JP6187167B2 - Compound semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

本発明は、化合物半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a compound semiconductor device and a manufacturing method thereof.

GaNを電子走行層、AlGaNを電子供給層として用いたGaN系高電子移動度トランジスタ(HEMT:high electron mobility transistor)の性能を表す指標の一つに、電力付加効率(PAE:power added efficiency)がある。例えば、ゲート電極のゲート長方向の寸法を小さくすることでPAEを向上することができる。   One of the indexes representing the performance of a GaN-based high electron mobility transistor (HEMT) using GaN as an electron transit layer and AlGaN as an electron supply layer is power added efficiency (PAE). is there. For example, PAE can be improved by reducing the dimension of the gate electrode in the gate length direction.

しかしながら、ゲート電極のゲート長方向の寸法を小さくするほど、製造歩留まりが低下してしまう。また、短チャネル効果によって逆にPAEが低下することもある。   However, the manufacturing yield decreases as the size of the gate electrode in the gate length direction decreases. On the contrary, the PAE may decrease due to the short channel effect.

特開2000−174260号公報JP 2000-174260 A 特開2003−338510号公報JP 2003-338510 A

本発明の目的は、電力付加効率を向上することができる化合物半導体装置及びその製造方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a compound semiconductor device capable of improving power added efficiency and a method for manufacturing the same.

化合物半導体装置の一態様には、チャネル層と、前記チャネル層上方に形成されたキャリア供給層と、前記キャリア供給層上方に形成されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、前記ドレイン電極に電気的に接続され、平面視で前記ドレイン電極を前記ゲート電極との間に挟む位置に形成され、前記チャネル層及び前記キャリア供給層と非導通の金属膜と、が設けられている。前記金属膜の下面は、前記ゲート電極の直下における前記チャネル層の上面よりも下方に位置する。   In one embodiment of the compound semiconductor device, a channel layer, a carrier supply layer formed above the channel layer, a gate electrode, a source electrode and a drain electrode formed above the carrier supply layer, and an electric current to the drain electrode The drain electrode is formed between the gate electrode and the drain electrode in plan view, and the channel layer and the carrier supply layer are provided in a non-conductive metal film. The lower surface of the metal film is located below the upper surface of the channel layer immediately below the gate electrode.

化合物半導体装置の製造方法では、チャネル層上方にキャリア供給層を形成し、前記キャリア供給層上方にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成し、平面視で前記ドレイン電極を前記ゲート電極との間に挟む位置に、前記ドレイン電極に電気的に接続され、前記チャネル層及び前記キャリア供給層と非導通の金属膜を形成する。前記金属膜の下面を、前記ゲート電極の直下における前記チャネル層の上面よりも下方に位置させる。   In the method for manufacturing a compound semiconductor device, a carrier supply layer is formed above a channel layer, a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode are formed above the carrier supply layer, and the drain electrode is disposed between the gate electrode and the gate electrode in plan view. A metal film electrically connected to the drain electrode and non-conductive with the channel layer and the carrier supply layer is formed at a position sandwiched between the channel layer and the carrier supply layer. The lower surface of the metal film is positioned below the upper surface of the channel layer immediately below the gate electrode.

上記の化合物半導体装置等によれば、適切な金属膜の作用により電力付加効率を向上することができる。ゲート電極のゲート長方向の寸法を小さくする必要はない。   According to the above-described compound semiconductor device or the like, power added efficiency can be improved by the action of an appropriate metal film. It is not necessary to reduce the dimension of the gate electrode in the gate length direction.

第1の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the compound semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 参考例の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of a reference example. 第1の実施形態及び参考例の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of 1st Embodiment and a reference example. 第2の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the compound semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the compound semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment to process order. 図5Aに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 5B is a cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the compound semiconductor device in the order of steps, following FIG. 5A. 図5Bに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 5B is a cross-sectional view showing the method of manufacturing the compound semiconductor device in order of processes, following FIG. 5B. 第3の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the compound semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment. 第3の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the compound semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment to process order. 図7Aに引き続き、化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。FIG. 7B is a cross-sectional view illustrating the method of manufacturing the compound semiconductor device in order of processes subsequent to FIG. 7A. 第4の実施形態に係るディスクリートパッケージを示す図である。It is a figure which shows the discrete package which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係るPFC回路を示す結線図である。It is a connection diagram which shows the PFC circuit which concerns on 5th Embodiment. 第6の実施形態に係る電源装置を示す結線図である。It is a connection diagram which shows the power supply device which concerns on 6th Embodiment. 第7の実施形態に係る増幅器を示す結線図である。It is a connection diagram which shows the amplifier which concerns on 7th Embodiment.

以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

(第1の実施形態)
先ず、第1の実施形態について説明する。第1の実施形態はGaN系HEMTの一例である。図1は、第1の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す断面図である。
(First embodiment)
First, the first embodiment will be described. The first embodiment is an example of a GaN-based HEMT. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the compound semiconductor device according to the first embodiment.

第1の実施形態では、図1に示すように、チャネル層101上方にキャリア供給層102が形成され、キャリア供給層102上方にゲート電極103、ソース電極104及びドレイン電極105が形成されている。ソース電極104及びドレイン電極105はキャリア供給層102とオーミック接触している。ドレイン電極105に電気的に接続され、チャネル層101及びキャリア供給層102と非導通の金属膜106が、平面視でドレイン電極105をゲート電極103との間に挟む位置に形成されている。金属膜106の下面は、ゲート電極103の直下におけるチャネル層101の上面よりも下方に位置する。   In the first embodiment, as shown in FIG. 1, a carrier supply layer 102 is formed above the channel layer 101, and a gate electrode 103, a source electrode 104, and a drain electrode 105 are formed above the carrier supply layer 102. The source electrode 104 and the drain electrode 105 are in ohmic contact with the carrier supply layer 102. A metal film 106 that is electrically connected to the drain electrode 105 and is not electrically connected to the channel layer 101 and the carrier supply layer 102 is formed at a position sandwiching the drain electrode 105 with the gate electrode 103 in plan view. The lower surface of the metal film 106 is positioned below the upper surface of the channel layer 101 immediately below the gate electrode 103.

この第1の実施形態では、ドレイン電極105に電圧が供給されると、この電圧が金属膜106にも供給される。このため、金属膜106のゲート電極103側の下端からも電界が広がり、ゲート電極103内では、ドレイン電極105側の領域に電界が集中しやすくなる。従って、PAE、特に高周波動作時のPAEが向上する。また、ピンチオフ状態において空乏層が形成されやすくなるため、短チャネル効果が生じにくい。   In the first embodiment, when a voltage is supplied to the drain electrode 105, this voltage is also supplied to the metal film 106. For this reason, the electric field also spreads from the lower end of the metal film 106 on the gate electrode 103 side, and the electric field tends to concentrate in the region on the drain electrode 105 side in the gate electrode 103. Therefore, PAE, particularly PAE during high frequency operation is improved. Further, since a depletion layer is easily formed in a pinch-off state, a short channel effect is hardly generated.

ここで、第1の実施形態の作用について、参考例と比較しながら更に説明する。図2は参考例の構造を示す断面図である。第1の参考例では、図2(a)に示すように、第1の実施形態におけるドレイン電極105及び金属膜106の代わりにドレイン電極115が設けられている。ドレイン電極115の全体がキャリア供給層102上方にあり、ゲート長方向では、ドレイン電極115の寸法がドレイン電極105の寸法及び金属膜106の寸法の和と一致する。第2の参考例では、図2(b)に示すように、第1の参考例におけるゲート電極103の代わりにゲート電極113が設けられている。ゲート長方向では、ゲート電極113の寸法はゲート電極103の寸法の半分である。   Here, the operation of the first embodiment will be further described in comparison with a reference example. FIG. 2 is a sectional view showing the structure of a reference example. In the first reference example, as shown in FIG. 2A, a drain electrode 115 is provided in place of the drain electrode 105 and the metal film 106 in the first embodiment. The entire drain electrode 115 is above the carrier supply layer 102, and in the gate length direction, the size of the drain electrode 115 matches the sum of the size of the drain electrode 105 and the size of the metal film 106. In the second reference example, as shown in FIG. 2B, a gate electrode 113 is provided instead of the gate electrode 103 in the first reference example. In the gate length direction, the dimension of the gate electrode 113 is half of the dimension of the gate electrode 103.

第1の実施形態、第1の参考例、及び第2の参考例の各々におけるゲート長Lgと実効ゲート長Leffとの関係を模式的に表すと、図3(a)のようになる。また、第1の実施形態、第1の参考例、及び第2の参考例の各々における入力電力PinとPAEとの関係を模式的に表すと、図3(b)のようになる。すなわち、第1の実施形態と第1の参考例との間では、ゲート長Lgが一致し、第1の実施形態の実効ゲート長Leffが第1の参考例の実効ゲート長Leffよりも小さい。第1の実施形態と第2の参考例との間では、実効ゲート長Leffが同程度であり、第2の参考例のゲート長Lgが第1の実施形態のゲート長Lgの半分である。従って、図3(b)に示すように、第1の実施形態及び第2の参考例では、第1の参考例と比較して、ゲート電極103内でドレイン電極側の領域に電界が集中しやすく、高い効率が得られる。また。第1の実施形態では、第2の参考例と比較して、ゲート長Lgが大きいため、ゲート電極を高い歩留まりで形成することができ、短チャネル効果を抑制することができる。   The relationship between the gate length Lg and the effective gate length Leff in each of the first embodiment, the first reference example, and the second reference example is schematically shown in FIG. FIG. 3B schematically shows the relationship between the input power Pin and the PAE in each of the first embodiment, the first reference example, and the second reference example. That is, the gate length Lg matches between the first embodiment and the first reference example, and the effective gate length Leff of the first embodiment is smaller than the effective gate length Leff of the first reference example. The effective gate length Leff is approximately the same between the first embodiment and the second reference example, and the gate length Lg of the second reference example is half the gate length Lg of the first embodiment. Therefore, as shown in FIG. 3B, in the first embodiment and the second reference example, the electric field concentrates in the region on the drain electrode side in the gate electrode 103 as compared with the first reference example. Easy and high efficiency is obtained. Also. In the first embodiment, since the gate length Lg is large compared to the second reference example, the gate electrode can be formed with a high yield, and the short channel effect can be suppressed.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態はGaN系HEMTの一例である。図4は、第2の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. The second embodiment is an example of a GaN-based HEMT. FIG. 4 is a diagram illustrating the structure of the compound semiconductor device according to the second embodiment.

第2の実施形態では、図4(a)に示すように、基板211上にバッファ層212が形成され、バッファ層212上にチャネル層201が形成されている。チャネル層201上にスペーサ層213が形成され、スペーサ層213上にキャリア供給層202が形成され、キャリア供給層202上にキャップ層214が形成されている。基板211は、例えばSiC基板である。バッファ層212は、例えばAlN層であり、化合物半導体層の一例である。チャネル層201は、例えば厚さが3μm程度の、不純物の意図的なドーピングが行われていないi−GaN層である。スペーサ層213は、例えば厚さが5nm程度の、不純物の意図的なドーピングが行われていないi−AlGaN層である。キャリア供給層202は、例えば厚さが30nm程度のn型のn−AlGaN層である。キャリア供給層202には、n型の不純物として、例えばSiが5×1018cm-3程度の濃度でドーピングされている。キャップ層214は、例えば厚さが10nm程度のn型のn−GaN層である。キャップ層214には、n型の不純物として、例えばSiが5×1018cm-3程度の濃度でドーピングされている。 In the second embodiment, as illustrated in FIG. 4A, the buffer layer 212 is formed on the substrate 211, and the channel layer 201 is formed on the buffer layer 212. A spacer layer 213 is formed on the channel layer 201, a carrier supply layer 202 is formed on the spacer layer 213, and a cap layer 214 is formed on the carrier supply layer 202. The substrate 211 is, for example, a SiC substrate. The buffer layer 212 is an AlN layer, for example, and is an example of a compound semiconductor layer. The channel layer 201 is, for example, an i-GaN layer having a thickness of about 3 μm and not intentionally doped with impurities. The spacer layer 213 is, for example, an i-AlGaN layer having a thickness of about 5 nm and not intentionally doped with impurities. The carrier supply layer 202 is an n-type n-AlGaN layer having a thickness of about 30 nm, for example. The carrier supply layer 202 is doped with, for example, Si as an n-type impurity at a concentration of about 5 × 10 18 cm −3 . The cap layer 214 is an n-type n-GaN layer having a thickness of about 10 nm, for example. The cap layer 214 is doped with, for example, Si as an n-type impurity at a concentration of about 5 × 10 18 cm −3 .

チャネル層201、スペーサ層213、キャリア供給層202、及びキャップ層214の積層体に、素子領域を画定する素子分離領域215が形成されている。素子領域内において、キャップ層214に開口部216及び開口部217が形成されており、開口部216内にソース電極204が形成され、開口部217内にドレイン電極205が形成されている。ソース電極204及びドレイン電極205はキャリア供給層202とオーミック接触している。素子領域内では、平面視でドレイン電極205をソース電極204との間に挟む位置において、キャップ層214、キャリア供給層202、スペーサ層213、及びチャネル層201に開口部218が形成されている。開口部218の下面は、ソース電極204及びドレイン電極205間でのチャネル層201の上面よりも下方に位置し、例えば開口部218はチャネル層201の下面まで達している。ドレイン電極205に電気的に接続された金属膜206が開口部218内に形成されている。例えば、金属膜206はAlを含有し、好ましくはAl膜を備え、チャネル層201及びキャリア供給層202と直接接している。本実施形態では、金属膜206は、チャネル層201、スペーサ層213及びキャリア供給層202と非導通性が高く確保されている。つまり、金属膜206はチャネル層201、スペーサ層213及びキャリア供給層202とオーミック接触もショットキー接触もしていない。   An element isolation region 215 that defines an element region is formed in a stacked body of the channel layer 201, the spacer layer 213, the carrier supply layer 202, and the cap layer 214. In the element region, an opening 216 and an opening 217 are formed in the cap layer 214, a source electrode 204 is formed in the opening 216, and a drain electrode 205 is formed in the opening 217. The source electrode 204 and the drain electrode 205 are in ohmic contact with the carrier supply layer 202. In the element region, an opening 218 is formed in the cap layer 214, the carrier supply layer 202, the spacer layer 213, and the channel layer 201 at a position sandwiching the drain electrode 205 with the source electrode 204 in plan view. The lower surface of the opening 218 is positioned below the upper surface of the channel layer 201 between the source electrode 204 and the drain electrode 205. For example, the opening 218 reaches the lower surface of the channel layer 201. A metal film 206 electrically connected to the drain electrode 205 is formed in the opening 218. For example, the metal film 206 contains Al, preferably includes an Al film, and is in direct contact with the channel layer 201 and the carrier supply layer 202. In the present embodiment, the metal film 206 is ensured to be highly non-conductive with the channel layer 201, the spacer layer 213, and the carrier supply layer 202. That is, the metal film 206 is not in ohmic contact or Schottky contact with the channel layer 201, the spacer layer 213, and the carrier supply layer 202.

