JP6151487B2 - 化合物半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
化合物半導体装置及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6151487B2 JP6151487B2 JP2012155083A JP2012155083A JP6151487B2 JP 6151487 B2 JP6151487 B2 JP 6151487B2 JP 2012155083 A JP2012155083 A JP 2012155083A JP 2012155083 A JP2012155083 A JP 2012155083A JP 6151487 B2 JP6151487 B2 JP 6151487B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- buffer layer
- layer
- concentration
- compound semiconductor
- algan
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 109
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 title claims description 95
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 23
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 claims description 96
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 49
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 49
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 description 29
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 18
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 16
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 13
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 10
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 9
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 9
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 5
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 4
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 4
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 3
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005264 electron capture Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/2003—Nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02455—Group 13/15 materials
- H01L21/02458—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02494—Structure
- H01L21/02496—Layer structure
- H01L21/02505—Layer structure consisting of more than two layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
- H01L21/0254—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/0257—Doping during depositing
- H01L21/02573—Conductivity type
- H01L21/02579—P-type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/107—Substrate region of field-effect devices
- H01L29/1075—Substrate region of field-effect devices of field-effect transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/36—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the concentration or distribution of impurities in the bulk material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66446—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET]
- H01L29/66462—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
- H01L29/7786—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT
- H01L29/7787—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT with wide bandgap charge-carrier supplying layer, e.g. direct single heterostructure MODFET
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F1/00—Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
- H03F1/32—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion
- H03F1/3241—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using predistortion circuits
- H03F1/3247—Modifications of amplifiers to reduce non-linear distortion using predistortion circuits using feedback acting on predistortion circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/04—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only
- H03F3/16—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements with semiconductor devices only with field-effect devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Description
しかしながら、Siと窒化物半導体との間では、格子不整合が大きく異なるだけでなく、熱膨張係数が大きく異なる。従って、高品質の窒化物半導体層を成長すべく、適切に設計されたバッファ層を用いる。
本実施形態では、化合物半導体装置として、窒化物半導体のAlGaN/GaN・HEMTを開示する。
図1及び図2は、第1の実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。なお、図示は省略するが、素子分離領域にはアルゴン(Ar)等の注入により素子分離構造が形成される。
詳細には、上面が(111)面とされたSi基板1上に、初期層としてAlNを200nm程度の厚みに成長する。AlNの成長条件としては、原料ガスとしてトリメチルアルミニウム(TMA)ガス及びアンモニア(NH3)ガスの混合ガスを用いる。成長条件としては、原料ガスにおけるV/III比(NH3ガスに対するTMAの比率)を1000〜2000程度、成長温度を1000℃程度、圧力を5kPa程度とする。これにより、Si基板1上に第1のバッファ層2が形成される。第1のバッファ層2は、後述するようにその原料ガスがTMAガスを含むことから、若干の炭素(C)を含有するが、V/III比を大きくすることでC濃度を低く抑えることができる。第1のバッファ層2のC濃度は、例えば5×1017/cm3程度とされる。
詳細には、AlGaNを、その下面から上面に向かうほどAl組成比が低値となると共に、その下面から上面に向かうほど高濃度に炭素(C)を含有するように成長する。ここでは、AlxGa1-xN、AlyGa1-yN、AlzGa1-zNを、0<z<y<x<1を満たし、この順にC濃度が高くなるように、順次成長する。但し、AlxGa1-xNのC濃度は、第1のバッファ層2のC濃度よりも高い有意な値とされる。
AlxGa1-xNは、200nm程度の厚みで、0.8≦x≦0.9程度(例えばx=0.9程度)で、C濃度が5×1017/cm3程度〜3×1018/cm3程度(例えば1×1018/cm3程度)に成長する。
AlyGa1-yNは、200nm程度の厚みで、0.6≦y≦0.7程度(例えばy=0.6程度)で、C濃度3×1018/cm3程度〜6×1018/cm3程度(例えば5×1018/cm3程度)に成長する。
AlzGa1-zNは、200nm程度の厚みで、0.2≦z≦0.3程度(例えばz=0.2程度)で、C濃度が6×1018/cm3程度〜2×1019/cm3程度(例えば1×1019/cm3程度)に成長する。
詳細には、GaNを、その下層領域4aが炭素(C)を高濃度に含有するように、AlGaN層3cよりもC濃度が高くなるように成長し、これに対して上層領域4bが極めて低いC濃度となるように、第1のバッファ層2よりも低いC濃度となるように成長する。
引き続き、GaNの上層領域4bを1000nm程度の厚みに成長する。成長条件としては、C濃度が第1のバッファ層2よりも低くなるように、V/III比を3000〜8000程度、成長温度を1000℃程度、圧力を20kPa程度とする。上層領域4bのC濃度は、1×1016/cm3程度〜1×1017/cm3程度(例えば2×1016/cm3程度)となる。
詳細には、電子走行層4上にAlGaNを20nm程度の厚みに成長する。AlGaNの成長条件としては、原料ガスとしてTMAガス、TMGガス、及びNH3ガスの混合ガスを用いる。成長条件としては、原料ガスにおけるV/III比(NH3ガスに対するTMA及びTMGの比率)を1000程度、成長温度を1000℃程度、圧力を10kPa程度とする。これにより、電子走行層4上に電子供給層5が形成される。
化合物半導体積層構造10では、電子走行層4の電子供給層5との界面近傍に2次元電子ガス(2DEG)が発生する。この2DEGは、電子走行層4の化合物半導体(ここではGaN)と電子供給層5の化合物半導体(ここではAlGaN)との格子定数の相違に基づいて生成される。
詳細には、先ず、ソース電極及びドレイン電極を形成するためのレジストマスクを形成する。ここでは、蒸着法及びリフトオフ法に適した例えば庇構造2層レジストを用いる。このレジストを電子供給層5上に塗布し、ソース電極及びドレイン電極の各形成予定部位を露出させる開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
このレジストマスクを用いて、電極材料として、例えばTi/Alを、例えば蒸着法により、開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Tiの厚みは100nm程度、Alの厚みは300nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したTi/Alを除去する。その後、Si基板1を、例えば窒素雰囲気中において400℃〜1000℃程度の温度、例えば600℃程度で熱処理し、残存するTi/Alを電子供給層5とオーミックコンタクトさせる。Ta/Alの電子供給層5とのオーミックコンタクトが得られるのであれば、熱処理が不要な場合もある。以上により、電子供給層5上にソース電極6及びドレイン電極7が形成される。
詳細には、先ず、ゲート電極を形成するためのレジストマスクを形成する。ここでは、蒸着法及びリフトオフ法に適した例えば庇構造2層レジストを用いる。このレジストを電子供給層5上に塗布し、ゲート電極の形成予定部位を露出させる開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
第1のバッファ層2では、C濃度は極めて低濃度、例えば5×1017/cm3程度とされる。
第2のバッファ層3では、その下面から上面に向かうほど、即ちAlGaN層3a,3b,3cの順でC濃度が高く、例えば1×1018/cm3程度、5×1018/cm3程度、1×1019/cm3程度とされる。
電子走行層4では、その下層領域4aでC濃度がAlGaN層3cよりも高く、例えば5×1019/cm3程度とされる。これに対して、上層領域4bでC濃度が第1のバッファ層2よりも低く、例えば2×1016/cm3程度とされる。
ここで、第1の実施形態の変形例について説明する。本実施形態では、ショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTを例示したが、本例では、ゲート電極がゲート絶縁膜を介して形成される、いわゆるMIS型のAlGaN/GaN・HEMTを例示する。
図5は、第1の実施形態の変形例によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
詳細には、化合物半導体積層構造10上に絶縁材料として例えばAl2O3を堆積する。Al2O3は、例えば原子層堆積法(Atomic Layer Deposition:ALD法)により膜厚2nm〜200nm程度、ここでは10nm程度に堆積する。これにより、ゲート絶縁膜11が形成される。
詳細には、先ず、ゲート電極を形成するためのレジストマスクを形成する。ここでは、蒸着法及びリフトオフ法に適した例えば庇構造2層レジストを用いる。このレジストをゲート絶縁膜11上に塗布し、ゲート電極の形成予定部位を露出させる開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
本実施形態では、第1の実施形態と同様にショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTを開示するが、第2のバッファ層の構成が異なる点で第1の実施形態と相違する。
図6及び図7は、第2の実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
詳細には、AlGaNを、その下面から上面に向かうほどAl組成比が漸減すると共に、その下面から上面に向かうほど炭素(C)濃度が漸増するように成長する。但し、AlGaNの下面におけるC濃度は、第1のバッファ層2よりも高い有意な値とされる。
AlGaNのAl組成比は、下面で0.8程度〜0.9程度、例えば0.9程度とし、上面で0.2程度〜0.3程度、例えば0.2程度として、下面から上面に向かうほど漸減するように調節する。
AlGaNのC濃度は、下面で5×1017/cm3程度〜5×1018/cm3程度、例えば5×1018/cm3程度とし、上面で5×1018/cm3程度〜1×1020/cm3程度、例えば1×1019/cm3程度として、下面から上面に向かうほど漸増するように調節する。
詳細には、GaNを、その下層領域が炭素(C)を高濃度に含有するように、C濃度が第2のバッファ層21の上面よりもC濃度が高くなるように成長し、これに対して上層領域が極めて低いC濃度となるように、第1のバッファ層2よりも低いC濃度となるように成長する。
引き続き、GaNの上層領域4bを1000nm程度の厚みに成長する。成長条件としては、C濃度が第1のバッファ層2よりも低くなるように、V/III比を3000〜8000程度、成長温度を1000℃程度、圧力を20kPa程度とする。上層領域4bのC濃度は、1×1016/cm3程度〜1×1017/cm3程度(例えば2×1016/cm3程度)となる。
詳細には、電子走行層4上にAlGaNを20nm程度の厚みに成長する。AlGaNの成長条件としては、原料ガスとしてTMAガス、TMGガス、及びNH3ガスの混合ガスを用いる。成長条件としては、原料ガスにおけるV/III比(NH3ガスに対するTMA及びTMGの比率)を1000程度、成長温度を1000℃程度、圧力を10kPa程度とする。これにより、電子走行層4上に電子供給層5が形成される。
化合物半導体積層構造20では、電子走行層4の電子供給層5との界面近傍に2次元電子ガス(2DEG)が発生する。この2DEGは、電子走行層4の化合物半導体(ここではGaN)と電子供給層5の化合物半導体(ここではAlGaN)との格子定数の相違に基づいて生成される。
詳細には、先ず、ソース電極及びドレイン電極を形成するためのレジストマスクを形成する。ここでは、蒸着法及びリフトオフ法に適した例えば庇構造2層レジストを用いる。このレジストを電子供給層5上に塗布し、ソース電極及びドレイン電極の各形成予定部位を露出させる開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
このレジストマスクを用いて、電極材料として、例えばTi/Alを、例えば蒸着法により、開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Tiの厚みは100nm程度、Alの厚みは300nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したTi/Alを除去する。その後、Si基板1を、例えば窒素雰囲気中において400℃〜1000℃程度の温度、例えば600℃程度で熱処理し、残存するTi/Alを電子供給層5とオーミックコンタクトさせる。Ta/Alの電子供給層5とのオーミックコンタクトが得られるのであれば、熱処理が不要な場合もある。以上により、電子供給層5上にソース電極6及びドレイン電極7が形成される。
詳細には、先ず、ゲート電極を形成するためのレジストマスクを形成する。ここでは、蒸着法及びリフトオフ法に適した例えば庇構造2層レジストを用いる。このレジストを電子供給層5上に塗布し、ゲート電極の形成予定部位を露出させる開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
本実施形態では、第1の実施形態及び変形例、第2の実施形態から選ばれた1種のAlGaN/GaN・HEMTを適用した電源装置を開示する。
図8は、第3の実施形態による電源装置の概略構成を示す結線図である。
一次側回路31は、交流電源34と、いわゆるブリッジ整流回路35と、複数(ここでは4つ)のスイッチング素子36a,36b,36c,36dとを備えて構成される。また、ブリッジ整流回路35は、スイッチング素子36eを有している。
二次側回路22は、複数(ここでは3つ)のスイッチング素子37a,37b,37cを備えて構成される。
本実施形態では、第1の実施形態及び変形例、第2の実施形態から選ばれた1種のAlGaN/GaN・HEMTを適用した高周波増幅器を開示する。
図9は、第4の実施形態による高周波増幅器の概略構成を示す結線図である。
ディジタル・プレディストーション回路41は、入力信号の非線形歪みを補償するものである。ミキサー42aは、非線形歪みが補償された入力信号と交流信号をミキシングするものである。パワーアンプ43は、交流信号とミキシングされた入力信号を増幅するものであり、第1の実施形態及び変形例、第2の実施形態から選ばれた1種のAlGaN/GaN・HEMTを有している。なお図9では、例えばスイッチの切り替えにより、出力側の信号をミキサー42bで交流信号とミキシングしてディジタル・プレディストーション回路31に送出できる構成とされている。
第1〜第4の実施形態及び変形例では、化合物半導体装置としてAlGaN/GaN・HEMTを例示した。化合物半導体装置としては、AlGaN/GaN・HEMT以外にも、以下のようなHEMTに適用できる。
本例では、化合物半導体装置として、InAlN/GaN・HEMTを開示する。
InAlNとGaNは、組成によって格子定数を近くすることが可能な化合物半導体である。この場合、上記した第1〜第4の実施形態及び変形例では、第1のバッファ層がAlN、第2のバッファ層がAlGaN、電子走行層がGaN、電子供給層がInAlNで形成される。また、この場合のピエゾ分極が殆ど発生しないため、2次元電子ガスは主にInAlNの自発分極により発生する。
本例では、化合物半導体装置として、InAlGaN/GaN・HEMTを開示する。
GaNとInAlGaNは、後者の方が前者よりも組成によって格子定数を小さくすることができる化合物半導体である。この場合、上記した第1〜第4の実施形態及び変形例では、第1のバッファ層がAlN、第2のバッファ層がAlGaN、電子走行層がGaN、電子供給層がInAlGaNで形成される。
前記第1のバッファ層の上方に形成されたAlGaNを材料とする第2のバッファ層と
を有する化合物半導体積層構造を含み、
前記第2のバッファ層は、その下面から上面に向かうほど高濃度に炭素を含有することを特徴とする化合物半導体装置。
前記電子走行層は、その下層領域に炭素を含有することを特徴とする付記1又は2に記載の化合物半導体装置。
前記第1のバッファ層の上方に形成されたAlGaNを材料とする第2のバッファ層と
を有する化合物半導体積層構造を形成するに際して、
前記第2のバッファ層を、その下面から上面に向かうほど高濃度に炭素を含有するように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。
前記高圧回路はトランジスタを有しており、
前記トランジスタは、
AlNを材料とする第1のバッファ層と、
前記第1のバッファ層の上方に形成されたAlGaNを材料とする第2のバッファ層と
を有する化合物半導体積層構造を含み、
前記第2のバッファ層は、その下面から上面に向かうほど高濃度に炭素を含有することを特徴とする電源回路。
トランジスタを有しており、
前記トランジスタは、
AlNを材料とする第1のバッファ層と、
前記第1のバッファ層の上方に形成されたAlGaNを材料とする第2のバッファ層と
を有する化合物半導体積層構造を含み、
前記第2のバッファ層は、その下面から上面に向かうほど高濃度に炭素を含有することを特徴とする高周波増幅器。
2 第1のバッファ層
3,21 第2のバッファ層
3a,3b,3c AlGaN層
4 電子走行層
5 電子走行層
6 ソース電極
7 ドレイン電極
8,12 ゲート電極
10,20 化合物半導体積層構造
11 ゲート絶縁膜
31 一次側回路
32 二次側回路
33 トランス
34 交流電源
35 ブリッジ整流回路
36a,36b,36c,36d,36e,37a,37b,37c スイッチング素子
41 ディジタル・プレディストーション回路
42a,42b ミキサー
43 パワーアンプ
Claims (7)
- AlNを材料とする第1のバッファ層と、
前記第1のバッファ層の上方に設けられ、前記第1のバッファ層から離れるほど高濃度に炭素を含有した、AlGaNを材料とする第2のバッファ層と、
前記第2のバッファ層の上方に設けられ、前記第2のバッファ層と接する面の近傍において炭素を含有した電子走行層と
を有し、
前記電子走行層の前記第2のバッファ層と接する面の近傍の炭素濃度は、前記第2のバッファ層の前記電子走行層と接する面の近傍の炭素濃度よりも高いことを特徴とする化合物半導体装置。 - 前記第2のバッファ層は、そのAl組成比が下面から上面に向かうほど低値とされることを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体装置。
- 前記第1のバッファ層は、前記第2のバッファ層の下面よりも炭素濃度が低いことを特徴とする請求項1又は2に記載の化合物半導体装置。
- 前記第2のバッファ層は、その炭素濃度が下面から上面に向かうほど階段状に高くなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
- 前記第2のバッファ層は、その炭素濃度が下面から上面に向かうほど漸増することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
- AlNを材料とする第1のバッファ層と、
前記第1のバッファ層の上方に形成され、前記第1のバッファ層から離れるほど高濃度に炭素を含有した、AlGaNを材料とする第2のバッファ層と、
前記第2のバッファ層の上方に形成され、前記第2のバッファ層と接する面の近傍において炭素を含有した電子走行層と
を形成し、
前記電子走行層の前記第2のバッファ層と接する面の近傍の炭素濃度は、前記第2のバッファ層の前記電子走行層と接する面の近傍の炭素濃度よりも高いことを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。 - 前記第2のバッファ層は、そのAl組成比が下面から上面に向かうほど低値とされることを特徴とする請求項6に記載の化合物半導体装置の製造方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012155083A JP6151487B2 (ja) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
US13/900,617 US9831310B2 (en) | 2012-07-10 | 2013-05-23 | Compound semiconductor device, method for producing the same, power-supply unit, and high-frequency amplifier |
CN201310209732.7A CN103545361B (zh) | 2012-07-10 | 2013-05-30 | 化合物半导体器件及其制造方法、电源装置和高频放大器 |
TW102120078A TWI581429B (zh) | 2012-07-10 | 2013-06-06 | 化合物半導體裝置、其製造方法、電源供應裝置,以及高頻放大器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012155083A JP6151487B2 (ja) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016174655A Division JP6233476B2 (ja) | 2016-09-07 | 2016-09-07 | 化合物半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014017422A JP2014017422A (ja) | 2014-01-30 |
JP6151487B2 true JP6151487B2 (ja) | 2017-06-21 |
Family
ID=49913493
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012155083A Active JP6151487B2 (ja) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9831310B2 (ja) |
JP (1) | JP6151487B2 (ja) |
CN (1) | CN103545361B (ja) |
TW (1) | TWI581429B (ja) |
Families Citing this family (30)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6119165B2 (ja) * | 2012-09-28 | 2017-04-26 | 富士通株式会社 | 半導体装置 |
KR20140102384A (ko) * | 2013-02-13 | 2014-08-22 | 한국전자통신연구원 | 알루미늄갈륨나이트라이드 템플릿 및 그의 제조방법 및 그의 구조 |
JP2014220407A (ja) * | 2013-05-09 | 2014-11-20 | ローム株式会社 | 窒化物半導体素子 |
JP6386454B2 (ja) * | 2013-06-06 | 2018-09-05 | 日本碍子株式会社 | 13族窒化物複合基板、半導体素子、および13族窒化物複合基板の製造方法 |
US20150137179A1 (en) * | 2013-11-19 | 2015-05-21 | Huga Optotech Inc. | Power device |
JP2015170776A (ja) * | 2014-03-07 | 2015-09-28 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体積層体および電界効果トランジスタ |
JP2015176936A (ja) * | 2014-03-13 | 2015-10-05 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
JP2015185809A (ja) * | 2014-03-26 | 2015-10-22 | 住友電気工業株式会社 | 半導体基板の製造方法及び半導体装置 |
WO2015152411A1 (ja) * | 2014-04-04 | 2015-10-08 | 古河電気工業株式会社 | 窒化物半導体装置およびその製造方法、ならびにダイオードおよび電界効果トランジスタ |
FR3019682B1 (fr) * | 2014-04-04 | 2016-04-29 | Thales Sa | Couche tampon optimisee pour transistor a effet de champ a haute mobilite |
JP6527667B2 (ja) * | 2014-04-18 | 2019-06-05 | 古河機械金属株式会社 | 窒化物半導体基板の製造方法 |
US9608103B2 (en) | 2014-10-02 | 2017-03-28 | Toshiba Corporation | High electron mobility transistor with periodically carbon doped gallium nitride |
US10062756B2 (en) * | 2014-10-30 | 2018-08-28 | Semiconductor Components Industries, Llc | Semiconductor structure including a doped buffer layer and a channel layer and a process of forming the same |
JP6656160B2 (ja) * | 2014-11-07 | 2020-03-04 | 住友化学株式会社 | 半導体基板および半導体基板の検査方法 |
JP2016134563A (ja) | 2015-01-21 | 2016-07-25 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
TW201637078A (zh) * | 2015-04-01 | 2016-10-16 | 環球晶圓股份有限公司 | 半導體元件 |
JP6671124B2 (ja) * | 2015-08-10 | 2020-03-25 | ローム株式会社 | 窒化物半導体デバイス |
JP6660631B2 (ja) * | 2015-08-10 | 2020-03-11 | ローム株式会社 | 窒化物半導体デバイス |
JPWO2017164036A1 (ja) * | 2016-03-24 | 2019-01-31 | スタンレー電気株式会社 | Iii族窒化物積層体の製造方法 |
KR20160091307A (ko) | 2016-07-22 | 2016-08-02 | 주식회사 드라마앤컴퍼니 | 개인정보 이미지 분할을 통한 텍스트 정보 생성 장치 및 방법 |
JP6759886B2 (ja) * | 2016-09-06 | 2020-09-23 | 富士通株式会社 | 半導体結晶基板、半導体装置、半導体結晶基板の製造方法及び半導体装置の製造方法 |
JP6790682B2 (ja) * | 2016-09-29 | 2020-11-25 | 富士通株式会社 | 化合物半導体装置、電源装置、及び増幅器 |
JPWO2019069364A1 (ja) * | 2017-10-03 | 2019-11-14 | 三菱電機株式会社 | 高周波動作窒化物系電界効果トランジスタ |
EP3486939B1 (en) | 2017-11-20 | 2020-04-01 | IMEC vzw | Method for forming a semiconductor structure for a gallium nitride channel device |
JP7100241B2 (ja) * | 2017-12-20 | 2022-07-13 | 富士通株式会社 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
US10825895B2 (en) | 2018-12-12 | 2020-11-03 | Coorstek Kk | Nitride semiconductor substrate |
KR102526814B1 (ko) * | 2019-02-05 | 2023-04-27 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 반도체 장치 및 반도체 장치의 제조 방법 |
JP6850383B2 (ja) * | 2020-03-09 | 2021-03-31 | 株式会社東芝 | 半導体基板及び半導体装置 |
US20220029007A1 (en) * | 2020-07-24 | 2022-01-27 | Vanguard International Semiconductor Corporation | Semiconductor structure and semiconductor device |
US11508830B2 (en) * | 2020-12-03 | 2022-11-22 | Texas Instruments Incorporated | Transistor with buffer structure having carbon doped profile |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7485512B2 (en) | 2005-06-08 | 2009-02-03 | Cree, Inc. | Method of manufacturing an adaptive AIGaN buffer layer |
JP5064824B2 (ja) * | 2006-02-20 | 2012-10-31 | 古河電気工業株式会社 | 半導体素子 |
JP4592742B2 (ja) * | 2007-12-27 | 2010-12-08 | Dowaエレクトロニクス株式会社 | 半導体材料、半導体材料の製造方法及び半導体素子 |
JP2010239034A (ja) | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 半導体装置の製造方法および半導体装置 |
JP5697012B2 (ja) * | 2009-03-31 | 2015-04-08 | 古河電気工業株式会社 | 溝の形成方法、および電界効果トランジスタの製造方法 |
JP2011035065A (ja) * | 2009-07-30 | 2011-02-17 | Hitachi Cable Ltd | 半導体装置 |
JP5188545B2 (ja) | 2009-09-14 | 2013-04-24 | コバレントマテリアル株式会社 | 化合物半導体基板 |
JP2011071356A (ja) * | 2009-09-26 | 2011-04-07 | Sanken Electric Co Ltd | 半導体装置 |
JP2012009630A (ja) | 2010-06-24 | 2012-01-12 | Panasonic Corp | 窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法 |
JP5552923B2 (ja) * | 2010-06-30 | 2014-07-16 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
JP2012033575A (ja) | 2010-07-28 | 2012-02-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置 |
JP6024075B2 (ja) * | 2010-07-30 | 2016-11-09 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
JP5672868B2 (ja) | 2010-08-31 | 2015-02-18 | 富士通株式会社 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
JP5781292B2 (ja) * | 2010-11-16 | 2015-09-16 | ローム株式会社 | 窒化物半導体素子および窒化物半導体パッケージ |
WO2012066701A1 (ja) * | 2010-11-19 | 2012-05-24 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体装置 |
JP2013026321A (ja) * | 2011-07-19 | 2013-02-04 | Sharp Corp | 窒化物系半導体層を含むエピタキシャルウエハ |
JP6015053B2 (ja) | 2012-03-26 | 2016-10-26 | 富士通株式会社 | 半導体装置の製造方法及び窒化物半導体結晶の製造方法 |
US9306009B2 (en) * | 2013-02-25 | 2016-04-05 | Cree, Inc. | Mix doping of a semi-insulating Group III nitride |
-
2012
- 2012-07-10 JP JP2012155083A patent/JP6151487B2/ja active Active
-
2013
- 2013-05-23 US US13/900,617 patent/US9831310B2/en active Active
- 2013-05-30 CN CN201310209732.7A patent/CN103545361B/zh active Active
- 2013-06-06 TW TW102120078A patent/TWI581429B/zh not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014017422A (ja) | 2014-01-30 |
CN103545361A (zh) | 2014-01-29 |
CN103545361B (zh) | 2016-06-29 |
TWI581429B (zh) | 2017-05-01 |
TW201405809A (zh) | 2014-02-01 |
US20140015608A1 (en) | 2014-01-16 |
US9831310B2 (en) | 2017-11-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6151487B2 (ja) | 化合物半導体装置及びその製造方法 | |
JP5953706B2 (ja) | 化合物半導体装置及びその製造方法 | |
JP6018360B2 (ja) | 化合物半導体装置及びその製造方法 | |
JP5634681B2 (ja) | 半導体素子 | |
JP5895666B2 (ja) | 化合物半導体装置及びその製造方法 | |
US9496380B2 (en) | Compound semiconductor device comprising compound semiconductor layered structure having buffer layer and method of manufacturing the same | |
TWI469343B (zh) | 化合物半導體裝置及其製造方法 | |
JP6069688B2 (ja) | 化合物半導体装置及びその製造方法 | |
JP2013197313A (ja) | 化合物半導体装置及びその製造方法 | |
US20120320642A1 (en) | Compound semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP6604036B2 (ja) | 化合物半導体装置及びその製造方法 | |
JP2014027187A (ja) | 化合物半導体装置及びその製造方法 | |
JP6233476B2 (ja) | 化合物半導体装置 | |
US9691890B2 (en) | Compound semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US10847642B2 (en) | Compound semiconductor device and fabrication method | |
JP2017085014A (ja) | 半導体結晶基板、半導体装置、半導体結晶基板の製造方法及び半導体装置の製造方法 | |
JP6350599B2 (ja) | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150406 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160107 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160119 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160322 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20160607 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160907 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20160915 |
|
A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20161104 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170525 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6151487 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |