JP2016127110A - 化合物半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】比較的簡素な構成により、電流コラプス及びゲートリーク電流の双方を確実に抑制し、信頼性の高い高耐圧の化合物半導体装置を実現する。【解決手段】AlGaN/GaN・HEMTは、電子走行層2bと、電子走行層2b上に形成された電子供給層2cと、電子供給層2c上に形成されたGaNキャップ層2dとを含み、電子供給層2cは、i型AlxGa1-xN(0<x<1)である第1の層と、第1の層上に形成されたi型AlyGa1-yN(x<y≦1)である第2の層とを有する。【選択図】図2

Description

本発明は、化合物半導体装置及びその製造方法に関する。
窒化物半導体は、高い飽和電子速度及びワイドバンドギャップ等の特徴を利用し、高耐圧及び高出力の半導体デバイスへの適用が検討されている。例えば、窒化物半導体であるGaNのバンドギャップは3.4eVであり、Siのバンドギャップ(1.1eV)及びGaAsのバンドギャップ(1.4eV)よりも大きく、高い破壊電界強度を有する。そのためGaNは、高電圧動作且つ高出力を得る電源用の半導体デバイスの材料として極めて有望である。
窒化物半導体を用いた半導体デバイスとしては、電界効果トランジスタ、特に高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor:HEMT)についての報告が数多くなされている。例えばGaN系のHEMT(GaN−HEMT)では、GaNを電子走行層として、AlGaNを電子供給層として用いたAlGaN/GaN・HEMTが注目されている。AlGaN/GaN・HEMTでは、GaNとAlGaNとの格子定数差に起因した歪みがAlGaNに生じる。これにより発生したピエゾ分極及びAlGaNの自発分極により、高濃度の2次元電子ガス(2DEG)が得られる。そのため、高効率のスイッチ素子、電気自動車用等の高耐圧電力デバイスとして期待されている。
P. Ivo et al., "Influence of GaN cap on robustness of AlGaN/GaN HEMTs," in Proc. IEEE Int. Reliab. Phys. Symp., 2009, pp. 71-75. J. W. Chung et al., "Effect of gate leakage in the subthreshold characteristics of AlGaN/GaN HEMTs," IEEE Electron Device Lett., vol. 29, no. 11, pp. 1196-1198, Nov. 2008.
窒化物半導体デバイスでは、高耐圧電力デバイスとして期待される反面、高出力動作時において、窒化物半導体の結晶欠陥に起因するゲートリーク電流が大きくなり、効率が低下し、安定した性能が得られないという問題がある。この問題の解決策として、AlGaNの電子供給層上にGaNのキャップ層を形成することにより、ゲートリーク電流を抑える手法が提案されている(非特許文献1を参照)。しかしながら、この手法では、AlGaNとGaNとで最適な成長条件が異なることにより成長時に成長中断が発生し、電子供給層とキャップ層との界面に欠陥が導入されるという問題がある。そのため更に、キャップ層の表面を酸素プラズマ処理により酸化し、ゲートリーク電流を抑える手法も提案されている(非特許文献2)。しかしながら、この方法では、キャップ層の表面酸化によりキャップ層内に欠陥が導入され、これにより電流コラプス等が発生し、デバイス性能を劣化させるという問題がある。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、比較的簡素な構成により、電流コラプス及びゲートリーク電流の双方を確実に抑制し、信頼性の高い高耐圧の化合物半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
化合物半導体装置の一態様は、電子走行層と、前記電子走行層上に形成された電子供給層と、前記電子供給層上に形成されたGaNキャップ層とを含み、前記電子供給層は、i型AlxGa1-xN(0<x<1)である第1の層と、前記第1の層上に形成されたi型AlyGa1-yN(x<y≦1)である第2の層とを有する。
化合物半導体装置の製造方法の一態様は、電子走行層を形成する工程と、前記電子走行層上に電子供給層を形成する工程と、前記電子供給層上にGaNキャップ層を形成する工程とを含み、前記電子供給層は、i型AlxGa1-xN(0<x<1)である第1の層と、前記第1の層上に形成されたi型AlyGa1-yN(x<y≦1)である第2の層とを有する。
上記の諸態様によれば、比較的簡素な構成により、電流コラプス及びゲートリーク電流の双方を確実に抑制し、信頼性の高い高耐圧の化合物半導体装置が実現する。
第1の実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。 図1に引き続き、第1の実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。 第1の実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTにおける化合物半導体積層構造の形成時の成長圧力シーケンスを示す特性図である。 第1の実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTの比較例を示す概略断面図である。 比較例のAlGaN/GaN・HEMTにおける化合物半導体積層構造の形成時の成長圧力シーケンスを示す特性図である。 他の比較例のAlGaN/GaN・HEMTにおける化合物半導体積層構造の形成時の成長圧力シーケンスを示す特性図である。 第1の実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTと、比較例によるn−AlGaNの電子供給層を備えたAlGaN/GaN・HEMTとにおけるゲートリーク特性を示す特性図である。 第1の実施形態の変形例によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。 第1の実施形態の変形例によるAlGaN/GaN・HEMTにおける電子供給層のn型不純物の濃度プロファイルを示す特性図である。 第2の実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。 第2の実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTにおける化合物半導体積層構造の形成時の最適な成長圧力シーケンスを示す特性図である。 第1又は第2の実施形態、変形例によるAlGaN/GaN・HEMTを用いたHEMTチップを示す概略平面図である。 第1又は第2の実施形態、変形例によるAlGaN/GaN・HEMTを用いたHEMTチップのディスクリートパッケージを示す概略平面図である。 第3の実施形態によるPFC回路を示す結線図である。 第4の実施形態による電源装置の概略構成を示す結線図である。 第5の実施形態による高周波増幅器の概略構成を示す結線図である。
