JP2010171416A - Semiconductor device, manufacturing method therefor, and leakage-current reduction method therefor - Google Patents

Semiconductor device, manufacturing method therefor, and leakage-current reduction method therefor Download PDF

Info

Publication number
JP2010171416A
JP2010171416A JP2009292915A JP2009292915A JP2010171416A JP 2010171416 A JP2010171416 A JP 2010171416A JP 2009292915 A JP2009292915 A JP 2009292915A JP 2009292915 A JP2009292915 A JP 2009292915A JP 2010171416 A JP2010171416 A JP 2010171416A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
compound semiconductor
semiconductor layer
layer
film
nitride
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009292915A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takuya Furukawa
拓也 古川
Sadahiro Kato
禎宏 加藤
Yoshihiro Sato
義浩 佐藤
Masayuki Iwami
正之 岩見
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furukawa Electric Co Ltd
Original Assignee
Furukawa Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Furukawa Electric Co Ltd filed Critical Furukawa Electric Co Ltd
Priority to JP2009292915A priority Critical patent/JP2010171416A/en
Publication of JP2010171416A publication Critical patent/JP2010171416A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of improving a withstanding-voltage characteristic and reducing the leakage current, and to ptovide a manufacturing method therefor, and a method for reducing a leakage current thereof. <P>SOLUTION: An HFET (high field-effect transistor) 100 is equipped with a sapphire substrate 101 that serves as a support substrate; a buffer layer 102 on the sapphire substrate 101; a carrier-moving layer 103 on the buffer layer 102; a carrier-supplying layer 104 on the carrier-moving layer 103; a source 106s and a drain 106d remotely formed on the carrier-supplying layer 104; a gate 107 formed on the carrier-supplying layer 104 in between the source 106s and the drain 106d; and an insulating film 105 covering over the carrier-supplying layer 104. The carrier-supplying layer 104 has a carbon concentration that exceeds 2×10<SP>17</SP>cm<SP>-3</SP>. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置、半導体装置の製造方法および半導体装置のリーク電流低減方法に関し、特に2次元電子ガスを発生させるヘテロ接合界面を形成する異なるバンドギャップエネルギーの化合物半導体層を備えた半導体装置、半導体装置の製造方法および半導体装置のリーク電流低減方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, a method for manufacturing a semiconductor device, and a method for reducing leakage current of a semiconductor device, and more particularly, a semiconductor device including compound semiconductor layers having different band gap energies that form a heterojunction interface that generates a two-dimensional electron gas, The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device leakage current reducing method.

従来、窒化物系化合物半導体を用いて形成された電子デバイスは、直接遷移性などの化合物半導体材料が本質的に備えた特性から、高耐圧素子や高速動作素子として有望視されている。かかる電子デバイスとしては、近年、電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor:以下、単にFETという)の一種である高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor:以下単にHEMTという)が存在する。HEMTは、例えば窒化物系化合物半導体よりなるキャリア走行層と、キャリア走行層よりもバンドギャップエネルギーの大きい窒化物系化合物半導体よりなるキャリア供給層と、の積層構造を備え、この積層構造におけるヘテロ接合界面付近で発生した2次元電子ガスをキャリアとして用いている(例えば以下に示す特許文献1参照)。   Conventionally, an electronic device formed using a nitride-based compound semiconductor has been regarded as promising as a high-voltage element or a high-speed operation element because of the characteristics inherently possessed by compound semiconductor materials such as direct transition. As such an electronic device, in recent years, there is a high electron mobility transistor (hereinafter simply referred to as HEMT), which is a kind of field effect transistor (hereinafter simply referred to as FET). The HEMT has, for example, a stacked structure of a carrier traveling layer made of a nitride compound semiconductor and a carrier supply layer made of a nitride compound semiconductor having a band gap energy larger than that of the carrier traveling layer, and a heterojunction in this stacked structure. A two-dimensional electron gas generated near the interface is used as a carrier (for example, see Patent Document 1 shown below).

上記のような積層構造を備えた電子デバイスのうち、特にGaN(窒化ガリウム)系半導体を用いたMESFET(Metal Semiconductor FET)やHFET(Heterojunction FET)などは、その特性上、マイクロ波帯やリ波帯のパワーデバイスとして利用することが有効と考えられ、高効率のインバータやコンバータへの適用が期待されている。   Among the electronic devices having the laminated structure as described above, MESFETs (Metal Semiconductor FETs) and HFETs (Heterojunction FETs) using a GaN (gallium nitride) based semiconductor are particularly in the microwave band and the rewave. It is considered effective to be used as a band power device and is expected to be applied to highly efficient inverters and converters.

GaN系半導体を用いた高効率のインバータやコンバータを実現するためには、小型で高信頼性および低損失を実現した電子デバイスを開発する必要がある。そこで、この種の半導体デバイスでは、ゲート・ドレイン間耐圧の向上、チャネル層の高キャリア密度化、および、コンタクト抵抗の低減が重要なポイントとなる。   In order to realize highly efficient inverters and converters using GaN-based semiconductors, it is necessary to develop electronic devices that are small and have high reliability and low loss. Therefore, in this type of semiconductor device, it is important to improve the breakdown voltage between the gate and the drain, increase the carrier density of the channel layer, and reduce the contact resistance.

例えばゲート・ドレイン間耐圧を向上させる方法としては、キャリア供給層の抵抗を高くしてオフ時におけるソース・ドレイン間の抵抗を大きくすることが考えられる。ただし、キャリア供給層として例えば混晶であるAlGaN層を用いた場合、Al原子が活性な状態であるため、酸素などのn型の不純物を取り込み易いので、リーク電流が増えるという問題がある。そこで、従来では、GaN層中やAlGaN層中にMg(マグネシウム)やFe(鉄)などのp型の不純物をドーピングすることで、取り込まれたn型の不純物を補償してキャリア供給層の抵抗値を高くすることが行われていた。   For example, as a method for improving the breakdown voltage between the gate and the drain, it is conceivable to increase the resistance between the source and the drain at the off time by increasing the resistance of the carrier supply layer. However, when, for example, a mixed crystal AlGaN layer is used as the carrier supply layer, since Al atoms are in an active state, n-type impurities such as oxygen can be easily taken in, and there is a problem that leakage current increases. Therefore, conventionally, the p-type impurities such as Mg (magnesium) and Fe (iron) are doped in the GaN layer and the AlGaN layer to compensate for the incorporated n-type impurities and to improve the resistance of the carrier supply layer. Increasing the value was done.

特開2003−197643号公報JP 2003-197643 A

しかしながら、MgやFeなどの不純物は、膜中で拡散し易く、また、表面への偏折などの問題を生じさせる。さらに、出力電流特性の再現性を劣化させる現象である電流コラプスを生じさせ易い。このため、MgやFeなどの不純物をキャリア供給層にドーピングする方法では、安定した動作特性の電子デバイスを実現することが困難であるという問題が存在した。   However, impurities such as Mg and Fe are likely to diffuse in the film and cause problems such as deflection to the surface. Furthermore, current collapse, which is a phenomenon that deteriorates the reproducibility of output current characteristics, is likely to occur. For this reason, in the method of doping impurities such as Mg and Fe into the carrier supply layer, there is a problem that it is difficult to realize an electronic device having stable operating characteristics.

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであって、耐圧特性を向上させ且つリーク電流を低減することが可能な半導体装置、半導体装置の製造方法および半導体装置のリーク電流低減方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a semiconductor device, a semiconductor device manufacturing method, and a semiconductor device leakage current reduction method capable of improving withstand voltage characteristics and reducing leakage current. The purpose is to provide.

かかる目的を達成するために、本発明による半導体装置は、窒化物系化合物半導体からなる第1化合物半導体層と、前記第1化合物半導体層上の少なくとも一部に形成され、前記第1化合物半導体層よりもバンドギャップエネルギーが大きい窒化物系化合物半導体からなる第2化合物半導体層と、を有し、前記第2化合物半導体層が、カーボン濃度が2×1017cm−3以上であり、かつ、カーボン濃度が1×1020cm−3以下であり、前記第2化合物半導体層上に該第2化合物半導体層との間にショットキー界面を形成する金属膜を形成した場合、逆方向バイアス電圧を200Vとしたときの逆方向リーク電流が1×10−4A/cm以下であることを特徴としている。 To achieve this object, a semiconductor device according to the present invention is formed on at least a part of a first compound semiconductor layer made of a nitride-based compound semiconductor and the first compound semiconductor layer, and the first compound semiconductor layer A second compound semiconductor layer made of a nitride-based compound semiconductor having a larger band gap energy than the second compound semiconductor layer, the carbon concentration of the second compound semiconductor layer being 2 × 10 17 cm −3 or more, and carbon When a metal film having a concentration of 1 × 10 20 cm −3 or less and forming a Schottky interface with the second compound semiconductor layer is formed on the second compound semiconductor layer, the reverse bias voltage is 200 V. The reverse leakage current is 1 × 10 −4 A / cm 2 or less.

上記した本発明による半導体装置は、窒化物系化合物半導体からなる第1化合物半導体層と、前記第1化合物半導体層上の少なくとも一部に形成され、前記第1化合物半導体層よりもバンドギャップエネルギーが大きい窒化物系化合物半導体からなる第2化合物半導体層と、を有し、前記第2化合物半導体層が、カーボン濃度が4×1017cm−3以上であり、かつ、カーボン濃度が1×1020cm−3以下であり、前記第2化合物半導体層上に該第2化合物半導体層との間にショットキー界面を形成する金属膜を形成した場合、逆方向バイアス電圧を200Vとしたときの逆方向リーク電流が1×10−6A/cm以下であることを特徴としている。 The above-described semiconductor device according to the present invention is formed in at least a part of the first compound semiconductor layer made of a nitride compound semiconductor and the first compound semiconductor layer, and has a band gap energy higher than that of the first compound semiconductor layer. A second compound semiconductor layer made of a large nitride-based compound semiconductor, wherein the second compound semiconductor layer has a carbon concentration of 4 × 10 17 cm −3 or more and a carbon concentration of 1 × 10 20. cm -3 or less, the case of forming a metal film forming the Schottky interface between the second compound semiconductor layer on the second compound semiconductor layer, the reverse direction when the reverse bias voltage is 200V The leakage current is 1 × 10 −6 A / cm 2 or less.

上記した本発明による半導体装置は、前記第1化合物半導体層が、Alx1Iny1Ga1−x1−y1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1、x1+y1≦1)からなり、前記第2化合物半導体層は、前記第1化合物半導体層よりもバンドギャップエネルギーが大きいAlx2Iny2Ga1−x2−y2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1、x2+y2≦1)からなることを特徴としている。 In the semiconductor device according to the present invention, the first compound semiconductor layer is made of Al x1 In y1 Ga 1-x1-y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1, x1 + y1 ≦ 1). The two-compound semiconductor layer is made of Al x2 In y2 Ga 1-x2-y2 N (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1, x2 + y2 ≦ 1) having a larger band gap energy than the first compound semiconductor layer. It is characterized by.

上記した本発明による半導体装置は、ダイオードまたは電界効果トランジスタであることを特徴としている。   The semiconductor device according to the present invention is a diode or a field effect transistor.

上記した本発明による半導体装置は、窒化物系化合物半導体からなる前記第1化合物半導体層は、シリコン基板、サファイア基板、炭化珪素基板、または、窒化ガリウム基板上に直接形成されるか、あるいは前記シリコン基板、前記サファイア基板、前記炭化珪素基板、または、窒化ガリウム基板上に設けられたバッファ層上に形成されていることを特徴としている。   In the semiconductor device according to the present invention, the first compound semiconductor layer made of a nitride compound semiconductor is formed directly on a silicon substrate, a sapphire substrate, a silicon carbide substrate, a gallium nitride substrate, or the silicon It is characterized by being formed on a buffer layer provided on the substrate, the sapphire substrate, the silicon carbide substrate, or the gallium nitride substrate.

また、本発明による半導体装置の製造方法は、支持基板上に窒化物系化合物半導体からなる第1化合物半導体層を形成する第1化合物半導体層形成工程と、前記第1化合物半導体層上に、カーボン濃度が2×1017cm−3以上であり、かつ、カーボン濃度が1×1020cm−3以下であり、前記第1化合物半導体層よりもバンドギャップエネルギーが大きい窒化物系化合物半導体からなる第2化合物半導体層を形成する第2化合物半導体層形成工程と、を含み、前記第2化合物半導体層上に該第2化合物半導体層との間にショットキー界面を形成する金属膜を形成した場合、逆方向バイアス電圧を200Vとしたときの逆方向リーク電流が1×10−4A/cm以下であることを特徴としている。 In addition, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a first compound semiconductor layer forming step of forming a first compound semiconductor layer made of a nitride-based compound semiconductor on a support substrate, and a carbon on the first compound semiconductor layer. A nitride-based compound semiconductor having a concentration of 2 × 10 17 cm −3 or more and a carbon concentration of 1 × 10 20 cm −3 or less and a band gap energy larger than that of the first compound semiconductor layer. A second compound semiconductor layer forming step of forming a two compound semiconductor layer, and a metal film that forms a Schottky interface with the second compound semiconductor layer is formed on the second compound semiconductor layer, The reverse leakage current when the reverse bias voltage is 200 V is 1 × 10 −4 A / cm 2 or less.

上記した本発明による半導体装置の製造方法は、支持基板上に窒化物系化合物半導体からなる第1化合物半導体層を形成する第1化合物半導体層形成工程と、前記第1化合物半導体層上に、カーボン濃度が4×1017cm−3以上であり、かつ、カーボン濃度が1×1020cm−3以下であり、前記第1化合物半導体層よりもバンドギャップエネルギーが大きい窒化物系化合物半導体からなる第2化合物半導体層を形成する第2化合物半導体層形成工程と、を含み、前記第2化合物半導体層上に該第2化合物半導体層との間にショットキー界面を形成する金属膜を形成した場合、逆方向バイアス電圧を200Vとしたときの逆方向リーク電流が1×10−6A/cm以下であることを特徴としている。 The above-described method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a first compound semiconductor layer forming step of forming a first compound semiconductor layer made of a nitride compound semiconductor on a support substrate, and a carbon on the first compound semiconductor layer. A nitride-based compound semiconductor having a concentration of 4 × 10 17 cm −3 or more and a carbon concentration of 1 × 10 20 cm −3 or less and a band gap energy larger than that of the first compound semiconductor layer. A second compound semiconductor layer forming step of forming a two compound semiconductor layer, and a metal film that forms a Schottky interface with the second compound semiconductor layer is formed on the second compound semiconductor layer, The reverse leakage current when the reverse bias voltage is 200 V is 1 × 10 −6 A / cm 2 or less.

上記した本発明による半導体装置の製造方法は、前記第2化合物半導体層形成工程が、前記第1化合物半導体層よりもバンドギャップエネルギーが大きい化合物半導体膜の成長中にカーボン原子をドーピングする方法、前記化合物半導体膜を成長した後にイオン注入により該化合物半導体膜中にカーボン原子をドーピングする方法、および、前記化合物半導体膜を成長した後に熱拡散により該化合物半導体膜中にカーボン原子をドーピングする方法の何れかで前記第2化合物半導体層を形成することを特徴としている。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the second compound semiconductor layer forming step includes doping carbon atoms during the growth of the compound semiconductor film having a larger band gap energy than the first compound semiconductor layer, Either a method of doping carbon atoms into the compound semiconductor film by ion implantation after growing the compound semiconductor film, or a method of doping carbon atoms into the compound semiconductor film by thermal diffusion after growing the compound semiconductor film The second compound semiconductor layer is formed.

また、本発明による半導体装置のリーク電流低減方法は、窒化物系化合物半導体からなる第1化合物半導体層と、該第1化合物半導体層上の少なくとも一部に形成され、該第1化合物半導体層よりもバンドギャップエネルギーが大きい窒化物系化合物半導体からなる第2化合物半導体層と、を含む半導体装置のリーク電流低減方法であって、前記第2化合物半導体層に、濃度が2×1017cm−3以上1×1020cm−3以下となるようにカーボンをドーピングすることを特徴としている。その結果、前記第2化合物半導体層上に該第2化合物半導体層との間にショットキー界面を形成する金属膜を形成することで、逆方向バイアス電圧を200Vとしたときの逆方向リーク電流を1×10−4A/cm以下とすることができる。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for reducing a leakage current of a semiconductor device comprising: a first compound semiconductor layer made of a nitride compound semiconductor; and a first compound semiconductor layer formed on at least a part of the first compound semiconductor layer. even leakage current reducing method of a semiconductor device including a second compound semiconductor layer band gap energy is made of a high nitride-based compound semiconductor, a, the second compound semiconductor layer, a concentration of 2 × 10 17 cm -3 Carbon is doped so as to be 1 × 10 20 cm −3 or less. As a result, by forming a metal film that forms a Schottky interface with the second compound semiconductor layer on the second compound semiconductor layer, the reverse leakage current when the reverse bias voltage is 200 V is obtained. It can be set to 1 × 10 −4 A / cm 2 or less.

本発明によれば、窒化物系化合物半導体からなる第2化合物半導体層中に、例えばMgやFeと比較して膜中での拡散や表面への偏折などの問題や電流コラプスの問題を生じさせにくいカーボン(C)を2×1017cm−3以上ドーピングしているため、安定した動作特性の半導体装置および半導体装置の製造方法を実現することが可能となる。また、第2化合物半導体層におけるカーボン濃度を1×1020cm−3以下とし、ソース・ドレイン間の逆方向バイアス電圧を200Vとしたときの、ショットキー界面を形成する第2化合物半導体層および金属膜に流れる逆方向リーク電流を1×10−4A/cm以下としているため、十分な耐圧特性を得られる半導体装置および半導体装置の製造方法を実現することが可能となる。 According to the present invention, in the second compound semiconductor layer made of a nitride-based compound semiconductor, for example, problems such as diffusion in the film and deflection to the surface and current collapse problems occur compared to Mg and Fe. Since carbon (C) that is difficult to be doped is doped at 2 × 10 17 cm −3 or more, it is possible to realize a semiconductor device having a stable operating characteristic and a method for manufacturing the semiconductor device. In addition, the second compound semiconductor layer and the metal that form the Schottky interface when the carbon concentration in the second compound semiconductor layer is 1 × 10 20 cm −3 or less and the reverse bias voltage between the source and the drain is 200 V. Since the reverse leakage current flowing through the film is 1 × 10 −4 A / cm 2 or less, it is possible to realize a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that can obtain sufficient breakdown voltage characteristics.

図1は、本発明の実施の形態1によるHFETの層構造を示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the layer structure of an HFET according to Embodiment 1 of the present invention. 図2−1は、本発明の実施の形態1によるHFETの製造プロセスを示す図である(その1)。FIGS. 2-1 is a figure which shows the manufacturing process of HFET by Embodiment 1 of this invention (the 1). 図2−2は、本発明の実施の形態1によるHFETの製造プロセスを示す図である(その2)。FIGS. 2-2 is a figure which shows the manufacturing process of HFET by Embodiment 1 of this invention (the 2). 図2−3は、本発明の実施の形態1によるHFETの製造プロセスを示す図である(その3)。FIGS. 2-3 is a figure which shows the manufacturing process of HFET by Embodiment 1 of this invention (the 3). 図2−4は、本発明の実施の形態1によるHFETの製造プロセスを示す図である(その4)。FIGS. 2-4 is a figure which shows the manufacturing process of HFET by Embodiment 1 of this invention (the 4). 図3は、本発明の実施の形態1の変形例1によるHFETの製造プロセスを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of the HFET according to the first modification of the first embodiment of the present invention. 図4は、本発明の実施の形態1の変形例2によるHFETの製造プロセスを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a manufacturing process of the HFET according to the second modification of the first embodiment of the present invention. 図5は、本発明の実施の形態1によるHFETにおけるキャリア供給層中のカーボン(C)濃度とゲートリーク電流との関係を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the carbon (C) concentration in the carrier supply layer and the gate leakage current in the HFET according to the first embodiment of the present invention. 図6は、本発明の実施の形態2によるSBDの層構造を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing the layer structure of the SBD according to the second embodiment of the present invention. 図7−1は、本発明の実施の形態2によるSBDの製造プロセスを示す図である(その1)。FIGS. 7-1 is a figure which shows the manufacturing process of SBD by Embodiment 2 of this invention (the 1). 図7−2は、本発明の実施の形態2によるSBDの製造プロセスを示す図である(その2)。FIGS. 7-2 is a figure which shows the manufacturing process of SBD by Embodiment 2 of this invention (the 2).

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の説明において、各図は本発明の内容を理解でき得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎず、従って、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。また、各図では、構成の明瞭化のため、断面におけるハッチングの一部が省略されている。さらに、後述において例示する数値は、本発明の好適な例に過ぎず、従って、本発明は例示された数値に限定されるものではない。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, each drawing only schematically shows the shape, size, and positional relationship to the extent that the contents of the present invention can be understood. Therefore, the present invention is illustrated in each drawing. It is not limited to only the shape, size, and positional relationship. Moreover, in each figure, a part of hatching in a cross section is abbreviate | omitted for clarification of a structure. Furthermore, the numerical values exemplified below are merely preferred examples of the present invention, and therefore the present invention is not limited to the illustrated numerical values.

<実施の形態1>
以下、本発明による半導体装置としてのHFET100を図面と共に詳細に説明する。
<Embodiment 1>
Hereinafter, an HFET 100 as a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(構成)
図1は、本実施の形態によるHFET100の層構造を示す断面図である。なお、図1では、支持基板であるサファイア基板101の上面に対して垂直な面であってチャネル長方向と平行な面でHFET100を切断した場合の断面構造を示す。
(Constitution)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the layer structure of the HFET 100 according to the present embodiment. FIG. 1 shows a cross-sectional structure when the HFET 100 is cut along a plane that is perpendicular to the upper surface of the sapphire substrate 101 that is a support substrate and is parallel to the channel length direction.

図1に示すように、HFET100は、支持基板であるサファイア基板101と、サファイア基板101上のバッファ層102と、バッファ層102上のキャリア走行層103(第1化合物半導体層)と、キャリア走行層103上のキャリア供給層104(第2化合物半導体層)と、キャリア供給層104上に離間して設けられたソース電極106sおよびドレイン電極106dと、キャリア供給層104上におけるソース電極106sとドレイン電極106dとの間に設けられたゲート電極107と、キャリア供給層104上を覆う絶縁膜105と、を備える。   As shown in FIG. 1, the HFET 100 includes a sapphire substrate 101 as a support substrate, a buffer layer 102 on the sapphire substrate 101, a carrier traveling layer 103 (first compound semiconductor layer) on the buffer layer 102, and a carrier traveling layer. 103, a carrier supply layer 104 (second compound semiconductor layer) on the source 103, a source electrode 106s and a drain electrode 106d provided on the carrier supply layer 104, and a source electrode 106s and a drain electrode 106d on the carrier supply layer 104. And an insulating film 105 covering the carrier supply layer 104.

支持基板としては、サファイア基板101の他に、例えばシリコン(111)基板、炭化珪素(SiC)基板、窒化ガリウム(GaN)基板など、種々の基板を使用することができる。   As the support substrate, various substrates such as a silicon (111) substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, and a gallium nitride (GaN) substrate can be used in addition to the sapphire substrate 101.

バッファ層102は、上層に成長させるキャリア走行層103とサファイア基板101との格子定数差による相互作用を緩衝し、両者の接合強度を向上するための層である。このようなバッファ層102には、例えばAlN(窒化アルミニウム)薄膜とGaN薄膜とが交互に複数重ねられた積層膜を用いることができる。この際、サファイア基板101の直上をAlN薄膜とし、GaN膜であるキャリア走行層103の直下をGaN薄膜とすることが好ましい。これにより、バッファ層102とサファイア基板101との接合強度、および、バッファ層102とキャリア走行層103との接合強度を高くすることができる。なお、本発明では、バッファ層102の上に形成する半導体層(本実施の形態ではGaN膜)の材料等に応じてバッファ層102の構造および材料を種々変形できることは言うまでもない。   The buffer layer 102 is a layer for buffering the interaction caused by the difference in lattice constant between the carrier traveling layer 103 grown on the upper layer and the sapphire substrate 101 and improving the bonding strength between them. For the buffer layer 102, for example, a laminated film in which a plurality of AlN (aluminum nitride) thin films and GaN thin films are alternately stacked can be used. At this time, it is preferable that the AlN thin film is directly above the sapphire substrate 101 and the GaN thin film is directly below the carrier traveling layer 103 which is a GaN film. Thereby, the bonding strength between the buffer layer 102 and the sapphire substrate 101 and the bonding strength between the buffer layer 102 and the carrier traveling layer 103 can be increased. In the present invention, it goes without saying that the structure and material of the buffer layer 102 can be variously modified depending on the material of the semiconductor layer (GaN film in this embodiment) formed on the buffer layer 102.

キャリア走行層103は、動作時にチャネル層として機能する層であり、例えばアンドープのGaNで形成される。ただし、このキャリア走行層103は、直上に形成されるキャリア供給層104とのバンドギャップエネルギー差等の関係から、若干n型の半導体層として機能する。なお、本発明では、GaN膜に限らず、例えばAlGaNやInGaNなど、種々のIII族窒化物系化合物半導体を用いてキャリア走行層103を形成することができる。   The carrier traveling layer 103 is a layer that functions as a channel layer during operation, and is formed of, for example, undoped GaN. However, this carrier traveling layer 103 functions as a slightly n-type semiconductor layer due to a difference in band gap energy from the carrier supply layer 104 formed immediately above. In the present invention, the carrier traveling layer 103 can be formed using various group III nitride compound semiconductors such as AlGaN and InGaN, not limited to the GaN film.

キャリア供給層104は、キャリア走行層103よりもバンドギャップエネルギーが大きく、キャリア走行層103とヘテロ接合することでキャリア走行層103におけるヘテロ接合界面付近に2次元電子ガス2DEGを発生させるためのキャリア供給層であり、例えばAlGaNで形成される。   The carrier supply layer 104 has a band gap energy larger than that of the carrier traveling layer 103, and is a carrier supply for generating a two-dimensional electron gas 2DEG near the heterojunction interface in the carrier traveling layer 103 by heterojunction with the carrier traveling layer 103. The layer is formed of, for example, AlGaN.

このように本実施の形態によるHFET100は、キャリア走行層103とキャリア供給層104とが積層されてなるHEMT構造を備えている。このため、バンドギャップエネルギーが小さい方のキャリア走行層103の上面付近には、ヘテロ接合による結晶歪みに基づくピエゾ圧電効果によって2次元電子ガス2DEGが発生する。HFET100は、このキャリア走行層103に発生した2次元電子ガス2DEGをキャリアとして用いる。言い換えれば、多数キャリアを電流の輸送に用いた構成を有している。このため、高速動作およびオン特性に優れた特徴を備える。   As described above, the HFET 100 according to the present embodiment has a HEMT structure in which the carrier traveling layer 103 and the carrier supply layer 104 are laminated. For this reason, the two-dimensional electron gas 2DEG is generated near the upper surface of the carrier traveling layer 103 having the smaller band gap energy due to the piezoelectric effect due to crystal distortion caused by the heterojunction. The HFET 100 uses the two-dimensional electron gas 2DEG generated in the carrier traveling layer 103 as a carrier. In other words, it has a configuration in which majority carriers are used for current transport. For this reason, it is characterized by high speed operation and excellent on characteristics.

なお、本実施の形態では、AlGaN膜で形成されたキャリア供給層104にn型のキャリアを補償する不純物としてカーボン(C)がドーピングされている。不純物としてのCは、例えばMgやFeと比較して、膜中での拡散や表面への偏折などの問題、および、電流コラプスの問題を生じさせにくいため、安定した動作特性を得ることが可能となる。なお、キャリア供給層104中のC濃度は、例えば2×1017cm−3程度以上とすることが好ましい。これにより、後述するように、効率的にゲートリーク電流を抑えることが可能となるため、耐圧特性が向上され且つリーク電流が低減されたHFET100を実現することができる。ただし、キャリア供給層104中のカーボン(C)濃度は、1×1020cm−3以下であることが好ましい。また、キャリア供給層104上にこのキャリア供給層104とショットキー界面を形成する金属膜(例えば後述するゲート107)を形成した場合、例えばソース・ドレイン間の逆方向バイアス電圧を200Vとしたときの逆方向リーク電流が1×10−4A/cm以下であることが好ましい。これにより、ソース・ドレイン間の抵抗値が低下してゲート・ドレイン間の耐圧が劣化することを防止できる。さらには、キャリア供給層104上にこのキャリア供給層104とショットキー界面を形成する金属膜(例えばゲート107)を形成した場合、例えばソース・ドレイン間の逆方向バイアス電圧を200Vとしたときの逆方向リーク電流が1×10−6A/cm以下となるようにすることで、ゲート・ドレイン間の耐圧をより向上することが可能となる。 In this embodiment mode, carbon (C) is doped as an impurity for compensating n-type carriers in the carrier supply layer 104 formed of an AlGaN film. C as an impurity is less likely to cause problems such as diffusion in the film, deflection to the surface, and current collapse as compared with, for example, Mg and Fe, so that stable operating characteristics can be obtained. It becomes possible. Note that the C concentration in the carrier supply layer 104 is preferably about 2 × 10 17 cm −3 or more, for example. As a result, as will be described later, the gate leakage current can be efficiently suppressed, and thus the HFET 100 with improved breakdown voltage characteristics and reduced leakage current can be realized. However, the carbon (C) concentration in the carrier supply layer 104 is preferably 1 × 10 20 cm −3 or less. Further, when a metal film (for example, a gate 107 described later) that forms a Schottky interface with the carrier supply layer 104 is formed on the carrier supply layer 104, for example, when the reverse bias voltage between the source and the drain is set to 200V it is preferred reverse leakage current is 1 × 10 -4 A / cm 2 or less. Thereby, it is possible to prevent the resistance value between the source and the drain from being lowered and the breakdown voltage between the gate and the drain from being deteriorated. Furthermore, when a metal film (for example, the gate 107) that forms the Schottky interface with the carrier supply layer 104 is formed on the carrier supply layer 104, for example, the reverse when the reverse bias voltage between the source and the drain is 200V. By setting the directional leakage current to 1 × 10 −6 A / cm 2 or less, the breakdown voltage between the gate and the drain can be further improved.

キャリア供給層104上に離間して設けられたソース電極106sおよびドレイン電極106dは、キャリア供給層104とオーミック接触する、または、接触抵抗が十分に小さい状態で接触する電極であり、例えば下層から順にチタニウム(Ti)とアルミニウム(Al)と金(Au)とが積層された積層金属膜(以下、この積層金属膜をTi/Al/Au膜という)を用いて形成される。ただし、本発明ではこれに限定されず、例えばチタニウム(Ti)、アルミニウム(Al)、シリコン(Si)、鉛(Pb)、クロム(Cr)、インジウム(In)、タンタル(Ta)のうち少なくとも一つを含む金属膜、Ti、Al、Si、Pb、Cr、In、Taのうち少なくとも一つを含む合金よりなる金属膜、または、Ti、Al、Si、Taのうち少なくとも一つを含むシリサイド合金よりなる金属膜のうち、少なくとも1つを含む金属膜など、上記条件を満たす金属材料であれば如何なるものを用いてもよい。   The source electrode 106s and the drain electrode 106d provided separately on the carrier supply layer 104 are electrodes that are in ohmic contact with the carrier supply layer 104 or in a state in which the contact resistance is sufficiently small. It is formed using a laminated metal film in which titanium (Ti), aluminum (Al), and gold (Au) are laminated (hereinafter, this laminated metal film is referred to as a Ti / Al / Au film). However, the present invention is not limited to this. For example, at least one of titanium (Ti), aluminum (Al), silicon (Si), lead (Pb), chromium (Cr), indium (In), and tantalum (Ta). A metal film made of an alloy containing at least one of Ti, Al, Si, Pb, Cr, In, Ta, or a silicide alloy containing at least one of Ti, Al, Si, Ta Any metal film satisfying the above conditions, such as a metal film including at least one of the metal films formed, may be used.

また、ゲート電極107は、キャリア供給層104とショットキー接触する電極であり、例えば下層から順に白金(Pt)とAuとが積層された積層金属膜(以下、この積層金属膜をPt/Au膜という)を用いて形成される。ただし、本発明はこれに限定されず、例えばニッケル(Ni)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、タングステン(W)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)のうち少なくとも一つを含む金属膜、または、Ni、Pt、Pd、W、Au、Ag、Cu、Ta、Alのうち少なくとも一つを含む合金よりなる金属膜のうち、少なくとも1つを含む金属膜など、上記条件を満たす金属材料であれば如何なるものを用いても良い。   The gate electrode 107 is an electrode in Schottky contact with the carrier supply layer 104. For example, a laminated metal film in which platinum (Pt) and Au are laminated in order from the lower layer (hereinafter, this laminated metal film is referred to as a Pt / Au film). Are used). However, the present invention is not limited to this. For example, nickel (Ni), platinum (Pt), palladium (Pd), tungsten (W), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), tantalum (Ta ), A metal film containing at least one of aluminum (Al), or a metal film made of an alloy containing at least one of Ni, Pt, Pd, W, Au, Ag, Cu, Ta, and Al, Any metal material that satisfies the above conditions, such as a metal film including at least one, may be used.

絶縁膜105は、下層に形成したHFET素子を電気的および物理的に保護するための
保護膜であり、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜で構成される。ただし、これに限
定されず、種々の絶縁膜を用いることが可能である。
The insulating film 105 is a protective film for electrically and physically protecting the HFET element formed in the lower layer, and is composed of, for example, a silicon oxide film or a silicon nitride film. However, the present invention is not limited to this, and various insulating films can be used.

(製造方法)
次に、本実施の形態によるHFET100の製造方法を、図面を用いて詳細に説明する。図2−1〜図2−4は、本実施の形態によるHFET100の製造プロセスを示す図である。
(Production method)
Next, a method for manufacturing the HFET 100 according to the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. 2A to 2D are diagrams illustrating a manufacturing process of the HFET 100 according to the present embodiment.

図2−1に示すように、本製造方法では、まず、支持基板としてのサファイア基板101上にAlN薄膜とGaN薄膜とを交互に複数層成膜することで、膜厚が例えば20nm程度のバッファ層102を形成する。続いて、バッファ層102上にGaN膜を成膜することで、膜厚が例えば1μm程度のキャリア走行層103を形成する。なお、バッファ層102中の各薄膜およびキャリア走行層103であるGaN膜の成膜には、例えば有機金属気相成長法(MOCVD法)を用いることができる。ただし、これに限定されず、例えばハイドライド気相成長法(HVPE法)や分子線エピタキシー法(MBE法)など、種々の成膜方法を用いてよい。   As shown in FIG. 2A, in the present manufacturing method, first, a plurality of AlN thin films and GaN thin films are alternately formed on a sapphire substrate 101 as a support substrate, whereby a buffer having a film thickness of about 20 nm, for example. Layer 102 is formed. Subsequently, by forming a GaN film on the buffer layer 102, the carrier traveling layer 103 having a thickness of, for example, about 1 μm is formed. For example, a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method) can be used to form each thin film in the buffer layer 102 and the GaN film that is the carrier traveling layer 103. However, the present invention is not limited to this, and various film forming methods such as a hydride vapor phase epitaxy method (HVPE method) and a molecular beam epitaxy method (MBE method) may be used.

次に、図2−2に示すように、キャリア走行層103上にAl0.25Ga0.75N膜を成膜することで、膜厚が例えば25nm程度のキャリア供給層104を形成する。キャリア供給層104であるAlGaN膜の成膜には、キャリア走行層103と同様に、MOCVD法の他、例えばHVPE法やMBE法などの種々の成膜方法を用いることができる。ただし、本実施の形態では、膜中のカーボン(C)濃度が2×1017cm−3程度以上、例えば2.5×1017cm−3程度となるようにキャリア供給層104を形成する。アクセプタとしてカーボン(C)を含むキャリア供給層104は、例えばMOCVD法を用いる場合、有機金属元素に含まれる炭素(C)によるオートドーピングにより形成することができる。 Next, as illustrated in FIG. 2B, an Al 0.25 Ga 0.75 N film is formed on the carrier traveling layer 103 to form the carrier supply layer 104 having a thickness of, for example, about 25 nm. For film formation of the AlGaN film as the carrier supply layer 104, various film formation methods such as the HVPE method and the MBE method can be used in addition to the MOCVD method, similarly to the carrier traveling layer 103. However, in this embodiment, the carrier supply layer 104 is formed so that the carbon (C) concentration in the film is about 2 × 10 17 cm −3 or more, for example, about 2.5 × 10 17 cm −3 . The carrier supply layer 104 containing carbon (C) as an acceptor can be formed by autodoping with carbon (C) contained in an organometallic element, for example, when MOCVD is used.

以上のようにサファイア基板101上にバッファ層102を挟んでキャリア走行層103とキャリア供給層104とからなるHEMT構造の積層膜を形成すると、次に、キャリア供給層104上に例えば酸化シリコン(SiO)または窒化シリコン(SiN)を堆積することで絶縁膜105を形成する。なお、SiOまたはSiNの堆積には、例えば化学気相成長法(CVD法)を用いることができる。 As described above, when the HEMT structure laminated film including the carrier traveling layer 103 and the carrier supply layer 104 is formed on the sapphire substrate 101 with the buffer layer 102 interposed therebetween, next, for example, silicon oxide (SiO 2) is formed on the carrier supply layer 104. 2 ) or an insulating film 105 is formed by depositing silicon nitride (SiN). For the deposition of SiO 2 or SiN, for example, a chemical vapor deposition method (CVD method) can be used.

続いて、フォトレジストR1をエッチングマスクとして用いるフォトリソグラフィ工程によって絶縁膜105をパターニングすることで、図2−3に示すように、絶縁膜105における離間した2つの領域にキャリア供給層104をそれぞれ露出させる開口A1を形成する。この際、キャリア供給層104との選択比が十分に取れるエッチャントおよびエッチング条件を用いて絶縁膜105をパターニングすることが好ましい。例えば絶縁膜105をシリコン酸化膜で形成した場合、エッチャントには、フッ酸溶液を用いることができる。また、シリコン窒化膜で形成した場合、エッチャントには、例えばリン酸溶液を用いることができる。   Subsequently, by patterning the insulating film 105 by a photolithography process using the photoresist R1 as an etching mask, the carrier supply layer 104 is exposed in two spaced apart regions of the insulating film 105 as shown in FIG. The opening A1 to be formed is formed. At this time, it is preferable to pattern the insulating film 105 using an etchant and an etching condition that allow a sufficient selection ratio with the carrier supply layer 104. For example, when the insulating film 105 is formed using a silicon oxide film, a hydrofluoric acid solution can be used as the etchant. Further, when the silicon nitride film is used, for example, a phosphoric acid solution can be used as the etchant.

続いて、例えばリフトオフ法を用いることで、開口A1内にキャリア供給層104とオーミック接触するソース電極106sおよびドレイン電極106dをそれぞれ形成する。なお、リフトオフ時の犠牲層には、上記フォトレジストR1を用いることができる。また、ソース電極106sおよびドレイン電極106dは、上述したように例えばTi/Al/Au膜で形成することができる。さらに、ソース電極106sおよびドレイン電極106dは、キャリア供給層104とオーミック接触していずとも、十分に小さい接触抵抗で接触していればよい。   Subsequently, by using, for example, a lift-off method, the source electrode 106s and the drain electrode 106d that are in ohmic contact with the carrier supply layer 104 are formed in the opening A1. Note that the photoresist R1 can be used for the sacrificial layer at the time of lift-off. The source electrode 106s and the drain electrode 106d can be formed of, for example, a Ti / Al / Au film as described above. Furthermore, the source electrode 106s and the drain electrode 106d may be in contact with the carrier supply layer 104 with sufficiently small contact resistance even if they are not in ohmic contact.

次に、フォトレジストR2をエッチングマスクとして用いるフォトリソグラフィ工程によって絶縁膜105をパターニングすることで、図2−4に示すように、絶縁膜105におけるソース106sおよびドレイン106dで挟まれた領域の一部に開口A2を形成する。続いて、例えばリフトオフ法を用いることで、開口A2内にキャリア供給層104とショットキー接触するゲート電極107を形成する。なお、リフトオフ時の犠牲層には、上記フォトレジストR2を用いることができる。また、ゲート電極107は、上述したように例えばPt/Au膜で形成することができる。これにより、図1に示す層構造を備えたHFET100が製造される。   Next, by patterning the insulating film 105 by a photolithography process using the photoresist R2 as an etching mask, a part of the region sandwiched between the source 106s and the drain 106d in the insulating film 105 as shown in FIG. 2-4. An opening A2 is formed in Subsequently, for example, a lift-off method is used to form the gate electrode 107 in Schottky contact with the carrier supply layer 104 in the opening A2. Note that the photoresist R2 can be used for the sacrificial layer at the time of lift-off. Further, as described above, the gate electrode 107 can be formed of, for example, a Pt / Au film. Thereby, the HFET 100 having the layer structure shown in FIG. 1 is manufactured.

以上のように、本実施の形態によれば、キャリア供給層104に、例えばMgやFeと比較して膜中での拡散や表面への偏折などの問題や電流コラプスの問題を生じさせにくいカーボン(C)を2×1017cm−3以上ドーピングしているため、安定した動作特性のHFET100を実現することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, the carrier supply layer 104 is less likely to cause problems such as diffusion in the film, deflection to the surface, and current collapse as compared with, for example, Mg or Fe. Since carbon (C) is doped at 2 × 10 17 cm −3 or more, the HFET 100 having stable operating characteristics can be realized.

すなわち、キャリア走行層103(第1化合物半導体層)と、キャリア走行層103上の少なくとも一部に形成され、キャリア走行層103よりもバンドギャップエネルギーが大きいキャリア供給層104(第2化合物半導体層)と、を含むHFET100において、キャリア供給層104に、濃度が2×1017cm−3以上1×1020cm−3以下となるようにカーボン(C)をドーピングした。また、キャリア供給層104上にキャリア供給層104との間にショットキー界面を形成するゲート107を形成し、かつ、逆方向バイアス電圧を200Vとしたときの逆方向リーク電流を1×10−4A/cm以下とした。これにより、HFET100におけるリーク電流を限定することが可能となるため、HEMT100の耐圧特性を向上させることが可能となる。 That is, the carrier transit layer 103 (first compound semiconductor layer) and the carrier supply layer 104 (second compound semiconductor layer) formed on at least a part of the carrier transit layer 103 and having a larger band gap energy than the carrier transit layer 103. In the HFET 100 including, the carrier supply layer 104 is doped with carbon (C) so that the concentration is 2 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 20 cm −3 or less. Further, the gate 107 that forms a Schottky interface with the carrier supply layer 104 is formed on the carrier supply layer 104, and the reverse leakage current when the reverse bias voltage is 200 V is 1 × 10 −4. A / cm 2 or less. As a result, the leakage current in the HFET 100 can be limited, so that the breakdown voltage characteristics of the HEMT 100 can be improved.

例えばゲート・ドレイン間に逆バイアスの電位差を与えてHFET100をオフさせた場合、具体的にはドレイン電圧を0Vとし、ゲート電圧をマイナスとした場合、HFET100のゲート・ドレイン間に流れるゲートリーク電流は1×10−4A/cm程度と良好な値が得られた。なお、この際のゲート電圧を−10Vとし、ソース・ドレイン間電圧を200Vとした。 For example, when the HFET 100 is turned off by applying a reverse bias potential difference between the gate and the drain, specifically, when the drain voltage is 0 V and the gate voltage is negative, the gate leakage current flowing between the gate and the drain of the HFET 100 is Good values of about 1 × 10 −4 A / cm 2 were obtained. At this time, the gate voltage was set to −10V, and the source-drain voltage was set to 200V.

また、図5に、本実施の形態によるHFET100におけるキャリア供給層104中のカーボン(C)濃度とゲートリーク電流との関係を示す。図5から明らかなように、キャリア供給層104中のカーボン(C)濃度が高いほど、ゲートリーク電流が抑えられている。例えばカーボン(C)濃度が1×1017cm−3程度だとゲートリーク電流が1×10−4A/cm程度であるのに対し、カーボン(C)濃度が2.5×1017cm−3程度のときゲートリーク電流が1×10−5A/cm程度と低減され、さらにカーボン(C)濃度が5×1017cm−3程度のときゲートリーク電流が1×10−7A/cm程度とより低減された。 FIG. 5 shows the relationship between the carbon (C) concentration in the carrier supply layer 104 and the gate leakage current in the HFET 100 according to the present embodiment. As is clear from FIG. 5, the gate leakage current is suppressed as the carbon (C) concentration in the carrier supply layer 104 is higher. For example, when the carbon (C) concentration is about 1 × 10 17 cm −3 , the gate leakage current is about 1 × 10 −4 A / cm 2 , whereas the carbon (C) concentration is 2.5 × 10 17 cm. When it is about −3, the gate leakage current is reduced to about 1 × 10 −5 A / cm 2 , and when the carbon (C) concentration is about 5 × 10 17 cm −3 , the gate leakage current is 1 × 10 −7 A / Cm 2 and so on.

これらのことから、キャリア供給層104中のカーボン(C)濃度を2×1017cm−3以上とすることで、ゲートリーク電流を効率よく抑えられ、耐圧特性が向上され且つリーク電流が低減されたHFET100を実現できることが判った。 Therefore, by setting the carbon (C) concentration in the carrier supply layer 104 to 2 × 10 17 cm −3 or more, gate leakage current can be efficiently suppressed, breakdown voltage characteristics are improved, and leakage current is reduced. It was found that the HFET 100 can be realized.

また、本実施の形態では、キャリア供給層104上にこのキャリア供給層104とショットキー界面を形成する金属膜(例えばゲート電極107に相当)を形成した場合、例えばソース・ドレイン間の逆方向バイアス電圧を200Vとしたときの逆方向リーク電流が1×10−4A/cm以下となるようにすることで、ソース・ドレイン間の抵抗値の低下を抑制できるため、ゲート・ドレイン間の耐圧が劣化することを防止できる。さらには、キャリア供給層104中のカーボン(C)濃度を4×1017cm−3以上とし、キャリア供給層104上にこのキャリア供給層104とショットキー界面を形成する金属膜(例えばゲート107に相当)を形成した場合、例えばソース・ドレイン間の逆方向バイアス電圧を200Vとしたときの逆方向リーク電流が1×10−6A/cm以下となるようにすることで、ゲート・ドレイン間の耐圧をより向上することが可能となる。 In this embodiment, when a metal film (for example, corresponding to the gate electrode 107) that forms a Schottky interface with the carrier supply layer 104 is formed on the carrier supply layer 104, for example, a reverse bias between the source and the drain is provided. Since the decrease in the resistance value between the source and the drain can be suppressed by setting the reverse leakage current when the voltage is 200 V to be 1 × 10 −4 A / cm 2 or less, the breakdown voltage between the gate and the drain Can be prevented from deteriorating. Further, the carbon (C) concentration in the carrier supply layer 104 is set to 4 × 10 17 cm −3 or more, and a metal film (for example, in the gate 107) that forms a Schottky interface with the carrier supply layer 104 on the carrier supply layer 104. For example, when the reverse bias voltage between the source and the drain is 200 V, the reverse leakage current is 1 × 10 −6 A / cm 2 or less, thereby It is possible to further improve the breakdown voltage.

(変形例1)
次に、本実施の形態によるHFET100の他の製造方法を、以下に変形例1として説明する。本変形例1では、イオン注入によりカーボン(C)がドーピングされたキャリア供給層104を形成する。すなわち、例えばMOCVD法を用いてアンドープのAlGaN膜を成膜し、続いて、図3に示すように、AlGaN膜にCイオンを注入後、膜中のカーボン(C)原子を熱拡散する。これにより、膜中のカーボン(C)濃度が2×1017cm−3程度以上、例えば2.5×1017cm−3程度のキャリア供給層104が形成される。この際、カーボンイオンの加速エネルギーを連続的または段階的に変化させることで、キャリア供給層104内のカーボン(C)原子のプロファイルが均一となるように調整してもよい。なお、他の構成および製造方法は、上記実施の形態1と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
(Modification 1)
Next, another method for manufacturing the HFET 100 according to the present embodiment will be described as a first modification. In the first modification, the carrier supply layer 104 doped with carbon (C) is formed by ion implantation. That is, an undoped AlGaN film is formed by using, for example, the MOCVD method, and subsequently, as shown in FIG. 3, after C ions are implanted into the AlGaN film, carbon (C) atoms in the film are thermally diffused. Thus, the carbon in the film (C) concentration of approximately 2 × 10 17 cm -3 or more, for example 2.5 × 10 17 cm -3 of about carrier supply layer 104 is formed. At this time, the carbon (C) atom profile in the carrier supply layer 104 may be adjusted to be uniform by changing the acceleration energy of the carbon ions continuously or stepwise. Since other configurations and manufacturing methods are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.

(変形例2)
次に、本実施の形態によるHFET100の他の製造方法を、以下に変形例2として説明する。本変形例2では、アンドープのAlGaN膜上にカーボン(C)リッチの膜を形成し、この膜からAlGaN膜へカーボン(C)原子をドリフトさせることで、カーボン(C)がドーピングされたキャリア供給層104を形成する。すなわち、例えばMOCVD法を用いてアンドープのAlGaN膜を成膜し、続いて、AlGaN層上にグラファイトなどを形成することでカーボン(C)を多く含むカーボンソース膜104Aを形成する。次に、カーボンソース膜104A上にシリコン酸化膜などの拡散防止膜104Bを形成し、続いて、図4に示すように、アニーリングによりカーボンソース膜104Aを加熱することで、カーボンソース膜104AからAlGaN層へカーボン(C)原子を熱ドリフトさせる。これにより、膜中のカーボン(C)濃度が2×1017cm−3程度以上、例えば2.5×1017cm−3程度のキャリア供給層104が形成される。この際、チャンバ内に電界を形成することで、カーボン(C)原子のAlGaN層へのドリフトを促してもよい。なお、他の構成および製造方法は、上記実施の形態1と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
(Modification 2)
Next, another method for manufacturing the HFET 100 according to the present embodiment will be described below as a second modification. In the second modification, a carbon (C) -rich film is formed on an undoped AlGaN film, and carbon (C) atoms are drifted from the film to the AlGaN film, thereby supplying the carrier doped with carbon (C). Layer 104 is formed. That is, for example, an MOCVD method is used to form an undoped AlGaN film, and then a carbon source film 104A containing a large amount of carbon (C) is formed by forming graphite or the like on the AlGaN layer. Next, a diffusion prevention film 104B such as a silicon oxide film is formed on the carbon source film 104A, and then the carbon source film 104A is heated by annealing as shown in FIG. Thermally drift carbon (C) atoms into the layer. Thus, the carrier supply layer 104 having a carbon (C) concentration in the film of about 2 × 10 17 cm −3 or more, for example, about 2.5 × 10 17 cm −3 is formed. At this time, a drift of carbon (C) atoms to the AlGaN layer may be promoted by forming an electric field in the chamber. Since other configurations and manufacturing methods are the same as those in the first embodiment, detailed description thereof is omitted here.

<実施の形態2>
以下、本発明による半導体装置としてのショットキーバリアダイオード(Shottky Barrier diode:以下、単にSBDという)200を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の説明において、上記実施の形態1と同様の構成については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
<Embodiment 2>
Hereinafter, a Schottky barrier diode (hereinafter referred to simply as SBD) 200 as a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

(構成)
図6は、本実施の形態によるSBD200の層構造を示す断面図である。なお、図6では、支持基板であるサファイア基板101の上面に対して垂直な面であってチャネル長方向と平行な面でSBD200を切断した場合の断面構造を示す。
(Constitution)
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the layer structure of SBD 200 according to the present embodiment. Note that FIG. 6 shows a cross-sectional structure when the SBD 200 is cut along a plane that is perpendicular to the upper surface of the sapphire substrate 101 that is a support substrate and is parallel to the channel length direction.

図6に示すように、SBD200は、支持基板であるサファイア基板101と、サファイア基板101上のバッファ層102と、バッファ層102上のキャリア走行層103(第1化合物半導体層)と、キャリア走行層103上のキャリア供給層104(第2化合物半導体層)と、キャリア供給層104上に離間して設けられたアノード電極ANおよびカソード電極CAと、キャリア供給層104上を覆う絶縁膜105と、を備える。   As shown in FIG. 6, the SBD 200 includes a sapphire substrate 101 that is a support substrate, a buffer layer 102 on the sapphire substrate 101, a carrier traveling layer 103 (first compound semiconductor layer) on the buffer layer 102, and a carrier traveling layer. 103, a carrier supply layer 104 (second compound semiconductor layer), an anode electrode AN and a cathode electrode CA provided on the carrier supply layer 104, and an insulating film 105 covering the carrier supply layer 104. Prepare.

この構成において、サファイア基板101とバッファ層102とキャリア走行層103とキャリア供給層104と絶縁膜105とは、上記実施の形態1における構成と同様である。すなわち、本実施の形態においても、AlGaN膜で形成されたキャリア供給層104にn型の不純物としてカーボン(C)がドーピングされており、そのC濃度が例えば2×1017cm−3程度以上とされている。 In this configuration, the sapphire substrate 101, the buffer layer 102, the carrier traveling layer 103, the carrier supply layer 104, and the insulating film 105 are the same as those in the first embodiment. That is, also in this embodiment, the carrier supply layer 104 formed of an AlGaN film is doped with carbon (C) as an n-type impurity, and the C concentration is, for example, about 2 × 10 17 cm −3 or more. Has been.

キャリア供給層104上のアノード電極ANは、キャリア供給層104とショットキー接触する電極であり、例えば下層から順に白金(Pt)とAuとが積層されたPt/Au膜を用いて形成される。ただし、本発明はこれに限定されず、例えばニッケル(Ni)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、タングステン(W)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、タンタル(Ta)、アルミニウム(Al)のうち少なくとも一つを含む金属膜、または、Ni、Pt、Pd、W、Au、Ag、Cu、Ta、Alのうち少なくとも一つを含む合金よりなる金属膜のうち、少なくとも1つを含む金属膜など、上記条件を満たす金属材料であれば如何なるものを用いても良い。   The anode electrode AN on the carrier supply layer 104 is an electrode that is in Schottky contact with the carrier supply layer 104, and is formed using, for example, a Pt / Au film in which platinum (Pt) and Au are stacked in order from the lower layer. However, the present invention is not limited to this. For example, nickel (Ni), platinum (Pt), palladium (Pd), tungsten (W), gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), tantalum (Ta ), A metal film containing at least one of aluminum (Al), or a metal film made of an alloy containing at least one of Ni, Pt, Pd, W, Au, Ag, Cu, Ta, and Al, Any metal material that satisfies the above conditions, such as a metal film including at least one, may be used.

また、キャリア供給層104上のカソード電極CAは、キャリア供給層104とオーミック接触する電極であり、例えば下層から順にチタニウム(Ti)とアルミニウム(Al)と金(Au)とが積層されたTi/Al/Au膜を用いて形成される。ただし、本発明ではこれに限定されず、例えばチタニウム(Ti)、アルミニウム(Al)、シリコン(Si)、鉛(Pb)、クロム(Cr)、インジウム(In)、タンタル(Ta)のうち少なくとも一つを含む金属膜、Ti、Al、Si、Pb、Cr、In、Taのうち少なくとも一つを含む合金よりなる金属膜、または、Ti、Al、Si、Taのうち少なくとも一つを含むシリサイド合金よりなる金属膜のうち、少なくとも1つを含む金属膜など、上記条件を満たす金属材料であれば如何なるものを用いてもよい。   The cathode electrode CA on the carrier supply layer 104 is an electrode that is in ohmic contact with the carrier supply layer 104. For example, Ti / Ti in which titanium (Ti), aluminum (Al), and gold (Au) are stacked in this order from the lower layer. It is formed using an Al / Au film. However, the present invention is not limited to this. For example, at least one of titanium (Ti), aluminum (Al), silicon (Si), lead (Pb), chromium (Cr), indium (In), and tantalum (Ta). A metal film made of an alloy containing at least one of Ti, Al, Si, Pb, Cr, In, Ta, or a silicide alloy containing at least one of Ti, Al, Si, Ta Any metal film satisfying the above conditions, such as a metal film including at least one of the metal films formed, may be used.

(製造方法)
次に、本実施の形態によるSBD200の製造方法を、図面を用いて詳細に説明する。ただし、上記実施の形態1による製造方法と同様の工程については、その説明を引用することで、重複する説明を省略する。図7−1および図7−2は、本実施の形態によるSBD200の製造プロセスを示す図である。
(Production method)
Next, the manufacturing method of SBD200 by this Embodiment is demonstrated in detail using drawing. However, the description of the same steps as the manufacturing method according to the first embodiment is omitted by citing the description. FIGS. 7-1 and FIGS. 7-2 are figures which show the manufacturing process of SBD200 by this Embodiment.

本製造方法では、まず、上記実施の形態1において図2−1および図2−2を用いて説明した工程と同様の工程を経ることで、サファイア基板101上にバッファ層102を挟んでキャリア走行層103とキャリア供給層104とからなるHEMT構造の積層膜を形成する。   In this manufacturing method, first, the carrier travel is performed with the buffer layer 102 sandwiched between the sapphire substrate 101 through the same steps as those described in the first embodiment with reference to FIGS. 2-1 and 2-2. A laminated film having a HEMT structure including the layer 103 and the carrier supply layer 104 is formed.

次に、本製造方法では、キャリア供給層104上に例えばSiOまたはSiNを堆積することで絶縁膜105を形成し、続いて、フォトレジストR3をエッチングマスクとして用いるフォトリソグラフィ工程によって絶縁膜105をパターニングすることで、図7−1に示すように、キャリア供給層104の一部を露出させる開口A3を絶縁膜105に形成する。なお、絶縁膜105のパターニング方法は、図2−3または図2−4の説明において触れた方法と同様である。 Next, in this manufacturing method, the insulating film 105 is formed by depositing, for example, SiO 2 or SiN on the carrier supply layer 104, and then the insulating film 105 is formed by a photolithography process using the photoresist R3 as an etching mask. By patterning, as shown in FIG. 7A, an opening A3 exposing a part of the carrier supply layer 104 is formed in the insulating film 105. Note that the patterning method of the insulating film 105 is the same as the method mentioned in the description of FIG. 2-3 or FIG.

続いて、例えばリフトオフ法を用いることで、開口A3内にキャリア供給層104とオーミック接触するカソード電極CAを形成する。なお、リフトオフ時の犠牲層には、上記フォトレジストR3を用いることができる。また、カソード電極CAは、上述したように例えばTi/Al/Au膜で形成することができる。さらに、カソード電極CAは、キャリア供給層104とオーミック接触していずとも、十分に小さい接触抵抗で接触していればよい。   Subsequently, a cathode electrode CA that is in ohmic contact with the carrier supply layer 104 is formed in the opening A3 by using, for example, a lift-off method. Note that the photoresist R3 can be used for the sacrificial layer at the time of lift-off. Further, as described above, the cathode electrode CA can be formed of, for example, a Ti / Al / Au film. Furthermore, even if the cathode electrode CA is not in ohmic contact with the carrier supply layer 104, it may be in contact with a sufficiently small contact resistance.

次に、フォトレジストR4をエッチングマスクとして用いるフォトリソグラフィ工程によって絶縁膜105をパターニングすることで、図7−2に示すように、キャリア供給層104の一部を露出させる開口A4を絶縁膜105に形成する。なお、絶縁膜105のパターニング方法は、図2−3または図204の説明において触れた方法と同様である。   Next, by patterning the insulating film 105 by a photolithography process using the photoresist R4 as an etching mask, an opening A4 exposing a part of the carrier supply layer 104 is formed in the insulating film 105 as shown in FIG. Form. Note that the patterning method of the insulating film 105 is the same as the method mentioned in the description of FIG.

続いて、例えばリフトオフ法を用いることで、開口A4内にキャリア供給層104とショットキー接触するアノード電極ANを形成する。なお、リフトオフ時の犠牲層には、上記フォトレジストR4を用いることができる。また、アノード電極ANは、上述したように例えばPt/Au膜で形成することができる。これにより、図6に示す層構造を備えたSBD200が製造される。   Subsequently, the anode electrode AN that is in Schottky contact with the carrier supply layer 104 is formed in the opening A4 by using, for example, a lift-off method. Note that the photoresist R4 can be used for the sacrificial layer at the time of lift-off. The anode electrode AN can be formed of, for example, a Pt / Au film as described above. Thereby, SBD200 provided with the layer structure shown in FIG. 6 is manufactured.

以上のように、本実施の形態によれば、キャリア供給層104に、例えばMgやFeと比較して膜中での拡散や表面への偏折などの問題や電流コラプスの問題を生じさせにくいカーボン(C)を2×1017cm−3以上ドーピングしているため、安定した動作特性のSBD200を実現することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, the carrier supply layer 104 is less likely to cause problems such as diffusion in the film, deflection to the surface, and current collapse as compared with, for example, Mg or Fe. Since carbon (C) is doped at 2 × 10 17 cm −3 or more, it becomes possible to realize the SBD 200 with stable operating characteristics.

ここで、例えばカーボン(C)濃度を1×1017cm−3程度とした場合、逆方向バイアス電圧が200Vのときの逆方向リーク電流は1×10−4A/cm程度であったのに対し、カーボン(C)濃度を2.5×1017cm−3程度とした場合、逆方向バイアス電圧が200Vのときの逆方向リーク電流は1×10−5A/cm程度と低減された。さらに、カーボン(C)濃度を5×1017cm−3程度とすることで逆方向バイアス電圧200Vのときの逆方向リーク電流は1×10−7A/cm程度とより低減された。 Here, for example, when the carbon (C) concentration is about 1 × 10 17 cm −3 , the reverse leakage current when the reverse bias voltage is 200 V is about 1 × 10 −4 A / cm 2. On the other hand, when the carbon (C) concentration is about 2.5 × 10 17 cm −3 , the reverse leakage current when the reverse bias voltage is 200 V is reduced to about 1 × 10 −5 A / cm 2. It was. Further, by setting the carbon (C) concentration to about 5 × 10 17 cm −3 , the reverse leakage current at a reverse bias voltage of 200 V was further reduced to about 1 × 10 −7 A / cm 2 .

これらのことから、キャリア供給層104中のカーボン(C)濃度を2×1017cm−3以上とすることで、逆方向リーク電流を効率よく抑えられ、耐圧特性が向上され且つリーク電流が低減されたSBD200を実現できることが判った。 Therefore, by setting the carbon (C) concentration in the carrier supply layer 104 to 2 × 10 17 cm −3 or more, the reverse leakage current can be efficiently suppressed, the breakdown voltage characteristics are improved, and the leakage current is reduced. It has been found that the SBD 200 can be realized.

また、本実施の形態では、キャリア供給層104上にこのキャリア供給層104とショットキー界面を形成する金属膜(例えばアノード電極ANに相当)を形成した場合、例えば逆方向バイアス電圧を200Vとしたときの逆方向リーク電流が1×10−4A/cm以下となるようにすることで、アノード・カソード間の抵抗値の低下を抑制できるため、SBD200の耐圧が劣化することを防止できる。さらには、キャリア供給層104中のカーボン(C)濃度を4×1017cm−3以上とし、キャリア供給層104上にこのキャリア供給層104とショットキー界面を形成する金属膜(例えばアノード電極ANに相当)を形成した場合、例えば逆方向バイアス電圧を200Vとしたときの逆方向リーク電流が1×10−6A/cm以下となるようにすることで、SBD200の耐圧をより向上することが可能となる。 In this embodiment, when a metal film (for example, corresponding to the anode electrode AN) that forms a Schottky interface with the carrier supply layer 104 is formed on the carrier supply layer 104, the reverse bias voltage is set to 200 V, for example. When the reverse leakage current at that time is 1 × 10 −4 A / cm 2 or less, a decrease in the resistance value between the anode and the cathode can be suppressed, so that the breakdown voltage of the SBD 200 can be prevented from deteriorating. Furthermore, the carbon (C) concentration in the carrier supply layer 104 is set to 4 × 10 17 cm −3 or more, and a metal film (for example, an anode electrode AN) that forms a Schottky interface with the carrier supply layer 104 on the carrier supply layer 104 For example, when the reverse bias voltage is 200 V, the reverse leakage current is 1 × 10 −6 A / cm 2 or less to further improve the breakdown voltage of the SBD 200. Is possible.

すなわち、キャリア走行層103(第1化合物半導体層)と、キャリア走行層103上の少なくとも一部に形成され、キャリア走行層103よりもバンドギャップエネルギーが大きいキャリア供給層104(第2化合物半導体層)と、を含むSBD200において、キャリア供給層104に、濃度が2×1017cm−3以上1×1020cm−3以下となるようにカーボン(C)をドーピングすることで、キャリア供給層104上にキャリア供給層104との間にショットキー界面を形成するアノード電極ANを形成し、かつ、逆方向下とした。これにより、SBD200におけるリーク電流を限定することが可能となるため、SBD200の耐圧特性を向上させることが可能となる。 That is, the carrier transit layer 103 (first compound semiconductor layer) and the carrier supply layer 104 (second compound semiconductor layer) formed on at least a part of the carrier transit layer 103 and having a larger band gap energy than the carrier transit layer 103. And the carrier supply layer 104 is doped with carbon (C) so as to have a concentration of 2 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 20 cm −3 or less on the carrier supply layer 104. In addition, an anode electrode AN that forms a Schottky interface with the carrier supply layer 104 was formed, and the reverse direction was set downward. As a result, the leakage current in the SBD 200 can be limited, and the breakdown voltage characteristics of the SBD 200 can be improved.

なお、本実施の形態においても、上記実施の形態1において図3または図4を用いて説明したように、種々の方法を用いてカーボン(C)がドーピングされたキャリア供給層104を形成することが可能である。   In this embodiment mode, as described with reference to FIG. 3 or FIG. 4 in Embodiment Mode 1, the carrier supply layer 104 doped with carbon (C) is formed by various methods. Is possible.

また、上記実施の形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、仕様等に応じて種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施の形態が可能であることは上記記載から自明である。   Further, the above embodiment is merely an example for carrying out the present invention, and the present invention is not limited to these, and various modifications according to specifications and the like are within the scope of the present invention. It is obvious from the above description that various other embodiments are possible within the scope of the present invention.

なお、上記実施の形態1および2では、キャリア走行層103をGaN膜で形成し、キャリア供給層104をAlGaN膜で形成したが、本発明はこれらに限定されず、他の元素を適宜添加したIII族窒化物系化合物半導体を用いて各層を形成してもよい。例えばキャリア走行層103は、Alx1Iny1Ga1−x1−y1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1、x1+y1≦1)などのIII族窒化物系化合物半導体を用いて形成することができる。また、キャリア供給層104は、キャリア走行層103よりもバンドギャップエネルギーが大きいAlx2Iny2Ga1−x2−y2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1、x2+y2≦1)などのIII族窒化物系化合物半導体を用いて形成することができる。 In the first and second embodiments, the carrier travel layer 103 is formed of a GaN film and the carrier supply layer 104 is formed of an AlGaN film. However, the present invention is not limited thereto, and other elements are added as appropriate. Each layer may be formed using a group III nitride compound semiconductor. For example, the carrier traveling layer 103 is formed using a group III nitride compound semiconductor such as Al x1 In y1 Ga 1-x1-y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, 0 ≦ y1 ≦ 1, x1 + y1 ≦ 1). Can do. Further, the carrier supply layer 104 is made of Al x2 In y2 Ga 1-x2-y2 N (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1, x2 + y2 ≦ 1) having a larger band gap energy than the carrier traveling layer 103. It can be formed using a group nitride compound semiconductor.

さらに、上記実施の形態1および2では、キャリア走行層103やキャリア供給層104などに用いられるIII族窒化物系化合物半導体としてAlx1Iny1Ga1−x1−y1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1、x1+y1≦1)を例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、他の化合物半導体を用いて形成することも可能であることは言うまでもない。例えば、V族元素として、窒素(N)の他にヒ素(As)やリン(P)を少量含む場合も、本発明を適用することが可能である。 Further, in the first and second embodiments, Al x1 In y1 Ga 1-x1-y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1, as a group III nitride compound semiconductor used for the carrier traveling layer 103, the carrier supply layer 104, and the like. Although 0.ltoreq.y1.ltoreq.1, x1 + y1.ltoreq.1) has been described as an example, it is needless to say that the present invention is not limited to this and can be formed using other compound semiconductors. For example, the present invention can be applied to a case where a small amount of arsenic (As) or phosphorus (P) is included as a group V element in addition to nitrogen (N).

さらにまた、上記実施の形態1では、本発明による半導体素子としてFETの一種であるHFETを例に挙げたが、本発明はこれに限定されず、MISFET(Metal Insulator Semiconductor FET)やMOSFET(Metal Oxide Semiconductor FET)やMESFETなどの、種々のFETに対して本発明を適用することが可能である。   Furthermore, in the first embodiment, the HFET which is a kind of FET is given as an example of the semiconductor element according to the present invention. However, the present invention is not limited to this, and the MISFET (Metal Insulator Semiconductor FET) or MOSFET (Metal Oxide). The present invention can be applied to various FETs such as Semiconductor FETs and MESFETs.

100 HFET
101 サファイア基板
102 バッファ層
103 キャリア走行層
104 キャリア供給層
104A カーボンソース膜
104B 拡散防止膜
105 絶縁膜
106d ドレイン電極
106s ソース電極
107 ゲート電極
A1、A2 開口
R1、R2 フォトレジスト
2DEG 2次元電子ガス
200 SBD
AN アノード電極
CA カソード電極
100 HFET
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Sapphire substrate 102 Buffer layer 103 Carrier traveling layer 104 Carrier supply layer 104A Carbon source film 104B Diffusion prevention film 105 Insulating film 106d Drain electrode 106s Source electrode 107 Gate electrode A1, A2 Opening R1, R2 Photoresist 2DEG Two-dimensional electron gas 200 SBD
AN Anode electrode CA Cathode electrode

Claims (9)

窒化物系化合物半導体からなる第1化合物半導体層と、
前記第1化合物半導体層上の少なくとも一部に形成され、前記第1化合物半導体層よりもバンドギャップエネルギーが大きい窒化物系化合物半導体からなる第2化合物半導体層と、
を有し、
前記第2化合物半導体層は、カーボン濃度が2×1017cm−3以上であり、かつ、カーボン濃度が1×1020cm−3以下であり、
前記第2化合物半導体層上に該第2化合物半導体層との間にショットキー界面を形成する金属膜を形成した場合、逆方向バイアス電圧を200Vとしたときの逆方向リーク電流が1×10−4A/cm以下であることを特徴とする半導体装置。
A first compound semiconductor layer made of a nitride compound semiconductor;
A second compound semiconductor layer formed on at least a part of the first compound semiconductor layer and made of a nitride-based compound semiconductor having a band gap energy larger than that of the first compound semiconductor layer;
Have
The second compound semiconductor layer has a carbon concentration of 2 × 10 17 cm −3 or more and a carbon concentration of 1 × 10 20 cm −3 or less,
When a metal film that forms a Schottky interface with the second compound semiconductor layer is formed on the second compound semiconductor layer, the reverse leakage current when the reverse bias voltage is 200 V is 1 × 10 − 4 A / cm 2 or less.
窒化物系化合物半導体からなる第1化合物半導体層と、
前記第1化合物半導体層上の少なくとも一部に形成され、前記第1化合物半導体層よりもバンドギャップエネルギーが大きい窒化物系化合物半導体からなる第2化合物半導体層と、
を有し、
前記第2化合物半導体層は、カーボン濃度が4×1017cm−3以上であり、かつ、カーボン濃度が1×1020cm−3以下であり、
前記第2化合物半導体層上に該第2化合物半導体層との間にショットキー界面を形成する金属膜を形成した場合、逆方向バイアス電圧を200Vとしたときの逆方向リーク電流が1×10−6A/cm以下であることを特徴とする半導体装置。
A first compound semiconductor layer made of a nitride compound semiconductor;
A second compound semiconductor layer formed on at least a part of the first compound semiconductor layer and made of a nitride-based compound semiconductor having a band gap energy larger than that of the first compound semiconductor layer;
Have
The second compound semiconductor layer has a carbon concentration of 4 × 10 17 cm −3 or more and a carbon concentration of 1 × 10 20 cm −3 or less,
When a metal film that forms a Schottky interface with the second compound semiconductor layer is formed on the second compound semiconductor layer, the reverse leakage current when the reverse bias voltage is 200 V is 1 × 10 − 6 A / cm 2 or less.
前記第1化合物半導体層は、Alx1Iny1Ga1−x1−y1N(0≦x1≦1、0≦y1≦1、x1+y1≦1)からなり、
前記第2化合物半導体層は、前記第1化合物半導体層よりもバンドギャップエネルギーが大きいAlx2Iny2Ga1−x2−y2N(0≦x2≦1、0≦y2≦1、x2+y2≦1)からなることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
Wherein the first compound semiconductor layer is made of Al x1 In y1 Ga 1-x1 -y1 N (0 ≦ x1 ≦ 1,0 ≦ y1 ≦ 1, x1 + y1 ≦ 1),
The second compound semiconductor layer is made of Al x2 In y2 Ga 1-x2-y2 N (0 ≦ x2 ≦ 1, 0 ≦ y2 ≦ 1, x2 + y2 ≦ 1) having a larger band gap energy than the first compound semiconductor layer. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
ダイオードまたは電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a diode or a field effect transistor. 前記第1化合物半導体層は、シリコン基板、サファイア基板、炭化珪素基板、または、窒化ガリウム基板上に直接形成されるか、あるいは前記シリコン基板、前記サファイア基板、前記炭化珪素基板、または、前記窒化ガリウム基板上に設けられたバッファ層上に形成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の半導体装置。   The first compound semiconductor layer is directly formed on a silicon substrate, a sapphire substrate, a silicon carbide substrate, or a gallium nitride substrate, or the silicon substrate, the sapphire substrate, the silicon carbide substrate, or the gallium nitride. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed on a buffer layer provided on a substrate. 支持基板上に窒化物系化合物半導体からなる第1化合物半導体層を形成する第1化合物半導体層形成工程と、
前記第1化合物半導体層上に、カーボン濃度が2×1017cm−3以上であり、かつ、カーボン濃度が1×1020cm−3以下であり、前記第1化合物半導体層よりもバンドギャップエネルギーが大きい窒化物系化合物半導体からなる第2化合物半導体層を形成する第2化合物半導体層形成工程と、
を含み、
前記第2化合物半導体層上に該第2化合物半導体層との間にショットキー界面を形成する金属膜を形成した場合、逆方向バイアス電圧を200Vとしたときの逆方向リーク電流が1×10−4A/cm以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first compound semiconductor layer forming step of forming a first compound semiconductor layer made of a nitride-based compound semiconductor on a support substrate;
On the first compound semiconductor layer, the carbon concentration is 2 × 10 17 cm −3 or more and the carbon concentration is 1 × 10 20 cm −3 or less, and the band gap energy is higher than that of the first compound semiconductor layer. A second compound semiconductor layer forming step of forming a second compound semiconductor layer made of a nitride-based compound semiconductor having a large thickness;
Including
It said second compound when forming the metal film forming the Schottky interface between the second compound semiconductor layer on the semiconductor layer, the reverse leakage current when a reverse bias voltage is 200V is 1 × 10 - 4 A / cm < 2 > or less, The manufacturing method of the semiconductor device characterized by the above-mentioned.
支持基板上に窒化物系化合物半導体からなる第1化合物半導体層を形成する第1化合物半導体層形成工程と、
前記第1化合物半導体層上に、カーボン濃度が4×1017cm−3以上であり、かつ、カーボン濃度が1×1020cm−3以下であり、前記第1化合物半導体層よりもバンドギャップエネルギーが大きい窒化物系化合物半導体からなる第2化合物半導体層を形成する第2化合物半導体層形成工程と、
を含み、
前記第2化合物半導体層上に該第2化合物半導体層との間にショットキー界面を形成する金属膜を形成した場合、逆方向バイアス電圧を200Vとしたときの逆方向リーク電流が1×10−6A/cm以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first compound semiconductor layer forming step of forming a first compound semiconductor layer made of a nitride-based compound semiconductor on a support substrate;
On the first compound semiconductor layer, the carbon concentration is 4 × 10 17 cm −3 or more and the carbon concentration is 1 × 10 20 cm −3 or less, and the band gap energy is higher than that of the first compound semiconductor layer. A second compound semiconductor layer forming step of forming a second compound semiconductor layer made of a nitride-based compound semiconductor having a large thickness;
Including
When a metal film that forms a Schottky interface with the second compound semiconductor layer is formed on the second compound semiconductor layer, the reverse leakage current when the reverse bias voltage is 200 V is 1 × 10 − 6 A / cm < 2 > or less, The manufacturing method of the semiconductor device characterized by the above-mentioned.
前記第2化合物半導体層形成工程は、前記第1化合物半導体層よりもバンドギャップエネルギーが大きい化合物半導体膜の成長中にカーボン原子をドーピングする方法、前記化合物半導体膜を成長した後にイオン注入により該化合物半導体膜中にカーボン原子をドーピングする方法、および、前記化合物半導体膜を成長した後に熱拡散により該化合物半導体膜中にカーボン原子をドーピングする方法の何れかで前記第2化合物半導体層を形成することを特徴とする請求項6または請求項7に記載の半導体装置の製造方法。   The second compound semiconductor layer forming step includes a method of doping carbon atoms during growth of a compound semiconductor film having a band gap energy larger than that of the first compound semiconductor layer, and ion implantation after growing the compound semiconductor film. The second compound semiconductor layer is formed by any one of a method of doping carbon atoms in a semiconductor film and a method of doping carbon atoms in the compound semiconductor film by thermal diffusion after the compound semiconductor film is grown. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6 or 7, wherein: 窒化物系化合物半導体からなる第1化合物半導体層と、該第1化合物半導体層上の少なくとも一部に形成され、該第1化合物半導体層よりもバンドギャップエネルギーが大きい窒化物系化合物半導体からなる第2化合物半導体層と、を含む半導体装置のリーク電流低減方法であって、
前記第2化合物半導体層に、濃度が2×1017cm−3以上1×1020cm−3以下となるようにカーボンをドーピングすることを特徴とする半導体装置のリーク電流低減方法。
A first compound semiconductor layer made of a nitride-based compound semiconductor, and a first compound semiconductor layer formed in at least a part of the first compound-semiconductor layer and having a bandgap energy larger than that of the first compound-semiconductor layer. A method for reducing leakage current of a semiconductor device including a two-compound semiconductor layer,
A method for reducing a leakage current of a semiconductor device, wherein the second compound semiconductor layer is doped with carbon so that the concentration is 2 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 20 cm −3 or less.
JP2009292915A 2008-12-26 2009-12-24 Semiconductor device, manufacturing method therefor, and leakage-current reduction method therefor Pending JP2010171416A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009292915A JP2010171416A (en) 2008-12-26 2009-12-24 Semiconductor device, manufacturing method therefor, and leakage-current reduction method therefor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008335066 2008-12-26
JP2009292915A JP2010171416A (en) 2008-12-26 2009-12-24 Semiconductor device, manufacturing method therefor, and leakage-current reduction method therefor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010171416A true JP2010171416A (en) 2010-08-05

Family

ID=42703191

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009292915A Pending JP2010171416A (en) 2008-12-26 2009-12-24 Semiconductor device, manufacturing method therefor, and leakage-current reduction method therefor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010171416A (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011082392A (en) * 2009-10-08 2011-04-21 Sumitomo Electric Ind Ltd Schottky barrier diode
JP2013008836A (en) * 2011-06-24 2013-01-10 Sharp Corp Nitride semiconductor device
JP2014017285A (en) * 2012-07-05 2014-01-30 Advanced Power Device Research Association Nitride-based compound semiconductor element
CN103681884A (en) * 2012-09-20 2014-03-26 株式会社东芝 Semiconductor device and method for manufacturing same
WO2014152605A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 Transphorm Inc. Carbon doping semiconductor devices
EP2816606A1 (en) * 2013-06-13 2014-12-24 Fujitsu Limited Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2015032675A (en) * 2013-08-01 2015-02-16 株式会社東芝 Semiconductor device
KR20180075526A (en) 2015-11-02 2018-07-04 엔지케이 인슐레이터 엘티디 Title: EPITACLE SUBSTRATE FOR SEMICONDUCTOR DEVICE, SEMICONDUCTOR DEVICE
US10388742B2 (en) 2016-07-22 2019-08-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device, power circuit, and computer
JP2021044596A (en) * 2020-12-22 2021-03-18 株式会社サイオクス Nitride semiconductor laminate, semiconductor device, and method for manufacturing nitride semiconductor laminate
US10991577B2 (en) 2017-11-20 2021-04-27 Imec Vzw Method for forming a semiconductor structure for a gallium nitride channel device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08162407A (en) * 1994-12-09 1996-06-21 Furukawa Electric Co Ltd:The Method of manufacturing iii-v compound semiconductor epitaxial wafer
JPH10173203A (en) * 1996-12-11 1998-06-26 Furukawa Electric Co Ltd:The Mis field effect transistor
JP2003197643A (en) * 2001-12-26 2003-07-11 Hitachi Cable Ltd Epitaxial wafer for field effect transistor and field effect transistor
JP2003257999A (en) * 2002-03-01 2003-09-12 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Hetero-junction field effect transistor using nitride semiconductor material

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08162407A (en) * 1994-12-09 1996-06-21 Furukawa Electric Co Ltd:The Method of manufacturing iii-v compound semiconductor epitaxial wafer
JPH10173203A (en) * 1996-12-11 1998-06-26 Furukawa Electric Co Ltd:The Mis field effect transistor
JP2003197643A (en) * 2001-12-26 2003-07-11 Hitachi Cable Ltd Epitaxial wafer for field effect transistor and field effect transistor
JP2003257999A (en) * 2002-03-01 2003-09-12 National Institute Of Advanced Industrial & Technology Hetero-junction field effect transistor using nitride semiconductor material

Cited By (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011082392A (en) * 2009-10-08 2011-04-21 Sumitomo Electric Ind Ltd Schottky barrier diode
JP2013008836A (en) * 2011-06-24 2013-01-10 Sharp Corp Nitride semiconductor device
JP2014017285A (en) * 2012-07-05 2014-01-30 Advanced Power Device Research Association Nitride-based compound semiconductor element
CN103681884A (en) * 2012-09-20 2014-03-26 株式会社东芝 Semiconductor device and method for manufacturing same
US9245993B2 (en) 2013-03-15 2016-01-26 Transphorm Inc. Carbon doping semiconductor devices
WO2014152605A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 Transphorm Inc. Carbon doping semiconductor devices
CN105247679B (en) * 2013-03-15 2019-11-12 创世舫电子有限公司 Carbon doped semiconductor device
US9865719B2 (en) 2013-03-15 2018-01-09 Transphorm Inc. Carbon doping semiconductor devices
CN105247679A (en) * 2013-03-15 2016-01-13 创世舫电子有限公司 Carbon doping semiconductor devices
US9245992B2 (en) 2013-03-15 2016-01-26 Transphorm Inc. Carbon doping semiconductor devices
JP2015019052A (en) * 2013-06-13 2015-01-29 富士通株式会社 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
EP2816606A1 (en) * 2013-06-13 2014-12-24 Fujitsu Limited Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2015032675A (en) * 2013-08-01 2015-02-16 株式会社東芝 Semiconductor device
US10418239B2 (en) 2015-11-02 2019-09-17 Ngk Insulators, Ltd. Epitaxial substrate for semiconductor elements, semiconductor element, and manufacturing method for epitaxial substrates for semiconductor elements
DE112016005017T5 (en) 2015-11-02 2018-08-02 Ngk Insulators, Ltd. EPITAXIAL SUBSTRATE FOR SEMICONDUCTOR ELEMENTS, SEMICONDUCTOR ELEMENTS AND PRODUCTION PROCESS FOR EPITAXIAL SUBSTRATES FOR SEMICONDUCTOR ELEMENTS
DE112016005028T5 (en) 2015-11-02 2018-08-09 Ngk Insulators, Ltd. EPITAXIAL SUBSTRATE FOR SEMICONDUCTOR ELEMENTS, SEMICONDUCTOR ELEMENTS AND PRODUCTION PROCESS FOR EPITAXIAL SUBSTRATES FOR SEMICONDUCTOR ELEMENTS
KR20180075527A (en) 2015-11-02 2018-07-04 엔지케이 인슐레이터 엘티디 Title: EPITACLE SUBSTRATE FOR SEMICONDUCTOR DEVICE, SEMICONDUCTOR DEVICE
KR20180075526A (en) 2015-11-02 2018-07-04 엔지케이 인슐레이터 엘티디 Title: EPITACLE SUBSTRATE FOR SEMICONDUCTOR DEVICE, SEMICONDUCTOR DEVICE
US10580646B2 (en) 2015-11-02 2020-03-03 Ngk Insulators, Ltd. Epitaxial substrate for semiconductor elements, semiconductor element, and manufacturing method for epitaxial substrates for semiconductor elements
US10388742B2 (en) 2016-07-22 2019-08-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device, power circuit, and computer
US11101355B2 (en) 2016-07-22 2021-08-24 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device, power circuit, and computer
US10991577B2 (en) 2017-11-20 2021-04-27 Imec Vzw Method for forming a semiconductor structure for a gallium nitride channel device
JP2021044596A (en) * 2020-12-22 2021-03-18 株式会社サイオクス Nitride semiconductor laminate, semiconductor device, and method for manufacturing nitride semiconductor laminate
JP7054730B2 (en) 2020-12-22 2022-04-14 株式会社サイオクス Nitride semiconductor laminates, semiconductor devices, and methods for manufacturing nitride semiconductor laminates.
JP2022084951A (en) * 2020-12-22 2022-06-07 株式会社サイオクス Nitride semiconductor laminate, semiconductor device, and method for manufacturing nitride semiconductor laminate
JP7457053B2 (en) 2020-12-22 2024-03-27 住友化学株式会社 Nitride semiconductor laminate, semiconductor device, and method for manufacturing nitride semiconductor laminate

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4744109B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP6174874B2 (en) Semiconductor device
US9466705B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
US8907349B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
EP1659622B1 (en) Field effect transistor and method of manufacturing the same
US8912570B2 (en) High electron mobility transistor and method of forming the same
JP2010171416A (en) Semiconductor device, manufacturing method therefor, and leakage-current reduction method therefor
JPWO2003071607A1 (en) GaN-based field effect transistor
JP2008205146A (en) Compound semiconductor device and its manufacturing method
JP5546104B2 (en) GaN-based field effect transistor
JP2012019186A (en) Nitride-based semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2004165387A (en) Gan-based field effect transistor
JP2015056627A (en) Method for evaluating semiconductor device, and semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2006286698A (en) Electronic device and power converter
KR101172857B1 (en) Enhancement normally off nitride smiconductor device and manufacturing method thereof
JP5509544B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP4748501B2 (en) High electron mobility transistor
JP2007123824A (en) Electronic device using group-iii nitride based compound semiconductor
JP2007088252A (en) Field effect transistor
JP2006190988A (en) Semiconductor device
JP4869576B2 (en) Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2015119028A (en) Semiconductor device, field effect transistor and diode
KR102067596B1 (en) Nitride semiconductor and method thereof
JP4850410B2 (en) Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof
KR101935928B1 (en) High Electron Mobility Transistor having Reduced Gate Leakage Current

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Effective date: 20120801

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20131126

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A977 Report on retrieval

Effective date: 20131129

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140127

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20140603