JP6106951B2 - Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.

窒化物半導体であるGaN、AlN、InNまたは、これらの混晶からなる材料等は、広いバンドギャップを有しており、高出力電子デバイスまたは短波長発光デバイス等として用いられている。例えば、窒化物半導体であるGaNは、バンドギャップが3.4eVであり、Siのバンドギャップ1.1eV、GaAsのバンドギャップ1.4eVよりも大きい。   A nitride semiconductor such as GaN, AlN, InN, or a mixed crystal material thereof has a wide band gap, and is used as a high-power electronic device or a short-wavelength light-emitting device. For example, GaN, which is a nitride semiconductor, has a band gap of 3.4 eV, which is larger than the Si band gap of 1.1 eV and the GaAs band gap of 1.4 eV.

このような高出力電子デバイスとしては、電界効果型トランジスタ(FET:Field effect transistor)、特に、高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)がある。このような窒化物半導体を用いたHEMTは、高出力・高効率増幅器、大電力スイッチングデバイス等に用いられる。例えば、AlGaNを電子供給層、GaNを走行層に用いたHEMTでは、AlGaNとGaNとの格子定数差による歪みによりAlGaNにピエゾ分極及び自発分極が生じ、高濃度の2DEG(Two-Dimensional Electron Gas:2次元電子ガス)が発生する。このため、高電圧における動作が可能であり、高効率スイッチング素子、電気自動車用等における高耐圧電力デバイスに用いることができる。   As such a high-power electronic device, there is a field effect transistor (FET), in particular, a high electron mobility transistor (HEMT). HEMTs using such nitride semiconductors are used in high power / high efficiency amplifiers, high power switching devices, and the like. For example, in a HEMT using AlGaN as an electron supply layer and GaN as a traveling layer, piezopolarization and spontaneous polarization occur in AlGaN due to strain due to a difference in lattice constant between AlGaN and GaN, and a high concentration of 2DEG (Two-Dimensional Electron Gas: Two-dimensional electron gas) is generated. For this reason, the operation | movement in a high voltage is possible and it can use for the high voltage | pressure-resistant electric power device in a highly efficient switching element, an electric vehicle use, etc.

ところで、窒化物半導体を用いたHEMTにおいては、フェールセーフ等の観点からノーマリーオフであることが求められている。しかしながら、窒化物半導体を用いたHEMTにおいては、2DEGにおいて多数の電子が存在しているため、ゲート電極に電圧を印加しない場合にも電流が流れるノーマリーオンとなりやすい。このため、このような窒化物半導体を用いたHEMTをノーマリーオフにするため、ゲート電極が形成される領域における電子供給層の上に、p型の半導体層を形成する方法がある。具体的には、電子走行層としてGaN層、電子供給層としてAlGaN層を積層形成し、AlGaN層の上にp−GaN層を形成することにより、p−GaN層直下における2DEGを消失させ、ノーマリーオフにする方法である。   By the way, in HEMT using a nitride semiconductor, it is calculated | required that it is normally off from viewpoints, such as fail safe. However, in a HEMT using a nitride semiconductor, a large number of electrons are present in 2DEG, so that even when no voltage is applied to the gate electrode, normally-on current tends to flow. For this reason, there is a method of forming a p-type semiconductor layer on the electron supply layer in the region where the gate electrode is formed in order to make the HEMT using such a nitride semiconductor normally off. Specifically, a GaN layer is formed as an electron transit layer, an AlGaN layer is formed as an electron supply layer, and a p-GaN layer is formed on the AlGaN layer, thereby eliminating 2DEG directly under the p-GaN layer, It is a way to turn off Mary.

特開2002−359256号公報JP 2002-359256 A

Yasuhiro Uemoto, Masahiro Hikita, Hiroaki Ueno, Hisayoshi Matsuo, Hidetoshi Ishida, Manabu Yanagihara, Tetsuzo Ueda, Tsuyoshi Tanaka, and Daisuke Ueda, "Gate Injection Transistor (GIT) -A Normally-off AlGaN/GaN Power Transistor Using Conductivity Modulation", IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, 54, 3393 (2007).Yasuhiro Uemoto, Masahiro Hikita, Hiroaki Ueno, Hisayoshi Matsuo, Hidetoshi Ishida, Manabu Yanagihara, Tetsuzo Ueda, Tsuyoshi Tanaka, and Daisuke Ueda, "Gate Injection Transistor (GIT) -A Normally-off AlGaN / GaN Power Transistor Using Conductivity Modulation", IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, 54, 3393 (2007). H. Marchand, X. H. Wu, J. P. Ibbetson, P. T. Fini, P. Kozodoy, S. Keller, J. S. Speck, S. P. DenBaars, and U. K. Mishra, "Microstructure of GaN laterally overgrown by metalorganic chemical vapor deposition", Appl. Phys. Lett. 73, 747 (1998).H. Marchand, XH Wu, JP Ibbetson, PT Fini, P. Kozodoy, S. Keller, JS Speck, SP DenBaars, and UK Mishra, "Microstructure of GaN laterally overgrown by metalorganic chemical vapor deposition", Appl. Phys. Lett. 73, 747 (1998). Tsvetanka S. Zheleva, Ok-Hyun Nam, Michael D. Bremser, and Robert F. Davis, "Dislocation density reduction via lateral epitaxy in selectively grown GaN structures", Appl. Phys. Lett. 71, 2472 (1997).Tsvetanka S. Zheleva, Ok-Hyun Nam, Michael D. Bremser, and Robert F. Davis, "Dislocation density reduction via lateral epitaxy in selectively grown GaN structures", Appl. Phys. Lett. 71, 2472 (1997).

ところで、p−GaN層等のp型層を形成する際、一般的には、p型となる不純物元素としてMgがドープされるが、Mgの活性化率が約1%と低いため、ホール濃度の高いp−GaNを形成することは困難である。また、p型となる不純物元素であるMgの濃度を高めた場合には、電子走行層と電子供給層との界面にまでMgが拡散してしまい、必要以上に2DEGが消失し、オン抵抗が高くなる場合がある。   By the way, when a p-type layer such as a p-GaN layer is formed, generally, Mg is doped as an impurity element to be p-type. However, since the activation rate of Mg is as low as about 1%, the hole concentration is low. It is difficult to form a high p-GaN. Further, when the concentration of Mg, which is an impurity element that becomes a p-type, is increased, Mg diffuses to the interface between the electron transit layer and the electron supply layer, 2DEG disappears more than necessary, and the on-resistance is reduced. May be higher.

また、AlGaN/GaNヘテロ界面におけるエネルギー準位をフェルミ準位より上にする方法としては、p−GaN層の厚さを厚くする方法や、電子供給層であるAlGaN層を薄くする方法、Alの組成比を低くする方法がある。しかしながら、p−GaN層の厚さを厚く形成した場合、p−GaN層の上に形成されるゲート電極とチャネルとなるAlGaN/GaNヘテロ界面までの距離が長くなるため、ピンチオフ不良が生じやすくなるといった問題が生じる。また、電子供給層であるAlGaN層を薄くする方法、Alの組成比を低くする方法では、ゲート−ドレイン間における2DEGの濃度が低下し、オン抵抗が高くなってしまう。   In addition, as a method for setting the energy level at the AlGaN / GaN hetero interface above the Fermi level, a method for increasing the thickness of the p-GaN layer, a method for reducing the AlGaN layer as the electron supply layer, There is a method of reducing the composition ratio. However, when the p-GaN layer is formed thick, the distance between the gate electrode formed on the p-GaN layer and the AlGaN / GaN hetero interface serving as a channel becomes long, and pinch-off defects are likely to occur. Problems arise. Further, in the method of thinning the AlGaN layer that is the electron supply layer and the method of reducing the Al composition ratio, the concentration of 2DEG between the gate and the drain is lowered, and the on-resistance is increased.

よって、窒化物半導体を用いた半導体装置において、p型層の厚さが薄くてもノーマリーオフとなるオン抵抗の低い半導体装置及び半導体装置の製造方法が求められている。   Therefore, in a semiconductor device using a nitride semiconductor, there is a need for a semiconductor device having a low on-resistance that is normally off even when the p-type layer is thin and a method for manufacturing the semiconductor device.

本実施の形態の一観点によれば、基板の上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層の上に絶縁体材料により形成された所定の領域に開口部を有する成長制御層と、前記成長制御層及び前記成長制御層の前記開口部が形成されている領域の上に形成された第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の半導体層の上において、前記成長制御層の前記開口部の直上の領域に形成された第1の導電型の第3の半導体層と、を有し、前記第1の導電型はp型であって、前記バッファ層は、AlNを含む材料により形成されており、前記第1の半導体層は、GaNを含む材料により形成されており、前記第2の半導体層は、AlGaNを含む材料により形成されており、前記第3の半導体層は、GaNを含む材料により形成されており、前記p型となる不純物元素としてMgがドープされており、前記成長制御層の前記開口部となる領域の上に形成された前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に発生している貫通転位の密度は、前記成長制御層の上に形成された前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に発生している貫通転位の密度よりも高いことを特徴とする。
また、本実施の形態の他の一観点によれば、基板の上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層の上に絶縁体材料により形成された所定の領域に開口部を有する成長制御層と、前記成長制御層及び前記成長制御層の前記開口部が形成されている領域の上に形成された第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の半導体層の上において、前記成長制御層の前記開口部の直上の領域に形成されたp型の第3の半導体層と、を有し、前記バッファ層は、AlNを含む材料により形成されており、前記第1の半導体層は、GaNを含む材料により形成されており、前記第2の半導体層は、AlGaNを含む材料により形成されており、前記第3の半導体層には、p型となる不純物元素がドープされており、前記成長制御層の前記開口部となる領域の上に形成された前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に発生している貫通転位の密度は、前記成長制御層の上に形成された前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に発生している貫通転位の密度よりも高いことを特徴とする。
According to one aspect of the present embodiment, a buffer layer formed on a substrate, a growth control layer having an opening in a predetermined region formed of an insulating material on the buffer layer, and the growth A first semiconductor layer formed on a region where the opening of the control layer and the growth control layer is formed; a second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer; And a third semiconductor layer of a first conductivity type formed in a region immediately above the opening of the growth control layer on the second semiconductor layer, wherein the first conductivity type is p The buffer layer is made of a material containing AlN, the first semiconductor layer is made of a material containing GaN, and the second semiconductor layer is a material containing AlGaN. It is formed by the third semiconductor layer, including the GaN Is formed of a material, the p-type and comprising Mg as an impurity element and is doped, the growth controlling layer the opening to become the first formed on a region of the semiconductor layer and the second of The density of threading dislocations occurring in the semiconductor layer is higher than the density of threading dislocations occurring in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer formed on the growth control layer. Features.
According to another aspect of the present embodiment, a buffer layer formed on a substrate and a growth control layer having an opening in a predetermined region formed of an insulating material on the buffer layer. A first semiconductor layer formed on the growth control layer and a region where the opening of the growth control layer is formed, and a second semiconductor formed on the first semiconductor layer And a p-type third semiconductor layer formed in a region immediately above the opening of the growth control layer on the second semiconductor layer, and the buffer layer is made of AlN. The first semiconductor layer is formed of a material containing GaN, the second semiconductor layer is formed of a material containing AlGaN, and the third semiconductor layer is formed of a material containing AlGaN. the impurity element which serves as a p-type is doped The density of threading dislocations generated in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer formed on the region to be the opening of the growth control layer is formed on the growth control layer. Further, the density is higher than the density of threading dislocations generated in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer .

また、本実施の形態の他の一観点によれば、基板の上にバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層の上に、絶縁体材料により所定の領域に開口部を有する成長制御層を形成する工程と、前記成長制御層及び前記成長制御層の前記開口部が形成されている領域の上に第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の半導体層の上において、前記成長制御層の前記開口部の直上の領域に、第1の導電型の第3の半導体層を形成する工程と、を有し、前記第1の導電型はp型であって、前記バッファ層は、AlNを含む材料により形成されており、前記第1の半導体層は、GaNを含む材料により形成されており、前記第2の半導体層は、AlGaNを含む材料により形成されており、前記第3の半導体層は、GaNを含む材料により形成されており、前記p型となる不純物元素としてMgがドープされていることを特徴とする。
また、本実施の形態の他の一観点によれば、基板の上にバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層の上に、絶縁体材料により所定の領域に開口部を有する成長制御層を形成する工程と、前記成長制御層及び前記成長制御層の前記開口部が形成されている領域の上に第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の半導体層の上において、前記成長制御層の前記開口部の直上の領域に、p型となる不純物元素がドープされている第3の半導体層を形成する工程と、を有し、前記バッファ層は、AlNを含む材料により形成されており、前記第1の半導体層は、GaNを含む材料により形成されており、前記第2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。
Further, according to another aspect of the present embodiment, a step of forming a buffer layer on the substrate, and a growth control layer having an opening in a predetermined region by an insulator material on the buffer layer. Forming a first semiconductor layer on the growth control layer and a region where the opening of the growth control layer is formed, and forming a second semiconductor layer on the first semiconductor layer. Forming a semiconductor layer; and forming a third semiconductor layer of the first conductivity type in a region immediately above the opening of the growth control layer on the second semiconductor layer. The first conductivity type is p-type, the buffer layer is made of a material containing AlN, and the first semiconductor layer is made of a material containing GaN, The second semiconductor layer is made of a material containing AlGaN. It said third semiconductor layer is formed of a material containing GaN, Mg as an impurity element which serves as the p-type is characterized in that it is doped.
Further, according to another aspect of the present embodiment, a step of forming a buffer layer on the substrate, and a growth control layer having an opening in a predetermined region by an insulator material on the buffer layer. Forming a first semiconductor layer on the growth control layer and a region where the opening of the growth control layer is formed, and forming a second semiconductor layer on the first semiconductor layer. Forming a semiconductor layer, and forming a third semiconductor layer doped with a p-type impurity element in a region immediately above the opening of the growth control layer on the second semiconductor layer a step of, have a, the buffer layer is formed of a material containing AlN, the first semiconductor layer is formed of a material containing GaN, the second semiconductor layer, AlGaN JP that you have been formed of a material containing To.

開示の半導体装置及び半導体装置の製造方法によれば、p型層の厚さが薄くてもノーマリーオフとなり、オン抵抗を低くすることができる。   According to the disclosed semiconductor device and semiconductor device manufacturing method, the p-type layer is normally off even when the p-type layer is thin, and the on-resistance can be lowered.

半導体装置に発生する貫通転位の説明図Explanatory diagram of threading dislocations generated in semiconductor devices 窒化物積層体のTEM像(1)TEM image of nitride laminate (1) 窒化物積層体のTEM像(2)TEM image of nitride stack (2) SIMSにより得られた窒化物積層体における深さ方向の濃度分布図(1)Concentration distribution diagram in the depth direction in the nitride laminate obtained by SIMS (1) SIMSにより得られた窒化物積層体における深さ方向の濃度分布図(2)Concentration distribution diagram in the depth direction in the nitride laminate obtained by SIMS (2) 第1の実施の形態における半導体装置の構造図Structure diagram of the semiconductor device in the first embodiment 第1の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図(1)Process drawing (1) of the manufacturing method of the semiconductor device in 1st Embodiment 第1の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図(2)Process drawing (2) of the manufacturing method of the semiconductor device in the first embodiment 第1の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図(3)Process drawing (3) of the manufacturing method of the semiconductor device in the first embodiment 第2の実施の形態における半導体装置の構造図Structure diagram of semiconductor device according to second embodiment 第2の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図(1)Process drawing (1) of the manufacturing method of the semiconductor device in 2nd Embodiment 第2の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図(2)Process drawing (2) of the manufacturing method of the semiconductor device in 2nd Embodiment 第2の実施の形態における半導体装置の製造方法の工程図(3)Process drawing of the manufacturing method of the semiconductor device in 2nd Embodiment (3) 第3の実施の形態における半導体デバイスの説明図Explanatory drawing of the semiconductor device in 3rd Embodiment 第3の実施の形態におけるPFC回路の回路図Circuit diagram of the PFC circuit in the third embodiment 第3の実施の形態における電源装置の回路図Circuit diagram of power supply device according to third embodiment 第3の実施の形態における高出力増幅器の構造図Structure diagram of high-power amplifier according to third embodiment

発明を実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。   Modes for carrying out the invention will be described below. In addition, about the same member etc., the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

〔第1の実施の形態〕
ところで、窒化物半導体を用いたHEMTにおいてp型層を形成した場合、p型となるMg等の不純物元素の拡散量や拡散する深さが、電子供給層や電子走行層における結晶状態に依存することが、発明者の研究により知見として得ることができた。
[First Embodiment]
When a p-type layer is formed in a HEMT using a nitride semiconductor, the diffusion amount and diffusion depth of impurity elements such as Mg that become p-type depend on the crystal state in the electron supply layer and the electron transit layer. This has been obtained as a finding by the inventors' research.

このことについて、具体的に、図1に示される構造の窒化物半導体を用いた半導体装置であるHEMTに基づき説明する。この半導体装置は、シリコン等の基板910の上に、バッファ層921、GaNからなる電子走行層923、AlGaNからなる電子供給層924を積層して形成し、電子供給層924の上には、p−GaNからなるp型層925を形成したものである。また、電子供給層924の上には、ソース電極942及びドレイン電極943が形成されており、p型層925の上には、ゲート電極941が形成されており、全体を覆うようにSiO等の絶縁体により保護膜950が形成されている。このようなHEMTにおいては、電子走行層923において、電子供給層924と電子走行層との界面近傍には2DEG923aが発生する。 This will be specifically described based on a HEMT that is a semiconductor device using the nitride semiconductor having the structure shown in FIG. This semiconductor device is formed by laminating a buffer layer 921, an electron transit layer 923 made of GaN, and an electron supply layer 924 made of AlGaN on a substrate 910 made of silicon or the like. A p-type layer 925 made of -GaN is formed. Further, on the electron supply layer 924, the source electrode 942 and drain electrode 943 are formed on the p-type layer 925, the gate electrode 941 is formed so as to cover the whole SiO 2 or the like A protective film 950 is formed of the insulator. In such a HEMT, in the electron transit layer 923, 2DEG 923a is generated in the vicinity of the interface between the electron supply layer 924 and the electron transit layer.

バッファ層921、電子走行層923、電子供給層924及びp型層925は、基板910の上においてエピタキシャル成長により形成されているが、この際、電子走行層923及び電子供給層924等において、多くの貫通転位920が発生する。このような電子走行層923及び電子供給層924において発生する貫通転位920は、基板910を形成しているシリコン等とGaN等との格子定数の差や熱膨張係数の差に起因して発生する。即ち、基板910を形成しているシリコンとGaN等との格子定数の差や熱膨張係数の差により、電子走行層923等において内部応力が生じるが、このように生じた内部応力を緩和するため、電子走行層923等において、多数の貫通転位が発生する。   The buffer layer 921, the electron transit layer 923, the electron supply layer 924, and the p-type layer 925 are formed by epitaxial growth on the substrate 910. At this time, in the electron transit layer 923, the electron supply layer 924, and the like, Threading dislocations 920 are generated. The threading dislocation 920 generated in the electron transit layer 923 and the electron supply layer 924 is generated due to a difference in lattice constant or a thermal expansion coefficient between silicon or the like forming the substrate 910 and GaN or the like. . That is, an internal stress is generated in the electron transit layer 923 and the like due to a difference in lattice constant and a coefficient of thermal expansion between silicon forming the substrate 910 and GaN, etc. In order to relieve the internal stress thus generated. Many threading dislocations are generated in the electron transit layer 923 and the like.

また、p型層925には不純物元素としてMgがドープされているが、後述するようにMgは貫通転位920に沿って拡散しやすい傾向にあり、Mgが拡散することにより電子走行層923に発生している2DEG923aの一部または全部が消失する。このように、電子走行層923における2DEG923aの一部または全部が消失することにより、オン抵抗が高くなってしまう。尚、一般的には、p型層925は、電子供給層924の上の全面にp−GaN膜等を形成した後、ゲート電極941が形成される領域のみp−GaN膜等を残し、他のp−GaN膜等を除去することにより形成される。p型層925に含まれるMgは、MOVPE(Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy)によりp−GaN等の膜を形成する際に拡散するものと考えられるため、p型層925が形成されている領域の直下のみならず、全面において2DEG923aが消失する場合がある。   In addition, although the p-type layer 925 is doped with Mg as an impurity element, Mg tends to diffuse along threading dislocations 920 as will be described later, and is generated in the electron transit layer 923 due to the diffusion of Mg. A part or all of the 2DEG 923a is lost. As described above, a part or all of the 2DEG 923a in the electron transit layer 923 disappears, and the on-resistance becomes high. In general, the p-type layer 925 is formed by forming a p-GaN film or the like on the entire surface of the electron supply layer 924, and then leaving the p-GaN film or the like only in a region where the gate electrode 941 is formed. The p-GaN film and the like are removed. Since Mg contained in the p-type layer 925 is considered to diffuse when a film such as p-GaN is formed by MOVPE (Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy), the Mg in the region where the p-type layer 925 is formed. In some cases, 2DEG 923a may disappear not only directly below but also on the entire surface.

(貫通転位におけるMgの拡散)
次に、貫通転位におけるMgの拡散について説明する。図2及び図3に示されるように、電子走行層923、電子供給層924等における貫通転位の密度が異なる窒化物積層体を作製し、p−GaN膜925aに含まれているMgの拡散の様子について調べた。具体的には、MOVPEによりバッファ層921、電子走行層923、電子供給層924、p−GaN膜925aを形成し、バッファ層921の条件等を調整することにより、電子走行層923等における貫通転位の密度が異なる窒化物積層体を作製した。このように作製された窒化物積層体のうち、図2に示される窒化物積層体は貫通転位密度が7×10cm−2であり、図3に示される窒化物積層体は貫通転位密度が3×10cm−2である。尚、図2及び図3は、各々の窒化物積層体のTEM(Transmission Electron Microscope)像を示すものである。
(Mg diffusion in threading dislocations)
Next, Mg diffusion in threading dislocation will be described. As shown in FIGS. 2 and 3, nitride stacks having different threading dislocation densities in the electron transit layer 923, the electron supply layer 924, and the like are produced, and the diffusion of Mg contained in the p-GaN film 925a is performed. I examined the situation. Specifically, by forming a buffer layer 921, an electron transit layer 923, an electron supply layer 924, and a p-GaN film 925a by MOVPE, and adjusting the conditions of the buffer layer 921, the threading dislocations in the electron transit layer 923, etc. Nitride laminates having different densities were produced. Among the nitride stacks thus manufactured, the nitride stack shown in FIG. 2 has a threading dislocation density of 7 × 10 9 cm −2 , and the nitride stack shown in FIG. 3 has a threading dislocation density. Is 3 × 10 9 cm −2 . 2 and 3 show TEM (Transmission Electron Microscope) images of the respective nitride laminates.

次に、作製された図2及び図3に示される窒化物積層体において、SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)による深さ方向における組成分析を行なった結果を図4及び図5に示す。図4は図2に示される貫通転位密度が7×10cm−2である窒化物積層体についてSIMSにより分析した結果であり、図5は図3に示される貫通転位密度が3×10cm−2である窒化物積層体についてSIMSにより分析した結果である。図4に示されように、貫通転位密度が7×10cm−2である窒化物積層体においては、Mgが深くまで拡散しており、電子供給層924と電子走行層923との界面近傍におけるMgの密度は、2×1017cm−3であった。これに対し、図5に示されるように、貫通転位密度が3×10cm−2である窒化物積層体においては、Mgはあまり深くまで拡散しておらず、電子供給層924と電子走行層923との界面近傍におけるMgの密度は、2×1016cm−3であった。 Next, FIG. 4 and FIG. 5 show the results of composition analysis in the depth direction by SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry) on the fabricated nitride stack shown in FIG. 2 and FIG. FIG. 4 shows the result of SIMS analysis of the nitride stack having a threading dislocation density of 7 × 10 9 cm −2 shown in FIG. 2, and FIG. 5 shows the threading dislocation density of 3 × 10 9 shown in FIG. It is the result of having analyzed by SIMS about the nitride laminated body which is cm <-2 >. As shown in FIG. 4, in the nitride laminate having a threading dislocation density of 7 × 10 9 cm −2 , Mg is diffused deeply and in the vicinity of the interface between the electron supply layer 924 and the electron transit layer 923. The density of Mg in was 2 × 10 17 cm −3 . On the other hand, as shown in FIG. 5, in the nitride laminate having a threading dislocation density of 3 × 10 9 cm −2 , Mg does not diffuse so deeply, and the electron supply layer 924 and the electron transit The density of Mg in the vicinity of the interface with the layer 923 was 2 × 10 16 cm −3 .