(第1の実施形態)
本実施形態では、化合物半導体装置として、窒化物半導体のAlGaN/GaN・HEMTを開示する。
図1〜図2は、第1の実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
先ず、図1(a)に示すように、成長用基板として例えばSiC基板1上に、化合物半導体積層構造2を形成する。成長用基板としては、SiC基板の代わりに、Si基板、サファイア基板、GaAs基板、GaN基板等を用いても良い。また、基板の導電性としては、半絶縁性、導電性を問わない。
化合物半導体積層構造2は、核形成層2a、電子走行層2b、電子供給層2c、及びキャップ層2dを有して構成される。
完成したAlGaN/GaN・HEMTでは、その動作時において、電子走行層2bの電子供給層2cとの界面近傍に2次元電子ガス(2DEG)が発生する。この2DEGは、電子走行層2bの化合物半導体(ここではGaN)と電子供給層2cの化合物半導体(ここではAlGaN)との格子定数の相違に基づいて生成される。
詳細には、SiC基板1上に、例えば有機金属気相成長(MOVPE:Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)法により、以下の各化合物半導体を成長する。MOVPE法は、分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法等に比べて化合物半導体の量産性に優れている。図3に、化合物半導体積層構造2を構成する各層の成長圧力シーケンスを示す。
SiC基板1上に、AlNを30nm程度の厚みに、i(インテンショナリ・アンドープ)−GaNを3μm程度の厚みに、i−AlGaNを30nm程度の厚みに、n−GaNを10nm程度の厚みに順次成長する。これにより、核形成層2a、電子走行層2b、電子供給層2c、及びキャップ層2dが形成される。
電子供給層2cのi−AlGaNは、その厚み方向の全域において、n型不純物、例えばSi及びGeの少なくとも一方の濃度が1×1017/cm3程度以下、本実施形態では1×1015/cm3程度となるように形成する。窒化物半導体において、n型不純物濃度が1×1017/cm3程度以下であれば、当該窒化物半導体はi型であると評価される。一方、n型不純物濃度が1×1017/cm3程度を上回る、例えば1×1018/cm3以上であれば、当該窒化物半導体はn型であると評価される。電子供給層2cをi−AlGaNで形成することにより、ゲートリーク電流が抑制される。
また、電子供給層2cのi−AlGaNは、AlxGa1-xN(0<x<1)として、x=0.3(Al組成率30%)程度に形成される。キャップ層2dのn−GaNは、n型不純物濃度が1017/cm3程度を上回る値、本実施形態では5×1018/cm3程度となるように形成する。キャップ層2dについては、n−GaNの代わりに、n型不純物濃度が1×1017/cm3程度以下のi−GaNを用いて形成する場合も考えられる。
図3のように、電子供給層2cのi−AlGaNの成長工程からキャップ層2dのn−GaNの成長工程に移行する際に、MOVPEの成長中断(成長用ガスの供給停止)が生じる。そのため、電子供給層2cのキャップ層2dとの界面、即ち電子供給層2cの最上部にi−AlyGa1-yN(x<y≦1)である高Al組成AlGaNからなる第2の層2cBが形成される。電子供給層2cは、i−AlxGa1-xN(0<x<1)からなる第1の層2cAと、その上に形成されたi−AlyGa1-yN(x<y≦1)(高Al組成AlGaN)からなる第2の層2cBとから構成されることになる。第2の層2cBは、成長中断時間の増加により膜厚が増大するが、膜厚が厚くなり過ぎると表面にクラック等が発生し、膜質が劣化する。そのため、第2の層2cBは、2nm以下程度の厚みに形成されることが望ましい。本実施形態では、第2の層2cBは1nm程度の厚みに形成される。
AlNの成長条件としては、原料ガスとしてトリメチルアルミニウム(TMA)ガス及びアンモニア(NH3)ガスの混合ガスを用いる。GaNの成長条件としては、原料ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)ガス及びNH3ガスの混合ガスを用いる。AlGaNの成長条件としては、原料ガスとしてTMAガス、TMGガス、及びNH3ガスの混合ガスを用いる。成長する化合物半導体層に応じて、Al源であるトリメチルアルミニウムガス、Ga源であるトリメチルガリウムガスの供給の有無及び流量を適宜設定する。共通原料であるアンモニアガスの流量は、100ccm〜100LM程度とする。また、成長圧力は50Torr〜300Torr程度、成長温度は900℃〜1200℃程度とする。
キャップ層2dのn−GaNを成長する際には、n型不純物として例えばSiを含む例えばSiH4ガスを所定の流量で原料ガスに添加し、GaNにSiをドーピングする。Siのドーピング濃度は、1×1018/cm3程度〜1×1020/cm3程度、例えば5×1018/cm3程度とする。
続いて、図1(b)に示すように、素子分離構造3を形成する。図2(a)以降では、素子分離構造3の図示を省略する。
詳細には、化合物半導体積層構造2の素子分離領域に、例えばアルゴン(Ar)を注入する。これにより、化合物半導体積層構造2及びSi基板1の表層部分に素子分離構造3が形成される。素子分離構造3により、化合物半導体積層構造2上で活性領域が画定される。
なお、素子分離は、上記の注入法の代わりに、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法を用いて行っても良い。このとき、化合物半導体積層構造2のドライエッチングには、例えば塩素系のエッチングガスを用いる。
