JP4799965B2 - Heterostructure field effect transistor using nitride semiconductor - Google Patents

Heterostructure field effect transistor using nitride semiconductor Download PDF

Info

Publication number
JP4799965B2
JP4799965B2 JP2005257354A JP2005257354A JP4799965B2 JP 4799965 B2 JP4799965 B2 JP 4799965B2 JP 2005257354 A JP2005257354 A JP 2005257354A JP 2005257354 A JP2005257354 A JP 2005257354A JP 4799965 B2 JP4799965 B2 JP 4799965B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
region
surface passivation
gan
thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2005257354A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007073656A (en
Inventor
就彦 前田
成新 王
正伸 廣木
春喜 横山
則之 渡邉
隆 小林
孝知 榎木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP2005257354A priority Critical patent/JP4799965B2/en
Publication of JP2007073656A publication Critical patent/JP2007073656A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4799965B2 publication Critical patent/JP4799965B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタに関する。   The present invention relates to a heterostructure field effect transistor using a nitride semiconductor.

窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタ(Heterostructure Field Effect Transistor、以下HFETと略称する)は、次世代の高温・高出力・高耐圧の超高周波トランジスタとして非常に有望であり、実用化に向けて現在盛んに研究が行われている。   Heterostructure field effect transistors (HFETs) using nitride semiconductors are very promising as next-generation high-frequency, high-output, and high-voltage ultrahigh-frequency transistors, and are being put to practical use. Currently, research is actively conducted.

現在、窒化物半導体であるGaNを用いたGaN系HFETにおいて通常採用されている素子構造上の特徴として、素子表面上に、表面パッシベーション膜(表面保護膜)として絶縁膜が堆積されていることが挙げられる。その目的は、GaN系HFETにおいては、素子表面を大気にさらしたままの状態において素子動作を行うと、電流コラプスと呼ばれる望ましくない現象(ドレイン電圧の増大やゲート電圧の負方向増大等の電圧印加履歴により、ドレイン電流が減少してしまう現象)が起こるので、この現象を、表面パッシベーション膜によって、低減・抑制するためである。   As a feature of the element structure that is usually employed in GaN-based HFETs using GaN, which is a nitride semiconductor, an insulating film is deposited on the element surface as a surface passivation film (surface protective film). Can be mentioned. The purpose of GaN-based HFETs is to apply an undesirable phenomenon called current collapse (such as an increase in drain voltage or a negative increase in gate voltage) when the device is operated with the device surface exposed to the atmosphere. This is because a phenomenon in which the drain current decreases due to the history occurs), and this phenomenon is reduced or suppressed by the surface passivation film.

表面パッシベーション膜としては、現在、GaN系材料との間に良質な界面の形成が可能なSiN系絶縁膜(Siが典型例である)が通常用いられており、膜厚数10nmから200nm程度のSiを素子表面上に堆積することによって表面パッシベーション膜が形成されている(下記非特許文献1参照)。 Currently, a SiN insulating film (Si 3 N 4 is a typical example) capable of forming a high-quality interface with a GaN-based material is usually used as a surface passivation film. A surface passivation film is formed by depositing Si 3 N 4 of about 200 nm on the element surface (see Non-Patent Document 1 below).

Bruce M. Green, et al., IEEE Electron Device Lett., vol. 21, pp.267-270, June 2000.Bruce M. Green, et al., IEEE Electron Device Lett., Vol. 21, pp.267-270, June 2000.

ところで、HFETの素子特性のさらなる向上のためには、ソース・ゲート電極間領域およびゲート・ドレイン電極間領域(以下、略して単に「電極間領域」と呼ぶ)下のチャネル抵抗を低減することが有効である。このことは、高出力・高耐圧用に設計された、あるいは、スイッチング用に設計された、ソース・ゲート電極間距離およびゲート・ドレイン電極間距離の大きいHFETにおいては、特に重要である。また、今後、より高い利得を得る目的でHFETの障壁層(AlGaN/GaN HFETにおいてはAlGaN層)の膜厚を低減した場合においても、一般に電極間領域下のチャネル抵抗が大きくなり、利得増大の妨げとなってしまうため、前記抵抗を低減することが非常に重要になってくる。   By the way, in order to further improve the device characteristics of the HFET, the channel resistance under the source-gate electrode region and the gate-drain electrode region (hereinafter simply referred to as “interelectrode region”) may be reduced. It is valid. This is particularly important in an HFET designed for high output and high withstand voltage or designed for switching and having a large distance between the source and gate electrodes and a large distance between the gate and drain electrodes. Further, in the future, even when the film thickness of the barrier layer of the HFET (AlGaN layer in the AlGaN / GaN HFET) is reduced for the purpose of obtaining a higher gain, the channel resistance under the inter-electrode region generally increases and the gain increases. Since this is an obstacle, it is very important to reduce the resistance.

このように、電極間領域下において低いチャネル抵抗を得ることは、今後、GaN系HFETの素子特性を向上させる上で非常に重要である。ここで、電極間領域においては、通常、上述の表面パッシベーション膜が堆積されるので、結局、堆積することによってより低いチャネル抵抗が得られる絶縁膜を表面パッシベーション膜として用いることが、素子特性を向上させる上で重要となる。   Thus, obtaining a low channel resistance under the inter-electrode region is very important for improving the device characteristics of the GaN-based HFET in the future. Here, since the above-described surface passivation film is usually deposited in the inter-electrode region, it is eventually possible to use an insulating film that can obtain a lower channel resistance as a result of the deposition as the surface passivation film, thereby improving the device characteristics. It is important to make it.

しかし、現在、表面パッシベーション膜としては、GaN系材料との間に良質な界面の形成が可能なゆえに電流コラプスの抑制効果の良好なSiN系絶縁膜が通常用いられており、堆積領域下のチャネル抵抗をより低減するという観点からの表面パッシベーション膜の開発は全く行われておらず、また、そのための指針も存在しない。   However, at present, as a surface passivation film, a SiN-based insulating film having a good current collapse suppressing effect is usually used because a high-quality interface can be formed with a GaN-based material. No surface passivation film has been developed from the viewpoint of further reducing the resistance, and there is no guideline for that purpose.

このような技術現状において、堆積領域下のチャネル抵抗をより低減するパッシベーション膜の開発を行うことは、極めて斬新な試みであり、今後の素子特性のさらなる向上に非常に重要である。   In such a state of the art, the development of a passivation film that further reduces the channel resistance under the deposition region is an extremely innovative attempt, and is extremely important for further improvement of device characteristics in the future.

本発明は上記の試みに関連してなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、チャネル抵抗を大きく低減する表面パッシベーション膜を有する、窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタを提供することである。   The present invention has been made in connection with the above attempt, and the problem to be solved by the present invention is to provide a heterostructure field effect transistor using a nitride semiconductor having a surface passivation film that greatly reduces channel resistance. Is to provide.

上記課題を解決するために、本発明においては、請求項1に記載のように、
窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタにおいて、障壁層上にソース電極、ゲート電極およびドレイン電極が形成され、前記ソース電極と前記ゲート電極との間の領域と、前記ゲート電極と前記ソース電極との間の領域とにおける前記障壁層の上にSi膜、Al膜がこの順番に堆積され、前記Si膜の膜厚は0.28nm以上、4nm以下であり、前記Al膜の膜厚は4nm以上、200nm以下であり、前記Si膜と前記Al膜との合計膜厚は8nm以上、200nm以下であることを特徴とする、窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタを構成する。
In order to solve the above problems, in the present invention, as described in claim 1,
In a heterostructure field effect transistor using a nitride semiconductor, a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode are formed on a barrier layer, a region between the source electrode and the gate electrode, the gate electrode, and the source electrode An Si 3 N 4 film and an Al 2 O 3 film are deposited in this order on the barrier layer in the region between and the thickness of the Si 3 N 4 film is 0.28 nm or more and 4 nm or less. The film thickness of the Al 2 O 3 film is 4 nm or more and 200 nm or less, and the total film thickness of the Si 3 N 4 film and the Al 2 O 3 film is 8 nm or more and 200 nm or less. A heterostructure field effect transistor using a nitride semiconductor is formed.

また、本発明においては、請求項2に記載のように、
窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタにおいて、障壁層上にソース電極、ゲート電極およびドレイン電極が形成され、前記ソース電極と前記ゲート電極との間の領域と、前記ゲート電極と前記ソース電極との間の領域とにおける前記障壁層の上にSi膜、AlN膜がこの順番に堆積され、前記Si膜の膜厚は0.28nm以上、4nm以下であり、前記AlN膜の膜厚は4nm以上、200nm以下であり、前記Si膜と前記AlN膜との合計膜厚は8nm以上、200nm以下であることを特徴とする、窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタを構成する。
In the present invention, as described in claim 2,
In a heterostructure field effect transistor using a nitride semiconductor, a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode are formed on a barrier layer, a region between the source electrode and the gate electrode, the gate electrode, and the source electrode the Si 3 N 4 film on the barrier layer in a region between, AlN film is deposited in this order, wherein the Si 3 N 4 film of thickness 0.28nm or more and 4nm or less, the AlN A heterostructure using a nitride semiconductor, wherein a film thickness is 4 nm or more and 200 nm or less, and a total film thickness of the Si 3 N 4 film and the AlN film is 8 nm or more and 200 nm or less A field effect transistor is formed.

また、本発明においては、請求項3に記載のように、
窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタにおいて、障壁層上にソース電極、ゲート電極およびドレイン電極が形成され、前記ソース電極と前記ゲート電極との間の領域と、前記ゲート電極と前記ソース電極との間の領域とにおける前記障壁層の上にSi膜、SiO膜がこの順番に堆積され、前記Si膜の膜厚は2nm以上、4nm以下であり、前記SiO膜の膜厚は4nm以上、200nm以下であり、前記Si膜と前記AlO膜との合計膜厚は8nm以上、200nm以下であることを特徴とする、窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタを構成する。
In the present invention, as described in claim 3,
In a heterostructure field effect transistor using a nitride semiconductor, a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode are formed on a barrier layer, a region between the source electrode and the gate electrode, the gate electrode, and the source electrode the Si 3 N 4 film on the barrier layer in a region between, SiO 2 film is deposited in this order, wherein the Si 3 N 4 film of thickness 2nm or more and 4nm or less, the SiO 2 The thickness of the film is 4 nm or more and 200 nm or less, and the total film thickness of the Si 3 N 4 film and the AlO 2 film is 8 nm or more and 200 nm or less. A structure field effect transistor is constructed.

GaN系HFETにおいて、ソース・ゲート間領域内およびゲート・ドレイン間領域内に、薄いSi膜を堆積し、さらに、その上に、Al膜、AlN膜あるいはSiO膜を堆積してなる絶縁膜構造を表面パッシベーション膜として用いることによって、チャネル抵抗を大きく低減する表面パッシベーション膜を有する、窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタを提供することが可能となる。 In a GaN-based HFET, a thin Si 3 N 4 film is deposited in the source-gate region and the gate-drain region, and an Al 2 O 3 film, AlN film, or SiO 2 film is further deposited thereon. By using the insulating film structure thus formed as a surface passivation film, it is possible to provide a heterostructure field effect transistor using a nitride semiconductor having a surface passivation film that greatly reduces channel resistance.

以下に、窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタの一例として、GaN系HFETを対象とし、本発明を実施するための最良の形態について説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described for a GaN-based HFET as an example of a heterostructure field effect transistor using a nitride semiconductor.

本発明の特徴は、例えばGaN系HFETにおいて、HFETの表面上の、ソース・ゲート間領域内およびゲート・ドレイン間領域内に、薄いSi膜が堆積され、かつ、その上に、Si膜よりも大きなバンドギャップを有する絶縁膜である、Al膜、AlN膜、あるいはSiO膜が堆積されていることを特徴とする絶縁膜構造を、表面パッシベーション膜として用いることである。 A feature of the present invention is that, for example, in a GaN-based HFET, a thin Si 3 N 4 film is deposited in the source-gate region and the gate-drain region on the surface of the HFET, and the Si 3 N 4 film is formed thereon. Use of an insulating film structure in which an Al 2 O 3 film, an AlN film, or an SiO 2 film, which is an insulating film having a larger band gap than a 3 N 4 film, is deposited as a surface passivation film It is.

本発明による作用を、図を用いて説明する。   The effect | action by this invention is demonstrated using figures.

図5は、従来型の表面パッシベーション膜が堆積されている、標準的なGaN系HFET(AlGaN/GaN HFET)の素子構造を模式的に示したものである。AlGaN/GaNヘテロ界面1近傍のGaN層2内には2次元電子ガスが存在してチャネルを形成しており、AlGaN障壁層3上には、ソース電極4、ゲート電極5、ドレイン電極6が形成されている。さらに、ソース・ゲート間領域7およびゲート・ドレイン間領域8(両者を合わせて電極間領域7、8と呼ぶ)においては、AlGaN障壁層3上に、従来型の表面パッシベーション膜として、Si膜が堆積されている。SiとAlGaNとの間には良好な界面が形成可能なため、Si膜による表面パッシベーションによって、電流コラプスが低減・抑制される。 FIG. 5 schematically shows an element structure of a standard GaN-based HFET (AlGaN / GaN HFET) on which a conventional surface passivation film is deposited. A two-dimensional electron gas exists in the GaN layer 2 near the AlGaN / GaN heterointerface 1 to form a channel. On the AlGaN barrier layer 3, a source electrode 4, a gate electrode 5, and a drain electrode 6 are formed. Has been. Further, in the source-gate region 7 and the gate-drain region 8 (both are collectively referred to as inter-electrode regions 7, 8), Si 3 N is used as a conventional surface passivation film on the AlGaN barrier layer 3. Four films are deposited. Since a good interface can be formed between Si 3 N 4 and AlGaN, current collapse is reduced / suppressed by surface passivation with the Si 3 N 4 film.

図5において、トランジスタの真性領域はゲート電極5下の領域であり、HFETの真性の特性はこの領域の特性によって決定されるが、実際の素子特性の向上には、電極間領域7、8(特に、ソース・ゲー卜電極間領域7)下のチャネル抵抗を低減することが有効である。   In FIG. 5, the intrinsic region of the transistor is the region under the gate electrode 5, and the intrinsic characteristics of the HFET are determined by the characteristics of this region. However, in order to improve the actual device characteristics, the interelectrode regions 7, 8 ( In particular, it is effective to reduce the channel resistance under the source-gate electrode region 7).

図6は、AlGaN/GaN HFETにおいて、電極間領域7、8内に表面パッシベーション膜が堆積されていない場合(すなわち、AlGaN表面が大気にさらされている場合)における電極間領域7、8下のポテンシャル形状を、AlGaN/GaNヘテロ界面1における2次元電子の蓄積の様子とともに、模式的に示したものである。   FIG. 6 shows an AlGaN / GaN HFET under the interelectrode regions 7 and 8 when the surface passivation film is not deposited in the interelectrode regions 7 and 8 (that is, when the AlGaN surface is exposed to the atmosphere). The potential shape is schematically shown along with the state of accumulation of two-dimensional electrons at the AlGaN / GaN heterointerface 1.

また、図7は、AlGaN/GaN HFETにおいて、電極間領域7、8内に表面パッシベーション膜としてSi膜が堆積されている場合(図5の場合)における電極間領域7、8下のポテンシャル形状を、AlGaN/GaNヘテロ界面1における2次元電子の蓄積の様子とともに、模式的に示したものである。 FIG. 7 shows an AlGaN / GaN HFET under the inter-electrode regions 7 and 8 when a Si 3 N 4 film is deposited as a surface passivation film in the inter-electrode regions 7 and 8 (in the case of FIG. 5). The potential shape is schematically shown along with the state of accumulation of two-dimensional electrons at the AlGaN / GaN heterointerface 1.

以下に、図6および図7における2次元電子濃度の相異について述べる。   The difference in the two-dimensional electron concentration in FIGS. 6 and 7 will be described below.

図7において、AlGaNとSiとの伝導帯下端のポテンシャルの位置は一般に異なり(すなわち、ポテンシャルの段差が存在し)、最も普通に用いられるAlGa1−XN/GaN(X=0.2〜0.4)HFETにおいては、図7に示されているように、Siの方がAlGaNよりもポテンシャルの位置が高くなる。これは、AlGa1−XN/GaN(X=0.2〜0.4)HFETにおいては、SiがAlGaNに比べてより大きなバンドギャップを有するためであり、この場合、図7のAlGaN/GaNヘテロ界面1におけるGaN層2の伝導帯下端の、フェルミ準位に対する相対位置は、図6の場合と比較して、一般により低い位置となる。その結果、図7においては、図6の場合に比べて、より高濃度の2次元電子ガスが蓄積する。すなわち、図7における2次元電子濃度は、図6の場合に比べて高くなる。2次元電子濃度が増大すると、一般に2次元電子移動度は低下するが、電子濃度増大の効果は電子移動度低下の効果よりも一般に大きく(効果の比率は必ずしも普遍的ではない)、その結果、2次元電子濃度が増大すると、チャネル抵抗(電子濃度と移動度の積に逆比例)は低減する。結局、図7の場合の方が図6の場合に比べて、チャネル抵抗が低くなる。すなわち、電極間領域7、8内に表面パッシベーション膜としてSi膜が堆積されたことにより、電極間領域7、8下のチャネル抵抗が低減する。 In FIG. 7, the position of the potential at the bottom of the conduction band between AlGaN and Si 3 N 4 is generally different (ie, there is a potential step), and the most commonly used Al X Ga 1-X N / GaN (X = In the 0.2 to 0.4) HFET, as shown in FIG. 7, the potential position of Si 3 N 4 is higher than that of AlGaN. This is because in Al X Ga 1-X N / GaN (X = 0.2 to 0.4) HFET, Si 3 N 4 has a larger band gap than AlGaN. The relative position of the lower end of the conduction band of the GaN layer 2 at the AlGaN / GaN heterointerface 1 of 7 with respect to the Fermi level is generally lower than that in FIG. As a result, in FIG. 7, a two-dimensional electron gas with a higher concentration accumulates than in the case of FIG. That is, the two-dimensional electron concentration in FIG. 7 is higher than in the case of FIG. As the two-dimensional electron concentration increases, the two-dimensional electron mobility generally decreases, but the effect of increasing the electron concentration is generally larger than the effect of decreasing the electron mobility (the ratio of the effects is not necessarily universal). As the two-dimensional electron concentration increases, the channel resistance (inversely proportional to the product of electron concentration and mobility) decreases. As a result, the channel resistance is lower in the case of FIG. 7 than in the case of FIG. That is, since the Si 3 N 4 film is deposited as the surface passivation film in the inter-electrode regions 7 and 8, the channel resistance under the inter-electrode regions 7 and 8 is reduced.

図1は、本発明に係る窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタの素子構造の一例として、表面パッシベーション膜が堆積されているGaN系HFET(AlGaN/GaN HFET)の素子構造を模式的に示したものである。図1においては、AlGaN障壁層3上にソース電極4、ゲート電極5およびドレイン電極6が形成され、ソース電極4とゲート電極5との間の領域であるソース・ドレイン間領域7と、ゲート電極5とドレイン電極6との間の領域であるゲート・ドレイン間領域8とにおけるAlGaN障壁層3の上に薄いSi膜が堆積され、その上に、Si膜よりも大きなバンドギャップを有する絶縁膜である、Al膜、AlN膜あるいはSiO膜が堆積されている。かかる特徴を有する表面パッシベーション膜が、本発明に係るHFETの表面パッシベーション膜構造である。 FIG. 1 schematically shows a device structure of a GaN-based HFET (AlGaN / GaN HFET) on which a surface passivation film is deposited as an example of a device structure of a heterostructure field effect transistor using a nitride semiconductor according to the present invention. It is shown. In FIG. 1, a source electrode 4, a gate electrode 5, and a drain electrode 6 are formed on an AlGaN barrier layer 3, a source / drain region 7 that is a region between the source electrode 4 and the gate electrode 5, and a gate electrode 5 a thin the Si 3 N 4 film on the AlGaN barrier layer 3 is deposited on the gate-drain region 8 Prefecture is a region between the drain electrode 6, thereon, Si 3 N 4 larger band than the membrane An Al 2 O 3 film, an AlN film, or a SiO 2 film, which is an insulating film having a gap, is deposited. The surface passivation film having such a feature is the surface passivation film structure of the HFET according to the present invention.

図1においては、薄いSi膜の堆積により、Si膜とAlGaN障壁層3との間に、界面準位密度の低い良好な半導体/絶縁膜ヘテロ界面が形成可能となり、その結果、主たる膜厚を占める絶縁膜がAl膜、AlN膜あるいはSiO膜のいずれの場合でも、表面パッシベーション膜構造全体として、良好な半導体/絶縁膜ヘテロ界面が形成可能となる。すなわち、本発明に係るHFETの表面パッシベーション膜によって、従来型のSi膜による表面パッシベーション膜と同様に、電流コラプスが低減・抑制される。 In FIG. 1, by depositing a thin Si 3 N 4 film, a good semiconductor / insulating film heterointerface having a low interface state density can be formed between the Si 3 N 4 film and the AlGaN barrier layer 3. As a result, even if the insulating film occupying the main film thickness is an Al 2 O 3 film, an AlN film, or a SiO 2 film, a good semiconductor / insulating film heterointerface can be formed as the entire surface passivation film structure. In other words, the current passivation is reduced and suppressed by the surface passivation film of the HFET according to the present invention, as in the case of the surface passivation film by the conventional Si 3 N 4 film.

図2は、AlGaN/GaN HFETにおいて、電極間領域7、8(ソース・ゲート間領域7とゲート・ドレイン間領域8とを合わせてこのように呼ぶ)内に本発明に係るHFETの表面パッシベーション膜が堆積されている場合(図1の場合)における電極間領域7、8下のポテンシャル形状を、AlGaN/GaNヘテロ界面1(チャネル)における2次元電子の蓄積の様子とともに、模式的に示したものである。図2を、従来型の表面パッシベーション膜が用いられている図7と比較すると、図2においては、AlGaN/GaNヘテロ界面1におけるGaN層2の伝導帯下端の、フェルミ準位に対する相対位置が、図7の場合と比較して、より低い位置となっており、その結果、図2においては2次元電子濃度がより高くなっている。これは、従来型の表面パッシベーション膜であるSi膜(図7)に比べて、本発明に係るHFETの表面パッシベーション膜における主たる膜厚を占める絶縁膜であるAl膜、AlN膜あるいはSiO膜が、より大きなバンドギャップを有するためである。したがってまた、図2において、AlGaN/GaNヘテロ界面1におけるGaN層2の伝導帯下端の、フェルミ準位に対する相対位置を、より低い位置にする効果は、Si膜の上に堆積されている絶縁膜のバンドギャップが大きいほど大きく、その場合に、2次元電子濃度もより高くなり、チャネル抵抗もより低くなる。本発明に係るHFETに関連する絶縁膜あるいは半導体膜、すなわち、SiO膜、Al膜、AlN膜、Si膜、GaN膜のバンドギャップ(バンドギャップエネルギー)の値を、図3に示す。 FIG. 2 shows the surface passivation film of the HFET according to the present invention in the inter-electrode regions 7 and 8 (referred to as the source-gate region 7 and the gate-drain region 8 together) in the AlGaN / GaN HFET. Schematically shows the potential shape under the inter-electrode regions 7 and 8 together with the state of the accumulation of two-dimensional electrons at the AlGaN / GaN heterointerface 1 (channel) in the case where is deposited (in the case of FIG. 1). It is. Comparing FIG. 2 to FIG. 7 in which a conventional surface passivation film is used, in FIG. 2, the relative position of the lower end of the conduction band of the GaN layer 2 at the AlGaN / GaN heterointerface 1 with respect to the Fermi level is Compared to the case of FIG. 7, the position is lower, and as a result, the two-dimensional electron concentration is higher in FIG. This is because an Al 2 O 3 film, which is an insulating film occupying the main film thickness in the surface passivation film of the HFET according to the present invention, and an AlN film, as compared with the Si 3 N 4 film (FIG. 7) which is a conventional surface passivation film. This is because the film or the SiO 2 film has a larger band gap. Therefore, in FIG. 2, the effect of lowering the relative position of the conduction band lower end of the GaN layer 2 at the AlGaN / GaN heterointerface 1 with respect to the Fermi level is deposited on the Si 3 N 4 film. The larger the band gap of the insulating film is, the larger the two-dimensional electron concentration and the lower the channel resistance. The values of band gaps (band gap energy) of insulating films or semiconductor films related to the HFET according to the present invention, that is, SiO 2 film, Al 2 O 3 film, AlN film, Si 3 N 4 film, and GaN film are shown in FIG. 3 shows.

以上のように、GaN系HFETにおいて、HFETの表面上の、ソース・ゲート間領域7内およびゲート・ドレイン間領域8内に、
(i)薄いSi膜が堆積されていることによって、良好な半導体(AlGaN)/絶縁体(Si)界面の形成が可能となる結果、電流コラプスが低減・抑制され、かつ、前記の薄いSi膜の上に、
(ii)Si膜よりも大きなバンドギャップを有する絶縁膜である、Al膜、AlN膜、あるいはSiO膜が堆積されていることによって、2次元電子濃度が増大する結果、チャネル抵抗が低減される。このように、図1に模式的に示される本発明に係るGaN系HFETにおける表面パッシベーション膜によって、その堆積によって堆積領域下のチャネル抵抗をより低減することが可能な、表面パッシベーション膜が提供される。以上により、本発明による作用がすべて示された。
As described above, in the GaN-based HFET, in the source-gate region 7 and the gate-drain region 8 on the surface of the HFET,
(I) Since a thin Si 3 N 4 film is deposited, it is possible to form a favorable semiconductor (AlGaN) / insulator (Si 3 N 4 ) interface. As a result, current collapse is reduced and suppressed, and On the thin Si 3 N 4 film,
(Ii) As a result of increasing the two-dimensional electron concentration by depositing the Al 2 O 3 film, the AlN film, or the SiO 2 film, which is an insulating film having a larger band gap than the Si 3 N 4 film, Channel resistance is reduced. Thus, the surface passivation film in the GaN-based HFET according to the present invention schematically shown in FIG. 1 provides a surface passivation film that can further reduce the channel resistance under the deposition region by the deposition. . As described above, all the effects of the present invention are shown.

[実施の形態例1]
図1において、HFETの表面上の、ソース・ゲート間領域7内およびゲート・ドレイン間領域8内の
に、Si膜、Al膜がこの順番に堆積されていることを特徴とする表面パッシベーション膜構造を形成した。ここで、Si膜の膜厚は0.28nm(0.5原子層)以上、4nm以下、Al膜の膜厚は4nm以上、200nm以下、Si膜とAl膜の合計膜厚は8nm以上、200nm以下とした。かかる表面パッシベーション膜は、プラズマ・スパッタ法その他の方法によって堆積が可能である。
[Embodiment 1]
In FIG. 1, a Si 3 N 4 film and an Al 2 O 3 film are deposited in this order in the source-gate region 7 and the gate-drain region 8 on the surface of the HFET. A surface passivation film structure was formed. Here, the thickness of the Si 3 N 4 film is 0.28 nm (0.5 atomic layer) or more and 4 nm or less, the thickness of the Al 2 O 3 film is 4 nm or more and 200 nm or less, the Si 3 N 4 film and the Al 2 The total film thickness of the O 3 film was 8 nm or more and 200 nm or less. Such a surface passivation film can be deposited by plasma sputtering or other methods.

また、一般に、窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタにおいて、障壁層上にソース電極、ゲート電極およびドレイン電極が形成され、さらに、上記の、膜厚数値を含めた特徴を有する表面パッシベーション膜が前記障壁層上に形成されていれば、本発明の効果が現れる。   In general, in a heterostructure field effect transistor using a nitride semiconductor, a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode are formed on the barrier layer, and the surface passivation film having the above characteristics including the film thickness value Is formed on the barrier layer, the effect of the present invention appears.

図4は、表面パッシベーション膜の堆積によるチャネル抵抗の変化の、絶縁膜厚依存性を模式的に示したものであり、本発明に係るHFETのSi/Al膜を従来型のHFETのSi膜の場合とともに示してある。図の縦軸は、チャネル抵抗比、すなわち、表面パッシベーション膜が有る場合のチャネル抵抗を表面パッシベーション膜が無い場合のチャネル抵抗で割った値を示し、横軸は、絶縁膜厚、すなわち、表面パッシベーション膜全体の厚さを示している。表面パッシベーション膜がSi膜である場合の絶縁膜厚依存性が点線で表され、表面パッシベーション膜がSiとAlとの積層膜である場合の絶縁膜厚依存性が実線で表されている。 FIG. 4 schematically shows the dependency of the channel resistance change due to the deposition of the surface passivation film on the insulating film thickness. The Si 3 N 4 / Al 2 O 3 film of the HFET according to the present invention is a conventional type. This is shown together with the case of the Si 3 N 4 film of HFET. The vertical axis in the figure shows the channel resistance ratio, that is, the value obtained by dividing the channel resistance in the presence of the surface passivation film by the channel resistance in the absence of the surface passivation film, and the horizontal axis represents the insulation film thickness, that is, the surface passivation. The thickness of the entire film is shown. The insulating film thickness dependency when the surface passivation film is a Si 3 N 4 film is represented by a dotted line, and the insulating film thickness dependency when the surface passivation film is a laminated film of Si 3 N 4 and Al 2 O 3 Is represented by a solid line.

いずれのパッシベーション膜の場合も、膜厚の増大とともにチャネル抵抗が低下し、8〜10nm程度の膜厚でほぼ飽和するが、Si/Al膜の方がSi膜の場合よりもチャネル抵抗がより低減されている様子が示されている。(定量的には、チャネル抵抗の低減率は、HFETの層構造およびパッシベーション膜の堆積法等の詳細によって異なる。)
図4において、Si膜とAl膜の合計膜厚は、チャネル抵抗が低減の飽和値に80%以上に近づく膜厚(チャネル抵抗飽和最低膜厚)である、8nm以上が必要であるが、大気や水分に対する素子の保護という観点からみても、200nmを超える膜厚は不要である。また、Si/Al膜(SiとAlとの積層膜)が、その直下の半導体層との間に、良好な半導体/絶縁体(Si)界面の形成を可能とするためには、Si膜の膜厚が、0.28nm(0.5原子層)以上であることが必要である。一方、Si/Al膜におけるSi膜が、チャネル抵抗飽和最低膜厚である8nmの1/2、すなわち4nmを超えると、Al膜堆積の効果(チャネル抵抗の低減効果)が弱められてしまうため、Si膜の膜厚は、4nm以下であることが必要である。また逆に、Si/Al膜において、Al膜堆積の効果(チャネル抵抗の低減効果)を有効に得るためには、Al膜が、チャネル抵抗飽和最低膜厚である8nmの1/2、すなわち4nm以上であることが必要である。このように、Si/Al表面パッシベーション膜に対する要請として、Si膜の膜厚は、0.28nm(0.5原子層)以上4nm以下、Al膜の膜厚は、4nm以上200nm以下、Si膜とAl膜の合計膜厚は、8nm以上200nm以下であることが、必要とされる。
In any of the passivation films, the channel resistance decreases as the film thickness increases and is almost saturated at a film thickness of about 8 to 10 nm, but the Si 3 N 4 / Al 2 O 3 film is more Si 3 N 4 film. It is shown that the channel resistance is further reduced than in the case of. (Quantitatively, the channel resistance reduction rate depends on details such as the layer structure of the HFET and the deposition method of the passivation film.)
In FIG. 4, the total film thickness of the Si 3 N 4 film and the Al 2 O 3 film is 8 nm or more, which is a film thickness (channel resistance saturation minimum film thickness) that approaches 80% or more of the saturation value at which the channel resistance is reduced. Although necessary, a film thickness exceeding 200 nm is not necessary from the viewpoint of protecting the element against the air and moisture. In addition, a good semiconductor / insulator (Si 3 N 4 ) is formed between the Si 3 N 4 / Al 2 O 3 film (laminated film of Si 3 N 4 and Al 2 O 3 ) and the semiconductor layer immediately below the Si 3 N 4 / Al 2 O 3 film. In order to enable the formation of the interface, the film thickness of the Si 3 N 4 film needs to be 0.28 nm (0.5 atomic layer) or more. On the other hand, Si 3 N 4 film in Si 3 N 4 / Al 2 O 3 film is, half of 8nm which is the channel resistance saturated minimum thickness, i.e. greater than 4 nm, Al 2 O 3 film deposited effect (channel Therefore, the thickness of the Si 3 N 4 film needs to be 4 nm or less. Conversely, in order to effectively obtain the effect of depositing the Al 2 O 3 film (the effect of reducing the channel resistance) in the Si 3 N 4 / Al 2 O 3 film, the Al 2 O 3 film has a minimum channel resistance saturation. It is necessary that the thickness is 1/2 of 8 nm, that is, 4 nm or more. Thus, as a request for the Si 3 N 4 / Al 2 O 3 surface passivation film, the thickness of the Si 3 N 4 film is 0.28 nm (0.5 atomic layer) to 4 nm, and the Al 2 O 3 film The film thickness is required to be 4 nm or more and 200 nm or less, and the total film thickness of the Si 3 N 4 film and the Al 2 O 3 film is required to be 8 nm or more and 200 nm or less.

本実施の形態例として、高出力高周波用に設計されたAl0.3Ga0.7N/GaN HFET上に、1nmのSi膜、20nmのAl膜をこの順番に堆積した絶縁膜構造を、表面パッシベーション膜として用いたところ、従来構造の表面パッシベーション膜(100nmのSi膜)を用いた場合に比べて、表面パッシベーション膜下のチャネル抵抗は25%低減され、その結果、ソース抵抗が20%低減された。 As an example of this embodiment, a 1 nm Si 3 N 4 film and a 20 nm Al 2 O 3 film are deposited in this order on an Al 0.3 Ga 0.7 N / GaN HFET designed for high output high frequency. When the insulating film structure used was used as a surface passivation film, the channel resistance under the surface passivation film was reduced by 25% compared to the case of using a surface passivation film having a conventional structure (100 nm Si 3 N 4 film), As a result, the source resistance was reduced by 20%.

さらに、本実施の形態例による副次効果として、Al膜が、従来構造のSi膜よりも大きな絶縁耐圧を有する結果、ドレイン耐圧が、従来構造の場合に比べて、30%増大した。 Further, as a secondary effect according to the present embodiment, as a result of the Al 2 O 3 film having a higher withstand voltage than the Si 3 N 4 film having the conventional structure, the drain withstand voltage is 30 as compared with the conventional structure. % Increase.

[実施の形態例2]
図1において、HFETの表面上の、ソース・ゲート間領域7内およびゲート・ドレイン間領域8内に、Si膜、AlN膜がこの順番に堆積されていることを特徴とする表面パッシベーション膜構造を形成した。ここで、Si膜の膜厚は、0.28nm(0.5原子層)以上4nm以下、AlN膜の膜厚は、4nm以上200nm以下、Si膜とAlN膜の合計膜厚は、8nm以上200nm以下とした。かかる表面パッシベーション膜は、プラズマ・スパッタ法その他の方法によって堆積が可能である。なお、本実施の形態例における絶縁膜厚に対する要請の根拠は、実施の形態例1と全く同様である。
[Embodiment 2]
In FIG. 1, a surface passivation is characterized in that a Si 3 N 4 film and an AlN film are deposited in this order in the source-gate region 7 and the gate-drain region 8 on the surface of the HFET. A film structure was formed. Here, the film thickness of the Si 3 N 4 film is 0.28 nm (0.5 atomic layer) or more and 4 nm or less, the film thickness of the AlN film is 4 nm or more and 200 nm or less, and the total film of the Si 3 N 4 film and the AlN film The thickness was 8 nm or more and 200 nm or less. Such a surface passivation film can be deposited by plasma sputtering or other methods. The basis for the request for the insulating film thickness in the present embodiment is exactly the same as in the first embodiment.

また、一般に、窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタにおいて、障壁層上にソース電極、ゲート電極およびドレイン電極が形成され、さらに、上記の、膜厚数値を含めた特徴を有する表面パッシベーション膜が前記障壁層上に形成されていれば、本発明の効果が現れる。   In general, in a heterostructure field effect transistor using a nitride semiconductor, a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode are formed on the barrier layer, and the surface passivation film having the above characteristics including the film thickness value Is formed on the barrier layer, the effect of the present invention appears.

本実施の形態例を実施の形態例1と比較すると、主絶縁膜であるAlN膜のバンドギャップがAl膜のそれよりも小さい(図3参照)ため、チャネル抵抗の低減効果は、本実施の形態例の方が実施の形態例1よりも小さくなるという不利益を有する。しかし本実施の形態例は、良質のAlN膜の堆積に必要な堆積条件の制御が、良質のAl膜の堆積するために必要な堆積条件の制御よりも一般に容易であるという、絶縁膜堆積上の利点を有する。 Compared to the first embodiment, the band gap of the AlN film, which is the main insulating film, is smaller than that of the Al 2 O 3 film (see FIG. 3). This embodiment has the disadvantage that it is smaller than the first embodiment. However, according to the present embodiment, the control of the deposition conditions necessary for the deposition of a good quality AlN film is generally easier than the control of the deposition conditions necessary for the deposition of a good quality Al 2 O 3 film. Has advantages in film deposition.

本実施の形態例として、高出力高周波用に設計されたAl0.3Ga0.7N/GaN HFET上に、1nmのSi膜、20nmのAlN膜をこの順番に堆積した絶縁膜構造を、表面パッシベーション膜として用いたところ、従来構造の表面パッシベーション膜(100nmのSi膜)を用いた場合に比べて、表面パッシベーション膜下のチャネル抵抗は20%低減され、その結果、ソース抵抗が15%低減された。さらに、本実施の形態例による副次効果として、AlN膜が、従来構造のSi膜よりも大きな絶縁耐圧を有する結果、ドレイン耐圧が、従来構造の場合に比べて、30%増大した。 As an example of this embodiment, an insulating film in which a 1 nm Si 3 N 4 film and a 20 nm AlN film are deposited in this order on an Al 0.3 Ga 0.7 N / GaN HFET designed for high output high frequency. When the structure is used as a surface passivation film, the channel resistance under the surface passivation film is reduced by 20% compared to the case where a surface passivation film having a conventional structure (100 nm Si 3 N 4 film) is used. The source resistance was reduced by 15%. Further, as a secondary effect of the present embodiment, the AlN film has a higher withstand voltage than the Si 3 N 4 film having the conventional structure, and as a result, the drain withstand voltage is increased by 30% compared to the conventional structure. .

[実施の形態例3]
図1において、HFETの表面上の、ソース・ゲート間領域内およびゲート・ドレイン間領域内に、Si膜、SiO膜がこの順番に堆積されていることを特徴とする表面パッシベーション膜構造を形成した。ここで、Si膜の膜厚は、2nm以上4nm以下、SiO膜の膜厚は、4nm以上200nm以下、Si膜とSiO膜の合計膜厚は、8nm以上200nm以下とした。かかる表面パッシベーション膜は、プラズマ・スパッタ法その他の方法によって堆積が可能である。
[Embodiment 3]
In FIG. 1, a surface passivation film characterized in that a Si 3 N 4 film and a SiO 2 film are deposited in this order in the source-gate region and the gate-drain region on the surface of the HFET. A structure was formed. Here, the film thickness of the Si 3 N 4 film is 2 nm to 4 nm, the film thickness of the SiO 2 film is 4 nm to 200 nm, and the total film thickness of the Si 3 N 4 film and the SiO 2 film is 8 nm to 200 nm. It was. Such a surface passivation film can be deposited by plasma sputtering or other methods.

また、一般に、窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタにおいて、障壁層上にソース電極、ゲート電極およびドレイン電極が形成され、さらに、上記の、膜厚数値を含めた特徴を有する表面パッシベーション膜が前記障壁層上に形成されていれば、本発明の効果が現れる。   In general, in a heterostructure field effect transistor using a nitride semiconductor, a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode are formed on the barrier layer, and the surface passivation film having the above characteristics including the film thickness value Is formed on the barrier layer, the effect of the present invention appears.

本実施の形態例における絶縁膜厚に対する要請で、実施の形態例1および実施の形態例2と唯一異なる点は、Si膜の膜厚が、2nm以上である点である。これは、Si膜の膜厚が2nm未満であると、素子作製プロセスにおいて、SiO膜から酸素(O)原子がSi膜を通過して半導体層中に拡散・混入し、その結果、電子移動度の低下によってチャネル抵抗が増大してしまうので、それを防ぐための条件である。このように、Si膜の膜厚を2nm以上にすることで、上記の酸素原子の半導体層中への拡散・混入を低減・抑制し、実施の形態例1および実施の形態例2と同様に、チャネル抵抗の低減効果を得ているのが、本実施の形態例である。 The only difference from Embodiment 1 and Embodiment 2 in the request for the insulating film thickness in this embodiment is that the film thickness of the Si 3 N 4 film is 2 nm or more. This is because when the film thickness of the Si 3 N 4 film is less than 2 nm, oxygen (O) atoms from the SiO 2 film pass through the Si 3 N 4 film and diffuse into the semiconductor layer in the device fabrication process. As a result, the channel resistance increases due to a decrease in electron mobility, which is a condition for preventing this. Thus, by setting the film thickness of the Si 3 N 4 film to 2 nm or more, the diffusion / mixing of the oxygen atoms into the semiconductor layer is reduced / suppressed, and the first embodiment and the second embodiment are described. As in the case of the present embodiment, the effect of reducing the channel resistance is obtained.

本実施の形態例を実施の形態例1および実施の形態例2と比較すると、チャネル抵抗の低減効果は、実施の形態例2と同程度(したがって実施の形態例1よりやや小さい)である。これは、主絶縁膜であるSiO膜が、Al膜およびAlN膜のバンドギャップよりも大きい(図3参照)という有利な点(したがって、より高い電子濃度が得られる)と、上述の、酸素(O)原子の拡敵・混入によって電子移動度が低下するという不利な点とが相殺する結果である。本実施の形態例においては、半導体産業において最も一般的な絶縁膜であるSiO膜を主絶縁膜としており、したがって、実施の形態例2に比べてもさらに、絶縁膜の堆積条件の制御が容易になるという、絶縁膜堆積上の利点を有する。 Compared with the first embodiment and the second embodiment, the effect of reducing the channel resistance is approximately the same as that of the second embodiment (thus slightly smaller than the first embodiment). This is because the SiO 2 film that is the main insulating film has an advantage that the band gap of the Al 2 O 3 film and the AlN film is larger (see FIG. 3) (thus, a higher electron concentration can be obtained). This is a result of offsetting the disadvantage that the electron mobility decreases due to the expansion and mixing of oxygen (O) atoms. In the present embodiment, the SiO 2 film, which is the most common insulating film in the semiconductor industry, is used as the main insulating film. Therefore, the deposition conditions of the insulating film can be further controlled as compared with the second embodiment. It has the advantage of insulating film deposition that it becomes easy.

本実施の形態例として、高出力高周波用に設計されたAl0.3Ga0.7N/GaN HFET上に、2nmのSi膜、20nmのSiO膜をこの順番に堆積した絶縁膜構造を、表面パッシベーション膜として用いたところ、従来構造の表面パッシベーション膜(100nmのSi膜)を用いた場合に比べて、表面パッシベーション膜下のチャネル抵抗は20%低減され、その結果、ソース抵抗が15%低減された。さらに、本実施の形態例による副次効果として、SiO膜が、従来構造のSi膜よりも大きな絶縁耐圧を有する結果、ドレイン耐圧が、従来構造の場合に比べて、30%増大した。 As an example of this embodiment, a 2 nm Si 3 N 4 film and a 20 nm SiO 2 film are deposited in this order on an Al 0.3 Ga 0.7 N / GaN HFET designed for high output high frequency. When the film structure is used as a surface passivation film, the channel resistance under the surface passivation film is reduced by 20% compared to the case where a surface passivation film having a conventional structure (100 nm Si 3 N 4 film) is used. The source resistance was reduced by 15%. Further, as a secondary effect of the present embodiment, as a result of the SiO 2 film having a higher withstand voltage than the Si 3 N 4 film having the conventional structure, the drain withstand voltage is increased by 30% compared to the conventional structure. did.

以上に説明したように、本発明に係るHFETの表面パッシベーション膜によって、その堆積によって堆積領域下のチャネル抵抗をより低減することが可能となる。また、本発明の副次効果として、Al膜、AlN膜、あるいはSiO膜が、従来構造のSi膜よりも大きな絶縁耐圧を有する結果、ドレイン耐圧が、従来構造の場合に比べて増大する。 As described above, the surface resistance film of the HFET according to the present invention can further reduce the channel resistance under the deposition region by the deposition. Further, as a secondary effect of the present invention, the Al 2 O 3 film, the AlN film, or the SiO 2 film has a higher withstand voltage than the conventional Si 3 N 4 film. Increased compared to

本発明に係る、表面パッシベーション膜が堆積されている、GaN系HFET(AlGaN/GaN HFET)の素子構造を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the element structure of GaN-type HFET (AlGaN / GaN HFET) with which the surface passivation film based on this invention is deposited. AlGaN/GaN HFETにおいて、電極間領域内に本発明に係るHFETの表面パッシベーション膜が堆積されている場合(図1の場合)における電極間領域下のポテンシャル形状を、AlGaN/GaNヘテロ界面における2次元電子の蓄積の様子とともに、模式的に示した図である。In the AlGaN / GaN HFET, when the surface passivation film of the HFET according to the present invention is deposited in the inter-electrode region (in the case of FIG. 1), the potential shape under the inter-electrode region is expressed in two dimensions at the AlGaN / GaN heterointerface. It is the figure typically shown with the mode of accumulation | storage of an electron. 本発明に係るHFETに関連する絶縁膜あるいは半導体膜のバンドギャップの値を示す図である。It is a figure which shows the value of the band gap of the insulating film or semiconductor film relevant to HFET which concerns on this invention. 表面パッシベーション膜の堆積によるチャネル抵抗の変化の、絶縁膜厚依存性を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the insulation film thickness dependence of the change of the channel resistance by deposition of a surface passivation film. 従来型の表面パッシベーション膜が堆積されている、標準的なGaN系HFET(AlGaN/GaN HFET)の素子構造を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the element structure of standard GaN-type HFET (AlGaN / GaN HFET) with which the conventional surface passivation film was deposited. AlGaN/GaN HFETにおいて、電極間領域内に表面パッシベーション膜が堆積されていない場合における電極間領域下のポテンシャル形状を、AlGaN/GaNヘテロ界面における2次元電子の蓄積の様子とともに、模式的に示した図である。In the AlGaN / GaN HFET, the potential shape under the interelectrode region when no surface passivation film is deposited in the interelectrode region is schematically shown along with the state of accumulation of two-dimensional electrons at the AlGaN / GaN heterointerface. FIG. AlGaN/GaN HFETにおいて、電極間領域内に表面パッシベーション膜としてSi膜が堆積されている場合(図5の場合)における電極間領域下のポテンシャル形状を、AlGaN/GaNヘテロ界面における2次元電子の蓄積の様子とともに、模式的に示した図である。In the AlGaN / GaN HFET, the potential shape under the interelectrode region when a Si 3 N 4 film is deposited as a surface passivation film in the interelectrode region (in the case of FIG. 5) is expressed as a two-dimensional shape at the AlGaN / GaN heterointerface. It is the figure typically shown with the mode of accumulation | storage of an electron.

符号の説明Explanation of symbols

1:AlGaN/GaNヘテロ界面、2:GaN層、3:AlGaN障壁層、4:ソース電極、5:ゲート電極、6:ドレイン電極、7:ソース・ゲート間領域、8:ゲート・ドレイン間領域。   1: AlGaN / GaN heterointerface, 2: GaN layer, 3: AlGaN barrier layer, 4: source electrode, 5: gate electrode, 6: drain electrode, 7: source-gate region, 8: gate-drain region.

Claims (3)

窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタにおいて、
障壁層上にソース電極、ゲート電極およびドレイン電極が形成され、
前記ソース電極と前記ゲート電極との間の領域と、前記ゲート電極と前記ソース電極との間の領域とにおける前記障壁層の上にSi膜、Al膜がこの順番に堆積され、
前記Si膜の膜厚は0.28nm以上、4nm以下であり、
前記Al膜の膜厚は4nm以上、200nm以下であり、
前記Si膜と前記Al膜との合計膜厚は8nm以上、200nm以下であることを特徴とする、窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタ。
In a heterostructure field effect transistor using a nitride semiconductor,
A source electrode, a gate electrode and a drain electrode are formed on the barrier layer;
A Si 3 N 4 film and an Al 2 O 3 film are deposited in this order on the barrier layer in the region between the source electrode and the gate electrode and in the region between the gate electrode and the source electrode. And
The film thickness of the Si 3 N 4 film is 0.28 nm or more and 4 nm or less,
The film thickness of the Al 2 O 3 film is 4 nm or more and 200 nm or less,
A heterostructure field effect transistor using a nitride semiconductor, wherein a total film thickness of the Si 3 N 4 film and the Al 2 O 3 film is 8 nm or more and 200 nm or less.
窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタにおいて、
障壁層上にソース電極、ゲート電極およびドレイン電極が形成され、
前記ソース電極と前記ゲート電極との間の領域と、前記ゲート電極と前記ソース電極との間の領域とにおける前記障壁層の上にSi膜、AlN膜がこの順番に堆積され、
前記Si膜の膜厚は0.28nm以上、4nm以下であり、
前記AlN膜の膜厚は4nm以上、200nm以下であり、
前記Si膜と前記AlN膜との合計膜厚は8nm以上、200nm以下であることを特徴とする、窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタ。
In a heterostructure field effect transistor using a nitride semiconductor,
A source electrode, a gate electrode and a drain electrode are formed on the barrier layer;
A Si 3 N 4 film and an AlN film are deposited in this order on the barrier layer in the region between the source electrode and the gate electrode and in the region between the gate electrode and the source electrode,
The film thickness of the Si 3 N 4 film is 0.28 nm or more and 4 nm or less,
The thickness of the AlN film is 4 nm or more and 200 nm or less,
A heterostructure field effect transistor using a nitride semiconductor, wherein a total film thickness of the Si 3 N 4 film and the AlN film is 8 nm or more and 200 nm or less.
窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタにおいて、
障壁層上にソース電極、ゲート電極およびドレイン電極が形成され、
前記ソース電極と前記ゲート電極との間の領域と、前記ゲート電極と前記ソース電極との間の領域とにおける前記障壁層の上にSi膜、SiO膜がこの順番に堆積され、
前記Si膜の膜厚は2nm以上、4nm以下であり、
前記SiO膜の膜厚は4nm以上、200nm以下であり、
前記Si膜と前記AlO膜との合計膜厚は8nm以上、200nm以下であることを特徴とする、窒化物半導体を用いたヘテロ構造電界効果トランジスタ。
In a heterostructure field effect transistor using a nitride semiconductor,
A source electrode, a gate electrode and a drain electrode are formed on the barrier layer;
A Si 3 N 4 film and a SiO 2 film are deposited in this order on the barrier layer in the region between the source electrode and the gate electrode and in the region between the gate electrode and the source electrode,
The film thickness of the Si 3 N 4 film is 2 nm or more and 4 nm or less,
The thickness of the SiO 2 film is 4 nm or more and 200 nm or less,
A heterostructure field effect transistor using a nitride semiconductor, wherein a total film thickness of the Si 3 N 4 film and the AlO 2 film is 8 nm or more and 200 nm or less.
JP2005257354A 2005-09-06 2005-09-06 Heterostructure field effect transistor using nitride semiconductor Expired - Fee Related JP4799965B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005257354A JP4799965B2 (en) 2005-09-06 2005-09-06 Heterostructure field effect transistor using nitride semiconductor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005257354A JP4799965B2 (en) 2005-09-06 2005-09-06 Heterostructure field effect transistor using nitride semiconductor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007073656A JP2007073656A (en) 2007-03-22
JP4799965B2 true JP4799965B2 (en) 2011-10-26

Family

ID=37934865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005257354A Expired - Fee Related JP4799965B2 (en) 2005-09-06 2005-09-06 Heterostructure field effect transistor using nitride semiconductor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4799965B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4823671B2 (en) * 2005-12-13 2011-11-24 日本電信電話株式会社 Heterostructure field effect transistor using nitride semiconductor
CN102437182A (en) * 2011-12-01 2012-05-02 中国科学院半导体研究所 SiO2/SiN double layer passivation layer T-typed grid AlGaN/GaN HEMT and manufacturing method thereof
JP6025242B2 (en) * 2012-03-30 2016-11-16 住友電工デバイス・イノベーション株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
WO2013157047A1 (en) * 2012-04-20 2013-10-24 三菱電機株式会社 Transistor using nitride semiconductor and method for manufacturing same
JP6199147B2 (en) * 2013-10-02 2017-09-20 トランスフォーム・ジャパン株式会社 Field effect type compound semiconductor device and manufacturing method thereof
US9425301B2 (en) 2014-04-30 2016-08-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Sidewall passivation for HEMT devices
JP6520197B2 (en) 2015-02-20 2019-05-29 富士通株式会社 Compound semiconductor device and method of manufacturing the same

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0658893B2 (en) * 1988-10-03 1994-08-03 三洋電機株式会社 Heat treatment method
JP2792948B2 (en) * 1989-10-20 1998-09-03 三洋電機株式会社 Method for manufacturing semiconductor device
JPH05335341A (en) * 1992-05-29 1993-12-17 Fujitsu Ltd Manufacture of iii-v compound semiconductor device
US5512518A (en) * 1994-06-06 1996-04-30 Motorola, Inc. Method of manufacture of multilayer dielectric on a III-V substrate
JP2000323495A (en) * 1999-05-07 2000-11-24 Sony Corp Junction field-effect transistor and manufacture thereof
JP4385206B2 (en) * 2003-01-07 2009-12-16 日本電気株式会社 Field effect transistor
JP4479886B2 (en) * 2003-03-26 2010-06-09 日本電信電話株式会社 Semiconductor device
JP4620333B2 (en) * 2003-05-09 2011-01-26 三菱電機株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
US7045404B2 (en) * 2004-01-16 2006-05-16 Cree, Inc. Nitride-based transistors with a protective layer and a low-damage recess and methods of fabrication thereof
US7465997B2 (en) * 2004-02-12 2008-12-16 International Rectifier Corporation III-nitride bidirectional switch
JPWO2006022453A1 (en) * 2004-08-27 2008-05-08 独立行政法人情報通信研究機構 GaN-based field effect transistor and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007073656A (en) 2007-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI719116B (en) Enhancement mode iii-nitride devices having an al1-xsixo gate insulator
US8653559B2 (en) AlGaN/GaN hybrid MOS-HFET
US7652311B2 (en) III-nitride device with reduced piezoelectric polarization
JP4799965B2 (en) Heterostructure field effect transistor using nitride semiconductor
WO2009116283A1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing said device
US20110227132A1 (en) Field-effect transistor
US8722476B2 (en) Compound semiconductor device and manufacture process thereof
WO2009116281A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method for the same
JP2004221325A (en) Compound semiconductor device and its manufacturing method
JP4890899B2 (en) Heterostructure field effect transistor using nitride semiconductor
JP5301208B2 (en) Semiconductor device
JP4823671B2 (en) Heterostructure field effect transistor using nitride semiconductor
JP2004214471A (en) Field effect transistor
JP2010153837A (en) GaN-BASED FIELD-EFFECT TRANSISTOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
US9343563B2 (en) Selectively area regrown III-nitride high electron mobility transistor
TWI794160B (en) Substrate for semiconductor device, semiconductor device, and method for manufacturing substrate for semiconductor device
JP2013004735A (en) Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
US20130207078A1 (en) InGaN-Based Double Heterostructure Field Effect Transistor and Method of Forming the Same
JP2007173426A (en) Semiconductor device
JP6539128B2 (en) Substrate for semiconductor device, semiconductor device, and method of manufacturing semiconductor device
TW201905984A (en) Enhanced gallium nitride transistor with selective and non-selective etch layer to improve the uniformity of the thickness of the gallium nitride spacer
JP2011124509A (en) Semiconductor device
US20210359123A1 (en) Semiconductor power device
JP6687831B2 (en) Compound semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2005302916A (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070808

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20090519

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20090519

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20101208

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110802

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110803

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140812

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees