JP6769322B2 - Semiconductor devices, power supplies and amplifiers - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置、電源装置及び増幅器に関するものである。 The present invention relates to semiconductor devices, power supply devices and amplifiers.
窒化物半導体であるGaN、AlN、InNまたは、これらの混晶からなる材料等は、広いバンドギャップを有しており、高出力電子デバイスまたは短波長発光デバイス等として用いられている。例えば、窒化物半導体であるGaNは、バンドギャップが3.4eVであり、Siのバンドギャップ1.1eV、GaAsのバンドギャップ1.4eVよりも大きい。 Nitride semiconductors such as GaN, AlN, InN, and materials made of mixed crystals thereof have a wide bandgap and are used as high-power electronic devices, short-wavelength light emitting devices, and the like. For example, GaN, which is a nitride semiconductor, has a bandgap of 3.4 eV, which is larger than the bandgap of 1.1 eV for Si and 1.4 eV for GaAs.
このような高出力電子デバイスとしては、電界効果型トランジスタ(FET:Field effect transistor)、特に、高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)がある(例えば、特許文献1)。窒化物半導体を用いたHEMTは、高出力・高効率増幅器、大電力スイッチングデバイス等に用いられる。具体的には、AlGaNを電子供給層(障壁層、例えば電子走行層より電子親和力が小さく、バンドギャップが大きい材料より構成された層)、GaNを電子走行層に用いたHEMTでは、AlGaNとGaNとの格子定数差による歪みによりAlGaNにピエゾ分極等が生じ、高濃度の2DEG(Two-Dimensional Electron Gas:2次元電子ガス)が発生する。これらの材料系は、高電圧における動作が可能であり、高効率スイッチング素子、電気自動車用等における高耐圧電力デバイスに用いることができる。 Examples of such a high-power electronic device include a field effect transistor (FET), particularly a high electron mobility transistor (HEMT) (for example, Patent Document 1). HEMTs using nitride semiconductors are used in high-power, high-efficiency amplifiers, high-power switching devices, and the like. Specifically, in HEMTs in which AlGaN is used as an electron supply layer (barrier layer, for example, a layer made of a material having a smaller electron affinity and a larger bandgap than an electron traveling layer), and GaN is used as an electron traveling layer, AlGaN and GaN are used. Piezopolarization or the like occurs in AlGaN due to the strain due to the difference in lattice constants with, and high-concentration 2DEG (Two-Dimensional Electron Gas) is generated. These material systems can operate at high voltages and can be used for high-efficiency switching elements, high-voltage power devices for electric vehicles, and the like.
窒化物半導体を用いた超高周波用デバイスにおいては、デバイスの高出力化を実現するために、電子供給層をAlGaNに代えて、高い自発分極を有するInAlNやInAlGaNが用いられているものがある。電子供給層にInAlNやInAlGaNを用いた場合、薄くても高濃度の2次元電子ガスを誘起できることから高出力性と高周波性を併せ持つ材料として注目されている。 In ultra-high frequency devices using nitride semiconductors, in order to realize high output of the device, InAlN or InAlGaN having high spontaneous polarization is used instead of AlGaN as the electron supply layer. When InAlN or InAlGaN is used for the electron supply layer, it is attracting attention as a material having both high output and high frequency because it can induce a high concentration two-dimensional electron gas even if it is thin.
ところで、InAlNやInAlGaNはバンドギャップが広いため、オーミックコンタクトがとりにくく、InAlNやInAlGaNの上に形成されたオーミック電極のオーミックコンタクト抵抗が高いため、電流を増やすことができない。このため、オーミック電極が形成される領域のInAlNやInAlGaNに、Si等の不純物元素をイオンを注入し、オーミック電極が形成される領域のオーミックコンタクト抵抗を低くする方法がある。しかしながら、この方法では、例えば、オーミック電極となるドレイン電極の端部等において、電流が集中するため、この部分でダメージが発生し、半導体装置の信頼性の低下を招く場合がある。 By the way, since InAlN and InAlGaN have a wide band gap, it is difficult to make ohmic contact, and since the ohmic contact resistance of the ohmic electrode formed on InAlN and InAlGaN is high, the current cannot be increased. Therefore, there is a method of injecting an impurity element such as Si into InAlN or InAlGaN in the region where the ohmic electrode is formed to lower the ohmic contact resistance in the region where the ohmic electrode is formed. However, in this method, for example, since the current is concentrated at the end of the drain electrode serving as the ohmic electrode, damage may occur in this portion, which may lead to a decrease in the reliability of the semiconductor device.
よって、窒化物半導体を用いた半導体装置において、電流を多く流すことができ、信頼性の高い半導体装置が求められている。 Therefore, in a semiconductor device using a nitride semiconductor, there is a demand for a highly reliable semiconductor device capable of passing a large amount of current.
本実施の形態の一観点によれば、基板の上に形成された第1の半導体層と、前記第1の半導体層の上に形成された第2の半導体層と、前記第2の半導体層の上に形成されたゲート電極と、前記第1の半導体層または前記第2の半導体層の上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、前記第2の半導体層において、ドレイン電極が形成される領域に形成されたドレイン側の第1のイオン注入領域と、前記第2の半導体層において、前記ドレイン側の第1のイオン注入領域よりも前記ゲート電極側に形成されたドレイン側の第2のイオン注入領域と、を有し、前記第1のイオン注入領域には、SiまたはSnがドープされており、前記第2のイオン注入領域には、TiまたはWがドープされており、前記ドレイン側の第1のイオン注入領域及び前記ドレイン側の第2のイオン注入領域の上には、前記ドレイン電極が形成されており、前記ドレイン側の第1のイオン注入領域におけるキャリア濃度は、前記ドレイン側の第2のイオン注入領域におけるキャリア濃度よりも高いことを特徴とする。
According to one aspect of the present embodiment, the first semiconductor layer formed on the substrate, the second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer A drain electrode is formed in the gate electrode formed on the first semiconductor layer, the source electrode and the drain electrode formed on the first semiconductor layer or the second semiconductor layer, and the second semiconductor layer. In the first ion implantation region on the drain side formed in the region and the second on the drain side formed on the gate electrode side of the first ion implantation region on the drain side in the second semiconductor layer. It has an ion implantation region, and the first ion implantation region is doped with Si or Sn, and the second ion implantation region is doped with Ti or W, and the drain side. The drain electrode is formed on the first ion implantation region and the second ion implantation region on the drain side, and the carrier concentration in the first ion implantation region on the drain side is the drain side. It is characterized in that it is higher than the carrier concentration in the second ion implantation region of.
開示の半導体装置によれば、電流を多く流すことができ、信頼性の高い窒化物半導体を用いた半導体装置を得ることができる。 According to the disclosed semiconductor device, a large amount of current can flow, and a semiconductor device using a highly reliable nitride semiconductor can be obtained.
実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。 The embodiment for carrying out will be described below. The same members and the like are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
〔第1の実施の形態〕
最初に、電子供給層にInAlGaNを用いた半導体装置について図1に基づき説明する。この半導体装置は、図1に示すように、基板910の上に、不図示のバッファ層、i−GaNにより形成された電子走行層921、AlNにより形成された中間層922、InAlGaNにより形成された電子供給層923が積層されている。電子供給層923の上には、ゲート電極931、ソース電極932、ドレイン電極933が形成されている。ゲート電極931、ソース電極932、ドレイン電極933が形成されている領域を除く電子供給層923の上には、SiN等により保護膜940が形成されている。尚、基板910は、半絶縁性のSiC基板により形成されており、電子走行層921において、電子走行層921と中間層922との界面近傍には、2DEG921aが生成される。図1に示す構造の半導体装置は、電子供給層923を形成しているInAlGaNのバンドギャップが広いため、電子供給層923の上に形成されるソース電極932及びドレイン電極933とのオーミックコンタクト抵抗が高くなる。
[First Embodiment]
First, a semiconductor device using InAlGaN for the electron supply layer will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, this semiconductor device is formed on a
このため、図2に示すように、ソース電極932及びドレイン電極933が形成される領域の電子供給層923等にSi等の不純物元素をイオン注入し、イオン注入領域952、953を形成する方法が考えられる。この方法では、イオン注入領域952の上にソース電極932を形成し、イオン注入領域953の上にドレイン電極933を形成することにより、ソース電極932及びドレイン電極933におけるオーミックコンタクト抵抗を低くすることができる。
Therefore, as shown in FIG. 2, there is a method of ion-implanting an impurity element such as Si into the
しかしながら、この場合、オン電流は、ドレイン電極933のゲート電極931側の端部933aや、ソース電極932のゲート電極931側の端部932aに集中して流れるため、これらの部分が破壊等されやすくなる。また、ソース電極932やドレイン電極933は、リフトオフ等の方法により形成されるため、形成されるソース電極932やドレイン電極933の周囲は滑らかではなくデコボコしている。このように、ソース電極932及びドレイン電極933の周囲がデコボコしていると、例えば、ドレイン電極933のゲート電極931側に近くなっている領域で電流が集中(電流集中)し、ダメージが発生しやすい。尚、ドレイン電極933の周囲がデコボコしているとは、ドレイン電極933のゲート電極931側の端部933aが、紙面垂直方向においてゲート電極931に近くなっている領域と遠ざかっている領域とが存在していることを意味している。この場合、ドレイン電極933のゲート電極931側の端部933aにおいて、ゲート電極931に近くなっている領域に、電流が集中し、ダメージが発生しやすい。
However, in this case, since the on-current concentrates on the
このため、電流を多く流すことができ、上記のような電流集中がなく、信頼性の高い半導体装置が求められている。 Therefore, there is a demand for a highly reliable semiconductor device that can flow a large amount of current and does not have the above-mentioned current concentration.
(半導体装置)
次に、本実施の形態における半導体装置について図3に基づき説明する。本実施の形態における半導体装置は、図3に示すように、基板10の上に、不図示のバッファ層、i−GaNにより形成された電子走行層21、AlNにより形成された中間層22、InAlGaNにより形成された電子供給層23が積層されている。尚、電子走行層21は厚さが約1μmのi−GaNにより形成されており、中間層22は厚さが約1nmのi−AlNにより形成されており、電子供給層23は厚さが約10nmのInAlGaNにより形成されている。電子供給層23の上には、ゲート電極31、ソース電極32、ドレイン電極33が形成されている。ゲート電極31、ソース電極32、ドレイン電極33が形成されている領域を除く電子供給層23の上には、SiN等により保護膜40が形成されている。
(Semiconductor device)
Next, the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the semiconductor device according to the present embodiment includes a buffer layer (not shown), an
本実施の形態においては、基板10は、半絶縁性のSiC基板により形成されており、電子走行層21と中間層22との界面近傍における電子走行層21には、2DEG21aが生成される。また、電子供給層23は、i−In0.17Al0.83N等により形成してもよい。尚、本実施の形態においては、電子走行層21を第1の半導体層、電子供給層23を第2の半導体層、中間層22を第3の半導体層と記載する場合がある。
In the present embodiment, the
本実施の形態においては、ソース電極32の下の電子供給層23及び中間層22に、不純物元素をイオン注入することにより、第1のイオン注入領域52及び第2のイオン注入領域62が形成されている。即ち、第1のイオン注入領域52におけるオーミックコンタクト抵抗よりも、第2のイオン注入領域62におけるオーミックコンタクト抵抗が高くなるような不純物元素が各々イオン注入されている。具体的には、第1のイオン注入領域52には、Si(シリコン)等の不純物元素がイオン注入されており、第2のイオン注入領域62には、Ti(チタン)等の不純物元素がイオン注入されている。従って、第1のイオン注入領域52及び第2のイオン注入領域62には、ともにオーミックコンタクト抵抗が低くなる不純物元素がイオン注入されるが、イオン注入される不純物元素は、第1のイオン注入領域52と第2のイオン注入領域62とでは異なっている。
In the present embodiment, the first
第2のイオン注入領域62は、第1のイオン注入領域52よりもゲート電極31側に形成されている。第2のイオン注入領域62は、ソース電極32のゲート電極31側の端部32aが、第2のイオン注入領域62の上の位置するように形成されている。従って、第1のイオン注入領域52は、ソース電極32が形成される領域であって、ソース電極32のゲート電極31側の端部32aよりも内側に形成されている。よって、ソース電極32の底面32bは、第1のイオン注入領域52と第2のイオン注入領域62の一部と接している。
The second
同様に、ドレイン電極33の下の電子供給層23及び中間層22には、不純物元素をイオン注入することにより、第1のイオン注入領域53及び第2のイオン注入領域63が形成されている。即ち、第1のイオン注入領域53におけるオーミックコンタクト抵抗よりも、第2のイオン注入領域63におけるオーミックコンタクト抵抗が高くなるような不純物元素が各々イオン注入されている。具体的には、第1のイオン注入領域53には、Si等の不純物元素がイオン注入されており、第2のイオン注入領域63には、Ti等の不純物元素がイオン注入されている。従って、第1のイオン注入領域53及び第2のイオン注入領域63には、オーミックコンタクト抵抗が低くなる不純物元素がイオン注入されるが、ともにイオン注入される不純物元素は、第1のイオン注入領域53と第2のイオン注入領域63とでは異なっている。
Similarly, a first
第2のイオン注入領域63は、第1のイオン注入領域53よりもゲート電極31側に形成されている。第2のイオン注入領域63は、ドレイン電極33のゲート電極31側の端部33aが、第2のイオン注入領域63の上の位置するように形成されている。従って、第1のイオン注入領域53は、ドレイン電極33が形成される領域であって、ドレイン電極33のゲート電極31側の端部33aよりも内側に形成されている。よって、ドレイン電極33の底面33bは、第1のイオン注入領域53と第2のイオン注入領域63の一部と接している。
The second
このため、例えば、第1のイオン注入領域52、53におけるキャリア濃度は、第2のイオン注入領域62、63におけるキャリア濃度よりも高くなるように不純物元素が各々イオン注入されている。尚、本願においては、第1のイオン注入領域52をソース側の第1のイオン注入領域と、第2のイオン注入領域62をソース側の第2のイオン注入領域と記載する場合がある。また、第1のイオン注入領域53をドレイン側の第1のイオン注入領域と、第2のイオン注入領域63をドレイン側の第2のイオン注入領域と記載する場合がある。
Therefore, for example, the impurity elements are ion-implanted so that the carrier concentration in the first
従って、本実施の形態における半導体装置においては、ドレイン電極33から第1のイオン注入領域53に流れる電流は、ドレイン電極33から第2のイオン注入領域63に流れる電流よりも多い。第1のイオン注入領域53と第2のイオン注入領域63との間の境界は、略直線でありデコボコしておらず滑らかであるため、電流集中が緩和され、局所的に大電流が流れることを抑制することができる。このため、ダメージ等が発生しにくく、信頼性を高めることができる。
Therefore, in the semiconductor device of the present embodiment, the current flowing from the
同様に、第1のイオン注入領域52からソース電極32に流れる電流は、第2のイオン注入領域62からソース電極32に流れる電流よりも多い。第1のイオン注入領域52と第2のイオン注入領域62との間の境界は、ソース電極32のゲート電極31側の端部32aのように出っ張ったり引っ込んだりしていないため、電流集中が緩和され、局所的に大電流が流れることを抑制することができる。このため、ダメージ等が発生しにくく、信頼性を高めることができる。ソース電極32側は、ドレイン電極33側より電界集中によりダメージは小さいが、本構成による効果が期待できる。
Similarly, the current flowing from the first
本実施の形態における半導体装置においては、第1のイオン注入領域52と第2のイオン注入領域62とは、異なる不純物元素がイオン注入されているため、第1のイオン注入領域52と第2のイオン注入領域62との境界は明確となっている。同様に、第1のイオン注入領域53と第2のイオン注入領域63とは、異なる不純物元素がイオン注入されているため、第1のイオン注入領域53と第2のイオン注入領域63との境界は明確となっている。尚、第1のイオン注入領域52及び53にイオン注入される不純物元素としては、Siの他、Sn(スズ)等が挙げられ、第2のイオン注入領域62及び63にイオン注入される不純物元素としては、Tiの他、W(タングステン)等が挙げられる。
In the semiconductor device of the present embodiment, since different impurity elements are implanted in the first
図4は、窒化物半導体層に不純物元素をイオン注入することによりイオン注入領域を形成し、このイオン注入領域の上に電極を形成した試料について、イオン注入後のアニール温度とコンタクト抵抗RCとの関係を調べた結果を示す。具体的には、図4は、イオン注入領域にSiを注入した試料とTiを注入した試料を作製し、イオン注入後のアニール温度とコンタクト抵抗RCとの関係を調べた結果を示すものである。尚、注入される不純物元素がSiの場合では、Siのドーズ量を5×1014cm−2、1×1015cm−2、2×1015cm−2と変化させて試料を作製した。また、注入される不純物元素がTiの場合では、Tiのドーズ量を2×1015cm−2として試料を作製した。尚、コンタクト抵抗RCとは、例えば、図2や図3に示される半導体装置におけるソース電極またはドレイン電極と2DEGとの間の抵抗に相当する値である。 FIG. 4 shows the annealing temperature and contact resistance RC after ion implantation for a sample in which an ion implantation region was formed by ion implantation of an impurity element into the nitride semiconductor layer and an electrode was formed on the ion implantation region. The result of examining the relationship between is shown. Specifically, FIG. 4 shows the results of preparing a sample in which Si was implanted in the ion implantation region and a sample in which Ti was implanted, and examining the relationship between the annealing temperature after ion implantation and the contact resistance RC. is there. When the impurity element to be injected was Si, a sample was prepared by changing the dose amount of Si to 5 × 10 14 cm -2 , 1 × 10 15 cm -2 , and 2 × 10 15 cm -2 . When the impurity element to be injected was Ti, a sample was prepared with the dose amount of Ti set to 2 × 10 15 cm- 2 . The contact resistance RC is, for example, a value corresponding to the resistance between the source electrode or drain electrode and 2DEG in the semiconductor device shown in FIGS. 2 and 3.
この結果、アニール温度が約850℃の場合では、Siをイオン注入したイオン注入領域のコンタクト抵抗RCは、0.4〜0.5Ωmmであり、Tiをイオン注入したイオン注入領域のコンタクト抵抗RCは、約1.4Ωmmであった。よって、Tiをイオン注入したイオン注入領域のコンタクト抵抗RCは、Siをイオン注入したイオン注入領域のコンタクト抵抗RCの3〜4倍程度ある。 As a result, when the annealing temperature is about 850 ° C., the contact resistance RC of the ion-implanted region where Si is implanted is 0.4 to 0.5 Ωmm, and the contact resistance R of the ion-implanted region where Ti is ion-implanted. C was about 1.4 Ωmm. Therefore, the contact resistance RC of the ion-implanted region in which Ti is ion-implanted is about 3 to 4 times the contact resistance RC of the ion-implanted region in which Si is ion-implanted.
本実施の形態における半導体装置においては、第1のイオン注入領域52及び53にはSiをイオン注入し、第2のイオン注入領域62及び63にはTiをイオン注入している。これにより、第1のイオン注入領域52及び53よりも第2のイオン注入領域62及び63のコンタクト抵抗RCが高くなっている。尚、第1のイオン注入領域52及び53、第2のイオン注入領域62及び63は、各々不純物元素がイオン注入されているため、イオン注入されていない場合と比べてコンタクト抵抗は低い。
In the semiconductor device of the present embodiment, Si is ion-implanted into the first
図5は、窒化物半導体層にイオン注入された不純物元素の濃度分布を示す。図5(a)は、窒化物半導体層においてイオン注入されたSiの濃度分布を示し、図5(b)は、窒化物半導体層においてイオン注入されたTiの濃度分布を示す。本実施の形態における半導体装置は、電子供給層23の表面または内部において、不純物元素の濃度が最も高くなるように形成されている。また、ソース電極32及びドレイン電極33は、コンタクト抵抗を低くするため、不純物元素の濃度が最も高い領域と接するように形成されていることが好ましい。
FIG. 5 shows the concentration distribution of the impurity element ion-implanted into the nitride semiconductor layer. FIG. 5A shows the concentration distribution of ion-implanted Si in the nitride semiconductor layer, and FIG. 5B shows the concentration distribution of ion-implanted Ti in the nitride semiconductor layer. The semiconductor device according to this embodiment is formed so that the concentration of impurity elements is highest on the surface or inside of the
このように電子供給層23の表面または内部等の所望の深さの不純物元素の濃度が最も高くなるようにするためには、電子供給層23の上にSiN等により誘電体膜71を形成し、この誘電体膜71を通して不純物元素のイオン注入を行う。誘電体膜71は、イオン注入される不純物元素の濃度のピークとなる深さが、所望の深さとなるような膜厚で形成される。このような誘電体膜71を形成することにより、イオン注入される不純物元素の濃度分布は、図6に示されるような分布となる。尚、図6(a)は、加速電圧3KeV、ドーズ量2×1015cm−2の条件で、窒化物半導体層にSiをイオン注入した場合の濃度分布を示す。図6(b)は、加速電圧7KeV、ドーズ量2×1015cm−2の条件で、窒化物半導体層にTiをイオン注入した場合の濃度分布を示す。
In order to maximize the concentration of impurity elements at a desired depth on the surface or inside of the
次に、本実施の形態における半導体装置のドレイン電圧Vdsとドレイン電流Idsとの関係について説明する。図7は、本実施の形態における半導体装置のドレイン電圧Vdsとドレイン電流Idsとの関係を示し、図8は、図1に示す構造の半導体装置のドレイン電圧Vdsとドレイン電流Idsとの関係を示す。図7及び図8は、ゲート電圧Vgを−3V〜+2Vまで1Vずつ変化させた場合のドレイン電圧Vdsとドレイン電流Idsとの関係である。図7及び図8より、同じゲート電圧Vg、同じドレイン電圧Vdsを印加した場合では、本実施の形態における半導体装置は、図1に示す構造の半導体装置よりもドレイン電流Idsを多く流すことができる。 Next, the relationship between the drain voltage Vds and the drain current Ids of the semiconductor device in the present embodiment will be described. FIG. 7 shows the relationship between the drain voltage Vds and the drain current Ids of the semiconductor device according to the present embodiment, and FIG. 8 shows the relationship between the drain voltage Vds and the drain current Ids of the semiconductor device having the structure shown in FIG. .. 7 and 8 show the relationship between the drain voltage Vds and the drain current Ids when the gate voltage Vg is changed by 1 V from -3V to + 2V. From FIGS. 7 and 8, when the same gate voltage Vg and the same drain voltage Vds are applied, the semiconductor device according to the present embodiment can flow a larger drain current Ids than the semiconductor device having the structure shown in FIG. ..
(半導体装置の製造方法)
次に、本実施の形態における半導体装置の製造方法について、図9から図14に基づき説明する。尚、この説明の工程図では、便宜上、図3等に示されるものと、各々の層の厚さ等が異なって記載されているが、発明の内容に影響を与えるものではない。
(Manufacturing method of semiconductor device)
Next, the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 9 to 14. In the process diagram of this description, for convenience, the thickness and the like of each layer are described differently from those shown in FIG. 3 and the like, but they do not affect the content of the invention.
最初に、図9(a)に示すように、基板10の上に、MOVPE(Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)によるエピタキシャル成長により、不図示のバッファ層、電子走行層21、中間層22、電子供給層23を順次積層して形成する。尚、本実施の形態においては、不図示のバッファ層、電子走行層21、中間層22、電子供給層23を窒化物半導体層と記載する場合がある。電子走行層21は厚さが約1μmのi−GaNにより形成されており、中間層22は厚さが約1nmのi−AlNにより形成されており、電子供給層23は厚さが約10nmのInAlGaNにより形成されている。これにより、電子走行層21と中間層22との界面近傍における電子走行層21には、2DEG21aが生成される。尚、基板10には、半絶縁性のSiC基板が用いられており、不図示のバッファ層は、GaNやAlGaN等により形成されている。
First, as shown in FIG. 9A, a buffer layer (not shown), an
次に、図9(b)に示すように、基板10の上に形成された窒化物半導体層に素子分離領域70を形成する。具体的には、電子供給層23の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、素子分離領域70が形成される領域に開口部を有する不図示のレジストパターンを形成する。この後、Ar等のイオンをレジストパターンの開口部における窒化物半導体層にイオン注入することにより、素子分離領域70を形成する。尚、素子分離領域70を形成する際には、基板10の一部までAr等のイオンを注入してもよい。この後、不図示のレジストパターンは、有機溶剤等により除去する。
Next, as shown in FIG. 9B, the
次に、図9(c)に示すように、電子供給層23の上に、誘電体膜71を形成する。この誘電体膜71は、窒化物半導体層にイオン注入される不純物元素の濃度のピークが所望の深さとなるようにするために形成する。従って、誘電体膜71を形成しなくとも、イオン注入される不純物元素の濃度のピークが、窒化物半導体層の所望の深さになるのであれば、誘電体膜71を形成する必要はなく、この工程は不要である。本実施の形態においては、誘電体膜71は、シラン及びアンモニアまたは窒素を原料として、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)により、膜厚が約20nmのSiN膜を成膜することにより形成する。
Next, as shown in FIG. 9C, a
次に、図10(a)に示すように、誘電体膜71の上に、第1のイオン注入領域52及び53を形成するためのイオン注入マスクとなるレジストパターン72を形成する。具体的には、誘電体膜71の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、第1のイオン注入領域52及び53が形成される領域に開口部72a、72bを有するレジストパターン72を形成する。
Next, as shown in FIG. 10A, a resist
次に、図10(b)に示すように、加速電圧3KeV、ドーズ量2×1015cm−2の条件で、窒化物半導体層にSiをイオン注入することにより、第1のイオン注入領域52及び53を形成する。第1のイオン注入領域52及び53は、電子供給層23と誘電体膜71との界面が、Siの濃度のピークとなるようにイオン注入することにより形成する。
Next, as shown in FIG. 10B, the first
次に、図10(c)に示すように、レジストパターン72を有機溶剤等により除去した後、誘電体膜71の上に、第2のイオン注入領域62及び63を形成するためのイオン注入マスクとなるレジストパターン73を形成する。具体的には、誘電体膜71の上に、フォトレジストを塗布し、露光装置による露光、現像を行うことにより、第2のイオン注入領域62及び63が形成される領域に開口部73a及び73bを有するレジストパターン73を形成する。このレジストパターン73の開口部73a及び73bの幅は、約0.5μmである。
Next, as shown in FIG. 10C, after removing the resist
次に、図11(a)に示すように、加速電圧7KeV、ドーズ量2×1015cm−2の条件で、窒化物半導体層にTiをイオン注入することにより、第2のイオン注入領域62及び63を形成する。第2のイオン注入領域62及び63は、電子供給層23と誘電体膜71との界面において、Tiの濃度がピークとなるようにイオン注入することにより形成する。これにより、第2のイオン注入領域62は第1のイオン注入領域52と接して形成され、第2のイオン注入領域63は第1のイオン注入領域53と接して形成される。
Next, as shown in FIG. 11A, the second
次に、図11(b)に示すように、レジストパターン73を有機溶剤等により除去した後、不活性ガス雰囲気中において、850℃の温度で1分間熱処理を行うことにより、注入された不純物元素のイオンを活性化させる。これにより、第1のイオン注入領域52及び53、第2のイオン注入領域62及び63においてドナーが形成され電子密度が上昇する。尚、ここでは、誘電体膜71を活性化アニールのための保護膜として用いた場合について説明したが、イオン注入をした後、誘電体膜71を除去し、再び、活性化アニールのための保護膜をSiN等により形成した後、活性化アニールを行ってもよい。
Next, as shown in FIG. 11B, the resist
次に、図11(c)に示すように、誘電体膜71を除去する。具体的には、SiN等により形成されている誘電体膜71をフッ酸等により除去し、電子供給層23等の表面を露出させる。
Next, as shown in FIG. 11C, the
次に、図12(a)に示すように、電子供給層23の上に、ソース電極32及びドレイン電極33が形成される領域に開口部74a及び74bを有するレジストパターン74を形成する。このレジストパターン74は、ソース電極32及びドレイン電極33が形成される領域が開口部74a及び74bとなるように形成する。即ち、このレジストパターン74は、ソース電極32が形成される第1のイオン注入領域52と第2のイオン注入領域62の一部が開口部74aとなるように形成する。また、ドレイン電極33が形成される第1のイオン注入領域53と第2のイオン注入領域63の一部が開口部74bとなるように形成する。
Next, as shown in FIG. 12A, a resist
次に、図12(b)に示すように、第1のイオン注入領域52と第2のイオン注入領域62の一部の上にソース電極32を形成し、第1のイオン注入領域53と第2のイオン注入領域63の一部の上にドレイン電極33を形成する。具体的には、レジストパターン74が形成されている面に、真空蒸着によりTi/Alからなる金属多層膜を成膜した後、有機溶剤等に浸漬させ、レジストパターン74の上に形成されている金属多層膜をレジストパターン74とともに、リフトオフにより除去する。これにより、レジストパターン74の開口部74a、74bが形成されていた領域に残存している金属多層膜により、ソース電極32及びドレイン電極33が形成される。この後、550℃の温度で熱処理を行うことにより、第1のイオン注入領域52及び53と第2のイオン注入領域62及び63の一部とソース電極32及びドレイン電極33との間におけるオーミックコンタクトを確立させる。この工程において形成される金属多層膜は、窒化物半導体層の上に、膜厚が約20nmのTi膜、膜厚が約200nmのAl膜の順に積層された膜である。
Next, as shown in FIG. 12B, a
次に、図12(c)に示すように、電子供給層23、ソース電極32及びドレイン電極33の上に、保護膜40を形成する。具体的には、プラズマCVDにより、シラン及びアンモニアまたは窒素を原料として、膜厚が約50nmのSiN膜を成膜することにより形成する。
Next, as shown in FIG. 12C, a
次に、図13(a)に示すように、ゲート電極31が形成される領域に開口部75aを有するレジストパターン75を形成する。
Next, as shown in FIG. 13A, a resist
次に、図13(b)に示すように、SF6をエッチングガスとして用いたドライエッチングにより、レジストパターン75の開口部75aにおける保護膜40を除去することにより、開口部40aを形成し、電子供給層23を露出させる。この後、レジストパターン75は、有機溶剤等により除去する。
Next, as shown in FIG. 13B, the
次に、図13(c)に示すように、保護膜40の上にゲート電極31を形成するためのレジストパターン76を形成する。このレジストパターン76は、積層された3層の電子線レジスト層により形成されており、ゲート電極31が形成される領域に開口部76aを有している。具体的には、保護膜40の上に、電子線レジストを塗布等を繰り返し行うことにより3層の電子線レジスト層を形成し、電子線描画装置による描画、現像を繰り返すことにより、3層の電子線レジスト層に開口部76aを形成する。これにより開口部76aを有するレジストパターン76を形成する。
Next, as shown in FIG. 13C, a resist
次に、図14に示すように、保護膜40の開口部40aにおける電子供給層23の上に、ゲート電極31を形成する。具体的には、レジストパターン76が形成されている面に、真空蒸着によりNi/Auからなる金属多層膜を成膜した後、有機溶剤等に浸漬させ、レジストパターン76の上に形成されている金属多層膜をレジストパターン76とともに、リフトオフにより除去する。これにより、レジストパターン76の開口部76aが形成されていた領域に残存している金属多層膜により、ゲート電極31が形成される。この工程において形成される金属多層膜は、窒化物半導体層の上に、膜厚が約10nmのNi膜、膜厚が約300nmのAu膜の順に積層された膜である。
Next, as shown in FIG. 14, the
以上の工程により、本実施の形態における半導体装置を製造することができる。 Through the above steps, the semiconductor device according to the present embodiment can be manufactured.
(変形例)
本実施の形態は、図15に示されるように、ドレイン電極33の下の窒化物半導体層には第2のイオン注入領域63が形成されているが、ソース電極32の下の窒化物半導体層には第2のイオン注入領域が形成されていない構造の半導体装置であってもよい。ドレイン電極33には、高電圧が印加されるため、ドレイン電極33のゲート電極31側の端部33aは、特に電界が集中しやすい。このため、ドレイン電極33のゲート電極31側の端部33aの下の窒化物半導体層に第2のイオン注入領域63が形成されていれば、電界集中を緩和することができる。しかしながら、電流集中についても考慮するならば、図3に示されるように、ソース電極32側にも第2のイオン注入領域62が設けられている構造の半導体装置の方が、信頼性の観点からは好ましい。
(Modification example)
In this embodiment, as shown in FIG. 15, a second
〔第2の実施の形態〕
次に、第2の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図16に示すように、ソース電極32及びドレイン電極33が形成される領域の電子供給層23を一部除去し、凹部を形成することによりリセスを形成した構造のものである。このように、リセスを形成し、ソース電極32及びドレイン電極33を形成することにより、ソース電極32及びドレイン電極33におけるコンタクト抵抗を低くすることができる。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described. As shown in FIG. 16, the present embodiment has a structure in which a recess is formed by partially removing the
尚、電子供給層23にInAlGaNを用いた窒化物半導体装置では、DEG21aはピエゾ分極および自発分極により生成されるため、電子供給層23を薄くしても、電子走行層21に生成される2DEG21aは、一定量維持できる。
In a nitride semiconductor device using InAlGaN for the
また、電子供給層23を厚くすることにより、電子走行層21に生成される2DEG21aを増やすことができる。従って、図17に示すように、厚さが約15nmのInAlGaNにより電子供給層23を形成し、電子供給層23のソース電極32及びドレイン電極33が形成される領域に深さが約5nmのリセスを形成してもよい。尚、本実施の形態においても、第1のイオン注入領域52及び53における不純物元素の濃度は、ソース電極32及びドレイン電極33と接する部分がピークとなるように、イオン注入されている。
Further, by making the
本実施の形態においては、ソース電極32の底面32bのゲート電極31側の端部32aの近傍及びソース電極32の側面32cは、第2のイオン注入領域62と接している。また、ドレイン電極33の底面33bのゲート電極31側の端部33aの近傍の底面及びドレイン電極33の側面33cは、第2のイオン注入領域63と接している。このためソース電極32及びドレイン電極33が形成される領域にリセスが形成されていても、ソース電極32のゲート電極31側の端部32a及びドレイン電極33のゲート電極31側の端部33aにおける電界集中や電流集中を抑制することができる。
In the present embodiment, the vicinity of the
次に、本実施の形態における半導体装置のドレイン電圧Vdsとドレイン電流Idsとの関係について説明する。図18は、本実施の形態における半導体装置のドレイン電圧Vdsとドレイン電流Idsとの関係を示す。図18は、ゲート電圧Vgを−3V〜+2Vまで1Vずつ変化させた場合のドレイン電圧Vdsとドレイン電流Idsとの関係を示す。図18に示されるように、同じゲート電圧Vg、同じドレイン電圧Vdsを印加した場合では、本実施の形態における半導体装置は、図1に示す構造の半導体装置よりもドレイン電流Idsを多く流すことができる。また、図7に示される第1の実施の形態における半導体装置と比較しても、同じゲート電圧Vg、同じドレイン電圧Vdsを印加した場合では、本実施の形態における半導体装置は、ドレイン電流Idsを多く流すことができる。 Next, the relationship between the drain voltage Vds and the drain current Ids of the semiconductor device in the present embodiment will be described. FIG. 18 shows the relationship between the drain voltage Vds and the drain current Ids of the semiconductor device according to the present embodiment. FIG. 18 shows the relationship between the drain voltage Vds and the drain current Ids when the gate voltage Vg is changed by 1 V from -3V to + 2V. As shown in FIG. 18, when the same gate voltage Vg and the same drain voltage Vds are applied, the semiconductor device according to the present embodiment may have a larger drain current Ids than the semiconductor device having the structure shown in FIG. it can. Further, as compared with the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. 7, when the same gate voltage Vg and the same drain voltage Vds are applied, the semiconductor device according to the present embodiment has a drain current Ids. You can shed a lot.
(半導体装置の製造方法)
次に、本実施の形態における半導体装置の製造方法について、図19から図24に基づき説明する。尚、この説明の工程図では、便宜上、図16及び図17等に示されるものと、各々の層の厚さ等が異なって記載されているが、発明の内容に影響を与えるものではない。
(Manufacturing method of semiconductor device)
Next, the method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 19 to 24. In the process diagram of this description, for convenience, the thickness and the like of each layer are described differently from those shown in FIGS. 16 and 17, but the contents of the invention are not affected.
最初に、図19(a)に示すように、基板10の上に、MOVPEによるエピタキシャル成長により、不図示のバッファ層、電子走行層21、中間層22、電子供給層23を順次積層して形成する。
First, as shown in FIG. 19A, a buffer layer (not shown), an
次に、図19(b)に示すように、基板10の上に形成された窒化物半導体層に素子分離領域70を形成する。
Next, as shown in FIG. 19B, the
次に、図19(c)に示すように、電子供給層23の上に、誘電体膜71を形成する。この誘電体膜71は、窒化物半導体層にイオン注入される不純物元素の濃度のピークが所望の深さとなるようにするために形成する。
Next, as shown in FIG. 19C, a
次に、図20(a)に示すように、誘電体膜71の上に、第1のイオン注入領域52及び53を形成するためのイオン注入マスクとなるレジストパターン72を形成する。
Next, as shown in FIG. 20A, a resist
次に、図20(b)に示すように、加速電圧3KeV、ドーズ量2×1015cm−2の条件で、窒化物半導体層にSiをイオン注入することにより、第1のイオン注入領域52及び53を形成する。
Next, as shown in FIG. 20B, the first
次に、図20(c)に示すように、レジストパターン72を有機溶剤等により除去した後、誘電体膜71の上に、第2のイオン注入領域62及び63を形成するためのイオン注入マスクとなるレジストパターン73を形成する。
Next, as shown in FIG. 20C, after removing the resist
次に、図21(a)に示すように、加速電圧7KeV、ドーズ量2×1015cm−2の条件で、窒化物半導体層にTiをイオン注入することにより、第2のイオン注入領域62及び63を形成する。
Next, as shown in FIG. 21 (a), the second
次に、図21(b)に示すように、レジストパターン73を有機溶剤等により除去した後、不活性ガス雰囲気中において、850℃の温度で1分間熱処理を行うことにより、注入された不純物元素のイオンを活性化させる。
Next, as shown in FIG. 21B, the resist
次に、図21(c)に示すように、誘電体膜71を除去する。具体的には、SiN等により形成されている誘電体膜71をフッ酸等により除去し、電子供給層23等の表面を露出させる。
Next, as shown in FIG. 21 (c), the
次に、図22(a)に示すように、電子供給層23の上に、ソース電極32及びドレイン電極33が形成される領域に開口部74a及び74bを有するレジストパターン74を形成し、リセス132、133を形成する。レジストパターン74は、ソース電極32及びドレイン電極33が形成される領域、即ち、第1のイオン注入領域52及び53と、第2のイオン注入領域62及び63の一部が、開口部74a及び74bとなるように形成する。リセス132、133は、レジストパターン74の開口部74a及び74bにおける電子供給層23をRIE等により、例えば、深さ約5nmとなるように除去することにより形成する。リセス132はソース電極32が形成される第1のイオン注入領域52と第2のイオン注入領域62の一部に形成され、リセス133はドレイン電極33が形成される第1のイオン注入領域53と第2のイオン注入領域63の一部に形成される。
Next, as shown in FIG. 22A, a resist
次に、図22(b)に示すように、リフトオフにより、ソース電極32及びドレイン電極33を形成する。これにより、リセス132が形成されている第1のイオン注入領域52と第2のイオン注入領域62の一部の上にソース電極32を形成する。同様に、リセス133が形成されている第1のイオン注入領域53と第2のイオン注入領域63の一部の上にドレイン電極33を形成する。
Next, as shown in FIG. 22B, the
次に、図22(c)に示すように、電子供給層23、ソース電極32及びドレイン電極33の上に、保護膜40を形成する。
Next, as shown in FIG. 22C, a
次に、図23(a)に示すように、ゲート電極31が形成される領域に開口部75aを有するレジストパターン75を形成する。
Next, as shown in FIG. 23A, a resist
次に、図23(b)に示すように、SF6をエッチングガスとして用いたドライエッチングにより、レジストパターン75の開口部75aにおける保護膜40を除去することにより、開口部40aを形成し、電子供給層23を露出させる。
Next, as shown in FIG. 23 (b), the
次に、図23(c)に示すように、保護膜40の上にゲート電極31を形成するためのレジストパターン76を形成する。
Next, as shown in FIG. 23C, a resist
次に、図24に示すように、保護膜40の開口部40aにおける電子供給層23の上に、リフトオフにより、ゲート電極31を形成する。
Next, as shown in FIG. 24, the
以上の工程により、本実施の形態における半導体装置を製造することができる。 Through the above steps, the semiconductor device according to the present embodiment can be manufactured.
尚、上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。 The contents other than the above are the same as those in the first embodiment.
〔第3の実施の形態〕
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図25に示すように、ゲート電極31が形成される領域に凹部を形成することによりゲートリセスを形成し、ゲート電極31を形成した構造の半導体装置である。このように、ゲート電極31が形成される領域にゲートリセスを形成し、ゲートリセスが形成された領域にゲート電極31を形成することにより、2DEG21aの密度を高くするために、電子供給層23の厚さを厚くしても、周波数特性が低下することを抑制することができる。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described. As shown in FIG. 25, the present embodiment is a semiconductor device having a structure in which a gate recess is formed by forming a recess in a region where the
次に、本実施の形態における半導体装置のドレイン電圧Vdsとドレイン電流Idsとの関係について説明する。図26は、本実施の形態における半導体装置のドレイン電圧Vdsとドレイン電流Idsとの関係を示す。図26は、ゲート電圧Vgを−3V〜+2Vまで1Vずつ変化させた場合のドレイン電圧Vdsとドレイン電流Idsとの関係を示す。図26に示されるように、同じゲート電圧Vg、同じドレイン電圧Vdsを印加した場合では、本実施の形態における半導体装置は、図1に示す構造の半導体装置よりもドレイン電流Idsを多く流すことができる。 Next, the relationship between the drain voltage Vds and the drain current Ids of the semiconductor device in the present embodiment will be described. FIG. 26 shows the relationship between the drain voltage Vds and the drain current Ids of the semiconductor device according to the present embodiment. FIG. 26 shows the relationship between the drain voltage Vds and the drain current Ids when the gate voltage Vg is changed by 1 V from -3V to + 2V. As shown in FIG. 26, when the same gate voltage Vg and the same drain voltage Vds are applied, the semiconductor device according to the present embodiment may have a larger drain current Ids than the semiconductor device having the structure shown in FIG. it can.
(半導体装置の製造方法)
次に、本実施の形態における半導体装置の製造方法について説明する。本実施の形態における半導体装置の製造方法は、第2の実施の形態の半導体装置の製造方法の図19(a)から図23(a)までに示す工程は同じであるため説明を省略し、図23(a)以降の工程について説明する。尚、この説明の工程図では、便宜上、図25等に示されるものと、各々の層の厚さ等が異なって記載されているが、発明の内容に影響を与えるものではない。
(Manufacturing method of semiconductor device)
Next, a method of manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described. Since the steps shown in FIGS. 19 (a) to 23 (a) of the method of manufacturing the semiconductor device of the second embodiment are the same as the method of manufacturing the semiconductor device in the present embodiment, the description thereof will be omitted. The steps after FIG. 23A will be described. In the process diagram of this description, for convenience, the thickness and the like of each layer are described differently from those shown in FIG. 25 and the like, but they do not affect the content of the invention.
図23(a)に示す工程の後、図27(a)に示すように、レジストパターン75の開口部75aにおける保護膜40を除去することにより開口部40aを形成し、更に、電子供給層23の一部を除去することによりゲートリセス131を形成する。この後、レジストパターン75は、有機溶剤等により除去する。
After the step shown in FIG. 23 (a), as shown in FIG. 27 (a), the
次に、図27(b)に示すように、保護膜40の上にゲート電極31を形成するためのレジストパターン76を形成する。
Next, as shown in FIG. 27 (b), a resist
次に、図27(c)に示すように、保護膜40の開口部40aにおけるゲートリセス131が形成されている電子供給層23の上に、リフトオフにより、ゲート電極31を形成する。
Next, as shown in FIG. 27 (c), the
以上の工程により、本実施の形態における半導体装置を製造することができる。 Through the above steps, the semiconductor device according to the present embodiment can be manufactured.
尚、上記以外の内容については、第2の実施の形態と同様である。 The contents other than the above are the same as those in the second embodiment.
〔第4の実施の形態〕
次に、第4の実施の形態について説明する。本実施の形態は、図28に示されるように、第1のイオン注入領域152及び153と第2のイオン注入領域162及び163にイオン注入される不純物元素は同じであって濃度が異なるものである。イオン注入されるイオンの濃度を変えるとコンタクト抵抗も変わる。よって、第1のイオン注入領域152及び153には、加速電圧7KeV、ドーズ量5×1015cm−2の条件で、Tiをイオン注入する。また、第2のイオン注入領域162及び163には、加速電圧7KeV、ドーズ量2×1015cm−2の条件で、Tiをイオン注入する。一般的には、窒化物半導体層における不純物濃度が高い方が、コンタクト抵抗が低くなる。このため、不純物元素となるTiの不純物濃度が、第1のイオン注入領域152及び153よりも、第2のイオン注入領域162及び163の方が低くなるようにイオン注入する。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 28, the impurity elements ion-implanted into the first ion-implanted
尚、上記以外の内容については、第1の実施の形態と同様である。 The contents other than the above are the same as those in the first embodiment.
〔第5の実施の形態〕
次に、第5の実施の形態について説明する。本実施の形態は、半導体デバイス、電源装置及び高周波増幅器である。
[Fifth Embodiment]
Next, a fifth embodiment will be described. The present embodiment is a semiconductor device, a power supply device, and a high frequency amplifier.
(半導体デバイス)
本実施の形態における半導体デバイスは、第1から第4の実施の形態における半導体装置をディスクリートパッケージしたものであり、このようにディスクリートパッケージされた半導体デバイスについて、図29に基づき説明する。尚、図29は、ディスクリートパッケージされた半導体装置の内部を模式的に示すものであり、電極の配置等については、第1から第4の実施の形態に示されているものとは、異なっている。
(Semiconductor device)
The semiconductor device according to the present embodiment is a discrete package of the semiconductor devices according to the first to fourth embodiments, and the semiconductor device discretely packaged in this way will be described with reference to FIG. 29. Note that FIG. 29 schematically shows the inside of the discretely packaged semiconductor device, and the arrangement of the electrodes and the like are different from those shown in the first to fourth embodiments. There is.
最初に、第1から第4の実施の形態において製造された半導体装置をダイシング等により切断することにより、GaN系の半導体材料のHEMTの半導体チップ410を形成する。この半導体チップ410をリードフレーム420上に、ハンダ等のダイアタッチ剤430により固定する。尚、この半導体チップ410は、第1から第4の実施の形態における半導体装置に相当するものである。
First, a
次に、ゲート電極411をゲートリード421にボンディングワイヤ431により接続し、ソース電極412をソースリード422にボンディングワイヤ432により接続し、ドレイン電極413をドレインリード423にボンディングワイヤ433により接続する。尚、ボンディングワイヤ431、432、433は、Al等の金属材料により形成されている。また、本実施の形態においては、ゲート電極411はゲート電極パッドの一種であり第1から第4の実施の形態における半導体装置のゲート電極31と接続されている。また、ソース電極412はソース電極パッドの一種であり、第1から第4の実施の形態における半導体装置のソース電極32と接続されている。また、ドレイン電極413はドレイン電極パッドの一種であり、第1から第4の実施の形態における半導体装置のドレイン電極33と接続されている。
Next, the
次に、トランスファーモールド法によりモールド樹脂440による樹脂封止を行なう。このようにして、GaN系の半導体材料を用いたHEMTのディスクリートパッケージされている半導体デバイスを作製することができる。
Next, the resin is sealed with the
(PFC回路、電源装置及び高周波増幅器)
次に、本実施の形態におけるPFC回路、電源装置及び高周波増幅器について説明する。本実施の形態におけるPFC回路、電源装置及び高周波増幅器は、第1から第4の実施の形態におけるいずれかの半導体装置を用いた電源装置及び高周波増幅器である。
(PFC circuit, power supply and high frequency amplifier)
Next, the PFC circuit, the power supply device, and the high frequency amplifier in the present embodiment will be described. The PFC circuit, power supply device, and high-frequency amplifier in the present embodiment are a power supply device and a high-frequency amplifier using any of the semiconductor devices in the first to fourth embodiments.
(PFC回路)
次に、本実施の形態におけるPFC(Power Factor Correction)回路について説明する。本実施の形態におけるPFC回路は、第1から第4の実施の形態における半導体装置を有するものである。
(PFC circuit)
Next, the PFC (Power Factor Correction) circuit in the present embodiment will be described. The PFC circuit according to the present embodiment includes the semiconductor device according to the first to fourth embodiments.
図30に基づき、本実施の形態におけるPFC回路について説明する。本実施の形態におけるPFC回路450は、スイッチ素子(トランジスタ)451と、ダイオード452と、チョークコイル453と、コンデンサ454、455と、ダイオードブリッジ456と、不図示の交流電源とを有している。スイッチ素子451には、第1から第4の実施の形態における半導体装置であるHEMTが用いられている。
The PFC circuit according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The
PFC回路450では、スイッチ素子451のドレイン電極とダイオード452のアノード端子及びチョークコイル453の一方の端子とが接続されている。また、スイッチ素子451のソース電極とコンデンサ454の一方の端子及びコンデンサ455の一方の端子とが接続されおり、コンデンサ454の他方の端子とチョークコイル453の他方の端子とが接続されている。コンデンサ455の他方の端子とダイオード452のカソード端子とが接続されており、コンデンサ454の双方の端子間にはダイオードブリッジ456を介して不図示の交流電源が接続されている。このようなPFC回路450においては、コンデンサ455の双方端子間より、直流(DC)が出力される。
In the
(電源装置)
次に、本実施の形態における電源装置について説明する。本実施の形態における電源装置は、第1から第4の実施の形態における半導体装置であるHEMTを有する電源装置である。
(Power supply)
Next, the power supply device according to the present embodiment will be described. The power supply device according to the present embodiment is a power supply device having a HEMT which is a semiconductor device according to the first to fourth embodiments.
図31に基づき本実施の形態における電源装置について説明する。本実施の形態における電源装置は、前述した本実施の形態におけるPFC回路450を含んだ構造のものである。
The power supply device according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 31. The power supply device according to the present embodiment has a structure including the
本実施の形態における電源装置は、高圧の一次側回路461及び低圧の二次側回路462と、一次側回路461と二次側回路462との間に配設されるトランス463とを有している。
The power supply device according to the present embodiment has a high-voltage
一次側回路461は、前述した本実施の形態におけるPFC回路450と、PFC回路450のコンデンサ455の双方の端子間に接続されたインバータ回路、例えばフルブリッジインバータ回路460とを有している。フルブリッジインバータ回路460は、複数(ここでは4つ)のスイッチ素子464a、464b、464c、464dを有している。また、二次側回路462は、複数(ここでは3つ)のスイッチ素子465a、465b、465cを有している。尚、ダイオードブリッジ456には、交流電源457が接続されている。
The
本実施の形態においては、一次側回路461におけるPFC回路450のスイッチ素子451において、第1から第4の実施の形態における半導体装置であるHEMTが用いられている。更に、フルブリッジインバータ回路460におけるスイッチ素子464a、464b、464c、464dにおいて、第1から第4の実施の形態における半導体装置であるHEMTが用いられている。一方、二次側回路462のスイッチ素子465a、465b、465cは、シリコンを用いた通常のMIS構造のFET等が用いられている。
In the present embodiment, in the
(高周波増幅器)
次に、本実施の形態における高周波増幅器について説明する。本実施の形態における高周波増幅器は、第1から第4の実施の形態における半導体装置であるHEMTが用いられている構造のものである。
(High frequency amplifier)
Next, the high frequency amplifier in this embodiment will be described. The high-frequency amplifier in the present embodiment has a structure in which HEMT, which is a semiconductor device in the first to fourth embodiments, is used.
図32に基づき、本実施の形態における高周波増幅器について説明する。本実施の形態における高周波増幅器470は、ディジタル・プレディストーション回路471、ミキサー472a、472b、パワーアンプ473及び方向性結合器474を備えている。
A high frequency amplifier according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 32. The
ディジタル・プレディストーション回路471は、入力信号の非線形歪みを補償するものである。ミキサー472aは、非線形歪みが補償された入力信号と交流信号をミキシングするものである。パワーアンプ473は、交流信号とミキシングされた入力信号を増幅するものであり、第1から第4の実施の形態における半導体装置であるHEMTを有している。方向性結合器474は、入力信号や出力信号のモニタリング等を行なう。尚、図32では、例えばスイッチの切り替えにより、出力側の信号をミキサー472bで交流信号とミキシングしてディジタル・プレディストーション回路471に送出することができる。
The
以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。 Although the embodiments have been described in detail above, the embodiments are not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims.
上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
基板の上に形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に形成された第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の上に形成されたゲート電極と、
前記第1の半導体層または前記第2の半導体層の上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記第2の半導体層において、ドレイン電極が形成される領域に形成されたドレイン側の第1のイオン注入領域と、
前記第2の半導体層において、前記ドレイン側の第1のイオン注入領域よりも前記ゲート電極側に形成されたドレイン側の第2のイオン注入領域と、
を有し、
前記ドレイン側の第1のイオン注入領域及び前記ドレイン側の第2のイオン注入領域の上には、前記ドレイン電極が形成されており、
前記ドレイン側の第1のイオン注入領域におけるキャリア濃度は、前記ドレイン側の第2のイオン注入領域におけるキャリア濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。
(付記2)
前記ドレイン電極のゲート電極側の端部は、前記ドレイン側の第2のイオン注入領域の上に位置していることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記3)
前記ドレイン電極が形成される領域の前記第2の半導体層には、凹部が形成されており、
前記ドレイン電極のゲート電極側の側面は、前記ドレイン側の第2のイオン注入領域と接していることを特徴とする付記1または2に記載の半導体装置。
(付記4)
前記第2の半導体層において、ソース電極が形成される領域に形成されたソース側の第1のイオン注入領域と、
前記第2の半導体層において、前記ソース側の第1のイオン注入領域よりも前記ゲート電極側に形成されたソース側の第2のイオン注入領域と、
を有し、
前記ソース側の第1のイオン注入領域及び前記ソース側の第2のイオン注入領域の上には、前記ソース電極が形成されており、
前記ソース側の第1のイオン注入領域におけるキャリア濃度は、前記ソース側の第2のイオン注入領域におけるキャリア濃度よりも高いことを特徴とする付記1から3のいずれかに記載の半導体装置。
(付記5)
前記ソース電極のゲート電極側の端部は、前記ソース側の第2のイオン注入領域の上に位置していることを特徴とする付記4に記載の半導体装置。
(付記6)
前記ソース電極が形成される領域の前記第2の半導体層には、凹部が形成されており、
前記ソース電極のゲート電極側の側面は、前記ソース側の第2のイオン注入領域と接していることを特徴とする付記4または5に記載の半導体装置。
(付記7)
前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層は、窒化物半導体により形成されていることを特徴とする付記1から6のいずれかに記載の半導体装置。
(付記8)
前記第1の半導体層は、InAlNまたはInAlGaNを含む材料により形成されており、
前記第2の半導体層は、GaNを含む材料により形成されていることを特徴とする付記1から6のいずれかに記載の半導体装置。
(付記9)
前記第1のイオン注入領域には、SiまたはSnがドープされており、
前記第2のイオン注入領域には、TiまたはWがドープされていることを特徴とする付記1から8のいずれかに記載の半導体装置。
(付記10)
前記第2の半導体層の前記ゲート電極が形成される領域には、前記第2の半導体層の一部を除去することによりゲートリセスが形成されており、
前記ゲート電極は、前記ゲートリセスの前記第2の半導体層の上に形成されていることを特徴とする付記1から9のいずれかに記載の半導体装置。
(付記11)
付記1から10のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする電源装置。
(付記12)
付記1から10のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする増幅器。
Regarding the above explanation, the following additional notes are further disclosed.
