JP6244769B2 - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
また、本実施の形態の他の一観点によれば、基板の上に、窒化物半導体により形成されたバッファ層と、前記バッファ層の上に、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の半導体層の上に形成されたゲート電極と、ソース電極及びドレイン電極と、を有し、前記バッファ層には、C、Mg、Fe、Coのうちから選ばれる元素と、Si、Ge、Sn、Oのうちから選ばれる元素の双方がドープされており、前記バッファ層は、前記基板側より第1のバッファ層と第2のバッファ層を積層したものであって、前記第1のバッファ層よりも前記第2のバッファ層の方が、ドープされているSi、Ge、Sn、Oのうちから選ばれる元素の濃度が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、窒化物半導体により形成されたバッファ層を形成する工程と、前記バッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第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、窒化物半導体により形成された第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、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、を有し、前記バッファ層には、C、Mg、Fe、Coのうちから選ばれる元素と、Si、Ge、Sn、Oのうちから選ばれる元素の双方がドープされており、前記バッファ層は、前記基板側より第1のバッファ層と第2のバッファ層を積層したものであって、前記第1のバッファ層よりも前記第2のバッファ層の方が、ドープされているSi、Ge、Sn、Oのうちから選ばれる元素の濃度が高いことを特徴とする。
最初に、シリコン基板の反りについて説明する。図1(a)に示すように、シリコン基板910の上にバッファ層922を形成し、バッファ層922の上にGaN層931をMOVPEにより形成した場合、図1(b)に示すように、シリコン基板910は、降温時の熱収縮等により下に凸に反ってしまう。このシリコン基板910の反りは、成膜されるGaN層931の膜厚に依存しており、GaN層931の膜厚が厚くなると、シリコン基板910の下に凸の反りも大きくなり、これに起因して、GaN層931にクラック等が発生する。尚、シリコン基板910に反りが発生すると、半導体製造装置に設けられている真空チャック等によるシリコン基板910を搬送することが困難となり、また、露光時において所望のパターンを露光することができなくなる。このため、半導体装置を製造することが不可能となる場合や、所望の特性の半導体装置を製造することができなくなる場合がある。また、GaN層931にクラック等が発生してしまうと、半導体装置として用いることができない。
次に、第1の実施の形態における半導体装置について説明する。本実施の形態における半導体装置は、図6に示されるように、シリコン基板10の上に、窒化物半導体層が積層されている構造のものである。具体的には、シリコン基板10の上に、核形成層21が形成されており、核形成層21の上には、バッファ層22が形成されており、バッファ層22の上に、電子走行層31、電子供給層32、キャップ層33が積層して形成されている。また、キャップ層33の上には、ゲート電極41、ソース電極42及びドレイン電極43が形成されている。
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8に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置の製造方法は、基板となるシリコン基板10の上に、窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることにより形成する。窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる方法としては、MOVPEまたはMBE(Molecular Beam Epitaxy)がある。
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図9に示すように、バッファ層120が、第1のバッファ層121と第2のバッファ層122により形成されているものであってもよい。本実施の形態においては、第1のバッファ層121と第2のバッファ層122は、ドープされているSiの濃度が異なっており、図10に示されるように、第1のバッファ層121よりも第2のバッファ層122の方が、Siが多くドープされている。尚、第1のバッファ層121と第2のバッファ層122とにおけるCの濃度は、略同じである。
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。
(付記1)
基板の上に、窒化物半導体により形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上に、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の半導体層の上に形成されたゲート電極と、ソース電極及びドレイン電極と、
を有し、
前記バッファ層には、C、Mg、Fe、Coのうちから選ばれる元素と、Si、Ge、Sn、Oのうちから選ばれる元素の双方がドープされていることを特徴とする半導体装置。
(付記2)
前記バッファ層にドープされるSi、Ge、Sn、Oのうちから選ばれる元素の濃度は、前記基板側から前記第1の半導体層側に向かって高くなっていることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記3)
前記バッファ層は、前記基板側より第1のバッファ層と第2のバッファ層を積層したものであって、
前記第1のバッファ層よりも前記第2のバッファ層の方が、ドープされているSi、Ge、Sn、Oのうちから選ばれる元素の濃度が高いことを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記4)
前記バッファ層にドープされるC、Mg、Fe、Coのうちから選ばれる元素の濃度は、略均一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5)
前記バッファ層は、AlxGa1−xNにより形成されていることを特徴とする付記1から4のいずれかに記載の半導体装置。
(付記6)
xの値は、0以上、0.5以下であることを特徴とする付記5に記載の半導体装置。
(付記7)
前記バッファ層には、Cがドープされており、
前記バッファ層にドープされているCの濃度は、1.0×10 18 atoms/cm3以上、1.0×10 20 atoms/cm3以下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)
前記バッファ層には、Siがドープされており、
前記バッファ層にドープされているSiの最も濃度の高い部分における濃度は、1.0×10 16 atoms/cm3以上、1.0×10 19 atoms/cm3以下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)
前記バッファ層には、SiとCがドープされてい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10)
