JP4932305B2 - Method for producing group III nitride compound semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は一般式AlxGayIn1-x-yNで表されるIII族窒化物系化合物半導体から成る素子及びその製造方法に関する。本発明は特にIII族窒化物系化合物半導体から成る電界効果トランジスタに有効である。 The present invention relates to a device comprising a group III nitride compound semiconductor represented by the general formula Al x Ga y In 1-xy N and a method for producing the same. The present invention is particularly effective for a field effect transistor made of a group III nitride compound semiconductor.
図4はヘテロバイポーラトランジスタ900の構成を示す断面図である。ヘテロバイポーラトランジスタ900は、任意の基板90に、必要であれば図示しないバッファ層等を介して、マグネシウムをドープしたp型GaNから成るコレクタ層91p、シリコンをドープしたn型GaNから成るベース層92n、マグネシウムをドープしたp型AlGaNから成る第2エミッタ層93p、マグネシウムをドープしたp型GaNから成る第1エミッタ層94pが順次形成されている。また、ドライエッチングにより段差が形成されており、p型GaNから成るコレクタ層91pとn型GaNから成るベース層92nの表面が一部露出している。p型GaNから成るコレクタ層91p、n型GaNから成るベース層92n及びp型GaNから成る第1エミッタ層94pに、各々、コレクタ電極C、ベース電極B及びエミッタ電極Eが形成されている。このような構成のpnp型のヘテロバイポーラトランジスタ900が非特許文献1等に記載されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the
ところで、非特許文献2に記載された通り、III族窒化物系化合物半導体はいわゆるウエットエッチングが困難であり、ドライエッチングが常用されている。しかし、非特許文献3に記載された通り、主としてII価元素が用いられるアクセプタをドープされたp型層は、アンドープ層やn型層に比較してドライエッチングによる表面荒れが顕著で、エッチング面にオーミック性の良好な電極を形成することが困難である。
以上を踏まえると、図5の断面図で示される構成の電界効果トランジスタ(FET)又は高電子移動度トランジスタ(HEMT)を構成しても、チャネル形成層96の電位が安定しないことが理解できる。即ち、図5のFET950は、任意の基板90に、必要であれば図示しないバッファ層等を介して、マグネシウムをドープしたp型GaNから成るpボディ層95p、アンドープGaNから成るチャネル形成層96i、アンドープAlGaNから成る歪層97iを有する。また、エッチングによりpボディ層95pを一部露出させてボディ電極Bdを形成する。歪層97iにはソース電極Sとドレイン電極Dが形成され、それらの間に絶縁膜98(ゲート絶縁膜)を介してゲート電極Gが形成されている。ここでボディ電極Bdに例えば接地電位を接続して、pボディ層95pを介してチャネル形成層96iを接地電位に保つ。こうして、チャネル形成層96iと歪層97iとの界面に形成される二次元電子ガス(2DEG)を利用して、ゲート電極Gの電位変化によりソース電極Sとドレイン電極D間の電流を制御するものである。この点で、エッチングにより露出したp型GaNから成るpボディ層95pにボディ電極Bdを形成すると、オーミック性の良い電極が形成できないので、チャネル形成層96iを接地電位に安定して保てない。するとFET950は素子特性が安定せず、使用が困難である。
Based on the above, it can be understood that the potential of the channel formation layer 96 is not stable even when the field effect transistor (FET) or the high electron mobility transistor (HEMT) having the configuration shown in the cross-sectional view of FIG. That is, the FET 950 in FIG. 5 includes an
そこで本発明の目的は、III族窒化物系化合物半導体から成る電界効果トランジスタ(FET)又は高電子移動度トランジスタ(HEMT)において、i型のチャネル形成層の電位を安定できるよう、それに接続されるp型領域を、オーミック電極が形成容易な状態で形成することである。 Accordingly, an object of the present invention is to connect to a field effect transistor (FET) or a high electron mobility transistor (HEMT) made of a group III nitride compound semiconductor so that the potential of the i-type channel forming layer can be stabilized. The p-type region is formed in a state where an ohmic electrode can be easily formed.
請求項1に係る発明は、III族窒化物系化合物半導体素子の製造方法において、アクセプタがドープされた第1のIII族窒化物系化合物半導体層の表面の一部に、組成が異なり、アクセプタが拡散しにくい第2のIII族窒化物系化合物半導体層から成るマスクを形成する工程と、第1のIII族窒化物系化合物半導体層の露出面と、第2のIII族窒化物系化合物半導体層から成るマスクの表面とに、ドーパントを供給せずに第3のIII族窒化物系化合物半導体層をエピタキシャル成長させる工程とを有し、第3のIII族窒化物系化合物半導体層をエピタキシャル成長させる工程においては、第1のIII族窒化物系化合物半導体層の露出面上の第3のIII族窒化物系化合物半導体層中には第1のIII族窒化物系化合物半導体層中のアクセプタを拡散させ、第2のIII族窒化物系化合物半導体層から成るマスク上の第3のIII族窒化物系化合物半導体層中には第1のIII族窒化物系化合物半導体層中のアクセプタを拡散させないことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法である。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a group III nitride compound semiconductor device, wherein the composition is different on a part of the surface of the first group III nitride compound semiconductor layer doped with the acceptor, A step of forming a mask made of a second group III nitride compound semiconductor layer which is difficult to diffuse, an exposed surface of the first group III nitride compound semiconductor layer, and a second group III nitride compound semiconductor layer And a step of epitaxially growing a third group III nitride compound semiconductor layer without supplying a dopant to the surface of the mask comprising: a step of epitaxially growing the third group III nitride compound semiconductor layer. Diffusing acceptors in the first group III nitride compound semiconductor layer into the third group III nitride compound semiconductor layer on the exposed surface of the first group III nitride compound semiconductor layer, Second Group III Nitrogen A group III nitride characterized in that the acceptor in the first group III nitride compound semiconductor layer is not diffused into the third group III nitride compound semiconductor layer on the mask made of the compound compound semiconductor layer. This is a method for manufacturing a semiconductor compound semiconductor device.
請求項2に係る発明は、第1のIII族窒化物系化合物半導体層の露出面上方の、アクセプタの拡散した最上層に電極を形成することを特徴とする。請求項3に係る発明は、第2のIII族窒化物系化合物半導体層から成るマスク上方に形成されるいずれかのIII族窒化物系化合物半導体層に、少なくとも合計2個の電極を形成することを特徴とする。
The invention according to
請求項4に係る発明は、第2のIII族窒化物系化合物半導体層は、III族元素中のアルミニウムの組成が50%以上であることを特徴とする。尚、III族元素中のアルミニウムの組成が50%以上であるとは、一般式AlxGayIn1-x-yNにおいて、アルミニウム組成xが0.5以上であることを言う。 The invention according to claim 4 is characterized in that the second group III nitride compound semiconductor layer has a composition of aluminum in the group III element of 50% or more. In addition, the composition of aluminum in the group III element being 50% or more means that the aluminum composition x is 0.5 or more in the general formula Al x Ga y In 1-xy N.
請求項5に係る発明は、第2のIII族窒化物系化合物半導体層から成るマスクを形成する工程は、700℃以下の温度でエピタキシャル成長により第2のIII族窒化物系化合物半導体層を形成する工程と、エッチングマスクを形成する工程と、エッチングマスクに覆われていない第2のIII族窒化物系化合物半導体層をウエットエッチングにより除く工程と、加熱により前記第2のIII族窒化物系化合物半導体層から成るマスクを結晶化する工程と、エッチングマスクを除去する工程とを有することを特徴とする。請求項6に係る発明は、アクセプタはマグネシウムであることを特徴とする。
In the invention according to claim 5, the step of forming the mask made of the second group III nitride compound semiconductor layer forms the second group III nitride compound semiconductor layer by epitaxial growth at a temperature of 700 ° C. or lower. A step of forming an etching mask, a step of removing the second group III nitride compound semiconductor layer not covered with the etching mask by wet etching, and the second group III nitride compound semiconductor by heating. The method includes a step of crystallizing a mask made of layers and a step of removing the etching mask. The invention according to
アクセプタを含有する第1のIII族窒化物系化合物半導体層上に、ドーパントを供給しないでIII族窒化物系化合物半導体をエピタキシャル成長させると、第1のIII族窒化物系化合物半導体層中に存在するアクセプタが上部の「アンドープ」層に拡散することが知られている。これは、MOCVD装置内部のコンタミネーション、いわゆるアクセプタのメモリー効果によるものを完全に除いても、或いは第1のIII族窒化物系化合物半導体層表面を酸処理した後にアクセプタフリーのMOCVD装置を用いて上層の「アンドープ層」を形成しようとしても、第1のIII族窒化物系化合物半導体層中に存在するアクセプタが上部の「アンドープ」層に拡散する(H. Xing et al., Jpn. J. Appl. Phys., vol. 42 (2003) Pt. 1, No. 1, pp. 50-53)。 When a group III nitride compound semiconductor is epitaxially grown on the first group III nitride compound semiconductor layer containing an acceptor without supplying a dopant, the group III nitride compound semiconductor layer exists in the first group III nitride compound semiconductor layer. It is known that acceptors diffuse into the upper “undoped” layer. Even if the contamination inside the MOCVD apparatus, which is due to the so-called acceptor memory effect, is completely removed, or after the surface of the first group III nitride compound semiconductor layer is acid-treated, the acceptor-free MOCVD apparatus is used. Even if an upper “undoped layer” is to be formed, the acceptor present in the first group III nitride compound semiconductor layer diffuses into the upper “undoped” layer (H. Xing et al., Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 42 (2003) Pt. 1, No. 1, pp. 50-53).
一方、本発明者らは、窒化アルミニウム層を介すれば、当該上方へのアクセプタの拡散を阻止できることを見出し、出願している(特願2005−280485)。 On the other hand, the present inventors have found out that the diffusion of the acceptor upward can be prevented through the aluminum nitride layer (Japanese Patent Application No. 2005-280485).
そこで本発明は、アクセプタの上層への拡散を防止できる様なマスクを形成することで、当該マスク上部にはi型領域が、マスクを形成していない部分にはp型領域が形成されることを利用して所望の構成の半導体装置を形成するものである。即ち、アクセプタを含有する第1のIII族窒化物系化合物半導体層表面の一部に、隣接する層からアクセプタが拡散しにくい第2のIII族窒化物系化合物半導体から成るマスクを形成する。この後に第3のIII族窒化物系化合物半導体をアクセプタ原料の供給無しにエピタキシャル成長させると、マスク上部には第1のIII族窒化物系化合物半導体層からアクセプタが拡散しないのでアンドープの第3のIII族窒化物系化合物半導体が、マスクの形成されていない部分には第1のIII族窒化物系化合物半導体層からアクセプタが拡散するのでアクセプタを含有する第3のIII族窒化物系化合物半導体が形成される。この新規な方法により、エッチングを用いずに、p型領域とi型領域とが並んで最上層となる構成が容易に達成できる。これにより、半導体装置の構成の自由度が飛躍的に増大すると共に、従来困難とされた構成の半導体装置が容易に製造可能となる。 Therefore, according to the present invention, by forming a mask that can prevent diffusion to the upper layer of the acceptor, an i-type region is formed on the upper part of the mask, and a p-type region is formed on a portion where the mask is not formed. Is used to form a semiconductor device having a desired configuration. That is, a mask made of the second group III nitride compound semiconductor in which the acceptor is difficult to diffuse from an adjacent layer is formed on a part of the surface of the first group III nitride compound semiconductor layer containing the acceptor. Thereafter, when the third group III nitride compound semiconductor is epitaxially grown without supplying the acceptor raw material, the acceptor is not diffused from the first group III nitride compound semiconductor layer above the mask, so that the undoped third group III Since the acceptor diffuses from the first group III nitride compound semiconductor layer to the portion where the group nitride compound semiconductor is not formed with the mask, the third group III nitride compound semiconductor containing the acceptor is formed. Is done. By this new method, a configuration in which the p-type region and the i-type region are arranged side by side can be easily achieved without using etching. As a result, the degree of freedom of the configuration of the semiconductor device is dramatically increased, and a semiconductor device having a configuration that has been difficult in the past can be easily manufactured.
アクセプタの拡散を防ぐIII族窒化物系化合物半導体から成るマスクを形成するには、まず低温成長により非晶質又は多結晶の半導体層を形成し、エッチングでパターニングした後に加熱して結晶化させる方法を取ると良い。この場合、パターニングのためのエッチングは簡易なウエットエッチングを用いることが可能である。結晶化後は酸処理等に耐性があるので、エッチングマスクの除去も容易である。 In order to form a mask made of a group III nitride compound semiconductor that prevents acceptor diffusion, an amorphous or polycrystalline semiconductor layer is first formed by low-temperature growth, patterned by etching, and then heated and crystallized. Good to take. In this case, simple wet etching can be used for etching for patterning. After crystallization, the etching mask can be easily removed because it is resistant to acid treatment and the like.
マスクを形成するためのIII族窒化物系化合物半導体はアルミニウム組成が多いとアクセプタが拡散しにくいことが分かっており、実用的なのはアルミニウムが50%以上のものである。 It has been found that a group III nitride compound semiconductor for forming a mask has a high aluminum composition, it is difficult for an acceptor to diffuse. Practical is that aluminum is 50% or more.
アクセプタの拡散を防ぐマスクとなる第2のIII族窒化物系化合物半導体から成る層を形成する際、まず非晶質又は多結晶の半導体層とするため400℃以上800℃未満で成長すると良い。400℃未満で成長させては後の加熱でも結晶化が見込めず、800℃以上では当該層の成長中にアクセプタが拡散する。この成長温度は、より好ましくは500℃以上700℃以下である。 When forming a layer made of the second group III nitride compound semiconductor serving as a mask to prevent acceptor diffusion, the layer is preferably grown at 400 ° C. or higher and lower than 800 ° C. in order to form an amorphous or polycrystalline semiconductor layer. If it is grown below 400 ° C., crystallization cannot be expected even when it is heated later, and the acceptor diffuses during growth of the layer above 800 ° C. This growth temperature is more preferably 500 ° C. or higher and 700 ° C. or lower.
アクセプタの拡散を防ぐ第2のIII族窒化物系化合物半導体から成るマスクをパターニングにより形成した後の加熱は、800℃以上1300℃未満とする。800℃未満では低温成長させた層が結晶化せず、当該マスクの上部に形成されるる第3のIII族窒化物系化合物半導体の結晶性が向上しない。また、1300℃以上であると、アクセプタを含有する第1のIII族窒化物系化合物半導体やアクセプタの拡散を防ぐ第2のIII族窒化物系化合物半導体の熱分解等が生じ、上方に特性の良い半導体素子が形成できない。この加熱温度は900℃以上1200℃以下がより好ましく、1000℃以上1150℃以下が更に好ましい。このように、パターニングする前は第2のIII族窒化物系化合物半導体は十分に結晶化していないので、パターニングのためのエッチングは簡易なウエットエッチングを用いることが可能である。 The heating after forming the mask made of the second group III nitride compound semiconductor for preventing the diffusion of the acceptor by patterning is 800 ° C. or higher and lower than 1300 ° C. If it is less than 800 ° C., the layer grown at a low temperature does not crystallize, and the crystallinity of the third group III nitride compound semiconductor formed on the mask is not improved. Further, when the temperature is 1300 ° C. or higher, thermal decomposition or the like of the first group III nitride compound semiconductor containing the acceptor or the second group III nitride compound semiconductor that prevents the diffusion of the acceptor occurs. A good semiconductor element cannot be formed. The heating temperature is more preferably 900 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower, and further preferably 1000 ° C. or higher and 1150 ° C. or lower. As described above, since the second group III nitride compound semiconductor is not sufficiently crystallized before patterning, simple wet etching can be used for etching for patterning.
アクセプタを含有する第1のIII族窒化物系化合物半導体は、例えば独立した基板でも良く、或いは他の基板等にエピタキシャル成長させた層でも良い。アクセプタは、当該エピタキシャル成長時に原料導入する方法でも、或いはイオン注入その他の方法で当該層又は基板に後から導入する方法でも良い。その他本願の他の構成については、公知の技術から任意に選択して実施することが可能であることは言うまでもない。 The first group III nitride compound semiconductor containing an acceptor may be, for example, an independent substrate or a layer epitaxially grown on another substrate or the like. The acceptor may be a method of introducing a raw material during the epitaxial growth, or a method of introducing the acceptor into the layer or the substrate later by ion implantation or other methods. It goes without saying that other configurations of the present application can be arbitrarily selected from known techniques.
例えば請求項3に係る発明の「第2のIII族窒化物系化合物半導体層から成るマスク上方に形成されるいずれかのIII族窒化物系化合物半導体層に、少なくとも合計2個の電極を形成する」ものとしては、例えば電界効果トランジスタであれば、ソース電極とドレイン電極を当該同一の層上に形成する。この際、ゲート電極は、ソース電極とドレイン電極を設けた層に直接形成しても良く、或いは絶縁層その他の層を介して形成しても良い。
For example, in the invention according to
以下、断面図を用いて本発明の実施例を説明する。尚、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to cross-sectional views. In addition, this invention is not limited to a following example.
図1.A乃至図1.Fは、本発明の具体的な第1の実施例に係るHEMT100の製造工程を示す断面図である。図1.Fに示す通り、最終製品であるHEMT100は、次のように構成されている。任意の基板10に、必要であれば図示しないバッファ層等を介して、アクセプタであるマグネシウムをドープしたp型GaNから成るp型層1p(第1のIII族窒化物系化合物半導体層)、その中央部に厚さ20nm以下のアンドープAlNから成るマスク層2m(第2のIII族窒化物系化合物半導体層)が形成されている。p型層1pのマスク層2mが形成されていない部分の上にはマグネシウムがp型層1pから拡散したpボディ層4p(第3のIII族窒化物系化合物半導体層のp型領域)が、マスク層2mの上にはアンドープのチャネル形成層4i(第3のIII族窒化物系化合物半導体層のi型領域)が形成されている。pボディ層4pとアンドープのチャネル形成層4iの最上面は同じ高さである(第3のIII族窒化物系化合物半導体層)。pボディ層4pの上にはマグネシウムがpボディ層4pから更に拡散したp−AlGaN層5pが、アンドープのチャネル形成層4iの上にはアンドープのAlGaN層5iが形成されている。p−AlGaN層5pとアンドープのAlGaN層5iのアルミニウム組成は等しく、30%以下である。
FIG. A to FIG. F is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the
こうして、アンドープのAlGaN層5iの上には、ソース電極Sとドレイン電極Dが形成されており、更にそれらの間には、アンドープのAlGaN層5i上に二酸化ケイ素から成る絶縁膜6を介してゲート電極Gが形成されている。また、p−AlGaN層5pにはボディ電極Bdが形成されている。こうして、ソース電極Sとボディ電極Bdとを接地電位とし、ドレイン電極に正電位を印加し、ゲート電極Gを変化させることで、HEMT100をスイッチング素子又は増幅素子として作用させることができる。二次元電子ガス(2DEG)は、アンドープのチャネル形成層4iの、アンドープのAlGaN層5iとの界面且つゲート電極Gの下部に形成される。ボディ電極Bdは、p−AlGaN層5p及びpボディ層4pを介してアンドープのチャネル形成層4iの電位を接地電位に保つ作用を有する。こうして、アンドープのチャネル形成層4iの電位は安定した接地電位となり、HEMT100の素子特性が安定する。
Thus, the source electrode S and the drain electrode D are formed on the
図1.FのHEMT100は、次のように形成される。尚、ドープ又は拡散によりマグネシウムを含む層は、低抵抗化のための熱アニール前においては「高抵抗であって、p型とは言い難い」が、説明の都合上、当該熱アニール前においても、即ち低抵抗でなくてもp型と表現するものとする。
FIG. The
任意の基板10に、必要であれば図示しないバッファ層等を介して、マグネシウムをドープしたp型GaNから成るp型層1p、厚さ20nm以下のアンドープAlNから成る層2を順にエピタキシャル成長させる。この際、p型層1pは例えば1000乃至1150℃程度でエピタキシャル成長させ、アンドープAlNから成る層2は700℃以下、例えば600℃で形成する(図1.A)。
A p-
次に二酸化ケイ素によりエッチングマスク3を形成し(図1.B)、二酸化ケイ素のエッチングマスク3に覆われていない部分をKOH溶液でウエットエッチングする。この際、アンドープAlNから成る層2は低温成長されたものであって非晶質又は多結晶であるため、二酸化ケイ素のエッチングマスク3に覆われていないアンドープAlNから成る層2をウエットエッチングにより完全に除去することが可能である。また、マグネシウムをドープしたp型GaNから成るp型層1pがほとんどエッチングされないように制御可能である。
Next, an
次に、エッチングによりアンドープAlNから成る層2がパターニングされて形成されたマスク層2mを、結晶化させるため加熱する。この加熱温度は800℃以上とする。この加熱前においては、マスク層2mは、二酸化ケイ素のエッチングマスク3の酸処理による除去の際に浸食されうるものであるが、加熱により酸処理に対して耐蝕性を有するものとなる。こうして、加熱により耐蝕性となったマスク層2m上部の二酸化ケイ素のエッチングマスク3を酸処理により除去する(図1.C)。
Next, the
次に、マグネシウムフリーの清浄なMOCVD装置に移し、マグネシウム原料を導入すること無しに、GaN層とAlGaN層を順にエピタキシャル成長させる。これらは厚さの合計が100nm以下とすると良い。マグネシウム原料を導入せずにGaN層を形成するべくエピタキシャル成長を行うと、下層のp型層1pに接触する部分においては、当該p型層1pからマグネシウムが拡散して、pボディ層4pが形成される。一方、アンドープAlNから成るマスク層2mの上部は、p型層1pに接触せず、且つアンドープAlNから成るマスク層2mがアクセプタ(マグネシウム)を拡散させにくい層であるので、アンドープGaNから成るチャネル形成層4iが形成される。pボディ層4pとチャネル形成層4iは、その最上面が同じ高さとなるように最終的に形成される。即ち、pボディ層4pとチャネル形成層4iとは、p型領域とi型領域とが横方向に接した状態として形成される。次に導入原料に例えばトリメチルアルミニウムを追加することで、マグネシウム原料を導入すること無しに、AlGaN層をエピタキシャル成長させる。Al組成は5%以上30%以下とすると良い。pボディ層4pの上部には、pボディ層4pからマグネシウムが拡散して、p−AlGaN層5pが形成される。一方、チャネル形成層4iの上部には、アンドープAlGaN層5iが形成される。p−AlGaN層5pとアンドープAlGaN層5iは、その最上面が同じ高さとなるように最終的に形成され、p−AlGaN層5pとアンドープAlGaN層5iとは、p型領域とi型領域とが横方向に接した状態として形成される。エピタキシャル成長が終了した後、アクセプタ含有層の活性化を阻害する水素を除去すべく、加熱アニールを行う(図1.D)。
Next, the GaN layer and the AlGaN layer are epitaxially grown in order without introducing a magnesium raw material into a magnesium-free clean MOCVD apparatus. These may have a total thickness of 100 nm or less. When epitaxial growth is performed to form a GaN layer without introducing a magnesium raw material, magnesium diffuses from the p-
この後、二酸化ケイ素から成る絶縁膜6を形成する(図1.E)。絶縁膜6をパターニングして、露出したp−AlGaN層5p面にボディ電極Bd、露出したアンドープAlGaN層5i面にソース電極Sとドレイン電極D、また、ソース電極Sとドレイン電極Dの間の絶縁膜6上部にゲート電極Gを形成して、HEMT100が得られる(図1.F)。図1.FのHEMT100は、ボディ電極Bdの形成されるp−AlGaN層5p表面がエッチング処理されていないので、オーミック性が良好であり、ボディ電極Bdからp−AlGaN層5p、pボディ層4pを介してチャネル形成層4iを例えば接地電位に安定して保つことができる。これにより、図1.FのHEMT100は、素子特性の安定した電界効果トランジスタとなる。
Thereafter, an insulating
図2は、本発明の第2の実施例に係るHEMT200の構成を示す断面図である。図1のHEMT100のゲート電極GがアンドープAlGaN層5iとの間に絶縁膜6(ゲート絶縁膜)を介して形成されていたのに対し、図2のHEMT200は、ゲート電極G’をアンドープAlGaN層5iに直接形成するものである。その他の構成、及び製造方法は図1のHEMT100と同様である。図1のHEMT100と同様に、図2のHEMT200も、ボディ電極Bdがp−AlGaN層5pにオーミック性良く形成されており、チャネル形成層4iの電位を安定して保つことができ、素子特性の安定した電界効果トランジスタとなる。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the
図3は、本発明の第3の実施例に係るパワーFET300の構成を示す断面図である。図1のHEMT100が、ソース電極Sとドレイン電極Dとがゲート電極Gにより形成される二次元電子ガス(2DEG)両端に近接して形成されていたのに対し、図3のパワーFET300は、導電性のn型GaN基板20を用い、ドレイン電極Dをn型GaN基板20裏面に設けるものである。また、二次元電子ガス(2DEG)からn型GaN基板20を介してドレイン電極Dへの電流路を設けるため、p型層1pとアンドープAlNから成るマスク層2mとは、ゲート電極G中央部において孔部を有し、当該孔部はチャネル形成層4iで埋められている。また、p型層1pを形成する前に、n型GaN基板20表面には必要であれば図示しないバッファ層等を介してシリコンがドープされたn型GaN層21nがエピタキシャル成長により形成されている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of a
図3のパワーFET300は、n型GaN基板20にシリコンをドープしてn型としたGaN層21nをエピタキシャル成長により形成した後、図1.A乃至図1.Cと同様にp型層1pとアンドープAlNから成るマスク層2mとを形成してから、ドライエッチングによりp型層1pとマスク層2mの中央部に孔部を形成して、その底部にn型GaN層21nを露出させる。この後、図1.D乃至図1.Fと同様にして、マグネシウム原料を導入すること無しに、GaN層とAlGaN層をエピタキシャル成長させ、加熱アニールによりアクセプタ含有層を低抵抗化し、絶縁膜と各電極を形成して製造できる。図1のHEMT100や図2のHEMT200と同様に、図3のパワーFET300も、ボディ電極Bdがp−AlGaN層5pにオーミック性良く形成されており、チャネル形成層4iの電位を安定して保つことができ、素子特性の安定した電界効果トランジスタとなる。
In the
100、200:HEMT
300:パワーFET
10:基板(任意材料)
20:n型GaN基板
1:p型GaN層
2:アンドープAlN層
2m:アンドープAlNから成るマスク層
3:二酸化ケイ素から成るエッチングマスク
4p:マグネシウムが下層から拡散したp型GaNから成るpボディ層
4i:アンドープGaNから成るチャネル形成層
5p:マグネシウムが下層から拡散したp型AlGaN層
5i:アンドープAlGaN層
6:絶縁層
21:シリコンをドープしたn型GaN層
100, 200: HEMT
300: Power FET
10: Substrate (arbitrary material)
20: n-type GaN substrate 1: p-type GaN layer 2:
Claims (6)
アクセプタがドープされた第1のIII族窒化物系化合物半導体層の表面の一部に、組成が異なり、アクセプタが拡散しにくい第2のIII族窒化物系化合物半導体層から成るマスクを形成する工程と、
前記第1のIII族窒化物系化合物半導体層の露出面と、前記第2のIII族窒化物系化合物半導体層から成るマスクの表面とに、ドーパントを供給せずに第3のIII族窒化物系化合物半導体層をエピタキシャル成長させる工程とを有し、
前記第3のIII族窒化物系化合物半導体層をエピタキシャル成長させる工程においては、
前記第1のIII族窒化物系化合物半導体層の露出面上の前記第3のIII族窒化物系化合物半導体層中には前記第1のIII族窒化物系化合物半導体層中の前記アクセプタを拡散させ、
前記第2のIII族窒化物系化合物半導体層から成るマスク上の前記第3のIII族窒化物系化合物半導体層中には前記第1のIII族窒化物系化合物半導体層中の前記アクセプタを拡散させないことを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。 In the method for producing a group III nitride compound semiconductor device,
A step of forming a mask made of a second group III nitride compound semiconductor layer having a different composition and difficult to diffuse an acceptor on part of the surface of the first group III nitride compound semiconductor layer doped with an acceptor When,
The third group III nitride without supplying dopant to the exposed surface of the first group III nitride compound semiconductor layer and the surface of the mask made of the second group III nitride compound semiconductor layer. And a step of epitaxially growing a system compound semiconductor layer,
In the step of epitaxially growing the third group III nitride compound semiconductor layer,
The acceptor in the first group III nitride compound semiconductor layer is diffused in the third group III nitride compound semiconductor layer on the exposed surface of the first group III nitride compound semiconductor layer. Let
The acceptor in the first group III nitride compound semiconductor layer is diffused in the third group III nitride compound semiconductor layer on the mask made of the second group III nitride compound semiconductor layer. A method for producing a group III nitride compound semiconductor device, characterized in that the method is not performed.
700℃以下の温度でエピタキシャル成長により前記第2のIII族窒化物系化合物半導体層を形成する工程と、
エッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクに覆われていない前記第2のIII族窒化物系化合物半導体層をウエットエッチングにより除く工程と、
加熱により前記第2のIII族窒化物系化合物半導体層から成るマスクを結晶化する工程と、
前記エッチングマスクを除去する工程とを有することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のIII族窒化物系化合物半導体素子の製造方法。 Forming a mask comprising the second group III nitride compound semiconductor layer,
Forming the second group III nitride compound semiconductor layer by epitaxial growth at a temperature of 700 ° C. or lower;
Forming an etching mask;
Removing the second group III nitride compound semiconductor layer not covered by the etching mask by wet etching;
Crystallization of the mask made of the second group III nitride compound semiconductor layer by heating; and
The method for producing a group III nitride compound semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a step of removing the etching mask.
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