(57)【要約】【課題】      III−V族化合物半導体を利用する半導体装置に関し、特に、半導体領域に含まれるｐ型不純物が、隣接する他の半導体領域に拡散する現象を効果的に抑制する半導体装置を提供する。【解決手段】  Ｍｇがドープされた窒化ガリウム・アルミニウム（Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ）から構成されるｐ＋型の半導体領域１４と、Ｓｉがドープされた窒化ガリウム・アルミニウム（Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ）から構成されるｎ−型の半導体領域１２と、ｐ＋型の半導体領域１４とｎ−型の半導体領域１２の間に形成され、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）から構成される不純物拡散抑制領域１３を備えている。不純物拡散抑制領域１３を構成する半導体のＡｌ原子の組成比は、ｐ＋型の半導体領域１４のＡｌ原子の組成比よりも大きい【選択図】  図１
2007095823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型不純物を含み第１のIII−V族化合物半導体から構成される第１半導体領域と、
第２のIII−V族化合物半導体から構成される第２半導体領域と、
前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との間に形成されているとともに、アンドープの第３のIII−V族化合物半導体から構成される第３半導体領域とを備え、
前記第３のIII−V族化合物半導体のＡｌの組成比は、前記第１のIII−V族化合物半導体のＡｌ組成比よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第３半導体領域の厚みは、２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１の半導体装置。
【請求項３】
前記第１のIII−V族化合物半導体が、ＡｌＸ１ＩｎＸ２Ｇａ１−Ｘ１−Ｘ２Ｎ（但し、０≦Ｘ１＜１、０≦Ｘ２＜１、０≦１−Ｘ１−Ｘ２≦１）であることを特徴とする請求項１又は２の半導体装置。
【請求項４】
前記第３のIII−V族化合物半導体が、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ（但し、０＜Ｙ≦１、Ｘ１＜Ｙ≦１）であることを特徴とする請求項３の半導体装置。
【請求項５】
前記ｐ型不純物がマグネシウムであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかの半導体装置。
【請求項６】
ｐ型不純物を含み第１のIII−V族化合物半導体から構成される第１半導体領域を形成する第１工程と、
第２のIII−V族化合物半導体から構成される第２半導体領域を形成する第２工程と、
前記第１半導体領域と前記第２半導体領域の間に、アンドープの第３のIII−V族化合物半導体から構成される第３半導体領域を７００℃以下の温度で形成する第３工程とを備え、
前記第１工程、前記第３工程、前記第２工程の順序で、あるいは前記第２工程、前記第３工程、前記第１工程の順序で、各工程を実施することを特徴とする半導体装置製造方法。
【請求項７】
前記第３のIII−V族化合物半導体のＡｌの組成比は、前記第１のIII−V族化合物半導体のＡｌの組成比よりも大きいことを特徴とする請求項６の半導体装置製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III−V族化合物半導体を用いた性能の良い半導体装置と、その製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
III−V族化合物半導体を利用する半導体装置の開発が活発に行われている。III−V族化合物半導体を利用する半導体装置では、一般的に、ｐ型不純物として所定量のＭｇをドープすることでｐ型半導体領域を形成する。このＭｇは拡散速度が非常に速い。そこで、Ｍｇをドープしたｐ型半導体領域に隣接する半導体領域を形成した際に、この隣接する半導体領域にＭｇが拡散し、当該半導体領域にとって不要な不純物が混ざることにより半導体装置の性能が劣化してしまうといった問題点があった。
そこで、特許文献１には、ｐ型半導体領域と隣接する半導体領域との間に、Ｍｇ拡散抑制領域を設ける技術が開示されている。特許文献１では、Ｍｇ拡散抑制領域に、ｐ型半導体領域よりも小さいＡｌの組成比を有するアンドープの窒化ガリウム系化合物半導体を利用する。これにより、性能の良い半導体装置が提供可能であることが開示されている。
【特許文献１】特開平６−２８３８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の半導体装置では、Ｍｇ拡散抑制領域による拡散抑制効果が不充分であり、ｐ型半導体領域からＭｇ拡散抑制領域を介して隣接する半導体領域へＭｇが拡散することを充分に抑制することができなかった。そこで、更に効果的に拡散を抑制する技術が必要とされている。
本発明は、上記の問題点を解決するために創案された。本発明では、III−V族化合物半導体を利用する半導体装置に関し、特に、ｐ型半導体領域に含まれるｐ型不純物が、隣接する他の半導体領域に拡散する現象を効果的に抑制する半導体装置とその半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（請求項１に記載の発明）
上記課題を解決するために、本発明の半導体装置は、少なくとも、第１半導体領域と、第２半導体領域と、第３半導体領域を備えている。第１半導体領域は、ｐ型不純物を含む第１のIII−V族化合物半導体から構成されている。第２半導体領域は、第２のIII−V族化合物半導体から構成されている。第３半導体領域は、第１半導体領域と第２半導体領域との間に形成されているとともに、アンドープの第３のIII−V族化合物半導体から構成されている。そして、第３のIII−V族化合物半導体のＡｌの組成比は、第１のIII−V族化合物半導体のＡｌの組成比よりも大きいことを特徴としている。
なお、第１のIII−V族化合物半導体と第２のIII−V族化合物半導体領域は、同じ組成の化合物で形成されていてもよいし、相違する組成の化合物で形成されていてもよい。
また、第１のIII−V族化合物半導体は、その組成にＡｌが含まれていなくても良い。すなわち、Ａｌの組成比が「０」であってもよい。
【０００５】
本発明の半導体装置によれば、第１半導体領域と第２半導体領域とを第３半導体領域で分離している。そして、第３半導体領域を構成している第３のIII−V族化合物半導体のＡｌの組成比は、第１半導体領域を構成している第１のIII−V族化合物半導体のＡｌの組成比よりも大きい。Ａｌの組成比が大きい第３のIII−V族化合物半導体は、Ａｌの組成比が小さい第１のIII−V族化合物半導体と比較して、格子定数が小さくイオン性が強い。これにより、第１半導体領域に含まれているｐ型不純物は、第３半導体領域の結晶構造に阻止されて第２半導体領域に拡散し難い。したがって、第３半導体領域は、ｐ型不純物の拡散抑制領域として有効に機能し、ｐ型不純物を含む第１半導体領域から、第３半導体領域を介して隣接する第２半導体領域へｐ型不純物が拡散するのを効果的に抑制することができる。本発明の半導体装置を用いれば、第２半導体領域にとっては不要な不純物が第２半導体領域に混入することを抑制し、半導体装置の性能を向上させることができる。
【０００６】
（請求項２に記載の発明）
本発明の第３半導体領域の厚みは、２０ｎｍ以下であることが好ましい。
厚みが２０ｎｍ以下となるように第３半導体領域を形成すると、膜状の第３半導体領域の一様性が増し、膜の表面の平坦性が高くなり、粒界の少ない緻密な膜が形成され易い。これにより、第１半導体領域に含まれるｐ型不純物が第２半導体領域へ拡散するのを、一層効果的に抑制することができる。
【０００７】
（請求項３に記載の発明）
第１のIII−V族化合物半導体が、ＡｌＸ１ＩｎＸ２Ｇａ１−Ｘ１−Ｘ２Ｎ（但し、０≦Ｘ１＜１、０≦Ｘ２＜１、０≦１−Ｘ１−Ｘ２≦１）であることが好ましい。
上記した材料は高い破壊電界強度と高い飽和電子移動度を備えていることから、上記した材料を用いることで高い耐圧と高周波動作を実現する半導体装置を得ることができる。その一方で、ｐ型不純物の拡散による不具合が知られているが、本発明はこの課題に対処することができる。したがって、有用なＡｌＸ１ＩｎＸ２Ｇａ１−Ｘ１−Ｘ２Ｎの半導体材料を利用して、有用な半導体装置を得ることができる。
【０００８】
（請求項４に記載の発明）
第３のIII−V族化合物半導体が、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ（但し、０＜Ｙ≦１、Ｘ１＜Ｙ≦１）であることが好ましい。
上記した材料は、第１のIII−V族化合物半導体であるＡｌＸ１ＩｎＸ２Ｇａ１−Ｘ１−Ｘ２Ｎ（但し、０≦Ｘ１＜１、０≦Ｘ２＜１、０≦１−Ｘ１−Ｘ２≦１）よりもＡｌの組成比が大きく、格子定数が小さくイオン性が強い。これにより、第１半導体領域に含まれているｐ型不純物は第３半導体領域の結晶構造に阻止されて第２半導体領域に拡散し難く、ｐ型不純物が第２半導体領域に拡散することを効果的に抑制することができる。本発明の半導体装置を用いれば、第２半導体領域にとっては不要な不純物が第２半導体領域に混入することを一層抑制し、半導体装置の性能を一層向上させることができる。
【０００９】
（請求項５に記載の発明）
ｐ型不純物がマグネシウムである場合に、本発明は効果的である。
III−V族化合物半導体にｐ型不純物としてドープされるマグネシウムは、極めて大きな拡散速度を有する。しかしながら、本発明の半導体装置では、ｐ型不純物拡散抑制領域が設けられているので、第１半導体領域に含まれるマグネシウムが、第２半導体領域に拡散することが効果的に抑制される。したがって、ｐ型不純物にマグネシウムを用いたとしても、性能の良い半導体装置を得ることができる。
【００１０】
（請求項６に記載の発明）
また、上記課題を解決するための本発明の半導体装置製造方法は、少なくとも、第１工程と、第２工程と、第３工程とを備えている。第１工程では、ｐ型不純物を含み第１のIII−V族化合物半導体から構成される第１半導体領域を形成する。第２工程では、第２のIII−V族化合物半導体から構成される第２半導体領域を形成する。第３工程では、第１半導体領域と第２半導体領域の間に、アンドープの第３のIII−V族化合物半導体から構成される第３半導体領域を７００℃以下の温度で形成する。上記した第１〜第３工程は、第１工程、第３工程、第２工程の順序で、あるいは第２工程、第３工程、第１工程の順序で実施する。
なお、第１のIII−V族化合物半導体と第２のIII−V族化合物半導体領域は、同じ組成の化合物で形成されていてもよいし、相違する組成の化合物で形成されていてもよい。
また、７００℃とは、基板の温度であっても周囲の温度であってもよい。
【００１１】
本発明の半導体装置製造方法を用いれば、第１半導体領域と第２半導体領域とを第３半導体領域で分離することができる。
この第３半導体領域が７００℃以下で形成されると、半導体領域に粒界が生じ難く、緻密で平坦性に優れた半導体領域が形成され易い。これにより、第１半導体領域に含まれるｐ型不純物が第２半導体領域へ拡散するのを、第３半導体領域によって効果的に抑制する半導体装置を製造することができる。
【００１２】
（請求項７に記載の発明）
第３のIII−V族化合物半導体のＡｌの組成比は、第１のIII−V族化合物半導体のＡｌの組成比よりも大きいことが好ましい。
Ａｌの組成比が大きい第３のIII−V族化合物半導体は、Ａｌの組成比が小さい第１のIII−V族化合物半導体と比較して、格子定数が小さくイオン性が強い。これにより、第１半導体領域に含まれているｐ型不純物は、第３半導体領域の結晶構造に阻止されて第２半導体領域に拡散し難い。したがって、第３半導体領域は、ｐ型不純物の拡散抑制領域として有効に機能し、ｐ型不純物が第２半導体領域へ拡散することを効果的に抑制することができる。本発明の半導体装置製造方法を用いれば、第２半導体領域にとっては、不要な不純物が第２半導体領域に混入することを抑制する性能の良い半導体装置を製造することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、III−V族化合物半導体を利用する半導体装置に関し、特に、ｐ型半導体領域に含まれるｐ型不純物が、隣接する他の半導体領域に拡散する現象を効果的に抑制することができ、性能の良い半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記しておく。
（第１形態）
ｐ型不純物としてマグネシウムを含む窒化ガリウム・アルミニウムから構成される第１半導体領域と、窒化ガリウム・アルミニウムから構成される第２半導体領域との間に、アンドープの窒化アルミニウムから構成される第３半導体領域を形成する。
（第２形態）
第２半導体領域は、ｎ型不純物を含むｎ型半導体領域である。
（第３形態）
第３半導体領域の厚みは、３ｎｍ〜１５ｎｍであるのが好ましい。
（第４形態）
第３半導体領域は、３５０℃〜５００℃の温度で形成されるのが好ましい。
（第５形態）
第３半導体領域に接し、第３半導体領域の次に形成される第１半導体領域あるいは第２半導体領域は、１０００℃〜１１５０℃の温度で形成されるのが好ましい。
（第６形態）
ｐ型不純物には、マグネシウムの他に、ベリリウム、カルシウムが利用できる。これらは、拡散速度が速く、本発明の効果が高い。
【実施例】
【００１５】
（第１実施例）
以下に第１実施例の半導体装置１０を図１〜図６を参照して説明する。第１実施例は、ｐｎ接合を有するダイオードに本発明を適用したものである。
図１は、第１実施例の半導体装置１０の断面図を示す。図２は、半導体装置１０の製造過程において、ｎ型不純物であるＳｉがドープされたｎ−型の半導体領域１２が形成された状態を示す。図３は、不純物拡散抑制領域１３である半導体（ＡｌＮ）の膜をｎ−型の半導体領域１２の上に堆積した状態を示す。図４は、不純物拡散抑制領域１３の上にｐ型不純物であるＭｇがドープされたｐ＋型の半導体領域１４が形成された状態を示す。図５は、半導体装置１０のｐ＋型の半導体領域１４とｎ−型の半導体領域１２の間に、不純物拡散抑制領域１３を形成した効果を証明する実験に用いた半導体素子２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃを示す。図６は、図５に示した半導体素子２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃを用いて実験を行った結果のグラフを示す。
【００１６】
図１に示すように、半導体装置１０は、ｎ＋型のＧａＮ基板１１に隣接して形成されたｎ−型の半導体領域（ＳｉがドープされたＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ；特許請求の範囲の第２のIII−V族化合物半導体から構成される第２半導体領域の実施例）１２を備えている。また、半導体装置１０は、ｐ＋型の半導体領域（ＭｇがドープされたＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ；特許請求の範囲の第１のIII−V族化合物半導体から構成される第１半導体領域の実施例）１４を備えている。ｎ−型の半導体領域１２とｐ＋型の半導体領域１４の間には、不純物拡散抑制領域（ＡｌＮ；特許請求の範囲の第３のIII−V族化合物半導体から構成される第３半導体領域の実施例）１３が形成されている。そして、ｎ＋型のＧａＮ基板１１にＡｌのｎ電極１０ａが設けられており、ｐ＋型の半導体領域１４にＮｉのｐ電極１０ｂが設けられている。
不純物拡散抑制領域１３（ＡｌＮ）のＡｌの組成比（１．００）は、ｐ＋型の半導体領域１４（Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ）のＡｌの組成比（０．０５）よりも大きい。また、不純物拡散抑制領域１３は厚みが５ｎｍの薄い膜で構成されていれる。
【００１７】
ここで、半導体装置１０の製造方法を、図２〜図４を用いて簡単に説明する。まず図２に示すように、ｎ＋型のＧａＮ基板１１の基板温度を１１００℃にし、有機金属気相エピタキシャル法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、窒化ガリウム・アルミニウム（Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ）を主材料とするｎ−型の半導体領域１２を５μｍの厚さで形成する。ｎ−型の半導体領域１２の不純物には、シリコン（Ｓｉ）が用いられ、そのキャリア濃度は約２×１０１６ｃｍ−３に調整されている。
次に図３に示すように、基板温度を４００℃に低下し、ｎ−型の半導体領域１２の上に、アンドープの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の不純物拡散抑制領域１３を５ｎｍの厚さで形成する。
次に図４に示すように、基板温度を再び１１００℃に上昇し、不純物拡散抑制領域１３の上に窒化ガリウム・アルミニウム（Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ）を主材料とするｐ＋型の半導体領域１４を１μｍの厚さで形成する。ｐ＋型の半導体領域１４の不純物には、マグネシウム（Ｍｇ）が用いられ、そのキャリア濃度は約２×１０１７ｃｍ−３に調整されている。
そして、図１に示すように、ｎ＋型のＧａＮ基板１１の下（図１に示す下）にＡｌを蒸着してｎ電極１０ａを形成する。また、ｐ＋型の半導体領域１４の上（図１に示す上）にＮｉを蒸着してｐ電極１０ｂを形成する。
このように構成された半導体装置１０の動作は、一般的なｐｎ接合ダイオードと同様であるので、その説明を省略する。
【００１８】
次に図５、図６を用いて、ｐ型半導体領域に含まれるＭｇが、隣接する半導体領域へ拡散する状態を調べる実験の方法と結果を説明する。
本実験には、図５に示す半導体素子２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃを用いる。半導体素子２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃの製造方法を簡単に説明する。サファイア基板２１の基板温度を１１００℃にし、有機金属気相エピタキシャル法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、サファイア基板２１の上に窒化ガリウム・アルミニウム（Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ）を主材料とするｐ＋型の半導体領域２２を０．５μｍの厚さで形成する。ｐ＋型の半導体領域２２の不純物には、マグネシウム（Ｍｇ）が用いられ、そのドーピング濃度は約１０１９ｃｍ−３に調整されている。
次に基板温度を４００℃に低下し、ｐ＋型の半導体領域２２の上に、アンドープの窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の不純物拡散抑制領域２３を１０ｎｍの厚さで形成する。
次に基板温度を再び１１００℃に上昇し、不純物拡散抑制領域２３の上に窒化ガリウム（ＧａＮ）を主材料とする半導体領域２４を０．５μｍの厚さで形成する。
同様にして、不純物拡散抑制領域２３ａが１５ｎｍである半導体素子２０ａ、不純物拡散抑制領域２３ｂが２０ｎｍである半導体素子２０ｂ、不純物拡散抑制領域２３ｃが３０ｎｍである半導体素子２０ｃを準備する。
【００１９】
そして、各半導体素子２０〜２０ｃについて、半導体領域２４へのＭｇの拡散状態を調べる。図６に示すグラフでは、横軸は、原点を半導体領域２４の表面とする半導体領域２４の表面（図５に示す上面）からの距離（μｍ）を示す。縦軸は、Ｍｇの個数（個／ｃｍ−３）を示している。これによれば、不純物拡散抑制領域を３０ｎｍの厚さで形成した場合（半導体素子２０ｃの場合）には、アンドープの半導体領域２４（例えば、横軸０．２μｍ付近）に拡散したＭｇの個数は１０１６（個／ｃｍ−３）のオーダーであることがわかる。一方、Ｍｇがドープされているｐ＋型の半導体領域２２（例えば、横軸０．８μｍ付近）に含まれるＭｇの個数は１０１９（個／ｃｍ−３）のオーダーで形成されている。したがって、アンドープの半導体領域２４に含まれるＭｇの個数は、ｐ＋型の半導体領域２２に含まれるＭｇの個数と比較して３桁程度少ない。このように、不純物拡散抑制領域２３ｃによってアンドープの半導体領域２４へＭｇが拡散するのを効果的に抑制することができる。さらに、不純物拡散抑制領域が１５ｎｍ、２０ｎｍの場合（半導体素子２０ａ，２０ｂの場合）には、半導体領域２４（例えば、横軸０．２μｍ付近）に拡散したＭｇの個数は、不純物拡散抑制領域が３０ｎｍの場合の１／１０程度であることがわかる。また、不純物拡散抑制領域が１０ｎｍの場合（半導体素子２０の場合）には、拡散したＭｇの個数は更に少なくなっている。したがって、不純物拡散抑制領域の厚みは、２０ｎｍ以下に形成すると、Ｍｇが拡散するのを一層効果的に抑制することができる。
【００２０】
不純物拡散抑制領域は、薄く形成した方が表面の平坦性が高く、粒界の少ない緻密が膜が形成される。図示していないが、実際に、３０ｎｍの厚さに形成した不純物拡散抑制領域の表面と、１０ｎｍの厚さに形成した不純物拡散抑制領域の表面を拡大して見ると、１０ｎｍ形成した不純物拡散抑制領域の表面の方が格段に滑らかで平坦性が高い。不純物拡散抑制領域を厚く形成すると、不純物拡散抑制領域を成長させる際に、一旦は緻密な膜が形成されるものの、その後粒界が発生して表面が粗くなってしまうものと思われる。したがって、不純物拡散抑制領域は薄く形成した方がＭｇの拡散を効果的に抑制することができ、好ましい。本実施例の半導体装置１０（図１参照）では、不純物拡散抑制領域１３の厚さを５ｎｍに設定している。これにより、Ｍｇの拡散を効果的に抑制することができる。
【００２１】
本実施例の半導体装置１０を用いれば、ｐ＋型の半導体領域１４とｎ−型の半導体領域１２とを不純物拡散抑制領域１３で分離している。そして、不純物拡散抑制領域１３を構成しているIII−V族化合物半導体（ＡｌＮ）のＡｌ原子の組成比は、ｐ＋型の半導体領域１４構成しているIII−V族化合物半導体（Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ）の組成比よりも大きい。すなわち、［ＡｌＮ］は、［Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ］と比較して格子定数が小さく、イオン性が強い。これにより、ｐ＋型の半導体領域１４に含まれているｐ型不純物であるＭｇは、不純物拡散抑制領域１３の結晶構造に阻止されてｎ−型の半導体領域１２に拡散し難い。したがって、不純物拡散抑制領域１３はＭｇの拡散抑制領域として有効に機能し、Ｍｇを含むｐ＋型の半導体領域１４から、不純物拡散抑制領域１３を介して隣接するｎ−型の半導体領域１２へ、Ｍｇが拡散することを効果的に抑制することができる。そして、不要な不純物がｎ−型の半導体領域１２に混入することを抑制するので、半導体装置１０の性能を向上させることができる。
【００２２】
また、本実施例の半導体装置１０では、不純物拡散抑制領域１３の厚みを５ｎｍに設定している。このように、厚みが２０ｎｍ以下、特に１０ｎｍ以下となるように膜状の不純物拡散抑制領域１３を形成すると、不純物拡散抑制領域１３の一様性が増し、不純物拡散抑制領域１３の表面の平坦性が高くなり、粒界の少ない緻密な膜が形成され易い。これにより、Ｍｇがｎ−型の半導体領域１２へ拡散するのを、一層効果的に抑制することができる。
【００２３】
また、本実施例の半導体装置１０では、ｐ＋型の半導体領域１４及びｎ−型の半導体領域１２が、其々［Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ］で構成されている。この材料は、高い破壊電界強度と高い飽和電子移動度を備えていることから、高い耐圧と高周波動作を実現する半導体装置を得ることができる。その一方で、ｐ型不純物として極めて大きな拡散速度を有するＭｇを用いることにより、Ｍｇの拡散による不具合が知られている。半導体装置１０では、不純物拡散抑制領域１３を形成することでこの課題に対処することができる。したがって、有用な半導体材料を利用して、有用な半導体装置を得ることができる。
【００２４】
ところで、不純物拡散抑制領域１３は、高温（約７００℃以上）で形成すると３次元的に形成され易いので、表面の平坦性に劣る。したがって、不純物拡散抑制領域１３は、低温（約７００℃以下）、好ましくは５００℃以下の雰囲気下が形成されると粒界が生じ難く、平坦性に優れた膜状の半導体領域が形成され易い。本実施例の半導体装置１０の不純物拡散抑制領域１３は４００℃の温度で形成されており、平坦性に優れた半導体領域の膜となり、ｐ＋型の半導体領域１４からＭｇが拡散することを効果的に抑制することができる。
【００２５】
また、半導体装置１０はｐｎ接合ダイオードであり内部抵抗が低い方が好ましい。本実施例の半導体装置１０の不純物拡散抑制領域１３は充分に薄く形成されているので、キャリアがトンネル効果により不純物拡散抑制領域１３を通過することができる。したがって、半導体装置１０は内部抵抗の低いｐｎ接合ダイオードとして構成することができる。
【００２６】
（第２実施例）
以下に第２実施例の半導体装置３０を図７を参照して説明する。第２実施例は、発光ダイオードに本発明を適用したものである。
図７は、第２実施例の半導体装置３０の断面図を示す。
図７に示すように、半導体装置３０は、サファイア基板３１に隣接して形成されたＡｌＮバッファ領域３１ａ、また、ＡｌＮバッファ領域３１ａに隣接して形成されたｎ＋型の半導体領域（ＳｉがドープされたＧａＮ）３１ｂを備えている。また、半導体装置３０は、多重量子井戸活性層（ＩｎＧａＮ／ＧａＮ；特許請求の範囲の第２のIII−V族化合物半導体から構成される第２半導体領域の実施例）３２を備えている。また、半導体装置３０は、ｐ＋型の半導体領域（ＭｇがドープされたＡｌＧａＮ；特許請求の範囲の第１のIII−V族化合物半導体から構成される第１半導体領域の実施例）３４を備えている。多重量子井戸活性層３２とｐ＋型の半導体領域３４の間には、不純物拡散抑制領域（ＡｌＮ；特許請求の範囲の第３のIII−V族化合物半導体から構成される第３半導体領域の実施例）３３が形成されている。そして、ｎ−型の半導体領域３１ｂの一部にＡｌのｎ電極３０ａが、ｐ＋型の半導体領域３４の上にＮｉのｐ電極３０ｂが設けられている。
不純物拡散抑制領域３３のＡｌの組成比は、ｐ＋型の半導体領域３４のＡｌの組成比よりも大きい。また、不純物拡散抑制領域３３は厚みが５ｎｍの薄い膜で構成されている。
【００２７】
ここで、半導体装置３０の製造方法を簡単に説明する。まずサファイア基板３１の基板温度を４００℃にし、サファイア基板３１の上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のバッファ層３１ａを３０ｎｍの厚さで形成する。
次に基板温度を１１００℃に上昇し、バッファ層３１ａの上に窒化ガリウム（ＧａＮ）を主材料とするｎ＋型の半導体領域３１ｂを４μｍの厚さで形成する。ｎ＋型の半導体領域３１ｂの不純物にはシリコン（Ｓｉ）が用いられ、そのキャリア濃度は２×１０１８ｃｍ−３に調整されている。
次に基板温度を７００℃に低下し、ｎ＋型の半導体領域３１ｂの上に多重量子井戸活性層（ＩｎＧａＮ／ＧａＮ）３２を形成する。
次に基板温度をさらに４００℃に低下し、多重量子井戸活性層（ＩｎＧａＮ／ＧａＮ）３２の上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の不純物拡散抑制領域３３を５ｎｍの厚さで形成する。
次に再び基板温度を１１００℃に上昇し、不純物拡散抑制領域３３の上に窒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＮ）を主材料とするｐ＋型の半導体領域３４を０．１μｍの厚さで形成する。ｐ＋型の半導体領域３４の不純物にはマグネシウム（Ｍｇ）が用いられ、そのキャリア濃度は１×１０１８ｃｍ−３に調整されている。
次に、ｎ電極３０ａを形成する部分に開口部が設けられたマスクを形成し、開口部にｎ＋型の半導体領域３１ｂが露出するまでエッチングを行い、Ｔｉ／Ａｌを蒸着してｎ電極３０ａを形成する。また、ｐ＋型の半導体領域３４の上に、Ｎｉを蒸着してｐ電極３０ｂを形成する。
このように構成された半導体装置３０の動作は、一般的な発光ダイオードと同様であるので、その説明を省略する。
【００２８】
本実施例の半導体装置３０を用いれば、ｐ＋型の半導体領域３４と多重量子井戸活性層３２とを不純物拡散抑制領域３３で分離することができる。そして、不純物拡散抑制領域３３を構成しているIII−V族化合物半導体（ＡｌＮ）のＡｌ原子の組成比は、ｐ＋型の半導体領域３４構成しているIII−V族化合物半導体（ＡｌＧａＮ）の組成比よりも大きい。すなわち、［ＡｌＮ］は、［ＡｌＧａＮ］と比較して格子定数が小さく、イオン性が強い。これにより、ｐ＋型の半導体領域３４に含まれているｐ型不純物であるＭｇは、不純物拡散抑制領域３３の結晶構造に阻止されて多重量子井戸活性層３２に拡散し難い。したがって、不純物拡散抑制領域３３はＭｇの拡散抑制領域として有効に機能し、Ｍｇの多重量子井戸活性層３２への拡散を効果的に抑制することができる。半導体装置３０を用いれば、不要な不純物が多重量子井戸活性層３２に混入することを抑制し、高輝度のＬＥＤとして半導体装置３０を構成することができる。
【００２９】
（第３実施例）
以下に第３実施例の半導体装置４０を図８を参照して説明する。第３実施例は、ＨＥＭＴ型のＦＥＴに本発明を適用したものである。
図８は、第３実施例の半導体装置４０の断面図を示す。
図８に示すように、半導体装置４０の裏面（図８に示す下側）には、チタン（Ｔｉ）とアルミニウム（Ａｌ）の積層からなるドレイン電極４０ｃが形成されている。ドレイン電極４０ｃ上には、窒化ガリウム（ＧａＮ）を主材料とするｎ＋型のドレイン領域４１が形成されている。ドレイン領域４１の不純物には、シリコン（Ｓｉ）が用いられており、そのキャリア濃度は約３×１０18cm-3に調整されている。
ドレイン領域４１上には、窒化ガリウムを主材料とするｎ−型の半導体領域４１ａが形成されている。半導体領域４１ａの不純物にはシリコンが用いられており、そのキャリア濃度は約１×１０16cm-3に調整されている。
半導体領域４１ａの上部の少なくとも一部に、窒化ガリウムを主材料とするｐ＋型の半導体領域４４が形成されている。半導体領域４４の不純物にはマグネシウム（Ｍｇ）が用いられており、そのキャリア濃度は約１×１０18cm-3に調整されている。半導体領域４４は、半導体領域４１ａの上部に分散して形成されており、それぞれの半導体領域４４は半導体領域４１ａによって隔てられている。
半導体領域４４上に、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主材料とする不純物拡散抑制領域４３が形成されている。不純物拡散抑制領域４３は、半導体領域４４上の全範囲を覆っていない。後述するように、ソース電極４０ｂに電気的にコンタクトするために、一部は非被覆となっている。
半導体領域４１ａ上及び不純物拡散抑制領域４３上に、窒化ガリウム（ＧａＮ）を主材料とするｎ型半導体領域４２が形成されている。ｎ型半導体領域４２の不純物にはシリコンが用いられており、そのキャリア濃度は約１×１０16cm-3に調整されている。
ｎ型半導体領域４２上に、窒化ガリウム・アルミニウム（Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ）を主材料とするｎ型半導体領域４５が形成されている。ｎ型半導体領域４５の結晶構造にはアルミニウムが含まれており、そのバンドギャップはｎ型半導体領域４２のバンドギャップよりも広い。ｎ型半導体領域４２とｎ型半導体領域４５によってヘテロ接合が構成されている。ｎ型半導体領域４５の不純物にはシリコンが用いられており、そのキャリア濃度は約１×１０16ｃｍ-3に調整されている。
ｎ型半導体領域４５上に、酸化シリコンを主材料とするゲート絶縁膜４６が形成されている。ゲート絶縁膜４６上に、ニッケル（Ｎｉ）を主材料とするゲート電極４０ａが形成されている。
窒化ガリウムを主材料とするｎ＋型のソース領域４７が、半導体領域４２及び半導体領域４５に接して（紙面左右側に）形成されている。ソース領域４７の不純物にはシリコンが用いられており、そのキャリア濃度は約３×１０18cm-3に調整されている。
ソース領域４７及び半導体領域４４に、チタンとアルミニウムの積層からなるソース電極４０ｂが電気的に接して形成されている。半導体領域４４とソース電極４０ｂの間にコンタクト層４８が設けられている。コンタクト層４８には、例えばニッケルが用いられており、半導体領域４４とソース電極４０ｂのオーミックコンタクト性を改善することができる。
このように構成された半導体装置４０の動作は、一般的なＨＥＭＴ型ＦＥＴと同様であるので、その説明を省略する。
【００３０】
本実施例の半導体装置４０を用いれば、ｐ＋型の半導体領域４４とｎ型の半導体層４２とを不純物拡散抑制領域４２で分離することができる。そして、不純物拡散抑制領域４３を構成しているIII−V族化合物半導体（ＡｌＮ）のＡｌ原子の組成比は、ｐ＋型の半導体領域４４構成しているIII−V族化合物半導体（ＧａＮ）の組成比よりも大きい。すなわち、［ＡｌＮ］は、［ＧａＮ］と比較して格子定数が小さく、イオン性が強い。これにより、ｐ＋型の半導体領域４４に含まれているｐ型不純物であるＭｇは、不純物拡散抑制領域４３の結晶構造に阻止されてｎ型の半導体層４２に拡散し難い。したがって、不純物拡散抑制領域４３はＭｇの拡散抑制領域として有効に機能し、Ｍｇがｎ型の半導体層４２へ拡散することを効果的に抑制することができる。半導体装置４０を用いれば、不要な不純物がｎ型の半導体層４２に混入することを抑制し、安定した性能のＨＥＭＴ型ＦＥＴを構成することができる。
【００３１】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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。
また、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、出願時の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するものであり、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。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】第１実施例の半導体装置１０の断面図を示す。
【図２】半導体装置１０を製造する過程で、ｎ型不純物であるＳｉがドープされたｎ型半導体領域１２が形成された状態を示す。
【図３】不純物拡散抑制領域１３をｎ型半導体領域１２の上に堆積した状態を示す。
【図４】不純物拡散抑制領域１３の上にｐ型不純物であるＭｇがドープされたｐ型半導体領域１４が形成された状態を示す。
【図５】半導体装置１０のｐ型半導体領域１４とｎ型半導体領域１２の間に、不純物拡散抑制領域１３を形成した効果を証明する実験に用いた半導体装置２０を示す。
【図６】図５に示した半導体装置２０を用いて実験を行った結果のグラフを示す。
【図７】第２実施例の半導体装置３０の断面図を示す。
【図８】第３実施例の半導体装置４０の断面図を示す。
【符号の説明】
【００３３】
１０，３０，４０  半導体装置
２０  半導体素子
１１  基板
１２  ｎ−型の半導体領域
１３  不純物拡散抑制領域
１４  ｐ＋型の半導体領域
【図１】
2007095823.tif 000003
【図２】
2007095823.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007095823.tif 000008
【図７】
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【図８】
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