JP2016187024A - Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.
窒化物半導体は、高い飽和電子速度及びワイドバンドギャップ等の特徴を利用し、高耐圧及び高出力の半導体デバイスへの適用が検討されている。例えば、窒化物半導体であるGaNのバンドギャップは3.4eVであり、Siのバンドギャップ(1.1eV)及びGaAsのバンドギャップ(1.4eV)よりも大きく、高い破壊電界強度を有する。そのため、GaN等の窒化物半導体は、高電圧動作かつ高出力を得る電源用の半導体デバイスの材料として極めて有望である。 Nitride semiconductors have been studied for application to high breakdown voltage and high output semiconductor devices utilizing characteristics such as high saturation electron velocity and wide band gap. For example, the band gap of GaN that is a nitride semiconductor is 3.4 eV, which is larger than the band gap of Si (1.1 eV) and the band gap of GaAs (1.4 eV), and has a high breakdown electric field strength. Therefore, a nitride semiconductor such as GaN is extremely promising as a material for a semiconductor device for power supply that obtains high voltage operation and high output.
窒化物半導体を用いた半導体デバイスとしては、電界効果トランジスタ、特に高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor:HEMT)についての報告が数多くなされている。例えば、GaN系のHEMT(GaN−HEMT)では、GaNを電子走行層として、AlGaNを電子供給層として用いたAlGaN/GaNからなるHEMTが注目されている。AlGaN/GaNからなるHEMTでは、GaNとAlGaNとの格子定数差に起因した歪みがAlGaNに生じる。これにより発生したピエゾ分極及びAlGaNの自発分極差により、高濃度の2DEG(Two-Dimensional Electron Gas:2次元電子ガス)が得られる。そのため、高効率のスイッチ素子、電気自動車用等の高耐圧電力デバイスとして期待されている。 As semiconductor devices using nitride semiconductors, many reports have been made on field effect transistors, particularly high electron mobility transistors (HEMTs). For example, in a GaN-based HEMT (GaN-HEMT), an HEMT made of AlGaN / GaN using GaN as an electron transit layer and AlGaN as an electron supply layer has attracted attention. In the HEMT composed of AlGaN / GaN, strain caused by the difference in lattice constant between GaN and AlGaN occurs in AlGaN. High-density 2DEG (Two-Dimensional Electron Gas) is obtained by the piezoelectric polarization generated thereby and the spontaneous polarization difference of AlGaN. Therefore, it is expected as a high-efficiency power device for high-efficiency switching elements, electric vehicles and the like.
上述した窒化物半導体を用いた半導体装置においては、高周波動作時の安定動作が可能な、高周波特性の良好な半導体装置が求められている。 In the semiconductor device using the nitride semiconductor described above, there is a demand for a semiconductor device with good high frequency characteristics capable of stable operation during high frequency operation.
本実施の形態の一観点によれば、基板の上方に設けられた、窒化物半導体のバッファ層と、前記バッファ層の上方に設けられた、コドープ領域及び高抵抗領域を含んだ窒化物半導体の窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層の上方に設けられた、窒化物半導体のキャリア走行層と、前記キャリア走行層の上方に設けられた、窒化物半導体のキャリア供給層と、前記キャリア供給層の上方に設けられた、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、を有し、前記コドープ領域は、平面視で前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の領域に形成されており、Fe及びCから選択された少なくとも1つの不純物元素と、Siとがドープされているものであって、前記高抵抗領域は、前記ゲート電極の直下の領域に形成されており、不純物元素としてFe、Cのうちのいずれかがドープされていることを特徴とする。 According to one aspect of the present embodiment, a nitride semiconductor buffer layer provided above a substrate, and a nitride semiconductor including a co-doped region and a high resistance region provided above the buffer layer. A nitride semiconductor layer, a nitride semiconductor carrier travel layer provided above the nitride semiconductor layer, a nitride semiconductor carrier supply layer provided above the carrier travel layer, and the carrier supply A gate electrode, a source electrode, and a drain electrode provided above the layer, and the co-doped region is formed in a region between the gate electrode and the drain electrode in a plan view, and Fe and At least one impurity element selected from C and Si are doped, and the high resistance region is formed in a region immediately below the gate electrode, and the impurity element and Fe, one of C is characterized in that it is doped with Te.
開示の半導体装置によれば、窒化物半導体を用いた半導体装置において、高周波特性を良好にすることができる。 According to the disclosed semiconductor device, high frequency characteristics can be improved in a semiconductor device using a nitride semiconductor.
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。 The form for implementing is demonstrated below. In addition, about the same member etc., the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
〔第1の実施の形態〕
最初に、窒化物半導体を用いた半導体装置として、窒化物半導体を用いた電界効果型トランジスタについて図1に基づき説明する。この電界効果型トランジスタは、バッファ層におけるリーク電流を抑制するため、バッファ層と電子走行層との間に高抵抗層が設けられた構造のものである。この電界効果型トランジスタは、図1に示されるように、基板910の上に、不図示の核形成層、バッファ層921、高抵抗層922、電子走行層931、電子供給層932、キャップ層933が順に積層して形成されている。キャップ層933の上には、ゲート電極941が形成されており、電子供給層932の上には、ソース電極942、ドレイン電極943が形成されており、キャップ層933の表面が露出している領域は保護膜950により覆われている。
[First Embodiment]
First, a field effect transistor using a nitride semiconductor as a semiconductor device using a nitride semiconductor will be described with reference to FIG. This field effect transistor has a structure in which a high resistance layer is provided between the buffer layer and the electron transit layer in order to suppress a leakage current in the buffer layer. As shown in FIG. 1, the field effect transistor includes a nucleation layer (not shown), a
図1に示される半導体装置である電界効果型トランジスタにおいては、基板910は、SiC基板が用いられており、不図示の核形成層は、AlN等により形成されている。バッファ層921は、AlGaN等により形成されており、高抵抗層922は、高抵抗化にするためFeがドープされたGaNにより形成されている。電子走行層931は、GaNにより形成されており、電子供給層932は、AlGaNにより形成されており、キャップ層933は、GaNにより形成されている。これにより、電子走行層931と電子供給層932との界面近傍における電子走行層931には、2DEG931aが生成される。保護膜950は、SiN等により形成されている。
In the field effect transistor that is the semiconductor device shown in FIG. 1, the
図1に示される電界効果型トランジスタでは、バッファ層921と電子走行層931との間に、FeがドープされたGaNからなる高抵抗層922を設けることにより、バッファ層921を介して流れるリーク電流を抑制することができる。しかしながら、高抵抗層922を形成しているFeがドープされたGaNには、準位が多く存在しているため、ソース−ドレイン間に電圧を印加すると、準位に電子がトラップされ、高周波特性が低下してしまう。
In the field effect transistor shown in FIG. 1, by providing a