ソース電極204、ドレイン電極205、及び金属膜206を覆う絶縁膜219がキャップ層214上に形成されている。絶縁膜219には、ソース電極204とドレイン電極205との間に位置する開口部220が形成されており、開口部220を介してキャップ層214とショットキー接触するゲート電極203が設けられている。ゲート電極203を覆う絶縁膜221が絶縁膜219上に形成されている。絶縁膜219及び絶縁膜221の材料は特に限定されず、例えばシリコン窒化膜が用いられる。例えば、絶縁膜219の厚さは10nm〜5000nm(例えば100nm)程度である。   An insulating film 219 that covers the source electrode 204, the drain electrode 205, and the metal film 206 is formed on the cap layer 214. In the insulating film 219, an opening 220 is formed between the source electrode 204 and the drain electrode 205, and a gate electrode 203 that is in Schottky contact with the cap layer 214 is provided through the opening 220. . An insulating film 221 that covers the gate electrode 203 is formed over the insulating film 219. The material of the insulating film 219 and the insulating film 221 is not particularly limited, and for example, a silicon nitride film is used. For example, the thickness of the insulating film 219 is approximately 10 nm to 5000 nm (for example, 100 nm).

この第2の実施形態では、ドレイン電極205に電圧が供給されると、この電圧が金属膜206にも供給される。このため、金属膜206のゲート電極203側の下端からも電界が広がり、ゲート電極203内では、ドレイン電極205側の領域に電界が集中しやすくなる。従って、PAE、特に高周波動作時のPAEが向上する。また、ピンチオフ状態において空乏層が形成されやすくなるため、短チャネル効果が生じにくい。   In the second embodiment, when a voltage is supplied to the drain electrode 205, this voltage is also supplied to the metal film 206. For this reason, the electric field also spreads from the lower end of the metal film 206 on the gate electrode 203 side, and the electric field tends to concentrate in the region on the drain electrode 205 side in the gate electrode 203. Therefore, PAE, particularly PAE during high frequency operation is improved. Further, since a depletion layer is easily formed in a pinch-off state, a short channel effect is hardly generated.

なお、図4(b)に示すように、金属膜206とチャネル層201、スペーサ層213、及びキャリア供給層202との間に絶縁膜222が形成されていてもよい。   4B, an insulating film 222 may be formed between the metal film 206 and the channel layer 201, the spacer layer 213, and the carrier supply layer 202.

次に、第2の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法について説明する。図5A乃至図5Cは、第2の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。   Next, a method for manufacturing a compound semiconductor device according to the second embodiment will be described. 5A to 5C are cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the compound semiconductor device according to the second embodiment in the order of steps.

先ず、図5A(a)に示すように、基板211上に、バッファ層212、チャネル層201、スペーサ層213、キャリア供給層202、及びキャップ層214を形成する。バッファ層212、チャネル層201、スペーサ層213、キャリア供給層202、及びキャップ層214は、例えば有機金属気相成長(MOVPE:metal organic vapor phase epitaxy)法により形成することができる。   First, as shown in FIG. 5A (a), a buffer layer 212, a channel layer 201, a spacer layer 213, a carrier supply layer 202, and a cap layer 214 are formed on a substrate 211. The buffer layer 212, the channel layer 201, the spacer layer 213, the carrier supply layer 202, and the cap layer 214 can be formed by, for example, a metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method.

これら化合物半導体層の形成に際しては、例えば、Al源であるトリメチルアルミニウム(TMA)ガス、Ga源であるトリメチルガリウム(TMG)ガス、及びN源であるアンモニア(NH3)ガスの混合ガスを用いる。このとき、成長させる化合物半導体層の組成に応じて、トリメチルアルミニウムガス及びトリメチルガリウムガスの供給の有無及び流量を適宜設定する。各化合物半導体層に共通の原料であるアンモニアガスの流量は、例えば100ccm〜10LM程度とする。また、例えば、成長圧力は50Torr〜300Torr程度、成長温度は1000℃〜1200℃程度とする。また、n型の化合物半導体層(例えばキャリア供給層202及びキャップ層214)を成長させる際には、例えば、Siを含むSiH4ガスを所定の流量で混合ガスに添加し、化合物半導体層にSiをドーピングする。Siのドーピング濃度は、1×1018cm-3程度〜1×1020cm-3程度、例えば5×1018cm-3程度とする。 In forming these compound semiconductor layers, for example, a mixed gas of trimethylaluminum (TMA) gas that is an Al source, trimethylgallium (TMG) gas that is a Ga source, and ammonia (NH 3 ) gas that is an N source is used. At this time, whether or not trimethylaluminum gas and trimethylgallium gas are supplied and the flow rate are appropriately set according to the composition of the compound semiconductor layer to be grown. The flow rate of ammonia gas, which is a common material for each compound semiconductor layer, is, for example, about 100 ccm to 10 LM. Further, for example, the growth pressure is about 50 Torr to 300 Torr, and the growth temperature is about 1000 ° C. to 1200 ° C. Further, when growing an n-type compound semiconductor layer (for example, the carrier supply layer 202 and the cap layer 214), for example, SiH 4 gas containing Si is added to the mixed gas at a predetermined flow rate, and Si is added to the compound semiconductor layer. Doping. The doping concentration of Si is about 1 × 10 18 cm −3 to about 1 × 10 20 cm −3 , for example, about 5 × 10 18 cm −3 .

次いで、図5A(b)に示すように、キャップ層214、キャリア供給層202、スペーサ層213、及びチャネル層201に素子領域を画定する素子分離領域215を形成する。素子分離領域215の形成では、例えば、素子分離領域215を形成する予定の領域を露出するフォトレジストのパターンをキャップ層214上に形成し、このパターンをマスクとしてAr等のイオン注入を行う。このパターンをエッチングマスクとして塩素系ガスを用いたドライエッチングを行ってもよい。   Next, as shown in FIG. 5A (b), an element isolation region 215 that defines an element region in the cap layer 214, the carrier supply layer 202, the spacer layer 213, and the channel layer 201 is formed. In the formation of the element isolation region 215, for example, a photoresist pattern exposing the region where the element isolation region 215 is to be formed is formed on the cap layer 214, and ion implantation of Ar or the like is performed using this pattern as a mask. Dry etching using a chlorine-based gas may be performed using this pattern as an etching mask.

その後、図5A(c)に示すように、ソース電極204を形成する予定の領域及びドレイン電極205を形成する予定の領域を露出し、他の領域を覆うレジストパターン251をキャップ層214上に形成する。続いて、レジストパターン251をマスクとしたドライエッチングにより、キャップ層214に開口部216及び開口部217を形成する。   Thereafter, as shown in FIG. 5A (c), a region where the source electrode 204 is to be formed and a region where the drain electrode 205 is to be formed are exposed, and a resist pattern 251 covering the other region is formed on the cap layer 214. To do. Subsequently, the opening 216 and the opening 217 are formed in the cap layer 214 by dry etching using the resist pattern 251 as a mask.

次いで、図5B(d)に示すように、レジストパターン251を除去し、開口部216内にソース電極204を形成し、開口部217内にドレイン電極205を形成する。ソース電極204及びドレイン電極205は、例えばリフトオフ法により形成することができる。すなわち、ソース電極204を形成する予定の領域及びドレイン電極205を形成する予定の領域を露出し、他の領域を覆うフォトレジストのパターンを形成し、このパターンを成長マスクとして蒸着法により金属膜を形成し、このパターンをその上の金属膜と共に除去する。金属膜の形成では、例えば、Ti膜を形成した後にAl膜を形成する。次いで、例えば、窒素雰囲気中にて400℃〜900℃(例えば580℃)で熱処理を行い、オーミック特性を確立する。   Next, as shown in FIG. 5B (d), the resist pattern 251 is removed, the source electrode 204 is formed in the opening 216, and the drain electrode 205 is formed in the opening 217. The source electrode 204 and the drain electrode 205 can be formed by, for example, a lift-off method. That is, a region where the source electrode 204 is to be formed and a region where the drain electrode 205 is to be formed are exposed, and a photoresist pattern covering the other region is formed, and a metal film is formed by vapor deposition using this pattern as a growth mask. Then, the pattern is removed together with the metal film thereon. In the formation of the metal film, for example, the Al film is formed after the Ti film is formed. Next, for example, heat treatment is performed at 400 ° C. to 900 ° C. (for example, 580 ° C.) in a nitrogen atmosphere to establish ohmic characteristics.

ソース電極204及びドレイン電極205の形成後には、図5B(e)に示すように、金属膜206を形成する予定の領域を露出し、他の領域を覆うレジストパターン252をソース電極204、ドレイン電極205、及びキャップ層214上に形成する。その後、レジストパターン252をマスクとしたドライエッチングにより、キャップ層214、キャリア供給層202、スペーサ層213、及びチャネル層201に開口部218を形成する。   After the formation of the source electrode 204 and the drain electrode 205, as shown in FIG. 5B (e), a region where the metal film 206 is to be formed is exposed, and a resist pattern 252 covering the other region is used as the source electrode 204 and the drain electrode. 205 and the cap layer 214. Thereafter, openings 218 are formed in the cap layer 214, the carrier supply layer 202, the spacer layer 213, and the channel layer 201 by dry etching using the resist pattern 252 as a mask.

続いて、図5B(f)に示すように、レジストパターン252を除去し、開口部218内に金属膜206を形成する。金属膜206は、例えばリフトオフ法により形成することができる。すなわち、金属膜206を形成する予定の領域を露出し、他の領域を覆うフォトレジストのパターンを形成し、このパターンを成長マスクとして蒸着法により金属膜を形成し、このパターンをその上の金属膜と共に除去する。金属膜の形成では、例えば、Ti膜を形成した後にAl膜を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 5B (f), the resist pattern 252 is removed, and a metal film 206 is formed in the opening 218. The metal film 206 can be formed by, for example, a lift-off method. That is, a region where the metal film 206 is to be formed is exposed, a photoresist pattern covering the other region is formed, and a metal film is formed by vapor deposition using this pattern as a growth mask. Remove with membrane. In the formation of the metal film, for example, the Al film is formed after the Ti film is formed.

金属膜206の形成後には、オーミック特性が確立するような熱処理を行うことなく、図5C(g)に示すように、ソース電極204、ドレイン電極205、及び金属膜206を覆う絶縁膜219をキャップ層214上に形成する。絶縁膜219は、例えば化学気相成長(CVD:chemical vapor deposition)法、原子層堆積(ALD:atomic layer deposition)法、又はスパッタ法により形成することができる。   After the formation of the metal film 206, the insulating film 219 covering the source electrode 204, the drain electrode 205, and the metal film 206 is capped as shown in FIG. 5C (g) without performing heat treatment that establishes ohmic characteristics. Form on layer 214. The insulating film 219 can be formed by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method, an atomic layer deposition (ALD) method, or a sputtering method.

次いで、図5C(h)に示すように、絶縁膜219のゲート電極203を形成する予定の領域に開口部220を形成する。開口部220は、例えばドライエッチングにより形成することができる。開口部220をウェットエッチング又はイオンミリングにより形成してもよい。その後、開口部220内にゲート電極203を形成する。ゲート電極203は、例えばリフトオフ法により形成することができる。すなわち、ゲート電極203を形成する予定の領域を露出するフォトレジストのパターンを形成し、このパターンを成長マスクとして蒸着法により金属膜を形成し、このパターンをその上の金属膜と共に除去する。金属膜の形成では、例えば、Ni膜を形成した後にAu膜を形成する。続いて、例えば、100℃〜500℃(例えば290℃)で熱処理を行い、ショットキー特性を確立する。   Next, as illustrated in FIG. 5C (h), an opening 220 is formed in a region where the gate electrode 203 of the insulating film 219 is to be formed. The opening 220 can be formed by dry etching, for example. The opening 220 may be formed by wet etching or ion milling. Thereafter, the gate electrode 203 is formed in the opening 220. The gate electrode 203 can be formed by, for example, a lift-off method. That is, a photoresist pattern exposing a region where the gate electrode 203 is to be formed is formed, a metal film is formed by vapor deposition using this pattern as a growth mask, and the pattern is removed together with the metal film thereon. In the formation of the metal film, for example, the Au film is formed after the Ni film is formed. Subsequently, for example, heat treatment is performed at 100 ° C. to 500 ° C. (for example, 290 ° C.) to establish Schottky characteristics.

ゲート電極203の形成後には、ゲート電極203を覆う絶縁膜221を絶縁膜219上に形成する。絶縁膜221は、絶縁膜219と同様に、例えばCVD法、ALD法又はスパッタ法により形成することができる。   After the gate electrode 203 is formed, an insulating film 221 that covers the gate electrode 203 is formed over the insulating film 219. As with the insulating film 219, the insulating film 221 can be formed by, for example, a CVD method, an ALD method, or a sputtering method.

そして、必要に応じて保護膜及び配線等を形成して、化合物半導体装置を完成させる。このように、本実施形態では、金属膜206の形成後に金属膜206とチャネル層201、スペーサ層213、及びキャリア供給層202とのオーミック特性が確立されるような熱処理を行わない。従って、金属膜206はチャネル層201等と直接接するものの、チャネル層201等とオーミック接触もショットキー接触もしない。例えば、金属膜206とチャネル層201等との界面の状態は、金属膜206の成膜時の状態のまま維持される。   And a protective film, wiring, etc. are formed as needed and a compound semiconductor device is completed. As described above, in this embodiment, after the formation of the metal film 206, heat treatment that establishes ohmic characteristics between the metal film 206, the channel layer 201, the spacer layer 213, and the carrier supply layer 202 is not performed. Therefore, although the metal film 206 is in direct contact with the channel layer 201 or the like, neither the ohmic contact nor the Schottky contact is made with the channel layer 201 or the like. For example, the state of the interface between the metal film 206 and the channel layer 201 is maintained as it was when the metal film 206 was formed.

なお、図4(b)に示すように絶縁膜222を含ませる場合には、例えば、開口部218の形成と金属膜206の形成との間に絶縁膜222を形成すればよい。   When the insulating film 222 is included as shown in FIG. 4B, for example, the insulating film 222 may be formed between the formation of the opening 218 and the formation of the metal film 206.

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態はGaN系HEMTの一例である。図6は、第3の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す図である。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment will be described. The third embodiment is an example of a GaN-based HEMT. FIG. 6 is a diagram illustrating the structure of the compound semiconductor device according to the third embodiment.

第3の実施形態では、図6(a)に示すように、第2の実施形態における開口部216に代えて開口部316が形成され、ソース電極204に代えてソース電極304が開口部316内に形成されている。ソース電極304はキャリア供給層202とオーミック接触している。素子領域内で、平面視でソース電極304をドレイン電極205との間に挟む位置において、キャップ層214、キャリア供給層202、スペーサ層213、及びチャネル層201に開口部318が形成されている。開口部318の下面は、ソース電極304及びドレイン電極205間でのチャネル層201の上面よりも下方に位置し、例えば開口部318はチャネル層201の下面まで達している。ソース電極304に電気的に接続された金属膜306が開口部318内に形成されている。例えば、金属膜306はAlを含有し、好ましくはAl膜を備え、チャネル層201及びキャリア供給層202と直接接している。本実施形態では、金属膜306は、チャネル層201、スペーサ層213及びキャリア供給層202と非導通性が高く確保されている。つまり、金属膜306はチャネル層201、スペーサ層213及びキャリア供給層202とオーミック接触もショットキー接触もしていない。他の構成は第2の実施形態と同様である。   In the third embodiment, as shown in FIG. 6A, an opening 316 is formed instead of the opening 216 in the second embodiment, and the source electrode 304 is placed in the opening 316 instead of the source electrode 204. Is formed. The source electrode 304 is in ohmic contact with the carrier supply layer 202. In the element region, an opening 318 is formed in the cap layer 214, the carrier supply layer 202, the spacer layer 213, and the channel layer 201 at a position sandwiching the source electrode 304 with the drain electrode 205 in plan view. The lower surface of the opening 318 is located below the upper surface of the channel layer 201 between the source electrode 304 and the drain electrode 205. For example, the opening 318 reaches the lower surface of the channel layer 201. A metal film 306 electrically connected to the source electrode 304 is formed in the opening 318. For example, the metal film 306 contains Al, preferably includes an Al film, and is in direct contact with the channel layer 201 and the carrier supply layer 202. In this embodiment, the metal film 306 is ensured to be highly non-conductive with the channel layer 201, the spacer layer 213, and the carrier supply layer 202. That is, the metal film 306 is not in ohmic contact or Schottky contact with the channel layer 201, the spacer layer 213, and the carrier supply layer 202. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

この第3の実施形態でも、ドレイン電極205に電圧が供給されると、この電圧が金属膜206にも供給される。このため、金属膜206のゲート電極203側の下端からも電界が広がり、ゲート電極203内では、ドレイン電極205側の領域に電界が集中しやすくなる。従って、PAE、特に高周波動作時のPAEが向上する。また、ピンチオフ状態において空乏層が形成されやすくなるため、短チャネル効果が生じにくい。   Also in the third embodiment, when a voltage is supplied to the drain electrode 205, this voltage is also supplied to the metal film 206. For this reason, the electric field also spreads from the lower end of the metal film 206 on the gate electrode 203 side, and the electric field tends to concentrate in the region on the drain electrode 205 side in the gate electrode 203. Therefore, PAE, particularly PAE during high frequency operation is improved. Further, since a depletion layer is easily formed in a pinch-off state, a short channel effect is hardly generated.

更に、第3の実施形態では、ドレイン電極205に印加された電圧により、ゲート電極203端のドレイン電極205側に電界集中が発生する。この、ゲート電極端への電界集中が発生する領域が第2の実施形態よりも狭くなるため、より効率よくドレイン電極の電圧をPAEの向上に結び付けることができる。   Furthermore, in the third embodiment, an electric field concentration occurs on the drain electrode 205 side at the end of the gate electrode 203 due to the voltage applied to the drain electrode 205. Since the region where the electric field concentration at the gate electrode end occurs is narrower than in the second embodiment, the drain electrode voltage can be more efficiently linked to the improvement of PAE.

なお、図6(b)に示すように、金属膜206とチャネル層201、スペーサ層213、及びキャリア供給層202との間に絶縁膜222が形成されていてもよく、金属膜306とチャネル層201、スペーサ層213、及びキャリア供給層202との間に絶縁膜322が形成されてもよい。   6B, an insulating film 222 may be formed between the metal film 206 and the channel layer 201, the spacer layer 213, and the carrier supply layer 202, and the metal film 306 and the channel layer may be formed. An insulating film 322 may be formed between the spacer 201, the spacer layer 213, and the carrier supply layer 202.

金属膜206及び金属膜306がバッファ層212に接している必要はない。   The metal film 206 and the metal film 306 need not be in contact with the buffer layer 212.

次に、第3の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法について説明する。図7A乃至図7Bは、第3の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。   Next, a method for manufacturing a compound semiconductor device according to the third embodiment will be described. 7A to 7B are cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the compound semiconductor device according to the third embodiment in the order of steps.

先ず、図7A(a)に示すように、第2の実施形態と同様にして、素子分離領域215の形成までの処理を行う。次いで、図7A(b)に示すように、ソース電極304を形成する予定の領域及びドレイン電極205を形成する予定の領域を露出し、他の領域を覆うレジストパターン351をキャップ層214上に形成する。その後、レジストパターン351をマスクとしたドライエッチングにより、キャップ層214に開口部316及び開口部217を形成する。   First, as shown in FIG. 7A (a), processing up to the formation of the element isolation region 215 is performed in the same manner as in the second embodiment. Next, as shown in FIG. 7A (b), a region where the source electrode 304 is to be formed and a region where the drain electrode 205 is to be formed are exposed, and a resist pattern 351 is formed on the cap layer 214 to cover the other regions. To do. Thereafter, an opening 316 and an opening 217 are formed in the cap layer 214 by dry etching using the resist pattern 351 as a mask.

続いて、図7A(c)に示すように、レジストパターン351を除去し、開口部316内にソース電極304を形成し、開口部217内にドレイン電極205を形成する。ソース電極304及びドレイン電極205は、例えばリフトオフ法により形成することができる。ソース電極304及びドレイン電極205の形成でも、熱処理を行い、オーミック特性を確立する。   Subsequently, as shown in FIG. 7A (c), the resist pattern 351 is removed, the source electrode 304 is formed in the opening 316, and the drain electrode 205 is formed in the opening 217. The source electrode 304 and the drain electrode 205 can be formed by, for example, a lift-off method. Also in the formation of the source electrode 304 and the drain electrode 205, heat treatment is performed to establish ohmic characteristics.

ソース電極304及びドレイン電極205の形成後には、図7B(d)に示すように、金属膜206を形成する予定の領域及び金属膜306を形成する予定の領域を露出し、他の領域を覆うレジストパターン352をソース電極304、ドレイン電極205、及びキャップ層214上に形成する。次いで、レジストパターン352をマスクとしたドライエッチングにより、キャップ層214、キャリア供給層202、スペーサ層213、及びチャネル層201に開口部218及び開口部318を形成する。   After the formation of the source electrode 304 and the drain electrode 205, as shown in FIG. 7B (d), the region where the metal film 206 is to be formed and the region where the metal film 306 is to be formed are exposed and the other regions are covered. A resist pattern 352 is formed on the source electrode 304, the drain electrode 205, and the cap layer 214. Next, an opening 218 and an opening 318 are formed in the cap layer 214, the carrier supply layer 202, the spacer layer 213, and the channel layer 201 by dry etching using the resist pattern 352 as a mask.

その後、図7B(e)に示すように、レジストパターン352を除去し、開口部218内に金属膜206を形成し、開口部318内に金属膜306を形成する。金属膜206及び金属膜306は、例えばリフトオフ法により形成することができる。   Thereafter, as shown in FIG. 7B (e), the resist pattern 352 is removed, a metal film 206 is formed in the opening 218, and a metal film 306 is formed in the opening 318. The metal film 206 and the metal film 306 can be formed by, for example, a lift-off method.

金属膜206及び金属膜306の形成後には、オーミック特性が確立するような熱処理を行うことなく、図7B(f)に示すように、第2の実施形態と同様にして絶縁膜219の形成以降の処理を行う。   After the formation of the metal film 206 and the metal film 306, without performing a heat treatment that establishes ohmic characteristics, as shown in FIG. 7B (f), after the formation of the insulating film 219, as in the second embodiment. Perform the process.

そして、必要に応じて保護膜及び配線等を形成して、化合物半導体装置を完成させる。このように、本実施形態では、金属膜206及び金属膜306の形成後に金属膜206及び金属膜306とチャネル層201、スペーサ層213、及びキャリア供給層202とのオーミック特性が確立されるような熱処理を行わない。従って、金属膜206及び金属膜306はチャネル層201等と直接接するものの、チャネル層201等とオーミック接触もショットキー接触もしない。例えば、金属膜206及び金属膜306とチャネル層201等との界面の状態は、金属膜206及び金属膜306の成膜時の状態のまま維持される。   And a protective film, wiring, etc. are formed as needed and a compound semiconductor device is completed. As described above, in this embodiment, the ohmic characteristics of the metal film 206 and the metal film 306, the channel layer 201, the spacer layer 213, and the carrier supply layer 202 are established after the metal film 206 and the metal film 306 are formed. No heat treatment is performed. Therefore, although the metal film 206 and the metal film 306 are in direct contact with the channel layer 201 and the like, neither ohmic contact nor Schottky contact is made with the channel layer 201 or the like. For example, the state of the interface between the metal film 206 and the metal film 306 and the channel layer 201 is maintained as it was when the metal film 206 and the metal film 306 were formed.

