JP5619854B2 - Field effect transistor - Google Patents
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Description
本発明は、窒化物系化合物半導体からなる電界効果トランジスタに関するものである。 The present invention relates to a field effect transistor made of a nitride compound semiconductor.
III−V族窒化物系化合物半導体を用いた半導体デバイスは、その材料が本質的に有する特性により、高温動作、ハイパワー、高速のデバイスとして有望である。特に、GaN系半導体デバイスは、大電流において動作可能なことから、電源デバイスとしての応用が期待されている。 A semiconductor device using a group III-V nitride compound semiconductor is promising as a high-temperature operation, high-power, high-speed device due to the characteristics inherent in the material. In particular, GaN-based semiconductor devices are expected to be applied as power supply devices because they can operate at a large current.
従来、窒化物系化合物半導体からなる電界効果トランジスタにおいて、オーミック電極であるソース、ドレイン電極を形成すべき領域にイオン注入を行うことで、電界集中の緩和を目的としたリサーフ(REduced SURface Field、RESURF)層と呼ばれる不純物層を形成し、デバイスのオン特性としての耐圧性を高める技術が開示されている(たとえば非特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a field effect transistor made of a nitride-based compound semiconductor, RESURF (REduced SURface Field, RESURF) for the purpose of alleviating electric field concentration by performing ion implantation in regions where source and drain electrodes that are ohmic electrodes are to be formed ) Has been disclosed (see, for example, Non-Patent Document 1).
一方、特許文献1には、AlGaN等からなるキャリア供給層をゲート部分においてキャリア走行層に到るまでエッチオフしてリセス部を形成し、このリセス部に酸化絶縁層を形成してMOS構造とすることによって、オン特性としての高耐圧と、オフ特性として低オン抵抗とを両立した電界効果トランジスタが開示されている。
On the other hand, in
しかしながら、特許文献1に開示される電界効果トランジスタは、ソース−ドレイン間に電圧を印加した場合に、リセス部の底面と側壁とが形成する直角の角部に電界が集中し、耐圧性が低下する場合があるという問題があった。
However, in the field effect transistor disclosed in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、高耐圧性をより確実に実現することができる電界効果トランジスタを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a field effect transistor that can realize high breakdown voltage more reliably.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る電界効果トランジスタは、窒化物系化合物半導体からなる電界効果トランジスタであって、基板上に形成されたキャリア走行層と、前記キャリア走行層上に形成され、前記キャリア走行層とは反対の導電型を有し、前記キャリア走行層内部に到る深さまで形成されたリセス部によって分離したキャリア供給層と、前記分離した各キャリア供給層上に前記リセス部を挟んで形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記分離した各キャリア供給層上にわたって前記リセス部内における前記キャリア走行層の表面を覆うように形成されたゲート絶縁膜と、前記リセス部において前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を備え、前記リセス部の前記キャリア供給層上面からの深さが、前記キャリア供給層の層厚より大きく200nm以下であることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a field effect transistor according to the present invention is a field effect transistor made of a nitride compound semiconductor, and includes a carrier traveling layer formed on a substrate, and the carrier A carrier supply layer formed on the running layer and having a conductivity type opposite to the carrier running layer, separated by a recess formed to a depth reaching the inside of the carrier running layer, and each separated carrier supply A source electrode and a drain electrode formed on the layer with the recess portion interposed therebetween, and a gate insulating film formed on the separated carrier supply layer so as to cover a surface of the carrier traveling layer in the recess portion, A gate electrode formed on the gate insulating film in the recess, and from the upper surface of the carrier supply layer of the recess Depth, wherein the at greater 200nm or less than the layer thickness of the carrier supply layer.
また、本発明に係る電界効果トランジスタは、窒化物系化合物半導体からなる電界効果トランジスタであって、基板上に形成された下部半導体層と、前記下部半導体層上に形成され、前記下部半導体層内部に到る深さまで形成されたリセス部によって分離したアンドープのキャリア走行層と、前記分離した各キャリア走行層上に形成され、前記各キャリア走行層とはバンドギャップエネルギーが異なるキャリア供給層と、前記各キャリア供給層上に前記リセス部を挟んで形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記各キャリア供給層上にわたって前記リセス部内における前記下部半導体層の表面を覆うように形成されたゲート絶縁膜と、前記リセス部において前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、を備え、前記リセス部の前記キャリア供給層上面からの深さが、前記キャリア供給層と前記キャリア走行層との合計の層厚より大きく200nm以下であることを特徴とする。 The field effect transistor according to the present invention is a field effect transistor made of a nitride compound semiconductor, and is formed on a substrate, on the lower semiconductor layer, and in the lower semiconductor layer. An undoped carrier traveling layer separated by a recess formed to a depth up to a depth, formed on each of the separated carrier traveling layers, a carrier supply layer having a band gap energy different from each carrier traveling layer, and A source electrode and a drain electrode formed on each carrier supply layer with the recess interposed therebetween, and a gate insulating film formed on the carrier supply layer so as to cover the surface of the lower semiconductor layer in the recess A gate electrode formed on the gate insulating film in the recess portion, and the front of the recess portion Depth from the carrier supply layer upper surface, wherein said at carrier supply layer than larger 200nm than the sum of the layer thickness of the carrier transit layer.
また、本発明に係る電界効果トランジスタは、上記の発明において、前記キャリア走行層はp型の導電型を有することを特徴とする。 In the field effect transistor according to the present invention as set forth in the invention described above, the carrier transit layer has a p-type conductivity type.
また、本発明に係る電界効果トランジスタは、上記の発明において、前記下部半導体層はp型の導電型を有することを特徴とする。 In the field effect transistor according to the present invention as set forth in the invention described above, the lower semiconductor layer has a p-type conductivity.
また、本発明に係る電界効果トランジスタは、上記の発明において、前記下部半導体層および前記キャリア走行層はGaNからなり、前記キャリア供給層はAlGaNからなることを特徴とする。 In the field effect transistor according to the present invention as set forth in the invention described above, the lower semiconductor layer and the carrier transit layer are made of GaN, and the carrier supply layer is made of AlGaN.
また、本発明に係る電界効果トランジスタは、上記の発明において、前記リセス部はエッチングにより形成されたものであることを特徴とする。 The field effect transistor according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the recess is formed by etching.
本発明によれば、ソース−ドレイン間における局所的な電界集中を確実に防止できるので、高耐圧性を有する電界効果トランジスタをより確実に実現できるという効果を奏する。 According to the present invention, local electric field concentration between the source and the drain can be surely prevented, so that it is possible to more reliably realize a field effect transistor having a high breakdown voltage.
以下に、図面を参照して本発明に係る電界効果トランジスタの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下では、MOS型電界効果トランジスタをMOSFETと記載する。 Embodiments of a field effect transistor according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. Hereinafter, the MOS field effect transistor is referred to as a MOSFET.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係るMOSFETの模式的な断面図である。このMOSFET100は、サファイア、SiC、Siなどからなる基板101上に、AlN層とGaN層とを交互に積層して形成したバッファ層102を介して形成された、p−GaNからなるキャリア走行層103を備えている。バッファ層102は、たとえば厚さ200nm/20nmのGaN/AlN複合層を8層だけ積層したものである。また、キャリア走行層103は、その厚さが700nm程度のものである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a MOSFET according to
また、MOSFET100は、キャリア走行層103上に形成されたキャリア供給層104a、104bを備えている。これらのキャリア供給層104a、104bは、キャリア走行層103とは反対の導電型を有するn−GaNからなり、たとえば厚さが50〜100nmのものである。また、これらのキャリア供給層104a、104bは、キャリア走行層103に到る深さまで形成されたリセス部105によって分離している。リセス部105の幅は、たとえば2μm程度である。さらに、MOSFET100は、キャリア供給層104a、104b上に、リセス部105を挟んで形成されたソース電極106およびドレイン電極107を備えている。さらに、MOSFET100は、キャリア供給層104a、104b上にわたって、リセス部105内におけるキャリア走行層103の表面を覆うように形成された、SiO2などからなるゲート絶縁膜108を備えるとともに、リセス部105においてゲート絶縁膜108上に形成されたゲート電極109を備えており、MOS構造を構成している。なお、ソース電極106とドレイン電極107間の間隔はたとえば30μm程度である。
The
ここで、このMOSFET100においては、リセス部105のキャリア供給層104a、104b上面からの深さD1が、キャリア供給層104a、104bの層厚以上、かつ200nm以下とされている。その結果、このMOSFET100においては、ソース−ドレイン間に電圧を印加した際に、リセス部105の底面と側壁が形成する直角の角部への電界集中が防止される。また、ドレイン電極107から発生した電気力線が、キャリア供給層104aのゲート電極109側の端部に終端するため、キャリア供給層104bがリサーフ層としても機能する。その結果、このMOSFET100のソース−ドレイン耐圧は、基板101上に積層した半導体層の積層構造がリセス部105のない場合に本来有する耐圧と同程度に維持されるため、高い耐圧性を実現できる。
Here, in this
さらに、このMOSFET100のようにリセス部が形成されたMOSFETにおいては、リセス部の側壁に高抵抗のチャネル領域が形成され、これによってオン抵抗が増大する。しかしながら、このMOSFET100においては、リセス部105の深さD1を200nm以下とすることによって、リセス部105の側壁に形成される高抵抗チャネル領域の長さを十分に短くできるので、オン抵抗の増大が抑制され、その値を小さく維持できる。したがって、このMOSFET100は、高耐圧性に加え、低オン抵抗も実現することができる。
Further, in the MOSFET in which the recess portion is formed like this
なお、上述した電界集中や高抵抗チャネル領域の形成という問題は、いずれもリセス部105の深さのみに起因して発生する可能性が高い。したがって、ソース−ドレイン間の距離や、リセス部105の幅によらず、リセス部105の深さD1を200nm以下とすれば、高耐圧性と低オン抵抗を実現することができる。
Note that the above-described problems of electric field concentration and formation of a high-resistance channel region are likely to occur only due to the depth of the
つぎに、このMOSFET100の製造方法について説明する。図2、3は、MOSFET100の製造方法の一例を説明する説明図である。なお、以下では、有機金属気相成長(MOCVD)法を用いた場合について説明するが、特に限定はされない。
Next, a method for manufacturing the
はじめに、図2に示すように、たとえば(111)面を主表面とするSiからなる基板101上に、バッファ層102、キャリア走行層103を順次エピタキシャル成長させる。なお、キャリア走行層103を成長させる際には、p型の不純物としてたとえばMgを1×1017cm−3程度の濃度で添加する。さらに、キャリア走行層103上に、キャリア供給層104a、104bとなるn−GaN層104を、所望の厚さでエピタキシャル成長させる。なお、n−GaN層104を成長させる際には、n型の不純物としてたとえばSiを1×1017cm−3程度の濃度で添加する。つぎに、n−GaN層104の表面にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ工程を用いて素子分離用のパターンを形成した後、反応イオンエッチング(RIE)法等のドライエッチング法を用いて、深さ200nm程度の素子分離用の溝gを形成する。その後、フォトレジストを除去する。
First, as shown in FIG. 2, for example, a
つぎに、図3に示すように、ゲート領域とすべき領域のn−GaN層104をキャリア走行層103に到る深さまでエッチング除去して、リセス部105を形成する。これによってn−GaN層104は分離し、キャリア供給層104a、104bが形成される。なお、このようにリセス部105を形成するには、たとえば以下のようにする。すなわち、たとえばプラズマ化学気相成長(PCVD)法を用いて、n−GaN層104上に、アモルファスシリコン(a−Si)からなるマスク層を厚さ500nmで形成し、フォトリソグラフィ工程を用いてパターニングを行い、リセス部105を形成すべき領域に開口部を形成する。そして、マスク層をマスクとして、ドライエッチング法を用いて、マスク層の開口部に対応するn−GaN層104の領域を、キャリア走行層103に到る深さまでエッチング除去し、その後マスク層を除去する。
Next, as shown in FIG. 3, the n-
ここで、上記エッチングを行なう際には、エッチング深さの調整によって、リセス部105の深さD1をキャリア供給層104a、104bの層厚以上200nm以下とする。すなわち、キャリア供給層104a、104bの層厚が50nmの場合は、深さD1を50〜200nmとする。なお、エッチング深さは、たとえばエッチングガスの流量およびエッチング時間の調整によって容易に制御できる。たとえば、エッチングガスとしてCl2ガスを用いる場合は、エッチング深さを50〜200nmにするためには、ガスの流量を10sccmとし、エッチング時間を100〜300secとすればよい。
Here, when performing the etching, the depth D1 of the
つぎに、SiH4とN2Oを原料ガスとしたPCVD法を用いて、キャリア供給層104a、104b上にわたって、リセス部105内におけるキャリア走行層103の表面を覆うように、SiO2からなる厚さ60nmのゲート絶縁膜108を形成する。つぎに、ゲート絶縁膜108の一部をフッ酸で除去し、リフトオフ法を用いてキャリア供給層104a、104b上にそれぞれドレイン電極107、ソース電極106を形成する。なお、ドレイン電極107、ソース電極106は、キャリア供給層104a、104bとオーミック接触するものとし、たとえば厚さ25nm/300nmのTi/Al構造とする。また、電極とすべき金属膜の成膜は、スパッタ法や真空蒸着法を用いて行うことができる。そして、ソース電極106、ドレイン電極107を形成後、600℃、10分のアニールを行なう。
Next, a thickness of SiO 2 is used so as to cover the surface of the
つぎに、リフトオフ法を用いて、リセス部105にTi/Au/Ti構造のゲート電極109を形成し、図1に示すMOSFET100が完成する。
Next, a
以上説明したように、本実施の形態1に係るMOSFET100は、リセス部105のキャリア供給層104a、104b上面からの深さD1が、キャリア供給層104a、104bの層厚以上、かつ200nm以下であるので、高耐圧性に加え、低オン抵抗も実現することができるMOSFETとなる。
As described above, in the
(実施の形態2)
つぎに、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態2に係るMOSFETは、2次元電子ガスをキャリアとして用いるMOSFETである。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The MOSFET according to the second embodiment is a MOSFET that uses a two-dimensional electron gas as a carrier.
図4は、本実施の形態2に係るMOSFETの模式的な断面図である。このMOSFET200は、実施の形態1に係るMOSFET100の基板101と同様の基板201上に、バッファ層102と同様のバッファ層202を介して形成された、p−GaNからなる下部半導体層210を備えている。下部半導体層210は、その厚さが700nm程度のものである。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the MOSFET according to the second embodiment. This
また、MOSFET200は、下部半導体層210上に形成され、下部半導体層210に到る深さまで形成されたリセス部205によって分離したキャリア走行層203a、203bを備えている。これらのキャリア走行層203a、203bは、アンドープのu−GaNからなり、厚さが50から100nmのものである。さらに、MOSFET200は、キャリア走行層203a、203b上にそれぞれ形成されたキャリア供給層204a、204bを備えている。これらのキャリア供給層204a、204bは、キャリア走行層203a、203bを構成するGaNよりもバンドギャップエネルギーが高いAlGaNからなり、厚さが20から25nmのものである。また、これらのキャリア走行層203a、203bは、Al組成比が25%であるが、Al組成については特に限定されず、たとえば10〜30%とできる。
The
さらに、このMOSFET200は、MOSFET100と同様に、キャリア供給層204a、204bに、リセス部205を挟んで形成されたソース電極206およびドレイン電極207と、キャリア供給層204a、204b上にわたってリセス部205内における下部半導体層210の表面を覆うように形成されたゲート絶縁膜208と、リセス部205においてゲート絶縁膜208上に形成されたゲート電極209とを備え、MOS構造を構成している。なお、ソース電極206とドレイン電極207間の間隔はたとえば30μm程度である。また、リセス部205の幅は、たとえば2μm程度である。
Further, like the
このMOSFET200においては、キャリア走行層203a、203bとキャリア供給層204a、204bとのエネルギーバンドギャップの違いに起因して、キャリア走行層203a、203b内において、キャリア供給層204a、204bとの界面に移動度が高い2次元電子ガスGa、Gbが発生している。そして、このMOSFET200は、この2次元電子ガスGa、Gbをキャリアとすることによって、高速動作するものとなる。
In this
さらに、このMOSFET200においては、リセス部205のキャリア供給層204a、204b上面からの深さD2が、キャリア供給層204a、204bとキャリア走行層203a、203bとの合計の層厚以上、かつ200nm以下とされている。その結果、このMOSFET200においては、MOSFET100と同様に、ソース−ドレイン間に電圧を印加した際に、リセス部205の底面と側壁が形成する直角の角部への電界集中が防止される。また、ドレイン電極207から発生した電気力線が、2次元電子ガスGaのゲート電極209側の端部に終端するため、2次元電子ガスGaがRESURF層としても機能する。その結果、このMOSFET200のソース−ドレイン耐圧は、基板201上に積層した半導体層の積層構造が本来有する耐圧と同程度に維持されるため、高い耐圧性を実現できる。
Further, in this
さらに、このMOSFET200のオフ特性については、2次元電子ガスをキャリアとして用いていることによってオン抵抗を小さくできるのに加え、リセス部205の深さD2を200nm以下とすることによって、オン抵抗の増大が抑制され、その値を小さく維持している。したがって、このMOSFET200は、高速動作が可能であるとともに、高耐圧性と低オン抵抗を実現することができるMOSFETとなる。
Further, regarding the off characteristics of the
なお、MOSFET200については、MOSFET100とほぼ同様の製造方法で製造できる。
The
(実施例、比較例)
本発明の実施例1−1、1−2として、上述した製造方法にしたがい、実施の形態1にしたがうMOSFETを製造した。なお、実施例1−1、1−2のいずれも、n−GaN層であるキャリア供給層の厚さについては50nmとし、リセス部の深さは約150nmとした。一方、比較例1−1〜1−16として、リセス部の深さを210〜390nmとしたが、それ以外は実施例1−1と同様のMOSFETを製造した。
(Examples and comparative examples)
As Examples 1-1 and 1-2 of the present invention, MOSFETs according to the first embodiment were manufactured according to the manufacturing method described above. In each of Examples 1-1 and 1-2, the thickness of the carrier supply layer, which is an n-GaN layer, was 50 nm, and the depth of the recess was about 150 nm. On the other hand, as Comparative Examples 1-1 to 1-16, the depth of the recess portion was set to 210 to 390 nm. Otherwise, MOSFETs similar to Example 1-1 were manufactured.
また、実施例2−1〜2−4として、実施の形態2にしたがうMOSFETを製造した。なお、実施例2−1〜2−4のいずれも、AlGaN層であるキャリア供給層の厚さについては25nm、u−GaN層であるキャリア走行層の厚さについては25nmとし、リセス部の深さについては、実施例2−1が約110nm、実施例2−2、2−3が約150nm、実施例2−4が約180nmとした。一方、比較例2−1〜2−15として、リセス部の深さを210〜460nmとしたが、それ以外は実施例2−1と同様のMOSFETを製造した。 Further, as Examples 2-1 to 2-4, MOSFETs according to the second embodiment were manufactured. In all of Examples 2-1 to 2-4, the thickness of the carrier supply layer, which is an AlGaN layer, is 25 nm, and the thickness of the carrier travel layer, which is a u-GaN layer, is 25 nm. As for the length, Example 2-1 was about 110 nm, Examples 2-2 and 2-3 were about 150 nm, and Example 2-4 was about 180 nm. On the other hand, as Comparative Examples 2-1 to 2-15, the depth of the recess portion was set to 210 to 460 nm. Otherwise, MOSFETs similar to Example 2-1 were manufactured.
一方、基準試料1として、実施例1−1と同様に基板上にバッファ層からキャリア供給層までを積層するが、その後リセス部、ゲート絶縁膜およびゲート電極を形成せずに、ソース電極とドレイン電極とだけをキャリア供給層上に形成した試料を製造した。なお、基準試料1において、ソース−ドレイン間距離は、実施例1−1と同一としている。また、基準試料2として、実施例2−1と同様に基板上にバッファ層からキャリア供給層までを積層するが、その後リセス部、ゲート絶縁膜およびゲート電極を形成せずに、ソース電極とドレイン電極とだけをキャリア供給層上に形成した試料を製造した。なお、基準試料2において、ソース−ドレイン間距離は、実施例2−1と同一としている。
On the other hand, as the
そして、上記製造した各実施例、比較例、基準試料に係るMOSFETのソース−ドレイン間に電圧を印加し、各MOSFETの耐圧を測定した。 And the voltage was applied between the source-drain of MOSFET which concerns on each manufactured said Example, comparative example, and reference | standard sample, and the proof pressure of each MOSFET was measured.
図5は、実施例、比較例に係るMOSFETのリセス部深さと規格化耐圧との関係を示した図である。図5において、黒丸はn−GaN層を有する実施例1−1、1−2および比較例1−1〜1−16を示しており、白四角はAlGaN/u−GaN層構造を有する実施例2−1〜2−3および比較例2−1〜2−15を示している。また、図5において、規格化耐圧とは、実施例1−1、1−2および比較例1−1〜1−16については、耐圧の測定値を基準試料1の耐圧の測定値で規格化した値であり、実施例2−1〜2−3および比較例2−1〜2−15については、耐圧の測定値を基準試料2の耐圧の測定値で規格化した値である。これらの基準試料1、2は、リセス部を形成していないものであるから、その耐圧の測定値は、基板上の半導体層の積層構造が本来的に備える耐圧を示すものである。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the recess depth of the MOSFETs according to the example and the comparative example and the normalized breakdown voltage. In FIG. 5, black circles indicate Examples 1-1 and 1-2 having an n-GaN layer and Comparative Examples 1-1 to 1-16, and white squares are examples having an AlGaN / u-GaN layer structure. 2-1 to 2-3 and Comparative Examples 2-1 to 2-15 are shown. In FIG. 5, the normalized withstand voltage is normalized with respect to the measured value of the withstand voltage of the
図5に示すように、リセス部深さが200nm以下の各実施例に係るMOSFETの規格化耐圧は1に近く、積層構造の本来的な耐圧と同程度の耐圧を有していた。一方、リセス部深さが200nm以上の各比較例に係るMOSFETの規格化耐圧は0.6以下であり、本来的な耐圧から大きく低下していた。 As shown in FIG. 5, the normalized breakdown voltage of the MOSFET according to each example having a recess depth of 200 nm or less was close to 1, and had a breakdown voltage comparable to the original breakdown voltage of the stacked structure. On the other hand, the normalized breakdown voltage of the MOSFET according to each comparative example having a recess depth of 200 nm or more was 0.6 or less, which was greatly reduced from the original breakdown voltage.
つぎに、本発明の実施例3−1〜3−3として、実施の形態1にしたがうMOSFETを製造した。なお、実施例3−1〜3−3のいずれも、n−GaN層であるキャリア供給層の厚さについては50nmとしたが、リセス部の深さはそれぞれ約113nm、約150nm、約170nmとした。一方、比較例3−1〜3−8として、リセス部の深さを210〜470nmとしたが、それ以外は実施例3−1と同様のMOSFETを製造した。そして、各実施例、比較例に係るMOSFETについて、オン抵抗を測定した。図6は、実施例、比較例に係るMOSFETのリセス部深さと規格化オン抵抗との関係を示した図である。なお、図6において、規格化オン抵抗とは、オン抵抗の測定値を実施例3−1のオン抵抗の測定値で規格化した値である。また、図6における実線は最小二乗法による近似直線である。図6に示すように、リセス部深さと規格化オン抵抗とはほぼ比例するが、リセス部深さが200nm程度であれば、規格化オン抵抗も1.5以下程度と低くできることが確認された。 Next, MOSFETs according to the first embodiment were manufactured as Examples 3-1 to 3-3 of the present invention. In all of Examples 3-1 to 3-3, the thickness of the carrier supply layer, which is an n-GaN layer, was 50 nm, but the depths of the recess portions were about 113 nm, about 150 nm, and about 170 nm, respectively. did. On the other hand, as Comparative Examples 3-1 to 3-8, the depth of the recess portion was set to 210 to 470 nm. Otherwise, MOSFETs similar to Example 3-1 were manufactured. And on-resistance was measured about MOSFET which concerns on each Example and a comparative example. FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the recess depth of the MOSFET and the normalized on-resistance according to the example and the comparative example. In FIG. 6, the normalized on-resistance is a value obtained by normalizing the measured value of on-resistance with the measured value of on-resistance in Example 3-1. Further, the solid line in FIG. 6 is an approximate straight line by the least square method. As shown in FIG. 6, it is confirmed that the recess depth and the normalized on-resistance are substantially proportional, but if the recess depth is about 200 nm, the normalized on-resistance can be lowered to about 1.5 or less. .
なお、上記実施の形態1は、窒化物系化合物半導体としてGaNを用いたが、本発明はInGaN、AlN等の他の窒化物系化合物半導体を用いた電界効果トランジスタにも適用できる。また、実施の形態2では、キャリア走行層としてGaNを用い、キャリア供給層としてAlGaNを用いたが、キャリア走行層およびキャリア供給層として互いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化物系化合物半導体であれば特に限定はされない。 In the first embodiment, GaN is used as the nitride compound semiconductor. However, the present invention can also be applied to a field effect transistor using other nitride compound semiconductors such as InGaN and AlN. In the second embodiment, GaN is used as the carrier transit layer and AlGaN is used as the carrier supply layer. However, as long as the nitride compound semiconductors have different band gap energies as the carrier transit layer and the carrier supply layer, there is a particular limitation. Not done.
100、200 MOSFET
101、201 基板
102、202 バッファ層
103、203a、203b キャリア走行層
104a、104b、204a、204b キャリア供給層
105、205 リセス部
106、206 ソース電極
107、207 ドレイン電極
108、208 ゲート絶縁膜
109、209 ゲート電極
210 下部半導体層
D1、D2 深さ
g 溝
Ga、Gb 2次元電子ガス
100, 200 MOSFET
101, 201
Claims (3)
基板上に形成された下部半導体層と、
前記下部半導体層上に形成され、前記下部半導体層内部に到る深さまで形成されたリセス部によって分離したアンドープのキャリア走行層と、
前記分離した各キャリア走行層上に形成され、前記各キャリア走行層とはバンドギャップエネルギーが異なるキャリア供給層と、
前記各キャリア供給層上に前記リセス部を挟んで形成されたソース電極およびドレイン電極と、
前記各キャリア供給層上にわたって前記リセス部内における前記下部半導体層の表面を覆うように形成されたゲート絶縁膜と、
前記リセス部において前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
を備え、
前記下部半導体層はp型の導電型を有し、
前記下部半導体層および前記キャリア走行層はGaNからなり、前記キャリア供給層はAlGaNからなり、
前記リセス部の前記キャリア供給層上面からの深さが、前記キャリア供給層と前記キャリア走行層との合計の層厚より大きく200nm以下であることを特徴とする電界効果トランジスタ。 A field effect transistor made of a nitride compound semiconductor,
A lower semiconductor layer formed on the substrate;
An undoped carrier traveling layer formed on the lower semiconductor layer and separated by a recess formed to a depth reaching the inside of the lower semiconductor layer;
A carrier supply layer formed on each of the separated carrier running layers, and having a different band gap energy from each of the carrier running layers;
A source electrode and a drain electrode formed on each of the carrier supply layers with the recess portion interposed therebetween;
A gate insulating film formed on the carrier supply layer so as to cover the surface of the lower semiconductor layer in the recess portion;
A gate electrode formed on the gate insulating film in the recess,
With
The lower semiconductor layer has a p-type conductivity,
The lower semiconductor layer and the carrier running layer are made of GaN, the carrier supply layer is made of AlGaN,
The depth of the recess portion from the upper surface of the carrier supply layer is greater than the total thickness of the carrier supply layer and the carrier travel layer, and is 200 nm or less.
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