JP2016046459A - Field-effect transistor and method for manufacturing the same - Google Patents

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政也 岡田
Masaya Okada
政也 岡田
上野 昌紀
Masanori Ueno
昌紀 上野
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field-effect transistor with a high heat dissipation property.SOLUTION: A field-effect transistor 2 comprises: a composite substrate 1 of high heat conduction arranged by bonding a support base 11 of high heat conduction with a thermal conductivity of 1.5 W cmKor more, and a Group III nitride film 13 to each other; a first Group III nitride layer 21 disposed on the Group III nitride film 13 of the composite substrate 1 of high heat conduction, and having the same chemical composition as that of the Group III nitride film 13; a second Group III nitride layer 22 disposed on the first Group III nitride layer 21 and having a chemical composition different from that of the first Group III nitride layer 21; and a source electrode 30s, a gate electrode 30g and a drain electrode 30d which are disposed on the second Group III nitride layer 22.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、放熱性が高い電界効果型トランジスタおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a field effect transistor with high heat dissipation and a method for manufacturing the same.

大電流用のスイッチング素子には、高い逆方向耐圧と低いオン抵抗とが要求される。III族窒化物半導体などのバンドギャップエネルギーが大きい材料を用いた電界効果型トランジスタは、高耐圧、高温動作などの点で優れているため、大電力用の制御用トランジスタとして注目されている。   A switching element for large current is required to have a high reverse breakdown voltage and a low on-resistance. A field effect transistor using a material having a large band gap energy such as a group III nitride semiconductor is excellent in terms of high breakdown voltage, high temperature operation, and the like, and thus has attracted attention as a control transistor for high power.

たとえば、特開2012−243792号公報(特許文献1)は、電界効果型トランジスタとして、GaNと化学組成が異なる異組成基板と異組成基板上に貼り合わされたGaN薄膜とを含み、GaN薄膜はその厚さが0.1μm以上100μm以下でありその水素シート濃度が1×1014cm-2以上3×1017cm-2以下であることにより、バッファリーク電流およびゲートリーク電流が抑制された高性能のHEMT(高電子移動度トランジスタ)を開示する。 For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-243792 (Patent Document 1) includes, as a field effect transistor, a different composition substrate having a different chemical composition from GaN and a GaN thin film bonded on the different composition substrate. High performance with reduced buffer leakage current and gate leakage current because the thickness is 0.1 μm or more and 100 μm or less and the hydrogen sheet concentration is 1 × 10 14 cm −2 or more and 3 × 10 17 cm −2 or less. HEMTs (High Electron Mobility Transistors) are disclosed.

特開2012−243792号公報JP 2012-243792 A

特開2012−243792号公報(特許文献1)に開示されるHEMTは、異組成基板としてたとえばサファイア基板が用いられており、サファイア基板がその熱伝導率が0.5W・cm-1・K-1程度と低いことから、HEMTの放熱性が低いため、高出力動作が見込み難いという問題点があった。 In the HEMT disclosed in JP2012-243792A (Patent Document 1), for example, a sapphire substrate is used as a different composition substrate, and the sapphire substrate has a thermal conductivity of 0.5 W · cm −1 · K −. Since the heat dissipation of the HEMT is low because it is as low as about 1, there is a problem that high output operation is unlikely.

そこで、支持基板として高熱伝導支持基板を用いることにより、放熱性の高い電界効果型トランジスタを提供することを目的とする。   Therefore, an object is to provide a field-effect transistor with high heat dissipation by using a high thermal conductive support substrate as a support substrate.

本発明のある態様にかかる電界効果型トランジスタは、1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板とIII族窒化物膜とが貼り合わせられた高熱伝導複合基板と、高熱伝導複合基板のIII族窒化物膜上に配置されかつIII族窒化物膜と同じ化学組成を有する第1のIII族窒化物層と、第1のIII族窒化物層上に配置されかつ第1のIII族窒化物層と異なる化学組成を有する第2のIII族窒化物層と、第2のIII族窒化物層上に配置されたソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極と、を含む。 A field effect transistor according to an aspect of the present invention is a high thermal conductive composite in which a high thermal conductive support substrate having a thermal conductivity of 1.5 W · cm −1 · K −1 or more and a group III nitride film are bonded together. A first group III nitride layer disposed on the group III nitride film of the high thermal conductivity composite substrate and having the same chemical composition as the group III nitride film, and the first group III nitride layer; A second group III nitride layer having a chemical composition different from that of the first group III nitride layer, a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode disposed on the second group III nitride layer; including.

本発明の別の態様にかかる電界効果型トランジスタの製造方法は、1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板とIII族窒化物膜とが貼り合わされた高熱伝導複合基板を準備する工程と、高熱伝導複合基板のIII族窒化物膜上に、III族窒化物膜と同じ化学組成を有する第1のIII族窒化物層を形成する工程と、第1のIII族窒化物層上に、第1のIII族窒化物層と異なる化学組成を有する第2のIII族窒化物層を形成する工程と、第2のIII族窒化物層上に、ソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極を形成する工程と、を含む。 In a method of manufacturing a field effect transistor according to another aspect of the present invention, a high thermal conductive support substrate having a thermal conductivity of 1.5 W · cm −1 · K −1 or more and a group III nitride film are bonded together. Preparing a high thermal conductive composite substrate, forming a first group III nitride layer having the same chemical composition as the group III nitride film on the group III nitride film of the high thermal conductive composite substrate, Forming a second group III nitride layer having a chemical composition different from that of the first group III nitride layer on the group III nitride layer, and a source electrode on the second group III nitride layer Forming a gate electrode and a drain electrode.

本発明のさらに別の態様にかかる電界効果型トランジスタの製造方法は、1.5W・cm-1・K-1未満の熱伝導率を有する低熱伝導支持基板とIII族窒化物膜とが貼り合わされた低熱伝導複合基板を準備する工程と、低熱伝導複合基板のIII族窒化物膜上に、III族窒化物膜と同じ化学組成を有する第1のIII族窒化物層を形成する工程と、第1のIII族窒化物層上に、第1のIII族窒化物層と異なる化学組成を有する第2のIII族窒化物層を形成する工程と、第2のIII族窒化物層上に、ソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極を形成する工程と、III族窒化物膜から低熱伝導支持基板を除去する工程と、III族窒化物膜に1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板を貼り合わせる工程と、を含む。 In a method for manufacturing a field effect transistor according to still another aspect of the present invention, a low thermal conductive support substrate having a thermal conductivity of less than 1.5 W · cm −1 · K −1 is bonded to a group III nitride film. Preparing a low heat conductive composite substrate, forming a first group III nitride layer having the same chemical composition as the group III nitride film on the group III nitride film of the low heat conductive composite substrate, Forming a second group III nitride layer having a chemical composition different from that of the first group III nitride layer on the first group III nitride layer, and forming a source on the second group III nitride layer. A step of forming an electrode, a gate electrode, and a drain electrode, a step of removing the low thermal conductive support substrate from the group III nitride film, and a heat of 1.5 W · cm −1 · K −1 or more on the group III nitride film A process of bonding a high thermal conductivity supporting substrate having conductivity , Including the.

上記によれば、支持基板として高熱伝導支持基板を用いることにより、放熱性の高い電界効果型トランジスタを提供することができる。   According to the above, a field effect transistor with high heat dissipation can be provided by using a high thermal conductive support substrate as the support substrate.

本発明のある態様にかかる電界効果型トランジスタのある例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows a certain example of the field effect transistor concerning a certain aspect of this invention. 本発明の別の態様にかかる電界効果型トランジスタの製造方法のある例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows a certain example of the manufacturing method of the field effect transistor concerning another aspect of this invention. 本発明のさらに別の態様にかかる電界効果型トランジスタの製造方法のある例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows a certain example of the manufacturing method of the field effect transistor concerning another aspect of this invention. 本発明の別の態様にかかる電界効果型トランジスタの製造方法において高熱伝導複合基板を準備する工程のある例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example with the process of preparing a high heat conductive composite board | substrate in the manufacturing method of the field effect transistor concerning another aspect of this invention.

<本発明の実施形態の説明>
本発明のある実施形態にかかる電界効果型トランジスタは、1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板とIII族窒化物膜とが貼り合わせられた高熱伝導複合基板と、高熱伝導複合基板のIII族窒化物膜上に配置されかつIII族窒化物膜と同じ化学組成を有する第1のIII族窒化物層と、第1のIII族窒化物層上に配置されかつ第1のIII族窒化物層と異なる化学組成を有する第2のIII族窒化物層と、第2のIII族窒化物層上に配置されたソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極と、を含む。
<Description of Embodiment of the Present Invention>
A field effect transistor according to an embodiment of the present invention has a high thermal conductivity in which a high thermal conductivity supporting substrate having a thermal conductivity of 1.5 W · cm −1 · K −1 or more and a group III nitride film are bonded together. On the composite substrate, a first group III nitride layer disposed on the group III nitride film of the high thermal conductivity composite substrate and having the same chemical composition as the group III nitride film, and on the first group III nitride layer A second Group III nitride layer disposed and having a different chemical composition than the first Group III nitride layer; and a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode disposed on the second Group III nitride layer; ,including.

本実施形態の電界効果型トランジスタは、1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板を含んでいるため、高い放熱性を有し、高い出力が得られる。 The field effect transistor of the present embodiment includes a high thermal conductive support substrate having a thermal conductivity of 1.5 W · cm −1 · K −1 or more, and thus has high heat dissipation and high output. .

本実施形態の電界効果型トランジスタにおいて、III族窒化物膜をGaN膜とし、第1のIII族窒化物層をGaN層とすることができる。かかる電界効果型トランジスタは、GaNがワイドバンドギャップであることに起因して高出力特性が得られる。   In the field effect transistor of this embodiment, the group III nitride film can be a GaN film, and the first group III nitride layer can be a GaN layer. Such a field effect transistor has high output characteristics due to the wide band gap of GaN.

