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JP2014160721A - Field effect transistor - Google Patents

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JP2014160721A
JP2014160721A JP2013030115A JP2013030115A JP2014160721A JP 2014160721 A JP2014160721 A JP 2014160721A JP 2013030115 A JP2013030115 A JP 2013030115A JP 2013030115 A JP2013030115 A JP 2013030115A JP 2014160721 A JP2014160721 A JP 2014160721A
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JP
Japan
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layer
effect transistor
field effect
gate electrode
channel layer
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Application number
JP2013030115A
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Japanese (ja)
Inventor
Junichi Sato
純一 佐藤
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
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Abstract

【課題】高電圧印加時に発生する正孔電流に対してゲート電極下側のコラプス抑制膜を保護でき、より高い信頼性を実現することが可能な電界効果トランジスタを提供する。
【解決手段】複数の窒化物半導体を積層したその表面側にソース電極9、ドレイン電極10及びそれら電極の間に配置したゲート電極11を形成したノーマリオン型の電界効果トランジスタ1において、複数の窒化物半導体が少なくともAlxGa1-xN耐圧層4と、GaNチャネル層5と、AlyGa1-yN(0<x<y<0.5)障壁層6とを有し、積層した複数の窒化物半導体の表面とゲート電極11との間の一部にコラプス抑制膜7を形成した。
【選択図】図1
A field effect transistor capable of protecting a collapse suppression film under a gate electrode against a hole current generated when a high voltage is applied and capable of realizing higher reliability is provided.
In a normally-on type field effect transistor 1 in which a source electrode 9, a drain electrode 10 and a gate electrode 11 disposed between these electrodes are formed on the surface side of a stack of a plurality of nitride semiconductors, The physical semiconductor has at least an Al x Ga 1-x N breakdown voltage layer 4, a GaN channel layer 5, and an Al y Ga 1-y N (0 <x <y <0.5) barrier layer 6. A collapse suppression film 7 was formed on a portion between the surfaces of the plurality of nitride semiconductors and the gate electrode 11.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は電界効果トランジスタに関する。   The present invention relates to a field effect transistor.

窒化物半導体であるGaNをベースとした電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor、FET)は広いバンドギャップを有するとともに、GaN層とAlGaN層との積層構造のAlGaN/GaN界面で発生する2次元電子ガスを電子チャネルとして用いることができる。これにより、従来のSiを用いた電界効果トランジスタに比べ、高い耐圧特性と低いRon特性が実現できると期待されている。   A field effect transistor (FET) based on a nitride semiconductor, GaN, has a wide bandgap and generates a two-dimensional electron gas generated at the AlGaN / GaN interface in the laminated structure of the GaN layer and the AlGaN layer. It can be used as an electronic channel. As a result, it is expected that a high breakdown voltage characteristic and a low Ron characteristic can be realized as compared with a field effect transistor using conventional Si.

このような電界効果トランジスタでは電流コラプスという現象の発生が懸念されている。電流コラプスとは高電圧動作時のオン抵抗値が低電圧動作時のオン抵抗値と比較して高くなる現象であり、ドレイン電流が低下することにより高出力を得ることができなくなる。電流コラプスが発生する原因としては半導体中のトラップ準位の影響や、半導体とその保護膜との界面のトラップの存在などが知られている。この電流コラプスを抑制するための従来技術が特許文献1に開示されている。   In such a field effect transistor, there is a concern about the phenomenon of current collapse. Current collapse is a phenomenon in which the on-resistance value during high-voltage operation is higher than the on-resistance value during low-voltage operation, and a high output cannot be obtained when the drain current decreases. Known causes of current collapse include the influence of trap levels in the semiconductor and the presence of traps at the interface between the semiconductor and its protective film. A conventional technique for suppressing this current collapse is disclosed in Patent Document 1.

特許文献1に記載された従来の電界効果トランジスタは積層した半導体の表面上を第1の絶縁膜(SiN)及び第2の絶縁膜(SiO2)からなる積層膜で覆い、ゲート電極がドレイン電極側にひさし状に張り出し絶縁膜上に形成されたフィールドプレート部を有する。二層の絶縁膜からなる積層膜とフィールドプレート部との相乗効果により、電流コラプス及びゲート耐圧のバランスを改善している。 In the conventional field effect transistor described in Patent Document 1, the surface of the laminated semiconductor is covered with a laminated film composed of a first insulating film (SiN) and a second insulating film (SiO 2 ), and the gate electrode is a drain electrode. A field plate portion is formed on the insulating film so as to project on the side. The balance between the current collapse and the gate breakdown voltage is improved by the synergistic effect of the laminated film composed of the two insulating films and the field plate portion.

特開2004−200248号公報JP 2004-200248 A

しかしながら、本願発明者等が窒化物半導体からなる従来の電界効果トランジスタに600Vを超える高い電圧を印加して動作を行った場合、信頼性試験においてゲート電極が破壊されるといった問題が発生した。この破壊の原因調査を行ったところ、以下のメカニズムを予想するに至った。   However, when the inventors of the present application operate by applying a high voltage exceeding 600 V to a conventional field effect transistor made of a nitride semiconductor, there is a problem that the gate electrode is destroyed in the reliability test. The investigation of the cause of this destruction led to the following mechanism.

従来の電界効果トランジスタの高電圧動作時にはホットエレクトロンによりインパクトイオン化が起こり、若しくは直接ドレイン電極から、正孔(電流)が発生する。この正孔は負バイアス(−10V)が印加されているゲート電極方向に流れ込む。その際、ゲート絶縁膜下のコラプス抑制膜に正孔が蓄積する。このような正孔蓄積が継続することで、ゲート電極下のコラプス抑制膜にて発生する電界は際限なく高まり、最終的にゲート電極の破壊に至ったものと考えられる。   At the time of high voltage operation of a conventional field effect transistor, impact ionization occurs due to hot electrons, or holes (current) are generated directly from the drain electrode. The holes flow in the direction of the gate electrode to which a negative bias (−10 V) is applied. At that time, holes accumulate in the collapse suppression film under the gate insulating film. By continuing such hole accumulation, the electric field generated in the collapse suppression film under the gate electrode is infinitely increased, and it is considered that the gate electrode was eventually destroyed.

図7は本願発明者等が行った、窒化物半導体からなる従来の電界効果トランジスタのゲート電極に−10Vのオフ電圧を印加し、且つドレイン電極に1000Vまでの電圧を順次印加した際におけるドレイン電流、ゲート電流及び基板電流と、ドレイン電圧との関係を示す実験データグラフである。図7によれば、ドレイン電圧が600Vまではドレイン電流、ゲート電流及び基板電流各々が低い値を維持し良好なオフ特性を示している。   FIG. 7 shows the drain current when an off voltage of −10 V is applied to the gate electrode of a conventional field effect transistor made of a nitride semiconductor, and a voltage of up to 1000 V is sequentially applied to the drain electrode. 4 is an experimental data graph showing the relationship between the gate current and substrate current and the drain voltage. According to FIG. 7, the drain current, the gate current, and the substrate current are maintained at low values until the drain voltage is up to 600 V, and good off characteristics are exhibited.

しかしながら、ドレイン電圧が600Vを越える辺りからそれぞれの電流が増加し始める。特に、600Vを越える辺りから発生する基板電流はその極性がプラスであることから正孔電流であると考えられる。これはドレイン電圧が600Vを越える辺りから正孔電流が発生することを示している。   However, each current starts to increase when the drain voltage exceeds 600V. In particular, the substrate current generated around 600 V is considered to be a hole current because its polarity is positive. This indicates that a hole current is generated around a drain voltage exceeding 600V.

また、ドレイン電圧が900Vに差し掛かる辺りからドレイン電流とゲート電流が乖離する現象が現れる。これはゲート絶縁膜下側のコラプス抑制膜にプラスの電荷である正孔の蓄積が著しく、ゲート電極に印加している負バイアスが打ち消され、ゲートがオン状態に移行しかけている様子を示している。   In addition, a phenomenon in which the drain current and the gate current are separated from the vicinity where the drain voltage reaches 900V appears. This shows that the positive charge accumulation in the collapse suppression film under the gate insulating film is remarkable, the negative bias applied to the gate electrode is canceled, and the gate is about to turn on. Yes.

このように、600Vを超える高い電圧であっても、トランジスタの動作に高い信頼性を得るためには、正孔電流からゲート電極下側のコラプス抑制膜を保護する必要がある。   Thus, in order to obtain high reliability in the operation of the transistor even at a high voltage exceeding 600 V, it is necessary to protect the collapse suppression film below the gate electrode from the hole current.

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、高電圧印加時に発生する正孔電流に対してゲート電極下側のコラプス抑制膜を保護することができ、より高い信頼性を実現することが可能な電界効果トランジスタを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and can protect the collapse suppression film below the gate electrode against a hole current generated when a high voltage is applied, thereby realizing higher reliability. An object of the present invention is to provide a field effect transistor capable of satisfying the requirements.

上記の課題を解決するため、本発明は、複数の窒化物半導体を積層したその表面側にソース電極、ドレイン電極及びそれら電極の間に配置したゲート電極を形成したノーマリオン型の電界効果トランジスタにおいて、前記複数の窒化物半導体は、少なくともAlxGa1-xNからなる耐圧層と、GaNからなるチャネル層と、AlyGa1-yN(0<x<y<0.5)からなる障壁層と、を有し、積層した前記複数の窒化物半導体の表面と前記ゲート電極との間の一部にコラプス抑制膜を形成したことを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a normally-on field effect transistor in which a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode disposed between the electrodes are formed on the surface side where a plurality of nitride semiconductors are stacked. The plurality of nitride semiconductors are composed of at least a breakdown voltage layer made of Al x Ga 1-x N, a channel layer made of GaN, and Al y Ga 1-y N (0 <x <y <0.5). A collapse suppression film is formed on a portion between the surface of the plurality of stacked nitride semiconductors and the gate electrode.

この構成によれば、AlxGa1-xNからなる耐圧層とGaNからなるチャネル層との間に正孔が存在し易い界面である正孔パスが形成される。高電圧により発生する正孔電流はこの正孔パスを優先的に流れる。したがって、正孔電流がゲート電極下のコラプス抑制膜から遠ざかる。 According to this configuration, a hole path that is an interface where holes are likely to exist is formed between the pressure-resistant layer made of Al x Ga 1 -xN and the channel layer made of GaN. The hole current generated by the high voltage flows preferentially through this hole path. Therefore, the hole current moves away from the collapse suppression film under the gate electrode.

また、上記構成の電界効果トランジスタにおいて、前記チャネル層はその内部にAlxGa1-xNからなる中間層を有することを特徴としている。 In the field effect transistor having the above structure, the channel layer has an intermediate layer made of Al x Ga 1-x N inside.

また、上記構成の電界効果トランジスタにおいて、前記障壁層と前記チャネル層との層厚の和が50〜500nmであることを特徴としている。   In the field effect transistor having the above structure, the sum of the thicknesses of the barrier layer and the channel layer is 50 to 500 nm.

本発明の構成によれば、高電圧印加時に発生する正孔電流に対してゲート電極下側のコラプス抑制膜を保護することができ、より高い信頼性を実現することが可能な電界効果トランジスタを提供することができる。   According to the configuration of the present invention, a field effect transistor capable of protecting the collapse suppression film below the gate electrode against a hole current generated when a high voltage is applied and realizing higher reliability. Can be provided.

本発明の第1実施形態の電界効果トランジスタの断面図である。It is sectional drawing of the field effect transistor of 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態の電界効果トランジスタのバンド計算図である。It is a band calculation figure of the field effect transistor of 1st Embodiment of this invention. 比較例の電界効果トランジスタの断面図である。It is sectional drawing of the field effect transistor of a comparative example. 比較例の電界効果トランジスタのバンド計算図である。It is a band calculation figure of the field effect transistor of a comparative example. 本発明の第2実施形態の電界効果トランジスタの断面図である。It is sectional drawing of the field effect transistor of 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態の電界効果トランジスタのバンド計算図である。It is a band calculation figure of the field effect transistor of 2nd Embodiment of this invention. 従来の電界効果トランジスタのドレイン電流、ゲート電流及び基板電流と、ドレイン電圧との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the drain current of a conventional field effect transistor, a gate current, and a substrate current, and drain voltage.

以下、本発明の実施形態を図1〜図6に基づき説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.

<第1実施形態>
最初に、本発明の第1実施形態に係る電界効果トランジスタについて、図1を用いてその構造を説明する。図1は電界効果トランジスタの断面図である。
<First Embodiment>
First, the structure of the field effect transistor according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view of a field effect transistor.

電界効果トランジスタ1は、図1に示すように基板2の表面上に、複数の窒化物半導体を積層している。複数の窒化物半導体としては、バッファ層3と、AlxGa1-xNからなる耐圧層4と、GaNからなるチャネル層5と、AlyGa1-yNからなる障壁層6とがこの順に積層されて形成される。複数の窒化物半導体を積層したその表面側には、コラプス抑制膜7、ゲート絶縁膜8、ソース電極9、ドレイン電極10及びゲート電極11が形成される。 As shown in FIG. 1, the field effect transistor 1 has a plurality of nitride semiconductors stacked on the surface of a substrate 2. The plurality of nitride semiconductors include a buffer layer 3, a withstand voltage layer 4 made of Al x Ga 1-x N, a channel layer 5 made of GaN, and a barrier layer 6 made of Al y Ga 1-y N. It is formed by laminating in order. A collapse suppression film 7, a gate insulating film 8, a source electrode 9, a drain electrode 10, and a gate electrode 11 are formed on the surface side where a plurality of nitride semiconductors are stacked.

GaNチャネル層5とAlyGa1-yN障壁層6との界面には2次元電子ガス12が高濃度にて分布しており、ドレイン−ソース間の電子チャネルとなる。AlxGa1-xN耐圧層4とGaNチャネル層5との界面には正孔パス13が発生し、正孔電流を逃がすための通路となる。 A two-dimensional electron gas 12 is distributed at a high concentration at the interface between the GaN channel layer 5 and the Al y Ga 1-y N barrier layer 6 and serves as an electron channel between the drain and the source. A hole path 13 is generated at the interface between the Al x Ga 1-x N breakdown voltage layer 4 and the GaN channel layer 5 and serves as a path for releasing hole current.

続いて、電界効果トランジスタ1の詳細な構成及び作成方法について説明する。   Next, a detailed configuration and a manufacturing method of the field effect transistor 1 will be described.

基板2としては、例えばSi基板(111)面を使用することができる。Si以外の材料としては、SiC、サファイア、GaNなどの材料からなる基板を使用することもできる。   As the substrate 2, for example, a Si substrate (111) surface can be used. As a material other than Si, a substrate made of a material such as SiC, sapphire, or GaN can also be used.

バッファ層3はバッファ層3の表面上に形成される窒化物半導体層の結晶性を向上させるために形成される。AlxGa1-xN耐圧層4とGaNチャネル層5とAlyGa1-yN障壁層6とはそれぞれ、例えばMOCVD法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition、有機金属気相成長法)などのエピタキシャル成長によって、バッファ層3の表面上に順次形成することができる。バッファ層3はAlN膜及び/またはAlGaN/AlN超格子構造等を形成することで成る。 The buffer layer 3 is formed to improve the crystallinity of the nitride semiconductor layer formed on the surface of the buffer layer 3. The Al x Ga 1-x N breakdown voltage layer 4, the GaN channel layer 5, and the Al y Ga 1-y N barrier layer 6 are each epitaxially grown by, for example, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). Can be sequentially formed on the surface of the buffer layer 3. The buffer layer 3 is formed by forming an AlN film and / or an AlGaN / AlN superlattice structure.

AlxGa1-xN耐圧層4はバッファ層3の直上に形成される。組成xとしては、xの値が低すぎると正孔パス13の効果が低くなる。また、xの値が高すぎると正孔パス13における正孔の濃度が高くなりすぎて正孔ガスが発生し、ドレインリークが高くなる。そのため、好適なxの値は、例えばx=0.05であり、0<x<0.1の範囲であれば適度な正孔パス13の性能を維持できる。600V以上の耐圧を得るために、AlxGa1-xN耐圧層4の層厚はバッファ層3の層厚との和が1〜3μm以上であることが好ましい。 The Al x Ga 1-x N breakdown voltage layer 4 is formed immediately above the buffer layer 3. As the composition x, if the value of x is too low, the effect of the hole path 13 is reduced. On the other hand, if the value of x is too high, the concentration of holes in the hole path 13 becomes too high, hole gas is generated, and drain leakage increases. Therefore, a preferable value of x is, for example, x = 0.05, and an appropriate performance of the hole path 13 can be maintained as long as 0 <x <0.1. In order to obtain a withstand voltage of 600 V or more, the sum of the Al x Ga 1-x N withstand voltage layer 4 and the buffer layer 3 is preferably 1 to 3 μm or more.

次に、GaNチャネル層5をAlxGa1-xN耐圧層4の表面に形成する。GaNチャネル層5の層厚は、薄すぎると正孔パス13とゲート電極11との最近接距離が短くなりすぎてゲート電極11から正孔電流を遠ざけるに適さない。また、厚すぎると高電圧により発生した正孔を効率よく集めるのに適さない。そのため、GaNチャネル層5の層厚は、次に結晶成長を行うAlyGa1-yN障壁層6の層厚との和が50〜500nmの範囲であることが適当である。 Next, the GaN channel layer 5 is formed on the surface of the Al x Ga 1-x N breakdown voltage layer 4. If the layer thickness of the GaN channel layer 5 is too thin, the closest distance between the hole path 13 and the gate electrode 11 becomes too short, which is not suitable for moving the hole current away from the gate electrode 11. On the other hand, if it is too thick, it is not suitable for efficiently collecting holes generated by a high voltage. Therefore, it is appropriate that the layer thickness of the GaN channel layer 5 is in the range of 50 to 500 nm in total with the layer thickness of the Al y Ga 1-y N barrier layer 6 on which crystal growth is performed next.

次に、AlyGa1-yN障壁層6をGaNチャネル層5の表面に形成する。GaNチャネル層5とAlyGa1-yN障壁層6との界面にて2次元電子ガス12が適度に発生する必要があるため、組成yとしては、GaNチャネル層5の層厚が薄く格子緩和していない場合、例えばy=0.20が適度であり、通常0.1<y<0.5を用いることができる。なお、GaNチャネル層5の層厚が厚く格子緩和している場合、さらにyを足した値が適当であり、例えばy=0.05のとき、0.15<y<0.55となる。 Next, an Al y Ga 1-y N barrier layer 6 is formed on the surface of the GaN channel layer 5. Since the two-dimensional electron gas 12 needs to be appropriately generated at the interface between the GaN channel layer 5 and the Al y Ga 1-y N barrier layer 6, the composition y has a thin GaN channel layer 5 with a thin layer thickness. When not relaxed, for example, y = 0.20 is appropriate, and usually 0.1 <y <0.5 can be used. When the GaN channel layer 5 is thick and lattice-relaxed, a value obtained by adding y is appropriate. For example, when y = 0.05, 0.15 <y <0.55.

AlyGa1-yN障壁層6の層厚は、薄すぎると2次元電子ガス12の濃度が低くなり、また厚すぎるとクラックが発生するといった不具合がある。したがって、AlyGa1-yN障壁層6の層厚は5〜50nmが適当であり、必要とする2次元電子ガス12の濃度に応じて変化させることが可能である。 If the thickness of the Al y Ga 1-y N barrier layer 6 is too thin, the concentration of the two-dimensional electron gas 12 becomes low, and if it is too thick, cracks occur. Therefore, the layer thickness of the Al y Ga 1-y N barrier layer 6 is appropriately 5 to 50 nm, and can be changed according to the required concentration of the two-dimensional electron gas 12.

次に、コラプス抑制膜7をAlyGa1-yN障壁層6の表面に形成する。電流コラプス現象では、窒化物半導体の表面に電子が蓄積することによりトランジスタオン時の抵抗が上昇する。これを抑制するためにSiNからなるコラプス抑制膜7が好んで用いられる。 Next, a collapse suppression film 7 is formed on the surface of the Al y Ga 1-y N barrier layer 6. In the current collapse phenomenon, electrons accumulate on the surface of the nitride semiconductor, thereby increasing the resistance when the transistor is on. In order to suppress this, the collapse suppression film 7 made of SiN is preferably used.

コラプス抑制膜7としては、CVD法(Chemical Vapor Deposition、化学気相成長法)により通常のSiN膜(Si34)よりもSiを多く含むSiリッチなSiN膜を形成して用いた。CVD製膜の際のガス流量比はN2/NH3/SiH4=300sccm/40sccm/35sccmとし、基板温度を200℃とした。これにより、組成比としてSi:N=1.3〜1.5:1であるSiの比率の高いSiN膜を形成できる。このSiN膜はストイキオメトリなSiN膜(Si34)に比べて、電流コラプスをより抑制できることが知られている。その後、コラプス抑制特性、リーク特性をさらに向上させるため、例えば500℃で30分間の熱処理を行う。 As the collapse suppression film 7, a Si-rich SiN film containing more Si than a normal SiN film (Si 3 N 4 ) was formed by CVD (Chemical Vapor Deposition). The gas flow rate ratio during CVD film formation was N 2 / NH 3 / SiH 4 = 300 sccm / 40 sccm / 35 sccm, and the substrate temperature was 200 ° C. Thereby, a SiN film having a high Si ratio with a composition ratio of Si: N = 1.3 to 1.5: 1 can be formed. It is known that this SiN film can suppress current collapse more than a stoichiometric SiN film (Si 3 N 4 ). Thereafter, in order to further improve the collapse suppression characteristic and the leakage characteristic, for example, heat treatment is performed at 500 ° C. for 30 minutes.

次に、ゲート電極11を形成する。ゲート電極11を形成するにあたって、コラプス抑制膜7の表面のゲート電極11の形成場所においてドライエッチングを行い、その部分のコラプス抑制膜7を取り除く必要がある。なおその際、図1に示すように、ドレイン電極10側のコラプス抑制膜7の一部であって、長さDを有する部分を残しておく。   Next, the gate electrode 11 is formed. In forming the gate electrode 11, it is necessary to perform dry etching in the formation place of the gate electrode 11 on the surface of the collapse suppression film 7 and remove the collapse suppression film 7 in that portion. At that time, as shown in FIG. 1, a part of the collapse suppression film 7 on the drain electrode 10 side and having a length D is left.

その理由は以下の通りである。ゲート電極11において最も電界が集中する部分はゲート電極11下側のドレイン電極10側端部にあたる長さDを有する部分である。正孔電流が流れ込む領域は主に当該部分である。当該部分は耐圧(絶縁性)が低すぎるとゲートリークが高くなり、耐圧(絶縁性)が高すぎると正孔蓄積により容易に破壊に至る。そのため、コラプス抑制膜7と同程度の適度な耐圧(絶縁性)を有する膜を形成する必要がある。   The reason is as follows. The portion of the gate electrode 11 where the electric field is most concentrated is a portion having a length D corresponding to the drain electrode 10 side end portion below the gate electrode 11. The region into which the hole current flows is mainly that portion. When the breakdown voltage (insulating property) of the portion is too low, the gate leak increases, and when the breakdown voltage (insulating property) is too high, the portion easily breaks due to hole accumulation. Therefore, it is necessary to form a film having an appropriate breakdown voltage (insulating property) comparable to that of the collapse suppression film 7.

その後、コラプス抑制膜7よりもさらにSiリッチなSiN膜であるゲート絶縁膜8を上述したコラプス抑制膜7を取り除いた部分に形成する。その際、SiH4の、NH3に対する流量比(SiH4/NH3)を0.92に増加させる製膜条件を用いる。これにより、ゲートリークを低減できる。 Thereafter, a gate insulating film 8, which is a SiN film that is further Si-rich than the collapse suppression film 7, is formed in a portion from which the collapse suppression film 7 is removed. At that time, the SiH 4, the flow ratio NH 3 (SiH 4 / NH 3 ) the use of the film forming condition for increasing the 0.92. Thereby, gate leakage can be reduced.

このようにして、ゲート電極11の主たる部分に対応する窒化物半導体の表面にゲート絶縁膜8を形成し、ゲート電極11のドレイン電極10側の端部に対応する窒化物半導体の表面に長さDの範囲でコラプス抑制膜7を形成することで、ゲート耐圧、リーク特性ともに良好な特性を得ることができる。ここで、ゲート電極11の下側に形成したコラプス抑制膜7の長さDとしては、短すぎるとリーク特性が悪化し、長すぎると耐圧及び信頼性特性が悪化する。したがって、コラプス抑制膜7の長さDは0.1〜0.5μmが適当であり、例えば0.2μmが好ましい。   In this manner, the gate insulating film 8 is formed on the surface of the nitride semiconductor corresponding to the main portion of the gate electrode 11, and the length is formed on the surface of the nitride semiconductor corresponding to the end of the gate electrode 11 on the drain electrode 10 side. By forming the collapse suppression film 7 in the range of D, it is possible to obtain favorable characteristics in terms of both gate breakdown voltage and leakage characteristics. Here, if the length D of the collapse suppression film 7 formed on the lower side of the gate electrode 11 is too short, the leak characteristics deteriorate, and if it is too long, the breakdown voltage and reliability characteristics deteriorate. Therefore, the length D of the collapse suppression film 7 is suitably 0.1 to 0.5 μm, and preferably 0.2 μm, for example.

ゲート電極11の材料としては、例えばWN層、W層が順に積層されたWN/W、またはTiNが適当である。これらをスパッタリング製膜することで、ゲート電極11を形成する。   As a material of the gate electrode 11, for example, a WN layer, WN / W in which W layers are sequentially stacked, or TiN is appropriate. The gate electrode 11 is formed by sputtering these.

次に、ソース電極9及びドレイン電極10を形成する。ソース電極9及びドレイン電極10を形成するにあたって、窒化物半導体の表面のソース電極9及びドレイン電極10各々の形成箇所においてドライエッチングを行い、リセス構造を形成する。ソース電極9のリセスの深さはGaNチャネル層5に相当する(正孔パス13に到達する)厚さまでとする。ドレイン電極10のリセスの深さはAlyGa1-yN障壁層6に相当する(2次元電子ガス12に到達する)厚さまでとする。これにより、ソース電極9は2次元電子ガス12及び正孔パス13と接触でき、ドレイン電極10は2次元電子ガス12と接触できる。 Next, the source electrode 9 and the drain electrode 10 are formed. In forming the source electrode 9 and the drain electrode 10, dry etching is performed at the positions where the source electrode 9 and the drain electrode 10 are formed on the surface of the nitride semiconductor to form a recess structure. The depth of the recess of the source electrode 9 is set to a thickness corresponding to the GaN channel layer 5 (which reaches the hole path 13). The depth of the recess of the drain electrode 10 is set to a thickness corresponding to the Al y Ga 1-y N barrier layer 6 (which reaches the two-dimensional electron gas 12). As a result, the source electrode 9 can come into contact with the two-dimensional electron gas 12 and the hole path 13, and the drain electrode 10 can come into contact with the two-dimensional electron gas 12.

ソース電極9及びドレイン電極10の材料としてはTi層、Al層が順次積層された合金を用いる。これらをスパッタリング製膜することで、ソース電極9及びドレイン電極10を形成する。その後、例えば500℃で30分間の熱処理を行うことで、2次元電子ガス12及び正孔パス13の部分にオーミック接触させることができる。   As a material for the source electrode 9 and the drain electrode 10, an alloy in which a Ti layer and an Al layer are sequentially laminated is used. The source electrode 9 and the drain electrode 10 are formed by sputtering these. Thereafter, for example, by performing a heat treatment at 500 ° C. for 30 minutes, the two-dimensional electron gas 12 and the hole path 13 can be brought into ohmic contact.

最後に、図示しないが、一般的な手法により、ゲートフィールドプレート構造、ソースフィールドプレート構造、ドレインフィールドプレート構造及び各種電極を適宜形成し、電界効果トランジスタ1を完成する。   Finally, although not shown, a gate field plate structure, a source field plate structure, a drain field plate structure, and various electrodes are appropriately formed by a general method, and the field effect transistor 1 is completed.

続いて、第1実施形態の電界効果トランジスタ1の動作について、図2を用いて説明する。図2は電界効果トランジスタ1のバンド計算図である。   Next, the operation of the field effect transistor 1 of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a band calculation diagram of the field effect transistor 1.

図2の縦軸は電子のエネルギー(eV)を示し、横軸は窒化物半導体の表面からの距離(nm)を示している。また、図2の上側には、窒化物半導体の表面からの距離に関して、AlxGa1-xN耐圧層4、GaNチャネル層5及びAlyGa1-yN障壁層6の各々が占める範囲を矢印で示している。 The vertical axis in FIG. 2 indicates electron energy (eV), and the horizontal axis indicates the distance (nm) from the surface of the nitride semiconductor. Further, in the upper side of FIG. 2, the ranges occupied by the Al x Ga 1-x N breakdown voltage layer 4, the GaN channel layer 5, and the Al y Ga 1-y N barrier layer 6 with respect to the distance from the surface of the nitride semiconductor. Is indicated by an arrow.

電界効果トランジスタ1の構成については、AlyGa1-yN障壁層6の層厚を25nmとし、GaNチャネル層5の層厚を100nmとし、組成としてx=0.05、y=0.25を用いた。そして結果として、図2にはフェルミ準位(Ef)に対して、その上側に伝導帯のバンド線(Ec)を描画し、その下側に価電子帯のバンド線(Ev)を描画している。 Regarding the configuration of the field effect transistor 1, the layer thickness of the Al y Ga 1-y N barrier layer 6 is 25 nm, the layer thickness of the GaN channel layer 5 is 100 nm, and the composition is x = 0.05, y = 0.25. Was used. As a result, in FIG. 2, a conduction band band (Ec) is drawn on the upper side of the Fermi level (Ef), and a valence band band line (Ev) is drawn on the lower side. Yes.

図2によれば、GaNチャネル層5とAlxGa1-xN耐圧層4との界面において価電子帯のバンド(Ev)が極大となる。これにより、ドレイン高電圧により発生した正孔は当界面に集められ易く、正孔の通り道である正孔パス13となる。600V以上の高いドレイン電圧でトランジスタ動作を行って正孔が発生した場合でも、正孔の大部分は正孔パス13に集められ、そのままソース電極9まで流れる。したがって、ゲート電極11へのダメージを低減することができ、電界効果トランジスタ1の動作に対する信頼性の改善、向上が可能となる。 According to FIG. 2, the valence band (Ev) is maximized at the interface between the GaN channel layer 5 and the Al x Ga 1-x N breakdown voltage layer 4. As a result, holes generated by the drain high voltage are easily collected at the interface, and become a hole path 13 that is a path of holes. Even when a transistor is operated at a high drain voltage of 600 V or higher and holes are generated, most of the holes are collected in the hole path 13 and flow to the source electrode 9 as they are. Therefore, damage to the gate electrode 11 can be reduced, and the reliability and operation of the field effect transistor 1 can be improved and improved.

続いて、比較例として、従来の電界効果トランジスタの構造及び動作について、図3及び図4を用いて説明する。図3は比較例の電界効果トランジスタの断面図、図4は比較例の電界効果トランジスタのバンド計算図である。なお、この比較例の基本的な構成は図1及び図2を用いて説明した第1実施形態と同じであるので、第1実施形態と共通する構成要素についてはその説明を省略するものとする。   Subsequently, as a comparative example, the structure and operation of a conventional field effect transistor will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a cross-sectional view of a field effect transistor of a comparative example, and FIG. 4 is a band calculation diagram of the field effect transistor of the comparative example. Since the basic configuration of this comparative example is the same as that of the first embodiment described with reference to FIGS. 1 and 2, the description of the same components as those of the first embodiment will be omitted. .

比較例としての従来の電界効果トランジスタ101は、図3に示すように基板102の表面上に、複数の窒化物半導体を積層している。複数の窒化物半導体としては、バッファ層103と、GaNからなる耐圧層104と、AlGaNからなる障壁層106とがこの順に積層されて形成される。複数の窒化物半導体を積層したその表面側には、コラプス抑制膜107、ソース電極109、ドレイン電極110及びゲート電極111が形成される。GaN耐圧層104とAlGaN障壁層106との界面には2次元電子ガス112が高濃度にて分布しており、ドレイン−ソース間の電子チャネルとなる。   A conventional field effect transistor 101 as a comparative example has a plurality of nitride semiconductors stacked on the surface of a substrate 102 as shown in FIG. As the plurality of nitride semiconductors, a buffer layer 103, a breakdown voltage layer 104 made of GaN, and a barrier layer 106 made of AlGaN are stacked in this order. A collapse suppression film 107, a source electrode 109, a drain electrode 110, and a gate electrode 111 are formed on the surface side where a plurality of nitride semiconductors are stacked. A two-dimensional electron gas 112 is distributed at a high concentration at the interface between the GaN breakdown voltage layer 104 and the AlGaN barrier layer 106, and serves as an electron channel between the drain and the source.

コラプス抑制膜107は窒化物半導体の表面の全面にわたって形成される。ゲート電極111はコラプス抑制膜107の表面に形成される。したがって、ゲート電極111の下面の全面にわたる範囲にコラプス抑制膜107が存在する。   The collapse suppression film 107 is formed over the entire surface of the nitride semiconductor. The gate electrode 111 is formed on the surface of the collapse suppression film 107. Therefore, the collapse suppression film 107 exists in the range over the entire lower surface of the gate electrode 111.

ソース電極9及びドレイン電極10のリセスの深さは各々AlGaN障壁層106に相当する(2次元電子ガス112に到達する)厚さまでとする。これにより、ソース電極109及びドレイン電極110は2次元電子ガス112と接触できる。   The depths of the recesses in the source electrode 9 and the drain electrode 10 are each set to a thickness corresponding to the AlGaN barrier layer 106 (which reaches the two-dimensional electron gas 112). Thereby, the source electrode 109 and the drain electrode 110 can contact the two-dimensional electron gas 112.

続いて、比較例の電界効果トランジスタ101の動作について、図4を用いて説明する。図4の縦軸は電子のエネルギー(eV)を示し、横軸は窒化物半導体の表面からの距離(nm)を示している。また、図4の上側には、窒化物半導体の表面からの距離にかんして、GaN耐圧層104及びAlGaN障壁層106の各々が占める範囲を矢印で示している。   Next, the operation of the field effect transistor 101 of the comparative example will be described with reference to FIG. The vertical axis in FIG. 4 indicates electron energy (eV), and the horizontal axis indicates the distance (nm) from the surface of the nitride semiconductor. Further, on the upper side of FIG. 4, the range occupied by each of the GaN breakdown voltage layer 104 and the AlGaN barrier layer 106 is indicated by an arrow with respect to the distance from the surface of the nitride semiconductor.

図4によれば、図2を用いて説明した第1実施形態の電界効果トランジスタ1のような価電子帯のバンド(Ev)の極大箇所が見られず、全体的に同程度のエネルギーレベルである。これにより、正孔が発生した場合、正孔は窒化物半導体の内部を自由に移動できるため、最も電位の低いゲート電極111に向かうこととなる。したがって、600Vを越える高い電圧で電界効果トランジスタ101を動作させた場合、高電圧により発生した正孔が正孔電流としてゲート電極111に移動する。その結果、最終的にゲート電極111の下側のコラプス抑制膜107を破壊し、信頼性を得ることができなくなる。   According to FIG. 4, there is no local maximum of the valence band (Ev) as in the field effect transistor 1 of the first embodiment described with reference to FIG. is there. As a result, when holes are generated, the holes can move freely inside the nitride semiconductor, and therefore go to the gate electrode 111 having the lowest potential. Therefore, when the field effect transistor 101 is operated at a high voltage exceeding 600 V, holes generated by the high voltage move to the gate electrode 111 as a hole current. As a result, the collapse suppression film 107 on the lower side of the gate electrode 111 is finally destroyed, and reliability cannot be obtained.

<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態の電界効果トランジスタについて、図5及び図6を用いて説明する。図5は電界効果トランジスタの断面図、図6は電界効果トランジスタのバンド計算図である。なお、この実施形態の基本的な構成は図1及び図2を用いて説明した第1実施形態と同じであるので、第1実施形態と共通する構成要素には前と同じ符号を付し、図面の記載及びその説明を省略するものとする。
Second Embodiment
Next, the field effect transistor of 2nd Embodiment of this invention is demonstrated using FIG.5 and FIG.6. FIG. 5 is a sectional view of the field effect transistor, and FIG. 6 is a band calculation diagram of the field effect transistor. Since the basic configuration of this embodiment is the same as that of the first embodiment described with reference to FIGS. 1 and 2, the same reference numerals are assigned to the same components as those of the first embodiment. The description of the drawings and the description thereof will be omitted.

第2実施形態の電界効果トランジスタ1は、図5に示すようにGaNチャネル層5がその内部にAlxGa1-xNからなる中間層14を有する。GaNチャネル層5は上部GaNチャネル層5Uと、下部GaNチャネル層5Lとで構成される。 In the field effect transistor 1 of the second embodiment, as shown in FIG. 5, the GaN channel layer 5 has an intermediate layer 14 made of Al x Ga 1-x N therein. The GaN channel layer 5 includes an upper GaN channel layer 5U and a lower GaN channel layer 5L.

続いて、第2実施形態の電界効果トランジスタ1の動作について、図6を用いて説明する。図6の縦軸は電子のエネルギー(eV)を示し、横軸は窒化物半導体の表面からの距離(nm)を示している。また、図6の上側には、窒化物半導体の表面からの距離に関して、AlxGa1-xN耐圧層4、GaNチャネル層5、AlxGa1-xN中間層14及びAlyGa1-yN障壁層6の各々が占める範囲を矢印で示している。 Next, the operation of the field effect transistor 1 of the second embodiment will be described with reference to FIG. The vertical axis in FIG. 6 represents electron energy (eV), and the horizontal axis represents the distance (nm) from the surface of the nitride semiconductor. Further, on the upper side of FIG. 6, regarding the distance from the surface of the nitride semiconductor, the Al x Ga 1-x N breakdown voltage layer 4, the GaN channel layer 5, the Al x Ga 1-x N intermediate layer 14, and the Al y Ga 1 -y The range occupied by each of the N barrier layers 6 is indicated by arrows.

電界効果トランジスタ1の構成については、AlyGa1-yN障壁層6の層厚を25nmとし、上部GaNチャネル層5Uの層厚を170nmとし、AlxGa1-xN中間層14の層厚を20nmとし、下部GaNチャネル層5Lの層厚を10nmとし、組成としてx=0.05、y=0.2を用いた。すなわち、200nmの厚さのGaNチャネル層5の内部に20nmの厚さのAlxGa1-xN中間層14が挿入されている。そして結果として、図6にはフェルミ準位(Ef)に対して、その上側に伝導帯のバンド線(Ec)を描画し、その下側に価電子帯のバンド線(Ev)を描画している。 The structure of the field effect transistor 1, the thickness of the Al y Ga 1-y N barrier layer 6 and 25 nm, the thickness of the upper GaN channel layer 5U and 170 nm, a layer of Al x Ga 1-x N intermediate layer 14 The thickness was 20 nm, the layer thickness of the lower GaN channel layer 5L was 10 nm, and the composition was x = 0.05 and y = 0.2. That is, an Al x Ga 1-x N intermediate layer 14 having a thickness of 20 nm is inserted into the GaN channel layer 5 having a thickness of 200 nm. As a result, in FIG. 6, a conduction band band (Ec) is drawn on the upper side of the Fermi level (Ef), and a valence band band line (Ev) is drawn on the lower side. Yes.

図6によれば、AlxGa1-xN中間層14付近において価電子帯のバンド(Ev)が極大となる。これにより、ドレイン高電圧により発生した正孔はAlxGa1-xN中間層14付近に集められ易く、正孔の通り道である正孔パス13となる。 According to FIG. 6, the valence band (Ev) is maximized in the vicinity of the Al x Ga 1 -xN intermediate layer 14. As a result, holes generated by the drain high voltage are easily collected in the vicinity of the Al x Ga 1 -xN intermediate layer 14, thereby forming a hole path 13 that is a path for holes.

また、第2実施形態の構造においては、GaNチャネル層5が100nm以上の比較的厚い層厚を有していても、下部GaNチャネル層5Lは格子緩和しない。これにより、ピエゾ分極効果は維持され、十分な正孔パス13を生成できる。そして、600V以上の高いドレイン電圧でトランジスタ動作を行って正孔が発生した場合でも、正孔の大部分は正孔パス13に集められ、そのままソース電極9まで流れる。したがって、ゲート電極11へのダメージを低減することができ、電界効果トランジスタ1の動作に対する信頼性の改善、向上が可能となる。   In the structure of the second embodiment, the lower GaN channel layer 5L is not lattice-relaxed even if the GaN channel layer 5 has a relatively thick layer thickness of 100 nm or more. Thereby, the piezoelectric polarization effect is maintained, and a sufficient hole path 13 can be generated. Even when the transistor operation is performed with a high drain voltage of 600 V or more, holes are generated, most of the holes are collected in the hole path 13 and flow to the source electrode 9 as they are. Therefore, damage to the gate electrode 11 can be reduced, and the reliability and operation of the field effect transistor 1 can be improved and improved.

上記のように、複数の窒化物半導体を積層したその表面側にソース電極9、ドレイン電極10及びそれら電極の間に配置したゲート電極11を形成したノーマリオン型の電界効果トランジスタ1において、複数の窒化物半導体が少なくともAlxGa1-xN耐圧層4と、GaNチャネル層5と、AlyGa1-yN(0<x<y<0.5)障壁層6とを有し、積層した複数の窒化物半導体の表面とゲート電極11との間の一部にコラプス抑制膜7を形成した。これにより、AlxGa1-xN耐圧層4とGaNチャネル層5との間に正孔が存在し易い界面である正孔パス13が形成される。これは、GaNチャネル層5がその直下の層であるAlxGa1-xN耐圧層4の影響を受け、自発分極、ピエゾ分極に起因して発生したものである。そして、高電圧により発生した正孔電流は正孔パス13を優先的に流れる。したがって、正孔電流をゲート電極11の下側のコラプス抑制膜7から遠ざけることが可能である。 As described above, in the normally-on field effect transistor 1 in which the source electrode 9, the drain electrode 10, and the gate electrode 11 disposed between the electrodes are formed on the surface side where a plurality of nitride semiconductors are stacked, The nitride semiconductor has at least an Al x Ga 1-x N breakdown voltage layer 4, a GaN channel layer 5, and an Al y Ga 1-y N (0 <x <y <0.5) barrier layer 6. A collapse suppression film 7 was formed in a portion between the surface of the plurality of nitride semiconductors and the gate electrode 11. As a result, a hole path 13, which is an interface where holes are likely to exist, is formed between the Al x Ga 1-x N breakdown voltage layer 4 and the GaN channel layer 5. This is caused by the spontaneous polarization and the piezo polarization due to the influence of the Al x Ga 1-x N breakdown voltage layer 4 which is the layer immediately below the GaN channel layer 5. The hole current generated by the high voltage flows preferentially through the hole path 13. Therefore, it is possible to keep the hole current away from the collapse suppression film 7 below the gate electrode 11.

また、電界効果トランジスタ1は、GaNチャネル層5がその内部にAlxGa1-xN中間層14を有する。例えば、GaNチャネル層5の層厚が100nm以上の比較的厚い層厚を有していても、GaNチャネル層5は格子緩和するため、ピエゾ分極効果が大幅に弱まる。これにより、正孔パス13も同時に弱まり、正孔電流を効果的に誘導することが困難になる。このような場合、例えば下部GaNチャネル層5Lを格子緩和しない層厚である10〜100nmだけ形成した後にAlxGa1-xN中間層14を挿入形成し、さらに上層に上部GaNチャネル層5Uを形成する。下部GaNチャネル層5Lが格子緩和しないので、ピエゾ効果が高く、正孔パス13が弱まることはない。したがって、GaNチャネル層5が厚い場合であっても、正孔電流をソース電極9に効果的に誘導することができ、ゲート電極11へのダメージを低減させることが可能である。 In the field effect transistor 1, the GaN channel layer 5 has an Al x Ga 1 -xN intermediate layer 14 therein. For example, even if the GaN channel layer 5 has a relatively thick layer thickness of 100 nm or more, the GaN channel layer 5 is lattice-relaxed, so that the piezoelectric polarization effect is greatly weakened. This also weakens the hole path 13 at the same time, making it difficult to effectively induce the hole current. In such a case, for example, the lower GaN channel layer 5L is formed to a thickness of 10 to 100 nm, which is a layer thickness that does not relax the lattice, and then the Al x Ga 1-x N intermediate layer 14 is inserted, and the upper GaN channel layer 5U is further formed as an upper layer. Form. Since the lower GaN channel layer 5L does not undergo lattice relaxation, the piezoelectric effect is high and the hole path 13 is not weakened. Therefore, even when the GaN channel layer 5 is thick, a hole current can be effectively induced to the source electrode 9 and damage to the gate electrode 11 can be reduced.

また、電界効果トランジスタ1は、AlyGa1-yN障壁層6とGaNチャネル層5との層厚の和が50〜500nmである。上述したように、正孔パス13とゲート電極11との距離はAlyGa1-yN障壁層6とGaNチャネル層5との層厚の和に相当する。これらの層厚の和が薄すぎると、正孔パス13とゲート電極11との最近接距離が短くなりすぎるため、ゲート電極11から正孔電流を遠ざけるに適さない。また、それらの層厚の和が厚すぎると、高電圧により発生した正孔を効率よく集めるに適しない。したがって、ゲート電極11と正孔パス13との距離は50〜500nmが好適である。ここで、2次元電子ガス12の濃度やクラックの発生の制約があるため、AlyGa1-yN障壁層6の層厚は5〜50nmの比較的狭い範囲でしか調整できない。これにより、AlyGa1-yN障壁層6とGaNチャネル層5との層厚の和はGaNチャネル層5の層厚を調整することにより、ゲート電極11と正孔パス13との距離としての50〜500nmを確保することができる。 In the field effect transistor 1, the sum of the layer thicknesses of the Al y Ga 1-y N barrier layer 6 and the GaN channel layer 5 is 50 to 500 nm. As described above, the distance between the hole path 13 and the gate electrode 11 corresponds to the sum of the layer thicknesses of the Al y Ga 1-y N barrier layer 6 and the GaN channel layer 5. If the sum of these layer thicknesses is too thin, the closest distance between the hole path 13 and the gate electrode 11 becomes too short, which is not suitable for moving the hole current away from the gate electrode 11. Further, if the sum of the layer thicknesses is too thick, it is not suitable for efficiently collecting holes generated by a high voltage. Therefore, the distance between the gate electrode 11 and the hole path 13 is preferably 50 to 500 nm. Here, due to restrictions on the concentration of the two-dimensional electron gas 12 and the occurrence of cracks, the thickness of the Al y Ga 1-y N barrier layer 6 can be adjusted only within a relatively narrow range of 5 to 50 nm. Thereby, the sum of the layer thicknesses of the Al y Ga 1-y N barrier layer 6 and the GaN channel layer 5 is adjusted as the distance between the gate electrode 11 and the hole path 13 by adjusting the layer thickness of the GaN channel layer 5. 50 to 500 nm can be secured.

このようにして、本発明の上記実施形態の構成によれば、高電圧印加時に発生する正孔電流に対してゲート電極11の下側のコラプス抑制膜7を保護することができ、より高い信頼性を実現することが可能な電界効果トランジスタ1を提供することができる。   In this way, according to the configuration of the above embodiment of the present invention, the collapse suppression film 7 below the gate electrode 11 can be protected against the hole current generated when a high voltage is applied, and higher reliability is achieved. Thus, it is possible to provide the field effect transistor 1 capable of realizing the characteristics.

以上、本発明の実施形態及び実施例につき説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。   Although the embodiments and examples of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.

本発明は電界効果トランジスタにおいて利用可能である。   The present invention can be used in a field effect transistor.

1 電界効果トランジスタ
2 基板
3 バッファ層
4 AlxGa1-xN耐圧層(耐圧層)
5 GaNチャネル層(チャネル層)
6 AlyGa1-yN障壁層(障壁層)
7 コラプス抑制膜
8 ゲート絶縁膜
9 ソース電極
10 ドレイン電極
11 ゲート電極
14 AlxGa1-xN中間層(中間層)
1 FET 2 substrate 3 buffer layer 4 Al x Ga 1-x N voltage withstanding layer (withstand voltage layer)
5 GaN channel layer (channel layer)
6 Al y Ga 1-y N barrier layer (barrier layer)
7 Collapse Suppression Film 8 Gate Insulating Film 9 Source Electrode 10 Drain Electrode 11 Gate Electrode 14 Al x Ga 1-x N Intermediate Layer (Intermediate Layer)

Claims (3)

複数の窒化物半導体を積層したその表面側にソース電極、ドレイン電極及びそれら電極の間に配置したゲート電極を形成したノーマリオン型の電界効果トランジスタにおいて、
前記複数の窒化物半導体は、少なくともAlxGa1-xNからなる耐圧層と、GaNからなるチャネル層と、AlyGa1-yN(0<x<y<0.5)からなる障壁層と、を有し、積層した前記複数の窒化物半導体の表面と前記ゲート電極との間の一部にコラプス抑制膜を形成したことを特徴とする電界効果トランジスタ。
In a normally-on type field effect transistor in which a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode disposed between the electrodes are formed on the surface side of a plurality of nitride semiconductors stacked,
The plurality of nitride semiconductors include at least a breakdown voltage layer made of Al x Ga 1-x N, a channel layer made of GaN, and a barrier made of Al y Ga 1-y N (0 <x <y <0.5). A field-effect transistor, wherein a collapse suppression film is formed between a portion of the surface of the plurality of nitride semiconductors stacked and the gate electrode.
前記チャネル層はその内部にAlxGa1-xNからなる中間層を有することを特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジスタ。 2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the channel layer has an intermediate layer made of Al x Ga 1-x N therein. 前記障壁層と前記チャネル層との層厚の和が50〜500nmであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電界効果トランジスタ。   The field effect transistor according to claim 1 or 2, wherein a sum of thicknesses of the barrier layer and the channel layer is 50 to 500 nm.
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