[go: up one dir, main page]

JP2006173241A - Field effect transistor and manufacturing method thereof - Google Patents

Field effect transistor and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP2006173241A
JP2006173241A JP2004361181A JP2004361181A JP2006173241A JP 2006173241 A JP2006173241 A JP 2006173241A JP 2004361181 A JP2004361181 A JP 2004361181A JP 2004361181 A JP2004361181 A JP 2004361181A JP 2006173241 A JP2006173241 A JP 2006173241A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor layer
effect transistor
layer
field effect
gate electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2004361181A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuzo Ueda
哲三 上田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2004361181A priority Critical patent/JP2006173241A/en
Publication of JP2006173241A publication Critical patent/JP2006173241A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To form a T-shaped gate electrode having a gate length further smaller than the limit of electron beam exposure in a field-effect transistor using a nitride compound semiconductor. <P>SOLUTION: An undoped GaN layer and a first n-type AlGaN layer are formed on a sapphire substrate in that order. A second n-type 25 nm-thick AlGaN layer is formed to the side at the T-shaped lower part of a PdSi gate electrode in a regrowing manner. The gate length at the gate lower part of the T-shaped gate electrode is 100 nm or shorter. The side wall where the second n-type AlGaN layer and the T-shaped gate electrode are in contact with each other is covered with the oxide film of the AlGaN layer and an AlGaNOx layer. An air gap is formed to the side at the lower part of the T-shaped gate electrode. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、携帯電話の送受信回路あるいはミリ波レーダ等で用いられる高周波トランジスタに適用できる窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタ及びその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a field effect transistor using a nitride semiconductor that can be applied to a high-frequency transistor used in a transmission / reception circuit of a mobile phone or a millimeter wave radar, and a method for manufacturing the same.

GaNに代表される窒化物化合物半導体、いわゆるIII族窒化物半導体はGaNの禁制帯幅が室温で3.4eVと大きいワイドキャップ半導体であり、絶縁破壊電界が大きく、電子の飽和ドリフト速度がGaAsなどの化合物半導体あるいはSi半導体などに比べて大きいという特長を有している。このため高周波高出力トランジスタ用として注目され研究開発が活発に行われている。またAlGaN/GaNへテロ構造においては(0001)面上にて自発分極及びピエゾ分極によりヘテロ界面に電荷が生じ、アンドープ時においても1×1013cm-2以上のシートキャリア濃度が得られるため、ヘテロ界面での2次元電子ガスを利用し、より電流密度の大きなヘテロ接合電界効果トランジスタが実現できる点でも高出力化に有利である。一般に電界効果トランジスタの高周波特性を向上させるためにはゲート長を短縮させるのが最も有効な手段であり、例えばfmaxと称される最大発振周波数を向上させるためには利得に相当する相互コンダクタンスgmを大きくし、さらにゲート周辺の容量を低減、ゲート電極の抵抗を小さくすることが必要である。上記要求を満たし得るゲート電極構造としてGaAs及びInP系の従来の化合物半導体においてはT字型あるいはマッシュルーム型ゲート電極構造およびプロセスが提案され実用化されている。GaN系半導体においても、このようなT字型ゲートに対する検討報告例が示されており、fmaxなどの高周波特性に優れた電界効果トランジスタが既に報告されている。GaN系半導体ではソース・ドレイン電極のオーミックコンタクト抵抗に代表される寄生抵抗が大きい傾向にあるため、前記の大きな飽和ドリフト速度を有効に利用するためにはよりゲート下での最大電界を大きくする必要があり、これまでの化合物半導体よりもさらにゲート長の短いデバイスを実現しなければ、GaAsやInPと同等かそれを凌ぐ高周波特性の実現は困難であると考えられる。 Nitride compound semiconductors typified by GaN, so-called group III nitride semiconductors, are wide-cap semiconductors where the forbidden band width of GaN is as large as 3.4 eV at room temperature, which has a large dielectric breakdown electric field and a saturation drift velocity of electrons such as GaAs. It has the advantage of being larger than compound semiconductors or Si semiconductors. For this reason, it has been attracting attention as a high-frequency and high-power transistor, and research and development are actively conducted. In the AlGaN / GaN heterostructure, charges are generated at the heterointerface due to spontaneous polarization and piezopolarization on the (0001) plane, and a sheet carrier concentration of 1 × 10 13 cm -2 or more can be obtained even when undoped. The use of a two-dimensional electron gas at the heterointerface and the realization of a heterojunction field effect transistor with a higher current density is also advantageous for higher output. In general, it is the most effective means to shorten the gate length in order to improve the high frequency characteristics of the field effect transistor. For example, in order to improve the maximum oscillation frequency called fmax, the mutual conductance gm corresponding to the gain is reduced. It is necessary to increase the capacitance, further reduce the capacitance around the gate, and reduce the resistance of the gate electrode. As a gate electrode structure capable of satisfying the above requirements, a T-shaped or mushroom-type gate electrode structure and process have been proposed and put to practical use in conventional GaAs and InP-based compound semiconductors. In the case of GaN-based semiconductors, there have been reported examples of studies on such T-shaped gates, and field effect transistors excellent in high-frequency characteristics such as fmax have already been reported. In GaN-based semiconductors, the parasitic resistance typified by the ohmic contact resistance of the source / drain electrodes tends to be large, so it is necessary to increase the maximum electric field under the gate to effectively use the large saturation drift velocity. If a device with a shorter gate length than conventional compound semiconductors is not realized, it will be difficult to achieve high-frequency characteristics equivalent to or exceeding those of GaAs and InP.

以下、従来のT字型ゲート電極を有する窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタ構造の一例について説明する。   Hereinafter, an example of a conventional field effect transistor structure using a nitride semiconductor having a T-shaped gate electrode will be described.

図5は従来例におけるGaN系半導体を用いた短ゲート長電界効果トランジスタの構造を示す断面図である(非特許文献1参照)。同図において、501はサファイア基板、502は低温GaNバッファ層、503はアンドープGaN層、504はn型AlGaN層、505はソース電極、506はドレイン電極、507はゲート電極である。   FIG. 5 is a sectional view showing a structure of a short gate length field effect transistor using a GaN-based semiconductor in a conventional example (see Non-Patent Document 1). In the figure, 501 is a sapphire substrate, 502 is a low-temperature GaN buffer layer, 503 is an undoped GaN layer, 504 is an n-type AlGaN layer, 505 is a source electrode, 506 is a drain electrode, and 507 is a gate electrode.

ここではサファイア基板上に低温GaNバッファ層、アンドープGaN層、n型AlGaN層がこの順に形成されており、ソース及びドレイン電極が前記n型AlGaN層上に形成されている。前記ソース及びドレイン電極間にT字型ゲート電極が形成されている。T字型電極の下部寸法、いわゆるゲート長は約150nmである。ここではT字型ゲート電極は3層レジスト構造形成及び電子ビーム蒸着及びリフトオフにより形成されている。下層及び最上層には電子ビーム露光可能な例えばPMMAなどのレジストを使用し形成する。具体的には最上層PMMAレジストを約1μm寸法に露光し、2層目のPMGIレジストを現像液にて開口させる。この際に最上層PMMAレジストには庇が形成される。続いて前記開口部中に150nm寸法にて最下層のPMMAレジストに対し電子ビーム露光を行う。続いて電子ビーム蒸着にてNi/Pt/Au電極を形成し、リフトオフによりT字型ゲート電極を形成する。素子分離のため、デバイス領域以外のn型AlGaN層は例えばドライエッチングにより除去されている。上記T字型ゲート電極を有するGaN系電界効果トランジスタは相互コンダクタンスが大きく、ゲート周辺容量が低減され、ゲート抵抗が小さく、優れた高周波特性を実現することが可能となる。
Y.F.Wu et al., International Electron Devices Technical Meeting 2003 p579.
Here, a low-temperature GaN buffer layer, an undoped GaN layer, and an n-type AlGaN layer are formed in this order on a sapphire substrate, and source and drain electrodes are formed on the n-type AlGaN layer. A T-shaped gate electrode is formed between the source and drain electrodes. The lower dimension of the T-shaped electrode, the so-called gate length, is about 150 nm. Here, the T-shaped gate electrode is formed by forming a three-layer resist structure, electron beam evaporation, and lift-off. The lower layer and the uppermost layer are formed by using a resist such as PMMA that can be exposed to an electron beam. Specifically, the uppermost PMMA resist is exposed to a size of about 1 μm, and the second layer PMGI resist is opened with a developer. At this time, wrinkles are formed in the uppermost PMMA resist. Subsequently, electron beam exposure is performed on the lowermost PMMA resist with a size of 150 nm in the opening. Subsequently, a Ni / Pt / Au electrode is formed by electron beam evaporation, and a T-shaped gate electrode is formed by lift-off. For element isolation, the n-type AlGaN layer other than the device region is removed by, for example, dry etching. The GaN field effect transistor having the T-shaped gate electrode has a large mutual conductance, a reduced gate peripheral capacitance, a low gate resistance, and an excellent high frequency characteristic.
YFWu et al., International Electron Devices Technical Meeting 2003 p579.

しかしながら、図5に示すT字型ゲート電極を有するGaN系電界効果トランジスタ及びその製造方法では、前記T字型ゲート形成工程において電子ビーム露光を用いたとしても、その短ゲート長化は100nm以下では歩留まり・再現性を考えると非常に困難であり、フォトレジスト形成も3層必要であり、ゲート電極形成工程が高コストになってしまうという課題があった。またゲート電極倒れという問題も発生しやすく結果として歩留まりが悪いという課題があった。   However, in the GaN field effect transistor having a T-shaped gate electrode and the manufacturing method thereof shown in FIG. 5, even if electron beam exposure is used in the T-shaped gate formation step, the shortening of the gate length is less than 100 nm. Considering the yield and reproducibility, it is very difficult, and it is necessary to form three layers of photoresist, and there is a problem that the gate electrode formation process becomes expensive. There is also a problem that the gate electrode collapses easily and as a result, the yield is poor.

本発明は前述の技術的課題に鑑み、ゲート電極を形成する部分にマスクを形成し再成長を行い、前記再成長マスクより横方向成長する形で再成長を行うことで開口部寸法をより小さくし、さらに選択酸化、続いてT字型ゲート電極を形成する製造方法とすることで、電子ビーム露光の限界よりもさらに小さなゲート長を有するT字型ゲート電極形成を可能とし、例えばステッパー露光などの低コストプロセスでT字型ゲート電極を有するGaN系電界効果トランジスタ及びその製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above technical problems, the present invention reduces the size of the opening by forming a mask on the part where the gate electrode is to be formed and performing regrowth, and then performing regrowth in the form of lateral growth from the regrowth mask. In addition, a selective oxidation followed by a manufacturing method for forming a T-shaped gate electrode enables the formation of a T-shaped gate electrode having a gate length smaller than the limit of electron beam exposure, such as stepper exposure. An object of the present invention is to provide a GaN-based field effect transistor having a T-shaped gate electrode and a method for manufacturing the same.

前記の課題を解決するために、本発明の電界効果トランジスタは以下に述べる構成となっている。   In order to solve the above-described problems, the field effect transistor of the present invention has a configuration described below.

即ち、2次元電子ガスを有するヘテロ構造を含む第1の半導体層上に開口部を有する形で第2の半導体層が形成され、前記第2の半導体層が側壁及び上部で酸化され、前記開口部に露出した第1の半導体層に接する形でT字型のゲート電極が形成されて、前記T字型ゲート電極下部の側方でかつ第2の半導体層の下方の部分に空隙が形成されている。前記酸化膜は側壁部分で膜厚が厚く形成でき、前記開口部幅は再成長時の第2の半導体層の開口部寸法よりもさらに小さくできる。従って、このため、電子ビーム露光を使用せず、例えばステッパー露光により100nm程度の短ゲート長を実現できるので、より低コストにて再現性良く短ゲート長を有する電界効果トランジスタを実現することが可能となる。また前記空隙により、ゲート電極周辺での寄生容量を低減でき、高周波特性に優れた、例えば最大発振周波数が高く、雑音指数の小さなGaN系電界効果トランジスタを実現することが可能となる。ここでは、前記空隙部分が例えばSiN膜にて充填されいわゆる電流コラプス現象が抑制される形でも良い。また前記2次元電子ガスを含むヘテロ構造に段差を形成し第2の半導体層を再成長する形で形成され、直列抵抗がさらに低減されている形でも良い。   That is, a second semiconductor layer having an opening is formed on the first semiconductor layer including a heterostructure having a two-dimensional electron gas, and the second semiconductor layer is oxidized on the side wall and the upper portion. A T-shaped gate electrode is formed in contact with the first semiconductor layer exposed at the portion, and a gap is formed on the side below the T-shaped gate electrode and below the second semiconductor layer. ing. The oxide film can be formed thicker at the side wall portion, and the opening width can be made smaller than the opening size of the second semiconductor layer during regrowth. Therefore, a short gate length of about 100 nm can be realized by using, for example, stepper exposure without using electron beam exposure, so that it is possible to realize a field effect transistor having a short gate length with good reproducibility at lower cost. It becomes. Further, due to the gap, it is possible to reduce the parasitic capacitance around the gate electrode, and to realize a GaN field effect transistor having excellent high frequency characteristics, for example, a high maximum oscillation frequency and a small noise figure. Here, the gap portion may be filled with, for example, a SiN film to suppress a so-called current collapse phenomenon. Further, it may be formed such that a step is formed in the heterostructure containing the two-dimensional electron gas and the second semiconductor layer is regrown, and the series resistance is further reduced.

具体的に、本発明の電界効果トランジスタは、第1の半導体層と、前記第1の半導体層の上に形成された第2の半導体層と、前記第2の半導体層に形成された開口部と、前記開口部内に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極と前記第2の半導体層との間に形成された空隙とを有するものである。   Specifically, the field effect transistor of the present invention includes a first semiconductor layer, a second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer, and an opening formed in the second semiconductor layer. And a gate electrode provided in the opening, and a gap formed between the gate electrode and the second semiconductor layer.

この構成により、前記ゲートは側方に空隙を有する形で第1の半導体層と接しており、ゲート電極周辺での寄生容量が低減され、高周波特性に優れた電界効果トランジスタを実現することが可能となる。   With this configuration, the gate is in contact with the first semiconductor layer with a gap on the side, and parasitic capacitance around the gate electrode is reduced, and a field effect transistor excellent in high frequency characteristics can be realized. It becomes.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記第2の半導体層の上に形成され、かつ前記ゲート電極に接する絶縁膜を有することが好ましい。この好ましい構成によれば、ゲート電極を第2の半導体層及び絶縁膜により挟み込む形で形成でき、ゲートリーク電流を低減することが可能となる。   The field effect transistor of the present invention preferably further includes an insulating film formed on the second semiconductor layer and in contact with the gate electrode. According to this preferable configuration, the gate electrode can be formed so as to be sandwiched between the second semiconductor layer and the insulating film, and the gate leakage current can be reduced.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記絶縁膜が前記第2の半導体層の酸化膜であることが好ましい。この好ましい構成によれば、ゲート電極と第2の半導体層の間に形成された絶縁膜を半導体層を酸化することにより形成しているので、絶縁膜形成の再現性・膜厚の制御性を向上させ、高歩留まりにて電界効果トランジスタを実現することが可能となる。   In the field effect transistor of the present invention, it is preferable that the insulating film is an oxide film of the second semiconductor layer. According to this preferable configuration, since the insulating film formed between the gate electrode and the second semiconductor layer is formed by oxidizing the semiconductor layer, the reproducibility of the insulating film formation and the controllability of the film thickness are improved. Thus, it becomes possible to realize a field effect transistor with a high yield.

本発明の電界効果トランジスタは、第1の半導体層と、前記第1の半導体層の上に形成された第2の半導体層と、前記第2の半導体層に形成された開口部と、前記開口部内に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極と前記第2の半導体層との間に形成された誘電体層とを有するものである。   The field effect transistor of the present invention includes a first semiconductor layer, a second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer, an opening formed in the second semiconductor layer, and the opening. A gate electrode provided in the portion, and a dielectric layer formed between the gate electrode and the second semiconductor layer.

この構成により、ゲート電極と第2の半導体層との間に誘電体層が形成されているので、高電圧動作時にドレイン電流が減少する、いわゆる電流コラプス現象が抑制され、安定した高出力動作が可能となる。   With this configuration, since the dielectric layer is formed between the gate electrode and the second semiconductor layer, the so-called current collapse phenomenon in which the drain current decreases during high voltage operation is suppressed, and stable high output operation is achieved. It becomes possible.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記第1の半導体層の上かつ前記ゲート電極を挟んで形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極と前記ゲート電極との間及び前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間にある前記第2の半導体層の表面を覆う絶縁膜とを有することが好ましい。この好ましい構成によれば、ソース電極及びドレイン電極間の第2の半導体層表面が絶縁膜により覆われ、よりリーク電流が少なく、高信頼性を有する電界効果トランジスタを形成することが可能となる。   The field effect transistor of the present invention further includes a source electrode and a drain electrode formed on the first semiconductor layer and sandwiching the gate electrode, between the source electrode and the gate electrode, and the drain electrode and the It is preferable to have an insulating film that covers the surface of the second semiconductor layer between the gate electrode. According to this preferable configuration, the surface of the second semiconductor layer between the source electrode and the drain electrode is covered with the insulating film, and it is possible to form a field effect transistor with less leakage current and high reliability.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記第2の半導体層の上面部よりも側面部にて前記絶縁膜の膜厚が大きいことが好ましい。この好ましい構成によれば、リーク電流をより低減し、ゲート電極周辺での寄生容量を低減できるので、より優れた高周波特性を有する電界効果トランジスタを実現することが可能となる。   In the field effect transistor of the present invention, it is preferable that the thickness of the insulating film is larger at the side surface than at the upper surface of the second semiconductor layer. According to this preferable configuration, the leakage current can be further reduced, and the parasitic capacitance around the gate electrode can be reduced, so that a field effect transistor having more excellent high frequency characteristics can be realized.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とで構成元素の組成比が相異なることが好ましい。   In the field effect transistor of the present invention, it is preferable that the composition ratios of constituent elements differ between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とで含有するキャリア濃度が相異なることが好ましい。この好ましい構成によれば、ソース電極及びドレイン電極が接している第2の半導体層部分でのキャリア濃度を大きくできるので、オーミック電極でのコンタクト抵抗を低減し、より直列抵抗が小さく、相互コンダクタンスの大きい高性能の電界効果トランジスタを実現することが可能となる。   In the field effect transistor of the present invention, it is preferable that carrier concentrations contained in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are different from each other. According to this preferable configuration, since the carrier concentration in the second semiconductor layer portion in contact with the source electrode and the drain electrode can be increased, the contact resistance in the ohmic electrode is reduced, the series resistance is further reduced, and the mutual conductance is reduced. A large high-performance field-effect transistor can be realized.

本発明の電界効果トランジスタは、第1の半導体層と、前記第1の半導体層の上の所定の領域に形成されかつ前記第1の半導体層とヘテロ接合をなす第2の半導体層と、前記第1および前記第2の半導体層の上に形成された第3の半導体層と、前記第3の半導体層に形成された開口部と、前記開口部内に設けられかつ前記第2の半導体層に接するゲート電極とを有するものである。   The field effect transistor of the present invention includes a first semiconductor layer, a second semiconductor layer formed in a predetermined region on the first semiconductor layer and forming a heterojunction with the first semiconductor layer, A third semiconductor layer formed on the first and second semiconductor layers, an opening formed in the third semiconductor layer, and provided in the opening and in the second semiconductor layer; A gate electrode in contact therewith.

この構成により、トランジスタのチャネル内でのキャリア移動度が増加し、より直列抵抗が小さく相互コンダクタンスが大きく高性能な電界効果トランジスタを実現することが可能となる。   With this configuration, it is possible to increase the carrier mobility in the channel of the transistor, and to realize a high-performance field effect transistor with a smaller series resistance and a larger mutual conductance.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記ヘテロ接合の界面にて2次元電子ガスが形成されていることが好ましい。   In the field effect transistor of the present invention, it is preferable that a two-dimensional electron gas is further formed at the interface of the heterojunction.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との間に形成された空隙を有することが好ましい。   The field effect transistor of the present invention preferably further has a gap formed between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との間に形成された誘電体層を有し、前記開口部が前記誘電体層に設けられたことが好ましい。   The field effect transistor of the present invention further includes a dielectric layer formed between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer, and the opening is provided in the dielectric layer. preferable.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記ゲート電極を間に配置するように前記第1および前記第3の半導体層に設けられた2つの段差部と、前記第3の半導体層の上かつ前記ゲート電極を挟んで形成されたソース電極およびドレイン電極とを有することが好ましい。   The field effect transistor of the present invention further includes two step portions provided in the first and third semiconductor layers so as to interpose the gate electrode therebetween, and on the third semiconductor layer and the gate. It is preferable to have a source electrode and a drain electrode which are formed with electrodes interposed therebetween.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記ソース電極と前記ドレイン電極とは前記第2の半導体層を挟んで配置されたことが好ましい。この好ましい構成によれば、ソース・ドレイン間を流れる電流はヘテロ接合のポテンシャル障壁を経ずに流れるため、より直列抵抗が小さく、高性能な電界効果トランジスタを実現することが可能となる。   In the field effect transistor of the present invention, it is preferable that the source electrode and the drain electrode are further disposed with the second semiconductor layer interposed therebetween. According to this preferred configuration, since the current flowing between the source and the drain flows without passing through the heterojunction potential barrier, it is possible to realize a high-performance field effect transistor having a smaller series resistance.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記第3の半導体層のキャリア濃度が前記第1の半導体層のうち前記ゲート電極が接している部分のキャリア濃度よりも大きいことが好ましい。この好ましい構成によれば、ソース及びドレイン電極が接する第2の半導体層のキャリア濃度が、前記ゲート電極が接する第1の半導体層のそれよりも大きいため、オーミックコンタクト抵抗を小さくかつ、ゲートリーク電流を小さくし、より高性能な電界効果トランジスタを実現することが可能となる。   In the field effect transistor of the present invention, it is preferable that the carrier concentration of the third semiconductor layer is higher than the carrier concentration of the portion of the first semiconductor layer that is in contact with the gate electrode. According to this preferred configuration, since the carrier concentration of the second semiconductor layer in contact with the source and drain electrodes is higher than that in the first semiconductor layer in contact with the gate electrode, the ohmic contact resistance is reduced and the gate leakage current is reduced. It is possible to realize a higher performance field effect transistor.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記第3の半導体層のキャリア濃度が1×1019cm-3以上であることが好ましい。この好ましい構成によれば、オーミックコンタクト抵抗がさらに低減され、より直列抵抗の小さな電界効果トランジスタを実現することが可能となる。 In the field effect transistor of the present invention, it is preferable that the carrier concentration of the third semiconductor layer is 1 × 10 19 cm −3 or more. According to this preferable configuration, the ohmic contact resistance is further reduced, and a field effect transistor having a smaller series resistance can be realized.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記第3の半導体層が前記ソース電極及び前記ドレイン電極と接している部分の下方で不純物が拡散し高濃度に添加してなる領域を有することが好ましい。この好ましい構成によれば、ソース・ドレイン電極下部にてより多くの不純物が添加され低抵抗となっておりオーミックコンタクト抵抗が低減され、より直列抵抗の小さな電界効果トランジスタを実現することが可能となる。   In the field effect transistor of the present invention, it is preferable that the third semiconductor layer further has a region in which impurities are diffused and added at a high concentration below the portion in contact with the source electrode and the drain electrode. According to this preferable configuration, more impurities are added below the source / drain electrodes to reduce the ohmic contact resistance and to realize a field effect transistor having a smaller series resistance. .

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記ゲート電極下方の前記第1の半導体層の結晶欠陥密度が107cm2以下であることが好ましい。この好ましい構成によれば、キャリアの移動度が向上し、より直列抵抗が小さく、相互コンダクタンスの大きい高性能な電界効果トランジスタを実現でき、また結晶欠陥密度が小さいためにより高信頼性の電界効果トランジスタを実現することが可能となる。 In the field effect transistor of the present invention, it is preferable that the crystal defect density of the first semiconductor layer below the gate electrode is 10 7 cm 2 or less. According to this preferable configuration, a high-performance field-effect transistor with improved carrier mobility, lower series resistance, and higher transconductance can be realized, and more reliable field-effect transistor due to low crystal defect density. Can be realized.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記ゲート電極の下方にマスク層が形成されていることが好ましい。この好ましい構成によれば、結晶欠陥の低減を前記マスク層上への横方向成長により行うことができ、下地層の結晶欠陥密度に関わらず結晶欠陥密度を低減でき、高性能かつ高信頼性を有する電界効果トランジスタを実現することが可能となる。   In the field effect transistor of the present invention, it is preferable that a mask layer is further formed below the gate electrode. According to this preferred configuration, the crystal defects can be reduced by lateral growth on the mask layer, the crystal defect density can be reduced regardless of the crystal defect density of the underlayer, and high performance and high reliability can be achieved. It is possible to realize a field effect transistor having the same.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記半導体層がIII族窒化物半導体により構成されていることが好ましい。この好ましい構成によれば、禁制帯幅が大きく絶縁破壊電界が大きいために高耐圧の電界効果トランジスタを実現でき、また飽和ドリフト速度が大きく、ゲート長を十分短くした場合にはより大きな相互コンダクタンスを実現できるなど、より高性能な電界効果トランジスタを実現することが可能となる。   In the field effect transistor of the present invention, it is preferable that the semiconductor layer is further composed of a group III nitride semiconductor. According to this preferred configuration, a high breakdown voltage field effect transistor can be realized because of the large forbidden bandwidth and the large dielectric breakdown electric field, and the saturation drift speed is large, and a larger transconductance is obtained when the gate length is sufficiently shortened. This makes it possible to realize a higher-performance field effect transistor.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記誘電体層はSiNよりなることが好ましい。この好ましい構成によれば、誘電体層としてSiNを用いているので、高電圧動作時にドレイン電流が減少する、いわゆる電流コラプス現象が抑制され、安定した高出力動作が可能となる。   In the field effect transistor of the present invention, it is preferable that the dielectric layer is made of SiN. According to this preferable configuration, since SiN is used as the dielectric layer, a so-called current collapse phenomenon in which the drain current decreases during high voltage operation is suppressed, and stable high output operation is possible.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記半導体層が(0001)面上に形成されており、前記ゲート電極が<11-20>方向の直線状に形成されていることが好ましい。この好ましい構成によれば、第2の半導体層を再成長により形成する場合に開口部を直線状に形成することができ、ゲートのゲート長を均一に形成できるので、より再現性良く高性能な電界効果トランジスタを実現することが可能となる。また、 (0001)面上にてヘテロ接合を形成した場合にはヘテロ構造を形成する両層の分極の差及びヘテロ障壁により、大きなシートキャリア濃度を有する2次元電子ガスを形成し、より直列抵抗の小さな電界効果トランジスタを実現することが可能となる。   In the field effect transistor of the present invention, it is preferable that the semiconductor layer is further formed on a (0001) plane, and the gate electrode is formed in a straight line in the <11-20> direction. According to this preferable configuration, when the second semiconductor layer is formed by regrowth, the opening can be formed in a straight line, and the gate length of the gate can be formed uniformly. A field effect transistor can be realized. In addition, when a heterojunction is formed on the (0001) plane, a two-dimensional electron gas having a large sheet carrier concentration is formed due to the difference in polarization between the two layers forming the heterostructure and the heterobarrier. It is possible to realize a small field effect transistor.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記第2の半導体層がAlGaNよりなることが好ましい。この好ましい構成によれば、第2の半導体層及びゲート電極が接している第1の半導体層との間にヘテロ障壁が存在せず、より直列抵抗が小さく高性能な電界効果トランジスタを実現することが可能となる。   In the field effect transistor of the present invention, it is preferable that the second semiconductor layer is made of AlGaN. According to this preferable configuration, there is no hetero barrier between the second semiconductor layer and the first semiconductor layer in contact with the gate electrode, and a high-performance field effect transistor with a smaller series resistance is realized. Is possible.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記第1の半導体層がAlGaNよりなり、前記第2の半導体層のAlGaN層のAl組成が前記第1の半導体層のAl組成よりも大きいことが好ましい。この好ましい構成によれば、第2の半導体層が第1の半導体層よりAl組成が大きいため、ゲート電極側方での自発及びピエゾ分極によりシートキャリア濃度が増加し、より直列抵抗の小さな電界効果トランジスタを実現することが可能となる。   In the field effect transistor of the present invention, preferably, the first semiconductor layer is made of AlGaN, and the Al composition of the AlGaN layer of the second semiconductor layer is larger than the Al composition of the first semiconductor layer. According to this preferred configuration, since the second semiconductor layer has an Al composition larger than that of the first semiconductor layer, the sheet carrier concentration increases due to the spontaneous and piezo polarization on the side of the gate electrode, and the electric field effect has a smaller series resistance. A transistor can be realized.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記第2の半導体層がAlxGa1-xN(0<x≦1)よりなり、前記第3の半導体層がGaNよりなることが好ましい。この好ましい構成によれば、第3の半導体層をGaNとすることでn型のキャリア濃度を大きくできオーミックコンタクト抵抗を低減できると共に、ゲート電極下部における第2の半導体層をAlxGa1-xN(0<x≦1)とすることでゲートリーク電流の小さな電界効果トランジスタを実現することが可能となる。 In the field effect transistor of the present invention, it is preferable that the second semiconductor layer is made of Al x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1) and the third semiconductor layer is made of GaN. According to this preferred configuration, the third semiconductor layer is made of GaN, whereby the n-type carrier concentration can be increased, the ohmic contact resistance can be reduced, and the second semiconductor layer under the gate electrode is made Al x Ga 1-x. By setting N (0 <x ≦ 1), a field effect transistor having a small gate leakage current can be realized.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記第2の半導体層にSiが添加されていることが好ましい。この好ましい構成によれば、Siは不純物準位が比較的浅く、より低抵抗となるので、結果としてより直列抵抗の小さな電界効果トランジスタを実現することが可能となる。   In the field effect transistor of the present invention, it is preferable that Si is further added to the second semiconductor layer. According to this preferred configuration, Si has a relatively shallow impurity level and lower resistance, and as a result, a field effect transistor having a smaller series resistance can be realized.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記半導体層が基板上に形成されており、前記基板がサファイア、SiC、GaN、AlN、MgO、LiGaO2、LiAlO2、またはLiGaO2とLiAlO2との混晶のうちいずれかにより構成されていることが好ましい。この好ましい構成によれば、結晶性に優れたGaN系半導体エピタキシャル成長層を形成できるので、よりキャリアの移動度が大きく高性能な電界効果トランジスタを実現することが可能となる。 In the field effect transistor of the present invention, the semiconductor layer is further formed on a substrate, and the substrate is sapphire, SiC, GaN, AlN, MgO, LiGaO 2 , LiAlO 2 , or a mixed crystal of LiGaO 2 and LiAlO 2. It is preferable that it is comprised by either. According to this preferable configuration, since a GaN-based semiconductor epitaxial growth layer having excellent crystallinity can be formed, it is possible to realize a high-performance field effect transistor with higher carrier mobility.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記マスク層はSiO2層またはSiN層を有することが好ましい。この好ましい構成によれば、III族窒化物半導体の結晶成長温度の前後でも変質せず、容易に結晶欠陥密度を低減でき、より高性能で高信頼性の電界効果トランジスタを実現することが可能となる。 In the field effect transistor of the present invention, it is preferable that the mask layer further includes a SiO 2 layer or a SiN layer. According to this preferred configuration, it is possible to realize a field effect transistor with higher performance and higher reliability without being deteriorated before and after the crystal growth temperature of the group III nitride semiconductor, easily reducing the crystal defect density. Become.

本発明の電界効果トランジスタは、さらに前記ゲート電極の断面形状はT字であることが好ましい。   In the field effect transistor of the present invention, the gate electrode preferably has a T-shaped cross section.

本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、基板上に第1の半導体層を形成する工程と、前記第1の半導体層上に誘電膜マスク層を選択的に形成する工程と、前記第1の半導体層上及び前記誘電膜マスク層上に、前記誘電膜マスク層上での開口幅が前記誘電膜マスク層の幅よりも小さくなるように第2の半導体層を形成する工程と、前記誘電膜マスク層の全てあるいはその一部を除去する工程と、前記誘電膜マスク層の除去により前記第2の半導体層の開口部の内部にて露出した前記第1の半導体層表面に接する形でゲート電極を形成する工程と、前記第2の半導体層上にソース電極及びドレイン電極を形成する工程とを有するものである。   The field effect transistor manufacturing method of the present invention includes a step of forming a first semiconductor layer on a substrate, a step of selectively forming a dielectric film mask layer on the first semiconductor layer, and the first Forming a second semiconductor layer on the semiconductor layer and the dielectric mask layer so that an opening width on the dielectric mask layer is smaller than a width of the dielectric mask layer; and A step of removing all or part of the mask layer, and a gate electrode in contact with the surface of the first semiconductor layer exposed inside the opening of the second semiconductor layer by removing the dielectric mask layer And a step of forming a source electrode and a drain electrode on the second semiconductor layer.

この構成により、ゲート電極のゲート長は第2の半導体層の結晶成長により形成された開口部幅により決定され、例えば前記誘電膜マスク層の幅をステッパー露光で形成できる程度とした場合でも結晶成長時間を制御することで電子ビーム露光を用いる程度にまで小さくでき、細いゲート長を電子ビーム露光を用いずに低コストで作製することが可能となる。   With this configuration, the gate length of the gate electrode is determined by the width of the opening formed by the crystal growth of the second semiconductor layer. For example, even when the width of the dielectric film mask layer can be formed by stepper exposure, the crystal growth By controlling the time, the electron beam exposure can be reduced to such an extent that a thin gate length can be manufactured at a low cost without using the electron beam exposure.

本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、さらに前記誘電膜マスク層を除去して前記ゲート電極と前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層との間に空隙が形成されることが好ましい。この好ましい構成によれば、ゲートは側方に空隙を有する形で第1の半導体層と接することができ、ゲート電極周辺での寄生容量が低減され、高周波特性に優れた電界効果トランジスタを実現することが可能となる。   In the method for manufacturing a field effect transistor according to the present invention, it is preferable that the dielectric film mask layer is further removed to form a gap between the gate electrode and the first and second semiconductor layers. . According to this preferred configuration, the gate can be in contact with the first semiconductor layer in the form of a gap on the side, the parasitic capacitance around the gate electrode is reduced, and a field effect transistor excellent in high frequency characteristics is realized. It becomes possible.

本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、さらに前記誘電膜マスク層のうち、前記第2の半導体層の開口部にて表面に露出している部分のみを選択的に除去し、前記ゲート電極の側方にて前記誘電膜マスク層が前記ゲート電極に接することが好ましい。この好ましい構成によれば、誘電膜マスク層がゲート電極に接しているので、高電圧動作時にドレイン電流が減少する、いわゆる電流コラプス現象が抑制され、安定した高出力動作が可能となる。   The field effect transistor manufacturing method of the present invention further selectively removes only the portion of the dielectric film mask layer exposed to the surface at the opening of the second semiconductor layer, and the gate electrode It is preferable that the dielectric mask layer is in contact with the gate electrode on the side. According to this preferred configuration, since the dielectric film mask layer is in contact with the gate electrode, a so-called current collapse phenomenon in which the drain current decreases during high voltage operation is suppressed, and stable high output operation is possible.

本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、さらに前記誘電膜マスク層を除去する工程に先立ち、前記第2の半導体層を酸化する工程を含むことが好ましい。この好ましい構成によれば、第2の半導体層を酸化し形成された開口部上にゲート電極を形成することができ、ゲート電極は前記酸化膜を介して第2の半導体層と接しておりゲートリーク電流をより低減できると共に、前記酸化膜により直接第2の半導体層に接している場合に比べより寄生容量を低減できるので、より高周波特性に優れた電界効果トランジスタを実現することが可能となる。   The field effect transistor manufacturing method of the present invention preferably further includes a step of oxidizing the second semiconductor layer prior to the step of removing the dielectric film mask layer. According to this preferred configuration, the gate electrode can be formed on the opening formed by oxidizing the second semiconductor layer, and the gate electrode is in contact with the second semiconductor layer through the oxide film, and the gate Leakage current can be further reduced, and parasitic capacitance can be further reduced as compared with the case where the oxide film is in direct contact with the second semiconductor layer, so that it is possible to realize a field effect transistor with more excellent high frequency characteristics. .

本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、さらに前記酸化工程において、前記第2の半導体層の側壁における酸化層の膜厚が、前記第2の半導体層の上部における酸化層の膜厚よりも厚く形成することが好ましい。この好ましい構成によれば、酸化膜の膜厚をより厚く形成することでゲート電極周辺の寄生容量を低減でき、より高周波特性に優れた電界効果トランジスタを実現することが可能となる。   In the field effect transistor manufacturing method of the present invention, in the oxidation step, the thickness of the oxide layer on the side wall of the second semiconductor layer is larger than the thickness of the oxide layer above the second semiconductor layer. It is preferable to form. According to this preferred configuration, by forming the oxide film thicker, the parasitic capacitance around the gate electrode can be reduced, and a field effect transistor with better high frequency characteristics can be realized.

本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、さらに前記誘電膜マスク層を形成する工程の後に前記第1の半導体層をエッチングして前記誘電膜マスク層を間に有する2つの段差部を形成する工程を有し、前記2つの段差部を形成する工程の後に前記ソース電極及び前記ドレイン電極の間に前記誘電膜マスク層が段差上部に形成される形で段差を形成する工程を含み、前記工程の後に前記第1の半導体層上及び前記誘電膜マスク層上に前記第2の半導体層を形成することが好ましい。この好ましい構成によれば、段差がヘテロ接合の2次元電子ガスを横切る形で形成でき、電流をヘテロ障壁を介すことなく流すことができるので、より直列抵抗が小さく、高性能な電界効果トランジスタを実現することが可能となる。   The method of manufacturing a field effect transistor according to the present invention further includes a step of etching the first semiconductor layer after the step of forming the dielectric film mask layer to form two step portions having the dielectric film mask layer therebetween. And the step of forming the step in such a manner that the dielectric film mask layer is formed on the upper portion of the step between the source electrode and the drain electrode after the step of forming the two step portions. It is preferable to form the second semiconductor layer later on the first semiconductor layer and the dielectric mask layer. According to this preferred configuration, the step can be formed across the heterojunction two-dimensional electron gas, and the current can flow without going through the heterobarrier. Can be realized.

本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、さらに前記第1の半導体層及び第2の半導体層は、有機金属気相成長法、分子線エピタキシー法またはハイドライド気相成長法を用いて行われることが好ましい。この好ましい構成によれば、第1及び第2の半導体層を結晶性、均一性に優れたものにすることができ、半導体層のキャリア移動度が向上し、より直列抵抗が小さく、相互コンダクタンスの大きい高性能な電界効果トランジスタを実現できる。   In the method of manufacturing a field effect transistor according to the present invention, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer may be further formed using metal organic chemical vapor deposition, molecular beam epitaxy, or hydride vapor deposition. preferable. According to this preferred configuration, the first and second semiconductor layers can be made excellent in crystallinity and uniformity, the carrier mobility of the semiconductor layer is improved, the series resistance is lower, and the mutual conductance is reduced. A large high-performance field effect transistor can be realized.

本発明の電界効果トランジスタの製造方法は、さらに前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層がIII族窒化物半導体により構成されていることが好ましい。この好ましい構成によれば、III族窒化物半導体は禁制帯幅が大きく絶縁破壊電界が大きいために高耐圧の電界効果トランジスタを実現でき、また飽和ドリフト速度が大きく、ゲート長を十分短くした場合にはより大きな相互コンダクタンスを実現できるなど、より高性能な電界効果トランジスタを実現することが可能となる。抵抗が小さく、相互コンダクタンスの大きい高性能な電界効果トランジスタを実現できる。   In the method for manufacturing a field effect transistor according to the present invention, it is preferable that the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are made of a group III nitride semiconductor. According to this preferred configuration, the III-nitride semiconductor has a large forbidden band and a large dielectric breakdown electric field, so that a high withstand voltage field effect transistor can be realized, the saturation drift speed is large, and the gate length is sufficiently shortened. Can realize a higher performance field effect transistor such as a higher mutual conductance. A high-performance field-effect transistor with low resistance and high mutual conductance can be realized.

以上説明したように、本発明の電界効果トランジスタ及びその製造方法によれば、電子ビーム露光を使用せず、例えばステッパー露光により100nm程度の短ゲート長を実現できるので、より低コストにて再現性良く短ゲート長を有する電界効果トランジスタを実現することが可能となる。さらに前記空隙をT字型ゲート電極の側方に形成することで、ゲート電極周辺の寄生容量を低減し、高周波特性に優れた電界効果トランジスタを実現することが可能となる。また再成長層部分をより低抵抗層とすることでより直列抵抗の小さな電界効果トランジスタを実現することも可能となる。T字型ゲート電極が前記第2の半導体層の側壁と酸化膜を介して接しており、また電極以外の素子表面全てを酸化膜で覆う形で形成しており、ゲートリーク電流及び素子分離リーク電流の小さな電界効果トランジスタを実現することも可能となる。   As described above, according to the field effect transistor and the manufacturing method thereof of the present invention, a short gate length of about 100 nm can be realized by, for example, stepper exposure without using electron beam exposure, so reproducibility at lower cost. A field effect transistor having a good short gate length can be realized. Furthermore, by forming the gap on the side of the T-shaped gate electrode, it is possible to reduce the parasitic capacitance around the gate electrode and realize a field effect transistor having excellent high frequency characteristics. It is also possible to realize a field effect transistor with a smaller series resistance by making the regrowth layer portion a lower resistance layer. The T-shaped gate electrode is in contact with the side wall of the second semiconductor layer through the oxide film, and the entire device surface other than the electrode is covered with the oxide film. It is also possible to realize a field effect transistor with a small current.

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態における電界効果トランジスタの断面図である。同図において、101はサファイア基板、102はAlNバッファ層、103はアンドープGaN層、104は第1のn型AlGaN層、105は第2のn型AlGaN層、106はAlGaNOx酸化膜層、107は再成長層下部に形成された空隙、108はTi/Al/Ni/Auソース電極、109はTi/Al/Ni/Auドレイン電極、110はPdSiゲート電極である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view of a field effect transistor according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 101 is a sapphire substrate, 102 is an AlN buffer layer, 103 is an undoped GaN layer, 104 is a first n-type AlGaN layer, 105 is a second n-type AlGaN layer, 106 is an AlGaNOx oxide film layer, 107 is A void formed under the regrown layer, 108 is a Ti / Al / Ni / Au source electrode, 109 is a Ti / Al / Ni / Au drain electrode, and 110 is a PdSi gate electrode.

図1に示す電界効果トランジスタは、n型AlGaN層を選択的にAlGaN/GaNへテロ構造上に再成長し前記再成長部分の側壁を選択酸化した後にT型のゲート電極が形成されており、かつT字型ゲート電極の下部周辺に空隙が形成され、寄生容量が低減されたものである。ここではサファイア基板101上にAlNバッファ層102(層厚0.5μm)、アンドープGaN層103(層厚3μm)、第1のn型AlGaN層104(層厚25nm)がこの順に形成され、さらにPdSiゲート電極110のT字型下部部分の側部に第2のn型AlGaN層105(層厚25nm)が再成長される形で形成されており、前記第1及び第2のn型AlGaN層104、105及びアンドープGaN層103の一部が素子分離のために選択的にエッチングされ、さらに素子表面はAlGaNOx酸化膜層106で覆われている。前記第2のn型AlGaN層105とT字型ゲート電極が接する側壁は第2のAlGaN層105の酸化膜すなわちAlGaNOx層106でカバーされ、前記T字型ゲート電極下部の側方は図1に示す通り、空隙107が形成されている。前記T字型電極と前記再成長した第2のn型AlGaN層105の間に酸化膜を形成することによりゲート間とソースあるいはドレイン電極間の第2のn型AlGaN層105を介したリーク電流が低減され、例えばソース・ゲート電極間の耐圧も向上させる効果がある。また前記空隙によりゲート・ソース間の寄生容量が低減され、高周波特性が改善され、例えば最大発振周波数(fmax)が向上する構造となっている。さらに、ソース電極108、ドレイン電極109及びゲート電極110以外の表面部分は全てAlGaNOx酸化膜層106で覆われており、素子間リーク電流が大幅に低減されている。   In the field effect transistor shown in FIG. 1, a T-type gate electrode is formed after an n-type AlGaN layer is selectively regrown on an AlGaN / GaN heterostructure and a side wall of the regrown portion is selectively oxidized. In addition, voids are formed around the lower portion of the T-shaped gate electrode, and parasitic capacitance is reduced. Here, an AlN buffer layer 102 (layer thickness 0.5 μm), an undoped GaN layer 103 (layer thickness 3 μm), and a first n-type AlGaN layer 104 (layer thickness 25 nm) are formed in this order on a sapphire substrate 101, and further a PdSi gate. A second n-type AlGaN layer 105 (with a layer thickness of 25 nm) is formed on the side of the T-shaped lower portion of the electrode 110 so as to be regrown, and the first and second n-type AlGaN layers 104, 105 and a part of the undoped GaN layer 103 are selectively etched for element isolation, and the element surface is covered with an AlGaNOx oxide film layer 106. The side wall where the second n-type AlGaN layer 105 and the T-shaped gate electrode are in contact with each other is covered with an oxide film of the second AlGaN layer 105, that is, the AlGaNOx layer 106, and the side under the T-shaped gate electrode is shown in FIG. As shown, a gap 107 is formed. Leakage current through the second n-type AlGaN layer 105 between the gate and the source or drain electrode by forming an oxide film between the T-shaped electrode and the regrown second n-type AlGaN layer 105 For example, there is an effect of improving the breakdown voltage between the source and gate electrodes. Further, the gap reduces the parasitic capacitance between the gate and the source, improves the high frequency characteristics, and improves the maximum oscillation frequency (fmax), for example. Further, the surface portions other than the source electrode 108, the drain electrode 109, and the gate electrode 110 are all covered with the AlGaNOx oxide film layer 106, and the leak current between elements is greatly reduced.

ソース電極108及びドレイン電極109はTi/Al/Ni/Auを用い、それぞれ第1のn型AlGaN層104上かつ前記再成長した第2のn型AlGaN層105の側方に形成されている。前記ソース電極108及びドレイン電極109下部には表層にSiが選択的に高濃度ドーピングされており、オーミックコンタクト抵抗が、例えば2×10-6Ωcm2程度にまで低減されている。AlGaN層のAl組成は25%程度であるが、AlGaN/GaNへテロ界面での2次元電子ガスでのシートキャリア濃度を大きくするためにはAl組成は40%程度かそれ以上にまで大きいほうが良い。また第1のAlGaN層104と第2のAlGaN層105にて、第2のAlGaN層105のAl組成を第1のAlGaN層104のAl組成よりも大きくすることで、前記第1のAlGaN層104及び第2のAlGaN層105にてソース電極108あるいはドレイン電極109側からチャネル側へ電子障壁を生じさせずに、結果として電界効果トランジスタのソース抵抗を低減することが可能となる。 The source electrode 108 and the drain electrode 109 are formed of Ti / Al / Ni / Au on the first n-type AlGaN layer 104 and on the side of the regrown second n-type AlGaN layer 105, respectively. Under the source electrode 108 and the drain electrode 109, Si is selectively heavily doped in the surface layer, and the ohmic contact resistance is reduced to, for example, about 2 × 10 −6 Ωcm 2 . The Al composition of the AlGaN layer is about 25%, but in order to increase the sheet carrier concentration in the two-dimensional electron gas at the AlGaN / GaN hetero interface, the Al composition should be about 40% or more. . Further, by making the Al composition of the second AlGaN layer 105 larger than that of the first AlGaN layer 104 in the first AlGaN layer 104 and the second AlGaN layer 105, the first AlGaN layer 104 In addition, the second AlGaN layer 105 does not generate an electron barrier from the source electrode 108 or the drain electrode 109 side to the channel side, and as a result, the source resistance of the field effect transistor can be reduced.

ソース抵抗及びソース電極108、ドレイン電極109のオーミックコンタクト抵抗をさらに低減する目的で第2のAlGaN層105は例えば1×1019cm-3以上の高濃度Siが不純物としてドーピングされていることが望ましい。再成長時にはエピタキシャル成長側面の直線性が良いほうが望ましいため、ゲートフィンガーの方向としてはGaN層の<11-20>方向であることが望ましい。サファイア基板101とその上に成長するGaNの結晶は(0001)面内にて30°回転しているためサファイア基板101の<1-100>方向にゲートフィンガーが形成されていることが望まれる。素子分離は段差形成と選択酸化を組み合わせて行っているが、例えばBなどのイオン注入により高抵抗化を行う形でも良い。寄生容量をより低減するためには前記空隙の高さは高いほうが良い。 In order to further reduce the source resistance and the ohmic contact resistance of the source electrode 108 and the drain electrode 109, the second AlGaN layer 105 is preferably doped with high-concentration Si of, for example, 1 × 10 19 cm −3 or more as an impurity. . At the time of regrowth, it is desirable that the linearity of the epitaxial growth side be good, so the direction of the gate finger is preferably the <11-20> direction of the GaN layer. Since the sapphire substrate 101 and the GaN crystal grown thereon are rotated by 30 ° in the (0001) plane, it is desirable that gate fingers are formed in the <1-100> direction of the sapphire substrate 101. The element isolation is performed by combining step formation and selective oxidation. However, for example, the resistance may be increased by ion implantation of B or the like. In order to further reduce the parasitic capacitance, the height of the gap is preferably high.

従って、本実施形態では、n型AlGaN/アンドープGaNのヘテロ接合電界効果トランジスタにおいてT型ゲート電極がn型AlGaN再成長層とAlGaNOx酸化膜層に挟み込まれる形で形成されかつ、前記ゲート電極下部の側部には空隙が形成されており、短ゲート長でかつゲート抵抗が小さくかつゲート電極周辺部での寄生容量を低減でき、高周波特性に優れた、例えば最大発振周波数が高く、雑音指数の小さな電界効果トランジスタを実現することが可能となる。また、Tゲート側部を酸化膜で覆われたn型AlGaN再成長層により支える構造となっており、実装時に問題となるT字型ゲート電極の倒れという問題が生じない電界効果トランジスタを実現することが可能となる。   Therefore, in the present embodiment, in the n-type AlGaN / undoped GaN heterojunction field effect transistor, the T-type gate electrode is formed so as to be sandwiched between the n-type AlGaN regrowth layer and the AlGaNOx oxide film layer, and below the gate electrode. A gap is formed on the side, short gate length, low gate resistance, reduced parasitic capacitance around the gate electrode, excellent high frequency characteristics, for example, high maximum oscillation frequency, low noise figure A field effect transistor can be realized. In addition, the structure that supports the side of the T-gate with an n-type AlGaN regrowth layer covered with an oxide film realizes a field-effect transistor that does not cause the problem of T-shaped gate electrode collapse, which is a problem during mounting. It becomes possible.

図1に示す電界効果トランジスタの製造は、例えば図2に示す製造方法により行われる。図2は、本発明の第1の実施形態における電界効果トランジスタの製造方法を示す構成図である。同図において、201はサファイア基板、202はAlNバッファ層、203はアンドープGaN層、204は第1のn型AlGaN層、205はSiO2マスク、206は第2のn型AlGaN層、207はSiマスク、208はAlGaNOx酸化膜層、209はTi/Al/Ni/Auソース電極、210はTi/Al/Ni/Auドレイン電極、211はPdSiゲート電極である。 The field effect transistor shown in FIG. 1 is manufactured by, for example, the manufacturing method shown in FIG. FIG. 2 is a configuration diagram showing a method for manufacturing the field effect transistor according to the first embodiment of the present invention. In the figure, 201 is a sapphire substrate, 202 is an AlN buffer layer, 203 is an undoped GaN layer, 204 is a first n-type AlGaN layer, 205 is a SiO 2 mask, 206 is a second n-type AlGaN layer, and 207 is Si A mask, 208 is an AlGaNOx oxide film layer, 209 is a Ti / Al / Ni / Au source electrode, 210 is a Ti / Al / Ni / Au drain electrode, and 211 is a PdSi gate electrode.

まず、サファイア基板201の(0001)面上に有機金属気相成長法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition: MOCVD)により、AlNバッファ層202、アンドープGaN層203、第1のn型AlGaN層204をこの順に形成する(図2(a))。上記AlGaN/GaNへテロ構造においては(0001)面上で自発分極及びピエゾ分極による電荷が界面に生じるためAlGaNをアンドープとした場合でさえも1×1013cm-2台のシートキャリア濃度を有する2次元電子ガスが形成される。さらに本実施形態ではAlGaN層をSiドープn型とすることでシートキャリア濃度を増加させている。界面近傍をアンドープとし界面へのSi拡散を防止しキャリア移動度を向上させる、あるいは表面付近をアンドープとしショットキー電極を前記AlGaN層に接する形で形成した場合のリーク電流を低減させる構成としても良い。具体的には4×1018cm-3程度のキャリア濃度を有するAlGaN層が形成されている。 First, an AlN buffer layer 202, an undoped GaN layer 203, and a first n-type AlGaN layer 204 are formed in this order on the (0001) surface of the sapphire substrate 201 by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). Form (FIG. 2A). In the above AlGaN / GaN heterostructure, charges are generated at the interface due to spontaneous polarization and piezopolarization on the (0001) plane, so even when AlGaN is undoped, it has a sheet carrier concentration of 1 × 10 13 cm −2 A two-dimensional electron gas is formed. Furthermore, in the present embodiment, the sheet carrier concentration is increased by making the AlGaN layer Si-doped n-type. It may be configured to reduce the leakage current when the vicinity of the interface is undoped to prevent Si diffusion to the interface and improve carrier mobility, or the vicinity of the surface is undoped and the Schottky electrode is formed in contact with the AlGaN layer. . Specifically, an AlGaN layer having a carrier concentration of about 4 × 10 18 cm −3 is formed.

このエピタキシャル成長層に対し、図2(b)に示すように例えばICP(Inductive-Coupled Plasma)エッチングなどのドライエッチングによりトランジスタ領域以外の部分の第1のn型AlGaN層204及びアンドープGaN層203の一部を選択的に除去した後に、例えば200nmのSiO2マスク205をSiH4とO2を用いた気相堆積法(CVD:Chemical Vapor Deposition)により形成する。続いて、ソース・ゲート間及びドレイン・ゲート間のデバイス領域のみにストライプ状の開口部を有する形でSiO2マスク205を例えば反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)を用いてパターニングする。このSiO2マスク205をマスクとして、例えば50nmの第2のn型AlGaN層206をMOCVDにより選択成長する。この再成長層でのキャリア濃度は例えば1×1019cm-3と高濃度にしている。ここでは、再成長する第2のn型AlGaN層206は前記SiO2マスク上を横方向に成長する形で形成され、図2(c)に示す通り、わずかなストライプ状の開口部を残すところで成長を停止する。具体的には、ゲート電極を形成する部分のSiO2マスク幅が1μmであり、前記第2のn型AlGaN層206の再成長後はソース側より再成長した層とドレイン側から再成長した層が200nmのストライプ状の開口を有すところで再成長が停止されている(図2(d))。 2B, the first n-type AlGaN layer 204 and the undoped GaN layer 203 in a portion other than the transistor region are formed by dry etching such as ICP (Inductive-Coupled Plasma) etching. After selectively removing the portion, for example, a 200 nm SiO 2 mask 205 is formed by a vapor deposition method (CVD: Chemical Vapor Deposition) using SiH 4 and O 2 . Subsequently, the SiO 2 mask 205 is patterned using, for example, reactive ion etching (RIE) so as to have stripe-shaped openings only in the device regions between the source and gate and between the drain and gate. Using this SiO 2 mask 205 as a mask, for example, a second n-type AlGaN layer 206 of 50 nm is selectively grown by MOCVD. The carrier concentration in this regrowth layer is set to a high concentration of 1 × 10 19 cm −3 , for example. Here, the second n-type AlGaN layer 206 to be regrown is formed so as to grow laterally on the SiO 2 mask, leaving a slight stripe-shaped opening as shown in FIG. Stop growing. Specifically, the SiO 2 mask width of the portion where the gate electrode is to be formed is 1 μm, and after the re-growth of the second n-type AlGaN layer 206, the layer regrown from the source side and the layer regrown from the drain side The regrowth is stopped at a portion having a stripe-shaped opening of 200 nm (FIG. 2D).

続いて、ソース及びドレイン電極を形成する第2のn型AlGaN層206の表面部分のSiO2マスク205を除去し、この部分にSiマスク207を例えば電子ビーム蒸着とリフトオフ法により形成する。Siマスク207形成後に前記Siマスク207側方で素子分離段差を含む形で形成されているSiO2マスク205を例えばHF水溶液により除去する。SiO2及びSiマスクが形成された再成長部分を含むエピタキシャル成長層を例えばO2雰囲気中1000℃で4時間熱処理することにより、前記エピタキシャル成長層を選択酸化してAlGaNOx層208を形成する(図2(e))。この酸化工程によりSiマスクからSiが第2のn型AlGaN層側へ拡散し、AlGaN表面でのSi濃度が増加するため、ソース・ドレイン電極のオーミックコンタクト抵抗が大幅に低減する。また、前記酸化工程では(0001)面での酸化速度が(0001)面に垂直な例えば(1-100)面や(11-20)面のそれよりも小さいため、選択成長した第2のn型AlGaN層の側壁部分では酸化膜厚が例えば(0001)面上よりも5倍程度厚く酸化されている。この結果、前述の第2のn型AlGaN層の再成長部分の開口部は200nmであったものが100nm程度にまで小さくできる。 Subsequently, the SiO 2 mask 205 on the surface portion of the second n-type AlGaN layer 206 forming the source and drain electrodes is removed, and an Si mask 207 is formed on this portion by, for example, electron beam evaporation and a lift-off method. After the Si mask 207 is formed, the SiO 2 mask 205 formed so as to include an element isolation step on the side of the Si mask 207 is removed with, for example, an HF solution. The epitaxial growth layer including the regrowth portion on which the SiO 2 and Si masks are formed is heat-treated in, for example, an O 2 atmosphere at 1000 ° C. for 4 hours to selectively oxidize the epitaxial growth layer to form an AlGaNOx layer 208 (FIG. 2 ( e)). By this oxidation process, Si diffuses from the Si mask to the second n-type AlGaN layer side, and the Si concentration on the AlGaN surface increases, so that the ohmic contact resistance of the source / drain electrodes is greatly reduced. In the oxidation step, since the oxidation rate on the (0001) plane is smaller than that on the (1-100) plane or the (11-20) plane perpendicular to the (0001) plane, the second n grown selectively. In the side wall portion of the AlGaN layer, the oxide film thickness is oxidized, for example, about 5 times thicker than that on the (0001) plane. As a result, the opening of the regrown portion of the second n-type AlGaN layer described above can be reduced to about 100 nm from 200 nm.

続いて、例えばフッ硝酸溶液によりSiマスク207及びSiO2マスク205をウェットエッチングする(図2(f))。ここではフッ硝酸は第1のn型AlGaN層204および第2のn型AlGaN層206及びAlGaNOx層208をエッチングしないので、選択的に前記SiO2マスク205及びSiマスク207を除去することができる。Siマスク207が形成されていた部分に例えばTi/Al/Ni/Auによりソース電極209及びドレイン電極210として形成し、続いて表面が酸化された第2のn型AlGaN層206のストライプ状開口部を介して、図2(g)に示す通り、T字型のPdSiゲート電極211を形成する。前記T字型ゲート電極はSiO2マスク205を除去し再成長層によって形成された庇を介して形成されているので、前記T字型のゲート電極211下部の側部には図2(g)に示す通り空隙が形成される。またソース電極209、ドレイン電極210及びゲート電極211以外のエピタキシャル成長層表面は全てAlGaNOx層208で覆われている。 Subsequently, the Si mask 207 and the SiO 2 mask 205 are wet-etched with, for example, a hydrofluoric acid solution (FIG. 2F). Here, the fluoric nitric acid does not etch the first n-type AlGaN layer 204, the second n-type AlGaN layer 206, and the AlGaNOx layer 208, so that the SiO 2 mask 205 and the Si mask 207 can be selectively removed. Striped openings of the second n-type AlGaN layer 206 formed on the portion where the Si mask 207 has been formed as a source electrode 209 and a drain electrode 210 using, for example, Ti / Al / Ni / Au and subsequently oxidized on the surface. As shown in FIG. 2G, a T-shaped PdSi gate electrode 211 is formed. Since the T-shaped gate electrode is formed through a ridge formed by a regrowth layer by removing the SiO 2 mask 205, the T-shaped gate electrode 211 has a side portion below the T-shaped gate electrode 211 shown in FIG. As shown in FIG. The surface of the epitaxial growth layer other than the source electrode 209, the drain electrode 210, and the gate electrode 211 is all covered with the AlGaNOx layer 208.

前述の通り、本実施形態の製造方法によれば、例えばゲート電極が形成される位置に形成される再成長時SiO2マスク205の寸法を1μmかあるいはそれ以上とした場合でも、再成長速度及び時間の制御により、その開口部を例えば200nm程度にまで小さくでき、さらに酸化工程の後には開口部寸法は100nm程度にまで小さくなる。このような短ゲート長化が電子ビームリソグラフィではなく光学式ステッパーにより行えるので、より低コストにてT字型短ゲートを有するGaN系電界効果トランジスタを作製することが可能となる。また、本実施形態で示した製造方法によりT字型ゲート電極ではゲート電極下部の側部に空隙が形成されており、短ゲート長でかつ寄生容量が小さく高周波特性に優れたT字型ゲート電極を形成することが可能となる。また、前述の通り、電極以外の素子表面全てをAlGaNOx層208で覆う形で形成されており、素子分離特性が改善されリーク電流の小さな電界効果トランジスタを実現することも可能となる。 As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, for example, even when the size of the SiO 2 mask 205 at the time of regrowth formed at the position where the gate electrode is formed is 1 μm or more, the regrowth rate and By controlling the time, the opening can be reduced to, for example, about 200 nm, and the size of the opening is reduced to about 100 nm after the oxidation step. Such a shortening of the gate length can be performed by an optical stepper rather than electron beam lithography, so that a GaN field effect transistor having a T-shaped short gate can be manufactured at a lower cost. In addition, in the T-shaped gate electrode by the manufacturing method shown in the present embodiment, a gap is formed in the side portion below the gate electrode, and the T-shaped gate electrode has a short gate length, a small parasitic capacitance, and excellent high frequency characteristics. Can be formed. Further, as described above, the entire surface of the element other than the electrodes is formed so as to be covered with the AlGaNOx layer 208, so that it is possible to realize a field effect transistor with improved element isolation characteristics and a small leakage current.

(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態における電界効果トランジスタの断面図である。同図において、301はサファイア基板、302はAlNバッファ層、303はSiO2マスク、304はアンドープGaN層、305はn型AlGaN層、306はn型GaN層、307はAlGaNOx酸化膜層、308はTi/Al/Ni/Auソース電極、309はTi/Al/Ni/Auドレイン電極、310はPdSiゲート電極、311はSiN膜である。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a cross-sectional view of a field effect transistor according to the second embodiment of the present invention. In this figure, 301 is a sapphire substrate, 302 is an AlN buffer layer, 303 is a SiO 2 mask, 304 is an undoped GaN layer, 305 is an n-type AlGaN layer, 306 is an n-type GaN layer, 307 is an AlGaNOx oxide film layer, and 308 is Ti / Al / Ni / Au source electrode, 309 is a Ti / Al / Ni / Au drain electrode, 310 is a PdSi gate electrode, and 311 is a SiN film.

図3に示す電界効果トランジスタは、ソース・ドレイン電極間に微細段差を形成したAlGaN/GaNへテロ構造上にSiNマスクをまたぐ形でn型GaN層を再成長し前記再成長部分の側壁を選択酸化した後に、SiNマスクの一部を除去し形成された開口部分にT型のゲート電極が形成されている窒化物半導体を用いたものである。ここではサファイア基板301上にSiO2マスク303を例えばゲート電極と平行にストライプ状に形成し、その上にアンドープGaN 層304(層厚3μm)を再成長することで、例えば転位密度を1×106cm-2程度にまで低減し、その上にn型AlGaN層 305(層厚25nm)がこの順に形成され、例えば1μm程度の幅で前記AlGaN/GaN構造の一部に段差が形成され、この段差上にストライプ状の例えば100nmの幅の開口部を有するSiN膜311が形成され、これを覆う形でn型GaN層306が再成長されており、前記再成長のn型GaN層306の側壁が酸化され、この酸化層すなわちAlGaNOx酸化膜層307及び前記SiN膜311に挟み込まれる形でT字型PdSiゲート電極310が形成されている。 In the field effect transistor shown in FIG. 3, an n-type GaN layer is regrown on an AlGaN / GaN heterostructure in which a fine step is formed between the source and drain electrodes, and the sidewall of the regrown portion is selected. After the oxidation, a nitride semiconductor in which a T-type gate electrode is formed in an opening formed by removing a part of the SiN mask is used. Here, an SiO 2 mask 303 is formed on the sapphire substrate 301 in a stripe shape, for example, parallel to the gate electrode, and an undoped GaN layer 304 (layer thickness 3 μm) is regrown thereon, for example, to achieve a dislocation density of 1 × 10 6. was reduced to approximately 6 cm -2, n-type AlGaN layer 305 is formed thereon (thickness 25 nm) are formed in this order, a step is formed on a part of the AlGaN / GaN structure, for example, approximately 1μm wide, the A striped SiN film 311 having an opening with a width of, for example, 100 nm is formed on the step, and the n-type GaN layer 306 is regrown so as to cover the SiN film 311, and the side wall of the regrown n-type GaN layer 306 is formed. The T-shaped PdSi gate electrode 310 is formed so as to be sandwiched between the oxide layer, that is, the AlGaNOx oxide film layer 307 and the SiN film 311.

本実施形態では第1の実施形態と異なりAlGaN/GaN構造を選択的にエッチングしその側面に接する形で例えば1×1019cm-3程度にまで高濃度にSiドーピングされた低抵抗のn型GaN層306を形成し、第1の実施形態と異なり電流がAlGaN/GaNヘテロ接合部分を越えて流れることがないため、より直列抵抗が低減された構成となっている。また第1の実施形態では空隙であったT字型ゲート電極下部の側方がSiN膜311となっており、SiN膜311でゲート側方をパッシベーションしているので、GaN系電界効果トランジスタで報告のある、ドレイン電圧を大きくした後にドレイン電流が減少する、いわゆる電流コラプス現象が生じない。ここでは電流コラプスの抑制に効果を生じる限りはSiNに代わり、例えばSiONやAl2O3、TiO2、Ta2O5などが形成されていても良い。本実施形態では短ゲート長化による高性能化に加え、大電力動作にも適した電界効果トランジスタを実現することが可能となる。 In this embodiment, unlike the first embodiment, an AlGaN / GaN structure is selectively etched and in contact with its side surface, for example, a low resistance n-type doped with Si at a high concentration of about 1 × 10 19 cm −3. Unlike the first embodiment, the GaN layer 306 is formed, and the current does not flow beyond the AlGaN / GaN heterojunction portion, so that the series resistance is further reduced. In the first embodiment, the side of the lower part of the T-shaped gate electrode, which was a gap in the first embodiment, is a SiN film 311, and the gate side is passivated by the SiN film 311. There is no so-called current collapse phenomenon in which the drain current decreases after increasing the drain voltage. Here, SiON, Al 2 O 3 , TiO 2 , Ta 2 O 5, or the like may be formed instead of SiN as long as the current collapse is effectively suppressed. In the present embodiment, it is possible to realize a field effect transistor suitable for high power operation in addition to high performance by shortening the gate length.

また、第1の実施形態と同様、ゲート電極310側部に形成されたAlGaNOx酸化膜層307によりゲート電極310とソース電極308あるいはドレイン電極309との間のn型GaN層306を介したリーク電流が低減され、例えばソース・ゲート電極間の耐圧を向上させる効果がある。また前記側壁の酸化は(0001)面方向の酸化速度よりも大きいため、前記側壁の酸化工程時にはT字型ゲート下部の寸法、いわゆるゲート長が再成長時のn型GaN層306の開口部寸法よりもさらに小さくできる。前記段差の寸法を1μm程度とした場合でも再成長後に例えば200nm程度の開口部とし、さらに選択酸化により100nm程度の開口部にでき、この開口部を介してT字型のゲート電極310を形成することにより、100nm程度の短ゲート長を形成するためのフォトリソグラフィ工程を例えば電子ビーム(EB)描画を使用せずにステッパー露光により実現することが可能であり、前記フォトリソグラフィ工程に要する時間を大幅に低減でき、低コストにて短ゲート長を有する電界効果トランジスタを作製することが可能となる。   Similarly to the first embodiment, the leakage current through the n-type GaN layer 306 between the gate electrode 310 and the source electrode 308 or the drain electrode 309 is caused by the AlGaNOx oxide film layer 307 formed on the side of the gate electrode 310. For example, there is an effect of improving the breakdown voltage between the source and gate electrodes. Further, since the oxidation of the side wall is larger than the oxidation rate in the (0001) plane direction, the dimension of the bottom of the T-shaped gate during the side wall oxidation process, that is, the so-called gate length is the size of the opening of the n-type GaN layer 306 during regrowth. Can be even smaller. Even when the dimension of the step is about 1 μm, an opening of about 200 nm can be formed after re-growth, and an opening of about 100 nm can be formed by selective oxidation, and the T-shaped gate electrode 310 is formed through this opening. Therefore, it is possible to realize a photolithography process for forming a short gate length of about 100 nm by stepper exposure without using, for example, electron beam (EB) drawing, greatly increasing the time required for the photolithography process. Thus, a field effect transistor having a short gate length can be manufactured at low cost.

さらに、ソース、ドレイン及びゲート電極以外の表面部分は全てAlGaNOx酸化膜層307で覆われており、素子間リーク電流が大幅に低減されている。ソース電極308及びドレイン電極309はTi/Al/Ni/Auを用い、それぞれn型GaN層306上に選択的に形成されたAlGaNOx酸化膜層307の開口部上に形成されている。前記ソース電極308及びドレイン電極309下部には表層にSiが選択的に高濃度ドーピングされており、オーミックコンタクト抵抗が、例えば2×10-6Ωcm2程度にまで低減されている。ゲートフィンガーの方向としてはアンドープGaN層304の<11-20>方向であり、より再成長面の直線性が向上していることが望ましい。前述の通り、第1の実施形態と比べAlGaN/GaNへテロ障壁を介さずに2次元電子ガスチャネルに電流を流すことができ、またGaN中ではAlGaN中に比べSiのイオン化エネルギーが小さく、よりキャリア濃度を大きくできる、またソース及びドレイン電極のオーミックコンタクト抵抗はAlGaN上よりもGaN上のほうが小さくできるので、より直列抵抗の小さな電界効果トランジスタを実現することが可能となる。 Further, all surface portions other than the source, drain and gate electrodes are covered with the AlGaNOx oxide film layer 307, and the leak current between elements is greatly reduced. The source electrode 308 and the drain electrode 309 are made of Ti / Al / Ni / Au and are formed on the openings of the AlGaNOx oxide film layer 307 selectively formed on the n-type GaN layer 306, respectively. Under the source electrode 308 and the drain electrode 309, Si is selectively heavily doped in the surface layer, and the ohmic contact resistance is reduced to, for example, about 2 × 10 −6 Ωcm 2 . The direction of the gate finger is the <11-20> direction of the undoped GaN layer 304, and it is desirable that the linearity of the regrowth surface is further improved. As described above, compared to the first embodiment, current can flow through the two-dimensional electron gas channel without passing through the AlGaN / GaN heterobarrier, and the ionization energy of Si is smaller in GaN than in AlGaN. Since the carrier concentration can be increased and the ohmic contact resistance of the source and drain electrodes can be made smaller on GaN than on AlGaN, a field effect transistor with smaller series resistance can be realized.

従って、本実施形態では、n型AlGaN/アンドープGaNのヘテロ接合電界効果トランジスタにおいてT型ゲート電極がn型GaN層306とAlGaNOx酸化膜層307に挟み込まれる形でかつゲート電極は前記酸化膜層及びSiN膜311に接する形で形成されており、酸化時に酸化膜が横方向に成長することを利用して、再成長時のゲート開口部寸法よりもさらに小さな開口部寸法にでき、短ゲート長化を、例えばステッパー露光などの低コストな手法により実現できる。T字型のゲート電極310の側部がSiN膜311で覆われており、第1の実施形態の場合に比べて電流コラプス現象が抑制され、より高出力動作が可能である。   Therefore, in the present embodiment, in the n-type AlGaN / undoped GaN heterojunction field effect transistor, the T-type gate electrode is sandwiched between the n-type GaN layer 306 and the AlGaNOx oxide film layer 307, and the gate electrode is the oxide film layer and It is formed in contact with the SiN film 311. By utilizing the fact that the oxide film grows in the lateral direction during oxidation, the gate opening size can be made smaller than the gate opening size during regrowth, and the gate length can be shortened. Can be realized by a low-cost technique such as stepper exposure. The side portion of the T-shaped gate electrode 310 is covered with the SiN film 311, and the current collapse phenomenon is suppressed as compared with the case of the first embodiment, and a higher output operation is possible.

さらに高濃度のn型GaN層306を介し、またヘテロ界面を介さずに電流を流す構造とし、n型GaNはAlGaNに比べ抵抗率を小さくまた、コンタクト抵抗が小さくできるので、より直列抵抗の小さな電界効果トランジスタを実現することが可能となる。また、電極以外の素子表面全てをAlGaNOx酸化膜層307で覆う形で形成しており、素子分離特性も改善されている。   Furthermore, the structure is such that a current flows through the high-concentration n-type GaN layer 306 and not through the heterointerface, and the n-type GaN has a lower resistivity than AlGaN and a smaller contact resistance, and therefore has a lower series resistance. A field effect transistor can be realized. Further, the entire element surface other than the electrodes is formed to be covered with the AlGaNOx oxide film layer 307, and the element isolation characteristics are also improved.

図3に示す電界効果トランジスタの製造は、例えば図4に示す製造方法により行われる。図4は、本発明の第2の実施形態における電界効果トランジスタの製造方法を示す構成図である。同図において、401はサファイア基板、402はAlNバッファ層、403はSiO2マスク、404はアンドープGaN層、405はn型AlGaN層、406はSiN膜、407はn型GaN層、408はSiマスク、409はAlGaNOx酸化膜層、410はTi/Al/Ni/Auソース電極、411はTi/Al/Ni/Auドレイン電極、412はPdSiゲート電極である。再成長前にソース及びドレイン電極が形成される領域のAlGaN層を除去しn型GaNを再成長している点が図2の実施形態と異なっている。 The field effect transistor shown in FIG. 3 is manufactured by, for example, the manufacturing method shown in FIG. FIG. 4 is a configuration diagram showing a method for manufacturing a field effect transistor according to the second embodiment of the present invention. In the figure, 401 is a sapphire substrate, 402 is an AlN buffer layer, 403 is an SiO 2 mask, 404 is an undoped GaN layer, 405 is an n-type AlGaN layer, 406 is an SiN film, 407 is an n-type GaN layer, and 408 is an Si mask. , 409 are AlGaNOx oxide film layers, 410 is a Ti / Al / Ni / Au source electrode, 411 is a Ti / Al / Ni / Au drain electrode, and 412 is a PdSi gate electrode. The point that the AlGaN layer in the region where the source and drain electrodes are formed is removed and the n-type GaN is regrown before the regrowth is different from the embodiment of FIG.

まず、サファイア基板401の(0001)面上にMOCVD法により、1μm厚のAlNバッファ層402、さらにCVD法によりSiO2マスク403(層厚100nm)を形成する。このSiO2マスク403を例えば10μm幅で2μmの開口部を有する形でストライプ状にパターニングし(図4(a))、その上にMOCVD法によりアンドープGaN層404(層厚3μm)、n型AlGaN層405(層厚25nm)をこの順に形成する。さらに、例えばプラズマCVD法によりSiN膜406(層厚300nm)をn型AlGaN層405上に形成する(図4(b))。このSiN膜406で覆われたエピタキシャル成長層に対し、図4(c)に示すように例えばドライエッチングによりソース及びドレイン電極間のトランジスタ領域以外の部分のSiN膜406、n型AlGaN層405及びアンドープGaN層404の一部を選択的に除去した後に、このSiN膜406をマスクとして、例えば50nmのn型GaN層407をMOCVDにより選択成長する。再成長はSiN膜406上での開口部幅が例えば200nmとなるところで成長を停止する。この再成長層でのキャリア濃度は例えば1×1019cm-3と高濃度にしている(図4(d))。 First, an AlN buffer layer 402 having a thickness of 1 μm is formed on the (0001) surface of the sapphire substrate 401 by MOCVD, and an SiO 2 mask 403 (layer thickness 100 nm) is further formed by CVD. This SiO 2 mask 403 is patterned into a stripe shape with an opening of 10 μm width and 2 μm, for example (FIG. 4A), and an undoped GaN layer 404 (layer thickness 3 μm) is formed thereon by MOCVD, and n-type AlGaN A layer 405 (layer thickness: 25 nm) is formed in this order. Further, a SiN film 406 (layer thickness 300 nm) is formed on the n-type AlGaN layer 405 by, for example, plasma CVD (FIG. 4B). For the epitaxially grown layer covered with this SiN film 406, as shown in FIG. 4C, the SiN film 406, the n-type AlGaN layer 405, and the undoped GaN other than the transistor region between the source and drain electrodes, for example, by dry etching, as shown in FIG. After selectively removing a part of the layer 404, for example, a 50 nm n-type GaN layer 407 is selectively grown by MOCVD using the SiN film 406 as a mask. The regrowth stops when the opening width on the SiN film 406 becomes 200 nm, for example. The carrier concentration in this regrowth layer is set to a high concentration of, for example, 1 × 10 19 cm −3 (FIG. 4D).

続いて、素子分離領域のn型GaN層407及びアンドープGaN層404の一部を例えばドライエッチングにより除去する。さらにソース及びドレイン電極を形成するn型GaN層407の表面部分にSiマスク408を例えば電子ビーム蒸着とリフトオフ法により形成する(図4(e))。これらSiN膜406及びSiマスク408が形成されたn型GaN層407を例えばO2雰囲気中1000℃で4時間熱処理することにより、前記n型GaN層407を選択酸化してAlGaNOx層409を形成する(図4(f))。この酸化工程によりSiマスク408からSiがn型GaN層407側へ拡散し、n型GaN層407の表面でのSi濃度が増加するため、ソース・ドレイン電極のオーミックコンタクト抵抗が大幅に低減する。 Subsequently, the n-type GaN layer 407 and the undoped GaN layer 404 in the element isolation region are partially removed by dry etching, for example. Further, a Si mask 408 is formed on the surface portion of the n-type GaN layer 407 where the source and drain electrodes are to be formed by, for example, electron beam evaporation and a lift-off method (FIG. 4E). The n-type GaN layer 407 on which the SiN film 406 and the Si mask 408 are formed is heat-treated in an O 2 atmosphere at 1000 ° C. for 4 hours, for example, so that the n-type GaN layer 407 is selectively oxidized to form an AlGaNOx layer 409. (FIG. 4 (f)). This oxidation process diffuses Si from the Si mask 408 to the n-type GaN layer 407 side and increases the Si concentration on the surface of the n-type GaN layer 407, so that the ohmic contact resistance of the source / drain electrodes is greatly reduced.

第1の実施形態ではAlGaN上にソース及びドレイン電極を形成していたが、本実施形態ではn型GaN層407上に電極を形成しているため、さらにオーミックコンタクト抵抗を低減でき5×10-6Ωcm2以下のコンタクト抵抗を実現できている。また、選択成長したn型GaN層407の側壁部分では酸化膜厚が例えば(0001)面上よりも5倍程度厚く酸化されている。このため、前記再成長層の開口部幅は再成長後は200nmであったものが100nmにまで短くなる。 In the first embodiment, was to form a source and a drain electrode on the AlGaN, since in this embodiment to form the electrode on the n-type GaN layer 407, it can be further reduced ohmic contact resistance 5 × 10 - A contact resistance of 6 Ωcm 2 or less can be realized. Further, the oxide film thickness is oxidized about 5 times thicker than the (0001) plane, for example, on the side wall portion of the selectively grown n-type GaN layer 407. For this reason, the width of the opening of the regrowth layer is 200 nm after the regrowth but is reduced to 100 nm.

続いて、例えばフッ硝酸溶液によりSiマスク408をウェットエッチングする。ここではSiN膜406はエッチングされず、Siマスク408のみがエッチングされるようにエッチング液を作製する。あるいはSiマスク408のみをドライエッチングにより除去する形でも良い。Siマスク408が形成されていたn型部分に例えばTi/Al/Ni/Auによりソース電極410及びドレイン電極411として形成する(図4(g))。   Subsequently, the Si mask 408 is wet etched with, for example, a hydrofluoric acid solution. Here, the etching solution is prepared so that the SiN film 406 is not etched and only the Si mask 408 is etched. Alternatively, only the Si mask 408 may be removed by dry etching. A source electrode 410 and a drain electrode 411 are formed of Ti / Al / Ni / Au, for example, on the n-type portion where the Si mask 408 has been formed (FIG. 4G).

さらにT字型のゲート電極412を形成する工程に先立ち、AlGaNOx層409で覆われたn型GaN層407の開口部のSiN膜406をRIEにより除去し、その後にPdSiよりなるT字型のゲート電極412を形成する(図4(h))。RIEは例えばCF4及びO2の混合ガスを使用し行うことでAlGaNOxは除去されず、SiNのみをエッチングすることが可能となる。 Further, prior to the step of forming the T-shaped gate electrode 412, the SiN film 406 in the opening of the n-type GaN layer 407 covered with the AlGaNOx layer 409 is removed by RIE, and then the T-shaped gate made of PdSi. An electrode 412 is formed (FIG. 4H). For example, when RIE is performed using a mixed gas of CF 4 and O 2 , AlGaNOx is not removed, and only SiN can be etched.

この製造方法により、第1の実施形態と同様、より低コストにて高周波特性の良好なT字型短ゲートを有するGaN系電界効果トランジスタを作製することが可能となると共に、T字型ゲートの側部がSiN膜で覆われているので電流コラプス現象が生じることがなく大電力動作が可能となる。また、前述の通り、直列抵抗が小さく、リーク電流の小さな電界効果トランジスタを実現することが可能となる。   This manufacturing method makes it possible to produce a GaN-based field effect transistor having a T-shaped short gate with good high-frequency characteristics at a lower cost, as in the first embodiment. Since the side portions are covered with the SiN film, the current collapse phenomenon does not occur and high power operation is possible. Further, as described above, it is possible to realize a field effect transistor having a small series resistance and a small leakage current.

上記第1および第2の実施形態で用いたサファイア基板はいかなる面方位でも良く、例えば(0001)面等の代表面からオフアングルのついた面方位であっても良い。とくに(11-20)面や(1-100)面などの無極性面上では分極の影響を受けずにノーマリオフ特性を示すトランジスタを容易に構成できるという点で有利である。基板はGaNあるいはSiCあるいはZnOあるいはSiあるいはGaAsあるいはGaPあるいはInPあるいはLiGaO2あるいはLiAlO2あるいはこれらの混晶などであっても良い。バッファ層はAlN層のみならず、バッファ層上に良好なGaN結晶が形成できる限りはGaNあるいはいかなる組成比の窒化物半導体層であっても良い。ここで示した電界効果トランジスタのエピタキシャル成長層は所望のトランジスタ特性が実現できる限りはいかなる組成比、あるいはいかなる多層構造を含んでも良く、その結晶成長方法はMOCVDでなく、例えば、分子線エピタキシー(Molecular Beam Epitaxy:MBE)あるいはハイドライド気相成長法(Hydride Vapor Phase Epitaxy:HVPE)による層を含む形でも良い。前記電界効果トランジスタのエピタキシャル成長層はAs,PなどのV族元素あるいはBなどのIII族元素を構成元素として含んでいても良い。 The sapphire substrate used in the first and second embodiments may have any plane orientation, for example, a plane orientation with an off-angle from a representative plane such as the (0001) plane. In particular, it is advantageous in that a transistor exhibiting normally-off characteristics can be easily formed on nonpolar surfaces such as the (11-20) plane and the (1-100) plane without being influenced by polarization. The substrate may be an GaN or SiC or ZnO or Si or GaAs or GaP or InP or LiGaO 2 or LiAlO 2 or mixed crystal thereof. The buffer layer is not limited to the AlN layer, and may be GaN or a nitride semiconductor layer having any composition ratio as long as a good GaN crystal can be formed on the buffer layer. The epitaxial growth layer of the field effect transistor shown here may include any composition ratio or any multilayer structure as long as the desired transistor characteristics can be realized, and the crystal growth method is not MOCVD, for example, molecular beam epitaxy (Molecular Beam Epitaxy). Epitaxy (MBE) or hydride vapor phase epitaxy (HVPE) may be included. The epitaxial growth layer of the field effect transistor may contain a group V element such as As or P or a group III element such as B as a constituent element.

本発明にかかる電界効果トランジスタは、携帯電話の送受信回路やミリ波レーダ等で用いられる高周波トランジスタとして有用である。   The field effect transistor according to the present invention is useful as a high-frequency transistor used in a mobile phone transmission / reception circuit, a millimeter wave radar, or the like.

本発明の第1の実施形態における電界効果トランジスタを示す断面図Sectional drawing which shows the field effect transistor in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施形態における電界効果トランジスタの製造方法を示す構成断面図Sectional drawing which shows the manufacturing method of the field effect transistor in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態における電界効果トランジスタを示す断面図Sectional drawing which shows the field effect transistor in the 2nd Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態における電界効果トランジスタの製造方法を示す構成断面図Sectional drawing which shows the manufacturing method of the field effect transistor in the 2nd Embodiment of this invention 従来例における電界効果トランジスタの断面図Sectional view of a conventional field effect transistor

符号の説明Explanation of symbols

101 サファイア基板
102 AlNバッファ層
103 アンドープGaN層
104 第1のn型AlGaN層
105 第2のn型AlGaN層
106 AlGaNOx酸化膜層
107 空隙
108 ソース電極
109 ドレイン電極
110 ゲート電極
201 サファイア基板
202 AlNバッファ層
203 アンドープGaN層
204 第1のn型AlGaN層
205 SiO2マスク
206 第2のn型AlGaN層
207 Siマスク
208 AlGaNOx酸化膜層
209 ソース電極
210 ドレイン電極
211 ゲート電極
301 サファイア基板
302 AlNバッファ層
303 SiO2マスク
304 アンドープGaN層
305 n型AlGaN層
306 n型GaN層
307 AlGaNOx酸化膜層
308 ソース電極
309 ドレイン電極
310 ゲート電極
311 SiN膜
401 サファイア基板
402 AlNバッファ層
403 SiO2マスク
404 アンドープGaN層
405 n型AlGaN層
406 SiN膜
407 n型GaN層
408 Siマスク
409 AlGaNOx酸化膜層
410 ソース電極
411 ドレイン電極
412 ゲート電極
101 Sapphire substrate
102 AlN buffer layer
103 Undoped GaN layer
104 First n-type AlGaN layer
105 Second n-type AlGaN layer
106 AlGaNOx oxide layer
107 gap
108 Source electrode
109 Drain electrode
110 Gate electrode
201 Sapphire substrate
202 AlN buffer layer
203 Undoped GaN layer
204 First n-type AlGaN layer
205 SiO 2 mask
206 Second n-type AlGaN layer
207 Si mask
208 AlGaNOx oxide layer
209 Source electrode
210 Drain electrode
211 Gate electrode
301 Sapphire substrate
302 AlN buffer layer
303 SiO 2 mask
304 Undoped GaN layer
305 n-type AlGaN layer
306 n-type GaN layer
307 AlGaNOx oxide layer
308 Source electrode
309 Drain electrode
310 Gate electrode
311 SiN film
401 Sapphire substrate
402 AlN buffer layer
403 SiO 2 mask
404 Undoped GaN layer
405 n-type AlGaN layer
406 SiN film
407 n-type GaN layer
408 Si mask
409 AlGaNOx oxide layer
410 Source electrode
411 Drain electrode
412 Gate electrode

Claims (37)

第1の半導体層と、前記第1の半導体層の上に形成された第2の半導体層と、前記第2の半導体層に形成された開口部と、前記開口部内に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極と前記第2の半導体層との間に形成された空隙とを有することを特徴とする電界効果トランジスタ。 A first semiconductor layer; a second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer; an opening formed in the second semiconductor layer; a gate electrode provided in the opening; A field effect transistor comprising a gap formed between the gate electrode and the second semiconductor layer. 前記第2の半導体層の上に形成され、かつ前記ゲート電極に接する絶縁膜を有することを特徴とする請求項1記載の電界効果トランジスタ。 2. The field effect transistor according to claim 1, further comprising an insulating film formed on the second semiconductor layer and in contact with the gate electrode. 前記絶縁膜が前記第2の半導体層の酸化膜であることを特徴とする請求項2記載の電界効果トランジスタ。 3. The field effect transistor according to claim 2, wherein the insulating film is an oxide film of the second semiconductor layer. 第1の半導体層と、前記第1の半導体層の上に形成された第2の半導体層と、前記第2の半導体層に形成された開口部と、前記開口部内に設けられたゲート電極と、前記ゲート電極と前記第2の半導体層との間に形成された誘電体層とを有することを特徴とする電界効果トランジスタ。 A first semiconductor layer; a second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer; an opening formed in the second semiconductor layer; a gate electrode provided in the opening; A field effect transistor comprising a dielectric layer formed between the gate electrode and the second semiconductor layer. 前記第1の半導体層の上かつ前記ゲート電極を挟んで形成されたソース電極およびドレイン電極と、前記ソース電極と前記ゲート電極との間及び前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間にある前記第2の半導体層の表面を覆う絶縁膜とを有することを特徴とする請求項2、3または4記載の電界効果トランジスタ。 A source electrode and a drain electrode formed on the first semiconductor layer and sandwiching the gate electrode; and the first electrode between the source electrode and the gate electrode and between the drain electrode and the gate electrode. 5. The field effect transistor according to claim 2, further comprising an insulating film covering a surface of the semiconductor layer. 前記第2の半導体層の上面部よりも側面部にて前記絶縁膜の膜厚が大きいことを特徴とする請求項5記載の電界効果トランジスタ。 6. The field effect transistor according to claim 5, wherein the film thickness of the insulating film is larger at the side surface than at the upper surface of the second semiconductor layer. 前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とで構成元素の組成比が相異なることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の電界効果トランジスタ。 7. The field effect transistor according to claim 1, wherein the composition ratio of constituent elements is different between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. 8. 前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とで含有するキャリア濃度が相異なることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1つに記載の電界効果トランジスタ。 The field effect transistor according to any one of claims 1 to 7, wherein the first semiconductor layer and the second semiconductor layer have different carrier concentrations. 第1の半導体層と、前記第1の半導体層の上の所定の領域に形成されかつ前記第1の半導体層とヘテロ接合をなす第2の半導体層と、前記第1および前記第2の半導体層の上に形成された第3の半導体層と、前記第3の半導体層に形成された開口部と、前記開口部内に設けられかつ前記第2の半導体層に接するゲート電極とを有することを特徴とする電界効果トランジスタ。 A first semiconductor layer; a second semiconductor layer formed in a predetermined region on the first semiconductor layer and forming a heterojunction with the first semiconductor layer; and the first and second semiconductors A third semiconductor layer formed on the layer; an opening formed in the third semiconductor layer; and a gate electrode provided in the opening and in contact with the second semiconductor layer. A characteristic field effect transistor. 前記ヘテロ接合の界面にて2次元電子ガスが形成されていることを特徴とする請求項9記載の電界効果トランジスタ。 The field effect transistor according to claim 9, wherein a two-dimensional electron gas is formed at an interface of the heterojunction. 前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との間に形成された空隙を有することを特徴とする請求項9記載の電界効果トランジスタ。 10. The field effect transistor according to claim 9, further comprising a gap formed between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer. 前記第2の半導体層と前記第3の半導体層との間に形成された誘電体層を有し、前記開口部が前記誘電体層に設けられたことを特徴とする請求項9記載の電界効果トランジスタ。 The electric field according to claim 9, further comprising a dielectric layer formed between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer, wherein the opening is provided in the dielectric layer. Effect transistor. 前記ゲート電極を間に配置するように前記第1および前記第3の半導体層に設けられた2つの段差部と、前記第3の半導体層の上かつ前記ゲート電極を挟んで形成されたソース電極およびドレイン電極とを有することを特徴とする請求項9記載の電界効果トランジスタ。 Two step portions provided in the first and third semiconductor layers so as to interpose the gate electrode, and a source electrode formed on the third semiconductor layer and sandwiching the gate electrode 10. The field effect transistor according to claim 9, further comprising a drain electrode. 前記ソース電極と前記ドレイン電極とは前記第2の半導体層を挟んで配置されたことを特徴とする請求項13記載の電界効果トランジスタ。 14. The field effect transistor according to claim 13, wherein the source electrode and the drain electrode are disposed with the second semiconductor layer interposed therebetween. 前記第3の半導体層のキャリア濃度が前記第1の半導体層のうち前記ゲート電極が接している部分のキャリア濃度よりも大きいことを特徴とする請求項9ないし14のいずれか1つに記載の電界効果トランジスタ。 15. The carrier concentration of the third semiconductor layer is higher than a carrier concentration of a portion of the first semiconductor layer that is in contact with the gate electrode. Field effect transistor. 前記第3の半導体層のキャリア濃度が1×1019cm-3以上であることを特徴とする請求項9ないし15のいずれか1つに記載の電界効果トランジスタ。 16. The field effect transistor according to claim 9, wherein the carrier concentration of the third semiconductor layer is 1 × 10 19 cm −3 or more. 前記第3の半導体層が前記ソース電極及び前記ドレイン電極と接している部分の下方で不純物が拡散し高濃度に添加してなる領域を有することを特徴とする請求項9記載の電界効果トランジスタ。 10. The field effect transistor according to claim 9, wherein the third semiconductor layer has a region in which impurities are diffused and added at a high concentration below a portion in contact with the source electrode and the drain electrode. 前記ゲート電極下方の前記第1の半導体層の結晶欠陥密度が107cm2以下であることを特徴とする請求項1ないし17のいずれか1つに記載の電界効果トランジスタ。 18. The field effect transistor according to claim 1, wherein a crystal defect density of the first semiconductor layer below the gate electrode is 10 7 cm 2 or less. 前記ゲート電極の下方にマスク層が形成されていることを特徴とする請求項18記載の電界効果トランジスタ。 19. The field effect transistor according to claim 18, wherein a mask layer is formed below the gate electrode. 前記半導体層がIII族窒化物半導体により構成されていることを特徴とする請求項1ないし19のいずれか1つに記載の電界効果トランジスタ。 20. The field effect transistor according to claim 1, wherein the semiconductor layer is made of a group III nitride semiconductor. 前記誘電体層はSiNよりなることを特徴とする請求項4または12記載の電界効果トランジスタ。 13. The field effect transistor according to claim 4, wherein the dielectric layer is made of SiN. 前記半導体層が(0001)面上に形成されており、前記ゲート電極が<11-20>方向の直線状に形成されていることを特徴とする請求項20記載の電界効果トランジスタ。 21. The field effect transistor according to claim 20, wherein the semiconductor layer is formed on a (0001) plane, and the gate electrode is formed in a straight line in the <11-20> direction. 前記第2の半導体層がAlGaNよりなることを特徴とする請求項1ないし19のいずれか1つに記載の電界効果トランジスタ。 20. The field effect transistor according to claim 1, wherein the second semiconductor layer is made of AlGaN. 前記第1の半導体層がAlGaNよりなり、前記第2の半導体層のAlGaN層のAl組成が前記第1の半導体層のAl組成よりも大きいことを特徴とする請求項23記載の電界効果トランジスタ。 The field effect transistor according to claim 23, wherein the first semiconductor layer is made of AlGaN, and the Al composition of the AlGaN layer of the second semiconductor layer is larger than the Al composition of the first semiconductor layer. 前記第2の半導体層がAlxGa1-xN(0<x≦1)よりなり、前記第3の半導体層がGaNよりなることを特徴とする請求項9ないし19のいずれか1つに記載の電界効果トランジスタ。 20. The method according to claim 9, wherein the second semiconductor layer is made of Al x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1), and the third semiconductor layer is made of GaN. The field effect transistor as described. 前記第2の半導体層にSiが添加されていることを特徴とする請求項20、23または25記載の電界効果トランジスタ。 26. The field effect transistor according to claim 20, 23, or 25, wherein Si is added to the second semiconductor layer. 前記半導体層が基板上に形成されており、前記基板がサファイア、SiC、GaN、AlN、MgO、LiGaO2、LiAlO2、またはLiGaO2とLiAlO2との混晶のうちいずれかにより構成されていることを特徴とする請求項20記載の電界効果トランジスタ。 The semiconductor layer is formed on a substrate, and the substrate is made of any of sapphire, SiC, GaN, AlN, MgO, LiGaO 2 , LiAlO 2 , or a mixed crystal of LiGaO 2 and LiAlO 2 . The field effect transistor according to claim 20. 前記マスク層はSiO2層またはSiN層を有することを特徴とする請求項19記載の電界効果トランジスタ。 The mask layer is a field-effect transistor of claim 19, characterized in that it comprises a SiO 2 layer or SiN layer. 前記ゲート電極の断面形状はT字であることを特徴とする請求項1ないし28のいずれか1つに記載の電界効果トランジスタ。 29. The field effect transistor according to claim 1, wherein a cross-sectional shape of the gate electrode is T-shaped. 基板上に第1の半導体層を形成する工程と、前記第1の半導体層上に誘電膜マスク層を選択的に形成する工程と、前記第1の半導体層上及び前記誘電膜マスク層上に、前記誘電膜マスク層上での開口幅が前記誘電膜マスク層の幅よりも小さくなるように第2の半導体層を形成する工程と、前記誘電膜マスク層の全てあるいはその一部を除去する工程と、前記誘電膜マスク層の除去により前記第2の半導体層の開口部の内部にて露出した前記第1の半導体層表面に接する形でゲート電極を形成する工程と、前記第2の半導体層上にソース電極及びドレイン電極を形成する工程とを有することを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。 Forming a first semiconductor layer on the substrate; selectively forming a dielectric mask layer on the first semiconductor layer; and on the first semiconductor layer and the dielectric mask layer. Forming a second semiconductor layer so that an opening width on the dielectric mask layer is smaller than a width of the dielectric mask layer, and removing all or a part of the dielectric mask layer. Forming a gate electrode in contact with the surface of the first semiconductor layer exposed inside the opening of the second semiconductor layer by removing the dielectric mask layer, and the second semiconductor And a step of forming a source electrode and a drain electrode on the layer. 前記誘電膜マスク層を除去して前記ゲート電極と前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層との間に空隙が形成されることを特徴とする請求項30記載の電界効果トランジスタの製造方法。 31. The field effect transistor according to claim 30, wherein a gap is formed between the gate electrode and the first semiconductor layer and the second semiconductor layer by removing the dielectric mask layer. Method. 前記誘電膜マスク層のうち、前記第2の半導体層の開口部にて表面に露出している部分のみを選択的に除去し、前記ゲート電極の側方にて前記誘電膜マスク層が前記ゲート電極に接するよう形成することを特徴とする請求項30記載の電界効果トランジスタの製造方法。 Of the dielectric film mask layer, only a portion exposed to the surface at the opening of the second semiconductor layer is selectively removed, and the dielectric film mask layer is located on the side of the gate electrode. 31. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 30, wherein the field effect transistor is formed so as to be in contact with an electrode. 前記誘電膜マスク層を除去する工程に先立ち、前記第2の半導体層を酸化する工程を含むことを特徴とする請求項30、31または32記載の電界効果トランジスタの製造方法。 33. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 30, 31 or 32, further comprising a step of oxidizing the second semiconductor layer prior to the step of removing the dielectric film mask layer. 前記酸化工程において、前記第2の半導体層の側壁における酸化層の膜厚が、前記第2の半導体層の上部における酸化層の膜厚よりも厚く形成することを特徴とする請求項33記載の電界効果トランジスタの製造方法。 34. The film forming method according to claim 33, wherein in the oxidation step, the oxide layer on the side wall of the second semiconductor layer is formed thicker than the oxide layer on the second semiconductor layer. A method of manufacturing a field effect transistor. 前記誘電膜マスク層を形成する工程の後に前記第1の半導体層をエッチングして前記誘電膜マスク層を間に有する2つの段差部を形成する工程を有し、前記工程の後に前記第1の半導体層上及び前記誘電膜マスク層上に前記第2の半導体層を形成することを特徴とする請求項30記載の電界効果トランジスタの製造方法。 Etching the first semiconductor layer after the step of forming the dielectric film mask layer to form two stepped portions having the dielectric film mask layer therebetween; 31. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 30, wherein the second semiconductor layer is formed on the semiconductor layer and the dielectric film mask layer. 前記第1の半導体層及び第2の半導体層は、有機金属気相成長法、分子線エピタキシー法またはハイドライド気相成長法を用いて行われることを特徴とする、請求項30ないし35のいずれか1つに記載の電界効果トランジスタの製造方法。 The first semiconductor layer and the second semiconductor layer are formed by metal organic vapor phase epitaxy, molecular beam epitaxy, or hydride vapor phase epitaxy. The manufacturing method of the field effect transistor as described in one. 前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層がIII族窒化物半導体により構成されていることを特徴とする請求項30ないし36の電界効果トランジスタの製造方法。 37. The method of manufacturing a field effect transistor according to claim 30, wherein the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are made of a group III nitride semiconductor.
JP2004361181A 2004-12-14 2004-12-14 Field effect transistor and manufacturing method thereof Withdrawn JP2006173241A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004361181A JP2006173241A (en) 2004-12-14 2004-12-14 Field effect transistor and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004361181A JP2006173241A (en) 2004-12-14 2004-12-14 Field effect transistor and manufacturing method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006173241A true JP2006173241A (en) 2006-06-29

Family

ID=36673676

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004361181A Withdrawn JP2006173241A (en) 2004-12-14 2004-12-14 Field effect transistor and manufacturing method thereof

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2006173241A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015008244A (en) * 2013-06-26 2015-01-15 三菱電機株式会社 Heterojunction field-effect transistor, and method of manufacturing the same
WO2015083304A1 (en) * 2013-12-06 2015-06-11 株式会社デンソー Semiconductor device and method for manufacturing same
JP2017501562A (en) * 2013-12-23 2017-01-12 インテル・コーポレーション Wide bandgap transistor on non-native semiconductor substrate and method of manufacturing the same
US10032911B2 (en) 2013-12-23 2018-07-24 Intel Corporation Wide band gap transistor on non-native semiconductor substrate
US10622470B2 (en) 2017-08-07 2020-04-14 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Process of forming nitride semiconductor device
CN111244026A (en) * 2018-11-28 2020-06-05 英飞凌科技股份有限公司 Ill-nitride devices and methods of making ohmic contacts for Ill-nitride-based devices

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015008244A (en) * 2013-06-26 2015-01-15 三菱電機株式会社 Heterojunction field-effect transistor, and method of manufacturing the same
WO2015083304A1 (en) * 2013-12-06 2015-06-11 株式会社デンソー Semiconductor device and method for manufacturing same
JP2015111633A (en) * 2013-12-06 2015-06-18 株式会社デンソー Semiconductor device and method of manufacturing the same
CN105814673A (en) * 2013-12-06 2016-07-27 株式会社电装 Semiconductor device and manufacturing method thereof
US10381469B2 (en) 2013-12-06 2019-08-13 Denso Corporation Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2017501562A (en) * 2013-12-23 2017-01-12 インテル・コーポレーション Wide bandgap transistor on non-native semiconductor substrate and method of manufacturing the same
US10032911B2 (en) 2013-12-23 2018-07-24 Intel Corporation Wide band gap transistor on non-native semiconductor substrate
US10580895B2 (en) 2013-12-23 2020-03-03 Intel Corporation Wide band gap transistors on non-native semiconductor substrates
US10622470B2 (en) 2017-08-07 2020-04-14 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Process of forming nitride semiconductor device
CN111244026A (en) * 2018-11-28 2020-06-05 英飞凌科技股份有限公司 Ill-nitride devices and methods of making ohmic contacts for Ill-nitride-based devices
US11728389B2 (en) 2018-11-28 2023-08-15 Infineon Technologies Ag Group III nitride device having an ohmic contact
CN111244026B (en) * 2018-11-28 2023-11-14 英飞凌科技股份有限公司 Group III nitride devices and methods of fabricating ohmic contacts for Group III nitride based devices

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7834380B2 (en) Field effect transistor and method for fabricating the same
US12034051B2 (en) Nitride-based semiconductor device and method of manufacturing the same
JP5208463B2 (en) Nitride semiconductor device and method for manufacturing nitride semiconductor device
US7432142B2 (en) Methods of fabricating nitride-based transistors having regrown ohmic contact regions
JP3716906B2 (en) Field effect transistor
US8941146B2 (en) Compound semiconductor device and manufacturing method
US20160293746A1 (en) Semiconductor device
JP5998446B2 (en) Compound semiconductor device and manufacturing method thereof
CN103035696B (en) Compound semiconductor device and the method for the manufacture of compound semiconductor device
JP5765171B2 (en) Method for manufacturing compound semiconductor device
US7465968B2 (en) Semiconductor device and method for fabricating the same
EP2068355A1 (en) Compound semiconductor device and process for producing the same
JP2006261642A (en) Field effect transistor and manufacturing method thereof
JP2013077629A (en) Compound semiconductor device and manufacturing method of the same
JP6343807B2 (en) Field effect transistor and manufacturing method thereof
JP2012169369A (en) Compound semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2006190991A (en) Field effect transistor and manufacturing method thereof
US11824110B2 (en) Field effect transistor and method for manufacturing same
US9691890B2 (en) Compound semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3966763B2 (en) GaN-based semiconductor device
JP2006173241A (en) Field effect transistor and manufacturing method thereof
JP5666992B2 (en) Field effect transistor and manufacturing method thereof
JP2017152467A (en) Field effect transistor and manufacturing method thereof
JP6245311B2 (en) Compound semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2012204577A (en) Nitride semiconductor device and method of manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071213

RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20080115

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20090327