JP5941335B2 - Switching element and method of manufacturing switching element - Google Patents
Switching element and method of manufacturing switching element Download PDFInfo
- Publication number
- JP5941335B2 JP5941335B2 JP2012107901A JP2012107901A JP5941335B2 JP 5941335 B2 JP5941335 B2 JP 5941335B2 JP 2012107901 A JP2012107901 A JP 2012107901A JP 2012107901 A JP2012107901 A JP 2012107901A JP 5941335 B2 JP5941335 B2 JP 5941335B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor layer
- electrode
- switching element
- oxide region
- mask
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Thin Film Transistor (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Description
本発明は、HEMT(High Electron Mobility Transistor)などに代表されるスイッチング素子と、その製造方法と、に関する。 The present invention relates to a switching element typified by HEMT (High Electron Mobility Transistor) and a manufacturing method thereof.
窒化ガリウム(GaN)に代表されるIII−V族化合物半導体である窒化物半導体は、近年、スイッチング素子への適用が期待されている。窒化物半導体は、従来のシリコン(Si)を用いた半導体と比べて、バンドギャップが3.4eV程度と大きく、絶縁破壊電界が10倍高く、電子飽和速度が2.5倍大きいなど、パワーデバイスに最適な特性を有するためである。
In recent years, nitride semiconductors, which are III-V group compound semiconductors typified by gallium nitride (GaN), are expected to be applied to switching elements. A nitride semiconductor has a band gap as large as about 3.4 eV, a dielectric breakdown
例えば、炭化珪素(SiC)やサファイアなどの基板上に、GaN/AlGaNのヘテロ構造を設けたスイッチング素子が提案されている。当該スイッチング素子では、GaNの結晶構造(ウルツ鉱型)のC軸方向における非対称性構造に起因する自発分極に加え、AlGaN及びGaNの格子不整合に起因するピエゾ効果による分極により、1×1013cm−2程度の高濃度の二次元電子ガス層が生じる。当該スイッチング素子は、この二次元電子ガス層の電子密度を制御することによって、所定の電極間が電気的に接続される状態(オン状態)と、所定の電極間が電気的に接続されない状態(オフ状態)と、を切り替える。 For example, a switching element in which a GaN / AlGaN heterostructure is provided on a substrate such as silicon carbide (SiC) or sapphire has been proposed. In the switching element, in addition to the spontaneous polarization due to the asymmetric structure in the C-axis direction of the GaN crystal structure (wurtzite type), polarization due to the piezoelectric effect due to lattice mismatch of AlGaN and GaN results in 1 × 10 13. A two-dimensional electron gas layer having a high concentration of about cm −2 is generated. In the switching element, by controlling the electron density of the two-dimensional electron gas layer, a state in which predetermined electrodes are electrically connected (on state) and a state in which predetermined electrodes are not electrically connected ( (Off state).
このようなスイッチング素子の一例について、図20〜図22を参照して説明する。図20〜図22は、従来のスイッチング素子の一例を示す断面図である。なお、図20は、オン状態のスイッチング素子を示すものであり、図21は、オフ状態のスイッチング素子を示すものである。また、図22は、オフ状態からオン状態に遷移した直後の状態のスイッチング素子を示すものである。 An example of such a switching element will be described with reference to FIGS. 20 to 22 are cross-sectional views showing examples of conventional switching elements. FIG. 20 shows the switching element in the on state, and FIG. 21 shows the switching element in the off state. FIG. 22 shows the switching element in a state immediately after the transition from the off state to the on state.
図20〜図22に示すように、スイッチング素子100は、基板21と、基板21の上面に形成されるバッファ層102と、バッファ層102の上面に形成されるアンドープのGaNから成る電子走行層103と、電子走行層103の上面に形成されるAlGaNから成る電子供給層104と、電子供給層104の上面に形成されるソース電極105と、電子供給層104の上面に形成されるドレイン電極106と、電子供給層104の上面かつソース電極105及びドレイン電極106の間に形成されるゲート絶縁膜107と、ゲート絶縁膜107の上面に形成されるゲート電極108と、を備える。
As shown in FIGS. 20 to 22, the
上記のスイッチング素子100は、ノーマリーオン型である。そのため、図20に示すように、ゲート電極108の電位がソース電極105と同じ電位(0V)であっても、ゲート電極108がオープンの場合であっても、電子走行層103及び電子供給層104が接合する界面近傍に二次元電子ガス層109が生じて、オン状態になる。オン状態において、ソース電極105の電位よりもドレイン電極106の電位が高ければ、ソース電極105及びドレイン電極106間に電流が流れる。
The
一方、図21に示すように、ゲート電極108の電位が、ソース電極105の電位(0V)を基準として閾値電圧よりも低いと、ゲート電極108の下方において、電子走行層103及び電子供給層104が接合する界面近傍に二次元電子ガス層109が生じなくなり、オフ状態になる。オフ状態では、ソース電極105及びドレイン電極106間に電流は流れない。
On the other hand, as shown in FIG. 21, when the potential of the
図21に示すようなオフ状態では、ゲート電極108の下方に空乏領域110が形成されて、高抵抗になる。すると、ソース電極105及びドレイン電極106間に、電源電圧に相当する数100V程度の高い電位差が生じて、空乏領域110の端(特に、ドレイン電極106側)からゲート電極108へ高電界(図中の黒色矢印)が発生する。
In the off state as shown in FIG. 21, the
このような高電界は、ゲート電極108の周囲で絶縁破壊及びリーク電流を引き起こすことがある。また、当該高電界によって発生した電子が、電子供給層104の表面(上面)における窒素欠陥に起因する準位などにトラップされることで、「コラプス現象」を引き起こすことがある。
Such a high electric field may cause dielectric breakdown and leakage current around the
コラプス現象は、図22に示すように、スイッチング素子100がオフ状態からオン状態に遷移したときに発生する。コラプス現象は、上述のようにスイッチング素子100がオフ状態であるときに電子供給層104の表面にトラップされた電子111が、オン状態に遷移した後も所定の時間(例えば、数秒〜数分という長時間)トラップされ続けることによって、二次元電子ガス層109中の電子に対して斥力(クーロン力)を及ぼし、ソース電極105及びドレイン電極106間を流れる電流を妨げる現象である。このコラプス現象によってスイッチング素子100のオン抵抗が大きくなると、高速のスイッチングが困難になるため、問題となる。
The collapse phenomenon occurs when the
このコラプス現象を抑制するべく、電子供給層104の表面を窒化物等から成る膜で覆うことで、電子供給層104の表面の窒素欠陥を低減することが行われている。特に、バンドギャップが6eV程度であり、他の窒化物(例えば、窒化シリコン:バンドギャップ5eV)よりもバンドギャップが大きい窒化アルミニウム(AlN)膜が、リーク電流を低減する観点から使用されることがある。
In order to suppress the collapse phenomenon, nitrogen defects on the surface of the
また、上記のAlN膜の上面に、バンドギャップがさらに大きい酸化アルミニウム(AlOX、Xは任意の正の数、以下同じ)膜を形成したスイッチング素子が、特許文献1〜3で提案されている。AlOXは、バンドギャップ8eV〜9eV程度と大きいため、リーク電流をさらに低減することが可能になる。
しかしながら、特許文献1及び2で提案されているスイッチング素子では、電極が形成されている部分を除いて、スイッチング素子の表面がAlOX膜で全面的に覆われる構造であるため、放熱性が悪い点が問題となる。AlNは、熱伝導率が200W/m・K程度であり放熱性に優れているが、AlOXは、熱伝導率が10W/m・K〜20W/m・K程度しかなく、放熱性が悪い。そのため、特許文献1及び2で提案されているスイッチング素子では、オン状態で大電流が流れるときに発生する熱を効率よく発散することができないために温度が上昇し易く、オン抵抗の増加による電流駆動力の低下や、リーク電流の増加、さらには信頼性の低下を招来する。
However, the switching elements proposed in
一方、特許文献3で提案されているスイッチング素子では、ゲート電極と電子供給層(InAlN)との接続部分のみにAlOX層が形成されているため、特許文献1及び2で提案されているスイッチング素子と比べて、放熱性は良いと考えられる。しかしながら、特許文献3で提案されているスイッチング素子では、ゲート電極のソース電極側及びドレイン電極側に張り出している端部の下方にAlOX層が形成されておらず、高電界となるゲート電極の端部の下方において、耐圧が不足して絶縁破壊及びリーク電流が発生する可能性があるため、問題となる。
On the other hand, in the switching element proposed in
本発明は、上記の問題点に鑑み、高耐圧であるとともに放熱性が良いスイッチング素子とその製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a switching element that has a high breakdown voltage and good heat dissipation and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するため、本発明は、第1半導体層と、前記第1半導体層の上面に形成され、バンドギャップが前記第1半導体層より大きく当該第1半導体層とヘテロ接合する第2半導体層と、前記第2半導体層の上面に形成される第3半導体層と、前記第1半導体層と電気的に接続する第1電極と、前記第1半導体層と電気的に接続し、平面視で前記第1電極と離間して形成される第2電極と、平面視で前記第1電極と前記第2電極との間に位置する制御電極と、を備え、前記第3半導体層の上面の一部は、酸化されて周囲よりも耐圧が高く熱伝導率が低い酸化物領域となり、前記制御電極は、前記酸化物領域を介して前記第3半導体層と電気的に接続し、平面視で、前記酸化物領域の前記第1電極側の端部が、前記制御電極の前記第1電極側の端部と、前記第1電極の前記制御電極側の端部と、の間に位置し、平面視で、前記酸化物領域の前記第2電極側の端部が、前記制御電極の前記第2電極側の端部と、前記第2電極の前記制御電極側の端部と、の間に位置することを特徴とするスイッチング素子を提供する。 To achieve the above object, the present invention provides a first semiconductor layer and a second semiconductor formed on an upper surface of the first semiconductor layer and having a band gap larger than that of the first semiconductor layer and heterojunction with the first semiconductor layer. A layer, a third semiconductor layer formed on an upper surface of the second semiconductor layer, a first electrode electrically connected to the first semiconductor layer, and electrically connected to the first semiconductor layer in plan view A second electrode formed apart from the first electrode, and a control electrode positioned between the first electrode and the second electrode in plan view, the upper surface of the third semiconductor layer Part of the oxide region is oxidized to be an oxide region having higher withstand voltage and lower thermal conductivity than the surroundings, and the control electrode is electrically connected to the third semiconductor layer through the oxide region, and is seen in a plan view. The end of the oxide region on the first electrode side is the first electrode of the control electrode. Between the end of the oxide region and the end of the first electrode on the control electrode side, and in plan view, the end of the oxide region on the second electrode side of the control electrode A switching element is provided between an end portion on the second electrode side and an end portion on the control electrode side of the second electrode.
このスイッチング素子によれば、酸化物領域が、第3半導体層に対する制御電極の射影を包含する位置に形成されるとともに、第3半導体層の上面の全面には形成されない構造になる。即ち、酸化物領域が、絶縁破壊及びリーク電流が効果的に抑制される位置に限定して形成されるが、第3半導体層の上面の全面には形成されない構造になる。 According to this switching element, the oxide region is formed at a position including the projection of the control electrode with respect to the third semiconductor layer, and is not formed on the entire upper surface of the third semiconductor layer. That is, the oxide region is formed only at a position where the dielectric breakdown and the leakage current are effectively suppressed, but is not formed on the entire upper surface of the third semiconductor layer.
また、上記特徴のスイッチング素子において、前記制御電極は、その下部が前記酸化物領域内の接触領域と接触し、前記接触領域は、前記酸化物領域内で厚さが局所的に大きくなっていると、好ましい。 In the switching element having the above characteristics, a lower portion of the control electrode is in contact with a contact region in the oxide region, and the thickness of the contact region is locally increased in the oxide region. It is preferable.
このスイッチング素子によれば、高耐圧が特に要求される接触領域が局所的に厚くなるため、絶縁破壊及びリーク電流を効果的に抑制することが可能になる。さらに、酸化物領域が無用に厚くなることを抑制することができるため、放熱性が悪くなることを抑制することが可能になる。 According to this switching element, since the contact region where high breakdown voltage is particularly required is locally thickened, it is possible to effectively suppress dielectric breakdown and leakage current. Furthermore, since it can suppress that an oxide area | region becomes thick unnecessarily, it becomes possible to suppress that heat dissipation becomes worse.
また、上記特徴のスイッチング素子において、前記第1半導体層、前記第2半導体層及び前記第3半導体層が、それぞれ窒化物半導体から成り、前記第3半導体層が、インジウム及びガリウムを含まないと、好ましい。 In the switching element having the above characteristics, the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer are each made of a nitride semiconductor, and the third semiconductor layer does not contain indium and gallium, preferable.
このスイッチング素子によれば、バンドギャップが比較的小さく絶縁性が良好ではない酸化インジウム(InOX)や酸化ガリウム(GaOX)が、第3半導体層に含まれないようにすることが可能になる。そのため、スイッチング素子の高耐圧化を図ることが可能になる。 According to this switching element, it is possible to prevent indium oxide (InO x ) or gallium oxide (GaO x ) having a relatively small band gap and poor insulation from being included in the third semiconductor layer. . Therefore, it is possible to increase the breakdown voltage of the switching element.
また、上記特徴のスイッチング素子において、前記第1半導体層が、InxGa1−xN(0≦x<1)から成り、前記第2半導体層が、InyGazAl1−y−zN(0≦y<1、0≦z<1、0<y+z)から成り、前記第3半導体層が、AlNから成るようにしてもよい。 In the switching element having the above characteristics, the first semiconductor layer is made of In x Ga 1-x N (0 ≦ x <1), and the second semiconductor layer is made of In y Ga z Al 1-yz. N (0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1, 0 <y + z), and the third semiconductor layer may be made of AlN.
また、上記特徴のスイッチング素子において、前記第2半導体層及び前記第3半導体層は、組成が連続的に変化する一体の層から成り、前記第2半導体層から前記第3半導体層に向かって、インジウム及びガリウムの組成比が低下して、前記第3半導体層の上面では0になっていると、好ましい。 Further, in the switching element having the above characteristics, the second semiconductor layer and the third semiconductor layer are formed of an integral layer whose composition changes continuously, and from the second semiconductor layer toward the third semiconductor layer, It is preferable that the composition ratio of indium and gallium is reduced to 0 on the upper surface of the third semiconductor layer.
このスイッチング素子によれば、第2半導体層と第3半導体層との界面が無くなるため、当該界面における欠陥の生成が防止される。そのため、コラプス現象を抑制することが可能になる。 According to this switching element, since the interface between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer is eliminated, generation of defects at the interface is prevented. Therefore, it is possible to suppress the collapse phenomenon.
また、上記特徴のスイッチング素子において、前記酸化物領域が、前記第3半導体層を部分的に熱酸化させて形成されたものであると、好ましい。 In the switching element having the above characteristics, it is preferable that the oxide region is formed by partially thermally oxidizing the third semiconductor layer.
このスイッチング素子によれば、酸化物領域の界面における欠陥の生成が抑制される。そのため、コラプス現象を抑制することが可能になる。 According to this switching element, the generation of defects at the interface of the oxide region is suppressed. Therefore, it is possible to suppress the collapse phenomenon.
また、本発明は、第1半導体層と、前記第1半導体層の上面に形成されるとともにバンドギャップが前記第1半導体層より大きく当該第1半導体層とヘテロ接合する第2半導体層と、前記第2半導体層の上面に形成される第3半導体層と、を備える積層構造を形成する積層構造形成工程と、前記積層構造の上面に、一部が開口したマスクを形成し、当該マスクの開口部から前記第3半導体層を酸化することで前記第3半導体層の上面の一部に酸化物領域を形成する酸化工程と、前記第1半導体層と電気的に接続する第1電極と、前記第1半導体層と電気的に接続するとともに平面視で前記第1電極と離間して形成される第2電極と、平面視で前記第1電極と前記第2電極との間に位置するとともに前記酸化物領域を介して前記第3半導体層と電気的に接続する制御電極と、を形成する電極形成工程と、を備え、平面視で、前記酸化物領域の前記第1電極側の端部が、前記制御電極の前記第1電極側の端部と、前記第1電極の前記制御電極側の端部と、の間に位置し、平面視で、前記酸化物領域の前記第2電極側の端部が、前記制御電極の前記第2電極側の端部と、前記第2電極の前記制御電極側の端部と、の間に位置することを特徴とするスイッチング素子の製造方法を提供する。 The present invention also includes a first semiconductor layer, a second semiconductor layer formed on an upper surface of the first semiconductor layer and having a band gap larger than that of the first semiconductor layer and heterojunction with the first semiconductor layer, A laminated structure forming step of forming a laminated structure including a third semiconductor layer formed on an upper surface of the second semiconductor layer; forming a mask partially opened on the upper surface of the laminated structure; and opening the mask Oxidizing the third semiconductor layer from a portion to form an oxide region in a part of the upper surface of the third semiconductor layer; a first electrode electrically connected to the first semiconductor layer; A second electrode electrically connected to the first semiconductor layer and spaced apart from the first electrode in plan view; and positioned between the first electrode and the second electrode in plan view and The third semiconductor layer through an oxide region; An electrode forming step of forming a control electrode that is electrically connected, and in plan view, an end of the oxide region on the first electrode side is an end of the control electrode on the first electrode side And the end of the first electrode on the side of the control electrode in plan view, the end of the oxide region on the side of the second electrode is the second electrode of the control electrode. A switching element manufacturing method is provided, wherein the switching element is positioned between a side end portion and an end portion of the second electrode on the control electrode side.
このスイッチング素子の製造方法によれば、酸化物領域が、第3半導体層に対する制御電極の射影を包含する位置に形成されるとともに、第3半導体層の上面の全面には形成されない構造のスイッチング素子を、製造することが可能になる。即ち、酸化物領域が、絶縁破壊及びリーク電流が効果的に抑制される位置に限定して形成されるが、第3半導体層の上面の全面には形成されない構造のスイッチング素子を、製造することが可能になる。 According to this method for manufacturing a switching element, the oxide region is formed at a position including the projection of the control electrode with respect to the third semiconductor layer, and is not formed on the entire upper surface of the third semiconductor layer. Can be manufactured. That is, a switching element having a structure in which an oxide region is formed only at a position where dielectric breakdown and leakage current are effectively suppressed, but not formed on the entire upper surface of the third semiconductor layer is manufactured. Is possible.
また、上記特徴のスイッチング素子の製造方法において、前記酸化工程が、一部が開口した第1マスクを形成し、当該第1マスクの開口部から前記第3半導体層を酸化する第1酸化工程と、前記第1酸化工程で酸化された領域を包含する部分が開口している第2マスクを形成し、当該第2マスクの開口部から前記第3半導体層を酸化する第2酸化工程と、を含み、当該酸化工程によって、厚さが局所的に大きくなっている接触領域を有する前記酸化物領域を形成し、前記電極形成工程で、下部が前記接触領域と接触する前記制御電極を形成してもよい。 Further, in the method for manufacturing a switching element having the above characteristics, the oxidation step includes a first oxidation step of forming a first mask partially opened and oxidizing the third semiconductor layer from the opening of the first mask. Forming a second mask having an opening including a region oxidized in the first oxidation step, and oxidizing the third semiconductor layer from the opening of the second mask; And forming the oxide region having a contact region whose thickness is locally increased by the oxidation step, and forming the control electrode whose lower portion is in contact with the contact region in the electrode formation step. Also good.
また、上記特徴のスイッチング素子の製造方法において、前記酸化工程が、一部が開口した第1マスクを形成し、当該第1マスクの開口部から前記第3半導体層を酸化する第1酸化工程と、前記第1酸化工程で酸化された領域に包含される部分が開口している第2マスクを形成し、当該第2マスクの開口部から前記第3半導体層を酸化する第2酸化工程と、を含み、当該酸化工程によって、厚さが局所的に大きくなっている接触領域を有する前記酸化物領域を形成し、前記電極形成工程で、下部が前記接触領域と接触する前記制御電極を形成してもよい。 Further, in the method for manufacturing a switching element having the above characteristics, the oxidation step includes a first oxidation step of forming a first mask partially opened and oxidizing the third semiconductor layer from the opening of the first mask. Forming a second mask in which a portion included in the region oxidized in the first oxidation step is opened, and oxidizing the third semiconductor layer from the opening of the second mask; The oxide region having a contact region whose thickness is locally increased is formed by the oxidation step, and the control electrode whose lower portion is in contact with the contact region is formed in the electrode formation step. May be.
これらのスイッチング素子の製造方法によれば、高耐圧が特に要求される接触領域が局所的に厚くなることで絶縁破壊及びリーク電流を効果的に抑制するとともに、酸化物領域が無用に厚くなることを抑制することで放熱性が悪くなることを抑制した構造のスイッチング素子を、製造することが可能になる。 According to these switching element manufacturing methods, the contact region where high breakdown voltage is particularly required is locally thickened to effectively suppress dielectric breakdown and leakage current, and the oxide region is unnecessarily thickened. It is possible to manufacture a switching element having a structure that suppresses deterioration of heat dissipation by suppressing the above.
上記特徴のスイッチング素子及び上記特徴のスイッチング素子の製造方法によれば、酸化物領域が、絶縁破壊及びリーク電流が効果的に抑制される位置に限定して形成されるが、第3半導体層の上面の全面には形成されない構造のスイッチング素子が得られる。したがって、高耐圧であるとともに放熱性が良いスイッチング素子を得ることが可能になる。 According to the switching element having the above characteristics and the method for manufacturing the switching element having the above characteristics, the oxide region is formed only at a position where dielectric breakdown and leakage current are effectively suppressed. A switching element having a structure not formed on the entire upper surface is obtained. Therefore, it is possible to obtain a switching element having a high breakdown voltage and good heat dissipation.
以下、本発明の第1〜第3実施形態に係るスイッチング素子について、図1〜図19を参照して説明する。なお、以下説明する第1〜第3実施形態に係るスイッチング素子のそれぞれは、本発明の一つの実施形態に過ぎないものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。また、第1〜第3実施形態に係るスイッチング素子は、その一部または全部を、矛盾無き限り組み合わせて実施することが可能である。また、以下の説明において参照する図1〜図19は、説明の便宜上、要部が適宜強調されたものとなっており、図面上の各構成部分の寸法比と実際の寸法比とは必ずしも一致しないものとする。 Hereinafter, switching elements according to first to third embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, each of the switching element which concerns on 1st-3rd embodiment demonstrated below is only one embodiment of this invention, and this invention is not limited to these. In addition, the switching elements according to the first to third embodiments can be implemented by combining a part or all of them as long as there is no contradiction. In addition, FIGS. 1 to 19 referred to in the following description are emphasized as appropriate for convenience of explanation, and the dimensional ratio of each component on the drawing and the actual dimensional ratio are not necessarily the same. Shall not.
<第1実施形態>
最初に、本発明の第1実施形態に係るスイッチング素子の構造例について、図1を参照して説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係るスイッチング素子の構造例を示す断面図である。
<First Embodiment>
First, a structural example of the switching element according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a structural example of a switching element according to the first embodiment of the present invention.
図1に示すように、スイッチング素子1は、基板2と、基板2の上面に形成されるバッファ層3と、バッファ層3の上面に形成される電子走行層(第1半導体層)4と、電子走行層4の上面に形成されるとともにバンドギャップが電子走行層4より大きく電子走行層4とヘテロ接合する電子供給層(第2半導体層)5と、電子供給層5の上面に形成されるバリア層(第3半導体導)6と、バリア層6の上面に形成されるパッシベーション層7と、電子走行層4と電気的に接続するソース電極(第1電極)8と、電子走行層4と電気的に接続するとともに平面視(図中の上下方向に対して垂直な平面、以下、図2〜図19の説明についても同じ)でソース電極8と離間して形成されるドレイン電極(第2電極)9と、平面視でソース電極8とドレイン電極9との間に位置するゲート電極(制御電極)10と、を備える。なお、当該スイッチング素子1は、ノーマリーオン型である。
As shown in FIG. 1, the switching
バリア層6の上面の一部は、酸化されて周囲よりも耐圧が高く熱伝導率が低い酸化物領域61となっている。また、ゲート電極10は、酸化物領域61を介してバリア層6と電気的に接続している。
A part of the upper surface of the
基板2は、例えば、シリコン(Si)や炭化珪素(SiC)、サファイア、窒化ガリウム(GaN)、酸化亜鉛(ZnO)、ガリウムヒ素(GaAs)などから成る。バッファ層3は、例えば、AlaGa1−aN(0≦a≦1、即ち、a=1の場合のAlNや、a=0の場合のGaNを含み得る)から成る。なお、基板2及びバッファ層3は、スイッチング素子1が好適に動作する限り、どのようなものを適用しても良い。
The
電子走行層4は、例えば、厚さが1μm以上5μm以下のInxGa1−xN(0≦x<1)から成る。電子供給層5は、例えば、厚さが10nm以上100nm以下のInyGazAl1−y−zN(0≦y<1、0≦z<1、0<y+z)から成る。また、電子供給層5のバンドギャップは、電子走行層4のバンドギャップよりも大きく、電子走行層4及び電子供給層5はヘテロ接合している。さらに、電子供給層5の格子定数は電子走行層4の格子定数よりも小さく、これらの層が接合する界面において格子不整合が発生している。そのため、電子走行層4及び電子供給層5が接合する界面近傍に、二次元電子ガス層11が生じる。スイッチング素子1では、この二次元電子ガス層11がチャネルに相当する。
The
ソース電極8、ドレイン電極9及びゲート電極10のそれぞれは、Ti、Al、Cu、Au、Pt、W、Ta、Ru、Ir、Pd、Hfなどの金属元素や、これらの金属元素の少なくとも2つを含む合金、またはこれらの金属元素の少なくとも1つを含む窒化物などから成る。ソース電極8、ドレイン電極9及びゲート電極10のそれぞれは、単層から成るものであっても良いし、組成が異なる複数の層から成るものであっても良い。ただし、ソース電極8及びドレイン電極9は、電子走行層4に対してオーミック接合する。
Each of the
パッシベーション層7は、例えば、厚さが100nm以上3μm以下のSiOXやSiN、AlNなどから成る。ソース電極8及びドレイン電極9及びゲート電極10のそれぞれは、上部がパッシベーション層7上に張り出すフィールドプレート構造になっている。ソース電極8の上部は、ゲート電極10側とその反対側とにそれぞれ張り出し、ドレイン電極9の上部は、ゲート電極10側とその反対側とにそれぞれ張り出し、ゲート電極10の上部は、ソース電極8側とドレイン電極9側とにそれぞれ張り出している。
The passivation layer 7 is made of, for example, SiO X , SiN, AlN or the like having a thickness of 100 nm to 3 μm. Each of the
バリア層6は、例えば、厚さが5nm以上50nm以下のAlNからなり、その上面の一部が酸化されて酸化物領域61が形成されている。酸化物領域61は、例えば、厚さが1nm以上40nm以下のAlOXから成る。なお、上述のように、AlOXなどの酸化物は、例えば、AlNよりもバンドギャップが大きく絶縁破壊及びリーク電流の抑制には適しているが、AlNよりも熱伝導率が低く放熱性が悪い。
The
また、平面視において、酸化物領域61のソース電極8側の端部61D1は、ゲート電極10のソース電極8側の端部10E1と、ソース電極8のゲート電極10側の端部8Eと、の間に位置している。さらに、平面視において、酸化物領域61のドレイン電極9側の端部61D2は、ゲート電極10のドレイン電極9側の端部10E2と、ドレイン電極9のゲート電極10側の端部9Eと、の間に位置する。
In plan view, the end 61D1 of the
スイッチング素子1は、ゲート電極10の電位印加状態に応じて、オン状態及びオフ状態が切り替えられる。例えば、ゲート電極10の電位が、ソース電極8の電位(0V)と等しくなると、スイッチング素子1がオン状態になり、電子走行層4及び電子供給層5が接合する界面近傍に生じる二次元電子ガス層11によって、ソース電極8及びドレイン電極9間が電気的に接続される。一方、ゲート電極10の電位が、ソース電極8の電位(0V)を基準として閾値電圧よりも低くなる(−10V程度になる)と、スイッチング素子1がオフ状態になり、電子走行層4及び電子供給層5が接合する界面近傍に二次元電子ガス層11が生じなくなることによって、ソース電極8及びドレイン電極9間が電気的に接続されなくなる。
The switching
スイッチング素子1がオン状態であるとき、ソース電極8及びドレイン電極9間に大電流が流れるため、スイッチング素子1が発熱する。しかしながら、スイッチング素子1は、バリア層6において、上面の一部のみを放熱性が悪い酸化物領域61で覆い、他は酸化物領域61で覆わず放熱性が良い材料(例えば、AlN)とする構造であるため、放熱性が良く、温度が上昇し難い。そのため、温度の上昇によるオン抵抗の増加に伴う、電流駆動力の低下、リーク電流の増加及び信頼性の低下などを、それぞれ抑制することが可能になる。
When the switching
一方、スイッチング素子1がオフ状態であるとき、ソース電極8とドレイン電極9間には数100V程度の高電圧(例えば、600V)が印加され得る。このとき、特にゲート電極10のドレイン電極9側において、下方の電子走行層4からゲート電極10へ高電界が生じる(図21参照)。しかしながら、スイッチング素子1では、このような高電界が生じる場所に、バンドギャップが大きく高耐圧の酸化物領域61を形成しているため、耐圧の不足による絶縁破壊及びリーク電流を抑制することが可能になる。
On the other hand, when the switching
以上のように、スイッチング素子1では、酸化物領域61が、バリア層6に対するゲート電極10の射影を包含する位置に形成されるとともに、バリア層6の上面の全面には形成されない構造になる。即ち、酸化物領域61が、絶縁破壊及びリーク電流が効果的に抑制される位置に限定して形成されるが、バリア層6の上面の全面には形成されない構造になる。したがって、高耐圧であるとともに放熱性が良いスイッチング素子1を得ることが可能になる。
As described above, the switching
また、バリア層6が、インジウム及びガリウムを含まないようにすることで、バリア層6にバンドギャップが比較的小さく絶縁性が良好ではない酸化インジウム(InOX)や酸化ガリウム(GaOX)が含まれないようにすることが可能になる。そのため、スイッチング素子1の高耐圧化を図ることが可能になる。
Further, by preventing the
本発明の第1実施形態に係るスイッチング素子1の製造方法例について、図2〜図5を参照して説明する。図2〜図5は、本発明の第1実施形態に係るスイッチング素子の製造方法例を示す断面図である。
An example of a method for manufacturing the
本例のスイッチング素子1の製造方法では、最初に図2に示すように、基板2の上面に対してバッファ層3を形成し、さらにバッファ層3の上面に電子走行層4を形成し、さらに電子走行層4の上面に電子供給層5を形成し、さらに電子供給層5の上面にバリア層6を形成する。そして、これらの層から成る積層構造の上面に、マスク20を形成する。マスク20は、例えば、厚さ50nm以上1μm以下のSiOXやSiNなどから成る。
In the manufacturing method of the
次に、図3に示すように、マスク20の一部に開口部21を形成する。この開口部21は、例えば、フォトリソグラフィー及びエッチングによって形成することが可能である。また、開口部21が形成される位置は、酸化物領域61を形成する予定の位置である。なお、開口部21の大きさを、平面視におけるゲート電極10の上部の大きさと等しくしてもよい。
Next, as shown in FIG. 3, an
次に、図4に示すように、マスク20の開口部21からバリア層6を酸化することで、酸化物領域61を形成する。このとき、例えば酸素雰囲気で900℃以上の熱処理を数十分程度行うことで、酸化物領域61を形成することができる。このように、熱酸化によって酸化物領域61を形成すると、酸化物領域61の界面における欠陥の生成が抑制される。そのため、コラプス現象を抑制することが可能になる。
Next, as shown in FIG. 4, the
次に、図5に示すように、マスク20を除去して(または、マスク20が形成された状態で)、積層構造の上面の全面にパッシベーション層7を形成する。この後、例えばフォトリソグラフィー及びエッチングを行うことによって、パッシベーション層7、バリア層6、電子供給層5及び電子走行層4の一部に、ソース電極8、ドレイン電極9及びゲート電極10のそれぞれが電気的に接続するための穴をあけた上で、これらの電極8〜10を形成することで、図1に示したスイッチング素子1が得られる。
Next, as shown in FIG. 5, the
<第2実施形態>
本発明の第2実施形態に係るスイッチング素子の構造例について、図6を参照して説明する。図6は、本発明の第2実施形態に係るスイッチング素子の構造例を示す断面図である。なお、図6において、図1に示した第1実施形態に係るスイッチング素子1と同様となる部分には、同じ符号を付している。さらに、以下では、第2実施形態に係るスイッチング素子1aについて、第1実施形態に係るスイッチング素子1と異なる部分を中心に説明し、同様となる部分については、第1実施形態に係るスイッチング素子1の説明を適宜参酌するものとして説明を省略する。
Second Embodiment
A structural example of the switching element according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a structural example of a switching element according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 6, the same reference numerals are given to the same parts as those of the
図6に示すように、スイッチング素子1aは、基板2と、バッファ層3と、電子走行層4と、電子供給層5と、バリア層6と、パッシベーション層7と、ソース電極8と、ドレイン電極9と、ゲート電極10と、を備える。
As shown in FIG. 6, the switching
ただし、スイッチング素子1aは、バリア層6に形成される酸化物領域61において、ゲート電極10の下部が接触する接触領域611aが、酸化物領域61a内で厚さが局所的に大きくなっている。この酸化物領域61aにおいて、例えば、接触領域611aの厚さは2nm以上40nm以下となっており、その他の部分の厚さは1nm以上20nm以下となっている。なお、この点を除き、スイッチング素子1aは、図1に示した第1実施形態のスイッチング素子1と同様である。
However, in the
このように、スイッチング素子1aでは、高耐圧が特に要求される接触領域611aが局所的に厚くなるため、絶縁破壊及びリーク電流を効果的に抑制することが可能になる。さらに、酸化物領域61aが無用に厚くなることを抑制することができるため、放熱性が悪くなることを抑制することが可能になる。
As described above, in the
本発明の第2実施形態に係るスイッチング素子1aの製造方法例について、図7〜図12を参照して説明する。図7〜図12は、本発明の第2実施形態に係るスイッチング素子の製造方法例を示す断面図である。
An example of a method for manufacturing the
本例のスイッチング素子1aの製造方法では、最初に図7に示すように、基板2の上面に対してバッファ層3を形成し、さらにバッファ層3の上面に電子走行層4を形成し、さらに電子走行層4の上面に電子供給層5を形成し、さらに電子供給層5の上面にバリア層6を形成する。そして、これらの層から成る積層構造の上面に、マスク20を形成する。マスク20は、例えば、厚さ50nm以上1μm以下のSiOXやSiNなどから成る。
In the manufacturing method of the
次に、図8に示すように、マスク20の一部に第1開口部21aAを形成する。この第1開口部21aAは、例えば、フォトリソグラフィー及びエッチングによって形成することが可能である。また、第1開口部21aAが形成される位置は、接触領域611aを形成する予定の位置である。なお、第1開口部21aAの大きさを、平面視におけるゲート電極10の下部の大きさと等しくしてもよい。
Next, as shown in FIG. 8, a first opening 21 a </ b> A is formed in part of the
次に、図9に示すように、マスク20の第1開口部21aAからバリア層6を酸化することで、初期酸化物領域61aAを形成する。例えば、第1実施形態と同様の熱処理を行うことで、初期酸化物領域61aAを形成することができる。
Next, as shown in FIG. 9, the
次に、図10に示すように、初期酸化物領域61aAを包含する第2開口部22aAを有するマスク20を形成する。このとき、例えば、等方性のエッチング(例えば、ウエットエッチング)によって第1開口部21aAを拡げることで第2開口部22aAを形成してもよいし、フォトリソグラフィー及びエッチングによって第1開口部21aAを拡げることで第2開口部22aAを形成してもよいし、第1開口部21aAを有するマスク20を除去して第2開口部22aAを有するマスク20を形成し直してもよい。また、この第2開口部22aAが形成される位置は、酸化物領域61aを形成する予定の位置である。なお、第2開口部22aAの大きさを、平面視におけるゲート電極10の上部の大きさと等しくしてもよい。
Next, as shown in FIG. 10, a
次に、図11に示すように、マスク20の第2開口部22aAからバリア層6を酸化することで、酸化物領域61aを形成する。例えば、第1実施形態と同様の熱処理を行うことで、酸化物領域61aを形成することができる。
Next, as illustrated in FIG. 11, the
この2回目の熱酸化によって、1回目の熱酸化で酸化されていた領域(初期酸化物領域61aA)の厚さが、さらに大きくなる。これにより、酸化物領域61a内で厚さが局所的に大きくなる接触領域611aを有する酸化物領域61aを、形成することができる。
By this second thermal oxidation, the thickness of the region (initial oxide region 61aA) that has been oxidized by the first thermal oxidation is further increased. Thereby, the
次に、図12に示すように、マスク20を除去して(または、マスク20が形成された状態で)、積層構造の上面の全面にパッシベーション層7を形成する。この後、第1実施形態と同様にソース電極8、ドレイン電極9及びゲート電極10のそれぞれを形成することで、図6に示したスイッチング素子1aが得られる。
Next, as shown in FIG. 12, the
また、本発明の第2実施形態に係るスイッチング素子1aの製造方法の別例について、図13〜図18を参照して説明する。図13〜図18は、本発明の第2実施形態に係るスイッチング素子の製造方法の別例を示す断面図である。
Another example of the method for manufacturing the
本例のスイッチング素子1aの製造方法では、最初に図13に示すように、基板2の上面に対してバッファ層3を形成し、さらにバッファ層3の上面に電子走行層4を形成し、さらに電子走行層4の上面に電子供給層5を形成し、さらに電子供給層5の上面にバリア層6を形成する。そして、これらの層から成る積層構造の上面に、マスク20を形成する。マスク20は、例えば、厚さ50nm以上1μm以下のSiOXやSiNなどから成る。
In the manufacturing method of the
次に、図14に示すように、マスク20の一部に第1開口部21aBを形成する。この第1開口部21aBは、例えば、フォトリソグラフィー及びエッチングによって形成することが可能である。また、第1開口部21aBが形成される位置は、酸化物領域61aを形成する予定の位置である。なお、第1開口部21aBの大きさを、平面視におけるゲート電極10の上部の大きさと等しくしてもよい。
Next, as shown in FIG. 14, a first opening 21 a </ b> B is formed in a part of the
次に、図15に示すように、マスク20の第1開口部21aBからバリア層6を酸化することで、初期酸化物領域61aBを形成する。例えば、第1実施形態と同様の熱処理を行うことで、初期酸化物領域61aBを形成することができる。
Next, as shown in FIG. 15, the
次に、図16に示すように、初期酸化物領域61aBに包含される第2開口部22aBを有するマスク20を形成する。このとき、例えば、第1開口部21aBを埋めるようにマスク20を成す材料を堆積させることで第2開口部22aBを形成してもよいし、第1開口部21aBを有するマスク20を除去して第2開口部22aBを有するマスク20を形成し直してもよい。また、この第2開口部22aAが形成される位置は、接触領域611aを形成する予定の位置である。なお、第2開口部22aBの大きさを、平面視におけるゲート電極10の下部の大きさと等しくしてもよい。
Next, as shown in FIG. 16, a
次に、図17に示すように、マスク20の第2開口部22aBからバリア層6を酸化することで、酸化物領域61aを形成する。例えば、第1実施形態と同様の熱処理を行うことで、酸化物領域61aを形成することができる。
Next, as shown in FIG. 17, the
この2回目の熱酸化によって、1回目の熱酸化によって酸化されていた領域(初期酸化物領域61aB)の一部の厚さが、さらに大きくなる。これにより、酸化物領域61a内で厚さが局所的に大きくなる接触領域611aを有する酸化物領域61aを、形成することができる。
By this second thermal oxidation, the thickness of a part of the region (initial oxide region 61aB) that has been oxidized by the first thermal oxidation is further increased. Thereby, the
次に、図18に示すように、マスク20を除去して(または、マスク20が形成された状態で)、積層構造の上面の全面にパッシベーション層7を形成する。この後、第1実施形態と同様にソース電極8、ドレイン電極9及びゲート電極10のそれぞれを形成することで、図6に示したスイッチング素子1aが得られる。
Next, as shown in FIG. 18, the
<第3実施形態>
本発明の第3実施形態に係るスイッチング素子の構造例について、図19を参照して説明する。図19は、本発明の第3実施形態に係るスイッチング素子の構造例を示す断面図である。なお、図19において、図1に示した第1実施形態に係るスイッチング素子1と同様となる部分には、同じ符号を付している。さらに、以下では、第3実施形態に係るスイッチング素子1bについて、第1実施形態に係るスイッチング素子1と異なる部分を中心に説明し、同様となる部分については、第1実施形態に係るスイッチング素子1の説明を適宜参酌するものとして説明を省略する。
<Third Embodiment>
A structural example of the switching element according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 19 is a cross-sectional view showing a structural example of a switching element according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 19, the same reference numerals are given to the same parts as those of the
図19に示すように、スイッチング素子1bは、基板2と、バッファ層3と、電子走行層4と、電子供給層5bと、バリア層6bと、パッシベーション層7と、ソース電極8と、ドレイン電極9と、ゲート電極10と、を備える。
As shown in FIG. 19, the switching
ただし、スイッチング素子1bでは、電子供給層5b及びバリア層6bが、組成が連続的に変化する一体の層となっている。具体的に例えば、電子供給層5b及びバリア層6bは、全体で厚さが10nm以上200nm以下となり、InyGazAl1−y−zN(0≦y<1、0≦z<1、0<y+z)から成る層となっている。そして、電子供給層5bからバリア層6bに向かって(図中の上方向に向かって)、インジウム及びガリウムの組成y,zが低下し、バリア層6bの上面では0になっている(即ち、AlNになっている)。なお、この点を除き、スイッチング素子1bは、図1に示した第1実施形態のスイッチング素子1と同様である。
However, in the
このように、スイッチング素子1bでは、電子供給層5bとバリア層6bとの界面が無くなるため、当該界面における欠陥の生成を防止することが可能になる。そのため、コラプス現象を抑制することが可能になる。
As described above, in the
なお、スイッチング素子1bにおける酸化物領域61bは、第1実施形態と同様の方法で形成することができる(図2〜図5参照)。また、スイッチング素子1bにおいて、第2実施形態のスイッチング素子1aと同様の酸化物領域61aを形成してもよい(図6〜図18参照)。
The
本発明は、スイッチング素子に利用可能であり、特にパワーデバイスに適用されるスイッチング素子に利用すると、好適である。 The present invention can be used for a switching element, and is particularly suitable for use in a switching element applied to a power device.
1,1a,1b : スイッチング素子
2 : 基板
3 : バッファ層
4 : 電子走行層(第1半導体層)
5,5b : 電子供給層(第2半導体層)
6,6b : バリア層(第3半導体層)
61,61a,61b : 酸化物領域
61D1,61D2 : 端部
61aA,61aB : 初期酸化物領域
611a : 接触領域
7 : パッシベーション層
8 : ソース電極(第1電極)
8E : 端部
9 : ドレイン電極(第2電極)
9E : 端部
10 : ゲート電極(制御電極)
10E1,10E2 : 端部
11 : 二次元電子ガス
20 : マスク
21 : 開口部
21aA,21aB : 第1開口部
22aA,22aB : 第2開口部
1, 1a, 1b: Switching element 2: Substrate 3: Buffer layer 4: Electron traveling layer (first semiconductor layer)
5, 5b: Electron supply layer (second semiconductor layer)
6, 6b: Barrier layer (third semiconductor layer)
61, 61a, 61b: oxide region 61D1, 61D2: end 61aA, 61aB:
8E: End portion 9: Drain electrode (second electrode)
9E: End portion 10: Gate electrode (control electrode)
10E1, 10E2: end 11: two-dimensional electron gas 20: mask 21: opening 21aA, 21aB: first opening 22aA, 22aB: second opening
Claims (7)
前記第1半導体層の上面に形成され、バンドギャップが前記第1半導体層より大きく当該第1半導体層とヘテロ接合する第2半導体層と、
前記第2半導体層の上面に形成される第3半導体層と、
前記第1半導体層と電気的に接続する第1電極と、
前記第1半導体層と電気的に接続し、平面視で前記第1電極と離間して形成される第2電極と、
平面視で前記第1電極と前記第2電極との間に位置する制御電極と、を備え、
前記第3半導体層の上面の一部は、酸化されて周囲よりも耐圧が高く熱伝導率が低い酸化物領域となり、
前記制御電極は、前記酸化物領域を介して前記第3半導体層と電気的に接続し、
平面視で、前記酸化物領域の前記第1電極側の端部が、前記制御電極の前記第1電極側の端部と、前記第1電極の前記制御電極側の端部と、の間に位置し、
平面視で、前記酸化物領域の前記第2電極側の端部が、前記制御電極の前記第2電極側の端部と、前記第2電極の前記制御電極側の端部と、の間に位置しており、
前記制御電極は、その下部が前記酸化物領域内の接触領域と接触し、
前記接触領域は、前記酸化物領域内で厚さが局所的に大きくなっていることを特徴とするスイッチング素子。 A first semiconductor layer;
A second semiconductor layer formed on an upper surface of the first semiconductor layer and having a band gap larger than that of the first semiconductor layer and heterojunction with the first semiconductor layer;
A third semiconductor layer formed on an upper surface of the second semiconductor layer;
A first electrode electrically connected to the first semiconductor layer;
A second electrode electrically connected to the first semiconductor layer and formed apart from the first electrode in plan view;
A control electrode positioned between the first electrode and the second electrode in plan view,
A part of the upper surface of the third semiconductor layer is oxidized to be an oxide region having a higher withstand voltage and lower thermal conductivity than the surroundings,
The control electrode is electrically connected to the third semiconductor layer through the oxide region;
In plan view, the end of the oxide region on the first electrode side is between the end of the control electrode on the first electrode side and the end of the first electrode on the control electrode side. Position to,
In plan view, the end of the oxide region on the second electrode side is between the end of the control electrode on the second electrode side and the end of the second electrode on the control electrode side. It is located,
The control electrode has a lower portion in contact with a contact region in the oxide region;
The switching element , wherein the contact region has a locally large thickness in the oxide region .
前記第3半導体層が、インジウム及びガリウムを含まないことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング素子。 The first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer are each made of a nitride semiconductor,
The switching element according to claim 1, wherein the third semiconductor layer does not contain indium and gallium.
前記第2半導体層が、InyGazAl1−y−zN(0≦y<1、0≦z<1、0<y+z)から成り、
前記第3半導体層が、AlNから成ることを特徴とする請求項2に記載のスイッチング素子。 The first semiconductor layer is made of In x Ga 1-x N (0 ≦ x <1);
The second semiconductor layer is made of In y Ga z Al 1-yz N (0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1, 0 <y + z);
The switching element according to claim 2 , wherein the third semiconductor layer is made of AlN.
前記第2半導体層から前記第3半導体層に向かって、インジウム及びガリウムの組成比が低下して、前記第3半導体層の上面では0になっていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のスイッチング素子。 The second semiconductor layer and the third semiconductor layer are composed of an integral layer whose composition changes continuously,
Toward the third semiconductor layer from the second semiconductor layer, it decreases the composition ratio of indium and gallium, according to claim 1 to 3 in which the upper surface of the third semiconductor layer, characterized in that it becomes 0 The switching element according to any one of claims.
前記積層構造の上面に、一部が開口したマスクを形成し、当該マスクの開口部から前記第3半導体層を酸化することで前記第3半導体層の上面の一部に酸化物領域を形成する酸化工程と、
前記第1半導体層と電気的に接続する第1電極と、前記第1半導体層と電気的に接続するとともに平面視で前記第1電極と離間して形成される第2電極と、平面視で前記第1電極と前記第2電極との間に位置するとともに前記酸化物領域を介して前記第3半導体層と電気的に接続する制御電極と、を形成する電極形成工程と、を備え、
平面視で、前記酸化物領域の前記第1電極側の端部が、前記制御電極の前記第1電極側の端部と、前記第1電極の前記制御電極側の端部と、の間に位置し、
平面視で、前記酸化物領域の前記第2電極側の端部が、前記制御電極の前記第2電極側の端部と、前記第2電極の前記制御電極側の端部と、の間に位置しており、
前記酸化工程が、
一部が開口した第1マスクを形成し、当該第1マスクの開口部から前記第3半導体層を酸化する第1酸化工程と、
前記第1酸化工程で酸化された領域を包含する部分が開口している第2マスクを形成し、当該第2マスクの開口部から前記第3半導体層を酸化する第2酸化工程と、を含み、
当該酸化工程によって、厚さが局所的に大きくなっている接触領域を有する前記酸化物領域を形成し、
前記電極形成工程で、下部が前記接触領域と接触する前記制御電極を形成することを特徴とするスイッチング素子の製造方法。 A first semiconductor layer; a second semiconductor layer formed on an upper surface of the first semiconductor layer and having a band gap larger than the first semiconductor layer and heterojunction with the first semiconductor layer; and an upper surface of the second semiconductor layer A laminated structure forming step of forming a laminated structure comprising: a third semiconductor layer formed on
A mask partially opened is formed on the top surface of the stacked structure, and the third semiconductor layer is oxidized from the opening of the mask to form an oxide region on a part of the top surface of the third semiconductor layer. An oxidation process;
A first electrode electrically connected to the first semiconductor layer; a second electrode electrically connected to the first semiconductor layer and formed apart from the first electrode in plan view; and in plan view An electrode forming step of forming a control electrode located between the first electrode and the second electrode and electrically connected to the third semiconductor layer via the oxide region,
In plan view, the end of the oxide region on the first electrode side is between the end of the control electrode on the first electrode side and the end of the first electrode on the control electrode side. Position to,
In plan view, the end of the oxide region on the second electrode side is between the end of the control electrode on the second electrode side and the end of the second electrode on the control electrode side. It is located,
The oxidation step comprises:
Forming a first mask partially open, and oxidizing the third semiconductor layer from the opening of the first mask;
Forming a second mask having an opening including a region oxidized in the first oxidation step, and oxidizing the third semiconductor layer from the opening of the second mask. ,
The oxidation step forms the oxide region having a contact region whose thickness is locally increased,
In the electrode forming step, the control electrode having a lower portion in contact with the contact region is formed .
