JP5640325B2 - Compound semiconductor device - Google Patents
Compound semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5640325B2 JP5640325B2 JP2009111262A JP2009111262A JP5640325B2 JP 5640325 B2 JP5640325 B2 JP 5640325B2 JP 2009111262 A JP2009111262 A JP 2009111262A JP 2009111262 A JP2009111262 A JP 2009111262A JP 5640325 B2 JP5640325 B2 JP 5640325B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- compound semiconductor
- semiconductor layer
- layer
- gan
- plane
- 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
Links
Images
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Description
本発明は、化合物半導体装置に関する。 The present invention relates to a compound semiconductor equipment.
従来、シリコン系材料を用いた半導体装置が用いられている。この半導体装置を構成するトランジスタ等の半導体素子には、基板の表面に平行にp型領域及びn型領域が配置されており、これらの間に形成されるpn接合が用いられている。そして、このような半導体素子を集積化することにより半導体集積回路が構成されている。 Conventionally, a semiconductor device using a silicon-based material has been used. In a semiconductor element such as a transistor constituting this semiconductor device, a p-type region and an n-type region are arranged in parallel to the surface of the substrate, and a pn junction formed between them is used. A semiconductor integrated circuit is configured by integrating such semiconductor elements.
その一方で、近年、窒化物系化合物半導体の高い飽和電子速度及び広いバンドギャップ等の特徴を利用した、高耐圧・高出力の化合物半導体装置の開発が活発に行われている。例えば、高電子移動度トランジスタ(HEMT:high electron mobility transistor)等の電界効果トランジスタの開発が行われている。その中でも、特にAlGaN層を電子供給層として含むGaN系HEMTが注目されている。このようなGaN系HEMTでは、AlGaNとGaNとの格子定数の差に起因する歪みがAlGaN層に生じ、この歪みに伴ってピエゾ分極が生じ、高濃度の二次元電子ガスがAlGaN層下のGaN層の上面近傍に発生する。このため、高い出力が得られるのである。 On the other hand, in recent years, compound semiconductor devices having a high breakdown voltage and a high output that make use of characteristics such as a high saturation electron velocity and a wide band gap of a nitride-based compound semiconductor have been actively developed. For example, field effect transistors such as a high electron mobility transistor (HEMT) have been developed. Among these, GaN-based HEMTs that include an AlGaN layer as an electron supply layer have attracted attention. In such a GaN-based HEMT, a strain caused by the difference in lattice constant between AlGaN and GaN is generated in the AlGaN layer, piezo-polarization occurs along with this strain, and a high-concentration two-dimensional electron gas is formed in the GaN under the AlGaN layer. Occurs near the top surface of the layer. For this reason, a high output can be obtained.
しかしながら、このような化合物半導体装置では、基板の表面に垂直にp型領域及びn型領域を配置することは可能であるが、イオン注入などによる部分的なドーピングは困難であり、シリコン系材料を用いた半導体装置のような集積化が困難となっている。 However, in such a compound semiconductor device, it is possible to arrange the p-type region and the n-type region perpendicularly to the surface of the substrate, but partial doping by ion implantation or the like is difficult, and silicon-based material is used. It is difficult to integrate like the semiconductor device used.
基板の表面に平行にp型領域及びn型領域を配置するための技術についての研究も行われているが、これまでのところ十分な成果は得られていない。例えば、p型不純物であるMg窒化物半導体層の一部に電子ビームを照射して、その部分のp型不純物を活性化させる技術が提案されている。この技術によれば、理論上は、p型不純物が活性化した領域はp型領域となり、p型不純物が活性化していない領域はn型領域となる。しかしながら、現実には、Mg(p型不純物)を十分に活性化させることは困難であり、抵抗が高くなりやすい。また、n型領域にMg(p型不純物)が含まれているため、キャリアの散乱が生じやすく、この点でも抵抗が高くなりやすい。 Research has also been conducted on a technique for arranging the p-type region and the n-type region in parallel with the surface of the substrate, but sufficient results have not been obtained so far. For example, a technique has been proposed in which a part of an Mg nitride semiconductor layer that is a p-type impurity is irradiated with an electron beam to activate the p-type impurity in that part. According to this technique, in theory, a region where the p-type impurity is activated becomes a p-type region, and a region where the p-type impurity is not activated becomes an n-type region. However, in reality, it is difficult to sufficiently activate Mg (p-type impurity), and the resistance tends to increase. In addition, since Mg (p-type impurity) is contained in the n-type region, carrier scattering is likely to occur, and the resistance tends to be high in this respect as well.