このように、電子供給層924及び電子走行層923において、発生する貫通転位が多いとMgは深くまで拡散し、Mgの拡散量も多く、発生する貫通転位が少ないとMgの拡散は浅く、Mgの拡散量も少ない。即ち、電子供給層924及び電子走行層923における貫通転位の密度が高くなると、電子供給層924及び電子走行層923において拡散するMgの拡散量が増加することを見出したのである。本実施の形態は、このように得られた知見に基づきなされたものである。   As described above, in the electron supply layer 924 and the electron transit layer 923, when a large number of threading dislocations are generated, Mg diffuses deeply, and a large amount of Mg is diffused. The amount of diffusion is small. That is, it has been found that when the density of threading dislocations in the electron supply layer 924 and the electron transit layer 923 increases, the amount of Mg diffused in the electron supply layer 924 and the electron transit layer 923 increases. The present embodiment has been made based on the knowledge thus obtained.

(半導体装置)
次に、第1の実施の形態における半導体装置について、図6に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、窒化物半導体材料により形成されたHEMTである。具体的には、基板10の上に、バッファ層21、下部半導体層22、成長制御層30、電子走行層23、電子供給層24が形成されている。電気供給層24の上の所定の領域には、p型層25が形成されており、p型層25の上には、ゲート電極41が形成されている。また、電子供給層24の上には、ソース電極42及びドレイン電極43が形成されており、全体を覆うように保護膜50が形成されている。また、成長制御層30は、ゲート電極41の直下を除く領域に形成されており、ゲート電極41の直下には開口部31が形成されている。尚、本実施の形態においては、電子走行層23は第1の半導体層であり、電子供給層24は第2の半導体層であり、p型層25は第3の半導体層であり、下部半導体層22は第4の半導体層であるものとする。
(Semiconductor device)
Next, the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. The semiconductor device in the present embodiment is a HEMT formed of a nitride semiconductor material. Specifically, a buffer layer 21, a lower semiconductor layer 22, a growth control layer 30, an electron transit layer 23, and an electron supply layer 24 are formed on the substrate 10. A p-type layer 25 is formed in a predetermined region on the electricity supply layer 24, and a gate electrode 41 is formed on the p-type layer 25. Further, a source electrode 42 and a drain electrode 43 are formed on the electron supply layer 24, and a protective film 50 is formed so as to cover the whole. Further, the growth control layer 30 is formed in a region other than directly below the gate electrode 41, and an opening 31 is formed immediately below the gate electrode 41. In the present embodiment, the electron transit layer 23 is a first semiconductor layer, the electron supply layer 24 is a second semiconductor layer, the p-type layer 25 is a third semiconductor layer, and the lower semiconductor layer. The layer 22 is assumed to be a fourth semiconductor layer.

基板10は、サファイア、SiC、GaNまたはSi等により形成されている。バッファ層21は、AlN等により形成されており、下部半導体層22は、GaN等により形成されており、電子走行層23は、下部半導体層22と同じ材料であるGaN等により形成されており、電子供給層24は、AlGaN等により形成されている。これにより、電子走行層23において、電子走行層23と電子供給層24との界面近傍には2DEG23aが形成される。尚、電子走行層23と電子供給層24との間には、不図示のスペーサ層を形成してもよい。また、p型層25は、p−GaNにより形成されており、不純物元素としてMgがドープされている。   The substrate 10 is made of sapphire, SiC, GaN, Si, or the like. The buffer layer 21 is formed of AlN or the like, the lower semiconductor layer 22 is formed of GaN or the like, and the electron transit layer 23 is formed of GaN or the like which is the same material as the lower semiconductor layer 22, The electron supply layer 24 is made of AlGaN or the like. Thereby, in the electron transit layer 23, 2DEG 23 a is formed in the vicinity of the interface between the electron transit layer 23 and the electron supply layer 24. A spacer layer (not shown) may be formed between the electron transit layer 23 and the electron supply layer 24. The p-type layer 25 is made of p-GaN and doped with Mg as an impurity element.

バッファ層21の上に形成される下部半導体層22では、全面において貫通転位20が発生しており、このような全面に貫通転位20の発生している下部半導体層22の上に、成長制御層30が形成される。成長制御層30は、SiO、SiN、Al等のアモルファスとなる絶縁体材料により形成されており、ゲート電極41の直下に開口部31が位置するように形成されている。即ち、成長制御層30は、ゲート電極41の直下を除く領域に形成されている。 In the lower semiconductor layer 22 formed on the buffer layer 21, threading dislocations 20 are generated on the entire surface, and the growth control layer is formed on the lower semiconductor layer 22 on which the threading dislocations 20 are generated on the entire surface. 30 is formed. The growth control layer 30 is formed of an amorphous insulator material such as SiO 2 , SiN, or Al 2 O 3 , and is formed so that the opening 31 is located immediately below the gate electrode 41. That is, the growth control layer 30 is formed in a region other than directly under the gate electrode 41.

このような成長制御層30を形成することにより、電子走行層23において、成長制御層30の上の領域には貫通転位20を発生させることなく、成長制御層30の開口部31の上の領域に貫通転位20を発生させることができる。即ち、成長制御層30の開口部31の上の領域では、電子走行層23は貫通転位20が発生している下部半導体層22の上に形成されるため、この領域における電子走行層23には、貫通転位20が発生する。しかしながら、アモルファスにより形成されている成長制御層30の上の領域では、新たな結晶成長により電子走行層23が形成されるため、貫通転位20は発生しない。このため、不純物元素としてドープされているMgは、p型層25を形成する際に貫通転位20が発生しているゲート電極41の直下の領域には多く拡散し、貫通転位20が発生していないゲート電極41の直下とはならない領域には殆ど拡散しない。これにより、ゲート電極41の直下とはならない領域における2DEG23aを減らすことなく、ゲート電極41の直下の領域における2DEG23aを消失させることができる。尚、このように形成される成長制御層30は、一般的には、ELO(Epitaxial Lateral Overgrowth)とも呼ばれる場合がある。   By forming such a growth control layer 30, in the electron transit layer 23, the region above the opening 31 of the growth control layer 30 without generating threading dislocations 20 in the region above the growth control layer 30. Threading dislocations 20 can be generated. That is, in the region above the opening 31 of the growth control layer 30, the electron transit layer 23 is formed on the lower semiconductor layer 22 where the threading dislocations 20 are generated. , Threading dislocations 20 are generated. However, in the region above the growth control layer 30 formed of amorphous material, the electron transit layer 23 is formed by new crystal growth, so that the threading dislocation 20 does not occur. For this reason, Mg doped as an impurity element diffuses greatly in the region immediately below the gate electrode 41 where the threading dislocation 20 is generated when the p-type layer 25 is formed, and the threading dislocation 20 is generated. Almost no diffusion occurs in a region that is not directly under the gate electrode 41. As a result, the 2DEG 23a in the region directly under the gate electrode 41 can be eliminated without reducing the 2DEG 23a in the region not directly under the gate electrode 41. Note that the growth control layer 30 formed in this way is generally sometimes referred to as ELO (Epitaxial Lateral Overgrowth).

このように、本実施の形態における半導体装置においては、ゲート電極41の直下における電子走行層23等には、貫通転位20が発生するためMgが拡散し、ゲート電極41の直下における2DEG23aを消失させることができる。一方、ゲート電極41の直下とはならない電子走行層23等には、貫通転位20が殆ど発生しないためMgは殆ど拡散することはなく、この領域における2DEG23aは殆ど消失することはない。従って、ゲート電極41の直下においては、p型層25に含まれる不純物元素であるMgが拡散することにより2DEG23aが消失するため、p型層25の厚さを厚くすることなくノーマリーオフにすることができ、また、オン抵抗が増加することもない。   As described above, in the semiconductor device according to the present embodiment, the threading dislocations 20 are generated in the electron transit layer 23 and the like immediately below the gate electrode 41, so that Mg diffuses and the 2DEG 23 a immediately below the gate electrode 41 disappears. be able to. On the other hand, almost no threading dislocations 20 are generated in the electron transit layer 23 or the like that is not directly under the gate electrode 41, so that Mg hardly diffuses and the 2DEG 23 a in this region hardly disappears. Therefore, immediately after the gate electrode 41, 2DEG 23a disappears due to diffusion of Mg, which is an impurity element contained in the p-type layer 25, so that the p-type layer 25 is normally turned off without increasing the thickness thereof. In addition, the on-resistance is not increased.

(半導体装置の製造方法)
次に、本実施の形態における半導体装置の製造方法について、図7から図9に基づき説明する。
(Method for manufacturing semiconductor device)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment will be described with reference to FIGS.

最初に、図7(a)に示すように、基板10上に、バッファ層21、下部半導体層22等の窒化物半導体層をMOVPE法により形成する。尚、これらの窒化物半導体層は、MOVPEによるエピタキシャル成長により形成されているが、MOVPE以外の方法、例えば、分子線エピタキシー(MBE:Molecular Beam Epitaxy)法により形成してもよい。基板10には、シリコン基板が用いられており、バッファ層21は、厚さが0.1μmのAlNにより形成されており、下部半導体層22は、i−Ganにより形成されている。尚、バッファ層21の上にエピタキシャル成長により形成された下部半導体層22には、貫通転位20が発生している。   First, as shown in FIG. 7A, nitride semiconductor layers such as a buffer layer 21 and a lower semiconductor layer 22 are formed on the substrate 10 by the MOVPE method. These nitride semiconductor layers are formed by epitaxial growth by MOVPE, but may be formed by a method other than MOVPE, for example, a molecular beam epitaxy (MBE) method. The substrate 10 is a silicon substrate, the buffer layer 21 is made of AlN having a thickness of 0.1 μm, and the lower semiconductor layer 22 is made of i-Gan. Note that threading dislocations 20 are generated in the lower semiconductor layer 22 formed by epitaxial growth on the buffer layer 21.

次に、図7(b)に示すように、下部半導体層22の上に、成長制御層30を形成するための絶縁体膜30aを形成する。この絶縁体膜30aは、SiOを約100nmスパッタリングにより成膜することにより形成する。尚、絶縁体膜30aは、スパッタリング以外の成膜方法、例えば、ALD(Atomic Layer Deposition)、CVD(Chemical Vapor Deposition)、真空蒸着等の成膜方法により成膜してもよく、成膜された絶縁体膜30aは、アモルファスであるものが好ましい。 Next, as illustrated in FIG. 7B, an insulator film 30 a for forming the growth control layer 30 is formed on the lower semiconductor layer 22. The insulator film 30a is formed by depositing SiO 2 by sputtering with a thickness of about 100 nm. The insulator film 30a may be formed by a film formation method other than sputtering, for example, a film formation method such as ALD (Atomic Layer Deposition), CVD (Chemical Vapor Deposition), or vacuum deposition. The insulator film 30a is preferably amorphous.

次に、図7(c)に示すように、絶縁体膜30aの一部を除去し開口部31を形成することにより成長制御層30を形成する。具体的には、絶縁体膜30aの表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、開口部31が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、RIE(Reactive Ion Etching)等のドライエッチングにより、レジストパターンの形成されていない領域の絶縁体膜30aを除去することにより、成長制御層30を形成する。このように形成された開口部31は、後述するゲート電極41等と略同じ大きさとなるように形成されている。この後、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。   Next, as shown in FIG. 7C, the growth control layer 30 is formed by removing a part of the insulator film 30 a and forming the opening 31. Specifically, a photoresist is applied to the surface of the insulator film 30a, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown) having an opening in a region where the opening 31 is formed. Thereafter, the growth control layer 30 is formed by removing the insulating film 30a in a region where the resist pattern is not formed by dry etching such as RIE (Reactive Ion Etching). The opening 31 formed in this way is formed to have substantially the same size as a gate electrode 41 and the like which will be described later. Thereafter, the resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like.

