(57)【要約】【課題】第２の窒化物半導体層においてゲート電極へ流れるリーク電流を抑制する窒化物半導体装置を提供する。【解決手段】第２の窒化物半導体層２における、ソース電極１０の直下の領域およびドレイン電極２０の直下の領域に、フッ素領域５０Ａが、設けられている。このフッ素領域５０Ａには、フッ素により負の電荷が存在する。この負の電荷によりフッ素領域５０Ａ内では、電流が流れにくくなり、上記第２の窒化物半導体層２内部を通る電流を抑制することが可能となる。【選択図】図１
2010186943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャネル層を形成する第１の窒化物半導体層と、
上記第１の窒化物半導体層上に設けられると共に障壁層を形成する第２の窒化物半導体層と、
上記第２の窒化物半導体層上に設けられると共に互いに間隔を隔てて配置されたソース電極およびドレイン電極と、
上記第２の窒化物半導体層上に設けられると共に上記ソース電極と上記ドレイン電極との間に配置されたゲート電極と
を備え、
上記第２の窒化物半導体層は、上記ソース電極の直下の領域から上記ゲート電極の直下の領域まで延在する第１の領域、および、上記ドレイン電極の直下の領域から上記ゲート電極の直下の領域まで延在する第２の領域を有し、
上記第１の領域と上記第２の領域との内の少なくとも一方の領域は、フッ素が注入されたフッ素領域を含むことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の窒化物半導体装置において、
上記フッ素領域は、上記ソース電極の直下の領域と上記ドレイン電極の直下の領域との内の少なくとも一方の領域に、設けられていることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の窒化物半導体装置において、
上記フッ素領域は、上記ソース電極の直下の領域および上記ドレイン電極の直下の領域に、設けられていることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項４】
請求項１に記載の窒化物半導体装置において、
上記フッ素領域は、上記ソース電極の直下の領域と上記ゲート電極の直下の領域との間の領域と、上記ドレイン電極の直下の領域と上記ゲート電極の直下の領域との間の領域との内の、少なくとも一方の領域に、設けられていることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の窒化物半導体装置において、
上記フッ素領域は、上記ソース電極の直下の領域と上記ゲート電極の直下の領域との間の領域、および、上記ドレイン電極の直下の領域と上記ゲート電極の直下の領域との間の領域に、設けられていることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項６】
請求項４に記載の窒化物半導体装置において、
上記フッ素領域は、上記ソース電極の直下の領域を取り囲む領域と、上記ドレイン電極の直下の領域を取り囲む領域との内の、少なくとも一方の領域に、設けられていることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項７】
請求項１に記載の窒化物半導体装置において、
上記フッ素領域は、上記ソース電極の直下の領域および上記ソース電極の直下の領域を取り囲む領域と、上記ドレイン電極の直下の領域および上記ドレイン電極の直下の領域を取り囲む領域との内の、少なくとも一方の領域に、設けられていることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項８】
請求項７に記載の窒化物半導体装置において、
上記フッ素領域は、上記ソース電極の直下の領域および上記ソース電極の直下の領域を取り囲む領域に、設けられ、
上記ソース電極の直下の領域に設けられた上記フッ素領域のフッ素濃度は、上記ソース電極の直下の領域を取り囲む領域に設けられた上記フッ素領域のフッ素濃度よりも小さいことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項９】
請求項７または８に記載の窒化物半導体装置において、
上記フッ素領域は、上記ドレイン電極の直下の領域および上記ドレイン電極の直下の領域を取り囲む領域に、設けられ、
上記ドレイン電極の直下の領域に設けられた上記フッ素領域のフッ素濃度は、上記ドレイン電極の直下の領域を取り囲む領域に設けられた上記フッ素領域のフッ素濃度よりも小さいことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項１０】
請求項１から９の何れか一つに記載の窒化物半導体装置において、
上記第２の窒化物半導体層上に、上記ソース電極、上記ドレイン電極および上記ゲート電極を避けるように、保護膜が設けられていることを特徴とする窒化物半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、窒化物半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバーターなどのスイッチング電源には、パワー半導体素子が用いられ、このパワー半導体素子には、シリコンを使用していたが、さらに性能を高めるために、低オン抵抗を実現でき、損失の少ないワイドバンドギャップ半導体である窒化物半導体などが注目されている。
【０００３】
従来、窒化物半導体装置としては、図４に示すように、ＨＦＥＴ（Heterojunction Field Effect Transistor）がある（特開平１１−２０４７７８号公報：特許文献１参照）。
【０００４】
この窒化物半導体装置は、チャネル層を形成する第１の窒化物半導体層１０１と、上記第１の窒化物半導体層１０１上に設けられると共に障壁層を形成する第２の窒化物半導体層１０２と、上記第２の窒化物半導体層１０２上に設けられるソース電極１１０、ドレイン電極１２０およびゲート電極１３０とを有する。
【０００５】
上記第２の窒化物半導体層１０２上に、上記ソース電極１１０、上記ドレイン電極１２０および上記ゲート電極１３０を避けるように、保護膜１４０が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−２０４７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の窒化物半導体装置では、上記第２の窒化物半導体層１０２を通じて、ソース電極１１０およびドレイン電極１２０からゲート電極１３０へリーク電流が流れる問題があった。
【０００８】
そこで、この発明の課題は、第２の窒化物半導体層においてゲート電極へ流れるリーク電流を抑制する窒化物半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、この発明の窒化物半導体装置は、
チャネル層を形成する第１の窒化物半導体層と、
上記第１の窒化物半導体層上に設けられると共に障壁層を形成する第２の窒化物半導体層と、
上記第２の窒化物半導体層上に設けられると共に互いに間隔を隔てて配置されたソース電極およびドレイン電極と、
上記第２の窒化物半導体層上に設けられると共に上記ソース電極と上記ドレイン電極との間に配置されたゲート電極と
を備え、
上記第２の窒化物半導体層は、上記ソース電極の直下の領域から上記ゲート電極の直下の領域まで延在する第１の領域、および、上記ドレイン電極の直下の領域から上記ゲート電極の直下の領域まで延在する第２の領域を有し、
上記第１の領域と上記第２の領域との内の少なくとも一方の領域は、フッ素が注入されたフッ素領域を含むことを特徴としている。
【００１０】
この発明の窒化物半導体装置によれば、上記第１の領域と上記第２の領域との内の少なくとも一方の領域は、フッ素領域を含むので、フッ素領域内では負の電荷が存在し、この負の電荷によりフッ素領域内では電流の流れが抑制される。
【００１１】
このため、第２の窒化物半導体層において、フッ素領域が設けられている側の電極（ソース電極・ドレイン電極）からゲート電極へ流れるリーク電流を、抑制できる。
【００１２】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、上記フッ素領域は、上記ソース電極の直下の領域と上記ドレイン電極の直下の領域との内の少なくとも一方の領域に、設けられている。
【００１３】
この実施形態の窒化物半導体装置によれば、上記フッ素領域は、上記ソース電極の直下の領域と上記ドレイン電極の直下の領域との内の少なくとも一方の領域に、設けられているので、第２の窒化物半導体層において、フッ素領域が設けられている側の電極（ソース電極・ドレイン電極）からゲート電極へ流れるリーク電流を、一層確実に抑制できる。
【００１４】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、上記フッ素領域は、上記ソース電極の直下の領域および上記ドレイン電極の直下の領域に、設けられている。
【００１５】
この実施形態の窒化物半導体装置によれば、上記フッ素領域は、上記ソース電極の直下の領域および上記ドレイン電極の直下の領域に、設けられているので、第２の窒化物半導体層において、ソース電極およびドレイン電極からゲート電極へのリーク電流を抑制できる。
【００１６】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、上記フッ素領域は、上記ソース電極の直下の領域と上記ゲート電極の直下の領域との間の領域と、上記ドレイン電極の直下の領域と上記ゲート電極の直下の領域との間の領域との内の、少なくとも一方の領域に、設けられている。
【００１７】
この実施形態の窒化物半導体装置によれば、上記フッ素領域は、上記ソース電極の直下の領域と上記ゲート電極の直下の領域との間の領域と、上記ドレイン電極の直下の領域と上記ゲート電極の直下の領域との間の領域との内の、少なくとも一方の領域に、設けられているので、ソース電極からドレイン電極に流れる電流の抵抗を小さくしつつ、第２の窒化物半導体層において、フッ素領域が設けられている側の電極（ソース電極・ドレイン電極）からゲート電極へ流れるリーク電流を、一層確実に抑制できる。
【００１８】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、上記フッ素領域は、上記ソース電極の直下の領域と上記ゲート電極の直下の領域との間の領域、および、上記ドレイン電極の直下の領域と上記ゲート電極の直下の領域との間の領域に、設けられている。
【００１９】
この実施形態の窒化物半導体装置によれば、上記フッ素領域は、上記ソース電極の直下の領域と上記ゲート電極の直下の領域との間の領域、および、上記ドレイン電極の直下の領域と上記ゲート電極の直下の領域との間の領域に、設けられているので、第２の窒化物半導体層において、ソース電極およびドレイン電極からゲート電極へのリーク電流を抑制できる。
【００２０】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、上記フッ素領域は、上記ソース電極の直下の領域を取り囲む領域と、上記ドレイン電極の直下の領域を取り囲む領域との内の、少なくとも一方の領域に、設けられている。
【００２１】
この実施形態の窒化物半導体装置によれば、上記フッ素領域は、上記ソース電極の直下の領域を取り囲む領域と、上記ドレイン電極の直下の領域を取り囲む領域との内の、少なくとも一方の領域に、設けられているので、ソース電極からドレイン電極に流れる電流の抵抗を小さくしつつ、フッ素領域が設けられている側の電極（ソース電極・ドレイン電極）から第２の窒化物半導体層に流れ出る電流を少なくできる。
【００２２】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、上記フッ素領域は、上記ソース電極の直下の領域および上記ソース電極の直下の領域を取り囲む領域と、上記ドレイン電極の直下の領域および上記ドレイン電極の直下の領域を取り囲む領域との内の、少なくとも一方の領域に、設けられている。
【００２３】
この実施形態の窒化物半導体装置によれば、上記フッ素領域は、上記ソース電極の直下の領域および上記ソース電極の直下の領域を取り囲む領域と、上記ドレイン電極の直下の領域および上記ドレイン電極の直下の領域を取り囲む領域との内の、少なくとも一方の領域に、設けられているので、第２の窒化物半導体層において、フッ素領域が設けられている側の電極（ソース電極・ドレイン電極）からゲート電極へ流れるリーク電流を、一層確実に抑制できる。
【００２４】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記フッ素領域は、上記ソース電極の直下の領域および上記ソース電極の直下の領域を取り囲む領域に、設けられ、
上記ソース電極の直下の領域に設けられた上記フッ素領域のフッ素濃度は、上記ソース電極の直下の領域を取り囲む領域に設けられた上記フッ素領域のフッ素濃度よりも小さい。
【００２５】
この実施形態の窒化物半導体装置によれば、上記フッ素領域は、上記ソース電極の直下の領域および上記ソース電極の直下の領域を取り囲む領域に、設けられ、上記ソース電極の直下の領域に設けられた上記フッ素領域のフッ素濃度は、上記ソース電極の直下の領域を取り囲む領域に設けられた上記フッ素領域のフッ素濃度よりも小さいので、ソース電極からドレイン電極に流れる電流の抵抗を小さくしつつ、第２の窒化物半導体層において、ソース電極からゲート電極へのリーク電流を、一層確実に抑制できる。
【００２６】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、
上記フッ素領域は、上記ドレイン電極の直下の領域および上記ドレイン電極の直下の領域を取り囲む領域に、設けられ、
上記ドレイン電極の直下の領域に設けられた上記フッ素領域のフッ素濃度は、上記ドレイン電極の直下の領域を取り囲む領域に設けられた上記フッ素領域のフッ素濃度よりも小さい。
【００２７】
この実施形態の窒化物半導体装置によれば、上記フッ素領域は、上記ドレイン電極の直下の領域および上記ドレイン電極の直下の領域を取り囲む領域に、設けられ、上記ドレイン電極の直下の領域に設けられた上記フッ素領域のフッ素濃度は、上記ドレイン電極の直下の領域を取り囲む領域に設けられた上記フッ素領域のフッ素濃度よりも小さいので、ソース電極からドレイン電極に流れる電流の抵抗を小さくしつつ、第２の窒化物半導体層において、ドレイン電極からゲート電極へのリーク電流を、一層確実に抑制できる。
【００２８】
また、一実施形態の窒化物半導体装置では、上記第２の窒化物半導体層上に、上記ソース電極、上記ドレイン電極および上記ゲート電極を避けるように、保護膜が設けられている。
【００２９】
この実施形態の窒化物半導体装置によれば、上記第２の窒化物半導体層上に、上記ソース電極、上記ドレイン電極および上記ゲート電極を避けるように、保護膜が設けられているので、保護膜は、第２の窒化物半導体層表面で発生する電流コラプスを抑制し、フッ素領域との組み合わせにより、相乗効果が得られる。
【発明の効果】
【００３０】
この発明の窒化物半導体装置によれば、上記第１の領域と上記第２の領域との内の少なくとも一方の領域は、フッ素領域を含むので、第２の窒化物半導体層においてゲート電極へ流れるリーク電流を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の窒化物半導体装置の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の窒化物半導体装置の第２実施形態を示す断面図である。
【図３】本発明の窒化物半導体装置の第３実施形態を示す断面図である。
【図４】従来の窒化物半導体装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００３３】
（第１の実施形態）
図１は、この発明の窒化物半導体装置の第１実施形態である断面図を示している。図１に示すように、この窒化物半導体装置は、ＨＦＥＴ（Heterojunction Field Effect Transistor）である。この窒化物半導体装置は、第１の窒化物半導体層１と、上記第１の窒化物半導体層１上に設けられる第２の窒化物半導体層２とを有する。
【００３４】
上記第１の窒化物半導体層１は、チャネル層を形成する。上記第２の窒化物半導体層２は、上記第１の窒化物半導体層１よりも広い禁制帯を有し、障壁層を形成する。第１の窒化物半導体層１は、例えば、ＧａＮ層などで作製される。第２の窒化物半導体層２は、例えば、ＡｌＧａＮ層などで作製される。つまり、この窒化物半導体装置は、ＧａＮヘテロ接合電界効果トランジスタである。
【００３５】
上記第２の窒化物半導体層２上に、ソース電極１０、ドレイン電極２０およびゲート電極３０が設けられている。ソース電極１０とドレイン電極２０とは、互いに間隔を隔てて配置されている。ゲート電極３０は、ソース電極１０とドレイン電極２０との間に配置されている。
【００３６】
上記ゲート電極３０は、例えば、ＷＮ(窒化タングステン)／Ａｕを積層して作製される金属電極であってもよく、Ｐｔを主原料とする金属電極の一例としてのＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ膜としてもよく、Ｔｉ／Ａｕ膜であってもよい。上記ソース電極１０および上記ドレイン電極２０は、例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ａｕを積層して作製される金属電極としてもよい。
【００３７】
上記第２の窒化物半導体層２上に、ソース電極１０、ドレイン電極２０およびゲート電極３０を避けるように、保護膜４０が設けられている。この保護膜４０は、例えば、ＳｉＮｘ、ＳｉＯｘ、ＡｌＮｘや高誘電体材料（ＨｆＯＴａＯ）から作製される。
【００３８】
上記第２の窒化物半導体層２における、上記ソース電極１０の直下の領域および上記ドレイン電極２０の直下の領域に、フッ素領域５０Ａが、設けられている。このフッ素領域５０Ａは、第２の窒化物半導体層２にフッ素を注入して、形成される。
【００３９】
上記フッ素領域５０Ａには、フッ素により負の電荷が存在する。この負の電荷によりフッ素領域５０Ａ内では、電流が流れにくくなり、上記第２の窒化物半導体層２内部を通る電流を抑制することが可能となる。
【００４０】
したがって、上記第２の窒化物半導体層２において、ソース電極１０およびドレイン電極２０からゲート電極３０へ流れるリーク電流を抑制できる。
【００４１】
また、上記保護膜４０は、第２の窒化物半導体層２表面で発生する電流コラプスを抑制し、フッ素領域５０Ａとの組み合わせにより、相乗効果が得られる。
【００４２】
なお、上記フッ素領域５０Ａを、上記ソース電極１０の直下の領域と上記ドレイン電極２０の直下の領域との内の少なくとも一方の領域に、設けてもよい。
【００４３】
したがって、第２の窒化物半導体層２において、フッ素領域５０Ａが設けられている側の電極（ソース電極１０・ドレイン電極２０）からゲート電極３０へ流れるリーク電流を、抑制できる。
【００４４】
（第２の実施形態）
図２は、この発明の窒化物半導体装置の第２の実施形態を示している。上記第１の実施形態と相違する点を説明すると、この第２の実施形態では、フッ素領域の位置が相違する。なお、この第２の実施形態において、上記第１の実施形態と同一の部分には、同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
【００４５】
図２に示すように、第２の窒化物半導体層２における、ソース電極１０の直下の領域を取り囲む領域、および、ドレイン電極２０の直下の領域を取り囲む領域に、フッ素領域５０Ｂが、設けられている。
【００４６】
つまり、ソース電極１０の外縁とフッ素領域５０Ｂの外縁との間の水平方向の距離は、１μｍ以下であり、ドレイン電極２０の外縁とフッ素領域５０Ｂの外縁との間の水平方向の距離は、１μｍ以下である。
【００４７】
したがって、ソース電極１０からドレイン電極２０に流れる電流の抵抗を小さくしつつ、ソース電極１０およびドレイン電極２０からゲート電極３０へのリーク電流を抑制できる。
【００４８】
なお、上記フッ素領域５０Ｂを、上記ソース電極１０の直下の領域を取り囲む領域と、上記ドレイン電極２０の直下の領域を取り囲む領域との内の、少なくとも一方の領域に、設けてもよい。
【００４９】
したがって、ソース電極１０からドレイン電極２０に流れる電流の抵抗を小さくしつつ、フッ素領域５０Ｂが設けられている側の電極（ソース電極１０・ドレイン電極２０）から第２の窒化物半導体層２に流れ出る電流を少なくできる。
【００５０】
また、上記フッ素領域５０Ｂを、上記ソース電極１０の直下の領域と上記ゲート電極３０の直下の領域との間の領域と、上記ドレイン電極２０の直下の領域と上記ゲート電極３０の直下の領域との間の領域との内の、少なくとも一方の領域に、設けてもよい。
【００５１】
したがって、ソース電極１０からドレイン電極２０に流れる電流の抵抗を小さくしつつ、第２の窒化物半導体層２において、フッ素領域５０Ｂが設けられている側の電極（ソース電極１０・ドレイン電極２０）からゲート電極３０へ流れるリーク電流を、一層確実に抑制できる。
【００５２】
また、上記フッ素領域５０Ｂを、上記ソース電極１０の直下の領域と上記ゲート電極３０の直下の領域との間の領域、および、上記ドレイン電極２０の直下の領域と上記ゲート電極３０の直下の領域との間の領域に、設けてもよい。例えば、ゲート電極３０の直下の領域を取り囲む領域のみに、フッ素領域５０Ｂを設けてもよい。
【００５３】
したがって、第２の窒化物半導体層２において、ソース電極１０およびドレイン電極２０からゲート電極３０へのリーク電流を抑制できる。
【００５４】
（第３の実施形態）
図３は、この発明の窒化物半導体装置の第３の実施形態を示している。上記第１、上記第２の実施形態と相違する点を説明すると、この第３の実施形態では、フッ素領域の位置が相違する。なお、この第３の実施形態において、上記第１、上記第２の実施形態と同一の部分には、同一の参照番号を付して、詳細な説明を省略する。
【００５５】
図３に示すように、第２の窒化物半導体層２におけるソース電極１０の直下の領域に、第１のフッ素領域５０Ａが設けられ、第２の窒化物半導体層２におけるソース電極１０の直下の領域を取り囲む領域に、第２のフッ素領域５０Ｂが設けられている。第１のフッ素領域５０Ａのフッ素濃度は、第２のフッ素領域５０Ｂのフッ素濃度よりも小さい。
【００５６】
したがって、ソース電極１０からドレイン電極２０に流れる電流の抵抗を小さくしつつ、第２の窒化物半導体層２において、ソース電極１０からゲート電極３０へのリーク電流を、一層確実に抑制できる。
【００５７】
また、第２の窒化物半導体層２におけるドレイン電極２０の直下の領域に、第１のフッ素領域５０Ａが設けられ、第２の窒化物半導体層２におけるドレイン電極２０の直下の領域を取り囲む領域に、第２のフッ素領域５０Ｂが設けられている。第１のフッ素領域５０Ａのフッ素濃度は、第２のフッ素領域５０Ｂのフッ素濃度よりも小さい。
【００５８】
したがって、ソース電極１０からドレイン電極２０に流れる電流の抵抗を小さくしつつ、第２の窒化物半導体層２において、ドレイン電極２０からゲート電極３０へのリーク電流を、一層確実に抑制できる。
【００５９】
なお、上記フッ素領域５０Ａ，５０Ｂを、上記ソース電極１０の直下の領域および上記ソース電極１０の直下の領域を取り囲む領域と、上記ドレイン電極２０の直下の領域および上記ドレイン電極２０の直下の領域を取り囲む領域との内の、少なくとも一方の領域に、設けてもよい。
【００６０】
したがって、第２の窒化物半導体層２において、フッ素領域５０Ａ，５０Ｂが設けられている側の電極（ソース電極１０・ドレイン電極２０）からゲート電極３０へ流れるリーク電流を、一層確実に抑制できる。
【００６１】
なお、この発明は上述の実施形態に限定されない。例えば、上記第１〜上記第３の実施形態の特徴点を様々に組み合わせても良い。
【００６２】
また、第２の窒化物半導体層に、ソース電極の直下の領域からゲート電極の直下の領域まで延在する第１の領域、および、ドレイン電極の直下の領域からゲート電極の直下の領域まで延在する第２の領域を設け、上記第１の領域と上記第２の領域との内の少なくとも一方の領域に、フッ素領域を含めるようにしてもよい。
【００６３】
したがって、第２の窒化物半導体層において、フッ素領域が設けられている側の電極（ソース電極・ドレイン電極）からゲート電極へ流れるリーク電流を、抑制できる。
【符号の説明】
【００６４】
１  第１の窒化物半導体層（チャネル層）
２  第２の窒化物半導体層（障壁層）
１０  ソース電極
２０  ドレイン電極
３０  ゲート電極
４０  保護膜
５０Ａ，５０Ｂ  フッ素領域
【図１】
2010186943.tif 000003
【図２】
2010186943.tif 000004
【図３】
2010186943.tif 000005
【図４】
2010186943.tif 000006