JP2019201035A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1は、第1実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図1に示すように、第1実施形態に係る半導体装置110は、第1領域10、第2領域20、第3領域30、及び、第1〜第3電極51〜53を含む。この例では、絶縁部40がさらに設けられている。
図2は、第1実施形態に係る半導体装置の特性を例示する模式図である。
図2は、半導体装置110の特性のシミュレーション結果を例示している。図2において、横軸は、Z軸方向に沿った位置pZ(nm)である。縦軸は、エネルギーE1(eV)である。図2には、伝導帯CB及び価電子帯VBのエネルギーが示されている。この例では、第1領域10は、6H−SiC基板である。第2領域20は、Al0.8a0.2Nであり、第2領域20の厚さt2は、5nmである。第3領域30は、AlNであり、第3領域30の厚さt3は25nmである。
図3(a)に例示する第1構成CF1においては、第1領域10(SiC)と第3領域30(AlN)との間に、Al0.2Ga0.8Nの第2領域20が設けられる。図3(b)に例示する第2構成CF2においては、第1領域10(SiC)と第3領域30(AlN)との間に、Al0.8Ga0.2Nの第2領域20が設けられる。図3(c)に例示する第3構成CF3においては、第1領域10(SiC)と領域30A(Al0.2Ga0.8N)との間に、AlNの領域20Aが設けられる。図3(d)に例示する第4構成CF4においては、第1領域10(SiC)と領域30A(Al0.8Ga0.2N)との間に、AlNの領域20Aが設けられる。第2領域20及び領域20Aの厚さは、5nmである。第3領域30及び領域30Aの厚さは25nmである。
図4(a)及び図4(b)は、第1構成CF1に対応する。図4(c)及び図4(d)は、第2構成CF2に対応する。図5(a)及び図5(b)は、第3構成CF3に対応する。図5(c)及び図5(d)は、第4構成CF4に対応する。図4(a)、図4(c)、図5(a)及び図5(c)は、伝導帯CBのプロファイルを示している。これらの図の縦軸は、伝導帯CBのエネルギーE1(ev)である。図4(b)、図4(d)、図5(b)及び図5(d)は、分極電荷PSのプロファイルを示している。これらの図の縦軸は、分極電荷PS(単位C/cm3)である。分極電荷PSは、自発分極に基づく電荷に対応する。これらの図の横軸は、Z軸方向に沿った位置pZ(nm)である。
図6は、第1領域10におけるキャリア濃度CC(×1019cm−3)を例示している。キャリア濃度CCは、第1領域10の第2領域20(または領域20A)に対向する部分に生じるキャリア(2次元電子ガス10E)の濃度に対応する。図6の横軸は、第1〜第4構成CF1〜CF4に対応する。図6の縦軸は、キャリア濃度CCである。
図7に示す第5構成CF5おいて、第2領域20において緩和が生じている。第2領域20においては、例えば、第2領域20の組成x2に応じた無歪みの格子定数に近い格子長が得られている。さらに、第5構成CF5においては、第3領域30(例えばAlN)は、第2領域20と格子整合している。この場合、第3領域30には、引っ張り応力が加わる。第3領域30の格子長は、第3領域の組成x3に応じた無歪みの格子定数よりも大きい。
図8は、上記の第5構成CF5において、第2領域20におけるAl組成比x2を変えたときのキャリア濃度CC(×1019cm−3)を例示している。図8の横軸は、Al組成比x2である。縦軸は、キャリア濃度CCである。この例では、第1領域10は、6H−SiC基板である。第1領域10における格子長は、無歪みの6H−SiCの格子定数である。第2領域20は緩和しており、第2領域20の格子長は、第2領域20におけるAl組成比x2に応じた無歪みの格子定数である。第2領域20の厚さt2は、5nmである。第3領域30は、AlNである。第3領域30の厚さt3は、25nmである。図8に示すように、高いキャリア濃度CCが得られる。
図9に示すように、半導体装置111においては、第1電極51及び第2電極52の構成が、半導体装置110におけるそれらの構成とは異なる。半導体装置111におけるこれ以外の構成は、半導体装置110の構成と同じである。
図10に示すように、半導体装置112においては、第1電極51及び第2電極52の構成が、半導体装置110におけるそれらの構成とは異なる。半導体装置112におけるこれ以外の構成は、半導体装置110の構成と同じである。
図11に示すように、半導体装置113においては、第4領域10d及び第5領域10eが設けられる。半導体装置113におけるこれ以外の構成は、半導体装置110の構成と同じである。
図12は、第2実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図12に示すように、第2実施形態に係る半導体装置120も、第1領域10、第2領域20、第3領域30、及び、第1〜第3電極51〜53を含む。半導体装置120においてこれらの配置は、半導体装置110におけるこれらの配置と同じである。半導体装置120においては、<000−1>方向は、第1領域10から第2領域20への方向の成分を有する。
図13は、半導体装置120の特性のシミュレーション結果を例示している。図13において、横軸は、Z軸方向に沿った位置pZ(nm)である。縦軸は、エネルギーE1(eV)である。図13には、伝導帯CB及び価電子帯VBのエネルギーが示されている。この例では、第1領域10は、6H−SiC基板である。第2領域20は、Al0.8a0.2Nであり、第2領域20の厚さt2は、5nmである。第3領域30は、AlNであり、第3領域30の厚さt3は25nmである。
図14に示す半導体装置121のように、第2実施形態において、第1電極51の少なくとも一部は、第2方向(例えばX軸方向)において、第1領域10と重なっても良い。第2電極52の少なくとも一部は、第2方向において、第1領域10と重なっても良い。
図15に示す半導体装置122のように、第2領域20の一部は、第1方向(Z軸方向)において、第1電極51と第1部分領域11との間にあっても良い。第2領域20の別の一部は、第1方向(Z軸方向)において、第2電極52と第2部分領域12との間にあっても良い。
図16に示す半導体装置123のように、第4領域10d及び第5領域10eが設けられても良い。第4領域10dは、第1部分領域11と第1電極51との間に設けられる。第5領域10eは、第2部分領域12と第2電極52との間に設けられる。第4領域10dにおける不純物濃度は、第1部分領域11における不純物濃度よりも高い。第5領域10eにおける不純物濃度は、第2部分領域12における不純物濃度よりも高い。
図17(a)〜図17(d)は、第3実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
これらの図に示すように、半導体装置140a〜140dは、第1領域10、第2領域20、第3領域30、第1〜第3電極51〜53、及び、絶縁部40を含む。半導体装置140a〜140dにおいて、<0001>方向は、第1領域10から第2領域20への向きに沿う。半導体装置140a〜140dにおいて、以下の説明以外の構成は、例えば、半導体装置110の構成と同様である。
図18(a)〜図18(d)は、第4実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
これらの図に示すように、半導体装置141a〜141dも、第1領域10、第2領域20、第3領域30、第1〜第3電極51〜53、及び、絶縁部40を含む。半導体装置141a〜141dにおいて、<000−1>方向は、第1領域10から第2領域20への向きに沿う。半導体装置141a〜141dにおけるこれ以外の構成は、半導体装置140a〜140dの構成とそれぞれ同様である。
(構成1)
SiCを含み、第1部分領域と、第2部分領域と、前記第1部分領域と前記第2部分領域との間の第3部分領域と、を含む第1領域と、
第1電極であって、前記第1部分領域から前記第1電極への方向は第1方向に沿う、前記第1電極と、
第2電極であって、前記第2部分領域から前記第2電極への方向は前記第1方向に沿い、前記第1電極から前記第2電極への第2方向は、前記第1方向と交差した、前記第2電極と、
第3電極であって、前記第3部分領域から前記第3電極への方向は前記第1方向に沿い、前記第2方向における前記第3電極の位置は、前記第2方向における前記第1電極の位置と、前記第2方向における前記第2電極の位置と、の間にある、前記第3電極と、
Alx2Ga1−x2N(0.2≦x2<1)を含む第2領域と、
Alx3Ga1−x3N(x2<x3≦1)を含む第3領域であって、前記第3領域の少なくとも一部は前記第2方向において前記第1電極と前記第2電極との間に設けられ、前記第2領域の少なくとも一部は、前記第3領域と前記第1領域との間に設けられた、前記第3領域と、
を備えた、半導体装置。
(構成2)
絶縁部をさらに備え、
前記第1方向において、前記絶縁部と前記第2領域との間に前記第3領域の少なくとも一部が設けられた、構成1記載の半導体装置。
(構成3)
前記絶縁部の少なくとも一部は、前記第1方向において前記第3電極と前記第3領域との間に設けられた、構成2記載の半導体装置。
(構成4)
前記絶縁部は、第1絶縁層及び第2絶縁層を含み、
前記第1方向において、前記第1絶縁層と前記第3領域との間に前記第2絶縁層が設けられ、
前記第1絶縁層は、酸素を含み、
前記第2絶縁層は、窒素を含み、
前記第2絶縁層は、酸素を含まない、または、前記第2絶縁層における酸素の濃度は、前記第1絶縁層における酸素の濃度よりも低い、構成3記載の半導体装置。
(構成5)
前記第1絶縁層の一部は、前記第1方向において前記第3部分領域と前記第3電極との間にあり、
前記第1絶縁層の前記一部は、前記第1方向において前記第3部分領域と接した、構成4記載の半導体装置。
(構成6)
前記絶縁部の一部は、前記第2方向において前記第2領域と重なる、構成1〜5のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成7)
前記絶縁部の一部は、前記第2方向において前記第1領域と重なる、構成1〜6のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成8)
前記第3電極の少なくとも一部は、前記第2方向において前記第2領域と重なる、構成1〜7のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成9)
前記第1電極は、前記第1部分領域と電気的に接続され、
前記第2電極は、前記第2部分領域と電気的に接続された、構成1〜8のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成10)
前記第1電極の少なくとも一部は、前記第2方向において、前記第1領域と重なり、
前記第2電極の少なくとも一部は、前記第2方向において、前記第1領域と重なる、構成1〜9のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成11)
前記第2領域の一部は、前記第1電極と前記第1部分領域との間にあり、
前記第2領域の別の一部は、前記第2電極と前記第2部分領域との間にある、構成1〜9のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成12)
前記第1部分領域と前記第1電極との間に設けられた第4領域と、
前記第2部分領域と前記第2電極との間に設けられた第5領域と、
をさらに備え、
前記第4領域における不純物濃度は、前記第1部分領域における不純物濃度よりも高く、
前記第5領域における不純物濃度は、前記第2部分領域における不純物濃度よりも高い、構成1〜11のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成13)
前記第1領域は、6H−SiCを含む、構成1〜12のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成14)
前記x2は、0.5以上であり、
前記x3は、0.85以上である、構成1〜13のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成15)
前記第2領域の前記第1方向に沿う厚さは、2nm以上100nm以下である、構成1〜14のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成16)
前記第3領域の前記第1方向に沿う厚さは、前記第2領域の前記第1方向に沿う厚さよりも厚い、構成1〜15のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成17)
前記第3領域の前記第1方向に沿う厚さは、前記第2領域の前記第1方向に沿う厚さよりも薄い、構成1〜15のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成18)
前記第2領域の少なくとも一部は、前記第3電極の少なくとも一部と、前記第1領域と、の間に設けられた、構成1〜17のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成19)
前記第2領域の<0001>方向または<000−1>方向と前記第1方向との間の角度の差の絶対値は、8度以下である構成1〜18のいずれか1つに記載の半導体装置。
(構成20)
前記第2領域の前記第1領域の側の第1面と、前記第2領域の<0001>方向または<000−1>方向と、の間の角度の絶対値は、82度以上98度以下である、構成1〜18のいずれか1つに記載の半導体装置。
Claims (6)
- SiCを含み、第1部分領域と、第2部分領域と、前記第1部分領域と前記第2部分領域との間の第3部分領域と、を含む第1領域と、
第1電極であって、前記第1部分領域から前記第1電極への方向は第1方向に沿う、前記第1電極と、
第2電極であって、前記第2部分領域から前記第2電極への方向は前記第1方向に沿い、前記第1電極から前記第2電極への第2方向は、前記第1方向と交差した、前記第2電極と、
第3電極であって、前記第3部分領域から前記第3電極への方向は前記第1方向に沿い、前記第2方向における前記第3電極の位置は、前記第2方向における前記第1電極の位置と、前記第2方向における前記第2電極の位置と、の間にある、前記第3電極と、
Alx2Ga1−x2N(0.2≦x2<1)を含む第2領域と、
Alx3Ga1−x3N(x2<x3≦1)を含む第3領域であって、前記第3領域の少なくとも一部は前記第2方向において前記第1電極と前記第2電極との間に設けられ、前記第2領域の少なくとも一部は、前記第3領域と前記第1領域との間に設けられた、前記第3領域と、
を備えた、半導体装置。 - 絶縁部をさらに備え、
前記絶縁部の一部は、前記第2方向において前記第2領域と重なる、請求項1記載の半導体装置。 - 前記絶縁部の一部は、前記第2方向において前記第1領域と重なる、請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記第3電極の少なくとも一部は、前記第2方向において前記第2領域と重なる、請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記x2は、0.5以上であり、
前記x3は、0.85以上である、請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第2領域の前記第1領域の側の第1面と、前記第2領域の<0001>方向または<000−1>方向と、の間の角度の絶対値は、82度以上98度以下である、請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体装置。
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