JP5684574B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の構成について説明する。図2は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。この半導体装置は、MIS型電界効果トランジスタ構造を有する。この半導体装置は、基板1、核形成層2、電子走行層3、電子供給層4、ソース電極8、ドレイン電極9、2次元電子ガス解消層5、第2の絶縁膜10、第1の絶縁膜6、ゲート電極7を具備する。
本実施の形態の半導体装置における実施例1としての電界効果トランジスタについて、図2を参照して説明する。
核形成層2(AlN層):400〜500℃(例えば450℃)。
電子走行層3(GaN層):1000〜1050℃(例えば1030℃)。
電子供給層4(AlGaN層):1040〜1100℃(例えば1080℃)。
2次元電子ガス解消層5(InGaN層):800〜900℃(例えば840℃)。
本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の構成について説明する。図3は、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。この半導体装置は、MIS型電界効果トランジスタ構造を有する。この半導体装置は、基板1、核形成層2、バッファ層11、電子走行層3、電子供給層4、ソース電極8、ドレイン電極9、2次元電子ガス解消層5、第2の絶縁膜10、第1の絶縁膜6、ゲート電極7を具備する。
本実施の形態の半導体装置における実施例2としての電界効果トランジスタについて、図3を参照して説明する。
核形成層2(AlN層):1040〜1100℃(例えば1080℃)。
バッファ層11(AlGaN層):1040〜1100℃(例えば1080℃)。
電子走行層3(GaN層):1000〜1050℃(例えば1030℃)。
電子供給層4(AlGaN層):1040〜1100℃(例えば1080℃)。
2次元電子ガス解消層5(GaN層):1000〜1050℃(例えば1030℃)。
本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置の構成について説明する。図4は、本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。この半導体装置は、MIS型電界効果トランジスタ構造を有する。この半導体装置は、基板1、核形成層2、電子走行層3、電子供給層4、ソース電極8、ドレイン電極9、2次元電子ガス解消層5、第2の絶縁膜10、第1の絶縁膜6、ゲート電極7を具備する。
本実施の形態の半導体装置における実施例3としての電界効果トランジスタについて、図4を参照して説明する。
核形成層層2(AlN層):1040〜1100℃(例えば1080℃)。
電子走行層3(GaN層):1000〜1050℃(例えば1030℃)。
電子供給層4(AlGaN層):1040〜1100℃(例えば1080℃)。
2次元電子ガス解消層5(InGaN層):800〜900℃(例えば840℃)。
本発明の第4の実施の形態に係る半導体装置の構成について説明する。図5は、本発明の第4の実施の形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。この半導体装置は、MIS型電界効果トランジスタ構造を有する。この半導体装置は、基板1、核形成層2、バッファ層11、電子走行層3、第1のスペーサ層12、電子供給層4、第2のスペーサ層13、ソース電極8、ドレイン電極9、2次元電子ガス解消層5、第2の絶縁膜10、第1の絶縁膜6、ゲート電極7を具備する。
本実施の形態の半導体装置における実施例4としての電界効果トランジスタについて、図5を参照して説明する。
核形成層層2(AlN層):1040〜1100℃(例えば1080℃)。
バッファ層11(AlGaN層):1040〜1100℃(例えば1080℃)。
電子走行層3(GaN層):1000〜1050℃(例えば1030℃)。
第1のスペーサ層12(AlN層):1040〜1100℃(例えば1080℃)。
電子供給層4(AlGaN層):1040〜1100℃(例えば1080℃)。
第2のスペーサ層13(GaN層):1000〜1050℃(例えば1030℃)。
2次元電子ガス解消層5(GaN層):1000〜1050℃(例えば1030℃)。
本発明の第5の実施の形態に係る半導体装置の構成について説明する。図6は、本発明の第5の実施の形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。この半導体装置は、MIS型電界効果トランジスタ構造を有する。この半導体装置は、基板1、核形成層2、バッファ層11、電子走行層3、電子供給層4、ソース電極8、ドレイン電極9、2次元電子ガス解消層5、第2の絶縁膜10、第1の絶縁膜6、ゲート電極7を具備する。
本実施の形態の半導体装置における実施例5としての電界効果トランジスタについて、図6を参照して説明する。
核形成層2(AlN層):1040〜1100℃(例えば1080℃)。
バッファ層11(AlGaN層):1040〜1100℃(例えば1080℃)。
電子走行層3(GaN層):1000〜1050℃(例えば1030℃)。
電子供給層4(AlGaN層):1040〜1100℃(例えば1080℃)。
2次元電子ガス解消層5(GaN層):通常1000〜1050℃(例えば1030℃)。
本発明の第6の実施の形態に係る半導体装置の構成について説明する。図7は、本発明の第6の実施の形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。この半導体装置は、MIS型電界効果トランジスタ構造を有する。この半導体装置は、基板1、核形成層2、電子走行層3、電子供給層4、ソース電極8、ドレイン電極9、2次元電子ガス解消層5、第1の絶縁膜6、ゲート電極7を具備する。
本実施の形態の半導体装置における実施例6としての電界効果トランジスタについて、図7を参照して説明する。
核形成層2:400〜500℃(例えば450℃)。
電子走行層3(GaN層):1000〜1050℃(例えば1030℃)。
電子供給層4(AlGaN層):1040〜1100℃(例えば1080℃)。
2次元電子ガス解消層5(InGaN層):800〜900℃(例えば840℃)。
Claims (15)
- 下地層と、
前記下地層の上に形成された電子供給層と、
前記電子供給層上に直接またはスペーサ層を介して互いに離れて形成されたソース電極とドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に、前記ソース電極と前記ドレイン電極とから離れて前記電子供給層の上に直接またはスペーサ層を介して形成された2次元電子ガス解消層と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極に接して、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に前記2次元電子ガス解消層を覆うように形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に前記2次元電子ガス解消層を覆うように形成されたゲート電極と
を備え、
前記ソース電極と前記ドレイン電極に接する部分の前記絶縁膜の厚さは、前記2次元電子ガス解消層上の前記絶縁膜の最も薄い部分の厚さ以上の厚さを有し、
前記下地層、前記電子供給層および前記2次元電子ガス解消層が、いずれも(0001)面から任意の方向に10°までの範囲で傾斜した面を主面とするウルツ鉱型のIII族窒化物半導体層であり、
前記2次元電子ガス解消層が圧縮歪みを有し、
前記絶縁膜は、
前記ソース電極と前記ドレイン電極に接して、前記2次元電子ガス解消層の上に形成された第2の絶縁膜と、
少なくとも前記第2の絶縁膜と前記2次元電子ガス解消層との上に形成された第1の絶縁膜と
を備え、
前記ゲート電極と前記電子供給層との間に、前記第1の絶縁膜のみが挟まれている領域と、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜が挟まれている領域とがある
半導体装置。 - 下地層と、
前記下地層の上に形成された電子供給層と、
前記電子供給層上に直接またはスペーサ層を介して互いに離れて形成されたソース電極とドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に、前記ソース電極と前記ドレイン電極とから離れて前記電子供給層の上に直接またはスペーサ層を介して形成された2次元電子ガス解消層と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極に接して、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に前記2次元電子ガス解消層を覆うように形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に前記2次元電子ガス解消層を覆うように形成されたゲート電極と
を備え、
前記ソース電極と前記ドレイン電極に接する部分の前記絶縁膜の厚さは、前記2次元電子ガス解消層上の前記絶縁膜の最も薄い部分の厚さ以上の厚さを有し、
前記下地層、前記電子供給層および前記2次元電子ガス解消層が、いずれも(0001)面から任意の方向に10°までの範囲で傾斜した面を主面とするウルツ鉱型のIII族窒化物半導体層であり、
前記2次元電子ガス解消層が圧縮歪みを有し、
前記絶縁膜は、
前記ソース電極と前記ドレイン電極に接して、前記2次元電子ガス解消層の上に形成された第2の絶縁膜と、
少なくとも前記第2の絶縁膜と前記2次元電子ガス解消層との上に形成された第1の絶縁膜と
を備え、
前記ゲート電極と前記2次元電子ガス解消層との間に、前記第1の絶縁膜のみが挟まれている領域と、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜が挟まれている領域とがある
半導体装置。 - 請求項1又は2に記載の半導体装置において、
前記電子供給層が引っ張り歪みを有する
半導体装置。 - 下地層と、
前記下地層の上に形成された電子供給層と、
前記電子供給層上に直接またはスペーサ層を介して互いに離れて形成されたソース電極とドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に前記電子供給層の上に直接またはスペーサ層を介して形成された2次元電子ガス解消層と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極に接して、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に前記2次元電子ガス解消層を覆うように形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に前記2次元電子ガス解消層を覆うように形成されたゲート電極と
を備え、
前記ソース電極と前記ドレイン電極に接する部分の前記絶縁膜の厚さは、前記2次元電子ガス解消層上の前記絶縁膜の最も薄い部分の厚さ以上の厚さを有し、
前記下地層、前記電子供給層および前記2次元電子ガス解消層が、いずれも(0001)面から任意の方向に10°までの範囲で傾斜した面を主面とするウルツ鉱型のIII族窒化物半導体層であり、
厚み方向と垂直な水平面内の格子定数の物性値の平均値を平均格子定数と定義したとき、前記2次元電子ガス解消層の平均格子定数が、前記下地層の平均格子定数よりも大きく、
前記絶縁膜は、
前記ソース電極と前記ドレイン電極に接して、前記2次元電子ガス解消層の上に形成された第2の絶縁膜と、
少なくとも前記第2の絶縁膜と前記2次元電子ガス解消層との上に形成された第1の絶縁膜と
を備え、
前記ゲート電極と前記電子供給層との間に、前記第1の絶縁膜のみが挟まれている領域と、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜が挟まれている領域とがある
半導体装置。 - 下地層と、
前記下地層の上に形成された電子供給層と、
前記電子供給層上に直接またはスペーサ層を介して互いに離れて形成されたソース電極とドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に前記電子供給層の上に直接またはスペーサ層を介して形成された2次元電子ガス解消層と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極に接して、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に前記2次元電子ガス解消層を覆うように形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜の上に前記2次元電子ガス解消層を覆うように形成されたゲート電極と
を備え、
前記ソース電極と前記ドレイン電極に接する部分の前記絶縁膜の厚さは、前記2次元電子ガス解消層上の前記絶縁膜の最も薄い部分の厚さ以上の厚さを有し、
前記下地層、前記電子供給層および前記2次元電子ガス解消層が、いずれも(0001)面から任意の方向に10°までの範囲で傾斜した面を主面とするウルツ鉱型のIII族窒化物半導体層であり、
厚み方向と垂直な水平面内の格子定数の物性値の平均値を平均格子定数と定義したとき、前記2次元電子ガス解消層の平均格子定数が、前記下地層の平均格子定数よりも大きく、
前記絶縁膜は、
前記ソース電極と前記ドレイン電極に接して、前記2次元電子ガス解消層の上に形成された第2の絶縁膜と、
少なくとも前記第2の絶縁膜と前記2次元電子ガス解消層との上に形成された第1の絶縁膜と
を備え、
前記ゲート電極と前記2次元電子ガス解消層との間に、前記第1の絶縁膜のみが挟まれている領域と、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜が挟まれている領域とがある
半導体装置。 - 請求項4又は5に記載の半導体装置において、
前記電子供給層の平均格子定数が、前記下地層の平均格子定数以下である
半導体装置。 - 請求項4又は5に記載の半導体装置において、
前記下地層がAlαGa1−αN(0≦α≦1)を含み、
前記電子供給層がAlβGa1−βN(α≦β≦1)を含み、
前記2次元電子ガス解消層がInxGayAl1−x−yN(0<x≦1、0≦y<1)を含む
半導体装置。 - 請求項4又は5に記載の半導体装置において、
前記下地層がAlαGa1−αN(0<α≦1)を含み、
前記電子供給層がAlβGa1−βN(α≦β≦1)を含み、
前記2次元電子ガス解消層がAlγGa1−γN(0≦γ<α)を含む
半導体装置。 - 請求項1乃至8のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記電子供給層の不純物濃度が、p型、n型共に1×1017cm−3以下である
半導体装置。 - 請求項1乃至9のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記2次元電子ガス解消層の不純物濃度が、p型、n型共に1×1017cm−3以下である
半導体装置。 - 請求項2又は5に記載の半導体装置において、
前記ゲート電極と前記電子供給層との間に、前記第1の絶縁膜と前記第2の絶縁膜が挟まれている領域がある
半導体装置。 - 請求項1乃至11のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記第1の絶縁膜がSi、Mg、Hf、Zr、Al、Ti、Taのいずれか1以上とO、N、Cのいずれか1以上とからなる物質を含む
半導体装置。 - 請求項1乃至11のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記第1の絶縁膜がSi、Mg、Hf、Zr、Al、Ti、Taのいずれか1以上とO、N、Cのいずれか1以上とからなる物質を含む複数の層で構成される
半導体装置。 - 請求項1乃至13のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記第2の絶縁膜がSi、Mg、Hf、Zr、Al、Ti、Taのいずれか1以上とO、N、Cのいずれか1以上とからなる物質を含む
半導体装置。 - 請求項1乃至13のいずれか一項に記載の半導体装置において、
前記第2の絶縁膜がSi、Mg、Hf、Zr、Al、Ti、Taのいずれか1以上とO、N、Cのいずれか1以上とからなる物質を含む複数の層で構成される
半導体装置。
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