JP2021061385A - 窒化物半導体基板および窒化物半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
かかる構成を有することで、挿入された層の悪影響を極力抑えつつ、電子供給層へのp型導電性元素の拡散を効果的に低減することができる。
本発明の窒化物半導体装置は、前記窒化物半導体基板を用いて製造されたものである。
下地基板Sとして、結晶面方位(111)、pタイプ、6インチSi単結晶基板を公知の基板洗浄方法で清浄化した後、MOCVD装置内にセットして、装置内をキャリアガスで置換後昇温し、1000℃×15分間、水素100%雰囲気で保持する熱処理を行い、シリコン単結晶表面の自然酸化膜を除去した。
第四層4を積層しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、比較例1の評価用サンプルを作製した。
層厚は、各評価用サンプルを直径方向に劈開し、主面中央付近から破片をサンプリングし、測定用の試料を得た。この試料を、厚さ方向に対してSIMS(二次イオン質量分析法)を用いて測定し、Mg濃度プロファイルを得て、第二層2と第三層3との界面におけるMg濃度の、第四層4と第三層3との界面におけるMg濃度の割合(以下、Mg比率)を算出した。
次に、STEM観察したのと同じ評価サンプルについて、Van Der Pauw法によるホール効果測定を行い、電子の移動度を評価した。はじめに、評価サンプルを7mm角のチップにダイシングし、個々のチップの第四層4上の四隅に、径0.25mmのTi/Al電極を、真空蒸着により形成した。次にN2雰囲気で600℃、5分間の合金化熱処理を行った。そして、ナノメトリクス・ジャパン(株)製HL5500PCを用いて、ホール効果測定を行った。そして、比較例1との比で、移動度のレベルを表し、1以下を×、1.1以下を△、1.2以上を〇とし、△と〇を実施例とした。
ノーマリオフ特性の指標として用いるしきい値電圧の測定は、それぞれ作製した評価サンプルの第四層4上に、リセスゲートのショットキー電極(Ni/Au)及びソース・ドレインとしてオーミック電極(Ti/Al)の電極形成及び素子分離を行い、電界効果型トランジスタのデバイスを形成後、室温にてカーブトレーサーによるI−V測定を行うことにより実施した。そして、しきい値電圧については、比較例1を0Vとした基準を設けて、この基準からどのくらいシフトしたかを電圧値として表した。
なお、実施例1における第四層4のMg濃度は1E+19atoms/ccであった。
第四層4の成長温度を950℃とした以外は、実施例1と同様にして、実施例2の評価用サンプルを作製した。
その結果、Mg比率1/100、移動度〇、しきい値はプラスとなった。なお、移動度は実施例1よりは劣っていたが、これは、実施例1と比べて、Mg比率が大(Mg濃度の減少率が小さい)であることに起因する。
第四層4のMg濃度が5E+18atoms/ccとなるように、Cp2Mgの流量を調整した以外は、実施例1と同様にして、実施例3の評価用サンプルを作製した。
その結果、Mg比率1/105、移動度〇、しきい値はプラスとなった。なお、しきい値は実施例1よりは劣っていたが、これは、実施例1よりは第四層4のMg濃度が小さいことに起因する。
第四層4の成長温度を1030℃とした以外は、実施例1と同様にして、比較例2の評価用サンプルを作製した。
その結果、第四層4のMg濃度は1E+19atoms/cc、Mg比率1/80、移動度×、しきい値はプラスとなった。移動度の悪化は、Mg濃度の減少率が1/100より大きいためである。
第四層4のMg濃度が3E+18atoms/ccとなるように、Cp2Mgの流量を調整した以外は、実施例1と同様にして、比較例3の評価用サンプルを作製した。
その結果、Mg比率1/105、移動度〇、しきい値はマイナスとなった。しきい値がマイナスになったのは、第四層4のMg濃度が小さいことに起因する。
ここでは、本発明の効果を顕在化させるため、実施例1における第四層4の成長温度を800℃とした比較例5の評価用サンプルを作製した。AFMで観察した結果、内径10nmを超える開口部を有するピットが密度6E+9/cm2で観察された。
S 下地基板(Si単結晶)
B バッファー層
G 積層構造体
1 第一層(電子走行層)
2 第二層(電子供給層)
3 第三層(第一の拡散抑制層)
4 第四層(ノーマリオフ支援層)
5 第五層(第二の拡散抑制層)
E1 ドレイン電極
E2 ゲート電極
E3 ソース電極
Claims (6)
- 13族窒化物半導体からなる積層構造体を少なくとも備えた窒化物半導体基板であって、前記積層構造体は、第一層と、前記第一層よりバンドギャップの大きい第二層と、層厚が0.25nm以上2nm以下で前記第二層よりバンドギャップの大きい第三層と、p型導電性不純物を5E+18atoms/cc以上含む第四層と、がこの順で積層されており、前記第二層と前記第三層との界面における前記p型導電性不純物濃度が、前記第四層と前記第三層との界面における前記p型導電性不純物濃度の1/100以下であることを特徴とする窒化物半導体基板。
- 前記第一層と前記第二層との間に、層厚が0.25nm以上5nm以下で前記第二層よりバンドギャップの大きい窒化物半導体からなる第五層がさらに備わることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体基板。
- 前記第一層がGaN、前記第二層がAlGaN、前記第三層および前記第五層がAlN、ならびに前記第四層がGaNで形成され、
前記p型導電性不純物がMgであることを特徴とする、請求項1または2に記載の窒化物半導体基板。 - 下地基板上に窒化物半導体からなるバッファー層を介して前記積層構造体が形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の窒化物半導体基板。
- 前記第四層の表面にピットが存在し、
前記ピットの形状は、前記表面上に内径10nm以下の開口部を有するすり鉢状であり、
前記ピットの密度は1E+10ヶ/cm2以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の窒化物半導体基板。 - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の窒化物半導体基板を用いて製造された窒化物半導体装置。
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