JP2015002329A - Epitaxial wafer, method for manufacturing the same, and nitride semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、窒化物半導体層を有するエピタキシャルウェハおよびその製造方法並びに窒化物半導体装置に関する。 The present invention relates to an epitaxial wafer having a nitride semiconductor layer, a manufacturing method thereof, and a nitride semiconductor device.
従来、エピタキシャルウェハとしては、Si基板にボロンを高濃度にドーピングして、Si基板の抵抗率を0.01Ω・cm以下にすると共に、Si基板上に窒化物半導体層をエピタキシャル成長させるものがある(例えば、特開2010−153817号公報(特許文献1)参照)。上記エピタキシャルウェハでは、Si基板にボロンを高濃度にドーピングすることでSi基板の不純物濃度を大きくして、不純物が添加されていない高純度のSi基板よりも硬くしている。そして、このSi基板上に窒化物半導体をエピタキシャル成長させたエピタキシャルウェハにおいて、Siと窒化物半導体との熱膨張係数差によって生じるエピタキシャルウェハの反りを低減している。 Conventionally, an epitaxial wafer is one in which boron is doped at a high concentration in an Si substrate so that the resistivity of the Si substrate is 0.01 Ω · cm or less and a nitride semiconductor layer is epitaxially grown on the Si substrate ( For example, refer to Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-153817 (patent document 1)). In the above epitaxial wafer, the Si substrate is doped with boron at a high concentration to increase the impurity concentration of the Si substrate, making it harder than a high-purity Si substrate to which no impurities are added. In the epitaxial wafer in which the nitride semiconductor is epitaxially grown on the Si substrate, the warpage of the epitaxial wafer caused by the difference in thermal expansion coefficient between Si and the nitride semiconductor is reduced.
しかしながら、上記エピタキシャルウェハでは、不純物濃度を高くして抵抗率を小さくしたSi基板を使用しているだけなので、Si基板と窒化物半導体層との界面において窒化物半導体層側に生じる寄生容量を低減できないという問題がある。 However, since the epitaxial wafer uses only a Si substrate with a high impurity concentration and a low resistivity, the parasitic capacitance generated on the nitride semiconductor layer side at the interface between the Si substrate and the nitride semiconductor layer is reduced. There is a problem that you can not.
そこで、本発明の課題は、エピタキシャルウェハの反りを低減でき、かつ、Si基板と窒化物半導体層との界面において窒化物半導体層側に生じる寄生容量を低減できるエピタキシャルウェハおよびその製造方法並びに窒化物半導体装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to reduce an epitaxial wafer warp and to reduce a parasitic capacitance generated on the nitride semiconductor layer side at the interface between the Si substrate and the nitride semiconductor layer, a method for manufacturing the same, and a nitride It is to provide a semiconductor device.
上記課題を解決するため、本発明のエピタキシャルウェハは、
Si基板と、
上記Si基板上または上記Si基板表面に形成されたSi層と、
上記Si層上に形成された複数の窒化物半導体層と
を備え、
上記Si基板の抵抗率は、0.1Ω・cm以下であり、
上記Si層の抵抗率は、10Ω・cm以上1000Ω・cm未満であることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the epitaxial wafer of the present invention is
A Si substrate;
A Si layer formed on the Si substrate or on the Si substrate surface;
A plurality of nitride semiconductor layers formed on the Si layer,
The resistivity of the Si substrate is 0.1 Ω · cm or less,
The Si layer has a resistivity of 10 Ω · cm or more and less than 1000 Ω · cm.
また、一実施形態のエピタキシャルウェハでは、
上記Si層の層厚は、5μm以上25μm以下である。
In the epitaxial wafer of one embodiment,
The layer thickness of the Si layer is not less than 5 μm and not more than 25 μm.
また、本発明のエピタキシャルウェハの製造方法は、
抵抗率が0.1Ω・cm以下のp型Si基板表面にn型ドーパントをイオン注入して、抵抗率が10Ω・cm以上1000Ω・cm未満であるSi層を形成する工程と、
上記Si層上に複数の窒化物半導体層を形成する工程と
を備えることを特徴としている。
Moreover, the manufacturing method of the epitaxial wafer of the present invention includes:
A step of ion-implanting an n-type dopant into the surface of a p-type Si substrate having a resistivity of 0.1 Ω · cm or less to form a Si layer having a resistivity of 10 Ω · cm or more and less than 1000 Ω · cm;
And a step of forming a plurality of nitride semiconductor layers on the Si layer.
また、本発明の窒化物半導体装置は、
Si基板と、
上記Si基板上または上記Si基板表面に形成されたSi層と、
上記Si層上に形成された複数の窒化物半導体層と、
上記複数の窒化物半導体層上に形成されたソース電極,ドレイン電極およびゲート電極と
を備え、
上記Si基板の抵抗率は、0.1Ω・cm以下であり、
上記Si層の抵抗率は、10Ω・cm以上1000Ω・cm未満であることを特徴としている。
The nitride semiconductor device of the present invention is
A Si substrate;
A Si layer formed on the Si substrate or on the Si substrate surface;
A plurality of nitride semiconductor layers formed on the Si layer;
A source electrode, a drain electrode and a gate electrode formed on the plurality of nitride semiconductor layers;
The resistivity of the Si substrate is 0.1 Ω · cm or less,
The Si layer has a resistivity of 10 Ω · cm or more and less than 1000 Ω · cm.
本発明のエピタキシャルウェハによれば、Si基板の抵抗率を0.1Ω・cm以下とし、そのSi基板上またはSi基板表面に形成されたSi層の抵抗率を10Ω・cm以上1000Ω・cm未満とすることによって、エピタキシャルウェハの反りを低減でき、かつ、Si基板と窒化物半導体層との界面において窒化物半導体層側に生じる寄生容量を低減できる。 According to the epitaxial wafer of the present invention, the resistivity of the Si substrate is 0.1 Ω · cm or less, and the resistivity of the Si layer formed on the Si substrate or on the Si substrate surface is 10 Ω · cm or more and less than 1000 Ω · cm. By doing so, the warpage of the epitaxial wafer can be reduced, and the parasitic capacitance generated on the nitride semiconductor layer side at the interface between the Si substrate and the nitride semiconductor layer can be reduced.
また、本発明のエピタキシャルウェハの製造方法によれば、抵抗率が0.1Ω・cm以下のp型Si基板表面にn型ドーパントをイオン注入して、抵抗率が10Ω・cm以上1000Ω・cm未満であるSi層を形成するので、エピタキシャルウェハの反りを低減でき、かつ、Si基板と窒化物半導体層との界面において窒化物半導体層側に生じる寄生容量を低減できる。 Moreover, according to the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention, an n-type dopant is ion-implanted into the surface of a p-type Si substrate having a resistivity of 0.1 Ω · cm or less, and the resistivity is 10 Ω · cm or more and less than 1000 Ω · cm. Therefore, the warpage of the epitaxial wafer can be reduced, and the parasitic capacitance generated on the nitride semiconductor layer side at the interface between the Si substrate and the nitride semiconductor layer can be reduced.
また、本発明の窒化物半導体装置によれば、Si基板の抵抗率を0.1Ω・cm以下とし、そのSi基板上またはSi基板表面に形成されたSi層の抵抗率を10Ω・cm以上1000Ω・cm未満とすることによって、エピタキシャルウェハの反りを低減しつつ、Si基板と窒化物半導体層との界面において窒化物半導体層側に生じる寄生容量を低減でき、スイッチングエネルギー損失を低減できる。 Further, according to the nitride semiconductor device of the present invention, the resistivity of the Si substrate is 0.1 Ω · cm or less, and the resistivity of the Si layer formed on the Si substrate or on the Si substrate surface is 10 Ω · cm or more and 1000 Ω. By making it less than cm, it is possible to reduce the parasitic capacitance generated on the nitride semiconductor layer side at the interface between the Si substrate and the nitride semiconductor layer while reducing the warpage of the epitaxial wafer, and to reduce the switching energy loss.
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態である窒化物半導体装置の一例としての電界効果トランジスタの構造を示す概略断面図である。この第1の実施形態の電界効果トランジスタは、HFET(Hetero-junction Field Effect Transistor;ヘテロ接合電界効果トランジスタ)である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a field effect transistor as an example of a nitride semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. The field effect transistor of the first embodiment is an HFET (Hetero-junction Field Effect Transistor).
図1に示すように、上記電界効果トランジスタは、p型Si基板1aと、このp型Si基板1a上に形成されたp型Si層1bと、このp型Si層1b上に積層された複数の窒化物半導体層(2,3,4,5,6,7)と、この複数の窒化物半導体層(2,3,4,5,6,7)上に間隔をあけて形成されたソース電極11、ドレイン電極12と、複数の窒化物半導体層(2,3,4,5,6,7)上かつソース電極11とドレイン電極12との間に形成されたゲート電極13とを備えている。
As shown in FIG. 1, the field effect transistor includes a p-
p型Si基板1aは、ボロンが高濃度にドーピング(キャリア濃度1×1019cm−3)された抵抗率が0.01Ω・cmのp+型Si単結晶基板である。p型Si層1bは、キャリア濃度が1×1013cm−3、抵抗率が1000Ω・cmであって、層厚が10μmのp−型Si層である。ここで、一般に、半導体の不純物の濃度は、半導体の抵抗率に反比例し、半導体の空乏層の幅は、上記不純物の濃度の平方根に比例する。また、上記空乏層による寄生容量は、空乏層の幅に反比例する。
The p-
上記複数の窒化物半導体層(2,3,4,5,6,7)は、AlN初期成長層2、Al0.2Ga0.8N層3、超格子バッファ層4、GaNチャネル層5、AlN中間層6およびAl0.2Ga0.8N障壁層7である。AlN初期成長層2、Al0.2Ga0.8N層3、超格子バッファ層4、GaNチャネル層5、AlN中間層6およびAl0.2Ga0.8N障壁層7は、p型Si層1b上に順次、エピタキシャル成長により積層されている。
The plurality of nitride semiconductor layers (2, 3, 4, 5, 6, 7) include an AlN
ソース電極11およびドレイン電極12は、Ti/Al/Mo/Auからなるオーミック電極である。ゲート電極13は、WN/Wからなるショットキー電極である。
The
次に、上記構成の電界効果トランジスタの製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing the field effect transistor having the above configuration will be described.
まず、p型Si基板1a上にCVD(Chemical Vapor Deposition:化学気相成長)法を用いて、キャリア濃度1×1013cm−3、層厚10μmのp型Si層1bをエピタキシャル成長させる。成長条件として、例えば、SiH4ガスを用い、p型Si基板1aの温度は、1000℃から1200℃の範囲である。p型Si層1bの層厚が10μmなので、p型Si基板1aに存在するキャリアが、複数の窒化物半導体層(2,3,4,5,6,7)にあるキャリアと誘導性あるいは容量性の相互作用を起こすのを防止できる。また、p型Si層1bを確実に空乏化できる。
First, a p-
次に、フッ酸系のエッチャントでp型Si層1bの表面酸化膜を除去し、p型Si基板1aおよびp型Si層1bからなる基板1をMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長)装置にセットする。
Next, the surface oxide film of the p-
基板1の基板温度を1100℃にセットし、チャンバー圧力を13.3kPaにして基板1の表面のクリーニングを行う。
The substrate temperature of the
次に、上記基板温度およびチャンバー圧力を一定とし(基板温度1100℃、チャンバー圧力13.3kPa)、流量を12.5slmとしたNH3 (アンモニア)を流すことでp型Si層1bの表面の窒化を行う。
Next, the surface of the p-
次に、上記基板温度およびチャンバー圧力を一定とし(基板温度1100℃、チャンバー圧力13.3kPa)、AlN初期成長層2を膜厚100nmまで成長させる。ここで、AlN初期成長層2であるAlNの原料として、流量を117μmol/minとしたTMA(トリメチルアルミニウム)と、流量を12.5slmとしたNH3とを供給する。
Next, the substrate temperature and the chamber pressure are kept constant (substrate temperature 1100 ° C., chamber pressure 13.3 kPa), and the AlN
次に、上記基板温度を1150℃にセットし、チャンバー圧力を13.3kPaとして、Al0.2Ga0.8N層3を膜厚40nmまで成長させる。ここで、Al0.2Ga0.8N層3であるAl0.2Ga0.8Nの原料として、流量を100μmol/minとしたTMG(トリメチルガリウム)と、流量を30μmol/minとしたTMAと、流量を12.5slmとしたNH3とを供給する。AlN初期成長層2やAl0.2Ga0.8N層3の膜厚は、20〜200nmとしてもよい。
Next, the substrate temperature is set to 1150 ° C., the chamber pressure is set to 13.3 kPa, and the Al 0.2 Ga 0.8 N layer 3 is grown to a film thickness of 40 nm. Here, TMG (trimethylgallium) with a flow rate of 100 μmol / min and a flow rate of 30 μmol / min were used as the raw material for Al 0.2 Ga 0.8 N, which is the Al 0.2 Ga 0.8 N layer 3. TMA and NH 3 with a flow rate of 12.5 slm are supplied. The film thicknesses of the AlN
次に、AlN層(TMA流量=117μmol/min、NH3流量=12.5slm)とAl0.15Ga0.85N層(TMG流量=137μmol/min、TMA流量=18μmol/min、NH3流量=12.5slm)とを交互に積層した超格子バッファ層4を100周期成長させる。この超格子バッファ層4の炭素濃度は、1×1019cm−3である。超格子バッファ層4のAlGaN層のAl組成としては0.05〜0.3程度が好ましい。超格子バッファ層4の各層の膜厚としては、5〜25nm程度が好ましい。また、周期数は、必要な膜厚に応じて変化させることができる。 Next, an AlN layer (TMA flow rate = 117 μmol / min, NH 3 flow rate = 12.5 slm) and an Al 0.15 Ga 0.85 N layer (TMG flow rate = 137 μmol / min, TMA flow rate = 18 μmol / min, NH 3 flow rate) = 12.5 slm), the superlattice buffer layer 4 alternately stacked is grown 100 cycles. The superlattice buffer layer 4 has a carbon concentration of 1 × 10 19 cm −3 . The Al composition of the AlGaN layer of the superlattice buffer layer 4 is preferably about 0.05 to 0.3. The thickness of each layer of the superlattice buffer layer 4 is preferably about 5 to 25 nm. Further, the number of periods can be changed according to the required film thickness.
次に、GaN(TMG流量=50μmol/min、NH3流量=12.5slm)チャネル層5を膜厚1μmまで、AlN(TMA流量=10μmol/min、NH3流量=12.5slm)中間層6を膜厚1nmまで、Al0.2Ga0.8N(TMG流量=33μmol/min、TMA流量=10μmol/min、NH3流量=12.5slm)障壁層7を膜厚30nmまで、それぞれ順次成長させる。
Next, the GaN (TMG flow rate = 50 μmol / min, NH 3 flow rate = 12.5 slm) channel layer 5 to a film thickness of 1 μm, and the AlN (TMA flow rate = 10 μmol / min, NH 3 flow rate = 12.5 slm)
次に、フォトリソグラフィを用いてAl0.2Ga0.8N障壁層7上にオーミック領域を形成し、このオーミック領域にTi/Al/Mo/Au(Ti/Al/Mo/Auの厚さはそれぞれ10/60/15/60nm)を堆積する。その後、リフトオフの後に窒素雰囲気中で800℃の熱処理を30秒間施すことによって、Al0.2Ga0.8N障壁層7とソース電極11とのオーミック接触およびAl0.2Ga0.8N障壁層7とドレイン電極12とのオーミック接触が得られる。
Next, an ohmic region is formed on the Al 0.2 Ga 0.8
次に、フォトリソグラフィを用いてAl0.2Ga0.8N障壁層7上にゲート領域を形成し、このゲート領域にWN/W(WN/Wの厚さはそれぞれ20/100nm)を堆積する。その後、リフトオフによってゲート電極13を形成する。さらに、電界効果トランジスタの表面にSiNx膜からなる表面パッシベーション膜を形成し、電界効果トランジスタが形成される。
Next, a gate region is formed on the Al 0.2 Ga 0.8
図2は、上記電界効果トランジスタにおける寄生容量の分布を説明する図である。 FIG. 2 is a diagram for explaining the distribution of parasitic capacitance in the field effect transistor.
図2に示すように、Cdsはソース電極11−ドレイン電極12間の破線で囲まれた3つの寄生容量を示している。また、Cgdはゲート電極13−ドレイン電極12間の寄生容量を、CGaNは窒化物半導体層4,5の寄生容量を、Csubはp型Si層1bの寄生容量をそれぞれ示している。
As shown in FIG. 2, C ds indicates three parasitic capacitances surrounded by a broken line between the
図3は、上記電界効果トランジスタの比較例における寄生容量の分布を説明する図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating the distribution of parasitic capacitance in the comparative example of the field effect transistor.
図3に示すように、この比較例は、上記電界効果トランジスタと比較して、基板101の全部にボロンを高濃度にドーピング(ドーピング濃度1×1019cm−3)して形成されている点が異なる。Cdbは、ドレイン電極12−基板(サブストレート)101間の寄生容量、すなわち基板101と窒化物半導体層104,105との界面において窒化物半導体層側に生じる寄生容量を示している。比較例の基板101上の電解効果トランジスタのドレイン出力容量Cossは、
Coss=Cds+Cdb+Cgd・・・式(1)
で表される。
As shown in FIG. 3, in this comparative example, the
Coss = C ds + C db + C gd (1)
It is represented by
このドレイン出力容量Cossに基づいて、電界効果トランジスタのスイッチングエネルギー損失Eossは、次の式(2)で表される。
ここで、Vddは電源電圧を示している。
Based on the drain output capacitance Coss, the switching energy loss Eoss of the field effect transistor is expressed by the following equation (2).
Here, Vdd indicates a power supply voltage.
スイッチングエネルギー損失Eossを低減するためには、Cossを低減する、すなわちCds、Cdb、Cgdをそれぞれ低減する必要がある。しかしながら、特にCdbの低減は、耐圧などの層構造に起因する特性とのトレードオフになることから、構造的な変化で対応することが難しい。 In order to reduce the switching energy loss Eoss, it is necessary to reduce Coss, that is, to reduce C ds , C db , and C gd , respectively. However, the reduction of C db in particular is a trade-off with characteristics due to the layer structure such as a withstand voltage, so it is difficult to cope with structural changes.
そこで、図2に示すように、本発明の電界効果トランジスタでは、p型Si基板1a上にp型Si層1bを形成し、このp型Si層1bを空乏化することで新たにp型Si層1bに寄生容量Csubを付加している。Cdbと、CGaNおよびCsubとの関係は、次の式(3)で表される。
Therefore, as shown in FIG. 2, in the field effect transistor of the present invention, a p-
上記式(3)より、新たにp型Si層1bにおいて付加したCsubによって、Cdbを低減できる。このため、Cossを低減できて、電界効果トランジスタのスイッチングエネルギー損失Eossを低減できる。
From the above formula (3), C db can be reduced by C sub newly added in the p-
具体的な改善効果のおおよその値を以下に見積もってみる。ここではSi基板上に形成された窒化物半導体において、基板からチャネル層までの厚さ(dT=dGaN+dBF)を4μmと仮定してみる。 The approximate value of the specific improvement effect is estimated below. Here, it is assumed that the thickness from the substrate to the channel layer (d T = d GaN + d BF ) in the nitride semiconductor formed on the Si substrate is 4 μm.
電圧印加によって4μmが空乏したと仮定すると、その容量CGaNが約30pFと見積もることができる(面積1.2mm×1.2mmを仮定)。 Assuming that 4 μm is depleted by voltage application, the capacitance C GaN can be estimated to be about 30 pF (assuming an area of 1.2 mm × 1.2 mm).
ここで、Cdbが10pFになるように改善するためにはCsubとして15pFを付加する必要が有り、
10μmの空乏層幅を得るためには、
概ね1×1013cm−3のキャリア濃度が必要となる。
Here, in order to improve C db to be 10 pF, it is necessary to add 15 pF as C sub .
To obtain a depletion layer width of 10 μm,
A carrier concentration of approximately 1 × 10 13 cm −3 is required.
上記計算例は、極端な改善数値であるが、現実的には、20%程度の改善でも損失低減に効果があり、Cdb=25pFに改善しようとする場合、1×1015cm−3のキャリア濃度(抵抗率10Ω・cm)で実現可能となる。 The above calculation example is an extremely improved numerical value, but in reality, even when the improvement is about 20%, the loss reduction is effective, and when trying to improve to C db = 25 pF, 1 × 10 15 cm −3 This can be realized with a carrier concentration (resistivity 10 Ω · cm).
同様の効果を窒化物半導体層の厚膜化によって得ることは、応力による反り増加の観点から望ましくない。 Obtaining the same effect by increasing the thickness of the nitride semiconductor layer is undesirable from the viewpoint of increasing warpage due to stress.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態である窒化物半導体装置の一例としての電界効果トランジスタについて説明する。
(Second Embodiment)
Next, a field effect transistor as an example of the nitride semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described.
この第2の実施形態の電界効果トランジスタは、p型Si基板1aに対して、p型Si基板1aの表面から20μmの領域にn型ドーパントとしてのリン(P)のイオン注入を行って、キャリア濃度1×1012cm−3の領域、つまりp型Si基板1a表面にp型Si層1bを形成している点で、上記第1の実施形態のp型Si層1bと相違している。なお、この第2の実施形態の構造において、p型Si層1b上に形成する窒化物半導体層(2,3,4,5,6,7)の構造は、第1の実施形態の構造と同じである。
In the field effect transistor according to the second embodiment, phosphorus (P) as an n-type dopant is ion-implanted into a region 20 μm from the surface of the p-
このため、p型Si基板1aの表面にリンを拡散させてp型Si層1bを形成する場合に比べて、p型Si層1bの抵抗率や厚さを厳密に制御できる。
For this reason, the resistivity and thickness of the p-
このようにして製造された電界効果トランジスタのスイッチングエネルギー損失Eossは、第1の実施形態よりもさらなる改善が見られた。これは、p型Si層のキャリア濃度をより低くすることで、Csubをより小さくでき、これにより、Cdbをさらに小さくできたことに起因している。 The switching energy loss Eoss of the field effect transistor manufactured as described above was further improved as compared with the first embodiment. This is because C sub can be further reduced by lowering the carrier concentration of the p-type Si layer, and C db can be further reduced.
なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記第1,第2の実施形態では、超格子バッファ層4を用いていたが、この発明では、超格子バッファ層の代わりに、Al組成を徐々に減少させた組成傾斜バッファ層や、組成傾斜バッファ層と超格子バッファ層を組み合わせたバッファ層であっても良い。また、Al0.2Ga0.8N障壁層7の膜厚や組成は、必要とされる2次元電子ガス濃度やしきい値電圧によって変えてもよい。
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment. For example, in the first and second embodiments, the superlattice buffer layer 4 is used. In the present invention, instead of the superlattice buffer layer, a composition gradient buffer layer in which the Al composition is gradually reduced, The buffer layer may be a combination of a composition gradient buffer layer and a superlattice buffer layer. The film thickness and composition of the Al 0.2 Ga 0.8
また、上記第1,第2の実施形態では、フォトリソグラフィを用いて、Al0.2Ga0.8N障壁層7とソース電極11とのオーミック接触およびAl0.2Ga0.8N障壁層7とドレイン電極12とのオーミック接触を得ていた。しかしながら、この発明では、例えばリセスオーミック法を用いたり、障壁層にメタルを形成してアニールすることによって、障壁層とソース電極およびドレイン電極とのオーミック接触を得ていてもよい。
Further, in the first and second embodiment, using photolithography, the ohmic contact and Al 0.2 Ga 0.8 N barrier between Al 0.2 Ga 0.8
また、上記第1,第2の実施形態では、p型Si層1bの層厚は、一例として、10μmとしたが、5μm〜25μmの範囲で設定してもよい。Si層の層厚を5μm〜25μmにすると、Si層をより確実に空乏化できて、上記界面において寄生容量Cdbをより確実に低減できる。
Moreover, in the said 1st, 2nd embodiment, although the layer thickness of the p-
また、この発明の窒化物半導体装置は、上記第1,第2の実施形態のHFETに限らず、他の構成の電界効果トランジスタであってもよい。 The nitride semiconductor device of the present invention is not limited to the HFET of the first and second embodiments, and may be a field effect transistor having another configuration.
本発明の具体的な実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。 Although specific embodiments of the present invention have been described, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the present invention.
