JP2019054133A - Compound semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

To provide a compound semiconductor device capable of satisfying both conflicting characteristics such as low resistance and high resistance required between a compound semiconductor layer and each electrode.SOLUTION: The compound semiconductor device comprises: a compound semiconductor layer 2; a source electrode 4, a drain electrode 5 and a gate electrode 6 which has a work function higher than that of the source electrode 4 and the drain electrode 5, which are formed on the compound semiconductor layer 2; a pair of structures 11, 12 formed at the positions in the compound semiconductor layer 2 below the source electrode 4 and the drain electrode 5 but not formed at the position below the gate electrode 6. In the compound semiconductor layer 2, a first region 13 between the structures 11, 12 and the source electrode 4 and the drain electrode 5 has a density of dislocation defects higher than that in a second region 14 below the gate electrode 6.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、化合物半導体装置及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a compound semiconductor device and a manufacturing method thereof.

窒化物半導体は、高い飽和電子速度及びワイドバンドギャップ等の特徴を利用し、高耐圧及び高出力の半導体デバイスへの適用が検討されている。例えば、窒化物半導体であるGaNのバンドギャップは3.4eVであり、Siのバンドギャップ(1.1eV)及びGaAsのバンドギャップ(1.4eV)よりも大きく、高い破壊電界強度を有する。そのためGaNは、高電圧動作且つ高出力を得る電源用の半導体デバイスの材料として極めて有望である。   Nitride semiconductors have been studied for application to high breakdown voltage and high output semiconductor devices utilizing characteristics such as high saturation electron velocity and wide band gap. For example, the band gap of GaN that is a nitride semiconductor is 3.4 eV, which is larger than the band gap of Si (1.1 eV) and the band gap of GaAs (1.4 eV), and has a high breakdown electric field strength. Therefore, GaN is extremely promising as a material for a semiconductor device for a power supply that obtains high voltage operation and high output.

窒化物半導体を用いたデバイスとしては、電界効果トランジスタ、特に高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor:HEMT)についての報告が数多くなされている。また、ダイオードへの適用についても盛んに研究されている。   As devices using nitride semiconductors, many reports have been made on field effect transistors, in particular, high electron mobility transistors (HEMTs). In addition, research into application to diodes has been actively conducted.

特開2009−16655号公報JP 2009-16655 A 特開2006−351794号公報JP 2006-351794 A 特開2006−179546号公報JP 2006-179546 A 特開2006−148015号公報JP 2006-148015 A

窒化物半導体デバイスにおいては、例えば2種類の電極(第1電極及び第2電極)が設けられている。第1電極は、窒化物半導体層との間で低抵抗が要求される。これに対して第2電極は、窒化物半導体層との間で高抵抗が要求される。例えば、窒化物半導体デバイスとしてHEMTを例に採れば、第1電極がソース電極及びドレイン電極であり、第2電極がゲート電極である。HEMTでは、第1電極については、デバイスの動作電流の向上及び動作効率の改善のために、第1電極と窒化物半導体層との間のコンタクト抵抗を低く抑えることが要求される。一方、第2電極については、窒化物半導体層のリーク電流を低く抑えることが要求される。   In the nitride semiconductor device, for example, two types of electrodes (first electrode and second electrode) are provided. The first electrode is required to have a low resistance between the nitride semiconductor layer. On the other hand, the second electrode is required to have high resistance between the nitride semiconductor layer. For example, if HEMT is taken as an example of the nitride semiconductor device, the first electrode is a source electrode and a drain electrode, and the second electrode is a gate electrode. In the HEMT, the first electrode is required to keep the contact resistance between the first electrode and the nitride semiconductor layer low in order to improve the operating current of the device and improve the operating efficiency. On the other hand, the second electrode is required to keep the leakage current of the nitride semiconductor layer low.

このように、窒化物半導体デバイスでは、第1電極及び第2電極は相反する特性が要求される関係にあり、双方の特性を共に満足させることは極めて困難である。   As described above, in the nitride semiconductor device, the first electrode and the second electrode are in a relationship requiring contradictory characteristics, and it is extremely difficult to satisfy both characteristics.

本発明は、化合物半導体層と第1電極及び第2電極との間に要求される、低抵抗及び高抵抗という相反する特性を共に満たす化合物半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a compound semiconductor device that satisfies both of the conflicting characteristics of low resistance and high resistance required between a compound semiconductor layer and a first electrode and a second electrode, and a method for manufacturing the same. .

一つの態様では、化合物半導体装置は、化合物半導体層と、前記化合物半導体層の上方に設けられた第1電極と、前記化合物半導体層の上方に設けられており、前記第1電極よりも仕事関数の高い第2電極と、前記第1電極の下方で前記化合物半導体層内の位置に設けられており、前記第2電極の下方には不在である構造物とを備えており、前記化合物半導体層は、前記構造物と前記第1電極との間の第1領域が前記第2電極の下方の第2領域よりも転位欠陥の密度が高い。   In one embodiment, a compound semiconductor device includes a compound semiconductor layer, a first electrode provided above the compound semiconductor layer, and a work function provided above the compound semiconductor layer, the work function being higher than that of the first electrode. A second electrode having a high height, and a structure that is provided at a position in the compound semiconductor layer below the first electrode and is absent below the second electrode, and the compound semiconductor layer Has a higher density of dislocation defects in the first region between the structure and the first electrode than in the second region below the second electrode.

一つの態様では、化合物半導体装置の製造方法は、構造物を形成する工程と、前記構造物を埋め込んで、前記構造物の上方の第1領域が、前記構造物が不在である第2領域よりも転位欠陥の密度が高い化合物半導体層を形成する工程と、前記化合物半導体層の上方において、前記第1領域に第1電極を形成する工程と、前記化合物半導体層の上方において、前記第2領域に前記第1電極よりも仕事関数の高い第2電極を形成する工程とを備えている。   In one aspect, a method for manufacturing a compound semiconductor device includes a step of forming a structure, and a first region above the structure is embedded in the second region in which the structure is absent. A step of forming a compound semiconductor layer having a high density of dislocation defects; a step of forming a first electrode in the first region above the compound semiconductor layer; and the second region above the compound semiconductor layer. Forming a second electrode having a work function higher than that of the first electrode.

一つの側面では、化合物半導体層と第1電極及び第2電極との間に要求される、低抵抗及び高抵抗という相反する特性を共に満たす化合物半導体装置が実現する。   In one aspect, a compound semiconductor device that satisfies both conflicting characteristics of low resistance and high resistance required between the compound semiconductor layer and the first electrode and the second electrode is realized.

第1の実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing method of AlGaN / GaN * HEMT by 1st Embodiment to process order. 図2に引き続き、第1の実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating the AlGaN / GaN HEMT manufacturing method according to the first embodiment in the order of steps, following FIG. 2. 化合物半導体層に高密度の転位欠陥が形成される様子について、化合物半導体層のうち最初に成長する初期層に着目して説明するための概略断面図である。It is a schematic sectional drawing for paying attention to the initial layer which grows first among compound semiconductor layers about a mode that a high-density dislocation defect is formed in a compound semiconductor layer. 化合物半導体層の表面の形状像及び電流像を取得した結果について示す写真図である。It is a photograph figure shown about the result of having acquired the shape image and electric current image of the surface of a compound semiconductor layer. 第1の実施形態及び比較例であるサンプル1,2のAlGaN/GaN・HEMTについて、ゲート−ソース電圧(Vgs)とゲート電流(Ig)、ドレイン電流(Id)との関係について示す特性図である。Characteristics of the relationship between the gate-source voltage (V gs ), the gate current (I g ), and the drain current (I d ) of the AlGaN / GaN HEMTs of Samples 1 and 2 as the first embodiment and the comparative example. FIG. 転位欠陥密度(/cm2)とリーク電流(相対値)との関係を示す特性図である。FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between dislocation defect density (/ cm 2 ) and leakage current (relative value). 第1の実施形態の変形例1によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the main processes of the manufacturing method of AlGaN / GaN * HEMT by the modification 1 of 1st Embodiment. 図7に引き続き、第1の実施形態の変形例1によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the main steps of the method for manufacturing the AlGaN / GaN HEMT according to Modification 1 of the first embodiment, following FIG. 7. 第1の実施形態の変形例2によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the main processes of the manufacturing method of AlGaN / GaN * HEMT by the modification 2 of 1st Embodiment. 図9に引き続き、第1の実施形態の変形例2によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating main steps of the AlGaN / GaN HEMT manufacturing method according to Modification 2 of the first embodiment, following FIG. 9. 第1の実施形態の変形例3によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the main processes of the manufacturing method of AlGaN / GaN * HEMT by the modification 3 of 1st Embodiment. 図11に引き続き、第1の実施形態の変形例3によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing main steps of the method for manufacturing the AlGaN / GaN HEMT according to Modification 3 of the first embodiment, following FIG. 11. 第1の実施形態の変形例4によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the main processes of the manufacturing method of AlGaN / GaN * HEMT by the modification 4 of 1st Embodiment. 第1の実施形態の変形例5によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the main processes of the manufacturing method of AlGaN / GaN * HEMT by the modification 5 of 1st Embodiment. 図14に引き続き、第1の実施形態の変形例5によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing the main steps of the method for manufacturing the AlGaN / GaN HEMT according to Modification 5 of the first embodiment following FIG. 14. 第2の実施形態によるダイオードの製造方法を工程順に示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing method of the diode by 2nd Embodiment to process order. 図16に引き続き、第2の実施形態によるダイオードの製造方法を工程順に示す概略断面図である。FIG. 17 is a schematic cross-sectional view illustrating the manufacturing method of the diode according to the second embodiment in order of processes subsequent to FIG. 16; 第3の実施形態による電源装置の概略構成を示す結線図である。It is a connection diagram which shows schematic structure of the power supply device by 3rd Embodiment. 第4の実施形態による高周波増幅器の概略構成を示す結線図である。It is a connection diagram which shows schematic structure of the high frequency amplifier by 4th Embodiment.

[第1の実施形態]
本実施形態では、化合物半導体装置として、窒化物半導体のAlGaN/GaN・HEMTを開示する。
図1〜図2は、第1の実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
[First Embodiment]
In this embodiment, a nitride semiconductor AlGaN / GaN HEMT is disclosed as a compound semiconductor device.
1 to 2 are schematic cross-sectional views showing the method of manufacturing the AlGaN / GaN HEMT according to the first embodiment in the order of steps.

先ず、図1(a)に示すように、成長用基板として例えばSi基板1上に、構造物11,12を形成する。成長用基板としては、Si基板の代わりに、SiC基板、サファイア基板、GaAs基板、GaN基板等を用いても良い。また、基板の導電性としては、半絶縁性、導電性を問わない。   First, as shown in FIG. 1A, structures 11 and 12 are formed on, for example, a Si substrate 1 as a growth substrate. As the growth substrate, an SiC substrate, a sapphire substrate, a GaAs substrate, a GaN substrate, or the like may be used instead of the Si substrate. Further, the conductivity of the substrate may be semi-insulating or conductive.

詳細には、Si基板1上に例えば絶縁物、具体的にはSiO2、SiN、SiON等、ここではSiO2をCVD法により例えば40nm程度の厚みに堆積する。堆積されたSiO2をリソグラフィー及びエッチングにより加工し、Si基板1上で後のソース電極及びドレイン電極の形成領域の形成領域の下方に位置整合する部位のみに例えば1μm程度の幅にSiO2を残す。以上により、Si基板1上にSiO2からなる構造物11,12が形成される。 Specifically, for example, an insulating material on the Si substrate 1, specifically SiO 2, SiN, SiON or the like, wherein the SiO 2 is deposited to a thickness of, for example, about 40nm by CVD. The deposited SiO 2 is processed by lithography and etching to leave SiO 2 with a width of, for example, about 1 μm only at a position aligned below the formation region of the subsequent source electrode and drain electrode formation region on the Si substrate 1. . Thus, the structures 11 and 12 made of SiO 2 are formed on the Si substrate 1.

続いて、図1(b)に示すように、Si基板1上に、構造物11,12を埋め込むように化合物半導体層2を形成する。
化合物半導体層2は、初期層2a、バッファ層2b、電子走行層2c、電子供給層2d、及びキャップ層2eを有している。電子走行層2cと電子供給層2dとの間に薄いスペーサ層を形成しても良い。
Subsequently, as illustrated in FIG. 1B, the compound semiconductor layer 2 is formed on the Si substrate 1 so as to bury the structures 11 and 12.
The compound semiconductor layer 2 includes an initial layer 2a, a buffer layer 2b, an electron transit layer 2c, an electron supply layer 2d, and a cap layer 2e. A thin spacer layer may be formed between the electron transit layer 2c and the electron supply layer 2d.

電子走行層2cの電子供給層2dとの界面近傍には、2次元電子ガス(2DEG)が発生する。この2DEGは、電子走行層2cの化合物半導体(ここではGaN)と電子供給層2dの化合物半導体(ここではAlGaN)との格子定数の相違に基づいて生成されるものである。   Two-dimensional electron gas (2DEG) is generated near the interface between the electron transit layer 2c and the electron supply layer 2d. This 2DEG is generated based on the difference in lattice constant between the compound semiconductor (here, GaN) of the electron transit layer 2c and the compound semiconductor (here, AlGaN) of the electron supply layer 2d.

詳細には、Si基板1上に、例えば有機金属気相成長(MOVPE:Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)法により、以下の各化合物半導体を成長する。MOVPE法の代わりに、分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法等を用いても良い。
Si基板1上に、AlN、Al組成を変化させた多層構造(0.2<x<0.8)のAlxGa1-xN、i(インテンショナリ・アンドープ)−GaN、AlGaN、及びn−GaNを順次成長する。AlNは160nm程度の厚みに、AlxGa1-xNの多層構造は総厚で500nm程度の厚みに、i−GaNは1μm程度の厚みに、AlGaNは5nm程度〜20nm程度の厚みに、n−GaNは4nm程度の厚みにそれぞれ成長する。以上により、初期層2a、バッファ層2b、電子走行層2c、電子供給層2d、及びキャップ層2eが形成される。
Specifically, the following compound semiconductors are grown on the Si substrate 1 by, for example, metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE). Instead of the MOVPE method, a molecular beam epitaxy (MBE) method or the like may be used.
On the Si substrate 1, AlN, Al x Ga 1-x N having a multilayer structure (0.2 <x <0.8) with varying Al composition, i (intensive undoped) -GaN, AlGaN, and N-GaN is grown sequentially. AlN is about 160 nm thick, Al x Ga 1-x N multilayer structure is about 500 nm in total thickness, i-GaN is about 1 μm thick, AlGaN is about 5 nm to about 20 nm thick, n -GaN grows to a thickness of about 4 nm. Thus, the initial layer 2a, the buffer layer 2b, the electron transit layer 2c, the electron supply layer 2d, and the cap layer 2e are formed.

AlNの成長条件としては、原料ガスとしてトリメチルアルミニウム(TMA)ガス及びアンモニア(NH3)ガスの混合ガスを用いる。GaNの成長条件としては、原料ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)ガス及びNH3ガスの混合ガスを用いる。AlGaNの成長条件としては、原料ガスとしてTMAガス、TMGガス、及びNH3ガスの混合ガスを用いる。成長する化合物半導体層に応じて、Al源であるTMAガス、Ga源であるTMGガスの供給の有無及び流量を適宜設定する。共通原料であるNH3ガスの流量は、100ccm〜10LM程度とする。また、成長圧力は50Torr程度〜300Torr程度、成長温度は1000℃程度〜1200℃程度とする。 As growth conditions for AlN, a mixed gas of trimethylaluminum (TMA) gas and ammonia (NH 3 ) gas is used as a source gas. As a growth condition for GaN, a mixed gas of trimethylgallium (TMG) gas and NH 3 gas is used as a source gas. As growth conditions for AlGaN, a mixed gas of TMA gas, TMG gas, and NH 3 gas is used as a source gas. The presence / absence and flow rate of the TMA gas as the Al source and the TMG gas as the Ga source are appropriately set according to the compound semiconductor layer to be grown. The flow rate of NH 3 gas, which is a common raw material, is about 100 ccm to 10 LM. The growth pressure is about 50 Torr to about 300 Torr, and the growth temperature is about 1000 ° C. to 1200 ° C.

