JP2012049170A - Nitride semiconductor device - Google Patents

Nitride semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2012049170A
JP2012049170A JP2010187076A JP2010187076A JP2012049170A JP 2012049170 A JP2012049170 A JP 2012049170A JP 2010187076 A JP2010187076 A JP 2010187076A JP 2010187076 A JP2010187076 A JP 2010187076A JP 2012049170 A JP2012049170 A JP 2012049170A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nitride semiconductor
electrode
semiconductor device
electron
supply layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2010187076A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshimichi Fukazawa
義道 深澤
Hiroshi Fushimi
浩 伏見
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
New Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
New Japan Radio Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by New Japan Radio Co Ltd filed Critical New Japan Radio Co Ltd
Priority to JP2010187076A priority Critical patent/JP2012049170A/en
Publication of JP2012049170A publication Critical patent/JP2012049170A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor device having excellent high frequency properties that can be fabricated in good yield and maintain high reliability.SOLUTION: A floating electrode 8 that makes Schottky-contact with an electron supply layer 4 is disposed on the electron supply layer between a source electrode 5 and a drain electrode 6. A gate electrode 7 is disposed on the floating electrode via an insulating film 9. It is specifically preferable that the insulating film is composed of a ferroelectric material.

Description

本発明は、窒化物半導体装置に関し、特に、高周波数動作が可能な高電子移動度トランジスタを構成する窒化物半導体装置に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor device, and more particularly to a nitride semiconductor device constituting a high electron mobility transistor capable of high frequency operation.

ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮ、ＩｎＡｌＧａＮなどの窒化物半導体は、絶縁破壊電界および電子飽和速度が高いという特長を有している。この特長により、窒化物半導体は高出力・高周波デバイスを実現できる半導体材料として有望であり、近年、窒化物半導体材料を用いた高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の実用化開発が進められている。   Nitride semiconductors such as GaN, AlGaN, InGaN, InAlN, and InAlGaN have the features of high breakdown electric field and high electron saturation rate. Due to this feature, nitride semiconductors are promising as semiconductor materials capable of realizing high-power / high-frequency devices, and in recent years, practical development of high electron mobility transistors (HEMTs) using nitride semiconductor materials has been promoted.

図４に、従来のＨＥＭＴ構造の窒化物半導体装置の断面図を示す。図４に示すように、従来の窒化物半導体装置は、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）またはシリコン（Ｓｉ）等の基板１の上に、バッファ層２を介して形成されたアンドープＧａＮ等からなる電子走行層３と、ｎ型不純物がドープされた、あるいはアンドープのＡｌＧａＮ等からなる電子供給層４とが形成されている。そして電子供給層４上には、オーミック接触したソース電極５およびドレイン電極６と、ソース電極５とドレイン電極６間の電流を制御するゲート電極７が形成されている。 FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional nitride semiconductor device having a HEMT structure. As shown in FIG. 4, a conventional nitride semiconductor device is formed on a substrate 1 such as sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), or silicon (Si) via a buffer layer 2. An electron transit layer 3 made of undoped GaN or the like and an electron supply layer 4 made of n-type impurities or made of undoped AlGaN or the like are formed. On the electron supply layer 4, a source electrode 5 and a drain electrode 6 that are in ohmic contact, and a gate electrode 7 that controls a current between the source electrode 5 and the drain electrode 6 are formed.

電子供給層４は、電子走行層３よりバンドギャップが大きく、かつ、格子定数の小さい材料で構成されている。図４に示すように電子走行層３と電子供給層４がヘテロ接合すると、引っ張り応力によるピエゾ分極および自発分極が生じ、ヘテロ接合近傍の電子走行層３側に電子移動度が極めて大きい二次元電子ガス１０が発生する。この二次元電子ガス１０は、ＨＥＭＴ構造の窒化物半導体装置のチャネルとなり、ゲート電極７に印加されるバイアス電圧を制御することで、ソース電極５とドレイン電極６間に流れる電流を制御することができる。   The electron supply layer 4 is made of a material having a larger band gap and a smaller lattice constant than the electron transit layer 3. As shown in FIG. 4, when the electron transit layer 3 and the electron supply layer 4 are heterojunction, piezo polarization and spontaneous polarization occur due to tensile stress, and two-dimensional electrons having extremely high electron mobility on the electron transit layer 3 side in the vicinity of the heterojunction. Gas 10 is generated. This two-dimensional electron gas 10 becomes a channel of a nitride semiconductor device having a HEMT structure, and the current flowing between the source electrode 5 and the drain electrode 6 can be controlled by controlling the bias voltage applied to the gate electrode 7. it can.

ところで、この種の窒化物半導体装置では、ｆT＝ｇm／２πＣgs＝ｖs／２πＬgによって表される電流利得遮断周波数ｆTが、相互コンダクタンスｇmに比例し、ゲート−ソース間容量Ｃgsに反比例する。また電流利得遮断周波数ｆTは、電子飽和速度ｖsに比例し、ゲート電極７のゲート長Ｌgに反比例することが知られている。図４に示すような従来の窒化物半導体装置の場合、ゲート電極７のゲート長Ｌgを短くすることにより電流利得遮断周波数ｆTを向上させることができる。 In this type of nitride semiconductor device, the current gain cutoff frequency f T expressed by f T = g m / 2πC gs = v s / 2πL g is proportional to the mutual conductance g m , and the gate-source capacitance is It is inversely proportional to C gs . The current gain cut-off frequency f T is proportional to the electron saturation velocity v s, it is known to be inversely proportional to the gate length L g of the gate electrode 7. In the case of the conventional nitride semiconductor device as shown in FIG. 4, the current gain cutoff frequency f T can be improved by shortening the gate length L g of the gate electrode 7.

一般的にゲート長の短いゲート電極を形成する場合、ゲート長を短縮するだけではゲート抵抗が上昇してしまうため、図４に示すような断面形状がＴ型のゲート電極を形成する必要がある。たとえば、Ｔ型のゲート電極の形成方法は、特許文献１に開示されている。特許文献１によれば、半導体基板上に多層レジスト膜の形成した後、上部レジスト膜より下部レジスト膜の方が狭い幅をもつ形状となるように露光し、リフトオフ法によりＴ型ゲート電極７を形成している。   In general, when a gate electrode having a short gate length is formed, the gate resistance increases only by shortening the gate length. Therefore, it is necessary to form a gate electrode having a T-shaped cross section as shown in FIG. . For example, Patent Document 1 discloses a method for forming a T-type gate electrode. According to Patent Document 1, after forming a multilayer resist film on a semiconductor substrate, exposure is performed so that the lower resist film has a narrower width than the upper resist film, and the T-type gate electrode 7 is formed by a lift-off method. Forming.

一方、ＭＩＳ（Metal-Insulator-Semiconductor）型の窒化物半導体装置も知られている（図５）。このような構造の窒化物半導体装置では、ゲートリーク電流を大幅に低減でき、ｇmおよびCgsを低減することができる。Cgsの減少量がｇmの減少量より大きいときｆTの向上につながる。 On the other hand, a MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) type nitride semiconductor device is also known (FIG. 5). In the nitride semiconductor device having such a structure, the gate leakage current can be greatly reduced, and g m and C gs can be reduced. When the decrease amount of C gs is larger than the decrease amount of g m , it leads to improvement of f T.

特開２００４−５５６７７号公報JP 2004-55677 A

上記のような従来の窒化物半導体装置では、ゲート長Ｌgの短縮により高周波数動作が可能となるが、形成工程数の増大やゲート電極の複雑化により、歩留りが低下したり、信頼性が低下するという問題があった。本発明は、上記問題点を解消し、歩留まり良く形成することができ、高い信頼性を保つことができる窒化物半導体装置を提供することを目的とする。 In the conventional nitride semiconductor device as described above, the high frequency operation by shortening the gate length L g is becomes possible, the complexity of forming the number of steps increases and the gate electrode, or reduces the yield, reliability There was a problem of lowering. An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor device that can solve the above problems, can be formed with a high yield, and can maintain high reliability.

上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、基板上に、バッファ層を介して、アンドープの第一の窒化物半導体からなる電子走行層と、該電子走行層とヘテロ接合を形成し、該ヘテロ接合によって二次元電子ガスが形成される、前記第一の窒化物半導体よりバンドギャップの大きいｎ型もしくはアンドープの第二の窒化物半導体からなる電子供給層とが積層し、前記電子供給層に電気的に接続するソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に流れる電流を制御するゲート電極とを備えた窒化物半導体装置において、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記電子供給層上に、該電子供給層とショットキー接触する浮遊電極と、該浮遊電極表面を被覆する絶縁膜を介して前記ゲート電極とを配置したことを特徴とする。   In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 of the present application forms an electron transit layer made of an undoped first nitride semiconductor and a heterojunction with the electron transit layer on a substrate via a buffer layer. And an electron supply layer made of an n-type or undoped second nitride semiconductor having a larger band gap than the first nitride semiconductor, in which a two-dimensional electron gas is formed by the heterojunction, and In the nitride semiconductor device comprising a source electrode and a drain electrode that are electrically connected to a supply layer, and a gate electrode that controls a current flowing between the source electrode and the drain electrode, the source electrode and the drain electrode A floating electrode that is in Schottky contact with the electron supply layer, and the gate electrode via an insulating film that covers the surface of the floating electrode. And characterized in that location.

本願請求項２に係る発明は、請求項１に記載の窒化物半導体装置において、前記絶縁膜は強誘電体材料であることを特徴とする。   The invention according to claim 2 of the present application is the nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating film is made of a ferroelectric material.

本発明によれば、浮遊電極−ソース間容量Ｃfsと直列に金属−絶縁膜−金属（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｍｅｔａｌ）容量が付加されるため、ゲート−ソース間容量Ｃgsを大幅に低減することができ、高周波特性（ｆT）の向上が可能となる。 According to the present invention, the floating electrode - the metal (Metal-Insulator-Metal) capacitance is added, the gate - - source capacitance C fs series with the metal - insulator possible to significantly reduce the source capacitance C gs Thus, the high frequency characteristics (f T ) can be improved.

さらに本発明によれば、ゲート長の短縮によらず高周波特性の向上が可能であるので、複雑な製造工程を不要となり、歩留りや信頼性の向上を図ることが可能となる。   Furthermore, according to the present invention, the high-frequency characteristics can be improved without shortening the gate length, so that a complicated manufacturing process is not required, and the yield and the reliability can be improved.

本発明の窒化物半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the nitride semiconductor device of this invention. 本発明の窒化物半導体装置の高周波特性（｜ｈ21｜2）の説明図である。Is an explanatory view of the high-frequency characteristics of the nitride semiconductor device of the present invention (| 2 | h 21). 本発明の窒化物半導体装置の絶縁膜を高誘電体材料とした場合の伝達特性の説明図である。It is explanatory drawing of the transmission characteristic at the time of using the insulating film of the nitride semiconductor device of this invention as a high dielectric material. 従来の窒化物半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the conventional nitride semiconductor device. 従来のＭＩＳ型構造の窒化物半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the nitride semiconductor device of the conventional MIS type | mold structure.

本発明は、浮遊電極をゲート電極直下に絶縁膜を介して形成することを大きな特徴としている。以下、本発明の実施例について、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）構造の窒化物半導体装置を例にとり、詳細に説明する。   The present invention is greatly characterized in that the floating electrode is formed directly below the gate electrode through an insulating film. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail by taking a nitride semiconductor device having a high electron mobility transistor (HEMT) structure as an example.

図１は、本発明の窒化物半導体装置の断面図である。図１に示すように、基板１上に、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相エピタキシャル成長）法もしくはＭＢＥ（分子線エピタキシャル成長）法等により、バッファ層２を介して、第一の窒化物半導体からなる電子走行層３と、第二の窒化物半導体からなる電子供給層４が順に積層されている。電子供給層４上には、ソース電極５、ドレイン電極６および浮遊電極８が形成され、ソース電極５とドレイン電極６間の電子供給層４表面と浮遊電極８上に、絶縁膜９が全面に形成されている。ゲート電極７は、浮遊電極８直上に、絶縁膜９を介して形成されている。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor device of the present invention. As shown in FIG. 1, an electron transit layer made of a first nitride semiconductor is formed on a substrate 1 via a buffer layer 2 by MOCVD (metal organic vapor phase epitaxy) or MBE (molecular beam epitaxy). 3 and an electron supply layer 4 made of a second nitride semiconductor are sequentially stacked. A source electrode 5, a drain electrode 6 and a floating electrode 8 are formed on the electron supply layer 4, and an insulating film 9 is formed on the entire surface of the electron supply layer 4 and the floating electrode 8 between the source electrode 5 and the drain electrode 6. Is formed. The gate electrode 7 is formed directly above the floating electrode 8 via an insulating film 9.

