JP6437381B2 - Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP6437381B2
JP6437381B2 JP2015097703A JP2015097703A JP6437381B2 JP 6437381 B2 JP6437381 B2 JP 6437381B2 JP 2015097703 A JP2015097703 A JP 2015097703A JP 2015097703 A JP2015097703 A JP 2015097703A JP 6437381 B2 JP6437381 B2 JP 6437381B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nitride semiconductor
layer
type nitride
surface layer
semiconductor layer
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
Application number
JP2015097703A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2016213388A (en
Inventor
将一 兼近
将一 兼近
上田 博之
博之 上田
富田 英幹
英幹 富田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp, Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2015097703A priority Critical patent/JP6437381B2/en
Publication of JP2016213388A publication Critical patent/JP2016213388A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6437381B2 publication Critical patent/JP6437381B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

本明細書で開示する技術は、窒化物半導体装置及びその製造方法に関する。   The technology disclosed in this specification relates to a nitride semiconductor device and a method for manufacturing the same.

ヘテロ接合を有する窒化物半導体積層体を備える窒化物半導体装置が開発されている。この窒化物半導体装置は、ヘテロ接合面近傍に形成される2次元電子ガス層をチャネルとして利用する。この窒化物半導体装置では、ドレイン電極とソース電極の間にゲート電極が設けられており、そのゲート電極の電位に応じてドレイン電極とソース電極の間を流れる電流量が制御される。   A nitride semiconductor device including a nitride semiconductor multilayer body having a heterojunction has been developed. This nitride semiconductor device uses a two-dimensional electron gas layer formed near the heterojunction surface as a channel. In this nitride semiconductor device, a gate electrode is provided between the drain electrode and the source electrode, and the amount of current flowing between the drain electrode and the source electrode is controlled in accordance with the potential of the gate electrode.

非特許文献1及び非特許文献2に開示されるように、この種の窒化物半導体装置では、ゲート電極と窒化物半導体積層体の間にp型窒化物半導体層を介在させる技術が開発されている。p型窒化物半導体層が設けられていると、ゲート電極が接地されたときに、p型窒化物半導体層から伸びる空乏層が、p型窒化物半導体層の下方の2次元電子ガス層の電子を枯渇させることができる。一方、ゲート電極に正電位が印加されると、空乏層が縮小し、p型窒化物半導体層の下方に2次元電子ガス層が形成され、ドレイン電極とソース電極が2次元電子ガス層を介して導通する。このように、p型窒化物半導体層が設けられている窒化物半導体装置は、ノーマリオフで動作することができる。   As disclosed in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2, in this type of nitride semiconductor device, a technique for interposing a p-type nitride semiconductor layer between a gate electrode and a nitride semiconductor stacked body has been developed. Yes. When the p-type nitride semiconductor layer is provided, when the gate electrode is grounded, the depletion layer extending from the p-type nitride semiconductor layer becomes an electron in the two-dimensional electron gas layer below the p-type nitride semiconductor layer. Can be depleted. On the other hand, when a positive potential is applied to the gate electrode, the depletion layer shrinks, a two-dimensional electron gas layer is formed below the p-type nitride semiconductor layer, and the drain electrode and the source electrode pass through the two-dimensional electron gas layer. And conduct. Thus, the nitride semiconductor device provided with the p-type nitride semiconductor layer can operate normally off.

また、この種の窒化物半導体装置では、オン状態のドレイン電流がスイッチング中に減少する電流コラプス現象の発生が問題となっている。電流コラプス現象は、窒化物半導体積層体の表面準位又は窒化物半導体積層体とパッシベーション膜の間の界面準位に電荷が蓄積することが1つの原因だと考えられている。特許文献1は、電流コラプス現象を抑えるために、窒化物半導体積層体上にi型又はn型の窒化物半導体の表面層を形成する技術を開示する。表面層が窒化物半導体積層体上に設けられていることにより、窒化物半導体積層体の表面準位又は界面準位が減少し、電荷の蓄積が抑えられ、電流コラプス現象が抑えられる。   Further, in this type of nitride semiconductor device, the occurrence of a current collapse phenomenon in which the on-state drain current decreases during switching is a problem. The current collapse phenomenon is considered to be caused by the accumulation of electric charges at the surface level of the nitride semiconductor multilayer body or at the interface level between the nitride semiconductor multilayer body and the passivation film. Patent Document 1 discloses a technique for forming a surface layer of an i-type or n-type nitride semiconductor on a nitride semiconductor multilayer body in order to suppress a current collapse phenomenon. Since the surface layer is provided on the nitride semiconductor multilayer body, the surface state or interface state of the nitride semiconductor multilayer body is reduced, charge accumulation is suppressed, and current collapse phenomenon is suppressed.

Injun Hwang et. al., ISPSD (2012), p.41Injun Hwang et.al., ISPSD (2012), p.41 Y. Uemoto et. al., IEEE Transaction on Electron Devices, Vol.54 (2007), p.3393Y. Uemoto et.al., IEEE Transaction on Electron Devices, Vol.54 (2007), p.3393

特開2014−72258号公報JP 2014-72258 A

窒化物半導体積層体上に形成される表面層の膜厚は、ゲートリーク電流の電流経路となるのを回避するために、薄くする必要がある。このため、特許文献1の窒化物半導体装置の製造方法は、窒化物半導体積層体上にp型窒化物半導体層を成膜する工程、ゲート形成領域以外のp型窒化物半導体層上にチタン層を成膜する工程、熱処理によってp型窒化物半導体層とチタン層を反応させて窒化チタンを形成する工程、窒化チタンをウェットエッチングにより除去する工程を備える。この製造方法では、チタン層とp型窒化物半導体層を反応させて窒化チタンを形成するときの熱処理時間を調整することで、ゲート形成領域以外の領域に未反応のp型窒化物半導体層を残存させる。また、この未反応のp型窒化物半導体層は、窒化チタンが形成されるときに窒素が吸い上げられることによってi型又はn型になる。これらの工程により、ゲート形成領域には膜厚が厚いp型窒化物半導体層が形成され、ゲート形成領域以外の領域には膜厚が薄い表面層が形成される。   The film thickness of the surface layer formed on the nitride semiconductor stacked body needs to be thin in order to avoid a current path for gate leakage current. For this reason, the method for manufacturing a nitride semiconductor device disclosed in Patent Document 1 includes a step of forming a p-type nitride semiconductor layer on a nitride semiconductor stack, and a titanium layer on the p-type nitride semiconductor layer other than the gate formation region. A step of reacting the p-type nitride semiconductor layer and the titanium layer by heat treatment to form titanium nitride, and a step of removing the titanium nitride by wet etching. In this manufacturing method, an unreacted p-type nitride semiconductor layer is formed in a region other than the gate formation region by adjusting the heat treatment time when the titanium layer and the p-type nitride semiconductor layer are reacted to form titanium nitride. Remain. The unreacted p-type nitride semiconductor layer becomes i-type or n-type by sucking up nitrogen when titanium nitride is formed. Through these steps, a thick p-type nitride semiconductor layer is formed in the gate formation region, and a thin surface layer is formed in regions other than the gate formation region.

しかしながら、熱処理時間の調整によって膜厚の薄い表面層を高精度に形成することは難しい。本明細書は、電流コラプス現象が抑えられた窒化物半導体装置及びその製造方法を提供する。   However, it is difficult to form a thin surface layer with high accuracy by adjusting the heat treatment time. The present specification provides a nitride semiconductor device in which a current collapse phenomenon is suppressed and a method for manufacturing the nitride semiconductor device.

本明細書で開示する窒化物半導体装置の製造方法は、ヘテロ接合を有する窒化物半導体積層体上にp型窒化物半導体層を成膜する工程、p型窒化物半導体層の一部をエッチングして窒化物半導体積層体を露出させる工程、露出する窒化物半導体積層体上にi型又はn型の窒化物半導体の表面層を成膜する工程、p型窒化物半導体層上にゲート電極を形成する工程、及び、窒化物半導体積層体上であってp型窒化物半導体層を間において対向する位置の一方にドレイン電極を形成し、他方にソース電極を形成する工程を備える。   The method for manufacturing a nitride semiconductor device disclosed in this specification includes a step of forming a p-type nitride semiconductor layer on a nitride semiconductor multilayer body having a heterojunction, and etching a part of the p-type nitride semiconductor layer. A step of exposing the nitride semiconductor multilayer body, a step of forming a surface layer of an i-type or n-type nitride semiconductor on the exposed nitride semiconductor multilayer body, and forming a gate electrode on the p-type nitride semiconductor layer And a step of forming a drain electrode on one side of the nitride semiconductor multilayer body facing the p-type nitride semiconductor layer and forming a source electrode on the other side.

上記製造方法によれば、p型窒化物半導体層をエッチングして窒化物半導体積層体を露出させた後に、表面層を成膜する。このため、膜厚の薄い表面層を高精度に成膜することができる。   According to the above manufacturing method, the p-type nitride semiconductor layer is etched to expose the nitride semiconductor stacked body, and then the surface layer is formed. For this reason, a thin surface layer can be formed with high accuracy.

本明細書で開示する窒化物半導体装置は、ヘテロ接合を有する窒化物半導体積層体、ドレイン電極、ソース電極、p型窒化物半導体層、i型又はn型の窒化物半導体の表面層及びゲート電極を備える。ドレイン電極は、窒化物半導体積層体上に設けられている。ソース電極は、窒化物半導体積層体上に設けられており、ドレイン電極から離れて配置されている。p型窒化物半導体層は、窒化物半導体積層体上に設けられており、ドレイン電極とソース電極の間であってドレイン電極とソース電極の双方から離れて配置されている。表面層は、p型窒化物半導体層とドレイン電極の間の窒化物半導体積層体上に設けられている。ゲート電極は、p型窒化物半導体層上に設けられている。   The nitride semiconductor device disclosed in this specification includes a nitride semiconductor stacked body having a heterojunction, a drain electrode, a source electrode, a p-type nitride semiconductor layer, a surface layer of an i-type or n-type nitride semiconductor, and a gate electrode. Is provided. The drain electrode is provided on the nitride semiconductor multilayer body. The source electrode is provided on the nitride semiconductor stacked body and is arranged away from the drain electrode. The p-type nitride semiconductor layer is provided on the nitride semiconductor stacked body, and is disposed between the drain electrode and the source electrode and away from both the drain electrode and the source electrode. The surface layer is provided on the nitride semiconductor stacked body between the p-type nitride semiconductor layer and the drain electrode. The gate electrode is provided on the p-type nitride semiconductor layer.

本明細書で開示する窒化物半導体装置の一実施形態では、表面層が、p型窒化物半導体層上にも設けられている。さらに、ゲート電極は、表面層を介してp型窒化物半導体層上に設けられている。この実施形態の窒化物半導体装置では、ゲート電極とp型窒化物半導体層の間に電気抵抗値が高抵抗な表面層が介在するので、ゲートリーク電流が抑えられる。   In one embodiment of the nitride semiconductor device disclosed in this specification, the surface layer is also provided on the p-type nitride semiconductor layer. Furthermore, the gate electrode is provided on the p-type nitride semiconductor layer via the surface layer. In the nitride semiconductor device of this embodiment, since a surface layer having a high electrical resistance value is interposed between the gate electrode and the p-type nitride semiconductor layer, gate leakage current can be suppressed.

本明細書で開示する窒化物半導体装置の他の一実施形態では、表面層が、p型窒化物半導体層上にも設けられている。表面層には、p型窒化物半導体層の上面を露出させる開口が形成されている。さらに、ゲート電極は、表面層の開口を通過してp型窒化物半導体層上に設けられている。この実施形態の窒化物半導体装置では、表面層に開口を形成するときの加工ダメージによってp型窒化物半導体層の上層部に電気抵抗値が高抵抗な層が形成されるので、ゲートリーク電流が抑えられる。   In another embodiment of the nitride semiconductor device disclosed in this specification, the surface layer is also provided on the p-type nitride semiconductor layer. An opening that exposes the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer is formed in the surface layer. Further, the gate electrode is provided on the p-type nitride semiconductor layer through the opening in the surface layer. In the nitride semiconductor device of this embodiment, a layer having a high electrical resistance value is formed in the upper layer portion of the p-type nitride semiconductor layer due to processing damage when the opening is formed in the surface layer. It can be suppressed.

実施例の窒化物半導体装置の要部断面図を模式的に示す。The principal part sectional drawing of the nitride semiconductor device of an Example is typically shown. 図1に示す窒化物半導体装置を製造する一過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of a main part in one process for manufacturing the nitride semiconductor device shown in FIG. 1. 図1に示す窒化物半導体装置を製造する一過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of a main part in one process for manufacturing the nitride semiconductor device shown in FIG. 1. 図1に示す窒化物半導体装置を製造する一過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of a main part in one process for manufacturing the nitride semiconductor device shown in FIG. 1. 図1に示す窒化物半導体装置を製造する一過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of a main part in one process for manufacturing the nitride semiconductor device shown in FIG. 1. 図1に示す窒化物半導体装置を製造する一過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of a main part in one process for manufacturing the nitride semiconductor device shown in FIG. 1. 図1に示す窒化物半導体装置を製造する一過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of a main part in one process for manufacturing the nitride semiconductor device shown in FIG. 1. 変形例の窒化物半導体装置の要部断面図を模式的に示す。The principal part sectional drawing of the nitride semiconductor device of a modification is shown typically. 図8に示す窒化物半導体装置を製造する一過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 9 schematically shows a cross-sectional view of a main part of one step in manufacturing the nitride semiconductor device shown in FIG. 8. 図8に示す窒化物半導体装置を製造する一過程の要部断面図を模式的に示す。FIG. 9 schematically shows a cross-sectional view of a main part of one step in manufacturing the nitride semiconductor device shown in FIG. 8.

以下、本明細書で開示される技術の特徴を整理する。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有する。   The technical features disclosed in this specification will be summarized below. The items described below have technical usefulness independently.

本明細書で開示される窒化物半導体装置の製造方法は、ヘテロ接合を有する窒化物半導体積層体上にp型窒化物半導体層を成膜する工程、p型窒化物半導体層の一部をエッチングして窒化物半導体積層体を露出させる工程、露出する窒化物半導体積層体上にi型又はn型の窒化物半導体の表面層を成膜する工程、p型窒化物半導体層上にゲート電極を形成する工程、及び、窒化物半導体積層体上であってp型窒化物半導体層を間において対向する位置の一方にドレイン電極を形成し、他方にソース電極を形成する工程、を備えていてもよい。ゲート電極を形成する工程は、ドレイン電極及びソース電極を形成する工程に対して、先に実施されてもよいし、後に実施されてもよい。ドレイン電極とソース電極は、同時に形成されてもよいし、別工程で形成されてもよい。ドレイン電極とソース電極は、窒化物半導体積層体の上面に接するように形成されてもよく、表面層を介して窒化物半導体積層体上に形成されてもよい。   The method for manufacturing a nitride semiconductor device disclosed in this specification includes a step of forming a p-type nitride semiconductor layer on a nitride semiconductor multilayer body having a heterojunction, and etching a part of the p-type nitride semiconductor layer. A step of exposing the nitride semiconductor stack, a step of forming a surface layer of an i-type or n-type nitride semiconductor on the exposed nitride semiconductor stack, and a gate electrode on the p-type nitride semiconductor layer And a step of forming a drain electrode on one side of the p-type nitride semiconductor layer opposite to each other on the nitride semiconductor multilayer body and a source electrode on the other side. Good. The step of forming the gate electrode may be performed before or after the step of forming the drain electrode and the source electrode. The drain electrode and the source electrode may be formed at the same time or may be formed in separate steps. The drain electrode and the source electrode may be formed so as to be in contact with the upper surface of the nitride semiconductor multilayer body, or may be formed on the nitride semiconductor multilayer body via a surface layer.

上記製造方法の表面層を成膜する工程は、表面層がp型窒化物半導体層上にも成膜されるように実施されてもよい。この場合、ゲート電極を形成する工程は、ゲート電極が表面層を介してp型窒化物半導体層上に形成されるように実施されてもよい。この製造方法で製造される窒化物半導体装置では、ゲート電極とp型窒化物半導体層の間に電気抵抗値が高抵抗な表面層が介在するので、ゲートリーク電流が抑えられる。   The step of forming the surface layer of the manufacturing method may be performed such that the surface layer is also formed on the p-type nitride semiconductor layer. In this case, the step of forming the gate electrode may be performed such that the gate electrode is formed on the p-type nitride semiconductor layer through the surface layer. In the nitride semiconductor device manufactured by this manufacturing method, since a surface layer having a high electrical resistance value is interposed between the gate electrode and the p-type nitride semiconductor layer, gate leakage current can be suppressed.

上記製造方法の表面層を成膜する工程は、表面層がp型窒化物半導体層上にも成膜されるように実施されてもよい。この場合、ゲート電極を形成する工程は、p型窒化物半導体層上に形成された表面層に開口を形成してp型窒化物半導体層の上面を露出させ、ゲート電極が開口を通過してp型窒化物半導体層上に形成されるように実施されてもよい。この製造方法で製造される窒化物半導体装置では、表面層に開口を形成するときの加工ダメージによってp型窒化物半導体層の上層部に電気抵抗値が高抵抗な層が形成されるので、ゲートリーク電流が抑えられる。   The step of forming the surface layer of the manufacturing method may be performed such that the surface layer is also formed on the p-type nitride semiconductor layer. In this case, in the step of forming the gate electrode, an opening is formed in the surface layer formed on the p-type nitride semiconductor layer to expose the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer, and the gate electrode passes through the opening. You may implement so that it may form on a p-type nitride semiconductor layer. In the nitride semiconductor device manufactured by this manufacturing method, a layer having a high electrical resistance value is formed in the upper layer portion of the p-type nitride semiconductor layer due to processing damage when the opening is formed in the surface layer. Leakage current can be suppressed.

本明細書で開示する窒化物半導体装置は、ヘテロ接合を有する窒化物半導体積層体、ドレイン電極、ソース電極、p型窒化物半導体層、i型又はn型の窒化物半導体の表面層及びゲート電極を備えていてもよい。ドレイン電極は、窒化物半導体積層体上に設けられている。ソース電極は、窒化物半導体積層体上に設けられており、ドレイン電極から離れて配置されている。ドレイン電極とソース電極は、窒化物半導体積層体の上面に接するように形成されてもよく、表面層を介して窒化物半導体積層体上に形成されてもよい。p型窒化物半導体層は、窒化物半導体積層体上に設けられており、ドレイン電極とソース電極の間であってドレイン電極とソース電極の双方から離れて配置されている。表面層は、p型窒化物半導体層とドレイン電極の間の窒化物半導体積層体上に設けられている。ゲート電極は、p型窒化物半導体層上に設けられている。   The nitride semiconductor device disclosed in this specification includes a nitride semiconductor stacked body having a heterojunction, a drain electrode, a source electrode, a p-type nitride semiconductor layer, a surface layer of an i-type or n-type nitride semiconductor, and a gate electrode. May be provided. The drain electrode is provided on the nitride semiconductor multilayer body. The source electrode is provided on the nitride semiconductor stacked body and is arranged away from the drain electrode. The drain electrode and the source electrode may be formed so as to be in contact with the upper surface of the nitride semiconductor multilayer body, or may be formed on the nitride semiconductor multilayer body via a surface layer. The p-type nitride semiconductor layer is provided on the nitride semiconductor stacked body, and is disposed between the drain electrode and the source electrode and away from both the drain electrode and the source electrode. The surface layer is provided on the nitride semiconductor stacked body between the p-type nitride semiconductor layer and the drain electrode. The gate electrode is provided on the p-type nitride semiconductor layer.

本明細書で開示する窒化物半導体装置の一実施形態では、表面層が、p型窒化物半導体層上にも設けられていてもよい。この場合、ゲート電極は、表面層を介してp型窒化物半導体層上に設けられていてもよい。この実施形態の窒化物半導体装置では、ゲート電極とp型窒化物半導体層の間に電気抵抗値が高抵抗な表面層が介在するので、ゲートリーク電流が抑えられる。   In one embodiment of the nitride semiconductor device disclosed in this specification, the surface layer may also be provided on the p-type nitride semiconductor layer. In this case, the gate electrode may be provided on the p-type nitride semiconductor layer via the surface layer. In the nitride semiconductor device of this embodiment, since a surface layer having a high electrical resistance value is interposed between the gate electrode and the p-type nitride semiconductor layer, gate leakage current can be suppressed.

本明細書で開示する窒化物半導体装置の他の一実施形態では、表面層が、p型窒化物半導体層上にも設けられていてもよい。この場合、表面層には、p型窒化物半導体層の上面を露出させる開口が形成されていてもよい。さらに、ゲート電極は、表面層の開口を通過してp型窒化物半導体層上に設けられていてもよい。この実施形態の窒化物半導体装置では、表面層に開口を形成するときの加工ダメージによってp型窒化物半導体層の上層部に電気抵抗値が高抵抗な層が形成されるので、ゲートリーク電流が抑えられる。   In another embodiment of the nitride semiconductor device disclosed in this specification, the surface layer may also be provided on the p-type nitride semiconductor layer. In this case, an opening that exposes the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer may be formed in the surface layer. Furthermore, the gate electrode may be provided on the p-type nitride semiconductor layer through the opening in the surface layer. In the nitride semiconductor device of this embodiment, a layer having a high electrical resistance value is formed in the upper layer portion of the p-type nitride semiconductor layer due to processing damage when the opening is formed in the surface layer. It can be suppressed.

本明細書で開示する窒化物半導体装置及びその製造方法において、窒化物半導体積層体は、電子走行層及びバリア層を有していてもよい。電子走行層の半導体材料は、InXaAlYaGa1−Xa−YaN(0≦Xa≦1、0≦Ya≦1、0≦Xa+Ya≦1)であり、バリア層の半導体材料は、InXbAlYbGa1−Xb−YbN(0≦Xb≦1、0≦Yb≦1、0≦Xb+Yb≦1)であり、InXbAlYbGa1−Xb−YbNのバンドギャップがInXaAlYaGa1−Xa−YaNのバンドギャップよりも大きいのが望ましい。p型窒化物半導体層の半導体材料は、InXcAlYcGa1−Xc−YcN(0≦Xc≦1、0≦Yc≦1、0≦Xc+Yc≦1)である。p型窒化物半導体層の組成は、バリア層の組成と同一でもよい。表面層の半導体材料は、InXdAlYdGa1−Xd−YdN(0≦Xd≦1、0≦Yd≦1、0≦Xd+Yd≦1)である。 In the nitride semiconductor device and the manufacturing method thereof disclosed in this specification, the nitride semiconductor multilayer body may have an electron transit layer and a barrier layer. Semiconductor material of the electron transit layer, In Xa Al Ya Ga 1- Xa-Ya N (0 ≦ Xa ≦ 1,0 ≦ Ya ≦ 1,0 ≦ Xa + Ya ≦ 1) a and the semiconductor material of the barrier layer, an In Xb Al Yb Ga 1-Xb—Yb N (0 ≦ Xb ≦ 1, 0 ≦ Yb ≦ 1, 0 ≦ Xb + Yb ≦ 1), and the band gap of In Xb Al Yb Ga 1-Xb—Yb N is In Xa Al Ya It is desirable that it is larger than the band gap of Ga 1 -Xa-Yan . the semiconductor material of p-type nitride semiconductor layer is an In Xc Al Yc Ga 1-Xc -Yc N (0 ≦ Xc ≦ 1,0 ≦ Yc ≦ 1,0 ≦ Xc + Yc ≦ 1). The composition of the p-type nitride semiconductor layer may be the same as the composition of the barrier layer. The semiconductor material of the surface layer is In Xd Al Yd Ga 1-Xd -Yd N (0 ≦ Xd ≦ 1,0 ≦ Yd ≦ 1,0 ≦ Xd + Yd ≦ 1).

以下、図面を参照して各実施例を説明する。各実施例において共通する構成要素については共通の符号を付し、その説明を省略する。   Embodiments will be described below with reference to the drawings. Constituent elements common to the embodiments are denoted by common reference numerals, and description thereof is omitted.

図1に示されるように、窒化物半導体装置1は、HFET(Heterostructure Field Effect Transistor)又はHEMT(High Electron Mobility Transistor)と称される種類であり、基板12、バッファ層14、窒化物半導体積層体16、p型窒化物半導体層22、表面層24、パッシベーション膜26、ドレイン電極32、ソース電極34及びゲート電極36を備える。   As shown in FIG. 1, the nitride semiconductor device 1 is of a type called HFET (Heterostructure Field Effect Transistor) or HEMT (High Electron Mobility Transistor), and includes a substrate 12, a buffer layer 14, and a nitride semiconductor multilayer body. 16, a p-type nitride semiconductor layer 22, a surface layer 24, a passivation film 26, a drain electrode 32, a source electrode 34, and a gate electrode 36.

基板12の材料には、窒化物半導体系の半導体材料が結晶成長可能なものが用いられている。基板12の材料には、一例では窒化ガリウム、サファイア、炭化珪素、又はシリコンが用いられる。   As the material of the substrate 12, a material capable of crystal growth of a nitride semiconductor-based semiconductor material is used. For example, gallium nitride, sapphire, silicon carbide, or silicon is used as the material of the substrate 12.

バッファ層14は、基板12の上面に接して設けられている。バッファ層14の材料には、一例ではノンドープの窒化ガリウム(i-GaN)、ノンドープの窒化アルミニウム(i-AlN)、ノンドープの窒化アルミニウムガリウム(i-AlGaN)が用いられる。バッファ層14は、有機金属気相成長法(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition)を利用して、基板12上に低温下で積層されている。   The buffer layer 14 is provided in contact with the upper surface of the substrate 12. For example, non-doped gallium nitride (i-GaN), non-doped aluminum nitride (i-AlN), and non-doped aluminum gallium nitride (i-AlGaN) are used as the material of the buffer layer 14. The buffer layer 14 is laminated on the substrate 12 at a low temperature by using metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).

窒化物半導体積層体16は、電子走行層15及びバリア層17を有する。電子走行層15は、バッファ層14の上面に接して設けられている。電子走行層15の材料には、一例ではノンドープの窒化ガリウム(i-GaN)が用いられている。電子走行層15は、有機金属気相成長法を利用して、バッファ層14上に積層されている。バリア層17は、電子走行層15の上面に接して設けられている。バリア層17の材料には、一例ではノンドープの窒化アルミニウムガリウム(i-AlGaN)が用いられている。バリア層17のアルミニウムの組成比は約5〜30%であり、その厚みは約5〜30nmであるのが望ましい。バリア層17は、有機金属気相成長法を利用して、電子走行層15上に積層されている。バリア層17のバンドギャップは、電子走行層15のバンドギャップよりも大きい。このため、電子走行層15とバリア層17のヘテロ接合面には、2次元電子ガス層が形成される。   The nitride semiconductor multilayer body 16 includes an electron transit layer 15 and a barrier layer 17. The electron transit layer 15 is provided in contact with the upper surface of the buffer layer 14. For example, non-doped gallium nitride (i-GaN) is used as the material of the electron transit layer 15. The electron transit layer 15 is stacked on the buffer layer 14 using a metal organic chemical vapor deposition method. The barrier layer 17 is provided in contact with the upper surface of the electron transit layer 15. For example, non-doped aluminum gallium nitride (i-AlGaN) is used as the material of the barrier layer 17. The composition ratio of aluminum in the barrier layer 17 is about 5 to 30%, and the thickness is preferably about 5 to 30 nm. The barrier layer 17 is laminated on the electron transit layer 15 using metal organic vapor phase epitaxy. The band gap of the barrier layer 17 is larger than the band gap of the electron transit layer 15. Therefore, a two-dimensional electron gas layer is formed on the heterojunction surface between the electron transit layer 15 and the barrier layer 17.

p型窒化物半導体層22は、バリア層17の上面に接して設けられており、ドレイン電極32とソース電極34の間であってドレイン電極32とソース電極34の双方から離れて配置されている。p型窒化物半導体層22の材料には、一例ではマグネシウムがドープされた窒化アルミニウムガリウム(p-AlGaN)が用いられている。p型窒化物半導体層22のマグネシウムのドーパント濃度は、一例では、1×1018〜1×1020cm-3である。p型窒化物半導体層22の組成は、バリア層17の組成と同一である。p型窒化物半導体層22の厚みは、約30〜100nmであるのが望ましい。一例では、p型窒化物半導体層22のアルミニウムの組成比が約18%であり、その厚みが約30nmである。p型窒化物半導体層22は、有機金属気相成長法を利用して、バリア層17の上面に積層されている。 The p-type nitride semiconductor layer 22 is provided in contact with the upper surface of the barrier layer 17 and is disposed between the drain electrode 32 and the source electrode 34 and away from both the drain electrode 32 and the source electrode 34. . As an example of the material of the p-type nitride semiconductor layer 22, aluminum gallium nitride (p-AlGaN) doped with magnesium is used. In one example, the dopant concentration of magnesium in the p-type nitride semiconductor layer 22 is 1 × 10 18 to 1 × 10 20 cm −3 . The composition of the p-type nitride semiconductor layer 22 is the same as that of the barrier layer 17. The thickness of the p-type nitride semiconductor layer 22 is preferably about 30 to 100 nm. In one example, the aluminum composition ratio of the p-type nitride semiconductor layer 22 is about 18% and the thickness thereof is about 30 nm. The p-type nitride semiconductor layer 22 is stacked on the upper surface of the barrier layer 17 using metal organic vapor phase epitaxy.

表面層24は、p型窒化物半導体層22とドレイン電極32の間のバリア層17の上面、及び、p型窒化物半導体層22とソース電極34の間のバリア層17の上面に接して設けられている。表面層24はさらに、p型窒化物半導体層22のドレイン側の側面、ソース側の側面及び上面に接して設けられている。表面層24の材料には、一例ではノンドープの窒化ガリウム(i-GaN)が用いられている。表面層24の厚みは、約2〜5nmであるのが望ましい。一例では、表面層24の厚みが約2nmである。なお、表面層24の材料には、シリコンがドープされた窒化ガリウム(n-GaN)が用いられてもよい。この場合、表面層24のシリコンのドーパント濃度は、一例では1×1014〜1×1017cm-3であるのが望ましい。 The surface layer 24 is provided in contact with the upper surface of the barrier layer 17 between the p-type nitride semiconductor layer 22 and the drain electrode 32 and the upper surface of the barrier layer 17 between the p-type nitride semiconductor layer 22 and the source electrode 34. It has been. The surface layer 24 is further provided in contact with the side surface on the drain side, the side surface on the source side, and the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 22. For example, non-doped gallium nitride (i-GaN) is used as the material of the surface layer 24. The thickness of the surface layer 24 is desirably about 2 to 5 nm. In one example, the thickness of the surface layer 24 is about 2 nm. The material of the surface layer 24 may be gallium nitride (n-GaN) doped with silicon. In this case, the silicon dopant concentration of the surface layer 24 is desirably 1 × 10 14 to 1 × 10 17 cm −3 in one example.

ドレイン電極32及びソース電極34の各々は、表面層24の開口24a,24bを通過してバリア層17の上面に接して設けられている。ドレイン電極32とソース電極34は、p型窒化物半導体層22を間に置いて対向する位置に配置されている。ドレイン電極32の材料には、窒化物半導体系の材料に対してオーミック接触可能な材料が用いられるのが望ましい。ドレイン電極32の材料には、一例ではチタンとアルミニウムの積層電極が用いられている。ソース電極34の材料にも、窒化物半導体系の材料に対してオーミック接触可能な材料が用いられるのが望ましい。ソース電極34の材料には、一例ではチタンとアルミニウムの積層電極が用いられている。これにより、ドレイン電極32及びソース電極34の各々は、電子走行層15とバリア層17のヘテロ接合面に形成される2次元電子ガス層に対してオーミック接触可能に構成されている。ドレイン電極32及びソース電極34の各々は、電子ビーム蒸着技術を利用して、バリア層17の上面に積層されている。なお、この例では、ドレイン電極32及びソース電極34の各々が表面層24の開口24a,24bを通過してバリア層17の上面に接しているので、コンタクト抵抗が低い。この例に代えて、ドレイン電極32及びソース電極34の各々は、表面層24を介してバリア層17上に形成されていてもよい。   Each of the drain electrode 32 and the source electrode 34 is provided in contact with the upper surface of the barrier layer 17 through the openings 24 a and 24 b of the surface layer 24. The drain electrode 32 and the source electrode 34 are disposed at positions facing each other with the p-type nitride semiconductor layer 22 interposed therebetween. The drain electrode 32 is preferably made of a material capable of making ohmic contact with a nitride semiconductor material. As an example of the material of the drain electrode 32, a laminated electrode of titanium and aluminum is used. It is desirable that the source electrode 34 be made of a material that can make ohmic contact with the nitride semiconductor material. As a material of the source electrode 34, for example, a laminated electrode of titanium and aluminum is used. Accordingly, each of the drain electrode 32 and the source electrode 34 is configured to be in ohmic contact with the two-dimensional electron gas layer formed on the heterojunction surface between the electron transit layer 15 and the barrier layer 17. Each of the drain electrode 32 and the source electrode 34 is laminated on the upper surface of the barrier layer 17 using an electron beam evaporation technique. In this example, since each of the drain electrode 32 and the source electrode 34 passes through the openings 24a and 24b of the surface layer 24 and is in contact with the upper surface of the barrier layer 17, the contact resistance is low. Instead of this example, each of the drain electrode 32 and the source electrode 34 may be formed on the barrier layer 17 via the surface layer 24.

ゲート電極36は、表面層24を介してp型窒化物半導体層22上に設けられている。換言すると、ゲート電極36とp型窒化物半導体層22は、表面層24によって隔てられている。ゲート電極36の材料には、窒化物半導体系の材料に対してオーミック接触可能な材料が用いられるのが望ましい。ゲート電極36の材料には、一例ではニッケルと金の積層電極が用いられている。これにより、ゲート電極36は、表面層24に対してオーミック接触可能に構成されている。ゲート電極36は、電子ビーム蒸着技術を利用して、表面層24の上面に積層されている。なお、ゲート電極36の材料には、窒化物半導体系の材料に対してショットキー接触可能な材料が用いられてもよい。   The gate electrode 36 is provided on the p-type nitride semiconductor layer 22 via the surface layer 24. In other words, the gate electrode 36 and the p-type nitride semiconductor layer 22 are separated by the surface layer 24. The material of the gate electrode 36 is preferably a material that can make ohmic contact with a nitride semiconductor material. As an example of the material of the gate electrode 36, a laminated electrode of nickel and gold is used. Thereby, the gate electrode 36 is configured to be in ohmic contact with the surface layer 24. The gate electrode 36 is laminated on the upper surface of the surface layer 24 using an electron beam evaporation technique. The material of the gate electrode 36 may be a material that can make a Schottky contact with a nitride semiconductor material.

パッシベーション膜26は、表面層24の上面に接して設けられている。パッシベーション膜26は、ドレイン電極32、ソース電極34及びゲート電極36を露出させるように、それら電極以外の領域を被覆する。パッシベーション膜26の材料には、一例では酸化シリコン(SiO2)が用いられている。パッシベーション膜26は、プラズマCVD技術を利用して、表面層24の上面に被膜される。なお、パッシベーション膜26の材料は、プラズマCVD技術を利用して成膜される窒化シリコン(SiN)、原子層積層法を利用して成膜される酸化アルミニウム(Al2O3)、スパッタ又はMOCVD技術を利用して成膜される窒化アルミニウム(AlN)であってもよい。 The passivation film 26 is provided in contact with the upper surface of the surface layer 24. The passivation film 26 covers regions other than these electrodes so that the drain electrode 32, the source electrode 34, and the gate electrode 36 are exposed. For example, silicon oxide (SiO 2 ) is used as the material of the passivation film 26. The passivation film 26 is coated on the upper surface of the surface layer 24 using a plasma CVD technique. The material of the passivation film 26 is silicon nitride (SiN) formed using a plasma CVD technique, aluminum oxide (Al 2 O 3 ) formed using an atomic layer stacking method, sputtering, or MOCVD. It may be aluminum nitride (AlN) formed using technology.

次に、窒化物半導体装置1の動作を説明する。窒化物半導体装置1は、ドレイン電極32に正電位が印加され、ソース電極34に接地電位が印加されて用いられる。ゲート電極36が接地されているとき、p型窒化物半導体層22から伸びる空乏層が、p型窒化物半導体層22の下方において、電子走行層15とバリア層17のヘテロ接合面近傍の2次元電子ガス層の電子を枯渇させる。このため、ドレイン電極32とソース電極34の間の電流経路は、このp型窒化物半導体層22が対向するヘテロ接合面において遮断され、窒化物半導体装置1はオフになる。   Next, the operation of the nitride semiconductor device 1 will be described. The nitride semiconductor device 1 is used with a positive potential applied to the drain electrode 32 and a ground potential applied to the source electrode 34. When the gate electrode 36 is grounded, a depletion layer extending from the p-type nitride semiconductor layer 22 is two-dimensional near the heterojunction surface of the electron transit layer 15 and the barrier layer 17 below the p-type nitride semiconductor layer 22. The electrons in the electron gas layer are depleted. For this reason, the current path between the drain electrode 32 and the source electrode 34 is cut off at the heterojunction surface where the p-type nitride semiconductor layer 22 faces, and the nitride semiconductor device 1 is turned off.

ゲート電極36に正電位が印加されると、p型窒化物半導体層22から伸びていた空乏層が縮小し、p型窒化物半導体層22の下方においても、電子走行層15とバリア層17のヘテロ接合面近傍に2次元電子ガス層が発生する。ソース電極34から注入された電子は、2次元電子ガス層を介してドレイン電極32に流れ、窒化物半導体装置1はオンになる。このように、窒化物半導体装置1は、ノーマリオフで動作する。   When a positive potential is applied to the gate electrode 36, the depletion layer extending from the p-type nitride semiconductor layer 22 is reduced, and the electron transit layer 15 and the barrier layer 17 are also below the p-type nitride semiconductor layer 22. A two-dimensional electron gas layer is generated in the vicinity of the heterojunction surface. Electrons injected from the source electrode 34 flow to the drain electrode 32 through the two-dimensional electron gas layer, and the nitride semiconductor device 1 is turned on. Thus, nitride semiconductor device 1 operates normally off.

窒化物半導体装置1は、ゲート電極36とドレイン電極32の間に表面層24が設けられている。表面層24は、バリア層17の上面に接して設けられており、バリア層17とパッシベーション膜26の間に介在する。後述の製造方法で説明するように、p型窒化物半導体層22をドライエッチングで加工したときに、バリア層17の上面に加工ダメージが残存する。例えば、このような加工ダメージが残存するバリア層17がパッシベーション膜26に接すると、バリア層17とパッシベーション膜26の間の界面準位が多くなり、そのような界面準位に蓄積した電荷によって電流コラプス現象が発生してしまう。しかしながら、窒化物半導体装置1では、結晶欠陥の少ない高品質な表面層24がバリア層17とパッシベーション膜26の間に設けられているので、このような界面準位が少なくなり、電荷の蓄積が抑えられ、電流コラプス現象が抑えられる。なお、電流コラプスを抑えるという点では、表面層24の半導体材料がGaNであるのが望ましい。一方、表面層24の半導体材料がアルミニウム又はインジウムを含む場合、特に、表面層24に含まれるアルミニウムがバリア層17に含まれるアルミニウムよりも多い場合、表面層24の下方において電子走行層15とバリア層17の間の2次元電子ガス層の電子密度が濃くなり、オン抵抗が低下する。表面層24の半導体材料は、所望する特性に応じて調整可能である。   In the nitride semiconductor device 1, the surface layer 24 is provided between the gate electrode 36 and the drain electrode 32. The surface layer 24 is provided in contact with the upper surface of the barrier layer 17 and is interposed between the barrier layer 17 and the passivation film 26. As will be described later in the manufacturing method, when the p-type nitride semiconductor layer 22 is processed by dry etching, processing damage remains on the upper surface of the barrier layer 17. For example, when the barrier layer 17 in which such processing damage remains is in contact with the passivation film 26, the interface level between the barrier layer 17 and the passivation film 26 increases, and a current is generated by the charge accumulated in the interface state. Collapse phenomenon will occur. However, in the nitride semiconductor device 1, since the high-quality surface layer 24 with few crystal defects is provided between the barrier layer 17 and the passivation film 26, such interface states are reduced and charge accumulation is reduced. The current collapse phenomenon is suppressed. In order to suppress current collapse, the semiconductor material of the surface layer 24 is preferably GaN. On the other hand, when the semiconductor material of the surface layer 24 contains aluminum or indium, particularly when the surface layer 24 contains more aluminum than the aluminum contained in the barrier layer 17, the electron transit layer 15 and the barrier are provided below the surface layer 24. The electron density of the two-dimensional electron gas layer between the layers 17 increases, and the on-resistance decreases. The semiconductor material of the surface layer 24 can be adjusted according to desired characteristics.

窒化物半導体装置1では、p型窒化物半導体層22とバリア層17の接合部に寄生ダイオードが存在している。このため、窒化物半導体装置1がオンするときに、ゲート電極36に正電位が印加されると、この寄生ダイオードが順バイアスされる。しかしながら、窒化物半導体装置1では、ゲート電極36とp型窒化物半導体層22の間に表面層24が介在している。表面層24の電気抵抗値は大きいので、寄生ダイオードを介したゲートリーク電流が抑えられ、消費電力の増大が抑えられる。   In the nitride semiconductor device 1, a parasitic diode exists at the junction between the p-type nitride semiconductor layer 22 and the barrier layer 17. Therefore, when a positive potential is applied to the gate electrode 36 when the nitride semiconductor device 1 is turned on, the parasitic diode is forward-biased. However, in the nitride semiconductor device 1, the surface layer 24 is interposed between the gate electrode 36 and the p-type nitride semiconductor layer 22. Since the electrical resistance value of the surface layer 24 is large, gate leakage current via the parasitic diode is suppressed, and increase in power consumption is suppressed.

次に、窒化物半導体装置1の製造方法を説明する。まず、図2に示されるように、基板12上にバッファ層14、電子走行層15及びバリア層17を積層する。バッファ層14、電子走行層15及びバリア層17は、有機金属気相成長法を利用して、基板12上に順に結晶成長される。   Next, a method for manufacturing the nitride semiconductor device 1 will be described. First, as shown in FIG. 2, the buffer layer 14, the electron transit layer 15, and the barrier layer 17 are stacked on the substrate 12. The buffer layer 14, the electron transit layer 15, and the barrier layer 17 are sequentially grown on the substrate 12 using a metal organic vapor phase epitaxy method.

次に、図3に示されるように、有機金属気相成長法を利用して、バリア層17の上面にp型窒化物半導体層22を結晶成長する。   Next, as shown in FIG. 3, a p-type nitride semiconductor layer 22 is crystal-grown on the upper surface of the barrier layer 17 using metal organic vapor phase epitaxy.

次に、図4に示されるように、ドライエッチング技術を利用して、p型窒化物半導体層22の一部を除去してバリア層17を露出させる。   Next, as shown in FIG. 4, the barrier layer 17 is exposed by removing a part of the p-type nitride semiconductor layer 22 using a dry etching technique.

次に、図5に示されるように、有機金属気相成長法を利用して、バリア層17の上面に表面層24を結晶成長する。表面層24は、p型窒化物半導体層22の側面及び上面にも成膜される。   Next, as shown in FIG. 5, the surface layer 24 is crystal-grown on the upper surface of the barrier layer 17 using metal organic vapor phase epitaxy. The surface layer 24 is also formed on the side surface and the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 22.

次に、図6に示されるように、ドライエッチング技術を利用して、表面層24の一部に開口24a,24bを形成する。バリア層17の上面は、表面層24の開口24a,24bにおいて露出する。   Next, as shown in FIG. 6, openings 24a and 24b are formed in a part of the surface layer 24 by using a dry etching technique. The upper surface of the barrier layer 17 is exposed at the openings 24 a and 24 b of the surface layer 24.

次に、図7に示されるように、電子ビーム蒸着技術を利用して、表面層24の開口24a,24bに露出するバリア層17の上面にドレイン電極32及びソース電極34を形成する。次に、電子ビーム蒸着技術を利用して、p型窒化物半導体層22が設けられている範囲の表面層24上にゲート電極36を形成する。最後に、パッシベーション膜26を成膜すると、図1に示す窒化物半導体装置1が完成する。   Next, as shown in FIG. 7, the drain electrode 32 and the source electrode 34 are formed on the upper surface of the barrier layer 17 exposed to the openings 24 a and 24 b of the surface layer 24 by using an electron beam evaporation technique. Next, the gate electrode 36 is formed on the surface layer 24 in a range where the p-type nitride semiconductor layer 22 is provided using an electron beam evaporation technique. Finally, when the passivation film 26 is formed, the nitride semiconductor device 1 shown in FIG. 1 is completed.

上記製造方法は、p型窒化物半導体層22をドライエッチング加工した後に、表面層24を成膜することを特徴としている。電流コラプス現象を抑えるためには、ゲート電極36とドレイン電極32の間のバリア層17上に表面層24が成膜されていればよい。このため、例えば、表面層24とp型窒化物半導体層22をこの順で成膜した後に、p型窒化物半導体層22のみをドライエッチング加工して表面層24を残存させる製造方法も考えらえる。しかしながら、この製造方法では、膜厚の薄い表面層24を残しながらp型窒化物半導体層22のみをドライエッチング加工しなければならず、高精度な加工精度が要求される。例えば、ドライエッチング加工で表面層24も除去されると、電流コラプス現象を抑えることができなくなる。一方、上記製造方法では、p型窒化物半導体層22をドライエッチング加工した後に、表面層24を成膜するので、所望の膜厚を有する表面層24を高精度に成膜することができる。   The manufacturing method is characterized in that the surface layer 24 is formed after the p-type nitride semiconductor layer 22 is dry-etched. In order to suppress the current collapse phenomenon, the surface layer 24 may be formed on the barrier layer 17 between the gate electrode 36 and the drain electrode 32. Therefore, for example, a manufacturing method in which the surface layer 24 and the p-type nitride semiconductor layer 22 are formed in this order and then only the p-type nitride semiconductor layer 22 is dry-etched to leave the surface layer 24 is also conceivable. Yeah. However, in this manufacturing method, it is necessary to dry-etch only the p-type nitride semiconductor layer 22 while leaving the thin surface layer 24, and high processing accuracy is required. For example, if the surface layer 24 is also removed by dry etching, the current collapse phenomenon cannot be suppressed. On the other hand, in the above manufacturing method, since the surface layer 24 is formed after the p-type nitride semiconductor layer 22 is dry-etched, the surface layer 24 having a desired film thickness can be formed with high accuracy.

図8に、変形例の窒化物半導体装置2を示す。窒化物半導体装置2では、p型窒化物半導体層22上の表面層24に開口24cが形成されており、ゲート電極36がその開口24cを通過してp型窒化物半導体層22の上面に接して設けられている。   FIG. 8 shows a modified nitride semiconductor device 2. In the nitride semiconductor device 2, an opening 24 c is formed in the surface layer 24 on the p-type nitride semiconductor layer 22, and the gate electrode 36 passes through the opening 24 c and contacts the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 22. Is provided.

次に、窒化物半導体装置2の製造方法を説明する。なお、図5に示す製造過程までは、窒化物半導体装置1の製造方法と共通である。   Next, a method for manufacturing the nitride semiconductor device 2 will be described. The manufacturing process shown in FIG. 5 is the same as the manufacturing method of nitride semiconductor device 1.

次に、図9に示されるように、ドライエッチング技術を利用して、表面層24の一部に開口24a,24b,24cを形成する。バリア層17の上面は、表面層24の開口24a,24bにおいて露出する。p型窒化物半導体層22の上面は、表面層24の開口24cにおいて露出する。   Next, as shown in FIG. 9, openings 24a, 24b, and 24c are formed in a part of the surface layer 24 by using a dry etching technique. The upper surface of the barrier layer 17 is exposed at the openings 24 a and 24 b of the surface layer 24. The upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 22 is exposed in the opening 24 c of the surface layer 24.

次に、図10に示されるように、電子ビーム蒸着技術を利用して、表面層24の開口24a,24bに露出するバリア層17の上面にドレイン電極32及びソース電極34を形成する。次に、電子ビーム蒸着技術を利用して、表面層24の開口24cに露出するp型窒化物半導体層22の上面にゲート電極36を形成する。最後に、パッシベーション膜26を成膜すると、図8に示す窒化物半導体装置2が完成する。   Next, as shown in FIG. 10, the drain electrode 32 and the source electrode 34 are formed on the upper surface of the barrier layer 17 exposed to the openings 24 a and 24 b of the surface layer 24 by using an electron beam evaporation technique. Next, the gate electrode 36 is formed on the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 22 exposed in the opening 24c of the surface layer 24 by using an electron beam evaporation technique. Finally, when the passivation film 26 is formed, the nitride semiconductor device 2 shown in FIG. 8 is completed.

上記製造方法は、p型窒化物半導体層22が設けられている範囲の表面層24の一部に開口24cを形成してp型窒化物半導体層22の上面を露出させることを特徴とする。表面層24の一部に開口24cを形成するときに、p型窒化物半導体層22の上面にドライエッチング加工の加工ダメージが残存し、p型窒化物半導体層22の上層部の電気抵抗値が高抵抗化する。このため、窒化物半導体装置2がオンするときに、p型窒化物半導体層22とバリア層17の接合部に存在する寄生ダイオードを介したゲートリーク電流が抑えられ、消費電力の増大が抑えられる。   The manufacturing method is characterized in that an opening 24c is formed in a part of the surface layer 24 in a range where the p-type nitride semiconductor layer 22 is provided to expose the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 22. When the opening 24c is formed in a part of the surface layer 24, the processing damage of the dry etching process remains on the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer 22, and the electric resistance value of the upper layer portion of the p-type nitride semiconductor layer 22 is Increase resistance. For this reason, when the nitride semiconductor device 2 is turned on, the gate leakage current through the parasitic diode existing at the junction between the p-type nitride semiconductor layer 22 and the barrier layer 17 is suppressed, and the increase in power consumption is suppressed. .

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

1:窒化物半導体装置、 12:基板、 14:バッファ層、 15:電子走行層、 16:窒化物半導体積層体、 17:バリア層、 22:p型窒化物半導体層、 24:表面層、 26:パッシベーション膜、 32:ドレイン電極、 34:ソース電極、 36:ゲート電極 1: nitride semiconductor device, 12: substrate, 14: buffer layer, 15: electron transit layer, 16: nitride semiconductor laminate, 17: barrier layer, 22: p-type nitride semiconductor layer, 24: surface layer, 26 : Passivation film, 32: Drain electrode, 34: Source electrode, 36: Gate electrode

Claims (8)

窒化物半導体装置の製造方法であって、
ヘテロ接合を有する窒化物半導体積層体上にp型窒化物半導体層を成膜する工程と、
前記p型窒化物半導体層の一部をエッチングして前記窒化物半導体積層体を露出させる工程と、
露出する前記窒化物半導体積層体上にi型又はn型の窒化物半導体の表面層を成膜する工程と、
前記p型窒化物半導体層上にゲート電極を形成する工程と、
前記窒化物半導体積層体上であって前記p型窒化物半導体層を間に置いて対向する位置の一方にドレイン電極を形成し、他方にソース電極を形成する工程と、
前記ゲート電極と前記ドレイン電極と前記ソース電極が露出した状態で前記表面層上にパッシベーション膜を成膜する工程と、を備える製造方法。
A method for manufacturing a nitride semiconductor device, comprising:
Forming a p-type nitride semiconductor layer on the nitride semiconductor stack having a heterojunction;
Etching a portion of the p-type nitride semiconductor layer to expose the nitride semiconductor stack;
Forming an i-type or n-type nitride semiconductor surface layer on the exposed nitride semiconductor laminate;
Forming a gate electrode on the p-type nitride semiconductor layer;
Forming a drain electrode on one side of the nitride semiconductor laminate and facing the p-type nitride semiconductor layer therebetween, and forming a source electrode on the other;
Forming a passivation film on the surface layer in a state in which the gate electrode, the drain electrode, and the source electrode are exposed .
窒化物半導体装置の製造方法であって、
ヘテロ接合を有する窒化物半導体積層体上にp型窒化物半導体層を成膜する工程と、
前記p型窒化物半導体層の一部をエッチングして前記窒化物半導体積層体を露出させる工程と、
露出する前記窒化物半導体積層体上にi型又はn型の窒化物半導体の表面層を成膜する工程と、
前記p型窒化物半導体層上にゲート電極を形成する工程と、
前記窒化物半導体積層体上であって前記p型窒化物半導体層を間に置いて対向する位置の一方にドレイン電極を形成し、他方にソース電極を形成する工程と、を備えており、
前記表面層を成膜する工程は、前記表面層が前記p型窒化物半導体層上にも成膜されるように実施され、
前記ゲート電極を形成する工程は、前記ゲート電極が前記表面層を介して前記p型窒化物半導体層上に形成されるように実施される、製造方法。
A method for manufacturing a nitride semiconductor device, comprising:
Forming a p-type nitride semiconductor layer on the nitride semiconductor stack having a heterojunction;
Etching a portion of the p-type nitride semiconductor layer to expose the nitride semiconductor stack;
Forming an i-type or n-type nitride semiconductor surface layer on the exposed nitride semiconductor laminate;
Forming a gate electrode on the p-type nitride semiconductor layer;
Forming a drain electrode on one side of the nitride semiconductor stacked body and facing the p-type nitride semiconductor layer, and forming a source electrode on the other side,
The step of forming the surface layer is performed such that the surface layer is also formed on the p-type nitride semiconductor layer,
Step, the gate electrode is Ru is performed as formed on the p-type nitride semiconductor layer through the surface layer, manufacturing method of forming the gate electrode.
前記表面層を成膜する工程は、前記表面層が前記p型窒化物半導体層上にも成膜されるように実施され、
前記ゲート電極を形成する工程は、前記p型窒化物半導体層上に形成された前記表面層に開口を形成して前記p型窒化物半導体層を露出させ、前記ゲート電極が前記開口を通過して前記p型窒化物半導体層上に形成されるように実施される、請求項1に記載の製造方法。
The step of forming the surface layer is performed such that the surface layer is also formed on the p-type nitride semiconductor layer,
In the step of forming the gate electrode, an opening is formed in the surface layer formed on the p-type nitride semiconductor layer to expose the p-type nitride semiconductor layer, and the gate electrode passes through the opening. The manufacturing method according to claim 1, wherein the manufacturing method is performed so as to be formed on the p-type nitride semiconductor layer.
前記ゲート電極と前記ドレイン電極と前記ソース電極が露出した状態で前記表面層上にパッシベーション膜を成膜する工程、をさらに備える請求項2に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 2 , further comprising: forming a passivation film on the surface layer in a state where the gate electrode, the drain electrode, and the source electrode are exposed. 窒化物半導体装置であって、
ヘテロ接合を有する窒化物半導体積層体と、
前記窒化物半導体積層体上に設けられているドレイン電極と、
前記窒化物半導体積層体上に設けられており、前記ドレイン電極から離れて配置されているソース電極と、
前記窒化物半導体積層体上に設けられており、前記ドレイン電極と前記ソース電極の間であって前記ドレイン電極と前記ソース電極の双方から離れて配置されているp型窒化物半導体層と、
前記p型窒化物半導体層と前記ドレイン電極の間の前記窒化物半導体積層体上に設けられているi型又はn型の窒化物半導体の表面層と、
前記p型窒化物半導体層上に設けられているゲート電極と、を備え、
前記表面層が、前記p型窒化物半導体層上にも設けられており、
前記ゲート電極は、前記表面層を介して前記p型窒化物半導体層上に設けられている、窒化物半導体装置。
A nitride semiconductor device comprising:
A nitride semiconductor laminate having a heterojunction; and
A drain electrode provided on the nitride semiconductor laminate;
A source electrode provided on the nitride semiconductor multilayer body and disposed away from the drain electrode;
A p-type nitride semiconductor layer provided on the nitride semiconductor stacked body and disposed between the drain electrode and the source electrode and apart from both the drain electrode and the source electrode;
A surface layer of an i-type or n-type nitride semiconductor provided on the nitride semiconductor stack between the p-type nitride semiconductor layer and the drain electrode;
A gate electrode provided on the p-type nitride semiconductor layer,
The surface layer is also provided on the p-type nitride semiconductor layer;
The nitride semiconductor device, wherein the gate electrode is provided on the p-type nitride semiconductor layer via the surface layer.
窒化物半導体装置であって、
ヘテロ接合を有する窒化物半導体積層体と、
前記窒化物半導体積層体上に設けられているドレイン電極と、
前記窒化物半導体積層体上に設けられており、前記ドレイン電極から離れて配置されているソース電極と、
前記窒化物半導体積層体上に設けられており、前記ドレイン電極と前記ソース電極の間であって前記ドレイン電極と前記ソース電極の双方から離れて配置されているp型窒化物半導体層と、
前記p型窒化物半導体層と前記ドレイン電極の間の前記窒化物半導体積層体上に設けられているi型又はn型の窒化物半導体の表面層と、
前記p型窒化物半導体層上に設けられているゲート電極と、
前記ゲート電極と前記ドレイン電極と前記ソース電極が露出した状態で前記表面層上に設けられているパッシベーション膜と、を備え、
前記表面層が、前記p型窒化物半導体層上にも設けられており、
前記表面層には、前記p型窒化物半導体層の上面を露出させる開口が形成されており、
前記ゲート電極は、前記表面層の前記開口を通過して前記p型窒化物半導体層上に設けられている、窒化物半導体装置。
A nitride semiconductor device comprising:
A nitride semiconductor laminate having a heterojunction; and
A drain electrode provided on the nitride semiconductor laminate;
A source electrode provided on the nitride semiconductor multilayer body and disposed away from the drain electrode;
A p-type nitride semiconductor layer provided on the nitride semiconductor stacked body and disposed between the drain electrode and the source electrode and apart from both the drain electrode and the source electrode;
A surface layer of an i-type or n-type nitride semiconductor provided on the nitride semiconductor stack between the p-type nitride semiconductor layer and the drain electrode;
A gate electrode provided on the p-type nitride semiconductor layer;
A passivation film provided on the surface layer in a state where the gate electrode, the drain electrode, and the source electrode are exposed ,
The surface layer is also provided on the p-type nitride semiconductor layer;
In the surface layer, an opening exposing the upper surface of the p-type nitride semiconductor layer is formed,
The nitride semiconductor device, wherein the gate electrode is provided on the p-type nitride semiconductor layer through the opening of the surface layer.
前記ゲート電極と前記ドレイン電極と前記ソース電極が露出した状態で前記表面層上に設けられているパッシベーション膜、をさらに備える請求項5に記載の窒化物半導体装置。 The nitride semiconductor device according to claim 5 , further comprising a passivation film provided on the surface layer in a state where the gate electrode, the drain electrode, and the source electrode are exposed. 窒化物半導体装置の製造方法であって、
ヘテロ接合を有する窒化物半導体積層体上にp型窒化物半導体層を成膜する工程と、
前記p型窒化物半導体層の一部をエッチングして前記窒化物半導体積層体を露出させる工程と、
露出する前記窒化物半導体積層体上にi型又はn型の窒化物半導体の表面層を成膜する工程と、
前記p型窒化物半導体層上にゲート電極を形成する工程と、
前記窒化物半導体積層体上であって前記p型窒化物半導体層を間に置いて対向する位置の一方にドレイン電極を形成し、他方にソース電極を形成する工程と、を備えており、
前記表面層を成膜する工程は、前記表面層が前記p型窒化物半導体層上にも成膜されるように実施され、
前記ゲート電極を形成する工程は、前記ゲート電極が前記表面層を介して前記p型窒化物半導体層上に形成されるように実施される、製造方法。
A method for manufacturing a nitride semiconductor device, comprising:
Forming a p-type nitride semiconductor layer on the nitride semiconductor stack having a heterojunction;
Etching a portion of the p-type nitride semiconductor layer to expose the nitride semiconductor stack;
Forming an i-type or n-type nitride semiconductor surface layer on the exposed nitride semiconductor laminate;
Forming a gate electrode on the p-type nitride semiconductor layer;
Forming a drain electrode on one side of the nitride semiconductor stacked body and facing the p-type nitride semiconductor layer, and forming a source electrode on the other side,
The step of forming the surface layer is performed such that the surface layer is also formed on the p-type nitride semiconductor layer,
The step of forming the gate electrode is carried out such that the gate electrode is formed on the p-type nitride semiconductor layer via the surface layer.
JP2015097703A 2015-05-12 2015-05-12 Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof Active JP6437381B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015097703A JP6437381B2 (en) 2015-05-12 2015-05-12 Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015097703A JP6437381B2 (en) 2015-05-12 2015-05-12 Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016213388A JP2016213388A (en) 2016-12-15
JP6437381B2 true JP6437381B2 (en) 2018-12-12

Family

ID=57550845

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015097703A Active JP6437381B2 (en) 2015-05-12 2015-05-12 Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6437381B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018230136A1 (en) 2017-06-13 2018-12-20 パナソニックIpマネジメント株式会社 Nitride semiconductor device and method for producing same
JP7216523B2 (en) * 2018-11-12 2023-02-01 ローム株式会社 Nitride semiconductor device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4869563B2 (en) * 2004-04-21 2012-02-08 新日本無線株式会社 Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5932368B2 (en) * 2012-01-27 2016-06-08 トランスフォーム・ジャパン株式会社 Compound semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5673725B2 (en) * 2013-04-22 2015-02-18 富士通株式会社 Compound semiconductor multilayer structure
JP2013239735A (en) * 2013-07-29 2013-11-28 Panasonic Corp Field effect transistor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016213388A (en) 2016-12-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI578530B (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5942204B2 (en) Semiconductor device
JP6251071B2 (en) Semiconductor device
US10256333B2 (en) High electron mobility transistor
US11929406B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP5841417B2 (en) Nitride semiconductor diode
US10784361B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2011082397A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2008311355A (en) Nitride semiconductor element
JP2011029506A (en) Semiconductor device
US20220209001A1 (en) Nitride semiconductor device and method for manufacturing same
JP2010206020A (en) Semiconductor device
JP2011029247A (en) Nitride semiconductor device and method of manufacturing the same
WO2021189182A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method therefor
WO2012160757A1 (en) Schottky diode
US20240047568A1 (en) Nitride-based bidirectional switching device and method for manufacturing the same
JP6147018B2 (en) Enhancement mode GaN HEMT device with gate spacer and method of manufacturing the same
CN111048411A (en) Method for manufacturing semiconductor device
JP2011124246A (en) Heterojunction field effect transistor and method of manufacturing the same
JP6639260B2 (en) Semiconductor device
JP6437381B2 (en) Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5545653B2 (en) Nitride semiconductor device
JP2012043964A (en) Hetero junction field effect transistor and manufacturing method thereof
JP6392703B2 (en) Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2008172085A (en) Nitride semiconductor device and method of fabricating the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170714

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180109

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180307

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20180828

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181012

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20181019

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: 20181106

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20181114

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6437381

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313117

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250