JP2011091200A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】このドレイン電極20は、キャップ層13、電子供給層12を貫通し、電子走行層11における2次元電子ガス層14よりも深くまで達している。従って、ドレイン電極20は、電子走行層11、電子供給層12、キャップ層13と直接接する。ヘテロ界面が形成される方向(図1における左右の方向)とドレイン電極20とのなす角度(鋭角)を、図1に示されるように、電子走行層11、電子供給層12、キャップ層13にそれぞれ対応させて、それぞれθ、φ、Ψとしている。ここでφ<θ、φ≦Ψとなっている、すなわち、角度φがこれらの中では最も小さく設定され、ドレイン電極20は特に電子供給層12のところで大きくテーパー化されている。
【選択図】図1
Description
本発明の半導体装置は、動作時に電荷担体が流れる経路が存在する第1の半導体層上に当該第1の半導体層とは異なる材料からなる第2の半導体層が積層されたヘテロ構造と、前記第2の半導体層を貫通して前記電荷担体が流れる経路と接し前記ヘテロ構造のヘテロ界面に沿った断面積が前記第1の半導体層側よりも前記第2の半導体層側で大きなテーパー形状の電極と、を具備する半導体装置であって、前記電荷担体が流れる方向の断面において、前記電極と前記電荷担体が流れる経路とが接する箇所における前記電極の側面の接平面と前記ヘテロ界面とのなす鋭角をθとし、前記電極と前記電荷担体が流れる経路とが接する箇所の上部で前記電極が前記第2の半導体層と接する箇所における前記電極の側面の接平面と前記ヘテロ界面とのなす鋭角をφとした場合に、0°<φ≦60°、かつφ≠θであることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記第2の半導体層上に、当該第2の半導体層とは異なる組成もしくは材料からなるキャップ層が形成され、前記電極は前記キャップ層を貫通し、前記電荷担体が流れる方向の断面において、前記電極と前記電荷担体が流れる経路とが接する箇所の上部で前記電極が前記キャップ層と接する箇所における前記電極の側面の接平面と前記ヘテロ界面とのなす鋭角をΨとした場合に、φ≦Ψであることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記キャップ層及び前記第2の半導体層と接する前記電極の側面において、前記キャップ層と前記第2の半導体層との界面で、前記電極の前記ヘテロ界面に沿った断面積が、前記第2の半導体層側よりも前記キャップ層側で大きくなるような段差が形成されていることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記第1及び第2の半導体層は化学式AlxMyGa1−x−yN(0≦x<1、0≦y<1、0≦x+y<1、ここで、MはIn、Bのうちの1種を少なくとも含む)で表される組成をもつことを特徴とする。
本発明の半導体装置において、前記電荷担体が流れる経路は前記第1の半導体層中に生じる2次元キャリアガスであることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記電極を2個具備し、当該2個の電極間で前記電荷担体が流れ、前記電荷担体が流れる経路上にゲート電極を具備することを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記第2の半導体層を貫通し前記電荷担体が流れる経路と接して前記電極との間で電荷担体が流されて動作する他方の電極と、前記電荷担体が流れる経路上に形成されたゲート電極と、を具備し、当該他方の電極が前記第2の半導体層と接する箇所における前記他方の電極の側面の接平面と前記ヘテロ界面とのなす角をφ’とした場合に、φ’>φであることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、φ<θであることを特徴とする。
本発明の半導体装置は、φ>θであることを特徴とする。
本発明の半導体装置の製造方法は、前記半導体装置の製造方法であって、前記第2の半導体層と、少なくとも前記電荷担体が流れる経路まで前記第1の半導体層を局所的にドライエッチングして、前記電極の形状に対応したリセス構造を形成するエッチング工程と、前記リセス構造中に電極材料を充填する電極形成工程と、を具備することを特徴とする。
図1に、第1の実施の形態に係るHEMT素子のドレイン電極付近の断面構造の拡大図を示す。図1は、このHEMT素子における動作電流が流れる方向に沿った断面図となっている。このHEMT素子においては、基板(例えばn−GaN:n型のGaNウェハ)上に、半絶縁性GaNからなる電子走行層(第1の半導体層)11、ノンドープのAlGaNからなる電子供給層(第2の半導体層)12、n−GaNからなるキャップ層13が、MBE(Molecular Beam Epitaxy)法、MOVPE(Metalorganic Vapor Phase Epitaxy)法等によって順次形成される。電子走行層11、電子供給層12,キャップ層13の厚さは、例えばそれぞれ2μm、40nm、50nm程度とすることができる。
第2の実施の形態は、上記の構造のドレイン電極を具備するHEMT素子全体の構造である。図3は、このHEMT素子50における動作電流が流れる方向に沿った断面図である。このHEMT素子50における基板51上に形成された電子走行層11、電子供給層12、キャップ層13については、第1の実施の形態と同様であり、同様に2次元電子ガス層14が形成されている。この2次元電子ガス層14は、ソース電極52とドレイン電極53間に形成され、そのオンオフはゲート電極54に印加された電圧によって制御される。
図4は、第3の実施の形態に係るHEMT素子におけるドレイン電極70付近の断面図である。このドレイン電極70においては、Ψ>φ>θとすることにより、ドレイン電極70の側面の接平面とヘテロ界面とのなす角θを小さくしている。これにより、特許文献1に記載の構造と同様の効果が得られる。すなわち、2次元電子ガス層14とドレイン電極70との接触面積を増大させることにより、これらの間の接触抵抗が低減する。更に、第1の実施の形態と同様に、フィールドプレートとしての効果も得られる。すなわち、オン抵抗の低減と高耐圧化とを両立することができる。ただし、フィールドプレートとしての効果を得るためには、第1の実施の形態と同様に、φを0°<φ≦60°の範囲に設定することが特に好ましい。
12、93 電子供給層(第2の半導体層)
13、94 キャップ層
14、95 2次元電子ガス層
20、53、70、97 ドレイン電極
50、90 HEMT素子
51、91 基板
52、96 ソース電極
54、98 ゲート電極
Claims (10)
- 動作時に電荷担体が流れる経路が存在する第1の半導体層上に当該第1の半導体層とは異なる材料からなる第2の半導体層が積層されたヘテロ構造と、前記第2の半導体層を貫通して前記電荷担体が流れる経路と接し前記ヘテロ構造のヘテロ界面に沿った断面積が前記第1の半導体層側よりも前記第2の半導体層側で大きなテーパー形状の電極と、を具備する半導体装置であって、
前記電荷担体が流れる方向の断面において、
前記電極と前記電荷担体が流れる経路とが接する箇所における前記電極の側面の接平面と前記ヘテロ界面とのなす鋭角をθとし、
前記電極と前記電荷担体が流れる経路とが接する箇所の上部で前記電極が前記第2の半導体層と接する箇所における前記電極の側面の接平面と前記ヘテロ界面とのなす鋭角をφとした場合に、
0°<φ≦60°、かつφ≠θであることを特徴とする半導体装置。 - 前記第2の半導体層上に、当該第2の半導体層とは異なる組成もしくは材料からなるキャップ層が形成され、前記電極は前記キャップ層を貫通し、
前記電荷担体が流れる方向の断面において、
前記電極と前記電荷担体が流れる経路とが接する箇所の上部で前記電極が前記キャップ層と接する箇所における前記電極の側面の接平面と前記ヘテロ界面とのなす鋭角をΨとした場合に、φ≦Ψであることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記キャップ層及び前記第2の半導体層と接する前記電極の側面において、
前記キャップ層と前記第2の半導体層との界面で、前記電極の前記ヘテロ界面に沿った断面積が、前記第2の半導体層側よりも前記キャップ層側で大きくなるような段差が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 前記第1及び第2の半導体層は化学式AlxMyGa1−x−yN(0≦x<1、0≦y<1、0≦x+y<1、ここで、MはIn、Bのうちの1種を少なくとも含む)で表される組成をもつことを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記電荷担体が流れる経路は前記第1の半導体層中に生じる2次元キャリアガスであることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記電極を2個具備し、当該2個の電極間で前記電荷担体が流れ、前記電荷担体が流れる経路上にゲート電極を具備することを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記第2の半導体層を貫通し前記電荷担体が流れる経路と接して前記電極との間で電荷担体が流されて動作する他方の電極と、前記電荷担体が流れる経路上に形成されたゲート電極と、を具備し、
当該他方の電極が前記第2の半導体層と接する箇所における前記他方の電極の側面の接平面と前記ヘテロ界面とのなす角をφ’とした場合に、φ’>φであることを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の半導体装置。 - φ<θであることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の半導体装置。
- φ>θであることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載の半導体装置。
- 請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第2の半導体層と、少なくとも前記電荷担体が流れる経路まで前記第1の半導体層を局所的にドライエッチングして、前記電極の形状に対応したリセス構造を形成するエッチング工程と、
前記リセス構造中に電極材料を充填する電極形成工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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