続いて、図1(c)に示すように、ソース電極4及びドレイン電極5を形成する。
詳細には、先ず、化合物半導体積層構造2の表面におけるソース電極及びドレイン電極の形成予定位置(電極形成予定位置)に電極用リセス2A,2Bを形成する。
化合物半導体積層構造2の表面にレジストを塗布する。レジストをリソグラフィーにより加工し、レジストに、電極形成予定位置に相当する化合物半導体積層構造2の表面を露出する開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
このレジストマスクを用いて、電子供給層2cの表面(即ち、第2の層2cBの表面)が露出するまで、キャップ層2dの電極形成予定位置をドライエッチングして除去する。これにより、電子供給層2cの表面の電極形成予定位置を露出する電極用リセス2A,2Bが形成される。エッチング条件としては、Ar等の不活性ガス及びCl2等の塩素系ガスをエッチングガスとして用い、例えばCl2を流量30sccm、圧力を2Pa、RF投入電力を20Wとする。なお、電極用リセス2A,2Bは、キャップ層2dの途中までエッチングして形成しても、また電子供給層2c以降までエッチングして形成しても良い。
レジストマスクは、灰化処理等により除去される。
ソース電極及びドレイン電極を形成するためのレジストマスクを形成する。ここでは、蒸着法及びリフトオフ法に適した例えば庇構造2層レジストを用いる。このレジストを化合物半導体積層構造2上に塗布し、電極用リセス2A,2Bを露出させる開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
このレジストマスクを用いて、電極材料として、例えばTa/Al(又はTi/Al)を、例えば蒸着法により、電極用リセス2A,2Bを露出させる開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Taが下層、Alが上層であって、Taの厚みは20nm程度、Alの厚みは200nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したTa/Alを除去する。その後、Si基板1を、例えば窒素雰囲気中において400℃〜1000℃程度の温度、例えば550℃程度で熱処理し、残存したTa/Alを電子供給層2cとオーミックコンタクトさせる。Ta/Alの電子供給層2cとのオーミックコンタクトが得られるのであれば、熱処理が不要な場合もある。以上により、電極用リセス2A,2Bを電極材料の一部で埋め込むソース電極4及びドレイン電極5が形成される。
続いて、図2(a)に示すように、ゲート絶縁膜6を形成する。
詳細には、化合物半導体積層構造2上を覆うように、絶縁材料として例えばAl23を堆積する。Al23は、例えば原子層堆積法(Atomic Layer Deposition:ALD法)により膜厚2nm〜200nm程度、ここでは10nm程度に堆積する。これにより、ゲート絶縁膜6が形成される。
なお、Al23の堆積は、ALD法の代わりに、例えばプラズマCVD法又はスパッタ法等で行うようにしても良い。また、Al23を堆積する代わりに、Alの窒化物又は酸窒化物を用いても良い。それ以外にも、Si,Hf,Zr,Ti,Ta,Wの酸化物、窒化物又は酸窒化物、或いはこれらから適宜に選択して多層に堆積して、ゲート絶縁膜を形成しても良い。
続いて、図2(b)に示すように、ゲート電極7を形成する。
詳細には、先ず、ゲート電極を形成するためのレジストマスクを形成する。ここでは、蒸着法及びリフトオフ法に適した例えば庇構造2層レジストを用いる。このレジストをゲート絶縁膜6上に塗布し、ゲート絶縁膜6上のゲート電極形成予定部分を露出させる開口を形成する。以上により、当該開口を有するレジストマスクが形成される。
このレジストマスクを用いて、電極材料として、例えばNi/Auを、例えば蒸着法により、ゲート絶縁膜6のゲート電極形成予定部分を露出させる開口内を含むレジストマスク上に堆積する。Niが下層、Auが上層であって、Niの厚みは30nm程度、Auの厚みは400nm程度とする。リフトオフ法により、レジストマスク及びその上に堆積したNi/Auを除去する。以上により、化合物半導体積層構造2上にゲート絶縁膜6を介してゲート電極7が形成される。
本実施形態では、ゲート絶縁膜6を有するMIS型のAlGaN/GaN・HEMTを例示するが、ゲート絶縁膜6を有さずゲート電極7が化合物半導体積層構造2と直接的に接触する、ショットキー型のAlGaN/GaN・HEMTを作製するようにしても良い。
また、化合物半導体積層構造2にゲート電極用のリセスを形成し、これを埋め込むようにゲート電極を形成するゲートリセス構造を採用しても良い。
しかる後、ソース電極4、ドレイン電極5、ゲート電極7と接続される配線層の形成等の諸工程を経て、本実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTが形成される。
以下、本実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTの奏する作用効果について説明する。
本実施形態の比較例に係るAlGaN/GaN・HEMTを例示する。この比較例では、通常のAlGaN/GaN・HEMTとして、図4に示すように、SiC基板101上に化合物半導体積層構造102が形成される。化合物半導体積層構造102は、AlNの核形成層102a、i−GaNの電子走行層102b、n−AlGaNの電子供給層102c、及びn−GaNのキャップ層102dを有して構成される。
通常、GaN系結晶は、MOVPE法により成長されるが、GaNとAlGaNとでは最適な成長圧力が異なる。GaNは、不純物の導入を抑制するため、高圧成長が望ましく、AlGaNは、原料ガスの気相反応を抑制するため、低圧成長が望ましい。そのため、化合物半導体積層構造102の形成時の最適な成長圧力シーケンスは、図5に示すようになる。n−AlGaNの電子供給層102cの成長からn−GaNのキャップ層102dの成長に移るときに、成長圧力が変更されるため、成長中断が生じる。キャップ層自体は、電子供給層の表面粗れの発生を防止するために必要である。本発明者による鋭意検討の結果、成長中断の間に電子供給層102cの表面のGaが脱離し、電子供給層102cの最上部に薄い高Al組成AlGaNである第2の層102cBが形成されることが判明した。即ち、電子供給層102cは、n−AlGaNからなる第1の層102cAと、その上に形成されたn−AlGaN(高Al組成AlGaN)からなる第2の層102cBとから構成される。
また、第2の層102cB中にゲートリーク電流を増大させる欠陥が存在することも判った。第2の層102cBの形成を抑制するため、図6に示すように、キャップ層102dを電子供給層102cと同じ成長圧力で形成して成長中断を生ぜしめない手法もある。ところがこの場合、キャップ層102dの品質が低下し、電流コラプスが発生するという問題がある。
本実施形態では、図1(a)に示したように、電子供給層2cを、n型不純物を含有しないi−AlGaNで形成する。この構成において、キャップ層2dを高品質に保持して電流コラプスを抑止すべく電子供給層2cとキャップ層2dとで成長圧力を変更する。このときの成長中断により、電子供給層2cの最上部に第2の層2cBが形成される。第2の層2cBが形成されても、ゲートリーク電流は増加することなく、寧ろ低減することが判った。
図7は、本実施形態によるi−AlGaNの電子供給層を備えたAlGaN/GaN・HEMTと、比較例によるn−AlGaNの電子供給層を備えたAlGaN/GaN・HEMTとでゲートリーク特性を比較した特性図である。
図7のように、本実施形態では、比較例に比べてゲートリーク電流が大きく減少することが確認される。比較例では、電子供給層102cに所定濃度以上のn型不純物が存在するため、高Al組成AlGaNからなる第2の層102cBが形成される際にn型不純物が濃縮されて欠陥となると考えられる。これに対して本実施形態では、電子供給層2cがi型(n型不純物濃度が1×1017/cm3以下)であるため、高Al組成AlGaNからなる第2の層2cBが形成されてもn型不純物の濃縮が生ぜず、欠陥は発生しない。本実施形態では、電子供給層2cがi型であることから、第2の層2cBが形成されることによりゲートリーク電流が低減する。また、電子供給層2cがi型であることによるキャリア濃度(2DEGの電子密度)の減少は、高Al組成AlGaNからなる第2の層2cBの存在により十分に補償される。これは、高Al組成AlGaNからなる第2の層2cBは、i−AlGaNからなる第1の層2cAよりも自発分極が大きく、また、GaNとの格子定数差によるピエゾ分極も大きくなるため電子供給層により誘起される2DEG濃度が増加するためである。
以上説明したように、本実施形態によれば、比較的簡素な構成により、電流コラプス及びゲートリーク電流の双方を確実に抑制し、信頼性の高い高耐圧のAlGaN/GaN・HEMTが実現する。
−変形例−
以下、第1の実施形態の変形例について説明する。本例では、第1の実施形態と同様にAlGaN/GaN・HEMTの構成及び製造方法を開示するが、電子供給層が若干異なる点で相違する。なお、第1の実施形態の構成部材等と同一のものについては、同符号を付して詳しい説明を省略する。
図8は、第1の実施形態の変形例によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
本例では、先ず図8(a)に示すように、SiC基板1上に、AlNの核形成層2a、i−GaNの電子走行層2b、i−AlGaNの電子供給層11、及びn−GaNのキャップ層2dが順次積層された化合物半導体積層構造12を形成する。
電子供給層11のi−AlGaNは、i型であると評価されるn型不純物濃度となるように、その厚み方向の全域において例えばSi及びGeの少なくとも一方の濃度が1×1017/cm3以下に形成される。電子供給層11のi−AlGaNの成長工程からキャップ層2dのn−GaNの成長工程に移行する際のMOVPEの成長中断により、電子供給層11の最上部には、高Al組成AlGaNの第2の層11bが2nm以下、例えば1nm程度の厚みに形成される。電子供給層11は、i−AlxGa1-xN(0<x<1)からなる第1の層11aと、その上に形成されたi−AlyGa1-yN(x<y≦1)(高Al組成AlGaN)からなる第2の層11bとから構成されることになる。
更に、電子供給層11のi−AlGaNでは、図9に示すように、その厚み方向において、電子走行層2b側からキャップ層2d側に向かうにつれてn型不純物濃度が減少(漸減)している。電子供給層11では、i−AlGaNは、例えば電子走行層2bの界面で5×1016/cm3程度であり、n型不純物濃度が徐々に減少してゆき、キャップ層2dとの界面で1×1015/cm3程度とされる。このようなn型不純物の濃度プロファイルとなるように電子供給層11のi−AlGaNを形成することにより、電子走行層2bとの界面近傍でi−AlGaNのn型不純物濃度はi型と評価できる1×1017/cm3以下の範囲内で比較的高くなり、キャリア濃度、即ち2DEGの電子密度を向上させることができる。
図9のようなn型不純物の濃度プロファイルにi−AlGaNを成長するには、例えば以下のようにすれば良い。MOVPEによる成長時に、n型不純物として例えばSiを含む例えばSiH4ガスを、Siのドーピング濃度が5×1016/cm3程度から1×1015 )/cm3程度まで徐々に減少するように調節する。なお、電子供給層11のi−AlGaNの厚みは、10nm程度以上、例えば20nm程度とされる。図9では、連続的にn型不純物濃度が変化する濃度プロファイルを例示したが、段階的に変化しても良い。
続いて、第1の実施形態と同様に、図1(b)〜図2(b)の諸工程を経て、図8(b)の装置構成が得される。しかる後、ソース電極4、ドレイン電極5、ゲート電極7と接続される配線層の形成等の諸工程を経て、本例によるAlGaN/GaN・HEMTが形成される。
本例によれば、比較的簡素な構成により、電流コラプス及びゲートリーク電流の双方を確実に抑制し、信頼性の高い高耐圧のAlGaN/GaN・HEMTが実現する。
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態について説明する。本実施形態では、第1の実施形態と同様にAlGaN/GaN・HEMTの構成及び製造方法を開示するが、電子供給層が若干異なる点で相違する。なお、第1の実施形態の構成部材等と同一のものについては、同符号を付して詳しい説明を省略する。
図10は、第2の実施形態によるAlGaN/GaN・HEMTの製造方法の主要工程を示す概略断面図である。
本実施形態では、先ず図10(a)に示すように、SiC基板1上に、AlNの核形成層2a、i−GaNの電子走行層2b、i−AlGaNからなる電子供給層21、及びn−GaNからなるキャップ層2dが順次積層された化合物半導体積層構造22を形成する。
電子供給層21は、その厚み方向の全域に亘ってn型不純物濃度が1×1017/cm3以下のi型とされている。電子供給層21は、i−AlxGa1-xN(0<x<1)からなる第1の層21aと、第1の層21a上にAlyGa1-yN(x<y≦1)、ここではy=1でi−AlNからなる第2の層21bとが形成されて構成されている。本実施形態では、第1の実施形態と異なり、電子供給層21の成長工程において、第1の層21aの成長に続いて第2の層21bを連続的に成長する。第1の層21aはx=0.3(Al組成率30%)程度で30nm程度の厚みに、第2の層21bは2nm程度以下、ここでは1nm程度の厚みにそれぞれ形成される。
図11は、化合物半導体積層構造22の形成時の最適な成長圧力シーケンスを示す特性図である。
本実施形態では、核形成層2aのAlNの成長と電子走行層21のi−GaNの成長との間、電子走行層21のi−GaNの成長と第1の層21aのi−AlGaNの成長との間、第2の層21bのi−AlNの成長とキャップ層2dのn−GaNの成長との間の移行時では、それぞれ成長圧力が異なるため、成長中断が生じる。これに対して、第1の層21aのi−AlGaNの成長と第2の層21bのAlNの成長との間の移行時では、両者の成長圧力が同じ値であり、成長中断は生じない。そのため、第2の層21bのAlNの成長とキャップ層2dのn−GaNの成長との間の移行時に成長中断が生じても、第1の層21aは第2の層21bにより表面が保護され、第1の層21aからのGaの脱離が抑止される。即ち、電子走行層21の最上部に厚みが一定に規定されたi−AlNの第2の層21bの存在により、余分な高Al組成AlGaNの形成が抑制される。
本実施形態では、電子供給層21がi型(n型不純物濃度が1×1017/cm3以下)であることから、第2の層21bが形成されることによりゲートリーク電流が低減する。また、電子供給層21がi型であることによるキャリア濃度(2DEGの電子密度)の減少は、i−AlNからなる第2の層21bの存在により十分に補償される。これは、AlNはAlGaNよりも自発分極が大きく、GaNとの格子定数差によるピエゾ分極も大きいため電子供給層により誘起される2DEG濃度が増加するためである。
更に本実施形態では、キャップ層2dの成長条件に依存することなく、第2の層21bを略一定の厚み(例えば1nm程度)に形成することができる。そのため、電子供給層21を安定して形成することができるという利点がある。なお、この場合でも、電子供給層21に所定濃度以上のn型不純物が含まれると、第1の層21aと第2の層21bとの界面に欠陥が生じるため、電子供給層21はi型である(所定濃度以上のn型不純物を含有しない)ことが望ましい。
続いて、第1の実施形態と同様に、図1(b)〜図2(c)の諸工程を経て、図10(b)の装置構成が得される。しかる後、ソース電極4、ドレイン電極5、ゲート電極7と接続される配線層の形成等の諸工程を経て、本例によるAlGaN/GaN・HEMTが形成される。
本実施形態によれば、比較的簡素な構成により、電流コラプス及びゲートリーク電流の双方を確実に抑制し、信頼性の高い高耐圧のAlGaN/GaN・HEMTが実現する。
第1又は第2の実施形態、変形例によるAlGaN/GaN・HEMTは、いわゆるディスクリートパッケージに適用される。
このディスクリートパッケージでは、第1又は第2の実施形態、変形例によるAlGaN/GaN・HEMTのチップが搭載される。以下、第1又は第2の実施形態、変形例によるAlGaN/GaN・HEMTのチップ(以下、HEMTチップと言う)のディスクリートパッケージについて例示する。
HEMTチップの概略構成を図12に示す。
HEMTチップ200では、その表面に、上述したAlGaN/GaN・HEMTのトランジスタ領域201と、ドレイン電極が接続されたドレインパッド202と、ゲート電極が接続されたゲートパッド203と、ソース電極が接続されたソースパッド204とが設けられている。
図13は、ディスクリートパッケージを示す概略平面図である。
ディスクリートパッケージを作製するには、先ず、HEMTチップ200を、ハンダ等のダイアタッチ剤211を用いてリードフレーム212に固定する。リードフレーム212にはドレインリード212aが一体形成されており、ゲートリード212b及びソースリード212cがリードフレーム212と別体として離間して配置される。
続いて、Alワイヤ213を用いたボンディングにより、ドレインパッド202とドレインリード212a、ゲートパッド203とゲートリード212b、ソースパッド204とソースリード212cをそれぞれ電気的に接続する。
その後、モールド樹脂214を用いて、トランスファーモールド法によりHEMTチップ200を樹脂封止し、リードフレーム212を切り離す。以上により、ディスクリートパッケージが形成される。
(第3の実施形態)
本実施形態では、第1及び第2の実施形態、変形例のうちから選ばれた1種によるAlGaN/GaN・HEMTを備えたPFC(Power Factor Correction)回路を開示する。
図14は、PFC回路を示す結線図である。
PFC回路30は、スイッチ素子(トランジスタ)31と、ダイオード32と、チョークコイル33と、コンデンサ34,35と、ダイオードブリッジ36と、交流電源(AC)37とを備えて構成される。スイッチ素子31に、第1及び第2の実施形態のうちから選ばれた1種によるAlGaN/GaN・HEMTが適用される。
PFC回路30では、スイッチ素子31のドレイン電極と、ダイオード32のアノード端子及びチョークコイル33の一端子とが接続される。スイッチ素子31のソース電極と、コンデンサ34の一端子及びコンデンサ35の一端子とが接続される。コンデンサ34の他端子とチョークコイル33の他端子とが接続される。コンデンサ35の他端子とダイオード32のカソード端子とが接続される。コンデンサ34の両端子間には、ダイオードブリッジ36を介してAC37が接続される。コンデンサ35の両端子間には、直流電源(DC)が接続される。なお、スイッチ素子31には不図示のPFCコントローラが接続される。
本実施形態では、第1又は第2の実施形態、変形例から選ばれた1種によるAlGaN/GaN・HEMTをPFC回路30に適用する。これにより、信頼性の高いPFC回路30が実現する。
(第4の実施形態)
本実施形態では、第1又は第2の実施形態、変形例のうちから選ばれた1種によるAlGaN/GaN・HEMTを備えた電源装置を開示する。
図15は、第4の実施形態による電源装置の概略構成を示す結線図である。
本実施形態による電源装置は、高圧の一次側回路41及び低圧の二次側回路42と、一次側回路41と二次側回路42との間に配設されるトランス43とを備えて構成される。
一次側回路41は、第4の実施形態によるPFC回路30と、PFC回路30のコンデンサ35の両端子間に接続されたインバータ回路、例えばフルブリッジインバータ回路40とを有している。フルブリッジインバータ回路40は、複数(ここでは4つ)のスイッチ素子44a,44b,44c,44dを備えて構成される。
二次側回路42は、複数(ここでは3つ)のスイッチ素子45a,45b,45cを備えて構成される。
本実施形態では、一次側回路41を構成するPFC回路が第3の実施形態によるPFC回路30であると共に、フルブリッジインバータ回路40のスイッチ素子44a,44b,44c,44dが、第1又は第2の実施形態、変形例のうちから選ばれた1種によるAlGaN/GaN・HEMTとされている。一方、二次側回路42のスイッチ素子45a,45b,45cは、シリコンを用いた通常のMIS・FETとされている。
本実施形態では、第4の実施形態によるPFC回路30と、第1又は第2の実施形態、変形例のうちから選ばれた1種によるAlGaN/GaN・HEMTとを、高圧回路である一次側回路41に適用する。これにより、信頼性の高い大電力の電源装置が実現する。
(第5の実施形態)
本実施形態では、第1又は第2の実施形態、変形例のうちから選ばれた1種によるAlGaN/GaN・HEMTを備えた高周波増幅器を開示する。
図16は、第5の実施形態による高周波増幅器の概略構成を示す結線図である。
本実施形態による高周波増幅器は、ディジタル・プレディストーション回路51と、ミキサー52a,52bと、パワーアンプ53とを備えて構成される。
ディジタル・プレディストーション回路51は、入力信号の非線形歪みを補償するものである。ミキサー52aは、非線形歪みが補償された入力信号と交流信号をミキシングするものである。パワーアンプ53は、交流信号とミキシングされた入力信号を増幅するものであり、第1及び第2の実施形態、変形例のうちから選ばれた1種によるAlGaN/GaN・HEMTを有している。なお図16では、例えばスイッチの切り替えにより、出力側の信号をミキサー52bで交流信号とミキシングしてディジタル・プレディストーション回路51に送出できる構成とされている。
本実施形態では、第1及び第2の実施形態、変形例のうちから選ばれた1種によるAlGaN/GaN・HEMTを高周波増幅器に適用する。これにより、信頼性の高い高耐圧の高周波増幅器が実現する。
以下、化合物半導体装置及びその製造方法、並びに電源装置及び高周波増幅器の諸態様について、付記としてまとめて記載する。
(付記1)電子走行層と、
前記電子走行層上に形成された電子供給層と、
前記電子供給層上に形成されたGaNキャップ層と
を含み、
前記電子供給層は、i型AlxGa1-xN(0<x<1)である第1の層と、前記第1の層上に形成されたi型AlyGa1-yN(x<y≦1)である第2の層とを有することを特徴とする化合物半導体装置。
(付記2)前記電子供給層は、その厚み方向の全域に亘って、n型不純物濃度が1×1017/cm3以下であることを特徴とする付記1に記載の化合物半導体装置。
(付記3)前記電子供給層は、その厚み方向において、前記電子走行層側から前記GaNキャップ層側に向かうにつれてn型不純物濃度が減少していることを特徴とする付記2に記載の化合物半導体装置。
(付記4)前記電子供給層は、含有するn型不純物がSi及びGeの少なくとも一方であることを特徴とする付記2又は3に記載の化合物半導体装置。
(付記5)前記第2の層は、AlNからなることを特徴とする付記1〜4のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
(付記6)前記第2の層は、その厚みが2nm以下であることを特徴とする付記1〜5のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
(付記7)前記GaNキャップ層は、n型不純物を1×1017/cm3より多く含有することを特徴とする付記1〜6のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
(付記8)電子走行層を形成する工程と、
前記電子走行層上に電子供給層を形成する工程と、
前記電子供給層上にGaNキャップ層を形成する工程と
を含み、
前記電子供給層は、i型AlxGa1-xN(0<x<1)である第1の層と、前記第1の層上に形成されたi型AlyGa1-yN(x<y≦1)である第2の層とを有することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
(付記9)前記電子供給層は、その厚み方向の全域に亘って、n型不純物濃度が1×1017/cm3以下であることを特徴とする付記8に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記10)前記電子供給層は、その厚み方向において、前記電子走行層側から前記GaNキャップ層側に向かうにつれてn型不純物濃度が減少することを特徴とする付記9に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記11)前記電子供給層は、含有するn型不純物がSi及びGeの少なくとも一方であることを特徴とする付記8又は9に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記12)前記第2の層は、その厚みが2nm以下であることを特徴とする付記8〜11のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記13)前記GaNキャップ層は、n型不純物を1×1017/cm3より多く含有することを特徴とする付記8〜12のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記14)前記GaNキャップ層を、前記電子供給層よりも高い成長圧力で形成することを特徴とする付記8〜13のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記15)前記電子供給層を形成する工程において、前記第1の層と前記第2の層とを同じ成長圧力で形成することを特徴とする付記8〜13のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記16)前記第2の層は、AlNからなることを特徴とする付記15に記載の化合物半導体装置の製造方法。
(付記17)変圧器と、前記変圧器を挟んで高圧回路及び低圧回路とを備えた電源装置であって、
前記高圧回路はトランジスタを有しており、
前記トランジスタは、
電子走行層と、
前記電子走行層上に形成された電子供給層と、
前記電子供給層上に形成されたGaNキャップ層と
を含み、
前記電子供給層は、i型AlxGa1-xN(0<x<1)である第1の層と、前記第1の層上に形成されたi型AlyGa1-yN(x<y≦1)である第2の層とを有することを特徴とする化合物半導体装置。
(付記18)入力した高周波電圧を増幅して出力する高周波増幅器であって、
トランジスタを有しており、
前記トランジスタは、
電子走行層と、
前記電子走行層上に形成された電子供給層と、
前記電子供給層上に形成されたGaNキャップ層と
を含み、
前記電子供給層は、i型AlxGa1-xN(0<x<1)である第1の層と、前記第1の層上に形成されたi型AlyGa1-yN(x<y≦1)である第2の層とを有することを特徴とする化合物半導体装置。
1 SiC基板
2,12,22 化合物半導体積層構造
2A,2B 電極用リセス
2a 核形成層
2b 電子走行層
2c,11,21 電子供給層
2cA,11a,21a 第1の層
2cB,11b,21b 第2の層
2d キャップ層
4 素子分離構造
5 ソース電極
6 ドレイン電極
7 ゲート絶縁膜
30 PFC回路
31,44a,44b,44c,44d,45a,45b,45c スイッチ素子
32 ダイオード
33 チョークコイル
34,35 コンデンサ
36 ダイオードブリッジ
40 フルブリッジインバータ回路
41 一次側回路
42 二次側回路
43 トランス
51 ディジタル・プレディストーション回路
52a,52b ミキサー
53 パワーアンプ
200 HEMTチップ
201 トランジスタ領域
202 ドレインパッド
203 ゲートパッド
204 ソースパッド
211 ダイアタッチ剤
212 リードフレーム
212a ドレインリード
212b ゲートリード
212c ソースリード
213 Alワイヤ
214 モールド樹脂

Claims (16)

  1. 電子走行層と、
    前記電子走行層上に形成された電子供給層と、
    前記電子供給層上に形成されたGaNキャップ層と
    を含み、
    前記電子供給層は、i型AlxGa1-xN(0<x<1)である第1の層と、前記第1の層上に形成されたi型AlyGa1-yN(x<y≦1)である第2の層とを有することを特徴とする化合物半導体装置。
  2. 前記電子供給層は、その厚み方向の全域に亘って、n型不純物濃度が1×1017/cm3以下であることを特徴とする請求項1に記載の化合物半導体装置。
  3. 前記電子供給層は、その厚み方向において、前記電子走行層側から前記GaNキャップ層側に向かうにつれてn型不純物濃度が減少していることを特徴とする請求項2に記載の化合物半導体装置。
  4. 前記電子供給層は、含有するn型不純物がSi及びGeの少なくとも一方であることを特徴とする請求項2又は3に記載の化合物半導体装置。
  5. 前記第2の層は、AlNからなることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
  6. 前記第2の層は、その厚みが2nm以下であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
  7. 前記GaNキャップ層は、n型不純物を1×1017/cm3より多く含有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の化合物半導体装置。
  8. 電子走行層を形成する工程と、
    前記電子走行層上に電子供給層を形成する工程と、
    前記電子供給層上にGaNキャップ層を形成する工程と
    を含み、
    前記電子供給層は、i型AlxGa1-xN(0<x<1)である第1の層と、前記第1の層上に形成されたi型AlyGa1-yN(x<y≦1)である第2の層とを有することを特徴とする化合物半導体装置の製造方法。
  9. 前記電子供給層は、その厚み方向の全域に亘って、n型不純物濃度が1×1017/cm3以下であることを特徴とする請求項8に記載の化合物半導体装置の製造方法。
  10. 前記電子供給層は、その厚み方向において、前記電子走行層側から前記GaNキャップ層側に向かうにつれてn型不純物濃度が減少することを特徴とする請求項9に記載の化合物半導体装置の製造方法。
  11. 前記電子供給層は、含有するn型不純物がSi及びGeの少なくとも一方であることを特徴とする請求項8又は9に記載の化合物半導体装置の製造方法。
  12. 前記第2の層は、その厚みが2nm以下であることを特徴とする請求項8〜11のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
  13. 前記GaNキャップ層は、n型不純物を1×1017/cm3より多く含有することを特徴とする請求項8〜12のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
  14. 前記GaNキャップ層を、前記電子供給層よりも高い成長圧力で形成することを特徴とする請求項8〜13のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
  15. 前記電子供給層を形成する工程において、前記第1の層と前記第2の層とを同じ成長圧力で形成することを特徴とする請求項8〜13のいずれか1項に記載の化合物半導体装置の製造方法。
  16. 前記第2の層は、AlNからなることを特徴とする請求項15に記載の化合物半導体装置の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10546746B2 (en) 2017-06-29 2020-01-28 Sumitomo Electric Device Innovations, Inc. Process of forming semiconductor epitaxial substrate
JP2020102489A (ja) * 2018-12-20 2020-07-02 富士通株式会社 化合物半導体装置及びその製造方法、増幅器
JP2023510394A (ja) * 2020-01-16 2023-03-13 華為技術有限公司 窒化物半導体トランジスタ及び電子デバイス

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6687831B2 (ja) * 2015-10-30 2020-04-28 富士通株式会社 化合物半導体装置及びその製造方法
JP6880406B2 (ja) * 2017-06-30 2021-06-02 富士通株式会社 化合物半導体装置及びその製造方法
JP2021089934A (ja) * 2019-12-03 2021-06-10 株式会社東芝 半導体装置

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005183551A (ja) * 2003-12-17 2005-07-07 Nec Corp 半導体装置、電界効果トランジスタおよび電界効果トランジスタの製造方法
JP2007103778A (ja) * 2005-10-06 2007-04-19 Mitsubishi Electric Corp 電界効果型トランジスタ
JP2007200975A (ja) * 2006-01-24 2007-08-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体装置とその製造法
JP2008205146A (ja) * 2007-02-20 2008-09-04 Fujitsu Ltd 化合物半導体装置及びその製造方法
JP2008227501A (ja) * 2007-03-12 2008-09-25 Cree Inc 窒化物ベースのトランジスタのための窒化アルミニウムを含むキャップ層およびその作製方法
JP2009206163A (ja) * 2008-02-26 2009-09-10 Oki Electric Ind Co Ltd ヘテロ接合型電界効果トランジスタ
JP2014072427A (ja) * 2012-09-28 2014-04-21 Fujitsu Ltd 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP2014229879A (ja) * 2013-05-27 2014-12-08 富士通株式会社 半導体装置及び半導体装置の製造方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4993673B2 (ja) 2006-08-24 2012-08-08 ローム株式会社 Mis型電界効果トランジスタおよびその製造方法
US9246455B2 (en) 2013-03-15 2016-01-26 Analog Devices, Inc. Three stage amplifier
JP6174874B2 (ja) 2013-03-15 2017-08-02 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
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
KR20160060749A (ko) * 2013-09-23 2016-05-30 센서 일렉트로닉 테크놀로지, 인크 광전자 디바이스를 위한 iii 족 질화물 헤테로구조체

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005183551A (ja) * 2003-12-17 2005-07-07 Nec Corp 半導体装置、電界効果トランジスタおよび電界効果トランジスタの製造方法
JP2007103778A (ja) * 2005-10-06 2007-04-19 Mitsubishi Electric Corp 電界効果型トランジスタ
JP2007200975A (ja) * 2006-01-24 2007-08-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 半導体装置とその製造法
JP2008205146A (ja) * 2007-02-20 2008-09-04 Fujitsu Ltd 化合物半導体装置及びその製造方法
JP2008227501A (ja) * 2007-03-12 2008-09-25 Cree Inc 窒化物ベースのトランジスタのための窒化アルミニウムを含むキャップ層およびその作製方法
JP2009206163A (ja) * 2008-02-26 2009-09-10 Oki Electric Ind Co Ltd ヘテロ接合型電界効果トランジスタ
JP2014072427A (ja) * 2012-09-28 2014-04-21 Fujitsu Ltd 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP2014229879A (ja) * 2013-05-27 2014-12-08 富士通株式会社 半導体装置及び半導体装置の製造方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10546746B2 (en) 2017-06-29 2020-01-28 Sumitomo Electric Device Innovations, Inc. Process of forming semiconductor epitaxial substrate
JP2020102489A (ja) * 2018-12-20 2020-07-02 富士通株式会社 化合物半導体装置及びその製造方法、増幅器
JP7167694B2 (ja) 2018-12-20 2022-11-09 富士通株式会社 化合物半導体装置の製造方法
JP2023510394A (ja) * 2020-01-16 2023-03-13 華為技術有限公司 窒化物半導体トランジスタ及び電子デバイス
JP7385760B2 (ja) 2020-01-16 2023-11-22 華為技術有限公司 窒化物半導体トランジスタ及び電子デバイス

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