例えば、図1に示される電界効果型トランジスタにおいて、図2(a)に示されるようなパルス電圧を印加した場合について考える。具体的には、オフ動作するゲート電圧(Vg)と、150Vのドレイン電圧(Vd)の電圧のパルス(PHの状態)を印加した後、ドレイン電流(Id)がIdsqとなるゲート電圧とし、50Vのドレイン電圧に下げる(PLの状態)場合について考える。この場合、電圧のパルスを印加した後に、Idsq(例えば、20mA/mm2)となるドレイン電流が流れるが、図2(b)に示されるように、Idsqとなるドレイン電流は、電圧のパルス印加が終了後、遅延して流れ始める。このようなドレイン電流が流れ始める際の遅延時間が長いと、高周波特性が悪くなる。ドレイン電流が流れ始める時間が、遅延する理由は、図1に示される半導体装置に、高いドレイン電圧を印加すると、GaNにFeがドープされている高抵抗層922において電子がトラップされる。しかしながら、ドレイン電圧を下げても、トラップされた電子が、高抵抗層922からすぐには放出されず、電子が放出されるのに時間を要してしまう。このため、高抵抗層922に電子がトラップされている間は、十分なドレイン電流が流れないためと推察される。
For example, consider the case where a pulse voltage as shown in FIG. 2A is applied to the field effect transistor shown in FIG. Specifically, after applying a gate voltage (Vg) for turning off and a voltage pulse (PH state) of a drain voltage (Vd) of 150 V, a gate voltage at which the drain current (Id) becomes Idsq is set to 50 V Let us consider a case where the drain voltage is lowered (PL state). In this case, after applying a voltage pulse, a drain current of Idsq (for example, 20 mA / mm 2 ) flows, but as shown in FIG. 2B, the drain current of Idsq is applied by applying a voltage pulse. After ending, it starts flowing with a delay. If the delay time when such a drain current starts to flow is long, the high frequency characteristics deteriorate. The reason why the time when the drain current begins to flow is delayed is that when a high drain voltage is applied to the semiconductor device shown in FIG. 1, electrons are trapped in the
また、図3は、半導体装置にDC電圧を印加して得られたDC測定によるI−V特性と所定の電圧パルスを印加して得られたパルス印加測定によるI−V特性を示す。この結果、同じドレイン電圧であっても、DC測定よりもパルス印加測定の方がドレイン電流が低くなっており、オン抵抗が上昇している。パルス印加測定は、高周波動作させた場合に相当するものであるため、図3は、半導体装置を高周波動作させた場合には、オン抵抗が高くなることを意味している。これは、高抵抗層922にトラップされた電子が、ドレイン電圧を低くしても、高抵抗層922からすぐには放出されず、放出されるのに時間を要するからである。尚、このパルス印加測定は、オフ動作するゲート電圧(Vg)と、150Vのドレイン電圧(Vd)の電圧のパルスを印加した後、所定のゲート電圧に戻し、電圧のパルスを印加する度に、ドレイン電圧を徐々に上昇させて測定を行ったものである。
FIG. 3 shows an IV characteristic by DC measurement obtained by applying a DC voltage to the semiconductor device and an IV characteristic by pulse application measurement obtained by applying a predetermined voltage pulse. As a result, even with the same drain voltage, the drain current is lower in the pulse application measurement than in the DC measurement, and the on-resistance is increased. Since pulse application measurement corresponds to the case where the semiconductor device is operated at a high frequency, FIG. 3 means that the on-resistance is increased when the semiconductor device is operated at a high frequency. This is because electrons trapped in the
このため、窒化物半導体を用いた半導体装置において、高周波特性の良好な半導体装置が求められている。 Therefore, a semiconductor device using a nitride semiconductor is required to have a high frequency characteristic.
(半導体装置)
次に、本実施の形態における半導体装置について説明する。本実施の形態における半導体装置は、図4に示されるように、基板10の上に、不図示の核形成層、バッファ層21が順に積層して形成されている。バッファ層21の上において、後述するゲート電極41とドレイン電極43との間には、コドープ領域22が形成されており、ゲート電極41の直下及びゲート電極41とソース電極42との間には、高抵抗領域23が形成されている。バッファ層21の上に形成されるコドープ領域22及び高抵抗領域23は、同じ厚さで形成されており、コドープ領域22及び高抵抗領域23の上には、電子走行層31、電子供給層32、キャップ層33が順に積層して形成されている。キャップ層33の上には、ゲート電極41が形成されており、電子供給層32の上には、ソース電極42、ドレイン電極43が形成されている。また、キャップ層33の表面が露出している領域は保護膜50により覆われている。
(Semiconductor device)
Next, the semiconductor device in this embodiment will be described. As shown in FIG. 4, the semiconductor device in the present embodiment is formed by sequentially stacking a nucleation layer (not shown) and a
本実施の形態においては、基板10には、SiC基板が用いられており、不図示の核形成層は、膜厚が1nmから300nm、例えば、160nmのAlN膜により形成されている。バッファ層21は、膜厚が1nmから1000nm、例えば、600nmのAlGaN膜により形成されている。コドープ領域22と高抵抗領域23は同じ膜厚で形成されており、コドープ領域22には、GaNに不純物元素としてFeとSiの双方がドープされており、高抵抗領域23には、GaNに不純物元素としてFeのみドープされている。
In the present embodiment, a SiC substrate is used as the
本実施の形態においては、コドープ領域22における不純物元素の濃度は、FeよりもSiの方が高くなるようにドープされている。具体的には、コドープ領域22にドープされているFeの濃度は、1×1016cm−3以上、1×1018cm−3以下であって、例えば、1×1017cm−3である。また、コドープ領域22にドープされているSiの濃度は、1×1017cm−3以上、1×1020cm−3以下であって、例えば、5×1018cm−3である。また、高抵抗領域23には、コドープ領域22にドープされているFeの濃度と同じ濃度のFeがドープされている。コドープ領域22及び高抵抗領域23にドープされる不純物元素としては、Feに代えて、C等を用いてもよい。
In the present embodiment, the concentration of the impurity element in the
電子走行層31は、膜厚が3μmのi−GaN膜により形成されており、電子供給層32は、膜厚が30nmのAlGaN膜により形成されており、キャップ層33は、膜厚が5nmのGaNにより形成されている。尚、電子供給層32は、n−AlGaN膜により形成してもよく、この場合、不純物元素としてSiが5×1018cm−3の濃度でドープされている。また、電子走行層31と電子供給層32との間には、不図示のスペーサ層として膜厚が5nmのi−AlGaN膜を形成してもよい。これにより、電子走行層31と電子供給層32との界面近傍における電子走行層31には、2DEG31aが生成される。保護膜50は、膜厚が10nm以上、700nm以下のSiN等により形成されている。
The
本実施の形態では、バッファ層21と電子走行層31との間において、ゲート電極41とドレイン電極43との間の領域に、コドープ領域22が形成されている。コドープ領域22では、GaNにSiがドープされているため、Feがドープされていても、トラップされた電子が短時間に放出され、高周波特性を良好にすることができる。また、バッファ層21と電子走行層31との間において、ゲート電極41の直下及びゲート電極41とソース電極42との間の領域には、高抵抗領域23が形成されているため、バッファ層21におけるリーク電流の発生を抑制することができる。よって、本実施の形態における半導体装置においては、バッファ層21におけるリーク電流の発生を抑制し、かつ、高周波特性を良好にすることができる。
In the present embodiment, the
図5は、図2(a)に示される方法と同じ方法により、図1に示される半導体装置と図4に示される本実施の形態における半導体装置について、遅延時間を測定した結果である。図5における5Aは、図1に示す半導体装置における特性であり、図2(b)に示されるものと同じものであり、5Bは、図4に示す本実施の形態における半導体装置の特性である。図5に示されるように、本実施の形態における半導体装置は、図1に示される半導体装置よりも遅延時間を短くすることができ、高周波特性を向上させることができる。 FIG. 5 shows the result of measuring the delay time for the semiconductor device shown in FIG. 1 and the semiconductor device in the present embodiment shown in FIG. 4 by the same method as shown in FIG. 5A is the characteristic in the semiconductor device shown in FIG. 1, which is the same as that shown in FIG. 2B, and 5B is the characteristic of the semiconductor device in the present embodiment shown in FIG. . As shown in FIG. 5, the semiconductor device in this embodiment can have a shorter delay time than the semiconductor device shown in FIG. 1, and can improve high-frequency characteristics.
