説明

電界効果トランジスタおよびその製造方法

【課題】GaNを用いた縦型の電界効果トランジスタにおいて、素子の作製にコストの上昇を招くことなく、ドレイン電流密度を大きくできるようにする。
【解決手段】GaNからなるチャネル層101と、GaNより大きなバンドギャップエネルギーを有してアルミニウムを含む窒化物半導体から構成されてチャネル層101の一方の面に形成された障壁層102を備える。ここで、チャネル層101の一方の面は、N極性面とされ、他方の面はIII族極性面とされていればよい。また、チャネル層101の他方の面に形成されたドレイン電極103と、ドレイン電極103に対向して障壁層102の上に形成されたゲート電極104と、ゲート電極104と離間して障壁層102の上に形成されたソース電極105とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、GaNを用いた縦型の電界効果トランジスタおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
GaN系半導体は、高耐圧で高移動度を有する半導体であることから、高耐圧で高速に動作可能な半導体装置が実現できる材料として注目されている。例えば、高電力が印加されても絶縁破壊しない高耐圧が要求される電力制御用に、GaN系半導体を用いた縦型電界効果トランジスタがある。縦型とすることで、素子面積を大きくすることなく、ソース・ドレイン間の距離を大きくしてオン抵抗を下げることが可能となる。
【0003】
例えば、n型のGaN層、p型のGaN層、n型のGaN層を積層し、ここに溝を形成し、溝にゲート絶縁層を形成し、溝側部の絶縁層との界面で層厚方向(縦方向)に流れる電流を、ゲート電極で制御する縦型電界効果トランジスタがある(非特許文献1参照)。
【0004】
この縦型電界効果トランジスタは、図9に示すように、まず、導電性のGaN基板901の上に高濃度にn型不純物が導入されたGaN(n+−GaN)層902、n+−GaN層902の上に形成された比較的低濃度にn型不純物が導入されたGaN(n-−GaN)層903、n-−GaN層903の上に形成されたp型不純物が導入されたGaN(p−GaN)層904、p−GaN層904の上に形成されたn+−GaN層905を備える。
【0005】
また、n+−GaN層905、p−GaN層904、およびn-−GaN層903の途中まで形成された溝部906、溝部906に形成されたゲート絶縁層907、ゲート絶縁層907を介して溝部906に形成されたゲート電極908、溝部906を挟むようにn+−GaN層905の上に形成された2つのソース電極909、およびGaN基板901の裏面に形成されたドレイン電極910を備える。溝部906は、例えば、斜めエッチングにより形成されたメサ形状とされている。
【0006】
この縦型電界効果トランジスタでは、まず、ソース電極909を接地電位とし、ドレイン電極910に正の電圧を印加した状態で、しきい値電圧以上のゲート電圧をゲート電極908に印加すると、溝部906におけるp−GaN層904の側部とゲート絶縁層907との界面に蓄積している電子が移動する。電子は、ソース電極909→p−GaN層904とゲート絶縁層907との界面→ドレイン電極910の経路で移動し、ドレイン電流が流れる。一方、ゲート電圧がしきい値電圧以下である場合、ゲート電極908が形成されているp−GaN層904の側部から電子が出払い、ソース・ドレイン間に電流は流れない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】H. Otake et al. , "Vertical GaN-Based Trench Gate Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors on GaN Bulk Substrates", Applied Physics Express, vol.1 ,011105, 2008.
【非特許文献2】D.M.Hoffman et al. , "Optical properties of pyrolytic boron nitride in the energy range 0.05-10 eV", PHYSICAL REVIEW B, vol.30, no.10, pp.6051-6056, 1984.
【非特許文献3】O.Ambacher et al. , "Two-dimensional electron gases induced by spontaneous and piezoelectric polarization charges in N- and Ga-face AlGaN/GaN heterostructures", JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, vol.85, no.6, pp.3222-3233, 1999.
