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JP2019091757A - Compound semiconductor device and manufacturing method for the same, power supply device, and high-frequency amplifier - Google Patents

Compound semiconductor device and manufacturing method for the same, power supply device, and high-frequency amplifier Download PDF

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JP2019091757A
JP2019091757A JP2017218261A JP2017218261A JP2019091757A JP 2019091757 A JP2019091757 A JP 2019091757A JP 2017218261 A JP2017218261 A JP 2017218261A JP 2017218261 A JP2017218261 A JP 2017218261A JP 2019091757 A JP2019091757 A JP 2019091757A
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Abstract

【課題】オフリーク電流の増加、相互コンダクタンスの低下及びオン抵抗の増加を抑制する。【解決手段】化合物半導体装置を、キャリア走行層4を含む半導体積層構造3と、半導体積層構造上に設けられたソース電極5及びドレイン電極6と、ソース電極とドレイン電極の間の半導体積層構造上に設けられたショットキーゲート電極7と、ショットキーゲート電極とドレイン電極の間の半導体積層構造上に絶縁膜8、金属層9を積層させてなるMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造10と、MIS構造の下方に設けられ、伝導帯の底のエネルギーがキャリア走行層に沿う方向の両側に隣接する領域よりも高くなっているバックバリア領域11とを備えるものとする。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress an increase in off-leakage current, a decrease in mutual conductance and an increase in on-resistance. SOLUTION: A compound semiconductor device is mounted on a semiconductor laminated structure 3 including a carrier traveling layer 4, a source electrode 5 and a drain electrode 6 provided on the semiconductor laminated structure, and a semiconductor laminated structure between a source electrode and a drain electrode. A MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure 10 in which an insulating film 8 and a metal layer 9 are laminated on a semiconductor laminated structure between the shotkey gate electrode and the drain electrode. It is provided with a back barrier region 11 which is provided below the MIS structure and whose bottom energy of the conduction band is higher than the regions adjacent to both sides in the direction along the carrier traveling layer. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明は、化合物半導体装置及びその製造方法、電源装置、高周波増幅器に関する。   The present invention relates to a compound semiconductor device, a method of manufacturing the same, a power supply device, and a high frequency amplifier.

従来から、半導体積層構造上にソース電極、ドレイン電極及びゲート電極が形成された化合物半導体装置がある。
特に、GaN、AlN、InNやこれらの混晶に代表される窒化物半導体からなる化合物半導体装置は、その優れた材料特性から高出力電子デバイスや短波長発光デバイスとして非常に注目を浴びている。
Conventionally, there is a compound semiconductor device in which a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode are formed on a semiconductor laminated structure.
In particular, compound semiconductor devices made of nitride semiconductors typified by GaN, AlN, InN, and mixed crystals thereof have attracted much attention as high-power electronic devices and short wavelength light emitting devices because of their excellent material properties.

高出力電子デバイスとしては、電界効果トランジスタ、特に高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)についての報告が数多くなされており、高出力・高効率増幅器や大電力スイッチングデバイス等のアプリケーションが考えられている。   Many reports have been made on field effect transistors, particularly high electron mobility transistors (HEMTs) as high-power electronic devices, and applications such as high-power, high-efficiency amplifiers and high-power switching devices are considered. It is done.

特開2012−231002号公報JP 2012-23100 A 特開2013−211481号公報JP 2013-211481 A 特開2002−359256号公報JP 2002-359256 A

しかしながら、例えば図12に示すような一般的なGaN−HEMTでは、ゲート長の短縮やドレイン電圧の増加に伴い、図中、矢印で示すような経路で電流が半導体積層構造の下側を回り、オフリーク電流が増加するという課題がある。
そこで、オフリーク電流の増加を抑制するために、図13に示すように、バックバリア層を有するGaN−HEMTが提案されている。
However, for example, in a general GaN-HEMT as shown in FIG. 12, as the gate length is shortened and the drain voltage is increased, the current travels below the semiconductor multilayer structure in the path shown by the arrow in the figure, There is a problem that the off leak current increases.
Therefore, in order to suppress the increase of the off leak current, a GaN-HEMT having a back barrier layer has been proposed as shown in FIG.

しかしながら、ゲート電極直下のチャネル抵抗の増加によって相互コンダクタンスが低下し、ソース電極とゲート電極の間やゲート電極とドレイン電極の間の2次元電子ガス(2DEG:Dimensional electron gas)の減少によるアクセス抵抗の増加によってオン抵抗が増加するという課題がある。
本発明は、オフリーク電流の増加、相互コンダクタンスの低下及びオン抵抗の増加を抑制することを目的とする。
However, the increase in channel resistance directly under the gate electrode lowers the mutual conductance, and the access resistance due to the decrease in two-dimensional electron gas (2DEG: Dimensional electron gas) between the source electrode and the gate electrode and between the gate electrode and the drain electrode. There is a problem that the on-resistance is increased by the increase.
An object of the present invention is to suppress an increase in off-leakage current, a decrease in transconductance, and an increase in on-resistance.

1つの態様では、化合物半導体装置は、キャリア走行層を含む半導体積層構造と、半導体積層構造上に設けられたソース電極及びドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極の間の半導体積層構造上に設けられたショットキーゲート電極と、ショットキーゲート電極とドレイン電極の間の半導体積層構造上に絶縁膜、金属層を積層させてなるMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造と、MIS構造を構成する金属層の下方に設けられ、伝導帯の底のエネルギーがキャリア走行層に沿う方向の両側に隣接する領域よりも高くなっているバックバリア領域とを備える。   In one aspect, the compound semiconductor device is provided on a semiconductor stack structure including a carrier traveling layer, a source electrode and a drain electrode provided on the semiconductor stack structure, and a semiconductor stack structure between the source electrode and the drain electrode. (Metal-Insulator-Semiconductor) structure in which an insulating film and a metal layer are stacked on a semiconductor multilayer structure between a Schottky gate electrode, a Schottky gate electrode and a drain electrode, and metal layers constituting the MIS structure And a back barrier region where energy at the bottom of the conduction band is higher than regions adjacent to both sides in the direction along the carrier transit layer.

1つの態様では、電源装置は、トランジスタを備え、トランジスタは、キャリア走行層を含む半導体積層構造と、半導体積層構造上に設けられたソース電極及びドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極の間の半導体積層構造上に設けられたショットキーゲート電極と、ショットキーゲート電極とドレイン電極の間の半導体積層構造上に絶縁膜、金属層を積層させてなるMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造と、MIS構造を構成する金属層の下方に設けられ、伝導帯の底のエネルギーがキャリア走行層に沿う方向の両側に隣接する領域よりも高くなっているバックバリア領域とを備える。   In one aspect, the power supply device includes a transistor, and the transistor includes a semiconductor stack structure including a carrier traveling layer, a source electrode and a drain electrode provided on the semiconductor stack structure, and a semiconductor between the source electrode and the drain electrode. A MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure in which an insulating film and a metal layer are laminated on a Schottky gate electrode provided on a laminated structure, and a semiconductor laminated structure between the Schottky gate electrode and the drain electrode And a back barrier region provided below the metal layer constituting the structure, wherein the energy at the bottom of the conduction band is higher than the regions adjacent on both sides in the direction along the carrier traveling layer.

1つの態様では、高周波増幅器は、入力信号を増幅するアンプを備え、アンプは、トランジスタを含み、トランジスタは、キャリア走行層を含む半導体積層構造と、半導体積層構造上に設けられたソース電極及びドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極の間の半導体積層構造上に設けられたショットキーゲート電極と、ショットキーゲート電極とドレイン電極の間の半導体積層構造上に絶縁膜、金属層を積層させてなるMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造と、MIS構造を構成する金属層の下方に設けられ、伝導帯の底のエネルギーがキャリア走行層に沿う方向の両側に隣接する領域よりも高くなっているバックバリア領域とを備える。   In one aspect, the high frequency amplifier includes an amplifier for amplifying an input signal, the amplifier includes a transistor, and the transistor includes a semiconductor laminated structure including a carrier transit layer, and a source electrode and a drain provided on the semiconductor laminated structure. An insulating film and a metal layer are laminated on the semiconductor laminated structure between the electrode, the Schottky gate electrode provided on the semiconductor laminated structure between the source electrode and the drain electrode, and the Schottky gate electrode and the drain electrode. A MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure and a back provided under the metal layer constituting the MIS structure, in which the energy at the bottom of the conduction band is higher than the regions adjacent to both sides in the direction along the carrier traveling layer And a barrier region.

1つの態様では、化合物半導体装置の製造方法は、キャリア走行層を含む半導体積層構造を形成する工程と、半導体積層構造上にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、ソース電極とドレイン電極の間の半導体積層構造上にショットキーゲート電極を形成する工程と、半導体積層構造上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上に金属層を積層させてショットキーゲート電極とドレイン電極の間にMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造を形成する工程とを含み、半導体積層構造を形成する工程において、伝導帯の底のエネルギーがキャリア走行層に沿う方向の両側に隣接する領域よりも高くなっているバックバリア領域を形成し、MIS構造を形成する工程において、バックバリア領域の上方に、MIS構造を構成する金属層を形成する。   In one aspect, a method of manufacturing a compound semiconductor device includes the steps of: forming a semiconductor stack structure including a carrier transit layer; forming a source electrode and a drain electrode on the semiconductor stack structure; and between the source electrode and the drain electrode Forming a Schottky gate electrode on the semiconductor laminated structure, forming an insulating film on the semiconductor laminated structure, laminating a metal layer on the insulating film and forming a MIS between the Schottky gate electrode and the drain electrode And forming the semiconductor laminated structure, in which the energy at the bottom of the conduction band is higher than the region adjacent to both sides in the direction along the carrier traveling layer. In the step of forming the back barrier region and forming the MIS structure, a metal layer constituting the MIS structure is formed above the back barrier region.

1つの側面として、オフリーク電流の増加、相互コンダクタンスの低下及びオン抵抗の増加を抑制することができるという効果を有する。   As one aspect, it has an effect that an increase in off-leakage current, a decrease in transconductance, and an increase in on-resistance can be suppressed.

第1実施形態にかかる化合物半導体装置の構成を示す模式的断面図である。It is a typical sectional view showing the composition of the compound semiconductor device concerning a 1st embodiment. (A)〜(D)は、第1実施形態にかかる化合物半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図である。(A)-(D) are typical sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the compound semiconductor device concerning 1st Embodiment. 第2実施形態にかかる化合物半導体装置の構成を示す模式的断面図である。It is a typical sectional view showing the composition of the compound semiconductor device concerning a 2nd embodiment. (A)〜(D)は、第2実施形態にかかる化合物半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図である。(A)-(D) are typical sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the compound semiconductor device concerning 2nd Embodiment. 第3実施形態にかかる化合物半導体装置の構成を示す模式的断面図である。It is a typical sectional view showing the composition of the compound semiconductor device concerning a 3rd embodiment. 第3実施形態にかかる化合物半導体装置の変形例の構成を示す模式的断面図である。It is a typical sectional view showing the composition of the modification of the compound semiconductor device concerning a 3rd embodiment. 第4実施形態にかかる化合物半導体装置の構成を示す模式的断面図である。It is a typical sectional view showing the composition of the compound semiconductor device concerning a 4th embodiment. (A)〜(D)は、第4実施形態にかかる化合物半導体装置の製造方法を説明するための模式的断面図である。(A)-(D) are typical sectional drawings for demonstrating the manufacturing method of the compound semiconductor device concerning 4th Embodiment. 第5実施形態にかかる半導体装置(半導体パッケージ)の構成を示す模式的平面図である。It is a schematic plan view which shows the structure of the semiconductor device (semiconductor package) concerning 5th Embodiment. 第5実施形態にかかる電源装置に含まれるPFC回路の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the PFC circuit contained in the power supply device concerning 5th Embodiment. 第6実施形態の高周波増幅器の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the high frequency amplifier of 6th Embodiment. 本発明の課題を説明するための模式的断面図である。It is a typical sectional view for explaining the subject of the present invention. 本発明の課題を説明するための模式的断面図である。It is a typical sectional view for explaining the subject of the present invention.

以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる化合物半導体装置及びその製造方法、電源装置、高周波増幅器について説明する。
[第1実施形態]
まず、第1実施形態にかかる化合物半導体装置及びその製造方法について、図1、図2を参照しながら説明する。
Hereinafter, a compound semiconductor device according to an embodiment of the present invention, a method of manufacturing the same, a power supply, and a high frequency amplifier will be described with reference to the drawings.
First Embodiment
First, a compound semiconductor device according to the first embodiment and a method of manufacturing the same will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

本実施形態にかかる化合物半導体装置は、例えば窒化物半導体などの化合物半導体を用いた電界効果トランジスタである。
ここでは、窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタ、具体的には、GaN系HEMT(GaN−HEMT)を例に挙げて説明する。
本実施形態のGaN−HEMTは、図1に示すように、半絶縁性SiC基板1上に、i−GaN電子走行層2を含む半導体積層構造3、具体的には、i−GaN電子走行層2、i−AlGaN電子供給層4を含む半導体積層構造3を備える。なお、図1では2DEGを点線で示している。
The compound semiconductor device according to the present embodiment is, for example, a field effect transistor using a compound semiconductor such as a nitride semiconductor.
Here, a field effect transistor using a nitride semiconductor, specifically, a GaN-based HEMT (GaN-HEMT) will be described as an example.
The GaN-HEMT of the present embodiment is, as shown in FIG. 1, a semiconductor multilayer structure 3 including an i-GaN electron traveling layer 2 on a semi-insulating SiC substrate 1, specifically, an i-GaN electron traveling layer 2. A semiconductor multilayer structure 3 including an i-AlGaN electron supply layer 4 is provided. In FIG. 1, 2DEG is indicated by a dotted line.

なお、半絶縁性SiC基板1を、SI(Semi-Insulating)−SiC基板又は半導体基板という。また、半導体積層構造3を、GaN系半導体積層構造、窒化物半導体積層構造又は化合物半導体積層構造ともいう。また、i−GaN電子走行層2を、キャリア走行層ともいう。また、i−AlGaN電子供給層4を、キャリア供給層ともいう。
また、本GaN−HEMTは、半導体積層構造3上に設けられたソース電極5及びドレイン電極6を備える。つまり、ソース電極5及びドレイン電極6は半導体積層構造3上に互いに離れて設けられている。
The semi-insulating SiC substrate 1 is referred to as SI (Semi-Insulating) -SiC substrate or a semiconductor substrate. The semiconductor multilayer structure 3 is also referred to as a GaN-based semiconductor multilayer structure, a nitride semiconductor multilayer structure, or a compound semiconductor multilayer structure. The i-GaN electron traveling layer 2 is also referred to as a carrier traveling layer. The i-AlGaN electron supply layer 4 is also referred to as a carrier supply layer.
Further, the present GaN-HEMT includes the source electrode 5 and the drain electrode 6 provided on the semiconductor multilayer structure 3. That is, the source electrode 5 and the drain electrode 6 are provided apart from each other on the semiconductor multilayer structure 3.

また、本GaN−HEMTは、ソース電極5とドレイン電極6の間の半導体積層構造3上に設けられたショットキーゲート電極7を備える。
また、本GaN−HEMTは、ショットキーゲート電極7とドレイン電極6の間の半導体積層構造3上に絶縁膜8、金属層9を積層させてなるMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造10を備える。
Further, the present GaN-HEMT includes a Schottky gate electrode 7 provided on the semiconductor multilayer structure 3 between the source electrode 5 and the drain electrode 6.
In addition, the present GaN-HEMT includes a MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure 10 in which an insulating film 8 and a metal layer 9 are stacked on the semiconductor multilayer structure 3 between the Schottky gate electrode 7 and the drain electrode 6. .

本実施形態では、半導体積層構造3の表面を覆うように絶縁膜8としてSiN膜が設けられており、ショットキーゲート電極7とドレイン電極6の間のSiN膜8上に、ショットキーゲート電極7を構成する金属材料と同一の金属材料からなる金属層9が設けられている。
つまり、ショットキーゲート電極7とドレイン電極6の間の半導体積層構造3上に、絶縁膜8としてのSiN膜を介して、ショットキーゲート電極7を構成する金属材料と同一の金属材料からなる金属層9が設けられている。
In the present embodiment, a SiN film is provided as the insulating film 8 so as to cover the surface of the semiconductor multilayer structure 3, and the Schottky gate electrode 7 is formed on the SiN film 8 between the Schottky gate electrode 7 and the drain electrode 6. A metal layer 9 is provided which is made of the same metal material as the metal material that constitutes.
That is, on the semiconductor multilayer structure 3 between the Schottky gate electrode 7 and the drain electrode 6, a metal made of the same metal material as the metal material forming the Schottky gate electrode 7 via the SiN film as the insulating film 8. A layer 9 is provided.

この金属層9を、ショットキーゲート電極7とドレイン電極6との間に設けられたMIS構造のゲート電極と見ることもできる。この場合、ショットキーゲート電極7を第1ゲート電極(Gate1)といい、MIS構造のゲート電極9を第2ゲート電極(Gate2)ともいう。
そして、ショットキーゲート電極7と金属層9は電気的に接続されており、同電位になっている。つまり、異なる構成を有するショットキーゲート電極7とMIS構造のゲート電極9が直列に接続されている。このように、本GaN−HEMTは、同電位のデュアルゲートを有するGaN−HEMTである。
This metal layer 9 can also be viewed as a gate electrode of a MIS structure provided between the Schottky gate electrode 7 and the drain electrode 6. In this case, the Schottky gate electrode 7 is referred to as a first gate electrode (Gate 1), and the gate electrode 9 of the MIS structure is also referred to as a second gate electrode (Gate 2).
The Schottky gate electrode 7 and the metal layer 9 are electrically connected to each other and have the same potential. That is, the Schottky gate electrode 7 having a different configuration and the gate electrode 9 of the MIS structure are connected in series. Thus, the present GaN-HEMT is a GaN-HEMT having dual gates at the same potential.

なお、金属層9は、ショットキーゲート電極7を構成する金属材料と異なる金属材料からなるものとしても良い。また、絶縁膜8としてSiN膜を用いているが、これに限られるものではなく、例えば、SiO膜、Al膜、AlN膜などの他の絶縁膜(アモルファス絶縁膜)を用いても良い。
また、本GaN−HEMTは、MIS構造10を構成する金属層9の下方に設けられ、伝導帯の底のエネルギーがi−GaN電子走行層2に沿う方向の両側に隣接する領域よりも高くなっているi−AlGaNバックバリア領域11を備える。
The metal layer 9 may be made of a metal material different from that of the Schottky gate electrode 7. In addition, although the SiN film is used as the insulating film 8, the present invention is not limited to this. For example, other insulating films (amorphous insulating films) such as SiO 2 film, Al 2 O 3 film, and AlN film are used. Also good.
In addition, the present GaN-HEMT is provided below the metal layer 9 constituting the MIS structure 10, and the energy at the bottom of the conduction band is higher than the regions adjacent to both sides in the direction along the i-GaN electron traveling layer 2 I-AlGaN back barrier region 11 is provided.

本実施形態では、i−AlGaNバックバリア領域11は、i−GaN電子走行層2内に埋め込まれている。
また、本実施形態では、i−AlGaNバックバリア領域11は、ショットキーゲート電極7の下方には設けられておらず、MIS構造10を構成する金属層9の下方にのみ設けられている。つまり、i−AlGaNバックバリア領域11は、ショットキーゲート電極7の下方には設けられておらず、MIS構造のゲート電極9の下方には設けられている。
In the present embodiment, the i-AlGaN back barrier region 11 is embedded in the i-GaN electron transit layer 2.
Further, in the present embodiment, the i-AlGaN back barrier region 11 is not provided below the Schottky gate electrode 7, and is provided only below the metal layer 9 constituting the MIS structure 10. That is, the i-AlGaN back barrier region 11 is not provided below the Schottky gate electrode 7 but is provided below the gate electrode 9 of the MIS structure.

このため、i−AlGaNバックバリア領域11は、伝導帯の底のエネルギーがi−GaN電子走行層2に沿う方向の両側に隣接する領域(ここではi−GaN電子走行層2;キャリア走行層の材料)よりも高くなっている。
なお、i−AlGaNバックバリア領域11の下側部分に連なるように薄いi−AlGaN層があっても良い。この場合も、i−AlGaNバックバリア領域11は、伝導帯の底のエネルギーがi−GaN電子走行層2に沿う方向の両側に隣接する領域(ここではi−GaN電子走行層2)よりも高くなる。
Therefore, the i-AlGaN back barrier region 11 is a region where the energy at the bottom of the conduction band is adjacent to both sides in the direction along the i-GaN electron traveling layer 2 (here, i-GaN electron traveling layer 2; carrier traveling layer It is higher than the material).
A thin i-AlGaN layer may be provided so as to be continuous with the lower portion of the i-AlGaN back barrier region 11. Also in this case, in the i-AlGaN back barrier region 11, the energy at the bottom of the conduction band is higher than the regions adjacent to both sides in the direction along the i-GaN electron traveling layer 2 (here, the i-GaN electron traveling layer 2) Become.

このように構成しているため、低いオン抵抗、良好なピンチオフ性能、高い相互コンダクタンス(gm)を満たすGaN−HEMTを実現することが可能となる。
つまり、上述のように、ショットキーゲート電極7とMIS構造10(MIS構造のゲート電極9)を設け、これらを同電位とし、寄生抵抗・チャネル抵抗低減のため、バックバリア領域11を必要最低限の場所、即ち、MIS構造10を構成する金属層(MIS構造のゲート電極)9の直下にのみ設けている。
Since it comprises in this way, it becomes possible to implement | achieve the GaN-HEMT which satisfy | fills low on-resistance, a favorable pinch off performance, and high transconductance (gm).
That is, as described above, the Schottky gate electrode 7 and the MIS structure 10 (the gate electrode 9 of the MIS structure) are provided, and these are set to the same potential to reduce parasitic resistance and channel resistance. In other words, it is provided only immediately below the metal layer (the gate electrode of the MIS structure) 9 that constitutes the MIS structure 10.

この場合、ショットキーゲート電極7の閾値電圧は、MIS構造のゲート電極9の閾値電圧よりも正側となり、MIS構造のゲート電極9は閾値電圧(Vth)がショットキーゲート電極7よりも充分深いため、ショットキーゲート電極7がオフからオンに切り替わるゲート電圧では、MIS構造のゲート電極9の直下は充分にオンになっている。
また、ショットキーゲート電極7のオフ時には、MIS構造のゲート電極9の直下に設けられたバックバリア領域11でしっかりとピンチオフされるため、オフ電流(オフ時のリーク電流)も充分低減させることが可能となる。
In this case, the threshold voltage of the Schottky gate electrode 7 is on the positive side of the threshold voltage of the gate electrode 9 of the MIS structure, and the threshold voltage (V th ) of the gate electrode 9 of the MIS structure is sufficiently higher than that of the Schottky gate electrode 7 Because of the deepness, at the gate voltage at which the Schottky gate electrode 7 switches from off to on, the region directly under the gate electrode 9 of the MIS structure is sufficiently on.
Further, when the Schottky gate electrode 7 is turned off, the back barrier region 11 provided immediately under the gate electrode 9 of the MIS structure is firmly pinched off, so the off current (leakage current at the time of off) is sufficiently reduced. It becomes possible.

このように、MIS構造10を構成する金属層(MIS構造のゲート電極)9の直下のみにバックバリア領域11を設けることで、低いオン抵抗、良好なピンチオフ性能を実現し、オフ時のリーク電流を低減できるとともに、ショットキーゲート電極7の直下にバックバリア領域11を設けないことで、高い相互コンダクタンスを実現することが可能となる。   Thus, low on-resistance and good pinch-off performance are realized by providing the back barrier region 11 just under the metal layer (gate electrode of MIS structure) 9 constituting the MIS structure 10, and the leakage current at the time of off By not providing the back barrier region 11 immediately below the Schottky gate electrode 7, it is possible to realize high mutual conductance.

この場合、ショットキーゲート電極7によってトランジスタ全体のゲートアクションが行なわれ、MIS構造のゲート電極9の部分でオフ時のリーク電流の低減が実現されることになる。
次に、本実施形態にかかるGaN−HEMTの製造方法について、図2を参照しながら説明する。
In this case, the gate action of the entire transistor is performed by the Schottky gate electrode 7, and the reduction of the leakage current at the time of off is realized in the portion of the gate electrode 9 of the MIS structure.
Next, a method of manufacturing the GaN-HEMT according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

ここでは、半絶縁性SiC基板1とi−GaN電子走行層2との間にi−GaNバッファ層12を備える場合[例えば図2(D)参照]を例に挙げて説明する。
まず、図2(A)に示すように、半絶縁性SiC基板1上に、例えば有機金属気相成長(MOVPE;Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)法を用いて、i−GaNバッファ層12、バックバリア領域11となるi−AlGaN層11Xを順次堆積させる。
Here, the case where the i-GaN buffer layer 12 is provided between the semi-insulating SiC substrate 1 and the i-GaN electron traveling layer 2 will be described by way of example (see FIG. 2D).
First, as shown in FIG. 2A, an i-GaN buffer layer 12 and a back barrier are formed on a semi-insulating SiC substrate 1 by using, for example, metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE). An i-AlGaN layer 11X to be a region 11 is sequentially deposited.

次に、図2(B)に示すように、例えばフォトリソグラフィを用いて、バックバリア領域形成予定領域(MIS構造形成予定領域の下方の領域)にレジストを残し、例えば塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、i−AlGaN層11Xを除去する。
これにより、i−AlGaNバックバリア領域11が形成される。
なお、この際、下地のi−GaN層12を少し削っても良いし、i−AlGaN層11Xを少し残しても良い。
Next, as shown in FIG. 2B, the resist is left in the back barrier region formation planned region (the region under the MIS structure planned formation region) using, for example, photolithography, and dry using, for example, a chlorine-based gas The i-AlGaN layer 11X is removed by etching.
Thus, the i-AlGaN back barrier region 11 is formed.
At this time, the underlying i-GaN layer 12 may be slightly etched away, or the i-AlGaN layer 11X may be slightly left.

次に、図2(C)に示すように、再び、MOVPE法を用いて、i−GaN電子走行層2、i−AlGaN電子供給層4(例えば厚さ約20nm)を順次堆積させる。
なお、i−AlGaN電子供給層4上にi−GaNキャップ層(例えば厚さ約5nm)を堆積させても良い。
これにより、i−GaN電子走行層2でi−AlGaNバックバリア領域11が埋め込まれて、内部にi−AlGaNバックバリア領域11を有するi−GaN電子走行層2が形成され、その上にi−AlGaN電子供給層4が積層されて、半導体積層構造3が形成される。
Next, as shown in FIG. 2C, the i-GaN electron traveling layer 2 and the i-AlGaN electron supply layer 4 (for example, about 20 nm in thickness) are sequentially deposited again using the MOVPE method.
An i-GaN cap layer (for example, about 5 nm in thickness) may be deposited on the i-AlGaN electron supply layer 4.
As a result, the i-AlGaN back barrier region 11 is embedded in the i-GaN electron travel layer 2 to form the i-GaN electron travel layer 2 having the i-AlGaN back barrier region 11 therein, and the i-GaN electron travel layer 2 is formed thereon. The AlGaN electron supply layer 4 is laminated to form the semiconductor laminated structure 3.

また、伝導帯の底のエネルギーがi−GaN電子走行層(キャリア走行層)2に沿う方向の両側に隣接する領域よりも高くなっているi−AlGaNバックバリア領域11が形成される。
なお、ここまでの工程を、キャリア走行層2を含む半導体積層構造3を形成する工程という。
Further, an i-AlGaN back barrier region 11 is formed in which the energy at the bottom of the conduction band is higher than the regions adjacent to both sides in the direction along the i-GaN electron traveling layer (carrier traveling layer) 2.
The process up to here is referred to as the process of forming the semiconductor laminated structure 3 including the carrier traveling layer 2.

次に、図示していないが、例えばフォトリソグラフィを用いて、素子間分離領域に開口部を設け、例えば塩素系ガスを用いたドライエッチング又はイオン注入法によって、素子間分離を行なう。
なお、i−GaNキャップ層を堆積させた場合には、例えばフォトリソグラフィを用いて、ソース電極・ドレイン電極形成予定領域に開口部を有するレジストマスクを設け、例えば塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、i−AlGaN電子供給層4を露出させる。この際、i−AlGaN電子供給層4を少し削っても良い。
Next, although not shown, an opening is provided in the element isolation region using, for example, photolithography, and element isolation is performed by, for example, dry etching using chlorine gas or ion implantation.
When the i-GaN cap layer is deposited, a resist mask having an opening in a region for forming a source electrode / drain electrode is provided using, for example, photolithography, and dry etching using a chlorine-based gas is performed, for example. , I-AlGaN electron supply layer 4 is exposed. At this time, the i-AlGaN electron supply layer 4 may be scraped a little.

次に、図2(D)に示すように、例えばフォトリソグラフィ及び蒸着・リフトオフの技術を用いて、ソース電極・ドレイン電極形成予定領域のそれぞれのi−AlGaN電子供給層4上に、例えばTi(約20nm)/Al(約200nm)からなるソース電極5及びドレイン電極6を形成する。この場合、半導体積層構造3(ここではi−AlGaN電子供給層4)に近い側にTiが位置するようにする。   Next, as shown in FIG. 2D, for example, Ti (i.e., Ti (Al) on each i-AlGaN electron supply layer 4 in the region where the source electrode / drain electrode is to be formed, using photolithography and evaporation / liftoff techniques, for example. A source electrode 5 and a drain electrode 6 of about 20 nm / Al (about 200 nm) are formed. In this case, Ti is positioned closer to the semiconductor multilayer structure 3 (here, the i-AlGaN electron supply layer 4).

そして、例えば窒素雰囲気中にて約400℃から約1000℃の間、例えば約550℃で熱処理を行なって、ソース電極5及びドレイン電極6のオーミック特性を確立する。
なお、この工程を、半導体積層構造3上にソース電極5及びドレイン電極6を形成する工程という。
次に、図2(D)に示すように、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて、全面にSiNを約2nmから約1000nmの間、例えば約100nm堆積させてSiN膜(絶縁膜)8を形成する。
Then, heat treatment is performed, for example, at about 400 ° C. to about 1000 ° C., for example, about 550 ° C. in a nitrogen atmosphere to establish ohmic characteristics of the source electrode 5 and the drain electrode 6.
Note that this process is called a process of forming the source electrode 5 and the drain electrode 6 on the semiconductor multilayer structure 3.
Next, as shown in FIG. 2D, SiN is deposited on the entire surface to a thickness of about 2 nm to about 1000 nm, for example, about 100 nm using, for example, a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method to form a SiN film (insulating film). Form 8

これにより、半導体積層構造3の表面(ここでは、i−AlGaN電子供給層4の表面)が覆われるように絶縁膜8としてのSiN膜が形成される。
なお、形成方法は、ALD(Atomic Layer Deposition)法やスパッタ法などでも良い。また、この工程を、半導体積層構造3上に絶縁膜8を形成する工程という。
次に、図2(D)に示すように、例えばフォトリソグラフィを用いて、ショットキーゲート電極形成予定領域に開口部を有するレジストマスク(図示せず)を形成し、例えば弗素系ガスを用いたドライエッチングによって、ショットキーゲート電極形成予定領域のSiN膜8を除去する。
Thereby, a SiN film as the insulating film 8 is formed so as to cover the surface of the semiconductor multilayer structure 3 (here, the surface of the i-AlGaN electron supply layer 4).
Note that the formation method may be atomic layer deposition (ALD), sputtering, or the like. Further, this process is referred to as a process of forming the insulating film 8 on the semiconductor multilayer structure 3.
Next, as shown in FIG. 2D, for example, using photolithography, a resist mask (not shown) having an opening in a region where a Schottky gate electrode is to be formed is formed. For example, a fluorine-based gas is used. The SiN film 8 in the region where the Schottky gate electrode is to be formed is removed by dry etching.

次に、図2(D)に示すように、例えばフォトリソグラフィ及び蒸着・リフトオフの技術を用いて、ショットキーゲート電極形成予定領域の半導体積層構造3上(ここではi−AlGaN電子供給層4上)、及び、MIS構造10を構成する金属層9の形成予定領域の絶縁膜8上(ここではSiN膜上)に、例えばNi(約30nm)/Au(約400nm)からなるショットキーゲート電極7及びMIS構造10を構成する金属層9を形成する。これにより、i−AlGaNバックバリア領域11の上方にMIS構造10が形成される。   Next, as shown in FIG. 2D, for example, on the semiconductor laminated structure 3 in the region where the Schottky gate electrode is to be formed (here, on the i-AlGaN electron supply layer 4) using photolithography and deposition / liftoff techniques. And the Schottky gate electrode 7 made of, for example, Ni (about 30 nm) / Au (about 400 nm) on the insulating film 8 (here, on the SiN film) in the formation planned region of the metal layer 9 constituting the MIS structure 10 And the metal layer 9 constituting the MIS structure 10 is formed. Thereby, the MIS structure 10 is formed above the i-AlGaN back barrier region 11.

この場合、半導体積層構造3(ここではi−AlGaN電子供給層4)及び絶縁膜8(SiN膜)に近い側にNiが位置するようにする。また、ショットキーゲート電極7を形成する工程とMIS構造10を形成する工程は同一工程で行なわれる。
なお、この工程を、ソース電極5とドレイン電極6の間の半導体積層構造3上にショットキーゲート電極7を形成する工程という。また、この工程を、絶縁膜8上に金属層9を積層させてショットキーゲート電極7とドレイン電極6の間にMIS構造10を形成する工程という。
In this case, Ni is positioned closer to the semiconductor multilayer structure 3 (here, the i-AlGaN electron supply layer 4) and the insulating film 8 (SiN film). Further, the step of forming the Schottky gate electrode 7 and the step of forming the MIS structure 10 are performed in the same step.
This step is referred to as a step of forming the Schottky gate electrode 7 on the semiconductor multilayer structure 3 between the source electrode 5 and the drain electrode 6. Also, this step is referred to as a step of forming the MIS structure 10 between the Schottky gate electrode 7 and the drain electrode 6 by laminating the metal layer 9 on the insulating film 8.

このようにして、本実施形態にかかるGaN−HEMTを製造することができる。
したがって、本実施形態にかかる化合物半導体装置及びその製造方法は、オフリーク電流の増加、相互コンダクタンスの低下及びオン抵抗の増加を抑制することができるという効果を有する。
特に、上述のように、GaN−HEMTにおいて、バックバリア領域11を必要最低限の場所(MIS構造10を構成する金属層9の直下)にのみ配置することによって、低いオン抵抗、良好なピンチオフ性能、高い相互コンダクタンスを満たすGaN−HEMTデバイスの実現が可能となる。このトランジスタは、例えば高周波増幅器やスイッチング半導体素子に用いることができる。
Thus, the GaN-HEMT according to the present embodiment can be manufactured.
Therefore, the compound semiconductor device according to the present embodiment and the method for manufacturing the same have the effect of suppressing an increase in off-leakage current, a decrease in mutual conductance, and an increase in on-resistance.
In particular, as described above, in the GaN-HEMT, low on-resistance and good pinch-off performance can be achieved by arranging the back barrier region 11 only at the minimum necessary location (immediately below the metal layer 9 constituting the MIS structure 10). It is possible to realize a GaN-HEMT device satisfying high transconductance. This transistor can be used, for example, in a high frequency amplifier or a switching semiconductor device.

なお、上述の実施形態の半導体積層構造3は一例であり、他の半導体積層構造であっても良い。例えば、電界効果トランジスタを構成しうる半導体積層構造であれば良い。なお、半導体積層構造3を半導体エピタキシャル構造ともいう。
また、例えば、上述の実施形態では、SiC基板を用いているが、これに限られるものではなく、例えば、サファイア基板、Si基板、GaAs基板などの半導体基板等の他の基板を用いても良い。また、上述の実施形態では、半絶縁性の基板を用いているが、これに限られるものではなく、例えば、n型導電性やp型導電性の導電性の基板を用いても良い。
In addition, semiconductor laminated structure 3 of the above-mentioned embodiment is an example, and may be another semiconductor laminated structure. For example, any semiconductor laminated structure that can constitute a field effect transistor may be used. The semiconductor multilayer structure 3 is also referred to as a semiconductor epitaxial structure.
Further, for example, although the SiC substrate is used in the above-described embodiment, the present invention is not limited to this. For example, another substrate such as a semiconductor substrate such as a sapphire substrate, a Si substrate, or a GaAs substrate may be used. . Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the semi-insulating substrate is used, it is not limited to this, for example, a conductive substrate of n-type conductivity or p-type conductivity may be used.

また、例えば、上述の実施形態のソース電極5、ドレイン電極6、ショットキーゲート電極7及び金属層9の層構造は一例であり、他の層構造であっても良い。例えば、上述の実施形態のソース電極5、ドレイン電極6、ショットキーゲート電極7及び金属層(MIS構造のゲート電極)9の層構造は、単層であっても良いし、多層であっても良い。また、上述の実施形態のソース電極5、ドレイン電極6、ショットキーゲート電極7及び金属層(MIS構造のゲート電極)9の形成方法についても、一例にすぎず、他のいかなる方法によって形成しても良い。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態にかかる化合物半導体装置及びその製造方法について、図3、図4を参照しながら説明する。
Also, for example, the layer structure of the source electrode 5, the drain electrode 6, the Schottky gate electrode 7 and the metal layer 9 in the above-described embodiment is an example, and another layer structure may be used. For example, the layer structure of the source electrode 5, the drain electrode 6, the Schottky gate electrode 7 and the metal layer (the gate electrode of the MIS structure) 9 in the above-described embodiment may be a single layer or multiple layers. good. Further, the method of forming the source electrode 5, the drain electrode 6, the Schottky gate electrode 7 and the metal layer (the gate electrode of the MIS structure) 9 in the above embodiment is merely an example, and it is formed by any other method. Also good.
Second Embodiment
Next, a compound semiconductor device according to the second embodiment and a method of manufacturing the same will be described with reference to FIGS. 3 and 4.

本実施形態にかかる化合物半導体装置は、上述の第1実施形態(図1参照)のものに対し、図3に示すように、ショットキーゲート電極7とMIS構造10を構成する金属層9が一体となっている点が異なる。
つまり、本GaN−HEMTは、図3に示すように、ショットキーゲート電極7のドレイン電極6側の部分7Xが、絶縁膜8(ここではSiN膜)上に設けられており、かつ、ドレイン電極6の側へ向けて延びている。
In the compound semiconductor device according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, the Schottky gate electrode 7 and the metal layer 9 forming the MIS structure 10 are integrated with those of the above-described first embodiment (see FIG. 1). The point is different.
That is, in the present GaN-HEMT, as shown in FIG. 3, the portion 7X on the drain electrode 6 side of the Schottky gate electrode 7 is provided on the insulating film 8 (here, the SiN film), and the drain electrode It extends towards the 6 side.

そして、ショットキーゲート電極7のドレイン電極6の側へ向けて延びている部分7Xが、MIS構造10を構成する金属層9として機能するようになっている。つまり、半導体積層構造3上に、絶縁膜8、ショットキーゲート電極7のドレイン電極6の側へ向けて延びている部分7Xである金属層9が積層されて、MIS構造10が構成されている。
なお、図3ではバッファ層12を備える場合を例示しているが、バッファ層12を備えないものとしても良い。
A portion 7 </ b> X extending toward the drain electrode 6 of the Schottky gate electrode 7 functions as the metal layer 9 constituting the MIS structure 10. That is, on the semiconductor multilayer structure 3, the insulating film 8 and the metal layer 9 which is the portion 7 X extending toward the drain electrode 6 of the Schottky gate electrode 7 are stacked, and the MIS structure 10 is configured. .
Although FIG. 3 exemplifies the case where the buffer layer 12 is provided, the buffer layer 12 may not be provided.

なお、その他の構成については、上述の第1実施形態の場合と同様である。
次に、本実施形態にかかるGaN−HEMTの製造方法について、図4を参照しながら説明する。
まず、図4(A)に示すように、上述の第1実施形態の場合と同様に、半絶縁性SiC基板1上に、例えばMOVPE法を用いて、i−GaNバッファ層12、バックバリア領域11となるi−AlGaN層11Xを順次堆積させる。
The other configuration is the same as that of the first embodiment described above.
Next, a method of manufacturing the GaN-HEMT according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
First, as shown in FIG. 4A, as in the case of the first embodiment described above, the i-GaN buffer layer 12 and the back barrier region are formed on the semi-insulating SiC substrate 1 using, for example, MOVPE. An i-AlGaN layer 11X to be 11 is sequentially deposited.

次に、図4(B)に示すように、上述の第1実施形態の場合と同様に、例えばフォトリソグラフィを用いて、バックバリア領域形成予定領域(MIS構造形成予定領域の下方の領域)にレジストを残し、例えば塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、i−AlGaN層11Xを除去する。
これにより、i−AlGaNバックバリア領域11が形成される。
Next, as shown in FIG. 4B, similarly to the case of the first embodiment described above, the back barrier region formation planned region (the region under the MIS structure formation planned region) is formed using, for example, photolithography. With the resist left, the i-AlGaN layer 11X is removed by dry etching using, for example, a chlorine-based gas.
Thus, the i-AlGaN back barrier region 11 is formed.

次に、図4(C)に示すように、上述の第1実施形態の場合と同様に、再び、MOVPE法を用いて、i−GaN電子走行層2、i−AlGaN電子供給層4(例えば厚さ約20nm)を順次堆積させる。
これにより、i−GaN電子走行層2でi−AlGaNバックバリア領域11が埋め込まれて、内部にi−AlGaNバックバリア領域11を有するi−GaN電子走行層2が形成され、その上にi−AlGaN電子供給層4が積層されて、半導体積層構造3が形成される。
Next, as shown in FIG. 4C, the i-GaN electron traveling layer 2 and the i-AlGaN electron supply layer 4 (for example, the i-AlGaN electron supply layer 4) are again formed by using the MOVPE method as in the first embodiment described above. Approximately 20 nm thick).
As a result, the i-AlGaN back barrier region 11 is embedded in the i-GaN electron travel layer 2 to form the i-GaN electron travel layer 2 having the i-AlGaN back barrier region 11 therein, and the i-GaN electron travel layer 2 is formed thereon. The AlGaN electron supply layer 4 is laminated to form the semiconductor laminated structure 3.

また、伝導帯の底のエネルギーがi−GaN電子走行層(キャリア走行層)2に沿う方向の両側に隣接する領域よりも高くなっているi−AlGaNバックバリア領域11が形成される。
なお、ここまでの工程を、キャリア走行層2を含む半導体積層構造3を形成する工程という。
Further, an i-AlGaN back barrier region 11 is formed in which the energy at the bottom of the conduction band is higher than the regions adjacent to both sides in the direction along the i-GaN electron traveling layer (carrier traveling layer) 2.
The process up to here is referred to as the process of forming the semiconductor laminated structure 3 including the carrier traveling layer 2.

次に、図示していないが、上述の第1実施形態の場合と同様に、例えばフォトリソグラフィを用いて、素子間分離領域に開口部を設け、例えば塩素系ガスを用いたドライエッチング又はイオン注入法によって、素子間分離を行なう。
次に、図4(D)に示すように、上述の第1実施形態の場合と同様に、例えばフォトリソグラフィ及び蒸着・リフトオフの技術を用いて、ソース電極・ドレイン電極形成予定領域のそれぞれのi−AlGaN電子供給層4上に、例えばTi(約20nm)/Al(約200nm)からなるソース電極5及びドレイン電極6を形成する。
Next, although not shown, as in the case of the first embodiment described above, an opening is provided in the element isolation region using, for example, photolithography, for example, dry etching or ion implantation using a chlorine-based gas Device separation is performed by the method.
Next, as shown in FIG. 4D, as in the case of the first embodiment described above, each of the source electrode / drain electrode formation scheduled region is formed using, for example, the technique of photolithography and vapor deposition / lift off. A source electrode 5 and a drain electrode 6 made of, for example, Ti (about 20 nm) / Al (about 200 nm) are formed on the AlGaN electron supply layer 4.

そして、例えば窒素雰囲気中にて約400℃から約1000℃の間、例えば約550℃で熱処理を行なって、ソース電極5及びドレイン電極6のオーミック特性を確立する。
なお、この工程を、半導体積層構造3上にソース電極5及びドレイン電極6を形成する工程という。
次に、図4(D)に示すように、上述の第1実施形態の場合と同様に、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて、全面にSiNを約2nmから約1000nmの間、例えば約100nm堆積させてSiN膜(絶縁膜)8を形成する。
Then, heat treatment is performed, for example, at about 400 ° C. to about 1000 ° C., for example, about 550 ° C. in a nitrogen atmosphere to establish ohmic characteristics of the source electrode 5 and the drain electrode 6.
Note that this process is called a process of forming the source electrode 5 and the drain electrode 6 on the semiconductor multilayer structure 3.
Next, as shown in FIG. 4D, as in the case of the first embodiment described above, SiN is deposited on the entire surface between about 2 nm and about 1000 nm, for example, using plasma CVD (Chemical Vapor Deposition). For example, about 100 nm is deposited to form a SiN film (insulating film) 8.

これにより、半導体積層構造3の表面(ここでは、i−AlGaN電子供給層4の表面)が覆われるように絶縁膜8としてのSiN膜が形成される。
なお、この工程を、半導体積層構造3上に絶縁膜8を形成する工程という。
次に、図4(D)に示すように、上述の第1実施形態の場合と同様に、例えばフォトリソグラフィを用いて、ショットキーゲート電極形成予定領域に開口部を有するレジストマスク(図示せず)を形成し、例えば弗素系ガスを用いたドライエッチングによって、ショットキーゲート電極形成予定領域のSiN膜8を除去する。
Thereby, a SiN film as the insulating film 8 is formed so as to cover the surface of the semiconductor multilayer structure 3 (here, the surface of the i-AlGaN electron supply layer 4).
Note that this process is called a process of forming the insulating film 8 on the semiconductor multilayer structure 3.
Next, as shown in FIG. 4D, as in the case of the first embodiment described above, a resist mask (not shown) having an opening in a Schottky gate electrode formation planned region using, for example, photolithography. And the SiN film 8 in a region where a Schottky gate electrode is to be formed, for example, by dry etching using a fluorine-based gas.

次に、図4(D)に示すように、例えばフォトリソグラフィ及び蒸着・リフトオフの技術を用いて、ショットキーゲート電極形成予定領域の半導体積層構造3上(ここではi−AlGaN電子供給層4上)に、絶縁膜8(ここではSiN膜)上に設けられるドレイン電極6側の部分7Xがドレイン電極6の側へ向けて延びるように、例えばNi(約30nm)/Au(約400nm)からなるショットキーゲート電極7を形成する。この場合、半導体積層構造3(ここではi−AlGaN電子供給層4)及び絶縁膜8(SiN膜)に近い側にNiが位置するようにする。   Next, as shown in FIG. 4D, the semiconductor laminated structure 3 in the region where the Schottky gate electrode is to be formed (here, on the i-AlGaN electron supply layer 4) using photolithography and deposition / lift-off technology, for example. And the portion 7X on the drain electrode 6 side provided on the insulating film 8 (here, the SiN film) is made of, for example, Ni (about 30 nm) / Au (about 400 nm) so as to extend toward the drain electrode 6). The Schottky gate electrode 7 is formed. In this case, Ni is positioned closer to the semiconductor multilayer structure 3 (here, the i-AlGaN electron supply layer 4) and the insulating film 8 (SiN film).

この場合、ショットキーゲート電極7のドレイン電極6の側へ向けて延びている部分7Xが、MIS構造10を構成する金属層9となる。つまり、半導体積層構造3上に、絶縁膜8、ショットキーゲート電極7のドレイン電極6の側へ向けて延びている部分7Xである金属層9が積層されてなるMIS構造10が、同一工程で、ショットキーゲート電極7と一体形成される。これにより、i−AlGaNバックバリア領域11の上方にMIS構造10を構成する金属層9が形成される。   In this case, a portion 7 </ b> X extending toward the drain electrode 6 of the Schottky gate electrode 7 is the metal layer 9 constituting the MIS structure 10. That is, in the same process, the MIS structure 10 is formed by laminating the insulating film 8 and the metal layer 9 which is the portion 7X of the Schottky gate electrode 7 extending toward the drain electrode 6 side on the semiconductor multilayer structure 3. , And the Schottky gate electrode 7 are integrally formed. Thereby, the metal layer 9 constituting the MIS structure 10 is formed above the i-AlGaN back barrier region 11.

なお、この工程を、ソース電極5とドレイン電極6の間の半導体積層構造3上にショットキーゲート電極7を形成する工程という。また、この工程を、絶縁膜8上に金属層9を積層させてショットキーゲート電極7とドレイン電極6の間にMIS構造10を形成する工程という。
このようにして、本実施形態にかかるGaN−HEMTを製造することができる。
This step is referred to as a step of forming the Schottky gate electrode 7 on the semiconductor multilayer structure 3 between the source electrode 5 and the drain electrode 6. Also, this step is referred to as a step of forming the MIS structure 10 between the Schottky gate electrode 7 and the drain electrode 6 by laminating the metal layer 9 on the insulating film 8.
Thus, the GaN-HEMT according to the present embodiment can be manufactured.

したがって、本実施形態にかかる化合物半導体装置及びその製造方法は、オフリーク電流の増加、相互コンダクタンスの低下及びオン抵抗の増加を抑制することができるという効果を有する。
特に、上述のように、GaN−HEMTにおいて、バックバリア領域11を必要最低限の場所(MIS構造10を構成する金属層9の直下)にのみ配置することによって、低いオン抵抗、良好なピンチオフ性能、高い相互コンダクタンスを満たすGaN−HEMTデバイスの実現が可能となる。このトランジスタは、例えば高周波増幅器やスイッチング半導体素子に用いることができる。
Therefore, the compound semiconductor device according to the present embodiment and the method for manufacturing the same have the effect of suppressing an increase in off-leakage current, a decrease in mutual conductance, and an increase in on-resistance.
In particular, as described above, in the GaN-HEMT, low on-resistance and good pinch-off performance can be achieved by arranging the back barrier region 11 only at the minimum necessary location (immediately below the metal layer 9 constituting the MIS structure 10). It is possible to realize a GaN-HEMT device satisfying high transconductance. This transistor can be used, for example, in a high frequency amplifier or a switching semiconductor device.

なお、上述の実施形態の半導体積層構造3は一例であり、他の半導体積層構造であっても良い。例えば、電界効果トランジスタを構成しうる半導体積層構造であれば良い。なお、半導体積層構造3を半導体エピタキシャル構造ともいう。
また、例えば、上述の実施形態では、SiC基板を用いているが、これに限られるものではなく、例えば、サファイア基板、Si基板、GaAs基板などの半導体基板等の他の基板を用いても良い。また、上述の実施形態では、半絶縁性の基板を用いているが、これに限られるものではなく、例えば、n型導電性やp型導電性の導電性の基板を用いても良い。
In addition, semiconductor laminated structure 3 of the above-mentioned embodiment is an example, and may be another semiconductor laminated structure. For example, any semiconductor laminated structure that can constitute a field effect transistor may be used. The semiconductor multilayer structure 3 is also referred to as a semiconductor epitaxial structure.
Further, for example, although the SiC substrate is used in the above-described embodiment, the present invention is not limited to this. For example, another substrate such as a semiconductor substrate such as a sapphire substrate, a Si substrate, or a GaAs substrate may be used. . Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the semi-insulating substrate is used, it is not limited to this, for example, a conductive substrate of n-type conductivity or p-type conductivity may be used.

また、例えば、上述の実施形態のソース電極5、ドレイン電極6及びショットキーゲート電極7の層構造は一例であり、他の層構造であっても良い。例えば、上述の実施形態のソース電極5、ドレイン電極6及びショットキーゲート電極7の層構造は、単層であっても良いし、多層であっても良い。また、上述の実施形態のソース電極5、ドレイン電極6及びショットキーゲート電極7の形成方法についても、一例にすぎず、他のいかなる方法によって形成しても良い。
[第3実施形態]
次に、第3実施形態にかかる化合物半導体装置及びその製造方法について、図5、図6を参照しながら説明する。
Further, for example, the layer structure of the source electrode 5, the drain electrode 6, and the Schottky gate electrode 7 in the above-described embodiment is an example, and another layer structure may be used. For example, the layer structure of the source electrode 5, the drain electrode 6, and the Schottky gate electrode 7 in the above-described embodiment may be a single layer or a multilayer. Further, the method of forming the source electrode 5, the drain electrode 6, and the Schottky gate electrode 7 in the above-described embodiment is merely an example, and it may be formed by any other method.
Third Embodiment
Next, a compound semiconductor device according to the third embodiment and a method of manufacturing the same will be described with reference to FIGS. 5 and 6.

本実施形態にかかる化合物半導体装置は、上述の第1実施形態(図1参照)のものに対し、図5に示すように、バックバリア領域を構成する材料が異なる。
つまり、本GaN−HEMTは、図5に示すように、バックバリア領域11がi−InGaN(InGaN)からなる。つまり、本GaN−HEMTは、i−InGaNバックバリア領域(InGaNバックバリア領域)11を備える。
The compound semiconductor device according to the present embodiment is different from that of the above-described first embodiment (see FIG. 1), as shown in FIG. 5, in the material constituting the back barrier region.
That is, in the present GaN-HEMT, as shown in FIG. 5, the back barrier region 11 is made of i-InGaN (InGaN). That is, the present GaN-HEMT includes the i-InGaN back barrier region (InGaN back barrier region) 11.

なお、図5ではバッファ層12を備える場合を例示しているが、バッファ層12を備えないものとしても良い。
なお、その他の構成及び製造方法については、上述の第1実施形態の場合と同様である。
したがって、本実施形態にかかる化合物半導体装置及びその製造方法は、オフリーク電流の増加、相互コンダクタンスの低下及びオン抵抗の増加を抑制することができるという効果を有する。
Although FIG. 5 illustrates the case where the buffer layer 12 is provided, the buffer layer 12 may not be provided.
The other configuration and manufacturing method are the same as those of the above-described first embodiment.
Therefore, the compound semiconductor device according to the present embodiment and the method for manufacturing the same have the effect of suppressing an increase in off-leakage current, a decrease in mutual conductance, and an increase in on-resistance.

特に、上述のように、GaN−HEMTにおいて、バックバリア領域11を必要最低限の場所(MIS構造10を構成する金属層9の直下)にのみ配置することによって、低いオン抵抗、良好なピンチオフ性能、高い相互コンダクタンスを満たすGaN−HEMTデバイスの実現が可能となる。このトランジスタは、例えば高周波増幅器やスイッチング半導体素子に用いることができる。   In particular, as described above, in the GaN-HEMT, low on-resistance and good pinch-off performance can be achieved by arranging the back barrier region 11 only at the minimum necessary location (immediately below the metal layer 9 constituting the MIS structure 10). It is possible to realize a GaN-HEMT device satisfying high transconductance. This transistor can be used, for example, in a high frequency amplifier or a switching semiconductor device.

なお、上述の第1実施形態や本実施形態では、電子走行層(キャリア走行層)2がGaN(i−GaN)からなり、バックバリア領域11がAlGaN(i−AlGaN)又はInGaN(i−InGaN)からなるものとしているが、これに限られるものではない。
例えば、電子走行層(キャリア走行層)2がGaNからなり、バックバリア領域11が、AlGaN(i−AlGaN)、InGaN(i−InGaN)、AlN(i−AlN)、p−GaN、p−AlGaN又はこれらの積層構造からなるものとすれば良い。例えば、図6に示すように、バックバリア領域11が、p−GaNからなるものとしても良い。つまり、p−GaNバックバリア領域11を備えるものとしても良い。
In the first embodiment and the present embodiment described above, the electron travel layer (carrier travel layer) 2 is made of GaN (i-GaN), and the back barrier region 11 is AlGaN (i-AlGaN) or InGaN (i-InGaN) ) But it is not limited to this.
For example, the electron transit layer (carrier transit layer) 2 is made of GaN, and the back barrier region 11 is made of AlGaN (i-AlGaN), InGaN (i-InGaN), AlN (i-AlN), p-GaN, p-AlGaN Or what is necessary is just to consist of these laminated structures. For example, as shown in FIG. 6, the back barrier region 11 may be made of p-GaN. That is, the p-GaN back barrier region 11 may be provided.

また、例えば、電子走行層(キャリア走行層)2がInGaN(i−InGaN)からなり、バックバリア領域11が、AlGaN(i−AlGaN)、GaN(i−GaN)、AlN(i−AlN)、p−GaN、p−AlGaN又はこれらの積層構造からなるものとしても良い。
また、本実施形態は、上述の第1実施形態の変形例として説明しているが、これに限られるものではなく、上述の第2実施形態の構成において、本実施形態及びその変形例のように、バックバリア領域11を構成する材料を変えても良い。
Also, for example, the electron transit layer (carrier transit layer) 2 is made of InGaN (i-InGaN), and the back barrier region 11 is made of AlGaN (i-AlGaN), GaN (i-GaN), AlN (i-AlN), It is good also as what consists of p-GaN, p-AlGaN, or these laminated structures.
Moreover, although this embodiment is described as a modification of the above-mentioned 1st embodiment, it is not restricted to this, In the composition of the above-mentioned 2nd embodiment, it is like this embodiment and its modification. Alternatively, the material of the back barrier region 11 may be changed.

なお、上述の実施形態及びその変形例の半導体積層構造3は一例であり、他の半導体積層構造であっても良い。例えば、電界効果トランジスタを構成しうる半導体積層構造であれば良い。なお、半導体積層構造3を半導体エピタキシャル構造ともいう。
また、例えば、上述の実施形態及びその変形例では、SiC基板を用いているが、これに限られるものではなく、例えば、サファイア基板、Si基板、GaAs基板などの半導体基板等の他の基板を用いても良い。また、上述の実施形態及びその変形例では、半絶縁性の基板を用いているが、これに限られるものではなく、例えば、n型導電性やp型導電性の導電性の基板を用いても良い。
In addition, semiconductor laminated structure 3 of the above-mentioned embodiment and its modification is an example, and may be another semiconductor laminated structure. For example, any semiconductor laminated structure that can constitute a field effect transistor may be used. The semiconductor multilayer structure 3 is also referred to as a semiconductor epitaxial structure.
Further, for example, although the SiC substrate is used in the above-described embodiment and the modification thereof, the present invention is not limited to this. For example, other substrates such as sapphire substrates, Si substrates, semiconductor substrates such as GaAs substrates, etc. You may use. Moreover, in the above-mentioned embodiment and its modification, although a semi-insulating substrate is used, it is not limited to this, for example, using a conductive substrate of n-type conductivity or p-type conductivity Also good.

また、例えば、上述の実施形態のソース電極5、ドレイン電極6、ショットキーゲート電極7及び金属層9の層構造は一例であり、他の層構造であっても良い。例えば、上述の実施形態のソース電極5、ドレイン電極6、ショットキーゲート電極7及び金属層(MIS構造のゲート電極)9の層構造は、単層であっても良いし、多層であっても良い。また、上述の実施形態のソース電極5、ドレイン電極6、ショットキーゲート電極7及び金属層(MIS構造のゲート電極)9の形成方法についても、一例にすぎず、他のいかなる方法によって形成しても良い。
[第4実施形態]
次に、第4実施形態にかかる化合物半導体装置及びその製造方法について、図7、図8を参照しながら説明する。
Also, for example, the layer structure of the source electrode 5, the drain electrode 6, the Schottky gate electrode 7 and the metal layer 9 in the above-described embodiment is an example, and another layer structure may be used. For example, the layer structure of the source electrode 5, the drain electrode 6, the Schottky gate electrode 7 and the metal layer (the gate electrode of the MIS structure) 9 in the above-described embodiment may be a single layer or multiple layers. good. Further, the method of forming the source electrode 5, the drain electrode 6, the Schottky gate electrode 7 and the metal layer (the gate electrode of the MIS structure) 9 in the above embodiment is merely an example, and it is formed by any other method. Also good.
Fourth Embodiment
Next, a compound semiconductor device and a method of manufacturing the same according to a fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 7 and 8.

本実施形態にかかる化合物半導体装置は、上述の第1実施形態(図1参照)のものに対し、半導体積層構造の構成、電子走行層(キャリア走行層)を構成する材料が異なる。
つまり、本化合物半導体装置は、InGaN−HEMTであり、図7に示すように、i−GaNバッファ層12、i−InGaN電子走行層(キャリア走行層)2、i−AlGaN電子供給層(キャリア供給層)4を含む半導体積層構造3を備え、i−GaNバッファ層12内にi−AlGaNバックバリア領域11が埋め込まれている。
The compound semiconductor device according to the present embodiment differs from that of the first embodiment described above (see FIG. 1) in the configuration of the semiconductor multilayer structure and in the material constituting the electron transit layer (carrier transit layer).
That is, the present compound semiconductor device is an InGaN-HEMT, and as shown in FIG. 7, an i-GaN buffer layer 12, an i-InGaN electron traveling layer (carrier traveling layer) 2, an i-AlGaN electron supply layer (carrier supply The semiconductor laminated structure 3 including the layer 4 is provided, and the i-AlGaN back barrier region 11 is embedded in the i-GaN buffer layer 12.

このように、本InGaN−HEMTでは、キャリア走行層2が、InGaN(i−InGaN)からなり、キャリア走行層2の下側にGaN層(i−GaN層)12を備え、バックバリア領域11は、GaN層12内に埋め込まれており、AlGaN(i−AlGaN)からなる。
この場合、本化合物半導体装置の製造方法の半導体積層構造を形成する工程において、i−InGaN電子走行層(キャリア走行層)2の下側にi−GaNバッファ層(GaN層)12を形成するとともに、i−GaNバッファ層12内に埋め込まれるようにバックバリア領域11を形成し、バックバリア領域11を、AlGaNからなるものとすれば良い。
As described above, in the present InGaN-HEMT, the carrier traveling layer 2 is made of InGaN (i-InGaN), the GaN layer (i-GaN layer) 12 is provided under the carrier traveling layer 2, and the back barrier region 11 is Embedded in the GaN layer 12 and made of AlGaN (i-AlGaN).
In this case, an i-GaN buffer layer (GaN layer) 12 is formed under the i-InGaN electron traveling layer (carrier traveling layer) 2 in the step of forming a semiconductor multilayer structure in the method of manufacturing a compound semiconductor device. The back barrier region 11 may be formed to be embedded in the i-GaN buffer layer 12, and the back barrier region 11 may be made of AlGaN.

つまり、まず、図8(A)に示すように、上述の第1実施形態の場合と同様に、半絶縁性SiC基板1上に、例えばMOVPE法を用いて、i−GaNバッファ層12の下側部分12A、バックバリア領域11となるi−AlGaN層11Xを順次堆積させる。
次に、図8(B)に示すように、上述の第1実施形態の場合と同様に、例えばフォトリソグラフィを用いて、バックバリア領域形成予定領域(MIS構造形成予定領域の下方の領域)にレジストを残し、例えば塩素系ガスを用いたドライエッチングによって、i−AlGaN層11Xを除去する。
That is, first, as shown in FIG. 8A, the semi-insulating SiC substrate 1 is formed under the i-GaN buffer layer 12 on the semi-insulating SiC substrate 1 by using, for example, MOVPE as shown in FIG. A side portion 12A and an i-AlGaN layer 11X to be a back barrier region 11 are sequentially deposited.
Next, as shown in FIG. 8B, similarly to the case of the first embodiment described above, the back barrier region formation planned region (the region under the MIS structure planned formation region) is formed using, for example, photolithography. With the resist left, the i-AlGaN layer 11X is removed by dry etching using, for example, a chlorine-based gas.

これにより、i−AlGaNバックバリア領域11が形成される。
次に、図8(C)に示すように、再び、MOVPE法を用いて、i−GaNバッファ層12の上側部分12B、i−InGaN電子走行層2、i−AlGaN電子供給層4(例えば厚さ約20nm)を順次堆積させる。
これにより、i−GaNバッファ層12でi−AlGaNバックバリア領域11が埋め込まれて、内部にi−AlGaNバックバリア領域11を有するi−GaNバッファ層12が形成され、その上に、i−InGaN電子走行層2、i−AlGaN電子供給層4が積層されて、半導体積層構造3が形成される。
Thus, the i-AlGaN back barrier region 11 is formed.
Next, as shown in FIG. 8C, again using the MOVPE method, the upper portion 12B of the i-GaN buffer layer 12, the i-InGaN electron traveling layer 2, the i-AlGaN electron supply layer 4 (for example, the thickness) Approximately 20 nm) in sequence.
As a result, the i-AlGaN back barrier region 11 is embedded in the i-GaN buffer layer 12, and the i-GaN buffer layer 12 having the i-AlGaN back barrier region 11 is formed therein, and the i-InGaN is formed thereon. The electron transit layer 2 and the i-AlGaN electron supply layer 4 are stacked to form the semiconductor multilayer structure 3.

また、伝導帯の底のエネルギーがi−GaN電子走行層(キャリア走行層)2に沿う方向の両側に隣接する領域よりも高くなっているi−AlGaNバックバリア領域11が形成される。
なお、ここまでの工程を、キャリア走行層2を含む半導体積層構造3を形成する工程という。
Further, an i-AlGaN back barrier region 11 is formed in which the energy at the bottom of the conduction band is higher than the regions adjacent to both sides in the direction along the i-GaN electron traveling layer (carrier traveling layer) 2.
The process up to here is referred to as the process of forming the semiconductor laminated structure 3 including the carrier traveling layer 2.

次に、図示していないが、上述の第1実施形態の場合と同様に、例えばフォトリソグラフィを用いて、素子間分離領域に開口部を設け、例えば塩素系ガスを用いたドライエッチング又はイオン注入法によって、素子間分離を行なう。
次に、図8(D)に示すように、上述の第1実施形態の場合と同様に、例えばフォトリソグラフィ及び蒸着・リフトオフの技術を用いて、ソース電極・ドレイン電極形成予定領域のそれぞれのi−AlGaN電子供給層4上に、例えばTi(約20nm)/Al(約200nm)からなるソース電極5及びドレイン電極6を形成する。
Next, although not shown, as in the case of the first embodiment described above, an opening is provided in the element isolation region using, for example, photolithography, for example, dry etching or ion implantation using a chlorine-based gas Device separation is performed by the method.
Next, as shown in FIG. 8D, as in the case of the above-described first embodiment, each of the source electrode / drain electrode formation scheduled region is formed using, for example, the technique of photolithography and vapor deposition / lift off. A source electrode 5 and a drain electrode 6 made of, for example, Ti (about 20 nm) / Al (about 200 nm) are formed on the AlGaN electron supply layer 4.

そして、例えば窒素雰囲気中にて約400℃から約1000℃の間、例えば約550℃で熱処理を行なって、ソース電極5及びドレイン電極6のオーミック特性を確立する。
なお、この工程を、半導体積層構造3上にソース電極5及びドレイン電極6を形成する工程という。
次に、図8(D)に示すように、上述の第1実施形態の場合と同様に、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて、全面にSiNを約2nmから約1000nmの間、例えば約100nm堆積させてSiN膜(絶縁膜)8を形成する。
Then, heat treatment is performed, for example, at about 400 ° C. to about 1000 ° C., for example, about 550 ° C. in a nitrogen atmosphere to establish ohmic characteristics of the source electrode 5 and the drain electrode 6.
Note that this process is called a process of forming the source electrode 5 and the drain electrode 6 on the semiconductor multilayer structure 3.
Next, as shown in FIG. 8D, as in the case of the first embodiment described above, SiN is deposited on the entire surface between about 2 nm and about 1000 nm, for example, using a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method. For example, about 100 nm is deposited to form a SiN film (insulating film) 8.

これにより、半導体積層構造3の表面(ここでは、i−AlGaN電子供給層4の表面)が覆われるように絶縁膜8としてのSiN膜が形成される。
なお、この工程を、半導体積層構造3上に絶縁膜8を形成する工程という。
次に、図8(D)に示すように、上述の第1実施形態の場合と同様に、例えばフォトリソグラフィを用いて、ショットキーゲート電極形成予定領域に開口部を有するレジストマスク(図示せず)を形成し、例えば弗素系ガスを用いたドライエッチングによって、ショットキーゲート電極形成予定領域のSiN膜8を除去する。
Thereby, a SiN film as the insulating film 8 is formed so as to cover the surface of the semiconductor multilayer structure 3 (here, the surface of the i-AlGaN electron supply layer 4).
Note that this process is called a process of forming the insulating film 8 on the semiconductor multilayer structure 3.
Next, as shown in FIG. 8D, as in the case of the first embodiment described above, a resist mask (not shown) having an opening in a region where a Schottky gate electrode is to be formed, for example, using photolithography. And the SiN film 8 in a region where a Schottky gate electrode is to be formed, for example, by dry etching using a fluorine-based gas.

次に、図8(D)に示すように、上述の第1実施形態の場合と同様に、例えばフォトリソグラフィ及び蒸着・リフトオフの技術を用いて、ショットキーゲート電極形成予定領域の半導体積層構造3上(ここではi−AlGaN電子供給層4上)、及び、MIS構造10を構成する金属層9の形成予定領域の絶縁膜8上(ここではSiN膜上)に、例えばNi(約30nm)/Au(約400nm)からなるショットキーゲート電極7及びMIS構造10を構成する金属層9を形成する。これにより、i−AlGaNバックバリア領域11の上方にMIS構造10が形成される。   Next, as shown in FIG. 8D, as in the case of the above-described first embodiment, the semiconductor laminated structure 3 in the schottky gate electrode formation planned region is formed using, for example, the technique of photolithography and vapor deposition / lift off. For example, Ni (about 30 nm) / on (here, on the SiN film) on the upper surface (here, on the i-AlGaN electron supply layer 4) and on the region for forming the metal layer 9 forming the MIS structure 10 A Schottky gate electrode 7 made of Au (about 400 nm) and a metal layer 9 constituting the MIS structure 10 are formed. Thereby, the MIS structure 10 is formed above the i-AlGaN back barrier region 11.

この場合、半導体積層構造3(ここではi−AlGaN電子供給層4)及び絶縁膜8(SiN膜)に近い側にNiが位置するようにする。また、ショットキーゲート電極7を形成する工程とMIS構造10を形成する工程は同一工程で行なわれる。
なお、この工程を、ソース電極5とドレイン電極6の間の半導体積層構造3上にショットキーゲート電極7を形成する工程という。また、この工程を、絶縁膜8上に金属層9を積層させてショットキーゲート電極7とドレイン電極6の間にMIS構造10を形成する工程という。
In this case, Ni is positioned closer to the semiconductor multilayer structure 3 (here, the i-AlGaN electron supply layer 4) and the insulating film 8 (SiN film). Further, the step of forming the Schottky gate electrode 7 and the step of forming the MIS structure 10 are performed in the same step.
This step is referred to as a step of forming the Schottky gate electrode 7 on the semiconductor multilayer structure 3 between the source electrode 5 and the drain electrode 6. Also, this step is referred to as a step of forming the MIS structure 10 between the Schottky gate electrode 7 and the drain electrode 6 by laminating the metal layer 9 on the insulating film 8.

このようにして、本実施形態にかかるGaN−HEMTを製造することができる。
なお、その他の構成及び製造方法については、上述の第1実施形態の場合と同様である。
したがって、本実施形態にかかる化合物半導体装置及びその製造方法は、オフリーク電流の増加、相互コンダクタンスの低下及びオン抵抗の増加を抑制することができるという効果を有する。
Thus, the GaN-HEMT according to the present embodiment can be manufactured.
The other configuration and manufacturing method are the same as those of the above-described first embodiment.
Therefore, the compound semiconductor device according to the present embodiment and the method for manufacturing the same have the effect of suppressing an increase in off-leakage current, a decrease in mutual conductance, and an increase in on-resistance.

特に、上述のように、InGaN−HEMTにおいて、バックバリア領域11を必要最低限の場所(MIS構造10を構成する金属層9の直下)にのみ配置することによって、低いオン抵抗、良好なピンチオフ性能、高い相互コンダクタンスを満たすInGaN−HEMTデバイスの実現が可能となる。このトランジスタは、例えば高周波増幅器やスイッチング半導体素子に用いることができる。   In particular, as described above, in the InGaN-HEMT, low on-resistance and good pinch-off performance can be achieved by arranging the back barrier region 11 only at the minimum necessary location (immediately below the metal layer 9 constituting the MIS structure 10). It is possible to realize an InGaN-HEMT device that satisfies high transconductance. This transistor can be used, for example, in a high frequency amplifier or a switching semiconductor device.

なお、本実施形態では、バックバリア領域11は、AlGaNからなるものとしているが、これに限られるものではない。例えば、バックバリア領域11は、AlGaN(i−AlGaN)、AlN(i−AlN)、p−GaN、p−AlGaN又はこれらの積層構造からなるものとすれば良い。
つまり、キャリア走行層2が、InGaN(i−InGaN)からなり、キャリア走行層2の下側にGaN層(i−GaN層)12を備え、バックバリア領域11が、GaN層12内に埋め込まれており、AlGaN(i−AlGaN)、AlN(i−AlN)、p−GaN、p−AlGaN又はこれらの積層構造からなるものとすれば良い。
Although the back barrier region 11 is made of AlGaN in the present embodiment, the present invention is not limited to this. For example, the back barrier region 11 may be made of AlGaN (i-AlGaN), AlN (i-AlN), p-GaN, p-AlGaN, or a stacked structure thereof.
That is, the carrier traveling layer 2 is made of InGaN (i-InGaN), the GaN layer (i-GaN layer) 12 is provided under the carrier traveling layer 2, and the back barrier region 11 is embedded in the GaN layer 12. It may be made of AlGaN (i-AlGaN), AlN (i-AlN), p-GaN, p-AlGaN, or a laminated structure thereof.

なお、上述の実施形態及びその変形例の半導体積層構造3は一例であり、他の半導体積層構造であっても良い。例えば、電界効果トランジスタを構成しうる半導体積層構造であれば良い。なお、半導体積層構造3を半導体エピタキシャル構造ともいう。
また、例えば、上述の実施形態及びその変形例では、SiC基板を用いているが、これに限られるものではなく、例えば、サファイア基板、Si基板、GaAs基板などの半導体基板等の他の基板を用いても良い。また、上述の実施形態及びその変形例では、半絶縁性の基板を用いているが、これに限られるものではなく、例えば、n型導電性やp型導電性の導電性の基板を用いても良い。
In addition, semiconductor laminated structure 3 of the above-mentioned embodiment and its modification is an example, and may be another semiconductor laminated structure. For example, any semiconductor laminated structure that can constitute a field effect transistor may be used. The semiconductor multilayer structure 3 is also referred to as a semiconductor epitaxial structure.
Further, for example, although the SiC substrate is used in the above-described embodiment and the modification thereof, the present invention is not limited to this. For example, other substrates such as sapphire substrates, Si substrates, semiconductor substrates such as GaAs substrates, etc. You may use. Moreover, in the above-mentioned embodiment and its modification, although a semi-insulating substrate is used, it is not limited to this, for example, using a conductive substrate of n-type conductivity or p-type conductivity Also good.

また、例えば、上述の実施形態及びその変形例のソース電極5、ドレイン電極6及びゲート電極7の層構造は一例であり、他の層構造であっても良い。例えば、上述の実施形態及びその変形例のソース電極5、ドレイン電極6及びゲート電極7の層構造は、単層であっても良いし、多層であっても良い。また、上述の実施形態及びその変形例のソース電極5、ドレイン電極6及びゲート電極7の形成方法についても、一例にすぎず、他のいかなる方法によって形成しても良い。
[第5実施形態]
次に、第5実施形態にかかる化合物半導体装置及びその製造方法、電源装置について、図9、図10を参照しながら説明する。
Further, for example, the layer structure of the source electrode 5, the drain electrode 6, and the gate electrode 7 in the above-described embodiment and the modification thereof is an example, and another layer structure may be used. For example, the layer structure of the source electrode 5, the drain electrode 6, and the gate electrode 7 in the above-described embodiment and the modified example thereof may be a single layer or a multilayer. Further, the method of forming the source electrode 5, the drain electrode 6, and the gate electrode 7 in the above-described embodiment and the modified example thereof is also merely an example, and may be formed by any other method.
Fifth Embodiment
Next, a compound semiconductor device, a method of manufacturing the same, and a power supply device according to a fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 9 and 10. FIG.

本実施形態にかかる化合物半導体装置は、上述の各実施形態及び変形例のいずれかの化合物半導体装置(HEMT;GaN−HEMT又はInGaN−HEMT)を半導体チップとして備える半導体パッケージである。なお、半導体チップをHEMTチップ又はトランジスタチップともいう。
以下、ディスクリートパッケージを例に挙げて説明する。
The compound semiconductor device according to the present embodiment is a semiconductor package including the compound semiconductor device (HEMT; GaN-HEMT or InGaN-HEMT) of any of the above-described embodiments and modifications as a semiconductor chip. Note that the semiconductor chip is also referred to as a HEMT chip or a transistor chip.
Hereinafter, the discrete package will be described as an example.

本化合物半導体装置は、図9に示すように、上述の各実施形態及び変形例のいずれかの半導体チップ34を搭載するステージ30と、ゲートリード37と、ソースリード39と、ドレインリード38と、ボンディングワイヤ36(ここではAlワイヤ)と、封止樹脂40とを備える。なお、封止樹脂をモールド樹脂ともいう。
そして、ステージ30上に搭載された半導体チップ34のゲートパッド31、ソースパッド32及びドレインパッド33は、それぞれ、ゲートリード37、ソースリード39及びドレインリード38に、Alワイヤ36によって接続されており、これらが樹脂封止されている。
As shown in FIG. 9, the present compound semiconductor device has a stage 30 on which the semiconductor chip 34 of any of the above-described embodiments and modifications is mounted, a gate lead 37, a source lead 39, and a drain lead 38. A bonding wire 36 (here, an Al wire) and a sealing resin 40 are provided. In addition, sealing resin is also called mold resin.
The gate pad 31, the source pad 32, and the drain pad 33 of the semiconductor chip 34 mounted on the stage 30 are connected to the gate lead 37, the source lead 39, and the drain lead 38 by Al wires 36, respectively. These are resin-sealed.

ここでは、半導体チップ34の基板裏面がダイアタッチ剤35(ここでははんだ)によって固定されたステージ30は、ドレインリード38と電気的に接続されている。なお、これに限られるものではなく、ステージ30がソースリード39と電気的に接続されるようにしても良い。
次に、本実施形態にかかる化合物半導体装置(ディスクリートパッケージ)の製造方法について説明する。
Here, the stage 30 with the substrate back surface of the semiconductor chip 34 fixed by the die attach agent 35 (here, solder) is electrically connected to the drain lead 38. The present invention is not limited to this, and the stage 30 may be electrically connected to the source lead 39.
Next, a method of manufacturing the compound semiconductor device (discrete package) according to the present embodiment will be described.

まず、上述の各実施形態及び変形例のいずれかの半導体チップ34(HEMT)を、例えばダイアタッチ剤35(ここでははんだ)を用いてリードフレームのステージ30上に固定する。
次に、例えばAlワイヤ36を用いたボンディングによって、半導体チップ34のゲートパッド31をゲートリード37に接続し、ドレインパッド33をドレインリード38に接続し、ソースパッド32をソースリード39に接続する。
First, the semiconductor chip 34 (HEMT) of any of the above-described embodiments and modifications is fixed on the lead frame stage 30 using, for example, a die attach agent 35 (here, solder).
Next, the gate pad 31 of the semiconductor chip 34 is connected to the gate lead 37, the drain pad 33 is connected to the drain lead 38, and the source pad 32 is connected to the source lead 39 by bonding using, for example, an Al wire 36.

その後、例えばトランスファーモールド法によって樹脂封止を行なった後、リードフレームを切り離す。
このようにして、化合物半導体装置(ディスクリートパッケージ)を作製することができる。
なお、ここでは、半導体チップ34の各パッド31〜33を、ワイヤボンディングのためのボンディングパッドとして用いたディスクリートパッケージを例に挙げて説明しているが、これに限られるものではなく、他の半導体パッケージであっても良い。例えば、半導体チップの各パッドを、例えばフリップチップボンディングなどのワイヤレスボンディングのためのボンディングパッドとして用いた半導体パッケージであっても良い。また、ウエハレベルパッケージであっても良い。また、ディスクリートパッケージ以外の半導体パッケージであっても良い。
Thereafter, after resin sealing is performed by, for example, transfer molding, the lead frame is separated.
Thus, a compound semiconductor device (discrete package) can be manufactured.
Here, although the discrete package using each pad 31 to 33 of the semiconductor chip 34 as a bonding pad for wire bonding is described as an example, the present invention is not limited thereto, and other semiconductors It may be a package. For example, the semiconductor package may be a semiconductor package in which each pad of the semiconductor chip is used as a bonding pad for wireless bonding such as flip chip bonding. In addition, it may be a wafer level package. In addition, semiconductor packages other than discrete packages may be used.

次に、上述のHEMTを含む半導体パッケージを備える電源装置について、図10を参照しながら説明する。
以下、サーバに用いられる電源装置に備えられるPFC(power factor correction)回路に、上述の半導体パッケージに含まれるHEMTを用いる場合を例に挙げて説明する。
Next, a power supply device including a semiconductor package including the above-described HEMT will be described with reference to FIG.
Hereinafter, a case where the HEMT included in the above-mentioned semiconductor package is used as a PFC (power factor correction) circuit included in a power supply device used for a server will be described as an example.

本PFC回路は、図10に示すように、ダイオードブリッジ56と、チョークコイル52と、第1コンデンサ54と、上述の半導体パッケージに含まれるHEMT51と、ダイオード53と、第2コンデンサ55とを備える。
ここでは、本PFC回路は、回路基板上に、ダイオードブリッジ56、チョークコイル52、第1コンデンサ54、上述の半導体パッケージに含まれるトランジスタ51、ダイオード53、及び、第2コンデンサ55が実装されて構成されている。
As shown in FIG. 10, the present PFC circuit includes a diode bridge 56, a choke coil 52, a first capacitor 54, the HEMT 51 included in the above-described semiconductor package, a diode 53, and a second capacitor 55.
Here, the present PFC circuit is configured by mounting the diode bridge 56, the choke coil 52, the first capacitor 54, the transistor 51 included in the semiconductor package described above, the diode 53, and the second capacitor 55 on a circuit board. It is done.

本実施形態では、上述の半導体パッケージのドレインリード38、ソースリード39及びゲートリード37が、それぞれ、回路基板のドレインリード挿入部、ソースリード挿入部及びゲートリード挿入部に挿入され、例えばはんだなどによって固定されている。このようにして、回路基板に形成されたPFC回路に、上述の半導体パッケージに含まれるトランジスタ51が接続されている。   In this embodiment, the drain lead 38, the source lead 39 and the gate lead 37 of the above-mentioned semiconductor package are respectively inserted into the drain lead insertion portion, the source lead insertion portion and the gate lead insertion portion of the circuit board It is fixed. Thus, the transistor 51 included in the above-described semiconductor package is connected to the PFC circuit formed on the circuit substrate.

そして、本PFC回路では、HEMT51のドレイン電極Dに、チョークコイル52の一方の端子及びダイオード53のアノード端子が接続されている。また、チョークコイル52の他方の端子には第1コンデンサ54の一方の端子が接続され、ダイオード53のカソード端子には第2コンデンサ55の一方の端子が接続されている。そして、第1コンデンサ54の他方の端子、HEMT51のソース電極S及び第2コンデンサ55の他方の端子が接地されている。また、第1コンデンサ54の両端子には、ダイオードブリッジ56の一対の端子が接続されており、ダイオードブリッジ56の他の一対の端子は、交流(AC)電圧が入力される入力端子に接続されている。また、第2コンデンサ55の両端子は、直流(DC)電圧が出力される出力端子に接続されている。また、HEMT51のゲート電極Gには、図示しないゲートドライバが接続されている。そして、本PFC回路では、ゲートドライバによってHEMT51を駆動することで、入力端子から入力されたAC電圧を、DC電圧に変換して、出力端子から出力するようになっている。   Further, in the present PFC circuit, one terminal of the choke coil 52 and the anode terminal of the diode 53 are connected to the drain electrode D of the HEMT 51. The other terminal of the choke coil 52 is connected to one terminal of the first capacitor 54, and the cathode terminal of the diode 53 is connected to one terminal of the second capacitor 55. The other terminal of the first capacitor 54, the source electrode S of the HEMT 51, and the other terminal of the second capacitor 55 are grounded. Also, a pair of terminals of the diode bridge 56 is connected to both terminals of the first capacitor 54, and the other pair of terminals of the diode bridge 56 is connected to an input terminal to which an alternating current (AC) voltage is input. ing. Further, both terminals of the second capacitor 55 are connected to an output terminal from which a direct current (DC) voltage is output. Further, a gate driver (not shown) is connected to the gate electrode G of the HEMT 51. Then, in the present PFC circuit, by driving the HEMT 51 by the gate driver, the AC voltage input from the input terminal is converted to a DC voltage and output from the output terminal.

したがって、本実施形態にかかる電源装置によれば、信頼性の向上させることができるという利点がある。つまり、上述の各実施形態及び変形例のいずれかの化合物半導体装置(半導体チップ34)を備えるため、信頼性の高い電源装置を構築することができるという利点がある。
なお、ここでは、上述の化合物半導体装置(HEMTを含む半導体パッケージ)を、サーバに用いられる電源装置に備えられるPFC回路に用いる場合を例に挙げて説明しているが、これに限られるものではない。例えば、上述の化合物半導体装置(HEMTを含む半導体パッケージ)を、サーバ以外のコンピュータなどの電子機器(電子装置)に用いても良い。また、上述の化合物半導体装置(半導体パッケージ)を、電源装置に備えられる他の回路(例えばDC−DCコンバータなど)に用いても良い。
[第6実施形態]
次に、第6実施形態にかかる高周波増幅器について、図11を参照しながら説明する。
Therefore, the power supply device according to the present embodiment has an advantage that the reliability can be improved. That is, since the compound semiconductor device (semiconductor chip 34) according to any of the above-described embodiments and modifications is provided, there is an advantage that a highly reliable power supply device can be constructed.
Here, although the case where the above-mentioned compound semiconductor device (semiconductor package including HEMT) is used for a PFC circuit included in a power supply device used for a server is described as an example, it is not limited thereto. Absent. For example, the above-described compound semiconductor device (semiconductor package including HEMT) may be used for electronic devices (electronic devices) such as computers other than servers. Further, the above-described compound semiconductor device (semiconductor package) may be used for another circuit (for example, a DC-DC converter or the like) included in the power supply device.
Sixth Embodiment
Next, a high frequency amplifier according to a sixth embodiment will be described with reference to FIG.

本実施形態にかかる高周波増幅器は、上述の各実施形態及び変形例の化合物半導体装置のいずれかを備える高周波増幅器(高出力増幅器)である。
本高周波増幅器は、図11に示すように、ディジタル・プレディストーション回路41と、ミキサー42a,42bと、パワーアンプ43とを備えて構成される。なお、パワーアンプを、単にアンプともいう。
The high frequency amplifier according to the present embodiment is a high frequency amplifier (high power amplifier) including any of the compound semiconductor devices of the above-described embodiments and the modifications.
As shown in FIG. 11, the high frequency amplifier includes a digital predistortion circuit 41, mixers 42a and 42b, and a power amplifier 43. The power amplifier is also simply referred to as an amplifier.

ディジタル・プレディストーション回路41は、入力信号の非線形歪みを補償するものである。
ミキサー42a,42bは、非線形歪みが補償された入力信号と交流信号をミキシングするものである。
パワーアンプ43は、交流信号とミキシングされた入力信号を増幅するものであり、上述の各実施形態及び変形例のいずれかの化合物半導体装置、即ち、HEMTを含む半導体チップを備える。なお、半導体チップをHEMTチップ又はトランジスタチップともいう。
The digital predistortion circuit 41 compensates for non-linear distortion of the input signal.
The mixers 42a and 42b mix an AC signal with an input signal whose nonlinear distortion has been compensated.
The power amplifier 43 amplifies an input signal mixed with an alternating current signal, and includes a compound semiconductor device according to any of the above-described embodiments and modifications, that is, a semiconductor chip including a HEMT. Note that the semiconductor chip is also referred to as a HEMT chip or a transistor chip.

なお、図11では、例えばスイッチの切り替えによって、出力側の信号をミキサー42bで交流信号とミキシングしてディジタル・プレディストーション回路41に送出できる構成となっている。
したがって、本実施形態にかかる高周波増幅器によれば、上述の各実施形態及び変形例にかかる化合物半導体装置を、パワーアンプ43に適用しているため、信頼性の高い高周波増幅器を実現することができるという利点がある。
[その他]
なお、本発明は、上述した各実施形態及び変形例に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
In FIG. 11, for example, by switching the switch, the signal on the output side can be mixed with the AC signal by the mixer 42b and sent to the digital predistortion circuit 41.
Therefore, according to the high frequency amplifier according to the present embodiment, the compound semiconductor device according to each of the above-described embodiments and modifications is applied to the power amplifier 43, so that a highly reliable high frequency amplifier can be realized. It has the advantage of
[Others]
The present invention is not limited to the configurations described in the above-described embodiments and modifications, and can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.

以下、上述の各実施形態及び変形例に関し、更に、付記を開示する。
(付記1)
キャリア走行層を含む半導体積層構造と、
前記半導体積層構造上に設けられたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の前記半導体積層構造上に設けられたショットキーゲート電極と、
前記ショットキーゲート電極と前記ドレイン電極の間の前記半導体積層構造上に絶縁膜、金属層を積層させてなるMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造と、
前記MIS構造を構成する前記金属層の下方に設けられ、伝導帯の底のエネルギーが前記キャリア走行層に沿う方向の両側に隣接する領域よりも高くなっているバックバリア領域とを備えることを特徴とする化合物半導体装置。
Hereinafter, additional notes will be disclosed regarding the above-described embodiments and modifications.
(Supplementary Note 1)
A semiconductor laminated structure including a carrier traveling layer;
A source electrode and a drain electrode provided on the semiconductor multilayer structure;
A Schottky gate electrode provided on the semiconductor multilayer structure between the source electrode and the drain electrode;
A MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure in which an insulating film and a metal layer are laminated on the semiconductor laminated structure between the Schottky gate electrode and the drain electrode;
A back barrier region provided below the metal layer constituting the MIS structure, wherein energy at the bottom of the conduction band is higher than regions adjacent to both sides in the direction along the carrier traveling layer; Compound semiconductor device.

(付記2)
前記バックバリア領域は、前記キャリア走行層内に埋め込まれていることを特徴とする、付記1に記載の化合物半導体装置。
(付記3)
前記キャリア走行層は、GaNからなり、
前記バックバリア領域は、AlGaN、InGaN、AlN、p−GaN、p−AlGaN又はこれらの積層構造からなることを特徴とする、付記1又は2に記載の化合物半導体装置。
(Supplementary Note 2)
The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the back barrier region is embedded in the carrier traveling layer.
(Supplementary Note 3)
The carrier traveling layer is made of GaN,
The compound semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the back barrier region is made of AlGaN, InGaN, AlN, p-GaN, p-AlGaN or a stacked structure thereof.

(付記4)
前記キャリア走行層は、InGaNからなり、
前記バックバリア領域は、AlGaN、GaN、AlN、p−GaN、p−AlGaN又はこれらの積層構造からなることを特徴とする、付記1又は2に記載の化合物半導体装置。
(Supplementary Note 4)
The carrier traveling layer is made of InGaN,
The compound semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the back barrier region is made of AlGaN, GaN, AlN, p-GaN, p-AlGaN, or a stacked structure thereof.

(付記5)
前記キャリア走行層は、InGaNからなり、
前記キャリア走行層の下側にGaN層を備え、
前記バックバリア領域は、前記GaN層内に埋め込まれており、AlGaN、AlN、p−GaN、p−AlGaN又はこれらの積層構造からなることを特徴とする、付記1に記載の化合物半導体装置。
(Supplementary Note 5)
The carrier traveling layer is made of InGaN,
A GaN layer is provided under the carrier traveling layer,
The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the back barrier region is embedded in the GaN layer and made of AlGaN, AlN, p-GaN, p-AlGaN, or a stacked structure thereof.

(付記6)
前記ショットキーゲート電極と前記金属層は電気的に接続されていることを特徴とする、付記1〜5のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
(付記7)
前記ショットキーゲート電極と前記金属層は一体となっていることを特徴とする、付記1〜5のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
(Supplementary Note 6)
The compound semiconductor device according to any one of appendices 1 to 5, wherein the Schottky gate electrode and the metal layer are electrically connected.
(Appendix 7)
The compound semiconductor device according to any one of appendices 1 to 5, wherein the Schottky gate electrode and the metal layer are integrated.

(付記8)
トランジスタを備え、
前記トランジスタは、
キャリア走行層を含む半導体積層構造と、
前記半導体積層構造上に設けられたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の前記半導体積層構造上に設けられたショットキーゲート電極と、
前記ショットキーゲート電極と前記ドレイン電極の間の前記半導体積層構造上に絶縁膜、金属層を積層させてなるMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造と、
前記MIS構造を構成する前記金属層の下方に設けられ、伝導帯の底のエネルギーが前記キャリア走行層に沿う方向の両側に隣接する領域よりも高くなっているバックバリア領域とを備えることを特徴とする電源装置。
(Supplementary Note 8)
Equipped with a transistor,
The transistor is
A semiconductor laminated structure including a carrier traveling layer;
A source electrode and a drain electrode provided on the semiconductor multilayer structure;
A Schottky gate electrode provided on the semiconductor multilayer structure between the source electrode and the drain electrode;
A MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure in which an insulating film and a metal layer are laminated on the semiconductor laminated structure between the Schottky gate electrode and the drain electrode;
A back barrier region provided below the metal layer constituting the MIS structure, wherein energy at the bottom of the conduction band is higher than regions adjacent to both sides in the direction along the carrier traveling layer; Power supply device.

(付記9)
入力信号を増幅するアンプを備え、
前記アンプは、トランジスタを含み、
前記トランジスタは、
キャリア走行層を含む半導体積層構造と、
前記半導体積層構造上に設けられたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の前記半導体積層構造上に設けられたショットキーゲート電極と、
前記ショットキーゲート電極と前記ドレイン電極の間の前記半導体積層構造上に絶縁膜、金属層を積層させてなるMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造と、
前記MIS構造を構成する前記金属層の下方に設けられ、伝導帯の底のエネルギーが前記キャリア走行層に沿う方向の両側に隣接する領域よりも高くなっているバックバリア領域とを備えることを特徴とする高周波増幅器。
(Appendix 9)
It has an amplifier that amplifies the input signal,
The amplifier includes a transistor,
The transistor is
A semiconductor laminated structure including a carrier traveling layer;
A source electrode and a drain electrode provided on the semiconductor multilayer structure;
A Schottky gate electrode provided on the semiconductor multilayer structure between the source electrode and the drain electrode;
A MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure in which an insulating film and a metal layer are laminated on the semiconductor laminated structure between the Schottky gate electrode and the drain electrode;
A back barrier region provided below the metal layer constituting the MIS structure, wherein energy at the bottom of the conduction band is higher than regions adjacent to both sides in the direction along the carrier traveling layer; High frequency amplifier to be.

(付記10)
キャリア走行層を含む半導体積層構造を形成する工程と、
前記半導体積層構造上にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の前記半導体積層構造上にショットキーゲート電極を形成する工程と、
前記半導体積層構造上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に金属層を積層させて前記ショットキーゲート電極と前記ドレイン電極の間にMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造を形成する工程とを含み、
前記半導体積層構造を形成する工程において、伝導帯の底のエネルギーが前記キャリア走行層に沿う方向の両側に隣接する領域よりも高くなっているバックバリア領域を形成し、
前記MIS構造を形成する工程において、前記バックバリア領域の上方に、前記MIS構造を構成する前記金属層を形成することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 10)
Forming a semiconductor laminate structure including a carrier traveling layer;
Forming a source electrode and a drain electrode on the semiconductor multilayer structure;
Forming a Schottky gate electrode on the semiconductor stack structure between the source electrode and the drain electrode;
Forming an insulating film on the semiconductor laminated structure;
And depositing a metal layer on the insulating film to form a MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure between the Schottky gate electrode and the drain electrode.
Forming a back barrier region in which the energy at the bottom of the conduction band is higher than the region adjacent to both sides in the direction along the carrier traveling layer in the step of forming the semiconductor multilayer structure;
In the step of forming the MIS structure, the metal layer forming the MIS structure is formed above the back barrier region.

(付記11)
前記ショットキーゲート電極を形成する工程と前記MIS構造を形成する工程を同一工程で行なうことを特徴とする、付記10に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記12)
前記ショットキーゲート電極と前記金属層を一体形成することを特徴とする、付記11に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 11)
10. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to claim 10, wherein the step of forming the Schottky gate electrode and the step of forming the MIS structure are performed in the same step.
(Supplementary Note 12)
The method of manufacturing a compound semiconductor device according to claim 11, wherein the Schottky gate electrode and the metal layer are integrally formed.

(付記13)
前記半導体積層構造を形成する工程において、前記キャリア走行層内に埋め込まれるように前記バックバリア領域を形成することを特徴とする、付記10〜12のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記14)
前記キャリア走行層は、GaNからなり、
前記バックバリア領域は、AlGaN、InGaN、AlN、p−GaN、p−AlGaN又はこれらの積層構造からなることを特徴とする、付記10〜13のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 13)
15. The compound semiconductor device according to any one of claims 10 to 12, wherein the back barrier region is formed so as to be embedded in the carrier traveling layer in the step of forming the semiconductor laminated structure. Method.
(Supplementary Note 14)
The carrier traveling layer is made of GaN,
The method of manufacturing a compound semiconductor device according to any one of appendices 10 to 13, characterized in that the back barrier region is made of AlGaN, InGaN, AlN, p-GaN, p-AlGaN or a laminated structure thereof. .

(付記15)
前記キャリア走行層は、InGaNからなり、
前記バックバリア領域は、AlGaN、GaN、AlN、p−GaN、p−AlGaN又はこれらの積層構造からなることを特徴とする、付記10〜13のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 15)
The carrier traveling layer is made of InGaN,
The method for manufacturing a compound semiconductor device according to any one of appendices 10 to 13, characterized in that the back barrier region is made of AlGaN, GaN, AlN, p-GaN, p-AlGaN, or a stacked structure thereof. .

(付記16)
前記キャリア走行層は、InGaNからなり、
前記半導体積層構造を形成する工程において、前記キャリア走行層の下側にGaN層を形成するとともに、前記GaN層内に埋め込まれるように前記バックバリア領域を形成し、
前記バックバリア領域は、AlGaN、AlN、p−GaN、p−AlGaN又はこれらの積層構造からなることを特徴とする、付記10〜12のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(Supplementary Note 16)
The carrier traveling layer is made of InGaN,
In the step of forming the semiconductor laminated structure, a GaN layer is formed under the carrier traveling layer, and the back barrier region is formed to be embedded in the GaN layer.
15. The method for manufacturing a compound semiconductor device according to any one of appendices 10 to 12, wherein the back barrier region is made of AlGaN, AlN, p-GaN, p-AlGaN, or a laminated structure thereof.

1 基板(半絶縁性SiC基板)
2 電子走行層(キャリア走行層;i−GaN電子走行層;i−InGaN電子走行層)
3 半導体積層構造
4 電子供給層(キャリア供給層;i−AlGaN電子供給層)
5 ソース電極
6 ドレイン電極
7 ショットキーゲート電極
7X ショットキーゲート電極のドレイン電極側の部分
8 絶縁膜(SiN膜)
9 金属層
10 MIS構造
11 バックバリア領域(i−AlGaNバックバリア領域;i−InGaNバックバリア領域;p−GaNバックバリア領域)
11X i−AlGaN層
12 バッファ層(i−GaNバッファ層)
12A i−GaNバッファ層の下側部分
12B i−GaNバッファ層の上側部分
30 ステージ
31 ゲートパッド
32 ソースパッド
33 ドレインパッド
34 半導体チップ
35 ダイアタッチ剤
36 ボンディングワイヤ
37 ゲートリード
38 ドレインリード
39 ソースリード
40 封止樹脂
41 ディジタル・プレディストーション回路
42a,42b ミキサー
43 パワーアンプ
51 HEMT
52 チョークコイル
53 ダイオード
54 第1コンデンサ
55 第2コンデンサ
56 ダイオードブリッジ
1 Substrate (semi-insulating SiC substrate)
2 Electron traveling layer (carrier traveling layer; i-GaN electron traveling layer; i-InGaN electron traveling layer)
3 Semiconductor Layered Structure 4 Electron Supply Layer (Carrier Supply Layer; i-AlGaN Electron Supply Layer)
5 source electrode 6 drain electrode 7 Schottky gate electrode 7X portion of drain electrode side of Schottky gate electrode 8 insulating film (SiN film)
9 metal layer 10 MIS structure 11 back barrier region (i-AlGaN back barrier region; i-InGaN back barrier region; p-GaN back barrier region)
11X i-AlGaN layer 12 buffer layer (i-GaN buffer layer)
12A i-GaN buffer layer lower portion 12B i-GaN buffer layer upper portion 30 stage 31 gate pad 32 source pad 33 drain pad 34 semiconductor chip 35 die attach agent 36 bonding wire 37 gate lead 38 drain lead 39 source lead 40 Sealing resin 41 Digital predistortion circuit 42a, 42b Mixer 43 Power amplifier 51 HEMT
52 choke coil 53 diode 54 first capacitor 55 second capacitor 56 diode bridge

Claims (10)

キャリア走行層を含む半導体積層構造と、
前記半導体積層構造上に設けられたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の前記半導体積層構造上に設けられたショットキーゲート電極と、
前記ショットキーゲート電極と前記ドレイン電極の間の前記半導体積層構造上に絶縁膜、金属層を積層させてなるMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造と、
前記MIS構造を構成する前記金属層の下方に設けられ、伝導帯の底のエネルギーが前記キャリア走行層に沿う方向の両側に隣接する領域よりも高くなっているバックバリア領域とを備えることを特徴とする化合物半導体装置。
A semiconductor laminated structure including a carrier traveling layer;
A source electrode and a drain electrode provided on the semiconductor multilayer structure;
A Schottky gate electrode provided on the semiconductor multilayer structure between the source electrode and the drain electrode;
A MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure in which an insulating film and a metal layer are laminated on the semiconductor laminated structure between the Schottky gate electrode and the drain electrode;
A back barrier region provided below the metal layer constituting the MIS structure, wherein energy at the bottom of the conduction band is higher than regions adjacent to both sides in the direction along the carrier traveling layer; Compound semiconductor device.
前記バックバリア領域は、前記キャリア走行層内に埋め込まれていることを特徴とする、請求項1に記載の化合物半導体装置。   The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the back barrier region is embedded in the carrier traveling layer. 前記キャリア走行層は、GaNからなり、
前記バックバリア領域は、AlGaN、InGaN、AlN、p−GaN、p−AlGaN又はこれらの積層構造からなることを特徴とする、請求項1又は2に記載の化合物半導体装置。
The carrier traveling layer is made of GaN,
The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the back barrier region is made of AlGaN, InGaN, AlN, p-GaN, p-AlGaN, or a stacked structure thereof.
前記キャリア走行層は、InGaNからなり、
前記バックバリア領域は、AlGaN、GaN、AlN、p−GaN、p−AlGaN又はこれらの積層構造からなることを特徴とする、請求項1又は2に記載の化合物半導体装置。
The carrier traveling layer is made of InGaN,
The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the back barrier region is made of AlGaN, GaN, AlN, p-GaN, p-AlGaN, or a stacked structure thereof.
前記キャリア走行層は、InGaNからなり、
前記キャリア走行層の下側にGaN層を備え、
前記バックバリア領域は、前記GaN層内に埋め込まれており、AlGaN、AlN、p−GaN、p−AlGaN又はこれらの積層構造からなることを特徴とする、請求項1に記載の化合物半導体装置。
The carrier traveling layer is made of InGaN,
A GaN layer is provided under the carrier traveling layer,
The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the back barrier region is embedded in the GaN layer and made of AlGaN, AlN, p-GaN, p-AlGaN, or a stacked structure thereof.
前記ショットキーゲート電極と前記金属層は電気的に接続されていることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。   The compound semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, wherein the Schottky gate electrode and the metal layer are electrically connected. 前記ショットキーゲート電極と前記金属層は一体となっていることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。   The compound semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, wherein the Schottky gate electrode and the metal layer are integrated. トランジスタを備え、
前記トランジスタは、
キャリア走行層を含む半導体積層構造と、
前記半導体積層構造上に設けられたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の前記半導体積層構造上に設けられたショットキーゲート電極と、
前記ショットキーゲート電極と前記ドレイン電極の間の前記半導体積層構造上に絶縁膜、金属層を積層させてなるMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造と、
前記MIS構造を構成する前記金属層の下方に設けられ、伝導帯の底のエネルギーが前記キャリア走行層に沿う方向の両側に隣接する領域よりも高くなっているバックバリア領域とを備えることを特徴とする電源装置。
Equipped with a transistor,
The transistor is
A semiconductor laminated structure including a carrier traveling layer;
A source electrode and a drain electrode provided on the semiconductor multilayer structure;
A Schottky gate electrode provided on the semiconductor multilayer structure between the source electrode and the drain electrode;
A MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure in which an insulating film and a metal layer are laminated on the semiconductor laminated structure between the Schottky gate electrode and the drain electrode;
A back barrier region provided below the metal layer constituting the MIS structure, wherein energy at the bottom of the conduction band is higher than regions adjacent to both sides in the direction along the carrier traveling layer; Power supply device.
入力信号を増幅するアンプを備え、
前記アンプは、トランジスタを含み、
前記トランジスタは、
キャリア走行層を含む半導体積層構造と、
前記半導体積層構造上に設けられたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の前記半導体積層構造上に設けられたショットキーゲート電極と、
前記ショットキーゲート電極と前記ドレイン電極の間の前記半導体積層構造上に絶縁膜、金属層を積層させてなるMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造と、
前記MIS構造を構成する前記金属層の下方に設けられ、伝導帯の底のエネルギーが前記キャリア走行層に沿う方向の両側に隣接する領域よりも高くなっているバックバリア領域とを備えることを特徴とする高周波増幅器。
It has an amplifier that amplifies the input signal,
The amplifier includes a transistor,
The transistor is
A semiconductor laminated structure including a carrier traveling layer;
A source electrode and a drain electrode provided on the semiconductor multilayer structure;
A Schottky gate electrode provided on the semiconductor multilayer structure between the source electrode and the drain electrode;
A MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure in which an insulating film and a metal layer are laminated on the semiconductor laminated structure between the Schottky gate electrode and the drain electrode;
A back barrier region provided below the metal layer constituting the MIS structure, wherein energy at the bottom of the conduction band is higher than regions adjacent to both sides in the direction along the carrier traveling layer; High frequency amplifier to be.
キャリア走行層を含む半導体積層構造を形成する工程と、
前記半導体積層構造上にソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極の間の前記半導体積層構造上にショットキーゲート電極を形成する工程と、
前記半導体積層構造上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上に金属層を積層させて前記ショットキーゲート電極と前記ドレイン電極の間にMIS(Metal-Insulator-Semiconductor)構造を形成する工程とを含み、
前記半導体積層構造を形成する工程において、伝導帯の底のエネルギーが前記キャリア走行層に沿う方向の両側に隣接する領域よりも高くなっているバックバリア領域を形成し、
前記MIS構造を形成する工程において、前記バックバリア領域の上方に、前記MIS構造を構成する前記金属層を形成することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
Forming a semiconductor laminate structure including a carrier traveling layer;
Forming a source electrode and a drain electrode on the semiconductor multilayer structure;
Forming a Schottky gate electrode on the semiconductor stack structure between the source electrode and the drain electrode;
Forming an insulating film on the semiconductor laminated structure;
And depositing a metal layer on the insulating film to form a MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure between the Schottky gate electrode and the drain electrode.
Forming a back barrier region in which the energy at the bottom of the conduction band is higher than the region adjacent to both sides in the direction along the carrier traveling layer in the step of forming the semiconductor multilayer structure;
In the step of forming the MIS structure, the metal layer forming the MIS structure is formed above the back barrier region.
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