JP6444718B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6444718B2 JP6444718B2 JP2014253215A JP2014253215A JP6444718B2 JP 6444718 B2 JP6444718 B2 JP 6444718B2 JP 2014253215 A JP2014253215 A JP 2014253215A JP 2014253215 A JP2014253215 A JP 2014253215A JP 6444718 B2 JP6444718 B2 JP 6444718B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor layer
- electrode
- type semiconductor
- type
- layer
- 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 341
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 99
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 99
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 80
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 31
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 12
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 327
- 238000000034 method Methods 0.000 description 24
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 23
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 16
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 11
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 9
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 7
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 6
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 5
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 4
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000001004 secondary ion mass spectrometry Methods 0.000 description 4
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N selanylidenegallium;selenium Chemical compound [Se].[Se]=[Ga].[Se]=[Ga] VSZWPYCFIRKVQL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910021478 group 5 element Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 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
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1602—Diamond
-
- 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
- H01L29/08—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 carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/0804—Emitter regions of bipolar transistors
- H01L29/0817—Emitter regions of bipolar transistors of heterojunction bipolar 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
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/15—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. multiple quantum wells, superlattices
- H01L29/151—Compositional structures
- H01L29/152—Compositional structures with quantum effects only in vertical direction, i.e. layered structures with quantum effects solely resulting from vertical potential variation
- H01L29/155—Comprising only semiconductor materials
-
- 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
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/167—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table further characterised by the doping 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/26—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, elements provided for in two or more of the groups H01L29/16, H01L29/18, H01L29/20, H01L29/22, H01L29/24, e.g. alloys
- H01L29/267—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, elements provided for in two or more of the groups H01L29/16, H01L29/18, H01L29/20, H01L29/22, H01L29/24, e.g. alloys in different semiconductor regions, e.g. heterojunctions
-
- 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
- H01L29/66015—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising semiconducting carbon, e.g. diamond, diamond-like carbon, graphene
- H01L29/66022—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising semiconducting carbon, e.g. diamond, diamond-like carbon, graphene the devices being controllable only by variation of the electric current supplied or the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. two-terminal devices
- H01L29/6603—Diodes
-
- 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
- H01L29/66083—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by variation of the electric current supplied or the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. two-terminal devices
- H01L29/66196—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by variation of the electric current supplied or the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched, e.g. two-terminal devices with an active layer made of a group 13/15 material
- H01L29/66204—Diodes
- H01L29/66219—Diodes with a heterojunction, e.g. resonant tunneling diodes [RTD]
-
- 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
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/73—Bipolar junction transistors
- H01L29/737—Hetero-junction transistors
- H01L29/7371—Vertical 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
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
-
- 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
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/868—PIN diodes
-
- 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
- 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
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/45—Ohmic electrodes
- H01L29/452—Ohmic electrodes on AIII-BV compounds
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
Description
本発明の別の実施形態によれば、ダイヤモンドを含むn形半導体層と、第1電極と、前記n形半導体層と前記第1電極との間に設けられAl x Ga 1−x N(0≦x≦1)を含むn形の窒化物半導体層と、を含む半導体装置が提供される。前記窒化物半導体層は、前記n形半導体層から前記第1電極に向かう第1方向において交互に並ぶ複数のGaN層と複数のAl x Ga 1−x N(0<x≦1)層とを含む第2構造体を含む。
本発明の別の実施形態によれば、ダイヤモンドを含むn形半導体層と、第1電極と、前記n形半導体層と前記第1電極との間に設けられAl x Ga 1−x N(0≦x≦1)を含むn形の窒化物半導体層と、を含む半導体装置が提供される。前記窒化物半導体層は、前記n形半導体層から前記第1電極に向かう第1方向において交互に並ぶ複数のAl x Ga 1−x N(0<x≦1)層と複数のAl y Ga 1−y N(0≦y<x)層とを含む第3構造体を含む。
本発明の別の実施形態によれば、ダイヤモンドを含むn形半導体層と、第1電極と、前記n形半導体層と前記第1電極との間に設けられAl x Ga 1−x N(0≦x≦1)を含むn形の窒化物半導体層と、を含む半導体装置が提供される。前記窒化物半導体層は、Al x Ga 1−x N(0<x≦1)を含む第1領域と、Al y Ga 1−y N(0≦y<x)を含む第2領域と、を含む。前記第1領域は、前記第2領域と前記n形半導体層との間に設けられる。
本発明の別の実施形態によれば、ダイヤモンドを含むn形半導体層と、第1電極と、前記n形半導体層と前記第1電極との間に設けられAl x Ga 1−x N(0≦x≦1)を含むn形の窒化物半導体層と、ダイヤモンドを含む第1p形半導体層と、を含む半導体装置が提供される。前記n形半導体層は、前記第1電極と前記第1p形半導体層との間に位置する。
本発明の別の実施形態によれば、ダイヤモンドを含むn形半導体層と、第1電極と、前記n形半導体層と前記第1電極との間に設けられAl x Ga 1−x N(0≦x≦1)を含むn形の窒化物半導体層と、を含む半導体装置が提供される。前記窒化物半導体層は、前記n形半導体層から前記第1電極へ向かう第1方向に対して垂直な平面と交差する第1側面を有する。前記n形半導体層は、前記平面と交差する第2側面を有する。前記第2側面は、前記第1側面を含む平面に沿う。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1及び図2は、第1の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図1に表したように、半導体装置110は、n形半導体層11と、第1電極40と、窒化物半導体層30と、を含む。この例では、半導体装置110は、さらに、第2電極50と、p形半導体層12と、中間半導体層13と、絶縁層60と、を含む。
半導体装置110は、半導体層としてダイヤモンドを用いたpinダイオードである。
例えば、窒化物半導体層30は、積層方向において交互に並ぶ複数のAlxGa1−xN(0≦x<1)層30xと複数のAlN層30aとを含む第1構造体B1、積層方向において交互に並ぶ複数のAlxGa1−xN(0<x≦1)層30xと複数のGaN層30gとを含む第2構造体B2、および、積層方向において交互に並ぶ複数のAlxGa1−xN(0<x≦1)層30xと複数のAlyGa1−yN(0≦y<x)層30yとを含む第3構造体B3、の少なくともいずれかを含む。なお、実施形態において、Al組成比(混晶比)x及びAl組成比yは、積層方向に沿って変化していてもよい。
すなわち、窒化物半導体層30は第1側面30sを有し、n形半導体層11は第2側面11sを有し、中間半導体層13は、第3側面13sを有する。これらの側面は、それぞれX−Y平面に対して交差する面である。第2側面11sは第1側面30sと連続し、第3側面13sは第2側面11sと連続している。例えば、第2側面11sおよび第3側面13sは、第1側面30sを含む平面に沿っている。
第1電極40は、第1部分41と連続した第2部分42をさらに含む。第2部分42は、絶縁層60の上に設けられた部分であり、X−Y平面に投影したときに、第1部分41の周りに設けられる。絶縁層60は、第2部分42と上面30uとの間の第1の位置、第2部分42と第1側面30sとの間の第2の位置、および、第2部分42と第2側面11sとの間の第3の位置、に配置された部分を含む。第2部分42は、コンタクト部分に周りに設けられるパッド部分を含む。なお、第2部分42は、省略されても良い。
図3(a)〜図3(e)は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図3(a)に示すように、p形半導体層12(Bドープp形ダイヤモンド基板)上に、中間半導体層13となるアンドープ真性半導体ダイヤモンド層13fを形成し、その上に、n形半導体層11となるPドープn形ダイヤモンド層11fをエピタキシャル成長させる。これらの層の形成には、例えば、マイクロ波プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法が用いられる。
Siドープn形AlGaN層30fの成長には、例えば、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法が用いられる。AlxGa1−xN(0≦x≦1)の単結晶または多結晶は、MOCVD法やMBE(Molecular Beam Epitaxy)法などにより、比較的容易にダイヤモンド上に成長させることができる。
図4は、n形半導体層11、窒化物半導体層30、および第1電極40の、熱平衡状態における模式的なバンド状態を例示している。
図4に示したように、ダイヤモンドを含むn形半導体層11におけるバンドギャップは、5.5eV程度である。ダイヤモンド中のPドナーの活性化エネルギーは、0.6eV程度である。
ダイヤモンド中のキャリアは、高い移動度を有する。例えば、電子移動度は、4500cm2/Vsec程度であり、ホール移動度は、3800cm2/Vsec程度である。
ダイヤモンドにおける破壊電界強度は高く、10MV/cmが期待される。ダイヤモンドは、高温でも動作可能なパワーデバイス、高周波(パワー)デバイス、紫外光デバイス、または、電子放出源等への応用が期待される。パワーデバイスの性能指数(バリガ指数)の比較からわかるように、ダイヤモンドは、SiC及びGaNに比べて、パワーデバイスの性能を大きく向上させると期待される。
また、pn接合に逆方向バイアスが印加された場合においては、ダイヤモンド中に空乏化が生じる。これにより、電極端では、電界が緩和し、耐圧を向上させることができる。
図5および図6は、第2の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。 図5に表した半導体装置120においては、窒化物半導体層30は、第1領域31と、第2領域32と、を含む。これ以外については、半導体装置120には、半導体装置110についての説明と同様の説明を適用することができる。
第1領域31は、超格子構造を有していてもよい。例えば、第1領域31は、積層方向に沿って交互に並ぶ、複数のAlN層30aと、複数のAlxGa1−xN(0<x≦1)層30xと、を含む(図6を参照)。この場合には、第1領域31における平均Al組成比は、例えば、0.7以上0.9以下である。
なお、実施形態においては、Al組成比xおよびAl組成比yは、積層方向に沿って変化していてもよい。
図7(a)〜図7(e)は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図7(a)に示すように、p形半導体層12(Bドープp形ダイヤモンド基板)上に、中間半導体層13となるアンドープ真性半導体ダイヤモンド層13fを形成し、その上に、n形半導体層11となるPドープn形ダイヤモンド層11fをエピタキシャル成長させる。これらの層の形成には、例えば、マイクロ波プラズマCVD法が用いられる。
図8は、第3の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図8に表したように、本実施形態に係る半導体装置130は、p形半導体層12と、中間半導体層13と、n形半導体層11と、窒化物半導体層30と、第1電極40と、絶縁層60と、を含む。これらには、第1の実施形態における説明と同様の説明を適用することができる。半導体装置130は、さらに、第2p形半導体層14と、第3電極70と、を含む。半導体装置130は、半導体層としてダイヤモンドを用いた、バイポーラジャンクショントランジスタ(BJT)である。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
Claims (18)
- ダイヤモンドを含むn形半導体層と、
第1電極と、
前記n形半導体層と前記第1電極との間に設けられAlxGa1−xN(0≦x≦1)を含むn形の窒化物半導体層と、
を備え、
前記窒化物半導体層は、前記n形半導体層から前記第1電極に向かう第1方向において交互に並ぶ複数のAl x Ga 1−x N(0≦x<1)層と複数のAlN層とを含む第1構造体を含む、半導体装置。 - ダイヤモンドを含むn形半導体層と、
第1電極と、
前記n形半導体層と前記第1電極との間に設けられAl x Ga 1−x N(0≦x≦1)を含むn形の窒化物半導体層と、
を備え、
前記窒化物半導体層は、前記n形半導体層から前記第1電極に向かう第1方向において交互に並ぶ複数のGaN層と複数のAlxGa1−xN(0<x≦1)層とを含む第2構造体を含む、半導体装置。 - 前記xは、0.7以上0.9以下である請求項1または2に記載の半導体装置。
- ダイヤモンドを含むn形半導体層と、
第1電極と、
前記n形半導体層と前記第1電極との間に設けられAl x Ga 1−x N(0≦x≦1)を含むn形の窒化物半導体層と、
を備え、
前記窒化物半導体層は、前記n形半導体層から前記第1電極に向かう第1方向において交互に並ぶ複数のAlxGa1−xN(0<x≦1)層と複数のAlyGa1−yN(0≦y<x)層とを含む第3構造体を含む、半導体装置。 - ダイヤモンドを含むn形半導体層と、
第1電極と、
前記n形半導体層と前記第1電極との間に設けられAl x Ga 1−x N(0≦x≦1)を含むn形の窒化物半導体層と、
を備え、
前記窒化物半導体層は、AlxGa1−xN(0<x≦1)を含む第1領域と、AlyGa1−yN(0≦y<x)を含む第2領域と、を含み、
前記第1領域は、前記第2領域と前記n形半導体層との間に設けられる、半導体装置。 - 前記xは、0.7以上0.9以下であり、
前記yは、0.4以上0.6以下である請求項5記載の半導体装置。 - 前記第1領域は、前記n形半導体層から前記第1電極に向かう第1方向において交互に並ぶ複数のAlN層と複数のAlxGa1−xN(0<x≦1)層とを含み、
前記第2領域は、前記第1方向において交互に並ぶ複数のGaN層と複数のAlyGa1−yN(0≦y<x)層とを含み、
前記第1領域の厚さをt1(ナノメートル)とし、前記第2領域の厚さをt2(ナノメートル)とし、前記複数のAlN層の厚さの合計をta(ナノメートル)とし、前記複数のAlxGa1−xN(0<x≦1)層の厚さの合計をtx(ナノメートル)とし、前記複数のAlyGa1−yN(0≦y<x)層の厚さの合計をty(ナノメートル)とし、前記第1領域における平均Al組成比を(ta+x×tx)/t1とし、前記第2領域における平均Al組成比を(y×ty)/t2としたときに、
前記第1領域における前記平均Al組成比は、前記第2領域における前記平均Al組成比よりも高い請求項5または6に記載の半導体装置。 - 前記第1領域における前記平均Al組成比は、0.7以上0.9以下であり、
前記第2領域における前記平均Al組成比は、0.4以上0.6以下である請求項7記載の半導体装置。 - 前記第1電極は、Ti、Mo、Ta、Zr及びHfの少なくともいずれかを含む、請求項1〜8のいずれか1つに記載の半導体装置。
- ダイヤモンドを含むn形半導体層と、
第1電極と、
前記n形半導体層と前記第1電極との間に設けられAl x Ga 1−x N(0≦x≦1)を含むn形の窒化物半導体層と、
ダイヤモンドを含む第1p形半導体層と、
を備え、
前記n形半導体層は、前記第1電極と前記第1p形半導体層との間に位置する、半導体装置。 - 前記第1p形半導体層と電気的に接続された第2電極をさらに備えた請求項10記載の半導体装置。
- 前記n形半導体層と前記第1p形半導体層との間に設けられ、ダイヤモンドを含む中間半導体層をさらに備え、
前記中間半導体層における不純物濃度は、前記n形半導体層における不純物濃度よりも低く、前記第1p形半導体層における不純物濃度よりも低い請求項10または11に記載の半導体装置。 - ダイヤモンドを含む第2p形半導体層をさらに備え、
前記n形半導体層は、前記第1p形半導体層と、前記第2p形半導体層と、の間に設けられた部分を含む請求項10〜12のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第2p形半導体層は、前記n形半導体層から前記第1電極へ向かう第1方向と交差する方向において、前記窒化物半導体層と並ぶ請求項13記載の半導体装置。
- 前記第2p形半導体層と電気的に接続された第3電極をさらに含む請求項14記載の半導体装置。
- ダイヤモンドを含むn形半導体層と、
第1電極と、
前記n形半導体層と前記第1電極との間に設けられAl x Ga 1−x N(0≦x≦1)を含むn形の窒化物半導体層と、
を備え、
前記窒化物半導体層は、前記n形半導体層から前記第1電極へ向かう第1方向に対して垂直な平面と交差する第1側面を有し、
前記n形半導体層は、前記平面と交差する第2側面を有し、
前記第2側面は、前記第1側面を含む平面に沿う、半導体装置。 - 絶縁層をさらに備え、
前記窒化物半導体層は、前記n形半導体層と接する第1面と、前記第1電極と接する第2面と、をさらに含み、
前記絶縁層は、前記第2面の一部、前記第1側面、及び、前記第2側面と接する請求項16記載の半導体装置。 - 前記絶縁層は、前記第1電極と前記第2面との間の第1の位置、前記第1電極と前記第1側面との間の第2の位置、及び、前記第1電極と前記第2側面との間の第3の位置、の少なくともいずれかに配置された部分を含む請求項17記載の半導体装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014253215A JP6444718B2 (ja) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | 半導体装置 |
US14/963,825 US9564491B2 (en) | 2014-12-15 | 2015-12-09 | Semiconductor device |
EP15198747.6A EP3035390A1 (en) | 2014-12-15 | 2015-12-09 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014253215A JP6444718B2 (ja) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016115801A JP2016115801A (ja) | 2016-06-23 |
JP6444718B2 true JP6444718B2 (ja) | 2018-12-26 |
Family
ID=54848430
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014253215A Active JP6444718B2 (ja) | 2014-12-15 | 2014-12-15 | 半導体装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9564491B2 (ja) |
EP (1) | EP3035390A1 (ja) |
JP (1) | JP6444718B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102356696B1 (ko) * | 2015-07-03 | 2022-01-26 | 삼성전자주식회사 | 유기 광전 소자 및 이미지 센서 |
JP6957465B2 (ja) | 2016-06-10 | 2021-11-02 | 株式会社ダイセル | 非イオン界面活性剤 |
US10497817B1 (en) * | 2018-07-09 | 2019-12-03 | Wisconsin Alumni Research Foundation | P-n diodes and p-n-p heterojunction bipolar transistors with diamond collectors and current tunneling layers |
JP7036043B2 (ja) * | 2019-01-11 | 2022-03-15 | 株式会社Sumco | 高抵抗材料の抵抗率測定方法 |
CN109950357A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-06-28 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种pin器件及其制作方法、感光组件、显示装置 |
US11380763B2 (en) * | 2019-04-29 | 2022-07-05 | Arizona Board Of Regents On Behalf Of Arizona State University | Contact structures for n-type diamond |
JP7428573B2 (ja) * | 2020-04-06 | 2024-02-06 | 株式会社東芝 | 発電素子、発電モジュール、発電装置、及び、発電システム |
JP7407690B2 (ja) | 2020-11-02 | 2024-01-04 | 株式会社東芝 | 電子放出素子及び発電素子 |
Family Cites Families (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2961812B2 (ja) * | 1990-05-17 | 1999-10-12 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置 |
JPH05891A (ja) | 1991-06-21 | 1993-01-08 | Canon Inc | ダイヤモンド−金属接合体 |
JP3086556B2 (ja) | 1993-02-09 | 2000-09-11 | 株式会社神戸製鋼所 | 半導体ダイヤモンド層上の耐熱性オーミック電極及びその形成方法 |
JP3086562B2 (ja) | 1993-03-22 | 2000-09-11 | 株式会社神戸製鋼所 | 半導体ダイヤモンド層上の耐熱性オーミック電極及びその形成方法 |
JP3304541B2 (ja) | 1993-09-08 | 2002-07-22 | 住友電気工業株式会社 | オーミック電極の形成方法 |
JP3432367B2 (ja) | 1995-11-17 | 2003-08-04 | 東京瓦斯株式会社 | 水素終端ダイヤモンドデプレッション型mesfetおよび該デプレッション型mesfetの製造方法 |
JP4034015B2 (ja) * | 1999-09-01 | 2008-01-16 | 豊田合成株式会社 | Iii族窒化物系化合物半導体発光素子 |
JP2001077048A (ja) | 1999-09-03 | 2001-03-23 | Natl Inst For Res In Inorg Mater | 半導体ダイヤモンドへの低抵抗オーミック電極及びその形成方法 |
US6639255B2 (en) * | 1999-12-08 | 2003-10-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | GaN-based HFET having a surface-leakage reducing cap layer |
SE515494C2 (sv) | 1999-12-28 | 2001-08-13 | Abb Ab | Högspänningshalvledaranordning och förfarande för tillverkning av ett passiveringsskikt på en högspänningshalvledaranordning |
US20020149033A1 (en) * | 2001-04-12 | 2002-10-17 | Michael Wojtowicz | GaN HBT superlattice base structure |
JP3940699B2 (ja) * | 2003-05-16 | 2007-07-04 | 株式会社東芝 | 電力用半導体素子 |
JP4476912B2 (ja) * | 2005-09-29 | 2010-06-09 | 株式会社東芝 | 半導体発光素子およびその製造方法 |
US8309967B2 (en) * | 2007-05-31 | 2012-11-13 | Chien-Min Sung | Diamond LED devices and associated methods |
JP2009076694A (ja) * | 2007-09-20 | 2009-04-09 | Panasonic Corp | 窒化物半導体装置およびその製造方法 |
JP5565895B2 (ja) * | 2008-03-26 | 2014-08-06 | 日産自動車株式会社 | 半導体装置 |
CN102246284B (zh) * | 2008-10-21 | 2014-02-19 | 瑞萨电子株式会社 | 双极晶体管 |
US20110291147A1 (en) * | 2010-05-25 | 2011-12-01 | Yongjun Jeff Hu | Ohmic contacts for semiconductor structures |
US9166002B2 (en) * | 2010-09-02 | 2015-10-20 | Board Of Trustees Of Michigan State University | N-doped single crystal diamond substrates and methods therefor |
JP5514920B2 (ja) * | 2012-01-13 | 2014-06-04 | Dowaエレクトロニクス株式会社 | Iii族窒化物エピタキシャル基板および該基板を用いた深紫外発光素子 |
US8742396B2 (en) * | 2012-01-13 | 2014-06-03 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | III nitride epitaxial substrate and deep ultraviolet light emitting device using the same |
WO2013147946A1 (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-03 | The Regents Of The University Of Michigan | Gan-based quantum dot visible laser |
JP6139340B2 (ja) * | 2013-09-03 | 2017-05-31 | 株式会社東芝 | 半導体装置およびその製造方法 |
JP6257459B2 (ja) | 2014-06-23 | 2018-01-10 | 株式会社東芝 | 半導体装置及びその製造方法 |
FR3023065B1 (fr) * | 2014-06-27 | 2017-12-15 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif optoelectronique a jonction p-n permettant une ionisation de dopants par effet de champ |
-
2014
- 2014-12-15 JP JP2014253215A patent/JP6444718B2/ja active Active
-
2015
- 2015-12-09 EP EP15198747.6A patent/EP3035390A1/en not_active Withdrawn
- 2015-12-09 US US14/963,825 patent/US9564491B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US9564491B2 (en) | 2017-02-07 |
JP2016115801A (ja) | 2016-06-23 |
US20160172449A1 (en) | 2016-06-16 |
EP3035390A1 (en) | 2016-06-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6444718B2 (ja) | 半導体装置 | |
JP6855700B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP5565895B2 (ja) | 半導体装置 | |
US9171914B2 (en) | Semiconductor device | |
JP6139340B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
CN107978642B (zh) | 一种GaN基异质结二极管及其制备方法 | |
US9236434B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US8823140B2 (en) | GaN vertical bipolar transistor | |
US20230017518A1 (en) | Semiconductor device | |
JP2007059719A (ja) | 窒化物半導体 | |
JP2002541682A (ja) | パンチスルーダイオード及び同ダイオードを製造する方法 | |
JP2006352006A (ja) | 整流素子およびその製造方法 | |
US8044485B2 (en) | Semiconductor device | |
Keogh et al. | High current gain InGaN/GaN HBTs with 300° C operating temperature | |
Miyake et al. | Demonstration of Common–Emitter Operation in AlGaN/SiC Heterojunction Bipolar Transistors | |
JP6257459B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP6584976B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
JP2011142355A (ja) | 整流素子 | |
JP2020202404A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
US10181515B2 (en) | Semiconductor device | |
US11424357B2 (en) | Semiconductor device | |
CN112400237B (zh) | 具有金刚石集电极和电流隧穿层的p-n二极管和p-n-p异质结双极晶体管 | |
JP2012019183A (ja) | 窒化物系半導体素子及びその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20170906 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20180611 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20180614 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20180809 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20181029 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20181128 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6444718 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |