JP4984557B2 - Method for manufacturing vertical gallium nitride semiconductor device, method for manufacturing epitaxial substrate - Google Patents

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本発明は、縦型窒化ガリウム半導体装置およびエピタキシャル基板に関する。   The present invention relates to a vertical gallium nitride semiconductor device and an epitaxial substrate.

特許文献1には、窒化ガリウム単結晶の成長方法が記載されている。この方法によれば、酸素をn型ドーパントとして取り込むことができる窒化ガリウム単結晶の成長方法が提供される。この方法では、C面以外の面を表面(上面)にもつ種結晶を用いて、ガリウム原料と窒素原料とドーピングすべき酸素を含む原料ガスを供給しながらC面以外の表面を保ちつつ窒化ガリウム結晶を気相成長させることにより当該表面を通して窒化ガリウム結晶中に酸素をドーピングする。または、C面を表面にもつ種結晶を使って、ガリウム原料と窒素原料とドーピングすべき酸素を含む原料ガスを供給しながらC面以外のファセット面を発生させ当該ファセット面を保ちつつ窒化ガリウム結晶をc軸方向に気相成長させることによりファセット面を通して窒化ガリウム結晶中に酸素をドーピングする。   Patent Document 1 describes a method for growing a gallium nitride single crystal. According to this method, a method for growing a gallium nitride single crystal capable of incorporating oxygen as an n-type dopant is provided. In this method, a seed crystal having a surface other than the C plane on the surface (upper surface) is used to supply a source gas containing a gallium source material, a nitrogen source material, and oxygen to be doped, while maintaining the surface other than the C surface and gallium nitride. Oxygen is doped into the gallium nitride crystal through the surface by vapor growth of the crystal. Alternatively, using a seed crystal having a C-plane as a surface, a gallium nitride crystal is produced while supplying a gallium source material, a nitrogen source material, and a source gas containing oxygen to be doped while generating a facet surface other than the C-plane and maintaining the facet surface. Oxygen is doped into the gallium nitride crystal through the facet surface by performing vapor phase growth in the c-axis direction.

非特許文献1には、pinダイオードの特性が記載されている。このダイオードは、窒化ガリウムエピタキシャル膜(undoped、n〜3×1016cm−3、3マイクロメートル)および窒化ガリウムエピタキシャル膜(Mgdoped、p〜1×1017cm−3、0.3マイクロメートル)を窒化ガリウム自立基板上に有機金属気相成長法により作製すると共に、窒化ガリウム自立基板の裏面上にn型のためのオーミック電極、エピタキシャル膜の表面にp型のためのオーミック電極を作製した。
特開2002-373864号公報 Irokawa et al. APPLIED PHYSICS LETTERS Vol. 83 15 September 2003 pp2271-2273
Non-Patent Document 1 describes the characteristics of a pin diode. This diode comprises a gallium nitride epitaxial film (undoped, n to 3 × 10 16 cm −3 , 3 μm) and a gallium nitride epitaxial film (Mgdoped, p to 1 × 10 17 cm −3 , 0.3 μm). In addition to being produced on the gallium nitride free-standing substrate by metal organic vapor phase epitaxy, an n-type ohmic electrode was produced on the back surface of the gallium nitride free-standing substrate, and a p-type ohmic electrode was produced on the epitaxial film surface.
JP 2002-373864 JP Irokawa et al. APPLIED PHYSICS LETTERS Vol. 83 15 September 2003 pp2271-2273

窒化ガリウム系縦型電子デバイスでは、n型窒化ガリウム基板上にn型窒化ガリウム膜をエピタキシャル成長する。発明者らの実験によれば、窒化ガリウム基板/エピタキシャル膜界面付近(〜1μm程度の幅)には、マグネシウム(Mg)、鉄(Fe)などの意図しない不純物がたまっていることを発見した。これらの不純物のピーク濃度は1017cm−3程度にまでになり、この不純物ピークのため、設計通りの低キャリア濃度を有する窒化ガリウム膜を界面付近領域に設けることは容易ではない。マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、カルシウム(Ca)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、鉄(Fe)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、あるいはマンガン(Mn)のといった不純物は、窒化ガリウム基板/エピタキシャル膜界面付近においてキャリアを低下させ、界面付近の領域を高抵抗化してしまう。すなわち、求められていることは、低キャリア濃度のエピタキシャル膜をn型窒化ガリウム基板上に設けることである。 In a gallium nitride vertical electronic device, an n -type gallium nitride film is epitaxially grown on an n-type gallium nitride substrate. According to experiments by the inventors, it has been found that unintended impurities such as magnesium (Mg) and iron (Fe) accumulate in the vicinity of the gallium nitride substrate / epitaxial film interface (about 1 μm width). The peak concentration of these impurities reaches about 10 17 cm −3 , and due to this impurity peak, it is not easy to provide a gallium nitride film having a low carrier concentration as designed in the region near the interface. Magnesium (Mg), beryllium (Be), calcium (Ca), zinc (Zn), cadmium (Cd), iron (Fe), titanium (Ti), cobalt (Co), nickel (Ni), vanadium (V), Impurities such as chromium (Cr) or manganese (Mn) reduce carriers near the gallium nitride substrate / epitaxial film interface and increase the resistance near the interface. That is, what is required is to provide an epitaxial film having a low carrier concentration on an n-type gallium nitride substrate.

本発明は、上記の事項を鑑みて為されたものであり、所望の低キャリア濃度を有するn型窒化ガリウム膜をn型窒化ガリウム基板上に実現できる構造を有する縦型窒化ガリウム半導体装置を作製する方法およびこの縦型窒化ガリウム半導体装置のためのエピタキシャル基板を作製する方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in consideration of the above matters, n having a desired low carrier concentration - a vertical gallium nitride semiconductor device having a structure capable of realizing a type GaN film n-type gallium nitride substrate and its object is to provide a method and a method of making an epitaxial substrate for the vertical gallium nitride semiconductor device is manufactured.

本発明は、縦型窒化ガリウム半導体装置を作製する方法であって、n導電型の窒化ガリウム自立基板を準備し、前記窒化ガリウム自立基板の主面上に窒化ガリウムエピタキシャル膜を成長する。ドナー不純物の濃度が1×10 18 cm −3 以上である層状領域を前記窒化ガリウム自立基板の前記主面に前記ドナー不純物を添加して形成し、又は前記窒化ガリウムエピタキシャル膜の成長においてドナー不純物の濃度が1×10 18 cm −3 以上である層状領域を前記窒化ガリウム自立基板の前記主面上に前記ドナー不純物を添加しながら成長し、前記層状領域の形成の後に、前記窒化ガリウムエピタキシャル膜の成長において、n 導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜を成長し、前記層状領域の前記ドナー不純物は、シリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかであり、前記窒化ガリウムエピタキシャル膜は前記窒化ガリウム自立基板と界面を成し、前記層状領域内にはマグネシウム、ベリリウム、カルシウム、亜鉛、あるいはカドミウムの濃度プロファイルのピークが位置する。
この縦型窒化ガリウム半導体装置を作製する方法において、前記窒化ガリウムエピタキシャル膜上にショットキ電極を形成し、前記縦型窒化ガリウム半導体装置はショットキダイオードを含む。
この縦型窒化ガリウム半導体装置を作製する方法において、前記窒化ガリウムエピタキシャル膜上にp導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜を成長し、前記p導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜上にオーミック電極を形成し、前記縦型窒化ガリウム半導体装置はpn接合ダイオードを含む。
この縦型窒化ガリウム半導体装置を作製する方法において、前記n 導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜はドナー濃度として5×10 17 cm −3 以下であり、前記窒化ガリウム自立基板のドナー不純物は酸素あるいはシリコンを含む。
この縦型窒化ガリウム半導体装置を作製する方法において、前記層状領域内には鉄、チタン、コバルト、ニッケル、バナジウム、クロム、あるいはマンガンの濃度プロファイルのピークが位置する。
本発明は、n導電型の窒化ガリウム自立基板を準備し、前記窒化ガリウム自立基板の主面上に窒化ガリウムエピタキシャル膜を成長する、縦型窒化ガリウム半導体装置のためのエピタキシャル基板を作製する方法であって、ドナー不純物の濃度が1×10 18 cm −3 以上である層状領域を前記窒化ガリウム自立基板の前記主面に前記ドナー不純物を添加して形成し、又は前記窒化ガリウムエピタキシャル膜の成長においてドナー不純物の濃度が1×10 18 cm −3 以上である層状領域を前記窒化ガリウム自立基板の前記主面上に前記ドナー不純物を添加しながら成長し、前記層状領域の形成の後に、前記窒化ガリウムエピタキシャル膜の成長において、n 導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜を成長し、前記層状領域の前記ドナー不純物は、シリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかであり、前記窒化ガリウムエピタキシャル膜は前記窒化ガリウム自立基板と界面を成し、前記層状領域内にはマグネシウム、ベリリウム、カルシウム、亜鉛、あるいはカドミウムの濃度プロファイルのピークが位置する。
エピタキシャル基板を作製する方法において、前記窒化ガリウムエピタキシャル膜上にp導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜を成長する。
エピタキシャル基板を作製する方法において、前記n 導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜はドナー濃度として5×10 17 cm −3 以下であり、前記窒化ガリウム自立基板のドナー不純物は酸素あるいはシリコンを含む。
エピタキシャル基板を作製する方法において、前記層状領域内には鉄、チタン、コバルト、ニッケル、バナジウム、クロム、あるいはマンガンの濃度プロファイルのピークが位置する。
本発明の一側面に係る縦型窒化ガリウム半導体装置は、(a)n導電型の窒化ガリウム支持基体と、(b)前記窒化ガリウム支持基体の主面上に設けられておりn導電型を有する窒化ガリウムエピタキシャル膜と、(c)前記窒化ガリウムエピタキシャル膜上に設けられたゲート絶縁膜と、(d)前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、(e)前記窒化ガリウムエピタキシャル膜内に設けられたp導電型領域と、(f)前記p導電型領域内に設けられたn導電型領域と、(g)前記窒化ガリウムエピタキシャル膜の前記n導電型領域上に設けられたソース電極と、(h)前記窒化ガリウム支持基体の裏面上に設けられたドレイン電極とを備え、前記窒化ガリウム支持基体から前記窒化ガリウムエピタキシャル膜へ向かう軸に沿ったドナー不純物の濃度が1×1018cm−3以上である層状領域が、前記窒化ガリウム支持基体の表面および前記窒化ガリウムエピタキシャル膜内に設けられており、前記ドナー不純物は、シリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかである。前記窒化ガリウムエピタキシャル膜は前記窒化ガリウム支持基体と界面を成し、前記層状領域内にはマグネシウム、ベリリウム、カルシウム、亜鉛、あるいはカドミウムの濃度プロファイルのピークが位置する。
The present invention is a method of manufacturing a vertical gallium nitride semiconductor device, in which an n-conductivity type gallium nitride free-standing substrate is prepared, and a gallium nitride epitaxial film is grown on the main surface of the gallium nitride free-standing substrate. A layered region having a donor impurity concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more is formed by adding the donor impurity to the main surface of the gallium nitride free-standing substrate, or in the growth of the gallium nitride epitaxial film, A layered region having a concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more is grown on the main surface of the gallium nitride free-standing substrate while adding the donor impurity, and after the formation of the layered region, the gallium nitride epitaxial film is grown. In the growth, an n - conductivity type gallium nitride epitaxial film is grown, and the donor impurity in the layered region is at least one of silicon and germanium, and the gallium nitride epitaxial film forms an interface with the gallium nitride free-standing substrate. In the layered region, magnesium, beryllium, calcium, zinc, There is located the peak of the concentration profile of cadmium.
In this method of manufacturing a vertical gallium nitride semiconductor device, a Schottky electrode is formed on the gallium nitride epitaxial film, and the vertical gallium nitride semiconductor device includes a Schottky diode.
In this method of manufacturing a vertical gallium nitride semiconductor device, a p-conductivity-type gallium nitride epitaxial film is grown on the gallium nitride epitaxial film, an ohmic electrode is formed on the p-conductivity-type gallium nitride epitaxial film, and the vertical type The gallium nitride semiconductor device includes a pn junction diode.
In the method of manufacturing the vertical gallium nitride semiconductor device, the n conductivity type gallium nitride epitaxial film has a donor concentration of 5 × 10 17 cm −3 or less, and the donor impurity of the gallium nitride free-standing substrate is oxygen or silicon. Including.
In the method of manufacturing the vertical gallium nitride semiconductor device, the peak of the concentration profile of iron, titanium, cobalt, nickel, vanadium, chromium, or manganese is located in the layered region.
The present invention provides a method for producing an epitaxial substrate for a vertical gallium nitride semiconductor device, comprising preparing an n-conductivity-type gallium nitride free-standing substrate and growing a gallium nitride epitaxial film on the main surface of the gallium nitride free-standing substrate. In the growth of the gallium nitride epitaxial film, a layered region having a donor impurity concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more is formed by adding the donor impurity to the main surface of the gallium nitride free-standing substrate. A layered region having a donor impurity concentration of 1 × 10 18 cm −3 or higher is grown on the main surface of the gallium nitride free-standing substrate while adding the donor impurity, and after the formation of the layered region, the gallium nitride in the growth of the epitaxial film, n - conductivity type gallium nitride epitaxial layer is grown, the donor of the layered area The pure material is at least one of silicon and germanium, the gallium nitride epitaxial film forms an interface with the gallium nitride free-standing substrate, and the concentration profile of magnesium, beryllium, calcium, zinc, or cadmium in the layered region The peak is located.
In the method for producing an epitaxial substrate, a p-conductivity-type gallium nitride epitaxial film is grown on the gallium nitride epitaxial film.
In the method of manufacturing an epitaxial substrate, the n conductivity type gallium nitride epitaxial film has a donor concentration of 5 × 10 17 cm −3 or less, and the donor impurity of the gallium nitride free-standing substrate contains oxygen or silicon.
In the method for producing an epitaxial substrate, the peak of the concentration profile of iron, titanium, cobalt, nickel, vanadium, chromium, or manganese is located in the layered region.
A vertical gallium nitride semiconductor device according to one aspect of the present invention includes: (a) an n + conductivity type gallium nitride support base; and (b) an n conductivity type provided on the main surface of the gallium nitride support base. (C) a gate insulating film provided on the gallium nitride epitaxial film, (d) a gate electrode provided on the gate insulating film, and (e) the gallium nitride epitaxial film. A p-conductivity type region provided in the n-type semiconductor layer; (f) an n-conductivity type region provided in the p-conductivity type region; and (g) a source provided on the n-conductivity type region of the gallium nitride epitaxial film. An electrode; and (h) a drain electrode provided on the back surface of the gallium nitride support substrate, and is arranged along an axis extending from the gallium nitride support substrate to the gallium nitride epitaxial film. Layered region the concentration of the donor impurity is 1 × 10 18 cm -3 or higher, the provided on the gallium nitride support base surface and the GaN epi layer, said donor impurity, silicon and germanium, at least Either. The gallium nitride epitaxial film forms an interface with the gallium nitride supporting substrate, and the peak of the concentration profile of magnesium, beryllium, calcium, zinc, or cadmium is located in the layered region.

本発明の別の側面に係る縦型窒化ガリウム半導体装置は、(a)n導電型の窒化ガリウム支持基体と、(b)前記窒化ガリウム支持基体の主面上に設けられておりn導電型を有する窒化ガリウムエピタキシャル膜と、(c)前記窒化ガリウムエピタキシャル膜上に設けられたショットキ電極と、(d)前記窒化ガリウム支持基体の裏面上に設けられたオーミック電極とを備え、前記窒化ガリウム支持基体から前記窒化ガリウムエピタキシャル膜へ向かう軸に沿ったドナー不純物の濃度が1×1018cm−3以上である層状領域が、前記窒化ガリウム支持基体の表面および前記窒化ガリウムエピタキシャル膜内に設けられており、前記ドナー不純物はシリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかである。前記窒化ガリウムエピタキシャル膜は前記窒化ガリウム支持基体と界面を成し、前記層状領域内にはマグネシウム、ベリリウム、カルシウム、亜鉛、あるいはカドミウムの濃度プロファイルのピークが位置する。 Vertical gallium nitride semiconductor device according to another aspect of the present invention, (a) and n conductivity type gallium nitride support base, (b) the is provided on the gallium nitride support base on the main surface n - type conductivity A gallium nitride epitaxial film comprising: (c) a Schottky electrode provided on the gallium nitride epitaxial film; and (d) an ohmic electrode provided on the back surface of the gallium nitride support base. A layered region having a donor impurity concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more along an axis from the substrate toward the gallium nitride epitaxial film is provided on the surface of the gallium nitride supporting substrate and in the gallium nitride epitaxial film. The donor impurity is at least one of silicon and germanium. The gallium nitride epitaxial film forms an interface with the gallium nitride supporting substrate, and the peak of the concentration profile of magnesium, beryllium, calcium, zinc, or cadmium is located in the layered region.

本発明の更なる別の側面に係る縦型窒化ガリウム半導体装置は、(a)n導電型の窒化ガリウム支持基体と、(b)前記窒化ガリウム支持基体の主面上に設けられておりn導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜と、(c)前記n導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜上に設けられておりp導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜と、(d)前記p導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜上に設けられた第1のオーミック電極と、(e)前記窒化ガリウム支持基体の裏面上に設けられた第2のオーミック電極とを備え、前記窒化ガリウム支持基体から前記n導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜へ向かう軸に沿ったドナー不純物の濃度が1×1018cm−3以上である層状領域が、前記窒化ガリウム支持基体の表面および前記n導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜内に設けられており、前記ドナー不純物は、シリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかである。前記窒化ガリウムエピタキシャル膜は前記窒化ガリウム支持基体と界面を成し、前記層状領域内にはマグネシウム、ベリリウム、カルシウム、亜鉛、あるいはカドミウムの濃度プロファイルのピークが位置する。
上記の縦型窒化ガリウム半導体装置によれば、層状領域のドナー不純物濃度プロファイルが1×1018cm−3以上であるので、窒化ガリウム基板/エピタキシャル膜界面付近におけるマグネシウム(Mg)、鉄(Fe)といった不純物によるキャリア濃度の低下を小さくできる。
Vertical gallium nitride semiconductor device according to a further another aspect of the present invention, (a) and n conductivity type gallium nitride support base of, is provided on the main surface of the (b) the gallium nitride support base n - conductivity type gallium nitride epitaxial layer, (c) the n - provided over the conductive type gallium nitride epitaxial film is provided on the p conductivity type gallium nitride epitaxial layer, (d) the p conductivity type gallium nitride epitaxial layer A first ohmic electrode and (e) a second ohmic electrode provided on the back surface of the gallium nitride supporting base, and an axis from the gallium nitride supporting base toward the n conductivity type gallium nitride epitaxial film layered region the concentration of the donor impurity is 1 × 10 18 cm -3 or more along the the surface of the gallium nitride support base and the n - conductive It is provided in the gallium nitride epitaxial film, wherein the donor impurity is at least one of silicon and germanium. The gallium nitride epitaxial film forms an interface with the gallium nitride supporting substrate, and the peak of the concentration profile of magnesium, beryllium, calcium, zinc, or cadmium is located in the layered region.
According to the above vertical gallium nitride semiconductor device, since the donor impurity concentration profile in the layered region is 1 × 10 18 cm −3 or more, magnesium (Mg), iron (Fe) in the vicinity of the gallium nitride substrate / epitaxial film interface. Thus, the decrease in carrier concentration due to such impurities can be reduced.

本発明に係る縦型窒化ガリウム半導体装置では、前記窒化ガリウムエピタキシャル膜のドナー濃度は5×1017cm−3以下であり、前記窒化ガリウム基板のドナー不純物は酸素あるいはシリコンを含むようにしてもよい。 In the vertical gallium nitride semiconductor device according to the present invention, the donor concentration of the gallium nitride epitaxial film may be 5 × 10 17 cm −3 or less, and the donor impurity of the gallium nitride substrate may include oxygen or silicon.

この縦型窒化ガリウム半導体装置によれば、窒化ガリウムエピタキシャル膜内に空乏層が十分に形成されると共に、窒化ガリウム基板/エピタキシャル膜界面付近におけるキャリアの低下も小さくできる。   According to the vertical gallium nitride semiconductor device, a depletion layer is sufficiently formed in the gallium nitride epitaxial film, and the decrease in carriers near the gallium nitride substrate / epitaxial film interface can be reduced.

本発明に係る縦型窒化ガリウム半導体装置では、前記層状領域内にはマグネシウム、ベリリウム、カルシウム、亜鉛、あるいはカドミウムの濃度のプロファイルのピークが位置する。この縦型窒化ガリウム半導体装置によれば、p型ドーパントとして作用するマグネシウム、ベリリウム、カルシウム、亜鉛、あるいはカドミウムに起因するキャリアの低下を窒化ガリウム基板/エピタキシャル膜界面付近において小さくできる。   In the vertical gallium nitride semiconductor device according to the present invention, the peak of the concentration profile of magnesium, beryllium, calcium, zinc, or cadmium is located in the layered region. According to this vertical gallium nitride semiconductor device, the decrease in carriers due to magnesium, beryllium, calcium, zinc, or cadmium acting as a p-type dopant can be reduced in the vicinity of the gallium nitride substrate / epitaxial film interface.

本発明に係る縦型窒化ガリウム半導体装置では、前記層状領域内には鉄、チタン、コバルト、ニッケル、バナジウム、クロム、あるいはマンガンの濃度のプロファイルのピークが位置する。この縦型窒化ガリウム半導体装置によれば、ライフタイムキラーとして作用する鉄、チタン、コバルト、ニッケル、バナジウム、クロム、あるいはマンガンに起因するキャリアの低下を窒化ガリウム基板/エピタキシャル膜界面付近において小さくできる。   In the vertical gallium nitride semiconductor device according to the present invention, the peak of the concentration profile of iron, titanium, cobalt, nickel, vanadium, chromium, or manganese is located in the layered region. According to this vertical gallium nitride semiconductor device, the decrease in carriers due to iron, titanium, cobalt, nickel, vanadium, chromium, or manganese acting as a lifetime killer can be reduced in the vicinity of the gallium nitride substrate / epitaxial film interface.

本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板は、縦型窒化ガリウム半導体装置のためのエピタキシャル基板であって、(a)n導電型の窒化ガリウム基板と、(b)前記窒化ガリウム基板上に設けられておりn導電型を有する窒化ガリウムエピタキシャル膜とを備え、前記窒化ガリウム基板から前記窒化ガリウムエピタキシャル膜へ向かう軸に沿ったドナー不純物の濃度が1×1018cm−3以上である層状領域が、前記窒化ガリウム基板の表面および前記窒化ガリウムエピタキシャル膜内に設けられており、前記ドナー不純物は、シリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかである。前記窒化ガリウムエピタキシャル膜は前記窒化ガリウム基板と界面を成し、前記層状領域内にはマグネシウム、ベリリウム、カルシウム、亜鉛、あるいはカドミウムの濃度プロファイルのピークが位置する。
本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板は、縦型窒化ガリウム半導体装置のためのエピタキシャル基板であって、(a)n導電型の窒化ガリウム基板と、(b)前記窒化ガリウム基板上に設けられておりn導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜と、(c)前記n導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜上に設けられておりp導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜とを備え、前記窒化ガリウム基板から前記n導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜へ向かう軸に沿ったドナー不純物の濃度が1×1018cm−3以上である層状領域が、前記窒化ガリウム基板の表面および前記窒化ガリウムエピタキシャル膜内に設けられており、前記ドナー不純物は、シリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかである。前記n 導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜は前記窒化ガリウム基板と界面を成し、前記層状領域内にはマグネシウム、ベリリウム、カルシウム、亜鉛、あるいはカドミウムの濃度プロファイルのピークが位置する。
An epitaxial substrate according to still another aspect of the present invention is an epitaxial substrate for a vertical gallium nitride semiconductor device, comprising: (a) an n-type gallium nitride substrate; and (b) on the gallium nitride substrate. And a n - conductivity-type gallium nitride epitaxial film, and a donor impurity concentration along the axis from the gallium nitride substrate toward the gallium nitride epitaxial film is 1 × 10 18 cm −3 or more A region is provided in the surface of the gallium nitride substrate and in the gallium nitride epitaxial film, and the donor impurity is at least one of silicon and germanium. The gallium nitride epitaxial film forms an interface with the gallium nitride substrate, and the peak of the concentration profile of magnesium, beryllium, calcium, zinc, or cadmium is located in the layered region.
An epitaxial substrate according to still another aspect of the present invention is an epitaxial substrate for a vertical gallium nitride semiconductor device, comprising: (a) an n-type gallium nitride substrate; and (b) on the gallium nitride substrate. An n conductivity type gallium nitride epitaxial film, and (c) a p conductivity type gallium nitride epitaxial film provided on the n conductivity type gallium nitride epitaxial film. A layered region having a donor impurity concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more along the axis toward the conductive gallium nitride epitaxial film is provided on the surface of the gallium nitride substrate and in the gallium nitride epitaxial film; The donor impurity is at least one of silicon and germanium. The n - conductivity-type gallium nitride epitaxial film forms an interface with the gallium nitride substrate, and the peak of the concentration profile of magnesium, beryllium, calcium, zinc, or cadmium is located in the layered region.

このエピタキシャル基板によれば、層状領域のドナー不純物濃度プロファイルが1×1018cm−3以上であるので、窒化ガリウム基板/エピタキシャル膜界面付近におけるマグネシウム(Mg)、鉄(Fe)といった不純物によるキャリア濃度の低下を小さくできる。したがって、縦型窒化ガリウム半導体装置のためのエピタキシャル基板が提供される。 According to this epitaxial substrate, since the donor impurity concentration profile in the layered region is 1 × 10 18 cm −3 or more, the carrier concentration due to impurities such as magnesium (Mg) and iron (Fe) in the vicinity of the gallium nitride substrate / epitaxial film interface. Can be reduced. Accordingly, an epitaxial substrate for a vertical gallium nitride semiconductor device is provided.

本発明に係るエピタキシャル基板では、前記窒化ガリウムエピタキシャル膜のドナー濃度は5×1017cm−3以下であり、前記窒化ガリウム基板はドナー不純物として酸素あるいはシリコンを含む。 In the epitaxial substrate according to the present invention, the gallium nitride epitaxial film has a donor concentration of 5 × 10 17 cm −3 or less, and the gallium nitride substrate contains oxygen or silicon as a donor impurity.

このエピタキシャル基板によれば、窒化ガリウムエピタキシャル膜内に空乏層が十分に形成されると共に、窒化ガリウム基板/エピタキシャル膜界面付近におけるキャリア濃度の低下も小さくできる。   According to this epitaxial substrate, a depletion layer is sufficiently formed in the gallium nitride epitaxial film, and a decrease in carrier concentration in the vicinity of the gallium nitride substrate / epitaxial film interface can be reduced.

本発明に係るエピタキシャル基板では、前記層状領域内にはマグネシウム、ベリリウム、カルシウム、亜鉛、あるいはカドミウムの濃度のプロファイルのピークが位置する。このエピタキシャル基板によれば、p型ドーパントとして作用するマグネシウム、ベリリウム、カルシウム、亜鉛、あるいはカドミウムに起因するキャリア濃度の低下を窒化ガリウム基板/エピタキシャル膜界面付近において小さくできる。   In the epitaxial substrate according to the present invention, a peak of a concentration profile of magnesium, beryllium, calcium, zinc or cadmium is located in the layered region. According to this epitaxial substrate, the decrease in carrier concentration due to magnesium, beryllium, calcium, zinc, or cadmium acting as a p-type dopant can be reduced in the vicinity of the gallium nitride substrate / epitaxial film interface.

本発明に係るエピタキシャル基板では、前記層状領域内には鉄、チタン、コバルト、ニッケル、バナジウム、クロム、あるいはマンガンの濃度のプロファイルのピークが位置する。このエピタキシャル基板によれば、ライフタイムキラーとして作用する鉄、チタン、コバルト、ニッケル、バナジウム、クロム、あるいはマンガンに起因するキャリア濃度の低下を窒化ガリウム基板/エピタキシャル膜界面付近において小さくできる。   In the epitaxial substrate according to the present invention, a peak of a concentration profile of iron, titanium, cobalt, nickel, vanadium, chromium, or manganese is located in the layered region. According to this epitaxial substrate, the decrease in carrier concentration due to iron, titanium, cobalt, nickel, vanadium, chromium, or manganese acting as a lifetime killer can be reduced in the vicinity of the gallium nitride substrate / epitaxial film interface.

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。   The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the present invention, which proceeds with reference to the accompanying drawings.

以上説明したように、本発明によれば、所望の低キャリア濃度を有するn型窒化ガリウム膜をn型窒化ガリウム基板上に実現できる構造を有する縦型窒化ガリウム半導体装置を作製する方法が提供される。また、本発明によれば、この縦型窒化ガリウム半導体装置のためのエピタキシャル基板を作製する方法が提供される。 As described above, according to the present invention, there is provided a method for manufacturing a vertical gallium nitride semiconductor device having a structure capable of realizing an n -type gallium nitride film having a desired low carrier concentration on an n - type gallium nitride substrate. Is done. Further, according to the present invention, there is provided a method for producing an epitaxial substrate for this vertical gallium nitride semiconductor device.

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の縦型窒化ガリウム半導体装置およびエピタキシャル基板に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。   The knowledge of the present invention can be easily understood by considering the following detailed description with reference to the accompanying drawings shown as examples. Subsequently, embodiments of the vertical gallium nitride semiconductor device and epitaxial substrate of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Where possible, the same parts are denoted by the same reference numerals.

(第1の実施の形態)
図1は、ショットキダイオードを示す図面である。ショットキダイオード11は、n導電型の窒化ガリウム支持基体13と、n導電型の窒化ガリウムエピタキシャル膜15と、ショットキ電極17と、オーミック電極19とを備える。窒化ガリウムエピタキシャル膜15は、窒化ガリウム支持基体13の主面上に設けられている。ショットキ電極17は、窒化ガリウムエピタキシャル膜15上に設けられている。オーミック電極19は、窒化ガリウム支持基体13の裏面13a上に設けられている。層状領域21は、窒化ガリウム支持基体13および窒化ガリウムエピタキシャル膜15内に設けられている。窒化ガリウム支持基体13および窒化ガリウムエピタキシャル膜15の界面は層状領域21内に位置している。層状領域21では、窒化ガリウム支持基体13から窒化ガリウムエピタキシャル膜15へ向かう軸に沿ったドナー不純物が1×1018cm−3以上である。ドナー不純物は、シリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかである。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a Schottky diode. The Schottky diode 11 includes an n + conductivity type gallium nitride support base 13, an n conductivity type gallium nitride epitaxial film 15, a Schottky electrode 17, and an ohmic electrode 19. The gallium nitride epitaxial film 15 is provided on the main surface of the gallium nitride support base 13. The Schottky electrode 17 is provided on the gallium nitride epitaxial film 15. The ohmic electrode 19 is provided on the back surface 13 a of the gallium nitride support base 13. The layered region 21 is provided in the gallium nitride support base 13 and the gallium nitride epitaxial film 15. The interface between the gallium nitride support base 13 and the gallium nitride epitaxial film 15 is located in the layered region 21. In the layered region 21, the donor impurity along the axis from the gallium nitride support base 13 toward the gallium nitride epitaxial film 15 is 1 × 10 18 cm −3 or more. The donor impurity is at least one of silicon and germanium.

このショットキダイオード11によれば、層状領域21のドナー不純物の濃度プロファイルが1×1018cm−3以上のピーク値であるので、窒化ガリウム基板/エピタキシャル膜界面付近におけるマグネシウム(Mg)、鉄(Fe)といった不純物によるキャリア濃度の低下を小さくできる。 According to the Schottky diode 11, since the concentration profile of the donor impurity in the layered region 21 has a peak value of 1 × 10 18 cm −3 or more, magnesium (Mg), iron (Fe ) Can reduce the decrease in carrier concentration due to impurities.

窒化ガリウムエピタキシャル膜15のドナー濃度は5×1017cm−3以下であり、窒化ガリウム支持基体13はドナー不純物として酸素を含むようにしてもよい。或いは、窒化ガリウム支持基体13はドナー不純物としてシリコンを含むようにしてもよい。このショットキダイオードによれば、窒化ガリウムエピタキシャル膜15内に空乏層が十分に形成されると共に、窒化ガリウム支持基体/エピタキシャル膜界面付近におけるキャリア濃度の低下も小さくできる。 The donor concentration of the gallium nitride epitaxial film 15 is 5 × 10 17 cm −3 or less, and the gallium nitride supporting base 13 may contain oxygen as a donor impurity. Alternatively, the gallium nitride support base 13 may contain silicon as a donor impurity. According to this Schottky diode, a depletion layer is sufficiently formed in the gallium nitride epitaxial film 15, and a decrease in carrier concentration in the vicinity of the gallium nitride supporting substrate / epitaxial film interface can be reduced.

(実施例1)
以下の手順に従って、エピタキシャル基板を作製した。HVPE法で作製された窒化ガリウム(GaN)自立基板を準備する。このGaN自立基板は、(0001)面の主面をゆうしており、n導電型を示しており、そのキャリア濃度は3×1018cm−3であり、厚さは400μmである。この基板中の平均転位密度は1×10cm−2以下である。この自立基板の主面上に有機金属気相成長法によりGaNエピタキシャル膜を成長する。エピタキシャル膜は、n導電型を有しており、そのキャリア濃度は5×1015cm−3であり、厚さは3.3μmである。GaN自立基板およびGaNエピタキシャル膜の界面には、5×1018cm−3のシリコン(Si)を含むnGaN層状領域がある。層状領域を形成するために、基板の表層或いはエピタキシャル膜中にシリコンを添加することができる。
Example 1
An epitaxial substrate was fabricated according to the following procedure. A gallium nitride (GaN) free-standing substrate manufactured by the HVPE method is prepared. This GaN free-standing substrate has a (0001) plane main surface, exhibits n + conductivity type, has a carrier concentration of 3 × 10 18 cm −3 , and a thickness of 400 μm. The average dislocation density in this substrate is 1 × 10 6 cm −2 or less. A GaN epitaxial film is grown on the main surface of this free-standing substrate by metal organic vapor phase epitaxy. The epitaxial film has an n conductivity type, a carrier concentration of 5 × 10 15 cm −3 , and a thickness of 3.3 μm. There is an n + GaN layered region containing 5 × 10 18 cm −3 of silicon (Si) at the interface between the GaN free-standing substrate and the GaN epitaxial film. In order to form a layered region, silicon can be added to the surface layer or epitaxial film of the substrate.

次いで、このエピタキシャル基板を用いて、以下の手順に従ってショットキダイオードを作製した。この試料を有機洗浄した後に、GaN自立基板の裏面全面にオーミック電極を形成した。オーミック電極はTi/Al/Ti/Au(20nm/100nm/20nm/300nm)からなる。オーミック電極の形成には、EB蒸着法により金属積層膜を堆積した後に、合金化処理(摂氏600度、1分間)を行った。また、エピタキシャル膜の表面にショットキ電極を形成した。ショットキ電極は、例えば直径200μmのAu膜からなる。ショットキ電極の形成には、抵抗加熱蒸着法により金属膜を堆積した。ショットキ電極およびオーミック電極とも、蒸着に先だって、HCl水溶液(半導体用塩酸:純水=1:1)を用いて、試料の前処理(例えば、室温で1分間)を行った。   Next, using this epitaxial substrate, a Schottky diode was fabricated according to the following procedure. After organic cleaning of this sample, an ohmic electrode was formed on the entire back surface of the GaN free-standing substrate. The ohmic electrode is made of Ti / Al / Ti / Au (20 nm / 100 nm / 20 nm / 300 nm). To form the ohmic electrode, an alloying treatment (600 degrees Celsius, 1 minute) was performed after depositing a metal laminated film by EB vapor deposition. A Schottky electrode was formed on the surface of the epitaxial film. The Schottky electrode is made of, for example, an Au film having a diameter of 200 μm. For the formation of the Schottky electrode, a metal film was deposited by resistance heating vapor deposition. Prior to vapor deposition, both the Schottky electrode and the ohmic electrode were subjected to sample pretreatment (for example, at room temperature for 1 minute) using an aqueous HCl solution (hydrochloric acid for semiconductor: pure water = 1: 1).

図2は、二次イオン質量分析法により上記のエピタキシャル基板中のマグネシウム(Mg)濃度を示すグラフである。濃度曲線CMgのピークは、窒化ガリウム基板/エピタキシャル膜界面付近に位置する。ピーク濃度は、1×1016cm−3以下である。 FIG. 2 is a graph showing the magnesium (Mg) concentration in the epitaxial substrate by secondary ion mass spectrometry. The peak of the concentration curve C Mg is located in the vicinity of the gallium nitride substrate / epitaxial film interface. The peak concentration is 1 × 10 16 cm −3 or less.

図3は、二次イオン質量分析法により上記のエピタキシャル基板中の鉄(Fe)濃度を示すグラフである。濃度曲線CFeのピークは、窒化ガリウム基板/エピタキシャル膜界面付近に位置する。ピーク濃度は、1×1017cm−3以下である。 FIG. 3 is a graph showing the iron (Fe) concentration in the epitaxial substrate by secondary ion mass spectrometry. The peak of the concentration curve C Fe is located in the vicinity of the gallium nitride substrate / epitaxial film interface. The peak concentration is 1 × 10 17 cm −3 or less.

図4は、二次イオン質量分析法により上記のエピタキシャル基板の層状領域中のドナー濃度(シリコン)を示すグラフである。濃度曲線CSiのピークは、窒化ガリウム基板/エピタキシャル膜界面付近に位置する。層状領域のドナー不純物濃度プロファイルが1×1018cm−3以上のピーク値であるので、窒化ガリウム基板/エピタキシャル膜界面付近におけるマグネシウム(Mg)、鉄(Fe)といった不純物によるキャリア濃度の低下を小さくできる。層状領域の厚さは、上記の不純物の分布の幅より大きいが、例えば1μm以下の厚みである。また、マグネシウム(Mg)、鉄(Fe)に限られず、ベリリウム(Be)、カルシウム(Ca)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、あるいはマンガン(Mn)いった不純物によるキャリア濃度の低下も小さくできる。 FIG. 4 is a graph showing the donor concentration (silicon) in the layered region of the epitaxial substrate by secondary ion mass spectrometry. The peak of the concentration curve C Si is located in the vicinity of the gallium nitride substrate / epitaxial film interface. Since the donor impurity concentration profile in the layered region has a peak value of 1 × 10 18 cm −3 or more, the decrease in carrier concentration due to impurities such as magnesium (Mg) and iron (Fe) in the vicinity of the gallium nitride substrate / epitaxial film interface is reduced. it can. The thickness of the layered region is larger than the above impurity distribution width, but is, for example, 1 μm or less. Further, not limited to magnesium (Mg) and iron (Fe), beryllium (Be), calcium (Ca), zinc (Zn), cadmium (Cd), titanium (Ti), cobalt (Co), nickel (Ni), The decrease in carrier concentration due to impurities such as vanadium (V), chromium (Cr), or manganese (Mn) can also be reduced.

(第2の実施の形態)
図5は、縦型トランジスタを示す図面である。縦型トランジスタ41は、n導電型の窒化ガリウム支持基体43と、n導電型の窒化ガリウムエピタキシャル膜45と、ゲート電極47と、p導電型領域49と、n導電型領域51と、ソース電極53と、ドレイン電極55とを備える。窒化ガリウムエピタキシャル膜45は、窒化ガリウム支持基体43の主面上に設けられている。ゲート電極47は、窒化ガリウムエピタキシャル膜45上に設けられている。ゲート電極47の下には、p導電型領域49の延長部49bが設けられている。p導電型領域49は、窒化ガリウムエピタキシャル膜45内に設けられている。n導電型領域51は、p導電型領域内49に設けられている。ソース電極53は、窒化ガリウムエピタキシャル膜45内のn導電型領域51上に設けられている。ドレイン電極55は、窒化ガリウム支持基体43の裏面43a上に設けられている。ゲート絶縁膜59が窒化ガリウムエピタキシャル膜45とゲート電極47との間に設けられている。ゲート絶縁膜59の材料としては、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜、アルミナ、窒化アルミニウム、AlGaN等を用いることができる。
(Second Embodiment)
FIG. 5 shows a vertical transistor. The vertical transistor 41 includes an n + conductivity type gallium nitride support base 43, an n conductivity type gallium nitride epitaxial film 45, a gate electrode 47, a p conductivity type region 49, an n conductivity type region 51, and a source. An electrode 53 and a drain electrode 55 are provided. The gallium nitride epitaxial film 45 is provided on the main surface of the gallium nitride support base 43. The gate electrode 47 is provided on the gallium nitride epitaxial film 45. Under the gate electrode 47, an extension 49b of the p conductivity type region 49 is provided. The p conductivity type region 49 is provided in the gallium nitride epitaxial film 45. The n conductivity type region 51 is provided in the p conductivity type region 49. The source electrode 53 is provided on the n conductivity type region 51 in the gallium nitride epitaxial film 45. The drain electrode 55 is provided on the back surface 43 a of the gallium nitride support base 43. A gate insulating film 59 is provided between the gallium nitride epitaxial film 45 and the gate electrode 47. As a material of the gate insulating film 59, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride film, alumina, aluminum nitride, AlGaN, or the like can be used.

層状領域57が、窒化ガリウム支持基体43および窒化ガリウムエピタキシャル膜45内に設けられている。窒化ガリウム支持基体43および窒化ガリウムエピタキシャル膜45の界面は層状領域57内に位置している。層状領域57では、窒化ガリウム支持基体43から窒化ガリウムエピタキシャル膜45へ向かう軸に沿ったドナー不純物が1×1018cm−3以上である。ドナー不純物は、シリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかである。 A layered region 57 is provided in the gallium nitride support base 43 and the gallium nitride epitaxial film 45. The interface between the gallium nitride support base 43 and the gallium nitride epitaxial film 45 is located in the layered region 57. In the layered region 57, the donor impurity along the axis from the gallium nitride support base 43 to the gallium nitride epitaxial film 45 is 1 × 10 18 cm −3 or more. The donor impurity is at least one of silicon and germanium.

この縦型トランジスタ41によれば、層状領域57のドナー不純物の濃度プロファイルが1×1018cm−3以上のピーク値であるので、窒化ガリウム支持基体/エピタキシャル膜界面付近におけるマグネシウム(Mg)、鉄(Fe)といった不純物によるキャリアの低下を小さくできる。また、マグネシウム(Mg)、鉄(Fe)に限られず、ベリリウム(Be)、カルシウム(Ca)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、あるいはマンガン(Mn)いった不純物によるキャリア濃度の低下も小さくできる。 According to the vertical transistor 41, since the concentration profile of the donor impurity in the layered region 57 has a peak value of 1 × 10 18 cm −3 or more, magnesium (Mg), iron in the vicinity of the gallium nitride supporting substrate / epitaxial film interface Reduction of carriers due to impurities such as (Fe) can be reduced. Further, not limited to magnesium (Mg) and iron (Fe), beryllium (Be), calcium (Ca), zinc (Zn), cadmium (Cd), titanium (Ti), cobalt (Co), nickel (Ni), The decrease in carrier concentration due to impurities such as vanadium (V), chromium (Cr), or manganese (Mn) can also be reduced.

以上説明したように、窒化ガリウム系縦型デバイス11、41は、窒化ガリウム基板13、43上に低濃度のホモエピタキシャル膜15,45を含んでいる。ところが、窒化ガリウム基板とホモエピタキシャル膜との界面付近にはマグネシウムおよび鉄などの不純物がたまりやすいので、低濃度の界面付近においてキャリア濃度制御は困難である。そこで界面付近に設けられた比較的高濃度の層状領域を利用して、上記の不純物の影響を低減すると共に、界面から離れたエピタキシャル膜におけるキャリア濃度を所望の低濃度に維持することができる。上記の不純物の影響に起因する電気的な影響を除き、窒化ガリウム系縦型デバイス11、41の順方向の抵抗或いはオン抵抗を低減すると共に、逆方向耐圧を向上できる。   As described above, the gallium nitride vertical devices 11 and 41 include the low-concentration homoepitaxial films 15 and 45 on the gallium nitride substrates 13 and 43. However, since impurities such as magnesium and iron tend to accumulate near the interface between the gallium nitride substrate and the homoepitaxial film, it is difficult to control the carrier concentration near the low concentration interface. Therefore, by using a relatively high concentration layered region provided in the vicinity of the interface, the influence of the impurities can be reduced, and the carrier concentration in the epitaxial film away from the interface can be maintained at a desired low concentration. Except for the electrical influence due to the influence of the impurities, the forward resistance or on-resistance of the gallium nitride based vertical devices 11 and 41 can be reduced and the reverse breakdown voltage can be improved.

(第3の実施の形態)
図6は、エピタキシャル基板を示す図面である。エピタキシャル基板61は、次のように作製される。エピタキシャル基板61は、n導電型の窒化ガリウム基板63と、n導電型の窒化ガリウムエピタキシャル膜と65を備える。窒化ガリウムエピタキシャル膜65は、窒化ガリウム基板63上に設けられている。層状領域67が、窒化ガリウム基板63および窒化ガリウムエピタキシャル膜65内に設けられている。窒化ガリウム基板43および窒化ガリウムエピタキシャル膜65の界面は層状領域67内に位置している。層状領域67では、窒化ガリウム基板63から窒化ガリウムエピタキシャル膜65へ向かう軸に沿ったドナー不純物が1×1018cm−3以上のピーク値である。ドナー不純物は、シリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかである。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a drawing showing an epitaxial substrate. The epitaxial substrate 61 is manufactured as follows. The epitaxial substrate 61 includes an n + conductivity type gallium nitride substrate 63, an n conductivity type gallium nitride epitaxial film and 65. The gallium nitride epitaxial film 65 is provided on the gallium nitride substrate 63. A layered region 67 is provided in the gallium nitride substrate 63 and the gallium nitride epitaxial film 65. The interface between the gallium nitride substrate 43 and the gallium nitride epitaxial film 65 is located in the layered region 67. In the layered region 67, the donor impurity along the axis from the gallium nitride substrate 63 to the gallium nitride epitaxial film 65 has a peak value of 1 × 10 18 cm −3 or more. The donor impurity is at least one of silicon and germanium.

このエピタキシャル基板61によれば、層状領域67のドナー不純物の濃度プロファイルが1×1018cm−3以上のピーク値であるので、窒化ガリウム基板/エピタキシャル膜界面付近におけるマグネシウム(Mg)、鉄(Fe)といった不純物によるキャリア濃度の低下を小さくできる。また、マグネシウム(Mg)、鉄(Fe)に限られず、ベリリウム(Be)、カルシウム(Ca)、亜鉛(Zn)、カドミウム(Cd)、チタン(Ti)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、あるいはマンガン(Mn)いった不純物によるキャリア濃度の低下も小さくできる。 According to this epitaxial substrate 61, since the concentration profile of the donor impurity in the layered region 67 has a peak value of 1 × 10 18 cm −3 or more, magnesium (Mg), iron (Fe ) Can reduce the decrease in carrier concentration due to impurities. Further, not limited to magnesium (Mg) and iron (Fe), beryllium (Be), calcium (Ca), zinc (Zn), cadmium (Cd), titanium (Ti), cobalt (Co), nickel (Ni), The decrease in carrier concentration due to impurities such as vanadium (V), chromium (Cr), or manganese (Mn) can also be reduced.

窒化ガリウムエピタキシャル膜65のドナー濃度は5×1017cm−3以下であり、窒化ガリウム基板63のドナー不純物は酸素を含むようにしてもよい。或いは、窒化ガリウム基板63のドナー不純物はシリコンを含むようにしてもよい。このエピタキシャル基板61によれば、窒化ガリウムエピタキシャル膜65内に空乏層が十分に形成されると共に、窒化ガリウム基板/エピタキシャル膜界面付近におけるキャリア濃度の低下も小さくできるので、エピタキシャル基板61は、高耐圧の窒化ガリウム系縦型半導体装置に好適である。 The donor concentration of the gallium nitride epitaxial film 65 is 5 × 10 17 cm −3 or less, and the donor impurity of the gallium nitride substrate 63 may contain oxygen. Alternatively, the donor impurity of the gallium nitride substrate 63 may include silicon. According to this epitaxial substrate 61, a sufficient depletion layer is formed in the gallium nitride epitaxial film 65, and the decrease in carrier concentration in the vicinity of the gallium nitride substrate / epitaxial film interface can be reduced. It is suitable for a gallium nitride vertical semiconductor device.

(第4の実施の形態)
図7は、pn接合ダイオードを示す図面である。pn接合ダイオード71は、n導電型の窒化ガリウム支持基体13と、p導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜73と、n導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜75と、第1のオーミック電極77と、第2のオーミック電極79とを備える。n導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜75は、窒化ガリウム支持基体13の主面上に設けられている。p導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜73は、n導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜75の上に設けられている。第1のオーミック電極77は、p導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜73上に設けられている。第2のオーミック電極79は、窒化ガリウム支持基体13の裏面13a上に設けられている。p導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜73とn導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜75とはpn接合76を形成する。窒化ガリウム支持基体13から窒化ガリウムエピタキシャル膜73へ向かう軸に沿ったドナー不純物の濃度が1×1018cm−3以上である層状領域81が、窒化ガリウム支持基体13の表面およびn導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜75内に設けられている。ドナー不純物は、シリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかである。
(Fourth embodiment)
FIG. 7 shows a pn junction diode. The pn junction diode 71 includes an n-conductivity-type gallium nitride support base 13, a p-conductivity-type gallium nitride epitaxial film 73, an n - conductivity-type gallium nitride epitaxial film 75, a first ohmic electrode 77, and a second ohmic electrode. And an electrode 79. The n conductivity type gallium nitride epitaxial film 75 is provided on the main surface of the gallium nitride support base 13. The p conductivity type gallium nitride epitaxial film 73 is provided on the n conductivity type gallium nitride epitaxial film 75. The first ohmic electrode 77 is provided on the p conductivity type gallium nitride epitaxial film 73. The second ohmic electrode 79 is provided on the back surface 13 a of the gallium nitride support base 13. The p conductivity type gallium nitride epitaxial film 73 and the n conductivity type gallium nitride epitaxial film 75 form a pn junction 76. The layered region 81 having a donor impurity concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more along the axis from the gallium nitride supporting base 13 toward the gallium nitride epitaxial film 73 is formed on the surface of the gallium nitride supporting base 13 and the n conductivity type nitriding. It is provided in the gallium epitaxial film 75. The donor impurity is at least one of silicon and germanium.

上記のpn接合ダイオード71によれば、層状領域81のドナー不純物濃度プロファイルが1×1018cm−3以上であるので、窒化ガリウム支持基体/エピタキシャル膜界面付近におけるマグネシウム(Mg)、鉄(Fe)といった不純物によるキャリア濃度の低下を小さくできる。また、窒化ガリウムエピタキシャル膜75のドナー濃度は5×1017cm−3以下であるようにしてもよい。 According to the pn junction diode 71 described above, since the donor impurity concentration profile of the layered region 81 is 1 × 10 18 cm −3 or more, magnesium (Mg), iron (Fe) in the vicinity of the gallium nitride supporting substrate / epitaxial film interface. Thus, the decrease in carrier concentration due to such impurities can be reduced. Further, the donor concentration of the gallium nitride epitaxial film 75 may be 5 × 10 17 cm −3 or less.

(実施例)
以下の手順に従って、エピタキシャル基板を作製した。HVPE法を用いて作製された窒化ガリウム(GaN)自立基板を準備する。このGaN基板は面方位(0001)面の主面を有している。GaN基板はn導電型を示しており、そのキャリア濃度は3×1018cm−3であり、厚みは400マイクロメートルである。この基板中の平均転位密度は、1×10cm−2以下である。この自立基板の主面上に、有機金属気相成長法により、GaNエピタキシャル膜を成長する。エピタキシャル膜はn導電性を有しており、そのキャリア濃度は5×1015cm−3であり、その厚みは、10マイクロメートルである。このGaNエピタキシャル膜上には、第1のp導電型窒化ガリウム系エピタキシャル膜が設けられている。第1のp導電型窒化ガリウム系エピタキシャル膜は、マグネシウム濃度1×1018cm−3および厚み0.5マイクロメートルを有する。必要な場合には、第2のp導電型窒化ガリウム系エピタキシャル膜上には、第2のp導電型窒化ガリウム系エピタキシャル膜が設けられている。第2のp導電型窒化ガリウム系エピタキシャル膜は、マグネシウム濃度5×1019cm−3および厚み0.05マイクロメートルを有する。GaN自立基板およびGaNエピタキシャル層の界面には、5×1018cm−3以上のシリコンを含むnGaN層状領域がある。層状領域を形成するために、基板の表面あるいはエピタキシャル膜中にシリコンを添加することができる。
(Example)
An epitaxial substrate was fabricated according to the following procedure. A gallium nitride (GaN) free-standing substrate manufactured using the HVPE method is prepared. This GaN substrate has a principal surface with a plane orientation (0001) plane. The GaN substrate exhibits n + conductivity type, its carrier concentration is 3 × 10 18 cm −3 , and its thickness is 400 micrometers. The average dislocation density in this substrate is 1 × 10 6 cm −2 or less. A GaN epitaxial film is grown on the main surface of this free-standing substrate by metal organic vapor phase epitaxy. The epitaxial film has n conductivity, its carrier concentration is 5 × 10 15 cm −3 , and its thickness is 10 μm. A first p-conductivity-type gallium nitride epitaxial film is provided on the GaN epitaxial film. The first p-conductivity-type gallium nitride epitaxial film has a magnesium concentration of 1 × 10 18 cm −3 and a thickness of 0.5 μm. If necessary, a second p-conductivity-type gallium nitride-based epitaxial film is provided on the second p-conductivity-type gallium nitride-based epitaxial film. The second p-conductivity-type gallium nitride epitaxial film has a magnesium concentration of 5 × 10 19 cm −3 and a thickness of 0.05 μm. At the interface between the GaN free-standing substrate and the GaN epitaxial layer, there is an n + GaN layered region containing silicon of 5 × 10 18 cm −3 or more. In order to form the layered region, silicon can be added to the surface of the substrate or the epitaxial film.

次いで、このエピタキシャル基板を用いて、以下の手順に従ってpnダイオードを形成した。この試料を有機洗浄した後に、GaN自立基板の裏面全面に、オーミック電極を作製した。オーミック電極の形成には、EB蒸着法により金属堆積膜を堆積した後に、合金化処理を行った。合金化処理は、例えば摂氏600度、1分間で行われる。また、エピタキシャル膜上に、オーミック電極を作製した。オーミック電極の形状は、例えば半径200マイクロメートルである。オーミック電極の作製には、EB蒸着法により金属堆積膜を堆積した後に、合金化処理を行った。合金化処理は、例えば摂氏600度、1分間で行われる。両オーミック電極の作製に先だって、HCl溶液(半導体用塩酸:超純水=1:1)を用いて、試料の前処理を行った。   Then, using this epitaxial substrate, a pn diode was formed according to the following procedure. After this sample was organically cleaned, an ohmic electrode was formed on the entire back surface of the GaN free-standing substrate. For the formation of the ohmic electrode, an alloying treatment was performed after depositing a metal deposition film by EB vapor deposition. The alloying process is performed, for example, at 600 degrees Celsius for 1 minute. An ohmic electrode was produced on the epitaxial film. The shape of the ohmic electrode is, for example, a radius of 200 micrometers. For the production of the ohmic electrode, an alloying treatment was performed after depositing a metal deposition film by EB vapor deposition. The alloying process is performed, for example, at 600 degrees Celsius for 1 minute. Prior to the production of both ohmic electrodes, the sample was pretreated with an HCl solution (hydrochloric acid for semiconductor: ultrapure water = 1: 1).

SIMS法により、エピタキシャル層と基板との界面付近にMg、Feのピークを検出した。マグネシウムのピーク濃度は1×1016cm−3以下であり、鉄のピーク濃度は1×1017cm−3以下であった。このように、界面付近のマグネシウム、鉄等によるキャリアの補償の効果を抑制できるので、上記のようなpnダイオードのオン抵抗を低減することができ、また順方向立ち上がり電圧を小さくすることができ、加えて耐圧が向上できる。 Mg and Fe peaks were detected near the interface between the epitaxial layer and the substrate by the SIMS method. The peak concentration of magnesium was 1 × 10 16 cm −3 or less, and the peak concentration of iron was 1 × 10 17 cm −3 or less. Thus, since the effect of carrier compensation by magnesium, iron, etc. in the vicinity of the interface can be suppressed, the on-resistance of the pn diode as described above can be reduced, and the forward rising voltage can be reduced. In addition, the breakdown voltage can be improved.

以上説明したように、窒化ガリウム系pn接合ダイオード71といった窒化ガリウム系縦型デバイスは、窒化ガリウム基板13上に低濃度のホモエピタキシャル膜75を含んでいる。ところが、窒化ガリウム基板とホモエピタキシャル膜との界面付近にはマグネシウムおよび鉄などの不純物がたまりやすいので、低濃度の界面付近においてキャリア濃度制御は困難である。そこで界面付近に設けられた比較的高濃度の層状領域を利用して、上記の不純物の影響を低減すると共に、界面から離れたエピタキシャル膜におけるキャリア濃度を所望の低濃度に維持することができる。上記の不純物の影響に起因する電気的な影響を除き、窒化ガリウム系pn接合ダイオード71の順方向の抵抗或いはオン抵抗を低減すると共に、逆方向耐圧を向上できる。   As described above, the gallium nitride vertical device such as the gallium nitride pn junction diode 71 includes the low-concentration homoepitaxial film 75 on the gallium nitride substrate 13. However, since impurities such as magnesium and iron tend to accumulate near the interface between the gallium nitride substrate and the homoepitaxial film, it is difficult to control the carrier concentration near the low concentration interface. Therefore, by using a relatively high concentration layered region provided in the vicinity of the interface, the influence of the impurities can be reduced, and the carrier concentration in the epitaxial film away from the interface can be maintained at a desired low concentration. Except for the electrical influence due to the influence of the impurities, the forward resistance or on-resistance of the gallium nitride pn junction diode 71 can be reduced and the reverse breakdown voltage can be improved.

本実施形態は、n導電型の窒化ガリウム自立基板を準備し、窒化ガリウム自立基板の主面上に窒化ガリウムエピタキシャル膜を成長する、縦型窒化ガリウム半導体装置を作製する方法であって、ドナー不純物の濃度が1×10 18 cm −3 以上である層状領域を窒化ガリウム自立基板の主面にドナー不純物を添加して形成し、又は窒化ガリウムエピタキシャル膜の成長においてドナー不純物の濃度が1×10 18 cm −3 以上である層状領域を窒化ガリウム自立基板の主面上にドナー不純物を添加しながら成長する。層状領域の形成の後に、窒化ガリウムエピタキシャル膜の成長において、n 導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜を成長する。層状領域のドナー不純物は、シリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかであり、窒化ガリウムエピタキシャル膜は窒化ガリウム自立基板と界面を成し、層状領域内にはマグネシウム、ベリリウム、カルシウム、亜鉛、あるいはカドミウムの濃度プロファイルのピークが位置する。
この縦型窒化ガリウム半導体装置を作製する方法において、窒化ガリウムエピタキシャル膜上にショットキ電極を形成し、縦型窒化ガリウム半導体装置はショットキダイオードを含む。
この縦型窒化ガリウム半導体装置を作製する方法において、窒化ガリウムエピタキシャル膜上にp導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜を成長し、p導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜上にオーミック電極を形成し、縦型窒化ガリウム半導体装置はpn接合ダイオードを含む。
この縦型窒化ガリウム半導体装置を作製する方法において、n 導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜はドナー濃度として5×10 17 cm −3 以下であり、窒化ガリウム自立基板のドナー不純物は酸素あるいはシリコンを含む。
この縦型窒化ガリウム半導体装置を作製する方法において、層状領域内には鉄、チタン、コバルト、ニッケル、バナジウム、クロム、あるいはマンガンの濃度プロファイルのピークが位置する。
本実施形態は、n導電型の窒化ガリウム自立基板を準備し、窒化ガリウム自立基板の主面上に窒化ガリウムエピタキシャル膜を成長する、縦型窒化ガリウム半導体装置のためのエピタキシャル基板を作製する方法であって、ドナー不純物の濃度が1×10 18 cm −3 以上である層状領域を窒化ガリウム自立基板の主面にドナー不純物を添加して形成し、又は窒化ガリウムエピタキシャル膜の成長においてドナー不純物の濃度が1×10 18 cm −3 以上である層状領域を前記窒化ガリウム自立基板の主面上にドナー不純物を添加しながら成長する。層状領域の形成の後に、窒化ガリウムエピタキシャル膜の成長において、n 導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜を成長する。層状領域の前記ドナー不純物は、シリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかであり、窒化ガリウムエピタキシャル膜は窒化ガリウム自立基板と界面を成し、層状領域内にはマグネシウム、ベリリウム、カルシウム、亜鉛、あるいはカドミウムの濃度プロファイルのピークが位置する。
エピタキシャル基板を作製する方法において、窒化ガリウムエピタキシャル膜上にp導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜を成長する。
エピタキシャル基板を作製する方法において、n 導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜はドナー濃度として5×10 17 cm −3 以下であり、窒化ガリウム自立基板のドナー不純物は酸素あるいはシリコンを含む。
エピタキシャル基板を作製する方法において、層状領域内には鉄、チタン、コバルト、ニッケル、バナジウム、クロム、あるいはマンガンの濃度プロファイルのピークが位置する。
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。本実施の形態では、n型ドナー不純物は、成長中に添加することができるけれども、エピタキシャル成長に先立って基板(表面および/または内部)に存在しているものでもよい。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
The present embodiment is a method of manufacturing a vertical gallium nitride semiconductor device in which an n-conductivity-type gallium nitride free-standing substrate is prepared, and a gallium nitride epitaxial film is grown on the main surface of the gallium nitride free-standing substrate. A layered region having a concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more is formed by adding a donor impurity to the main surface of the gallium nitride free-standing substrate, or the concentration of the donor impurity is 1 × 10 18 in the growth of the gallium nitride epitaxial film. A layered region of cm −3 or more is grown on the main surface of the gallium nitride free-standing substrate while adding donor impurities. After the formation of the layered region, an n conductivity type gallium nitride epitaxial film is grown in the growth of the gallium nitride epitaxial film. The donor impurity in the layered region is at least one of silicon and germanium, the gallium nitride epitaxial film forms an interface with the gallium nitride free-standing substrate, and the concentration profile of magnesium, beryllium, calcium, zinc, or cadmium in the layered region The peak is located.
In this method of manufacturing a vertical gallium nitride semiconductor device, a Schottky electrode is formed on a gallium nitride epitaxial film, and the vertical gallium nitride semiconductor device includes a Schottky diode.
In this method of manufacturing a vertical gallium nitride semiconductor device, a p-type gallium nitride epitaxial film is grown on a gallium nitride epitaxial film, an ohmic electrode is formed on the p-type gallium nitride epitaxial film, and a vertical gallium nitride semiconductor is formed. The device includes a pn junction diode.
In this method for manufacturing a vertical gallium nitride semiconductor device, the n conductivity type gallium nitride epitaxial film has a donor concentration of 5 × 10 17 cm −3 or less, and the donor impurity of the gallium nitride free-standing substrate contains oxygen or silicon.
In the method for manufacturing the vertical gallium nitride semiconductor device, the peak of the concentration profile of iron, titanium, cobalt, nickel, vanadium, chromium, or manganese is located in the layered region.
This embodiment is a method for producing an epitaxial substrate for a vertical gallium nitride semiconductor device, in which an n-conductivity-type gallium nitride free-standing substrate is prepared and a gallium nitride epitaxial film is grown on the main surface of the gallium nitride free-standing substrate. A layered region having a donor impurity concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more is formed by adding a donor impurity to the main surface of the gallium nitride free-standing substrate, or a donor impurity concentration in the growth of a gallium nitride epitaxial film A layered region having a thickness of 1 × 10 18 cm −3 or more is grown on the main surface of the gallium nitride free-standing substrate while adding donor impurities. After the formation of the layered region, an n conductivity type gallium nitride epitaxial film is grown in the growth of the gallium nitride epitaxial film. The donor impurity in the layered region is at least one of silicon and germanium, the gallium nitride epitaxial film forms an interface with the gallium nitride free-standing substrate, and the magnesium, beryllium, calcium, zinc, or cadmium concentration in the layered region The peak of the profile is located.
In the method for producing an epitaxial substrate, a p-conductivity-type gallium nitride epitaxial film is grown on a gallium nitride epitaxial film.
In the method of manufacturing an epitaxial substrate, the n conductivity type gallium nitride epitaxial film has a donor concentration of 5 × 10 17 cm −3 or less, and the donor impurity of the gallium nitride free-standing substrate contains oxygen or silicon.
In the method of manufacturing an epitaxial substrate, the peak of the concentration profile of iron, titanium, cobalt, nickel, vanadium, chromium, or manganese is located in the layered region.
While the principles of the invention have been illustrated and described in the preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment. In the present embodiment, the n-type donor impurity can be added during the growth, but it may be present in the substrate (surface and / or inside) prior to the epitaxial growth. We therefore claim all modifications and changes that come within the scope and spirit of the following claims.

図1は、ショットキダイオードを示す図面である。FIG. 1 shows a Schottky diode. 図2は、二次イオン質量分析法により上記のエピタキシャル基板中のマグネシウム(Mg)濃度を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the magnesium (Mg) concentration in the epitaxial substrate by secondary ion mass spectrometry. 図3は、二次イオン質量分析法により上記のエピタキシャル基板中の鉄(Fe)濃度を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the iron (Fe) concentration in the epitaxial substrate by secondary ion mass spectrometry. 図4は、二次イオン質量分析法により上記のエピタキシャル基板の層状領域中のドナー濃度(シリコン)を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the donor concentration (silicon) in the layered region of the epitaxial substrate by secondary ion mass spectrometry. 図5は、縦型トランジスタを示す図面である。FIG. 5 shows a vertical transistor. 図6は、エピタキシャル基板を示す図面である。FIG. 6 is a drawing showing an epitaxial substrate. 図7は、pn接合ダイオードを示す図面である。FIG. 7 shows a pn junction diode.

符号の説明Explanation of symbols

11…ショットキダイオード、13…n導電型窒化ガリウム支持基体、15…n導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜、17…ショットキ電極、19…オーミック電極、17…ショットキ電極、19…オーミック電極、21…層状領域、4 1…縦型トランジスタ、43…n導電型窒化ガリウム支持基体、45…n導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜、47…ゲート電極、49…p導電型領域、51…n導電型領域、53…ソース電極、55…ドレイン電極、57…層状領域、59…絶縁膜、61…エピタキシャル基板、63…n導電型窒化ガリウム基板、65…n導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜、67…層状領域、71…pn接合ダイオード、73…p導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜、75…n導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜、77…第1のオーミック電極、79…第2のオーミック電極、76…pn接合 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Schottky diode, 13 ... n conductivity type gallium nitride support base, 15 ... n - conductivity type gallium nitride epitaxial film, 17 ... Schottky electrode, 19 ... ohmic electrode, 17 ... Schottky electrode, 19 ... ohmic electrode, 21 ... layered region 4 1 ... Vertical transistor, 43 ... n-conductivity-type gallium nitride support base, 45 ... n - conductivity-type gallium nitride epitaxial film, 47 ... Gate electrode, 49 ... p-conductivity type region, 51 ... n-conductivity type region, 53 ... Source electrode, 55 ... Drain electrode, 57 ... Layered region, 59 ... Insulating film, 61 ... Epitaxial substrate, 63 ... n conductive gallium nitride substrate, 65 ... n - conductive gallium nitride epitaxial film, 67 ... Layered region, 71 ... pn junction diode, 73 ... p conductivity type gallium nitride epitaxial layer, 75 ... n - conductivity type gallium nitride Epitaxial film 77 ... first ohmic electrode, 79 ... second ohmic electrode, 76 ... pn junction

Claims (9)

n導電型の窒化ガリウム自立基板を準備し、preparing an n-type gallium nitride free-standing substrate;
前記窒化ガリウム自立基板の主面上に窒化ガリウムエピタキシャル膜を成長する、縦型窒化ガリウム半導体装置を作製する方法であって、A method for producing a vertical gallium nitride semiconductor device, wherein a gallium nitride epitaxial film is grown on a main surface of the gallium nitride free-standing substrate,
ドナー不純物の濃度が1×10Donor impurity concentration is 1 × 10 1818 cmcm −3-3 以上である層状領域を前記窒化ガリウム自立基板の前記主面に前記ドナー不純物を添加して形成し、又は前記窒化ガリウムエピタキシャル膜の成長においてドナー不純物の濃度が1×10The layered region as described above is formed by adding the donor impurity to the main surface of the gallium nitride free-standing substrate, or the concentration of the donor impurity is 1 × 10 in the growth of the gallium nitride epitaxial film. 1818 cmcm −3-3 以上である層状領域を前記窒化ガリウム自立基板の前記主面上に前記ドナー不純物を添加しながら成長し、A layered region that is the above is grown on the main surface of the gallium nitride free-standing substrate while adding the donor impurity,
前記層状領域の形成の後に、前記窒化ガリウムエピタキシャル膜の成長において、nIn the growth of the gallium nitride epitaxial film after the formation of the layered region, n 導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜を成長し、Growing a conductive gallium nitride epitaxial film,
前記層状領域の前記ドナー不純物は、シリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかであり、The donor impurity in the layered region is at least one of silicon and germanium;
前記窒化ガリウムエピタキシャル膜は前記窒化ガリウム自立基板と界面を成し、The gallium nitride epitaxial film forms an interface with the gallium nitride free-standing substrate,
前記層状領域内にはマグネシウム、ベリリウム、カルシウム、亜鉛、あるいはカドミウムの濃度プロファイルのピークが位置する、縦型窒化ガリウム半導体装置を作製する方法。A method of manufacturing a vertical gallium nitride semiconductor device in which a peak of a concentration profile of magnesium, beryllium, calcium, zinc, or cadmium is located in the layered region.
縦型窒化ガリウム半導体装置を作製する方法において、前記窒化ガリウムエピタキシャル膜上にショットキ電極を形成し、In the method of manufacturing a vertical gallium nitride semiconductor device, a Schottky electrode is formed on the gallium nitride epitaxial film,
前記縦型窒化ガリウム半導体装置はショットキダイオードを含む、請求項1に記載された縦型窒化ガリウム半導体装置を作製する方法。The method for manufacturing a vertical gallium nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the vertical gallium nitride semiconductor device includes a Schottky diode.
縦型窒化ガリウム半導体装置を作製する方法において、前記窒化ガリウムエピタキシャル膜上にp導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜を成長し、前記p導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜上にオーミック電極を形成し、In the method of manufacturing a vertical gallium nitride semiconductor device, a p-conductivity-type gallium nitride epitaxial film is grown on the gallium nitride epitaxial film, an ohmic electrode is formed on the p-conductivity-type gallium nitride epitaxial film,
前記縦型窒化ガリウム半導体装置はpn接合ダイオードを含む、請求項1に記載された縦型窒化ガリウム半導体装置を作製する方法。The method for manufacturing a vertical gallium nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the vertical gallium nitride semiconductor device includes a pn junction diode.
前記nN 導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜はドナー濃度として5×10The conductivity type gallium nitride epitaxial film has a donor concentration of 5 × 10 1717 cmcm −3-3 以下であり、And
前記窒化ガリウム自立基板のドナー不純物は酸素あるいはシリコンを含む、ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載された縦型窒化ガリウム半導体装置を作製する方法。The method for producing a vertical gallium nitride semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the donor impurity of the gallium nitride free-standing substrate contains oxygen or silicon.
前記層状領域内には鉄、チタン、コバルト、ニッケル、バナジウム、クロム、あるいはマンガンの濃度プロファイルのピークが位置する、ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載された縦型窒化ガリウム半導体装置を作製する方法。The peak of the concentration profile of iron, titanium, cobalt, nickel, vanadium, chromium, or manganese is located in the layered region, according to any one of claims 1 to 4. A method of manufacturing a vertical gallium nitride semiconductor device. n導電型の窒化ガリウム自立基板を準備し、preparing an n-type gallium nitride free-standing substrate;
前記窒化ガリウム自立基板の主面上に窒化ガリウムエピタキシャル膜を成長する、縦型窒化ガリウム半導体装置のためのエピタキシャル基板を作製する方法であって、A method for producing an epitaxial substrate for a vertical gallium nitride semiconductor device, wherein a gallium nitride epitaxial film is grown on a main surface of the gallium nitride free-standing substrate,
ドナー不純物の濃度が1×10Donor impurity concentration is 1 × 10 1818 cmcm −3-3 以上である層状領域を前記窒化ガリウム自立基板の前記主面に前記ドナー不純物を添加して形成し、又は前記窒化ガリウムエピタキシャル膜の成長においてドナー不純物の濃度が1×10The layered region as described above is formed by adding the donor impurity to the main surface of the gallium nitride free-standing substrate, or the concentration of the donor impurity is 1 × 10 in the growth of the gallium nitride epitaxial film. 1818 cmcm −3-3 以上である層状領域を前記窒化ガリウム自立基板の前記主面上に前記ドナー不純物を添加しながら成長し、A layered region that is the above is grown on the main surface of the gallium nitride free-standing substrate while adding the donor impurity,
前記層状領域の形成の後に、前記窒化ガリウムエピタキシャル膜の成長において、nIn the growth of the gallium nitride epitaxial film after the formation of the layered region, n 導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜を成長し、Growing a conductive gallium nitride epitaxial film,
前記層状領域の前記ドナー不純物は、シリコンおよびゲルマニウムの少なくともいずれかであり、The donor impurity in the layered region is at least one of silicon and germanium;
前記窒化ガリウムエピタキシャル膜は前記窒化ガリウム自立基板と界面を成し、The gallium nitride epitaxial film forms an interface with the gallium nitride free-standing substrate,
前記層状領域内にはマグネシウム、ベリリウム、カルシウム、亜鉛、あるいはカドミウムの濃度プロファイルのピークが位置する、エピタキシャル基板を作製する方法。A method for producing an epitaxial substrate, wherein a peak of a concentration profile of magnesium, beryllium, calcium, zinc, or cadmium is located in the layered region.
エピタキシャル基板を作製する方法において、前記窒化ガリウムエピタキシャル膜上にp導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜を成長する、請求項6に記載されたエピタキシャル基板を作製する方法。The method for producing an epitaxial substrate according to claim 6, wherein a p-conductivity-type gallium nitride epitaxial film is grown on the gallium nitride epitaxial film. 前記nN 導電型窒化ガリウムエピタキシャル膜はドナー濃度として5×10The conductivity type gallium nitride epitaxial film has a donor concentration of 5 × 10 1717 cmcm −3-3 以下であり、And
前記窒化ガリウム自立基板のドナー不純物は酸素あるいはシリコンを含む、請求項6又は請求項7に記載されたエピタキシャル基板を作製する方法。The method for producing an epitaxial substrate according to claim 6 or 7, wherein the donor impurity of the gallium nitride free-standing substrate includes oxygen or silicon.
前記層状領域内には鉄、チタン、コバルト、ニッケル、バナジウム、クロム、あるいはマンガンの濃度プロファイルのピークが位置する、請求項6〜請求項8のいずれか一項に記載されたエピタキシャル基板を作製する方法。The epitaxial substrate according to any one of claims 6 to 8, wherein a peak of a concentration profile of iron, titanium, cobalt, nickel, vanadium, chromium, or manganese is located in the layered region. Method.
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