JP5458084B2

JP5458084B2 - Manufacturing method of semiconductor device

Info

Publication number: JP5458084B2
Application number: JP2011266051A
Authority: JP
Inventors: 健中田; 健川崎; 誠司八重樫
Original assignee: Sumitomo Electric Device Innovations Inc
Current assignee: Sumitomo Electric Device Innovations Inc
Priority date: 2011-12-05
Filing date: 2011-12-05
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: JP2012084901A

Description

本発明は半導体装置の製造方法、特に、縦型構造を有する電力制御用トランジスタの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a power control transistor having a vertical structure.

電力制御用トランジスタは家電、電鉄、電気自動車、電力など幅広い分野で用いられている。電力制御用トランジスタには、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。また、低損失を実現するため、オン抵抗の小さいことが要求される。そこで、近年電力制御用トランジスタとして縦型構造を有するトランジスタが注目されている。 Power control transistors are used in a wide range of fields such as home appliances, electric railways, electric vehicles, and electric power. The power control transistor is required to have a high breakdown voltage that does not break down even when high power is applied. In addition, a low on-resistance is required to achieve low loss. Therefore, in recent years, a transistor having a vertical structure has attracted attention as a power control transistor.

特に、ＧａＮ系半導体層を有する縦型トランジスタは、ＧａＮ系半導体が高耐圧で高移動度を有する半導体であることから注目されている。ＧａＮ系半導体とは、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮまたはＩｎＮの少なくとも１つを含む単結晶または混晶である。特許文献１には以下のＧａＮ系半導体層を有する縦型ＦＥＴ(従来技術１)が開示されている。不純物を添加しないＧａＮ系半導体層（チャネル層）の側面にバンドギャップの大きいＧａＮ系半導体層（キャップ層）を形成する。キャップ層側面にゲート電極を形成する。チャネル層の上下をソース電極およびドレインに接続する。チャネル層のキャップ層界面を流れる電子をゲート電極で制御している。さらに、特許文献２には、チャネル層がＰ型のＧａＮ層であり、キャップ層を絶縁膜としたＧａＮ系半導体層を有する縦型ＦＥＴ(従来技術２)が開示されている。 In particular, a vertical transistor having a GaN-based semiconductor layer has attracted attention because the GaN-based semiconductor is a semiconductor having a high breakdown voltage and high mobility. The GaN-based semiconductor is, for example, a single crystal or a mixed crystal containing at least one of GaN, AlN, or InN. Patent Document 1 discloses a vertical FET (conventional technology 1) having the following GaN-based semiconductor layer. A GaN-based semiconductor layer (cap layer) having a large band gap is formed on the side surface of the GaN-based semiconductor layer (channel layer) to which no impurity is added. A gate electrode is formed on the side surface of the cap layer. The upper and lower sides of the channel layer are connected to the source electrode and the drain. Electrons flowing through the cap layer interface of the channel layer are controlled by the gate electrode. Further, Patent Document 2 discloses a vertical FET (prior art 2) having a GaN-based semiconductor layer in which the channel layer is a P-type GaN layer and the cap layer is an insulating film.

特開２００３−５１５０８号公報JP 2003-51508 A 特開２００３−１６３３５４号公報JP 2003-163354 A

しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載された従来技術においては、ピンチオフ特性が悪い。また、チャネル層の移動度が低く、これにより、オン抵抗が高くなってしまう。これでは、十分な電気的特性が得られない。 However, the conventional techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2 have poor pinch-off characteristics. In addition, the mobility of the channel layer is low, which increases the on-resistance. In this case, sufficient electrical characteristics cannot be obtained.

本発明は、ピンチオフ特性を改善しまたはチャネル層の移動度を向上させ電気的特性の良好な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device with improved electrical characteristics by improving pinch-off characteristics or improving mobility of a channel layer.

本発明は、基板上に形成されたＧａＮ系半導体層と、該ＧａＮ系半導体層に形成された開口部と、前記開口部の前記ＧａＮ系半導体層の側面に形成された電子走行層と、前記電子走行層の前記開口部側の側面に形成され、前記電子走行層よりバンドギャップの大きい電子供給層と、前記電子供給層の前記開口部側の側面に形成されたゲート電極と、前記ＧａＮ系半導体層上に形成されたソース電極と、前記ＧａＮ系半導体層のソース電極と相対する面に接続されたドレイン電極と、を具備する半導体装置である。本発明によれば電子走行層と電子供給層を再成長することにより電子走行層の２ＤＥＧの移動度を向上させ電気的特性の良好な半導体装置を提供することができる。 The present invention provides a GaN-based semiconductor layer formed on a substrate, an opening formed in the GaN-based semiconductor layer, an electron transit layer formed on a side surface of the GaN-based semiconductor layer in the opening, An electron supply layer formed on a side surface of the electron transit layer on the opening side, having a larger band gap than the electron transit layer, a gate electrode formed on a side surface of the electron supply layer on the aperture side, and the GaN-based layer A semiconductor device comprising: a source electrode formed on a semiconductor layer; and a drain electrode connected to a surface facing the source electrode of the GaN-based semiconductor layer. According to the present invention, by re-growing the electron transit layer and the electron supply layer, the mobility of 2DEG in the electron transit layer can be improved, and a semiconductor device with good electrical characteristics can be provided.

本発明は、前記ＧａＮ系半導体層はＰ型ＧａＮ系半導体層を含み、前記開口部は少なくとも前記Ｐ型ＧａＮ系半導体層を除去されており、前記電子走行層は、前記Ｐ型ＧａＮ系半導体層の側面に形成された半導体装置とすることができる。本発明によれば、Ｐ型ＧａＮ系半導体層を有することによりピンチオフ特性を改善し電気的特性の良好な半導体装置を提供することができる。 In the present invention, the GaN-based semiconductor layer includes a P-type GaN-based semiconductor layer, the opening has at least the P-type GaN-based semiconductor layer removed, and the electron transit layer includes the P-type GaN-based semiconductor layer. The semiconductor device can be formed on the side surface. According to the present invention, by having a P-type GaN-based semiconductor layer, it is possible to provide a semiconductor device with improved pinch-off characteristics and good electrical characteristics.

