JP5276849B2 - Manufacturing method of nitride semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、能動層に窒化物半導体を用いた窒化物半導体装置の製造方法に関し、特に高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)やショットキーバリアダイオードのような、半導体装置にショットキ接触する電極を有する窒化物半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a nitride semiconductor device using a nitride semiconductor as an active layer, and in particular, a high electron mobility transistor (HEMT), a field effect transistor (FET), and a Schottky. The present invention relates to a method of manufacturing a nitride semiconductor device having an electrode that is in Schottky contact with a semiconductor device, such as a barrier diode.
図5は、従来のIII−V族窒化物半導体からなる半導体装置の断面図を示している。図5に示す半導体装置は、いわゆるHEMT構造を示しており、サファイア基板からなる基板11上には、窒化ガリウム(GaN)からなるバッファ層12、窒化ガリウムからなるチャネル層13、n型窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)からなるキャリア供給層15、ノンドープの窒化アルミニウムガリウムからなるショットキ層14が順次積層した構造となっており、チャネル層13とキャリア供給層15とからなるヘテロ接合界面近傍に、ポテンシャル井戸からなる電子移動度が極めて大きい2次元電子ガス層が形成されている。このような構造の半導体装置では、ショットキ層14にショットキ接触するゲート電極18に印加する電圧を制御することにより、ソース電極17aとドレイン電極17bとの間を流れるキャリア(2次元電子ガス)を制御している。16は、窒化硅素からなるキャップ層である。
FIG. 5 shows a cross-sectional view of a conventional semiconductor device made of a group III-V nitride semiconductor. The semiconductor device shown in FIG. 5 has a so-called HEMT structure. On a
このような構造の従来の窒化物半導体装置の耐圧は、ゲート金属と窒化物半導体層との接触で形成されるショットキ特性に大きく左右されている。一般的に窒化物半導体層、例えば窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)層や窒化ガリウム(GaN)層上に形成されるゲート金属のショットキ特性は、高いゲートリーク電流が見られ、これが衝突イオン化のトリガーとなり、高出力素子の窒化物半導体装置の重要なパラメータであるオフ耐圧(FETがオフ状態でのドレイン耐圧)を予想される数値よりも低下させて、ワイドギャップ材料の高耐圧という特性を十分に引き出すことができないという問題点があった。一方窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)層や窒化ガリウム(GaN)層などの窒化物半導体層上にゲート電極を形成した半導体装置においても、窒化物半導体層の表面準位にトラップされた電子により、表面のポテンシャルが揺らぎ、電流−電圧特性の周波数分散(電流コラプス)が生じるという問題があった。 The breakdown voltage of the conventional nitride semiconductor device having such a structure is greatly influenced by the Schottky characteristic formed by the contact between the gate metal and the nitride semiconductor layer. In general, Schottky characteristics of a gate metal formed on a nitride semiconductor layer, such as an aluminum gallium nitride (AlGaN) layer or a gallium nitride (GaN) layer, show a high gate leakage current, which triggers impact ionization, Reduce the breakdown voltage (drain breakdown voltage when the FET is off), which is an important parameter for nitride semiconductor devices with high output elements, to a lower level than expected, and fully exploit the high breakdown voltage characteristics of wide gap materials. There was a problem that could not. On the other hand, even in a semiconductor device in which a gate electrode is formed on a nitride semiconductor layer such as an aluminum gallium nitride (AlGaN) layer or a gallium nitride (GaN) layer, the surface trapped by electrons trapped in the surface level of the nitride semiconductor layer There is a problem that the potential fluctuates and frequency dispersion (current collapse) of the current-voltage characteristic occurs.
一方、従来耐圧を改善するためには、図6のようなフィールドプレート構造を用いることが知られている。従来のフィールドプレート構造は、窒化物半導体層とゲート電極と接続する電極部との間には、窒化珪素や酸化珪素等からなるキャップ層16が用いられていた(例えば、特許文献1)。しかし、キャップ層として酸化珪素を用いると電流コラプスが発生し、窒化珪素を用いると酸化珪素を用いるときよりも耐圧が低下する問題があった。
On the other hand, in order to improve the breakdown voltage, it is known to use a field plate structure as shown in FIG. In the conventional field plate structure, a
本願出願人は、これらの問題点を解消し、電流コラプスの抑制と高耐圧化を目的として、成膜温度を低く設定して形成した絶縁性の高い微結晶構造の窒化物半導体層上に、フィールドプレート構造を形成する窒化物半導体装置を提案している(特願2007−236115号)。
本願出願人が先に提案した絶縁特性の高い微結晶構造の窒化物半導体層を備えた窒化物半導体装置は、表面順位にトラップされる電子の制御若しくは表面準位密度の低減により、電流コラプス減少が抑制され高周波特性が改善された。 The nitride semiconductor device having a nitride semiconductor layer having a microcrystalline structure with high insulation characteristics previously proposed by the applicant of the present application reduces current collapse by controlling electrons trapped in the surface order or reducing the surface state density. Was suppressed and the high frequency characteristics were improved.
そして、さらに高耐圧化が望まれているものの、従来の窒化物半導体装置は、微結晶構造の窒化物半導体層の一部をエッチング除去する際、塩素系ガスを用いたドライエッチング法を用いていたため、その表面にダメージを残し、リーク電流が増大してしまうという問題があった。 Although higher breakdown voltage is desired, the conventional nitride semiconductor device uses a dry etching method using a chlorine-based gas when etching away a part of the nitride semiconductor layer having a microcrystalline structure. Therefore, there is a problem that the surface remains damaged and the leakage current increases.
一方、ウエットエッチング法によれば、エッチングダメージによるリーク電流は抑制できるものの、さらに高耐圧化を図るため、微結晶構造の窒化物半導体層の側壁を緩やかに傾斜する形状に形成しようとすると、エッチングレートの遅い結晶面のエッチングに律速され、垂直に近い形状しか形成することができなかった。 On the other hand, according to the wet etching method, although leakage current due to etching damage can be suppressed, in order to further increase the breakdown voltage, if the side wall of the nitride semiconductor layer having a microcrystalline structure is formed to have a gently inclined shape, etching is performed. Due to the slow rate etching of the crystal plane, it was possible to form only a nearly vertical shape.
本発明は、電流コラプスの抑制と高耐圧化が実現できると共に、微結晶構造の窒化物半導体層を緩やかに傾斜した形状に形成し、電界集中を緩和することができる窒化物半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can achieve current collapse suppression and high breakdown voltage, and a method for manufacturing a nitride semiconductor device that can form a nitride semiconductor layer having a microcrystalline structure in a gently slanted shape and reduce electric field concentration The purpose is to provide.
上記目的を達成するため、本願請求項1に係る発明は、ガリウム、アルミニウム、ホウ素及びインジウムからなる群のうち少なくとも1つからなるIII族元素と、窒素、リン及び砒素からなる群のうちの少なくとも窒素を含むV族元素で構成されたIII−V族窒化物半導体層からなる窒化物半導体装置の製造方法において、基板上に、前記III−V族窒化物半導体層からなる第1の窒化物半導体層を形成する工程と、該第1の窒化物半導体層の上に、前記III−V族窒化物半導体層からなり、アルミニウムを含まない第2の窒化物半導体層を、前記第1の窒化物半導体層の成膜温度より低く微結晶構造となる温度で成長を開始し、その後、徐々に成膜温度を下げていき、非晶質構造となる温度まで成長させることにより形成する工程と、前記第1の窒化物半導体層にオーミック接触する第1の電極を形成する工程と、前記第2の窒化物半導体層の一部を、前記成膜温度が低いほどエッチングレートが早くなるエッチング液を用いてエッチングし、表面側の開口幅が広くなる傾斜した側壁を有する凹部を形成する工程と、該凹部内に露出する前記第1の窒化物半導体層にショットキ接触し、少なくとも前記第1の電極側の前記側壁を覆う第2の電極を形成する工程と、を含むことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 of the present application provides at least one group III element consisting of at least one of the group consisting of gallium, aluminum, boron and indium, and at least one of the group consisting of nitrogen, phosphorus and arsenic. In the method of manufacturing a nitride semiconductor device comprising a group III-V nitride semiconductor layer composed of a group V element containing nitrogen, a first nitride semiconductor comprising the group III-V nitride semiconductor layer on a substrate Forming a layer, and forming a second nitride semiconductor layer made of the III-V nitride semiconductor layer and not containing aluminum on the first nitride semiconductor layer, the first nitride The step of starting growth at a temperature lower than the film formation temperature of the semiconductor layer to become a microcrystalline structure, then gradually lowering the film formation temperature and growing to a temperature at which it becomes an amorphous structure ; 1st Nitro Forming a first electrode in ohmic contact with the physical semiconductor layer, and etching a part of the second nitride semiconductor layer using an etchant whose etching rate increases as the film forming temperature decreases; Forming a recess having an inclined side wall with an opening width on the surface side wide; and Schottky contact with the first nitride semiconductor layer exposed in the recess; at least the side wall on the first electrode side Forming a second electrode to be covered.
本願請求項2に係る発明は、請求項1記載の窒化物半導体装置の製造方法において、前記第2の窒化物半導体層を形成する工程は、前記第1の窒化物半導体層の成膜温度より低く微結晶構造となる温度を保ち、成長させた後、さらに成膜温度を低く設定して形成する工程であることを特徴とするものである。 According to a second aspect of the present invention, in the method for manufacturing a nitride semiconductor device according to the first aspect, the step of forming the second nitride semiconductor layer is based on a film formation temperature of the first nitride semiconductor layer. This is characterized in that the film is formed by maintaining the temperature at which the crystallite structure becomes low and growing, and then setting the film forming temperature at a lower temperature.
本願請求項3に係る発明は、請求項1または2いずれか記載の窒化物半導体装置の製造方法において、前記第2の窒化物半導体層の一部をエッチングし、前記凹部を形成する際、前記凹部の底部に前記第2の窒化物半導体層の一部を残し、該第2の窒化物半導体層にショットキ接触する前記ゲート電極を形成する工程を含むことを特徴とするものである。 The invention according to claim 3 of the present application is the method for manufacturing a nitride semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein when the part of the second nitride semiconductor layer is etched to form the recess, The method includes a step of leaving the part of the second nitride semiconductor layer at the bottom of the recess and forming the gate electrode in Schottky contact with the second nitride semiconductor layer.
本発明の製造方法によれば、ショットキ電極−オーミック電極間に絶縁性の高い窒化物半導体層を備える構造とすることで、ショットキ電極−オーミック電極間の表面準位にトラップされる電子の抑制若しくは表面準位密度の低減により電流コラプス現象が抑制され、高周波特性も改善された半導体装置を形成することができる。同時に、ショットキ電極が緩やかに傾斜する側壁を覆う構造とすることで、電界集中が緩和され、従来の側壁部がほぼ垂直な構造よりもさらに高い耐圧の窒化物半導体装置を形成することができる。 According to the manufacturing method of the present invention, the structure having a highly insulating nitride semiconductor layer between the Schottky electrode and the ohmic electrode suppresses electrons trapped in the surface level between the Schottky electrode and the ohmic electrode or By reducing the surface state density, a current collapse phenomenon is suppressed, and a semiconductor device with improved high-frequency characteristics can be formed. At the same time, by adopting a structure in which the Schottky electrode covers the gently inclined side wall, the electric field concentration is alleviated, and a nitride semiconductor device having a higher breakdown voltage than the conventional structure in which the side wall portion is substantially vertical can be formed.
そして特に、絶縁性の高い窒化物半導体層を、表面ほど成膜温度を低く設定し、成膜温度によりエッチングレートの異なるエッチング液を用いてエッチングすることにより、簡便に表面側の開口幅が広くなる傾斜した側壁を形成することができる。この傾斜した形状のコントロールは、成膜温度の制御により行うことができるので、非常に簡便な方法である。またウエットエッチング法によるため、ダメージフリーとなる利点もある。 In particular, the surface of the nitride semiconductor layer having high insulating properties is set to be lower at the surface, and the opening width on the surface side can be easily widened by etching using an etching solution having a different etching rate depending on the film forming temperature. An inclined side wall can be formed. Since the control of the inclined shape can be performed by controlling the film formation temperature, it is a very simple method. Further, since it is based on the wet etching method, there is an advantage that it is free of damage.
また、ショットキ電極を微結晶構造の薄い窒化物半導体層を介してショットキ接合するように形成すると、さらに高い耐圧を持つ窒化物半導体装置を形成することができる。この微結晶構造の薄い窒化物半導体層は、上層部と比較して相対的にエッチングレートの低い層として形成する(換言すれば、成長温度の高い層として形成する)ことで、均一な膜厚で凹部底部に残すことができ、特性のばらつきの少ない窒化物半導体装置を形成することができる。 Further, when the Schottky electrode is formed so as to be Schottky bonded through a thin nitride semiconductor layer having a microcrystalline structure, a nitride semiconductor device having a higher breakdown voltage can be formed. The thin nitride semiconductor layer having a microcrystalline structure is formed as a layer having a relatively low etching rate as compared with the upper layer portion (in other words, formed as a layer having a high growth temperature), thereby obtaining a uniform film thickness. Thus, a nitride semiconductor device with little variation in characteristics can be formed.
以下、本発明の窒化物半導体装置の製造方法について、III−V族窒化物半導体装置であるHEMTの製造方法を例にとり、詳細に説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing a nitride semiconductor device according to the present invention will be described in detail by taking as an example a method for manufacturing a HEMT that is a group III-V nitride semiconductor device.
図1は本発明の第1の実施例の窒化物半導体装置の断面図を、図2はその製造工程の説明図を示している。図2(a)に示すように、炭化珪素(SiC)からなる基板11上に、MOCVD(有機金属化学的気相堆積)法、MBE(電子ビームエピタキシャル)法等により、厚さ200nm程度の窒化アルミニウム(AlN)からなるバッファ層12、後述するキャリア供給層のエネルギーギャップより小さいエネルギーギャップを持つ厚さ2.5μmのノンドープ窒化ガリウム(GaN)からなるチャネル層13、チャネル層13との界面にキャリアとなる2次元電子ガスを形成する厚さ25nmのn型窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)からなるショットキ層14、ショットキ層14の成膜温度よりも低い温度で形成された厚さ200nmの高絶縁性のノンドープ窒化ガリウム(GaN)からなるキャップ層19を積層形成している。キャップ層19は、ショットキ層14の成膜温度より500℃から600℃程度低い温度範囲であって、表面側ほど成膜温度を低く設定して成膜することで、微結晶構造(多結晶構造)から非晶質構造となり、絶縁性の高い半導体層が形成される。一例として、チャネル層13、ショットキ層14の成膜温度が1080℃のとき、500℃で成長を開始し、徐々に成長温度を下げていき、425℃程度までの温度範囲で成長させると、好適なキャップ層19を形成することができる。
FIG. 1 is a sectional view of a nitride semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view of the manufacturing process. As shown in FIG. 2A, nitridation with a thickness of about 200 nm is performed on a
このように形成したキャップ層19は、比抵抗が1011Ωcm程度の高抵抗となっている。なお、成膜温度が500℃で成長させた厚さ1μmのGaN層をX線回析で結晶性の評価を行ったところ、(004)面におけるX線解析ロッキングカーブの半値幅は、1200秒であり、同様に成長温度400℃では、半値幅の測定は不能となった。(なお、1080℃で結晶成長したGaN層は、単結晶構造であり、その半値幅は150〜300秒となる。)また、成長温度を変化させて形成した断面TEM試料を、電子線回析法により評価したところ、温度が低くなるに従い、多結晶構造から非晶質構造になることを確認している。
The
次に図2(b)に示すように、ショットキ層14上のソース電極17a、ドレイン電極17b形成領域にあるキャップ層19を、塩素ガス等を用いたドライエッチング法により除去し、ショットキ層14を露出させる。その後、図2(c)に示すようにチタン(Ti)/アルミニウム(Al)からなるソース電極17a、ドレイン電極17bを形成し、600℃30秒の急速加熱を行い、ショットキ層14にオーミック接触を形成する。なお、キャップ層19は、低抵抗のオーミック接触が形成できる範囲で、ショットキ層14上に残すことも可能である。
Next, as shown in FIG. 2B, the
次に図2(d)に示すように、ソース電極17a、ドレイン電極17b間のゲート電極形成領域にあるキャップ層19の一部を凹状に除去し、その底部にショットキ層14を露出させる。ここで、凹部を形成する際、液温90℃の30wt%の水酸化ガリウム溶液を用いたウエットエッチング法を用いる。このエッチング液は、図3に示すように、成長温度の違いによりエッチングレートが異なるエッチング特性を有している。このエッチング液を用いて、前述の通り、表面側ほど成長温度を低く設定したキャップ層19をエッチングすると、表面側のエッチングが早く進み、図2(d)に示すように、側壁が斜めになった凹部を形成することができる。
Next, as shown in FIG. 2D, a part of the
その後、図2(e)に示すようにニッケル(Ni)/(Au)の積層体等からなるゲート電極18を凹部およびドレイン電極17b側のキャップ層19上に延出するように形成する。凹部の底部では、ゲート電極18とショットキ層14との間にショットキ接触が形成され、ドレイン電極17b側に延出するゲート電極18は、フィールドプレート部を形成する。特に斜めに傾斜した側壁にゲート電極18が形成されるため、電界集中が緩和される構造となっている。なお、ソース側の側壁には、ゲート電極を形成しない方が好ましい。ゲート−ソース間容量Cgsの増大は、高周波特性の劣化の原因となるからである。
After that, as shown in FIG. 2E, a
本発明では、絶縁性の高いキャップ層19を備える構造となっているため、ゲートリーク電流が減少し、チャネルでの衝突イオン化が抑制できる。さらにフィールドプレート構造とすることにより、ゲート電極端の電界集中が緩和できる。その結果、オフ耐圧が従来の100Vから200Vに改善された。
In the present invention, since the
次に図4に示す第2の実施例について説明する。図1に示す第1の実施例と同様、炭化珪素(SiC)からなる基板11上に、MOCVD(有機金属化学的気相堆積)法、MBE(電子ビームエピタキシャル)法等により、厚さ200nm程度の窒化アルミニウム(AlN)からなるバッファ層12、後述するキャリア供給層のエネルギーギャップより小さいエネルギーギャップを持つ厚さ2.5μmのノンドープ窒化ガリウム(GaN)からなるチャネル層13、チャネル層13との界面にキャリアとなる2次元電子ガスを形成する厚さ25nmのn型窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)からなるショットキ層14、ショットキ層14の成膜温度よりも低い温度形成された厚さ200nmの高絶縁性のノンドープ窒化ガリウム(GaN)からなるキャップ層19を積層形成している。キャップ層19は、ショットキ層14の成膜温度より500℃から600℃程度低い温度範囲であって、表面側ほど成膜温度を低く設定して成膜することで、微結晶構造(多結晶構造)から非晶質構造となり、絶縁性の高い半導体層が形成される。一例として、チャネル層13、ショットキ層14の成膜温度が1080℃のとき、500℃から550℃の温度範囲で成長を開始し、厚さ20nmから30nm成長させた後、さらに成長温度を下げていき、425℃程度までの温度範囲で成長させると、好適なキャップ層19を形成することができる。
Next, a second embodiment shown in FIG. 4 will be described. Similar to the first embodiment shown in FIG. 1, a thickness of about 200 nm is formed on a
さらに、第1の実施例で説明した工程に従い、ショットキ層14上のソース電極17a、ドレイン電極17b形成領域にあるキャップ層19を除去し、ショットキ層14を露出させる。その後、露出するショットキ層14上にチタン(Ti)/アルミニウム(Al)からなるソース電極17a、ドレイン電極17bを形成し、600℃30秒の急速加熱を行い、ショットキ層14にオーミック接触を形成する。なお、キャップ層19は、低抵抗のオーミック接触が形成できる範囲で、ショットキ層14上に残すことも可能である。
Further, according to the steps described in the first embodiment, the
次にソース電極17a、ドレイン電極17b間のゲート電極形成領域にあるキャップ層19の一部を凹状に除去する。ここで、本実施例では、微結晶構造のキャップ層19を完全に除去せず、凹部の底部に微結晶構造のキャップ層19を20nm程度残す。前述の通り、キャップ層19を形成する際、成長初期の成長温度を500℃から550℃の温度範囲とすることで、この部分のエッチングレートが非常に遅くなり、制御性良く、20nm程度のキャップ層を凹部の底部に残すことができる。凹部を形成するエッチング液は、第1の実施例で説明したエッチング液を用いる。その結果、表面側のエッチングが早く進み、側壁が斜めになった凹部を形成することができる。
Next, a part of the
その後、第1の実施例で説明した工程に従い、ニッケル(Ni)/(Au)の積層体等からなるゲート電極18を凹状部分およびドレイン電極17b側のキャップ層19上に延出するように形成する。凹状部分の底部では、わずかに残ったキャップ層19を介してゲート電極18とショットキ層14との間にショットキ接触が形成され、ドレイン電極17b側に延出するゲート電極18は、フィールドプレート部を形成する。前述の通り、斜めに傾斜した側壁にゲート電極18が形成されるため、電界集中が緩和される構造となる。また、ゲート−ソース間容量Cgsの増大は高周波特性の劣化の原因となるので、ソース側の側壁には、ゲート電極を形成しない方が好ましい。
Thereafter, in accordance with the steps described in the first embodiment, a
本実施例によれば、絶縁特性の高いキャップ層19がショットキ界面に存在するため、ゲート電極18のショットキ障壁が高く、ゲートリークが低減し、チャネルでの衝突イオン化が抑制され、第1の実施例よりもさらに高い耐圧特性を得ることができる。
According to the present embodiment, since the
以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく変更が可能である。例えば、ゲート電極の種類、オーミック電極の種類は、使用する窒化物半導体層の種類に応じて適宜選択、設定することができる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments and can be modified. For example, the type of gate electrode and the type of ohmic electrode can be appropriately selected and set according to the type of nitride semiconductor layer to be used.
また、HEMT構造の窒化物半導体装置の代わりに、不純物が添加された窒化物半導体層を能動層(チャネル層)とし、その上に上述のショットキ層14が形成された構造のFET構造やショットキーバリアダイオード構造とすることができる。また、窒化物半導体層は、GaN/AlGaN系に限定されるものではなく、ゲート電極が形成される第2の窒化物半導体層(上記実施例ではキャップ層19に相当)は、例えば、GaN、BN、InNあるいはこれらの混晶半導体を含み、かつアルミニウムを含まない層で構成することができる。また第1の窒化物半導体層(上記実施例ではショットキ層14に相当)は、例えば、GaN、BN、InN、AlNあるいはこれらの混晶半導体を含む層で形成することができる。さらに、炭化珪素(SiC)基板の代わりにサファイア基板を用いてもかまわない。その場合はバッファ層として窒化ガリウム(GaN)を用いるほうが好ましい。また炭化珪素(SiC)基板の代わりにシリコン(Si)基板を用いてもかまわない。
Further, instead of the HEMT structure nitride semiconductor device, the nitride semiconductor layer doped with impurities is used as an active layer (channel layer), and the
第2の窒化物半導体層をエッチングするエッチング液の組成も、使用する窒化物半導体層の種類に応じて、適宜選択すればよい。一般的には、成長温度が低くなるに従い、結晶性が劣化し、エッチングレートの高い面が露出しやすくなる。その結果、成長温度を低くすると、エッチングレートが早くなる傾向を示すことになるので、周知のエッチング液の中から、使用する窒化物半導体層の種類に応じて適宜、選択することができる。 What is necessary is just to select suitably the composition of the etching liquid which etches a 2nd nitride semiconductor layer according to the kind of nitride semiconductor layer to be used. In general, as the growth temperature is lowered, the crystallinity is deteriorated and the surface having a high etching rate is easily exposed. As a result, when the growth temperature is lowered, the etching rate tends to increase, so that it can be appropriately selected from known etching solutions according to the type of the nitride semiconductor layer to be used.
凹部の形状は、第2の窒化物半導体層の成長温度、成長速度、エッチング液の組合せによって、斜めの側壁の形状を制御することができる。また、側壁が斜めに傾斜する代わりに、階段状に開口幅が広がるような形状とすることも可能である。この場合、第2の窒化物半導体層の成長温度は一定温度に保ち、所定の時間成長させた後、成長温度を下げ、所定の時間成長させることを繰り返す。このように成長させた第2の窒化物半導体層を、成長温度に応じてエッチングレートの異なるエッチング液を用いてエッチングすると、階段状に開口幅が広がる凹部を形成することができる。 The shape of the recess can be controlled by the combination of the growth temperature, growth rate, and etchant of the second nitride semiconductor layer. Further, instead of the side wall being inclined, it is possible to make the opening width wide in a stepped manner. In this case, the growth temperature of the second nitride semiconductor layer is maintained at a constant temperature, and after the growth for a predetermined time, the growth temperature is lowered and the growth is repeated for a predetermined time. When the second nitride semiconductor layer grown in this way is etched using etching liquids having different etching rates depending on the growth temperature, a concave portion whose opening width expands stepwise can be formed.
凹部内に第2の窒化物半導体層を残す場合、第2の実施例で説明したように、第2の窒化物半導体層の成長温度を一定に保つことなく、第1の実施例で説明したように徐々に成長温度を下げていくこともできる。また、第2の実施例で説明したように、第2の窒化物半導体層の成長温度を一定の保ち成長させた第2の窒化物半導体層をすべて除去し、凹部内に露出する第1の窒化物半導体層にショットキ電極が接触する構成とすることも可能である。 When the second nitride semiconductor layer is left in the recess, as described in the second embodiment, the first nitride semiconductor layer has been described in the first embodiment without keeping the growth temperature of the second nitride semiconductor layer constant. In this way, the growth temperature can be gradually lowered. Further, as described in the second embodiment, the second nitride semiconductor layer grown by keeping the growth temperature of the second nitride semiconductor layer constant is removed, and the first nitride exposed in the recess is removed. A configuration in which the Schottky electrode is in contact with the nitride semiconductor layer is also possible.
なお第2の窒化物半導体層について微結晶構造と説明したが、これは微結晶粒の集合体あるいはそれらの再配列にした構造であり、成長温度、成長時の雰囲気のガス組成、成長させる基板の種類などによって、結晶粒の大きさや配列等は変わるものであり、所望のショットキ特性や絶縁特性等が得られる範囲で、成長温度を制御することによって得られるものである。第2の窒化物半導体層の成長温度は第1の窒化物半導体層の成長温度より400度以上低い温度に設定すると、ショットキ電極を形成する場合に好適である。 Although the second nitride semiconductor layer has been described as having a microcrystalline structure, this is an aggregate of microcrystalline grains or a structure in which they are rearranged, the growth temperature, the gas composition of the atmosphere during growth, and the substrate to be grown. The size and arrangement of the crystal grains vary depending on the type of the material, and can be obtained by controlling the growth temperature within a range where desired Schottky characteristics, insulation characteristics, and the like can be obtained. When the growth temperature of the second nitride semiconductor layer is set to a temperature that is 400 degrees or more lower than the growth temperature of the first nitride semiconductor layer, it is suitable for forming a Schottky electrode.
11;基板、12;バッファ層、13;チャネル層、14;ショットキ層、15;キャリア供給層、16;窒化硅素からなるキャップ層、17a;ソース電極、17b;ドレイン電極、18;ゲート電極、19;キャップ層 11; substrate, 12; buffer layer, 13; channel layer, 14; Schottky layer, 15; carrier supply layer, 16; cap layer made of silicon nitride, 17a; source electrode, 17b; drain electrode, 18; ; Cap layer
Claims (3)
基板上に、前記III−V族窒化物半導体層からなる第1の窒化物半導体層を形成する工程と、
該第1の窒化物半導体層の上に、前記III−V族窒化物半導体層からなり、アルミニウムを含まない第2の窒化物半導体層を、前記第1の窒化物半導体層の成膜温度より低く微結晶構造となる温度で成長を開始し、その後、徐々に成膜温度を下げていき、非晶質構造となる温度まで成長させることにより形成する工程と、
前記第1の窒化物半導体層にオーミック接触する第1の電極を形成する工程と、
前記第2の窒化物半導体層の一部を、前記成膜温度が低いほどエッチングレートが早くなるエッチング液を用いてエッチングし、表面側の開口幅が広くなる傾斜した側壁を有する凹部を形成する工程と、
該凹部内に露出する前記第1の窒化物半導体層にショットキ接触し、少なくとも前記第1の電極側の前記側壁を覆う第2の電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。 Group III-V nitride composed of a group III element consisting of at least one of the group consisting of gallium, aluminum, boron and indium and a group V element containing at least nitrogen from the group consisting of nitrogen, phosphorus and arsenic In a method for manufacturing a nitride semiconductor device comprising a semiconductor layer,
Forming a first nitride semiconductor layer comprising the group III-V nitride semiconductor layer on a substrate;
A second nitride semiconductor layer made of the III-V nitride semiconductor layer and not containing aluminum is formed on the first nitride semiconductor layer from the deposition temperature of the first nitride semiconductor layer. A step of starting growth at a temperature at which the crystallite structure is low, and then gradually lowering the film formation temperature to grow to a temperature at which the amorphous structure is formed;
Forming a first electrode in ohmic contact with the first nitride semiconductor layer;
A part of the second nitride semiconductor layer is etched using an etchant whose etching rate becomes faster as the film forming temperature is lower, so as to form a recess having an inclined side wall whose opening width on the surface side becomes wider. Process,
Forming a second electrode in Schottky contact with the first nitride semiconductor layer exposed in the recess and covering at least the side wall on the first electrode side. A method for manufacturing a semiconductor device.
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