前記積層構造の上面に、一部が開口したマスクを形成し、当該マスクの開口部から前記第3半導体層を酸化することで前記第3半導体層の上面の一部に酸化物領域を形成する酸化工程と、
前記第1半導体層と電気的に接続する第1電極と、前記第1半導体層と電気的に接続するとともに平面視で前記第1電極と離間して形成される第2電極と、平面視で前記第1電極と前記第2電極との間に位置するとともに前記酸化物領域を介して前記第3半導体層と電気的に接続する制御電極と、を形成する電極形成工程と、を備え、
平面視で、前記酸化物領域の前記第1電極側の端部が、前記制御電極の前記第1電極側の端部と、前記第1電極の前記制御電極側の端部と、の間に位置し、
平面視で、前記酸化物領域の前記第2電極側の端部が、前記制御電極の前記第2電極側の端部と、前記第2電極の前記制御電極側の端部と、の間に位置しており、
前記酸化工程が、
一部が開口した第1マスクを形成し、当該第1マスクの開口部から前記第3半導体層を酸化する第1酸化工程と、
前記第1酸化工程で酸化された領域に包含される部分が開口している第2マスクを形成し、当該第2マスクの開口部から前記第3半導体層を酸化する第2酸化工程と、を含み、
当該酸化工程によって、厚さが局所的に大きくなっている接触領域を有する前記酸化物領域を形成し、
前記電極形成工程で、下部が前記接触領域と接触する前記制御電極を形成することを特徴とするスイッチング素子の製造方法。 A first semiconductor layer; a second semiconductor layer formed on an upper surface of the first semiconductor layer and having a band gap larger than the first semiconductor layer and heterojunction with the first semiconductor layer; and an upper surface of the second semiconductor layer A laminated structure forming step of forming a laminated structure comprising: a third semiconductor layer formed on
A mask partially opened is formed on the top surface of the stacked structure, and the third semiconductor layer is oxidized from the opening of the mask to form an oxide region on a part of the top surface of the third semiconductor layer. An oxidation process;
A first electrode electrically connected to the first semiconductor layer; a second electrode electrically connected to the first semiconductor layer and formed apart from the first electrode in plan view; and in plan view An electrode forming step of forming a control electrode located between the first electrode and the second electrode and electrically connected to the third semiconductor layer via the oxide region,
In plan view, the end of the oxide region on the first electrode side is between the end of the control electrode on the first electrode side and the end of the first electrode on the control electrode side. Position to,
In plan view, the end of the oxide region on the second electrode side is between the end of the control electrode on the second electrode side and the end of the second electrode on the control electrode side. It is located,
The oxidation step comprises:
Forming a first mask partially open, and oxidizing the third semiconductor layer from the opening of the first mask;
Forming a second mask in which a portion included in the region oxidized in the first oxidation step is open, and oxidizing the third semiconductor layer from the opening of the second mask; Including
The oxidation step forms the oxide region having a contact region whose thickness is locally increased,
In the electrode forming step, the control electrode having a lower portion in contact with the contact region is formed .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012107901A JP5941335B2 (en) | 2012-05-09 | 2012-05-09 | Switching element and method of manufacturing switching element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012107901A JP5941335B2 (en) | 2012-05-09 | 2012-05-09 | Switching element and method of manufacturing switching element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013235986A JP2013235986A (en) | 2013-11-21 |
| JP5941335B2 true JP5941335B2 (en) | 2016-06-29 |
Family
ID=49761863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012107901A Expired - Fee Related JP5941335B2 (en) | 2012-05-09 | 2012-05-09 | Switching element and method of manufacturing switching element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5941335B2 (en) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6237433B2 (en) * | 2014-04-17 | 2017-11-29 | 富士通株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device |
| US9412830B2 (en) | 2014-04-17 | 2016-08-09 | Fujitsu Limited | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device |
| JP6631160B2 (en) * | 2015-10-29 | 2020-01-15 | 富士通株式会社 | Semiconductor device, power supply device, high frequency amplifier |
| JP6852283B2 (en) | 2016-05-25 | 2021-03-31 | 富士通株式会社 | Manufacturing method of semiconductor devices |
| JP6659488B2 (en) * | 2016-07-22 | 2020-03-04 | 株式会社東芝 | Semiconductor device, power supply circuit, computer, and method of manufacturing semiconductor device |
| JP2018056319A (en) | 2016-09-28 | 2018-04-05 | 富士通株式会社 | Semiconductor device, semiconductor device manufacturing method, power supply device, and amplifier |
| JP7512620B2 (en) * | 2019-06-28 | 2024-07-09 | 富士電機株式会社 | Nitride Semiconductor Device |
| US11862718B2 (en) * | 2020-10-12 | 2024-01-02 | Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. | III-nitride thermal management based on aluminum nitride substrates |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004311869A (en) * | 2003-04-10 | 2004-11-04 | Mitsubishi Electric Corp | Nitride semiconductor field effect transistor and method of manufacturing the same |
| JP2012009501A (en) * | 2010-06-22 | 2012-01-12 | Nagoya Institute Of Technology | Semiconductor substrate manufacturing method and semiconductor device manufacturing method |
-
2012
- 2012-05-09 JP JP2012107901A patent/JP5941335B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2013235986A (en) | 2013-11-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5941335B2 (en) | Switching element and method of manufacturing switching element | |
| JP4761319B2 (en) | Nitride semiconductor device and power conversion device including the same | |
| JP5388839B2 (en) | Group III nitride semiconductor field effect transistor | |
| JP6244557B2 (en) | Nitride semiconductor devices | |
| JP6591169B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| JP6834546B2 (en) | Semiconductor devices and their manufacturing methods | |
| TWI621265B (en) | Semiconductor device and method of fabricating the same | |
| CN107735863A (en) | Enhanced double-channel high electron mobility transistor | |
| JP6343807B2 (en) | Field effect transistor and manufacturing method thereof | |
| JP2015177063A (en) | Semiconductor device | |
| JP2011192719A (en) | Nitride semiconductor device | |
| JP2010206110A (en) | Nitride semiconductor device | |
| JP2008198783A (en) | Field effect transistor | |
| US11024717B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
| JP2014157993A (en) | Semiconductor device | |
| CN107230722A (en) | HEMT and preparation method thereof | |
| JP2015056413A (en) | Nitride semiconductor device | |
| JP2014241379A (en) | Semiconductor device | |
| US20170069747A1 (en) | Semiconductor device | |
| JP2009060065A (en) | Nitride semiconductor device | |
| JP6536318B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| JP2013074128A (en) | Switching element | |
| JP2018160668A (en) | Nitride semiconductor device | |
| CN110875379B (en) | A semiconductor device and its manufacturing method | |
| JP2008153350A (en) | Semiconductor device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150401 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20160108 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160119 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160316 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160426 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160520 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5941335 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |