JP2023056037A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】実施形態によれば、半導体装置は、基板と、Alx1Ga1-x1N(0≦x1<1)を含みマグネシウムを含む第1半導体層と、を含む。前記第1半導体層は、第1領域、第2領域及び第3領域を含む。前記第1領域は、前記基板と前記第3領域との間にある。前記第2領域は、前記第1領域と前記第3領域との間にある。前記第1領域におけるマグネシウムの第1濃度は、前記第3領域におけるマグネシウムの第3濃度よりも高い。前記第2領域におけるマグネシウムの第2濃度は、前記基板から前記第1半導体層への第1向きに沿って低下する。前記第1向きに沿った位置の変化に対する前記第2濃度の対数の第2変化率は、前記第1向きに沿った位置の変化に対する前記第3濃度の対数の第3変化率よりも高い。
【選択図】図1
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、基板10s及び第1半導体層10を含む。この例では、半導体装置110は、第2半導体層20をさらに含む。半導体装置110は、第3半導体層30をさらに含んでも良い。
図2の横軸は、Z軸方向に沿った位置pZである。グラフにおいて、右から左への向きが、第1向き(+Z向き)に対応する。図2の縦軸は、マグネシウム濃度の対数CMgである。図2には、第1領域11におけるマグネシウムの第1濃度の対数CMg1、第2領域12におけるマグネシウムの第2濃度の対数CMg2、及び、第3領域13におけるマグネシウムの第3濃度の対数CMg3が示されている。図2には、第2半導体層20におけるマグネシウムの濃度の対数CMg20も示されている。
ΔCMg2=(log10(CMg(p1))―log10(CMg(p3)))/((pZ(p1)―pZ(p3))
で表される。第2変化率ΔCMg2の単位は、(log10(1/cm3))/nmである。
ΔCMg3=(log10(CMg(p3))―log10(CMg(p2)))/((pZ(p3)―pZ(p2))
で表される。第3変化率ΔCMg3の単位は、(log10(1/cm3))/nmである。
図3は、Mgを含むGaN層において、製造条件と、GaN層に含まれるMgの濃度と、の関係を示している。図3の横軸は、Mgを含むGaNを成長させる際のアンモニアの分圧PN(kPa)である。図3の縦軸は、Mgの濃度CMg0である。濃度CMg0は、対数で表示されている。
図4に示すように、基板10s準備する。例えば、基板10sの上に第3半導体層30が形成されても良い。基板10sの上に(この例では第3半導体層30)の上に、第1領域11を形成する。第1領域11は、ガリウムを含む原料と、アンモニアと、マグネシウムを含む原料と、を含む第1ガスを用いて形成される。第1領域11の形成において、アンモニアの分圧PNは第1分圧である。第1分圧は、比較的低い。第1分圧は、例えば、5kPa以上15kPa以下である。
図5(a)は、上記の条件で製造した第1試料SP1におけるMgの濃度のSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)分析結果を例示している。第1試料SP1の製造において、第2分圧は、第1分圧よりも高い。第3分圧は、第2分圧よりも低く、第1分圧よりも高い。
図6は、第1試料SP1の条件(第2分圧が第1分圧よりも高い)で形成されたトランジスタの特性を例示している。この図には、第3領域13の厚さt3が異なる複数の試料の測定結果が示されている。これらの図の横軸は、第3領域13の厚さt3(nm)である。縦軸は、しきい値電圧Vth(V)である。
図7の横軸は、Z軸方向に沿った位置pZである。グラフにおいて、右から左への向きが、第1向き(+Z向き)に対応する。図7の縦軸は、炭素濃度の対数CCである。図7には、第1領域11における炭素の濃度の対数CC1、第2領域12における炭素の対数CC2、及び、第3領域13における炭素の濃度の対数CC3が示されている。
図8(a)は、第1試料SP1における炭素の濃度のSIMS分析結果を例示している。既に説明したように、第1試料SP1の製造において、第2分圧は、第1分圧よりも高い。第1試料SP1において、第3分圧は、第1分圧よりも高い。図8(b)は、上記の第2試料SP2に対応する。第2試料SP2の製造において、第2分圧は、第1分圧と同じであり、第3分圧は、第1分圧と同じである。
図9に示すように、実施形態に係る半導体装置120は、基板10s、第1半導体層10及び第2半導体層20に加えて、第1電極51、第2電極52及び第3電極53を含む。この例では、半導体装置120は、第3半導体層30を含む。半導体装置120において、基板10s、第1半導体層10、第2半導体層20及び第3半導体層30の構成は、半導体装置110のそれらの構成と同じで良い。以下、電極の例について説明する。
第2実施形態は、半導体装置の製造方法に係る。
図12(a)及び図12(b)は、第2実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示するフローチャート図である。
図12(a)に示すように、製造方法において、基板10sを準備する(ステップS100)。基板10sに第3半導体層30が設けられても良い。
Claims (14)
- 基板と、
Alx1Ga1-x1N(0≦x1<1)を含みマグネシウムを含む第1半導体層と、
を備え、
前記第1半導体層は、第1領域、第2領域及び第3領域を含み、
前記第1領域は、前記基板と前記第3領域との間にあり、
前記第2領域は、前記第1領域と前記第3領域との間にあり、
前記第1領域におけるマグネシウムの第1濃度は、前記第3領域におけるマグネシウムの第3濃度よりも高く、
前記第2領域におけるマグネシウムの第2濃度は、前記基板から前記第1半導体層への第1向きに沿って低下し、
前記第1領域は炭素を含まない、または、
前記第1領域における炭素の濃度は、前記第3領域における炭素の前記濃度よりも低い、半導体装置。 - 前記第3濃度は、前記第1向きに沿って低下する、請求項1記載の半導体装置。
- 前記第1向きに沿った位置の変化に対する前記第1濃度の対数の第1変化率は、前記第1向きに沿った位置の変化に対する前記第3濃度の対数の第3変化率よりも低い、請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記第3領域は炭素を含み前記第2領域は炭素を含まない、または、
前記第3領域における炭素の濃度は、前記第2領域における炭素の濃度よりも高い、請求項1~3のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第3領域における炭素の前記濃度は、3×1016/cm3以上5×1017/cm3以下であり、
前記第2領域における炭素の前記濃度は、2×1015/cm3以上2×1016/cm3以下である、請求項4記載の半導体装置。 - 前記第1領域における炭素の濃度は、前記第2領域における炭素の前記濃度よりも低い、請求項1~5のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第1領域における炭素の前記濃度は、1×1014/cm3以上2×1016/cm3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。
- (log10(1/cm3))/nmの単位において、前記第1向きに沿った位置の変化に対する前記第2濃度の対数の第2変化率は、0.01以上0.2以下である、請求項1~7のいずれか1つに記載の半導体装置。
- (log10(1/cm3))/nmの単位において、前記第3変化率は、0.0001以上0.002以下である、請求項3に記載の半導体装置。
- 前記第3領域の前記第1向きに沿った厚さは、10nm以上1000nm以下である、請求項1~9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向きに沿った厚さは、5nm以上200nm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3濃度の前記第3領域における平均値は、前記第1濃度の前記第1領域における平均値の1/10以下である、請求項1~11のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第3濃度の前記第3領域における平均値は、5×1016/cm3以下である、請求項1~11のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第1濃度の前記第1領域における平均値は、5×1016/cm3以上、5×1018/cm3以下である、請求項1~12のいずれか1つに記載の半導体装置。
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