JP2013229486A - Heterojunction field-effect transistor, and method of manufacturing the same - Google Patents

Heterojunction field-effect transistor, and method of manufacturing the same Download PDF

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Akifumi Imai
章文 今井
Takuma Nanjo
拓真 南條
Muneyoshi Suita
宗義 吹田
Yosuke Suzuki
洋介 鈴木
Hiroyuki Okazaki
拓行 岡崎
Eiji Yagyu
栄治 柳生
Yuji Abe
雄次 阿部
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heterojunction field-effect transistor and a method of manufacturing the same capable of improving a withstanding voltage and reducing on-resistance.SOLUTION: A cap layer 5 made of GaN is selectively formed on a barrier layer 4. That is, the cap layer 5 is formed only in a drain direction gate electrode vicinity region that extends from a position (a first position) adjacent on a drain electrode 8 side to an I-shaped part of a T shape of a gate electrode 10 to a position (a second position; a position separated from the drain electrode 8 by a predetermined distance) not reaching the drain electrode 8, in a direction toward the drain electrode 8 (and an Si injection region 6 under the drain electrode).

Description

この発明は、窒化物を含む半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタ(ヘテロ接合FET)及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a heterojunction field effect transistor (heterojunction FET) made of a semiconductor containing nitride and a method for manufacturing the same.

窒化物半導体系、特に窒化ガリウム系半導体は高い絶縁破壊電界強度、高い電子飽和速度、高い熱伝導率を有していることから高周波帯域における高出力高電子移動度トランジスタの構成材料として有用である。更に、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)/窒化ガリウム(GaN)ヘテロ接合を利用した高電子移動度トランジスタ(AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistors(HEMT))は、ヘテロ接合を形成する半導体のうちバンドギャップの小さい側のヘテロ接合界面近傍に高濃度に電子蓄積が起きる、いわゆる2次元電子ガスが形成されるが、2次元電子ガスはバンドギャップの大きい側に発生するイオン化不純物と空間的に分離された構造となるため電子散乱が軽減された結果、高い電子移動度が得られる点においても高周波動作に適している。   Nitride semiconductors, especially gallium nitride semiconductors, are useful as materials for high-power, high-electron mobility transistors in high-frequency bands because of their high breakdown field strength, high electron saturation speed, and high thermal conductivity. . Further, high electron mobility transistors (HEGaN) using aluminum gallium nitride (AlGaN) / gallium nitride (GaN) heterojunctions have a small band gap among semiconductors forming heterojunctions. A so-called two-dimensional electron gas is formed near the heterojunction interface on the side, in which a so-called two-dimensional electron gas is formed. The two-dimensional electron gas is spatially separated from ionized impurities generated on the side having a large band gap. Therefore, as a result of reducing electron scattering, it is suitable for high-frequency operation in that high electron mobility can be obtained.

しかしながら、窒化物を含む半導体(窒化物半導体)からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタにおいて、一般的には、前述した窒化ガリウム系半導体の物性値より推定される耐圧が得られていないのが現状である。この点に関しては、その他の材料系の半導体の場合に比較してゲートリーク電流量が理論値よりも大きいなど、窒化物半導体特有の課題が残っているためと言われており、対症的な対応策が考案されている。   However, in a heterojunction field effect transistor made of a semiconductor containing nitride (nitride semiconductor), in general, the withstand voltage estimated from the physical property values of the gallium nitride semiconductor described above is not obtained. is there. In this regard, it is said that there are still problems peculiar to nitride semiconductors, such as the amount of gate leakage current being larger than the theoretical value compared to other material semiconductors. A measure has been devised.

従来の窒化物半導体を用いた高電子移動度トランジスタにおいては、例えば特許文献1の図1に示されるように、ソース/ゲート間及びゲート/ドレイン間にキャップ層を形成することにより耐圧を向上する手法が採られている。その他には、例えば、特許文献2の図4に示されるようにアクセス領域のバリア層(ゲート・ソース間領域及びゲート・ドレイン間領域の下方のバリア層の領域)を薄層化するようにリセス加工を施す手法や、特許文献3の図5に示されるようにゲート電極近傍に分布する電界を緩和するように階段状のゲート電極を形成する手法(この図に示した構造の場合には前述のリセス加工による薄層化の影響も重畳される)などが類似の技術背景として挙げられる。   In a conventional high electron mobility transistor using a nitride semiconductor, for example, as shown in FIG. 1 of Patent Document 1, the breakdown voltage is improved by forming a cap layer between the source / gate and between the gate / drain. The technique is taken. In addition, for example, as shown in FIG. 4 of Patent Document 2, the access layer barrier layer (the gate-source region and the region of the barrier layer below the gate-drain region) is thinned. As shown in FIG. 5 of Patent Document 3, a method of processing, or a method of forming a stepped gate electrode so as to relieve an electric field distributed in the vicinity of the gate electrode (in the case of the structure shown in FIG. The effect of thinning due to recess processing is also superimposed).

特開平9−321060号公報(図1)Japanese Patent Laid-Open No. 9-321060 (FIG. 1) 特開2005−203544号公報(図4)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-203544 (FIG. 4) 特開2006−286740号公報(図5)JP 2006-286740 A (FIG. 5)

ヘテロ接合電界効果型トランジスタ(ヘテロ接合FET)において、耐圧の向上を目的としてバリア層上にキャップ層を設けた場合、アクセス領域中で唯一ゲート電極直下を除いた領域に亘ってキャリア濃度の低下の影響を受ける。すなわち、キャップ層の存在により、ゲート・ソース間領域及びゲート・ドレイン間領域下のチャネル層における2次元電子ガス濃度が低下の影響を受けてしまう。このため、ヘテロ接合FETのドレイン電流は低減し、電力効率が低下してしまうという問題点が生じる。   In a heterojunction field-effect transistor (heterojunction FET), when a cap layer is provided on the barrier layer for the purpose of improving the breakdown voltage, the carrier concentration decreases only in the access region except for the region directly under the gate electrode. to be influenced. That is, due to the presence of the cap layer, the two-dimensional electron gas concentration in the channel layer under the gate-source region and the gate-drain region is affected by the decrease. For this reason, the drain current of the heterojunction FET is reduced, resulting in a problem that power efficiency is lowered.

この発明は上記問題点を解決するためになされたもので、耐圧向上を図り、かつオン抵抗の低減化を図かったヘテロ接合電界効果トランジスタ及びその製造方法を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain a heterojunction field effect transistor and a method for manufacturing the same, in which the breakdown voltage is improved and the on-resistance is reduced.

この発明に係る請求項1記載のヘテロ接合電界効果トランジスタは、基板の上方に形成される窒化物半導体かなるチャネル層と、前記チャネル層上に形成される前記チャネル層と異なる窒化物半導体からなるバリア層と、前記バリア層上に選択的に設けられるゲート電極と、前記基板の上方に前記ゲート電極を挟みながら所定の距離を隔てて各々が独立して設けられるソース電極及びドレイン電極と、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間における前記バリア層上に選択的に設けられる、窒化物半導体からなるキャップ層とを備え、前記キャップ層は、前記ゲート電極の側面に隣接した第1の位置から前記ドレイン電極の方向に前記ドレイン電極に到達しない第2の位置まで延びる領域である、ドレイン方向ゲート電極近傍領域にのみ形成されることを特徴とする。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a heterojunction field effect transistor comprising a channel layer made of a nitride semiconductor formed above a substrate and a nitride semiconductor different from the channel layer formed on the channel layer. A barrier layer, a gate electrode selectively provided on the barrier layer, a source electrode and a drain electrode that are independently provided at a predetermined distance while sandwiching the gate electrode above the substrate, A cap layer made of a nitride semiconductor, which is selectively provided on the barrier layer between the gate electrode and the drain electrode, and the cap layer from a first position adjacent to a side surface of the gate electrode. Formed only in the vicinity of the drain direction gate electrode, which is a region extending to the second position that does not reach the drain electrode in the direction of the drain electrode Is the fact characterized.

請求項1記載の本願発明におけるヘテロ接合電界効果トランジスタにおいて、上記キャップ層をドレイン方向ゲート電極近傍領域のみに形成することにより、チャネル層において2次元電子ガス濃度が低下する領域を上記ドレイン方向ゲート電極近傍領域下のチャネル層のみに抑えることができる。その結果、キャップ層を設けることにより耐圧を向上させつつ、オン抵抗を低減することが可能になるため、電力効率の向上が期待できる。   2. The heterojunction field effect transistor according to claim 1, wherein the cap layer is formed only in a region in the vicinity of the drain direction gate electrode, whereby a region where the two-dimensional electron gas concentration is reduced in the channel layer is defined in the drain direction gate electrode. It can be suppressed only to the channel layer under the neighboring region. As a result, by providing the cap layer, it is possible to reduce the on-resistance while improving the withstand voltage, so that it is possible to expect an improvement in power efficiency.

