JP6720062B2 - Evaluation method - Google Patents
Evaluation method Download PDFInfo
- Publication number
- JP6720062B2 JP6720062B2 JP2016225959A JP2016225959A JP6720062B2 JP 6720062 B2 JP6720062 B2 JP 6720062B2 JP 2016225959 A JP2016225959 A JP 2016225959A JP 2016225959 A JP2016225959 A JP 2016225959A JP 6720062 B2 JP6720062 B2 JP 6720062B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- heterojunction
- interface state
- state density
- evaluation method
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は、異種の窒化物半導体によって構成されるヘテロ接合の評価方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating a heterojunction composed of different kinds of nitride semiconductors.
異種の窒化物半導体によって構成されるヘテロ接合を用いた素子が注目されている。窒化物半導体は、GaN、AlN、及びInNと、これらの三元混晶半導体及び四元混晶半導体との総称である。これらの窒化物半導体は、シリコンと比較して、(1)バンドギャップが大きい、(2)絶縁破壊電界が大きい、などの特徴を有し、高温下で動作可能な高出力素子を構成する材料として有望と考えられているためである。 A device using a heterojunction composed of different kinds of nitride semiconductors is drawing attention. The nitride semiconductor is a general term for GaN, AlN, and InN, and a ternary mixed crystal semiconductor and a quaternary mixed crystal semiconductor thereof. These nitride semiconductors are characterized by having (1) a large bandgap and (2) a large dielectric breakdown electric field as compared with silicon, and are materials constituting a high-power element capable of operating at high temperatures. This is because it is considered as promising.
窒化物半導体のヘテロ接合の一例としては、GaN層上にAlGaN層を形成することによって得られるAlGaN/GaNのヘテロ接合が挙げられる。また、窒化物化合物のヘテロ接合を用いた素子の一例としては、高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor;HEMT)が挙げられる。以下では、AlGaN/GaNのヘテロ接合を例として説明する。特に断りなく用いる場合、ヘテロ接合とは、AlGaN/GaNのヘテロ接合を指す。 An example of a heterojunction of a nitride semiconductor is an AlGaN/GaN heterojunction obtained by forming an AlGaN layer on a GaN layer. A high electron mobility transistor (HEMT) is an example of a device using a heterojunction of a nitride compound. In the following, a heterojunction of AlGaN/GaN will be described as an example. Unless otherwise specified, the heterojunction refers to an AlGaN/GaN heterojunction.
AlGaN/GaNのヘテロ接合を用いた素子の特性は、ヘテロ接合の接合界面に生じる局在準位(界面準位)の密度に強く依存する。したがって、素子作製に先だって、ヘテロ接合の界面準位の密度、すなわち、界面準位密度Ditを評価しておくことは、重要である。ヘテロ接合のDitの評価方法としては、非特許文献1〜3に記載されたコンダクタンス法や、非特許文献1〜5に記載されたHigh−Low法などが知られている。
The characteristics of the device using the AlGaN/GaN heterojunction strongly depend on the density of the localized level (interface level) generated at the junction interface of the heterojunction. Therefore, it is important to evaluate the interface state density of the heterojunction, that is, the interface state density D it , prior to device fabrication. As a method of evaluating Dit of a heterojunction, the conductance method described in
コンダクタンス法は、印加電圧を変化させながら、ヘテロ接合のコンダクタンスの周波数依存性を測定し、高周波及び低周波におけるコンダクタンス曲線を比較することによって、ヘテロ接合のDitを導出する。なお、コンダクタンス法では、電子の捕獲・放出時定数や捕獲断面積σを求めることができる。測定温度におけるキャリアの熱速度Vth、及び伝導体の電子密度Ncを仮定することで、準位の位置を求めることができる。 Conductance method, while changing the applied voltage to measure the frequency dependency of the conductance of the heterojunction, by comparing the conductance curve at high and low frequency, deriving a D it heterozygous. In the conductance method, it is possible to obtain the electron capture/emission time constant and the capture cross section σ. The position of the level can be obtained by assuming the thermal velocity V th of the carrier at the measurement temperature and the electron density N c of the conductor.
High−Low法は、1kHzを超える高周波及び1kHz以下の低周波における容量の電圧依存性を比較することによって、Ditを導出する。High−Low法では、Ditを導出するために、酸化膜容量Cox及び基板の不純物濃度を仮定する。また、比較する容量の電圧依存性において高周波極限が得られていることが前提となる。なお、ヘテロ接合の容量の電圧依存性を比較するために交流信号の周波数を高めていく場合、界面準位にトラップされた電子は、交流信号の周波数が高まるにしたがって交流信号に応答できなくなる。交流信号の周波数が界面準位にトラップされた電子が応答できない程度の高い周波数になった場合、その交流信号に応答できるのは、多数キャリアである電子のみとなる。この場合、ヘテロ接合の容量の電圧依存性を示す曲線は、理想曲線とおおよそ一致する。このように、十分に周波数が高い場合に、ヘテロ接合の容量の電圧依存性を示す曲線と理想曲線とがおおよそ一致することを「高周波極限が得られている」と称する。 High-Low method is by comparing the voltage dependence of the capacitance at high frequency and 1kHz or lower frequency than the 1kHz, to derive a D it. In the High-Low method, in order to derive D it , the oxide film capacitance C ox and the impurity concentration of the substrate are assumed. Further, it is premised that the high frequency limit is obtained in the voltage dependence of the capacitors to be compared. When the frequency of the AC signal is increased in order to compare the voltage dependence of the capacitance of the heterojunction, the electrons trapped in the interface state become unable to respond to the AC signal as the frequency of the AC signal increases. When the frequency of the AC signal becomes high enough that electrons trapped in the interface state cannot respond, only the electrons that are majority carriers can respond to the AC signal. In this case, the curve showing the voltage dependence of the capacitance of the heterojunction approximately matches the ideal curve. In this way, when the frequency is sufficiently high, the fact that the curve showing the voltage dependence of the capacitance of the heterojunction and the ideal curve approximately match is referred to as "high frequency limit has been obtained".
High−Low法は、高周波および低周波の容量測定が十分でない場合、Ditを小さく評価する可能性があるため注意が必要である。すなわち、ヘテロ接合の界面特性をよいように評価する傾向がある。したがって、Ditのより精密な評価を行いたい場合には、High−Low法よりコンダクタンス法を用いることが好ましい。 Note that the High-Low method may underestimate Dit if the high-frequency and low-frequency capacitance measurements are not sufficient. That is, the interface characteristics of the heterojunction tend to be evaluated favorably. Therefore, if you want more precise evaluation of D it is preferably to use a conductance method from High-Low method.
High−Low法及びコンダクタンス法の何れを用いてDitを評価する場合であっても、AlGaN/GaNのヘテロ接合が形成されている基板(例えばシリコン基板)を用いてHEMTとして動作可能な構造、すなわち、ヘテロ接合をメサ形状に加工し、そのメサ形状の上面にゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成したFET構造を作製する(例えば、非特許文献6,7参照)。
Operable structure as HEMT and even when using a substrate (e.g. a silicon substrate) heterojunction AlGaN / GaN are formed using any of the High-Low method and conductance method for evaluating the D it, That is, a heterojunction is processed into a mesa shape, and a FET structure in which a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode are formed on the upper surface of the mesa shape is manufactured (for example, see Non-Patent
しかし、FET構造を用いてヘテロ接合のDitを評価するためには、当然のことながらFET構造を作製するための作製プロセスを実施する必要があり、手間が掛かる。例えば、AlGaN/GaNのヘテロ接合が形成されている基板の品質評価を目的とする場合のように、評価に用いるヘテロ接合の構造にはこだわらず、できるだけ簡易にDitを評価したいという要望がある。 However, in order to evaluate the Dit of the heterojunction using the FET structure, it is naturally necessary to carry out a manufacturing process for manufacturing the FET structure, which is troublesome. For example, as is the case for the purpose of quality evaluation of substrate heterojunction AlGaN / GaN is formed, without regard to the structure of the heterojunction to be used for evaluation, there is a desire to assess D it as much as possible simplified ..