また、従来の化合物半導体装置では、ノーマリオフ動作の実現が困難となっている。例えば、ゲート電極と活性領域との間に、Mg(p型不純物)を含むp型層が設けられたGaN系HEMTが提案されている。この技術によれば、理論上は、ゲート直下の二次元電子ガスを打ち消され、ノーマリオフ動作が可能となる。しかしながら、現実には、高濃度のMg(p型不純物)を十分に活性化させることは困難である。 In addition, in a conventional compound semiconductor device, it is difficult to realize a normally-off operation. For example, a GaN-based HEMT has been proposed in which a p-type layer containing Mg (p-type impurities) is provided between a gate electrode and an active region. According to this technique, theoretically, the two-dimensional electron gas directly under the gate is canceled and a normally-off operation is possible. However, in reality, it is difficult to sufficiently activate high-concentration Mg (p-type impurities).
Mgの活性化は、800℃以上の高温下での熱処理により行うことが可能である。しかしながら、熱処理では、上記の部分的な活性化は不可能である。また、高温下での熱処理を行うと、窒化物半導体層から窒素が脱離したり、窒化物半導体層間の界面の状態が悪化したりする。 The activation of Mg can be performed by a heat treatment at a high temperature of 800 ° C. or higher. However, the partial activation is not possible with heat treatment. Further, when heat treatment is performed at a high temperature, nitrogen is desorbed from the nitride semiconductor layer, or the state of the interface between the nitride semiconductor layers is deteriorated.
本発明の目的は、オン抵抗を低減することができる化合物半導体装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a compound semiconductor equipment capable of reducing the on-resistance.
化合物半導体装置の一態様には、基板上方に互いに接するように形成され、表面が(0001)面の第1の化合物半導体層、及び表面が(000−1)面の第2の化合物半導体層が設けられている。また、前記第1の化合物半導体層上に形成され、前記第1の化合物半導体層よりも格子定数が小さい第3の化合物半導体層、及び前記第3の化合物半導体層と接するように前記第2の化合物半導体層上に形成された、前記第2の化合物半導体層よりも格子定数が小さい第4の化合物半導体層が設けられている。更に、前記第3の化合物半導体層の上方に形成された、前記第1の化合物半導体層に電位を付与する第1の電極、及び前記第4の化合物半導体層の上方に形成された、前記第2の化合物半導体層に電位を付与する第2の電極が設けられている。 In one embodiment of the compound semiconductor device, a first compound semiconductor layer having a (0001) plane on the surface and a second compound semiconductor layer having a (000-1) plane on the surface are formed in contact with each other above the substrate. Is provided. A second compound semiconductor layer formed on the first compound semiconductor layer and having a lattice constant smaller than that of the first compound semiconductor layer; and the second compound semiconductor layer in contact with the third compound semiconductor layer. A fourth compound semiconductor layer formed on the compound semiconductor layer and having a lattice constant smaller than that of the second compound semiconductor layer is provided. Furthermore, the first electrode for applying a potential to the first compound semiconductor layer formed above the third compound semiconductor layer , and the first compound semiconductor layer formed above the fourth compound semiconductor layer . A second electrode for applying a potential to the two compound semiconductor layers is provided.
上記の化合物半導体装置等によれば、ソース電極及びドレイン電極の下方に適切な第1、第2の化合物半導体層が存在するため、ゲートリーク電流の増加及び出力の低下を抑制しながら、コンタクト抵抗を低減することができる。 According to the above compound semiconductor device and the like, since the appropriate first and second compound semiconductor layers exist below the source electrode and the drain electrode, contact resistance is suppressed while suppressing an increase in gate leakage current and a decrease in output. Can be reduced.
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings.
(第1の実施形態)
先ず、第1の実施形態に係るダイオード(化合物半導体装置)の製造方法について説明する。図1A乃至図1Bは、第1の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
(First embodiment)
First, a method for manufacturing a diode (compound semiconductor device) according to the first embodiment will be described. 1A to 1B are cross-sectional views showing a method of manufacturing the compound semiconductor device according to the first embodiment in the order of steps.
