JP6924166B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、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。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。
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は、第1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に示すように、第1実施形態に係る半導体装置110は、第1領域10、第2領域20、第3領域30、及び、第1〜第3電極51〜53を含む。この例では、絶縁部40がさらに設けられている。
図2は、第1実施形態に係る半導体装置の特性を例示する模式図である。
図2は、半導体装置110の特性のシミュレーション結果を例示している。図2において、横軸は、Z軸方向に沿った位置pZ(nm)である。縦軸は、エネルギーE1(eV)である。図2には、伝導帯CB及び価電子帯VBのエネルギーが示されている。この例では、第1領域10は、6H−SiC基板である。第2領域20は、AlNであり、第2領域20の厚さt2は、30nmである。第3領域30は、SiO2であり、第3領域30の厚さt3は3nmである。
図3(a)及び図3(b)は、半導体装置の特性を例示するグラフ図である。
これらの図は、第3領域30の特性と、第1領域10に生じるキャリア濃度と、の関係のシミュレーション結果を例示している。シミュレーションのモデルにおいて、第1領域10は、6H−SiC基板である。第2領域20は、厚さt2が30nmのAlN層である。このAlN層は、無歪みである。
図4(a)に示すように、半導体装置111においては、第1電極51及び第2電極52の構成が、半導体装置110におけるそれらの構成とは異なる。半導体装置111におけるこれ以外の構成は、半導体装置110の構成と同じである。
図5は、第2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に示すように、第2実施形態に係る半導体装置120も、第1領域10、第2領域20、第3領域30、及び、第1〜第3電極51〜53を含む。半導体装置120においてこれらの配置は、半導体装置110におけるこれらの配置と同じである。半導体装置120においては、<000−1>方向は、第1領域10から第2領域20への方向の成分を有する。
図6は、半導体装置120の特性のシミュレーション結果を例示している。図6において、横軸は、Z軸方向に沿った位置pZ(nm)である。縦軸は、エネルギーE1(eV)である。図6には、伝導帯CB及び価電子帯VBのエネルギーが示されている。この例では、第1領域10は、6H−SiC基板である。第2領域20は、AlNであり、第2領域20の厚さt2は、30nmである。第3領域30は、SiO2であり、第3領域30の厚さt3は3nmである。
図7(a)に示す半導体装置121のように、第2実施形態において、第1電極51の少なくとも一部は、第2方向(例えばX軸方向)において、第1領域10と重なっても良い。第2電極52の少なくとも一部は、第2方向において、第1領域10と重なっても良い。
図8(a)〜図8(d)は、第3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。
これらの図に示すように、半導体装置140a〜140dは、第1領域10、第2領域20、第3領域30、第1〜第3電極51〜53、及び、絶縁部40を含む。半導体装置140a〜140dにおいて、<0001>方向は、第1領域10から第2領域20への向きに沿う。半導体装置140a〜140dにおいて、以下の説明以外の構成は、例えば、半導体装置110の構成と同様である。
図9(a)〜図9(d)は、第4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。
これらの図に示すように、半導体装置141a〜141dも、第1領域10、第2領域20、第3領域30、第1〜第3電極51〜53、及び、絶縁部40を含む。半導体装置141a〜141dにおいて、<000−1>方向は、第1領域10から第2領域20への向きに沿う。半導体装置141a〜141dにおけるこれ以外の構成は、半導体装置140a〜140dの構成とそれぞれ同様である。半導体装置141a〜141dにおいて、例えば、高いキャリア濃度のキャリア領域(例えば、2次元ホールガス10H)が得られる。
図10は、第5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10に示すように、第5実施形態に係る半導体装置150は、第1領域10、第2領域20及び、第1〜第3電極51〜53を含む。この例では、絶縁部40がさらに設けられている。半導体装置150においては、半導体装置110における第3領域30が設けられない。半導体装置150におけるこれ以外の構成は、半導体装置110の構成と同じでも良い。
これらの図は、第1〜第3試料CN−1〜CN−3のX線回折測定による逆格子マッピング像の例である。横軸は、成長方向に対して垂直な<11−20>方向の(11−20)面の格子面間隔の逆数Qx(nm−1)である。逆数Qxは、a軸の格子間隔の逆数に比例する値である。縦軸は、成長方向に対して平行な<0001>方向の面の格子面間隔の逆数Qy(nm−1)である。逆数Qyは、c軸の格子間隔の逆数に比例する値である。
図12は、第1試料CN−1の成長条件で作製した試料の断面のTEM像の例である。図12に示すように、第1領域10の上に形成された第2領域20において、領域20r及び領域20sが観察される。領域20rは、領域20sと第1領域10との間に設けられる。図12に示すように、領域20rにおける転位密度は、領域20sにおける転位密度よりも高い。このような領域20rにおいては、第2領域20と第1領域10との間の格子不整合より、結晶に乱れが生じている。この結晶の乱れにより、格子が緩和する。例えば、領域20rは、格子の遷移領域である。領域20sにおいては、高い均一性が観察される。領域20sにおいて、高い緩和率αが得られる。
図13は、第5実施形態に係る半導体装置150aの一部を例示しており、第1〜第3電極51〜53は省略されている。半導体装置150aにおいては、第1領域10の上に、第2領域20の一部となる領域20rが形成される。一方、歪みが小さい領域20sが別途形成される。この領域20sが、例えば、領域20rと接合される。このような構成によっても、高い緩和率αが得られる。
図14(a)に示すように、半導体装置151においては、第1電極51の少なくとも一部は、第2方向(例えばX軸方向)において、第1領域10と重なる。第2電極52の少なくとも一部は、第2方向において、第1領域10と重なる。第1電極51の少なくとも一部、及び、第2電極52の少なくとも一部の少なくともいずれかは、第1領域10に埋め込まれても良い。
図15は、第6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15に示すように、第6実施形態に係る半導体装置160も、第1領域10、第2領域20、及び、第1〜第3電極51〜53を含む。半導体装置120においては、第2領域20の<000−1>方向が、第1領域10から第2領域20への向き(+Z向き)への成分を有する。この場合も、キャリア領域(例えば、2次元ホールガス10H)が得られる。半導体装置160においても、緩和率αは、0よりも高い。例えば、緩和率αは0.15以上でも良い。緩和率αは、0.58以上でも良い。緩和率αは、0.74以上でも良い。半導体装置160においても、例えば、第2領域20における圧縮応力が抑制できる。これにより、高い濃度の2次元ホールガス10Hが得られる。実施形態によれば、例えば、オン抵抗を低くできる。
図16(a)に示す半導体装置161のように、第1電極51の少なくとも一部は、第2方向(例えばX軸方向)において、第1領域10と重なっても良い。第2電極52の少なくとも一部は、第2方向において、第1領域10と重なっても良い。
図17(a)〜図17(d)は、第7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。
これらの図に示すように、半導体装置170a〜170dは、第1領域10、第2領域20、第1〜第3電極51〜53、及び、絶縁部40を含む。半導体装置170a〜170dにおいて、<0001>方向は、第1領域10から第2領域20への向きに沿う。半導体装置170a〜170dにおいて、以下の説明以外の構成は、例えば、半導体装置150の構成と同様でも良い。
図18(a)〜図18(d)は、第8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。
これらの図に示すように、半導体装置171a〜171dも、第1領域10、第2領域20、第1〜第3電極51〜53、及び、絶縁部40を含む。半導体装置171a〜171dにおいて、<000−1>方向は、第1領域10から第2領域20への向きに沿う。半導体装置171a〜171dにおけるこれ以外の構成は、半導体装置170a〜170dの構成とそれぞれ同様である。
Claims (18)
- 炭化シリコン、シリコン、カーボン及びゲルマニウムよりなる群から選択された少なくとも1つを含む第1材料を含み、第1部分領域と、第2部分領域と、前記第1部分領域と前記第2部分領域との間の第3部分領域と、を含む第1領域と、
第1電極であって、前記第1部分領域から前記第1電極への方向は第1方向に沿う、前記第1電極と
第2電極であって、前記第2部分領域から前記第2電極への方向は前記第1方向に沿い、前記第1電極から前記第2電極への第2方向は、前記第1方向と交差した、前記第2電極と、
第3電極であって、前記第3部分領域から前記第3電極への方向は前記第1方向に沿い、前記第2方向における前記第3電極の位置は、前記第2方向における前記第1電極の位置と、前記第2方向における前記第2電極の位置と、の間にある、前記第3電極と、
Alx2Ga1−x2N(0<x2≦1)を含む第2領域であって、前記第2領域の少なくとも一部は前記第2方向において前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた、前記第2領域と、
誘電体を含む第3領域であって、前記第3領域の少なくとも一部は、前記第1領域と前記第2領域との間に設けられた、前記第3領域と、
絶縁部と、
を備え、
前記第1方向において、前記絶縁部と前記第1領域との間に前記第2領域の少なくとも一部が設けられ、
前記絶縁部の少なくとも一部は、前記第1方向において前記第3電極と前記第2領域との間に設けられ、
前記絶縁部は、第1絶縁層及び第2絶縁層を含み、
前記第1方向において、前記第1絶縁層と前記第2領域との間に前記第2絶縁層が設けられ、
前記第1絶縁層は、酸素を含み、
前記第2絶縁層は、窒素を含み、
前記第2絶縁層は、酸素を含まない、または、前記第2絶縁層における酸素の濃度は、前記第1絶縁層における酸素の濃度よりも低く、
前記第1絶縁層の一部は、前記第1方向において前記第3部分領域と前記第3電極との間にあり、
前記第1絶縁層の前記一部は、前記第1方向において前記第3部分領域と接した、半導体装置。 - 炭化シリコン、シリコン、カーボン及びゲルマニウムよりなる群から選択された少なくとも1つを含む第1材料を含み、第1部分領域と、第2部分領域と、前記第1部分領域と前記第2部分領域との間の第3部分領域と、を含む第1領域と、
第1電極であって、前記第1部分領域から前記第1電極への方向は第1方向に沿う、前記第1電極と
第2電極であって、前記第2部分領域から前記第2電極への方向は前記第1方向に沿い、前記第1電極から前記第2電極への第2方向は、前記第1方向と交差した、前記第2電極と、
第3電極であって、前記第3部分領域から前記第3電極への方向は前記第1方向に沿い、前記第2方向における前記第3電極の位置は、前記第2方向における前記第1電極の位置と、前記第2方向における前記第2電極の位置と、の間にある、前記第3電極と、
Alx2Ga1−x2N(0<x2≦1)を含む第2領域であって、前記第2領域の少なくとも一部は前記第2方向において前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた、前記第2領域と、
を備え、
前記第1材料は、無歪みのときの前記第1方向と交差する軸方向における第1格子定数を有し、
前記Alx2Ga1−x2N(0<x2≦1)は、無歪みのときの前記軸方向における第2格子定数を有し、
前記第2領域は、前記軸方向における第2格子長を有し、
前記第1格子定数と前記第2格子定数との差の絶対値に対する、前記第1格子定数と前記第2格子長との差の絶対値の比は、0.15以上である、半導体装置。 - 前記比は、0.58以上である、請求項2記載の半導体装置。
- 前記比は、0.74以上である、請求項2記載の半導体装置。
- 前記第2領域の前記第1方向に沿う厚さは、10nm以上500nm以下である、請求項2〜4のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第2領域の少なくとも一部は、前記第3電極の少なくとも一部と、前記第1領域と、の間に設けられた、請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 絶縁部をさらに備え、
前記第1方向において、前記絶縁部と前記第1領域との間に前記第2領域の少なくとも一部が設けられた、請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記絶縁部の少なくとも一部は、前記第1方向において前記第3電極と前記第2領域との間に設けられた、請求項7記載の半導体装置。
- 前記絶縁部は、第1絶縁層及び第2絶縁層を含み、
前記第1方向において、前記第1絶縁層と前記第2領域との間に前記第2絶縁層が設けられ、
前記第1絶縁層は、酸素を含み、
前記第2絶縁層は、窒素を含み、
前記第2絶縁層は、酸素を含まない、または、前記第2絶縁層における酸素の濃度は、前記第1絶縁層における酸素の濃度よりも低い、請求項8記載の半導体装置。 - 前記第1絶縁層の一部は、前記第1方向において前記第3部分領域と前記第3電極との間にあり、
前記第1絶縁層の前記一部は、前記第1方向において前記第3部分領域と接した、請求項9記載の半導体装置。 - 前記絶縁部の一部は、前記第2方向において前記第2領域と重なる、請求項1、8〜10のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記絶縁部の一部は、前記第2方向において前記第1領域と重なる、請求項1、8〜10のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第3電極の少なくとも一部は、前記第2方向において前記第2領域と重なる、請求項1〜12のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第1電極は、前記第1部分領域と電気的に接続され、
前記第2電極は、前記第2部分領域と電気的に接続された、請求項1〜13のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第1電極の少なくとも一部は、前記第2方向において、前記第1領域と重なり、
前記第2電極の少なくとも一部は、前記第2方向において、前記第1領域と重なる、請求項1〜14のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第1部分領域と前記第1電極との間に設けられた第4領域と、
前記第2部分領域と前記第2電極との間に設けられた第5領域と、
をさらに備え、
前記第4領域における不純物濃度は、前記第1部分領域における不純物濃度よりも高く、
前記第5領域における不純物濃度は、前記第2部分領域における不純物濃度よりも高い、請求項1〜15のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記x2は、0.5以上である、請求項1〜16のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第2領域の前記第1領域の側の第1面と、前記第2領域の<0001>方向または<000−1>方向と、の間の角度の絶対値は、82度以上98度以下である、請求項1〜17のいずれか1つに記載の半導体装置。
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