図6は、図1に示される半導体装置と図4に示される本実施の形態における半導体装置についてパルス印加測定を行った結果である。図6における6Aは、図3に示されるものと同じ、図1に示す半導体装置のパルス印加測定の結果であり、6Bは、図4に示す本実施の形態における半導体装置のパルス印加測定の結果である。図6に示されるように、パルス印加測定において、本実施の形態における半導体装置は、図1に示される半導体装置よりも、同じドレイン電圧であってもドレイン電流を高くすることができ、オン抵抗を低くすることができる。これにより、高周波特性を向上させることができる。 FIG. 6 shows the results of pulse application measurement on the semiconductor device shown in FIG. 1 and the semiconductor device in the present embodiment shown in FIG. 6A is the result of pulse application measurement of the semiconductor device shown in FIG. 1, which is the same as that shown in FIG. 3, and 6B is the result of pulse application measurement of the semiconductor device in the present embodiment shown in FIG. It is. As shown in FIG. 6, in the pulse application measurement, the semiconductor device in this embodiment can have a higher drain current than the semiconductor device shown in FIG. Can be lowered. Thereby, a high frequency characteristic can be improved.
(半導体装置の製造方法)
次に、本実施の形態における半導体装置の製造方法について図7から図9に基づき説明する。尚、基板10の上に形成される窒化物半導体は、MOVPE(Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy)によるエピタキシャル成長により形成されている。窒化物半導体をMOVPEにより成長する際には、Alの原料ガスにはTMA(トリメチルアルミニウム)が用いられ、Gaの原料ガスにはTMG(トリメチルガリウム)が用いられ、Nの原料ガスにはNH3(アンモニア)が用いられる。また、Feをドープする際には、原料ガスとしてシクロペンタンジエニル鉄(CP2Fe)を供給する。
(Method for manufacturing semiconductor device)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment will be described with reference to FIGS. The nitride semiconductor formed on the
最初に、図7(a)に示すように、基板10の上に、MOVPEにより、不図示の核形成層、バッファ層21、高抵抗膜23aを順次形成する。本実施の形態においては、基板10には、SiC基板が用いられており、不図示の核形成層は、膜厚が1nmから300nm、例えば、160nmのAlN膜により形成されている。バッファ層21は、膜厚が1nmから1000nm、例えば、600nmのAlGaN膜により形成されている。高抵抗膜23aは、GaNに不純物元素としてFeがドープされている膜であり、不純物元素としてドープされているFeの濃度は、例えば、1×1017cm−3である。
First, as shown in FIG. 7A, a nucleation layer (not shown), a
次に、図7(b)に示すように、高抵抗膜23aの上に、コドープ領域22が形成される領域に開口部61aを有するレジストパターン61を形成する。具体的には、高抵抗膜23aの上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、コドープ領域22が形成される領域に開口部61aを有するレジストパターン61を形成する。
Next, as shown in FIG. 7B, a resist
次に、図7(c)に示すように、レジストパターン61が形成されていない領域の高抵抗膜23aにSiのイオン注入を行うことによりコドープ領域22を形成する。コドープ領域22にイオン注入されるSiの濃度は、例えば、5×1018cm−3である。これにより、高抵抗膜23aにおいて、Siのイオン注入が行われた領域にコドープ領域22が形成され、レジストパターン61が形成されており、Siのイオン注入がなされなかった領域が高抵抗領域23となる。
Next, as shown in FIG. 7C, a
次に、図8(a)に示すように、コドープ領域22及び高抵抗領域23の上に、電子走行層31、電子供給層32、キャップ層33を順次積層して形成する。電子走行層31は、膜厚が約3.0μmのi−GaN膜により形成されている。電子供給層32は、膜厚が約30nmのn−AlGaNにより形成されており、n型となる不純物元素としてSiが、不純物濃度が5×1018cm−3となるようにドープされている。キャップ層33は、膜厚が約5nmのGaNにより形成されている。尚、電子走行層31と電子供給層32との間には、不図示のスペーサ層として膜厚が5nmのi−AlGaN膜を形成してもよい。これにより、電子走行層31と電子供給層32との界面近傍における電子走行層31には、2DEG31aが生成される。この後、不純物元素としてドープされたSiを活性化させるため、800℃〜1100℃、例えば、900℃の温度で熱処理を行う。
Next, as illustrated in FIG. 8A, the
次に、図8(b)に示すように、電子供給層32の上に、ソース電極42及びドレイン電極43を形成する。具体的には、キャップ層33の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ソース電極42及びドレイン電極43が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域のキャップ層33等をRIE(Reactive Ion Etching)等により除去し、更に、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。この後、再び、キャップ層33及び電子供給層32の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ソース電極42及びドレイン電極43が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着によりAlを含む金属膜を成膜した後、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの上の金属膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残存する金属膜によりソース電極42及びドレイン電極43が形成される。この後、更に、窒素雰囲気中において、400℃〜1000℃、例えば、550℃の温度で熱処理を行い、ソース電極42及びドレイン電極43におけるオーミックコンタクトを確立させる。
Next, as illustrated in FIG. 8B, the
次に、図8(c)に示すように、キャップ層33の上に、ゲート電極41を形成する。具体的には、キャップ層33の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ゲート電極41が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着によりNi/Auの金属積層膜を成膜した後、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの上の金属積層膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残存する金属積層膜によりゲート電極41が形成される。
Next, as shown in FIG. 8C, the
次に、図9に示すように、ゲート電極41、ソース電極42及びドレイン電極43が形成されていないキャップ層33の上に、保護膜50を形成する。具体的には、MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)により膜厚が10nm以上、700nm以下のSiN膜を成膜することにより形成する。
Next, as shown in FIG. 9, a
以上の工程により、本実施の形態における半導体装置を製造することができる。 Through the above steps, the semiconductor device in this embodiment can be manufactured.
