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公開番号2024129896
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-30
出願番号2023039270
出願日2023-03-14
発明の名称窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法
出願人富士通株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 21/338 20060101AFI20240920BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】電流コラプスを抑制することができる窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】窒化物半導体装置は、基板と、前記基板の上に設けられたバッファ層と、前記バッファ層の上に設けられたチャネル層と、前記チャネル層の上に設けられたバリア層と、前記バリア層の上に設けられたソース電極、ゲート電極及びドレイン電極と、を有し、前記チャネル層は、前記バッファ層に対向する第1面と、前記バリア層に対向する第2面と、を有し、前記第2面は、平面視で前記ソース電極と前記ゲート電極との間にある第1領域と、平面視で前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間にある第2領域と、平面視で前記ゲート電極と重なり、前記第1領域及び前記第2領域に連なる第3領域と、を有し、前記第1領域と前記第3領域との第1境界は、前記第2領域と前記第3領域との第2境界よりも前記第1面に近く、前記第1領域は、前記第2領域よりも前記第1面に近い。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基板と、
前記基板の上に設けられたバッファ層と、
前記バッファ層の上に設けられたチャネル層と、
前記チャネル層の上に設けられたバリア層と、
前記バリア層の上に設けられたソース電極、ゲート電極及びドレイン電極と、
を有し、
前記チャネル層は、
前記バッファ層に対向する第１面と、
前記バリア層に対向する第２面と、
を有し、
前記第２面は、
平面視で前記ソース電極と前記ゲート電極との間にある第１領域と、
平面視で前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間にある第２領域と、
平面視で前記ゲート電極と重なり、前記第１領域及び前記第２領域に連なる第３領域と、
を有し、
前記第１領域と前記第３領域との第１境界は、前記第２領域と前記第３領域との第２境界よりも前記第１面に近く、
前記第１領域は、前記第２領域よりも前記第１面に近い窒化物半導体装置。
続きを表示（約 750 文字）【請求項２】
前記第１面と前記第２領域との間の第２距離は、前記第１面と前記第１領域との間の第１距離よりも３０ｎｍ以上大きい請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記第３領域は、前記第１面から３０度～７０度傾斜した傾斜面を有する請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記第１面の平坦度は、前記第２面の平坦度よりも高い請求項１又は２のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記第１面は平坦である請求項１又は２のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
基板の上にバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上にチャネル層を形成する工程と、
前記チャネル層の上にバリア層を形成する工程と、
前記バリア層の上にソース電極、ゲート電極及びドレイン電極を形成する工程と、
を有し、
前記チャネル層は、
前記バッファ層に対向する第１面と、
前記バリア層に対向する第２面と、
を有し、
前記第２面は、
平面視で前記ソース電極と前記ゲート電極との間にある第１領域と、
平面視で前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間にある第２領域と、
平面視で前記ゲート電極と重なり、前記第１領域及び前記第２領域に連なる第３領域と、
を有し、
前記チャネル層を形成する工程において、
前記第１領域と前記第３領域との第１境界を、前記第２領域と前記第３領域との第２境界よりも前記第１面に近くし、
前記第１領域を、前記第２領域よりも前記第１面に近くする窒化物半導体装置の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
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有している。このため、これらの特性を利用して窒化物半導体を高耐圧及び高出力の半導体デバイスに適用することについて種々の検討が行われている。例えば、窒化物半導体の一種である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）よりも大きい。このため、ＧａＮは、高い破壊電界強度を有しており、高電圧動作及び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。
【０００３】
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ＨＥＭＴでは、ＧａＮをチャネル層、ＡｌＧａＮをバリア層として用いたＡｌＧａＮ／ＧａＮ－ＨＥＭＴが注目されている。
【０００４】
ＧａＮ系ＨＥＭＴにおいて、電流コラプスの低減を目的とした技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１７－５０４３４号公報
特開２０２０－１７４２０２号公報
米国特許出願公開第２０１７／０３６５７０２号明細書
米国特許出願公開第２０１８／０３７４９５２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年では、電流コラプスの更なる低減の要請があるが、従来の技術では、要請に応えることが困難である。
【０００７】
本開示の目的は、電流コラプスを抑制することができる窒化物半導体装置及び窒化物半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一形態によれば、基板と、前記基板の上に設けられたバッファ層と、前記バッファ層の上に設けられたチャネル層と、前記チャネル層の上に設けられたバリア層と、前記バリア層の上に設けられたソース電極、ゲート電極及びドレイン電極と、を有し、前記チャネル層は、前記バッファ層に対向する第１面と、前記バリア層に対向する第２面と、を有し、前記第２面は、平面視で前記ソース電極と前記ゲート電極との間にある第１領域と、平面視で前記ドレイン電極と前記ゲート電極との間にある第２領域と、平面視で前記ゲート電極と重なり、前記第１領域及び前記第２領域に連なる第３領域と、を有し、前記第１領域と前記第３領域との第１境界は、前記第２領域と前記第３領域との第２境界よりも前記第１面に近く、前記第１領域は、前記第２領域よりも前記第１面に近い窒化物半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、電流コラプスを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
第１実施形態に係る窒化物半導体装置の構造を示す断面図である。
第１実施形態に係る窒化物半導体装置の一部を拡大して示す断面図である。
参考例に係る窒化物半導体装置の一部を拡大して示す断面図である。
第１実施形態に係る窒化物半導体装置の製造方法を示す断面図（その１）である。
第１実施形態に係る窒化物半導体装置の製造方法を示す断面図（その２）である。
第１実施形態に係る窒化物半導体装置の製造方法を示す断面図（その３）である。
第１実施形態に係る窒化物半導体装置の製造方法を示す断面図（その４）である。
第１実施形態に係る窒化物半導体装置の製造方法を示す断面図（その５）である。
第２実施形態に係る窒化物半導体装置の一部を拡大して示す断面図である。
第３実施形態に係る窒化物半導体装置の一部を拡大して示す断面図である。
第４実施形態に係る窒化物半導体装置の一部を拡大して示す断面図である。
第１例についてのシミュレーションの結果を示す図である。
第２例についてのシミュレーションの結果を示す図である。
第２距離と第１距離との差と電流維持率との関係に関するシミュレーションの結果を示す図である。
傾斜面の傾斜の角度と電流維持率及び最大ドレイン電流との関係に関するシミュレーションの結果を示す図である。
第５実施形態に係るディスクリートパッケージを示す図である。
第６実施形態に係るＰＦＣ回路を示す結線図である。
第７実施形態に係る電源装置を示す結線図である。
第８実施形態に係る増幅器を示す結線図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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