JP5126733B2 - 電界効果トランジスタ及びその製造方法 - Google Patents

電界効果トランジスタ及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5126733B2
JP5126733B2 JP2006267482A JP2006267482A JP5126733B2 JP 5126733 B2 JP5126733 B2 JP 5126733B2 JP 2006267482 A JP2006267482 A JP 2006267482A JP 2006267482 A JP2006267482 A JP 2006267482A JP 5126733 B2 JP5126733 B2 JP 5126733B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
barrier layer
field effect
effect transistor
gate
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006267482A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2008091394A (ja
Inventor
三聡 清水
冠錫 朴
良樹 矢野
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.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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 National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority to JP2006267482A priority Critical patent/JP5126733B2/ja
Publication of JP2008091394A publication Critical patent/JP2008091394A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5126733B2 publication Critical patent/JP5126733B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/778Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
    • H01L29/7786Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1066Gate region of field-effect devices with PN junction gate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/2003Nitride compounds

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

本発明は窒化物半導体材料を用いた電子デバイスに関し、さらに詳細にはエンハンスメント形のバリア層とチャネル層のヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタ及びその製造方法に関する。
バンドギャップの大きい窒化物半導体材料であるGaNは、絶縁破壊電圧が高いこと、飽和ドリフト速度が大きいこと、などの諸特性がある。そのためGaN材料を用いれば、シリコン系の電子デバイスと比較して、耐圧特性を犠牲にすることなく低抵抗化が可能である。また、化学的に安定であり、高温で安定なため、大出力化を必要とする電子デバイスの材料に用いることが可能である。
電子デバイスに用いるGaNは、良質な結晶成長が可能な六方晶系に属するウルツ鉱型の結晶であり、結晶方位のc軸方向に分極を持つ。そのため、c面に平行にAlGaN/GaN接合などのヘテロ接合を形成すれば、ピエゾ効果によりヘテロ界面に空間固定電荷を発生させることができる。これを利用してヘテロ界面に2次元電子ガスを形成できる。このため、トランジスタ等において、キャリアの走行するチャネル部分の形成には、c面と平行に形成されたAlGaN/GaNヘテロ接合やInAlN/GaNヘテロ接合が用いられる。
現在、主に作製されている窒化物半導体を用いたトランジスタは、AlGaN/GaNヘテロ接合電界効果トランジスタである。このトランジスタは次のように作製される。層構造としては基板上に約2〜3μmのノンドープのGaNを成長し、その上にAlGaNバリア層を20〜40nm程度成長させる。
