(57)【要約】【課題】オン抵抗の低い窒化物半導体装置を形成することができる技術を提供する。【解決手段】  窒化物半導体装置は、ｐ型層と、ｐ型層と接している第１のｎ型耐圧維持層と、第１のｎ型耐圧維持層と接している第２のｎ型耐圧維持層であって、第１のｎ型耐圧維持層によってｐ型層から隔離されている第２のｎ型耐圧維持層と、を備える。第１のｎ型耐圧維持層のドナー濃度が第２のｎ型耐圧維持層のドナー濃度よりも低い。第１のｎ型耐圧維持層のカーボン濃度が第２のｎ型耐圧維持層のカーボン濃度よりも低い。【選択図】図１
2019186250.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型層と、
前記ｐ型層と接している第１のｎ型耐圧維持層と、
前記第１のｎ型耐圧維持層と接している第２のｎ型耐圧維持層であって、前記第１のｎ型耐圧維持層によって前記ｐ型層から隔離されている前記第２のｎ型耐圧維持層と、
を備えた窒化物半導体装置であって、
前記第１のｎ型耐圧維持層のドナー濃度が前記第２のｎ型耐圧維持層のドナー濃度よりも低く、
前記第１のｎ型耐圧維持層のカーボン濃度が前記第２のｎ型耐圧維持層のカーボン濃度よりも低い、窒化物半導体装置。
【請求項２】
前記第１のｎ型耐圧維持層内のカーボン濃度は第１濃度で一定であり、
前記第２のｎ型耐圧維持層内のカーボン濃度は第２濃度で一定であり、
前記第１濃度が前記第２濃度よりも低い、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記第１のｎ型耐圧維持層内のカーボン濃度は、前記第１のｎ型耐圧維持層と前記ｐ型層との界面からの距離が大きくなることに応じて高くなる、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記第１のｎ型耐圧維持層内のＥ３電子トラップの濃度は、前記第１のｎ型耐圧維持層内のカーボン濃度よりも低く、
前記第２のｎ型耐圧維持層内のＥ３電子トラップの濃度は、前記第２のｎ型耐圧維持層内のカーボン濃度よりも低い、請求項１〜３の何れか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記第２のｎ型耐圧維持層の厚さが、前記第１のｎ型耐圧維持層の厚さよりも厚い、請求項１〜４の何れか１項に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
ｐ型層と、第１のｎ型耐圧維持層と、第２のｎ型耐圧維持層と、を備えた窒化物半導体装置の製造方法であって、
窒化物半導体基板上に前記第２のｎ型耐圧維持層をエピタキシャル成長法により形成する工程と、
前記第２のｎ型耐圧維持層に接する前記第１のｎ型耐圧維持層をエピタキシャル成長法により形成する工程と、
前記第１のｎ型耐圧維持層に接する前記ｐ型層であって、前記第１のｎ型耐圧維持層によって前記第２のｎ型耐圧維持層から隔離されている前記ｐ型層を形成する工程と、
を備え、
前記第２のｎ型耐圧維持層の成長レートは、前記第１のｎ型耐圧維持層の成長レートよりも高い、窒化物半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記エピタキシャル成長法は有機金属気相成長法であり、
前記第２のｎ型耐圧維持層の成長時のＶ／ＩＩＩ比は、前記第１のｎ型耐圧維持層の成長時のＶ／ＩＩＩ比よりも低い、請求項６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】
本明細書に開示する技術は、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】