〔第2の実施の形態〕
(半導体装置)
次に、第2の実施の形態における半導体装置について説明する。本実施の形態における半導体装置は、図10に示されるように、基板10の上に、不図示の核形成層、バッファ層21が順に積層して形成されている。バッファ層21の上において、後述するゲート電極41とドレイン電極43との間には、コドープ領域22が形成されており、ゲート電極41とソース電極42との間には、コドープ領域122が形成されている。また、ゲート電極41の直下には、高抵抗領域123が形成されている。バッファ層21の上に形成されるコドープ領域22、122及び高抵抗領域123は、同じ厚さで形成されており、コドープ領域22、122及び高抵抗領域123の上には、電子走行層31、電子供給層32、キャップ層33が順に積層して形成されている。キャップ層33の上には、ゲート電極41が形成されており、電子供給層32の上には、ソース電極42、ドレイン電極43が形成されている。また、キャップ層33の表面が露出している領域は保護膜50により覆われている。
[Second Embodiment]
(Semiconductor device)
Next, a semiconductor device according to the second embodiment will be described. In the semiconductor device according to the present embodiment, as shown in FIG. 10, a nucleation layer (not shown) and a
本実施の形態においては、コドープ領域22、122には、GaNに不純物元素としてFeとSiの双方がドープされており、高抵抗領域123には、GaNに不純物元素としてFeのみドープされている。
In the present embodiment, the
コドープ領域22、122における不純物元素の濃度は、FeよりもSiの方が高くなるようにドープされている。具体的には、コドープ領域22、122にドープされているFeの濃度は、1×1016cm−3以上、1×1018cm−3以下であって、例えば、1×1017cm−3である。また、コドープ領域22、122にドープされているSiの濃度は、1×1017cm−3以上、1×1020cm−3以下であって、例えば、5×1018cm−3である。また、高抵抗領域123には、コドープ領域22、122にドープされているFeの濃度と同じ濃度のFeがドープされている。コドープ領域22、122及び高抵抗領域123にドープされている不純物元素は、Feに代えて、C等を用いてもよい。
The concentration of the impurity element in the
電子走行層31は、膜厚が3μmのi−GaN膜により形成されており、電子供給層32は、膜厚が30nmのAlGaN膜により形成されており、キャップ層33は、膜厚が5nmのGaNにより形成されている。尚、電子供給層32は、n−AlGaN膜により形成してもよく、この場合、不純物元素としてSiが5×1018cm−3の濃度でドープされている。また、電子走行層31と電子供給層32との間には、不図示のスペーサ層として膜厚が5nmのi−AlGaN膜を形成してもよい。これにより、電子走行層31と電子供給層32との界面近傍における電子走行層31には、2DEG31aが生成される。保護膜50は、膜厚が10nm以上、700nm以下のSiN等により形成されている。
The
本実施の形態では、バッファ層21と電子走行層31との間において、ゲート電極41とドレイン電極43との間の領域に、コドープ領域22が形成されており、ゲート電極41とソース電極42との間の領域に、コドープ領域122が形成されている。コドープ領域22、122では、GaNにSiがドープされているため、Feがドープされていても、トラップされた電子が短時間に放出され、第1の実施の形態よりも更に高周波特性を良好にすることができる。また、バッファ層21と電子走行層31との間において、ゲート電極41の直下の領域には、高抵抗領域123が形成されているため、バッファ層21におけるリーク電流の発生を抑制することができる。よって、本実施の形態における半導体装置においては、バッファ層21におけるリーク電流の発生を抑制し、かつ、高周波特性を良好にすることができる。
In the present embodiment, the
(半導体装置の製造方法)
次に、本実施の形態における半導体装置の製造方法について図11から図13に基づき説明する。尚、基板10の上に形成される窒化物半導体は、MOVPEによるエピタキシャル成長により形成されている。
(Method for manufacturing semiconductor device)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment will be described with reference to FIGS. The nitride semiconductor formed on the
最初に、図11(a)に示すように、基板10の上に、MOVPEにより、不図示の核形成層、バッファ層21、高抵抗膜23aを順次形成する。本実施の形態においては、基板10には、SiC基板が用いられており、不図示の核形成層は、膜厚が1nmから300nm、例えば、160nmのAlN膜により形成されている。バッファ層21は、膜厚が1nmから1000nm、例えば、600nmのAlGaN膜により形成されている。高抵抗膜23aは、GaNに不純物元素としてFeがドープされている膜であり、不純物元素としてドープされているFeの濃度は、例えば、1×1017cm−3である。
First, as shown in FIG. 11A, a nucleation layer (not shown), a
次に、図11(b)に示すように、高抵抗膜23aの上に、コドープ領域22、122が形成される領域に開口部161a、161bを有するレジストパターン161を形成する。具体的には、高抵抗膜23aの上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、コドープ領域22、122が形成される領域に開口部161a、161bを有するレジストパターン161を形成する。
Next, as shown in FIG. 11B, a resist
次に、図11(c)に示すように、レジストパターン161が形成されていない領域の高抵抗膜23aにSiのイオン注入を行うことによりコドープ領域22、122を形成する。コドープ領域22、122にイオン注入されるSiの濃度は、例えば、5×1018cm−3である。これにより、高抵抗膜23aにおいて、Siのイオン注入が行われた領域にコドープ領域22、122が形成され、レジストパターン161が形成されており、Siのイオン注入がなされなかった領域が高抵抗領域123となる。
Next, as shown in FIG. 11C,
次に、図12(a)に示すように、コドープ領域22、122及び高抵抗領域123の上に、電子走行層31、電子供給層32、キャップ層33を順次積層して形成する。電子走行層31は、膜厚が約3.0μmのi−GaN膜により形成されている。電子供給層32は、膜厚が約30nmのn−AlGaNにより形成されており、n型となる不純物元素としてSiが、不純物濃度が5×1018cm−3となるようにドープされている。キャップ層33は、膜厚が約5nmのGaNにより形成されている。尚、電子走行層31と電子供給層32との間には、不図示のスペーサ層として膜厚が5nmのi−AlGaN膜を形成してもよい。これにより、電子走行層31と電子供給層32との界面近傍における電子走行層31には、2DEG31aが生成される。この後、不純物元素としてドープされたSiを活性化させるため、800℃〜1100℃、例えば、900℃の温度で熱処理を行う。
Next, as illustrated in FIG. 12A, the
次に、図12(b)に示すように、電子供給層32の上に、ソース電極42及びドレイン電極43を形成する。具体的には、キャップ層33の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ソース電極42及びドレイン電極43が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域のキャップ層33等をRIE等により除去し、更に、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。この後、再び、キャップ層33及び電子供給層32の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ソース電極42及びドレイン電極43が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着によりAlを含む金属膜を成膜した後、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの上の金属膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残存する金属膜によりソース電極42及びドレイン電極43が形成される。この後、更に、窒素雰囲気中において、400℃〜1000℃、例えば、550℃の温度で熱処理を行い、ソース電極42及びドレイン電極43におけるオーミックコンタクトを確立させる。
Next, as shown in FIG. 12B, the
次に、図12(c)に示すように、キャップ層33の上に、ゲート電極41を形成する。具体的には、キャップ層33の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ゲート電極41が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着によりNi/Auの金属積層膜を成膜した後、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの上の金属積層膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残存する金属積層膜によりゲート電極41が形成される。
Next, as shown in FIG. 12C, the
次に、図13に示すように、ゲート電極41、ソース電極42及びドレイン電極43が形成されていないキャップ層33の上に、保護膜50を形成する。具体的には、MOCVDにより膜厚が10nm以上、700nm以下のSiN膜を成膜することにより形成する。
Next, as shown in FIG. 13, a
以上の工程により、本実施の形態における半導体装置を製造することができる。 Through the above steps, the semiconductor device in this embodiment can be manufactured.
尚、上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。 The contents other than the above are the same as in the first embodiment.
〔第3の実施の形態〕
(半導体装置)
次に、第3の実施の形態における半導体装置について説明する。本実施の形態における半導体装置は、コドープ領域及び高抵抗領域にドープされている不純物元素をFeに代えてCをドープしたものである。本実施の形態における半導体装置は、図14に示されるように、基板10の上に、不図示の核形成層、バッファ層21が順に積層して形成されている。バッファ層21の上において、後述するゲート電極41とドレイン電極43との間には、コドープ領域222が形成されており、ゲート電極41の直下及びゲート電極41とソース電極42との間には、高抵抗領域223が形成されている。バッファ層21の上に形成されるコドープ領域222及び高抵抗領域223は、同じ厚さで形成されており、コドープ領域222及び高抵抗領域223の上には、電子走行層31、電子供給層32、キャップ層33が順に積層して形成されている。キャップ層33の上には、ゲート電極41が形成されており、電子供給層32の上には、ソース電極42、ドレイン電極43が形成されている。また、キャップ層33の表面が露出している領域は保護膜50により覆われている。
[Third Embodiment]
(Semiconductor device)
Next, a semiconductor device according to a third embodiment will be described. In the semiconductor device in this embodiment, the impurity element doped in the co-doped region and the high resistance region is doped with C instead of Fe. In the semiconductor device according to the present embodiment, as shown in FIG. 14, a nucleation layer (not shown) and a
本実施の形態においては、コドープ領域222には、GaNに不純物元素としてCとSiの双方がドープされており、高抵抗領域223には、GaNに不純物元素としてCのみドープされている。
In the present embodiment, the
コドープ領域222における不純物元素の濃度は、CよりもSiの方が高くなるようにドープされている。具体的には、コドープ領域222にドープされているCの濃度は、1×1016cm−3以上、1×1018cm−3以下であって、例えば、1×1017cm−3である。また、コドープ領域222にドープされているSiの濃度は、1×1017cm−3以上、1×1020cm−3以下であって、例えば、5×1018cm−3である。また、高抵抗領域223には、コドープ領域222にドープされているCの濃度と同じ濃度のCがドープされている。
The concentration of the impurity element in the
本実施の形態では、バッファ層21と電子走行層31との間において、ゲート電極41とドレイン電極43との間の領域には、コドープ領域222が形成されている。コドープ領域222では、GaNにSiがドープされているため、Feがドープされていても、トラップされた電子が短時間に放出され、高周波特性を良好にすることができる。また、バッファ層21と電子走行層31との間において、ゲート電極41の直下及びゲート電極41とソース電極42との間の領域には、高抵抗領域223が形成されているため、バッファ層21におけるリーク電流の発生を抑制することができる。よって、本実施の形態における半導体装置においては、バッファ層21におけるリーク電流の発生を抑制し、かつ、高周波特性を良好にすることができる。
In the present embodiment, a
(半導体装置の製造方法)
次に、本実施の形態における半導体装置の製造方法について図15から図17に基づき説明する。
(Method for manufacturing semiconductor device)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment will be described with reference to FIGS.
最初に、図15(a)に示すように、基板10の上に、MOVPEにより、不図示の核形成層、バッファ層21、高抵抗膜223aを順次形成する。本実施の形態においては、基板10には、SiC基板が用いられており、不図示の核形成層は、膜厚が1nmから300nm、例えば、160nmのAlN膜により形成されている。バッファ層21は、膜厚が1nmから1000nm、例えば、600nmのAlGaN膜により形成されている。高抵抗膜223aは、GaNに不純物元素としてCがドープされている膜であり、不純物元素としてドープされているCの濃度は、例えば、1×1017cm−3である。
First, as shown in FIG. 15A, a nucleation layer (not shown), a
次に、図15(b)に示すように、高抵抗膜223aの上に、コドープ領域222が形成される領域に開口部61aを有するレジストパターン61を形成する。具体的には、高抵抗膜223aの上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、コドープ領域222が形成される領域に開口部61aを有するレジストパターン61を形成する。
Next, as shown in FIG. 15B, a resist
次に、図15(c)に示すように、レジストパターン61が形成されていない領域の高抵抗膜223aにSiのイオン注入を行うことによりコドープ領域222を形成する。コドープ領域222にイオン注入されるSiの濃度は、例えば、5×1018cm−3である。これにより、高抵抗膜223aにおいて、Siのイオン注入が行われた領域にコドープ領域222が形成され、レジストパターン61が形成されており、Siのイオン注入がなされなかった領域が高抵抗領域223となる。
Next, as shown in FIG. 15C, a
次に、図16(a)に示すように、コドープ領域222及び高抵抗領域223の上に、電子走行層31、電子供給層32、キャップ層33を順次積層して形成する。電子走行層31は、膜厚が約3.0μmのi−GaN膜により形成されている。電子供給層32は、膜厚が約30nmのn−AlGaNにより形成されており、n型となる不純物元素としてSiが、不純物濃度が5×1018cm−3となるようにドープされている。キャップ層33は、膜厚が約5nmのGaNにより形成されている。尚、電子走行層31と電子供給層32との間には、不図示のスペーサ層として膜厚が5nmのi−AlGaN膜を形成してもよい。これにより、電子走行層31と電子供給層32との界面近傍における電子走行層31には、2DEG31aが生成される。この後、不純物元素としてドープされたSiを活性化させるため、800℃〜1100℃、例えば、900℃の温度で熱処理を行う。
Next, as shown in FIG. 16A, the
次に、図16(b)に示すように、電子供給層32の上に、ソース電極42及びドレイン電極43を形成する。具体的には、キャップ層33の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ソース電極42及びドレイン電極43が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域のキャップ層33等をRIE等により除去し、更に、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。この後、再び、キャップ層33及び電子供給層32の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ソース電極42及びドレイン電極43が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着によりAlを含む金属膜を成膜した後、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの上の金属膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残存する金属膜によりソース電極42及びドレイン電極43が形成される。この後、更に、窒素雰囲気中において、400℃〜1000℃、例えば、550℃の温度で熱処理を行い、ソース電極42及びドレイン電極43におけるオーミックコンタクトを確立させる。
Next, as illustrated in FIG. 16B, the
次に、図16(c)に示すように、キャップ層33の上に、ゲート電極41を形成する。具体的には、キャップ層33の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ゲート電極41が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着によりNi/Auの金属積層膜を成膜した後、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの上の金属積層膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残存する金属積層膜によりゲート電極41が形成される。
Next, as illustrated in FIG. 16C, the
次に、図17に示すように、ゲート電極41、ソース電極42及びドレイン電極43が形成されていないキャップ層33の上に、保護膜50を形成する。具体的には、MOCVDにより膜厚が10nm以上、700nm以下のSiN膜を成膜することにより形成する。
Next, as shown in FIG. 17, a
以上の工程により、本実施の形態における半導体装置を製造することができる。 Through the above steps, the semiconductor device in this embodiment can be manufactured.
尚、上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。 The contents other than the above are the same as in the first embodiment.
〔第4の実施の形態〕
(半導体装置)
次に、第4の実施の形態における半導体装置について説明する。本実施の形態における半導体装置は、図18に示されるように、基板10の上に、不図示の核形成層、バッファ層21が順に積層して形成されている。バッファ層21の上において、後述するゲート電極41とドレイン電極43との間には、コドープ領域222が形成されており、ゲート電極41とソース電極42との間には、コドープ領域322が形成されている。また、ゲート電極41の直下には、高抵抗領域323が形成されている。バッファ層21の上に形成されるコドープ領域222、322及び高抵抗領域323は、同じ厚さで形成されており、コドープ領域222、322及び高抵抗領域323の上には、電子走行層31、電子供給層32、キャップ層33が順に積層して形成されている。キャップ層33の上には、ゲート電極41が形成されており、電子供給層32の上には、ソース電極42、ドレイン電極43が形成されている。また、キャップ層33の表面が露出している領域は保護膜50により覆われている。
[Fourth Embodiment]
(Semiconductor device)
Next, a semiconductor device according to a fourth embodiment will be described. In the semiconductor device according to the present embodiment, as shown in FIG. 18, a nucleation layer (not shown) and a
本実施の形態においては、コドープ領域222、322には、GaNに不純物元素としてCとSiの双方がドープされており、高抵抗領域323には、GaNに不純物元素としてCのみドープされている。
In the present embodiment, the
コドープ領域222、322における不純物元素の濃度は、CよりもSiの方が高くなるようにドープされている。具体的には、コドープ領域222、322にドープされているCの濃度は、1×1016cm−3以上、1×1018cm−3以下であって、例えば、1×1017cm−3である。また、コドープ領域222、322にドープされているSiの濃度は、1×1017cm−3以上、1×1020cm−3以下であって、例えば、5×1018cm−3である。また、高抵抗領域323には、コドープ領域222、322にドープされているCの濃度と同じ濃度のCがドープされている。
The concentration of the impurity element in the
本実施の形態では、バッファ層21と電子走行層31との間において、ゲート電極41とドレイン電極43との間の領域に、コドープ領域222が形成されており、ゲート電極41とソース電極42との間の領域に、コドープ領域322が形成されている。コドープ領域222、322では、GaNにSiがドープされているため、Feがドープされていても、トラップされた電子が短時間に放出され、第3の実施の形態よりも更に高周波特性を良好にすることができる。また、バッファ層21と電子走行層31との間において、ゲート電極41の直下の領域には、高抵抗領域323が形成されているため、バッファ層21におけるリーク電流の発生を抑制することができる。よって、本実施の形態における半導体装置においては、バッファ層21におけるリーク電流の発生を抑制し、かつ、高周波特性を良好にすることができる。
In the present embodiment, a
(半導体装置の製造方法)
次に、本実施の形態における半導体装置の製造方法について図19から図21に基づき説明する。尚、基板10の上に形成される窒化物半導体は、MOVPEによるエピタキシャル成長により形成されている。
(Method for manufacturing semiconductor device)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device in the present embodiment will be described with reference to FIGS. The nitride semiconductor formed on the
最初に、図19(a)に示すように、基板10の上に、MOVPEにより、不図示の核形成層、バッファ層21、高抵抗膜223aを順次形成する。本実施の形態においては、基板10には、SiC基板が用いられており、不図示の核形成層は、膜厚が1nmから300nm、例えば、160nmのAlN膜により形成されている。バッファ層21は、膜厚が1nmから1000nm、例えば、600nmのAlGaN膜により形成されている。高抵抗膜223aは、GaNに不純物元素としてCがドープされている膜であり、不純物元素としてドープされているCの濃度は、例えば、1×1017cm−3である。
First, as shown in FIG. 19A, a nucleation layer (not shown), a
次に、図19(b)に示すように、高抵抗膜223aの上に、コドープ領域222、322が形成される領域に開口部161a、161bを有するレジストパターン161を形成する。具体的には、高抵抗膜223aの上にフォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、コドープ領域222、322が形成される領域に開口部161a、161bを有するレジストパターン161を形成する。
Next, as shown in FIG. 19B, a resist
次に、図19(c)に示すように、レジストパターン161が形成されていない領域の高抵抗膜223aにSiのイオン注入を行うことによりコドープ領域222、322を形成する。コドープ領域222、322にイオン注入されるSiの濃度は、例えば、5×1018cm−3である。これにより、高抵抗膜223aにおいて、Siのイオン注入が行われた領域にコドープ領域222、322が形成され、レジストパターン161が形成されており、Siのイオン注入がなされなかった領域が高抵抗領域323となる。
Next, as shown in FIG. 19C,
次に、図20(a)に示すように、コドープ領域222、322及び高抵抗領域323の上に、電子走行層31、電子供給層32、キャップ層33を順次積層して形成する。電子走行層31は、膜厚が約3.0μmのi−GaN膜により形成されている。電子供給層32は、膜厚が約30nmのn−AlGaNにより形成されており、n型となる不純物元素としてSiが、不純物濃度が5×1018cm−3となるようにドープされている。キャップ層33は、膜厚が約5nmのGaNにより形成されている。尚、電子走行層31と電子供給層32との間には、不図示のスペーサ層として膜厚が5nmのi−AlGaN膜を形成してもよい。これにより、電子走行層31と電子供給層32との界面近傍における電子走行層31には、2DEG31aが生成される。この後、不純物元素としてドープされたSiを活性化させるため、800℃〜1100℃、例えば、900℃の温度で熱処理を行う。
Next, as illustrated in FIG. 20A, the
次に、図20(b)に示すように、電子供給層32の上に、ソース電極42及びドレイン電極43を形成する。具体的には、キャップ層33の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ソース電極42及びドレイン電極43が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、レジストパターンの形成されていない領域のキャップ層33等をRIE等により除去し、更に、不図示のレジストパターンを有機溶剤等により除去する。この後、再び、キャップ層33及び電子供給層32の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ソース電極42及びドレイン電極43が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着によりAlを含む金属膜を成膜した後、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの上の金属膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残存する金属膜によりソース電極42及びドレイン電極43が形成される。この後、更に、窒素雰囲気中において、400℃〜1000℃、例えば、550℃の温度で熱処理を行い、ソース電極42及びドレイン電極43におけるオーミックコンタクトを確立させる。
Next, as illustrated in FIG. 20B, the
次に、図20(c)に示すように、キャップ層33の上に、ゲート電極41を形成する。具体的には、キャップ層33の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、ゲート電極41が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、真空蒸着によりNi/Auの金属積層膜を成膜した後、有機溶剤等に浸漬させることにより、レジストパターンの上の金属積層膜をレジストパターンとともにリフトオフにより除去する。これにより、残存する金属積層膜によりゲート電極41が形成される。
Next, as shown in FIG. 20C, the
次に、図21に示すように、ゲート電極41、ソース電極42及びドレイン電極43が形成されていないキャップ層33の上に、保護膜50を形成する。具体的には、MOCVDにより膜厚が10nm以上、700nm以下のSiN膜を成膜することにより形成する。
Next, as shown in FIG. 21, a
以上の工程により、本実施の形態における半導体装置を製造することができる。 Through the above steps, the semiconductor device in this embodiment can be manufactured.
尚、上記以外の内容については、第2の実施の形態と同様である。 The contents other than the above are the same as those in the second embodiment.
〔第5の実施の形態〕
次に、第5の実施の形態について説明する。本実施の形態は、半導体デバイス、電源装置及び高周波増幅器である。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment will be described. The present embodiment is a semiconductor device, a power supply device, and a high-frequency amplifier.
本実施の形態における半導体デバイスは、第1から第4の実施の形態におけるいずれかの半導体装置をディスクリートパッケージしたものであり、このようにディスクリートパッケージされた半導体デバイスについて、図22に基づき説明する。尚、図22は、ディスクリートパッケージされた半導体装置の内部を模式的に示すものであり、電極の配置等については、第1から第4の実施の形態に示されているものとは、異なっている。 The semiconductor device in the present embodiment is a discrete package of any of the semiconductor devices in the first to fourth embodiments. The semiconductor device thus discretely packaged will be described with reference to FIG. FIG. 22 schematically shows the inside of a discretely packaged semiconductor device. The arrangement of electrodes and the like are different from those shown in the first to fourth embodiments. Yes.
