JP2018113358A - 高電子移動度トランジスタの製造方法、高電子移動度トランジスタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】炭素、鉄又はマグネシウムがドープされた窒化物半導体を有するバッファ層3を形成するバッファ層形成工程と、該バッファ層3の上にショットキー層5を形成するショットキー層形成工程と、該ショットキー層5と該バッファ層3に電子又はプロトンを照射する照射工程と、を備える。
【選択図】図3
Description
図1は、実施の形態1に係る高電子移動度トランジスタの断面図である。この高電子移動度トランジスタは例えばサファイア、Si又はSiCを材料とする基板1を備えている。基板1の上には複数の化合物半導体層が積層されている。具体的には、基板1の上に形成された下部バッファ層2と、下部バッファ層2の上に形成されたバッファ層3と、バッファ層3の上に形成されたショットキー層5が形成されている。
図4は、バッファ層3内の炭素濃度と電流コラプスとの関係を示す図である。バッファ層3の厚さは2μmとした。電流コラプスとは、低電圧動作での高電子移動度トランジスタのオン抵抗と比べて高電圧動作でのオン抵抗値が高くなってしまう現象である。つまり、ドレイン電圧の印加状態によってオン抵抗が変動する現象である。電流コラプスによるオン抵抗の変動を定量化するために、高電子移動度トランジスタをオン状態としたときのソース電極6とドレイン電極8との間の電圧を0〜10Vおよび0〜30Vの範囲で掃引し、各範囲の10Vに対して得られる電流値の比を電流コラプスとする。電流コラプスが「1.0」に近いほど、高電子移動度トランジスタの出力電流特性の再現性が良好である。したがって電流コラプスの値は1に近いことが望ましい。電流コラプスの値は0.8以上とすることが好ましく、0.9以上とすることがより好ましい。
図5は、バッファ層3の炭素濃度とドレインリーク電流の関係を示す図である。ドレインリークとは、高電子移動度トランジスタのオフ時にソース−ドレイン間電圧を200Vとしたときに、ソース−ドレイン間に流れる漏れ電流である。ドレインリークが大きくなると高電子移動度トランジスタのオフ時において十分に素子をオフできなくなる。ドレインリークが1×10−3A/m2を超えるとトランジスタとしての応用が難しくなる。図5から、バッファ層3内の炭素濃度が減少するほどドレインリークが増加することが分かる。特に、炭素濃度が5×1016cm−3以下に減少した場合に、ドレインリークは1×10−3A/m2以上に増加する。
図6は、GaN層を利用した高電子移動度トランジスタの正常なIV特性を示す図である。理想的な高電子移動度トランジスタのIV特性波形は図6のように線形になる。しかしながら、バッファ層にドーピングされる炭素濃度が高くなりすぎるとIV特性波形が非線形になる。図7は、炭素濃度が高いバッファ層を有する高電子移動度トランジスタのIV特性を示す図である。バッファ層の炭素濃度が高くなりすぎると、ドレイン電圧に対するドレイン電流の増加が直線的でなくなる現象が見られる。具体的にはバッファ層の炭素濃度が5×1016cm−3より大きくなるとIV特性波形が非線形的になる。そこで、本発明の実施の形態1では、バッファ層3の炭素の添加濃度を1×1016cm−3以上5×1016cm−3以下とした。これにより、IV特性の劣化を回避できる。
実施の形態2のバッファ層3は、炭素ではなく、鉄がドープされたGaNからなる。ドープされた鉄により図3の第1捕獲中心10が導入される。実施の形態2に係るバッファ層3への鉄の添加濃度は1×1016cm−3以上5×1016cm−3以下とすることが好ましく、1×1016cm−3以上3×1016cm−3以下とすることがより好ましい。バッファ層形成工程では、バッファ層に1×1016cm−3以上5×1016cm−3以下、又は1×1016cm−3以上3×1016cm−3以下の鉄をドープする。バッファ層3に鉄を上記のとおりドープすることと、電子線を照射することで実施の形態1の高電子移動度トランジスタと同じ効果を得ることができる。
実施の形態3のバッファ層3は、炭素ではなく、マグネシウムがドープされたGaNからなる。ドープされたマグネシウムにより図3の第1捕獲中心10が導入される。実施の形態3に係るバッファ層3へのマグネシウムの添加濃度は2×1016cm−3以上2×1017cm−3以下とすることが好ましく、2×1016cm−3以上1×1017cm−3以下とすることがより好ましい。バッファ層形成工程では、バッファ層に2×1016cm−3以上2×1017cm−3以下、又は2×1016cm−3以上1×1017cm−3以下のマグネシウムをドープする。バッファ層3にマグネシウムを上記のとおりドープすることと、電子線を照射することで実施の形態1の高電子移動度トランジスタと同じ効果を得ることができる。
実施の形態4に係る高電子移動度トランジスタの製造方法における照射工程では、ショットキー層5とバッファ層3に電子ではなくプロトンを照射する。具体的には、加速電圧1MeV以上のエネルギで、1×1015cm2以上の照射粒子総量のプロトンを照射する。実施の形態3では、電子に代えてプロトンを照射することで、第2捕獲中心12を導入する。これにより、実施の形態1の高電子移動度トランジスタと同じ効果を得ることができる。
Claims (15)
- 炭素、鉄又はマグネシウムがドープされた窒化物半導体を有するバッファ層を形成するバッファ層形成工程と、
前記バッファ層の上にショットキー層を形成するショットキー層形成工程と、
前記ショットキー層と前記バッファ層に電子又はプロトンを照射する照射工程と、を備えたことを特徴とする高電子移動度トランジスタの製造方法。 - 前記バッファ層形成工程では前記バッファ層に炭素がドープされ、前記バッファ層の前記炭素の添加濃度は1×1016cm−3以上5×1016cm−3以下であることを特徴とする請求項1に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記バッファ層形成工程では前記バッファ層に炭素がドープされ、前記バッファ層の前記炭素の添加濃度は1×1016cm−3以上3×1016cm−3以下であることを特徴とする請求項1に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記バッファ層形成工程では前記バッファ層に鉄がドープされ、前記バッファ層の前記鉄の添加濃度は1×1016cm−3以上5×1016cm−3以下であることを特徴とする請求項1に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記バッファ層形成工程では前記バッファ層にマグネシウムがドープされ、前記バッファ層の前記マグネシウムの添加濃度は2×1016cm−3以上2×1017cm−3以下であることを特徴とする請求項1に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記照射工程では、150KeV以上のエネルギで、1×1016〜1×1019/cm2の照射粒子総量の電子が照射されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記照射工程では、1MeV以上のエネルギで、1×1015cm2以上の照射粒子総量のプロトンが照射されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記バッファ層の比抵抗は900Ωcm以上であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記バッファ層の導電型はp型であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 前記照射工程では、重金属によるマスクを形成してから電子又はプロトンを照射することを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の高電子移動度トランジスタの製造方法。
- 炭素、鉄又はマグネシウムがドープされた窒化物半導体を有するバッファ層と、
前記バッファ層の上に形成されたショットキー層と、
前記ショットキー層の上に設けられたゲート電極と、
前記ショットキー層の上に設けられたソース電極と、
前記ショットキー層の上に設けられたドレイン電極と、を備え、
前記バッファ層には、前記炭素、鉄又はマグネシウムに起因する第1捕獲中心に加えて、上方ほど密度が高くなるように設けられた第2捕獲中心が形成されたことを特徴とする高電子移動度トランジスタ。 - 前記バッファ層に炭素がドープされ、前記バッファ層の前記炭素の添加濃度は1×1016cm−3以上5×1016cm−3以下であることを特徴とする請求項11に記載の高電子移動度トランジスタ。
- 前記バッファ層に鉄がドープされ、前記バッファ層の前記鉄の添加濃度は1×1016cm−3以上5×1016cm−3以下であることを特徴とする請求項11に記載の高電子移動度トランジスタ。
- 前記バッファ層にマグネシウムがドープされ、前記バッファ層の前記マグネシウムの添加濃度は2×1016cm−3以上2×1017cm−3以下であることを特徴とする請求項11に記載の高電子移動度トランジスタ。
- 電流コラプス現象による電流値の減少が10%以下であり、
ドレインリーク電流は1×10−3A/m2以下であることを特徴とする請求項11〜14のいずれか1項に記載の高電子移動度トランジスタ。
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