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JP2018152470A - Normally-off type HFET and method of manufacturing the same - Google Patents

Normally-off type HFET and method of manufacturing the same Download PDF

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JP2018152470A JP2017047912A JP2017047912A JP2018152470A JP 2018152470 A JP2018152470 A JP 2018152470A JP 2017047912 A JP2017047912 A JP 2017047912A JP 2017047912 A JP2017047912 A JP 2017047912A JP 2018152470 A JP2018152470 A JP 2018152470A
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Abstract

【課題】比較的良好にノーマリオフが実現でき且つオン抵抗を低減できるHFET及びその製造方法を提供する。【解決手段】窒化物半導体から成る第1の半導体層3と、第1の半導体層3上に第1の半導体層3と組成が異なる窒化物半導体から成る第2の半導体層4と、第1の半導体層3と第2の半導体層4との界面近傍の第1の半導体層内に生じる2次元キャリアガスとを備える主半導体領域と、2次元キャリアガスと電気的に接続される第1の主電極9と、2次元キャリアガスと電気的に接続され且つ第1の主電極9と離間して形成される第2の主電極10と、第2の半導体層4上であって第1の主電極9と第2の主電極10との間に形成され且つp型の導電型を有する第3の半導体層5と、第2の半導体層上及び第3の半導体層の少なくとも一部を覆うように形成され、窒化物半導体から成る第4の半導体層6と、第3の半導体層5と電気的に接続する制御電極8と、を備える。【選択図】図1Kind Code: A1 An HFET capable of achieving normally-off relatively well and reducing on-resistance and a method of manufacturing the same are provided. A first semiconductor layer (3) made of a nitride semiconductor; a second semiconductor layer (4) made of a nitride semiconductor having a composition different from that of the first semiconductor layer (3) on the first semiconductor layer; a main semiconductor region comprising a two-dimensional carrier gas generated in the first semiconductor layer near the interface between the semiconductor layer 3 and the second semiconductor layer 4; and a first semiconductor region electrically connected to the two-dimensional carrier gas. a main electrode 9; a second main electrode 10 electrically connected to the two-dimensional carrier gas and formed apart from the first main electrode 9; a third semiconductor layer 5 formed between the main electrode 9 and the second main electrode 10 and having p-type conductivity, covering the second semiconductor layer and at least part of the third semiconductor layer; and includes a fourth semiconductor layer 6 made of a nitride semiconductor and a control electrode 8 electrically connected to the third semiconductor layer 5 . [Selection drawing] Fig. 1

Description

本発明は、ノーマリオフ型のHFET(Hetero Field Effect Transistor)およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a normally-off type HFET (Hetero Field Effect Transistor) and a method for manufacturing the same.

従来のHFETは、SiC(またはSi、GaN、サファイア等)から成る半導体基板と、半導体基板上に形成されたAlN等の窒化物半導体から成るバッファ層と、バッファ層上に形成されたノンドープGaNから成る電子走行層と、電子走行層上に形成されたノンドープAlGaNまたは、ノンドープAlGaN層を含む積層から成る電子供給層と、電子供給層上に形成され且つ一部が開口したSiNx又はSiOxから成る絶縁膜と、電子供給層上に形成されたゲート電極とソース電極とドレイン電極と、を備えている。ここで、ノンドープとは半導体層に対し意図的に不純物を導入していないことを意味する。 A conventional HFET includes a semiconductor substrate made of SiC (or Si, GaN, sapphire, etc.), a buffer layer made of a nitride semiconductor such as AlN formed on the semiconductor substrate, and non-doped GaN formed on the buffer layer. An electron transit layer comprising: an electron supply layer comprising non-doped AlGaN formed on the electron transit layer or a laminate including the non-doped AlGaN layer; and an insulation comprising SiNx or SiOx formed on the electron supply layer and partially open. The film includes a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode formed on the electron supply layer. Here, non-doped means that no impurity is intentionally introduced into the semiconductor layer.

AlGaNのバンドギャップはGaNのバンドギャップよりも大きく、AlGaNの格子定数はGaNの格子定数よりも小さいため、GaNから成る電子走行層上にAlGaNから成る電子供給層を形成すると、電子供給層に引張応力が作用してピエゾ(圧電)分極が生じる。電子供給層では自発分極も生じるため、電子走行層と電子供給層とのヘテロ接合界面近傍において、ピエゾ分極と自発分極による電界が作用してたとえば2次元電子ガス(2DEG)層の2次元キャリアガスが発生する。HFETは、上記の2DEG層をチャネルとして利用することで、例えばドレインからチャネルを経由してソースへと向かう電子の流れを制御できるスイッチング素子として利用される。 Since the band gap of AlGaN is larger than the band gap of GaN and the lattice constant of AlGaN is smaller than the lattice constant of GaN, when an electron supply layer made of AlGaN is formed on the electron transit layer made of GaN, the electron supply layer is pulled. Stress acts to cause piezo (piezoelectric) polarization. Since spontaneous polarization also occurs in the electron supply layer, an electric field due to piezo polarization and spontaneous polarization acts near the heterojunction interface between the electron transit layer and the electron supply layer, for example, a two-dimensional carrier gas of a two-dimensional electron gas (2DEG) layer Will occur. The HFET is used as a switching element that can control the flow of electrons from the drain to the source via the channel by using the 2DEG layer as a channel.

一方で、従来のHFETにおいて、電子走行層と電子供給層とのヘテロ接合界面におけるエネルギーレベルがフェルミレベル以下となる。そのため、従来のHFETは負の閾値を有するノーマリオン(デプレッション型)の特性を有する。しかし、従来のHFETをパワー半導体素子として例えば電源装置に適用した場合、異常時の安全確保のため、正の閾値を有するノーマリオフ(エンハンスメント)型であることが必要である。この問題を解決するHFETが特許文献1で開示されている。 On the other hand, in the conventional HFET, the energy level at the heterojunction interface between the electron transit layer and the electron supply layer is equal to or lower than the Fermi level. Therefore, the conventional HFET has a normally-on (depletion type) characteristic having a negative threshold value. However, when a conventional HFET is applied to a power supply device as a power semiconductor element, for example, it is necessary to be a normally-off (enhancement) type having a positive threshold value in order to ensure safety in the event of an abnormality. HFET which solves this problem is disclosed by patent document 1. FIG.

図6はノーマリオフ特性を有するGaN系の材料を用いたHFETの断面構造を示す図である。SiCから成る半導体基板1と、半導体基板1上に形成されたAlNから成るバッファ層2と、バッファ層2上に形成されたノンドープGaNから成る電子走行層3と、電子走行層3上に形成されたノンドープAlGaNから成る電子供給層4と、電子供給層4の一部の上に形成されたp型GaNから成るp型半導体層5と、p型半導体層5上に形成されたp+型GaNから成る高濃度p型半導体層51と、電子供給層4上とp型半導体層5側面と高濃度p型半導体層51上および側面とに形成され且つ一部が開口したSiOxから成る絶縁膜7と、高濃度p型半導体層51上に形成され且つ高濃度p型半導体層51とオーミック接合するPdから成るゲート電極8と、電子供給層4上であってp型半導体層5を間に設けるようにp型半導体層5と離間して形成されたTiとAlとから成るソース電極9およびドレイン電極10と、を備えている。 図6のHFETはゲート電極8直下の電子供給層4上にp型GaNから成るp型半導体層51を形成されている。これにより、電子走行層4および電子供給層5のエネルギーレベルが引き上げられ、ノーマリオフ特性を有するHFETが得られる。 FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional structure of an HFET using a GaN-based material having normally-off characteristics. A semiconductor substrate 1 made of SiC, a buffer layer 2 made of AlN formed on the semiconductor substrate 1, an electron transit layer 3 made of non-doped GaN formed on the buffer layer 2, and formed on the electron transit layer 3 An electron supply layer 4 made of non-doped AlGaN, a p-type semiconductor layer 5 made of p-type GaN formed on a part of the electron supply layer 4, and a p + -type GaN formed on the p-type semiconductor layer 5. A high-concentration p-type semiconductor layer 51, and an insulating film 7 made of SiOx formed on the electron supply layer 4, on the side surface of the p-type semiconductor layer 5, on the side surface and on the side surface of the high-concentration p-type semiconductor layer 51, and partially opened. The gate electrode 8 made of Pd formed on the high-concentration p-type semiconductor layer 51 and in ohmic contact with the high-concentration p-type semiconductor layer 51 and the p-type semiconductor layer 5 on the electron supply layer 4 are provided therebetween. P-type semiconductor 5 and spaced between Ti and Al which is formed with the source electrode 9 and drain electrode 10 made of, and a. In the HFET of FIG. 6, a p-type semiconductor layer 51 made of p-type GaN is formed on the electron supply layer 4 immediately below the gate electrode 8. Thereby, the energy level of the electron transit layer 4 and the electron supply layer 5 is raised, and an HFET having normally-off characteristics is obtained.

特開2009−200395号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-200395

上記特許文献1のようなHFETにおいてノーマリオフ化するためには、p型GaN層5直下の電子走行層3に2次元電子ガスのキャリア濃度を低減する必要がある。そのため、p型GaN層5直下の電子供給層4を薄く形成する。すると、p型GaN層5直下の周りの電子供給層4も薄くなり、電子走行層3に生じる2次元電子ガスのキャリア濃度が低下し、HFETのオン抵抗が高くなってしまう問題点がある。また、p型GaN層5直下の電子供給層4を厚く形成すると、HFETを良好にオフすることができない問題がある。 In order to achieve normally-off in the HFET as in Patent Document 1, it is necessary to reduce the carrier concentration of the two-dimensional electron gas in the electron transit layer 3 immediately below the p-type GaN layer 5. Therefore, the electron supply layer 4 immediately below the p-type GaN layer 5 is formed thin. As a result, the electron supply layer 4 immediately below the p-type GaN layer 5 is also thinned, and the carrier concentration of the two-dimensional electron gas generated in the electron transit layer 3 is lowered, and the on-resistance of the HFET is increased. Further, when the electron supply layer 4 immediately below the p-type GaN layer 5 is formed thick, there is a problem that the HFET cannot be turned off satisfactorily.

そこで、本発明の目的は、良好にノーマリオフが実現でき且つオン抵抗を低減できるノーマリオフ型のHFET(Hetero Field Effect Transistor)を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a normally-off type HFET (Hetero Field Effect Transistor) that can realize normally-off well and reduce on-resistance.

上記課題を解決し上記目的を達成するために、ノーマリオフ型のHFETは、窒化物半導体から成る第1の半導体層と、第1の半導体層上に第1の半導体層と組成が異なる窒化物半導体から成る第2の半導体層と、第1の半導体層と第2の半導体層との界面近傍の第1の半導体層内に生じる2次元キャリアガスとを備える主半導体領域と、2次元キャリアガスと電気的に接続される第1の主電極と、2次元キャリアガスと電気的に接続され且つ第1の主電極と離間して形成される第2の主電極と、第2の半導体層上であって第1の主電極と第2の主電極との間に形成され且つp型の導電型を有する第3の半導体層と、第2の半導体層上及び第3の半導体層の少なくとも一部を覆うように形成され、窒化物半導体から成る第4の半導体層と、第3の半導体層と電気的に接続する制御電極と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems and achieve the above object, a normally-off HFET includes a first semiconductor layer made of a nitride semiconductor and a nitride semiconductor having a composition different from that of the first semiconductor layer on the first semiconductor layer. A main semiconductor region comprising: a second semiconductor layer comprising: a two-dimensional carrier gas generated in the first semiconductor layer in the vicinity of the interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; On the second semiconductor layer, a first main electrode that is electrically connected, a second main electrode that is electrically connected to the two-dimensional carrier gas and is spaced apart from the first main electrode, and A third semiconductor layer formed between the first main electrode and the second main electrode and having a p-type conductivity, and at least part of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer; A fourth semiconductor layer made of a nitride semiconductor, Characterized in that it comprises between the semiconductor layer and the control electrode electrically connecting the.

また、上記課題を解決し上記目的を達成するために、ノーマリオフ型のHFETの製造方法は、窒化物半導体から成る第1の半導体層上に、第1の半導体層と異なる組成を有する窒化物半導体から成る第2の半導体層し、第2の半導体層上にp型の導電型を有する第3半導体層を形成する工程と、第3の半導体層の少なくとも一部を除去する工程と、第2の半導体層上及び第3の半導体層の少なくとも一部を覆うように形成され、窒化物半導体から成る第4の半導体層を形成する工程と、第4の半導体層を貫通し、第3の半導体層と電気的に接続するゲート電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。 In order to solve the above problems and achieve the above object, a normally-off type HFET manufacturing method includes a nitride semiconductor having a composition different from that of the first semiconductor layer on the first semiconductor layer made of a nitride semiconductor. Forming a second semiconductor layer comprising: a third semiconductor layer having a p-type conductivity type on the second semiconductor layer; removing at least a part of the third semiconductor layer; Forming a fourth semiconductor layer made of a nitride semiconductor and covering at least a part of the third semiconductor layer and penetrating the fourth semiconductor layer, and forming a third semiconductor layer Forming a gate electrode electrically connected to the layer.

本発明によれば、良好にノーマリオフが実現でき且つオン抵抗を低減できるノーマリオフ型のHFET及びその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a normally-off type HFET that can realize normally-off well and reduce on-resistance, and a method for manufacturing the normally-off HFET.

本発明の第1実施例のHFETの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of HFET of 1st Example of this invention. 本発明の第1実施例のHFETの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of HFET of 1st Example of this invention. 本発明の第1実施例のノーマリオフ型のHFETの製造方法を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing method of normally-off type HFET of 1st Example of this invention. 本発明の第1実施例の変形例のノーマリオフ型のHFETの製造方法を示す工程断面図である。It is process sectional drawing which shows the manufacturing method of normally-off type HFET of the modification of 1st Example of this invention. 本発明の第2実施例のノーマリオフ型のHFETの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of normally-off type HFET of 2nd Example of this invention. 従来のノーマリオフ型のHFETの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional normally-off type HFET.

次に、図1〜4を参照して本発明の実施形態に係わる半導体装置(ノーマリオフ型のHFET)およびその製造方法の一例について説明する。 Next, an example of a semiconductor device (normally-off type HFET) and a manufacturing method thereof according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1及び図2は、本発明の第1実施例の半導体装置の断面構造を示す図である。図1の半導体装置は、SiC又はSiから成るシリコン系半導体基板1と、半導体基板1上に形成されたAlNから成る窒化物半導体のバッファ層2と、バッファ層2上に形成されたノンドープGaNから成る第1の窒化物半導体層3(第1半導体層)と、第1の窒化物半導体層3上に形成され、ノンドープAlGaNから成る第1の窒化物半導体層3とは異なる組成で形成され、ノンドープ又はn型不純物をドープした第2の窒化物半導体層4(第2半導体層)と、第2の窒化物半導体層4の一部の上に形成されたp型AlGaN又はp型GaNから成るp型導電型の窒化物半導体の第3の半導体層5(第3半導体層)と、第2の窒化物半導体層4上及び第3の半導体層5の少なくとも一部の上を覆うように例えば第3の半導体層5の側面上に形成され、第3の半導体層5直下の第2の窒化物半導体層4の厚みy1よりも厚い厚みy2であって、ノンドープ又はn型不純物をドープした窒化物半導体から成る第4の半導体層6(第4半導体層)とを備える。第1の窒化物半導体層3は電子走行層となり、第2の窒化物半導体層4と接する第4の半導体層6の部分と第2の窒化物半導体層4とが電子供給層となる。第3の半導体層5の直下の電子供給層と電子走行層との界面近傍の電子走行層内の少なくとも一部には2次元電子ガス層が生じておらず、この領域を除くゲート・ドレイン間、ゲート・ソース間には、電子供給層と電子走行層との界面近傍の電子走行層内に2次元電子ガス層が生じている。第1の窒化物半導体層3、第2の窒化物半導体層4、及び第2の窒化物半導体層4と接する第4の半導体層6の部分が主半導体領域を構成している。第2の窒化物半導体層4の厚みy1は例えば5nm〜10nmである。第3の半導体層5の厚みは例えば50nm〜200nmである。第4の半導体層6の厚みy2は例えば20nm〜50nmであり、第3の半導体層5の厚みは第4の半導体層6の厚みy2よりも厚くなっている。第4の半導体層6の厚みy2は第3の半導体層5の側面上の第4の半導体層6の厚みy3よりも厚く形成される。 1 and 2 are views showing a cross-sectional structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. The semiconductor device of FIG. 1 includes a silicon-based semiconductor substrate 1 made of SiC or Si, a nitride semiconductor buffer layer 2 made of AlN formed on the semiconductor substrate 1, and non-doped GaN formed on the buffer layer 2. The first nitride semiconductor layer 3 (first semiconductor layer) and the first nitride semiconductor layer 3 formed on the first nitride semiconductor layer 3 and made of non-doped AlGaN are formed with different compositions. A non-doped or n-type impurity doped second nitride semiconductor layer 4 (second semiconductor layer) and p-type AlGaN or p-type GaN formed on a part of the second nitride semiconductor layer 4 For example, the third semiconductor layer 5 (third semiconductor layer) of a p-type conductivity type nitride semiconductor, the second nitride semiconductor layer 4 and at least a part of the third semiconductor layer 5 are covered. Side surface of the third semiconductor layer 5 A fourth semiconductor layer made of a nitride semiconductor, which is thicker than the thickness y1 of the second nitride semiconductor layer 4 immediately below the third semiconductor layer 5 and is doped with a non-doped or n-type impurity. 6 (fourth semiconductor layer). The first nitride semiconductor layer 3 serves as an electron transit layer, and the portion of the fourth semiconductor layer 6 in contact with the second nitride semiconductor layer 4 and the second nitride semiconductor layer 4 serve as an electron supply layer. A two-dimensional electron gas layer is not formed in at least a part of the electron transit layer in the vicinity of the interface between the electron supply layer and the electron transit layer immediately below the third semiconductor layer 5, and between the gate and drain except this region. Between the gate and the source, a two-dimensional electron gas layer is formed in the electron transit layer in the vicinity of the interface between the electron supply layer and the electron transit layer. The first nitride semiconductor layer 3, the second nitride semiconductor layer 4, and the portion of the fourth semiconductor layer 6 in contact with the second nitride semiconductor layer 4 constitute the main semiconductor region. The thickness y1 of the second nitride semiconductor layer 4 is, for example, 5 nm to 10 nm. The thickness of the third semiconductor layer 5 is, for example, 50 nm to 200 nm. The thickness y2 of the fourth semiconductor layer 6 is, for example, 20 nm to 50 nm, and the thickness of the third semiconductor layer 5 is larger than the thickness y2 of the fourth semiconductor layer 6. The thickness y2 of the fourth semiconductor layer 6 is formed to be thicker than the thickness y3 of the fourth semiconductor layer 6 on the side surface of the third semiconductor layer 5.

また、第3の半導体層5よりも外側の第6の窒化物半導体層6の厚みy2は第3の半導体層5直下よりも外側の第2の窒化物半導体層4の部分の厚みy4よりも厚く形成される。実施例1の半導体装置によれば、第3の半導体層5の少なくとも一部を覆うように第4の半導体層6を設けることにより、良好にノーマリオフが実現でき且つオン抵抗を低減できる。 Further, the thickness y2 of the sixth nitride semiconductor layer 6 outside the third semiconductor layer 5 is larger than the thickness y4 of the portion of the second nitride semiconductor layer 4 outside just below the third semiconductor layer 5. It is formed thick. According to the semiconductor device of Example 1, by providing the fourth semiconductor layer 6 so as to cover at least a part of the third semiconductor layer 5, normally-off can be satisfactorily realized and the on-resistance can be reduced.

第3の半導体層5は第2の窒化物半導体層4上の一部の領域のみに形成されており、第3の半導体層5の下面に段差が無く、第3の半導体層5の下面の幅は第3の半導体層5の上面の幅よりも広くなっている。そして、第3の半導体層5の側面はなだらかな傾斜を有している。 The third semiconductor layer 5 is formed only in a part of the region on the second nitride semiconductor layer 4. There is no step on the lower surface of the third semiconductor layer 5, and the lower surface of the third semiconductor layer 5 is not formed. The width is wider than the width of the upper surface of the third semiconductor layer 5. The side surface of the third semiconductor layer 5 has a gentle slope.

第2の窒化物半導体層4上及び第3の半導体層5の側面上において、第4の半導体層6は第1の窒化物半導体層3とは異なる組成で形成され、例えば第2の窒化物半導体層4と同じ組成(AlGaN)から成る。なお、第4の半導体層6は第2の窒化物半導体層4よりもAlの含有率が大きいAlGaNから成る窒化物半導体であっても良い。これにより、電子走行層内の2次元電子ガスを高め、オン電圧の低い半導体装置を提供することができる。 On the second nitride semiconductor layer 4 and on the side surface of the third semiconductor layer 5, the fourth semiconductor layer 6 is formed with a composition different from that of the first nitride semiconductor layer 3, for example, the second nitride It consists of the same composition (AlGaN) as the semiconductor layer 4. Note that the fourth semiconductor layer 6 may be a nitride semiconductor made of AlGaN having a higher Al content than the second nitride semiconductor layer 4. Thereby, the two-dimensional electron gas in the electron transit layer can be increased, and a semiconductor device with a low on-voltage can be provided.

また、第2の窒化物半導体層4はノンドープの窒化物半導体であって、第4の半導体層6はシリコン等のn型ドーパントを含む窒化物半導体であることが望ましい。これにより、第3の半導体層5直下の第2の窒化物半導体層4の部分のチャネル抵抗を比較的高めつつ、第3の半導体層5直下よりも外側の第4の半導体層6のチャネル抵抗を低減することができる。さらに、第3の半導体層5直下の第2の窒化物半導体層4の部分の厚みy1は第3の半導体層5直下よりも外側の第2の窒化物半導体層4の部分の厚みy4よりも厚いことが望ましい。これにより、第2の窒化物半導体層4は第4の半導体層6よりもN型不純物が低いので、第3の半導体層5直下の第2の窒化物半導体層4の抵抗を高めることができ、オン抵抗を低く抑えつつ、ゲートリーク電流を抑制することができる。また、第4の半導体層6は第3の半導体層5の側面上だけでなく第3の半導体層5の上面上にも
設けて良い。
The second nitride semiconductor layer 4 is preferably a non-doped nitride semiconductor, and the fourth semiconductor layer 6 is preferably a nitride semiconductor containing an n-type dopant such as silicon. Thereby, the channel resistance of the portion of the second nitride semiconductor layer 4 immediately below the third semiconductor layer 5 is relatively increased, and the channel resistance of the fourth semiconductor layer 6 outside the portion immediately below the third semiconductor layer 5 is increased. Can be reduced. Further, the thickness y1 of the portion of the second nitride semiconductor layer 4 immediately below the third semiconductor layer 5 is larger than the thickness y4 of the portion of the second nitride semiconductor layer 4 outside the portion immediately below the third semiconductor layer 5. Thick is desirable. Thereby, since the second nitride semiconductor layer 4 has lower N-type impurities than the fourth semiconductor layer 6, it is possible to increase the resistance of the second nitride semiconductor layer 4 immediately below the third semiconductor layer 5. The gate leakage current can be suppressed while the on-resistance is kept low. Further, the fourth semiconductor layer 6 may be provided not only on the side surface of the third semiconductor layer 5 but also on the upper surface of the third semiconductor layer 5.

第4の半導体層6上には、一部が開口したSiNx又はSiOx(xは1〜2の整数である。)から成る絶縁膜7を備える。ここで、絶縁膜7は第4の半導体層6に対して2次元電子ガス層のキャリア濃度を増加させる応力を生じさせるように歪を有する膜として形成することが望ましい。これにより、2次元電子ガス層のキャリア濃度が高まり、HFETのオン電圧を低減することができる。 On the fourth semiconductor layer 6, an insulating film 7 made of SiNx or SiOx (x is an integer of 1 to 2) partially opened is provided. Here, it is desirable to form the insulating film 7 as a film having a strain so as to generate a stress that increases the carrier concentration of the two-dimensional electron gas layer with respect to the fourth semiconductor layer 6. Thereby, the carrier concentration of the two-dimensional electron gas layer is increased, and the on-voltage of the HFET can be reduced.

ゲート電極(制御電極)8は絶縁膜7の開口部で第4の半導体層6を貫通して第3の半導体層5と電気的に接続されている。ゲート電極8は第4の半導体層6とショットキー接合するように例えばPdやNiから成る。ゲート電極8の側面又は上面と第4の半導体層6との間に絶縁膜7を間に設けてもよい。 The gate electrode (control electrode) 8 penetrates the fourth semiconductor layer 6 through the opening of the insulating film 7 and is electrically connected to the third semiconductor layer 5. The gate electrode 8 is made of, for example, Pd or Ni so as to form a Schottky junction with the fourth semiconductor layer 6. An insulating film 7 may be provided between the side surface or upper surface of the gate electrode 8 and the fourth semiconductor layer 6.

ソース電極(第1の主電極)9およびドレイン電極(第2の主電極)10はゲート電極8を間に設けるように第1の窒化物半導体層3上に配置されており、例えばTiとAlとから成る。ソース電極9およびドレイン電極10は絶縁膜7の開口部で第2の窒化物半導体層4及び第4の半導体層6を貫通するように設けられているが、ソース電極9およびドレイン電極10は2次元電子ガス層と電気的に低抵抗接続していれば良い。例えば、ソース電極9およびドレイン電極10は第2の窒化物半導体層4を貫通しないように第2の窒化物半導体層4上に形成してもよい。さらに、ソース電極9およびドレイン電極10は第4の半導体層6も貫通しないように第4の半導体層6上に形成してもよい。 The source electrode (first main electrode) 9 and the drain electrode (second main electrode) 10 are disposed on the first nitride semiconductor layer 3 so as to provide the gate electrode 8 therebetween. For example, Ti and Al It consists of. The source electrode 9 and the drain electrode 10 are provided so as to penetrate the second nitride semiconductor layer 4 and the fourth semiconductor layer 6 through the opening of the insulating film 7. What is necessary is just to be electrically connected to the three-dimensional electron gas layer with low resistance. For example, the source electrode 9 and the drain electrode 10 may be formed on the second nitride semiconductor layer 4 so as not to penetrate the second nitride semiconductor layer 4. Further, the source electrode 9 and the drain electrode 10 may be formed on the fourth semiconductor layer 6 so as not to penetrate the fourth semiconductor layer 6.

図3は、本発明の第1実施例の半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。まず、図3(a)のように、半導体基板1上にエピタキシャル成長により、厚さが例えば100nmのAlNから成るバッファ層2と、厚さが例えば2μmのGaNから成る第1の窒化物半導体層3とAlGaNから成る第2の窒化物半導体層4と、不純物濃度は例えば1×1019cm−3であるp型AlGaN又はp型GaNから成るp型導電型の窒化物半導体の第3の半導体層5とをMOCVD法もしくはMBE法等によって、この順に積層する。この時、第3の半導体層5直下の第1の窒化物半導体層3の領域に2次元電子ガス層が生じない程度に第2の窒化物半導体層4の厚みと第3の半導体層5の厚みが決定される。 FIG. 3 is a process sectional view showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 3A, a buffer layer 2 made of AlN having a thickness of, for example, 100 nm and a first nitride semiconductor layer 3 made of, for example, GaN having a thickness of, for example, 2 μm, are epitaxially grown on the semiconductor substrate 1. And second nitride semiconductor layer 4 made of AlGaN, and a third semiconductor layer of p-type conductivity type nitride semiconductor made of p-type AlGaN or p-type GaN having an impurity concentration of, for example, 1 × 10 19 cm −3 5 are laminated in this order by MOCVD method or MBE method. At this time, the thickness of the second nitride semiconductor layer 4 and the thickness of the third semiconductor layer 5 are such that a two-dimensional electron gas layer is not generated in the region of the first nitride semiconductor layer 3 immediately below the third semiconductor layer 5. The thickness is determined.

次に、図3(b)のように、ゲート形成領域(制御領域)となる第3の半導体層5の一部の上にシリコン酸化膜等のマスクを形成し、ICP(Inductive−Coupled Plasma)法等のドライエッチングにより、ゲート形成領域以外の第3の半導体層5の領域部分と第3の半導体層5の外側の第2の窒化物半導体層4が厚み方向に除去され、第3の半導体層5直下の第2の窒化物半導体層4の厚みy1よりも第3の半導体層5よりも外側の第2の窒化物半導体層4の領域の厚みy4が薄くなっている。このドライエッチングにより、第3の半導体層5の下面の幅は第3の半導体層5の上面の幅よりも広くなるように第3の半導体層5の側面に傾斜が形成される。なお、第3の半導体層5のエッチング工程は無くても良い。 Next, as shown in FIG. 3B, a mask such as a silicon oxide film is formed on a part of the third semiconductor layer 5 to be a gate formation region (control region), and ICP (Inductive-Coupled Plasma). By dry etching such as the method, the region portion of the third semiconductor layer 5 other than the gate formation region and the second nitride semiconductor layer 4 outside the third semiconductor layer 5 are removed in the thickness direction, and the third semiconductor is removed. The thickness y4 of the region of the second nitride semiconductor layer 4 outside the third semiconductor layer 5 is thinner than the thickness y1 of the second nitride semiconductor layer 4 immediately below the layer 5. By this dry etching, an inclination is formed on the side surface of the third semiconductor layer 5 so that the width of the lower surface of the third semiconductor layer 5 is wider than the width of the upper surface of the third semiconductor layer 5. Note that the third semiconductor layer 5 may not be etched.

また、第3の半導体層5よりも外側の第2の窒化物半導体層4の領域は一部ではなく完全に除去されてもよい。この場合、第2の窒化物半導体層4を完全に除去した後であって次の図3(c)で示す工程の前に、第2の窒化物半導体層4を第1の窒化物半導体層3上に再度MOCVD法もしくはMBE法等によって形成して、第2の窒化物半導体層4を設けても良い。 Further, the region of the second nitride semiconductor layer 4 outside the third semiconductor layer 5 may be completely removed instead of being part of it. In this case, after the second nitride semiconductor layer 4 is completely removed and before the next step shown in FIG. 3C, the second nitride semiconductor layer 4 is replaced with the first nitride semiconductor layer. The second nitride semiconductor layer 4 may be formed on the substrate 3 again by the MOCVD method or the MBE method.

次に、図3(c)のように、第3の半導体層5の少なくとも一部を覆うように、MOCVD法もしくはMBE法等のエピタキシャル層の選択成長によって、厚み25nmの第4の半導体層6を形成する。第4の半導体層6は第1の窒化物半導体層3とは異なる組成で形成され、例えば第2の窒化物半導体層4と同じ組成(AlGaN)から成る。第4の半導体層6を設けることで、第3の半導体層5の直下の少なくとも一部を除く第1の窒化物半導体層3には、高濃度の2次元電子ガス層ができる。 Next, as shown in FIG. 3C, the fourth semiconductor layer 6 having a thickness of 25 nm is formed by selective growth of an epitaxial layer such as MOCVD or MBE so as to cover at least a part of the third semiconductor layer 5. Form. The fourth semiconductor layer 6 is formed with a composition different from that of the first nitride semiconductor layer 3 and is made of, for example, the same composition (AlGaN) as that of the second nitride semiconductor layer 4. By providing the fourth semiconductor layer 6, a high-concentration two-dimensional electron gas layer can be formed in the first nitride semiconductor layer 3 excluding at least a part immediately below the third semiconductor layer 5.

ここで、第4の半導体層6は第2の窒化物半導体層4よりもAlの含有率が大きいAlGaNから成る窒化物半導体であっても良い。これにより、第3の半導体層5と第4の半導体層6との界面における2次元電子ガス濃度が高まり、オン抵抗を低減することができる。また、第2の窒化物半導体層4はノンドープの窒化物半導体であって、第4の半導体層6はシリコン等のn型ドーパントを含む窒化物半導体であることが望ましい。これにより、第3の半導体層5直下の第2の窒化物半導体層4の部分のチャネル抵抗を比較的高めつつ、第3の半導体層5直下よりも外側の第4の半導体層6のチャネル抵抗を低減することができる。さらに、第3の半導体層5直下よりも外側のドレイン・ゲート間形成領域下及びソース・ゲート間形成領域下に相当する第2の窒化物半導体層4の部分の厚みy4は第3の半導体層5直下よりも外側の第4の窒化物半導体層6の部分の厚みy2よりも薄く、第4の半導体層6はシリコン等のn型ドーパントを含んでいることが望ましい。これにより、第3の半導体層5直下の第2の窒化物半導体層4の部分のチャネル抵抗を比較的高めつつ、第3の半導体層5直下よりも外側の第4の半導体層6のチャネル抵抗を低減することができる。よって、オン抵抗を低く抑えながらゲートリーク電流を抑制することができる。 Here, the fourth semiconductor layer 6 may be a nitride semiconductor made of AlGaN having a higher Al content than the second nitride semiconductor layer 4. Thereby, the two-dimensional electron gas concentration at the interface between the third semiconductor layer 5 and the fourth semiconductor layer 6 is increased, and the on-resistance can be reduced. The second nitride semiconductor layer 4 is preferably a non-doped nitride semiconductor, and the fourth semiconductor layer 6 is preferably a nitride semiconductor containing an n-type dopant such as silicon. Thereby, the channel resistance of the portion of the second nitride semiconductor layer 4 immediately below the third semiconductor layer 5 is relatively increased, and the channel resistance of the fourth semiconductor layer 6 outside the portion immediately below the third semiconductor layer 5 is increased. Can be reduced. Furthermore, the thickness y4 of the portion of the second nitride semiconductor layer 4 corresponding to the region below the drain-gate formation region and the source-gate formation region outside the region directly below the third semiconductor layer 5 is the third semiconductor layer. It is desirable that the thickness of the fourth nitride semiconductor layer 6 is less than 5 below the thickness y2, and the fourth semiconductor layer 6 contains an n-type dopant such as silicon. Thereby, the channel resistance of the portion of the second nitride semiconductor layer 4 immediately below the third semiconductor layer 5 is relatively increased, and the channel resistance of the fourth semiconductor layer 6 outside the portion immediately below the third semiconductor layer 5 is increased. Can be reduced. Therefore, the gate leakage current can be suppressed while the on-resistance is kept low.

第4の半導体層6が第3の半導体層5の側面上に設けられる場合、第2の窒化物半導体層4上の第4の半導体層6の厚みy2は第3の半導体層5の側面上の厚みy3よりも厚く形成される。なお、第3の半導体層5上のマスクを除去せず、MOCVD法もしくはMBE法等の選択成長によって、第4の半導体層6を形成しても良い。これにより、第4の半導体層6をセルフアラインで形成することができる。 When the fourth semiconductor layer 6 is provided on the side surface of the third semiconductor layer 5, the thickness y <b> 2 of the fourth semiconductor layer 6 on the second nitride semiconductor layer 4 is on the side surface of the third semiconductor layer 5. It is formed thicker than the thickness y3. Note that the fourth semiconductor layer 6 may be formed by selective growth such as MOCVD or MBE without removing the mask on the third semiconductor layer 5. Thereby, the fourth semiconductor layer 6 can be formed by self-alignment.

また、図3(c)のように、第4の半導体層6は第3の半導体層5の側面上だけでなく、第3の半導体層5の上面上にも設けて良い。 Further, as shown in FIG. 3C, the fourth semiconductor layer 6 may be provided not only on the side surface of the third semiconductor layer 5 but also on the upper surface of the third semiconductor layer 5.

また、マスクをSiOx膜とすることで、第4の半導体層6中の酸素、Siの取り込み効果によって、第4の半導体層6のみn型ドープされ、HFETの低抵抗化に寄与することができる。 Further, by using the SiOx film as the mask, only the fourth semiconductor layer 6 is n-type doped due to the effect of oxygen and Si incorporation in the fourth semiconductor layer 6, which can contribute to lowering the resistance of the HFET. .

次に、図3(d)のように、ドライエッチングにより、絶縁膜7の一部を開口し、絶縁膜7の開口部内に第4の窒化物半導体層6を貫通する穴を形成し、穴内に形成されたゲート電極8によってゲート電極8と第3の半導体層5が接続される。ここで、穴を形成してゲート電極8を形成する前にレーザアニール等により活性加熱処理をして、第3の半導体層5の活性化率を向上させても良い。 Next, as shown in FIG. 3D, a part of the insulating film 7 is opened by dry etching, and a hole penetrating the fourth nitride semiconductor layer 6 is formed in the opening of the insulating film 7. The gate electrode 8 and the third semiconductor layer 5 are connected to each other by the gate electrode 8 formed in the above. Here, the activation rate of the third semiconductor layer 5 may be improved by performing an active heat treatment by laser annealing or the like before forming the hole and forming the gate electrode 8.

また、ゲート電極8から離間し、ゲート電極8の両側に設けるように絶縁膜7の一部を開口し、その開口部内に第4の窒化物半導体層6及び第2の窒化物半導体層4を貫通する穴を形成し、ソース電極9とドレイン電極10とを形成する。 Further, a part of the insulating film 7 is opened so as to be separated from the gate electrode 8 and provided on both sides of the gate electrode 8, and the fourth nitride semiconductor layer 6 and the second nitride semiconductor layer 4 are formed in the opening. A through-hole is formed, and the source electrode 9 and the drain electrode 10 are formed.

ここで、ゲート電極8とソース電極9とドレイン電極10とは、絶縁膜7よりも前に形成されても良い。 Here, the gate electrode 8, the source electrode 9, and the drain electrode 10 may be formed before the insulating film 7.

第3の半導体層5を形成するに当たり、ICP(Inductive−Coupled Plasma)法等のドライエッチングにより、ゲート形成領域以外の第3の半導体層5の領域部分と第3の半導体層5の外側の第2の窒化物半導体層4が厚み方向に除去され、第3の半導体層5直下の第2の窒化物半導体層4の厚みy1よりも第3の半導体層5よりも外側の第2の窒化物半導体層4の領域の厚みy4が薄くなる。若しくは第3の半導体層5よりも外側の第2の窒化物半導体層4の領域の厚みを厚くすると、第3の半導体層5直下の第2の窒化物半導体層4の厚みy1が厚くなり、第3の半導体層5が2次元電子ガスを遮断するノーマリオフとしての機能が十分発揮できなくなる。しかし、実施例1に係る半導体装置の製造方法によれば、その後に第4の窒化物半導体層6を形成しているので、第3の半導体層5直下の第2の窒化物半導体層4の厚みy1をノーマリオフ特性が十分に発揮できる厚みにしつつ、2次元電子ガス層の濃度を高めることができる。よって、実施例1に係る半導体装置の製造方法によれば、チャネル抵抗が低減することができ、オン電圧を低減することができる。さらに、ゲート電極8直下にリセス部を形成していないので、リセス形状のばらつきによる閾値のばらつきが無く、閾値の制御を容易に行うことができる。また、図3(b)のようにドライエッチングによって第2の窒化物半導体層4の厚みが多少ばらついたとしても、第4の窒化物半導体層6の厚みを調整することで、チャネル抵抗のバラツキを抑制することができる。 In forming the third semiconductor layer 5, a region portion of the third semiconductor layer 5 other than the gate formation region and a region outside the third semiconductor layer 5 are formed by dry etching such as an ICP (Inductive-Coupled Plasma) method. The second nitride semiconductor layer 4 is removed in the thickness direction, and the second nitride outside the third semiconductor layer 5 than the thickness y1 of the second nitride semiconductor layer 4 immediately below the third semiconductor layer 5 is removed. The thickness y4 of the region of the semiconductor layer 4 is reduced. Alternatively, when the thickness of the region of the second nitride semiconductor layer 4 outside the third semiconductor layer 5 is increased, the thickness y1 of the second nitride semiconductor layer 4 immediately below the third semiconductor layer 5 is increased, The third semiconductor layer 5 cannot fully exhibit the normally-off function of blocking the two-dimensional electron gas. However, according to the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, since the fourth nitride semiconductor layer 6 is formed thereafter, the second nitride semiconductor layer 4 immediately below the third semiconductor layer 5 is formed. It is possible to increase the concentration of the two-dimensional electron gas layer while making the thickness y1 sufficiently thick to exhibit the normally-off characteristic. Therefore, according to the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, the channel resistance can be reduced and the on-voltage can be reduced. Further, since no recess is formed immediately below the gate electrode 8, there is no variation in threshold due to variation in recess shape, and the threshold can be easily controlled. Further, even if the thickness of the second nitride semiconductor layer 4 varies somewhat by dry etching as shown in FIG. 3B, the variation in channel resistance can be achieved by adjusting the thickness of the fourth nitride semiconductor layer 6. Can be suppressed.

(変形例)実施例1の半導体装置の変形例について、図4で示す。なお、同一部材には原則として同一の符号を附し、その繰り返しの説明は省略する。図4の(a)については、図3の(a)と同じである。その後、図4(b)において、ゲート形成領域(制御領域)となる第3の半導体層5の一部の上にシリコン酸化膜等のマスクを形成し、ICP(Inductive−Coupled Plasma)法等のドライエッチングにより、ゲート形成領域以外の第3の半導体層5の領域部分と第3の半導体層5の外側の第2の窒化物半導体層4が完全に除去される。その際、第3の半導体層5の外側の第1の窒化物半導体層3の上面側の一部も除去されても良い。 (Modification) FIG. 4 shows a modification of the semiconductor device of the first embodiment. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same member in principle, and the repeated description is abbreviate | omitted. 4 (a) is the same as FIG. 3 (a). Thereafter, in FIG. 4B, a mask such as a silicon oxide film is formed on a part of the third semiconductor layer 5 to be a gate formation region (control region), and an ICP (Inductive-Coupled Plasma) method or the like is used. By dry etching, the region of the third semiconductor layer 5 other than the gate formation region and the second nitride semiconductor layer 4 outside the third semiconductor layer 5 are completely removed. At this time, a part of the upper surface side of the first nitride semiconductor layer 3 outside the third semiconductor layer 5 may also be removed.

次に図4(c)において、第3の半導体層5の少なくとも一部を覆うように、MOCVD法もしくはMBE法等の選択成長によって、第5の半導体層61と厚み25nmの第6の半導体層62とを形成する。第5の半導体層61はGaNから成り、第5の半導体層61と第1の窒化物半導体層3で電子走行層を構成する。また、第6の半導体層62はAlGaNから成り、第1の窒化物半導体層3と接する第5の半導体層61の領域上の第6の半導体層62の領域は電子供給層として機能する。これにより、第6の半導体層62と第1の窒化物半導体層3と接する第5の半導体層61の領域との界面近傍には、高濃度の2次元電子ガス層ができる。そして、第4の半導体層6上にSiNx又はSiOx(xは1〜2の整数である。)から成る絶縁膜7を形成する。絶縁膜7は水素を多く添加させても良い。 Next, in FIG. 4C, the fifth semiconductor layer 61 and the sixth semiconductor layer having a thickness of 25 nm are formed by selective growth such as MOCVD or MBE so as to cover at least a part of the third semiconductor layer 5. 62. The fifth semiconductor layer 61 is made of GaN, and the fifth semiconductor layer 61 and the first nitride semiconductor layer 3 constitute an electron transit layer. The sixth semiconductor layer 62 is made of AlGaN, and the region of the sixth semiconductor layer 62 on the region of the fifth semiconductor layer 61 in contact with the first nitride semiconductor layer 3 functions as an electron supply layer. Thereby, a high-concentration two-dimensional electron gas layer is formed in the vicinity of the interface between the sixth semiconductor layer 62 and the region of the fifth semiconductor layer 61 in contact with the first nitride semiconductor layer 3. Then, an insulating film 7 made of SiNx or SiOx (x is an integer of 1 to 2) is formed on the fourth semiconductor layer 6. The insulating film 7 may be added with a large amount of hydrogen.

次に、図4(d)のように、ドライエッチングにより、絶縁膜7の一部を開口し、絶縁膜7の開口部内に第5の半導体層61と第6の半導体層62を貫通する穴を形成し、穴内に形成されたゲート電極8によってゲート電極8と第3の半導体層5が接続される。また、ゲート電極8から離間してゲート電極8の両側に絶縁膜7の一部を開口し、その開口部内に第5の半導体層61と第6の半導体層62を貫通する穴を形成し、ソース電極9とドレイン電極10とを形成する。 Next, as shown in FIG. 4D, a part of the insulating film 7 is opened by dry etching, and a hole penetrating the fifth semiconductor layer 61 and the sixth semiconductor layer 62 in the opening of the insulating film 7. The gate electrode 8 and the third semiconductor layer 5 are connected by the gate electrode 8 formed in the hole. Further, a part of the insulating film 7 is opened on both sides of the gate electrode 8 apart from the gate electrode 8, and a hole penetrating the fifth semiconductor layer 61 and the sixth semiconductor layer 62 is formed in the opening, A source electrode 9 and a drain electrode 10 are formed.

実施例1の半導体装置の変形例によれば、電子供給層は選択成長される第6の半導体層62の厚さで決定されるので、電子供給層の厚みのバラツキを抑制することができる。また、電子走行層の上面が選択成長される第5の半導体層61の上面となり、電子走行層の上面がドライエッチングによるダメージの影響を受けず、オン抵抗のバラツキを抑制することができる。 なお、第5の半導体層61は第1の窒化物半導体層3よりも炭素濃度が低くなるように形成しても良い。第5の半導体層61の炭素濃度が第1の窒化物半導体層3の炭素濃度よりも低いことで、第5の半導体層61に高濃度の2次元電子ガスを生じることができる。 According to the modification of the semiconductor device of Example 1, since the electron supply layer is determined by the thickness of the sixth semiconductor layer 62 that is selectively grown, variation in the thickness of the electron supply layer can be suppressed. In addition, the upper surface of the electron transit layer becomes the upper surface of the fifth semiconductor layer 61 that is selectively grown, and the upper surface of the electron transit layer is not affected by damage due to dry etching, and variation in on-resistance can be suppressed. Note that the fifth semiconductor layer 61 may be formed to have a carbon concentration lower than that of the first nitride semiconductor layer 3. When the carbon concentration of the fifth semiconductor layer 61 is lower than the carbon concentration of the first nitride semiconductor layer 3, a high concentration two-dimensional electron gas can be generated in the fifth semiconductor layer 61.

(第2実施例) 図5は、第2実施例のHFETを示す断面図である。図5の半導体装置は、ゲート電極8が第3の半導体層5よりもドレイン電極10側の第4の窒化物半導体層6の傾斜した側面上にも絶縁膜7を介して延びている点が図1のHFETと異なる。図5のようにゲート電極8を形成することにより、ドレイン電極10側の第3の半導体層5の電界集中を容易に緩和することができ、HFETのリーク電流を抑制することができる。 Second Embodiment FIG. 5 is a cross-sectional view showing an HFET of a second embodiment. In the semiconductor device of FIG. 5, the gate electrode 8 also extends through the insulating film 7 on the inclined side surface of the fourth nitride semiconductor layer 6 on the drain electrode 10 side of the third semiconductor layer 5. Different from the HFET of FIG. By forming the gate electrode 8 as shown in FIG. 5, the electric field concentration of the third semiconductor layer 5 on the drain electrode 10 side can be easily relaxed, and the leakage current of the HFET can be suppressed.

本発明のHFETは、上記の実施例に限定されず、様々な変形が可能なものである。例えば、半導体基板1は、Si、GaNまたはサファイアで構成されても良い。また、バッファ層2は、AlN層上にAlGaNやGaN等を含む多層膜やAlN層、AlGaN、GaNの少なくとも2つが繰返し積層された多層バッファ層で構成されても良い。また、第2の窒化物半導体層4、第3の半導体層5、第4の半導体層6はInGaN、InAlN等のIn、Al、Gaを含む窒化物半導体としてもよい。特に第3の半導体層5はピエゾ電界が強く生じる材料としてもよい。また、第4の半導体層6と絶縁膜7との間にGaN等の窒化物半導体から成るcap層を形成してもよい。また、ゲート電極5が形成される第3の半導体層5の上面が凹部となっていてもよい。また、ゲート電極9と第3の半導体層5との間にゲート電極9とは異なる導電材料から成る導電層を形成してもよい。また、第1の窒化物半導体層3上に第2の窒化物半導体層4よりもAl含有率の高い窒化物半導体層から成るスペーサ層を形成し、その上に第2の窒化物半導体層4を形成しても良い。 The HFET of the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made. For example, the semiconductor substrate 1 may be made of Si, GaN, or sapphire. Further, the buffer layer 2 may be formed of a multilayer film including AlGaN, GaN, or the like on the AlN layer, or a multilayer buffer layer in which at least two of an AlN layer, AlGaN, and GaN are repeatedly stacked. The second nitride semiconductor layer 4, the third semiconductor layer 5, and the fourth semiconductor layer 6 may be nitride semiconductors including In, Al, and Ga such as InGaN and InAlN. In particular, the third semiconductor layer 5 may be a material that generates a strong piezoelectric field. A cap layer made of a nitride semiconductor such as GaN may be formed between the fourth semiconductor layer 6 and the insulating film 7. Further, the upper surface of the third semiconductor layer 5 on which the gate electrode 5 is formed may be a recess. Further, a conductive layer made of a conductive material different from that of the gate electrode 9 may be formed between the gate electrode 9 and the third semiconductor layer 5. Further, a spacer layer made of a nitride semiconductor layer having an Al content higher than that of the second nitride semiconductor layer 4 is formed on the first nitride semiconductor layer 3, and the second nitride semiconductor layer 4 is formed thereon. May be formed.

1 半導体基板 2 バッファ層 3 第1の窒化物半導体層 4 第2の窒化物半導体層5 第3の半導体層 6 第4の半導体層 7 絶縁膜 8 ゲート電極 9 ソース電極 10 ドレイン電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Buffer layer 3 1st nitride semiconductor layer 4 2nd nitride semiconductor layer 5 3rd semiconductor layer 6 4th semiconductor layer 7 Insulating film 8 Gate electrode 9 Source electrode 10 Drain electrode

Claims (12)

窒化物半導体から成る第1の半導体層と、前記第1の半導体層上に前記第1の半導体層と組成が異なる窒化物半導体から成る第2の半導体層と、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との界面近傍の前記第1の半導体層内に生じる2次元キャリアガスとを備える主半導体領域と、前記2次元キャリアガスと電気的に接続される第1の主電極と、前記2次元キャリアガスと電気的に接続され且つ前記第1の主電極と離間して形成される第2の主電極と、前記第2の半導体層上であって前記第1の主電極と前記第2の主電極との間に形成され且つp型の導電型を有する第3の半導体層と、前記第2の半導体層上及び前記第3の半導体層の少なくとも一部を覆うように形成され、窒化物半導体から成る第4の半導体層と、前記第3の半導体層と電気的に接続する制御電極と、を含むノーマリオフ型のHFET。 A first semiconductor layer made of a nitride semiconductor; a second semiconductor layer made of a nitride semiconductor having a composition different from that of the first semiconductor layer on the first semiconductor layer; the first semiconductor layer; A main semiconductor region comprising a two-dimensional carrier gas generated in the first semiconductor layer in the vicinity of the interface with the second semiconductor layer; a first main electrode electrically connected to the two-dimensional carrier gas; A second main electrode electrically connected to the two-dimensional carrier gas and spaced apart from the first main electrode; on the second semiconductor layer, the first main electrode; and A third semiconductor layer formed between the second main electrode and having a p-type conductivity, and formed on the second semiconductor layer and so as to cover at least a part of the third semiconductor layer. A fourth semiconductor layer made of a nitride semiconductor, and the third semiconductor layer, Normally-off HFET including a control electrode for gas connecting the. 前記第2の半導体層上の前記第4の半導体層の厚みは、前記第3の半導体層直下の前記第2の半導体層の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項1のノーマリオフ型のHFET。 2. The normally-off HFET according to claim 1, wherein a thickness of the fourth semiconductor layer on the second semiconductor layer is thicker than a thickness of the second semiconductor layer immediately below the third semiconductor layer. . 前記第3の半導体層の下面に段差が無いことを特徴とする請求項1又は2のノーマリオフ型のHFET。 3. The normally-off type HFET according to claim 1, wherein there is no step on the lower surface of the third semiconductor layer. 前記第4の半導体層は前記第3の半導体層の側面上を経由して前記第3の半導体層の上面上に延伸し、前記制御電極は絶縁膜を介して前記第2の主電極側の前記第4の半導体層上に延伸することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つのノーマリオフ型のHFET。 The fourth semiconductor layer extends on the upper surface of the third semiconductor layer via a side surface of the third semiconductor layer, and the control electrode is disposed on the second main electrode side via an insulating film. The normally-off type HFET according to claim 1, wherein the normally-off type HFET is stretched on the fourth semiconductor layer. 前記制御電極直下の少なくとも一部における、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との界面近傍の前記第1の半導体層内に2次元電子ガスが生じていないことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つのノーマリオフ型のHFET。 2. The two-dimensional electron gas is not generated in the first semiconductor layer in the vicinity of the interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer in at least a part immediately below the control electrode. Item 5. A normally-off HFET according to any one of Items 1 to 4. 前記第4の半導体層はn型ドーパントを含み、前記第4の半導体層は前記第2の半導体層よりもn型不純物が高いことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載のノーマリオフ型のHFET。 6. The fourth semiconductor layer according to claim 1, wherein the fourth semiconductor layer includes an n-type dopant, and the fourth semiconductor layer has an n-type impurity higher than that of the second semiconductor layer. Normally-off type HFET. 前記第4の半導体層のAlの含有率が前記第2の半導体層のAlの含有率よりも高いことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つのノーマリオフ型のHFET。 7. The normally-off type HFET according to claim 1, wherein the Al content of the fourth semiconductor layer is higher than the Al content of the second semiconductor layer. 窒化物半導体から成る第1の半導体層上に、前記第1の半導体層と異なる組成を有する窒化物半導体から成る第2の半導体層し、前記第2の半導体層上にp型の導電型を有する第3の半導体層を形成する工程と、 前記第3の半導体層の少なくとも一部を除去する工程と、 前記第2の半導体層上及び前記第3の半導体層の少なくとも一部を覆うように形成され、窒化物半導体から成る第4の半導体層を形成する工程と、 前記第4の半導体層を貫通し、前記第3の半導体層と電気的に接続する制御電極を形成する工程と、を含むことを特徴とするノーマリオフ型のHFETの製造方法。 A second semiconductor layer made of a nitride semiconductor having a composition different from that of the first semiconductor layer is formed on the first semiconductor layer made of a nitride semiconductor, and a p-type conductivity type is formed on the second semiconductor layer. Forming a third semiconductor layer, removing at least a part of the third semiconductor layer, and covering at least a part of the third semiconductor layer and the second semiconductor layer Forming a fourth semiconductor layer formed of a nitride semiconductor, and forming a control electrode penetrating the fourth semiconductor layer and electrically connected to the third semiconductor layer. A method of manufacturing a normally-off type HFET, comprising: 前記第4半導体層形成前に、制御領域よりも外側の前記第3の半導体層の少なくとも一部を除去する工程を含むことを特徴とする請求項8のノーマリオフ型のHFETの製造方法。 9. The normally-off type HFET manufacturing method according to claim 8, further comprising the step of removing at least a part of the third semiconductor layer outside the control region before forming the fourth semiconductor layer. 前記第1の半導体層内に形成される2次元電子ガス層と電気的に接続される第1と第2の主電極との間に前記制御電極が設けられたノーマリオフ型のHFETの製造方法であって、前記第4の半導体層の形成工程は前記第2の半導体層上から前記第3の半導体層の側面上を経由して前記第3の半導体層の上面上に延伸して形成する工程であり、前記制御電極は絶縁膜を介して前記第2の主電極側の第4半導体層上に延伸する工程であることを特徴とする請求項9のノーマリオフ型のHFETの製造方法。 A normally-off type HFET manufacturing method in which the control electrode is provided between first and second main electrodes electrically connected to a two-dimensional electron gas layer formed in the first semiconductor layer. The step of forming the fourth semiconductor layer is a step of extending from the second semiconductor layer to the upper surface of the third semiconductor layer via the side surface of the third semiconductor layer. The method for manufacturing a normally-off type HFET according to claim 9, wherein the control electrode is a step of extending on the fourth semiconductor layer on the second main electrode side through an insulating film. 前記第4の半導体層はn型ドーパントを含み、前記第4の半導体層は前記第2の半導体層よりもn型不純物が高いことを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1つに記載のノーマリオフ型のHFETの製造方法。 11. The fourth semiconductor layer according to claim 8, wherein the fourth semiconductor layer contains an n-type dopant, and the fourth semiconductor layer has an n-type impurity higher than that of the second semiconductor layer. Manufacturing method of normally-off type HFET. 前記第2の半導体層上の前記第4の半導体層の厚みは、前記第3の半導体層直下の前記第2の半導体層の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項8乃至11のいずれか1つに記載のノーマリオフ型のHFETの製造方法。 12. The thickness of the fourth semiconductor layer on the second semiconductor layer is greater than the thickness of the second semiconductor layer immediately below the third semiconductor layer. 12. A method for producing a normally-off HFET as described in one of the above.
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