JP5299053B2 - 化合物半導体電子デバイス、及び化合物半導体集積電子デバイス - Google Patents
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Description
図6、図7及び図8は、本実施に係る化合物半導体電子デバイスを作製する方法、及びエピタキシャル基板を作製する方法に主要な工程を示す図面である。この工程フローに従ってHEMT構造を作製した。図6(a)に示されるように、工程S101では、無極性主面41aを有するGaN基板41を準備した。この半極性面41aは(11−20)面を有する。GaN基板41におけるc軸の向きはベクトルVC41で示される。このGaN基板41上に窒化ガリウム系半導体を成長炉10aを用いて成長した。この成長は有機金属気相成長法で行った。原料として、トリメチルガリウム(TMG),トリメチルアルミニウム(TMA)、アンモニア(NH3を用い、n型ドーパントガスとしてシランを用いた。図6(b)に示されるように、工程S102では、GaNバッファ層43を無極性主面41a上に成長した。GaNバッファ層43の表面も無極性を示す。次いで、図6(c)に示されるように、工程S103では、1.0μm厚のノンドープGaN電子走行層45をGaNバッファ層43上に成長した。GaN電子走行層45の表面も無極性を示す。図7(a)に示されるように、工程S104では、0.02μm厚のAl0.25Ga0.85N層47をGaN電子走行層45上に成長してエピタキシャル基板Epiを作製した。エピタキシャル基板Epi上に、マスク層を堆積した。マスク層の材料は、例えばシリコン酸化物であった。マスク層のパターン形成のために、マスク層上にレジストを塗布した。フォトリソグラフィを利用して、図7(b)に示されるように、工程S105では、ソース領域及びドレイン領域に開口を有するエッチングマスク49を作製した。このエッチングマスク49を用いて、エッチング装置10bを用いてマスク層をエッチングしてマスク50を作製した、エッチングマスク49を除去した後に、図7(c)に示されるように、工程S106では、エッチング装置10cを用いてさらにAl0.25Ga0.85N層47をエッチングして、電子走行層45を露出させると共にAl0.25Ga0.85Nスペーサ層47aを形成した。このエッチングとして、塩素系ガスを用いるドライエッチングを使用した。マスク50は、ソース領域及びドレイン領域に開口を有すると共に、ゲート電極のためのエリアを覆っている。このマスク50を用いて、図8(a)に示されるように、工程S107では、0.02μm厚のn型GaN52をスペーサ層47aの開口領域に再成長した。再成長の後に、工程S108では、マスク層51を除去した。シリコン酸化物からなるマスク層51はフッ化水素酸を用いて除去して、図8(b)に示されるように、基板生産物Pを作製した。この後に、図8(c)に示されるように、工程S109では、ドレイン電極55a、ソース電極55b及びゲート電極55cを基板生産物P上に形成した。電子ビーム法により、ドレイン電極55a及びソース電極55bの形成のためにチタン、アルミニウムを基板生産物P上に蒸着した。抵抗加熱法により、ゲート電極55cの形成のためにニッケル、金を基板生産物P上に蒸着した。これらの蒸着の後に、摂氏500度の温度及び1分間の熱処理で合金化を行った。
Claims (19)
- ウルツ鉱構造の第1の化合物からなり、該ウルツ鉱構造のc軸方向に直交する基準軸に交差する無極性主面を有する支持体と、
前記支持体上に設けられたキャリア走行半導体層と前記キャリア走行半導体層にヘテロ接合を成すスペーサ半導体層とを含む半導体領域と、
前記半導体領域上に設けられ、前記ヘテロ接合におけるキャリア濃度を制御するゲート電極と、
ソース電極及びドレイン電極と、
を備え、
前記キャリア走行半導体層はウルツ鉱構造の第2の化合物からなり、
前記スペーサ半導体層はウルツ鉱構造の第3の化合物からなり、
前記キャリア走行半導体層及び前記スペーサ半導体層は、前記無極性主面上に搭載されており、
前記ヘテロ接合は、前記基準軸に交差する基準平面に沿って延びており、
前記キャリア走行半導体層は圧縮歪みを内包し、前記キャリア走行半導体層には前記c軸方向に向くピエゾ電界が発生し、
前記半導体領域上に設けられ前記ソース電極及び前記ドレイン電極の一方である第1の電極及び前記ゲート電極は、前記半導体領域の主面上において、前記c軸方向に向く第1の軸に直交する第2の軸に対して傾斜した第3の軸に沿って配置されている、ことを特徴とする化合物半導体電子デバイス。 - 前記半導体領域上に設けられ前記ソース電極及び前記ドレイン電極の他方である第2の電極及び前記ゲート電極は、第4の軸に沿って配置されている、ことを特徴とする請求項1に記載された化合物半導体電子デバイス。
- 前記第4の軸は前記半導体領域の前記主面上において前記第2の軸に対して傾斜する、ことを特徴とする請求項2に記載された化合物半導体電子デバイス。
- ウルツ鉱構造の第1の化合物からなり、該ウルツ鉱構造のc軸方向に直交する基準軸に交差する無極性主面を有する支持体と、
前記支持体上に設けられたキャリア走行半導体層と前記キャリア走行半導体層にヘテロ接合を成すスペーサ半導体層とを含む半導体領域と、
前記半導体領域上に設けられ、前記ヘテロ接合におけるキャリア濃度を制御するゲート電極と、
ソース電極及びドレイン電極と、
を備え、
前記キャリア走行半導体層はウルツ鉱構造の第2の化合物からなり、
前記スペーサ半導体層はウルツ鉱構造の第3の化合物からなり、
前記キャリア走行半導体層及び前記スペーサ半導体層は、前記無極性主面上に搭載されており、
前記ヘテロ接合は、前記基準軸に交差する基準平面に沿って延びており、
前記キャリア走行半導体層は圧縮歪みを内包し、前記キャリア走行半導体層には前記c軸方向に向くピエゾ電界が発生し、
前記半導体領域上に設けられ前記ソース電極及び前記ドレイン電極の一方である第1の電極及び前記ゲート電極は、前記半導体領域の前記主面上において前記c軸方向に向く第1の軸に沿って配置されており、
前記半導体領域上に設けられ前記ソース電極及び前記ドレイン電極の他方である第2の電極及び前記ゲート電極は、前記半導体領域の前記主面上において前記第1の軸に直交する第2の軸に沿って配置されている、ことを特徴とする化合物半導体電子デバイス。 - 前記キャリア走行半導体層は、窒化ガリウム系半導体からなり、
前記スペーサ半導体層は、窒化ガリウム系半導体からなる、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化合物半導体電子デバイス。 - 前記キャリア走行半導体層は、GaNからなり、
前記スペーサ半導体層は、GaNの格子定数より小さい格子定数の窒化ガリウム系半導体からなる、ことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載された化合物半導体電子デバイス。 - 前記スペーサ半導体層は、AlXGa1−XNからなり、
前記スペーサ半導体層のアルミニウム組成Xは0.03以上0.30以下の範囲にある、ことを特徴とする請求項6に記載された化合物半導体電子デバイス。 - 前記スペーサ半導体層のキャリア濃度は5×1018cm−3以下である、ことを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか一項に記載された化合物半導体電子デバイス。
- 前記支持体は、AlYGa1−YNからなり、
前記支持体のアルミニウム組成Xは0以上1以下の範囲にある、ことを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載された化合物半導体電子デバイス。 - 前記無極性主面は、前記第1の化合物のa面、m面、並びに該a面及びm面のいずれかを基準に前記c軸の回りの回転により有限な角度で傾斜した面のいずれかである、ことを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載された化合物半導体電子デバイス。
- 前記キャリア走行半導体層は、前記スペーサ半導体層と前記支持体との間に位置する、ことを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載された化合物半導体電子デバイス。
- 複数の化合物半導体電子デバイスを含む化合物半導体集積電子デバイスであって、
ウルツ鉱構造の第1の化合物からなり、該ウルツ鉱構造のc軸方向に直交する基準軸に交差する無極性主面を有する支持体と、
前記支持体上に設けられたキャリア走行半導体層と前記キャリア走行半導体層にヘテロ接合を成すスペーサ半導体層とを含む半導体領域と、
前記半導体領域上に設けられ、第1の化合物半導体電子デバイスのためのソース電極、ドレイン電極及びゲート電極と、
前記半導体領域上に設けられ、第2の化合物半導体電子デバイスのためのソース電極、ドレイン電極及びゲート電極と、
を備え、
前記キャリア走行半導体層はウルツ鉱構造の第2の化合物からなり、
前記スペーサ半導体層はウルツ鉱構造の第3の化合物からなり、
前記キャリア走行半導体層及び前記スペーサ半導体層は、前記無極性主面上に搭載されており、
前記ヘテロ接合は、前記基準軸に交差する基準平面に沿って延びており、
前記キャリア走行半導体層は圧縮歪みを内包し、前記キャリア走行半導体層には前記c軸方向に向くピエゾ電界が発生し、
前記第1の化合物半導体電子デバイスにおいて前記半導体領域上に設けられ前記ソース電極及び前記ドレイン電極の一方である第1の電極及び前記ゲート電極は、前記半導体領域の主面上において、前記c軸方向に向く第1の軸に直交する第2の軸に対して傾斜した第3の軸に沿って配置されており、
前記第2の化合物半導体電子デバイスの前記ソース電極、前記ゲート電極及び前記ドレイン電極は、前記半導体領域の主面上において第2の軸に沿って配置されている、ことを特徴とする化合物半導体集積電子デバイス。 - 複数の化合物半導体電子デバイスを含む化合物半導体集積電子デバイスであって、
ウルツ鉱構造の第1の化合物からなり、該ウルツ鉱構造のc軸方向に直交する基準軸に交差する無極性主面を有する支持体と、
前記支持体上に設けられたキャリア走行半導体層と前記キャリア走行半導体層にヘテロ接合を成すスペーサ半導体層とを含む半導体領域と、
前記半導体領域上に設けられ、第1の化合物半導体電子デバイスのためのソース電極、ドレイン電極及びゲート電極と、
前記半導体領域上に設けられ、第2の化合物半導体電子デバイスのためのソース電極、ドレイン電極及びゲート電極と、
を備え、
前記キャリア走行半導体層はウルツ鉱構造の第2の化合物からなり、
前記スペーサ半導体層はウルツ鉱構造の第3の化合物からなり、
前記キャリア走行半導体層及び前記スペーサ半導体層は、前記無極性主面上に搭載されており、
前記ヘテロ接合は、前記基準軸に交差する基準平面に沿って延びており、
前記キャリア走行半導体層は圧縮歪みを内包し、前記キャリア走行半導体層には前記c軸方向に向くピエゾ電界が発生し、
前記第1の化合物半導体電子デバイスの前記ソース、前記ゲート電極及び前記ドレイン電極は、前記半導体領域の主面上において、前記c軸方向に向いた第1の軸に直交する第2の軸に対して傾斜した第3の軸に沿って配置されており、
前記第2の化合物半導体電子デバイスにおいて前記半導体領域上に設けられ前記ソース電極及び前記ドレイン電極の一方である第1の電極及び前記ゲート電極は、前記半導体領域の主面上において、前記第3の軸に沿って配置されている、ことを特徴とする化合物半導体集積電子デバイス。 - 複数の化合物半導体電子デバイスを含む化合物半導体集積電子デバイスであって、
ウルツ鉱構造の第1の化合物からなり、該ウルツ鉱構造のc軸方向に直交する基準軸に交差する無極性主面を有する支持体と、
前記支持体上に設けられたキャリア走行半導体層と前記キャリア走行半導体層にヘテロ接合を成すスペーサ半導体層とを含む半導体領域と、
前記半導体領域上に設けられ、第1の化合物半導体電子デバイスのためのソース電極、ドレイン電極及びゲート電極と、
前記半導体領域上に設けられ、第2の化合物半導体電子デバイスのためのソース電極、ドレイン電極及びゲート電極と、
を備え、
前記キャリア走行半導体層はウルツ鉱構造の第2の化合物からなり、
前記スペーサ半導体層はウルツ鉱構造の第3の化合物からなり、
前記キャリア走行半導体層及び前記スペーサ半導体層は、前記無極性主面上に搭載されており、
前記ヘテロ接合は、前記基準軸に交差する基準平面に沿って延びており、
前記キャリア走行半導体層は圧縮歪みを内包し、前記キャリア走行半導体層には前記c軸方向に向くピエゾ電界が発生し、
前記第1の化合物半導体電子デバイスの前記ソース、前記ゲート電極及び前記ドレイン電極は、前記半導体領域の主面上において、前記c軸方向に向いた第1の軸に直交する第2の軸に対して傾斜した第3の軸に沿って配置されており、
前記第2の化合物半導体電子デバイスにおいて、前記半導体領域上に設けられ前記ソース電極及び前記ドレイン電極の一方である第1の電極及び前記ゲート電極は、前記半導体領域の前記主面上において前記第1の軸に沿って配置されており、前記半導体領域上に設けられ前記ソース電極及び前記ドレイン電極の他方である第2の電極及び前記ゲート電極は、前記半導体領域の前記主面上において前記第2の軸に沿って配置されている、ことを特徴とする化合物半導体集積電子デバイス。 - 複数の化合物半導体電子デバイスを含む化合物半導体集積電子デバイスであって、
ウルツ鉱構造の第1の化合物からなり、該ウルツ鉱構造のc軸方向に直交する基準軸に交差する無極性主面を有する支持体と、
前記支持体上に設けられたキャリア走行半導体層と前記キャリア走行半導体層にヘテロ接合を成すスペーサ半導体層とを含む半導体領域と、
前記半導体領域上に設けられ、第1の化合物半導体電子デバイスのためのソース電極、ドレイン電極及びゲート電極と、
前記半導体領域上に設けられ、第2の化合物半導体電子デバイスのためのソース電極、ドレイン電極及びゲート電極と、
を備え、
前記キャリア走行半導体層はウルツ鉱構造の第2の化合物からなり、
前記スペーサ半導体層はウルツ鉱構造の第3の化合物からなり、
前記キャリア走行半導体層及び前記スペーサ半導体層は、前記無極性主面上に搭載されており、
前記ヘテロ接合は、前記基準軸に交差する基準平面に沿って延びており、
前記キャリア走行半導体層は圧縮歪みを内包し、前記キャリア走行半導体層には前記c軸方向に向くピエゾ電界が発生し、
前記第1の化合物半導体電子デバイスにおいて、前記半導体領域上に設けられ前記ソース電極及び前記ドレイン電極の一方である第1の電極及び前記ゲート電極は、前記半導体領域の前記主面上において前記c軸方向に向く第1の軸に沿って配置されており、前記半導体領域上に設けられ前記ソース電極及び前記ドレイン電極の他方である第2の電極及び前記ゲート電極は、前記半導体領域の前記主面上において前記第1の軸に直交する第2の軸に沿って配置されており、
前記第2の化合物半導体電子デバイスの前記ソース電極、前記ゲート電極及び前記ドレイン電極は、前記半導体領域の主面上において前記第2の軸に沿って配置されている、ことを特徴とする化合物半導体集積電子デバイス。 - 複数の化合物半導体電子デバイスを含む化合物半導体集積電子デバイスであって、
ウルツ鉱構造の第1の化合物からなり、該ウルツ鉱構造のc軸方向に直交する基準軸に交差する無極性主面を有する支持体と、
前記支持体上に設けられたキャリア走行半導体層と前記キャリア走行半導体層にヘテロ接合を成すスペーサ半導体層とを含む半導体領域と、
前記半導体領域上に設けられ、第1の化合物半導体電子デバイスのためのソース電極、ドレイン電極及びゲート電極と、
前記半導体領域上に設けられ、第2の化合物半導体電子デバイスのためのソース電極、ドレイン電極及びゲート電極と、
を備え、
前記キャリア走行半導体層はウルツ鉱構造の第2の化合物からなり、
前記スペーサ半導体層はウルツ鉱構造の第3の化合物からなり、
前記キャリア走行半導体層及び前記スペーサ半導体層は、前記無極性主面上に搭載されており、
前記ヘテロ接合は、前記基準軸に交差する基準平面に沿って延びており、
前記キャリア走行半導体層は圧縮歪みを内包し、前記キャリア走行半導体層には前記c軸方向に向くピエゾ電界が発生し、
前記第1の化合物半導体電子デバイスの前記ソース、前記ゲート電極及び前記ドレイン電極は、前記半導体領域の主面上において、前記c軸方向に向いた第1の軸に直交する第2の軸に対して傾斜した第3の軸に沿って配置されており、
前記第2の化合物半導体電子デバイスの前記ソース電極、前記ゲート電極及び前記ドレイン電極は、前記半導体領域の主面上において第2の軸に沿って配置されている、ことを特徴とする化合物半導体集積電子デバイス。 - 前記キャリア走行半導体層は窒化ガリウム系半導体からなり、
前記スペーサ半導体層は窒化ガリウム系半導体からなる、ことを特徴とする請求項12〜請求項16のいずれか一項に記載された化合物半導体集積電子デバイス。 - 前記キャリア走行半導体層は、GaNからなり、
前記スペーサ半導体層は、GaNの格子定数より小さい格子定数の窒化ガリウム系半導体からなる、ことを特徴とする請求項12〜請求項17のいずれか一項に記載された化合物半導体集積電子デバイス。 - 前記無極性主面は、前記第1の化合物のa面、m面、並びに該a面及びm面のいずれかを基準に前記c軸の回りの回転により有限な角度で傾斜した面のいずれかである、ことを特徴とする請求項12〜請求項18のいずれか一項に記載された化合物半導体集積電子デバイス。
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