JP2008235740A - GaN系半導体デバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】GaN系半導体デバイス20は、シリコン(111)基板1上に、複数のGaN系HFET10を形成し、各GaN系HFET10の電極同士を多層配線で連結して作製された大素子である。シリコン基板1上の半導体動作層(チャネル層3と電子供給層4)を複数の半導体動作層領域に電気的に絶縁分離するイオン注入領域9が形成されている。絶縁分離された各半導体動作層領域と電極5〜7により、複数のGaN系HFET(ユニット素子)10がそれぞれ形成される。各GaN系HFET10の電極同士を電気的に接続して、複数のGaN系HFETが1素子として機能する。
【選択図】図4
Description
このように、本発明における「複数のユニット素子」には、次の3つの形態が含まれる。
第1実施形態に係るGaN系半導体デバイス20を、図4乃至図7に基づいて説明する。
まず、シリコン(111)基板1をMOCVD装置内に導入し、ターボポンプでMOCVD装置内の真空度を1×10-6hPa以下になるまで真空引きした後、真空度を100hPaとし基板1を1100℃に昇温した。温度が安定したところで、基板1を900rpmで回転させ、原料となるトリメチルアルミニウム(TMA)を100cm3/min、アンモニアを12リットル/minの流量で基板1の表面に導入しAlNから成るバッファ層2の成長を行った。成長時間は4minでバッファ層2の膜厚は50nm程度である。
このようにして、大素子FETとしてのGaN系半導体デバイス20が完成する。
以上のように構成された第1実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
次に、第2実施形態に係るGaN系半導体デバイス20Aを、図8および図9に基づいて説明する。
その他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
次に、第3実施形態に係るGaN系半導体デバイス20Bを、図10に基づいて説明する。
このGaN系半導体デバイス20Bの特徴は、次の構成にある。
その他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
次に、第4実施形態に係るGaN系半導体デバイス20Cを、図11に基づいて説明する。
その他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
以上のように構成された第4実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
次に、第5実施形態に係るGaN系半導体デバイス20Dを、図12に基づいて説明する。
以上のように構成された第5実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
次に、第6実施形態に係るGaN系半導体デバイス20Eを、図13に基づいて説明する。
2,32,42…バッファ層
3…チャネル層
4…電子供給層
9…イオン注入領域
10,10C…GaN系HFET
10A…GaN系MOSFET
10B…GaN系ショットキーダイオード
11…絶縁膜
12…メサ構造
13…メサ構造
20,20A,20B,20C,20D,20E…GaN系半導体デバイス
100…基板
101…半導体動作層
102,102A,102B…絶縁領域
103,103A,103B…半導体動作層領域
110,110A,110B…ユニット素子
Claims (21)
- 基板上に、少なくともバッファ層と半導体動作層とを有するGaN系半導体デバイスにおいて、
少なくとも前記半導体動作層を電気的に絶縁する絶縁領域が形成されていることを特徴とするGaN系半導体デバイス。 - 前記絶縁領域が、前記基板上の半導体動作層を複数の半導体動作層領域に分離するように形成されていることを特徴とする請求項1に記載のGaN系半導体デバイス。
- 前記複数の半導体動作層領域の各々と、該各半導体動作層領域上に形成された電極とにより複数のユニット素子が形成され、前記複数のユニット素子の電極同士を電気的に接続することによって、前記複数のユニット素子が1素子として機能することを特徴とする請求項2に記載のGaN系半導体デバイス。
- 前記絶縁領域が、前記複数のユニット素子の各々の外周に形成されていることを特徴とする請求項3に記載のGaN系半導体デバイス。
- 前記複数の半導体動作層領域が、前記絶縁領域により前記バッファ層に達するまで電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項2乃至4のいずれか一つに記載のGaN系半導体デバイス。
- 前記バッファ層は、AlxGa1−xNを主体とする半導体層、又はそれらの積層構造から成ることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一つに記載のGaN系半導体デバイス。
- 前記絶縁領域は、前記基板上の半導体動作層に、高抵抗のイオン注入領域が少なくとも前記バッファ層に達する深さまで形成された領域であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一つに記載のGaN系半導体デバイス。
- 前記イオン注入領域には、水素、ホウ素、窒素、フッ素、シリコン、Mg、カーボン、Znなどのイオンを用いてイオン注入されていることを特徴とする請求項7に記載のGaN系半導体デバイス。
- 前記絶縁領域は少なくとも前記半導体動作層を分断する深さの溝によって形成され、前記複数のユニット素子が前記溝によって第1のメサ構造を形成していることを特徴とする請求項3乃至6のいずれか一つに記載のGaN系半導体デバイス。
- 前記溝には、電気的に高抵抗の材料から成る絶縁膜が埋め込まれていることを特徴とする請求項9に記載のGaN系半導体デバイス。
- 前記各半導体動作層領域が段差を有し、該段差により前記複数のユニット素子が第2のメサ構造を形成していることを特徴とする請求項9又は10に記載のGaN系半導体デバイス。
- 前記複数のユニット素子は、前記基板上に形成された、AlxGa1−xNを主体とする半導体層、又はそれらの積層構造から成るバッファ層と、前記バッファ層上に形成されたGaNから成るチャネル層と、前記チャネル層上に形成されたAlGaNから成る電子供給層と、前記電子供給層上にそれぞれ形成されたゲート電極、ソース電極およびドレイン電極と、をそれぞれ備えたGaN系ヘテロ接合電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項3乃至11のいずれか一つに記載のGaN系半導体デバイス。
- 前記複数のユニット素子間で、前記ゲート電極同士、ソース電極同士およびドレイン電極同士をそれぞれ多層配線で連結させることで、大素子として形成されたことを特徴とする請求項12に記載のGaN系半導体デバイス。
- 前記複数のユニット素子は、GaN系MOS電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項3乃至11のいずれか一つに記載のGaN系半導体デバイス。
- 前記複数のGaN系半導体素子は、GaN系ショットキーダイオードであることを特徴とする請求項3乃至11のいずれか一つに記載のGaN系半導体デバイス。
- 前記複数のユニット素子には、種類の異なるGaN系半導体素子が含まれることを特徴とする請求項3乃至11のいずれか一つに記載のGaN系半導体デバイス。
- 基板上に、少なくともバッファ層と半導体動作層とを有するGaN系半導体デバイスの製造方法において、
少なくとも前記半導体動作層を電気的に絶縁する絶縁領域を形成して、前記基板上の半導体動作層を複数の半導体動作層領域に分離する工程と、
前記複数の半導体動作層領域上に電極をそれぞれ形成して、複数のユニット素子を形成する工程と、
前記複数のユニット素子間で前記電極同士を電気的に接続する工程と、を備え、前記複数のユニット素子を1素子として機能させることを特徴とするGaN系半導体デバイスの製造方法。 - 前記絶縁領域を形成して前記基板上の半導体動作層を複数の半導体動作層領域に分離する工程は、
前記基板上の半導体動作層に、前記基板或いは前記基板の近傍に達する深さまで、水素、ホウ素、窒素、フッ素、シリコン、Mg、カーボン、Znなどのイオンを用いてイオン注入する工程と、
イオン注入後、前記イオン注入された領域に熱処理を施して高抵抗のイオン注入領域層を形成する工程と、を備えることを特徴とする請求項17に記載のGaN系半導体デバイスの製造方法。 - 前記イオン注入する工程において、前記高抵抗のイオン注入領域を、前記ユニット素子ごとに少なくとも前記バッファ層に達する深さまで形成することを特徴とする請求項18に記載のGaN系半導体デバイスの製造方法。
- 前記絶縁領域を形成して、前記基板上の半導体動作層を複数の半導体動作層領域に分離する工程は、
前記複数の半導体動作層領域上に電極をそれぞれ形成した後に、
前記複数の半導体動作層領域に前記基板に達する深さのメサ構造を形成する工程と、
前記メサ構造内に電気的に高抵抗の材料から成る絶縁膜を埋め込む工程と、を備えることを特徴とする請求項17に記載のGaN系半導体デバイスの製造方法。 - 前記絶縁領域を形成して、前記基板上の半導体動作層を複数の半導体動作層領域に分離する工程は、
前記複数上の半導体動作層領域に深さの浅い第1のメサ構造を形成する工程と、
前記複数の半導体動作層領域上に電極をそれぞれ形成した後に、前記複数の半導体動作層領域に、前記基板に達する深さの第2のメサ構造を形成する工程と、
前記第1のメサ構造および第2のメサ構造内に電気的に高抵抗の材料から成る絶縁膜を埋め込む工程と、を備えることを特徴とする請求項17に記載のGaN系半導体デバイスの製造方法。
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