JP5453892B2 - Nitride semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、III族窒化物半導体装置に関する。   The present invention relates to a group III nitride semiconductor device.

nチャネル型の窒化物半導体装置の開発が進められている。nチャネル型の窒化物半導体装置は、電流規制層としてp型の窒化物半導体層を備えている。p型の窒化物半導体層は、通常、p型の不純物としてMg(マグネシウム)を含有している。この、窒化物半導体装置では、p型の窒化物半導体層に含有されているMgがそのp型窒化物半導体層と隣接する他の領域まで拡散することがある。Mgが他の領域まで拡散すると、窒化物半導体装置のデバイス特性が低下する。   An n-channel nitride semiconductor device is being developed. The n-channel nitride semiconductor device includes a p-type nitride semiconductor layer as a current regulating layer. The p-type nitride semiconductor layer usually contains Mg (magnesium) as a p-type impurity. In this nitride semiconductor device, Mg contained in the p-type nitride semiconductor layer may diffuse to other regions adjacent to the p-type nitride semiconductor layer. When Mg diffuses to other regions, the device characteristics of the nitride semiconductor device deteriorate.

特許文献1には、nチャネル型の窒化物半導体装置において、p型の窒化物半導体層からMgが拡散することを防止する技術が開示されている。この技術では、Mgを含有するp型の窒化物半導体層の表面に、MOCVD法(有機金属化学的成膜法)を用いて単結晶AlN(窒化アルミニウム)膜を成長させる。MgはAlN膜内を通過し難い。このため、AlN膜がMgの拡散防止膜となり、Mgが隣接する領域まで拡散することが防止される。   Patent Document 1 discloses a technique for preventing Mg from diffusing from a p-type nitride semiconductor layer in an n-channel nitride semiconductor device. In this technique, a single crystal AlN (aluminum nitride) film is grown on the surface of a p-type nitride semiconductor layer containing Mg by using an MOCVD method (metal organic chemical film forming method). Mg is difficult to pass through the AlN film. For this reason, the AlN film becomes an Mg diffusion preventing film, and Mg is prevented from diffusing to an adjacent region.

特開2008−21756号公報JP 2008-21756 A

特許文献1の技術では、p型の窒化物半導体層上にAlNを積層するため、AlN上にn型の窒化物半導体層が形成される。このため、AlNとn型の窒化物半導体層がヘテロ接合し、この接合部に二次元電子ガス層(以下、2DEGと称する)が形成され、半導体装置の特性を低下させる。例えば、III族窒化物半導体装置として、HEMT(High Electron Mobility Transistor)が知られている。HEMTでは、バンドギャップの異なる二つの窒化物半導体層をヘテロ接合することによって、ヘテロ接合界面に2DEGを形成する。この2DEGを利用して電子を走行させることによって、電子の移動度を高めることができ、高速動作を実現することができる。   In the technique of Patent Document 1, since AlN is stacked on a p-type nitride semiconductor layer, an n-type nitride semiconductor layer is formed on AlN. For this reason, AlN and the n-type nitride semiconductor layer are heterojunctioned, and a two-dimensional electron gas layer (hereinafter referred to as 2DEG) is formed at the junction, thereby degrading the characteristics of the semiconductor device. For example, HEMT (High Electron Mobility Transistor) is known as a group III nitride semiconductor device. In HEMT, 2DEG is formed at the heterojunction interface by heterojunction of two nitride semiconductor layers having different band gaps. By running the electrons using the 2DEG, the mobility of the electrons can be increased and a high-speed operation can be realized.

HEMTにおいては、p型の窒化物半導体層上に、n型の第1窒化物半導体層と、この第1窒化物半導体層上にヘテロ接合する第2窒化物半導体層とが形成されることがあり、第1窒化物半導体層としてGaN(窒化ガリウム)とAlGaN(窒化アルミニウムガリウム)が用いられることがある。このHEMTに、上記の特許文献1の技術を用いると、p型の窒化物半導体層上に、AlNとGaNとAlGaNが積層されることとなる。AlNとGaNのバンドギャップの差は大きく、GaNとAlGaNの間だけでなく、AlNとGaNもヘテロ接合する。このため、AlNとGaNの間にも2DEGが形成されることがある。この場合、窒化物半導体装置をターンオフしても、GaNの表裏両面に形成されている2DEGが完全に消滅せず、その2DEG内をリーク電流が流れることがある。このため、良好なノーマリオフ特性を確保することが出来ない。   In the HEMT, an n-type first nitride semiconductor layer and a second nitride semiconductor layer heterojunctioned on the first nitride semiconductor layer are formed on the p-type nitride semiconductor layer. In some cases, GaN (gallium nitride) and AlGaN (aluminum gallium nitride) are used as the first nitride semiconductor layer. When the technique disclosed in Patent Document 1 is used for this HEMT, AlN, GaN, and AlGaN are stacked on the p-type nitride semiconductor layer. The difference in band gap between AlN and GaN is large, and not only between GaN and AlGaN, but also AlN and GaN heterojunction. For this reason, 2DEG may also be formed between AlN and GaN. In this case, even if the nitride semiconductor device is turned off, 2DEG formed on both the front and back surfaces of GaN does not disappear completely, and a leak current may flow in the 2DEG. For this reason, good normally-off characteristics cannot be ensured.

