JP2006261474A

JP2006261474A - Nitride semiconductor devices

Info

Publication number: JP2006261474A
Application number: JP2005078409A
Authority: JP
Inventors: Koji Hataya; 耕二幡谷
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 2005-03-18
Filing date: 2005-03-18
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【課題】動作特性の温度依存性が小さく、窒化物系半導体デバイスの高温動作が可能であるという特徴を生かすことのできる窒化物系半導体デバイスを実現する。
【解決手段】少なくとも一組の窒化物系半導体層のヘテロ接合５と少なくとも２つの電極Ｅからなり、前記一組の半導体層を構成する一の半導体層中に発生する２次元電子ガス層６を走行するキャリアが前記２つの電極の間を流れる電流となる窒化物系半導体デバイスにおいて、前記電極のコンタクト抵抗の温度依存性が負であることを特徴とする窒化物系半導体デバイス。
【選択図】図１PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a nitride semiconductor device capable of taking advantage of the feature that the temperature dependence of the operation characteristics is small and the nitride semiconductor device can operate at a high temperature.
A two-dimensional electron gas layer (6) is formed of a heterojunction (5) of at least one set of nitride-based semiconductor layers and at least two electrodes (E), and is generated in one semiconductor layer constituting the set of semiconductor layers. A nitride-based semiconductor device in which a traveling carrier becomes a current flowing between the two electrodes, and the temperature dependence of the contact resistance of the electrode is negative.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、窒化物系半導体デバイスに関するものである。更に詳しくは、動作特性の温度依存性が小さい窒化物系半導体デバイスに関するものである。 The present invention relates to a nitride semiconductor device. More specifically, the present invention relates to a nitride-based semiconductor device having a small temperature dependency of operating characteristics.

窒化物系半導体は、Ｓｉ，ＧａＡｓ系の半導体に比べてそのバンドギャップエネルギーが大きい。そのため、窒化物系半導体を用いた半導体素子は、耐熱度が高く高温動作に優れているので、この材料を用いた半導体デバイスの開発が行なわれている。窒化物系半導体デバイスとして、電界効果トランジスタ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＦＥＴ）や、ダイオードがある。 Nitride semiconductors have a larger band gap energy than Si and GaAs semiconductors. Therefore, a semiconductor element using a nitride-based semiconductor has high heat resistance and excellent high-temperature operation. Therefore, development of a semiconductor device using this material has been performed. Nitride-based semiconductor devices include field effect transistors (FETs) and diodes.

図６に従来技術に係る窒化物系半導体を用いた電界効果トランジスタの一である高電子移動度トランジスタを示した。この高電子移動度トランジスタにおいては、例えばサファイア基板のような基板１の上に、ＧａＮから成るバッファ層２、アンドープＧａＮからなる電子走行層３、および前記電子走行層に比べて薄いアンドープＡｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎからなる電子供給層４を順次積層して成る層構造（ヘテロ接合）が形成されている。そして、電子供給層４の上には、ソース電極Ｓ、ゲート電極Ｇ、ドレイン電極Ｄが平面配置されている（特許文献１の従来技術の記載を参照）。 FIG. 6 shows a high electron mobility transistor which is one of the field effect transistors using a nitride semiconductor according to the prior art. In this high electron mobility transistor, for example, on a substrate 1 such as a sapphire substrate, a buffer layer 2 made of GaN, an electron transit layer 3 made of undoped GaN, and an undoped Al _0.25 Ga thin compared to the electron transit layer. _A layer structure (heterojunction) is formed by sequentially stacking electron supply layers 4 made of _0.75 N. On the electron supply layer 4, a source electrode S, a gate electrode G, and a drain electrode D are arranged in a plane (see the description of the prior art in Patent Document 1).

また、電子走行層３と電子供給層４両層のヘテロ接合界面においては、結晶歪みに基づくピエゾ圧電効果でピエゾ電界が発生し、両者の接合界面の直下に２次元電子ガス層６が形成され、２次元電子ガス層６中でキャリアが走行する。２次元電子ガス層６中を走行したキャリアは、ソース電極Ｓ−ドレイン電極Ｄ間を流れる電流になる。 Also, at the heterojunction interface between the electron transit layer 3 and the electron supply layer 4, a piezo electric field is generated by the piezoelectric effect based on crystal distortion, and a two-dimensional electron gas layer 6 is formed immediately below the junction interface between the two. Carriers travel in the two-dimensional electron gas layer 6. The carriers that have traveled in the two-dimensional electron gas layer 6 become a current that flows between the source electrode S and the drain electrode D.

窒化物系半導体デバイスがダイオードである場合については図７を参照しながら説明する。すなわち、図７はショットキーバリアダイオードを示したものである。このショットキーバリアダイオードは、例えばサファイア基板のような基板１の上に、ＧａＮから成るバッファ層２、アンドープＧａＮ層３´、および前記アンドープＧａＮ層３´に比べて薄いアンドープＡｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ層４´を順次積層して成る層構造（ヘテロ接合構造）が形成されている。そして、アンドープＡｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ層４´の一端には、カソード電極Ｃ、他端には、アノード電極Ａが形成されている。 The case where the nitride-based semiconductor device is a diode will be described with reference to FIG. That is, FIG. 7 shows a Schottky barrier diode. The Schottky barrier diode includes a buffer layer 2 made of GaN, an undoped GaN layer 3 ′, and an undoped Al _0.25 Ga _0.75 N layer that is thinner than the undoped GaN layer 3 ′ on a substrate 1 such as a sapphire substrate. A layer structure (heterojunction structure) is formed by sequentially stacking 4 ′. A cathode electrode C is formed at one end of the undoped Al _0.25 Ga _0.75 N layer 4 ′, and an anode electrode A is formed at the other end.

ここで、カソード電極Ｃはオーミック接合となり、アノード電極Ａはショットキー接合となる。図７に示したショットキーバリアダイオードは、図６に示した高電子移動度トランジスタと同様にして、アンドープＧａＮ層３´とアンドープＡｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ層４´両層のヘテロ接合５界面においては、結晶歪みに基づくピエゾ圧電効果でピエゾ電界が発生し、両者の接合界面の直下に２次元電子ガス層６が形成される。そして、アノード電極Ａ−カソード電極Ｃ間を流れる電流は、２次元電子ガス層６中を走行するキャリアが担う。 Here, the cathode electrode C becomes an ohmic junction, and the anode electrode A becomes a Schottky junction. The Schottky barrier diode shown in FIG. 7 is similar to the high electron mobility transistor shown in FIG. 6 at the heterojunction 5 interface between both the undoped GaN layer 3 ′ and the undoped Al _0.25 Ga _0.75 N layer 4 ′. A piezoelectric electric field is generated by a piezoelectric effect based on crystal distortion, and a two-dimensional electron gas layer 6 is formed immediately below the junction interface between the two. A current flowing between the anode electrode A and the cathode electrode C is carried by a carrier traveling in the two-dimensional electron gas layer 6.

特開２００３−１７９０８２号公報JP 2003-179082 A

図６で示した従来技術に係る高電子移動度トランジスタでは、２次元電子ガス層６中でキャリアが走行する。しかし、２次元電子ガス層６中におけるキャリアの移動度は温度に大きく依存し、高電子移動度トランジスタの動作温度が高くなるほど、その移動度は低下する。そのため、動作温度の上昇と共に、電界効果トランジスタのオン抵抗が増大し、また、相互コンダクタンスｇ_mの値が低下するという問題がある。 In the high electron mobility transistor according to the prior art shown in FIG. 6, carriers travel in the two-dimensional electron gas layer 6. However, the mobility of carriers in the two-dimensional electron gas layer 6 greatly depends on the temperature, and the mobility decreases as the operating temperature of the high electron mobility transistor increases. For this reason, there is a problem that the on-resistance of the field effect transistor increases and the value of the mutual conductance g _m decreases as the operating temperature increases.

以上、窒化物系半導体デバイスの一として電界効果トランジスタについての説明を行ったが、ダイオードの場合であっても同様の問題が発生する。すなわち、図７で示したショットキーバリアダイオードもアノード電極Ａ−カソード電極Ｃ間を流れる電流は、２次元電子ガス層６中を走行するキャリアが担うためである。そのため、動作温度の上昇と共にショットキーバリアダイオードの微分抵抗やオン抵抗の増大を招くという問題がある。 Although the field effect transistor has been described as one of the nitride semiconductor devices, the same problem occurs even in the case of a diode. That is, in the Schottky barrier diode shown in FIG. 7, the current flowing between the anode electrode A and the cathode electrode C is carried by carriers traveling in the two-dimensional electron gas layer 6. Therefore, there is a problem that the differential resistance and on-resistance of the Schottky barrier diode are increased as the operating temperature rises.

そこで、本発明が解決しようとする課題は、上記問題を解決し、動作特性の温度依存性が小さく、窒化物系半導体デバイスの高温動作が可能であるという特徴を生かすことのできる窒化物系半導体デバイスを実現することである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to solve the above problems, and the nitride-based semiconductor capable of taking advantage of the feature that the temperature dependence of the operating characteristics is small and the high-temperature operation of the nitride-based semiconductor device is possible. It is to realize the device.

請求項１に係る発明は、一組の窒化物系半導体層のヘテロ接合と少なくとも２つの電極からなり、前記一組の半導体層を構成する一の半導体層中に発生する２次元電子ガス層を走行するキャリアが前記２つの電極の間を流れる電流となる窒化物系半導体デバイスにおいて、前記電極のコンタクト抵抗の温度依存性が負であることを特徴とする窒化物系半導体デバイス。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a two-dimensional electron gas layer generated in one semiconductor layer comprising a heterojunction of a set of nitride-based semiconductor layers and at least two electrodes, and constituting the set of semiconductor layers. A nitride-based semiconductor device in which a traveling carrier becomes a current flowing between the two electrodes, and the temperature dependence of the contact resistance of the electrode is negative.

請求項２に係る発明は、請求項１記載の窒化物系半導体デバイスにおいて、前記窒化物系半導体デバイスが高電子移動度トランジスタ又はショットキーバリアダイオードであることを特徴とする。 The invention according to claim 2 is the nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor device is a high electron mobility transistor or a Schottky barrier diode.

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の窒化物系半導体デバイスにおいて、前記窒化物系半導体層の半導体材料は、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ(０≦ｘ≦１)、ＡｌＩｎＧａＮであり、前記電極が前記窒化物系半導体デバイスの窒化物系半導体層に接触する金属の材料はＴｉ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔａであることを特徴とする。 The invention according to claim 3 is the nitride semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the semiconductor material of the nitride semiconductor layer is Al _x Ga _1-x N (0 ≦ x ≦ 1), It is AlInGaN, and the metal material whose electrode contacts the nitride semiconductor layer of the nitride semiconductor device is Ti, Nb, Al, Ta.

本発明に係る窒化物系半導体デバイスによれば、電極のコンタクト抵抗の温度依存性が負であるため、２次元電子ガス層中におけるキャリアの移動度の負の温度依存性（２次元電子ガス層のシート抵抗の正の温度依存性）を補償することができる。そのため、本発明に係る窒化物系半導体デバイスは、室温と高温におけるデバイス特性の差が小さい。 According to the nitride-based semiconductor device according to the present invention, since the temperature dependency of the contact resistance of the electrode is negative, the negative temperature dependency of the carrier mobility in the two-dimensional electron gas layer (two-dimensional electron gas layer) The positive temperature dependence of the sheet resistance) can be compensated. Therefore, the nitride semiconductor device according to the present invention has a small difference in device characteristics between room temperature and high temperature.

本発明に係る概略化されたＧａＮ系電界効果デバイスの断面図を図１に示した。
すなわち、図１に示すように、本発明に係る窒化物系半導体デバイスは、一組の窒化物系半導体層のヘテロ接合５と２つの電極Ｅを少なくとも有している。ここで、一組の窒化物系半導体層はヘテロ接合５となっているので、一組の窒化物系半導体層のうちバンドギャップエネルギーの小さい方の窒化物系半導体層には２次元電子ガス層６が発生する。また、２つの電極Ｅをそれぞれ２次元電子ガス層６の両端に電気的に接続する。このようにすることで、２次元電子ガス層を走行するキャリアが２つの電極の間を流れる電流となる。なお、電極Ｅの材料はコンタクト抵抗の温度依存性が負となるようなものを選択する。 A schematic cross-sectional view of a GaN-based field effect device according to the present invention is shown in FIG.
That is, as shown in FIG. 1, the nitride semiconductor device according to the present invention has at least a heterojunction 5 of a pair of nitride semiconductor layers and two electrodes E. Here, since the pair of nitride-based semiconductor layers is the heterojunction 5, the two-dimensional electron gas layer is included in the nitride-based semiconductor layer having the smaller band gap energy among the pair of nitride-based semiconductor layers. 6 occurs. Further, the two electrodes E are electrically connected to both ends of the two-dimensional electron gas layer 6 respectively. In this way, a carrier traveling in the two-dimensional electron gas layer becomes a current flowing between the two electrodes. The material for the electrode E is selected so that the temperature dependence of the contact resistance is negative.

