JP2016086108A - Compound semiconductor device - Google Patents

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理人 西森
Michihito Nishimori
理人 西森
忠紘 今田
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忠紘 今田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compound semiconductor device capable of improving a withstanding voltage without deteriorating high-frequency characteristics.SOLUTION: In only a partial region on a carrier supply layer 13 between a drain electrode 17 and a gate electrode 15, a cap layer 18 in an electrically floating state is provided so as to be separated from the gate electrode 15. No electrode is provided on the cap layer 18 to make it in the floating state. The cap layer 18 is in a stripe shape and arranged in parallel to the gate electrode 15. The magnitude of polarization of the cap layer 18 is set to be lower than that of the carrier supply layer 13.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、化合物半導体装置に関するものであり、例えば、GaN系半導体を用いたHEMT(高電子移動度トランジスタ)等の化合物半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a compound semiconductor device, for example, a compound semiconductor device such as a HEMT (High Electron Mobility Transistor) using a GaN-based semiconductor.

近年、AlGaN/GaNヘテロ接合を利用し、GaNを電子走行層とするGaN系HEMTの開発が活発である。GaN系半導体はGaAs等の他のIII-V族化合物半導体と比べてワイドバンドギャップ、高い破壊電界強度、大きい飽和電子速度を持つという特長がある。この特長により、大電流・高電圧・低オン抵抗動作のトランジスタが実現可能な材料として極めて有望である。   In recent years, GaN-based HEMTs using AlGaN / GaN heterojunctions and using GaN as an electron transit layer have been actively developed. GaN-based semiconductors are characterized by having a wide band gap, a high breakdown field strength, and a large saturation electron velocity compared to other III-V group compound semiconductors such as GaAs. With this feature, it is extremely promising as a material that can realize a transistor with a large current, high voltage, and low on-resistance.

このため、無線通信システムにおける基地局などで用いられる次世代の高効率増幅器や、電力を制御するための高効率スイッチング素子への適用を目指して開発が活発に行われている。   For this reason, development is actively conducted aiming at application to next-generation high-efficiency amplifiers used in base stations and the like in wireless communication systems and high-efficiency switching elements for controlling power.

図17は、従来のGaN系HEMTの説明図であり、図17(a)は断面図であり、図17(b)はゲート電極近傍の電界分布の説明図である。図17(a)に示すように、従来のGaN系HEMTは、SiC基板51上にAlN核形成層52を介してi型GaN電子走行層53及びn型AlGaN電子供給層54を順次成膜する。この時、i型GaN電子走行層53とn型AlGaN電子供給層54との界面近傍に二次元電子ガス55が生成される。このn型AlGaN電子供給層54上に保護膜となるSiN膜56を設け、SiN膜56の除去部にソース電極57、ドレイン電極58及びゲート電極59を設けている。   FIG. 17 is an explanatory view of a conventional GaN-based HEMT, FIG. 17 (a) is a cross-sectional view, and FIG. 17 (b) is an explanatory view of an electric field distribution near the gate electrode. As shown in FIG. 17A, the conventional GaN-based HEMT sequentially forms an i-type GaN electron transit layer 53 and an n-type AlGaN electron supply layer 54 on an SiC substrate 51 via an AlN nucleation layer 52. . At this time, a two-dimensional electron gas 55 is generated near the interface between the i-type GaN electron transit layer 53 and the n-type AlGaN electron supply layer 54. A SiN film 56 serving as a protective film is provided on the n-type AlGaN electron supply layer 54, and a source electrode 57, a drain electrode 58, and a gate electrode 59 are provided in the removed portion of the SiN film 56.

このGaN系HEMTにおいては、高電圧動作が必要になるため、耐圧性能の向上が必須となる。しかしオン抵抗を低減するために二次元電子ガス55のキャリア濃度を増加させた場合には耐圧性能は劣化してしまう。これは、図17(b)に示すように、二次元電子ガス55のキャリア濃度が高い場合は空乏層が拡がりにくくなるために空乏層にかかる電界が強くなるためである。   In this GaN-based HEMT, high voltage operation is required, so that improvement in breakdown voltage performance is essential. However, when the carrier concentration of the two-dimensional electron gas 55 is increased in order to reduce the on-resistance, the pressure resistance performance deteriorates. This is because, as shown in FIG. 17B, when the carrier concentration of the two-dimensional electron gas 55 is high, the depletion layer is difficult to expand, and the electric field applied to the depletion layer becomes strong.

ゲート電極59とドレイン電極58との間の電位変化は高抵抗となる空乏層内で起こるため、空乏層幅が狭い場合は等電位線60の間隔が密になり僅かな距離で電位が大きく変化し、空乏層にかかる電界が強くなってしまう。   Since the potential change between the gate electrode 59 and the drain electrode 58 occurs in the depletion layer having a high resistance, when the width of the depletion layer is narrow, the equipotential lines 60 are closely spaced and the potential changes greatly at a short distance. In addition, the electric field applied to the depletion layer becomes strong.

このような問題を解消するために、フィールドプレート電極を設けたり、あるいは、ゲート電極を階段状に形成して空乏層の幅を広げ、耐圧性能を向上させることが提案されている(例えば、特許文献1或いは特許文献2参照)。   In order to solve such a problem, it has been proposed to increase the width of the depletion layer by providing a field plate electrode or forming a gate electrode in a step shape to improve the withstand voltage performance (for example, patents). Reference 1 or Patent Document 2).

図18は、従来の改良型GaN系HEMTの断面図であり、図18(a)はゲート電極59とドレイン電極58との間にソース電極57に接続したフィールドプレート61を設けたものである。また、図18(b)は、ゲート電極62にドレイン電極58側に張り出す庇部を形成したものである。いずれの場合も、ゲート電極59,62の近傍の空乏層の幅を広げ、耐圧性能を向上させることができる。   FIG. 18 is a cross-sectional view of a conventional improved GaN-based HEMT. FIG. 18A shows a field plate 61 connected to a source electrode 57 between a gate electrode 59 and a drain electrode 58. FIG. 18B shows the gate electrode 62 having a ridge that protrudes toward the drain electrode 58. In either case, the width of the depletion layer in the vicinity of the gate electrodes 59 and 62 can be widened to improve the breakdown voltage performance.

しかし、これらの提案の場合には、寄生容量が発生して高周波特性が劣化してしまうという問題があるので、図19を参照してこの事情を説明する。図19は従来の改良型GaN系HEMTの問題点の説明図である。図19(a)に示すように、フィールドプレート61を設けた場合には、フィールドプレート61と二次元電子ガス55との間に寄生容量が形成されて、信号遅延の原因となる。また、図19(b)に示すように、ゲート電極62に庇部を設けた場合には、この庇部と二次元電子ガス55との間に寄生容量が形成されて、信号遅延の原因となる。   However, in these proposals, there is a problem that high-frequency characteristics are deteriorated due to generation of parasitic capacitance, and this situation will be described with reference to FIG. FIG. 19 is an explanatory diagram of problems of the conventional improved GaN-based HEMT. As shown in FIG. 19A, when the field plate 61 is provided, a parasitic capacitance is formed between the field plate 61 and the two-dimensional electron gas 55, causing a signal delay. As shown in FIG. 19B, when the gate electrode 62 is provided with a flange, a parasitic capacitance is formed between the flange and the two-dimensional electron gas 55, causing a signal delay. Become.

一方、ゲート電極に接するようにGaNキャップ層を設け、GaNキャップ層によってゲート電極近傍の二次元電子ガスのキャリア濃度を低減し、それによって耐圧を高めることが提案されている(たとえば、特許文献3参照)。   On the other hand, it has been proposed that a GaN cap layer is provided so as to be in contact with the gate electrode, and the carrier concentration of the two-dimensional electron gas near the gate electrode is reduced by the GaN cap layer, thereby increasing the breakdown voltage (for example, Patent Document 3). reference).

図20は従来の高耐圧GaN系HEMTの断面図であり、半絶縁性SiC基板71上にバッファ層72を介してGaNチャネル層73、AlGaNバリア層74及びGaNキャップ層76を成膜する。この場合も、GaNチャネル層73とAlGaNバリア層74との界面近傍に二次元電子ガス75が発生する。ソース・ドレイン電極形成領域にSiをイオン注入してSi注入領域77を形成し、このSi注入領域77上にソース電極78及びドレイン電極79を形成する。   FIG. 20 is a cross-sectional view of a conventional high voltage GaN-based HEMT. A GaN channel layer 73, an AlGaN barrier layer 74, and a GaN cap layer 76 are formed on a semi-insulating SiC substrate 71 through a buffer layer 72. Also in this case, a two-dimensional electron gas 75 is generated in the vicinity of the interface between the GaN channel layer 73 and the AlGaN barrier layer 74. Si ions are implanted into the source / drain electrode formation region to form a Si implantation region 77, and a source electrode 78 and a drain electrode 79 are formed on the Si implantation region 77.

ゲート電極形成領域のGaNキャップ層76を除去したのち、T型のゲート電極80を形成し、ゲート電極80に接するドレイン側のGaNキャップ層の一部を残してGaNキャップ層をエッチング除去し、最後に表面を保護する誘電体膜81を形成する。残存したGaNキャップ層76の直下においては二次元電子ガス75のキャリア濃度が低減するので、空乏層が拡がりやすくなり、耐圧が向上する。   After removing the GaN cap layer 76 in the gate electrode formation region, a T-type gate electrode 80 is formed, and the GaN cap layer is etched away leaving a part of the GaN cap layer on the drain side in contact with the gate electrode 80. A dielectric film 81 for protecting the surface is formed. Immediately below the remaining GaN cap layer 76, the carrier concentration of the two-dimensional electron gas 75 is reduced, so that the depletion layer is easily expanded and the breakdown voltage is improved.

特開2014−072391号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-072391 特開2014−072360号公報JP, 2014-072360, A 特開2013−229486号公報JP 2013-229486 A 特開2013−162078号公報JP 2013-162078 A

しかしながら、この高耐圧GaN系HEMTの場合にも、寄生容量が発生して高周波特性が劣化してしまうという問題があるので、図21を参照してこの事情を説明する。図21は従来の高耐圧GaN系HEMTの問題点の説明図であり、T型のゲート電極80のドレイン側への庇部と二次元電子ガス75との間に寄生容量が形成されて、信号遅延の原因となる。   However, even in the case of this high breakdown voltage GaN-based HEMT, there is a problem that high-frequency characteristics are deteriorated due to the generation of parasitic capacitance, and this situation will be described with reference to FIG. FIG. 21 is an explanatory view of the problem of the conventional high-voltage GaN-based HEMT. A parasitic capacitance is formed between the two-dimensional electron gas 75 and the flange portion on the drain side of the T-type gate electrode 80, Cause delay.

さらに、GaNキャップ層76はゲート電極80のごく近傍にあるため、GaNキャップ層76のドレイン側の端部においては電界強度が依然として高く、耐圧改善効果が必ずしも十分ではないという問題がある。   Furthermore, since the GaN cap layer 76 is very close to the gate electrode 80, there is a problem in that the electric field strength is still high at the drain side end of the GaN cap layer 76 and the breakdown voltage improvement effect is not always sufficient.

したがって、化合物半導体装置において、高周波特性を劣化することなく耐圧を向上することを目的とする。   Accordingly, it is an object of the compound semiconductor device to improve the breakdown voltage without deteriorating the high frequency characteristics.

開示する一観点からは、基板と、前記基板の上方に形成されたキャリア走行層と、前記キャリア走行層の上方に形成されたキャリア供給層と、前記キャリア供給層の上方に形成されたゲート電極と、前記基板に平行な方向において、前記ゲート電極を挟む位置に形成された、ソース電極及びドレイン電極と、前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間の前記キャリア供給層の上方の一部の領域のみに前記ゲート電極と離間して形成された、電気的にフローティング状態であるキャップ層とを有することを特徴とする化合物半導体装置が提供される。   From one aspect disclosed, a substrate, a carrier running layer formed above the substrate, a carrier supply layer formed above the carrier running layer, and a gate electrode formed above the carrier supply layer And a region above the carrier supply layer between the source electrode and the drain electrode, and between the drain electrode and the gate electrode, which are formed at positions sandwiching the gate electrode in a direction parallel to the substrate There is provided a compound semiconductor device having a cap layer in an electrically floating state, which is formed only apart from the gate electrode.

開示の化合物半導体装置によれば、高周波特性を劣化させることなく耐圧を向上することが可能になる。   According to the disclosed compound semiconductor device, the breakdown voltage can be improved without deteriorating the high frequency characteristics.

本発明の実施の形態の化合物半導体装置の説明図である。It is explanatory drawing of the compound semiconductor device of embodiment of this invention. 本発明の実施例1のGaN系HEMTの説明図である。It is explanatory drawing of GaN-type HEMT of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1のGaN系HEMTの製造工程の途中までの説明図である。It is explanatory drawing to the middle of the manufacturing process of GaN-type HEMT of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1のGaN系HEMTの製造工程の図3以降の途中までの説明図である。It is explanatory drawing to the middle after FIG. 3 of the manufacturing process of GaN-type HEMT of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1のGaN系HEMTの製造工程の図4以降の説明図である。It is explanatory drawing after FIG. 4 of the manufacturing process of GaN-type HEMT of Example 1 of this invention. 本発明の実施例2のGaN系HEMTの説明図である。It is explanatory drawing of GaN-type HEMT of Example 2 of this invention. 本発明の実施例2のGaN系HEMTの製造工程の途中までの説明図である。It is explanatory drawing to the middle of the manufacturing process of GaN-type HEMT of Example 2 of this invention. 本発明の実施例2のGaN系HEMTの製造工程の図7以降の説明図である。It is explanatory drawing after FIG. 7 of the manufacturing process of GaN-type HEMT of Example 2 of this invention. 本発明の実施例3のGaN系HEMTの断面図である。It is sectional drawing of GaN-type HEMT of Example 3 of this invention. 本発明の実施例4のGaN系HEMTの断面図である。It is sectional drawing of GaN-type HEMT of Example 4 of this invention. 本発明の実施例5のGaN系HEMTの断面図である。It is sectional drawing of GaN-type HEMT of Example 5 of this invention. 本発明の実施例6のGaN系HEMTの断面図である。It is sectional drawing of GaN-type HEMT of Example 6 of this invention. 本発明の実施例7のGaN系HEMTの断面図である。It is sectional drawing of GaN-type HEMT of Example 7 of this invention. 本発明の実施例7のGaN系HEMTの製造工程の途中までの説明図である。It is explanatory drawing to the middle of the manufacturing process of GaN-type HEMT of Example 7 of this invention. 本発明の実施例7のGaN系HEMTの製造工程の図14以降の説明図である。It is explanatory drawing after FIG. 14 of the manufacturing process of GaN-type HEMT of Example 7 of this invention. 本発明の実施例8のGaN系HEMTの断面図である。It is sectional drawing of GaN-type HEMT of Example 8 of this invention. 従来のGaN系HEMTの説明図である。It is explanatory drawing of the conventional GaN-type HEMT. 従来の改良型GaN系HEMTの断面図である。It is sectional drawing of the conventional improved GaN-type HEMT. 従来の改良型GaN系HEMTの問題点の説明図である。It is explanatory drawing of the problem of the conventional improved GaN-type HEMT. 従来の高耐圧GaN系HEMTの断面図である。It is sectional drawing of the conventional high voltage | pressure-resistant GaN-type HEMT. 従来の高耐圧GaN系HEMTの問題点の説明図である。It is explanatory drawing of the problem of the conventional high voltage | pressure-resistant GaN-type HEMT.

ここで、図1を参照して、本発明の実施の形態の化合物半導体装置を説明する。図1は、本発明の実施の形態の化合物半導体装置の説明図であり、図1(a)は上面図であり、図1(b)は図1(a)におけるA-A′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図である。この化合物半導体装置は、基板11上にキャリア走行層12及びキャリア供給層13を設け、キャリア供給層13の上にゲート電極15を設ける。また、ゲート電極の一方の側にソース電極16を設けると共に、ゲート電極15に対してソース電極16と反対側にドレイン電極17を設ける。   Here, a compound semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is an explanatory view of a compound semiconductor device according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 (a) is a top view, and FIG. 1 (b) is a point connecting AA 'in FIG. 1 (a). It is sectional drawing along a dashed line. In this compound semiconductor device, a carrier travel layer 12 and a carrier supply layer 13 are provided on a substrate 11, and a gate electrode 15 is provided on the carrier supply layer 13. In addition, the source electrode 16 is provided on one side of the gate electrode, and the drain electrode 17 is provided on the opposite side of the gate electrode 15 from the source electrode 16.

本発明の実施の形態においては、ドレイン電極17とゲート電極15との間のキャリア供給層13の上の一部の領域のみにゲート電極15と離間してキャップ層18を設け、このキャップ層18には電極を設けずに、フローティング状態にする。このキャップ層18は、ストライプ状であり且つゲート電極15と平行に配置される。キャップ層18の分極の大きさはキャリア供給層13の分極の大きさよりも小さいこととする。これによりキャップ層18とキャリア供給層13の間に負の固定電荷が発生し、キャリア供給層のポテンシャルが持ち上げられ、キャップ層の形成された領域では二次元電子ガスのキャリア濃度が低減する。キャリア濃度を十分に低減するためには、キャリア供給層13の厚さにも依存するが、キャップ層の厚さは10nm以上の厚さにすることが望ましい。但し、キャップ層を複数個設ける場合には、キャップ層の厚さは、10nm以下、例えば、5nmでも効果がある。   In the embodiment of the present invention, a cap layer 18 is provided apart from the gate electrode 15 only in a partial region on the carrier supply layer 13 between the drain electrode 17 and the gate electrode 15. Is not provided with an electrode, and is in a floating state. The cap layer 18 has a stripe shape and is arranged in parallel with the gate electrode 15. It is assumed that the polarization magnitude of the cap layer 18 is smaller than the polarization magnitude of the carrier supply layer 13. As a result, negative fixed charges are generated between the cap layer 18 and the carrier supply layer 13, the potential of the carrier supply layer is raised, and the carrier concentration of the two-dimensional electron gas is reduced in the region where the cap layer is formed. In order to sufficiently reduce the carrier concentration, the thickness of the cap layer is desirably 10 nm or more, although it depends on the thickness of the carrier supply layer 13. However, when a plurality of cap layers are provided, the cap layer is effective even if the thickness of the cap layer is 10 nm or less, for example, 5 nm.

このように、ゲート電極15と離間してキャップ層18を設けることで、キャップ層18の直下の二次元キャリアガス14のキャリア濃度が低減して空乏層が拡がりやすくなり、耐圧が向上する。また、このキャップ層18には電極を設けずに、フローティング状態であるので、寄生容量が発生することがない。   Thus, by providing the cap layer 18 apart from the gate electrode 15, the carrier concentration of the two-dimensional carrier gas 14 immediately below the cap layer 18 is reduced, the depletion layer is easily expanded, and the breakdown voltage is improved. Since the cap layer 18 is in a floating state without providing an electrode, no parasitic capacitance is generated.

また、上述の構造を取ることによって新たな電極の形成は不要になるため寄生容量が新たに発生することがなく、高周波特性は劣化しない。また、キャップ層18の形成をゲート電極15とドレイン電極17と間の一部のみに制限することにより、キャップ層18の直下以外では二次元キャリアガスのキャリア濃度が高いままであるので、オン抵抗の増加をわずかになるように抑えることができる。   Moreover, since the formation of a new electrode becomes unnecessary by adopting the above-described structure, a parasitic capacitance is not newly generated, and the high frequency characteristics are not deteriorated. Further, by limiting the formation of the cap layer 18 to only a part between the gate electrode 15 and the drain electrode 17, the carrier concentration of the two-dimensional carrier gas remains high except under the cap layer 18. Can be suppressed to a slight increase.

このキャップ層18を互いに平行に複数個形成しても良い。このように、キャップ層18を複数個形成することにより、ゲート電極15に一番近いキャップ層18のドレイン側の端部近傍の等電位線の間隔を広くすることができ、より耐圧を高めることができる。また、キャップ層18を幅広に設ける必要はないので、二次元キャリアガスのキャリア濃度を必要以上に低減することがなく、オン抵抗の増加を抑制することができる。   A plurality of cap layers 18 may be formed in parallel to each other. Thus, by forming a plurality of cap layers 18, the interval between equipotential lines near the end on the drain side of the cap layer 18 closest to the gate electrode 15 can be increased, and the breakdown voltage is further increased. Can do. In addition, since it is not necessary to provide the cap layer 18 wide, the carrier concentration of the two-dimensional carrier gas is not reduced more than necessary, and an increase in on-resistance can be suppressed.

この場合、キャップ層18の厚さは、ドレイン電極17に向かって順次薄くなるようにしても良い。ゲート電極15から離れると電界強度が低くなるので、ピエゾ電界緩和効果は小さくても良く、それによって、オン抵抗の増加を同じ厚さのキャップ層18を設けた場合に比べてより抑制することができる。   In this case, the thickness of the cap layer 18 may be gradually decreased toward the drain electrode 17. Since the electric field strength decreases as the distance from the gate electrode 15 decreases, the piezo electric field relaxation effect may be small, thereby suppressing the increase in on-resistance more than when the cap layer 18 having the same thickness is provided. it can.

また、ゲート電極15とソース電極16との間のキャリア供給層13上の全面及びゲート電極15とドレイン電極17との間のキャリア供給層13上の全面に保護層を設けても良い。キャリア供給層13の表面が露出していると酸化されてトラップ準位が発生し、それにより電流コラプス等の動作不安定問題が起こりやすくなってしまう。このため保護層を最表面にすることによりキャリア供給層13の酸化による動作不安定問題を防止することができる。   Further, a protective layer may be provided on the entire surface of the carrier supply layer 13 between the gate electrode 15 and the source electrode 16 and on the entire surface of the carrier supply layer 13 between the gate electrode 15 and the drain electrode 17. If the surface of the carrier supply layer 13 is exposed, it is oxidized and trap levels are generated, which tends to cause unstable operation problems such as current collapse. For this reason, the problem of unstable operation due to oxidation of the carrier supply layer 13 can be prevented by setting the protective layer to the outermost surface.

この場合の保護層は、全面に堆積したピエゾ電界緩和層形成用の半導体層を薄くエッチングして形成しても良いし、キャップ層18とは別に形成しても良い。例えば、保護層としてn型層を設けた場合には、保護層を除去することなく保護層の上にソース電極16及びドレイン電極17を形成しても良い。なお、保護層は二次元キャリアガスのキャリア濃度に過度の影響を与えないように、3nm以下の厚さにすることが望ましい。   In this case, the protective layer may be formed by thinly etching a semiconductor layer for forming a piezoelectric field relaxation layer deposited on the entire surface, or may be formed separately from the cap layer 18. For example, when an n-type layer is provided as the protective layer, the source electrode 16 and the drain electrode 17 may be formed on the protective layer without removing the protective layer. The protective layer is desirably 3 nm or less in thickness so as not to excessively affect the carrier concentration of the two-dimensional carrier gas.

この場合のキャリア走行層12としては、GaN、InGaN、AlGaN等のGaNを含むGaN系半導体が典型的なものである。キャリア供給層13としては、GaN、AlGaN、或いはAlInGaN等のInAlGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)のGaNを含むInAlGaN系半導体が典型的なものである。キャップ層18としては、GaN、InGaN等のGaNを含むGaN系半導体が典型的なものである。 The carrier running layer 12 in this case is typically a GaN-based semiconductor containing GaN such as GaN, InGaN, AlGaN or the like. As the carrier supply layer 13, InAlGaN containing GaN such as In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1) such as GaN, AlGaN, or AlInGaN. System semiconductors are typical. The cap layer 18 is typically a GaN-based semiconductor containing GaN such as GaN or InGaN.

また、基板11としては、Si基板、サファイア基板、SiC基板或いはGaN基板が典型的であり、結晶性の観点からは貫通転位の発生が少ないSiC基板或いはGaN基板が好適である。一方、コストの観点からはSi基板が最適である。   The substrate 11 is typically a Si substrate, a sapphire substrate, a SiC substrate, or a GaN substrate, and an SiC substrate or a GaN substrate with few occurrences of threading dislocations is preferable from the viewpoint of crystallinity. On the other hand, the Si substrate is optimal from the viewpoint of cost.

なお、貫通転位に起因するリーク電流を低減するために、貫通転位を個々に覆うようにAlGaN層上にGaN層をゲート電極と離間して設けることが提案されている(例えば、特許文献4参照)。しかし、この提案では、必然的にソース電極寄りにも設けるものであり、且つ、貫通転位を個々に覆うように局所的にGaN層を設けるものであるので、ピエゾ電界緩和効果があるとしても局所的なものであり、耐圧を高める効果は不十分である。一方、本発明の実施の形態においては、キャップ層18はゲート電極15と平行に配置されるため、電界は均一に緩和されて耐圧が十分に高まる。   In order to reduce leakage current due to threading dislocations, it has been proposed to provide a GaN layer on the AlGaN layer so as to cover the threading dislocations separately from the gate electrode (see, for example, Patent Document 4). ). However, in this proposal, the GaN layer is necessarily provided near the source electrode, and the GaN layer is locally provided so as to cover the threading dislocations individually. The effect of increasing the withstand voltage is insufficient. On the other hand, in the embodiment of the present invention, since the cap layer 18 is arranged in parallel with the gate electrode 15, the electric field is uniformly relaxed and the withstand voltage is sufficiently increased.

次に、図2乃至図5を参照して、本発明の実施例1のGaN系HEMTを説明する。図2は本発明の実施例1のGaN系HEMTの説明図であり、図2(a)は断面図であり、図2(b)は等電位線分布の説明図である。図2(a)に示すように、SiC基板21上にAlN核形成層22を介してi型GaN電子走行層23及びn型AlGaN電子供給層24が成膜されて、i型GaN電子走行層23とn型AlGaN電子供給層24との界面に二次元電子ガス25が形成される。   Next, a GaN-based HEMT according to Example 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams of the GaN-based HEMT according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2A is a cross-sectional view, and FIG. 2B is an explanatory diagram of equipotential line distribution. As shown in FIG. 2A, an i-type GaN electron transit layer 23 and an n-type AlGaN electron supply layer 24 are formed on an SiC substrate 21 via an AlN nucleation layer 22 to form an i-type GaN electron transit layer. A two-dimensional electron gas 25 is formed at the interface between the n-type AlGaN electron supply layer 24 and the n-type AlGaN electron supply layer 24.

n型AlGaN電子供給層24の上にはソース電極31、ドレイン電極32及びゲート電極35が形成され、このゲート電極35のドレイン側にゲート電極35と0.5μm離間した位置に厚さが10nmで幅が1μmのi型GaNキャップ層28を設ける。i型GaNキャップ層28はn型AlGaN電子供給層24よりも分極の大きさが小さいため、i型GaNキャップ層28とn型AlGaN電子供給層24の境界に負の固定電荷が発生する。このためn型AlGaN電子供給層24のポテンシャルが持ち上がり、i型GaNキャップ層28の直下の二次元電子ガス25のキャリア濃度が減少する。   A source electrode 31, a drain electrode 32, and a gate electrode 35 are formed on the n-type AlGaN electron supply layer 24, and a thickness of 10 nm is formed on the drain side of the gate electrode 35 at a position 0.5 μm away from the gate electrode 35. An i-type GaN cap layer 28 having a width of 1 μm is provided. Since the i-type GaN cap layer 28 has a smaller polarization than the n-type AlGaN electron supply layer 24, a negative fixed charge is generated at the boundary between the i-type GaN cap layer 28 and the n-type AlGaN electron supply layer 24. For this reason, the potential of the n-type AlGaN electron supply layer 24 rises, and the carrier concentration of the two-dimensional electron gas 25 immediately below the i-type GaN cap layer 28 decreases.

図2(b)に示すように、i型GaNキャップ層28の直下の二次元電子ガス25のキャリア濃度が減少して空乏層が拡がりやすくなるため、ゲート電極35の近傍の等電位線36の間隔が広くなって耐圧が向上する。   As shown in FIG. 2B, the carrier concentration of the two-dimensional electron gas 25 immediately below the i-type GaN cap layer 28 decreases and the depletion layer easily expands, so that the equipotential lines 36 near the gate electrode 35 Widening the interval increases the breakdown voltage.

次いで、図3乃至図5を参照して、本発明の実施例1のGaN系HEMTの製造工程を説明する。まず、図3(a)に示すように、SiC基板21上に、MOCVD(有機金属気相成長)法を用いて、AlN核生成層22、厚さが2μmのi型GaN電子走行層23及び厚さが10nmでAl組成比が0.2のn型AlGaN電子供給層24を順次成膜する。この時、i型GaN電子走行層23とn型AlGaN電子供給層24との間に二次元電子ガス25が形成される。   Next, with reference to FIGS. 3 to 5, a manufacturing process of the GaN-based HEMT according to the first embodiment of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 3A, an AlN nucleation layer 22, an i-type GaN electron transit layer 23 having a thickness of 2 μm, and a MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) method are used on an SiC substrate 21. An n-type AlGaN electron supply layer 24 having a thickness of 10 nm and an Al composition ratio of 0.2 is sequentially formed. At this time, a two-dimensional electron gas 25 is formed between the i-type GaN electron transit layer 23 and the n-type AlGaN electron supply layer 24.

引き続いて、図3(b)に示すように、n型AlGaN電子供給層24上に厚さが10nmのi型GaN層26を成膜する。このi型GaN層26は、i型GaN電子走行層23とn型AlGaN電子供給層24との間の二次元電子ガス25の生成を妨げるように作用するので、二次元電子ガス25のキャリア濃度が低下する。   Subsequently, as shown in FIG. 3B, an i-type GaN layer 26 having a thickness of 10 nm is formed on the n-type AlGaN electron supply layer 24. Since the i-type GaN layer 26 acts to prevent the generation of the two-dimensional electron gas 25 between the i-type GaN electron transit layer 23 and the n-type AlGaN electron supply layer 24, the carrier concentration of the two-dimensional electron gas 25 is reduced. Decreases.

次いで、図4(c)に示すように、幅が1μmレジストパターン27を形成する。次いで、図4(d)に示すように、レジストパターン27をマスクとしてドライエッチングを行うことによって、i型GaN層26の露出部を除去して残部をi型GaNキャップ層28とする。この時、i型GaN層26の除去部の二次元電子ガス25のキャリア濃度が再び高くなる。また、ドライエッチングにおいては、エッチングガスとして、Cl、BCl等の塩素系のガスを用いる。なお、このi型GaNキャップ層28は、図1(a)に示したようにストライプ状パターンであり、後工程で形成されるゲート電極と平行に配置される。 Next, as shown in FIG. 4C, a resist pattern 27 having a width of 1 μm is formed. Next, as shown in FIG. 4D, by performing dry etching using the resist pattern 27 as a mask, the exposed portion of the i-type GaN layer 26 is removed and the remaining portion is used as an i-type GaN cap layer 28. At this time, the carrier concentration of the two-dimensional electron gas 25 in the removed portion of the i-type GaN layer 26 is increased again. In dry etching, a chlorine-based gas such as Cl 2 or BCl 3 is used as an etching gas. The i-type GaN cap layer 28 has a stripe pattern as shown in FIG. 1A, and is arranged in parallel with a gate electrode formed in a later step.

次いで、図5(e)に示すように、レジストパターン27をアッシングにより除去した後、ソース・ドレイン電極形成部に開口部を有するレジストパターン29を新たに形成する。次いで、厚さが10nmのTi膜及び厚さが200nmのAl膜を順次蒸着してTi/Al膜30を形成する。この時、開口部に堆積したTi/Al膜がソース電極31及びドレイン電極32となる。   Next, as shown in FIG. 5E, after the resist pattern 27 is removed by ashing, a resist pattern 29 having openings in the source / drain electrode formation portions is newly formed. Next, a Ti film having a thickness of 10 nm and an Al film having a thickness of 200 nm are sequentially deposited to form a Ti / Al film 30. At this time, the Ti / Al film deposited in the opening becomes the source electrode 31 and the drain electrode 32.

次いで、図5(f)に示すように、レジストパターン29上に堆積したTi/Al膜30をレジストパターン29とともにリフトオフにより除去する。次いで、i型GaNキャップ層28から0.5μm離れた位置にゲート電極用の開口部を有するレジストパターン33を形成する。次いで、厚さが50nmのNi膜及び厚さが300nmのAu膜を順次蒸着してNi/Au膜34を形成する。この時、開口部に堆積したNi/Au膜がゲート電極35となる。なお、ゲート電極35とドレイン電極32との対向する端部の間隔は5μmとする。以降は、レジストパターン33上に堆積したNi/Au膜34をレジストパターン33とともにリフトオフにより除去することによって、図2(a)に示したGaN系HEMTの基本構成が完成する。   Next, as shown in FIG. 5F, the Ti / Al film 30 deposited on the resist pattern 29 is removed together with the resist pattern 29 by lift-off. Next, a resist pattern 33 having an opening for a gate electrode is formed at a position 0.5 μm away from the i-type GaN cap layer 28. Next, a Ni film having a thickness of 50 nm and an Au film having a thickness of 300 nm are sequentially deposited to form a Ni / Au film 34. At this time, the Ni / Au film deposited in the opening becomes the gate electrode 35. The interval between the opposing ends of the gate electrode 35 and the drain electrode 32 is 5 μm. Thereafter, the Ni / Au film 34 deposited on the resist pattern 33 is removed together with the resist pattern 33 by lift-off, thereby completing the basic structure of the GaN-based HEMT shown in FIG.

本発明の実施例1においてはピエゾ電界緩和層となる電気的にフローティングなi型GaNキャップ層28をゲート電極35の近傍にゲート電極35と離間して配置しているので、寄生容量を大幅に低減することができる。その結果、高周波特性に優れ、且つ、耐圧性能の優れたGaN系HEMTを実現することができる。   In Embodiment 1 of the present invention, the electrically floating i-type GaN cap layer 28 serving as a piezoelectric field relaxation layer is disposed in the vicinity of the gate electrode 35 and spaced apart from the gate electrode 35, so that the parasitic capacitance is greatly increased. Can be reduced. As a result, it is possible to realize a GaN-based HEMT having excellent high frequency characteristics and excellent withstand voltage performance.

次に、図6乃至図8を参照して、本発明の実施例2のGaN系HEMTを説明する。図6は本発明の実施例2のGaN系HEMTの説明図であり、図6(a)は断面図であり、図6(b)は等電位線分布の説明図である。図6(a)に示すように、SiC基板21上にAlN核形成層22を介してi型GaN電子走行層23及びn型AlGaN電子供給層24が成膜されて、i型GaN電子走行層23とn型AlGaN電子供給層24との界面に二次元電子ガス25が形成される。   Next, a GaN-based HEMT according to Example 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 is an explanatory diagram of a GaN-based HEMT according to Example 2 of the present invention, FIG. 6A is a sectional view, and FIG. 6B is an explanatory diagram of equipotential line distribution. As shown in FIG. 6A, an i-type GaN electron transit layer 23 and an n-type AlGaN electron supply layer 24 are formed on an SiC substrate 21 via an AlN nucleation layer 22 to form an i-type GaN electron transit layer. A two-dimensional electron gas 25 is formed at the interface between the n-type AlGaN electron supply layer 24 and the n-type AlGaN electron supply layer 24.

n型AlGaN電子供給層24の上にはソース電極31、ドレイン電極32及びゲート電極35が形成される。このゲート電極35のドレイン側にゲート電極35と0.5μm離間した位置に厚さが10nmで幅が1μmのi型GaNキャップ層38と、i型GaNキャップ層38から0.5μm離れた位置に幅が1μmのi型GaNキャップ層38を設ける。 On the n-type AlGaN electron supply layer 24, a source electrode 31, a drain electrode 32, and a gate electrode 35 are formed. A gate electrode 35 and 0.5μm thick at a position spaced a width at 10nm is 1μm of the i-type GaN cap layer 38 1 on the drain side of the gate electrode 35, away 0.5μm from i-type GaN cap layer 38 1 width position provided i-type GaN cap layer 38 2 of 1 [mu] m.

図6(b)に示すように、このi型GaNキャップ層38,38はピエゾ電界緩和効果があるため、i型GaNキャップ層38,38の直下の二次元電子ガス25のキャリア濃度が減少して空乏層が拡がりやすくなる。その結果、ゲート電極35の近傍の等電位線36の間隔が広くなるため耐圧が向上する。 As shown in FIG. 6B, since the i-type GaN cap layers 38 1 and 38 2 have a piezoelectric field relaxation effect, carriers of the two-dimensional electron gas 25 immediately below the i-type GaN cap layers 38 1 and 38 2 are obtained. The concentration decreases and the depletion layer tends to expand. As a result, the withstand voltage is improved because the interval between the equipotential lines 36 near the gate electrode 35 is increased.

これは、ゲート電極35の端やi型GaNキャップ層38の両端では電荷の集中や界面状態の大きな変化のため、電界が集中してしまい、耐圧が劣化してしまう場合がある。このためi型GaNキャップ層38,38を複数個設置することにより電界の集中箇所を分散させることにより電界集中により発生する電界の強度を下げることができる。 This, at both ends of the edge and the i-type GaN cap layer 38 1 of the gate electrode 35 due to large changes in concentration and interface states of charge, will be the electric field is concentrated, there is a case where the breakdown voltage is deteriorated. Therefore it is possible to reduce the intensity of the electric field generated by the electric field concentration by dispersing the concentration portions of an electric field by a plurality installing i-type GaN cap layer 38 1, 38 2.

次いで、図7及び図8を参照して、本発明の実施例2のGaN系HEMTの製造工程を説明する。まず、図7(a)に示すように、上記の実施例1と同様に、SiC基板21上に、MOCVD法を用いて、AlN核生成層22、厚さが2μmのi型GaN電子走行層23及び厚さが10nmでAl組成比が0.2のn型AlGaN電子供給層24を順次成膜する。引き続いて、n型AlGaN電子供給層24上に厚さが10nmのi型GaN層26を成膜する。次いで、幅が1μmで間隔が0.5μmの2個のレジストパターン37を形成する。   Next, with reference to FIGS. 7 and 8, the manufacturing process of the GaN-based HEMT according to the second embodiment of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 7A, as in the first embodiment, the AlN nucleation layer 22 and the i-type GaN electron transit layer having a thickness of 2 μm are formed on the SiC substrate 21 by using the MOCVD method. 23 and an n-type AlGaN electron supply layer 24 having a thickness of 10 nm and an Al composition ratio of 0.2 are sequentially formed. Subsequently, an i-type GaN layer 26 having a thickness of 10 nm is formed on the n-type AlGaN electron supply layer 24. Next, two resist patterns 37 having a width of 1 μm and an interval of 0.5 μm are formed.

次いで、図7(b)に示すように、レジストパターン37をマスクとしてドライエッチングを行うことによって、i型GaN層26の露出部を除去して残部をi型GaNキャップ層38,38とする。なお、このi型GaNキャップ層38,38も、図1(a)に示したようにストライプ状パターンであり、後工程で形成されるゲート電極と平行に配置される。また、ドライエッチングにおいては、エッチングガスとして、Cl、BCl等の塩素系のガスを用いる。 Next, as shown in FIG. 7B, by performing dry etching using the resist pattern 37 as a mask, the exposed portion of the i-type GaN layer 26 is removed and the remaining portions are replaced with i-type GaN cap layers 38 1 and 38 2 . To do. The i-type GaN cap layers 38 1 and 38 2 are also in a stripe pattern as shown in FIG. 1A, and are arranged in parallel with the gate electrode formed in a later step. In dry etching, a chlorine-based gas such as Cl 2 or BCl 3 is used as an etching gas.

次いで、図8(c)に示すように、レジストパターン37をアッシングにより除去した後、ソース・ドレイン電極形成部に開口部を有するレジストパターン29を新たに形成する。次いで、厚さが10nmのTi膜及び厚さが200nmのAl膜を順次蒸着してTi/Al膜30を形成する。この時、開口部に堆積したTi/Al膜がソース電極31及びドレイン電極32となる。   Next, as shown in FIG. 8C, after the resist pattern 37 is removed by ashing, a resist pattern 29 having openings in the source / drain electrode formation portions is newly formed. Next, a Ti film having a thickness of 10 nm and an Al film having a thickness of 200 nm are sequentially deposited to form a Ti / Al film 30. At this time, the Ti / Al film deposited in the opening becomes the source electrode 31 and the drain electrode 32.

次いで、図8(d)に示すように、レジストパターン29上に堆積したTi/Al膜30をレジストパターン29とともにリフトオフにより除去する。次いで、i型GaNキャップ層38から0.5μm離れた位置にゲート電極用の開口部を有するレジストパターン33を形成する。次いで、厚さが50nmのNi膜及び厚さが300nmのAu膜を順次蒸着してNi/Au膜34を形成する。この時、開口部に堆積したNi/Au膜がゲート電極35となる。なお、ゲート電極35とドレイン電極32との対向する端部の間隔は5μmとする。以降は、レジストパターン33上に堆積したNi/Au膜34をレジストパターン33とともにリフトオフにより除去することによって、図6(a)に示したGaN系HEMTの基本構成が完成する。 Next, as shown in FIG. 8D, the Ti / Al film 30 deposited on the resist pattern 29 is removed together with the resist pattern 29 by lift-off. Next, a resist pattern 33 having an opening for the gate electrode from the i-type GaN cap layer 38 1 at a distance 0.5 [mu] m. Next, a Ni film having a thickness of 50 nm and an Au film having a thickness of 300 nm are sequentially deposited to form a Ni / Au film 34. At this time, the Ni / Au film deposited in the opening becomes the gate electrode 35. The interval between the opposing ends of the gate electrode 35 and the drain electrode 32 is 5 μm. Thereafter, the Ni / Au film 34 deposited on the resist pattern 33 is removed together with the resist pattern 33 by lift-off, thereby completing the basic configuration of the GaN-based HEMT shown in FIG.

本発明の実施例2においてはピエゾ電界緩和層となる電気的にフローティングなi型GaNキャップ層38,38を2個に分散して設けているので、実施例1の場合より空乏層幅をより広げ、且つ、電界集中箇所を分散することができる。その結果、実施例1よりも耐圧性能の優れたGaN系HEMTを実現することができる。 Since is provided by dispersing electrically floating i-type GaN cap layer 38 1, 38 2 as a piezoelectric field relaxation layer in two in the second embodiment of the present invention, the depletion layer width than that of Example 1 Can be further spread and the electric field concentration points can be dispersed. As a result, it is possible to realize a GaN-based HEMT having a better pressure resistance than that of the first embodiment.

次に、図9を参照して、本発明の実施例3のGaN系HEMTを説明するが、i型GaNキャップ層の数が異なるだけで、基本的な製造工程は上記の実施例2と同様であるので、最終的な断面構造のみを説明する。図9は本発明の実施例3のGaN系HEMTの断面図である。図9に示すように、SiC基板21上にAlN核形成層22を介してi型GaN電子走行層23及びn型AlGaN電子供給層24が成膜されて、i型GaN電子走行層23とn型AlGaN電子供給層24との界面に二次元電子ガス25が形成される。   Next, a GaN-based HEMT according to Example 3 of the present invention will be described with reference to FIG. 9, but the basic manufacturing process is the same as that of Example 2 described above except that the number of i-type GaN cap layers is different. Therefore, only the final cross-sectional structure will be described. FIG. 9 is a sectional view of a GaN-based HEMT according to Example 3 of the present invention. As shown in FIG. 9, an i-type GaN electron transit layer 23 and an n-type AlGaN electron supply layer 24 are formed on an SiC substrate 21 via an AlN nucleation layer 22, and the i-type GaN electron transit layer 23 and n A two-dimensional electron gas 25 is formed at the interface with the type AlGaN electron supply layer 24.

n型AlGaN電子供給層24の上にはソース電極31、ドレイン電極32及びゲート電極35が形成される。このゲート電極35のドレイン側にゲート電極35と0.5μm離間した位置に3本の厚さが10nmで幅が1μmのi型GaNキャップ層38〜38を互いの間隔が0.5μmになるように配置する。 On the n-type AlGaN electron supply layer 24, a source electrode 31, a drain electrode 32, and a gate electrode 35 are formed. The spacing thickness of three to the gate electrode 35 and 0.5μm spaced positions width at 10nm an i-type GaN cap layer 38 1-38 3 1μm of each other on the drain side of the gate electrode 35 is 0.5μm Arrange so that

本発明の実施例3においてはピエゾ電界緩和層となる電気的にフローティングなi型GaNキャップ層38〜38を3個に分散して設けているので、実施例2の場合より空乏層幅をより広げ、且つ、電界集中箇所を分散することができる。その結果、実施例2よりも耐圧性能の優れたGaN系HEMTを実現することができる。但し、i型GaNキャップ層の直下の二次元電子ガス25のキャリア濃度が低くなるのでオン抵抗が多少大きくなる。なお、この実施例3においてはi型GaNキャップ層を3個にしているが、ゲート電極35とドレイン電極32との間隔によっては、4個以上設けても良い。 Since in the third embodiment of the present invention is provided by dispersing electrically floating i-type GaN cap layer 38 1-38 3 as a piezoelectric field relaxation layer 3, the depletion layer width than that of Example 2 Can be further spread and the electric field concentration points can be dispersed. As a result, it is possible to realize a GaN-based HEMT having a better pressure resistance than that of the second embodiment. However, since the carrier concentration of the two-dimensional electron gas 25 immediately below the i-type GaN cap layer is lowered, the on-resistance is somewhat increased. In the third embodiment, three i-type GaN cap layers are provided, but four or more may be provided depending on the distance between the gate electrode 35 and the drain electrode 32.

次に、図10を参照して、本発明の実施例4のGaN系HEMTを説明するが、2番目のi型GaNキャップ層の膜厚が異なるだけで、基本的な製造工程は上記の実施例2と同様であるので、最終的な断面構造のみを説明する。図10は本発明の実施例4のGaN系HEMTの断面図である。図10に示すように、SiC基板21上にAlN核形成層22を介してi型GaN電子走行層23及びn型AlGaN電子供給層24が成膜されて、i型GaN電子走行層23とn型AlGaN電子供給層24との界面に二次元電子ガス25が形成される。   Next, a GaN-based HEMT according to Example 4 of the present invention will be described with reference to FIG. 10. The basic manufacturing process is the same as that described above except that the film thickness of the second i-type GaN cap layer is different. Since this is the same as Example 2, only the final cross-sectional structure will be described. FIG. 10 is a sectional view of a GaN-based HEMT according to Example 4 of the present invention. As shown in FIG. 10, an i-type GaN electron transit layer 23 and an n-type AlGaN electron supply layer 24 are formed on an SiC substrate 21 via an AlN nucleation layer 22, and the i-type GaN electron transit layer 23 and n A two-dimensional electron gas 25 is formed at the interface with the type AlGaN electron supply layer 24.

n型AlGaN電子供給層24の上にはソース電極31、ドレイン電極32及びゲート電極35が形成される。このゲート電極35のドレイン側にゲート電極35と0.5μm離間した位置に厚さが10nmで幅が1μmのi型GaNキャップ層38と、i型GaNキャップ層38から0.5μm離れた位置に厚さが5nmで幅が1μmのi型GaNキャップ層38を設ける。なお、このような構造を形成するためには、i型GaN層(26)を各キャップ層毎にエッチングすれば良い。 On the n-type AlGaN electron supply layer 24, a source electrode 31, a drain electrode 32, and a gate electrode 35 are formed. A gate electrode 35 and 0.5μm thick at a position spaced a width at 10nm is 1μm of the i-type GaN cap layer 38 1 on the drain side of the gate electrode 35, away 0.5μm from i-type GaN cap layer 38 1 thickness position width 5nm is provided an i-type GaN cap layer 38 4 1 [mu] m. In order to form such a structure, the i-type GaN layer (26) may be etched for each cap layer.

本発明の実施例4においてはピエゾ電界緩和層となる電気的にフローティングなi型GaNキャップ層38,38を2個に分散して設けているので、実施例1の場合より空乏層幅をより広げ、且つ、電界集中箇所を分散することができる。また、2番目のi型GaNキャップ層38の膜厚をより薄くしているので、i型GaNキャップ層38の直下の二次元電子ガス25のキャリア濃度はそれほど低下しないので、実施例2よりもオン抵抗の小さなGaN系HEMTを実現することができる。 Because are provided distributed electrically floating i-type GaN cap layer 38 1 serving as a piezoelectric field relaxation layer, 38 4 to 2 in the fourth embodiment of the present invention, the depletion layer width than that of Example 1 Can be further spread and the electric field concentration points can be dispersed. Further, since the film thickness of the second i-type GaN cap layer 38 4 is thinner, so the two-dimensional carrier density of electron gas 25 just below the i-type GaN cap layer 38 4 is not so much reduced, Example 2 It is possible to realize a GaN-based HEMT having a smaller on-resistance.

次に、図11を参照して、本発明の実施例5のGaN系HEMTを説明するが、キャップ層をInGaNに置き換えただけでその他の構造は上記の実施例2と同様であるので、最終的な断面構造のみを説明する。図11は本発明の実施例4のGaN系HEMTの断面図である。図11に示すように、SiC基板21上にAlN核形成層22を介してi型GaN電子走行層23及びn型AlGaN電子供給層24が成膜されて、i型GaN電子走行層23とn型AlGaN電子供給層24との界面に二次元電子ガス25が形成される。   Next, a GaN-based HEMT according to Example 5 of the present invention will be described with reference to FIG. 11. Since the other structure is the same as that of Example 2 just by replacing the cap layer with InGaN, the final example is as follows. Only a typical cross-sectional structure will be described. FIG. 11 is a sectional view of a GaN-based HEMT according to Example 4 of the present invention. As shown in FIG. 11, an i-type GaN electron transit layer 23 and an n-type AlGaN electron supply layer 24 are formed on an SiC substrate 21 via an AlN nucleation layer 22, and the i-type GaN electron transit layer 23 and n A two-dimensional electron gas 25 is formed at the interface with the type AlGaN electron supply layer 24.

n型AlGaN電子供給層24の上にはソース電極31、ドレイン電極32及びゲート電極35が形成される。このゲート電極35のドレイン側にゲート電極35と0.5μm離間した位置に厚さが10nmで幅が1μmのi型InGaNキャップ層39と、i型InGaNキャップ層39から0.5μm離れた位置に幅が1μmのi型InGaNキャップ層39を設ける。n型AlGaN電子供給層24上に成長したi型InGaNキャップ層39,39には圧縮歪みが生じるため表面側にピエゾ分極が発生する。そのためi型InGaNキャップ層39,39内の分極はn型AlGaN電子供給層24内の分極の極性が異なることから、i型InGaNキャップ層39,39とn型AlGaN電子供給層24の境界に負の固定電荷が発生する。このためn型AlGaN電子供給層24のポテンシャルが持ち上がり、i型InGaNキャップ層39,39の直下の二次元電子ガス25のキャリア濃度が減少する。 On the n-type AlGaN electron supply layer 24, a source electrode 31, a drain electrode 32, and a gate electrode 35 are formed. A gate electrode 35 and 0.5μm thick at a position spaced a width at 10nm is 1μm of i-type InGaN cap layer 39 1 on the drain side of the gate electrode 35, away 0.5μm from i-type InGaN cap layer 39 1 width position provided i-type InGaN cap layer 39 2 of 1 [mu] m. In the i-type InGaN cap layers 39 1 and 39 2 grown on the n-type AlGaN electron supply layer 24, compressive strain is generated, so that piezoelectric polarization occurs on the surface side. Therefore, since the polarization in the i-type InGaN cap layers 39 1 and 39 2 has different polarities in the n-type AlGaN electron supply layer 24, the i-type InGaN cap layers 39 1 and 39 2 and the n-type AlGaN electron supply layer 24 are different. A negative fixed charge is generated at the boundary. For this reason, the potential of the n-type AlGaN electron supply layer 24 rises, and the carrier concentration of the two-dimensional electron gas 25 immediately below the i-type InGaN cap layers 39 1 and 39 2 decreases.

i型InGaNキャップ層39,39により発生する負の固定電荷はi型GaNキャップ層を形成した場合の負の固定電荷よりも多く、二次元電子ガス25のキャリア濃度の減少量がより大きくなる。そのため本発明の実施例5においては実施例1の場合より空乏層幅をより広げ、且つ、電界集中箇所を分散することができる。 The negative fixed charges generated by the i-type InGaN cap layers 39 1 and 39 2 are larger than the negative fixed charges when the i-type GaN cap layer is formed, and the amount of decrease in the carrier concentration of the two-dimensional electron gas 25 is larger. Become. Therefore, in the fifth embodiment of the present invention, the depletion layer width can be further expanded and the electric field concentration portions can be dispersed as compared with the first embodiment.

次に、図12を参照して、本発明の実施例6のGaN系HEMTを説明するが、キャップ層をp型GaNに置き換えただけでその他の構造は上記の実施例2と同様であるので、最終的な断面構造のみを説明する。図12は本発明の実施例6のGaN系HEMTの断面図である。図12に示すように、SiC基板21上にAlN核形成層22を介してi型GaN電子走行層23及びn型AlGaN電子供給層24が成膜されて、i型GaN電子走行層23とn型AlGaN電子供給層24との界面に二次元電子ガス25が形成される。   Next, a GaN-based HEMT according to Example 6 of the present invention will be described with reference to FIG. 12. However, the other structure is the same as that of Example 2 above, except that the cap layer is replaced with p-type GaN. Only the final cross-sectional structure will be described. FIG. 12 is a sectional view of a GaN-based HEMT according to Example 6 of the present invention. As shown in FIG. 12, an i-type GaN electron transit layer 23 and an n-type AlGaN electron supply layer 24 are formed on an SiC substrate 21 via an AlN nucleation layer 22, and the i-type GaN electron transit layer 23 and n A two-dimensional electron gas 25 is formed at the interface with the type AlGaN electron supply layer 24.

n型AlGaN電子供給層24の上にはソース電極31、ドレイン電極32及びゲート電極35が形成される。このゲート電極35のドレイン側にゲート電極35と0.5μm離間した位置に厚さが10nmで幅が1μmのp型GaNキャップ層40と、p型GaNキャップ層40から0.5μm離れた位置に幅が1μmのp型GaNキャップ層40を設ける。n型AlGaN電子供給層24上に成長したp型GaNキャップ層40,40によりn型AlGaN電子供給層24のポテンシャルが持ち上がり、p型GaNキャップ層39の直下の二次元電子ガス25のキャリア濃度が減少する。 On the n-type AlGaN electron supply layer 24, a source electrode 31, a drain electrode 32, and a gate electrode 35 are formed. A p-type GaN cap layer 40 1 thickness to the gate electrode 35 and 0.5μm position spaced drain side width 10nm of 1μm of the gate electrode 35, away 0.5μm p-type GaN cap layer 40 1 width position provided p-type GaN cap layer 40 2 of 1 [mu] m. n-type AlGaN electron supply layer p-type GaN cap layer grown on the 24 40 1, 40 2 by lifting the potential of the n-type AlGaN electron supply layer 24, p-type GaN two-dimensional electron gas 25 of the carrier immediately below the capping layer 39 Concentration decreases.

このように、p型GaNキャップ層40,40を用いることにより分極の発生しない無極性面上に成長したGaN系HEMTにおいても、二次元電子ガス25のキャリア濃度を減少させることができる。そのため本発明の実施例6においては無極性面上に成長したGaN系HEMTにおいても高周波特性に優れ、且つ、耐圧性能の優れたGaN系HEMTを実現することができる。 Thus, also in the GaN-based HEMT grown on nonpolar plane that does not generate polarization by using a p-type GaN cap layer 40 1, 40 2, it is possible to reduce the carrier concentration of the two-dimensional electron gas 25. Therefore, in Example 6 of the present invention, a GaN-based HEMT having excellent high-frequency characteristics and excellent withstand voltage performance can be realized even in a GaN-based HEMT grown on a nonpolar surface.

次に、図13乃至図15を参照して、本発明の実施例7のGaN系HEMTを説明する。図13は本発明の実施例7のGaN系HEMTの断面図である。図13に示すように、SiC基板21上にAlN核形成層22を介してi型GaN電子走行層23及びn型AlGaN電子供給層24が成膜されて、i型GaN電子走行層23とn型AlGaN電子供給層24との界面に二次元電子ガス25が形成される。   Next, a GaN-based HEMT according to Example 7 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 13 is a sectional view of a GaN-based HEMT according to Example 7 of the present invention. As shown in FIG. 13, an i-type GaN electron transit layer 23 and an n-type AlGaN electron supply layer 24 are formed on an SiC substrate 21 via an AlN nucleation layer 22, and the i-type GaN electron transit layer 23 and n A two-dimensional electron gas 25 is formed at the interface with the type AlGaN electron supply layer 24.

n型AlGaN電子供給層24の上にはソース電極31、ドレイン電極32及びゲート電極35が形成される。このゲート電極35のソース電極31との間及びゲート電極35とドレイン電極32との間のn型AlGaN電子供給層24の表面に厚さが2nmのi型GaN保護層41を設ける。また、ゲート電極35のドレイン側にゲート電極35と0.5μm離間した位置にn型AlGaN電子供給層24からの厚さが10nmで幅が1μmのi型GaNキャップ層42を設ける。   On the n-type AlGaN electron supply layer 24, a source electrode 31, a drain electrode 32, and a gate electrode 35 are formed. An i-type GaN protective layer 41 having a thickness of 2 nm is provided on the surface of the n-type AlGaN electron supply layer 24 between the gate electrode 35 and the source electrode 31 and between the gate electrode 35 and the drain electrode 32. Further, an i-type GaN cap layer 42 having a thickness of 10 nm and a width of 1 μm from the n-type AlGaN electron supply layer 24 is provided on the drain side of the gate electrode 35 at a position 0.5 μm away from the gate electrode 35.

n型AlGaN電子供給層24はAlが含まれているために酸化しやすい。そのためn型AlGaN電子供給層24を最表面に露出してしまうとn型AlGaN電子供給層24の表面が酸化されてトラップ準位が発生し、それにより電流コラプス等の動作不安定問題が起こりやすくなる。しかし、図13に示したように、i型GaN保護層41を最表面にすることによりn型AlGaN電子供給層の酸化による動作不安定問題を防止することができ、実施例1よりも電気特性の安定したGaN系HEMTを実現することができる。   The n-type AlGaN electron supply layer 24 is easily oxidized because it contains Al. Therefore, if the n-type AlGaN electron supply layer 24 is exposed on the outermost surface, the surface of the n-type AlGaN electron supply layer 24 is oxidized and trap levels are generated, thereby causing unstable operation problems such as current collapse. Become. However, as shown in FIG. 13, the i-type GaN protective layer 41 is placed on the outermost surface, so that the problem of unstable operation due to oxidation of the n-type AlGaN electron supply layer can be prevented. A stable GaN-based HEMT can be realized.

次いで、図14及び図15を参照して、本発明の実施例7のGaN系HEMTの製造工程を説明する。まず、図14(a)に示すように、上記の実施例1と同様に、SiC基板21上に、MOCVD法を用いて、AlN核生成層22、厚さが2μmのi型GaN電子走行層23及び厚さが10nmでAl組成比が0.2のn型AlGaN電子供給層24を順次成膜する。引き続いて、n型AlGaN電子供給層24上に厚さが10nmのi型GaN層26を成膜する。次いで、幅が1μmのレジストパターン27を形成する。   Next, with reference to FIGS. 14 and 15, a manufacturing process of the GaN-based HEMT according to Example 7 of the present invention will be described. First, as shown in FIG. 14A, as in the first embodiment, the AlN nucleation layer 22 and the i-type GaN electron transit layer having a thickness of 2 μm are formed on the SiC substrate 21 using the MOCVD method. 23 and an n-type AlGaN electron supply layer 24 having a thickness of 10 nm and an Al composition ratio of 0.2 are sequentially formed. Subsequently, an i-type GaN layer 26 having a thickness of 10 nm is formed on the n-type AlGaN electron supply layer 24. Next, a resist pattern 27 having a width of 1 μm is formed.

次いで、図14(b)に示すように、レジストパターン27をマスクとしてドライエッチングを行うことによって、i型GaN層26の露出部が2nmの厚さになるまで除去してi型GaN保護層41を形成し、残部をi型GaNキャップ層42とする。なお、このi型GaNキャップ層42も、図1(a)に示したようにストライプ状パターンであり、後工程で形成されるゲート電極と平行に配置される。また、ドライエッチングにおいては、エッチングガスとして、Cl、BCl等の塩素系のガスを用いる。 Next, as shown in FIG. 14B, by performing dry etching using the resist pattern 27 as a mask, the exposed portion of the i-type GaN layer 26 is removed until the thickness becomes 2 nm, and the i-type GaN protective layer 41 is removed. And the remainder is the i-type GaN cap layer 42. The i-type GaN cap layer 42 also has a stripe pattern as shown in FIG. 1A, and is arranged in parallel with a gate electrode formed in a later step. In dry etching, a chlorine-based gas such as Cl 2 or BCl 3 is used as an etching gas.

次いで、図15(c)に示すように、レジストパターン27をアッシングにより除去したのち、ソース・ドレイン電極形成部及びゲート電極形成部に開口部を有するレジストパターン42を新たに形成する。次いで、レジストパターン43をマスクとして露出しているi型GaN保護層41を除去してn型AlGaN電子供給層24の表面を露出させる。   Next, as shown in FIG. 15C, after the resist pattern 27 is removed by ashing, a resist pattern 42 having openings in the source / drain electrode formation portion and the gate electrode formation portion is newly formed. Next, the exposed i-type GaN protective layer 41 is removed using the resist pattern 43 as a mask to expose the surface of the n-type AlGaN electron supply layer 24.

以降は、図15(d)に示すように、上記の実施例1と同じ手順でリフトオフ法を用いてソース電極31、ドレイン電極32及びゲート電極35を形成することで、本発明の実施例7のGaN系HEMTの基本構造が完成する。   Thereafter, as shown in FIG. 15 (d), the source electrode 31, the drain electrode 32, and the gate electrode 35 are formed by using the lift-off method in the same procedure as in the first embodiment, so that the seventh embodiment of the present invention. The basic structure of the GaN-based HEMT is completed.

本発明の実施例7においてはピエゾ電界緩和層となる電気的にフローティングなi型GaNキャップ層42を形成する際に、n型AlGaN電子供給層24の表面を覆うようにi型GaN保護層41を設けている。その結果、トラップ準位の発生を抑制することができるので、実施例1より安定した特性のGaN系HEMTを実現することができる。   In Example 7 of the present invention, when forming the electrically floating i-type GaN cap layer 42 to be a piezoelectric field relaxation layer, the i-type GaN protective layer 41 is formed so as to cover the surface of the n-type AlGaN electron supply layer 24. Is provided. As a result, since the generation of trap levels can be suppressed, a GaN-based HEMT having more stable characteristics than Example 1 can be realized.

次に、図16を参照して、本発明の実施例8のGaN系HEMTを説明するが、表面保護層をn型GaN保護層にした以外は、上記の実施例7と基本的には同様であるので、最終的な断面構造のみを説明する。図16は本発明の実施例8のGaN系HEMTの断面図である。図16に示すように、SiC基板21上にAlN核形成層22を介してi型GaN電子走行層23及びn型AlGaN電子供給層24が成膜されて、i型GaN電子走行層23とn型AlGaN電子供給層24との界面に二次元電子ガス25が形成される。   Next, a GaN-based HEMT according to Example 8 of the present invention will be described with reference to FIG. 16. This is basically the same as Example 7 except that the surface protective layer is an n-type GaN protective layer. Therefore, only the final cross-sectional structure will be described. FIG. 16 is a sectional view of a GaN-based HEMT according to Example 8 of the present invention. As shown in FIG. 16, an i-type GaN electron transit layer 23 and an n-type AlGaN electron supply layer 24 are formed on an SiC substrate 21 via an AlN nucleation layer 22, and the i-type GaN electron transit layer 23 and n A two-dimensional electron gas 25 is formed at the interface with the type AlGaN electron supply layer 24.

n型AlGaN電子供給層24の上にゲート電極35を設けるとともに、それ以外の領域に厚さが2nmのn型GaN保護層44を設け、このn型GaN保護層44を介してソース電極31及びドレイン電極32を設ける。   A gate electrode 35 is provided on the n-type AlGaN electron supply layer 24, and an n-type GaN protective layer 44 having a thickness of 2 nm is provided in other regions, and the source electrode 31 and the n-type GaN protective layer 44 are interposed through the n-type GaN protective layer 44. A drain electrode 32 is provided.

また、ゲート電極35のドレイン側にゲート電極35と0.5μm離間した位置に厚さが8nmで幅が1μmのi型GaNキャップ層45を設ける。この様な構造を形成する場合には、実施例6における10nmのi型GaN層26の成長工程において、2nmのn型GaN層と8nmのi型GaN層を順次成膜すれば良い。   An i-type GaN cap layer 45 having a thickness of 8 nm and a width of 1 μm is provided on the drain side of the gate electrode 35 at a position spaced 0.5 μm from the gate electrode 35. In the case of forming such a structure, a 2 nm n-type GaN layer and an 8 nm i-type GaN layer may be sequentially formed in the growth process of the 10 nm i-type GaN layer 26 in Example 6.

この実施例8においても、n型AlGaN電子供給層24がn型GaN保護層44で覆われているので、n型AlGaN電子供給層の酸化による動作不安定問題を防止することができ、実施例1よりも電気特性の安定したGaN系HEMTを実現することができる。   Also in the eighth embodiment, since the n-type AlGaN electron supply layer 24 is covered with the n-type GaN protective layer 44, the problem of unstable operation due to oxidation of the n-type AlGaN electron supply layer can be prevented. A GaN-based HEMT having more stable electrical characteristics than 1 can be realized.

ここで、実施例1乃至実施例8を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
(付記1)基板と、前記基板の上方に形成されたキャリア走行層と、前記キャリア走行層の上方に形成されたキャリア供給層と、前記キャリア供給層の上方に形成されたゲート電極と、前記基板に平行な方向において、前記ゲート電極を挟む位置に形成された、ソース電極及びドレイン電極と、前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間の前記キャリア供給層の上方の一部の領域のみに前記ゲート電極と離間して形成された、電気的にフローティング状態であるキャップ層と、を有することを特徴とする化合物半導体装置。
(付記2)前記キャリア走行層が窒化物半導体からなり、前記キャリア供給層がInAlGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≪1、0≦x+y≦1)からなり、前記キャップ層が窒化物半導体からなることを特徴とする付記1に記載の化合物半導体装置。
(付記3)前記キャップ層内の分極の大きさの絶対値が前記キャリア供給層内の分極の大きさの絶対値よりも小さいことを特徴とする付記1または付記2に記載の化合物半導体装置。
(付記4)前記キャップ層内の分極の極性が前記キャリア供給層の分極の極性と異なることを特徴とする付記1または付記2に記載の化合物半導体装置。
(付記5)前記キャップ層にp型不純物がドープされていることを特徴とする付記1または付記2に記載の化合物半導体装置。
(付記6)前記キャップ層はストライプ状であり且つ前記ゲート電極と平行に配置されることを特徴とする付記1乃至付記5のいずれか1に記載の化合物半導体装置。
(付記7)前記キャップ層が、互いに平行に複数個形成されることを特徴とする付記6に記載の化合物半導体装置。
(付記8)前記キャップ層の厚さが、前記ドレイン電極に向かって順次薄くなることを特徴とする付記7に記載の化合物半導体装置。
(付記9)前記ゲート電極と前記ソース電極との間の前記キャリア供給層上の全面及び前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の前記キャリア供給層上の全面に保護層が設けられ、前記キャップ層が前記保護層上に設けられていることを特徴とする付記1乃至付記8のいずれか1に記載の化合物半導体装置。
(付記10)前記保護層は、含有する不純物を含めて前記キャップ層と異なった組成であることを特徴とする付記9に記載の化合物半導体装置。
(付記11)前記基板が、Si基板、サファイア基板、SiC基板或いはGaN基板のいずれかであることを特徴とする付記1乃至付記10のいずれか1に記載の化合物半導体装置。
Here, the following additional notes are attached to the embodiment of the present invention including Examples 1 to 8.
(Appendix 1) Substrate, carrier running layer formed above the substrate, carrier supply layer formed above the carrier running layer, gate electrode formed above the carrier supply layer, In the direction parallel to the substrate, the source electrode and the drain electrode formed at positions sandwiching the gate electrode, and only in a partial region above the carrier supply layer between the drain electrode and the gate electrode. A compound semiconductor device comprising: a cap layer which is formed in an electrically floating state so as to be separated from the gate electrode.
(Supplementary Note 2) The carrier travel layer is made of a nitride semiconductor, and the carrier supply layer is In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y << 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). The compound semiconductor device according to appendix 1, wherein the cap layer is made of a nitride semiconductor.
(Additional remark 3) The compound semiconductor device of Additional remark 1 or Additional remark 2 characterized by the absolute value of the magnitude | size of the polarization in the said cap layer being smaller than the absolute value of the magnitude of the polarization in the said carrier supply layer.
(Additional remark 4) The compound semiconductor device of Additional remark 1 or Additional remark 2 characterized by the polarity of the polarization in the said cap layer differing from the polarity of the polarization of the said carrier supply layer.
(Supplementary note 5) The compound semiconductor device according to supplementary note 1 or supplementary note 2, wherein the cap layer is doped with a p-type impurity.
(Supplementary note 6) The compound semiconductor device according to any one of supplementary notes 1 to 5, wherein the cap layer has a stripe shape and is arranged in parallel with the gate electrode.
(Supplementary note 7) The compound semiconductor device according to supplementary note 6, wherein a plurality of the cap layers are formed in parallel to each other.
(Additional remark 8) The compound semiconductor device of Additional remark 7 characterized by the thickness of the said cap layer becoming thin gradually toward the said drain electrode.
(Supplementary Note 9) A protective layer is provided on the entire surface of the carrier supply layer between the gate electrode and the source electrode and on the entire surface of the carrier supply layer between the gate electrode and the drain electrode, and the cap 9. The compound semiconductor device according to any one of appendix 1 to appendix 8, wherein a layer is provided on the protective layer.
(Supplementary note 10) The compound semiconductor device according to supplementary note 9, wherein the protective layer has a composition different from that of the cap layer including impurities contained therein.
(Supplementary note 11) The compound semiconductor device according to any one of supplementary notes 1 to 10, wherein the substrate is any one of a Si substrate, a sapphire substrate, a SiC substrate, and a GaN substrate.

11 基板
12 キャリア走行層
13 キャリア供給層
14 二次元キャリアガス
15 ゲート電極
16 ソース電極
17 ドレイン電極
18 キャップ層
21,51 SiC基板
22,52 AlN核形成層
23,53 i型GaN電子走行層
24,54 n型AlGaN電子供給層
25,55 二次元電子ガス
26 i型GaN層
27,37 レジストパターン
28,38〜38 i型GaNキャップ層
29 レジストパターン
30 Ti/Al膜
31,57 ソース電極
32,58 ドレイン電極
33 レジストパターン
34 Ni/Au膜
35,59,62 ゲート電極
36,60 等電位線
39,39 i型InGaNキャップ層
40,40 p型GaNキャップ層
41 i型GaN保護層
42,45 i型InGaNキャップ層
43 レジストパターン
44 n型GaN保護層
56 SiN膜
61 フィールドプレート
71 半絶縁性SiC基板
72 バッファ層
73 GaNチャネル層
74 AlGaNバリア層
75 二次元電子ガス
76 GaNキャップ層
77 Si注入領域
78 ソース電極
79 ドレイン電極
80 ゲート電極
81 誘電体膜
11 substrate 12 carrier traveling layer 13 carrier supply layer 14 two-dimensional carrier gas 15 gate electrode 16 source electrode 17 drain electrode 18 cap layer 21, 51 SiC substrate 22, 52 AlN nucleation layer 23, 53 i-type GaN electron traveling layer 24, 54 n-type AlGaN electron supply layer 25, 55 the two-dimensional electron gas 26 i-type GaN layer 27, 37 resist pattern 28,38 1 ~38 4 i-type GaN cap layer 29 a resist pattern 30 Ti / Al film 31,57 source electrode 32 , 58 Drain electrode 33 Resist pattern 34 Ni / Au film 35, 59, 62 Gate electrode 36, 60 Equipotential line 39 1 , 39 2 i-type InGaN cap layer 40 1 , 40 2 p-type GaN cap layer 41 i-type GaN protection Layers 42 and 45 i-type InGaN cap layer 43 resist pattern 44 n-type GaN protective layer 56 SiN film 61 Field plate 71 Semi-insulating SiC substrate 72 Buffer layer 73 GaN channel layer 74 AlGaN barrier layer 75 Two-dimensional electron gas 76 GaN cap layer 77 Si injection region 78 Source electrode 79 Drain electrode 80 Gate Electrode 81 Dielectric film

Claims (8)

基板と、
前記基板の上方に形成されたキャリア走行層と、
前記キャリア走行層の上方に形成されたキャリア供給層と、
前記キャリア供給層の上方に形成されたゲート電極と、
前記基板に平行な方向において、前記ゲート電極を挟む位置に形成された、ソース電極及びドレイン電極と、
前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間の前記キャリア供給層の上方の一部の領域のみに前記ゲート電極と離間して形成された、電気的にフローティング状態であるキャップ層と、
を有することを特徴とする化合物半導体装置。
A substrate,
A carrier running layer formed above the substrate;
A carrier supply layer formed above the carrier travel layer;
A gate electrode formed above the carrier supply layer;
A source electrode and a drain electrode formed at positions sandwiching the gate electrode in a direction parallel to the substrate;
A cap layer in an electrically floating state, formed apart from the gate electrode only in a partial region above the carrier supply layer between the drain electrode and the gate electrode;
A compound semiconductor device comprising:
前記キャリア走行層が窒化物半導体からなり、
前記キャリア供給層がInAlGa1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)からなり、
前記キャップ層が窒化物半導体からなることを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体装置。
The carrier traveling layer is made of a nitride semiconductor,
The carrier supply layer is made of In x Al y Ga 1-x -y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ x + y ≦ 1),
The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the cap layer is made of a nitride semiconductor.
前記キャップ層内の分極の大きさの絶対値が前記キャリア供給層内の分極の大きさの絶対値よりも小さいことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の化合物半導体装置。   3. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein an absolute value of a polarization magnitude in the cap layer is smaller than an absolute value of a polarization magnitude in the carrier supply layer. 前記キャップ層内の分極の極性が前記キャリア供給層の分極の極性と異なることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の化合物半導体装置。   The compound semiconductor device according to claim 1, wherein a polarity of polarization in the cap layer is different from a polarity of polarization of the carrier supply layer. 前記キャップ層にp型不純物がドープされていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の化合物半導体装置。   The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the cap layer is doped with a p-type impurity. 前記キャップ層はストライプ状であり且つ前記ゲート電極と平行に配置されることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。   The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the cap layer has a stripe shape and is arranged in parallel with the gate electrode. 前記キャップ層が、互いに平行に複数個形成されることを特徴とする請求項6に記載の化合物半導体装置。   The compound semiconductor device according to claim 6, wherein a plurality of the cap layers are formed in parallel to each other. 前記ゲート電極と前記ソース電極との間の前記キャリア供給層上の全面及び前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の前記キャリア供給層上の全面に保護層が設けられ、
前記キャップ層が前記保護層上に設けられていることを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
A protective layer is provided on the entire surface of the carrier supply layer between the gate electrode and the source electrode and on the entire surface of the carrier supply layer between the gate electrode and the drain electrode;
The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the cap layer is provided on the protective layer.
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