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、異種の窒化物半導体によって構成されるヘテロ接合の界面特性を容易に評価することができる評価方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an evaluation method capable of easily evaluating the interface characteristics of a heterojunction composed of different kinds of nitride semiconductors. is there.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る評価方法は、異種の窒化物半導体によって構成されたヘテロ接合の評価方法であって、上記ヘテロ接合の表面には、環状の第1電極と、上記第1電極の内縁の内部に配置され、且つ、上記第1電極と離間した第2電極と、が形成されており、上記第1電極と上記第2電極との間に複数のバイアス電圧を印加した状態の各々において、上記第1電極と上記第2電極との間のコンダクタンスの周波数依存性を測定し、複数のバイアス電圧の各々に対応する上記コンダクタンスの周波数依存性に基づいて上記ヘテロ接合の界面準位密度を導出する界面準位密度導出工程と、を含む、ことを特徴とする。 In order to solve the above problems, an evaluation method according to one aspect of the present invention is a method for evaluating a heterojunction composed of different kinds of nitride semiconductors, wherein the surface of the heterojunction has a first annular shape. An electrode and a second electrode disposed inside the inner edge of the first electrode and separated from the first electrode are formed, and a plurality of electrodes are provided between the first electrode and the second electrode. The frequency dependence of the conductance between the first electrode and the second electrode is measured in each of the states in which the bias voltage is applied, and based on the frequency dependence of the conductance corresponding to each of the plurality of bias voltages. And an interface state density deriving step of deriving the interface state density of the heterojunction.
上記の構成によれば、環状の第1電極と、上記第1電極の内縁の内部に配置され、且つ、上記第1電極と離間した第2電極と、がその表面に形成されたヘテロ接合を用いて、ヘテロ接合の界面準位密度を評価することができる。すなわち、FET構造の作製は、不要となる。したがって、本評価方法を用いることによって、異種の窒化物半導体によって構成されるヘテロ接合の界面特性を容易に評価することができる。 According to the above configuration, the annular first electrode and the second electrode arranged inside the inner edge of the first electrode and separated from the first electrode form a heterojunction formed on the surface thereof. It can be used to evaluate the interface state density of a heterojunction. That is, the production of the FET structure becomes unnecessary. Therefore, by using this evaluation method, the interface characteristics of the heterojunction composed of different kinds of nitride semiconductors can be easily evaluated.
本発明の一態様に係る評価方法において、上記第1電極の上記内縁及び上記第2電極の外縁を構成する曲線の各々は、それぞれ円形であり、上記第2電極は、上記外縁が上記内縁と同心円になるように配置されている、ことが好ましい。 In the evaluation method according to one aspect of the present invention, each of the curves forming the inner edge of the first electrode and the outer edge of the second electrode is circular, and the second electrode has the outer edge as the inner edge. It is preferable that they are arranged concentrically.
上記の構成によれば、第2電極に電界を印加した場合に、第2電極と第1電極との間に形成される電界の形状が等方的になる。したがって、第2電極と第1電極との間に生じる容量の計算が容易になる。その結果として、界面準位密度を更に容易に導出することができる。 According to the above configuration, when an electric field is applied to the second electrode, the shape of the electric field formed between the second electrode and the first electrode is isotropic. Therefore, it becomes easy to calculate the capacitance generated between the second electrode and the first electrode. As a result, the interface state density can be derived more easily.
本発明の一態様に係る評価方法において、上記第1電極と上記ヘテロ接合の上記表面との接触は、オーミック接触であってもよい。 In the evaluation method according to one aspect of the present invention, the contact between the first electrode and the surface of the heterojunction may be ohmic contact.
上記の構成によれば、上記第1電極と上記表面との間に容量が生じることを防止することができる。したがって、上記界面準位密度導出工程において界面準位密度を導出するときの精度を高めることができる。 According to the above configuration, it is possible to prevent a capacitance from being generated between the first electrode and the surface. Therefore, accuracy in deriving the interface state density in the interface state density deriving step can be improved.
本発明の一態様に係る評価方法は、GaN層と、当該GaN層の表面に形成されたAlGaN層とによって構成されているヘテロ接合に対して好適に用いることができる。 The evaluation method according to one aspect of the present invention can be suitably used for a heterojunction composed of a GaN layer and an AlGaN layer formed on the surface of the GaN layer.
本発明の一態様に係る評価方法は、異種の窒化物半導体によって構成されたヘテロ接合の界面準位密度における特定範囲を定める特定範囲決定工程と、上記界面準位密度導出工程において導出された上記界面準位密度を上記特定範囲と比較する比較工程と、上記比較工程の結果に応じて、(1)上記界面準位密度が上記特定範囲内にある場合に上記ヘテロ接合を合格と判定し、(2)上記界面準位密度が前記特定範囲内にない場合に上記ヘテロ接合を不合格と判定する判定工程と、を更に含む、ことが好ましい。 An evaluation method according to one aspect of the present invention is a specific range determination step that determines a specific range in the interface state density of a heterojunction composed of different kinds of nitride semiconductors, and the above-mentioned derived in the interface state density derivation step. A comparison step of comparing the interface state density with the specific range, and depending on the result of the comparison step, (1) determines that the heterojunction is acceptable when the interface state density is within the specific range, (2) It is preferable that the method further includes a determination step of determining the heterojunction as a failure when the interface state density is not within the specific range.
上記の構成によれば、ヘテロ接合の界面準位密度の合否を判定することができる。 According to the above configuration, it is possible to determine whether the interface state density of the heterojunction is acceptable or not.
本発明は、異種の窒化物半導体によって構成されるヘテロ接合の界面特性を容易に評価することができる評価方法を提供することができる。 The present invention can provide an evaluation method capable of easily evaluating the interface characteristics of a heterojunction composed of different kinds of nitride semiconductors.
〔第1の実施形態〕
本発明の第1の実施形態に係る評価方法について、図1〜図6を参照して説明する。本評価方法は、異種の窒化物半導体によって構成されたヘテロ接合の評価方法である。より詳しくは、ヘテロ接合のヘテロ接合の接合界面に生じる局在準位(界面準位)の密度、すなわち、界面準位密度Ditを評価する評価方法である。
[First Embodiment]
An evaluation method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. This evaluation method is an evaluation method of a heterojunction composed of different kinds of nitride semiconductors. More specifically, it is an evaluation method for evaluating the density of localized levels (interface levels) generated at the junction interface of the heterojunction, that is, the interface level density D it .
図1は、本評価方法を示すフローチャートである。 FIG. 1 is a flowchart showing this evaluation method.
図2の(a)は、エッチング工程S12を実施する前のヘテロ接合の断面図である。図2の(b)は、エッチング工程S12を実施した後のヘテロ接合の断面図である。図2の(c)は、電極形成工程S14を実施した後のヘテロ接合の断面図である。図2の(a)〜(c)の断面図は、図3の(b)に示すA−A線に沿った断面における断面図である。 FIG. 2A is a cross-sectional view of the heterojunction before performing the etching step S12. FIG. 2B is a cross-sectional view of the heterojunction after performing the etching step S12. FIG. 2C is a cross-sectional view of the heterojunction after performing the electrode forming step S14. The cross-sectional views of FIGS. 2A to 2C are cross-sectional views taken along the line AA shown in FIG.
図3の(a)は、本評価方法が含む界面準位密度導出工程S16を実施するためのヘテロ構造10の断面図である。この断面図は、図3の(b)に示すA−A線に沿った断面における断面図である。図3の(b)は、ヘテロ構造10の平面図である。
FIG. 3A is a cross-sectional view of the
図4は、界面準位密度導出工程S16を実施する測定系の回路図である。 FIG. 4 is a circuit diagram of a measurement system that implements the interface state density derivation step S16.
図5の(a)〜(c)の各々は、界面準位密度導出工程S16においてDitを導出するために用いる回路を示す回路図である。図5の(a)は、ヘテロ構造10の等価回路を示す回路図である。図5の(b)は、(a)の等価回路の単純化回路を示す回路図である。図5の(c)は、後述するLCRメータ30が測定する測定回路を示す回路図である。
Each of FIG. 5 (a) ~ (c) is a circuit diagram showing a circuit used to derive D it in the interface state density deriving step S16. FIG. 5A is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the
図6は、ヘテロ構造10のエネルギーバンド図である。
FIG. 6 is an energy band diagram of the
図1に示すように、本評価方法は、エッチング工程S12と、電極形成工程S14と、界面準位密度導出工程S16とを含んでいる。 As shown in FIG. 1, the present evaluation method includes an etching step S12, an electrode forming step S14, and an interface state density deriving step S16.
本実施形態では、異種の窒化物半導体としてGaNとAlGaNとを用いて本評価方法について説明する。図2の(a)に示すように、本評価方法で説明に用いるヘテロ接合13は、GaN層131上にAlGaN層132を形成することによって得られるAlGaN/GaNのヘテロ接合である。GaN層131内の接合界面近傍には、2DEG(二次元電子ガス)131aが形成されている。
In the present embodiment, the present evaluation method will be described using GaN and AlGaN as different kinds of nitride semiconductors. As shown in FIG. 2A, the
なお、ヘテロ接合13は、シリコン基板11上にバッファ層12を介して形成されている(図3の(a)参照)。なお、シリコン基板11は、(111)配向を有するものである。
The
(エッチング工程S12)
エッチング工程S12は、ヘテロ接合13の表面13aにおいて、界面準位密度を評価するために用いる領域(後述する第1電極15及び第2電極16を形成する領域)を他の領域から分離するために実施する工程である。具体的には、界面準位密度を評価するために用いる領域の外縁に位置するAlGaN層132と、GaN層131の一部とをエッチングする(図2の(b)参照)。
(Etching step S12)
In the etching step S12, in order to separate a region used for evaluating the interface state density (a region where a
界面準位密度を評価するために用いる領域の外縁をエッチングする技術としては、既存のHEMTを作製するための方法を採用すればよい。例えば、反応性イオンエッチング(RIE)を用いてAlGaN層132と、GaN層131の一部とをエッチングすることができる。
As a technique for etching the outer edge of the region used for evaluating the interface state density, a method for producing an existing HEMT may be adopted. For example, reactive ion etching (RIE) can be used to etch the
(電極形成工程S14)
電極形成工程S14は、ヘテロ接合13の表面13aに、第1電極15及び第2電極16を形成する工程である(図2の(c)参照)。図3の(b)に示すように、第1電極15は、外縁が長方形であり且つ内縁151が円形である、環状の電極である。また、第2電極16は、内縁151の内部に配置され、且つ、第1電極15と離間した電極である。
(Electrode forming step S14)
The electrode forming step S14 is a step of forming the
第1電極15及び第2電極16を形成する方法としては、既存の高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor: HEMT)を作製するための方法を採用すればよい。第1電極15及び第2電極16を構成する材料としては、例えば、Au/NiやAl/Au/Niなどの金属製の多層膜、又は、Niなどの金属製の単層膜を採用できる。また、第1電極15及び第2電極16の電極パターンを決定するマスクを形成するための技術としては、例えば、フォトリソグラフィー技術を採用できる。
As a method of forming the
以上のように、エッチング工程S12及び電極形成工程S14を実施することによって、ヘテロ接合13の表面13aに第1電極15及び第2電極16を形成したヘテロ構造10を得ることができる。ヘテロ構造10は、図13を参照して後述する比較例のヘテロ構造50とは異なり、FET構造を作製する必要がない。したがって、本評価方法を用いることによって、異種の窒化物半導体によって構成されるヘテロ接合の界面特性を容易に評価することができる。
As described above, by performing the etching step S12 and the electrode forming step S14, it is possible to obtain the
また、ヘテロ構造10において、第1電極15は、第2電極16を取り囲むように形成されている(図3の(b)参照)。したがって、第1電極15と第2電極16との間に電圧を印加した場合に、第1電極15と第2電極16との間に流れる電流は、内縁151の内部に閉じ込められる。すなわち、ヘテロ構造10は、上記電流が第1電極15の外部に漏れることを防止することができる。そのため、本評価方法において、エッチング工程S12は、省略可能である。エッチング工程S12を省略することによって、ヘテロ構造10をより容易に作製することができる。したがって、ヘテロ構造10の界面特性の評価がより容易になる。
Further, in the
また、(1)第1電極15の内縁151及び第2電極16の外縁161を構成する曲線の各々は、円形であり、(2)第2電極16は、その外縁161が第1電極15の内縁151と同心円になるように配置されていることが好ましい(図3の(b)参照)。
Further, (1) each of the curved lines forming the
この構成によれば、第1電極と第2電極との間に電界を印加した場合、第1電極と第2電極との間には、等方的な電界が形成される。したがって、第1電極と第2電極との間に生じる容量の計算が容易になる。その結果として、本評価方法は、ヘテロ接合13のDitを更に容易に導出することができる。 According to this structure, when an electric field is applied between the first electrode and the second electrode, an isotropic electric field is formed between the first electrode and the second electrode. Therefore, it becomes easy to calculate the capacitance generated between the first electrode and the second electrode. As a result, the present evaluation method can more easily derive the D it of the heterojunction 13.
なお、本評価方法は、電極形成工程S14の後に、パッシベーション膜形成工程を更に含んでいてもよい。パッシベーション膜形成工程は、ヘテロ構造10の表面にパッシベーション膜を形成する工程である。パッシベーション膜は、例えばSiN膜であり、ヘテロ構造10の表面を不導態化する機能を有する。パッシベーション膜は、例えばCVD法など既存の技術を用いて形成することができる。
The evaluation method may further include a passivation film forming step after the electrode forming step S14. The passivation film forming step is a step of forming a passivation film on the surface of the
(界面準位密度導出工程S16)
界面準位密度導出工程S16は、第1電極15と第2電極16との間に複数のバイアス電圧を印加した状態の各々において、第1電極15と第2電極16との間のコンダクタンスGmの周波数依存性を測定し、複数のバイアス電圧の各々に対応するGmの周波数依存性に基づいてヘテロ接合13のDitを導出する工程である。コンダクタンスの測定方法としては、既存の測定方法を採用することができる。本実施形態では、図4に示すように、LCRメータ30を用いた測定方法を例として説明する。なお、LCRメータ30としては、例えば、Agilent社製のE4980AプレシジョンLCRメータを用いることができる。
(Interface state density derivation step S16)
In the interface state density derivation step S16, the conductance G m between the
(1.Gm,Cmの測定)
LCRメータ30と接続するために、第1電極15に対して端子152を配線し、第2電極16に対して端子162を配線する。端子152は、LCRメータ30のマイナス側端子にまとめて接続する。端子162は、LCRメータ30のプラス側端子に接続する。なお、LCRメータと、ヘテロ構造10の第1電極15及び第2電極16との接続の態様は、用いるLCRメータの仕様に応じて適宜変更すればよい。
(1. Measurement of G m and C m )
In order to connect to the
LCRメータ30は、交流電流源31と、直流電圧源32と、電流計33と、電圧計34とにより構成されている。交流電流源31は、第1電極15と第2電極16との間に流す交流信号を生成し、ヘテロ構造10に供給する。直流電圧源32は、可変電圧源であり、第1電極15と第2電極16との間に印加するバイアス電圧を制御する。電流計33は、第1電極15と第2電極16との間に流れる電流を検出する。電圧計34は、第1電極15と第2電極16との間に生じる電圧を検出する。
The
このように構成されたLCRメータ30を用いることによって、第1電極15と第2電極16との間に所定のバイアス電圧を印加した状態において、第1電極15と第2電極16との間のコンダクタンスGm及び容量Cmを測定する。
By using the
LCRメータ30は、第1のバイアス電圧を印加した状態において、交流電流源31が生成する交流信号の周波数を変化させることによって、Gm及びCmの周波数依存性を測定する。
第1のバイアス電圧についてヘテロ構造10のGm及びCmの周波数依存性を測定しおわったら、直流電圧源32は、バイアス電圧を第2のバイアス電圧に変化させる。LCRメータ30は、第2のバイアス電圧を印加した状態において、Gm及びCmの周波数依存性を測定する。
After measuring the frequency dependence of G m and C m of the
以上のように、界面準位密度導出工程S16は、バイアス電圧の値を第1の電圧から第nの電圧(nは整数)まで順次変化させていき、各電圧の各々に対応するGm及びCmの周波数依存性を測定する。 As described above, in the interface state density derivation step S16, the value of the bias voltage is sequentially changed from the first voltage to the nth voltage (n is an integer), and G m and G corresponding to each voltage are changed. The frequency dependence of C m is measured.
(2.Ditの導出)
界面準位密度導出工程S16は、測定したGm及びCmに基づいてDitを導出する。このDitの導出方法は、非特許文献1〜3に記載されているようにコンダクタンス法として知られている。コンダクタンス法では、図5の(a)〜(c)の各々に示すヘテロ構造10の等価回路、単純化回路、測定回路を用いる。
(2. Derivation of D it )
The interface state density deriving step S16 derives D it based on the measured G m and C m . Method for deriving the D it is known as the conductance method as described in
図5の(a)において、CoxはAlGaN層132の容量であり、CsはGaN層131の空乏層容量であり、Ritはヘテロ接合13の界面抵抗であり、Citはヘテロ接合13の界面容量である。図5の(b)において、Cp及びGpは、Cs、Rit及びCitを単純化した場合の並列容量及び並列コンダクタンスである。
In FIG. 5A, C ox is the capacitance of the
測定回路における合成アドミタンスYmは、式(1)で与えられる。 The combined admittance Y m in the measurement circuit is given by equation (1).
等価回路(図5の(a))及び単純化回路(図5の(b))より、式(2)〜式(3)が得られる。
Expressions (2) to (3) are obtained from the equivalent circuit ((a) of FIG. 5) and the simplified circuit ((b) of FIG. 5).
なお、各パラメータは、以下のように対応している。
In addition, each parameter corresponds as follows.
また、単純化回路(図5の(b))及び測定回路(図5の(c))おり、式(4)が得られる。なお、qは電子の電荷量であり、ωは交流信号の角周波数であり、fは交流信号の周波数であり、τitは界面準位の遅延時間である。
Further, since there is a simplified circuit ((b) in FIG. 5) and a measurement circuit ((c) in FIG. 5), the equation (4) is obtained. Note that q is the charge amount of electrons, ω is the angular frequency of the AC signal, f is the frequency of the AC signal, and τ it is the delay time of the interface state.
界面準位密度導出工程S16は、上述した(1.Gm,Cmの測定)で測定した、コンダクタンスの周波数依存性から、式(4)のGp/ωを求める。そのうえで、得られた式(4)のGp/ωを式(3)でフィッティングすることによって、式(3)中のDit及びτitを導出することができる。なお、界面準位密度導出工程S16は、複数のバイアス電圧の各々に対応するコンダクタンスの周波数依存性を測定しているため、複数のバイアス電圧の各々に対応するDit及びτitを導出することができる。
In the interface state density derivation step S16, G p /ω of the equation (4) is obtained from the frequency dependence of the conductance measured in the above (1. G m , C m measurement). Then, by fitting the obtained G p /ω in the equation (4) with the equation (3), D it and τ it in the equation (3) can be derived. Incidentally, the interface state density deriving step S16, because it measures the frequency dependency of the conductance corresponding to each of the plurality of bias voltages, deriving a D it and tau corresponds to each of the plurality of bias voltages You can
以上のように、界面準位密度導出工程S16は、ヘテロ接合13のDitであって、複数のバイアス電圧の各々に対応するDitを導出することができる。 As described above, the interface state density deriving step S16, to a D it heterojunction 13, it is possible to derive a D it corresponding to each of the plurality of bias voltages.
(ヘテロ接合13のバンド構造)
図6に示すように、GaN層131の荷電子帯のエネルギー準位EVと伝導帯のエネルギー準位ECとの間には、禁制帯が生じる。ヘテロ接合13の接合界面においては、複数の界面準位(図6中では模式的に5つの界面準位を図示)が生じる。これは、GaN層131の格子定数とAlGaN層132の格子定数とが異なることに起因して、接合界面に結晶構造の不連続DEitが生じるためである(図3の(a)参照)。
(Band structure of heterojunction 13)
As shown in FIG. 6, a forbidden band occurs between the energy level E V of the valence band and the energy level E C of the conduction band of the
ヘテロ構造10において、ヘテロ接合13の界面準位に捕獲されていた電子は、第1電極15と第2電極16との間に流れる交流信号のエネルギーを吸収することによって、GaN層131の伝導帯ECに励起される。上述した界面準位密度導出工程S16においては、第1電極15と第2電極16との間に印加するバイアス電圧を変化させながら、複数のバイアス電圧に対応するDitを導出した。このバイアス電圧を変化させることは、ヘテロ接合13におけるフェルミ準位EFを変化させることに対応する。また、バイアス電圧を変化させることは、ECと捕獲されていた電子のエネルギー準位ETとの差EC−ETを変化させることに対応する。
In the
したがって、複数のバイアス電圧に対応するDitを導出することによって、Ditのエネルギー分布を評価することができる。具体的には、バイアス電圧を大きくすればするほど、深い界面準位のDitを評価することができる。 Therefore, by deriving the D it corresponding to a plurality of bias voltages, it is possible to evaluate the energy distribution of D it. Specifically, the larger the bias voltage, it is possible to evaluate the D it deep interface state.
(第1〜第3の実施例)
本発明の第1〜第3の実施例であるヘテロ構造10A〜10CのDitについて、図7を参照して説明する。図7の(a)は、ヘテロ構造10AのGp/ωの周波数依存性を示すグラフであり、(b)は、ヘテロ構造10AのDitのバイアス電圧依存性を示すグラフである。以下において、Gp/ωの周波数依存性のことをコンダクタンス曲線と呼ぶ。図7の(c)は、ヘテロ構造10Bのコンダクタンス曲線を示すグラフであり、(d)は、ヘテロ構造10BのDitのバイアス電圧依存性を示すグラフである。図7の(e)は、ヘテロ構造10Cのコンダクタンス曲線を示すグラフであり、(f)は、ヘテロ構造10CのDitのバイアス電圧依存性を示すグラフである。
(First to third embodiments)
For D it of the first to heterostructure 10A~10C according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7A is a graph showing the frequency dependence of G p /ω of the
ヘテロ構造10A〜10Cは、AlGaN層132の厚さが異なる点を除いて、共通する構成を有する。ヘテロ構造10A〜10Cの構成は、以下の通りである。
The
シリコン基板11として、面方位が(111)であるシリコンウェハを採用した。
As the
バッファ層12として、AlN/AlGaNの多層構造を採用した。バッファ層12の厚さは、3500nmである。
As the
GaN層131は、MOCVD法を用いて形成した。GaN層131の厚さは、750nmである。
The
AlGaN層132は、MOCVD法を用いて形成した。AlGaN層132の厚さは、ヘテロ構造10Aにおいて20nmであり、ヘテロ構造10Bにおいて35nmであり、ヘテロ構造10Cにおいて60nmである。
The
第1電極15及び第2電極16は、Al/Au/Niによって構成されている。第1電極15及び第2電極16の各々の厚さは、Al/Au/Niの各々について、180/30/20nmである。
The
ヘテロ構造10Aについては、バイアス電圧を−2.05V以上−1.85V以下の範囲で変化させながら各バイアス電圧に対応するコンダクタンス曲線を得た。図7の(a)には、そのうち、バイアス電圧が−2.05V,−2.00V,−1.95V,−1.90V,−1.85Vの場合に得られたコンダクタンス曲線を図示した。
Regarding the
ヘテロ構造10Bについては、バイアス電圧を−3.85V以上−3.55V以下の範囲で変化させながら各バイアス電圧に対応するコンダクタンス曲線を得た。図7の(c)には、そのうち、バイアス電圧が−3.85V,−3.70V,−3.65V,−3.60V,−3.55Vの場合に得られたコンダクタンス曲線を図示した。
Regarding the
ヘテロ構造10Cについては、バイアス電圧を−6.45V以上−6.25V以下の範囲で変化させながら各バイアス電圧に対応するコンダクタンス曲線を得た。図7の(e)には、そのうち、バイアス電圧が−6.45V,−6.40V,−6.35V,−6.30V,−6.25Vの場合に得られたコンダクタンス曲線を図示した。 Regarding the heterostructure 10C, the conductance curve corresponding to each bias voltage was obtained while changing the bias voltage in the range of −6.45 V or more and −6.25 V or less. FIG. 7E shows the conductance curves obtained when the bias voltage is −6.45V, −6.40V, −6.35V, −6.30V, −6.25V.
