JP5582378B2 - Field effect semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、高電子移動度トランジスタ即ちHEMT( High Electron Mobility Transistor)、2次元電子キャリアガス層を電流通路とするダイオード、メタル・セミコンダクタ電界効果トランジスタ即ちMESFET(Metal Semiconductor Filed Effect Transistor)等の電界効果半導体装置及びその製造方法に関する。
The present invention relates to a field effect such as a high electron mobility transistor (HEMT), a diode having a two-dimensional electron carrier gas layer as a current path, a metal semiconductor field effect transistor (MESFET), or the like. The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

電界効果トランジスタの一種である従来のHEMTは、シリコン、サファイア等の基板の上にバッファ層を介して形成されたアンドープGaN等の窒化物半導体から成る電子走行層と、n型不純物がドープされた又はアンドープのAlGaN等の窒化物半導体から成る電子供給層又はバリア層と、電子供給層の上に形成されたソース電極とドレイン電極とゲート電極(ショットキー電極)とを有している。AlGaN等から成る電子供給層のバンドギャップはGaN等から成る電子走行層のバンドギャップよりも大きく、またAlGaN等から成る電子供給層の格子定数はGaN等から成る電子走行層の格子定数よりも小さい。電子走行層の上にこれよりも格子定数が小さい電子供給層を配置すると、電子供給層に伸張性歪み即ち引っ張り応力が生じ、ピエゾ分極する。電子供給層は自発分極もするので、ピエゾ分極と自発分極とに基づく電界の作用で電子走行層と電子供給層とのヘテロ接合面の近傍に周知の2次元電子ガス層即ち2DEG層が生じる。2DEG層は周知のようにドレイン電極とソース電極との間の電流通路(チャネル)として機能し、この電流通路を流れる電流はゲート電極に印加されるバイアス電圧で制御される。
A conventional HEMT, which is a kind of field effect transistor, has an electron transit layer made of a nitride semiconductor such as undoped GaN formed on a substrate such as silicon or sapphire via a buffer layer, and is doped with an n-type impurity. Or it has the electron supply layer or barrier layer which consists of nitride semiconductors, such as undoped AlGaN, and the source electrode, drain electrode, and gate electrode (Schottky electrode) which were formed on the electron supply layer. The band gap of the electron supply layer made of AlGaN or the like is larger than the band gap of the electron transit layer made of GaN or the like, and the lattice constant of the electron supply layer made of AlGaN or the like is smaller than the lattice constant of the electron transit layer made of GaN or the like. . When an electron supply layer having a smaller lattice constant than this is disposed on the electron transit layer, an extensible strain, that is, a tensile stress, is generated in the electron supply layer, resulting in piezoelectric polarization. Since the electron supply layer also spontaneously polarizes, a well-known two-dimensional electron gas layer, that is, a 2DEG layer is formed in the vicinity of the heterojunction surface between the electron transit layer and the electron supply layer by the action of an electric field based on piezo polarization and spontaneous polarization. As is well known, the 2DEG layer functions as a current path (channel) between the drain electrode and the source electrode, and the current flowing through the current path is controlled by a bias voltage applied to the gate electrode.

ところで、一般的な構成のHEMTは、ゲート電極にゲート制御電圧を印加しない状態(ノーマリ状態)でソース電極とドレイン電極との間に電流が流れる特性即ちノーマリオン(normally - on)特性を有する。ノーマリオン特性のHEMTをオフ状態に保つためにはゲート電極を負電位にするための負電源が必要になり、電気回路が必然的に高価になる。従って、従来のノーマリオン特性のHEMTの使い勝手は良くない。
By the way, a HEMT having a general configuration has a characteristic that a current flows between a source electrode and a drain electrode in a state where a gate control voltage is not applied to the gate electrode (normally state), that is, a normally-on characteristic. In order to keep the normally-on HEMT in an off state, a negative power source for setting the gate electrode to a negative potential is required, and the electric circuit is necessarily expensive. Therefore, the ease of use of a conventional normally-on HEMT is not good.

そこで、ノーマリオフ(normally - off)特性を有するヘテロ接合電界効果半導体装置の開発が進められている。ノーマリオフ特性を得るための代表的の方法として、電子供給層にリセス(凹部)を形成し、このリセスで薄くなった電子供給層の上にゲート電極を形成する方法が知られている。
Therefore, development of a heterojunction field effect semiconductor device having normally-off characteristics is underway. As a typical method for obtaining normally-off characteristics, a method is known in which a recess (recess) is formed in an electron supply layer, and a gate electrode is formed on the electron supply layer thinned by the recess.

上記の方法に従ってリセスによって電子供給層が部分的に薄くなると、電子供給層の薄くなった部分のピエゾ分極及び自発分極に基づく電界が弱くなる。このため、リセスのために弱くなった電子供給層のピエゾ分極及び自発分極に基づく電界が、ゲート電極と電子供給層との間のビルトインポテンシャル(built−in potential)、即ち、ゲート電極のバイアス電圧がゼロの状態におけるゲート電極と電子供給層との間の電位差によって打ち消され、電子走行層のゲート電極に対向する部分から2DEG層が消失する。この結果、ゲート電極にゲート制御電圧を加えない状態においてドレイン・ソース間がオフ状態になり、ノーマリオフ特性が得られる。
When the electron supply layer is partially thinned by the recess according to the above method, the electric field based on piezoelectric polarization and spontaneous polarization in the thinned portion of the electron supply layer is weakened. Therefore, the electric field based on the piezo polarization and spontaneous polarization of the electron supply layer weakened due to the recess is a built-in potential between the gate electrode and the electron supply layer, that is, the bias voltage of the gate electrode. Is canceled by the potential difference between the gate electrode and the electron supply layer in a state where the zero is zero, and the 2DEG layer disappears from the portion of the electron transit layer facing the gate electrode. As a result, the drain-source is turned off in a state where no gate control voltage is applied to the gate electrode, and a normally-off characteristic is obtained.

特開2005−183733号公報JP 2005-183733 A

しかしながら、上記の方法を用いた場合、以下のような問題点がある。

上記の方法に従うHEMTの閾値は例えば+1V以下のように比較的小さく、ノイズによって誤動作し易いという問題点、及びショットキー電極から成るゲート電極にプラスのゲート制御電圧が印加されると、比較的大きいリーク電流が流れるという問題点、電子供給層を薄くするためのドライエッチングによって電子走行層及び電子供給層の半導体結晶にダメージが生じ、HEMTの電気的特性が劣化する問題点、リセスの深さのバラツキによって閾値電圧が大きく変化するという問題点、及びゲート電極の下の電子供給層(バリア層)の薄い部分は、HEMTをオン状態(導通状態)にするための制御電圧がゲート電極に印加された時においても電子走行層に対して電子を供給する能力が低いため、ゲート電極に対向する電子走行層に電子濃度が十分に高い2DEG層を形成することができず、ドレイン電極とソース電極との間のオン抵抗が比較的高くなる。
However, when the above method is used, there are the following problems.

The threshold value of the HEMT according to the above method is relatively small, for example, +1 V or less, and is likely to malfunction due to noise, and is relatively large when a positive gate control voltage is applied to the gate electrode composed of a Schottky electrode. Problems such as leakage current flow, dry etching for thinning the electron supply layer causes damage to the electron transit layer and the semiconductor crystal of the electron supply layer, and deteriorates the electrical characteristics of the HEMT. In the problem that the threshold voltage changes greatly due to variations, and in the thin part of the electron supply layer (barrier layer) under the gate electrode, a control voltage for turning on the HEMT (conductive state) is applied to the gate electrode. Since the ability to supply electrons to the electron transit layer is low even when the Can not concentration to form a sufficiently high 2DEG layer, the ON resistance between the drain electrode and the source electrode is relatively high.

上述のHEMTと同様な問題は、2DEG層を利用したダイオード、及びHEMT以外の電界効果半導体装置(例えばMESFET)等においてもある。
The same problem as the above-described HEMT also exists in a diode using a 2DEG layer, a field effect semiconductor device (for example, MESFET) other than the HEMT, and the like.

従って、本発明が解決しようとする課題は、オン抵抗及びゲートリーク電流の小さいノーマリオフ型の電界効果半導体装置が要求されていることであり、本発明は上記要求に応えることができ、特性のばらつきが少ない電界効果半導体装置及びその製造方法を提供することである。
Therefore, the problem to be solved by the present invention is that a normally-off type field effect semiconductor device with small on-resistance and gate leakage current is required, and the present invention can meet the above-mentioned requirements and has variations in characteristics. It is an object to provide a field effect semiconductor device and a method for manufacturing the same.

上記の課題を解決するため、本発明の発明者らは、ゲート電極と電子供給層との間にp型金属酸化物半導体膜を配置した電界効果半導体装置及びその製造方法を開発した(特願2008−73603)。本発明は、この発見に基づいてなされたものである。
In order to solve the above problems, the inventors of the present invention have developed a field effect semiconductor device in which a p-type metal oxide semiconductor film is disposed between a gate electrode and an electron supply layer and a method for manufacturing the same (Japanese Patent Application). 2008-73603). The present invention has been made based on this discovery.

請求項1の発明に係る電界効果半導体装置は、

互いに対向する一方及び他方の主面と、

前記一方及び他方の主面間に配置された第1の半導体層(電子走行層)と、

前記第1の半導体層と前記一方の主面との間に配置され且つ前記第1の半導体層にヘテロ接合され且つ前記第1の半導体層よりも格子定数が小さい材料で形成された第2の半導体層と、

前記第2の半導体層と前記一方の主面との間に配置され且つ前記第2の半導体層に格子整合され且つ前記第1の半導体層よりも格子定数が小さい材料で形成された第3の半導体層と、

前記ヘテロ接合に基づいて前記第1の半導体層に形成される2次元キャリアガス層と、

を備える主半導体領域と、

前記主半導体領域の前記一方の主面上に配置され且つ前記第1の半導体層の前記2次元キャリアガス層に電気的に結合された第1の主電極と、

前記主半導体領域の前記一方の主面上に前記第1の主電極から離間して配置され且つ前記第1の半導体層の前記2次元キャリアガス層に電気的に結合された第2の主電極と、

前記主半導体領域の前記一方の主面上における前記第1の主電極と前記第2の主電極との間に配置され且つ前記第3の半導体層を貫通する凹部と、

前記凹部上に配置され且つ前記2次元キャリアガス層のキャリアを低減させる導電型を有している金属酸化物半導体膜と、

前記金属酸化物半導体膜上に配置されるゲート電極と、

を備えることを特徴とする。
The field effect semiconductor device according to the invention of claim 1 comprises:

One and the other main surfaces facing each other;

A first semiconductor layer (electron transit layer) disposed between the one and other main surfaces;

A second semiconductor layer disposed between the first semiconductor layer and the one main surface and heterojunction to the first semiconductor layer and formed of a material having a lattice constant smaller than that of the first semiconductor layer; A semiconductor layer;

A third semiconductor layer disposed between the second semiconductor layer and the one main surface, lattice-matched to the second semiconductor layer, and made of a material having a lattice constant smaller than that of the first semiconductor layer; A semiconductor layer;

A two-dimensional carrier gas layer formed in the first semiconductor layer based on the heterojunction;

A main semiconductor region comprising:

A first main electrode disposed on the one main surface of the main semiconductor region and electrically coupled to the two-dimensional carrier gas layer of the first semiconductor layer;

A second main electrode disposed on the one main surface of the main semiconductor region and spaced apart from the first main electrode and electrically coupled to the two-dimensional carrier gas layer of the first semiconductor layer When,

A recess disposed between the first main electrode and the second main electrode on the one main surface of the main semiconductor region and penetrating the third semiconductor layer;

A metal oxide semiconductor film disposed on the recess and having a conductivity type for reducing carriers in the two-dimensional carrier gas layer;

A gate electrode disposed on the metal oxide semiconductor film;

It is characterized by providing.

また、請求項4の発明に係る電界効果半導体装置の製造方法は、

互いに対向する一方及び他方の主面と、

前記一方及び他方の主面間に配置された第1の半導体層(電子走行層)と、

前記第1の半導体層と前記一方の主面との間に配置され且つ前記第1の半導体層にヘテロ接合され且つ前記第1の半導体層よりも格子定数が小さい材料で形成された第2の半導体層と、

前記第2の半導体層と前記一方の主面との間に配置され且つ前記第2の半導体層に格子整合され且つ前記第1の半導体層よりも格子定数が小さい材料で形成された第3の半導体層と、

前記ヘテロ接合に基づいて前記第1の半導体層に形成される2次元キャリアガス層と、

を備える主半導体領域と、

を有する電界効果半導体装置の製造方法であって、

前記第1の半導体層上に前記第2の半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、

前記第2の半導体層上に前記第3半導体層を選択的にエピタキシャル成長させる工程と、

を備えることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a field effect semiconductor device manufacturing method comprising:

One and the other main surfaces facing each other;

A first semiconductor layer (electron transit layer) disposed between the one and other main surfaces;

A second semiconductor layer disposed between the first semiconductor layer and the one main surface and heterojunction to the first semiconductor layer and formed of a material having a lattice constant smaller than that of the first semiconductor layer; A semiconductor layer;

A third semiconductor layer disposed between the second semiconductor layer and the one main surface, lattice-matched to the second semiconductor layer, and made of a material having a lattice constant smaller than that of the first semiconductor layer; A semiconductor layer;

A two-dimensional carrier gas layer formed in the first semiconductor layer based on the heterojunction;

A main semiconductor region comprising:

A method of manufacturing a field effect semiconductor device having:

Epitaxially growing the second semiconductor layer on the first semiconductor layer;

Selectively epitaxially growing the third semiconductor layer on the second semiconductor layer;

It is characterized by providing.

本発明の各請求項に係る発明によれば、オン抵抗及びゲートリーク電流の小さいノーマリオフ特性を有し、且つ特性のばらつきが少ない電界効果半導体装置を提供することができる。
According to the inventions according to the claims of the present invention, it is possible to provide a field effect semiconductor device having normally-off characteristics with small on-resistance and gate leakage current and little variation in characteristics.

本発明の実施例1のヘテロ接合型電界効果半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the heterojunction type field effect semiconductor device of Example 1 of this invention. 図1の実施例1のヘテロ接合型電界効果半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing method of the heterojunction field effect semiconductor device of Example 1 of FIG. 図1の実施例1のヘテロ接合型電界効果半導体装置、及び2つの比較例のエネルギー準位図である。FIG. 2 is an energy level diagram of the heterojunction field effect semiconductor device of Example 1 of FIG. 1 and two comparative examples. 本発明の実施例2のヘテロ接合型電界効果半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the heterojunction field effect semiconductor device of Example 2 of this invention. 本発明のヘテロ接合型電界効果半導体装置の変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the modification of the heterojunction field effect semiconductor device of this invention.

次に、図面を参照して本発明の実施形態に係るヘテロ接合型電界効果半導体装置及びその製造方法を説明する。
Next, a heterojunction field effect semiconductor device and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1に示す本発明の実施例1に従うヘテロ接合型電界効果半導体装置は、単結晶シリコン半導体から成る基板1と、この基板1の一方の主面1aの上にバッファ層2を介して順次に配置された第1の半導体層としての電子走行層4と第2の半導体層としての第1の電子供給層5aと第3の半導体層としての第2の電子供給層5bとから成る主半導体領域3と、主半導体領域3の上に配置された第1の主電極としてのソース電極6、第2の主電極としてのドレイン電極7及びゲート電極8と、主半導体領域3の上に配置されたシリコン酸化物から成る絶縁膜9a及び9bと、本発明に従うp型金属酸化物半導体膜10と、ゲートフィールドプレート11と、キャップ層12と、を備えている。このヘテロ接合型電界効果半導体装置は典型的なHEMTと異なる絶縁ゲート構造を有するが、典型的なHEMTと同様な原理で動作するので、HEMT又はHEMT型半導体装置と呼ぶこともできる。以下、図1の各部を詳しく説明する。
A heterojunction field effect semiconductor device according to a first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 includes a substrate 1 made of a single crystal silicon semiconductor and a buffer layer 2 on one main surface 1a of the substrate 1 sequentially. A main semiconductor region comprising an electron transit layer 4 as a first semiconductor layer, a first electron supply layer 5a as a second semiconductor layer, and a second electron supply layer 5b as a third semiconductor layer 3, the source electrode 6 as the first main electrode disposed on the main semiconductor region 3, the drain electrode 7 and the gate electrode 8 as the second main electrode, and the main semiconductor region 3. Insulating films 9a and 9b made of silicon oxide, a p-type metal oxide semiconductor film 10 according to the present invention, a gate field plate 11, and a cap layer 12 are provided. Although this heterojunction field effect semiconductor device has an insulated gate structure different from that of a typical HEMT, it operates on the same principle as that of a typical HEMT, and can also be called a HEMT or a HEMT type semiconductor device. Hereinafter, each part of FIG. 1 will be described in detail.

基板1は、一方の主面1aとこれに対向する他方の主面1bとを有し、且つバッファ層2及び主半導体領域3のための半導体材料をエピタキシャル成長させるための成長基板として機能し、且つこれ等を機械的に支持するための支持基板として機能する。本実施例では、コストの低減を図るために基板1がシリコンで形成されている。しかし、基板1をシリコン以外のシリコンカーバイト(SiC)等の半導体、又はサファイア、セラミック等の絶縁体で形成することもできる。
The substrate 1 has one main surface 1a and the other main surface 1b opposite thereto, and functions as a growth substrate for epitaxially growing semiconductor materials for the buffer layer 2 and the main semiconductor region 3, and It functions as a support substrate for supporting these mechanically. In this embodiment, the substrate 1 is made of silicon in order to reduce costs. However, the substrate 1 may be formed of a semiconductor such as silicon carbide (SiC) other than silicon, or an insulator such as sapphire or ceramic.

基板1の一方の主面1a上のバッファ層2は、周知のMOCVD法等のエピタキシャル成長法で形成されている。図1では、図示を簡略化するためにバッファ層2が1つの層で示されているが、実際には複数の層で形成されている。即ち、このバッファ層2は、AlN(窒化アルミニウム)から成る第1のサブレイヤ−(第1の副層)とGaN(窒化ガリウム)から成る第2のサブレイヤー(第2の副層)とが交互に積層された多層構造バッファである。なお、このバッファ層2はHEMTの動作に直接に関係していないので、これを省くこともできる。また、バッファ層2の半導体材料をAlN、GaN以外の窒化物半導体又は3−5族化合物半導体に置き換えること、又は単層構造のバッファ層にすることもできる。

The buffer layer 2 on one main surface 1a of the substrate 1 is formed by an epitaxial growth method such as a well-known MOCVD method. In FIG. 1, the buffer layer 2 is shown as a single layer for the sake of simplicity, but actually, it is formed of a plurality of layers. In other words, the buffer layer 2 has alternating first sublayers (first sublayer) made of AlN (aluminum nitride) and second sublayers (second sublayer) made of GaN (gallium nitride). Is a multi-layered buffer laminated on the substrate. Since the buffer layer 2 is not directly related to the operation of the HEMT, it can be omitted. Further, the semiconductor material of the buffer layer 2 can be replaced with a nitride semiconductor other than AlN or GaN or a Group 3-5 compound semiconductor, or a buffer layer having a single layer structure can be formed.

主半導体領域3は互いに対向する一方の主面13と他方の主面14とを有し、第1の半導体層としての電子走行層4は一方の主面14側に配置され、第2の半導体層としての第1の電子供給層5a及び第3の半導体層としての第2の電子供給層5bは電子走行層4と他方の主面13との間に配置されている。電子走行層4は、第1の窒化物半導体から成り、0.3〜10μmの厚さに形成されている。この電子走行層4は、この上の第1の電子供給層5aとのヘテロ接合面の近傍に電流通路(チャネル)として機能する2次元キャリアガス層としての2次元電子ガス層(2DEG層)を得るためのものであって、周知のMOCVD法でエピタキシャル成長されたアンドープGaN(窒化ガリウム)から成る。
The main semiconductor region 3 has one main surface 13 and the other main surface 14 facing each other, and the electron transit layer 4 as the first semiconductor layer is disposed on the one main surface 14 side, and the second semiconductor The first electron supply layer 5 a as a layer and the second electron supply layer 5 b as a third semiconductor layer are disposed between the electron transit layer 4 and the other main surface 13. The electron transit layer 4 is made of a first nitride semiconductor and has a thickness of 0.3 to 10 μm. The electron transit layer 4 has a two-dimensional electron gas layer (2DEG layer) as a two-dimensional carrier gas layer functioning as a current path (channel) in the vicinity of the heterojunction surface with the first electron supply layer 5a. It consists of undoped GaN (gallium nitride) epitaxially grown by a well-known MOCVD method.

なお、電子走行層4は、GaN以外の例えば
AlaInbGa1-a-bN,
ここで、aは0≦a<1、bは0≦b<1を満足する数値、
等の窒化物半導体、又は別の化合物半導体で形成することもできる。
Note that the electron transit layer 4 is made of, for example, AlaInbGa1-a-bN other than GaN,
Here, a is a numerical value satisfying 0 ≦ a <1, b is 0 ≦ b <1,
It can also be formed of a nitride semiconductor such as, or another compound semiconductor.

電子走行層4の上に形成された第1の電子供給層5aは、電子走行層4よりも大きいバンドギャップを有し且つ電子走行層4よりも小さい格子定数を有する第2の窒化物半導体によって0〜20nm、より好ましくは2〜15nm、最も好ましくは5〜10nm(例えば7nm)の厚さに形成されている。この実施例の第1の電子供給層5aは、周知のMOCVD法でエピタキシャル成長されたアンドープAl0.26Ga0.74Nから成る。なお、第1の電子供給層5aを、Al0.26Ga0.74N以外の例えば次式で示す窒化物半導体で形成することもできる。
AlxInyGa1-x-yN,
ここで、xは0<x<1、yは0≦y<1を満足する数値であり、xの好ましい値は0.1〜0.4である。
The first electron supply layer 5a formed on the electron transit layer 4 has a band gap larger than that of the electron transit layer 4 and a second nitride semiconductor having a lattice constant smaller than that of the electron transit layer 4. It is formed to a thickness of 0 to 20 nm, more preferably 2 to 15 nm, and most preferably 5 to 10 nm (for example, 7 nm). The first electron supply layer 5a of this embodiment is made of undoped Al0.26Ga0.74N epitaxially grown by a known MOCVD method. Note that the first electron supply layer 5a can be formed of a nitride semiconductor other than Al0.26Ga0.74N, for example, represented by the following formula.
AlxInyGa1-x-yN,
Here, x is a numerical value satisfying 0 <x <1, y is 0 ≦ y <1, and a preferable value of x is 0.1 to 0.4.

この第1の電子供給層5aを、アンドープのAlxInyGa1-x-yNで形成する代りに、n型(第1導電型)の不純物を添加したAlxInyGa1-x-yNから成る窒化物半導体、又は別の組成の窒化物半導体、又は別の化合物半導体で形成することもできる。
Instead of forming the first electron supply layer 5a with undoped AlxInyGa1-x-yN, a nitride semiconductor made of AlxInyGa1-x-yN doped with n-type (first conductivity type) impurities, or another It can also be formed of a nitride semiconductor having a composition or another compound semiconductor.

なお、第1の電子供給層5aは、上述のヘテロ接合に基づいて電子走行層4に2DEG層を生じるように形成しても良く、ヘテロ接合と格子整合(後述)との相乗作用に基づいて電子走行層4に2DEG層を生じるように形成しても良い。
The first electron supply layer 5a may be formed so as to generate a 2DEG layer in the electron transit layer 4 based on the above-described heterojunction, and based on the synergistic effect of the heterojunction and lattice matching (described later). A 2 DEG layer may be formed in the electron transit layer 4.

第1の電子供給層5aの上に形成された第2の電子供給層5bは、第1の電子供給層5aに格子整合するように形成され、電子走行層4よりも大きいバンドギャップを有し且つ電子走行層4よりも小さい格子定数を有する第3の窒化物半導体によって、好ましくは10〜50nm(例えば18nm)の厚さに形成されている。なお、第2の電子供給層5bは、第1の電子供給層5aと第2の電子供給層5bとの間の格子整合と、上記ヘテロ接合とに基づいて、電子供給層4に2DEGを生じさせ、或いは2DEGのキャリア濃度を高めることができる。そのため、第1の電子供給層5aと第1の電子供給層5bとを合わせて電子供給層と言うことができる。この実施例の第2の電子供給層5bは、周知のMOCVD法でエピタキシャル成長されたアンドープAl0.3Ga0.7Nから成る。なお、第2の電子供給層5bを、Al0.3Ga0.7N以外の例えば次式で示す窒化物半導体で形成することもできる。
AlxInyGa1-x-yN,
ここで、xは0<x<1、yは0≦y<1を満足する数値であり、xの好ましい値は0.2〜0.5である。
The second electron supply layer 5b formed on the first electron supply layer 5a is formed so as to lattice match with the first electron supply layer 5a, and has a larger band gap than the electron transit layer 4. The third nitride semiconductor having a lattice constant smaller than that of the electron transit layer 4 is preferably formed to a thickness of 10 to 50 nm (for example, 18 nm). The second electron supply layer 5b generates 2DEG in the electron supply layer 4 based on the lattice matching between the first electron supply layer 5a and the second electron supply layer 5b and the heterojunction. Alternatively, the carrier concentration of 2DEG can be increased. Therefore, the first electron supply layer 5a and the first electron supply layer 5b can be collectively referred to as an electron supply layer. The second electron supply layer 5b of this embodiment is made of undoped Al0.3Ga0.7N epitaxially grown by a known MOCVD method. Note that the second electron supply layer 5b can be formed of a nitride semiconductor other than Al0.3Ga0.7N, for example, represented by the following formula.
AlxInyGa1-x-yN,
Here, x is a numerical value satisfying 0 <x <1, y is 0 ≦ y <1, and a preferable value of x is 0.2 to 0.5.

第2の電子供給層5bの上に形成されたキャップ層12は、第2の電子供給層5bの表面準位を低減するために形成され、第3の窒化物半導体によって1〜150nm(例えば4nm)の厚さに形成されている。キャップ層12は、周知のMOCVD法でエピタキシャル成長されたアンドープGaNから成る。なお、キャップ層12にシリコンをドーピングしても良く、キャップ層12をGaN以外の例えば次式で示す窒化物半導体で形成することもできる。また、キャップ層12を省略することもできる。
AlxInyGa1-x-yN,
ここで、xは0≦x<1、yは0≦y<1を満足する数値であり、xの好ましい値は0〜0.5である。
The cap layer 12 formed on the second electron supply layer 5b is formed to reduce the surface level of the second electron supply layer 5b, and is 1 to 150 nm (for example, 4 nm) by the third nitride semiconductor. ). The cap layer 12 is made of undoped GaN epitaxially grown by a known MOCVD method. The cap layer 12 may be doped with silicon, and the cap layer 12 may be formed of a nitride semiconductor other than GaN, for example, represented by the following formula. Further, the cap layer 12 can be omitted.
AlxInyGa1-x-yN,
Here, x is a numerical value satisfying 0 ≦ x <1, y is satisfying 0 ≦ y <1, and a preferable value of x is 0 to 0.5.

主半導体領域3の一方の主面13にソース電極6及びドレイン電極7が配置され且つ凹部(リセス)15が設けられている。凹部15は、主半導体領域3の一方の主面13のソース電極6及びドレイン電極7との間に形成され、且つ底面16と対の側面17とを有し、且つ第2の電子供給層5bを貫通するように形成されている。即ち、凹部15の底面16は、第1の電子供給層5aの上面と接する。従って、凹部15の底面16と電子走行層4との間に第1の電子供給層5aが存在する。
A source electrode 6 and a drain electrode 7 are disposed on one main surface 13 of the main semiconductor region 3, and a recess 15 is provided. The recess 15 is formed between the source electrode 6 and the drain electrode 7 on one main surface 13 of the main semiconductor region 3, and has a bottom surface 16 and a pair of side surfaces 17, and the second electron supply layer 5 b. It is formed so as to penetrate. That is, the bottom surface 16 of the recess 15 is in contact with the top surface of the first electron supply layer 5a. Therefore, the first electron supply layer 5 a exists between the bottom surface 16 of the recess 15 and the electron transit layer 4.

シリコン酸化物から成る第1の絶縁膜9aは、主半導体領域3の一方の主面13即ち第2の電子供給層5bの一方の主面のソース電極6、ドレイン電極7及び凹部15が形成されている部分以外に配置されている。更に詳細には、シリコン酸化物から成る第1の絶縁膜9aは、SiOX(ここで、xは1〜2の数値を示し、好ましくは2である。)から成り、好ましくはプラズマCVD(化学気相成長法)によって、好ましくは300〜2000nm(例えば500nm)の厚さに形成され、圧縮応力即ち圧縮性歪み(例えば4.00×109dyn/cm2)を発生する性質を有し、2次元キャリアガス層のキャリア濃度を高めるために寄与する。即ち、シリコン酸化物から成る第1の絶縁膜9aの下にはAlGaNから成る電子供給層が配置されているので、シリコン酸化物から成る第1の絶縁膜9aの圧縮応力が作用すると、この反作用で電子供給層に伸張性歪み即ち引張り応力が生じ、電子供給層のピエゾ分極が強められ、2次元電子ガス層(2DEG層)における電子濃度が増大する。この電子濃度の増大はヘテロ接合型電界効果半導体装置のオン時におけるソース電極6とドレイン電極7との間の抵抗の低減に寄与する。シリコン酸化物から成る第1の絶縁膜9aは凹部15の中には配置されず、凹部15に対応した開口を有する。シリコン酸化物から成る第1の絶縁膜9aの開口の壁面即ち凹部15の入口に隣接している側面は5〜60度の傾斜を有している。
The first insulating film 9a made of silicon oxide has a source electrode 6, a drain electrode 7 and a recess 15 on one main surface 13 of the main semiconductor region 3, that is, one main surface of the second electron supply layer 5b. It is arranged other than the part that is. More specifically, the first insulating film 9a made of silicon oxide is made of SiOx (where x is a numerical value of 1 to 2 and preferably 2), preferably plasma CVD (chemical vapor). A two-dimensional carrier gas having a property of generating compressive stress, ie compressive strain (for example, 4.00 × 10 9 dyn / cm 2). Contributes to increasing the carrier concentration of the layer. That is, since an electron supply layer made of AlGaN is disposed under the first insulating film 9a made of silicon oxide, this reaction occurs when the compressive stress of the first insulating film 9a made of silicon oxide acts. As a result, extensible strain, that is, tensile stress, is generated in the electron supply layer, the piezoelectric polarization of the electron supply layer is strengthened, and the electron concentration in the two-dimensional electron gas layer (2DEG layer) increases. This increase in the electron concentration contributes to a reduction in resistance between the source electrode 6 and the drain electrode 7 when the heterojunction field effect semiconductor device is on. The first insulating film 9 a made of silicon oxide is not disposed in the recess 15 and has an opening corresponding to the recess 15. The wall surface of the opening of the first insulating film 9a made of silicon oxide, that is, the side surface adjacent to the entrance of the recess 15 has an inclination of 5 to 60 degrees.

シリコン酸化物から成る第2の絶縁膜9bは、第1の絶縁膜9aの上と凹部15の中に配置されている。更に詳細には、第2の絶縁膜9bは、主半導体領域3の表面4とゲート電極10との間に配置され、第1の絶縁膜9aと同様にSiOXから成り、好ましくは3〜200nm(例えば100nm)の厚さに形成される。第2の絶縁膜9bは、ゲートリーク電流の低減させるためのものであって、主半導体領域3の一方の主面13の凹部15において、p型金属酸化物半導体膜10と主半導体領域3の第1の電子供給層5aとの間に配置されている部分と、凹部15の側面17を通って第1の絶縁膜9aの上に延在している部分とを有する。
The second insulating film 9 b made of silicon oxide is disposed on the first insulating film 9 a and in the recess 15. More specifically, the second insulating film 9b is disposed between the surface 4 of the main semiconductor region 3 and the gate electrode 10, and is made of SiOx like the first insulating film 9a, preferably 3 to 200 nm ( For example, it is formed to a thickness of 100 nm. The second insulating film 9 b is for reducing the gate leakage current, and in the concave portion 15 on one main surface 13 of the main semiconductor region 3, the p-type metal oxide semiconductor film 10 and the main semiconductor region 3. It has a portion disposed between the first electron supply layer 5a and a portion extending on the first insulating film 9a through the side surface 17 of the recess 15.

なお、シリコン酸化物から成る第1の絶縁膜9a及び第2の絶縁膜9bを、スパッタリング等の別の方法で形成することもできる。しかし、主半導体領域3の一方の主面13の結晶ダメージを少なくし、表面準位(トラップ)を少なくし、電流コラプスを抑制するために、プラズマCVDが最も優れている。また、第1の絶縁膜9a及び第2の絶縁膜9bをシリコン酸化物以外の別な絶縁材料(例えば酸化ハフニウム或いはシリコン窒化物)等で形成することもできる。
Note that the first insulating film 9a and the second insulating film 9b made of silicon oxide can be formed by another method such as sputtering. However, plasma CVD is most excellent for reducing crystal damage on one main surface 13 of the main semiconductor region 3, reducing surface states (traps), and suppressing current collapse. Alternatively, the first insulating film 9a and the second insulating film 9b can be formed of another insulating material other than silicon oxide (for example, hafnium oxide or silicon nitride).

ソース電極6及びドレイン電極7は、主半導体領域3の一方の主面13即ち電子供給層5の一方の主面に例えばチタン(Ti)を所望の厚さ(例えば25nm)に蒸着し、続いてアルミニウム(Al)を所望の厚さ(例えば300nm)に蒸着し、その後フォトリソグラフイ技術で所望のパターンにすることによってそれぞれ形成されている。この実施例のソース電極6及びドレイン電極7は、チタン(Ti)とアルミニウム(Al)との積層体でそれぞれ形成されているが、これ以外の低抵抗性接触(オーミック接触)可能な金属で形成することもできる。なお、主半導体領域3の第1の電子供給層5aは極めて薄いので、この厚さ方向の抵抗は無視できるほど小さい。従って、ソース電極6及びドレイン電極7は、電流通路としての2DEG層(図示せず)に電気的に結合されている。
For the source electrode 6 and the drain electrode 7, for example, titanium (Ti) is vapor-deposited to a desired thickness (for example, 25 nm) on one main surface 13 of the main semiconductor region 3, that is, one main surface of the electron supply layer 5. Aluminum (Al) is deposited to a desired thickness (for example, 300 nm), and then formed into a desired pattern by photolithography. The source electrode 6 and the drain electrode 7 of this embodiment are each formed of a laminate of titanium (Ti) and aluminum (Al), but are formed of a metal capable of low resistance contact (ohmic contact) other than this. You can also Since the first electron supply layer 5a in the main semiconductor region 3 is extremely thin, the resistance in the thickness direction is negligibly small. Accordingly, the source electrode 6 and the drain electrode 7 are electrically coupled to a 2DEG layer (not shown) as a current path.

ゲート電極8はp型金属酸化物半導体膜10の上に被着された金属層から成り、凹部15の底面16に対してp型金属酸化物半導体膜10を介して対向している。この実施例のゲート電極8は、酸化ニッケル(NiOx)から成るp型金属酸化物半導体膜10の上に蒸着で形成された厚さ30nmのニッケル(Ni)層とその上に蒸着で形成された厚さ300nmの金(Au)層とから成る。酸化ニッケル(NiOx)から成るp型金属酸化物半導体膜10とニッケル(Ni)層と金(Au)層との組み合せによってはゲートリーク電流を良好に低減することができる。しかし、ゲート電極8を、ニッケル(Ni)層と金(Au)層とチタン層との多層膜、又はアルミニウム層、又導電性を有するポリシリコン層等で形成することもできる。
The gate electrode 8 is made of a metal layer deposited on the p-type metal oxide semiconductor film 10 and faces the bottom surface 16 of the recess 15 with the p-type metal oxide semiconductor film 10 interposed therebetween. The gate electrode 8 of this embodiment was formed by vapor deposition on a 30 nm thick nickel (Ni) layer formed by vapor deposition on a p-type metal oxide semiconductor film 10 made of nickel oxide (NiOx). It consists of a gold (Au) layer with a thickness of 300 nm. Depending on the combination of the p-type metal oxide semiconductor film 10 made of nickel oxide (NiOx), the nickel (Ni) layer, and the gold (Au) layer, the gate leakage current can be satisfactorily reduced. However, the gate electrode 8 can be formed of a multilayer film of a nickel (Ni) layer, a gold (Au) layer, and a titanium layer, an aluminum layer, a conductive polysilicon layer, or the like.

ゲートフィールドプレート11はゲート電極8に電気的に接続され且つゲート電極8と連続的に形成され、キャップ層12の表面にシリコン酸化物から成る第1の絶縁膜9a、第2の絶縁膜9b及びp型金属酸化物半導体膜10を介して対向している。シリコン酸化物から成る第1の絶縁膜9a及び第2の絶縁膜9bは5〜60度の傾斜側面を有するので、ゲートフィールドプレート11とキャップ層12との間隔は凹部15の底面16上のゲート電極8から離れるに従って徐々に増大している。これにより、ゲート電極8の端における電界集中の緩和を良好に達成できる。
The gate field plate 11 is electrically connected to the gate electrode 8 and is formed continuously with the gate electrode 8, and a first insulating film 9 a made of silicon oxide, a second insulating film 9 b, and the like are formed on the surface of the cap layer 12. It faces through the p-type metal oxide semiconductor film 10. Since the first insulating film 9a and the second insulating film 9b made of silicon oxide have inclined side surfaces of 5 to 60 degrees, the distance between the gate field plate 11 and the cap layer 12 is the gate on the bottom surface 16 of the recess 15. It gradually increases as the distance from the electrode 8 increases. Thereby, the relaxation of the electric field concentration at the end of the gate electrode 8 can be achieved satisfactorily.

本発明に従うp型金属酸化物半導体膜10は、凹部15の底面16、側面17及びシリコン酸化物から成る第1の絶縁膜9a及び第2の絶縁膜9bの一部を覆うように配置され、電子供給層よりも大きい抵抗率を有する金属酸化物半導体材料で形成され、好ましくは3〜1000nm、より好ましくは10〜500nmの厚さを有する。p型金属酸化物半導体膜10が3nmよりも薄くなると、ノーマリオフ特性が良好に得られなくなり、1000nmよりも厚くなると、ゲート電極8の制御によるターンオン特性が悪くなる。
The p-type metal oxide semiconductor film 10 according to the present invention is disposed so as to cover the bottom surface 16 and the side surface 17 of the recess 15 and part of the first insulating film 9a and the second insulating film 9b made of silicon oxide, It is formed of a metal oxide semiconductor material having a higher resistivity than the electron supply layer, and preferably has a thickness of 3 to 1000 nm, more preferably 10 to 500 nm. When the p-type metal oxide semiconductor film 10 is thinner than 3 nm, the normally-off characteristic cannot be obtained satisfactorily, and when it is thicker than 1000 nm, the turn-on characteristic by the control of the gate electrode 8 is deteriorated.

この実施例のp型金属酸化物半導体膜10はマグネトロンスパッタリングで形成された厚さ200nmの酸化ニッケル(NiOx、ここでxは任意の数値であり、例えば1である。)から成る。p型金属酸化物半導体膜10は、例えばマグネトロンスパッタにより形成され、マグネトロンスパッタリング装置内を、酸素を含む雰囲気(好ましくはアルゴンと酸素の混合ガス)とし、ニッケル酸化物(NiO)をスパッタリングすることによって得ることができる。酸素を含む雰囲気でニッケル酸化物をスパッタリングすると、正孔濃度の高いp型金属酸化物半導体膜10を容易に得ることができる。
The p-type metal oxide semiconductor film 10 of this embodiment is made of 200 nm thick nickel oxide (NiOx, where x is an arbitrary numerical value, for example, 1) formed by magnetron sputtering. The p-type metal oxide semiconductor film 10 is formed by, for example, magnetron sputtering, and the inside of the magnetron sputtering apparatus is set to an atmosphere containing oxygen (preferably a mixed gas of argon and oxygen), and nickel oxide (NiO) is sputtered. Can be obtained. When nickel oxide is sputtered in an atmosphere containing oxygen, the p-type metal oxide semiconductor film 10 having a high hole concentration can be easily obtained.

酸素を含む雰囲気でニッケル酸化物をスパッタリングすることによって形成されたp型金属酸化物半導体膜10は、従来のp型不純物が添加されたGaNよりも高い正孔濃度を有し、且つ比較的大きい抵抗率を有する。従って、p型金属酸化物半導体膜10は、ゲート電極8の下のポテンシャルを比較的高く引き上げて電子走行層4のゲート電極8の下の部分に2次元電子ガス層が形成されることを阻止する。或いは、p型金属酸化物半導体膜10は、HEMTのゲート閾値をより高くすることができる。これにより、良好なノーマリオフ特性を有するヘテロ接合型電界効果半導体装置が得られる。また、p型金属酸化物半導体膜10はHEMTの動作時にゲートリーク電流(漏れ電流)の低減に寄与する。
A p-type metal oxide semiconductor film 10 formed by sputtering nickel oxide in an oxygen-containing atmosphere has a higher hole concentration than GaN to which a conventional p-type impurity is added and is relatively large. Has resistivity. Therefore, the p-type metal oxide semiconductor film 10 raises the potential under the gate electrode 8 relatively high to prevent the two-dimensional electron gas layer from being formed in the portion of the electron transit layer 4 below the gate electrode 8. To do. Alternatively, the p-type metal oxide semiconductor film 10 can further increase the HEMT gate threshold. As a result, a heterojunction field effect semiconductor device having good normally-off characteristics can be obtained. The p-type metal oxide semiconductor film 10 contributes to a reduction in gate leakage current (leakage current) during the operation of the HEMT.

図2は、本発明の実施例1に従うヘテロ接合型電界効果半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
FIG. 2 is a process cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the heterojunction field effect semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

まず、図2(A)に示すように、Si、SiC、サファイア又はセラミック等から成る基板1を準備し、基板1の上にバッファ層2、電子走行層4及び第1の電子供給層5を順次エピタキシャル成長させる。
First, as shown in FIG. 2A, a substrate 1 made of Si, SiC, sapphire, ceramic, or the like is prepared, and a buffer layer 2, an electron transit layer 4 and a first electron supply layer 5 are formed on the substrate 1. Sequentially epitaxially grow.

次に、図2(B)に示すように、第1の電子供給層5aの上に形成した酸化膜をフォトリソ工程によりパターニングし、マスク20を形成する。マスク20は、ソース電極6、ドレイン電極7及びゲート電極8(凹部15)を形成する箇所に形成される。
Next, as shown in FIG. 2B, the oxide film formed on the first electron supply layer 5a is patterned by a photolithography process to form a mask 20. The mask 20 is formed at a location where the source electrode 6, the drain electrode 7 and the gate electrode 8 (recess 15) are to be formed.

次に、図2(C)に示すように、第1の電子供給層5aの上に、第2の電子供給層5b及びキャップ層12を順次エピタキシャル成長させる。第2の電子供給層5bとキャップ層12とは、マスク20によって第1の電子供給層5aの全面には形成されないため、この工程を選択的エピタキシャル成長工程と言うことができる。
Next, as shown in FIG. 2C, the second electron supply layer 5b and the cap layer 12 are sequentially epitaxially grown on the first electron supply layer 5a. Since the second electron supply layer 5b and the cap layer 12 are not formed on the entire surface of the first electron supply layer 5a by the mask 20, this process can be called a selective epitaxial growth process.

次に、図2(D)に示すように、周知のウェットエッチングによりマスク20を除去した後、オーミック電極を全面に蒸着し、フォトリソ工程によるパターニングを行い、ソース電極6及びドレイン電極7を形成する。
Next, as shown in FIG. 2D, after removing the mask 20 by well-known wet etching, an ohmic electrode is deposited on the entire surface, and patterning is performed by a photolithography process to form the source electrode 6 and the drain electrode 7. .

次に、図2(E)に示すように、第1の絶縁膜9aを全面に成膜し、フォトリソ工程を経て、ゲート電極8を形成する凹部15周辺の第1の絶縁膜9aを開口する。
Next, as shown in FIG. 2E, a first insulating film 9a is formed on the entire surface, and the first insulating film 9a around the recess 15 where the gate electrode 8 is formed is opened through a photolithography process. .

次に、図2(F)に示すように、アニール工程によりソース電極6及びドレイン電極7を第1の電子供給層5aにオーミック接続させた後、第2の絶縁膜9bを全面に成膜する。
Next, as shown in FIG. 2F, after the source electrode 6 and the drain electrode 7 are ohmically connected to the first electron supply layer 5a by an annealing process, a second insulating film 9b is formed on the entire surface. .

次に、図2(G)に示すように、酸素を含む雰囲気中でマグネトロンスパッタを行い、フォトリソ工程によるパターニングを行い、p型金属酸化物半導体膜10を形成する。
Next, as shown in FIG. 2G, magnetron sputtering is performed in an atmosphere containing oxygen, and patterning is performed by a photolithography process to form a p-type metal oxide semiconductor film 10.

次に、図2(H)に示すように、Ni及びAuを全面に蒸着し、フォトリソ工程によるパターニングを行い、ゲート電極8及びゲートフィールドプレート11を形成する。
Next, as shown in FIG. 2H, Ni and Au are vapor-deposited on the entire surface, and patterning is performed by a photolithography process to form the gate electrode 8 and the gate field plate 11.

この実施例では、p型金属酸化物半導体膜10のパターニングがゲートフィールドプレート11及びゲート電極8のパターニングと別工程で行われているが、これらを同時にパターニングすることもできる。
In this embodiment, the patterning of the p-type metal oxide semiconductor film 10 is performed in a separate process from the patterning of the gate field plate 11 and the gate electrode 8, but these can also be patterned at the same time.

本発明の実施例1に従うヘテロ接合型電界効果半導体装置の製造方法は、第2の電子供給層5bを選択的エピタキシャル成長によって形成しているため、電子供給層を薄くして凹部15を形成するためのドライエッチング工程を必要としない。従って、第1の電子供給層5aにエッチングダメージが生じることを抑制でき、また、電子走行層4と凹部15との間に存在する電子供給層の厚さの制御が容易である。
In the method of manufacturing the heterojunction field effect semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, since the second electron supply layer 5b is formed by selective epitaxial growth, the electron supply layer is thinned to form the recess 15. This dry etching process is not required. Therefore, it is possible to suppress the etching damage to the first electron supply layer 5a, and it is easy to control the thickness of the electron supply layer existing between the electron transit layer 4 and the recess 15.

p型金属酸化物半導体膜10を上記酸化ニッケルで形成する代わりに、酸化鉄(FeOx、ここでxは任意の数値であり、例えば2である。)、酸化コバルト(CoOx、ここでxは任意の数値であり、例えば2である。)、酸化マンガン(MnOx、ここでxは任意の数値であり、例えば1である。),及び酸化銅(CuOx、ここでxは任意の数値であり、例えば1である。)から選択された少なくとも1つで形成することもできる。酸化ニッケル以外の金属酸化物から成るp型金属酸化物半導体膜も、酸素を含む雰囲気で金属材料をスパッタリングすることによって形成することが望ましい。
Instead of forming the p-type metal oxide semiconductor film 10 with the nickel oxide, iron oxide (FeOx, where x is an arbitrary numerical value, for example, 2), cobalt oxide (CoOx, where x is arbitrary) For example, 2), manganese oxide (MnOx, where x is an arbitrary numerical value, for example, 1), and copper oxide (CuOx, where x is an arbitrary numerical value) For example, it can be formed by at least one selected from 1. The p-type metal oxide semiconductor film made of a metal oxide other than nickel oxide is also preferably formed by sputtering a metal material in an atmosphere containing oxygen.

なお、p型金属酸化物半導体膜10を、酸素を含む雰囲気での金属材料のスパッタリングによって形成する代わりに、スパッタリング等で金属膜を形成し、しかる後金属膜を酸化することで形成することもできる。
The p-type metal oxide semiconductor film 10 may be formed by forming a metal film by sputtering or the like and then oxidizing the metal film instead of forming the metal material by sputtering in an atmosphere containing oxygen. it can.

また、p型金属酸化物半導体膜10を、上記マグネトロンスパッタ以外に反応性スパッタによって形成することもでき、周知の分子線エピタキシー(MBE)法、パルスレーザ堆積(PLD)法といった物理的蒸着法、或いは周知のMOCVD法等の化学的蒸着法によって成長させることもできる。
Further, the p-type metal oxide semiconductor film 10 can be formed by reactive sputtering in addition to the magnetron sputtering, and a physical vapor deposition method such as a well-known molecular beam epitaxy (MBE) method or a pulsed laser deposition (PLD) method, Alternatively, it can be grown by a chemical vapor deposition method such as a well-known MOCVD method.

例えば、マグネトロンスパッタ法を用いれば、p型金属酸化物半導体膜10を高成膜速度で形成することができる。また、金属酸化物をターゲットとしてp型金属酸化物半導体膜10を形成する場合、反応性スパッタ、ECRスパッタ又はレーザ部レーション等の物理的蒸着法を用いれば、膜組成を均一化することができる。また、MBE法又はPLD法を用いれば、成膜速度が遅くなる一方で、膜組成に加え膜厚を均一化することができる。また、MOCVD法を用いれば、p型金属酸化物半導体膜10を高成膜速度で形成することができ、凹部15のような凹凸面においても膜厚を均一化することができる。以上のように、本発明におけるp型金属酸化物半導体膜10は、物理的或いは化学的いずれの蒸着法を用いても形成することができる。
For example, if the magnetron sputtering method is used, the p-type metal oxide semiconductor film 10 can be formed at a high deposition rate. Further, when the p-type metal oxide semiconductor film 10 is formed using a metal oxide as a target, the film composition can be made uniform by using a physical vapor deposition method such as reactive sputtering, ECR sputtering, or laser fractionation. . In addition, when the MBE method or the PLD method is used, the film formation rate becomes slow, while the film thickness can be made uniform in addition to the film composition. If the MOCVD method is used, the p-type metal oxide semiconductor film 10 can be formed at a high deposition rate, and the film thickness can be made uniform even on the uneven surface such as the recess 15. As described above, the p-type metal oxide semiconductor film 10 in the present invention can be formed by using any physical or chemical vapor deposition method.

また、p型金属酸化物半導体膜10のp型特性を強めるために、p型金属酸化物半導体膜10に熱処理を施すこと、又はオゾンアッシング(ozone ashing)処理を施すこと、又はO2(酸素)アッシング処理を施すこと、或いはp型金属酸化物半導体膜10にO2をイオン注入し、活性化させることができる。
Further, in order to enhance the p-type characteristics of the p-type metal oxide semiconductor film 10, the p-type metal oxide semiconductor film 10 is subjected to heat treatment, ozone ashing treatment, or O2 (oxygen). It can be activated by performing ashing treatment or by ion-implanting O 2 into the p-type metal oxide semiconductor film 10.

図1のヘテロ接合型電界効果半導体装置において、ゲート電極8にゲート制御電圧が印加されていないノーマリ時(ゲート電圧がゼロの時)には、たとえドレイン電極7の電位がソース電極6の電位よりも高くても、ゲート電極8に対応して凹部15が設けられ、電子供給層がゲート電極8の下で薄くなり、且つp型金属酸化物半導体膜10がゲート電極8と第1の電子供給層5aとの間に配置されているので、ゲート電極8の下の電子走行層4に2DEG層が形成されず、2DEG層が分断され、ソース電極6とドレイン電極7との間はオフ状態になる。
In the heterojunction field effect semiconductor device of FIG. 1, when the gate control voltage is not applied to the gate electrode 8 (when the gate voltage is zero), even if the potential of the drain electrode 7 is higher than the potential of the source electrode 6. At most, a recess 15 is provided corresponding to the gate electrode 8, the electron supply layer is thinned under the gate electrode 8, and the p-type metal oxide semiconductor film 10 is connected to the gate electrode 8 and the first electron supply. Since the 2DEG layer is not formed in the electron transit layer 4 below the gate electrode 8, the 2DEG layer is divided, and the source electrode 6 and the drain electrode 7 are turned off. Become.

図3(A)は図1のヘテロ接合型電界効果半導体装置の凹部のエネルギー準位図、図3(B)は従来のショットキーゲート構造のHEMT(以下比較例1と言う。)のエネルギー準位図、図3(C)はゲート電極直下の電子供給層を薄く加工した従来のショットキーゲート構造のHEMTつまり図1からp型金属酸化物半導体膜10を除去した構造のHEMT(以下比較例2と言う。)のエネルギー準位図を示す。これ等の図でEFはフェルミ準位を示し、ECは伝導帯と禁止帯との境界レベルを示す。また、Niはゲート電極8、NiOはp型金属酸化物半導体膜10、図3(A)及び(C)のAlGaNは第1の電子供給層5a、図3(B)のAlGaNは第1の電子供給層5a及び第2の電子供給層5b、GaNは電子走行層4を示す。
3A is an energy level diagram of a recess of the heterojunction field effect semiconductor device of FIG. 1, and FIG. 3B is an energy level of a conventional Schottky gate structure HEMT (hereinafter referred to as Comparative Example 1). FIG. 3C is a HEMT having a conventional Schottky gate structure in which the electron supply layer immediately below the gate electrode is thinly processed, that is, a HEMT having a structure in which the p-type metal oxide semiconductor film 10 is removed from FIG. 2) is shown. In these figures, EF represents the Fermi level, and EC represents the boundary level between the conduction band and the forbidden band. Further, Ni is the gate electrode 8, NiO is the p-type metal oxide semiconductor film 10, AlGaN in FIGS. 3A and 3C is the first electron supply layer 5a, and AlGaN in FIG. The electron supply layer 5 a, the second electron supply layer 5 b, and GaN indicate the electron transit layer 4.

図1のヘテロ接合型電界効果半導体装置においては、ゲート電極8の下の第1の電子供給層5aは10nm以下と薄いので、図3(C)と同様にゲート電極8の下の第1の電子供給層5aに格子緩和が生じ、ピエゾ分極に起因する電荷が低減すると共にバルクの特性が薄れて自発分極に起因する電荷も低減する。第1の電子供給層5aにおけるこれ等の電荷の低減はフェルミレベルの低下をもたらし、ゲート電極8の下のポテンシャルが相対的に上昇する。更に、p型金属酸化物半導体膜10が設けられているので、ゲート電極8の下のポテンシャルが図3(A)に示すように引き上げられる。この結果、電子走行層4のゲート電極8に対向する部分に2次元キャリアガス層が形成されず、ノーマリオフ特性を有するヘテロ接合型電界効果半導体装置が得られる。換言すれば、ノーマリ時において、凹部(リセス)15の下の第1の電子供給層5aの分極が、p型金属酸化物半導体膜10によって打ち消され、電子走行層4のゲート電極8に対向する部分に2次元キャリアガス層が形成されない。
In the heterojunction field effect semiconductor device of FIG. 1, since the first electron supply layer 5a under the gate electrode 8 is as thin as 10 nm or less, the first electron supply layer 5a under the gate electrode 8 is thin as in FIG. Lattice relaxation occurs in the electron supply layer 5a, the charge due to piezo polarization is reduced, and the bulk characteristics are diminished to reduce the charge due to spontaneous polarization. The reduction of these charges in the first electron supply layer 5a results in a decrease in Fermi level, and the potential under the gate electrode 8 is relatively increased. Further, since the p-type metal oxide semiconductor film 10 is provided, the potential under the gate electrode 8 is raised as shown in FIG. As a result, a two-dimensional carrier gas layer is not formed in the portion of the electron transit layer 4 facing the gate electrode 8, and a heterojunction field effect semiconductor device having normally-off characteristics is obtained. In other words, at the normal time, the polarization of the first electron supply layer 5 a under the recess 15 is canceled by the p-type metal oxide semiconductor film 10 and faces the gate electrode 8 of the electron transit layer 4. A two-dimensional carrier gas layer is not formed in the portion.

ドレイン電極7の電位がソース電極6の電位よりも高い状態で、ゲート電極8とソース電極6との間に所定の閾値電圧よりも高い正のゲート制御電圧を印加すると、電子走行層4のゲート電極8に対向する部分にチャネル(電流通路)が形成される。即ち、ゲート電極8に正のゲート制御電圧が印加されると、p型金属酸化物半導体膜10に分極が生じ、p型金属酸化物半導体膜10の第1の電子供給層5a側に正孔が集まり、電子走行層4の第1の電子供給層5aに接する側に電子が誘起され、チャネルが形成される。これにより、ソース電極6とドレイン電極7との間がオン状態になり、電子がソース電極6、第2の電子供給層5b、第1の電子供給層5a、2DEG層、チャネル、2DEG層、第1の電子供給層5a、及びドレイン電極7の経路で流れる。周知のように第1の電子供給層5aは極く薄いので、この厚さ方向には電子がトンネル効果で通過する。
When a positive gate control voltage higher than a predetermined threshold voltage is applied between the gate electrode 8 and the source electrode 6 in a state where the potential of the drain electrode 7 is higher than the potential of the source electrode 6, the gate of the electron transit layer 4 A channel (current passage) is formed in a portion facing the electrode 8. That is, when a positive gate control voltage is applied to the gate electrode 8, polarization occurs in the p-type metal oxide semiconductor film 10, and holes are formed on the first electron supply layer 5a side of the p-type metal oxide semiconductor film 10. Are collected and electrons are induced on the side of the electron transit layer 4 in contact with the first electron supply layer 5a to form a channel. As a result, the source electrode 6 and the drain electrode 7 are turned on, and electrons are supplied to the source electrode 6, the second electron supply layer 5b, the first electron supply layer 5a, the 2DEG layer, the channel, the 2DEG layer, the second 1 flows through the path of the electron supply layer 5 a and the drain electrode 7. As is well known, since the first electron supply layer 5a is extremely thin, electrons pass through the tunneling effect in the thickness direction.

p型金属酸化物半導体膜10は絶縁物と見なすこともできるものであり、従来のp型GaN等よりも大きい抵抗率を有する。このため、ノーマリオフ時にゲート電極8を通る電流を大幅に制限する。p型金属酸化物半導体膜10及び第2の絶縁膜9bを設けない従来のHEMTのドレイン・ソース間電圧が300Vの時のゲートリーク電流は約1×10-5(A/mm)であるのに対し、p型金属酸化物半導体膜10を設け、第2の絶縁膜9bを設けない場合のドレイン・ソース間電圧が300Vの時のゲートリーク電流は約1×10-9(A/mm)であった。また、図1のようにp型金属酸化物半導体膜10及び第2の絶縁膜9bを設けた場合のドレイン・ソース間電圧が300Vの時のゲートリーク電流は約0.7×10-9(A/mm)であった。これから明らかなようにp型金属酸化物半導体膜10を設けると、ノーマリオフ特性が改善されるのみでなく、ゲートリーク電流も低減される。また第2の絶縁膜9bを設けると、ゲートリーク電流が更に低減される。
The p-type metal oxide semiconductor film 10 can also be regarded as an insulator, and has a higher resistivity than conventional p-type GaN or the like. For this reason, the current passing through the gate electrode 8 at the time of normally-off is greatly limited. The gate leakage current is about 1 × 10 −5 (A / mm) when the drain-source voltage of the conventional HEMT without the p-type metal oxide semiconductor film 10 and the second insulating film 9b is 300V. On the other hand, when the p-type metal oxide semiconductor film 10 is provided and the second insulating film 9b is not provided, the gate leakage current when the drain-source voltage is 300 V is about 1 × 10 −9 (A / mm). Met. Further, when the p-type metal oxide semiconductor film 10 and the second insulating film 9b are provided as shown in FIG. 1, the gate leakage current when the drain-source voltage is 300 V is about 0.7 × 10 −9 ( A / mm). As is apparent from the above, when the p-type metal oxide semiconductor film 10 is provided, not only the normally-off characteristics are improved, but also the gate leakage current is reduced. Further, when the second insulating film 9b is provided, the gate leakage current is further reduced.

図1の実施例1のヘテロ接合型電界効果半導体装置は次の効果を有する。
(1)酸素を含む雰囲気でスパッタリング(マグネトロンスパッタ又は反応性スパッタ)によって形成されたp型金属酸化物半導体膜10は、従来のp型不純物が添加されたGaNよりも高い正孔濃度を有する。この高い正孔濃度を有するp型金属酸化物半導体膜10は、ゲート電極8の下のポテンシャルを良好に引き上げ、ノーマリ時にゲート電極8の下の電子走行層4に2次元電子ガス層が形成されることを良好に抑制する。これにより、良好なノーマリオフ特性を有するヘテロ接合型電界効果半導体装置が得られる。
(2)p型金属酸化物半導体膜10は比較的高い抵抗率(絶縁性)を有し、且つ比較的厚く(例えば10〜500nm)形成されている。このため、ヘテロ接合型電界効果半導体装置の動作時におけるゲートリーク電流が低減し、ヘテロ接合型電界効果半導体装置の耐圧が向上し、信頼性が向上する。なお、p型金属酸化物半導体膜10を比較的厚く形成しても閾値電圧が負側にシフトすることはない。特に、p型金属酸化物半導体膜10が酸化ニッケル(NiOx)から成り、ゲート電極8がニッケル(Ni)層と金(Au)層とから成る場合に、ゲートリーク電流の低減効果が良好に得られる。
(3)選択的エピタキシャル成長を行うためのマスク20はウェットエッチングにより除去する。このウェットエッチングによって第1の電子供給層5aに生じるダメージは、ドライエッチングによるダメージと比べて無視できるほど少ないため、電気的特性の劣化が少ないヘテロ接合型電界効果半導体装置を得ることができる。
(4)選択的エピタキシャル成長によって第1の電子供給層5aを形成することで、ドライエッチングによる制御に比べて、電子供給層5aの厚さを高精度に制御することができる。そのため、電気的特性のばらつきが少ないヘテロ接合型電界効果半導体装置を得ることができる。
(5)ゲート電極8と主半導体領域3との間に、p型金属酸化物半導体膜12よりも高い抵抗率を有する第2の絶縁膜9bを有するので、ゲートリーク電流が大幅に低減する。また、この第2の絶縁膜9bは、第1の第1の電子供給層5aを覆っているので、第1の電子供給層5aの表面が安定化し、電流コラプスの低減を図ることができる。
(6)p型金属酸化物半導体膜10に熱処理を施すこと、又はオゾンアッシング(ozone ashing)処理を施すこと、又はO2(酸素)アッシング処理を施すこと、或いはp型金属酸化物半導体膜10にO2をイオン注入し、活性化させることによって、p型金属酸化物半導体膜10のp型特性(正孔濃度)を容易に強めることができる。そのため、p型金属酸化物半導体膜10が、ゲート電極8の下のポテンシャルを引き上げる効果が強くなり、比較的大きな閾値電圧を有する電界効果半導体装置を得ることができる。
The heterojunction field effect semiconductor device of Example 1 of FIG. 1 has the following effects.
(1) The p-type metal oxide semiconductor film 10 formed by sputtering (magnetron sputtering or reactive sputtering) in an atmosphere containing oxygen has a higher hole concentration than GaN to which a conventional p-type impurity is added. The p-type metal oxide semiconductor film 10 having a high hole concentration pulls up the potential under the gate electrode 8 well, and a two-dimensional electron gas layer is formed in the electron transit layer 4 under the gate electrode 8 during normal operation. Is well suppressed. As a result, a heterojunction field effect semiconductor device having good normally-off characteristics can be obtained.
(2) The p-type metal oxide semiconductor film 10 has a relatively high resistivity (insulating property) and is formed relatively thick (for example, 10 to 500 nm). Therefore, the gate leakage current during the operation of the heterojunction field effect semiconductor device is reduced, the breakdown voltage of the heterojunction field effect semiconductor device is improved, and the reliability is improved. Note that the threshold voltage does not shift to the negative side even if the p-type metal oxide semiconductor film 10 is formed relatively thick. In particular, when the p-type metal oxide semiconductor film 10 is made of nickel oxide (NiOx) and the gate electrode 8 is made of a nickel (Ni) layer and a gold (Au) layer, the effect of reducing the gate leakage current is excellent. It is done.
(3) The mask 20 for performing selective epitaxial growth is removed by wet etching. Since the damage caused to the first electron supply layer 5a by this wet etching is negligibly small compared to the damage by dry etching, a heterojunction field effect semiconductor device with little deterioration in electrical characteristics can be obtained.
(4) By forming the first electron supply layer 5a by selective epitaxial growth, it is possible to control the thickness of the electron supply layer 5a with high accuracy as compared with control by dry etching. Therefore, a heterojunction field effect semiconductor device with little variation in electrical characteristics can be obtained.
(5) Since the second insulating film 9b having a higher resistivity than the p-type metal oxide semiconductor film 12 is provided between the gate electrode 8 and the main semiconductor region 3, the gate leakage current is significantly reduced. In addition, since the second insulating film 9b covers the first first electron supply layer 5a, the surface of the first electron supply layer 5a is stabilized, and current collapse can be reduced.
(6) The p-type metal oxide semiconductor film 10 is subjected to a heat treatment, an ozone ashing process, an O2 (oxygen) ashing process, or the p-type metal oxide semiconductor film 10 By ion-implanting and activating O2, the p-type characteristics (hole concentration) of the p-type metal oxide semiconductor film 10 can be easily enhanced. Therefore, the effect that the p-type metal oxide semiconductor film 10 raises the potential below the gate electrode 8 becomes strong, and a field effect semiconductor device having a relatively large threshold voltage can be obtained.

図4に示す実施例2に従うヘテロ接合型電界効果半導体装置は、変形された第2の絶縁膜9cを有する他は図1のヘテロ接合型電界効果半導体装置と実質的に同一に形成されている。変形された第2の絶縁膜9cは、凹部15の中においては図1の第2の絶縁膜9cと同一に配置されているが、凹部15の外においては第1の絶縁膜9aの下に配置されている。第1の絶縁膜9a及び第2の絶縁膜9cは共にシリコン酸化物から成るので、図4の第1の絶縁膜9aと第2の絶縁膜9cとの積層部分は、図1の第1の絶縁膜9a及び第2の絶縁膜9bとの積層部分と同様に機能する。
The heterojunction field effect semiconductor device according to the second embodiment shown in FIG. 4 is formed substantially the same as the heterojunction field effect semiconductor device of FIG. 1 except that it has a modified second insulating film 9c. . The deformed second insulating film 9c is arranged in the same manner as the second insulating film 9c in FIG. 1 in the recess 15, but outside the recess 15 below the first insulating film 9a. Has been placed. Since both the first insulating film 9a and the second insulating film 9c are made of silicon oxide, the laminated portion of the first insulating film 9a and the second insulating film 9c in FIG. It functions in the same manner as the laminated portion of the insulating film 9a and the second insulating film 9b.

この実施例2のヘテロ接合型電界効果半導体装置は、実施例1のヘテロ接合型電界効果半導体装置と同一の基本構造を有するので、実施例1と同一の効果を有する。
Since the heterojunction field effect semiconductor device of the second embodiment has the same basic structure as the heterojunction field effect semiconductor device of the first embodiment, it has the same effects as the first embodiment.

以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、各実施例或いは各変形例の組合せが可能である。例えば、図5(A)に示すように第2の絶縁膜9bをp型金属酸化物半導体膜10の下のみに形成しても良く、図5(B)に示すように第2の絶縁膜9bを形成しなくてもノーマリオフ特性を得ることができる。また、第1の電子供給層5aの厚さは不均一でも良く、多層構造としても良いし、ソース電極6及びドレイン電極7の直下において第1の電子供給層5aは形成しなくても良い。また、キャップ層12は形成しなくても良い。
As mentioned above, although an example of an embodiment of the present invention was explained, the present invention is not limited to the specific embodiment concerned, and each example is within the scope of the gist of the present invention described in the claims. Or the combination of each modification is possible. For example, the second insulating film 9b may be formed only under the p-type metal oxide semiconductor film 10 as shown in FIG. 5A, and the second insulating film as shown in FIG. Even if 9b is not formed, normally-off characteristics can be obtained. Further, the thickness of the first electron supply layer 5a may be non-uniform, a multilayer structure may be used, and the first electron supply layer 5a may not be formed immediately below the source electrode 6 and the drain electrode 7. Further, the cap layer 12 may not be formed.

1 基板
2 バッファ層
3 主半導体領域
4 電子走行層(第1の半導体層)
5a 第1の電子供給層(第2の半導体層)
5b 第2の電子供給層(第3の半導体層)
6 ソース電極
7 ドレイン電極
8 ゲート電極
9a 第1の絶縁膜
9b、9c 第2の絶縁膜
10 p型金属酸化物半導体膜
11 ゲートフィールドプレート
12 キャップ層
15 凹部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Buffer layer 3 Main semiconductor region 4 Electron transit layer (first semiconductor layer)
5a First electron supply layer (second semiconductor layer)
5b Second electron supply layer (third semiconductor layer)
6 Source electrode 7 Drain electrode 8 Gate electrode 9a First insulating film 9b, 9c Second insulating film 10 P-type metal oxide semiconductor film 11 Gate field plate 12 Cap layer 15 Recess

Claims (5)

互いに対向する一方及び他方の主面と、前記一方及び他方の主面間に配置された第1の半導体層(電子走行層)と、
前記第1の半導体層と前記一方の主面との間に配置され且つ前記第1の半導体層にヘテロ接合され且つ前記第1の半導体層よりも格子定数が小さい材料で形成された第2の半導体
層(第1の電子供給層)と、前記第2の半導体層と前記一方の主面との間に配置され且つ前記第2の半導体層に格子整
合され且つ前記第1の半導体層よりも格子定数が小さい材料で形成された第3の半導体層(第2の電子供給層)と、
前記ヘテロ接合に基づいて前記第1の半導体層に形成される2次元キャリアガス層と、を備える主半導体領域と、
前記主半導体領域の前記一方の主面上に配置され且つ前記第1の半導体層の前記2次元キ
ャリアガス層に電気的に結合された第1の主電極と、前記主半導体領域の前記一方の主面上に前記第1の主電極から離間して配置され且つ前記
第1の半導体層の前記2次元キャリアガス層に電気的に結合された第2の主電極と、前記主半導体領域の前記一方の主面上における前記第1の主電極と前記第2の主電極との
間に配置され且つ前記第3の半導体層を貫通する凹部と、前記凹部上に配置され且つ前記2次元キャリアガス層のキャリアを低減させる導電型を有
している金属酸化物半導体膜と、前記金属酸化物半導体膜上に配置されるゲート電極と、
前記凹部に対応した開口を有し、凹部の入り口に隣接する側面は5〜60度の傾斜を有し、圧縮応力を有し、隣接する電子供給層である第2の半導体層および第3の半導体層に引っ張り応力を生じさせる第1の絶縁膜と、
前記第1の絶縁膜の上に配置されたゲートフィールドプレートと、を備えることを特徴とする電界効果半導体装置
One and the other main surfaces facing each other, a first semiconductor layer (electron transit layer) disposed between the one and the other main surface,
A second semiconductor layer disposed between the first semiconductor layer and the one main surface and heterojunction to the first semiconductor layer and formed of a material having a lattice constant smaller than that of the first semiconductor layer; A semiconductor layer (first electron supply layer), disposed between the second semiconductor layer and the one main surface, lattice-matched to the second semiconductor layer, and more than the first semiconductor layer A third semiconductor layer (second electron supply layer) formed of a material having a small lattice constant;
A main semiconductor region comprising: a two-dimensional carrier gas layer formed in the first semiconductor layer based on the heterojunction;
A first main electrode disposed on the one main surface of the main semiconductor region and electrically coupled to the two-dimensional carrier gas layer of the first semiconductor layer; and the one of the main semiconductor regions A second main electrode disposed on the main surface spaced apart from the first main electrode and electrically coupled to the two-dimensional carrier gas layer of the first semiconductor layer; and the main semiconductor region A recess disposed between the first main electrode and the second main electrode on one main surface and penetrating the third semiconductor layer; and the two-dimensional carrier gas disposed on the recess A metal oxide semiconductor film having a conductivity type for reducing the carrier of the layer, and a gate electrode disposed on the metal oxide semiconductor film,
The second semiconductor layer and the third semiconductor layer are adjacent electron supply layers having an opening corresponding to the recess, a side surface adjacent to the entrance of the recess having an inclination of 5 to 60 degrees, and having a compressive stress . A first insulating film that causes tensile stress in the semiconductor layer ;
A field effect semiconductor device comprising: a gate field plate disposed on the first insulating film;
前記2次元キャリアガス層が、前記ヘテロ接合及び前記格子整合に基づいて前記第1の半
導体層に形成されることを特徴とする請求項1記載の電界効果半導体装置。
2. The field effect semiconductor device according to claim 1, wherein the two-dimensional carrier gas layer is formed in the first semiconductor layer based on the heterojunction and the lattice matching.
前記金属酸化物半導体膜は、前記2次元キャリアガス層の少なくとも一部が形成されることを阻止することを特徴とする請求項1又は2記載の電界効果半導体装置。
The field effect semiconductor device according to claim 1, wherein the metal oxide semiconductor film prevents at least a part of the two-dimensional carrier gas layer from being formed.
前記凹部において、前記金属酸化物半導体膜と前記第2の半導体層との間に第2の絶縁膜が形成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の電界効果半導体装置。
4. The field effect semiconductor according to claim 1 , wherein a second insulating film is formed between the metal oxide semiconductor film and the second semiconductor layer in the recess. 5. apparatus.
互いに対向する一方及び他方の主面と、
前記一方及び他方の主面間に配置された第1の半導体層(電子走行層)と、
前記第1の半導体層と前記一方の主面との間に配置され且つ前記第1の半導体層にヘテロ
接合され且つ前記第1の半導体層よりも格子定数が小さい材料で形成された第2の半導体
層と、前記第2の半導体層と前記一方の主面との間に配置され且つ前記第2の半導体層に格子整
合され且つ前記第1の半導体層よりも格子定数が小さい材料で形成された第3の半導体層
と、
前記ヘテロ接合に基づいて前記第1の半導体層に形成される2次元キャリアガス層と、
を備える主半導体領域と、
を有する電界効果半導体装置の製造方法であって、
前記第1の半導体層上に前記第2の半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記第2の半導体層上に前記第3半導体層を選択的にエピタキシャル成長させ、凹部を形
成する工程と、前記凹部上に前記2次元キャリアガス層のキャリアを低減させる導電型を有するキャリアを低減させる導電型金属酸化物半導体膜を形成する工程と、
前記金属酸化物半導体膜上にゲート電極を形成する工程と、前記凹部に対応した開口を有し、側面が5〜60度の傾斜となり、圧縮応力を有し隣接する電子供給層である第2の半導体層および及び第3の半導体層に引っ張り応力を生じさせる
1の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜の上にゲートフィールドプレートを形成する工程と、を備えることを特徴とする電界効果半導体装置の製造方法
One and the other main surfaces facing each other;
A first semiconductor layer (electron transit layer) disposed between the one and other main surfaces;
A second semiconductor layer disposed between the first semiconductor layer and the one main surface and heterojunction to the first semiconductor layer and formed of a material having a lattice constant smaller than that of the first semiconductor layer; The semiconductor layer is formed of a material disposed between the second semiconductor layer and the one main surface, lattice-matched to the second semiconductor layer, and having a lattice constant smaller than that of the first semiconductor layer. A third semiconductor layer;
A two-dimensional carrier gas layer formed in the first semiconductor layer based on the heterojunction;
A main semiconductor region comprising:
A method of manufacturing a field effect semiconductor device having:
Epitaxially growing the second semiconductor layer on the first semiconductor layer;
A step of selectively epitaxially growing the third semiconductor layer on the second semiconductor layer to form a recess; and a reduction in carriers having a conductivity type that reduces carriers in the two-dimensional carrier gas layer on the recess. Forming a conductive metal oxide semiconductor film;
A step of forming a gate electrode on the metal oxide semiconductor film, a second electrode which has an opening corresponding to the recess, has a side surface inclined at an angle of 5 to 60 degrees, has a compressive stress, and is an adjacent electron supply layer The tensile stress is generated in the semiconductor layer and the third semiconductor layer .
And a step of forming a gate field plate on the first insulating film. A method of manufacturing a field effect semiconductor device, comprising:
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