窒化物半導体電界効果トランジスタ
【課題】 窒化物半導体電界効果トランジスタに関し、ゲートリーク電流を低減するとともに、優れた高出力特性を実現する。
【解決手段】 窒化物半導体電界効果型トランジスタのゲート絶縁膜２をハロゲン化物で構成する。
【解決手段】 窒化物半導体電界効果型トランジスタのゲート絶縁膜２をハロゲン化物で構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物半導体電界効果トランジスタに関するものであり、特に、携帯基地局や衛星通信に用いられる高温動作、高速スイッチング、大電力動作が可能なＭＩＳ型電界効果トランジスタ、特に、ＭＩＳ−ＨＥＭＴのゲートリーク電流を低減するための構成に特徴のある窒化物半導体電界効果トランジスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のワイヤレス通信技術或いは衛星通信技術の発展にともなって、デバイスの高速化や高出力化が要請されており、従来のＳｉデバイスやＧａＡｓ系デバイスでは不可能な領域での動作も要求されている。
【０００３】
ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮやその混晶に代表されるIII 族窒化物半導体は、その優れた材料特性からＧａＡｓ系デバイスに代わる高出力電子デバイスや短波長発光デバイスとして非常に注目を浴びている。
【０００４】
例えば、その代表であるＧａＮの場合は、
ａ．バンドギャップが３．４ｅＶと高く、２００℃近傍での高温動作も可能であり、
ｂ．破壊電界が２×１０6 Ｖ・ｃｍ-1と高耐圧であり、
ｃ．電子の飽和ドリフト速度が、ＧａＡｓより低いものの、２．７×１０7 ｃｍ／秒と比較的高い、 という特徴を有している。
【０００５】
このような特性を生かした高出力電子デバイスとしては、電界効果トランジスタ、特に、イオン化不純物散乱の少ない二次元電子ガスをチャネル層に形成した高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）についての報告が数多くなされている。
【０００６】
しかし、ＧａＮをはじめとするIII 族窒化物半導体はあまり結晶性が良くないため、結晶中にダングリング・ボンドや表面準位が多く存在し、これらのダングリング・ボンドや表面準位に起因してゲートリーク電流が大きいという問題がある。
【０００７】
そこで、近年、逆方向、順方向のゲートリーク電流を低減するとともに、耐圧を向上するために、ゲート電極とIII 族窒化物半導体との間にＳｉＮ膜を挿入したＭＩＳ−ＨＥＭＴが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｕｅｅ．ｎａｇｏｙａ−ｕ．ａｕ．ｊｐ／ｌａｂｓ／ｍｉｚｕｔａｋａｌａｂ／ｔｈｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、III 族窒化物半導体自体のバンドギャップが大きいため、ゲート絶縁膜として従来から用いられているＳｉＮ、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 等の酸化物や窒化物ではバンドギャップが充分ではなく、特にゲートに順方向の電圧を印加した際にゲートリーク電流を抑えきれないという問題がある。
【０００９】
したがって、本発明は、ゲートリーク電流を低減するとともに、優れた高出力特性を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
図１は本発明の原理的構成図であり、ここで図１を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図における符号３，４は、それぞれゲート電極、ソース・ドレイン電極である。 図１参照
上記課題を解決するために、本発明は、窒化物半導体電界効果トランジスタにおいて、ゲート絶縁膜２がハロゲン化物からなることを特徴とする。
【００１１】
ＣａＦ2 、ＭｇＦ2 、ＬｉＦ等に代表されるハロゲン化物はバンドギャップが大きく、ＧａＮやＡｌＧａＮ等の窒化物半導体に対する伝導帯の障壁高も充分であることから、ハロゲン化物をゲート絶縁膜２として用いることによってゲートリーク電流を非常に低く抑えることができる。
【００１２】
或いは、ゲート絶縁膜２は、少なくとも一層のハロゲン化物層を含む多層構造膜としても良いものであり、特に、窒化物半導体層１側にＳｉＯ2 、ＳｉＯＮ、Ａｌ2 Ｏ3 、或いは、多結晶ＡｌＮのいずれかからなる絶縁膜を設けた多層構造膜とすることによって、界面準位をより低減することができる。
【００１３】
この場合のハロゲン化物としては、塩化物でも良いが、ＬｉＦ等のアルカリ金属の弗化物、ＣａＦ2 等のアルカリ土類金属の弗化物、ＣｅＦ2 等の希土類元素の弗化物、或いは、ＭｇＦ2 のうちのいずれかが好適であり、特に、取り扱い等の容易性や安定性の観点からＣａＦ2 、ＭｇＦ2 或いはＬｉＦが望ましい。
なお、広義にはＭｇはアルカリ土類金属に含まれるが、本発明においては、アルカリ土類金属に含まれないとする。
【００１４】
また、ゲート絶縁膜２は、ソース・ゲート間及びゲート・ドレイン間において、保護絶縁膜を介して設けるようにしても良いものであり、それによって、ソース・ゲート間及びゲート・ドレイン間の露出部は保護絶縁膜で覆われるので表面準位を低減して安定な特性を得ることができる。
【００１５】
また、ゲート絶縁膜２の膜厚としては、１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲が望ましく、１ｎｍ以下の場合には安定な膜質を確保することが困難になり、５０ｎｍを超えるとゲート絶縁膜２が厚くなり過ぎて駆動能力が大幅に低下する。
なお、実用的な観点からは５ｎｍ〜３０ｎｍの範囲がより好適である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、ゲート絶縁膜としてバンドギャップの大きなハロゲン化物を用いているので、ゲートリーク電流を大幅に低減することができ、優れた高出力特性を示す窒化物半導体によるＭＩＳ型電界効果トランジスタを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、二次元キャリアガス層を形成するためのＡｌＧａＮ層等のキャリア供給層上に直接或いはＧａＮ等の表面保護半導体層を介してＣａＦ2 、ＭｇＦ2 或いはＬｉＦ等のバンドギャップの大きなハロゲン化物からなるゲート絶縁膜を設け、その上にゲート電極を設けたものである。
【実施例１】
【００１８】
ここで、図２及び図３を参照して、本発明の実施例１のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの製造工程を説明する。
図２参照
まず、（０００１）面を主面とするＳｉＣ基板１１上に、通常のＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて、厚さが、例えば、３μｍのｉ型ＧａＮ電子走行層１２、厚さが、例えば、５ｎｍのｉ型ＡｌＧａＮ層１３、Ｓｉドーピング濃度が例えば５×１０18ｃｍ-3で、厚さが、例えば、３０ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層１４、及び、Ｓｉドーピング濃度が例えば５×１０18ｃｍ-3で、厚さが、例えば、１０ｎｍのｎ型ＧａＮ保護層１５を順次堆積させる。
【００１９】
次いで、厚さが１０〜２００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのパッシベーション膜となるＳｉＮ膜１６を全面に堆積する。
【００２０】
次いで、フォトリソグラフィを用いてソース電極・ドレイン電極形成領域にそれぞれ開口部を有するレジストパターンを設け、弗素系及び塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、ソース電極・ドレイン電極形成領域のＳｉＮ膜１６及びｎ型ＧａＮ保護層１５を除去する。
なお、この場合のソース電極形成領域−ドレイン電極形成領域間の距離は、例えば、１０μｍとする。
【００２１】
次いで、蒸着・リフトオフ法を用いて除去部にＴｉ膜及びＡｌ膜を順次堆積させたのち、窒素雰囲気中において、例えば、６００℃で熱処理を行うことによってオーミック特性のソース電極１７及びドレイン電極１８を形成する。
【００２２】
図３参照
次いで、フォトリソグラフィを用いてゲート電極形成領域にチャネル方向に沿った長さが例えば、１．０μｍの開口部を有するレジストパターンを設け、弗素系ガスを用いたドライエッチングによりゲート電極形成領域のＳｉＮ膜１６を除去してｎ型ＧａＮ保護層１５を露出させる。
【００２３】
次いで、蒸着・リフトオフ法を用いてゲート絶縁膜１９として厚さが５〜２０ｎｍ、例えば、１０ｎｍのＣａＦ2 膜、ゲート電極２０としてのＮｉ膜及びＡｕ膜を順次堆積することによって、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの基本構造が完成する。
【００２４】
このＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴにおいては、ゲート絶縁膜１９としてバンドギャップの大きなＣａＦ2 を用いているので、ＧａＮやＡｌＧａＮ等の窒化物半導体に対する伝導帯の障壁高を充分高くすることができ、それによって、従来のＳｉＮ膜をゲート絶縁膜として用いたＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴに比べて充分にゲートリーク電流が小さく、良好な高出力特性を得ることができる。
【００２５】
また、ソース・ゲート間及びドレイン・ゲート間のｎ型ＧａＮ保護層１５の表面はパッシベーション性に優れたＳｉＮ膜１６で覆われているので、素子特性を安定に保つことができる。
【００２６】
また、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層上には、ｎ型ＧａＮ保護層１５を設けているので、界面準位等に起因する実効的な電位障壁の低下を効果的に抑制することができる。
【実施例２】
【００２７】
次に、図４及び図５を参照して、本発明の実施例２のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの製造工程を説明する。
図４参照
まず、（０００１）面を主面とするＳｉＣ基板１１上に、通常のＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて、厚さが、例えば、３μｍのｉ型ＧａＮ電子走行層１２、厚さが、例えば、５ｎｍのｉ型ＡｌＧａＮ層１３、Ｓｉドーピング濃度が例えば５×１０18ｃｍ-3で、厚さが、例えば、３０ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層１４、及び、Ｓｉドーピング濃度が例えば５×１０18ｃｍ-3で、厚さが、例えば、１０ｎｍのｎ型ＧａＮ保護層１５を順次堆積させる。
【００２８】
次いで、蒸着法を用いて厚さが５〜２０ｎｍ、例えば、１０ｎｍのゲート絶縁膜となるＣａＦ2 膜２１を全面に堆積する。
【００２９】
次いで、フォトリソグラフィを用いてソース電極・ドレイン電極形成領域にそれぞれ開口部を有するレジストパターンを設け、ドライエッチングにより、ソース電極・ドレイン電極形成領域のＣａＦ2 膜２１及びｎ型ＧａＮ保護層１５を除去する。
なお、この場合のソース電極形成領域−ドレイン電極形成領域間の距離は、例えば、１０μｍとする。
【００３０】
図５参照
次いで、蒸着・リフトオフ法を用いて除去部にＴｉ膜及びＡｌ膜を順次堆積させたのち、窒素雰囲気中において、例えば、６００℃で熱処理を行うことによってオーミック特性のソース電極１７及びドレイン電極１８を形成する。
【００３１】
次いで、チャネル方向に沿った長さが例えば、１．０μｍの開口部を有するレジストパターンを設け、蒸着・リフトオフ法を用いてゲート電極２２としてのＮｉ膜及びＡｕ膜を順次堆積することによって、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの基本構造が完成する。
【００３２】
この本発明の実施例２のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴにおいては、ＳｉＮ膜の堆積工程及びゲート電極形成用の凹部の形成工程を省略しているので、上記の実施例１より製造工程が簡素化される。
【実施例３】
【００３３】
次に、図６及び図７を参照して、本発明の実施例３のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの製造工程を説明する。
図６参照
まず、（０００１）面を主面とするＳｉＣ基板１１上に、通常のＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて、厚さが、例えば、３μｍのｉ型ＧａＮ電子走行層１２、厚さが、例えば、５ｎｍのｉ型ＡｌＧａＮ層１３、Ｓｉドーピング濃度が例えば５×１０18ｃｍ-3で、厚さが、例えば、３０ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層１４、及び、Ｓｉドーピング濃度が例えば５×１０18ｃｍ-3で、厚さが、例えば、１０ｎｍのｎ型ＧａＮ保護層１５を順次堆積させる。
【００３４】
次いで、蒸着法を用いて厚さが５〜２０ｎｍ、例えば、１０ｎｍのＳｉＮ膜２３及び厚さが５〜２０ｎｍ、例えば、１０ｎｍのＣａＦ2 膜２４を全面に堆積する。
【００３５】
次いで、フォトリソグラフィを用いてソース電極・ドレイン電極形成領域にそれぞれ開口部を有するレジストパターンを設け、ドライエッチングにより、ソース電極・ドレイン電極形成領域のＣａＦ2 膜２４乃至ｎ型ＧａＮ保護層１５を除去する。
なお、この場合のソース電極形成領域−ドレイン電極形成領域間の距離は、例えば、１０μｍとする。
【００３６】
図７参照
次いで、蒸着・リフトオフ法を用いて除去部にＴｉ膜及びＡｌ膜を順次堆積させたのち、窒素雰囲気中において、例えば、６００℃で熱処理を行うことによってオーミック特性のソース電極１７及びドレイン電極１８を形成する。
【００３７】
次いで、チャネル方向に沿った長さが例えば、１．０μｍの開口部を有するレジストパターンを設け、蒸着・リフトオフ法を用いてゲート電極２５としてのＮｉ膜及びＡｕ膜を順次堆積することによって、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの基本構造が完成する。
【００３８】
この本発明の実施例３のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴにおいては、ゲート絶縁膜をＧａＮに対してパッシベーション性に優れたＳｉＮ膜を下地としたＳｉＮ膜／ＣａＦ2 膜の多層構造膜で構成しているので、界面準位をより低減することができる。
【実施例４】
【００３９】
次に、図８及び図９を参照して、本発明の実施例４のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの製造工程を説明する。
図８参照
まず、（０００１）面を主面とするＳｉＣ基板１１上に、通常のＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて、厚さが、例えば、３μｍのｉ型ＧａＮ電子走行層１２、厚さが、例えば、５ｎｍのｉ型ＡｌＧａＮ層１３、Ｓｉドーピング濃度が例えば５×１０18ｃｍ-3で、厚さが、例えば、３０ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層１４、及び、Ｓｉドーピング濃度が例えば５×１０18ｃｍ-3で、厚さが、例えば、１０ｎｍのｎ型ＧａＮ保護層１５を順次堆積させる。
【００４０】
次いで、蒸着法を用いて厚さが５〜２０ｎｍ、例えば、１０ｎｍのＳｉＮ膜２３を全面に堆積する。
【００４１】
次いで、フォトリソグラフィを用いてソース電極・ドレイン電極形成領域にそれぞれ開口部を有するレジストパターンを設け、弗素系及び塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、ソース電極・ドレイン電極形成領域のＳｉＮ膜２３乃至ｎ型ＧａＮ保護層１５を除去する。
なお、この場合のソース電極形成領域−ドレイン電極形成領域間の距離は、例えば、１０μｍとする。
【００４２】
図９参照
次いで、蒸着・リフトオフ法を用いて除去部にＴｉ膜及びＡｌ膜を順次堆積させたのち、窒素雰囲気中において、例えば、６００℃で熱処理を行うことによってオーミック特性のソース電極１７及びドレイン電極１８を形成する。
【００４３】
次いで、チャネル方向に沿った長さが例えば、１．０μｍの開口部を有するレジストパターンを設け、蒸着・リフトオフ法を用いて厚さが、５〜２０ｎｍ、例えば、１０ｎｍのＣａＦ2 膜２６及びゲート電極２７としてのＮｉ膜及びＡｕ膜を順次堆積することによって、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの基本構造が完成する。
【００４４】
この本発明の実施例４のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴにおいても、ゲート絶縁膜をＧａＮに対してパッシベーション性に優れたＳｉＮ膜を下地としたＳｉＮ膜／ＣａＦ2 膜の多層構造膜で構成しているので、界面準位をより低減することができる。
【００４５】
以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は各実施例に記載された構成・条件等に限られるものではなく各種の変更が可能であり、例えば、各実施例においては基板としてＳｉＣ基板を用いているが、ＳｉＣ基板に限られるものではなく、例えば、ＳｉＣと同様にＧａＮ系半導体との格子整合性に優れたサファイア基板或いはＺｎＯ基板を用いても良いものである。
なお、サファイア基板を用いた場合には、ＡｌＮ低温バッファ層或いはＧａＮ低温バッファ層を介してｉ型ＧａＮキャリア走行層を設ければ良い。
【００４６】
また、上記の各実施例における半導体の積層構造は単なる一例であり、電界効果トランジスタとして機能するのであれば、積層数及び材料組成は全く任意である。
例えば、上記の各実施例におけるｎ型ＧａＮ保護層は省略しても良いものであり、また、ｉ型ＡｌＧａＮ層及びｎ型ＡｌＧａＮ層の組成はＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎを前提としているが、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ等の他の組成比でも良いものである。
【００４７】
さらには、ＭＩＳ−ＨＥＭＴに限られるものではなく、例えば、バルクＧａＮ半導体層を用いたＭＩＳＦＥＴにも適用されるものである。
【００４８】
また、上記の各実施例におけるソース・ドレイン電極及びゲート電極の層構造・形成方法は一例であり、他の層構造・材料でも良いし、また、製造方法としてもリフトオフ法に限られるものではなく、全面に堆積したのち選択的にエッチング除去してソース・ドレイン電極或いはゲート電極を形成しても良いものである。
【００４９】
また、上記の各実施例においては、ゲート絶縁膜を構成するバンドギャップの大きな絶縁物としてＣａＦ2 を用いているが、ＣａＦ2 に限られるものではなく、ＣａＦ2 と同様のアルカリ土類金属の弗化物、ＭｇＦ2 、または、ＬｉＦ等のアルカリ金属の弗化物、或いは、ＣｅＦ2 等の希土類元素の弗化物を用いても良く、いずれにしても、ＳｉＮよりバンドギャップの大きな絶縁物であれば良い。
【００５０】
さらには、フッ化物に限られるものではなく、ＣａＣｌ2 等の塩化物等の他のハロゲン元素を用いたハロゲン化合物、即ち、アルカリ金属のハロゲン化合物、アルカリ土類金属のハロゲン化合物、希土類元素のハロゲン化合物を用いても良いものである。
但し、取り扱い等の容易性、入手容易性や安定性の観点からＣａＦ2 、ＭｇＦ2 或いはＬｉＦが望ましい。
【００５１】
また、上記の各実施例においては、ＣａＦ2 を成膜する際に蒸着法を用いているが、蒸着法に限られるものではなく、スパッタ法、分子線エピタキシーなど他の成膜方法を用いても良いものである。
【００５２】
また、上記の各実施例においては、ソース・ドレイン電極の形成工程において、ジャストエッチングを前提に説明しているが、必ずしもジャストエッチングである必要はなく、ｎ型ＧａＮ保護層を少し残しても、或いは、逆に過剰エッチングしてＡｌＧａＮ層を少し削っても構わない。
【００５３】
また、上記の実施例２においては、ソース・ゲート間及びドレイン・ゲート間のｎ型ＧａＮ保護層１５の表面はゲート絶縁膜と同じ厚さのＣａＦ2 膜に覆われているだけであるので、安定性を高めるためにこの領域のＣａＦ2 膜の厚さをゲート絶縁膜より厚くしても良い。
【００５４】
例えば、最初にＣａＦ2 膜を十分厚く形成しておき、ゲート電極の形成工程において、リフトオフ法に用いるレジストパターンを利用してゲート電極形成領域のＣａＦ2 膜を厚さが１０ｎｍ程度になるようにエッチングしたのちゲート電極を堆積するようにしても良いものである。
【００５５】
また、上記の実施例３及び実施例４においては、下地ゲート絶縁膜となるＳｉＮ膜の厚さを例えば、１０ｎｍとしているが、この場合のゲート絶縁膜としてのＳｉＮ膜はより薄いほうが望ましいので、例えば、ＳｉＮ膜を１０ｎｍ程度に成膜したのち、ゲート電極形成部を選択的にエッチングして５ｎｍ以下にしたのち、ＣａＦ2 膜を堆積するようにしても良い。
【００５６】
また、上記の実施例３及び実施例４においては、ゲート絶縁膜をＳｉＮ／ＣａＦ2 の２層構造としているが、下地は必ずしもＳｉＮ膜である必要はなく、ＣａＦ2 等のハロゲン化物よりIII 族窒化物半導体に対するパッシベーション性に優れた絶縁物であれば良く、例えば、ＳｉＯ2 、ＳｉＯＮ、Ａｌ2 Ｏ3 、或いは、多結晶ＡｌＮ等を用いても良いものである。
【００５７】
ここで再び図１を参照して、本発明の詳細な特徴を改めて説明する。
再び、図１参照
（付記１） ゲート絶縁膜２が、ハロゲン化物からなることを特徴とする窒化物半導体電界効果トランジスタ。
（付記２） ゲート絶縁膜２が、少なくとも一層のハロゲン化物層を含む多層構造膜からなることを特徴とする窒化物半導体電界効果トランジスタ。
（付記３） 上記多層構造膜が、上記ハロゲン化物と窒化物半導体層１との間にＳｉＮ、ＳｉＯ2 、ＳｉＯＮ、Ａｌ2 Ｏ3 、或いは、多結晶ＡｌＮのいずれかからなる絶縁膜を有することを特徴とする付記３記載の窒化物半導体電界効果トランジスタ。
（付記４） 上記ハロゲン化物が、アルカリ金属の弗化物、アルカリ土類金属の弗化物、希土類元素の弗化物、或いは、ＭｇＦ2 のうちのいずれかであることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１に記載の窒化物半導体電界効果トランジスタ。
（付記５） 上記ハロゲン化物が、ＣａＦ2 、ＭｇＦ2 或いはＬｉＦのいずれかであることを特徴とする付記４記載の窒化物半導体電界効果トランジスタ。
（付記６） 上記ゲート絶縁膜２が、ソース・ゲート間及びゲート・ドレイン間において、保護絶縁膜を介して設けられていることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１に記載の窒化物半導体電界効果トランジスタ。
（付記７） 上記ゲート絶縁膜２の膜厚が、１ｎｍ〜５０ｎｍであることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１に記載の窒化物半導体電界効果トランジスタ。
（付記８） 上記ゲート絶縁膜２の膜厚が、５ｎｍ〜３０ｎｍであることを特徴とする付記７記載の窒化物半導体電界効果トランジスタ。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の活用例としては、携帯基地局或いは衛星通信用の高出力トランジスタが典型的なものであるが、青色半導体レーザ等の青色半導体発光素子の駆動用トランジスタとして青色半導体発光素子とモノリシックに一体化しても良いものである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施例１のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの途中までの製造工程の説明図である。
【図３】本発明の実施例１のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの図２以降の製造工程の説明図である。
【図４】本発明の実施例２のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの途中までの製造工程の説明図である。
【図５】本発明の実施例２のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの図４以降の製造工程の説明図である。
【図６】本発明の実施例３のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの途中までの製造工程の説明図である。
【図７】本発明の実施例３のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの図６以降の製造工程の説明図である。
【図８】本発明の実施例４のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの途中までの製造工程の説明図である。
【図９】本発明の実施例４のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの図８以降の製造工程の説明図である。
【００６０】
１ 窒化物半導体層 ２ ゲート絶縁膜
３ ゲート電極
４ ソース・ドレイン電極
１１ ＳｉＣ基板
１２ ｉ型ＧａＮ電子走行層
１３ ｉ型ＡｌＧａＮ層
１４ ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層
１５ ｎ型ＧａＮ保護層
１６ ＳｉＮ膜
１７ ソース電極
１８ ドレイン電極
１９ ゲート絶縁膜
２０ ゲート電極
２１ ＣａＦ2 膜
２２ ゲート電極
２３ ＳｉＮ膜
２４ ＣａＦ2 膜
２５ ゲート電極
２６ ＣａＦ2 膜
２７ ゲート電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物半導体電界効果トランジスタに関するものであり、特に、携帯基地局や衛星通信に用いられる高温動作、高速スイッチング、大電力動作が可能なＭＩＳ型電界効果トランジスタ、特に、ＭＩＳ−ＨＥＭＴのゲートリーク電流を低減するための構成に特徴のある窒化物半導体電界効果トランジスタに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のワイヤレス通信技術或いは衛星通信技術の発展にともなって、デバイスの高速化や高出力化が要請されており、従来のＳｉデバイスやＧａＡｓ系デバイスでは不可能な領域での動作も要求されている。
【０００３】
ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮやその混晶に代表されるIII 族窒化物半導体は、その優れた材料特性からＧａＡｓ系デバイスに代わる高出力電子デバイスや短波長発光デバイスとして非常に注目を浴びている。
【０００４】
例えば、その代表であるＧａＮの場合は、
ａ．バンドギャップが３．４ｅＶと高く、２００℃近傍での高温動作も可能であり、
ｂ．破壊電界が２×１０6 Ｖ・ｃｍ-1と高耐圧であり、
ｃ．電子の飽和ドリフト速度が、ＧａＡｓより低いものの、２．７×１０7 ｃｍ／秒と比較的高い、 という特徴を有している。
【０００５】
このような特性を生かした高出力電子デバイスとしては、電界効果トランジスタ、特に、イオン化不純物散乱の少ない二次元電子ガスをチャネル層に形成した高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）についての報告が数多くなされている。
【０００６】
しかし、ＧａＮをはじめとするIII 族窒化物半導体はあまり結晶性が良くないため、結晶中にダングリング・ボンドや表面準位が多く存在し、これらのダングリング・ボンドや表面準位に起因してゲートリーク電流が大きいという問題がある。
【０００７】
そこで、近年、逆方向、順方向のゲートリーク電流を低減するとともに、耐圧を向上するために、ゲート電極とIII 族窒化物半導体との間にＳｉＮ膜を挿入したＭＩＳ−ＨＥＭＴが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
【非特許文献１】ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｕｅｅ．ｎａｇｏｙａ−ｕ．ａｕ．ｊｐ／ｌａｂｓ／ｍｉｚｕｔａｋａｌａｂ／ｔｈｉｎｄｅｘ．ｈｔｍｌ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、III 族窒化物半導体自体のバンドギャップが大きいため、ゲート絶縁膜として従来から用いられているＳｉＮ、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 等の酸化物や窒化物ではバンドギャップが充分ではなく、特にゲートに順方向の電圧を印加した際にゲートリーク電流を抑えきれないという問題がある。
【０００９】
したがって、本発明は、ゲートリーク電流を低減するとともに、優れた高出力特性を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
図１は本発明の原理的構成図であり、ここで図１を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
なお、図における符号３，４は、それぞれゲート電極、ソース・ドレイン電極である。 図１参照
上記課題を解決するために、本発明は、窒化物半導体電界効果トランジスタにおいて、ゲート絶縁膜２がハロゲン化物からなることを特徴とする。
【００１１】
ＣａＦ2 、ＭｇＦ2 、ＬｉＦ等に代表されるハロゲン化物はバンドギャップが大きく、ＧａＮやＡｌＧａＮ等の窒化物半導体に対する伝導帯の障壁高も充分であることから、ハロゲン化物をゲート絶縁膜２として用いることによってゲートリーク電流を非常に低く抑えることができる。
【００１２】
或いは、ゲート絶縁膜２は、少なくとも一層のハロゲン化物層を含む多層構造膜としても良いものであり、特に、窒化物半導体層１側にＳｉＯ2 、ＳｉＯＮ、Ａｌ2 Ｏ3 、或いは、多結晶ＡｌＮのいずれかからなる絶縁膜を設けた多層構造膜とすることによって、界面準位をより低減することができる。
【００１３】
この場合のハロゲン化物としては、塩化物でも良いが、ＬｉＦ等のアルカリ金属の弗化物、ＣａＦ2 等のアルカリ土類金属の弗化物、ＣｅＦ2 等の希土類元素の弗化物、或いは、ＭｇＦ2 のうちのいずれかが好適であり、特に、取り扱い等の容易性や安定性の観点からＣａＦ2 、ＭｇＦ2 或いはＬｉＦが望ましい。
なお、広義にはＭｇはアルカリ土類金属に含まれるが、本発明においては、アルカリ土類金属に含まれないとする。
【００１４】
また、ゲート絶縁膜２は、ソース・ゲート間及びゲート・ドレイン間において、保護絶縁膜を介して設けるようにしても良いものであり、それによって、ソース・ゲート間及びゲート・ドレイン間の露出部は保護絶縁膜で覆われるので表面準位を低減して安定な特性を得ることができる。
【００１５】
また、ゲート絶縁膜２の膜厚としては、１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲が望ましく、１ｎｍ以下の場合には安定な膜質を確保することが困難になり、５０ｎｍを超えるとゲート絶縁膜２が厚くなり過ぎて駆動能力が大幅に低下する。
なお、実用的な観点からは５ｎｍ〜３０ｎｍの範囲がより好適である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明では、ゲート絶縁膜としてバンドギャップの大きなハロゲン化物を用いているので、ゲートリーク電流を大幅に低減することができ、優れた高出力特性を示す窒化物半導体によるＭＩＳ型電界効果トランジスタを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、二次元キャリアガス層を形成するためのＡｌＧａＮ層等のキャリア供給層上に直接或いはＧａＮ等の表面保護半導体層を介してＣａＦ2 、ＭｇＦ2 或いはＬｉＦ等のバンドギャップの大きなハロゲン化物からなるゲート絶縁膜を設け、その上にゲート電極を設けたものである。
【実施例１】
【００１８】
ここで、図２及び図３を参照して、本発明の実施例１のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの製造工程を説明する。
図２参照
まず、（０００１）面を主面とするＳｉＣ基板１１上に、通常のＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて、厚さが、例えば、３μｍのｉ型ＧａＮ電子走行層１２、厚さが、例えば、５ｎｍのｉ型ＡｌＧａＮ層１３、Ｓｉドーピング濃度が例えば５×１０18ｃｍ-3で、厚さが、例えば、３０ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層１４、及び、Ｓｉドーピング濃度が例えば５×１０18ｃｍ-3で、厚さが、例えば、１０ｎｍのｎ型ＧａＮ保護層１５を順次堆積させる。
【００１９】
次いで、厚さが１０〜２００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのパッシベーション膜となるＳｉＮ膜１６を全面に堆積する。
【００２０】
次いで、フォトリソグラフィを用いてソース電極・ドレイン電極形成領域にそれぞれ開口部を有するレジストパターンを設け、弗素系及び塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、ソース電極・ドレイン電極形成領域のＳｉＮ膜１６及びｎ型ＧａＮ保護層１５を除去する。
なお、この場合のソース電極形成領域−ドレイン電極形成領域間の距離は、例えば、１０μｍとする。
【００２１】
次いで、蒸着・リフトオフ法を用いて除去部にＴｉ膜及びＡｌ膜を順次堆積させたのち、窒素雰囲気中において、例えば、６００℃で熱処理を行うことによってオーミック特性のソース電極１７及びドレイン電極１８を形成する。
【００２２】
図３参照
次いで、フォトリソグラフィを用いてゲート電極形成領域にチャネル方向に沿った長さが例えば、１．０μｍの開口部を有するレジストパターンを設け、弗素系ガスを用いたドライエッチングによりゲート電極形成領域のＳｉＮ膜１６を除去してｎ型ＧａＮ保護層１５を露出させる。
【００２３】
次いで、蒸着・リフトオフ法を用いてゲート絶縁膜１９として厚さが５〜２０ｎｍ、例えば、１０ｎｍのＣａＦ2 膜、ゲート電極２０としてのＮｉ膜及びＡｕ膜を順次堆積することによって、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの基本構造が完成する。
【００２４】
このＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴにおいては、ゲート絶縁膜１９としてバンドギャップの大きなＣａＦ2 を用いているので、ＧａＮやＡｌＧａＮ等の窒化物半導体に対する伝導帯の障壁高を充分高くすることができ、それによって、従来のＳｉＮ膜をゲート絶縁膜として用いたＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴに比べて充分にゲートリーク電流が小さく、良好な高出力特性を得ることができる。
【００２５】
また、ソース・ゲート間及びドレイン・ゲート間のｎ型ＧａＮ保護層１５の表面はパッシベーション性に優れたＳｉＮ膜１６で覆われているので、素子特性を安定に保つことができる。
【００２６】
また、ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層上には、ｎ型ＧａＮ保護層１５を設けているので、界面準位等に起因する実効的な電位障壁の低下を効果的に抑制することができる。
【実施例２】
【００２７】
次に、図４及び図５を参照して、本発明の実施例２のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの製造工程を説明する。
図４参照
まず、（０００１）面を主面とするＳｉＣ基板１１上に、通常のＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて、厚さが、例えば、３μｍのｉ型ＧａＮ電子走行層１２、厚さが、例えば、５ｎｍのｉ型ＡｌＧａＮ層１３、Ｓｉドーピング濃度が例えば５×１０18ｃｍ-3で、厚さが、例えば、３０ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層１４、及び、Ｓｉドーピング濃度が例えば５×１０18ｃｍ-3で、厚さが、例えば、１０ｎｍのｎ型ＧａＮ保護層１５を順次堆積させる。
【００２８】
次いで、蒸着法を用いて厚さが５〜２０ｎｍ、例えば、１０ｎｍのゲート絶縁膜となるＣａＦ2 膜２１を全面に堆積する。
【００２９】
次いで、フォトリソグラフィを用いてソース電極・ドレイン電極形成領域にそれぞれ開口部を有するレジストパターンを設け、ドライエッチングにより、ソース電極・ドレイン電極形成領域のＣａＦ2 膜２１及びｎ型ＧａＮ保護層１５を除去する。
なお、この場合のソース電極形成領域−ドレイン電極形成領域間の距離は、例えば、１０μｍとする。
【００３０】
図５参照
次いで、蒸着・リフトオフ法を用いて除去部にＴｉ膜及びＡｌ膜を順次堆積させたのち、窒素雰囲気中において、例えば、６００℃で熱処理を行うことによってオーミック特性のソース電極１７及びドレイン電極１８を形成する。
【００３１】
次いで、チャネル方向に沿った長さが例えば、１．０μｍの開口部を有するレジストパターンを設け、蒸着・リフトオフ法を用いてゲート電極２２としてのＮｉ膜及びＡｕ膜を順次堆積することによって、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの基本構造が完成する。
【００３２】
この本発明の実施例２のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴにおいては、ＳｉＮ膜の堆積工程及びゲート電極形成用の凹部の形成工程を省略しているので、上記の実施例１より製造工程が簡素化される。
【実施例３】
【００３３】
次に、図６及び図７を参照して、本発明の実施例３のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの製造工程を説明する。
図６参照
まず、（０００１）面を主面とするＳｉＣ基板１１上に、通常のＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて、厚さが、例えば、３μｍのｉ型ＧａＮ電子走行層１２、厚さが、例えば、５ｎｍのｉ型ＡｌＧａＮ層１３、Ｓｉドーピング濃度が例えば５×１０18ｃｍ-3で、厚さが、例えば、３０ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層１４、及び、Ｓｉドーピング濃度が例えば５×１０18ｃｍ-3で、厚さが、例えば、１０ｎｍのｎ型ＧａＮ保護層１５を順次堆積させる。
【００３４】
次いで、蒸着法を用いて厚さが５〜２０ｎｍ、例えば、１０ｎｍのＳｉＮ膜２３及び厚さが５〜２０ｎｍ、例えば、１０ｎｍのＣａＦ2 膜２４を全面に堆積する。
【００３５】
次いで、フォトリソグラフィを用いてソース電極・ドレイン電極形成領域にそれぞれ開口部を有するレジストパターンを設け、ドライエッチングにより、ソース電極・ドレイン電極形成領域のＣａＦ2 膜２４乃至ｎ型ＧａＮ保護層１５を除去する。
なお、この場合のソース電極形成領域−ドレイン電極形成領域間の距離は、例えば、１０μｍとする。
【００３６】
図７参照
次いで、蒸着・リフトオフ法を用いて除去部にＴｉ膜及びＡｌ膜を順次堆積させたのち、窒素雰囲気中において、例えば、６００℃で熱処理を行うことによってオーミック特性のソース電極１７及びドレイン電極１８を形成する。
【００３７】
次いで、チャネル方向に沿った長さが例えば、１．０μｍの開口部を有するレジストパターンを設け、蒸着・リフトオフ法を用いてゲート電極２５としてのＮｉ膜及びＡｕ膜を順次堆積することによって、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの基本構造が完成する。
【００３８】
この本発明の実施例３のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴにおいては、ゲート絶縁膜をＧａＮに対してパッシベーション性に優れたＳｉＮ膜を下地としたＳｉＮ膜／ＣａＦ2 膜の多層構造膜で構成しているので、界面準位をより低減することができる。
【実施例４】
【００３９】
次に、図８及び図９を参照して、本発明の実施例４のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの製造工程を説明する。
図８参照
まず、（０００１）面を主面とするＳｉＣ基板１１上に、通常のＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いて、厚さが、例えば、３μｍのｉ型ＧａＮ電子走行層１２、厚さが、例えば、５ｎｍのｉ型ＡｌＧａＮ層１３、Ｓｉドーピング濃度が例えば５×１０18ｃｍ-3で、厚さが、例えば、３０ｎｍのｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層１４、及び、Ｓｉドーピング濃度が例えば５×１０18ｃｍ-3で、厚さが、例えば、１０ｎｍのｎ型ＧａＮ保護層１５を順次堆積させる。
【００４０】
次いで、蒸着法を用いて厚さが５〜２０ｎｍ、例えば、１０ｎｍのＳｉＮ膜２３を全面に堆積する。
【００４１】
次いで、フォトリソグラフィを用いてソース電極・ドレイン電極形成領域にそれぞれ開口部を有するレジストパターンを設け、弗素系及び塩素系ガスを用いたドライエッチングにより、ソース電極・ドレイン電極形成領域のＳｉＮ膜２３乃至ｎ型ＧａＮ保護層１５を除去する。
なお、この場合のソース電極形成領域−ドレイン電極形成領域間の距離は、例えば、１０μｍとする。
【００４２】
図９参照
次いで、蒸着・リフトオフ法を用いて除去部にＴｉ膜及びＡｌ膜を順次堆積させたのち、窒素雰囲気中において、例えば、６００℃で熱処理を行うことによってオーミック特性のソース電極１７及びドレイン電極１８を形成する。
【００４３】
次いで、チャネル方向に沿った長さが例えば、１．０μｍの開口部を有するレジストパターンを設け、蒸着・リフトオフ法を用いて厚さが、５〜２０ｎｍ、例えば、１０ｎｍのＣａＦ2 膜２６及びゲート電極２７としてのＮｉ膜及びＡｕ膜を順次堆積することによって、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの基本構造が完成する。
【００４４】
この本発明の実施例４のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴにおいても、ゲート絶縁膜をＧａＮに対してパッシベーション性に優れたＳｉＮ膜を下地としたＳｉＮ膜／ＣａＦ2 膜の多層構造膜で構成しているので、界面準位をより低減することができる。
【００４５】
以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は各実施例に記載された構成・条件等に限られるものではなく各種の変更が可能であり、例えば、各実施例においては基板としてＳｉＣ基板を用いているが、ＳｉＣ基板に限られるものではなく、例えば、ＳｉＣと同様にＧａＮ系半導体との格子整合性に優れたサファイア基板或いはＺｎＯ基板を用いても良いものである。
なお、サファイア基板を用いた場合には、ＡｌＮ低温バッファ層或いはＧａＮ低温バッファ層を介してｉ型ＧａＮキャリア走行層を設ければ良い。
【００４６】
また、上記の各実施例における半導体の積層構造は単なる一例であり、電界効果トランジスタとして機能するのであれば、積層数及び材料組成は全く任意である。
例えば、上記の各実施例におけるｎ型ＧａＮ保護層は省略しても良いものであり、また、ｉ型ＡｌＧａＮ層及びｎ型ＡｌＧａＮ層の組成はＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎを前提としているが、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ等の他の組成比でも良いものである。
【００４７】
さらには、ＭＩＳ−ＨＥＭＴに限られるものではなく、例えば、バルクＧａＮ半導体層を用いたＭＩＳＦＥＴにも適用されるものである。
【００４８】
また、上記の各実施例におけるソース・ドレイン電極及びゲート電極の層構造・形成方法は一例であり、他の層構造・材料でも良いし、また、製造方法としてもリフトオフ法に限られるものではなく、全面に堆積したのち選択的にエッチング除去してソース・ドレイン電極或いはゲート電極を形成しても良いものである。
【００４９】
また、上記の各実施例においては、ゲート絶縁膜を構成するバンドギャップの大きな絶縁物としてＣａＦ2 を用いているが、ＣａＦ2 に限られるものではなく、ＣａＦ2 と同様のアルカリ土類金属の弗化物、ＭｇＦ2 、または、ＬｉＦ等のアルカリ金属の弗化物、或いは、ＣｅＦ2 等の希土類元素の弗化物を用いても良く、いずれにしても、ＳｉＮよりバンドギャップの大きな絶縁物であれば良い。
【００５０】
さらには、フッ化物に限られるものではなく、ＣａＣｌ2 等の塩化物等の他のハロゲン元素を用いたハロゲン化合物、即ち、アルカリ金属のハロゲン化合物、アルカリ土類金属のハロゲン化合物、希土類元素のハロゲン化合物を用いても良いものである。
但し、取り扱い等の容易性、入手容易性や安定性の観点からＣａＦ2 、ＭｇＦ2 或いはＬｉＦが望ましい。
【００５１】
また、上記の各実施例においては、ＣａＦ2 を成膜する際に蒸着法を用いているが、蒸着法に限られるものではなく、スパッタ法、分子線エピタキシーなど他の成膜方法を用いても良いものである。
【００５２】
また、上記の各実施例においては、ソース・ドレイン電極の形成工程において、ジャストエッチングを前提に説明しているが、必ずしもジャストエッチングである必要はなく、ｎ型ＧａＮ保護層を少し残しても、或いは、逆に過剰エッチングしてＡｌＧａＮ層を少し削っても構わない。
【００５３】
また、上記の実施例２においては、ソース・ゲート間及びドレイン・ゲート間のｎ型ＧａＮ保護層１５の表面はゲート絶縁膜と同じ厚さのＣａＦ2 膜に覆われているだけであるので、安定性を高めるためにこの領域のＣａＦ2 膜の厚さをゲート絶縁膜より厚くしても良い。
【００５４】
例えば、最初にＣａＦ2 膜を十分厚く形成しておき、ゲート電極の形成工程において、リフトオフ法に用いるレジストパターンを利用してゲート電極形成領域のＣａＦ2 膜を厚さが１０ｎｍ程度になるようにエッチングしたのちゲート電極を堆積するようにしても良いものである。
【００５５】
また、上記の実施例３及び実施例４においては、下地ゲート絶縁膜となるＳｉＮ膜の厚さを例えば、１０ｎｍとしているが、この場合のゲート絶縁膜としてのＳｉＮ膜はより薄いほうが望ましいので、例えば、ＳｉＮ膜を１０ｎｍ程度に成膜したのち、ゲート電極形成部を選択的にエッチングして５ｎｍ以下にしたのち、ＣａＦ2 膜を堆積するようにしても良い。
【００５６】
また、上記の実施例３及び実施例４においては、ゲート絶縁膜をＳｉＮ／ＣａＦ2 の２層構造としているが、下地は必ずしもＳｉＮ膜である必要はなく、ＣａＦ2 等のハロゲン化物よりIII 族窒化物半導体に対するパッシベーション性に優れた絶縁物であれば良く、例えば、ＳｉＯ2 、ＳｉＯＮ、Ａｌ2 Ｏ3 、或いは、多結晶ＡｌＮ等を用いても良いものである。
【００５７】
ここで再び図１を参照して、本発明の詳細な特徴を改めて説明する。
再び、図１参照
（付記１） ゲート絶縁膜２が、ハロゲン化物からなることを特徴とする窒化物半導体電界効果トランジスタ。
