JP6850383B2 - 半導体基板及び半導体装置 - Google Patents
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Description
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1(a)及び図1(b)は、第1実施形態に係る半導体基板を例示する模式的断面図である。
図1(a)に示すように、本実施形態に係る半導体基板110は、第1半導体層21及び第2半導体層22を含む。この例では、基体10及び第3半導体層30が設けられている。他の半導体層(例えば、後述する第4半導体層40など)がさらに設けられても良い。
図2に示すように、試料SPLにおいては、図1(b)に関して説明した半導体基板111において、第3半導体層30の上に第4半導体層40が設けられる。第4半導体層40の上に電極ELが設けられる。第4半導体層40は、AlGaNを含む。
図3の縦軸は、耐圧の指標である電界強度EFである。横軸は、第2比R2である。
図4は、第1試料SPL1に対応する。図5は、第2試料SPL2に対応する。これらの図は、SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)分析結果である。これらの図の横軸は、Z軸方向(深さ方向)における位置pZ(μm)である。これらの図の左側の縦軸は、炭素濃度CC(atom/cm3)または酸素濃度CO(atom/cm3)である。これらの図の右側の縦軸は、Alについての2次イオン強度CA(cps)である。
図6は、半導体基板の特性を例示するグラフ図である。
図6は、図3に関して説明した複数の試料の特性を例示している。図6の横軸は、比R2/R1である。図6の縦軸は、電界強度EFである。
本実施形態は、半導体装置に係る。半導体装置は、第1実施形態に係る任意の半導体基板を用いて形成される。半導体装置は、第1実施形態に係る任意の半導体基板の少なくとも一部を含む。
図7に示すように、半導体装置121は、基体10、第1半導体層21、第2半導体層22、第3半導体層30及び第4半導体層40を含む。基体10及び上記の複数の半導体層は、半導体基板(半導体基板110(図1(a)参照)または半導体基板111(図1(b)参照))に対応する。半導体基板に第4半導体層40が設けられない場合には、第4半導体層40は、半導体装置に含まれる。
図8に示すように、半導体装置122において、絶縁部62が設けられる。そして、第2方向(X軸方向)において、第3電極53は、第4半導体層40と重なる。半導体装置122におけるこれ以外の構成は、半導体装置121の構成と同様である。
図9に示すように、半導体装置123において、絶縁層61が設けられず、第5半導体層65が設けられる。第5半導体層65は、p形GaNを含む。そして、絶縁部62が設けられる。半導体装置123におけるこれ以外の構成は、半導体装置121の構成と同様である。
図10に示すように、半導体装置124において、第2半導体層22は、第1Al含有領域22a及び第2Al含有領域22bを含む。半導体装置124におけるこれ以外の構成は、半導体装置121の構成と同様である。
図11に示すように、半導体装置125において、第2半導体層22は、第1Al含有領域22a、第2Al含有領域22b、第3Al含有領域22c及び第4Al含有領域22dを含む。半導体装置125におけるこれ以外の構成は、半導体装置121の構成と同様である。
図12に示すように、半導体装置126においては、第1GaN領域31が省略され、第3半導体層30として第2GaN領域32が設けられる。半導体装置126におけるこれ以外の構成は、半導体装置125の構成と同様である。
半導体装置121〜126において、高い耐圧が得られる。
図13に示すように、半導体装置130は、上記の半導体装置121と、半導体装置131と、を含む。半導体装置131は、シリコンを用いたMOSFETである。半導体装置121及び半導体装置131は、カスコード接続される。半導体装置130において、例えば、擬似的にノーマリオフ動作が得られる。
Claims (19)
- Alx1Ga1−x1N(0<x1≦1)を含み、炭素及び酸素を含む第1半導体層と、
Alx2Ga1−x2N(0<x2<x1)を含み、炭素及び酸素を含む第2半導体層と、
を備え、
前記第2半導体層における酸素濃度に対する前記第2半導体層における炭素濃度の第2比は、730以上であり、
前記第2半導体層は、第1Al含有領域を含み、
前記第1Al含有領域における炭素濃度は、前記第1半導体層から前記第2半導体層に向かう方向に沿って上昇する、半導体基板。 - 前記第2半導体層は、第2Al含有領域をさらに含み、
前記第2Al含有領域と前記第1半導体層との間に前記第1Al含有領域が位置し、
前記第2Al含有領域におけるAl組成比は、前記第1Al含有領域におけるAl組成比よりも低い、請求項1記載の半導体基板。 - 前記第2Al含有領域における炭素濃度は、前記第1半導体層から前記第2半導体層に向かう方向に沿って上昇する、請求項2記載の半導体基板。
- 前記第2半導体層は、第3Al含有領域をさらに含み、
前記第3Al含有領域は、前記第2Al含有領域と前記第1Al含有領域との間に位置し、
前記第3Al含有領域におけるAl組成比は、前記第2Al含有領域における前記Al組成比と、前記第1Al含有領域における前記Al組成比と、の間である、請求項2または3に記載の半導体基板。 - 前記第2半導体層は、第4Al含有領域をさらに含み、
前記第4Al含有領域は、前記第2Al含有領域と前記第3Al含有領域との間に位置し、
前記第4Al含有領域におけるAl組成比は、前記第2Al含有領域における前記Al組成比と、前記第3Al含有領域における前記Al組成比と、の間である、請求項4記載の半導体基板。 - 前記第2比の、前記第1半導体層における酸素濃度に対する前記第1半導体層における炭素濃度の第1比に対する比は、6000以上である、請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体基板。
- 前記第2半導体層の少なくとも一部における前記炭素濃度は、5×1019cm−3以上である、請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体基板。
- 前記第2半導体層における前記酸素濃度は、5×1017cm−3以下である、請求項1〜7のいずれか1つに記載の半導体基板。
- シリコンを含む基体をさらに備え、
前記基体と前記第2半導体層との間に前記第1半導体層が位置した、請求項1〜8のいずれか1つに記載の半導体基板。 - 前記第2比は、
前記第2半導体層における平均の酸素濃度に対する前記第2半導体層における平均の炭素濃度の比である、請求項1〜9のいずれか1つに記載の半導体基板。 - GaNを含む第3半導体層をさらに備え、
前記第3半導体層と前記第1半導体層との間に前記第2半導体層が位置した、請求項1記載の半導体基板。 - 前記第3半導体層は、炭素を含む第1GaN領域と、第2GaN領域と、を含み、
前記第2GaN領域と前記第2半導体層との間に前記第1GaN領域が位置し、
前記第2GaN領域は、炭素を含まない、または、
前記第2GaN領域は炭素と含み、前記第2GaN領域における炭素濃度は、前記第1GaN領域における炭素濃度よりも低い、請求項11記載の半導体基板。 - 前記第1GaN領域における前記炭素濃度は、前記第2半導体層における前記炭素濃度よりも低い、請求項12記載の半導体基板。
- 前記第1GaN領域における前記炭素濃度は、前記第1半導体層における前記炭素濃度よりも高い、請求項12または13に記載の半導体基板。
- 前記第1GaN領域における前記炭素濃度は、前記第2半導体層から前記第3半導体層に向かう方向に沿って上昇する、請求項12〜14のいずれか1つに記載の半導体基板。
- 前記第2GaN領域における前記炭素濃度は、前記第1半導体層における前記炭素濃度以下である、請求項12〜15のいずれか1つに記載の半導体基板。
- 請求項11〜16のいずれか1つに記載の半導体基板と、
AlGaNを含む第4半導体層と、
第1電極と、
第2電極と、
第3電極と、
を備え、
前記半導体基板は、シリコンを含む基体を含み、
前記基体と前記第2半導体層との間に前記第1半導体層が位置し、
前記基体から前記第3半導体層に向かう第1方向において、前記第4半導体層と前記第2半導体層との間に前記第3半導体層の少なくとも一部が位置し、
前記第3半導体層は第1部分領域、第2部分領域及び第3部分領域を含み、
前記第1方向と交差する第2方向における前記第3部分領域の位置は、前記第2方向における前記第1部分領域の位置と、前記第2方向における前記第2部分領域の位置と、の間にあり、
前記第1電極は、前記第1部分領域と電気的に接続され、
前記第2電極は、前記第2部分領域と電気的に接続され、
前記第1方向において、前記第3部分領域は前記第3電極から離れた、半導体装置。 - 絶縁層をさらに備え、
前記絶縁層の少なくとも一部は、前記第1方向において前記第3電極と前記第3部分領域との間に位置した、請求項17記載の半導体装置。 - p形GaNを含む第5半導体層をさらに備え、
前記第5半導体層の少なくとも一部は、前記第1方向において前記第3電極と前記第4半導体層との間に位置した、請求項17記載の半導体装置。
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