JP2018041786A - 半導体結晶基板、半導体装置、半導体結晶基板の製造方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板10の上に、窒化物半導体により形成された.第1のバッファ層21と、第1のバッファ層21の上に形成された第2のバッファ層22と、第2のバッファ層22の上に形成された第1の半導体層31と、第1の半導体層31の上に形成された第2の半導体層32と、を有する。第1のバッファ層21は、Feの濃度がCの濃度よりも高く、第2のバッファ層22は、Cの濃度がFeの濃度よりも高い。
【選択図】図3
Description
最初に、Feがドープされているバッファ層が形成されている半導体装置について、より詳細に説明する。図1は、Feがドープされているバッファ層が形成されている半導体装置の構造図である。この半導体装置はHEMTであり、図1に示されるように、基板910の上に、核形成層911、バッファ層921、電子走行層931、電子供給層932、キャップ層933等の窒化物半導体層がMOVPEにより形成されている。これにより、電子走行層931において、電子走行層931と電子供給層932との界面近傍には、2DEG931aが生成される。また、キャップ層933の上には、ゲート電極941、ソース電極942、ドレイン電極943が形成されている。基板910には、シリコンカーバイド(SiC)、サファイア(Al2O3)等の基板が用いられており、核形成層911は、GaN、AlGaN、AlN等により形成されており、バッファ層921は、FeのドープされたGaNにより形成されている。電子走行層931は、i−GaNにより形成されており、電子供給層932は、AlGaNにより形成されており、キャップ層933は、GaNにより形成されている。
次に、第1の実施の形態における半導体装置及び半導体結晶基板について図3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、核形成層11、第1のバッファ層21、第2のバッファ層22、電子走行層31、電子供給層32、キャップ層33等の窒化物半導体層がMOVPEにより形成されている。これにより、電子走行層31において、電子走行層31と電子供給層32との界面近傍には、2DEG31aが生成される。また、キャップ層33の上には、ゲート電極41、ソース電極42、ドレイン電極43が形成されている。尚、本願においては、電子走行層31を第1の半導体層と記載し、電子供給層32を第2の半導体層と記載する場合がある。また、本実施の形態における半導体結晶基板は、基板10の上に、核形成層11、第1のバッファ層21、第2のバッファ層22、電子走行層31、電子供給層32、キャップ層33等の窒化物半導体層がMOVPEにより形成されているものである。
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8から図12に基づき説明する。本実施の形態においては、窒化物半導体層は、MOVPEによる結晶成長により形成する。尚、窒化物半導体層を形成する際には、Gaの原料にはTMGa(トリメチルガリウム)が用いられ、Alの原料にはTMAl(トリメチルアルミニウム)が用いられ、Nの原料にはNH3(アンモニア)が用いられる。また、Feの原料にはCp2Fe(フェロセン)が用いられる。全ての原料ガスは、MFC(マスフローコントローラ)により流量制御されており、キャリアガスとともに、MOVPE装置の反応炉に供給される。
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態における半導体装置は、図13(a)に示されるように、第2のバッファ層22の上に成長温度の高い条件で第3のバッファ層123を形成し、第3のバッファ層123の上に成長温度の低い条件で第4のバッファ層124を形成したものである。従って、基板10の上に、核形成層11、第1のバッファ層21、第2のバッファ層22、第3のバッファ層123、第4のバッファ層124、電子走行層31、電子供給層32、キャップ層33等が順に形成されている。これらの窒化物半導体層はMOVPEにより形成されている。
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態における半導体装置は、図14(a)に示されるように、第2のバッファ層22の上に成長温度の高い条件で第3のバッファ層123を形成し、第3のバッファ層123の上に成長温度が中程度の条件で第4のバッファ層224を形成したものである。従って、基板10の上に、核形成層11、第1のバッファ層21、第2のバッファ層22、第3のバッファ層123、第4のバッファ層224、電子走行層31、電子供給層32、キャップ層33等が順に形成されている。これらの窒化物半導体層はMOVPEにより形成されている。
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。
(付記1)
基板の上に、窒化物半導体により形成された第1のバッファ層と、
前記第1のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第2のバッファ層と、
前記第2のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に、窒化物半導体により形成された第2の半導体層と、
を有し、
前記第1のバッファ層は、Feの濃度がCの濃度よりも高く、
前記第2のバッファ層は、Cの濃度がFeの濃度よりも高いことを特徴とする半導体結晶基板。
(付記2)
基板の上に、窒化物半導体により形成された第1のバッファ層と、
前記第1のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第2のバッファ層と、
前記第2のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に、窒化物半導体により形成された第2の半導体層と、
を有し、
前記第1のバッファ層は、Feの濃度が1×1017atoms/cm3以上であって、
前記第2のバッファ層は、Cの濃度がFeの濃度よりも高いことを特徴とする半導体結晶基板。
(付記3)
前記第2のバッファ層は、前記第1のバッファ層よりも、Cの濃度が高いことを特徴とする付記1または2に記載の半導体結晶基板。
(付記4)
前記第1のバッファ層におけるCの濃度は、1×1017atoms/cm3未満であって、
前記第2のバッファ層におけるCの濃度は、1×1017atoms/cm3以上であることを特徴とする付記3に記載の半導体結晶基板。
(付記5)
前記第1のバッファ層と前記第2のバッファ層とは接していることを特徴とする付記1から4のいずれかに記載の半導体結晶基板。
(付記6)
前記第2のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第3のバッファ層と、
前記第3のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第4のバッファ層と、
を有し、
前記第1の半導体層は、前記第4のバッファ層の上に形成されているものであって、
前記第3のバッファ層は、Feの濃度がCの濃度よりも高く、
前記第4のバッファ層は、Cの濃度がFeの濃度よりも高いことを特徴とする付記1から5のいずれかに記載の半導体結晶基板。
(付記7)
前記第4のバッファ層は、前記第2のバッファ層よりもCの濃度が低く、前記第1のバッファ層よりもCの濃度が高いことを特徴とする付記6に記載の半導体結晶基板。
(付記8)
前記第1のバッファ層は、p型であ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結晶基板。
(付記9)
前記第1のバッファ層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記第2のバッファ層は、GaNを含む材料により形成さ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結晶基板。
(付記10)
基板の上に、窒化物半導体により形成された第1のバッファ層と、
前記第1のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第2のバッファ層と、
前記第2のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に、窒化物半導体により形成された第2の半導体層と、
前記第2の半導体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、
前記第1のバッファ層は、Feの濃度がCの濃度よりも高く、
前記第2のバッファ層は、Cの濃度がFeの濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
(付記11)
基板の上に、窒化物半導体により形成された第1のバッファ層と、
前記第1のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第2のバッファ層と、
前記第2のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に、窒化物半導体により形成された第2の半導体層と、
前記第2の半導体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、
前記第1のバッファ層は、Feの濃度が1×1017atoms/cm3以上であって、
前記第2のバッファ層は、Cの濃度がFeの濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
(付記12)
前記第2のバッファ層は、前記第1のバッファ層よりも、Cの濃度が高いことを特徴とする付記10または11に記載の半導体装置。
(付記13)
前記第1のバッファ層におけるCの濃度は、1×1017atoms/cm3未満であって、
前記第2のバッファ層におけるCの濃度は、1×1017atoms/cm3以上であることを特徴とする付記12に記載の半導体装置。
(付記14)
前記第1のバッファ層と前記第2のバッファ層とは接していることを特徴とする付記10から13のいずれかに記載の半導体装置。
(付記15)
前記第2のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第3のバッファ層と、
前記第3のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第4のバッファ層と、
を有し、
前記第1の半導体層は、前記第4のバッファ層の上に形成されているものであって、
前記第3のバッファ層は、Feの濃度がCの濃度よりも高く、
前記第4のバッファ層は、Cの濃度がFeの濃度よりも高いことを特徴とする付記10から14のいずれかに記載の半導体装置。
(付記16)
前記第4のバッファ層は、前記第2のバッファ層よりもCの濃度が低く、前記第1のバッファ層よりもCの濃度が高いことを特徴とする付記15に記載の半導体装置。
(付記17)
前記第1のバッファ層は、p型であることを特徴とする付記10から16のいずれかに記載の半導体装置。
(付記18)
前記第1のバッファ層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記第2のバッファ層は、GaNを含む材料により形成されていることを特徴とする付記10から17のいずれかに記載の半導体装置。
(付記19)
基板の上に、窒化物半導体によりFeがドープされた第1のバッファ層を形成する工程と、
前記第1のバッファ層の上に、窒化物半導体により第2のバッファ層を形成する工程と、
前記第2のバッファ層の上に、窒化物半導体により第1の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層の上に、窒化物半導体により第2の半導体層を形成する工程と、
を有し、
前記第1のバッファ層、前記第2のバッファ層、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層は、MOVPEにより形成されるものであって、
前記第2のバッファ層は、前記第1のバッファ層よりも成長温度が低いことを特徴とする半導体結晶基板の製造方法。
(付記20)
基板の上に、窒化物半導体によりFeがドープされた第1のバッファ層を形成する工程と、
前記第1のバッファ層の上に、窒化物半導体により第2のバッファ層を形成する工程と、
前記第2のバッファ層の上に、窒化物半導体により第1の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層の上に、窒化物半導体により第2の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層の上に、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
を有し、
前記第1のバッファ層、前記第2のバッファ層、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層は、MOVPEにより形成されるものであって、
前記第2のバッファ層は、前記第1のバッファ層よりも成長温度が低いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記21)
付記10から18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22)
付記10から18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 核形成層
21 第1のバッファ層
22 第2のバッファ層
31 電子走行層(第1の半導体層)
31a 2DEG
32 電子供給層(第2の半導体層)
33 キャップ層
41 ゲート電極
42 ソース電極
43 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第1のバッファ層と、
前記第1のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第2のバッファ層と、
前記第2のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に、窒化物半導体により形成された第2の半導体層と、
を有し、
前記第1のバッファ層は、Feの濃度がCの濃度よりも高く、
前記第2のバッファ層は、Cの濃度がFeの濃度よりも高いことを特徴とする半導体結晶基板。 - 基板の上に、窒化物半導体により形成された第1のバッファ層と、
前記第1のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第2のバッファ層と、
前記第2のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に、窒化物半導体により形成された第2の半導体層と、
を有し、
前記第1のバッファ層は、Feの濃度が1×1017atoms/cm3以上であって、
前記第2のバッファ層は、Cの濃度がFeの濃度よりも高いことを特徴とする半導体結晶基板。 - 前記第2のバッファ層は、前記第1のバッファ層よりも、Cの濃度が高いことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体結晶基板。
- 前記第1のバッファ層におけるCの濃度は、1×1017atoms/cm3未満であって、
前記第2のバッファ層におけるCの濃度は、1×1017atoms/cm3以上であることを特徴とする請求項3に記載の半導体結晶基板。 - 前記第2のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第3のバッファ層と、
前記第3のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第4のバッファ層と、
を有し、
前記第1の半導体層は、前記第4のバッファ層の上に形成されているものであって、
前記第3のバッファ層は、Feの濃度がCの濃度よりも高く、
前記第4のバッファ層は、Cの濃度がFeの濃度よりも高いことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の半導体結晶基板。 - 前記第1のバッファ層は、p型であることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の半導体結晶基板。
- 前記第1のバッファ層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記第2のバッファ層は、GaNを含む材料により形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結晶基板。 - 基板の上に、窒化物半導体により形成された第1のバッファ層と、
前記第1のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第2のバッファ層と、
前記第2のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に、窒化物半導体により形成された第2の半導体層(32)と、
前記第2の半導体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、
前記第1のバッファ層は、Feの濃度がCの濃度よりも高く、
前記第2のバッファ層は、Cの濃度がFeの濃度よりも高い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第1のバッファ層と、
前記第1のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第2のバッファ層と、
前記第2のバッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に、窒化物半導体により形成された第2の半導体層と、
前記第2の半導体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、
前記第1のバッファ層は、Feの濃度が1×1017atoms/cm3以上であって、
前記第2のバッファ層は、Cの濃度がFeの濃度よりも高い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Feがドープされた第1のバッファ層を形成する工程と、
前記第1のバッファ層の上に、窒化物半導体により第2のバッファ層を形成する工程と、
前記第2のバッファ層の上に、窒化物半導体により第1の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層の上に、窒化物半導体により第2の半導体層を形成する工程と、
を有し、
前記第1のバッファ層、前記第2のバッファ層、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層は、MOVPEにより形成されるものであって、
前記第2のバッファ層は、前記第1のバッファ層よりも成長温度が低いことを特徴とする半導体結晶基板の製造方法。 - 基板の上に、窒化物半導体によりFeがドープされた第1のバッファ層を形成する工程と、
前記第1のバッファ層の上に、窒化物半導体により第2のバッファ層を形成する工程と、
前記第2のバッファ層の上に、窒化物半導体により第1の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層の上に、窒化物半導体により第2の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層の上に、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
を有し、
前記第1のバッファ層、前記第2のバッファ層、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層は、MOVPEにより形成されるものであって、
前記第2のバッファ層は、前記第1のバッファ層よりも成長温度が低いことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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