JP2008205146A - 化合物半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】n型導電性SiC基板10上に、n型導電性SiC基板10上に形成されたi型AlNバッファ層12と、i型AlNバッファ層12上に形成され、Feが添加されたGaNバッファ層16と、GaNバッファ層16上に形成されたi型GaN層18と、i型GaN層18上に形成されたn型AlGaN層20と、n型AlGaN層20上に形成されたソース電極26及びドレイン電極28と、ソース電極26及びドレイン電極28との間のn型AlGaN層20上に形成されたゲート電極34とを有している。
【選択図】 図1
Description
本発明の第1実施形態による化合物半導体装置及びその製造方法について図1乃至図13を用いて説明する。図1は本実施形態による化合物半導体装置の構造を示す断面図、図2及び図3はHVPE法により形成されたAlN層の表面を観察した結果を示す図、図4及び図5は本実施形態による化合物半導体装置のデバイス特性を示すグラフ、図6はGaN−HEMTのゲインとAlNバッファ層の厚さとの関係を示すグラフ、図7はFeが添加されたGaN層を電子走行層とする従来のGaN−HEMTにおける過渡応答を説明するタイムチャート、図8乃至図12は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
本発明の第2実施形態による化合物半導体装置及びその製造方法について図13及び図14を用いて説明する。図13は本実施形態による化合物半導体装置の構造を示す断面図、図14は本実施形態による化合物半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。なお、第1実施形態による化合物半導体装置及びその製造方法と同様の構成要素については同一の符号を付し説明を省略し或いは簡略にする。
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
導電性SiC基板上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層上に形成され、ドナー不純物を不活性化してキャリア濃度を低減するキャリア濃度低減用不純物が添加され、Al組成xが0≦x≦1であるAlxGa1−xN層と、
前記AlxGa1−xN層上に形成されたGaN系のキャリア走行層と、
前記キャリア走行層上に形成されたキャリア供給層と、
前記キャリア供給層上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記キャリア供給層上に形成されたゲート電極と
を有することを特徴とする化合物半導体装置。
付記1記載の化合物半導体装置において、
前記バッファ層は、AlN層である
ことを特徴とする化合物半導体装置。
付記1又は2記載の化合物半導体装置において、
前記キャリア走行層は、GaN層又はInGaN層である
ことを特徴とする化合物半導体装置。
付記1乃至3のいずれかに記載の化合物半導体装置において、
前記キャリア濃度低減用不純物は、遷移金属元素である
ことを特徴とする化合物半導体装置。
付記4記載の化合物半導体装置において、
前記遷移金属元素は、V、Cr、Mn、Fe、及びCoからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素である
ことを特徴とする化合物半導体装置。
付記4記載の化合物半導体装置において、
前記遷移金属元素は、Sc、Ti、Ni、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、及びAgからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素である
ことを特徴とする化合物半導体装置。
付記1乃至6のいずれかに記載の化合物半導体装置において、
前記キャリア走行層は、前記キャリア濃度低減用不純物が添加されていない
ことを特徴とする化合物半導体装置。
付記1乃至7のいずれかに記載の化合物半導体装置において、
前記キャリア走行層の厚さは、0.5μm以上である
ことを特徴とする化合物半導体装置。
請求項1乃至8のいずれかに記載の化合物半導体装置において、
前記AlxGa1−xN層の厚さは、0.2μm以上である
ことを特徴とする化合物半導体装置。
請求項1乃至9のいずれかに記載の化合物半導体装置において、
前記バッファ層の平均厚さは、10μm以上である
ことを特徴とする化合物半導体装置。
付記10記載の化合物半導体装置において、
前記バッファ層の平均厚さは、15μm以上である
ことを特徴とする化合物半導体装置。
導電性SiC基板上に、バッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上に、ドナー不純物を不活性化してキャリア濃度を低減するキャリア濃度低減用不純物が添加され、Al組成xが0≦x≦1であるAlxGa1−xN層を形成する工程と、
前記AlxGa1−xN層上に、GaN系のキャリア走行層を形成する工程と、
前記キャリア走行層上に、キャリア供給層を形成する工程と、
前記キャリア供給層上に、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記キャリア供給層上に、ゲート電極を形成する工程と
を有することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
付記12記載の化合物半導体装置の製造方法において、
前記バッファ層は、AlN層である
ことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
付記13記載の化合物半導体装置の製造方法において、
前記バッファ層を形成する工程では、ハイドライド気相成長法により前記AlN層を成長する
ことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
付記12乃至14のいずれかに記載の化合物半導体装置の製造方法において、
前記AlxGa1−xN層を形成する工程では、有機金属気相成長法により前記AlxGa1−xN層を成長する
ことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
付記12乃至15のいずれかに記載の化合物半導体装置の製造方法において、
前記キャリア走行層は、GaN層又はInGaN層である
ことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
付記12乃至16のいずれかに記載の化合物半導体装置の製造方法において、
前記キャリア濃度低減用不純物は、遷移金属元素である
ことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
付記17記載の化合物半導体装置の製造方法において、
前記遷移金属元素は、V、Cr、Mn、Fe、及びCoからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素である
ことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
付記17記載の化合物半導体装置の製造方法において、
前記遷移金属元素は、Sc、Ti、Ni、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、及びAgからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素である
ことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
付記12乃至19のいずれかに記載の化合物半導体装置の製造方法において、
前記キャリア走行層を形成する工程では、前記キャリア濃度低減用不純物が添加されていない前記キャリア走行層を形成する
ことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
12…i型AlNバッファ層
14…i型AlN層
15…バッファ層
16…GaNバッファ層
18…i型GaN層
20…n型AlGaN層
22…2次元電子ガス層
24…n型GaNキャップ層
26…ソース電極
28…ドレイン電極
30…SiN膜
32…開口部
34…ゲート電極
36…溝
38…素子間分離領域
40…フォトレジスト膜
42…フォトレジスト膜
44…AlxGa1−xNバッファ層
100…n型導電性SiC基板
102…i型AlNバッファ層
104…i型AlN層
105…バッファ層
106…i型GaN層
108…低抵抗層
110…n型AlGaN層
112…2次元電子ガス層
114…n型GaNキャップ層
116…ソース電極
118…ドレイン電極
120…SiN膜
122…開口部
124…ゲート電極
126…溝
128…絶縁膜
Claims (10)
- 導電性SiC基板上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層上に形成され、ドナー不純物を不活性化してキャリア濃度を低減するキャリア濃度低減用不純物が添加され、Al組成xが0≦x≦1であるAlxGa1−xN層と、
前記AlxGa1−xN層上に形成されたGaN系のキャリア走行層と、
前記キャリア走行層上に形成されたキャリア供給層と、
前記キャリア供給層上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記キャリア供給層上に形成されたゲート電極と
を有することを特徴とする化合物半導体装置。 - 請求項1記載の化合物半導体装置において、
前記バッファ層は、AlN層である
ことを特徴とする化合物半導体装置。 - 請求項1又は2記載の化合物半導体装置において、
前記キャリア濃度低減用不純物は、遷移金属元素である
ことを特徴とする化合物半導体装置。 - 請求項3記載の化合物半導体装置において、
前記遷移金属元素は、V、Cr、Mn、Fe、及びCoからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属元素である
ことを特徴とする化合物半導体装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の化合物半導体装置において、
前記キャリア走行層は、前記キャリア濃度低減用不純物が添加されていない
ことを特徴とする化合物半導体装置。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の化合物半導体装置において、
前記キャリア走行層の厚さは、0.5μm以上である
ことを特徴とする化合物半導体装置。 - 請求項1乃至6のいずれか1項に記載の化合物半導体装置において、
前記AlxGa1−xN層の厚さは、0.2μm以上である
ことを特徴とする化合物半導体装置。 - 導電性SiC基板上に、バッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層上に、ドナー不純物を不活性化してキャリア濃度を低減するキャリア濃度低減用不純物が添加され、Al組成xが0≦x≦1であるAlxGa1−xN層を形成する工程と、
前記AlxGa1−xN層上に、GaN系のキャリア走行層を形成する工程と、
前記キャリア走行層上に、キャリア供給層を形成する工程と、
前記キャリア供給層上に、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の前記キャリア供給層上に、ゲート電極を形成する工程と
を有することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。 - 請求項8記載の化合物半導体装置の製造方法において、
前記バッファ層は、AlN層である
ことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。 - 請求項9記載の化合物半導体装置の製造方法において、
前記バッファ層を形成する工程では、ハイドライド気相成長法により前記AlN層を成長する
ことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
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