JP2016187025A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
最初に、窒化物半導体により形成された半導体装置として、電子走行層にGaNを用い、電子供給層にInAlNを用いたHEMTについて、図1に基づき説明する。この半導体装置は、図1に示されるように、基板910の上に、バッファ層911、電子走行層921、スペーサ層922、電子供給層923が積層して形成されている。電子供給層923の上には、ゲート電極931、ソース電極932、ドレイン電極933が形成されている。バッファ層911はAlGaN等により形成されており、電子走行層921はGaNにより形成されており、スペーサ層922はAlNにより形成されており、電子供給層923はIn0.17Al0.83Nにより形成されている。これにより、電子走行層921において、電子走行層921とスペーサ層922との界面近傍のには、2DEG(two dimensional electron gas:二次元電子ガス)が生成される。
次に、第1の実施の形態の半導体装置について、図2に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、基板10の上に、第1のバッファ層11、第2のバッファ層12、電子供給層21、スペーサ層22、電子走行層23、キャップ層24が順に形成されている。
次に、本実施の形態における半導体装置の製造方法について、図6から図8に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、基板10の上に、窒化物半導体をMOCVDによるエピタキシャル成長により形成する。窒化物半導体をMOCVDにより結晶成長させる際には、Inの原料ガスとして、TMI(トリメチルインジウム)、Gaの原料ガスとしてTMGa(トリメチルガリウム)、Alの原料ガスとしてTMAl(トリメチルアルミニウム)を用いる。また、窒素原料ガスにはアンモニアを用いる。
(半導体装置)
次に、第2の実施の形態の半導体装置について、図9に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、基板10の上に、第1のバッファ層11、第2のバッファ層12、電子供給層21、スペーサ層22、電子走行層23が順に形成されている。電子走行層23の上には、ソース電極32及びソース電極32とゲート電極31との間の領域、ドレイン電極33及びドレイン電極33とゲート電極31との間の領域には、第1のキャップ領域124が形成されている。また、ゲート電極31が形成される領域には、第2のキャップ領域125が形成されている。
次に、本実施の形態における半導体装置の製造方法について、図12から図15に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、基板10の上に、窒化物半導体をMOCVDによるエピタキシャル成長により形成する。窒化物半導体をMOCVDにより結晶成長させる際には、Inの原料ガスとして、TMI(トリメチルインジウム)、Gaの原料ガスとしてTMGa(トリメチルガリウム)、Alの原料ガスとしてTMAl(トリメチルアルミニウム)を用いる。また、窒素原料ガスにはアンモニアを用いる。
(半導体装置)
次に、第3の実施の形態の半導体装置について、図17に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、ソース電極32及びソース電極32とゲート電極31との間の領域、ドレイン電極33及びドレイン電極33とゲート電極31との間の領域には、キャップ層224が形成されている。しかしながら、ゲート電極31が形成される領域には、キャップ層224が形成されていない構造の半導体装置である。
次に、第4の実施の形態について説明する。本実施の形態は、半導体デバイス、電源装置及び高周波増幅器である。
本実施の形態における半導体デバイスは、第1から第3の実施の形態における半導体装置をディスクリートパッケージしたものであり、このようにディスクリートパッケージされた半導体デバイスについて、図18に基づき説明する。尚、図18は、ディスクリートパッケージされた半導体装置の内部を模式的に示すものであり、電極の配置等については、第1から第3の実施の形態に示されているものとは、異なっている。
次に、本実施の形態におけるPFC回路、電源装置及び高周波増幅器について説明する。本実施の形態におけるPFC回路、電源装置及び高周波増幅器は、第1から第3の実施の形態におけるいずれかの半導体装置を用いた電源装置及び高周波増幅器である。
次に、本実施の形態におけるPFC(Power Factor Correction)回路について説明する。本実施の形態におけるPFC回路は、第1から第3の実施の形態における半導体装置を有するものである。
次に、本実施の形態における電源装置について説明する。本実施の形態における電源装置は、第1から第3の実施の形態における半導体装置であるHEMTを有する電源装置である。
次に、本実施の形態における高周波増幅器について説明する。本実施の形態における高周波増幅器は、第1から第3の実施の形態における半導体装置であるHEMTが用いられている構造のものである。図21に基づき本実施の形態における高周波増幅器について説明する。本実施の形態における高周波増幅器は、ディジタル・プレディストーション回路471、ミキサー472a、472b、パワーアンプ473及び方向性結合器474を備えている。
(付記1)
基板の上に、窒化物半導体により形成された表面が窒素極性の電子供給層と、
前記電子供給層の上に、窒化物半導体により形成された表面が窒素極性の電子走行層と、
前記電子走行層の上に、窒化物半導体により形成された表面が窒素極性のキャップ層と、
前記キャップ層の上に形成されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、
を有し、
前記電子供給層は、InAlNを含む材料により形成されており、
前記電子走行層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記キャップ層は、InGaNを含む材料により形成されていることを特徴とする半導体装置。
(付記2)
基板の上に、窒化物半導体により形成された表面が窒素極性の電子供給層と、
前記電子供給層の上に、窒化物半導体により形成された表面が窒素極性の電子走行層と、
前記電子走行層の上に、窒化物半導体により形成された表面が窒素極性のキャップ層と、
前記キャップ層の上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記電子走行層の上に形成されたゲート電極と、
を有し、
前記電子供給層は、InAlNまたはAlGaNを含む材料により形成されており、
前記電子走行層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記キャップ層は、InGaNを含む材料により形成されていることを特徴とする半導体装置。
(付記3)
前記キャップ層の膜厚は、2nm以上、10nm以下であることを特徴とする付記1または2に記載の半導体装置。
(付記4)
前記キャップ層は、InxGa1−xNにより形成されており、xの値は、0.05以上、0.2以下であることを特徴とする付記1から3のいずれかに記載の半導体装置。
(付記5)
基板の上に、窒化物半導体により形成された表面が窒素極性の電子供給層と、
前記電子供給層の上に、窒化物半導体により形成された表面が窒素極性の電子走行層と、
前記電子走行層の上に、窒化物半導体により形成された表面が窒素極性の第1のキャップ領域及び第2のキャップ領域と、
前記第1のキャップ領域の上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記第2のキャップ領域の上に形成されたゲート電極と、
を有し、
前記電子供給層は、InAlNまたはAlGaNを含む材料により形成されており、
前記電子走行層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記第1のキャップ領域は、InGaNを含む材料により形成されており、
前記第2のキャップ領域は、AlNを含む材料により形成されていることを特徴とする半導体装置。
(付記6)
前記第1のキャップ領域は、InxGa1−xNにより形成されており、xの値は、0.05以上、0.2以下であることを特徴とする付記5に記載の半導体装置。
(付記7)
前記電子走行層には、二次元電子ガスが生成されていることを特徴とする付記1から6のいずれかに記載の半導体装置。
(付記8)
前記電子供給層と電子走行層との間には、AlNを含む材料により形成されたスペーサ層が設けられていることを特徴とする付記1から7のいずれかに記載の半導体装置。
(付記9)
前記基板と前記電子供給層との間には、GaNを含む材料により形成された表面が窒素極性のバッファ層が設けられていることを特徴とする付記1から8のいずれかに記載の半導体装置。
(付記10)
前記電子供給層は、In0.17Al0.83Nにより形成されているとを特徴とする付記1から9のいずれかに記載の半導体装置。
(付記11)
前記基板は、サファイア基板、または、SiC基板であることを特徴とする付記1から10のいずれかに記載の半導体装置。
(付記12)
付記1から11のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする電源装置。
(付記13)
付記1から11のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする増幅器。
11 第1のバッファ層
12 第2のバッファ層
21 電子供給層
22 スペーサ層
23 電子走行層
23a 2DEG
24 キャップ層
31 ゲート電極
32 ソース電極
33 ドレイン電極
Claims (11)
- 基板の上に、窒化物半導体により形成された表面が窒素極性の電子供給層と、
前記電子供給層の上に、窒化物半導体により形成された表面が窒素極性の電子走行層と、
前記電子走行層の上に、窒化物半導体により形成された表面が窒素極性のキャップ層と、
前記キャップ層の上に形成されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、
を有し、
前記電子供給層は、InAlNを含む材料により形成されており、
前記電子走行層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記キャップ層は、InGaNを含む材料により形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 基板の上に、窒化物半導体により形成された表面が窒素極性の電子供給層と、
前記電子供給層の上に、窒化物半導体により形成された表面が窒素極性の電子走行層と、
前記電子走行層の上に、窒化物半導体により形成された表面が窒素極性のキャップ層と、
前記キャップ層の上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記電子走行層の上に形成されたゲート電極と、
を有し、
前記電子供給層は、InAlNまたはAlGaNを含む材料により形成されており、
前記電子走行層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記キャップ層は、InGaNを含む材料により形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記キャップ層の膜厚は、2nm以上、10nm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記キャップ層は、InxGa1−xNにより形成されており、xの値は、0.05以上、0.2以下であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体装置。
- 基板の上に、窒化物半導体により形成された表面が窒素極性の電子供給層と、
前記電子供給層の上に、窒化物半導体により形成された表面が窒素極性の電子走行層と、
前記電子走行層の上に、窒化物半導体により形成された表面が窒素極性の第1のキャップ領域及び第2のキャップ領域と、
前記第1のキャップ領域の上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記第2のキャップ領域の上に形成されたゲート電極と、
を有し、
前記電子供給層は、InAlNまたはAlGaNを含む材料により形成されており、
前記電子走行層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記第1のキャップ領域は、InGaNを含む材料により形成されており、
前記第2のキャップ領域は、AlNを含む材料により形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記第1のキャップ領域は、InxGa1−xNにより形成されており、xの値は、0.05以上、0.2以下であることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
- 前記電子走行層には、二次元電子ガスが生成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記電子供給層と電子走行層との間には、AlNを含む材料により形成されたスペーサ層が設けられていることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記基板と前記電子供給層との間には、GaNを含む材料により形成された表面が窒素極性のバッファ層が設けられていることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記電子供給層は、In0.17Al0.83Nにより形成されているとを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記基板は、サファイア基板、または、SiC基板であることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載の半導体装置。
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