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JP2003100778A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JP2003100778A
JP2003100778A JP2001294392A JP2001294392A JP2003100778A JP 2003100778 A JP2003100778 A JP 2003100778A JP 2001294392 A JP2001294392 A JP 2001294392A JP 2001294392 A JP2001294392 A JP 2001294392A JP 2003100778 A JP2003100778 A JP 2003100778A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
nitride semiconductor
semiconductor layer
layer
electrode
nitride
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.)
Pending
Application number
JP2001294392A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mayumi Moritsuka
真由美 森塚
Kenji Takada
賢治 高田
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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 Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2001294392A priority Critical patent/JP2003100778A/en
Publication of JP2003100778A publication Critical patent/JP2003100778A/en
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide various types of high performance semiconductor devices such as a field-effect transistor which can operate at high frequency, with high output and high efficiency by realizing a stable, low resistance ohmic contact. SOLUTION: This semiconductor device comprises a first nitride semiconductor layer (11), a second nitride semiconductor layer (12) which is formed on the first layer and has a larger band gap than that of the first layer, and an electrode (18) formed on the second layer. The second nitride semiconductor layer has lattice distortion caused by the difference in lattice constants between the first layer and the second layer, and by tunneling electrons accumulated in the vicinity of the heterointerface (H) of the first nitride semiconductor layer into the n-side electrode, the contact resistance of the n-side electrode can be reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に窒化物半導体を用いた半導体装置であって電子
に対するオーミックコンタクトを確実に形成し、例えば
トランジスタに応用した場合に、高出力、高周波、高効
率で動作する半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device using a nitride semiconductor, which is capable of reliably forming an ohmic contact with an electron, and which has a high output and a high frequency when applied to a transistor, for example. The present invention relates to a semiconductor device which operates with high efficiency.

【従来の技術】窒化物半導体であるGaNは禁制帯幅が
広く、AlGaNとのヘテロ接合を形成することが容易
で、且つAl組成比を調節することによりその特性を広
範に制御できるので各種の光デバイスや電子デバイスに
適用されつついる。例えば、窒化物半導体を用いたME
SFET(Metal-Semiconductor Field Effect Transis
tor)や HEMT(High Electron Mobility Transisto
r)あるいはMODFET(Modulation-Doped FET)な
どの電界効果トランジスタは、高電圧での動作が可能
で、高出力のパワー素子として期待されている。なかで
も、HEMT構造の場合、GaAs系HEMTに比べて
より高濃度の2次元電子をヘテロ界面に蓄積できる利点
があり、特に有望とされている。図11は、従来のGa
N系HEMTの要部断面構造を表す模式図である。すな
わち同図に表したように、従来のHEMTの場合、サフ
ァイア基板またはSiC基板(図示せず)の上に、チャ
ネル層となるウルツ鉱型構造GaN層111を形成し、
この層111の上に、所望の閾値電圧となるような20
nm〜30nmの厚みのAlGa(1―x)N(0<
x<1)層112を形成した層構造が用いられる。そし
て、このAlGa(1―x)N層112の上に、ショ
ットキゲート120とソース電極118、ドレイン電極
119が形成されている。
2. Description of the Related Art GaN, which is a nitride semiconductor, has a wide band gap, is easy to form a heterojunction with AlGaN, and its characteristics can be widely controlled by adjusting the Al composition ratio. It is being applied to optical devices and electronic devices. For example, ME using a nitride semiconductor
SFET (Metal-Semiconductor Field Effect Transis
tor) and HEMT (High Electron Mobility Transisto
Field effect transistors such as r) or MODFETs (Modulation-Doped FETs) can operate at high voltage and are expected as high-power power devices. Among them, the HEMT structure is particularly promising because it has the advantage of being capable of accumulating a higher concentration of two-dimensional electrons at the hetero interface as compared with the GaAs HEMT. FIG. 11 shows a conventional Ga
It is a schematic diagram showing the principal part cross-section of N system HEMT. That is, as shown in the figure, in the case of the conventional HEMT, a wurtzite structure GaN layer 111 serving as a channel layer is formed on a sapphire substrate or a SiC substrate (not shown),
On this layer 111, 20
nm~30nm thickness of Al x Ga (1-x) N (0 <
x <1) A layer structure in which the layer 112 is formed is used. The Schottky gate 120, the source electrode 118, and the drain electrode 119 are formed on the Al x Ga.sub. (1-x) N layer 112.

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
トランジスタを高出力、高効率、高周波動作させるため
の重要な課題の一つは、ソース・ドレイン電極における
コンタクト抵抗率を十分に低下させることである。抵抗
率が大きいと、寄生抵抗が増大し、ドレイン電流特性に
おけるニー電圧が高くなり、また、トランスコンダクタ
ンスが低くなる。その結果として、出力電力、電力負荷
効率、動作周波数が低下するという問題が生じる。窒化
物半導体を用いた電界効果トランジスタに対するオーミ
ックコンタクトとしては、チタン(Ti)/アルミニウ
ム(Al)の積層構造において比較的良好なオーミック
接触が得られる。しかしながら、チタンとアルミニウム
の膜厚比やアニ−ル温度、時間によって特性が大きく変
動し(笠原ほか、信学技法、ED99−206、199
9)、良好な条件を見出すことは大変難しいという問題
があった。同様の問題は、トランジスタに限らず、発光
素子をはじめとする窒化物半導体を使った各種の半導体
装置においても同様に生ずる。すなわち、LEDや半導
体レーザなどの半導体装置においても、窒化物半導体と
電極との間のコンタクト抵抗は、発光強度や温度特性な
どの各種の重要な特性を決定する鍵となっている。従っ
て、良好なオーミックコンタクトを実現することは、窒
化物半導体を用いた半導体装置の全般に渡って強く望ま
れている。本発明は、かかる課題の認識に基づいてなさ
れたものである。すなわち、その目的は、安定に低抵抗
のオーミック接触を実現し、高周波、高出力、高効率で
動作する電界効果トランジスタをはじめとする高性能の
各種の半導体装置を提供することにある。
By the way, one of the important problems for operating such a transistor with high output, high efficiency and high frequency is to sufficiently lower the contact resistivity in the source / drain electrodes. is there. When the resistivity is high, the parasitic resistance increases, the knee voltage in the drain current characteristic increases, and the transconductance decreases. As a result, there arises a problem that output power, power load efficiency, and operating frequency are lowered. As an ohmic contact for a field effect transistor using a nitride semiconductor, a relatively good ohmic contact can be obtained in a laminated structure of titanium (Ti) / aluminum (Al). However, the characteristics change greatly depending on the film thickness ratio of titanium and aluminum, the annealing temperature, and the time (Kasahara et al., ED99-206, ED99-206.
9) There is a problem that it is very difficult to find good conditions. The same problem occurs not only in transistors but also in various semiconductor devices using nitride semiconductors such as light emitting elements. That is, also in a semiconductor device such as an LED or a semiconductor laser, the contact resistance between the nitride semiconductor and the electrode is a key to determine various important characteristics such as emission intensity and temperature characteristics. Therefore, realization of good ohmic contact is strongly desired over all semiconductor devices using nitride semiconductors. The present invention has been made based on the recognition of such problems. That is, it is an object of the present invention to provide various high-performance semiconductor devices including a field-effect transistor that stably realizes ohmic contact with low resistance and operates at high frequency, high output, and high efficiency.

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の第1の半導体装置は、第1の窒化物半導体
層と、前記第1の窒化物半導体層の上に設けられ、前記
第1の窒化物半導体層よりも大きなバンドギャップを有
する第2の窒化物半導体層と、前記第2の窒化物半導体
層の上に設けられた電極と、を備え、前記第2の窒化物
半導体層は、前記第1の窒化物半導体層との間の格子定
数の相違に起因した格子歪を有し、且つ前記第1の窒化
物半導体層のヘテロ界面近傍に蓄積された電子を前記電
極にトンネルさせることにより前記n側電極のコンタク
ト抵抗を低下させることを特徴とする。上記構成によれ
ば、ヘテロ界面に蓄積された電子を電極にトンネルさせ
ることによるコンタクト抵抗率の低下が得られ、半導体
装置の各種特性を向上させることができる。一方、本発
明の第2の半導体装置は、ウルツ鉱型構造を有し第1の
窒化物半導体層と、前記第1の窒化物半導体層の上に設
けられ、前記第1の窒化物半導体層と格子定数が異な
り、より大きなバンドギャップを有し、且つ格子緩和し
ていない第2の窒化物半導体層と、前記第2の窒化物半
導体層の上に設けられたn側電極と、を備え、前記第2
の窒化物半導体層の層厚は、前記第1の窒化物半導体層
のヘテロ界面近傍に蓄積された電子の前記n側電極への
トンネル電流成分による前記電極のコンタクト抵抗の低
下が生ずる範囲とされていることを特徴とする。上記構
成によっても、ヘテロ界面に蓄積された電子を電極にト
ンネルさせることによるコンタクト抵抗率の低下が得ら
れ、半導体装置の各種特性を向上させることができる。
また、本発明の第3の半導体装置は、ウルツ鉱型構造を
有した第1の窒化物半導体層と、前記第1の窒化物半導
体層の上に設けられ、前記第1の窒化物半導体層と格子
定数が異なり、より大きなバンドギャップを有し、且つ
格子緩和していない第2の窒化物半導体層と、前記第2
の窒化物半導体層の上に設けられたソース電極及びドレ
イン電極と、前記第2の窒化物半導体層の上に設けられ
たショットキーゲート電極と、を備え、前記第2の窒化
物半導体層の層厚は、前記第1の窒化物半導体層のヘテ
ロ界面近傍に蓄積された電子の前記ソース電極及びドレ
イン電極へのトンネル電流成分による前記ソース電極及
びドレイン電極のコンタクト抵抗の低下が生ずる範囲と
されていることを特徴とする。上記構成によれば、ヘテ
ロ界面に蓄積された電子を電極にトンネルさせることに
よるソース電極及びドレイン電極のコンタクト抵抗率の
低下が得られ、半導体装置の各種特性を向上させること
ができる。また、本発明の第4の半導体装置は、ウルツ
鉱型構造を有した第1の窒化物半導体層と、前記第1の
窒化物半導体層の上に選択的に設けられ、前記第1の窒
化物半導体層と格子定数が異なり、より大きなバンドギ
ャップを有し、且つ格子緩和していない第2の窒化物半
導体層と、前記第1の窒化物半導体層の上に選択的に設
けられ、前記第1の窒化物半導体層と格子定数が異な
り、より大きなバンドギャップを有する第3の窒化物半
導体層と、前記第2の窒化物半導体層の上に設けられた
ソース電極及びドレイン電極と、前記第3の窒化物半導
体層の上に設けられたショットキーゲート電極と、を備
え、前記第2の窒化物半導体層の層厚は、前記第1の窒
化物半導体層のヘテロ界面近傍に蓄積された電子の前記
ソース電極及びドレイン電極へのトンネル電流成分によ
る前記ソース電極及びドレイン電極のコンタクト抵抗の
低下が生ずる範囲とされていることを特徴とする。上記
構成によっても、ヘテロ界面に蓄積された電子を電極に
トンネルさせることによるソース電極及びドレイン電極
のコンタクト抵抗率の低下が得られ、半導体装置の各種
特性を向上させることができる。ここで、上記第1乃至
第4の半導体装置において、前記第2の窒化物半導体層
の層厚は、6nm以下であるものとすれば、トンネル電
流成分を顕著に増加させ、コンタクト抵抗を大幅に低下
させることが可能となる。また、前記第2の窒化物半導
体層が積層される前記1の窒化物半導体層の表面は、II
I族元素面であるものとすれば、分極による電荷蓄積の
効果を顕著に得ることができる。また、前記第1の窒化
物半導体層は、GaNからなり、前記第2の窒化物半導
体層は、AlGaNからなるものとすれば、多くの半導
体装置に適用が容易で、しかもコンタクト抵抗の低減の
効果が確実に得られる。例えば、本発明をトランジスタ
に適用すれば、ヘテロ界面に蓄積した2次元電子とオー
ミック電極となる金属のあいだで、トンネル現象による
電流を増大させ、低い抵抗率のオーミック電極を得るこ
とができる。その結果、電界効果トランジスタを高出
力、高効率、高周波で動作させることが可能となる。な
お、本願明細書において「窒化物半導体」とは、B
1−x−y−zInAlGaN(x≦1,y≦
1,z≦1,x+y+z≦1)なる化学式において組成
比x、y、及びzをそれぞれの範囲内で変化させたすべ
ての組成の半導体を含むものとする。さらに、これらに
所定のn型あるいはp型ドーパントや、プロトン、酸素
(O)、鉄(Fe)などの各種の不純物を導入したもの
も「窒化物半導体」に含まれるものとする。
To achieve the above object, a first semiconductor device of the present invention is provided with a first nitride semiconductor layer and the first nitride semiconductor layer. A second nitride semiconductor layer having a bandgap larger than that of the first nitride semiconductor layer; and an electrode provided on the second nitride semiconductor layer, the second nitride semiconductor layer The layer has a lattice strain due to a difference in lattice constant between the layer and the first nitride semiconductor layer, and electrons accumulated in the vicinity of the hetero interface of the first nitride semiconductor layer are applied to the electrode. The tunneling reduces the contact resistance of the n-side electrode. According to the above configuration, the contact resistivity can be reduced by tunneling the electrons accumulated at the hetero interface to the electrode, and various characteristics of the semiconductor device can be improved. On the other hand, a second semiconductor device according to the present invention has a wurtzite structure, is provided on the first nitride semiconductor layer, and is provided on the first nitride semiconductor layer. A second nitride semiconductor layer having a different lattice constant, a larger bandgap and no lattice relaxation, and an n-side electrode provided on the second nitride semiconductor layer. , The second
The thickness of the nitride semiconductor layer is set in a range in which the contact resistance of the electrode is reduced by a tunnel current component of electrons accumulated near the hetero interface of the first nitride semiconductor layer to the n-side electrode. It is characterized by Also with the above configuration, the contact resistivity can be reduced by tunneling the electrons accumulated at the hetero interface to the electrode, and various characteristics of the semiconductor device can be improved.
Further, a third semiconductor device of the present invention is provided on the first nitride semiconductor layer having a wurtzite structure and the first nitride semiconductor layer, and the first nitride semiconductor layer is provided. And a second nitride semiconductor layer having a larger band gap and no lattice relaxation, and the second
A source electrode and a drain electrode provided on the nitride semiconductor layer, and a Schottky gate electrode provided on the second nitride semiconductor layer. The layer thickness is set in a range in which a contact resistance of the source electrode and the drain electrode is reduced by a tunnel current component of electrons accumulated near the hetero interface of the first nitride semiconductor layer to the source electrode and the drain electrode. It is characterized by According to the above configuration, the contact resistivity of the source electrode and the drain electrode can be reduced by tunneling the electrons accumulated at the hetero interface to the electrode, and various characteristics of the semiconductor device can be improved. Further, a fourth semiconductor device of the present invention is provided with a first nitride semiconductor layer having a wurtzite structure and the first nitride semiconductor layer selectively provided on the first nitride semiconductor layer. A second nitride semiconductor layer having a larger bandgap and a lattice relaxation, which is different from that of the first semiconductor layer, and the first nitride semiconductor layer; A third nitride semiconductor layer having a larger bandgap and a lattice constant different from that of the first nitride semiconductor layer; a source electrode and a drain electrode provided on the second nitride semiconductor layer; A Schottky gate electrode provided on the third nitride semiconductor layer, wherein the layer thickness of the second nitride semiconductor layer is accumulated in the vicinity of the hetero interface of the first nitride semiconductor layer. Electrons to the source and drain electrodes Characterized in that it is a range where lowering of the contact resistance of the source electrode and the drain electrode by tunneling current component is generated. Also with the above configuration, the contact resistivity of the source electrode and the drain electrode can be reduced by tunneling the electrons accumulated at the hetero interface to the electrode, and various characteristics of the semiconductor device can be improved. Here, in the first to fourth semiconductor devices, if the layer thickness of the second nitride semiconductor layer is 6 nm or less, the tunnel current component is significantly increased and the contact resistance is significantly increased. It is possible to lower it. In addition, the surface of the first nitride semiconductor layer on which the second nitride semiconductor layer is laminated is II
If the surface is a group I element, the effect of charge accumulation due to polarization can be remarkably obtained. Further, if the first nitride semiconductor layer is made of GaN and the second nitride semiconductor layer is made of AlGaN, it can be easily applied to many semiconductor devices and the contact resistance can be reduced. The effect is surely obtained. For example, when the present invention is applied to a transistor, the current due to the tunnel phenomenon can be increased between the two-dimensional electrons accumulated at the hetero interface and the metal to be the ohmic electrode, and an ohmic electrode having a low resistivity can be obtained. As a result, the field effect transistor can be operated with high output, high efficiency and high frequency. In the present specification, the term “nitride semiconductor” means B
1-x-y-z In x Al y Ga z N (x ≦ 1, y ≦
In the chemical formula of 1, z ≦ 1, x + y + z ≦ 1), it is assumed that the semiconductors of all the compositions in which the composition ratios x, y, and z are changed within the respective ranges are included. Furthermore, a material obtained by introducing a predetermined n-type or p-type dopant and various impurities such as proton, oxygen (O), iron (Fe), etc., into these is also included in the “nitride semiconductor”.

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明
の実施の形態について詳細に説明する。図1は、本発明
の半導体装置の要部断面構造を表す模式図である。すな
わち、同図は、半導体装置Sの電極の部分の断面構造を
拡大表示した概念図である。このような半導体装置とし
ては、後に具体例としてあげるトランジスタをはじめと
して、発光ダイオードや半導体レーザあるいはその他各
種の光デバイスや電子デバイスを挙げることができる。
これらの半導体装置は、サファイアやSiCなどの基板
上に形成したものであってもよく、このような基板を有
しないものであってもよい。そして、本発明によれば、
これらの半導体装置Sの電極の形成部において、第1の
窒化物半導体層11と、第2の窒化物半導体層12と、
電極18と、がこの順に積層された構造を有する。以
下、これらの構成要素について詳しく説明する。まず、
第1の窒化物半導体層11は、ウルツ鉱型構造を有し、
結晶格子が外的な応力などにより実質的に歪んでいない
状態、つまり、自由状態における本来の格子定数をその
まま有するような状態で、図示しない半導体装置の本体
の少なくとも一部に設けられている。第1の窒化物半導
体層11の具体例としては、例えば、GaNを挙げるこ
とができる。また、GaN以外にも、例えば、GaNに
Ga以外のIII族元素が添加されたものでもよい。また
さらに、この第1の窒化物半導体層の上面11Uは、
(0001)面であって、III族元素面となっているこ
とが望ましい。例えば、この層11がGaNよりなる場
合には、その上面11Uは、(0001)ガリウム(G
a)面であることが望ましい。次に、第2の窒化物半導
体層12は、第1の窒化物半導体層11と格子定数が異
なり、より大きなバンドギャップを有し、且つ格子緩和
していない。つまり、第2の窒化物半導体層12は、外
的な応力を受けて結晶格子が歪んだ状態とされている。
この「歪み」を生じさせる要因としては、典型的には、
第1の窒化物半導体層との格子定数の違いを挙げること
ができる。つまり、格子定数が異なる第1の窒化物半導
体層11の上に第2の窒化物半導体層12を積層するこ
とにより、ミスフィット歪みを第2の窒化物半導体層1
2に導入することができる。第2の窒化物半導体層12
の具体例としては、例えば、AlGaNを挙げることが
できる。つまり、GaNなどからなる第1の窒化物半導
体層11の上に、それよもバンドギャップが大きいAl
GaNが格子緩和した状態で積層されている。またさら
に、第2の窒化物は層12は、その厚みが所定範囲より
も薄いことが望ましく、より具体的には、第1の窒化物
半導体層11から電極18に向けたトンネル電流成分が
実質的に得られる層厚の範囲を有する。その層厚は、典
型的には、6nm以下とすることが望ましい。このよう
な第2の窒化物半導体層12の上には、電極18が設け
られている。電極18としては、n型の窒化物半導体の
オーミック電極材料として公知のものを適宜用いること
ができる。例えば、チタン(Ti)とアルミニウム(A
l)とをこの順に積層させた構造を用いることができ
る。以上説明した構造によれば、半導体装置Sのn側の
コンタクト抵抗を低下させ、良好なオーミックコンタク
トが得られる。以下、その理由について詳述する。例え
ば、GaNの上にAlGa(1―x)N層を積層した
構造において、AlGa(1―x)N層が格子緩和し
ない場合には、大きなピエゾ分極と自発分極による電荷
が発生することが知られている(Ambacherほか、J. App
l. Phys.,85.no.6, p.3222, 1999)。ウルツ鉱型構造の
自由状態における本来の格子定数をそのまま有するよう
な状態の第1の窒化物半導体層11(例えば、GaN)
のGa面に、格子緩和しない第2の窒化物半導体層12
(例えば、AlGa(1―x)N)を積層すると、そ
のヘテロ界面Hにはピエゾ分極と自発分極による正の電
荷が蓄積し、同時にこの電荷に見合った電子Eがヘテロ
界面H近傍の第1の窒化物半導体層11中に蓄積する。
本発明の構造では、第1の窒化物半導体層11(例え
ば、GaN)の上に積層する第2の窒化物半導体層12
(例えば、AlGa(1―x)N)の厚みを薄くする
ことにより、ヘテロ界面Hと電極18との距離が短くな
り、ヘテロ界面Hに蓄積した電子Eが電極18に流れ込
むことを容易にする。ヘテロ界面Hの電子密度は、界面
に発生するピエゾ分極と自発分極による正の電荷に依存
し、第2の窒化物半導体層12としてAlGaNを用い
た場合には、アルミニウム(Al)のモル比に強く依存
する。以上説明したような現象はGaAs系のヘテロ接
合には見られず、窒化物半導体系のへテロ接合に特有の
現象である。図2は、GaN上にAl0.3Ga0.7
Nを形成し、さらにAl0.3Ga 0.7N上にチタン
(Ti)を積層した構造における、伝導帯下部のポテン
シャル分布を表すグラフ図である。すなわちこのグラフ
は、ポアソン方程式を解いて計算により得られた結果で
ある。また、ここでは、Al0.3Ga0.7Nはドナ
濃度が1×1018cm−3のn型であるとした。ま
た、Al0.3Ga0.7NとGaNとの界面には、こ
の接合に対応したピエゾ分極と自発分極による電荷があ
るとした。またさらに、この計算では、Al0.3Ga
0.7Nの厚みdを2nm、10nm及び20nmと変
化させ、電子はフェルミデイラック分布に従うとした。
図2に表したように、いずれの構造においても、ヘテロ
界面近傍にポテンシャルの井戸Wが形成されている。そ
して、これらポテンシャル井戸Wの部分に電子が蓄積す
る。Al0.3Ga0.7Nを薄くしていき、厚みをわ
ずか2nmとしても、ポテンシャルの井戸Wができてお
り、ヘテロ界面に、電子が蓄積することがわかる。この
部分に蓄積した電子が半導体表面の金属電極18にトン
ネル現象で流れるためには、Al0.3Ga0.7Nが
薄くして、ポテンシャル障壁薄くすることが効果的で、
このようにすることで電流が増加することが期待でき
る。図2に例示したポテンシャル分布から、図1の構造
において電極18に取り出される熱電子放出電流とトン
ネル電流とのバランスを計算することができる。図3
は、図1の構造におけるトンネル電流の熱電子放出電流
に対する割合を表すグラフ図である。すなわち、同図の
横軸はAl0.3Ga0.7N(第2の窒化物半導体層
12)の厚みを表し、縦軸はこの半導体層を抜けて流れ
るトンネル電流の熱電子放出電流に対する割合を表す。
またここでは、Al0.3Ga0.7Nのキャリア濃度
を1×1018cm−3、1×1019cm−3、5×
1019cm−3の3レベルとした。図3から、いずれ
のキャリア濃度においても、Al0.3Ga0.7N層
の厚み薄くなるとトンネル電流の割合が増大する傾向が
見られる。Al0.3Ga .7Nのキャリア濃度が1
×1018cm−3の場合、膜厚が約20nmよりも薄
くなるとトンネル電流成分が増加しはじめ、膜厚が約1
0nmよりも薄くなると急激に増加することが分かる。
また、キャリア濃度が1×1019cm−3の場合、膜
厚が約15nmよりも薄くなるとトンネル電流成分は増
加し始め、膜厚が約8nmよりも薄くなると急激に増加
する。一方、キャリア濃度が5×1019cm−3の場
合、膜厚が約8nmよりも薄くなるとトンネル電流成分
は増加しはじめ、膜厚が約6nmよりも薄くなると急激
に増加する。このように、それぞれ臨界的な膜厚よりも
薄くなると、トンネル電流による接触抵抗の低下が顕著
に得られることになる。図3に例示したようなトンネル
電流と熱電子放出電流のデータから、電極18のコンタ
クト抵抗率を計算できる。図4は、図1の構造における
電極18のコンタクト抵抗率を表すグラフ図である。同
図から、例えばドナ濃度が1×1018cm−3の場
合、Al0.3Ga 0.7Nの厚みが10nm以下にな
るとコンタクト抵抗率は急激に低下することが分かる。
また、その他の濃度レベルのデータを見ても、Al
0.3Ga0.7Nの厚みが10nm以下になるとコン
タクト抵抗率は明瞭に低下し、6nm以下となると顕著
に低下することが分かる。ここで、図4には、3レベル
のドナ濃度についてそれぞれ抵抗の変化を表したが、厚
さを2nmまで薄くすると、抵抗率はドナ濃度にほとん
ど依存せずに一点に収束する。図4に表した結果は、半
導体の有効質量近似を用いたものであり、第2の窒化物
半導体層(例えば、AlGaN)が薄いほど抵抗率を低
減できることを示している。実際には、第2の窒化物半
導体層(例えば、Al0.3Ga .7N)の厚みは少
なくとも格子定数よりも大きいことが必要である。プロ
セス変動を加味すると、第2の窒化物半導体層12の厚
みはc軸の格子定数の2倍以上であることが必要で、A
lxGa(1―x)Nを用いた場合、その厚さは格子定
数0.6nmの2倍にあたる1.2nm以上であること
が必要である。ところで、図4に表した結果によれば、
従来のトランジスタ構造のようにAl 0.3Ga0.7
Nの厚みが20nm〜30nmで、ドナ濃度が1018
cm のオーダであると、コンタクト抵抗率は0.1
Ωcm以上と、きわめて高い値となってしまう。しか
し、現実のプロセスでは、オーミック電極の蒸着前にR
IE(Reactive Ion Etching)処理を行ったり、 電極
蒸着後に600℃〜900℃での高温アニ−ルを行って
いるため、半導体表面の実効的なキャリア濃度が増大し
ているとみられる。SchlossらによればGaNを850
℃でアニ−ルするとキャリア濃度が1桁上昇することが
報告されている(Appl. Phya.Lett.、68, No.19, p.270
2, 1996)。一方、通常のGaN系HEMTの場合、シ
ョットキ特性が劣化せず、しかも2次元電子が高濃度に
蓄積するように、AlGa(1―x)Nのドナ濃度を
(1〜5)×1018cm−3 とする場合が多い。Sc
hlossらの報告に従うと、オーミック電極形成時のア二
−ルにより、実効的なキャリア濃度は(1〜5)×10
19cm−3となると考えられる。従って、このような
トランジスタに本発明を適用する場合には、図4の結果
より、キャリア濃度が5×1019cm−3でも、Al
Ga(1―x)Nの薄層化による抵抗率低減の効果を
得るには、AlGa(1―x)Nの厚みは6nm以下
とすることが望ましい。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will now be described with reference to the drawings.
The embodiment will be described in detail. FIG. 1 shows the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a main part of the semiconductor device of FIG. sand
That is, the figure shows the cross-sectional structure of the electrode portion of the semiconductor device S.
It is the conceptual diagram which expanded and displayed. As such a semiconductor device
Including transistors, which will be mentioned later as specific examples.
Light emitting diode, semiconductor laser or other
A class of optical and electronic devices can be mentioned.
These semiconductor devices consist of substrates such as sapphire and SiC.
It may be one formed on the top surface,
It may not be. And according to the present invention,
In the electrode formation portion of these semiconductor devices S, the first
A nitride semiconductor layer 11, a second nitride semiconductor layer 12, and
The electrode 18 and the electrode 18 are laminated in this order. Since
Hereinafter, these components will be described in detail. First,
The first nitride semiconductor layer 11 has a wurtzite structure,
Crystal lattice is not substantially distorted due to external stress
State, that is, the original lattice constant in the free state
The main body of the semiconductor device (not shown)
Is provided in at least a part of the. First nitride semiconductor
A specific example of the body layer 11 is GaN.
You can In addition to GaN, for example, GaN
A group III element other than Ga may be added. Also
Further, the upper surface 11U of the first nitride semiconductor layer is
It must be a (0001) plane and a group III element plane.
And is desirable. For example, if this layer 11 is made of GaN,
In this case, the upper surface 11U has (0001) gallium (G
It is preferably a) surface. Next, the second nitride semiconductor
The body layer 12 has a lattice constant different from that of the first nitride semiconductor layer 11.
Has a larger bandgap and lattice relaxation
I haven't. That is, the second nitride semiconductor layer 12 is
It is said that the crystal lattice is distorted under the general stress.
The factors that cause this "distortion" are typically:
To list the difference in lattice constant from the first nitride semiconductor layer
You can That is, the first nitride semiconductors with different lattice constants
Stacking the second nitride semiconductor layer 12 on the body layer 11;
And the misfit strain is caused by the second nitride semiconductor layer 1
2 can be introduced. Second nitride semiconductor layer 12
As a specific example of, for example, AlGaN can be cited.
it can. That is, the first nitride semiconductor made of GaN or the like
Al having a larger band gap on the body layer 11
GaN is laminated in a lattice-relaxed state. Again
In addition, the second nitride layer 12 has a thickness within a predetermined range.
Is also desirable, and more specifically, the first nitride
The tunnel current component from the semiconductor layer 11 to the electrode 18
It has a range of layer thicknesses substantially obtained. The layer thickness is
It is desirable that the thickness is 6 nm or less. like this
An electrode 18 is provided on the second nitride semiconductor layer 12.
Has been. The electrode 18 is made of an n-type nitride semiconductor.
Appropriately use known materials as ohmic electrode materials
You can For example, titanium (Ti) and aluminum (A
It is possible to use a structure in which
It According to the structure described above, the semiconductor device S on the n-side
Good ohmic contact with reduced contact resistance
You get The reason will be described in detail below. example
For example, Al on GaNxGa(1-x)N layers were laminated
In the structure, AlxGa(1-x)The N layer relaxes the lattice
If not present, charge due to large piezoelectric and spontaneous polarization
Is known to occur (Ambacher et al., J. App
l. Phys., 85.no.6, p.3222, 1999). Wurtzite structure
As it has the original lattice constant in the free state
First nitride semiconductor layer 11 (for example, GaN) in various states
On the Ga surface of the second nitride semiconductor layer 12 that does not undergo lattice relaxation.
(For example, AlxGa(1-x)When N) is laminated,
At the hetero-interface H of the
The charge accumulates, and at the same time, the electron E corresponding to this charge is hetero
It accumulates in the first nitride semiconductor layer 11 near the interface H.
In the structure of the present invention, the first nitride semiconductor layer 11 (for example,
Second nitride semiconductor layer 12 laminated on GaN).
(For example, AlxGa(1-x)N) thin
This reduces the distance between the hetero interface H and the electrode 18.
The electrons E accumulated at the hetero interface H flow into the electrode 18.
Make it easy. The electron density at the hetero interface H is
Dependence on Positive Charge Due to Piezoelectric and Spontaneous Polarization
Then, AlGaN is used as the second nitride semiconductor layer 12.
Strongly depends on the molar ratio of aluminum (Al) when
To do. The phenomenon described above is caused by the GaAs heterojunction.
Which is unique to nitride semiconductor heterojunctions.
It is a phenomenon. Figure 2 shows Al on GaN0.3Ga0.7
N is formed, and further Al0.3Ga 0.7Titanium on N
Potent under the conduction band in a structure in which (Ti) is laminated
It is a graph showing the Charl distribution. Ie this graph
Is the result obtained by solving the Poisson equation and
is there. In addition, here, Al0.3Ga0.7N is Donna
Concentration is 1 × 1018cm-3Of the n-type. Well
Al0.3Ga0.7At the interface between N and GaN,
Charge due to piezo polarization and spontaneous polarization corresponding to the junction of
I decided. Furthermore, in this calculation, Al0.3Ga
0.7Change the thickness d of N to 2 nm, 10 nm and 20 nm.
And the electrons follow the Fermi-Dirac distribution.
As shown in FIG. 2, in any structure, the hetero
A potential well W is formed near the interface. So
And electrons accumulate in these potential wells W.
It Al0.3Ga0.7N is made thinner and the thickness is
Even if the thickness is 2 nm, a potential well W is created.
It can be seen that electrons accumulate at the hetero interface. this
The electrons accumulated in the part are transferred to the metal electrode 18 on the semiconductor surface.
In order to flow by the channel phenomenon, Al0.3Ga0.7N is
It is effective to make the potential barrier thinner by making it thinner.
This can be expected to increase the current.
It From the potential distribution illustrated in FIG. 2, the structure of FIG.
At the electrode 18 at the
The balance with the channel current can be calculated. Figure 3
Is the thermionic emission current of the tunnel current in the structure of FIG.
It is a graph showing the ratio to. That is, in the figure
Horizontal axis is Al0.3Ga0.7N (second nitride semiconductor layer
12), where the vertical axis represents the flow through this semiconductor layer.
Represents the ratio of the tunneling current to the thermionic emission current.
Also here, Al0.3Ga0.7Carrier concentration of N
1 x 1018cm-31 x 1019cm-35x
1019cm-33 levels. From FIG.
Even at a carrier concentration of0.3Ga0.7N layer
The ratio of tunnel current tends to increase as the thickness decreases.
Can be seen. Al0.3Ga0 . 7N carrier concentration is 1
× 1018cm-3In the case of, the film thickness is thinner than about 20 nm.
The tunnel current component starts to increase and the film thickness is about 1
It can be seen that when the thickness becomes thinner than 0 nm, it sharply increases.
In addition, the carrier concentration is 1 × 1019cm-3If the membrane
If the thickness is less than about 15 nm, the tunnel current component increases.
When the film thickness becomes thinner than about 8 nm, it increases rapidly
To do. On the other hand, the carrier concentration is 5 × 1019cm-3Place
If the film thickness is less than about 8 nm, the tunnel current component
Begins to increase, and suddenly when the film thickness becomes thinner than about 6 nm
Increase to. In this way,
As the thickness gets thinner, the contact resistance decreases significantly due to the tunnel current.
Will be obtained. Tunnel as illustrated in Figure 3
From the current and thermionic emission current data, the contour of the electrode 18
You can calculate the electrical resistivity. FIG. 4 shows the structure of FIG.
6 is a graph showing the contact resistivity of the electrode 18. FIG. same
From the figure, for example, the donor concentration is 1 × 1018cm-3Place
If Al0.3Ga 0.7The thickness of N is 10 nm or less
Then, it can be seen that the contact resistivity drops sharply.
Also, looking at the data of other concentration levels,
0.3Ga0.7When the thickness of N is 10 nm or less,
The tact resistivity decreases sharply, and becomes remarkable when the thickness is 6 nm or less.
You can see that it drops to. Here, in FIG. 4, there are three levels.
The change in resistance was shown for each of the donor concentrations of
If the thickness is reduced to 2 nm, the resistivity is almost
It converges to one point without depending on how much. The results shown in Figure 4 are half
Second nitride, which is based on the effective mass approximation of the conductor.
The thinner the semiconductor layer (eg, AlGaN), the lower the resistivity.
It shows that it can be reduced. In fact, the second nitride half
Conductor layer (eg Al0.3Ga0 . 7N) has a small thickness
At least it is necessary to be larger than the lattice constant. Professional
Process variation, the thickness of the second nitride semiconductor layer 12
Is required to be at least twice the lattice constant of the c-axis.
When 1xGa (1-x) N is used, its thickness is a lattice constant.
1.2 nm or more, which is twice the number of 0.6 nm
is necessary. By the way, according to the result shown in FIG.
Al like the conventional transistor structure 0.3Ga0.7
The thickness of N is 20 nm to 30 nm and the donor concentration is 1018
cm ThreeThe contact resistivity is 0.1
Ω cmTwoAbove all, it becomes a very high value. Only
However, in the actual process, before the deposition of the ohmic electrode, R
Performs IE (Reactive Ion Etching) processing, electrodes
After vapor deposition, perform a high temperature anneal at 600 ° C to 900 ° C.
Increase the effective carrier concentration on the semiconductor surface.
It seems that there is. 850 GaN according to Schloss et al.
When annealed at ℃, the carrier concentration may increase by an order of magnitude.
Reported (Appl. Phya. Lett., 68, No. 19, p.270
2, 1996). On the other hand, in the case of a normal GaN-based HEMT,
High-density 2D electrons without deterioration
Al so as to accumulatexGa(1-x)The concentration of N dona
(1-5) x 1018cm-3  In many cases Sc
According to the report of hloss et al.
-The effective carrier concentration is (1 to 5) x 10 depending on
19cm-3It is believed that Therefore, like this
When the present invention is applied to the transistor, the result of FIG.
The carrier concentration is 5 × 1019cm-3But Al
xGa(1-x)The effect of reducing the resistivity by thinning N
To get AlxGa(1-x)The thickness of N is 6 nm or less
Is desirable.

【実施例】以下、実施例を参照しつつ、本発明の実施の
形態についてさらに詳細に説明する。 (第1の実施例)図5は、本発明の第1の実施例として
のヘテロ接合電界効果トランジスタの要部断面構造を表
す模式図である。すなわち、このトランジスタは、Ga
Nチャネル層11の上に、厚みが1nm以上6nm以下
のAlxGa(1―x)N層12が積層され、この上
に、ソース電極18、ドレイン電極19及びゲート電極
20がそれぞれ形成された構造を有する。この電界効果
トランジスタの構造について、以下、その製造工程を参
照しつつ説明する。まず、図示しない(0001)サフ
ァイア基板またはSiC基板の上にAlNからなる核生
成層を薄く、たとえば4nm程度形成する。この上に、
アンドープのGaN層11をMOCVD(Metal-Organi
c Chemical Vapor Deposition:有機金属化学気相成
長)法により、十分に厚く、たとえば2μmの厚みに成
長させる。次に、AlGa(1―x)N(0<x<
1)層12として、たとえばAlのモル比xが0.3と
なるAl0.3Ga0.7N層を、1nm〜6nmの範
囲の厚さ、たとえば2nmの厚さで、同じくMOCVD
法により形成する。これらのMOCVDによる結晶成長
には、Gaを含む有機金属化合物(例えば、トリメチル
ガリウム)の第1原料ガスと、Alを含む有機金属化合
物(例えば、トリメチルアルミニウム)の第2原料ガス
と、窒素を含む第3原料ガス(例えば、アンモニア)を
用いることができる。Al0.3Ga0.7N層12は
アンド−プとしても、n型としても良いが、ここではド
ナ濃度が5×1018cm−3のn型となるようシリコ
ン(Si)を不純物として含む層とした。シリコンを導
入するための原料ガスとしては、シランまたはテトラエ
チルシランなどの有機シランを用いることができる。こ
のような結晶成長の後、Al0.3Ga0.7N層12
の上にオーミック電極とする金属、たとえばTi(下)
/Al/Ni/Au(上)をそれぞれ25nm、250
nm、40nm、45nmの厚さとして積層するよう蒸
着形成して、ソース電極18及びドレイン電極19とす
る。さらにこれらの間に、チタン(Ti)よりも仕事関
数が大きく、Al0.3Ga0.7Nとショットキ接合
する金属の組合わせ、たとえばNi(下層)/Au(上
層)をそれぞれ50nm、250nmの厚さとして積層
するよう、Al0. Ga0.7N層12の上に蒸着形
成してゲート電極20とする。本実施例によれば、ソー
ス・ドレイン電極18、19とGaN層11との間に薄
いAlxGa(1―x)N層12を設けることにより、
オーミック電極の抵抗率を低減することができた。ま
た、本実施例の構造においては、AlGa(1―x)
N層12の厚さが狭い範囲に限定されるため、Alの組
成を決めると、閾値電圧はほぼ一定の値となる。つま
り、Alの組成比を変化させることで、所望の閾値電圧
を得ることができる。 (第2の実施例)図6は、本発明の第2の実施例として
のヘテロ接合電界効果トランジスタの要部断面構造を表
す模式図である。同図については、図1乃至図5に関し
て前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳
細な説明は省略する。本実施例のトランジスタの場合
は、AlGa(1―x)N層12Aは従来のトランジ
スタと同様に、所望の閾値電圧となるように厚く形成し
ておく。そして、オーミック電極18、19の下部12
Bを1nm〜6nmの範囲まで薄層化する構造とする。
この構造においても、第1実施例と同様の効果が得られ
る。本実施例の構造を作成するには、第1実施例の作成
方法に際して、AlGa (1―x)N層12は従来構
造と同様に厚く形成しておき、ソース・ドレイン電極1
8、19を形成する前に、これらオーミック電極を形成
するAlGa(1 ―x)N層の一部をエッチングする
工程を加える。エッチングに際しては、塩素ガスなどを
用いた反応性イオンエッチングの手法で行うことができ
る。この構造は第1実施例に比べて、所望の閾値電圧を
実現するという点ではより柔軟に対応できる。但し、エ
ッチングの工程を付加する必要がある点で、作成の時間
とコストが増大する。本実施例の電界構造トランジスタ
について、ソース電極18、ドレイン電極19のコンタ
クト抵抗を測定したところ、従来構造の1/10に低減
できた。その結果、ドレイン電流特性のニー電圧は10
%低下、トランスコンダクタンスは20%向上した。こ
れにより、周波数20GHz、AB級動作での電力付加
効率の最大値は、従来構造に比べて10%大きくするこ
とができた。 (第3の実施例)図7は、本発明の第3の実施例として
のヘテロ接合電界効果トランジスタの要部断面構造を表
す模式図である。同図についても、図1乃至図6に関し
て前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳
細な説明は省略する。本実施例のトランジスタの場合
は、第2実施例の構造において、エッチングされたAl
Ga(1―x)N層12Bの領域を、オーミック電極
となるソース・ドレイン電極18、19よりも広く形成
している。現行のプロセスにおいては、AlGa
(1―x)N層のエッチングに用いるマスクとオーミッ
ク電極のパターニングに用いるマスクとに、「合わせず
れ」を考慮した余裕を持たせることが必要である。従っ
て、図6に表した構造を正確に作成することは難しく、
本実施例のようにマージンを設けた構造のほうが製造が
容易である。また、本実施例のトランジスタにおいて
も、ソース・ドレイン電極18、19とGaN層11と
の間に薄いAlxGa(1―x)N層12Bを設けるこ
とにより、オーミック電極の抵抗率を低減することがで
きた。 (第4の実施例)図8は、本発明の第4の実施例として
のヘテロ接合電界効果トランジスタの要部断面構造を表
す模式図である。同図についても、図1乃至図7に関し
て前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳
細な説明は省略する。本実施例のトランジスタの場合
は、第2実施例の構造において、エッチングされたAl
Ga(1―x)N層12Bの領域を、オーミック電極
となるソース・ドレイン電極18、19よりも狭く形成
している。本実施例においても、第3実施例に関して前
述したように、AlGa(1― x)N層のエッチング
に用いるマスクとオーミック電極のパターニングに用い
るマスクの「合わせずれ」を考慮したマージンが設けら
れているので製造が容易である。また、本実施例のトラ
ンジスタにおいても、ソース・ドレイン電極18、19
とGaN層11との間に薄いAlxGa(1―x)N層
12Bを設けることにより、オーミック電極の抵抗率を
低減することができた。 (第5の実施例)図9は、本発明の第5の実施例として
のヘテロ接合電界効果トランジスタの要部断面構造を表
す模式図である。以下、本実施例のトランジスタの構造
について、その製造工程を参照しつつ説明する。まず、
MOCVD法などの方法により、サファイア基板上もし
くはSiC基板上にAlNの核生成層を薄く、たとえば
4nm形成し、この上にチャネルとなるGaN層11を
十分に厚く、たとえば2μm成長させ、AlGa
(1―x)N層、たとえばAl0.3Ga0.7N層1
3を順に20nm成長させる。これらのMOCVDによ
る結晶成長には、第1実施例に関して前述したものと同
様のガスを用いることができる。また、Al0.3Ga
0.7N層13は、ドナ濃度が5×1018cm−3
n型となるようシリコンを不純物として含む層とする。
Siを導入するための原料ガスも第1実施例と同様とす
ることができる。次に、基板全面に熱CVD等でSiO
膜を堆積させた後、リソグラフィー工程にてフォトレ
ジストのパターニングを行い、フォトレジストをマスク
として弗化アンモニウム等でウェットエッチングを行
い、続いてフォトレジストを剥離することにより、Si
マスクを形成する。塩素系ガスおよびアルゴン等の
不活性ガスを用いた、例えばECR−RIBE(Electr
on Cyclotron Resonance-Reactive Ion BeamEtching)
によりn型Al0.3Ga0.7N層13のエッチング
を行う。次に、SiOマスクを弗化アンモニウム等で
除去し、MBE(分子線エピタキシャル)装置等をもち
いて、1nm〜6nm の範囲の厚さで、たとえばAl
のモル比xが0.3となるAl0.3Ga0.7N層1
2を全面に再成長する。次に、基板全面に熱CVD等で
SiO膜を堆積させた後、リソグラフィー工程にてフ
ォトレジストのパターニングを行い、フォトレジストを
マスクとして弗化アンモニウム等でウェットエッチング
を行い、先のエッチングによりn型Al 0.3Ga
0.7N層13が除去された領域のGaN層11上に再
成長したAl 0.3Ga0.7N層12上に、蒸着装置
にて例えばTi(下層)/Al(上層)それぞれ25n
m、250nmからなる積層金属膜を蒸着し、リフトオ
フ工程後に例えば窒素雰囲気中にて900℃30秒間の
熱処理を行い、ソース電極18及びドレイン電極19を
形成する。続いて、リソグラフィー工程にてフォトレジ
ストのパターニングを行い、フォトレジストをマスクと
して弗化アンモニウム等でウェットエッチングを行い、
続いてn型Al0.3Ga0.7N層13上に再成長し
たAl0.3Ga0.7N層12上に、蒸着装置にて例
えば、Ni(下層)/Au(上層)それぞれ50nm、
250nmからなる積層金属膜を蒸着し、リフトオフ工
程後に例えば窒素雰囲気中にて300℃10分間の熱処
理を行い、ゲート電極20を形成する。以上説明した本
実施例によれば、ゲート部分は厚いAlGaN層13を
設けることにより、閾値を確実且つ容易に制御し、ソー
ス・ドレイン電極のコンタクト部には、薄いAlGaN
層12を設けることにより本発明のコンタクト抵抗低減
効果を確実に得ることができる。 (第6の実施例)図10は、本発明の第6の実施例とし
てのヘテロ接合電界効果トランジスタの要部断面構造を
表す模式図である。以下、本実施例のトランジスタの構
造について、その製造工程を参照しつつ説明する。ま
ず、MOCVD法などの方法により、サファイア基板上
もしくはSiC基板上にAlNの核生成層を薄く、たと
えば4nm形成し、この上にチャネルとなるアンドープ
GaN層11を十分に厚く、たとえば2μm成長させ、
この上にスペーサ層となるアンドープAl0.3Ga
0.7N層12を1nm〜6nmの範囲の厚さで成長
し、この上に電子供給層となるn型Al0.3Ga
0.7N層16を順に10nm成長させる。この上にシ
ョットキーコンタクト層となるアンドープAl0.3
0.7N層17を5nmの厚さに形成する。これらの
MOCVDによる結晶成長には、第1実施例に関して前
述したものと同様のガスを用いることができる。電子供
給層であるAl0.3Ga0.7N層16はドナ濃度が
5×1018cm−3のn型となるようシリコンを不純
物として含む層とする。シリコンを導入するための原料
ガスについても、第1実施例と同様とすることができ
る。次に、基板全面に熱CVD等でSiO膜を堆積さ
せた後、リソグラフィー工程にてフォトレジストのパタ
ーニングを行い、フォトレジストをマスクとして弗化ア
ンモニウム等でウェットエッチングを行い、続いてフォ
トレジストを剥離することでSiOマスクを形成す
る。塩素系ガスおよびアルゴン等の不活性ガスを用いた
例えばECR−RIBEにより電子供給層であるn型A
0.3Ga .7N層16と、ショットキーコンタク
ト層であるアンドープAl0.3Ga 7N層17を
エッチングする。次に、基板全面に熱CVD等でSiO
膜を堆積させた後、リソグラフィー工程にてフォトレ
ジストのパターニングを行い、フォトレジストをマスク
として弗化アンモニウム等でウェットエッチングを行
い、続いて先のエッチングにより表面へ露出したスペー
サ層であるアンドープAl0.3Ga0.7N層12上
へ、蒸着装置にて例えばTi(下層)/Al(上層)そ
れぞれ25nm、250nmからなる積層金属膜を蒸着
し、リフトオフ工程後に例えば窒素雰囲気中にて900
℃30秒間の熱処理を行い、ソース電極18及びドレイ
ン電極19を形成する。続いて、リソグラフィー工程に
てフォトレジストのパターニングを行い、フォトレジス
トをマスクとして弗化アンモニウム等でウェットエッチ
ングを行い、続いて蒸着装置にて例えばNi(下層)/
Au(上層)それぞれ50nm、250nmからなる積
層金属膜を蒸着し、リフトオフ工程後に例えば窒素雰囲
気中にて300℃10分間の熱処理を行い、アンドープ
Al0.3Ga0.7N層17上へゲート電極20を形
成する。本実施例においても、ソース・ドレイン電極1
8、19とGaN層11との間に薄いAlxGa(1―
x)N層12を設けることにより、オーミック電極の抵
抗率を低減することができた。以上、具体例を例示しつ
つ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発
明は、上述した各具体例に限定されるものではない。例
えば、本発明は、具体例として表したトランジスタに限
定されず、その他、発光ダイオードや半導体レーザある
いはその他各種の半導体装置に適用して同様の効果を得
ることができ、これらも本発明の範囲に包含される。ま
た、トランジスタの構造についても、具体例として表し
たものには限定されず、その他、当業者が本発明を適用
しつつ設計変更して得られる全ての半導体装置は、本発
明の範囲に包含される。例えば、半導体装置の各部を構
成する材料、添加不純物、膜厚、形状、導電型、形成方
法などについて当業者が適宜設計変更したものは本発明
の範囲に包含される。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.
The form will be described in more detail. (First Embodiment) FIG. 5 shows a first embodiment of the present invention.
The cross-sectional structure of the main part of the heterojunction field effect transistor of
It is a schematic diagram. That is, this transistor is
A thickness of 1 nm or more and 6 nm or less on the N-channel layer 11.
AlxGa (1-x) N layer 12 is laminated and
Source electrode 18, drain electrode 19 and gate electrode
20 has a structure formed respectively. This field effect
For the structure of a transistor, refer to the manufacturing process below.
I will explain while illuminating. First, not shown (0001) suff
Nucleation consisting of AlN on a fire or SiC substrate
The layer is thin, for example, about 4 nm. On top of this,
The undoped GaN layer 11 is formed by MOCVD (Metal-Organi
c Chemical Vapor Deposition: Metalorganic chemical vapor deposition
Length) method to obtain a sufficiently thick film, for example, a thickness of 2 μm.
Make it longer. Next, AlxGa(1-x)N (0 <x <
1) As the layer 12, for example, the molar ratio x of Al is 0.3
Become Al0.3Ga0.7N layer in the range of 1 nm to 6 nm
The thickness of the enclosure, for example 2 nm, is also MOCVD
It is formed by the method. Crystal growth by MOCVD
Includes an organometallic compound containing Ga (for example, trimethyl
Gallium) first source gas and an organometallic compound containing Al
Second source gas of a substance (for example, trimethylaluminum)
And a third source gas containing nitrogen (for example, ammonia)
Can be used. Al0.3Ga0.7N layer 12
It can be either anodic or n-type, but in this case
Na concentration is 5 × 1018cm-3Silicon to be the n-type
Layer (Si) as an impurity. Led silicon
The raw material gas to be introduced is silane or tetrae
Organosilanes such as tylsilane can be used. This
After crystal growth like0.3Ga0.7N layer 12
Metal to be an ohmic electrode on top, eg Ti (bottom)
/ Al / Ni / Au (above) 25 nm and 250 respectively
nm, 40 nm, 45 nm thickness to be laminated
Then, the source electrode 18 and the drain electrode 19 are formed.
It Furthermore, between these, the work function is better than that of titanium (Ti).
Large number, Al0.3Ga0.7Schottky junction with N
Combination of metals to be used, such as Ni (lower layer) / Au (upper layer)
Layers) with a thickness of 50 nm and a thickness of 250 nm, respectively.
So that Al0. ThreeGa0.7Deposition type on N layer 12
To form the gate electrode 20. According to this embodiment, the saw
Between the drain electrodes 18 and 19 and the GaN layer 11
By providing an AlxGa (1-x) N layer 12
The resistivity of the ohmic electrode could be reduced. Well
Further, in the structure of this embodiment, AlxGa(1-x)
Since the thickness of the N layer 12 is limited to a narrow range, a combination of Al
The threshold voltage will be a substantially constant value when it is determined. Tsuma
The desired threshold voltage by changing the Al composition ratio.
Can be obtained. (Second Embodiment) FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention.
The cross-sectional structure of the main part of the heterojunction field effect transistor of
It is a schematic diagram. Regarding FIG. 1 to FIG.
The same elements as those described above are given the same reference numerals
Detailed explanation is omitted. In the case of the transistor of this embodiment
Is AlxGa(1-x)N layer 12A is a conventional transition
In the same way as the
Keep it. Then, the lower portion 12 of the ohmic electrodes 18 and 19
The structure is such that B is thinned in the range of 1 nm to 6 nm.
Also in this structure, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
It To create the structure of this embodiment, create the first embodiment.
In the method, AlxGa (1-x)The N layer 12 has a conventional structure.
Source / drain electrode 1
Form these ohmic electrodes before forming 8 and 19
AlxGa(1 -X)Etch a part of N layer
Add steps. When etching, use chlorine gas, etc.
The reactive ion etching technique used can
It This structure has a desired threshold voltage as compared with the first embodiment.
It is more flexible in terms of realization. However, d
It takes time to create because it requires the addition of a hatching process.
And the cost increases. Electric field structure transistor of this embodiment
Regarding the contact between the source electrode 18 and the drain electrode 19,
When measuring the electrical resistance, it was reduced to 1/10 of the conventional structure.
did it. As a result, the knee voltage of the drain current characteristic is 10
%, Transconductance improved by 20%. This
As a result, power is added at a frequency of 20 GHz and class AB operation.
The maximum efficiency should be 10% larger than that of the conventional structure.
I was able to. (Third Embodiment) FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention.
The cross-sectional structure of the main part of the heterojunction field effect transistor of
It is a schematic diagram. Regarding this figure as well, regarding FIG. 1 to FIG.
The same elements as those described above are given the same reference numerals
Detailed explanation is omitted. In the case of the transistor of this embodiment
Is the etched Al in the structure of the second embodiment.
xGa(1-x)The ohmic electrode is formed on the region of the N layer 12B.
Wider than the source / drain electrodes 18 and 19
is doing. In the current process, AlxGa
(1-x)Mask and ohmic used for etching N layer
The mask used for patterning the electrode
It is necessary to have a margin considering "re". Obey
Therefore, it is difficult to accurately create the structure shown in FIG.
It is easier to manufacture a structure with a margin as in this embodiment.
It's easy. In addition, in the transistor of this embodiment
The source / drain electrodes 18 and 19 and the GaN layer 11
A thin AlxGa (1-x) N layer 12B between them.
By doing so, the resistivity of the ohmic electrode can be reduced.
Came. (Fourth Embodiment) FIG. 8 shows a fourth embodiment of the present invention.
The cross-sectional structure of the main part of the heterojunction field effect transistor of
It is a schematic diagram. Regarding this figure as well, regarding FIG. 1 to FIG.
The same elements as those described above are given the same reference numerals
Detailed explanation is omitted. In the case of the transistor of this embodiment
Is the etched Al in the structure of the second embodiment.
xGa(1-x)The ohmic electrode is formed on the region of the N layer 12B.
Formed narrower than source / drain electrodes 18 and 19
is doing. Also in this embodiment, with respect to the third embodiment,
As mentioned, AlxGa(1- x)Etching of N layer
Used for patterning mask and ohmic electrode used for
Margin is provided considering the “misalignment” of the mask.
Therefore, it is easy to manufacture. In addition, the tiger of this embodiment
In the transistor, the source / drain electrodes 18 and 19 are also included.
Thin AlxGa (1-x) N layer between GaN layer 11 and GaN layer 11
By providing 12B, the resistivity of the ohmic electrode can be increased.
Could be reduced. (Fifth Embodiment) FIG. 9 shows a fifth embodiment of the present invention.
The cross-sectional structure of the main part of the heterojunction field effect transistor of
It is a schematic diagram. Hereinafter, the structure of the transistor of this example
Will be described with reference to the manufacturing process thereof. First,
If a sapphire substrate is formed by a method such as MOCVD,
Or a thin AlN nucleation layer on a SiC substrate, for example
4 nm thick, and a GaN layer 11 to serve as a channel is formed thereon.
Grown sufficiently thick, eg 2 μm, andxGa
(1-x)N layer, eg Al0.3Ga0.7N layer 1
3 is sequentially grown to 20 nm. With these MOCVD
The same crystal growth as described above with respect to the first embodiment.
Such gases can be used. Also, Al0.3Ga
0.7The N layer 13 has a donor concentration of 5 × 1018cm-3of
A layer containing silicon as an impurity so as to be n-type.
The source gas for introducing Si is the same as in the first embodiment.
You can Next, SiO 2 is formed on the entire surface of the substrate by thermal CVD or the like.
TwoAfter depositing the film, photolithography is performed in the lithography process.
Pattern the resist and mask the photoresist
Wet etching with ammonium fluoride etc.
Then, by removing the photoresist, Si
OTwoForm a mask. Chlorine gas and argon
For example, ECR-RIBE (Electr
on Cyclotron Resonance-Reactive Ion BeamEtching)
N-type Al0.3Ga0.7Etching of N layer 13
I do. Next, SiOTwoMask with ammonium fluoride, etc.
And remove it by using MBE (Molecular Beam Epitaxial) equipment
And with a thickness in the range of 1 nm to 6 nm, for example Al
Al whose molar ratio x is 0.30.3Ga0.7N layer 1
Re-growing 2 on the entire surface. Next, the entire surface of the substrate is subjected to thermal CVD or the like.
SiOTwoAfter depositing the film, use the lithography process to
Pattern the photoresist and remove the photoresist.
Wet etching with ammonium fluoride as a mask
And n-type Al by the previous etching 0.3Ga
0.7The N layer 13 is re-formed on the GaN layer 11 in the removed region.
Grown Al 0.3Ga0.7A vapor deposition device on the N layer 12
For example, Ti (lower layer) / Al (upper layer) 25n each
m and 250 nm of a laminated metal film are vapor-deposited and lift-off is performed.
After the step, for example, in a nitrogen atmosphere at 900 ° C. for 30 seconds
Heat treatment is performed to remove the source electrode 18 and the drain electrode 19.
Form. Then, photolithography is performed in the lithography process.
Pattern the photoresist and use the photoresist as a mask.
Wet etching with ammonium fluoride,
Then n-type Al0.3Ga0.7Re-grown on the N layer 13
Al0.3Ga0.7Example of vapor deposition equipment on N layer 12
For example, Ni (lower layer) / Au (upper layer) 50 nm,
A lift-off process is performed by depositing a laminated metal film of 250 nm.
After that, for example, heat treatment at 300 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere.
Then, the gate electrode 20 is formed. Book explained above
According to the embodiment, the gate portion is formed of the thick AlGaN layer 13.
By providing the threshold, the threshold can be controlled reliably and easily, and the saw
In the contact portion of the drain electrode, thin AlGaN
The provision of the layer 12 reduces the contact resistance of the present invention.
The effect can be surely obtained. (Sixth Embodiment) FIG. 10 shows a sixth embodiment of the present invention.
All the heterojunction field effect transistors
It is a schematic diagram showing. Hereinafter, the structure of the transistor of this embodiment will be described.
The structure will be described with reference to the manufacturing process. Well
On a sapphire substrate by a method such as MOCVD
Alternatively, if the AlN nucleation layer is thin on the SiC substrate,
For example, it is formed to a thickness of 4 nm, and the channel is undoped on this.
Grow the GaN layer 11 sufficiently thick, for example 2 μm,
Undoped Al to be a spacer layer on this0.3Ga
0.7N layer 12 is grown to a thickness in the range of 1 nm to 6 nm.
Then, n-type Al to be an electron supply layer0.3Ga
0.7The N layer 16 is sequentially grown to 10 nm. On this
Undoped Al to be a hotkey contact layer0.3G
a0.7The N layer 17 is formed to a thickness of 5 nm. these
For crystal growth by MOCVD, refer to the first embodiment.
Gases similar to those mentioned can be used. Electronic companion
Al as a supply layer0.3Ga0.7The N layer 16 has a donor concentration
5 x 1018cm-3Impurity of silicon to be n-type
The layer to be included as an object. Raw material for introducing silicon
The gas can be the same as in the first embodiment.
It Next, SiO 2 is formed on the entire surface of the substrate by thermal CVD or the like.TwoDeposited film
Then, in the lithography process, the photoresist pattern is
By using the photoresist as a mask.
Wet etching with ammonia, etc., and then
By removing the photoresist, SiOTwoForming a mask
It Chlorine-based gas and inert gas such as argon were used
For example, by ECR-RIBE, an n-type A that is an electron supply layer
l0.3Ga0 . 7N layer 16 and Schottky contact
Undoped Al that is a layer0.3Ga0 7N layer 17
Etching. Next, SiO 2 is formed on the entire surface of the substrate by thermal CVD or the like.
TwoAfter depositing the film, photolithography is performed in the lithography process.
Pattern the resist and mask the photoresist
Wet etching with ammonium fluoride etc.
The space exposed on the surface by the previous etching.
Undoped Al that is a sa layer0.3Ga0.7On N layer 12
In the vapor deposition device, for example, Ti (lower layer) / Al (upper layer)
Vapor deposition of laminated metal film consisting of 25 nm and 250 nm, respectively
However, after the lift-off process, for example, 900 in a nitrogen atmosphere.
The source electrode 18 and the drain are subjected to heat treatment at 30 ° C. for 30 seconds.
The electrode 19 is formed. Then, in the lithography process
Photoresist patterning by
Wet etching with ammonium fluoride etc.
And then, for example, Ni (lower layer) /
Au (upper layer) product of 50 nm and 250 nm, respectively
After depositing a layer metal film and performing a lift-off process, for example, in a nitrogen atmosphere.
Undoped by heat treatment at 300 ° C for 10 minutes in air
Al0.3Ga0.7Form the gate electrode 20 on the N layer 17
To achieve. Also in this embodiment, the source / drain electrode 1
8 and 19 and the GaN layer 11 between the thin AlxGa (1-
x) By providing the N layer 12, the resistance of the ohmic electrode is
The drag ratio could be reduced. Above are some specific examples.
Embodiments of the present invention have been described. However,
The description is not limited to the specific examples described above. An example
For example, the present invention is limited to the transistors shown as specific examples.
Not specified, but there are light emitting diodes and semiconductor lasers
Or other various semiconductor devices to obtain the same effect.
Can also be included in the scope of the present invention. Well
The transistor structure is also shown as a specific example.
The present invention is not limited to the above, and those skilled in the art can apply the present invention.
All semiconductor devices obtained by design modification while
It is included in the range of light. For example, each part of the semiconductor device is configured.
Material, added impurities, film thickness, shape, conductivity type, formation method
The present invention is one in which a person skilled in the art appropriately changes the design of the law.
It is included in the range of.

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
窒化物半導体を用いた半導体装置の電子に対するコンタ
クト抵抗を従来よりも大幅に下げることが可能となる例
えば、電界効果トランジスタの場合、窒化物半導体ヘテ
ロ界面に特有の分極によって生じたヘテロ界面の電子
が、AlGa(1―x)N層を薄くすることによっ
て、トンネル現象に起因した電流を増大させるため、接
触抵抗の低いオーミック電極を形成することができる。
その結果として、ドレイン電流特性のニー電圧が低く、
トランスコンダクタンスを高くでき、高出力、高効率、
高周波の動作が可能となる。すなわち、本発明によれ
ば、窒化物半導体装置のn側のオーミックコンタクトを
確実且つ容易に形成することが可能となり、各種の半導
体装置の特性を改善できる点で産業上のメリットは多大
である。
As described in detail above, according to the present invention,
It is possible to significantly lower the contact resistance of a semiconductor device using a nitride semiconductor to electrons as compared with the related art. For example, in the case of a field effect transistor, electrons at the hetero interface generated by polarization peculiar to the nitride semiconductor hetero interface are , Al x Ga.sub. (1-x) N layer is thinned to increase the current caused by the tunnel phenomenon, so that an ohmic electrode with low contact resistance can be formed.
As a result, the knee voltage of the drain current characteristic is low,
High transconductance, high output, high efficiency,
High frequency operation becomes possible. That is, according to the present invention, the n-side ohmic contact of the nitride semiconductor device can be formed reliably and easily, and the characteristics of various semiconductor devices can be improved, which is a great industrial advantage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の半導体装置の要部断面構造を表す模式
図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a main part of a semiconductor device of the present invention.

【図2】GaN上にAl0.3Ga0.7Nを形成し、
さらにAl0.3Ga0.7N上にチタン(Ti)を積
層した構造における、伝導帯下部のポテンシャル分布を
表すグラフ図である。
FIG. 2 shows Al 0.3 Ga 0.7 N formed on GaN,
It is a graph showing the potential distribution of the lower part of the conduction band in the structure in which titanium (Ti) is further laminated on Al 0.3 Ga 0.7 N.

【図3】図1の構造におけるトンネル電流の熱電子放出
電流に対する割合を表すグラフ図である。
FIG. 3 is a graph showing the ratio of tunneling current to thermionic emission current in the structure of FIG.

【図4】図1の構造における電極18のコンタクト抵抗
率を表すグラフ図である。
4 is a graph showing a contact resistivity of an electrode 18 in the structure of FIG.

【図5】本発明の第1の実施例としてのヘテロ接合電界
効果トランジスタの要部断面構造を表す模式図である。
FIG. 5 is a schematic view showing a cross-sectional structure of a main part of a heterojunction field effect transistor as a first embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第2の実施例としてのヘテロ接合電界
効果トランジスタの要部断面構造を表す模式図である。
FIG. 6 is a schematic view showing a cross-sectional structure of a main part of a heterojunction field effect transistor as a second embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第3の実施例としてのヘテロ接合電界
効果トランジスタの要部断面構造を表す模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a main part of a heterojunction field effect transistor as a third embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第4の実施例としてのヘテロ接合電界
効果トランジスタの要部断面構造を表す模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a main part of a heterojunction field effect transistor as a fourth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第5の実施例としてのヘテロ接合電界
効果トランジスタの要部断面構造を表す模式図である。
FIG. 9 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a main part of a heterojunction field effect transistor as a fifth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第6の実施例としてのヘテロ接合電
界効果トランジスタの要部断面構造を表す模式図であ
る。
FIG. 10 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a main part of a heterojunction field effect transistor as a sixth embodiment of the present invention.

【図11】従来のGaN系HEMTの要部断面構造を表
す模式図である。
FIG. 11 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a main part of a conventional GaN-based HEMT.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 第1の窒化物半導体層(GaN層) 11U 上面 12、12B 第2の窒化物半導体層(AlGaN層) 12A、13、14、16、17 AlGaN層 18 ソース電極 19 ドレイン電極 20 ゲート電極 111 GaN層 112 AlGaN層 118 ソース電極 119 ドレイン電極 120 ショットキゲート H ヘテロ界面 W ポテンシャル井戸 11 First Nitride Semiconductor Layer (GaN Layer) 11U upper surface 12, 12B Second nitride semiconductor layer (AlGaN layer) 12A, 13, 14, 16, 17 AlGaN layer 18 Source electrode 19 Drain electrode 20 gate electrode 111 GaN layer 112 AlGaN layer 118 source electrode 119 drain electrode 120 Schottky gate H hetero interface W potential well

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 AA04 BB05 BB14 CC01 DD34 FF31 GG12 HH15 5F045 AA04 AB14 AB17 AF04 AF05 AF09 BB16 CA06 CA07 CB10 DA52 DA63 5F102 FA03 GB01 GC01 GD01 GJ02 GJ10 GK04 GL04 GM04 GM07 GM08 GM10 GQ01 GR03 GR10 GR15 GT03 HC01 HC15 HC19   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    F term (reference) 4M104 AA04 BB05 BB14 CC01 DD34                       FF31 GG12 HH15                 5F045 AA04 AB14 AB17 AF04 AF05                       AF09 BB16 CA06 CA07 CB10                       DA52 DA63                 5F102 FA03 GB01 GC01 GD01 GJ02                       GJ10 GK04 GL04 GM04 GM07                       GM08 GM10 GQ01 GR03 GR10                       GR15 GT03 HC01 HC15 HC19

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1の窒化物半導体層と、 前記第1の窒化物半導体層の上に設けられ、前記第1の
窒化物半導体層よりも大きなバンドギャップを有する第
2の窒化物半導体層と、 前記第2の窒化物半導体層の上に設けられた電極と、 を備え、 前記第2の窒化物半導体層は、前記第1の窒化物半導体
層との間の格子定数の相違に起因した格子歪を有し、且
つ前記第1の窒化物半導体層のヘテロ界面近傍に蓄積さ
れた電子を前記電極にトンネルさせることにより前記電
極のコンタクト抵抗を低下させることを特徴とする半導
体装置。
1. A first nitride semiconductor layer, and a second nitride semiconductor layer provided on the first nitride semiconductor layer and having a bandgap larger than that of the first nitride semiconductor layer. And an electrode provided on the second nitride semiconductor layer, wherein the second nitride semiconductor layer is caused by a difference in lattice constant between the second nitride semiconductor layer and the first nitride semiconductor layer. A semiconductor device having the above-mentioned lattice strain and reducing the contact resistance of the electrode by tunneling electrons accumulated in the vicinity of the hetero interface of the first nitride semiconductor layer to the electrode.
【請求項2】ウルツ鉱型構造を有した第1の窒化物半導
体層と、 前記第1の窒化物半導体層の上に設けられ、前記第1の
窒化物半導体層と格子定数が異なり、より大きなバンド
ギャップを有し、且つ格子緩和していない第2の窒化物
半導体層と、 前記第2の窒化物半導体層の上に設けられた電極と、 を備え、 前記第2の窒化物半導体層の層厚は、前記第1の窒化物
半導体層のヘテロ界面近傍に蓄積された電子の前記電極
へのトンネル電流成分による前記n側電極のコンタクト
抵抗の低下が生ずる範囲とされていることを特徴とする
半導体装置。
2. A first nitride semiconductor layer having a wurtzite structure, a first nitride semiconductor layer provided on the first nitride semiconductor layer, having a lattice constant different from that of the first nitride semiconductor layer. A second nitride semiconductor layer having a large bandgap and not undergoing lattice relaxation; and an electrode provided on the second nitride semiconductor layer, the second nitride semiconductor layer Is characterized in that the contact resistance of the n-side electrode is reduced by a tunnel current component of electrons accumulated near the hetero interface of the first nitride semiconductor layer to the electrode. Semiconductor device.
【請求項3】ウルツ鉱型構造を有した第1の窒化物半導
体層と、 前記第1の窒化物半導体層の上に設けられ、前記第1の
窒化物半導体層と格子定数が異ななり、より大きなバン
ドギャップを有し、且つ格子緩和していない第2の窒化
物半導体層と、 前記第2の窒化物半導体層の上に設けられたソース電極
及びドレイン電極と、 前記第2の窒化物半導体層の上に設けられたショットキ
ーゲート電極と、 を備え、 前記第2の窒化物半導体層の層厚は、前記第1の窒化物
半導体層のヘテロ界面近傍に蓄積された電子の前記ソー
ス電極及びドレイン電極へのトンネル電流成分による前
記ソース電極及びドレイン電極のコンタクト抵抗の低下
が生ずる範囲とされていることを特徴とする半導体装
置。
3. A first nitride semiconductor layer having a wurtzite structure, and a lattice constant different from that of the first nitride semiconductor layer, which is provided on the first nitride semiconductor layer. A second nitride semiconductor layer having a larger band gap and not undergoing lattice relaxation; a source electrode and a drain electrode provided on the second nitride semiconductor layer; and the second nitride A Schottky gate electrode provided on the semiconductor layer, wherein the layer thickness of the second nitride semiconductor layer is the source of electrons accumulated in the vicinity of the hetero interface of the first nitride semiconductor layer. A semiconductor device characterized in that the contact resistance of the source electrode and the drain electrode is reduced by a tunnel current component to the electrode and the drain electrode.
【請求項4】ウルツ鉱型構造を有した第1の窒化物半導
体層と、 前記第1の窒化物半導体層の上に選択的に設けられ、前
記第1の窒化物半導体層と格子定数が異なり、より大き
なバンドギャップを有し、且つ格子緩和していない第2
の窒化物半導体層と、 前記第1の窒化物半導体層の上に選択的に設けられ、前
記第1の窒化物半導体層よりも大きなバンドギャップを
有する第3の窒化物半導体層と、 前記第2の窒化物半導体層の上に設けられたソース電極
及びドレイン電極と、 前記第3の窒化物半導体層の上に設けられたショットキ
ーゲート電極と、 を備え、 前記第2の窒化物半導体層の層厚は、前記第1の窒化物
半導体層のヘテロ界面近傍に蓄積された電子の前記ソー
ス電極及びドレイン電極へのトンネル電流成分による前
記ソース電極及びドレイン電極のコンタクト抵抗の低下
が生ずる範囲とされていることを特徴とする半導体装
置。
4. A first nitride semiconductor layer having a wurtzite structure, and a lattice constant which is selectively provided on the first nitride semiconductor layer and which has a lattice constant with the first nitride semiconductor layer. Second, with a larger bandgap and no lattice relaxation
A nitride semiconductor layer, a third nitride semiconductor layer selectively provided on the first nitride semiconductor layer, and having a bandgap larger than that of the first nitride semiconductor layer; A source electrode and a drain electrode provided on the second nitride semiconductor layer; and a Schottky gate electrode provided on the third nitride semiconductor layer, the second nitride semiconductor layer The layer thickness is such that the contact resistance of the source electrode and the drain electrode is reduced by the tunnel current component of the electrons accumulated near the hetero interface of the first nitride semiconductor layer to the source electrode and the drain electrode. A semiconductor device characterized by being provided.
【請求項5】前記第2の窒化物半導体層の層厚は、6n
m以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか
1つ記載の半導体装置。
5. The layer thickness of the second nitride semiconductor layer is 6 n.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device has a thickness of m or less.
【請求項6】前記第2の窒化物半導体層が積層される前
記1の窒化物半導体層の表面は、III族元素面であるこ
とを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の半
導体装置。
6. The surface of the first nitride semiconductor layer on which the second nitride semiconductor layer is laminated is a group III element plane, and the surface of the first nitride semiconductor layer is a group III element surface. The semiconductor device described.
【請求項7】前記第1の窒化物半導体層は、GaNから
なり、 前記第2の窒化物半導体層は、AlGaNからなること
を特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導
体装置。
7. The first nitride semiconductor layer is made of GaN, and the second nitride semiconductor layer is made of AlGaN, according to any one of claims 1 to 6. Semiconductor device.
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Cited By (17)

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