半导体装置制造方法及图纸

得到能够使夹断特性、截止耐压及瞬态响应全部变得良好的半导体装置。含有碳的第一GaN层(3)设置在衬底(1)之上。含有过渡金属和碳的第二GaN层(4)设置在第一GaN层(3)之上。含有过渡金属和碳的第三GaN层(5)设置在第二GaN层(4)之上。带隙比GaN大的电子供给层(6)设置在第三GaN层(5)之上。第三GaN层(5)的过渡金属浓度为，从第二GaN层(4)朝向电子供给层(6)，从第二GaN层(4)的过渡金属浓度起逐渐降低，在从电子供给层(6)的下端起深度100nm的位置处比1×10

【技术实现步骤摘要】
半导体装置
本专利技术涉及一种具有氮化镓(GaN)等Ⅲ－Ⅴ族氮化物半导体膜的半导体装置。
技术介绍
Ⅲ－Ⅴ族氮化物半导体膜、特别是AlxGayInzN(x+y+z＝1、y≠0)膜具有高饱和电子速度和高耐压特性，因此用作电子器件的材料。在上述的电子器件之中，使用异质构造而在界面产生高浓度的二维电子气(2DEG：two-dimensionalelectrongas)的高电子迁移率晶体管(HEMT：highelectronmobilitytransistor)特别受到瞩目。以下，将使用了AlxGayInzN(x+y+z＝1、y≠0)膜的HEMT称为GaN类HEMT。就GaN类HEMT而言，在由AlxGayInzN(x+y+z＝1、y≠0)构成的电子移动层之上，设置由带隙比电子移动层大的AlxGayInzN(x+y+z＝1、x＞z)构成的电子供给层。由此，能够通过极化效应而产生高浓度的2DEG，薄层电阻降低，能够得到高输出。另外，就GaN类HEMT而言，为了改善夹断特性或提高截止耐压，将铁(Fe)等过渡金属或碳(C)向与2DEG区域相比位于下部的区域添加。这些掺杂剂在AlxGayInzN(x+y+z＝1、y≠0)层中形成深的能级，因此具有捕获电子的特性，被掺杂的区域成为高电阻的区域。在这里，夹断特性良好是指，在施加有使晶体管成为截止的栅极电压，并且向源极-漏极之间施加有电压(工作电压)的状态下，流过漏极的泄漏电流充分小。另外，截止耐压高是指，在施加有使晶体管成为截止的栅极电压，并且向源极-漏极之间施加了大于或等于工作电压的大电压的情况下，流过漏极的泄漏电流变大而导致元件破坏的电压高。通常，选择过渡金属或碳中的某一方而进行掺杂。与此相对，在专利文献1中，由于过渡金属的能级稳定化不充分，因此需要与过渡金属一起还添加碳。另一方面，指出碳会使以电流崩塌为代表的电流电压特性的瞬态响应恶化。鉴于此，以比过渡金属的浓度低的浓度添加有碳，并且使碳的浓度变化与过渡金属的浓度变化相同(参照专利文献1的图6)。认为由此能够使过渡金属的能级稳定。专利文献1：日本专利第5696392号公报但是，在专利文献1的方法中，并不是仅在有意图地添加了过渡金属的GaN层中添加有C(碳)，在以拖延出尾裾的形态导入了过渡金属的上部的GaN层中也添加有C。因此，在与2DEG接近的部分也存在有C，有可能成为电流崩塌等电流电压特性的瞬态响应恶化的原因。另外，存在不能充分提高夹断特性和截止耐压这两者的问题。即，对于夹断特性和截止耐压，没有阐明为了分别提高夹断特性和截止耐压而需要进行怎样的掺杂这一本质的问题，因此不是最佳的构造。而且，通常，C的添加量是根据生长温度、压力等生长条件而控制的。因此，为了使C的添加量与过渡金属同样地浓度逐渐降低，不得不一边使生长温度、压力逐渐变化一边生长。因此，不仅对生长条件造成非常大的制约，而且由于是在生长速度逐渐变化的同时进行生长，因此膜厚管理变得非常困难。因而，在专利文献1的方法中，不能使夹断特性、截止耐压、瞬态响应全部变得良好，也难以稳定地生产。
技术实现思路
本专利技术就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于得到一种半导体装置，该半导体装置能够使夹断特性、截止耐压以及瞬态响应全部变得良好。本专利技术涉及的半导体装置的特征在于，具有：衬底；第一GaN层，其设置在所述衬底之上，含有碳；第二GaN层，其设置在所述第一GaN层之上，含有过渡金属和碳；第三GaN层，其设置在所述第二GaN层之上，含有过渡金属和碳；以及电子供给层，其设置在所述第三GaN层之上，带隙比GaN大，所述第三GaN层的过渡金属浓度为，从所述第二GaN层朝向所述电子供给层，从所述第二GaN层的过渡金属浓度起逐渐降低，在从所述电子供给层的下端起深度100nm的位置处比1×1015cm－3高，所述第二GaN层的上端比从所述电子供给层的下端起的800nm处深，所述第三GaN层的碳浓度比所述第一以及第二GaN层的碳浓度低。专利技术的效果在本专利技术中，第三GaN层的过渡金属浓度在从电子供给层的下端起深度100nm的位置处比1×1015cm－3高，含有碳的第二GaN层的上端比从电子供给层的下端起的800nm处深，第三GaN层的碳浓度比第一以及第二GaN层的碳浓度低。由此，能够使夹断特性、截止耐压以及瞬态响应全部变得良好。附图说明图1是表示本专利技术的实施方式1涉及的半导体装置的剖视图。图2是表示本专利技术的实施方式1涉及的半导体装置的Fe浓度和C浓度相对于深度的变化的图。图3是表示本专利技术的实施方式2涉及的半导体装置的剖视图。图4是表示本专利技术的实施方式2涉及的半导体装置的Fe浓度和C浓度相对于深度的变化的图。图5是表示本专利技术的实施方式3涉及的半导体装置的剖视图。图6是表示本专利技术的实施方式3涉及的半导体装置的Fe浓度和C浓度相对于深度的变化的图。标号的说明1衬底，3、4、5、11GaN层，6电子供给层具体实施方式参照附图，对本专利技术的实施方式涉及的半导体装置进行说明。对相同或对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复的说明。实施方式1.图1是表示本专利技术的实施方式1涉及的半导体装置的剖视图。该半导体装置是GaN类HEMT。在由SiC构成的衬底1之上设置有AlN成核层2。在AlN成核层2之上设置有例如以5×1016cm－3的浓度含有C的GaN层3。在GaN层3之上设置有含有例如5×1016cm－3的浓度的C和例如5.0×1017cm－3的浓度的Fe的GaN层4。在GaN层4之上设置有含有Fe和C的GaN层5。在GaN层5之上，设置有由带隙比GaN大的AlxGayInzN(x+y+z＝1、x＞z，例如x＝0.2、y＝0.8、z＝0)构成的电子供给层6。在这里，电子供给层6并非必须是单层，例如也可以是在AlN层之上层叠有AlGaN层的双层构造。在该情况下，将AlN层和AlGaN层总体视为电子供给层6。GaN层5的Fe浓度为，从GaN层4朝向电子供给层6，从GaN层4的Fe浓度起逐渐下降。在电子供给层6之上设置有例如SiN保护膜7。在从SiN保护膜7露出的电子供给层6之上，设置有源极电极8、漏极电极9以及栅极电极10。在这里，专利技术人发现为了使夹断特性提高，需要将从电子供给层6的下端起的比较近的部分设为高电阻层。另外，关于用于实现该目的的掺杂剂，由于与电子供给层6比较近，如果是碳则会产生电流崩塌等瞬态响应的恶化，因此必须是过渡金属。而且，发现需要将从电子供给层6的下端起深度100nm的位置处的过渡金属的含量设为比1×1015cm－3高。另外，发现为了提高截止耐压，需要添加C，用于实现该目的的C即使添加在与电子供给层6远离的部分也会发挥效果，添加至与电子供给层6远离的部分的C不会引起电流崩塌等瞬态响应的恶化。具体而言，发现需要在比从电子供给层6的下端起的深度800nm更深的任意的位置含有碳。另外，发现在将C和Fe都进行了添加的层，由于Fe的存在，晶体中的C的位置、键合的状态与仅添加C的层相比发生变化，因此对截止耐压的提高做出贡献的C的量减少、即C自身的截止耐压提高效果淡化。鉴于此，发现为了使C的提高截止耐压的效果充分得到发挥，设置不添加Fe而仅含有C的层是有效的。因此，在本实施方式中，GaN层5的Fe浓度设为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，其特征在于，具有：衬底；第一GaN层，其设置在所述衬底之上，含有碳；第二GaN层，其设置在所述第一GaN层之上，含有过渡金属和碳；第三GaN层，其设置在所述第二GaN层之上，含有过渡金属和碳；以及电子供给层，其设置在所述第三GaN层之上，带隙比GaN大，所述第三GaN层的过渡金属浓度为，从所述第二GaN层朝向所述电子供给层，从所述第二GaN层的过渡金属浓度起逐渐降低，在从所述电子供给层的下端起深度100nm的位置处比1×10

【技术特征摘要】
2015.10.22 JP 2015-2078481.一种半导体装置，其特征在于，具有：衬底；第一GaN层，其设置在所述衬底之上，含有碳；第二GaN层，其设置在所述第一GaN层之上，含有过渡金属和碳；第三GaN层，其设置在所述第二GaN层之上，含有过渡金属和碳；以及电子供给层，其设置在所述第三GaN层之上，带隙比GaN大，所述第三GaN层的过渡金属浓度为，从所述第二GaN层朝向所述电子供给层，从所述第二GaN层的过渡金属浓度起逐渐降低，在从所述电子供给层的下端起深度100nm的位置处比1×1015cm－3高，所述第二GaN层的上端比从所述电子供给层的下端起的800nm处深，所述第三GaN层的碳浓度比所述第一以及第二GaN层的碳浓度低。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述第三GaN层的碳浓度比2×1016cm－3低。3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，所述第一以及第二GaN层的碳浓度比2×1016cm－3高。4.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，所述第一以及第二GaN层的碳浓度比5×1016cm－3高。5.一种半导体装置，其特征在于，具有：衬底；第一GaN层，其设置在所述衬底之上，含有碳；第二GaN层，其设置在所述第一GaN层之上，含有过渡金属和碳；第三GaN层，其设置在所述第二GaN层之上，含有过渡金属和碳；以及电子供给层，其设置在所述第三GaN层之上，带隙比GaN大，所述第三GaN层的过渡金属浓度为，从所述第二GaN层朝向所述电子供给层，从所述第二GaN层的过渡金属浓度起逐渐降低，在从所述电子供给层的下端起深度100nm的位置处比1×1...

【专利技术属性】
技术研发人员：惠良淳史，畠中奖，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP