(57)【要約】【課題】製造が容易であり、デバイス特性の変動を抑制できるワイドバンドギャップ半導体デバイスを得る。【解決手段】ＳｉＣ基板１上にＡｌＮ格子緩和層２、ＧａＮチャネル層３、及びＡｌＧａＮ電子供給層４が順に設けられている。これらは、１．４２ｅＶより広いバンドギャップを持つ半導体材料からなる。ＡｌＧａＮ電子供給層４に、トランジスタを含む活性領域９が設けられている。ＳｉＣ基板１は、光学的な不純物又は格子欠陥により着色され、可視光領域の光を吸収する。従って、このデバイスは波長３６０ｎｍ〜８３０ｎｍの可視光領域の光に対して不透明である。【選択図】図２
2013048191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１．４２ｅＶより広いバンドギャップを持つ半導体材料からなる半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、１．４２ｅＶより広いバンドギャップを持つ半導体材料からなる半導体層と、
前記半導体層に設けられ、トランジスタを含む活性領域とを備え、
波長３６０ｎｍ〜８３０ｎｍの可視光領域の光に対して不透明であることを特徴とするワイドバンドギャップ半導体デバイス。
【請求項２】
前記半導体基板は、光学的な不純物又は格子欠陥により着色され、前記可視光領域の光を吸収することを特徴とする請求項１に記載のワイドバンドギャップ半導体デバイス。
【請求項３】
前記半導体基板と前記半導体層の間に設けられ、前記半導体基板及び前記半導体層よりも狭いバンドギャップを持つ半導体材料からなり、前記可視光領域の光を吸収する光吸収層を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のワイドバンドギャップ半導体デバイス。
【請求項４】
前記半導体基板の表面上に設けられ、前記可視光領域の光を吸収する保護膜を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のワイドバンドギャップ半導体デバイス。
【請求項５】
前記保護膜は、前記活性領域以外の領域に設けられていることを特徴とする請求項４に記載のワイドバンドギャップ半導体デバイス。
【請求項６】
前記保護膜は、異なる屈折率の複数の絶縁膜を積層した多層膜であることを特徴とする請求項４又は５に記載のワイドバンドギャップ半導体デバイス。
【請求項７】
前記保護膜は、ドット状又は格子状の金属膜であることを特徴とする請求項５に記載のワイドバンドギャップ半導体デバイス。
【請求項８】
前記半導体層の表面と前記半導体基板の裏面の少なくとも一方に凹凸構造が設けられ、
前記凹凸構造は、前記可視光領域の光を吸収することを特徴とする請求項１に記載のワイドバンドギャップ半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造が容易であり、デバイス特性の変動を抑制できるワイドバンドギャップ半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ワイドバンドギャップ半導体デバイスは、シリコンやＧａＡｓ半導体デバイスに比べて高耐圧及び高効率で青色発光や高温動作が可能であるため、省エネルギーや高性能半導体デバイスとして盛んに用いられるようになってきた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−６４４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のワイドバンドギャップ半導体デバイスの基板は、バンドギャップＥｇ＝３．４ｅＶのＧａＮやＥｇ＝３．２６ｅＶのＳｉＣからなるため透明である。従って、ウェハプロセスにおいて基板を認識できなかった。また、ウェハやアセンブルの検査工程で表面に焦点を合わせようとして、誤って裏面に焦点を合わせて誤診断してしまう場合があった。半導体表面を保護するＳｉＮやＳｉＯ２の保護膜が見え難く、膜厚の測定が難しかった。
また、遮光されていない環境下で使用する場合、外界の光が基板内に透過しデバイス特性を変動させる。半導体の活性領域で発生する光が透明な基板内を透過・反射し同一基板内のデバイス特性を変動させるという問題もあった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は製造が容易であり、デバイス特性の変動を抑制できるワイドバンドギャップ半導体デバイスを得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るワイドバンドギャップ半導体デバイスは、１．４２ｅＶより広いバンドギャップを持つ半導体材料からなる半導体基板と、前記半導体基板上に設けられ、１．４２ｅＶより広いバンドギャップを持つ半導体材料からなる半導体層と、前記半導体層に設けられ、トランジスタを含む活性領域とを備え、波長３６０ｎｍ〜８３０ｎｍの可視光領域の光に対して不透明であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、製造が容易であり、デバイス特性の変動を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係るワイドバンドギャップ半導体デバイスを示す上面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るワイドバンドギャップ半導体デバイスを示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るワイドバンドギャップ半導体デバイスを示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係るワイドバンドギャップ半導体デバイスを示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係るワイドバンドギャップ半導体デバイスの変形例１を示す上面図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係るワイドバンドギャップ半導体デバイスの変形例２を示す上面図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係るワイドバンドギャップ半導体デバイスの変形例３を示す上面図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係るワイドバンドギャップ半導体デバイスを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施の形態に係るワイドバンドギャップ半導体デバイスについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るワイドバンドギャップ半導体デバイスを示す上面図であり、図２はその断面図である。本実施の形態のデバイスは光デバイスではなく、トランジスタを含む活性領域を有する電子デバイスである。
【００１１】
ＳｉＣ基板１は１００μｍ〜５００μｍ程度の厚さを持つ。このＳｉＣ基板１上にＡｌＮ格子緩和層２、ＧａＮチャネル層３、及びＡｌＧａＮ電子供給層４が順に設けられている。ＡｌＮ格子緩和層２は、ＳｉＣ基板１とＧａＮチャネル層３の格子不整合を緩和する。ＧａＮチャネル層３には二次元電子ガスが形成される。ＡｌＧａＮ電子供給層４はショットキーバリアを形成すると共に電子を供給する。
【００１２】
ＡｌＧａＮ電子供給層４上にゲート電極５、ソース電極６、及びドレイン電極７が形成されている。ソース電極６は、ＳｉＣ基板１を貫通するビア８により基板裏面に電気的に接続されている。このように半導体層に、トランジスタを含む活性領域９が設けられている。活性領域９を保護するために、ＡｌＧａＮ電子供給層４上にＳｉＮやＳｉＯ２からなる保護膜１０が設けられている。
【００１３】
本実施の形態では、ＳｉＣ基板１は、光学的な不純物が添加（ドープ）されて着色されている。不純物としては、色中心となるＥｕ（ユウロピウム）などの希土類元素や、Ｆｅ，Ｃｒなどの遷移金属が有効である。その他、電気抵抗、誘電率、熱伝導率、熱膨張係数、エピ層の結晶性など、デバイス特性に影響を与えない不純物であればよい。
【００１４】
また、ＳｉＣ基板１に放射線を照射して格子欠陥を発生させることでＳｉＣ基板１を着色してもよい。例えば１０ＭｅＶの電子線を１０Ｅ１６／ｃｍ２〜１０Ｅ１８／ｃｍ２、１８ＭｅＶのプロトンを１０Ｅ１３／ｃｍ２〜１０Ｅ１４／ｃｍ２、中性子を１０Ｅ１６／ｃｍ２〜１０Ｅ１８／ｃｍ２照射する。その他、格子欠陥を発生させる放射線であれば重粒子やガンマ線など線源の種類に寄らず、線量も透明度を考慮して自由に選択することができる。
【００１５】
光学的な不純物又は格子欠陥により着色されたＳｉＣ基板１が波長３６０ｎｍ〜８３０ｎｍの可視光領域の光を吸収し、その透過率を数％以下に下げる。従って、本実施の形態のデバイスは可視光領域の光に対して不透明である。
【００１６】
このため、ウェハプロセスにおいて自動的に基板を認識できる。従って、従来のラインを改造せず、ウェハ認識工程を追加することなく、自動でウェハプロセスを流すことができる。また、デバイスの裏面より下の部分が見え難くなるため、検査工程での焦点合わせのミスを無くすことができる。また、半導体表面を保護する保護膜が見え易くなるため、保護膜の成膜精度が向上する。よって、製造が容易である。
【００１７】
また、遮光されていない環境下で使用する場合でも、外界の光が基板内に入るのを防ぐことができる。そして、活性領域で発生する光が基板内を透過・反射するのを防ぐことができる。よって、デバイス特性の変動を抑制できる。
【００１８】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係るワイドバンドギャップ半導体デバイスを示す断面図である。実施の形態１のようにＳｉＣ基板１を着色する代わりに、本実施の形態ではＳｉＣ基板１とＡｌＮ格子緩和層２の間に光吸収層１１を設けている。
【００１９】
光吸収層１１は、ＳｉＣ基板１、ＡｌＮ格子緩和層２、ＧａＮチャネル層３、及びＡｌＧａＮ電子供給層４よりも狭いバンドギャップを持つ半導体材料からなり、可視光領域の光を吸収する。光吸収層１１の材料は、ＳｉＣ基板１等と格子整合する材料が好ましく、例えばＩｎＮ，ＩｎＡｓ，ＩｎＧａＮ，ＧａＡｓＮ，Ｓｉなどである。また、超格子バッファー層を用いれば、格子定数がかなり異なった材料でも使用することができる。
【００２０】
光吸収層１１が可視光領域の光を吸収するため、本実施の形態のデバイスは可視光領域の光に対して不透明である。従って、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
実施の形態３．
図４は、本発明の実施の形態３に係るワイドバンドギャップ半導体デバイスを示す断面図である。実施の形態１のようにＳｉＣ基板１を着色する代わりに、本実施の形態ではＡｌＧａＮ電子供給層４の表面上の全面に保護膜として多層膜１２を設けている。
【００２２】
多層膜１２は、異なる屈折率の複数の絶縁膜を積層したものであり、可視光領域の光を吸収する。多層膜１２の材料は、例えばＺｎＯ，Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＳｉＯ２，ＡｌＮ，ポリイミド，ＢＣＢ（Benzo Cyclo Butene）などである。
【００２３】
一般的な保護膜はＳｉＮ，ＳｉＯ２などの透明膜であるため、一般的なデバイスは可視光領域の光に対して透明である。一方、本実施の形態では、多層膜１２が可視光領域の光を吸収するため、本実施の形態のデバイスは可視光領域の光に対して不透明である。従って、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
なお、可視光領域の光を吸収することができれば、多層膜１２ではなく単層膜でもよい。ただし、多層膜１２の方が、可視光領域の光に対する吸収係数を増大させることができ、不透明化の効果が高い。
【００２５】
また、デバイス全体に多層膜１２を設けたが、活性領域９や配線以外の隙間領域だけに多層膜１２を設けて遮光してもよい。この場合、わずかに透明なＳｉＣ基板１が見えるが、面積の大部分を多層膜１２が覆うため同じ効果が得られる。
【００２６】
図５は、本発明の実施の形態３に係るワイドバンドギャップ半導体デバイスの変形例１を示す上面図である。上記の多層膜１２の代わりに、活性領域９以外の領域にＡｕ，Ａｌ，ＷＳｉ，ＴａＮなどの金属膜１３を設けている。この金属膜１３は追加プロセスで形成してもよいが、ウェハプロセス中に他の金属部分と同時に形成すれば工程を削減できる。このように活性領域９以外の領域であれば、保護膜として、誘電体や有機膜ではなく、金属膜１３を使用することができる。金属膜１３を形成した領域はほぼ完全に不透明になる。
【００２７】
図６は、本発明の実施の形態３に係るワイドバンドギャップ半導体デバイスの変形例２を示す上面図である。図７は、本発明の実施の形態３に係るワイドバンドギャップ半導体デバイスの変形例３を示す上面図である。このように金属膜１３をドット状又は格子状に形成してもよい。これにより、金属膜１３の形成面積が小さくなるため、デバイスの寄生容量や電磁誘導の影響を抑えることができる。
【００２８】
実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４に係るワイドバンドギャップ半導体デバイスを示す断面図である。実施の形態１のようにＳｉＣ基板１を着色する代わりに、本実施の形態では凹凸構造１４，１５を設けている。
【００２９】
凹凸構造１４は、ＡｌＧａＮ電子供給層４の表面の活性領域９以外の領域に設けられている。凹凸構造１４の作製方法は、パターンニングによるエッチングや、結晶の異方性を利用した異方性エッチング、格子欠陥である転位のエッチング速度を利用したエッチングなどがある。
【００３０】
また、凹凸構造１５は、ＳｉＣ基板１の裏面に設けられている。凹凸構造１５の作製方法は、凹凸構造１４と同じ作製方法に加え、サンドブラストで表面荒れを作製する方法がある。ＳｉＣ基板１をインゴットから切り出す時点で発生する凹凸をそのまま使用する方法してもよい。
【００３１】
凹凸構造１４，１５は可視光領域の光を吸収するため、本実施の形態のデバイスは可視光領域の光に対して不透明である。また、デバイスの屈折率は空気の屈折率よりも高いため、わずかに基板裏面で光を散乱させることにより、表面では全反射が発生し光閉じ込め効果により見かけ上、不透明に見える。このため、デバイスの裏面より下の部分が見え難くなる。従って、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
なお、ＳｉＣ基板１、ＡｌＮ格子緩和層２、ＧａＮチャネル層３、及びＡｌＧａＮ電子供給層４の構成材料は、これらの物質に限定されず、ＧａＡｓの１．４２ｅＶより広いバンドギャップを持つ半導体材料であればよい。ただし、ＳｉＣ等の材料を用いることで、通常のＳｉデバイスに比べて熱伝導率が良くなる。従って、チャネル温度の上昇による温度劣化を防ぐことができるため、信頼性が向上する。
【００３３】
また、上記の実施の形態ではデバイスを可視光領域の光に対して不透明にしたが、これに限らず、用途により、赤外領域、紫外領域、又は赤外領域から紫外領域全体にわたり不透明にしてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  ＳｉＣ基板（半導体基板）、２  ＡｌＮ格子緩和層（半導体層）、３  ＧａＮチャネル層（半導体層）、４  ＡｌＧａＮ電子供給層（半導体層）、９  活性領域、１１  光吸収層、１２  多層膜（保護膜）、１３  金属膜（保護膜）、１４，１５  凹凸構造
【図１】
2013048191.tif 000003
【図２】
2013048191.tif 000004
【図３】
2013048191.tif 000005
【図４】
2013048191.tif 000006
【図５】
2013048191.tif 000007
【図６】
2013048191.tif 000008
【図７】
2013048191.tif 000009
【図８】
2013048191.tif 000010