基板１は、半導体材料をエピタキシャル成長させるための成長基板として機能し、かつ機械的に支持するための支持基板として機能する。基板１は、一般にサファイア（Ａｌ2Ｏ3）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）あるいはシリコン（Ｓｉ）が用いられ、格子定数の整合性、熱伝導率、熱膨張係数等を考慮し、基板１上に成長させる窒化物半導体層に応じて選択することができる。本実施例では、後述する窒化物半導体層との格子定数の整合性等を考慮し、サファイアを使用した。 The substrate 1 functions as a growth substrate for epitaxially growing a semiconductor material, and also functions as a support substrate for mechanically supporting it. The substrate 1 is generally made of sapphire (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), or silicon (Si), and is grown on the substrate 1 in consideration of lattice constant matching, thermal conductivity, thermal expansion coefficient, and the like. It can be selected according to the nitride semiconductor layer to be formed. In this example, sapphire was used in consideration of the lattice constant matching with the nitride semiconductor layer described later.

バッファ層２は、基板１とその上にエピタキシャル成長される第一の窒化物半導体との緩衝層として用いられる。本実施例では、基板１として用いるサファイアと窒化物半導体との格子不整合が大きいため、バッファ層２として、低温成長ＧａＮを厚く成長させた。なお、このバッファ層２は窒化物半導体装置の動作に直接的には関係しないので、バッファ層２の半導体材料をＡｌＮ、ＧａＮ以外の窒化物半導体またはIII−Ｖ族化合物半導体に置き換えたり、多層構造のバッファ層にすることもできる。   The buffer layer 2 is used as a buffer layer between the substrate 1 and the first nitride semiconductor epitaxially grown thereon. In this example, since the lattice mismatch between the sapphire used as the substrate 1 and the nitride semiconductor is large, the low-temperature grown GaN is grown thick as the buffer layer 2. Since the buffer layer 2 is not directly related to the operation of the nitride semiconductor device, the semiconductor material of the buffer layer 2 is replaced with a nitride semiconductor other than AlN or GaN or a III-V group compound semiconductor, or a multilayer structure. It can also be a buffer layer.

電子走行層３は、厚さ２．５μｍのアンドープＧａＮ層で構成する。この電子走行層３は、後述する電子供給層４で用いる窒化物半導体よりも小さいバンドギャップを有する窒化物半導体で構成され、電子供給層４とのヘテロ接合近傍にチャネルとなる二次元電子ガス１０を生成する。また、アンドープＧａＮ層とすることで、イオン不純物散乱による二次元電子ガス１０の移動度低下を防ぐことができる。なお、電子走行層３はＧａＮ以外に、例えば、ＩｎaＧａ1-aＮで構成することもできる。ここで、ａは０≦ａ＜１を満足する数値である。 The electron transit layer 3 is composed of an undoped GaN layer having a thickness of 2.5 μm. The electron transit layer 3 is made of a nitride semiconductor having a smaller band gap than the nitride semiconductor used in the electron supply layer 4 described later, and a two-dimensional electron gas 10 serving as a channel near the heterojunction with the electron supply layer 4. Is generated. Moreover, the mobility of the two-dimensional electron gas 10 due to ion impurity scattering can be prevented by using an undoped GaN layer. Note that the electron transit layer 3 can be composed of, for example, In a Ga 1-a N in addition to GaN. Here, a is a numerical value satisfying 0 ≦ a <1.

電子供給層４は、厚さ２５ｎｍのｎ型あるいはアンドープのＡｌ0.35Ｇａ0.65Ｎ層で構成する。また、電子供給層４は、ｎ型あるいはアンドープのＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮで構成することもできる。ここで、ｘは０＜ｘ≦１、ｙは０≦ｙ＜１、およびｘ＋ｙはｘ＋ｙ≦１を満足する数値であり、ｘの好ましい値は０．１〜０．４である。 The electron supply layer 4 is composed of an n-type or undoped Al 0.35 Ga 0.65 N layer having a thickness of 25 nm. Further, the electron supply layer 4 may be composed of n-type or undoped Al x In y Ga 1-xy N. Here, x is 0 <x ≦ 1, y is 0 ≦ y <1, and x + y is a numerical value satisfying x + y ≦ 1, and a preferable value of x is 0.1 to 0.4.

