JP2013069772A - Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device and a semiconductor device manufacturing method, which can inhibit variation in a current and ensure pinch-off characteristics.SOLUTION: A HEMT 100 comprises: a substrate 10 of SiC; a buffer layer 12 of AIN provided on the substrate 10; a channel layer 14 of GaN provided on the buffer layer 12; an electron supply layer 16 of AlGaN provided on the channel layer 14; and a source electrode 20, a drain electrode 22 and a gate electrode 24 which are formed on the electron supply layer 16. A concentration of C in a region 14b on the side of the electron supply layer 16 of the channel layer 14 is higher than a concentration of C in a region 14a on the side of the buffer layer 12 of the channel layer 14. A manufacturing method of the HEMT 100 is provided.

Description

本発明は半導体装置、及び半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.

窒化物半導体を用いたHEMT(High Electron Mobility Transistor:高電子移動度トランジスタ)は、高周波用出力増幅用素子として用いられることがある。HEMTでは、チャネル層と電子供給層との界面に生じる二次元電子ガス(2DEG)をキャリアとして利用する。電気的なストレス等が加わることにより、2DEGの電子が窒化物半導体層中のトラップに捕獲されることがある。電子の捕獲のため、例えばドレイン電流等、HEMTに流れる電流が時間と共に変動することがある。特許文献1には、窒化ガリウム(GaN)層の品質を高めることで、電流の変動を抑制する発明が開示されている。   A HEMT (High Electron Mobility Transistor) using a nitride semiconductor is sometimes used as a high-frequency output amplification element. In the HEMT, a two-dimensional electron gas (2DEG) generated at the interface between the channel layer and the electron supply layer is used as a carrier. When electrical stress or the like is applied, 2DEG electrons may be trapped in traps in the nitride semiconductor layer. Due to electron trapping, the current flowing in the HEMT, such as the drain current, may vary with time. Patent Document 1 discloses an invention that suppresses fluctuations in current by increasing the quality of a gallium nitride (GaN) layer.

特開2006−147663号公報JP 2006-147663 A

しかしながら、特許文献1記載の技術では、電流の変動の抑制が十分でないことがある。また、電流変動の抑制と、ピンチオフ特性の確保との両立が難しいことがある。本願発明は、上記課題に鑑み、電流の変動を抑制し、かつピンチオフ特性を確保することが可能な半導体装置、及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。   However, the technique described in Patent Document 1 may not sufficiently suppress current fluctuation. In addition, it may be difficult to achieve both suppression of current fluctuation and securing pinch-off characteristics. In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of suppressing current fluctuation and ensuring pinch-off characteristics, and a method for manufacturing the semiconductor device.

本発明は、炭化シリコンからなる基板と、前記基板上に設けられ、窒化アルミニウムからなるバッファ層と、前記バッファ層上に設けられ、窒化ガリウムからなるチャネル層と、前記チャネル層上に設けられ、窒化物半導体からなる電子供給層と、前記電子供給層上に設けられたソース電極、ドレイン電極及びゲート電極と、を具備し、前記チャネル層の前記電子供給層側の領域における炭素の濃度は、前記チャネル層の前記バッファ層側の領域における炭素の濃度より高い半導体装置である。本発明によれば、電流の変動を抑制し、かつピンチオフ特性を確保することが可能である。   The present invention includes a substrate made of silicon carbide, a buffer layer made of aluminum nitride provided on the substrate, a channel layer made of gallium nitride provided on the buffer layer, and provided on the channel layer. An electron supply layer made of a nitride semiconductor, and a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode provided on the electron supply layer, and the concentration of carbon in a region of the channel layer on the electron supply layer side is: The semiconductor device has a higher concentration of carbon in a region of the channel layer on the buffer layer side. According to the present invention, it is possible to suppress fluctuations in current and ensure pinch-off characteristics.

上記構成において、前記チャネル層の前記電子供給層側の領域における炭素の濃度は4×1016atoms/cm以上であり、前記チャネル層の前記バッファ層側の領域における炭素の濃度は2×1016atoms/cm以下である構成とすることができる。この構成によれば、電流の変動を抑制し、かつピンチオフ特性を確保することが可能である。 In the above configuration, the concentration of carbon in the region on the electron supply layer side of the channel layer is 4 × 10 16 atoms / cm 3 or more, and the concentration of carbon in the region on the buffer layer side of the channel layer is 2 × 10 10. The configuration may be 16 atoms / cm 3 or less. According to this configuration, it is possible to suppress current fluctuation and to secure pinch-off characteristics.

本発明は、炭化シリコンからなる基板と、前記基板上に設けられ、窒化アルミニウムからなるバッファ層と、前記バッファ層上に設けられ、窒化ガリウムからなるチャネル層と、前記チャネル層上に設けられ、窒化物半導体からなる電子供給層と、前記電子供給層上に設けられたソース電極、ドレイン電極及びゲート電極と、を具備し、前記チャネル層の前記電子供給層側の領域におけるシリコンの濃度と酸素の濃度との合計値は、前記チャネル層の前記バッファ層側の領域におけるシリコンの濃度と酸素の濃度との合計値より小さい半導体装置である。本発明によれば、電流の変動を抑制し、かつピンチオフ特性を確保することが可能である。   The present invention includes a substrate made of silicon carbide, a buffer layer made of aluminum nitride provided on the substrate, a channel layer made of gallium nitride provided on the buffer layer, and provided on the channel layer. An electron supply layer made of a nitride semiconductor; and a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode provided on the electron supply layer, and the concentration of silicon and oxygen in the region of the channel layer on the electron supply layer side The semiconductor device is a semiconductor device that has a total value smaller than the total value of the silicon concentration and the oxygen concentration in the region on the buffer layer side of the channel layer. According to the present invention, it is possible to suppress fluctuations in current and ensure pinch-off characteristics.

上記構成において、前記チャネル層の前記電子供給層側の領域におけるシリコンの濃度と酸素の濃度との合計値は1×1016atoms/cm以下であり、前記チャネル層の前記バッファ層側の領域におけるシリコンの濃度と酸素の濃度との合計値は2×1016atoms/cm以上である構成とすることができる。この構成によれば、電流の変動を抑制し、かつピンチオフ特性を確保することが可能である。 In the above structure, the total value of the silicon concentration and the oxygen concentration in the region on the electron supply layer side of the channel layer is 1 × 10 16 atoms / cm 3 or less, and the region on the buffer layer side of the channel layer The total value of the silicon concentration and the oxygen concentration in can be configured to be 2 × 10 16 atoms / cm 3 or more. According to this configuration, it is possible to suppress current fluctuation and to secure pinch-off characteristics.

本発明は、炭化シリコンからなる基板と、前記基板上に設けられ、窒化アルミニウムからなるバッファ層と、前記バッファ層上に設けられ、窒化ガリウムからなるチャネル層と、前記チャネル層上に設けられ、窒化物半導体からなる電子供給層と、前記電子供給層上に設けられたソース電極、ドレイン電極及びゲート電極と、を具備し、前記バッファ層の炭素の濃度は2×1019atoms/cm以下である半導体装置である。本発明によれば、電流の変動を抑制し、かつピンチオフ特性を確保することが可能である。 The present invention includes a substrate made of silicon carbide, a buffer layer made of aluminum nitride provided on the substrate, a channel layer made of gallium nitride provided on the buffer layer, and provided on the channel layer. An electron supply layer made of a nitride semiconductor; and a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode provided on the electron supply layer, wherein the buffer layer has a carbon concentration of 2 × 10 19 atoms / cm 3 or less. This is a semiconductor device. According to the present invention, it is possible to suppress fluctuations in current and ensure pinch-off characteristics.

本発明は、炭化シリコンからなる基板と、前記基板上に設けられ、窒化アルミニウムからなるバッファ層と、前記バッファ層上に設けられ、窒化ガリウムからなるチャネル層と、前記チャネル層上に設けられ、窒化物半導体からなる電子供給層と、前記電子供給層上に設けられたソース電極、ドレイン電極及びゲート電極と、を具備し、前記バッファ層の酸素の濃度とシリコンの濃度との合計値は2×1017atoms/cm以上である半導体装置である。本発明によれば、電流の変動を抑制し、かつピンチオフ特性を確保することが可能である。 The present invention includes a substrate made of silicon carbide, a buffer layer made of aluminum nitride provided on the substrate, a channel layer made of gallium nitride provided on the buffer layer, and provided on the channel layer. An electron supply layer made of a nitride semiconductor; and a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode provided on the electron supply layer, and a total value of oxygen concentration and silicon concentration of the buffer layer is 2 It is a semiconductor device having × 10 17 atoms / cm 3 or more. According to the present invention, it is possible to suppress fluctuations in current and ensure pinch-off characteristics.

本発明は、窒化シリコンからなる基板上に、窒化アルミニウムからなるバッファ層を設ける工程と、MOCVD法により、前記バッファ層上に、窒化ガリウムからなるチャネル層を設ける工程と、前記チャネル層上に、窒化物半導体からなる電子供給層を設ける工程と、前記電子供給層上に、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を設ける工程と、を有し、前記チャネル層の前記バッファ層側の領域の成長温度は、前記チャネル層の前記電子供給層側の領域の成長温度よりも高い半導体装置の製造方法である。本発明によれば、電流の変動を抑制し、かつピンチオフ特性を確保することが可能である。   The present invention includes a step of providing a buffer layer made of aluminum nitride on a substrate made of silicon nitride, a step of providing a channel layer made of gallium nitride on the buffer layer by MOCVD, and on the channel layer. A step of providing an electron supply layer made of a nitride semiconductor, and a step of providing a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode on the electron supply layer, and a growth temperature of a region on the buffer layer side of the channel layer Is a method for manufacturing a semiconductor device, which is higher than the growth temperature of the region on the electron supply layer side of the channel layer. According to the present invention, it is possible to suppress fluctuations in current and ensure pinch-off characteristics.

上記構成において、前記チャネル層の前記バッファ層側の領域の成長温度は、前記チャネル層の前記電子供給層側の領域の成長温度よりも40℃以上高い構成とすることができる。この構成によれば、電流の変動を抑制し、かつピンチオフ特性を確保することが可能である。   In the above configuration, the growth temperature of the channel layer on the buffer layer side may be 40 ° C. or higher than the growth temperature of the channel layer on the electron supply layer side. According to this configuration, it is possible to suppress current fluctuation and to secure pinch-off characteristics.

本発明は、窒化シリコンからなる基板上に、窒化アルミニウムからなるバッファ層を設ける工程と、MOCVD法により、前記バッファ層上に、窒化ガリウムからなるチャネル層を設ける工程と、前記チャネル層上に、窒化物半導体からなる電子供給層を設ける工程と、前記電子供給層上に、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を設ける工程と、を有し、前記チャネル層の前記電子供給層側の領域の成長レートは、前記チャネル層の前記バッファ層側の領域の成長レートより大きい半導体装置の製造方法である。本発明によれば、電流の変動を抑制し、かつピンチオフ特性を確保することが可能である。   The present invention includes a step of providing a buffer layer made of aluminum nitride on a substrate made of silicon nitride, a step of providing a channel layer made of gallium nitride on the buffer layer by MOCVD, and on the channel layer. A step of providing an electron supply layer made of a nitride semiconductor, and a step of providing a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode on the electron supply layer, and growing a region on the electron supply layer side of the channel layer The rate is a method for manufacturing a semiconductor device that is larger than the growth rate of the region on the buffer layer side of the channel layer. According to the present invention, it is possible to suppress fluctuations in current and ensure pinch-off characteristics.

上記構成において、前記チャネル層の前記電子供給層側の領域の成長レートは、前記チャネル層の前記バッファ層側の領域の成長レートの1.5倍以上である構成とすることができる。この構成によれば、電流の変動を抑制し、かつピンチオフ特性を確保することが可能である。   In the above configuration, the growth rate of the region on the electron supply layer side of the channel layer may be 1.5 times or more the growth rate of the region on the buffer layer side of the channel layer. According to this configuration, it is possible to suppress current fluctuation and to secure pinch-off characteristics.