本発明に係る窒化物系半導体デバイスとして、高電子移動度トランジスタ又はショットキーバリアダイオードを例として挙げることができる。窒化物系半導体デバイスとして、高電子移動度トランジスタとする場合は、一組の窒化物系半導体層のうちバンドギャップエネルギーの小さい方の窒化物系半導体層中の２次元電子ガス層６をトランジスタのチャネル層とする。そして、チャネル層の両端にそれぞれ電気的に接続するソース電極、ドレイン電極を形成する。ここで、ソース電極、ドレイン電極の材料はコンタクト抵抗の温度依存性が負となるようなものを選択する。 Examples of the nitride semiconductor device according to the present invention include a high electron mobility transistor or a Schottky barrier diode. When a high electron mobility transistor is used as the nitride-based semiconductor device, the two-dimensional electron gas layer 6 in the nitride-based semiconductor layer having the smaller band gap energy in the pair of nitride-based semiconductor layers is used as the transistor. The channel layer. Then, a source electrode and a drain electrode that are electrically connected to both ends of the channel layer are formed. Here, the material of the source electrode and the drain electrode is selected so that the temperature dependence of the contact resistance is negative.

窒化物系半導体デバイスとして、ショットキーバリアダイオードとする場合は、一組の窒化物系半導体層のうちバンドギャップエネルギーの小さい方に発生する窒化物系半導体層中の２次元電子ガス層６をダイオードのアノード電極Ａ−カソード電極Ｃ間の電流経路とする。ここで、カソード電極Ｃの材料はコンタクト抵抗の温度依存性が負となるようなものを選択する。 When a Schottky barrier diode is used as the nitride-based semiconductor device, the two-dimensional electron gas layer 6 in the nitride-based semiconductor layer generated in the one having a smaller band gap energy among the pair of nitride-based semiconductor layers is a diode. Current path between the anode electrode A and the cathode electrode C. Here, the material of the cathode electrode C is selected such that the temperature dependence of the contact resistance is negative.

上記窒化物系半導体デバイスの窒化物系半導体層の半導体材料としては、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ(０≦ｘ≦１)、ＡｌＩｎＧａＮを採用することができる。また、窒化物系半導体デバイスの窒化物系半導体層に接触する電極の材料はＴｉ、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔａを採用することができる。このような窒化物系半導体材料及び電極の材料の組み合わせにより、電極のコンタクト抵抗の温度依存性を負とすることができる。 As the semiconductor material of the nitride semiconductor layer of the nitride semiconductor device, Al _x Ga _1-x N (0 ≦ x ≦ 1) and AlInGaN can be employed. Further, Ti, Nb, Al, and Ta can be adopted as the material of the electrode that contacts the nitride semiconductor layer of the nitride semiconductor device. By such a combination of the nitride semiconductor material and the electrode material, the temperature dependency of the contact resistance of the electrode can be made negative.

（実施例１）
図２は、実施例１に係る窒化物系半導体デバイスの断面図であり、高電子移動度トランジスタを示すものである。
すなわち、サファイア基板１の上に、ＧａＮから成るバッファ層２、アンドープＧａＮからなる電子走行層３（チャネル層）、および前記電子走行層３に比べて薄いアンドープＡｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎからなる電子供給層４を順次積層して成る層構造（ヘテロ接合５）が形成されている。そして、電子供給層４の上には、ソース電極Ｓ、ゲート電極Ｇ、ドレイン電極Ｄが平面配置されている。なお、電子走行層３と電子供給層４の間には薄いＡｌＮからなる中間層７が挿入されている。 Example 1
FIG. 2 is a cross-sectional view of the nitride semiconductor device according to the first embodiment and shows a high electron mobility transistor.
That is, on the sapphire substrate 1, a buffer layer 2 made of GaN, an electron transit layer 3 (channel layer) made of undoped GaN, and an electron supply layer made of undoped Al _0.25 Ga _0.75 N thinner than the electron transit layer 3 A layer structure (heterojunction 5) is formed by sequentially stacking 4 layers. On the electron supply layer 4, a source electrode S, a gate electrode G, and a drain electrode D are arranged in a plane. An intermediate layer 7 made of thin AlN is inserted between the electron transit layer 3 and the electron supply layer 4.

また、電子走行層３と電子供給層４両層のヘテロ接合界面においては、結晶歪みに基づくピエゾ圧電効果でピエゾ電界が発生し、両者の接合界面の直下に２次元電子ガス層６が形成され、２次元電子ガス層６中でキャリアが走行する。ここで、ソース電極Ｓとドレイン電極Ｄは、電子供給層４を介して、電子走行層３中の２次元電子ガス層６と電気的に接続している。そのため、２次元電子ガス層６中を走行したキャリアは、ソース電極Ｓ−ドレイン電極Ｄ間を流れる電流になる。 In addition, at the heterojunction interface between the electron transit layer 3 and the electron supply layer 4, a piezo electric field is generated by a piezoelectric effect based on crystal distortion, and a two-dimensional electron gas layer 6 is formed immediately below the junction interface between the two. Carriers travel in the two-dimensional electron gas layer 6. Here, the source electrode S and the drain electrode D are electrically connected to the two-dimensional electron gas layer 6 in the electron transit layer 3 through the electron supply layer 4. Therefore, the carriers that have traveled in the two-dimensional electron gas layer 6 become a current that flows between the source electrode S and the drain electrode D.

図２で示した本実施例に係る高電子移動度トランジスタを以下のような工程を経て製造した。成長装置はＭＯＣＶＤ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用い、成長するための基板１はサファイア基板を用いた。 The high electron mobility transistor according to this example shown in FIG. 2 was manufactured through the following steps. The growth apparatus was a MOCVD (Metal Organic Chemical Deposition) apparatus, and the substrate 1 for growth was a sapphire substrate.

１）まず、サファイア基板１をＭＯＣＶＤ装置内に導入し、ターボポンプでＭＯＣＶＤ装置内の真空度を１×１０^-6ｈＰａ以下になるまで真空引きした後、真空度を１００ｈＰａとし基板を１１００℃に昇温した。温度が安定したところで、基板１を９００ｒｐｍで回転させ、原料となるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を１００ｃｍ³／ｍｉｎ、アンモニアを１２リットル／ｍｉｎの流量で基板１の表面に導入しＧａＮからなるバッファ層２の成長を行った。ここで、バッファ層２の膜厚は５０ｎｍ程度であった。 1) First, the sapphire substrate 1 is introduced into the MOCVD apparatus and evacuated by a turbo pump until the degree of vacuum in the MOCVD apparatus becomes 1 × 10 ⁻⁶ hPa or less, and then the degree of vacuum is set to 100 hPa and the substrate is set to 1100 ° C. The temperature rose. When the temperature is stabilized, the substrate 1 is rotated at 900 rpm, trimethylgallium (TMG) as a raw material is introduced into the surface of the substrate 1 at a flow rate of 100 cm ³ / min, and ammonia is supplied at a flow rate of 12 liter / min, and a buffer layer 2 made of GaN. Made growth. Here, the film thickness of the buffer layer 2 was about 50 nm.

２）その後、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を１００ｃｍ³／ｍｉｎ、アンモニアを１２リットル／ｍｉｎの流量でバッファ層２の上に導入してＧａＮからなる電子走行層３の成長を行った。なお、電子走行層３の膜厚は２０００ｎｍであった。 2) Thereafter, trimethylgallium (TMG) was introduced onto the buffer layer 2 at a flow rate of 100 cm ³ / min and ammonia at a flow rate of 12 liters / min to grow the electron transit layer 3 made of GaN. The film thickness of the electron transit layer 3 was 2000 nm.

３）電子走行層３を成膜後、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を５０ｃｍ³／ｍｉｎ、アンモニアを１２リットル／ｍｉｎの流量で導入し厚さ０．５ｎｍのＡｌＮからなる中間層７の成長を行なった。最後に、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を５０ｃｍ³／ｍｉｎ、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を１００ｃｍ³／ｍｉｎ、アンモニアを１２リットル／ｍｉｎの流量で導入し、Ａｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎからなる電子供給層４の成長を行って層構造を構成した。ここで、電子供給層４の膜厚は２５ｎｍであった。 3) After the electron transit layer 3 was formed, the intermediate layer 7 made of AlN having a thickness of 0.5 nm was grown by introducing trimethylaluminum (TMA) at a flow rate of 50 cm ³ / min and ammonia at a flow rate of 12 liters / min. . Finally, the electron supply layer 4 made of Al _0.25 Ga _0.75 N is grown by introducing trimethylaluminum (TMA) at a flow rate of 50 cm ³ / min, trimethylgallium (TMG) at 100 cm ³ / min, and ammonia at 12 liters / min. To make a layered structure. Here, the film thickness of the electron supply layer 4 was 25 nm.

４）そしてＥＢ蒸着法により、ソース電極Ｓとドレイン電極Ｄ（Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ，厚さは１５ｎｍ／５０ｎｍ／１００ｎｍ／７５ｎｍ）を形成し、窒素雰囲気中において、７５０℃の温度で電極のアニールを行なった。そして、ソース電極Ｓとドレイン電極Ｄの間にゲート電極Ｇ（Ｐｔ／Ａｕ，厚さは２０ｎｍ／２００ｎｍ）を形成することにより、図２で示した高電子移動度トランジスタが得られた。 4) Then, the source electrode S and the drain electrode D (Ti / Al / Ni / Au, the thickness is 15 nm / 50 nm / 100 nm / 75 nm) are formed by the EB vapor deposition method, and the electrode is formed at a temperature of 750 ° C. in a nitrogen atmosphere. Annealing was performed. Then, by forming the gate electrode G (Pt / Au, thickness is 20 nm / 200 nm) between the source electrode S and the drain electrode D, the high electron mobility transistor shown in FIG. 2 was obtained.

以上の工程を経て得られた高電子移動度トランジスタのソース電極Ｓとドレイン電極Ｄを構成する金属のうち、電子供給層４に接触する金属はＴｉとなっている。この場合は、ソース電極Ｓとドレイン電極Ｄのコンタクト抵抗（接触抵抗）の温度依存性は図３に示したようになり、負の温度依存性を示した。一方、上記高電子移動度トランジスタの２次元電子ガス層６のシート抵抗（半導体抵抗）の温度依存性は図３に示したようになり、正の温度依存性を示す。 Of the metals constituting the source electrode S and the drain electrode D of the high electron mobility transistor obtained through the above steps, the metal in contact with the electron supply layer 4 is Ti. In this case, the temperature dependency of the contact resistance (contact resistance) between the source electrode S and the drain electrode D is as shown in FIG. 3 and shows a negative temperature dependency. On the other hand, the temperature dependence of the sheet resistance (semiconductor resistance) of the two-dimensional electron gas layer 6 of the high electron mobility transistor is as shown in FIG. 3, and shows a positive temperature dependence.

ここで、正の温度依存性を示す２次元電子ガス層６の抵抗は、負の温度依存性を有するソース電極Ｓ及びドレイン電極Ｄのコンタクト抵抗により相殺される。したがって、ソース電極Ｓ−ドレイン電極Ｄ間の抵抗（ＦＥＴｏｎ抵抗）は、図３に示したように、温度依存性が小さくなった。 Here, the resistance of the two-dimensional electron gas layer 6 exhibiting positive temperature dependence is offset by the contact resistance of the source electrode S and drain electrode D having negative temperature dependence. Therefore, the resistance between the source electrode S and the drain electrode D (FETon resistance) has a low temperature dependency as shown in FIG.

（実施例２）
図４は、実施例２に係る窒化物系半導体デバイスの断面図であり、ショットキーバリアダイオードを示すものである。
すなわち、サファイア基板１の上に、ＧａＮから成るバッファ層２、アンドープＧａＮ層３´、およびアンドープＧａＮ層３´に比べて薄いアンドープＡｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ層４´を順次積層して成る層構造（ヘテロ接合５）が形成されている。そして、アンドープＡｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ層４´の上には、カソード電極Ｃ及びアノード電極Ａが平面配置されている。 (Example 2)
FIG. 4 is a cross-sectional view of the nitride semiconductor device according to the second embodiment and shows a Schottky barrier diode.
That is, a layer structure in which a buffer layer 2 made of GaN, an undoped GaN layer 3 ′, and an undoped Al _0.25 Ga _0.75 N layer 4 ′ that are thinner than the undoped GaN layer 3 ′ are sequentially stacked on the sapphire substrate 1 ( A heterojunction 5) is formed. On the undoped Al _0.25 Ga _0.75 N layer 4 ′, the cathode electrode C and the anode electrode A are arranged in a plane.

アンドープＧａＮ層３´とアンドープＡｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ層４´両層のヘテロ接合５界面においては、結晶歪みに基づくピエゾ圧電効果でピエゾ電界が発生し、両者の接合界面の直下に２次元電子ガス層６が形成され、２次元電子ガス層６中でキャリアが走行する。ここで、図４に示したように、カソード電極Ｃ及びアノード電極Ａは、アンドープＡｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ層４´上に配置されているので、２次元電子ガス層６はカソード電極Ｃ及びアノード電極Ａと電気的に接続する。そのため、２次元電子ガス層６中を走行したキャリアは、カソード電極Ｃ−アノード電極Ａ間を流れる電流になる。 At the heterojunction 5 interface between the undoped GaN layer 3 ′ and the undoped Al _0.25 Ga _0.75 N layer 4 ′, a piezo electric field is generated by the piezoelectric effect based on crystal distortion, and a two-dimensional electron gas is directly below the junction interface between the two. A layer 6 is formed, and carriers travel in the two-dimensional electron gas layer 6. Here, as shown in FIG. 4, since the cathode electrode C and the anode electrode A are disposed on the undoped Al _0.25 Ga _0.75 N layer 4 ′, the two-dimensional electron gas layer 6 is composed of the cathode electrode C and the anode electrode. Electrically connected to A. Therefore, the carriers that have traveled in the two-dimensional electron gas layer 6 become a current that flows between the cathode electrode C and the anode electrode A.

図４で示した本実施例に係るショットキーバリアダイオードを以下のような工程を経て製造した。成長装置はＭＯＣＶＤ（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用い、成長するための基板１はサファイア基板を用いた。 The Schottky barrier diode according to this example shown in FIG. 4 was manufactured through the following steps. The growth apparatus was a MOCVD (Metal Organic Chemical Deposition) apparatus, and the substrate 1 for growth was a sapphire substrate.

１）まず、サファイア基板１をＭＯＣＶＤ装置内に導入し、ターボポンプでＭＯＣＶＤ装置内の真空度を１×１０^-6ｈＰａ以下になるまで真空引きした後、真空度を１００ｈＰａとし基板を１１００℃に昇温した。温度が安定したところで、基板１を９００ｒｐｍで回転させ、原料となるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）を１００ｃｍ³／ｍｉｎ、アンモニアを１２リットル／ｍｉｎの流量で基板１の表面に導入しＧａＮからなるバッファ層２の成長を行った。ここでバッファ層２の膜厚は５０ｎｍ程度であった。 1) First, the sapphire substrate 1 is introduced into the MOCVD apparatus and evacuated by a turbo pump until the degree of vacuum in the MOCVD apparatus becomes 1 × 10 ⁻⁶ hPa or less, and then the degree of vacuum is set to 100 hPa and the substrate is set to 1100 ° C. The temperature rose. When the temperature is stabilized, the substrate 1 is rotated at 900 rpm, trimethylgallium (TMG) as a raw material is introduced into the surface of the substrate 1 at a flow rate of 100 cm ³ / min, and ammonia is supplied at a flow rate of 12 liter / min, and a buffer layer 2 made of GaN. Made growth. Here, the thickness of the buffer layer 2 was about 50 nm.

２）その後、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を１００ｃｍ³／ｍｉｎ、アンモニアを１２リットル／ｍｉｎの流量でバッファ層２の上に導入してアンドープＧａＮ層３´の成長を行った。なお、アンドープＧａＮ層３´の膜厚は２０００ｎｍであった。 2) Thereafter, trimethylgallium (TMG) was introduced onto the buffer layer 2 at a flow rate of 100 cm ³ / min and ammonia at a rate of 12 liters / min to grow an undoped GaN layer 3 ′. The film thickness of the undoped GaN layer 3 ′ was 2000 nm.

３）アンドープＧａＮ層３´を成膜後、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を５０ｃｍ³／ｍｉｎ、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を１００ｃｍ³／ｍｉｎ、アンモニアを１２リットル／ｍｉｎの流量で導入し、Ａｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ層４´の成長を行って層構造を構成した。ここで、Ａｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ層４´の膜厚は２５ｎｍであった。 3) After forming the undoped GaN layer 3 ′, trimethylaluminum (TMA) is introduced at a flow rate of 50 cm ³ / min, trimethylgallium (TMG) is 100 cm ³ / min, and ammonia is introduced at a flow rate of 12 liters / min, Al _0.25 Ga _0.75 The N layer 4 ′ was grown to form a layer structure. Here, the film thickness of the Al _0.25 Ga _0.75 N layer 4 ′ was 25 nm.

４）そしてスパッタ法により、カソード電極Ｃ（Ｔｉ／Ａｌ，厚さは１５ｎｍ／３００ｎｍ）を形成し、窒素雰囲気中において、６５０℃の温度で電極のアニールを行なった。その後、アノード電極Ａ（Ｎｉ／Ａｕ，厚さは２０ｎｍ／２００ｎｍ）を形成し、図４で示したショットキーバリアダイオードが得られた。 4) A cathode electrode C (Ti / Al, thickness: 15 nm / 300 nm) was formed by sputtering, and the electrode was annealed at a temperature of 650 ° C. in a nitrogen atmosphere. Thereafter, an anode electrode A (Ni / Au, thickness is 20 nm / 200 nm) was formed, and the Schottky barrier diode shown in FIG. 4 was obtained.

以上の工程を経て得られたショットキーバリアダイオードのカソード電極Ｃを構成する金属のうち、半導体層に接触する金属はＴｉとなっている。この場合、カソード電極Ｃのコンタクト抵抗（接触抵抗）の温度依存性は図５に示したようになり、負の温度依存性を示した。一方、上記ショットキーバリアダイオードの２次元電子ガス層６のシート抵抗（半導体抵抗）の温度依存性は図５に示したようになり、正の温度依存性を示す。 Of the metals constituting the cathode electrode C of the Schottky barrier diode obtained through the above steps, the metal in contact with the semiconductor layer is Ti. In this case, the temperature dependency of the contact resistance (contact resistance) of the cathode electrode C is as shown in FIG. 5 and shows a negative temperature dependency. On the other hand, the temperature dependence of the sheet resistance (semiconductor resistance) of the two-dimensional electron gas layer 6 of the Schottky barrier diode is as shown in FIG. 5 and shows a positive temperature dependence.

ここで、正の温度依存性を示す２次元電子ガス層６の抵抗は、負の温度依存性のあるカソード電極Ｃのコンタクト抵抗により相殺される。したがって、アノード電極Ａ−カソード電極Ｃ間の抵抗（ＳＢＤ微分抵抗）は、図５に示したように、温度依存性が小さくなった。 Here, the resistance of the two-dimensional electron gas layer 6 exhibiting positive temperature dependence is offset by the contact resistance of the cathode electrode C having negative temperature dependence. Therefore, the resistance (SBD differential resistance) between the anode electrode A and the cathode electrode C is less temperature dependent as shown in FIG.

本発明に係る窒化物系半導体デバイスの形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the form of the nitride type semiconductor device which concerns on this invention. 本発明の実施例１に係る高電子移動度トランジスタの断面図である。It is sectional drawing of the high electron mobility transistor which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例１に係る高電子移動度トランジスタの特性の温度依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature dependence of the characteristic of the high electron mobility transistor which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例２に係るショットキーバリアダイオードの断面図である。It is sectional drawing of the Schottky barrier diode which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例１に係るショットキーバリアダイオードの特性の温度依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature dependence of the characteristic of the Schottky barrier diode which concerns on Example 1 of this invention. 従来技術に係る高電子移動度トランジスタの断面図である。It is sectional drawing of the high electron mobility transistor which concerns on a prior art. 従来技術に係るダイオードの断面図である。It is sectional drawing of the diode which concerns on a prior art.

Explanation of symbols

１基板
２バッファ層
３電子走行層
３´ ＧａＮ層
４電子供給層
４´ Ａｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ層
５ヘテロ接合
６２次元電子ガス層
７中間層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Buffer layer 3 Electron travel layer 3 ′ GaN layer 4 Electron supply layer 4 ′ Al _0.25 Ga _0.75 N layer 5 Heterojunction 6 Two-dimensional electron gas layer 7 Intermediate layer

Claims

A carrier that travels through a two-dimensional electron gas layer generated in one semiconductor layer that comprises at least two electrodes of a heterojunction of at least one pair of nitride-based semiconductor layers and at least two electrodes. A nitride-based semiconductor device that is a current flowing between electrodes, wherein the contact resistance of the electrode has a negative temperature dependency.

2. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor device is a high electron mobility transistor or a Schottky barrier diode.

3. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein a semiconductor material of the nitride semiconductor layer is Al _x Ga _1-x N (0 ≦ x ≦ 1) and AlInGaN. A nitride-based semiconductor device, wherein the metal material that contacts the nitride-based semiconductor layer of the nitride-based semiconductor device is Ti, Nb, Al, or Ta.