JP6229501B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
最初に、図1に基づき窒化物半導体により形成されているノーマリーオフにすることのできる半導体装置について説明する。この半導体装置は、半導体材料等により形成された基板910の上に、n−GaN層921が形成されており、n−GaN層921の上のゲート電極941よりもソース電極942側には、p−GaN層922、n−GaN層923が積層して形成されている。ソース電極942は、n−GaN層923の上に形成されており、ドレイン電極943はn−GaN層921の上に形成されている。
次に、第1の実施の形態における半導体装置について、図2に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、半導体材料等により形成された基板10の上に、窒化物半導体層として、i−GaN層21、p−GaN層22、n−GaN層23が形成されている。尚、本実施の形態においては、i−GaN層21を第1の半導体層、p−GaN層22を第2の半導体層、n−GaN層23を第3の半導体層と記載する場合がある。
次に、本実施の形態における半導体装置における製造方法について説明する。
(半導体装置)
次に、第2の実施の形態における半導体装置について、図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、半導体材料等により形成された基板10の上に、窒化物半導体層として、i−GaN層21、AlGaN層122、n−GaN層23が形成されている。尚、本実施の形態においては、i−GaN層21を第1の半導体層、AlGaN層122を第2の半導体層、n−GaN層23を第3の半導体層と記載する場合がある。
次に、本実施の形態における半導体装置における製造方法について説明する。
(半導体装置)
次に、第3の実施の形態における半導体装置について、図9に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、半導体材料等により形成された基板10の上に、窒化物半導体層として、i−GaN層21、AlGaN層122、i−GaN層225、n−GaN層23が形成されている。尚、本実施の形態においては、i−GaN層21を第1の半導体層、AlGaN層122を第2の半導体層、i−GaN層225を第5の半導体層、n−GaN層23を第3の半導体層と記載する場合がある。
次に、本実施の形態における半導体装置における製造方法について説明する。
(半導体装置)
次に、第4の実施の形態における半導体装置について、図12に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、半導体材料等により形成された基板10の上に、窒化物半導体層として、i−GaN層21、p−GaN層22、i−GaN層323、AlGaN層324が形成されている。尚、本実施の形態においては、i−GaN層21を第1の半導体層、p−GaN層22を第2の半導体層、i−GaN層323を第3の半導体層、AlGaN層324を第4の半導体層と記載する場合がある。
次に、本実施の形態における半導体装置における製造方法について説明する。
(半導体装置)
次に、第5の実施の形態における半導体装置について、図15に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、半導体材料等により形成された基板10の上に、窒化物半導体層として、i−GaN層21、AlGaN層122、i−GaN層323、AlGaN層324が形成されている。尚、本実施の形態においては、i−GaN層21を第1の半導体層、AlGaN層122を第2の半導体層、i−GaN層323を第3の半導体層、AlGaN層324を第4の半導体層と記載する場合がある。
次に、本実施の形態における半導体装置における製造方法について説明する。
(半導体装置)
次に、第6の実施の形態における半導体装置について、図18に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、半導体材料等により形成された基板10の上に、窒化物半導体層として、n−GaN層421、p−GaN層22、n−GaN層23が形成されている。尚、本実施の形態においては、n−GaN層421を第1の半導体層、p−GaN層22を第2の半導体層、n−GaN層23を第3の半導体層と記載する場合がある。
次に、本実施の形態における半導体装置における製造方法について説明する。
図2に示される第1の実施の形態における半導体装置では、ゲート電極41は、ソース電極42側及びドレイン電極43側の双方において、p−GaN層22の側面、n−GaN層23の側面に形成されている絶縁層30と接するように形成されている。このため、ゲート電極41に電圧を印加することにより行なわれるオンオフの制御が、ソース電極42側とドレイン電極43側との双方において行なわれる。ところで、ドレイン電極43側におけるp−GaN層22及びn−GaN層23は、ドレイン電極43に印加されているドレイン電圧の影響を受ける。このため、印加されるバイアス等の条件によっては、オンになりにくくなるため、オン抵抗が高く、オン電流が低くなる場合がある。このため、オンオフの制御は、ソース電極42側におけるp−GaN層22及びn−GaN層23において、行なわれることが好ましい。尚、このことは、第2から第6の実施の形態における半導体装置についても同様である。
次に、第7の実施の形態における半導体装置について、図21に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、半導体材料等により形成された基板10の上に、窒化物半導体層として、i−GaN層21、p−GaN層22、n−GaN層23が形成されている。尚、本実施の形態においては、i−GaN層21を第1の半導体層、p−GaN層22を第2の半導体層、n−GaN層23を第3の半導体層と記載する場合がある。
次に、本実施の形態における半導体装置における製造方法について説明する。
