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公開番号2025002282
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-09
出願番号2023102350
出願日2023-06-22
発明の名称窒化物半導体装置、窒化物半導体装置の製造方法及びエピタキシャル基板
出願人富士通株式会社
代理人個人,個人
主分類H10D 30/47 20250101AFI20241226BHJP()
要約【課題】電流コラプスの抑制及び高い電子の移動度の確保を両立することができる窒化物半導体装置、窒化物半導体装置の製造方法及びエピタキシャル基板を提供する。
【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、炭素濃度が1×10¹⁷cm^-3以上である第1層と、前記第1層の上に設けられ、炭素濃度が2×10¹⁶cm^-3以下である第2層と、を有し、前記第1層の厚さは、前記チャネル層の厚さの20%以下である。
【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、
炭素濃度が１×１０
１７
ｃｍ
－３
以上である第１層と、
前記第１層の上に設けられ、炭素濃度が２×１０
１６
ｃｍ
－３
以下である第２層と、
を有し、
前記第１層の厚さは、前記チャネル層の厚さの２０％以下である窒化物半導体装置。
続きを表示（約 890 文字）【請求項２】
前記チャネル層の厚さは、２００ｎｍ以下である請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記バッファ層のバンドギャップは、前記チャネル層のバンドギャップよりも大きい請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
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、
を有し、
前記チャネル層は、
炭素濃度が１×１０
１７
ｃｍ
－３
以上である第１層と、
前記第１層の上に設けられ、炭素濃度が２×１０
１６
ｃｍ
－３
以下である第２層と、
を有し、
前記第１層の厚さは、前記チャネル層の厚さの２０％以下である窒化物エピタキシャル基板。
【請求項５】
前記チャネル層の厚さは、２００ｎｍ以下である請求項４に記載の窒化物エピタキシャル基板。
【請求項６】
前記バッファ層のバンドギャップは、前記チャネル層のバンドギャップよりも大きい請求項４又は５に記載の窒化物エピタキシャル基板。
【請求項７】
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、
前記チャネル層を形成する工程は、
炭素濃度が１×１０
１７
ｃｍ
－３
以上である第１層を形成する工程と、
前記第１層の上に、炭素濃度が２×１０
１６
ｃｍ
－３
以下である第２層を形成する工程と、
を有し、
前記第１層の厚さは、前記チャネル層の厚さの２０％以下であ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、窒化物半導体装置の製造方法及びエピタキシャル基板に関する。
続きを表示（約 1,700 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、オフリーク電流の低減を目的とした技術及び電気的ブレークダウン特性の改善を目的とした技術等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１６－２１３５０７号公報
特開２０１６－０７６６８１号公報
米国特許第９６０８０７５号明細書
米国特許出願公開第２０２１／００５０４２２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の技術では、オフリーク電流の低減等のためにチャネル層を薄くした場合に電流コラプスの抑制及び高い電子の移動度の確保の両立が困難である。
【０００７】
本開示の目的は、電流コラプスの抑制及び高い電子の移動度の確保を両立することができる窒化物半導体装置、窒化物半導体装置の製造方法及びエピタキシャル基板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、炭素濃度が１×１０
１７
ｃｍ
－３
以上である第１層と、前記第１層の上に設けられ、炭素濃度が２×１０
１６
ｃｍ
－３
以下である第２層と、を有し、前記第１層の厚さは、前記チャネル層の厚さの２０％以下である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、電流コラプスの抑制及び高い電子の移動度の確保を両立することができる。
【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層の厚さの割合と表面粗さＲａとの関係を示す図である。
第１層の厚さの割合とコラプス率との関係を示す図である。
シミュレーションの結果を示す図（その１）である。
シミュレーションの結果を示す図（その２）である。
第２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３実施形態に係るＰＦＣ回路を示す結線図である。
第４実施形態に係る電源装置を示す結線図である。
第５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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