各バイアス電圧に対応するコンダクタンス曲線から導出したヘテロ構造10A,10B,10CのDitを、それぞれ、図7の(b),(d),(f)に示す。 Dits of the heterostructures 10A, 10B and 10C derived from the conductance curves corresponding to the respective bias voltages are shown in (b), (d) and (f) of FIG. 7, respectively.
図7の(b),(d),(f)の結果より、FET構造よりも容易に作製可能な電極構造を有するヘテロ構造10A〜10Cを用いた場合であっても、本評価方法を用いることによってDitを評価可能なことが分かった。
From the results of (b), (d), and (f) of FIG. 7, the present evaluation method is used even when the
〔第2の実施形態〕
本発明の第2の実施形態に係る評価方法について、図8を参照して説明する。図8は、本評価方法を示すフローチャートである。本実施形態に係る評価方法は、第1の実施形態に係る評価方法と同様に、異種の窒化物半導体によって構成されたヘテロ接合の評価方法である。
[Second Embodiment]
An evaluation method according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart showing this evaluation method. The evaluation method according to the present embodiment is an evaluation method for a heterojunction composed of different kinds of nitride semiconductors, like the evaluation method according to the first embodiment.
本実施形態に係る評価方法は、第1の実施形態に係る評価方法と比較して、ヘテロ接合の表面に電極を形成する工程が異なる。本実施形態においては、この電極を形成する工程を中心に説明する。 The evaluation method according to the present embodiment differs from the evaluation method according to the first embodiment in the step of forming an electrode on the surface of the heterojunction. In the present embodiment, the process of forming this electrode will be mainly described.
図8に示すように、本評価方法は、エッチング工程S21と、第1の電極形成工程S22と、加熱工程S23と、第2の電極形成工程S24と、界面準位密度導出工程S26とを含んでいる。 As shown in FIG. 8, the present evaluation method includes an etching step S21, a first electrode forming step S22, a heating step S23, a second electrode forming step S24, and an interface state density deriving step S26. I'm out.
本実施形態では、第1の実施形態と同様に、異種の窒化物半導体としてGaNとAlGaNとを用いる。すなわち、本実施形態においても、GaN層上にAlGaN層を形成することによって得られるAlGaN/GaNのヘテロ接合を用いる。 In this embodiment, as in the first embodiment, GaN and AlGaN are used as different kinds of nitride semiconductors. That is, also in this embodiment, the AlGaN/GaN heterojunction obtained by forming the AlGaN layer on the GaN layer is used.
(エッチング工程S21)
エッチング工程S21は、図1に示したエッチング工程S12に対応する。したがって、ここでは、その詳細に関する説明を省略する。
(Etching step S21)
The etching step S21 corresponds to the etching step S12 shown in FIG. Therefore, a detailed description thereof will be omitted here.
(第1の電極形成工程S22)
第1の電極形成工程S22は、環状の第1電極をヘテロ接合の表面の一部に形成する工程である。本実施形態の第1電極の形状は、図3の(b)に示した第1電極15の形状と同様である。
(First electrode forming step S22)
The first electrode forming step S22 is a step of forming an annular first electrode on a part of the surface of the heterojunction. The shape of the first electrode of the present embodiment is the same as the shape of the
第1電極を形成する方法としては、既存の高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor: HEMT)を作製するための方法を採用すればよい。第1電極を構成する材料としては、例えば、Au/Ti/Al/TiやAu/Mo/Al/Tiなどの金属製の多層膜を採用できる。また、第1電極の電極パターンを決定するマスクを形成するための技術としては、例えば、フォトリソグラフィー技術を採用できる。 As a method for forming the first electrode, a method for manufacturing an existing high electron mobility transistor (HEMT) may be adopted. As a material forming the first electrode, for example, a metal multilayer film such as Au/Ti/Al/Ti or Au/Mo/Al/Ti can be used. Moreover, as a technique for forming a mask that determines the electrode pattern of the first electrode, for example, a photolithography technique can be adopted.
(加熱工程S23)
加熱工程S23は、第1の電極形成工程S22の後に実施される工程である。加熱工程S23は、第1電極が形成されたヘテロ接合を加熱(アニール)することによって第1電極とヘテロ接合の表面とをオーミック接触させる加熱工程である。第1電極が形成されたヘテロ接合を加熱することにより、第1電極とヘテロ接合との界面における接触は、オーミック接触となる。
(Heating step S23)
The heating step S23 is a step performed after the first electrode forming step S22. The heating step S23 is a heating step of heating (annealing) the heterojunction on which the first electrode is formed to bring the first electrode and the surface of the heterojunction into ohmic contact. By heating the heterojunction on which the first electrode is formed, the contact at the interface between the first electrode and the heterojunction becomes ohmic contact.
ヘテロ接合を加熱する方法は、既存のHEMTのソース電極及びドレイン電極(ヘテロ接合に対してオーミック接触する電極)を作製するための方法を採用すればよい。ヘテロ接合を加熱するためには、例えば、短時間熱処理装置(RTA: Rapid Thermal Anneal)を用いることができる。 As a method for heating the heterojunction, a method for producing a source electrode and a drain electrode (an electrode in ohmic contact with the heterojunction) of the existing HEMT may be adopted. To heat the heterojunction, for example, a short-time heat treatment device (RTA: Rapid Thermal Anneal) can be used.
(第2の電極形成工程S24)
第2の電極形成工程S24は、ヘテロ接合の表面の一部に第2電極を形成する工程である。本実施形態の第2電極の形状は、図3の(b)に示した第2電極16の形状と同様である。第2の電極形成工程S24を実施することによって、ヘテロ接合の表面の一部に第1電極及び第2電極を形成したヘテロ構造が得られる。
(Second electrode forming step S24)
The second electrode forming step S24 is a step of forming the second electrode on a part of the surface of the heterojunction. The shape of the second electrode of the present embodiment is the same as the shape of the
なお、本実施形態の第2電極は、第1の実施形態の第1電極15及び第2電極16と同様の方法を用いて形成することができる。
The second electrode of the present embodiment can be formed using the same method as the
(界面準位密度導出工程S26)
界面準位密度導出工程S26は、図1に示した界面準位密度導出工程S16に対応する。したがって、ここでは、その詳細に関する説明を省略する。
(Interface state density derivation step S26)
The interface state density deriving step S26 corresponds to the interface state density deriving step S16 shown in FIG. Therefore, a detailed description thereof will be omitted here.
本評価方法によれば、第1電極と、ヘテロ接合の表面との接触は、オーミック接触となる。その結果、第1電極とヘテロ接合の表面との間に容量が生じることを防止することができるので、後述する界面準位密度導出工程S26において界面準位密度Ditを導出するときの精度を高めることができる。 According to this evaluation method, the contact between the first electrode and the surface of the heterojunction is ohmic contact. As a result, it is possible to prevent a capacitance from being generated between the first electrode and the surface of the heterojunction, so that the accuracy in deriving the interface state density D it in the interface state density deriving step S26 described later can be improved. Can be increased.
なお、本評価方法においても第1の実施形態に係る評価方法と同様に、エッチング工程S21を省略可能である。エッチング工程S21を省略することによって、ヘテロ構造をより容易に作成することができる。したがって、ヘテロ接合の界面特性の評価がより容易になる。 In this evaluation method as well, the etching step S21 can be omitted, as in the evaluation method according to the first embodiment. By omitting the etching step S21, the heterostructure can be formed more easily. Therefore, it becomes easier to evaluate the interface characteristics of the heterojunction.
(第4〜第6の実施例)
本発明の第4〜第6の実施例であるヘテロ構造20A〜20CのDitについて、図9を参照して説明する。ヘテロ構造20A〜20Cは、それぞれ、図8に示したエッチング工程S21〜第2の電極形成工程S24を実施することにより第1電極及び第2電極を形成されたヘテロ構造である。
(Fourth to Sixth Embodiments)
For D it of the fourth to
図9の(a)は、ヘテロ構造20AのGp/ωの周波数依存性を示すグラフであり、(b)は、ヘテロ構造20AのDitのバイアス電圧依存性を示すグラフである。以下において、Gp/ωの周波数依存性のことをコンダクタンス曲線と呼ぶ。図9の(c)は、ヘテロ構造20Bのコンダクタンス曲線を示すグラフであり、(d)は、ヘテロ構造20BのDitのバイアス電圧依存性を示すグラフである。図9の(e)は、ヘテロ構造20Cのコンダクタンス曲線を示すグラフであり、(f)は、ヘテロ構造20CのDitのバイアス電圧依存性を示すグラフである。
9A is a graph showing the frequency dependence of G p /ω of the
ヘテロ構造20A〜20Cは、それぞれ、電極形成の方法が異なる点を除いて、ヘテロ構造10A〜10Cと同様に構成されている。
The
第1電極は、Au/Ti/Al/Tiによって構成されている。第1電極の厚さは、Au/Ti/Al/Tiの各々について、30/25/90/25nmである。 The first electrode is composed of Au/Ti/Al/Ti. The thickness of the first electrode is 30/25/90/25 nm for each of Au/Ti/Al/Ti.
加熱工程S23においては、加熱温度を850℃とし、加熱時間を30秒とした。 In the heating step S23, the heating temperature was 850° C. and the heating time was 30 seconds.
第2電極は、Al/Au/Niによって構成されている。第2電極の厚さは、Al/Au/Niの各々について、180/30/20nmである。 The second electrode is made of Al/Au/Ni. The thickness of the second electrode is 180/30/20 nm for each of Al/Au/Ni.
ヘテロ構造20Aについては、バイアス電圧を−1.55V以上−1.35V以下の範囲で変化させながら各バイアス電圧に対応するコンダクタンス曲線を得た。図9の(a)には、そのうち、バイアス電圧が−1.55V,−1.50V,−1.45V,−1.40V,−1.35Vの場合に得られたコンダクタンス曲線を図示した。
Regarding the
ヘテロ構造20Bについては、バイアス電圧を−3.80V以上−3.60V以下の範囲で変化させながら各バイアス電圧に対応するコンダクタンス曲線を得た。図9の(c)には、そのうち、バイアス電圧が−3.80V,−3.75V,−3.70V,−3.65V,−3.60Vの場合に得られたコンダクタンス曲線を図示した。
Regarding the
ヘテロ構造20Cについては、バイアス電圧を−6.65V以上−6.45V以下の範囲で変化させながら各バイアス電圧に対応するコンダクタンス曲線を得た。図9の(e)には、そのうち、バイアス電圧が−6.65V,−6.60V,−6.55V,−6.50V,−6.45Vの場合に得られたコンダクタンス曲線を図示した。 Regarding the heterostructure 20C, a conductance curve corresponding to each bias voltage was obtained while changing the bias voltage in the range of −6.65 V or more and −6.45 V or less. FIG. 9(e) shows the conductance curves obtained when the bias voltage is −6.65V, −6.60V, −6.55V, −6.50V, −6.45V.
各バイアス電圧に対応するコンダクタンス曲線から導出したヘテロ構造20A,20B,20CのDitを、それぞれ、図9の(b),(d),(f)に示す。 Dit of the heterostructures 20A, 20B and 20C derived from the conductance curves corresponding to the respective bias voltages are shown in (b), (d) and (f) of FIG. 9, respectively.
図9の(b),(d),(f)の結果より、FET構造よりも容易に作製可能な電極構造を有するヘテロ構造20A〜20Cを用いた場合であっても、本評価方法を用いることによってDitを評価可能なことが分かった。
From the results of (b), (d), and (f) of FIG. 9, the present evaluation method is used even when the
〔第3の実施形態〕
本発明の第3の実施形態に係る評価方法について、図10〜図11を参照して説明する。図10は、本実施形態に係る評価方法を示すフローチャートである。図11の(a)は、図10に示したフローチャートに含まれる第1の電極形成工程S32を実施する前(エッチング工程S31を実施した後)のヘテロ接合33の断面図である。図11の(b)は、図10に示したフローチャートに含まれる加熱工程S33を実施する前のヘテロ接合33の断面図である。図11の(c)は、加熱工程S33を実施した後のヘテロ接合33の断面図である。図11の(d)は、図10に示したフローチャートに含まれる第2の電極形成工程を実施した後のヘテロ接合33(ヘテロ構造30)の断面図である。
[Third Embodiment]
An evaluation method according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a flowchart showing the evaluation method according to this embodiment. 11A is a cross-sectional view of the
本評価方法は、図1に示した評価方法と同様に、異種の窒化物半導体によって構成されたヘテロ接合の評価方法である。より詳しくは、ヘテロ接合のヘテロ接合の接合界面に生じる局在準位(界面準位)の密度、すなわち、界面準位密度Ditを評価する評価方法である。 This evaluation method is, like the evaluation method shown in FIG. 1, a method for evaluating a heterojunction composed of different kinds of nitride semiconductors. More specifically, it is an evaluation method for evaluating the density of localized levels (interface levels) generated at the junction interface of the heterojunction, that is, the interface level density D it .
図10に示すように、本評価方法は、エッチング工程S31と、第1の電極形成工程S32と、加熱工程S33と、第2の電極形成工程S34と、界面準位密度導出工程S36とを含んでいる。第1の電極形成工程S32〜界面準位密度導出工程S36は、それぞれ、図8に示した第1の電極形成工程S22〜界面準位密度導出工程S26に対応する。すなわち、本評価方法は、図8に示した評価方法において、エッチング工程S21をエッチング工程S31に置換することによって得られる。 As shown in FIG. 10, the present evaluation method includes an etching step S31, a first electrode forming step S32, a heating step S33, a second electrode forming step S34, and an interface state density deriving step S36. I'm out. The first electrode forming step S32 to the interface state density deriving step S36 correspond to the first electrode forming step S22 to the interface state density deriving step S26 shown in FIG. 8, respectively. That is, this evaluation method is obtained by replacing the etching step S21 with the etching step S31 in the evaluation method shown in FIG.
本実施形態においても、異種の窒化物半導体としてGaNとAlGaNとを用いて本評価方法について説明する。本評価方法を実施する前の状態のヘテロ接合33は、図2の(a)に示したヘテロ接合13と同様に構成されている。すなわち、ヘテロ接合33は、GaN層131上にAlGaN層332を形成することによって得られるAlGaN/GaNのヘテロ接合である。
Also in the present embodiment, the present evaluation method will be described using GaN and AlGaN as different kinds of nitride semiconductors. The
(エッチング工程S31)
エッチング工程S31は、第1の電極形成工程S32の前に実施される。エッチング工程S31は、ヘテロ接合33の表面33aの一部に環状の凹部332aを形成する工程である。
(Etching step S31)
The etching step S31 is performed before the first electrode forming step S32. The etching step S31 is a step of forming an
凹部332aを形成する方法としては、既存のHEMTを作製するための方法を採用すればよい。例えば、反応性イオンエッチング(RIE)を用いてヘテロ接合33の表面33aをエッチングすることができる。
As a method of forming the
凹部332aが形成された領域におけるAlGaN層332の厚さは、後述する加熱工程S33を実施したあとに第1電極35とヘテロ接合33とがオーミック接触を実現可能な厚さであればよい。
The thickness of the
(第1の電極形成工程S32)
第1の電極形成工程S32は、第1の電極形成工程S22と同様に、環状の第1電極35をヘテロ接合33の表面33aの一部に形成する工程である(図11の(b)参照)。ただし、第1の電極形成工程S32は、凹部332aの内部(凹部332aの内縁と外縁とに挟まれた領域)に第1電極35を形成する。第1電極15(図3の(b)参照)と同様に、第1電極35は、内縁351と外縁を有する環状の電極である。
(First electrode forming step S32)
Similar to the first electrode forming step S22, the first electrode forming step S32 is a step of forming the annular
図11の(b)に示したヘテロ接合33において、第1電極35とヘテロ接合33との界面における接触は、ショットキー接触である。
In the
第1電極35を形成する方法としては、既存のHEMTのソース電極及びドレイン電極(ヘテロ接合に対してオーミック接触する電極)を作製するための方法を採用すればよい。第1電極35を構成する材料としては、例えば、Au/Ti/Al/TiやAu/Mo/Al/Tiなどの金属製の多層膜を採用できる。また、第1電極35の電極パターンを決定するマスクを形成するための技術としては、例えば、フォトリソグラフィー技術を採用できる。
As a method for forming the
(加熱工程S33)
加熱工程S33は、図8に示した加熱工程S23に対応する。加熱工程S33を実施したヘテロ接合33(図11の(c)参照)において、第1電極35とヘテロ接合33との界面における接触は、オーミック接触である。
(Heating step S33)
The heating step S33 corresponds to the heating step S23 shown in FIG. In the
(第2の電極形成工程S34)
加熱工程S33の後に、第2の電極形成工程S34を実施することによって、ヘテロ接合33の表面33aに第1電極35及び第2電極16を形成したヘテロ構造30を得ることができる(図11の(d)参照)。
(Second electrode forming step S34)
By performing the second electrode forming step S34 after the heating step S33, the
上述したように、ヘテロ構造30において、第1電極35とヘテロ接合33とはオーミック接触している。ヘテロ構造30を用いてヘテロ接合33の界面特性を評価することによって、第1電極35と表面33aとの間に容量が生じることを防止することができる。
As described above, in the
〔第4の実施形態〕
本発明の第4の実施形態に係る評価方法について、図12を参照して説明する。図12は、本評価方法を示すフローチャートである。
[Fourth Embodiment]
An evaluation method according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a flowchart showing this evaluation method.
図12に示すように、本評価方法は、図1に示した評価方法と比較して、特定範囲決定工程S41、比較工程S42、及び判定工程S43を更に含んでいる。 As shown in FIG. 12, the present evaluation method further includes a specific range determination step S41, a comparison step S42, and a determination step S43, as compared with the evaluation method shown in FIG.
特定範囲決定工程S41は、エッチング工程S12〜界面準位密度導出工程S16の前に実施される工程であって、異種の窒化物半導体によって構成されたヘテロ接合の界面準位密度における特定範囲を定める工程である。この特定範囲の下限値及び上限値は、異種の窒化物半導体によって構成されたヘテロ接合の界面準位密度Ditとして好ましい範囲(例えば、製品としてヘテロ接合を出荷する場合に許容される範囲)に基づいて定めることができる。 The specific range determination step S41 is a step performed before the etching step S12 to the interface state density derivation step S16, and defines a specific range in the interface state density of the heterojunction composed of different kinds of nitride semiconductors. It is a process. The lower limit value and the upper limit value of this specific range are in a preferable range as the interface state density D it of the heterojunction composed of different kinds of nitride semiconductors (for example, the range allowed when shipping the heterojunction as a product). It can be determined based on.
比較工程S42は、界面準位密度導出工程S16において導出された界面準位密度Ditを上記特定範囲と比較する工程である。判定工程S43は、比較工程S42の結果に応じて、(1)界面準位密度Ditが上記特定範囲内にある場合に上記ヘテロ接合を合格と判定し、(2)界面準位密度Ditが前記特定範囲内にない場合に上記ヘテロ接合を不合格と判定する工程である。 The comparison step S42 is a step of comparing the interface state density D it derived in the interface state density deriving step S16 with the specific range. The determination step S43 determines that the heterojunction is acceptable when (1) the interface state density D it is within the specific range according to the result of the comparison step S42, and (2) the interface state density D it. Is a step of judging the above-mentioned heterojunction as a failure when it is not within the specific range.
本評価方法は、ヘテロ接合の界面準位密度Ditが好ましい範囲である特定範囲に含まれているか否かに基づいて、ヘテロ接合の合否を判定することができる。また、本評価方法に含まれる界面準位密度導出工程S16、特定範囲決定工程S41、比較工程S42、及び判定工程S43を実施するプログラムを作成し、そのプログラムをコンピュータの制御部(CPU:Central Processing Unit)に実行させることによって、本発明の一実施形態に係る評価装置は、異種の窒化物半導体によって構成されたヘテロ接合の界面準位密度Ditを導出し、導出した界面準位密度Ditに基づいてその合否を自動的に判定することができる。この評価装置において、(1)特定範囲決定工程S41は、ヘテロ接合を評価するたびに実施されるように構成されていてもよいし、(2)予め実施した特定範囲決定工程S41によって定められた特定範囲を記憶媒体に格納しておき、ヘテロ接合を評価するときに記憶媒体に格納された特定範囲を参照するように構成されていてもよい。 The present evaluation method can determine the success or failure of the heterojunction based on whether or not the interface state density D it of the heterojunction is included in a specific range that is a preferable range. In addition, a program for executing the interface state density derivation step S16, the specific range determination step S41, the comparison step S42, and the determination step S43 included in the present evaluation method is created, and the program is executed by the control unit (CPU: Central Processing) of the computer. Unit), the evaluation apparatus according to the embodiment of the present invention derives the interface state density D it of the heterojunction composed of different kinds of nitride semiconductors, and derives the derived interface state density D it. The pass/fail can be automatically determined based on the. In this evaluation device, (1) the specific range determination step S41 may be configured to be performed each time the heterojunction is evaluated, or (2) the specific range determination step S41 performed in advance. The specific range may be stored in a storage medium, and the specific range stored in the storage medium may be referred to when the heterojunction is evaluated.
〔比較例〕
本発明の比較例であるヘテロ構造50について、図13及び図14を参照して説明する。図13の(a)は、ヘテロ構造50の断面図である。図13の(b)は、ヘテロ構造50の平面図である。図13の(a)に示す断面図は、図13の(b)に示すB−B線に沿った断面における断面図である。図14の(a)及び(b)は、ヘテロ構造50のコンダクタンス曲線を示すグラフである。
[Comparative example]
A
ヘテロ構造50は、ヘテロ構造10と同様に、図2の(a)に示したヘテロ接合を用いて作製されている。ヘテロ構造50は、ヘテロ構造10と比較して、HEMTとして動作可能なFET構造を採用している点が異なる。
The
ヘテロ構造50において、GaN層531とAlGaN層532とによって構成されたヘテロ接合53は、メサ形状にエッチングされている。ヘテロ構造50は、そのメサの中央に配置されたゲート電極57と、ゲート電極57の下側に離間して配置されたソース電極55と、ゲート電極57の上側に離間して配置されたドレイン電極56とを備えている。ソース電極55及びドレイン電極56は、ヘテロ接合53に対してオーミック接触している。
In the
ヘテロ構造50において、ソース電極55及びドレイン電極の各々は、Au/Al/Mo/Al/Tiによって構成されている。ソース電極55及びドレイン電極の厚さは、Au/Al/Mo/Al/Tiの各々について、〜50/〜1/35/60/15nmである。また、ゲート電極57は、厚さが50nmであるNi層によって構成されている。
In the
ヘテロ接合53のDitを導出するために、(1)ソース電極55及びドレイン電極56は、LCRメータ30のマイナス側端子にまとめて接続され、(2)ゲート電極57は、LCRメータ30のプラス側端子に接続される。Ditを導出するための測定計として、図4に示した測定計と同じものを用いた。
To derive D it
なお、本比較例では、L/W=50/100μmの構成を採用したヘテロ構造50と、L/W=100/100μmの構成を採用したヘテロ構造50とを作製した。L/W=50/100μmの構成を採用したヘテロ構造50のコンダクタンス曲線を図14の(a)に示し、L/W=100/100μmの構成を採用したヘテロ構造50のコンダクタンス曲線を図14の(b)に示す。図14の(a)及び(b)に示したコンダクタンス曲線は、バイアス電圧を、−3.85V,−3.90V,−3.95V,−4.00V,−4.05Vとした場合に得られたコンダクタンス曲線である。
In addition, in this comparative example, a
HEMTを製造することが目的であり、製造したHEMTの特性評価の一部としてDitを評価する場合には、上述のFET構造を作製する手法を用いてもよい。 Is it the purpose of manufacturing the HEMT, when evaluating D it as part of the characterization of the HEMT produced may be used a method of fabricating an FET structure as described above.