【非特許文献4】H. Kinoshita et al. , "Zirconium Diboride (0001) as an Electrically Conductive Lattice-Matched Substrate for Gallium Nitride", Jpn. J. Appl. Phys. , vol.40, pp. L1280-L1282, 2001.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
しかしながら、上述した縦型電界効果トランジスタでは、p−GaN層904とゲート絶縁層907との界面に流れる電流がドレイン電流に寄与するため、ドレイン電流密度が小さいという問題がある。また、導電性のGaN基板を用いることになるが、この基板は一般には高価であり、素子の作製にコストの上昇を招くという問題がある。
【0009】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、GaNを用いた縦型の電界効果トランジスタにおいて、素子の作製にコストの上昇を招くことなく、ドレイン電流密度を大きくできるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明に係る電界効果トランジスタの製造方法は、基板の上に六方晶系の窒化ホウ素からなる分離層を形成する工程と、分離層の上にGaNより大きなバンドギャップエネルギーを有してアルミニウムを含む窒化物半導体からなる障壁層を結晶成長する工程と、障壁層の上にGaNからなるチャネル層を結晶成長する工程と、チャネル層の上にドレイン電極を形成する工程と、障壁層およびチャネル層の積層構造と基板とを分離層で分離する工程と、積層構造と基板とを分離した後で、ドレイン電極に対向する箇所以外のソース電極形成領域の障壁層の上にソース電極を形成する工程と、積層構造と基板とを分離した後で、ドレイン電極に対向する箇所のゲート電極形成領域の障壁層の上にゲート電極を形成する工程とを少なくとも備える。
【0011】
上記電界効果トランジスタの製造方法において、分離層で分離した後に障壁層の上に残る一部の分離層の上にゲート電極を形成してもよい。また、ドレイン電極は、積層構造と基板とを分離する前に形成してもよい。また、ソース電極を形成した後で、ゲート電極を形成してもよい。また、ゲート電極を形成した後で、ソース電極を形成してもよい。
【0012】
また、本発明に係る電界効果トランジスタは、GaNからなるチャネル層と、GaNより大きなバンドギャップエネルギーを有してアルミニウムを含む窒化物半導体から構成されてチャネル層のN極性面に形成された障壁層と、チャネル層のIII族極性面に形成されたドレイン電極と、ドレイン電極に対向して障壁層の上に形成されたゲート電極と、ゲート電極と離間して障壁層の上に形成されたソース電極とを少なくとも備える。
【0013】
上記電界効果トランジスタにおいて、障壁層の上に形成された六方晶系の窒化ホウ素からなる絶縁層を備え、ゲート電極は、絶縁層の上に形成されているようにしてもよい。
【発明の効果】
【0014】
以上説明したことにより、本発明によれば、GaNを用いた縦型の電界効果トランジスタにおいて、素子の作製にコストの上昇を招くことなく、ドレイン電流密度を大きくできるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】図1は、本発明の実施の形態における電界効果トランジスタの構成を示す構成図である。
【図2A】図2Aは、本発明の実施の形態における電界効果トランジスタの製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。
【図2B】図2Bは、本発明の実施の形態における電界効果トランジスタの製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。
【図2C】図2Cは、本発明の実施の形態における電界効果トランジスタの製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。
【図2D】図2Dは、本発明の実施の形態における電界効果トランジスタの製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。
【図2E】図2Eは、本発明の実施の形態における電界効果トランジスタの製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。
【図2F】図2Fは、本発明の実施の形態における電界効果トランジスタの製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。