なお、図6(b)に示すように絶縁膜222を含ませる場合には、例えば、開口部218の形成と金属膜206及び金属膜306の形成との間に絶縁膜222を形成すればよい。   When the insulating film 222 is included as shown in FIG. 6B, for example, the insulating film 222 may be formed between the formation of the opening 218 and the formation of the metal film 206 and the metal film 306. .

なお、金属膜106とチャネル層101及びキャリア供給層102との間の抵抗、金属膜206及び金属膜306とチャネル層201、スペーサ層213及びキャリア供給層202との間の抵抗率は、1×10-1(Ω・cm2)以上であることが好ましい。これは、この抵抗率が、1×10-1(Ω・cm2)未満であると、チャネル層の下層部にも電流経路を形成しやすい構造となり、所望の特性が得られないことがあるためである。 The resistance between the metal film 106 and the channel layer 101 and the carrier supply layer 102, and the resistivity between the metal film 206 and the metal film 306 and the channel layer 201, the spacer layer 213, and the carrier supply layer 202 are 1 × It is preferably 10 −1 (Ω · cm 2 ) or more. This is because when the resistivity is less than 1 × 10 −1 (Ω · cm 2 ), a current path is easily formed in the lower layer portion of the channel layer, and desired characteristics may not be obtained. Because.

また、金属膜106の形成後のオーミック接触が確立される熱処理の有無、並びに金属膜206及び金属膜306の形成後のオーミック接触が確立される熱処理の有無は、例えば透過型電子顕微鏡(TEM:transmission electron microscope)を用いたこれらの界面の観察に基づいて判断することができる。つまり、熱処理に伴う界面の変化の有無に基づいて判断することができる。   The presence or absence of heat treatment for establishing ohmic contact after the formation of the metal film 106 and the presence or absence of heat treatment for establishing ohmic contact after the formation of the metal film 206 and the metal film 306 are, for example, a transmission electron microscope (TEM). Judgment can be made based on observation of these interfaces using a transmission electron microscope. That is, the determination can be made based on the presence or absence of a change in the interface accompanying the heat treatment.

(第4の実施形態)
第4の実施形態は、GaN系HEMTのディスクリートパッケージに関する。図8は、第4の実施形態に係るディスクリートパッケージを示す図である。
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment relates to a GaN-based HEMT discrete package. FIG. 8 is a diagram illustrating a discrete package according to the fourth embodiment.

第4の実施形態では、図8に示すように、第2、第3の実施形態のいずれかのGaN系HEMTのHEMTチップ1210の裏面がはんだ等のダイアタッチ剤1234を用いてランド(ダイパッド)1233に固定されている。また、ドレイン電極205が接続されたドレインパッド1226dに、Alワイヤ等のワイヤ1235dが接続され、ワイヤ1235dの他端が、ランド1233と一体化しているドレインリード1232dに接続されている。ソース電極204又は304に接続されたソースパッド1226sにAlワイヤ等のワイヤ1235sが接続され、ワイヤ1235sの他端がランド1233から独立したソースリード1232sに接続されている。ゲート電極203に接続されたゲートパッド1226gにAlワイヤ等のワイヤ1235gが接続され、ワイヤ1235gの他端がランド1233から独立したゲートリード1232gに接続されている。そして、ゲートリード1232gの一部、ドレインリード1232dの一部及びソースリード1232sの一部が突出するようにして、ランド1233及びHEMTチップ1210等がモールド樹脂1231によりパッケージングされている。   In the fourth embodiment, as shown in FIG. 8, the back surface of the GaN-based HEMT HEMT chip 1210 of either the second or third embodiment is land (die pad) using a die attach agent 1234 such as solder. 1233 is fixed. Further, a wire 1235d such as an Al wire is connected to the drain pad 1226d to which the drain electrode 205 is connected, and the other end of the wire 1235d is connected to a drain lead 1232d integrated with the land 1233. A wire 1235 s such as an Al wire is connected to the source pad 1226 s connected to the source electrode 204 or 304, and the other end of the wire 1235 s is connected to a source lead 1232 s independent of the land 1233. A wire 1235g such as an Al wire is connected to the gate pad 1226g connected to the gate electrode 203, and the other end of the wire 1235g is connected to a gate lead 1232g independent of the land 1233. The land 1233, the HEMT chip 1210, and the like are packaged with the mold resin 1231 so that a part of the gate lead 1232g, a part of the drain lead 1232d, and a part of the source lead 1232s protrude.

このようなディスクリートパッケージは、例えば、次のようにして製造することができる。先ず、HEMTチップ1210をはんだ等のダイアタッチ剤1234を用いてリードフレームのランド1233に固定する。次いで、ワイヤ1235g、1235d及び1235sを用いたボンディングにより、ゲートパッド1226gをリードフレームのゲートリード1232gに接続し、ドレインパッド1226dをリードフレームのドレインリード1232dに接続し、ソースパッド1226sをリードフレームのソースリード1232sに接続する。その後、トランスファーモールド法にてモールド樹脂1231を用いた封止を行う。続いて、リードフレームを切り離す。   Such a discrete package can be manufactured as follows, for example. First, the HEMT chip 1210 is fixed to the land 1233 of the lead frame using a die attach agent 1234 such as solder. Next, by bonding using wires 1235g, 1235d, and 1235s, the gate pad 1226g is connected to the gate lead 1232g of the lead frame, the drain pad 1226d is connected to the drain lead 1232d of the lead frame, and the source pad 1226s is connected to the source of the lead frame. Connect to lead 1232s. Thereafter, sealing using a mold resin 1231 is performed by a transfer molding method. Subsequently, the lead frame is separated.

(第5の実施形態)
次に、第5の実施形態について説明する。第5の実施形態は、GaN系HEMTを備えたPFC(Power Factor Correction)回路に関する。図9は、第5の実施形態に係るPFC回路を示す結線図である。
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described. The fifth embodiment relates to a PFC (Power Factor Correction) circuit including a GaN-based HEMT. FIG. 9 is a connection diagram illustrating a PFC circuit according to the fifth embodiment.

PFC回路1250には、スイッチ素子(トランジスタ)1251、ダイオード1252、チョークコイル1253、コンデンサ1254及び1255、ダイオードブリッジ1256、並びに交流電源(AC)1257が設けられている。そして、スイッチ素子1251のドレイン電極と、ダイオード1252のアノード端子及びチョークコイル1253の一端子とが接続されている。スイッチ素子1251のソース電極と、コンデンサ1254の一端子及びコンデンサ1255の一端子とが接続されている。コンデンサ1254の他端子とチョークコイル1253の他端子とが接続されている。コンデンサ1255の他端子とダイオード1252のカソード端子とが接続されている。また、スイッチ素子1251のゲート電極にはゲートドライバが接続されている。コンデンサ1254の両端子間には、ダイオードブリッジ1256を介してAC1257が接続される。コンデンサ1255の両端子間には、直流電源(DC)が接続される。そして、本実施形態では、スイッチ素子1251に、第2、第3の実施形態のいずれかのGaN系HEMTが用いられている。   The PFC circuit 1250 is provided with a switch element (transistor) 1251, a diode 1252, a choke coil 1253, capacitors 1254 and 1255, a diode bridge 1256, and an AC power supply (AC) 1257. The drain electrode of the switch element 1251 is connected to the anode terminal of the diode 1252 and one terminal of the choke coil 1253. A source electrode of the switch element 1251 is connected to one terminal of the capacitor 1254 and one terminal of the capacitor 1255. The other terminal of the capacitor 1254 and the other terminal of the choke coil 1253 are connected. The other terminal of the capacitor 1255 and the cathode terminal of the diode 1252 are connected. A gate driver is connected to the gate electrode of the switch element 1251. An AC 1257 is connected between both terminals of the capacitor 1254 via a diode bridge 1256. A direct current power supply (DC) is connected between both terminals of the capacitor 1255. In this embodiment, the GaN-based HEMT according to any one of the second and third embodiments is used for the switch element 1251.

PFC回路1250の製造に際しては、例えば、はんだ等を用いて、スイッチ素子1251をダイオード1252及びチョークコイル1253等に接続する。   In manufacturing the PFC circuit 1250, the switch element 1251 is connected to the diode 1252, the choke coil 1253, and the like using, for example, solder.

(第6の実施形態)
次に、第6の実施形態について説明する。第6の実施形態は、GaN系HEMTを備えた電源装置に関する。図10は、第6の実施形態に係る電源装置を示す結線図である。
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described. The sixth embodiment relates to a power supply device including a GaN-based HEMT. FIG. 10 is a connection diagram illustrating the power supply device according to the sixth embodiment.

電源装置には、高圧の一次側回路1261及び低圧の二次側回路1262、並びに一次側回路1261と二次側回路1262との間に配設されるトランス1263が設けられている。   The power supply device is provided with a high-voltage primary circuit 1261 and a low-voltage secondary circuit 1262, and a transformer 1263 disposed between the primary circuit 1261 and the secondary circuit 1262.

一次側回路1261には、第5の実施形態に係るPFC回路1250、及びPFC回路1250のコンデンサ1255の両端子間に接続されたインバータ回路、例えばフルブリッジインバータ回路1260が設けられている。フルブリッジインバータ回路1260には、複数(ここでは4つ)のスイッチ素子1264a、1264b、1264c及び1264dが設けられている。   The primary circuit 1261 is provided with an inverter circuit connected between both terminals of the PFC circuit 1250 according to the fifth embodiment and the capacitor 1255 of the PFC circuit 1250, for example, a full bridge inverter circuit 1260. The full bridge inverter circuit 1260 is provided with a plurality (here, four) of switch elements 1264a, 1264b, 1264c, and 1264d.

二次側回路1262には、複数(ここでは3つ)のスイッチ素子1265a、1265b及び1265cが設けられている。   The secondary side circuit 1262 is provided with a plurality (three in this case) of switch elements 1265a, 1265b, and 1265c.

本実施形態では、一次側回路1261を構成するPFC回路1250のスイッチ素子1251、並びにフルブリッジインバータ回路1260のスイッチ素子1264a、1264b、1264c及び1264dに、第2、第3の実施形態のいずれかのGaN系HEMTが用いられている。一方、二次側回路1262のスイッチ素子1265a、1265b及び1265cには、シリコンを用いた通常のMIS型FET(電界効果トランジスタ)が用いられている。   In this embodiment, the switch element 1251 of the PFC circuit 1250 and the switch elements 1264a, 1264b, 1264c, and 1264d of the full bridge inverter circuit 1260 that constitute the primary circuit 1261 are either of the second and third embodiments. A GaN-based HEMT is used. On the other hand, normal MIS type FETs (field effect transistors) using silicon are used for the switch elements 1265a, 1265b, and 1265c of the secondary side circuit 1262.

(第7の実施形態)
次に、第7の実施形態について説明する。第7の実施形態は、GaN系HEMTを備えた増幅器に関する。図11は、第7の実施形態に係る増幅器を示す結線図である。
(Seventh embodiment)
Next, a seventh embodiment will be described. The seventh embodiment relates to an amplifier including a GaN-based HEMT. FIG. 11 is a connection diagram illustrating an amplifier according to the seventh embodiment.

増幅器には、ディジタル・プレディストーション回路1271、ミキサー1272a及び1272b、並びにパワーアンプ1273が設けられている。   The amplifier is provided with a digital predistortion circuit 1271, mixers 1272a and 1272b, and a power amplifier 1273.

ディジタル・プレディストーション回路1271は、入力信号の非線形歪みを補償する。ミキサー1272aは、非線形歪みが補償された入力信号と交流信号とをミキシングする。パワーアンプ1273は、第2、第3の実施形態のいずれかのGaN系HEMTを備えており、交流信号とミキシングされた入力信号を増幅する。なお、本実施形態では、例えば、スイッチの切り替えにより、出力側の信号をミキサー1272bで交流信号とミキシングしてディジタル・プレディストーション回路1271に送出できる。この増幅器は、高周波増幅器、高出力増幅器として使用することができる。   The digital predistortion circuit 1271 compensates for nonlinear distortion of the input signal. The mixer 1272a mixes the input signal compensated for nonlinear distortion and the AC signal. The power amplifier 1273 includes the GaN-based HEMT according to any of the second and third embodiments, and amplifies the input signal mixed with the AC signal. In the present embodiment, for example, by switching the switch, the signal on the output side can be mixed with the AC signal by the mixer 1272b and sent to the digital predistortion circuit 1271. This amplifier can be used as a high-frequency amplifier or a high-power amplifier.

なお、化合物半導体積層構造に用いられる化合物半導体層の組成は特に限定されず、例えば、GaN、AlN及びInN等を用いることができる。また、これらの混晶を用いることもできる。   Note that the composition of the compound semiconductor layer used in the compound semiconductor stacked structure is not particularly limited, and for example, GaN, AlN, InN, or the like can be used. These mixed crystals can also be used.

また、いずれの実施形態においても、基板として、炭化シリコン(SiC)基板、サファイア基板、シリコン基板、GaN基板又はGaAs基板等を用いてもよい。基板が、導電性、半絶縁性又は絶縁性のいずれであってもよい。   In any of the embodiments, a silicon carbide (SiC) substrate, a sapphire substrate, a silicon substrate, a GaN substrate, a GaAs substrate, or the like may be used as the substrate. The substrate may be conductive, semi-insulating, or insulating.

また、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の構造は上述の実施形態のものに限定されない。例えば、これらが単層から構成されていてもよい。また、これらの形成方法はリフトオフ法に限定されない。更に、オーミック特性が得られるのであれば、ソース電極及びドレイン電極の形成後の熱処理を省略してもよい。ゲート電極に、Ni及びAuの他にPd及び/又はPtが含まれていてもよい。   Further, the structures of the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode are not limited to those of the above-described embodiment. For example, these may be composed of a single layer. Moreover, these formation methods are not limited to the lift-off method. Furthermore, if ohmic characteristics can be obtained, the heat treatment after the formation of the source electrode and the drain electrode may be omitted. The gate electrode may contain Pd and / or Pt in addition to Ni and Au.

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。   Hereinafter, various aspects of the present invention will be collectively described as supplementary notes.

(付記1)
チャネル層と、
前記チャネル層上方に形成されたキャリア供給層と、
前記キャリア供給層上方に形成されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、
前記ドレイン電極に電気的に接続され、平面視で前記ドレイン電極を前記ゲート電極との間に挟む位置に形成され、前記チャネル層及び前記キャリア供給層と非導通の金属膜と、
を有し、
前記金属膜の下面は、前記ゲート電極の直下における前記チャネル層の上面よりも下方に位置することを特徴とする化合物半導体装置。
(Appendix 1)
A channel layer;
A carrier supply layer formed above the channel layer;
A gate electrode, a source electrode and a drain electrode formed above the carrier supply layer;
A metal film that is electrically connected to the drain electrode and is sandwiched between the drain electrode and the gate electrode in a plan view;
Have
The lower surface of the metal film is located below the upper surface of the channel layer immediately below the gate electrode.

(付記2)
前記金属膜の下面は前記チャネル層の下面まで到達していることを特徴とする付記1に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 2)
The compound semiconductor device according to appendix 1, wherein the lower surface of the metal film reaches the lower surface of the channel layer.

(付記3)
前記チャネル層及び前記キャリア供給層はGaN系化合物半導体を含有し、
前記金属膜はAlを含有することを特徴とする付記1又は2に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 3)
The channel layer and the carrier supply layer contain a GaN-based compound semiconductor,
The compound semiconductor device according to appendix 1 or 2, wherein the metal film contains Al.

(付記4)
前記チャネル層及び前記キャリア供給層と前記金属膜とが互いに直接接していることを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 4)
The compound semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3, wherein the channel layer, the carrier supply layer, and the metal film are in direct contact with each other.

(付記5)
前記金属膜は、前記チャネル層及び前記キャリア供給層とオーミック接触及びショットキー接触していないことを特徴とする付記4に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 5)
The compound semiconductor device according to appendix 4, wherein the metal film is not in ohmic contact or Schottky contact with the channel layer and the carrier supply layer.

(付記6)
前記チャネル層及び前記キャリア供給層と前記金属膜との間の絶縁膜を有することを特徴とする付記1乃至3のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 6)
4. The compound semiconductor device according to claim 1, further comprising an insulating film between the channel layer and the carrier supply layer and the metal film.

(付記7)
前記金属膜に対する熱処理が行われていないことを特徴とする付記1乃至6のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 7)
The compound semiconductor device according to any one of appendices 1 to 6, wherein the metal film is not heat-treated.

(付記8)
前記チャネル層下方に形成された化合物半導体層を有することを特徴とする付記1乃至7のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 8)
8. The compound semiconductor device according to any one of appendices 1 to 7, further comprising a compound semiconductor layer formed below the channel layer.

(付記9)
前記ソース電極に電気的に接続され、平面視で前記ソース電極を前記ゲート電極との間に挟む位置に形成され、前記チャネル層及び前記キャリア供給層と非導通の第2の金属膜を有することを特徴とする付記8に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 9)
A second metal film electrically connected to the source electrode, formed at a position sandwiching the source electrode with the gate electrode in plan view, and non-conductive with the channel layer and the carrier supply layer; Item 8. The compound semiconductor device according to appendix 8.

(付記10)
付記1乃至9のいずれか1項に記載の化合物半導体装置を有することを特徴とする電源装置。
(Appendix 10)
A power supply device comprising the compound semiconductor device according to any one of appendices 1 to 9.

(付記11)
付記1乃至9のいずれか1項に記載の化合物半導体装置を有することを特徴とする増幅器。
(Appendix 11)
An amplifier comprising the compound semiconductor device according to any one of appendices 1 to 9.

(付記12)
チャネル層上方にキャリア供給層を形成する工程と、
前記キャリア供給層上方にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
平面視で前記ドレイン電極を前記ゲート電極との間に挟む位置に、前記ドレイン電極に電気的に接続され、前記チャネル層及び前記キャリア供給層と非導通の金属膜を形成する工程と、
を有し、
前記金属膜の下面を、前記ゲート電極の直下における前記チャネル層の上面よりも下方に位置させることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
(Appendix 12)
Forming a carrier supply layer above the channel layer;
Forming a gate electrode, a source electrode and a drain electrode above the carrier supply layer;
Forming a metal film electrically connected to the drain electrode at a position sandwiching the drain electrode between the gate electrode and the channel layer and the carrier supply layer in a plan view; and
Have
A method of manufacturing a compound semiconductor device, wherein the lower surface of the metal film is positioned below the upper surface of the channel layer immediately below the gate electrode.

(付記13)
前記金属膜の下面を前記チャネル層の下面まで到達させることを特徴とする付記12に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Appendix 13)
13. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to appendix 12, wherein the lower surface of the metal film reaches the lower surface of the channel layer.

(付記14)
前記チャネル層及び前記キャリア供給層はGaN系化合物半導体を含有し、
前記金属膜はAlを含有することを特徴とする付記12又は13に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Appendix 14)
The channel layer and the carrier supply layer contain a GaN-based compound semiconductor,
14. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to appendix 12 or 13, wherein the metal film contains Al.

(付記15)
前記金属膜を前記チャネル層及び前記キャリア供給層と直接接するように形成することを特徴とする付記12乃至14のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Appendix 15)
15. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to any one of appendices 12 to 14, wherein the metal film is formed so as to be in direct contact with the channel layer and the carrier supply layer.

101、201:チャネル層
102、202:キャリア供給層
103、203:ゲート電極
104、204:ソース電極
105、205:ドレイン電極
106、206、306:金属膜
101, 201: Channel layer 102, 202: Carrier supply layer 103, 203: Gate electrode 104, 204: Source electrode 105, 205: Drain electrode 106, 206, 306: Metal film

Claims (10)

チャネル層と、
前記チャネル層上方に形成されたキャリア供給層と、
前記キャリア供給層上方に形成されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、
前記ドレイン電極に電気的に接続され、平面視で前記ドレイン電極を前記ゲート電極との間に挟む位置に形成され、前記チャネル層及び前記キャリア供給層と非導通の金属膜と、
を有し、
前記金属膜の下面は、前記ゲート電極の直下における前記チャネル層の上面よりも下方に位置することを特徴とする化合物半導体装置。
A channel layer;
A carrier supply layer formed above the channel layer;
A gate electrode, a source electrode and a drain electrode formed above the carrier supply layer;
A metal film that is electrically connected to the drain electrode and is sandwiched between the drain electrode and the gate electrode in a plan view;
Have
The lower surface of the metal film is located below the upper surface of the channel layer immediately below the gate electrode.
前記金属膜の下面は前記チャネル層の下面まで到達していることを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体装置。   The compound semiconductor device according to claim 1, wherein a lower surface of the metal film reaches a lower surface of the channel layer. 前記チャネル層及び前記キャリア供給層はGaN系化合物半導体を含有し、
前記金属膜はAlを含有することを特徴とする請求項1又は2に記載の化合物半導体装置。
The channel layer and the carrier supply layer contain a GaN-based compound semiconductor,
The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the metal film contains Al.
前記チャネル層及び前記キャリア供給層と前記金属膜とが互いに直接接していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。   4. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the channel layer, the carrier supply layer, and the metal film are in direct contact with each other. 5. 前記金属膜が前記チャネル層及び前記キャリア供給層とオーミック接触もショットキー接触もしていないことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。5. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the metal film is not in ohmic contact or Schottky contact with the channel layer and the carrier supply layer. 6. チャネル層上方にキャリア供給層を形成する工程と、
前記キャリア供給層上方にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
平面視で前記ドレイン電極を前記ゲート電極との間に挟む位置に、前記ドレイン電極に電気的に接続され、前記チャネル層及び前記キャリア供給層と非導通の金属膜を形成する工程と、
を有し、
前記金属膜の下面を、前記ゲート電極の直下における前記チャネル層の上面よりも下方に位置させることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
Forming a carrier supply layer above the channel layer;
Forming a gate electrode, a source electrode and a drain electrode above the carrier supply layer;
Forming a metal film electrically connected to the drain electrode at a position sandwiching the drain electrode between the gate electrode and the channel layer and the carrier supply layer in a plan view; and
Have
A method of manufacturing a compound semiconductor device, wherein the lower surface of the metal film is positioned below the upper surface of the channel layer immediately below the gate electrode.
前記金属膜の下面を前記チャネル層の下面まで到達させることを特徴とする請求項に記載の化合物半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 6 , wherein the lower surface of the metal film reaches the lower surface of the channel layer. 前記チャネル層及び前記キャリア供給層はGaN系化合物半導体を含有し、
前記金属膜はAlを含有することを特徴とする請求項又はに記載の化合物半導体装置の製造方法。
The channel layer and the carrier supply layer contain a GaN-based compound semiconductor,
The metal film production method of a compound semiconductor device according to claim 6 or 7, characterized in that it contains Al.
前記金属膜を前記チャネル層及び前記キャリア供給層と直接接するように形成することを特徴とする請求項乃至のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a compound semiconductor device according to any one of claims 6 to 8, characterized by forming the metal film in direct contact with the channel layer and the carrier supply layer. 前記金属膜が前記チャネル層及び前記キャリア供給層とオーミック接触もショットキー接触もしていないことを特徴とする請求項6乃至9のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。10. The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 6, wherein the metal film is not in ohmic contact or Schottky contact with the channel layer and the carrier supply layer. 11.
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