第1の実施形態では、先ず、図1A(a)に示すように、サファイア基板等の基板11上にAlN層12を、例えばスパッタリング法等により形成する。AlN層12の厚さは、10nm〜30nm程度(例えば10nm)とする。次いで、p型領域(アノードに相当する領域)を形成する予定の領域を開口するレジストパターンをマスクとして用いて、AlN層12のエッチングを行うことにより、図1A(b)に示すように、AlN層12に開口部12bを形成する。その後、開口部12bから露出している基板11上及びAlN層12上に、例えば分子線エピタキシー(MBE:molecular beam epitaxy)法等により、ノンドープのi−GaN層を成長させる。このとき、原料としては、例えば固体Ga及びNH3ガスを用いる。この結果、図1A(c)に示すように、開口部12bから露出している基板11上に、表面がN極性で(000−1)面のi−GaN層13a(第2の化合物半導体層)が形成され、AlN層12上に、表面がGa極性で(0001)面のi−GaN層13b(第1の化合物半導体層)が形成される。i−GaN層13a及びi−GaN層13bの厚さは、0.5μm〜5.0μm程度(例えば2μm)とする。i−GaN層13a及びi−GaN層13bの厚さと比較するとAlN層12の厚さが無視し得る程度に小さいため、i−GaN層13a及びi−GaN層13bの表面はほとんど平坦になる。
In the first embodiment, first, as shown in FIG. 1A (a), an
次いで、i−GaN層13a及びi−GaN層13b上に、例えばMBE法等により、ノンドープのi−AlGaN層を成長させる。この結果、図1A(d)に示すように、i−GaN層13a上にi−AlGaN層14a(第4の化合物半導体層)が形成され、i−GaN層13b上にi−AlGaN層14b(第3の化合物半導体層)が形成される。i−AlGaN層14aの表面は、i−GaN層13aと同様に、N極性の(000−1)面となり、i−AlGaN層14bの表面は、i−GaN層13bと同様に、Ga極性の(0001)面となる。i−AlGaN層14a及びi−AlGaN層14bの厚さは、2nm〜10nm程度(例えば5nm)とする。また、i−AlGaN層14a及びi−AlGaN層14bの組成は、例えばAl0.2Ga0.8Nで表わされる。
Next, a non-doped i-AlGaN layer is grown on the i-
次いで、図1B(e)に示すように、i−AlGaN層14a上にアノード電極15aを形成し、i−AlGaN層14b上にカソード電極15cを形成する。アノード電極15a及びカソード電極15cの形成に当たっては、例えば、i−AlGaN層14aの一部及びi−AlGaN層14bの一部を露出するレジストパターンをi−AlGaN層14a及びi−AlGaN層14b上に形成し、その後、蒸着法によりTi層を形成し、その上に蒸着法によりAl層を形成する。そして、レジストパターンを除去する。つまり、アノード電極15a及びカソード電極15cの形成では、例えば蒸着及びリフトオフの技術を用いる。続いて、窒素雰囲気中にて600℃で熱処理を行い、アノード電極15a及びカソード電極15cのオーミックコンタクトを確立する。
Next, as shown in FIG. 1B (e), the
次いで、図1B(f)に示すように、例えばプラズマ増速化学気相成長(PECVD:plasma enhanced chemical vapor deposition)法により、アノード電極15a及びカソード電極15cを覆うパッシベーション膜16をi−AlGaN層14a及びi−AlGaN層14b上に形成する。
Next, as shown in FIG. 1B (f), the passivation film 16 covering the
その後、必要に応じて配線(図示せず)等を形成してダイオードを完成させる。 Then, wiring (not shown) etc. are formed as needed and a diode is completed.
ここで、GaN系半導体層の一般的なキャリアの分布について説明する。GaN系半導体層の表面には、Gaが配列した(0001)面(Ga極性の面)、Nが配列した(000−1)面(N極性の面)という極性が異なる2種類が存在し得る。そして、Ga極性とN極性との間では、自発分極及びピエゾ分極の向きが互いになっている。即ち、表面がGa極性のGaN系半導体層では、表面近傍に負の自発分極が生じ、底面近傍に正の自発分極が生じるのに対し、表面がN極性のGaN系半導体層では、表面近傍に正の自発分極が生じ、底面近傍に負の自発分極が生じる。また、AlGaNの格子定数はGaNの格子定数よりも小さいため、GaN層上にエピタキシャル成長したAlGaN層にはGaN層との間の格子定数の違いによる引張歪が生じ、この引張歪に伴うピエゾ分極が生じる。即ち、表面がGa極性のGaN系半導体層では、表面近傍に負のピエゾ分極が生じ、底面(GaN層との界面)近傍に正のピエゾ分極が生じるのに対し、表面がN極性のGaN系半導体層では、表面近傍に正のピエゾ分極が生じ、底面(GaN層との界面)近傍に負のピエゾ分極が生じる。従って、表面がGa極性のGaN系半導体層では、電界が底面から表面の方向に向かって生じるのに対し、表面がN極性のGaN系半導体層では、電界が表面から底面の方向に向かって生じる。 Here, a general carrier distribution of the GaN-based semiconductor layer will be described. There can be two types of different polarities on the surface of the GaN-based semiconductor layer: Ga-aligned (0001) plane (Ga-polar plane) and N-arranged (000-1) plane (N-polar plane). . Then, between the Ga polarity and the N polarity, the directions of spontaneous polarization and piezo polarization are the same. That is, in a GaN-based semiconductor layer with a Ga-polar surface, negative spontaneous polarization occurs near the surface, and positive spontaneous polarization occurs in the vicinity of the bottom surface, whereas in a GaN-based semiconductor layer with N-polar surface, Positive spontaneous polarization occurs, and negative spontaneous polarization occurs near the bottom surface. In addition, since the lattice constant of AlGaN is smaller than that of GaN, tensile strain is generated in the AlGaN layer epitaxially grown on the GaN layer due to the difference in lattice constant from the GaN layer, and the piezoelectric polarization associated with this tensile strain is reduced. Arise. That is, in a GaN-based semiconductor layer having a Ga-polar surface, negative piezo-polarization occurs in the vicinity of the surface and positive piezo-polarization occurs in the vicinity of the bottom surface (interface with the GaN layer), whereas the GaN-based semiconductor surface has an N-polarity In the semiconductor layer, positive piezo polarization occurs near the surface, and negative piezo polarization occurs near the bottom surface (interface with the GaN layer). Therefore, in the GaN-based semiconductor layer having a Ga-polar surface, the electric field is generated from the bottom surface toward the surface, whereas in the GaN-based semiconductor layer having the N-polar surface, the electric field is generated from the surface toward the bottom surface. .
そして、GaN層上にAlGaN層がエピタキシャル成長により形成されている場合、上記のような自発分極及びピエゾ分極の作用により、GaN層のAlGaN層との界面近傍にAlGaN層に誘起された分極と逆の電荷が誘起される。即ち、表面が(0001)面(Ga極性の面)のGaN層では電子が誘起され、表面が(000−1)面(N極性の面)のGaN層では正孔(ホール)が誘起される。 When the AlGaN layer is formed on the GaN layer by epitaxial growth, the polarization opposite to the polarization induced in the AlGaN layer is caused in the vicinity of the interface between the GaN layer and the AlGaN layer by the action of the spontaneous polarization and the piezoelectric polarization as described above. A charge is induced. That is, electrons are induced in the GaN layer whose surface is the (0001) plane (Ga-polar plane), and holes are induced in the GaN layer whose surface is the (000-1) plane (N-polar plane). .
本実施形態では、上記のように、アノード電極15a(第2の電極)は、表面がN極性のi−GaN層13a及びi−AlGaN層14a上方に形成されている。従って、図2に示すように、i−AlGaN層14a(第4の化合物半導体層)の表面近傍に正の分極が生じ、底面近傍に負の分極が生じ、i−GaN層13a(第2の化合物半導体層)の表面(i−AlGaN層14aとの界面)近傍に正孔が誘起される。また、カソード電極15c(第1の電極)は、表面がGa極性のi−GaN層13b及びi−AlGaN層14b上に形成されている。従って、図2に示すように、i−AlGaN層14b(第3の化合物半導体層)の表面近傍に負の分極が生じ、底面近傍に正の分極が生じ、i−GaN層13b(第1の化合物半導体層)の表面(i−AlGaN層14bとの界面)近傍に電子が誘起される。そして、これらの誘起された正孔及び電子は自由キャリアとして作用する。このため、i−GaN層13aはp型半導体層として機能し、i−GaN層13bはn型半導体層として機能する。本実施形態では、i−GaN層13a及び13bが互いに接しているため、これらが一体となってダイオードとして機能する。
In the present embodiment, as described above, the
また、基板11の表面に平行に、p型半導体層として機能する領域及びn型半導体層として機能する領域が並んでいるので、シリコン系材料を用いた半導体装置と同様に、容易に集積化することが可能である。
In addition, since a region functioning as a p-type semiconductor layer and a region functioning as an n-type semiconductor layer are arranged in parallel to the surface of the
また、このような本実施形態では、i−GaN層13a及び13bの表面に高濃度の自由キャリアが存在するため、オン抵抗を低減することができる。また、p型半導体層及びn型半導体層の形成に不純物のドーピングが不要であるため、不純物を十分に活性化させて低抵抗化するための高温下での熱処理も不要である。
In this embodiment, since the high-concentration free carriers exist on the surfaces of the i-
ここで、本願発明者が行った第1の実施形態に関するシミュレーションについて説明する。このシミュレーションでは、図1B(f)に示す構造のダイオードのi−GaN層13a及び13bの表面近傍におけるキャリア濃度の分布及びバンド形状を算出した。この結果を図3に示す。図3(a)はキャリア濃度の分布を示すグラフであり、図3(b)はバンド形状を示すグラフである。なお、図3(a)及び(b)の横軸は、基板11の表面に平行な方向における位置を示している。「0.5μm」はアノード電極15aの直下の位置に相当し、「−0.5μm」はカソード電極15cの直下の位置に相当し、「0μm」はアノード電極15a及びカソード電極15c間の中央の位置に相当する。
Here, the simulation regarding the first embodiment performed by the inventor will be described. In this simulation, the carrier concentration distribution and the band shape in the vicinity of the surfaces of the i-
図3(a)に示すように、i−GaN層13aの表面近傍に正孔が誘起され、i−GaN層13bの表面近傍に電子が誘起されるという結果が得られた。また、図3(b)に示すように、pn接合と同様のバンド形状が得られるという結果が得られた。つまり、ダイオードとして動作するという結果が得られた。
As shown in FIG. 3A, the result was that holes were induced near the surface of the i-
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係る電界効果トランジスタ(化合物半導体装置)の製造方法について説明する。図2A乃至図2Cは、第2の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a method for manufacturing a field effect transistor (compound semiconductor device) according to the second embodiment will be described. 2A to 2C are cross-sectional views illustrating the method of manufacturing the compound semiconductor device according to the second embodiment in the order of steps.
第2の実施形態では、先ず、図4A(a)に示すように、サファイア基板等の基板21上にAlN層22を、例えばスパッタリング法等により形成する。AlN層22の厚さは、10nm〜30nm程度(例えば10nm)とする。次いで、p型領域(チャネルに相当する領域)を形成する予定の領域を開口するレジストパターンをマスクとして用いて、AlN層22のエッチングを行うことにより、図4A(b)に示すように、AlN層22に開口部22bを形成する。その後、開口部22bから露出している基板21上及びAlN層22上に、例えばMBE法等により、ノンドープのi−GaN層を成長させる。このとき、原料としては、例えば固体Ga及びNH3ガスを用いる。この結果、図4A(c)に示すように、開口部22bから露出している基板21上に、表面がN極性で(000−1)面のi−GaN層23aが形成され、AlN層12上に、表面がGa極性で(0001)面のi−GaN層23bが形成される。i−GaN層23a及びi−GaN層23bの厚さは、0.5μm〜5.0μm程度(例えば2μm)とする。i−GaN層23a及びi−GaN層23bの厚さと比較するとAlN層22の厚さが無視し得る程度に小さいため、i−GaN層23a及びi−GaN層23bの表面はほとんど平坦になる。
In the second embodiment, first, as shown in FIG. 4A (a), an
次いで、i−GaN層23a及びi−GaN層23b上に、例えばMBE法等により、ノンドープのi−AlGaN層、n型のn−AlGaN層及びn型のn−GaN層をこの順で成長させる。この結果、図4B(d)に示すように、i−GaN層23a上に、i−AlGaN層24a、n−AlGaN層25a及びn−GaN層26aがこの順で形成され、i−GaN層23b上に、i−AlGaN層24b、n−AlGaN層25b及びn−GaN層26bがこの順で形成される。
Next, a non-doped i-AlGaN layer, an n-type n-AlGaN layer, and an n-type n-GaN layer are grown in this order on the i-
i−AlGaN層24a、n−AlGaN層25a及びn−GaN層26aの表面は、i−GaN層23aと同様に、N極性の(000−1)面となり、i−AlGaN層24b、n−AlGaN層25b及びn−GaN層26bの表面は、i−GaN層23bと同様に、Ga極性の(0001)面となる。
The surfaces of the i-
i−AlGaN層24a及びi−AlGaN層24bの厚さは、2nm〜10nm程度(例えば5nm)とする。i−AlGaN層24a及びi−AlGaN層24bの組成は、例えばAl0.2Ga0.8Nで表わされる。n−AlGaN層25a及びn−AlGaN層25bの厚さは、2nm〜50nm程度(例えば30nm)とする。n−AlGaN層25a及びn−AlGaN層25bの組成は、例えばAl0.2Ga0.8Nで表わされる。n型不純物としては、例えばSiが1×1018cm-3〜1×1020cm-3程度(例えば5×1018cm-3)ドーピングされている。n−GaN層26a及びn−GaN層26bの厚さは、2nm〜10nm程度(例えば10nm)である。n型不純物としては、例えばSiが1×1018cm-3〜1×1020cm-3程度(例えば5×1018cm-3)ドーピングされている。
The thickness of the i-
次いで、図4B(e)に示すように、n−GaN層26aを挟む2個のn−GaN層26b上に、夫々ソース電極31s及びドレイン電極31dを形成する。ソース電極31s及びドレイン電極31dの形成に当たっては、例えば、各n−GaN層26bの一部を露出するレジストパターンをn−GaN層26a及び26b上に形成し、その後、蒸着法によりTi層を形成し、その上に蒸着法によりAl層を形成する。そして、レジストパターンを除去する。つまり、ソース電極31s及びドレイン電極31dの形成では、例えば蒸着及びリフトオフの技術を用いる。続いて、窒素雰囲気中にて600℃で熱処理を行い、ソース電極31s及びドレイン電極31dのオーミックコンタクトを確立する。
Next, as shown in FIG. 4B (e), a
続いて、図4B(f)に示すように、例えばPECVD法により、ソース電極31s及びドレイン電極31dを覆うパッシベーション膜27をn−GaN層26a及び26b上に形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 4B (f), a
次いで、図4C(g)に示すように、パッシベーション膜27に、ゲート電極用の開口部27gを形成する。開口部27gの形成に当たっては、例えば、開口部27gを形成する領域を露出するレジストパターンをパッシベーション膜27上に形成し、このレジストパターンをマスクとして用いてパッシベーション膜27をエッチングする。開口部27gの形成後には、開口部27g内にゲート電極31gを形成する。ゲート電極31gの形成に当たっては、例えば、開口部27gを露出するレジストパターンをパッシベーション膜27上に形成し、その後、蒸着法によりNi層を形成し、その上に蒸着法によりAu層を形成する。そして、レジストパターンを除去する。つまり、ゲート電極31gの形成でも、例えば蒸着及びリフトオフの技術を用いる。
Next, as shown in FIG. 4C (g), an opening 27 g for the gate electrode is formed in the
続いて、図4C(h)に示すように、例えばPECVD法により、ゲート電極31gを覆うパッシベーション膜28をパッシベーション膜27上に形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 4C (h), a passivation film 28 covering the
その後、必要に応じて配線(図示せず)等を形成して電界効果トランジスタを完成させる。 Thereafter, wiring (not shown) or the like is formed as necessary to complete the field effect transistor.
このような方法で製造された電界効果トランジスタでは、上記のように、ゲート電極31g(第2の電極)は、表面がN極性のi−GaN層23a、i−AlGaN層24a及びn−AlGaN層25a上方に形成されている。従って、図5に示すように、i−AlGaN層24a及びn−AlGaN層25aを含むAlGaN層29a(第4の化合物半導体層)の表面近傍に正の分極が生じ、底面近傍に負の分極が生じ、i−GaN層23a(第2の化合物半導体層)の表面(AlGaN層29aとの界面)近傍に正孔が誘起される。また、ソース電極31s及びドレイン電極31d(第1及び第3の電極)は、表面がGa極性のi−GaN層23b、i−AlGaN層24b及びn−AlGaN層25b上方に形成されている。従って、図5に示すように、i−AlGaN層24b及びn−AlGaN層25bを含むAlGaN層29b(第3及び第6の化合物半導体層)の表面近傍に負の分極が生じ、底面近傍に正の分極が生じ、i−GaN層23b(第5の化合物半導体層)の表面(AlGaN層29bとの界面)近傍に電子が誘起される。そして、これらの誘起された正孔及び電子は自由キャリアとして作用する。このため、i−GaN層23aはp型半導体層として機能し、i−GaN層23bはn型半導体層として機能する。本実施形態では、i−GaN層23aがこれを挟む2個のi−GaN層23bに接しているため、これらが一体となってノーマリオフ型の電界効果トランジスタとして機能する。つまり、ゲート電極31gが接地されている間は、ソース電極31s及びドレイン電極31d間に電流が流れない。
In the field effect transistor manufactured by such a method, as described above, the
また、基板21の表面に平行に、p型半導体層として機能する領域及びn型半導体層として機能する領域が並んでいるので、シリコン系材料を用いた半導体装置と同様に、容易に集積化することが可能である。
In addition, since a region functioning as a p-type semiconductor layer and a region functioning as an n-type semiconductor layer are arranged in parallel to the surface of the
また、このような本実施形態でも、i−GaN層23bの表面に高濃度の電子が存在するため、オン抵抗を低減することができる。また、p型半導体層及びn型半導体層の形成に不純物のドーピングが不要であるため、不純物を十分に活性化させて低抵抗化するための高温下での熱処理も不要である。
Also in this embodiment, on-resistance can be reduced because high-concentration electrons are present on the surface of the i-
なお、ゲート電極31gが絶縁膜を介してn−GaN層26a上に形成されていてもよい。つまり、MIS(metal-insulator-semiconductor)型となっていてもよい。
Note that the
また、i−GaN層23a、i−AlGaN層24a、n−AlGaN層25a及びn−GaN層26aのソース−ドレイン間のサイズは特に限定されないが、電界効果トランジスタとして機能し得る範囲で極力狭いことが好ましい。第一に、一般的にN極性の結晶成長は困難であり、i−GaN層23bと比較してi−GaN層23aの結晶性が低くなりやすいからである。第二に、p型半導体層として機能する領域を狭くして、高速動作を可能とするためである。第三に、ゲート電極31gに付与する電位による制御を容易にするためである。
In addition, the size between the source and the drain of the i-
また、これらの化合物半導体装置は、例えば無線通信の基地局に含まれる高出力増幅器に用いることができる。また、電源用途として、DC−DCコンバータ、AC−ACコンバータ、AC−DCコンバータ、高周波電源等に使用することができる。電源用途では、GaNの高耐圧、低損失及び高速スイッチングの特性を活かして、高周波化による受動部品の小型化が可能となり、また、損失低減によるヒートシンクの小型化等が可能となる。そして、これらにより、電力変換装置の小型化、軽量化及び低コスト化が実現できる。 Further, these compound semiconductor devices can be used for, for example, a high-power amplifier included in a base station for wireless communication. Moreover, it can be used for a DC-DC converter, an AC-AC converter, an AC-DC converter, a high frequency power source, etc. as a power supply application. In power supply applications, it is possible to reduce the size of passive components by increasing the frequency by utilizing the high breakdown voltage, low loss, and high-speed switching characteristics of GaN, and to reduce the size of the heat sink by reducing loss. And by these, size reduction, weight reduction, and cost reduction of a power converter device are realizable.
また、各化合物半導体層の材料は限定されない。例えば、GaN、AlN又はInN等の窒化物半導体を単独で用いてもよく、また、これらの混晶を用いてもよい。また、基板としてはサファイア基板が好ましいが、他の基板を用いてもよい。 Moreover, the material of each compound semiconductor layer is not limited. For example, a nitride semiconductor such as GaN, AlN, or InN may be used alone, or a mixed crystal thereof may be used. The substrate is preferably a sapphire substrate, but other substrates may be used.
また、化合物半導体層の成長条件も特に限定されない。有機金属気相成長(MOVPE:metal-organic vapor phase epitaxy)法などを用いてもよい。 Further, the growth conditions of the compound semiconductor layer are not particularly limited. A metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE) method or the like may be used.
また、化合物半導体層上に形成する半導体素子はダイオード及び電界効果トランジスタに限定されない。例えば、IGBT(insulated gate bipolar transistor)を形成してもよい。 Further, the semiconductor element formed over the compound semiconductor layer is not limited to the diode and the field effect transistor. For example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) may be formed.
11、21:基板
12、22:AlN層
12b、22b:開口部
13a、13b、23a、23b:i−GaN層
14a、14b、24a、24b:i−AlGaN層
15a:アノード電極
15c:カソード電極
16、27、28:パッシベーション膜
25a、25b:n−AlGaN層
26a、26b:n−GaN層
31d:ドレイン電極
31g:ゲート電極
31s:ソース電極
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記第1の化合物半導体層上に形成され、前記第1の化合物半導体層よりも格子定数が小さい第3の化合物半導体層、及び前記第3の化合物半導体層と接するように前記第2の化合物半導体層上に形成された、前記第2の化合物半導体層よりも格子定数が小さい第4の化合物半導体層と、
前記第3の化合物半導体層の上方に形成された、前記第1の化合物半導体層に電位を付与する第1の電極、及び前記第4の化合物半導体層の上方に形成された、前記第2の化合物半導体層に電位を付与する第2の電極と、
を有することを特徴とする化合物半導体装置。 A first compound semiconductor layer having a (0001) plane on the surface and a second compound semiconductor layer having a (000-1) plane on the substrate;
A third compound semiconductor layer formed on the first compound semiconductor layer and having a lattice constant smaller than that of the first compound semiconductor layer, and the second compound semiconductor so as to be in contact with the third compound semiconductor layer A fourth compound semiconductor layer formed on the layer and having a lattice constant smaller than that of the second compound semiconductor layer;
A first electrode for applying a potential to the first compound semiconductor layer formed above the third compound semiconductor layer ; and a second electrode formed above the fourth compound semiconductor layer . A second electrode for applying a potential to the compound semiconductor layer;
A compound semiconductor device comprising:
前記基板に平行な方向において前記第1の化合物半導体層及び前記第5の化合物半導体層の間に形成され、前記第1の化合物半導体層及び前記第5の化合物半導体層に接し、表面が(000−1)面の第2の化合物半導体層と、
前記第1の化合物半導体層上に形成され、前記第1の化合物半導体層よりも格子定数が小さい第3の化合物半導体層と、
第3の化合物半導体層と接するように前記第2の化合物半導体層上に形成され、前記第2の化合物半導体層よりも格子定数が小さい第4の化合物半導体層と、
第4の化合物半導体層と接するように前記第5の化合物半導体層上に形成され、前記第5の化合物半導体層よりも格子定数が小さい第6の化合物半導体層と、
前記第3の化合物半導体層の上方に形成された、前記第1の化合物半導体層に電位を付与するソース電極と、
前記第4の化合物半導体層の上方に形成された、前記第2の化合物半導体層に電位を付与するゲート電極と、
前記第6の化合物半導体層の上方に形成された、前記第5の化合物半導体層に電位を付与するドレイン電極と、
を有することを特徴とする化合物半導体装置。 A first compound semiconductor layer and a fifth compound semiconductor layer which are formed above the substrate and have a (0001) plane surface;
Formed between the first compound semiconductor layer and the fifth compound semiconductor layer in a direction parallel to the substrate, in contact with the first compound semiconductor layer and the fifth compound semiconductor layer, and having a surface of (000 -1) a second compound semiconductor layer on the surface;
A third compound semiconductor layer formed on the first compound semiconductor layer and having a lattice constant smaller than that of the first compound semiconductor layer;
A fourth compound semiconductor layer formed on the second compound semiconductor layer so as to be in contact with the third compound semiconductor layer and having a lattice constant smaller than that of the second compound semiconductor layer;
A sixth compound semiconductor layer formed on the fifth compound semiconductor layer so as to be in contact with the fourth compound semiconductor layer and having a lattice constant smaller than that of the fifth compound semiconductor layer;
A source electrode for applying a potential to the first compound semiconductor layer, formed above the third compound semiconductor layer ;
A gate electrode for applying a potential to the second compound semiconductor layer, formed above the fourth compound semiconductor layer ;
A drain electrode for applying a potential to the fifth compound semiconductor layer, formed above the sixth compound semiconductor layer ;
A compound semiconductor device comprising:
前記基板の上方に形成され、前記基板に平行な方向において表面が(0001)面の間に表面が(000−1)面を有する第1の化合物半導体層と、
前記第1の化合物半導体層の上方に形成され、前記第1の化合物半導体層の表面が(0001)面の上方に表面が(0001)面、及び前記第1の化合物半導体層の表面が(000−1)面の上方に表面が(000−1)面を有し、前記第1の化合物半導体層より格子定数が小さい第2の化合物半導体層と、
前記第2の化合物半導体層において、表面が(000−1)面の上方に形成されたゲート電極と、表面が(0001)面の上方で、前記ゲート電極を挟む位置に形成されたソース電極とドレイン電極と、
を有し、
前記ゲート電極からの電界効果により、前記ソース電極と前記ドレイン電極間に前記第1の化合物半導体層を介して電流が流れることを特徴とする化合物半導体装置。 A substrate,
A first compound semiconductor layer formed above the substrate and having a (000-1) plane between the (0001) planes in a direction parallel to the substrate;
The first compound semiconductor layer is formed above the first compound semiconductor layer, the surface of the first compound semiconductor layer is above the (0001) plane, the surface is the (0001) plane, and the surface of the first compound semiconductor layer is (000 -1) a second compound semiconductor layer having a (000-1) plane above the plane and having a lattice constant smaller than that of the first compound semiconductor layer;
A gate electrode having a surface formed above the (000-1) plane in the second compound semiconductor layer; and a source electrode formed at a position sandwiching the gate electrode above the (0001) plane. A drain electrode;
Have
A compound semiconductor device, wherein a current flows between the source electrode and the drain electrode through the first compound semiconductor layer due to an electric field effect from the gate electrode.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009111262A JP5640325B2 (en) | 2009-04-30 | 2009-04-30 | Compound semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009111262A JP5640325B2 (en) | 2009-04-30 | 2009-04-30 | Compound semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010263011A JP2010263011A (en) | 2010-11-18 |
JP5640325B2 true JP5640325B2 (en) | 2014-12-17 |
Family
ID=43360879
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009111262A Active JP5640325B2 (en) | 2009-04-30 | 2009-04-30 | Compound semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5640325B2 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5762049B2 (en) * | 2011-02-28 | 2015-08-12 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device |
JP6064483B2 (en) * | 2012-09-21 | 2017-01-25 | 富士通株式会社 | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP6064628B2 (en) * | 2013-01-29 | 2017-01-25 | 富士通株式会社 | Semiconductor device |
KR102055839B1 (en) | 2013-03-08 | 2019-12-13 | 삼성전자주식회사 | Nitride based semiconductor device |
KR102036349B1 (en) | 2013-03-08 | 2019-10-24 | 삼성전자 주식회사 | High electron mobility transistors |
JP6083340B2 (en) * | 2013-07-12 | 2017-02-22 | 富士通株式会社 | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20090072243A1 (en) * | 2005-04-18 | 2009-03-19 | Kyoto University | Compound semiconductor device and method for fabricating compound semiconductor |
WO2008123213A1 (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-16 | Kyoto University | Semiconductor device and semiconductor manufacturing method |
-
2009
- 2009-04-30 JP JP2009111262A patent/JP5640325B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2010263011A (en) | 2010-11-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI529929B (en) | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device | |
JP5784440B2 (en) | Semiconductor device manufacturing method and semiconductor device | |
US8692292B2 (en) | Semiconductor device including separated gate electrode and conductive layer | |
JP5396911B2 (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP5908692B2 (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP6054620B2 (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP5895666B2 (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP5672868B2 (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP5739774B2 (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2009182107A (en) | Semiconductor device | |
JP2014072397A (en) | Compound semiconductor device and method of manufacturing the same | |
KR101357526B1 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
TW201413961A (en) | Compound semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP7139774B2 (en) | Compound semiconductor device, method for manufacturing compound semiconductor device, and amplifier | |
JP5640325B2 (en) | Compound semiconductor device | |
JP2017085062A (en) | Semiconductor device, power supply device, amplifier and method of manufacturing semiconductor device | |
US10249749B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
JP7099255B2 (en) | Compound semiconductor equipment, high frequency amplifier and power supply equipment | |
JP6311480B2 (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP2013179376A (en) | Semiconductor device | |
JP2017085003A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same, power supply device, and high frequency amplifier | |
JP7025622B2 (en) | Compound semiconductor device and its manufacturing method | |
JP6187167B2 (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP6631057B2 (en) | Compound semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP6163956B2 (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120105 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130926 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131008 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131209 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20140513 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140813 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20140820 |
|
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: 20140930 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20141013 |
|
R150 | Certificate of patent (=grant) or registration of utility model |
Ref document number: 5640325 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |