JP5289818B2 - Iii族窒化物半導体装置とその製造方法 - Google Patents
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Description
p型層の溝の中を伸びるn型のIII族窒化物半導体層は、オン時に電流経路となる領域であるとともに、オフ時には空乏化して耐圧を確保する領域である。p型層の溝の中を伸びるn型のIII族窒化物半導体層の不純物濃度が高いと、オフ時にp型層からn型層内に伸びる空乏層が十分に伸びず、溝の中心部に空乏化されないn型層が残存してしまう。空乏化されない領域が残存していると、空乏層で電位差を確保することができず、逆バイアス電圧がゲート絶縁膜に印加されてしまう。ゲート絶縁膜が破壊されてしまう現象が生じやすい。
n型の第1のIII族窒化物半導体層の凸部は、結晶成長層の端部が拘束されない条件で結晶成長させることができ、結晶中に不純物が取り込まれにくい条件で製造することができる。凹部内に形成されているn型の第3のIII族窒化物半導体層は、結晶成長層の端部が拘束された条件で結晶成長させることができ、結晶中に不純物が取り込まれやすい条件で製造される。そのために、n型不純物の濃度が異なる2つのIII族窒化物半導体層が積層されている構造によってnチャネル型の電流経路を形成することができる。
p型層を貫通するn型層のうち、n型不純物濃度が高い領域、すなわち凹部内に形成されている第3のIII族窒化物半導体層では、抵抗が低い。n型不純物濃度が低い領域で高抵抗となるのを補償する。
本方法によると、オフ時に空乏化するとともに、抵抗の低い領域が存在するnチャネル型の電流経路を備えた縦型のIII族窒化物半導体装置を製造することができる。
本発明のIII族窒化物半導体装置において、第3のIII族窒化物半導体層は、第2のIII族窒化物半導体層の表面上に形成される第1部分と、その第1部分から下方に伸びて凹部内において凸部の表面に接触して形成される第2部分とを備えており、第2部分と凸部とが、第2のIII族窒化物半導体層を貫通する貫通層を形成しており、その貫通層内に形成されている第3のIII族窒化物半導体層の第2部分を平面視したときの幅が凸部を平面視したときの幅と相違していることを特徴とする。
また、p型の第2層の凹部内に形成されているn型の第1層の凸部の幅と、p型の第2層の凹部内に形成されているn型の第3層を幅が相違しているので、第1層の凸部と凹部内に形成されている第3層の相対位置がずれても、第1層と第3層の接触面積が変化しない。特性の安定した半導体装置を製造し続けることができる。
本発明の半導体装置によると、特性が安定した半導体装置を量産することができる。
また、第2層の凹部内に形成されている第1層の凸部の幅と第3層の幅を異ならせることができ、異ならせることによって特性が安定した縦型のIII族窒化物半導体装置の量産が可能となる。
(第1特徴) III族窒化物半導体に、一般式がAlXGaYIn1-X-YN(ただし、0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦1−X−Y≦1)である、窒化アルミニウムガリウムインジウムを用いる。
(第2特徴) 電極群を形成した後に熱処理を行う。
(第3特徴) n型の第3のIII族窒化物半導体層は、p型の第2のIII族窒化物半導体層の凹部内と表面上に形成されている。その上面に、第3のIII族窒化物半導体層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有する第4のIII族窒化物半導体層が積層されており、第3のIII族窒化物半導体層と第4のIII族窒化物半導体層の界面に二次元電子ガス層が形成される。
図1〜図6に、本実施例の縦型のHEMT(High Electron Mobility Transistor)(III族窒化物半導体装置)100の製造方法を示す。
まず図1に示すように、n型の窒化ガリウム基板2の表面に、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法を利用して、n型の第1の窒化ガリウム層(第1のIII族窒化物半導体層)4を結晶成長させる。第1の窒化ガリウム層4は、窒化ガリウム基板2をアンモニア(NH3)中で1050℃に加熱し、トリメチルガリウム((CH3)3Ga)を供給することによって成長させる。窒化ガリウム基板2のキャリア濃度は1×1018cm−3である。第1の窒化ガリウム層4のキャリア濃度は2×1016cm−3であり、厚みは5μmである。
次に第2シリコン酸化膜7が形成されていない範囲の第2の窒化ガリウム層6の表面をドライエッチングし、底面に第1の窒化ガリウム層4の凸部4aの表面が露出する凹部6aを形成する。エッチングする深さは0.2μmである。第2シリコン酸化膜7に形成する開口7aの幅W2が凸部4aの幅W1よりも広くされているので、開口7aと凸部4aの左右方向の相対的位置関係がずれても、凹部6aの底面に凸部4aの表面の全域が露出する。
HEMT100では、ゲート電極14に所定の電圧を印加したときに、第3の窒化ガリウム層8と窒化アルミニウムガリウムインジウム層10との界面8bに、二次元電子ガス層(2DEG)が形成される。HEMT100では、この二次元電子ガス層を利用して電子を走行させることによって、電子の移動度を高めることができ、高速動作を実現することができる。
例えば、実施例では縦型のHEMTを記載したが、縦型のFET(Field Effect Transistor)であってもよい。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
4:第1の窒化ガリウム層(第1のIII族窒化物半導体層)
4a:凸部
5:第1シリコン酸化膜
6:第2の窒化ガリウム層(第2のIII族窒化物半導体層)
6a:凹部
7:第2シリコン酸化膜
7a:開口
8:第3の窒化ガリウム層(第3のIII族窒化物半導体層)
8a:凹部6a内に形成されている第3の窒化ガリウム層
8b:第3の窒化ガリウム層8と窒化アルミニウムガリウムインジウム層10との界面
9:貫通層
10:窒化アルミニウムガリウムインジウム層
11:第3シリコン酸化膜
12:ソース電極
14:ゲート電極
16:ドレイン電極
100:HEMT(III族窒化物半導体装置)
Claims (2)
- 表面に凸部が形成されているとともに、第1のn型不純物濃度を有するn型の第1のIII族窒化物半導体層と、
前記第1のIII族窒化物半導体層の表面のうちの前記凸部を除く範囲に積層されているとともに、前記凸部の表面より高い位置まで積層されているp型の第2のIII族窒化物半導体層と、
前記凸部の表面に積層されているとともに、前記第2のIII族窒化物半導体層の表面に積層されており、前記第1のn型不純物濃度よりも高い第2のn型不純物濃度を有するn型の第3のIII族窒化物半導体層を備えている縦型のIII族窒化物半導体装置を製造する方法であり、
前記第1のIII族窒化物半導体層の表面のうちの前記凸部の形成範囲を除く範囲をエッチングして前記凸部を形成する工程と、
前記凸部が形成された前記第1のIII族窒化物半導体層の表面に前記第2のIII族窒化物半導体層を形成する工程であって、前記第1のIII族窒化物半導体層の前記凸部を除く範囲の表面に形成した前記第2のIII族窒化物半導体層が前記凸部の表面より高くなるまで形成する工程と、
前記第2のIII族窒化物半導体層の表面のうちの前記凸部が埋設されている位置を前記凸部が露出するまでエッチングして凹部を形成する工程と、
前記第2のIII族窒化物半導体層の前記凹部内及び前記第2のIII族窒化物半導体層の表面上に前記第3のIII族窒化物半導体層を形成する工程を備えていることを特徴とする縦型のIII族窒化物半導体装置の製造方法。 - 表面に凸部が形成されているとともに、第1のn型不純物濃度を有するn型の第1のIII族窒化物半導体層と、
前記第1のIII族窒化物半導体層の表面のうちの前記凸部を除く範囲に積層されており、前記凸部の表面より高い位置まで積層されているとともに、前記凸部の表面が底面に露出している凹部が形成されているp型の第2のIII族窒化物半導体層と、
前記凸部の表面に積層されているとともに、前記第2のIII族窒化物半導体層の表面に積層されており、前記第1のn型不純物濃度よりも高い第2のn型不純物濃度を有するn型の第3のIII族窒化物半導体層を備えており、
前記第3のIII族窒化物半導体層は、前記第2のIII族窒化物半導体層の表面上に形成される第1部分と、前記第1部分から下方に伸びて前記凹部内において前記凸部の表面に接触して形成される第2部分とを備えており、
前記第2部分と前記凸部とが、前記第2のIII族窒化物半導体層を貫通する貫通層を形成しており、
前記貫通層内に形成されている前記第2部分を平面視したときの幅が前記凸部を平面視したときの幅と相違していることを特徴とする縦型のIII族窒化物半導体装置。
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