JP6030733B2 - トランジスタ用窒化物半導体エピタキシャルウエハ及び窒化物半導体電界効果トランジスタ - Google Patents
トランジスタ用窒化物半導体エピタキシャルウエハ及び窒化物半導体電界効果トランジスタ Download PDFInfo
- Publication number
- JP6030733B2 JP6030733B2 JP2015217399A JP2015217399A JP6030733B2 JP 6030733 B2 JP6030733 B2 JP 6030733B2 JP 2015217399 A JP2015217399 A JP 2015217399A JP 2015217399 A JP2015217399 A JP 2015217399A JP 6030733 B2 JP6030733 B2 JP 6030733B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- nitride semiconductor
- layer
- transistor
- field effect
- state
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Description
但し、この場合の光応答特性とは、前記GaN層の横方向電流値の測定雰囲気を、光未照射状態から光子エネルギー1.98eVの光照射状態に変えた際の、光未照射状態の横方向電流値に対する光照射状態(1.98eV)の横方向電流値の比で表わされる。
[2]前記基板は、炭化ケイ素からなる前記[1]に記載のトランジスタ用窒化物半導体エピタキシャルウエハ。
[3]前記窒化物半導体層は、窒化アルミニウムからなる前記[1]又は[2]に記載のトランジスタ用窒化物半導体エピタキシャルウエハ。
但し、この場合の光応答特性とは、前記ソース電極・前記ドレイン電極間電流値の測定雰囲気を、光未照射状態から光子エネルギー1.98eVの光照射状態に変えた際の、光未照射状態の前記ソース電極・前記ドレイン電極間電流値に対する光照射状態(1.98eV)の前記ソース電極・前記ドレイン電極間電流値の比で表わされる。
[5]前記窒化物半導体層のスキューネスRskが正であることを特徴とする[4]に記載の窒化物半導体電界効果トランジスタ。
本発明の第1の実施の形態に係るトランジスタ用窒化物半導体エピタキシャルウエハは、基板上に、窒化物半導体層及び電子走行層となるGaN層をこの順序でエピタキシャル成長させたトランジスタ用窒化物半導体エピタキシャルウエハであって、前記GaN層の光応答特性が0.1以上である。
本発明の第2の実施の形態に係る窒化物半導体電界効果トランジスタは、基板上に、窒化物半導体層、電子走行層として機能するGaN層、及び電子供給層として機能するAlGaN層をこの順序でエピタキシャル成長させ、前記AlGaN層上にソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を形成した電界効果トランジスタにおいて、当該トランジスタがパッケージングされていないオンウェハ状態であって、前記ゲート電極が負にバイアスされて当該トランジスタがオフ状態である場合の前記GaN層の光応答特性が0.1以上である。
但し、この場合の光応答特性とは、前記ソース電極・前記ドレイン電極間電流値の測定雰囲気を、光未照射状態から光子エネルギー1.98eVの光照射状態に変えた際の、光未照射状態の前記ソース電極・前記ドレイン電極間電流値に対する光照射状態(1.98eV)の前記ソース電極・前記ドレイン電極間電流値の比で表わされる。
窒化物半導体層102の表面102aのスキューネスの制御には窒化物半導体層102の成長時のV族原料とIII族原料の供給量モル比(V/III比)が関係すると考えられる。スキューネスRskを正とするためには、V/III比は1000〜8000が好ましい。
また、GaN層103は、エピタキシャルウェハの場合は、AlGaN層104が積層されていない状態で、もしくはトランジスタの場合は、パッケージングされていないオンウェハ状態かつ、トランジスタがオフの状態での光応答特性が0.1以上である。光応答特性が1に近い程、特性が良好ということになる。GaN層103がそのような光応答特性を有するためには、後述するGaN層103の成長条件の制御が必要となる。
次に、窒化物半導体電界効果トランジスタ100の製造方法の一例を説明する。
基板101をアンモニア(NH3)を含まない水素(H2)雰囲気中で所定の温度、例えば1100〜1200℃で加熱して所定の時間(例えば5〜10分)放置する。この加熱処理により基板101の表面が清浄化される。なお、雰囲気は、水素(H2)と窒素(N2)の混合ガス(H2/N2)でもよい。
次に、基板101をNH3ガス雰囲気に上記所定の温度(第1の温度)、例えば1100〜1200℃を保ったまま30秒以下の時間配置するNH3ガス処理工程を行う。NH3ガス処理工程は、後に続く窒化物半導体層102の形成ステップにおいて脱離しやすい窒素原子を先行供給することにより窒化物半導体層102の高品質化を行うものである。NH3ガス処理工程の処理時間が30秒を超えると、例えば基板101をSiCで形成した場合、その表面にSiNx層が顕著に形成され、窒化物半導体層102の形成を阻害し始めるので注意が必要である。
次に、窒化物半導体層102は、スキューネスRskが正となる表面形状を形成するために、成長時のV/III比は1000〜8000とする。窒化物半導体層102の成長温度は、GaN層103の成長温度、例えば、1000℃〜1100℃よりも高い温度(第2の温度)、例えば、1100℃〜1200℃とする。
次に、H2/NH3比≦4のH2/NH3ガス雰囲気中で第2の温度より低い所定の温度(第3の温度)、例えば1000℃〜1100℃までエピタキシャルウェハを冷却する。エピタキシャルウェハの冷却条件は、H2ガス分率が80%を超えると(すなわちH2/NH3比>4となると)、窒化物半導体層102が徐々にエッチバックされ、スキューネスRskの値を維持できなくなるため、注意が必要である。
次に、窒化物半導体層102上にGaN層103を形成し、GaN層103上にAlGaN層104を形成する。以上の工程を経てGaN系HEMT用の窒化物半導体エピタキシャルウエハが形成される。GaN層103及びAlGaN層104の成長温度(第3の温度)は、例えば、1000℃〜1100℃とする。