しかし、AlGaN/GaNのヘテロ接合が形成されている基板が多数存在しているような場合であって、ヘテロ接合の界面特性のみを評価したい場合、すなわち、HEMTを製造することを目的としていない場合、上述のFET構造を作製することは、手間を要する。 However, when there are a large number of substrates on which an AlGaN/GaN heterojunction is formed and only the interface characteristics of the heterojunction are desired to be evaluated, that is, when the HEMT is not intended to be manufactured. It takes time to manufacture the above-mentioned FET structure.
ヘテロ構造10は、FET構造であるヘテロ構造50に比べて容易に作製できるというメリットを有する。
The
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組合せて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims, and embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in the different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
10,10A,10B,10C,20A,20B,20C,30,50 ヘテロ構造
11 シリコン基板
12 バッファ層
13,33,53 ヘテロ接合
13a,33a 表面
131,531 GaN層
131a,531a 2DEG(二次元電子ガス)
132,331,532 AlGaN層
15,35 電極(第1電極)
151,351 内縁
152,162,551,561,571 端子
16 電極(第2電極)
161 外縁
332a 凹部
30 LCRメータ
31 交流電流源
32 直流電圧源
33 電流計
34 電圧計
55 ソース電極
56 ドレイン電極
57 ゲート電極
10, 10A, 10B, 10C, 20A, 20B, 20C, 30, 50
132,331,532
151,351 inner edge 152,162,551,561,571 terminal 16 electrode (second electrode)
Claims (5)
上記ヘテロ接合の表面には、環状の第1電極と、上記第1電極の内縁の内部に配置され、且つ、上記第1電極と離間した第2電極と、が形成されており、
上記第1電極と上記第2電極との間に複数のバイアス電圧を印加した状態の各々において、上記第1電極と上記第2電極との間のコンダクタンスの周波数依存性を測定し、複数のバイアス電圧の各々に対応する上記コンダクタンスの周波数依存性に基づいて上記ヘテロ接合の界面準位密度を導出する界面準位密度導出工程と、を含む、
ことを特徴とする評価方法。 A method for evaluating a heterojunction composed of different kinds of nitride semiconductors,
On the surface of the heterojunction, a ring-shaped first electrode, and a second electrode disposed inside the inner edge of the first electrode and separated from the first electrode are formed,
In each of the states in which a plurality of bias voltages are applied between the first electrode and the second electrode, the frequency dependence of the conductance between the first electrode and the second electrode is measured to obtain a plurality of biases. An interface state density deriving step of deriving an interface state density of the heterojunction based on the frequency dependence of the conductance corresponding to each voltage.
An evaluation method characterized by the above.
上記第2電極は、上記外縁が上記内縁と同心円になるように配置されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の評価方法。 Each of the curves forming the inner edge of the first electrode and the outer edge of the second electrode is circular,
The second electrode is arranged such that the outer edge is concentric with the inner edge.
The evaluation method according to claim 1, wherein:
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の評価方法。 The contact between the first electrode and the surface of the heterojunction is ohmic contact.
The evaluation method according to claim 1 or 2, characterized in that.
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の評価方法。 The heterojunction is composed of a GaN layer and an AlGaN layer formed on the surface of the GaN layer,
The evaluation method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that.
上記界面準位密度導出工程において導出された上記界面準位密度を上記特定範囲と比較する比較工程と、
上記比較工程の結果に応じて、(1)上記界面準位密度が上記特定範囲内にある場合に上記ヘテロ接合を合格と判定し、(2)上記界面準位密度が前記特定範囲内にない場合に上記ヘテロ接合を不合格と判定する判定工程と、を更に含む、
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の評価方法。
A specific range determining step of defining a specific range in the interface state density of a heterojunction composed of different kinds of nitride semiconductors,
A comparison step of comparing the interface state density derived in the interface state density deriving step with the specific range;
According to the result of the comparison step, (1) the heterojunction is determined to be acceptable when the interface state density is within the specific range, and (2) the interface state density is not within the specific range. In the case, further comprising a determination step of determining the heterojunction as a failure,
The evaluation method according to any one of claims 1 to 4, wherein:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016225959A JP6720062B2 (en) | 2016-11-21 | 2016-11-21 | Evaluation method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016225959A JP6720062B2 (en) | 2016-11-21 | 2016-11-21 | Evaluation method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018085370A JP2018085370A (en) | 2018-05-31 |
JP6720062B2 true JP6720062B2 (en) | 2020-07-08 |
Family
ID=62236708
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016225959A Active JP6720062B2 (en) | 2016-11-21 | 2016-11-21 | Evaluation method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6720062B2 (en) |
-
2016
- 2016-11-21 JP JP2016225959A patent/JP6720062B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2018085370A (en) | 2018-05-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Husna et al. | High-Temperature Performance of AlGaN/GaN MOSHEMT With $\hbox {SiO} _ {2} $ Gate Insulator Fabricated on Si (111) Substrate | |
US9935190B2 (en) | Forming enhancement mode III-nitride devices | |
TWI512831B (en) | P-gan/algan/aln/gan enhancement-mode field effect transistor | |
TWI793076B (en) | Semiconductor device | |
TWI555199B (en) | Semiconductor devices with field plates | |
KR101527647B1 (en) | A heterostructure semiconductor device and a method of fabricating a heterostructure semiconductor device | |
TWI612660B (en) | Recessed ohmic contacts in a iii-n device | |
Chang et al. | Phenomenon of drain current instability on p-GaN gate AlGaN/GaN HEMTs | |
WO2018155697A1 (en) | Semiconductor substrate, electronic device, method for inspecting semiconductor substrate, and method for manufacturing electronic device | |
US11757028B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
Taube et al. | Temperature-dependent electrical characterization of high-voltage AlGaN/GaN-on-Si HEMTs with Schottky and ohmic drain contacts | |
JP7406596B2 (en) | semiconductor element | |
US9029210B2 (en) | GaN vertical superjunction device structures and fabrication methods | |
JP6720062B2 (en) | Evaluation method | |
Colon et al. | High-κ insulating materials for AlGaN/GaN metal insulator semiconductor heterojunction field effect transistors | |
Chun et al. | Schottky Junction Vertical Channel GaN Static Induction Transistor with a Sub‐Micrometer Fin Width | |
JP2015090883A (en) | Silicon carbide semiconductor device | |
TWI791592B (en) | Method for evaluating electrical defect concentration of semiconductor layer and semiconductor element | |
Tsai et al. | High-performance normally-off recessed tri-gate GaN MIS-FETs in micrometer scale | |
JP2016035949A (en) | Nitride semiconductor device manufacturing method | |
Chandrasekar et al. | Dielectric engineering of HfO2 gate stacks towards normally-ON and normally-OFF GaN HEMTs on Silicon | |
Lin et al. | Surface nonuniformity-induced frequency dispersion in accumulation capacitance for silicon MOS (n) capacitor | |
AlOtaibi et al. | Investigation of the high-temperature operation of AlGaN/GaN HFETs via studying the impact of temperature dependency of drift transport characteristics | |
Zhu | Exploring Polarization Doping in Gan for Power Applications | |
Liang | Characterization of GaNbased HEMTs for power electronics |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190801 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200514 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20200526 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20200617 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6720062 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |