WO2009119479A1 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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semiconductor device
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岡本 康宏
一樹 大田
井上 隆
宮本 広信
中山 達峰
安藤 裕二
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日本電気株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same.
  • FIG. 8 schematically shows the semiconductor structure of a vertical GaN field effect transistor (hereinafter referred to as a vertical GaN FET).
  • the vertical GaN FET shown in FIG. 8 is disclosed, for example, in Non-Patent Document 1.
  • the vertical GaN FET shown in FIG. 8 has an n-type GaN layer (102) on a high concentration n-type GaN layer (101) and a p-type GaN layer (103) on it, and an n-type GaN layer on it.
  • a GaN layer (104) on which there is an ohmic contact source electrode (111).
  • a drain electrode (113) in ohmic contact on the heavily doped n-type GaN layer (101) exposed by removing the semiconductor layer.
  • a gate electrode (112) in contact with the exposed side surface of the n-type GaN layer (104) and the p-type GaN layer (103) via the gate insulating film (121).
  • the vertical GaN FET shown in FIG. 8 changes the concentration of electrons stored at the interface between the p-type GaN layer (103) and the gate insulating film (121) using a voltage applied to the gate electrode (112). Then, the current flowing between the source electrode (111) and the drain electrode (113) is controlled to perform the vertical FET operation.
  • FIG. 9 is a band energy distribution diagram of the vertical GaN FET shown in FIG.
  • the line between AB shown in FIG. 9 corresponds to the line between AB shown in FIG.
  • Vds shown in FIG. 9 indicates a drain voltage.
  • the thickness of the p-type GaN layer (103) is represented by Lch, and the impurity concentration is represented by Na.
  • the thickness of the n-type GaN layer (102) is represented by Ldr
  • the impurity concentration is represented by Nd.
  • the spread (depletion layer width) of the depletion layer from the pn junction surface of these semiconductor layers is denoted as x p and x n , respectively. Since the charges in the depletion layers of the p-type GaN layer (103) and the n-type GaN layer (102) are equal, the following equation (1) holds.
  • Breakdown voltage of the vertical GaN FET shown in FIG. 8; V B is designed with the thickness of the n-type GaN layer (102). That is, assuming that the breakdown electric field of GaN is Ecrit, the following formula (2) is obtained under the condition that the n-type GaN layer (102) is completely depleted.
  • V B Ecrit ⁇ Ldr equation (2)
  • R ON of the vertical GaN FET shown in FIG. 8 can be approximately expressed by the following equation (3).
  • Patent Document 2 a document disclosed about a technique for realizing a low-resistance buffer layer in an electronic device (element for power electronics) operated by passing current to the SiC substrate and each nitride semiconductor layer (for example, Patent Document 2) reference).
  • Patent Document 3 there is a document disclosed about a nitride semiconductor having a small resistance of an element and a high operating voltage (for example, see Patent Document 3).
  • Patent Documents 1 to 4 disclose the technology relating to a semiconductor device formed of a nitride semiconductor layer, the description on suppressing the occurrence of the above-mentioned punch-through phenomenon and the necessity thereof are also disclosed. Not suggested.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of suppressing the occurrence of the punch-through phenomenon, which is the problem described above, and a method of manufacturing the same. .
  • the present invention has the following features.
  • the semiconductor device is There is a first n-type conductive layer on the substrate, a p-type conductive layer on it, a second n-type conductive layer on it, and the first n-type conductive layer on the lower surface of the substrate
  • the semiconductor device is There is a first n-type conductive layer on the substrate, a p-type conductive layer on it, a second n-type conductive layer on it, and the first n-type conductive layer on the lower surface of the substrate
  • a method of manufacturing a semiconductor device is Forming a first n-type conductive layer, a p-type conductive layer, and a second n-type conductive layer on the substrate;
  • a drain electrode is formed on the lower surface of the substrate to be connected to the first n-type conductive layer,
  • a source electrode is formed on the upper surface of the substrate to be in ohmic contact with the second n-type conductive layer,
  • a gate electrode is connected to the first n-type conductive layer, the p-type conductive layer, and the second n-type conductive layer through an insulating film, and the gate electrode and the source electrode are alternately arranged.
  • the p-type conductive layer is characterized by containing In.
  • a method of manufacturing a semiconductor device is Forming a first n-type conductive layer, a p-type conductive layer, and a second n-type conductive layer on the substrate;
  • a drain electrode is formed on the lower surface of the substrate to be connected to the first n-type conductive layer,
  • a source electrode is formed on the upper surface of the substrate to be in ohmic contact with the second n-type conductive layer,
  • a gate electrode is connected to the first n-type conductive layer, the p-type conductive layer, and the second n-type conductive layer through an insulating film, and the gate electrode and the source electrode are alternately arranged.
  • the p-type conductive layer is configured to have a positive polarization charge on the side of the first n-type conductive layer and a negative polarization charge on the side of the second n-type conductive layer.
  • the semiconductor device in the present embodiment has a first n-type conductive layer (2 ′) on a substrate (1 ′), a p-type conductive layer (3 ′) on it, and a second n-type conductive layer on it. And a drain electrode (13 ′) connected to the first n-type conductive layer (2 ′) on the lower surface of the substrate (1 ′).
  • a gate electrode (12 ') in contact with the layer (4') through the insulating film (21 ') is alternately arranged
  • the conductive layer (3 ') is characterized by including In.
  • the semiconductor device in the present embodiment includes the first n-type conductive layer (2 ′) on the substrate (1 ′), and the p-type conductive layer (3 ′) on the first n-type conductive layer (2 ′).
  • the drain electrode (13 ') connected to the first n-type conductive layer (2') on the lower surface of the substrate (1 ') and on the upper surface of the substrate (1')
  • the gate electrode (12 ') in contact with the first conductive layer (4') through the insulating film (21 '), and the gate electrode (12') and the source electrode (11 ') are alternately arranged,
  • the p-type conductive layer (3 ′) is characterized in that a positive polarization charge exists on the first n-
  • the band energy is raised by the polarization charge of the p-type conductive layer (3 ′), the spread of the depletion layer due to the application of the drain voltage is suppressed, and the occurrence of the punch through phenomenon is suppressed. It becomes possible.
  • the semiconductor device of the present embodiment will be described in detail with reference to the attached drawings.
  • FIG. 2 schematically shows the semiconductor structure of the vertical GaN FET to be the semiconductor device of this embodiment.
  • an n-type GaN layer (2), a p-type InGaN layer (3), and an n-type GaN layer (4) are sequentially formed on an n-type substrate (1) of Si or the like. There is. Below the n-type substrate (1) is a drain electrode (13) in ohmic contact. There is also an ohmic contact source electrode (11) on the n-type GaN layer (4). In addition, there is a gate electrode (12) in contact with the n-type GaN layer (4), the p-type InGaN layer (3), and the n-type GaN layer (2) through the gate insulating film (21). In the vertical GaN FET of this embodiment, the gate electrodes (12) and the source electrodes (11) are alternately arranged in a plane.
