JP2019186263A - Laminate comprising conductive layer, semiconductor device and method of manufacturing them - Google Patents

Laminate comprising conductive layer, semiconductor device and method of manufacturing them Download PDF

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Abstract

To provide a conductive layer capable of being applied as a contact layer for a semiconductor device using a group-III nitride semiconductor, and of being formed with ease.SOLUTION: A laminate comprising a conductive layer comprises: a base member; and a conductive layer that is formed on the base member, has a carrier concentration equal to or more than 1×10/cm, and is composed of amorphous GaN.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、導電層を備える積層体、半導体装置、および、それらの製造方法に関する。   The present invention relates to a laminate including a conductive layer, a semiconductor device, and a method for manufacturing the same.

窒化ガリウム等のIII族窒化物半導体は、例えば、高周波・高耐圧用途の半導体装置の材料として、また例えば、可視から紫外に亘る波長の光を発光させる用途の半導体装置の材料として、注目されている。III族窒化物半導体を用いた半導体装置として、例えば高電子移動度トランジスタ(HEMT)が提案されている。   Group III nitride semiconductors such as gallium nitride are attracting attention, for example, as a material for semiconductor devices for high frequency and high withstand voltage applications, and for example, as a material for semiconductor devices for emitting light having a wavelength ranging from visible to ultraviolet. Yes. As a semiconductor device using a group III nitride semiconductor, for example, a high electron mobility transistor (HEMT) has been proposed.

III族窒化物半導体を用いた半導体装置を作製する際に、III族窒化物半導体で構成された部材上に電極が形成される。電極のコンタクト抵抗を低減させるために、III族窒化物半導体部材と電極との間に、コンタクト層が設けられる。例えばHEMTにおいて、ソース電極の下方およびドレイン電極の下方に、それぞれコンタクト層が設けられる。HEMTのコンタクト層を形成する技術としては、例えば、有機金属気相成長(MOVPE)、分子線エピタキシ(MBE)等により電子供給層上または電子走行層上にn型GaN層を再成長させる技術が知られており(特許文献1参照)、また例えば、電子供給層または電子走行層にn型不純物をイオン注入する技術が知られている(非特許文献1、2参照)。   When manufacturing a semiconductor device using a group III nitride semiconductor, an electrode is formed on a member made of a group III nitride semiconductor. In order to reduce the contact resistance of the electrode, a contact layer is provided between the group III nitride semiconductor member and the electrode. For example, in the HEMT, contact layers are provided below the source electrode and below the drain electrode, respectively. As a technique for forming a contact layer of HEMT, for example, there is a technique in which an n-type GaN layer is regrown on an electron supply layer or an electron transit layer by metal organic chemical vapor deposition (MOVPE), molecular beam epitaxy (MBE), or the like. For example, a technique for ion-implanting n-type impurities into an electron supply layer or an electron transit layer is known (see Non-Patent Documents 1 and 2).

特開2017−85062号公報JP 2017-85062 A

J. Burm et al., “Ultra-low resistive ohmic contacts on GaN using Si implantation”, Appl. Phys. Lett. 70, p464(1997)J. Burm et al., “Ultra-low resistive ohmic contacts on GaN using Si implantation”, Appl. Phys. Lett. 70, p464 (1997) F. Recht et al., “Nonalloyed Ohmic Contacts in AlGaN/GaN HEMTs by Ion Implantation With Reduced Activation Annealing Temperature”, IEEE Electron Device Letters (Volume: 27, Issue: 4, April 2006)p. 205-207.F. Recht et al., “Nonalloyed Ohmic Contacts in AlGaN / GaN HEMTs by Ion Implantation With Reduced Activation Annealing Temperature”, IEEE Electron Device Letters (Volume: 27, Issue: 4, April 2006) p. 205-207.

上述のようなコンタクト層形成技術は、再成長工程またはイオン注入工程を必要とするため、煩雑で高コストである。   Since the contact layer forming technique as described above requires a regrowth process or an ion implantation process, it is complicated and expensive.

本発明の一目的は、III族窒化物半導体を用いた半導体装置のコンタクト層として適用可能で、容易に形成することができる導電層を提供することである。   An object of the present invention is to provide a conductive layer which can be applied as a contact layer of a semiconductor device using a group III nitride semiconductor and can be easily formed.

本発明の第1の態様によれば、
下地部材と、
前記下地部材上に形成され、1×1020/cm以上のキャリア濃度を有し、アモルファス状のGaNで構成された導電層と、
を有する、導電層を備える積層体、
が提供される。
According to a first aspect of the invention,
A base member;
A conductive layer formed on the base member and having a carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more and made of amorphous GaN;
A laminate comprising a conductive layer,
Is provided.

本発明の第2の態様によれば、
下地部材と、
前記下地部材上に形成され、1×1020/cm以上のキャリア濃度を有するGaNで構成された導電層と、
を有し、
前記キャリア濃度は、前記導電層に含まれるn型不純物の濃度よりも高い、導電層を備える積層体、
が提供される。
According to a second aspect of the invention,
A base member;
A conductive layer formed of GaN formed on the base member and having a carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more;
Have
A laminate comprising a conductive layer, wherein the carrier concentration is higher than a concentration of an n-type impurity contained in the conductive layer;
Is provided.

本発明の第3の態様によれば、
第1の態様または第2の態様の、導電層を備える積層体と、
前記導電層上に形成された電極と、
を有する半導体装置、
が提供される。
According to a third aspect of the invention,
A laminate comprising a conductive layer according to the first aspect or the second aspect;
An electrode formed on the conductive layer;
A semiconductor device having
Is provided.

本発明の第4の態様によれば、
下地部材を用意する工程と、
GaNで構成されたターゲットを用意する工程と、
スパッタリングガスにより前記ターゲットをスパッタリングすることで、前記下地部材上にGaNで構成された導電層を形成する工程と、
を有し、
前記スパッタリングガスにおいて、窒素を含有するガスの含有率は、1×1020/cm以上のキャリア濃度を有する前記導電層が形成されるように、低く抑えられている、導電層を備える積層体の製造方法、
が提供される。
According to a fourth aspect of the invention,
A step of preparing a base member;
Preparing a target composed of GaN;
Forming a conductive layer made of GaN on the base member by sputtering the target with a sputtering gas;
Have
In the sputtering gas, the content of the nitrogen-containing gas is kept low so that the conductive layer having a carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more is formed. Manufacturing method,
Is provided.

本発明の第5の態様によれば、
第4の態様の、導電層を備える積層体の製造方法と、
前記導電層上に電極を形成する工程と、
を有する、半導体装置の製造方法、
が提供される。
According to a fifth aspect of the present invention,
The manufacturing method of the laminated body provided with the conductive layer of the fourth aspect;
Forming an electrode on the conductive layer;
A method of manufacturing a semiconductor device,
Is provided.

上述の態様による導電層は、1×1020/cm以上の高いキャリア濃度を有することで、III族窒化物半導体を用いた半導体装置のコンタクト層として、好ましく用いることができる。このような導電層は、スパッタリングにより容易に形成することができる。 The conductive layer according to the above-described aspect can be preferably used as a contact layer of a semiconductor device using a group III nitride semiconductor by having a high carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more. Such a conductive layer can be easily formed by sputtering.

本発明の実施形態による半導体装置の製造方法の概略を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing an outline of a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 実施形態による半導体装置(HEMT)の製造方法を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device (HEMT) by embodiment. スパッタリング装置の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of a sputtering device. 実験例による、キャリア濃度とスパッタリングガス組成との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between carrier concentration and sputtering gas composition by an experiment example. 実験例による、スパッタリングガス組成の異なる試料ごとのX線回折プロファイルである。It is an X-ray diffraction profile for every sample from which a sputtering gas composition differs by an experiment example. 実験例による、キャリアの移動度とスパッタリングガス組成との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the mobility of a carrier and sputtering gas composition by an experiment example. 他の実施形態による半導体装置(LED)を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the semiconductor device (LED) by other embodiment.

<実施形態>
本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法について説明する。本実施形態では、製造される半導体装置として、高電子移動度トランジスタ(HEMT)100が例示される(図2(c)参照)。本実施形態は、特徴的な工程として、窒化ガリウム(GaN)で構成されたターゲット200を用いたスパッタリングにより、1×1020/cm以上のキャリア濃度を有しGaNで構成された導電層50を形成する工程、を有する。当該工程において導電層50が形成される下地部材40は、HEMT100の半製品である。完成されたHEMT100において、導電層50は、ソース電極61のコンタクト層51およびドレイン電極62のコンタクト層52を構成する。以下、詳細を説明する。
<Embodiment>
A method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, a high electron mobility transistor (HEMT) 100 is exemplified as a semiconductor device to be manufactured (see FIG. 2C). In this embodiment, as a characteristic process, the conductive layer 50 made of GaN having a carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more is formed by sputtering using a target 200 made of gallium nitride (GaN). Forming a step. The base member 40 on which the conductive layer 50 is formed in this process is a semi-finished product of the HEMT 100. In the completed HEMT 100, the conductive layer 50 constitutes a contact layer 51 of the source electrode 61 and a contact layer 52 of the drain electrode 62. Details will be described below.

(1)下地部材の用意
図1は、本製造方法の概略を示すフローチャートである。ステップS1では、下地部材40が用意される。図2(a)は、下地部材40を示す概略断面図である。下地部材40は、基板10と、電子走行層(バッファ層、チャネル層)20と、電子供給層(バリア層)30と、を有する半導体積層物である。
(1) Preparation of base member FIG. 1 is a flowchart showing an outline of the present manufacturing method. In step S1, the base member 40 is prepared. FIG. 2A is a schematic cross-sectional view showing the base member 40. The base member 40 is a semiconductor laminate having a substrate 10, an electron transit layer (buffer layer, channel layer) 20, and an electron supply layer (barrier layer) 30.

基板10は、例えば炭化シリコン(SiC)基板である。基板10として、より具体的には例えば、ポリタイプ4Hまたはポリタイプ6Hの半絶縁性SiC基板が用いられる。基板10上には、例えば、核生成層(不図示)が設けられている。核生成層は、例えば、窒化アルミニウム(AlN)を主成分として構成される。   The substrate 10 is, for example, a silicon carbide (SiC) substrate. More specifically, for example, a polytype 4H or polytype 6H semi-insulating SiC substrate is used as the substrate 10. On the substrate 10, for example, a nucleation layer (not shown) is provided. The nucleation layer is composed, for example, of aluminum nitride (AlN) as a main component.

電子走行層20は、基板10上に核生成層を介して設けられている。電子走行層20は、III族窒化物半導体からなり、例えば、GaNを主成分として構成されている。電子走行層20の厚さは、例えば、500nm以上2500nm以下である。電子走行層20のうちの核生成層の側に位置する領域は、主に、核生成層と電子供給層30との格子定数差を緩衝する緩衝層として機能する。電子走行層20のうちの電子供給層30側に位置する領域は、HEMT100を駆動させたときに、電子が走行する領域として機能する。   The electron transit layer 20 is provided on the substrate 10 via a nucleation layer. The electron transit layer 20 is made of a group III nitride semiconductor, and is composed mainly of GaN, for example. The thickness of the electron transit layer 20 is, for example, not less than 500 nm and not more than 2500 nm. A region located on the nucleation layer side of the electron transit layer 20 mainly functions as a buffer layer that buffers a lattice constant difference between the nucleation layer and the electron supply layer 30. A region located on the electron supply layer 30 side in the electron traveling layer 20 functions as a region where electrons travel when the HEMT 100 is driven.

電子供給層30は、電子走行層20上に設けられている。電子供給層30は、電子走行層2を構成するIII族窒化物半導体と比べて、広いバンドギャップと小さい格子定数とを有するIII族窒化物半導体からなり、例えば、AlGaNを主成分として構成されている。電子供給層30の厚さは、例えば、5nm以上50nm以下である。電子走行層20上に設けられた電子供給層30の分極作用により、電子走行層20内に2次元電子ガスが生成されるとともに、電子走行層20内に空間的に2次元電子ガスが閉じ込められる。   The electron supply layer 30 is provided on the electron transit layer 20. The electron supply layer 30 is made of a group III nitride semiconductor having a wider band gap and a smaller lattice constant than the group III nitride semiconductor constituting the electron transit layer 2, and is composed mainly of AlGaN, for example. Yes. The thickness of the electron supply layer 30 is, for example, not less than 5 nm and not more than 50 nm. Due to the polarization action of the electron supply layer 30 provided on the electron transit layer 20, a two-dimensional electron gas is generated in the electron transit layer 20 and spatially confined in the electron transit layer 20. .

下地部材40は、例えば、有機金属気相成長(MOVPE)により、以下のように作製される。基板10として、ポリタイプ4Hの半絶縁性SiC基板を用意する。基板10上に、III族原料ガスとしてトリメチルアルミニウム(TMA)ガスを供給するとともに、V族原料ガスとしてアンモニア(NH)ガスを供給することで、AlNからなる核生成層を成長させる。核生成層上に、III族原料ガスとしてトリメチルガリウム(TMG)ガスを供給するとともに、V族原料ガスとしてNHガスを供給することで、単結晶のGaNからなる電子走行層20をエピタキシャル成長させる。電子走行層20上に、III族原料ガスとしてTMGガスおよびTMAガスを供給するとともに、V族原料ガスとしてNHガスを供給することで、単結晶のAlGaNからなる電子供給層30をエピタキシャル成長させる。このようにして、下地部材40が作製される。下地部材40は、作製することで用意されてもよいし、外部から入手することで用意されてもよい。 The base member 40 is manufactured as follows, for example, by metal organic chemical vapor deposition (MOVPE). As the substrate 10, a polytype 4H semi-insulating SiC substrate is prepared. A nucleation layer made of AlN is grown on the substrate 10 by supplying trimethylaluminum (TMA) gas as a group III source gas and supplying ammonia (NH 3 ) gas as a group V source gas. On the nucleation layer, trimethylgallium (TMG) gas is supplied as a group III source gas, and NH 3 gas is supplied as a group V source gas, whereby the electron transit layer 20 made of single-crystal GaN is epitaxially grown. An electron supply layer 30 made of single crystal AlGaN is epitaxially grown on the electron transit layer 20 by supplying TMG gas and TMA gas as group III source gas and supplying NH 3 gas as group V source gas. In this way, the base member 40 is produced. The base member 40 may be prepared by manufacturing or may be prepared by obtaining from the outside.

(2)GaNターゲットの用意
上述のように、下地部材40上には、GaNで構成されたターゲット(GaNターゲット)200を用いたスパッタリングにより、導電層50が形成される。ステップS2では、ターゲット200を用意する。ターゲット200は、GaNで構成されたターゲットであれば、特に制限されず、例えばGaN微結晶の焼結により形成されたものでもよく、また例えばGaNの成長により一体的に形成されたものでもよい。ターゲット200を一体的に成長させる方法は、特に限定されないが、一例としてハイドライド気相堆積(HVPD)が挙げられる。成長により一体的に形成されたターゲット200は、例えばGaN多結晶で構成されたものでもよく、また例えばGaN単結晶で構成されたものでもよい。ターゲット200の形状、大きさ、厚さ等は、導電層50の成膜に用いるスパッタリング装置300(図3参照)の仕様等に応じて、適宜選択されてよい。ターゲット200は、作製することで用意されてもよいし、外部から入手することで用意されてもよい。
(2) Preparation of GaN Target As described above, the conductive layer 50 is formed on the base member 40 by sputtering using the target (GaN target) 200 made of GaN. In step S2, the target 200 is prepared. The target 200 is not particularly limited as long as it is a target composed of GaN. For example, the target 200 may be formed by sintering GaN microcrystals, or may be integrally formed by growing GaN, for example. A method for integrally growing the target 200 is not particularly limited, and an example is hydride vapor deposition (HVPD). The target 200 formed integrally by growth may be composed of, for example, GaN polycrystal, or may be composed of, for example, GaN single crystal. The shape, size, thickness, and the like of the target 200 may be appropriately selected according to the specifications of the sputtering apparatus 300 (see FIG. 3) used for forming the conductive layer 50. The target 200 may be prepared by manufacturing or may be prepared by obtaining from the outside.

本明細書において「GaNで構成されたターゲット」は、GaNを含むターゲットのことを意味し、何らかの不純物を含むGaNで構成されていてもよい。ターゲット200は、例えばn型不純物を含んでいてよい。ここでn型不純物は、シリコン(Si)または酸素(O)であり、全体的なn型不純物濃度は、Si濃度とO濃度との合計で評価される。例えば2次イオン質量分析(SIMS)に関し、Siの検出下限濃度は1×1015/cm程度であり、Oの検出下限濃度は1×1016/cm程度である。本明細書では、ターゲット200を構成するGaN中の全体的なn型不純物濃度が1×1016/cm以下である場合に「ターゲット200はn型不純物を実質的に含まない」と評価される。なお、導電層50を構成するGaNに含まれるn型不純物も、同様にして評価される。 In this specification, “a target composed of GaN” means a target containing GaN, and may be composed of GaN containing some impurities. The target 200 may contain an n-type impurity, for example. Here, the n-type impurity is silicon (Si) or oxygen (O), and the overall n-type impurity concentration is evaluated by the sum of the Si concentration and the O concentration. For example, with respect to secondary ion mass spectrometry (SIMS), the lower detection limit concentration of Si is about 1 × 10 15 / cm 3 , and the lower detection limit concentration of O is about 1 × 10 16 / cm 3 . In this specification, it is evaluated that “the target 200 is substantially free of n-type impurities” when the overall n-type impurity concentration in GaN constituting the target 200 is 1 × 10 16 / cm 3 or less. The Note that n-type impurities contained in GaN constituting the conductive layer 50 are similarly evaluated.

(3)スパッタリングによる導電層の形成
ステップS1での下地部材40の用意、および、ステップS2でのターゲット200の用意の後、ステップS3では、スパッタリングにより導電層50を形成する。なお、ステップS3の前に行われるのであれば、ステップS1およびS2のどちらが前に行われてもよく、ステップS1およびS2が同時に行われてもよい。
(3) Formation of conductive layer by sputtering After the preparation of the base member 40 in step S1 and the preparation of the target 200 in step S2, the conductive layer 50 is formed by sputtering in step S3. In addition, as long as it is performed before step S3, either step S1 and S2 may be performed before, and step S1 and S2 may be performed simultaneously.

導電層50の成膜に用いられるスパッタリング装置300と、その動作とについて説明する。図3は、スパッタリング装置300を示す概略断面図であり、高周波(RF)スパッタリング装置を例示する。スパッタリング装置300は、チャンバ310と、ターゲット保持台320と、下地部材保持台330と、交流電源340と、を有する。ターゲット保持台320と下地部材保持台330とが、チャンバ310内に設けられている。ターゲット保持台320は、ターゲット200を保持し、下地部材保持台330は、下地部材40を保持する。ターゲット200と下地部材40とは、互いに対向した状態で配置される。   A sputtering apparatus 300 used for forming the conductive layer 50 and its operation will be described. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the sputtering apparatus 300 and illustrates a radio frequency (RF) sputtering apparatus. The sputtering apparatus 300 includes a chamber 310, a target holding table 320, a base member holding table 330, and an AC power source 340. A target holding base 320 and a base member holding base 330 are provided in the chamber 310. The target holding base 320 holds the target 200, and the base member holding base 330 holds the base member 40. The target 200 and the base member 40 are arranged in a state of facing each other.

チャンバ310内に導入されたスパッタリングガス400は、ターゲット200と下地部材40との間に介在する。交流電源340は、ターゲット200と下地部材40との間に交流電圧を印加する。当該交流電圧によりスパッタリングガス400がプラズマ化され、プラズマ化されたスパッタリングガス400によりターゲット200がスパッタされることで、ターゲット200からGaN材料210が飛散する。飛散したGaN材料210が下地部材40上に堆積することで、導電層50が形成される。   The sputtering gas 400 introduced into the chamber 310 is interposed between the target 200 and the base member 40. The AC power source 340 applies an AC voltage between the target 200 and the base member 40. The sputtering gas 400 is turned into plasma by the AC voltage, and the target 200 is sputtered by the plasmad sputtering gas 400, so that the GaN material 210 is scattered from the target 200. The scattered GaN material 210 is deposited on the base member 40, whereby the conductive layer 50 is formed.

図2(b)は、導電層50が形成された下地部材40を示す概略断面図である。本実施形態では、HEMT100の、ソース電極61のコンタクト層51およびドレイン電極62のコンタクト層52として、導電層50が形成される。このため、コンタクト層51およびコンタクト層52が形成されるべき領域に開口を有するマスク55が形成された状態の下地部材40に対して、スパッタリング処理を行うとよい。これにより、当該領域上に選択的に、導電層50を形成することができる。   FIG. 2B is a schematic cross-sectional view showing the base member 40 on which the conductive layer 50 is formed. In the present embodiment, the conductive layer 50 is formed as the contact layer 51 of the source electrode 61 and the contact layer 52 of the drain electrode 62 of the HEMT 100. For this reason, it is good to perform sputtering process with respect to the base member 40 in the state in which the mask 55 which has an opening in the area | region where the contact layer 51 and the contact layer 52 should be formed. Thereby, the conductive layer 50 can be selectively formed on the region.

スパッタリングにより導電層50を形成する工程は、より具体的には例えば以下のように行われる。コンタクト層51およびコンタクト層52が形成されるべき領域に開口を有するマスク55を、下地部材40の電子供給層30上に形成する。マスク55は、例えばレジストで形成され、また例えば酸化シリコンで形成される。マスク55が形成された状態の下地部材40を、スパッタリング装置300の下地部材保持台330に保持する。また、ターゲット200を、スパッタリング装置300のターゲット保持台320に保持する。   More specifically, the step of forming the conductive layer 50 by sputtering is performed as follows, for example. A mask 55 having an opening in a region where the contact layer 51 and the contact layer 52 are to be formed is formed on the electron supply layer 30 of the base member 40. The mask 55 is made of, for example, a resist, and is made of, for example, silicon oxide. The base member 40 on which the mask 55 is formed is held on the base member holding base 330 of the sputtering apparatus 300. Further, the target 200 is held on the target holding base 320 of the sputtering apparatus 300.

下地部材40およびターゲット200が保持された状態で、チャンバ310内にスパッタリングガス400を導入する。そして、所定の温度および圧力において、スパッタリングガス400に交流電圧を印加することで、スパッタリング処理を行う。スパッタリング処理の条件としては、以下が例示される。
成膜温度 :100℃〜250℃
成膜圧力 :1Pa〜5Pa
スパッタリングガス:アルゴンガス(Arガス)と窒素ガス(Nガス)との混合ガスであってNガスの分圧(N/(N+Ar))が2%以下、より好ましくは、Arガス
RFパワー密度:0.37W/cm〜12.3W/cm(例えば直径4インチのターゲット200に対するRFパワーとして30W〜1000W)
A sputtering gas 400 is introduced into the chamber 310 while the base member 40 and the target 200 are held. Then, the sputtering process is performed by applying an alternating voltage to the sputtering gas 400 at a predetermined temperature and pressure. Examples of the conditions for the sputtering treatment include the following.
Deposition temperature: 100 ° C to 250 ° C
Deposition pressure: 1 Pa to 5 Pa
Sputtering gas: a mixed gas of argon gas (Ar gas) and nitrogen gas (N 2 gas), and the partial pressure of N 2 gas (N 2 / (N 2 + Ar)) is 2% or less, more preferably Ar Gas RF power density: 0.37 W / cm 2 to 12.3 W / cm 2 (for example, 30 W to 1000 W as RF power for a target 200 having a diameter of 4 inches)

成膜温度は、100℃以上であることが好ましい。これは、チャンバ310内に残存した水分が導電層50に混入することを抑えるためである。導電層50に水分が混入すると、導電層50の抵抗の低さが損なわれる。チャンバ310が大気開放型である場合、スパッタリング処理の前に、100℃〜150℃で2時間程度のベーキング処理を行うことが好ましい。チャンバ310内への水分の混入を防ぐために、チャンバ310は、ロードロック型であることがより好ましい。成膜温度は、250℃以下であることが好ましい。これは、マスク55の材料として、酸化シリコンのような無機材料と比べて耐熱性が低い、レジストの使用を容易にするためである。   The film forming temperature is preferably 100 ° C. or higher. This is to prevent moisture remaining in the chamber 310 from entering the conductive layer 50. When moisture is mixed into the conductive layer 50, the low resistance of the conductive layer 50 is impaired. In the case where the chamber 310 is open to the atmosphere, it is preferable to perform a baking process at 100 ° C. to 150 ° C. for about 2 hours before the sputtering process. In order to prevent moisture from entering the chamber 310, the chamber 310 is more preferably a load lock type. The film forming temperature is preferably 250 ° C. or lower. This is because the mask 55 has a low heat resistance compared to an inorganic material such as silicon oxide, so that the resist can be easily used.

詳細は後述するように、スパッタリングガス400に含まれる窒素原子(N)を減らすほど、成膜される導電層50のキャリア濃度を高めることができる。コンタクト層51および52として用いられる導電層50のキャリア濃度は、1×1020/cm以上であることが好ましい。したがって、スパッタリングガス400における、Nを含有するガスの含有率は、1×1020/cm以上のキャリア濃度を有する導電層50が形成されるように、低く抑えられていることが好ましい。 As will be described in detail later, the carrier concentration of the conductive layer 50 to be formed can be increased as the number of nitrogen atoms (N) contained in the sputtering gas 400 is reduced. The carrier concentration of the conductive layer 50 used as the contact layers 51 and 52 is preferably 1 × 10 20 / cm 3 or more. Therefore, it is preferable that the content rate of the gas containing N in the sputtering gas 400 be kept low so that the conductive layer 50 having a carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more is formed.

スパッタリングガス400としては、希ガスを含むガスが、好ましく用いられ、希ガスからなるガスが、より好ましく用いられる。スパッタリングガス400に用いられる希ガスとしては、例えばAr、クリプトン(Kr)、キセノン(Xe)等が挙げられる。スパッタリングガス400は、希ガスを含むとともに、少量であれば、Nを含有するガスを含んでもよい。スパッタリングガス400に用いられる、Nを含有するガスとしては、例えばNガスが挙げられる。Nを含有するガスを含むスパッタリングガス400として、例えば、希ガスと、Nを含有するガスとからなり、Nを含有するガスの分圧が好ましくは2%以下、より好ましくは1%以下であるガスを用いることができる。なお、スパッタリングガス400は、成膜される導電層50のキャリア濃度が1×1020/cm未満に低下しないのであれば、必要に応じて、他のガス、例えば水素ガス等を含んでもよい。 As the sputtering gas 400, a gas containing a rare gas is preferably used, and a gas composed of a rare gas is more preferably used. Examples of the rare gas used for the sputtering gas 400 include Ar, krypton (Kr), and xenon (Xe). The sputtering gas 400 may contain a rare gas and a gas containing N if it is a small amount. Examples of the gas containing N used for the sputtering gas 400 include N 2 gas. As the sputtering gas 400 containing a gas containing N, for example, it consists of a rare gas and a gas containing N, and the partial pressure of the gas containing N is preferably 2% or less, more preferably 1% or less. Gas can be used. Note that the sputtering gas 400 may contain other gas, for example, hydrogen gas, if necessary, as long as the carrier concentration of the conductive layer 50 to be formed does not decrease to less than 1 × 10 20 / cm 3. .

このようなスパッタリング処理により、1×1020/cm以上のキャリア濃度を有し、GaNで構成された導電層50が形成される。本明細書において、導電層50が「GaNで構成されている」とは、導電層50がGaNを含むことを意味し、導電層50が不純物を含まないGaNで構成されている場合に限らず、導電層50が何らかの不純物を含むGaNで構成されている場合も意味する。導電層50を構成するGaNは、例えばn型不純物を含んでいてよい。ターゲット200がn型不純物を含む場合、導電層50は、ターゲット200に起因するn型不純物を含むことになる。導電層50のn型不純物濃度は、ターゲット200のn型不純物濃度以下である。なお、導電層50の抵抗を低く抑えるために、導電層50の厚さは例えば100nm以下であることが好ましい。 By such sputtering treatment, a conductive layer 50 having a carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more and made of GaN is formed. In this specification, the conductive layer 50 “constituted of GaN” means that the conductive layer 50 includes GaN, and is not limited to the case where the conductive layer 50 is configured of GaN containing no impurities. This also means that the conductive layer 50 is made of GaN containing some impurities. GaN constituting the conductive layer 50 may contain an n-type impurity, for example. When the target 200 includes an n-type impurity, the conductive layer 50 includes an n-type impurity caused by the target 200. The n-type impurity concentration of the conductive layer 50 is less than or equal to the n-type impurity concentration of the target 200. In order to keep the resistance of the conductive layer 50 low, the thickness of the conductive layer 50 is preferably 100 nm or less, for example.

導電層50は、導電層50に含まれるn型不純物の濃度よりも高いキャリア濃度、例えば、導電層50に含まれるn型不純物の濃度と比べて10倍以上の高いキャリア濃度を有し得る。例えば、導電層50に含まれるn型不純物の濃度が1×1019/cm以下であっても、また例えば、導電層50がn型不純物を実質的に含まなくても、つまり導電層50に含まれるn型不純物の濃度が1×1016/cm以下であっても、導電層50は、1×1020/cm以上のキャリア濃度を有する。この理由は、導電層50の主たるキャリアが、n型不純物に起因して発生するものではなく、導電層50を構成するGaN自体の性質に起因して発生するものだからである。 The conductive layer 50 may have a carrier concentration higher than the concentration of n-type impurities contained in the conductive layer 50, for example, a carrier concentration that is ten times or more higher than the concentration of n-type impurities contained in the conductive layer 50. For example, even if the concentration of the n-type impurity contained in the conductive layer 50 is 1 × 10 19 / cm 3 or less, for example, even if the conductive layer 50 does not substantially contain the n-type impurity, that is, the conductive layer 50 The conductive layer 50 has a carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more even when the concentration of the n-type impurity contained in the layer is 1 × 10 16 / cm 3 or less. This is because the main carriers in the conductive layer 50 are not generated due to the n-type impurities, but are generated due to the properties of the GaN itself constituting the conductive layer 50.

本実施形態によるスパッタリング処理では、Nを含有するガスの含有率が低く抑えられたスパッタリングガス400によりターゲット200をスパッタリングすることで、導電層50を構成するGaNに、N欠損を発生させる。つまり、導電層50を構成するGaNにおいて、Ga原子数に対するN原子数の比率を、1より小さくする。これにより、導電層50における主たるキャリアとして、N欠損に起因するn型キャリアを発生させることができ、1×1020/cm以上の高いキャリア濃度を実現することができる。 In the sputtering process according to the present embodiment, N vacancies are generated in the GaN constituting the conductive layer 50 by sputtering the target 200 with the sputtering gas 400 in which the content of the N-containing gas is kept low. That is, in the GaN constituting the conductive layer 50, the ratio of the number of N atoms to the number of Ga atoms is made smaller than one. Thus, n-type carriers due to N deficiency can be generated as main carriers in the conductive layer 50, and a high carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more can be realized.

導電層50が形成された下地部材40を、スパッタリング装置300から搬出した後、マスク55とともに、マスク55上に形成された不要部の導電層50も除去するリフトオフ処理により、マスク55の開口内のみに、つまり、コンタクト層51およびコンタクト層52が形成されるべき領域のみに、導電層50を残す。   After the base member 40 on which the conductive layer 50 is formed is unloaded from the sputtering apparatus 300, only the inside of the opening of the mask 55 is lifted off by removing the unnecessary portion of the conductive layer 50 formed on the mask 55 together with the mask 55. In other words, the conductive layer 50 is left only in the region where the contact layer 51 and the contact layer 52 are to be formed.

(4)導電層上への電極の形成、および、HEMTを完成させるためのその他の処理
ステップS3でのスパッタリングによる導電層50の形成の後、ステップS4では、導電層50上への電極の形成、および、HEMT100を完成させるためのその他の処理が行われる。図2(c)は、完成したHEMT100を示す概略断面図である。
(4) Formation of electrode on conductive layer and other processes for completing HEMT After formation of conductive layer 50 by sputtering in step S3, formation of electrode on conductive layer 50 is performed in step S4. , And other processes for completing the HEMT 100 are performed. FIG. 2C is a schematic cross-sectional view showing the completed HEMT 100.

導電層50上の電極として、具体的には、ソース電極61およびドレイン電極62が形成される。ソース電極61は、電子供給層30上に、ソース電極61のコンタクト層51となる導電層50を介して形成される。ドレイン電極62は、電子供給層30上に、ドレイン電極62のコンタクト層52となる導電層50を介して形成される。一方、ゲート電極63は、電子供給層30上に、導電層50を介さずに形成される。   Specifically, a source electrode 61 and a drain electrode 62 are formed as electrodes on the conductive layer 50. The source electrode 61 is formed on the electron supply layer 30 via a conductive layer 50 that becomes the contact layer 51 of the source electrode 61. The drain electrode 62 is formed on the electron supply layer 30 via a conductive layer 50 that becomes the contact layer 52 of the drain electrode 62. On the other hand, the gate electrode 63 is formed on the electron supply layer 30 without the conductive layer 50 interposed therebetween.

ソース電極61、ドレイン電極62およびゲート電極63は、HEMTのソース電極、ドレイン電極およびゲート電極を形成する公知の技術を適宜用いることで、形成される。ソース電極61、ドレイン電極62およびゲート電極63として、例えば、チタン(Ti)/アルミニウム(Al)電極が形成される。   The source electrode 61, the drain electrode 62, and the gate electrode 63 are formed by appropriately using a known technique for forming the source electrode, the drain electrode, and the gate electrode of the HEMT. As the source electrode 61, the drain electrode 62, and the gate electrode 63, for example, a titanium (Ti) / aluminum (Al) electrode is formed.

ソース電極61、ドレイン電極62およびゲート電極63の形成後、ソース電極61、ドレイン電極62およびゲート電極63を覆って電子供給層30上に、保護膜70が形成される。保護膜70は、ソース電極61、ドレイン電極62およびゲート電極63のそれぞれの上面に開口を有し、これらの電極61〜63のそれぞれに外部配線が接続できるように構成される。保護膜70は、HEMTの保護膜を形成する公知の技術を適宜用いることで、形成される。保護膜70として、例えば、窒化シリコン膜が形成される。なお、ステップS4は、HEMT100を完成させるために行われるさらに他の処理、例えば、素子分離のための窒素イオン注入処理等を含んでもよい。以上のようにして、HEMT100が製造される。HEMT100は、導電層50を備える積層体の一例であり、導電層50を備える積層体を有する半導体装置の一例である。   After the formation of the source electrode 61, the drain electrode 62 and the gate electrode 63, the protective film 70 is formed on the electron supply layer 30 so as to cover the source electrode 61, the drain electrode 62 and the gate electrode 63. The protective film 70 has openings on the upper surfaces of the source electrode 61, the drain electrode 62, and the gate electrode 63, and is configured so that external wiring can be connected to each of these electrodes 61 to 63. The protective film 70 is formed by appropriately using a known technique for forming a HEMT protective film. As the protective film 70, for example, a silicon nitride film is formed. Note that step S4 may include still another process performed to complete the HEMT 100, such as a nitrogen ion implantation process for element isolation. As described above, the HEMT 100 is manufactured. The HEMT 100 is an example of a stacked body including the conductive layer 50 and is an example of a semiconductor device including the stacked body including the conductive layer 50.

(5)本実施形態により得られる効果
本実施形態によれば、以下に示す1つまたは複数の効果が得られる。
(5) Effects obtained by the present embodiment According to the present embodiment, one or more effects shown below can be obtained.

(a)上述のようなスパッタリング処理により、1×1020/cm以上のキャリア濃度を有する導電層50を形成することができる。導電層50は、GaNで構成されたターゲット200を用いたスパッタリングにより、簡便に形成することができる。導電層50は、1×1020/cm以上の高いキャリア濃度を有することで、例えばHEMT100の電子供給層30とソース電極61との間に介在するコンタクト層51として、また例えばHEMT100の電子供給層30とドレイン電極62との間に介在するコンタクト層52として、好ましく用いることができる。 (A) The conductive layer 50 having a carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more can be formed by the sputtering process as described above. The conductive layer 50 can be easily formed by sputtering using the target 200 made of GaN. Since the conductive layer 50 has a high carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more, for example, as the contact layer 51 interposed between the electron supply layer 30 of the HEMT 100 and the source electrode 61, or for example, the electron supply of the HEMT 100 It can be preferably used as the contact layer 52 interposed between the layer 30 and the drain electrode 62.

HEMTのコンタクト層を形成する技術としては、例えば、MOVPE、分子線エピタキシ(MBE)等により電子供給層上または電子走行層上にn型GaN層を再成長させる技術が知られており、また例えば、電子供給層または電子走行層にn型不純物をイオン注入する技術が知られている。これらの技術は、再成長工程またはイオン注入工程を必要とするため、煩雑で高コストである。これに対し、本実施形態によれば、HEMT100のコンタクト層51および52を、スパッタリングにより、簡便に低コストで形成することができる。なお、スパッタリングは、大面積の部材に対する処理への適用も容易である。   As a technique for forming a HEMT contact layer, for example, a technique for re-growing an n-type GaN layer on an electron supply layer or an electron transit layer by MOVPE, molecular beam epitaxy (MBE), or the like is known. A technique for ion-implanting n-type impurities into an electron supply layer or an electron transit layer is known. Since these techniques require a regrowth process or an ion implantation process, they are complicated and expensive. On the other hand, according to the present embodiment, the contact layers 51 and 52 of the HEMT 100 can be easily formed at low cost by sputtering. Note that sputtering can be easily applied to a process on a large-area member.

(b)導電層50のキャリア濃度は、導電層50に含まれるn型不純物の濃度よりも高くすることができる。このため、導電層50にn型不純物を添加しなくてよい。つまり、n型不純物を添加したターゲット200を用意しなくてよい。なお、ターゲット200に、n型(またはp型)の不純物が添加されていてもよい。 (B) The carrier concentration of the conductive layer 50 can be higher than the concentration of the n-type impurity contained in the conductive layer 50. For this reason, it is not necessary to add an n-type impurity to the conductive layer 50. That is, it is not necessary to prepare the target 200 to which the n-type impurity is added. Note that an n-type (or p-type) impurity may be added to the target 200.

(c)導電層50を作製するスパッタリング処理は、Nを含有するガスの含有率を低く抑えたスパッタリングガス400を用いて行うことができる。スパッタリングガス400としては、例えば、Arガスを用いることができ、また例えば、ArガスとNガスとの混合ガスであってNガスの分圧が好ましくは2%以下、より好ましくは1%以下であるガスを用いることができる。スパッタリングガス400として特殊なガスを用いなくてもよいため、導電層50を容易に作製することができる。 (C) The sputtering process for producing the conductive layer 50 can be performed using a sputtering gas 400 in which the content of N-containing gas is kept low. As the sputtering gas 400, for example, Ar gas can be used. For example, a mixed gas of Ar gas and N 2 gas, and the partial pressure of N 2 gas is preferably 2% or less, more preferably 1%. The following gas can be used. Since it is not necessary to use a special gas as the sputtering gas 400, the conductive layer 50 can be easily manufactured.

<他の実施形態>
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行ってもよい。また、種々の実施形態や変形例は、適宜組み合わせてよい。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes may be made without departing from the scope of the invention. Various embodiments and modifications may be combined as appropriate.

上述の実施形態では、コンタクト層51およびコンタクト層52が形成されるべき領域に開口を有するマスク55を用いて、下地部材40の当該領域上に選択的に導電層50を形成する態様を例示した(図2(b)参照)。その他の方法として、マスク55を用いず下地部材40の全面上に導電層50を形成した後、コンタクト層51およびコンタクト層52となる領域以外の導電層50をエッチングにより除去するパターニングを行うことで、当該領域上に導電層50を残してもよい。なお、必要に応じ、下地部材40の全面上に導電層50が形成された部材を半製品として用意しておき、当該部材に対して導電層50のパターニング以後の処理を行うことで、HEMT100を作製するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the mode in which the conductive layer 50 is selectively formed on the region of the base member 40 using the mask 55 having an opening in the region where the contact layer 51 and the contact layer 52 are to be formed is illustrated. (See FIG. 2 (b)). As another method, after forming the conductive layer 50 on the entire surface of the base member 40 without using the mask 55, patterning is performed to remove the conductive layer 50 other than the regions to be the contact layer 51 and the contact layer 52 by etching. The conductive layer 50 may be left on the region. If necessary, a member in which the conductive layer 50 is formed on the entire surface of the base member 40 is prepared as a semi-finished product, and the HEMT 100 is processed by performing processing after the patterning of the conductive layer 50 on the member. You may make it produce.

上述の実施形態では、スパッタリングにより形成された導電層50をソース電極61、ドレイン電極62のコンタクト層51、52として適用するHEMT100として図2(c)のような構造を例示したが、スパッタリングにより形成された導電層50は、公知の他の構造のHEMT100におけるコンタクト層51、52として適用してもよい。つまり、公知の他の構造のHEMT100においても、ソース電極61、ドレイン電極62の下に配置されるコンタクト層51、52として、スパッタリングによる導電層50を用いてよい。   In the above-described embodiment, the structure as shown in FIG. 2C is illustrated as the HEMT 100 in which the conductive layer 50 formed by sputtering is applied as the contact layers 51 and 52 of the source electrode 61 and the drain electrode 62. However, the structure shown in FIG. The conductive layer 50 may be applied as the contact layers 51 and 52 in the HEMT 100 having another known structure. That is, in the HEMT 100 having another known structure, the conductive layer 50 formed by sputtering may be used as the contact layers 51 and 52 disposed under the source electrode 61 and the drain electrode 62.

上述の実施形態では、スパッタリングにより形成された導電層50をコンタクト層51、52として適用する半導体装置として、HEMT100を例示した。スパッタリングにより形成された導電層50は、HEMT100のコンタクト層51、52に限定されず、発光ダイオード(LED)、半導体レーザ等の他の半導体装置の電極構造におけるコンタクト層として用いられてもよい。   In the above-described embodiment, the HEMT 100 is exemplified as a semiconductor device to which the conductive layer 50 formed by sputtering is applied as the contact layers 51 and 52. The conductive layer 50 formed by sputtering is not limited to the contact layers 51 and 52 of the HEMT 100, and may be used as a contact layer in an electrode structure of another semiconductor device such as a light emitting diode (LED) or a semiconductor laser.

図7は、他の実施形態の一例としてLED500を模式的に示す断面図である。LED500は、n型GaN基板510、n型GaN層520、p型GaN層530、p側電極540、n側コンタクト層550およびn側電極560を有する。なお、n型GaN層520とp型GaN層530との間に量子井戸構造の発光層を設けてもよい。n側コンタクト層550は、上述のようなスパッタリングにより形成された導電層として構成されている。   FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an LED 500 as an example of another embodiment. The LED 500 includes an n-type GaN substrate 510, an n-type GaN layer 520, a p-type GaN layer 530, a p-side electrode 540, an n-side contact layer 550, and an n-side electrode 560. Note that a light emitting layer having a quantum well structure may be provided between the n-type GaN layer 520 and the p-type GaN layer 530. The n-side contact layer 550 is configured as a conductive layer formed by sputtering as described above.

図7は、n側電極560が、p型GaN層530と反対側に配置され、n型GaN基板510の下面上にn側コンタクト層550を介して配置されている素子構造を例示する。これに限らず、n側電極560が、p型GaN層530と同じ側に配置された素子構造を採用してもよい。つまり、p型GaN層530の一部を除去することで露出させたn型GaN層520の上面上に、n側電極560がn側コンタクト層550を介して配置された素子構造を採用してもよい。   FIG. 7 illustrates an element structure in which the n-side electrode 560 is disposed on the opposite side of the p-type GaN layer 530 and is disposed on the lower surface of the n-type GaN substrate 510 via the n-side contact layer 550. Not limited to this, an element structure in which the n-side electrode 560 is disposed on the same side as the p-type GaN layer 530 may be employed. In other words, an element structure in which an n-side electrode 560 is disposed via an n-side contact layer 550 on the upper surface of the n-type GaN layer 520 exposed by removing a part of the p-type GaN layer 530 is employed. Also good.

上述の実施形態では、導電層50と接する下地部材40の表層部分(電子供給層30)の材料として、AlGaNを例示した。導電層50と接する下地部材40の表層部分の材料は、AlGaNに限定されず、AlInGa1−x−yN(0≦x+y≦1)で示されるIII族窒化物半導体を好ましく用いることができる。 In the above-described embodiment, AlGaN is exemplified as the material of the surface layer portion (electron supply layer 30) of the base member 40 in contact with the conductive layer 50. The material of the surface layer portion of the base member 40 in contact with the conductive layer 50 is not limited to AlGaN, and a group III nitride semiconductor represented by Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x + y ≦ 1) is preferably used. be able to.

上述の実施形態では、導電層50の形成に用いられるスパッタリング方法としてRFスパッタリングを例示したが(図3参照)、導電層50の形成には、様々なスパッタリング方法を用いることができる。例えば、直流(DC)スパッタリングを用いてもよい。また例えば、RFスパッタリング、DCスパッタリングのどちらについても、マグネトロンを用いてもよい。また例えば、イオンビームスパッタリングを用いてもよい。さらに、スパッタリングに限定されず、他の物理堆積法、例えばパルスレーザ堆積(PLD)を用いてもよい。   In the above-described embodiment, RF sputtering is exemplified as the sputtering method used for forming the conductive layer 50 (see FIG. 3), but various sputtering methods can be used for forming the conductive layer 50. For example, direct current (DC) sputtering may be used. For example, a magnetron may be used for both RF sputtering and DC sputtering. For example, ion beam sputtering may be used. Furthermore, the method is not limited to sputtering, and other physical deposition methods such as pulsed laser deposition (PLD) may be used.

<実験例>
次に、GaNターゲットを用いたスパッタリングによりGaN層を形成した実験について説明する。本実験は、以下のような条件で行った。ターゲットとしては、HVPDによる成長で一体的に形成された多結晶GaN基板を用いた。このターゲットは、1×1018/cm程度のSi濃度を有し、1×1019/cm程度のO濃度を有し、全体としては1×1019/cm程度のn型不純物濃度を有するものであった。また、このターゲットの直径は4インチ(10.16cm)であった。このターゲットを用い、RFスパッタリングにより、下地基板上にGaN層を形成した。下地基板としては、ガラス基板を用いた。
<Experimental example>
Next, an experiment in which a GaN layer is formed by sputtering using a GaN target will be described. This experiment was performed under the following conditions. As a target, a polycrystalline GaN substrate integrally formed by growth by HVPD was used. This target has a Si concentration of about 1 × 10 18 / cm 3, has an O concentration of about 1 × 10 19 / cm 3, n-type impurity concentration of about 1 × 10 19 / cm 3 as a whole It was what had. The diameter of this target was 4 inches (10.16 cm). Using this target, a GaN layer was formed on the base substrate by RF sputtering. A glass substrate was used as the base substrate.

成膜温度は200℃とし、成膜圧力は2.4Paとし、RFパワーは50W〜80Wとした。スパッタリングガスの組成を変化させることで、形成されるGaN層の特性がどのように変わるか調べた。スパッタリングガスとしてはArガスおよびNガスを用い、Nガスの分圧(N/(N+Ar))を0%から増加させることで、スパッタリングガスの組成を変化させた。Arは、希ガスの一例であり、Nガスは、窒素を含有するガスの一例である。 The film formation temperature was 200 ° C., the film formation pressure was 2.4 Pa, and the RF power was 50 W to 80 W. It was investigated how the characteristics of the formed GaN layer change by changing the composition of the sputtering gas. Ar gas and N 2 gas were used as the sputtering gas, and the composition of the sputtering gas was changed by increasing the partial pressure of N 2 gas (N 2 / (N 2 + Ar)) from 0%. Ar is an example of a rare gas, and N 2 gas is an example of a nitrogen-containing gas.

図4は、キャリア濃度とスパッタリングガス組成との関係を示すグラフである。キャリア濃度は、ホール測定で得られたn型キャリアの濃度である。横軸は、Nガスの分圧(N/(N+Ar))を%単位で示し、縦軸は、キャリア濃度を対数表示のcm−3単位で示す。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the carrier concentration and the sputtering gas composition. The carrier concentration is the concentration of n-type carrier obtained by hole measurement. The horizontal axis represents the partial pressure of N 2 gas (N 2 / (N 2 + Ar)) in% units, and the vertical axis represents the carrier concentration in logarithmic cm −3 units.

対数表示のキャリア濃度は、Nガスの分圧に対し直線的に変化している。キャリア濃度は、Nガスの分圧が低いほど高く、Nガスの分圧が0%の場合、つまりスパッタリングガスがArガスからなる場合に最大である。Nガスの分圧を0%とすることで、1×1021/cm程度の非常に高いキャリア濃度が得られる。また、Nガスの分圧を好ましくは2%以下、より好ましくは1%以下とすることで、1×1020/cm以上の高いキャリア濃度が得られる。このように、Nを含有するガスの含有率を低く抑えたスパッタリングガスを用いることで、1×1020/cm以上の高いキャリア濃度を有しコンタクト層等の導電層として好適なGaN層を形成できることがわかった。 The logarithmically expressed carrier concentration varies linearly with respect to the partial pressure of N 2 gas. The carrier concentration is higher as the partial pressure of N 2 gas is lower, and is maximum when the partial pressure of N 2 gas is 0%, that is, when the sputtering gas is made of Ar gas. By setting the partial pressure of N 2 gas to 0%, a very high carrier concentration of about 1 × 10 21 / cm 3 can be obtained. Further, by setting the partial pressure of N 2 gas to preferably 2% or less, more preferably 1% or less, a high carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more can be obtained. Thus, by using a sputtering gas with a low content of N-containing gas, a GaN layer having a high carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more and suitable as a conductive layer such as a contact layer can be obtained. It was found that it can be formed.

ターゲットのn型不純物濃度は1×1019/cm程度であるため、形成されたGaN層のn型不純物濃度は、高々1×1019/cm程度である。しかし、図4に示す結果からわかるように、Nガスの分圧を低く抑えることで、GaN層に含まれるn型不純物の濃度よりも高いキャリア濃度を得ることができる。スパッタリングガスにおける、Nを含有するガスの含有率が低いことで、形成されたGaN層にN欠損に起因するn型キャリアが発生し、N欠損に起因するn型キャリアによって、このような高いキャリア濃度が実現されている、と推測される。例えばNガス分圧0%でのキャリア濃度1×1021/cm程度と比べて、n型不純物濃度は高々1×1019/cm程度あるため、n型不純物に起因するキャリアは、全体的なキャリア濃度に対してほとんど寄与しない。なお、この結果より、形成されたGaN層がn型不純物を実質的に含まなくても、上述のような高いキャリア濃度を得ることができると考えられる。 Since the n-type impurity concentration of the target is about 1 × 10 19 / cm 3 , the n-type impurity concentration of the formed GaN layer is about 1 × 10 19 / cm 3 at most. However, as can be seen from the results shown in FIG. 4, a carrier concentration higher than the concentration of the n-type impurity contained in the GaN layer can be obtained by keeping the partial pressure of the N 2 gas low. Since the content of the gas containing N in the sputtering gas is low, n-type carriers due to N deficiency are generated in the formed GaN layer, and such high carriers are caused by n-type carriers due to N deficiency. It is assumed that the concentration has been achieved. For example, the n-type impurity concentration is about 1 × 10 19 / cm 3 at most compared to the carrier concentration of about 1 × 10 21 / cm 3 when the N 2 gas partial pressure is 0%. Little contribution to overall carrier concentration. From this result, it is considered that the high carrier concentration as described above can be obtained even if the formed GaN layer does not substantially contain n-type impurities.

図5は、スパッタリングガス組成の異なる試料ごとのX線回折プロファイルを示す。Nガスの分圧が0%の試料の結果と10%の試料の結果とを示す。横軸は、2θを度単位で示し、縦軸は、強度を任意単位で示す。Nガス分圧10%の試料では、比較的強いピークとして(10−10)面のピークおよび(10−11)面のピークが観察され、比較的弱いピークとして(0002)面のピークおよび(11−20)面のピークが観察される。つまり、Nガス分圧10%の条件で形成されたGaNは、ある程度の結晶性を示す。これに対し、Nガス分圧0%の試料では、GaNの結晶面に対応するピークは観察されない。つまり、Nガス分圧0%の条件で形成されたGaNは、結晶性を示さず、アモルファス状である。 FIG. 5 shows an X-ray diffraction profile for each sample having a different sputtering gas composition. The partial pressure of N 2 gas shows the results of 0% results and 10% of the sample of the sample. The horizontal axis represents 2θ in degrees, and the vertical axis represents intensity in arbitrary units. In the sample having a N 2 gas partial pressure of 10%, the (10-10) plane peak and (10-11) plane peak are observed as relatively strong peaks, and the (0002) plane peak and ( The peak of the 11-20) plane is observed. That is, GaN formed under the condition of N 2 gas partial pressure of 10% shows a certain degree of crystallinity. On the other hand, no peak corresponding to the crystal plane of GaN is observed in the sample having a N 2 gas partial pressure of 0%. That is, GaN formed under the condition of the N 2 gas partial pressure of 0% does not show crystallinity and is amorphous.

このように、Nガス分圧が0%であるときアモルファス状のGaN層が形成されることがわかった。このため、Nガス分圧が2%以下あるいは1%以下の低い条件において、同様にアモルファス状のGaN層が形成されるのではないかと推測される。なお、1×1020/cm以上の高いキャリア濃度が得られるのであれば、形成されたGaN層は、アモルファス状であることが必須ではなく、何らかの結晶性を有してもよい。つまり、上述の(10−10)面等のいずれかの面に対応するX線回折ピークを示してもよい。ただし、アモルファス状であっても、または何らかの結晶性を有しても、形成されたGaN層が示す1×1020/cm以上の高いキャリア濃度は、当該GaN層に含まれるn型不純物の濃度よりも高い。 Thus, it was found that an amorphous GaN layer was formed when the N 2 gas partial pressure was 0%. For this reason, it is presumed that an amorphous GaN layer may be similarly formed under a low N 2 gas partial pressure of 2% or less or 1% or less. If a high carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more can be obtained, the formed GaN layer is not essential to be amorphous and may have some crystallinity. That is, you may show the X-ray-diffraction peak corresponding to any surfaces, such as the above-mentioned (10-10) plane. However, even if it is amorphous or has some crystallinity, a high carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more exhibited by the formed GaN layer is high due to the n-type impurity contained in the GaN layer. Higher than concentration.

図6は、キャリアの移動度とスパッタリングガス組成との関係を示すグラフである。キャリアの移動度は、ホール測定で得られたn型キャリアの移動度である。横軸は、Nガスの分圧(N/(N+Ar))を%単位で示し、縦軸は、キャリアの移動度を対数表示のcm/(V・s)単位で示す。 FIG. 6 is a graph showing the relationship between carrier mobility and sputtering gas composition. The carrier mobility is the mobility of the n-type carrier obtained by hole measurement. The horizontal axis represents the partial pressure of N 2 gas (N 2 / (N 2 + Ar)) in% units, and the vertical axis represents carrier mobility in units of logarithm cm 2 / (V · s).

1×1020/cm以上の高いキャリア濃度が得られるスパッタリングガス組成、つまりNガス分圧が例えば2%以下の範囲では、移動度が0.1cm/(V・s)以下の低さを示す。一方、導電層として用いられるGaN層の抵抗は、例えば1×10−8Ω/cm以下であることが好ましい。これらより、導電層として用いられるGaN層の厚さは、過度に厚くないことが好ましく、例えば100nm以下であることが好ましい。なお、導電層として用いられるGaN層の厚さの下限は、特に限定されず、成膜でき導電層として機能する厚さであればよい。 In a sputtering gas composition that provides a high carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more, that is, in a range where the N 2 gas partial pressure is 2% or less, for example, mobility is as low as 0.1 cm 2 / (V · s) or less. It shows. On the other hand, the resistance of the GaN layer used as the conductive layer is preferably 1 × 10 −8 Ω / cm 2 or less, for example. Accordingly, the thickness of the GaN layer used as the conductive layer is preferably not excessively thick, and is preferably 100 nm or less, for example. In addition, the minimum of the thickness of the GaN layer used as a conductive layer is not specifically limited, What is necessary is just the thickness which can be formed into a film and functions as a conductive layer.

<本発明の好ましい態様>
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
<Preferred embodiment of the present invention>
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be additionally described.

(付記1)
下地部材と、
前記下地部材上に形成され、1×1020/cm以上のキャリア濃度を有し、アモルファス状のGaNで構成された導電層と、
を有する、導電層を備える積層体。
(Appendix 1)
A base member;
A conductive layer formed on the base member and having a carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more and made of amorphous GaN;
A laminate including a conductive layer.

(付記2)
前記キャリア濃度は、前記導電層に含まれるn型不純物の濃度よりも高い付記1に記載の、導電層を備える積層体。
(Appendix 2)
The laminate including the conductive layer according to appendix 1, wherein the carrier concentration is higher than the concentration of the n-type impurity contained in the conductive layer.

(付記3)
下地部材と、
前記下地部材上に形成され、1×1020/cm以上のキャリア濃度を有するGaNで構成された導電層と、
を有し、
前記キャリア濃度は、前記導電層に含まれるn型不純物の濃度よりも高い、導電層を備える積層体。
(Appendix 3)
A base member;
A conductive layer formed of GaN formed on the base member and having a carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more;
Have
The laminate including a conductive layer, wherein the carrier concentration is higher than the concentration of n-type impurities contained in the conductive layer.

(付記4)
前記導電層は、アモルファス状のGaNで構成されている付記3に記載の、導電層を備える積層体。
(Appendix 4)
The laminate including the conductive layer according to Supplementary Note 3, wherein the conductive layer is made of amorphous GaN.

(付記5)
前記キャリア濃度は、前記導電層に含まれるn型不純物の濃度と比べて10倍以上高い付記1〜4にいずれか1つに記載の、導電層を備える積層体。
(Appendix 5)
The laminate including the conductive layer according to any one of appendices 1 to 4, wherein the carrier concentration is 10 times or more higher than the concentration of the n-type impurity contained in the conductive layer.

(付記6)
前記導電層に含まれるn型不純物の濃度は、1×1019/cm以下である付記1〜5にいずれか1つに記載の、導電層を備える積層体。
(Appendix 6)
The laminated body provided with a conductive layer according to any one of appendices 1 to 5, wherein the concentration of the n-type impurity contained in the conductive layer is 1 × 10 19 / cm 3 or less.

(付記7)
前記導電層は、n型不純物を実質的に含まない付記1〜6のいずれか1つに記載の、導電層を備える積層体。
(Appendix 7)
The said electrically conductive layer is a laminated body provided with the electrically conductive layer as described in any one of Additional remarks 1-6 which do not contain an n-type impurity substantially.

(付記8)
前記導電層を構成するGaNにおいて、Ga原子数に対するN原子数の比率は、1より小さい付記1〜7のいずれか1つに記載の、導電層を備える積層体。
(Appendix 8)
In the GaN constituting the conductive layer, the ratio of the number of N atoms to the number of Ga atoms is a laminate including the conductive layer according to any one of appendices 1 to 7, which is smaller than 1.

(付記9)
前記導電層を構成するGaNの移動度は、0.1cm/(V・s)以下である付記1〜8のいずれか1つに記載の、導電層を備える積層体。
(Appendix 9)
The mobility of GaN which comprises the said conductive layer is a laminated body provided with the conductive layer as described in any one of the supplementary notes 1-8 which are 0.1 cm < 2 > / (V * s) or less.

(付記10)
前記導電層の厚さは、100nm以下である付記1〜9のいずれか1つに記載の、導電層を備える積層体。
(Appendix 10)
The laminate including the conductive layer according to any one of Supplementary notes 1 to 9, wherein the conductive layer has a thickness of 100 nm or less.

(付記11)
前記下地部材において、前記導電層と接する表層部分は、AlInGa1−x−yN(0≦x+y≦1で構成されている付記1〜10のいずれか1つに記載の、導電層を備える積層体。
(Appendix 11)
In the base member, the surface layer portion in contact with the conductive layer is formed of Al x In y Ga 1-xy N (where 0 ≦ x + y ≦ 1) A laminate comprising layers.

(付記12)
付記1〜11のいずれか1つに記載の、導電層を備える積層体と、
前記導電層上に形成された電極と、
を有する半導体装置。
(Appendix 12)
A laminate comprising a conductive layer according to any one of appendices 1 to 11, and
An electrode formed on the conductive layer;
A semiconductor device.

(付記13)
HEMTであって、
前記電極はソース電極またはドレイン電極である付記12に記載の半導体装置。
(Appendix 13)
HEMT,
The semiconductor device according to appendix 12, wherein the electrode is a source electrode or a drain electrode.

(付記14)
下地部材を用意する工程と、
GaNで構成されたターゲットを用意する工程と、
スパッタリングガスにより前記ターゲットをスパッタリングすることで、前記下地部材上にGaNで構成された導電層を形成する工程と、
を有し、
前記スパッタリングガスにおいて、窒素を含有するガスの含有率は、1×1020/cm以上のキャリア濃度を有する前記導電層が形成されるように、低く抑えられている、導電層を備える積層体の製造方法。
(Appendix 14)
A step of preparing a base member;
Preparing a target composed of GaN;
Forming a conductive layer made of GaN on the base member by sputtering the target with a sputtering gas;
Have
In the sputtering gas, the content of the nitrogen-containing gas is kept low so that the conductive layer having a carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more is formed. Manufacturing method.

(付記15)
前記スパッタリングガスは、希ガスからなるガスであるか、または、希ガスと窒素を含有するガスとからなり窒素を含有するガスの分圧が好ましくは2%以下、より好ましくは1%以下であるガスである付記14に記載の、導電層を備える積層体の製造方法。
(Appendix 15)
The sputtering gas is a gas composed of a rare gas, or a partial pressure of a gas composed of a rare gas and a nitrogen-containing gas is preferably 2% or less, more preferably 1% or less. The manufacturing method of the laminated body provided with the conductive layer of Additional remark 14 which is gas.

(付記16)
前記導電層を形成する際の成膜温度は、100℃以上250℃以下の範囲の温度である付記14または15に記載の、導電層を備える積層体の製造方法。
(Appendix 16)
The film forming temperature when forming the conductive layer is the method for producing a laminate including a conductive layer according to appendix 14 or 15, wherein the temperature is in the range of 100 ° C. or higher and 250 ° C. or lower.

(付記17)
前記導電層は、アモルファス状のGaNで構成されている付記14〜16のいずれか1つに記載の、導電層を備える積層体の製造方法。
(Appendix 17)
The said conductive layer is a manufacturing method of the laminated body provided with the conductive layer as described in any one of Additional remarks 14-16 comprised with amorphous GaN.

(付記18)
前記キャリア濃度は、前記導電層に含まれるn型不純物の濃度よりも高い付記14〜17のいずれか1つに記載の、導電層を備える積層体の製造方法。
(Appendix 18)
The method for producing a laminate including a conductive layer according to any one of appendices 14 to 17, wherein the carrier concentration is higher than a concentration of n-type impurities contained in the conductive layer.

(付記19)
付記14〜18のいずれか1つに記載の、導電層を備える積層体の製造方法と、
前記導電層上に電極を形成する工程と、
を有する、半導体装置の製造方法。
(Appendix 19)
The method for producing a laminate including a conductive layer according to any one of appendices 14 to 18, and
Forming an electrode on the conductive layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:

(付記20)
HEMTの製造方法であって、
前記電極はソース電極またはドレイン電極である付記19に記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 20)
A method of manufacturing a HEMT,
20. The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 19, wherein the electrode is a source electrode or a drain electrode.

10 基板
20 電子走行層
30 電子供給層
40 下地部材
50 導電層
51、52 コンタクト層
55 マスク
61 ソース電極
62 ドレイン電極
63 ゲート電極
70 保護膜
100 HEMT
200 GaNターゲット
300 スパッタリング装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 20 Electron travel layer 30 Electron supply layer 40 Base member 50 Conductive layer 51, 52 Contact layer 55 Mask 61 Source electrode 62 Drain electrode 63 Gate electrode 70 Protective film 100 HEMT
200 GaN target 300 sputtering equipment

Claims (15)

下地部材と、
前記下地部材上に形成され、1×1020/cm以上のキャリア濃度を有し、アモルファス状のGaNで構成された導電層と、
を有する、導電層を備える積層体。
A base member;
A conductive layer formed on the base member and having a carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more and made of amorphous GaN;
A laminate including a conductive layer.
前記キャリア濃度は、前記導電層に含まれるn型不純物の濃度よりも高い請求項1に記載の、導電層を備える積層体。   The laminate having a conductive layer according to claim 1, wherein the carrier concentration is higher than the concentration of n-type impurities contained in the conductive layer. 下地部材と、
前記下地部材上に形成され、1×1020/cm以上のキャリア濃度を有するGaNで構成された導電層と、
を有し、
前記キャリア濃度は、前記導電層に含まれるn型不純物の濃度よりも高い、導電層を備える積層体。
A base member;
A conductive layer formed of GaN formed on the base member and having a carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more;
Have
The laminate including a conductive layer, wherein the carrier concentration is higher than the concentration of n-type impurities contained in the conductive layer.
前記導電層に含まれるn型不純物の濃度は、1×1019/cm以下である請求項1〜3にいずれか1項に記載の、導電層を備える積層体。 The concentration of the n-type impurity contained in the conductive layer, 1 × 10 19 / cm according to 3 1, wherein one to claims 1 to 3 or less is a laminate comprising a conductive layer. 前記導電層は、n型不純物を実質的に含まない請求項1〜4のいずれか1項に記載の、導電層を備える積層体。   The said conductive layer is a laminated body provided with the conductive layer of any one of Claims 1-4 which does not contain an n-type impurity substantially. 前記導電層を構成するGaNにおいて、Ga原子数に対するN原子数の比率は、1より小さい請求項1〜5のいずれか1項に記載の、導電層を備える積層体。   In the GaN which comprises the said conductive layer, the ratio of the number of N atoms with respect to the number of Ga atoms is smaller than 1, The laminated body provided with the conductive layer of any one of Claims 1-5. 前記導電層の厚さは、100nm以下である請求項1〜6のいずれか1項に記載の、導電層を備える積層体。   The thickness of the said conductive layer is 100 nm or less, The laminated body provided with the conductive layer of any one of Claims 1-6. 前記下地部材において、前記導電層と接する表層部分は、AlInGa1−x−yN(0≦x+y≦1)で構成されている請求項1〜7のいずれか1項に記載の、導電層を備える積層体。 Wherein the base member, the surface layer portion in contact with the conductive layer, Al x In y Ga 1- x-y N (0 ≦ x + y ≦ 1) according to any one of claims 1 to 7, it is composed of A laminate comprising a conductive layer. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の、導電層を備える積層体と、
前記導電層上に形成された電極と、
を有する半導体装置。
A laminate comprising a conductive layer according to any one of claims 1 to 8,
An electrode formed on the conductive layer;
A semiconductor device.
下地部材を用意する工程と、
GaNで構成されたターゲットを用意する工程と、
スパッタリングガスにより前記ターゲットをスパッタリングすることで、前記下地部材上にGaNで構成された導電層を形成する工程と、
を有し、
前記スパッタリングガスにおいて、窒素を含有するガスの含有率は、1×1020/cm以上のキャリア濃度を有する前記導電層が形成されるように、低く抑えられている、導電層を備える積層体の製造方法。
A step of preparing a base member;
Preparing a target composed of GaN;
Forming a conductive layer made of GaN on the base member by sputtering the target with a sputtering gas;
Have
In the sputtering gas, the content of the nitrogen-containing gas is kept low so that the conductive layer having a carrier concentration of 1 × 10 20 / cm 3 or more is formed. Manufacturing method.
前記スパッタリングガスは、希ガスからなるガスであるか、または、希ガスと窒素を含有するガスとからなり窒素を含有するガスの分圧が2%以下であるガスである請求項10に記載の、導電層を備える積層体の製造方法。   11. The sputtering gas according to claim 10, wherein the sputtering gas is a gas composed of a rare gas or a gas composed of a rare gas and a nitrogen-containing gas and having a partial pressure of the nitrogen-containing gas of 2% or less. The manufacturing method of a laminated body provided with a conductive layer. 前記導電層を形成する際の成膜温度は、100℃以上250℃以下の範囲の温度である請求項10または11に記載の、導電層を備える積層体の製造方法。   The method for producing a laminate including a conductive layer according to claim 10 or 11, wherein a film formation temperature when forming the conductive layer is a temperature in a range of 100 ° C or higher and 250 ° C or lower. 前記導電層は、アモルファス状のGaNで構成されている請求項10〜12のいずれか1項に記載の、導電層を備える積層体の製造方法。   The method for producing a laminate including a conductive layer according to any one of claims 10 to 12, wherein the conductive layer is made of amorphous GaN. 前記キャリア濃度は、前記導電層に含まれるn型不純物の濃度よりも高い請求項10〜13のいずれか1項に記載の、導電層を備える積層体の製造方法。   The method for producing a laminate including a conductive layer according to any one of claims 10 to 13, wherein the carrier concentration is higher than a concentration of an n-type impurity contained in the conductive layer. 請求項10〜14のいずれか1項に記載の、導電層を備える積層体の製造方法と、
前記導電層上に電極を形成する工程と、
を有する、半導体装置の製造方法。
The manufacturing method of the laminated body provided with an electroconductive layer of any one of Claims 10-14,
Forming an electrode on the conductive layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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