非特許文献１には、耐圧維持層であるｎ型ドリフト層を２層以上に分け、ｐ型層に接するｎ型ドリフト層のドナー濃度を、ｐ型層に接しないｎ型ドリフト層のドナー濃度より低くする技術が開示されている。これにより、ｐ型層とｎ型ドリフト層とのｐｎ界面における電界を緩和することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Hiroshi Ohtaら、「Vertical GaN p-n Junction Diodes With High Breakdown Voltage Over 4 kV」、IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, Vol.36, No.11 (2015)、１１８０−１１８２ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ｎ型ドリフト層のドナー濃度を単に低くすると、補償アクセプタによる電子の補償が無視できず、半導体装置のオン抵抗が増加してしまう。また、補償アクセプタ発生の主要因である残留カーボンを減らす成膜条件をｎ型ドリフト層に適用すると、ｎ型ドリフト層の成膜速度が低くなり、スループットが著しく低下してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書に開示する窒化物半導体装置の一実施形態は、ｐ型層と、ｐ型層と接している第１のｎ型耐圧維持層と、第１のｎ型耐圧維持層と接している第２のｎ型耐圧維持層であって、第１のｎ型耐圧維持層によってｐ型層から隔離されている第２のｎ型耐圧維持層と、を備える。第１のｎ型耐圧維持層のドナー濃度が第２のｎ型耐圧維持層のドナー濃度よりも低い。第１のｎ型耐圧維持層のカーボン濃度が第２のｎ型耐圧維持層のカーボン濃度よりも低い。
【０００６】
ｐ型層と第１のｎ型耐圧維持層とのｐｎ界面に、最も電界が集中する。本明細書に開示する窒化物半導体装置では、第１のｎ型耐圧維持層のドナー濃度が第２のｎ型耐圧維持層のドナー濃度よりも低いため、当該ｐｎ界面における耐圧を高めることができる。また、第１のｎ型耐圧維持層のカーボン濃度が第２のｎ型耐圧維持層のカーボン濃度よりも低いため、補償アクセプタによる電子の補償は第１のｎ型耐圧維持層の方が第２のｎ型耐圧維持層よりも少ない。従って、第１のｎ型耐圧維持層のドナー濃度を第２のｎ型耐圧維持層のドナー濃度よりも低くしても、第１のｎ型耐圧維持層のオン抵抗が増大してしまう事態を抑制することができる。また、第２のｎ型耐圧維持層のカーボン濃度が第１のｎ型耐圧維持層のカーボン濃度よりも高いため、第２のｎ型耐圧維持層の成長速度を第１のｎ型耐圧維持層の成長速度よりも高めることができる。窒化物半導体装置の製造時間を短縮化することが可能となる。
【０００７】
第１のｎ型耐圧維持層内のカーボン濃度は第１濃度で一定であってもよい。第２のｎ型耐圧維持層内のカーボン濃度は第２濃度で一定であってもよい。第１濃度が第２濃度よりも低くてもよい。
【０００８】
第１のｎ型耐圧維持層内のカーボン濃度は、第１のｎ型耐圧維持層とｐ型層との界面からの距離が大きくなることに応じて高くなってもよい。
【０００９】
第１のｎ型耐圧維持層内のＥ３電子トラップの濃度は、第１のｎ型耐圧維持層内のカーボン濃度よりも低くてもよい。第２のｎ型耐圧維持層内のＥ３電子トラップの濃度は、第２のｎ型耐圧維持層内のカーボン濃度よりも低くてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。
【００１０】
第２のｎ型耐圧維持層の厚さが、第１のｎ型耐圧維持層の厚さよりも厚くてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。
【００１１】
本明細書に開示する窒化物半導体装置の製造方法の一実施形態は、ｐ型層と、第１のｎ型耐圧維持層と、第２のｎ型耐圧維持層と、を備えた窒化物半導体装置の製造方法である。製造方法は、窒化物半導体基板上に第２のｎ型耐圧維持層をエピタキシャル成長法により形成する工程を備える。製造方法は、第２のｎ型耐圧維持層に接する第１のｎ型耐圧維持層をエピタキシャル成長法により形成する工程を備える。製造方法は、第１のｎ型耐圧維持層に接するｐ型層であって、第１のｎ型耐圧維持層によって第２のｎ型耐圧維持層から隔離されているｐ型層を形成する工程を備える。第２のｎ型耐圧維持層の成長レートは、第１のｎ型耐圧維持層の成長レートよりも高い。効果の詳細は実施例で説明する。
【００１２】
エピタキシャル成長法は有機金属気相成長法であってもよい。第２のｎ型耐圧維持層の成長時のＶ／ＩＩＩ比は、第１のｎ型耐圧維持層の成長時のＶ／ＩＩＩ比よりも低くてもよい。効果の詳細は実施例で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１に係る半導体装置１の断面概略図である。
【図２】実施例１に係る半導体装置１の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】カーボン濃度とＧａＮ成長速度の関係を示すグラフである。
【図４】カーボン濃度とＥ３電子トラップ濃度の関係を示すグラフである。
【図５】Ｅ３電子トラップ濃度の測定例を示すグラフである。
【図６】実施例２に係る半導体装置１００の断面概略図である。
【図７】実施例３に係る半導体装置２００の断面概略図である。
【図８】実施例４に係る半導体装置１Ａの断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００１４】
（半導体装置１の構成）
図１に、実施例１に係る半導体装置１の断面概略図を示す。半導体装置１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）の縦型のｐｎ接合パワーダイオードである。半導体装置１は、ＧａＮの半導体基板１０を備えている。半導体基板１０は、バッファ層１１、第２ドリフト層１２、第１ドリフト層１３、ｐ型層１４、コンタクト層１５が積層した構造を有している。
【００１５】
バッファ層１１は、ｎ＋型のＧａＮ基板である。第２ドリフト層１２および第１ドリフト層１３は、エピタキシャル成長により形成されたｎ−型のＧａＮ層である。ｐ型層１４は、第１ドリフト層１３上にエピタキシャル成長したｐ型のＧａＮ層である。第１ドリフト層１３は、ｐ型層１４と接している。第２ドリフト層１２は、第１ドリフト層１３と接しているとともに、第１ドリフト層１３によってｐ型層１４から隔離されている。第２ドリフト層１２の厚さＴＨ２は、第１ドリフト層１３の厚さＴＨ１よりも厚い。
【００１６】
第２ドリフト層１２および第１ドリフト層１３は、半導体装置１の耐圧を維持するための層である。一方、バッファ層１１は耐圧維持の機能を担っていない。従って、半導体装置１において、第１ドリフト層１３および第２ドリフト層１２と、バッファ層１１とは、明確に区別される。すなわち、半導体装置１に逆バイアス電圧が印加された場合に、第１ドリフト層１３および第２ドリフト層１２の少なくとも一部には空乏層が伸びるが、バッファ層１１には空乏層が伸びない。
【００１７】
第１ドリフト層１３のドナー濃度（Ｓｉ濃度）は、第２ドリフト層１２のドナー濃度よりも低い。実施例１では、第１ドリフト層１３のドナー濃度を８Ｅ１５ｃｍ−３とし、第２ドリフト層１２のドナー濃度を２Ｅ１６ｃｍ−３とした。
【００１８】
第１ドリフト層１３内のカーボン濃度は第１濃度で一定である。第２ドリフト層１２内のカーボン濃度は第２濃度で一定である。そして第１濃度は第２濃度よりも低い。実施例１では、第１ドリフト層１３のカーボンの第１濃度を３Ｅ１５ｃｍ−３とし、第２ドリフト層１２のカーボンの第２濃度を５Ｅ１５ｃｍ−３とした。
【００１９】
また、第１ドリフト層１３内のカーボン濃度は、第１ドリフト層１３内のドナー濃度（Ｓｉ濃度）よりも低い。同様に、第２ドリフト層１２内のカーボン濃度は、第２ドリフト層１２内のドナー濃度（Ｓｉ濃度）よりも低い。例えば、カーボン濃度がドナー濃度に対して３０％以下である。これにより、実効ドナー濃度を高めることができる。よって、第１ドリフト層１３および第２ドリフト層１２をｎ型のＧａＮとして機能させることができる。
【００２０】
第１ドリフト層１３内のＥ３電子トラップの濃度は、第１ドリフト層１３内のカーボン濃度よりも低い。Ｅ３電子トラップは、伝導帯下端から０．６ｅＶのエネルギー準位をもつトラップである。同様に、第２ドリフト層１２内のＥ３電子トラップの濃度は、第２ドリフト層１２内のカーボン濃度よりも低い。実施例１では、第１ドリフト層１３のＥ３電子トラップ濃度を１Ｅ１５ｃｍ−３とし、第２ドリフト層１２のＥ３電子トラップ濃度を５Ｅ１４ｃｍ−３とした。
【００２１】
コンタクト層１５は、ｐ型層１４上にエピタキシャル成長したｐ＋型のＧａＮ層である。実施例１では、ｐ型層１４のアクセプタ不純物濃度を５Ｅ１７ｃｍ−３とし、コンタクト層１５のアクセプタ不純物濃度を８Ｅ１９ｃｍ−３とした。コンタクト層１５の表面には、アノード電極１６が形成されている。バッファ層１１の裏面には、カソード電極１７が形成されている。
【００２２】
（半導体装置１の製造方法）
図２のフローチャートを参照して、半導体装置１の製造方法について説明する。成膜方法は、膜厚やドーピングの制御性に優れた有機金属気相エピタキシャル成長（MOVPE）法を用いた。Ｇａ原料にはトリメチルガリウム（TMGa）を用いた。Ｎ原料にはアンモニアガス（NH3）を用いた。ｎ型ドーパントとしてモノメチルシラン（MMSi）ガスを用いた。ｐ型ドーパントとしてビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（Cp2Mg）を用いた。
【００２３】
ステップＳ１において、バッファ層１１を形成する。具体的には、ｎ型窒化ガリウム基板を準備してMOVPE装置の反応炉に導入する。水素、窒素、アンモニアの混合ガス雰囲気中で１０００℃まで昇温し、サーマルクリーニングを行う。その後、１０２０℃まで昇温したのちに、TMGaとMMSiガスを供給する。これにより、高濃度ｎ型ＧａＮのバッファ層１１を０．１〜０．５マイクロメートル成長させることができる。
【００２４】
ステップＳ２において、バッファ層１１上に、ｎ型ＧａＮである第２ドリフト層１２を成長させる。ステップＳ３において、第２ドリフト層１２上に、ｎ型ＧａＮである第１ドリフト層１３を成長させる。
【００２５】
第２ドリフト層１２のドナー濃度（Ｓｉ濃度）は、第１ドリフト層１３のドナー濃度より高く設定する。これは、第２ドリフト層１２を成長させる際のTMGa供給モル流量に対するMMSiガスの供給モル流量の比率（Ｓｉ／Ｇａ供給モル比）を、第１ドリフト層１３を成長させる際のＳｉ／Ｇａ供給モル比より高くすればよい。
【００２６】
また第２ドリフト層１２を成長させる際のＶ／ＩＩＩ比を、第１ドリフト層１３を成長させる際のＶ／ＩＩＩ比より低くする。「Ｖ／ＩＩＩ比を低くする」とは、NH3とTMGaの供給モル比（Ｖ／ＩＩＩ比）において、TMGaの原料供給量を多くすることである。例えば、アンモニアガス濃度一定でTMGa供給量を高く設定することで、Ｖ／ＩＩＩ比を低くすることができる。
【００２７】
これにより、第１の効果として、第２ドリフト層１２の成長速度を第１ドリフト層１３の成長速度よりも高くすることができる。また第２の効果として、第１ドリフト層１３に含まれるカーボンの濃度を、第２ドリフト層１２に含まれるカーボンの濃度よりも低くすることができる。この理由を説明する。図３において、横軸はＧａＮの成長速度であり、縦軸はＧａＮに取り込まれるカーボン濃度である。ＧａＮの成長速度は、TMGaの原料供給量に対して線形に増加する。NH3とTMGaの供給モル比（Ｖ／ＩＩＩ比）が小さいとき、すなわちTMGaの原料供給量が多いときに、成長速度は高まる。図３に示すように、ＧａＮの成長速度の増加に対して、ＧａＮに取り込まれるカーボン濃度も線形に増加することが分かる。これは、TMGaがGa(CH3)3というカーボンを含む化学量論組成をもつことに起因する。すなわち、原料（TMGa）の供給量の増加に対してＧａＮの成長速度も線形に増加するが、同時にTMGaからＧａＮに取り込まれるカーボン濃度も線形に増加する。
【００２８】
また、第２ドリフト層１２および第１ドリフト層１３を成長させる際の成長圧力は、所定圧力（例：５００Ｔｏｒｒ）以上とする。これにより、第２ドリフト層１２においてＥ３電子トラップ濃度をカーボン濃度よりも低くすることができるとともに、第１ドリフト層１３においてＥ３電子トラップ濃度をカーボン濃度よりも低くすることができる。
【００２９】
ステップＳ４において、TMGaとCp2Mgを反応炉に供給し、ｐ型層１４、コンタクト層１５の順に成長させる。
【００３０】
ステップＳ５において、窒素雰囲気中で７５０℃以上で熱処理を行う。これにより、アクセプタ元素であるマグネシウムを活性化することができる。
【００３１】
ステップＳ６において、周知のフォトリソグラフィー技術およびドライエッチング加工によって、ダイオード領域以外のｐ型層を除去する。アノード電極１６およびカソード電極１７を形成し、熱処理を行う。これにより、図１に示す半導体装置１が完成する。
【００３２】
（効果）
ｐｎ接合を用いた高耐圧の窒化物半導体装置では、ｐ型層に接するｎ型ドリフト層に最も高い電界がかかる。例えば、図１に示す半導体装置１（ｐｎダイオード）では、オフ状態で逆バイアス電圧が印加された場合に、最も高電界がかかるのは第１ドリフト層１３である。従って、耐圧保持を担うｎ型ドリフト層のドナー濃度を低く保つ必要がある。すなわち、高耐圧の窒化物半導体装置においては、ｎ型ドリフト層の実効ドナー濃度（Ｎｄ−Ｎａ）の制御が必要である。実効ドナー濃度を制御するためには、ドナー不純物原子（シリコン原子）の濃度（Ｎｄ）だけでなく、電子を補償するアクセプタ濃度（Ｎａ）を制御する必要がある。補償アクセプタ濃度が高い場合、オン抵抗が増加してしまうためである。アクセプタの発生要因は、残留カーボンと、Ｅ３電子トラップである。
【００３３】
ｎ型ドリフト層のドナー濃度を低くして耐圧を高める場合に、３つの問題が存在する。第１の問題として、ｎ型ドリフト層のドナー濃度を単に低くすると、補償アクセプタによる電子の補償が無視できず、半導体装置のオン抵抗が増加してしまう問題がある。
【００３４】
第２の問題として、補償アクセプタの主要因である残留カーボンの濃度を減らすと、ｎ型ドリフト層の成長速度が低くなり、スループットが低下してしまう問題がある。これは図３に示すように、カーボン濃度とＧａＮ成長速度の間には、正の相関関係があるためである。
【００３５】
第３の問題として、ＧａＮ中のカーボン濃度を低下させるとＥ３電子トラップ濃度が高くなる。Ｅ３電子トラップもアクセプタとして働くため、Ｅ３電子トラップ濃度がカーボン濃度より高くなるとその影響が無視できず、半導体装置のオン抵抗が高くなってしまう問題がある。また図４のグラフに、ＧａＮ中のカーボン濃度とＥ３電子トラップ濃度の関係を示す。バツ印は、ＧａＮ成長圧力が３００Ｔｏｒｒの場合の測定点である。白丸印は、ＧａＮ成長圧力が６００Ｔｏｒｒの場合の測定点である。図４において、ＧａＮ成長圧力が３００Ｔｏｒｒの場合の測定点（バツ印）に着目すると、カーボン濃度を低下させるとＥ３電子トラップ濃度が高くなる傾向があることが分かる。
【００３６】
実施例１に係る半導体装置１では、第１ドリフト層１３のドナー濃度が第２ドリフト層１２のドナー濃度よりも低いため、第１ドリフト層１３とｐ型層１４とのｐｎ界面における耐圧を高めることができる。また、第１ドリフト層１３のカーボン濃度が第２ドリフト層１２のカーボン濃度よりも低いため、補償アクセプタによる電子の補償は第１ドリフト層１３の方が第２ドリフト層１２よりも少ない。従って、第１ドリフト層１３のドナー濃度を第２ドリフト層１２のドナー濃度よりも低くしても、第１ドリフト層１３のオン抵抗が増大してしまう事態を抑制することができる。第２ドリフト層１２と第１ドリフト層１３とを合わせたドリフト層全体において、オン抵抗を低減することができる。上記の第１の問題を解決することができる。
【００３７】
実施例１に係る半導体装置１では、第２ドリフト層１２のカーボン濃度が第１ドリフト層１３のカーボン濃度よりも高いため、第２ドリフト層１２の成長速度を第１ドリフト層１３の成長速度よりも高めることができる。そして、第２ドリフト層１２の厚さＴＨ２は、第１ドリフト層１３の厚さＴＨ１よりも厚い。すなわち、第２ドリフト層１２と第１ドリフト層１３とを合わせたドリフト層全体において、成長速度の高い第２ドリフト層１２の占める割合が高い。これにより、ドリフト層全体の成長時間を短縮化することができる。上記の第２の問題を解決することができる。
【００３８】
実施例１に係る半導体装置１では、第２ドリフト層１２および第１ドリフト層１３を成長させる際の成長圧力を、所定圧力（例：５００Ｔｏｒｒ）以上としている。この効果を、図４を用いて説明する。図４において、Ｅ３電子トラップ濃度がカーボン濃度よりも低くなる領域Ｒ１を、斜線部で示している。カーボン濃度が低濃度（５×１０１５ｃｍ−３以下）の条件では、成長圧力が所定圧力以下の３００Ｔｏｒｒである場合の測定点Ｐ１は、領域Ｒ１の範囲外である。一方、カーボン濃度が低濃度の条件においても、成長圧力が所定圧力以上の６００Ｔｏｒｒである場合の測定点Ｐ２は、領域Ｒ１の範囲内となる。すなわち、所定圧力以上の成長圧力を用いることで、図４の矢印Ａ１に示すように、Ｅ３電子トラップ濃度がカーボン濃度よりも低い状態を実現することが可能である。以上説明したように、第２ドリフト層１２においてＥ３電子トラップ濃度をカーボン濃度よりも低くすることができるとともに、第１ドリフト層１３においてＥ３電子トラップ濃度をカーボン濃度よりも低くすることができる。Ｅ３電子トラップによって半導体装置１のオン抵抗が高くなってしまう事態を防止することができる。上記の第３の問題を解決することができる。またドナー濃度は第２ドリフト層１２の方が第１ドリフト層１３よりも高いため、許容されるカーボン濃度も第２ドリフト層１２の方が第１ドリフト層１３よりも高くすることができる。その結果、第２ドリフト層１２におけるＥ３電子トラップ濃度を低く抑えることができるため、第２ドリフト層１２のオン抵抗が高くなってしまう事態を防止することができる。上記の第３の問題を解決することができる。
【００３９】
（カーボン濃度、Ｅ３電子トラップ濃度の測定）
半導体装置の断面において、カーボン濃度およびＥ３電子トラップ濃度を測定することができる。これにより、測定対象の半導体装置が、本明細書に記載の第２ドリフト層１２および第１ドリフト層１３に対応する構造を備えているか否かを特定することが可能である。以下に具体的に説明する。
【００４０】
カーボン濃度は、二次イオン質量分析法によって定量することができる。周知の方法を用いることができるため、詳細な説明は省略する。
【００４１】
Ｅ３電子トラップ濃度は、ダイオードの室温における定温容量過渡応答測定（ICTS: Isothermal Capacitance Transient Spectroscopy）によって測定することができる。Ｅ３電子トラップは、伝導帯下端から０．６ｅＶのエネルギー準位を持つ。従って、室温でＥ３電子トラップに捕獲された電子を、逆バイアス電圧を印加することで放出するまでに、数百ミリ秒の時間を要する。図５に示すように、時刻ｔ１に−１０Ｖの逆バイアス電圧を印加する場合を考える。時刻ｔ１における単位面積あたりの空乏層容量を、ＣＲ１とする。また、時刻ｔ１から十分時間が経過した時刻ｔ２における単位面積あたりの空乏層容量を、ＣＲ２とする。時刻ｔ１ではＥ３電子トラップが電子を捕獲しているため、時刻ｔ１の空乏層容量ＣＲ１は、空乏層容量ＣＲ２よりも容量差ＤＣだけ小さい。空乏層容量ＣＲ２と容量差ＤＣの時間変化から、Ｅ３電子トラップ濃度を算出することができる。
【実施例２】
【００４２】
（半導体装置１００の構成）
図６に、実施例２に係る半導体装置１００の断面概略図を示す。半導体装置１００は、トレンチゲートを備えた縦型ＭＯＳＦＥＴである。半導体装置１００は、半導体基板３０を備えている。半導体基板３０は、バッファ層３１、第２ドリフト層３２、第１ドリフト層３３、ボディ層３６が積層した構造を有している。
【００４３】
バッファ層３１は、ｎ＋型のＧａＮ基板である。バッファ層３１の機能は、実施例１で説明したバッファ層１１の機能と同様である。バッファ層３１の裏面には、ドレイン電極５２が形成されている。バッファ層３１の表面には、第２ドリフト層３２が形成されている。第２ドリフト層３２の表面には、第１ドリフト層３３が形成されている。第２ドリフト層３２および第１ドリフト層３３は、エピタキシャル成長により形成されたｎ−型のＧａＮ層である。第２ドリフト層３２の厚さＴＨ１２は、第１ドリフト層３３の厚さＴＨ１１よりも厚い。第２ドリフト層３２および第１ドリフト層３３における、ドナー濃度、カーボン濃度、Ｅ３電子トラップ濃度などの特徴は、実施例１で説明した第２ドリフト層１２および第１ドリフト層１３と同様である。従って説明を省略する。ボディ層３６は、第２ドリフト層３２上にエピタキシャル成長したｐ型のＧａＮ層である。ボディ層３６内には、ｐ＋型ＧａＮであるボディコンタクト領域４６、および、ｎ＋型ＧａＮであるソース領域３８が配置されている。
【００４４】
トレンチゲート電極４０は、ボディ層３６の表面３６ａから、ソース領域３８とボディ層３６を貫通して第１ドリフト層３３に侵入している。トレンチゲート電極４０は、ゲート絶縁膜４２で側面および底面が覆われたトレンチＴ１内に形成された電極である。トレンチゲート電極４０は、トレンチＴ１外を延びており、ゲート電極５０と接触している。トレンチゲート電極４０は、多結晶シリコンなどで形成されている。層間絶縁膜４８は、ゲート電極５０およびソース電極４４の絶縁を確保するための層である。ボディコンタクト領域４６およびソース領域３８の上面には、ソース電極４４が接触している。
【００４５】
このような第２ドリフト層３２および第１ドリフト層３３を備えた半導体装置１００では、実施例１に係る半導体装置１と同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００４６】
（半導体装置２００の構成）
図７に、実施例３に係る半導体装置２００の断面概略図を示す。半導体装置２００は、プレーナゲートを備えた縦型ＭＯＳＦＥＴである。バッファ層７１はｎ＋型ＧａＮ基板である。バッファ層７１の機能は、実施例１で説明したバッファ層１１の機能と同様である。バッファ層７１の裏面にはドレイン電極７０が形成されている。バッファ層７１の表面には、ｎ−型ＧａＮ層である第２ドリフト層７２が配置されている。第２ドリフト層７２の表面には、ｎ−型ＧａＮ層である第１ドリフト層７３が配置されている。ボディ領域７４ａおよび７４ｂは、第１ドリフト層７３の表面７３ａからマグネシウムをイオン注入して熱処理することで得られた、ｐ−型伝導領域である。ソース領域７５ａおよび７５ｂは、表面７３ａからシリコンを注入して熱処理することで得られたｎ＋型伝導領域である。ソース領域７５ａ、７５ｂの上面には、ソース電極７６ａ、７６ｂが接触している。また、ソース領域７５ａおよび７５ｂ、ボディ領域７４ａおよび７４ｂ、第１ドリフト層７３の上面には、ゲート絶縁膜７７を介してゲート電極７８が配置されている。
【００４７】
このような第２ドリフト層７２および第１ドリフト層７３を備えた半導体装置２００では、実施例１に係る半導体装置１と同様の効果を得ることができる。
【実施例４】
【００４８】
（半導体装置１Ａの構成）
図８に、実施例４に係る半導体装置１Ａの断面概略図を示す。半導体装置１Ａは、ＪＢＳ（junction barrier Schottky）構造を備えたｐｎ接合パワーダイオードである。実施例４に係る半導体装置１Ａは、実施例１に係る半導体装置１に対して、第１ドリフト層１３Ａ、ｐ型層１４Ａ、アノード電極１６Ａの構造が異なっている。以下の説明において、実施例４に係る半導体装置１Ａと実施例１に係る半導体装置１とで同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４９】
第１ドリフト層１３Ａの上面には、複数のｐ型層１４Ａが所定間隔で配置されている。ｐ型層１４Ａは、ｐ＋型のＧａＮ層である。アノード電極１６Ａは、隣接するｐ型層１４Ａ間の領域を介して、第１ドリフト層１３Ａと接続している。また第２ドリフト層１２の厚さＴＨ２は、第１ドリフト層１３Ａの厚さＴＨ１Ａよりも厚い。なお、実施例４の第２ドリフト層１２および第１ドリフト層１３Ａにおける、ドナー濃度、カーボン濃度、Ｅ３電子トラップ濃度などの特徴は、実施例１で説明した第２ドリフト層１２および第１ドリフト層１３と同様である。
【００５０】
半導体装置１Ａ（ＪＢＳダイオード）では、逆バイアスを印加すると、互いに隣接するｐ型層１４Ａの間に空乏層が広がってピンチオフし、リーク電流を抑制することができる。このような第２ドリフト層１２および第１ドリフト層１３Ａを備えた半導体装置１Ａでは、実施例１に係る半導体装置１と同様の効果を得ることができる。
【００５１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【００５２】
（変形例）
第１ドリフト層１３内のカーボン濃度が第１濃度で一定である場合を説明したが、この形態に限られない。例えば、第１ドリフト層１３とｐ型層１４との界面からの距離が大きくなることに応じて、第１ドリフト層１３内のカーボン濃度が高くなるような形態であってもよい。これは例えば、ステップＳ３において、第１ドリフト層１３を成長させる再に、Ｖ／ＩＩＩ比を段階的に高く（すなわちTMGaの原料供給量を段階的に少なく）すればよい。
【００５３】
ステップＳ１において、バッファ層１１を形成する工程は、省略してもよい。
【００５４】
半導体基板１０を構成するIII族窒化物半導体はＧａＮに限定されるものではなく、例えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＩｎＮ（窒化インジウム）、または、その混晶等であってもよい。
【００５５】
上記の実施例では、ｐ型領域を形成するためのII族元素の一例としてマグネシウム（Ｍｇ）を用いていたが、この構成に限定されるものではない。II族元素は、例えばベリウム（Ｂｅ）、カルシウム（Ｃａ）等であってもよい。
【００５６】
第１ドリフト層１３は、第１のｎ型耐圧維持層の一例である。第２ドリフト層１２は、第２のｎ型耐圧維持層の一例である。
【符号の説明】
【００５７】
１：半導体装置、１０：半導体基板、１１：バッファ層、１２：第２ドリフト層、１３：第１ドリフト層、１４：ｐ型層、１５：コンタクト層、１６：アノード電極、１７：カソード電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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