キャップ層2eのn−GaNの成長時には、n型不純物として例えばSiを含む例えばSiH4ガスを所定の流量で原料ガスに添加し、GaNにシリコン(Si)をドープする。n型不純物としては、Siの代わりにゲルマニウム(Ge)又は酸素(O)等を用いても良い。キャップ層2eは、下面から上面に向かうにつれて徐々にn型不純物濃度が高くなる濃度プロファイルを有する。この場合、GaNへのSiドーピングは、SiH4ガスの流量を徐々に増加させてゆき、上面近傍で例えば5×1016/cm3以上の所定値、ここでは、1×1018/cm3程度となるように調節する。なお、キャップ層2eは、上記の濃度プロファイルに代わって、その膜厚方向についてn型不純物濃度が均一の濃度プロファイルを有するものでも良い。 During the growth of n-GaN in the cap layer 2e, for example, SiH 4 gas containing, for example, Si as an n-type impurity is added to the source gas at a predetermined flow rate, and GaN is doped with silicon (Si). As the n-type impurity, germanium (Ge) or oxygen (O) may be used instead of Si. The cap layer 2e has a concentration profile in which the n-type impurity concentration gradually increases from the lower surface to the upper surface. In this case, Si doping to GaN is performed by gradually increasing the flow rate of the SiH 4 gas and, for example, a predetermined value of 5 × 10 16 / cm 3 or more in the vicinity of the upper surface, here, about 1 × 10 18 / cm 3. Adjust so that Note that the cap layer 2e may have a concentration profile in which the n-type impurity concentration is uniform in the film thickness direction, instead of the above-described concentration profile.

キャップ層2eを形成しない場合もある。この場合には、電子供給層2dは、例えば下面から上面に向かうにつれて徐々にn型不純物濃度が高くなる濃度プロファイルを有する。AlGaNへのSiドーピングは、上記のキャップ層2eの場合と同様にSi等のn型不純物をドープする。   In some cases, the cap layer 2e is not formed. In this case, the electron supply layer 2d has a concentration profile in which the n-type impurity concentration gradually increases, for example, from the lower surface to the upper surface. Si doping to AlGaN is performed by doping an n-type impurity such as Si as in the case of the cap layer 2e.

本実施形態では、Si基板1上の構造物11,12を埋め込むように化合物半導体層2が形成されている。化合物半導体層2において、Si基板1の上方で構造物11,12が不在である位置の第2領域14では、生成される転位欠陥は低密度のものとなる。当該転位欠陥については、図2では図示を省略する。一方、構造物11,12に起因して、化合物半導体層2の構造物11,12の上方に位置する第1領域13には、第2領域14の転位密度よりも高い密度の転位欠陥13aが生成される。転位欠陥13aの密度は、後述する理由から、例えば1×105/cm2程度以上で5×1011/cm2程度以下の範囲内の所定値、例えば1×109/cm2程度とされる。 In the present embodiment, the compound semiconductor layer 2 is formed so as to embed the structures 11 and 12 on the Si substrate 1. In the second region 14 in the compound semiconductor layer 2 where the structures 11 and 12 are absent above the Si substrate 1, the generated dislocation defects are of low density. The dislocation defect is not shown in FIG. On the other hand, due to the structures 11 and 12, dislocation defects 13 a having a higher density than the dislocation density of the second region 14 are present in the first region 13 located above the structures 11 and 12 of the compound semiconductor layer 2. Generated. The density of the dislocation defects 13a is set to a predetermined value within a range of about 1 × 10 5 / cm 2 to about 5 × 10 11 / cm 2 , for example, about 1 × 10 9 / cm 2 for the reason described later. The

図3は、化合物半導体層に高密度の転位欠陥が形成される様子について、化合物半導体層のうち最初に成長する初期層に着目して説明するための概略断面図である。
先ず、図3(a)に示すように、上記と同様に、Si基板1上にSiO2からなる構造物11,12を形成する。
次に、図3(b)に示すように、Si基板1上に初期層2aとなるAlNを成長する。AlNは、Si基板1上の構造物11,12の不在である領域から縦方向に成長が開始される。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining a state in which high-density dislocation defects are formed in the compound semiconductor layer, focusing on the initial layer grown first among the compound semiconductor layers.
First, as shown in FIG. 3A, the structures 11 and 12 made of SiO 2 are formed on the Si substrate 1 in the same manner as described above.
Next, as shown in FIG. 3B, AlN to be the initial layer 2 a is grown on the Si substrate 1. The growth of AlN starts in the vertical direction from the region where the structures 11 and 12 on the Si substrate 1 are absent.

次に、図3(c)に示すように、構造物11,12の厚みを越えてAlNが成長してゆき、徐々に構造物11,12の上面を覆うように、縦方向から横方向への成長が始まり、図3(d)に示すように、AlNの横方向への成長が続いてゆく。   Next, as shown in FIG. 3C, AlN grows beyond the thickness of the structures 11 and 12, and gradually extends from the vertical direction to the horizontal direction so as to cover the upper surfaces of the structures 11 and 12. As shown in FIG. 3D, the growth of AlN in the lateral direction continues.

次に、図3(e)に示すように、図中で左右から成長したAlNが相互に衝突してAlN結晶が結合する。ここで、構造物11,12の右側又は左側から成長を始めたAlN結晶の結晶方位は、完全には一致せず、僅かに面内において窒化物半導体の基本構造である六角柱の向きが異なる。そのため、別の領域から成長を開始したAlN結晶が結合する位置において高密度の転位欠陥が生成し易くなる。   Next, as shown in FIG. 3E, the AlN grown from the left and right in the figure collide with each other and the AlN crystal is bonded. Here, the crystal orientation of the AlN crystal which has begun to grow from the right side or the left side of the structures 11 and 12 does not completely coincide with each other, and the orientation of the hexagonal column which is the basic structure of the nitride semiconductor is slightly different in the plane. . Therefore, a high-density dislocation defect is easily generated at a position where an AlN crystal grown from another region is bonded.

そして、図3(f)に示すように、Si基板1上の構造物11,12を埋め込むように、表面が平坦化され、図3(g)に示すように、初期層2aが形成される。初期層2aには、Si基板1の上方で構造物11,12が不在である位置の第2領域14では、低密度の転位欠陥14aが形成される。一方、構造物11,12に起因して、初期層2aの構造物11,12の上方に位置する第1領域13には、転位欠陥14aよりも高密度の転位欠陥13aが形成される。
しかる後、初期層2aに形成されるバッファ層2b、電子走行層2c、電子供給層2d、及びキャップ層2eに転位欠陥13a,14aが引き継がれてゆく。以上により、図1(b)に示すように、第1領域13に高密度の転位欠陥13aを有し、第2領域14では転位欠陥の密度が転位欠陥13aよりも低い化合物半導体層2が形成される。
Then, as shown in FIG. 3 (f), the surface is flattened so as to embed the structures 11 and 12 on the Si substrate 1, and an initial layer 2a is formed as shown in FIG. 3 (g). . In the initial layer 2a, low density dislocation defects 14a are formed in the second region 14 where the structures 11 and 12 are absent above the Si substrate 1. On the other hand, due to the structures 11 and 12, dislocation defects 13a having a higher density than the dislocation defects 14a are formed in the first region 13 located above the structures 11 and 12 of the initial layer 2a.
Thereafter, the dislocation defects 13a and 14a are taken over by the buffer layer 2b, the electron transit layer 2c, the electron supply layer 2d, and the cap layer 2e formed in the initial layer 2a. As described above, as shown in FIG. 1B, the compound semiconductor layer 2 having the high density of dislocation defects 13a in the first region 13 and the density of dislocation defects lower than that of the dislocation defects 13a is formed in the second region 14. Is done.

本実施形態では、化合物半導体層2の最上層は、n型不純物を含有するキャップ層2e又はn型不純物を含有する電子供給層2dとされている。当該最上層にn型不純物をドープする理由について、図4を用いて説明する。図4では、本実施形態の構造物11,12を有しない2種のAlGaN/GaN・HEMT(サンプル1,2)について、化合物半導体層の表面の形状像及び電流像を取得した結果について示す。サンプル1では、化合物半導体層の最上層にn−GaNのキャップ層が設けられている。サンプル2では、化合物半導体層の最上層にn型不純物を含有しないi−GaNのキャップ層が設けられている。(a)がサンプル1の形状像、(b)がサンプル1の電流像、(c)がサンプル2の形状像、(d)がサンプル2の電流像である。   In the present embodiment, the uppermost layer of the compound semiconductor layer 2 is a cap layer 2e containing an n-type impurity or an electron supply layer 2d containing an n-type impurity. The reason why the uppermost layer is doped with n-type impurities will be described with reference to FIG. FIG. 4 shows the results of acquiring the shape image and current image of the surface of the compound semiconductor layer for two types of AlGaN / GaN HEMTs (samples 1 and 2) that do not have the structures 11 and 12 of the present embodiment. In Sample 1, an n-GaN cap layer is provided on the uppermost layer of the compound semiconductor layer. In sample 2, an i-GaN cap layer not containing an n-type impurity is provided on the uppermost layer of the compound semiconductor layer. (A) is a shape image of sample 1, (b) is a current image of sample 1, (c) is a shape image of sample 2, and (d) is a current image of sample 2.

サンプル1では、化合物半導体層の表面に高密度の転位欠陥に関連する微小な表面ピットが観察される(図4(a))。更にサンプル1では、それぞれのピットがスクリュー転位又はミックス転位を介した電流リークパスとして働いていることが読み取ることができる(図4(b))。一方、サンプル2では、サンプル1と同様に、化合物半導体層の表面に転位欠陥に関連したピットが観察される(図4(c))。これは、最表面のキャップ層の導電型を変更しただけで転位密度に変化が起こるとは考え難く、当然の結果であると言える。これに対して、サンプル2では、化合物半導体層の表面に高密度の転位欠陥が存在するにも関わらず、電流輸送経路となるリーク電流パスとしては働いていない(図4(d))。サンプル1では、化合物半導体層の表面に各電極が形成されることから、当該表面に転位欠陥の電流輸送経路が存在することを要する。図4(a)〜(d)により、転位欠陥が電流輸送経路となるには、転位欠陥が化合物半導体層の表面に到達するだけでなく、表面にn型不純物がドーピングされていることが必要であることが判る。   In Sample 1, minute surface pits related to high-density dislocation defects are observed on the surface of the compound semiconductor layer (FIG. 4A). Furthermore, in sample 1, it can be read that each pit works as a current leak path via screw dislocation or mixed dislocation (FIG. 4B). On the other hand, in Sample 2, as in Sample 1, pits related to dislocation defects are observed on the surface of the compound semiconductor layer (FIG. 4C). This is a natural result because it is unlikely that the dislocation density will change only by changing the conductivity type of the outermost cap layer. On the other hand, sample 2 does not work as a leakage current path serving as a current transport path despite the presence of high-density dislocation defects on the surface of the compound semiconductor layer (FIG. 4D). In Sample 1, since each electrode is formed on the surface of the compound semiconductor layer, it is necessary that a current transport path of dislocation defects exists on the surface. 4A to 4D, in order for the dislocation defect to become a current transport path, it is necessary that the dislocation defect not only reaches the surface of the compound semiconductor layer, but also that the surface is doped with an n-type impurity. I understand that.

図1(b)に引き続き、図1(c)に示すように、素子分離構造3を形成する。
詳細には、化合物半導体層2の素子分離領域に、例えばアルゴン(Ar)を注入する。これにより、化合物半導体層2及びSi基板1の表層部分に素子分離構造3が形成される。素子分離構造3により、化合物半導体層2上で活性領域が画定される。
なお、素子分離は、上記の注入法の代わりに、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法を用いて行っても良い。このとき、化合物半導体層2のドライエッチングには、例えば塩素系のエッチングガスを用いる。
Subsequent to FIG. 1B, the element isolation structure 3 is formed as shown in FIG.
Specifically, for example, argon (Ar) is implanted into the element isolation region of the compound semiconductor layer 2. Thereby, the element isolation structure 3 is formed in the surface layer portions of the compound semiconductor layer 2 and the Si substrate 1. An active region is defined on the compound semiconductor layer 2 by the element isolation structure 3.
The element isolation may be performed by using, for example, an STI (Shallow Trench Isolation) method instead of the above-described implantation method. At this time, for example, a chlorine-based etching gas is used for the dry etching of the compound semiconductor layer 2.

続いて、図2(a)に示すように、第1電極として、ソース電極4及びドレイン電極5を形成する。
詳細には、先ず、ソース電極及びドレイン電極を形成するためのレジストマスクを形成する。ここでは、蒸着法及びリフトオフ法に適した例えば庇構造2層レジストを用いる。このレジストを化合物半導体層2上に塗布し、ソース電極及びドレイン電極の形成部位を露出させる各開口を形成する。第1電極であるソース電極の形成部位は、化合物半導体層2上において、構造物11の上方に位置する高密度の転位欠陥13aが形成された第1領域13である。同様に、第1電極であるドレイン電極の形成部位は、化合物半導体層2上において、構造物12の上方に位置する高密度の転位欠陥13aが形成された第1領域13である。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 2A, the source electrode 4 and the drain electrode 5 are formed as the first electrode.
Specifically, first, a resist mask for forming the source electrode and the drain electrode is formed. Here, for example, a two-layer resist having a cage structure suitable for the vapor deposition method and the lift-off method is used. This resist is applied onto the compound semiconductor layer 2 to form openings that expose the formation sites of the source electrode and the drain electrode. The formation site of the source electrode which is the first electrode is the first region 13 where the high-density dislocation defects 13 a located above the structure 11 are formed on the compound semiconductor layer 2. Similarly, the formation region of the drain electrode which is the first electrode is the first region 13 in which the high-density dislocation defects 13 a located above the structure 12 are formed on the compound semiconductor layer 2. Thus, a resist mask having the opening is formed.

このレジストマスクを用いて、第1電極材料を、例えば蒸着法により、化合物半導体層2の表面におけるソース電極及びドレイン電極の形成部位(第1領域13)を露出させる開口内を含むレジストマスク上に堆積する。第1電極材料としては、後述する第2電極であるゲート電極の第2電極材料よりも仕事関数の低い材料、例えばTi,Al,In等から適宜選ばれたものを用いる。ここでは、例えばTi(下層)/Al(上層)を用いる。Tiの厚みは20nm程度、Alの厚みは200nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したTi/Alを除去する。その後、Si基板1を、例えば窒素雰囲気中において400℃〜1000℃程度の温度、例えば600℃程度で熱処理し、残存したTi/Alをキャップ層2eとオーミックコンタクトさせる。Ti/Alのキャップ層2eとのオーミックコンタクトが得られるのであれば、熱処理が不要な場合もある。以上により、化合物半導体層2の表面における高密度の転位欠陥13aが形成された第1領域13上にソース電極4及びドレイン電極5が形成される。   Using this resist mask, the first electrode material is deposited on the resist mask including the inside of the opening exposing the formation site (first region 13) of the source electrode and the drain electrode on the surface of the compound semiconductor layer 2 by vapor deposition, for example. accumulate. As the first electrode material, a material having a work function lower than that of the second electrode material of the gate electrode, which will be described later, such as Ti, Al, In, or the like is used. Here, for example, Ti (lower layer) / Al (upper layer) is used. The thickness of Ti is about 20 nm, and the thickness of Al is about 200 nm. The resist mask and Ti / Al deposited thereon are removed by a lift-off method. Thereafter, the Si substrate 1 is heat-treated in a nitrogen atmosphere, for example, at a temperature of about 400 ° C. to 1000 ° C., for example, about 600 ° C., and the remaining Ti / Al is brought into ohmic contact with the cap layer 2e. If an ohmic contact with the Ti / Al cap layer 2e is obtained, heat treatment may be unnecessary. As described above, the source electrode 4 and the drain electrode 5 are formed on the first region 13 in which the high-density dislocation defects 13a are formed on the surface of the compound semiconductor layer 2.

続いて、図2(b)に示すように、第2電極として、ゲート電極6を形成する。
詳細には、先ず、ゲート電極を形成するためのレジストマスクを形成する。ここでは、蒸着法及びリフトオフ法に適した例えば庇構造2層レジストを用いる。このレジストを化合物半導体層2の表面に塗布し、ゲート電極の形成部位を露出させる開口を形成する。第2電極であるゲート電極の形成部位は、化合物半導体層2上において、下方に構造物11,12が不在であって第1領域13よりも転位欠陥が低密度の第2領域14である。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 2B, a gate electrode 6 is formed as a second electrode.
Specifically, first, a resist mask for forming the gate electrode is formed. Here, for example, a two-layer resist having a cage structure suitable for the vapor deposition method and the lift-off method is used. This resist is applied to the surface of the compound semiconductor layer 2 to form an opening that exposes the formation site of the gate electrode. The formation site of the gate electrode which is the second electrode is the second region 14 on the compound semiconductor layer 2 where the structures 11 and 12 are absent and the dislocation defects are lower in density than the first region 13. Thus, a resist mask having the opening is formed.

このレジストマスクを用いて、第2電極材料を、例えば蒸着法により、ゲート電極の形成部位(転位欠陥14が形成された領域)を露出させる開口内を含むレジストマスク上に堆積する。第2電極材料としては、ソース電極4及びドレイン電極5の第1電極材料よりも仕事関数の高い材料、例えばNi,Pt,Pd,Au等から適宜選ばれたものを用いる。ここでは、例えばNi(下層)/Au(上層)を用いる。Niの厚みは30nm程度、Auの厚みは400nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したNi/Auを除去する。以上により、化合物半導体層2の表面における、転位欠陥が低密度である第2領域14上にゲート電極6が形成される。   Using this resist mask, the second electrode material is deposited on the resist mask including the inside of the opening exposing the gate electrode formation site (region where the dislocation defect 14 is formed) by, for example, vapor deposition. As the second electrode material, a material having a work function higher than that of the first electrode material of the source electrode 4 and the drain electrode 5, for example, a material appropriately selected from Ni, Pt, Pd, Au and the like is used. Here, for example, Ni (lower layer) / Au (upper layer) is used. The thickness of Ni is about 30 nm, and the thickness of Au is about 400 nm. The resist mask and Ni / Au deposited thereon are removed by a lift-off method. As described above, the gate electrode 6 is formed on the second region 14 where dislocation defects are low density on the surface of the compound semiconductor layer 2.

しかる後、層間絶縁膜の形成、ソース電極4、ドレイン電極5、ゲート電極6と接続される配線の形成、上層の保護膜の形成、最表面に露出する接続電極の形成等の諸工程を経て、本実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTが形成される。   Thereafter, through various steps such as formation of an interlayer insulating film, formation of wiring connected to the source electrode 4, drain electrode 5, and gate electrode 6, formation of an upper protective film, formation of a connection electrode exposed on the outermost surface, and the like. The AlGaN / GaN HEMT according to the present embodiment is formed.

本実施形態においては、化合物半導体層2のソース電極4及びドレイン電極5の直下には、高密度の転位欠陥13aによる電流リークパスが形成されており、低いコンタクト抵抗が得られ、大電流動作が実現する。高密度の転位欠陥13a及び化合物半導体層2の最表面(キャップ層2e)におけるn型不純物の両者が揃うことによるリーク電流パスの形成は、以下のように理解できる。転位欠陥においては、不純物や点欠陥がその周りに集まることが知られている。このため、化合物半導体層2の最表面にドープされたn型不純物は転位線の近傍に集まり易く、n型不純物濃度が局所的に増加する。これにより、最表面におけるピット位置が電流リークパスとして働くと考えられる。   In the present embodiment, a current leak path is formed by a high-density dislocation defect 13a immediately below the source electrode 4 and the drain electrode 5 of the compound semiconductor layer 2, so that a low contact resistance is obtained and a large current operation is realized. To do. The formation of the leakage current path due to the fact that both the high-density dislocation defects 13a and the n-type impurities on the outermost surface (cap layer 2e) of the compound semiconductor layer 2 are aligned can be understood as follows. In dislocation defects, it is known that impurities and point defects gather around them. For this reason, the n-type impurity doped on the outermost surface of the compound semiconductor layer 2 tends to gather near the dislocation line, and the n-type impurity concentration locally increases. Thereby, it is considered that the pit position on the outermost surface works as a current leak path.

一方、化合物半導体層2のゲート電極6の直下には、高密度の転位欠陥13aが存在しない(転位欠陥の密度が転位欠陥13aよりも低い。)。化合物半導体層2の最表面にn型不純物が存在するが、このことのみでは、大きな電流リークパスが形成されることはない。従ってゲート電極6については、化合物半導体層2との間で高抵抗が得られ、ゲートリーク電流の小さいゲート構造が実現する。   On the other hand, there are no high-density dislocation defects 13a immediately below the gate electrode 6 of the compound semiconductor layer 2 (the density of dislocation defects is lower than that of the dislocation defects 13a). Although n-type impurities are present on the outermost surface of the compound semiconductor layer 2, a large current leak path is not formed only by this. Accordingly, with respect to the gate electrode 6, a high resistance is obtained between the compound semiconductor layer 2 and a gate structure with a small gate leakage current is realized.

本実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTにおけるトランジスタ動作特性について、比較例との比較に基づいて調べた結果について、図5を用いて説明する。図5は、本実施形態及び比較例であるサンプル1,2のAlGaN/GaN・HEMTについて、ゲート−ソース電圧(Vgs)とゲート電流(Ig)、ドレイン電流(Id)との関係について示す特性図である。 The results of examining the transistor operating characteristics of the AlGaN / GaN HEMT according to the present embodiment based on the comparison with the comparative example will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows the relationship between the gate-source voltage (V gs ), the gate current (I g ), and the drain current (I d ) for the AlGaN / GaN HEMTs of Samples 1 and 2 that are the present embodiment and the comparative example. FIG.

サンプル1では、大電流動作を実現するために、ソース電極及びドレイン電極と化合物半導体層との界面のコンタクト抵抗が小さくなるように、キャップ層を薄く形成し、キャップ層の表面例えば5×1019/cm3を超える高濃度のn型不純物を有する構造とされている。サンプル1によれば、コンタクト抵抗が低減するためにトランジスタの大電流動作が実現できる一方で、ゲート電極と化合物半導体層との間のバリア性も一緒に低下することになり、ゲートリーク電流が増加する。これにより、トランジスタをオフ状態としたときに、ゲート電極から流入した電子がドレイン電極に向かって流れるため、トランジスタのオフ特性が劣化する。 In sample 1, in order to realize a large current operation, the cap layer is formed thin so that the contact resistance at the interface between the source and drain electrodes and the compound semiconductor layer is reduced, and the surface of the cap layer, for example, 5 × 10 19 The structure has a high concentration of n-type impurities exceeding / cm 3 . According to sample 1, the contact resistance is reduced, so that a large current operation of the transistor can be realized, but the barrier property between the gate electrode and the compound semiconductor layer is also lowered, and the gate leakage current is increased. To do. Accordingly, when the transistor is turned off, electrons flowing from the gate electrode flow toward the drain electrode, so that the off characteristics of the transistor are deteriorated.

サンプル2では、ゲートリーク電流を低減して良好なショットキーバリアを形成するために、表面全体において転位欠陥密度の低い化合物半導体層を有する構造とされている。サンプル2によれば、ゲートリーク電流の小さい特性を実現できる一方で、大電流動作を実現するために、ソース電極及びドレイン電極と化合物半導体層との界面のコンタクト抵抗が増大し、トランジスタの大電流動作が実現できない。   Sample 2 has a structure having a compound semiconductor layer with a low dislocation defect density over the entire surface in order to reduce the gate leakage current and form a good Schottky barrier. According to the sample 2, while it is possible to realize a characteristic with a small gate leakage current, in order to realize a large current operation, the contact resistance at the interface between the source electrode and the drain electrode and the compound semiconductor layer is increased. Operation cannot be realized.

サンプル1,2に対して、本実施形態によれば、ソース電極及びドレイン電極と化合物半導体層との界面においては、高密度の転位欠陥及びn型不純物の存在により、電流リークパスが形成されて大電流動作が実現する。一方、ゲート電極下においては転位密度を抑制した構造としているために、電流リークパスの形成が不十分となり、低いゲートリーク電流が実現する。   In contrast to Samples 1 and 2, according to the present embodiment, a current leak path is formed at the interface between the source and drain electrodes and the compound semiconductor layer due to the presence of high-density dislocation defects and n-type impurities. Current operation is realized. On the other hand, since a dislocation density is suppressed under the gate electrode, formation of a current leak path becomes insufficient, and a low gate leak current is realized.

AlGaN/GaN・HEMTについて、リーク特性に寄与する転位欠陥の密度(転位密度)について調べた結果について、図6を用いて説明する。図6は、転位欠陥密度(/cm2)とリーク電流(相対値)との関係を示す特性図である。図6では、転位欠陥がなくリーク電流が発生しない部位(平坦部)の1×105倍のリーク電流を有意なリーク電流として規定し、シミュレーションを行った。 The results of investigating the density of dislocation defects (dislocation density) contributing to leakage characteristics for AlGaN / GaN.HEMT will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between dislocation defect density (/ cm 2 ) and leakage current (relative value). In FIG. 6, a simulation was performed by defining a leak current 1 × 10 5 times as large as a significant leak current in a portion (flat portion) where there is no dislocation defect and no leak current is generated.

転位密度が1×105/cm2未満である場合には、平坦部の電流に対応するリーク電流が1×105倍のリーク電流を上回っている。この場合、リーク特性は平坦部において支配的であり、転位密度が1×105/cm2未満ではリーク電流は転位密度に依存しない。一方、転位密度が1×105/cm2以上である場合には、1×105倍のリーク電流が平坦部のリーク電流を上回っている。この場合、リーク特性は転位欠陥を介したリーク電流が支配的となり、転位密度が1×105/cm2以上でリーク電流は転位密度に依存することになる。以上により、本実施形態において、ソース電極4及びドレイン電極5の下方の位置における構造物11に起因して生じる転位欠陥13の転位密度は、1×105/cm2以上であることが好ましい。 When the dislocation density is less than 1 × 10 5 / cm 2 , the leak current corresponding to the current in the flat portion exceeds the leak current of 1 × 10 5 times. In this case, the leakage characteristic is dominant in the flat portion, and the leakage current does not depend on the dislocation density when the dislocation density is less than 1 × 10 5 / cm 2 . On the other hand, when the dislocation density is 1 × 10 5 / cm 2 or more, the leakage current of 1 × 10 5 times exceeds the leakage current of the flat portion. In this case, the leakage characteristic is dominated by the leakage current through the dislocation defect, and the leakage current depends on the dislocation density when the dislocation density is 1 × 10 5 / cm 2 or more. As described above, in the present embodiment, the dislocation density of the dislocation defects 13 generated due to the structures 11 at positions below the source electrode 4 and the drain electrode 5 is preferably 1 × 10 5 / cm 2 or more.

一方、転位欠陥13の転位密度が5×1011/cm2を超えると、第1領域13の結晶において空乏化が生じる懸念があるため、当該転位密度は5×1011/cm2以下であることが好ましい。
以上により、転位欠陥13の転位密度は、1×105/cm2程度以上で5×1011/cm2程度以下の範囲内の所定値であることが好適である。これにより、第1領域13の結晶において空乏化することなく、ソース電極4及びドレイン電極5と化合物半導体層2との間におけるコンタクト抵抗が十分に低減することになる。
On the other hand, when the dislocation density of the dislocation defects 13 exceeds 5 × 10 11 / cm 2 , there is a concern that depletion may occur in the crystal of the first region 13. Therefore, the dislocation density is 5 × 10 11 / cm 2 or less. It is preferable.
As described above, the dislocation density of the dislocation defects 13 is preferably a predetermined value within a range of about 1 × 10 5 / cm 2 to about 5 × 10 11 / cm 2 . Thereby, the contact resistance between the source electrode 4 and the drain electrode 5 and the compound semiconductor layer 2 is sufficiently reduced without being depleted in the crystal of the first region 13.

以上説明したように、本実施形態によれば、化合物半導体層2とソース電極4及びドレイン電極5並びにゲート電極6との間に要求される、低抵抗及び高抵抗という相反する特性が共に満たされる。これにより、ゲートリーク電流が小さいにも関わらず大電流動作を得ることができるAlGaN/GaN・HEMTが実現する。   As described above, according to the present embodiment, the conflicting characteristics of low resistance and high resistance, which are required between the compound semiconductor layer 2 and the source electrode 4, the drain electrode 5, and the gate electrode 6, are satisfied. . As a result, an AlGaN / GaN HEMT capable of obtaining a large current operation despite a small gate leakage current is realized.

[変形例]
ここで、第1の実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTの諸変形例について説明する。なお、第1の実施形態と同様の構成部材等については、同符号を付して詳しい説明を省略する。
[Modification]
Here, various modifications of the AlGaN / GaN HEMT according to the first embodiment will be described. In addition, about the structural member etc. similar to 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and detailed description is abbreviate | omitted.

(変形例1)
変形例1では、ソース電極の下方及びドレイン電極の下方に位置する構造物の構成が異なる点で第1の実施形態と相違する。
図7〜図8は、第1の実施形態の変形例1によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
(Modification 1)
The first modification is different from the first embodiment in that the structures of structures located below the source electrode and the drain electrode are different.
7 to 8 are schematic cross-sectional views showing the main steps of the method for manufacturing an AlGaN / GaN HEMT according to the first modification of the first embodiment.

先ず、図7(a)に示すように、成長用基板として例えばSi基板1上に、構造物21,22を形成する。成長用基板としては、Si基板の代わりに、SiC基板、サファイア基板、GaAs基板、GaN基板等を用いても良い。また、基板の導電性としては、半絶縁性、導電性を問わない。   First, as shown in FIG. 7A, structures 21 and 22 are formed on, for example, a Si substrate 1 as a growth substrate. As the growth substrate, an SiC substrate, a sapphire substrate, a GaAs substrate, a GaN substrate, or the like may be used instead of the Si substrate. Further, the conductivity of the substrate may be semi-insulating or conductive.

詳細には、Si基板1上に例えば絶縁物、具体的にはSiO2、SiN、SiON等、ここではSiO2をCVD法により例えば40nm程度の厚みに堆積する。堆積されたSiO2をリソグラフィー及びエッチングにより加工し、Si基板1上で後のソース電極及びドレイン電極の形成領域の下方に位置整合する部位のみに、例えば1μm程度の幅に亘って、複数の構造体21a,22aが離間して並んで集合するようにSiO2を残す。以上により、Si基板1上に複数の構造体21a,22aからなる構造物21,22が形成される。 Specifically, for example, an insulating material on the Si substrate 1, specifically SiO 2, SiN, SiON or the like, wherein the SiO 2 is deposited to a thickness of, for example, about 40nm by CVD. The deposited SiO 2 is processed by lithography and etching, and a plurality of structures are formed on the Si substrate 1 only at a position aligned below the formation region of the later source electrode and drain electrode, for example, over a width of about 1 μm. The SiO 2 is left so that the bodies 21a and 22a are gathered side by side. As described above, the structures 21 and 22 including the plurality of structures 21 a and 22 a are formed on the Si substrate 1.

続いて、図7(b)に示すように、第1の実施形態の図1(b)と同様に、Si基板1上に、構造物21,22を埋め込むように化合物半導体層2を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 7B, the compound semiconductor layer 2 is formed on the Si substrate 1 so as to embed the structures 21 and 22 as in FIG. 1B of the first embodiment. .

変形例1では、Si基板1上の構造物21,22を埋め込むように化合物半導体層2が形成されている。化合物半導体層2において、Si基板1の上方で構造物21,22が不在である位置の第2領域24では、生成される転位欠陥が低密度となる。当該転位欠陥については、図示を省略する。一方、構造物21,22に起因して、化合物半導体層2の構造物21,22の上方に位置する第1領域23には、第2領域24の転位欠陥よりも高い密度の転位欠陥23aが生成される。転位欠陥23aの密度は、上述した理由から、例えば1×105/cm2程度以上で5×1011/cm2程度以下の範囲内の所定値、例えば1×109/cm2程度とされる。 In the first modification, the compound semiconductor layer 2 is formed so as to embed the structures 21 and 22 on the Si substrate 1. In the compound semiconductor layer 2, the generated dislocation defects have a low density in the second region 24 where the structures 21 and 22 are absent above the Si substrate 1. The dislocation defects are not shown. On the other hand, due to the structures 21 and 22, the first region 23 located above the structures 21 and 22 of the compound semiconductor layer 2 has dislocation defects 23 a having a higher density than the dislocation defects in the second region 24. Generated. For the reason described above, the density of the dislocation defects 23a is set to a predetermined value within a range of about 1 × 10 5 / cm 2 to about 5 × 10 11 / cm 2 , for example, about 1 × 10 9 / cm 2. The

変形例1では、化合物半導体層2の成長時(ここでは、初期層2aとなるAlNの成長時)において、構造物21,22を構成する微細な構造体21a,22aの夫々の表面でその略中央部位から高密度の転位欠陥が生成してゆく。構造体21a,22aは、Si基板1上でソース電極及びドレイン電極の形成領域の下方に位置整合する第1領域23に亘って、並んで集合しているため、第1領域23の全体に亘って略均一にきめ細かく高密度の転位欠陥が形成されることになる。   In the first modification, when the compound semiconductor layer 2 is grown (here, when AlN is grown as the initial layer 2a), the surface of each of the fine structures 21a and 22a constituting the structures 21 and 22 is substantially omitted. A high-density dislocation defect is generated from the central part. Since the structures 21a and 22a are gathered side by side over the first region 23 that is aligned below the formation region of the source electrode and the drain electrode on the Si substrate 1, the structures 21a and 22a cover the entire first region 23. As a result, dislocation defects of fine density and high density are formed substantially uniformly.

続いて、第1の実施形態の図1(c)と同様に、素子分離構造3を形成する。
続いて、図7(c)に示すように、第1の実施形態の図2(a)と同様に、第1電極として、ソース電極4及びドレイン電極5を形成する。ソース電極4及びドレイン電極5は、化合物半導体層2の表面における高密度の転位欠陥23aが形成された第1領域23上に形成される。
Subsequently, as in FIG. 1C of the first embodiment, the element isolation structure 3 is formed.
Subsequently, as illustrated in FIG. 7C, the source electrode 4 and the drain electrode 5 are formed as the first electrode, as in FIG. 2A of the first embodiment. The source electrode 4 and the drain electrode 5 are formed on the first region 23 where the high-density dislocation defects 23 a are formed on the surface of the compound semiconductor layer 2.

続いて、図8に示すように、第1の実施形態の図2(b)と同様に、第2電極として、ゲート電極6を形成する。ゲート電極6は、化合物半導体層2の表面における、転位欠陥が低密度である第2領域24上に形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 8, the gate electrode 6 is formed as the second electrode, similarly to FIG. 2B of the first embodiment. The gate electrode 6 is formed on the second region 24 on the surface of the compound semiconductor layer 2 where dislocation defects are low density.

しかる後、層間絶縁膜の形成、ソース電極4、ドレイン電極5、ゲート電極6と接続される配線の形成、上層の保護膜の形成、最表面に露出する接続電極の形成等の諸工程を経て、変形例1によるAlGaN/GaN・HEMTが形成される。   Thereafter, through various steps such as formation of an interlayer insulating film, formation of wiring connected to the source electrode 4, drain electrode 5, and gate electrode 6, formation of an upper protective film, formation of a connection electrode exposed on the outermost surface, and the like. Then, an AlGaN / GaN.HEMT according to Modification 1 is formed.

変形例1においては、化合物半導体層2のソース電極4及びドレイン電極5の直下には、高密度の転位欠陥23による電流リークパスが形成されており、低いコンタクト抵抗が得られ、大電流動作が実現する。転位欠陥23aは、構造物21,22により、ソース電極4及びドレイン電極5の領域の全体に亘って略均一にきめ細かく高密度に形成され、確実に低コンタクト抵抗が得られる。   In the first modification, a current leak path is formed by a high-density dislocation defect 23 immediately below the source electrode 4 and the drain electrode 5 of the compound semiconductor layer 2 so that a low contact resistance is obtained and a large current operation is realized. To do. The dislocation defects 23a are formed almost uniformly and finely and densely over the entire region of the source electrode 4 and the drain electrode 5 by the structures 21 and 22, and a low contact resistance is reliably obtained.

一方、化合物半導体層2のゲート電極6の直下には、高密度の転位欠陥23が存在しない(転位欠陥の密度が転位欠陥23aよりも低い。)。化合物半導体層2の最表面にn型不純物が存在するが、このことのみでは、大きな電流リークパスが形成されることはない。従ってゲート電極6については、化合物半導体層2との間で高抵抗が得られ、ゲートリーク電流の小さいゲート構造が実現する。   On the other hand, there are no high-density dislocation defects 23 immediately below the gate electrode 6 of the compound semiconductor layer 2 (the density of dislocation defects is lower than that of the dislocation defects 23a). Although n-type impurities are present on the outermost surface of the compound semiconductor layer 2, a large current leak path is not formed only by this. Accordingly, with respect to the gate electrode 6, a high resistance is obtained between the compound semiconductor layer 2 and a gate structure with a small gate leakage current is realized.

以上説明したように、変形例1によれば、化合物半導体層2とソース電極4及びドレイン電極5並びにゲート電極6との間に要求される、低抵抗及び高抵抗という相反する特性が共に満たされる。これにより、ゲートリーク電流が小さいにも関わらず大電流動作を得ることができるAlGaN/GaN・HEMTが実現する。   As described above, according to the first modification, the conflicting characteristics of low resistance and high resistance required between the compound semiconductor layer 2 and the source electrode 4, the drain electrode 5, and the gate electrode 6 are satisfied. . As a result, an AlGaN / GaN HEMT capable of obtaining a large current operation despite a small gate leakage current is realized.

(変形例2)
変形例2では、ソース電極の下方及びドレイン電極の下方に位置する構造物の配置部位が異なる点で第1の実施形態と相違する。
図9〜図10は、第1の実施形態の変形例2によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
(Modification 2)
Modification 2 is different from the first embodiment in that the arrangement positions of the structures located below the source electrode and below the drain electrode are different.
FIG. 9 to FIG. 10 are schematic cross-sectional views showing the main steps of the AlGaN / GaN.HEMT manufacturing method according to the second modification of the first embodiment.

先ず、図9(a)に示すように、成長用基板として例えばSi基板1上に、化合物半導体層2の一部である初期層2a及びバッファ層2bを形成する。   First, as shown in FIG. 9A, an initial layer 2a and a buffer layer 2b which are part of the compound semiconductor layer 2 are formed on, for example, a Si substrate 1 as a growth substrate.

続いて、図9(b)に示すように、バッファ層2b上に、構造物11,12を形成する。
詳細には、バッファ層2b上に例えば絶縁物、具体的にはSiO2、SiN、SiON等、ここではSiO2をCVD法により例えば40nm程度の厚みに堆積する。堆積されたSiO2をリソグラフィー及びエッチングにより加工し、バッファ層2b上で後のソース電極及びドレイン電極の形成領域の形成領域の下方に位置整合する部位のみに例えば1μm程度の幅にSiO2を残す。以上により、バッファ層2b上にSiO2からなる構造物11,12が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 9B, the structures 11 and 12 are formed on the buffer layer 2b.
Specifically, for example, an insulating material on the buffer layer 2b, SiO 2, SiN specifically, SiON or the like, wherein the SiO 2 is deposited to a thickness of, for example, about 40nm by CVD. The deposited SiO 2 is processed by lithography and etching, and the SiO 2 is left in a width of, for example, about 1 μm only at a position aligned below the formation region of the subsequent source electrode and drain electrode formation region on the buffer layer 2b. . Thus, the structures 11 and 12 made of SiO 2 are formed on the buffer layer 2b.

続いて、図9(c)に示すように、バッファ層2b上に、構造物11,12を埋め込むように、化合物半導体層2の残余部分である電子走行層2c、電子供給層2d、及びキャップ層2eを形成する。以上により、構造物11,12を内部に包含する化合物半導体層2が形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 9C, the electron transit layer 2c, the electron supply layer 2d, and the cap, which are the remaining portions of the compound semiconductor layer 2, are embedded on the buffer layer 2b so as to embed the structures 11 and 12. Layer 2e is formed. Thus, the compound semiconductor layer 2 including the structures 11 and 12 is formed.

変形例2では、バッファ層2b上の構造物11,12を埋め込むように化合物半導体層2が形成されている。化合物半導体層2において、バッファ層2bの上方で構造物11,12が不在である位置の第2領域14では、生成される転位欠陥が低密度となる。当該転位欠陥については、図示を省略する。一方、構造物11,12に起因して、化合物半導体層2の構造物11,12の上方に位置する第1領域13には、第2領域14の転位欠陥よりも高い密度の転位欠陥13aが生成される。転位欠陥13aの密度は、上述した理由から、例えば1×105/cm2程度以上で5×1011/cm2程度以下の範囲内の所定値、例えば1×109/cm2程度とされる。 In Modification 2, the compound semiconductor layer 2 is formed so as to embed the structures 11 and 12 on the buffer layer 2b. In the compound semiconductor layer 2, in the second region 14 where the structures 11 and 12 are absent above the buffer layer 2b, the generated dislocation defects have a low density. The dislocation defects are not shown. On the other hand, due to the structures 11, 12, dislocation defects 13 a having a higher density than the dislocation defects in the second region 14 are present in the first region 13 located above the structures 11, 12 of the compound semiconductor layer 2. Generated. For the reason described above, the density of the dislocation defects 13a is, for example, a predetermined value in a range of about 1 × 10 5 / cm 2 to about 5 × 10 11 / cm 2 , for example, about 1 × 10 9 / cm 2. The

バッファ層に転位線が存在すると、転位線は電流リークパスとなるため、このデバイス奥部まで電子が転位線を伝達する形で拡散する。これは、デバイス動作時に電子がバッファ層にまで到達し易くなることを意味している。品質の低いバッファ層には電子トラップが多く存在するため、電子トラップが電子を捕獲して電流コラプスの要因となることが懸念される。変形例2では、バッファ層2b上に構造物11,12が形成されているため、化合物半導体層2のうち初期層2a及びバッファ層2bには高密度の転位欠陥13aは形成されない。そのため、化合物半導体層2の品質に大きな影響を与える初期層2a及びバッファ層2bには、高密度の転位欠陥13aの影響はなく、高品質の化合物半導体層2が得られる。   If a dislocation line exists in the buffer layer, the dislocation line becomes a current leak path, so that electrons diffuse to the back of the device in such a manner that the dislocation line is transmitted. This means that electrons easily reach the buffer layer during device operation. Since there are many electron traps in the low quality buffer layer, there is a concern that the electron traps capture electrons and cause current collapse. In Modification 2, since the structures 11 and 12 are formed on the buffer layer 2b, the high-density dislocation defects 13a are not formed in the initial layer 2a and the buffer layer 2b of the compound semiconductor layer 2. Therefore, the initial layer 2a and the buffer layer 2b that have a great influence on the quality of the compound semiconductor layer 2 are not affected by the high-density dislocation defects 13a, and the high-quality compound semiconductor layer 2 can be obtained.

また、化合物半導体層2の結晶品質を大きく左右するのは、Si基板1の直上に成長する初期層2aである。変形例2では、初期層2aの成長時に、転位密度を制御する表面保護層が存在しないため、例えば超高温条件や、腐食性が高い超高NH3分圧等の過酷な条件など、成長条件を自由に設定することが可能となる。これにより、化合物半導体層2のうちバッファ層2bの上方に成長される化合物半導体の結晶品質が向上する。 Further, the crystal quality of the compound semiconductor layer 2 is greatly influenced by the initial layer 2a grown directly on the Si substrate 1. In the modified example 2, there is no surface protective layer for controlling the dislocation density during the growth of the initial layer 2a. Therefore, the growth conditions such as ultra-high temperature conditions and severe conditions such as ultra-high NH 3 partial pressure with high corrosivity Can be set freely. Thereby, the crystal quality of the compound semiconductor grown above the buffer layer 2b in the compound semiconductor layer 2 is improved.

続いて、第1の実施形態の図1(c)〜図2(b)と同様の諸工程を行う。以上により、図10に示すように、化合物半導体層2の表面において、高密度の転位欠陥13aが形成された第1領域13上に第1電極であるソース電極4及びドレイン電極5が形成される。一方、転位欠陥の密度が転位欠陥13aよりも低い第2領域14上に第2電極であるゲート電極6が形成される。   Subsequently, the same processes as in FIGS. 1C to 2B of the first embodiment are performed. Thus, as shown in FIG. 10, the source electrode 4 and the drain electrode 5 that are the first electrodes are formed on the first region 13 in which the high-density dislocation defects 13 a are formed on the surface of the compound semiconductor layer 2. . On the other hand, the gate electrode 6 as the second electrode is formed on the second region 14 where the density of dislocation defects is lower than that of the dislocation defects 13a.

しかる後、層間絶縁膜の形成、ソース電極4、ドレイン電極5、ゲート電極6と接続される配線の形成、上層の保護膜の形成、最表面に露出する接続電極の形成等の諸工程を経て、変形例2によるAlGaN/GaN・HEMTが形成される。   Thereafter, through various steps such as formation of an interlayer insulating film, formation of wiring connected to the source electrode 4, drain electrode 5, and gate electrode 6, formation of an upper protective film, formation of a connection electrode exposed on the outermost surface, and the like. Then, an AlGaN / GaN.HEMT according to Modification 2 is formed.

変形例2においては、化合物半導体層2のソース電極4及びドレイン電極5の直下には、高密度の転位欠陥13aによる電流リークパスが形成されており、低いコンタクト抵抗が得られ、大電流動作が実現する。   In the second modification, a current leak path is formed by a high-density dislocation defect 13a immediately below the source electrode 4 and the drain electrode 5 of the compound semiconductor layer 2, so that a low contact resistance is obtained and a large current operation is realized. To do.

一方、化合物半導体層2のゲート電極6の直下には、高密度の転位欠陥13aが存在しない(転位欠陥の密度が転位欠陥13aよりも低い。)。化合物半導体層2の最表面にn型不純物が存在するが、このことのみでは、大きな電流リークパスが形成されることはない。従ってゲート電極6については、化合物半導体層2との間で高抵抗が得られ、ゲートリーク電流の小さいゲート構造が実現する。   On the other hand, there are no high-density dislocation defects 13a immediately below the gate electrode 6 of the compound semiconductor layer 2 (the density of dislocation defects is lower than that of the dislocation defects 13a). Although n-type impurities are present on the outermost surface of the compound semiconductor layer 2, a large current leak path is not formed only by this. Accordingly, with respect to the gate electrode 6, a high resistance is obtained between the compound semiconductor layer 2 and a gate structure with a small gate leakage current is realized.

以上説明したように、変形例2によれば、化合物半導体層2とソース電極4及びドレイン電極5並びにゲート電極6との間に要求される、低抵抗及び高抵抗という相反する特性が共に満たされる。これにより、ゲートリーク電流が小さいにも関わらず大電流動作を得ることができるAlGaN/GaN・HEMTが実現する。   As described above, according to the second modification, the conflicting characteristics of low resistance and high resistance required between the compound semiconductor layer 2 and the source electrode 4, the drain electrode 5, and the gate electrode 6 are satisfied. . As a result, an AlGaN / GaN HEMT capable of obtaining a large current operation despite a small gate leakage current is realized.

(変形例3)
変形例3では、ソース電極の下方及びドレイン電極の下方に位置する構造物の配置部位が異なる点で第1の実施形態と相違する。
図11〜図12は、第1の実施形態の変形例3によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
(Modification 3)
Modification 3 is different from the first embodiment in that the arrangement positions of structures located below the source electrode and below the drain electrode are different.
FIG. 11 to FIG. 12 are schematic cross-sectional views showing main processes of an AlGaN / GaN.HEMT manufacturing method according to Modification 3 of the first embodiment.

先ず、図11(a)に示すように、成長用基板として例えばSi基板1上に、化合物半導体層2の一部である初期層2a、バッファ層2b、及び電子走行層2cの下層部分2c1を形成する。下層部分2c1は、電子走行層2cにおける2DEGの発生箇所よりも下方の部分である。   First, as shown in FIG. 11A, an initial layer 2a, a buffer layer 2b, which is a part of the compound semiconductor layer 2, and a lower layer portion 2c1 of the electron transit layer 2c are formed on, for example, a Si substrate 1 as a growth substrate. Form. The lower layer portion 2c1 is a portion below the 2DEG occurrence location in the electron transit layer 2c.

続いて、図11(b)に示すように、下層部分2c1上に、構造物11,12を形成する。
詳細には、下層部分2c1上に例えば絶縁物、具体的にはSiO2、SiN、SiON等、ここではSiO2をCVD法により例えば40nm程度の厚みに堆積する。堆積されたSiO2をリソグラフィー及びエッチングにより加工し、バッファ層2b上で後のソース電極及びドレイン電極の形成領域の形成領域の下方に位置整合する部位のみに例えば1μm程度の幅にSiO2を残す。以上により、下層部分2c1上にSiO2からなる構造物11,12が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 11B, the structures 11 and 12 are formed on the lower layer portion 2c1.
Specifically, for example, insulation on the lower part 2c1, specifically SiO 2, SiN, SiON or the like, wherein the SiO 2 is deposited to a thickness of, for example, about 40nm by CVD. The deposited SiO 2 is processed by lithography and etching, and the SiO 2 is left in a width of, for example, about 1 μm only at a position aligned below the formation region of the subsequent source electrode and drain electrode formation region on the buffer layer 2b. . Thus, the structures 11 and 12 made of SiO 2 are formed on the lower layer portion 2c1.

続いて、図11(c)に示すように、下層部分2c1上に、構造物11,12を埋め込むように、化合物半導体層2の残余部分である、電子走行層2cの上層部分2c2、電子供給層2d、及びキャップ層2eを形成する。以上により、構造物11,12を内部に包含する(電子走行層2c内に含む)化合物半導体層2が形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 11C, the upper layer portion 2c2 of the electron transit layer 2c, which is the remaining portion of the compound semiconductor layer 2 so as to embed the structures 11 and 12 on the lower layer portion 2c1, the electron supply A layer 2d and a cap layer 2e are formed. Thus, the compound semiconductor layer 2 including the structures 11 and 12 inside (including in the electron transit layer 2c) is formed.

変形例3では、電子走行層2cの下層部分2c1上の構造物11,12を埋め込むように化合物半導体層2が形成されている。化合物半導体層2において、下層部分2c1の上方で構造物11,12が不在である位置の第2領域14では、生成される転位欠陥が低密度となる。当該転位欠陥については、図示を省略する。一方、構造物11,12に起因して、化合物半導体層2の構造物11,12の上方に位置する第1領域13には、第2領域14の転位欠陥よりも高い密度の転位欠陥13aが生成される。転位欠陥13aの密度は、上述した理由から、例えば1×105/cm2程度以上で5×1011/cm2程度以下の範囲内の所定値、例えば1×109/cm2程度とされる。 In Modification 3, the compound semiconductor layer 2 is formed so as to embed the structures 11 and 12 on the lower layer portion 2c1 of the electron transit layer 2c. In the compound semiconductor layer 2, the generated dislocation defects have a low density in the second region 14 where the structures 11 and 12 are absent above the lower layer portion 2 c 1. The dislocation defects are not shown. On the other hand, due to the structures 11, 12, dislocation defects 13 a having a higher density than the dislocation defects in the second region 14 are present in the first region 13 located above the structures 11, 12 of the compound semiconductor layer 2. Generated. For the reason described above, the density of the dislocation defects 13a is, for example, a predetermined value in a range of about 1 × 10 5 / cm 2 to about 5 × 10 11 / cm 2 , for example, about 1 × 10 9 / cm 2. The

バッファ層に転位線が存在すると、転位線は電流リークパスとなるため、このデバイス奥部まで電子が転位線を伝達する形で拡散する。これは、デバイス動作時に電子がバッファ層にまで到達し易くなることを意味している。品質の低いバッファ層には電子トラップが多く存在するため、電子トラップが電子を捕獲して電流コラプスの要因となることが懸念される。変形例3では、バッファ層2bの上方の下層部分2c1上に構造物11,12が形成されているため、化合物半導体層2のうち初期層2a及びバッファ層2bには高密度の転位欠陥13aは形成されない。そのため、化合物半導体層2の品質に大きな影響を与える初期層2a及びバッファ層2bには、高密度の転位欠陥13aの影響はなく、高品質の化合物半導体層2が得られる。   If a dislocation line exists in the buffer layer, the dislocation line becomes a current leak path, so that electrons diffuse to the back of the device in such a manner that the dislocation line is transmitted. This means that electrons easily reach the buffer layer during device operation. Since there are many electron traps in the low quality buffer layer, there is a concern that the electron traps capture electrons and cause current collapse. In Modification 3, since the structures 11 and 12 are formed on the lower layer portion 2c1 above the buffer layer 2b, the initial layer 2a and the buffer layer 2b of the compound semiconductor layer 2 have high-density dislocation defects 13a. Not formed. Therefore, the initial layer 2a and the buffer layer 2b that have a great influence on the quality of the compound semiconductor layer 2 are not affected by the high-density dislocation defects 13a, and the high-quality compound semiconductor layer 2 can be obtained.

また、化合物半導体層2の結晶品質を大きく左右するのは、Si基板1の直上に成長する初期層2aである。変形例3では、初期層2aの成長時に、転位密度を制御する表面保護層が存在しないため、例えば超高温条件や、腐食性が高い超高NH3分圧等の過酷な条件など、成長条件を自由に設定することが可能となる。これにより、化合物半導体層2のうち下層部分2c1の上方に成長される化合物半導体の結晶品質が向上する。 Further, the crystal quality of the compound semiconductor layer 2 is greatly influenced by the initial layer 2a grown directly on the Si substrate 1. In Modification 3, since there is no surface protective layer for controlling the dislocation density during the growth of the initial layer 2a, growth conditions such as ultra-high temperature conditions and harsh conditions such as ultra-high NH 3 partial pressure that is highly corrosive are used. Can be set freely. Thereby, the crystal quality of the compound semiconductor grown above the lower layer portion 2c1 in the compound semiconductor layer 2 is improved.

続いて、第1の実施形態の図1(c)〜図2(b)と同様の工程を行う。以上により、図12に示すように、化合物半導体層2の表面において、高密度の転位欠陥13aが形成された第1領域13上に第1電極であるソース電極4及びドレイン電極5が形成される。一方、転位欠陥の密度が転位欠陥13aよりも低い第2領域14上に第2電極であるゲート電極6が形成される。   Then, the process similar to FIG.1 (c)-FIG.2 (b) of 1st Embodiment is performed. As a result, as shown in FIG. 12, the source electrode 4 and the drain electrode 5 as the first electrode are formed on the first region 13 where the high-density dislocation defects 13a are formed on the surface of the compound semiconductor layer 2. . On the other hand, the gate electrode 6 as the second electrode is formed on the second region 14 where the density of dislocation defects is lower than that of the dislocation defects 13a.

しかる後、層間絶縁膜の形成、ソース電極4、ドレイン電極5、ゲート電極6と接続される配線の形成、上層の保護膜の形成、最表面に露出する接続電極の形成等の諸工程を経て、変形例3によるAlGaN/GaN・HEMTが形成される。   Thereafter, through various steps such as formation of an interlayer insulating film, formation of wiring connected to the source electrode 4, drain electrode 5, and gate electrode 6, formation of an upper protective film, formation of a connection electrode exposed on the outermost surface, and the like. Then, an AlGaN / GaN.HEMT according to Modification 3 is formed.

変形例3においては、化合物半導体層2のソース電極4及びドレイン電極5の直下には、高密度の転位欠陥13aによる電流リークパスが形成されており、低いコンタクト抵抗が得られ、大電流動作が実現する。   In the third modification, a current leak path is formed by a high-density dislocation defect 13a immediately below the source electrode 4 and the drain electrode 5 of the compound semiconductor layer 2, so that a low contact resistance is obtained and a large current operation is realized. To do.

一方、化合物半導体層2のゲート電極6の直下には、高密度の転位欠陥13aが存在しない(転位欠陥の密度が転位欠陥13aよりも低い。)。化合物半導体層2の最表面にn型不純物が存在するが、このことのみでは、大きな電流リークパスが形成されることはない。従ってゲート電極6については、化合物半導体層2との間で高抵抗が得られ、ゲートリーク電流の小さいゲート構造が実現する。   On the other hand, there are no high-density dislocation defects 13a immediately below the gate electrode 6 of the compound semiconductor layer 2 (the density of dislocation defects is lower than that of the dislocation defects 13a). Although n-type impurities are present on the outermost surface of the compound semiconductor layer 2, a large current leak path is not formed only by this. Accordingly, with respect to the gate electrode 6, a high resistance is obtained between the compound semiconductor layer 2 and a gate structure with a small gate leakage current is realized.

以上説明したように、変形例3によれば、化合物半導体層2とソース電極4及びドレイン電極5並びにゲート電極6との間に要求される、低抵抗及び高抵抗という相反する特性が共に満たされる。これにより、ゲートリーク電流が小さいにも関わらず大電流動作を得ることができるAlGaN/GaN・HEMTが実現する。   As described above, according to the third modification, the conflicting characteristics of low resistance and high resistance required between the compound semiconductor layer 2, the source electrode 4, the drain electrode 5, and the gate electrode 6 are satisfied. . As a result, an AlGaN / GaN HEMT capable of obtaining a large current operation despite a small gate leakage current is realized.

(変形例4)
変形例4では、ゲート絶縁膜を備えた所謂MIS型のAlGaN/GaN・HEMTを開示する。
図13は、第1の実施形態の変形例4によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
(Modification 4)
In the fourth modification, a so-called MIS type AlGaN / GaN.HEMT provided with a gate insulating film is disclosed.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the main steps of an AlGaN / GaN HEMT manufacturing method according to Modification 4 of the first embodiment.

先ず、第1の実施形態の図1(a)〜図2(a)と同様の諸工程を行う。このとき、図13(a)に示すように、化合物半導体層2上に第1電極であるソース電極4及びドレイン電極5が形成される。   First, the same processes as those in FIGS. 1A to 2A of the first embodiment are performed. At this time, as shown in FIG. 13A, the source electrode 4 and the drain electrode 5 that are the first electrodes are formed on the compound semiconductor layer 2.

続いて、図13(b)に示すように、化合物半導体層2上にゲート絶縁膜7を形成する。
詳細には、化合物半導体層2上に絶縁材料として例えばAl23を堆積する。Al23は、例えば原子層堆積法(Atomic Layer Deposition:ALD法)により膜厚2nm〜200nm程度、ここでは10nm程度に堆積する。これにより、ゲート絶縁膜7が形成される。
Subsequently, as illustrated in FIG. 13B, the gate insulating film 7 is formed on the compound semiconductor layer 2.
Specifically, for example, Al 2 O 3 is deposited on the compound semiconductor layer 2 as an insulating material. Al 2 O 3 is deposited to a thickness of about 2 nm to 200 nm, here about 10 nm, for example, by atomic layer deposition (ALD method). Thereby, the gate insulating film 7 is formed.

なお、Al23の堆積は、ALD法の代わりに、例えばプラズマCVD法又はスパッタ法等で行うようにしても良い。また、Al23を堆積する代わりに、Alの窒化物又は酸窒化物を用いても良い。それ以外にも、Si,Hf,Zr,Ti,Ta,Wの酸化物、窒化物又は酸窒化物、或いはこれらから適宜に選択して多層に堆積して、ゲート絶縁膜を形成しても良い。 Al 2 O 3 may be deposited by, for example, a plasma CVD method or a sputtering method instead of the ALD method. Further, instead of depositing Al 2 O 3 , Al nitride or oxynitride may be used. In addition, an oxide, nitride, oxynitride of Si, Hf, Zr, Ti, Ta, and W, or an appropriate selection thereof may be deposited in multiple layers to form a gate insulating film. .

続いて、図13(c)に示すように、ゲート絶縁膜7上に、第2電極として、ゲート電極6を形成する。ゲート電極6は、化合物半導体層2の表面における低密度の転位欠陥24が形成された領域に、ゲート絶縁膜7を介して形成される。   Subsequently, as illustrated in FIG. 13C, the gate electrode 6 is formed on the gate insulating film 7 as the second electrode. The gate electrode 6 is formed in the region where the low density dislocation defects 24 are formed on the surface of the compound semiconductor layer 2 via the gate insulating film 7.

しかる後、層間絶縁膜の形成、ソース電極4、ドレイン電極5、ゲート電極6と接続される配線の形成、上層の保護膜の形成、最表面に露出する接続電極の形成等の諸工程を経て、変形例4によるAlGaN/GaN・HEMTが形成される。   Thereafter, through various steps such as formation of an interlayer insulating film, formation of wiring connected to the source electrode 4, drain electrode 5, and gate electrode 6, formation of an upper protective film, formation of a connection electrode exposed on the outermost surface, and the like. Then, an AlGaN / GaN.HEMT according to Modification 4 is formed.

変形例4においては、化合物半導体層2のソース電極4及びドレイン電極5の直下には、高密度の転位欠陥13aによる電流リークパスが形成されており、低いコンタクト抵抗が得られ、大電流動作が実現する。   In Modification 4, a current leak path is formed by a high-density dislocation defect 13a immediately below the source electrode 4 and the drain electrode 5 of the compound semiconductor layer 2, so that a low contact resistance is obtained and a large current operation is realized. To do.

一方、化合物半導体層2のゲート電極6の下方には、高密度の転位欠陥13aが存在しない(転位欠陥の密度が転位欠陥13aよりも低い。)。化合物半導体層2の最表面にn型不純物が存在するが、このことのみでは、大きな電流リークパスが形成されることはない。変形例4では、ゲート電極6と化合物半導体層2の表面との間にゲート絶縁膜7が設けられており、ゲートリーク電流の更なる抑制に寄与する。従ってゲート電極6については、化合物半導体層2との間で高抵抗が得られ、ゲートリーク電流の小さいゲート構造が実現する。   On the other hand, there are no high-density dislocation defects 13a below the gate electrode 6 of the compound semiconductor layer 2 (the density of dislocation defects is lower than that of the dislocation defects 13a). Although n-type impurities are present on the outermost surface of the compound semiconductor layer 2, a large current leak path is not formed only by this. In the modified example 4, the gate insulating film 7 is provided between the gate electrode 6 and the surface of the compound semiconductor layer 2, which contributes to further suppression of the gate leakage current. Accordingly, with respect to the gate electrode 6, a high resistance is obtained between the compound semiconductor layer 2 and a gate structure with a small gate leakage current is realized.

以上説明したように、変形例4によれば、化合物半導体層2とソース電極4及びドレイン電極5並びにゲート電極6との間に要求される、低抵抗及び高抵抗という相反する特性が共に満たされる。これにより、ゲートリーク電流が小さいにも関わらず大電流動作を得ることができるMIS型のAlGaN/GaN・HEMTが実現する。   As described above, according to the modification example 4, the conflicting characteristics of low resistance and high resistance required between the compound semiconductor layer 2 and the source electrode 4, the drain electrode 5, and the gate electrode 6 are satisfied. . As a result, an MIS type AlGaN / GaN HEMT capable of obtaining a large current operation despite a small gate leakage current is realized.

なお、変形例4においても、変形例1〜3を適用することができる。
具体的には、変形例1を適用して、構造物11,12を、複数の微細な構造体が並んで集合するように形成することができる。
変形例2を適用して、構造物11,12を、バッファ層2b上に形成することができる。
変形例3を適用して、構造物11,12を、電子走行層2c内に形成することができる。
Note that in the fourth modification, the first to third modifications can also be applied.
Specifically, by applying the first modification, the structures 11 and 12 can be formed so that a plurality of fine structures are gathered side by side.
By applying the second modification, the structures 11 and 12 can be formed on the buffer layer 2b.
By applying the modification 3, the structures 11 and 12 can be formed in the electron transit layer 2c.

(変形例5)
変形例5では、化合物半導体層2の一部構成が異なる点で第1の実施形態と相違する。
図14〜図15は、第1の実施形態の変形例5によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
(Modification 5)
The fifth modification is different from the first embodiment in that the partial configuration of the compound semiconductor layer 2 is different.
14 to 15 are schematic cross-sectional views showing the main steps of a method for manufacturing an AlGaN / GaN HEMT according to Modification 5 of the first embodiment.

先ず、第1の実施形態の図1(a)〜図1(b)と同様の諸工程を行う。ここで、n−GaNのキャップ層2eを形成する代わりに、n型不純物をドープすることなく、i−GaNのキャップ層31aを形成する。以上により、図14(a)に示すように、Si基板1上の構造物11,12を埋め込む化合物半導体層31が形成される。化合物半導体層31は、初期層2a、バッファ層2b、電子走行層2c、電子供給層2d、及びi−GaNのキャップ層31aを有している。   First, the same processes as those in FIGS. 1A to 1B of the first embodiment are performed. Here, instead of forming the n-GaN cap layer 2e, the i-GaN cap layer 31a is formed without doping an n-type impurity. As a result, as shown in FIG. 14A, the compound semiconductor layer 31 that embeds the structures 11 and 12 on the Si substrate 1 is formed. The compound semiconductor layer 31 includes an initial layer 2a, a buffer layer 2b, an electron transit layer 2c, an electron supply layer 2d, and an i-GaN cap layer 31a.

化合物半導体層31において、Si基板1の上方で構造物11,12が不在である位置の第2領域14では、生成される転位欠陥が低密度となる。当該転位欠陥については、図示を省略する。一方、構造物11,12に起因して、化合物半導体層31の構造物11,12の上方に位置する第1領域13には、第2領域14の転位欠陥よりも高い密度の転位欠陥13aが生成される。転位欠陥13aの密度は、上述した理由から、例えば1×105/cm2程度以上で5×1011/cm2程度以下の範囲内の所定値、例えば1×109/cm2程度とされる。 In the compound semiconductor layer 31, in the second region 14 where the structures 11 and 12 are absent above the Si substrate 1, the generated dislocation defects have a low density. The dislocation defects are not shown. On the other hand, due to the structures 11 and 12, dislocation defects 13 a having a higher density than the dislocation defects in the second region 14 are present in the first region 13 located above the structures 11 and 12 of the compound semiconductor layer 31. Generated. For the reason described above, the density of the dislocation defects 13a is, for example, a predetermined value in a range of about 1 × 10 5 / cm 2 to about 5 × 10 11 / cm 2 , for example, about 1 × 10 9 / cm 2. The

続いて、図14(b)に示すように、化合物半導体層31に溝32,33を形成する。
詳細には、先ず、化合物半導体層31上に例えばSiN膜34を形成する。SiN膜34上にレジストを塗布し、リソグラフィーによりレジストを加工して、ソース電極及びドレイン電極の形成部位を含む領域を露出させる各開口を有するレジストマスクを形成する。
このレジストマスクを用いて、SiN膜34及び化合物半導体層31の各開口から露出する部位をエッチングする。このエッチングにより、レジストマスクの各開口に対応するSiN膜34、及び化合物半導体層31のキャップ層31a、電子供給層2d、電子走行層2cの一部が除去され、溝32,33が形成される。レジストマスクは、薬液を用いたウェット処理等により除去される。
Subsequently, as shown in FIG. 14B, grooves 32 and 33 are formed in the compound semiconductor layer 31.
Specifically, first, for example, a SiN film 34 is formed on the compound semiconductor layer 31. A resist is applied onto the SiN film 34, and the resist is processed by lithography to form a resist mask having openings that expose regions including the source electrode and drain electrode formation sites.
Using this resist mask, the portions exposed from the openings of the SiN film 34 and the compound semiconductor layer 31 are etched. By this etching, the SiN film 34 corresponding to each opening of the resist mask and the cap layer 31a, the electron supply layer 2d, and the electron transit layer 2c of the compound semiconductor layer 31 are removed, and grooves 32 and 33 are formed. . The resist mask is removed by wet processing using a chemical solution.