最初に、第1から第4の実施の形態において製造された半導体装置をダイシング等により切断することにより、GaN系の半導体材料のHEMTの半導体チップ410を形成する。この半導体チップ410をリードフレーム420上に、ハンダ等のダイアタッチ剤430により固定する。尚、この半導体チップ410は、第1から第4の実施の形態における半導体装置に相当するものである。
First, the semiconductor device manufactured in the first to fourth embodiments is cut by dicing or the like to form a
次に、ゲート電極411をゲートリード421にボンディングワイヤ431により接続し、ソース電極412をソースリード422にボンディングワイヤ432により接続し、ドレイン電極413をドレインリード423にボンディングワイヤ433により接続する。尚、ボンディングワイヤ431、432、433はAl等の金属材料により形成されている。また、本実施の形態においては、ゲート電極411はゲート電極パッドであり、第1から第4の実施の形態における半導体装置のゲート電極41と接続されている。また、ソース電極412はソース電極パッドであり、第1から第4の実施の形態における半導体装置のソース電極42と接続されている。また、ドレイン電極413はドレイン電極パッドであり、第1から第4の実施の形態における半導体装置のドレイン電極43と接続されている。
Next, the
次に、トランスファーモールド法によりモールド樹脂440による樹脂封止を行なう。このようにして、GaN系の半導体材料を用いたHEMTのディスクリートパッケージされている半導体デバイスを作製することができる。
Next, resin sealing with a
次に、本実施の形態における電源装置及び高周波増幅器について説明する。本実施の形態における電源装置及び高周波増幅器は、第1から第4の実施の形態におけるいずれかの半導体装置を用いた電源装置及び高周波増幅器である。 Next, a power supply device and a high frequency amplifier in the present embodiment will be described. The power supply device and the high-frequency amplifier in the present embodiment are a power supply device and a high-frequency amplifier using any one of the semiconductor devices in the first to fourth embodiments.
最初に、図23に基づき、本実施の形態における電源装置について説明する。本実施の形態における電源装置460は、高圧の一次側回路461、低圧の二次側回路462及び一次側回路461と二次側回路462との間に配設されるトランス463を備えている。一次側回路461は、交流電源464、いわゆるブリッジ整流回路465、複数のスイッチング素子(図23に示す例では4つ)466及び一つのスイッチング素子467等を備えている。二次側回路462は、複数のスイッチング素子(図23に示す例では3つ)468を備えている。図23に示す例では、第1から第4の実施の形態における半導体装置を一次側回路461のスイッチング素子466及び467として用いられている。尚、一次側回路461のスイッチング素子466及び467は、ノーマリーオフの半導体装置であることが好ましい。また、二次側回路462において用いられているスイッチング素子468はシリコンにより形成される通常のMISFET(metal insulator semiconductor field effect transistor)を用いている。
First, the power supply device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The
次に、図24に基づき、本実施の形態における高周波増幅器について説明する。本実施の形態における高周波増幅器470は、例えば、携帯電話の基地局用パワーアンプに適用してもよい。この高周波増幅器470は、ディジタル・プレディストーション回路471、ミキサー472、パワーアンプ473及び方向性結合器474を備えている。ディジタル・プレディストーション回路471は、入力信号の非線形歪みを補償する。ミキサー472は、非線形歪みが補償された入力信号と交流信号とをミキシングする。パワーアンプ473は、交流信号とミキシングされた入力信号を増幅する。図24に示す例では、パワーアンプ473は、第1から第4の実施の形態におけるいずれかの半導体装置を有している。方向性結合器474は、入力信号や出力信号のモニタリング等を行なう。図24に示す回路では、例えば、スイッチの切り替えにより、ミキサー472により出力信号を交流信号とミキシングしてディジタル・プレディストーション回路471に送出することが可能である。
Next, based on FIG. 24, the high frequency amplifier in this Embodiment is demonstrated. The
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。 Although the embodiment has been described in detail above, it is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope described in the claims.
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
基板の上方に設けられた、窒化物半導体のバッファ層と、
前記バッファ層の上方に設けられた、コドープ領域及び高抵抗領域を含んだ窒化物半導体の窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層の上方に設けられた、窒化物半導体のキャリア走行層と、
前記キャリア走行層の上方に設けられた、窒化物半導体のキャリア供給層と、
前記キャリア供給層の上方に設けられた、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、
を有し、
前記コドープ領域は、平面視で前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の領域に形成されており、Fe及びCから選択された少なくとも1つの不純物元素と、Siとがドープされているものであって、
前記高抵抗領域は、前記ゲート電極の直下の領域に形成されており、不純物元素としてFe、Cのうちのいずれかがドープされていることを特徴とする半導体装置。
(付記2)
前記高抵抗領域は、平面視で前記ゲート電極と前記ソース電極との間の領域にも形成されていることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記3)
前記コドープ領域は、平面視で前記ゲート電極と前記ソース電極との間の領域にも形成されていることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記4)
前記コドープ領域において、前記Siの濃度は、前記Fe、Cのうちのいずれかの濃度よりも、高いことを特徴とする付記1から3のいずれかに記載の半導体装置。
(付記5)
前記コドープ領域にドープされている前記Fe、Cのうちのいずれかの濃度は、1×1016cm−3以上、1×1018cm−3以下であって、前記Siの濃度は、1×1017cm−3以上、1×1020cm−3以下であることを特徴とする付記1から4のいずれかに記載の半導体装置。
(付記6)
前記高抵抗領域にドープされている前記Fe、Cのうちのいずれかの濃度は、1×1016cm−3以上、1×1018cm−3以下であることを特徴とする付記5に記載の半導体装置。
(付記7)
前記コドープ領域及び前記高抵抗領域は、GaNを含む材料により形成されていることを特徴とする付記1から6のいずれかに記載の半導体装置。
(付記8)
前記キャリア走行層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記キャリア供給層は、AlGaNを含む材料により形成されていることを特徴とする付記1から7のいずれかに記載の半導体装置。
(付記9)
基板の上方に、バッファ層を形成し、
前記バッファ層の上方に、Fe及びCから選択された少なくとも1つの不純物元素をドープした窒化物半導体の窒化物半導体層を形成し、
前記窒化物半導体層の一部にSiをイオン注入することにより、前記窒化物半導体層において、前記Siがイオン注入されたコドープ領域と、前記Siがドープされていない高抵抗領域とを形成し、
前記窒化物半導体層の上方に、窒化物半導体のキャリア走行層を形成し、
前記キャリア走行層の上方に、窒化物半導体のキャリア供給層を形成し、
前記キャリア供給層の上方に、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成し、
前記コドープ領域は、平面視で前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の領域に形成されており、
前記高抵抗領域は、前記ゲート電極の直下の領域に形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記10)
前記高抵抗領域は、平面視で前記ゲート電極と前記ソース電極との間の領域にも形成されていることを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。
(付記11)
前記コドープ領域は、平面視で前記ゲート電極と前記ソース電極との間の領域にも形成されていることを特徴とする付記9に記載の半導体装置の製造方法。
(付記12)
前記コドープ領域において、前記Siの濃度は、前記Fe、Cのうちのいずれかの濃度よりも、高いことを特徴とする付記9から11のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記13)
前記コドープ領域にドープされている前記Fe、Cのうちのいずれかの濃度は、1×1016cm−3以上、1×1018cm−3以下であって、前記Siの濃度は、1×1017cm−3以上、1×1020cm−3以下であることを特徴とする付記9から12のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記14)
前記高抵抗領域にドープされている前記Fe、Cのうちのいずれかの濃度は、1×1016cm−3以上、1×1018cm−3以下であることを特徴とする付記13に記載の半導体装置の製造方法。
(付記15)
前記コドープ領域及び前記高抵抗領域は、GaNを含む材料により形成されていることを特徴とする付記9から14のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記16)
前記キャリア走行層は、GaNを含む材料により形成されており、
前記キャリア供給層は、AlGaNを含む材料により形成されていることを特徴とする付記9から15のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
(付記17)
付記1から8のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする電源装置。
(付記18)
付記1から8のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする増幅器。
In addition to the above description, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
A nitride semiconductor buffer layer provided above the substrate;
A nitride semiconductor layer including a co-doped region and a high-resistance region provided above the buffer layer;
A nitride semiconductor carrier travel layer provided above the nitride semiconductor layer;
A nitride semiconductor carrier supply layer provided above the carrier travel layer;
A gate electrode, a source electrode, and a drain electrode provided above the carrier supply layer;
Have
The co-doped region is formed in a region between the gate electrode and the drain electrode in a plan view, and is doped with at least one impurity element selected from Fe and C and Si. And
The high resistance region is formed in a region immediately below the gate electrode, and is doped with either Fe or C as an impurity element.
(Appendix 2)
The semiconductor device according to
(Appendix 3)
The semiconductor device according to
(Appendix 4)
4. The semiconductor device according to any one of
(Appendix 5)
The concentration of any one of the Fe and C doped in the co-doped region is 1 × 10 16 cm −3 or more and 1 × 10 18 cm −3 or less, and the concentration of Si is 1 × The semiconductor device according to any one of
(Appendix 6)
The supplementary note 5, wherein the concentration of any one of the Fe and C doped in the high resistance region is 1 × 10 16 cm −3 or more and 1 × 10 18 cm −3 or less. Semiconductor device.
(Appendix 7)
The semiconductor device according to any one of
(Appendix 8)
The carrier traveling layer is formed of a material containing GaN,
The semiconductor device according to any one of
(Appendix 9)
Forming a buffer layer above the substrate;
Forming a nitride semiconductor layer of a nitride semiconductor doped with at least one impurity element selected from Fe and C above the buffer layer;
Si is ion-implanted into a part of the nitride semiconductor layer to form a co-doped region in which the Si is ion-implanted and a high resistance region in which the Si is not doped in the nitride semiconductor layer,
Forming a nitride semiconductor carrier travel layer above the nitride semiconductor layer;
Forming a nitride semiconductor carrier supply layer above the carrier travel layer,
Forming a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode above the carrier supply layer;
The co-doped region is formed in a region between the gate electrode and the drain electrode in plan view,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the high resistance region is formed in a region immediately below the gate electrode.
(Appendix 10)
The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 9, wherein the high resistance region is also formed in a region between the gate electrode and the source electrode in plan view.
(Appendix 11)
The method for manufacturing a semiconductor device according to appendix 9, wherein the co-doped region is also formed in a region between the gate electrode and the source electrode in plan view.
(Appendix 12)
12. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 9 to 11, wherein the concentration of Si in the co-doped region is higher than the concentration of any one of Fe and C.
(Appendix 13)
The concentration of any one of the Fe and C doped in the co-doped region is 1 × 10 16 cm −3 or more and 1 × 10 18 cm −3 or less, and the concentration of Si is 1 × The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 9 to 12, wherein the manufacturing method is 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 20 cm −3 or less.
(Appendix 14)
Item 13. The supplementary note 13, wherein the concentration of any one of the Fe and C doped in the high resistance region is 1 × 10 16 cm −3 or more and 1 × 10 18 cm −3 or less. Semiconductor device manufacturing method.
(Appendix 15)
15. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 9 to 14, wherein the co-doped region and the high resistance region are formed of a material containing GaN.
(Appendix 16)
The carrier traveling layer is formed of a material containing GaN,
16. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of appendices 9 to 15, wherein the carrier supply layer is formed of a material containing AlGaN.
(Appendix 17)
A power supply device comprising the semiconductor device according to any one of
(Appendix 18)
An amplifier comprising the semiconductor device according to any one of
10 基板
21 バッファ層
22 コドープ領域
23 高抵抗領域
31 電子走行層
31a 2DEG
32 電子供給層
33 キャップ層
41 ゲート電極
42 ソース電極
43 ドレイン電極
10
32
Claims (8)
前記バッファ層の上方に設けられた、コドープ領域及び高抵抗領域を含んだ窒化物半導体の窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層の上方に設けられた、窒化物半導体のキャリア走行層と、
前記キャリア走行層の上方に設けられた、窒化物半導体のキャリア供給層と、
前記キャリア供給層の上方に設けられた、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極と、
を有し、
前記コドープ領域は、平面視で前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の領域に形成されており、Fe及びCから選択された少なくとも1つの不純物元素と、Siとがドープされているものであって、
前記高抵抗領域は、前記ゲート電極の直下の領域に形成されており、不純物元素としてFe、Cのうちのいずれかがドープされていることを特徴とする半導体装置。 A nitride semiconductor buffer layer provided above the substrate;
A nitride semiconductor layer including a co-doped region and a high-resistance region provided above the buffer layer;
A nitride semiconductor carrier travel layer provided above the nitride semiconductor layer;
A nitride semiconductor carrier supply layer provided above the carrier travel layer;
A gate electrode, a source electrode, and a drain electrode provided above the carrier supply layer;
Have
The co-doped region is formed in a region between the gate electrode and the drain electrode in a plan view, and is doped with at least one impurity element selected from Fe and C and Si. And
The high resistance region is formed in a region immediately below the gate electrode, and is doped with either Fe or C as an impurity element.
前記バッファ層の上方に、Fe及びCから選択された少なくとも1つの不純物元素をドープした窒化物半導体の窒化物半導体層を形成し、
前記窒化物半導体層の一部にSiをイオン注入することにより、前記窒化物半導体層において、前記Siがイオン注入されたコドープ領域と、前記Siがドープされていない高抵抗領域とを形成し、
前記窒化物半導体層の上方に、窒化物半導体のキャリア走行層を形成し、
前記キャリア走行層の上方に、窒化物半導体のキャリア供給層を形成し、
前記キャリア供給層の上方に、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極を形成し、
前記コドープ領域は、平面視で前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の領域に形成されており、
前記高抵抗領域は、前記ゲート電極の直下の領域に形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a buffer layer above the substrate;
Forming a nitride semiconductor layer of a nitride semiconductor doped with at least one impurity element selected from Fe and C above the buffer layer;
Si is ion-implanted into a part of the nitride semiconductor layer to form a co-doped region in which the Si is ion-implanted and a high resistance region in which the Si is not doped in the nitride semiconductor layer,
Forming a nitride semiconductor carrier travel layer above the nitride semiconductor layer;
Forming a nitride semiconductor carrier supply layer above the carrier travel layer,
Forming a gate electrode, a source electrode, and a drain electrode above the carrier supply layer;
The co-doped region is formed in a region between the gate electrode and the drain electrode in plan view,
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the high resistance region is formed in a region immediately below the gate electrode.
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