[go: up one dir, main page]

JP2008205029A - Nitride semiconductor device - Google Patents

Nitride semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2008205029A
JP2008205029A JP2007036716A JP2007036716A JP2008205029A JP 2008205029 A JP2008205029 A JP 2008205029A JP 2007036716 A JP2007036716 A JP 2007036716A JP 2007036716 A JP2007036716 A JP 2007036716A JP 2008205029 A JP2008205029 A JP 2008205029A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
nitride semiconductor
algan
hydrogen
algan layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007036716A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toru Kita
徹 喜多
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2007036716A priority Critical patent/JP2008205029A/en
Publication of JP2008205029A publication Critical patent/JP2008205029A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

【課題】ゲートリーク電流および電流コラプスの少ない窒化物半導体装置を提供する。
【解決手段】基板11の主面に形成されたGaN層13と、GaN層13上に形成され、GaN層13に電子を供給する第1AlGaN層14と、第1AlGaN層14上に形成され、水素を0.5乃至30atoms%含有する窒化物半導体層15と、窒化物半導体層15上に形成されたゲート電極16と、窒化物半導体層15上に、ゲート電極16をゲート長方向に挟むように形成されたソース電極17およびドレイン電極18と、を具備する。窒化物半導体層15の表面近傍のダングリングボンドを水素で終端し、表面欠陥に起因する電極間リークを抑制する。
【選択図】図1
A nitride semiconductor device with less gate leakage current and current collapse is provided.
A GaN layer formed on a main surface of a substrate, a first AlGaN layer formed on the GaN layer and supplying electrons to the GaN layer, a first AlGaN layer formed on the first AlGaN layer, and hydrogen Semiconductor layer 15 containing 0.5 to 30 atoms%, gate electrode 16 formed on nitride semiconductor layer 15, and gate electrode 16 sandwiched between nitride semiconductor layer 15 in the gate length direction. The formed source electrode 17 and drain electrode 18 are provided. The dangling bonds in the vicinity of the surface of the nitride semiconductor layer 15 are terminated with hydrogen to suppress leakage between electrodes due to surface defects.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、窒化物半導体装置に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor device.

衛星放送機器や、移動体通信機器などに用いられる高周波トランジスタとして、窒化物半導体を用いた高出力トランジスタが知られている。
然しながら、窒化物半導体を用いたトランジスタには、窒化物半導体層の表面欠陥および結晶粒界に起因するゲートリーク電流や電流コラプス(高周波の大出力動作により電流出力が低下する現象)などにより素子特性が不安定化になり、信頼性が低いという問題がある(例えば特許文献1または特許文献2参照。)。
A high-power transistor using a nitride semiconductor is known as a high-frequency transistor used in satellite broadcasting equipment, mobile communication equipment, and the like.
However, transistor characteristics using nitride semiconductors have device characteristics due to gate leakage current and current collapse (a phenomenon in which current output decreases due to high-frequency high-power operation) due to surface defects and grain boundaries in the nitride semiconductor layer. Becomes unstable and has low reliability (for example, refer to Patent Document 1 or Patent Document 2).

特許文献1に開示された窒化物半導体装置は、GaNチャネル層と、AlGaN電子供給層と、電子供給層よりAl組成比の大きいAlGaNキャップ層とを具備し、キャップ層上にゲート電極が形成され、キャップ層の一部を除去して電子供給層上にソース・ドレイン電極が形成されている。   The nitride semiconductor device disclosed in Patent Document 1 includes a GaN channel layer, an AlGaN electron supply layer, and an AlGaN cap layer having an Al composition ratio larger than that of the electron supply layer, and a gate electrode is formed on the cap layer. A part of the cap layer is removed, and source / drain electrodes are formed on the electron supply layer.

Al組成比の大きいAlGaNは、バンドギャップエネルギーが大きく、窒素の平衡蒸気圧が高いことから、ゲート電極と界面のバリアハイトを高くし、窒素空孔を生じにくくすることにより、ゲートリーク電流を抑制している。   AlGaN, which has a large Al composition ratio, has a large band gap energy and a high equilibrium vapor pressure of nitrogen. Therefore, by increasing the barrier height between the gate electrode and the interface and making it difficult to generate nitrogen vacancies, the gate leakage current is suppressed. ing.

特許文献2に開示された窒化物半導体装置は、GaNチャネル層と、AlGaN電子供給層と、GaN薄膜層とを具備し、GaN薄膜層上にゲート電極、ソース・ドレイン電極が形成されている。
更に、GaNキャップ層上に水素含有量が15%以下のSiN保護膜を設けてn型GaNの薄膜層の表面をパッシベーションしている。
The nitride semiconductor device disclosed in Patent Document 2 includes a GaN channel layer, an AlGaN electron supply layer, and a GaN thin film layer, and a gate electrode and source / drain electrodes are formed on the GaN thin film layer.
Furthermore, a SiN protective film having a hydrogen content of 15% or less is provided on the GaN cap layer to passivate the surface of the n-type GaN thin film layer.

これによりSiN保護膜中に水素が存在することで生じる窒化物半導体表面の状態変化と表面欠陥準位の荷電状態の変化を抑制し、ゲートリーク電流と電流コラプスとを抑制している。   As a result, the change in the state of the nitride semiconductor surface and the change in the charge state of the surface defect level caused by the presence of hydrogen in the SiN protective film are suppressed, and the gate leakage current and current collapse are suppressed.

然しながら、特許文献1または特許文献2に開示された窒化物半導体装置は、安定して電流コプラスおよびゲートリーク電流を抑制するのが難しいという問題がある。
特開2004−260114号公報 特開2005−286135号公報
However, the nitride semiconductor device disclosed in Patent Document 1 or Patent Document 2 has a problem that it is difficult to stably suppress the current coplus and the gate leakage current.
JP 2004-260114 A JP-A-2005-286135

本発明は、ゲートリーク電流および電流コラプスの少ない窒化物半導体装置を提供する。   The present invention provides a nitride semiconductor device with low gate leakage current and current collapse.

本発明の一態様の窒化物半導体装置は、GaN層と、前記GaN層上に形成され、前記GaN層に電子を供給する第1AlGaN層と、前記第1AlGaN層上に形成され、水素を0.5乃至30atoms%含有する窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層上に形成されたゲート電極と、前記窒化物半導体層上に、前記ゲート電極をゲート長方向に挟むように形成されたソース電極およびドレイン電極と、を具備することを特徴としている。   The nitride semiconductor device of one embodiment of the present invention includes a GaN layer, a first AlGaN layer that is formed on the GaN layer, supplies electrons to the GaN layer, and is formed on the first AlGaN layer. A nitride semiconductor layer containing 5 to 30 atoms%, a gate electrode formed on the nitride semiconductor layer, and a source electrode formed on the nitride semiconductor layer so as to sandwich the gate electrode in the gate length direction And a drain electrode.

本発明によれば、ゲートリーク電流および電流コラプスの少ない窒化物半導体装置が得られる。   According to the present invention, a nitride semiconductor device with little gate leakage current and current collapse can be obtained.

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

本発明の実施例1に係る窒化物半導体装置について、図1を用いて説明する。図1は窒化物半導体装置の構造を示す断面図である。   A nitride semiconductor device according to Example 1 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a nitride semiconductor device.

図1に示すように、本実施例の窒化物半導体装置10は、基板11、例えばサファイア基板上にバッファ層12、例えば膜厚300nmのアンドープAlN層を介して形成された、例えば膜厚3μmのアンドープGaN層13と、GaN層13上に形成され、例えばAl組成xが0.2、膜厚が30nmのアンドープ第1AlGa(1−x)N層(以後、第1AlGaN層という)14と、第1AlGaN層14上に形成された窒化物半導体層、例えばAl組成yが0.25、膜厚が2.5nm、水素の含有率が3atoms%程度のアンドープ第2AlGa(1−y)N層(以後、第2AlGaN層という)15と、を具備している。 As shown in FIG. 1, the nitride semiconductor device 10 of the present embodiment is formed on a substrate 11, for example, a sapphire substrate, through a buffer layer 12, for example, an undoped AlN layer having a thickness of 300 nm. An undoped GaN layer 13 and an undoped first Al x Ga (1-x) N layer (hereinafter referred to as a first AlGaN layer) 14 formed on the GaN layer 13 and having an Al composition x of 0.2 and a film thickness of 30 nm, for example. A nitride semiconductor layer formed on the first AlGaN layer 14, for example, an undoped second Al y Ga (1-y) having an Al composition y of 0.25, a film thickness of 2.5 nm, and a hydrogen content of about 3 atoms%. N layer (hereinafter referred to as a second AlGaN layer) 15.

更に、第2AlGaN層15上に形成されたゲート電極16と、第2AlGaN層15上にゲート電極16をゲート長方向に挟むように形成されたソース電極17およびドレイン電極18とを具備している。   Furthermore, a gate electrode 16 formed on the second AlGaN layer 15 and a source electrode 17 and a drain electrode 18 formed on the second AlGaN layer 15 so as to sandwich the gate electrode 16 in the gate length direction are provided.

窒化物半導体装置10は、周知の変調ドープ電界効果トランジスタである。変調ドープ電界効果トランジスタでは、電子供給層である第1AlGaN層14からバンドギャップが小さく、電子親和力の大きいGaN層13に電子が供給され、2次元電子ガス層19が生じる。   The nitride semiconductor device 10 is a well-known modulation-doped field effect transistor. In the modulation-doped field effect transistor, electrons are supplied from the first AlGaN layer 14 which is an electron supply layer to the GaN layer 13 having a small band gap and a high electron affinity, and a two-dimensional electron gas layer 19 is generated.

ゲート電極16は、電子供給層である第1AlGaN層14とショットキー接触を得るように形成されている。
ソース電極17およびドレイン電極18は、2次元電子ガス層19との間でオーミック接触を得るように形成されている。
The gate electrode 16 is formed so as to obtain a Schottky contact with the first AlGaN layer 14 which is an electron supply layer.
The source electrode 17 and the drain electrode 18 are formed so as to obtain ohmic contact with the two-dimensional electron gas layer 19.

このとき、電子供給層である第1AlGaN層14には、二つの空乏層が形成される。ひとつはショットキー接合の空乏層であり、もうひとつは二次元電子ガスの形成に伴うヘテロ界面側から伸びる空乏層である。   At this time, two depletion layers are formed in the first AlGaN layer 14 which is an electron supply layer. One is a depletion layer of a Schottky junction, and the other is a depletion layer extending from the heterointerface side accompanying the formation of a two-dimensional electron gas.

電子供給層である第1AlGaN層14の厚さは、上述した二つの空乏層が接する程度に設定される。ゲート電極16に電圧を加えることにより二つの空乏層の厚さを変化させ、電界効果により二次元電子ガスの濃度を制御している。   The thickness of the first AlGaN layer 14 serving as the electron supply layer is set to such an extent that the two depletion layers described above are in contact with each other. By applying a voltage to the gate electrode 16, the thickness of the two depletion layers is changed, and the concentration of the two-dimensional electron gas is controlled by the field effect.

ソース電極17を接地電位とし、ゲート電極16に負電位、ドレイン電極17に正電位を印加すると、ソース電極17から注入された電子は第2AlGaN層15と電子供給層である第1AlGaN層14の中をドリフトし、GaN層13の2次元電子ガス層19に注入される。   When the source electrode 17 is grounded, a negative potential is applied to the gate electrode 16 and a positive potential is applied to the drain electrode 17, electrons injected from the source electrode 17 are contained in the second AlGaN layer 15 and the first AlGaN layer 14 which is an electron supply layer. And is injected into the two-dimensional electron gas layer 19 of the GaN layer 13.

注入された電子はゲート電極16とドレイン電極18に印加されるバイアスによって形成されるポテンシャル勾配に沿って2次元電子ガス層19内を走行し、電子供給層である第1AlGaN層14と第2AlGaN層15の中をドリフトしてドレイン電極18へ流れ込む。   The injected electrons travel in the two-dimensional electron gas layer 19 along a potential gradient formed by a bias applied to the gate electrode 16 and the drain electrode 18, and the first AlGaN layer 14 and the second AlGaN layer which are electron supply layers. 15 drifts into the drain electrode 18.

かかるバイアス印加状態において、第2AlGaN層15の表面にダングリングボンドに起因する高密度の欠陥準位が存在すると、ゲート電極16中の電子が第2AlGaN層15の表面欠陥準位にトラップされ、第2AlGaN層15と電子供給層である第1AlGaN層14との界面に沿って電荷が輸送されることで生じるリーク電流や、この表面準位が見かけ上のソースとなってゲート電極16からチャネルへの電子注入がなされることで生じるリーク電流などが発生する。   In such a bias application state, when a high-density defect level due to dangling bonds exists on the surface of the second AlGaN layer 15, electrons in the gate electrode 16 are trapped in the surface defect level of the second AlGaN layer 15. The leakage current generated by the transport of electric charges along the interface between the 2AlGaN layer 15 and the first AlGaN layer 14 which is the electron supply layer, and the surface level serves as an apparent source from the gate electrode 16 to the channel. A leak current or the like generated by electron injection occurs.

電流コラプスについては、まだ原因が特定されていないものの、窒化物半導体表面の欠陥などに起因した電子捕獲準位が関係した現象と考えられている。   Although the cause of current collapse has not yet been specified, it is considered to be a phenomenon related to electron capture levels caused by defects on the surface of the nitride semiconductor.

第2AlGaN層15の表面のダングリングボンドを水素で終端することにより、表面欠陥が不活性化され、電子捕獲準位密度が低減する。
従って、第2AlGaN層15に多量の水素を含有させ、水素含有量の最適値を見出すことにより、ゲートリーク電流、電流コラプスを抑制することが可能である。
By terminating the dangling bonds on the surface of the second AlGaN layer 15 with hydrogen, the surface defects are inactivated and the electron trap level density is reduced.
Therefore, it is possible to suppress the gate leakage current and current collapse by containing a large amount of hydrogen in the second AlGaN layer 15 and finding the optimum value of the hydrogen content.

水素の含有量が少なすぎると、第2AlGaN層15の表面のダングリングボンドの終端効果が不足するので、十分な電極間のリーク電流低減効果が得られなくなる。
水素の含有量が多すぎると、第2AlGaN層15の結晶性が損なわれ、結晶欠陥の発生により、ゲートリーク電流などの増大を招く恐れがある。
If the hydrogen content is too small, the dangling bond termination effect on the surface of the second AlGaN layer 15 is insufficient, so that a sufficient leakage current reduction effect between the electrodes cannot be obtained.
If the hydrogen content is too large, the crystallinity of the second AlGaN layer 15 is impaired, and the generation of crystal defects may cause an increase in gate leakage current or the like.

これから、水素の含有量を種々検討した結果、水素の含有量は0.5乃至30atoms%が好ましく、1乃至10atoms%が更に好ましいことが判明した。   As a result of various studies on the hydrogen content, it has been found that the hydrogen content is preferably 0.5 to 30 atoms%, more preferably 1 to 10 atoms%.

次に、窒化物半導体装置10の製造方法について、図2を用いて説明する。
図2に示すように、周知のMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法により、サファイアよりなる基板11の(0001)C面上に窒化物系半導体層を成長させる。
Next, a method for manufacturing the nitride semiconductor device 10 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 2, a nitride semiconductor layer is grown on the (0001) C surface of a substrate 11 made of sapphire by a well-known MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method.

ここでは、III族の原料ガスとしてAl、Ga、Inの有機金属化合物であるトリメチルアルミニュウム(TMA)、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMI)を用い、V族の原料ガスとしてアンモニアガス(NH)を用いている。
キャリアガスとして、水素または水素と窒素の混合ガスを用いている。更に、n型のドーパントとしてシランガス(SiH)を用いている。
Here, trimethylaluminum (TMA), trimethylgallium (TMG), and trimethylindium (TMI), which are organometallic compounds of Al, Ga, and In, are used as the group III source gas, and ammonia gas (NH) as the group V source gas. 3 ) is used.
Hydrogen or a mixed gas of hydrogen and nitrogen is used as the carrier gas. Furthermore, silane gas (SiH 4 ) is used as an n-type dopant.

始めに、図2(a)に示すように、サファイア基板11をMOCVD装置の反応容器内にセットし、容器内を水素で十分置換した後、水素を流しながらサファイア基板11の温度を1050℃程度まで昇温し、サファイア基板11のサーマルクリーニングを行う。
次に、サファイア基板11の温度を600℃程度まで降温し、バッファ層12として、アンドープAlN層を300nm程度形成する。
First, as shown in FIG. 2A, after the sapphire substrate 11 is set in a reaction vessel of the MOCVD apparatus, and the inside of the vessel is sufficiently replaced with hydrogen, the temperature of the sapphire substrate 11 is about 1050 ° C. while flowing hydrogen. The sapphire substrate 11 is thermally cleaned.
Next, the temperature of the sapphire substrate 11 is lowered to about 600 ° C., and an undoped AlN layer is formed as the buffer layer 12 to about 300 nm.

次に、図2(b)に示すように、サファイア基板11の温度を900℃程度まで昇温し、アンドープGaN層13を3μm程度形成する。   Next, as shown in FIG. 2B, the temperature of the sapphire substrate 11 is raised to about 900 ° C. to form an undoped GaN layer 13 of about 3 μm.

次に、図2(c)に示すように、サファイア基板11の温度を1000℃程度まで昇温し、Al組成が0.2のアンドープ第1AlGaN層14を30nm程度形成する。   Next, as shown in FIG. 2C, the temperature of the sapphire substrate 11 is raised to about 1000 ° C. to form an undoped first AlGaN layer 14 having an Al composition of about 0.2 nm.

次に、図2(d)に示すように、TMA、TMG、NHなどのプロセスガスとキャリアガスとの流量比を維持して水素の流量を増加し、水素分圧を高めた条件で、Al組成が0.25のアンドープ第2AlGaN層15を2.5nm程度形成する。 Next, as shown in FIG. 2 (d), the flow rate of hydrogen is increased while maintaining the flow ratio of the process gas such as TMA, TMG, NH 3 and the carrier gas, and the hydrogen partial pressure is increased. An undoped second AlGaN layer 15 having an Al composition of 0.25 is formed to about 2.5 nm.

一般に、AlGaNが成長する温度範囲は800℃から1200℃であり、AlGaNが2次元的に成長しやすい900℃以上からAlGaNの熱分解が激しくなる1150℃以下の成長温度が好ましいとされている。   In general, the temperature range in which AlGaN grows is 800 ° C. to 1200 ° C., and a growth temperature of 900 ° C. or higher at which AlGaN is likely to grow two-dimensionally to 1150 ° C. or lower at which thermal decomposition of AlGaN becomes intense is preferred.

通常、MOCVD法により形成された窒化物半導体層中には、SIMS(Secondary Ion Mass Spectroscopy)分析により、1E18〜1E20cm−3程度(<0.1atoms%)の水素が含まれていることが知られている。 Usually, it is known that a nitride semiconductor layer formed by the MOCVD method contains about 1E18 to 1E20 cm −3 (<0.1 atoms%) of hydrogen by SIMS (Secondary Ion Mass Spectroscopy) analysis. ing.

本実施例の水素分圧を高めたMOCVD法では、窒化物半導体層中に水素が取り込まれ易くなる傾向が見られた。
水素が取り込まれる割合は、水素分圧以外に、成長温度によっても変化し、成長温度が低い方が取り込まれ易くなる傾向が見られた。
In the MOCVD method in which the hydrogen partial pressure was increased in this example, there was a tendency that hydrogen was easily taken into the nitride semiconductor layer.
In addition to the hydrogen partial pressure, the rate at which hydrogen was taken in varied depending on the growth temperature, and it was observed that the lower the growth temperature, the easier the uptake.

次に、プロセスガスの供給を停止し、サファイア基板11の温度を降下させる。サファイア基板11の温度が室温近傍になったときに、サファイア基板11をMOCVD装置から取り出す。   Next, the supply of process gas is stopped, and the temperature of the sapphire substrate 11 is lowered. When the temperature of the sapphire substrate 11 approaches room temperature, the sapphire substrate 11 is taken out from the MOCVD apparatus.

次に、第2AlGaN層15中の水素を、例えばRBS(Rutherford Back Scattering)法により分析したところ、第2AlGaN層15中に水素が%オーダで含まれていることが確認された。   Next, when hydrogen in the second AlGaN layer 15 was analyzed by, for example, RBS (Rutherford Back Scattering) method, it was confirmed that hydrogen was contained in the second AlGaN layer 15 in% order.

次に、第2AlGaN層15上に、例えばスパッタリング法によりNi/Au膜を蒸着し、フォトリソグラフィー法によりパターンニグして、ゲート長1μm程度のゲート電極16を形成する。
次に、例えばスパッタリング法によりTi/Al膜を蒸着し、フォトリソグラフィー法によりパターニングし、熱処理することにより、ゲート電極16を挟むようにソース電極17およびドレイン電極18を形成する。
Next, a Ni / Au film is deposited on the second AlGaN layer 15 by, for example, a sputtering method and patterned by a photolithography method to form a gate electrode 16 having a gate length of about 1 μm.
Next, a source electrode 17 and a drain electrode 18 are formed so as to sandwich the gate electrode 16 by depositing a Ti / Al film, for example, by sputtering, patterning by photolithography, and heat treatment.

これにより、図1に示す水素を3%程度含有する第2AlGaN層15を備えた窒化物半導体装置10が得られる。   Thereby, the nitride semiconductor device 10 provided with the second AlGaN layer 15 containing about 3% of hydrogen shown in FIG. 1 is obtained.

ソース電極17を接地電位とし、ゲート電極16に負電位、ドレイン電極17に正電位を印加し、ゲート電極16の電位を変えながら窒化物半導体装置10のゲートリーク電流を測定したところ、水素含有率が0.1atoms%以下の第2AlGaN層を有する窒化物半導体装置に比べて、ゲートリーク電流が1/2以下に抑えられていることが確かめられた。
また、ゲート電極16の電位を一定にし、ドレイン電極17の電位を変えながら、ドレイン電流を測定したところ、ドレイン電流の減少量が1/2以下に抑えられていることが確かめられた。
When the source electrode 17 was set to the ground potential, a negative potential was applied to the gate electrode 16, a positive potential was applied to the drain electrode 17, and the gate leakage current of the nitride semiconductor device 10 was measured while changing the potential of the gate electrode 16. It was confirmed that the gate leakage current was suppressed to ½ or less as compared with the nitride semiconductor device having the second AlGaN layer of 0.1 atoms% or less.
Further, when the drain current was measured while the potential of the gate electrode 16 was kept constant and the potential of the drain electrode 17 was changed, it was confirmed that the decrease amount of the drain current was suppressed to ½ or less.

以上説明したように、本実施例では、電子供給層となる第1AlGaN層14上に水素を3atoms%含有する第2AlGaN層15を形成している。   As described above, in this embodiment, the second AlGaN layer 15 containing 3 atoms% of hydrogen is formed on the first AlGaN layer 14 serving as the electron supply layer.

その結果、第2AlGaN層15の表面のダングリンクボンドが水素で終端され、表面欠陥を抑制することができる。
更に、第2AlGaN層15の内部に水素を多量に含むことにより、第1AlGaN層14と第2AlGaN層15の界面トラップ密度を抑制することができる。
As a result, dangling bonds on the surface of the second AlGaN layer 15 are terminated with hydrogen, and surface defects can be suppressed.
Furthermore, the interface trap density between the first AlGaN layer 14 and the second AlGaN layer 15 can be suppressed by containing a large amount of hydrogen inside the second AlGaN layer 15.

従って、表面あるいは界面欠陥起因のゲートリーク電流、電流コラプスなどの電極間リーク電流の少ない窒化物半導体装置が得られる。   Therefore, a nitride semiconductor device with little inter-electrode leakage current such as gate leakage current or current collapse due to surface or interface defects can be obtained.

こでは、基板11がサファイアである場合について説明したが、他の窒化物半導体膜を形成できる基板、例えばSiC、GaN、Siなどでも構わない。   Although the case where the substrate 11 is sapphire has been described here, a substrate on which another nitride semiconductor film can be formed, for example, SiC, GaN, Si, or the like may be used.

窒化物半導体層が、第2AlGaN層15である場合について説明したが、他の窒化物半導体層、例えばInGaN層、GaN層とすることもできる。   Although the case where the nitride semiconductor layer is the second AlGaN layer 15 has been described, other nitride semiconductor layers such as an InGaN layer and a GaN layer may be used.

第2AlGaN層15に水素を添加する方法は、MOCVD法によりキャリアガスの水素の分圧を高くして行なう場合ついて説明したが、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法により行うこともできる。
第2AlGaN層15を形成した後に、水素アニール法によって行うこともできる。また、両者を併用して行っても良い。
The method of adding hydrogen to the second AlGaN layer 15 has been described with respect to the case where the partial pressure of hydrogen of the carrier gas is increased by the MOCVD method, but it can also be performed by the HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method.
After the second AlGaN layer 15 is formed, it can also be performed by a hydrogen annealing method. Moreover, you may carry out using both together.

図3は、本発明の実施例2に係る窒化物半導体装置を示す断面図である。本実施例において、上記実施例1と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施例が実施例1と異なる点は、絶縁膜を介して窒化物半導体層上にゲート電極が形成されていることにある。   FIG. 3 is a sectional view showing a nitride semiconductor device according to Example 2 of the present invention. In the present embodiment, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof will be omitted, and different portions will be described. The present embodiment is different from the first embodiment in that a gate electrode is formed on the nitride semiconductor layer through an insulating film.

即ち、図3に示すように、本実施例の窒化物半導体装置30は、水素を3atoms%程度含有する第2AlGaN層15上に、例えばプラズマCVD法により形成された膜厚50nm程度のシリコン窒化膜(絶縁膜)31を介してゲート電極16が形成されたMIS(Metal Insulator Semiconductor)型の変調ドープ電界効果トランジスタである。   That is, as shown in FIG. 3, the nitride semiconductor device 30 of this example includes a silicon nitride film having a thickness of about 50 nm formed by, for example, plasma CVD on the second AlGaN layer 15 containing about 3 atoms% of hydrogen. This is a MIS (Metal Insulator Semiconductor) type modulation-doped field effect transistor in which a gate electrode 16 is formed via an (insulating film) 31.

シリコン窒化膜31により、第2AlGaN層15がパッシベーションされるので、酸化されやすいAlを有する第2AlGaN層15の表面が酸化されることがない。
その結果、Alが酸化されることに起因する電極リーク電流、電流コラプス現象などを抑制することが可能である。
Since the second AlGaN layer 15 is passivated by the silicon nitride film 31, the surface of the second AlGaN layer 15 having Al which is easily oxidized is not oxidized.
As a result, it is possible to suppress electrode leakage current, current collapse phenomenon, and the like caused by Al being oxidized.

以上説明したように、本実施例の窒化物半導体装置30は、シリコン窒化膜31を介して第2AlGaN層15上にゲート電極を形成している。
その結果、第2AlGaN層15の表面が酸化されることに起因するゲートリーク電流、電流コラプス現象などが抑制される利点がある。
As described above, in the nitride semiconductor device 30 of this embodiment, the gate electrode is formed on the second AlGaN layer 15 via the silicon nitride film 31.
As a result, there is an advantage that gate leakage current, current collapse phenomenon, and the like due to oxidation of the surface of the second AlGaN layer 15 are suppressed.

本発明の実施例1に係る窒化物半導体基板を示す断面図。Sectional drawing which shows the nitride semiconductor substrate which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係る窒化物半導体装置の製造工程を順に示す断面図。Sectional drawing which shows the manufacturing process of the nitride semiconductor device which concerns on Example 1 of this invention in order. 本発明の実施例2に係る窒化物半導体基板を示す断面図。Sectional drawing which shows the nitride semiconductor substrate which concerns on Example 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10、30 窒化物半導体装置
11 基板
12 バッファ層
13 GaN層
14 第1AlGaN層
15 第2AlGaN層(窒化物半導体層)
16 ゲート電極
17 ソース電極
18 ドレイン電極
19 2次元電子ガス層
31 シリコン窒化膜(絶縁膜)
10, 30 Nitride semiconductor device 11 Substrate 12 Buffer layer 13 GaN layer 14 First AlGaN layer 15 Second AlGaN layer (nitride semiconductor layer)
16 Gate electrode 17 Source electrode 18 Drain electrode 19 Two-dimensional electron gas layer 31 Silicon nitride film (insulating film)

Claims (3)

GaN層と、
前記GaN層上に形成され、前記GaN層に電子を供給する第1AlGaN層と、
前記第1AlGaN層上に形成され、水素を0.5乃至30atoms%含有する窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層上に形成されたゲート電極と、
前記窒化物半導体層上に、前記ゲート電極をゲート長方向に挟むように形成されたソース電極およびドレイン電極と、
を具備することを特徴とする窒化物半導体装置。
A GaN layer;
A first AlGaN layer formed on the GaN layer and supplying electrons to the GaN layer;
A nitride semiconductor layer formed on the first AlGaN layer and containing 0.5 to 30 atoms% hydrogen;
A gate electrode formed on the nitride semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode formed on the nitride semiconductor layer so as to sandwich the gate electrode in the gate length direction;
A nitride semiconductor device comprising:
前記窒化物半導体層が、前記第1AlGaN層よりAl組成の大きい第2AlGaN層、InGaN層およびGaN層のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体装置。   2. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor layer is one of a second AlGaN layer, an InGaN layer, and a GaN layer having an Al composition larger than that of the first AlGaN layer. 前記ゲート電極が、絶縁膜を介して前記窒化物半導体層上に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体装置。   The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode is formed on the nitride semiconductor layer via an insulating film.
JP2007036716A 2007-02-16 2007-02-16 Nitride semiconductor device Pending JP2008205029A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007036716A JP2008205029A (en) 2007-02-16 2007-02-16 Nitride semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007036716A JP2008205029A (en) 2007-02-16 2007-02-16 Nitride semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008205029A true JP2008205029A (en) 2008-09-04

Family

ID=39782257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007036716A Pending JP2008205029A (en) 2007-02-16 2007-02-16 Nitride semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2008205029A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010267658A (en) * 2009-05-12 2010-11-25 Ngk Insulators Ltd Epitaxial substrate for semiconductor element, semiconductor element, and method for producing epitaxial substrate for semiconductor element
CN109103251A (en) * 2017-06-20 2018-12-28 赛奥科思有限公司 Nitride semiconductor epitaxial substrate and semiconductor devices
JP2022121193A (en) * 2021-02-08 2022-08-19 旭化成株式会社 Ultraviolet light receiving element and manufacturing method of ultraviolet light receiving element
US11830915B2 (en) 2020-03-16 2023-11-28 Fuji Electric Co., Ltd. Nitride semiconductor device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010267658A (en) * 2009-05-12 2010-11-25 Ngk Insulators Ltd Epitaxial substrate for semiconductor element, semiconductor element, and method for producing epitaxial substrate for semiconductor element
CN109103251A (en) * 2017-06-20 2018-12-28 赛奥科思有限公司 Nitride semiconductor epitaxial substrate and semiconductor devices
US11830915B2 (en) 2020-03-16 2023-11-28 Fuji Electric Co., Ltd. Nitride semiconductor device
JP2022121193A (en) * 2021-02-08 2022-08-19 旭化成株式会社 Ultraviolet light receiving element and manufacturing method of ultraviolet light receiving element
JP7633034B2 (en) 2021-02-08 2025-02-19 旭化成株式会社 Manufacturing method of ultraviolet light receiving element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9123534B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
US8569800B2 (en) Field effect transistor
US10868134B2 (en) Method of making transistor having metal diffusion barrier
CN206059396U (en) HEMT transistors
CN105247679B (en) Carbon Doped Semiconductor Devices
JP4531071B2 (en) Compound semiconductor device
JP4224737B2 (en) Semiconductor element
US20130240901A1 (en) Nitride semiconductor device
CN109964305B (en) Nucleation layer for III-nitride structure growth
JP2005286135A (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
WO2010050021A1 (en) Compound semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2007165431A (en) Field effect transistor and manufacturing method thereof
CN103210495A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5374011B2 (en) Nitride semiconductor device
JP5870574B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
US10734510B2 (en) Semiconductor device
JP2008205029A (en) Nitride semiconductor device
CN103620750A (en) Semiconductor device and its production method
JP5248743B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
US8969882B1 (en) Transistor having an ohmic contact by screen layer and method of making the same
JP5746927B2 (en) Semiconductor substrate, semiconductor device, and method of manufacturing semiconductor substrate
CN116885000A (en) A P-GaN transistor based on P-type nitride isolation and its preparation method
JP5648307B2 (en) Vertical AlGaN / GaN-HEMT and manufacturing method thereof
JP5119644B2 (en) III-V compound semiconductor epitaxial wafer
JP2012156546A (en) Nitride semiconductor device, epitaxial substrate, and method of forming gallium nitride-based epitaxial film