIGS. 3 and 5, it may be provided on the barrier layer 4 or the channel layer 3 through the insulating film 10 or the insulating layer 25. Thereby, good gate insulation characteristics can be obtained.

また、ゲート電極7は、図4のようにリセス構造を有するバリア層4の凹部の上に設けられてもよい。このことにより、良好なピンチオフ特性を得ることができる。なお図4のようなリセス構造は、バリア層4の一部および絶縁膜10の一部をエッチングで除去することにより形成することができる。
また、ゲート電極7は、図5のようにリセス構造を有するチャネル層3の凹部の上に絶縁体層25を介して設けられてもよい。このことにより、良好なゲート絶縁特性が得られ、また、ノーマリーオフ型のトランジスタを形成することができる。リセス構造は、エッチングにより形成することができる。
また、ゲート電極7は、図1、図2、図5のようにバリア層4の上に形成された絶縁膜10の上にひさし状に張り出した形状(フィールドプレート構造)としてもよい。このことにより、ゲート電極7とドレイン電極8との間の電界集中を緩和することができる。
Moreover, the gate electrode 7 may be provided on the recessed part of the barrier layer 4 which has a recess structure like FIG. As a result, good pinch-off characteristics can be obtained. The recess structure as shown in FIG. 4 can be formed by removing a part of the barrier layer 4 and a part of the insulating film 10 by etching.
Further, the gate electrode 7 may be provided on the concave portion of the channel layer 3 having a recess structure as shown in FIG. As a result, good gate insulation characteristics can be obtained, and a normally-off transistor can be formed. The recess structure can be formed by etching.
In addition, the gate electrode 7 may have a shape (field plate structure) protruding like an eaves on the insulating film 10 formed on the barrier layer 4 as shown in FIGS. 1, 2, and 5. Thereby, the electric field concentration between the gate electrode 7 and the drain electrode 8 can be relaxed.

また、ゲート電極7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形成することができる。また、ゲート電極7は、真空蒸着法、スパッタ法により形成することができる。
また、バリア層4上に絶縁膜10を形成している場合、ゲート電極7を形成する部分の絶縁膜10をエッチングにより除去し、ゲート電極7がバリア層4に接触するように形成することができる。
The gate electrode 7 can be formed using at least one metal selected from Ti, Zr, Hf, Al, AlSi, W, WN, Au, and Pt. The gate electrode 7 can be formed by a vacuum deposition method or a sputtering method.
In the case where the insulating film 10 is formed on the barrier layer 4, the insulating film 10 in a portion where the gate electrode 7 is to be formed is removed by etching so that the gate electrode 7 is in contact with the barrier layer 4. it can.

また、ゲート電極7は、ソース電極6、ゲート電極7、ドレイン電極8と並んだ方向の幅が10μm以上1mm以下を有するように設けられてもよい。また、ゲート電極7が有するチャネル層3に最も近い下面とドレイン電極8の下面との間隔(図面にYで示した間隔)は、5μm以上20μm以下であってもよい。   The gate electrode 7 may be provided so that the width in the direction along with the source electrode 6, the gate electrode 7, and the drain electrode 8 has a width of 10 μm to 1 mm. Further, the distance between the lower surface closest to the channel layer 3 of the gate electrode 7 and the lower surface of the drain electrode 8 (interval indicated by Y in the drawing) may be 5 μm or more and 20 μm or less.

3−8.第1のn型不純物拡散領域
第1のn型不純物拡散領域12は、ソース電極6の直下のバリア層4およびチャネル層3に設けられる。第1のn型不純物拡散領域12を設けることにより、ソース電極6は、チャネル層3とオーミック接続することができる。また、第1のn型不純物拡散領域12は、ゲート電極7が有するチャネル層3に最も近い下面の直下のバリア層4およびチャネル層3には形成されていない。また、ゲート電極7が有するチャネル層3に最も近い下面の直下のバリア層4およびチャネル層3の実質的に全体には、n型不純物およびp型不純物が実質的に含まれていなくてもよい。また、第1のn型不純物拡散領域12は、実質的にソース電極6の直下のバリア層4およびチャネル層3にのみ設けられてもよい。
第1のn型不純物拡散領域12は、1.0×1014cm-2〜1.0×1016cm-2のn型不純物濃度を有してもよい。このことにより、ソース電極6とチャネル層3をオーミック接続することができる。
3-8. First n-type impurity diffusion region The first n-type impurity diffusion region 12 is provided in the barrier layer 4 and the channel layer 3 immediately below the source electrode 6. By providing the first n-type impurity diffusion region 12, the source electrode 6 can be ohmically connected to the channel layer 3. The first n-type impurity diffusion region 12 is not formed in the barrier layer 4 and the channel layer 3 immediately below the lower surface closest to the channel layer 3 included in the gate electrode 7. Further, substantially the entire barrier layer 4 and channel layer 3 immediately below the lower surface closest to the channel layer 3 of the gate electrode 7 may be substantially free of n-type impurities and p-type impurities. . Further, the first n-type impurity diffusion region 12 may be provided substantially only in the barrier layer 4 and the channel layer 3 immediately below the source electrode 6.
The first n-type impurity diffusion region 12 may have an n-type impurity concentration of 1.0 × 10 14 cm −2 to 1.0 × 10 16 cm −2 . As a result, the source electrode 6 and the channel layer 3 can be ohmically connected.

また、第1のn型不純物拡散領域12に含まれるn型不純物は、特に限定されないが、バリア層4およびチャネル層3がIII族窒化物である場合、Si、Ge、Snなどである。
また、第1のn型不純物拡散領域12は、バリア層4およびチャネル層3にn型不純物をイオン注入することにより、形成することができる。また、イオン注入後に熱処理を行うことにより、第1のn型不純物拡散領域12を活性化することができる。熱処理の温度は特に限定されないが、例えば1000℃〜1200℃とすることができる。このことによりソース電極6とチャネル層3との間の接触抵抗を低減することができる。
Further, the n-type impurity contained in the first n-type impurity diffusion region 12 is not particularly limited, but is Si, Ge, Sn, etc. when the barrier layer 4 and the channel layer 3 are group III nitrides.
The first n-type impurity diffusion region 12 can be formed by ion-implanting n-type impurities into the barrier layer 4 and the channel layer 3. Further, the first n-type impurity diffusion region 12 can be activated by performing a heat treatment after the ion implantation. Although the temperature of heat processing is not specifically limited, For example, it can be 1000 degreeC-1200 degreeC. Thereby, the contact resistance between the source electrode 6 and the channel layer 3 can be reduced.

また、第1のn型不純物拡散領域12は、n型不純物の熱拡散、例えば、Si拡散により形成することができる。具体的には、第1のn型不純物拡散領域12を形成するバリア層4の上にSi層を形成し、このSi層のSiを熱処理によりバリア層4およびチャネル層3にまで拡散させることにより第1のn型不純物拡散領域12を形成することができる。この熱処理の条件は、特に限定されないが、例えば、1100度で2分とすることができる。
また、例えば図2、図5のようにチャネル層3が上層チャネル層22および下層チャネル層23からなる場合、第1のn型不純物拡散領域12は、下層チャネル層23に届かないように形成することができる。このことにより、ソース電極6とドレイン電極8間を流れるキャリアである電子の大部分を上層チャネル層22に流すことができる。
The first n-type impurity diffusion region 12 can be formed by thermal diffusion of n-type impurities, for example, Si diffusion. Specifically, an Si layer is formed on the barrier layer 4 forming the first n-type impurity diffusion region 12, and Si of this Si layer is diffused to the barrier layer 4 and the channel layer 3 by heat treatment. A first n-type impurity diffusion region 12 can be formed. The conditions for this heat treatment are not particularly limited, but can be, for example, 1100 degrees and 2 minutes.
For example, when the channel layer 3 includes the upper channel layer 22 and the lower channel layer 23 as shown in FIGS. 2 and 5, the first n-type impurity diffusion region 12 is formed so as not to reach the lower channel layer 23. be able to. As a result, most of the electrons, which are carriers flowing between the source electrode 6 and the drain electrode 8, can flow to the upper channel layer 22.

3−9.第2のn型不純物拡散領域
第2のn型不純物拡散領域13は、ドレイン電極8の直下のバリア層4およびチャネル層3に設けられる。第2のn型不純物拡散領域13を設けることにより、ドレイン電極8は、チャネル層3とオーミック接続することができる。また、第2のn型不純物拡散領域13は、ゲート電極7が有するチャネル層3に最も近い下面の直下のバリア層4およびチャネル層3には形成されていなくてもよい。また、第2のn型不純物拡散領域13は、実質的にドレイン電極8の直下のバリア層4およびチャネル層3にのみ設けられてもよい。
第2のn型不純物拡散領域13は、1.0×1014cm-2〜1.0×1016cm-2のn型不純物濃度を有してもよい。このことにより、ドレイン電極8とチャネル層3をオーミック接続することができる。
3-9. Second n-type impurity diffusion region The second n-type impurity diffusion region 13 is provided in the barrier layer 4 and the channel layer 3 immediately below the drain electrode 8. By providing the second n-type impurity diffusion region 13, the drain electrode 8 can be ohmically connected to the channel layer 3. Further, the second n-type impurity diffusion region 13 may not be formed in the barrier layer 4 and the channel layer 3 immediately below the lower surface closest to the channel layer 3 of the gate electrode 7. Further, the second n-type impurity diffusion region 13 may be provided substantially only in the barrier layer 4 and the channel layer 3 immediately below the drain electrode 8.
Second n-type impurity diffusion region 13 may have an n-type impurity concentration of 1.0 × 10 14 cm −2 to 1.0 × 10 16 cm −2 . As a result, the drain electrode 8 and the channel layer 3 can be ohmically connected.

また、第2のn型不純物拡散領域13に含まれるn型不純物は、特に限定されないが、バリア層4およびチャネル層3がIII族窒化物である場合、Si、Ge、Snなどである。また、第1のn型不純物拡散領域12、第2のn型不純物拡散領域13、第3のn型不純物拡散領域15のそれぞれの領域に含まれるn型不純物は、同一の元素であってもよい。
また、第2のn型不純物拡散領域13は、第3のn型不純物拡散領域15が形成されたバリア層4およびチャネル層3の一部にn型不純物をイオン注入することにより形成することができる。このことにより、第3のn型不純物拡散領域15と第2のn型不純物拡散領域13のn型不純物濃度に差をつけることができる。また、第3のn型不純物拡散領域が第2のn型不純物拡散領域を囲むように構成することができる。つまり、まず、イオン注入またはn型不純物の熱拡散により、比較的低いn型不純物濃度で第3のn型不純物拡散領域15を形成し、その後、第3のn型不純物拡散領域15の一部にn型不純物をイオン注入することにより、第3のn型不純物拡散領域15よりn型不純物濃度が高い第2のn型不純物拡散領域13を形成することができる。また、後記載のn型不純物の熱拡散で第2のn型不純物拡散領域13を形成する場合も同様にn型不純物の濃度差をつけることができる。
The n-type impurity contained in the second n-type impurity diffusion region 13 is not particularly limited, but is Si, Ge, Sn or the like when the barrier layer 4 and the channel layer 3 are group III nitride. The n-type impurities contained in the first n-type impurity diffusion region 12, the second n-type impurity diffusion region 13, and the third n-type impurity diffusion region 15 may be the same element. Good.
The second n-type impurity diffusion region 13 may be formed by ion-implanting n-type impurities into part of the barrier layer 4 and the channel layer 3 in which the third n-type impurity diffusion region 15 is formed. it can. This makes it possible to make a difference in the n-type impurity concentration between the third n-type impurity diffusion region 15 and the second n-type impurity diffusion region 13. Further, the third n-type impurity diffusion region can be configured to surround the second n-type impurity diffusion region. That is, first, the third n-type impurity diffusion region 15 is formed with a relatively low n-type impurity concentration by ion implantation or thermal diffusion of n-type impurities, and then a part of the third n-type impurity diffusion region 15 is formed. The second n-type impurity diffusion region 13 having a higher n-type impurity concentration than the third n-type impurity diffusion region 15 can be formed by ion-implanting the n-type impurity into the first n-type impurity. Similarly, when the second n-type impurity diffusion region 13 is formed by thermal diffusion of n-type impurities described later, the concentration difference of the n-type impurities can be similarly set.

また、イオン注入後に熱処理を行うことにより、第2のn型不純物拡散領域13を活性化することができる。また、イオン注入後の熱処理は、第1のn型不純物拡散領域12、第2のn型不純物拡散領域13、第3のn型不純物拡散領域15について同時に行ってもよい。熱処理の温度は特に限定されないが、例えば1000℃〜1200℃とすることができる。このことによりドレイン電極8とチャネル層3との間の接触抵抗を低減することができる。   Further, the second n-type impurity diffusion region 13 can be activated by performing a heat treatment after the ion implantation. Further, the heat treatment after the ion implantation may be performed simultaneously on the first n-type impurity diffusion region 12, the second n-type impurity diffusion region 13, and the third n-type impurity diffusion region 15. Although the temperature of heat processing is not specifically limited, For example, it can be 1000 degreeC-1200 degreeC. This can reduce the contact resistance between the drain electrode 8 and the channel layer 3.

また、第2のn型不純物拡散領域13は、n型不純物の熱拡散、例えば、Si拡散により形成することができる。具体的には、第3のn型不純物拡散領域15が形成されたバリア層4の上にSi層を形成し、このSi層のSiを熱処理により第3のn型不純物拡散領域15の一部に拡散させることにより第2のn型不純物拡散領域13を形成することができる。この熱処理の条件は、特に限定されないが、例えば、1100度で2分とすることができる。
また、第2のn型不純物拡散領域13は、エピタキシャル成長を用いて形成することができる。
また、例えば図2、図5のようにチャネル層3が上層チャネル層22および下層チャネル層23からなる場合、第2のn型不純物拡散領域13は、下層チャネル層23に届かないように形成することができる。このことにより、ソース電極6とドレイン電極8間を流れるキャリアである電子の大部分を上層チャネル層22に流すことができる。
The second n-type impurity diffusion region 13 can be formed by thermal diffusion of n-type impurities, for example, Si diffusion. Specifically, a Si layer is formed on the barrier layer 4 in which the third n-type impurity diffusion region 15 is formed, and a part of the third n-type impurity diffusion region 15 is formed by heat-treating Si of the Si layer. Thus, the second n-type impurity diffusion region 13 can be formed. The conditions for this heat treatment are not particularly limited, but can be, for example, 1100 degrees and 2 minutes.
The second n-type impurity diffusion region 13 can be formed using epitaxial growth.
For example, when the channel layer 3 includes the upper channel layer 22 and the lower channel layer 23 as shown in FIGS. 2 and 5, the second n-type impurity diffusion region 13 is formed so as not to reach the lower channel layer 23. be able to. As a result, most of the electrons, which are carriers flowing between the source electrode 6 and the drain electrode 8, can flow to the upper channel layer 22.

3−10.第3のn型不純物拡散領域
第3のn型不純物拡散領域15は、第2のn型不純物拡散領域13の下側のチャネル層3および第2のn型不純物拡散領域13のゲート電極7側のチャネル層3およびバリア層4に設けられる。また、第3のn型不純物拡散領域15は、第2のn型不純物拡散領域13の周りのバリア層4およびチャネル層3に第2のn型不純物拡散領域13を囲むように設けられてもよい。
また、第3のn型不純物拡散領域15は、第2のn型不純物拡散領域13のゲート電極7側のチャネル層3とバリア層4との界面の一部を含んでもよい。また、第3のn型不純物拡散領域15は、第2のn型不純物拡散領域13よりも低いn型不純物濃度を有する。また、第3のn型不純物拡散領域15は、ゲート電極7が有するチャネル層3に最も近い下面の直下のバリア層4およびチャネル層3に形成されていない。
この構成により、第3のn型不純物拡散領域15においてシートキャリア濃度をほぼ一定とすることができるため、ゲート電極7とドレイン電極8との間に電圧を印加したときバリア層4およびチャネル層3においてその絶縁破壊強度を超える電界集中が生じることを抑制することができる。
3-10. Third n-type impurity diffusion region The third n-type impurity diffusion region 15 includes the channel layer 3 below the second n-type impurity diffusion region 13 and the gate electrode 7 side of the second n-type impurity diffusion region 13. The channel layer 3 and the barrier layer 4 are provided. The third n-type impurity diffusion region 15 may be provided in the barrier layer 4 and the channel layer 3 around the second n-type impurity diffusion region 13 so as to surround the second n-type impurity diffusion region 13. Good.
The third n-type impurity diffusion region 15 may include a part of the interface between the channel layer 3 and the barrier layer 4 on the gate electrode 7 side of the second n-type impurity diffusion region 13. The third n-type impurity diffusion region 15 has an n-type impurity concentration lower than that of the second n-type impurity diffusion region 13. Further, the third n-type impurity diffusion region 15 is not formed in the barrier layer 4 and the channel layer 3 immediately below the lower surface closest to the channel layer 3 of the gate electrode 7.
With this configuration, since the sheet carrier concentration can be made substantially constant in the third n-type impurity diffusion region 15, when a voltage is applied between the gate electrode 7 and the drain electrode 8, the barrier layer 4 and the channel layer 3. It is possible to suppress the occurrence of electric field concentration exceeding the dielectric breakdown strength.

また、第3のn型不純物拡散領域15は、ゲート電極7が有するチャネル層3に最も近い下面とドレイン電極8の下面との間隔、つまり図1〜5で示したYの長さを100としたとき、第2のn型不純物拡散領域13のゲート電極7側の第3のn型不純物拡散領域15が設けられたチャネル層3とバリア層4との界面、が10以上50以下の幅(つまり図1〜5で示したXの長さ)を有するように設けることができる。例えば、Yの長さを5〜20μmとしたとき、Xの長さを0.5〜10μmとすることができる。   The third n-type impurity diffusion region 15 has an interval between the lower surface closest to the channel layer 3 of the gate electrode 7 and the lower surface of the drain electrode 8, that is, the length of Y shown in FIGS. Then, the interface between the channel layer 3 and the barrier layer 4 provided with the third n-type impurity diffusion region 15 on the gate electrode 7 side of the second n-type impurity diffusion region 13 has a width of 10 to 50 ( That is, it can be provided so as to have the length X in FIGS. For example, when the length of Y is 5 to 20 μm, the length of X can be 0.5 to 10 μm.

また、第3のn型不純物拡散領域15は、第2のn型不純物拡散領域13のn型不純物濃度が1.0×10xcm-2の場合、1.0×10x-5cm-2〜1.0×10x-0.5cm-2のn型不純物濃度を有してもよい。例えば、第2のn型不純物拡散領域13のn型不純物濃度が1.0×1015cm-2の場合、第3のn型不純物拡散領域15は1.0×1010cm-2〜1.0×1014.5cm-2のn型不純物濃度を有してもよい。また、第3のn型不純物拡散領域15は、1.0×1010cm-2〜1.0×1014cm-2のn型不純物濃度を有してもよい。 The third n-type impurity diffusion region 15 is 1.0 × 10 x-5 cm when the n-type impurity concentration of the second n-type impurity diffusion region 13 is 1.0 × 10 x cm −2. The n-type impurity concentration may be 2 to 1.0 × 10 x−0.5 cm −2 . For example, when the n-type impurity concentration of the second n-type impurity diffusion region 13 is 1.0 × 10 15 cm −2 , the third n-type impurity diffusion region 15 is 1.0 × 10 10 cm −2 to 1. It may have an n-type impurity concentration of 0.0 × 10 14.5 cm −2 . The third n-type impurity diffusion region 15 may have an n-type impurity concentration of 1.0 × 10 10 cm −2 to 1.0 × 10 14 cm −2 .

また、第3のn型不純物拡散領域15に含まれるn型不純物は、特に限定されないが、バリア層4およびチャネル層3がIII族窒化物である場合、Si、Ge、Snなどである。
また、第3のn型不純物拡散領域15は、バリア層4およびチャネル層3にn型不純物をイオン注入することにより、形成することができる。また、イオン注入後に熱処理を行うことにより、第3のn型不純物拡散領域15を活性化することができる。熱処理の温度は特に限定されないが、例えば1000℃〜1200℃とすることができる。
Further, the n-type impurity contained in the third n-type impurity diffusion region 15 is not particularly limited, but is Si, Ge, Sn, etc. when the barrier layer 4 and the channel layer 3 are group III nitrides.
The third n-type impurity diffusion region 15 can be formed by ion-implanting n-type impurities into the barrier layer 4 and the channel layer 3. Further, the third n-type impurity diffusion region 15 can be activated by performing a heat treatment after the ion implantation. Although the temperature of heat processing is not specifically limited, For example, it can be 1000 degreeC-1200 degreeC.

また、第3のn型不純物拡散領域15は、n型不純物の熱拡散、例えば、Si拡散により形成することができる。具体的には、第3のn型不純物拡散領域15を形成するバリア層4の上にSi層を形成し、このSi層のSiを熱処理によりバリア層4およびチャネル層3にまで拡散させることにより第3のn型不純物拡散領域15を形成することができる。この熱処理の条件は、特に限定されないが、例えば、1100度で2分とすることができる。
また、第2のn型不純物拡散領域13は、エピタキシャル成長を用いて形成することができる。
The third n-type impurity diffusion region 15 can be formed by thermal diffusion of n-type impurities, for example, Si diffusion. Specifically, an Si layer is formed on the barrier layer 4 forming the third n-type impurity diffusion region 15, and Si of this Si layer is diffused to the barrier layer 4 and the channel layer 3 by heat treatment. A third n-type impurity diffusion region 15 can be formed. The conditions for this heat treatment are not particularly limited, but can be, for example, 1100 degrees and 2 minutes.
The second n-type impurity diffusion region 13 can be formed using epitaxial growth.

3−11.絶縁膜
絶縁膜10は、バリア層4の上に設けることができる。また、図1、図2、図4、図5のように、ソース電極6とゲート電極7の間およびゲート電極7とドレイン電極8との間に設けることができる。また、図3のようにソース電極6とドレイン電極の間に設けることもでき、絶縁膜10の上にゲート電極7を設けることもできる。
3-11. Insulating Film The insulating film 10 can be provided on the barrier layer 4. 1, 2, 4, and 5, it can be provided between the source electrode 6 and the gate electrode 7 and between the gate electrode 7 and the drain electrode 8. Further, as shown in FIG. 3, it can be provided between the source electrode 6 and the drain electrode, and the gate electrode 7 can be provided on the insulating film 10.

絶縁膜10は、絶縁体の膜であれば特に限定されないが、例えば、SiN、SiO2、SiONの膜であってもよい。また、絶縁膜10の厚さは、特に限定されないが、例えば、0.01μm〜0.5μmとすることができる。
絶縁膜10を設けることにより、ソース電極6とゲート電極7との間の電界、およびゲート電極7とドレイン電極8との間の電界を緩和することができ、チャネル層3などでの電界集中が生じるのを抑制することができる。
また、絶縁膜10は例えばCVD法により形成することができる。
The insulating film 10 is not particularly limited as long as it is an insulating film, but may be, for example, a film of SiN, SiO 2 , or SiON. Moreover, the thickness of the insulating film 10 is not particularly limited, but may be, for example, 0.01 μm to 0.5 μm.
By providing the insulating film 10, the electric field between the source electrode 6 and the gate electrode 7 and the electric field between the gate electrode 7 and the drain electrode 8 can be relaxed, and electric field concentration in the channel layer 3 or the like can be reduced. It can be suppressed from occurring.
The insulating film 10 can be formed by, for example, a CVD method.

3−12.絶縁体層
絶縁体層25は、例えば図5のようにチャネル層3とゲート電極7との間に設けることができる。また、絶縁体層25は、バリア層4とゲート電極7との間に設けることもできる。また、例えば図3のように絶縁体層25は、絶縁膜10と同一であってもよい。
絶縁体層25は、絶縁体であれば特に限定されないが、例えば、SiN、SiO2、SiONの膜であってもよい。また、絶縁体層25は、チャネル層3またはバリア層4の酸化膜を用いてもよい。また、絶縁体層25の厚さは、特に限定されないが、例えば、0.01μm〜0.1μmとすることができる。
3-12. Insulator Layer The insulator layer 25 can be provided between the channel layer 3 and the gate electrode 7 as shown in FIG. The insulator layer 25 can also be provided between the barrier layer 4 and the gate electrode 7. Further, for example, as shown in FIG. 3, the insulating layer 25 may be the same as the insulating film 10.
The insulator layer 25 is not particularly limited as long as it is an insulator, but may be, for example, a film of SiN, SiO 2 , or SiON. The insulator layer 25 may be an oxide film of the channel layer 3 or the barrier layer 4. Moreover, the thickness of the insulator layer 25 is not particularly limited, but may be, for example, 0.01 μm to 0.1 μm.

また、絶縁体層25は、誘電率の異なる複数の層を備えてもよい。例えば、SiNxを形成後、SiO2を形成することにより誘電率の異なる2層構造としてもよい。
絶縁体層25を形成することにより、良好なゲート絶縁特性を得ることができる。
また、絶縁体層25は、例えばCVD法により形成することができる。
The insulator layer 25 may include a plurality of layers having different dielectric constants. For example, a two-layer structure having different dielectric constants may be formed by forming SiO 2 after forming SiN x .
By forming the insulator layer 25, good gate insulation characteristics can be obtained.
The insulator layer 25 can be formed by, for example, a CVD method.

4.従来の電界効果トランジスタについてのシミュレーション
図8に示すような従来の電界効果トランジスタについて、トランジスタ内部の電界強度分布を調べるシミュレーションを行った。
シミュレーションの条件としては、チャネル層103を厚さ3μmのGaN層、バリア層104を厚さ0.025μmのAl1-xGaxN(x=0.17)層とした。また、ソース電極106とゲート電極107との間、およびゲート電極107とドレイン電極108との間にSiNxからなる絶縁膜110を設けたこととした。また、ゲート電極107は、絶縁膜110上に1μmのフィールドプレート構造を有することとした。また、ソース電極106とゲート電極107との間隔を1μmとし、ゲート電極107とドレイン電極108との間隔を5μmとした。
4). Simulation for Conventional Field Effect Transistor For a conventional field effect transistor as shown in FIG. 8, a simulation was conducted to examine the electric field strength distribution inside the transistor.
As simulation conditions, the channel layer 103 was a GaN layer having a thickness of 3 μm, and the barrier layer 104 was an Al 1-x Ga x N (x = 0.17) layer having a thickness of 0.025 μm. Further, the insulating film 110 made of SiN x is provided between the source electrode 106 and the gate electrode 107 and between the gate electrode 107 and the drain electrode 108. The gate electrode 107 has a 1 μm field plate structure on the insulating film 110. The distance between the source electrode 106 and the gate electrode 107 was 1 μm, and the distance between the gate electrode 107 and the drain electrode 108 was 5 μm.

また、ソース電極106直下のバリア層104およびチャネル層103には第1n+拡散領域112が設けられ、ドレイン電極108直下のバリア層104およびチャネル層103には第2n+拡散領域113が設けられ、第1n+拡散領域112と第2n+拡散領域113のシートキャリア濃度は、1×1015cm-2とした。また、チャネル層103とバリア層104との界面に生じる二次元電子ガス117のシートキャリア濃度を2×1012cm-2とした。
また、基板101を導電性基板とし、基板101とソース電極106とを電気的に接続し、接地したこととした。また、ゲート電極107には−10Vの電圧印加し、ドレイン電極108には+600Vの電圧を印加したこととした。
Further, the barrier layer 104 and the channel layer 103 immediately below the source electrode 106 are provided with the first n + diffusion region 112, and the barrier layer 104 and the channel layer 103 immediately below the drain electrode 108 are provided with the second n + diffusion region 113, and the first n + The sheet carrier concentration of the diffusion region 112 and the second n + diffusion region 113 was 1 × 10 15 cm −2 . Further, the sheet carrier concentration of the two-dimensional electron gas 117 generated at the interface between the channel layer 103 and the barrier layer 104 was set to 2 × 10 12 cm −2 .
Further, the substrate 101 is a conductive substrate, and the substrate 101 and the source electrode 106 are electrically connected and grounded. In addition, a voltage of −10 V was applied to the gate electrode 107 and a voltage of +600 V was applied to the drain electrode 108.

図6は、従来の電界効果トランジスタについて行ったシミュレーション結果であり、図6(a)は、トランジスタ内部のポテンシャル(電位)分布であり、図6(b)は、トランジスタ内部の電界強度分布である。なお、図6(a)のポテンシャル分布の間隔が密な場所ほど図6(b)の電界強度は大きくなる。また、図6(c)は、図6(b)の点線で囲んだ範囲Aの拡大図であり、図6(d)は、図6(b)の点線で囲んだ範囲Bの拡大図である。   6A and 6B are simulation results of a conventional field effect transistor. FIG. 6A shows a potential distribution inside the transistor, and FIG. 6B shows a field strength distribution inside the transistor. . Note that the closer the potential distribution interval in FIG. 6A is, the greater the electric field strength in FIG. 6B. 6C is an enlarged view of a range A surrounded by a dotted line in FIG. 6B, and FIG. 6D is an enlarged view of a range B surrounded by a dotted line in FIG. 6B. is there.

図6(b)を見ると、ゲート電極107のフィールドプレート構造の絶縁膜110と接する角部付近と、ドレイン電極108のゲート電極107側のバリア層104と接する角部付近で、電界集中が生じていることがわかる。ゲート電極107のフィールドプレート構造の絶縁膜110と接する角部付近を拡大した図6(c)をみると、この角部の下側の絶縁膜110において5.3MV/cmの電界集中が起こることがわかった。絶縁膜110であるSiNxの絶縁破壊電界強度は、およそ9MV/cmであることから、この角部付近では、この条件においては絶縁破壊が起こらないことがわかった。   Referring to FIG. 6B, electric field concentration occurs in the vicinity of the corner portion of the gate electrode 107 in contact with the insulating film 110 of the field plate structure and in the vicinity of the corner portion of the drain electrode 108 in contact with the barrier layer 104 on the gate electrode 107 side. You can see that As shown in FIG. 6C in which the vicinity of the corner portion of the gate electrode 107 in contact with the insulating film 110 of the field plate structure is enlarged, an electric field concentration of 5.3 MV / cm occurs in the insulating film 110 below the corner portion. I understood. Since the dielectric breakdown electric field strength of SiNx which is the insulating film 110 is approximately 9 MV / cm, it was found that dielectric breakdown does not occur under this condition in the vicinity of this corner.

また、ドレイン電極108のゲート電極107側のバリア層104と接する角部付近の拡大図である図6(d)を見ると、この角部の斜め下付近のチャネル層103およびバリア層104において、11.7MV/cmの電界集中が起こることがわかった。チャネル層103であるGaNおよびバリア層104であるAlGaNの絶縁破壊電界強度は、およそ5MV/cmであることから、この角部付近で絶縁破壊が生じ、素子の破壊を起こしてしまうことがわかった。   Further, when FIG. 6D is an enlarged view of the vicinity of the corner portion of the drain electrode 108 in contact with the barrier layer 104 on the gate electrode 107 side, in the channel layer 103 and the barrier layer 104 near the corner portion, It was found that electric field concentration of 11.7 MV / cm occurred. The dielectric breakdown electric field strength of GaN as the channel layer 103 and AlGaN as the barrier layer 104 is about 5 MV / cm. Therefore, it was found that dielectric breakdown occurred in the vicinity of the corners, resulting in device breakdown. .

これは、特に二次元電子ガス117のシート電子濃度が小さい場合、ドレイン電極108に高電圧をかけた際に、−10Vの電圧を印加したゲート電極107下部のキャリアである電子の空乏化が高電界によりドレイン電極108側に引っ張られ、電子の空乏化がドレイン電極108下部まで達することにより起こると考えられる。   This is because, particularly when the sheet electron concentration of the two-dimensional electron gas 117 is small, depletion of electrons as carriers under the gate electrode 107 to which a voltage of −10 V is applied is high when a high voltage is applied to the drain electrode 108. It is considered that the electron is depleted by reaching the lower portion of the drain electrode 108 by being pulled toward the drain electrode 108 by the electric field.

5.本発明の電界効果トランジスタについてのシミュレーション
図1に示すような本発明の電界効果トランジスタについて、トランジスタ内部の電界強度分布を調べるシミュレーションを行った。
シミュレーションの条件としては、チャネル層3を厚さ3μmのGaN層、バリア層4を厚さ0.025μmのAl1-xGaxN(x=0.17)層とした。また、ソース電極6とゲート電極7との間、およびゲート電極7とドレイン電極8との間にSiNxからなる絶縁膜10を設けたこととした。また、ゲート電極7は、絶縁膜10上に1μmのフィールドプレート構造を有することとした。また、ソース電極6とゲート電極7との間隔を1μmとし、ゲート電極7とドレイン電極8との間隔を5μmとした。
5). 1. Simulation for Field Effect Transistor of the Present Invention A simulation for examining the field strength distribution inside the transistor was performed for the field effect transistor of the present invention as shown in FIG.
As simulation conditions, the channel layer 3 was a 3 μm thick GaN layer, and the barrier layer 4 was a 0.025 μm thick Al 1-x Ga x N (x = 0.17) layer. Further, the insulating film 10 made of SiN x is provided between the source electrode 6 and the gate electrode 7 and between the gate electrode 7 and the drain electrode 8. The gate electrode 7 has a 1 μm field plate structure on the insulating film 10. The distance between the source electrode 6 and the gate electrode 7 was 1 μm, and the distance between the gate electrode 7 and the drain electrode 8 was 5 μm.

また、ソース電極6直下のバリア層4およびチャネル層3には第1のn型不純物拡散領域12が設けられ、ドレイン電極8直下のバリア層4およびチャネル層3には第2のn型不純物拡散領域13が設けられ、第1のn型不純物拡散領域12と第2のn型不純物拡散領域13のシートキャリア濃度は、1×1015cm-2とした。また、第2のn型不純物拡散領域13を囲むように第3のn型不純物拡散領域15が設けられ、第3のn型不純物拡散領域15のシートキャリア濃度は、1×1012cm-2とした。第3のn型不純物拡散領域15は、ドレイン電極8の下面のゲート電極7側の角部からゲート電極7側へ1μmの幅を有することとした。また、チャネル層3とバリア層4との界面に生じる二次元電子ガス17のシートキャリア濃度を2×1012cm-2とした。 A first n-type impurity diffusion region 12 is provided in the barrier layer 4 and the channel layer 3 immediately below the source electrode 6, and a second n-type impurity diffusion is provided in the barrier layer 4 and the channel layer 3 immediately below the drain electrode 8. The region 13 is provided, and the sheet carrier concentration of the first n-type impurity diffusion region 12 and the second n-type impurity diffusion region 13 is 1 × 10 15 cm −2 . Further, a third n-type impurity diffusion region 15 is provided so as to surround the second n-type impurity diffusion region 13, and the sheet carrier concentration of the third n-type impurity diffusion region 15 is 1 × 10 12 cm −2. It was. The third n-type impurity diffusion region 15 has a width of 1 μm from the corner of the lower surface of the drain electrode 8 on the gate electrode 7 side to the gate electrode 7 side. The sheet carrier concentration of the two-dimensional electron gas 17 generated at the interface between the channel layer 3 and the barrier layer 4 was set to 2 × 10 12 cm −2 .

また、基板1を導電性基板とし、基板1とソース電極6とを電気的に接続し、接地したこととした。また、ゲート電極7には−10Vの電圧印加し、ドレイン電極8には+600Vの電圧を印加したこととした。   Further, the substrate 1 is a conductive substrate, and the substrate 1 and the source electrode 6 are electrically connected and grounded. Further, a voltage of −10 V was applied to the gate electrode 7 and a voltage of +600 V was applied to the drain electrode 8.

図7は、本発明の電界効果トランジスタ20について行ったシミュレーション結果であり、図7(a)は、トランジスタ内部のポテンシャル(電位)分布であり、図7(b)は、トランジスタ内部の電界強度分布である。なお、図7(a)のポテンシャル分布の間隔が密な場所ほど図7(b)の電界強度は大きくなる。また、図7(c)は、図7(b)の点線で囲んだ範囲Aの拡大図であり、図7(d)は、図7(b)の点線で囲んだ範囲Bの拡大図である。   FIG. 7 is a simulation result of the field effect transistor 20 according to the present invention. FIG. 7A shows a potential distribution inside the transistor, and FIG. 7B shows a field strength distribution inside the transistor. It is. Note that the closer the potential distribution interval in FIG. 7A is, the greater the electric field strength in FIG. 7B. FIG. 7C is an enlarged view of a range A surrounded by a dotted line in FIG. 7B, and FIG. 7D is an enlarged view of a range B surrounded by a dotted line in FIG. 7B. is there.

図7(b)を見ると、ゲート電極7のフィールドプレート構造の絶縁膜10と接する角部付近と、ドレイン電極8のゲート電極7側のチャネル層3およびバリア層4付近で電界集中が起きているのがわかる。ゲート電極7のフィールドプレート構造の絶縁膜10と接する角部付近を拡大した図7(c)をみると、この角部の下側の絶縁膜10において6.2MV/cmの電界集中が起こることがわかった。絶縁膜10であるSiNxの絶縁破壊電界強度は、およそ9MV/cmであることから、この角部付近では、この条件においては絶縁破壊が起こらないことがわかった。 As shown in FIG. 7B, electric field concentration occurs in the vicinity of the corner of the gate electrode 7 in contact with the insulating film 10 of the field plate structure and in the vicinity of the channel layer 3 and the barrier layer 4 on the gate electrode 7 side of the drain electrode 8. I can see that Referring to FIG. 7C, in which the vicinity of the corner portion of the gate electrode 7 in contact with the insulating film 10 in the field plate structure is enlarged, an electric field concentration of 6.2 MV / cm occurs in the insulating film 10 below the corner portion. I understood. Since the dielectric breakdown electric field strength of SiN x which is the insulating film 10 is approximately 9 MV / cm, it has been found that dielectric breakdown does not occur under this condition near this corner.

また、ドレイン電極8のゲート電極7側のチャネル層3およびバリア層4付近の拡大図である図7(d)を見ると、第3のn型不純物拡散領域15のゲート電極7側のチャネル層3及びバリア層4付近において、4.3MV/cmの電界集中が起こることがわかった。チャネル層3であるGaNおよびバリア層4であるAlGaNの絶縁破壊電界強度は、およそ5MV/cmであることから、この付近では、この条件においては絶縁破壊が起こらないことがわかった。したがって、第3のn型不純物拡散領域15を設けることによって、ドレイン電極8のゲート電極7側のチャネル層3およびバリア層4において電界集中を緩和することができ、この部分の絶縁破壊により素子が壊れることを防止することができることがわかった。   Further, when FIG. 7D is an enlarged view of the vicinity of the channel layer 3 and the barrier layer 4 on the gate electrode 7 side of the drain electrode 8, the channel layer on the gate electrode 7 side of the third n-type impurity diffusion region 15. 3 and the barrier layer 4 were found to have an electric field concentration of 4.3 MV / cm. Since the dielectric breakdown field strength of GaN as the channel layer 3 and AlGaN as the barrier layer 4 is approximately 5 MV / cm, it has been found that dielectric breakdown does not occur in this vicinity under this condition. Therefore, by providing the third n-type impurity diffusion region 15, electric field concentration can be reduced in the channel layer 3 and the barrier layer 4 on the gate electrode 7 side of the drain electrode 8. It was found that it can be prevented from breaking.

第3のn型不純物拡散領域15を設けることによって、電界集中を緩和することができる効果が生じる理由は、明らかではないが、第3のn型不純物拡散領域15を設けることによりゲート電極7下のキャリアである電子の空乏化がドレイン電極8まで広がることを防止することができるためと考えられる。   The reason why the electric field concentration can be alleviated by providing the third n-type impurity diffusion region 15 is not clear, but by providing the third n-type impurity diffusion region 15, This is probably because depletion of electrons, which are carriers, can be prevented from spreading to the drain electrode 8.

以上の結果から、従来の電界効果トランジスタでは絶縁破壊が生じ素子の破壊を起こしてしまう条件において、本発明の電界効果トランジスタでは絶縁破壊が起こることはなく、素子の破壊を防止することができることがわかった。   From the above results, in the field effect transistor of the present invention, dielectric breakdown does not occur and breakdown of the element can be prevented under the condition that breakdown occurs in the conventional field effect transistor and causes breakdown of the element. all right.

1:基板 3:チャネル層 4:バリア層 6:ソース電極 7:ゲート電極 8:ドレイン電極 10:絶縁膜 12:第1のn型不純物拡散領域 13:第2のn型不純物拡散領域 15:第3のn型不純物拡散領域 17:二次元電子ガス 20:電界効果トランジスタ 25:絶縁体層
101:基板 103:チャネル層 104:バリア層 106:ソース電極 107:ゲート電極 108:ドレイン電極 110:絶縁膜 112:第1n+型拡散領域 113:第2n+拡散領域 117:二次元電子ガス
1: substrate 3: channel layer 4: barrier layer 6: source electrode 7: gate electrode 8: drain electrode 10: insulating film 12: first n-type impurity diffusion region 13: second n-type impurity diffusion region 15: first 3 n-type impurity diffusion region 17: two-dimensional electron gas 20: field effect transistor 25: insulator layer 101: substrate 103: channel layer 104: barrier layer 106: source electrode 107: gate electrode 108: drain electrode 110: insulating film 112: First n + type diffusion region 113: Second n + diffusion region 117: Two-dimensional electron gas

Claims (11)

基板上にチャネル層およびバリア層がこの順で設けられ、
前記バリア層上にソース電極、ゲート電極およびドレイン電極がこの順で離間して設けられ、
前記ソース電極の直下の前記バリア層および前記チャネル層に第1のn型不純物拡散領域が設けられ、
前記ドレイン電極の直下の前記バリア層および前記チャネル層に第2のn型不純物拡散領域が設けられ、
第2のn型不純物拡散領域の下側の前記チャネル層および第2のn型不純物拡散領域の前記ゲート電極側の前記チャネル層および前記バリア層に第3のn型不純物拡散領域が設けられ、
第1のn型不純物拡散領域および第3のn型不純物拡散領域は、前記ゲート電極が有する前記チャネル層に最も近い下面の直下の前記バリア層および前記チャネル層を除く部分に設けられ、
第3のn型不純物拡散領域は、第2のn型不純物拡散領域よりも低いn型不純物濃度を有し、
第3のn型不純物拡散領域は、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間に電圧を印加したとき前記バリア層および前記チャネル層においてその絶縁破壊強度を超える電界集中が生じることを抑制することを特徴とする電界効果トランジスタ。
A channel layer and a barrier layer are provided in this order on the substrate,
On the barrier layer, a source electrode, a gate electrode and a drain electrode are provided separately in this order,
A first n-type impurity diffusion region is provided in the barrier layer and the channel layer immediately below the source electrode;
A second n-type impurity diffusion region is provided in the barrier layer and the channel layer immediately below the drain electrode;
A third n-type impurity diffusion region is provided in the channel layer below the second n-type impurity diffusion region and the channel layer on the gate electrode side of the second n-type impurity diffusion region and the barrier layer;
The first n-type impurity diffusion region and the third n-type impurity diffusion region are provided in a portion excluding the barrier layer and the channel layer immediately below the lower surface closest to the channel layer of the gate electrode,
The third n-type impurity diffusion region has an n-type impurity concentration lower than that of the second n-type impurity diffusion region,
The third n-type impurity diffusion region suppresses the occurrence of electric field concentration exceeding the dielectric breakdown strength in the barrier layer and the channel layer when a voltage is applied between the gate electrode and the drain electrode. A characteristic field effect transistor.
第3のn型不純物拡散領域は、前記ゲート電極が有する前記チャネル層に最も近い下面と前記ドレイン電極の下面との間隔を100としたとき、第2のn型不純物拡散領域の前記ゲート電極側の第3のn型不純物拡散領域が設けられた前記チャネル層と前記バリア層との界面が10以上50以下の幅を有するように設けられた請求項1に記載のトランジスタ。   The third n-type impurity diffusion region has a gate electrode side of the second n-type impurity diffusion region when the distance between the lower surface closest to the channel layer of the gate electrode and the lower surface of the drain electrode is 100. 2. The transistor according to claim 1, wherein an interface between the channel layer provided with the third n-type impurity diffusion region and the barrier layer has a width of 10 or more and 50 or less. 前記チャネル層および前記バリア層は、III族窒化物半導体からなる請求項1または2に記載のトランジスタ。   The transistor according to claim 1, wherein the channel layer and the barrier layer are made of a group III nitride semiconductor. 第1のn型不純物拡散領域および第2のn型不純物拡散領域は、1.0×1014cm-2〜1.0×1016cm-2のn型不純物濃度を有する請求項1〜3のいずれか1つに記載のトランジスタ。 The first n-type impurity diffusion region and the second n-type impurity diffusion region have an n-type impurity concentration of 1.0 × 10 14 cm −2 to 1.0 × 10 16 cm −2. The transistor according to any one of the above. 第3のn型不純物拡散領域は、第2のn型不純物拡散領域のn型不純物濃度が1.0×10xcm-2の場合、1.0×10x-4cm-2〜1.0×10x-0.5cm-2のn型不純物濃度を有する請求項1〜4のいずれか1つに記載のトランジスタ。 When the n-type impurity concentration of the second n-type impurity diffusion region is 1.0 × 10 x cm −2 , the third n-type impurity diffusion region is 1.0 × 10 x−4 cm −2 to 1. 5. The transistor according to claim 1, wherein the transistor has an n-type impurity concentration of 0 × 10 x−0.5 cm −2 . 前記チャネル層は、上層チャネル層と下層チャネル層からなり、
前記上層チャネル層は、前記バリア層および前記下層チャネル層のいずれよりも小さいバンドギャップを有する請求項1〜5のいずれか1つに記載のトランジスタ。
The channel layer is composed of an upper channel layer and a lower channel layer,
The transistor according to claim 1, wherein the upper channel layer has a smaller band gap than any of the barrier layer and the lower channel layer.
前記基板は、導電性基板である請求項1〜6のいずれか1つに記載のトランジスタ。   The transistor according to claim 1, wherein the substrate is a conductive substrate. 前記バリア層または前記チャネル層は、リセス構造を有し、
前記ゲート電極は、前記リセス構造の凹部上に設けられた請求項1〜7のいずれか1つに記載のトランジスタ。
The barrier layer or the channel layer has a recess structure,
The transistor according to claim 1, wherein the gate electrode is provided on a recess of the recess structure.
前記ゲート電極と前記バリア層または前記チャネル層との間に絶縁体層をさらに備える請求項1〜8のいずれか1つに記載のトランジスタ。   The transistor according to claim 1, further comprising an insulator layer between the gate electrode and the barrier layer or the channel layer. 前記絶縁体層は、誘電率の異なる複数の層を備える請求項9に記載のトランジスタ。   The transistor according to claim 9, wherein the insulator layer includes a plurality of layers having different dielectric constants. 基板上にチャネル層およびバリア層をこの順で形成する工程と、
前記チャネル層および前記バリア層に第1のn型不純物拡散領域および第3のn型不純物拡散領域を離間して形成する工程と、
第3のn型不純物拡散領域の一部でありかつ、下側および前記第1のn型不純物拡散領域側に第3のn型不純物拡散領域がある部分に第2のn型不純物拡散領域を形成する工程と、
第1のn型不純物拡散領域の直上にソース電極を形成する工程と、
第2のn型不純物拡散領域の直上にドレイン電極を形成する工程と
第1のn型不純物拡散領域と第3のn型不純物拡散領域との間の、第1のn型不純物拡散領域および第3のn型不純物拡散領域のいずれも形成されていない前記チャネル層および前記バリア層の直上にゲート電極を形成する工程とを備え、
第3のn型不純物拡散領域は、第2のn型不純物拡散領域よりも低いn型不純物濃度を有するように形成されることを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
Forming a channel layer and a barrier layer on the substrate in this order;
Forming a first n-type impurity diffusion region and a third n-type impurity diffusion region apart from each other in the channel layer and the barrier layer;
A second n-type impurity diffusion region is formed in a part of the third n-type impurity diffusion region and in a portion having the third n-type impurity diffusion region on the lower side and the first n-type impurity diffusion region side. Forming, and
Forming a source electrode immediately above the first n-type impurity diffusion region;
The first n-type impurity diffusion region and the first n-type impurity diffusion region between the step of forming the drain electrode immediately above the second n-type impurity diffusion region and the first n-type impurity diffusion region and the third n-type impurity diffusion region A step of forming a gate electrode directly above the channel layer and the barrier layer in which none of the n-type impurity diffusion regions is formed,
The third n-type impurity diffusion region is formed so as to have an n-type impurity concentration lower than that of the second n-type impurity diffusion region.
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