本実施形態の電界効果型トランジスタにおいて、高熱伝導支持基板は、III族窒化物膜の線熱膨張係数に対する比が0.8以上1.2以下の線熱膨張係数を有することができる。かかる電界効果型トランジスタは、高い品質の第1のIII族窒化物層および高い品質の第2のIII族窒化物層を含むため、高い出力が得られる。   In the field effect transistor of the present embodiment, the high thermal conductivity support substrate may have a linear thermal expansion coefficient of a ratio of 0.8 to 1.2 in relation to the linear thermal expansion coefficient of the group III nitride film. Since such a field effect transistor includes a high quality first group III nitride layer and a high quality second group III nitride layer, high output is obtained.

本実施形態の電界効果型トランジスタにおいて、高熱伝導支持基板は、AlN結晶およびSiC結晶からなる群から選ばれる少なくとも1種類の結晶を少なくとも1個含むことができる。かかる電界効果型トランジスタは、高熱伝導支持基板の熱伝導率が高いため、高い放熱性を有し、高い出力が得られる。   In the field effect transistor of this embodiment, the high thermal conductivity support substrate can include at least one crystal selected from the group consisting of AlN crystals and SiC crystals. Such a field effect transistor has high heat dissipation and high output because the high thermal conductivity support substrate has high thermal conductivity.

本発明の別の実施形態にかかる電界効果型トランジスタの製造方法は、1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板とIII族窒化物膜とが貼り合わされた高熱伝導複合基板を準備する工程と、高熱伝導複合基板のIII族窒化物膜上に、III族窒化物膜と同じ化学組成を有する第1のIII族窒化物層を形成する工程と、第1のIII族窒化物層上に、第1のIII族窒化物層と異なる化学組成を有する第2のIII族窒化物層を形成する工程と、第2のIII族窒化物層上に、ソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極を形成する工程と、を含む。 In a method of manufacturing a field effect transistor according to another embodiment of the present invention, a high thermal conductive support substrate having a thermal conductivity of 1.5 W · cm −1 · K −1 or more and a group III nitride film are bonded together. Preparing a high thermal conductive composite substrate, forming a first group III nitride layer having the same chemical composition as the group III nitride film on the group III nitride film of the high thermal conductive composite substrate, Forming a second group III nitride layer having a chemical composition different from that of the first group III nitride layer on the first group III nitride layer, and forming a source on the second group III nitride layer. Forming an electrode, a gate electrode, and a drain electrode.

本実施形態の電界効果型トランジスタの製造方法は、1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板を用いることにより、高い放熱性を有し、高い出力が得られる電界効果型トランジスタが得られる。 The manufacturing method of the field effect transistor of this embodiment has high heat dissipation and high output by using a high thermal conductivity supporting substrate having a thermal conductivity of 1.5 W · cm −1 · K −1 or more. The resulting field effect transistor is obtained.

本実施形態の電界効果型トランジスタの製造方法において、高熱伝導支持基板は、III族窒化物膜の線熱膨張係数に対する比が0.8以上1.2以下の線熱膨張係数を有することができる。これにより、高い品質の第1のIII族窒化物層および高い品質の第2のIII族窒化物層を含み、高い出力が得られる電界効果型トランジスタが得られる。   In the method for manufacturing a field effect transistor according to the present embodiment, the high thermal conductivity support substrate may have a linear thermal expansion coefficient of a ratio of 0.8 to 1.2 with respect to the linear thermal expansion coefficient of the group III nitride film. . Thus, a field effect transistor including a high quality first group III nitride layer and a high quality second group III nitride layer and having a high output is obtained.

本発明のさらに別の実施形態にかかる電界効果型トランジスタの製造方法は、1.5W・cm-1・K-1未満の熱伝導率を有する低熱伝導支持基板とIII族窒化物膜とが貼り合わされた低熱伝導複合基板を準備する工程と、低熱伝導複合基板のIII族窒化物膜上に、III族窒化物膜と同じ化学組成を有する第1のIII族窒化物層を形成する工程と、第1のIII族窒化物層上に、第1のIII族窒化物層と異なる化学組成を有する第2のIII族窒化物層を形成する工程と、第2のIII族窒化物層上に、ソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極を形成する工程と、III族窒化物膜から低熱伝導支持基板を除去する工程と、III族窒化物膜に1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板を貼り合わせる工程と、を含む。 According to still another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a field effect transistor, in which a low thermal conductive support substrate having a thermal conductivity of less than 1.5 W · cm −1 · K −1 and a group III nitride film are bonded. Preparing a combined low thermal conductive composite substrate; forming a first group III nitride layer having the same chemical composition as the group III nitride film on the group III nitride film of the low thermal conductive composite substrate; Forming a second group III nitride layer having a different chemical composition from the first group III nitride layer on the first group III nitride layer; on the second group III nitride layer; A step of forming a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode; a step of removing the low thermal conductive support substrate from the group III nitride film; and a group III nitride film of 1.5 W · cm −1 · K −1 or more Bonding high thermal conductivity supporting substrate with thermal conductivity Including the extent, the.

本実施形態の電界効果型トランジスタの製造方法は、その製造工程において、1.5W・cm-1・K-1未満の熱伝導率を有する低熱伝導支持基板に替えてIII族窒化物膜に1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板を配置することにより、高い放熱性を有し、高い出力が得られる電界効果型トランジスタが得られる。 In the manufacturing process of the field effect transistor according to the present embodiment, a group III nitride film is used instead of a low thermal conductivity supporting substrate having a thermal conductivity of less than 1.5 W · cm −1 · K −1 in the manufacturing process. By disposing a high thermal conductive support substrate having a thermal conductivity of 5 W · cm −1 · K −1 or more, a field effect transistor having high heat dissipation and high output can be obtained.

本実施形態の電界効果型トランジスタの製造方法において、低熱伝導支持基板は、III族窒化物膜の線熱膨張係数に対する比が0.8以上1.2以下の線熱膨張係数を有することができる。これにより、高い品質の第1のIII族窒化物層および高い品質の第2のIII族窒化物層を含み、高い出力が得られる電界効果型トランジスタが得られる。   In the method for manufacturing a field effect transistor according to the present embodiment, the low thermal conductive support substrate may have a linear thermal expansion coefficient of a ratio of 0.8 to 1.2 with respect to the linear thermal expansion coefficient of the group III nitride film. . Thus, a field effect transistor including a high quality first group III nitride layer and a high quality second group III nitride layer and having a high output is obtained.

<本発明の実施形態の詳細>
[実施形態1:電界効果型トランジスタ]
図1を参照して、本実施形態の電界効果型トランジスタ2は、1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板11とIII族窒化物膜13とが貼り合わせられた高熱伝導複合基板1と、高熱伝導複合基板1のIII族窒化物膜13上に配置されかつIII族窒化物膜13と同じ化学組成を有する第1のIII族窒化物層21と、第1のIII族窒化物層21上に配置されかつ第1のIII族窒化物層21と異なる化学組成を有する第2のIII族窒化物層22と、第2のIII族窒化物層22上に配置されたソース電極30s、ゲート電極30g、およびドレイン電極30dと、を含む。
<Details of Embodiment of the Present Invention>
[Embodiment 1: Field Effect Transistor]
Referring to FIG. 1, the field effect transistor 2 of the present embodiment includes a high thermal conductivity support substrate 11 having a thermal conductivity of 1.5 W · cm −1 · K −1 or more and a group III nitride film 13. The high heat conductive composite substrate 1 bonded together, and a first group III nitride layer 21 disposed on the group III nitride film 13 of the high heat conductive composite substrate 1 and having the same chemical composition as the group III nitride film 13; A second group III nitride layer 22 disposed on the first group III nitride layer 21 and having a different chemical composition from the first group III nitride layer 21; and a second group III nitride layer 22 A source electrode 30s, a gate electrode 30g, and a drain electrode 30d disposed on the upper side.

本実施形態の電界効果型トランジスタ2は、1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板11を含んでいるため、高い放熱性を有し、高い出力が得られる。 Since the field effect transistor 2 of the present embodiment includes the high thermal conductive support substrate 11 having a thermal conductivity of 1.5 W · cm −1 · K −1 or more, the field effect transistor 2 has high heat dissipation and high output. can get.

(高熱伝導複合基板)
高熱伝導複合基板1は、1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板11とIII族窒化物膜13とが貼り合わされたものである。
(High thermal conductive composite substrate)
The high thermal conductive composite substrate 1 is obtained by bonding a high thermal conductive support substrate 11 having a thermal conductivity of 1.5 W · cm −1 · K −1 or more and a group III nitride film 13.

高熱伝導支持基板11は、電界効果型トランジスタ2の放熱性を高めることにより電界効果型トランジスタ2の出力を高める観点から、高熱伝導支持基板11の熱伝導率が、1.5W・cm-1・K-1以上であり、1.8W・cm-1・K-1以上が好ましく、3.0W・cm-1・K-1以上がより好ましい。 From the viewpoint of increasing the output of the field effect transistor 2 by increasing the heat dissipation of the field effect transistor 2, the high thermal conductivity support substrate 11 has a thermal conductivity of 1.5 W · cm −1 · K is -1 or more, preferably 1.8 W · cm -1 · K -1 or more, 3.0 W · cm -1 · K -1 or more is more preferable.

高熱伝導支持基板11は、電界効果型トランジスタ2の第1のIII族窒化物層21および第2のIII族窒化物層22の品質を高めることにより電界効果型トランジスタ2の出力を高める観点から、高熱伝導支持基板11の線熱膨張係数のIII族窒化物膜13の線熱膨張係数に対する比が、0.8以上1.2以下が好ましく、0.9以上1.1以下がより好ましい。ここで、対比される高熱伝導支持基板11およびIII族窒化物膜13の線熱膨張係数の方向は、いずれもそれらの主面に平行な方向である
高熱伝導支持基板11は、その熱伝導率を高めることにより電界効果型トランジスタ2の放熱性および出力を高める観点から、AlN結晶およびSiC結晶からなる群から選ばれる少なくとも1種類の結晶を少なくとも1個含むことが好ましい。具体的には、高熱伝導支持基板11は、AlN単結晶基板、SiC単結晶基板、AlN多結晶基板、SiC多結晶基板などが好ましい。
From the viewpoint of increasing the output of the field effect transistor 2 by increasing the quality of the first group III nitride layer 21 and the second group III nitride layer 22 of the field effect transistor 2, the high thermal conductivity support substrate 11 is The ratio of the linear thermal expansion coefficient of the high thermal conductive support substrate 11 to the linear thermal expansion coefficient of the group III nitride film 13 is preferably 0.8 or more and 1.2 or less, and more preferably 0.9 or more and 1.1 or less. Here, the directions of the linear thermal expansion coefficients of the high thermal conductivity support substrate 11 and the group III nitride film 13 to be compared are both parallel to their main surfaces. The high thermal conductivity support substrate 11 has its thermal conductivity. From the viewpoint of increasing the heat dissipation and output of the field effect transistor 2 by increasing the power, it is preferable to include at least one crystal selected from the group consisting of an AlN crystal and a SiC crystal. Specifically, the high thermal conductive support substrate 11 is preferably an AlN single crystal substrate, an SiC single crystal substrate, an AlN polycrystalline substrate, an SiC polycrystalline substrate, or the like.

III族窒化物膜13は、特に制限はないが、バンドギャップが大きくまた結晶性が高い観点から、GaN膜であることが好ましい。また、III族窒化物膜13の厚さは、第1のIII族窒化物層21および第2のIII族窒化物層22の品質を高くする観点から、0.1μm以上が好ましく、1μm以上がより好ましく、電界効果型トランジスタのコストを低減する観点から、5μm以下が好ましく、2μm以下がより好ましい。   The group III nitride film 13 is not particularly limited, but is preferably a GaN film from the viewpoint of a large band gap and high crystallinity. The thickness of the group III nitride film 13 is preferably 0.1 μm or more, and preferably 1 μm or more from the viewpoint of improving the quality of the first group III nitride layer 21 and the second group III nitride layer 22. More preferably, from the viewpoint of reducing the cost of the field effect transistor, it is preferably 5 μm or less, and more preferably 2 μm or less.

高熱伝導複合基板1は、高熱伝導支持基板11とIII族窒化物膜13との接合強度を高める観点から、高熱伝導支持基板11とIII族窒化物膜13との間に介在する接合膜12を含むことが好ましい。接合膜12は、高熱伝導支持基板11とIII族窒化物膜13との接合強度を高める観点から、SiO2膜、SiNx膜などが好ましい。 The high thermal conductive composite substrate 1 includes a bonding film 12 interposed between the high thermal conductive support substrate 11 and the group III nitride film 13 from the viewpoint of increasing the bonding strength between the high thermal conductivity support substrate 11 and the group III nitride film 13. It is preferable to include. The bonding film 12 is preferably a SiO 2 film, a SiN x film, or the like from the viewpoint of increasing the bonding strength between the high thermal conductive support substrate 11 and the group III nitride film 13.

(第1のIII族窒化物層)
第1のIII族窒化物層21は、高熱伝導複合基板1のIII族窒化物膜13上に配置され、第1のIII族窒化物層21の品質を高める観点から、III族窒化物膜13と同じ化学組成を有する。ここで、結晶格子を整合させる観点から、III族窒化物膜13がGaN膜であり、第1のIII族窒化物層21がGaN層であることが好ましい。
(First group III nitride layer)
The first group III nitride layer 21 is disposed on the group III nitride film 13 of the high thermal conductive composite substrate 1, and from the viewpoint of improving the quality of the first group III nitride layer 21, the group III nitride film 13. Have the same chemical composition. Here, from the viewpoint of matching the crystal lattice, the group III nitride film 13 is preferably a GaN film, and the first group III nitride layer 21 is preferably a GaN layer.

(第2のIII族窒化物層)
第2のIII族窒化物層22は、第1のIII族窒化物層21上に配置され、バンドギャップの異なる2つの半導体層を接触させることによりバンドの不連続を生じさせる観点から、第1のIII族窒化物層21と異なる化学組成を有する。たとえば、第1のIII族窒化物層21がGaN層の場合、第2のIII族窒化物層22は、自発分極によりピエゾ電荷を発生させる観点から、Al1-xGaxN層(0≦x<1)とできる。
(Second group III nitride layer)
The second group III nitride layer 22 is disposed on the first group III nitride layer 21, and from the viewpoint of causing band discontinuity by bringing two semiconductor layers having different band gaps into contact with each other, The group III nitride layer 21 has a different chemical composition. For example, when the first group III nitride layer 21 is a GaN layer, the second group III nitride layer 22 is an Al 1-x Ga x N layer (0 ≦ 0) from the viewpoint of generating piezoelectric charges by spontaneous polarization. x <1).

(ソース電極、ゲート電極、ドレイン電極)
ソース電極30s、ゲート電極30g、およびドレイン電極30dは、第2のIII族窒化物層22上に配置されることにより、電界効果型トランジスタ2が形成される。これらの電極は、これらの電極の機能を発現するものであれば特に制限はなく、ソース電極30sおよびドレイン電極30dとしてはAl層/Ti層/Au層を合金化させたものなどが、ゲート電極としてはNi層、Au層などがそれぞれ好適に挙げられる。
(Source electrode, gate electrode, drain electrode)
The source electrode 30s, the gate electrode 30g, and the drain electrode 30d are disposed on the second group III nitride layer 22, whereby the field effect transistor 2 is formed. These electrodes are not particularly limited as long as they exhibit the functions of these electrodes. As the source electrode 30s and the drain electrode 30d, an Al layer / Ti layer / Au layer alloyed, etc. may be used as the gate electrode. Preferred examples include Ni layer and Au layer.

このような電界効果型トランジスタ2において、たとえば、第1のIII族窒化物層21がGaN層であり、第2のIII族窒化物層22がAl1-xGaxN層(0≦x<1)であれば、第2のIII族窒化物層22は、第1のIII族窒化物層21よりバンドエネルギーが低くなり、第1のIII族窒化物層21から発生した電子は第2のIII族窒化物層22に集まり、第2のIII族窒化物層22の第1のIII族窒化物層21との界面近傍10nm程度の厚さの領域に分布する二次元電子ガスが形成され、HEMT(高電子移動度トランジスタ)と呼ばれる。 In such a field effect transistor 2, for example, the first group III nitride layer 21 is a GaN layer, and the second group III nitride layer 22 is an Al 1-x Ga x N layer (0 ≦ x < 1), the second group III nitride layer 22 has a lower band energy than the first group III nitride layer 21, and the electrons generated from the first group III nitride layer 21 A two-dimensional electron gas is formed in the group III nitride layer 22 and distributed in a region having a thickness of about 10 nm in the vicinity of the interface between the second group III nitride layer 22 and the first group III nitride layer 21; It is called HEMT (High Electron Mobility Transistor).

[実施形態2:電界効果型トランジスタの製造方法]
{実施形態2−1}
図2を参照して、本実施形態の電界効果型トランジスタ2のある製造方法は、1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板11とIII族窒化物膜13とが貼り合わされた高熱伝導複合基板1を準備する工程(図2(A))と、高熱伝導複合基板1のIII族窒化物膜13上に、III族窒化物膜13と同じ化学組成を有する第1のIII族窒化物層21を形成する工程(図2(B))と、第1のIII族窒化物層21上に、第1のIII族窒化物層21と異なる化学組成を有する第2のIII族窒化物層22を形成する工程(図2(B))と、第2のIII族窒化物層22上に、ソース電極30s、ゲート電極30g、およびドレイン電極30dを形成する工程(図2(C))と、を含む。
[Embodiment 2: Method for Manufacturing Field Effect Transistor]
{Embodiment 2-1}
Referring to FIG. 2, a manufacturing method of the field effect transistor 2 of the present embodiment includes a high thermal conductivity supporting substrate 11 having a thermal conductivity of 1.5 W · cm −1 · K −1 or more and a group III nitride. The step of preparing the high thermal conductive composite substrate 1 bonded with the film 13 (FIG. 2A), and the same chemical composition as the group III nitride film 13 on the group III nitride film 13 of the high thermal conductive composite substrate 1 And forming a first group III nitride layer 21 having a chemical composition different from that of the first group III nitride layer 21 on the first group III nitride layer 21 (FIG. 2B). Forming the second group III nitride layer 22 (FIG. 2B), and forming the source electrode 30s, the gate electrode 30g, and the drain electrode 30d on the second group III nitride layer 22. And a process (FIG. 2C).

かかる電界効果型トランジスタ2の製造方法は、1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板11を用いることにより、高い放熱性を有し、高い出力が得られる電界効果型トランジスタ2が得られる。 The manufacturing method of the field effect transistor 2 has high heat dissipation and high output by using the high thermal conductive support substrate 11 having a thermal conductivity of 1.5 W · cm −1 · K −1 or more. Thus, the obtained field effect transistor 2 is obtained.

(高熱伝導複合基板を準備する工程)
まず、図2(A)および図4を参照して、高熱伝導複合基板1を準備する工程は、特に制限はないが、効率よく高熱伝導複合基板1を準備する観点から、高熱伝導支持基板11の主面上に接合膜12aを形成するサブ工程(図4(A))と、III族窒化物膜ドナー基板13Dの主面上に接合膜12bを形成するとともに、III族窒化物膜ドナー基板13Dのその主面から所定の深さの位置にイオン注入領域13iを形成するサブ工程(図4(B))と、高熱伝導支持基板11に形成された接合膜12aとIII族窒化物膜ドナー基板13Dに形成された接合膜12bとを貼り合わせることにより接合基板1Lを形成するサブ工程(図4(C))と、接合基板1LのIII族窒化物膜ドナー基板13Dをイオン注入領域13iにおいて分離することにより、III族窒化物膜13を残してそれ以外のIII族窒化物膜ドナー基板13Drを除去することにより複合基板を形成するサブ工程(図4(D))と、を含む。
(Process for preparing a high thermal conductive composite substrate)
First, referring to FIG. 2A and FIG. 4, the step of preparing the high thermal conductive composite substrate 1 is not particularly limited, but from the viewpoint of efficiently preparing the high thermal conductive composite substrate 1, the high thermal conductive support substrate 11. A sub-process for forming the bonding film 12a on the main surface of the substrate (FIG. 4A), forming the bonding film 12b on the main surface of the group III nitride film donor substrate 13D, and a group III nitride film donor substrate A sub-process (FIG. 4B) for forming an ion implantation region 13i at a predetermined depth from the main surface of 13D, a bonding film 12a formed on the high thermal conductivity support substrate 11, and a group III nitride film donor The sub-process (FIG. 4C) for forming the bonding substrate 1L by bonding the bonding film 12b formed on the substrate 13D together with the group III nitride film donor substrate 13D of the bonding substrate 1L in the ion implantation region 13i. Separation The Rukoto, including a substep of forming a composite substrate (FIG. 4 (D)) by removing the III nitride film donor substrate 13Dr otherwise leaving group III nitride film 13.

接合膜12a,12bを形成する方法は、品質のよい接合膜12a,12bを効率的に形成する観点から、スパッタ法、CVD(化学気相堆積)法、PLD(パルスレーザ堆積)法、MBE(分子線成長)法、電子線蒸着法などが好ましい。
II族窒化物膜ドナー基板13Dのその主面から所定の深さの位置にイオン注入領域13iを形成することは、III族窒化物膜ドナー基板13Dの主面上に形成された接合膜12b側からイオンIを注入することにより行なう。注入するイオンIは、イオン注入されるIII族窒化物膜13の結晶品質の低下を抑制する観点から、質量の小さいイオンが好ましく、たとえば水素イオン、ヘリウムイオンなどが好ましい。イオンIが注入される所定の深さは、0.001μm以上1μm以下が好ましく、0.01μm以上0.5μm以下がより好ましい。
The bonding films 12a and 12b are formed by sputtering, CVD (Chemical Vapor Deposition), PLD (Pulse Laser Deposition), MBE (MBE) from the viewpoint of efficiently forming high-quality bonding films 12a and 12b. Molecular beam growth) and electron beam evaporation are preferred.
The formation of the ion implantation region 13i at a predetermined depth from the main surface of the group II nitride film donor substrate 13D is based on the side of the bonding film 12b formed on the main surface of the group III nitride film donor substrate 13D. Ion I is implanted from The ions I to be implanted are preferably ions having a small mass, for example, hydrogen ions, helium ions, etc., from the viewpoint of suppressing the deterioration of the crystal quality of the group III nitride film 13 to be ion implanted. The predetermined depth into which the ions I are implanted is preferably 0.001 μm to 1 μm, and more preferably 0.01 μm to 0.5 μm.

高熱伝導支持基板11に形成された接合膜12aとIII族窒化物膜ドナー基板13Dに形成された接合膜12bとを貼り合わせる方法は、特に制限はなく、貼り合わせ面を洗浄しそのまま貼り合わせた後600℃〜1200℃程度に昇温して接合する直接接合法、貼り合わせ面を洗浄しプラズマやイオンなどで活性させた後に室温(たとえば25℃)〜400℃程度の低温で接合する表面活性化法などが好適である。かかる貼り合わせにより、接合膜12aと接合膜12bとが接合により一体化して接合膜12が形成され、高熱伝導支持基板11とIII族窒化物膜ドナー基板13Dとが接合膜12を介在させて接合されて、接合基板1Lが形成される。   The method of bonding the bonding film 12a formed on the high thermal conductive support substrate 11 and the bonding film 12b formed on the group III nitride film donor substrate 13D is not particularly limited, and the bonded surface is washed and bonded as it is. After that, a direct bonding method in which the temperature is raised to about 600 ° C. to 1200 ° C. and the surface is bonded, and the bonded surface is cleaned and activated with plasma or ions and then bonded at a low temperature of room temperature (for example, 25 ° C.) to about 400 ° C. The chemical method and the like are preferable. By the bonding, the bonding film 12a and the bonding film 12b are integrated by bonding to form the bonding film 12, and the high thermal conductive support substrate 11 and the group III nitride film donor substrate 13D are bonded with the bonding film 12 interposed therebetween. Thus, the bonded substrate 1L is formed.

接合基板1LのIII族窒化物膜ドナー基板13Dをイオン注入領域13iにおいて分離する方法は、III族窒化物膜ドナー基板13Dのイオン注入領域13iに何らかのエネルギーを与える方法であれば特に制限はなく、イオン注入領域13iに、応力を加える方法、熱を加える方法、光を照射する方法、および超音波を印加する方法の少なくともいずれかの方法が可能である。かかるイオン注入領域13iは注入されたイオンにより脆化しているため、上記のエネルギーを受けることにより、III族窒化物膜ドナー基板13Dは、高熱伝導支持基板11上の接合膜12上に貼り合わされたIII族窒化物膜13と、それ以外のIII族窒化物膜ドナー基板13Drとに分離される。なお、III族窒化物膜13以外のIII族窒化物膜ドナー基板13Drは、その主面を研磨することにより、繰り返し用いることができる。   The method for separating the group III nitride film donor substrate 13D of the bonding substrate 1L in the ion implantation region 13i is not particularly limited as long as it is a method for applying some energy to the ion implantation region 13i of the group III nitride film donor substrate 13D. At least one of a method of applying stress to the ion implantation region 13i, a method of applying heat, a method of irradiating light, and a method of applying ultrasonic waves are possible. Since the ion-implanted region 13i is embrittled by the implanted ions, the group III nitride film donor substrate 13D is bonded onto the bonding film 12 on the high thermal conductivity supporting substrate 11 by receiving the energy described above. The group III nitride film 13 and the other group III nitride film donor substrate 13Dr are separated. The group III nitride film donor substrate 13Dr other than the group III nitride film 13 can be repeatedly used by polishing its main surface.

このようにして、1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板11とIII族窒化物膜13とが接合膜12を介在させて貼り合わされた高熱伝導複合基板1が得られる。 In this way, a high thermal conductive composite in which the high thermal conductive support substrate 11 having a thermal conductivity of 1.5 W · cm −1 · K −1 or more and the group III nitride film 13 are bonded together with the bonding film 12 interposed therebetween. A substrate 1 is obtained.

高熱伝導複合基板1を準備する工程において用いられる高熱伝導支持基板11は、III族窒化物膜13上に反りが少なく結晶品質の高い第1のIII族窒化物層21および第2のIII族窒化物層22を成長させる観点から、高熱伝導支持基板11の線熱膨張係数のIII族窒化物膜13の線熱膨張係数に対する比が、0.8以上1.2以下が好ましく、0.9以上1.1以下がより好ましい。かかる観点から、高熱伝導支持基板11は、AlN多結晶基板、SiC多結晶基板などが好ましい。   The high thermal conductive support substrate 11 used in the step of preparing the high thermal conductive composite substrate 1 includes a first group III nitride layer 21 and a second group III nitride that have low warpage and high crystal quality on the group III nitride film 13. From the viewpoint of growing the physical layer 22, the ratio of the linear thermal expansion coefficient of the high thermal conductive support substrate 11 to the linear thermal expansion coefficient of the group III nitride film 13 is preferably 0.8 or more and 1.2 or less, and 0.9 or more. 1.1 or less is more preferable. From such a viewpoint, the high thermal conductive support substrate 11 is preferably an AlN polycrystalline substrate, an SiC polycrystalline substrate, or the like.

(第1のIII族窒化物層を形成する工程)
次に、図2(B)を参照して、第1のIII族窒化物層21を形成する工程において、高熱伝導複合基板1のIII族窒化物膜13上に、結晶格子を整合させる観点から、III族窒化物膜13と同じ化学組成を有する第1のIII族窒化物層21を形成する。第1のIII族窒化物層21を形成する方法は、特に制限はないが、結晶品質の高い第1のIII族窒化物層21を成長させる観点から、MOCVD(有機金属気相堆積)法、MBE(分子線成長)法、HVPE(ハイドライド気相成長)法、昇華法などの気相法、高窒素圧溶液法、フラックス法などの液相法が好ましい。
(Step of forming the first group III nitride layer)
Next, referring to FIG. 2B, in the step of forming the first group III nitride layer 21, from the viewpoint of aligning the crystal lattice on the group III nitride film 13 of the high thermal conductive composite substrate 1. The first group III nitride layer 21 having the same chemical composition as the group III nitride film 13 is formed. The method for forming the first group III nitride layer 21 is not particularly limited, but from the viewpoint of growing the first group III nitride layer 21 with high crystal quality, an MOCVD (metal organic vapor deposition) method, MBE (molecular beam growth) method, HVPE (hydride vapor phase growth) method, vapor phase method such as sublimation method, liquid phase method such as high nitrogen pressure solution method and flux method are preferable.

(第2のIII族窒化物層を形成する工程)
次に、図2(B)を参照して、第2のIII族窒化物層22を形成する工程において、第1のIII族窒化物層21上に、バンドギャップの異なる2つの半導体層を接触させることによりバンドの不連続を生じさせる観点から、第1のIII族窒化物層21と異なる化学組成を有する第2のIII族窒化物層22を形成する。第2のIII族窒化物層22を形成する方法は、特に制限はないが、結晶品質の高い第2のIII族窒化物層22を成長させる観点から、MOCVD(有機金属気相堆積)法、MBE(分子線成長)法、HVPE(ハイドライド気相成長)法、昇華法などの気相法、高窒素圧溶液法、フラックス法などの液相法が好ましい。
(Step of forming the second group III nitride layer)
Next, referring to FIG. 2B, in the step of forming second group III nitride layer 22, two semiconductor layers having different band gaps are contacted on first group III nitride layer 21. From this point of view, a second group III nitride layer 22 having a chemical composition different from that of the first group III nitride layer 21 is formed from the viewpoint of causing band discontinuity. The method for forming the second group III nitride layer 22 is not particularly limited. From the viewpoint of growing the second group III nitride layer 22 having a high crystal quality, an MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method, MBE (molecular beam growth) method, HVPE (hydride vapor phase growth) method, vapor phase method such as sublimation method, liquid phase method such as high nitrogen pressure solution method and flux method are preferable.

(ソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極を形成する工程)
次に、図2(C)を参照して、ソース電極30s、ゲート電極30g、およびドレイン電極30dを形成する工程において、第2のIII族窒化物層22上に、ソース電極30s、ゲート電極30g、およびドレイン電極30dを形成する。ソース電極30s、ゲート電極30g、およびドレイン電極30dを形成する方法は、特に制限はないが、効率よく高品質の電極を形成する観点から、フォトリソグラフィ法によるパターンマスクの形成、EB(電子線)蒸着法による少なくとも1層の金属層の形成、およびリフトオフ法によるパターンマスクの除去が好適に挙げられる。
(Process of forming source electrode, gate electrode, and drain electrode)
Next, referring to FIG. 2C, in the step of forming source electrode 30s, gate electrode 30g, and drain electrode 30d, source electrode 30s and gate electrode 30g are formed on second group III nitride layer 22. And a drain electrode 30d. The method of forming the source electrode 30s, the gate electrode 30g, and the drain electrode 30d is not particularly limited, but from the viewpoint of efficiently forming a high-quality electrode, formation of a pattern mask by photolithography, EB (electron beam) Preferred examples include formation of at least one metal layer by a vapor deposition method and removal of a pattern mask by a lift-off method.

このようにして、電界効果型トランジスタ2が得られる。ここで、第1のIII族窒化物層21をGaN層とし、第2のIII族窒化物層22をAl1-xGaxN層(0≦x<1)とすると、第2のIII族窒化物層22は、第1のIII族窒化物層21よりバンドエネルギーが低くなり、第1のIII族窒化物層21から発生した電子は第2のIII族窒化物層22に集まり、第2のIII族窒化物層22の第1のIII族窒化物層21との界面近傍10nm程度の厚さの領域に分布する二次元電子ガスが形成され、HEMT(高電子移動度トランジスタ)と呼ばれる電界効果型トランジスタ2が得られる。 In this way, the field effect transistor 2 is obtained. Here, when the first group III nitride layer 21 is a GaN layer and the second group III nitride layer 22 is an Al 1-x Ga x N layer (0 ≦ x <1), the second group III The nitride layer 22 has a band energy lower than that of the first group III nitride layer 21, and electrons generated from the first group III nitride layer 21 gather in the second group III nitride layer 22, The two-dimensional electron gas distributed in a region having a thickness of about 10 nm in the vicinity of the interface between the group III nitride layer 22 and the first group III nitride layer 21 is formed, and an electric field called HEMT (High Electron Mobility Transistor) is formed. An effect transistor 2 is obtained.

{実施形態2−2}
図3を参照して、本実施形態の電界効果型トランジスタ2の別の製造方法は、1.5W・cm-1・K-1未満の熱伝導率を有する低熱伝導支持基板10とIII族窒化物膜13とが貼り合わされた低熱伝導複合基板1Aを準備する工程(図3(A))、低熱伝導複合基板1AのIII族窒化物膜13上に、III族窒化物膜13と同じ化学組成を有する第1のIII族窒化物層21を形成する工程(図3(B))と、第1のIII族窒化物層21上に、第1のIII族窒化物層21と異なる化学組成を有する第2のIII族窒化物層22を形成する工程(図3(B))と、第2のIII族窒化物層22上に、ソース電極30s、ゲート電極30g、およびドレイン電極30dを形成する工程(図3(C))と、III族窒化物膜13から低熱伝導支持基板10を除去する工程(図3(D)および(E))と、III族窒化物膜13に1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板11を貼り合わせる工程(図3(F)および(G))と、を含む。
{Embodiment 2-2}
Referring to FIG. 3, another method for manufacturing the field effect transistor 2 of the present embodiment includes a low thermal conductive support substrate 10 having a thermal conductivity of less than 1.5 W · cm −1 · K −1 and a group III nitride. Step of preparing the low thermal conductive composite substrate 1A bonded with the material film 13 (FIG. 3A), on the group III nitride film 13 of the low thermal conductive composite substrate 1A, the same chemical composition as the group III nitride film 13 And forming a first group III nitride layer 21 having a chemical composition different from that of the first group III nitride layer 21 on the first group III nitride layer 21 (FIG. 3B). Forming the second group III nitride layer 22 (FIG. 3B), and forming the source electrode 30s, the gate electrode 30g, and the drain electrode 30d on the second group III nitride layer 22. The process (FIG. 3C) and the low heat transfer from the group III nitride film 13 Step of removing the supporting substrate 10 (FIG. 3 (D) and (E)) and high thermal conductivity supporting substrate 11 having a 1.5W · cm -1 · K -1 or more thermal conductivity group III nitride film 13 And a step of bonding (FIGS. 3F and 3G).

かかる電界効果型トランジスタ2の製造方法は、その製造工程において、1.5W・cm-1・K-1未満の熱伝導率を有する低熱伝導支持基板10に替えてIII族窒化物膜13に1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板11を配置することにより、高い放熱性を有し、高い出力が得られる電界効果型トランジスタ2が得られる。 In the manufacturing process of such a field effect transistor 2, the group III nitride film 13 is replaced with a low thermal conductivity supporting substrate 10 having a thermal conductivity of less than 1.5 W · cm −1 · K −1 in the manufacturing process. By disposing the high thermal conductivity supporting substrate 11 having a thermal conductivity of 5 W · cm −1 · K −1 or more, the field effect transistor 2 having high heat dissipation and high output can be obtained.

(低熱伝導複合基板を準備する工程)
まず、図3(A)を参照して、低熱伝導複合基板1Aを準備する工程において、1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板11に替えて1.5W・cm-1・K-1未満の熱伝導率を有する低熱伝導支持基板10を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、1.5W・cm-1・K-1未満の熱伝導率を有する低熱伝導支持基板10とIII族窒化物膜13とが接合膜12を介在させて貼り合わされた低熱伝導複合基板1Aを得る。
(Process for preparing a low thermal conductive composite substrate)
First, referring to FIG. 3A, in the step of preparing the low thermal conductive composite substrate 1A, the high thermal conductive support substrate 11 having a thermal conductivity of 1.5 W · cm −1 · K −1 or more is used instead of 1. except for using the low thermal conductive support substrate 10 having a .5W · cm -1 · K thermal conductivity of less than -1, in the same manner as in example 1, below 1.5 W · cm -1 · K -1 A low thermal conductive composite substrate 1A is obtained in which a low thermal conductive support substrate 10 having thermal conductivity and a group III nitride film 13 are bonded together with a bonding film 12 interposed therebetween.

低熱伝導複合基板1Aを準備する工程において用いられる低熱伝導支持基板10は、III族窒化物膜13上に反りが少なく結晶品質の高い第1のIII族窒化物層21および第2のIII族窒化物層22を成長させる観点から、低熱伝導支持基板10の線熱膨張係数のIII族窒化物膜13の線熱膨張係数に対する比が、0.8以上1.2以下が好ましく、0.9以上1.1以下がより好ましい。かかる観点から、低熱伝導支持基板10は、ムライト基板、AlN基板などが好ましい。   The low thermal conductive support substrate 10 used in the step of preparing the low thermal conductive composite substrate 1A includes the first group III nitride layer 21 and the second group III nitride that have low warpage and high crystal quality on the group III nitride film 13. From the viewpoint of growing the physical layer 22, the ratio of the linear thermal expansion coefficient of the low thermal conductive support substrate 10 to the linear thermal expansion coefficient of the group III nitride film 13 is preferably 0.8 or more and 1.2 or less, and 0.9 or more. 1.1 or less is more preferable. From this viewpoint, the low thermal conductive support substrate 10 is preferably a mullite substrate, an AlN substrate, or the like.

(第1のIII族窒化物層を形成する工程)
次に、図3(B)を参照して、第1のIII族窒化物層21を形成する工程において、実施例1と同様にして、低熱伝導複合基板1AのIII族窒化物膜13上に、III族窒化物膜13と同じ化学組成を有する第1のIII族窒化物層21を形成する。
(Step of forming the first group III nitride layer)
Next, with reference to FIG. 3B, in the step of forming the first group III nitride layer 21, in the same manner as in Example 1, on the group III nitride film 13 of the low thermal conductive composite substrate 1A. The first group III nitride layer 21 having the same chemical composition as the group III nitride film 13 is formed.

(第2のIII族窒化物層を形成する工程)
次に、図3(B)を参照して、第2のIII族窒化物層22を形成する工程において、実施例1と同様にして、第1のIII族窒化物層21上に、第1のIII族窒化物層21と異なる化学組成を有する第2のIII族窒化物層22を形成する。
(Step of forming the second group III nitride layer)
Next, referring to FIG. 3B, in the step of forming the second group III nitride layer 22, the first group III nitride layer 21 is formed on the first group III nitride layer 21 in the same manner as in the first embodiment. A second group III nitride layer 22 having a chemical composition different from that of group III nitride layer 21 is formed.

(ソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極を形成する工程)
次に、図3(C)を参照して、ソース電極30s、ゲート電極30g、およびドレイン電極30dを形成する工程において、実施例1と同様にして、第2のIII族窒化物層22上に、ソース電極30s、ゲート電極30g、およびドレイン電極30dを形成する。
(Process of forming source electrode, gate electrode, and drain electrode)
Next, referring to FIG. 3C, in the step of forming the source electrode 30s, the gate electrode 30g, and the drain electrode 30d, the second group III nitride layer 22 is formed in the same manner as in the first embodiment. The source electrode 30s, the gate electrode 30g, and the drain electrode 30d are formed.

(III族窒化物膜から低熱伝導支持基板を除去する工程)
次に、図3(D)および(E)を参照して、III族窒化物膜13から低熱伝導支持基板10を除去する工程は、特に制限はないが、III族窒化物膜13、第1のIII族窒化物層21および第2のIII族窒化物層22の品質を低下させることなく効率的に低熱伝導支持基板10を除去する観点から、ソース電極30s、ゲート電極30g、およびドレイン電極30dが形成された第2のIII族窒化物層22に仮支持基板40を貼り合わせるサブ工程(図3(D))と、III族窒化物膜13から低熱伝導支持基板10を除去するサブ工程(図3(E))と、を含むことが好ましい。
(Step of removing the low thermal conductive support substrate from the group III nitride film)
Next, referring to FIGS. 3D and 3E, the step of removing the low thermal conductive support substrate 10 from the group III nitride film 13 is not particularly limited, but the group III nitride film 13, the first From the viewpoint of efficiently removing the low thermal conductive support substrate 10 without degrading the quality of the group III nitride layer 21 and the second group III nitride layer 22, the source electrode 30s, the gate electrode 30g, and the drain electrode 30d And a sub-process of attaching the temporary support substrate 40 to the second group III nitride layer 22 formed with (FIG. 3D) and a sub-process of removing the low thermal conductive support substrate 10 from the group III nitride film 13 (FIG. 3E) is preferably included.

図3(D)を参照して、仮支持基板40を貼り合わせるサブ工程において、ソース電極30s、ゲート電極30g、およびドレイン電極30dが形成された第2のIII族窒化物層22に仮接合剤41を介在させて仮支持基板40を貼り合わせる。ここで、仮支持基板40としては、特に制限はないが、機械的強度が高い観点から、Si基板などが好ましい。また、仮接合剤41としては、特に制限はないが、接合および除去が簡便な観点から、所定の温度で軟化するものなどが好ましい。   Referring to FIG. 3D, in the sub-step of attaching the temporary support substrate 40, the temporary bonding agent is applied to the second group III nitride layer 22 in which the source electrode 30s, the gate electrode 30g, and the drain electrode 30d are formed. The temporary support substrate 40 is bonded with 41 interposed. Here, the temporary support substrate 40 is not particularly limited, but a Si substrate or the like is preferable from the viewpoint of high mechanical strength. The temporary bonding agent 41 is not particularly limited, but is preferably one that softens at a predetermined temperature from the viewpoint of easy bonding and removal.

図3(E)を参照して、低熱伝導支持基板10を除去するサブ工程において、III族窒化物膜13から低熱伝導支持基板10および接合膜12を除去する。低熱伝導支持基板10および接合膜12を除去する方法は、特に制限はなく、エッチング、切断、研削、および/または研磨などが適用できる。   Referring to FIG. 3E, in the sub-process of removing low heat conductive support substrate 10, low heat conductive support substrate 10 and bonding film 12 are removed from group III nitride film 13. The method for removing the low thermal conductive support substrate 10 and the bonding film 12 is not particularly limited, and etching, cutting, grinding, and / or polishing can be applied.

(高熱伝導支持基板を貼り合わせる工程)
図3(F)および(G)を参照して、高熱伝導支持基板11を貼り合わせる工程は、特に制限はないが、高熱伝導支持基板11を効率よく貼り合わせる観点から、III族窒化物膜13に1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板11を貼り合わせるサブ工程(図3(F))と、仮支持基板40を除去するサブ工程(図3(G))と、を含む。
(Process of bonding high thermal conductivity support substrate)
Referring to FIGS. 3F and 3G, the step of bonding the high thermal conductive support substrate 11 is not particularly limited, but from the viewpoint of efficiently bonding the high thermal conductive support substrate 11, the group III nitride film 13 is bonded. And a sub-process (FIG. 3 (F)) for bonding the high thermal conductivity support substrate 11 having a thermal conductivity of 1.5 W · cm −1 · K −1 or more to the temporary support substrate 40 (FIG. 3). (G)).

図3(F)を参照して、高熱伝導支持基板11を貼り合わせるサブ工程において、III族窒化物膜13に1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板11を貼り合わせる。高熱伝導支持基板11を貼り合わせる方法は、特に制限はないが、III族窒化物膜13と高熱伝導支持基板11との接合強度を高める観点から、接合膜12を介在させて貼り合わせることが好ましい。III族窒化物膜13と高熱伝導支持基板11とを接合膜12を介在させて貼り合わせる方法は、上記の高熱伝導複合基板1の準備する場合と同様の方法である。 Referring to FIG. 3 (F), in the sub-process for bonding high heat conductive support substrate 11, high heat conductive support having a thermal conductivity of 1.5 W · cm −1 · K −1 or more is applied to group III nitride film 13. The substrate 11 is bonded. The method for bonding the high thermal conductive support substrate 11 is not particularly limited, but from the viewpoint of increasing the bonding strength between the group III nitride film 13 and the high thermal conductive support substrate 11, the bonding is preferably performed with the bonding film 12 interposed. . The method of laminating the group III nitride film 13 and the high thermal conductive support substrate 11 with the bonding film 12 interposed is the same as the method for preparing the high thermal conductive composite substrate 1 described above.

図3(G)を参照して、仮支持基板40を除去するサブ工程において、ソース電極30s、ゲート電極30g、およびドレイン電極30dが形成された第2のIII族窒化物層22から仮支持基板40を除去する。仮支持基板40を除去する方法は、特に制限はなく、仮接合剤41を軟化させて仮接合剤41とともに仮支持基板40を除去する方法などが挙げられる。   Referring to FIG. 3G, in the sub-step of removing temporary support substrate 40, temporary support substrate is formed from second group III nitride layer 22 in which source electrode 30s, gate electrode 30g, and drain electrode 30d are formed. 40 is removed. The method for removing the temporary support substrate 40 is not particularly limited, and examples thereof include a method of softening the temporary bonding agent 41 and removing the temporary support substrate 40 together with the temporary bonding agent 41.

このようにして、電界効果型トランジスタ2が得られる。ここで、第1のIII族窒化物層21をGaN層とし、第2のIII族窒化物層22をAl1-xGaxN層(0≦x<1)とすると、第2のIII族窒化物層22は、第1のIII族窒化物層21よりバンドエネルギーが低くなり、第1のIII族窒化物層21から発生した電子は第2のIII族窒化物層22に集まり、第2のIII族窒化物層22の第1のIII族窒化物層21との界面近傍10nm程度の厚さの領域に分布する二次元電子ガスが形成され、HEMT(高電子移動度トランジスタ)と呼ばれる電界効果型トランジスタ2が得られる。 In this way, the field effect transistor 2 is obtained. Here, when the first group III nitride layer 21 is a GaN layer and the second group III nitride layer 22 is an Al 1-x Ga x N layer (0 ≦ x <1), the second group III The nitride layer 22 has a band energy lower than that of the first group III nitride layer 21, and electrons generated from the first group III nitride layer 21 gather in the second group III nitride layer 22, The two-dimensional electron gas distributed in a region having a thickness of about 10 nm in the vicinity of the interface between the group III nitride layer 22 and the first group III nitride layer 21 is formed, and an electric field called HEMT (High Electron Mobility Transistor) is formed. An effect transistor 2 is obtained.

(実施例1)
1.高熱伝導複合基板の準備
まず、図2(A)を参照して、1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板11とIII族窒化物膜13とを接合膜12を介在させて貼り合わせた高熱伝導複合基板1を準備した。ここで、高熱伝導支持基板11は、焼結法により得られた、熱伝導率が1.8W・cm-1・K-1で、主面に平行な方向の線熱膨張係数が3×10-6-1(GaN膜の主面に平行な線熱膨張係数に対する比が1.0)で、直径が5.0cmで、厚さが300μmのAlN多結晶基板であった。接合膜12は、直径が5.0cmで、厚さが0.5μmのSiO2膜であった。III族窒化物膜13は、直径が5.0cmで、厚さが0.1μmのGaN膜であった。
(Example 1)
1. Preparation of High Thermal Conductive Composite Substrate First, referring to FIG. 2A, a high thermal conductive support substrate 11 having a thermal conductivity of 1.5 W · cm −1 · K −1 or higher and a group III nitride film 13 are prepared. A high thermal conductive composite substrate 1 bonded with a bonding film 12 interposed therebetween was prepared. Here, the high thermal conductivity support substrate 11 has a thermal conductivity of 1.8 W · cm −1 · K −1 obtained by a sintering method and a linear thermal expansion coefficient in the direction parallel to the main surface of 3 × 10. -6 K -1 (ratio to linear thermal expansion coefficient parallel to the main surface of the GaN film is 1.0), an AlN polycrystalline substrate having a diameter of 5.0 cm and a thickness of 300 μm. The bonding film 12 was a SiO 2 film having a diameter of 5.0 cm and a thickness of 0.5 μm. The group III nitride film 13 was a GaN film having a diameter of 5.0 cm and a thickness of 0.1 μm.

2.第1のIII族窒化物層および第2のIII族窒化物層の形成
次に、図2(B)を参照して、III族窒化物膜13上にMOCVD法により第1のIII族窒化物層21として厚さが3μmのi型GaN層を成長させ、次いで、第1のIII族窒化物層21上にMOCVD法により第2のIII族窒化物層22として厚さが0.025μmのi型Al0.25Ga0.75N層を形成した。
2. Formation of First Group III Nitride Layer and Second Group III Nitride Layer Next, referring to FIG. 2B, a first group III nitride is formed on group III nitride film 13 by MOCVD. An i-type GaN layer having a thickness of 3 μm is grown as the layer 21, and then an i-type GaN layer having a thickness of 0.025 μm is formed as the second group III nitride layer 22 on the first group III nitride layer 21 by MOCVD. A type Al 0.25 Ga 0.75 N layer was formed.

3.ソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極の形成
次に、図2(C)を参照して、第2のIII族窒化物層22上に、フォトリソグラフィ法によるマスクパターンの形成、EB蒸着法による少なくとも1層の金属層の形成、およびリフトオフ法によるマスクパターンの除去により、ソース電極30s、ゲート電極30g、およびドレイン電極30dを形成した。ソース電極30sおよびドレイン電極30dは、いずれも厚さが50nmのTi層、厚さが100nmのAl層、および厚さが200nmのAu層を積層し、800℃で30秒間熱処理して合金化することにより形成した。ゲート電極30gは、厚さが300nmのAu層をゲート幅が2μm、ゲート長さが150μmになるように形成した。
3. Formation of Source Electrode, Gate Electrode, and Drain Electrode Next, referring to FIG. 2C, a mask pattern is formed on the second group III nitride layer 22 by photolithography, and at least by EB vapor deposition. The source electrode 30s, the gate electrode 30g, and the drain electrode 30d were formed by forming one metal layer and removing the mask pattern by the lift-off method. The source electrode 30s and the drain electrode 30d are both alloyed by laminating a Ti layer having a thickness of 50 nm, an Al layer having a thickness of 100 nm, and an Au layer having a thickness of 200 nm, and performing heat treatment at 800 ° C. for 30 seconds. Was formed. The gate electrode 30g was formed of an Au layer having a thickness of 300 nm so that the gate width was 2 μm and the gate length was 150 μm.

4.電界効果型トランジスタの特性評価
上記のようにして得られた電界効果型トランジスタ2であるHEMTの特性オン抵抗(トランジスタのチャネル面積あたりの抵抗をいう。以下同じ。)は、半導体パラメータアナライザ(アジレント社製B1505)により測定したところ、1mΩcm2であった。これは、後述する比較例1に比べて、高熱伝導支持基板11であるAlN多結晶基板の放熱性が高いことから、第1のIII族窒化物層21であるi型GaN層の放熱性が高いため、特性オン抵抗が低いことが分かった。
4). Characteristic Evaluation of Field Effect Transistor The characteristic on-resistance (referred to as the resistance per channel area of the transistor; hereinafter the same) of the HEMT, which is the field effect transistor 2 obtained as described above, is a semiconductor parameter analyzer (Agilent Corporation). When measured by B1505), it was 1 mΩcm 2 . This is because the heat dissipation of the AlN polycrystalline substrate which is the high thermal conductivity support substrate 11 is higher than that of Comparative Example 1 which will be described later. Therefore, the heat dissipation of the i-type GaN layer which is the first group III nitride layer 21 is higher. It was found that the characteristic on-resistance was low because of its high value.

(実施例2)
高熱伝導支持基板として、AlN多結晶基板に替えて、焼結法により得られた、熱伝導率が2.7W・cm-1・K-1で、主面に平行な方向の線熱膨張係数が3×10-6-1(GaN膜の主面に平行な線熱膨張係数に対する比が1.0)で、直径が5.0cmで、厚さが300μmのSiC多結晶基板を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、電界効果型トランジスタであるHEMTを作製した。そのHEMTの特性オン抵抗は、0.7mΩcm2であった。これは、後述する比較例1に比べて、高熱伝導支持基板11であるSiC多結晶基板の放熱性が高いことから、第1のIII族窒化物層21であるi型GaN層の放熱性が高いため、特性オン抵抗が低いことが分かった。
(Example 2)
As the high thermal conductive support substrate, the thermal conductivity is 2.7 W · cm −1 · K −1 obtained by the sintering method instead of the AlN polycrystalline substrate, and the linear thermal expansion coefficient in the direction parallel to the main surface Is 3 × 10 −6 K −1 (ratio to linear thermal expansion coefficient parallel to the main surface of the GaN film is 1.0), a SiC polycrystalline substrate having a diameter of 5.0 cm and a thickness of 300 μm is used. Except for this, a HEMT, which is a field effect transistor, was fabricated in the same manner as in Example 1. The characteristic on-resistance of the HEMT was 0.7 mΩcm 2 . This is because the heat dissipation of the SiC polycrystalline substrate which is the high thermal conductivity support substrate 11 is higher than that of Comparative Example 1 described later, and therefore the heat dissipation of the i-type GaN layer which is the first group III nitride layer 21 is higher. It was found that the characteristic on-resistance was low because of its high value.

(比較例1)
高熱伝導支持基板であるAlN多結晶基板に替えて、焼結法により得られた1.5W・cm-1・K-1未満の熱伝導率を有する低熱伝導支持基板である、熱伝導率が0.5W・cm-1・K-1で、主面に平行な方向の線熱膨張係数が3×10-6-1(GaN膜の主面に平行な線熱膨張係数に対する比が1.0)で、直径が5.0cmで、厚さが300μmのムライト基板を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、電界効果型トランジスタであるHEMTを作製した。そのHEMTの特性オン抵抗は、5mΩcm2であった。
(Comparative Example 1)
Instead of the AlN polycrystalline substrate, which is a high thermal conductive support substrate, a low thermal conductive support substrate having a thermal conductivity of less than 1.5 W · cm −1 · K −1 obtained by a sintering method, the thermal conductivity is 0.5 W · cm −1 · K −1 and the linear thermal expansion coefficient in the direction parallel to the main surface is 3 × 10 −6 K −1 (the ratio to the linear thermal expansion coefficient parallel to the main surface of the GaN film is 1 0.0) and a mullite substrate having a diameter of 5.0 cm and a thickness of 300 μm was used in the same manner as in Example 1 to fabricate a HEMT as a field effect transistor. The characteristic on-resistance of the HEMT was 5 mΩcm 2 .

(実施例3)
1.低熱伝導複合基板の準備
まず、図3(A)を参照して、1.5W・cm-1・K-1未満の熱伝導率を有する低熱伝導支持基板10とIII族窒化物膜13とを接合膜12を介在させて貼り合わせた低熱伝導複合基板1Aを準備した。ここで、低熱伝導支持基板10は、焼結法により得られた、熱伝導率が0.5W・cm-1・K-1で、主面に平行な方向の線熱膨張係数が3×10-6-1(GaN膜の主面に平行な線熱膨張係数に対する比が1.0)で、直径が5.0cmで、厚さが300μmのムライト基板であった。接合膜12は、直径が5.0cmで、厚さが1μmのSiO2膜であった。III族窒化物膜13は、直径が5.0cmで、厚さが0.1μmのGaN膜であった。
(Example 3)
1. Preparation of Low Thermal Conductive Composite Substrate First, referring to FIG. 3A, a low thermal conductive support substrate 10 having a thermal conductivity of less than 1.5 W · cm −1 · K −1 and a group III nitride film 13 are prepared. A low thermal conductive composite substrate 1A bonded with the bonding film 12 interposed therebetween was prepared. Here, the low thermal conductivity supporting substrate 10 has a thermal conductivity of 0.5 W · cm −1 · K −1 obtained by a sintering method and a linear thermal expansion coefficient in the direction parallel to the main surface of 3 × 10. It was a mullite substrate having a diameter of 5.0 cm and a thickness of 300 μm at −6 K −1 (ratio to linear thermal expansion coefficient parallel to the main surface of the GaN film was 1.0). The bonding film 12 was a SiO 2 film having a diameter of 5.0 cm and a thickness of 1 μm. The group III nitride film 13 was a GaN film having a diameter of 5.0 cm and a thickness of 0.1 μm.

2.第1のIII族窒化物層および第2のIII族窒化物層の形成
次に、図3(B)を参照して、III族窒化物膜13上にMOCVD法により第1のIII族窒化物層21として厚さが3μmのi型GaN層を成長させ、次いで、第1のIII族窒化物層21上にMOCVD法により第2のIII族窒化物層22として厚さが0.025μmのi型Al0.25Ga0.75N層を形成した。
2. Formation of First Group III Nitride Layer and Second Group III Nitride Layer Next, referring to FIG. 3B, a first group III nitride is formed on group III nitride film 13 by MOCVD. An i-type GaN layer having a thickness of 3 μm is grown as the layer 21, and then an i-type GaN layer having a thickness of 0.025 μm is formed as the second group III nitride layer 22 on the first group III nitride layer 21 by MOCVD. A type Al 0.25 Ga 0.75 N layer was formed.

3.ソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極の形成
次に、図3(C)を参照して、第2のIII族窒化物層22上に、フォトリソグラフィ法によるマスクパターンの形成、EB蒸着法による少なくとも1層の金属層の形成、およびリフトオフ法によるマスクパターンの除去により、ソース電極30s、ゲート電極30g、およびドレイン電極30dを形成した。ソース電極30sおよびドレイン電極30dは、いずれも厚さが50nmのTi層、厚さが100nmのAl層、および厚さが200nmのAu層を積層し、800℃で30秒間熱処理して合金化することにより形成した。ゲート電極30gは、厚さが300nmのAu層をゲート幅が2μm、ゲート長さが150μmになるように形成した。
3. Formation of Source Electrode, Gate Electrode, and Drain Electrode Next, referring to FIG. 3C, a mask pattern is formed on the second group III nitride layer 22 by photolithography, and at least by EB vapor deposition. The source electrode 30s, the gate electrode 30g, and the drain electrode 30d were formed by forming one metal layer and removing the mask pattern by the lift-off method. The source electrode 30s and the drain electrode 30d are both alloyed by laminating a Ti layer having a thickness of 50 nm, an Al layer having a thickness of 100 nm, and an Au layer having a thickness of 200 nm, and performing heat treatment at 800 ° C. for 30 seconds. Was formed. The gate electrode 30g was formed of an Au layer having a thickness of 300 nm so that the gate width was 2 μm and the gate length was 150 μm.

4.低熱伝導支持基板の除去
次に、図3(D)を参照して、ソース電極30s、ゲート電極30g、およびドレイン電極30dが形成された第2のIII族窒化物層22に、仮接合剤41であるBrewer Sciences社製WaferBond HT−10,10を塗布することにより介在させて、真空中で200℃に加熱された雰囲気中で、ウエハボンディングを用いて仮支持基板40である直径が5.0cmで厚さが300μmのサファイア基板を貼り合わせた。次いで、図3(E)を参照して、III族窒化物膜13から、バッファードフッ酸(関東化学社製BHF110)により、低熱伝導支持基板10および接合膜12を溶解させて除去した。
4). Removal of Low Thermal Conductive Support Substrate Next, referring to FIG. 3D, the temporary bonding agent 41 is applied to the second group III nitride layer 22 in which the source electrode 30s, the gate electrode 30g, and the drain electrode 30d are formed. The diameter of the temporary support substrate 40 is 5.0 cm using wafer bonding in an atmosphere heated to 200 ° C. in a vacuum with the application of a wafer bond HT-10, 10 manufactured by Brewer Sciences. And a sapphire substrate having a thickness of 300 μm was bonded. Next, referring to FIG. 3E, the low thermal conductive support substrate 10 and the bonding film 12 were dissolved and removed from the group III nitride film 13 by buffered hydrofluoric acid (BHF110 manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.).

5.高熱伝導支持基板の貼り合わせ
次に、図3(F)を参照して、III族窒化物膜13に接合膜12を介在させて1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板11を貼り合わせた。高熱伝導支持基板11は、実施例1と同様の、焼結法により得られた、熱伝導率が1.8W・cm-1・K-1で、主面に平行な方向の線熱膨張係数が3×10-6-1(GaN膜の主面に平行な線熱膨張係数に対する比が1.0)で、直径が5.0cmで、厚さが300μmのAlN多結晶基板を用いた。貼り合わせは、高熱伝導複合基板の形成方法と同様に、III族窒化物膜13および高熱伝導支持基板11のそれぞれに接合膜12としてSiO2膜を形成した後、それぞれのSiO2膜を接合することにより行なった。次いで、図3(G)を参照して、200℃に加熱して仮接合剤41を軟化することにより、ソース電極30s、ゲート電極30g、およびドレイン電極30dが形成された第2のIII族窒化物層22から仮接合剤41とともに仮支持基板40を除去した。
5). Next, referring to FIG. 3F, the thermal conductivity of 1.5 W · cm −1 · K −1 or more is obtained by interposing the bonding film 12 in the group III nitride film 13. A high thermal conductivity supporting substrate 11 having a laminate was attached. The high thermal conductivity support substrate 11 has a thermal conductivity of 1.8 W · cm −1 · K −1 obtained by a sintering method similar to that in Example 1, and a linear thermal expansion coefficient in a direction parallel to the main surface. Is 3 × 10 −6 K −1 (ratio to linear thermal expansion coefficient parallel to the main surface of the GaN film is 1.0), an AlN polycrystalline substrate having a diameter of 5.0 cm and a thickness of 300 μm is used. . As in the method of forming the high thermal conductive composite substrate, bonding is performed by forming an SiO 2 film as the bonding film 12 on each of the group III nitride film 13 and the high thermal conductive support substrate 11 and then bonding the respective SiO 2 films. Was done. Next, referring to FIG. 3G, the second group III nitride in which the source electrode 30s, the gate electrode 30g, and the drain electrode 30d are formed by softening the temporary bonding agent 41 by heating to 200 ° C. The temporary support substrate 40 was removed from the physical layer 22 together with the temporary bonding agent 41.

6.電界効果型トランジスタの特性評価
上記のようにして得られた電界効果型トランジスタ2であるHEMTの特性オン抵抗は、1mΩcm2であった。これは、比較例1に比べて特性オン抵抗が低いことが分かった。
6). Characteristic Evaluation of Field Effect Transistor The characteristic on-resistance of the HEMT, which is the field effect transistor 2 obtained as described above, was 1 mΩcm 2 . This indicates that the characteristic on-resistance is lower than that of Comparative Example 1.

(実施例4)
高熱伝導支持基板として、AlN多結晶基板に替えて、実施例2と同様の、焼結法により得られた、熱伝導率が2.7W・cm-1・K-1で、主面に平行な方向の線熱膨張係数が3×10-6-1(GaN膜の主面に平行な線熱膨張係数に対する比が1.0)で、直径が5.0cmで、厚さが300μmのSiC多結晶基板を用いたこと以外は、実施例3と同様にして、電界効果型トランジスタであるHEMTを作製した。そのHEMTの特性オン抵抗は、0.7mΩcm2であった。これは、比較例1に比べて特性オン抵抗が低いことが分かった。
Example 4
Instead of the AlN polycrystalline substrate as the high thermal conductivity supporting substrate, the thermal conductivity was 2.7 W · cm −1 · K −1 obtained by the same sintering method as in Example 2 and parallel to the main surface. The linear thermal expansion coefficient in a specific direction is 3 × 10 −6 K −1 (the ratio to the linear thermal expansion coefficient parallel to the main surface of the GaN film is 1.0), the diameter is 5.0 cm, and the thickness is 300 μm. A HEMT, which is a field effect transistor, was fabricated in the same manner as in Example 3 except that a SiC polycrystalline substrate was used. The characteristic on-resistance of the HEMT was 0.7 mΩcm 2 . This indicates that the characteristic on-resistance is lower than that of Comparative Example 1.

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

1 高熱伝導複合基板
1A 低熱伝導複合基板
1L 接合基板
2 電界効果型トランジスタ
10 低熱伝導支持基板
11 高熱伝導支持基板
12,12a,12b 接合膜
13 III族窒化物膜
13D,13Dr III族窒化物膜ドナー基板
13i イオン注入領域
21 第1のIII族窒化物層
22 第2のIII族窒化物層
30d ドレイン電極
30g ゲート電極
30s ソース電極
40 仮支持基板
41 仮接合剤。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High heat conductive composite substrate 1A Low heat conductive composite substrate 1L Joint substrate 2 Field effect transistor 10 Low heat conductive support substrate 11 High heat conductive support substrate 12, 12a, 12b Bond film 13 Group III nitride film 13D, 13Dr Group III nitride film donor Substrate 13i Ion implantation region 21 First group III nitride layer 22 Second group III nitride layer 30d Drain electrode 30g Gate electrode 30s Source electrode 40 Temporary support substrate 41 Temporary bonding agent.

Claims (8)

1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板と、III族窒化物膜と、が貼り合わせられた高熱伝導複合基板と、
前記高熱伝導複合基板の前記III族窒化物膜上に配置され、かつ前記III族窒化物膜と同じ化学組成を有する第1のIII族窒化物層と、
前記第1のIII族窒化物層上に配置され、かつ前記第1のIII族窒化物層と異なる化学組成を有する第2のIII族窒化物層と、
前記第2のIII族窒化物層上に配置されたソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極と、を含む電界効果型トランジスタ。
A high thermal conductivity composite substrate in which a high thermal conductivity support substrate having a thermal conductivity of 1.5 W · cm −1 · K −1 or more and a group III nitride film are bonded together;
A first group III nitride layer disposed on the group III nitride film of the high thermal conductive composite substrate and having the same chemical composition as the group III nitride film;
A second group III nitride layer disposed on the first group III nitride layer and having a different chemical composition than the first group III nitride layer;
A field effect transistor comprising a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode disposed on the second group III nitride layer.
前記III族窒化物膜はGaN膜であり、前記第1のIII族窒化物層はGaN層である請求項1に記載の電界効果型トランジスタ。   2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the group III nitride film is a GaN film, and the first group III nitride layer is a GaN layer. 前記高熱伝導支持基板は、前記III族窒化物膜の線熱膨張係数に対する比が0.8以上1.2以下の線熱膨張係数を有する請求項1または請求項2に記載の電界効果型トランジスタ。   3. The field effect transistor according to claim 1, wherein the high thermal conductivity supporting substrate has a linear thermal expansion coefficient of 0.8 to 1.2 in a ratio to a linear thermal expansion coefficient of the group III nitride film. . 前記高熱伝導支持基板は、AlN結晶およびSiC結晶からなる群から選ばれる少なくとも1種類の結晶を少なくとも1個含む請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電界効果型トランジスタ。   4. The field effect transistor according to claim 1, wherein the high thermal conductive support substrate includes at least one crystal selected from the group consisting of an AlN crystal and an SiC crystal. 5. 1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板と、III族窒化物膜と、が貼り合わされた高熱伝導複合基板を準備する工程と、
前記高熱伝導複合基板の前記III族窒化物膜上に、前記III族窒化物膜と同じ化学組成を有する第1のIII族窒化物層を形成する工程と、
前記第1のIII族窒化物層上に、前記第1のIII族窒化物層と異なる化学組成を有する第2のIII族窒化物層を形成する工程と、
前記第2のIII族窒化物層上に、ソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極を形成する工程と、を含む電界効果型トランジスタの製造方法。
Preparing a high thermal conductive composite substrate in which a high thermal conductive support substrate having a thermal conductivity of 1.5 W · cm −1 · K −1 or more and a group III nitride film are bonded together;
Forming a first group III nitride layer having the same chemical composition as the group III nitride film on the group III nitride film of the high thermal conductive composite substrate;
Forming a second group III nitride layer having a chemical composition different from that of the first group III nitride layer on the first group III nitride layer;
Forming a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode on the second group III nitride layer.
前記高熱伝導支持基板は、前記III族窒化物膜の線熱膨張係数に対する比が0.8以上1.2以下の線熱膨張係数を有する請求項5に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。   6. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 5, wherein the high thermal conductivity supporting substrate has a linear thermal expansion coefficient of 0.8 to 1.2 in a ratio to the linear thermal expansion coefficient of the group III nitride film. 1.5W・cm-1・K-1未満の熱伝導率を有する低熱伝導支持基板と、III族窒化物膜と、が貼り合わされた低熱伝導複合基板を準備する工程と、
前記低熱伝導複合基板の前記III族窒化物膜上に、前記III族窒化物膜と同じ化学組成を有する第1のIII族窒化物層を形成する工程と、
前記第1のIII族窒化物層上に、前記第1のIII族窒化物層と異なる化学組成を有する第2のIII族窒化物層を形成する工程と、
前記第2のIII族窒化物層上に、ソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極を形成する工程と、
前記III族窒化物膜から前記低熱伝導支持基板を除去する工程と、
前記III族窒化物膜に1.5W・cm-1・K-1以上の熱伝導率を有する高熱伝導支持基板を貼り合わせる工程と、を含む電界効果型トランジスタの製造方法。
Preparing a low thermal conductive composite substrate in which a low thermal conductive support substrate having a thermal conductivity of less than 1.5 W · cm −1 · K −1 and a group III nitride film are bonded together;
Forming a first group III nitride layer having the same chemical composition as the group III nitride film on the group III nitride film of the low thermal conductive composite substrate;
Forming a second group III nitride layer having a chemical composition different from that of the first group III nitride layer on the first group III nitride layer;
Forming a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode on the second group III nitride layer;
Removing the low thermal conductivity support substrate from the group III nitride film;
Bonding a high thermal conductivity supporting substrate having a thermal conductivity of 1.5 W · cm −1 · K −1 or more to the group III nitride film, and a method for manufacturing a field effect transistor.
前記低熱伝導支持基板は、前記III族窒化物膜の線熱膨張係数に対する比が0.8以上1.2以下の線熱膨張係数を有する請求項7に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。   8. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 7, wherein the low thermal conductive support substrate has a linear thermal expansion coefficient of 0.8 to 1.2 in a ratio to the linear thermal expansion coefficient of the group III nitride film.
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