次に、AlGaN層104上にソース電極106、ドレイン電極107及びゲート電極108を形成する。ドライエッチングでHEMT素子周辺に素子分離溝を形成する。なお、イオン注入で絶縁領域を設けて素子分離を行ってもよい。以上の工程を経て窒化物半導体電界効果トランジスタ(GaN系HEMT)100が形成される。
次に、本発明の実施例1に係る窒化物半導体電界効果トランジスタの製造方法の一例を説明する。まず、基板101としてポリタイプ4H又はポリタイプ6Hの半絶縁性SiC基板を用意する。
図5及び図6は、それぞれ比較例1、2の光応答特性を示す。この比較例1、2は、本発明の実施例を適用しない状態で形成したトランジスタがパッケージングされていないオンウエハ状態であって、ゲート電極が負にバイアスされトランジスタがオフ状態である場合であって、測定雰囲気をダーク状態から光照射状態(1.98eV)へと変えたものである。
比較例1は、SiC基板のNH3ガス処理工程を25秒とし、さらにAlN層形成後のエピタキシャルウェハの冷却工程において、H2/NH3混合ガスのH2/NH3比を5としたものである。図5から明らかなように、エピタキシャルウェハの冷却工程におけるH2/NH3比>4としたことで、窒化物半導体層102が徐々にエッチバックされ、スキューネスRskの値が維持できなくなったものと考えられ、その影響により、Vds値1V〜100Vのほぼ全域に渡って、GaN層の光応答特性が0.1未満となっており、Vds値が20Vのときは0.09になることが分かる。
比較例2は、SiC基板のNH3ガス処理工程を30秒よりも長い35秒とし、AlN層形成後のエピタキシャルウェハの冷却工程において、H2/NH3混合ガスのH2/NH3比を4としたものである。図6から明らかなように、SiC基板のNH3ガス処理工程を30秒より長く行ったことで、AlN層の形成が阻害されたと考えられ、その影響により、Vds値1V〜100Vのほぼ全域に渡って、GaN層の光応答特性が0.1未満となっており、Vds値が20Vのときは0.05になることが分かる。
比較例3は、SiC基板のNH3ガス処理工程を30秒よりも長い35秒とし、AlN層形成後のエピタキシャルウェハの冷却工程において、H2/NH3混合ガスのH2/NH3比を5としたものである。SiC基板のNH3ガス処理工程を30秒より長く行い、且つエピタキシャルウェハの冷却工程においてH2/NH3比>4としたことで、AlN層の形成が阻害されるとともに、冷却工程においてエッチバックされたためAlN層表面のスキューネスRskが負となり、GaN層が良好に形成されなかったものと考えられる。そのため、比較例3の電界効果トランジスタはVds値1V〜100Vのほぼ全域に渡って、GaN層の光応答特性が0.1未満となっており、Vds値が20Vのときは0.03となった。
102a…窒化物半導体層の表面、103…GaN層、104…AlGaN層、
105…二次元電子ガス、106…ソース電極、107…ドレイン電極、
108…ゲート電極
Claims (5)
- 基板上に、窒化物半導体層及び電子走行層となるGaN層をこの順序でエピタキシャル成長させたトランジスタ用窒化物半導体エピタキシャルウエハであって、
前記GaN層上に電子供給層を形成していない状態において、前記GaN層の光応答特性が0.1以上であるトランジスタ用窒化物半導体エピタキシャルウェハ。
但し、この場合の光応答特性とは、前記GaN層の横方向電流値の測定雰囲気を、光未照射状態から光子エネルギー1.98eVの光照射状態に変えた際の、光未照射状態の横方向電流値に対する光照射状態(1.98eV)の横方向電流値の比で表わされる。 - 前記基板は、炭化ケイ素からなる請求項1に記載のトランジスタ用窒化物半導体エピタキシャルウエハ。
- 前記窒化物半導体層は、窒化アルミニウムからなる請求項1又は2に記載のトランジスタ用窒化物半導体エピタキシャルウエハ。
- 基板上に、窒化物半導体層、電子走行層として機能するGaN層、及び電子供給層として機能するAlGaN層をこの順序でエピタキシャル成長させ、前記AlGaN層上にソース電極、ドレイン電極及びゲート電極を形成した窒化物半導体電界効果トランジスタにおいて、
当該トランジスタがパッケージングされていないオンウェハ状態において、前記ゲート電極が負にバイアスされて当該トランジスタがオフ状態である場合の前記GaN層の光応答特性が0.1以上である窒化物半導体電界効果トランジスタ。
但し、この場合の光応答特性とは、前記ソース電極・前記ドレイン電極間電流値の測定雰囲気を、光未照射状態から光子エネルギー1.98eVの光照射状態に変えた際の、光未照射状態の前記ソース電極・前記ドレイン電極間電流値に対する光照射状態(1.98eV)の前記ソース電極・前記ドレイン電極間電流値の比で表わされる。 - 前記窒化物半導体層のスキューネスRskが正であることを特徴とする請求項4に記載の窒化物半導体電界効果トランジスタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015217399A JP6030733B2 (ja) | 2015-11-05 | 2015-11-05 | トランジスタ用窒化物半導体エピタキシャルウエハ及び窒化物半導体電界効果トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015217399A JP6030733B2 (ja) | 2015-11-05 | 2015-11-05 | トランジスタ用窒化物半導体エピタキシャルウエハ及び窒化物半導体電界効果トランジスタ |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012168773A Division JP5837465B2 (ja) | 2012-07-30 | 2012-07-30 | 窒化物半導体電界効果トランジスタの評価方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016048790A JP2016048790A (ja) | 2016-04-07 |
JP6030733B2 true JP6030733B2 (ja) | 2016-11-24 |
Family
ID=55649513
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015217399A Active JP6030733B2 (ja) | 2015-11-05 | 2015-11-05 | トランジスタ用窒化物半導体エピタキシャルウエハ及び窒化物半導体電界効果トランジスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6030733B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024034267A1 (ja) * | 2022-08-08 | 2024-02-15 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素基板、炭化珪素エピタキシャル基板および炭化珪素半導体装置の製造方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4514584B2 (ja) * | 2004-11-16 | 2010-07-28 | 富士通株式会社 | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
JP5095253B2 (ja) * | 2007-03-30 | 2012-12-12 | 富士通株式会社 | 半導体エピタキシャル基板、化合物半導体装置、およびそれらの製造方法 |
JP4584293B2 (ja) * | 2007-08-31 | 2010-11-17 | 富士通株式会社 | 窒化物半導体装置、ドハティ増幅器、ドレイン電圧制御増幅器 |
JP5566856B2 (ja) * | 2010-11-11 | 2014-08-06 | 古河電気工業株式会社 | 窒化物系化合物半導体素子の製造方法および窒化物系化合物半導体素子 |
-
2015
- 2015-11-05 JP JP2015217399A patent/JP6030733B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016048790A (ja) | 2016-04-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8450782B2 (en) | Field effect transistor, method of manufacturing field effect transistor, and method of forming groove | |
JP5634681B2 (ja) | 半導体素子 | |
EP3067921B1 (en) | Process for producing an epitaxial substrate for a semiconductor element | |
JP5323527B2 (ja) | GaN系電界効果トランジスタの製造方法 | |
JP3733420B2 (ja) | 窒化物半導体材料を用いたヘテロ接合電界効果型トランジスタ | |
US8410552B2 (en) | Epitaxial substrate for semiconductor device, semiconductor device, and method of manufacturing epitaxial substrate for semiconductor device | |
JP2008166349A (ja) | 半導体基板および半導体装置 | |
US10109730B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US8378386B2 (en) | Epitaxial substrate for semiconductor device, semiconductor device, and method of manufacturing epitaxial substrate for semiconductor device | |
JP5883331B2 (ja) | 窒化物半導体エピタキシャルウェハの製造方法及び電界効果型窒化物トランジスタの製造方法 | |
JP2009010107A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP2016207748A (ja) | 半導体装置の製造方法および半導体装置 | |
JP4517077B2 (ja) | 窒化物半導体材料を用いたヘテロ接合電界効果型トランジスタ | |
JP2011023677A (ja) | 化合物半導体エピタキシャルウェハおよびその製造方法 | |
US9293539B2 (en) | Nitride semiconductor epitaxial wafer and nitride semiconductor device | |
JP2015192026A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
JP5170859B2 (ja) | 基板及びその製造方法 | |
JP2015177152A (ja) | 窒化物半導体積層物および半導体装置 | |
CN113506777A (zh) | 半导体元件用外延基板和半导体元件 | |
JP5837465B2 (ja) | 窒化物半導体電界効果トランジスタの評価方法 | |
US10879063B2 (en) | Method for fabricating high-quality and high-uniformity III-nitride epi structure | |
JP6030733B2 (ja) | トランジスタ用窒化物半導体エピタキシャルウエハ及び窒化物半導体電界効果トランジスタ | |
JP6087414B2 (ja) | トランジスタ用窒化物半導体エピタキシャルウエハの製造方法 | |
JP2015185809A (ja) | 半導体基板の製造方法及び半導体装置 | |
US20170256635A1 (en) | Nitride semiconductor and nitride semiconductor manufacturing method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160819 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160920 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20161020 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6030733 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |