(57)【要約】【課題】良好な高周波特性を有しかつ耐圧性能が安定な電界効果型トランジスタおよびその製造方法を提供する。【解決手段】電界効果型トランジスタ１は、非導電性基板１０と、非導電性基板１０の一主面側に配置された電子走行層２１と、電子走行層２１上に配置された電子供給層２２と、電子供給層２２上に配置されたソース電極３０ｓ、ゲート電極３０ｇおよびドレイン電極３０ｄと、を含み、電子走行層２１は、第１領域２１ａと、第１領域２１ａに比べて結晶性が低い第２領域２１ｂと、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非導電性基板と、前記非導電性基板の一主面側に配置された電子走行層と、前記電子走行層上に配置された電子供給層と、前記電子供給層上に配置されたソース電極、ゲート電極およびドレイン電極と、を含み、
前記電子走行層は、第１領域と、前記第１領域に比べて再結合中心密度が高い第２領域と、を含む電界効果型トランジスタ。
【請求項２】
前記第２領域は、１×１０18ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下の再結合中心密度を有する請求項１に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項３】
前記第２領域は、前記第１領域に比べて高い濃度の不純物原子を含む請求項１または請求項２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項４】
前記電子走行層はガリウム原子を含むＩＩＩ族窒化物を含み、前記第２領域に含まれるガリウム原子の濃度は、前記第１領域に含まれるガリウム原子の濃度より高い請求項１または請求項２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項５】
前記第２領域のＸ線回折ピークの半値幅は、前記第１領域のＸ線回折ピークの半値幅より大きい請求項１または請求項２に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項６】
前記電子走行層中の前記第２領域は、前記ソース電極の下方に配置されている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の電界効果型トランジスタ。
【請求項７】
非導電性基板の一主面側に、電子走行層および電子供給層をこの順に隣接して形成する工程と、
前記電子走行層中に、その第１領域に比べて再結合中心密度が高い第２領域を形成する工程と、
前記電子供給層上にソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極を形成する工程と、を含む電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項８】
前記第２領域は、１×１０18ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下の再結合中心密度を有する請求項７に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項９】
前記第２領域は、前記電子走行層中に不純物原子のイオンを注入することにより形成する請求項７または請求項８に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【請求項１０】
前記ソース電極は、前記第２領域の上方に形成する請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の電界効果型トランジスタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界効果型トランジスタおよびその製造方法に関し、特に、良好な高周波特性を有しかつ耐圧性能が安定な電界効果型トランジスタおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大電流用のスイッチング素子には、高い逆方向耐圧と低いオン抵抗とが要求される。ＩＩＩ族窒化物半導体などのバンドギャップエネルギーが大きい材料を用いた電界効果型トランジスタ（以下、ＦＥＴともいう。）は、高耐圧、高温動作などの点で優れているため、大電力の制御用トランジスタとして注目されている。
【０００３】
ＩＩＩ族窒化物半導体の電界効果型トランジスタへの応用では、ドレイン電極に高電圧を印加すると、ゲート電極のドレイン電極側端の近傍において高電界領域が発生し、かかる高電界領域を流れる電子による構成原子のインパクトイオン化（かかる現象をアバランシェ破壊ともいう。）により電子正孔対が形成され、電子はドレイン電極から排出されるのに対し正孔はＩＩＩ族窒化物半導体層に蓄積されるため、ドレイン電流が増加しアバランシェ破壊がさらに促進され、キンク現象が発生するため、高周波の大信号動作において、電力付加効率が低下し、歪み特性が大きくなり、耐圧性能が不安定となるおそれがある。
【０００４】
そこで、米国特許出願公開第２００１／００２５９６５号明細書（特許文献１）は、上記おそれを解消するために、基板上に配置された電子蓄積層と、電子蓄積層上に形成された電子供給層と、電子供給層上に互いに分離して形成されたソース電極およびドレイン電極と、電子供給層上にソース電極とドレイン電極との間に形成されたゲート電極と、電子蓄積層上に実質的に電子供給層と分離するように形成された正孔吸収電極と、を含む高電子移動度トランジスタを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００１／００２５９６５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
米国特許出願公開第２００１／００２５９６５号明細書（特許文献１）に開示された高電子移動度トランジスタは、電子蓄積層上に実質的に電子供給層と分離するように形成された正孔吸収電極に、ＩＩＩ族窒化物半導体層に蓄積された正孔が吸収されるため、良好な高周波特性を有しかつ耐圧性能が安定する。しかしながら、正孔吸収電極を形成することは、チップの小型化に大きな障害となるとともに、高度な微細加工技術が必要となり、歩留まりが低下するという問題があった。  そこで、正孔吸収電極の形成などの高度な微細加工技術を用いることなく、良好な高周波特性を有しかつ耐圧性能が安定な電界効果型トランジスタおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様にかかる電界効果型トランジスタは、非導電性基板と、非導電性基板の一主面側に配置された電子走行層と、電子走行層上に配置された電子供給層と、電子供給層上に配置されたソース電極、ゲート電極およびドレイン電極と、を含み、電子走行層は、第１領域と、第１領域に比べて再結合中心密度が高い第２領域と、を含む。
【０００８】
本発明の別の態様にかかる電界効果型トランジスタの製造方法は、非導電性基板の一主面側に、電子走行層および電子供給層をこの順に隣接して形成する工程と、電子走行層中に、その第１領域に比べて再結合中心密度が高い第２領域を形成する工程と、電子供給層上にソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極を形成する工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００９】
これにより、正孔吸収電極の形成などの高度な微細加工技術を用いることなく、良好な高周波特性を有しかつ耐圧性能が安定な電界効果型トランジスタおよびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明のある態様の電界効果トランジスタの一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の別の態様の電界効果型トランジスタの製造方法の一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜本発明の実施形態の説明＞
本発明のある実施形態の電界効果型トランジスタは、非導電性基板と、非導電性基板の一主面側に配置された電子走行層と、電子走行層上に配置された電子供給層と、電子供給層上に配置されたソース電極、ゲート電極およびドレイン電極と、を含み、電子走行層は、第１領域と、第１領域に比べて再結合中心密度が高い第２領域と、を含む。
【００１２】
本実施形態の電界効果型トランジスタは、電子走行層に含まれる第１領域に比べて再結合中心密度が高い第２領域が、アバランシェ破壊により形成された電子正孔対から発生し電子走行層中に蓄積した正孔をソース電極から供給される電子と再結合させることにより消滅させるため、キンク現象の発生が抑制されて、良好な高周波特性を有しかつ耐圧性能が安定する。
【００１３】
本実施形態の電界効果型トタンジスタにおいて、第２領域は、１×１０18ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下の再結合中心密度を有することができる。かかる電界効果型トランジスタは、電子走行層に含まれる第２領域が１×１０18ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下の再結合中心密度を有するため、電子走行層中に蓄積した正孔をソース電極から供給される電子と効率よく再結合させて消滅させることができる。
【００１４】
本実施形態の電界効果型トランジスタにおいて、第２領域は、第１領域に比べて高い濃度の不純物原子を含むことができる。かかる電解効果型トランジスタは、第２領域が、第１領域に比べて高い濃度の不純物原子を含むことにより、第１領域に比べて再結合中心密度が高くなり、電子走行層中に蓄積した正孔をソース電極から供給される電子と再結合させることにより消滅させることができるため、キンク現象の発生が抑制されて、良好な高周波特性を有しかつ耐圧性能が安定する。
【００１５】
本実施形態の電界効果型トランジスタにおいて、電子走行層はガリウム原子を含むＩＩＩ族窒化物を含み、第２領域に含まれるガリウム原子の濃度を、第１領域に含まれるガリウム原子の濃度より高くすることができる。かかる電解効果型トランジスタは、電子走行層がガリウム原子を含むＩＩＩ族窒化物を含み、第２領域に含まれるガリウム原子の濃度を第１領域に含まれるガリウム原子の濃度より高くすることにより、第２領域が、第１領域に比べて再結合中心密度が高くなり、電子走行層中に蓄積した正孔をソース電極から供給される電子と再結合させることにより消滅させることができるため、キンク現象の発生が抑制されて、良好な高周波特性を有しかつ耐圧性能が安定する。
【００１６】
本実施形態の電界効果型トランジスタにおいて、第２領域のＸ線回折ピークの半値幅を、第１領域のＸ線回折ピークの半値幅より大きくすることができる。かかる電解効果型トランジスタは、第２領域のＸ線回折ピークの半値幅が第１領域のＸ線回折ピークの半値幅より大きくなることは、第２領域の結晶性が第１領域に比べて低くなることを意味しており、第２領域が、第１領域に比べて再結合中心密度が高くなり、電子走行層中に蓄積した正孔をソース電極から供給される電子と再結合させることにより消滅させることができるため、キンク現象の発生が抑制されて、良好な高周波特性を有しかつ耐圧性能が安定する。
【００１７】
本実施形態の電界効果型トランジスタにおいて、第２領域を、ソース電極の下方に配置することができる。かかる電解効果型トランジスタは、第２領域が、ソース電極の下方に配置されることにより、電子走行層中に蓄積した正孔をソース電極から供給される電子と効率よく再結合させて消滅させることができるため、キンク現象の発生が抑制されて、良好な高周波特性を有しかつ耐圧性能が安定する。
【００１８】
本発明の別の実施形態の電界効果型トランジスタの製造方法は、非導電性基板の一主面側に、電子走行層および電子供給層をこの順に隣接して形成する工程と、電子走行層中に、その第１領域に比べて再結合中心密度が高い第２領域を形成する工程と、電子供給層上にソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極を形成する工程と、を含む。
【００１９】
本実施形態の電界効果型トランジスタの製造方法は、電子走行層中に、その第１領域に比べて再結合中心密度が高い第２領域を形成することにより、第２領域が、アバランシェ破壊により形成された電子正孔対から発生し電子走行層中に蓄積した正孔をソース電極から供給される電子と再結合させることにより消滅させることができるため、キンク現象の発生が抑制された良好な高周波特性を有しかつ耐圧性能が安定な電界効果型トランジスタが得られる。
【００２０】
本実施形態の電界効果型トランジスタの製造方法において、第２領域は、電子走行層中に不純物原子のイオンを注入することにより形成することができる。これにより、第２領域が効率よく形成できる。
【００２１】
本実施形態の電界効果型トランジスタの製造方法において、ソース電極は、第２領域の上方に形成することができる。これにより、第２領域は、電子走行層中に蓄積した正孔をソース電極から供給される電子と効率よく再結合させて消滅させることができるため、キンク現象の発生がよく抑制されて、良好な高周波特性を有しかつ耐圧性能が安定な電界効果型トランジスタが得られる。
【００２２】
＜本発明の実施形態の詳細＞
［実施形態１：電界効果型トランジスタ］
図１を参照して、本実施形態の電界効果型トランジスタ１は、非導電性基板１０と、非導電性基板１０の一主面側に配置された電子走行層２１と、電子走行層２１上に配置された電子供給層２２と、電子供給層２２上に配置されたソース電極３０ｓ、ゲート電極３０ｇおよびドレイン電極３０ｄと、を含み、電子走行層２１は、第１領域２１ａと、第１領域２１ａに比べて再結合中心密度が高い第２領域２１ｂと、を含む。第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂの再結合中心密度は、ＤＬＴＳ（深準位過渡分光）法により測定できる。
【００２３】
本実施形態の電界効果型トランジスタ１は、アバランシェ破壊により電子走行層２１中に電子正孔対が生じるが、電子がドレイン電極３０ｄから排出されるとともに、電子走行層２１層に蓄積された正孔が、電子走行層２１に含まれる第１領域２１ａに比べて再結合中心密度が高い第２領域２１ｂにおいて、ソース電極３０ｓから供給される電子と再結合することにより消滅するため、キンク現象の発生が抑制されて、良好な高周波特性を有しかつ耐圧性能が安定する。
【００２４】
（非導電性基板）
本実施形態の電界効果型トランジスタ１に含まれる非導電性基板１０は、特に制限はないが、結晶性が良好な電子走行層および電子供給層をエピタキシャル成長させるために、ＧａＮ結晶などのＩＩＩ族窒化物結晶との格子整合性を高める観点から、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、サファイア基板などが好ましい。
【００２５】
（電子走行層）
本実施形態の電界効果型トランジスタ１に含まれる電子走行層２１は、特に制限はないが、電界効果型トランジスタ１の耐圧性および高温動作性を高くする観点から、バンドギャップエネルギーが大きいＩＩＩ族窒化物半導体層であることが好ましい。ここで、電子走行層２１とは、電界効果型トランジスタ１において、その層内で電子が移動する層をいう。
【００２６】
電子走行層２１は、第１領域２１ａと第１領域２１ａに比べて再結合中心密度が高い第２領域２１ｂとを含む。かかる第２領域２１ｂは、第１領域２１ａに比べて再結合中心密度が高い、すなわち、伝導バンドと価電子バンドとの間に形成され電子と正孔とを再結合させる中間準位の密度が高いため、電子走行層２１中に蓄積した正孔をソース電極３０ｓから供給される電子と再結合させて消滅させることができる。
【００２７】
（電子走行層の第１領域）
第１領域２１ａは、電子走行層２１中に形成される後述の第２領域２１ｂ以外の領域をいう。第１領域２１ａは、主に電子が走行する領域であれば特に制限はないが、高速の電子走行を可能にする観点から、不純物原子が添加されていないこと（アンドープ）が好ましい。
【００２８】
また、電子走行層２１の第１領域２１ａが後述の電子供給層２２と接触していることから、第１領域２１ａの電子供給層２２との界面から１０ｎｍ程度の深さまでの領域には、電子供給層２２のドナーおよび自発分極に起因して発生した電子もしくはゲート電極３０ｇに正バイアスを印可することにより発生した電子が集まり、２次元電子ガス２１ａｅが形成される。かかる２次元電子ガス２１ａｅは、電子走行層２１中のイオン散乱がないため、高速に移動することができる。
【００２９】
（電子走行層の第２領域）
第２領域２１ｂは、第１領域２１ａに比べて再結合中心密度が高い領域、すなわち、伝導バンドと価電子バンドとの間に形成され電子と正孔とを再結合させる中間準位の密度が高い領域をいい、電子走行層２１中に蓄積した正孔をソース電極３０ｓから供給される電子と再結合させて消滅させることができる。
【００３０】
第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂの再結合中心密度の測定方法としては、ＤＬＴＳ（深準位過渡分光）法が挙げられる。ＤＬＴＳ法は、接合界面に逆方向電圧をかけた状態で正方向のパルス電圧を加え、空乏層内の準位にキャリアを捕獲させ、これらのキャリアの熱励起などによる定常状態への過渡的変化を容量の変化として観測する。測定温度を変化させることで、準位の深さに応じて特定の温度で設定した一定時間内の容量変化が最大となる。かかる特定時間（容量変化が最大となった時間）、設定した一定時間および容量変化量から、再結合中心についての準位エネルギー、捕獲断面積、および密度が検出できる。
【００３１】
第２領域２１ｂの再結合中心密度は、特に制限はないが、電子走行層２１中に蓄積した正孔をソース電極３０ｓから供給される電子と効率よく再結合させて消滅させる観点から１×１０18ｃｍ-3以上が好ましく、１×１０19ｃｍ-3以上がより好ましく、結晶性を高める観点から、１×１０20ｃｍ-3以下が好ましく、５×１０19ｃｍ-3以下がより好ましい。
【００３２】
ここで、第２領域２１ｂは、電子走行層２１の電子供給層２２との界面から１０ｎｍ程度の深さまでの領域に形成される２次元電子ガス２１ａｅの高速移動を妨げないようにする観点から、２次元電子ガス２１ａｅが形成される領域以外の領域に形成される。
【００３３】
第２領域２１ｂの形成方法は、第１領域２１ａに比べて再結合中心密度を高める方法であれば、特に制限はないが、所望の位置、所望の大きさ、所望の形状および所望の再結合中心密度の第２領域２１ｂを形成する観点から、電子走行層２１の一部の領域に不純物原子のイオンを注入するイオン注入法が好適に挙げられる。
【００３４】
ここで、第２領域２１ｂは、第１領域２１ａに比べて高い濃度の不純物原子を含むことが好ましい。たとえば、イオン注入法により形成された第２領域２１ｂは、イオン注入により注入された不純物原子、すなわち、第１領域２１ａに比べて高い濃度の不純物原子が含まれる。かかる第２領域２１ｂは、第１領域２１ａに比べて高い濃度の不純物原子が含まれることにより、第１領域２１ａに比べて高い密度で伝導バンドと価電子バンドとの間の中間準位である再結合中心が第１領域２１ａに比べて高い密度で形成されるため、電子走行層２１に蓄積された正孔をソース電極３０ｓから供給される電子と再結合させて消滅させることができる。
【００３５】
イオン注入により含まれる不純物原子は、特に制限はないが、電子走行層を形成する結晶、たとえばＧａＮ結晶などのＩＩＩ族窒化物結晶の格子定数と不純物原子の原子半径との兼ね合い観点から、鉄（Ｆｅ）原子、マグネシウム（Ｍｇ）原子、炭素（Ｃ）原子などが好ましい。
【００３６】
また、電子走行層２１は、ガリウム（Ｇａ）原子を含み、第２領域２１ｂに含まれるＧａ原子の濃度は、第１領域２１ａに含まれるＧａ原子の濃度より高いことが好ましい。たとえば、ガリウム（Ｇａ）原子を含むＩＩＩ族窒化物を含む電子走行層中に、イオン注入法により形成された第２領域２１ｂのＧａ原子の濃度は、第１領域２１ａに含まれるＧａ原子の濃度より高くなる。かかる第２領域２１ｂは、第１領域２１ａに比べてＧａ原子の濃度が高い、すなわち、Ｇａサイトの不整合により、伝導バンドと価電子バンドとの間の中間準位である再結合中心が第１領域２１ａに比べて高い密度で形成されるため、電子走行層２１に蓄積された正孔をソース電極３０ｓから供給される電子と再結合させて消滅させることができる。
【００３７】
また、第２領域２１ｂのＸ線回折ピークの半値幅は、第１領域２１ａのＸ線回折ピークの半値幅より大きいことが好ましい。たとえば、イオン注入法により形成された第２領域２１ｂは、第１領域２１ａに比べて結晶性が低下し、第２領域２１ｂのＸ線回折ピークの半値幅が、第１領域２１ａのＸ線回折ピークの半値幅より大きくなる。
【００３８】
第２領域２１ｂおよび第１領域２１ａの結晶性の評価方法としては、特に制限はないが、結晶性を直接かつ簡便に評価する観点から、Ｘ線回折ピーク（たとえば、２θスキャンにおける回折ピーク）の半値幅により評価することが好ましい。Ｘ線回折ピークの半値幅が小さい（幅狭）ほど結晶性は高く、Ｘ線回折ピークの半値幅が大きい（幅広）ほど結晶性は低い。すなわち、第２領域２１ｂのＸ線回折ピークの半値幅は、第１領域２１ａのＸ線回折ピークの半値幅より大きい。電子走行層２１に蓄積された正孔の吸収を高める観点から、第２領域２１ｂのＸ線回折ピークの半値幅は、第１領域２１ａのＸ線回折ピークの半値幅の１．１倍以上が好ましく、５倍以上がより好ましい。
【００３９】
第２領域２１ｂは、その位置、その大きさおよびその形状などに特に制限はないが、電子走行層２１に蓄積された正孔を効率よく吸収する観点から、後述するソース電極３０ｓの下方（主面に垂直な方向から見ると、ソース電極３０ｓおよび第２領域２１ｂのいずれか一方の中心が他方の領域内に入っている。）に配置されていることが好ましい。第２領域２１ｂは、ソース電極３０ｓの下方に配置されていることにより、ソース電極３０ｓから電子が供給されやすく、電子走行層２１中に蓄積した正孔をソース電極３０ｓから供給される電子と効率よく再結合させて消滅させることができる。また、第２領域２１ｂは、電子走行層２１に蓄積された正孔を効率よく吸収するとともに電子走行層２１の電子供給層２２との界面から１０ｎｍ程度の深さまでの領域に形成される２次元電子ガス２１ａｅの高速移動を妨げないようにする観点から、電子走行層２１の電子供給層２２との界面から１０ｎｍ以上１μｍ以下の深さに配置されていることが好ましい。
【００４０】
（電子供給層）
本実施形態の電界効果型トランジスタ１に含まれる電子供給層２２は、特に制限はないが、電界効果型トランジスタ１の耐圧性および高温動作性を高くする観点から、バンドギャップエネルギーが大きいＩＩＩ族窒化物半導体層であることが好ましい。ここで、電子供給層２２とは、電子走行層２１に電子を供給する層をいう。
【００４１】
電子供給層２２は、特に制限はないが、電子走行層２１に効率的に電子を供給できる観点から、ドナー不純物原子の濃度が、１×１０17ｃｍ-3以上が好ましく、１×１０19ｃｍ-3以上がより好ましい。
【００４２】
（ソース電極）
本実施形態の電界効果型トランジスタ１に含まれるソース電極３０ｓは、特に制限はないが、電界効果型トランジスタ１のオン抵抗を低減する観点から、電子供給層２２とオーミック接触をするオーミック電極であることが好ましい。ソース電極３０ｓは、電子供給層２２とオーミック接触をする観点から、Ｔｉ電極、Ａｌ電極、Ｔｉ／Ａｌ電極などが好適に挙げられる。
【００４３】
（ゲート電極）
本実施形態の電界効果型トランジスタ１に含まれるゲート電極３０ｇは、特に制限はないが、電子走行層２１を空乏化させる観点から、電子供給層２２とショットキー接触をするショットキー電極であることが好ましい。ゲート電極３０ｇは、電子供給層２２とショットキー接触をする観点から、Ｎｉ電極、Ｐｔ電極、Ａｕ電極、Ｎｉ／Ａｕ電極、Ｎｉ／Ｐｔ電極などが好適に挙げられる。
【００４４】
（ドレイン電極）
本実施形態の電界効果型トランジスタ１に含まれるドレイン電極３０ｄは、特に制限はないが、電界効果型トランジスタ１のオン抵抗を低減する観点から、電子供給層２２とオーミック接触をするオーミック電極であることが好ましい。ドレイン電極３０ｄは、電子供給層２２とオーミック接触をする観点から、Ｔｉ電極、Ａｌ電極、Ｔｉ／Ａｌ電極などが好適に挙げられる。
【００４５】
（バッファ層）
なお、本実施形態の電界効果型トランジスタ１は、非導電性基板１０が、ＳｉＣ基板、サファイア基板などのＩＩＩ族窒化物と化学組成が異なる異組成基板の場合、その一主面側に成長させるＩＩＩ族窒化物半導体層の電子走行層２１および電子供給層２２の結晶性を高くする観点から、非導電性基板１０と電子走行層２１との間に、非導電性基板１０の結晶格子間隔と電子走行層２１および電子供給層２２の結晶格子間隔との間の結晶格子間隔を有するＩＩＩ族窒化物のバッファ層（図示せず）を配置することにより、電子走行層２１と電子供給層２２の結晶性を良好にすることができる。
【００４６】
［実施形態２：電界効果型トランジスタの製造方法］
図２を参照して、本実施形態の電界効果型トランジスタ１の製造方法は、非導電性基板１０の一主面側に、電子走行層２１および電子供給層２２をこの順に隣接して形成する工程（図２（Ａ））と、電子走行層２１中に、その第１領域２１ａに比べて結晶性の低い第２領域２１ｂを形成する工程（図２（Ｂ））と、電子供給層２２上にソース電極３０ｓ、ゲート電極３０ｇ、およびドレイン電極３０ｄを形成する工程（図２（Ｃ））と、を含む。
【００４７】
本実施形態の電界効果型トランジスタ１の製造方法は、電子走行層２１中に、その第１領域２１ａに比べて結晶性の低い第２領域２１ｂを形成することにより、アバランシェ破壊により形成された電子正孔対から発生し電子走行層２１中に蓄積した正孔を第２領域２１ｂに吸収することができるため、キンク現象の発生が抑制された良好な高周波特性を有しかつ耐圧性能が安定な実施形態１の電界効果型トランジスタが得られる。
【００４８】
（非導電性基板１０の一主面側に電子走行層２１および電子供給層２２をこの順に隣接して形成する工程）
図２（Ａ）を参照して、本実施形態の電界効果型トランジスタ１の製造方法は、非導電性基板１０の一主面側に電子走行層２１および電子供給層２２をこの順に隣接して形成する工程を含む。
【００４９】
電子走行層２１および電子供給層２２を成長させる方法は、その層の成長に適した方法であれば特に制限はない。電子走行層２１および電子供給層２２がＩＩＩ族窒化物半導体層の場合は、結晶性の高いＩＩＩ族窒化物層を成長させる観点から、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線成長）法、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、昇華法などの気相法、高窒素圧溶液法、フラックス法などが好適に挙げられる。
【００５０】
このようにして、電子走行層２１上に電子供給層２２が隣接して形成されると、電子走行層２１の電子供給層２２との界面から１０ｎｍ程度の深さまでの領域には、電子供給層２２のドナーおよび自発分極に起因して発生した電子もしくはゲート電極３０ｇに正バイアスを印可することにより発生した電子が集まり、２次元電子ガス２１ａｅが形成される。かかる２次元電子ガス２１ａｅは、電子走行層２１中のイオン散乱がないため、高速に移動することができる。
【００５１】
なお、非導電性基板１０が、ＳｉＣ基板、サファイア基板などのＩＩＩ族窒化物と化学組成が異なる異組成基板であって、その上にＩＩＩ族窒化物半導体層の電子走行層２１および電子供給層２２を成長させる場合、結晶性の高い電子走行層２１および電子供給層２２を成長させる観点から、非導電性基板１０上に、非導電性基板１０の結晶格子間隔と電子走行層２１および電子供給層２２の結晶格子間隔との間の結晶格子間隔を有するＩＩＩ族窒化物のバッファ層（図示せず）を成長させることができる。
【００５２】
（電子走行層２１中に、その第１領域２１ａに比べて結晶性の低い第２領域２１ｂを形成する工程）
図２（Ｂ）を参照して、本実施形態の電界効果型トランジスタ１の製造方法は、電子走行層２１中に、その第１領域２１ａに比べて結晶性の低い第２領域２１ｂを形成する工程を含む。
【００５３】
第２領域２１ｂを形成する方法は、第１領域２１ａに比べて結晶性を低下させる方法であれば、特に制限はないが、所望の位置、所望の大きさ、所望の形状および所望の結晶性の第２領域を形成する観点から、電子走行層２１の一部の領域に不純物原子のイオンを注入するイオン注入法が好適に挙げられる。
【００５４】
ここで、第２領域２１ｂは、電子走行層２１の電子供給層２２との界面から１０ｎｍ程度の深さまでの領域に形成される２次元電子ガス２１ａｅの高速移動を妨げないようにする観点から、２次元電子ガス２１ａｅが形成される領域以外の領域に形成される。すなわち、２次元電子ガス２１ａｅは、第２領域２１ｂ以外の領域、すなわち、第１領域２１ａ内に位置する。
【００５５】
（電子供給層２２上にソース電極３０ｓ、ゲート電極３０ｇ、およびドレイン電極３０ｄを形成する工程）
図２（Ｃ）を参照して、本実施形態の電界効果型トランジスタ１の製造方法は、電子供給層２２上にソース電極３０ｓ、ゲート電極３０ｇ、およびドレイン電極３０ｄを形成する工程を含む。
【００５６】
ソース電極３０ｓ、ゲート電極３０ｇ、およびドレイン電極３０ｄを形成する方法は、それぞれの電極の形成に適した方法であれば特に制限はない。たとえば、ソース電極３０ｓおよびドレイン電極３０ｄを形成する方法は、ソース電極３０ｓおよびドレイン電極３０ｄを、電子供給層２２の主面上の一部に、フォトリフォグラフィと蒸着を用いたリフトオフ法などにより形成し、さらに熱処理することにより電子供給層２２にオーミック接触させる。ゲート電極３０ｇを形成する方法は、ゲート電極３０ｇを、電子供給層２２の主面上の一部に、フォトリフォグラフィと蒸着を用いたリフトオフ法などにより形成することにより、電子供給層２２の一部にショットキー接触させる。
【００５７】
ここで、ソース電極３０ｓは、第２領域２１ｂの上方（主面に垂直な方向から見ると、ソース電極３０ｓおよび第２領域２１ｂのいずれか一方の中心が他方の領域内に入っている。）に形成することができる。これにより、第２領域２１ｂは、電子走行層２１中に蓄積した正孔を効率よく吸収することができるため、キンク現象の発生がよく抑制されて、良好な高周波特性を有しかつ耐圧性能が安定な電界効果型トランジスタ１が得られる。
【００５８】
このようにして、実施形態１の電界効果型トランジスタ１が得られる。
【実施例】
【００５９】
（実施例１）
１．非導電性基板の一主面側への電子走行層および電子供給層の形成
図２（Ａ）を参照して、非導電性基板１０として、ＨＶＰＥ法により形成された、Ｆｅ原子が３×１０19ｃｍ-3の濃度で添加された比抵抗が１×１０7Ωｃｍ以上で直径が２インチ（５０．８ｍｍ）で厚さが３００μｍの非導電性ＧａＮ基板を準備した。
【００６０】
次に、非導電性基板１０の一主面側に、ＭＯＣＶＤ法により、電子走行層２１および電子供給層２２をこの順に隣接して成長させた。電子走行層２１として、ノンドープ（ドナー不純物原子の濃度が１×１０17ｃｍ-3未満の厚さが２μｍのｉ型ＧａＮ層を成長させた。電子供給層２２として、ドナー不純物原子としてＳｉ原子をドープすることによりドナー不純物原子の濃度が１×１０18ｃｍ-3で厚さが２５ｎｍのｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を成長させた。
【００６１】
２．電子走行層２１中への第２領域の形成
図２（Ｂ）を参照して、次に、電子走行層２１中の一部の領域に、Ｆｅ原子のイオンを注入することにより、電子走行層２１の第１領域２１ａに比べて結晶性の低い第２領域２１ｂを形成した。Ｆｅ原子のイオンは、電子走行層２１の電子供給層２２との界面から１０ｎｍ〜１μｍの深さで、かつ、主面に垂直な方向から見て１００μｍ×５００μｍの大きさの領域に、１×１０13ｃｍ-2のドーズ量で注入した。
【００６２】
３．ソース電極、ゲート電極、およびドレイン電極の形成
図２（Ｃ）を参照して、電子供給層２２の主面上の一部に、フォトリソグラフィおよびＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極の電子ビームによる蒸着を行ない、リフトオフ法により９０μｍ×５００μｍの大きさのソース電極３０ｓおよびドレイン電極３０ｄを形成し、さらに６００℃で３０秒間の熱処理を行なった。ここで、ソース電極３０ｓは、電子走行層２１の第２領域２１ｂの直上方（主面に垂直な方向から見ると、ソース電極３０ｓの中心と第２領域２１ｂの中心が一致している。）に形成した。また、電子供給層の２２の主面上の一部に、フォトリソグラフィおよびＮｉ／Ａｕ電極の電子ビームによる蒸着を行ない、リフトオフ法により１μｍ×５００μｍの大きさのゲート電極３０ｇを形成した。このようにして、電界効果型トランジスタ１である、ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）が得られた。
【００６３】
４．物性評価
得られた電界効果型トランジスタ１の物性は、以下のとおりであった。電子走行層２１の第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂの再結合中心密度は、ＤＬＴＳ（深準位過渡分光）法により測定したところ、それぞれ１×１０15ｃｍ-3および１×１０19ｃｍ-3であった。また、電子走行層２１の第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂの不純物原子であるＦｅ原子の濃度は、ＳＩＭＳ分析により測定したところ、それぞれ１×１０16ｃｍ-3および１×１０17ｃｍ-3であった。また、電子走行層２１の第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂのＧａ原子の濃度は、ＳＩＭＳ分析により測定したところ、それぞれ１×１０22ｃｍ-3および１×１０21ｃｍ-3であった。また、電子走行層の第１領域および第２領域の２θスキャンにおけるＸ線回折ピークの半値幅は、それぞれ２００ａｒｃｓｅｃおよび６００ａｒｃｓｅｃであった。
【００６４】
（実施例２）
第２領域の形成において、Ｆｅ原子のイオンに替えてＭｇ原子のイオンを１×１０13ｃｍ-2のドーズ量で注入したこと以外は、実施例１と同様にして、電界効果型トランジスタであるＨＥＭＴを作製した。
【００６５】
得られた電界効果型トランジスタの物性は、以下のとおりであった。電子走行層の第１領域および第２領域の再結合中心密度は、それぞれ１×１０15ｃｍ-3および１×１０19ｃｍ-3であった。また、電子走行層の第１領域および第２領域の不純物原子であるＭｇ原子の濃度は、それぞれ１×１０16ｃｍ-3および１×１０17ｃｍ-3であった。また、電子走行層の第１領域および第２領域のＧａ原子の濃度は、それぞれ１×１０22ｃｍ-3および１×１０21ｃｍ-3であった。また、電子走行層の第１領域および第２領域の２θスキャンにおけるＸ線回折ピークの半値幅は、それぞれ２００ａｒｃｓｅｃおよび６００ａｒｃｓｅｃであった。
【００６６】
（実施例３）
第２領域の形成において、Ｆｅ原子のイオンに替えてＣ原子のイオンを１×１０13ｃｍ-2のドーズ量で注入したこと以外は、実施例１と同様にして、電界効果型トランジスタであるＨＥＭＴを作製した。
【００６７】
得られた電界効果型トランジスタの物性は、以下のとおりであった。電子走行層の第１領域および第２領域の再結合中心密度は、それぞれ１×１０15ｃｍ-3および１×１０19ｃｍ-3であった。また、電子走行層の第１領域および第２領域の不純物原子であるＣ原子の濃度は、それぞれ１×１０16ｃｍ-3および１×１０17ｃｍ-3であった。また、電子走行層の第１領域および第２領域のＧａ原子の濃度は、それぞれ１×１０22ｃｍ-3および１×１０21ｃｍ-3であった。また、電子走行層の第１領域および第２領域の２θスキャンにおけるＸ線回折ピークの半値幅は、それぞれ２００ａｒｃｓｅｃおよび６００ａｒｃｓｅｃであった。
【００６８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６９】
１  電界効果型トランジスタ
１０  非導電性基板
２１  電子走行層
２１ａ  第１領域
２１ａｅ  ２次元電子ガス
２１ｂ  第２領域
２２  電子供給層
３０ｄ  ドレイン電極
３０ｇ  ゲート電極
３０ｓ  ソース電極。
【図１】
2016046364.tif 000003
【図２】
2016046364.tif 000004