次に、図8(a)に示すように、露出している下部半導体層22及び成長制御層30の上に、電子走行層23、電子供給層24、p型層25を形成するためのp型膜25aをMOVPEによるエピタキシャル成長により形成する。具体的には、電子走行層23は、厚さが1〜3μmのi−GaNにより形成されており、電子供給層24は、厚さが30nmのn−AlGaNにより形成されており、p型膜25aは、厚さが50nmのp−GaNにより形成されている。尚、電子走行層23と電子供給層24との間には、厚さが5nmのi−AlGaNからなる不図示のスペーサ層を形成してもよい。   Next, as shown in FIG. 8A, the p for forming the electron transit layer 23, the electron supply layer 24, and the p-type layer 25 on the exposed lower semiconductor layer 22 and growth control layer 30. The mold film 25a is formed by epitaxial growth using MOVPE. Specifically, the electron transit layer 23 is formed of i-GaN having a thickness of 1 to 3 μm, the electron supply layer 24 is formed of n-AlGaN having a thickness of 30 nm, and a p-type film. 25a is formed of p-GaN having a thickness of 50 nm. A spacer layer (not shown) made of i-AlGaN having a thickness of 5 nm may be formed between the electron transit layer 23 and the electron supply layer 24.

このように、電子走行層23、電子供給層24、p型膜25aをエピタキシャル成長により形成することにより、露出している下部半導体層22の上には、下部半導体層22において発生した貫通転位20が引き継がれる。よって、露出している下部半導体層22の上、即ち、成長制御層30における開口部31において結晶成長する電子走行層23、電子供給層24、p型膜25aにおいては、貫通転位20が発生する。一方、成長制御層30の上に形成される電子走行層23、電子供給層24、p型膜25aは、成長制御層30がアモルファスであるため、下部半導体層22において発生した貫通転位20は引き継がれることはない。よって、成長制御層30の上に形成された電子走行層23、電子供給層24、p型膜25aにおいては、貫通転位20は殆ど発生することはない。従って、電子走行層23、電子供給層24、p型膜25aにおいては、開口部31の直上に発生する発生する貫通転位20の密度は、成長制御層30の直上に発生する貫通転位20の密度よりも高くなる。尚、図2から図5に基づくならば、電子走行層23、電子供給層24において、開口部31の直上に発生する貫通転位20の密度は5×10cm−2以上であって、成長制御層30の直上に発生する貫通転位20の密度は5×10cm−2未満であることが好ましい。 Thus, by forming the electron transit layer 23, the electron supply layer 24, and the p-type film 25a by epitaxial growth, threading dislocations 20 generated in the lower semiconductor layer 22 are formed on the exposed lower semiconductor layer 22. Taken over. Therefore, threading dislocations 20 are generated on the exposed lower semiconductor layer 22, that is, in the electron transit layer 23, the electron supply layer 24, and the p-type film 25 a that crystal grows in the opening 31 in the growth control layer 30. . On the other hand, since the growth control layer 30 is amorphous in the electron transit layer 23, the electron supply layer 24, and the p-type film 25a formed on the growth control layer 30, the threading dislocations 20 generated in the lower semiconductor layer 22 are inherited. It will never be. Therefore, threading dislocations 20 hardly occur in the electron transit layer 23, the electron supply layer 24, and the p-type film 25a formed on the growth control layer 30. Therefore, in the electron transit layer 23, the electron supply layer 24, and the p-type film 25a, the density of threading dislocations 20 generated immediately above the opening 31 is the density of threading dislocations 20 generated immediately above the growth control layer 30. Higher than. 2 to 5, in the electron transit layer 23 and the electron supply layer 24, the density of threading dislocations 20 generated immediately above the opening 31 is 5 × 10 9 cm −2 or more, The density of threading dislocations 20 generated immediately above the control layer 30 is preferably less than 5 × 10 9 cm −2 .

本実施の形態においては、MOVPEによりAlN、GaN、AlGaNを形成する際には、原料ガスとして、Al源となるトリメチルアルミニウム(TMA)、Ga源となるトリメチルガリウム(TMG)、N源となるアンモニア(NH)等のガスが用いられる。窒化物半導体層であるAlN、GaN、AlGaNの層は、上述した原料ガスを成膜される窒化物半導体層の組成に応じて所定の割合で混合させて供給することにより成膜することができる。尚、本実施の形態における半導体装置において、MOVPEにより窒化物半導体層を形成する際には、アンモニアガスの流量は100ccm〜10LMであり、成膜する際の装置内部の圧力は50Torr〜300Torr、成長温度は1000℃〜1200℃である。 In this embodiment, when forming AlN, GaN, and AlGaN by MOVPE, as source gases, trimethylaluminum (TMA) as an Al source, trimethylgallium (TMG) as a Ga source, and ammonia as an N source A gas such as (NH 3 ) is used. The AlN, GaN, and AlGaN layers, which are nitride semiconductor layers, can be formed by supplying the above-described source gas mixed at a predetermined ratio according to the composition of the nitride semiconductor layer to be formed. . In the semiconductor device in this embodiment, when the nitride semiconductor layer is formed by MOVPE, the flow rate of ammonia gas is 100 ccm to 10 LM, and the pressure inside the device during film formation is 50 Torr to 300 Torr. The temperature is 1000 ° C to 1200 ° C.

また、電子供給層24となるn−AlGaNには、n型となる不純物元素としてSiがドープされている。具体的には、電子供給層24の成膜の際に、SiHガスを所定の流量で原料ガスに添加することにより、電子供給層24にSiをドーピングすることができる。このように形成されたn−AlGaNにドーピングされているSiの濃度は、1×1018cm−3〜1×1020cm−3、例えば、約5×1018cm−3である。 In addition, the n-AlGaN serving as the electron supply layer 24 is doped with Si as an n-type impurity element. Specifically, when the electron supply layer 24 is formed, Si can be doped into the electron supply layer 24 by adding SiH 4 gas to the source gas at a predetermined flow rate. The concentration of Si doped in the n-AlGaN formed in this way is 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3 , for example, about 5 × 10 18 cm −3 .

また、p型膜25aを形成しているp−GaNには、p型となる不純物元素としてMgがドープされており、ドーピングされているMgの濃度は、1×1019cm−3〜1×1020cm−3、例えば、約1×1019cm−3である。 Further, the p-GaN forming the p-type film 25a is doped with Mg as an impurity element to be p-type, and the concentration of the doped Mg is 1 × 10 19 cm −3 to 1 ×. 10 20 cm −3 , for example, about 1 × 10 19 cm −3 .

尚、上述のとおり、電子走行層23、電子供給層24においては、p型膜25aを形成する際に、Mgは貫通転位20の密度の低い領域よりも貫通転位20の密度の高い領域に多く拡散する。即ち、Mgは貫通転位20の密度の低いゲート電極41の直下ではない電子走行層23、電子供給層24よりも、貫通転位20の密度の高いゲート電極41の直下における電子走行層23、電子供給層24に多く拡散する。よって、Mgが多く拡散しているゲート電極41の直下においては、2DEG23aが多く消失されるため、p型層25を形成するためのp型膜25aが薄くても、容易にノーマリーオフにすることができる。   As described above, in the electron transit layer 23 and the electron supply layer 24, when the p-type film 25a is formed, Mg is more concentrated in a region where the threading dislocations 20 have a higher density than in a region where the threading dislocations 20 have a lower density. Spread. In other words, Mg is not directly under the gate electrode 41 with a low density of threading dislocations 20 and the electron supply layer 24, and the electron transit layer 23 and the electron supply directly under the gate electrode 41 with a high density of threading dislocations 20. A large amount diffuses into the layer 24. Therefore, a large amount of 2DEG 23a disappears immediately below the gate electrode 41 in which a large amount of Mg is diffused. Therefore, even if the p-type film 25a for forming the p-type layer 25 is thin, it is easily normally off. be able to.

また、この後、図示はしないが素子分離領域を形成してもよい。具体的には、p型膜25aの上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、素子分離領域が形成される部分に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、塩素系ガスを用いたドライエッチングによりレジストパターンが形成されていない領域における窒化物半導体を除去することにより、または、レジストパターンが形成されていない領域にAr等をイオン注入することにより素子分離領域を形成する。尚、素子分離領域を形成した後は、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。   Thereafter, although not shown, an element isolation region may be formed. Specifically, a photoresist is applied on the p-type film 25a, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown) having an opening in a portion where an element isolation region is formed. Thereafter, the nitride semiconductor in the region where the resist pattern is not formed is removed by dry etching using a chlorine-based gas, or Ar is ion-implanted in the region where the resist pattern is not formed. An isolation region is formed. Incidentally, after the element isolation region is formed, the resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like.

次に、図8(b)に示すように、p型膜25aを加工することによりp型層25を形成する。具体的には、p型膜25aの上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、p型層25が形成される領域に不図示のレジストパターンを形成する。この後、塩素系ガスをエッチングガスとして用いたRIE等のドライエッチングを行なうことにより、レジストパターンが形成されていない領域のp型膜25aを除去し、電子供給層24の表面を露出させる。これにより、p−GaNによりp型層25を形成する。このように形成されたp型層25は、後述するゲート電極41と略同じ大きさとなるように形成する。更に、この後、不図示のレジストパターンは、有機溶剤等により除去する。   Next, as shown in FIG. 8B, the p-type layer 25 is formed by processing the p-type film 25a. Specifically, a photoresist is applied on the p-type film 25a, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown) in a region where the p-type layer 25 is formed. Thereafter, dry etching such as RIE using a chlorine-based gas as an etching gas is performed to remove the p-type film 25a in the region where the resist pattern is not formed, and the surface of the electron supply layer 24 is exposed. Thereby, the p-type layer 25 is formed of p-GaN. The p-type layer 25 formed in this way is formed to have substantially the same size as a gate electrode 41 described later. Further, thereafter, the resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like.

次に、図8(c)に示すように、電子走行層24の上に、ソース電極42及びドレイン電極43を形成する。具体的には、電子走行層24及びp型層25の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、ソース電極42及びドレイン電極43が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、ソース電極42、ドレイン電極43を形成するための金属膜を真空蒸着により成膜し、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの上に成膜された金属膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残存した金属膜によりソース電極42、ドレイン電極43が形成される。この後、窒素雰囲気中において、400℃〜1000℃の間の温度、例えば、550℃の温度で熱処理を行なうことにより、ソース電極42及びドレイン電極43においてオーミックコンタクトを確立させる。尚、ソース電極42、ドレイン電極43を形成するための金属膜としては、例えば、厚さ20nmのTaと厚さ200nmのAlとが積層された積層金属膜を用いてもよい。   Next, as shown in FIG. 8C, the source electrode 42 and the drain electrode 43 are formed on the electron transit layer 24. Specifically, a photoresist is applied on the electron transit layer 24 and the p-type layer 25, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, whereby an opening is formed in a region where the source electrode 42 and the drain electrode 43 are formed. A resist pattern (not shown) is formed. After that, a metal film for forming the source electrode 42 and the drain electrode 43 is formed by vacuum deposition and immersed in an organic solvent, so that the metal film formed on the resist pattern is lifted off together with the resist pattern. Remove with. Thereby, the source electrode 42 and the drain electrode 43 are formed by the remaining metal film. Thereafter, an ohmic contact is established in the source electrode 42 and the drain electrode 43 by performing heat treatment in a nitrogen atmosphere at a temperature between 400 ° C. and 1000 ° C., for example, a temperature of 550 ° C. In addition, as a metal film for forming the source electrode 42 and the drain electrode 43, for example, a laminated metal film in which Ta with a thickness of 20 nm and Al with a thickness of 200 nm are laminated may be used.

次に、図9(a)に示すように、p型層25の上に、ゲート電極41を形成する。具体的には、電子走行層24及びp型層25の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、ゲート電極41が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、ゲート電極41を形成するための金属膜を真空蒸着により成膜し、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの上に成膜された金属膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残存した金属膜によりゲート電極41が形成される。尚、ゲート電極41を形成するための金属膜としては、例えば、厚さ30nmのNiと厚さ400nmのAuとが積層された積層金属膜を用いてもよい。   Next, as shown in FIG. 9A, the gate electrode 41 is formed on the p-type layer 25. Specifically, a photoresist is applied on the electron transit layer 24 and the p-type layer 25, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, whereby an opening is formed in a region where the gate electrode 41 is formed. The resist pattern is formed. Thereafter, a metal film for forming the gate electrode 41 is formed by vacuum deposition, and immersed in an organic solvent or the like, thereby removing the metal film formed on the resist pattern together with the resist pattern by lift-off. Thereby, the gate electrode 41 is formed by the remaining metal film. As the metal film for forming the gate electrode 41, for example, a laminated metal film in which Ni with a thickness of 30 nm and Au with a thickness of 400 nm are laminated may be used.

次に、図9(b)に示すように、保護膜50を形成する。具体的には、露出している電子供給層24等の上に、プラズマCVD等によりSiN膜を成膜することにより、保護膜50を形成する。この後、図示はしないが、ゲート電極41、ソース電極42及びドレイン電極43における配線を形成する。   Next, as shown in FIG. 9B, a protective film 50 is formed. Specifically, the protective film 50 is formed by forming a SiN film on the exposed electron supply layer 24 or the like by plasma CVD or the like. Thereafter, although not shown, wirings in the gate electrode 41, the source electrode 42, and the drain electrode 43 are formed.

これにより、本実施の形態における半導体装置を作製することができる。   Thus, the semiconductor device in this embodiment can be manufactured.

〔第2の実施の形態〕
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態における半導体装置は、図10に示されるように、第1の実施の形態とは異なり、バッファ層21の上に、下部半導体層が形成されることなく、成長制御層30が形成されているものである。具体的には、基板10の上に、バッファ層21、成長制御層30、電子走行層23、電子供給層24が形成されている。電気供給層24の上の所定の領域には、p型層25が形成されており、p型層25の上には、ゲート電極41が形成されている。また、電子供給層24の上には、ソース電極42及びドレイン電極43が形成されており、全体を覆うように保護膜50が形成されている。尚、本実施の形態においては、電子走行層23は第1の半導体層であり、電子供給層24は第2の半導体層であり、p型層25は第3の半導体層であるものとする。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. In the semiconductor device according to the present embodiment, as shown in FIG. 10, unlike the first embodiment, the growth control layer 30 is formed on the buffer layer 21 without forming the lower semiconductor layer. It is what has been. Specifically, a buffer layer 21, a growth control layer 30, an electron transit layer 23, and an electron supply layer 24 are formed on the substrate 10. A p-type layer 25 is formed in a predetermined region on the electricity supply layer 24, and a gate electrode 41 is formed on the p-type layer 25. Further, a source electrode 42 and a drain electrode 43 are formed on the electron supply layer 24, and a protective film 50 is formed so as to cover the whole. In the present embodiment, the electron transit layer 23 is a first semiconductor layer, the electron supply layer 24 is a second semiconductor layer, and the p-type layer 25 is a third semiconductor layer. .

成長制御層30は、SiO、SiN、Al等のアモルファスとなる絶縁体材料により形成されており、ゲート電極41の直下に開口部31が位置するように形成されている。即ち、成長制御層30は、ゲート電極41の直下を除く領域に形成されている。 The growth control layer 30 is formed of an amorphous insulator material such as SiO 2 , SiN, or Al 2 O 3 , and is formed so that the opening 31 is located immediately below the gate electrode 41. That is, the growth control layer 30 is formed in a region other than directly under the gate electrode 41.

このような成長制御層30を形成することにより、電子走行層23等において、成長制御層30の上の領域には貫通転位20を発生させることなく、成長制御層30の開口部31の上の領域に貫通転位20を発生させることができる。即ち、成長制御層30の開口部31の上の領域では、電子走行層23等はバッファ層21の上にエピタキシャル成長により形成されるため、第1の実施の形態と同様に、貫通転位20が発生する。しかしながら、アモルファスにより形成されている成長制御層30の上の領域では、新たな結晶成長により電子走行層23が形成されるため、貫通転位20は発生しない。このため、不純物元素としてドープされているMgは、p型層25を形成する際に貫通転位20が発生しているゲート電極41の直下の領域には多く拡散し、貫通転位20が発生していないゲート電極41の直下とはならない領域には殆ど拡散しない。これにより、ゲート電極41の直下とはならない領域における2DEG23aを減らすことなく、ゲート電極41の直下の領域における2DEG23aを消失させることができる。   By forming the growth control layer 30 as described above, in the electron transit layer 23 and the like, the threading dislocation 20 is not generated in the region above the growth control layer 30, and the region above the opening 31 of the growth control layer 30. The threading dislocation 20 can be generated in the region. That is, in the region above the opening 31 of the growth control layer 30, the electron transit layer 23 and the like are formed on the buffer layer 21 by epitaxial growth, so that threading dislocations 20 are generated as in the first embodiment. To do. However, in the region above the growth control layer 30 formed of amorphous material, the electron transit layer 23 is formed by new crystal growth, so that the threading dislocation 20 does not occur. For this reason, Mg doped as an impurity element diffuses greatly in the region immediately below the gate electrode 41 where the threading dislocation 20 is generated when the p-type layer 25 is formed, and the threading dislocation 20 is generated. Almost no diffusion occurs in a region that is not directly under the gate electrode 41. As a result, the 2DEG 23a in the region directly under the gate electrode 41 can be eliminated without reducing the 2DEG 23a in the region not directly under the gate electrode 41.

このように、本実施の形態における半導体装置においては、ゲート電極41の直下における電子走行層23等には、貫通転位20が発生するためMgが拡散し、ゲート電極41の直下における2DEG23aを消失させることができる。一方、ゲート電極41の直下とはならない電子走行層23等には、貫通転位20が殆ど発生しないためMgは殆ど拡散することはなく、この領域における2DEG23aは殆ど消失することはない。従って、ゲート電極41の直下においては、p型層25に含まれる不純物元素であるMgが拡散することにより2DEG23aが消失するため、p型層25の厚さを厚くすることなくノーマリーオフにすることができ、また、オン抵抗が増加することもない。   As described above, in the semiconductor device according to the present embodiment, the threading dislocations 20 are generated in the electron transit layer 23 and the like immediately below the gate electrode 41, so that Mg diffuses and the 2DEG 23 a immediately below the gate electrode 41 disappears. be able to. On the other hand, almost no threading dislocations 20 are generated in the electron transit layer 23 or the like that is not directly under the gate electrode 41, so that Mg hardly diffuses and the 2DEG 23 a in this region hardly disappears. Therefore, immediately after the gate electrode 41, 2DEG 23a disappears due to diffusion of Mg, which is an impurity element contained in the p-type layer 25, so that the p-type layer 25 is normally turned off without increasing the thickness thereof. In addition, the on-resistance is not increased.

(半導体装置の製造方法)
次に、本実施の形態における半導体装置の製造方法について、図11から図13に基づき説明する。
(Method for manufacturing semiconductor device)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment will be described with reference to FIGS.

最初に、図11(a)に示すように、基板10上に、バッファ層21等の窒化物半導体層をMOVPE法により形成する。尚、この窒化物半導体層は、MOVPEによるエピタキシャル成長により形成されているが、MOVPE以外の方法、例えば、分子線エピタキシー法により形成してもよい。基板10には、シリコン基板が用いられており、バッファ層21は、厚さが0.1μmのAlNにより形成されている。   First, as shown in FIG. 11A, a nitride semiconductor layer such as the buffer layer 21 is formed on the substrate 10 by the MOVPE method. The nitride semiconductor layer is formed by epitaxial growth by MOVPE, but may be formed by a method other than MOVPE, for example, a molecular beam epitaxy method. A silicon substrate is used as the substrate 10, and the buffer layer 21 is made of AlN having a thickness of 0.1 μm.

次に、図11(b)に示すように、バッファ層21の上に、成長制御層30を形成するための絶縁体膜30aを形成する。この絶縁体膜30aは、SiOを約100nmスパッタリングにより成膜することにより形成する。尚、絶縁体膜30aは、スパッタリング以外の成膜方法、例えば、ALD、CVD、真空蒸着等の成膜方法により成膜してもよく、成膜された絶縁体膜30aは、アモルファスであるものが好ましい。 Next, as illustrated in FIG. 11B, an insulator film 30 a for forming the growth control layer 30 is formed on the buffer layer 21. The insulator film 30a is formed by depositing SiO 2 by sputtering with a thickness of about 100 nm. The insulator film 30a may be formed by a film formation method other than sputtering, for example, a film formation method such as ALD, CVD, or vacuum deposition, and the formed insulator film 30a is amorphous. Is preferred.

次に、図11(c)に示すように、絶縁体膜30aの一部を除去し開口部31を形成することにより成長制御層30を形成する。具体的には、絶縁体膜30aの表面にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、開口部31が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、RIE等のドライエッチングにより、レジストパターンが形成されていない領域の絶縁体膜30aを除去することにより、成長制御層30を形成する。このように形成された開口部31は、後述するゲート電極41等と略同じ大きさとなるように形成されている。この後、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。   Next, as shown in FIG. 11C, the growth control layer 30 is formed by removing a part of the insulator film 30 a and forming the opening 31. Specifically, a photoresist is applied to the surface of the insulator film 30a, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown) having an opening in a region where the opening 31 is formed. Thereafter, the growth control layer 30 is formed by removing the insulator film 30a in the region where the resist pattern is not formed by dry etching such as RIE. The opening 31 formed in this way is formed to have substantially the same size as a gate electrode 41 and the like which will be described later. Thereafter, the resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like.

次に、図12(a)に示すように、露出しているバッファ層21及び成長制御層30の上に、電子走行層23、電子供給層24、p型層25を形成するためのp型膜25aをMOVPEによるエピタキシャル成長により形成する。具体的には、電子走行層23は、厚さが1〜3μmのi−GaNにより形成されており、電子供給層24は、厚さが30nmのn−AlGaNにより形成されており、p型膜25aは、厚さが50nmのp−GaNにより形成されている。尚、電子走行層23と電子供給層24との間には、厚さが5nmのi−AlGaNからなる不図示のスペーサ層を形成してもよい。   Next, as shown in FIG. 12A, the p-type for forming the electron transit layer 23, the electron supply layer 24, and the p-type layer 25 on the exposed buffer layer 21 and growth control layer 30. The film 25a is formed by epitaxial growth using MOVPE. Specifically, the electron transit layer 23 is formed of i-GaN having a thickness of 1 to 3 μm, the electron supply layer 24 is formed of n-AlGaN having a thickness of 30 nm, and a p-type film. 25a is formed of p-GaN having a thickness of 50 nm. A spacer layer (not shown) made of i-AlGaN having a thickness of 5 nm may be formed between the electron transit layer 23 and the electron supply layer 24.

このように、電子走行層23、電子供給層24、p型膜25aをエピタキシャル成長により形成することにより、露出しているバッファ層21の上において結晶成長する電子走行層23、電子供給層24、p型膜25aにおいては、貫通転位20が発生する。一方、成長制御層30の上に形成される電子走行層23、電子供給層24、p型膜25aは、成長制御層30がアモルファスであるため、成長制御層30の上に形成された電子走行層23、電子供給層24、p型膜25aには、貫通転位20は殆ど発生することはない。従って、電子走行層23、電子供給層24、p型膜25においては、開口部31の直上に発生する発生する貫通転位20の密度は、成長制御層30の直上に発生する貫通転位20の密度よりも高くなる。尚、図2から図5に基づくならば、電子走行層23、電子供給層24において、開口部31の直上に発生する貫通転位20の密度は5×10cm−2以上であって、成長制御層30の直上に発生する貫通転位20の密度は5×10cm−2未満であることが好ましい。 Thus, by forming the electron transit layer 23, the electron supply layer 24, and the p-type film 25a by epitaxial growth, the electron transit layer 23, the electron supply layer 24, p, which grows crystals on the exposed buffer layer 21, are formed. In the mold film 25a, threading dislocations 20 are generated. On the other hand, the electron travel layer 23, the electron supply layer 24, and the p-type film 25a formed on the growth control layer 30 are formed on the growth control layer 30 because the growth control layer 30 is amorphous. The threading dislocation 20 hardly occurs in the layer 23, the electron supply layer 24, and the p-type film 25a. Therefore, in the electron transit layer 23, the electron supply layer 24, and the p-type film 25, the density of threading dislocations 20 generated immediately above the opening 31 is the density of threading dislocations 20 generated immediately above the growth control layer 30. Higher than. 2 to 5, in the electron transit layer 23 and the electron supply layer 24, the density of threading dislocations 20 generated immediately above the opening 31 is 5 × 10 9 cm −2 or more, The density of threading dislocations 20 generated immediately above the control layer 30 is preferably less than 5 × 10 9 cm −2 .

本実施の形態においては、MOVPEによりAlN、GaN、AlGaNを形成する際には、原料ガスとして、Al源となるトリメチルアルミニウム(TMA)、Ga源となるトリメチルガリウム(TMG)、N源となるアンモニア(NH)等のガスが用いられる。窒化物半導体層であるAlN、GaN、AlGaNの層は、上述した原料ガスを成膜される窒化物半導体層の組成に応じて所定の割合で混合させて供給することにより成膜することができる。尚、本実施の形態における半導体装置において、MOVPEにより窒化物半導体層を形成する際には、アンモニアガスの流量は100ccm〜10LMであり、成膜する際の装置内部の圧力は50Torr〜300Torr、成長温度は1000℃〜1200℃である。 In this embodiment, when forming AlN, GaN, and AlGaN by MOVPE, as source gases, trimethylaluminum (TMA) as an Al source, trimethylgallium (TMG) as a Ga source, and ammonia as an N source A gas such as (NH 3 ) is used. The AlN, GaN, and AlGaN layers, which are nitride semiconductor layers, can be formed by supplying the above-described source gas mixed at a predetermined ratio according to the composition of the nitride semiconductor layer to be formed. . In the semiconductor device in this embodiment, when the nitride semiconductor layer is formed by MOVPE, the flow rate of ammonia gas is 100 ccm to 10 LM, and the pressure inside the device during film formation is 50 Torr to 300 Torr. The temperature is 1000 ° C to 1200 ° C.

また、電子供給層24となるn−AlGaNには、n型となる不純物元素としてSiがドープされている。具体的には、電子供給層24の成膜の際に、SiHガスを所定の流量で原料ガスに添加することにより、電子供給層24にSiをドーピングすることができる。このように形成されたn−AlGaNにドーピングされているSiの濃度は、1×1018cm−3〜1×1020cm−3、例えば、約5×1018cm−3である。 In addition, the n-AlGaN serving as the electron supply layer 24 is doped with Si as an n-type impurity element. Specifically, when the electron supply layer 24 is formed, Si can be doped into the electron supply layer 24 by adding SiH 4 gas to the source gas at a predetermined flow rate. The concentration of Si doped in the n-AlGaN formed in this way is 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3 , for example, about 5 × 10 18 cm −3 .

また、p型膜25aを形成しているp−GaNには、p型となる不純物元素としてMgがドープされており、ドーピングされているMgの濃度は、1×1019cm−3〜1×1020cm−3、例えば、約1×1019cm−3である。 Further, the p-GaN forming the p-type film 25a is doped with Mg as an impurity element to be p-type, and the concentration of the doped Mg is 1 × 10 19 cm −3 to 1 ×. 10 20 cm −3 , for example, about 1 × 10 19 cm −3 .

尚、上述のとおり、電子走行層23、電子供給層24においては、p型膜25aを形成する際に、Mgは貫通転位20の密度の低い領域よりも貫通転位20の密度の高い領域に多く拡散する。即ち、Mgは貫通転位20の密度の低いゲート電極41の直下ではない電子走行層23、電子供給層24よりも、貫通転位20の密度の高いゲート電極41の直下における電子走行層23、電子供給層24に多く拡散する。よって、Mgが多く拡散しているゲート電極41の直下においては、2DEG23aが多く消失されるため、p型層25を形成するためのp型膜25aが薄くても、容易にノーマリーオフにすることができる。   As described above, in the electron transit layer 23 and the electron supply layer 24, when the p-type film 25a is formed, Mg is more concentrated in a region where the threading dislocations 20 have a higher density than in a region where the threading dislocations 20 have a lower density. Spread. In other words, Mg is not directly under the gate electrode 41 with a low density of threading dislocations 20 and the electron supply layer 24, and the electron transit layer 23 and the electron supply directly under the gate electrode 41 with a high density of threading dislocations 20. A large amount diffuses into the layer 24. Therefore, a large amount of 2DEG 23a disappears immediately below the gate electrode 41 in which a large amount of Mg is diffused. Therefore, even if the p-type film 25a for forming the p-type layer 25 is thin, it is easily normally off. be able to.

また、この後、図示はしないが素子分離領域を形成してもよい。具体的には、p型膜25aの上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、素子分離領域が形成される部分に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、塩素系ガスを用いたドライエッチングによりレジストパターンが形成されていない領域における窒化物半導体を除去することにより、または、レジストパターンが形成されていない領域にAr等をイオン注入することにより素子分離領域を形成する。尚、素子分離領域を形成した後は、不図示のレジストパターンは有機溶剤等により除去する。   Thereafter, although not shown, an element isolation region may be formed. Specifically, a photoresist is applied on the p-type film 25a, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown) having an opening in a portion where an element isolation region is formed. Thereafter, the nitride semiconductor in the region where the resist pattern is not formed is removed by dry etching using a chlorine-based gas, or Ar is ion-implanted in the region where the resist pattern is not formed. An isolation region is formed. Incidentally, after the element isolation region is formed, the resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like.

次に、図12(b)に示すように、p型膜25aを加工することによりp型層25を形成する。具体的には、p型膜25aの上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、p型層25が形成される領域に不図示のレジストパターンを形成する。この後、塩素系ガスをエッチングガスとして用いたRIE等のドライエッチングを行なうことにより、レジストパターンが形成されていない領域のp型膜25aを除去し、電子供給層24の表面を露出させる。これにより、p−GaNによりp型層25を形成する。このように形成されたp型層25は、後述するゲート電極41と略同じ大きさとなるように形成する。更に、この後、不図示のレジストパターンは、有機溶剤等により除去する。   Next, as shown in FIG. 12B, the p-type layer 25 is formed by processing the p-type film 25a. Specifically, a photoresist is applied on the p-type film 25a, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, thereby forming a resist pattern (not shown) in a region where the p-type layer 25 is formed. Thereafter, dry etching such as RIE using a chlorine-based gas as an etching gas is performed to remove the p-type film 25a in the region where the resist pattern is not formed, and the surface of the electron supply layer 24 is exposed. Thereby, the p-type layer 25 is formed of p-GaN. The p-type layer 25 formed in this way is formed to have substantially the same size as a gate electrode 41 described later. Further, thereafter, the resist pattern (not shown) is removed with an organic solvent or the like.

次に、図12(c)に示すように、電子走行層24の上に、ソース電極42及びドレイン電極43を形成する。具体的には、電子走行層24及びp型層25の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、ソース電極42及びドレイン電極43が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、ソース電極42、ドレイン電極43を形成するための金属膜を真空蒸着により成膜し、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの上に成膜された金属膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残存した金属膜によりソース電極42、ドレイン電極43が形成される。この後、窒素雰囲気中において、400℃〜1000℃の間の温度、例えば、550℃の温度で熱処理を行なうことにより、ソース電極42及びドレイン電極43においてオーミックコンタクトを確立させる。尚、ソース電極42、ドレイン電極43を形成するための金属膜としては、例えば、厚さ20nmのTaと厚さ200nmのAlとが積層された積層金属膜を用いてもよい。   Next, as shown in FIG. 12C, the source electrode 42 and the drain electrode 43 are formed on the electron transit layer 24. Specifically, a photoresist is applied on the electron transit layer 24 and the p-type layer 25, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, whereby an opening is formed in a region where the source electrode 42 and the drain electrode 43 are formed. A resist pattern (not shown) is formed. After that, a metal film for forming the source electrode 42 and the drain electrode 43 is formed by vacuum deposition and immersed in an organic solvent, so that the metal film formed on the resist pattern is lifted off together with the resist pattern. To remove. Thereby, the source electrode 42 and the drain electrode 43 are formed by the remaining metal film. Thereafter, an ohmic contact is established in the source electrode 42 and the drain electrode 43 by performing heat treatment in a nitrogen atmosphere at a temperature between 400 ° C. and 1000 ° C., for example, a temperature of 550 ° C. In addition, as a metal film for forming the source electrode 42 and the drain electrode 43, for example, a laminated metal film in which Ta with a thickness of 20 nm and Al with a thickness of 200 nm are laminated may be used.

次に、図13(a)に示すように、p型層25の上に、ゲート電極41を形成する。具体的には、電子走行層24及びp型層25の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行なうことにより、ゲート電極41が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、ゲート電極41を形成するための金属膜を真空蒸着により成膜し、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの上に成膜された金属膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残存した金属膜によりゲート電極41が形成される。尚、ゲート電極41を形成するための金属膜としては、例えば、厚さ30nmのNiと厚さ400nmのAuとが積層された積層金属膜を用いてもよい。   Next, as illustrated in FIG. 13A, the gate electrode 41 is formed on the p-type layer 25. Specifically, a photoresist is applied on the electron transit layer 24 and the p-type layer 25, and exposure and development are performed by an exposure apparatus, whereby an opening is formed in a region where the gate electrode 41 is formed. The resist pattern is formed. Thereafter, a metal film for forming the gate electrode 41 is formed by vacuum deposition, and immersed in an organic solvent or the like, thereby removing the metal film formed on the resist pattern together with the resist pattern by lift-off. Thereby, the gate electrode 41 is formed by the remaining metal film. As the metal film for forming the gate electrode 41, for example, a laminated metal film in which Ni with a thickness of 30 nm and Au with a thickness of 400 nm are laminated may be used.

次に、図13(b)に示すように、保護膜50を形成する。具体的には、露出している電子供給層24等の上に、プラズマCVD等によりSiN膜を成膜することにより、保護膜50を形成する。この後、図示はしないが、ゲート電極41、ソース電極42及びドレイン電極43における配線を形成する。   Next, as shown in FIG. 13B, a protective film 50 is formed. Specifically, the protective film 50 is formed by forming a SiN film on the exposed electron supply layer 24 or the like by plasma CVD or the like. Thereafter, although not shown, wirings in the gate electrode 41, the source electrode 42, and the drain electrode 43 are formed.

これにより、本実施の形態における半導体装置を作製することができる。尚、上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。   Thus, the semiconductor device in this embodiment can be manufactured. The contents other than the above are the same as in the first embodiment.

〔第3の実施の形態〕
次に、第3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。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described. The present embodiment is a semiconductor device, a power supply device, and a high-frequency amplifier.

(半導体デバイス)
本実施の形態における半導体デバイスは、第1または第2の実施の形態における半導体装置をディスクリートパッケージしたものであり、このようにディスクリートパッケージされた半導体デバイスについて、図14に基づき説明する。尚、図14は、ディスクリートパッケージされた半導体装置の内部を模式的に示すものであり、電極の配置等については、第1または第2の実施の形態に示されているものとは異なっている。
(Semiconductor device)
The semiconductor device according to the present embodiment is a discrete package of the semiconductor device according to the first or second embodiment. The semiconductor device thus discretely packaged will be described with reference to FIG. FIG. 14 schematically shows the inside of a discrete packaged semiconductor device, and the arrangement of electrodes and the like are different from those shown in the first or second embodiment. .

最初に、第1または第2の実施の形態において製造された半導体装置をダイシング等により切断することにより、GaN系の半導体材料のHEMTの半導体チップ410を形成する。この半導体チップ410をリードフレーム420上に、ハンダ等のダイアタッチ剤430により固定する。尚、この半導体チップ410は、第1または第2の実施の形態における半導体装置に相当するものである。   First, the semiconductor device manufactured in the first or second embodiment is cut by dicing or the like to form a HEMT semiconductor chip 410 made of a GaN-based semiconductor material. The semiconductor chip 410 is fixed on the lead frame 420 with a die attach agent 430 such as solder. The semiconductor chip 410 corresponds to the semiconductor device in the first or second embodiment.

次に、ゲート電極411をゲートリード421にボンディングワイヤ431により接続し、ソース電極412をソースリード422にボンディングワイヤ432により接続し、ドレイン電極413をドレインリード423にボンディングワイヤ433により接続する。尚、ボンディングワイヤ431、432、433は、Al等の金属材料により形成されている。また、本実施の形態においては、ゲート電極411はゲート電極パッドの一種であり第1または第2の実施の形態における半導体装置のゲート電極41と接続されている。また、ソース電極412はソース電極パッドの一種であり、第1または第2の実施の形態における半導体装置のソース電極42と接続されている。また、ドレイン電極413はドレイン電極パッドの一種であり、第1または第2の実施の形態における半導体装置のドレイン電極43と接続されている。   Next, the gate electrode 411 is connected to the gate lead 421 by a bonding wire 431, the source electrode 412 is connected to the source lead 422 by a bonding wire 432, and the drain electrode 413 is connected to the drain lead 423 by a bonding wire 433. The bonding wires 431, 432, and 433 are formed of a metal material such as Al. In the present embodiment, the gate electrode 411 is a kind of gate electrode pad and is connected to the gate electrode 41 of the semiconductor device in the first or second embodiment. The source electrode 412 is a kind of source electrode pad and is connected to the source electrode 42 of the semiconductor device in the first or second embodiment. The drain electrode 413 is a kind of drain electrode pad and is connected to the drain electrode 43 of the semiconductor device according to the first or second embodiment.

次に、トランスファーモールド法によりモールド樹脂440による樹脂封止を行なう。このようにして、GaN系の半導体材料を用いたHEMTのディスクリートパッケージされている半導体デバイスを作製することができる。   Next, resin sealing with a mold resin 440 is performed by a transfer molding method. In this way, a HEMT discrete packaged semiconductor device using a GaN-based semiconductor material can be manufactured.

(PFC回路、電源装置及び高周波増幅器)
次に、本実施の形態におけるPFC回路、電源装置及び高周波増幅器について説明する。本実施の形態におけるPFC回路、電源装置及び高周波増幅器は、第1または第2の実施の形態における半導体装置を用いた電源装置及び高周波増幅器である。
(PFC circuit, power supply and high frequency amplifier)
Next, a PFC circuit, a power supply device, and a high frequency amplifier in this embodiment will be described. The PFC circuit, the power supply device, and the high-frequency amplifier in the present embodiment are a power supply device and a high-frequency amplifier that use the semiconductor device in the first or second embodiment.

(PFC回路)
次に、本実施の形態におけるPFC(Power Factor Correction)回路について説明する。本実施の形態におけるPFC回路は、第1または第2の実施の形態における半導体装置を有するものである。
(PFC circuit)
Next, a PFC (Power Factor Correction) circuit according to the present embodiment will be described. The PFC circuit in the present embodiment has the semiconductor device in the first or second embodiment.

図15に基づき、本実施の形態におけるPFC回路について説明する。本実施の形態におけるPFC回路450は、スイッチ素子(トランジスタ)451と、ダイオード452と、チョークコイル453と、コンデンサ454、455と、ダイオードブリッジ456と、不図示の交流電源とを有している。スイッチ素子451には、第1または第2の実施の形態における半導体装置であるHEMTが用いられている。   Based on FIG. 15, the PFC circuit in the present embodiment will be described. The PFC circuit 450 in this embodiment includes a switch element (transistor) 451, a diode 452, a choke coil 453, capacitors 454 and 455, a diode bridge 456, and an AC power supply (not shown). As the switch element 451, the HEMT which is the semiconductor device in the first or second embodiment is used.

PFC回路450では、スイッチ素子451のドレイン電極とダイオード452のアノード端子及びチョークコイル453の一方の端子とが接続されている。また、スイッチ素子451のソース電極とコンデンサ454の一方の端子及びコンデンサ455の一方の端子とが接続されおり、コンデンサ454の他方の端子とチョークコイル453の他方の端子とが接続されている。コンデンサ455の他方の端子とダイオード452のカソード端子とが接続されており、コンデンサ454の双方の端子間にはダイオードブリッジ456を介して不図示の交流電源が接続されている。このようなPFC回路450においては、コンデンサ455の双方端子間より、直流(DC)が出力される。   In the PFC circuit 450, the drain electrode of the switch element 451, the anode terminal of the diode 452, and one terminal of the choke coil 453 are connected. The source electrode of the switch element 451 is connected to one terminal of the capacitor 454 and one terminal of the capacitor 455, and the other terminal of the capacitor 454 is connected to the other terminal of the choke coil 453. The other terminal of the capacitor 455 and the cathode terminal of the diode 452 are connected, and an AC power supply (not shown) is connected between both terminals of the capacitor 454 via a diode bridge 456. In such a PFC circuit 450, direct current (DC) is output from between both terminals of the capacitor 455.

(電源装置)
次に、本実施の形態における電源装置について説明する。本実施の形態における電源装置は、第1または第2の実施の形態における半導体装置であるHEMTを有する電源装置である。
(Power supply)
Next, the power supply device according to the present embodiment will be described. The power supply device in the present embodiment is a power supply device having a HEMT that is the semiconductor device in the first or second embodiment.

図16に基づき本実施の形態における電源装置について説明する。本実施の形態における電源装置は、前述した本実施の形態におけるPFC回路450を含んだ構造のものである。   A power supply device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The power supply device in the present embodiment has a structure including the PFC circuit 450 in the present embodiment described above.

本実施の形態における電源装置は、高圧の一次側回路461及び低圧の二次側回路462と、一次側回路461と二次側回路462との間に配設されるトランス463とを有している。   The power supply device in this embodiment includes a high-voltage primary circuit 461 and a low-voltage secondary circuit 462, and a transformer 463 disposed between the primary circuit 461 and the secondary circuit 462. Yes.

一次側回路461は、前述した本実施の形態におけるPFC回路450と、PFC回路450のコンデンサ455の双方の端子間に接続されたインバータ回路、例えばフルブリッジインバータ回路460とを有している。フルブリッジインバータ回路460は、複数(ここでは4つ)のスイッチ素子464a、464b、464c、464dを有している。また、二次側回路462は、複数(ここでは3つ)のスイッチ素子465a、465b、465cを有している。尚、ダイオードブリッジ456には、交流電源457が接続されている。   The primary circuit 461 includes the PFC circuit 450 in the present embodiment described above and an inverter circuit connected between both terminals of the capacitor 455 of the PFC circuit 450, for example, a full bridge inverter circuit 460. The full bridge inverter circuit 460 includes a plurality (here, four) of switch elements 464a, 464b, 464c, and 464d. The secondary side circuit 462 includes a plurality (three in this case) of switch elements 465a, 465b, and 465c. An AC power supply 457 is connected to the diode bridge 456.

本実施の形態においては、一次側回路461におけるPFC回路450のスイッチ素子451において、第1から第5の実施の形態における半導体装置であるHEMTが用いられている。更に、フルブリッジインバータ回路460におけるスイッチ素子464a、464b、464c、464dにおいて、第1または第2の実施の形態における半導体装置であるHEMTが用いられている。一方、二次側回路462のスイッチ素子465a、465b、465cは、シリコンを用いた通常のMIS構造のFETが用いられている。   In the present embodiment, the HEMT that is the semiconductor device in the first to fifth embodiments is used in the switch element 451 of the PFC circuit 450 in the primary circuit 461. Further, the HEMT that is the semiconductor device in the first or second embodiment is used for the switch elements 464a, 464b, 464c, and 464d in the full bridge inverter circuit 460. On the other hand, the switch elements 465a, 465b, and 465c of the secondary circuit 462 are normal MIS FETs using silicon.

(高周波増幅器)
次に、本実施の形態における高周波増幅器について説明する。本実施の形態における高周波増幅器は、第1または第2の実施の形態における半導体装置であるHEMTが用いられている構造のものである。
(High frequency amplifier)
Next, the high frequency amplifier in the present embodiment will be described. The high-frequency amplifier in the present embodiment has a structure in which the HEMT that is the semiconductor device in the first or second embodiment is used.

図17に基づき、本実施の形態における高周波増幅器について説明する。本実施の形態における高周波増幅器は、ディジタル・プレディストーション回路471、ミキサー472a、472b、パワーアンプ473及び方向性結合器474を備えている。   Based on FIG. 17, the high frequency amplifier in this Embodiment is demonstrated. The high frequency amplifier in this embodiment includes a digital predistortion circuit 471, mixers 472a and 472b, a power amplifier 473, and a directional coupler 474.

ディジタル・プレディストーション回路471は、入力信号の非線形歪みを補償するものである。ミキサー472aは、非線形歪みが補償された入力信号と交流信号をミキシングするものである。パワーアンプ473は、交流信号とミキシングされた入力信号を増幅するものであり、第1または第2の実施の形態における半導体装置であるHEMTを有している。方向性結合器474は、入力信号や出力信号のモニタリング等を行なう。尚、図17では、例えばスイッチの切り替えにより、出力側の信号をミキサー472bで交流信号とミキシングしてディジタル・プレディストーション回路471に送出することができる。   The digital predistortion circuit 471 compensates for nonlinear distortion of the input signal. The mixer 472a mixes an input signal with compensated nonlinear distortion and an AC signal. The power amplifier 473 amplifies the input signal mixed with the AC signal, and includes the HEMT that is the semiconductor device according to the first or second embodiment. The directional coupler 474 performs monitoring of input signals and output signals. In FIG. 17, for example, by switching the switch, the output-side signal can be mixed with the AC signal by the mixer 472b and sent to the digital predistortion circuit 471.

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。   Although the embodiment has been described in detail above, it is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims.

上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
基板の上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上に絶縁体材料により形成された所定の領域に開口部を有する成長制御層と、
前記成長制御層及び前記成長制御層の前記開口部が形成されている領域の上に形成された第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の半導体層の上において、前記成長制御層の前記開口部の直上の領域に形成された第1の導電型の第3の半導体層と、
を有することを特徴とする半導体装置。
(付記2)
前記バッファ層と前記成長制御層との間には、前記第1の半導体層を形成している材料を含む材料により形成された第4の半導体層を有するもの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)
前記第1の導電型はp型であって、
前記第3の半導体層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記p型となる不純物元素としてMgがドープされている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)
前記成長制御層の前記開口部となる領域の上に形成された前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に発生している貫通転位の密度は、
前記成長制御層の上に形成された前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に発生している貫通転位の密度よりも高い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)
前記成長制御層の前記開口部となる領域の上に形成された前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に発生している貫通転位の密度は、5×10cm−2以上であって、
前記成長制御層の上に形成された前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に発生している貫通転位の密度は、5×10cm−2未満であ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6)
前記成長制御層は、SiO、SiN、Alのうち、1また2以上のもの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1から5のいずれかに記載の半導体装置。
(付記7)
前記成長制御層は、アモルファスであることを特徴とする付記1から6のいずれかに記載の半導体装置。
(付記8)
前記第1の半導体層は、GaNを含む材料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7のいずれかに記載の半導体装置。
(付記9)
前記第2の半導体層は、AlGaNを含む材料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、第2の導電型であって、前記第2の導電型はn型であ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の半導体層の上に形成されたゲート電極と、
前記第2の半導体層の上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
を有す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)
前記半導体装置はHEMTであ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)
基板の上にバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上に、絶縁体材料により所定の領域に開口部を有する成長制御層を形成する工程と、
前記成長制御層及び前記成長制御層の前記開口部が形成されている領域の上に第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の半導体層の上において、前記成長制御層の前記開口部の直上の領域に、第1の導電型の第3の半導体層を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記14)
前記バッファ層を形成する工程の後であって、前記成長制御層を形成する工程の前に、
前記バッファ層の上に、前記第1の半導体層を形成している材料を含む材料により第4の半導体層を形成する工程を有することを特徴とする付記13に記載の半導体装置の製造方法。
(付記15)
前記第1の半導体層及び前記第2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13または14に記載の半導体装置の製造方法。
(付記16)
前記成長制御層を形成する工程は、
スパッタリング、ALD、CVD、真空蒸着のうちのいずれかの方法により、絶縁体膜を形成する工程と、
前記形成された絶縁体膜の所定の領域を一部除去することにより、前記開口部を形成する工程と、
を有するものであることを特徴とする付記13から15のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記17)
前記第1の導電型はp型であって、
前記第3の半導体層は、GaNを含む材料であってMgがドープされたものであることを特徴とする付記13から16のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記18)
付記1から12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PFC回路。
(付記19)
付記1から12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20)
付記1から12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。
In addition to the above description, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
A buffer layer formed on the substrate;
A growth control layer having an opening in a predetermined region formed of an insulating material on the buffer layer;
A first semiconductor layer formed on the growth control layer and a region where the opening of the growth control layer is formed;
A second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer;
A third semiconductor layer of a first conductivity type formed in a region immediately above the opening of the growth control layer on the second semiconductor layer;
A semiconductor device comprising:
(Appendix 2)
Supplementary note 1 including a fourth semiconductor layer formed of a material including a material forming the first semiconductor layer between the buffer layer and the growth control layer. A semiconductor device according to 1.
(Appendix 3)
The first conductivity type is p-type,
The third semiconductor layer is formed of a material containing GaN;
The semiconductor device according to appendix 1 or 2, wherein Mg is doped as the p-type impurity element.
(Appendix 4)
The density of threading dislocations generated in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer formed on the region to be the opening of the growth control layer is:
The appendix 1 to 3, wherein the density of threading dislocations generated in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer formed on the growth control layer is higher. Semiconductor device.
(Appendix 5)
The density of threading dislocations generated in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer formed on the region serving as the opening of the growth control layer is 5 × 10 9 cm −2 or more. There,
Note that the density of threading dislocations generated in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer formed on the growth control layer is less than 5 × 10 9 cm −2. The semiconductor device according to any one of 1 to 3.
(Appendix 6)
6. The semiconductor device according to any one of appendices 1 to 5, wherein the growth control layer is formed of one or more of SiO 2 , SiN, and Al 2 O 3 .
(Appendix 7)
7. The semiconductor device according to any one of appendices 1 to 6, wherein the growth control layer is amorphous.
(Appendix 8)
The semiconductor device according to any one of appendices 1 to 7, wherein the first semiconductor layer is formed of a material containing GaN.
(Appendix 9)
9. The semiconductor device according to any one of appendices 1 to 8, wherein the second semiconductor layer is formed of a material containing AlGaN.
(Appendix 10)
10. The semiconductor device according to any one of appendices 1 to 9, wherein the second semiconductor layer is a second conductivity type, and the second conductivity type is an n-type.
(Appendix 11)
A gate electrode formed on the third semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode formed on the second semiconductor layer;
11. The semiconductor device according to any one of appendices 1 to 10, wherein:
(Appendix 12)
The semiconductor device according to any one of appendices 1 to 11, wherein the semiconductor device is a HEMT.
(Appendix 13)
Forming a buffer layer on the substrate;
Forming a growth control layer having an opening in a predetermined region with an insulating material on the buffer layer;
Forming a first semiconductor layer on the growth control layer and a region where the opening of the growth control layer is formed;
Forming a second semiconductor layer on the first semiconductor layer;
Forming a third semiconductor layer of the first conductivity type on the second semiconductor layer in a region immediately above the opening of the growth control layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
(Appendix 14)
After the step of forming the buffer layer and before the step of forming the growth control layer,
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 13, wherein a fourth semiconductor layer is formed on the buffer layer with a material including a material forming the first semiconductor layer.
(Appendix 15)
15. The method of manufacturing a semiconductor device according to appendix 13 or 14, wherein the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are formed by MOVPE.
(Appendix 16)
The step of forming the growth control layer includes:
Forming an insulator film by any one of sputtering, ALD, CVD, and vacuum deposition;
Forming the opening by partially removing a predetermined region of the formed insulator film; and
The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 13 to 15, wherein
(Appendix 17)
The first conductivity type is p-type,
17. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 13 to 16, wherein the third semiconductor layer is a material containing GaN and doped with Mg.
(Appendix 18)
A PFC circuit comprising the semiconductor device according to any one of appendices 1 to 12.
(Appendix 19)
A power supply device comprising the semiconductor device according to any one of appendices 1 to 12.
(Appendix 20)
An amplifier comprising the semiconductor device according to any one of appendices 1 to 12.

10 基板
21 バッファ層
22 下部半導体層(第4の半導体層)
23 電子走行層(第1の半導体層)
23a 2DEG
24 電子供給層(第2の半導体層)
25 p型層(第3の半導体層)
30 成長制御層
31 開口部
41 ゲート電極
42 ソース電極
43 ドレイン電極
50 保護膜
10 Substrate 21 Buffer layer 22 Lower semiconductor layer (fourth semiconductor layer)
23 Electron travel layer (first semiconductor layer)
23a 2DEG
24 Electron supply layer (second semiconductor layer)
25 p-type layer (third semiconductor layer)
30 Growth Control Layer 31 Opening 41 Gate Electrode 42 Source Electrode 43 Drain Electrode 50 Protective Film

Claims (8)

基板の上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上に絶縁体材料により形成された所定の領域に開口部を有する成長制御層と、
前記成長制御層及び前記成長制御層の前記開口部が形成されている領域の上に形成された第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の半導体層の上において、前記成長制御層の前記開口部の直上の領域に形成された第1の導電型の第3の半導体層と、
を有し、
前記第1の導電型はp型であって、
前記バッファ層は、AlNを含む材料により形成されており、
前記第1の半導体層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記第2の半導体層は、AlGaNを含む材料により形成されており、
前記第3の半導体層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記p型となる不純物元素としてMgがドープされており、
前記成長制御層の前記開口部となる領域の上に形成された前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に発生している貫通転位の密度は、前記成長制御層の上に形成された前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に発生している貫通転位の密度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
A buffer layer formed on the substrate;
A growth control layer having an opening in a predetermined region formed of an insulating material on the buffer layer;
A first semiconductor layer formed on the growth control layer and a region where the opening of the growth control layer is formed;
A second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer;
A third semiconductor layer of a first conductivity type formed in a region immediately above the opening of the growth control layer on the second semiconductor layer;
Have
The first conductivity type is p-type,
The buffer layer is made of a material containing AlN,
The first semiconductor layer is made of a material containing GaN,
The second semiconductor layer is made of a material containing AlGaN,
The third semiconductor layer is formed of a material containing GaN;
Mg is doped as the p-type impurity element ,
The density of threading dislocations generated in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer formed on the region to be the opening of the growth control layer is formed on the growth control layer. A semiconductor device, wherein the density of threading dislocations occurring in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is higher .
基板の上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上に絶縁体材料により形成された所定の領域に開口部を有する成長制御層と、
前記成長制御層及び前記成長制御層の前記開口部が形成されている領域の上に形成された第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の半導体層の上において、前記成長制御層の前記開口部の直上の領域に形成されたp型の第3の半導体層と、
を有し、
前記バッファ層は、AlNを含む材料により形成されており、
前記第1の半導体層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記第2の半導体層は、AlGaNを含む材料により形成されており、
前記第3の半導体層には、p型となる不純物元素がドープされており、
前記成長制御層の前記開口部となる領域の上に形成された前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に発生している貫通転位の密度は、前記成長制御層の上に形成された前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に発生している貫通転位の密度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
A buffer layer formed on the substrate;
A growth control layer having an opening in a predetermined region formed of an insulating material on the buffer layer;
A first semiconductor layer formed on the growth control layer and a region where the opening of the growth control layer is formed;
A second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer;
A p-type third semiconductor layer formed in a region immediately above the opening of the growth control layer on the second semiconductor layer;
Have
The buffer layer is made of a material containing AlN,
The first semiconductor layer is made of a material containing GaN,
The second semiconductor layer is made of a material containing AlGaN,
The third semiconductor layer is doped with a p-type impurity element ,
The density of threading dislocations generated in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer formed on the region to be the opening of the growth control layer is formed on the growth control layer. A semiconductor device, wherein the density of threading dislocations occurring in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is higher .
前記基板は、サファイア、SiC、GaNまたはSiのいずれか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または2に記載の半導体装置。  The semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate is made of a material containing any of sapphire, SiC, GaN, or Si. 前記バッファ層と前記成長制御層との間には、前記第1の半導体層を形成している材料を含む材料により形成された第4の半導体層を有す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。 The fourth semiconductor layer formed of a material including a material forming the first semiconductor layer is provided between the buffer layer and the growth control layer. The semiconductor device according to any one of 1 to 3 . 前記成長制御層の前記開口部となる領域の上に形成された前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に発生している貫通転位の密度は、5×10cm−2以上であって、
前記成長制御層の上に形成された前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に発生している貫通転位の密度は、5×10cm−2未満であることを特徴とする請求項1からのいずれかに記載の半導体装置。
The density of threading dislocations generated in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer formed on the region serving as the opening of the growth control layer is 5 × 10 9 cm −2 or more. There,
The density of threading dislocations generated in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer formed on the growth control layer is less than 5 × 10 9 cm −2. Item 5. The semiconductor device according to any one of Items 1 to 4 .
前記成長制御層は、SiO、SiN、Alのうち、1また2以上のもの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から5のいずれかに記載の半導体装置。 6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the growth control layer is formed of a material including one or more of SiO 2 , SiN, and Al 2 O 3. . 基板の上にバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上に、絶縁体材料により所定の領域に開口部を有する成長制御層を形成する工程と、
前記成長制御層及び前記成長制御層の前記開口部が形成されている領域の上に第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の半導体層の上において、前記成長制御層の前記開口部の直上の領域に、第1の導電型の第3の半導体層を形成する工程と、
を有し、
前記第1の導電型はp型であって、
前記バッファ層は、AlNを含む材料により形成されており、
前記第1の半導体層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記第2の半導体層は、AlGaNを含む材料により形成されており、
前記第3の半導体層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記p型となる不純物元素としてMgがドープされていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a buffer layer on the substrate;
Forming a growth control layer having an opening in a predetermined region with an insulating material on the buffer layer;
Forming a first semiconductor layer on the growth control layer and a region where the opening of the growth control layer is formed;
Forming a second semiconductor layer on the first semiconductor layer;
Forming a third semiconductor layer of the first conductivity type on the second semiconductor layer in a region immediately above the opening of the growth control layer;
Have
The first conductivity type is p-type,
The buffer layer is made of a material containing AlN,
The first semiconductor layer is made of a material containing GaN,
The second semiconductor layer is made of a material containing AlGaN,
The third semiconductor layer is formed of a material containing GaN;
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that Mg is doped as the impurity element to be p-type.
基板の上にバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上に、絶縁体材料により所定の領域に開口部を有する成長制御層を形成する工程と、
前記成長制御層及び前記成長制御層の前記開口部が形成されている領域の上に第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の半導体層の上において、前記成長制御層の前記開口部の直上の領域に、p型となる不純物元素がドープされている第3の半導体層を形成する工程と、
を有し、
前記バッファ層は、AlNを含む材料により形成されており、
前記第1の半導体層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記第2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半導体装置の製造方法。
Forming a buffer layer on the substrate;
Forming a growth control layer having an opening in a predetermined region with an insulating material on the buffer layer;
Forming a first semiconductor layer on the growth control layer and a region where the opening of the growth control layer is formed;
Forming a second semiconductor layer on the first semiconductor layer;
Forming a third semiconductor layer doped with a p-type impurity element in a region immediately above the opening of the growth control layer on the second semiconductor layer;
I have a,
The buffer layer is made of a material containing AlN,
The first semiconductor layer is made of a material containing GaN,
Said second semiconductor layer, a method of manufacturing a semiconductor device which is characterized that you have been formed of a material containing AlGaN.
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