DE102005018319A1

DE102005018319A1 - Nitridhalbleitervorrichtung und deren Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102005018319A1
Application number: DE102005018319A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Kamifukuoka Nakagawa; Eiji Kamifukuoka Waki
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2004-04-21
Filing date: 2005-04-20
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2025-04-21
Also published as: US7352017B2; JP4869563B2; JP2005311029A; US20050236643A1; DE102005018319B4

Abstract

Offenbart ist eine Nitridhalbleitervorrichtung und deren Herstellungsverfahren, die das Unterdrücken eines Stromzusammenbruchs ermöglichen und die eine III-V-Nitridhalbleiterschicht aus der Gruppe-III-Elementen mit zumindest einem Element aus der Gruppe Gallium, Aluminium, Bor und Indium sowie Gruppe V-Elementen mit zumindest Stickstoff aus der Gruppe Stickstoff, Phosphor und Arsen beinhalten. Die Nitridhalbleitervorrichtung umfasst eine erste Nitridhalbleiterschicht aus der auf einem Substrat abgeschiedenen III-V-Nitridhalbleiterschicht, eine zweite Nitridhalbleiterschicht mit der III-V-Nitridhalbleiterschicht und eine Steuerelektrode mit einem Schottkykontakt mit der ersten Nitridhalbleiterschicht, die durch Entfernen eines Abschnitts der zweiten Halbleiterschicht freigelegt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Nitridhalbleitervorrichtung, bei der ein Nitridhalbleiter als aktive Schicht verwendet wird, sowie ein Herstellungsverfahren dafür, und insbesondere eine Nitridhalbleitervorrichtung mit einer Steuerelektrode, die einen Schottkykontakt mit der Halbleitervorrichtung wie etwa einem Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMT) oder einem Feldeffekttransistor (FET) ausbildet, sowie deren Herstellungsverfahren.

6 zeigt eine Schnittansicht einer Halbleitervorrichtung aus einem bekannten III-V-Nitridhalbleiter. Die in 6 gezeigte Halbleitervorrichtung weist eine sogenannte HEMT-Struktur auf, bei der eine Pufferschicht 102 aus Galliumnitrid (GaN), eine Kanalschicht 103 aus Galliumnitrid, eine Ladungszufuhrschicht 104 aus n-Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) sowie eine Schottkyschicht 105 aus undotiertem Aluminiumgalliumnitrid sequenziell auf einem Substrat 101 aus einem Saphirsubstrat abgeschieden sind, wobei eine aus einem Potenzialtopf ausgebildete zweidimensionale Elektronengasschicht mit einer extrem hohen Elektronenbeweglichkeit in der Nähe der Grenzfläche ausgebildet ist, wo die Kanalschicht 103 und die Ladungszufuhrschicht 104 einen Heteroübergang ausbilden. Bei der Halbleitervorrichtung mit einer derartigen Struktur wird eine Spannung gesteuert, die an eine Gate-Elektrode 106 (Steuerelektrode) angelegt ist, welche einen Schottkykontakt mit der Schottkyschicht 105 ausbildet, wodurch Ladungsträger (das zweidimensionale Elektronengas) gesteuert werden, die zwischen einer Source-Elektrode 107a und einer Drain-Elektrode 107b fließen.

Zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Struktur ist eine Vielzahl von derartigen Strukturen offenbart, beispielsweise in der Druckschrift JP-A-335637 (1998).

Bei einer bekannten Halbleitervorrichtung, bei der eine Gate-Elektrode auf einer Nitridhalbleiterschicht wie etwa einer Aluminiumgalliumnitridschicht (AlGaN) oder einer Galliumnitridschicht (GaN) ausgebildet ist, entsteht jedoch das Problem, dass Elektronen, die im Oberflächenniveau der Nitridhalbleiterschicht gefangen wurden, eine Fluktuation des Oberflächenpotenzials verursachen, und dadurch das Phänomen hervorrufen (das nachstehend als Stromzusammenbruch bezeichnet wird), bei dem der Drain-Strom sich gegenüber dem Wert verringert, der auf quasi statische Weise im Betrieb mit einer hohen Drain-Spannung gemessen wurde.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Nitridhalbleitervorrichtung bereitzustellen, die einen Stromzusammenbruch unterdrücken kann, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Nitridhalbleitervorrichtung mit einer III-V-Nitridhalbleiterschicht aus Gruppe-III-Elementen mit zumindest einem Element aus der Gruppe Gallium, Aluminium, Bor und Indium und Gruppe-V-Elementen mit zumindest Stickstoff aus der Gruppe Stickstoff, Phosphor und Arsen, angegeben, die Vorrichtung umfasst dabei eine erste Nitridhalbleiterschicht aus der auf einem Substrat abgeschiedenen III-V-Nitridhalbleiterschicht, eine zweite Nitridhalbleiterschicht, die die auf der ersten Nitridhalbleiterschicht abgeschiedene III-V-Nitridhalbleiterschicht aufweist und kein Aluminium enthält, und eine Steuerelektrode, die einen Schottkykontakt mit der durch einen Abschnitt der zweiten Nitridhalbleiterschicht freigelegten ersten Nitridhalbleiterschicht ausbildet, der entfernt wurde, wobei die zweite Nitridhalbleiterschicht aus einer Schicht ausgebildet ist, deren Schichtausbildungstemperatur niedriger als die der ersten Nitridhalbleiterschicht liegt.

Zur Lösung der Aufgabe wird ferner eine Nitridhalbleitervorrichtung mit einer III-V-Nitridhalbleiterschicht aus Gruppe-III-Elementen mit zumindest einem Element aus der Gruppe Gallium, Aluminium, Bor und Indium und Gruppe-V-Elementen mit zumindest Stickstoff aus der Gruppe Stickstoff, Phosphor und Arsen, angegeben, die Vorrichtung umfasst dabei eine erste Nitridhalbleiterschicht aus der auf einem Substrat abgeschiedenen III-V-Nitridhalbleiterschicht, eine zweite Nitridhalbleiterschicht, die die auf der ersten Nitridhalbleiterschicht abgeschiedene III-V-Nitridhalbleiterschicht aufweist und kein Aluminium enthält, und eine Steuerelektrode, die einen Schottkykontakt mit der durch einen Abschnitt der zweiten Nitridhalbleiterschicht freigelegten ersten Nitridhalbleiterschicht ausbildet, der entfernt wurde, wobei die zweite Nitridhalbleiterschicht eine Kristallinität mit kleinen Körnern aufweist.

Bei den vorstehenden Nitridhalbleitervorrichtung kann die erste Nitridhalbleiterschicht aus der III-V-Nitridhalbleiterschicht mit zumindest Aluminium ausgebildet sein.

Bei den vorstehenden Nitridhalbleitervorrichtungen kann die Nitridhalbleitervorrichtung eine dritte Nitridhalbleiterschicht zwischen dem Substrat und der ersten Nitridhalbleiterschicht aufweisen, die aus der III-V-Nitridhalbleiterschicht mit einer Energielücke ausgebildet ist, die kleiner als die Energielücke der ersten Nitridhalbleiterschicht ist.

Bei den vorstehenden Nitridhalbleitervorrichtungen kann die Nitridhalbleitervorrichtung eine Steuerelektrode, die einen Schottkykontakt mit der durch einen Abschnitt der zweiten Nitridhalbleiterschicht freigelegten ersten Nitridhalbleiterschicht aufweist, wobei der Abschnitt ein Bereich ist, wo die Steuerelektrode ausgebildet werden soll, und der entfernt wurde, sowie eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode aufweisen, die einen ohmschen Kontakt mit der ersten Nitridhalbleiterschicht auf eine Weise ausbilden, bei der ein durch einen aus der ersten Nitridhalbleiterschicht ausgebildeten Kanal oder durch einen zwischen der dritten Nitridhalbleiterschicht und der ersten Nitridhalbleiterschicht ausgebildeten Kanal fließender Strom durch eine Spannung gesteuert wird, die an die Steuerelektrode angelegt ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird zudem erfindungsgemäß ein Herstellungsverfahren für eine Nitridhalbleitervorrichtung mit einer III-V-Nitridhalbleiterschicht angegeben, die aus Gruppe-III-Elementen mit zumindest einem Element aus der Gruppe Gallium, Aluminium, Bor und Indium und Gruppe V-Elementen mit zumindest Stickstoff aus der Gruppe Stickstoff, Phosphor und Arsen ausgebildet ist, wobei das Herstellungsverfahren versehen ist mit den Schritten: Ausbilden einer ersten Nitridhalbleiterschicht aus der III-V-Nitridhalbleiterschicht auf einem Substrat; Ausbilden einer zweiten Nitridhalbleiterschicht aus der III-V-Nitridhalbleiterschicht auf der ersten Nitridhalbleiterschicht, die eine Kristallinität mit kleinen Körnern aufweist und kein Aluminium enthält, bei einer Temperatur, die unter der Schichtausbildungstemperatur zum Zeitpunkt der Ausbildung der ersten Nitridhalbleiterschicht liegt; Erzeugen einer Vertiefung, durch die ein Abschnitt der ersten Nitridhalbleiterschicht durch Entfernen eines Abschnitts der zweiten Nitridhalbleiterschicht freigelegt ist, wobei der Abschnitt ein Bereich ist, wo eine Steuerelektrode ausgebildet werden soll; und Ausbilden einer Steuerelektrode auf der ersten Nitridhalbleiterschicht, die innerhalb der Vertiefung freigelegt ist.

Zur Lösung der Aufgabe wird außerdem erfindungsgemäß ein Herstellungsverfahren für eine Nitridhalbleitervorrichtung mit einer III-V-Nitridhalbleiterschicht angegeben, die aus Gruppe-III-Elementen mit zumindest einem Element aus der Gruppe Gallium, Aluminium, Bor und Indium und Gruppe V-Elementen mit zumindest Stickstoff aus der Gruppe Stickstoff, Phosphor und Arsen ausgebildet ist, wobei das Herstellungsverfahren versehen ist mit den Schritten: Ausbilden einer ersten Nitridhalbleiterschicht mit Aluminium aus der III-V-Nitridhalbleiterschicht auf einem Substrat; Ausbilden einer zweiten Nitridhalbleiterschicht aus der III-V-Nitridhalbleiterschicht auf der ersten Nitridhalbleiterschicht, die eine Kristallinität mit kleinen Körnern aufweist und kein Aluminium aufweist, bei einer Temperatur, die unter der Schichtausbildungstemperatur zum Zeitpunkt der Ausbildung der ersten Nitridhalbleiterschicht liegt; Erzeugen einer Vertiefung, durch die ein Abschnitt der ersten Nitridhalbleiterschicht durch Entfernen eines Abschnitts der zweiten Nitridhalbleiterschicht freigelegt ist, wobei der Abschnitt ein Bereich ist, wo eine Steuerelektrode ausgebildet werden soll; und Ausbilden einer Steuerelektrode auf der ersten Nitridhalbleiterschicht, die innerhalb der Vertiefung freigelegt ist, die einen Schottkykontakt mit der ersten Nitridhalbleiterschicht ausbildet.

Die vorstehenden Herstellungsverfahren können ferner versehen sein mit einem Schritt zur Ausbildung einer dritten Nitridhalbleiterschicht aus der III-V-Nitridhalbleiterschicht auf dem Substrat, die eine Energielücke aufweist, die kleiner als die Energielücke der ersten Nitridhalbleiterschicht ist, so dass die erste Nitridhalbleiterschicht auf der dritten Nitridhalbleiterschicht ausgebildet ist.

Die vorstehenden Herstellungsverfahren können ferner versehen sein mit den Schritten: Erzeugen einer weiteren Vertiefung, durch die ein Abschnitt der ersten Nitridhalbleiterschicht durch Entfernen von Abschnitten der zweiten Nitridhalbleiterschicht freigelegt wird, wobei die Abschnitte Bereiche sind, wo eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode ausgebildet werden sollen; Ausbilden der Source-Elektrode oder der Drain-Elektrode auf der ersten Nitridhalbleiterschicht, die innerhalb der anderen Vertiefung freigelegt ist, die einen ohmschen Kontakt mit der ersten Nitridhalbleiterschicht ausbilden; Erzeugen der Vertiefung, durch die ein Abschnitt der ersten Nitridhalbleiterschicht durch Entfernen eines Abschnitts der zweiten Nitridhalbleiterschicht freigelegt wird, wobei der Abschnitt ein Bereich ist, wo eine Steuerelektrode ausgebildet werden soll; und Ausbilden der Steuerelektrode auf der ersten Nitridhalbleiterschicht, die innerhalb der Vertiefung freigelegt ist, die einen Schottkykontakt mit der ersten Nitridhalbleiterschicht ausbildet.

Eine erfindungsgemäße Nitridhalbleitervorrichtung weist eine Struktur auf, bei der eine zweite Nitridhalbleiterschicht (Abdeckschicht), die kein Aluminium enthält, auf einer ersten Nitridhalbleiterschicht (Schottkyschicht) bereitgestellt ist, mit der eine Steuerelektrode einen Kontakt ausbildet, wobei die Steuerelektrode innerhalb einer Vertiefung ausgebildet ist, die durch Entfernen eines Abschnitts der Abdeckschicht durch einen Ätzvorgang erzeugt ist. Ferner weist die Abdeckschicht eine Kristallinität mit kleinen Körnern auf, die bei einer geringeren Temperatur als die Schichtausbildungstemperatur der Schottkyschicht aufgewachsen wurden, und die hochisolierend ist, weswegen der Stromzusammenbruch durch die Steuerung von Elektronen, die in dem Oberflächenniveau gefangen werden, oder durch eine Reduktion der Oberflächenniveaudichte unterdrückt wird, womit die Hochfrequenzeigenschaften verbessert werden.

Ferner kann gemäß einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für eine Nitridhalbleitervorrichtung eine Nitridhalbleitervorrichtung mit einer gewünschten Struktur durch Steuern der Temperatur für das epitaktische Wachstum bei einem bekannten Vorgang zur Herstellung einer Nitridhalbleitervorrichtung ausgebildet werden. Daher weist der Herstellungsvorgang eine gute Reproduzierbarkeit auf, und Nitridhalbleitervorrichtungen mit ausgezeichneten Eigenschaften können mit hoher Ausbeute hergestellt werden.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

1 ein Diagramm von Ausführungsbeispiel 1 der Erfindung;

die 2(a) bis 2(d) graphische Darstellungen der Drain-Strom/Spannungseigenschaften gemäß Ausführungsbeispiel 1 der Erfindung;

die 3(a) bis 3(d) graphische Darstellungen der Drain-Strom/Spannungseigenschaften einer bekannten Nitridhalbleitervorrichtung;

4 eine graphische Darstellung der erfindungsgemäßen Wirkungen;

die 5(a) bis 5(d) Diagramme von Ausführungsbeispiel 2 der Erfindung; und

6 ein Diagramm einer bekannten Nitridhalbleitervorrichtung.

Die erfindungsgemäße Nitridhalbleitervorrichtung wird nachstehend näher beschrieben.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 1
1 zeigt eine Schnittansicht eines HEMT als III-V-Nitridhalbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der Erfindung. Gemäß 1 sind eine Pufferschicht 12 aus Galliumnitrid (GaN) mit einer Dicke von ungefähr 30 nm, eine Kanalschicht 13 mit einer Energielücke, die kleiner als die Energielücke der nachstehend beschriebenen Ladungszufuhrschicht ist, eine Dicke von 2 μm aufweist und aus undotiertem Galliumnitrid (GaN) ausgebildet ist, eine Ladungszufuhrschicht 14 mit einer Dicke von 15 nm aus n-Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), bei der eine zweidimensionale Elektronengasschicht in der Grenzfläche zwischen der Kanalschicht 13 ausgebildet ist, welche zu Ladungsträger werden, sowie eine Schottkyschicht 15 mit einer Dicke von 3 nm aus undotiertem Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) sowie eine Abdeckschicht 16 mit einer Dicke von 10 nm aus undotiertem Galliumnitrid (GaN) mit einer Kristallinität mit kleinen Körnern auf einem Substrat 11 aus Saphir ausgebildet und abgeschieden. Ein Abschnitt der Abdeckschicht 16 ist entfernt, und somit ist eine Vertiefung erzeugt, durch die die Schottkyschicht 15 freigelegt ist. Eine Gate-Elektrode 17 aus einem abgeschiedenen Körper aus Nickel (Ni)/Gold (Au) ist auf der Schottkyschicht 15 ausgebildet, die innerhalb der Vertiefung freigelegt ist, welche ein Bereich ist, wo die Gate-Elektrode auszubilden ist, so dass ein Schottky-Kontakt mit der Schottkyschicht 15 ausgebildet wird. Zudem sind eine Source-Elektrode 18a und eine Drain-Elektrode 18b aus Titan (Ti)/Aluminium (Al) auf der Schottkyschicht 15 ausgebildet, die innerhalb der Vertiefung freigelegt ist, welches der Bereich ist, wo die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode auszubilden sind, so dass ein ohmscher Kontakt mit der Ladungszufuhrschicht 14 ausgebildet wird.
Die Abdeckschicht 16 mit einer Kristallinität mit kleinen Körnern ist als Schicht gemäß einem MOCVD-Verfahren (metallorganische chemische Gasphasenabscheidung), einem MBE-Verfahren (Molekularstrahlepitaxie) oder dergleichen bei einer Temperatur ausgebildet, die um ungefähr 500°C niedriger als die Schichtausbildungstemperatur der Ladungszufuhrschicht 14 und der Schottkyschicht 15 liegt, und dadurch eine hochisolierende Halbleiterschicht wird. Genauer gesagt weist die Abdeckschicht 16 einen hohen Widerstand auf, bei der der Schichtwiderstand 10⁹ Ω/oder mehr beträgt.
Die 2(a) bis 2(d) zeigen die Drain-Strom/Spannungseigenschaften des HEMT, welcher eine Nitridhalbleitervorrichtung mit der in 1 gezeigten Struktur ist. Zu Vergleichszwecken zeigen die 3(a) bis 3(d) die Drain-Strom/Spannungseigenschaften des HEMT mit der in 6 gezeigten Struktur. Bei den 2(a) bis 2(d) und den 3(a) bis 3(d) wurden Messungen für die Durchlaufsspannungen der Drain-Elektrode von 0 V bis 10 V, von 0 V bis 20 V, von 0 V bis 30 V bzw. von 0 V bis 40 V, und für Gate-Spannungen von –4 V bis +2 V in Schritten von 1 V ausgeführt. Die Messdauer lag bei 10 ms, die Gate-Spannung wurde mit einer Impulsbreite von 300 μs angelegt, und die Drain-Spannung wurde von 0 V auf die jeweiligen Durchlaufspannungswerte in Schritten erhöht.
Wenn die Erfindung und der Stand der Technik verglichen werden, zeigt sich, dass die Streuung der Eigenschaften bei der vorliegenden Erfindung gering ist, während die Eigenschaften im Stand der Technik in großem Ausmaße gestreut sind, wenn die Durchlaufsspannung der Drain-Elektrode erhöht wird.
4 zeigt eine graphische Darstellung, bei der eine derartige Verteilung bei den Eigenschaften verglichen wird, wobei das Verhältnis der Änderung beim Drain-Strom gezeigt ist, wenn die Durchlaufspannung erhöht wird, wobei als Bezug der Drain-Strom für eine Drain-Spannung von 10 V und eine Gate-Spannung von +2 V bezüglich der 2(a) bis 2(d) und der 3(a) bis 3(d) verwendet ist. Gemäß 4 verringert sich beim Stand der Technik der Drain-Strom stark, wenn die Durchlaufspannung steigt, und der Drain-Strom sinkt auf ungefähr 25%, wenn die Durchlaufspannung 40 V beträgt. Im Gegensatz dazu werden ungefähr 97% des Stromes erfindungsgemäß erhalten. Gemäß vorstehender Beschreibung ist ersichtlich, dass die Wirkungen zur Unterdrückung des Stromzusammenbruchs erfindungsgemäß sehr ausgeprägt sind.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL 2
Nachstehend wird ein Herstellungsverfahren für einen HEMT beschrieben, der eine III-V-Nitridhalbleitervorrichtung mit der bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel 1 als Beispiel genannten Struktur aufweist, und es wird ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren für eine Nitridhalbleitervorrichtung beschrieben.
Zunächst wird gemäß den 5(a) bis 5(d) eine Pufferschicht 12 aus Galliumnitrid (GaN) auf einem Substrat 11 aus Saphir gemäß einem MOCVD-Verfahren mit einer Dicke von ungefähr 30 nm aufgewachsen, und danach werden eine Kanalschicht 13 aus undotiertem Galliumnitrid (GaN) mit einer Dicke von 2 μm, eine Ladungszufuhrschicht 14 aus n-Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) mit einer Dicke von 15 μm, die in der Grenzfläche zwischen der Kanalschicht 13 eine zweidimensionale Elektronengasschicht ausbildet, die zu Ladungsträgern wird, sowie eine Schottkyschicht 15 aus undotiertem Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) mit einer Dicke von 3 nm sequentiell aufgewachsen, während die Temperatur des Substrats 1080°C beträgt. Danach wird die Temperatur des Substrats auf 550°C verringert, und eine Abdeckschicht 16 aus undotiertem Galliumnitrid (GaN) wird mit einer Dicke von 10 nm aufgewachsen. Auf diese Weise wird die Temperatur des Substrats verringert, wenn die Abdeckschicht 16 aufgewachsen wird, und dadurch weist die Abdeckschicht 16 eine Kristallinität mit kleinen Körnern auf, was zu einer Schicht mit ausgezeichneten Isolationseigenschaften führt (5(a)).
Danach werden Abschnitte der Abdeckschicht 16 gemäß einem bekannten Lithographie- und Ätzverfahren entfernt (Erzeugung von anderen Vertiefungen), welche Bereiche sind, wo eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode ausgebildet werden sollen, so dass Abschnitte der Schottkyschicht 15 freigelegt werden. Eine Titanschicht (Ti) mit einer Dicke von 20 nm und eine Aluminiumschicht (Al) mit einer Dicke von 200 nm werden auf der freigelegten Schottkyschicht 15 gemäß einem Elektronenstrahlabscheideverfahren oder dergleichen abgeschieden, und eine Wärmebehandlung wird ausgeführt, so dass eine Source-Elektrode 18a und eine Drain-Elektrode 18b auf der Schottkyschicht 15 ausgebildet werden, damit ein ohmscher Kontakt mit der Ladungszufuhrschicht 14 ausgebildet wird (5(b)).
Danach wird ein Abschnitt der Abdeckschicht 16 gemäß einem bekannten Lithographie- und Ätzverfahren entfernt (Erzeugung einer Vertiefung), welche ein Bereich ist, wo eine Gate-Elektrode ausgebildet werden soll, so dass ein Abschnitt der Schottkyschicht 15 freigelegt wird (5(c)). Eine Nickelschicht (Ni) mit einer Dicke von 20 nm, eine Goldschicht (Au) mit einer Dicke von 300 nm und dergleichen werden auf der freigelegten Schottkyschicht 15 gemäß einem Elektronenstrahlabscheideverfahren abgeschieden und danach strukturiert, so dass eine Gate-Elektrode 17 ausgebildet wird, damit ein Schottky-Kontakt mit der Schottkyschicht 15 ausgebildet wird (5(d)). Danach folgt ein bekannter Herstellungsvorgang für eine Halbleitervorrichtung, um den HEMT zu vervollständigen.
Gemäß einem Verfahren zur Ausbildung der Abdeckschicht 16 mit einer Kristallinität mit kleinen Körnern mit ausgezeichneten Isolationseigenschaften wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Abdeckschicht 16 lediglich durch Einstellen der Ausbildungstemperatur auf 550°C ausgebildet, was niedriger als die Ausbildungstemperatur (1080°C) der Epitaxieschichten für die Kanalschicht 13 und die Ladungszufuhrschicht 14 ist, weswegen die Reproduzierbarkeit ausgezeichnet ist. Zudem folgt das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren einem bekannten Herstellungsvorgang für eine Halbleitervorrichtung und bietet daher eine äußerst gute Reproduzierbarkeit, und die Erzeugnisse können mit hoher Ausbeute hergestellt werden.
Obwohl die Ausführungsbeispiele der Erfindung vorstehend beschrieben sind, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann auf vielfältige Weisen abgewandelt werden. Anstelle der Nitridhalbleitervorrichtung mit einer HEMT-Struktur kann beispielsweise eine FET-Struktur bereitgestellt werden, bei der eine Nitridhalbleiterschicht als aktive Schicht (Kanalschicht) verwendet wird, der Dotierstoffe hinzugefügt wurden. Gemäß vorstehender Beschreibung wird eine Abdeckschicht 16 auf dieser aktiven Schicht in der Struktur ausgebildet, und eine Steuerelektrode wird innerhalb einer Vertiefung ausgebildet, die durch Entfernen eines Abschnitts der Abdeckschicht durch einen Ätzvorgang erzeugt wird. Ferner sind die Nitridhalbleiterschichten nicht auf GaN/AlGaN-basierte Schichten beschränkt, vielmehr kann die Nitridhalbleiterschicht aus einer Schicht ausgebildet sein, die GaN, InN oder eine Mischkristallverbindung aus diesen beinhaltet und Aluminium enthält. Zudem kann die zweite Nitridhalbleiterschicht (die der Abdeckschicht 16 bei dem vorstehend angeführten Ausführungsbeispiel entspricht) aus einer Schicht ausgebildet werden, die GaN, InN oder eine Mischkristallverbindung aus diesen beinhaltet und kein Aluminium enthält. Weiterhin kann die erste Nitridhalbleiterschicht (die der Ladungszufuhrschicht 14 und der Schottkyschicht 15 bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht) aus einer Schicht ausgebildet sein, die GaN, InN, AlN oder einen Mischkristallhalbleiter aus diesen beinhaltet, und zumindest Aluminium enthält. Außerdem kann ein Siliziumkarbidsubstrat (SiC) anstelle eines Saphirsubstrats verwendet werden. Dabei wird für die Pufferschicht 12 vorzugsweise Aluminiumnitrid (AlN) verwendet.
Die Zusammensetzung etwa der Steuerelektrode, die einen Schottky-Kontakt mit dem ersten Nitridhalbleiter ausbildet, sowie der Source-Elektrode, die einen ohmschen Kontakt mit der ersten Nitridhalbleiterschicht ausbildet, können gemäß den Arten der verwendeten Nitridhalbleiterschichten geeignet ausgewählt werden. Zudem können anstelle der Entfernung der Abdeckschicht 16 durch einen Ätzvorgang Dotierstoffionen vom n-Typ in die Abdeckschicht 16 implantiert werden, so dass sie die Ladungszufuhrschicht 14 erreichen, und dadurch können n-Halbleiterbereiche ausgebildet werden, so dass die Source-Elektrode und die Drain-Elektrode auf der Abdeckschicht 16 ausgebildet werden können, wo n-Halbleiterbereiche ausgebildet sind.
So ist vorstehend eine Nitridhalbleitervorrichtung und deren Herstellungsverfahren beschrieben, die das Unterdrücken eines Stromzusammenbruchs ermöglichen, und die eine III-V-Nitridhalbleiterschicht aus Gruppe-III-Elementen mit zumindest einem Element aus der Gruppe Gallium, Aluminium, Bor und Indium sowie Gruppe V-Elementen mit zumindest Stickstoff aus der Gruppe Stickstoff, Phosphor und Arsen beinhaltet. Die Nitridhalbleitervorrichtung umfasst eine erste Nitridhalbleiterschicht aus der auf einem Substrat abgeschiedenen III-V-Nitridhalbleiterschicht, eine zweite Nitridhalbleiterschicht mit der III-V-Nitridhalbleiterschicht und eine Steuerelektrode mit einem Schottkykontakt mit der ersten Nitridhalbleiterschicht, die durch Entfernen eines Abschnitts der zweiten Halbleiterschicht freigelegt ist.

Claims

Nitridhalbleitervorrichtung mit einer III-V-Nitridhalbleiterschicht aus Gruppe-III-Elementen mit zumindest einem Element aus der Gruppe Gallium, Aluminium, Bor und Indium und Gruppe-V-Elementen mit zumindest Stickstoff aus der Gruppe Stickstoff, Phosphor und Arsen, die Vorrichtung umfasst dabei eine erste Nitridhalbleiterschicht aus der auf einem Substrat abgeschiedenen III-V-Nitridhalbleiterschicht, eine zweite Nitridhalbleiterschicht, die die auf der ersten Nitridhalbleiterschicht abgeschiedene III-V-Nitridhalbleiterschicht aufweist und kein Aluminium enthält, und eine Steuerelektrode, die einen Schottky-Kontakt mit der durch einen Abschnitt der zweiten Nitridhalbleiterschicht freigelegten ersten Nitridhalbleiterschicht ausbildet, der entfernt wurde, wobei die zweite Nitridhalbleiterschicht aus einer Schicht ausgebildet ist, deren Schichtausbildungstemperatur niedriger als die der ersten Nitridhalbleiterschicht liegt.
Nitridhalbleitervorrichtung mit einer III-V-Nitridhalbleiterschicht aus Gruppe-III-Elementen mit zumindest einem Element aus der Gruppe Gallium, Aluminium, Bor und Indium und Gruppe-V-Elementen mit zumindest Stickstoff aus der Gruppe Stickstoff, Phosphor und Arsen, die Vorrichtung umfasst dabei eine erste Nitridhalbleiterschicht aus der auf einem Substrat abgeschiedenen III-V-Nitridhalbleiterschicht, eine zweite Nitridhalbleiterschicht, die die auf der ersten Nitridhalbleiterschicht abgeschiedene III-V-Nitridhalbleiterschicht aufweist und kein Aluminium enthält, und eine Steuerelektrode, die einen Schottkykontakt mit der durch einen Abschnitt der zweiten Nitridhalbleiterschicht freigelegten ersten Nitridhalbleiterschicht ausbildet, der entfernt wurde, wobei die zweite Nitridhalbleiterschicht eine Kristallinität mit kleinen Körnern aufweist.
Nitridhalbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Nitridhalbleiterschicht aus der III-V-Nitridhalbleiterschicht mit zumindest Aluminium ausgebildet ist.
Nitridhalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Nitridhalbleitervorrichtung eine dritte Nitridhalbleiterschicht zwischen dem Substrat und der ersten Nitridhalbleiterschicht aufweist, die aus der III-V-Nitridhalbleiterschicht mit einer Energielücke ausgebildet ist, die kleiner als die Energielücke der ersten Nitridhalbleiterschicht ist.
Nitridhalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei die Nitridhalbleitervorrichtung eine Steuerelektrode, die einen Schottky-Kontakt mit der durch einen Abschnitt der zweiten Nitridhalbleiterschicht freigelegten ersten Nitridhalbleiterschicht aufweist, wobei der Abschnitt ein Bereich ist, wo die Steuerelektrode ausgebildet werden soll, und der entfernt wurde, sowie eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode aufweist, die einen ohmschen Kontakt mit der ersten Nitridhalbleiterschicht auf eine Weise ausbilden, bei der ein durch einen aus der ersten Nitridhalbleiterschicht ausgebildeten Kanal oder durch einen zwischen der dritten Nitridhalbleiterschicht und der ersten Nitridhalbleiterschicht ausgebildeten Kanal fließender Strom durch eine Spannung gesteuert wird, die an die Steuerelektrode angelegt ist.
Herstellungsverfahren für eine Nitridhalbleitervorrichtung mit einer III-V-Nitridhalbleiterschicht, die aus Gruppe-III-Elementen mit zumindest einem Element aus der Gruppe Gallium, Aluminium, Bor und Indium und Gruppe V-Elementen mit zumindest Stickstoff aus der Gruppe Stickstoff, Phosphor und Arsen ausgebildet ist, wobei das Herstellungsverfahren versehen ist mit den Schritten: Ausbilden einer ersten Nitridhalbleiterschicht aus der III-V-Nitridhalbleiterschicht auf einem Substrat; Ausbilden einer zweiten Nitridhalbleiterschicht aus der III-V-Nitridhalbleiterschicht auf der ersten Nitridhalbleiterschicht, die eine Kristallinität mit kleinen Körnern aufweist und kein Aluminium enthält, bei einer Temperatur, die unter der Schichtausbildungstemperatur zum Zeitpunkt der Ausbildung der ersten Nitridhalbleiterschicht liegt; Erzeugen einer Vertiefung, durch die ein Abschnitt der ersten Nitridhalbleiterschicht durch Entfernen eines Abschnitts der zweiten Nitridhalbleiterschicht freigelegt ist, wobei der Abschnitt ein Bereich ist, wo eine Steuerelektrode ausgebildet werden soll; und Ausbilden einer Steuerelektrode auf der ersten Nitridhalbleiterschicht, die innerhalb der Vertiefung freigelegt ist.
Herstellungsverfahren für eine Nitridhalbleitervorrichtung mit einer III-V-Nitridhalbleiterschicht, die aus Gruppe-III-Elementen mit zumindest einem Element aus der Gruppe Gallium, Aluminium, Bor und Indium und Gruppe V-Elementen mit zumindest Stickstoff aus der Gruppe Stickstoff, Phosphor und Arsen ausgebildet ist, wobei das Herstellungsverfahren versehen ist mit den Schritten: Ausbilden einer ersten Nitridhalbleiterschicht mit Aluminium aus der III-V-Nitridhalbleiterschicht auf einem Substrat; Ausbilden einer zweiten Nitridhalbleiterschicht aus der III-V-Nitridhalbleiterschicht auf der ersten Nitridhalbleiterschicht, die eine Kristallinität mit kleinen Körnern aufweist und kein Aluminium aufweist, bei einer Temperatur, die unter der Schichtausbildungstemperatur zum Zeitpunkt der Ausbildung der ersten Nitridhalbleiterschicht liegt; Erzeugen einer Vertiefung, durch die ein Abschnitt der ersten Nitridhalbleiterschicht durch Entfernen eines Abschnitts der zweiten Nitridhalbleiterschicht freigelegt ist, wobei der Abschnitt ein Bereich ist, wo eine Steuerelektrode ausgebildet werden soll; und Ausbilden einer Steuerelektrode auf der ersten Nitridhalbleiterschicht, die innerhalb der Vertiefung freigelegt ist, die einen Schottkykontakt mit der ersten Nitridhalbleiterschicht ausbildet.
Herstellungsverfahren für eine Nitridhalbleitervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Herstellungsverfahren ferner versehen ist mit einem Schritt zur Ausbildung einer dritten Nitridhalbleiterschicht aus der III-V-Nitridhalbleiterschicht auf dem Substrat, die eine Energielücke aufweist, die kleiner als die Energielücke der ersten Nitridhalbleiterschicht ist, so dass die erste Nitridhalbleiterschicht auf der dritten Nitridhalbleiterschicht ausgebildet ist.
Herstellungsverfahren für eine Nitridhalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Herstellungsverfahren versehen ist mit den Schritten: Erzeugen einer weiteren Vertiefung, durch die ein Abschnitt der ersten Nitridhalbleiterschicht durch Entfernen von Abschnitten der zweiten Nitridhalbleiterschicht freigelegt wird, wobei die Abschnitte Bereiche sind, wo eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode ausgebildet werden sollen; Ausbilden der Source-Elektrode oder der Drain-Elektrode auf der ersten Nitridhalbleiterschicht, die innerhalb der anderen Vertiefung freigelegt ist, die einen ohmschen Kontakt mit der ersten Nitridhalbleiterschicht ausbilden; Erzeugen der Vertiefung, durch die ein Abschnitt der ersten Nitridhalbleiterschicht durch Entfernen eines Abschnitts der zweiten Nitridhalbleiterschicht freigelegt wird, wobei der Abschnitt ein Bereich ist, wo eine Steuerelektrode ausgebildet werden soll; und Ausbilden der Steuerelektrode auf der ersten Nitridhalbleiterschicht, die innerhalb der Vertiefung freigelegt ist, die einen Schottkykontakt mit der ersten Nitridhalbleiterschicht ausbildet.