JP5649112B2 - 電界効果トランジスタ - Google Patents
電界効果トランジスタ Download PDFInfo
- Publication number
- JP5649112B2 JP5649112B2 JP2010171496A JP2010171496A JP5649112B2 JP 5649112 B2 JP5649112 B2 JP 5649112B2 JP 2010171496 A JP2010171496 A JP 2010171496A JP 2010171496 A JP2010171496 A JP 2010171496A JP 5649112 B2 JP5649112 B2 JP 5649112B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor layer
- nitride semiconductor
- group iii
- layer
- iii nitride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000005669 field effect Effects 0.000 title claims description 45
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 162
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 71
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 70
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 46
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims description 34
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 27
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 16
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 9
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 6
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 3
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 41
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 38
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 35
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 16
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 5
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 5
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical group 0.000 description 3
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 3
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- DIIIISSCIXVANO-UHFFFAOYSA-N 1,2-Dimethylhydrazine Chemical compound CNNC DIIIISSCIXVANO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000010893 electron trap Methods 0.000 description 1
- 238000000921 elemental analysis Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(iv) oxide Chemical compound O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N n-(2,4-dichloro-5-propan-2-yloxyphenyl)acetamide Chemical compound CC(C)OC1=CC(NC(C)=O)=C(Cl)C=C1Cl QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N triethylgallium Chemical compound CC[Ga](CC)CC RGGPNXQUMRMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/201—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys
- H01L29/205—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys in different semiconductor regions, e.g. heterojunctions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66446—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET]
- H01L29/66462—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
- H01L29/7786—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/1066—Gate region of field-effect devices with PN junction gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/2003—Nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/207—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds further characterised by the doping material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/402—Field plates
Description
本発明の一実施形態に係る電界効果トランジスタについて図1〜図7を参照しながら説明する。
第3バッファ層102cの上に形成される第1の半導体層103は、GaNを主成分とするIII族窒化物半導体からなり、従って、GaNに限られず、In又はAlを若干含むInAlGaNでもよい。さらには、Al組成が小さいAlGaNの上にGaNを積層したり、GaNの上にInGaNを積層したりする積層構造でもよい。なお、第1の半導体層103は、電流コラプスを低減するために、その炭素濃度が8×1016cm−3以下である低炭素濃度層とする。また、いわゆる低炭素濃度層を形成する成膜条件では、成長レートが極めて遅くなる場合が多いため、第1の半導体層103は、電流コラプスを低減できる条件で、なるべく薄く形成する方が生産性が高まる。
図7は、横軸に半導体層の総膜厚d1を取り、縦軸に低炭素濃度層である第1の半導体層103の厚さd2を取り、異なる動作耐圧Vmに対して(式2)を描いた相関図である。図7において、動作耐圧Vmがそれぞれ200V、400V、600V及び800Vのときの境界が双曲線401〜404となる。総膜厚d1及び厚さd2が共に厚い方が電流コラプスは軽減されるが、総膜厚d1には、基板101又は半導体の膜構成等に応じて、反りやクラックが発生する臨界膜厚があり、該臨界膜厚よりもやや薄く、安定した成膜が可能な膜厚が総膜厚d1の上限となる。例えば、図7において、総膜厚d1が3.5μmであるとの場合、動作耐圧Vm=400Vの場合に、電流コラプスを抑制できる低炭素濃度層の厚さd2の下限値は約1.04μmである。また、動作耐圧Vmが200Vの場合でも、低炭素濃度層の厚さd2は0.5μm以上が必要である。この値は、従来例に示した、オン電圧で掃引した場合の電流コラプスが低炭素濃度層の厚さd2を0.05μm以上とすれば問題がなくなるというのとは、その桁が異なっている。これは、従来例においては、オン状態のときに、2DEGがソースとドレインとの間の全体に存在しており、強い電界が深い層へ拡がることがないためと考えられる。これに対し、本発明が課題とするスイッチング時の電流コラプスとは発生のメカニズムが異なっており、別の課題といえる。
動作耐圧Vmが非常に大きくなると、(式3)から低炭素濃度層の厚さd2が大きくなるが、図1の構成のように、低炭素濃度層である第1の半導体層103の厚さd2が均一な場合は、リーク電流が増える。図4に示した電界強度分布から分かるように、強電界はゲート電極106とフィールドプレート109とのドレイン電極107側の端部に発生し、他の領域の電界強度は弱い。フィールドプレート109を設けている場合は、ゲート端の電界強度は一定値で飽和し、電界強度が0.5×106V/cm以上となるのは半導体層の表面からの深さが0.5μm程度までである。一方、フィールドプレート109のドレイン電極107側の端部の近傍の電界強度は、駆動電圧Vddが高くなればなるほど深い層に拡がる。従って、低炭素濃度層である第1の半導体層103におけるフィールドプレート109のドレイン電極107側の端部の近傍、及びゲート電極106のドレイン電極107側の端部の近傍を厚くすれば、電流コラプスは抑制できる。さらに、第1の半導体層103における他の領域で、電界強度が弱い部分の厚さd2を小さくすれば、リーク電流を抑制することが可能となる。
以下、本発明の一実施形態の第1変形例について図8及び図9を参照しながら説明する。以下の各変形例においては、上述の一実施形態と同一の構成部材には同一の符号を付している。
以下、本発明の一実施形態の第2変形例について図10及び図11を参照しながら説明する。
FET200 電界効果トランジスタ
FET300 電界効果トランジスタ
101 基板
102a 第1バッファ層
102b 第2バッファ層
102c 第3バッファ層
102d 第4バッファ層
103 第1の半導体層
103A 第1の下部半導体層
103B 第1の上部半導体層
103L 第1の下部半導体層
103H 第1の上部半導体層
104 第2の半導体層
105 ソース電極
106 ゲート電極
107 ドレイン電極
108 絶縁膜
109 フィールドプレート
110 p型GaN層
120 高抵抗領域
150 マスク膜
151 レジスト膜
Claims (10)
- 基板と、
前記基板の上にエピタキシャル成長により形成された第1のIII族窒化物半導体層と、
前記第1のIII族窒化物半導体層の上にエピタキシャル成長により形成され、且つ前記第1のIII族窒化物半導体層よりもバンドギャップが大きい第2のIII族窒化物半導体層と、
前記第2のIII族窒化物半導体層の上に形成されたソース電極及びドレイン電極並びに前記ソース電極及びドレイン電極の間に形成されたゲート電極と、
前記第2のIII族窒化物半導体層の上に前記ゲート電極又は前記ソース電極と接続して設けられ、且つ前記ゲート電極における前記ドレイン電極側の端部を覆うフィールドプレートとを備え、
前記第1のIII族窒化物半導体層は、少なくとも前記ゲート電極における前記ドレイン電極側の端部の下側の領域において、炭素濃度が1×1017cm−3未満である低炭素濃度領域を有し、
前記基板の上面から前記第1のIII族窒化物半導体層及び第2のIII族窒化物半導体層を含む前記ドレイン電極までのIII族窒化物半導体層の厚さをd1(μm)とし、前記低炭素濃度領域の厚さをd2(μm)とし、動作耐圧をVm(V)としたとき、
Vm/(110・d1)≦d2<Vm/(110・d1)+0.5
の関係を満たし、
且つ、緩和状態におけるオン抵抗をRon0とし、動作耐圧Vmにおけるオフ状態からオン状態に遷移した100μs後のオン抵抗をRonとしたとき、電流コラプス値の指標とするRonとRon0との比の値が、
Ron/Ron0≦3
であることを特徴とする電界効果トランジスタ。 - 前記第1のIII族窒化物半導体層における前記低炭素濃度領域の厚さは不均一であり、
前記低炭素濃度領域は、前記フィールドプレートにおける前記ドレイン電極側の端部の下側部分の厚さが最大であることを特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジスタ。 - 前記低炭素濃度領域は、前記ソース電極側の下側部分の厚さが最小であることを特徴とする請求項2に記載の電界効果トランジスタ。
- 前記低炭素濃度領域には、前記ゲート電極のゲート長方向の中央部の下側から前記ソース電極側に位置する領域に、前記第1のIII族窒化物半導体層の絶縁性を高める不純物が添加されてなる高抵抗領域が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジスタ。
- 前記不純物は、鉄、ホウ素、マグネシウム、亜鉛及びルビジウムのうちの少なくとも1つであることを特徴とする請求項4に記載の電界効果トランジスタ。
- 前記基板と前記第1のIII族窒化物半導体層との間に形成された少なくとも1層のバッファ層をさらに備えていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の電界効果トランジスタ。
- 前記バッファ層は、前記基板側から順次形成され、それぞれIII族窒化物半導体よりなる第1バッファ層、第2バッファ層及び第3バッファ層を含むことを特徴とする請求項6に記載の電界効果トランジスタ。
- 前記第1バッファ層のバンドギャップをEg1とし、前記第2バッファ層のバンドギャップをEg2とし、前記第3バッファ層のバンドギャップをEg3としたとき、
Eg1>Eg2>Eg3
であることを特徴とする請求項7に記載の電界効果トランジスタ。 - 前記バッファ層の炭素濃度は、1018cm−3以上であることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の電界効果トランジスタ。
- 前記バッファ層の炭素濃度は、1019cm−3以上且つ1021cm−3以下であることを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の電界効果トランジスタ。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010171496A JP5649112B2 (ja) | 2010-07-30 | 2010-07-30 | 電界効果トランジスタ |
PCT/JP2011/002260 WO2012014352A1 (ja) | 2010-07-30 | 2011-04-18 | 電界効果トランジスタ |
CN201180037480.3A CN103038869B (zh) | 2010-07-30 | 2011-04-18 | 场效应晶体管 |
US13/728,773 US8604516B2 (en) | 2010-07-30 | 2012-12-27 | Heterojunction field-effect transistor with field plate connected to gate or source electrode |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010171496A JP5649112B2 (ja) | 2010-07-30 | 2010-07-30 | 電界効果トランジスタ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012033679A JP2012033679A (ja) | 2012-02-16 |
JP5649112B2 true JP5649112B2 (ja) | 2015-01-07 |
Family
ID=45529590
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010171496A Active JP5649112B2 (ja) | 2010-07-30 | 2010-07-30 | 電界効果トランジスタ |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8604516B2 (ja) |
JP (1) | JP5649112B2 (ja) |
CN (1) | CN103038869B (ja) |
WO (1) | WO2012014352A1 (ja) |
Families Citing this family (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5696392B2 (ja) * | 2010-07-29 | 2015-04-08 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置 |
US20120274402A1 (en) * | 2011-04-26 | 2012-11-01 | Texas Instruments Incorporated | High electron mobility transistor |
KR101834802B1 (ko) * | 2011-09-01 | 2018-04-13 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 소자 |
JP6069688B2 (ja) | 2012-06-18 | 2017-02-01 | 富士通株式会社 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
JP2014017423A (ja) * | 2012-07-10 | 2014-01-30 | Fujitsu Ltd | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
JP2014029908A (ja) * | 2012-07-31 | 2014-02-13 | Toyota Central R&D Labs Inc | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
KR101922122B1 (ko) * | 2012-09-28 | 2018-11-26 | 삼성전자주식회사 | 노멀리 오프 고전자이동도 트랜지스터 |
JP2014072426A (ja) * | 2012-09-28 | 2014-04-21 | Fujitsu Ltd | 半導体装置及び半導体装置の製造方法 |
JP2014146646A (ja) * | 2013-01-28 | 2014-08-14 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
JP6161910B2 (ja) | 2013-01-30 | 2017-07-12 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置 |
KR102065114B1 (ko) * | 2013-03-14 | 2020-01-10 | 삼성전자주식회사 | 파워 소자의 전류 붕괴를 감소시키는 구동방법 |
US9437726B2 (en) * | 2013-07-19 | 2016-09-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | Field effect transistor |
US20150137179A1 (en) * | 2013-11-19 | 2015-05-21 | Huga Optotech Inc. | Power device |
CN104409493B (zh) * | 2014-11-18 | 2017-03-29 | 西安电子科技大学 | 基于t形栅‑漏复合场板的异质结器件及其制作方法 |
JP6654957B2 (ja) * | 2015-04-23 | 2020-02-26 | ローム株式会社 | 窒化物半導体デバイス |
US9871108B2 (en) * | 2015-04-23 | 2018-01-16 | Rohm Co., Ltd. | Nitride semiconductor device |
JP6416705B2 (ja) * | 2015-06-24 | 2018-10-31 | 日本電信電話株式会社 | 電界効果トランジスタおよびその製造方法 |
US9941384B2 (en) * | 2015-08-29 | 2018-04-10 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Semiconductor device and method for fabricating the same |
US10056478B2 (en) * | 2015-11-06 | 2018-08-21 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. | High-electron-mobility transistor and manufacturing method thereof |
JP7108386B2 (ja) * | 2017-08-24 | 2022-07-28 | 住友化学株式会社 | 電荷トラップ評価方法 |
US20200075314A1 (en) * | 2018-08-29 | 2020-03-05 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Doped buffer layer for group iii-v devices on silicon |
US20200219871A1 (en) * | 2019-01-07 | 2020-07-09 | Semiconductor Components Industries, Llc | Electronic Device Including a HEMT Including a Buried Region |
CN110071173B (zh) * | 2019-04-30 | 2023-04-18 | 英诺赛科(珠海)科技有限公司 | 半导体装置及其制造方法 |
CN113451513B (zh) * | 2020-03-24 | 2024-03-22 | 中国科学院化学研究所 | 一种超低能离子注入方法 |
CN111902945B (zh) * | 2020-06-04 | 2022-05-20 | 英诺赛科(珠海)科技有限公司 | 半导体装置及其制造方法 |
US11901445B2 (en) * | 2020-11-13 | 2024-02-13 | Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. | Transistor and methods of fabricating a transistor |
CN114582970A (zh) | 2020-12-01 | 2022-06-03 | 联华电子股份有限公司 | 半导体装置及其制作方法 |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000068498A (ja) | 1998-08-21 | 2000-03-03 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 絶縁性窒化物膜およびそれを用いた半導体装置 |
JP3866540B2 (ja) | 2001-07-06 | 2007-01-10 | 株式会社東芝 | 窒化物半導体素子およびその製造方法 |
JP4514584B2 (ja) * | 2004-11-16 | 2010-07-28 | 富士通株式会社 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
US11791385B2 (en) * | 2005-03-11 | 2023-10-17 | Wolfspeed, Inc. | Wide bandgap transistors with gate-source field plates |
JP4792814B2 (ja) * | 2005-05-26 | 2011-10-12 | 住友電気工業株式会社 | 高電子移動度トランジスタ、電界効果トランジスタ、エピタキシャル基板、エピタキシャル基板を作製する方法およびiii族窒化物系トランジスタを作製する方法 |
JP5064824B2 (ja) * | 2006-02-20 | 2012-10-31 | 古河電気工業株式会社 | 半導体素子 |
JP5347228B2 (ja) * | 2007-03-05 | 2013-11-20 | 日本電気株式会社 | 電界効果トランジスタ |
JP4677499B2 (ja) * | 2008-12-15 | 2011-04-27 | Dowaエレクトロニクス株式会社 | 電子デバイス用エピタキシャル基板およびその製造方法 |
JP5188545B2 (ja) * | 2009-09-14 | 2013-04-24 | コバレントマテリアル株式会社 | 化合物半導体基板 |
JP2010045416A (ja) * | 2009-11-25 | 2010-02-25 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Iii族窒化物電子デバイス |
-
2010
- 2010-07-30 JP JP2010171496A patent/JP5649112B2/ja active Active
-
2011
- 2011-04-18 CN CN201180037480.3A patent/CN103038869B/zh active Active
- 2011-04-18 WO PCT/JP2011/002260 patent/WO2012014352A1/ja active Application Filing
-
2012
- 2012-12-27 US US13/728,773 patent/US8604516B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US8604516B2 (en) | 2013-12-10 |
US20130113018A1 (en) | 2013-05-09 |
CN103038869B (zh) | 2015-08-05 |
JP2012033679A (ja) | 2012-02-16 |
CN103038869A (zh) | 2013-04-10 |
WO2012014352A1 (ja) | 2012-02-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5649112B2 (ja) | 電界効果トランジスタ | |
US11322599B2 (en) | Enhancement mode III-nitride devices having an Al1-xSixO gate insulator | |
JP5182835B2 (ja) | リサーフ構造を用いた窒化物半導体ヘテロ接合トランジスタ | |
JP5334149B2 (ja) | 窒化物半導体電界効果トランジスタ | |
US7714359B2 (en) | Field effect transistor having nitride semiconductor layer | |
US8441035B2 (en) | Field effect transistor and method of manufacturing the same | |
JP5810293B2 (ja) | 窒化物半導体装置 | |
US8487346B2 (en) | Semiconductor device | |
US20110227132A1 (en) | Field-effect transistor | |
JP5190923B2 (ja) | GaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタ及びその作製方法 | |
WO2010109566A1 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
KR20110005775A (ko) | 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 | |
JPWO2015125471A1 (ja) | 電界効果トランジスタ | |
KR20100138871A (ko) | 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 | |
US20100148184A1 (en) | Gan-based field effect transistor | |
JP2011166067A (ja) | 窒化物半導体装置 | |
US20180138305A1 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
US8586995B2 (en) | Semiconductor element having high breakdown voltage | |
US11355626B2 (en) | High electron mobility transistor | |
US9087890B2 (en) | Semiconductor device | |
JP2007080855A (ja) | 電界効果型トランジスタ | |
JP6225584B2 (ja) | 半導体装置の評価方法、並びに半導体装置およびその製造方法 | |
US20220157980A1 (en) | Nitride semiconductor device | |
JP6233088B2 (ja) | 電界効果トランジスタ | |
US20230253471A1 (en) | Nitride semiconductor device and method of manufacturing nitride semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20121109 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20130110 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140401 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140520 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140924 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20141020 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20141106 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5649112 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |