(57)【要約】【課題】ガードリング部を有する窒化物半導体装置を提供する。【解決手段】窒化物半導体層と、窒化物半導体層上にエピタキシャル成長されたＰ型のガードリング部と、窒化物半導体層上において、ガードリング部と隣接して設けられ、Ｉ型又はＮ型のイオン注入領域とを備える窒化物半導体装置を提供する。窒化物半導体層を設ける段階と、窒化物半導体層上にＰ型のエピタキシャル層をエピタキシャル成長する段階と、エピタキシャル層において、Ｐ型のガードリング部と、ガードリング部と隣接したＩ型又はＮ型のイオン注入領域とを設ける段階とを備える窒化物半導体装置の製造方法を提供する。【選択図】図１Ａ
2019186429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層上にエピタキシャル成長されたＰ型のガードリング部と、
前記窒化物半導体層上において、前記ガードリング部と隣接して設けられ、Ｉ型又はＮ型のイオン注入領域と
を備える
窒化物半導体装置。
【請求項２】
前記イオン注入領域のキャリア濃度は、前記窒化物半導体層のキャリア濃度以下である
請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
複数の前記ガードリング部を備え、
前記イオン注入領域は、前記複数のガードリング部の間に設けられる
請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記イオン注入領域の上端が、前記ガードリング部の上端よりも窪んで設けられる
請求項１から３のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記ガードリング部は、
前記窒化物半導体層上に設けられた第１ガードリング部と、
前記第１ガードリング部上に設けられ、前記第１ガードリング部よりもキャリア濃度の低い第２ガードリング部と
を含む
請求項１から４のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記第２ガードリング部は、前記第１ガードリング部上のエピタキシャル成長層である
請求項５に記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記イオン注入領域は、
前記窒化物半導体層上に設けられた第１イオン注入領域と、
前記第１イオン注入領域上に設けられ、キャリア濃度が前記第１イオン注入領域のキャリア濃度よりも大きい第２イオン注入領域と
を含む
請求項１から６のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
前記イオン注入領域は、活性化されていない物質を有する
請求項１から７のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項９】
前記イオン注入領域の上面に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜の上面に設けられた電極フィールドプレートと
を備える
請求項１から８のいずれか一項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１０】
窒化物半導体層を設ける段階と、
前記窒化物半導体層上にＰ型のエピタキシャル層をエピタキシャル成長する段階と、
前記エピタキシャル層において、Ｐ型のガードリング部と、前記ガードリング部と隣接したＩ型又はＮ型のイオン注入領域とを設ける段階と
を備える窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記イオン注入領域を設ける段階は、前記エピタキシャル層に、窒素、マグネシウムおよびシリコンの少なくとも１つをイオン注入する段階を含む
請求項１０に記載の窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記イオン注入領域を設ける段階は、
前記ガードリング部を設ける領域の上方にマスクを形成する段階と、
前記イオン注入する段階の前に、前記イオン注入領域を設ける領域の前記エピタキシャル層をエッチングする段階と
を備える
請求項１１に記載の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】
本発明は、窒化物半導体装置および窒化物半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、Ｎ型領域およびＰ型領域を有する窒化物半導体装置が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。窒化物半導体装置の終端構造の製造方法の一例として、ｐ型のＧａＮエピタキシャル層の一部を除去することにより、エッジ終端構造を形成する方法が特許文献１に記載されている。
［特許文献］
特許文献１  特開２０１５−１７６９４１号公報
特許文献２  米国特許第９１７１９００号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＧａＮ材料においては、イオン注入によりｐ型領域を形成すること、および、ｐ型領域を選択成長させることがＳｉＣ材料に比べて困難である。それゆえ、エッジ終端構造にｐ型領域を設けるためには、従来とは異なるエッジ終端構造とする必要があった。一方、特許文献１の方法では、再成長が必要で工程が増加することと、エッチングによるダメージが入るので耐圧が十分でないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、窒化物半導体層と、窒化物半導体層上にエピタキシャル成長されたＰ型のガードリング部と、窒化物半導体層上において、ガードリング部と隣接して設けられ、Ｉ型又はＮ型のイオン注入領域とを備える窒化物半導体装置を提供する。
【０００５】
イオン注入領域のキャリア濃度は、窒化物半導体層のキャリア濃度以下であってよい。
【０００６】
窒化物半導体装置は、複数のガードリング部を備えてよい。イオン注入領域は、複数のガードリング部の間に設けられてよい。
【０００７】
イオン注入領域の上端が、ガードリング部の上端よりも窪んで設けられてよい。
【０００８】
ガードリング部は、窒化物半導体層上に設けられた第１ガードリング部と、第１ガードリング部上に設けられ、第１ガードリング部よりもキャリア濃度の低い第２ガードリング部とを含んでよい。
【０００９】
第２ガードリング部は、第１ガードリング部上のエピタキシャル成長層であってよい。
【００１０】
イオン注入領域は、窒化物半導体層上に設けられた第１イオン注入領域と、第１イオン注入領域上に設けられ、キャリア濃度が第１イオン注入領域のキャリア濃度よりも大きい第２イオン注入領域とを含んでよい。
【００１１】
イオン注入領域は、活性化されていない物質を有してよい。
【００１２】
窒化物半導体装置は、イオン注入領域の上面に設けられた絶縁膜と、絶縁膜の上面に設けられた電極フィールドプレートとを備えてよい。
【００１３】
本発明の第２の態様においては、窒化物半導体層を設ける段階と、窒化物半導体層上にＰ型のエピタキシャル層をエピタキシャル成長する段階と、エピタキシャル層において、Ｐ型のガードリング部と、ガードリング部と隣接したＩ型又はＮ型のイオン注入領域とを設ける段階とを備える窒化物半導体装置の製造方法を提供する。
【００１４】
イオン注入領域を設ける段階は、エピタキシャル層に、窒素、マグネシウムおよびシリコンの少なくとも１つをイオン注入する段階を含んでよい。
【００１５】
イオン注入領域を設ける段階は、ガードリング部を設ける領域の上方にマスクを形成する段階と、イオン注入する段階の前に、イオン注入領域を設ける領域のエピタキシャル層をエッチングする段階とを備えてよい。
【００１６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１Ａ】実施例１に係る窒化物半導体装置１００の構成の一例を示す。
【図１Ｂ】実施例１に係る窒化物半導体装置１００の製造方法の一例を示す。
【図２】比較例に係る窒化物半導体装置５００の製造方法を示す。
【図３】窒化物半導体装置１００におけるキャリア濃度の深さ方向のプロファイルを示す。
【図４Ａ】実施例２に係る窒化物半導体装置１００の構成の一例を示す。
【図４Ｂ】実施例２に係る窒化物半導体装置１００の製造方法の一例を示す。
【図５】実施例３に係る窒化物半導体装置１００の構成の一例を示す。
【図６】実施例４に係る窒化物半導体装置１００の構成の一例を示す。
【図７】実施例５に係る窒化物半導体装置１００の構成の一例を示す。
【図８】実施例６に係る窒化物半導体装置１００の構成の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１９】
本明細書においては、半導体基板の深さ方向と平行な方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、層またはその他の部材の２つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」、「おもて」、「裏」の方向は重力方向、または、半導体装置の実装時における基板等への取り付け方向に限定されない。
【００２０】
本明細書では、ＮまたはＰを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ＮやＰに付す＋および−は、それぞれ、それが付されていない層や領域よりも高キャリア濃度および低キャリア濃度であることを意味する。
【００２１】
図１Ａは、実施例１に係る窒化物半導体装置１００の構成の一例を示す。本例では、窒化物半導体装置１００の活性部の周囲の耐圧構造部を示している。窒化物半導体装置１００は、窒化物半導体層１０と、エピタキシャル層２０と、イオン注入領域３０と、絶縁層４０と、電極５０とを備える。
【００２２】
窒化物半導体層１０は、一例において、Ｎ型の自立型のＧａＮ基板である。窒化物半導体層１０は、ＨＶＰＥ等の気相成長法や、液相成長法等の任意の方法を用いて用意されてよい。窒化物半導体層１０は、エピタキシャル成長されたＧａＮ層を切り出したものであってもよい。
【００２３】
エピタキシャル層２０は、窒化物半導体層１０上にエピタキシャル成長された層である。一例において、エピタキシャル層２０は、Ｐ型のＧａＮ層である。エピタキシャル層２０の厚さは、特に限定されない。エピタキシャル層２０は、活性部２２およびガードリング部２４を含む。
【００２４】
活性部２２は、窒化物半導体装置１００の主電流が流れる領域である。活性部２２は、ＭＯＳＦＥＴ、ＰＮダイオード等の任意の構造であってよい。活性部２２の端部には、活性部２２の中央部よりも大きな電界が生じる場合がある。
【００２５】
ガードリング部２４は、窒化物半導体層１０上にエピタキシャル成長されたＰ型の領域である。ガードリング部２４は、エピタキシャル層２０のエピタキシャル成長時にＰ型化される。ガードリング部２４は、活性部２２の端部の電界を緩和する終端構造である。本例のガードリング部２４は、窒化物半導体層１０上において複数設けられている。ガードリング部２４は、窒化物半導体層１０上のエピタキシャル層２０をそのまま残された領域であってよい。但し、ガードリング部２４は、Ｐ型のドーパントがイオン注入されていない領域である。ガードリング部２４は、イオン注入ではなく、エピタキシャル成長時にＰ型化されるので、Ｐ型のドーパントのイオン注入による結晶欠陥が生じない。
【００２６】
イオン注入領域３０は、窒化物半導体層１０上において、ガードリング部２４と隣接して設けられる。本例のイオン注入領域３０は、複数のガードリング部２４の間に設けられている。イオン注入領域３０は、エピタキシャル層２０のＰ型のキャリアが補償されて、キャリア濃度が低減された領域である。Ｐ型のキャリアを補償するとは、Ｐ型のキャリア濃度を低減することを指す。例えば、イオン注入領域３０は、Ｉ型又はＮ型の領域である。イオン注入領域３０をＩ型又はＮ型とすることにより、窒化物半導体装置１００の耐圧を向上することができる。
【００２７】
イオン注入領域３０は、イオン注入により形成される。本例のイオン注入領域３０は、キャリア濃度を下げる物質がイオン注入されている。例えば、イオン注入領域３０は、セレン等のＮ型ドーパントをイオン注入することにより、Ｐ型のキャリアが補償されてよい。また、イオン注入領域３０は、窒素、マグネシウムおよびシリコンの少なくとも１つのイオン注入により形成されてよい。この場合、イオン注入のダメージによりイオン注入領域３０に窒素空孔が生じて、Ｐ型のキャリアが補償される。なお、イオン注入領域３０は、Ｐ型が補償されていれば、活性化されていない物質であってよい。例えば、イオン注入領域３０は、Ｐ型が補償される程度にイオン注入されていればよく、Ｎ型化されなくてもよい。
【００２８】
イオン注入領域３０のキャリア濃度は、高キャリア濃度でなくてよい。例えば、イオン注入領域３０のキャリア濃度は、窒化物半導体層１０のキャリア濃度以下である。また、イオン注入領域３０のキャリア濃度は、窒化物半導体層１０のキャリア濃度の２分の１以下であってよい。
【００２９】
絶縁層４０は、エピタキシャル層２０の上面に設けられる。絶縁層４０は、エピタキシャル層２０の上方に設けられた電極５０とエピタキシャル層２０との電気的な短絡を防止する。絶縁層４０は、活性部２２の上方に開口を有してよい。例えば、絶縁層４０は、ＳｉＯ２等の酸化膜である。絶縁層４０は、ＳｉＮ等の窒化膜であってもよい。
【００３０】
電極５０は、エピタキシャル層２０および絶縁層４０の上方に設けられる。電極５０は、ゲート電極やエミッタ電極等の電極である。例えば、電極５０は、Ｎｉ／Ａｕ電極である。
【００３１】
なお、本例の窒化物半導体装置１００は、３つのガードリング部２４を有する。但し、ガードリング部２４の個数は本例に限られない。窒化物半導体装置１００は、イオン注入領域３０を形成するためのマスクのパターンを変更することにより、ガードリング部２４の幅、間隔および個数等を自由に変更することができる。例えば、ガードリング部２４の幅は、１μｍ以上、２０μｍ以下であってよく、２μｍ以上、１０μｍ以下であってよく、３μｍ以上、８μｍ以下であってよい。ガードリング部２４の間隔は、０．５μｍ以上、１０μｍ以下であってよく、１μｍ以上、５μｍ以下であってよい。一例において、ガードリング部２４の本数は、３本以上、２０本以下である。
【００３２】
図１Ｂは、実施例１に係る窒化物半導体装置１００の製造方法の一例を示す。本例では、窒化物半導体装置１００の製造方法の一例を示しており、これに限定されない。
【００３３】
窒化物半導体層１０上にエピタキシャル層２０を形成する（Ｓ１００）。エピタキシャル層２０は、エピタキシャル成長によりＰ型のドーパントがドープされる。即ち、Ｐ型のガードリング部２４となる領域が窒化物半導体層１０上にエピタキシャル成長される。本例のエピタキシャル層２０は、ＭＯＣＶＤ法等の任意の方法を用いて窒化物半導体層１０上にエピタキシャル成長されたＰ型のＧａＮ層である。一例において、エピタキシャル層２０のキャリア濃度は、１．０×１０１６ｃｍ−３以上、１．０×１０２０ｃｍ−３以下である。但し、エピタキシャル層２０のキャリア濃度は本例に限られない。イオン注入領域３０を設ける段階は、エピタキシャル層２０のＰ型を補償する段階を有する。一例において、イオン注入領域３０を設ける段階は、窒素、マグネシウムおよびシリコンの少なくとも１つをイオン注入する段階を含む。
【００３４】
エピタキシャル層２０上には、マスク１１０が形成される（Ｓ１０２）。マスク１１０は、エピタキシャル層２０へのイオン注入を制限する。マスク１１０は、イオン注入領域３０を形成する領域に対応したパターンを有する。イオン注入領域３０は、ガードリング部２４と隣接して設けられる。マスク１１０を用いることにより、イオン注入領域３０を形成する領域にドーパントを選択的に注入することができる。
【００３５】
ドーパントをイオン注入する段階は、多段でイオン注入する段階を含んでよい。多段でイオン注入することにより、深さごとにイオン注入領域３０のキャリア濃度を調整しやすくなる。本明細書において、多段とは、加速電圧等の注入条件を変えてドーパントをイオン注入することを指す。
【００３６】
次に、マスク１１０を除去する（Ｓ１０４）。そして、窒化物半導体装置１００をアニールする。これにより、イオン注入領域３０にイオン注入されたドーパントが活性化される。窒化物半導体装置１００のアニール温度は、１２００℃以上であってよく、１３００℃以上であってよく、１４００℃以上であってよく、１５００℃以上であってもよい。
【００３７】
エピタキシャル層２０の上面に絶縁層４０および電極５０を形成する（Ｓ１０６）。例えば、絶縁層４０は、膜厚４００ｎｍのシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）である。電極５０は、ＮｉとＡｕの積層膜であってよく、それぞれの膜厚は、５０ｎｍと１５０ｎｍであってよい。絶縁層４０および電極５０は、パターニングされている。なお、窒化物半導体装置１００は、電極５０が設けられる面と反対側の面にも電極を有してよい。
【００３８】
本例のガードリング部２４は、Ｐ型のドーパントをイオン注入することなく設けられる。また、本例の窒化物半導体装置１００は、ガードリング部２４をエピタキシャル成長により形成する。このように、本例の窒化物半導体装置１００は、Ｐ型インプラおよび再成長を使用しないでガードリング部２４を形成する。そのため、ガードリング部２４の信頼性が向上し、窒化物半導体装置１００の耐圧が向上する。
【００３９】
また、本例の窒化物半導体装置１００は、イオン注入領域３０をエピタキシャル再成長工程ではなく、イオン注入工程により形成する。本例では、エピタキシャル再成長のためのエッチング工程も含まないので、イオン注入領域３０と窒化物半導体層１０との間にエッチングダメージが生じない。さらに、イオン注入領域３０を設ける領域のエッチング深さの制御が不要である。
【００４０】
図２は、比較例に係る窒化物半導体装置５００の製造方法を示す。窒化物半導体装置５００は、ガードリング部２４の間の領域をエピタキシャル再成長により形成する。
【００４１】
窒化物半導体層１０上にエピタキシャル層２０を形成する（Ｓ５００）。エピタキシャル層２０上には、マスク１１０が形成される（Ｓ５０２）。マスク１１０のパターンに応じて、再成長領域５３０を形成する領域のエピタキシャル層２０をエッチングにより除去する。エピタキシャル層２０がエッチングされた領域に再成長領域５３０をエピタキシャル再成長する。本例の再成長領域５３０は、エピタキシャル再成長時にドーパントがドープされる。
【００４２】
次に、マスク１１０を除去する（Ｓ５０４）。そして、窒化物半導体装置５００をアニールする。その後、エピタキシャル層２０の上面において、絶縁層４０および電極５０を形成する（Ｓ５０６）。
【００４３】
比較例に係る窒化物半導体装置５００は、エッチングした領域に再成長領域５３０を設けるものの、再成長領域５３０を設ける領域のエッチング深さの制御が困難な場合がある。エッチングが浅い場合、隣接するガードリング部２４同士を分離することができない。また、エッチングが深い場合、ガードリング部２４から窒化物半導体層１０への空乏層の伸びが制限されて十分な電界緩和効果を得ることができない。
【００４４】
なお、再成長する代わりに、Ｎ型の窒化物半導体層にＰ型のドーパントをイオン注入することにより、ガードリング部２４を設けることも考えられる。しかしながら、イオン注入によりＰ型の窒化物半導体層を形成することは困難な場合がある。
【００４５】
図３は、窒化物半導体装置１００におけるキャリア濃度の深さ方向のプロファイルを示す。Ｄ＝０は、イオン注入領域３０の上面の深さ位置を指す。
【００４６】
キャリア濃度分布Ａは、窒化物半導体装置１００のイオン注入領域３０と窒化物半導体層１０におけるキャリア濃度の分布を示す。本例のイオン注入領域３０は、多段のイオン注入により形成されている。
【００４７】
キャリア濃度分布Ｂは、比較例として、窒化物半導体装置５００のキャリア濃度分布Ａに対応する領域のキャリア濃度の分布を示す。即ち、キャリア濃度分布Ｂでは、再成長領域５３０と窒化物半導体層１０の深さ方向のキャリア濃度の分布を示している。
【００４８】
遷移長さＬは、イオン注入領域３０のキャリア濃度から、窒化物半導体層１０のキャリア濃度の２倍（即ち、２Ｎｓ）へのキャリア濃度の遷移領域の長さを指す。窒化物半導体層１０のキャリア濃度Ｎｓは、ＧａＮ基板のキャリア濃度である。一例において、窒化物半導体層１０のキャリア濃度Ｎｓは、１．０×１０１５ｃｍ３以上、１．０×１０１７ｃｍ３以下である。遷移長さＬが滑らかになるほど、窒化物半導体層１０とイオン注入領域３０との界面において、電界集中しにくくなる。
【００４９】
遷移長さＬ'は、再成長領域５３０のキャリア濃度から、窒化物半導体層１０のキャリア濃度の２倍（即ち、２Ｎｓ）へのキャリア濃度の遷移領域の長さを指す。遷移長さＬ'が急峻になるほど、窒化物半導体層１０と再成長領域５３０との界面において、電界集中しやすくなる。
【００５０】
キャリア濃度分布Ａは、イオン注入で形成されたキャリア濃度の分布であり、キャリア濃度分布Ｂは、再成長により形成されたプロファイルである。そのため、キャリア濃度分布Ａは、キャリア濃度分布Ｂよりもなだらかにキャリア濃度Ｎｓまで遷移する。例えば、遷移長さＬは、１００ｎｍ以上である。遷移長さＬは、１５０ｎｍ以上であっても、２００ｎｍ以上であってもよい。なお、エピタキシャル再成長の場合、イオン注入の場合よりもキャリア濃度の変化が急峻となるので、遷移長さＬ'が遷移長さＬよりも短くなる。
【００５１】
図４Ａは、実施例２に係る窒化物半導体装置１００の構成の一例を示す。本例の窒化物半導体装置１００は、エピタキシャル層２０およびイオン注入領域３０の上面の位置関係が実施例１に係る窒化物半導体装置１００と相違する。
【００５２】
イオン注入領域３０の上端は、エピタキシャル層２０の上端よりも低い。即ち、イオン注入領域３０の上端は、ガードリング部２４の上端よりも窪んで設けられている。これにより、ガードリング部２４から窒化物半導体層１０へ空乏層が伸びやすくなる。よって、空乏層における電界の集中が緩和されて、窒化物半導体装置１００の耐圧が向上しやすくなる。
【００５３】
本例のイオン注入領域３０の上端は、エピタキシャル層２０の深さ方向の中心に対応する位置となるように設けられる。但し、イオン注入領域３０の上端は、エピタキシャル層２０の深さ方向の中心に対応する位置よりも上方であっても、下方であってもよい。イオン注入領域３０の上端を、エピタキシャル層２０の深さ方向の中心よりも下方に設けることにより、ガードリング部２４から窒化物半導体層１０へ空乏層が伸びやすくなる。
【００５４】
図４Ｂは、実施例２に係る窒化物半導体装置１００の製造方法の一例を示す。本例では、窒化物半導体装置１００の製造方法の一例を示しており、これに限定されない。実施例１に係る窒化物半導体装置１００の製造方法と相違する点について本例では説明する。
【００５５】
窒化物半導体層１０上にエピタキシャル層２０を形成する（Ｓ２００）。本例のエピタキシャル層２０は、ＭＯＣＶＤ法等の任意の方法を用いて窒化物半導体層１０上にエピタキシャル成長される。エピタキシャル層２０上には、ガードリング部２４を設ける領域の上方にマスク１１０が形成される。マスク１１０は、イオン注入領域３０を形成する領域に対応したパターンを有する。本例のマスク１１０は、エピタキシャル層２０のエッチングおよびイオン注入を制限する。
【００５６】
エピタキシャル層２０は、イオン注入領域３０の上端となる深さまで、選択的にエッチングされる（Ｓ２０２）。これにより、イオン注入領域３０の上端がガードリング部２４の上端よりも窪んで設けられる。次に、エッチングに使用したマスク１１０を用いて、イオン注入領域３０を形成する領域にドーパントを選択的に注入する（Ｓ２０４）。その後、マスク１１０が除去される（Ｓ２０６）。
【００５７】
エピタキシャル層２０をエッチングする段階は、エピタキシャル層２０にイオン注入する段階の前に実行される。ガードリング部２４の深さ方向の厚みに対して、イオン注入領域３０の深さ方向の厚みを薄くすることができる。そのため、イオン注入領域３０を形成するために、ドーパントを深くイオン注入する必要がなくなる。これにより、窒化物半導体装置１００は、イオン注入による結晶欠陥の発生を抑制しやすくなる。
【００５８】
図５は、実施例３に係る窒化物半導体装置１００の構成の一例を示す。本例の窒化物半導体装置１００は、キャリア濃度の異なるガードリング部２４を有する点で実施例１に係る窒化物半導体装置１００と相違する。本例では、実施例１に係る窒化物半導体装置１００と相違する点について特に説明する。
【００５９】
窒化物半導体装置１００は、多段のエピタキシャル成長で形成された複数のガードリング部２４を有する。複数のガードリング部２４は、異なるキャリア濃度を有する。例えば、複数のガードリング部２４は、深さ方向に積層され、下方において上方よりも高いキャリア濃度を有してよい。これにより、ガードリング部２４から空乏層が伸びやすくなり、窒化物半導体装置１００の耐圧が向上しやすくなる。本例のガードリング部２４は、ガードリング部２４ａおよびガードリング部２４ｂの２つのガードリング部を有する。ガードリング部２４ａは、第１ガードリング部の一例である。ガードリング部２４ｂは、第２ガードリング部の一例である。
【００６０】
ガードリング部２４ａは、窒化物半導体層１０上に設けられる。本例のガードリング部２４ａは、Ｐ＋型のＧａＮ層である。例えば、ガードリング部２４ａのキャリア濃度は、１．０×１０１８ｃｍ−３以上、１．０×１０２０ｃｍ−３以下である。
【００６１】
ガードリング部２４ｂは、ガードリング部２４ａ上に設けられる。ガードリング部２４ｂは、ガードリング部２４ａ上のエピタキシャル成長層である。ガードリング部２４ｂは、ガードリング部２４ａのエピタキシャル成長と連続してエピタキシャル成長されてよい。ガードリング部２４ｂは、ガードリング部２４ａよりもキャリア濃度の低い領域である。本例のガードリング部２４ｂは、Ｐ−型のＧａＮ層である。例えば、ガードリング部２４ｂのキャリア濃度は、１．０×１０１６ｃｍ−３以上、１．０×１０１８ｃｍ−３以下である。
【００６２】
図６は、実施例４に係る窒化物半導体装置１００の構成の一例を示す。本例の窒化物半導体装置１００は、イオン注入領域３０が深さ方向においてキャリア濃度の異なる領域を有する点で実施例３に係る窒化物半導体装置１００と相違する。本例では、実施例３に係る窒化物半導体装置１００と相違する点について特に説明する。
【００６３】
窒化物半導体装置１００は、多段のイオン注入で形成されたイオン注入領域３０を有する。本例のイオン注入領域３０は、深さ方向に異なるキャリア濃度を有する。例えば、イオン注入領域３０は、下方において、キャリア濃度が低くなるようにイオン注入される。イオン注入領域３０の下方のキャリア濃度を低くすることにより、イオン注入領域３０から窒化物半導体層１０へ空乏層が伸びやすくなる。
【００６４】
イオン注入領域３０は、イオン注入領域３０ａおよびイオン注入領域３０ｂを有する。イオン注入領域３０ａは、第１イオン注入領域の一例である。イオン注入領域３０ｂは、第２イオン注入領域の一例である。
【００６５】
イオン注入領域３０ａは、窒化物半導体層１０上に設けられる。本例のイオン注入領域３０ａは、Ｎ−型のＧａＮ層である。
【００６６】
イオン注入領域３０ｂは、イオン注入領域３０ａ上に設けられる。イオン注入領域３０ｂのキャリア濃度は、イオン注入領域３０ａのキャリア濃度と異なる。本例のイオン注入領域３０ｂのキャリア濃度は、イオン注入領域３０ａのキャリア濃度よりも大きい。この場合、イオン注入領域３０から窒化物半導体層１０へ空乏層が伸びやすくなる。よって、窒化物半導体装置１００の耐圧が向上しやすくなる。本例のイオン注入領域３０ｂは、Ｎ−型のＧａＮ層である。イオン注入領域は、イオン注入条件により、同程度のＮ−型にしたり、Ｎ型にせずＩ型にしたりすることが可能である。
【００６７】
また、イオン注入領域３０ｂのキャリア濃度は、イオン注入領域３０ａのキャリア濃度よりも小さくてよい。この場合、エピタキシャル層２０の表面におけるイオン注入時間を短くすることができるので、結晶欠陥が生じにくくなる。
【００６８】
本例の窒化物半導体装置１００は、イオン注入領域３０の深さ方向を適宜調整してよい。本例では、イオン注入領域３０がキャリア濃度の異なる２つの領域を有する場合について説明したが、キャリア濃度の異なる３以上の領域を有してもよい。また、イオン注入領域３０のキャリア濃度は、深さ方向に連続的に変更されてもよい。
【００６９】
図７は、実施例５に係る窒化物半導体装置１００の構成の一例を示す。本例の窒化物半導体装置１００は、電極フィールドプレート５２を有する点で実施例１に係る窒化物半導体装置１００と相違する。本例では、実施例１に係る窒化物半導体装置１００と相違する点について特に説明する。なお、電極フィールドプレート５２は、他の実施例１〜４のいずれの窒化物半導体装置１００に適用されてもよい。
【００７０】
電極フィールドプレート５２は、エピタキシャル層２０の上方に設けられる。電極フィールドプレート５２は、絶縁層４０の上面に設けられる。電極フィールドプレート５２は、予め定められた電圧が印加されることにより、絶縁層４０を介して空乏層を伸ばして、電界の集中を緩和する。本例の電極フィールドプレート５２は、活性部２２と電気的に接続されている。この場合、電極フィールドプレート５２は、ゲート電極として機能してよい。本例の電極フィールドプレート５２は、活性部２２の端部の電界のピークを分散することにより、活性部２２の端部の電界強度を減少させる。これにより、窒化物半導体装置１００の耐圧が向上する。
【００７１】
図８は、実施例６に係る窒化物半導体装置１００の構成の一例を示す。本例の窒化物半導体装置１００は、複数の電極フィールドプレート５４を有する点で実施例１に係る窒化物半導体装置１００と相違する。本例では、実施例１に係る窒化物半導体装置１００と相違する点について特に説明する。なお、電極フィールドプレート５４は、他の実施例１〜４のいずれの窒化物半導体装置１００に適用されてもよい。
【００７２】
電極フィールドプレート５４は、ガードリング部２４の上面に設けられる。これにより、電極フィールドプレート５４は、ガードリング部２４と電気的に接続されている。電極フィールドプレート５４は、予め定められた電圧が印加されてよい。本例の電極フィールドプレート５４は、電極５０と電気的に分離されている。これにより、電極フィールドプレート５４には、窒化物半導体装置１００の耐圧を向上するべく、最適な電圧が印加されてよい。本例の電極フィールドプレート５４は、絶縁層４０に設けられた開口を介して、ガードリング部２４と接続されている。電極フィールドプレート５４は、絶縁層４０によりイオン注入領域３０と絶縁されている。なお、本例では、複数の電極フィールドプレート５４が複数のガードリング部２４に対してそれぞれ設けられている。但し、単一の電極フィールドプレート５４が複数のガードリング部２４にそれぞれ接続されてもよい。
【００７３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００７４】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００７５】
１０・・・窒化物半導体層、２０・・・エピタキシャル層、２２・・・活性部、２４・・・ガードリング部、３０・・・イオン注入領域、４０・・・絶縁層、５０・・・電極、５２・・・電極フィールドプレート、５４・・・電極フィールドプレート、１００・・・窒化物半導体装置、１１０・・・マスク、５００・・・窒化物半導体装置、５３０・・・再成長領域
【図１Ａ】
2019186429.tif 000003
【図１Ｂ】
2019186429.tif 000004
【図２】
2019186429.tif 000005
【図３】
2019186429.tif 000006
【図４Ａ】
2019186429.tif 000007
【図４Ｂ】
2019186429.tif 000008
【図５】
2019186429.tif 000009
【図６】
2019186429.tif 000010
【図７】
2019186429.tif 000011
【図８】
2019186429.tif 000012