JP3428838B2 - Mis型電界効果トランジスタ - Google Patents

Mis型電界効果トランジスタ

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JP3428838B2
JP3428838B2 JP33077796A JP33077796A JP3428838B2 JP 3428838 B2 JP3428838 B2 JP 3428838B2 JP 33077796 A JP33077796 A JP 33077796A JP 33077796 A JP33077796 A JP 33077796A JP 3428838 B2 JP3428838 B2 JP 3428838B2
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清輝 吉田
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、GaN系3−5族
化合物半導体を用いたMIS型電界効果トランジスタに
関する。 【0002】 【従来の技術】化合物半導体を用いたMIS(金属−絶
縁層−半導体)構造を持つ電界効果トランジスタ(FE
T:field effect transistor )は、化合物半導体基板
上に化合物半導体からなる半導体層および絶縁層を順次
積層し、絶縁層上に形成した金属電極をゲートとし、こ
こに電圧を印加することにより絶縁層表面にチャネル層
を誘起させ、増幅作用を行うものである。化合物半導体
としてGaAs系の半導体を用いたMISFETは、例
えば半絶縁性GaAs基板上にn型あるいはp型のGa
As層およびアンドープのGaAs層あるいはAlGa
As層を、例えば有機金属気相成長法でトリメチルガリ
ウム(TMG)あるいはトリメチルアルミニウム(TM
A)とアルシン(AsH3)を原料として成長させたも
のである。アンドープのGaAs層あるいはAlGaA
s層は、絶縁層としての役割を果たす。次に、前記絶縁
層上にSiO2 などをプラズマCVD装置を用いて堆積
させた後、フォトレジストおよび化学エッチングなどを
用いてパターニングする。その後、AuGe/Niなど
の金属を蒸着して、ソース、ゲート、ドレインの各電極
を形成して素子とする。ところで、最近になり、GaA
sよりも高温動作が可能で、耐放射線性に優れるGaN
系3−5族化合物半導体の材料が注目され、使用されは
じめている。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、GaN
系3−5族化合物の絶縁層を気相成長させると、その抵
抗値が大きくばらつき、必ずしも絶縁化しないという問
題があった。 【0004】 【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決すべくなされたもので、基板上にGaN系3−5族化
合物半導体からなる半導体層および絶縁層を順次積層し
てなるMIS型電界効果トランジスタであって、前記絶
縁層はカーボンを1×1018cm-3以上、5×1020
-3以下含むGaN系3−5族化合物半導体からなるこ
とを特徴とするものである。 【0005】本発明は鋭意検討の結果、実験的に得られ
た新しい知見に基づくものである。即ち、GaN系3−
5族化合物半導体層を気相成長すると、その比抵抗は1
0〜103 Ωcm程度と低く、その範囲で大きくばらつ
く。しかしながら、このGaN系3−5族化合物半導体
層にカーボンを1×1018cm-3以上、5×1020cm
-3以下の範囲で添加すると、この比抵抗は106 〜10
7 Ωcm程度の高い値となり、その上ばらつきも小さく
なる。なお、カーボン濃度が5×1020cm-3を越える
と、成長した結晶の品質が低下し、電子デバイスには使
用できなくなる。従って、GaN系3−5族化合物半導
体にカーボンを1×1018cm-3以上、5×1020cm
-3以下添加することにより、MISFETとして良好な
絶縁層を形成することができる。 【0006】 【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明にかかるM
IS型電界効果トランジスタの一実施形態を示す図であ
る。本実施形態の素子は、成長室とパターニング室を有
する超高真空装置を用いて分子エピタキシャル成長法に
より、以下の工程で作製した。即ち、 1)先ず成長室において、p−Si基板1上にラジカル
化した窒素(3×10-6Torr)とメタルGa(5×
10-7Torr)、Mg(5×10-8Torr)を用い
て、成長温度640℃で厚さ50Åのp−GaNバッフ
ァー層2を形成し、さらにその上にメタルGa(1×1
-6Torr)、メタルAl(5×10-7Torr)と
アンモニア(5×10-5Torr)を用い、ドーパント
としてMg(5×10-8Torr)を用いて、成長温度
850℃でp−Al1-X GaX N(0.5≦X≦1.
0)層3を形成する。 2)次いで、前記エピタキシャルウェハの表面にSiO
2 をプラズマCVD装置を用いて堆積させた後、フォト
リソグラフィと化学エッチングを用いてゲート領域11
をマスクし、ソース領域10、ドレイン領域12となる
部分に開口部を開ける。その開口部にトリメチルGa
(1×10-6Torr)、トリメチルAl(5×10-7
Torr)とアンモニア(5×10-5Torr)を用
い、ドーパントとしてSi(5×10-8Torr)を用
いて、成長温度850℃でn−Al1-XGaX N(0.
5≦X≦1.0)層4を選択的に形成する。 3)次いで、前記マスクを化学エッチングで除去し、そ
のマスクとは逆に、ゲート領域11の上に開口部を設
け、ソース領域10、ドレイン領域12の上をSiO2
マスクで覆う。その後、トリメチルGa(1×10-6
orr)、トリメチルAl(5×10-7Torr)とア
ンモニア(5×10-5Torr)を用い、ドーパントと
してMg(5×10-8Torr)を用いて、成長温度8
50℃でp−Al1-X GaX N(0.5≦X≦1.0)
層5をゲート領域11に選択的に形成する。 4)次いで、ゲート領域11の上に開口部を設け、ソー
ス領域10、ドレイン領域12の上をSiO2 マスクで
覆う。その後、前記マスク開口部に、トリメチルGa
(1×10-6Torr)、トリメチルAl(5×10-7
Torr)、ジメチルヒドラジンを用いて成長温度90
0℃で絶縁性のi−Al1-X GaX N(0≦X≦0.
5)層6を選択的に成長する。 5)最後に、ソース領域10、ゲート領域11、ドレイ
ン領域12の上にAlを選択的に蒸着し、電極7、8、
9を形成する。 【0007】本実施形態において、i−Al1-X GaX
N(0≦X≦0.5)層6を成長させる際にジメチルヒ
ドラジン((CH3 2 NNH2 )の圧力を変えて、含
有するカーボンの濃度を変えた。そして、カーボン濃度
とi−Al1-X GaX N層6の比抵抗の関係を測定し
た。その結果を図2に示す。図2からわかるように、カ
ーボン濃度が1×1018cm-3以上、5×1020cm-3
以下では、比抵抗は106 〜107 Ωcmの範囲に入っ
ており、その値およびばらつきの範囲は、MISFET
の絶縁層として適切なものとなる。一方、カーボン濃度
が1×1018cm-3よりも小さくなると、比抵抗は10
〜103 Ωcm程度と低く、かつ大きくばらつく。ま
た、カーボン濃度が5×1020cm-3を越えると、i−
Al1-X GaX N層6は結晶性が悪くなり、MISFE
Tの絶縁層としては使用できなくなる。 【0008】上記実施形態において、絶縁性のi−Al
1-X GaX N(0≦X≦0.5)層6の形成には、窒素
源としてジメチルヒドラジンを用いたが、モノメチルヒ
ドラジンを用いてもよい。また、Ga源としては、トリ
エチルガリウム、トリメチルガリウムなどの有機金属ガ
スを用いてもよい。また、材質としてnチャネル層にn
−Al1-X GaX N(0.5≦X≦1.0)層4を用い
たが、SiをドープしたInGaN、GaN、InGa
AlN、AlNを用いてもよい。さらに、絶縁層にはi
−Al1-X GaX N(0≦X≦0.5)層6の代わり
に、カーボンドープのInGaN、InGaAlNを用
いてもよい。 【0009】 【発明の効果】本発明によれば、GaN系3−5族化合
物半導体からなる良好なMIS型電界効果トランジスタ
が得られるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明に係るMIS型電界効果トランジスタの
一実施形態の断面図である。 【図2】上記実施形態の絶縁層のカーボン濃度と比抵抗
の関係を示す図である。 【符号の説明】 1 p−Si基板 2 p−GaNバッファー層 3 p−Al1-X GaX N層 4 n−Al1-X GaX N層 5 p−Al1-X GaX N層 6 i−Al1-X GaX N層 7、8、9 電極 10 ソース領域 11 ゲート領域 12 ドレイン領域
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−125223(JP,A) M.A.Khan,M.S.Shu r,Q.C.Chen,J.N.Kuz nia,”Current/volta ge characteristic collapse in AlGaN /GaN heterostructu re insulated gate field effect trans istors at high dra in bias”,Electroni cs Letters,1994年12月8 日,Vol.30,No.25,pp.2175 −2176 P.Boguslawski,E. L.Briggs,J.Bernho c,”Amphoteric prop erties of substitu tional carbon impu rity in GaN and AI N”,Applied Physics Letters,1996年 7月 8 日,Vol.69,No.2,pp.233 −235 C.R.Abernathy,J. D.MacKenzie,S.J.Pe arton,W.S.Hobson," CCl4 doping of GaN grown by metalorg anic molecular bea m epitaxy”,Applied Physics Letters, 1995年 4月10日,Vol.66,No. 15,pp.1969−1971 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/80 H01L 29/78 Web of Science

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 基板上にGaN系3−5族化合物半導体
    からなる半導体層および絶縁層を順次積層してなるMI
    S型電界効果トランジスタであって、前記絶縁層はカー
    ボンを1×1018cm-3以上、5×1020cm-3以下含
    むGaN系3−5族化合物半導体からなることを特徴と
    するMIS型電界効果トランジスタ。
JP33077796A 1996-12-11 1996-12-11 Mis型電界効果トランジスタ Expired - Lifetime JP3428838B2 (ja)

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