  • FIG. 3 is a band energy distribution diagram of the vertical GaN FET of this embodiment.
  • the line between A and B shown in FIG. 3 corresponds to the line between A and B shown in FIG. Further, Vds shown in FIG. 3 indicates a drain voltage.
  • the vertical GaN FET according to the present embodiment by forming the p-type InGaN layer (3) on the n-type GaN layer (2), the positive (+), Negative (-) polarization charge is generated at the upper interface. Assuming that this polarization charge density is Np, the thickness Lch of the p-type InGaN layer (3) in consideration of the punch-through suppression is expressed by the following equation (5).
  • Nd represents the impurity concentration of the n-type GaN layer (2).
  • Na represents the impurity concentration of the p-type InGaN layer (3).
  • x n represents the depletion layer width of the n-type GaN layer (2).
  • band energy is raised by polarization charges generated in the p-type InGaN layer (3), and the spread of the depletion layer due to the application of the drain voltage can be suppressed. Therefore, thinning of the p-type InGaN layer (3) can be realized while suppressing the occurrence of the punch-through phenomenon.
  • the vertical GaN FET of this embodiment can make the p-type InGaN layer (3) thinner than the semiconductor device shown in FIG. 8 related to the present invention, and can realize the reduction of on-resistance. . Further, in the vertical GaN FET according to the present embodiment, since the p-type InGaN layer (3) with In added is used as the p-type layer, high concentration is possible, and the occurrence of punch-through phenomenon is suppressed. The p-type InGaN layer (3) can be thinned to realize on-resistance reduction.
  • a semiconductor layer is formed on an n-type substrate (1) made of conductive Si by, for example, a molecular beam epitaxy (MBE) growth method.
  • the semiconductor layer formed by this method is, in order from the n-type substrate (1) side, an n-type GaN drift layer (2) (film thickness 1 mm, doping concentration 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 ), p-type In 0.2 Ga 0.8 N
  • the channel layer 3 film thickness 0.1 mm, doping concentration 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3
  • the n-type GaN cap layer 4 film thickness 0.1 mm, doping concentration 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3
  • a metal such as Ti / Al is vapor deposited on the lower portion of the n-type substrate (1) and the upper portion of the n-type GaN layer (4) to form a source electrode (11) and a drain electrode (13). And make an ohmic contact by annealing at 650.degree.
  • a part of the epitaxial layer structure (2, 3, 4) is removed by etching until the n-type GaN drift layer (2) is exposed, for example, after forming Al 2 O 3 as a gate insulating film (21)
  • a metal such as Ni / Au is vapor deposited to form a gate electrode (12).
  • the vertical GaN FET shown in FIG. 2 is manufactured.
  • the above-described vertical GaN FET is an example, and the form of the ohmic electrode is not limited to the form described above, and any form is applicable.
  • the source electrode (11) is formed on the top of the n-type GaN layer (4) in the above embodiment, the n-type conductivity is formed in part of the p-type InGaN layer (3) by ion implantation or the like. It is also possible to form the source electrode (11) in contact with both the n-type region and the p-type region.
  • the drain electrode (13) is formed on the back surface of the n-type substrate (1), but the drain electrode (13) is formed to be connected to the n-type GaN layer (2) through a via hole or the like. Is also possible.
  • the p-type InGaN layer (3) is positive on the n-type GaN layer (2) side and negative on the n-type GaN layer (4) side, as shown in FIGS. If it is possible to generate polarization charge in the p-type InGaN layer (3), the polarization charge of the n-type GaN layer (2, 4) and the p-type InGaN layer (3)
  • the composition is not particularly limited, and any composition can be applied.
  • each layer (2 to 4) constituting the vertical GaN FET described above is not limited to the embodiment described above, and for example, the n-type GaN layer (2) shown in FIG. 2 and FIG. x Ga 1-x N (where x is 0 ⁇ x ⁇ 1), and the p-type InGaN layer (3) is In y Ga 1-y N (where y is 0 ⁇ y ⁇ 1) It is also possible to construct the n-type GaN layer (4) so as to constitute Al z Ga 1-z N (where z is 0 ⁇ z ⁇ 1).
  • the compositions of the n-type GaN layer (2) and the p-type InGaN layer (3) are different in composition, and positive (+) and upper side are formed at the lower interface of the p-type InGaN layer (3).
  • band energy is raised by polarization charges generated in the p-type InGaN layer (3), making it possible to realize thinning of the p-type InGaN layer (3) in a state where the occurrence of punch through phenomenon is suppressed. .
  • the second embodiment is characterized in that the n-type InGaN layer (5) and the p-type InGaN layer (3) have the same composition, as shown in FIG. As a result, it is possible to prevent a notch from being generated at the interface between the n-type InGaN layer (5) and the p-type InGaN layer (3).
  • the second embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5.
  • FIG. 4 schematically shows the semiconductor structure of the vertical GaN FET to be the semiconductor device of this embodiment.
  • an n-type InGaN layer (5), a p-type InGaN layer (3), and an n-type GaN layer (4) are sequentially formed on an n-type substrate (1) such as Si.
  • n-type substrate (1) such as Si.
  • a drain electrode (13) in ohmic contact.
  • ohmic contact source electrode (11) on the n-type GaN layer (4).
  • gate electrode (12) in contact with the n-type GaN layer (4), the p-type InGaN layer (3), and the n-type InGaN layer (5) through the gate insulating film (21).
  • the gate electrodes (12) and the source electrodes (11) are alternately arranged in a plane.
  • FIG. 5 is a band energy distribution diagram of the vertical GaN FET of this embodiment.
  • the composition of the n-type InGaN layer (5) and the p-type InGaN layer (3) is the same, so as in the first embodiment, the p-type InGaN layer The suppression effect of the punch through phenomenon by the polarization charge generated in 3) can not be obtained.
  • the p-type InGaN layer (3) in which In is added is used for the p-type layer, high concentration can be achieved, and the p-type InGaN layer (3) can be thin while suppressing the occurrence of punch through phenomenon. To reduce on-resistance.
  • a semiconductor layer is formed on an n-type substrate (1) made of conductive Si by, for example, a molecular beam epitaxy (MBE) growth method.
  • the semiconductor layer formed by this method is, in order from the n-type substrate (1) side, an n-type In 0.2 GaN drift layer (5) (film thickness 1 mm, doping concentration 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 ), p-type In 0.2 Ga 0.8 N channel layer (3) (film thickness 0.1 mm, doping concentration 5 ⁇ 10 18 cm -3 ), n-type GaN cap layer (4) (film thickness 0.1 mm, doping concentration 5 ⁇ 10 17 cm -3 ) .
  • MBE molecular beam epitaxy
  • a metal such as Ti / Al is vapor deposited on the lower portion of the n-type substrate (1) and the upper portion of the n-type GaN layer (4) to form a source electrode (11) and a drain electrode (13). And make an ohmic contact by annealing at 650.degree.
  • the vertical GaN FET shown in FIG. 4 is manufactured.
  • the above-described vertical GaN FET is an example, and the form of the ohmic electrode is not limited to the form described above, and any form is applicable.
  • the source electrode (11) is formed on the top of the n-type GaN layer (4) in the above embodiment, the n-type conductivity is formed in part of the p-type InGaN layer (3) by ion implantation or the like. It is also possible to form the source electrode (11) in contact with both the n-type region and the p-type region.
  • the drain electrode (13) is formed on the back surface of the n-type substrate (1), but the drain electrode (13) is formed to be connected to the n-type InGaN layer (5) through a via hole or the like. Is also possible.
  • each layer (3 to 5) constituting the above-described vertical GaN FET is not limited to the above-described embodiment, and, for example, the n-type InGaN layer (5) and p shown in FIGS.
  • InGaN layer (3) is composed of In y Ga 1-y N (where y is 0 ⁇ y ⁇ 1), and n-type GaN layer (4) is Al z Ga 1-z N (where z is Can also be constructed to consist of 0 ⁇ z ⁇ 1).
  • the n-type InGaN layer (5) and the p-type InGaN layer (3) have the same composition, and the n-type InGaN layer (5) and the p-type InGaN Notches were not generated at the interface with the layer (3).
  • a composition modulation layer (6) in which the composition changes continuously or stepwise between the n-type Gan layer (2) and the p-type InGan layer (3).
  • the polarization charge generated in the p-type InGaN layer (3) has the effect of suppressing the punch-through phenomenon, and the n-type GaN layer (2) and the p-type InGaN layer (3) It is possible not to generate a notch between them.
  • the third embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 6 and 7.
  • FIG. 6 schematically shows the semiconductor structure of the vertical GaN FET to be the semiconductor device of the present embodiment.
  • the vertical GaN FET according to the present embodiment includes the composition modulation layer (6) between the n-type GaN layer (2) and the p-type InGaN layer (3) constituting the vertical GaN FET according to the first embodiment. It is the inserted configuration.
  • the composition modulation layer (6) is a layer whose composition changes continuously or stepwise.
  • FIG. 6 shows a configuration in which the n-type composition modulation layer (6) is inserted.
  • FIG. 7 is a band energy distribution diagram of the vertical GaN FET of this embodiment. Since the sum of positive polarization charges generated by the n-type composition modulation layer (6) and the p-type InGaN layer (3) is equal, polarization charges generated in the p-type InGaN layer (3) are the same as in the first embodiment. The effect of suppressing the punch-through phenomenon due to Furthermore, in the vertical GaN FET according to the present embodiment, since the n-type composition modulation layer (6) is inserted, there is no notch between the p-type InGaN layer (3) and the n-type GaN layer (2). A lower resistance can be realized than in the embodiment of.
  • a semiconductor layer is formed on an n-type substrate (1) made of conductive Si by, for example, a molecular beam epitaxy (MBE) growth method.
  • the semiconductor layer formed by this method is, in order from the n-type substrate (1) side, an n-type GaN drift layer (2) (film thickness 1 mm, doping concentration 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 ), n-type composition modulation layer (6 (Film thickness 50 nm, doping concentration 1 ⁇ 10 17 cm -3 ), p-type In 0.2 Ga 0.8 N channel layer (3) (film thickness 0.1 mm, doping concentration 5 ⁇ 10 18 cm -3 ), n-type GaN cap The layer (4) (film thickness 0.1 mm, doping concentration 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 ) is obtained.
  • a metal such as Ti / Al is vapor deposited on the lower portion of the n-type substrate (1) and the upper portion of the n-type GaN layer (4) to form a source electrode (11) and a drain electrode (13). And make an ohmic contact by annealing at 650.degree.
  • part of the epitaxial layer structure (2, 6, 3, 4) is removed by etching until the n-type GaN drift layer (2) is exposed, and, for example, Al 2 O 3 is formed as a gate insulating film (21) After that, a metal such as Ni / Au, for example, is deposited to form a gate electrode (12).
  • a metal such as Ni / Au, for example, is deposited to form a gate electrode (12).
  • the form of the ohmic electrode is not limited to the form described above, and any form is applicable.
  • the source electrode (11) is formed on the top of the n-type GaN layer (4) in the above embodiment, the n-type conductivity is formed in part of the p-type InGaN layer (3) by ion implantation or the like. It is also possible to form the source electrode (11) in contact with both the n-type region and the p-type region.
  • the drain electrode (13) is formed on the back surface of the n-type substrate (1), but the drain electrode (13) is formed to be connected to the n-type InGaN layer (5) through a via hole or the like. Is also possible.
  • the composition modulation layer (6) has been described as n-type in the above embodiment, similar effects can be obtained with p-type.
  • the semiconductor device of this embodiment has the following features.
  • the semiconductor device of this embodiment has a first n-type conductive layer (2 or 5) on a substrate (1), a p-type conductive layer (3) on it, and a second n-type conductive layer thereon
  • a conductive layer (4) the drain electrode (13) connected to the first n-type conductive layer (2 or 5) on the lower surface of the substrate (1), and the second n-type on the upper surface of the substrate (1)
  • the gate electrode (12) and the source electrode (11) are alternately arranged
  • the p-type conductive layer (3) contains In. It is characterized by comprising.
  • the p-type conductive layer (3) is a positive and second n-type conductive layer on the first n-type conductive layer (2) side. (4) A negative polarization charge is present on the side. Further, the semiconductor device of the present embodiment is characterized in that the first n-type conductive layer (2) and the p-type conductive layer (3) have different compositions.
  • the composition of the first n-type conductive layer (2) includes Al x Ga 1-x N (where x is 0 ⁇ x ⁇ 1), and p-type conductivity
  • the composition of the layer (3) is characterized in that it contains In y Ga 1 -y N (where y is 0 ⁇ y ⁇ 1).
  • the first n-type conductive layer (5) and the p-type conductive layer (3) have the same composition. It is characterized by In the semiconductor device of the present embodiment, the composition of the first n-type conductive layer (5) and the p-type conductive layer (3) is In y Ga 1 -y N (where y is 0). It is characterized by including ⁇ y ⁇ 1).
  • the composition is continuous or stepwise between the first n-type conductive layer (2) and the p-type conductive layer (3). Characterized in that the composition modulation layer (6) is changed. Furthermore, in the semiconductor device of the present embodiment, the composition modulation layer (6) is characterized in that it is an n-type or p-type composition modulation layer.
  • the thickness of the p-type conductive layer (3) is Lch
  • the impurity concentration is Na
  • the thickness of the first n-type conductive layer (2 or 5) is Ldr
  • the impurity concentration is In the case of Nd, the condition of Lch> Ldr ⁇ Nd / Na is satisfied.
  • the thickness of the p-type conductive layer (3) is Lch
  • the impurity concentration is Na
  • the thickness of the first n-type conductive layer (2) is Ldr
  • the impurity concentration is Nd.
  • the semiconductor device of the present embodiment described above it is possible to suppress the punch-through phenomenon and realize a vertical GaN FET with low on-resistance even in a low breakdown voltage region.
  • the present invention is applicable to vertical GaN FETs.
  • FIG. 2 is a diagram showing a band energy distribution of a semiconductor device related to the present invention.
  • V B the on-resistance; vertical breakdown voltage of GaN FET is a diagram predicted by the R ON, the relationship calculation.

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Abstract

 パンチスルー現象の発生を抑制することが可能な半導体装置を提供する。  基板(1’)上に第1のn型導電層(2’)があり、その上にp型導電層(3’)があり、その上に第2のn型導電層(4’)があり、基板(1’)下面には第1のn型導電層(2’)と接続したドレイン電極(13’)があり、基板(1’)上面には第2のn型導電層(4’)とオーム性接触するソース電極(11’)と、第1のn型導電層(2’)、p型導電層(3’)、第2のn型導電層(4’)に絶縁膜(21’)を介して接触するゲート電極(12’)があり、ゲート電極(12’)とソース電極(11’)とが交互に配置されており、p型導電層(3’)は、Inを含んで構成することを特徴とする。

Description

半導体装置及びその製造方法
 本発明は、半導体装置及びその製造方法に関するものである。
 まず、図8を参照しながら、本発明と関連する半導体装置について説明する。図8は、縦型GaN電界効果トランジスタ(以下、縦型GaN FETと表記する)の半導体構造を模式的に示したものである。なお、図8示す縦型GaN FETは、例えば、非特許文献1に開示されている。
 図8に示す縦型GaN FETは、高濃度n型GaN層(101)の上にn型GaN層(102)があり、その上にp型GaN層(103)があり、その上にn型GaN層(104)があり、その上にオーム性接触するソース電極(111)がある。また、半導体層を除去して露出させた高濃度n型GaN層(101)の上にオーム性接触するドレイン電極(113)がある。また、n型GaN層(104)、p型GaN層(103)の露出した側面にゲート絶縁膜(121)を介して接したゲート電極(112)がある。
 この図8に示す縦型GaN FETは、p型GaN層(103)とゲート絶縁膜(121)との界面に蓄積される電子濃度を、ゲート電極(112)に印加する電圧を用いて変えることで、ソース電極(111)とドレイン電極(113)との間を流れる電流を制御し、縦型FET動作を行うことになる。
 図9は、図8に示す縦型GaN FETのバンドエネルギー分布図である。図9に示すA-B間の線は、図8に示すA-B間の線に相当する。また、図9に示すVdsは、ドレイン電圧を示す。p型GaN層(103)の厚さをLch、不純物濃度をNaと表す。また、n型GaN層(102)の厚さをLdr、不純物濃度をNdと表す。また、これらの半導体層のpn接合面からの空乏層の広がり(空乏層幅)を、それぞれxp,xnと表す。p型GaN層(103)とn型GaN層(102)の空乏層中の電荷は等しいので、以下の式(1)が成り立つ。
 xp×Na=xn×Nd・・・式(1)
 図8に示す縦型GaN FETの耐圧;VBは、n型GaN層(102)の厚さで設計する。即ち、GaNの破壊電界をEcritとすると、n型GaN層(102)が完全に空乏化する条件において、以下の式(2)となる。
 VB=Ecrit×Ldr・・・式(2)
 また、図8に示す縦型GaN FETのオン抵抗;RONは、近似的に、以下の式(3)で表すことができる。
 RON∝1/(Lch+Ldr)・・・式(3)
 図10は、上述した式(2)、式(3)の関係式で算出した耐圧;VBと、オン抵抗;RONと、の関係を示す図である。図10において横軸は、耐圧;VB(V)を示し、縦軸は、オン抵抗;RON(mΩcm2)を示す。図10に示すように、耐圧;VB=10(V)以上の領域では、Ldrを小さくすることで耐圧;VBが下がると同時にオン抵抗;RONも下がっており、GaN理論限界に近い相関が認められる。耐圧;VB=10(V)以下の領域では、Ldrを小さくすることで耐圧;VBは下がるが、Lchは一定しているため、p型GaN層(103)の抵抗が支配的となり、オン抵抗;RONは一定の値となる。このVB=10(V)以下の領域でのオン抵抗;RONを低減するためには、Lchを小さくすることが有効的である。しかし、p型GaN層(103)中の空乏層がp型GaN層(103)全域に到達すると、パンチスルー現象により空間電荷制限電流が流れ、オフ動作を維持できなくなる。即ち、正常なスイッチング動作を維持するためには、Lch>xpの関係が必要であり、式(1)と併せて以下の式(4)でLchの下限が決まることになる。
 Lch>xn×Nd/Na・・・式(4)
 なお、図8に示す半導体構造でデバイスのオン抵抗;RONを低減する場合には、VB=10(V)以下の低耐圧領域では、パンチスルー現象の発生により、p型GaN層(103)の薄層化によるオン抵抗低減に限界がある。
 特に、p型GaN層(103)の場合、高濃度化が困難(1017cm-3程度)であるため、p型GaN層(103)の空乏層幅;xpが大きくなり、p型GaN層(103)の薄層化によるオン抵抗低減に限界がある。
 このようなことから、パンチスルー現象の発生を抑制することが可能な半導体装置の開発が必要視されることになる。
 なお、本発明より先に出願された先行技術文献として、窒化物化合物半導体を用いた電界効果トランジスタにおいて、チップ面積が小さく高耐圧動作を可能とする技術について開示された文献がある(例えば、特許文献1参照)。
 また、電流をSiC基板および各窒化物半導体層に通過させて動作させる電子デバイス(パワーエレクトロニクス用素子)において、低抵抗なバッファ層を実現する技術について開示された文献がある(例えば、特許文献2参照)。
 また、素子の抵抗が小さく、動作電圧の高い窒化物半導体について開示された文献がある(例えば、特許文献3参照)。
 また、半導体層の積層により生ずる分極を低減し、キャリアが円滑に移動できるメサ部を有し、電気抵抗の低い半導体素子について開示された文献がある(例えば、特許文献4参照)。
特開2007-142243号公報 特開2007-134517号公報 特開2007-59719号公報 特開2006-324279号公報 H.Otake et al. Japanese Journal of Applied Physics, Vol.46, No.25, 2007, pp. L599-L601
 なお、上記特許文献1~4には、窒化物半導体層で構成する半導体装置に関する技術について開示されているが、上述したパンチスルー現象の発生を抑制する点については何ら記載もその必要性についても示唆されていない。
 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、上述した課題である、パンチスルー現象の発生を抑制することが可能な半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
 かかる目的を達成するために、本発明は、以下の特徴を有することとする。
 <半導体装置>
 本発明にかかる半導体装置は、
 基板上に第1のn型導電層があり、その上にp型導電層があり、その上に第2のn型導電層があり、前記基板下面には前記第1のn型導電層と接続したドレイン電極があり、前記基板上面には前記第2のn型導電層とオーム性接触するソース電極と、前記第1のn型導電層、前記p型導電層、前記第2のn型導電層に絶縁膜を介して接触するゲート電極があり、前記ゲート電極と前記ソース電極とが交互に配置されており、前記p型導電層は、Inを含んで構成することを特徴とする。
 本発明にかかる半導体装置は、
 基板上に第1のn型導電層があり、その上にp型導電層があり、その上に第2のn型導電層があり、前記基板下面には前記第1のn型導電層と接続したドレイン電極があり、前記基板上面には前記第2のn型導電層とオーム性接触するソース電極と、前記第1のn型導電層、前記p型導電層、前記第2のn型導電層に絶縁膜を介して接触するゲート電極があり、前記ゲート電極と前記ソース電極とが交互に配置されており、前記p型導電層は、前記第1のn型導電層側に正、前記第2のn型導電層側に負の分極電荷が存在することを特徴とする。
 <半導体装置の製造方法>
 本発明にかかる半導体装置の製造方法は、
 基板上に第1のn型導電層、p型導電層、第2のn型導電層を形成し、
 前記基板下面には、前記第1のn型導電層と接続するようにドレイン電極を形成し、
 前記基板上面には、前記第2のn型導電層とオーム性接触するようにソース電極を形成し、
 前記第1のn型導電層、前記p型導電層、前記第2のn型導電層に絶縁膜を介してゲート電極を接続し、前記ゲート電極と前記ソース電極とを交互に配置し、
 前記p型導電層は、Inを含んで構成することを特徴とする。
 本発明にかかる半導体装置の製造方法は、
 基板上に第1のn型導電層、p型導電層、第2のn型導電層を形成し、
 前記基板下面には、前記第1のn型導電層と接続するようにドレイン電極を形成し、
 前記基板上面には、前記第2のn型導電層とオーム性接触するようにソース電極を形成し、
 前記第1のn型導電層、前記p型導電層、前記第2のn型導電層に絶縁膜を介してゲート電極を接続し、前記ゲート電極と前記ソース電極とを交互に配置し、
 前記p型導電層は、前記第1のn型導電層側に正、前記第2のn型導電層側に負の分極電荷が存在するように構成することを特徴とする。
 本発明によれば、パンチスルー現象の発生を抑制することが可能となる。
 <本実施形態の半導体装置の概要>
 まず、図1を参照しながら、本実施形態の半導体装置の概要について説明する。
 本実施形態における半導体装置は、基板(1’)上に第1のn型導電層(2’)があり、その上にp型導電層(3’)があり、その上に第2のn型導電層(4’)があり、基板(1’)下面には第1のn型導電層(2’)と接続したドレイン電極(13’)があり、基板(1’)上面には第2のn型導電層(4’)とオーム性接触するソース電極(11’)と、第1のn型導電層(2’)、p型導電層(3’)、第2のn型導電層(4’)に絶縁膜(21’)を介して接触するゲート電極(12’)があり、ゲート電極(12’)とソース電極(11’)とが交互に配置されており、p型導電層(3’)は、Inを含んで構成することを特徴とする。これにより、p型導電層(3’)の高濃度化が可能となり、パンチスルー現象の発生を抑制することが可能となる。
 また、本実施形態における半導体装置は、基板(1’)上に第1のn型導電層(2’)があり、その上にp型導電層(3’)があり、その上に第2のn型導電層(4’)があり、基板(1’)下面には第1のn型導電層(2’)と接続したドレイン電極(13’)があり、基板(1’)上面には第2のn型導電層(4’)とオーム性接触するソース電極(11’)と、第1のn型導電層(2’)、p型導電層(3’)、第2のn型導電層(4’)に絶縁膜(21’)を介して接触するゲート電極(12’)があり、ゲート電極(12’)とソース電極(11’)とが交互に配置されており、p型導電層(3’)は、第1のn型導電層(2’)側に正、第2のn型導電層(4’)側に負の分極電荷が存在することを特徴とする。
 これにより、本実施形態における半導体装置は、p型導電層(3’)の分極電荷でバンドエネルギーが持ち上がり、ドレイン電圧の印加による空乏層の広がりを抑え、パンチスルー現象の発生を抑制することが可能となる。以下、添付図面を参照しながら、本実施形態の半導体装置について詳細に説明する。
 (第1の実施形態)
 <半導体装置の構成>
 まず、図2を参照しながら、本実施形態の半導体装置の構成について説明する。なお、図2は、本実施形態の半導体装置となる縦型GaN FETの半導体構造を模式的に示したものである。
 本実施形態の縦型GaN FETは、Siなどのn型基板(1)上に、n型GaN層(2)、p型InGaN層(3)、n型GaN層(4)が順次形成されている。また、n型基板(1)の下にはオーム性接触するドレイン電極(13)がある。また、n型GaN層(4)の上にはオーム性接触するソース電極(11)がある。また、ゲート絶縁膜(21)を介してn型GaN層(4)、p型InGaN層(3)、n型GaN層(2)と接するゲート電極(12)がある。なお、本実施形態の縦型GaN FETは、ゲート電極(12)とソース電極(11)とは平面的に交互に配置されている。
 図3は、本実施形態の縦型GaN FETのバンドエネルギー分布図である。図3に示すA-B間の線は、図2に示すA-B間の線に相当する。また、図3に示すVdsは、ドレイン電圧を示す。本実施形態の縦型GaN FETは、n型GaN層(2)の上にp型InGaN層(3)を形成することで、p型InGaN層(3)の下側界面に正(+)、上側界面に負(-)の分極電荷が発生する。この分極電荷密度をNpとすると、パンチスルー抑制を考慮したp型InGaN層(3)の厚さLchは、以下の式(5)で表される。
 Lch>(xn×Nd-Np)/Na・・・式(5)
 但し、Nd;n型GaN層(2)の不純物濃度を表す。Na;p型InGaN層(3)の不純物濃度を表す。xn;n型GaN層(2)の空乏層幅を表す。
 本実施形態の縦型GaN FETは、p型InGaN層(3)に発生する分極電荷でバンドエネルギーが持ち上がり、ドレイン電圧の印加による空乏層の広がりを抑えることができる。このため、パンチスルー現象の発生を抑制した状態でp型InGaN層(3)の薄層化を実現することができる。
 これにより、本実施形態の縦型GaN FETは、p型InGaN層(3)を、本発明と関連する図8に示す半導体装置よりも薄くすることができ、オン抵抗低減を実現することができる。また、本実施形態の縦型GaN FETは、p型層にInを添加したp型InGaN層(3)を用いているため、高濃度化が可能となり、パンチスルー現象の発生を抑制した状態でp型InGaN層(3)を薄層化し、オン抵抗低減を実現することができる。
 <半導体装置の製造方法>
 次に、本実施形態の半導体装置となる縦型GaN FETの製造方法について説明する。
 まず、導電性Siで構成するn型基板(1)上に、例えば、分子線エピタキシ(Molecular Beam Epitaxy: MBE)成長法により半導体層を形成する。この方法で形成した半導体層は、n型基板(1)側から順に、n型GaNドリフト層(2)(膜厚1mm、ドーピング濃度1×1017cm-3)、p型In0.2Ga0.8Nチャネル層(3)(膜厚0.1mm、ドーピング濃度5×1018cm-3)、n型GaNキャップ層(4)(膜厚0.1mm、ドーピング濃度5×1017cm-3)となる。
 次に、n型基板(1)の下部、および、n型GaN層(4)の上部に、例えば、Ti/Alなどの金属を蒸着し、ソース電極(11)およびドレイン電極(13)を形成し、650℃でアニールを行うことでオーム性接触をとる。
 更に、エピタキシャル層構造(2,3,4)の一部をn型GaNドリフト層(2)が露出するまでエッチングにより除去し、例えば、Al2O3をゲート絶縁膜(21)として形成した後に、例えば、Ni/Auなどの金属を蒸着し、ゲート電極(12)を形成する。これにより、図2に示す縦型GaN FETを製造することになる。
 なお、上述した縦型GaN FETは、一例であり、オーム性電極の形態は上述した形態に限定するものではなくあらゆる形態が適用可能である。例えば、上記実施形態では、ソース電極(11)をn型GaN層(4)の上部に形成したが、p型InGaN層(3)の一部にイオン注入などでn型導電性を形成し、n型領域とp型領域との両方に接触するようにソース電極(11)を形成することも可能である。また、上記実施形態では、ドレイン電極(13)をn型基板(1)の裏面に形成したが、ビアホールなどでn型GaN層(2)と接続するようにドレイン電極(13)を形成することも可能である。
 また、上述した縦型GaN FETにおいて、p型InGaN層(3)は、図2、図3に示すように、n型GaN層(2)側に正、n型GaN層(4)側に負の分極電荷を発生させることにしたが、p型InGaN層(3)において分極電荷を発生させることが可能であれば、n型GaN層(2,4)とp型InGaN層(3)との組成は、特に限定するものではなく、あらゆる組成を適用することも可能である。
 また、上述した縦型GaN FETを構成する各層(2~4)の組成は、上述した実施形態に限定するものではなく、例えば、図2、図3に示すn型GaN層(2)をAlxGa1-xN(但し、xは、0≦x≦1)で構成し、p型InGaN層(3)をInyGa1-yN(但し、yは、0<y≦1)で構成し、n型GaN層(4)をAlGa1-zN(但し、zは、0≦z≦1)で構成するように構築することも可能である。
 (第2の実施形態)
 次に、第2の実施形態について説明する。
 第1の実施形態では、n型GaN層(2)とp型InGaN層(3)との組成を異なる組成で構成し、p型InGaN層(3)の下側界面に正(+)、上側界面に負(-)の分極電荷を発生させることにした。これにより、p型InGaN層(3)に発生する分極電荷でバンドエネルギーが持ち上がり、パンチスルー現象の発生を抑制した状態でp型InGaN層(3)の薄層化を実現することを可能にした。
 第2の実施形態では、図4に示すように、n型InGaN層(5)とp型InGaN層(3)との組成を同じ組成で構成することを特徴とする。これにより、n型InGaN層(5)とp型InGaN層(3)との境界面にノッチを発生させないようにすることが可能となる。以下、図4、図5を参照しながら、第2の実施形態について詳細に説明する。
 <半導体装置の構成>
 まず、図4を参照しながら、本実施形態の半導体装置の構成について説明する。なお、図4は、本実施形態の半導体装置となる縦型GaN FETの半導体構造を模式的に示したものである。
 本実施形態の縦型GaN FETは、Siなどのn型基板(1)上に、n型InGaN層(5)、p型InGaN層(3)、n型GaN層(4)が順次形成されている。また、n型基板(1)の下にはオーム性接触するドレイン電極(13)がある。また、n型GaN層(4)の上にはオーム性接触するソース電極(11)がある。また、ゲート絶縁膜(21)を介してn型GaN層(4)、p型InGaN層(3)、n型InGaN層(5)と接するゲート電極(12)がある。なお、本実施形態の縦型GaN FETは、ゲート電極(12)とソース電極(11)とは平面的に交互に配置されている。
 図5は、本実施形態の縦型GaN FETのバンドエネルギー分布図である。本実施形態の縦型GaN FETの構成では、n型InGaN層(5)とp型InGaN層(3)との組成が同じであるため、第1の実施形態のように、p型InGaN層(3)に発生する分極電荷によるパンチスルー現象の抑制効果を得ることはできない。しかし、本実施形態の縦型GaN FETの構成では、n型InGaN層(5)とp型InGaN層(3)との境界面にノッチが無く、低抵抗を実現することができる。また、p型層にInを添加したp型InGaN層(3)を用いているため、高濃度化が可能となり、パンチスルー現象の発生を抑制した状態でp型InGaN層(3)を薄層化し、オン抵抗低減を実現することができる。
 <半導体装置の製造方法>
 次に、本実施形態の縦型GaN FETの製造方法について説明する。
 まず、導電性Siで構成するn型基板(1)上に、例えば、分子線エピタキシ(Molecular Beam Epitaxy: MBE)成長法により半導体層を形成する。この方法で形成した半導体層は、n型基板(1)側から順に、n型In0.2GaNドリフト層(5)(膜厚1mm、ドーピング濃度1×1017cm-3)、p型In0.2Ga0.8Nチャネル層(3)(膜厚0.1mm、ドーピング濃度5×1018cm-3)、n型GaNキャップ層(4)(膜厚0.1mm、ドーピング濃度5×1017cm-3)となる。
 次に、n型基板(1)の下部、および、n型GaN層(4)の上部に、例えば、Ti/Alなどの金属を蒸着し、ソース電極(11)およびドレイン電極(13)を形成し、650℃でアニールを行うことでオーム性接触をとる。
 更に、エピタキシャル層構造(5,3,4)の一部をn型InGaNドリフト層(5)が露出するまでエッチングにより除去し、例えば、Al2O3をゲート絶縁膜(21)として形成した後に、例えば、Ni/Auなどの金属を蒸着し、ゲート電極(12)を形成する。これにより、図4に示す縦型GaN FETを製造することになる。
 なお、上述した縦型GaN FETは、一例であり、オーム性電極の形態は上述した形態に限定するものではなくあらゆる形態が適用可能である。例えば、上記実施形態では、ソース電極(11)をn型GaN層(4)の上部に形成したが、p型InGaN層(3)の一部にイオン注入などでn型導電性を形成し、n型領域とp型領域との両方に接触するようにソース電極(11)を形成することも可能である。また、上記実施形態では、ドレイン電極(13)をn型基板(1)の裏面に形成したが、ビアホールなどでn型InGaN層(5)と接続するようにドレイン電極(13)を形成することも可能である。
 また、上述した縦型GaN FETを構成する各層(3~5)の組成は、上述した実施形態に限定するものではなく、例えば、図4、図5に示すn型InGaN層(5)とp型InGaN層(3)とをInyGa1-yN(但し、yは、0<y≦1)で構成し、n型GaN層(4)をAlGa1-zN(但し、zは、0≦z≦1)で構成するように構築することも可能である。
 (第3の実施形態)
 次に、第3の実施形態について説明する。
 第2の実施形態では、図4に示すように、n型InGaN層(5)とp型InGaN層(3)との組成を同じ組成で構成し、n型InGaN層(5)とp型InGaN層(3)との境界面にノッチを発生させないようにした。
 第3の実施形態では、図6に示すように、n型Gan層(2)とp型InGan層(3)との間に、組成が連続的あるいは段階的に変化する組成変調層(6)を有して構成することを特徴とする。これにより、第1の実施形態と同様に、p型InGaN層(3)に発生する分極電荷によるパンチスルー現象の抑制効果を得ると共に、n型GaN層(2)とp型InGaN層(3)との間にノッチを発生させないようにすることが可能となる。以下、図6、図7を参照しながら、第3の実施形態について詳細に説明する。
 <半導体装置の構成>
 まず、図6を参照しながら、本実施形態の半導体装置の構成について説明する。なお、図6は、本実施形態の半導体装置となる縦型GaN FETの半導体構造を模式的に示したものである。
 本実施形態の縦型GaN FETは、第1の実施形態の縦型GaN FETを構成するn型GaN層(2)とp型InGaN層(3)との間に、組成変調層(6)を挿入した構成である。組成変調層(6)は、組成が連続的あるいは段階的に変化する層である。図6では、n型組成変調層(6)を挿入した構成を示している。
 図7は、本実施形態の縦型GaN FETのバンドエネルギー分布図である。n型組成変調層(6)およびp型InGaN層(3)により発生する正の分極電荷の総和は等しいので、第1の実施形態と同様に、p型InGaN層(3)に発生する分極電荷によるパンチスルー現象の抑制効果を得ることができる。更に、本実施形態の縦型GaN FETは、n型組成変調層(6)の挿入により、p型InGaN層(3)とn型GaN層(2)との間のノッチが無いため、第1の実施形態よりも低抵抗を実現することができる。
 <半導体装置の製造方法>
 次に、本実施形態の縦型GaN FETの製造方法について説明する。
 まず、導電性Siで構成するn型基板(1)上に、例えば、分子線エピタキシ(Molecular Beam Epitaxy: MBE)成長法により半導体層を形成する。この方法で形成した半導体層は、n型基板(1)側から順に、n型GaNドリフト層(2)(膜厚1mm、ドーピング濃度1×1017cm-3)、n型組成変調層(6)(膜厚50nm、ドーピング濃度1×1017cm-3)、p型In0.2Ga0.8Nチャネル層(3)(膜厚0.1mm、ドーピング濃度5×1018cm-3)、n型GaNキャップ層(4)(膜厚0.1mm、ドーピング濃度5×1017cm-3)となる。
 次に、n型基板(1)の下部、および、n型GaN層(4)の上部に、例えば、Ti/Alなどの金属を蒸着し、ソース電極(11)およびドレイン電極(13)を形成し、650℃でアニールを行うことでオーム性接触をとる。
 更に、エピタキシャル層構造(2,6,3,4)の一部をn型GaNドリフト層(2)が露出するまでエッチングにより除去し、例えば、Al2O3をゲート絶縁膜(21)として形成した後に、例えば、Ni/Auなどの金属を蒸着し、ゲート電極(12)を形成する。これにより、図6に示す縦型GaN FETを製造することになる。
 なお、上述した縦型GaN FETは、一例であり、オーム性電極の形態は上述した形態に限定するものではなくあらゆる形態が適用可能である。例えば、上記実施形態では、ソース電極(11)をn型GaN層(4)の上部に形成したが、p型InGaN層(3)の一部にイオン注入などでn型導電性を形成し、n型領域とp型領域との両方に接触するようにソース電極(11)を形成することも可能である。また、上記実施形態では、ドレイン電極(13)をn型基板(1)の裏面に形成したが、ビアホールなどでn型InGaN層(5)と接続するようにドレイン電極(13)を形成することも可能である。また、上記実施形態では、組成変調層(6)をn型として説明したが、p型でも同様の効果が得られることになる。
 <本実施形態の半導体装置の作用・効果>
 以上の説明から明らかなように、本実施形態の半導体装置は、以下の特徴を有することになる。
 本実施形態の半導体装置は、基板(1)上に第1のn型導電層(2または5)があり、その上にp型導電層(3)があり、その上に第2のn型導電層(4)があり、基板(1)下面には第1のn型導電層(2または5)と接続したドレイン電極(13)があり、基板(1)上面には第2のn型導電層(4)とオーム性接触するソース電極(11)と、第1のn型導電層(2または5)、p型導電層(3)、第2のn型導電層(4)に絶縁膜(21)を介して接触するゲート電極(12)があり、ゲート電極(12)とソース電極(11)とが交互に配置されており、p型導電層(3)は、Inを含んで構成することを特徴とする。
 また、本実施形態の半導体装置において、p型導電層(3)は、図2、図3に示すように、第1のn型導電層(2)側に正、第2のn型導電層(4)側に負の分極電荷が存在することを特徴とする。また、本実施形態の半導体装置は、第1のn型導電層(2)と、p型導電層(3)と、が異なる組成で構成されていることを特徴とする。また、本実施形態の半導体装置において、第1のn型導電層(2)の組成には、AlxGa1-xN(但し、xは、0≦x≦1)を含み、p型導電層(3)の組成には、InyGa1-yN(但し、yは、0<y≦1)を含んでいることを特徴とする。
 また、本実施形態の半導体装置は、図4、図5に示すように、第1のn型導電層(5)と、p型導電層(3)と、が同じ組成で構成されていることを特徴とする。また、本実施形態の半導体装置において、第1のn型導電層(5)と、p型導電層(3)と、の組成には、InyGa1-yN(但し、yは、0<y≦1)を含んでいることを特徴とする。
 また、本実施形態の半導体装置は、図6、図7に示すように、第1のn型導電層(2)とp型導電層(3)との間に、組成が連続的あるいは段階的に変化する組成変調層(6)を有することを特徴とする。また、本実施形態の半導体装置において、組成変調層(6)は、n型またはp型の組成変調層であることを特徴とする。
 また、本実施形態の半導体装置は、p型導電層(3)の厚さをLch、不純物濃度をNaとし、第1のn型導電層(2または5)の厚さをLdr、不純物濃度をNdとした場合、Lch>Ldr×Nd/Naの条件を満たすことを特徴とする。
 また、本実施形態の半導体装置は、p型導電層(3)の厚さをLch、不純物濃度をNaとし、第1のn型導電層(2)の厚さをLdr、不純物濃度をNdとし、p型導電層(3)の分極電荷密度をNpとした場合、Lch>(Ldr×Nd-Np)/Naの条件を満たすことを特徴とする。
 上述した本実施形態の半導体装置によれば、パンチスルー現象を抑制し、低耐圧領域でも低いオン抵抗の縦型GaN FETを実現することが可能となる。
 なお、上述する実施形態は、本発明の好適な実施形態であり、上記実施形態のみに本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を施した形態での実施が可能である。
 なお、この出願は、2008年3月24日に出願した、日本特許出願番号2008-076729号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
 本発明は、縦型GaN FETに適用可能である。
本実施形態の半導体装置の概要を説明するための図である。 第1の実施形態の半導体装置の構造例を示す図である。 第1の実施形態の半導体装置のバンドエネルギー分布を示す図である。 第2の実施形態の半導体装置の構造例を示す図である。 第2の実施形態の半導体装置のバンドエネルギー分布を示す図である。 第3の実施形態の半導体装置の構造例を示す図である。 第3の実施形態の半導体装置のバンドエネルギー分布を示す図である。 本発明と関連する半導体装置の構造例を示す図である。 本発明と関連する半導体装置のバンドエネルギー分布を示す図である。 縦型GaN FETの耐圧;VBと、オン抵抗;RONと、の関係を計算により予測した図である。
符号の説明
 1’  基板
 2’  第1のn型導電層
 3’  p型導電層
 4’  第2のn型導電層
 11’ ソース電極
 12’ ゲート電極
 13’ ドレイン電極 
 21’ 絶縁膜
 1  n型基板
 2  n型GaN層(n型GaNドリフト層)
 3  p型InGaN層(p型InGaNチャネル層)
 4  n型GaN層(n型GaNキャップ層)
 5  n型InGaN層(n型InGaNドリフト層)
 6  組成変調層
 11 ソース電極
 12 ゲート電極
 13 ドレイン電極 
 21 ゲート絶縁膜
 101 高濃度n型GaN層
 102 n型GaN層
 103 p型GaN層(p型GaNチャネル層)
 104 n型GaN層(n型GaNキャップ層)
 111 ソース電極
 112 ゲート電極
 113 ドレイン電極
 121 ゲート絶縁膜

Claims (12)

  1.  基板上に第1のn型導電層があり、その上にp型導電層があり、その上に第2のn型導電層があり、前記基板下面には前記第1のn型導電層と接続したドレイン電極があり、前記基板上面には前記第2のn型導電層とオーム性接触するソース電極と、前記第1のn型導電層、前記p型導電層、前記第2のn型導電層に絶縁膜を介して接触するゲート電極があり、前記ゲート電極と前記ソース電極とが交互に配置されており、前記p型導電層は、Inを含んで構成することを特徴とする半導体装置。
  2.  基板上に第1のn型導電層があり、その上にp型導電層があり、その上に第2のn型導電層があり、前記基板下面には前記第1のn型導電層と接続したドレイン電極があり、前記基板上面には前記第2のn型導電層とオーム性接触するソース電極と、前記第1のn型導電層、前記p型導電層、前記第2のn型導電層に絶縁膜を介して接触するゲート電極があり、前記ゲート電極と前記ソース電極とが交互に配置されており、前記p型導電層は、前記第1のn型導電層側に正、前記第2のn型導電層側に負の分極電荷が存在することを特徴とする半導体装置。
  3.  前記第1のn型導電層と、前記p型導電層と、が異なる組成で構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の半導体装置。
  4.  前記第1のn型導電層の組成には、AlxGa1-xN(但し、xは、0≦x≦1)を含み、前記p型導電層の組成には、InyGa1-yN(但し、yは、0<y≦1)を含んでいることを特徴とする請求項1から請求項3の何れかの請求項に記載の半導体装置。
  5.  前記第1のn型導電層と、前記p型導電層と、が同じ組成で構成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  6.  前記第1のn型導電層と、前記p型導電層と、の組成には、InyGa1-yN(但し、yは、0<y≦1)を含んでいることを特徴とする請求項5記載の半導体装置。
  7.  前記第1のn型導電層と前記p型導電層との間に、組成が連続的あるいは段階的に変化する組成変調層を有することを特徴とする請求項1から請求項4の何れかの請求項に記載の半導体装置。
  8.  前記組成変調層は、n型またはp型の組成変調層であることを特徴とする請求項7記載の半導体装置。
  9.  前記p型導電層の厚さをLch、不純物濃度をNaとし、前記第1のn型導電層の厚さをLdr、不純物濃度をNdとした場合、Lch>Ldr×Nd/Naの条件を満たすことを特徴とする請求項1から請求項8の何れかの請求項に記載の半導体装置。
  10.  前記p型導電層の厚さをLch、不純物濃度をNaとし、前記第1のn型導電層の厚さをLdr、不純物濃度をNdとし、前記p型導電層の分極電荷密度をNpとした場合、Lch>(Ldr×Nd-Np)/Naの条件を満たすことを特徴とする請求項2から請求項4の何れかの請求項に記載の半導体装置。
  11.  基板上に第1のn型導電層、p型導電層、第2のn型導電層を形成し、
     前記基板下面には、前記第1のn型導電層と接続するようにドレイン電極を形成し、
     前記基板上面には、前記第2のn型導電層とオーム性接触するようにソース電極を形成し、
     前記第1のn型導電層、前記p型導電層、前記第2のn型導電層に絶縁膜を介してゲート電極を接続し、前記ゲート電極と前記ソース電極とを交互に配置し、
     前記p型導電層は、Inを含んで構成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  12.  基板上に第1のn型導電層、p型導電層、第2のn型導電層を形成し、
     前記基板下面には、前記第1のn型導電層と接続するようにドレイン電極を形成し、
     前記基板上面には、前記第2のn型導電層とオーム性接触するようにソース電極を形成し、
     前記第1のn型導電層、前記p型導電層、前記第2のn型導電層に絶縁膜を介してゲート電極を接続し、前記ゲート電極と前記ソース電極とを交互に配置し、
     前記p型導電層は、前記第1のn型導電層側に正、前記第2のn型導電層側に負の分極電荷が存在するように構成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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