JP6279296B2 - エンハンスメントモードヘテロ接合トランジスタの製造方法 - Google Patents

エンハンスメントモードヘテロ接合トランジスタの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、ヘテロ接合に基づく高電子移動度トランジスタに関し、より詳細には、この型のエンハンスメントモードトランジスタの製造方法に関する。
現在または将来のエレクトロニクスの多くの応用において、特に、自動車および地上輸送手段における車載エレクトロニクス、航空、医療システム、および家庭内の自動化のためには、より高度な動作性能が要求されているか、また将来要求されると考えられる。これらの応用の大部分に対して、1メガヘルツよりも高い周波数領域で機能する高電力スイッチ(典型的には、500V〜数キロV、電流は、多くの場合、10〜200Aのスイッチ)が要求されている。
歴史的には、高周波電力スイッチとしては、多くの場合、シリコンで作られた、半導体チャネルに基づく電界効果トランジスタが、長い間使用されてきた。低い周波数帯では、接合トランジスタが選択されている。これは、接合トランジスタは、高い電流密度に対する耐力を有するからである。しかし、これらのトランジスタは、個々においては、降伏電圧が比較的低いので、電力応用に対しては、多くのトランジスタを直列に接続するか、または広いトランジスタが必要になる。これら直列に接続されたトランジスタは、定常状態およびスイッチング状態において、多くの損失を発生させる。
電力スイッチの代替として、高電子移動度トランジスタ(HEMT)(ヘテロ構造電界効果トランジスタ(HFET)とも呼ばれる)を、高周波電力スイッチとして使用することができる。このトランジスタは、異なるバンドギャップを有する2つの半導体を重ね合わせたものを含み、それらの界面に量子井戸が形成される。電子がこの量子井戸に閉じこめられて、2次元の電子ガスが形成される。このトランジスタは、高電圧および温度に対する耐力が大であるから、広いバンドギャップを有するものとされる。
ワイドバンドギャップHEMTトランジスタの中で、窒化ガリウムに基づくトランジスタは、非常に有望である。バンドギャップが広いため、従来の電子材料(Si、SiGe、GaAs、InP)と比較して、高いキャリア飽和速度において、高いアバランシ電圧が得られ、良好な熱的、化学的安定性(極限の環境の中で使用することができる)が得られる。従って、窒化ガリウム(GaN)の降伏電界は、3×10V/cmより高く、そのため、降伏電圧が100Vより高いトランジスタを容易に製造することができる(30nmの GaNで十分である)。更に、このトランジスタは、インタフェースガスの中の電子移動度が高いので、抵抗損失が低く、電流密度が非常に高いものである。
特定の応用において、特に制御システムが機能障害を起こした場合に回路を分離するために、エンハンスメントモードトランジスタが使用される。このトランジスタは、正のスイッチング閾値電圧を有し、制御信号がない場合には遮断状態を維持するからである。
ソ−スとドレインとの間に形成される電子ガス層の本質的な導電性によって、空乏モードヘテロ接合トランジスタを製造することは、技術的に容易である。しかし、多くの数の製造工程が、エンハンスメントモードヘテロ接合トランジスタを製造する目的で開発されている。
第1の手法においては、2元III族窒化物の層が、エピタキシャル成長によって生成され、次いで、3元族窒化物の層が、エピタキシャル成長によって形成され、これらの窒化物の間の界面に、電子ガス層が形成される。そして、Mg等のp型ドーパントが、この2元の層の中に注入される。注入されたドーパントが活性化されると、注入領域によって生成された電界によって、それの直ぐ上のところで、2元窒化物層と3元窒化物層との間の界面に、絶縁ゾーンが生成される。従って、電子ガス層の中の導電チャネルは、空乏化されて、正の閾値電圧が達成される。しかしながら、このような注入は、結晶構造の中に欠陥を生成し(特に、チャネルの中の欠陥は、その導通時の抵抗を増加させる)、注入の制御を不完全なものとし、そのため、ドーパントがチャネルの中に注入されることとなる(これにより、導通時の抵抗は、更に増加する)ことが観測された。
特許文献1に述べられている第2の手法における、製造工程は、次に示す如くである。
− エピタキシャル成長法によって、第1のGaN層を形成する。
− 第1のGaN層の中に、p型ドーパント注入領域を形成する。
− 注入領域と第1のGaN層の上に、エピタキシャル成長法により、第2のGaN層を形成する。
− 第2のGaN層の上に、エピタキシャル成長法によって、AlGaN層を形成する。
− 注入領域とすぐ上のAlGaN層の上に、ゲートを形成する。
しかし、このようにして得られたトランジスタには、欠点がある。特に、注入領域によって電子ガスの中に生成される電界の強度を、うまく制御することはできない。従って、トランジスタの閾値電圧も、うまく制御することができない。
国際特許第WO2005/070009号明細書
本発明は、これらの欠点の1つ以上を解決することを目的としている。
すなわち、本発明は、ヘテロ接合電界効果トランジスタの製造工程に関し、
− p型ドーパントを注入し、III−V族半導体合金の第1の層の中に、注入領域を形成するステップと、
− 気相エピタキシャル成長条件を維持することにより、第1の層と注入領域との上部を除去するステップと、
− 注入領域の上面における前記ドーパントの密度が最大になったときに、除去を停止するステップと、
− 気相エピタキシャル成長法により、前記注入領域および第1の層の上に、III−V族半導体合金の第2の層を形成するステップと、
− 気相エピタキシャル成長法により、III−V族半導体合金の第3の層を形成し、この第3の層と第2の層との界面に電子ガス層を形成するステップと、
− 前記注入領域の直ぐ上の第3層の層の上に制御ゲートを形成するステップとを含んでいる。
1つの実施形態においては、除去するステップは、アンモニア蒸気、水素、または両方の混合物の存在下で実行される。
別の実施形態においては、除去するステップは、30秒〜60分の間気相エピタキシャル成長条件を維持することにより実行される。
別の実施形態においては、注入領域は、第1の層の中に、5〜100nmの厚さに形成される。
さらに別の実施形態においては、前記除去するステップは、注入領域の上部の、少なくとも2nmを除去するステップを含んでいる。
1つの実施形態においては、注入領域の上部における、前記ドーパントの密度の最大値は、1×1018〜1×1021cm−3である。
別の実施形態においては、第2の層の厚さは、5〜50nmである。
別の実施形態においては、第1の層および第2の層は、主として、2元窒化物合金を含んでいる。
更に別の実施形態において、前記2元窒化物合金は、GaNである。
1つの実施形態においては、第3の層は、主として3元窒化物合金を含んでいる。
別の実施形態においては、前記3元窒化物合金は、AlGaNである。
別の実施形態においては、前記除去するステップは、800℃より高い温度で実行される。

更に別の実施形態においては、形成される注入領域のドーパントは、Mg、Zn、C、およびFeを備えるグループから選択される。
1つの実施形態においては、前記ドーパントは、イオン注入によって注入される。
別の実施形態においては、注入領域は、前記除去するステップの間に、少なくとも部分的に活性化される。
本発明の上記した以外の特徴および利点は、添付の図面を参照して、以下の説明を読むことにより、明確になると思う。これらの説明は、完全に非限定的な例として示すものである。
本発明による製造工程の1つの例の第1ステップにおけるヘテロ接合電界効果トランジスタの断面図である。 本発明による製造工程の1つの例の第2ステップにおけるヘテロ接合電界効果トランジスタの断面図である。 本発明による製造工程の1つの例の第3ステップにおけるヘテロ接合電界効果トランジスタの断面図である。 本発明による製造工程の1つの例の第4ステップにおけるヘテロ接合電界効果トランジスタの断面図である。 本発明による製造工程の1つの例の第5ステップにおけるヘテロ接合電界効果トランジスタの断面図である。 本発明による製造工程の1つの例の第6ステップにおけるヘテロ接合電界効果トランジスタの断面図である。 本発明による製造工程の1つの例の第7ステップにおけるヘテロ接合電界効果トランジスタの断面図である。 本発明による製造工程のある段階における、注入領域の中の深さの関数として表したドーパント密度を示す図である。 本発明による製造工程の別の段階における、注入領域の中の深さの関数として表したドーパント密度を示す図である。 本発明による製造工程の別の実施形態のステップを示す図である。 製造工程の各段階における、注入領域の中の深さの関数として表したドーパント密度を示す図である。 製造工程の各段階における、注入領域の中の深さの関数として表したドーパント密度を示す図である。
図1〜図7は、本発明による製造工程の1つの例の様々な工程におけるヘテロ接合電界効果トランジスタの断面図である。
図1は、未完成のトランジスタ1を示す。このトランジスタ1は、基板2、基板2の上に配置されたバッファ層3、バッファ層3の上に重合された-III−V族半導体合金の第1の層4を備えている。
基板2は、絶縁体、または、真性またはドープされたシリコン等の半導体である。また基板2は、例えば、(111)配向されたシリコンであってもよい。さらに基板2は、炭化ケイ素、またはサファイアからなっていてもよい。基板2の厚さは、典型的には、約650μmである。
基板2上に堆積されたバッファ層3は、この基板とIII−V族半導体合金の第1の層4との間の中間層として機能し、基板2とこの層4との間の格子整合、およびこの層4の中の機械応力を制限する役目を果たす。
層4の厚さは、典型的には100nm〜4μmである。層4は、バッファ層3の上に、公知のエピタキシャル成長法によって形成することができる。層4は、典型的には、2元III族窒化物合金(例えば、GaN)等のIII族窒化物合金で形成されている。
