JP2019160966A - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
最初に、図1に基づき窒化物半導体を用いた半導体装置におけるオフリークについて説明する。図1に示される半導体装置は、基板910の上に、電子走行層920、電子供給層930が積層されている。電子供給層930の上には、ゲート電極941、ソース電極942、ドレイン電極943が形成されており、電子供給層930の上のゲート電極941、ソース電極942、ドレイン電極943が形成されていない領域には、絶縁膜950が形成されている。
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、バックバリア層11が形成されており、バックバリア層11の上には、電子走行層20、電子供給層30が積層されている。電子走行層20は、ソース電極42とゲート電極41との間の第1の領域20Aの厚さが、ゲート電極41とドレイン電極43との間の第2の領域20Bの厚さよりも厚く形成されている。具体的には、電子走行層20は、第1の電子走行層21と第2の電子走行層22とにより形成されており、第1の領域20Aには、第1の電子走行層21と第2の電子走行層22とが形成され、第2の領域20Bには、第2の電子走行層22のみが形成されている。第1の領域20Aと第2の領域20Bとの間には、基板10の表面10aに略垂直な第1の電子走行層21の側面21b、及び、バックバリア層11の側面11bが形成されており、側面21b及び側面11bを覆う第2の電子走行層22が形成されている。更に、第2の電子走行層22の上には、電子供給層30が積層されており、電子走行層20の側面20bを覆う電子供給層30の側面30bに接するゲート電極41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における製造方法について説明する。
(半導体装置)
次に、第2の実施の形態における半導体装置について、図10に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、電子供給層30の上には、ゲート絶縁膜となる絶縁膜150が形成されており、電子供給層30の側面30bを覆う絶縁膜150の上にゲート電極41が形成されている。従って、電子供給層30とゲート電極41との間には絶縁膜150が形成されている。尚、ソース電極42及びドレイン電極43は、電子供給層30の上に形成されている。本実施の形態においては、絶縁膜150を形成することにより、ゲート電極41とソース電極42との間の耐圧を高くすることができる。絶縁膜150は、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)等により形成されている。
次に、本実施の形態における半導体装置における製造方法について説明する。
(半導体装置)
次に、第3の実施の形態における半導体装置について、図14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の上に形成されるバックバリア層211がp−GaNにより形成されている構造のものである。p−GaNにより形成されるバックバリア層211は、i−GaNにより形成される電子走行層20と格子整合するため、電子走行層20の結晶性が向上し、半導体装置の特性や信頼性を向上させることができる。
次に、本実施の形態における半導体装置における製造方法について説明する。
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)
基板の上に化合物半導体により形成されたバックバリア層と、
前記バックバリア層の上に化合物半導体により形成された電子走行層と、
前記電子走行層の上に化合物半導体により形成された電子供給層と、
前記電子供給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、
前記電子走行層は、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間における厚さよりも、前記ゲート電極と前記ソース電極との間における厚さが厚く、
前記電子走行層は、前記ゲート電極が形成されている領域において、前記基板の表面に対し略垂直な側面が形成されていることを特徴とする半導体装置。
(付記2)
前記バックバリア層、前記電子走行層、前記電子供給層は、窒化物半導体により形成されており、
前記電子走行層の側面は、m面であることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記3)
前記電子走行層において、前記基板の表面と略平行な面は、c面であることを特徴とする付記2に記載の半導体装置。
(付記4)
前記電子走行層において、前記基板の表面と略平行な面における前記電子供給層との界面近傍には、2次元電子ガスが生成してい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)
前記電子走行層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記電子供給層は、AlGaN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4のいずれかに記載の半導体装置。
(付記6)
前記バックバリア層は、AlGaNまたはAlNを含む材料により形成されていることを特徴とする付記5に記載の半導体装置。
(付記7)
前記バックバリア層は、p−GaNまたはp−AlGaN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5に記載の半導体装置。
(付記8)
前記電子供給層と前記ゲート電極との間には、絶縁膜が形成さ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)
基板の上に、化合物半導体によりバックバリア層、第1の電子走行層を順に積層して形成する工程と、
前記第1の電子走行層の一部を除去し、前記基板の表面に略垂直な側面を形成する工程と、
前記第1の電子走行層、前記バックバリア層、前記側面の上に、第2の電子走行層、電子供給層を積層して形成する工程と、
前記第1の電子走行層と前記第2の電子走行層とにより電子走行層が形成されており、前記第1の電子走行層及び前記第2の電子走行層が積層されている領域の電子供給層の上にソース電極を形成し、前記バックバリア層の上に前記第2の電子走行層が形成されている領域の電子供給層の上にドレイン電極を形成する工程と、
前記電子供給層の側面を覆うゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記10)
前記バックバリア層、前記電子走行層、前記電子供給層は、窒化物半導体により形成されており、
前記電子走行層の側面は、m面であることを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。
(付記11)
前記電子走行層において、前記基板の表面と略平行な面は、c面であることを特徴とする付記10に記載の半導体装置の製造方法。
(付記12)
前記電子走行層において、前記基板の表面と略平行な面における前記電子供給層との界面近傍には、2次元電子ガスが生成していることを特徴とする付記9から11のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記13)
前記電子走行層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記電子供給層は、AlGaN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9から12のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記14)
前記バックバリア層は、AlGaNまたはAlNを含む材料により形成されていることを特徴とする付記13に記載の半導体装置の製造方法。
(付記15)
前記バックバリア層は、p−GaNまたはp−AlGaN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13に記載の半導体装置の製造方法。
(付記16)
前記電子供給層と前記ゲート電極との間には、絶縁膜が形成されていることを特徴とする付記9から15のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記17)
前記第1の電子走行層の一部を除去し、前記基板の表面に略垂直な側面を形成する工程は、
ドライエッチングにより前記第1の電子走行層の一部を除去した後、ウェットエッチングを行うものであることを特徴とする付記9から16のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記18)
前記バックバリア層、前記第1の電子走行層、前記第2の電子走行層、前記電子供給層は、有機金属気相成長により形成することを特徴とする付記9から17のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記19)
付記1から8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20)
付記1から8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 バックバリア層
20 電子走行層
20a 2DEG
20b 側面
30 電子供給層
41 ゲート電極
42 ソース電極
43 ドレイン電極
50 絶縁膜
Claims (8)
- 基板の上に化合物半導体により形成されたバックバリア層と、
前記バックバリア層の上に化合物半導体により形成された電子走行層と、
前記電子走行層の上に化合物半導体により形成された電子供給層と、
前記電子供給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、
前記電子走行層は、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間における厚さよりも、前記ゲート電極と前記ソース電極との間における厚さが厚く、
前記電子走行層は、前記ゲート電極が形成されている領域において、前記基板の表面に対し略垂直な側面が形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記バックバリア層、前記電子走行層、前記電子供給層は、窒化物半導体により形成されており、
前記電子走行層の側面は、m面であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記電子走行層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記電子供給層は、AlGaN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または2に記載の半導体装置。 - 前記バックバリア層は、AlGaNまたはAlNを含む材料により形成されていることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
- 前記バックバリア層は、p−GaNまたはp−AlGaN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3に記載の半導体装置。
- 前記電子供給層と前記ゲート電極との間には、絶縁膜が形成されてい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装置。
- 基板の上に、化合物半導体によりバックバリア層、第1の電子走行層を順に積層して形成する工程と、
前記第1の電子走行層の一部を除去し、前記基板の表面に略垂直な側面を形成する工程と、
前記第1の電子走行層、前記バックバリア層、前記側面の上に、第2の電子走行層、電子供給層を積層して形成する工程と、
前記第1の電子走行層と前記第2の電子走行層とにより電子走行層が形成されており、前記第1の電子走行層及び前記第2の電子走行層が積層されている領域の電子供給層の上にソース電極を形成し、前記バックバリア層の上に前記第2の電子走行層が形成されている領域の電子供給層の上にドレイン電極を形成する工程と、
前記電子供給層の側面を覆うゲート電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記電子走行層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記電子供給層は、AlGaN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7に記載の半導体装置の製造方法。
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