本発明は上記の課題に鑑みて創作されたものである。本発明は、p型の窒化物半導体層からのマグネシウムの拡散を防止するとともに良好な半導体装置特性を確保することができるIII族窒化物半導体装置を提供する。   The present invention has been created in view of the above problems. The present invention provides a group III nitride semiconductor device capable of preventing diffusion of magnesium from a p-type nitride semiconductor layer and ensuring good semiconductor device characteristics.

本発明は、nチャネル型の窒化物半導体装置に関する。この窒化物半導体装置は、マグネシウムを含有するp型の第1窒化物半導体層と、第1窒化物半導体層の表面に形成されているn型又はi型の第2窒化物半導体層を備えている。第1窒化物半導体層の少なくとも表面に臨む範囲には、アルミニウムが含有されている。アルミニウムは、例えば、イオン注入法などによって含有されている。アルミニウムは少なくとも第1窒化物半導体層の少なくとも表面に臨む範囲に含有されていればよく、第1窒化物半導体層の裏面にまで達していてもよい。   The present invention relates to an n-channel nitride semiconductor device. The nitride semiconductor device includes a p-type first nitride semiconductor layer containing magnesium and an n-type or i-type second nitride semiconductor layer formed on the surface of the first nitride semiconductor layer. Yes. Aluminum is contained in a range facing at least the surface of the first nitride semiconductor layer. Aluminum is contained, for example, by an ion implantation method or the like. Aluminum may be contained at least in a range facing at least the surface of the first nitride semiconductor layer, and may reach the back surface of the first nitride semiconductor layer.

上記の窒化物半導体装置では、第1窒化物半導体層内のアルミニウムが含有されている領域(以下、Al含有領域と称する)の結晶構造の均一性が低下している。このため、Al含有領域の格子定数は小さくなっており、Mgが通過し難い。その結果、Al含有領域はMgの拡散防止膜として機能する。さらに、Al含有領域の近傍では電子がAlの散乱によって影響を受けるため、電子の移動度が低下する。このため、Al含有領域と第2窒化物半導体層の間には2DEGが発生し難い。上記の窒化物半導体装置では、p型の窒化物半導体層からのMgの拡散を防止するとともに良好な半導体装置特性を確保することができる。   In the nitride semiconductor device described above, the uniformity of the crystal structure of the region containing aluminum in the first nitride semiconductor layer (hereinafter referred to as the Al-containing region) is reduced. For this reason, the lattice constant of the Al-containing region is small, and it is difficult for Mg to pass through. As a result, the Al-containing region functions as an Mg diffusion preventing film. Furthermore, since the electrons are affected by Al scattering in the vicinity of the Al-containing region, the electron mobility is lowered. For this reason, 2DEG hardly occurs between the Al-containing region and the second nitride semiconductor layer. In the nitride semiconductor device described above, Mg diffusion from the p-type nitride semiconductor layer can be prevented and good semiconductor device characteristics can be ensured.

本発明の窒化物半導体装置では、窒化物半導体層の表面に臨む範囲に含有されているアルミニウムの不純物濃度が窒化物半導体層の表面に臨む範囲に含有されているマグネシウムの不純物濃度よりも高いことが好ましい。この場合、アルミニウムの不純物濃度を高めることでAl含有領域の格子定数がより小さくなる。これによって、Al含有領域内をMgがより通過し難くなる。このため、Mgの拡散防止効果を高めることができる。   In the nitride semiconductor device of the present invention, the impurity concentration of aluminum contained in the range facing the surface of the nitride semiconductor layer is higher than the impurity concentration of magnesium contained in the range facing the surface of the nitride semiconductor layer. Is preferred. In this case, the lattice constant of the Al-containing region is further reduced by increasing the impurity concentration of aluminum. This makes it more difficult for Mg to pass through the Al-containing region. For this reason, the effect of preventing diffusion of Mg can be enhanced.

本発明の窒化物半導体装置によると、p型の窒化物半導体層からのマグネシウムの拡散を防止することができる。さらに、良好な半導体装置特性を確保することができる。   According to the nitride semiconductor device of the present invention, diffusion of magnesium from the p-type nitride semiconductor layer can be prevented. Furthermore, good semiconductor device characteristics can be ensured.

実施例1に係るIII族窒化物半導体装置100の断面図を示す。1 is a sectional view of a group III nitride semiconductor device 100 according to Example 1. FIG. III族窒化物半導体装置100を製造する方法の工程(1)を示す。2 shows a step (1) of a method for manufacturing the group III nitride semiconductor device 100. III族窒化物半導体装置100を製造する方法の工程(2)を示す。2 shows a step (2) of a method for manufacturing the group III nitride semiconductor device 100. III族窒化物半導体装置100を製造する方法の工程(3)を示す。3 shows a step (3) of a method for manufacturing the group III nitride semiconductor device 100. FIG. III族窒化物半導体装置100を製造する方法の工程(4)を示す。Step (4) of the method for manufacturing the group III nitride semiconductor device 100 will be described. III族窒化物半導体装置100を製造する方法の工程(5)を示す。Step (5) of the method for manufacturing the group III nitride semiconductor device 100 will be described. III族窒化物半導体装置100を製造する方法の工程(6)を示す。Step (6) of the method for manufacturing the group III nitride semiconductor device 100 will be described. III族窒化物半導体装置100を製造する方法の工程(7)を示す。Step (7) of the method for manufacturing the group III nitride semiconductor device 100 will be described. 実施例2に係るIII族窒化物半導体装置200の断面図を示す。Sectional drawing of the group III nitride semiconductor device 200 which concerns on Example 2 is shown.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
(形態1)第2窒化物半導体層上に第4窒化物半導体層が積層されている。第2窒化物半導体層は、n型のGaNである。第4窒化物半導体層は、一般式がAlXGaYIn1-X-YN(ただし、0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦1−X−Y≦1)である。この形態によると、第2窒化物半導体層と第4窒化物半導体層の間にヘテロ接合界面を形成することができる。
(形態2)第1窒化物半導体層の表面に臨む範囲の一部にAl含有領域が形成されている。この形態によると、Mgが第1窒化物半導体層の表面に臨む範囲の端部から第2窒化物半導体層へ拡散することを防止することができる。
(形態3)Al含有領域の深さが第1窒化物半導体層の裏面まで達していない。この形態によると、III族窒化物半導体装置の耐圧の低下を防止することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
(Mode 1) A fourth nitride semiconductor layer is stacked on the second nitride semiconductor layer. The second nitride semiconductor layer is n-type GaN. The fourth nitride semiconductor layer has a general formula of Al X Ga Y In 1-XY N (where 0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, 0 ≦ 1−X−Y ≦ 1). According to this embodiment, a heterojunction interface can be formed between the second nitride semiconductor layer and the fourth nitride semiconductor layer.
(Mode 2) An Al-containing region is formed in a part of the range facing the surface of the first nitride semiconductor layer. According to this embodiment, it is possible to prevent Mg from diffusing into the second nitride semiconductor layer from the end portion in the range facing the surface of the first nitride semiconductor layer.
(Mode 3) The depth of the Al-containing region does not reach the back surface of the first nitride semiconductor layer. According to this embodiment, it is possible to prevent the breakdown voltage of the group III nitride semiconductor device from decreasing.

図1に、実施例1に係る窒化物半導体装置100の断面図を示す。半導体装置100は、HEMT構造を有するnチャネル型の縦型の半導体装置である。即ち、裏面にドレイン電極22が形成されており、表面に一対のソース電極10a、10bが形成されており、電流が縦方向に流れる。窒化物半導体装置100は、窒化物半導体基板2を備えている。窒化物半導体基板2は、n型のGaNで形成されている。窒化物半導体基板2の表面には、第3窒化物半導体層4が積層されている。第3窒化物半導体層4は、n型のGaNで形成されている。第3窒化物半導体層4の表面には、一対の第1窒化物半導体層6a、6bが設けられている。第1窒化物半導体層6a、6bは、Mgを含有するp型のGaNで形成されている。第3窒化物半導体層4の表面に臨む範囲の一部と第1窒化物半導体層6a、6bの表面に臨む範囲には、Al含有領域8a、8bが形成されている。Al含有領域8a、8bには、Alが含有されている。第3窒化物半導体層4の表面と第1窒化物半導体層6a、6bの表面には、第2窒化物半導体層14が積層されている。第2窒化物半導体層14は、n型のGaNで形成されている。また、第3窒化物半導体層4と第2窒化物半導体層14の不純物濃度は等しい。第2窒化物半導体層14の表面には、第4窒化物半導体層16が積層されている。第4窒化物半導体層16は、n型のAlGaNで形成されている。第4窒化物半導体層16は、第2窒化物半導体層14よりもバンドギャップが大きい。第4窒化物半導体層16は、第2窒化物半導体層14に対してヘテロ接合している。 FIG. 1 is a sectional view of a nitride semiconductor device 100 according to the first embodiment. The semiconductor device 100 is an n-channel vertical semiconductor device having a HEMT structure. That is, the drain electrode 22 is formed on the back surface, and the pair of source electrodes 10a and 10b are formed on the front surface, and current flows in the vertical direction. The nitride semiconductor device 100 includes a nitride semiconductor substrate 2. The nitride semiconductor substrate 2 is made of n + -type GaN. A third nitride semiconductor layer 4 is stacked on the surface of the nitride semiconductor substrate 2. The third nitride semiconductor layer 4 is made of n type GaN. A pair of first nitride semiconductor layers 6 a and 6 b are provided on the surface of the third nitride semiconductor layer 4. The first nitride semiconductor layers 6a and 6b are made of p + -type GaN containing Mg. Al-containing regions 8a and 8b are formed in a part of the range facing the surface of the third nitride semiconductor layer 4 and the range facing the surface of the first nitride semiconductor layers 6a and 6b. The Al-containing regions 8a and 8b contain Al. A second nitride semiconductor layer 14 is stacked on the surface of the third nitride semiconductor layer 4 and the surfaces of the first nitride semiconductor layers 6a and 6b. The second nitride semiconductor layer 14 is made of n type GaN. Further, the impurity concentrations of the third nitride semiconductor layer 4 and the second nitride semiconductor layer 14 are equal. A fourth nitride semiconductor layer 16 is stacked on the surface of the second nitride semiconductor layer 14. The fourth nitride semiconductor layer 16 is made of n type AlGaN. The fourth nitride semiconductor layer 16 has a larger band gap than the second nitride semiconductor layer 14. The fourth nitride semiconductor layer 16 is heterojunction with the second nitride semiconductor layer 14.

第1窒化物半導体層6a、6bの各表面の一部には、一対のn型のソース領域12a、12bが設けられている。各ソース領域12a、12bは第2窒化物半導体層14と第4窒化物半導体層16に亘って形成されており、各ソース領域12a、12bの内部をヘテロ接合界面が通過している。第1窒化物半導体層6a、6bの端部には、第1窒化物半導体層6a、6bの表面の一部に接しているとともにソース領域12a、12bに接している一対のソース電極10a、10bが設けられている。ソース電極10a、10bは、ソース領域12a、12bを介して第2窒化物半導体層14と第4窒化物半導体層16に導通している。第4窒化物半導体層16の表面は、ゲート絶縁膜18で被覆されている。ゲート絶縁膜18の表面のうちの一対のソース電極10a、10bに挟まれている範囲には、ゲート電極20が設けられている。 A part of each surface of the first nitride semiconductor layers 6a and 6b is provided with a pair of n + -type source regions 12a and 12b. Each source region 12a, 12b is formed across the second nitride semiconductor layer 14 and the fourth nitride semiconductor layer 16, and the heterojunction interface passes through each source region 12a, 12b. A pair of source electrodes 10a, 10b is in contact with part of the surface of the first nitride semiconductor layers 6a, 6b and in contact with the source regions 12a, 12b at the ends of the first nitride semiconductor layers 6a, 6b. Is provided. The source electrodes 10a and 10b are electrically connected to the second nitride semiconductor layer 14 and the fourth nitride semiconductor layer 16 through the source regions 12a and 12b. The surface of the fourth nitride semiconductor layer 16 is covered with a gate insulating film 18. A gate electrode 20 is provided in a range between the pair of source electrodes 10 a and 10 b on the surface of the gate insulating film 18.

次に、窒化物半導体装置100の動作を説明する。窒化物半導体装置100は、ソース電極10a、10bとドレイン電極22の間に電圧を印加して用いる。ゲート電極20に正の電圧が印加されていなければ、第2窒化物半導体層14と第4窒化物半導体層16のヘテロ接合界面に2DEGが形成されない。また、Al含有領域8a、8bと第1窒化物半導体層6a、6bの間にも2DEGが形成されない。このため、窒化物半導体装置100は、良好な半導体装置特性を確保することができる。ゲート電極16に正の電圧を印加すると、一対のソース領域14a、14bの間に位置している第2窒化物半導体層14と第4窒化物半導体層16のヘテロ接合界面に2DEGが形成される。その結果、窒化物半導体装置100はターンオンする。窒化物半導体装置100は、2DEGを利用して電子を移動させる。電子の移動度が高く、高速動作を実現することができる。   Next, the operation of the nitride semiconductor device 100 will be described. The nitride semiconductor device 100 is used by applying a voltage between the source electrodes 10 a and 10 b and the drain electrode 22. If no positive voltage is applied to the gate electrode 20, 2DEG is not formed at the heterojunction interface between the second nitride semiconductor layer 14 and the fourth nitride semiconductor layer 16. Further, 2DEG is not formed between the Al-containing regions 8a and 8b and the first nitride semiconductor layers 6a and 6b. Therefore, nitride semiconductor device 100 can ensure good semiconductor device characteristics. When a positive voltage is applied to the gate electrode 16, 2DEG is formed at the heterojunction interface between the second nitride semiconductor layer 14 and the fourth nitride semiconductor layer 16 located between the pair of source regions 14a and 14b. . As a result, the nitride semiconductor device 100 is turned on. The nitride semiconductor device 100 moves electrons using 2DEG. Electron mobility is high and high-speed operation can be realized.

次に、窒化物半導体装置100の製造方法を説明する。まず、図2に示すように、GaNを材料とするn型の窒化物半導体基板2の表面に、MOCVD法を用いてGaNを材料とするn型の第3窒化物半導体層4を結晶成長する。窒化物半導体基板2の不純物濃度は3×1018cm−3であり、導入する不純物はSiであり、厚みは200μmである。第3窒化物半導体層4に導入する不純物はSiであり、成長する厚みは6μmである。次に、図3に示すように、第3窒化物半導体層4の表面のうちの第1窒化物半導体層6a、6bを形成しない範囲に第1シリコン酸化膜24を形成する。次に、図4に示すように、第1シリコン酸化膜24をマスクとして表面からマグネシウムイオン26を注入する。注入するマグネシウムイオンの不純物濃度は1×1019cm−3であり、注入深さは0.5μmである。これによって、第3窒化物半導体層4の表面に臨む範囲のうちの第1シリコン酸化膜24で覆われていない範囲にp型の第1窒化物半導体層6a、6bが形成される。 Next, a method for manufacturing the nitride semiconductor device 100 will be described. First, as shown in FIG. 2, an n type third nitride semiconductor layer 4 made of GaN is crystallized on the surface of an n + type nitride semiconductor substrate 2 made of GaN using MOCVD. grow up. The impurity concentration of the nitride semiconductor substrate 2 is 3 × 10 18 cm −3 , the impurity to be introduced is Si, and the thickness is 200 μm. The impurity introduced into the third nitride semiconductor layer 4 is Si, and the growing thickness is 6 μm. Next, as shown in FIG. 3, a first silicon oxide film 24 is formed in a range where the first nitride semiconductor layers 6 a and 6 b are not formed on the surface of the third nitride semiconductor layer 4. Next, as shown in FIG. 4, magnesium ions 26 are implanted from the surface using the first silicon oxide film 24 as a mask. The impurity concentration of magnesium ions to be implanted is 1 × 10 19 cm −3 and the implantation depth is 0.5 μm. As a result, the p + type first nitride semiconductor layers 6 a and 6 b are formed in a range that is not covered with the first silicon oxide film 24 in a range facing the surface of the third nitride semiconductor layer 4.

次に、第1シリコン酸化膜24を除去した後、図5に示すように、第3窒化物半導体層4の表面のうちのAl含有領域8a、8bを形成しない範囲に第2シリコン酸化膜30を形成する。次に、第2シリコン酸化膜30をマスクとして表面からアルミニウムイオンを注入する。注入するアルミニウムイオンの不純物濃度は1×1020cm−3である。このとき、アルミニウムイオンの注入深さが第1窒化物半導体層6a、6bの裏面に達しないよう注入条件を調整する。これによって、Al含有領域8a、8bが形成される。次に、NとNHの混合ガス雰囲気下、1100℃でアニール処理を行う。次に、図6に示すように、第3窒化物半導体層4と第1窒化物半導体層6a、6bの表面に、MOCVD法を用いてn型の第2窒化物半導体層14を100nm形成する。第2窒化物半導体層14の材料及び不純物濃度は第3窒化物半導体層4と等しい。次に、図7に示すように、第2窒化物半導体層14の表面に、MOCVD法を用いてAl0.3Ga0.7Nを材料とするn型の第4窒化物半導体層16を形成する。第4窒化物半導体層16の不純物濃度は1×1016cm−3であり、成長する厚みは25nmである。 Next, after removing the first silicon oxide film 24, as shown in FIG. 5, the second silicon oxide film 30 is formed in a range where the Al-containing regions 8a and 8b are not formed on the surface of the third nitride semiconductor layer 4. Form. Next, aluminum ions are implanted from the surface using the second silicon oxide film 30 as a mask. The impurity concentration of the implanted aluminum ions is 1 × 10 20 cm −3 . At this time, the implantation conditions are adjusted so that the implantation depth of the aluminum ions does not reach the back surfaces of the first nitride semiconductor layers 6a and 6b. As a result, Al-containing regions 8a and 8b are formed. Next, annealing is performed at 1100 ° C. in a mixed gas atmosphere of N 2 and NH 3 . Next, as shown in FIG. 6, an n -type second nitride semiconductor layer 14 is formed to a thickness of 100 nm on the surfaces of the third nitride semiconductor layer 4 and the first nitride semiconductor layers 6a and 6b by MOCVD. To do. The material and impurity concentration of the second nitride semiconductor layer 14 are equal to those of the third nitride semiconductor layer 4. Next, as shown in FIG. 7, an n -type fourth nitride semiconductor layer 16 made of Al 0.3 Ga 0.7 N as a material is formed on the surface of the second nitride semiconductor layer 14 using MOCVD. Form. The impurity concentration of the fourth nitride semiconductor layer 16 is 1 × 10 16 cm −3 , and the growing thickness is 25 nm.

次に、第4窒化物半導体層16の表面に第3シリコン酸化膜(図示しない)を形成する。次に、第3シリコン酸化膜の一部を除去して、ソース領域12a、12bを形成する範囲の第4窒化物半導体層16を露出させる。次に、露出している第4窒化物半導体層16の表面に、イオン注入装置を用いてNとSiを連続して注入する。Nの注入量は1×1016cm−3であり、注入するときの加速電圧は35keVである。Siの注入量は1×1015cm−2であり、注入するときの加速電圧は65keVである。次に、第3シリコン酸化膜を除去した後、図8に示すように、第4シリコン酸化膜31を表面の全面に形成し、アニール処理する。アニール温度は1300℃、アニール時間は5分である。これによって、NとSiを注入した領域にn型のソース領域12a、12bが形成される。 Next, a third silicon oxide film (not shown) is formed on the surface of the fourth nitride semiconductor layer 16. Next, a part of the third silicon oxide film is removed to expose the fourth nitride semiconductor layer 16 in a range where the source regions 12a and 12b are to be formed. Next, N and Si are successively implanted into the exposed surface of the fourth nitride semiconductor layer 16 using an ion implantation apparatus. The implantation amount of N is 1 × 10 16 cm −3 , and the acceleration voltage at the time of implantation is 35 keV. The amount of Si implanted is 1 × 10 15 cm −2 , and the acceleration voltage at the time of implantation is 65 keV. Next, after removing the third silicon oxide film, as shown in FIG. 8, a fourth silicon oxide film 31 is formed on the entire surface and annealed. The annealing temperature is 1300 ° C. and the annealing time is 5 minutes. As a result, n + -type source regions 12a and 12b are formed in the region where N and Si are implanted.

次に、ソース領域12a、12bの外側に位置する第4窒化物半導体層16の表面を覆っている第4シリコン酸化膜31を除去する。次に、露出している第4窒化物半導体層16の表面から第2窒化物半導体層14を貫通して第1窒化物半導体層6a、6bに達するまでドライエッチングする。次に、残っている第4シリコン酸化膜31を全て除去する。次に、表面の全面にCVD法を用いてゲート絶縁膜18としてHTO(High-Temperature-Oxide)を50nm形成する。次に、第1窒化物半導体層6a、6bの表面に形成されているゲート絶縁膜18をエッチングして除去する。次に、露出している第1窒化物半導体層6a、6bの表面にNiを成膜する。次に、ソース領域12a、12bの表面に形成されているゲート絶縁膜18の一部をエッチングして除去する。次に、露出しているソース領域12a、12bの表面と第1窒化物半導体層6a、6b上に成膜したNiの表面にTi/Alを各々10nm/100nmの厚みで蒸着し、一対のソース電極12a、12bを形成する。同様に、窒化物半導体基板2の裏面にTi/Alを各々10nm/100nmの厚みで蒸着し、ドレイン電極22を形成する。次に、ゲート絶縁膜18の表面であって一対のソース領域12a、12bの間に位置している第4窒化物半導体層16に対向する範囲に、Niを材料としてゲート電極20を形成する。これによって、窒化物半導体装置100が完成する。   Next, the fourth silicon oxide film 31 covering the surface of the fourth nitride semiconductor layer 16 located outside the source regions 12a and 12b is removed. Next, dry etching is performed until the first nitride semiconductor layers 6 a and 6 b are reached from the exposed surface of the fourth nitride semiconductor layer 16 through the second nitride semiconductor layer 14. Next, all the remaining fourth silicon oxide film 31 is removed. Next, 50 nm of HTO (High-Temperature-Oxide) is formed as the gate insulating film 18 on the entire surface using the CVD method. Next, the gate insulating film 18 formed on the surfaces of the first nitride semiconductor layers 6a and 6b is removed by etching. Next, Ni is deposited on the exposed surfaces of the first nitride semiconductor layers 6a and 6b. Next, a part of the gate insulating film 18 formed on the surface of the source regions 12a and 12b is removed by etching. Next, Ti / Al is vapor-deposited with a thickness of 10 nm / 100 nm on the surface of the exposed source regions 12a and 12b and the surface of Ni formed on the first nitride semiconductor layers 6a and 6b, respectively, and a pair of sources Electrodes 12a and 12b are formed. Similarly, Ti / Al is vapor-deposited with a thickness of 10 nm / 100 nm on the back surface of the nitride semiconductor substrate 2 to form the drain electrode 22. Next, the gate electrode 20 is formed using Ni as a material in a range of the surface of the gate insulating film 18 facing the fourth nitride semiconductor layer 16 located between the pair of source regions 12a and 12b. Thereby, the nitride semiconductor device 100 is completed.

窒化物半導体装置100では、Mgが第1窒化物半導体層6a、6bの表面に臨む範囲の端部から第2窒化物半導体層14へ拡散することがある。窒化物半導体装置100では、第3窒化物半導体層4の表面に臨む範囲の一部にもAl含有領域8a、8bが形成されているため、Mgが第1窒化物半導体層6a、6bの表面に臨む範囲の端部から第2窒化物半導体層14へ拡散することが防止される。なお、Al含有領域8a、8bは第3窒化物半導体層4の表面に臨む範囲の一部にのみ形成されているため、第3窒化物半導体層4と第2窒化物半導体層14の間を縦方向に流れる電流経路を確保することができる。このため、窒化物半導体装置100をオンすることができる。   In the nitride semiconductor device 100, Mg may diffuse into the second nitride semiconductor layer 14 from an end portion in a range facing the surfaces of the first nitride semiconductor layers 6a and 6b. In the nitride semiconductor device 100, since the Al-containing regions 8a and 8b are also formed in part of the range facing the surface of the third nitride semiconductor layer 4, Mg is the surface of the first nitride semiconductor layers 6a and 6b. Diffusion to the second nitride semiconductor layer 14 is prevented. The Al-containing regions 8 a and 8 b are formed only in a part of the range facing the surface of the third nitride semiconductor layer 4, so that there is a gap between the third nitride semiconductor layer 4 and the second nitride semiconductor layer 14. A current path flowing in the vertical direction can be secured. Therefore, nitride semiconductor device 100 can be turned on.

図9に、実施例2に係る窒化物半導体装置200の断面図を示す。図9において、図1の参照符号に30を加えた部材は、図1で説明した部材と同一である。窒化物半導体装置200では、Al含有領域38a、38bが第1窒化物半導体層36a、36bの裏面まで達している。この構造は、マグネシウムイオンを注入するときの注入条件を調整することによって実現することができる。窒化物半導体装置200では、第1窒化物半導体層36a、36bの側面に臨む範囲にもAl含有領域38a、38bが設けられている。このため、Mgが第1窒化物半導体層36a、36bの表面に臨む範囲の端部から拡散することが防止される。第3窒化物半導体層34の表面に臨む範囲の一部に不純物含有領域38a、38bを形成しなくとも、Mgが第1窒化物半導体層36a、36bから第2窒化物半導体層44へ拡散することを防止することができる。   FIG. 9 is a cross-sectional view of the nitride semiconductor device 200 according to the second embodiment. In FIG. 9, the members obtained by adding 30 to the reference numerals in FIG. 1 are the same as the members described in FIG. In the nitride semiconductor device 200, the Al-containing regions 38a and 38b reach the back surfaces of the first nitride semiconductor layers 36a and 36b. This structure can be realized by adjusting the implantation conditions when implanting magnesium ions. In the nitride semiconductor device 200, Al-containing regions 38a and 38b are also provided in the range facing the side surfaces of the first nitride semiconductor layers 36a and 36b. For this reason, Mg is prevented from diffusing from the end of the range facing the surfaces of the first nitride semiconductor layers 36a and 36b. Mg diffuses from the first nitride semiconductor layers 36a, 36b to the second nitride semiconductor layer 44 without forming the impurity-containing regions 38a, 38b in a part of the range facing the surface of the third nitride semiconductor layer 34. This can be prevented.

実施例1、2の窒化物半導体装置では、Al含有領域の深さが第1窒化物半導体層の裏面まで達していないことが好ましい。Al含有領域が第1窒化物半導体層の裏面まで達していると、窒化物半導体装置の耐圧が低下するおそれがある。Al含有領域を第1窒化物半導体層の裏面まで達しないように形成することで、窒化物半導体装置の耐圧の低下を防止することができる。   In the nitride semiconductor devices of Examples 1 and 2, it is preferable that the depth of the Al-containing region does not reach the back surface of the first nitride semiconductor layer. If the Al-containing region reaches the back surface of the first nitride semiconductor layer, the breakdown voltage of the nitride semiconductor device may be reduced. By forming the Al-containing region so as not to reach the back surface of the first nitride semiconductor layer, it is possible to prevent the breakdown voltage of the nitride semiconductor device from being lowered.

実施例1、2では、縦型の窒化物半導体装置を記載したが、横型の窒化物半導体装置であってもよい。横型の窒化物半導体装置であっても、p型の窒化物半導体層の表面に臨む範囲にAl含有領域を設けることで、Mgの拡散を防止するとともに良好な半導体装置特性を確保することができる。   In the first and second embodiments, the vertical nitride semiconductor device is described. However, a horizontal nitride semiconductor device may be used. Even in a lateral nitride semiconductor device, by providing an Al-containing region in a range facing the surface of the p-type nitride semiconductor layer, Mg diffusion can be prevented and good semiconductor device characteristics can be ensured. .

実施例1、2では、HEMTを記載したが、半導体レーザなど他の窒化物半導体装置であってもよい。この場合であっても、p型の窒化物半導体層の表面に臨む範囲にAl含有領域を設けることで、Mgの拡散を防止するとともに良好な半導体装置特性を確保することができる。   In the first and second embodiments, the HEMT is described, but another nitride semiconductor device such as a semiconductor laser may be used. Even in this case, by providing the Al-containing region in the range facing the surface of the p-type nitride semiconductor layer, Mg diffusion can be prevented and good semiconductor device characteristics can be ensured.

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

2、32:窒化物半導体基板
4、34:第3窒化物半導体層
6a、6b、36a、36b:第1窒化物半導体層
8a、8b、38a、38b:Al含有領域
10a、10b、40a、40b:ソース電極
12a、12b、42a、42b:ソース領域
14、44:第2窒化物半導体層
16、46:第4窒化物半導体層
18、48:ゲート絶縁膜
20、50:ゲート電極
22、52:ドレイン電極
100、200:窒化物半導体装置
2, 32: Nitride semiconductor substrate 4, 34: Third nitride semiconductor layers 6a, 6b, 36a, 36b: First nitride semiconductor layers 8a, 8b, 38a, 38b: Al-containing regions 10a, 10b, 40a, 40b : Source electrodes 12a, 12b, 42a, 42b: Source regions 14, 44: Second nitride semiconductor layer 16, 46: Fourth nitride semiconductor layer 18, 48: Gate insulating film 20, 50: Gate electrodes 22, 52: Drain electrodes 100 and 200: Nitride semiconductor device

Claims (3)

マグネシウムを含有するp型の第1窒化物半導体層と、その第1窒化物半導体層の表面に形成されているn型又はi型の第2窒化物半導体層を備えているnチャネル型の窒化物半導体装置であり、
前記第1窒化物半導体層の少なくとも表面に臨む範囲にアルミニウムが注入されており、
アルミニウムの注入深さが第1窒化物半導体層の裏面に達していないことを特徴とする窒化物半導体装置。
N-channel nitridation comprising a p-type first nitride semiconductor layer containing magnesium and an n-type or i-type second nitride semiconductor layer formed on the surface of the first nitride semiconductor layer A semiconductor device,
Aluminum is implanted in a range facing at least the surface of the first nitride semiconductor layer ,
A nitride semiconductor device, wherein the aluminum implantation depth does not reach the back surface of the first nitride semiconductor layer .
前記第1窒化物半導体層の表面に臨む範囲に含有されているアルミニウムの不純物濃度が前記第1窒化物半導体層の表面に臨む範囲に含有されているマグネシウムの不純物濃度よりも高いことを特徴とする請求項1の窒化物半導体装置。   The impurity concentration of aluminum contained in the range facing the surface of the first nitride semiconductor layer is higher than the impurity concentration of magnesium contained in the range facing the surface of the first nitride semiconductor layer. The nitride semiconductor device according to claim 1. nチャネル型の窒化物半導体装置の製造方法であり、A method for manufacturing an n-channel nitride semiconductor device,
マグネシウムを含有するp型の第1窒化物半導体層の表面にn型又はi型の第2窒化物半導体層を形成する工程と、Forming an n-type or i-type second nitride semiconductor layer on the surface of the p-type first nitride semiconductor layer containing magnesium;
前記第1窒化物半導体層の少なくとも表面に臨む範囲にアルミニウムの注入深さが第1窒化物半導体層の裏面に達しないようにアルミニウムを注入する工程、  Injecting aluminum so that the aluminum implantation depth does not reach the back surface of the first nitride semiconductor layer in a range facing at least the surface of the first nitride semiconductor layer;
を備えることを特徴とする窒化物半導体装置の製造方法。  A method for manufacturing a nitride semiconductor device, comprising:
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