本発明は、前記ＧａＮ系半導体層は、前記Ｐ型ＧａＮ系半導体層を挟む第１のＮ型ＧａＮ系半導体層および第２のＮ型ＧａＮ系半導体層を含む半導体装置とすることができる。また、本発明は、前記Ｐ型ＧａＮ系半導体層はＧａＮ層とＡｌＧａＮ層の少なくとも一方である半導体装置とすることができる。さらに、本発明は、前記電子走行層がＩｎ_ｘ２Ａｌ_ｙ２Ｇａ_{（１−ｘ２−ｙ２）}Ｎ層であり、前記電子供給層がＩｎ_ｘ１Ａｌ_ｙ１Ｇａ_{（１−ｘ１−ｙ１）}Ｎ層であり（０≦ｘ２，ｙ２，ｘ１，ｙ１≦１）、２．８１（ｙ１−ｙ２）−１．５０（ｘ１−ｘ２）＞０の関係を満たす半導体装置とすることができる。さらに、本発明は、前記電子走行層はＧａＮとＩｎＧａＮのいずれか一方であり、前記電子供給層はＡｌＧａＮである半導体装置とすることができる。さらに、本発明は、前記電子走行層と前記電子供給層の間にＡｌＮ層を具備する半導体装置とすることができる。さらに、本発明は、前記電子走行層は、５から１００ｎｍの膜厚を有する半導体装置とすることができる。さらに、本発明は、前記基板はＳｉＣ基板、サファイア基板、ＧａＮ基板である半導体装置とすることができる。 The present invention may be a semiconductor device in which the GaN-based semiconductor layer includes a first N-type GaN-based semiconductor layer and a second N-type GaN-based semiconductor layer that sandwich the P-type GaN-based semiconductor layer. Further, the present invention can be a semiconductor device in which the P-type GaN-based semiconductor layer is at least one of a GaN layer and an AlGaN layer. Furthermore, in the present invention, the electron transit layer is an In _x2 Al _y2 Ga _(1-x2-y2) N layer, and the electron supply layer is an In _x1 Al _y1 Ga _(1-x1-y1) N layer ( The semiconductor device can satisfy the relationship of 0 ≦ x2, y2, x1, y1 ≦ 1), 2.81 (y1-y2) -1.50 (x1-x2)> 0. Furthermore, the present invention can be a semiconductor device in which the electron transit layer is one of GaN and InGaN and the electron supply layer is AlGaN. Furthermore, the present invention can be a semiconductor device including an AlN layer between the electron transit layer and the electron supply layer. Further, according to the present invention, the electron transit layer can be a semiconductor device having a thickness of 5 to 100 nm. Furthermore, the present invention can be a semiconductor device in which the substrate is a SiC substrate, a sapphire substrate, or a GaN substrate.

本発明は、基板上にＧａＮ系半導体層を形成する工程と、前記ＧａＮ系半導体層に開口部を形成する工程と、前記開口部の側面に電子走行層および電子供給層を形成する工程と、前記電子供給層の前記開口部側の側面にゲート電極を形成する工程と、前記ＧａＮ系半導体層上にソース電極を形成する工程と、前記ＧａＮ系半導体層の前記ソース電極と相対する面に接続するドレイン電極を形成する工程と、を具備する半導体装置の製造方法である。本発明によれば電子走行層と電子供給層を再成長することにより電子走行層の２ＤＥＧの移動度を向上させ電気的特性の良好な半導体装置の製造方法を提供することができる。 The present invention includes a step of forming a GaN-based semiconductor layer on a substrate, a step of forming an opening in the GaN-based semiconductor layer, a step of forming an electron transit layer and an electron supply layer on a side surface of the opening, A step of forming a gate electrode on a side surface of the electron supply layer on the opening side, a step of forming a source electrode on the GaN-based semiconductor layer, and a connection to the surface of the GaN-based semiconductor layer facing the source electrode Forming a drain electrode to be manufactured. A method for manufacturing a semiconductor device. According to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor device having good electrical characteristics by improving the mobility of 2DEG of the electron transit layer by re-growing the electron transit layer and the electron supply layer.

本発明は、前記ＧａＮ系半導体層を形成する工程は、Ｐ型ＧａＮ系半導体層を形成する工程を含み、前記開口部を形成する工程は、少なくとも前記Ｐ型ＧａＮ系半導体層を除去する工程である半導体装置の製造方法とすることができる。本発明によれば、Ｐ型ＧａＮ系半導体層を有することによりピンチオフ特性を改善し電気的特性の良好な半導体装置の製造方法を提供することができる。 In the present invention, the step of forming the GaN-based semiconductor layer includes a step of forming a P-type GaN-based semiconductor layer, and the step of forming the opening is a step of removing at least the P-type GaN-based semiconductor layer. It can be set as the manufacturing method of a certain semiconductor device. According to the present invention, by having a P-type GaN-based semiconductor layer, it is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device with improved pinch-off characteristics and good electrical characteristics.

本発明は、前記ＧａＮ系半導体層を形成する工程は、前記Ｐ型ＧａＮ系半導体層を形成する工程の前後に、第１のＮ型ＧａＮ系半導体層を形成する工程と、第２のＮ型半導体層を形成する工程を含む半導体装置の製造方法とすることができる。また、本発明は、前記ＧａＮ系半導体層を形成する工程は、ＭＯＣＶＤ法またはＭＢＥ法で成膜する半導体装置の製造方法とすることができる。 In the present invention, the step of forming the GaN-based semiconductor layer includes a step of forming a first N-type GaN-based semiconductor layer before and after the step of forming the P-type GaN-based semiconductor layer, and a second N-type semiconductor layer. It can be set as the manufacturing method of the semiconductor device including the process of forming a semiconductor layer. In the present invention, the step of forming the GaN-based semiconductor layer can be a method for manufacturing a semiconductor device in which a film is formed by MOCVD or MBE.

本発明によれば、ピンチオフ特性を改善し、または電子走行層の移動度を向上させ電気的特性の良好な縦型ＦＥＴである半導体装置の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the semiconductor device which is the vertical FET which improves the pinch-off characteristic or improves the mobility of the electron transit layer and has good electrical characteristics can be provided.

図1は従来技術の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of the prior art. 図２は従来技術のキャップ層とチャネル層付近のバンド図である。FIG. 2 is a band diagram in the vicinity of a cap layer and a channel layer according to the prior art. 図３は実施例１の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the first embodiment. 図４は実施例1の電子供給層、電子走行層、バリア層付近のバンド図（その1）である。FIG. 4 is a band diagram (part 1) in the vicinity of the electron supply layer, the electron transit layer, and the barrier layer of Example 1. 図５は実施例1の電子供給層、電子走行層、バリア層付近のバンド図（その２）である。FIG. 5 is a band diagram (part 2) in the vicinity of the electron supply layer, the electron transit layer, and the barrier layer of Example 1. 図６は実施例１の製造工程の断面図（その１）である。6 is a sectional view (No. 1) of the manufacturing process of Example 1. FIG. 図７は実施例１の製造工程の断面図（その２）である。FIG. 7 is a cross-sectional view (part 2) of the manufacturing process of the first embodiment. 図８は実施例１の製造工程の断面図（その３）である。8 is a sectional view (No. 3) of the manufacturing process of Example 1. FIG. 図９は実施例１の製造工程の断面図（その４）である。FIG. 9 is a cross-sectional view (part 4) of the manufacturing process of the first embodiment. 図１０は実施例１の製造工程の断面図（その５）である。10 is a sectional view (No. 5) of the manufacturing process of Example 1. FIG. 図１１は実施例１の製造工程の断面図（その６）である。11 is a sectional view (No. 6) of the manufacturing process of Example 1. FIG. 図１２は実施例１の変形例の断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view of a modification of the first embodiment.

従来技術において、ピンチオフ特性やチャネル層の移動度が低かった原因について説明する。まず、従来技術の縦型ＦＥＴの構造について図１を用い簡単に説明する。基板４０上に、ＧａＮ系半導体層２０として、ｎ型バッファ層４２、ｎ型ドリフト層４４、不純物を添加しないまたはｐ型のチャネル層４６、ｎ型のソース層４８が形成されている。ドリフト層４４に達する開口部５８が設けられ、開口部５８を覆うようにキャップ層５１が形成されている。ソース層４８上にソース電極５０、開口部５８にゲート電極５２、基板４０の裏面にドレイン電極５４が形成されている。 The reason why the pinch-off characteristics and the mobility of the channel layer are low in the prior art will be described. First, the structure of a conventional vertical FET will be briefly described with reference to FIG. An n-type buffer layer 42, an n-type drift layer 44, an impurity-free or p-type channel layer 46, and an n-type source layer 48 are formed on the substrate 40 as the GaN-based semiconductor layer 20. An opening 58 reaching the drift layer 44 is provided, and a cap layer 51 is formed so as to cover the opening 58. A source electrode 50 is formed on the source layer 48, a gate electrode 52 is formed in the opening 58, and a drain electrode 54 is formed on the back surface of the substrate 40.

従来技術の縦型ＦＥＴにおいては、電子は、ソース電極５０からチャネル層４６のキャップ層５１界面を通り、縦方向に流れドレイン電極５４に至る。従来技術１においては、チャネル層４６に不純物を添加していない。これより、ソース電極５０とドレイン電極５４に高電圧を印加した場合、電子は、チャネル層４６のキャップ層５１界面より深いチャネル層４６を流れてしまい、ピンチオフ特性が劣化してしまう。 In the conventional vertical FET, electrons flow from the source electrode 50 through the interface of the cap layer 51 of the channel layer 46 in the vertical direction to the drain electrode 54. In the prior art 1, no impurity is added to the channel layer 46. Thus, when a high voltage is applied to the source electrode 50 and the drain electrode 54, electrons flow through the channel layer 46 deeper than the interface of the cap layer 51 of the channel layer 46, and the pinch-off characteristics are deteriorated.

一方、従来技術２においては、以下に説明するようにピンチオフ特性は改善される。図２は従来技術２のキャップ層５１である酸化アルミニウム層とチャネル層４６であるｐ型ＧａＮ層の界面付近のバンド図である。図２で斜線領域はＰ型領域であることを示している。チャネル層４６中では、ｐ型不純物によりバンドが持ち上がる。これにより、ソース電極５０とドレイン電極５４に高電圧を印加した場合であっても、電子はチャネル層４６のキャップ層５１界面を流れる。よって、ピンチオフ特性を改善できる。 On the other hand, in the prior art 2, the pinch-off characteristic is improved as described below. FIG. 2 is a band diagram in the vicinity of the interface between the aluminum oxide layer that is the cap layer 51 and the p-type GaN layer that is the channel layer 46 of the prior art 2. In FIG. 2, the shaded area indicates a P-type area. In the channel layer 46, a band is lifted by p-type impurities. Thereby, even when a high voltage is applied to the source electrode 50 and the drain electrode 54, electrons flow through the interface of the cap layer 51 of the channel layer 46. Therefore, pinch-off characteristics can be improved.

しかし、従来技術２においては、チャネル層の移動度が低くなってしまう。一般にＧａＮ系半導体層のｐ型不純物はＭｇが使用される。しかし、ＧａＮ系半導体層でのＭｇの活性化率は数％と非常に低い。これでは、１×１０^１７ｃｍ^−３のｐ型キャリア濃度を得ようとすると、１×１０^１９ｃｍ^−３程度のＭｇを添加せざるを得なくなる。この結果、電子がチャネル層４６内にある大量のＭｇによって散乱され移動度が低下してしまう。よって、オン抵抗が高くなってしまう。 However, in the related art 2, the mobility of the channel layer is lowered. In general, Mg is used as the p-type impurity in the GaN-based semiconductor layer. However, the Mg activation rate in the GaN-based semiconductor layer is as low as several percent. In this, 1 is to be obtained a p-type carrier concentration of × ¹⁰ 17 ^{cm -3,} be forced to addition of approximately 1 × ¹⁰ 19 ^{cm -3} of Mg. As a result, electrons are scattered by a large amount of Mg in the channel layer 46 and the mobility is lowered. Accordingly, the on-resistance becomes high.

さらに、従来技術１および従来技術２においては、キャップ層５１とチャネル層４６の間の界面準位密度が高くチャネル層４６の移動度を低下させてしまう。界面準位密度が高いのは以下の原因による。キャップ層５１として窒化物半導体（ＧａＮ系半導体）層を用いる場合、窒化物半導体（ＧａＮ系半導体）層の成長温度が高いこと、窒素の乖離温度が高いことから、成長前の昇温時にチャネル層４６から窒素の離脱が生じ、チャネル層４６内に結晶欠陥を増加させる。キャップ層５１として絶縁膜層を用いる場合、ＧａＮ系半導体層であるチャネル層４６上にはＳｉのように良質な絶縁膜層は形成できない。このように、キャップ層４６として、窒化物半導体（ＧａＮ系半導体）層を用いる場合であっても絶縁膜層を用いる場合であっても、キャップ層５１とチャネル層４６の間の界面準位密度が高くチャネル層４６の移動度を低下させてしまう。よって、オン抵抗が高くなってしまう。以下、上記課題を解決する実施形態につき、実施例を例に説明する。 Further, in the prior art 1 and the prior art 2, the interface state density between the cap layer 51 and the channel layer 46 is high, and the mobility of the channel layer 46 is lowered. The interface state density is high due to the following reasons. When a nitride semiconductor (GaN-based semiconductor) layer is used as the cap layer 51, the growth temperature of the nitride semiconductor (GaN-based semiconductor) layer is high and the nitrogen dissociation temperature is high. Nitrogen detachment occurs from 46, increasing crystal defects in the channel layer 46. When an insulating film layer is used as the cap layer 51, a high-quality insulating film layer such as Si cannot be formed on the channel layer 46 that is a GaN-based semiconductor layer. As described above, whether the nitride layer (GaN-based semiconductor) layer or the insulating film layer is used as the cap layer 46, the interface state density between the cap layer 51 and the channel layer 46 is used. And the mobility of the channel layer 46 is lowered. Accordingly, the on-resistance becomes high. Hereinafter, an embodiment will be described as an example with respect to an embodiment that solves the above problem.