（付記２） ゲート絶縁膜２が、少なくとも一層のハロゲン化物層を含む多層構造膜からなることを特徴とする窒化物半導体電界効果トランジスタ。
（付記３） 上記多層構造膜が、上記ハロゲン化物と窒化物半導体層１との間にＳｉＮ、ＳｉＯ2 、ＳｉＯＮ、Ａｌ2 Ｏ3 、或いは、多結晶ＡｌＮのいずれかからなる絶縁膜を有することを特徴とする付記３記載の窒化物半導体電界効果トランジスタ。
（付記４） 上記ハロゲン化物が、アルカリ金属の弗化物、アルカリ土類金属の弗化物、希土類元素の弗化物、或いは、ＭｇＦ2 のうちのいずれかであることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１に記載の窒化物半導体電界効果トランジスタ。
（付記５） 上記ハロゲン化物が、ＣａＦ2 、ＭｇＦ2 或いはＬｉＦのいずれかであることを特徴とする付記４記載の窒化物半導体電界効果トランジスタ。
（付記６） 上記ゲート絶縁膜２が、ソース・ゲート間及びゲート・ドレイン間において、保護絶縁膜を介して設けられていることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１に記載の窒化物半導体電界効果トランジスタ。
（付記７） 上記ゲート絶縁膜２の膜厚が、１ｎｍ〜５０ｎｍであることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１に記載の窒化物半導体電界効果トランジスタ。
（付記８） 上記ゲート絶縁膜２の膜厚が、５ｎｍ〜３０ｎｍであることを特徴とする付記７記載の窒化物半導体電界効果トランジスタ。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の活用例としては、携帯基地局或いは衛星通信用の高出力トランジスタが典型的なものであるが、青色半導体レーザ等の青色半導体発光素子の駆動用トランジスタとして青色半導体発光素子とモノリシックに一体化しても良いものである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の実施例１のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの途中までの製造工程の説明図である。
【図３】本発明の実施例１のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの図２以降の製造工程の説明図である。
【図４】本発明の実施例２のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの途中までの製造工程の説明図である。
【図５】本発明の実施例２のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの図４以降の製造工程の説明図である。
【図６】本発明の実施例３のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの途中までの製造工程の説明図である。
【図７】本発明の実施例３のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの図６以降の製造工程の説明図である。
【図８】本発明の実施例４のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの途中までの製造工程の説明図である。
【図９】本発明の実施例４のＡｌＧａＮ／ＧａＮ系ＭＩＳ−ＨＥＭＴの図８以降の製造工程の説明図である。
【００６０】
１ 窒化物半導体層 ２ ゲート絶縁膜
３ ゲート電極
４ ソース・ドレイン電極
１１ ＳｉＣ基板
１２ ｉ型ＧａＮ電子走行層
１３ ｉ型ＡｌＧａＮ層
１４ ｎ型ＡｌＧａＮ電子供給層
１５ ｎ型ＧａＮ保護層
１６ ＳｉＮ膜
１７ ソース電極
１８ ドレイン電極
１９ ゲート絶縁膜
２０ ゲート電極
２１ ＣａＦ2 膜
２２ ゲート電極
２３ ＳｉＮ膜
２４ ＣａＦ2 膜
２５ ゲート電極
２６ ＣａＦ2 膜
２７ ゲート電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート絶縁膜が、ハロゲン化物からなることを特徴とする窒化物半導体電界効果トランジスタ。
【請求項２】
ゲート絶縁膜が、少なくとも一層のハロゲン化物層を含む多層構造膜からなることを特徴とする窒化物半導体電界効果トランジスタ。
【請求項３】
上記ハロゲン化物が、アルカリ金属の弗化物、アルカリ土類金属の弗化物、希土類元素の弗化物、或いは、ＭｇＦ2 のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体電界効果トランジスタ。
【請求項４】
上記ゲート絶縁膜が、ソース・ゲート間及びゲート・ドレイン間において、保護絶縁膜を介して設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化物半導体電界効果トランジスタ。
【請求項５】
上記ゲート絶縁膜の膜厚が、１ｎｍ〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の窒化物半導体電界効果トランジスタ。
【請求項１】
ゲート絶縁膜が、ハロゲン化物からなることを特徴とする窒化物半導体電界効果トランジスタ。
【請求項２】
ゲート絶縁膜が、少なくとも一層のハロゲン化物層を含む多層構造膜からなることを特徴とする窒化物半導体電界効果トランジスタ。
【請求項３】
上記ハロゲン化物が、アルカリ金属の弗化物、アルカリ土類金属の弗化物、希土類元素の弗化物、或いは、ＭｇＦ2 のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体電界効果トランジスタ。
【請求項４】
上記ゲート絶縁膜が、ソース・ゲート間及びゲート・ドレイン間において、保護絶縁膜を介して設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の窒化物半導体電界効果トランジスタ。
【請求項５】
上記ゲート絶縁膜の膜厚が、１ｎｍ〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の窒化物半導体電界効果トランジスタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００７−８１３４６（Ｐ２００７−８１３４６Ａ）
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７０９０３（Ｐ２００５−２７０９０３）
【出願日】平成１７年９月１６日（２００５．９．１６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月１６日（２００５．９．１６）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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