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公開番号2025017676
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2023120836
出願日2023-07-25
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H10D 30/83 20250101AFI20250130BHJP()
要約【課題】窒化物半導体装置の耐圧および信頼性を向上させる。
【解決手段】窒化物半導体装置100は、半導体基板18と、半導体基板18の上方に形成された窒化物半導体層20とを含んでいる。窒化物半導体層20は、第1超格子バッファ層106と、第1超格子バッファ層106の上方に形成された第2超格子バッファ層108と、第2超格子バッファ層108の上方に形成された電子走行層24とを含んでいる。第1超格子バッファ層106は、交互に配置された第1層および第2層を含む第1超格子構造を有している。第1層は、Al_xGa_1-xNで構成されており、ここで、0<x<1である。第2層は、GaNで構成されている。第2超格子バッファ層108は、交互に配置された第3層および第4層を含む第2超格子構造を有している。第3層は、Al_yGa_1-yNで構成されており、ここで、0<y<xである。第4層は、GaNで構成されている。
【選択図】図9
特許請求の範囲【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の上方に形成された窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層の上方に形成された少なくとも１つの電極と
を備え、
前記窒化物半導体層は、
第１超格子バッファ層と、
前記第１超格子バッファ層の上方に形成された第２超格子バッファ層と、
前記第２超格子バッファ層の上方に形成されるとともに、第１窒化物半導体で構成された電子走行層と、
前記電子走行層の上方に形成されるとともに、前記第１窒化物半導体よりも大きなバンドギャップを有する第２窒化物半導体で構成された電子供給層と
を含み、
前記第１超格子バッファ層は、交互に配置された第１層および第２層を含む第１超格子構造を有し、前記第１層は、Ａｌ
ｘ
Ｇａ
１－ｘ
Ｎで構成されており、ここで、０＜ｘ＜１であり、前記第２層は、ＧａＮで構成されており、
前記第２超格子バッファ層は、交互に配置された第３層および第４層を含む第２超格子構造を有し、前記第３層は、Ａｌ
ｙ
Ｇａ
１－ｙ
Ｎで構成されており、ここで、０＜ｙ＜ｘであり、前記第４層は、ＧａＮで構成されている、
窒化物半導体装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記窒化物半導体層は、前記第２超格子バッファ層の上方に形成された第３超格子バッファ層をさらに含み、前記第３超格子バッファ層は、交互に配置された第５層および第６層を含む第３超格子構造を有し、前記第５層は、Ａｌ
ｚ
Ｇａ
１－ｚ
Ｎで構成されており、ここで、０＜ｚ＜ｙであり、前記第６層は、ＧａＮで構成されており、前記電子走行層は、前記第３超格子バッファ層の上方に形成されている、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記窒化物半導体層は、前記第２超格子バッファ層と前記電子走行層との間に配置された上部バッファ層をさらに含み、前記上部バッファ層は、Ａｌ
ｕ
Ｇａ
１－ｕ
Ｎで構成されており、ここで、０＜ｕ＜ｙである、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記窒化物半導体層は、前記第１超格子バッファ層と前記第２超格子バッファ層との間に配置された中間バッファ層をさらに含み、前記中間バッファ層は、Ａｌ
ｉ
Ｇａ
１－ｉ
Ｎで構成されており、ここで、ｙ＜ｉ＜ｘである、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記窒化物半導体層は、前記半導体基板と前記第１超格子バッファ層との間に配置された下部バッファ層をさらに含み、前記下部バッファ層は、Ａｌ
ｂ
Ｇａ
１－ｂ
Ｎで構成されており、ここで、ｘ＜ｂ＜１である、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記窒化物半導体層は、前記半導体基板に接するベースバッファ層をさらに含み、前記ベースバッファ層は、ＡｌＮで構成されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記第２超格子バッファ層は、前記第１超格子バッファ層に接している、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
前記窒化物半導体層は、前記半導体基板に接する底面を有するとともに、複数の転位線を含み、
前記少なくとも１つの電極の下方の領域において、前記電子走行層と前記電子供給層との界面を通る転位線の数は、前記窒化物半導体層の前記底面から延びる転位線の数よりも少ない、請求項１～５のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項９】
前記第１超格子構造では、前記第１層と前記第２層との２層構造が、２回以上５００回以下繰り返されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１０】
前記第１窒化物半導体は、ＧａＮを含み、前記第２窒化物半導体は、ＡｌＧａＮを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
（【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】
本開示は、窒化物半導体装置に関する。
続きを表示（約 2,300 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】
例えば、特許文献１に記載の窒化物半導体装置は、シリコン基板と、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。電子走行層中、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、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がドーピングされたＧａＮ層（ｐ型ＧａＮ層）が、電子供給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、ｐ型ＧａＮ層が、その直下の領域において電子走行層と電子供給層との間のヘテロ接合界面付近における伝導帯のエネルギーレベルを引き上げるので、ｐ型ＧａＮ層の直下のチャネルを消失させることができる。これにより、窒化物半導体装置のノーマリーオフ動作が実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１７－７３５０６号公報
【０００５】
［概要］
窒化物半導体装置では、窒化物半導体層（例えば、ＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層など）が、窒化物半導体層とは異なる材料からなる半導体基板上に形成されている。半導体基板と窒化物半導体層との間の格子定数の不整合は、窒化物半導体層中にミスフィット転位を生じさせ、その結果、窒化物半導体層中に複数の転位線が形成され得る。窒化物半導体層中のこのような転位線は、窒化物半導体装置の耐圧の低下、リーク電流の増加などの原因となり得る。
【０００６】
本開示の一態様による窒化物半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上方に形成された窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層の上方に形成された少なくとも１つの電極とを備えている。前記窒化物半導体層は、第１超格子バッファ層と、前記第１超格子バッファ層の上方に形成された第２超格子バッファ層と、前記第２超格子バッファ層の上方に形成されるとともに、第１窒化物半導体で構成された電子走行層と、前記電子走行層の上方に形成されるとともに、前記第１窒化物半導体よりも大きなバンドギャップを有する第２窒化物半導体で構成された電子供給層とを含んでいる。前記第１超格子バッファ層は、交互に配置された第１層および第２層を含む第１超格子構造を有し、前記第１層は、Ａｌ
ｘ
Ｇａ
１－ｘ
Ｎで構成されており、ここで、０＜ｘ＜１であり、前記第２層は、ＧａＮで構成されている。前記第２超格子バッファ層は、交互に配置された第３層および第４層を含む第２超格子構造を有し、前記第３層は、Ａｌ
ｙ
Ｇａ
１－ｙ
Ｎで構成されており、ここで、０＜ｙ＜ｘであり、前記第４層は、ＧａＮで構成されている。
【０００７】
他の特徴および態様は、以下の詳細な説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、第１実施形態による例示的な窒化物半導体装置の概略平面図である。
図２は、図１に示す窒化物半導体装置の拡大平面図である。
図３は、図２のＦ３－Ｆ３線に沿った窒化物半導体装置の概略断面図である。
図４は、半導体基板の上方に形成された窒化物半導体層の一部の積層構造を示す模式図である。
図５は、超格子構造による転位線の消失メカズムを説明するための模式図である。
図６は、半導体基板の上方に形成された窒化物半導体層の一部の積層構造の第１変更例を示す模式図である。
図７は、半導体基板の上方に形成された窒化物半導体層の一部の積層構造の第２変更例を示す模式図である。
図８は、半導体基板の上方に形成された窒化物半導体層の一部の積層構造の第３変更例を示す模式図である。
図９は、第２実施形態による窒化物半導体装置の概略断面図である。
図１０は、半導体基板の上方に形成された窒化物半導体層の一部の積層構造を示す模式図である。
【０００９】
［詳細な説明］
以下、添付図面を参照して本開示の窒化物半導体装置のいくつかの実施形態を説明する。図面および詳細な説明を通して、同じ参照数字は同じ要素を指す。図面は縮尺通りでない場合があり、図面における要素の相対的な大きさ、比率、および描写は、明瞭さ、説明、および便宜のために誇張されている場合がある。
【００１０】
以下の詳細な説明は、記載された方法、装置、および／またはシステムの包括的な理解を提供する。記載された方法、装置、および／またはシステムの変更および均等物は、当業者には明らかである。必然的に特定の順序で生じる動作を除き、動作の順序は例示的なものであり、かつ当業者にとって明らかなように変更することができる。当業者に周知の機能および構造についての説明は省略され得る。
（【００１１】以降は省略されています）

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