JP6183145B2 - Compound semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、化合物半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a compound semiconductor device and a manufacturing method thereof.
窒化物半導体は、高い飽和電子速度及びワイドバンドギャップ等の特徴を有している。このため、これらの特性を利用して窒化物半導体を高耐圧及び高出力の半導体デバイスに適用することについて種々の検討が行われている。例えば、窒化物半導体の一種であるGaNのバンドギャップは3.4eVであり、Siのバンドギャップ(1.1eV)及びGaAsのバンドギャップ(1.4eV)よりも大きい。このため、GaNは、高い破壊電界強度を有しており、高電圧動作及び高出力を得る電源用の半導体デバイスの材料として極めて有望である。 A nitride semiconductor has characteristics such as a high saturation electron velocity and a wide band gap. For this reason, various studies have been conducted on applying nitride semiconductors to high breakdown voltage and high output semiconductor devices using these characteristics. For example, the band gap of GaN, which is a kind of nitride semiconductor, is 3.4 eV, which is larger than the band gap of Si (1.1 eV) and the band gap of GaAs (1.4 eV). For this reason, GaN has a high breakdown electric field strength and is extremely promising as a material for a semiconductor device for a power supply that obtains high voltage operation and high output.
窒化物半導体を用いた半導体デバイスとしては、電界効果トランジスタ、特に高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor:HEMT)についての報告が数多くなされている。例えば、GaN系HEMTでは、GaNをチャネル層、AlGaNをキャリア供給層として用いたAlGaN/GaN−HEMTが注目されている。AlGaN/GaN−HEMTでは、GaNとAlGaNとの格子定数差に起因した歪みがAlGaNに生じる。そして、この歪みにより発生したピエゾ分極及びAlGaNの自発分極により、高濃度の2次元電子ガス(2DEG)が得られる。そのため、AlGaN/GaN−HEMTは、高効率のスイッチ素子、電気自動車用等の高耐圧電力デバイス等として期待されている。 As semiconductor devices using nitride semiconductors, many reports have been made on field effect transistors, particularly high electron mobility transistors (HEMTs). For example, in a GaN-based HEMT, an AlGaN / GaN-HEMT using GaN as a channel layer and AlGaN as a carrier supply layer has attracted attention. In AlGaN / GaN-HEMT, strain is generated in AlGaN due to the difference in lattice constant between GaN and AlGaN. A high-concentration two-dimensional electron gas (2DEG) is obtained by the piezoelectric polarization generated by this strain and the spontaneous polarization of AlGaN. Therefore, AlGaN / GaN-HEMT is expected as a high-efficiency switch element, a high voltage power device for electric vehicles, and the like.
但し、結晶性が良好なGaN基板を製造することは極めて困難である。このため、従来、主として、Si基板、サファイア基板及びSiC基板上方に、GaN層及びAlGaN層等をヘテロエピタキシャル成長によって形成している。特にSi基板は、大口径で高品質のものを低コストにて入手しやすい。このため、Si基板上方にチャネル層及びキャリア供給層を成長させた構造についての研究が盛んに行われている。 However, it is extremely difficult to manufacture a GaN substrate with good crystallinity. For this reason, conventionally, a GaN layer, an AlGaN layer, and the like are mainly formed by heteroepitaxial growth above the Si substrate, sapphire substrate, and SiC substrate. In particular, a Si substrate having a large diameter and high quality is easily available at low cost. For this reason, research on a structure in which a channel layer and a carrier supply layer are grown above the Si substrate has been actively conducted.
しかしながら、Si基板を用いた従来のGaN系HEMTでは、ソース−ドレイン間を流れるリーク電流の抑制が困難である。このようなリーク電流は、動作効率の低下及び信頼性の低下を引き起こすことがある。 However, in a conventional GaN-based HEMT using a Si substrate, it is difficult to suppress the leakage current flowing between the source and the drain. Such a leakage current may cause a decrease in operating efficiency and a decrease in reliability.
本発明の目的は、ソース−ドレイン間を流れるリーク電流を抑制することができる化合物半導体装置及びその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a compound semiconductor device capable of suppressing a leakage current flowing between a source and a drain, and a manufacturing method thereof.
化合物半導体装置の一態様には、第1のAl組成の第1のAlGaN層及び前記第1のAlGaN層よりも薄く前記第1のAl組成より高い第2のAl組成の第2のAlGaN層の超格子バッファ層と、前記超格子バッファ層上方に形成されたチャネル層と、前記チャネル層上方に形成されたキャリア供給層と、前記キャリア供給層上方に形成されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、が設けられている。更に、前記超格子バッファ層と前記チャネル層との間に、前記第2のAlGaN層よりも厚い第4のAl組成の第4のAlGaN層と、前記第4のAlGaN層と前記チャネル層との間に、前記第2のAlGaN層より厚く、前記第4のAlGaN層よりも薄い第5のAl組成の第5のAlGaN層と、が設けられている。前記第1のAl組成は0以上1未満であり、前記第2のAl組成及び前記第5のAl組成は、0超1以下であり、前記第4のAl組成は前記第1のAl組成より高く、第2のAl組成及び第5のAl組成より低い。 One aspect of the compound semiconductor device includes a first AlGaN layer having a first Al composition and a second AlGaN layer having a second Al composition that is thinner than the first AlGaN layer and higher than the first Al composition. A superlattice buffer layer; a channel layer formed above the superlattice buffer layer; a carrier supply layer formed above the channel layer; and a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode formed above the carrier supply layer. And are provided. Further, a fourth AlGaN layer having a fourth Al composition thicker than the second AlGaN layer, the fourth AlGaN layer, and the channel layer between the superlattice buffer layer and the channel layer . A fifth AlGaN layer having a fifth Al composition that is thicker than the second AlGaN layer and thinner than the fourth AlGaN layer is provided therebetween. The first Al composition is 0 or more and less than 1, the second Al composition and the fifth Al composition are more than 0 and 1 or less, and the fourth Al composition is more than the first Al composition. Higher than the second Al composition and the fifth Al composition.
化合物半導体装置の製造方法の一態様では、第1のAl組成の第1のAlGaN層及び前記第1のAlGaN層よりも薄く前記第1のAl組成より高い第2のAl組成の第2のAlGaN層の超格子バッファ層の上方にチャネル層を形成し、前記チャネル層上方にキャリア供給層を形成し、前記キャリア供給層上方にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成し、前記超格子バッファ層と前記チャネル層との間に、前記第2のAlGaN層よりも厚い第4のAl組成の第4のAlGaN層を形成し、前記第4のAlGaN層と前記チャネル層との間に、前記第2のAlGaN層より厚く、前記第4のAlGaN層よりも薄い第5のAl組成の第5のAlGaN層を形成する。前記第1のAl組成は0以上1未満であり、前記第2のAl組成及び前記第5のAl組成は、0超1以下であり、前記第4のAl組成は前記第1のAl組成より高く、第2のAl組成及び第5のAl組成より低い。 In one aspect of the manufacturing method of the compound semiconductor device, the first AlGaN layer having the first Al composition and the second AlGaN having the second Al composition that is thinner than the first AlGaN layer and higher than the first Al composition. Forming a channel layer above the superlattice buffer layer, forming a carrier supply layer above the channel layer, forming a gate electrode, a source electrode and a drain electrode above the carrier supply layer, and forming the superlattice buffer layer A fourth AlGaN layer having a fourth Al composition thicker than the second AlGaN layer is formed between the first AlGaN layer and the channel layer, and the fourth AlGaN layer is formed between the fourth AlGaN layer and the channel layer . A fifth AlGaN layer having a fifth Al composition that is thicker than the second AlGaN layer and thinner than the fourth AlGaN layer is formed. The first Al composition is 0 or more and less than 1, the second Al composition and the fifth Al composition are more than 0 and 1 or less, and the fourth Al composition is more than the first Al composition. Higher than the second Al composition and the fifth Al composition.
上記の化合物半導体装置等によれば、超格子バッファ層とチャネル層との間に適切なAlGaN層が設けられているため、ソース−ドレイン間を流れるリーク電流を抑制することができる。 According to the above compound semiconductor device and the like, since an appropriate AlGaN layer is provided between the superlattice buffer layer and the channel layer, a leakage current flowing between the source and the drain can be suppressed.
本願発明者らは、Si基板を用いた従来のGaN系HEMTにおいて、ソース−ドレイン間を流れるリーク電流の抑制が困難である原因について検討を行った。この結果、チャネル層の下部をリーク電流が流れていることが判明した。本願発明者らは、この知見に基づいて、更に鋭意検討を重ねた結果、チャネル層の下方にチャネル層の下部のポテンシャルを持ち上げることが可能な層を設けることで、上記のようなリーク電流を抑制することができることを見出した。 The inventors of the present application have examined the cause of the difficulty in suppressing the leakage current flowing between the source and the drain in a conventional GaN-based HEMT using a Si substrate. As a result, it was found that a leak current flows under the channel layer. Based on this finding, the inventors of the present invention have conducted further diligent studies. As a result, by providing a layer under the channel layer that can raise the potential below the channel layer, the above leakage current can be reduced. It was found that it can be suppressed.
以下、実施形態について添付の図面を参照しながら具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
(第1の参考例)
先ず、第1の参考例について説明する。第1の参考例はGaN系HEMTの一例である。図1は、第1の参考例に係る化合物半導体装置の構造を示す断面図である。
(First reference example )
First, a first reference example will be described. The first reference example is an example of a GaN-based HEMT. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a compound semiconductor device according to a first reference example .
第1の参考例では、図1(a)に示すように、第1のAl組成の第1のAlGaN層101a及び第2のAl組成の第2のAlGaN層101bの超格子バッファ層101の上方にチャネル層102が形成され、チャネル層102の上方にキャリア供給層103が形成されている。ゲート電極104、ソース電極105、及びドレイン電極106がキャリア供給層103の上方に形成されている。第2のAlGaN層101bは第1のAlGaN層101aよりも薄く、第2のAl組成は第1のAl組成より高い。また、第3のAl組成の第3のAlGaN層が超格子バッファ層101とチャネル層102との間に形成されている。第3のAlGaN層107は第2のAlGaN層101bよりも厚く、第3のAl組成は第1のAl組成より高い。第1のAl組成は0以上1未満であり、第2のAl組成及び第3のAl組成は、0超1以下である。つまり、第1のAlGaN層101aはGaN層であってもよく、第2のAlGaN層101b及び第3のAlGaN層107はAlN層であってもよい。例えば、第1のAl組成及び第2のAl組成は、第1のAlGaN層101aの第2のAlGaN層101bとの界面近傍に2次元電子ガスが発生しない範囲内にある。
In the first reference example , as shown in FIG. 1A, above the
この第1の参考例のチャネル層102、第3のAlGaN層107、第1のAlGaN層101a、及び第2のAlGaN層101bのバンド構造の概略を図2(a)に示す。図2(a)に示すように、第3のAlGaN層107が第2のAlGaN層101bより厚いため、第3のAlGaN層107の厚さが第2のAlGaN層101bの厚さと等しい場合と比較して、チャネル層102の下部のポテンシャルがより高く持ち上げられる。従って、チャネル層102の下部を電流が流れにくい。
FIG. 2A shows an outline of the band structure of the
図2(b)に第1の参考例に関するシミュレーションの結果を示す。このシミュレーションでは、第1のAlGaN層101aが、厚さが20nmのAl0.2Ga0.8N層、第2のAlGaN層101bが、厚さが1.5nmのAlN層、第3のAlGaN層107が、厚さが2.5nmのAlN層であるとした。そして、ゲート電極104に−5Vのゲート電圧が印加された場合(オフ状態)のドレイン電圧とドレイン電流との関係を求めた。また、参考のために、第3のAlGaN層107が、厚さが1.5nmのAlN層である場合についても、同様のドレイン電圧とドレイン電流との関係を求めた。図2(b)に示すように、第1の参考例では、参考例と比較して、オフ時のドレイン電流が大幅に低減されるという結果が得られた。このことは、リーク電流の大幅な低減に効果があることを示している。
FIG. 2B shows the result of the simulation regarding the first reference example . In this simulation, the
超格子バッファ層101のうちで最もチャネル層102側に位置する層は、図1(a)に示すように第1のAlGaN層101aであってもよく、図1(b)に示すように第2のAlGaN層101bであってもよい。
The layer located closest to the
第3のAlGaN層107が厚いほど、チャネル層102の下部のポテンシャルがより高く持ち上げられるが、第3のAlGaN層107の厚さがある閾値より大きい場合、超格子バッファ層101の表面近傍に2次元電子ガスが発生し得る。このため、第3のAlGaN層107はこのような2次元電子ガスが発生しない範囲内にあることが好ましい。また、このような2次元電子ガスの発生を抑制するために、複数の第1のAlGaN層101aのうちで第3のAlGaN層107に最も近く位置するものに、アクセプタ不純物が含有されていることも好ましい。アクセプタ不純物は、例えばFe、Mg、又はCである。このような構成では、超格子バッファ層101の表面に平行な方向の耐圧がより向上し、リーク電流をより一層抑制することが可能となる。アクセプタ不純物の濃度は、例えば1×1017cm-3以上1×1021cm-3以下であることが好ましく、1×1017cm-3以上1×1019cm-3以下であることがより好ましい。アクセプタ不純物の濃度が1×1017cm-3以上であれば、2次元電子ガスの発生を抑制する効果が特に顕著である。また、アクセプタ不純物の濃度が1×1021cm-3超であると、反りが生じやすく、アクセプタ不純物の濃度が1×1019cm-3以下であれば、反りが極めて発生しにくい。
The thicker the
(第2の参考例)
次に、第2の参考例について説明する。第2の参考例はGaN系HEMTの一例である。図3は、第2の参考例に係る化合物半導体装置の構造を示す断面図である。
(Second reference example )
Next, a second reference example will be described. The second reference example is an example of a GaN-based HEMT. FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the compound semiconductor device according to the second reference example .
第2の参考例では、図3に示すように、基板208上に初期層209が形成され、初期層209上にバッファ層210が形成され、AlGaN層201a及びAlN層201bの超格子バッファ層201がバッファ層210上に形成されている。超格子バッファ層201上にAlN層207が形成され、AlN層207上にチャネル層202が形成され、チャネル層202上にキャリア供給層203が形成されている。基板208は、例えばSi基板である。初期層209は、例えば厚さが200nm程度のAlN層である。バッファ層210は、例えばAl0.4Ga0.6N層である。AlGaN層201aのAl組成は0以上1未満、好ましくは0以上0.5以下であり、AlGaN層201aは、例えば厚さが20nmのAl0.2Ga0.8N層である。AlN層201bの厚さは、例えば1.5nmである。AlN層207の厚さは、例えば2.5nmである。超格子バッファ層201に80組程度のAlGaN層201a及びAlN層201bが含まれており、AlN層201bがバッファ層210と直接接し、AlGaN層201aがAlN層207と直接接している。チャネル層202は、例えば厚さが1μm程度の、不純物の意図的なドーピングが行われていないi−GaN層である。キャリア供給層203は、例えば厚さが20nm程度のn型のn−Al0.2Ga0.8N層である。キャリア供給層203には、n型の不純物として、例えばSiが5×1018cm-3程度の濃度でドーピングされている。AlGaN層201aは第1のAlGaN層の一例であり、AlN層201bは第2のAlGaN層の一例であり、AlN層207は第3のAlGaN層の一例である。AlN層201bの厚さは、超格子バッファ層201中に残留電子が発生することによる耐圧の低下を避けるため、2.0nm以下であることが好ましい。また、格子歪を十分に緩和するためにAlN層201bの厚さは0.8nm以上であることが好ましい。
In the second reference example , as shown in FIG. 3, the
超格子バッファ層201内において、各AlGaN層201aの組成及び厚さは互いに実質的に等しく、各AlN層201bの組成及び厚さは互いに実質的に等しい。また、AlN層207の組成はAlN層201bの組成と実質的に等しい。
In the
チャネル層202及びキャリア供給層203の積層体に、素子領域を画定する素子分離領域211が形成されている。素子領域内において、キャリア供給層203上にソース電極205及びドレイン電極206が形成されている。キャリア供給層203上には、ソース電極205及びドレイン電極206を覆う絶縁膜212が形成されている。絶縁膜212には、ソース電極205とドレイン電極206との間に位置する開口部213が形成されており、開口部213を介してキャリア供給層203とショットキー接触するゲート電極204が設けられている。そして、絶縁膜212上に、ゲート電極204を覆う絶縁膜214が形成されている。絶縁膜212及び絶縁膜214の材料は特に限定されず、絶縁膜212及び絶縁膜214は、例えばシリコン窒化膜である。
An
この第2の参考例では、AlN層207がAlN層201bより厚いため、AlN層207の厚さがAlN層201bの厚さと等しい場合と比較して、チャネル層202の下部のポテンシャルがより高く持ち上げられる。従って、チャネル層202の下部を電流が流れにくい。従って、第1の参考例と同様に、リーク電流を大幅に低減することができる。
In the second reference example , since the
超格子バッファ層201のうちでチャネル層202と直接接する層がAlN層201bであってもよい。
The layer directly in contact with the
次に、第2の参考例に係る化合物半導体装置の製造方法について説明する。図4A乃至図4Bは、第2の参考例に係る化合物半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。 Next, a method for manufacturing a compound semiconductor device according to the second reference example will be described. 4A to 4B are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a compound semiconductor device according to a second reference example in the order of steps.
先ず、図4A(a)に示すように、基板208上に初期層209及びバッファ層210を形成する。初期層209及びバッファ層210は、例えば有機金属気相成長(MOCVD:metal organic chemical vapor deposition)法又は分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法等の結晶成長法により形成することができる。原料ガスとしては、例えばトリメチルアルミニウム(TMA)ガス、トリメチルガリウム(TMG)ガス、及びアンモニア(NH3)ガスの混合ガスを用いる。初期層209(AlN層)の形成では、例えば、V/III比を1000〜2000程度、成長温度を1000℃程度、圧力を50mbar程度とする。また、初期層209中へのC不純物の取り込みが少ない条件を選択することが好ましい。バッファ層210(Al0.4Ga0.6N層)の形成では、V/III比を100〜300程度、成長温度を1000℃程度、圧力を50mbar程度とする。バッファ層210の形成時のV/III比を初期層209の形成時のそれより低くするのは、高い平坦性を得るためである。
First, as shown in FIG. 4A (a), an
次いで、図4A(b)に示すように、バッファ層210上に超格子バッファ層201を形成する。超格子バッファ層201の形成では、AlN層201bの形成及びAlGaN層201aの形成を80回程度繰り返し行う。AlN層201b及びAlGaN層201aも、例えばMOCVD法又はMBE法等の結晶成長法により形成することができ、原料ガスとしては、例えばTMAガス、TMGガス、及びNH3ガスの混合ガスを用いる。AlN層201bの形成及びAlGaN層201aの形成では、例えば、成長温度を1020℃程度、圧力を50mbar程度とし、原料ガスの切り替えを行う。このように、例えば成長温度及び圧力を共通にする。
Next, as shown in FIG. 4A (b), a
その後、図4A(c)に示すように、超格子バッファ層201上にAlN層207を形成する。AlN層207も、例えばMOCVD法又はMBE法等の結晶成長法により形成することができ、原料ガスとしては、例えばTMAガス及びNH3ガスの混合ガスを用いる。AlN層207の形成では、例えば、成長温度を1020℃程度、圧力を50mbar程度とする。つまり、AlN層201bの形成及びAlGaN層201aの形成時と成長温度及び圧力を共通にする。
Thereafter, an
続いて、図4B(d)に示すように、AlN層207上にチャネル層202及びキャリア供給層203を形成する。チャネル層202及びキャリア供給層203も、例えばMOCVD法又はMBE法等の結晶成長法により形成することができ、原料ガスとしては、例えばTMAガス、TMGガス、及びNH3ガスの混合ガスを用いる。チャネル層202(i−GaN層)の形成では、例えば、V/III比を600程度、成長温度を1000℃程度、圧力を200mbar程度とする。キャリア供給層203(n−AlGaN層)の形成では、V/III比を3000以上、成長温度を1040℃程度、圧力を300mbar程度とする。電流コラプス現象を抑制するためにC濃度を低下させる条件を選択することが好ましい。n型の化合物半導体層(例えばキャリア供給層203)を成長させる際には、例えば、Siを含むSiH4ガスを所定の流量で混合ガスに添加し、化合物半導体層にSiをドーピングする。
Subsequently, as shown in FIG. 4B (d), the
次いで、同じく図4B(d)に示すように、キャリア供給層203及びチャネル層202に、素子領域を画定する素子分離領域211を形成する。素子分離領域211の形成では、例えば、素子分離領域211を形成する予定の領域を露出するフォトレジストのパターンをキャリア供給層203上に形成し、このパターンをマスクとしてAr等のイオン注入を行う。このパターンをエッチングマスクとして塩素系ガスを用いたドライエッチングを行ってもよい。その後、素子領域内において、キャリア供給層203上にソース電極205及びドレイン電極206を形成する。ソース電極205及びドレイン電極206は、例えばリフトオフ法により形成することができる。すなわち、ソース電極205を形成する予定の領域及びドレイン電極206を形成する予定の領域を露出し、他の領域を覆うフォトレジストのパターンを形成し、このパターンを成長マスクとして蒸着法により金属膜を形成し、このパターンをその上の金属膜と共に除去する。金属膜の形成では、例えば、厚さが100nm程度のTi膜を形成した後に、厚さが300nm程度のAl膜を形成する。次いで、例えば、N2ガス雰囲気中にて400℃〜1000℃(例えば600℃)で熱処理(例えば急速加熱処理(RTA:rapid thermal annealing))を行い、オーミック接触を得る。
Next, as shown in FIG. 4B (d), an
ソース電極205及びドレイン電極206の形成後には、図4B(e)に示すように、キャリア供給層203上に、ソース電極205及びドレイン電極206を覆う絶縁膜212を形成する。絶縁膜212は、例えば原子層堆積(ALD:atomic layer deposition)法、プラズマ化学気相成長(CVD:chemical vapor deposition)法又はスパッタ法により形成することができる。その後、絶縁膜212のゲート電極を形成する予定の領域に開口部213を形成する。開口部213は、例えばドライエッチング、ウェットエッチング又はイオンミリングにより形成することができる。続いて、開口部213内にゲート電極204を形成する。ゲート電極204は、例えばリフトオフ法により形成することができる。すなわち、ゲート電極204を形成する予定の領域を露出するフォトレジストのパターンを形成し、このパターンを成長マスクとして蒸着法により金属膜を形成し、このパターンをその上の金属膜と共に除去する。金属膜の形成では、例えば、厚さが50nm程度のNi膜を形成した後に、厚さが300nm程度のAu膜を形成する。次いで、絶縁膜212上に、ゲート電極204を覆う絶縁膜214を形成する。絶縁膜214は、絶縁膜212と同様に、例えばALD法、プラズマCVD法又はスパッタ法により形成することができる。
After the formation of the
そして、必要に応じて保護膜及び配線等を形成して、化合物半導体装置を完成させる。 And a protective film, wiring, etc. are formed as needed and a compound semiconductor device is completed.
AlN層207が厚いほど、チャネル層202の下部のポテンシャルがより高く持ち上げられるが、AlN層207の厚さがある閾値より大きい場合、超格子バッファ層201の表面近傍に2次元電子ガスが発生し得る。このため、AlN層207はこのような2次元電子ガスが発生しない範囲内にあることが好ましい。また、このような2次元電子ガスの発生を抑制するために、複数のAlGaN層201aのうちで最もAlN層207に近く位置するものに、アクセプタ不純物が含有されていることも好ましい。アクセプタ不純物は、例えばFe、Mg、又はCである。このような構成では、超格子バッファ層201の表面に平行な方向の耐圧がより向上し、リーク電流をより一層抑制することが可能となる。アクセプタ不純物の濃度は、例えば1×1017cm-3以上1×1021cm-3以下であることが好ましく、1×1017cm-3以上1×1019cm-3以下であることがより好ましい。
The thicker the
AlN層207は一層のみ含まれていることが好ましいが、AlN層207及びAlGaN層201aの積層体が複数含まれていてもよい。この積層体に含まれる各AlGaN層201aの表面近傍に発生し得る2次元電子ガスがリーク電流の増大に寄与し得るため、この積層体の数は超格子バッファ層201の総厚等に応じて決定することが好ましい。この積層体に含まれるAlGaN層201aは超格子バッファ層201外に位置する。
The
(第1の実施形態)
次に、第1の実施形態について説明する。第1の実施形態はGaN系HEMTの一例である。図5は、第1の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す断面図である。
(First Embodiment)
Next, a first embodiment will be described. The first embodiment is an example of a GaN-based HEMT. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of the compound semiconductor device according to the first embodiment.
第1の実施形態では、図5に示すように、第1のAl組成の第1のAlGaN層301a及び第2のAl組成の第2のAlGaN層301bの超格子バッファ層301の上方にチャネル層302が形成され、チャネル層302の上方にキャリア供給層303が形成されている。ゲート電極304、ソース電極305、及びドレイン電極306がキャリア供給層303の上方に形成されている。第2のAlGaN層301bは第1のAlGaN層301aよりも薄く、第2のAl組成は第1のAl組成より高い。また、第4のAl組成の第4のAlGaN層307が超格子バッファ層301とチャネル層302との間に形成されている。第4のAlGaN層307は第2のAlGaN層301bよりも厚い。第5のAl組成の第5のAlGaN層308が超格子バッファ層301と第4のAlGaN層307との間に形成されている。第5のAlGaN層308は第4のAlGaN層よりも薄い。第1のAl組成は0以上1未満であり、第2のAl組成及び第5のAl組成は、0超1以下であり、第4のAl組成は第1のAl組成より高く、第2のAl組成及び第5のAl組成より低い。つまり、第1のAlGaN層301aはGaN層であってもよく、第2のAlGaN層301b及び第5のAlGaN層308はAlN層であってもよい。例えば、第1のAl組成及び第2のAl組成は、第1のAlGaN層301aの第2のAlGaN層301bとの界面近傍に2次元電子ガスが発生しない範囲内にある。例えば、第4のAl組成及び第5のAl組成は、第4のAlGaN層307の第5のAlGaN層308との界面近傍に2次元電子ガスが発生しない範囲内にある。
In the first embodiment, as shown in FIG. 5, a channel layer is formed above the superlattice buffer layer 301 of the
この第1の実施形態のチャネル層302、第5のAlGaN層308、第4のAlGaN層307、第2のAlGaN層301b、及び第1のAlGaN層301aのバンド構造の概略を図6に示す。図6に示すように、第4のAl組成が第1のAl組成よりも高いため、第4のAl組成が第1のAl組成と等しい場合と比較して、第5のAlGaN層308のポテンシャル及びチャネル層302の下部のポテンシャルがより高く持ち上げられる。従って、チャネル層302の下部を電流が流れにくい。従って、第1の参考例と同様に、リーク電流を大幅に低減することができる。更に、第4のAlGaN層307の第5のAlGaN層308との界面近傍にも2次元電子ガスが発生しにくいため、第1の参考例と比較してより一層リーク電流を抑制することができる。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。第2の実施形態はGaN系HEMTの一例である。図7は、第2の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す断面図である。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. The second embodiment is an example of a GaN-based HEMT. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of the compound semiconductor device according to the second embodiment.
第2の実施形態では、図7に示すように、バッファ層210とチャネル層202との間の構造が第2の参考例のそれと相違している。すなわち、第2の実施形態では、AlGaN層401a及びAlN層401bの超格子バッファ層401がバッファ層210上に形成されている。超格子バッファ層401上にAlGaN層407が形成され、AlGaN層407上にAlN層408が形成され、AlN層408上にチャネル層202が形成されている。AlGaN層401aのAl組成は0以上1未満、好ましくは0以上0.5以下であり、AlGaN層401aは、例えば厚さが20nmのAl0.2Ga0.8N層である。AlN層401bの厚さは、例えば1.5nmである。AlGaN層407のAl組成はAlGaN層401aのAl組成より高く、AlN層401bのAl組成及びAlN層408のAl組成より低い。AlGaN層407は、例えば厚さが20nmのAl0.3Ga0.7N層である。AlN層408の厚さは、例えば1.5nmである。超格子バッファ層401に80組程度のAlGaN層401a及びAlN層401bが含まれており、AlN層401bがバッファ層210と直接接し、他のAlN層401bがAlGaN層407と直接接している。他の構成は第2の参考例と同様である。AlGaN層401aは第1のAlGaN層の一例であり、AlN層401bは第2のAlGaN層の一例であり、AlGaN層407は第4のAlGaN層の一例であり、AlN層408は第5のAlGaN層の一例である。AlN層401bの厚さは、超格子バッファ層401中に残留電子が発生することによる耐圧の低下を避けるため、2.0nm以下であることが好ましい。また、格子歪を十分に緩和するためにAlN層201bの厚さは0.8nm以上であることが好ましい。
In the second embodiment, as shown in FIG. 7, the structure between the
超格子バッファ層401内において、各AlGaN層401aの組成及び厚さは互いに実質的に等しく、各AlN層401bの組成及び厚さは互いに実質的に等しい。また、AlN層408の組成及び厚さはAlN層401bの組成及び厚さと実質的に等しく、AlGaN層407の厚さはAlGaN層401aの厚さと実質的に等しい。
In the superlattice buffer layer 401, the composition and thickness of each
この第2の実施形態では、AlGaN層407のAl組成がAlGaN層401aのAl組成よりも高いため、AlGaN層407のAl組成がAlGaN層401aのAl組成と等しい場合と比較して、AlN層408のポテンシャル及びチャネル層202の下部のポテンシャルがより高く持ち上げられる。従って、チャネル層202の下部を電流が流れにくい。従って、第2の参考例と同様に、リーク電流を大幅に低減することができる。更に、AlGaN層407のAlN層408との界面近傍にも2次元電子ガスが発生しにくいため、第2の参考例と比較してより一層リーク電流を抑制することができる。
In the second embodiment, since the Al composition of the
第2の実施形態に係る化合物半導体装置を製造する場合、例えば、第2の参考例における超格子バッファ層201及びAlN層207の形成に代えて、超格子バッファ層401、AlGaN層407、及びAlN層408を形成すればよい。
When manufacturing the compound semiconductor device according to the second embodiment, for example, instead of forming the
AlGaN層407及びAlN層408は一組のみ含まれていることが好ましいが、複数組含まれていてもよい。AlGaN層407及びAlN層408の総厚は超格子バッファ層401の総厚の10%以下であることが好ましい。AlGaN層407及びAlN層408の総厚が超格子バッファ層401の総厚の10%超であると、反りが生じやすい。
Although only one set of the
第1の参考例と第1の実施形態とを組み合わせてもよい。すなわち、第1の実施形態における第5のAlGaN層308が第2のAlGaN層301bより厚くてもよい。第4のAlGaN層307にアクセプタ不純物が含有されていてもよい。同様に、第2の参考例と第2の実施形態とを組み合わせてもよい。すなわち、第2の実施形態におけるAlN層408がAlN層401bより厚くてもよい。AlGaN層407にアクセプタ不純物が含有されていてもよい。
The first reference example and the first embodiment may be combined. That is, the
(第3の実施形態)
第3の実施形態は、GaN系HEMTのディスクリートパッケージに関する。図8は、第3の実施形態に係るディスクリートパッケージを示す図である。
( Third embodiment)
The third embodiment relates to a GaN-based HEMT discrete package. FIG. 8 is a diagram illustrating a discrete package according to the third embodiment.
第3の実施形態では、図8に示すように、第1〜第2の実施形態のいずれかのGaN系HEMTのHEMTチップ1210の裏面がはんだ等のダイアタッチ剤1234を用いてランド(ダイパッド)1233に固定されている。また、ドレイン電極106、206、又は306が接続されたドレインパッド1226dに、Alワイヤ等のワイヤ1235dが接続され、ワイヤ1235dの他端が、ランド1233と一体化しているドレインリード1232dに接続されている。ソース電極105、205、又は305に接続されたソースパッド1226sにAlワイヤ等のワイヤ1235sが接続され、ワイヤ1235sの他端がランド1233から独立したソースリード1232sに接続されている。ゲート電極104、204、又は304に接続されたゲートパッド1226gにAlワイヤ等のワイヤ1235gが接続され、ワイヤ1235gの他端がランド1233から独立したゲートリード1232gに接続されている。そして、ゲートリード1232gの一部、ドレインリード1232dの一部及びソースリード1232sの一部が突出するようにして、ランド1233及びHEMTチップ1210等がモールド樹脂1231によりパッケージングされている。
In the third embodiment, as shown in FIG. 8, the back surface of the GaN-based HEMT HEMT chip 1210 of any of the first to second embodiments is land (die pad) using a die attach agent 1234 such as solder. 1233 is fixed. In addition, a
このようなディスクリートパッケージは、例えば、次のようにして製造することができる。先ず、HEMTチップ1210をはんだ等のダイアタッチ剤1234を用いてリードフレームのランド1233に固定する。次いで、ワイヤ1235g、1235d及び1235sを用いたボンディングにより、ゲートパッド1226gをリードフレームのゲートリード1232gに接続し、ドレインパッド1226dをリードフレームのドレインリード1232dに接続し、ソースパッド1226sをリードフレームのソースリード1232sに接続する。その後、トランスファーモールド法にてモールド樹脂1231を用いた封止を行う。続いて、リードフレームを切り離す。
Such a discrete package can be manufactured as follows, for example. First, the HEMT chip 1210 is fixed to the land 1233 of the lead frame using a die attach agent 1234 such as solder. Next, by bonding using
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態について説明する。第4の実施形態は、GaN系HEMTを備えたPFC(Power Factor Correction)回路に関する。図9は、第4の実施形態に係るPFC回路を示す結線図である。
( Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment will be described. The fourth embodiment relates to a PFC (Power Factor Correction) circuit including a GaN-based HEMT. FIG. 9 is a connection diagram illustrating a PFC circuit according to the fourth embodiment.