【図3】図3は、本発明の実施の形態における電界効果トランジスタの製造方法を説明するための途中工程における状態を示す断面図である。
【図4】図4は、サファイア基板の上に窒化ホウ素層およびAlGaN層を介して形成したGaNの層の表面状態を金属顕微鏡で観察した結果を示す写真である。
【図5】図5は、サファイア基板の上に窒化ホウ素層およびAlGaN層を介して形成したGaNのX線回折分析の結果を示す特性図である。
【図6】図6は、剥離基板の上に剥離・転写されたGaN層およびAlGaN層のX線回折分析の結果を示す特性図である。
【図7】図7は、剥離基板の上に剥離・転写されたGaN層のラマン散乱スペクトルを示す特性図である。
【図8】図8は、剥離基板の上に剥離・転写されたGaN層およびAlGaN層のカソードルミネッセンススペクトルを示す特性図である。
【図9】図9は、縦型電界効果トランジスタの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態における電界効果トランジスタの構成を示す構成図である。図1では、電界効果トランジスタの断面を模式的に示している。
【0017】
この電界効果トランジスタは、GaNからなるチャネル層101と、GaNより大きなバンドギャップエネルギーを有してアルミニウムを含む窒化物半導体から構成されてチャネル層101の一方の面に形成された障壁層102を備える。例えば、障壁層102は、AlGaNから構成すればよい。ここで、チャネル層101の一方の面は、N極性面とされ、他方の面はIII族極性面とされていればよい。チャネル層101の一方の面にエピタキシャル成長することで形成される障壁層102の表面も、N極性面となる。なお、GaNの(0001)面である+c面がIII族極性面であり、これに対向する−c面がN極性面である。
【0018】
また、チャネル層101の他方の面に形成されたドレイン電極103と、ドレイン電極103に対向して障壁層102の上に形成されたゲート電極104と、ゲート電極104と離間して障壁層102の上に形成されたソース電極105とを備える。例えば、ゲート電極104は、ショットキー接続している。なお、ゲート電極104を挟んで2つのソース電極105が形成されている。また、ゲート電極104を中心に配置して、リング状にソース電極105が形成されているようにしてもよい。
【0019】
上述した本実施の形態における電界効果トランジスタでは、ソース電極105を接地電位とし、ドレイン電極103に正のバイアス電圧(ドレイン電圧)を印加した状態で、ゲート電極104に印加するゲート電圧で、上記バイアス電圧を制御することにより、ソース・ドレイン間の電気伝導を制御する。これは、縦型の電界効果トランジスタである。
【0020】
本実施の形態の電界効果トランジスタでは、GaNのチャネル層101のN極性面に障壁層102が形成されているので、これらのヘテロ界面には、分極効果により2次元ホールガスが生成される。このため、ゲート電極104にしきい値電圧以上のゲート電圧を印加し、2次元ホールガスの生成を抑制することで、ソース電極105とドレイン電極103との間に電子が移動する経路が形成されるようになり、ソース・ドレイン間にドレイン電流が流れるようになる。
【0021】
この電界効果トランジスタは、上述したように、電子を多数キャリアとする場合においては、しきい値電圧以上のゲート電圧印加によりドレイン電流が流れるようになるノーマリーオフ動作が得られる。また、上述したように、チャネル層101と障壁層102との間には、2次元ホールガスが生成され、2次元ホールガスが生成されている領域では、電子の移動が制限される。このため、ドレイン電流が流れる領域は、ゲート電極104によりゲート電圧が印加される領域に制限される。言い換えると、ドレイン電流は、半導体層の層厚に制限されるのではなく、ゲート電極の面積に比例するようになる。従って、ゲート電極の面積を大きくすれば、電流密度を大きくすることができる。
【0022】
次に、本発明の実施の形態における電界効果トランジスタの製造方法について、図2A〜図2Eを用いて説明する。図2A〜図2Eは、本発明の実施の形態における電界効果トランジスタの製造方法を説明するための各工程における状態を示す断面図である。
【0023】
まず、図2Aに示すように、基板201の上に六方晶系の窒化ホウ素からなる分離層202を形成する。例えば、サファイア(コランダム:Al23)からなる基板201の上に、よく知られた有機金属気相成長法により、トリエチルボロンおよびアンモニアをソースガスとして窒化ホウ素を堆積させればよい。このとき、基板温度条件は1080℃とすればよい。なお、分離層202の形成前に、基板201の表面を、有機金属気相成長装置の反応炉内の圧力を39999.6Pa(300Torr)とした水素ガス雰囲気で、基板温度を1080℃に加熱することによるサーマルクリーニングを行っておくとよい。
【0024】
次に、図2Bに示すように、分離層202の上に、GaNより大きなバンドギャップエネルギーを有してアルミニウムを含む窒化物半導体からなる障壁層102、GaNからなるチャネル層101を、順次に結晶成長する。
【0025】
例えば、有機金属気相成長法により、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、およびアンモニアをソースガスとしてAl0.2Ga0.8Nを結晶成長することで、障壁層102が形成できる。Al0.2Ga0.8Nは、バンドギャップエネルギーが3.8eVであり、GaN(3.42eV)より大きい(非特許文献2参照)。また、トリメチルガリウムおよびアンモニアをソースガスとしてGaNを結晶成長することで、障壁層102の上にチャネル層101が形成できる。例えば、これらの結晶成長において、基板温度条件は1050℃とすればよい。
【0026】
上述した有機金属気相成長法によれば、窒化物半導体の各層は、+c軸方向に結晶成長し、成長している表面がIII族極性面となる。このため、障壁層102は、表面をIII族極性面として結晶成長し、障壁層102のIII族極性面上に、チャネル層101が結晶成長することになる。言い換えると、障壁層102は、チャネル層101のN極性面に形成された状態となる。
【0027】
次に、図2Cに示すように、チャネル層101のIII族極性面の上に、ドレイン電極103を形成する。例えば、ドレイン電極形成領域に開口部を備えるレジストパターンを、チャネル層101のIII族極性面に形成する。次に、蒸着法などにより所定の電極材料を堆積する。この後、レジストパターンを除去(リフトオフ)することで、ドレイン電極形成領域に、ドレイン電極103が形成できる。このようにしてドレイン電極103を形成した後、例えば、アニールすることで、ドレイン電極103をチャネル層101にオーミック接続させる。
【0028】
次に、図2Dに示すように、障壁層102およびチャネル層101の積層構造と基板201とを、分離層202で分離する。六方晶系の窒化ホウ素は、グラファイトと同様に、六角形の頂点にホウ素と窒素とが交互に配置されて構成された六角網面の層が積層された構造を有し、各層間は、弱いファンデルワールス力で結合されている。このため、六方晶系の窒化ホウ素は、機械加工が容易であり、分離層202で分離が可能である。例えば、剥離用の基板を、チャネル層101に貼り付け、剥離用の基板を基板201側より引き離すことで、積層構造と基板201とが、分離層202で容易に分離する。
【0029】
次に、上述したように積層構造と基板201とを分離した後で、図2Eに示すように、障壁層102の上のソース電極形成領域に残る分離層202を除去して障壁層102の上にソース電極105を形成する。例えば、公知のフォトリソグラフィー技術により、ソース電極形成領域に開口部を備えるレジストパターンを形成する。次いで、形成したレジストパターンをマスクとし、分離後に残る分離層202のソース電極形成領域を選択的にエッチング除去し、障壁層102を露出させる。次に、レジストパターンを残した状態で、例えば、蒸着法などにより所定の電極材料を堆積する。この後、レジストパターンを除去(リフトオフ)することで、ソース電極形成領域に、ソース電極105が形成できる。また、ソース電極105を形成した後、例えば、アニールすることで、ソース電極105を障壁層102にオーミック接続させる。
【0030】
なお、ソース電極105の周囲に分離層202を残しておくことで、この後で行われる熱処理における保護膜として作用させることができる。また、窒化ホウ素はバンドギャップエネルギーが、5.2eV程度と大きく、グラファイトと比較して絶縁性が高いため、絶縁保護膜としても作用する(非特許文献3参照)。加えて、以降に説明するように、残しておく分離層202を、ゲート絶縁層として用いることができる。
【0031】
次に、図2Fに示すように、残してある分離層202の上にゲート電極104を形成する。ゲート電極104は、ドレイン電極103に対向して配置されればよい。例えば、ゲート電極形成領域に開口部を備えるレジストパターンを形成する。次に、蒸着法などにより所定の電極材料を堆積する。この後、レジストパターンを除去(リフトオフ)することで、ゲート電極形成領域の分離層202の上にゲート電極104が形成できる。ゲート電極104を形成した分離層202は、ゲート絶縁層として機能する。なお、耐熱金属によりゲート電極104を形成する場合、ソース電極105を形成する前にゲート電極104を形成してもよい。
【0032】
ここで、上述した剥離用の基板は、ソース電極105およびゲート電極104の形成においては取り除いておくことが必要となる。この剥離用の基板の除去や上述したソース電極105およびゲート電極104の形成は、図3に示すように、チャネル層101のドレイン電極103形成側(III族極性面の側)を、ホウ化ジルコニウム(ZrB2)の結晶からなる支持基板301に貼り付けて支持された状態で行うとよい。ホウ化ジルコニウムは、GaNとの間に格子定数で0.6%、膨張率で5%の違いしかなく、様々な熱処理工程において、熱膨張差によるチャネル層101の変形や、剥離などを招くことがない。また、ホウ化ジルコニウムは、Moなどの金属と同程度の熱伝導性を有し、放熱性に優れているため、この点においても、支持基板として有用である(非特許文献4参照)。
【0033】
以上に説明したように、本実施の形態における製造方法によれば、六方晶系の窒化ホウ素層およびこの上に結晶成長させることが可能なAlを含む窒化物半導体層を用い、結晶成長させる基板より容易にGaNの層を分離できるようにした。Alを含む窒化物半導体層は、GaNより大きなバンドギャップエネルギーとすることができ、これを障壁層とすることができる。このため、障壁層102の上にチャネル層101が形成できるようになる。通常の有機金属気相成長法を用いれば、窒化物半導体層の結晶成長している面は、III族極性面となるので、障壁層102のIII族極性面上にチャネル層101が形成できるようになる。この結果、チャネル層101のN極性面上に障壁層102を配置できるようになる。
【0034】
このように、チャネル層101のN極性面上に障壁層102が形成できるので、これらのヘテロ界面に、分極効果により2次元ホールガスを生成させることができるようになる。このように、ヘテロ界面に2次元ホールガスが生成できるので、前述したように、ノーマリーオフ動作が可能となり、また、ドレイン電流をゲート電極の面積に比例させるようにできるので、電流密度を大きくすることができる。
【0035】
また、各窒化物半導体層を、例えば、導電性GaN基板など高価な基板を用いる必要が無く、よく用いられているサファイア基板上に結晶成長できるので、製造コストの低減が図れるようになる。
【0036】
次に、分離層として用いた六方晶系の窒化ホウ素について説明する。六方晶系の窒化ホウ素は、よく知られているように、グラファイトと同様の結晶構造を有している。発明者らの鋭意研究の結果、六方晶系の窒化ホウ素の層の上には、GaNは層として結晶成長させることができないが、Alを含む窒化物半導体であれば、層(膜)として結晶成長させることができることを見いだした。
【0037】
六方晶系の窒化ホウ素は、例えばサファイア基板の上に結晶成長させることができ、このように形成した窒化ホウ素層の上に、AlGaNの層であれば形成できるので、窒化ホウ素層の上に、AlGaN層を形成すれば、この上にGaN層が形成できる。このようにして、窒化ホウ素層の上にAlGaN層を介して形成したGaNの層は、図4の写真に示すように、極めて平坦な表面状態で形成できる。なお、図4は、光学顕微鏡による観察結果である。
【0038】
また、この状態をX線回折分析すると、図5に示すように、GaN層の(0002)からの回折、およびAlGaN層の(0002)からの回折が、各々明瞭に観察された。GaN層のc軸格子定数は、0.5187nmであり、無歪みのGaNのc軸格子定数0.51855nmに近く、形成されたGaN層のc軸格子歪みは、+0.0289%と求められた。また、AlGaN層のc軸格子定数は、0.5154nmであり、Al0.16Ga0.84Nの組成となっていることがわかった。なお、AlGaNに限らず、AlNも六方晶系の窒化ホウ素の上に結晶成長できることがわかっている。発明者らの検討により、AlxGa1-xN(0.1≦x≦1)であれば、六方晶系の窒化ホウ素の層の上に結晶成長できることが判明している。
【0039】
以上のことより、サファイア基板の上に、六方晶系の窒化ホウ素の層を形成し、この上にAlGaNなどのAlを含む窒化物半導体の層を介することで、結晶性のよいGaN層が結晶成長できることがわかる。
【0040】
上述したように、窒化ホウ素層およびAlGaN層を介してサファイア基板の上に形成したGaN層は、窒化ホウ素層の部分で、サファイア基板より容易に分離できる。例えば、剥離用基板を用意し、この剥離用基板に導電性両面粘着テープを用いてGaN層を貼り付ける。この状態では、サファイア基板、AlGaN層、GaN層、および剥離基板の順に積層された状態となっている。この状態より、サファイア基板の側より剥離基板を離間させると、AlGaN層,GaN層からなる積層構造が、窒化ホウ素層の部分でサファイア基板より分離する。
【0041】
前述したように、六方晶系の窒化ホウ素は、積層されている六角網面の各層間は、弱いファンデルワールス力で結合されており、この層間の結合力は、粘着テープの粘着力より弱い。このため、上述したようにすることで、上記積層構造は、窒化ホウ素層の部分でサファイア基板より容易に分離させることができる。
【0042】
このように分離して剥離基板の上に転写されたGaN層およびAlGaN層をX線回折分析すると、図6に示すように、転写前のX線回折同様に、GaN層の(0002)からの回折およびAlGaN層の(0002)からの回折が、各々明瞭に観測された。転写されたGaN層のc軸格子定数は、0.51855nmであり、無歪みのGaNのc軸格子定数0.51855nmに近く、転写することにより、GaN層は無歪みとなっていることがわかった。
【0043】
次に、剥離基板の上に転写されたGaN層のラマン散乱スペクトルを図7に示す。GaN層のE2モードが567cm-1に明瞭に観測され、また、GaN層のA1モードが733cm-1に明瞭に観測された。この結果は、無歪みのGaNのE2モード567cm-1、A1モード733cm-1とほぼ一致している。これらのことより、GaN層は、転写により無歪みとなることがわかった。
【0044】
次に、分離して剥離基板の上に転写されたGaN層およびAlGaN層のカソードルミネッセンススペクトルを図8に示す。カソードルミネッセンスの測定は、室温(23℃程度)で、加速電圧は10kVである。AlGaN層からの発光が、332nmに明瞭に観測され、またGaN層からの発光も、363nm付近に観測される。
【0045】
以上に説明したことから明らかなように、六方晶系の窒化ホウ素層およびこの上に結晶成長させることが可能なAlを含む窒化物半導体の層を利用することで形成したGaN層は、高品質な結晶性を保持した状態で、成長基板より分離させることができることがわかる。
【0046】
なお、分離のために用いた剥離基板は、サファイア基板を用いてもよく、また、ガラスなどの透明な絶縁性基板、シリコン、シリコンカーバイト、GaN、AlNなどの半導体基板、銅、銀などの高い熱伝導率を有する金属、プラスチック、紙などの折り曲げ可能な基板であってもよいことはいうまでもない。
【0047】
また、上述では、導電性両面粘着テープにより剥離基板に貼り付けるようにしたが、これに限るものではなく、金属シート、低温はんだ、また、導電性接着材を用いて剥離基板に貼り付けるようにしてもよい。例えば、金属シートや低温はんだを用いる場合、これら材料の融点近傍まで加熱することで、剥離基板に融着させることができる。
【0048】
以上に説明したように、本発明によれば、GaNを用いた縦型の電界効果トランジスタにおいて、素子の作製にコストの上昇を招くことなく、ドレイン電流密度を大きくできるようになる。
【0049】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、障壁層102の上にチャネル層101を結晶成長した後、チャネル層101の上に六方晶系の窒化ホウ素からなる表面保護層を形成してもよい。六方晶系の窒化ホウ素は、融点が3000℃と高く、熱処理時にチャネル層101の表面が保護できる。
【0050】
また、ドレイン電極およびソース電極の形成領域に、n型不純物をイオン注入して不純物領域を形成しておき、コンタクト抵抗を下げるようにしてもよい。更に、ゲート電極を耐熱金属で形成することにより、ゲート電極を形成した後で分離層202、障壁層102を介してチャネル層101のソース電極形成領域にn型不純物をイオン注入し、熱処理することで、ゲート電極と自己整合する位置にソース電極形成領域が形成でき、オン抵抗を著しく低減することができる。
【0051】
また、チャネル層を、障壁層の側のp型のGaN層とドレイン電極形成側のn型のGaN層との2層構造としてもよい。p型のGaN層は比較的低濃度にp型不純物が導入されたp-−GaN層とし、n型のGaN層は比較的高濃度にn型不純物が導入されたn+−GaN層とすればよい。チャネル層の上にp-−GaN層およびn+−GaN層を順次に結晶成長し、n+−GaN層にドレイン電極を形成した後、ドレイン電極が形成されていないn+−GaN層を選択的に除去する。このようにすることで、ドレイン電極のコンタクト抵抗が下げられ、オン抵抗が低減でき、また、オフ耐圧を向上させることができる。
【符号の説明】
【0052】
101…チャネル層、102…障壁層、103…ドレイン電極、104…ゲート電極、105…ソース電極、202…分離層。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板の上に六方晶系の窒化ホウ素からなる分離層を形成する工程と、