AlGaNバリア層には、オーミック抵抗の低減のため、n型のドーピングを行う。ソース電極とドレイン電極には、Ti/Al/Auなどの金属を用いる。またゲート電極には白金やニッケルなどの金属を用いる。AlGaNバリア層上に直接ゲート電極を形成する構造は、MES構造(MEtal Semiconductor構造)と呼ばれている。また一方で、AlGaNバリア層とゲート電極の間に窒化硅素膜や酸化硅素膜などの誘電体をはさみ込んだ構造は、MIS構造(Metal Insulator Semiconductor構造)と呼ばれている。
このような構造では、ゲート電圧がゼロの時に、ゲート部直下のチャネルには電子が存在し、電流が流れる構造である。そのため、しきい電圧は−3〜−5V程度であり、ノーマリーオン(デプレション形)の動作特性となる。そのためインバータなどの電力変換等に用いる場合、応用範囲が限定される。またゲート駆動回路が複雑になるなどの欠点がある。
ノーマリーオフ(エンハンスメント形)にするための方法として、第一にリセスゲートを用いた方法がある(非特許文献1、2、5参照)。この方法では、ゲート部直下のAlGaNバリア層を薄くしてあるリセス構造を用いる。AlGaNバリア層を薄くすれば、ゲート部直下のチャネル内の電子をほぼ枯渇させることが可能である。しきい電圧は主に、ゲート部のAlGaNバリア層の厚さ、ゲート電極の仕事関数、およびチャネル内の電子のフェルミレベルの関係から決まる。
ゲート電極材料の仕事関数から決まるゲート電極のフェルミレベルは、バリア層のバンドギャップの禁制帯内にあるため、バリア層を薄くすれば、チャネル内の電子のフェルミレベルが、ゲート電極のフェルミレベルに近付く。これにより、しきい電圧を0V程度にまで変化させることができる。しかしながら、しきい電圧は完全には正になりにくい。または、AlGaNバリア層の厚さを正確に制御するのが困難であり、しきい電圧の制御が困難である。
第二の方法は、フッ素等のハロゲンを用いる方法である(非特許文献4参照)。ゲート部のAlGaNバリア層表面をフッ素プラズマ等により表面処理し、チャネル内の電子を枯渇させる方法である。これは、フッ素の大きな電気陰性度を利用したものである。しかしながら、フッ素は一般に安定ではないという欠点を持つ。またしきい電圧を制御するのは困難である。
第三の方法は、p型GaN層をゲート部に用いる方法である(非特許文献3参照)。この方法では、p型GaN層をAlGaNバリア層上に成長し、デバイス作製時にゲート部分のp型GaN層のみを残して、p型GaN層を取り除くことにより、ゲート部分のみのチャネル内の電子を枯渇させる構造である。これにより、ノーマリーオフ特性を得ている。
しかしながら、しきい電圧を正にするには、AlGaNバリア層を薄くしなければならず、その結果ゲート部以外の部分でバリア層表面の電子準位の影響が大きくなるため電流コラプスなどの問題がある。また、AlGaNバリア層を10nm以下にするとp型GaN層を取り除いた部分のシート抵抗が高くなるため、AlGaNバリア層はある程度の厚みを確保しなけばならず、その結果しきい電圧の制御が困難になる上、ゲート部とチャネル間の距離が厚いため、利得が低下するという問題がある。さらに、AlGaNバリア層とp型GaN層のエッチング選択比が小さいため、係る半導体素子の加工精度が悪くなるという問題がある。
T. Kawasaki, K. Nakata, and S. Yaegassi, Normally-off AlGaN/GaN HEMT with Recessed Gate for High Power Applications, Extended Abstracts of the 2005 International Conference on Solid State Devices and Materials, I−1−3,Kobe, 2005, pp.206-207. 稲田正樹、八木修一、山本由貴、朴冠錫、矢野良樹、清水三聡、奥村元、荒井和雄、ノーマリーオフ型AlGaN/GaN HEMTに関する研究、第66回応用物理学会学術講演会、2005年秋、徳島大学、8p−W−3. 露口士夫、広瀬貴利、岩谷素顕、上山智、天野浩、赤崎勇、p型GaNゲートを用いたノーマリーオフ型AlGaN/GaN HFE T、第66回応用物理学会学術講演会、2005年秋、徳島大学、8p−W−5. 水野博昭、大野雄高、岸本茂、前澤宏一、水谷孝、フッ素プラズマ処理によるノーマリーオフ型AlGaN/GaN HEMT、第53回応用物理学関係連合講演会、2006年春、武蔵工業大学、24a−ZE−17. W. Saito, Y. Takada, M. Kuraguchi K. Tsuda, and I. Omura, Recessed-Gate Structure Approach Toward Normally Off High-Voltage AlGaN/GaN HEMT for Power Electronics Applications, IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL. 53, NO. 2, FEBRUARY 2006.
本発明は、上記の問題点を解決することを目的とし、しきい電圧の制御可能であり、ノーマリーオフ特性を持つエンハンスメント形の窒化物半導体からなるヘテロ接合を有する電界効果トランジスタ及びその製造方法を提供する。
上記の課題に鑑み、本願発明者は、従来のヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタを鋭意研究した結果、p型InGaN層がゲート領域のバリア層に積層された層構造とすることで、しきい電圧の制御可能であり、ノーマリーオフ動作が可能な素子となることを見出した。
本発明は、
1.窒化物半導体からなるノンドープバリア層とチャネル層のヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタにおいて、p型InGaN層が、ゲート領域のバリア層に積層された構造を有することを特徴とするヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタ、を提供する。
また、本発明は、
2.窒化物半導体からなるノンドープバリア層とチャネル層のヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタにおいて、バリア層のゲート領域にリセス構造を備え、p型InGaN層が、前記リセス構造部のバリア層上に積層された構造を有するヘテロ接合構造の電界効果トランジスタとすることもできる。
3.上記ヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタにおいて、バリア層/チャネル層の構造を、AlGaN/GaN、AlN/GaN、InAlN/GaN、AlGaN/InGaNなどのヘテロ構造とすることができる。
4.上記ヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタにおいて、ゲート電極直下に絶縁層を積層させ、MIS構造とすることができる。
5.上記ヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタにおいて、ソース電極、ドレイン電極及びゲート領域のp型InGaN層を除いたバリア層上に終端化膜(パッシベーション膜)を形成し、ゲートリークを防止することができる。
さらに、本発明は、
6.窒化物半導体からなるノンドープバリア層とチャネル層のヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタを製造する際に、チャネル層にノンドープバリア層を積層させた後、バリア層にp型InGaN層を積層させ、さらにゲート領域以外のp型InGaN層を除去して、p型InGaN層がゲート領域のバリア層に積層された構造を形成することができる。
また、本願発明は、
7.窒化物半導体からなるノンドープバリア層とチャネル層のヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタを製造する際に、チャネル層にノンドープバリア層を積層させた後、ゲート領域のバリア層をエッチングにより薄くしてリセス構造を形成し、リセス構造部分のバリア層にp型InGaN層を積層させることもできる。
本発明は、従来のヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタにおいて、p型InGaN層がゲート領域のバリア層に積層された層構造を有することで、しきい電圧の制御可能であり、ノーマリーオフ動作が可能となるという優れた効果を有する。
本発明で用いることの可能な窒化物半導体材料は、III族元素とV族元素から構成される窒素を含む半導体である。結晶の構造は、良質な結晶成長が可能な六方晶系に属するウルツ鉱型の結晶であり、結晶方位のc軸方向に分極を持つものである。
チャネル部分で2次元電子ガスが走行する部分には、GaNなどの二元素からなる結晶が適している。これは、AlGaNやInGaNなどの三元素の混晶さらに四元素の混晶は、組成の不均一性から生じる合金散乱が大きいためである。しかしながら、Inについては電子の有効質量を小さくできることから、InGaNの場合には、移動度の向上が期待できる。なおこの場合In組成が大きなInGaN材料は、バンドギャップが小さくなり、耐圧がGaNよりも大きく劣るため、In組成の小さなInGaN材料を用いるのがよい。
本発明の構造が適用可能なヘテロ接合構造は、チャネル層/バリア層の順に、GaN/AlGaN、GaN/AlN、GaN/InAlN、InGaN/AlGaNなどのヘテロ構造である。
以下、本発明の特徴を、図に沿って具体的に説明する。なお、以下の説明は、本願発明の理解を容易にするためのものであり、これに制限されるものではない。すなわち、本願発明の技術思想に基づく変形、実施態様、他の例は、本願発明に含まれるものである。
(実施例1)
図1は、AlGaN/GaNヘテロ接合電界効果トランジスタを示す。結晶基板1として、MOCVD法等によりGaN基板を結晶成長させた。なお、結晶基板としては、この他にサファイア基板、SiC基板、シリコン基板等を用いることもできる。次に、基板側から低温成長GaNバッファ層2などの結晶性を向上させる構造を形成した後に、高抵抗のGaN層3を成長させた。
その後、AlGaNバリア層4を成長させた。この時、高抵抗のGaN層3とAlGaNバリア層4のヘテロ接合部分に、AlGaNバリア層4のアルミニウムの組成に依存したピエゾ効果により正の固定電荷が発生しn型のチャネルが形成される。その後、p型InGaN層5を成長させた。
ドーピングにはマグネシウム、亜鉛等のp型ドーパントを用いて、チャネル中の電子を枯渇させることができる濃度にした。この時、電子をトラップする準位があれば良いので、鉄等のドーパントでも可能である。なお、p型ドーパントであるマグネシウム等は拡散の問題が生じる場合がある。なお、p型InGaN層にマグネシウム等を用いてドーピングした場合、GaNよりもアクセプタ濃度を高くすることができる。
AlGaNバリア層4の厚さは薄い方が、p型InGaN層5によってチャネルが高抵抗化する。AlGaNバリア層4をノンドープで15nm厚とし、p型InGaN層5をホール濃度約5×1018cm−3で10nm厚とした場合に、チャネルは数万Ω以上のシート抵抗を示した。なお、p型InGaN層5のホール濃度は、直接測定するのが困難なため、p型GaN層へのドーピングの条件を参考にして推測した値である。
次に、p型InGaN層の結晶成長後の素子作製について示す。まず、ゲート領域のみをフォトレジストでマスクした後、アルゴンプラズマ、塩素プラズマ等によるドライエッチングを用いて、ゲート領域以外のp型InGaN層5を除去した。InGaN層はエッチングレートが、GaN層やAlGaN層よりも大きいため、ほぼ選択的に除去でき、これはプロセス上大きな利点である。
ここで、電子サイクロトロン共鳴(ECR)法を用いたアルゴンプラズマによるドライエッチングで、エッチングレートを測定した。引き出し電圧が200V、2.45GHzのRFパワーが200W、アルゴンガス圧が約1×10−2Paの時に、GaN膜はエッチングレートが300nm/時であったが、InGaN層はその約3〜4倍程度であった。
p型InGaN層5を最初にエッチングを行う利点は、非接触のシート抵抗測定装置等をもちいながら、実際に抵抗が低くなるのを確認できることである。上記のドライエッチングの条件で、アルゴンプラズマによるドライエッチングによりエッチングしながら、シート抵抗を計ると、最初に数万Ω以上あった抵抗が、30秒のエッチングで約1000Ωに、1分のエッチングで800Ωに、2分のエッチングでは800Ωから変化がなかった。
この方法により、本発明の構造を用いれば、選択的にInGaN層をエッチング可能であり、再現性良くプロセスを行うことができることがわかった。
次にメサ形成により各素子を電気的に絶縁させる行程を示す。フォトレジストを用いて、ソース電極10、ゲート電極11、ドレイン電極12が並ぶ方向に20μm、ゲート幅方向に50μmの長方形のメサ形成用のレジストパターンを形成した。ただし、メサ形成用のパターンの幅や長さは必要に応じて変えることができる。ここでは、ゲート電極11の幅とメサの幅は同じ幅にした。なお、フォトレジストのパターン形成には、通常用いられているステッパー等を用いた露光方法を用いればよい。
その後、メサ形成用のフォトレジストをマスクとして、成長した基板をドライエッチングによりメサパターン状に加工した。エッチングレートはエピタキシャル膜の結晶品質、塩素プラズマの圧力、加速エネルギー(プラズマの引き出し電圧)などによって異なるが1時間に200〜300nmとした。100nm程度エッチングして、メサ以外の部分のAlGaN層等を除去した。
このメサの形成により同じ基板上の素子と素子の間が分離され、お互いの素子間に電流が流れないようになる。ドライエッチングは、同じく電子サイクロトロン共鳴(ECR)法を用いた塩素プラズマによるエッチングなどが好ましい。ドライエッチングはウエットエッチング法に比べエッチングの方向性があり、エッチング速度の制御が簡単である。
素子分離については、塩素系のガスを用いたドライエッチング以外にもイオン注入によっても可能である。窒素イオン等を高速で打ち込むことにより、電気的に絶縁性を持たせて、素子分離を行うことができる。
メサエッチング後、メサ以外の部分に絶縁膜を形成した。絶縁膜には、酸化硅素膜、窒化硅素膜等を用いることができる。ウエハ表面全体に絶縁膜をプラズマCVD等を用いて厚さ100nm程度形成した後、メサ以外の部分をフォトレジストでカバーした後に、メサ上のみエッチングにより除去した。
メサの端で、ゲート電極11がある部分において、メサの側面のAlGaN/GaNチャネル構造にゲート電極11が接すると、ゲートリーク電流が増加するので、メサ側面も絶縁膜によりカバーするようにする。
