JPH10173203A - Ｍｉｓ型電界効果トランジスタ - Google Patents
Ｍｉｓ型電界効果トランジスタInfo
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- JPH10173203A JPH10173203A JP33077796A JP33077796A JPH10173203A JP H10173203 A JPH10173203 A JP H10173203A JP 33077796 A JP33077796 A JP 33077796A JP 33077796 A JP33077796 A JP 33077796A JP H10173203 A JPH10173203 A JP H10173203A
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- insulating layer
- gan
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＧａＮ系３−５族化合物半導体からなる良好
なＭＩＳ型電界効果トランジスタを提供する。 【解決手段】 基板１上にＧａＮ系３−５族化合物半導
体からなる半導体層２、３、４、５および絶縁層６を順
次積層してなるＭＩＳ型電界効果トランジスタであっ
て、前記絶縁層６はカーボンを１×１０18ｃｍ-3以上、
５×１０20ｃｍ-3以下含むＧａＮ系３−５族化合物半導
体からなる。
なＭＩＳ型電界効果トランジスタを提供する。 【解決手段】 基板１上にＧａＮ系３−５族化合物半導
体からなる半導体層２、３、４、５および絶縁層６を順
次積層してなるＭＩＳ型電界効果トランジスタであっ
て、前記絶縁層６はカーボンを１×１０18ｃｍ-3以上、
５×１０20ｃｍ-3以下含むＧａＮ系３−５族化合物半導
体からなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＧａＮ系３−５族
化合物半導体を用いたＭＩＳ型電界効果トランジスタに
関する。
化合物半導体を用いたＭＩＳ型電界効果トランジスタに
関する。
【０００２】
【従来の技術】化合物半導体を用いたＭＩＳ（金属−絶
縁層−半導体）構造を持つ電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ：field effect transistor ）は、化合物半導体基板
上に化合物半導体からなる半導体層および絶縁層を順次
積層し、絶縁層上に形成した金属電極をゲートとし、こ
こに電圧を印加することにより絶縁層表面にチャネル層
を誘起させ、増幅作用を行うものである。化合物半導体
としてＧａＡｓ系の半導体を用いたＭＩＳＦＥＴは、例
えば半絶縁性ＧａＡｓ基板上にｎ型あるいはｐ型のＧａ
Ａｓ層およびアンドープのＧａＡｓ層あるいはＡｌＧａ
Ａｓ層を、例えば有機金属気相成長法でトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ）あるいはトリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）とアルシン（ＡｓＨ3）を原料として成長させたも
のである。アンドープのＧａＡｓ層あるいはＡｌＧａＡ
ｓ層は、絶縁層としての役割を果たす。次に、前記絶縁
層上にＳｉＯ2 などをプラズマＣＶＤ装置を用いて堆積
させた後、フォトレジストおよび化学エッチングなどを
用いてパターニングする。その後、ＡｕＧｅ／Ｎｉなど
の金属を蒸着して、ソース、ゲート、ドレインの各電極
を形成して素子とする。ところで、最近になり、ＧａＡ
ｓよりも高温動作が可能で、耐放射線性に優れるＧａＮ
系３−５族化合物半導体の材料が注目され、使用されは
じめている。
縁層−半導体）構造を持つ電界効果トランジスタ（ＦＥ
Ｔ：field effect transistor ）は、化合物半導体基板
上に化合物半導体からなる半導体層および絶縁層を順次
積層し、絶縁層上に形成した金属電極をゲートとし、こ
こに電圧を印加することにより絶縁層表面にチャネル層
を誘起させ、増幅作用を行うものである。化合物半導体
としてＧａＡｓ系の半導体を用いたＭＩＳＦＥＴは、例
えば半絶縁性ＧａＡｓ基板上にｎ型あるいはｐ型のＧａ
Ａｓ層およびアンドープのＧａＡｓ層あるいはＡｌＧａ
Ａｓ層を、例えば有機金属気相成長法でトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ）あるいはトリメチルアルミニウム（ＴＭ
Ａ）とアルシン（ＡｓＨ3）を原料として成長させたも
のである。アンドープのＧａＡｓ層あるいはＡｌＧａＡ
ｓ層は、絶縁層としての役割を果たす。次に、前記絶縁
層上にＳｉＯ2 などをプラズマＣＶＤ装置を用いて堆積
させた後、フォトレジストおよび化学エッチングなどを
用いてパターニングする。その後、ＡｕＧｅ／Ｎｉなど
の金属を蒸着して、ソース、ゲート、ドレインの各電極
を形成して素子とする。ところで、最近になり、ＧａＡ
ｓよりも高温動作が可能で、耐放射線性に優れるＧａＮ
系３−５族化合物半導体の材料が注目され、使用されは
じめている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＧａＮ
系３−５族化合物の絶縁層を気相成長させると、その抵
抗値が大きくばらつき、必ずしも絶縁化しないという問
題があった。
系３−５族化合物の絶縁層を気相成長させると、その抵
抗値が大きくばらつき、必ずしも絶縁化しないという問
題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決すべくなされたもので、基板上にＧａＮ系３−５族化
合物半導体からなる半導体層および絶縁層を順次積層し
てなるＭＩＳ型電界効果トランジスタであって、前記絶
縁層はカーボンを１×１０18ｃｍ-3以上、５×１０20ｃ
ｍ-3以下含むＧａＮ系３−５族化合物半導体からなるこ
とを特徴とするものである。
決すべくなされたもので、基板上にＧａＮ系３−５族化
合物半導体からなる半導体層および絶縁層を順次積層し
てなるＭＩＳ型電界効果トランジスタであって、前記絶
縁層はカーボンを１×１０18ｃｍ-3以上、５×１０20ｃ
ｍ-3以下含むＧａＮ系３−５族化合物半導体からなるこ
とを特徴とするものである。
【０００５】本発明は鋭意検討の結果、実験的に得られ
た新しい知見に基づくものである。即ち、ＧａＮ系３−
５族化合物半導体層を気相成長すると、その比抵抗は１
０〜１０3 Ωｃｍ程度と低く、その範囲で大きくばらつ
く。しかしながら、このＧａＮ系３−５族化合物半導体
層にカーボンを１×１０18ｃｍ-3以上、５×１０20ｃｍ
-3以下の範囲で添加すると、この比抵抗は１０6 〜１０
7 Ωｃｍ程度の高い値となり、その上ばらつきも小さく
なる。なお、カーボン濃度が５×１０20ｃｍ-3を越える
と、成長した結晶の品質が低下し、電子デバイスには使
用できなくなる。従って、ＧａＮ系３−５族化合物半導
体にカーボンを１×１０18ｃｍ-3以上、５×１０20ｃｍ
-3以下添加することにより、ＭＩＳＦＥＴとして良好な
絶縁層を形成することができる。
た新しい知見に基づくものである。即ち、ＧａＮ系３−
５族化合物半導体層を気相成長すると、その比抵抗は１
０〜１０3 Ωｃｍ程度と低く、その範囲で大きくばらつ
く。しかしながら、このＧａＮ系３−５族化合物半導体
層にカーボンを１×１０18ｃｍ-3以上、５×１０20ｃｍ
-3以下の範囲で添加すると、この比抵抗は１０6 〜１０
7 Ωｃｍ程度の高い値となり、その上ばらつきも小さく
なる。なお、カーボン濃度が５×１０20ｃｍ-3を越える
と、成長した結晶の品質が低下し、電子デバイスには使
用できなくなる。従って、ＧａＮ系３−５族化合物半導
体にカーボンを１×１０18ｃｍ-3以上、５×１０20ｃｍ
-3以下添加することにより、ＭＩＳＦＥＴとして良好な
絶縁層を形成することができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかるＭ
ＩＳ型電界効果トランジスタの一実施形態を示す図であ
る。本実施形態の素子は、成長室とパターニング室を有
する超高真空装置を用いて分子エピタキシャル成長法に
より、以下の工程で作製した。即ち、 １）先ず成長室において、ｐ−Ｓｉ基板１上にラジカル
化した窒素（３×１０-6Ｔｏｒｒ）とメタルＧａ（５×
１０-7Ｔｏｒｒ）、Ｍｇ（５×１０-8Ｔｏｒｒ）を用い
て、成長温度６４０℃で厚さ５０Åのｐ−ＧａＮバッフ
ァー層２を形成し、さらにその上にメタルＧａ（１×１
０-6Ｔｏｒｒ）、メタルＡｌ（５×１０-7Ｔｏｒｒ）と
アンモニア（５×１０-5Ｔｏｒｒ）を用い、ドーパント
としてＭｇ（５×１０-8Ｔｏｒｒ）を用いて、成長温度
８５０℃でｐ−Ａｌ1-X ＧａX Ｎ（０．５≦Ｘ≦１．
０）層３を形成する。 ２）次いで、前記エピタキシャルウェハの表面にＳｉＯ
2 をプラズマＣＶＤ装置を用いて堆積させた後、フォト
リソグラフィと化学エッチングを用いてゲート領域１１
をマスクし、ソース領域１０、ドレイン領域１２となる
部分に開口部を開ける。その開口部にトリメチルＧａ
（１×１０-6Ｔｏｒｒ）、トリメチルＡｌ（５×１０-7
Ｔｏｒｒ）とアンモニア（５×１０-5Ｔｏｒｒ）を用
い、ドーパントとしてＳｉ（５×１０-8Ｔｏｒｒ）を用
いて、成長温度８５０℃でｎ−Ａｌ1-XＧａX Ｎ（０．
５≦Ｘ≦１．０）層４を選択的に形成する。 ３）次いで、前記マスクを化学エッチングで除去し、そ
のマスクとは逆に、ゲート領域１１の上に開口部を設
け、ソース領域１０、ドレイン領域１２の上をＳｉＯ2
マスクで覆う。その後、トリメチルＧａ（１×１０-6Ｔ
ｏｒｒ）、トリメチルＡｌ（５×１０-7Ｔｏｒｒ）とア
ンモニア（５×１０-5Ｔｏｒｒ）を用い、ドーパントと
してＭｇ（５×１０-8Ｔｏｒｒ）を用いて、成長温度８
５０℃でｐ−Ａｌ1-X ＧａX Ｎ（０．５≦Ｘ≦１．０）
層５をゲート領域１１に選択的に形成する。 ４）次いで、ゲート領域１１の上に開口部を設け、ソー
ス領域１０、ドレイン領域１２の上をＳｉＯ2 マスクで
覆う。その後、前記マスク開口部に、トリメチルＧａ
（１×１０-6Ｔｏｒｒ）、トリメチルＡｌ（５×１０-7
Ｔｏｒｒ）、ジメチルヒドラジンを用いて成長温度９０
０℃で絶縁性のｉ−Ａｌ1-X ＧａX Ｎ（０≦Ｘ≦０．
５）層６を選択的に成長する。 ５）最後に、ソース領域１０、ゲート領域１１、ドレイ
ン領域１２の上にＡｌを選択的に蒸着し、電極７、８、
９を形成する。
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかるＭ
ＩＳ型電界効果トランジスタの一実施形態を示す図であ
る。本実施形態の素子は、成長室とパターニング室を有
する超高真空装置を用いて分子エピタキシャル成長法に
より、以下の工程で作製した。即ち、 １）先ず成長室において、ｐ−Ｓｉ基板１上にラジカル
化した窒素（３×１０-6Ｔｏｒｒ）とメタルＧａ（５×
１０-7Ｔｏｒｒ）、Ｍｇ（５×１０-8Ｔｏｒｒ）を用い
て、成長温度６４０℃で厚さ５０Åのｐ−ＧａＮバッフ
ァー層２を形成し、さらにその上にメタルＧａ（１×１
０-6Ｔｏｒｒ）、メタルＡｌ（５×１０-7Ｔｏｒｒ）と
アンモニア（５×１０-5Ｔｏｒｒ）を用い、ドーパント
としてＭｇ（５×１０-8Ｔｏｒｒ）を用いて、成長温度
８５０℃でｐ−Ａｌ1-X ＧａX Ｎ（０．５≦Ｘ≦１．
０）層３を形成する。 ２）次いで、前記エピタキシャルウェハの表面にＳｉＯ
2 をプラズマＣＶＤ装置を用いて堆積させた後、フォト
リソグラフィと化学エッチングを用いてゲート領域１１
をマスクし、ソース領域１０、ドレイン領域１２となる
部分に開口部を開ける。その開口部にトリメチルＧａ
（１×１０-6Ｔｏｒｒ）、トリメチルＡｌ（５×１０-7
Ｔｏｒｒ）とアンモニア（５×１０-5Ｔｏｒｒ）を用
い、ドーパントとしてＳｉ（５×１０-8Ｔｏｒｒ）を用
いて、成長温度８５０℃でｎ−Ａｌ1-XＧａX Ｎ（０．
５≦Ｘ≦１．０）層４を選択的に形成する。 ３）次いで、前記マスクを化学エッチングで除去し、そ
のマスクとは逆に、ゲート領域１１の上に開口部を設
け、ソース領域１０、ドレイン領域１２の上をＳｉＯ2
マスクで覆う。その後、トリメチルＧａ（１×１０-6Ｔ
ｏｒｒ）、トリメチルＡｌ（５×１０-7Ｔｏｒｒ）とア
ンモニア（５×１０-5Ｔｏｒｒ）を用い、ドーパントと
してＭｇ（５×１０-8Ｔｏｒｒ）を用いて、成長温度８
５０℃でｐ−Ａｌ1-X ＧａX Ｎ（０．５≦Ｘ≦１．０）
層５をゲート領域１１に選択的に形成する。 ４）次いで、ゲート領域１１の上に開口部を設け、ソー
ス領域１０、ドレイン領域１２の上をＳｉＯ2 マスクで
覆う。その後、前記マスク開口部に、トリメチルＧａ
（１×１０-6Ｔｏｒｒ）、トリメチルＡｌ（５×１０-7
Ｔｏｒｒ）、ジメチルヒドラジンを用いて成長温度９０
０℃で絶縁性のｉ−Ａｌ1-X ＧａX Ｎ（０≦Ｘ≦０．
５）層６を選択的に成長する。 ５）最後に、ソース領域１０、ゲート領域１１、ドレイ
ン領域１２の上にＡｌを選択的に蒸着し、電極７、８、
９を形成する。
【０００７】本実施形態において、ｉ−Ａｌ1-X ＧａX
Ｎ（０≦Ｘ≦０．５）層６を成長させる際にジメチルヒ
ドラジン（（ＣＨ3 ）2 ＮＮＨ2 ）の圧力を変えて、含
有するカーボンの濃度を変えた。そして、カーボン濃度
とｉ−Ａｌ1-X ＧａX Ｎ層６の比抵抗の関係を測定し
た。その結果を図２に示す。図２からわかるように、カ
ーボン濃度が１×１０18ｃｍ-3以上、５×１０20ｃｍ-3
以下では、比抵抗は１０6 〜１０7 Ωｃｍの範囲に入っ
ており、その値およびばらつきの範囲は、ＭＩＳＦＥＴ
の絶縁層として適切なものとなる。一方、カーボン濃度
が１×１０18ｃｍ-3よりも小さくなると、比抵抗は１０
〜１０3 Ωｃｍ程度と低く、かつ大きくばらつく。ま
た、カーボン濃度が５×１０20ｃｍ-3を越えると、ｉ−
Ａｌ1-X ＧａX Ｎ層６は結晶性が悪くなり、ＭＩＳＦＥ
Ｔの絶縁層としては使用できなくなる。
Ｎ（０≦Ｘ≦０．５）層６を成長させる際にジメチルヒ
ドラジン（（ＣＨ3 ）2 ＮＮＨ2 ）の圧力を変えて、含
有するカーボンの濃度を変えた。そして、カーボン濃度
とｉ−Ａｌ1-X ＧａX Ｎ層６の比抵抗の関係を測定し
た。その結果を図２に示す。図２からわかるように、カ
ーボン濃度が１×１０18ｃｍ-3以上、５×１０20ｃｍ-3
以下では、比抵抗は１０6 〜１０7 Ωｃｍの範囲に入っ
ており、その値およびばらつきの範囲は、ＭＩＳＦＥＴ
の絶縁層として適切なものとなる。一方、カーボン濃度
が１×１０18ｃｍ-3よりも小さくなると、比抵抗は１０
〜１０3 Ωｃｍ程度と低く、かつ大きくばらつく。ま
た、カーボン濃度が５×１０20ｃｍ-3を越えると、ｉ−
Ａｌ1-X ＧａX Ｎ層６は結晶性が悪くなり、ＭＩＳＦＥ
Ｔの絶縁層としては使用できなくなる。
【０００８】上記実施形態において、絶縁性のｉ−Ａｌ
1-X ＧａX Ｎ（０≦Ｘ≦０．５）層６の形成には、窒素
源としてジメチルヒドラジンを用いたが、モノメチルヒ
ドラジンを用いてもよい。また、Ｇａ源としては、トリ
エチルガリウム、トリメチルガリウムなどの有機金属ガ
スを用いてもよい。また、材質としてｎチャネル層にｎ
−Ａｌ1-X ＧａX Ｎ（０．５≦Ｘ≦１．０）層４を用い
たが、ＳｉをドープしたＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａ
ＡｌＮ、ＡｌＮを用いてもよい。さらに、絶縁層にはｉ
−Ａｌ1-X ＧａX Ｎ（０≦Ｘ≦０．５）層６の代わり
に、カーボンドープのＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮを用
いてもよい。
1-X ＧａX Ｎ（０≦Ｘ≦０．５）層６の形成には、窒素
源としてジメチルヒドラジンを用いたが、モノメチルヒ
ドラジンを用いてもよい。また、Ｇａ源としては、トリ
エチルガリウム、トリメチルガリウムなどの有機金属ガ
スを用いてもよい。また、材質としてｎチャネル層にｎ
−Ａｌ1-X ＧａX Ｎ（０．５≦Ｘ≦１．０）層４を用い
たが、ＳｉをドープしたＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａ
ＡｌＮ、ＡｌＮを用いてもよい。さらに、絶縁層にはｉ
−Ａｌ1-X ＧａX Ｎ（０≦Ｘ≦０．５）層６の代わり
に、カーボンドープのＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮを用
いてもよい。
【０００９】
【発明の効果】本発明によれば、ＧａＮ系３−５族化合
物半導体からなる良好なＭＩＳ型電界効果トランジスタ
が得られるという優れた効果がある。
物半導体からなる良好なＭＩＳ型電界効果トランジスタ
が得られるという優れた効果がある。
【図１】本発明に係るＭＩＳ型電界効果トランジスタの
一実施形態の断面図である。
一実施形態の断面図である。
【図２】上記実施形態の絶縁層のカーボン濃度と比抵抗
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
１ ｐ−Ｓｉ基板 ２ ｐ−ＧａＮバッファー層 ３ ｐ−Ａｌ1-X ＧａX Ｎ層 ４ ｎ−Ａｌ1-X ＧａX Ｎ層 ５ ｐ−Ａｌ1-X ＧａX Ｎ層 ６ ｉ−Ａｌ1-X ＧａX Ｎ層 ７、８、９ 電極 １０ ソース領域 １１ ゲート領域 １２ ドレイン領域
Claims (1)
- 【請求項１】 基板上にＧａＮ系３−５族化合物半導体
からなる半導体層および絶縁層を順次積層してなるＭＩ
Ｓ型電界効果トランジスタであって、前記絶縁層はカー
ボンを１×１０18ｃｍ-3以上、５×１０20ｃｍ-3以下含
むＧａＮ系３−５族化合物半導体からなることを特徴と
するＭＩＳ型電界効果トランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33077796A JP3428838B2 (ja) | 1996-12-11 | 1996-12-11 | Ｍｉｓ型電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33077796A JP3428838B2 (ja) | 1996-12-11 | 1996-12-11 | Ｍｉｓ型電界効果トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10173203A true JPH10173203A (ja) | 1998-06-26 |
| JP3428838B2 JP3428838B2 (ja) | 2003-07-22 |
Family
ID=18236434
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33077796A Expired - Lifetime JP3428838B2 (ja) | 1996-12-11 | 1996-12-11 | Ｍｉｓ型電界効果トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3428838B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6429467B1 (en) | 1999-01-29 | 2002-08-06 | Nec Corporation | Heterojunction field effect transistor |
| JP2006165314A (ja) * | 2004-12-08 | 2006-06-22 | New Japan Radio Co Ltd | 窒化物半導体装置及びその製造方法 |
| EP1710831A1 (en) * | 2004-01-28 | 2006-10-11 | Sanken Electric Co., Ltd. | Semiconductor device |
| JP2007103815A (ja) * | 2005-10-07 | 2007-04-19 | Toyota Motor Corp | 半導体装置 |
| US7217960B2 (en) | 2005-01-14 | 2007-05-15 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device |
| WO2007097264A1 (ja) * | 2006-02-20 | 2007-08-30 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | 半導体素子 |
| JP2010171416A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-08-05 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体装置、半導体装置の製造方法および半導体装置のリーク電流低減方法 |
| JP2011082392A (ja) * | 2009-10-08 | 2011-04-21 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ショットキーバリアダイオード |
| US8288796B2 (en) | 2009-06-11 | 2012-10-16 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor device |
| GB2491920A (en) * | 2011-06-15 | 2012-12-19 | Mitsubishi Electric Corp | Method of manufacturing high resistance nitride buffer layers comprising high carbon impurity concentrations |
-
1996
- 1996-12-11 JP JP33077796A patent/JP3428838B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (14)
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| EP1710831A4 (en) * | 2004-01-28 | 2008-07-23 | Sanken Electric Co Ltd | SEMICONDUCTOR DEVICE |
| EP1710831A1 (en) * | 2004-01-28 | 2006-10-11 | Sanken Electric Co., Ltd. | Semiconductor device |
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| US8723224B2 (en) | 2009-06-11 | 2014-05-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Semiconductor device |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3428838B2 (ja) | 2003-07-22 |
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