JP4940557B2 - Field effect transistor and manufacturing method thereof - Google Patents

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本発明は窒化物材料を用いた電界効果トランジスタ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a field effect transistor using a nitride material and a manufacturing method thereof.

GaN、AlGaN、InGaN、InAlGaNなどの窒化物半導体は、高い絶縁破壊電界強度、高い熱伝導率、高い電子飽和速度を有しており、高周波のパワーデバイス材料として有望である。   Nitride semiconductors such as GaN, AlGaN, InGaN, and InAlGaN have high breakdown field strength, high thermal conductivity, and high electron saturation speed, and are promising as high-frequency power device materials.

特にAlGaN/GaNヘテロ接合構造を有する半導体装置では、AlGaNとGaNのヘテロ接合界面付近に、二次元電子ガスとよばれる、電子が高濃度で蓄積する領域が形成される。   In particular, in a semiconductor device having an AlGaN / GaN heterojunction structure, a region in which electrons are accumulated at a high concentration, called a two-dimensional electron gas, is formed near the heterojunction interface between AlGaN and GaN.

AlGaN/GaNヘテロ接合構造において、AlGaNとGaNとの自発分極の差とAlGaNが受ける引っ張り応力によるピエゾ分極が存在するため、AlGaNとGaNのヘテロ接合界面付近に、1×1013cm−2を超える非常に高い二次元電子ガス濃度の領域ができることが知られている。上述の二次元電子ガス濃度の値は、現在高周波トランジスタとして普及しているAlGaAs/InGaAs系に比べ、3〜5倍の電子濃度に相当する。 In the AlGaN / GaN heterojunction structure, since there is a difference in spontaneous polarization between AlGaN and GaN and piezoelectric polarization due to tensile stress applied to AlGaN, it exceeds 1 × 10 13 cm −2 near the AlGaN / GaN heterojunction interface. It is known that very high two-dimensional electron gas concentration regions can be created. The value of the two-dimensional electron gas concentration described above corresponds to an electron concentration of 3 to 5 times that of the AlGaAs / InGaAs system that is currently popular as a high-frequency transistor.

さらにAlGaN/GaNヘテロ接合構造における二次元電子ガスは1×10V/cm程度の高電界領域で、AlGaAs/InGaAs系の2倍以上の電子速度を有している。 Further, the two-dimensional electron gas in the AlGaN / GaN heterojunction structure has a high electric field region of about 1 × 10 5 V / cm and has an electron velocity more than twice that of the AlGaAs / InGaAs system.

これらの特徴により、AlGaN/GaNヘテロ接合構造を用いた電界効果トランジスタ(FET : Field Effect Transistor)は、大ドレイン電流を実現できるため、パワーデバイスとして非常に有望視されている。この種の半導体装置では、寄生抵抗の低減化が必須となる。   Because of these features, field effect transistors (FETs) using an AlGaN / GaN heterojunction structure are very promising as power devices because they can realize a large drain current. In this type of semiconductor device, it is essential to reduce parasitic resistance.

例えば、寄生抵抗の低減化を目的とする従来のFET技術として、電子供給層とソース電極およびドレイン電極との間に、n型不純物濃度の高い、または、Al濃度の低い、低抵抗のコンタクト層を挿入したFETがある(例えば、特許文献1)。   For example, as a conventional FET technique for the purpose of reducing parasitic resistance, a low-resistance contact layer with a high n-type impurity concentration or a low Al concentration is provided between an electron supply layer and a source electrode and a drain electrode. There is an FET in which is inserted (for example, Patent Document 1).

図8に従来の半導体装置90を示す。半導体装置90は、サファイア基板91上に低温GaNバッファ層92、アンドープGaN層93、n−AlGa1−xN(0≦x≦1)電子供給層94、電子供給層94よりAl濃度の低いn−AlGa1−yN(0≦y≦1、y≦x)で作成されたコンタクト層95が順次積層されており、電子供給層94中に2次元電子ガス層99が形成されている。 FIG. 8 shows a conventional semiconductor device 90. The semiconductor device 90 has a low-temperature GaN buffer layer 92, an undoped GaN layer 93, an n-Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) electron supply layer 94 on the sapphire substrate 91, and an Al concentration from the electron supply layer 94. lower n + -Al y Ga 1-y n (0 ≦ y ≦ 1, y ≦ x) are laminated contact layer 95 created sequentially, the two-dimensional electron gas layer 99 is formed in the electron supply layer 94 Has been.

このn−AlGa1−yNコンタクト層95上にはソース電極96及びドレイン電極97が形成され、ゲート領域直下のn−AlGa1−yNコンタクト層95が除去されてn−AlGa1−xN電子供給層94が露出され、このゲート領域にはゲート電極98が形成されている。 The n + -Al y Ga 1-y N contact layer 95 source electrode 96 and drain electrode 97 is formed on is formed, directly below the gate region n + -Al y Ga 1-y N contact layer 95 is removed n -Al x Ga 1-x N electron supply layer 94 is exposed, the gate electrode 98 is formed on the gate region.

半導体装置90では、n−AlGa1−yNコンタクト層95のn型不純物濃度をn−AlGa1−xN電子供給層94のn型不純物濃度よりも高くすること、及びn−AlGa1−yNコンタクト層95のAl組成yをn−AlGa1−xN電子供給層94のAl組成xよりも小さくすることを特徴としている。 In the semiconductor device 90, n + -Al y Ga 1 -y N to the n-type impurity concentration of the contact layer 95 higher than the n-type impurity concentration of the n-Al x Ga 1-x N electron supply layer 94, and n + is characterized by a -Al y Ga 1-y n Al composition y of the contact layer 95 is smaller than the n-Al x Ga 1-x n of the electron supply layer 94 Al composition x.

その結果、半導体装置90において、n−AlGa1−yNコンタクト層95が無い場合に比べて、ソース電極96及びドレイン電極97と半導体層との接触抵抗を低減できることから、トランジスタの寄生抵抗を低減することができ、特性及び信頼性の向上に寄与できるとしている。
特開2000−277724公報
As a result, in the semiconductor device 90, as compared with the case n + -Al y Ga 1-y N contact layer 95 is not, because it can reduce the contact resistance between the source electrode 96 and drain electrode 97 and the semiconductor layer, a parasitic transistor The resistance can be reduced, and it can contribute to improvement of characteristics and reliability.
JP 2000-277724 A

しかしながら、上述の半導体装置90では、トランジスタの寄生抵抗が十分に低減しないという問題が生じる。図9は、半導体装置90におけるB−Bの断面での電子に対するポテンシャル分布を示したものである。   However, the above-described semiconductor device 90 has a problem that the parasitic resistance of the transistor is not sufficiently reduced. FIG. 9 shows a potential distribution with respect to electrons in the BB cross section in the semiconductor device 90.

半導体装置90において、AlGaNとGaNの自発分極の差及びAlGaN層に生じるピエゾ分極の効果により、アンドープGaN層93とn−AlGa1−xN電子供給層94との界面には正の分極電荷が、n−AlGa1−xN電子供給層94とn−AlGa1−yNコンタクト層95の界面には負の分極電荷が発生する。 In the semiconductor device 90, positive polarization occurs at the interface between the undoped GaN layer 93 and the n-Al x Ga 1-x N electron supply layer 94 due to the difference in spontaneous polarization between AlGaN and GaN and the effect of piezoelectric polarization generated in the AlGaN layer. charge, negative polarization charge is generated in the interface of the n-Al x Ga 1-x n electron supply layer 94 and the n + -Al y Ga 1-y n contact layer 95.

このことは、図9に示すポテンシャル分布において、アンドープGaN層93とn−AlGa1−xN電子供給層94との界面でポテンシャルが低くなり、n−AlGa1−xN電子供給層94とn−AlGa1−yNコンタクト層95の界面ではポテンシャルが高くなることに相当する。 This is because, in the potential distribution shown in FIG. 9, the potential decreases at the interface between the undoped GaN layer 93 and the n-Al x Ga 1-x N electron supply layer 94, and n-Al x Ga 1-x N electron supply. at the interface layer 94 and n + -Al y Ga 1-y n contact layer 95 corresponding to the potential is high.

窒化物系半導体においては、n−AlGa1−xN電子供給層94とn−AlGa1−yNコンタクト層95の界面に発生する分極電荷が1×1013cm−2以上と極めて大きい。そのため、n−AlGa1−xN電子供給層94とn−AlGa1−yNコンタクト層95の界面に大きなポテンシャル障壁が存在することになる。 In the nitride-based semiconductor, n-Al x Ga 1- x N electron supply layer 94 and the n + -Al y Ga 1-y N polarized charge generated at the interface of the contact layer 95 is 1 × 10 13 cm -2 or more And very large. Therefore, so that the n-Al x Ga 1-x N large potential barrier at the interface of the electron supply layer 94 and the n + -Al y Ga 1-y N contact layer 95 is present.

また、n−AlGa1−yNコンタクト層95中のn−AlGa1−xN電子供給層94との界面近傍には、上述のポテンシャル障壁によって、不純物濃度やAl組成に依存しない空乏層領域が発生する。 Further, the n + -Al y Ga 1-y N contact layer 95 has an n-Al x Ga 1-x N electron supply layer 94 in the vicinity of the interface, depending on the impurity concentration and Al composition due to the potential barrier described above. A depletion layer region that is not generated occurs.

以上のことから、n−AlGa1−yNコンタクト層95を設けることによって、ソース電極96及びドレイン電極97から、チャネルを形成する2次元電子ガス層99に至る途中にポテンシャル障壁が位置し、同時に空乏層領域という高抵抗の領域が介在することになる。上述のポテンシャル障壁と空乏層によって、トランジスタの寄生抵抗が高くなっている。 From the above, n + -Al by providing y Ga 1-y N contact layer 95, the source electrode 96 and drain electrode 97, positions the potential barrier on the way leading to the two-dimensional electron gas layer 99 to form a channel At the same time, a high resistance region called a depletion layer region is interposed. The above-described potential barrier and depletion layer increase the parasitic resistance of the transistor.

これらに対して、n−AlGa1−yNコンタクト層が無い場合には、ソース電極96と2次元電子ガス99の間のポテンシャル障壁がn−AlGa1−yNコンタクト層95が有る場合ほど高くはならない。 For these, n + -Al when y Ga 1-y N contact layer is not present, potential barrier n + -Al y Ga 1-y N contact layer between the source electrode 96 and the two-dimensional electron gas 99 Not as high as 95.

これは、n−AlGa1−xN電子供給層94と、金属材料で構成されるソース電極96及びドレイン電極97との接触界面のポテンシャル障壁が、発生する分極電荷に依存せず、材料固有の物性で決まるショットキー障壁であるからである。そのため、ソース電極96と2次元電子ガス99の間に空乏層も存在しない。 This is because the potential barrier at the contact interface between the n-Al x Ga 1-x N electron supply layer 94 and the source electrode 96 and the drain electrode 97 made of a metal material does not depend on the generated polarization charge, and the material This is because it is a Schottky barrier determined by specific physical properties. Therefore, there is no depletion layer between the source electrode 96 and the two-dimensional electron gas 99.

以上述べたように、従来の半導体装置90においては、ソース電極96及びドレイン電極97との接触抵抗をコンタクト層95に挿入することによって低減しているが、コンタクト層95と電子供給層94との界面に発生する、大きなポテンシャル障壁と空乏層による高抵抗化がおき、トランジスタの寄生抵抗を十分に低減することはできない。   As described above, in the conventional semiconductor device 90, the contact resistance with the source electrode 96 and the drain electrode 97 is reduced by inserting it into the contact layer 95. A large potential barrier and a depletion layer generated at the interface increase the resistance, and the parasitic resistance of the transistor cannot be reduced sufficiently.

本発明は、窒化物系半導体における従来のヘテロ接合FETの問題点を鑑みてなされたものであり、寄生抵抗を低減した電界効果トランジスタを提供し、素子の性能および信頼性を向上させることを目的とする。   The present invention has been made in view of the problems of conventional heterojunction FETs in nitride-based semiconductors, and provides a field effect transistor with reduced parasitic resistance, with the object of improving the performance and reliability of the device. And

本発明の一つの態様に係る電界効果トランジスタは、基板上に、窒化物半導体からなるチャネル層と前記チャネル層上に位置し、窒化物半導体からなる電子供給層とを含む積層体を有し、前記積層体表面にソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を備えた電界効果トランジスタであって、前記チャネル層において、前記ソース電極及び/又は前記ドレイン電極各々の下のn型不純物濃度が、前記ゲート電極の下のn型不純物濃度よりも高く、前記電子供給層において、前記ソース電極及び/又は前記ドレイン電極各々の下のn型不純物濃度が、前記ゲート電極の下のn型不純物濃度よりも高いものである。   A field effect transistor according to one aspect of the present invention has a stacked body including a channel layer made of a nitride semiconductor and an electron supply layer made of a nitride semiconductor and located on the channel layer on a substrate, A field effect transistor having a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode on a surface of the stacked body, wherein an n-type impurity concentration below each of the source electrode and / or the drain electrode in the channel layer is the gate electrode. N-type impurity concentration under the gate electrode is higher than the n-type impurity concentration under the source electrode and / or the drain electrode in the electron supply layer. It is.

本発明の他の態様に関わる電界効果トランジスタの製造方法は、基板上に、チャネル層を窒化物半導体で形成する工程と、前記チャネル層上に分極電荷を生じる電子供給層を窒化物半導体で形成する工程と、前記チャネル層及び/又は前記電子供給層における、ソース電極及びドレイン電極の下に対応する位置にn型不純物を添加する工程と、前記n型不純物を活性化する工程を含む電界効果トランジスタの製造方法である。   A method of manufacturing a field effect transistor according to another aspect of the present invention includes a step of forming a channel layer with a nitride semiconductor on a substrate, and an electron supply layer that generates polarization charges on the channel layer with a nitride semiconductor. A step of adding an n-type impurity to a position corresponding to a position below the source electrode and the drain electrode in the channel layer and / or the electron supply layer, and a step of activating the n-type impurity. This is a method for manufacturing a transistor.

本発明によれば、寄生抵抗を低減した電界効果トランジスタを提供し、素子の性能および信頼性を向上させることが可能となる   According to the present invention, it is possible to provide a field effect transistor with reduced parasitic resistance and to improve the performance and reliability of the element.

第1の実施の形態.
以下、発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る電界効果トランジスタ(FET : Field Effect Transistor)1の断面図を示している。
First embodiment.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view of a field effect transistor (FET) 1 according to the present embodiment.

FET1は、サファイア、SiC、GaN、Si、もしくはAlNからなる基板11上にGaNバッファ層12、InGaNまたはGaNから形成されるチャネル層13、AlGaN電子供給層14、n−GaNコンタクト層15が下から順に積層されている。 The FET 1 has a GaN buffer layer 12, a channel layer 13 made of InGaN or GaN, an AlGaN electron supply layer 14, and an n + -GaN contact layer 15 on a substrate 11 made of sapphire, SiC, GaN, Si, or AlN. Are stacked in order.

GaNバッファ層12は、例えば層厚が2〜3μmであるとよい。GaNバッファ層12は、基板11と基板11上に積層される層との格子不整合を緩和するために設けられた層である。また、n−GaNコンタクト層15は、電極と窒化物半導体層との接触抵抗を低減するために設けられた層である。n−GaNコンタクト層15において、層厚が5〜20nm、n型不純物濃度が1〜2×1020cm−3であることが好ましい。 The GaN buffer layer 12 may have a thickness of 2 to 3 μm, for example. The GaN buffer layer 12 is a layer provided to alleviate lattice mismatch between the substrate 11 and a layer stacked on the substrate 11. The n + -GaN contact layer 15 is a layer provided for reducing the contact resistance between the electrode and the nitride semiconductor layer. In the n + -GaN contact layer 15, the layer thickness is preferably 5 to 20 nm and the n-type impurity concentration is preferably 1 to 2 × 10 20 cm −3 .

チャネル層13中には、チャネル層13とAlGaN電子供給層14との格子定数の違いから生じるピエゾ分極と、チャネル層13とAlGaN電子供給層14との自発分極の違いから生じる2次元電子ガス領域20が生じている。   In the channel layer 13, a two-dimensional electron gas region resulting from a piezoelectric polarization resulting from a difference in lattice constant between the channel layer 13 and the AlGaN electron supply layer 14 and from a difference in spontaneous polarization between the channel layer 13 and the AlGaN electron supply layer 14. 20 has occurred.

−GaNコンタクト層15は中央のゲート領域が選択的にエッチング除去され、表面が露出したAlGaN電子供給層14を介して、ゲート電極18が形成されている。また、n−GaNコンタクト層15を介してソース電極16、ドレイン電極17が形成されている。 The n + -GaN contact layer 15 is selectively etched away at the central gate region, and a gate electrode 18 is formed through the AlGaN electron supply layer 14 whose surface is exposed. A source electrode 16 and a drain electrode 17 are formed via the n + -GaN contact layer 15.

−GaNコンタクト層15の下には、n−GaNコンタクト層15からAlGaN電子供給層14、チャネル層13にかけて、高濃度n型不純物領域19が形成されている。高濃度n型不純物領域19は、n−GaNコンタクト層15に添加されたn型不純物が、熱処理によってチャネル層13まで拡散することによって作成された領域である。 Under the n + -GaN contact layer 15, over the n + -GaN contact layer 15 AlGaN electron supply layer 14, the channel layer 13 is formed high concentration n-type impurity region 19. The high-concentration n-type impurity region 19 is a region created by diffusing the n-type impurity added to the n + -GaN contact layer 15 to the channel layer 13 by heat treatment.

つまり、本実施の形態に係るFET1は、チャネル層13において、ソース電極16及びドレイン電極17それぞれの下のn型不純物濃度が、ゲート電極18の下のn型不純物濃度よりも高く、且つ、電子供給層14において、ソース電極16及びドレイン電極17それぞれの下のn型不純物濃度が、ゲート電極18の下のn型不純物濃度よりも高くなっている。   That is, in the FET 1 according to the present embodiment, the n-type impurity concentration under the source electrode 16 and the drain electrode 17 in the channel layer 13 is higher than the n-type impurity concentration under the gate electrode 18, and the electrons In the supply layer 14, the n-type impurity concentration below each of the source electrode 16 and the drain electrode 17 is higher than the n-type impurity concentration below the gate electrode 18.

本実施の形態のFET1では、ゲート電極18に印加される電圧によって、ソース電極16とドレイン電極17との間に流れる電流を制御している。チャネル層13中には、AlGaN電子供給層14との界面近傍に2次元電子ガス領域20が存在するため、大ドレイン電流を流すことが可能となる。   In the FET 1 of the present embodiment, the current flowing between the source electrode 16 and the drain electrode 17 is controlled by the voltage applied to the gate electrode 18. Since the two-dimensional electron gas region 20 exists near the interface with the AlGaN electron supply layer 14 in the channel layer 13, a large drain current can flow.

また、本実施の形態のFET1では、チャネル層13において、ソース電極16及びドレイン電極17それぞれの下のn型不純物濃度が、ゲート電極18の下のn型不純物濃度よりも高く、且つ、電子供給層14において、ソース電極16及びドレイン電極17それぞれの下のn型不純物濃度が、ゲート電極18の下のn型不純物濃度よりも高くなっているので、ソース電極16及びドレイン電極17と2次元電子ガス領域20との間の抵抗が著しく減少している。   In the FET 1 of the present embodiment, in the channel layer 13, the n-type impurity concentration under each of the source electrode 16 and the drain electrode 17 is higher than the n-type impurity concentration under the gate electrode 18, and the electron supply In the layer 14, the n-type impurity concentration below each of the source electrode 16 and the drain electrode 17 is higher than the n-type impurity concentration below the gate electrode 18. The resistance to the gas region 20 is significantly reduced.

また、高濃度に添加したn型不純物が活性化して正に帯電しているため、電子供給層14とコンタクト層15との界面に存在する負の分極電荷を打ち消すことができる。このことにより、電子供給層14とコンタクト層15との界面に存在するポテンシャル障壁が低くなり、FET1の寄生抵抗を低減することが可能となる。   Further, since the n-type impurity added at a high concentration is activated and positively charged, the negative polarization charge existing at the interface between the electron supply layer 14 and the contact layer 15 can be canceled out. As a result, the potential barrier existing at the interface between the electron supply layer 14 and the contact layer 15 is lowered, and the parasitic resistance of the FET 1 can be reduced.

AlGaN電子供給層14は、その一部または全部にアンドープ層を用いても良い。電子供給層14にアンドープ層を用いることにより、ゲート電流を低減する効果がある。   The AlGaN electron supply layer 14 may use an undoped layer for a part or all of it. Using an undoped layer for the electron supply layer 14 has an effect of reducing the gate current.

さらに、AlGaN電子供給層14を薄くすること、またはドライエッチングによってゲート電極18の下に位置するAlGaN電子供給層14に溝を作成し、ゲート電極を埋め込むリセスゲート構造にすることでゲート電流を低減することが可能である。   Further, the gate current is reduced by thinning the AlGaN electron supply layer 14 or by forming a groove in the AlGaN electron supply layer 14 located under the gate electrode 18 by dry etching to form a recessed gate structure in which the gate electrode is embedded. It is possible.

これらはいずれもゲート電流が低減すると同時に、ゲート電極に印加される逆電圧の閾値を低くする効果があり、ゲート電極18の下のAlGaN電子供給層14の厚さを5nm以下にすれば、閾値が正のノーマリーオフ型FETが得られる。   Both of these have the effect of lowering the threshold of the reverse voltage applied to the gate electrode at the same time as the gate current is reduced. If the thickness of the AlGaN electron supply layer 14 under the gate electrode 18 is 5 nm or less, the threshold is increased. Is a normally-off type FET.

FETは、ノーマリーオン型とノーマリーオフ型の二種類に分けられるが、ノーマリーオン型は、ゲート電極に印加される逆電圧がゼロのときに、ソース電極とドレイン電極との間に電流が流れるFETであり、ノーマリーオフ型は、ゲート電極に印加される逆電圧がゼロのときに、ソース電極とドレイン電極の間に流れる電流がゼロのFETである。   There are two types of FETs: normally-on type and normally-off type. Normally-on type has a current between the source electrode and the drain electrode when the reverse voltage applied to the gate electrode is zero. The normally-off type is a FET in which the current flowing between the source electrode and the drain electrode is zero when the reverse voltage applied to the gate electrode is zero.

図2には、図1の高濃度n型不純物領域19内におけるA−Aでの断面でのポテンシャル分布を模式的に示す。AlGaN電子供給層14には、高濃度のn型不純物がドープされていることから、ポテンシャル分布は大きく湾曲している。また、AlGaN電子供給層14とn−GaNコンタクト層15との界面に存在する負電荷を相殺することが可能となり、AlGaN電子供給層14とn−GaNコンタクト層15との界面に存在するポテンシャル障壁の高さを低くすることができる。 FIG. 2 schematically shows a potential distribution in a cross section at AA in the high concentration n-type impurity region 19 of FIG. Since the AlGaN electron supply layer 14 is doped with high-concentration n-type impurities, the potential distribution is greatly curved. Further, it is possible to offset the negative charge at the interface between the AlGaN electron supply layer 14 and the n + -GaN contact layer 15, present at the interface between the AlGaN electron supply layer 14 and the n + -GaN contact layer 15 The height of the potential barrier can be lowered.

ポテンシャル障壁が低くなることで、電子がポテンシャル障壁をトンネルすることが可能になる。また、ポテンシャル分布が湾曲するため、AlGaN電子供給層14とn−GaNコンタクト層15との界面のポテンシャル障壁の厚さが薄くなって電子がトンネルする確率が高くなる。このことから、ソース電極16及びドレイン電極17と2次元電子ガス20との間の抵抗が低減されている。 Lowering the potential barrier allows electrons to tunnel through the potential barrier. Further, since the potential distribution is curved, the thickness of the potential barrier at the interface between the AlGaN electron supply layer 14 and the n + -GaN contact layer 15 is reduced, and the probability that electrons tunnel is increased. For this reason, the resistance between the source electrode 16 and the drain electrode 17 and the two-dimensional electron gas 20 is reduced.

次に、第一の実施の形態に係るFET1の製造方法について、図3を参照して説明する。サファイア基板11上に、例えば有機金属気相成長法(MOVPE : Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)を用いて、バッファ層12、チャネル層13、電子供給層14、n−コンタクト層15を下から順番に積層させる(図3(a)参照)。 Next, a method for manufacturing the FET 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIG. On the sapphire substrate 11, for example, using a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE), the buffer layer 12, the channel layer 13, the electron supply layer 14, and the n + -contact layer 15 are sequentially arranged from the bottom. Laminate (see FIG. 3A).

基板11は、サファイアだけでなく、SiC、GaN、Si、AlNを用いてもよい。バッファ層12はGaNで構成される。チャネル層13は、アンドープGaNまたはアンドープInGaNで構成され、層厚が2〜3μmであるのが好ましい。電子供給層14は、AlGaNで構成され、組成の一例として、層厚が20nmでSiを1×1018cm−3添加したAl0.25Ga0.75Nで構成されているのが好ましい。 The substrate 11 may use not only sapphire but also SiC, GaN, Si, and AlN. The buffer layer 12 is made of GaN. The channel layer 13 is made of undoped GaN or undoped InGaN, and preferably has a layer thickness of 2 to 3 μm. The electron supply layer 14 is made of AlGaN, and as an example of the composition, the electron supply layer 14 is preferably made of Al 0.25 Ga 0.75 N with a layer thickness of 20 nm and Si added at 1 × 10 18 cm −3 .

コンタクト層15は、GaNで構成され、電子供給層14より、n型不純物濃度を多くする必要性がある。これは、本実施の形態に係るFET1において、高濃度n型不純物領域19を作成するために、コンタクト層15のn型不純物を拡散させる必要性があるからである。組成の一例として、層厚が5nmでSiドープ量を2×1020cm−3であるのが好ましい。 The contact layer 15 is made of GaN and needs to have a higher n-type impurity concentration than the electron supply layer 14. This is because in the FET 1 according to the present embodiment, it is necessary to diffuse the n-type impurity of the contact layer 15 in order to create the high-concentration n-type impurity region 19. As an example of the composition, the layer thickness is preferably 5 nm and the Si doping amount is preferably 2 × 10 20 cm −3 .

コンタクト層15が積層された後に、フォトリソグラフィを用いてパターニングされたフォトレジスト21を形成する。フォトレジスト21をエッチングマスクとして、n−GaNコンタクト層15を、例えばICP法によるドライエッチングを用いて選択的にエッチング除去する(図3(b)参照)。フォトレジスト21を除去した後、窒素雰囲気中で熱処理(例えば、1150℃、30分間)を行い、Siの拡散・活性化により高濃度n型不純物領域19を形成する(図3(c)参照)。 After the contact layer 15 is laminated, a patterned photoresist 21 is formed using photolithography. Using the photoresist 21 as an etching mask, the n + -GaN contact layer 15 is selectively removed by dry etching using, for example, an ICP method (see FIG. 3B). After removing the photoresist 21, a heat treatment (for example, 1150 ° C., 30 minutes) is performed in a nitrogen atmosphere to form a high-concentration n-type impurity region 19 by diffusion and activation of Si (see FIG. 3C). .

n型不純物は、窒化物半導体に添加しただけでは電子を供給する働きが十分に発揮されず、活性化することによって電子を供給する働きが行われる。そこで、本実施の形態においては、900℃以上1400℃以下という高温で処理することによって、n型不純物をチャネル層13まで拡散させていると同時に活性化を行っている。   The function of supplying electrons is not sufficiently exhibited when the n-type impurity is added to the nitride semiconductor, and the function of supplying electrons is performed by being activated. Therefore, in the present embodiment, the n-type impurities are diffused up to the channel layer 13 and activated at the same time by processing at a high temperature of 900 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower.

熱処理を行ったあとに、Ti/Alより構成されるソース電極16、ドレイン電極17(例えば、Ti層の厚さ10nm、Al層の厚さ200nm)を、例えば電子銃蒸着およびリフトオフ法を用いて、n−GaN層15を介して設置する。ソース電極16及びドレイン電極17は、例えば650℃、30秒のランプアニールを行うことでオーミック接合を形成する。 After the heat treatment, a source electrode 16 and a drain electrode 17 (for example, a Ti layer having a thickness of 10 nm and an Al layer having a thickness of 200 nm) made of Ti / Al are formed using, for example, electron gun evaporation and a lift-off method. , N + -GaN layer 15. The source electrode 16 and the drain electrode 17 form an ohmic junction, for example, by performing lamp annealing at 650 ° C. for 30 seconds.

Pt/Auより構成されるゲート電極18(例えば、Pt層の厚さ10nm、Au層の厚さ200nm)を、電子銃蒸着およびリフトオフ法を用いて、電子供給層14を介して形成する。   A gate electrode 18 made of Pt / Au (for example, a Pt layer having a thickness of 10 nm and an Au layer having a thickness of 200 nm) is formed via the electron supply layer 14 using electron gun vapor deposition and a lift-off method.

本実施の形態に係るFET1に添加されたSiは、900℃以上1400℃以下(例えば、1150℃)の熱処理により略全て活性化させることが可能である。これにより、n−GaNコンタクト層15中の活性化Siの密度を、MOVPEで作成したFETにおけるコンタクト層中のSi濃度よりも高くすることができ、ソース電極16及びドレイン電極17とn−GaNコンタクト層15との接触抵抗を低減できる効果が得られる。 Si added to the FET 1 according to the present embodiment can be activated almost entirely by heat treatment at 900 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower (for example, 1150 ° C.). Thereby, the density of activated Si in the n + -GaN contact layer 15 can be made higher than the Si concentration in the contact layer in the FET formed by MOVPE, and the source electrode 16 and the drain electrode 17 and the n + − The effect that the contact resistance with the GaN contact layer 15 can be reduced is obtained.

また、n−GaNコンタクト層15をドライエッチングする工程において、電子供給層14の表面に損傷を受けるが、熱処理により、この損傷を回復させることができる。これにより、信頼性に優れたFETが得ることが可能となる。このように、信頼性に優れたFETは活用例として、携帯電話や衛星通信、WLANなどの無線通信システムを構成するマイクロ波増幅器に使用される半導体装置があげられる。 Further, in the step of dry etching the n + -GaN contact layer 15, the surface of the electron supply layer 14 is damaged, but this damage can be recovered by heat treatment. Thereby, it is possible to obtain an FET having excellent reliability. As described above, a semiconductor device used in a microwave amplifier constituting a wireless communication system such as a mobile phone, satellite communication, or WLAN can be used as an example of utilizing an FET having excellent reliability.

本実施の形態で示した基板材料、窒化物半導体材料、電極材料、および製法における条件はこれに限定されるものではなく、GaN系ヘテロ接合電界効果トランジスタの製造に使われている材料や構造に、広く本発明を適用することができる。   The conditions in the substrate material, nitride semiconductor material, electrode material, and manufacturing method described in this embodiment are not limited to these, and the materials and structures used in the manufacture of GaN-based heterojunction field effect transistors are not limited thereto. The present invention can be widely applied.

例えば、基板材料にはサファイアの他に、SiC、GaN、Si、AlNなどを用いることができるし、バッファ層12には、その一部にAlN層やAlGaN層、InAlGaN層などを含む多層構造を用いることもできる。   For example, in addition to sapphire, SiC, GaN, Si, AlN, or the like can be used as the substrate material, and the buffer layer 12 has a multilayer structure including an AlN layer, an AlGaN layer, an InAlGaN layer, etc. as a part thereof. It can also be used.

第2の実施の形態.
第2の実施の形態に係るFET2の構成図を図4に示す。第2の実施の形態においては、本発明をコンタクト層のないFETに適用したものである。動作原理や構成要素で第1の実施の形態と同様のものは省略する。
Second embodiment.
FIG. 4 shows a configuration diagram of the FET 2 according to the second embodiment. In the second embodiment, the present invention is applied to an FET without a contact layer. The operation principle and components similar to those in the first embodiment are omitted.

第1の実施の形態に係るFET1と異なる点は、n−GaNコンタクト層15が無く、ソース電極16及びドレイン電極17が電子供給層14を介して形成されていることである。 The difference from the FET 1 according to the first embodiment is that the n + -GaN contact layer 15 is not provided, and the source electrode 16 and the drain electrode 17 are formed via the electron supply layer 14.

従来AlGaN層に低い接触抵抗でオーミック電極を形成するのは難しかったが、本発明の適用により、ソース電極16及びドレイン電極17の下の電子供給層14のポテンシャル分布は、大きく湾曲してポテンシャル障壁が薄くなり、電極/半導体界面で電子のトンネルする確率が高くなるために、低い接触抵抗が容易に得られるようになる。   Conventionally, it has been difficult to form an ohmic electrode with a low contact resistance on the AlGaN layer. However, by applying the present invention, the potential distribution of the electron supply layer 14 under the source electrode 16 and the drain electrode 17 is greatly curved, resulting in a potential barrier. And the probability of electron tunneling at the electrode / semiconductor interface increases, so that a low contact resistance can be easily obtained.

次に、第2の実施の形態の製造方法について図5を参照して説明する。SiC基板11上に、例えば有機金属気相成長法(MOVPE)を用いて、GaNバッファ層12(例えば、層厚が2〜3μm)、アンドープGaNまたはアンドープInGaNで構成されるチャネル層13、AlGaN電子供給層14(例えば、層厚30nm)を順次積層する(図5(a)参照)。   Next, the manufacturing method of 2nd Embodiment is demonstrated with reference to FIG. On the SiC substrate 11, for example, by using metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE), a GaN buffer layer 12 (for example, a layer thickness of 2 to 3 μm), a channel layer 13 made of undoped GaN or undoped InGaN, AlGaN electrons A supply layer 14 (for example, a layer thickness of 30 nm) is sequentially stacked (see FIG. 5A).

次に、フォトリソグラフィを用いてパターニングされたフォトレジスト21を形成し、これをマスクとして、Siのイオン注入を行う。(例えば、面密度1×1015cm−2、加速エネルギー25keVの条件で行う)(図5(b)参照)。 Next, a patterned photoresist 21 is formed using photolithography, and Si ions are implanted using this as a mask. (For example, it is performed under the conditions of a surface density of 1 × 10 15 cm −2 and an acceleration energy of 25 keV) (see FIG. 5B).

イオン注入後、フォトレジスト21を除去し、表面保護のためAlN膜23(図示せず)をスパッタ法で成膜する。表面保護AlN膜23を成膜後、窒素雰囲気中で高温熱処理(例えば1300℃、30分間)を行い、Siを拡散させ、活性化させることにより高濃度n型不純物領域19を形成する(図5(c))。また、上述の熱処理を行うことによって、イオン注入による電子供給層14の欠陥を除去することが可能である。   After the ion implantation, the photoresist 21 is removed, and an AlN film 23 (not shown) is formed by sputtering for surface protection. After the surface protective AlN film 23 is formed, high-temperature heat treatment (for example, 1300 ° C., 30 minutes) is performed in a nitrogen atmosphere to diffuse and activate Si, thereby forming a high-concentration n-type impurity region 19 (FIG. 5). (C)). Further, by performing the above-described heat treatment, it is possible to remove defects in the electron supply layer 14 due to ion implantation.

その後、AlN膜23をエッチング除去し、Ti/Au(例えば、Ti層の厚さ10nm、Au層の厚さ300nm)より構成されるソース電極16、ドレイン電極17を、電子銃蒸着及びリフトオフ法を用いて、高濃度n型不純物領域19を介して設置する。ソース電極16及びドレイン電極17を設置後、ランプアニール(例えば800℃、30秒)することでオーミック接合を形成する。   Thereafter, the AlN film 23 is removed by etching, and the source electrode 16 and the drain electrode 17 made of Ti / Au (for example, a Ti layer having a thickness of 10 nm and an Au layer having a thickness of 300 nm) are subjected to electron gun evaporation and a lift-off method. And installed through the high-concentration n-type impurity region 19. After the source electrode 16 and the drain electrode 17 are installed, an ohmic junction is formed by lamp annealing (for example, 800 ° C., 30 seconds).

次に、Ni/Au(例えば、Ni層の厚さ15nm、Au層の厚さ400nm)より構成されるゲート電極18を、電子銃蒸着およびリフトオフ法を用いて、AlGaN電子供給層14を介して形成してFET2を得る。   Next, a gate electrode 18 composed of Ni / Au (for example, a Ni layer having a thickness of 15 nm and an Au layer having a thickness of 400 nm) is formed via the AlGaN electron supply layer 14 by using an electron gun deposition and a lift-off method. Form FET2 by forming.

本実施の形態に係るFET2においては、高濃度n型不純物領域19をイオン注入により形成されている。イオン注入によることで、Siを拡散させる場所の特定が容易になり、Siの拡散を2次元電子ガス領域20までに制御することが可能となる。   In the FET 2 according to the present embodiment, the high concentration n-type impurity region 19 is formed by ion implantation. By ion implantation, it becomes easy to specify the location where Si is diffused, and the diffusion of Si can be controlled up to the two-dimensional electron gas region 20.

第3の実施の形態.
第3の実施の形態に係るFET3の構成図を図6に示す。第3の実施の形態においては、本発明をゲート電極18とAlGaN電子供給層14との間に絶縁膜が挿入されているMISゲート構造を持つFETに対して適用したものである。動作原理や構成要素で第1の実施の形態と同様のものは省略する。
Third embodiment.
FIG. 6 shows a configuration diagram of the FET 3 according to the third embodiment. In the third embodiment, the present invention is applied to an FET having a MIS gate structure in which an insulating film is inserted between the gate electrode 18 and the AlGaN electron supply layer 14. The operation principle and components similar to those in the first embodiment are omitted.

第1の実施の形態に係るFET1と異なる点は、n−GaNコンタクト層15が無く、ソース電極16及びドレイン電極17が電子供給層14を介して形成されており、ゲート電極18とAlGaN電子供給層14との間に絶縁膜22が挿入されていることである。 The difference from the FET 1 according to the first embodiment is that the n + -GaN contact layer 15 is not provided, the source electrode 16 and the drain electrode 17 are formed via the electron supply layer 14, and the gate electrode 18 and the AlGaN electrons are formed. That is, the insulating film 22 is inserted between the supply layer 14.

次に、第3の実施の形態の製造方法について図7を参照して説明する。Si基板11上に、例えば分子線エピタキシー法(MBE)を用いて、GaNバッファ層12(例えば層厚が2〜3μm)、アンドープGaNまたはアンドープInGaNで構成されるチャネル層13、AlGaN電子供給層14(例えば層厚が5nm)を順次積層する。電子供給層14を積層した後、減圧気相成長法(LPCVD)を用いてSiO絶縁膜22を成膜する(図7(a)参照)。 Next, the manufacturing method of 3rd Embodiment is demonstrated with reference to FIG. On the Si substrate 11, for example, using molecular beam epitaxy (MBE), a GaN buffer layer 12 (for example, a layer thickness of 2 to 3 μm), a channel layer 13 made of undoped GaN or undoped InGaN, and an AlGaN electron supply layer 14. (For example, the layer thickness is 5 nm) are sequentially stacked. After the electron supply layer 14 is stacked, the SiO 2 insulating film 22 is formed by using a low pressure vapor phase epitaxy (LPCVD) (see FIG. 7A).

次に、厚さ500nmのMoからなるゲート電極18を、電子銃蒸着およびリフトオフ法を用いて形成する。ゲート電極18をマスクとして、Siのイオン注入を行う。(例えば、面密度8×1015cm−2、加速エネルギー25keVの条件で行う)(図7(b)参照)。 Next, a gate electrode 18 made of Mo having a thickness of 500 nm is formed using electron gun vapor deposition and a lift-off method. Si ion implantation is performed using the gate electrode 18 as a mask. (For example, it is performed under the conditions of a surface density of 8 × 10 15 cm −2 and an acceleration energy of 25 keV) (see FIG. 7B).

Siイオン注入後に、ランプアニールを用いての熱処理(例えば、200℃2分間)を行い、Siを拡散・活性化させることにより高濃度n型不純物領域19を形成する(図7(c)参照)。   After Si ion implantation, heat treatment using lamp annealing (for example, 200 ° C. for 2 minutes) is performed to diffuse and activate Si, thereby forming a high-concentration n-type impurity region 19 (see FIG. 7C). .

最後に、Nb/Al(例えば、Nb層の厚さ15nm、Al層の厚さ300nm)より構成されるソース電極16、ドレイン電極17を、電子銃蒸着およびリフトオフ法を用いて、高濃度n型不純物領域19を介して設置し、ランプアニール(例えば650℃、30秒)することでオーミック接合を形成してFET3を得る。   Finally, the source electrode 16 and the drain electrode 17 composed of Nb / Al (for example, the thickness of the Nb layer is 15 nm and the thickness of the Al layer is 300 nm) are applied to the high-concentration n-type by electron gun evaporation and lift-off method. An FET 3 is obtained by installing through the impurity region 19 and performing lamp annealing (for example, 650 ° C., 30 seconds) to form an ohmic junction.

本実施の形態においては、ゲート電極をマスクとしてイオン注入を行うことにより、ゲート電極18と高濃度n型不純物領域19の間で目合せが不要なセルフアラインプロセスを実現している。そのため、高い歩留まりの得られる量産性に優れたFETを製造することが可能となる。   In the present embodiment, by performing ion implantation using the gate electrode as a mask, a self-alignment process that does not require alignment between the gate electrode 18 and the high-concentration n-type impurity region 19 is realized. For this reason, it is possible to manufacture an FET that is excellent in mass productivity and can provide a high yield.

また、ゲート電極18と高濃度n型不純物領域19の横方向の距離をゼロにできることから、ソース電極−ゲート電極間、ゲート電極−ドレイン電極間の寄生抵抗を著しく低減することができる。   Further, since the lateral distance between the gate electrode 18 and the high-concentration n-type impurity region 19 can be reduced to zero, the parasitic resistance between the source electrode and the gate electrode and between the gate electrode and the drain electrode can be significantly reduced.

さらに、電子供給層14を薄くすること、またはドライエッチングによってゲート電極18の下に位置する電子供給層14に溝を作成し、絶縁膜を溝に作成し、絶縁膜を介してゲート電極を埋め込むリセスゲート構造にすることでゲート電流を低減することが可能である。   Further, the electron supply layer 14 is thinned or dry etching is performed to form a groove in the electron supply layer 14 located below the gate electrode 18, an insulating film is formed in the groove, and the gate electrode is embedded via the insulating film. A gate current can be reduced by using a recessed gate structure.

上述の第二、第三の実施の形態においても、第一の実施の形態と同様に、基板材料、窒化物半導体材料、電極材料、および製法における条件はこれに限定されるものではなく、GaN系ヘテロ接合電界効果トランジスタの製造に使われている材料や構造に、広く本発明を適用することができるのは言うまでもない。例えば絶縁膜22はSiOに限定されず、AlN、SiN、Al、MgOなどを用いることができる。 In the second and third embodiments described above, as in the first embodiment, the substrate material, the nitride semiconductor material, the electrode material, and the conditions in the manufacturing method are not limited to this, and GaN Needless to say, the present invention can be widely applied to materials and structures used in the manufacture of heterojunction field-effect transistors. For example, the insulating film 22 is not limited to SiO 2 , and AlN, SiN, Al 2 O 3 , MgO, or the like can be used.

また、構造と製造方法の組み合わせがこれらに限定されず、例えば第一の実施の形態における高濃度n型不純物領域を、イオン注入を用いて形成してもよい。また、n−GaNコンタクト層を用いた構造でもMISゲート構造を実現できることは明らかである。 Further, the combination of the structure and the manufacturing method is not limited to these. For example, the high-concentration n-type impurity region in the first embodiment may be formed using ion implantation. It is also clear that a MIS gate structure can be realized even with a structure using an n + -GaN contact layer.

さらに、比較的低い濃度(1×1018cm−3以下)でSiが添加されている、あるいは不純物を添加しないGaNキャップ層を電子供給層上にエピタキシャル成長し、GaNキャップ層をエッチング除去せず、第二もしくは第三の実施の形態の製法に従ってFETを製造することもできる。このような層構造を採ることにより、GaNキャップ層とAlGaN電子供給層との界面に生じるポテンシャル障壁により、ゲートリーク電流を低減する効果が得られる。 Further, a GaN cap layer to which Si is added at a relatively low concentration (1 × 10 18 cm −3 or less) or an impurity is not added is epitaxially grown on the electron supply layer, and the GaN cap layer is not etched away, An FET can be manufactured according to the manufacturing method of the second or third embodiment. By adopting such a layer structure, an effect of reducing the gate leakage current can be obtained by the potential barrier generated at the interface between the GaN cap layer and the AlGaN electron supply layer.

また、上述の第一、第二、第三いずれの実施の形態においても、チャネル層あるいは電子供給層におけるn型不純物濃度の高い領域が、ソース電極下及びドレイン電極下の両方である必要はなく、ソース電極下又はドレイン電極下のいずれか一方のみであってもよい。このような構造は例えば、第一の実施の形態では、コンタクト層15をエッチング除去する工程においてソース電極側あるいはドレイン電極側いずれか一方のみコンタクト層15を残す、第二の実施の形態では、n型不純物をイオン注入する工程においてソース電極側あるいはドレイン電極側いずれか一方にのみイオン注入することで得ることができる。このように高n型不純物濃度領域をソース電極側又はドレイン電極側のいずれか一方のみにすることは、両方ともを高n型不純物濃度とする場合に比べて、寄生抵抗の低減効果がやや小さくなる一方で高い耐圧を得られるという効果がある。   In any of the first, second, and third embodiments described above, the region having a high n-type impurity concentration in the channel layer or the electron supply layer need not be both under the source electrode and the drain electrode. , Either one of the source electrode and the drain electrode may be provided. Such a structure is, for example, that in the first embodiment, the contact layer 15 is left only in either the source electrode side or the drain electrode side in the step of removing the contact layer 15 by etching. In the second embodiment, n In the step of ion-implanting the type impurity, it can be obtained by ion-implanting only one of the source electrode side and the drain electrode side. As described above, when the high n-type impurity concentration region is set to only one of the source electrode side and the drain electrode side, the parasitic resistance reduction effect is slightly smaller than when both are set to the high n-type impurity concentration. On the other hand, there is an effect that a high breakdown voltage can be obtained.

本発明の第1の実施の形態に係る電界効果トランジスタの断面図。Sectional drawing of the field effect transistor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る電界効果トランジスタのA−A断面におけるポテンシャル概念図。The potential conceptual diagram in the AA cross section of the field effect transistor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態に係る電界効果トランジスタの製造方法。The manufacturing method of the field effect transistor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る電界効果トランジスタの断面図。Sectional drawing of the field effect transistor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る電界効果トランジスタの製造方法。The manufacturing method of the field effect transistor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る電界効果トランジスタの断面図。Sectional drawing of the field effect transistor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る電界効果トランジスタの製造方法。The manufacturing method of the field effect transistor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 従来の電界効果トランジスタの構成図。The block diagram of the conventional field effect transistor. 従来の電界効果トランジスタのB−B断面におけるポテンシャル概念図。The potential conceptual diagram in the BB cross section of the conventional field effect transistor.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1の実施の形態に係る電界効果トランジスタ
11 基板 12 GaNバッファ層 13 チャネル層
14 AlGaN電子供給層 15 n−GaNコンタクト層
16 ソース電極 17 ドレイン電極 18 ゲート電極
19 高濃度n型不純物領域 20 2次元電子ガス領域
21 フォトレジスト 22 絶縁膜 23 表面保護膜
90 従来の半導体装置 91 サファイア基板 92 低温GaNバッファ層
93 アンドープGaN層 94 電子供給層 95 コンタクト層
96 ソース電極96 97 ドレイン電極 98 ゲート電極
99 2次元電子ガス層
1 Field Effect Transistor According to First Embodiment
11 Substrate 12 GaN buffer layer 13 Channel layer 14 AlGaN electron supply layer 15 n + -GaN contact layer 16 Source electrode 17 Drain electrode 18 Gate electrode 19 High-concentration n-type impurity region 20 Two-dimensional electron gas region 21 Photoresist 22 Insulating film 23 Surface protective film 90 Conventional semiconductor device 91 Sapphire substrate 92 Low temperature GaN buffer layer 93 Undoped GaN layer 94 Electron supply layer 95 Contact layer 96 Source electrode 96 97 Drain electrode 98 Gate electrode 99 Two-dimensional electron gas layer

Claims (10)

基板上に、窒化物半導体からなるチャネル層と、前記チャネル層上に位置し窒化物半導体からなる電子供給層とを含む積層体を有し、
前記積層体表面にソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を備えた電界効果トランジスタであって、
前記チャネル層において、前記ソース電極及び/又は前記ドレイン電極各々の下のn型不純物濃度が、前記ゲート電極の下のn型不純物濃度よりも高く、
前記電子供給層において、前記ソース電極及び/又は前記ドレイン電極各々の下のn型不純物濃度が、前記ゲート電極の下のn型不純物濃度よりも高く、
前記電子供給層上において、前記ソース電極及び/又は前記ドレイン電極と前記電子供給層との間にコンタクト層が設けられている、
電界効果トランジスタ。
On the substrate, a laminate including a channel layer made of a nitride semiconductor and an electron supply layer made of a nitride semiconductor and located on the channel layer,
A field effect transistor comprising a source electrode, a drain electrode and a gate electrode on the surface of the laminate,
In the channel layer, an n-type impurity concentration under each of the source electrode and / or the drain electrode is higher than an n-type impurity concentration under the gate electrode,
Wherein the electron supply layer, the source electrode and / or the n-type impurity concentration under the drain electrode each, rather higher than the n-type impurity concentration beneath the gate electrode,
On the electron supply layer, a contact layer is provided between the source electrode and / or the drain electrode and the electron supply layer.
Field effect transistor.
請求項に記載の電界効果トランジスタであって、
前記電子供給層の一部に形成された溝に、前記ゲート電極が形成されている電界効果トランジスタ。
The field effect transistor according to claim 1 ,
A field effect transistor, wherein the gate electrode is formed in a groove formed in a part of the electron supply layer.
請求項に記載の電界効果トランジスタであって、
前記電子供給層と絶縁膜を有し、前記絶縁膜が前記ゲート電極と前記電子供給層の間にある電界効果トランジスタ。
The field effect transistor according to claim 1 ,
A field effect transistor comprising the electron supply layer and an insulating film, wherein the insulating film is between the gate electrode and the electron supply layer.
請求項に記載の電界効果トランジスタであって、
前記電子供給層の一部に形成された溝に前記絶縁膜と前記ゲート電極が形成されている電界効果トランジスタ。
The field effect transistor according to claim 3 ,
A field effect transistor, wherein the insulating film and the gate electrode are formed in a groove formed in a part of the electron supply layer.
請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の電界効果トランジスタであって、
前記電子供給層上にキャップ層を有する電界効果トランジスタ。
The field effect transistor according to any one of claims 1 to 4 ,
A field effect transistor having a cap layer on the electron supply layer.
電界効果トランジスタの製造方法であって、
基板上に、チャネル層を窒化物半導体で形成する工程と、
前記チャネル層上に分極電荷を生じる電子供給層を窒化物半導体で形成する工程と、
前記チャネル層及び前記電子供給層における、ソース電極及び/又はドレイン電極の下に対応する位置にn型不純物を添加する工程と、
前記n型不純物を活性化する工程と、
前記ソース電極及び前記ドレイン電極と前記電子供給層の間にコンタクト層を、前記n型不純物を有する窒化物半導体で形成する工程と、
を含む電界効果トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a field effect transistor, comprising:
Forming a channel layer of a nitride semiconductor on a substrate;
Forming an electron supply layer that generates polarization charges on the channel layer with a nitride semiconductor;
Adding an n-type impurity at a position corresponding to a position below the source electrode and / or drain electrode in the channel layer and the electron supply layer;
Activating the n-type impurity ;
Forming a contact layer between the source and drain electrodes and the electron supply layer with a nitride semiconductor having the n-type impurity;
A method of manufacturing a field effect transistor comprising:
請求項に記載の電界効果トランジスタの製造方法であって、
前記n型不純物を活性化する工程が900℃〜1400℃の高温熱処理である電界効果トランジスタの製造方法。
It is a manufacturing method of the field effect transistor according to claim 6 ,
A method of manufacturing a field effect transistor, wherein the step of activating the n-type impurity is high-temperature heat treatment at 900 ° C. to 1400 ° C.
請求項6または請求項7に記載の電界効果トランジスタの製造方法であって、
前記n型不純物を添加する工程と、
前記n型不純物を活性化する工程を同時に行う電界効果トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a field effect transistor according to claim 6 or 7 ,
Adding the n-type impurity;
A method of manufacturing a field effect transistor, wherein the step of activating the n-type impurity is performed simultaneously.
請求項6乃至請求項8のいずれかに記載の電界効果トランジスタの製造方法であって、
900℃〜1400℃の高温熱処理を行うことによって、前記コンタクト層が有するn型不純物を拡散させる工程を含む電界効果トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a field effect transistor according to any one of claims 6 to 8,
A method of manufacturing a field effect transistor including a step of diffusing an n-type impurity of the contact layer by performing a high-temperature heat treatment at 900 ° C. to 1400 ° C.
請求項6乃至請求項9のいずれかに記載の電界効果トランジスタの製造方法であって、
ゲート電極をマスクとして用いてイオン注入を行う工程を含む電界効果トランジスタの製造方法。
A method of manufacturing a field effect transistor according to any one of claims 6 to 9 ,
A method of manufacturing a field effect transistor including a step of performing ion implantation using a gate electrode as a mask.
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Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7419892B2 (en) 2005-12-13 2008-09-02 Cree, Inc. Semiconductor devices including implanted regions and protective layers and methods of forming the same
JP5117031B2 (en) * 2006-10-23 2013-01-09 株式会社豊田中央研究所 HEMT operating normally off
US8823057B2 (en) * 2006-11-06 2014-09-02 Cree, Inc. Semiconductor devices including implanted regions for providing low-resistance contact to buried layers and related devices
US7973304B2 (en) * 2007-02-06 2011-07-05 International Rectifier Corporation III-nitride semiconductor device
JP2008235347A (en) * 2007-03-16 2008-10-02 Sharp Corp Manufacturing process of recess gate type hfet
US8035130B2 (en) 2007-03-26 2011-10-11 Mitsubishi Electric Corporation Nitride semiconductor heterojunction field effect transistor having wide band gap barrier layer that includes high concentration impurity region
JP5341345B2 (en) * 2007-12-18 2013-11-13 日本電信電話株式会社 Nitride semiconductor heterostructure field effect transistor
JP2009152353A (en) * 2007-12-20 2009-07-09 Mitsubishi Electric Corp Hetero-junction field effect transistor and method of producing the same
JPWO2009104299A1 (en) * 2008-02-22 2011-06-16 住友電気工業株式会社 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP4532574B2 (en) * 2008-03-28 2010-08-25 古河電気工業株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
US9711633B2 (en) 2008-05-09 2017-07-18 Cree, Inc. Methods of forming group III-nitride semiconductor devices including implanting ions directly into source and drain regions and annealing to activate the implanted ions
JP2010010353A (en) * 2008-06-26 2010-01-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Field-effect transistor and its manufacturing method
JP5207874B2 (en) * 2008-08-08 2013-06-12 親夫 木村 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5737948B2 (en) * 2008-12-26 2015-06-17 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Heterojunction field effect transistor, method of manufacturing heterojunction field transistor, and electronic device
JP5442272B2 (en) * 2009-02-19 2014-03-12 日本電信電話株式会社 Field effect transistor and method of manufacturing field effect transistor
US8802516B2 (en) * 2010-01-27 2014-08-12 National Semiconductor Corporation Normally-off gallium nitride-based semiconductor devices
US20130099245A1 (en) * 2010-03-26 2013-04-25 Nec Corporation Field effect transistor, method for producing the same, and electronic device
US8921894B2 (en) 2010-03-26 2014-12-30 Nec Corporation Field effect transistor, method for producing the same, and electronic device
JP2012019069A (en) * 2010-07-08 2012-01-26 Toshiba Corp Field-effect transistor and method of manufacturing field-effect transistor
JP2012114320A (en) * 2010-11-26 2012-06-14 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Nitride semiconductor field effect transistor
JP5848680B2 (en) * 2011-11-22 2016-01-27 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
KR101303592B1 (en) * 2011-12-27 2013-09-11 전자부품연구원 Method for manufacturing nitride semiconductor device
JP2013197247A (en) * 2012-03-19 2013-09-30 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Field-effect transistor
JP5779284B2 (en) * 2012-09-28 2015-09-16 シャープ株式会社 Switching element
US9425276B2 (en) * 2013-01-21 2016-08-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. High electron mobility transistors
JP6200227B2 (en) * 2013-02-25 2017-09-20 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device
JP2014197644A (en) * 2013-03-29 2014-10-16 トランスフォーム・ジャパン株式会社 Compound semiconductor device and method of manufacturing the same
CN113889412B (en) * 2021-12-07 2022-02-22 浙江集迈科微电子有限公司 Ohmic contact GaN device and preparation method thereof

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60189268A (en) * 1984-03-08 1985-09-26 Fujitsu Ltd Semiconductor device
JP3478005B2 (en) * 1996-06-10 2003-12-10 ソニー株式会社 Method for etching nitride-based compound semiconductor and method for manufacturing semiconductor device
JP3758261B2 (en) * 1996-12-25 2006-03-22 株式会社村田製作所 Field effect transistor
JPH10335637A (en) * 1997-05-30 1998-12-18 Sony Corp Hetero-junction field effect transistor
JPH11224881A (en) * 1998-02-06 1999-08-17 Fujitsu Ltd Compound semiconductor device and its manufacture
JP3430206B2 (en) * 2000-06-16 2003-07-28 学校法人 名城大学 Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device
JP4186032B2 (en) * 2000-06-29 2008-11-26 日本電気株式会社 Semiconductor device
JP2003197642A (en) * 2001-12-25 2003-07-11 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and its manufacturing method
WO2003071607A1 (en) * 2002-02-21 2003-08-28 The Furukawa Electric Co., Ltd. GaN FIELD-EFFECT TRANSISTOR
JP3733420B2 (en) * 2002-03-01 2006-01-11 独立行政法人産業技術総合研究所 Heterojunction field effect transistor using nitride semiconductor material
JP3790500B2 (en) * 2002-07-16 2006-06-28 ユーディナデバイス株式会社 Field effect transistor and manufacturing method thereof
JP4546051B2 (en) * 2002-07-17 2010-09-15 パナソニック株式会社 Manufacturing method of semiconductor device
JP2004311869A (en) * 2003-04-10 2004-11-04 Mitsubishi Electric Corp Nitride semiconductor type field effect transistor and its manufacturing method
US7432142B2 (en) * 2004-05-20 2008-10-07 Cree, Inc. Methods of fabricating nitride-based transistors having regrown ohmic contact regions
JP2006134935A (en) * 2004-11-02 2006-05-25 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor apparatus and manufacturing method thereof

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