JP5560866B2 - 窒化物電子デバイス、窒化物電子デバイスを作製する方法 - Google Patents
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Description
支持基体13:n型GaN(電子濃度:1×1019cm−3)。
チャネル層19:アンドープGaN(電子濃度:1×1016cm−3、厚さ:30nm)。
キャリア供給層21:アンドープAlGaN(厚さ:30nm、Al組成比0.25)。
ドリフト層25:Siドープn型GaN(電子濃度:1×1016cm−3、厚さ:5μm)。
電流ブロック層27:Mgドープp+型GaN(正孔濃度:1×1018cm−3、厚さ:0.5μm)。
コンタクト層29:Siドープn型GaN(電子濃度:1×1018cm−3、厚さ:0.3μm)。
このヘテロ接合トランジスタによれば、実用的な構造の一例が提供される。
エピタキシャル基板の作製。
窒化ガリウム膜をMOCVD法により成膜する。ガリウム原料として、トリメチルガリウムを用いる。窒素原料としては、高純度アンモニアを用いる。キャリアガスとしては、純化した水素を用いる。高純度アンモニアの純度は、99.999%以上であり、純化水素の純度は99.999995%以上である。n型ドーパントとして水素ベースのシランを用い、p型ドーパントとしてビスシクロペンタジエニルマグネシウムを用いる。基板として導電性の窒化ガリウム基板を用い、この基板のサイズは2インチである。まず、摂氏1030度の温度及び100Torrの圧力で、アンモニアと水素の雰囲気中で基板のクリーニングを行う。その後に、摂氏1050度に昇温した後に、200Torrの圧力、及び1500のV/IIIモル比で窒化ガリウム層を成膜する。本実施例では、GaN基板主面のオフ角は18度である。
このエピタキシャル基板に開口部を形成する。このためのマスクは、エピタキシャル膜表面にレジストを塗布した後にフォトリソグラフィによりレジストにパターンを形成して作製される。このマスクを用いて、エピタキシャル基板に反応性イオンエッチング(RIE)により開口部を形成して、開口を有する基板生産物をする。開口部の斜面の傾斜角に関しては、GaN基板のc軸方向に延在する基準軸と開口部の斜面の法線との角度差は−10度より大きく+10度未満であることが好ましい。この角度範囲の外側の角度では、チャネル層としてアンドープGaNの再成長を行った場合、その傾斜角度の斜面上におけるチャネル層厚の均一性が良好でなくなる。
Claims (17)
- 窒化物電子デバイスを作製する方法であって、
基板の主面上に半導体積層を成長する工程と、
前記半導体積層上にマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて前記半導体積層をエッチングして、前記半導体積層の主面に対して斜面を有する開口を前記半導体積層の前記主面に形成する工程と、
前記マスクを除去した後に、アンモニア及びIII族元素原料を含む原料ガスを成長炉に供給することによって前記半導体積層の前記主面及び前記斜面上に、チャネル層を第1の成長温度で成長する工程と、
前記チャネル層を成長した後に、前記第1の成長温度から第2の成長温度に基板温度を上昇する工程と、
前記チャネル層上にキャリア供給層を前記第2の成長温度で前記成長炉で成長して、基板生産物を形成する工程と、
を備え、
前記基板の前記主面は六方晶系III族窒化物からなり、
前記半導体積層は、第1の窒化ガリウム系半導体からなるドリフト層、第2の窒化ガリウム系半導体からなる電流ブロック層、及び第3の窒化ガリウム系半導体からなるコンタクト層を含み、
前記チャネル層は、アンドープ窒化ガリウム系半導体を含み、
前記半導体積層の前記斜面及び前記主面は、それぞれ、第1及び第2の基準面に沿って延在し、
前記半導体積層の前記主面の法線ベクトルは、前記六方晶系III族窒化物のc軸方向を示す基準軸に対して5度以上40度以下の範囲内の角度で傾斜し、
前記第1の基準面の法線と前記基準軸との成す角度は前記第2の基準面の法線と前記基準軸との成す角度より小さく、
前記キャリア供給層はIII族窒化物半導体を含み、
前記キャリア供給層の前記III族窒化物半導体のバンドギャップは、前記チャネル層の前記窒化ガリウム系半導体のバンドギャップより大きく、
前記チャネル層は、前記半導体積層の前記斜面上に成長された第1の部分と、前記半導体積層の前記主面上に成長された第2の部分とを含み、
前記キャリア供給層は、前記チャネル層の前記第1の部分上に成長された第1の部分と前記チャネル層の前記第2の部分上に成長された第2の部分とを含み、
前記キャリア供給層の前記第1の部分は第2の基準面に対して傾斜し、
前記第2の基準面の法線ベクトルは、前記第1の窒化ガリウム系半導体のc軸方向を示す基準軸に対して5度以上40度以下の範囲内の角度で傾斜することを特徴とする、窒化物電子デバイスを作製する方法。 - 前記チャネル層の前記第1の部分の酸素濃度は1×1017cm−3未満であることを特徴とする請求項1に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
- 前記半導体積層の前記斜面の法線ベクトルは、前記基準軸に直交する面に対して−10度より大きく+10度未満の範囲の角度を成すことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
- 前記基板生産物を取り出した後に、前記キャリア供給層上にゲート電極を形成する工程を更に備え、
前記開口の前記斜面は、前記ドリフト層の側面、前記電流ブロック層の側面、及び前記コンタクト層の側面を含み、
前記ゲート電極は前記電流ブロック層の前記側面上に設けられ、
前記電流ブロック層の前記側面は、前記半導体積層の前記主面上に成長された第2の部分に対して5度以上40度以下の範囲内の角度で傾斜する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、窒化物電子デバイスを作製する方法。 - 前記半導体積層上に前記マスクを形成する前記工程は、
前記半導体積層上に塗布されたレジストに前記開口を規定するエッジを有するパターンを形成する工程と、
前記パターン形成されたレジストに熱処理を行って、前記エッジに傾斜面を形成して前記マスクを形成する工程と、
を含み、
前記エッチングでは、ドライエッチングにより前記マスク及び前記半導体積層をエッチング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、窒化物電子デバイスを作製する方法。 - 前記基板は導電性の自立III族窒化物基板からなり、
前記自立III族窒化物基板の主面の法線ベクトルは、前記六方晶系III族窒化物のc軸方向を示す基準軸に対して5度以上40度以下の範囲内の角度で傾斜し、
当該方法は、前記基板の裏面にドレイン電極を形成する工程を更に備え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、窒化物電子デバイスを作製する方法。 - 前記ドリフト層の前記第1の窒化ガリウム系半導体、前記電流ブロック層の前記第2の窒化ガリウム系半導体、及び前記コンタクト層の第3の窒化ガリウム系半導体の組み合わせは、n型GaN/p型GaN/n+型GaN、及びn型GaN/p型AlGaN/n+型GaNのいずれかであることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載された、窒化物電子デバイスを作製する方法。
- 前記チャネル層及び前記キャリア供給層の組み合わせは、InGaN/AlGaN、GaN/AlGaN、及びAlGaN/AlNのいずれか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、窒化物電子デバイスを作製する方法。
- 前記基板生産物を成長炉から取り出した後に、前記半導体積層の前記主面上にソース電極を形成する工程を更に備え、
前記ソース電極は、前記電流ブロック層及び前記コンタクト層に電位を供給し、
前記チャネル層と前記キャリア供給層とは接合を成し、
前記接合には二次元電子ガス層が形成され、
前記ソース電極は、前記チャネル層を流れるキャリアを供給す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、窒化物電子デバイスを作製する方法。 - 前記キャリア供給層の前記第1の部分に接合を成すゲート電極を形成する工程を更に備え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、窒化物電子デバイスを作製する方法。
- 前記キャリア供給層の前記第1の部分上にゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
を更に備え、
前記ゲート電極は前記ゲート絶縁膜に接合を成す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、窒化物電子デバイスを作製する方法。 - 窒化物電子デバイスであって、
六方晶系III族窒化物からなり、該六方晶系III族窒化物のc軸に対して5度以上40度以下の範囲で傾斜した法線ベクトル有する主面を含む支持基体と、
前記支持基体の前記主面上に順に設けられたドリフト層、電流ブロック層及びコンタクト層を含むと共に、前記コンタクト層から前記電流ブロック層を介して前記ドリフト層に至る開口を有する半導体積層と、
前記開口の側面に設けられ、窒化ガリウム系半導体を含むチャネル層と、
前記開口の前記側面に設けられ、III族窒化物を含むキャリア供給層と、
前記開口の前記側面に設けられたゲート電極と、
前記半導体積層の主面上に設けられたソース電極と、
前記半導体積層及び前記支持基体のいずれかに設けられたドレイン電極と、
を備え、
前記ゲート電極は前記チャネル層及び前記キャリア供給層上に設けられ、
前記チャネル層の酸素濃度は1×1017cm−3未満であり、
前記半導体積層の前記側面及び前記主面は、それぞれ、第1及び第2の基準面に対して延在し、
前記半導体積層の前記主面は、前記六方晶系III族窒化物のc軸方向を示す基準軸に直交する面に対して5度以上40度以下の範囲内の角度で傾斜し、
前記第1の基準面の法線と前記基準軸との成す角度は前記第2の基準面の法線と前記基準軸との成す角度より小さく、
前記ドリフト層は、第1の窒化ガリウム系半導体からなり、
前記電流ブロック層は、第2の窒化ガリウム系半導体からなり、
前記コンタクト層は、第3の窒化ガリウム系半導体からなり、
前記チャネル層は前記キャリア供給層と前記開口の前記側面との間に設けられ、
前記キャリア供給層の前記III族窒化物のバンドギャップは、前記チャネル層の前記窒化ガリウム系半導体のバンドギャップより大きいことを特徴とする窒化物電子デバイス。 - 前記ドリフト層の第1の窒化ガリウム系半導体はSiドープn型GaNであり、前記ドリフト層の膜厚は1μm以上10μm以下であり、前記第1の窒化ガリウム系半導体のSi濃度は1×1015cm−3以上3×1016cm−3以下であり、
前記電流ブロック層の第2の窒化ガリウム系半導体はMgドープp型GaNであり、前記電流ブロック層の膜厚が0.1μm以上2.0μm以下であり、前記第2の窒化ガリウム系半導体のMg濃度は5×1016cm−3以上5×1018cm−3以下であり、
前記コンタクト層の第3の窒化ガリウム系半導体はSiドープn型GaNであり、前記コンタクト層の膜厚が0.1μm以上1.0μm以下であり、前記第3の窒化ガリウム系半導体のSi濃度は、1×1016cm−3以上であることを特徴とする請求項12に記載された窒化物電子デバイス。 - 前記キャリア供給層はAlXGa1−XN(0<X<1)を含み、
前記キャリア供給層の膜厚が5nm以上40nm以下であり、
前記チャネル層はアンドープGaNを含み、
前記チャネル層の膜厚が20nm以上400nm以下であることを特徴とする請求項12又は請求項13に記載された窒化物電子デバイス。 - 前記半導体積層の前記側面は、前記基準軸に直交する面に対して−10度より大きく+10度未満の範囲の角度を成すことを特徴とする請求項12〜請求項14のいずれか一項に記載された窒化物電子デバイス。
- 前記チャネル層は、前記半導体積層の前記側面上に設けられた第1の部分と、前記半導体積層の前記主面上に設けられた第2の部分とを含み、
前記キャリア供給層は、前記チャネル層の前記第1の部分上に設けられた第1の部分と前記チャネル層の前記第2の部分上に設けられた第2の部分とを含み、
前記ゲート電極は前記キャリア供給層の前記第1の部分に接合を成すことを特徴とする請求項12〜請求項15のいずれか一項に記載された窒化物電子デバイス。 - 前記チャネル層は、前記半導体積層の前記側面上に設けられた第1の部分と、前記半導体積層の前記主面上に設けられた第2の部分とを含み、
前記キャリア供給層は、前記チャネル層の前記第1の部分上に設けられた第1の部分と前記チャネル層の前記第2の部分上に設けられた第2の部分とを含み、
前記キャリア供給層の前記第1の部分上に設けられたゲート絶縁膜を更に備え、
前記ゲート電極は前記ゲート絶縁膜に接合を成すことを特徴とする請求項12〜請求項15のいずれか一項に記載された窒化物電子デバイス。
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