PFC回路1250には、スイッチ素子(トランジスタ)1251、ダイオード1252、チョークコイル1253、コンデンサ1254及び1255、ダイオードブリッジ1256、並びに交流電源(AC)1257が設けられている。そして、スイッチ素子1251のドレイン電極と、ダイオード1252のアノード端子及びチョークコイル1253の一端子とが接続されている。スイッチ素子1251のソース電極と、コンデンサ1254の一端子及びコンデンサ1255の一端子とが接続されている。コンデンサ1254の他端子とチョークコイル1253の他端子とが接続されている。コンデンサ1255の他端子とダイオード1252のカソード端子とが接続されている。また、スイッチ素子1251のゲート電極にはゲートドライバが接続されている。コンデンサ1254の両端子間には、ダイオードブリッジ1256を介してAC1257が接続される。コンデンサ1255の両端子間には、直流電源(DC)が接続される。そして、本実施形態では、スイッチ素子1251に、第1〜第2の実施形態のいずれかのGaN系HEMTが用いられている。
The PFC circuit 1250 is provided with a switch element (transistor) 1251, a diode 1252, a choke coil 1253,
PFC回路1250の製造に際しては、例えば、はんだ等を用いて、スイッチ素子1251をダイオード1252及びチョークコイル1253等に接続する。
In manufacturing the PFC circuit 1250, the
(第5の実施形態)
次に、第5の実施形態について説明する。第5の実施形態は、GaN系HEMTを備えた電源装置に関する。図10は、第5の実施形態に係る電源装置を示す結線図である。
( Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment will be described. The fifth embodiment relates to a power supply device including a GaN-based HEMT. FIG. 10 is a connection diagram illustrating a power supply device according to the fifth embodiment.
電源装置には、高圧の一次側回路1261及び低圧の二次側回路1262、並びに一次側回路1261と二次側回路1262との間に配設されるトランス1263が設けられている。
The power supply device is provided with a high-voltage primary circuit 1261 and a low-voltage secondary circuit 1262, and a
一次側回路1261には、第4の実施形態に係るPFC回路1250、及びPFC回路1250のコンデンサ1255の両端子間に接続されたインバータ回路、例えばフルブリッジインバータ回路1260が設けられている。フルブリッジインバータ回路1260には、複数(ここでは4つ)のスイッチ素子1264a、1264b、1264c及び1264dが設けられている。
The primary circuit 1261 is provided with an inverter circuit connected between both terminals of the PFC circuit 1250 according to the fourth embodiment and the
二次側回路1262には、複数(ここでは3つ)のスイッチ素子1265a、1265b及び1265cが設けられている。 The secondary side circuit 1262 is provided with a plurality (three in this case) of switch elements 1265a, 1265b, and 1265c.
本実施形態では、一次側回路1261を構成するPFC回路1250のスイッチ素子1251、並びにフルブリッジインバータ回路1260のスイッチ素子1264a、1264b、1264c及び1264dに、第1〜第2の実施形態のいずれかのGaN系HEMTが用いられている。一方、二次側回路1262のスイッチ素子1265a、1265b及び1265cには、シリコンを用いた通常のMIS型FET(電界効果トランジスタ)が用いられている。
In this embodiment, the
(第6の実施形態)
次に、第6の実施形態について説明する。第6の実施形態は、GaN系HEMTを備えた増幅器に関する。図11は、第6の実施形態に係る増幅器を示す結線図である。
( Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment will be described. The sixth embodiment relates to an amplifier including a GaN-based HEMT. FIG. 11 is a connection diagram illustrating an amplifier according to the sixth embodiment.
増幅器には、ディジタル・プレディストーション回路1271、ミキサー1272a及び1272b、並びにパワーアンプ1273が設けられている。
The amplifier is provided with a
ディジタル・プレディストーション回路1271は、入力信号の非線形歪みを補償する。ミキサー1272aは、非線形歪みが補償された入力信号と交流信号とをミキシングする。パワーアンプ1273は、第1〜第2の実施形態のいずれかのGaN系HEMTを備えており、交流信号とミキシングされた入力信号を増幅する。なお、本実施形態では、例えば、スイッチの切り替えにより、出力側の信号をミキサー1272bで交流信号とミキシングしてディジタル・プレディストーション回路1271に送出できる。この増幅器は、高周波増幅器、高出力増幅器として使用することができる。
The
なお、化合物半導体積層構造に用いられる化合物半導体層の組成は特に限定されず、例えば、GaN、AlN及びInN等を用いることができる。また、これらの混晶を用いることもできる。 Note that the composition of the compound semiconductor layer used in the compound semiconductor stacked structure is not particularly limited, and for example, GaN, AlN, InN, or the like can be used. These mixed crystals can also be used.
また、いずれの実施形態においても、基板として、炭化シリコン(SiC)基板、サファイア基板、シリコン基板、GaN基板又はGaAs基板等を用いてもよい。基板が、導電性、半絶縁性又は絶縁性のいずれであってもよい。 In any of the embodiments, a silicon carbide (SiC) substrate, a sapphire substrate, a silicon substrate, a GaN substrate, a GaAs substrate, or the like may be used as the substrate. The substrate may be conductive, semi-insulating, or insulating.
また、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極の構造は上述の実施形態のものに限定されない。例えば、これらが単層から構成されていてもよい。また、これらの形成方法はリフトオフ法に限定されない。更に、オーミック特性が得られるのであれば、ソース電極及びドレイン電極の形成後の熱処理を省略してもよい。ゲート電極に、Ni及びAuの他にPd及び/又はPtが含まれていてもよい。また、ゲート電極とキャリア供給層との間に絶縁膜が介在していてもよい。 Further, the structures of the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode are not limited to those of the above-described embodiment. For example, these may be composed of a single layer. Moreover, these formation methods are not limited to the lift-off method. Furthermore, if ohmic characteristics can be obtained, the heat treatment after the formation of the source electrode and the drain electrode may be omitted. The gate electrode may contain Pd and / or Pt in addition to Ni and Au. An insulating film may be interposed between the gate electrode and the carrier supply layer.
基板の材料等にもよるが、超格子バッファ層の厚さは2000nm以上であることが好ましい。十分に格子歪を緩和するためである。また、一組の第1のAlGaN層及び第2のAlGaN層の総厚は10nm以上100nm以下であることが好ましい。格子定数が相違する層を厚く積層しすぎると、格子定数の差から結晶の歪み緩和が起こり、クラックが発生しやすい。 Although it depends on the material of the substrate, the thickness of the superlattice buffer layer is preferably 2000 nm or more. This is to sufficiently relax the lattice strain. The total thickness of the pair of first AlGaN layer and second AlGaN layer is preferably not less than 10 nm and not more than 100 nm. If the layers having different lattice constants are stacked too thick, the crystal strain is relaxed due to the difference in lattice constants, and cracks are likely to occur.
以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。 Hereinafter, various aspects of the present invention will be collectively described as supplementary notes.
(付記1)
第1のAl組成の第1のAlGaN層及び前記第1のAlGaN層よりも薄く前記第1のAl組成より高い第2のAl組成の第2のAlGaN層の超格子バッファ層と、
前記超格子バッファ層上方に形成されたチャネル層と、
前記チャネル層上方に形成されたキャリア供給層と、
前記キャリア供給層上方に形成されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、
を有し、
前記超格子バッファ層と前記チャネル層との間に、前記第2のAlGaN層よりも厚く前記第1のAl組成より高い第3のAl組成の第3のAlGaN層を有し、
前記第1のAl組成は0以上1未満であり、
前記第2のAl組成及び前記第3のAl組成は、0超1以下であることを特徴とする化合物半導体装置。
(Appendix 1)
A first AlGaN layer of a first Al composition and a superlattice buffer layer of a second AlGaN layer of a second Al composition which is thinner than the first AlGaN layer and higher than the first Al composition;
A channel layer formed above the superlattice buffer layer;
A carrier supply layer formed above the channel layer;
A gate electrode, a source electrode and a drain electrode formed above the carrier supply layer;
Have
A third AlGaN layer having a third Al composition that is thicker than the second AlGaN layer and higher than the first Al composition, between the superlattice buffer layer and the channel layer;
The first Al composition is 0 or more and less than 1,
2. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the second Al composition and the third Al composition are more than 0 and 1 or less.
(付記2)
前記第1のAlGaN層のうちで前記第3のAlGaN層に最も近く位置するものに、アクセプタ不純物が含有されていることを特徴とする付記1に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 2)
The compound semiconductor device according to appendix 1, wherein an acceptor impurity is contained in the first AlGaN layer located closest to the third AlGaN layer.
(付記3)
前記第3のAl組成が前記第2のAl組成と等しいことを特徴とする付記1又は2に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 3)
The compound semiconductor device according to appendix 1 or 2, wherein the third Al composition is equal to the second Al composition.
(付記4)
第1のAl組成の第1のAlGaN層及び前記第1のAlGaN層よりも薄く前記第1のAl組成より高い第2のAl組成の第2のAlGaN層の超格子バッファ層と、
前記超格子バッファ層上方に形成されたチャネル層と、
前記チャネル層上方に形成されたキャリア供給層と、
前記キャリア供給層上方に形成されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、
を有し、
前記超格子バッファ層と前記チャネル層との間に、前記第2のAlGaN層よりも厚い第4のAl組成の第4のAlGaN層を有し、
前記超格子バッファ層と前記第4のAlGaN層との間に、前記第4のAlGaN層よりも薄い第5のAl組成の第5のAlGaN層を有し、
前記第1のAl組成は0以上1未満であり、
前記第2のAl組成及び前記第5のAl組成は、0超1以下であり、
前記第4のAl組成は前記第1のAl組成より高く、第2のAl組成及び第5のAl組成より低いことを特徴とする化合物半導体装置。
(Appendix 4)
A first AlGaN layer of a first Al composition and a superlattice buffer layer of a second AlGaN layer of a second Al composition which is thinner than the first AlGaN layer and higher than the first Al composition;
A channel layer formed above the superlattice buffer layer;
A carrier supply layer formed above the channel layer;
A gate electrode, a source electrode and a drain electrode formed above the carrier supply layer;
Have
A fourth AlGaN layer having a fourth Al composition that is thicker than the second AlGaN layer between the superlattice buffer layer and the channel layer;
Between the superlattice buffer layer and the fourth AlGaN layer, there is a fifth AlGaN layer having a fifth Al composition thinner than the fourth AlGaN layer,
The first Al composition is 0 or more and less than 1,
The second Al composition and the fifth Al composition are more than 0 and 1 or less,
4. The compound semiconductor device, wherein the fourth Al composition is higher than the first Al composition and lower than the second Al composition and the fifth Al composition.
(付記5)
前記第5のAlGaN層が前記第2のAlGaN層より厚いことを特徴とする付記4に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 5)
The compound semiconductor device according to appendix 4, wherein the fifth AlGaN layer is thicker than the second AlGaN layer.
(付記6)
前記第4のAlGaN層にアクセプタ不純物が含有されていることを特徴とする付記4又は5に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 6)
The compound semiconductor device according to appendix 4 or 5, wherein the fourth AlGaN layer contains an acceptor impurity.
(付記7)
前記第5のAl組成が前記第2のAl組成と等しいことを特徴とする付記4乃至6のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 7)
The compound semiconductor device according to any one of appendices 4 to 6, wherein the fifth Al composition is equal to the second Al composition.
(付記8)
前記アクセプタ不純物は、Fe、Mg、又はCであることを特徴とする付記2又は6に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 8)
The compound semiconductor device according to appendix 2 or 6, wherein the acceptor impurity is Fe, Mg, or C.
(付記9)
前記アクセプタ不純物の濃度は、1×1017cm-3以上1×1021cm-3以下であることを特徴とする付記8に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 9)
9. The compound semiconductor device according to appendix 8, wherein the acceptor impurity concentration is 1 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 21 cm −3 or less.
(付記10)
前記アクセプタ不純物の濃度は、1×1017cm-3以上1×1019cm-3以下であることを特徴とする付記8に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 10)
The compound semiconductor device according to appendix 8, wherein the acceptor impurity concentration is 1 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 19 cm −3 or less.
(付記11)
前記第1のAl組成が0以上0.5以下であることを特徴とする付記1乃至10のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 11)
11. The compound semiconductor device according to any one of appendices 1 to 10, wherein the first Al composition is 0 or more and 0.5 or less.
(付記12)
前記第2のAlGaN層の厚さが0.8nm以上2.0nm以下であることを特徴とする付記1乃至11のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
(Appendix 12)
The compound semiconductor device according to any one of appendices 1 to 11, wherein the thickness of the second AlGaN layer is not less than 0.8 nm and not more than 2.0 nm.
(付記13)
付記1乃至12のいずれか1項に記載の化合物半導体装置を有することを特徴とする電源装置。
(Appendix 13)
A power supply device comprising the compound semiconductor device according to any one of appendices 1 to 12.
(付記14)
付記1乃至12のいずれか1項に記載の化合物半導体装置を有することを特徴とする増幅器。
(Appendix 14)
An amplifier comprising the compound semiconductor device according to any one of appendices 1 to 12.
(付記15)
第1のAl組成の第1のAlGaN層及び前記第1のAlGaN層よりも薄く前記第1のAl組成より高い第2のAl組成の第2のAlGaN層の超格子バッファ層の上方にチャネル層を形成する工程と、
前記チャネル層上方にキャリア供給層を形成する工程と、
前記キャリア供給層上方にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記超格子バッファ層と前記チャネル層との間に、前記第2のAlGaN層よりも厚く前記第1のAl組成より高い第3のAl組成の第3のAlGaN層を形成する工程と、
を有し、
前記第1のAl組成は0以上1未満であり、
前記第2のAl組成及び前記第3のAl組成は、0超1以下であることを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
(Appendix 15)
A first AlGaN layer having a first Al composition and a channel layer above the superlattice buffer layer of a second AlGaN layer having a second Al composition which is thinner than the first AlGaN layer and higher than the first Al composition. Forming a step;
Forming a carrier supply layer above the channel layer;
Forming a gate electrode, a source electrode and a drain electrode above the carrier supply layer;
Forming a third AlGaN layer having a third Al composition that is thicker than the second AlGaN layer and higher than the first Al composition between the superlattice buffer layer and the channel layer;
Have
The first Al composition is 0 or more and less than 1,
The method of manufacturing a compound semiconductor device, wherein the second Al composition and the third Al composition are more than 0 and 1 or less.
(付記16)
第1のAl組成の第1のAlGaN層及び前記第1のAlGaN層よりも薄く前記第1のAl組成より高い第2のAl組成の第2のAlGaN層の超格子バッファ層の上方にチャネル層を形成する工程と、
前記チャネル層上方にキャリア供給層を形成する工程と、
前記キャリア供給層上方にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記超格子バッファ層と前記チャネル層との間に、前記第2のAlGaN層よりも厚い第4のAl組成の第4のAlGaN層を形成する工程と、
前記超格子バッファ層と前記第4のAlGaN層との間に、前記第4のAlGaN層よりも薄い第5のAl組成の第5のAlGaN層を形成する工程と、
を有し、
前記第1のAl組成は0以上1未満であり、
前記第2のAl組成及び前記第5のAl組成は、0超1以下であり、
前記第4のAl組成は前記第1のAl組成より高く、第2のAl組成及び第5のAl組成より低いことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
(Appendix 16)
A first AlGaN layer having a first Al composition and a channel layer above the superlattice buffer layer of a second AlGaN layer having a second Al composition which is thinner than the first AlGaN layer and higher than the first Al composition. Forming a step;
Forming a carrier supply layer above the channel layer;
Forming a gate electrode, a source electrode and a drain electrode above the carrier supply layer;
Forming a fourth AlGaN layer having a fourth Al composition thicker than the second AlGaN layer between the superlattice buffer layer and the channel layer;
Forming a fifth AlGaN layer having a fifth Al composition thinner than the fourth AlGaN layer between the superlattice buffer layer and the fourth AlGaN layer;
Have
The first Al composition is 0 or more and less than 1,
The second Al composition and the fifth Al composition are more than 0 and 1 or less,
4. The method of manufacturing a compound semiconductor device, wherein the fourth Al composition is higher than the first Al composition and lower than the second Al composition and the fifth Al composition.
101、201、301、401:超格子バッファ層
101a、301a:第1のAlGaN層
101b、301b:第2のAlGaN層
102、202、302:チャネル層
103、203、303:キャリア供給層
107:第3のAlGaN層
201a:AlGaN層
201b:AlN層
207:AlN層
307:第4のAlGaN層
308:第5のAlGaN層
407:AlGaN層
408:AlN層
101, 201, 301, 401:
Claims (5)
前記超格子バッファ層上方に形成されたチャネル層と、
前記チャネル層上方に形成されたキャリア供給層と、
前記キャリア供給層上方に形成されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、
を有し、
前記超格子バッファ層と前記チャネル層との間に、前記第2のAlGaN層よりも厚い第4のAl組成の第4のAlGaN層を有し、
前記第4のAlGaN層と前記チャネル層との間に、前記第2のAlGaN層より厚く、前記第4のAlGaN層よりも薄い第5のAl組成の第5のAlGaN層を有し、
前記第1のAl組成は0以上1未満であり、
前記第2のAl組成及び前記第5のAl組成は、0超1以下であり、
前記第4のAl組成は前記第1のAl組成より高く、第2のAl組成及び第5のAl組成より低いことを特徴とする化合物半導体装置。 A first AlGaN layer of a first Al composition and a superlattice buffer layer of a second AlGaN layer of a second Al composition which is thinner than the first AlGaN layer and higher than the first Al composition;
A channel layer formed above the superlattice buffer layer;
A carrier supply layer formed above the channel layer;
A gate electrode, a source electrode and a drain electrode formed above the carrier supply layer;
Have
A fourth AlGaN layer having a fourth Al composition that is thicker than the second AlGaN layer between the superlattice buffer layer and the channel layer;
A fifth AlGaN layer having a fifth Al composition that is thicker than the second AlGaN layer and thinner than the fourth AlGaN layer , between the fourth AlGaN layer and the channel layer ;
The first Al composition is 0 or more and less than 1,
The second Al composition and the fifth Al composition are more than 0 and 1 or less,
4. The compound semiconductor device, wherein the fourth Al composition is higher than the first Al composition and lower than the second Al composition and the fifth Al composition.
前記チャネル層上方にキャリア供給層を形成する工程と、
前記キャリア供給層上方にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記超格子バッファ層と前記チャネル層との間に、前記第2のAlGaN層よりも厚い第4のAl組成の第4のAlGaN層を形成する工程と、
前記第4のAlGaN層と前記チャネル層との間に、前記第2のAlGaN層より厚く、前記第4のAlGaN層よりも薄い第5のAl組成の第5のAlGaN層を形成する工程と、
を有し、
前記第1のAl組成は0以上1未満であり、
前記第2のAl組成及び前記第5のAl組成は、0超1以下であり、
前記第4のAl組成は前記第1のAl組成より高く、第2のAl組成及び第5のAl組成より低いことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。 A first AlGaN layer having a first Al composition and a channel layer above the superlattice buffer layer of a second AlGaN layer having a second Al composition which is thinner than the first AlGaN layer and higher than the first Al composition. Forming a step;
Forming a carrier supply layer above the channel layer;
Forming a gate electrode, a source electrode and a drain electrode above the carrier supply layer;
Forming a fourth AlGaN layer having a fourth Al composition thicker than the second AlGaN layer between the superlattice buffer layer and the channel layer;
Forming a fifth AlGaN layer having a fifth Al composition that is thicker than the second AlGaN layer and thinner than the fourth AlGaN layer between the fourth AlGaN layer and the channel layer ;
Have
The first Al composition is 0 or more and less than 1,
The second Al composition and the fifth Al composition are more than 0 and 1 or less,
4. The method of manufacturing a compound semiconductor device, wherein the fourth Al composition is higher than the first Al composition and lower than the second Al composition and the fifth Al composition.
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