図2に示すように、それ自体は公知の方法で、層4の上にマスク82が形成される。このマスク82は、孔83を備えている。p型ドーパントが、この孔83を通して、層4に注入される。従って、注入領域81は、層4の中に形成される。注入は、典型的には、イオン注入である。このようにして形成された注入領域81の厚さは、5〜100nmであることが好ましい。注入領域81は、1×1018〜1×1021cm-3の最大p型ドーパント濃度を有するものとすることができる。注入領域81に使用されるドーパントは、Mg、Zn、CおよびFeを含むグループから選択するのが有利であり、 Mgを使用することが望ましい。GaN層の真性p型ドーピングレベルは、通常、約1×1015cm-3である。
図3に示すように、それ自体は公知の方法で、マスク82が除去され、層4と注入領域81の上面側が露出される。次に、トランジスタ1の未完成の要素は、気相エピタキシャル成長条件の下に置かれる。
図4に示すように、層4(または層6層)を堆積するために使用した気相エピタキシャル成長条件の中に、トランジスタ1の未完成要素を維持することにより、層4および注入領域81の上部は、除去される。新しいエピタキシャル成長材料の追加をしないことにより、層4の上部は、徐々に除去される。除去される材料の厚さは、エピタキシャル成長条件が維持される時間の長さ、および他のエピタキシャル成長パラメータ(トランジスタ1の未完成要素が置かれている温度、またはガス雰囲気)によって制御することができる。この上部の除去は、注入領域81の上面側においてp型ドーパントの濃度が最大になったときに停止される。具体的には、注入中に、注入されたp型ドーパント濃度が、注入領域81の上側における最大値ではなく、注入領域81の内部の値になったときに停止される。これに関しては、後で詳しく説明する。
図8および図9は、それぞれ、注入領域81、および、この注入領域81における深さの関数として、p型ドーパント濃度を、それぞれ、注入後、およびに除去した後に対して示すものである。
図8に示すように、注入領域81は、注入後のp型ドーパント濃度分布は、深さ方向にガウス分布を有する。図9では、注入領域81の上部は、除去されて、p型ドーパント密度が最大になる表面が露出されている。この例では、この最大値は、ガウス分布のピークに相当する。従って、注入領域81の上側において、p型ドーパント密度は最大になる。
注入によって、例えば、ドーパント密度分布が深さ方向にガウス分布を有する注入領域81が生成される。注入工程のパラメータに依存して、当業者には公知の他の注入密度プロファイルも得ることができる。注入領域81の上部の除去部分が延びる深さは、注入パラメータによって決定される。具体的には、注入パラメータを使用して、注入領域の中に、ドーパント密度の最大値で決まる注入の深さを設定することができる。注入パラメータは、最大ドーパント密度が注入領域の中に深さ10nmに位置するように決めることができる。気相エピタキシャル成長条件を維持するステップは、30秒〜60分の間実行されることが有利である。これは、例えば、1050℃において、アンモニアおよび/または水素の存在する中で行われる。典型的には、注入領域81の上部の少なくとも2nmが除去される。除去するステップは、少なくとも、部分的には、アニールを行い、それにより、注入されたドーパントを活性化し、層4の表面上に位置するある種の不純物を除去する役目を果たす。
除去した後に、層4は、下部の半導体層41を形成する。図5では、注入領域81および下部層41の上に、気相エピタキシャル成長法により、III−V族半導体合金の第2の層42が形成されている。層42の堆積は、典型的には、ウエハスケールの堆積である。層42の堆積は、除去するステップの直後に、この除去するステップと同じ装置で実行することができる。更に、第1の層41の上部は、エピタキシャル成長の条件を維持することにより除去されるので、この第1の層41の上側は、エピタキシャル成長により、最適な品質の第2の層42を成長させるのに特に適している。従って、層42が形成された界面は、望ましくない不純物または変成物質を含んでいない。
層42は、層41と同じ材料(例えば、III族窒化物合金)で作ることができ、これにより、この層42の欠陥のないエピタキシャル成長を促進し、トランジスタ1の動作に対する望ましくない影響を防止することができる。層42の堆積の厚さは、5〜50nmであると有利である。層42の厚さは、気相成長堆積工程によって、非常によく制御することができ、これにより、将来の電子ガスの中の注入領域81によって生ずる電界と、トランジスタ1の閾値電圧との制御を、精度よく行うことができる。
図6に示すように、第2の層42の上に、気相エピタキシャル成長法により、III−V族半導体合金の層6が形成され、これにより、層6と層42との界面に電子ガスが形成される。わかり易くするために、電子ガスは、層42と層6との界面における層5として示されている。層6は、一般に、バリア層と呼ばれている。層6は、典型的には、III族窒化物3元合金(例えば、AlGaN)、またはIII族窒化物2元合金(例えば、AlN)等のIII−V族半導体合金である。GaNでできた層42に対しては、AlGaNでできた層6が特に適切である。これは、エピタキシャル成長による層6の形成は、同じ装置の中で未完成のトランジスタ1を保持し、層42に対して使用したのと同じエピタキシャル成長による堆積と同じ条件で、アルミニウムプリカーサを導入すればよいからである。図には示されてはいないが、層6は、層42の上に形成された、1〜3nmの厚さのIII族窒化物2元合金の層を含み、2元合金のこの層は、III族窒化物3元合金の別の層に覆われている
絶縁層51が、注入領域の真上にある層5の中に形成される。絶縁層51は、注入領域81の中のp型ドーパントによって生成される電界の存在によって絶縁するように作られる。従って、トランジスタ1は、ゲートに印加される制御電圧がないときには、遮断される。
第2の層42、および第3の層6を形成するために適用されるエピタキシャル成長堆積工程は、典型的には、ハイドライド気相エピタキシャル成長(HVPE)または有機金属化学気相堆積(MOCVD)エピタキシャル成長工程であってもよい。これらの工程は、典型的には、アンモニア蒸気または水素、または両方の混合物の存在下で行われる。未完成のトランジスタ1が、新たなエピタキシャル成長材料の添加が存在しないエピタキシャル成長条件下で維持されると、第1の層4の上部の除去は、この層の材料の昇華を通して、徐々に行われる。エピタキシャル成長条件は、これらの条件によって除去するステップが容易になるように、層4、6を構成する半導体に適合される。窒化物層4の場合、これらのエピタキシャル成長条件の温度は、通常800℃より高く、更には900℃よりも高い。別のタイプのIII−V族半導体(GaAsおよびInP等)からなる層4の場合には、エピタキシャル成長の温度は、典型的には500℃より高い。エピタキシャル成長条件の温度が高くなれば、それだけ、除去速度も速くなる。
更に、層42および6のエピタキシャル成長条件によって、注入領域81を活性化することができるということに留意する必要がある。注入領域81のドーパントの活性化アニールは、窒化物の場合には、一般に、窒化物に対しては、800℃〜1500℃の温度で実行され(他のタイプのIII−V族半導体に対しては、500〜900℃)、アニール時間は、この温度に依存する。従って、電子ガス層5が形成された後には、注入領域81の付加的な活性化を行う必要はない。これにより、未完成のトランジスタ1の特性劣化を引き起こす要因である追加のアニールを防止することができる。
図7に示すように、トランジスタ1のソース71、ドレイン72、および制御ゲート73が、公知の方法で、層6の上に形成される。ゲート73は、注入領域81の真上に形成される。ゲート73は、注入領域に対して横方向に飛び出ており、製造工程中にゲート73に設置誤差があった場合に、トランジスタ1を制御できるようにすることが有利である。従って、このように形成したトランジスタ1は、エンハンスメントモードトランジスタであり、ゲート73の真下にあるゾーン51は、ゲート73によって適切な電界が印加されないときには、絶縁性になっている。注入領域81のゾーン51に対する影響は、最適になっている。これは、p型ドーパントの密度は、その上側で最大になり、トランジスタ1の閾値の制御は、この上側とゾーン51との間の距離を制御すればよいので、特に精度よく制御できるからである。従って、p型ドーパントを使用することの有効性を最適にすることができる。非常に急峻な注入プロファイルを使用することができ、これにより、必要なドーパントの量を低減することができ、所与の閾値電圧(に対して、チャネルの厚さを増加させる(従って、ゾーン51の導通時の抵抗を減少させる)ことができる。
電子ガスを通して注入を実行する工程と比較して、ゾーン51における電子移動度は、増加する。また、トランジスタ1の導通状態における導通抵抗は減少する。
図10は、本発明の製造工程の1つの実施形態における、マスク82によって注入領域81が形成された後の、未完成のトランジスタ1の断面を示す。犠牲層84は、マスク82が形成される前に、層4の上に堆積される。犠牲層84は、層4とは異なる材料で作られる。従って、マスク82は、犠牲層84の上に、形成される。従って、注入領域は、犠牲層84および層4の中にイオン注入によって形成される。犠牲層84は、金属層、またはシリコン酸化物層であってよい。
犠牲層84は、p型ドーパント密度のピークが注入領域81に対して得られるように、その厚さが注入の深さに相当するように堆積される。これは、図11に例示されている。図11は、図10における注入の断面図の拡大図を示す。注入の一部85は、犠牲層84の中に形成され、注入の他の部分86は、層4の中に形成されている。犠牲層84は、エピタキシャル成長条件が維持されている間に次第に除去される材料からなっている。
図12に示すように、犠牲層84の除去は、犠牲層84と層4との界面で、ドーパント濃度が、最適値に到達するところまで続く。この除去は、トランジスタ1の未完成の要素をエピタキシャル成長条件の下に維持することにより、徐々に行われる。従って、図12で得られた注入領域81は、最適なp型ドーパント濃度を有する。
犠牲層84の材料に対しては、適切な金属を選定することができ、これにより、注入の過程で、この金属のイオンは、層4の中に移行して行き、追加的なp型ドーパントを形成する。これらのイオンは、注入されたp型ドーパントを活性化するために使用するアニーリングステップと同じステップ中に、層4の中で、活性化することができる。
図1〜図9を参照して説明した実施形態は、一般的に好ましいと考えられる。その理由は、望ましくない要素が層4、6の中に導入される危険性が少ないからである。
上述の例では、層4および6は、III属窒化物から形成されている。III−V族半導体合金から選択される他の半導体の合金はまた、層4および6に対して使用することができる。例えば、InPまたはGaAsによって、層4または6を形成することもできる。
本発明者らはまた、シリコン-ゲルマニウムからなる第1の半導体層4に対して、本発明の製造工程を適応させることが可能であることを発見した。従って、このような層にp型ドーパントを注入し、その後、気相エピタキシャル成長条件の中にそれを保持することによって、この層の上部を除去することもできる。
1 トランジスタ
2 基板
3 バッファ層
4 層
5 電子ガス層
6 第3の層
41 第1の層
42 第2の層
51 絶縁層
71 ソース
72 ドレイン
73 ゲート
81 注入領域
82 マスク
83 孔
84 犠牲層
85 注入の一方の部分
86 注入の他方の部分

Claims (15)

  1. ヘテロ接合電界効果トランジスタ(1)のための製造方法であって、
    − p型ドーパントを注入し、III−V族半導体合金の第1の層(41)の中に、注入領域(81)を形成するステップと、
    − 気相エピタキシャル成長条件を維持することにより、前記第1の層(41)および前記注入領域(81)の上部を除去するステップと、
    前記注入領域(81)の上面における前記ドーパントの密度が最大になったときに、前記除去を停止するステップと、
    − 気相エピタキシャル成長法により、前記注入領域(81)および前記第1の層の上に、III−V族半導体合金の第2の層(42)を形成するステップと、
    − 気相エピタキシャル成長法により、III−V族半導体合金の第3の層(6)を形成し、この第3の層(6)と前記第2の層との界面に、電子ガス層(5)を形成するステップと、
    − 前記注入領域(81)の真上にある前記第3の層(6)の上に、制御ゲート(73)を形成するステップとを備えていることを特徴とする製造工程。
  2. 前記除去するステップは、アンモニア蒸気、水素、または両方の混合物の存在下で実行されることを特徴とする、請求項1に記載の製造工程。
  3. 前記除去するステップは、30秒〜60分の間気相エピタキシャル成長条件を維持することにより実行されることを特徴とする、請求項1または2に記載の製造工程。
  4. 前記注入領域(81)は、前記第1の層の中に、5〜100nmの厚さに形成されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造工程。
  5. 前記除去するステップは、前記注入領域(81)の上部の、少なくとも2nmを除去するステップを含むことを特徴とする、請求項4に記載の製造工程。
  6. 前記注入領域(81)の上部における、前記ドーパントの密度の最大値は、1×1018〜1×10 21 cm−3 であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造工程。
  7. 前記第2の層(42)は、5〜50nmの厚さに形成されることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の製造工程。
  8. 前記第1の層および第2の層は、2元窒化物合金を含むことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の製造工程。
  9. 前記2元窒化物合金は、GaNであることを特徴とする、請求項8に記載の製造工程。
  10. 前記第3の層(6)は、3元窒化物合金を含むことを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載の製造工程。
  11. 前記3元窒化物合金は、AlGaNであることを特徴とする、請求項10に記載の製造工程。
  12. 前記除去するステップは、800℃より高い温度で実行されることを特徴とする、請求項8〜11のいずれか1項に記載の製造工程。
  13. 前記形成された注入領域のドーパントは、Mg、Zn、C、およびFeを含むグループから選択されることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか1項に記載の製造工程。
  14. 前記ドーパントは、イオン注入によって注入されることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか1項に記載の製造工程。
  15. 前記注入領域は、前記除去するステップの間に、少なくとも部分的に活性化されることを特徴とする、請求項1〜14のいずれか1項に記載の製造工程。
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3011981B1 (fr) * 2013-10-11 2018-03-02 Centre National De La Recherche Scientifique - Cnrs - Transistor hemt a base d'heterojonction
WO2015171873A1 (en) * 2014-05-07 2015-11-12 Cambridge Electronics, Inc. Transistor structure having buried island regions
CN104167440B (zh) * 2014-07-30 2017-08-25 西安电子科技大学 一种增强型AlGaN/GaN异质结场效应晶体管
CN104167441B (zh) * 2014-07-30 2017-08-25 西安电子科技大学 一种增强型MIS结构AlGaN/GaN异质结场效应晶体管
FR3026556A1 (fr) * 2014-09-26 2016-04-01 Commissariat Energie Atomique Procede de fabrication d'une couche semi-conductrice a base de gan ameliore
FR3030114B1 (fr) * 2014-12-15 2018-01-26 Centre National De La Recherche Scientifique - Cnrs - Transistor hemt
CN107995995B8 (zh) * 2015-03-31 2022-03-25 斯维甘公司 异质结构及其生产方法
CN112736140B (zh) * 2021-02-08 2023-06-16 金陵科技学院 一种基于正离子注入的增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5243207A (en) * 1991-03-15 1993-09-07 Texas Instruments Incorporated Method to integrate HBTs and FETs
US5349214A (en) * 1993-09-13 1994-09-20 Motorola, Inc. Complementary heterojunction device
US6515316B1 (en) * 2000-07-14 2003-02-04 Trw Inc. Partially relaxed channel HEMT device
US7382001B2 (en) 2004-01-23 2008-06-03 International Rectifier Corporation Enhancement mode III-nitride FET
US7800097B2 (en) * 2004-12-13 2010-09-21 Panasonic Corporation Semiconductor device including independent active layers and method for fabricating the same
JP4952055B2 (ja) * 2006-05-19 2012-06-13 住友電気工業株式会社 Iii族窒化物半導体を成長する方法、およびiii族窒化物半導体装置を作製する方法
JP2008112868A (ja) * 2006-10-30 2008-05-15 Eudyna Devices Inc 半導体装置およびその製造方法
US8008689B2 (en) * 2007-08-23 2011-08-30 Ngk Insulators, Ltd. MIS gate structure type HEMT device and method of fabricating MIS gate structure type HEMT device
JP4761319B2 (ja) * 2008-02-19 2011-08-31 シャープ株式会社 窒化物半導体装置とそれを含む電力変換装置
US7985986B2 (en) * 2008-07-31 2011-07-26 Cree, Inc. Normally-off semiconductor devices
JP5271022B2 (ja) * 2008-10-01 2013-08-21 株式会社豊田中央研究所 半導体装置
JP5569321B2 (ja) * 2010-10-07 2014-08-13 住友電気工業株式会社 半導体装置およびその製造方法
TWI421947B (zh) * 2010-11-12 2014-01-01 Univ Nat Chiao Tung 氮化鎵電晶體的製作方法
JP5900315B2 (ja) * 2012-02-16 2016-04-06 ソニー株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法

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