前記基板は、Si、SiC、サファイアのうちのいずれかにより形成されていることを特徴とする付記1から9のいずれかに記載の半導体装置。
(付記11)
前記基板と前記バッファ層との間には、AlNを含む材料により核形成層が形成されていることを特徴とする付記1から10のいずれかに記載の半導体装置。
(付記12)
前記第1の半導体層は、GaNを含む材料により形成されていることを特徴とする付記1から11のいずれかに記載の半導体装置。
(付記13)
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1から12のいずれかに記載の半導体装置。
(付記14)
前記第2の半導体層の上には、n型の窒化物半導体により第3の半導体層が形成されており、
前記ゲート電極と、前記ソース電極及び前記ドレイン電極は、前記第3の半導体層の上に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3の半導体層は、n−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14のいずれかに記載の半導体装置。
(付記16)
付記1から15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17)
付記1から15のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする増幅器。
(付記18)
基板の上に、窒化物半導体により形成されたバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第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、窒化物半導体により形成された第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、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
を有し、
前記バッファ層には、C、Mg、Fe、Coのうちから選ばれる元素と、Si、Ge、Sn、Oのうちから選ばれる元素の双方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。
21 核形成層
22 バッファ層
31 電子走行層(第1の半導体層)
31a 2DEG
32 電子供給層(第2の半導体層)
33 キャップ層(第3の半導体層)
41 ゲート電極
42 ソース電極
43 ドレイン電極
Claims (9)
- 基板の上に、窒化物半導体により形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上に、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の半導体層の上に形成されたゲート電極と、ソース電極及びドレイン電極と、
を有し、
前記バッファ層には、C、Mg、Fe、Coのうちから選ばれる元素と、Si、Ge、Sn、Oのうちから選ばれる元素の双方がドープされており、
前記バッファ層にドープされるSi、Ge、Sn、Oのうちから選ばれる元素の濃度は、前記基板側から前記第1の半導体層側に向かって高くなっていることを特徴とする半導体装置。 - 基板の上に、窒化物半導体により形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上に、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の半導体層の上に形成されたゲート電極と、ソース電極及びドレイン電極と、
を有し、
前記バッファ層には、C、Mg、Fe、Coのうちから選ばれる元素と、Si、Ge、Sn、Oのうちから選ばれる元素の双方がドープされており、
前記バッファ層は、前記基板側より第1のバッファ層と第2のバッファ層を積層したものであって、
前記第1のバッファ層よりも前記第2のバッファ層の方が、ドープされているSi、Ge、Sn、Oのうちから選ばれる元素の濃度が高いことを特徴とする半導体装置。 - 前記バッファ層にドープされるC、Mg、Fe、Coのうちから選ばれる元素の濃度は、略均一であ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。
- 前記バッファ層は、AlxGa1−xN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。
- 前記バッファ層には、Cがドープされており、
前記バッファ層にドープされているCの濃度は、1.0×10 18 atoms/cm3以上、1.0×10 20 atoms/cm3以下であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の半導体装置。 - 前記バッファ層には、Siがドープされており、
前記バッファ層にドープされているSiの最も濃度の高い部分における濃度は、1.0×10 16 atoms/cm3以上、1.0×10 19 atoms/cm3以下であ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。 - 前記バッファ層には、SiとCがドープされていることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の半導体装置。
- 基板の上に、窒化物半導体により形成されたバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第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、窒化物半導体により形成された第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、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
を有し、
前記バッファ層には、C、Mg、Fe、Coのうちから選ばれる元素と、Si、Ge、Sn、Oのうちから選ばれる元素の双方がドープされており、
前記バッファ層にドープされるSi、Ge、Sn、Oのうちから選ばれる元素の濃度は、前記基板側から前記第1の半導体層側に向かって高くなっていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 基板の上に、窒化物半導体により形成されたバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上に、窒化物半導体により形成された第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、窒化物半導体により形成された第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、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成する工程と、
を有し、
前記バッファ層には、C、Mg、Fe、Coのうちから選ばれる元素と、Si、Ge、Sn、Oのうちから選ばれる元素の双方がドープされており、
前記バッファ層は、前記基板側より第1のバッファ層と第2のバッファ層を積層したものであって、
前記第1のバッファ層よりも前記第2のバッファ層の方が、ドープされているSi、Ge、Sn、Oのうちから選ばれる元素の濃度が高いことを特徴とする半導体装置。
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