続いて、図14(c)に示すように、溝32,33を埋め込む最成長層35,36を形成する。
詳細には、例えばMOVPE法により、溝32,33を埋め込むようにn−GaNを最成長する。化合物半導体層31のSiN膜34の形成部分には、n−GaNは成長しない。これにより、最成長層35,36が選択的に形成される。最成長層35,36を形成する際には、溝32,33の底面には転位欠陥13aが位置しており、最成長層35,36にも同様に転位欠陥13aが引き継がれて形成されることになる。GaNにドープするn型不純物は例えばSiを用いる。GaNへのSiドーピングは、SiH4ガスの流量を徐々に増加させてゆき、上面近傍で例えば5×1016/cm3以上の所定値、ここでは、1×1018/cm3程度となるように調節する。なお、最成長層35,36は、その膜厚方向についてn型不純物濃度が均一の濃度プロファイルを有するものでも良い。SiN膜34は、ウェットエッチング等により除去される。
Subsequently, as shown in FIG. 14C, the most grown layers 35 and 36 filling the grooves 32 and 33 are formed.
More specifically, n-GaN is grown up so as to fill the grooves 32 and 33 by, for example, the MOVPE method. N-GaN does not grow on the portion of the compound semiconductor layer 31 where the SiN film 34 is formed. Thereby, the most grown layers 35 and 36 are selectively formed. When the most grown layers 35 and 36 are formed, the dislocation defects 13a are positioned on the bottom surfaces of the grooves 32 and 33, and the dislocation defects 13a are similarly formed in the most grown layers 35 and 36. It will be. For example, Si is used as the n-type impurity doped in GaN. In Si doping to GaN, the flow rate of SiH 4 gas is gradually increased so that it becomes a predetermined value of, for example, 5 × 10 16 / cm 3 or more near the upper surface, here, about 1 × 10 18 / cm 3. Adjust to. The most grown layers 35 and 36 may have a concentration profile in which the n-type impurity concentration is uniform in the film thickness direction. The SiN film 34 is removed by wet etching or the like.

続いて、第1の実施形態の図1(c)と同様に、素子分離構造3を形成する。
続いて、図15(a)に示すように、第1の実施形態の図2(a)と同様に、第1電極として、ソース電極4及びドレイン電極5を形成する。ソース電極4及びドレイン電極5は、化合物半導体層31の最成長層35,36の表面における高密度の転位欠陥13aが形成された第1領域13上に形成される。
Subsequently, as in FIG. 1C of the first embodiment, the element isolation structure 3 is formed.
Subsequently, as shown in FIG. 15A, the source electrode 4 and the drain electrode 5 are formed as the first electrode, as in FIG. 2A of the first embodiment. The source electrode 4 and the drain electrode 5 are formed on the first region 13 in which the high-density dislocation defects 13 a are formed on the surfaces of the most grown layers 35 and 36 of the compound semiconductor layer 31.

続いて、図15(b)に示すように、第1の実施形態の図2(b)と同様に、第2電極として、ゲート電極6を形成する。ゲート電極6は、転位欠陥の密度が転位欠陥13aよりも低い第2領域14上に形成される。   Subsequently, as shown in FIG. 15B, the gate electrode 6 is formed as the second electrode, similarly to FIG. 2B of the first embodiment. The gate electrode 6 is formed on the second region 14 where the density of dislocation defects is lower than that of the dislocation defects 13a.

しかる後、層間絶縁膜の形成、ソース電極4、ドレイン電極5、ゲート電極6と接続される配線の形成、上層の保護膜の形成、最表面に露出する接続電極の形成等の諸工程を経て、変形例5によるAlGaN/GaN・HEMTが形成される。   Thereafter, through various steps such as formation of an interlayer insulating film, formation of wiring connected to the source electrode 4, drain electrode 5, and gate electrode 6, formation of an upper protective film, formation of a connection electrode exposed on the outermost surface, and the like. Then, an AlGaN / GaN.HEMT according to Modification 5 is formed.

変形例5においては、化合物半導体層31のソース電極4及びドレイン電極5の直下には、高密度の転位欠陥13aによる電流リークパスが形成されており、低いコンタクト抵抗が得られ、大電流動作が実現する。高密度の転位欠陥13a及び化合物半導体層31の最表面(第1領域13のうちの最表面を含む上層部分である最成長層35,36)におけるn型不純物の両者が揃うことによるリーク電流パスの形成は、以下のように理解できる。転位欠陥においては、不純物や点欠陥がその周りに集まることが知られている。このため、化合物半導体層31の最表面にドープしたn型不純物は転位線の近傍に集まり易く、n型不純物濃度が局所的に増加する。これにより、最表面におけるピット位置が電流リークパスとして働くと考えられる。   In Modification 5, a current leak path is formed by a high-density dislocation defect 13a immediately below the source electrode 4 and the drain electrode 5 of the compound semiconductor layer 31, so that a low contact resistance is obtained and a large current operation is realized. To do. Leakage current path due to both high-density dislocation defects 13a and n-type impurities in the outermost surface of the compound semiconductor layer 31 (the most grown layers 35 and 36, which are upper layers including the outermost surface of the first region 13). The formation of can be understood as follows. In dislocation defects, it is known that impurities and point defects gather around them. For this reason, the n-type impurity doped on the outermost surface of the compound semiconductor layer 31 tends to gather near the dislocation line, and the n-type impurity concentration locally increases. Thereby, it is considered that the pit position on the outermost surface works as a current leak path.

一方、化合物半導体層31のゲート電極6の直下には、高密度の転位欠陥13aが存在しない(転位欠陥の密度が転位欠陥13aよりも低い。)。変形例5では、ゲート電極6の直下(第2領域14のうちの最表面を含む上層部分であるキャップ層31a)にはn型不純物が存在しないため、更にゲートリークが抑止される。従ってゲート電極6については、化合物半導体層31との間で高抵抗が得られ、ゲートリーク電流の小さいゲート構造が実現する。   On the other hand, there are no high-density dislocation defects 13a immediately below the gate electrode 6 of the compound semiconductor layer 31 (the density of dislocation defects is lower than that of the dislocation defects 13a). In Modification 5, since no n-type impurity exists immediately below the gate electrode 6 (the cap layer 31a that is the upper layer portion including the outermost surface of the second region 14), gate leakage is further suppressed. Therefore, with respect to the gate electrode 6, a high resistance is obtained between the compound semiconductor layer 31 and a gate structure with a small gate leakage current is realized.

以上説明したように、変形例5によれば、化合物半導体層31とソース電極4及びドレイン電極5並びにゲート電極6との間に要求される、低抵抗及び高抵抗という相反する特性が共に満たされる。これにより、ゲートリーク電流が小さいにも関わらず大電流動作を得ることができるAlGaN/GaN・HEMTが実現する。   As described above, according to the fifth modification, the conflicting characteristics of low resistance and high resistance required between the compound semiconductor layer 31 and the source electrode 4, drain electrode 5, and gate electrode 6 are satisfied. . As a result, an AlGaN / GaN HEMT capable of obtaining a large current operation despite a small gate leakage current is realized.

なお、変形例5においても、変形例1〜4を適用することができる。
具体的には、変形例1を適用して、構造物11,12を、複数の微細な構造体が並んで集合するように形成することができる。
変形例2を適用して、構造物11,12を、バッファ層2b上に形成することができる。
変形例3を適用して、構造物11,12を、電子走行層2c内に形成することができる。
変形例4を適用して、ゲート電極6と化合物半導体層2との間に例えば厚みが2nm程度の薄い絶縁膜を形成することができる。
Note that in the fifth modification, the first to fourth modifications can be applied.
Specifically, by applying the first modification, the structures 11 and 12 can be formed so that a plurality of fine structures are gathered side by side.
By applying the second modification, the structures 11 and 12 can be formed on the buffer layer 2b.
By applying the modification 3, the structures 11 and 12 can be formed in the electron transit layer 2c.
By applying the modification 4, a thin insulating film having a thickness of, for example, about 2 nm can be formed between the gate electrode 6 and the compound semiconductor layer 2.

[第2の実施形態]
本実施形態では、化合物半導体装置として、窒化物半導体のダイオードを開示する。
図16〜図17は、第2の実施形態によるダイオードの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
[Second Embodiment]
In the present embodiment, a nitride semiconductor diode is disclosed as the compound semiconductor device.
16 to 17 are schematic cross-sectional views illustrating the diode manufacturing method according to the second embodiment in the order of steps.

先ず、図16(a)に示すように、成長用基板として例えばSi基板41上に、構造物51を形成する。成長用基板としては、Si基板の代わりに、SiC基板、サファイア基板、GaAs基板、GaN基板等を用いても良い。また、基板の導電性としては、半絶縁性、導電性を問わない。   First, as shown in FIG. 16A, a structure 51 is formed on, for example, a Si substrate 41 as a growth substrate. As the growth substrate, an SiC substrate, a sapphire substrate, a GaAs substrate, a GaN substrate, or the like may be used instead of the Si substrate. Further, the conductivity of the substrate may be semi-insulating or conductive.

詳細には、Si基板41上に例えば絶縁物、具体的にはSiO2、SiN、SiON等、ここではSiO2をCVD法により例えば40nm程度の厚みに堆積する。堆積されたSiO2をリソグラフィー及びエッチングにより加工し、Si基板41上で後のカソード電極の形成領域の形成領域の下方に位置整合する部位のみに例えば1μm程度の幅にSiO2を残す。以上により、Si基板41上にSiO2からなる構造物51が形成される。 Specifically, for example, an insulating material on the Si substrate 41, specifically SiO 2, SiN, SiON or the like, wherein the SiO 2 is deposited to a thickness of, for example, about 40nm by CVD. The deposited SiO 2 is processed by lithography and etching, and the SiO 2 is left in a width of, for example, about 1 μm only at a position aligned below the formation region of the subsequent cathode electrode formation region on the Si substrate 41. As a result, the structure 51 made of SiO 2 is formed on the Si substrate 41.

続いて、図16(b)に示すように、Si基板41上に、構造物51を埋め込むように化合物半導体層42を形成する。
化合物半導体層42は、初期層42a、バッファ層42b、及びドリフト層42cを有している。
Subsequently, as illustrated in FIG. 16B, the compound semiconductor layer 42 is formed on the Si substrate 41 so as to bury the structure 51.
The compound semiconductor layer 42 includes an initial layer 42a, a buffer layer 42b, and a drift layer 42c.

詳細には、Si基板41上に、例えばMOVPE法により、以下の各化合物半導体を成長する。MOVPE法の代わりに、MBE法等を用いても良い。
Si基板1上に、AlN、Al組成を変化させた多層構造(0.2<x<0.8)のAlxGa1-xN、及びn−GaNを順次成長する。AlNは5nm程度の厚みに、AlxGa1-xNの多層構造は総厚で500nm程度の厚みに、n−GaNは1μm程度の厚みにそれぞれ成長する。以上により、初期層42a、バッファ層42b、及びドリフト層42cが形成される。
Specifically, the following compound semiconductors are grown on the Si substrate 41 by, for example, the MOVPE method. The MBE method or the like may be used instead of the MOVPE method.
On the Si substrate 1, AlN, Al x Ga 1-x N having a multilayer structure (0.2 <x <0.8) in which the Al composition is changed, and n-GaN are sequentially grown. AlN grows to a thickness of about 5 nm, the multilayer structure of Al x Ga 1-x N grows to a total thickness of about 500 nm, and n-GaN grows to a thickness of about 1 μm. Thus, the initial layer 42a, the buffer layer 42b, and the drift layer 42c are formed.

AlNの成長条件としては、原料ガスとしてTMAガス及びNH3ガスの混合ガスを用いる。GaNの成長条件としては、原料ガスとしてTMGガス及びNH3ガスの混合ガスを用いる。AlGaNの成長条件としては、原料ガスとしてTMAガス、TMGガス、及びNH3ガスの混合ガスを用いる。成長する化合物半導体層に応じて、Al源であるTMAガス、Ga源であるTMGガスの供給の有無及び流量を適宜設定する。共通原料であるNH3ガスの流量は、100ccm〜10LM程度とする。また、成長圧力は50Torr〜300Torr程度、成長温度は1000℃〜1200℃程度とする。 As a growth condition for AlN, a mixed gas of TMA gas and NH 3 gas is used as a source gas. As a growth condition of GaN, a mixed gas of TMG gas and NH 3 gas is used as a source gas. As growth conditions for AlGaN, a mixed gas of TMA gas, TMG gas, and NH 3 gas is used as a source gas. The presence / absence and flow rate of the TMA gas as the Al source and the TMG gas as the Ga source are appropriately set according to the compound semiconductor layer to be grown. The flow rate of NH 3 gas, which is a common raw material, is about 100 ccm to 10 LM. The growth pressure is about 50 Torr to 300 Torr, and the growth temperature is about 1000 ° C. to 1200 ° C.

ドリフト層42cのn−GaNの成長時には、n型不純物として例えばSiを含む例えばSiH4ガスを所定の流量で原料ガスに添加し、GaNにSiをドープする。n型不純物としては、Siの代わりにGe又はO等を用いても良い。ドリフト層42cは、下面から上面に向かうにつれて徐々にn型不純物濃度が高くなる濃度プロファイルを有する。この場合、GaNへのSiドーピングは、SiH4ガスの流量を徐々に増加させてゆき、上面近傍で例えば5×1016/cm3以上の所定値、ここでは、1×1018/cm3程度となるように調節する。なお、ドリフト層42cは、その膜厚方向についてn型不純物濃度が均一の濃度プロファイルを有するものでも良い。 During the growth of n-GaN in the drift layer 42c, for example, SiH 4 gas containing, for example, Si as an n-type impurity is added to the source gas at a predetermined flow rate, and GaN is doped with Si. As the n-type impurity, Ge or O may be used instead of Si. The drift layer 42c has a concentration profile in which the n-type impurity concentration gradually increases from the lower surface toward the upper surface. In this case, Si doping to GaN is performed by gradually increasing the flow rate of the SiH 4 gas and, for example, a predetermined value of 5 × 10 16 / cm 3 or more in the vicinity of the upper surface, here, about 1 × 10 18 / cm 3. Adjust so that The drift layer 42c may have a concentration profile with a uniform n-type impurity concentration in the film thickness direction.

本実施形態では、Si基板41上の構造物51を埋め込むように化合物半導体層42が形成されている。化合物半導体層42において、Si基板41の上方で構造物51が不在である位置の第2領域53では、生成される転位欠陥が低密度となる。当該転位欠陥については、図示を省略する。一方、構造物51に起因して、化合物半導体層42の構造物51の上方に位置する第1領域52には、第2領域53の転位密度よりも高い密度の転位欠陥52aが生成される。転位欠陥52aの密度は、第1の実施形態で説明した理由から、例えば1×105/cm2程度以上で5×1011/cm2程度以下の範囲内の所定値、例えば1×109/cm2程度とされる。 In the present embodiment, the compound semiconductor layer 42 is formed so as to bury the structure 51 on the Si substrate 41. In the compound semiconductor layer 42, the generated dislocation defects have a low density in the second region 53 at a position where the structure 51 is absent above the Si substrate 41. The dislocation defects are not shown. On the other hand, due to the structure 51, dislocation defects 52 a having a higher density than the dislocation density of the second region 53 are generated in the first region 52 located above the structure 51 of the compound semiconductor layer 42. For the reason described in the first embodiment, the density of dislocation defects 52a is, for example, a predetermined value within a range of about 1 × 10 5 / cm 2 to about 5 × 10 11 / cm 2 , for example, 1 × 10 9. / Cm 2 .

図16(b)に引き続き、図16(c)に示すように、素子分離構造43を形成する。
詳細には、化合物半導体層42の素子分離領域に、例えばArを注入する。これにより、化合物半導体層42及びSi基板1の表層部分に素子分離構造43が形成される。素子分離構造43により、化合物半導体層42上で活性領域が画定される。
なお、素子分離は、上記の注入法の代わりに、例えばSTI法を用いて行っても良い。このとき、化合物半導体層42のドライエッチングには、例えば塩素系のエッチングガスを用いる。
Subsequent to FIG. 16B, as shown in FIG. 16C, an element isolation structure 43 is formed.
Specifically, for example, Ar is implanted into the element isolation region of the compound semiconductor layer 42. Thereby, the element isolation structure 43 is formed in the compound semiconductor layer 42 and the surface layer portions of the Si substrate 1. An active region is defined on the compound semiconductor layer 42 by the element isolation structure 43.
Note that element isolation may be performed using, for example, the STI method instead of the above-described implantation method. At this time, for example, a chlorine-based etching gas is used for the dry etching of the compound semiconductor layer 42.

続いて、図17(a)に示すように、第1電極として、アノード電極44を形成する。
詳細には、先ず、アノード電極を形成するためのレジストマスクを形成する。ここでは、蒸着法及びリフトオフ法に適した例えば庇構造2層レジストを用いる。このレジストを化合物半導体層42上に塗布し、アノード電極の形成部位を露出させる開口を形成する。第1電極であるアノード電極の形成部位は、化合物半導体層42の表面において、構造物51の上方に位置する高密度の転位欠陥52aが形成された第1領域52である。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 17A, an anode electrode 44 is formed as a first electrode.
Specifically, first, a resist mask for forming the anode electrode is formed. Here, for example, a two-layer resist having a cage structure suitable for the vapor deposition method and the lift-off method is used. This resist is applied onto the compound semiconductor layer 42 to form an opening that exposes the anode electrode formation site. The formation site of the anode electrode, which is the first electrode, is a first region 52 in which a high-density dislocation defect 52 a located above the structure 51 is formed on the surface of the compound semiconductor layer 42. Thus, a resist mask having the opening is formed.

このレジストマスクを用いて、第1電極材料を、例えば蒸着法により、化合物半導体層2の表面におけるアノード電極の形成部位(第1領域52)を露出させる開口内を含むレジストマスク上に堆積する。第1電極材料としては、後述する第2電極であるカソード電極の第2電極材料よりも仕事関数の低い材料、例えばTi,Al,In等から適宜選ばれたものを用いる。ここでは、例えばTi(下層)/Al(上層)を用いる。Tiの厚みは20nm程度、Alの厚みは200nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したTi/Alを除去する。その後、Si基板1を、例えば窒素雰囲気中において400℃〜1000℃程度の温度、例えば600℃程度で熱処理し、残存したTi/Alをドリフト層42cとオーミックコンタクトさせる。Ti/Alのドリフト層42cとのオーミックコンタクトが得られるのであれば、熱処理が不要な場合もある。以上により、化合物半導体層42の表面における高密度の転位欠陥52aが形成された各第1領域52上にアノード電極44が形成される。   Using this resist mask, the first electrode material is deposited on the resist mask including, for example, an opening exposing the formation site (first region 52) of the anode electrode on the surface of the compound semiconductor layer 2 by vapor deposition. As the first electrode material, a material having a work function lower than that of the second electrode material of the cathode electrode, which will be described later, such as Ti, Al, In, or the like is used. Here, for example, Ti (lower layer) / Al (upper layer) is used. The thickness of Ti is about 20 nm, and the thickness of Al is about 200 nm. The resist mask and Ti / Al deposited thereon are removed by a lift-off method. Thereafter, the Si substrate 1 is heat-treated in a nitrogen atmosphere, for example, at a temperature of about 400 ° C. to 1000 ° C., for example, about 600 ° C., and the remaining Ti / Al is brought into ohmic contact with the drift layer 42c. If an ohmic contact with the Ti / Al drift layer 42c is obtained, heat treatment may be unnecessary. Thus, the anode electrode 44 is formed on each first region 52 in which the high density dislocation defects 52a are formed on the surface of the compound semiconductor layer 42.

続いて、図17(b)に示すように、第2電極として、カソード電極45を形成する。
詳細には、先ず、カソード電極を形成するためのレジストマスクを形成する。ここでは、蒸着法及びリフトオフ法に適した例えば庇構造2層レジストを用いる。このレジストを化合物半導体層42の表面に塗布し、カソード電極の形成部位を露出させる開口を形成する。第2電極であるカソード電極の形成部位は、化合物半導体層42の表面において、下方に構造物51が不在であって転位欠陥が低密度の第2領域53である。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 17B, a cathode electrode 45 is formed as a second electrode.
Specifically, first, a resist mask for forming the cathode electrode is formed. Here, for example, a two-layer resist having a cage structure suitable for the vapor deposition method and the lift-off method is used. This resist is applied to the surface of the compound semiconductor layer 42 to form an opening that exposes the cathode electrode formation site. The formation site of the cathode electrode, which is the second electrode, is the second region 53 where the structure 51 is absent below the surface of the compound semiconductor layer 42 and the dislocation defects are low density. Thus, a resist mask having the opening is formed.

このレジストマスクを用いて、第2電極材料を、例えば蒸着法により、カソード電極の形成部位(第2領域53)を露出させる開口内を含むレジストマスク上に堆積する。第2電極材料としては、カソード電極の第1電極材料よりも仕事関数の低い材料、例えばNi,Pt,Pd,Au等から適宜選ばれたものを用いる。ここでは、例えばNi(下層)/Au(上層)を用いる。Niの厚みは30nm程度、Auの厚みは400nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したNi/Auを除去する。以上により、化合物半導体層42の表面における、転位欠陥が低密度である第2領域53上にカソード電極45が形成される。   Using this resist mask, the second electrode material is deposited on the resist mask including the inside of the opening exposing the cathode electrode formation site (second region 53), for example, by vapor deposition. As the second electrode material, a material having a work function lower than that of the first electrode material of the cathode electrode, for example, a material appropriately selected from Ni, Pt, Pd, Au and the like is used. Here, for example, Ni (lower layer) / Au (upper layer) is used. The thickness of Ni is about 30 nm, and the thickness of Au is about 400 nm. The resist mask and Ni / Au deposited thereon are removed by a lift-off method. As described above, the cathode electrode 45 is formed on the second region 53 on the surface of the compound semiconductor layer 42 where dislocation defects are low density.

しかる後、層間絶縁膜の形成、カソード電極44、アノード電極45と接続される配線の形成、上層の保護膜の形成、最表面に露出する接続電極の形成等の諸工程を経て、本実施形態によるダイオードが形成される。   Thereafter, through various steps such as formation of an interlayer insulating film, formation of wiring connected to the cathode electrode 44 and the anode electrode 45, formation of an upper protective film, formation of a connection electrode exposed on the outermost surface, and the like. A diode is formed.

本実施形態においては、化合物半導体層42のアノード電極44の直下には、高密度の転位欠陥52aが形成されている。そのため、化合物半導体層42のアノード電極44下では低抵抗となり、アノード電極44からカソード電極44に向かう順方向は、低抵抗の電流経路となる。一方、化合物半導体層42のカソード電極45の直下には、高密度の転位欠陥52aが存在しない(転位欠陥の密度が転位欠陥52aよりも低い。)。そのため、化合物半導体層42のアノード電極44下では高抵抗となり、カソード電極44からアノード電極44に向かう逆方向は、順方向よりも高抵抗の電流経路となる。   In the present embodiment, high density dislocation defects 52 a are formed immediately below the anode 44 of the compound semiconductor layer 42. Therefore, the resistance is low under the anode 44 of the compound semiconductor layer 42, and the forward direction from the anode 44 to the cathode 44 is a low-resistance current path. On the other hand, there are no high-density dislocation defects 52a immediately below the cathode electrode 45 of the compound semiconductor layer 42 (the density of dislocation defects is lower than that of the dislocation defects 52a). For this reason, the compound semiconductor layer 42 has a high resistance under the anode electrode 44, and the reverse direction from the cathode electrode 44 to the anode electrode 44 is a current path having a higher resistance than the forward direction.

以上説明したように、本実施形態によれば、化合物半導体層42とアノード電極44及びカソード電極45との間に要求される、低抵抗及び高抵抗という相反する特性が共に満たされる。これにより、順方向及び逆方向が確実に規定されたダイオードが実現する。   As described above, according to the present embodiment, the contradictory characteristics of low resistance and high resistance required between the compound semiconductor layer 42 and the anode electrode 44 and the cathode electrode 45 are satisfied. Thereby, a diode in which the forward direction and the reverse direction are reliably defined is realized.

なお、本実施形態についても、第1の実施形態の諸変形例を適用することができる。
具体的には、変形例1を適用して、構造物51を、複数の微細な構造体が並んで集合するように形成することができる。
変形例2を適用して、構造物51を、バッファ層42b上に形成することができる。
変形例3を適用して、構造物51を、ドリフト層42c内に形成することができる。
変形例4を適用して、カソード電極45と化合物半導体層42との間に例えば厚みが2nm程度の薄い絶縁膜を形成することができる。
変形例5を適用して、化合物半導体層42のアノード電極45の直下の部位をi−GaNとし、カソード電極44の直下の部位にn−GaNの再成長層を形成することができる。
Note that various modifications of the first embodiment can also be applied to this embodiment.
Specifically, by applying the first modification, the structure 51 can be formed such that a plurality of fine structures are gathered side by side.
By applying the second modification, the structure 51 can be formed on the buffer layer 42b.
The structure 51 can be formed in the drift layer 42c by applying the third modification.
By applying the modification example 4, a thin insulating film having a thickness of, for example, about 2 nm can be formed between the cathode electrode 45 and the compound semiconductor layer 42.
By applying the modification example 5, the portion of the compound semiconductor layer 42 immediately below the anode electrode 45 is i-GaN, and an n-GaN regrowth layer can be formed immediately below the cathode electrode 44.

(第3の実施形態)
本実施形態では、第1の実施形態及びその諸変形例から選ばれた1種のAlGaN/GaN・HEMTを適用した電源装置を開示する。
図18は、第3の実施形態による電源装置の概略構成を示す結線図である。
(Third embodiment)
In the present embodiment, a power supply device to which one kind of AlGaN / GaN HEMT selected from the first embodiment and its various modifications is applied is disclosed.
FIG. 18 is a connection diagram illustrating a schematic configuration of the power supply device according to the third embodiment.

本実施形態による電源装置は、高圧の一次側回路61及び低圧の二次側回路62と、一次側回路61と二次側回路62との間に配設されるトランス63とを備えて構成される。
一次側回路61は、交流電源64と、いわゆるブリッジ整流回路65と、複数(ここでは4つ)のスイッチング素子66a,66b,66c,66dとを備えて構成される。また、ブリッジ整流回路65は、スイッチング素子66eを有している。
二次側回路62は、複数(ここでは3つ)のスイッチング素子67a,67b,67cを備えている。
The power supply device according to the present embodiment includes a high-voltage primary circuit 61 and a low-voltage secondary circuit 62, and a transformer 63 disposed between the primary circuit 61 and the secondary circuit 62. The
The primary circuit 61 includes an AC power supply 64, a so-called bridge rectifier circuit 65, and a plurality (four in this case) of switching elements 66a, 66b, 66c, and 66d. The bridge rectifier circuit 65 includes a switching element 66e.
The secondary side circuit 62 includes a plurality (three in this case) of switching elements 67a, 67b, and 67c.

本実施形態では、一次側回路61のスイッチング素子66a,66b,66c,66d,66eが、第1の実施形態及びその諸変形例から選ばれた1種のAlGaN/GaN・HEMTとされている。一方、二次側回路62のスイッチング素子67a,67b,67cは、シリコンを用いた通常のMIS・FETとされている。   In the present embodiment, the switching elements 66a, 66b, 66c, 66d, and 66e of the primary circuit 61 are one type of AlGaN / GaN HEMT selected from the first embodiment and its various modifications. On the other hand, the switching elements 67a, 67b, and 67c of the secondary circuit 62 are normal MIS • FETs using silicon.

本実施形態では、ゲートリーク電流が小さいにも関わらず大電流動作を得ることができるAlGaN/GaN・HEMTを、高圧回路に適用する。これにより、信頼性の高い大電力の電源回路が実現する。   In the present embodiment, an AlGaN / GaN HEMT capable of obtaining a large current operation despite a small gate leakage current is applied to a high voltage circuit. As a result, a highly reliable high-power power supply circuit is realized.

(第4の実施形態)
本実施形態では、第1の実施形態及びその諸変形例から選ばれた1種のAlGaN/GaN・HEMTを適用した高周波増幅器を開示する。
図19は、第4の実施形態による高周波増幅器の概略構成を示す結線図である。
(Fourth embodiment)
In the present embodiment, a high-frequency amplifier to which one kind of AlGaN / GaN HEMT selected from the first embodiment and its various modifications is applied is disclosed.
FIG. 19 is a connection diagram illustrating a schematic configuration of the high-frequency amplifier according to the fourth embodiment.

本実施形態による高周波増幅器は、ディジタル・プレディストーション回路71と、ミキサー72a,72bと、パワーアンプ73とを備えている。
ディジタル・プレディストーション回路71は、入力信号の非線形歪みを補償するものである。ミキサー72aは、非線形歪みが補償された入力信号と交流信号をミキシングするものである。パワーアンプ73は、交流信号とミキシングされた入力信号を増幅するものであり、第1の実施形態及びその諸変形例から選ばれた1種のAlGaN/GaN・HEMTを有している。なお図19では、例えばスイッチの切り替えにより、出力側の信号をミキサー72bで交流信号とミキシングしてディジタル・プレディストーション回路71に送出できる構成とされている。
The high frequency amplifier according to the present embodiment includes a digital predistortion circuit 71, mixers 72 a and 72 b, and a power amplifier 73.
The digital predistortion circuit 71 compensates for nonlinear distortion of the input signal. The mixer 72a mixes an input signal with compensated nonlinear distortion and an AC signal. The power amplifier 73 amplifies the input signal mixed with the AC signal, and has one type of AlGaN / GaN HEMT selected from the first embodiment and various modifications thereof. In FIG. 19, for example, by switching the switch, the output side signal can be mixed with the AC signal by the mixer 72b and sent to the digital predistortion circuit 71.

本実施形態では、ゲートリーク電流が小さいにも関わらず大電流動作を得ることができるAlGaN/GaN・HEMTを、高周波増幅器に適用する。これにより、信頼性の高い高耐圧の高周波増幅器が実現する。   In the present embodiment, an AlGaN / GaN HEMT capable of obtaining a large current operation despite a small gate leakage current is applied to a high-frequency amplifier. As a result, a high-reliability, high-voltage high-frequency amplifier is realized.

[他の実施形態]
第1、第3及び第4の実施形態では、化合物半導体装置としてAlGaN/GaN・HEMTを例示した。化合物半導体装置としては、AlGaN/GaN・HEMT以外にも、以下のようなHEMTに適用できる。
[Other Embodiments]
In the first, third, and fourth embodiments, the AlGaN / GaN HEMT is exemplified as the compound semiconductor device. As a compound semiconductor device, besides the AlGaN / GaN.HEMT, the following HEMT can be applied.

(その他のHEMT例1)
本例では、化合物半導体装置として、InAlN/GaN・HEMTを開示する。
InAlNとGaNは、組成によって格子定数を近くすることが可能な化合物半導体である。この場合、上記した第1、第3及び第4の実施形態では、電子走行層がi−GaN、電子供給層がn−InAlN、キャップ層がn−GaNで形成される。また、この場合のピエゾ分極が殆ど発生しないため、2次元電子ガスは主にInAlNの自発分極により発生する。
(Other HEMT example 1)
In this example, InAlN / GaN.HEMT is disclosed as a compound semiconductor device.
InAlN and GaN are compound semiconductors that can have a lattice constant close to the composition. In this case, in the first, third, and fourth embodiments described above, the electron transit layer is formed of i-GaN, the electron supply layer is formed of n-InAlN, and the cap layer is formed of n-GaN. In this case, since the piezoelectric polarization hardly occurs, the two-dimensional electron gas is mainly generated by spontaneous polarization of InAlN.

本例によれば、上述したAlGaN/GaN・HEMTと同様に、ゲートリーク電流が小さいにも関わらず大電流動作を得ることができる信頼性の高い高耐圧のInAlN/GaN・HEMTが実現する。   According to this example, similarly to the AlGaN / GaN.HEMT described above, a highly reliable high withstand voltage InAlN / GaN.HEMT capable of obtaining a large current operation despite a small gate leakage current is realized.

(その他のHEMT例2)
本例では、化合物半導体装置として、InAlGaN/GaN・HEMTを開示する。
GaNとInAlGaNは、後者の方が前者よりも組成によって格子定数を小さくすることができる化合物半導体である。この場合、上記した第1〜第5の実施形態では、電子走行層がi−GaN、電子供給層がn−InAlGaN、キャップ層がn−GaNで形成される。
(Other HEMT example 2)
In this example, InAlGaN / GaN.HEMT is disclosed as a compound semiconductor device.
GaN and InAlGaN are compound semiconductors in which the latter can make the lattice constant smaller by the composition than the former. In this case, in the first to fifth embodiments described above, the electron transit layer is formed of i-GaN, the electron supply layer is formed of n-InAlGaN, and the cap layer is formed of n-GaN.

本例によれば、上述したAlGaN/GaN・HEMTと同様に、ゲートリーク電流が小さいにも関わらず大電流動作を得ることができる信頼性の高い高耐圧のInAlGaN/GaN・HEMTが実現する。   According to this example, similarly to the AlGaN / GaN.HEMT described above, a highly reliable and high withstand voltage InAlGaN / GaN.HEMT capable of obtaining a large current operation despite a small gate leakage current is realized.

以下、化合物半導体装置及びその製造方法、並びに電源装置及び高周波増幅器の諸態様を付記としてまとめて記載する。   Hereinafter, various aspects of the compound semiconductor device, the manufacturing method thereof, the power supply device, and the high-frequency amplifier will be collectively described as appendices.

(付記1)化合物半導体層と、
前記化合物半導体層の上方に設けられた第1電極と、
前記化合物半導体層の上方に設けられており、前記第1電極よりも仕事関数の高い第2電極と、
前記第1電極の下方で前記化合物半導体層内の位置に設けられており、前記第2電極の下方には不在である構造物と
を備えており、
前記化合物半導体層は、前記構造物と前記第1電極との間の第1領域が前記第2電極の下方の第2領域よりも転位欠陥の密度が高いことを特徴とする化合物半導体装置。
(Appendix 1) a compound semiconductor layer;
A first electrode provided above the compound semiconductor layer;
A second electrode provided above the compound semiconductor layer and having a higher work function than the first electrode;
A structure provided at a position in the compound semiconductor layer below the first electrode and absent from the second electrode; and
In the compound semiconductor layer, a density of dislocation defects is higher in a first region between the structure and the first electrode than in a second region below the second electrode.

(付記2)前記構造物は、複数の構造体が集合してなるものであることを特徴とする付記1に記載の化合物半導体装置。   (Supplementary note 2) The compound semiconductor device according to supplementary note 1, wherein the structure is formed by aggregating a plurality of structures.

(付記3)前記第1領域における転位欠陥の密度が1×105/cm2以上で5×1011/cm2以下の範囲内の値であることを特徴とする付記1又は2に記載の化合物半導体装置。 (Supplementary Note 3) according to note 1 or 2, wherein the density of dislocation defects in the first region have a value in the range of 5 × 10 11 / cm 2 or less at 1 × 10 5 / cm 2 or more Compound semiconductor device.

(付記4)前記化合物半導体層は、前記第1電極下の少なくとも最表面にn型不純物を含有することを特徴とする付記1〜3のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。   (Supplementary note 4) The compound semiconductor device according to any one of supplementary notes 1 to 3, wherein the compound semiconductor layer contains an n-type impurity at least on an outermost surface under the first electrode.

(付記5)前記化合物半導体層は、前記第2領域のうちの最表面を含む上層部分がn型不純物を含有しておらず、前記第1領域のうちの最表面を含む上層部分がn型不純物を含有することを特徴とする付記1〜4のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。   (Supplementary Note 5) In the compound semiconductor layer, the upper layer portion including the outermost surface of the second region does not contain an n-type impurity, and the upper layer portion including the outermost surface of the first region is an n-type. 5. The compound semiconductor device according to any one of appendices 1 to 4, further comprising an impurity.

(付記6)基板上に前記化合物半導体層が設けられており、
前記構造物は、前記基板上に位置していることを特徴とする付記1〜5のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 6) The compound semiconductor layer is provided on a substrate,
6. The compound semiconductor device according to any one of appendices 1 to 5, wherein the structure is located on the substrate.

(付記7)前記化合物半導体層は、バッファ層と、前記バッファ層の上方の電子走行層とを有しており、
前記構造物は、前記バッファ層上に位置していることを特徴とする付記1〜5のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 7) The compound semiconductor layer has a buffer layer and an electron transit layer above the buffer layer,
6. The compound semiconductor device according to any one of appendices 1 to 5, wherein the structure is located on the buffer layer.

(付記8)前記化合物半導体層は、電子走行層を有しており、
前記構造物は、前記電子走行層内に位置していることを特徴とする付記1〜5のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 8) The compound semiconductor layer has an electron transit layer,
6. The compound semiconductor device according to any one of appendices 1 to 5, wherein the structure is located in the electron transit layer.

(付記9)前記化合物半導体層と前記第2電極との間に絶縁膜が設けられていることを特徴とする付記1〜8のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。   (Supplementary note 9) The compound semiconductor device according to any one of supplementary notes 1 to 8, wherein an insulating film is provided between the compound semiconductor layer and the second electrode.

(付記10)構造物を形成する工程と、
前記構造物を埋め込んで、前記構造物の上方の第1領域が、前記構造物が不在である第2領域よりも転位欠陥の密度が高い化合物半導体層を形成する工程と、
前記化合物半導体層の上方において、前記第1領域に第1電極を形成する工程と、
前記化合物半導体層の上方において、前記第2領域に前記第1電極よりも仕事関数の高い第2電極を形成する工程と
を備えたことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
(Additional remark 10) The process of forming a structure,
Embedding the structure, and forming a compound semiconductor layer in which a first region above the structure has a higher density of dislocation defects than a second region in which the structure is absent;
Forming a first electrode in the first region above the compound semiconductor layer;
Forming a second electrode having a work function higher than that of the first electrode in the second region above the compound semiconductor layer.

(付記11)前記構造物は、複数の構造体が集合してなるものであることを特徴とする付記10に記載の化合物半導体装置の製造方法。   (Additional remark 11) The said structure is a manufacturing method of the compound semiconductor device of Additional remark 10 characterized by the above-mentioned.

(付記12)前記第1領域における転位欠陥の密度が1×105/cm2以上で5×1011/cm2以下の範囲内の値であることを特徴とする付記10又は11に記載の化合物半導体装置の製造方法。 (Supplementary Note 12) according to note 10 or 11, wherein the density of dislocation defects in the first region have a value in the range of 5 × 10 11 / cm 2 or less at 1 × 10 5 / cm 2 or more A method for manufacturing a compound semiconductor device.

(付記13)前記化合物半導体層は、前記第1電極下の少なくとも最表面にn型不純物を含有することを特徴とする付記10〜12のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。   (Additional remark 13) The said compound semiconductor layer contains an n-type impurity in the outermost surface under a said 1st electrode, The manufacturing method of the compound semiconductor device of any one of Additional remark 10-12 characterized by the above-mentioned.

(付記14)前記化合物半導体層は、前記第2領域のうちの最表面を含む上層部分がn型不純物を含有しておらず、前記第1領域のうちの最表面を含む上層部分がn型不純物を含有することを特徴とする付記10〜13のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。   (Supplementary Note 14) In the compound semiconductor layer, the upper layer portion including the outermost surface of the second region does not contain an n-type impurity, and the upper layer portion including the outermost surface of the first region is an n-type. 14. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to any one of appendices 10 to 13, wherein the compound semiconductor device includes an impurity.

(付記15)基板上に前記化合物半導体層が設けられており、
前記構造物は、前記基板上に位置することを特徴とする付記10〜14のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Appendix 15) The compound semiconductor layer is provided on a substrate,
15. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to any one of appendices 10 to 14, wherein the structure is located on the substrate.

(付記16)前記化合物半導体層は、バッファ層と、前記バッファ層の上方の電子走行層とを有しており、
前記構造物は、前記バッファ層上に位置することを特徴とする付記10〜14のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 16) The compound semiconductor layer includes a buffer layer and an electron transit layer above the buffer layer,
15. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to any one of appendices 10 to 14, wherein the structure is located on the buffer layer.

(付記17)前記化合物半導体層は、電子走行層を有しており、
前記構造物は、前記電子走行層内に位置することを特徴とする付記10〜14のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 17) The compound semiconductor layer has an electron transit layer,
15. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to any one of appendices 10 to 14, wherein the structure is located in the electron transit layer.

(付記18)前記化合物半導体層と前記第2電極との間に絶縁膜が形成されることを特徴とする付記10〜17のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。   (Supplementary note 18) The method for manufacturing a compound semiconductor device according to any one of supplementary notes 10 to 17, wherein an insulating film is formed between the compound semiconductor layer and the second electrode.

(付記19)変圧器と、前記変圧器を挟んで高圧回路及び低圧回路とを備えた電源回路であって、
前記高圧回路はトランジスタを有しており、
前記トランジスタは、
化合物半導体層と、
前記化合物半導体層の上方に設けられた第1電極と、
前記化合物半導体層の上方に設けられており、前記第1電極よりも仕事関数の高い第2電極と、
前記第1電極の下方で前記化合物半導体層内の位置に設けられており、前記第2電極の下方には不在である構造物と
を備えており、
前記化合物半導体層は、前記構造物と前記第1電極との間の第1領域が前記第2電極の下方の第2領域よりも転位欠陥の密度が高いことを特徴とする電源回路。
(Supplementary note 19) A power supply circuit including a transformer and a high-voltage circuit and a low-voltage circuit across the transformer,
The high-voltage circuit has a transistor,
The transistor is
A compound semiconductor layer;
A first electrode provided above the compound semiconductor layer;
A second electrode provided above the compound semiconductor layer and having a higher work function than the first electrode;
A structure provided at a position in the compound semiconductor layer below the first electrode and absent from the second electrode; and
In the compound semiconductor layer, a first region between the structure and the first electrode has a higher density of dislocation defects than a second region below the second electrode.

(付記20)入力した高周波電圧を増幅して出力する高周波増幅器であって、
トランジスタを有しており、
前記トランジスタは、
化合物半導体層と、
前記化合物半導体層の上方に設けられた第1電極と、
前記化合物半導体層の上方に設けられており、前記第1電極よりも仕事関数の高い第2電極と、
前記第1電極の下方で前記化合物半導体層内の位置に設けられており、前記第2電極の下方には不在である構造物と
を備えており、
前記化合物半導体層は、前記構造物と前記第1電極との間の第1領域が前記第2電極の下方の第2領域よりも転位欠陥の密度が高いことを特徴とする高周波増幅器。
(Appendix 20) A high frequency amplifier that amplifies and outputs an input high frequency voltage,
Has a transistor,
The transistor is
A compound semiconductor layer;
A first electrode provided above the compound semiconductor layer;
A second electrode provided above the compound semiconductor layer and having a higher work function than the first electrode;
A structure provided at a position in the compound semiconductor layer below the first electrode and absent from the second electrode; and
The high frequency amplifier according to claim 1, wherein the compound semiconductor layer has a higher density of dislocation defects in a first region between the structure and the first electrode than in a second region below the second electrode.

1,41 Si基板
2,31,42 化合物半導体層
2a,42a 初期層
2b,42b バッファ層
2c 電子走行層
2c1 下層部分
2c2 上層部分
2d 電子供給層
2e,31a キャップ層
3,43 素子分離構造
4 ソース電極4
5 ドレイン電極
6 ゲート電極
7 ゲート絶縁膜
11,12,21,22,51 構造物
13,23,52 第1領域
13a,14a,23a,52a 転位欠陥
14,24,53 第2領域
21a,22a 構造体
32,33 溝
34 SiN膜
35,36 最成長層
42c ドリフト層
44 アノード電極
45 カソード電極
61 一次側回路
62 二次側回路
63 トランス
64 交流電源
65 ブリッジ整流回路
66a,66b,66c,66d,66e,67a,67b,67c スイッチング素子
71 ディジタル・プレディストーション回路
72a,72b ミキサー
73 パワーアンプ
1, 41 Si substrate 2, 31, 42 Compound semiconductor layer 2a, 42a Initial layer 2b, 42b Buffer layer 2c Electron traveling layer 2c1 Lower layer part 2c2 Upper layer part 2d Electron supply layer 2e, 31a Cap layer 3, 43 Element isolation structure 4 Source Electrode 4
5 Drain electrode 6 Gate electrode 7 Gate insulating films 11, 12, 21, 22, 51 Structures 13, 23, 52 First regions 13a, 14a, 23a, 52a Dislocation defects 14, 24, 53 Second regions 21a, 22a Structure Body 32, 33 Groove 34 SiN film 35, 36 Most grown layer 42c Drift layer 44 Anode electrode 45 Cathode electrode 61 Primary side circuit 62 Secondary side circuit 63 Transformer 64 AC power supply 65 Bridge rectifier circuits 66a, 66b, 66c, 66d, 66e , 67a, 67b, 67c Switching element 71 Digital predistortion circuit 72a, 72b Mixer 73 Power amplifier

Claims (10)

化合物半導体層と、
前記化合物半導体層の上方に設けられた第1電極と、
前記化合物半導体層の上方に設けられており、前記第1電極よりも仕事関数の高い第2電極と、
前記第1電極の下方で前記化合物半導体層内の位置に設けられており、前記第2電極の下方には不在である構造物と
を備えており、
前記化合物半導体層は、前記構造物と前記第1電極との間の第1領域が前記第2電極の下方の第2領域よりも転位欠陥の密度が高いことを特徴とする化合物半導体装置。
A compound semiconductor layer;
A first electrode provided above the compound semiconductor layer;
A second electrode provided above the compound semiconductor layer and having a higher work function than the first electrode;
A structure provided at a position in the compound semiconductor layer below the first electrode and absent from the second electrode; and
In the compound semiconductor layer, a density of dislocation defects is higher in a first region between the structure and the first electrode than in a second region below the second electrode.
前記構造物は、複数の構造体が集合してなるものであ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 compound semiconductor device according to claim 1, wherein the structure is a collection of a plurality of structures. 前記第1領域における転位欠陥の密度が1×105/cm2以上で5×1011/cm2以下の範囲内の値であることを特徴とする請求項1又は2に記載の化合物半導体装置。 3. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the density of dislocation defects in the first region is a value in a range of 1 × 10 5 / cm 2 to 5 × 10 11 / cm 2. . 前記化合物半導体層は、前記第1電極下の少なくとも最表面にn型不純物を含有することを特徴とする請求項1〜3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 compound semiconductor layer contains an n-type impurity at least on an outermost surface under the first electrode. 前記化合物半導体層は、前記第2領域のうちの最表面を含む上層部分がn型不純物を含有しておらず、前記第1領域のうちの最表面を含む上層部分がn型不純物を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。   In the compound semiconductor layer, an upper layer portion including the outermost surface of the second region does not contain an n-type impurity, and an upper layer portion including the outermost surface of the first region contains an n-type impurity. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the compound semiconductor device is a semiconductor device. 基板上に前記化合物半導体層が設けられており、
前記構造物は、前記基板上に位置していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
The compound semiconductor layer is provided on a substrate,
The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the structure is located on the substrate.
前記化合物半導体層は、バッファ層と、前記バッファ層の上方の電子走行層とを有しており、
前記構造物は、前記バッファ層上に位置していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
The compound semiconductor layer has a buffer layer and an electron transit layer above the buffer layer,
The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the structure is located on the buffer layer.
前記化合物半導体層は、電子走行層を有しており、
前記構造物は、前記電子走行層内に位置していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
The compound semiconductor layer has an electron transit layer,
The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the structure is located in the electron transit layer.
前記化合物半導体層と前記第2電極との間に絶縁膜が設けられていることを特徴とする請求項1〜8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 an insulating film is provided between the compound semiconductor layer and the second electrode. 構造物を形成する工程と、
前記構造物を埋め込んで、前記構造物の上方の第1領域が、前記構造物が不在である第2領域よりも転位欠陥の密度が高い化合物半導体層を形成する工程と、
前記化合物半導体層の上方において、前記第1領域に第1電極を形成する工程と、
前記化合物半導体層の上方において、前記第2領域に前記第1電極よりも仕事関数の高い第2電極を形成する工程と
を備えたことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
Forming a structure;
Embedding the structure, and forming a compound semiconductor layer in which a first region above the structure has a higher density of dislocation defects than a second region in which the structure is absent;
Forming a first electrode in the first region above the compound semiconductor layer;
Forming a second electrode having a work function higher than that of the first electrode in the second region above the compound semiconductor layer.
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