JP2020126920A - 半導体装置及びその製造方法 - 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、実施形態に係る半導体装置110は、第1層10、第1電極51及び第1窒化物領域21を含む。
図2に示す半導体装置110aにおいて、第1導電形はn形である。この場合、第1部分領域11は、n+−SiCである。第1部分領域11を除く、第1層10の他の部分は、例えばn−−SiCである。例えば、第1層10は、N、P及びAsよりなる群から選択された少なくともいずれかを含む。
図3に示す半導体装置110bにおいて、第1導電形はp形である。この場合、第1部分領域11は、p+−SiCである。第1部分領域11を除く、第1層10の他の部分は、例えばp−−SiCである。例えば、第1層10は、B、Al及びGaよりなる群から選択された少なくともいずれかを含む。
実験においては、第1層10は、n形のSiCである。第1層10の上に、第1窒化物領域21として、n形のAlx1Ga1−x1Nが気相成長される。実験においては、Al組成比は、変更される。Alx1Ga1−x1Nの積層成長において、Al組成比x1が0.25〜1の場合、V/III比は、1100である。Al組成比x1が0の場合、V/III比は、38である。このようなV/III比は、一般的な条件のV/III比に比べて、低い。
図4の横軸は印加電圧Va(V)である。縦軸は、電流Ic(×10−2A)である。図4には、第1窒化物領域21が設けられない半導体装置119の特性も例示されている。半導体装置119においては、n形のSiCは、第1電極51と接する。
図5の横軸は、Alの組成比x1である。縦軸は、抵抗R(Ω)である。抵抗Rは、図4の特性から算出される。図4に示すように、抵抗は、Alの組成比x1が低いと低くなる。
図6(a)〜図6(e)は、Alの組成比x1が、1、0.75、0.5、0.25及び0の試料に対応する。これらの図はn形のAlx1Ga1−x1Nの気相成長の後で、第1電極51を形成する前の試料の表面のAFM像である。AFM像において、横方向は、X軸方向における位置px(μm)である。縦方向は、Y軸方向における位置py(μm)である。
図7は、Alの組成比x1が0の試料の表面のSEM像である。図7に示すように、表面(SiCの表面)に凸状部が観察される。
これらの図は、第1窒化物領域21において、Al組成比x1は、0である。この場合、第1窒化物領域21は、GaNである。この場合、図7に示すように、第1窒化物領域21は、島状である。
これらの図は、第1窒化物領域21において、Al組成比x1は、0.25である。この場合、第1窒化物領域21は、Al0.25Ga0.75Nである。この場合、第1窒化物領域21は、連続膜である。第1窒化物領域21は、第1凸状部21pと第1凹部21dを含む。
図11に示すように、実施形態に係る半導体装置120は、第1層10、第1電極51及び第1窒化物領域21に加えて、第2層20及び第2電極52を含む。第2層20は、上記の第1材料(例えばSiC)を含む。第2層20は、第2導電形である。第2導電形は、n形及びp形の他方である。
図12に示すように、実施形態に係る半導体装置130は、第1層10、第1電極51及び第1窒化物領域21に加えて、第2電極52、第3電極53及び第2窒化物領域22をさらに含む。第2窒化物領域22は、Alx2G1−x2N(0≦x2<1)を含む。第2窒化物領域22の材料(及び構成)は、第1窒化物領域21と実質的に同じでも良い。
第2実施形態は、半導体装置の製造方法に係る。
図13に示すように、第1層10の上に、第1窒化物領域21を形成する(ステップS110)。第1層10は、第1材料を含む。第1材料は、炭化シリコン、シリコン、カーボン及びゲルマニウムよりなる群から選択された少なくとも1つを含む。第1層10は、第1導電形である。第1導電形は、n形及びp形の一方である。第1窒化物領域21は、Alx1G1−x1N(0≦x1<1)を含む。第1窒化物領域21は、第1凸状部21pを含む。第1窒化物領域21は、上記の第1導電形である。
Claims (20)
- 炭化シリコン、シリコン、カーボン及びゲルマニウムよりなる群から選択された少なくとも1つを含む第1材料を含み、第1部分領域を含み、前記第1部分領域は、n形及びp形の一方の第1導電形の第1層と、
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、
前記第1部分領域と前記第1電極との間に設けられ、Alx1G1−x1N(0≦x1<1)を含み、前記第1方向に突出した第1凸状部を含み、前記第1導電形の第1窒化物領域と、
を備えた、半導体装置。 - 前記第1方向に対して垂直な方向沿う前記第1凸状部の長さは、0.2μm以上5μm以下である、請求項1記載の半導体装置。
- 前記第1方向に沿う前記第1凸状部の高さは、10nm以上1000nm以下である、請求項1記載の半導体装置。
- 前記第1窒化物領域は、第1凹部をさらに含む、請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第1窒化物領域は、網状、または、島状である、請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第1窒化物領域は、連続膜状である、請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第1凸状部は、前記第1電極と接する、請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第1窒化物領域は、前記第1電極と接する、請求項1〜7のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第1窒化物領域は、前記第1部分領域と接する、請求項1〜8のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第1窒化物領域の厚さは、10nm以上2000nm以下である、請求項1〜9のいずれか1つの記載の半導体装置。
- 前記第1材料は、前記炭化シリコンを含み、
前記x1は、0.3以下である、請求項1〜10のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第1導電形はn形であり、
前記第1窒化物領域の+c軸方向は、前記第1層から前記第1電極への向きの成分を含む、請求項11記載の半導体装置。 - 前記第1導電形はp形であり、
前記第1窒化物領域の−c軸方向は、前記第1層から前記第1電極への向きの成分を含む、請求項11記載の半導体装置。 - 前記第1材料を含み前記n形及び前記p形の他方の第2導電形の第2層と、
前記第2層と電気的に接続された第2電極と、
をさらに備えた、請求項1〜13のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第2層の少なくとも一部は、前記第2電極と前記第1電極との間にあり、
前記第1部分領域の少なくとの一部は、前記第2層と前記第1電極との間にある、請求項14記載の半導体装置。 - 第2電極と、
第3電極と、
Alx2G1−x2N(0≦x2<1)を含む第2窒化物領域と、
をさらに備え、
前記第1層は、第2部分領域及び第3部分領域をさらに含み、
前記第1部分領域から前記第2部分領域への第2方向は、前記第1方向と交差し、
前記第3部分領域は、前記第1部分領域と前記第2部分領域との間にあり、
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窒化物領域は、前記第2部分領域と前記第2電極との間に設けられ、
前記第2窒化物領域は、前記第1方向に突出した第2凸状部を含む、請求項1〜13のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 第1部分及び第2部分を含み、AlzGa1−zN(0<z≦1)を含む第3窒化物領域をさらに備え、
前記第1層は、第4部分領域及び第5部分領域をさらに含み、
前記第4部分領域は、前記第2方向において、前記第1部分領域と前記第3部分領域との間にあり、
前記第5部分領域は、前記第2方向において、前記第3部分領域と前記第2部分領域との間にあり、
前記第4部分領域から前記第1部分への方向は、前記第1方向に沿い、
前記第5部分領域から前記第2部分への方向は、前記第1方向に沿う、請求項16記載の半導体装置。 - 前記第3窒化物領域は、第3部分をさらに含み、
前記第3部分は、前記第3部分領域と前記第3電極との間にある、請求項17記載の半導体装置。 - 炭化シリコン、シリコン、カーボン及びゲルマニウムよりなる群から選択された少なくとも1つを含む第1材料を含みn形及びp形の一方の第1導電形の第1層の上に、Alx1G1−x1N(0≦x1<1)を含み第1凸状部を含み前記第1導電形の第1窒化物領域を形成し、
前記第1窒化物領域の上に第1電極を形成する、半導体装置の製造方法。 - 前記第1窒化物領域の形成は、V族元素を含む第1原料ガスと、III属元素を含む第2原料ガスと、を前記第1層に向けて供給することを含み、
単位時間当たりに供給されるV族元素の原子の数の前記単位時間当たりに供給されるIII族元素の原子の数に対する比は、5000以下である請求項19記載の半導体装置の製造方法。
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