その後、ソース電極10とドレイン電極12を形成した。ソース電極10及びドレイン電極12の電極メタルとしては、基板表面側から、Ti/Al/Ni/Au (30/220/40/50 nm)の構造を用いた。電極メタルの蒸着には高真空電子ビーム蒸着法を用いた。電子ビーム蒸着後リフトオフ法でソース及びドレイン部分以外のメタルを除去した。リフトオフ用の溶液としてはアセトンを用いればよい。その後、電極メタルと表面層との合金化のためアニールを行った。アニールは高速のランプアニール法(RTA)を用い、800℃で30秒間行った。
その後、ゲート電極11を形成した。ゲートのパターニングはフォトリソグラフィー法を用いたが、ゲート長が短く微細パターンを用いる場合には電子ビームリソグラフィ法を用いることができる。例えば、ゲートの長さが200nm以下の場合は電子ビームリソグラフィ法を用いる。ゲート電極メタルとしては、基板表面側から、Ni/Au (50/200nm)を用いた。ゲートメタルの形成にも高真空電子ビーム蒸着法を用いた。
また、図1では省略されているが、必要に応じて、窒化珪素膜等でAlGaNバリア層4の表面をカバーすることができる。これは、ドレインとゲート間のAlGaNバリア層4の表面準位に電子がトラップされてドレイン電流が低下する現象である電流コラプスを抑制するために有効であるためである。また、耐圧を向上させるために、必要に応じて、酸化珪素膜で表面をカバーすることもできる。
図2に実施例1のトランジスタの動作特性を示す。これは、ドレイン電圧を2Vで保った時の、ドレイン電流のゲート電圧依存性である。素子のゲート長は2μm、ソースとドレイン間隔は14μm、ソースとゲート間隔は2μm、ゲート幅は50μmである。これより、しきい電圧は、+0.8V程度であり、ノーマリーオフが達成されていることがわかる。p型InGaN層はバンドギャップが小さいため、チャネル中の電子を枯渇させる効果が大きいと考えられる。
また、厚さ約20nmのAlGaNバリア層を持つAlGaN/GaNヘテロ構造上に、厚さ5nmのGaN層を成長した場合と同じ厚さのInGaN層を成長した場合における両者のシート抵抗を比較した。その結果、GaN層の場合は550Ωであり、InGaN層の場合は800Ωであった。
これより、GaN層をAlGaNバリア層上に成長する場合よりも、本発明のようにInGaN層をAlGaNバリア層上に成長する方が、AlGaNバリア層表面側ヘテロ界面に、より大きなマイナスの空間固定電荷がピエゾ効果により発生し、チャネル内の電子がより枯渇するものと考えられる。
以上から、p型GaN層を用いた場合より、しきい電圧を大きくでき、完全なノーマリーオフ動作が得られることが分かった。
実施例1の素子は、しきい電圧がプラスになることを調べるために作製した素子であり、ゲート部にMES構造を用いた。また、素子表面にバッシベーション膜を施していない。そのため、ゲート電圧を大きくするとゲートリーク電流が大きくなるため、ドレイン電流量は少ない。しかしながら、MIS構造を用いれば、ゲートリークを防ぐことが可能で、大きなゲート電圧を加えることができるため、ドレイン電流を大きくすることも可能である。
(実施例2)
図3は、ゲート領域がリセス構造となっている実施例である。この素子においては、ゲートとドレイン間のAlGaNバリア層4が厚くなっているため、AlGaNバリア層4上の表面準位によるコラプスの影響が小さい。
この素子の作製方法として、ゲート部のAlGaNバリア層4をエッチングによりリセス構造にした後に、p型InGaN層5を選択的に成長した。p型InGaN層5をゲート領域にのみ成長させるため、ゲート領域以外でp型ドーピングの拡散等がおこりにくいという利点がある。その後、メサ構造の形成、絶縁膜の形成、ソース電極10、ドレイン電極12、窒化珪素膜を用いた表面保護層の形成、ゲート電極11の形成、についは実施例1とほぼ同様の処理を行った。また、ゲート領域にはMIS構造を用いるのも有効である。
また、ドレインとゲート間の厚いAlGaNバリア層4を選択的に成長させる方法もある。この場合はゲート部のInGaN層を窒化珪素膜や酸化珪素膜などによりカバーして選択的に成長させる。
横型素子で高耐圧化が可能であるため、例えば、他の電子部品と集積化が可能であり、家庭用DC電源のAC−DC変換部等を小型化できる。また、高速動作が可能であり、省エネルギー化にも効果があるので、家庭用電源のインバータ、コンバータ等に有用である。
p型InGaN層がゲート領域のバリア層に積層された層構造を有する電界効果トランジスタの断面図である。 実施例1に係る電界効果トランジスタの動作特性である。 リセス構造を有するp型InGaN層がゲート領域のバリア層に積層された層構造を有する電界効果トランジスタの断面図である。
符号の説明
1:基板
2:バッファ層
3:キャリア層
4:バリア層
5:p型InGaN層
10:ソース電極
11:ゲート電極
12:ドレイン電極

Claims (7)

  1. 窒化物半導体からなるノンドープ バリア層とチャネル層のヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタにおいて、p型InGaN層が、ゲート領域のバリア層に積層された構造を有することを特徴とするヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタ。
  2. 窒化物半導体からなるノンドープバリア層とチャネル層のヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタにおいて、バリア層のゲート領域にリセス構造を備え、p型InGaN層が、前記リセス構造部のバリア層上に積層された構造を有することを特徴とするヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタ。
  3. バリア層/チャネル層のヘテロ接合構造が、AlGaN/GaN、AlN/GaN、InAlN/GaN、AlGaN/InGaNのいずれかの構造を備えていることを特徴とする請求項1又は2記載のヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタ。
  4. ゲート電極直下に絶縁層を積層させることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタ。
  5. ソース電極、ドレイン電極及びゲート領域のp型InGaN層を除いたバリア層上に終端化膜を有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタ。
  6. 窒化物半導体からなるノンドープバリア層とチャネル層のヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタの製造方法において、チャネル層にノンドープバリア層を積層させた後、バリア層にp型InGaN層を積層させ、さらにゲート領域以外のp型InGaN層を除去して、p型InGaN層がゲート領域のバリア層に積層された構造を形成することを特徴とするテロ接合構造を有する電界効果トランジスタの製造方法。
  7. 窒化物半導体からなるノンドープバリア層とチャネル層のヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタの製造方法において、チャネル層にノンドープバリア層を積層させた後、ゲート領域のバリア層をエッチングによりリセス構造を形成し、リセス構造部分のバリア層にp型InGaN層を積層させ、p型InGaN層がゲート領域のバリア層に積層された構造を形成することを特徴とするヘテロ接合構造を有する電界効果トランジスタの製造方法。
JP2006267482A 2006-09-29 2006-09-29 電界効果トランジスタ及びその製造方法 Expired - Fee Related JP5126733B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006267482A JP5126733B2 (ja) 2006-09-29 2006-09-29 電界効果トランジスタ及びその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006267482A JP5126733B2 (ja) 2006-09-29 2006-09-29 電界効果トランジスタ及びその製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008091394A JP2008091394A (ja) 2008-04-17
JP5126733B2 true JP5126733B2 (ja) 2013-01-23

Family

ID=39375287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006267482A Expired - Fee Related JP5126733B2 (ja) 2006-09-29 2006-09-29 電界効果トランジスタ及びその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5126733B2 (ja)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5032965B2 (ja) * 2007-12-10 2012-09-26 パナソニック株式会社 窒化物半導体トランジスタ及びその製造方法
JP2010245240A (ja) * 2009-04-06 2010-10-28 Sanken Electric Co Ltd ヘテロ接合型電界効果半導体装置及びその製造方法
DE112010001555B4 (de) * 2009-04-08 2021-10-07 Efficient Power Conversion Corporation GaN-HEMT vom Anreicherungstyp und Verfahren zu seiner Herstellung
JP5625338B2 (ja) * 2009-11-30 2014-11-19 日亜化学工業株式会社 電界効果トランジスタ
US20110210377A1 (en) 2010-02-26 2011-09-01 Infineon Technologies Austria Ag Nitride semiconductor device
US9263439B2 (en) 2010-05-24 2016-02-16 Infineon Technologies Americas Corp. III-nitride switching device with an emulated diode
JP6418032B2 (ja) * 2015-03-27 2018-11-07 富士通株式会社 半導体装置
JP2017112313A (ja) * 2015-12-18 2017-06-22 旭化成株式会社 紫外光発光装置、紫外光発光装置の製造方法
US20220109056A1 (en) * 2020-04-16 2022-04-07 Innoscience (Zhuhai) Technology Co., Ltd. Semiconductor device and fabrication method thereof
CN115398647A (zh) * 2021-03-11 2022-11-25 株式会社Powdec 常关型极化超结GaN系场效应晶体管和电气设备
JP7061779B1 (ja) 2021-09-03 2022-05-02 株式会社パウデック ノーマリーオフ型分極超接合GaN系電界効果トランジスタおよび電気機器
JP6990948B1 (ja) * 2021-06-29 2022-01-12 株式会社パウデック ダイオード、受電装置および電力伝送システム
WO2023106087A1 (ja) * 2021-12-09 2023-06-15 国立研究開発法人産業技術総合研究所 半導体装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11261053A (ja) * 1998-03-09 1999-09-24 Furukawa Electric Co Ltd:The 高移動度トランジスタ
JP4022708B2 (ja) * 2000-06-29 2007-12-19 日本電気株式会社 半導体装置
JP4663156B2 (ja) * 2001-05-31 2011-03-30 富士通株式会社 化合物半導体装置
JP4209136B2 (ja) * 2002-05-30 2009-01-14 パナソニック株式会社 半導体装置及びその製造方法
US7382001B2 (en) * 2004-01-23 2008-06-03 International Rectifier Corporation Enhancement mode III-nitride FET

Also Published As

Publication number Publication date
JP2008091394A (ja) 2008-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5126733B2 (ja) 電界効果トランジスタ及びその製造方法
JP5334149B2 (ja) 窒化物半導体電界効果トランジスタ
US11699748B2 (en) Normally-off HEMT transistor with selective generation of 2DEG channel, and manufacturing method thereof
US9935190B2 (en) Forming enhancement mode III-nitride devices
US7956383B2 (en) Field effect transistor
JP5576369B2 (ja) 常時オフ半導体デバイスおよびその作製方法
JP5810293B2 (ja) 窒化物半導体装置
CN113169228A (zh) 包括垂直栅极模块的横向iii族氮化物器件
US8344422B2 (en) Semiconductor device
CN108305834B (zh) 一种增强型氮化镓场效应器件的制备方法
JP5190923B2 (ja) GaNをチャネル層とする窒化物半導体トランジスタ及びその作製方法
JP2002016087A (ja) 半導体装置
EP3552240A1 (en) Semiconductor device and method for designing semiconductor device
JP2010153493A (ja) 電界効果半導体装置及びその製造方法
JP2007035905A (ja) 窒化物半導体素子
KR101256466B1 (ko) 질화물계 이종접합 반도체 소자 및 그 제조 방법
CN110429132B (zh) 栅极结构、栅极结构的制造方法和增强型半导体器件
JP5071761B2 (ja) 窒化物半導体電界効果トランジスタ
US10381471B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method
JP6693142B2 (ja) 半導体装置、電子部品、電子機器、および半導体装置の製造方法
JP2010245240A (ja) ヘテロ接合型電界効果半導体装置及びその製造方法
US9236441B2 (en) Nitride-based semiconductor device and method for manufacturing the same
US8421182B2 (en) Field effect transistor having MOS structure made of nitride compound semiconductor
JP6941903B1 (ja) ノーマリーオフ型分極超接合GaN系電界効果トランジスタおよび電気機器

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090910

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20090910

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20090910

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120613

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120724

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120914

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: 20121016

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121022

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 5126733

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151109

Year of fee payment: 3

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees