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公開番号2024070020
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-22
出願番号2022180354
出願日2022-11-10
発明の名称窒化物半導体装置
出願人ローム株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 21/337 20060101AFI20240515BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ゲート閾値電圧を高くする。
【解決手段】窒化物半導体装置10は、窒化物半導体によって構成された電子走行層16と、電子走行層16の上面16Aの上に形成され、電子走行層16よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体によって構成された電子供給層18と、電子供給層18の上面18Aの上の一部に形成され、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層22と、ゲート層22の上面22Aの上に形成されたゲート電極24と、電子供給層18の上に形成されたソース電極28およびドレイン電極30と、を備える。ゲート層22は、電子供給層18の上において、ソース電極28とドレイン電極30との間に位置している。電子供給層18は、n型不純物を含む。電子走行層16、電子供給層18、およびゲート層22は、各上面の結晶方位が非極性面の層である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
窒化物半導体によって構成された電子走行層と、
前記電子走行層の上面の上に形成され、前記電子走行層よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体によって構成された電子供給層と、
前記電子供給層の上面の上の一部に形成され、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層と、
前記ゲート層の上面の上に形成されたゲート電極と、
前記電子供給層の上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、を備え、
前記ゲート層は、前記電子供給層の上において、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に位置しており、
前記電子供給層は、ｎ型不純物を含み、
前記電子走行層、前記電子供給層、および前記ゲート層は、前記各上面の結晶方位が非極性面の層である、窒化物半導体装置。
続きを表示（約 750 文字）【請求項２】
前記電子走行層、前記電子供給層、および前記ゲート層は、前記各上面の結晶方位がｍ面の層である、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記ゲート層は、結晶方位がｃ面である側面を有する、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
窒化物半導体によって構成され、上面の結晶方位が非極性面である基板を備え、
前記電子走行層は、前記基板の前記上面の上に形成されている、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記電子走行層は、前記上面の結晶方位が非極性面である基板の一部である、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記電子走行層の前記上面に前記電子供給層が積層されており、前記電子走行層の前記上面と前記電子供給層の下面とが接触している、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記電子供給層の前記上面に前記ゲート層が積層されており、前記電子供給層の前記上面と前記ゲート層の下面とが接触している、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
前記ゲート層は、
前記ゲート電極が形成される前記上面および前記電子供給層に接する下面を含むリッジ部と、
前記電子供給層に接する下面を含み、前記リッジ部よりも薄い延在部と、を備える、請求項１～７のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項９】
前記電子走行層は、ＧａＮ層であり、
前記電子供給層は、前記ｎ型不純物であるＳｉを含むＡｌＧａＮ層であり、
前記ゲート層は、前記アクセプタ型不純物を含むＧａＮ層である、請求項１に記載の窒化物半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体装置に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
現在、窒化ガリウム（ＧａＮ）等のIII族窒化物半導体（以下、単に「窒化物半導体」と言う場合がある）を用いた高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の製品化が進んでいる。ＨＥＭＴは、半導体ヘテロ接合の界面付近に形成された二次元電子ガス（２ＤＥＧ）を導電経路（チャネル）として使用する。ＨＥＭＴを利用したパワーデバイスは、典型的なシリコン（Ｓｉ）パワーデバイスと比較して低オン抵抗および高速・高周波動作を可能にしたデバイスとして認知されている。
【０００３】
たとえば、特許文献１に記載の窒化物半導体装置は、窒化ガリウム（ＧａＮ）層によって構成された電子走行層と、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）層によって構成された電子供給層とを含む。これら電子走行層と電子供給層とのヘテロ接合の界面付近において電子走行層中に２ＤＥＧが形成される。また、特許文献１の窒化物半導体装置では、アクセプタ型不純物を含むゲート層（たとえばｐ型ＧａＮ層）が、電子走行層上であってゲート電極の直下の位置に設けられている。この構成では、ゲート層から下方に広がる空乏層によりゲート層の直下のチャネルが消失することによって、ノーマリーオフが実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１７－７３５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されるようなＨＥＭＴにおいて、より確実なノーマリーオフ動作を達成するためには、十分な大きさのゲート閾値電圧を有することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様である窒化物半導体装置は、窒化物半導体によって構成された電子走行層と、前記電子走行層の上面の上に形成され、前記電子走行層よりも大きなバンドギャップを有する窒化物半導体によって構成された電子供給層と、前記電子供給層の上面の上の一部に形成され、アクセプタ型不純物を含む窒化物半導体によって構成されたゲート層と、前記ゲート層の上面の上に形成されたゲート電極と、前記電子供給層の上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、を備え、前記ゲート層は、前記電子供給層の上において、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に位置しており、前記電子供給層は、ｎ型不純物を含み、前記電子走行層、前記電子供給層、および前記ゲート層は、前記各上面の結晶方位が非極性面の層である。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の一態様である窒化物半導体装置によれば、ゲート閾値電圧を高くできる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、実施形態に係る例示的な窒化物半導体装置の概略断面図である。
図２は、図１の窒化物半導体装置の例示的な製造工程を示す概略断面図である。
図３は、ｃ軸方向に成長させて形成された窒化物半導体により構成される、電子走行層、電子供給層、およびゲート層を備える参考例の窒化物半導体装置の概略断面図である。
図４は、変更例の窒化物半導体装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して本開示における窒化物半導体装置の実施形態を説明する。
なお、説明を簡単かつ明確にするために、図面に示される構成要素は必ずしも一定の縮尺で描かれていない。また、理解を容易にするために、断面図では、ハッチング線が省略されている場合がある。添付の図面は、本開示の実施形態を例示するに過ぎず、本開示を制限するものとみなされるべきではない。
【００１０】
以下の詳細な記載は、本開示の例示的な実施形態を具体化する装置、システム、および方法を含む。この詳細な記載は本来説明のためのものに過ぎず、本開示の実施形態またはこのような実施形態の適用および使用を限定することを意図していない。
（【００１１】以降は省略されています）

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