この発明の実施の形態1である窒化物半導体からなるヘテロ接合FETの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of heterojunction FET which consists of nitride semiconductor which is Embodiment 1 of this invention. 実施の形態1のヘテロ接合FETの変形例の構造を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a structure of a modification of the heterojunction FET of the first embodiment. キャップ層を形成しない場合におけるヘテロ接合FETの電界強度分布を計算により見積った結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having estimated the electric field strength distribution of heterojunction FET when not forming a cap layer by calculation. 所定の形成幅のキャップ層を形成した場合におけるヘテロ接合FETの電界強度分布を計算により見積った結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having estimated the electric field strength distribution of heterojunction FET at the time of forming the cap layer of a predetermined formation width by calculation. キャップ層の形成幅が0.5μmから1.4μmの場合についての電界強度分布を示すグラフである。It is a graph which shows electric field strength distribution in case the formation width of a cap layer is 0.5 micrometer to 1.4 micrometers. 実施の形態2におけるヘテロ接合FETの第1の態様の構造を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a structure of a first aspect of a heterojunction FET in Embodiment 2. FIG. 実施の形態2におけるヘテロ接合FETの第2の態様の構造を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of a second mode of the heterojunction FET in the second embodiment. 実施の形態2におけるヘテロ接合FETの第3の態様の構造を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a structure of a third aspect of the heterojunction FET in the second embodiment. 実施の形態2におけるヘテロ接合FETの第4の態様の構造を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a structure of a fourth mode of the heterojunction FET in the second embodiment. 実施の形態2におけるヘテロ接合FETの第5の態様の構造を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a structure of a fifth mode of the heterojunction FET in the second embodiment. 実施の形態2におけるヘテロ接合FETの第6の態様の構造を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a structure of a sixth aspect of the heterojunction FET in the second embodiment. 実施の形態2におけるヘテロ接合FETの第7の態様の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the 7th aspect of heterojunction FET in Embodiment 2. FIG. 実施の形態2におけるヘテロ接合FETの第8の態様の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the 8th aspect of heterojunction FET in Embodiment 2. 図1に示す構造のテロ接合FETの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the telojunction FET of the structure shown in FIG. 図1に示す構造のテロ接合FETの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the telojunction FET of the structure shown in FIG. 図1に示す構造のテロ接合FETの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the telojunction FET of the structure shown in FIG. 図1に示す構造のテロ接合FETの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the telojunction FET of the structure shown in FIG. 図1に示す構造のテロ接合FETの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the telojunction FET of the structure shown in FIG. 図1に示す構造のテロ接合FETの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the telojunction FET of the structure shown in FIG. 図1に示す構造のテロ接合FETの製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the telojunction FET of the structure shown in FIG.

<実施の形態1>
図1は、この発明の実施の形態1である窒化物半導体からなるヘテロ接合FETの基本構造を示す断面図である。
<Embodiment 1>
1 is a cross-sectional view showing a basic structure of a heterojunction FET made of a nitride semiconductor according to Embodiment 1 of the present invention.

図1において、最下層は半絶縁性SiC基板1であり、半絶縁性SiC基板1上にバッファ層2を介して、GaNからなるチャネル層3が形成されている。チャネル層3上には、Al0.28Ga0.72Nからなるバリア層4が形成されている。 In FIG. 1, the lowermost layer is a semi-insulating SiC substrate 1, and a channel layer 3 made of GaN is formed on the semi-insulating SiC substrate 1 via a buffer layer 2. On the channel layer 3, a barrier layer 4 made of Al 0.28 Ga 0.72 N is formed.

バリア層4の中央領域上に上部が傘部分を有し、断面形状がT字状となるリセスゲート構造のゲート電極10が形成される。そして、ゲート電極10を挟みながらそれぞれ距離を隔てて、チャネル層3の上層部からバリア層4を貫通してドレイン電極下Si注入領域6及びソース電極下Si注入領域7が選択的に形成されている。そして、ドレイン電極下Si注入領域6及びソース電極下Si注入領域7上にドレイン電極8及びソース電極9が形成される。   On the central region of the barrier layer 4, the gate electrode 10 having a recessed gate structure having an umbrella portion at the top and a T-shaped cross section is formed. Then, the Si-injection region 6 under the drain electrode and the Si-injection region 7 under the source electrode are selectively formed through the barrier layer 4 from the upper layer portion of the channel layer 3 with the gate electrode 10 interposed therebetween. Yes. A drain electrode 8 and a source electrode 9 are formed on the Si implantation region 6 under the drain electrode and the Si implantation region 7 under the source electrode.

したがって、ドレイン電極8及びドレイン電極8はゲート電極10からそれぞれ独立して形成される。なお、ドレイン電極8及びソース電極9はそれぞれTi/Nb/Ptからなり、ゲート電極10はNi/Auからなる。   Therefore, the drain electrode 8 and the drain electrode 8 are formed independently from the gate electrode 10. The drain electrode 8 and the source electrode 9 are each made of Ti / Nb / Pt, and the gate electrode 10 is made of Ni / Au.

さらに、バリア層4上には、GaNからなるキャップ層5が選択的に形成されている。すなわち、キャップ層5はゲート電極10のT字のI部分に対しドレイン電極8側に隣接する位置(第1の位置)から、ドレイン電極8(及びドレイン電極下Si注入領域6)の方向に、ドレイン電極8に到達しない位置(第2の位置;ドレイン電極8から所定の距離を隔てた位置)まで延びた領域であるドレイン方向ゲート電極近傍領域にのみ形成される。   Further, a cap layer 5 made of GaN is selectively formed on the barrier layer 4. That is, the cap layer 5 extends from a position adjacent to the drain electrode 8 side (first position) with respect to the T-shaped I portion of the gate electrode 10 in the direction of the drain electrode 8 (and the Si implantation region 6 below the drain electrode). It is formed only in the vicinity of the drain direction gate electrode, which is a region extending to a position that does not reach the drain electrode 8 (second position; a position that is separated from the drain electrode 8 by a predetermined distance).

そして、ドレイン電極8からソース電極9にかけて、ドレイン電極下Si注入領域6の表面及び側面上、バリア層4の表面上、キャップ層5の側面及び表面上、ゲート電極10の側面、表面及び裏面(ゲート傘部分の表面及び裏面)上、バリア層4の表面上、ソース電極下Si注入領域7の側面及び表面上に保護絶縁膜となる誘電膜11が形成される。   Then, from the drain electrode 8 to the source electrode 9, on the surface and side surface of the Si implantation region 6 under the drain electrode, on the surface of the barrier layer 4, on the side surface and surface of the cap layer 5, and on the side surface, surface and back surface of the gate electrode 10 ( A dielectric film 11 serving as a protective insulating film is formed on the surface and back surface of the gate umbrella portion, on the surface of the barrier layer 4, and on the side surface and surface of the Si implantation region 7 under the source electrode.

ドレイン電極下Si注入領域6及びソース電極下Si注入領域7は、ドレイン電極8及びソース電極9とオーミックコンタクトを得るべく、n型不純物(Si)がドーピングされて形成されている。   The Si region under the drain electrode 6 and the Si implantation region 7 under the source electrode are formed by doping an n-type impurity (Si) to obtain ohmic contact with the drain electrode 8 and the source electrode 9.

実施の形態1のヘテロ接合FETは、上記のような構造に有することによって、以下の(1)及び(2)の効果を呈する。   The heterojunction FET of the first embodiment exhibits the following effects (1) and (2) by having the above structure.

(1) ゲート電極10に隣接して残存するGaNにより構成されるキャップ層5の影響により当該キャップ層5が存在する領域(ドレイン方向ゲート電極近傍領域)下での、チャネル層3における2次元電子ガス濃度が抑制されるために耐圧が維持される。   (1) Two-dimensional electrons in the channel layer 3 under the region where the cap layer 5 exists (region in the vicinity of the gate electrode in the drain direction) due to the influence of the cap layer 5 composed of GaN remaining adjacent to the gate electrode 10 The pressure resistance is maintained because the gas concentration is suppressed.

(2) キャップ層5が存在しない領域下のチャネル層3では2次元電子ガス濃度が高くなるようにキャリア濃度が変調されるため、大きな飽和ドレイン電流が得られる。すなわち、窒化物半導体からなるヘテロ接合FETの高出力化ならびに電力の高効率化といった効果が期待される。   (2) In the channel layer 3 under the region where the cap layer 5 does not exist, the carrier concentration is modulated so that the two-dimensional electron gas concentration becomes high, so that a large saturated drain current can be obtained. That is, effects such as higher output of heterojunction FET made of nitride semiconductor and higher power efficiency are expected.

また、キャップ層5の必要最小限のドレイン方向ゲート電極近傍領域のみ設けることにより、キャップ層5を介したゲートリーク電流量を最小限に抑えることができる。   Further, by providing only the minimum necessary region in the vicinity of the drain direction gate electrode of the cap layer 5, the amount of gate leakage current through the cap layer 5 can be minimized.

このように、実施の形態1のヘテロ接合FETでは、キャップ層5をドレイン方向ゲート電極近傍領域のみに形成することにより、チャネル層3において2次元電子ガス濃度が低下する領域を上記ドレイン方向ゲート電極近傍領域下のチャネル層3のみに抑えることができる。その結果、ヘテロ接合FETの耐圧を向上させつつ、オン抵抗を低減することが可能になるため、大きな飽和ドレイン電流を得ることができ電力効率の向上を図ることができる効果を奏する。そして、電力効率の向上に伴い省エネルギー効果が期待できる。   As described above, in the heterojunction FET according to the first embodiment, the cap layer 5 is formed only in the region in the vicinity of the drain direction gate electrode, whereby the region in the channel layer 3 where the two-dimensional electron gas concentration decreases is the drain direction gate electrode. It can be suppressed only to the channel layer 3 below the neighboring region. As a result, it is possible to reduce the on-resistance while improving the withstand voltage of the heterojunction FET, so that a large saturated drain current can be obtained and the power efficiency can be improved. And energy saving effect can be expected with the improvement of power efficiency.

図2は実施の形態1のヘテロ接合FETの変形例の構造を示す断面図である。同図に示すように、誘電膜11が形成されていない点のみ、図1の基本構造と異なる。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a modification of the heterojunction FET of the first embodiment. As shown in the figure, it differs from the basic structure of FIG. 1 only in that the dielectric film 11 is not formed.

図2に示すように、トランジスタの表面を誘電膜11で被覆する構造を採用せずとも、上述した効果(1)及び(2)を得ることができる。   As shown in FIG. 2, the effects (1) and (2) described above can be obtained without adopting a structure in which the surface of the transistor is covered with the dielectric film 11.

但し、図1で示す誘電膜11を有する基本構造は、バリア層4及びキャップ層6の表面及び側面の変成を予防し、長期的信頼性の高いヘテロ接合FETを得ることができる点において優位性を有する。すなわち、図2で示す変形例では、バリア層4やキャップ層5やドレイン電極下Si注入領域6及びソース電極下Si注入領域7等の半導体表面が大気中に曝され続けることになるため、窒化物半導体の表面は大気中の酸素や水分によって自然酸化を受けたり、半導体中の窒素が脱離したりすることになる。この場合、表面形態の変化によるエネルギー準位の変動の影響を受けてゲートリーク電流が増大するなどの問題が発生することが認識されているため、図1で示す構造のように誘電膜11による表面保護は少なくとも半導体表面を被覆するように形成されることがより望ましい。   However, the basic structure having the dielectric film 11 shown in FIG. 1 is superior in that the surface and side surfaces of the barrier layer 4 and the cap layer 6 are prevented from being deformed and a heterojunction FET having high long-term reliability can be obtained. Have That is, in the modification shown in FIG. 2, the semiconductor surfaces such as the barrier layer 4, the cap layer 5, the Si implantation region 6 under the drain electrode, and the Si implantation region 7 under the source electrode are continuously exposed to the atmosphere. The surface of the physical semiconductor is subject to natural oxidation by oxygen and moisture in the atmosphere, and nitrogen in the semiconductor is desorbed. In this case, it has been recognized that problems such as an increase in gate leakage current due to the influence of fluctuations in the energy level due to changes in the surface form occur, and therefore, due to the dielectric film 11 as in the structure shown in FIG. More preferably, the surface protection is formed so as to cover at least the semiconductor surface.

<実施の形態2>
実施の形態2では、キャップ層5の残す長さ(形成幅)を変化させてゲート電極10の近傍における電界強度分布の評価を行い、ゲート耐圧を改善しつつオン抵抗を低減し得るように、当該形成幅の寸法限定を行ったうえで、実施の形態1(図1,図2)に示したように、ドレイン方向ゲート電極近傍領域のみにキャップ層5が形成される構造のヘテロ接合電界効果型トランジスタについて述べている。
<Embodiment 2>
In the second embodiment, the length (formation width) left of the cap layer 5 is changed to evaluate the electric field strength distribution in the vicinity of the gate electrode 10 so that the on-resistance can be reduced while improving the gate breakdown voltage. After limiting the dimension of the formation width, as shown in the first embodiment (FIGS. 1 and 2), the heterojunction field effect has a structure in which the cap layer 5 is formed only in the vicinity of the drain direction gate electrode. A type transistor is described.

図3は、キャップ層5を全く形成しない場合におけるヘテロ接合FETの電界強度分布を計算により見積った結果を示すグラフである。図4は、ゲート電極10端部から1.5μmの形成幅のキャップ層5をバリア層4上に形成した場合におけるヘテロ接合FETの電界強度分布を計算により見積った結果を示すグラフである。但し、バリア層4におけるAlGaNのAl組成と膜厚はそれぞれ0.28、15nmであり、ゲート長、ゲート傘長、ゲート・ソース間距離、ゲート・ドレイン間距離、及びソース電極もしくはドレイン電極の端部からその下方の注入領域の端部との距離(図1の距離d1,d2に相当)はそれぞれ1.0μm、3.0μm、2.0μm、3.0μm、1.0μmとした場合の結果を代表して記載している。   FIG. 3 is a graph showing a result of estimating the electric field strength distribution of the heterojunction FET when the cap layer 5 is not formed at all. FIG. 4 is a graph showing a result obtained by calculating the electric field strength distribution of the heterojunction FET when the cap layer 5 having a width of 1.5 μm is formed on the barrier layer 4 from the end portion of the gate electrode 10. However, the Al composition and film thickness of AlGaN in the barrier layer 4 are 0.28 and 15 nm, respectively, and the gate length, the gate umbrella length, the gate-source distance, the gate-drain distance, and the edge of the source electrode or drain electrode When the distance from the end of the injection region to the end of the injection region below (corresponding to the distances d1 and d2 in FIG. 1) is 1.0 μm, 3.0 μm, 2.0 μm, 3.0 μm, and 1.0 μm, respectively It is described as a representative.

図5には、図3及び図4で示した構造のAlGaN/GaNへテロ界面(バリア層4とキャップ層5との界面)より下方5nmでの断面における電界強度分布に加えて、キャップ層5の形成幅が0.5μmから1.4μmの場合についても同様の電界強度分布を示すグラフである。横軸についてはソース電極9端部からドレイン電極8端部に向けての距離を表している。なお、キャップ層5の形成幅が0.5μm〜1.0μmにおける電界強度分布はほぼ等しいため図5では一括して示している。   FIG. 5 shows the cap layer 5 in addition to the electric field intensity distribution in a cross section at 5 nm below the AlGaN / GaN hetero interface (interface between the barrier layer 4 and the cap layer 5) having the structure shown in FIGS. This is a graph showing the same electric field intensity distribution when the formation width is 0.5 μm to 1.4 μm. The horizontal axis represents the distance from the end of the source electrode 9 to the end of the drain electrode 8. In addition, since the electric field strength distribution when the formation width of the cap layer 5 is 0.5 μm to 1.0 μm is substantially equal, FIG.

図5から、ドレイン電極8側方向におけるゲート電極10の端部領域(距離3μm近傍の領域)で最も大きな電界が集中的に発生している様子が伺える。また、キャップ層5の形成幅が1.0μmを越えるとキャップ層5のドレイン電極8側端領域(距離4.5μm近傍領域)においても電界強度のピークが表れはじめており、それに伴い、ドレイン電極8側におけるゲート電極10の端部領域での電界強度は低下する傾向を示す(図5ではピーク部分が重複しているため視認困難であるが、キャップ層5の形成幅が大きくなるに伴い、ゲート電極10の端部領域のピーク値が低下している)。   From FIG. 5, it can be seen that the largest electric field is concentrated in the end region of the gate electrode 10 in the direction of the drain electrode 8 (region in the vicinity of a distance of 3 μm). When the formation width of the cap layer 5 exceeds 1.0 μm, a peak of the electric field intensity starts to appear in the end region on the drain electrode 8 side of the cap layer 5 (region in the vicinity of the distance of 4.5 μm). The electric field strength in the end region of the gate electrode 10 on the side tends to decrease (in FIG. 5, it is difficult to see because the peak portions overlap, but as the formation width of the cap layer 5 increases, the gate The peak value of the end region of the electrode 10 is reduced).

したがって、窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタの耐圧を向上させるには、ドレイン電極8側におけるゲート電極10の端部領域の電界強度を低減するか、端部領域近傍におけるキャリア濃度を抑制するかの対策が必要となる。図5を参照して明らかなように、当該領域における電界強度を低減するためには電界強度分布を複数箇所に分散する(図5において距離3μmと4.5μm近傍の電界強度にピークを分散させる)ような、いわゆる電界緩和構造が有効である。   Therefore, in order to improve the breakdown voltage of a heterojunction field effect transistor made of a nitride semiconductor, the electric field strength in the end region of the gate electrode 10 on the drain electrode 8 side is reduced or the carrier concentration in the vicinity of the end region is suppressed. It is necessary to take measures. As is apparent with reference to FIG. 5, in order to reduce the electric field strength in the region, the electric field strength distribution is dispersed in a plurality of locations (in FIG. 5, the peaks are dispersed in the electric field strengths near the distances of 3 μm and 4.5 μm. A so-called electric field relaxation structure is effective.

一方、電流コラプスの抑制と言う観点からは、例えば、関連文献(特開2011−103377号公報)にて記載されているように膜厚が28nmを越えるような窒化物のキャップ層5を設ける必要があるため、電界緩和構造を形成するためにキャップ層5の形成幅を広くする分、アクセス領域(チャネル層3におけるゲート・ドレイン間及びゲート・ソース間領域)における2次元電子ガス濃度が低下する範囲が増大するためオン抵抗の増加を招く結果となる。   On the other hand, from the viewpoint of suppressing current collapse, for example, as described in a related document (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-103377), it is necessary to provide a nitride cap layer 5 having a film thickness exceeding 28 nm. Therefore, the two-dimensional electron gas concentration in the access region (the gate-drain region and the gate-source region in the channel layer 3) decreases as the formation width of the cap layer 5 is increased in order to form the electric field relaxation structure. As the range increases, the on-resistance increases.

そこで、実施の形態2においては、電界強度が大きくなる領域である、ドレイン電極8側のゲート電極10の端部領域における2次元電子ガス12の濃度を抑制することにより耐圧を向上することを特徴とする。すなわち、図5における電界強度ピーク(200万V/cm程度)の1割(20万程度)以下まで電界強度が下がるまでは、耐圧向上を最重要目的として2DEG(2 Dimension Electron Gas)濃度(2次元電子ガス12の濃度)を抑制する構造とすれば、キャップ層5の形成幅としては少なくとも0.8μm程度(距離が3.8μm程度)あれば良いと言える。   Therefore, the second embodiment is characterized in that the breakdown voltage is improved by suppressing the concentration of the two-dimensional electron gas 12 in the end region of the gate electrode 10 on the drain electrode 8 side, which is a region where the electric field strength is increased. And That is, 2DEG (2 Dimension Electron Gas) concentration (2) is the most important purpose for improving the breakdown voltage until the electric field strength decreases to 10% (about 200,000) or less of the electric field intensity peak (about 2 million V / cm) in FIG. If the structure is such that the concentration of the dimensional electron gas 12 is suppressed, it can be said that the formation width of the cap layer 5 should be at least about 0.8 μm (distance is about 3.8 μm).

