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公開番号2024156332
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-06
出願番号2023070705
出願日2023-04-24
発明の名称III族窒化物積層構造および高電子移動度トランジスタ
出願人住友化学株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 21/338 20060101AFI20241029BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】III族窒化物の積層構造において、電気的に高抵抗化する不純物を含有する層から、他の層への当該不純物の拡散を抑制することができる技術を提供する。
【解決手段】III族窒化物積層構造は、III族窒化物で構成された第1層と、第1層上に配置され、Inを含有するIII族窒化物で構成された第2層と、第2層上に配置され、III族窒化物で構成された第3層と、を有し、第1層は、少なくとも第1層の第2層との界面から厚さ50nmの領域である界面近傍領域において、III族窒化物を電気的に高抵抗化する不純物を含有し、第2層を挟んで、第1層側よりも第3層側において、当該不純物の濃度が減少しており、第3層において、少なくとも3nmの厚さにわたって連続的に、当該不純物の濃度が2×10¹⁵cm^-3未満に達していることで、第3層は、当該不純物を実質的に含有しない。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物で構成された第１層と、
前記第１層上に配置され、Ｉｎを含有するＩＩＩ族窒化物で構成された第２層と、
前記第２層上に配置され、ＩＩＩ族窒化物で構成された第３層と、
を有し、
前記第１層は、少なくとも前記第１層の前記第２層との界面から厚さ５０ｎｍの領域である界面近傍領域において、ＩＩＩ族窒化物を電気的に高抵抗化する不純物を含有し、
前記第２層を挟んで、前記第１層側よりも前記第３層側において、前記不純物の濃度が減少しており、
前記第３層において、少なくとも３ｎｍの厚さにわたって連続的に、前記不純物の濃度が２×１０
１５
ｃｍ
－３
未満に達していることで、前記第３層は、前記不純物を実質的に含有しない、
ＩＩＩ族窒化物積層構造。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第２層は、Ｉｎ組成が少なくとも１５％超であるＩＩＩ族窒化物で構成されている、
請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物積層構造。
【請求項３】
前記界面近傍領域における前記不純物の濃度の最低値が、２×１０
１６
ｃｍ
－３
以上である、
請求項１または２に記載のＩＩＩ族窒化物積層構造。
【請求項４】
前記不純物の濃度が、前記界面近傍領域において前記第２層に向けて増加し、
当該増加を経て、前記不純物の濃度が第１のピーク濃度に達し、
前記不純物の濃度が前記第１のピーク濃度から２×１０
１５
ｃｍ
－３
まで減少する際の減少比である、前記第１のピーク濃度に対する２×１０
１５
ｃｍ
－３
の比が、１／１５０以下である、
請求項１または２に記載のＩＩＩ族窒化物積層構造。
【請求項５】
前記不純物の濃度が、前記界面近傍領域において前記第２層に向けて増加し、
当該増加を経て、前記不純物の濃度が第１のピーク濃度に達し、
前記不純物の濃度が前記第１のピーク濃度から２×１０
１５
ｃｍ
－３
まで減少する際の平均的な減少傾きが、２．５×１０
１６
ｃｍ
－３
／ｎｍ以上である、
請求項１または２に記載のＩＩＩ族窒化物積層構造。
【請求項６】
前記第３層において、前記第２層との界面より１０ｎｍの厚さ位置から、上側の厚さ１０ｎｍの範囲での平均的な前記不純物の濃度が、３×１０
１５
ｃｍ
－３
未満である、
請求項１または２に記載のＩＩＩ族窒化物積層構造。
【請求項７】
前記第１層の前記界面近傍領域における前記不純物の濃度の最低値よりも、前記第３層の上面における前記不純物の濃度が低い、
請求項１または２に記載のＩＩＩ族窒化物積層構造。
【請求項８】
前記第１層における前記不純物の濃度が、前記第２層との界面で最高値を取る、
請求項１または２に記載のＩＩＩ族窒化物積層構造。
【請求項９】
前記界面近傍領域よりも前記第１層の下面側の領域において、前記界面近傍領域における前記不純物の濃度の最低値よりも高い第２のピーク濃度が存在し、
前記第２のピーク濃度に対する前記最低値の比が、１／３０以上である、
請求項１または２に記載のＩＩＩ族窒化物積層構造。
【請求項１０】
前記界面近傍領域よりも前記第１層の下面側の領域において、前記界面近傍領域における前記不純物の濃度の最低値よりも高い第２のピーク濃度が存在し、
前記第１層の下面から前記第２のピーク濃度が存在する厚さ位置までの部分の前記第１層の厚さよりも、前記第２のピーク濃度が存在する厚さ位置から前記第２層との界面までの部分の前記第１層の厚さの方が、薄い、
請求項１または２に記載のＩＩＩ族窒化物積層構造。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物積層構造および高電子移動度トランジスタに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物（例えば窒化ガリウム）に、電気的に高抵抗化するための不純物（例えば鉄）を添加することが行われている（例えば特許文献１参照）。ＩＩＩ族窒化物の積層構造において、電気的に高抵抗化する不純物を含有する層から、他の層への当該不純物の拡散を抑制することができる技術は、積層構造の電気的特性の制御性を高める観点で好ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
国際公開第２０１９／１８１３９１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一目的は、ＩＩＩ族窒化物の積層構造において、電気的に高抵抗化する不純物を含有する層から、他の層への当該不純物の拡散を抑制することができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、
ＩＩＩ族窒化物で構成された第１層と、
前記第１層上に配置され、Ｉｎを含有するＩＩＩ族窒化物で構成された第２層と、
前記第２層上に配置され、ＩＩＩ族窒化物で構成された第３層と、
を有し、
前記第１層は、少なくとも前記第１層の前記第２層との界面から厚さ５０ｎｍの領域である界面近傍領域において、ＩＩＩ族窒化物を電気的に高抵抗化する不純物を含有し、
前記第２層を挟んで、前記第１層側よりも前記第３層側において、前記不純物の濃度が減少しており、
前記第３層において、少なくとも３ｎｍの厚さにわたって連続的に、前記不純物の濃度が２×１０
１５
ｃｍ
－３
未満に達していることで、前記第３層は、前記不純物を実質的に含有しない、
ＩＩＩ族窒化物積層構造
が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
ＩＩＩ族窒化物の積層構造において、電気的に高抵抗化する不純物を含有する層から、他の層への当該不純物の拡散を抑制することができる技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、本発明の実施形態による積層構造の一例を示す概略断面図である。
図２は、実施形態の第１例の試料の全体的なＳＩＭＳプロファイルである。
図３は、実施形態の第１例の試料の部分的なＳＩＭＳプロファイルである。
図４は、実施形態の第２例の試料の全体的なＳＩＭＳプロファイルである。
図５は、実施形態の第２例の試料の部分的なＳＩＭＳプロファイルである。
図６は、比較形態の試料の全体的なＳＩＭＳプロファイルである。
図７は、比較形態の試料の部分的なＳＩＭＳプロファイルである。
図８（ａ）は、実施形態および比較形態の試料における、拡散抑制層のＩｎ組成と、Ｆｅ濃度と、の関係をプロットしたグラフであり、添加ピーク濃度Ｃ１の設計値が１×１０
１７
ｃｍ
－３
の試料を示す。図８（ｂ）は、実施形態および比較形態の試料における、拡散抑制層のＩｎ組成と、Ｆｅ濃度と、の関係をプロットしたグラフであり、添加ピーク濃度Ｃ１の設計値が１×１０
１８
ｃｍ
－３
の試料を示す。
図９は、Ｉｎ設計組成が１５．６％で設計厚さが２ｎｍである拡散抑制層のＩｎ量分布を示すＳＩＭＳプロファイルである。
図１０（ａ）は、ＨＥＭＴにおける、拡散抑制層のＩｎ組成と、シート抵抗と、の関係をプロットしたグラフであり、図１０（ｂ）は、ＨＥＭＴにおける、拡散抑制層のＩｎ組成と、閾値電圧と、の関係をプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施形態による、ＩＩＩ族窒化物積層構造１００（以下、積層構造１００と呼ぶ）について説明する。図１は、積層構造１００の一例を示す概略断面図である。積層構造１００は、３層のＩＩＩ族窒化物層の積層で構成された拡散抑制部１を含むことを特徴とする。拡散抑制部１について、詳しくは後述する。
【０００９】
積層構造１００は、拡散抑制部１を含む半導体ウエハの態様であってもよいし、当該半導体ウエハ上にさらに他の部材（電極等）が設けられた半導体素子の態様のものであってもよい。ここでは、積層構造１００の一態様として、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を例示する。以下、積層構造１００を、ＨＥＭＴ１００とも呼ぶ。
【００１０】
ＨＥＭＴ１００は、ウエハ１１０と、電極１２０と、を有する。ウエハ１１０は、基板１０と、核生成層２０と、バッファ層３０と、拡散抑制層４０と、チャネル層５０と、バリア層６０と、キャップ層７０と、を有する。電極１２０は、キャップ層７０上に配置され、ソース電極１２１と、ゲート電極１２２と、ドレイン電極１２３と、を有する。
（【００１１】以降は省略されています）

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