JP6261219B2 - 高電子移動度トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の他の目的は、ノーマリーオフ特性を有し、チャネル抵抗の低いHEMTを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、オン抵抗の低いHEMTを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、しきい電圧の制御が容易なHEMTを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、前記HEMTの製造方法を提供することにある。
前記絶縁マスク層の前記開口部は、前記リセス領域の少なくとも一部を露出させてもよい。
前記空乏形成層は、前記リセス領域上に備えられてもよい。
前記第1半導体層は、GaN系物質を含んでもよい。
前記第2半導体層は、Al,Ga,In及びBのうち少なくとも一つを含む窒化物のうち選択された一つ以上の物質を含む単層構造または多層構造を有してもよい。
前記空乏形成層は、p型不純物でドーピングされた領域を含んでもよい。
前記空乏形成層は、III−V族系の窒化物半導体を含んでもよい。
前記フィールドプレートは、前記ゲートと前記ドレインとの間の前記絶縁マスク層上に延びてもよい。
前記HEMTは、ノーマリーオフ素子であってもよい。
前記リセス領域の少なくとも一部は、前記絶縁マスク層の前記開口部により露出されてもよい。
前記空乏形成層は、前記リセス領域上に形成されてもよい。
前記絶縁マスク層を、前記第2半導体層の上面、及び前記リセス領域の内側面に形成し、前記リセス領域の底面は、前記開口部により露出されてもよい。
前記絶縁マスク層を、前記第2半導体層の上面、前記リセス領域の内側面、及び前記リセス領域の底面の一部に形成し、前記リセス領域の底面の残りの部分は、前記開口部により露出されてもよい。この時、前記開口部により露出された前記リセス領域の底面の部分は、前記底面の中央部またはそれと隣接した領域であってもよい。
前記リセス領域を、前記第1及び第2半導体層の一部を露出させる深さに形成してもよい。
前記第2半導体層は、Al,Ga,In及びBのうち少なくとも一つを含む窒化物のうち選択された一つ以上の物質を含む単層構造または多層構造を有してもよい。
前記空乏形成層は、p型半導体を含んでもよい。
前記空乏形成層は、p型不純物でドーピングされた領域を含んでもよい。
前記空乏形成層は、III−V族系の窒化物半導体を含んでもよい。
前記ゲートから、前記絶縁マスク層上に延びたフィールドプレートを形成するステップをさらに含んでもよい。
前記絶縁マスク層は、前記リセス領域で、前記第2半導体層の少なくとも一つの内側面を被覆してもよい。
前記第2半導体層は、前記第1半導体層と分極特性、エネルギーバンドギャップ及び格子定数のうち少なくとも一つが異なるIII−V族系の化合物半導体を含んでもよい。
前記第2電極から、前記絶縁マスク層上に延びたフィールドプレートがさらに備えられ、前記フィールドプレートは、前記第1電極及び前記第3電極と離隔されて配置されてもよい。
図1を参照すれば、基板SUB10上に、チャネル層C10が備えられる。基板SUB10は、例えば、サファイア、Si、SiC、GaN、DBC(direct-bonded copper)などで構成される。しかし、基板SUB10の種類は、前述したところに限定されず、多様に変化可能である。チャネル層C10は、半導体層である。チャネル層C10は、III−V族系の化合物半導体を含む。例えば、チャネル層C10は、GaN系物質(例えば、GaN)を含む。その場合、チャネル層C10は、ドーピングされていないGaN層でもあるが、場合によっては、所定の不純物がドーピングされたGaN層であってもよい。図示していないが、基板SUB10とチャネル層C10との間に、所定のバッファ層を備える。バッファ層は、基板SUB10とチャネル層C10との格子定数差及び熱膨脹係数差を緩和させて、チャネル層C10の結晶性の低下を防止するために備える。バッファ層は、Al,Ga,In及びBのうち少なくとも一つを含む窒化物のうち選択された一つ以上の物質を含む単層構造または多層構造を有する。具体的な例として、バッファ層は、AlN,GaN,AlGaN,InGaN,AlInN,AlGaInNなどで構成された多様な物質のうち少なくとも一つを含む単層構造または多層構造を有する。場合によっては、基板SUB10とバッファ層との間に、所定のシード層(図示せず)をさらに備える。シード層は、バッファ層の成長のためのベース層である。
図10Aを参照すれば、基板100上に、チャネル層200を形成する。基板100は、例えば、サファイア、Si、SiC、GaN、DBCなどで構成された基板である。しかし、基板100の種類は、前述したところに限定されず、多様に変化可能である。チャネル層200は、半導体層である。チャネル層200は、III−V族系の化合物半導体を含む。例えば、チャネル層200は、GaN系物質(例えば、GaN)を含む。その場合、チャネル層200は、ドーピングされていないGaN層であるが、場合によっては、所定の不純物がドーピングされたGaN層であってもよい。図示していないが、基板100とチャネル層200との間に、所定のバッファ層をさらに形成する。バッファ層は、基板100とチャネル層200との格子定数差及び熱膨脹係数差を緩和させて、チャネル層100の結晶性の低下を防止するために形成する。バッファ層は、Al,Ga,In及びBのうち少なくとも一つを含む窒化物のうち選択された一つ以上の物質を含む単層構造または多層構造で形成する。具体的な例として、バッファ層は、AlN,GaN,AlGaN,InGaN,AlInN,AlGaInNなどで構成された多様な物質のうち少なくとも一つを含む単層構造または多層構造で形成する。場合によっては、基板100とバッファ層との間に、所定のシード層(図示せず)をさらに形成する。シード層は、バッファ層の成長のためのベース層である。
図16A及び図16Bは、本発明の実施形態によるHEMTの動作方法を説明するための断面図である。本実施形態は、図1のHEMTについてのものである。
図17Aを参照すれば、オフ状態のHEMTが示されている。ゲート電極G20に、0Vの電圧V1’が印加されており、この時、2DEGは、リセス領域R20に対応する部分に断絶領域を有する。したがって、本実施形態のHEMTは、ノーマリーオフ素子といえる。
CS10 チャネル供給層
D10 ドレイン電極
DP10 空乏形成層
G10 ゲート電極
M1,M10,M11,M12 絶縁マスク層
R10 リセス領域
S10 ソース電極
SUB10 基板
Claims (27)
- 第1半導体層と、
前記第1半導体層に二次元電子ガスを誘発する第2半導体層と、
前記第2半導体層上に備えられ、前記第1半導体層の一部、及び前記第2半導体層の一部のうち一つを露出させる開口部を有する絶縁マスク層と、
前記開口部により露出された前記第1及び第2半導体層のうち一つの一部上に備えられ、前記二次元電子ガスに空乏領域を形成する空乏形成層と、
前記空乏形成層上に備えられたゲートと、
前記第1及び第2半導体層のうち少なくとも一つ上に備えられ、前記ゲートと離隔されて配置されたソース及びドレインと、を備え、
前記第2半導体層に、リセス領域が形成され、
前記絶縁マスク層の前記開口部は、前記リセス領域の少なくとも一部を露出させ、
前記空乏形成層は、前記リセス領域上に備えられ、
前記リセス領域は、前記第1半導体層と前記第2半導体層との界面まで形成されることを特徴とする高電子移動度トランジスタ。 - 前記絶縁マスク層の一部は、前記空乏形成層の一端と、前記第2半導体層との間に位置し、
前記絶縁マスク層の他の一部は、前記空乏形成層の他端と、前記第2半導体層との間に位置することを特徴とする請求項1に記載の高電子移動度トランジスタ。 - 前記絶縁マスク層は、前記リセス領域を除いた前記第2半導体層の上面に備えられ、
前記リセス領域の底面及び内側面は、前記絶縁マスク層の前記開口部により露出されたことを特徴とする請求項1に記載の高電子移動度トランジスタ。 - 前記絶縁マスク層は、前記第2半導体層の上面、及び前記リセス領域の内側面に備えられ、
前記リセス領域の底面は、前記開口部により露出されたことを特徴とする請求項1に記載の高電子移動度トランジスタ。 - 前記絶縁マスク層は、前記第2半導体層の上面、前記リセス領域の内側面、及び前記リセス領域の底面の一部に備えられ、
前記リセス領域の底面の残りの部分は、前記開口部により露出されたことを特徴とする請求項1に記載の高電子移動度トランジスタ。 - 前記開口部により露出された前記リセス領域の底面の部分は、前記底面の中央部またはそれと隣接した領域であることを特徴とする請求項5に記載の高電子移動度トランジスタ。
- 前記リセス領域の底面の幅は、0.5μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の高電子移動度トランジスタ。
- 前記第1半導体層は、GaN系物質を含むことを特徴とする請求項1ないし7のうちいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタ。
- 前記第2半導体層は、Al,Ga,In及びBのうち少なくとも一つを含む窒化物のうち選択された一つ以上の物質を含む単層構造または多層構造を有することを特徴とする請求項1ないし8のうちいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタ。
- 前記空乏形成層は、p型半導体を含むことを特徴とする請求項1ないし9のうちいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタ。
- 前記空乏形成層は、p型不純物でドーピングされた領域を含むことを特徴とする請求項1ないし10のうちいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタ。
- 前記空乏形成層は、III−V族系の窒化物半導体を含むことを特徴とする請求項1ないし11のうちいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタ。
- 前記ゲートから、前記絶縁マスク層上に延びたフィールドプレートをさらに備えることを特徴とする請求項1ないし12のうちいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタ。
- 前記フィールドプレートは、前記ゲートと前記ドレインとの間の前記絶縁マスク層上に延びたことを特徴とする請求項13に記載の高電子移動度トランジスタ。
- ノーマリーオフ素子であることを特徴とする請求項1ないし14のうちいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタ。
- 第1半導体層を形成するステップと、
前記第1半導体層に二次元電子ガスを誘発する第2半導体層を形成するステップと、
前記第2半導体層上に、前記第1半導体層の一部、及び前記第2半導体層の一部のうち一つを露出させる開口部を有する絶縁マスク層を形成するステップと、
前記開口部により露出された前記第1及び第2半導体層のうち一つの一部上の前記二次元電子ガスに、空乏領域を形成する空乏形成層を形成するステップと、
前記空乏形成層上に、ゲートを形成するステップと、
前記第1及び第2半導体層のうち少なくとも一つ上に、前記ゲートと離隔されたソース及びドレインを形成するステップと、を含み、
前記第2半導体層にリセス領域を形成するステップをさらに含み、
前記リセス領域の少なくとも一部は、前記絶縁マスク層の前記開口部により露出され、該リセス領域上には前記空乏形成層が形成され、
前記リセス領域は、前記第1及び第2半導体層の一部を露出させる深さに形成されることを特徴とする高電子移動度トランジスタの製造方法。 - 前記絶縁マスク層の一部は、前記空乏形成層の一端と、前記第2半導体層との間に位置するように形成され、
前記絶縁マスク層の他の一部は、前記空乏形成層の他端と、前記第2半導体層との間に位置するように形成されることを特徴とする請求項16に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。 - 前記絶縁マスク層を、前記リセス領域を除いた前記第2半導体層の上面に形成し、
前記リセス領域の底面及び内側面は、前記絶縁マスク層の前記開口部により露出されたことを特徴とする請求項16に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。 - 前記絶縁マスク層を、前記第2半導体層の上面、及び前記リセス領域の内側面に形成し、
前記リセス領域の底面は、前記開口部により露出されたことを特徴とする請求項16に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。 - 前記絶縁マスク層を、前記第2半導体層の上面、前記リセス領域の内側面、及び前記リセス領域の底面の一部に形成し、
前記リセス領域の底面の残りの部分は、前記開口部により露出されたことを特徴とする請求項16に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。 - 前記開口部により露出された前記リセス領域の底面の部分は、前記底面の中央部またはそれと隣接した領域であることを特徴とする請求項20に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記第1半導体層は、GaN系物質を含むことを特徴とする請求項16ないし21のうちいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記第2半導体層は、Al,Ga,In及びBのうち少なくとも一つを含む窒化物のうち選択された一つ以上の物質を含む単層構造または多層構造を有することを特徴とする請求項16ないし22のうちいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記空乏形成層は、p型半導体を含むことを特徴とする請求項16ないし23のうちいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記空乏形成層は、p型不純物でドーピングされた領域を含むことを特徴とする請求項16ないし24のうちいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記空乏形成層は、III−V族系の窒化物半導体を含むことを特徴とする請求項16ないし25のうちいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記ゲートから、前記絶縁マスク層上に延びたフィールドプレートを形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項16ないし26のうちいずれか一項に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。
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