(半導体装置)
次に、第8の実施の形態における半導体装置について、図28に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、半導体材料等により形成された基板10の上に、窒化物半導体層として、i−GaN層21、AlGaN層122、n−GaN層23が形成されている。尚、本実施の形態においては、i−GaN層21を第1の半導体層、AlGaN層122を第2の半導体層、n−GaN層23を第3の半導体層と記載する場合がある。
次に、本実施の形態における半導体装置における製造方法について説明する。
(半導体装置)
次に、第9の実施の形態における半導体装置について、図32に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、半導体材料等により形成された基板10の上に、窒化物半導体層として、i−GaN層21、AlGaN層122、i−GaN層225、n−GaN層23が形成されている。尚、本実施の形態においては、i−GaN層21を第1の半導体層、AlGaN層122を第2の半導体層、i−GaN層225を第5の半導体層、n−GaN層23を第3の半導体層と記載する場合がある。
従って、ゲート電極540におけるソース電極42側の側面は、絶縁層30を介して、ソース電極42側のAlGaN層122、i−GaN層225及びn−GaN層23の側面となるように、絶縁層30に接して形成される。また、ゲート電極540におけるドレイン電極43側の側面は、絶縁層30を介して、ドレイン電極43側のAlGaN層122、i−GaN層225及びn−GaN層23の側面となるように、絶縁層30に接して形成される。
次に、本実施の形態における半導体装置における製造方法について説明する。
(半導体装置)
次に、第10の実施の形態における半導体装置について、図36に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、半導体材料等により形成された基板10の上に、窒化物半導体層として、i−GaN層21、p−GaN層22、i−GaN層323、AlGaN層324が形成されている。尚、本実施の形態においては、i−GaN層21を第1の半導体層、p−GaN層22を第2の半導体層、i−GaN層323を第3の半導体層、AlGaN層324を第4の半導体層と記載する場合がある。
次に、本実施の形態における半導体装置における製造方法について説明する。
(半導体装置)
次に、第11の実施の形態における半導体装置について、図40に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、半導体材料等により形成された基板10の上に、窒化物半導体層として、i−GaN層21、AlGaN層122、i−GaN層323、AlGaN層324が形成されている。尚、本実施の形態においては、i−GaN層21を第1の半導体層、AlGaN層122を第2の半導体層、i−GaN層323を第3の半導体層、AlGaN層324を第4の半導体層と記載する場合がある。
次に、本実施の形態における半導体装置における製造方法について説明する。
(半導体装置)
次に、第12の実施の形態における半導体装置について、図44に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、半導体材料等により形成された基板10の上に、窒化物半導体層として、n−GaN層421、p−GaN層22、n−GaN層23が形成されている。尚、本実施の形態においては、n−GaN層421を第1の半導体層、p−GaN層22を第2の半導体層、n−GaN層23を第3の半導体層と記載する場合がある。
次に、本実施の形態における半導体装置における製造方法について説明する。
図48は、第4の実施の形態における半導体装置の一種であって、第4の実施の形態において説明した半導体装置に類似した半導体装置の構造を示すものである。この半導体装置は、半導体材料等により形成された基板10の上に、窒化物半導体層として、AlN層11、i−GaN層21、p−GaN層22、n−GaN層623、AlGaN層624、n−GaN層626が形成されている。
次に、第13の実施の形態における半導体装置について、図50に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、半導体材料等により形成された基板10の上に、窒化物半導体層として、AlN層11、i−GaN層21、p−GaN層622、n−GaN層623、AlGaN層624、n−GaN層626が形成されている。尚、本実施の形態においては、i−GaN層21を第1の半導体層、p−GaN層622を第2の半導体層、n−GaN層623を第3の半導体層、AlGaN層624を第4の半導体層、n−GaN層626を第6の半導体層と記載する場合がある。
次に、本実施の形態における半導体装置における製造方法について説明する。
(半導体装置)
次に、第14の実施の形態における半導体装置について、図57に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、半導体材料等により形成された基板10の上に、窒化物半導体層として、AlN層11、i−GaN層21、AlGaN層722、n−GaN層623、AlGaN層624、n−GaN層626が形成されている。尚、本実施の形態においては、i−GaN層21を第1の半導体層、AlGaN層722を第2の半導体層、n−GaN層623を第3の半導体層、AlGaN層624を第4の半導体層、n−GaN層626を第6の半導体層と記載する場合がある。
次に、本実施の形態における半導体装置における製造方法について説明する。
(半導体装置)
