JPWO2016181441A1 - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
最初に、電子供給層にInAlNを用いた半導体装置であるHEMTについて、図1に基づき説明する。電子供給層にInAlNを用いた半導体装置は、図1に示すように、基板910の上に、不図示の核形成層、バッファ層911、電子走行層921、スペーサ層922、電子供給層923、キャップ層925が順に積層されている。基板910には、シリコン(Si)基板が用いられており、核形成層はAlNにより形成されている。バッファ層911はAlGaNにより形成されており、高抵抗化のために、不純物元素としてFeが約3×1017atoms/cm3の濃度でドープされていてもよい。電子走行層921はGaNにより形成されており、スペーサ層922はAlNにより形成されており、電子供給層923はInAlNにより形成されており、キャップ層925はGaNにより形成されている。これにより、電子走行層921において、電子走行層921とスペーサ層922との界面近傍には、2DEG921aが生成される。また、キャップ層925の上には、ゲート電極931が形成されており、スペーサ層922の上には、ソース電極932及びドレイン電極933が形成されている。
次に、本実施の形態における半導体装置について説明する。本実施の形態における半導体装置は、図2に示されるように、基板10の上に、不図示の核形成層、バッファ層11、電子走行層21、スペーサ層22、電子供給層23、脱離防止層24、キャップ層25が順に積層されている。キャップ層25の上には、ゲート電極31が形成されており、スペーサ層22の上には、ソース電極32及びドレイン電極33が形成されている。尚、ソース電極32及びドレイン電極33は、電子供給層23の上に形成してもよく、脱離防止層24の上に形成してもよく、キャップ層25の上に形成してもよい。よって、脱離防止層24は、ソース電極32とドレイン電極33との間の領域に設けられていてもよい。尚、本願においては、電子走行層21を第1の半導体層、スペーサ層22を第5の半導体層、電子供給層23を第2の半導体層、脱離防止層24を第3の半導体層、キャップ層25を第4の半導体層と記載する場合がある。
次に、本実施の形態における半導体装置の製造方法について、図3及び図4に基づき説明する。
次に、本実施の形態における半導体装置の特性について説明する。図5は、本実施の形態における半導体装置についてI−V特性を測定した結果である。図6は、図1に示される構造の半導体装置についてI−V特性を測定した結果である。尚、本実施の形態における半導体装置は、上述した半導体装置の製造方法により作製されたものである。また、図1に示される構造の半導体装置の製造方法は、上述した本実施の形態における半導体装置の製造方法において、脱離防止層を形成する工程が除かれている点と、キャップ層の成膜条件が異なる点を除き同じである。具体的には、キャップ層925は、MOVPEのチャンバー内に、TMG及びNH3を原料ガスとして供給し、成長温度740℃、成長圧力5kPaの条件で膜厚が約10nmのGaN膜を成膜することにより形成する。
(半導体装置)
次に、第2の実施の形態における半導体装置について説明する。本実施の形態における半導体装置は、図8に示されるように、基板10の上に、不図示の核形成層、バッファ層11、電子走行層21、スペーサ層22、電子供給層23、脱離防止層24、キャップ層25が順に積層されている。キャップ層25の上には、絶縁膜150が形成されており、絶縁膜150の上に、ゲート電極31が形成されており、脱離防止層24の上には、ソース電極32及びドレイン電極33が形成されている。
次に、本実施の形態における半導体装置の製造方法について、図9〜図11に基づき説明する。
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、半導体デバイス、電源装置及び高周波増幅器である。
本実施の形態における半導体デバイスは、第1または第2の実施の形態における半導体装置をディスクリートパッケージしたものであり、このようにディスクリートパッケージされた半導体デバイスについて、図13に基づき説明する。尚、図13は、ディスクリートパッケージされた半導体装置の内部を模式的に示すものであり、電極の配置等については、第1または第2の実施の形態に示されているものとは、異なっている。
次に、本実施の形態におけるPFC回路、電源装置及び高周波増幅器について説明する。本実施の形態におけるPFC回路、電源装置及び高周波増幅器は、第1または第2の実施の形態におけるいずれかの半導体装置を用いた電源装置及び高周波増幅器である。
次に、本実施の形態におけるPFC(Power Factor Correction)回路について説明する。本実施の形態におけるPFC回路は、第1または第2の実施の形態における半導体装置を有するものである。
次に、本実施の形態における電源装置について説明する。本実施の形態における電源装置は、第1または第2の実施の形態における半導体装置であるHEMTを有する電源装置である。
次に、本実施の形態における高周波増幅器について説明する。本実施の形態における高周波増幅器は、第1または第2の実施の形態における半導体装置であるHEMTが用いられている構造のものである。
11 バッファ層
21 電子走行層(第1の半導体層)
21a 2DEG
22 スペーサ層(第5の半導体層)
23 電子供給層(第2の半導体層)
24 脱離防止層(第3の半導体層)
25 キャップ層(第4の半導体層)
31 ゲート電極
32 ソース電極
33 ドレイン電極
40 ゲートリセス
150 絶縁膜
Claims (19)
- 基板の上に、窒化物半導体により形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に、InAlNまたはInAlGaNを含む材料により形成された第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の上に、AlNを含む材料により形成された第3の半導体層と、
前記第3の半導体層の上に、GaNを含む材料により形成された第4の半導体層と、
前記第4の半導体層の上に形成されたゲート電極と、
前記第2の半導体層、前記第3の半導体層、前記第4の半導体層のうちのいずれかの上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