前記分離層の上にGaNより大きなバンドギャップエネルギーを有してアルミニウムを含む窒化物半導体からなる障壁層を結晶成長する工程と、
前記障壁層の上にGaNからなるチャネル層を結晶成長する工程と、
前記チャネル層の上にドレイン電極を形成する工程と、
前記障壁層および前記チャネル層の積層構造と前記基板とを前記分離層で分離する工程と、
前記積層構造と前記基板とを分離した後で、前記ドレイン電極に対向する箇所以外のソース電極形成領域の前記障壁層の上にソース電極を形成する工程と、
前記積層構造と前記基板とを分離した後で、前記ドレイン電極に対向する箇所のゲート電極形成領域の前記障壁層の上にゲート電極を形成する工程と
を少なくとも備えることを特徴とする電界効果トランジスタの製造方法。
【請求項2】
請求項1記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記分離層で分離した後に前記障壁層の上に残る一部の前記分離層の上に前記ゲート電極を形成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。
【請求項3】
請求項1または2記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記ドレイン電極は、前記積層構造と前記基板とを分離する前に形成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。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれか1項に記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記ソース電極を形成した後で、前記ゲート電極を形成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。
【請求項5】
請求項1〜3のいずれか1項に記載の電界効果トランジスタの製造方法において、
前記ゲート電極を形成した後で、前記ソース電極を形成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。
【請求項6】
GaNからなるチャネル層と、
GaNより大きなバンドギャップエネルギーを有してアルミニウムを含む窒化物半導体から構成されて前記チャネル層のN極性面に形成された障壁層と、
前記チャネル層のIII族極性面に形成されたドレイン電極と、
前記ドレイン電極に対向して前記障壁層の上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極と離間して前記障壁層の上に形成されたソース電極と
を少なくとも備えることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項7】
請求項6記載の電界効果トランジスタにおいて、
前記障壁層の上に形成された六方晶系の窒化ホウ素からなる絶縁層を備え、
前記ゲート電極は、前記絶縁層の上に形成されていることを特徴とする電界効果トランジスタ。

【図1】
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【図2A】
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【図2B】
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【図2C】
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【図2D】
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【図2E】
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【図2F】
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【図3】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図4】
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【公開番号】特開2013−84783(P2013−84783A)
【公開日】平成25年5月9日(2013.5.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−223854(P2011−223854)
【出願日】平成23年10月11日(2011.10.11)
【出願人】(000004226)日本電信電話株式会社 (13,992)
【Fターム(参考)】