次に、第15の実施の形態における半導体装置について、図63に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、半導体材料等により形成された基板10の上に、窒化物半導体層として、AlN層11、i−GaN層21、p−GaN層822、i−GaN層823、n−AlGaN層824が形成されている。尚、本実施の形態においては、i−GaN層21を第1の半導体層、p−GaN層822を第2の半導体層、i−GaN層823を第3の半導体層、n−AlGaN層824を第4の半導体層と記載する場合がある。
次に、本実施の形態における半導体装置における製造方法について説明する。
(半導体装置)
次に、第16の実施の形態における半導体装置について、図68に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、半導体材料等により形成された基板10の上に、窒化物半導体層として、AlN層11、i−GaN層21、p−GaN層822、i−GaN層823、n−GaN層924が形成されている。尚、本実施の形態においては、i−GaN層21を第1の半導体層、p−GaN層822を第2の半導体層、i−GaN層823を第3の半導体層、n−GaN層924を第4の半導体層と記載する場合がある。
次に、本実施の形態における半導体装置における製造方法について説明する。
(付記1)
基板の上に窒化物半導体により形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に窒化物半導体により形成された第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の上に窒化物半導体により形成された第3の半導体層と、
前記第2の半導体層及び前記第3の半導体層を除去することにより形成された開口部と、
前記開口部の側面及び底面の上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層を介して開口部に形成されたゲート電極と、
前記第3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、
を有し、
前記第2の半導体層は、第1の導電型の半導体層により形成されており、
前記第3の半導体層は、第2の導電型の半導体層により形成されていることを特徴とする半導体装置。
(付記2)
基板の上に窒化物半導体により形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に窒化物半導体により形成された第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の上に窒化物半導体により形成された第3の半導体層と、
前記第2の半導体層及び前記第3の半導体層を除去することにより形成された開口部と、
前記開口部の側面及び底面の上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層を介して開口部に形成されたゲート電極と、
前記第3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、
を有し、
前記第3の半導体層は、第2の導電型の半導体層により形成されており、
前記第2の半導体層は、前記第1の半導体層及び前記第3の半導体層よりもバンドギャップの広い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。
(付記3)
基板の上に窒化物半導体により形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に窒化物半導体により形成された第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の上に窒化物半導体により形成された第3の半導体層と、
前記第3の半導体層の上に窒化物半導体により形成された第4の半導体層と、
前記第2の半導体層、前記第3の半導体層及び前記第4の半導体層を除去することにより形成された開口部と、
前記開口部の側面及び底面の上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層を介して開口部に形成されたゲート電極と、
前記第4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、
を有し、
前記第2の半導体層は、第1の導電型の半導体層により形成されており、
前記第4の半導体層は、前記第3の半導体層よりもバンドギャップの広い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。
(付記4)
基板の上に窒化物半導体により形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に窒化物半導体により形成された第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の上に窒化物半導体により形成された第3の半導体層と、
前記第3の半導体層の上に窒化物半導体により形成された第4の半導体層と、
前記第2の半導体層、前記第3の半導体層及び前記第4の半導体層を除去することにより形成された開口部と、
前記開口部の側面及び底面の上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層を介して開口部に形成されたゲート電極と、
前記第4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、
を有し、
前記第2の半導体層は、前記第1の半導体層及び前記第3の半導体層よりもバンドギャップの広い材料により形成されており、
前記第4の半導体層は、前記第3の半導体層よりもバンドギャップの広い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。
(付記5)
前記第2の半導体層は、ドープされている第1の導電型となる不純物元素の濃度が、1×1018cm−3以上であることを特徴とする付記1または3に記載の半導体装置。
(付記6)
前記第2の半導体層は、GaNを含む材料により形成されていることを特徴とする付記1、3、5のいずれかに記載の半導体装置。
(付記7)
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付記2または4に記載の半導体装置。
(付記8)
前記第3の半導体層は、GaNを含む材料により形成されていることを特徴とする付記1または2に記載の半導体装置。
(付記9)
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、
前記第4の半導体層は、AlGaNを含む材料により形成されていることを特徴とする付記3または4に記載の半導体装置。
(付記10)
前記第1の半導体層は、ドープされている不純物元素の濃度が、1×1016cm−3以下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2の半導体層と前記第3の半導体層との間には、GaNを含む材料により第5の半導体層が形成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12)
前記第1の導電型は、p型であることを特徴とする1、3、5、6のいずれかに記載の半導体装置。
(付記13)
前記第2の導電型は、n型であることを特徴とする1または2に記載の半導体装置。
(付記14)
前記ゲート電極は、前記開口部に形成されている前記ソース電極側の絶縁層に接して形成される第1のゲート電極部と、前記ドレイン電極側の絶縁層に接して形成される第2のゲート電極部とを有し、
前記第1のゲート電極部と前記第2のゲート電極部とは、異なる材料により形成されていることを特徴とする付記1から13のいずれかに記載の半導体装置。
(付記15)
前記第1のゲート電極部は、前記第2のゲート電極部よりも仕事関数の高い材料により形成されていることを特徴とする付記14に記載の半導体装置。
(付記16)
前記第1のゲート電極部は、仕事関数が、4.5eV以上の材料により形成されていることを特徴とする付記14または15に記載の半導体装置。
(付記17)
前記第1のゲート電極部は、仕事関数が、5.0eV以上の材料により形成されていることを特徴とする付記14または15に記載の半導体装置。
(付記18)
前記第1のゲート電極部は、Pt、Ni、Au、Pd、Cuのうち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付記14または15に記載の半導体装置。
(付記19)
前記第1のゲート電極部は、Pt、Ni、Auのうち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付記14または15に記載の半導体装置。
(付記20)
前記第2のゲート電極部は、仕事関数が、4.5eV未満の材料により形成されていることを特徴とする付記14から19のいずれかに記載の半導体装置。
(付記21)
前記第2のゲート電極部は、Mo、Al、Ta、Tiのうち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付記14から19のいずれかに記載の半導体装置。
(付記22)
前記開口部において、前記第2の半導体層の前記ソース電極側の側面は、前記ドレイン電極側の側面に対し傾斜している傾斜面により形成されていることを特徴とする付記1から13のいずれかに記載の半導体装置。
(付記23)
前記傾斜面は、前記第1の半導体層の表面に対する傾斜が60°以下であることを特徴とする付記22に記載の半導体装置。
(付記24)
前記開口部において、前記ソース電極側の側面では、前記第2の半導体層が前記第3の半導体層よりも張出している張出部が形成されていることを特徴とする付記1から13のいずれかに記載の半導体装置。
(付記25)
前記絶縁層は、Al、Si、Ta、Hf、Ti、Zrのうちから選ばれる1または2以上のものの酸化物、窒化物、酸窒化物を含む材料により形成されていることを特徴とする付記1から24のいずれかに記載の半導体装置。
21 i−GaN層(第1の半導体層)
22 p−GaN層(第2の半導体層)
23 n−GaN層(第3の半導体層)
30 絶縁層
30a、30b 開口部
41 ゲート電極
42 ソース電極
43 ドレイン電極
50 開口部
Claims (4)
- 基板の上に窒化物半導体により形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に窒化物半導体により形成された第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の上に窒化物半導体により形成された第3の半導体層と、
前記第2の半導体層及び前記第3の半導体層を除去することにより形成された開口部と、
前記開口部の側面及び底面の上に形成された絶縁層と、
前記絶縁層を介して開口部に形成されたゲート電極と、
前記第3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、
を有し、
前記第2の半導体層は、第1の導電型の半導体層により形成されており、
前記第3の半導体層は、第2の導電型の半導体層により形成されており、
前記開口部において、前記ソース電極側の側面では、前記第2の半導体層が前記第3の半導体層よりも張出している張出部が形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記第2の半導体層は、GaNを含む材料により形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第3の半導体層は、GaNを含む材料により形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記絶縁層は、Al、Si、Ta、Hf、Ti、Zrのうちから選ばれる1または2以上のものの酸化物、窒化物、酸窒化物を含む材料により形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体装置。
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