JP2006134935A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体装置は、AlxInyGa1-x-yN(0≦x<1,0≦y<1)からなる層を含むチャネル層1の上側にAlzGa1-zN(0≦z≦1)からなる第1種層を含む電子供給層2が形成され、チャネル層1と電子供給層2とがヘテロ接合されている窒化物半導体へテロ接合型電界効果トランジスタであって、電子供給層2の上側にゲート電極4、ソース電極3およびドレイン電極5が配置されており、電子供給層2は、ゲート電極4の下側の部分では不純物濃度が1E18cm-3以下のn型となっている。ソース電極3およびドレイン電極5の下側の部分では不純物濃度が1E18cm-3より多いn型となっている。
【選択図】 図14
Description
(製造方法)
図1〜図8を参照して、本発明に基づく実施の形態1における半導体装置の製造方法について説明する。ここで製造の対象とする半導体装置は、III族窒化物半導体ヘテロ接合型電界効果トランジスタである。まず、サファイア、SiC、Si、GaNなどからなる基板10を用意する。MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長法)、MBE(Molecular Beam Epitaxy:分子線エピタキシャル成長法)などを用いて、図1に示すように、基板10の主表面にチャネル層1とこの上側に積み重なる電子供給層2を作製する。ただし、チャネル層1はAlxInyGa1-x-yN(0≦x<1, 0≦y<1)からなるものとする。電子供給層2はAlzGa1-zN(0≦z≦1)からなるものとする。
本実施の形態における半導体装置の製造方法によれば、ゲート電極4の下側の領域では不純物濃度が1E18cm-3以下の低濃度であって、ソース電極3およびドレイン電極5の下側の領域では不純物濃度が1E18cm-3を越える高濃度となっている半導体装置を形成することが可能である。したがって、高耐圧を維持しつつ接触抵抗を下げることができる。
(構成)
図1〜図6を再び参照して、本発明に基づく実施の形態2における半導体装置について説明する。
本実施の形態における半導体装置では、ゲート電極4の下側の領域では不純物濃度が1E18cm-3以下の低濃度であって、ソース電極3およびドレイン電極5の下側の領域では不純物濃度が1E18cm-3を越える高濃度となっているので、高耐圧を維持しつつ接触抵抗を下げることができる。
本実施の形態における半導体装置は、SiCを含む基板10を備え、チャネル層1が基板10の上側に形成されている構成としたが、基板10はSiCを含むものに限らずGaNを含む基板であってもよい。すなわち、半導体装置は、SiCまたはGaNを含む基板10を備え、チャネル層1が基板10の上側に形成されているものであることが好ましいといえる。また、半導体装置の製造方法としては、チャネル層1がSiCまたはGaNを含む基板10の上側に形成されているものを用いて行なうことが好ましいといえる。
実施の形態1,2では電子供給層2が不純物濃度1E18cm-3以下のAlzGa1-zN(0≦z≦1)から形成されている例を述べてきた。本発明は、不純物濃度1E18cm-3以下の層のうち必要な箇所に局所的にイオン注入を行なって所望の抵抗を低減させるというものであるので、適用対象は電子供給層2の全体が不純物濃度1E18cm-3以下のAlzGa1-zN(0≦z≦1)から形成されている場合に限らず、電子供給層2の一部に1E18cm-3以下の領域があれば本発明は適用できる。
図12を参照して、本発明に基づく実施の形態3における半導体装置について説明する。この半導体装置では、電子供給層2が第1種層2a,2cと第2種層2bとを含む。第1種層2a,2cと第2種層2bとはいずれもAlzGa1-zN(0≦z≦1)から形成され、組成は同じである。しかし、第2種層2bは、第1種層2a,2cに比べて組成は同じであるが不純物濃度が異なる。第1種層2a,2cは、不純物濃度1E18cm-3以下であるのに対して、第2種層2bは1E18cm-3を超える不純物濃度となっている。
本実施の形態では、電子供給層2の一部として不純物濃度が低い層が存在していたが、イオン注入をして高濃度領域9を形成しているので、ソース/ドレイン電極3,5と電子供給層2との接触抵抗を下げることができる。さらに、本実施の形態では、電子供給層2の内部に不純物濃度が高い層が存在するので、ソース/ドレイン電極3,5と電子供給層2との接触抵抗を下げるだけでなく、電子供給層2自体の抵抗も下げることができる。
(構成)
図14を参照して、本発明に基づく実施の形態4における半導体装置について説明する。この半導体装置においては、電子供給層2は、不純物濃度1E18cm-3以下のAlzGa1-zN(0≦z≦1)からなる第1種層2cとGaN層12とを含む。GaN層12は電子供給層2のうち最上層となっている。
本実施の形態では、GaN層12が電子供給層2のうち最上層となっているので、GaN層12がゲート電極4の下側に配置されることになる。したがって、ショットキー特性がさらに改善される。GaN層12の膜厚は1〜50nmが好ましい。GaN層12の不純物濃度は問わない。
Claims (8)
- AlxInyGa1-x-yN(0≦x<1,0≦y<1)からなる層を含むチャネル層の上側にAlzGa1-zN(0≦z≦1)からなる第1種層を含む電子供給層が形成され、前記チャネル層と前記電子供給層とがヘテロ接合されている窒化物半導体へテロ接合型電界効果トランジスタであって、前記電子供給層の上側にゲート電極、ソース電極およびドレイン電極が配置されており、前記電子供給層は、前記ゲート電極の下側の部分では不純物濃度が1E18cm-3以下のn型となっていて、前記ソース電極および前記ドレイン電極の下側の部分では不純物濃度が1E18cm-3より多いn型となっている、半導体装置。
- SiCまたはGaNを含む基板を備え、前記チャネル層は、前記基板の上側に形成されている、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記電子供給層は、前記第1種層と組成は同じで不純物濃度が異なる第2種層を含む、請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記電子供給層は、AlwGa1-wN(0≦w≦1,w≠z)からなる第3種層を含む、請求項1から3のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記電子供給層は、GaN層を含み、前記GaN層は前記電子供給層のうち最上層となっている、請求項1から4のいずれかに記載の半導体装置。
- AlxInyGa1-x-yN(0≦x<1,0≦y<1)からなる層を含むチャネル層の上側にAlzGa1-zN(0≦z≦1)からなる層を含む電子供給層が形成され、前記チャネル層と前記電子供給層とがヘテロ接合されている構造体に対して、上方から見た一部の領域に選択的にイオンを注入する注入工程と、
前記注入工程を終えた前記構造体を熱処理する熱処理工程と、
前記一部の領域を覆うようにソース電極およびドレイン電極を形成する電極形成工程とを含む、半導体装置の製造方法。 - 前記注入工程は、Siイオンを200keV以下の加速エネルギーで前記電子供給層の少なくとも一部だけでも不純物濃度が1E18cm-3となるように1E12cm-2以上の注入濃度で注入する工程を含み、前記熱処理は1100℃以上1200℃以下の温度に保持する工程を含む、請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記チャネル層は、SiCまたはGaNを含む基板の上側に形成されている、請求項6または7に記載の半導体装置の製造方法。
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