本発明は、窒化シリコンからなる基板上に、窒化アルミニウムからなるバッファ層を設ける工程と、MOCVD法により、前記バッファ層上に、窒化ガリウムからなるチャネル層を設ける工程と、前記チャネル層上に、窒化物半導体からなる電子供給層を設ける工程と、前記電子供給層上に、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を設ける工程と、を有し、前記チャネル層の前記バッファ層側の領域の成長圧力は、前記チャネル層の前記電子供給層側の領域の成長圧力より高い半導体装置の成長方法である。本発明によれば、電流の変動を抑制し、かつピンチオフ特性を確保することが可能である。   The present invention includes a step of providing a buffer layer made of aluminum nitride on a substrate made of silicon nitride, a step of providing a channel layer made of gallium nitride on the buffer layer by MOCVD, and on the channel layer. A step of providing an electron supply layer made of a nitride semiconductor; and a step of providing a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode on the electron supply layer, and a growth pressure of a region of the channel layer on the buffer layer side Is a method for growing a semiconductor device that is higher than the growth pressure of the region on the electron supply layer side of the channel layer. According to the present invention, it is possible to suppress fluctuations in current and ensure pinch-off characteristics.

上記構成において、前記チャネル層の前記バッファ層側の領域の成長圧力は、前記チャネル層の前記電子供給層側の領域の成長圧力より13.33kPa以上高い構成とすることができる。この構成によれば、電流の変動を抑制し、かつピンチオフ特性を確保することが可能である。   In the above-described configuration, the growth pressure of the channel layer on the buffer layer side may be higher than the growth pressure of the channel layer on the electron supply layer side by 13.33 kPa or more. According to this configuration, it is possible to suppress current fluctuation and to secure pinch-off characteristics.

本発明は、窒化シリコンからなる基板上に、窒化アルミニウムからなるバッファ層を設ける工程と、原料にアンモニアを含むMOCVD法により、前記バッファ層上に、窒化ガリウムからなるチャネル層を設ける工程と、前記チャネル層上に、窒化物半導体からなる電子供給層を設ける工程と、前記電子供給層上に、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を設ける工程と、を有し、前記チャネル層の前記バッファ層側の領域を設ける工程におけるアンモニアの流量比は、前記チャネル層の前記電子供給層側の領域を設ける工程におけるアンモニアの流量比より大きい半導体装置の成長方法である。本発明によれば、電流の変動を抑制し、かつピンチオフ特性を確保することが可能である。   The present invention includes a step of providing a buffer layer made of aluminum nitride on a substrate made of silicon nitride, a step of providing a channel layer made of gallium nitride on the buffer layer by MOCVD including ammonia as a raw material, A step of providing an electron supply layer made of a nitride semiconductor on the channel layer; and a step of providing a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode on the electron supply layer, and the buffer layer side of the channel layer The ammonia flow rate ratio in the step of providing the region is a growth method of a semiconductor device larger than the ammonia flow rate ratio in the step of providing the region on the electron supply layer side of the channel layer. According to the present invention, it is possible to suppress fluctuations in current and ensure pinch-off characteristics.

本発明は、シリコンを含む原料ガスを用いるMOCVD法により、窒化シリコンからなる基板上に、窒化アルミニウムからなるバッファ層を設ける工程と、前記バッファ層上に、窒化ガリウムからなるチャネル層を設ける工程と、前記チャネル層上に、窒化物半導体からなる電子供給層を設ける工程と、前記電子供給層上に、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を設ける工程と、を有する半導体装置の製造方法である。本発明によれば、電流の変動を抑制し、かつピンチオフ特性を確保することが可能である。   The present invention includes a step of providing a buffer layer made of aluminum nitride on a substrate made of silicon nitride by a MOCVD method using a source gas containing silicon, and a step of providing a channel layer made of gallium nitride on the buffer layer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: providing an electron supply layer made of a nitride semiconductor on the channel layer; and providing a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode on the electron supply layer. According to the present invention, it is possible to suppress fluctuations in current and ensure pinch-off characteristics.

本発明は、MOCVD法により、窒化シリコンからなる基板上に、窒化アルミニウムからなるバッファ層を設ける工程と、前記バッファ層上に、窒化ガリウムからなるチャネル層を設ける工程と、前記チャネル層上に、窒化物半導体からなる電子供給層を設ける工程と、前記電子供給層上に、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を設ける工程と、を有し、前記バッファ層の成長レートは0.5μm/h以下である半導体装置の製造方法である。本発明によれば、電流の変動を抑制し、かつピンチオフ特性を確保することが可能である。   The present invention includes a step of providing a buffer layer made of aluminum nitride on a substrate made of silicon nitride by a MOCVD method, a step of providing a channel layer made of gallium nitride on the buffer layer, and on the channel layer. A step of providing an electron supply layer made of a nitride semiconductor and a step of providing a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode on the electron supply layer, and the growth rate of the buffer layer is 0.5 μm / h or less. This is a method for manufacturing a semiconductor device. According to the present invention, it is possible to suppress fluctuations in current and ensure pinch-off characteristics.

本発明によれば、電流の変動を抑制し、かつピンチオフ特性を確保することが可能な半導体装置、及び半導体装置の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor device which can suppress the fluctuation | variation of an electric current and can ensure a pinch-off characteristic, and the manufacturing method of a semiconductor device can be provided.

図1は、比較例1に係るHEMTを例示する断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a HEMT according to Comparative Example 1. 図2(a)は、比較例1に係るHEMTのバンド構造を例示する模式図である。図2(b)は、比較例2に係るHEMTのバンド構造を例示する模式図である。FIG. 2A is a schematic view illustrating the band structure of the HEMT according to Comparative Example 1. FIG. 2B is a schematic view illustrating the band structure of the HEMT according to Comparative Example 2. 図3(a)は、バッファリーク評価のためのサンプルを例示する模式図である。図3(b)は、ピンチオフリーク評価のためのサンプルを例示する模式図である。FIG. 3A is a schematic view illustrating a sample for buffer leak evaluation. FIG. 3B is a schematic view illustrating a sample for pinch freak evaluation. 図4(a)は、比較例1におけるバッファリーク電流の電界強度依存性を例示する模式図である。図4(b)は、比較例2におけるバッファリーク電流の電界強度依存性を例示する模式図である。FIG. 4A is a schematic diagram illustrating the field strength dependence of the buffer leakage current in Comparative Example 1. FIG. 4B is a schematic view illustrating the field strength dependence of the buffer leakage current in Comparative Example 2. 図5(a)は、比較例1におけるピンチオフリーク電流の電界強度依存性を例示する模式図である。図5(b)は、比較例2におけるピンチオフリーク電流の電界強度依存性を例示する模式図である。FIG. 5A is a schematic view illustrating the electric field strength dependence of the pinch freak current in Comparative Example 1. FIG. FIG. 5B is a schematic view illustrating the electric field strength dependence of the pinch freak current in Comparative Example 2. 図6(a)は、実施例1に係るHEMTを例示する断面図である。図6(b)は、実施例1に係るHEMTのバンド構造を例示する模式図である。FIG. 6A is a cross-sectional view illustrating a HEMT according to the first embodiment. FIG. 6B is a schematic view illustrating the band structure of the HEMT according to the first embodiment. 図7(a)は、バッファリーク評価のためのサンプルを例示する模式図である。図7(b)は、ピンチオフリーク評価のためのサンプルを例示する模式図である。FIG. 7A is a schematic view illustrating a sample for buffer leak evaluation. FIG. 7B is a schematic view illustrating a sample for pinch freak evaluation. 図8(a)は、実施例1におけるバッファリーク電流の電界強度依存性を例示する模式図である。図8(b)は、実施例1におけるピンチオフリーク電流の電界強度依存性を例示する模式図である。FIG. 8A is a schematic view illustrating the field strength dependence of the buffer leakage current in the first embodiment. FIG. 8B is a schematic view illustrating the electric field strength dependence of the pinch freak current in the first embodiment. 図9(a)から図9(c)は、実施例1に係るHEMTの製造方法を例示する断面図である。FIG. 9A to FIG. 9C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the HEMT according to the first embodiment. 図10(a)及び図10(b)は、実施例1に係るHEMTの製造方法を例示する断面図である。FIG. 10A and FIG. 10B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the HEMT according to the first embodiment. 図11(a)は、実施例2に係るHEMTを例示する断面図である。図11(b)は、実施例2に係るHEMTのバンド構造を例示する模式図である。FIG. 11A is a cross-sectional view illustrating a HEMT according to the second embodiment. FIG. 11B is a schematic view illustrating the band structure of the HEMT according to the second embodiment. 図12(a)及び図12(b)は、実施例2に係るHEMTの製造方法を例示する断面図である。FIG. 12A and FIG. 12B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the HEMT according to the second embodiment.

まず比較例について説明する。図1は、比較例1に係るHEMTを例示する断面図である。   First, a comparative example will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a HEMT according to Comparative Example 1.

図1に示すように、比較例1に係るHEMT100Rは、基板110、バッファ層112、チャネル層114、電子供給層116、ソース電極120、ドレイン電極122及びゲート電極124、並びに保護層126を備える。   As shown in FIG. 1, the HEMT 100R according to Comparative Example 1 includes a substrate 110, a buffer layer 112, a channel layer 114, an electron supply layer 116, a source electrode 120, a drain electrode 122, a gate electrode 124, and a protective layer 126.

基板110は炭化シリコン(SiC)からなる。バッファ層112は、例えば厚さ25nmの窒化アルミニウム(AlN)からなる。バッファ層112は、基板110上に設けられている。チャネル層114は、例えば厚さ1200nmの窒化ガリウム(GaN)からなる。チャネル層114は、バッファ層112上に設けられている。電子供給層116は、例えば厚さ20nmの窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)からなる。電子供給層116は、チャネル層114上に設けられている。ソース電極120及びドレイン電極122は、例えば電子供給層116に近い方から順にチタン層とアルミニウム層(Ti/Al)、又はタンタル/アルミニウム(Ta/Al)等の金属を積層して形成されるオーミック電極である。ゲート電極124は、例えば電子供給層116に近い方から順に、ニッケル/アルミニウム(Ni/Al)等の金属を積層してなる。ゲート電極124は、ソース電極120とドレイン電極122との間に位置する。ソース電極120及びドレイン電極122には、例えば金(Au)等の金属からなる配線が接続される。なお、配線は不図示である。電子供給層116上には例えば窒化シリコン(SiN)等の絶縁体からなる保護層126が設けられている。   The substrate 110 is made of silicon carbide (SiC). The buffer layer 112 is made of, for example, aluminum nitride (AlN) having a thickness of 25 nm. The buffer layer 112 is provided on the substrate 110. The channel layer 114 is made of, for example, gallium nitride (GaN) having a thickness of 1200 nm. The channel layer 114 is provided on the buffer layer 112. The electron supply layer 116 is made of, for example, aluminum gallium nitride (AlGaN) having a thickness of 20 nm. The electron supply layer 116 is provided on the channel layer 114. The source electrode 120 and the drain electrode 122 are formed by, for example, laminating a titanium layer and an aluminum layer (Ti / Al), or a metal such as tantalum / aluminum (Ta / Al) in order from the side closer to the electron supply layer 116. Electrode. The gate electrode 124 is formed by laminating a metal such as nickel / aluminum (Ni / Al) in order from the side closer to the electron supply layer 116, for example. The gate electrode 124 is located between the source electrode 120 and the drain electrode 122. For example, a wiring made of a metal such as gold (Au) is connected to the source electrode 120 and the drain electrode 122. The wiring is not shown. A protective layer 126 made of an insulator such as silicon nitride (SiN) is provided on the electron supply layer 116.

例えばソース電極120を接地し、ドレイン電極122に正電位、ゲート電極124に負電位をそれぞれ印加すると、チャネル層114と電子供給層116との界面に2DEGが発生する。2DEGがキャリアとなり、ソース−ドレイン間に電流が流れる。電気的ストレスが加わることにより、2DEGを構成する電子がトラップに捕獲され、例えばドレイン電流が変動することがある。電気的ストレスとは、例えば直流信号、又は大電力の高周波信号等である。電流の変動については、図2(a)及び図2(b)において後述する。   For example, when the source electrode 120 is grounded and a positive potential is applied to the drain electrode 122 and a negative potential is applied to the gate electrode 124, 2DEG is generated at the interface between the channel layer 114 and the electron supply layer 116. 2DEG becomes a carrier, and a current flows between the source and the drain. When an electrical stress is applied, electrons constituting 2DEG are trapped in the trap, and the drain current may fluctuate, for example. The electrical stress is, for example, a DC signal or a high-power high-frequency signal. The current fluctuation will be described later with reference to FIGS. 2 (a) and 2 (b).

次に比較例2に係るHEMTについて説明する。比較例2では、チャネル層114を構成するGaNを高品質化している。すなわち、比較例2におけるGaNに含まれる炭素(C)等の不純物の濃度は、比較例1よりも低い。他の構成は、図1に示したものと同じである。不純物の濃度を低減するためには、例えばチャネル層114を成長させるためのMOCVD法(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:有機金属気相成長法)における成長温度を高くする等の方法がある。例えば、比較例1においては成長温度を1100℃、比較例2においては成長温度を1200℃とする。次にバンド構造について説明する。   Next, the HEMT according to Comparative Example 2 will be described. In Comparative Example 2, the quality of GaN constituting the channel layer 114 is increased. That is, the concentration of impurities such as carbon (C) contained in GaN in Comparative Example 2 is lower than that in Comparative Example 1. Other configurations are the same as those shown in FIG. In order to reduce the concentration of impurities, for example, there is a method of increasing the growth temperature in an MOCVD method (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) for growing the channel layer 114. For example, in Comparative Example 1, the growth temperature is 1100 ° C., and in Comparative Example 2, the growth temperature is 1200 ° C. Next, the band structure will be described.

図2(a)は、比較例1に係るHEMTのバンド構造を例示する模式図である。図2(b)は、比較例2に係るHEMTのバンド構造を例示する模式図である。破線で示したEfはフェルミエネルギーを表す。実線で示したEcはコンダクションバンドの底のエネルギーを表す。点線で示したEtは、コンダクションバンドより下の深い準位(トラップ)のエネルギーを表す。図2(a)及び図2(b)において、HEMTの各部位に対応する領域は、図1と同じ符号で示した。また格子斜線の領域は2DEGを示す。既述したように、2DEGがキャリアとなりドレイン電流が流れる。しかし電気的ストレスが印加されることにより、時間と共に、ドレイン電流が変動することがある。   FIG. 2A is a schematic view illustrating the band structure of the HEMT according to Comparative Example 1. FIG. 2B is a schematic view illustrating the band structure of the HEMT according to Comparative Example 2. Ef indicated by a broken line represents Fermi energy. Ec indicated by a solid line represents the energy at the bottom of the conduction band. Et indicated by a dotted line represents the energy of a deep level (trap) below the conduction band. In FIG. 2A and FIG. 2B, regions corresponding to the respective portions of the HEMT are denoted by the same reference numerals as those in FIG. The hatched area indicates 2DEG. As described above, 2DEG becomes a carrier and a drain current flows. However, when an electrical stress is applied, the drain current may fluctuate with time.

図2(a)に示すように、チャネル層114におけるEcは高い。例えばチャネル層114とバッファ層112との界面付近におけるエネルギー差Ec−Efは1.5eV程度である。またチャネル層114のバッファ層112側の領域において、トラップのエネルギーEtが、フェルミエネルギーEfより高くなる。トラップはイオン化されているため、電気的ストレス等により高エネルギーとなった電子を捕獲することができる。つまり、2DEGの電子がトラップに捕獲されることがある。電子の捕獲により、2DEGの濃度は低下する。2DEGの濃度の低下により、HEMTのドレイン電流は減少する。また、捕獲された電子が放出されることがある。このように、時間と共にドレイン電流の変動が生じることがある。   As shown in FIG. 2A, Ec in the channel layer 114 is high. For example, the energy difference Ec−Ef in the vicinity of the interface between the channel layer 114 and the buffer layer 112 is about 1.5 eV. In the region on the buffer layer 112 side of the channel layer 114, the trap energy Et is higher than the Fermi energy Ef. Since the trap is ionized, electrons that have become high energy due to electrical stress or the like can be captured. That is, 2DEG electrons may be trapped in the trap. Due to electron capture, the concentration of 2DEG decreases. As the concentration of 2DEG decreases, the HEMT drain current decreases. In addition, trapped electrons may be emitted. Thus, the drain current may vary with time.

図2(b)に示すように、比較例2においては、チャネル層114のコンダクションバンドのエネルギーEcが、比較例1におけるEcより低い。これは、チャネル層114を形成するGaNを高品質化しているため、C等のようなアクセプタとなる不純物の寄与が低減したことによる。これにより、チャネル層114は低抵抗化する。チャネル層114とバッファ層112との界面付近におけるエネルギー差Ec−Efは例えば0.4〜0.6eV程度である。トラップのエネルギーEtは、フェルミエネルギーEfより低くなる。トラップは電子に占有されるため、2DEGの電子のトラップへの捕獲は抑制される。この結果、ドレイン電流の変動は抑制される。   As shown in FIG. 2B, in Comparative Example 2, the energy Ec of the conduction band of the channel layer 114 is lower than Ec in Comparative Example 1. This is because the quality of GaN forming the channel layer 114 is improved, and the contribution of impurities such as C, which become acceptors, is reduced. Thereby, the resistance of the channel layer 114 is reduced. The energy difference Ec−Ef in the vicinity of the interface between the channel layer 114 and the buffer layer 112 is, for example, about 0.4 to 0.6 eV. The trap energy Et is lower than the Fermi energy Ef. Since the trap is occupied by electrons, capture of 2DEG electrons in the trap is suppressed. As a result, the fluctuation of the drain current is suppressed.

しかしながら、図2(b)においては、エネルギーEcが、チャネル層114の全体にわたって低下する。このため、2DEG付近においてもエネルギーEcは低下し、エネルギー差Ec−Efが小さくなる。この結果、チャネル層114からバッファ層112にかけて、エネルギーEcの傾きが緩やかになる。言い換えれば、2DEG付近における障壁が低くなる。従って、ソース−ドレイン間に電圧が印加されると、2DEGの電子が障壁を乗り越え易くなる。この結果、比較例2においては、リーク電流が増大し、ピンチオフ特性の劣化が生じる可能性がある。   However, in FIG. 2B, the energy Ec decreases over the entire channel layer 114. For this reason, even in the vicinity of 2DEG, the energy Ec decreases and the energy difference Ec−Ef decreases. As a result, the gradient of energy Ec becomes gentle from the channel layer 114 to the buffer layer 112. In other words, the barrier near 2DEG is lowered. Therefore, when a voltage is applied between the source and the drain, the 2DEG electrons easily get over the barrier. As a result, in Comparative Example 2, there is a possibility that the leakage current increases and the pinch-off characteristic is deteriorated.

上記のようなバンド構造の違いにより、I−V特性に違いが生じる。バンド構造が、I−V特性に及ぼす影響について説明する。I−V特性の評価として、バッファリーク及びピンチオフリークの評価を行った。   Due to the difference in band structure as described above, a difference occurs in the IV characteristic. The influence of the band structure on the IV characteristics will be described. As an evaluation of the IV characteristics, buffer leak and pinch freak were evaluated.

バッファリークの評価は、チャネル層114の電子供給層116側の領域を流れる電流(以下、「バッファリーク電流」とする)の電界強度依存性を評価するものである。チャネル層114の電子供給層116に近い領域における電子の挙動は、バッファリークに影響する。ピンチオフリークの評価は、チャネル層114のバッファ層112側の領域を流れる電流(「ピンチオフリーク電流」とする)の電界強度依存性を評価するものである。チャネル層114のバッファ層112に近い領域における電子の挙動は、ピンチオフリークに影響する。   The evaluation of the buffer leak is to evaluate the electric field strength dependence of the current flowing through the region on the electron supply layer 116 side of the channel layer 114 (hereinafter referred to as “buffer leak current”). The behavior of electrons in the region near the electron supply layer 116 of the channel layer 114 affects the buffer leak. The evaluation of the pinch freak is to evaluate the electric field strength dependence of the current flowing through the region on the buffer layer 112 side of the channel layer 114 (referred to as “pinch freak current”). The behavior of electrons in a region near the buffer layer 112 of the channel layer 114 affects the pinch freak.

サンプルについて説明する。図3(a)は、バッファリーク評価のためのサンプルを例示する模式図である。矢印は、電子の流れを表す。   A sample will be described. FIG. 3A is a schematic view illustrating a sample for buffer leak evaluation. Arrows represent the flow of electrons.

図3(a)に示すように、バッファリーク評価のためのサンプル100Aは、基板110、バッファ層112、チャネル層114、電子供給層116、ソース電極120及びドレイン電極122を備える。ゲート電極124は設けられていない。基板110、及び各層の材質及び寸法は、図1において例示したものと同じである。ソース電極120及びドレイン電極122は、電子供給層116に近い方から、Ti/Alを積層してなる。チャネル層114及び電子供給層116の一部は、例えばエッチングにより除去されている。エッチングは例えば塩素系のエッチャントを用いたRIE(Reactive Ion Etching:反応性イオンエッチング)とする。エッチングにより、チャネル層114の上面に、電子供給層116を貫通するような凹部114cが形成される。凹部114cはソース電極120とドレイン電極122との間に位置し、幅Wは2000nm、深さDは100nmである。幅方向は、図3(a)の左右方向である。深さ方向は、図3(a)の上下方向である。   As shown in FIG. 3A, a sample 100A for buffer leak evaluation includes a substrate 110, a buffer layer 112, a channel layer 114, an electron supply layer 116, a source electrode 120, and a drain electrode 122. The gate electrode 124 is not provided. The material and dimensions of the substrate 110 and each layer are the same as those illustrated in FIG. The source electrode 120 and the drain electrode 122 are formed by stacking Ti / Al from the side closer to the electron supply layer 116. Part of the channel layer 114 and the electron supply layer 116 is removed by, for example, etching. Etching is, for example, RIE (Reactive Ion Etching) using a chlorine-based etchant. By etching, a recess 114 c that penetrates the electron supply layer 116 is formed on the upper surface of the channel layer 114. The recess 114c is located between the source electrode 120 and the drain electrode 122, and has a width W of 2000 nm and a depth D of 100 nm. The width direction is the left-right direction in FIG. The depth direction is the vertical direction of FIG.

上記のサンプル100Aのソース電極120とドレイン電極122との間に電圧を印加することで、ソース−ドレイン間にバッファリーク電流が流れる。なお、図3(a)に矢印で示すように、電子は主にチャネル層114の電子供給層116側の領域を流れる。   By applying a voltage between the source electrode 120 and the drain electrode 122 of the sample 100A, a buffer leak current flows between the source and the drain. As shown by arrows in FIG. 3A, electrons mainly flow in a region on the electron supply layer 116 side of the channel layer 114.

高品質化していないGaNにより形成されたチャネル層114を有するサンプル100Aを用いて、比較例1におけるバッファリーク電流の電界強度依存性を評価した。高品質化したGaNにより形成されたチャネル層114を有するサンプル100Aを用いて、比較例2におけるバッファリーク電流の電界強度依存性を評価した。   Using the sample 100A having the channel layer 114 formed of GaN that has not been improved in quality, the electric field strength dependence of the buffer leakage current in Comparative Example 1 was evaluated. Using the sample 100A having the channel layer 114 made of high quality GaN, the electric field strength dependence of the buffer leakage current in Comparative Example 2 was evaluated.

図3(b)は、ピンチオフリーク評価のためのサンプルを例示する模式図である。図3(b)の格子斜線は空乏層を表す。   FIG. 3B is a schematic view illustrating a sample for pinch freak evaluation. The lattice diagonal line in FIG. 3B represents a depletion layer.

図3(b)に示すように、ピンチオフリーク評価のサンプル100Bとして、HEMT100Rを用いた。材質及び寸法は、図1において例示したものと同じである。ソース電極120及びドレイン電極122は、電子供給層116に近い方から、Ti/Alを積層してなる。ゲート電極124は、電子供給層116に近い方から、Ni/Auを積層してなる。ゲート電極124の長さLは1μmである。長さ方向は、図3(b)の左右方向である。ゲート電極124に−3Vの電圧を印加することにより、空乏層118をチャネル層114の深い位置まで形成する。サンプル100Bのソース電極120とドレイン電極122との間に電圧を印加することで、ドレイン電流が流れる。図3(b)に矢印で示すように、電子は主にチャネル層114のバッファ層112側の領域を流れる。図3(b)のように、空乏層118を形成した状態においてI−V特性を評価することにより、ピンチオフリークを評価する。   As shown in FIG. 3B, HEMT 100R was used as a sample 100B for pinch freak evaluation. The materials and dimensions are the same as those illustrated in FIG. The source electrode 120 and the drain electrode 122 are formed by stacking Ti / Al from the side closer to the electron supply layer 116. The gate electrode 124 is formed by stacking Ni / Au from the side closer to the electron supply layer 116. The length L of the gate electrode 124 is 1 μm. The length direction is the left-right direction in FIG. By applying a voltage of −3 V to the gate electrode 124, the depletion layer 118 is formed up to a deep position of the channel layer 114. By applying a voltage between the source electrode 120 and the drain electrode 122 of the sample 100B, a drain current flows. As indicated by arrows in FIG. 3B, electrons mainly flow in a region on the buffer layer 112 side of the channel layer 114. As shown in FIG. 3B, the pinch freak is evaluated by evaluating the IV characteristics in a state where the depletion layer 118 is formed.

高品質化していないGaNにより形成されたチャネル層114を有するサンプル100Bを用いて、比較例1におけるピンチオフリーク電流の電界強度依存性を評価した。高品質化したGaNにより形成されたチャネル層114を有するサンプル100Bを用いて、比較例2におけるピンチオフリーク電流の電界強度依存性を評価した。   Using the sample 100B having the channel layer 114 formed of GaN that has not been improved in quality, the electric field strength dependence of the pinch freak current in Comparative Example 1 was evaluated. Using the sample 100B having the channel layer 114 formed of high quality GaN, the electric field strength dependence of the pinch freak current in Comparative Example 2 was evaluated.

まずバッファリークについて説明する。図4(a)は、比較例1におけるバッファリーク電流の電界強度依存性を例示する模式図である。図4(b)は、比較例2におけるバッファリーク電流の電界強度依存性を例示する模式図である。横軸は電界強度、縦軸はバッファリーク電流を表す。電界強度はソース−ドレイン間の電界の強さであり、ソース−ドレイン間電圧に依存する。   First, the buffer leak will be described. FIG. 4A is a schematic diagram illustrating the field strength dependence of the buffer leakage current in Comparative Example 1. FIG. 4B is a schematic view illustrating the field strength dependence of the buffer leakage current in Comparative Example 2. The horizontal axis represents the electric field intensity, and the vertical axis represents the buffer leakage current. The electric field strength is the strength of the electric field between the source and the drain, and depends on the source-drain voltage.

図4(a)及び図4(b)に示すように、電界強度の増大に伴い、バッファリーク電流は大きくなる。比較例1よりも比較例2の方が、バッファリーク電流の増大が大きい。例えば比較例1において、電界強度がE1の場合、バッファリーク電流はI1となる。比較例2において、電界強度がE1の場合、バッファリーク電流はI1より大きいI2となる。   As shown in FIG. 4A and FIG. 4B, the buffer leakage current increases as the electric field strength increases. The increase in the buffer leakage current is larger in Comparative Example 2 than in Comparative Example 1. For example, in Comparative Example 1, when the electric field strength is E1, the buffer leakage current is I1. In Comparative Example 2, when the electric field strength is E1, the buffer leakage current becomes I2 larger than I1.

図2(a)に示したように、比較例1では、電子が、ソース−ドレイン間のチャネル層14における障壁を乗り越え難い。このため図4(a)に示すように、比較例1においては比較例2よりも、バッファリーク電流は小さくなる。図2(b)に示したように、比較例2における2DEG付近におけるエネルギーの差Ec−Efは、比較例1よりも小さい。従って、2DEGの電子が、ソース−ドレイン間のチャネル層14における障壁を乗り越えやすい。言い換えれば、チャネル層114にバッファリーク電流が流れやすい。この結果、図4(b)に示すように、比較例2においてはバッファリーク電流が大きくなる。   As shown in FIG. 2A, in Comparative Example 1, it is difficult for electrons to get over the barrier in the channel layer 14 between the source and the drain. For this reason, as shown in FIG. 4A, the buffer leak current is smaller in the first comparative example than in the second comparative example. As shown in FIG. 2B, the energy difference Ec−Ef in the vicinity of 2DEG in Comparative Example 2 is smaller than that in Comparative Example 1. Therefore, 2DEG electrons easily get over the barrier in the channel layer 14 between the source and drain. In other words, a buffer leak current tends to flow through the channel layer 114. As a result, as shown in FIG. 4B, the buffer leakage current increases in the comparative example 2.

次にピンチオフリークについて説明する。図5(a)は、比較例1におけるピンチオフリーク電流の電界強度依存性を例示する模式図である。図5(b)は、比較例2におけるピンチオフリーク電流の電界強度依存性を例示する模式図である。縦軸はピンチオフリーク電流を表す。   Next, pinch freaks will be described. FIG. 5A is a schematic view illustrating the electric field strength dependence of the pinch freak current in Comparative Example 1. FIG. FIG. 5B is a schematic view illustrating the electric field strength dependence of the pinch freak current in Comparative Example 2. The vertical axis represents the pinch freak current.

図5(a)及び図5(b)に示すように、ソース−ドレイン間の電界強度の増大に伴い、ピンチオフリーク電流は大きくなる。ピンチオフリーク電流の増大は、比較例2の方が、比較例1よりも大きい。例えば比較例1において、電界強度がE2の場合、ピンチオフリーク電流はI3となる。比較例2において、電界強度がE2の場合、ピンチオフリーク電流はI3より大きいI4となる。   As shown in FIG. 5A and FIG. 5B, the pinch freak current increases as the electric field strength between the source and the drain increases. The increase in pinch freak current is greater in Comparative Example 2 than in Comparative Example 1. For example, in the comparative example 1, when the electric field strength is E2, the pinch freak current is I3. In Comparative Example 2, when the electric field strength is E2, the pinch freak current is I4 larger than I3.

図2(a)に示したように、比較例1におけるチャネル層114のバッファ層112付近の領域では、Ecが高い。このため、ピンチオフリーク電流が抑制される。図2(b)に示したように、比較例2では、Ec−Efが小さいため、ピンチオフリーク電流が増大する。   As shown in FIG. 2A, Ec is high in the region near the buffer layer 112 of the channel layer 114 in the first comparative example. For this reason, pinch freak current is suppressed. As shown in FIG.2 (b), in the comparative example 2, since Ec-Ef is small, pinch freak current increases.

以上のように、比較例1においては、チャネル層114の電子供給層116側の領域のエネルギー差Ec−Efが高いため、バッファリーク電流及びピンチオフリーク電流は小さい。しかし、チャネル層114のバッファ層112側の領域には、電子が捕獲されていないトラップが形成される。高エネルギーを有する電子がトラップに捕獲されるため、ドレイン電流が変動する。   As described above, in Comparative Example 1, since the energy difference Ec−Ef in the region on the electron supply layer 116 side of the channel layer 114 is high, the buffer leak current and the pinch freak current are small. However, a trap in which electrons are not captured is formed in a region of the channel layer 114 on the buffer layer 112 side. Since electrons having high energy are trapped in the trap, the drain current varies.

比較例2においては、チャネル層114のバッファ層112側の領域において、トラップのエネルギーEtが低下する。従って、電子の捕獲によるドレイン電流の変動は抑制される。しかし、チャネル層114の電子供給層116側の領域のエネルギー差Ec−Efが低い。ソース−ドレイン間電圧により、高エネルギーとなった電子が、チャネル層114における障壁を乗り越える。これにより、ピンチオフ特性が劣化する。このように、HEMTにおいて、電流の変動の抑制と、ピンチオフ特性の確保との両立することは困難であった。   In Comparative Example 2, the trap energy Et decreases in the region of the channel layer 114 on the buffer layer 112 side. Accordingly, fluctuations in the drain current due to electron capture are suppressed. However, the energy difference Ec−Ef in the region on the electron supply layer 116 side of the channel layer 114 is low. Due to the source-drain voltage, high energy electrons overcome the barrier in the channel layer 114. Thereby, the pinch-off characteristic is deteriorated. Thus, in the HEMT, it has been difficult to achieve both suppression of current fluctuation and ensuring pinch-off characteristics.

図面を用いて、本発明の実施例について説明する。   Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図6(a)は、実施例1に係るHEMTを例示する断面図である。図1において既述した構成と同じ構成については、説明を省略する。   FIG. 6A is a cross-sectional view illustrating a HEMT according to the first embodiment. The description of the same configuration as that already described in FIG. 1 is omitted.

図6(a)に示すように、実施例1に係るHEMT100は、基板10、バッファ層12、チャネル層14、電子供給層16、ソース電極20、ドレイン電極22、ゲート電極24及び保護層26を備える。バッファ層12は、例えば基板10の上面に接触している。チャネル層14は、例えばバッファ層12の上面に接触している。電子供給層16は、例えばチャネル層14の上面に接触している。ソース電極20、ドレイン電極22及びゲート電極24は、例えば電子供給層16の上面に接触している。   As shown in FIG. 6A, the HEMT 100 according to the first embodiment includes a substrate 10, a buffer layer 12, a channel layer 14, an electron supply layer 16, a source electrode 20, a drain electrode 22, a gate electrode 24, and a protective layer 26. Prepare. The buffer layer 12 is in contact with the upper surface of the substrate 10, for example. For example, the channel layer 14 is in contact with the upper surface of the buffer layer 12. The electron supply layer 16 is in contact with the upper surface of the channel layer 14, for example. The source electrode 20, the drain electrode 22, and the gate electrode 24 are in contact with, for example, the upper surface of the electron supply layer 16.

図6(a)に破線で示すように、チャネル層14は2つの領域14a及び14bを含む。チャネル層14のバッファ層12側の領域を領域14a、電子供給層16側の領域を領域14bとする。領域14bにおけるCの濃度は例えば4×1016atoms/cm以上である。領域14aにおけるCの濃度は例えば2×1016atoms/cm以下である。このように、領域14bにおけるCの濃度は、領域14aにおけるCの濃度より高い。領域14bにおけるシリコン(Si)の濃度と酸素(O)の濃度との合計値は、例えば1×1016atoms/cm以下である。領域14aにおけるSiの濃度とOの濃度との合計値は、例えば2×1016atoms/cm以上である。このように、領域14bにおけるSiの濃度とOの濃度との合計値は、領域14aにおけるSiの濃度とOの濃度との合計値より小さい。領域14a及び領域14b各々の厚さは、例えば600nmである。次にバンド構造について説明する。 As indicated by a broken line in FIG. 6A, the channel layer 14 includes two regions 14a and 14b. A region on the buffer layer 12 side of the channel layer 14 is a region 14a, and a region on the electron supply layer 16 side is a region 14b. The concentration of C in the region 14b is, for example, 4 × 10 16 atoms / cm 3 or more. The concentration of C in the region 14a is, for example, 2 × 10 16 atoms / cm 3 or less. Thus, the concentration of C in the region 14b is higher than the concentration of C in the region 14a. The total value of the concentration of silicon (Si) and the concentration of oxygen (O) in the region 14b is, for example, 1 × 10 16 atoms / cm 3 or less. The total value of the Si concentration and the O concentration in the region 14a is, for example, 2 × 10 16 atoms / cm 3 or more. Thus, the total value of the Si concentration and the O concentration in the region 14b is smaller than the total value of the Si concentration and the O concentration in the region 14a. The thickness of each of the region 14a and the region 14b is, for example, 600 nm. Next, the band structure will be described.

図6(b)は、実施例1に係るHEMTのバンド構造を例示する模式図である。図6(b)と図2(a)とを比較すると、領域14aにおいてEcは低下している。これに対し、領域14bにおいてEcはほとんど低下していない。言い換えれば、領域14bにおいて、Ec−Efは高く維持される。バッファ層12のチャネル層14側におけるコンダクションバンドのエネルギーをEb1とする。バッファ層12のエネルギーについては、実施例2において後述する。   FIG. 6B is a schematic view illustrating the band structure of the HEMT according to the first embodiment. When FIG. 6B is compared with FIG. 2A, Ec decreases in the region 14a. On the other hand, Ec hardly decreases in the region 14b. In other words, Ec-Ef is kept high in the region 14b. The energy of the conduction band on the channel layer 14 side of the buffer layer 12 is Eb1. The energy of the buffer layer 12 will be described later in Example 2.

領域14bにおけるCの濃度が高い。言い換えれば、アクセプタとなる不純物の濃度(アクセプタ濃度)が高い。また、Siの濃度とOの濃度の合計値が小さい。言い換えれば、ドナーとなる不純物の濃度(ドナー濃度)が低い。抵抗率は、アクセプタ濃度とドナー濃度との差であるアクセプタ濃度−ドナー濃度、に依存する。領域14bにおいては、アクセプタ濃度−ドナー濃度が大きい。この結果、領域14bは高抵抗化する。言い換えれば、Ecが高くなる。このため、2DEG付近において、急峻な障壁が形成される。従って、2DEGの電子が障壁を越え難くなる。   The concentration of C in the region 14b is high. In other words, the concentration of acceptor impurities (acceptor concentration) is high. Further, the total value of the Si concentration and the O concentration is small. In other words, the impurity concentration (donor concentration) serving as a donor is low. The resistivity depends on the acceptor concentration-donor concentration, which is the difference between the acceptor concentration and the donor concentration. In the region 14b, the acceptor concentration-donor concentration is high. As a result, the region 14b has a high resistance. In other words, Ec increases. For this reason, a steep barrier is formed in the vicinity of 2DEG. Therefore, it becomes difficult for 2DEG electrons to cross the barrier.

領域14aにおいてEc−Efは小さい。チャネル層14とバッファ層12との界面付近における、Ec−Efは例えば0.4〜0.6eV程度である。領域14aにおけるCの濃度は低い。言い換えれば、アクセプタとなる不純物の濃度が低い。また領域14aにおけるSiの濃度とOの濃度の合計値は大きい。言い換えれば、ドナーとなる不純物の濃度が高い。この結果、領域14aは低抵抗化する。このようにEc−Efは小さくなる。Ec−Efが小さくなることにより、トラップのエネルギーEtはフェルミエネルギーEfより小さくなる。トラップは電子に占有される。その結果、高エネルギーを有する電子のトラップへの捕獲は抑制される。   In the region 14a, Ec-Ef is small. Ec-Ef in the vicinity of the interface between the channel layer 14 and the buffer layer 12 is, for example, about 0.4 to 0.6 eV. The concentration of C in the region 14a is low. In other words, the concentration of impurities serving as acceptors is low. The total value of the Si concentration and the O concentration in the region 14a is large. In other words, the concentration of impurities serving as donors is high. As a result, the resistance of the region 14a is reduced. Thus, Ec-Ef becomes small. As Ec−Ef becomes smaller, the trap energy Et becomes smaller than the Fermi energy Ef. The trap is occupied by electrons. As a result, trapping of electrons having high energy in the trap is suppressed.

実施例1におけるバッファリーク及びピンチオフリークについて説明する。まずサンプルについて説明する。図7(a)は、バッファリーク評価のためのサンプルを例示する模式図である。図7(a)に示すように、チャネル層14に凹部14cが形成されている。図7(a)に矢印で示すように、サンプル100Cにおいて、電子は主にチャネル層14の領域14bを流れる。   The buffer leak and the pinch freak in Example 1 will be described. First, a sample will be described. FIG. 7A is a schematic view illustrating a sample for buffer leak evaluation. As shown in FIG. 7A, a recess 14 c is formed in the channel layer 14. As shown by arrows in FIG. 7A, in the sample 100C, electrons mainly flow through the region 14b of the channel layer 14.

図7(b)は、ピンチオフリーク評価のためのサンプルを例示する模式図である。図3(b)及び図6(a)において既述した構成については説明を省略する。図6(b)に示すように、空乏層18が形成されている。矢印で示すように、サンプル100Dにおいて、電子は主にチャネル層14の領域14aを流れる。   FIG. 7B is a schematic view illustrating a sample for pinch freak evaluation. The description of the configuration already described in FIGS. 3B and 6A is omitted. As shown in FIG. 6B, a depletion layer 18 is formed. As indicated by the arrows, in the sample 100D, electrons mainly flow through the region 14a of the channel layer 14.

図8(a)は、実施例1におけるバッファリーク電流の電界強度依存性を例示する模式図である。図8(a)に示すように、電界強度がE1の場合、バッファリーク電流はI5である。I5は、図4(b)に示したI2より小さく、例えば図4(a)に示したI1と同程度の大きさである。図6(b)に示したように、領域14bに高い障壁が形成され、電子がソース−ドレイン間において障壁を乗り越え難いためである。   FIG. 8A is a schematic view illustrating the field strength dependence of the buffer leakage current in the first embodiment. As shown in FIG. 8A, when the electric field strength is E1, the buffer leakage current is I5. I5 is smaller than I2 shown in FIG. 4B, and is about the same size as I1 shown in FIG. 4A, for example. This is because, as shown in FIG. 6B, a high barrier is formed in the region 14b and it is difficult for electrons to get over the barrier between the source and the drain.

図8(b)は、実施例1におけるピンチオフリーク電流の電界強度依存性を例示する模式図である。図8(b)に示すように、電界強度がE2の場合、ピンチオフリーク電流はI6である。I6は、図5(a)に示したI3より大きく、例えば図5(b)に示したI4と同程度の大きさである。   FIG. 8B is a schematic view illustrating the electric field strength dependence of the pinch freak current in the first embodiment. As shown in FIG. 8B, when the electric field strength is E2, the pinch freak current is I6. I6 is larger than I3 shown in FIG. 5A, and is about the same size as I4 shown in FIG. 5B, for example.

次に実施例1に係るHEMT100の製造方法について説明する。図9(a)から図10(b)は、実施例1に係るHEMTの製造方法を例示する断面図である。   Next, a method for manufacturing the HEMT 100 according to the first embodiment will be described. FIG. 9A to FIG. 10B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the HEMT according to the first embodiment.

図9(a)に示すように、まずMOCVD法を用いて、SiCからなる基板10上に、例えば厚さ25nmの、AlNからなるバッファ層12をエピタキシャル成長させる。バッファ層12の成長条件を以下に示す。なお、成長温度とは、成長時の基板の温度である。成長圧力とは、MOCVD法に用いる炉内の圧力である。
成長温度:1100℃
成長圧力:20kPa
原料:トリメチルアルミニウム(TMA:Tri Methyl Aluminum)、アンモニア(NH
As shown in FIG. 9A, first, the buffer layer 12 made of AlN having a thickness of, for example, 25 nm is epitaxially grown on the substrate 10 made of SiC by using the MOCVD method. The growth conditions of the buffer layer 12 are shown below. The growth temperature is the temperature of the substrate during growth. The growth pressure is the pressure in the furnace used for the MOCVD method.
Growth temperature: 1100 ° C
Growth pressure: 20 kPa
Ingredients: trimethylaluminum (TMA: Tri Methyl Aluminum), ammonia (NH 3)

図9(b)に示すように、MOCVD法により、バッファ層12上に、例えば厚さ600nmの、GaNからなるチャネル層14の領域14aをエピタキシャル成長させる。成長条件を以下に示す。
成長温度:1200℃
成長圧力:20kPa
成長レート:0.3nm/sec
原料:トリメチルガリウム(TMG:Tri Methyl Gallium)、NH
TMGの流量:90μmol/min
NHの流量:0.9mol/min
As shown in FIG. 9B, the region 14a of the channel layer 14 made of GaN having a thickness of, for example, 600 nm is epitaxially grown on the buffer layer 12 by MOCVD. The growth conditions are shown below.
Growth temperature: 1200 ° C
Growth pressure: 20 kPa
Growth rate: 0.3 nm / sec
Raw material: Trimethyl Gallium (TMG), NH 3
TMG flow rate: 90 μmol / min
NH 3 flow rate: 0.9 mol / min

図9(c)に示すように、MOCVD法により、領域14a上に、例えば厚さ600nmの、GaNからなる領域14bをエピタキシャル成長させる。成長条件を以下に示す。
成長温度:1100℃
他の成長条件は領域14aの成長条件と同じである。このように、領域14aの成長温度は、領域14bの成長温度より高い。領域14aと領域14bとは、チャネル層14を形成する。チャネル層14を設ける工程は、領域14aを設ける工程と、領域14bを設ける工程とを含む。
As shown in FIG. 9C, a GaN region 14b having a thickness of 600 nm, for example, is epitaxially grown on the region 14a by MOCVD. The growth conditions are shown below.
Growth temperature: 1100 ° C
Other growth conditions are the same as the growth conditions of the region 14a. Thus, the growth temperature of the region 14a is higher than the growth temperature of the region 14b. Region 14 a and region 14 b form channel layer 14. The step of providing the channel layer 14 includes a step of providing the region 14a and a step of providing the region 14b.

図10(a)に示すように、MOCVD法により、チャネル層14上に、例えば厚さ20nmのAlGaNからなる電子供給層16をエピタキシャル成長させる。成長条件を以下に示す。
成長温度:1100℃
成長圧力:20kPa
原料:TMA、TMG、NH
As shown in FIG. 10A, an electron supply layer 16 made of, for example, AlGaN having a thickness of 20 nm is epitaxially grown on the channel layer 14 by MOCVD. The growth conditions are shown below.
Growth temperature: 1100 ° C
Growth pressure: 20 kPa
Raw materials: TMA, TMG, NH 3

図10(b)に示すように、例えばプラズマCVD法(Plasma Chemical Vapor Deposition)を用いて、電子供給層16上に、第1SiN層を設ける。第1SiN層をパターニングして、電子供給層16を露出させる。露出した電子供給層16に、例えば蒸着法等により、Ti/Al等の金属からなるオーミック電極を形成する。オーミック電極は、ソース電極20及びドレイン電極22として機能する。さらに第1SiN層をパターニングして、電子供給層16を露出させる。例えば蒸着法等により、電子供給層16上に、例えばNi/Au等の金属からなるゲート電極24を形成する。第1SiN層上に第2SiN層を設ける。第1SiN層と第2SiN層とにより、保護層26が形成される。以上の工程により、実施例1に係るHEMT100が形成される。   As shown in FIG. 10B, a first SiN layer is provided on the electron supply layer 16 by using, for example, a plasma CVD method (Plasma Chemical Vapor Deposition). The first SiN layer is patterned to expose the electron supply layer 16. An ohmic electrode made of a metal such as Ti / Al is formed on the exposed electron supply layer 16 by, for example, vapor deposition. The ohmic electrode functions as the source electrode 20 and the drain electrode 22. Further, the first SiN layer is patterned to expose the electron supply layer 16. For example, the gate electrode 24 made of a metal such as Ni / Au is formed on the electron supply layer 16 by vapor deposition or the like. A second SiN layer is provided on the first SiN layer. The protective layer 26 is formed by the first SiN layer and the second SiN layer. Through the above steps, the HEMT 100 according to the first embodiment is formed.

実施例1に係るHEMT100は、SiCからなる基板10と、AlNからなるバッファ層12と、GaNからなるチャネル層14と、AlGaNからなる電子供給層16と、ソース電極20と、ドレイン電極22と、ゲート電極24と、を備える。チャネル層14の電子供給層16側の領域14bにおけるCの濃度は、チャネル層14のバッファ層12側の領域14aにおけるCの濃度よりも高い。従って、2DEG付近に高い障壁が形成される。また、領域14aにおいてEc−Efが低下し、トラップのエネルギーEtがフェルミエネルギーEfより低くなる。言い換えれば、領域14aは低抵抗化し、領域14bは高抵抗化するこのため実施例1によれば、ドレイン電流の変動を抑制し、かつピンチオフ特性を確保することができる。   The HEMT 100 according to the first embodiment includes a substrate 10 made of SiC, a buffer layer 12 made of AlN, a channel layer 14 made of GaN, an electron supply layer 16 made of AlGaN, a source electrode 20, a drain electrode 22, A gate electrode 24. The C concentration in the region 14b of the channel layer 14 on the electron supply layer 16 side is higher than the C concentration in the region 14a of the channel layer 14 on the buffer layer 12 side. Therefore, a high barrier is formed in the vicinity of 2DEG. In the region 14a, Ec-Ef decreases, and the trap energy Et becomes lower than the Fermi energy Ef. In other words, the resistance of the region 14a is reduced and the resistance of the region 14b is increased. Therefore, according to the first embodiment, the fluctuation of the drain current can be suppressed and the pinch-off characteristics can be ensured.

また、領域14bにおけるSiの濃度とOの濃度との合計値は、領域14aにおけるSiの濃度とOの濃度との合計値よりも小さい。このため、領域14aは低抵抗化し、領域14bは高抵抗化する。従って、実施例1によれば、電流の変動を抑制し、かつピンチオフ特性を確保することができる。   The total value of the Si concentration and the O concentration in the region 14b is smaller than the total value of the Si concentration and the O concentration in the region 14a. For this reason, the region 14a has a low resistance, and the region 14b has a high resistance. Therefore, according to the first embodiment, it is possible to suppress the fluctuation of the current and secure the pinch-off characteristics.

領域14aにおけるCの濃度は2×1016atoms/cm以下としたが、例えば1.5×1016atoms/cm以下、又は1×1016atoms/cm以下等としてもよい。領域14aにおけるSiの濃度とOの濃度との合計値は2×1016atoms/cm以上としたが、例えば2.5×1016atoms/cm以上、又は3×1016atoms/cm以上としてもよい。このように領域14aにおいては、アクセプタとなるC等の不純物の濃度を低くし、ドナーとなるSi及びO等の不純物の濃度を高くすることが好ましい。 The concentration of C in the region 14a is 2 × 10 16 atoms / cm 3 or less, but may be, for example, 1.5 × 10 16 atoms / cm 3 or less, or 1 × 10 16 atoms / cm 3 or less. The total value of the concentration of Si and the concentration of O in the region 14a is 2 × 10 16 atoms / cm 3 or more. For example, it is 2.5 × 10 16 atoms / cm 3 or more, or 3 × 10 16 atoms / cm 3. It is good also as above. As described above, in the region 14a, it is preferable to reduce the concentration of impurities such as C serving as an acceptor and increase the concentration of impurities such as Si and O serving as donors.

領域14bにおけるCの濃度は4×1016atoms/cm以上としたが、例えば4.5×1016atoms/cm以上、又は5×1016atoms/cm以上としてもよい。領域14bにおけるSiの濃度とOの濃度との合計値は1×1016atoms/cm以下としたが、例えば0.8×1016atoms/cm以下、又は0.5×1016atoms/cm以下としてもよい。このように領域14bにおいては、アクセプタとなるC等の不純物の濃度を高くし、ドナーとなるSi及びO等の不純物の濃度を低くすることが好ましい。領域14b中のアクセプタ濃度とドナー濃度との差は、領域14a中のアクセプタ濃度とドナー濃度との差より大きいことが好ましい。 The concentration of C in the region 14b is set to 4 × 10 16 atoms / cm 3 or more, but may be set to 4.5 × 10 16 atoms / cm 3 or more, or 5 × 10 16 atoms / cm 3 or more, for example. The total value of the Si concentration and the O concentration in the region 14b is set to 1 × 10 16 atoms / cm 3 or less, for example, 0.8 × 10 16 atoms / cm 3 or less, or 0.5 × 10 16 atoms / cm 3. It is good also as cm < 3 > or less. Thus, in the region 14b, it is preferable to increase the concentration of impurities such as C serving as an acceptor and to decrease the concentration of impurities such as Si and O serving as donors. The difference between the acceptor concentration and the donor concentration in the region 14b is preferably larger than the difference between the acceptor concentration and the donor concentration in the region 14a.

領域14aにおけるCの濃度は、例えば2×1016atoms/cm未満、1.5×1016atoms/cm未満、又は1×1016atoms/cm未満でもよい。領域14aにおけるSiの濃度とOの濃度との合計値は、例えば2×1016atoms/cm、2.5×1016atoms/cm、又は3×1016atoms/cmのそれぞれより大きくてもよい。領域14bにおけるCの濃度は、例えば4×1016atoms/cm、4.5×1016atoms/cm、又は5×1016atoms/cmのそれぞれより大きくてもよい。領域14bにおけるSiの濃度とOの濃度との合計値は、例えば1×1016atoms/cm未満、0.8×1016atoms/cm未満、又は0.5×1016atoms/cm未満としてもよい。 The concentration of C in the region 14a may be, for example, less than 2 × 10 16 atoms / cm 3, less than 1.5 × 10 16 atoms / cm 3 , or less than 1 × 10 16 atoms / cm 3 . The total value of the Si concentration and the O concentration in the region 14a is larger than, for example, 2 × 10 16 atoms / cm 3 , 2.5 × 10 16 atoms / cm 3 , or 3 × 10 16 atoms / cm 3 , respectively. May be. The concentration of C in the region 14b may be larger than each of 4 × 10 16 atoms / cm 3 , 4.5 × 10 16 atoms / cm 3 , or 5 × 10 16 atoms / cm 3 , for example. The total value of the Si concentration and the O concentration in the region 14b is, for example, less than 1 × 10 16 atoms / cm 3, less than 0.8 × 10 16 atoms / cm 3 , or 0.5 × 10 16 atoms / cm 3. It may be less.

上記のような不純物濃度を有するチャネル層14を製造するためには、成長条件を調整すればよい。例えば図9(a)及び図9(b)において説明したように、領域14aの成長温度は、領域14bの成長温度より高いことが好ましい。成長温度を高めることにより、CのGaNへの取り込みを抑制することができる。またSi及びOのGaNへの取り込みが促進される。領域14aの成長温度を1200℃、領域14bの成長温度を1100℃としたが、成長温度は変更可能である。領域14aの成長温度が、領域14bの成長温度より40℃以上高いことが好ましい。成長温度の差は、例えば50℃以上、100℃以上、又は120℃以上としてもよい。   In order to manufacture the channel layer 14 having the impurity concentration as described above, the growth conditions may be adjusted. For example, as described in FIGS. 9A and 9B, the growth temperature of the region 14a is preferably higher than the growth temperature of the region 14b. Increasing the growth temperature can suppress the incorporation of C into GaN. Further, incorporation of Si and O into GaN is promoted. Although the growth temperature of the region 14a is 1200 ° C. and the growth temperature of the region 14b is 1100 ° C., the growth temperature can be changed. The growth temperature of the region 14a is preferably 40 ° C. or higher than the growth temperature of the region 14b. The difference in growth temperature may be, for example, 50 ° C. or higher, 100 ° C. or higher, or 120 ° C. or higher.

領域14aと領域14bとを所望の組成とするためには、成長温度以外に、例えば成長レート、成長圧力、又は原料の量等を変更してもよい。成長レートの例を示す。
領域14aの成長レート:1.0μm/h
領域14bの成長レート:2.0μm/h
このように、領域14bの成長レートは領域14aの成長レートより大きい。これにより、領域14bにおけるCの濃度を、領域14aにおけるCの濃度より高くすることができる。また、領域14bにおけるSiの濃度とOの濃度との合計値を、領域14aにおけるSiの濃度とOの濃度との合計値よりも低くすることができる。特に、領域14bの成長レートが、領域14aの成長レートの1.5倍以上であることが好ましい。成長レートの比は、例えば1.8倍以上又は2倍以上でもよい。
In order to make the regions 14a and 14b have a desired composition, in addition to the growth temperature, for example, the growth rate, the growth pressure, or the amount of the raw material may be changed. An example of the growth rate is shown.
Growth rate of region 14a: 1.0 μm / h
Growth rate of region 14b: 2.0 μm / h
Thus, the growth rate of the region 14b is larger than the growth rate of the region 14a. Thereby, the C concentration in the region 14b can be made higher than the C concentration in the region 14a. Further, the total value of the Si concentration and the O concentration in the region 14b can be made lower than the total value of the Si concentration and the O concentration in the region 14a. In particular, the growth rate of the region 14b is preferably 1.5 times or more the growth rate of the region 14a. The ratio of the growth rates may be, for example, 1.8 times or more or 2 times or more.

成長圧力の例を示す。
領域14aの成長圧力:300torr(39.99kPa)
領域14bの成長圧力:150torr(19.99kPa)
このように、領域14aの成長圧力は、領域14bの成長圧力より高い。これにより、領域14bにおけるCの濃度を、領域14aにおけるCの濃度より高くすることができる。特に、領域14aの成長圧力が、領域14bの成長圧力より、13.33kPa(100torr)以上高いことが好ましい。成長圧力の差は、例えば150torr以上、又は200torr以上でもよい。
An example of growth pressure is shown.
Growth pressure of region 14a: 300 torr (39.99 kPa)
Growth pressure of region 14b: 150 torr (19.99 kPa)
Thus, the growth pressure in the region 14a is higher than the growth pressure in the region 14b. Thereby, the C concentration in the region 14b can be made higher than the C concentration in the region 14a. In particular, the growth pressure in the region 14a is preferably higher than the growth pressure in the region 14b by 13.33 kPa (100 torr) or more. The difference in growth pressure may be, for example, 150 torr or more, or 200 torr or more.

NHの流量比の例を示す。流量比とは、原料となる全ガスの流量に対する、NHの流量の比である。
領域14aを設ける工程におけるNHの流量比:2000
領域14bを設ける工程におけるNHの流量比:4000
このように、領域14aを設ける工程におけるNHの流量比は、領域14bを設ける工程におけるNHの流量比よりも大きくする。これにより、領域14bにおけるCの濃度を、領域14aにおけるCの濃度より高くすることができる。領域14aを設ける工程におけるNHの流量比は、領域14bを設ける工程におけるNHの流量比の1.5倍以上とすることが好ましい。
An example of the flow rate ratio of NH 3 is shown. The flow rate ratio is the ratio of the flow rate of NH 3 to the flow rate of all gases that are raw materials.
NH 3 flow rate ratio in the step of providing the region 14a: 2000
NH 3 flow rate ratio in the step of providing the region 14b: 4000
Thus, the flow rate ratio of NH 3 in the step of providing the region 14a is made larger than the flow rate ratio of NH 3 in the step of providing the region 14b. Thereby, the C concentration in the region 14b can be made higher than the C concentration in the region 14a. The flow rate ratio of NH 3 in the step of providing the region 14a is preferably 1.5 times or more than the flow rate ratio of NH 3 in the step of providing the region 14b.

実施例1では、領域14aと領域14bとの間において、Cの濃度、及びSiの濃度とOの濃度の合計値、の両方を異ならせた。構成はこれに限定されない。例えばチャネル層14は、領域14bにおけるCの濃度が領域14aにおけるCの濃度より高い、及び領域14bにおけるSiの濃度とOの濃度との合計値が領域14aにおけるSiの濃度とOの濃度との合計値よりも小さい、の少なくとも一方の構成を有してもよい。また実施例1では、成長温度、成長レート、成長圧力及びNHの流量比を、それぞれ独立して調整する例を説明した。成長温度、成長レート、成長圧力及びNHの流量比の全て、又は2つ以上の条件を変更して、チャネル層14を成長させてもよい。電子供給層16上に、例えばGaN等の窒化物半導体からなるキャップ層を設け、キャップ層上に各電極を設けてもよい。 In Example 1, both the C concentration and the total value of the Si concentration and the O concentration were made different between the region 14a and the region 14b. The configuration is not limited to this. For example, in the channel layer 14, the C concentration in the region 14b is higher than the C concentration in the region 14a, and the sum of the Si concentration and the O concentration in the region 14b is the sum of the Si concentration and the O concentration in the region 14a. You may have at least one structure of smaller than a total value. In the first embodiment, the example in which the growth temperature, the growth rate, the growth pressure, and the flow rate ratio of NH 3 are independently adjusted has been described. The channel layer 14 may be grown by changing all of the growth temperature, the growth rate, the growth pressure, and the NH 3 flow ratio, or two or more conditions. For example, a cap layer made of a nitride semiconductor such as GaN may be provided on the electron supply layer 16, and each electrode may be provided on the cap layer.

また、チャネル層14の組成が、領域14aと領域14bとの間で離散的に変化する例を説明したが、構成はこれに限定されない。例えばチャネル層14の組成が連続的に変化してもよい。具体的には、チャネル層14のバッファ層12側から電子供給層16側にかけて、Cの濃度が連続的に高くなり、Siの濃度とOの濃度との合計値が連続的に小さくなるとしてもよい。領域14aと領域14bとで組成が異なり、かつ領域14aと領域14bの境界付近では組成が連続的に変化するとしてもよい。チャネル層14は、異なる組成を有する3つ以上の領域を含むとしてもよい。チャネル層14を設ける工程では、成長条件を連続的に変化させながらチャネル層14を成長させてもよい。3つ以上の異なる成長条件を用いてチャネル層14を成長させてもよい。   Further, although the example in which the composition of the channel layer 14 changes discretely between the region 14a and the region 14b has been described, the configuration is not limited thereto. For example, the composition of the channel layer 14 may change continuously. Specifically, even if the concentration of C is continuously increased from the buffer layer 12 side to the electron supply layer 16 side of the channel layer 14 and the total value of the Si concentration and the O concentration is continuously decreased. Good. The composition may be different between the region 14a and the region 14b, and the composition may continuously change in the vicinity of the boundary between the region 14a and the region 14b. The channel layer 14 may include three or more regions having different compositions. In the step of providing the channel layer 14, the channel layer 14 may be grown while continuously changing the growth conditions. The channel layer 14 may be grown using three or more different growth conditions.

実施例2は、バッファ層12の不純物濃度を変更する例である。図11(a)は、実施例2に係るHEMTを例示する断面図である。図1(a)及び図6(a)において既述した構成については、説明を省略する。   Example 2 is an example in which the impurity concentration of the buffer layer 12 is changed. FIG. 11A is a cross-sectional view illustrating a HEMT according to the second embodiment. The description of the configuration described above with reference to FIGS. 1A and 6A is omitted.

図11(a)に示すように、実施例2に係るHEMT200は、基板10、バッファ層12、チャネル層14、電子供給層16、ソース電極20、ドレイン電極22、ゲート電極24及び保護層26を備える。   As shown in FIG. 11A, the HEMT 200 according to the second embodiment includes a substrate 10, a buffer layer 12, a channel layer 14, an electron supply layer 16, a source electrode 20, a drain electrode 22, a gate electrode 24, and a protective layer 26. Prepare.

バッファ層12は、AlNからなる。バッファ層12のCの濃度は2×1019atoms/cm以下である。バッファ層12のSiの濃度は、例えば5×1017atoms/cmである。また、バッファ層12のSiの濃度とOの濃度との合計値は、2×1017atoms/cm以上である。このように、バッファ層12においては、アクセプタとなる不純物の濃度が低く、ドナーとなる不純物の濃度が高い。従って、バッファ層12は低抵抗化する。 The buffer layer 12 is made of AlN. The concentration of C in the buffer layer 12 is 2 × 10 19 atoms / cm 3 or less. The concentration of Si in the buffer layer 12 is, for example, 5 × 10 17 atoms / cm 3 . The total value of the Si concentration and the O concentration in the buffer layer 12 is 2 × 10 17 atoms / cm 3 or more. Thus, in the buffer layer 12, the concentration of the impurity serving as an acceptor is low and the concentration of the impurity serving as a donor is high. Therefore, the resistance of the buffer layer 12 is reduced.

バンド構造について説明する。図11(b)は、実施例2に係るHEMTのバンド構造を例示する模式図である。   The band structure will be described. FIG. 11B is a schematic view illustrating the band structure of the HEMT according to the second embodiment.

図11(b)に示すように、バッファ層12のコンダクションバンドのエネルギーはEb2である。Eb2は、実施例1におけるエネルギーEb1より低い。バッファ層12のエネルギーの低下により、チャネル層14のバッファ層12側の領域14aにおいて、コンダクションバンドは下げられる。言い換えれば領域14aにおいて、Ec−Efは小さくなる。このため、トラップのエネルギーEtはフェルミエネルギーEcより小さくなる。この結果、電子のトラップへの捕獲は抑制される。その一方、領域14bにおいて、Ec−Efは高く維持される。このため、電子が障壁を乗り越えることは抑制される。   As shown in FIG. 11B, the energy of the conduction band of the buffer layer 12 is Eb2. Eb2 is lower than the energy Eb1 in the first embodiment. Due to the reduction in energy of the buffer layer 12, the conduction band is lowered in the region 14a on the buffer layer 12 side of the channel layer 14. In other words, Ec-Ef becomes small in the region 14a. For this reason, the trap energy Et is smaller than the Fermi energy Ec. As a result, the trapping of electrons in the trap is suppressed. On the other hand, Ec-Ef is kept high in the region 14b. For this reason, it is suppressed that an electron gets over a barrier.

次に実施例2に係るHEMT200の製造方法について説明する。図12(a)及び図12(b)は、実施例2に係るHEMTの製造方法を例示する断面図である。実施例1において既述した構成については説明を省略する。   Next, a method for manufacturing the HEMT 200 according to the second embodiment will be described. FIG. 12A and FIG. 12B are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the HEMT according to the second embodiment. The description of the configuration already described in the first embodiment is omitted.

図12(a)に示すように、MOCVD法により、基板10上に、厚さ25nmのAlNからなるバッファ層12をエピタキシャル成長させる。成長条件を以下に示す。
成長温度:1100℃
成長圧力:20kPa
成長レート:0.5μm/h以下
原料:TMA、TMG、NH、SiH(シラン)
原料に含まれるSiHがドーパントとなり、SiがドープされたAlNからなるバッファ層12が形成される。バッファ層12のSiの濃度は、例えば5×1017atoms/cmである。
As shown in FIG. 12A, a buffer layer 12 made of AlN having a thickness of 25 nm is epitaxially grown on the substrate 10 by MOCVD. The growth conditions are shown below.
Growth temperature: 1100 ° C
Growth pressure: 20 kPa
Growth rate: 0.5 μm / h or less Raw materials: TMA, TMG, NH 3 , SiH 4 (silane)
The buffer layer 12 made of AlN doped with SiH 4 contained in the raw material is formed as a dopant. The concentration of Si in the buffer layer 12 is, for example, 5 × 10 17 atoms / cm 3 .

図12(b)に示すように、MOCVD法により、バッファ層12上に、厚さ1200nmのGaNからなるチャネル層14をエピタキシャル成長させる。チャネル層14を設ける工程は、領域によって異なる成長条件を用いるものではなく、チャネル層14全体において同一の成長条件を用いる。成長条件を以下に示す。
成長温度:1100℃
成長圧力:20kPa
成長レート:0.3μm/sec
原料:TMG、NH
TMGの流量:90μmol/min
NHの流量:0.9mol/min
As shown in FIG. 12B, a channel layer 14 made of GaN having a thickness of 1200 nm is epitaxially grown on the buffer layer 12 by MOCVD. The step of providing the channel layer 14 does not use different growth conditions depending on the region, but uses the same growth conditions in the entire channel layer 14. The growth conditions are shown below.
Growth temperature: 1100 ° C
Growth pressure: 20 kPa
Growth rate: 0.3 μm / sec
Ingredients: TMG, NH 3
TMG flow rate: 90 μmol / min
NH 3 flow rate: 0.9 mol / min

実施例2に係るHEMT200は、SiCからなる基板10と、AlNからなるバッファ層12と、GaNからなるチャネル層14と、AlGaNからなる電子供給層16と、ソース電極20と、ドレイン電極22と、ゲート電極24と、を備える。バッファ層12のCの濃度は2×1019atoms/cm以下である。また、バッファ層12のSiの濃度とOの濃度との合計値は、2×1017atoms/cm以上である。バッファ層12において、アクセプタ濃度−ドナー濃度は小さい。従って、バッファ層12は低抵抗化する。このため、バッファ層12のコンダクションバンドのエネルギーはEb2に低下する。チャネル層14の領域14aにおいてEc−Efが低下する。このため、電子の捕獲が抑制される。また、領域14bには高い障壁が形成される。このため、実施例2によれば、電流の変動を抑制し、かつピンチオフ特性を確保することができる。 The HEMT 200 according to the second embodiment includes a substrate 10 made of SiC, a buffer layer 12 made of AlN, a channel layer 14 made of GaN, an electron supply layer 16 made of AlGaN, a source electrode 20, a drain electrode 22, A gate electrode 24. The concentration of C in the buffer layer 12 is 2 × 10 19 atoms / cm 3 or less. The total value of the Si concentration and the O concentration in the buffer layer 12 is 2 × 10 17 atoms / cm 3 or more. In the buffer layer 12, the acceptor concentration-donor concentration is small. Therefore, the resistance of the buffer layer 12 is reduced. For this reason, the energy of the conduction band of the buffer layer 12 is reduced to Eb2. In the region 14a of the channel layer 14, Ec-Ef decreases. For this reason, the capture of electrons is suppressed. Further, a high barrier is formed in the region 14b. For this reason, according to Example 2, the fluctuation | variation of an electric current can be suppressed and pinch-off characteristics can be ensured.

バッファ層12のCの濃度は、例えば1.5×1019atoms/cm以下、又は1×1019atoms/cm以下でもよい。バッファ層12のCの濃度は、2×1019atoms/cm未満、1.5×1019atoms/cm未満、又は1×1019atoms/cm未満でもよい。また、バッファ層12のSiの濃度とOの濃度との合計値は、例えば2.5×1017atoms/cm以上、又は3×1017atoms/cm以上でもよい。バッファ層12のSiの濃度とOの濃度との合計値は、2×1017atoms/cm、2.5×1017atoms/cm、又は3×1017atoms/cm、のそれぞれより大きくてもよい。バッファ層12は、例えばCの濃度が2×1019atoms/cm以下、及びSiの濃度とOの濃度との合計値が2×1017atoms/cm以上、の少なくとも一方の構成を有してもよい。 C concentration in the buffer layer 12 is, for example, 1.5 × 10 19 atoms / cm 3 or less, or 1 × 10 19 atoms / cm 3 or below. The concentration of C in the buffer layer 12 may be less than 2 × 10 19 atoms / cm 3, less than 1.5 × 10 19 atoms / cm 3 , or less than 1 × 10 19 atoms / cm 3 . The total value of the Si concentration and the O concentration in the buffer layer 12 may be, for example, 2.5 × 10 17 atoms / cm 3 or more, or 3 × 10 17 atoms / cm 3 or more. The total value of the Si concentration and the O concentration in the buffer layer 12 is 2 × 10 17 atoms / cm 3 , 2.5 × 10 17 atoms / cm 3 , or 3 × 10 17 atoms / cm 3 , respectively. It can be large. The buffer layer 12 has at least one of, for example, a C concentration of 2 × 10 19 atoms / cm 3 or less and a total value of the Si concentration and the O concentration of 2 × 10 17 atoms / cm 3 or more. May be.

低抵抗化したバッファ層12を形成するためには、バッファ層12の成長条件を調整すればよい。成長温度が高い方が、AlNへのCの取り込みは抑制される。また成長レートが小さいほど、AlNへのCの取り込みは抑制される。成長温度を1100℃、成長レートを0.5μm/h以下、原料にSiHを含めればよい。また、ジシラン(Si)等、SiH以外のSiを含む原料ガスを用いてもよい。成長温度は1050℃以上とすることができ、例えば1150℃以上、1200℃以上としてもよい。また成長温度は1050℃、1100℃、1150℃、又は1200℃より大きくてもよい。成長レートは0.5μm/h以下としたが、0.4μm/h以下、又は0.3μm/h以下としてもよい。また成長レートは、0.5μm/h未満、0.4μm/h未満、又は0.3μm/h未満としてもよい。 In order to form the buffer layer 12 with reduced resistance, the growth conditions of the buffer layer 12 may be adjusted. When the growth temperature is higher, the incorporation of C into AlN is suppressed. Also, the smaller the growth rate, the more C uptake into AlN is suppressed. The growth temperature may be 1100 ° C., the growth rate may be 0.5 μm / h or less, and SiH 4 may be included in the raw material. A source gas containing Si other than SiH 4 such as disilane (Si 2 H 6 ) may be used. The growth temperature can be 1050 ° C. or higher, for example, 1150 ° C. or higher and 1200 ° C. or higher. The growth temperature may be higher than 1050 ° C, 1100 ° C, 1150 ° C, or 1200 ° C. Although the growth rate is 0.5 μm / h or less, it may be 0.4 μm / h or less, or 0.3 μm / h or less. The growth rate may be less than 0.5 μm / h, less than 0.4 μm / h, or less than 0.3 μm / h.

実施例1と実施例2とを組み合わせてもよい。つまり、チャネル層14の領域14aを高抵抗化、領域14bを低抵抗化し、かつバッファ層12を低抵抗化してもよい。またHEMTの製造工程において、図10(a)において説明した成長条件によりバッファ層12を設け、かつ図9(b)及び図9(c)において説明した成長条件により領域14aと領域14bとを設けてもよい。   The first embodiment and the second embodiment may be combined. That is, the resistance of the region 14a of the channel layer 14 may be increased, the resistance of the region 14b may be decreased, and the resistance of the buffer layer 12 may be decreased. In the HEMT manufacturing process, the buffer layer 12 is provided according to the growth conditions described in FIG. 10A, and the regions 14a and 14b are provided according to the growth conditions described in FIGS. 9B and 9C. May be.

電子供給層16は、AlGaNからなるとしたが、AlGaN以外の窒化物半導体からなるとしてもよい。窒化物半導体とは、窒素(N)を含む半導体であり、例えば窒化インジウムアルミニウム(InAlN)、窒化インジウムガリウム(InGaN)、窒化インジウム(InN)、及び窒化アルミニウムインジウムガリウム(AlInGaN)等がある。電子供給層16は、窒化物半導体のうち、InAlN、AlInGaN等からなるとしてもよい。   The electron supply layer 16 is made of AlGaN, but may be made of a nitride semiconductor other than AlGaN. A nitride semiconductor is a semiconductor containing nitrogen (N), such as indium aluminum nitride (InAlN), indium gallium nitride (InGaN), indium nitride (InN), and aluminum indium gallium nitride (AlInGaN). The electron supply layer 16 may be made of InAlN, AlInGaN, or the like among nitride semiconductors.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

10 基板
12 バッファ層
14 チャネル層
14a、14b 領域
16 電子供給層
20 ソース電極
22 ドレイン電極
24 ゲート電極
100、200 HEMT
10 substrate 12 buffer layer 14 channel layer 14a, 14b region 16 electron supply layer 20 source electrode 22 drain electrode 24 gate electrode 100, 200 HEMT

Claims (15)

炭化シリコンからなる基板と、
前記基板上に設けられ、窒化アルミニウムからなるバッファ層と、
前記バッファ層上に設けられ、窒化ガリウムからなるチャネル層と、
前記チャネル層上に設けられ、窒化物半導体からなる電子供給層と、
前記電子供給層上に設けられたソース電極、ドレイン電極及びゲート電極と、を具備し、
前記チャネル層の前記電子供給層側の領域における炭素の濃度は、前記チャネル層の前記バッファ層側の領域における炭素の濃度より高いことを特徴とする半導体装置。
A substrate made of silicon carbide;
A buffer layer provided on the substrate and made of aluminum nitride;
A channel layer provided on the buffer layer and made of gallium nitride;
An electron supply layer provided on the channel layer and made of a nitride semiconductor;
A source electrode, a drain electrode and a gate electrode provided on the electron supply layer,
The semiconductor device, wherein a concentration of carbon in a region on the electron supply layer side of the channel layer is higher than a concentration of carbon in a region on the buffer layer side of the channel layer.
前記チャネル層の前記電子供給層側の領域における炭素の濃度は4×1016atoms/cm以上であり、前記チャネル層の前記バッファ層側の領域における炭素の濃度は2×1016atoms/cm以下であることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 The concentration of carbon in the region on the electron supply layer side of the channel layer is 4 × 10 16 atoms / cm 3 or more, and the concentration of carbon in the region on the buffer layer side of the channel layer is 2 × 10 16 atoms / cm 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is 3 or less. 炭化シリコンからなる基板と、
前記基板上に設けられ、窒化アルミニウムからなるバッファ層と、
前記バッファ層上に設けられ、窒化ガリウムからなるチャネル層と、
前記チャネル層上に設けられ、窒化物半導体からなる電子供給層と、
前記電子供給層上に設けられたソース電極、ドレイン電極及びゲート電極と、を具備し、
前記チャネル層の前記電子供給層側の領域におけるシリコンの濃度と酸素の濃度との合計値は、前記チャネル層の前記バッファ層側の領域におけるシリコンの濃度と酸素の濃度との合計値より小さいことを特徴とする半導体装置。
A substrate made of silicon carbide;
A buffer layer provided on the substrate and made of aluminum nitride;
A channel layer provided on the buffer layer and made of gallium nitride;
An electron supply layer provided on the channel layer and made of a nitride semiconductor;
A source electrode, a drain electrode and a gate electrode provided on the electron supply layer,
The total value of the silicon concentration and the oxygen concentration in the region on the electron supply layer side of the channel layer is smaller than the total value of the silicon concentration and the oxygen concentration in the buffer layer side region of the channel layer. A semiconductor device characterized by the above.
前記チャネル層の前記電子供給層側の領域におけるシリコンの濃度と酸素の濃度との合計値は1×1016atoms/cm以下であり、前記チャネル層の前記バッファ層側の領域におけるシリコンの濃度と酸素の濃度との合計値は2×1016atoms/cm以上であることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。 The total value of the silicon concentration and the oxygen concentration in the region on the electron supply layer side of the channel layer is 1 × 10 16 atoms / cm 3 or less, and the silicon concentration in the region on the buffer layer side of the channel layer 4. The semiconductor device according to claim 3, wherein a total value of the concentration of oxygen and oxygen is 2 × 10 16 atoms / cm 3 or more. 炭化シリコンからなる基板と、
前記基板上に設けられ、窒化アルミニウムからなるバッファ層と、
前記バッファ層上に設けられ、窒化ガリウムからなるチャネル層と、
前記チャネル層上に設けられ、窒化物半導体からなる電子供給層と、
前記電子供給層上に設けられたソース電極、ドレイン電極及びゲート電極と、を具備し、
前記バッファ層の炭素の濃度は2×1019atoms/cm以下であることを特徴とする半導体装置。
A substrate made of silicon carbide;
A buffer layer provided on the substrate and made of aluminum nitride;
A channel layer provided on the buffer layer and made of gallium nitride;
An electron supply layer provided on the channel layer and made of a nitride semiconductor;
A source electrode, a drain electrode and a gate electrode provided on the electron supply layer,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the buffer layer has a carbon concentration of 2 × 10 19 atoms / cm 3 or less.
炭化シリコンからなる基板と、
前記基板上に設けられ、窒化アルミニウムからなるバッファ層と、
前記バッファ層上に設けられ、窒化ガリウムからなるチャネル層と、
前記チャネル層上に設けられ、窒化物半導体からなる電子供給層と、
前記電子供給層上に設けられたソース電極、ドレイン電極及びゲート電極と、を具備し、
前記バッファ層の酸素の濃度とシリコンの濃度との合計値は2×1017atoms/cm以上であることを特徴とする半導体装置。
A substrate made of silicon carbide;
A buffer layer provided on the substrate and made of aluminum nitride;
A channel layer provided on the buffer layer and made of gallium nitride;
An electron supply layer provided on the channel layer and made of a nitride semiconductor;
A source electrode, a drain electrode and a gate electrode provided on the electron supply layer,
2. A semiconductor device according to claim 1, wherein a total value of oxygen concentration and silicon concentration in the buffer layer is 2 × 10 17 atoms / cm 3 or more.
窒化シリコンからなる基板上に、窒化アルミニウムからなるバッファ層を設ける工程と、
MOCVD法により、前記バッファ層上に、窒化ガリウムからなるチャネル層を設ける工程と、
前記チャネル層上に、窒化物半導体からなる電子供給層を設ける工程と、
前記電子供給層上に、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を設ける工程と、を有し、
前記チャネル層の前記バッファ層側の領域の成長温度は、前記チャネル層の前記電子供給層側の領域の成長温度よりも高いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Providing a buffer layer made of aluminum nitride on a substrate made of silicon nitride;
Providing a channel layer made of gallium nitride on the buffer layer by MOCVD;
Providing an electron supply layer made of a nitride semiconductor on the channel layer;
Providing a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode on the electron supply layer,
A growth method of a region of the channel layer on the buffer layer side is higher than a growth temperature of a region of the channel layer on the electron supply layer side.
前記チャネル層の前記バッファ層側の領域の成長温度は、前記チャネル層の前記電子供給層側の領域の成長温度よりも40℃以上高いことを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the growth temperature of the region on the buffer layer side of the channel layer is 40 ° C. or more higher than the growth temperature of the region on the electron supply layer side of the channel layer. . 窒化シリコンからなる基板上に、窒化アルミニウムからなるバッファ層を設ける工程と、
MOCVD法により、前記バッファ層上に、窒化ガリウムからなるチャネル層を設ける工程と、
前記チャネル層上に、窒化物半導体からなる電子供給層を設ける工程と、
前記電子供給層上に、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を設ける工程と、を有し、
前記チャネル層の前記電子供給層側の領域の成長レートは、前記チャネル層の前記バッファ層側の領域の成長レートより大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Providing a buffer layer made of aluminum nitride on a substrate made of silicon nitride;
Providing a channel layer made of gallium nitride on the buffer layer by MOCVD;
Providing an electron supply layer made of a nitride semiconductor on the channel layer;
Providing a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode on the electron supply layer,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein a growth rate of a region of the channel layer on the electron supply layer side is higher than a growth rate of a region of the channel layer on the buffer layer side.
前記チャネル層の前記電子供給層側の領域の成長レートは、前記チャネル層の前記バッファ層側の領域の成長レートの1.5倍以上であることを特徴とする請求項9記載の半導体装置の成長方法。   10. The semiconductor device according to claim 9, wherein a growth rate of a region of the channel layer on the electron supply layer side is 1.5 times or more a growth rate of a region of the channel layer on the buffer layer side. Growth method. 窒化シリコンからなる基板上に、窒化アルミニウムからなるバッファ層を設ける工程と、
MOCVD法により、前記バッファ層上に、窒化ガリウムからなるチャネル層を設ける工程と、
前記チャネル層上に、窒化物半導体からなる電子供給層を設ける工程と、
前記電子供給層上に、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を設ける工程と、を有し、
前記チャネル層の前記バッファ層側の領域の成長圧力は、前記チャネル層の前記電子供給層側の領域の成長圧力より高いことを特徴とする半導体装置の成長方法。
Providing a buffer layer made of aluminum nitride on a substrate made of silicon nitride;
Providing a channel layer made of gallium nitride on the buffer layer by MOCVD;
Providing an electron supply layer made of a nitride semiconductor on the channel layer;
Providing a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode on the electron supply layer,
A growth method of a semiconductor device, wherein a growth pressure of a region of the channel layer on the buffer layer side is higher than a growth pressure of a region of the channel layer on the electron supply layer side.
前記チャネル層の前記バッファ層側の領域の成長圧力は、前記チャネル層の前記電子供給層側の領域の成長圧力より13.33kPa以上高いことを特徴とする請求項11記載の半導体装置の成長方法。   12. The method for growing a semiconductor device according to claim 11, wherein the growth pressure of the region on the buffer layer side of the channel layer is 13.33 kPa or more higher than the growth pressure of the region on the electron supply layer side of the channel layer. . 窒化シリコンからなる基板上に、窒化アルミニウムからなるバッファ層を設ける工程と、
原料にアンモニアを含むMOCVD法により、前記バッファ層上に、窒化ガリウムからなるチャネル層を設ける工程と、
前記チャネル層上に、窒化物半導体からなる電子供給層を設ける工程と、
前記電子供給層上に、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を設ける工程と、を有し、
前記チャネル層の前記バッファ層側の領域を設ける工程におけるアンモニアの流量比は、前記チャネル層の前記電子供給層側の領域を設ける工程におけるアンモニアの流量比より大きいことを特徴とする半導体装置の成長方法。
Providing a buffer layer made of aluminum nitride on a substrate made of silicon nitride;
A step of providing a channel layer made of gallium nitride on the buffer layer by MOCVD using ammonia as a raw material;
Providing an electron supply layer made of a nitride semiconductor on the channel layer;
Providing a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode on the electron supply layer,
The growth rate of the semiconductor device is characterized in that the flow rate ratio of ammonia in the step of providing the region on the buffer layer side of the channel layer is larger than the flow rate ratio of ammonia in the step of providing the region on the electron supply layer side of the channel layer. Method.
シリコンを含む原料ガスを用いるMOCVD法により、窒化シリコンからなる基板上に、窒化アルミニウムからなるバッファ層を設ける工程と、
前記バッファ層上に、窒化ガリウムからなるチャネル層を設ける工程と、
前記チャネル層上に、窒化物半導体からなる電子供給層を設ける工程と、
前記電子供給層上に、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を設ける工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Providing a buffer layer made of aluminum nitride on a substrate made of silicon nitride by MOCVD using a source gas containing silicon;
Providing a channel layer made of gallium nitride on the buffer layer;
Providing an electron supply layer made of a nitride semiconductor on the channel layer;
And a step of providing a source electrode, a drain electrode and a gate electrode on the electron supply layer.
MOCVD法により、窒化シリコンからなる基板上に、窒化アルミニウムからなるバッファ層を設ける工程と、
前記バッファ層上に、窒化ガリウムからなるチャネル層を設ける工程と、
前記チャネル層上に、窒化物半導体からなる電子供給層を設ける工程と、
前記電子供給層上に、ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を設ける工程と、を有し、
前記バッファ層の成長レートは0.5μm/h以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Providing a buffer layer made of aluminum nitride on a substrate made of silicon nitride by MOCVD;
Providing a channel layer made of gallium nitride on the buffer layer;
Providing an electron supply layer made of a nitride semiconductor on the channel layer;
Providing a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode on the electron supply layer,
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the growth rate of the buffer layer is 0.5 μm / h or less.
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