上記のように、電界強度ピーク(最大値)の1割以下まで電界強度が下がるまでの範囲のチャネル層3の領域に対応する領域を上記ドレイン方向ゲート電極近傍領域としてキャップ層5を形成することにより、耐圧を維持し、かつオン抵抗を可能な範囲で低減することができる効果を奏する。   As described above, the cap layer 5 is formed with the region corresponding to the region of the channel layer 3 in the range until the electric field strength decreases to 10% or less of the electric field intensity peak (maximum value) as the region near the drain direction gate electrode. As a result, it is possible to maintain the breakdown voltage and reduce the on-resistance within a possible range.

さらに、上記関連文献に記載されているように、キャップ層5の膜厚については電流コラプスを抑制する観点から少なくとも28nm以上である必要がある。   Furthermore, as described in the related literature, the film thickness of the cap layer 5 needs to be at least 28 nm or more from the viewpoint of suppressing current collapse.

上記のように、キャップ層5の膜厚を28nm以上の厚さに設定することにより、ヘテロ接合FETの電流コラプスの発生も抑制することができる。   As described above, the occurrence of current collapse of the heterojunction FET can be suppressed by setting the thickness of the cap layer 5 to 28 nm or more.

図6〜図13は実施の形態2におけるヘテロ接合FETの第1〜第8の態様の構造を示す断面図である。なお、実施の形態2の第1〜第8の態様の具体的構造については後述する。   6 to 13 are cross-sectional views showing the structures of the first to eighth aspects of the heterojunction FET according to the second embodiment. The specific structure of the first to eighth aspects of the second embodiment will be described later.

実施の形態1では代表的な構造(図1,図2)についてのみ記述したが、上述の計算結果等を踏まえて、図6〜図13で示した実施の形態2の第1〜第8の態様を含めて、下記に示すような条件の下、同様の効果が得られる。   Although only the typical structure (FIGS. 1 and 2) has been described in the first embodiment, the first to eighth embodiments of the second embodiment shown in FIGS. The same effects can be obtained under the following conditions including the embodiment.

(A)図1、図2、図6〜図13で示したヘテロ接合FETにおいて、チャネル層3、バリア層4、及びキャップ層5のバンドギャップの大きさをE3、E4、及びE5とした場合に、E3<E4かつE5<E4という関係を満足すれば、ヘテロ接合電界効果型トランジスタを動作させるのに十分であるため、必ずしも図1、図2及び図6〜図13で示し構造において、チャネル層3、バリア層4及びキャップ層5が、GaN、Al0.28Ga0.72N、GaNである必要はなく、構成する元素の組成が異なるAlとGaとNのうちNを含む少なくとも2種類の元素からなる化合物で構成されていればよく、例えば、チャネル層3、バリア層4、キャップ層5を構成する化合物半導体をそれぞれAlGa1−xN、AlGa1−yN、AlGa1−zNとすると、「0≦x<1」、「0<y<1」、「0≦z<1」、「x<y」、「z<y」という関係を満足する化合物半導体で構成されていればよい。また。さらに必ずしもAlとGaとNの3元素のうちNを含む少なくとも2元素からなる化合物半導体で構成される必要もなく、例えばInを加えたAlとGaのうちNを含む少なくとも2種類からなる化合物半導体で構成されていてもかまわない。 (A) In the heterojunction FET shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 6 to FIG. 13, when the band gap sizes of the channel layer 3, the barrier layer 4, and the cap layer 5 are E3, E4, and E5 Further, if the relationship of E3 <E4 and E5 <E4 is satisfied, it is sufficient to operate the heterojunction field effect transistor. Therefore, in the structure shown in FIG. 1, FIG. 2 and FIG. The layer 3, the barrier layer 4, and the cap layer 5 do not have to be GaN, Al 0.28 Ga 0.72 N, or GaN, and Al, Ga, and N having different compositions of constituent elements include at least 2 containing N. may be composed by a compound consisting of kinds of elements, for example, the channel layer 3, the barrier layer 4, respectively a compound semiconductor forming the capping layer 5 Al x Ga 1-x N , Al y Ga -Y N, when the Al z Ga 1-z N, referred to as "0 ≦ x <1", "0 <y <1", "0 ≦ z <1", "x <y", "z <y" What is necessary is just to be comprised with the compound semiconductor which satisfies a relationship. Also. Furthermore, it is not always necessary to be composed of a compound semiconductor composed of at least two elements including N among the three elements Al, Ga and N. For example, a compound semiconductor composed of at least two kinds including N among Al and Ga to which In is added. It may be composed of.

(B)上記(A)の構造において、チャネル層3、バリア層4、及びキャップ層5は、これらがAlとGaとNのうちNを含む少なくとも2元素からなる化合物で構成される場合(図1、図2、図6〜図11に示す構造はその一例)、バリア層4に大きな分極効果が発生するためチャネル層3のバリア層4側に高濃度の2次元電子ガスを発生させることができる。したがって、トランジスタの大電流化さらには高出力化に有利であり、より好ましい構造と言える。   (B) In the structure of (A), the channel layer 3, the barrier layer 4, and the cap layer 5 are composed of a compound composed of at least two elements including N among Al, Ga, and N (see FIG. 1, FIG. 2, FIG. 6 to FIG. 11 are examples thereof), and since a large polarization effect is generated in the barrier layer 4, it is possible to generate a high-concentration two-dimensional electron gas on the barrier layer 4 side of the channel layer 3. it can. Therefore, it is advantageous for increasing the current and further increasing the output of the transistor, and can be said to be a more preferable structure.

(C)ヘテロ接合FETは、チャネル層3に用いる半導体材料の絶縁破壊電界が高いほど耐圧が高くなる。AlGa1−XNはAl組成がより高いほどバンドギャップが大きく絶縁破壊電界が高いため、上記(B)の構造において、チャネル層3に用いるAlGa1−xNはよりAl組成が高い(xが“1”に近い)方が好ましい。また、バリア層4に用いる半導体材料のバンドギャップが大きいほど、バリア層4を介してゲート電極からヘテロ界面へ流れるゲートリーク電流が流れにくくなるため、バリア層4として用いるAlGa1−yNも同様によりAl組成がより高い方が好ましい。 (C) The withstand voltage of the heterojunction FET increases as the breakdown electric field of the semiconductor material used for the channel layer 3 increases. Since Al X Ga 1-X N has a higher band gap and a higher dielectric breakdown electric field as the Al composition is higher, in the structure of (B), Al x Ga 1-x N used in the channel layer 3 has a higher Al composition. Higher (x is closer to “1”) is preferable. In addition, since the gate leakage current flowing from the gate electrode to the heterointerface through the barrier layer 4 becomes difficult to flow as the band gap of the semiconductor material used for the barrier layer 4 increases, Al y Ga 1-y N used as the barrier layer 4. Similarly, a higher Al composition is preferable.

(D)図1、図2、図6〜図13に示すチャネル層3、バリア層4、キャップ層5は、必ずしも同一組成の1層からなる構造である必要はなく、上記(A)に示すバンドギャップの大きさの条件を満たせば、In組成、Al組成、Ga組成が空間的に変化していても、あるいはこれらが異なる数層からなる多層膜であってもかまわない。また、これらの層には、上記窒化物半導体においてn型、p型となる不純物が含まれていてもよい。   (D) The channel layer 3, the barrier layer 4, and the cap layer 5 shown in FIGS. 1, 2, and 6 to 13 do not necessarily have a structure of one layer having the same composition, and are shown in (A) above. If the condition of the band gap size is satisfied, the In composition, the Al composition, and the Ga composition may be spatially changed, or a multilayer film composed of several different layers may be used. Further, these layers may contain an impurity that becomes n-type or p-type in the nitride semiconductor.

(E)図1、図2、図6〜図13における半絶縁性SiC基板1として、Si、サファイア、GaN、AlN等による基板を用いても良い。また、例えば基板1としてGaNを使用した場合には、必ずしも基板上のバッファ層2は形成しなくても、その上のチャネル層3、バリア層4等を形成することができる。したがって基板1の上に必ずしもバッファ層2を形成する必要はなく、形成しなくてもかまわない。   (E) A substrate made of Si, sapphire, GaN, AlN or the like may be used as the semi-insulating SiC substrate 1 in FIGS. 1, 2, 6 to 13. For example, when GaN is used as the substrate 1, the channel layer 3, the barrier layer 4, and the like can be formed without necessarily forming the buffer layer 2 on the substrate. Therefore, the buffer layer 2 does not necessarily have to be formed on the substrate 1 and may not be formed.

(F)図1、図2におけるキャップ層5の形成幅は、必ずしもゲート電極10の傘部分より長くある必要はなく、少なくとも幅が0.8μm以上であれば図6に示す第1の態様のキャップ層5Aのように、ゲート電極10の傘部分の側面と面一であっても良いし、傘長よりも短く形成されても良い。なお、実施の形態2の第1の態様はキャップ層5Aがゲート電極10の傘部分と面一になっている点を除き、図1で示した実施の形態1の基本構成と同様である。   (F) The formation width of the cap layer 5 in FIGS. 1 and 2 does not necessarily need to be longer than the umbrella portion of the gate electrode 10, and if the width is at least 0.8 μm or more, the first embodiment shown in FIG. Like the cap layer 5A, it may be flush with the side surface of the umbrella portion of the gate electrode 10, or may be formed shorter than the umbrella length. The first mode of the second embodiment is the same as the basic configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 except that the cap layer 5A is flush with the umbrella portion of the gate electrode 10.

(G)図1、図2、図6、図9〜図13におけるキャップ層5のドレイン電極8側の端部(側面部)は必ずしも鉛直に加工されなくても良く、例えば、図7に示す第2の態様のキャップ層5Bのように底部が幅広になるように斜面を形成しても良いし、図8に示す第3の態様のキャップ層5Cのように斜面部分が曲面テーパーを成しても良い。   (G) The end portion (side surface portion) on the drain electrode 8 side of the cap layer 5 in FIGS. 1, 2, 6, and 9 to 13 does not necessarily have to be processed vertically, for example, as shown in FIG. 7. The slope may be formed so that the bottom is wide like the cap layer 5B of the second aspect, or the slope part is curved taper like the cap layer 5C of the third aspect shown in FIG. May be.

上述のように、図7,図8に示すキャップ層5B,5Cの構成とすることにより、ゲート電極10のドレイン電極8側端部に掛かる電界を分散する電解緩和の効果がより顕著に得られるためより好ましく、プロセス上の観点からも等方的な加工手法であるウェットエッチングを採用できるなどの利点がある。なお、実施の形態2の第2及び第3の態様はキャップ層5B及び5Cの構造を除き、図1で示した実施の形態1の基本構成と同様である。   As described above, by using the cap layers 5B and 5C shown in FIGS. 7 and 8, the effect of electrolytic relaxation that disperses the electric field applied to the end of the gate electrode 10 on the drain electrode 8 side can be obtained more remarkably. Therefore, there is an advantage that wet etching which is an isotropic processing technique can be adopted from the viewpoint of process. The second and third modes of the second embodiment are the same as the basic configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 except for the cap layers 5B and 5C.

実施の形態2の第2及び第3の態様におけるキャップ層5B及び5Cのように、バリア層4と接する面で最も幅が広く、バリア層4から離れるに従いその幅を狭くするように形成することにより、ゲート電極10の近傍で発生する電界をドレイン電極8極側方向に分散することにより耐圧の向上を図ったヘテロ接合電界効果型トランジスタを実現できる。   Like the cap layers 5B and 5C in the second and third modes of the second embodiment, the cap layers 5B and 5C are formed to have the largest width on the surface in contact with the barrier layer 4 and to narrow the width as the distance from the barrier layer 4 increases. Thus, a heterojunction field effect transistor with an improved breakdown voltage can be realized by dispersing the electric field generated in the vicinity of the gate electrode 10 toward the drain electrode 8 pole side.

(H)図1、図2、図6〜図8、図12、及び図13におけるドレイン電極8及びソース電極9は、必ずしもキャップ層5(正確には、キャップ層5を設けるためのキャップ層用形成層25(後に詳述する)に選択的に形成されたドレイン電極下Si注入領域6及びソース電極下Si注入領域7)上に形成されていなくとも、チャネル層3のバリア層4側に発生する2次元電子ガス12とオーミックコンタクトが形成されていれば良い。例えば、図9に示す第4の態様のように、バリア層4内に形成したドレイン電極下Si注入領域6A及びソース電極下Si注入領域7A上にコンタクトされるように、ドレイン電極8及びドレイン電極8を形成しても良い。なお、実施の形態2の第4の態様はドレイン電極8及びソース電極9の形成位置並びにドレイン電極下Si注入領域6A及びソース電極下Si注入領域7Aの構造を除き、図1で示した実施の形態1の基本構成と同様である。   (H) The drain electrode 8 and the source electrode 9 in FIGS. 1, 2, 6 to 8, 12, and 13 are not necessarily the cap layer 5 (precisely, for the cap layer for providing the cap layer 5. Even if it is not formed on the drain electrode Si injection region 6 and the source electrode Si injection region 7 formed selectively in the formation layer 25 (to be described in detail later), it is generated on the barrier layer 4 side of the channel layer 3. It is sufficient that an ohmic contact with the two-dimensional electron gas 12 is formed. For example, as in the fourth mode shown in FIG. 9, the drain electrode 8 and the drain electrode are contacted on the Si-injection region 6A under the drain electrode and the Si-injection region 7A under the source electrode formed in the barrier layer 4. 8 may be formed. The fourth mode of the second embodiment is the same as the embodiment shown in FIG. 1 except for the formation positions of the drain electrode 8 and the source electrode 9 and the structure of the Si injection region 6A under the drain electrode and the Si injection region 7A under the source electrode. The basic configuration is the same as that of the first embodiment.

但し、上記項目(A)の記載内容によればバリア層4はキャップ層5に比較してAl組成が高いという特徴を有するように構成されるため、キャップ層5上に形成した場合に比べてバリア層4上に形成した場合は金属と半導体間の障壁高さが高くなり、結果的にコンタクト抵抗が増大してしまう。したがって、選択したAl組成の組合せによってはキャップ層5上に形成した方が低抵抗になる場合もあり得るので注意を要する。   However, according to the description of the above item (A), the barrier layer 4 is configured to have a characteristic that the Al composition is higher than that of the cap layer 5, so that the barrier layer 4 is formed on the cap layer 5. When formed on the barrier layer 4, the barrier height between the metal and the semiconductor becomes high, and as a result, the contact resistance increases. Therefore, it should be noted that depending on the combination of Al compositions selected, the resistance may be lower when formed on the cap layer 5.

(I)図9におけるドレイン電極8及びソース電極9は、チャネル層3のバリア層4側に発生する2次元電子ガス12とオーミックコンタクトが形成されていれば、必ずしも電極下にSi注入領域を設ける必要はなく、例えば、図10に示す第5の態様のように、バリア層4の表面と直接、ドレイン電極8及びソース電極9が接触する構造や、図11に示す第6の態様のように、チャネル層3の表面と直接、ドレイン電極8及びソース電極9が接触する構造でもよい。なお、実施の形態2の第5及び第6の態様はドレイン電極8及びソース電極9の形成位置並びにドレイン電極下Si注入領域6及びソース電極下Si注入領域7を設けない構造を除き、図1で示した実施の形態1の基本構成と同様である。   (I) The drain electrode 8 and the source electrode 9 in FIG. 9 are not necessarily provided with an Si injection region under the electrode if an ohmic contact with the two-dimensional electron gas 12 generated on the channel layer 3 on the barrier layer 4 side is formed. There is no need, for example, a structure in which the drain electrode 8 and the source electrode 9 are in direct contact with the surface of the barrier layer 4 as in the fifth mode shown in FIG. 10, or as in the sixth mode shown in FIG. The drain electrode 8 and the source electrode 9 may be in direct contact with the surface of the channel layer 3. The fifth and sixth aspects of the second embodiment are the same as those shown in FIG. 1 except for the formation position of the drain electrode 8 and the source electrode 9 and the structure in which the Si implantation region 6 under the drain electrode and the Si implantation region 7 under the source electrode are not provided. This is the same as the basic configuration of the first embodiment shown in FIG.

ただし、電極下にSi注入領域が形成されていた方がチャネル層3のバリア層4側に発生する2次元電子ガス12とソース・ドレイン電極9,8間の抵抗を低減することができるため、トランジスタの大電流化および高出力化に有利であり、より好ましい構造と言える。なお、Si注入領域に必ずしもSiを注入する必要はなく、n型不純物が高濃度にドーピングされていることが条件であり、窒化物半導体中でn型の不純物準位を形成する材料(例えばO、C、N空孔等)がドーピングされていれば良い。   However, the resistance between the two-dimensional electron gas 12 generated on the side of the barrier layer 4 of the channel layer 3 and the source / drain electrodes 9 and 8 can be reduced when the Si injection region is formed under the electrode. This is advantageous for increasing the current and output of the transistor, and can be said to be a more preferable structure. Note that it is not always necessary to implant Si into the Si implantation region, and it is a condition that an n-type impurity is doped at a high concentration, and a material that forms an n-type impurity level in the nitride semiconductor (for example, O , C, N vacancies, etc.) may be doped.

(J)図1、図2、図6〜図13におけるドレイン電極8及びソース電極9は、必ずしもTi/Nb/Ptである必要はなく、オーミック特性が得られれば、Ti、Al、Nb、Hf、Zr、Sr、Ni、Ta、Au、Mo、Wなどの金属、もしくはこれらから構成される多層膜で形成されていてもかまわない。   (J) The drain electrode 8 and the source electrode 9 in FIGS. 1, 2, and 6 to 13 are not necessarily Ti / Nb / Pt. If ohmic characteristics are obtained, Ti, Al, Nb, Hf , Zr, Sr, Ni, Ta, Au, Mo, W, etc., or a multilayer film made of these metals.

(K)図1、図6〜図11、図13におけるゲート電極10(10A)は、必ずしもこれらの図に示す通り直接バリア層4に接している必要は無く、例えば、図12に示す第7の態様のように、誘電膜11を介して接するMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造としてもよい。このような構成とする事でゲートリーク電流を低減することが可能になる、閾値をシフトさせることが可能になるなどの利点がある。なお、実施の形態2の第7の態様は誘電膜11によるMISU構造を除き、図1で示した実施の形態1の基本構成と同様である。   (K) The gate electrode 10 (10A) in FIG. 1, FIG. 6 to FIG. 11 and FIG. 13 is not necessarily in direct contact with the barrier layer 4 as shown in these drawings. As in the embodiment, a MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure in contact with the dielectric film 11 may be used. Such a configuration is advantageous in that the gate leakage current can be reduced and the threshold value can be shifted. The seventh mode of the second embodiment is the same as the basic configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 except for the MISU structure by the dielectric film 11.

(L)図1、図2、図6〜図12におけるゲート電極10は、必ずしもこれらの図に示すように断面形状がT型を呈している必要はなく、例えば、図13に示す第8の態様のように断面形状がΓ形のゲート電極10Aであっても、その他に長方形や台形、Y型であってもかまわない。なお、実施の形態2の第8の態様はゲート電極10Aの構造を除き、図1で示した実施の形態1の基本構成と同様である。   (L) The gate electrode 10 in FIGS. 1, 2, and 6 to 12 does not necessarily have a T-shaped cross section as shown in these drawings. For example, the eighth electrode shown in FIG. The gate electrode 10A having a Γ-shaped cross-section as in the embodiment may be rectangular, trapezoidal, or Y-shaped. The eighth mode of the second embodiment is the same as the basic configuration of the first embodiment shown in FIG. 1 except for the structure of the gate electrode 10A.

(M)図1、図2、図6〜図13におけるゲート電極10は、必ずしもNi/Auである必要はなく、Ti、Al、Pt、Au、Ni、Pd等の金属、IrSi、PtSi、NiSi等のシリサイド、或いはTiN、WN等の窒化物金属、もしくはこれらから構成される多層膜などで形成されていてもかまわない。 (M) The gate electrode 10 in FIGS. 1, 2, and 6 to 13 is not necessarily made of Ni / Au, but a metal such as Ti, Al, Pt, Au, Ni, Pd, IrSi, PtSi, NiSi. It may be formed of a silicide such as 2 or a nitride metal such as TiN or WN, or a multilayer film composed of these.

(N)上述した構造はすべて個々に採用する必要はなく、それぞれを組み合わせた構造としても良い。   (N) It is not necessary to employ all the above-mentioned structures individually, and a structure combining them may be used.

なお、以上では、トランジスタとして動作する必要最小限の要素しか記載していないが、最終的には配線、バイアホール等の形成された構造においてデバイスとして用いられるものとする。   Although only the minimum necessary elements that operate as a transistor are described above, it is assumed that the device is finally used in a structure in which wirings, via holes, and the like are formed.

<実施の形態3>
図14〜図20は、図1に示す構造を持つ窒化物半導体からなるヘテロ接合FETの製造方法の一例を示す断面図である。これらの図において、図1、図2、図6〜図13と同一の符号を付したものは同一またはこれに相当するものである。以下、図14〜図20を実施の形態3によるヘテロ接合FETの製造方法を説明する。
<Embodiment 3>
14 to 20 are cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing a heterojunction FET made of a nitride semiconductor having the structure shown in FIG. In these drawings, the same reference numerals as those in FIGS. 1, 2, and 6 to 13 denote the same or corresponding parts. A method for manufacturing a heterojunction FET according to the third embodiment will be described below with reference to FIGS.

まず、図14に示すように、半絶縁性SiC基板1上にMOCVD法、MBE法などのエピタキシャル成長法を適用することにより、バッファ層2、GaNからなるチャネル層3、Al0.28Ga0.72Nからなるバリア層4、GaNからなるキャップ層用形成層25(最終的な残存部分がキャップ層5となる層)をそれぞれ下から順にエピタキシャル成長させる。 First, as shown in FIG. 14, by applying an epitaxial growth method such as MOCVD method or MBE method on the semi-insulating SiC substrate 1, the buffer layer 2, the channel layer 3 made of GaN, Al 0.28 Ga 0. The barrier layer 4 made of 72 N and the cap layer forming layer 25 made of GaN (the layer in which the final remaining portion becomes the cap layer 5) are epitaxially grown sequentially from the bottom.

次に、図15に示すように、レジストパターン等のマスクパターン13をマスクとして、ドレイン電極8及びソース電極9の直下に当たる領域にイオン注入法等を用いて、注入ドーズ量1×1013〜1×1017 (cm-2)、注入エネルギー10〜1000(keV)の条件で、Si等の窒化物半導体においてn型となる不純物を所望の領域に導入する。その結果、チャネル層3の上層部からバリア層4及びキャップ層用形成層25の領域にかけてドレイン電極下Si注入領域6及びソース電極下Si注入領域7が選択的に形成される。 Next, as shown in FIG. 15, using the mask pattern 13 such as a resist pattern as a mask, an implantation dose amount of 1 × 10 13 to 1 is applied to a region immediately below the drain electrode 8 and the source electrode 9 by using an ion implantation method or the like. Under the conditions of × 10 17 (cm −2 ) and implantation energy of 10 to 1000 (keV), an n-type impurity in a nitride semiconductor such as Si is introduced into a desired region. As a result, the Si implantation region 6 under the drain electrode and the Si implantation region 7 under the source electrode are selectively formed from the upper layer portion of the channel layer 3 to the regions of the barrier layer 4 and the cap layer forming layer 25.

そして、図16に示すように、マスクパターン13を除去した後、例えばTi、Al、Nb、Hf、Zr、Sr、Sr、Ta、Au、Mo、Wなどの金属、もしくはこれらから構成される多層膜から成るドレイン電極8及びソース電極9を蒸着法やスパッタリング法を用いて堆積し、リフトオフ法などにより、ドレイン電極下Si注入領域6及びソース電極下Si注入領域7上に形成する。   Then, as shown in FIG. 16, after removing the mask pattern 13, for example, a metal such as Ti, Al, Nb, Hf, Zr, Sr, Sr, Ta, Au, Mo, W, or a multilayer composed of these metals. A drain electrode 8 and a source electrode 9 made of a film are deposited using an evaporation method or a sputtering method, and are formed on the Si implantation region 6 under the drain electrode and the Si implantation region 7 under the source electrode by a lift-off method or the like.

その後、図17に示すように、レジストパターンや絶縁膜等のマスクパターン14をマスクとして、Cl等を用いたドライエッチング法などによって、キャップ層5のゲート電極形成予定領域20(ゲート電極10を形成する領域)を除去してリセス開口部を形成する。キャップ層用形成層25とバリア層4のAl組成比が異なる場合には、エッチングの際にCl等の塩素系ガスに加えて、例えば酸素やSF等のフッ素系のガスを用いることによって、選択的にキャップ層用形成層25のみをエッチングすることが可能となり、エッチング深さの制御性が向上する。 After that, as shown in FIG. 17, the gate electrode formation scheduled region 20 (the gate electrode 10 of the cap layer 5 is formed by a dry etching method using Cl 2 or the like using the mask pattern 14 such as a resist pattern or an insulating film as a mask. The region to be formed) is removed to form a recess opening. When the Al composition ratio of the cap layer forming layer 25 and the barrier layer 4 is different, in addition to a chlorine-based gas such as Cl 2 during etching, a fluorine-based gas such as oxygen or SF 6 is used. Therefore, it becomes possible to selectively etch only the cap layer forming layer 25, and the controllability of the etching depth is improved.

そして、図18に示すように、図17で示す工程でマスクとして用いたマスクパターン14をウェットエッチング等にて除去する。その後、パターニングを行いTi、Al、Pt、Au、Ni、Pd等の金属、或いはIrSi、PtSi、NiSi等のシリサイド、或いはTiN、WN等の窒化物金属、もしくはこれらから構成される多層膜からなるゲート電極形成材料を蒸着法により堆積し、リフトオフ法などによりゲート電極10を形成する。ゲート電極10を形成する手法に関しては蒸着法に限定するものではなく、別にスパッタ法などの他の考え得る手段を用いて構わない。 Then, as shown in FIG. 18, the mask pattern 14 used as a mask in the step shown in FIG. 17 is removed by wet etching or the like. Thereafter, patterning is performed, and a metal such as Ti, Al, Pt, Au, Ni, Pd, a silicide such as IrSi, PtSi, NiSi 2 , a nitride metal such as TiN, WN, or a multilayer film composed of these metals. A gate electrode forming material is deposited by an evaporation method, and the gate electrode 10 is formed by a lift-off method or the like. The method for forming the gate electrode 10 is not limited to the vapor deposition method, and other possible means such as a sputtering method may be used.

次に、図19に示すように、キャップ層5のうち残留させるべき領域(ドレイン方向ゲート電極近傍領域)にのみパターニングにより保護膜を形成し、当該保護膜及びゲート電極10の傘部分をマスクとしてドライエッチング法もしくはウェットエッチング法により、ゲート電極10のI部分側面に隣接した位置(第1の位置)から前記ドレイン電極の方向にドレイン電極8に到達しない位置(第2の位置;ドレイン電極8から所定の距離を隔てた位置)まで延びた領域であるドレイン方向ゲート電極近傍領域以外のキャップ層用形成層25は除去する。その結果、残存したキャップ層用形成層25により、所望の形成幅のキャップ層5を形成することができる。   Next, as shown in FIG. 19, a protective film is formed by patterning only in the region of the cap layer 5 to be left (region in the vicinity of the drain direction gate electrode), and the protective film and the umbrella portion of the gate electrode 10 are used as a mask. A position that does not reach the drain electrode 8 in the direction of the drain electrode from the position adjacent to the I-part side surface of the gate electrode 10 (first position) by the dry etching method or the wet etching method (second position; from the drain electrode 8) The cap layer forming layer 25 other than the region in the vicinity of the drain direction gate electrode, which is a region extending to a position separated by a predetermined distance), is removed. As a result, the cap layer 5 having a desired formation width can be formed by the remaining cap layer forming layer 25.

この際、キャップ層5の形成領域であるドレイン方向ゲート電極近傍領域を、前述したようい、完成後のゲート電極10のドレイン電極8側端部にてチャネル層3にて発生する電界強度ピークの1割を超える電界が掛かる領域に設定することにより、耐圧を維持したまま、オン抵抗を可能な範囲で低減することができるヘテロ接合FETを得ることができる。   At this time, the region in the vicinity of the drain-direction gate electrode, which is the formation region of the cap layer 5, has an electric field intensity peak generated in the channel layer 3 at the end of the gate electrode 10 on the drain electrode 8 side as described above. By setting the region where an electric field exceeding 10% is applied, it is possible to obtain a heterojunction FET capable of reducing the on-resistance within a possible range while maintaining the withstand voltage.

また、図7及び図8に示す実施の形態2の第2及び第3の態様のキャップ層5B及び5Cのように、バリア層4と接する面で最も幅が広く、バリア層4から離れるに従いその幅を狭くするように形成することにより、ゲート電極10の近傍で発生する電界をドレイン電極8極側方向に分散することにより耐圧の向上を図ったヘテロ接合電界効果型トランジスタを実現できる。   Further, like the cap layers 5B and 5C of the second and third aspects of the second embodiment shown in FIGS. 7 and 8, the width is the widest on the surface in contact with the barrier layer 4, and the distance from the barrier layer 4 increases as the distance from the barrier layer 4 increases. The heterojunction field-effect transistor can be realized in which the breakdown voltage is improved by dispersing the electric field generated in the vicinity of the gate electrode 10 in the direction toward the drain electrode 8 pole side by forming the gate electrode so as to be narrow.

最後に、図20に示すように、ドレイン電極8、ソース電極9、ゲート電極10のそれぞれの電極に対し配線を形成するために設けられたパッド電極など、絶縁するべきではない領域を除く全ての領域を例えばALD(Atomic Layer Deposition)法などを用いて誘電膜11にて被覆する。すなわち、ドレイン電極8からソース電極9にかけて、ドレイン電極下Si注入領域6の表面及び側面上、バリア層4の表面上、キャップ層5の側面及び表面上、ゲート電極10の側面、表面及び裏面(ゲート電極10の傘部分の表面及び裏面)上、バリア層4の表面上、ソース電極下Si注入領域7の側面及び表面上に誘電膜11を形成する。   Finally, as shown in FIG. 20, all of the drain electrode 8, the source electrode 9, and the gate electrode 10 except for a region that should not be insulated, such as a pad electrode provided for forming a wiring. The region is covered with the dielectric film 11 using, for example, an ALD (Atomic Layer Deposition) method. That is, from the drain electrode 8 to the source electrode 9, on the surface and side surface of the Si implantation region 6 under the drain electrode, on the surface of the barrier layer 4, on the side surface and surface of the cap layer 5, and on the side surface, surface and back surface of the gate electrode 10 The dielectric film 11 is formed on the surface and back surface of the umbrella portion of the gate electrode 10, on the surface of the barrier layer 4, and on the side surface and surface of the Si implantation region 7 under the source electrode.

誘電膜11を形成する主要な目的はデバイスの長期的な信頼性確保のため、大気中の酸素や水分による表面変成層の形成を予防することにある。したがって、誘電膜11に求められる特性としては耐湿性及び耐酸化性に優れる絶縁膜である事が条件で、絶縁破壊電界が高く耐薬品性に優れていればなお良い。   The main purpose of forming the dielectric film 11 is to prevent the formation of a surface alteration layer due to oxygen or moisture in the atmosphere in order to ensure long-term reliability of the device. Therefore, as a characteristic required for the dielectric film 11, it is better if the dielectric film 11 has a high dielectric breakdown electric field and excellent chemical resistance under the condition that it is an insulating film having excellent moisture resistance and oxidation resistance.

以上の方法により、図1に示す構造を持った実施の形態1のヘテロ構造電界効果型トランジスタを製造することができる。また、図20で示す工程を省略することにより図2で示す実施の形態1の変形例の構造を実現することができる。以上では、トランジスタとして動作する必要最小限の要素しか記載していないが、最終的には配線、バイアホール等の形成プロセスを経てデバイスとして用いられる。   With the above method, the heterostructure field effect transistor of Embodiment 1 having the structure shown in FIG. 1 can be manufactured. Further, by omitting the step shown in FIG. 20, the structure of the modification of the first embodiment shown in FIG. 2 can be realized. Although only the minimum necessary elements that operate as a transistor are described above, the element is finally used as a device through a formation process of wiring, via holes, and the like.

なお、上記では、代表的な条件について述べたが、下記に示すような条件(イ)〜(ト)による変更を行っても、本発明の効果が得られる窒化物半導体からなるヘテロ接合電界効果型トランジスタを製造することができる。   In addition, although typical conditions were described above, the heterojunction field effect which consists of a nitride semiconductor with which the effect of this invention is acquired even if it changes with conditions (a)-(g) as shown below Type transistors can be manufactured.

(イ)図16で示す工程においてオーミック電極(ドレイン電極8,ソース電極9)の形成を実施しない場合、図19で示す工程でドレイン電極下Si注入領域6及びソース電極下Si注入領域7も併せて除去された後、図16で示した方法によりドレイン電極8及びソース電極9を形成することにより、図9に示す第4の態様のようにバリア層4内に形成されたドレイン電極下Si注入領域6A及びソース電極下Si注入領域7A上にドレイン電極8及びソース電極9を形成したり、図10に示す第5の態様のようにバリア層4上にドレイン電極8及びソース電極9を形成したりして、第4及び第5の態様の窒化物半導体によるヘテロ接合FETを製造することができる。   (A) In the case where the ohmic electrodes (drain electrode 8 and source electrode 9) are not formed in the step shown in FIG. 16, the Si implantation region 6 under the drain electrode and the Si implantation region 7 under the source electrode are also combined in the step shown in FIG. After the removal, the drain electrode 8 and the source electrode 9 are formed by the method shown in FIG. 16, so that Si implantation under the drain electrode formed in the barrier layer 4 as in the fourth embodiment shown in FIG. 9 is performed. The drain electrode 8 and the source electrode 9 are formed on the region 6A and the Si implantation region 7A under the source electrode, or the drain electrode 8 and the source electrode 9 are formed on the barrier layer 4 as in the fifth mode shown in FIG. Thus, the heterojunction FET made of the nitride semiconductor of the fourth and fifth aspects can be manufactured.

(ロ)上記(イ)と同様にして図19までの工程を完了した後、ドレイン電極8及びソース電極9が形成されるべき領域をパターニングしてバリア層4をエッチングにより除去した上で、露出したチャネル層3上に図16に示す方法によりドレイン電極8及びソース電極9を形成することにより、図11に示した第6の態様の構造(チャネル層3上にドレイン電極8及びソース電極9を形成した構造の)の窒化物半導体によるヘテロ接合FETを製造することができる。   (B) After the steps up to FIG. 19 are completed in the same manner as in (a) above, the regions where the drain electrode 8 and the source electrode 9 are to be formed are patterned and the barrier layer 4 is removed by etching, and then exposed. The drain electrode 8 and the source electrode 9 are formed on the channel layer 3 by the method shown in FIG. 16, whereby the structure of the sixth mode shown in FIG. 11 (the drain electrode 8 and the source electrode 9 are formed on the channel layer 3 is formed. Heterojunction FETs of nitride semiconductors of the structure formed can be produced.

(ハ)図14に示す工程において、チャネル層3、バリア層4、キャップ層5を成長する際に、窒化物半導体の原料ガスであるトリメチルアンモニウム、トリメチルガリウム、トリメチルインジウム、アンモニア、あるいは、n型ドーパントの原料であるシラン等の圧力や流量、温度、導入時間を調整し、チャネル層3、バリア層4、キャップ層5が所望の組成、膜厚、ドーピング濃度となるように形成することにより、実施の形態1や実施の形態2に示した種々の窒化物半導体のヘテロ接合FETを製造することができる。   (C) In the process shown in FIG. 14, when the channel layer 3, the barrier layer 4 and the cap layer 5 are grown, trimethylammonium, trimethylgallium, trimethylindium, ammonia or n-type which is a source gas of the nitride semiconductor By adjusting the pressure, flow rate, temperature, and introduction time of silane as a dopant raw material, and forming the channel layer 3, the barrier layer 4, and the cap layer 5 to have a desired composition, film thickness, and doping concentration, Various types of nitride semiconductor heterojunction FETs shown in the first and second embodiments can be manufactured.

(ニ)図19に示すエッチングを行う際に、エッチング時間やガス流量を調整する、複数のエッチング手法を組合せることにより、加工後のキャップ層5の形状をある程度操作することができる。所望の形状を形成しておいた上で、その後、図20に示す工程を実施することで実施の形態2の図6〜図8に示すような第1〜第3の態様の構造の窒化物半導体へテロ接合電界効果型トランジスタを作製することができる。   (D) When the etching shown in FIG. 19 is performed, the shape of the cap layer 5 after processing can be manipulated to some extent by combining a plurality of etching methods for adjusting the etching time and the gas flow rate. A nitride having the structure of the first to third modes as shown in FIGS. 6 to 8 of the second embodiment is formed by forming the desired shape and then performing the process shown in FIG. A semiconductor heterojunction field effect transistor can be manufactured.

(ホ)図17までの工程を終えた後、図18で示す工程を行うことなく、図19に示す工程及び図20に示す工程を実施した後に、最後に図18に示す工程を実行してゲート電極10を形成することにより、実施の形態2の図12に示すような構造(MIS構造)の第7の態様の窒化物半導体へテロ接合電界効果型トランジスタを製造することができる。   (E) After the process up to FIG. 17 is completed, the process shown in FIG. 19 and the process shown in FIG. 20 are performed without performing the process shown in FIG. By forming the gate electrode 10, the nitride semiconductor heterojunction field effect transistor of the seventh aspect having the structure (MIS structure) as shown in FIG. 12 of the second embodiment can be manufactured.

(ヘ)図17までの工程を終えた後、図18で示す工程を行うことなく、図19に示す工程を実施した後に、図18に示す方法によりゲート電極10を形成し、最後に図20に示す工程により誘電膜11を形成することで、実施の形態2の図13に示すような構造の第8の態様のゲート電極10Aを有する窒化物半導体へテロ接合電界効果型トランジスタを作製することができる。   (F) After the steps up to FIG. 17 are completed, the step shown in FIG. 19 is performed without performing the step shown in FIG. 18, and then the gate electrode 10 is formed by the method shown in FIG. A nitride semiconductor heterojunction field effect transistor having the gate electrode 10A of the eighth aspect having the structure as shown in FIG. 13 of the second embodiment is formed by forming the dielectric film 11 by the process shown in FIG. Can do.

この場合、図19で示す工程は、キャップ層5のうち残留させるべき領域(ドレイン方向ゲート電極近傍領域)にのみパターニングにより保護膜を形成し、当該保護膜をマスクとしてドライエッチング法もしくはウェットエッチング法により、ゲート電極形成予定領域20側面に隣接した位置(第1の位置)から前記ドレイン電極の方向にドレイン電極8に到達しない位置(第2の位置;ドレイン電極8から所定の距離を隔てた位置)まで延びた領域であるドレイン方向ゲート電極近傍領域以外のキャップ層用形成層25を除去する工程となる。   In this case, in the process shown in FIG. 19, a protective film is formed by patterning only in a region of the cap layer 5 to be left (region in the vicinity of the drain direction gate electrode), and a dry etching method or a wet etching method is performed using the protective film as a mask. Thus, a position that does not reach the drain electrode 8 in the direction of the drain electrode from the position adjacent to the side surface of the gate electrode formation planned region 20 (first position) (second position; a position that is separated from the drain electrode 8 by a predetermined distance) This is a step of removing the cap layer forming layer 25 other than the region in the vicinity of the drain-direction gate electrode, which is a region extending to).

(ト)上述したプロセスはすべて個々に採用する必要はなく、それぞれを適宜組み合わせたプロセスとしても良い。   (G) It is not necessary to adopt all the processes described above, and the processes may be combined appropriately.

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。   It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.

1 半絶縁性SiC基板、2 バッファ層、3 チャネル層、4 バリア層、5,5A〜5C キャップ層、6,6A ドレイン電極下Si注入領域、7,7A ソース電極下Si注入領域、8 ドレイン電極、9 ソース電極、10,10A ゲート電極、11 誘電膜、12 2次元電子ガス。   1 semi-insulating SiC substrate, 2 buffer layer, 3 channel layer, 4 barrier layer, 5, 5A to 5C cap layer, 6, 6A Si injection region under drain electrode, 7, 7A Si injection region under source electrode, 8 drain electrode , 9 Source electrode, 10, 10A Gate electrode, 11 Dielectric film, 12 Two-dimensional electron gas.

Claims (9)

基板の上方に形成される窒化物半導体かなるチャネル層と、
前記チャネル層上に形成される前記チャネル層と異なる窒化物半導体からなるバリア層と、
前記バリア層上に選択的に設けられるゲート電極と、
前記基板の上方に前記ゲート電極を挟みながら所定の距離を隔てて各々が独立して設けられるソース電極及びドレイン電極と、
前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間における前記バリア層上に選択的に設けられる、窒化物半導体からなるキャップ層とを備え、
前記キャップ層は、前記ゲート電極の側面に隣接した第1の位置から前記ドレイン電極の方向に前記ドレイン電極に到達しない第2の位置まで延びる領域である、ドレイン方向ゲート電極近傍領域にのみ形成されることを特徴とする、
ヘテロ接合電界効果トランジスタ。
A channel layer made of a nitride semiconductor formed above the substrate;
A barrier layer made of a nitride semiconductor different from the channel layer formed on the channel layer;
A gate electrode selectively provided on the barrier layer;
A source electrode and a drain electrode, each of which is independently provided at a predetermined distance while sandwiching the gate electrode above the substrate;
A cap layer made of a nitride semiconductor, selectively provided on the barrier layer between the gate electrode and the drain electrode;
The cap layer is formed only in a region near the drain direction gate electrode, which is a region extending from a first position adjacent to the side surface of the gate electrode to a second position that does not reach the drain electrode in the direction of the drain electrode. It is characterized by
Heterojunction field effect transistor.
請求項1記載のヘテロ接合電界効果トランジスタであって、
前記キャップ層は、
28nm以上の厚さを有することを特徴とする、
ヘテロ接合電界効果トランジスタ。
The heterojunction field effect transistor of claim 1,
The cap layer is
It has a thickness of 28 nm or more,
Heterojunction field effect transistor.
請求項1あるいは請求項2記載のヘテロ接合電界効果トランジスタであって、
前記キャップ層における前記ドレイン方向ゲート電極近傍領域は、前記チャネル層にかかる電界強度の最大値を基準として、当該最大値の1割の電界強度を超える前記チャネル層の領域に対応する領域を含む、
ヘテロ接合電界効果トランジスタ。
A heterojunction field effect transistor according to claim 1 or claim 2, wherein
The region near the drain-direction gate electrode in the cap layer includes a region corresponding to the region of the channel layer that exceeds the electric field strength of 10% of the maximum value on the basis of the maximum value of the electric field strength applied to the channel layer.
Heterojunction field effect transistor.
請求項1ないし請求項3のうち、いずれか1項に記載のヘテロ接合電界効果トランジスタであって、
前記キャップ層は、
前記バリア層と接する面で最も幅が広く、前記バリア層から離れるに従いその幅を狭くなるバリア層幅広構造を有することを特徴とする、
ヘテロ接合電界効果トランジスタ。
The heterojunction field effect transistor according to any one of claims 1 to 3,
The cap layer is
It is characterized by having a wide barrier layer structure that is widest on the surface in contact with the barrier layer and narrows as the distance from the barrier layer increases.
Heterojunction field effect transistor.
請求項1ないし請求項4のうち、いずれか1項に記載のヘテロ接合電界効果トランジスタであって、
前記ソース電極と前記ドレイン電極の間における前記バリア層及び前記キャップ層の表面及び側面を覆って形成され絶縁性を有する表面保護膜をさらに備える、
ヘテロ接合電界効果トランジスタ。
A heterojunction field effect transistor according to any one of claims 1 to 4,
A surface protective film formed on the barrier layer and the cap layer between the source electrode and the drain electrode and covering the surface and side surfaces of the barrier layer and having an insulating property;
Heterojunction field effect transistor.
(a) 基板の上方に窒化物半導体かなるチャネル層を形成するステップと、
(b) 前記チャネル層上に前記チャネル層と異なる窒化物半導体からなるバリア層を形成するステップと、
(c) 前記バリア層上に窒化半導体からなるキャップ層用形成層を形成するステップとを備え、前記キャップ層の中央部分がゲート形成予定領域として規定され、
(d) 前記ゲート形成予定領域を間に挟み所定の距離を隔てて前記基板の上方にソース電極及びドレイン電極を形成するステップと、
(e) 前記キャップ層用形成層における前記ゲート形成予定領域にゲート電極を形成するステップとを備え、前記ステップ(d) ,(e)の実行後、前記ソース電極、前記ドレイン電極及び前記ゲート電極は各々独立して形成され、
(f) 前記キャップ層用形成層に対し、前記ゲート電極形成予定領域あるいは前記ゲート電極に隣接した第1の位置から前記ドレイン電極の方向に前記ドレイン電極に到達しない第2の位置まで延びた領域である、ドレイン方向ゲート電極近傍領域以外の領域を除去するステップをさらに備え、前記ステップ(f) 実行後に残存した前記キャップ層用形成層の前記ドレイン方向ゲート電極近傍領域がキャップ層となる、
ヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法。
(a) forming a channel layer made of a nitride semiconductor above the substrate;
(b) forming a barrier layer made of a nitride semiconductor different from the channel layer on the channel layer;
(c) forming a cap layer forming layer made of a nitride semiconductor on the barrier layer, wherein a central portion of the cap layer is defined as a gate formation scheduled region,
(d) forming a source electrode and a drain electrode above the substrate at a predetermined distance with the gate formation scheduled region interposed therebetween;
(e) forming a gate electrode in the gate formation scheduled region in the cap layer forming layer, and after performing the steps (d) and (e), the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode Are formed independently,
(f) With respect to the cap layer forming layer, the gate electrode formation planned region or a region extending from a first position adjacent to the gate electrode to a second position not reaching the drain electrode in the direction of the drain electrode A step of removing a region other than the region near the drain direction gate electrode, and the region near the drain direction gate electrode of the cap layer forming layer remaining after the execution of the step (f) is a cap layer.
A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor.
請求項6記載のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法であって、
前記ドレイン方向ゲート電極近傍領域は、前記チャネル層にかかる電界強度の最大値を基準として、当該最大値の1割の電界強度を超える前記チャネル層の領域に対応する領域を含む、
ヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor according to claim 6,
The drain direction gate electrode vicinity region includes a region corresponding to the region of the channel layer exceeding the electric field strength of 10% of the maximum value on the basis of the maximum value of the electric field strength applied to the channel layer.
A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor.
請求項6記載のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法であって、
前記キャップ層は、
前記バリア層と接する面で最も幅が広く、前記バリア層から離れるに従い、前記ドレイン電極から離れる方向へその幅を狭くしたバリア層幅広構造を呈する、
ヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor according to claim 6,
The cap layer is
The widest surface on the surface in contact with the barrier layer, and as the distance from the barrier layer, the barrier layer wide structure in which the width is reduced in the direction away from the drain electrode,
A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor.
請求項6ないし請求項8のうち、いずれか1項に記載のヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法であって、
(g) 前記ソース電極と前記ドレイン電極の間における前記バリア層及び前記キャップ層の表面及び側面を覆って絶縁性を有する表面保護膜を形成するステップをさらに備える、
ヘテロ接合電界効果トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor according to any one of claims 6 to 8,
(g) further comprising a step of forming a surface protective film having an insulating property so as to cover the surface and side surfaces of the barrier layer and the cap layer between the source electrode and the drain electrode;
A method of manufacturing a heterojunction field effect transistor.
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