ソース電極５およびドレイン電極６は、電子供給層４にオーミック接触している。なお、ソース電極５およびドレイン電極６は、図１に示すように電極を形成する部分の電子供給層４の一部もしくは全部をドライエッチング法などにより除去し、オーミックリセス構造とした後に、電極を形成することもできる。オーミックリセス構造とすることにより、チャネルとなる二次元電子ガス１０とソース電極５あるいはドレイン電極６との距離が近くなり、コンタクト抵抗の低いオーミック接触を形成することができる。   The source electrode 5 and the drain electrode 6 are in ohmic contact with the electron supply layer 4. As shown in FIG. 1, the source electrode 5 and the drain electrode 6 are formed by removing part or all of the electron supply layer 4 where the electrode is to be formed by a dry etching method or the like to form an ohmic recess structure. It can also be formed. By adopting an ohmic recess structure, the distance between the two-dimensional electron gas 10 serving as a channel and the source electrode 5 or the drain electrode 6 is reduced, and an ohmic contact with a low contact resistance can be formed.

浮遊電極８は、電子供給層４にショットキー接触するような金属材料で構成する。本実施例では、Ｔｉ（３０ｎｍ）およびＡｌ（２００ｎｍ）を順に積層させ、熱処理せずに使用している。浮遊電極８の長さ（浮遊電極長）Ｌfは６μｍである。 The floating electrode 8 is made of a metal material that is in Schottky contact with the electron supply layer 4. In this embodiment, Ti (30 nm) and Al (200 nm) are sequentially stacked and used without heat treatment. The length (floating electrode length) L f of the floating electrode 8 is 6 μm.

絶縁膜９は、厚さ５０ｎｍのＳｉ3Ｎ4で構成され、ソース電極５、ドレイン電極６間の電子供給層４表面および浮遊電極８上を被覆するように形成される。この絶縁膜９はＳｉ3Ｎ4以外の絶縁膜材料、例えばＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＨｆＯ2などを用いることもできる。また、絶縁膜の厚さは、絶縁膜材料固有の誘電率、あるいはターゲットとする周波数帯およびシステムなどによって変更することもできる。例えば、絶縁膜９の厚さを薄くすると、ｇmおよびＣgsは同じ割合で増加する。一方、ｆTは、ｇmに比例し、Cgsに反比例する。つまり、絶縁膜９の厚さを変えることで、ｆTを変えないで、任意のｇmを得ることが可能となる。 The insulating film 9 is made of Si 3 N 4 having a thickness of 50 nm, and is formed so as to cover the surface of the electron supply layer 4 between the source electrode 5 and the drain electrode 6 and the floating electrode 8. The insulating film 9 may be made of an insulating film material other than Si 3 N 4 , such as SiO 2 , Al 2 O 3 , HfO 2, or the like. In addition, the thickness of the insulating film can be changed depending on the dielectric constant specific to the insulating film material or the target frequency band and system. For example, when the thickness of the insulating film 9 is reduced, gm and Cgs increase at the same rate. On the other hand, f T is proportional to gm, inversely proportional to Cgs. That is, by changing the thickness of the insulating film 9, without changing the f T, it is possible to obtain an arbitrary gm.

ゲート電極７は、浮遊電極８の直上に、絶縁膜９を介して形成される。本実施例のゲート長Ｌgは２μｍである。本実施例におけるゲート長Ｌgと浮遊電極長Ｌfとの関係は、Ｌg＜Ｌfであるが、Ｌg≧Ｌfにすることもできる。 The gate electrode 7 is formed immediately above the floating electrode 8 via an insulating film 9. In this embodiment, the gate length L g is 2 μm. In this embodiment, the relationship between the gate length L g and the floating electrode length L f is L g <L f , but L g ≧ L f can also be satisfied.

以上のように形成した窒化物半導体装置の高周波特性（｜ｈ21｜2）を図２に示す。比較のため、図４および図５に示す従来の窒化物半導体装置の高周波特性も示してある。従来の窒化物半導体装置のゲート長Ｌgは６μｍであり、本発明の窒化物半導体装置の浮遊電極長Ｌfは６μｍである。本発明の窒化物半導体装置では、浮遊電極８上に絶縁膜９を介してゲート電極７を形成しているため、ゲート電極７−浮遊電極８間容量Ｃgsが、浮遊電極８−ソース電極５間容量Ｃfsと直列に付加されたこととなる。これにより、従来の窒化物半導体装置と比較して、ゲート電極７−ソース電極５間容量Ｃgsを大幅に低減でき、ゲート電極７−ソース電極５間容量Ｃgsと反比例の関係にある電流利得遮断周波数ｆTを向上させることが可能となる。 FIG. 2 shows the high-frequency characteristics (| h 21 | 2 ) of the nitride semiconductor device formed as described above. For comparison, the high-frequency characteristics of the conventional nitride semiconductor device shown in FIGS. 4 and 5 are also shown. The gate length L g of the conventional nitride semiconductor device is 6 μm, and the floating electrode length L f of the nitride semiconductor device of the present invention is 6 μm. In the nitride semiconductor device of the present invention, the gate electrode 7 is formed on the floating electrode 8 with the insulating film 9 interposed therebetween, and therefore the capacitance C gs between the gate electrode 7 and the floating electrode 8 is It is added in series with the interspace capacitance Cfs . Thereby, compared with the conventional nitride semiconductor device, the capacitance C gs between the gate electrode 7 and the source electrode 5 can be greatly reduced, and the current gain which is inversely proportional to the capacitance C gs between the gate electrode 7 and the source electrode 5. it is possible to improve the cut-off frequency f T.

次に、絶縁膜９をＢａＴｉＯ3やＰｂＴｉＯ3などの強誘電体材料に変更した場合について説明する。Ｓｉ3Ｎ4膜は、バッファ層２の不完全さに起因するドレインリーク電流を抑制することが難しい。バッファ層２の不完全さに起因するドレインリーク電流が発生すると、ゲート電極７−ソース電極５間容量Ｃgsと並列に寄生容量Ｃpが付加され、高周波特性（ｆT）の悪化につながる。そこで、ゲート電極７−ソース電極５間の電子供給層４表面を強誘電体材料で被覆すると、強誘電体材料の分極の影響により、ソース電極５に注入された電子が、ドレインリークの原因となるバッファ層２に流れず、チャネルとなる二次元電子ガス１０に誘導される。これにより、ドレインリーク電流の抑制が可能となる。 Next, the case where the insulating film 9 is changed to a ferroelectric material such as BaTiO 3 or PbTiO 3 will be described. It is difficult for the Si 3 N 4 film to suppress drain leakage current due to imperfection of the buffer layer 2. When a drain leakage current due to the imperfection of the buffer layer 2 is generated, a parasitic capacitance C p is added in parallel with the capacitance C gs between the gate electrode 7 and the source electrode 5, leading to deterioration of the high frequency characteristics (f T ). Therefore, if the surface of the electron supply layer 4 between the gate electrode 7 and the source electrode 5 is covered with a ferroelectric material, electrons injected into the source electrode 5 are caused by drain polarization due to the influence of polarization of the ferroelectric material. It does not flow into the buffer layer 2 and is guided to the two-dimensional electron gas 10 serving as a channel. As a result, the drain leakage current can be suppressed.

図３は、同一構造の窒化物半導体装置において、絶縁膜９を高誘電体材料、あるいはＳｉ3Ｎ4膜としたときのＩd−Ｖg特性を示している。高誘電体材料を用いた場合、ピンチオフ電圧前（ゲート電圧が−２Ｖ以下）において、約二桁のドレインリーク電流改善が確認できる。これは、ゲート電極７直下の二次元電子ガス１０が消失している状態で、ドレインリーク電流が抑制されることを示している。 FIG. 3 shows I d -V g characteristics when the insulating film 9 is made of a high dielectric material or a Si 3 N 4 film in the nitride semiconductor device having the same structure. When a high dielectric material is used, an improvement of about two digits in drain leakage current can be confirmed before the pinch-off voltage (gate voltage is −2 V or less). This indicates that the drain leakage current is suppressed in a state where the two-dimensional electron gas 10 directly under the gate electrode 7 has disappeared.

また、強誘電体材料は周波数変化によって誘電率が大きく変化するため、ゲート電極７−浮遊電極８間容量が変化する。つまり、周波数に対して可変容量として働くため、さらなる高周波特性（ｆT）の向上につながることが期待される。 In addition, since the dielectric constant of the ferroelectric material changes greatly according to the frequency change, the capacitance between the gate electrode 7 and the floating electrode 8 changes. That is, since it works as a variable capacitor with respect to frequency, it is expected to lead to further improvement of high frequency characteristics (f T ).

１：基板、２：バッファ層、３：電子走行層、４：電子供給層、５：ソース電極、６：ドレイン電極、７：ゲート電極、８：浮遊電極、９：絶縁膜、１０：二次元電子ガス 1: substrate, 2: buffer layer, 3: electron transit layer, 4: electron supply layer, 5: source electrode, 6: drain electrode, 7: gate electrode, 8: floating electrode, 9: insulating film, 10: two-dimensional Electronic gas

Claims (2)

基板上に、バッファ層を介して、アンドープの第一の窒化物半導体からなる電子走行層と、該電子走行層とヘテロ接合を形成し、該ヘテロ接合によって二次元電子ガスが形成される、前記第一の窒化物半導体よりバンドギャップの大きいｎ型もしくはアンドープの第二の窒化物半導体からなる電子供給層とが積層し、前記電子供給層に電気的に接続するソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に流れる電流を制御するゲート電極とを備えた窒化物半導体装置において、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記電子供給層上に、該電子供給層とショットキー接触する浮遊電極と、該浮遊電極表面を被覆する絶縁膜を介して前記ゲート電極とを配置したことを特徴とする窒化物半導体装置。 An electron transit layer made of an undoped first nitride semiconductor and a heterojunction with the electron transit layer are formed on the substrate via a buffer layer, and a two-dimensional electron gas is formed by the heterojunction. An electron supply layer made of an n-type or undoped second nitride semiconductor having a larger band gap than the first nitride semiconductor, and a source electrode and a drain electrode electrically connected to the electron supply layer; In a nitride semiconductor device including a gate electrode that controls a current flowing between a source electrode and the drain electrode,
On the electron supply layer between the source electrode and the drain electrode, a floating electrode that is in Schottky contact with the electron supply layer and the gate electrode are disposed via an insulating film that covers the surface of the floating electrode. A nitride semiconductor device. 請求項１に記載の窒化物半導体装置において、
前記絶縁膜は強誘電体材料であることを特徴とする窒化物半導体装置。 The nitride semiconductor device according to claim 1,
The nitride semiconductor device, wherein the insulating film is a ferroelectric material.
JP2010187076A 2010-08-24 2010-08-24 Nitride semiconductor device Pending JP2012049170A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010187076A JP2012049170A (en) 2010-08-24 2010-08-24 Nitride semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010187076A JP2012049170A (en) 2010-08-24 2010-08-24 Nitride semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012049170A true JP2012049170A (en) 2012-03-08

Family

ID=45903749

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010187076A Pending JP2012049170A (en) 2010-08-24 2010-08-24 Nitride semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012049170A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017038139A1 (en) * 2015-08-28 2017-03-09 シャープ株式会社 Nitride semiconductor device
CN106876484A (en) * 2017-01-23 2017-06-20 西安电子科技大学 High-breakdown-voltage gallium oxide Schottky diode and preparation method thereof
JP6293394B1 (en) * 2017-07-04 2018-03-14 三菱電機株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP2018046052A (en) * 2016-09-12 2018-03-22 株式会社東芝 Semiconductor device
WO2019077782A1 (en) * 2017-10-17 2019-04-25 Mitsubishi Electric Corporation High electron mobility transistor with negative capacitor gate

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05235370A (en) * 1992-02-24 1993-09-10 Rohm Co Ltd Field effect transistor
JP2002270618A (en) * 2001-03-06 2002-09-20 Furukawa Electric Co Ltd:The GaN-BASED FIELD EFFECT TRANSISTOR
JP2008053312A (en) * 2006-08-22 2008-03-06 Toyota Motor Corp Semiconductor device
JP2009218528A (en) * 2008-03-13 2009-09-24 Furukawa Electric Co Ltd:The GaN-BASED FIELD EFFECT TRANSISTOR
JP2009283960A (en) * 2005-04-26 2009-12-03 Sharp Corp Field-effect transistor
JP2010067816A (en) * 2008-09-11 2010-03-25 Toshiba Corp Semiconductor device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05235370A (en) * 1992-02-24 1993-09-10 Rohm Co Ltd Field effect transistor
JP2002270618A (en) * 2001-03-06 2002-09-20 Furukawa Electric Co Ltd:The GaN-BASED FIELD EFFECT TRANSISTOR
JP2009283960A (en) * 2005-04-26 2009-12-03 Sharp Corp Field-effect transistor
JP2008053312A (en) * 2006-08-22 2008-03-06 Toyota Motor Corp Semiconductor device
JP2009218528A (en) * 2008-03-13 2009-09-24 Furukawa Electric Co Ltd:The GaN-BASED FIELD EFFECT TRANSISTOR
JP2010067816A (en) * 2008-09-11 2010-03-25 Toshiba Corp Semiconductor device

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017038139A1 (en) * 2015-08-28 2017-03-09 シャープ株式会社 Nitride semiconductor device
JPWO2017038139A1 (en) * 2015-08-28 2018-04-12 シャープ株式会社 Nitride semiconductor device
US10332976B2 (en) 2015-08-28 2019-06-25 Sharp Kabushiki Kaisha Nitride semiconductor device
JP2018046052A (en) * 2016-09-12 2018-03-22 株式会社東芝 Semiconductor device
CN106876484A (en) * 2017-01-23 2017-06-20 西安电子科技大学 High-breakdown-voltage gallium oxide Schottky diode and preparation method thereof
CN106876484B (en) * 2017-01-23 2019-10-11 西安电子科技大学 High-breakdown-voltage gallium oxide Schottky diode and preparation method thereof
JP6293394B1 (en) * 2017-07-04 2018-03-14 三菱電機株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
WO2019008658A1 (en) * 2017-07-04 2019-01-10 三菱電機株式会社 Semiconductor device and semiconductor device production method
WO2019077782A1 (en) * 2017-10-17 2019-04-25 Mitsubishi Electric Corporation High electron mobility transistor with negative capacitor gate
US10276704B1 (en) 2017-10-17 2019-04-30 Mitsubishi Electric Research Laboratiories, Inc. High electron mobility transistor with negative capacitor gate
JP2020526033A (en) * 2017-10-17 2020-08-27 三菱電機株式会社 High electron mobility transistor with negative capacitor gate

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6228167B2 (en) Wide band gap HEMT with source connection field plate
JP5348364B2 (en) Heterojunction field effect semiconductor device
JP4592938B2 (en) Semiconductor device
JP5105160B2 (en) Transistor
TWI553859B (en) Wide bandgap transistors with gate-source field plates
JP4897948B2 (en) Semiconductor element
US9679981B2 (en) Cascode structures for GaN HEMTs
JP6018360B2 (en) Compound semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5634681B2 (en) Semiconductor element
US8338862B2 (en) Semiconductor device
JP5825017B2 (en) Compound semiconductor device and manufacturing method thereof
TW201511261A (en) Recessed field plate transistor structures
WO2004061978A1 (en) Field-effect transistor
JP2017073499A (en) Nitride semiconductor device and method for manufacturing the same
CN108615756B (en) Semiconductor device with a semiconductor layer having a plurality of semiconductor layers
US11594625B2 (en) III-N transistor structures with stepped cap layers
JP6597046B2 (en) High electron mobility transistor
JP2017514316A (en) Heterojunction field effect transistor
JP2012049170A (en) Nitride semiconductor device
JP2010040828A (en) Nitride semiconductor device
JP6687831B2 (en) Compound semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5638846B2 (en) Field effect transistor
JP5732228B2 (en) Manufacturing method of nitride semiconductor device
JP5463529B2 (en) Method for manufacturing field effect transistor
JP2012049169A (en) Nitride semiconductor device and method of manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130710

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140814

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140819

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20150113