(Appendix 1)
The first semiconductor layer formed on the substrate and
A second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and
The gate electrode formed on the second semiconductor layer and
A source electrode and a drain electrode formed on the first semiconductor layer or the second semiconductor layer,
In the second semiconductor layer, a first ion implantation region on the drain side formed in a region where a drain electrode is formed, and a first ion implantation region on the drain side.
In the second semiconductor layer, a second ion implantation region on the drain side formed on the gate electrode side of the first ion implantation region on the drain side, and
Have,
The drain electrode is formed on the first ion implantation region on the drain side and the second ion implantation region on the drain side.
A semiconductor device characterized in that the carrier concentration in the first ion implantation region on the drain side is higher than the carrier concentration in the second ion implantation region on the drain side.
(Appendix 2)
The semiconductor device according to
(Appendix 3)
A recess is formed in the second semiconductor layer in the region where the drain electrode is formed.
The semiconductor device according to
(Appendix 4)
In the second semiconductor layer, the first ion implantation region on the source side formed in the region where the source electrode is formed, and
In the second semiconductor layer, a second ion implantation region on the source side formed on the gate electrode side of the first ion implantation region on the source side, and
Have,
The source electrode is formed on the first ion implantation region on the source side and the second ion implantation region on the source side.
The semiconductor device according to any one of
(Appendix 5)
The semiconductor device according to Appendix 4, wherein the end of the source electrode on the gate electrode side is located above the second ion implantation region on the source side.
(Appendix 6)
A recess is formed in the second semiconductor layer in the region where the source electrode is formed.
The semiconductor device according to
(Appendix 7)
The semiconductor device according to any one of
(Appendix 8)
The first semiconductor layer is formed of a material containing InAlN or InAlGaN.
The semiconductor device according to any one of
(Appendix 9)
The first ion implantation region is doped with Si or Sn.
The semiconductor device according to any one of
(Appendix 10)
A gate recess is formed in the region of the second semiconductor layer where the gate electrode is formed by removing a part of the second semiconductor layer.
The semiconductor device according to any one of
(Appendix 11)
A power supply device comprising the semiconductor device according to any one of
(Appendix 12)
An amplifier comprising the semiconductor device according to any one of
10 基板
21 電子走行層(第1の半導体層)
21a 2DEG
22 中間層(第3の半導体層)
23 電子供給層(第2の半導体層)
31 ゲート電極
32 ソース電極
32a ゲート電極側の端部
32b 底面
32c 側面
33 ドレイン電極
33a ゲート電極側の端部
33b 底面
33c 側面
40 保護膜
52 第1のイオン注入領域(ソース側の第1のイオン注入領域)
53 第1のイオン注入領域(ドレイン側の第1のイオン注入領域)
62 第2のイオン注入領域(ソース側の第2のイオン注入領域)
63 第2のイオン注入領域(ドレイン側の第2のイオン注入領域)
10
21a 2DEG
22 Intermediate layer (third semiconductor layer)
23 Electronic supply layer (second semiconductor layer)
31
53 First ion implantation region (first ion implantation region on the drain side)
62 Second ion implantation region (second ion implantation region on the source side)
63 Second ion implantation region (second ion implantation region on the drain side)
Claims (9)
前記第1の半導体層の上に形成された第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の上に形成されたゲート電極と、
前記第1の半導体層または前記第2の半導体層の上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記第2の半導体層において、ドレイン電極が形成される領域に形成されたドレイン側の第1のイオン注入領域と、
前記第2の半導体層において、前記ドレイン側の第1のイオン注入領域よりも前記ゲート電極側に形成されたドレイン側の第2のイオン注入領域と、
を有し、
前記第1のイオン注入領域には、SiまたはSnがドープされており、
前記第2のイオン注入領域には、TiまたはWがドープされており、
前記ドレイン側の第1のイオン注入領域及び前記ドレイン側の第2のイオン注入領域の上には、前記ドレイン電極が形成されており、
前記ドレイン側の第1のイオン注入領域におけるキャリア濃度は、前記ドレイン側の第2のイオン注入領域におけるキャリア濃度よりも高いことを特徴とする半導体装置。 The first semiconductor layer formed on the substrate and
A second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and
The gate electrode formed on the second semiconductor layer and
A source electrode and a drain electrode formed on the first semiconductor layer or the second semiconductor layer,
In the second semiconductor layer, the first ion implantation region on the drain side formed in the region where the drain electrode is formed, and the first ion implantation region on the drain side.
In the second semiconductor layer, a second ion implantation region on the drain side formed on the gate electrode side of the first ion implantation region on the drain side, and
Have,
The first ion implantation region is doped with Si or Sn.
The second ion implantation region is doped with Ti or W.
The drain electrode is formed on the first ion implantation region on the drain side and the second ion implantation region on the drain side.
A semiconductor device characterized in that the carrier concentration in the first ion implantation region on the drain side is higher than the carrier concentration in the second ion implantation region on the drain side.
前記ドレイン電極のゲート電極側の側面は、前記ドレイン側の第2のイオン注入領域と接していることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 A recess is formed in the second semiconductor layer in the region where the drain electrode is formed.
The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the side surface of the drain electrode on the gate electrode side is in contact with the second ion implantation region on the drain side.
前記第2の半導体層において、前記ソース側の第1のイオン注入領域よりも前記ゲート電極側に形成されたソース側の第2のイオン注入領域と、
を有し、
前記ソース側の第1のイオン注入領域及び前記ソース側の第2のイオン注入領域の上には、前記ソース電極が形成されており、
前記ソース側の第1のイオン注入領域におけるキャリア濃度は、前記ソース側の第2のイオン注入領域におけるキャリア濃度よりも高いことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体装置。 In the second semiconductor layer, the first ion implantation region on the source side formed in the region where the source electrode is formed, and
In the second semiconductor layer, a second ion implantation region on the source side formed on the gate electrode side of the first ion implantation region on the source side, and
Have,
The source electrode is formed on the first ion implantation region on the source side and the second ion implantation region on the source side.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the carrier concentration in the first ion implantation region on the source side is higher than the carrier concentration in the second ion implantation region on the source side.
前記ソース電極のゲート電極側の側面は、前記ソース側の第2のイオン注入領域と接していることを特徴とする請求項4または5に記載の半導体装置。 A recess is formed in the second semiconductor layer in the region where the source electrode is formed.
The semiconductor device according to claim 4 or 5, wherein the side surface of the source electrode on the gate electrode side is in contact with the second ion implantation region on the source side.
前記第1の半導体層は、GaNを含む材料により形成されていることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の半導体装置。 The second semiconductor layer is formed of a material containing InAlN or InAlGaN.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the first semiconductor layer is formed of a material containing GaN.
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