JP5784441B2 - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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(半導体装置)
第1の実施の形態における半導体装置について、図1に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、Si等の基板11上に、AlN等により形成されるバッファ層12、第1の半導体層であるp型となる不純物元素がドープされているp型層13が形成されている。p型層13上には、ゲート電極21の直下に開口部31を有するAlN等により形成される成長制御層14が形成されており、p型層13及び成長制御層14の上には、第2の半導体層となるp型拡散領域15及び電子走行層16が形成されている。即ち、ゲート電極21の直下に形成される開口部31において露出しているp型層13上には、p型拡散領域15が形成され、p型拡散領域15及び成長制御層14上は、電子走行層16が形成されている。尚、本実施の形態において、ゲート電極21の直下とは、電子供給層17または電子走行層16等を介したゲート電極21が形成される領域の下の領域を含むものである。更に、電子走行層16の上には、第3の半導体層となる電子供給層17が形成されており、電子供給層17の上には、ゲート電極21、ソース電極22及びドレイン電極23が形成されている。電子走行層16はGaNにより形成されており、電子供給層17はAlGaNにより形成されており、これにより、電子走行層16において、電子走行層16と電子供給層17との界面近傍には2DEG16aが形成される。p型層13にはGaNにp型となる不純物元素としてMgがドープされており、この上にGaNを結晶成長させることにより、p型層13が露出している成長制御層14の開口部31より、p型層13に含まれているMgが取り込まれp型拡散領域15が形成される。このため、p型拡散領域15を不純物拡散領域と記載する場合がある。尚、電子走行層16は、成長制御層14の上に形成されるため、Mgが取り込まれることはない。よって電子走行層16は、Mgを含まないGaNにより形成される。また、p型層13は、AlGaNにp型となる不純物元素がドープされたものであってもよい。
次に、図4〜図6に基づき、第1の実施の形態における半導体装置の製造方法について説明する。
(半導体装置)
次に、第2の実施の形態における半導体装置について、図7に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、ゲート電極近傍にゲートリセスを形成した構造のものである。
次に、第2の実施の形態における半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態における半導体装置の製造方法は、第1の実施の形態における図5(b)まで形成した後、ゲートリセス131を形成する。
次に、第3の実施の形態における半導体装置について、図9に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、電子供給層17上にゲート絶縁膜となる絶縁膜140が形成されている構造のものである。このような絶縁膜140を形成することにより、ゲートリーク電流を減らすことができる。絶縁膜140としては、例えば、Al2O3(酸化アルミニウム)等が用いられる。
次に、第4の実施の形態について説明する。本実施の形態は、半導体デバイス、電源装置及び高周波増幅器である。
(付記1)
基板の上に形成された不純物元素を含む第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に形成された第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の上に形成された第3の半導体層と、
前記第3の半導体層の上に形成されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、
を有し、
前記第2の半導体層において、前記ゲート電極の直下には、前記第1の半導体層と接し、前記第1の半導体層に含まれる不純物元素が拡散している不純物拡散領域が形成されており、
前記不純物元素は、前記不純物拡散領域がp型となる元素であることを特徴とする半導体装置。
(付記2)
前記不純物元素は、Mgであることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記3)
前記不純物拡散領域は、前記第3の半導体層とは接していないことを特徴とする付記1または2に記載の半導体装置。
(付記4)
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間には、前記ゲート電極の形成される領域の直下に開口部を有する成長制御層が形成されていることを特徴とする付記1から3のいずれかに記載の半導体装置。
(付記5)
前記成長制御層は、AlN、AlGaN、InAlN、SiOx、SiNのいずれかを含むものにより形成されていることを特徴とする付記4に記載の半導体装置。
(付記6)
前記成長制御層は、多結晶又はアモルファスであることを特徴とする付記4または5に記載の半導体装置。
(付記7)
前記成長制御層の膜厚は、5〜50nmであることを特徴とする付記4から6のいずれかに記載の半導体装置。
(付記8)
前記第1の半導体層にドープされているp型となる不純物元素の濃度は、5×1017〜5×1019cm−3であることを特徴とする付記1から7のいずれかに記載の半導体装置。
(付記9)
前記第1の半導体層は、p型となる不純物元素を含むGaNまたはAlGaNにより形成されているものであることを特徴とする付記1から8のいずれかに記載の半導体装置。
(付記10)
前記第2の半導体層は、GaNを含む材料により形成されていることを特徴とする付記1から9のいずれかに記載の半導体装置。
(付記11)
前記第3の半導体層は、AlGaNを含む材料により形成されていることを特徴とする付記1から10のいずれかに記載の半導体装置。
(付記12)
前記第3の半導体層において、前記ゲート電極が形成される領域には凹形状のゲートリセスが設けられており、前記ゲート電極は、前記ゲートリセスの内部を含む領域に形成されていることを特徴とする付記1から11のいずれかに記載の半導体装置。
(付記13)
前記第3の半導体層と前記ゲート電極との間には、絶縁膜が設けられていることを特徴とする付記1から12のいずれかに記載の半導体装置。
(付記14)
付記1から13のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする電源装置。
(付記15)
付記1から13のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする増幅器。
(付記16)
基板の上に、不純物元素を含む第1の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層の上に、開口部を有する成長制御層を形成する工程と、
前記開口部において露出している前記第1の半導体層及び前記成長制御層の上に、第2の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層の上に、第3の半導体層を形成する工程と、
前記第3の半導体層の上に、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
を有し、前記成長制御層における前記開口部は、前記ゲート電極の直下に形成されるものであって、
前記不純物元素は、前記第2の半導体層がp型となる元素であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記17)
前記不純物元素は、Mgであることを特徴とする付記16に記載の半導体装置の製造方法。
(付記18)
前記第1の半導体層、前記第2の半導体層及び前記第3の半導体層は、MOVPEにより形成されるものであることを特徴とする付記16または17に記載の半導体装置の製造方法。
(付記19)
前記成長制御層は、前記第1の半導体層、前記第2の半導体層及び前記第3の半導体層を形成する際の温度よりも低い温度により形成されることを特徴とする付記16から18のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記20)
前記第2の半導体層は、前記成長制御層の前記開口部において露出している前記第1の半導体層上より、最初に結晶成長するものであることを特徴とする付記16から19のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
12 バッファ層
13 p型層(第1の半導体層)
14 成長制御層
15 p型拡散領域
16 電子走行層(第2の半導体層)
16a 2DEG
17 電子供給層(第3の半導体層)
21 ゲート電極
22 ソース電極
23 ドレイン電極
31 開口部
Claims (9)
- 基板の上に形成された不純物元素を含む第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に形成された第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の上に形成された第3の半導体層と、
前記第3の半導体層の上に形成されたゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、
を有し、
前記第2の半導体層において、前記ゲート電極の直下には、前記第1の半導体層と接し、前記第1の半導体層に含まれる不純物元素が拡散している不純物拡散領域が形成されており、
前記不純物元素は、前記不純物拡散領域がp型となる元素であり、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間には、前記ゲート電極の形成される領域の直下に開口部を有する、前記第2の半導体層を成長させる際の不純物の拡散を制御する成長制御層が形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記不純物元素は、Mgであることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記成長制御層は、AlN、AlGaN、InAlNのいずれかを含むものにより形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記第1の半導体層は、p型となる不純物元素を含むGaNまたはAlGaNにより形成されているものであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第2の半導体層は、GaNを含む材料により形成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第3の半導体層において、前記ゲート電極が形成される領域には凹形状のゲートリセスが設けられており、前記ゲート電極は、前記ゲートリセスの内部を含む領域に形成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の半導体装置。
- 基板の上に、不純物元素を含む第1の半導体層を形成する工程と、
前記第1の半導体層の上に、開口部を有する成長制御層を形成する工程と、
前記開口部において露出している前記第1の半導体層及び前記成長制御層の上に、第2の半導体層を形成する工程と、
前記第2の半導体層の上に、第3の半導体層を形成する工程と、
前記第3の半導体層の上に、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
を有し、前記成長制御層における前記開口部は、前記ゲート電極の直下に形成されるものであって、
前記不純物元素は、前記第2の半導体層がp型となる元素であり、
前記成長制御層は、前記第2の半導体層を成長させる際の不純物の拡散を制御することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記不純物元素は、Mgであることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1の半導体層、前記第2の半導体層及び前記第3の半導体層は、MOVPEにより形成されるものであることを特徴とする請求項7または8に記載の半導体装置の製造方法。
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