JP2011082397A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】開口部28が設けられたGaN系積層体15と、チャネルを含む再成長層27と、ゲート電極Gと、ソース電極Sと、ドレイン電極Dとを備え、再成長層27は電子走行層22および電子供給層26を含み、GaN系積層体には再成長層に開口部でその端面が被覆されるp型GaN層6が含まれ、そのp型GaN層にオーミック接触するp部電極11を備えることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
上記の構成におけるp型GaN系半導体層は、つぎの作用を発揮する。
(1)バンドの正方向へのシフトによるピンチオフ特性の向上
(2)縦方向耐圧性能の向上
(3)p部電極を取り付けられることによる、キンク現象の防止
上記の(1)および(2)は、上記のp部電極がなくても、すなわちp型半導体ということにより、いわゆるバックゲート効果により、その作用を得ることができる。しかし、p型GaN系半導体層にオーミック接触するp部電極を設けることで、ドレイン電圧を高くしたときチャネルからドレイン電極にいたる間に生成する正孔を外部に引き抜くことができ、(3)の作用を得ることができる。すなわち、p部電極は、p型GaN系半導体層の正孔を呼び込み、外部に引き抜くことができる。以下、(3)について詳細に説明する。
p部電極がない場合、p型GaN系半導体層が配置されていても、ドレイン電圧を高めたとき、チャネルのドレイン側に高電界領域ができ、高エネルギーの電子によってアバランシェ破壊が起き、多数の正孔が形成される。GaN系半導体はワイドバンドギャップなので、再結合時定数が長く、GaN系積層体には正孔が蓄積されてゆく。GaN系半導体層は正孔のフェルミ準位に対して接地されておらず、正孔が蓄積されることでチャネル近傍のポテンシャルが下降、伝導帯の電子濃度が増加する。その結果、ドレイン電流−ドレイン電圧の飽和領域でドレイン電流の増大などの暴走を招く。
p型GaN系半導体層にp部電極を設けることで、アバランシェ破壊が生じて正孔が多数形成されても、p部電極を通じて外部に引き抜くことができるので、正孔の蓄積は解消し、キンク現象は防止される。
p部電極を設けることで、p型GaN系半導体層は、(1)および(2)だけでなく、上記(1)〜(3)に示す作用を得ることができ、縦型GaN系FETにおいて、いわば一石三鳥の効果を得ることができる。この結果、キンク現象、縦型耐圧等の制約を克服して、自由度を拡大して、開口部の壁面上に形成される2DEGを縦に通して大電流を操作することが可能となる。
なお、p型GaN系半導体層は、p型GaN層でもよいし、p型AlGaN層でもよい。p型AlGaN層とした場合、さらにバンドを正方向に持ち上げることができピンチオフ特性をさらに向上することができる。p型GaN系半導体層のキャリア濃度は、通常、5×1016cm−3程度であるが、あとで説明するように、バックゲートの効果を高めるために、高濃度のp+型GaN系半導体層とする場合もある。
上記のGaN系積層体は、GaNの所定結晶面上にエピタキシャル成長されたものであるが、その下地のGaNは、GaN基板でも、または支持基体上のGaN膜でもよい。さらに、GaN系積層体の成長時にGaN基板等の上に形成して、その後の工程で、GaN基板等の所定厚み部分を除いて、製品の状態では薄いGaN層下地のみが残っているものであってもよい。その薄い下地のGaN層は、導電性でも非導電性でもよく、ドレイン電極は、製造工程および製品の構造によるが、薄いGaN層の表面または裏面に設けることができる。
GaN基板または支持基体等が製品に残る場合、当該支持基体または基板は、導電性でも、非導電性でもよい。導電性の場合は、ドレイン電極は、その支持基体または基板の裏面(下)またはおもて面(上)に直接設けることができる。また、非導電性の場合は、非導電性基板の上であって、上記半導体層中の下層側に位置する導電層の上に、ドレイン電極を設けることができる。
上記のp型GaN系半導体層の上のGaN系積層体を貫通して、ソース電極とオーミック接触するp部電極(p型GaN系半導体層とオーミック接触している)は、金属でもp+型GaN系半導体でもよい。
なお、GaN基板1は、支持基体上にオーミック接触するGaN層を有する基板であってもよいし、上述のように製品状態では、GaN基板等の相当の厚み部分が除去されてGaN系積層体のエピタキシャル成長の下地膜としての薄いGaN層のみが残った状態でもよい。これら、GaN基板、支持基体上にオーミック接触するGaN層を有する基板、製品に薄く残された下地のGaN層などを、単にGaN基板と略称する場合もある。
また、p型GaN系半導体層は、本実施の形態ではp型GaN層6としているが、p型AlGaN層を用いてもよい。
GaN系積層体15には、p型GaN層6を貫通してn−型GaNドリフト層4内に至る開口部28が設けられ、その開口部28の壁面およびGaN系積層体15の表面を被覆するように、エピタキシャル成長した再成長層27が形成されている。再成長層27は、i(intrinsic)GaN電子走行層22およびAlGaN電子供給層26で構成される。iGaN電子走行層22とAlGaN電子供給層26との間にAlN等の中間層を挿入してもよい。ゲート電極Gは再成長層27に位置し、ドレイン電極DはGaN基板1の裏面に位置する。ソース電極Sは、GaN系積層体15上において再成長層27にオーミック接触する。図1では、ソース電極Sは、再成長層27に接触して再成長層27上に位置するが、n+型キャップ層8に接触してn+型キャップ層8上に位置しながら再成長層27の端面にオーミック接触するようにしてもよい。
本実施の形態の縦型GaN系FET10では、電子は、ソース電極Sから電子走行層22を通りn−型GaNドリフト層4を経てドレイン電極Dへと、厚み方向または縦方向に流れる。この電子の経路において、p型GaN層6は、n−型GaNドリフト層4と、n+型キャップ層8とに挟まれている。電子は、p型GaN層6を流れるわけではないが、p型GaN層6は、電子のバンドエネルギーを持ち上げ、かつ耐圧特性を向上するなどのバックゲート効果を発揮する。
p型GaN層6は、上記したように次の作用を発揮する。
(1)バンドの正方向へのシフトによるピンチオフ特性の向上
(2)縦方向耐圧性能の向上
(3)p部電極11を取り付けられることによる、キンク現象の防止
上記の(1)および(2)は、上記のp部電極11がなくても、上述のバックゲート効果により、その作用を得ることができる。しかし、p型GaN層6にオーミック接触するp部電極11を設けることで、ドレイン電圧を高くしたときチャネルからドレイン電極にいたる間に生成する正孔を外部に引き抜くことができ、(3)の作用を得ることができる。以下、(3)について詳細に説明する。
p部電極11がない場合、p型GaN層6が配置されていても、ドレイン電圧を高めたとき、チャネルのドレイン側に高電界領域ができ、高エネルギーの電子によってアバランシェ破壊が起き、高濃度の正孔が形成される。GaN系半導体はワイドバンドギャップなので、再結合時定数が長く、GaN系積層体15とくにn−型GaNドリフト層4には正孔が高濃度に蓄積されてゆく。その結果、ドレイン電流−ドレイン電圧の飽和領域においてドレイン電流の増大などの暴走を招く。p型GaN層6にp部電極11を設けることで、アバランシェ破壊が生じて正孔が多数形成されても、p部電極11を通じて外部に引き抜くことができ、キンク現象を防止することができる。
p部電極11を設けることで、p型GaN層6は上記(1)〜(3)に示す作用を得ることができ、縦型GaN系FET10において、いわば一石三鳥の効果を得ることができる。この結果、キンク現象、縦型耐圧等の制約を克服して、自由度を拡大して、開口部に形成される2DEGを縦に通して大電流を操作することが可能となる。
次に、本実施の形態における縦型GaN系半導体装置10の製造方法を説明する。まず、図3(a)に示すように、支持基体上にオーミック接触するGaN層を有する基板1またはGaN基板1の上に、n−型GaNドリフト層4/p型GaN層6/n+型GaNキャップ層8、の積層体をエピタキシャル成長する。これらの層の形成は、例えば、MOCVD(有機金属化学気相成長)法を用いる。またはMOCVD法でなくMBE(分子線エピタキシャル)法を用いてもよい。これにより結晶性の良いGaN系半導体層を形成できる。また、各層の膜厚、キャリア濃度は、次のとおりである。
n−型GaNドリフト層4:厚み5.0μm、キャリア濃度5.0×1015cm−3
p型GaN層6:厚み0.5μm、キャリア濃度5.0×1018cm−3
n+型GaNキャップ層8:厚み0.3μm、キャリア濃度5.0×1017cm−3
その後、図4(a)に示すように、誘導結合プラズマ(Inductivity Coupled Plasma)を用いて生成した高密度プラズマを用いたRIE(Reactive Ion Etching:反応性イオンエッチング)により、n+型GaNキャップ層8、p型GaN層6、およびn−型GaNドリフト層4の一部をエッチングし、開口部28を形成する。これにより、n+型GaNキャップ層8、p型GaN層6、およびn−型GaNドリフト層4の端面は、開口部28に露出して開口部の壁面を構成する。この時点で、開口部28の壁面には、深さ数nm(1nm〜20nm程度)にわたって、エッチングダメージが発生している。なお、開口部28の壁面は、基板表面に対し約10°〜90°の傾斜面となっている。この傾斜面の基板表面に対する角度は、RIE法で用いる塩素ガスのガス圧および他のガスとの流量比により制御可能である。RIEが終了すると、有機洗浄を行い、アッシング等により、レジストマスクM1を除去する。
開口部28の側面は、複数のほぼ基板面に垂直な面S1と、各面S1の間を補完するように形成された傾斜した面S3とが、開口部の側面の傾斜方向(傾斜角度θ)に混在して形成されている。縦型FET10では、主面が{ 0 0 0 1}面であるGaN基板1の場合、六方晶のGaN層、およびAlGaN層を{ 0 0 0 1}面(以下、C面とする)を成長面として、エピタキシャル成長させている。したがって、n+型GaNキャップ層8における垂直な面S1は、{ 1-1 0 0}面(以下、m面とする)となる。m面は、C面とは異なり無極性面である。このため、m面を成長面として、GaN電子走行層22、AlGaN電子供給層26を再成長させることによって、ピエゾ電荷等の分極電荷がAlGaN26/GaN22のヘテロ界面に生じない。このためチャネルの最低エネルギーを低下させる向きの電界は生じない。これによって、より一層、ピンチオフ特性の向上を得ることができる。
図4(a)等における開口部28の壁面の傾斜角θが90度に近いほど、壁面におけるm面または面S1の占める割合が高くなる。よって、縦型FET10においてピンチオフ特性を一層向上するためには、傾斜角θが90度に近い方が好ましく、たとえば60度以上とするのがよい。
図4(b)において、開口部28は、図2に示すように平面形状が六角形となる。
ソース電極Sとしては、Ti/Al以外にも再成長層27とオーミックコンタクトする金属であればよい。また、ソース電極SとしてTi/Alを蒸着する前に、塩素系ガスを用いたRIE法によるエッチングで、AlGaN電子供給層26およびAlN中間層を除去することが好ましい。この場合、中間層による電子のバリアがなく、オーミックコンタクトにおける抵抗を0.2Ωmmに低減することができる。
なお、ゲート電極Gとしては、Ni/Au以外にも例えばPt/Au、Pd/AuおよびMo/Au等のGaN系半導体とショットキ接合を形成する金属であってもよい。また、ゲート電極Gを形成する前に、例えばシリコン膜の絶縁膜(図示せず)をCVD法やスパッタ法を用いて、開口部28内のAlGaN電子供給層26に沿って10nm形成するようにしてもよい。これにより、MIS−HFET構造を有する縦型FETとすることもできる。絶縁膜としては、酸化シリコン膜以外にも、窒化シリコン膜、酸化アルミニウム膜を使用してもよい。
GaN基板、4 n−型GaNドリフト層、 6
p型GaN層、8 n+型GaNキャップ層、10 縦型GaN系FET、11 p部電極(導電部)、15
GaN系積層体、22 GaN電子走行層、26 AlGaN電子供給層、 27 再成長層、28 開口部、S
ソース電極、G ゲート電極、D ドレイン電極、M1 レジストパターン。
Claims (4)
- 開口部が設けられたGaN系積層体と、
前記GaN系積層体の前記開口部を覆うようにエピタキシャル成長した、チャネルを含む再成長層と、
前記開口部において前記再成長層の上に位置するゲート電極と、
前記開口部の周囲の前記GaN系積層体上において前記再成長層に接して位置するソース電極と、
前記ソース電極から前記GaN系積層体の厚み方向に隔たって、前記ソース電極と前記チャネルを挟むように位置するドレイン電極とを備え、
前記再成長層は電子走行層および電子供給層を含み、前記チャネルが前記電子走行層における前記電子供給層との界面に形成される二次元電子ガスであり、
前記GaN系積層体には、前記開口部の壁面において前記再成長層にその端面が被覆されるp型GaN系半導体層が含まれ、そのp型GaN系半導体層にオーミック接触するp部電極を備えることを特徴とする、半導体装置。 - 前記p部電極は、平面的に見て前記ソース電極に含まれ、前記p型GaN系半導体層と前記ソース電極との間を貫通して、前記ソース電極とオーミック接触することを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記再成長層上であって、前記ゲート電極の下に、絶縁層を備えることを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体装置。
- GaNの所定結晶面上に、p型GaN系半導層を含むGaN系積層体を形成する工程と、
前記GaN系積層体に、エッチングにより、前記p型GaN系半導体層を貫通する開口部を形成する工程と、
前記GaN系積層体の前記開口部に、電子走行層および電子供給層を含む再成長層をエピタキシャル成長させる工程と、
前記開口部の周囲の表面から前記p型GaN系半導体層に届く縦穴をあけ、次いで、その縦穴に導電材料を充填することで導電部を設ける工程と、
前記導電部に導電接触し、かつ、前記開口部における再成長層に導電接触するように、ソース電極を設ける工程とを備えることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
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Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013062442A (ja) * | 2011-09-14 | 2013-04-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化物半導体電子デバイス、窒化物半導体電子デバイスを作製する方法 |
KR101480068B1 (ko) * | 2013-10-18 | 2015-01-09 | 경북대학교 산학협력단 | 질화물 반도체 소자 및 그 제조방법 |
WO2015056745A1 (ja) * | 2013-10-17 | 2015-04-23 | ローム株式会社 | 窒化物半導体装置およびその製造方法 |
US9048304B2 (en) | 2013-08-05 | 2015-06-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device |
US9123635B2 (en) | 2012-12-14 | 2015-09-01 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Manufacturing method of semiconductor device |
JP2015195241A (ja) * | 2014-03-31 | 2015-11-05 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 窒化物半導体デバイス |
US9331157B2 (en) | 2012-12-14 | 2016-05-03 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Semiconductor device |
US9391150B2 (en) | 2012-12-14 | 2016-07-12 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Semiconductor Device |
US9443950B2 (en) | 2012-12-14 | 2016-09-13 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Semiconductor device |
WO2019181391A1 (ja) * | 2018-03-22 | 2019-09-26 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体装置 |
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Families Citing this family (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4985760B2 (ja) * | 2009-12-28 | 2012-07-25 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
WO2013008422A1 (ja) * | 2011-07-12 | 2013-01-17 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体装置およびその製造方法 |
WO2013109628A1 (en) * | 2012-01-17 | 2013-07-25 | Ramgoss, Inc. | Rotated channel semiconductor field effect transistor |
US20150325689A1 (en) * | 2012-06-25 | 2015-11-12 | Seoul Semiconductor Co., Ltd. | Iii-v transistor and method for manufacturing same |
CN103730490A (zh) * | 2012-10-16 | 2014-04-16 | 浙江大学苏州工业技术研究院 | 一种具有垂直导电沟道的半导体装置及其制备方法 |
JP6171435B2 (ja) | 2013-03-18 | 2017-08-02 | 富士通株式会社 | 半導体装置及びその製造方法、電源装置、高周波増幅器 |
JPWO2014148255A1 (ja) * | 2013-03-19 | 2017-02-16 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体装置および窒化物半導体装置の製造方法 |
JP6107597B2 (ja) * | 2013-03-26 | 2017-04-05 | 豊田合成株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
US10312360B2 (en) * | 2013-06-18 | 2019-06-04 | Stephen P. Barlow | Method for producing trench high electron mobility devices |
US20150079738A1 (en) | 2013-06-18 | 2015-03-19 | Stephen P. Barlow | Method for producing trench high electron mobility devices |
EP3284107B1 (en) * | 2015-04-14 | 2023-06-14 | Hrl Laboratories, Llc | Iii-nitride transistor with trench gate |
JP6754782B2 (ja) * | 2016-02-12 | 2020-09-16 | パナソニック株式会社 | 半導体装置 |
GB2547661A (en) * | 2016-02-24 | 2017-08-30 | Jiang Quanzhong | Layered vertical field effect transistor and methods of fabrication |
JP6905395B2 (ja) * | 2017-06-16 | 2021-07-21 | 株式会社東芝 | 半導体装置 |
CN111354777A (zh) * | 2018-12-24 | 2020-06-30 | 东南大学 | 一种低导通电阻的异质结半导体器件 |
WO2020137303A1 (ja) * | 2018-12-27 | 2020-07-02 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体装置 |
DE102019212645A1 (de) * | 2019-08-23 | 2021-02-25 | Robert Bosch Gmbh | Vertikaler feldeffekttransistor und verfahren zum herstellen desselben |
EP3813096A1 (en) | 2019-10-22 | 2021-04-28 | Imec VZW | Method for manufacturing an iii-nitride semiconductor structure |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004260140A (ja) * | 2003-02-06 | 2004-09-16 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Iii族窒化物半導体を有する半導体素子 |
JP2006286942A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Eudyna Devices Inc | 半導体装置及びその製造方法 |
JP2008041834A (ja) * | 2006-08-03 | 2008-02-21 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | コンタクトホールの形成方法とコンタクトホールを有する半導体装置 |
JP2008053449A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Rohm Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
JP2008091595A (ja) * | 2006-10-02 | 2008-04-17 | Eudyna Devices Inc | 半導体装置およびその製造方法 |
JP2009272586A (ja) * | 2008-05-12 | 2009-11-19 | Toyota Motor Corp | Iii族窒化物半導体装置とその製造方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4667556B2 (ja) * | 2000-02-18 | 2011-04-13 | 古河電気工業株式会社 | 縦型GaN系電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタと縦型GaN系電界効果トランジスタの製造方法 |
DE102004058431B4 (de) * | 2003-12-05 | 2021-02-18 | Infineon Technologies Americas Corp. | III-Nitrid Halbleitervorrichtung mit Grabenstruktur |
WO2008099843A1 (ja) * | 2007-02-14 | 2008-08-21 | Rohm Co., Ltd. | 窒化物半導体素子および窒化物半導体素子の製造方法 |
CN101465372A (zh) * | 2009-01-08 | 2009-06-24 | 西安电子科技大学 | AlN/GaN增强型金属-绝缘体-半导体场效应晶体管及其制作方法 |
-
2009
- 2009-10-08 JP JP2009234548A patent/JP4737471B2/ja not_active Expired - Fee Related
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2010
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004260140A (ja) * | 2003-02-06 | 2004-09-16 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Iii族窒化物半導体を有する半導体素子 |
JP2006286942A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Eudyna Devices Inc | 半導体装置及びその製造方法 |
JP2008041834A (ja) * | 2006-08-03 | 2008-02-21 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | コンタクトホールの形成方法とコンタクトホールを有する半導体装置 |
JP2008053449A (ja) * | 2006-08-24 | 2008-03-06 | Rohm Co Ltd | 半導体装置およびその製造方法 |
JP2008091595A (ja) * | 2006-10-02 | 2008-04-17 | Eudyna Devices Inc | 半導体装置およびその製造方法 |
JP2009272586A (ja) * | 2008-05-12 | 2009-11-19 | Toyota Motor Corp | Iii族窒化物半導体装置とその製造方法 |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013062442A (ja) * | 2011-09-14 | 2013-04-04 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化物半導体電子デバイス、窒化物半導体電子デバイスを作製する方法 |
US9331157B2 (en) | 2012-12-14 | 2016-05-03 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Semiconductor device |
US9443950B2 (en) | 2012-12-14 | 2016-09-13 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Semiconductor device |
US9391150B2 (en) | 2012-12-14 | 2016-07-12 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Semiconductor Device |
US9123635B2 (en) | 2012-12-14 | 2015-09-01 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Manufacturing method of semiconductor device |
US9048304B2 (en) | 2013-08-05 | 2015-06-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device |
WO2015056745A1 (ja) * | 2013-10-17 | 2015-04-23 | ローム株式会社 | 窒化物半導体装置およびその製造方法 |
KR101480068B1 (ko) * | 2013-10-18 | 2015-01-09 | 경북대학교 산학협력단 | 질화물 반도체 소자 및 그 제조방법 |
JP2015195241A (ja) * | 2014-03-31 | 2015-11-05 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 窒化物半導体デバイス |
WO2019181391A1 (ja) * | 2018-03-22 | 2019-09-26 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体装置 |
JPWO2019181391A1 (ja) * | 2018-03-22 | 2021-03-11 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体装置 |
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