JP5658545B2 - Iii族窒化物半導体装置 - Google Patents
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Description
n型GaN層10の下方に位置しているp型GaN層8に接するアース電極20を形成するために、製造時には積層基板の上面からドライエッチングしてp型GaN層8に達する溝を形成する。すなわち溝の底面にp型GaN層8の上面が露出している状態をつくり、その状態でアース電極20を形成する。p型GaN層8に達する溝は、素子分離溝としても機能する。
n型GaN層40の下方に位置しているp型GaN領域38a,38bに接するアース電極50a,50bを形成するために、製造時には積層基板の上面からドライエッチングしてp型GaN領域38a,38bに達する溝を形成する。すなわち溝の底面にp型GaN領域38a,38bの上面が露出している状態をつくり、その状態でアース電極50a,50bを形成する。p型GaN層8に達する溝は、素子分離溝としても機能する。
本明細書で開示するIII族窒化物半導体装置は、p型III族窒化物半導体の上面から内部に侵入する溝が形成されており、その溝に充填された金属によって電極が形成される。その電極は、p型III族窒化物半導体にオーミック接触する。
上記の場合、p型III族窒化物半導体をドライエッチングした面に電極が形成される。p型III族窒化物半導体をドライエッチングすると、そのエッチング面にイオンが衝撃を与えることから多くの欠陥が発生する。特に窒素が抜けてしまう欠陥が多く発生する。窒素が抜けてしまった欠陥はドナーとして機能する。すなわち、p型III族窒化物半導体のドライエッチング面はn型化する。その結果、p型III族窒化物半導体のドライエッチング面に電極を形成すると、「電極・n型化したIII族窒化物半導体・p型III族窒化物半導体」の積層構造が構成させてしまう。この結果、電極とp型III族窒化物半導体の間にオーミック特性が得られないと思われる。
上記のことから、p型III族窒化物半導体のドライエッチング面に凹凸を形成しても、その凹凸をドライエッチングして形成する限り、p型III族窒化物半導体と電極の間にオーミック特性を実現することは困難であると推定できる。
上記したように、溝を形成しても、その溝がドライエッチングで形成したものである限り、p型III族窒化物半導体と電極の間にオーミック特性を付与するのに有利に作用しないと推測されていた、しかしながら、ドライエッチングして形成した溝に金属を充填すると、その金属とp型III族窒化物半導体の間にオーミック特性が確保される。その理由は下記のように推定される。
1)III族窒化物半導体をドライエッチングすると、欠陥が発生してn型化する。この時点で発生する欠陥は、溝の底面において高密度であり、溝の側面において低密度である。イオンの進行方向に直交する面と、イオンの進行方向に傾斜する面では、イオン衝撃の大きさが相違し、欠陥密度も相違する。
2)III族窒化物半導体を加熱すると、ドライエッチング面に形成された欠陥数が増大するか、あるいはドナーとして作用する効果が強調される。この結果、n型化が顕著となる。
溝の側面に絶縁膜を形成する場合、SiO2を製膜することが多い。SiO2を製膜する際に、III族窒化物半導体が加熱される。
上記したように、p型III族窒化物半導体の側面に絶縁膜を形成しても、p型III族窒化物半導体の側面がn型化する現象をとめることができず、n型化したIII族窒化物半導体の側面に沿ってリーク電流が流れるのをとめることができない。その現象は、前記1)と2)によるものと推定される。
それに対して、ドライエッチングして形成した溝に金属を充填すると、前記1)の事象は発生するものの、前記2)の事象が発生しないかあるいはその事象の発生程度が抑制されるものと思われる。溝の側面において発生する欠陥が低密度であるからこそn型化の程度が低く、それゆえにp型III族窒化物半導体と電極の間にオーミック特性が実現されるとしか説明できない事象が生じる。
しかも、ドライエッチングして形成した溝に金属を充填してオーミック特性を得ると、その後にIII族窒化物半導体が加熱しても、そのオーミック特性は失われない。溝に金属を充填してからIII族窒化物半導体を加熱すると、前記2)の事象が発生しないかあるいはその事象の発生程度が抑制されるものと推定される。
上記の推定が正しいか否かはともかく、実際に、p型III族窒化物半導体の上面から内部に侵入する溝が形成されており、その溝に金属が充填されていると、その金属によって形成される電極とp型III族窒化物半導体の間にオーミック特性が得られる。
(特長1)p型III族窒化物半導体のドライエッチング面に形成されている溝は、ドライエッチング面を平面視したときに一定方向に伸びている。
(特長2)p型III族窒化物半導体のドライエッチング面を平面視したときに、個々には短い溝の複数個が、マトリクス状に配置されている。
(特長3)複数の溝が配置されているp型III族窒化物半導体のドライエッチング面を平面視したときに、個々の溝の形状は、多角形、円形、半円形、楕円等の形状をしている。
個々の溝8dを金属20を充填する。金属20は、溝60を形成した段階での底面8aをも被覆する厚みとする。金属には、Ni, Au, Pd あるいはこれらの合金が利用できる。溝8dに金属20を充填してから、酸素シンターして電極とする。個々の溝8dに金属20を充填すると、溝8dの側面と金属20がオーミック接触する。金属20によって、p型III族窒化物半導体層8にオーミック接触する電極が形成される。
図4の電極24と図1のドレイン電極14bの間を観測すると、「電極24、p−GaN層8、nーGaN層10、ドレイン領域12c、ドレイン電極14b」の電流経路と、「電極24、n−GaN層6,10、ドレイン領域12c、ドレイン電極14b」の電流経路が並列に形成されていることがわかる。前者は、p−GaN層8とnーGaN層10のpn接合を利用するpnダイオードとして機能し、後者は、電極24とn−GaN層6の間のショットキーバリアを利用するショットキーダイオードとして機能する。
金属24とドレイン電極14bの間に、金属24とp型III族窒化物半導体層8とn型III族窒化物半導体層6,10とドレイン電極14b等で構成されるpnダイオードと、金属24とn型III族窒化物半導体層6,10とドレイン電極14b等で構成されるショットキーダイオードの並列回路が形成されている。
また下記に記載する特許請求の範囲の技術的範囲は、実施例に限定されない。実施例はあくまで例示である。
4:バッファ層
6:n型GaN層
8:p型GaN層
10:n型GaN層
12:AlGaN層
12a:ソース領域
12b:チャネル領域
12c:ドレイン領域
14a:ソース電極
14b:ドレイン電極
16:ゲート絶縁膜
18:ゲート電極
20:アース電極
8a:エッチング上面
8b:エッチング側面
8c:エッチング側面
8d,8e:溝
20,24,26:金属膜
Claims (3)
- III族窒化物半導体で形成されているトランジスタのドレイン電極に導通しているn型III族窒化物半導体層と、
そのn型III族窒化物半導体層上に積層されているp型III族窒化物半導体層とを備えており、
そのp型III族窒化物半導体層の上面から当該p型III族窒化物半導体層を貫通して前記n型III族窒化物半導体層内に侵入する溝が形成されており、
その溝に充填された金属が、前記p型III族窒化物半導体層にはオーミック接触し、前記n型III族窒化物半導体層にはショットキー接触し、
前記金属と前記ドレイン電極の間に、「前記金属と前記p型III族窒化物半導体層と前記n型III族窒化物半導体層と前記ドレイン電極」で構成されるpnダイオードと、「前記金属と前記n型III族窒化物半導体層と前記ドレイン電極」で構成されるショットキーダイオードの並列回路が設けられていることを特徴とするIII族窒化物半導体装置。 - 前記トランジスタのソース電極とドレイン電極がIII族窒化物半導体基板の表面に形成されていることを特徴とする請求項1のIII族窒化物半導体装置。
- 前記トランジスタのソース電極がIII族窒化物半導体基板の表面に形成されており、前記トランジスタのドレイン電極がIII族窒化物半導体基板の裏面に形成されていることを特徴とする請求項1のIII族窒化物半導体装置。
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