本発明のエピタキシャルウェハは、
Si基板1aと、
上記Si基板1a上または上記Si基板1a表面に形成されたSi層1bと、
上記Si層1b上に形成された複数の窒化物半導体層2,3,4,5,6,7と
を備え、
上記Si基板1aの抵抗率は、0.1Ω・cm以下であり、
上記Si層1bの抵抗率は、10Ω・cm以上1000Ω・cm未満であることを特徴としている。
The epitaxial wafer of the present invention is
A
A
A plurality of
The resistivity of the
The resistivity of the
本発明のエピタキシャルウェハによれば、Si基板1aの抵抗率は、0.1Ω・cm以下であり、例えばp型不純物元素を添加することによって実現される。不純物元素が添加された基板は、不純物が添加されない高純度の基板よりも硬くなるので、このSi基板1aにSi層1bと窒化物半導体層2,3,4,5,6,7とが形成されたエピタキシャルウェハにおいて、Siと窒化物半導体との熱膨張係数差によって生じるエピタキシャルウェハの反りを低減できる。
According to the epitaxial wafer of the present invention, the resistivity of the
また、Si層1bの抵抗率は、10Ω・cm以上1000Ω・cm未満であり、例えば不純物の濃度を低減することによって実現される。ここで、一般に、半導体の不純物の濃度は、半導体の抵抗率に反比例し、半導体の空乏層の幅は、上記不純物の濃度の平方根に比例する。また、上記空乏層による寄生容量は、空乏層の幅に反比例する。このSi層1bの寄生容量によってSi基板1aと窒化物半導体層2,3,4,5,6,7との界面において寄生容量Cdbを低減できる。
The resistivity of the
また、一実施形態のエピタキシャルウェハでは、
上記Si層1bの層厚は、5μm以上25μm以下である。
In the epitaxial wafer of one embodiment,
The layer thickness of the
上記実施形態によれば、Si層1bの層厚を5μm以上25μm以下とすることで、Si層1bをより確実に空乏化できて、上記界面において寄生容量Cdbをより確実に低減できる。
According to the embodiment, by setting the thickness of the
また、本発明のエピタキシャルウェハの製造方法は、
抵抗率が0.1Ω・cm以下のp型Si基板1a表面にn型ドーパントをイオン注入して、抵抗率が10Ω・cm以上1000Ω・cm未満であるSi層を形成する工程と、
上記Si層上に複数の窒化物半導体層2,3,4,5,6,7を形成する工程と
を備えることを特徴としている。
Moreover, the manufacturing method of the epitaxial wafer of the present invention includes:
A step of ion-implanting an n-type dopant into the surface of a p-
And a step of forming a plurality of
本発明のエピタキシャルウェハの製造方法によれば、抵抗率が0.1Ω・cm以下のp型Si基板1a表面にn型ドーパントをイオン注入して、抵抗率が10Ω・cm以上1000Ω・cm未満であるSi層を形成する工程と、上記Si層上に複数の窒化物半導体層2,3,4,5,6,7を形成する工程とを備える。p型Si基板1aの抵抗率は、0.1Ω・cm以下であり、p型不純物元素を添加することによって実現される。不純物元素が添加された基板は、不純物が添加されない高純度の基板よりも硬くなるので、このp型Si基板1aにSi層と窒化物半導体層2,3,4,5,6,7とが形成されたエピタキシャルウェハにおいて、Siと窒化物半導体との熱膨張係数差によって生じる窒化物半導体装置の反りを低減できる。また、p型Si基板1a表面にn型ドーパントをイオン注入して形成されたSi層を空乏化することで新たにSi層に寄生容量を付加し、この付加した寄生容量によってp型Si基板1aと窒化物半導体層2,3,4,5,6,7との界面において寄生容量Cdbを低減できる。また、p型Si基板1a表面にリンを拡散させてSi層1bを形成する場合に比べて、Si層1bの抵抗率や厚さを厳密に制御できる。
According to the epitaxial wafer manufacturing method of the present invention, an n-type dopant is ion-implanted into the surface of a p-
また、本発明の窒化物半導体装置は、
Si基板1aと、
上記Si基板1a上または上記Si基板1a表面に形成されたSi層1bと、
上記Si層1b上に形成された複数の窒化物半導体層2,3,4,5,6,7と、
上記複数の窒化物半導体層2,3,4,5,6,7上に形成されたソース電極11,ドレイン電極12およびゲート電極13と
を備え、
上記Si基板1aの抵抗率は、0.1Ω・cm以下であり、
上記Si層1bの抵抗率は、10Ω・cm以上1000Ω・cm未満であることを特徴としている。
The nitride semiconductor device of the present invention is
A
A
A plurality of
A
The resistivity of the
The resistivity of the
本発明の窒化物半導体装置によれば、Si基板1aの抵抗率は、0.1Ω・cm以下であり、例えばp型不純物元素を添加することによって実現される。不純物元素が添加された基板は、不純物が添加されない高純度の基板よりも硬くなるので、このSi基板1aにSi層1bと窒化物半導体層2,3,4,5,6,7とが形成されたエピタキシャルウェハにおいて、Siと窒化物半導体との熱膨張係数差によって生じる窒化物半導体装置の反りを低減できる。
According to the nitride semiconductor device of the present invention, the resistivity of the
また、Si層1bの抵抗率は、10Ω・cm以上1000Ω・cm未満であり、例えば不純物の濃度を低減することによって実現される。ここで、一般に、半導体の不純物の濃度は、半導体の抵抗率に反比例し、半導体の空乏層の幅は、上記不純物の濃度の平方根に比例する。また、上記空乏層による寄生容量は、空乏層の幅に反比例する。Si層1bの抵抗率は、Si基板1aの抵抗率の100倍以上であるから、Si層1bの寄生容量は、Si基板1aの寄生容量の少なくとも10倍以上となる。このSi層1bの寄生容量によって、Si基板1aと窒化物半導体層2,3,4,5,6,7との界面において寄生容量Cdbを低減できる。
The resistivity of the
1a p型Si基板
1b p型Si層
2 AlN初期成長層
3 Al0.2Ga0.8N層
4 超格子バッファ層
5 GaNチャネル層
6 AlN中間層
7 Al0.2Ga0.8N障壁層
11 ソース電極
12 ドレイン電極
13 ゲート電極
1a p-
Claims (4)
上記Si基板上または上記Si基板表面に形成されたSi層と、
上記Si層上に形成された複数の窒化物半導体層と
を備え、
上記Si基板の抵抗率は、0.1Ω・cm以下であり、
上記Si層の抵抗率は、10Ω・cm以上1000Ω・cm未満であることを特徴とするエピタキシャルウェハ。 A Si substrate;
A Si layer formed on the Si substrate or on the Si substrate surface;
A plurality of nitride semiconductor layers formed on the Si layer,
The resistivity of the Si substrate is 0.1 Ω · cm or less,
An epitaxial wafer characterized in that the resistivity of the Si layer is 10 Ω · cm or more and less than 1000 Ω · cm.
上記Si層の層厚は、5μm以上25μm以下であることを特徴とするエピタキシャルウェハ。 The epitaxial wafer according to claim 1,
An epitaxial wafer characterized in that the thickness of the Si layer is not less than 5 μm and not more than 25 μm.
上記Si層上に複数の窒化物半導体層を形成する工程と
を備えることを特徴とするエピタキシャルウェハの製造方法。 A step of ion-implanting an n-type dopant into the surface of a p-type Si substrate having a resistivity of 0.1 Ω · cm or less to form a Si layer having a resistivity of 10 Ω · cm or more and less than 1000 Ω · cm;
And a step of forming a plurality of nitride semiconductor layers on the Si layer.
上記Si基板上または上記Si基板表面に形成されたSi層と、
上記Si層上に形成された複数の窒化物半導体層と、
上記複数の窒化物半導体層上に形成されたソース電極,ドレイン電極およびゲート電極と
を備え、
上記Si基板の抵抗率は、0.1Ω・cm以下であり、
上記Si層の抵抗率は、10Ω・cm以上1000Ω・cm未満であることを特徴とする窒化物半導体装置。 A Si substrate;
A Si layer formed on the Si substrate or on the Si substrate surface;
A plurality of nitride semiconductor layers formed on the Si layer;
A source electrode, a drain electrode and a gate electrode formed on the plurality of nitride semiconductor layers,
The resistivity of the Si substrate is 0.1 Ω · cm or less,
The nitride semiconductor device, wherein the resistivity of the Si layer is 10 Ω · cm or more and less than 1000 Ω · cm.
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