を有することを特徴とする半導体装置。 - 前記第4の半導体層と前記ゲート電極との間には、絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 基板の上に、窒化物半導体により形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に、InAlNまたはInAlGaNを含む材料により形成された第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の上に、AlNを含む材料により形成された第3の半導体層と、
前記第3の半導体層の上に、GaNを含む材料により形成された第4の半導体層と、
前記第4の半導体層、または、前記第3の半導体層及び前記第4の半導体層を除去することにより形成されたゲートリセスと、
前記ゲートリセスに形成されたゲート電極と、
前記第2の半導体層、前記第3の半導体層、前記第4の半導体層のうちのいずれかの上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
を有することを特徴とする半導体装置。 - 前記第3の半導体層または前記第2の半導体層と前記ゲート電極との間には、絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
- 前記第3の半導体層は、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の領域に設けられていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第3の半導体層は、平面視で前記ゲート電極とは異なる位置に設けられていることを特徴とする、請求項5に記載の半導体装置。
- 前記絶縁膜は、Si、Al、Hf、Ti、Ta、Wの酸化膜、窒化膜、酸窒化膜のいずれかを含むものにより形成されていることを特徴とする請求項2または4に記載の半導体装置。
- 前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間には、AlNを含む材料により形成された第5の半導体層が設けられていることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第1の半導体層は、GaNを含む材料により形成されていることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第3の半導体層の膜厚は、0.2nm以上、2nm以下であることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第4の半導体層に含まれる炭素の濃度は、1×1017atoms/cm3以下であることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記基板は、シリコン、GaN、サファイア、SiCのうちのいずれかを含むものにより形成されていることを特徴とする請求項1から11のいずれかに記載の半導体装置。
- 基板の上に、窒化物半導体により第1の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層の上に、InAlNまたはInAlGaNを含む材料により第2の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層の上に、AlNを含む材料により第3の半導体層を形成する工程と、
前記第3の半導体層の上に、GaNを含む材料により第4の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層、前記第3の半導体層、前記第4の半導体層のうちのいずれかの上に、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記第4の半導体層の上に、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半導体装置の製造方法。 - 前記第4の半導体層を形成した後、前記ゲート電極を形成する前に、
前記第4の半導体層の上に、絶縁膜を形成する工程を有し、
前記ゲート電極は、前記絶縁膜の上に形成されることを特徴とする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。 - 基板の上に、窒化物半導体により第1の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層の上に、InAlNまたはInAlGaNを含む材料により第2の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層の上に、AlNを含む材料により第3の半導体層を形成する工程と、
前記第3の半導体層の上に、GaNを含む材料により第4の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層、前記第3の半導体層、前記第4の半導体層のうちのいずれかの上に、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
前記第4の半導体層、または、前記第3の半導体層及び前記第4の半導体層を除去することによりゲートリセスを形成する工程と、
前記ゲートリセスに、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半導体装置の製造方法。 - 前記ゲートリセスを形成した後、前記ゲート電極を形成する前に、
前記ゲートリセスの表面に、絶縁膜を形成する工程を有し、
前記ゲート電極は、前記絶縁膜の上に形成されることを特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1の半導体層、前記第2の半導体層、前記第3の半導体層、前記第4の半導体層はエピタキシャル成長により形成されるものであって、
前記第4の半導体層を形成する際の温度は、前記第2の半導体層及び前記第3の半導体層を形成する際の温度よりも高いことを特徴とする請求項13から16のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 - 請求項1から12のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする電源装置。
- 請求項1から12のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする増幅器。
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