図３は実施例１の断面図である。導電性のＳｉＣ基板１０上に、ＧａＮ系半導体層２０として、ｎ型ＡｌＧａＮバッファ層１２、ｎ型ＧａＮドリフト層１４(第１のＮ型ＧａＮ系半導体層)、ｐ型ＧａＮまたはＡｌＧａＮバリア層１６（Ｐ型ＧａＮ系半導体層）およびｎ型ＧａＮキャップ層１８(第２のＮ型ＧａＮ系半導体層)が形成されている。すなわち、ＧａＮ系半導体層２０はＰ型ＧａＮ系半導体層を含み、Ｐ型ＧａＮ系半導体層挟む第１のＧａＮ系半導体層および第２のＧａＮ系半導体層を含む。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the first embodiment. On the conductive SiC substrate 10, as a GaN-based semiconductor layer 20, an n-type AlGaN buffer layer 12, an n-type GaN drift layer 14 (first N-type GaN-based semiconductor layer), a p-type GaN or an AlGaN barrier layer 16 ( A P-type GaN-based semiconductor layer) and an n-type GaN cap layer 18 (second N-type GaN-based semiconductor layer) are formed. That is, the GaN-based semiconductor layer 20 includes a P-type GaN-based semiconductor layer, and includes a first GaN-based semiconductor layer and a second GaN-based semiconductor layer sandwiching the P-type GaN-based semiconductor layer.

ＧａＮ系半導体層２０にはドリフト層１４に達する開口部２８が形成されている。すなわち、開口部２８は少なくともバリア層１６（Ｐ型ＧａＮ系半導体層）を除去されている。開口部２８を覆うように再成長層２７として、不純物を添加しないＧａＮ電子走行層２２、ＡｌＮ中間層２４、電子走行層２２よりバンドギャップの大きいＡｌＧａＮ電子供給層２６が形成されている。キャップ層１８上にソース電極３０、開口部２８内にゲート電極３２、基板１０の裏面にドレイン電極３４が形成されている。すなわち、電子走行層２２は開口部２８のＧａＮ系半導体層２０の側面に形成され、電子供給層２６は、電子走行層２２の前記開口部２８側の側面に形成されている。ドレイン電極３４は、ＧａＮ系半導体層２０のソース電極３０と相対する面に接続されている。 An opening 28 reaching the drift layer 14 is formed in the GaN-based semiconductor layer 20. That is, at least the barrier layer 16 (P-type GaN-based semiconductor layer) is removed from the opening 28. As the regrowth layer 27, the GaN electron transit layer 22 without addition of impurities, the AlN intermediate layer 24, and the AlGaN electron supply layer 26 having a larger band gap than the electron transit layer 22 are formed so as to cover the opening 28. A source electrode 30 is formed on the cap layer 18, a gate electrode 32 is formed in the opening 28, and a drain electrode 34 is formed on the back surface of the substrate 10. That is, the electron transit layer 22 is formed on the side surface of the GaN-based semiconductor layer 20 in the opening portion 28, and the electron supply layer 26 is formed on the side surface of the electron transit layer 22 on the opening portion 28 side. The drain electrode 34 is connected to the surface of the GaN-based semiconductor layer 20 facing the source electrode 30.

実施例１においては、電子は図３中の矢印のように、ソース電極３０から電子走行層２２を通りドリフト層１４からドレイン電極３４に縦方向に流れる。図４および図５はバリア層１６付近のバンド図である。ＡｌＧａＮ電子供給層２６、ＡｌＮ中間層２４、ＧａＮ電子走行層２２およびｐ型ＧａＮ（図４）またはＡｌＧａＮ（図５）バリア層のバンド図である。不純物を添加しないＧａＮチャネル層２２の中間層２４界面に２ＤＥＧ（２次元電子ガス）が生じ、電子が走行する。電子走行層２２と中間層２４、電子供給層２６は連続して成長しているため、従来技術のように絶縁膜との界面の界面準位や、窒素の離脱による界面準位は発生しない。これらにより２ＤＥＧは高移動度を確保することができる。さらに、ｐ型のバリア層が配置されているため、従来技術１のように電子が２ＤＥＧの深い半導体層を流れピンチオフ特性が悪くなることはない。 In the first embodiment, electrons flow in the vertical direction from the source electrode 30 through the electron transit layer 22 to the drain electrode 34 from the drift layer 14 as indicated by arrows in FIG. 4 and 5 are band diagrams in the vicinity of the barrier layer 16. 6 is a band diagram of an AlGaN electron supply layer 26, an AlN intermediate layer 24, a GaN electron transit layer 22, and a p-type GaN (FIG. 4) or AlGaN (FIG. 5) barrier layer. 2DEG (two-dimensional electron gas) is generated at the interface of the intermediate layer 24 of the GaN channel layer 22 to which no impurity is added, and electrons travel. Since the electron transit layer 22, the intermediate layer 24, and the electron supply layer 26 are continuously grown, no interface state at the interface with the insulating film or the interface state due to the separation of nitrogen is generated unlike the prior art. As a result, 2DEG can ensure high mobility. Further, since the p-type barrier layer is disposed, the electrons do not flow through a deep semiconductor layer of 2 DEG unlike the prior art 1, and the pinch-off characteristics are not deteriorated.

このように、実施例１においては、ｐ型バリア層１６を有することによりピンチオフ特性を改善し、電子走行層２２と電子供給層２６を再成長することにより電子走行層の２ＤＥＧの移動度を向上させ電気的特性の良好な縦型ＦＥＴを実現できる。ここで、バリア層は図４のようにｐ型のＧａＮバリア層でも良いが、図５のようにｐ型のＡｌＧａＮ層を用いることにより、バンドが上がり、よりバリア層としての機能を高め、よりピンチオフ特性を改善することができる。 As described above, in Example 1, the pinch-off characteristic is improved by having the p-type barrier layer 16, and the mobility of 2DEG in the electron transit layer is improved by regrowth of the electron transit layer 22 and the electron supply layer 26. Thus, a vertical FET with good electrical characteristics can be realized. Here, the barrier layer may be a p-type GaN barrier layer as shown in FIG. 4, but by using a p-type AlGaN layer as shown in FIG. 5, the band is increased, and the function as a barrier layer is further enhanced. The pinch-off characteristic can be improved.

また、Ｐ型バリア層１６の両側にＮ型ＧａＮ系半導体層が配置されているため、チャネル以外の抵抗を下げることができ、オン抵抗を低くすることができる。 In addition, since the N-type GaN-based semiconductor layer is disposed on both sides of the P-type barrier layer 16, the resistance other than the channel can be lowered, and the on-resistance can be lowered.

実施例１の効果を確かめるため、開口部２８上に再成長する再成長層２７の構成を変え縦型ＦＥＴのオン抵抗を評価した。再成長層が膜厚３０ｎｍのＡｌＧａＮ層のみのとき、縦型ＦＥＴのオン抵抗は４０ｍΩ／ｃｍ^２である。これに対し、膜厚が１０ｎｍ、３０ｎｍおよび５０ｎｍのＧａＮ電子走行層上に膜厚が３０ｎｍのＡｌＧａＮ電子供給層を再成長した場合、オン抵抗はそれぞれ、２０ｍΩ／ｃｍ^２、１０ｍΩ／ｃｍ^２、および４ｍΩ／ｃｍ^２となる。このように、電子走行層２２と電子供給層２６を開口部２８上に再成長することにより２ＤＥＧの移動度を向上させ、オン抵抗を改善することができる。電子走行層２２の膜厚は、５ｎｍより薄い場合は、２ＤＥＧと再成長界面が近いため２ＤＥＧの移動度低下し、オン抵抗が高くなる。また、電子走行層２２の膜厚が１００ｎｍより厚い場合には、ｐ型バリア層の効果が薄れピンチオフ特性が悪くなる。よって、電子走行層２２の膜厚は、５ｎｍから１００ｎｍが好ましい。 In order to confirm the effect of Example 1, the on-resistance of the vertical FET was evaluated by changing the configuration of the regrowth layer 27 regrowth on the opening 28. When the regrowth layer is only an AlGaN layer having a thickness of 30 nm, the on-resistance of the vertical FET is 40 mΩ / cm ² . On the other hand, when an AlGaN electron supply layer having a film thickness of 30 nm is regrown on a GaN electron transit layer having a film thickness of 10 nm, 30 nm, and 50 nm, the on-resistance is 20 mΩ / cm ² , 10 mΩ / cm ² , and 4 mΩ / cm ² . Thus, by re-growing the electron transit layer 22 and the electron supply layer 26 on the opening 28, the mobility of 2DEG can be improved and the on-resistance can be improved. When the thickness of the electron transit layer 22 is less than 5 nm, the 2DEG and the regrowth interface are close to each other, so the mobility of 2DEG is lowered and the on-resistance is increased. Further, when the electron transit layer 22 is thicker than 100 nm, the effect of the p-type barrier layer is reduced and the pinch-off characteristic is deteriorated. Therefore, the film thickness of the electron transit layer 22 is preferably 5 nm to 100 nm.

さらに、ＧａＮ電子走行層の膜厚が５０ｎｍのとき電子供給層２６と電子走行層２２の間に膜厚が２ｎｍのＡｌＮ中間層２４を導入することにより、オン抵抗は２ｍΩ／ｃｍ^２となる。このように、ＡｌＮ中間層２４は本発明に必須ではないが、導入することにより、電子走行層２２と電子供給層２６の間の界面での電子の散乱が抑制され、より移動度を向上させることができる。これによりオン抵抗を改善することができる。また電子供給層２６は不純物を添加しなくても良いが、１．０×１０^１８ｃｍ^−３程度のＳｉを添加することにより、２ＤＥＧの電子濃度が向上し、よりオン抵抗を低減することができる。 Further, when the AlN intermediate layer 24 having a thickness of 2 nm is introduced between the electron supply layer 26 and the electron transit layer 22 when the thickness of the GaN electron transit layer is 50 nm, the on-resistance becomes ² mΩ / cm ² . As described above, the AlN intermediate layer 24 is not essential to the present invention, but by introducing the AlN intermediate layer 24, the scattering of electrons at the interface between the electron transit layer 22 and the electron supply layer 26 is suppressed, and the mobility is further improved. be able to. As a result, the on-resistance can be improved. The electron supply layer 26 does not need to be doped with impurities, but by adding Si of about 1.0 × 10 ¹⁸ cm ⁻³ , the electron concentration of 2DEG can be improved and the on-resistance can be further reduced. it can.

さらに、電子走行層２２および電子供給層２６はＧａＮ系半導体として、例えばＧａＮ、ＡｌＮおよびＩｎＮの少なくとも一つからなる結晶または混晶を用いることで高移動度を確保できる。特に、電子走行層２２をＧａＮまたはＩｎＧａＮ、電子供給層２６をＡｌＧａＮとすることで、高移動度を確保できる。さらに、電子走行層２２がＩｎ_ｘ２Ａｌ_ｙ２Ｇａ_{（１−ｘ２−ｙ２）}Ｎ層であり、電子供給層２６がＩｎ_ｘ１Ａｌ_ｙ１Ｇａ_{（１−ｘ１−ｙ１）}Ｎ層であり（０≦ｘ２，ｙ２，ｘ１，ｙ１≦１）、２．８１（ｙ１−ｙ２）−１．５０（ｘ１−ｘ２）＞０の関係を満たすことで、高移動度を確保できる。これは、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎのバンドギャップは、Ｅｇ（ｘ、ｙ）＝１．８９ｘ＋６．２ｙ＋３．３９（１−ｘ−ｙ）と記述できる。よって、電子供給層２６が電子走行層よりもバンドギャップが大きくなる条件は、Ｅｇ（ｘ１、ｙ１）＞Ｅｇ（ｘ２，ｙ２）となり、１．８９ｘ１+６．２ｙ１＋３．３９（１−ｘ１−ｙ１）＞１．８９ｘ２+６．２ｙ２＋３．３９（１−ｘ２−ｙ２）より２．８１（ｙ１−ｙ２）−１．５（ｘ１−ｘ２）＞０となるからである。ここで、ｘ＝０のときはＩｎＮが含まれていないＡｌＧａＮであることを示し、ｙ＝０のときはＡｌＮが含まれないＩｎＧａＮであることを示し、ｘ＝ｙ＝０のときはＧａＮであることを示している。 Furthermore, the electron transit layer 22 and the electron supply layer 26 can ensure high mobility by using, for example, a crystal or mixed crystal made of at least one of GaN, AlN, and InN as a GaN-based semiconductor. In particular, high mobility can be secured by making the electron transit layer 22 GaN or InGaN and the electron supply layer 26 AlGaN. Further, the electron transit layer 22 is an In _x2 Al _y2 Ga _(1-x2-y2) N layer, and the electron supply layer 26 is an In _x1 Al _y1 Ga _(1-x1-y1) N layer (0 ≦ x2, By satisfying the relationship of y2, x1, y1 ≦ 1), 2.81 (y1-y2) -1.50 (x1-x2)> 0, high mobility can be secured. This can be described as the band gap of In _x Al _y Ga _(1-xy) N being Eg (x, y) = 1.89x + 6.2y + 3.39 (1-xy). Therefore, the condition that the electron supply layer 26 has a larger band gap than the electron transit layer is Eg (x1, y1)> Eg (x2, y2), and 1.89x1 + 6.2y1 + 3.39 (1-x1-y1). )> 1.89x2 + 6.2y2 + 3.39 (1-x2-y2), so that 2.81 (y1-y2) -1.5 (x1-x2)> 0. Here, when x = 0, it indicates AlGaN that does not contain InN, when y = 0, it indicates InGaN that does not contain AlN, and when x = y = 0, it is GaN. It shows that there is.

ドレイン電極３４を基板１０の裏面に形成しているが、ドリフト層１４のソース電極３０と相対する面に接続されていればよい。例えばドリフト層１４と基板１０の間にｎ型のＳｉＣコンタクト層を設け、表面側からコンタクト層に接続されるドレイン電極を形成することもできる。基板１０の背面にドレイン電極３４を形成する場合は、基板１０は、例えばＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＮ系半導体の導電性の基板を用いることができる。表面からドレイン電極を形成する場合は、基板は導電性でなくともよく、例えばＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＮ系半導体またはサファイア基板を使用する。これらを用いることにより結晶性の良いＧａＮ系半導体層が形成される。 Although the drain electrode 34 is formed on the back surface of the substrate 10, it may be connected to the surface of the drift layer 14 facing the source electrode 30. For example, an n-type SiC contact layer may be provided between the drift layer 14 and the substrate 10 to form a drain electrode connected to the contact layer from the surface side. When the drain electrode 34 is formed on the back surface of the substrate 10, for example, an SiC, Si, or GaN-based semiconductor conductive substrate can be used as the substrate 10. When the drain electrode is formed from the surface, the substrate may not be conductive, and for example, a SiC, Si, GaN-based semiconductor or sapphire substrate is used. By using these, a GaN-based semiconductor layer with good crystallinity is formed.

次に実施例１の製造方法について図６から図１１を用い説明する。まず、図６において、導電性ＳｉＣ基板１０上に、ＧａＮ系半導体層２０として、ｎ型ＡｌＧａＮバッファ層１２、ｎ型ＧａＮドリフト層１４(第１のＮ型ＧａＮ系半導体層)、ｐ型ＡｌＧａＮバリア層１６（Ｐ型ＧａＮ半導体層）およびｎ型ＧａＮキャップ層(第２のＧａＮ系半導体層)を形成する。これらの層の形成は、例えば、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法を用い成長温度１０５０℃において行った。なお、ＭＯＣＶＤ法でなくともＭＢＥ(分子線エピタキシャル)法を用いても良い。これにより結晶性の良いＧａＮ系半導体層を形成できる。また、各層の膜厚は、それぞれ０．５μｍ、４．０μｍ、０．５μｍおよび０．３μｍである。さらに、各層のキャリア濃度は、それぞれ、１．０×１０^１７ｃｍ^-３、１．０×１０^１６ｃｍ^−３、５．０×１０^１６ｃｍ^−３および５．０×１０^１７ｃｍ^−３である。また、バッファ層１２およびバリア層１６のＡｌＮ混晶比は、それぞれ０．０６および０．０９である。 Next, the manufacturing method of Example 1 is demonstrated using FIGS. First, in FIG. 6, an n-type AlGaN buffer layer 12, an n-type GaN drift layer 14 (first N-type GaN-based semiconductor layer), a p-type AlGaN barrier are formed on a conductive SiC substrate 10 as a GaN-based semiconductor layer 20. A layer 16 (P-type GaN semiconductor layer) and an n-type GaN cap layer (second GaN-based semiconductor layer) are formed. These layers were formed at, for example, a growth temperature of 1050 ° C. using MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). Note that the MBE (molecular beam epitaxial) method may be used instead of the MOCVD method. Thereby, a GaN-based semiconductor layer with good crystallinity can be formed. The thickness of each layer is 0.5 μm, 4.0 μm, 0.5 μm, and 0.3 μm, respectively. Furthermore, the carrier concentration of each layer is 1.0 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ , 1.0 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ , 5.0 × 10 ¹⁶ cm ⁻³ and 5.0 × 10 ¹⁷ cm ⁻³ , respectively. is there. The AlN mixed crystal ratios of the buffer layer 12 and the barrier layer 16 are 0.06 and 0.09, respectively.

次に、図７において、キャップ層１８上に例えばスパッタ法により酸化シリコン膜を２００ｎｍ形成した。その後、通常の露光技術を用い所定領域にフォトレジストを形成した。緩衝フッ酸を用いたウェットエッチングにより所定領域の酸化シリコン膜を除去する。その後、酸素を用いたアッシングにより酸化シリコン膜上のレジストを除去した。酸化シリコン膜をマスクに塩素系のガスを用いたＲＩＥ(反応性イオンエッチング)法により、キャップ層１８、バリア層１７並びにドリフト層１４の一部をエッチングし、開口部２８を形成する。このとき、開口部２８の側面には、キャップ層１８、バリア層１７並びにドリフト層１４の一部が露出している。開口部２８の側面は、基板表面に対し約６０度の傾斜面となっている。この傾斜面の基板表面に対する角度は、ＲＩＥ法で用いる塩素ガスのガス圧および他のガスとの流量比により制御可能である。マスクに使用した酸化シリコン膜は例えば緩衝フッ酸を用いたウェットエッチングにより除去する。さらに、開口部２８の側面のＧａＮ系半導体層２０の結晶表面を清浄化するため、フッ化アンモニュウム（ＮＨ_４Ｆ）水溶液による洗浄および塩酸（ＨＣｌ）水溶液による洗浄を連続して行った。 Next, in FIG. 7, a silicon oxide film having a thickness of 200 nm is formed on the cap layer 18 by sputtering, for example. Thereafter, a photoresist was formed in a predetermined region using a normal exposure technique. The silicon oxide film in a predetermined region is removed by wet etching using buffered hydrofluoric acid. Thereafter, the resist on the silicon oxide film was removed by ashing using oxygen. The cap layer 18, the barrier layer 17, and part of the drift layer 14 are etched by the RIE (reactive ion etching) method using a chlorine-based gas with the silicon oxide film as a mask to form the opening 28. At this time, the cap layer 18, the barrier layer 17, and a part of the drift layer 14 are exposed on the side surface of the opening 28. The side surface of the opening 28 is an inclined surface of about 60 degrees with respect to the substrate surface. The angle of the inclined surface with respect to the substrate surface can be controlled by the gas pressure of chlorine gas used in the RIE method and the flow rate ratio with other gases. The silicon oxide film used for the mask is removed by wet etching using, for example, buffered hydrofluoric acid. Further, in order to clean the crystal surface of the GaN-based semiconductor layer 20 on the side surface of the opening 28, cleaning with an aqueous ammonium fluoride (NH ₄ F) solution and cleaning with an aqueous hydrochloric acid (HCl) solution were successively performed.

図８において、再成長層２７として、まず、ＭＯＣＶＤ法を用い成長温度１０２０℃で不純物を添加しないＧａＮ電子走行層２２を５０ｎｍ形成した。その後、成長温度を１０８０℃に上昇しＡｌＮ中間層２４を２ｎｍ、ＡｌＮ混晶比が０．２７のＡｌＧａＮ電子供給層２６を３０ｎｍ形成した。すなわち、開口部２８の側面に電子走行層２２および電子供給層２６を形成した。再成長は、開口部２８の側面での成長速度の低下を避けるため、ＧａＮ系半導体層２０の成長温度より低い温度で、かつ高いＶ／III比で形成することが好ましい。さらに、電子走行層２２の形成から中間層２４および電子供給層２６を形成するために成長温度を昇温する際、結晶表面へのダメージを低減するため短時間で昇温することが好ましい。例えば、２０分以下の時間で昇温することが好ましい。なお、ＭＯＣＶＤ法でなくともＭＢＥ(分子線エピタキシャル)法を用いても良い。 In FIG. 8, as the regrowth layer 27, first, the MOCVD method was used to form a GaN electron transit layer 22 to which no impurities were added at a growth temperature of 1020 ° C. Thereafter, the growth temperature was raised to 1080 ° C., and the AlN intermediate layer 24 was formed to 2 nm, and the AlGaN electron supply layer 26 having an AlN mixed crystal ratio of 0.27 was formed to 30 nm. That is, the electron transit layer 22 and the electron supply layer 26 were formed on the side surface of the opening 28. The regrowth is preferably formed at a temperature lower than the growth temperature of the GaN-based semiconductor layer 20 and at a high V / III ratio in order to avoid a decrease in the growth rate on the side surface of the opening 28. Furthermore, when the growth temperature is raised to form the intermediate layer 24 and the electron supply layer 26 from the formation of the electron transit layer 22, the temperature is preferably raised in a short time to reduce damage to the crystal surface. For example, it is preferable to raise the temperature in a time of 20 minutes or less. Note that the MBE (molecular beam epitaxial) method may be used instead of the MOCVD method.

図９において、通常の露光技術を用い、所定領域に開口部を有するフォトレジストを形成する。蒸着法およびリフトオフ法を用い、キャップ層１８の平坦面上にソース電極３０としてＴｉ／Ａｌを形成する。窒素雰囲気中において８００℃の温度で３０秒の熱処理を行う。これにより、Ｔｉ／Ａｌとキャップ層１８の界面に合金層を形成する。この結果、オーミックコンタクト抵抗が０．４Ωｍｍ程度の良好なオーミックコンタクトが得られた。ソース電極３０としては、Ｔｉ／Ａｌ以外にもＧａＮ系半導体層２０とオーミックコンタクトする金属であれば良い。また、ソース電極３０としてＴｉ／Ａｌを蒸着する前に、塩素系ガスを用いたＲＩＥ法によるエッチングで、ＡｌＧａＮ電子供給層２６およびＡｌＮ中間層２４を除去することが好ましい。この場合、中間層２４による電子のバリアがなく、オーミックコンタクト抵抗を０．２Ωｍｍに低減することができる。 In FIG. 9, using a normal exposure technique, a photoresist having an opening in a predetermined region is formed. Ti / Al is formed as the source electrode 30 on the flat surface of the cap layer 18 by vapor deposition and lift-off. Heat treatment is performed at a temperature of 800 ° C. for 30 seconds in a nitrogen atmosphere. Thereby, an alloy layer is formed at the interface between Ti / Al and the cap layer 18. As a result, a good ohmic contact having an ohmic contact resistance of about 0.4 Ωmm was obtained. The source electrode 30 may be any metal that is in ohmic contact with the GaN-based semiconductor layer 20 other than Ti / Al. In addition, before depositing Ti / Al as the source electrode 30, it is preferable to remove the AlGaN electron supply layer 26 and the AlN intermediate layer 24 by etching by RIE using a chlorine-based gas. In this case, there is no electron barrier by the intermediate layer 24, and the ohmic contact resistance can be reduced to 0.2 Ωmm.

図１０において、通常の露光技術を用い、所定の開口部を有するフォトレジストを形成する。蒸着法およびリフトオフ法を用い、開口部２８の側面にゲート電極３２としてＮｉ／Ａｕを形成する。すなわち、電子供給層２６の開口部２８側の側面にゲート電極３２を形成した。ゲート電極３２としては、Ｎｉ／Ａｕ以外にも例えばＰｔ／Ａｕ、Ｐｄ／ＡｕおよびＭｏ／Ａｕ等のＧａＮ系半導体とショットキ接合を形成金属であってもよい。 In FIG. 10, a photoresist having a predetermined opening is formed using a normal exposure technique. Ni / Au is formed as a gate electrode 32 on the side surface of the opening 28 by using a vapor deposition method and a lift-off method. That is, the gate electrode 32 was formed on the side surface of the electron supply layer 26 on the opening 28 side. The gate electrode 32 may be a metal that forms a Schottky junction with a GaN-based semiconductor such as Pt / Au, Pd / Au, and Mo / Au other than Ni / Au.

ゲート電極３２を形成する前に、例えばシリコン膜の絶縁膜（図示せず）をスパッタ法を用い、開口部２８の側面を覆うように１０ｎｍ形成し、ゲート電極３２を形成することもできる。これにより、ＭＩＳＦＥＴ構造を有する縦型ＦＥＴとすることもできる。絶縁膜としては、酸化シリコン膜以外にも、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜を使用してもよい。 Before forming the gate electrode 32, an insulating film (not shown) of, for example, a silicon film may be formed to a thickness of 10 nm so as to cover the side surface of the opening 28 by using a sputtering method. Thereby, it can also be set as the vertical FET which has a MISFET structure. As the insulating film, a silicon nitride film or an aluminum oxide film may be used in addition to the silicon oxide film.

ゲート電極３２およびソース電極３０に接続する配線層(図示せず)を形成する。次に、トランジスタ表面を保護する絶縁膜層(図示せず)として、例えば窒化シリコン膜、酸化シリコン膜または窒化酸化シリコン膜をトランジスタ表面全体を覆うように形成する。ボンディングパッド部(図示せず)の絶縁膜層をＲＩＥ法を用い除去する。以上によりウェーハ表面の製造工程が完了する。 A wiring layer (not shown) connected to the gate electrode 32 and the source electrode 30 is formed. Next, as an insulating film layer (not shown) for protecting the transistor surface, for example, a silicon nitride film, a silicon oxide film, or a silicon nitride oxide film is formed so as to cover the entire transistor surface. The insulating film layer of the bonding pad portion (not shown) is removed using the RIE method. This completes the wafer surface manufacturing process.

図１１において、ウェーハ表面をフォトレジストで保護する。ＳｉＣ基板１０の裏面を研削装置により基板厚が１００ｕｍまで研削する。蒸着法を用い、ドレイン電極３４としてＮｉ／Ａｌを形成する。ウェーハ表面のフォトレジストを酸素アッシングにより除去する。８５０℃の温度で３０秒間熱処理する。これにより、ＳｉＣ基板１０とドレイン金属３４が合金を形成し、基板１０とドレイン金属３４がオーミックコンタクトする。以上により実施例１に係る縦型ＦＥＴが完成する。 In FIG. 11, the wafer surface is protected with a photoresist. The back surface of SiC substrate 10 is ground to a substrate thickness of 100 μm by a grinding device. Ni / Al is formed as the drain electrode 34 by vapor deposition. The photoresist on the wafer surface is removed by oxygen ashing. Heat treatment is performed at a temperature of 850 ° C. for 30 seconds. Thereby, SiC substrate 10 and drain metal 34 form an alloy, and substrate 10 and drain metal 34 are in ohmic contact. Thus, the vertical FET according to Example 1 is completed.

実施例１の変形例について説明する。図１２は実施例１の変形例に係る縦型ＦＥＴの断面図である。開口部２８ａの側面の基板１０の表面からの角度が概垂直になっていること以外の構成および製造方法は実施例１と同じである。ＳｉＣ基板１０上にＧａＮ系半導体層２０が実施例１と同じ層構造で形成されている。ＧａＮ系半導体層２０には側面が基板１０の表面に対し概垂直の側面を有し、ドリフト層１４に達する開口部２８ａが形成されている。基板１０の表面に対し概垂直な開口部２８ａの側面は、開口部２８ａを形成する際のＲＩＥ法で用いる塩素ガスのガス圧および他のガスとの流量比を最適化することにより形成する。開口部２８ａを覆うように、再成長層２７aとして、不純物を添加しないＧａＮ電子走行層２２a、ＡｌＮ中間層２４a、電子走行層２２aよりバンドギャップの大きいＡｌＧａＮ電子供給層２６aが形成されている。ソース電極３０、ゲート電極３２およびドレイン電極３４が実施例１同様に形成されている。 A modification of the first embodiment will be described. FIG. 12 is a cross-sectional view of a vertical FET according to a modification of the first embodiment. The configuration and the manufacturing method are the same as those in the first embodiment except that the angle of the side surface of the opening 28a from the surface of the substrate 10 is substantially vertical. A GaN-based semiconductor layer 20 is formed on the SiC substrate 10 with the same layer structure as in the first embodiment. The GaN-based semiconductor layer 20 has side surfaces that are substantially perpendicular to the surface of the substrate 10, and an opening 28 a that reaches the drift layer 14 is formed. The side surface of the opening 28a substantially perpendicular to the surface of the substrate 10 is formed by optimizing the gas pressure of chlorine gas used in the RIE method when forming the opening 28a and the flow rate ratio with other gases. As the regrowth layer 27a, the GaN electron transit layer 22a, the AlN intermediate layer 24a, and the AlGaN electron supply layer 26a having a larger band gap than the electron transit layer 22a are formed as the regrowth layer 27a so as to cover the opening 28a. A source electrode 30, a gate electrode 32, and a drain electrode 34 are formed as in the first embodiment.

変形例においては、実施例１と同様にピンチオフ特性を改善し、電子走行層の移動度を向上させ電気的特性の良好な縦型ＦＥＴを実現できる。さらに、開口部２８aの側面が基板表面に対し概垂直なため、開口部２８aの側面の角度制御が不安定であることによるトランジスタ特性の不安定性が小さいという点で実施例１に比べ有利である。しかし、電子供給層２６a内のピエゾ分極が発生が小さいため、２ＤＥＧ濃度が減少しオン抵抗が低下するという点で実施例１より不利である。ただし、２ＤＥＧ濃度が低いことはＥモード動作を行うには有利である。このように、縦型ＦＥＴの用途により、実施例１の構造か変形例の構造かを選択することができる。 In the modified example, as in the first embodiment, the pinch-off characteristics are improved, the mobility of the electron transit layer is improved, and a vertical FET with good electrical characteristics can be realized. Further, since the side surface of the opening 28a is substantially perpendicular to the substrate surface, the instability of the transistor characteristics due to the unstable angle control of the side surface of the opening 28a is small compared to the first embodiment. . However, since the occurrence of piezoelectric polarization in the electron supply layer 26a is small, the 2DEG concentration is reduced and the on-resistance is lowered, which is disadvantageous compared to the first embodiment. However, a low 2DEG concentration is advantageous for E-mode operation. As described above, the structure of the first embodiment or the structure of the modification can be selected depending on the application of the vertical FET.

１０ＳｉＣ基板
１２ＡｌＧａＮバッファ層
１４ＧａＮドリフト層
１６バリア層
１８ＡｌＧａＮキャップ層
２０ＧａＮ系半導体層
２２、２２ａ電子走行層
２４、２４ａ中間層
２６、２６ａ電子供給層
２７、２７ａ再成長層
２８、２８ａ開口部
３０ソース電極
３２ゲート電極
３４ドレイン電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 SiC substrate 12 AlGaN buffer layer 14 GaN drift layer 16 Barrier layer 18 AlGaN cap layer 20 GaN-based semiconductor layer 22, 22a Electron travel layer 24, 24a Intermediate layer 26, 26a Electron supply layer 27, 27a Regrown layer 28, 28a Opening Part 30 Source electrode 32 Gate electrode 34 Drain electrode

Claims

Forming a GaN-based semiconductor layer on the substrate;
Forming an opening in the GaN-based semiconductor layer;
Forming an electron transit layer and an electron supply layer over the entire surface of the GaN-based semiconductor layer on the side surface, bottom surface, and outside of the opening;
Forming a gate electrode on a side surface of the electron supply layer on the opening side;
An opening is formed in the electron supply layer formed on the GaN-based semiconductor layer outside the opening, and the two-dimensional electron gas formed on the electron supply layer side interface of the electron transit layer in the opening Forming a source electrode to be directly connected ;
Forming a drain electrode connected to a surface of the GaN-based semiconductor layer facing the source electrode.

The step of forming the GaN-based semiconductor layer includes a step of forming a P-type GaN-based semiconductor layer,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of forming the opening is a step of removing at least the P-type GaN-based semiconductor layer.

The step of forming the GaN-based semiconductor layer includes a step of forming a first N-type GaN-based semiconductor layer and a second N-type semiconductor layer before and after the step of forming the P-type GaN-based semiconductor layer. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, comprising a step of:

The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the step of forming the GaN-based semiconductor layer is performed by MOCVD or MBE.