JP7714997B2 - Semiconductor device, power supply device and amplifier using the same, and method for manufacturing the semiconductor device - Google Patents
Semiconductor device, power supply device and amplifier using the same, and method for manufacturing the semiconductor deviceInfo
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Description
本開示は、半導体装置、これを用いた電源装置と増幅器、及び半導体装置の製造方法に関する。 This disclosure relates to semiconductor devices, power supply devices and amplifiers using the same, and methods for manufacturing semiconductor devices.
窒化物半導体は、高い飽和電子速度、広いバンドギャップ等の特徴を持ち、高耐圧・高出力の半導体デバイスへの応用が期待されている。例えば、窒化ガリウム(GaN)のバンドギャップは3.4eVであり、シリコン(Si)のバンドギャップ(1.1eV)やガリウムヒ素(GaAs)のバンドギャップ(1.4eV)よりも大きく、高い破壊電界強度を有する。GaNは、高電圧で動作する半導体デバイスや、高出力を得る電源用の半導体デバイスの材料として有望視されている。 Nitride semiconductors have characteristics such as a high saturation electron velocity and a wide band gap, and are expected to be applied to high-voltage, high-power semiconductor devices. For example, the band gap of gallium nitride (GaN) is 3.4 eV, which is larger than the band gap of silicon (Si) (1.1 eV) and the band gap of gallium arsenide (GaAs) (1.4 eV), and it has a high breakdown field strength. GaN is considered a promising material for semiconductor devices that operate at high voltages and for semiconductor devices used in power supplies that obtain high power output.
窒化物半導体デバイスとして、高電子移動度トランジスタ(Highly Electron Mobility Transistor:HEMT)に関する報告が多くなされている。GaN系のHEMT(以下で「GaN-HEMT」と呼ぶ)は、高い電流密度と高電圧での使用が可能であり、高出力動作が可能である。一方、高出力動作では、半導体内部での消費電力も多くなるため、GaN-HEMT内部の発熱が増加する。高出力動作を行うためには、GaN-HEMTの電気抵抗は低いほうが望ましいが、電気抵抗の低減に寄与する電子移動度は、GaN-HEMT中の温度が高くなるほど、低下する。 Many reports have been published on high electron mobility transistors (HEMTs) as nitride semiconductor devices. GaN-based HEMTs (hereafter referred to as "GaN-HEMTs") can be used at high current densities and high voltages, enabling high-power operation. However, high-power operation also increases power consumption within the semiconductor, resulting in increased heat generation within the GaN-HEMT. For high-power operation, low electrical resistance is desirable for GaN-HEMTs, but the electron mobility that contributes to reducing electrical resistance decreases as the temperature within the GaN-HEMT increases.
GaN-HEMT中の発熱の問題を解決するために、熱伝導率の高いダイヤモンドを放熱材料として用いることが検討されている。特に、単結晶ダイヤモンドは高い熱伝導率を持ち、単結晶ダイヤモンド上にGaN、窒化アルミニウム(AlN)といった窒化物半導体の単結晶をヘテロエピタキシャル成長することができる。しかし、単結晶のダイヤモンドを大面積で製造するのは困難であり、コストが高くなる。そこで、Si基板、または炭化ケイ素(SiC)の上にダイヤモンドを成長する方法が提案されている(たとえば、特許文献1、及び2参照)。 To solve the problem of heat generation in GaN-HEMTs, the use of diamond, which has high thermal conductivity, as a heat dissipation material has been investigated. Single-crystal diamond, in particular, has high thermal conductivity, and single crystals of nitride semiconductors such as GaN and aluminum nitride (AlN) can be heteroepitaxially grown on single-crystal diamond. However, producing single-crystal diamond over a large area is difficult and expensive. Therefore, methods have been proposed for growing diamond on a Si substrate or silicon carbide (SiC) (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
SiC上に成長されたダイヤモンドは、基本的に多結晶ダイヤモンドとなる。多結晶ダイヤモンドの熱伝導率は、単結晶ダイヤモンドの熱伝導率よりも低く、十分な放熱効果を得ることが難しい。本発明の一つの側面では、放熱効果が向上した半導体装置と、その製造方法を提供する。 Diamond grown on SiC is essentially polycrystalline diamond. The thermal conductivity of polycrystalline diamond is lower than that of single-crystal diamond, making it difficult to achieve sufficient heat dissipation. One aspect of the present invention provides a semiconductor device with improved heat dissipation, and a method for manufacturing the same.
一実施形態では、半導体装置は、立方晶のSiC層と、前記SiC層の第1の表面に設けられた窒化物半導体層と、前記SiC層の前記第1の表面と反対側の第2の表面に設けられたダイヤモンド層と、を有し、
前記ダイヤモンド層の結晶軸は<111>方向から10°以内の範囲で配向している。
In one embodiment, a semiconductor device includes a cubic SiC layer, a nitride semiconductor layer provided on a first surface of the SiC layer, and a diamond layer provided on a second surface of the SiC layer opposite to the first surface;
The crystal axis of the diamond layer is oriented within 10° from the <111> direction.
放熱効果が向上した半導体装置と、その製造方法が実現される。 A semiconductor device with improved heat dissipation efficiency and a manufacturing method for the same have been realized.
実施形態では、半導体装置の放熱効果を高め、高出力、高耐圧を実現する構成とその製造方法を提供する。一例として、GaN-HEMT構造で、トランジスタ動作中の発熱を抑制する構造と製造方法を提供する。 In this embodiment, we provide a configuration and manufacturing method for improving the heat dissipation effect of a semiconductor device, achieving high output and high breakdown voltage. As an example, we provide a structure and manufacturing method for a GaN-HEMT structure that suppresses heat generation during transistor operation.
実施形態の半導体装置の具体的な構成を説明する前に、従来の放熱構造を採用したGaN-HMETにおける問題点をより詳しく説明する。 Before explaining the specific configuration of the semiconductor device of this embodiment, we will explain in more detail the problems with GaN-HMETs that use conventional heat dissipation structures.
図1は、従来の放熱構造を採用したGaN-HEMTの模式図である。上述のように、大面積の単結晶ダイヤモンドは製造が難しく、コストが増大することから、SiC上にダイヤモンド層を成長することが提案されている。GaN層の上に直接ダイヤモンド層を成長するのは困難なため、図1のように、SiC層を介してダイヤモンドを成長する。 Figure 1 is a schematic diagram of a GaN-HEMT that employs a conventional heat dissipation structure. As mentioned above, large-area single-crystal diamond is difficult to manufacture and increases costs, so it has been proposed to grow a diamond layer on SiC. Because it is difficult to grow a diamond layer directly on a GaN layer, diamond is grown via a SiC layer, as shown in Figure 1.
具体的には、シリコン基板上にSiC層を形成する。シリコン基板上にSiCを形成すると、その結晶構造のほとんどが3C-SiC、すなわち、原子の占有位置の周期が3周期の立方晶となる。3C-SiC層の上にGaN層と、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)層をこの順で形成する。 Specifically, a SiC layer is formed on a silicon substrate. When SiC is formed on a silicon substrate, most of its crystal structure is 3C-SiC, that is, a cubic crystal with a periodicity of three atomic positions. A GaN layer and an aluminum gallium nitride (AlGaN) layer are formed in that order on the 3C-SiC layer.
シリコン基板は熱伝導率が低いため、GaN層とAlGaN層の形成後に、シリコン基板を除去する。露出したSiC層の上にダイヤモンド層を成長すると、通常は、多結晶ダイヤモンドとなる。その理由は、SiCとダイヤモンドでは、格子定数や自由エネルギーの差が大きく、SiC上に単結晶ダイヤモンドを成長すること自体が困難だからである。その後、ソース電極(S)、ドレイン電極(D)、及びゲート電極(G)を含むGaN-HEMT構造を作製しても、十分な放熱効果が得られない。20W/m・K以上の熱伝導率を持つ単結晶ダイヤモンドに比べると、多結晶ダイヤモンドの熱伝導率は15W/m・K以下と低いからである。 Because the silicon substrate has low thermal conductivity, it is removed after the GaN and AlGaN layers are formed. Growing a diamond layer on the exposed SiC layer typically results in polycrystalline diamond. This is because there are large differences in lattice constant and free energy between SiC and diamond, making it difficult to grow single-crystal diamond on SiC. Even if a GaN-HEMT structure including a source electrode (S), drain electrode (D), and gate electrode (G) is subsequently fabricated, sufficient heat dissipation is not achieved. This is because the thermal conductivity of polycrystalline diamond is low, at 15 W/m·K or less, compared to single-crystal diamond, which has a thermal conductivity of 20 W/m·K or more.
実施形態では、SiCの一方の表面に高配向のダイヤモンドを成長して、放熱効果を高める。この明細書及び特許請求の範囲で「高配向」のダイヤモンドというときは、個々のダイヤモンドの粒子に若干の回転や傾きがあっても、ダイヤモンドの結晶がほぼ同じ方位に配向成長して、単結晶に近い、または単結晶と同等の物性を示すものをいう。 In one embodiment, highly oriented diamond is grown on one surface of the SiC to enhance heat dissipation. In this specification and claims, the term "highly oriented" diamond refers to diamond in which the diamond crystals grow in approximately the same orientation, even if the individual diamond particles are slightly rotated or tilted, and which exhibits physical properties close to or equivalent to those of a single crystal.
高配向ダイヤモンドは、ダイヤモンドを成長させるSiCの表面を粗くすることで成長可能である。荒れたSiC表面にダイヤモンドの核ができやすく、ダイヤモンドの核からほぼ同一方向にエピタキシャル成長させることができるからである。 Highly oriented diamonds can be grown by roughening the surface of the SiC on which the diamond is grown. This is because diamond nuclei are more likely to form on a rough SiC surface, and diamonds can grow epitaxially in roughly the same direction from the nuclei.
発明者による検討の結果、ダイヤモンドの成長面となるSiCの表面ラフネスを、GaN-HEMT構造が形成される側のSiC面の表面ラフネスよりも一定程度以上大きくすることで、高配向ダイヤモンドが得られることがわかった。高配向ダイヤモンドは、多結晶ダイヤモンドと比較して放熱を妨げる結晶粒界が少ないため、多結晶ダイヤモンドよりも高い熱伝導率を実現できる。 As a result of research conducted by the inventors, it was found that highly oriented diamond can be obtained by making the surface roughness of the SiC, which serves as the diamond growth surface, greater than the surface roughness of the SiC surface on which the GaN-HEMT structure is formed by a certain degree. Highly oriented diamond has fewer grain boundaries that hinder heat dissipation than polycrystalline diamond, and therefore can achieve higher thermal conductivity than polycrystalline diamond.
図2は、実施形態の半導体装置10の模式図である。以下の説明で、同じ構成要素には同じ符号を付けて、重複する説明の省略する場合がある。半導体装置10は、3C-SiC層13と、3C-SiC層13の一方の表面13a側に設けられる1以上の窒化物半導体層と、3C-SiC層13の他方の表面13b側に設けられる高配向のダイヤモンド層25を有する。3C-SiC層13を挟んで、高配向のダイヤモンド層25と反対側に設けられる1以上の窒化物半導体層は、たとえば、バッファ層14、GaN層15、AlGaN層17などである。バッファ層14は必須ではないが、バッファ層14を挿入することで、3C-SiC層13とGaN層15の格子不整合が緩和される。 Figure 2 is a schematic diagram of a semiconductor device 10 according to an embodiment. In the following description, the same components are designated by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. The semiconductor device 10 includes a 3C-SiC layer 13, one or more nitride semiconductor layers provided on one surface 13a of the 3C-SiC layer 13, and a highly oriented diamond layer 25 provided on the other surface 13b of the 3C-SiC layer 13. The one or more nitride semiconductor layers provided on the opposite side of the 3C-SiC layer 13 from the highly oriented diamond layer 25 include, for example, a buffer layer 14, a GaN layer 15, and an AlGaN layer 17. While the buffer layer 14 is not essential, inserting the buffer layer 14 alleviates the lattice mismatch between the 3C-SiC layer 13 and the GaN layer 15.
GaN層15とAlGaN層17の界面近傍では、異種の窒化物半導体材料の接合により、GaN層15の内部に、移動度が高い自由電子が層状に拡がる領域が形成される。この自由電子の層状の広がりは、2次元電子ガス(2-Dimensional Electron Gas:2DEG)16と呼ばれている。GaNはc軸方向に自発分極をもつ材料であるが、格子歪みに伴うピエゾ分極効果により界面に正の電荷が誘起されて、GaN層15に高濃度の2DEGが生成されるからである。 Near the interface between the GaN layer 15 and the AlGaN layer 17, the junction between the different nitride semiconductor materials forms a region within the GaN layer 15 where highly mobile free electrons spread out in layers. This layer of free electrons is called two-dimensional electron gas (2DEG) 16. GaN is a material with spontaneous polarization in the c-axis direction, and the piezoelectric polarization effect associated with lattice distortion induces positive charges at the interface, generating a high concentration of 2DEG in the GaN layer 15.
バッファ層14、GaN層15、及びAlGaN層17の積層体に、ゲート電極21、ソース電極22、及びドレイン電極23を設けることで、電子移動度の高いトランジスタ構造のGaN-HEMTが得られる。2DEG16は、GaN-HEMTのチャネル電荷として用いられる。AlGaN層17は電子供給層として働き、GaN層15は電子走行層として働く。 By providing a gate electrode 21, source electrode 22, and drain electrode 23 on the stack of buffer layer 14, GaN layer 15, and AlGaN layer 17, a GaN-HEMT with a transistor structure having high electron mobility is obtained. The 2DEG 16 is used as the channel charge of the GaN-HEMT. The AlGaN layer 17 acts as an electron supply layer, and the GaN layer 15 acts as an electron transit layer.
3C-SiC層13の他方の表面13bには、高配向のダイヤモンド層25が設けられている。3C-SiCとダイヤモンドは、ともに閃亜鉛鉱型構造を持つ。他のSiCポリタイプ(4H-SiC、6H-SiC等)と比較して、ダイヤモンド層は3C-SiC上にエピタキシャル成長しやすい。実施形態では、表面粗化された表面13bに高配向のダイヤモンド層25を設けることで、従来の多結晶ダイヤモンドを用いた放熱構造よりも、放熱効率を向上する。詳細は後述するが、3C-SiC層13の一方の表面13aの表面ラフネスよりも、ダイヤモンド成長面となる他方の表面13bの表面ラフネスを大きくすることで、ダイヤモンドの成長を促進して、大面積の高配向のダイヤモンド層25が得られる。 A highly oriented diamond layer 25 is provided on the other surface 13b of the 3C-SiC layer 13. Both 3C-SiC and diamond have a zinc blende structure. Compared to other SiC polytypes (4H-SiC, 6H-SiC, etc.), diamond layers grow epitaxially more easily on 3C-SiC. In this embodiment, by providing a highly oriented diamond layer 25 on the roughened surface 13b, heat dissipation efficiency is improved compared to conventional heat dissipation structures using polycrystalline diamond. As will be described in more detail below, by making the surface roughness of the other surface 13b, which serves as the diamond growth surface, greater than the surface roughness of one surface 13a of the 3C-SiC layer 13, diamond growth is promoted, resulting in a large-area, highly oriented diamond layer 25.
図3は、実施形態で形成した半導体装置10の熱分布を、従来構造の熱分布と比較して示す。実施形態の構造と従来構造は、高配向ダイヤモンドを用いるか、多結晶ダイヤモンドを用いるかを除いて、同じ構成である。 Figure 3 shows the heat distribution of the semiconductor device 10 formed in the embodiment, compared with the heat distribution of a conventional structure. The structure of the embodiment and the conventional structure have the same configuration, except for whether highly oriented diamond or polycrystalline diamond is used.
計算には、AlGaN層17の厚さを16nm、GaN層15の厚さを300nm、バッファ層14を厚さ65nmのAlGaN層とし、3C-SiC層13の厚さを2μmに設定する。高配向のダイヤモンド層25と多結晶ダイヤモンド層の膜厚は、いずれも100μmとする。各層の熱伝導率は、GaN層15は2W/m・K、3C-SiC層13は4.9W/m・Kとする。AlGaN層17は、ヴェガード則にしたがった熱伝導率とする。高配向のダイヤモンド層25の熱伝導率を20W/m・K、多結晶ダイヤモンドの熱伝導率を15W/m・Kとする。HEMT側のデバイス表面に、厚さ140nmのSiNパッシベーション膜を想定し、ダイヤモンド層の底面に、放熱用の熱コンタクトとして300Kを想定する。 For the calculations, the thickness of the AlGaN layer 17 is set to 16 nm, the thickness of the GaN layer 15 to 300 nm, the buffer layer 14 to a 65 nm AlGaN layer, and the thickness of the 3C-SiC layer 13 to 2 μm. The thicknesses of the highly oriented diamond layer 25 and the polycrystalline diamond layer are both set to 100 μm. The thermal conductivity of each layer is set to 2 W/m·K for the GaN layer 15 and 4.9 W/m·K for the 3C-SiC layer 13. The thermal conductivity of the AlGaN layer 17 follows Vegard's law. The thermal conductivity of the highly oriented diamond layer 25 is set to 20 W/m·K, and that of the polycrystalline diamond is set to 15 W/m·K. A 140 nm thick SiN passivation film is assumed on the device surface on the HEMT side, and a 300 K thermal contact for heat dissipation is assumed on the bottom surface of the diamond layer.
高配向ダイヤモンドを適用した実施形態の構造の熱分布(A)では、HEMTからSiC、高配向ダイヤモンドに向かって徐々に温度が高くなり、HEMTの動作により生じた熱が、効率的に消散されていることがわかる。一方、多結晶ダイヤモンドを適用した従来構造の熱分布(B)では、HEMT中の温度が高くなっており、放熱効率が低下していることがわかる。 In the heat distribution (A) of the structure of the embodiment using highly oriented diamond, the temperature gradually increases from the HEMT to the SiC to the highly oriented diamond, indicating that the heat generated by the operation of the HEMT is efficiently dissipated. In contrast, in the heat distribution (B) of the conventional structure using polycrystalline diamond, the temperature inside the HEMT increases, indicating a decrease in heat dissipation efficiency.
図4は、実施形態の半導体装置10の電圧電流特性(ラインA)を示す。横軸はゲートソース電圧(Vgs)、縦軸はドレイン電流密度である。比較として、従来の放熱構造の半導体装置の電圧電流特性(ラインB)と、放熱構造のない半導体装置の電圧電流特性(ラインC)を示す。放熱構造のない半導体装置(ラインC)と比較すると、多結晶ダイヤモンドの放熱構造を用いることで(ラインB)、ドレイン電流密度が増加する。実施形態の高配向ダイヤモンドを用いることで(ラインA)、ドレイン電流密度はさらに増加し、放熱効果が強化されていることがわかる。放熱効果によりHEMT中の温度上昇が抑制された結果、電子移動度が高く維持される。 Figure 4 shows the voltage-current characteristics (line A) of the semiconductor device 10 of the embodiment. The horizontal axis represents the gate-source voltage (Vgs), and the vertical axis represents the drain current density. For comparison, the voltage-current characteristics (line B) of a semiconductor device with a conventional heat dissipation structure and the voltage-current characteristics (line C) of a semiconductor device without a heat dissipation structure are shown. Compared to the semiconductor device without a heat dissipation structure (line C), the drain current density increases when using the polycrystalline diamond heat dissipation structure (line B). The drain current density further increases when using the highly oriented diamond of the embodiment (line A), demonstrating an enhanced heat dissipation effect. The heat dissipation effect suppresses temperature rise in the HEMT, thereby maintaining high electron mobility.
図5は、実施形態の半導体装置10の3C-SiC層13と窒化物半導体層の界面のAFM像、図6は、実施形態の半導体装置10の3C-SiC層13と高配向のダイヤモンド層25の界面のAFM像である。AFM観察用のサンプルでは、図2のバッファ層14を省略している。 Figure 5 is an AFM image of the interface between the 3C-SiC layer 13 and the nitride semiconductor layer of the semiconductor device 10 of this embodiment, and Figure 6 is an AFM image of the interface between the 3C-SiC layer 13 and the highly oriented diamond layer 25 of the semiconductor device 10 of this embodiment. The buffer layer 14 of Figure 2 is omitted from the sample used for AFM observation.
図5は、Si(111)基板上に形成された3C-SiC(111)面の表面状態を示す。この3C-SiC(111)面は、図2の3C-SiC層13の一方の表面13aとなる。AFMプローブ位置の変化から求めた高さ方向の振幅平均(二乗平均平方根ラフネス)は、4.2nmである。 Figure 5 shows the surface condition of a 3C-SiC (111) surface formed on a Si (111) substrate. This 3C-SiC (111) surface becomes one surface 13a of the 3C-SiC layer 13 in Figure 2. The average amplitude in the height direction (root-mean-square roughness) calculated from the change in the AFM probe position is 4.2 nm.
図6は、3C-SiC層13の他方の表面13b(図2参照)と高配向のダイヤモンド層25との界面の表面状態を示す。Si(111)基板の除去後に、3C-SiC層の露出した表面13bにダイヤモンドを成長する。この界面での3C-SiC層13の二乗平均平方根ラフネスは、8.5nmである。図5と比較して、図6の表面ラフネスは2倍以上である。表面ラフネスの大きい3C-SiC層の表面に、ダイヤモンドの核27が存在する。これらのダイヤモンドの核27は、<111>方向から10°以下、好ましくは7.5°以下、より好ましくは2°以下の配向分布をもつ。ダイヤモンドの核27から成長するダイヤモンドの結晶軸は、<111>方向から10°以内、好ましくは7.5°以内、より好ましくは2°以内の範囲で配向している。これにより、高配向のダイヤモンド層25が得られる。 Figure 6 shows the surface condition of the interface between the other surface 13b of the 3C-SiC layer 13 (see Figure 2) and a highly oriented diamond layer 25. After removing the Si(111) substrate, diamond is grown on the exposed surface 13b of the 3C-SiC layer. The root-mean-square roughness of the 3C-SiC layer 13 at this interface is 8.5 nm. Compared to Figure 5, the surface roughness in Figure 6 is more than twice as high. Diamond nuclei 27 are present on the surface of the 3C-SiC layer, which has a high degree of surface roughness. These diamond nuclei 27 have an orientation distribution of 10° or less, preferably 7.5° or less, and more preferably 2° or less from the <111> direction. The crystallographic axis of the diamond grown from the diamond nuclei 27 is oriented within a range of 10° or less, preferably 7.5° or less, and more preferably 2° or less from the <111> direction. This results in a highly oriented diamond layer 25.
図7は、実施形態で半導体装置10に用いられるダイヤモンド層のX線回折パターンである。作製したサンプルのダイヤモンド層の表面にX線を照射し、ロッキングカーブ法でダイヤモンド層からの<111>方向の反射光の強度を測定する。このX線回折パターンの半値全幅は7.3°である。ロッキングカーブ法により得られた回折パターンはX線ロッキングカーブとも呼ばれ、その半値全幅は、結晶の配向の度合いを示す。 Figure 7 shows the X-ray diffraction pattern of the diamond layer used in the semiconductor device 10 of this embodiment. X-rays were irradiated onto the surface of the diamond layer of the prepared sample, and the intensity of the reflected light in the <111> direction from the diamond layer was measured using the rocking curve method. The full width at half maximum of this X-ray diffraction pattern is 7.3°. The diffraction pattern obtained using the rocking curve method is also called an X-ray rocking curve, and its full width at half maximum indicates the degree of crystal orientation.
3C-SiC層13において、GAN-HEMTが形成される一方の表面13aよりも表面ラフネスの大きい他方の表面13bに、ダイヤモンドがエピタキシャル成長される。3C-SiC層13の他方の表面13bの表面ラフネスを大きくすることで、表面13bの自由エネルギーが増加し、ダイヤモンドの自由エネルギーと近くなる。これにより、3C-SiCの粗くなった表面にダイヤモンドの核27ができやすくなる。 Diamond is epitaxially grown on the other surface 13b of the 3C-SiC layer 13, which has a greater surface roughness than the other surface 13a on which the GAN-HEMT is formed. Increasing the surface roughness of the other surface 13b of the 3C-SiC layer 13 increases the free energy of surface 13b, bringing it closer to the free energy of diamond. This makes it easier for diamond nuclei 27 to form on the roughened surface of the 3C-SiC.
図5~図7から、3C-SiC層13のHEMT側の表面13aよりも、反対側の表面13bのラフネスを大きくすることで、表面13bにエピタキシャル成長するダイヤモンド層の配向性が向上することがわかる。好ましくは、ダイヤモンド成長側の表面13bのラフネスを、HEMT側の表面13aのラフネスの2倍以上にすることで、X線ロッキングカーブの半値全幅を10°以下、好ましくは7.5°以下、さらに好ましくは2°以下にすることができる。高配向のダイヤモンドは放熱を妨げる結晶粒界が少ないため、多結晶ダイヤモンドと比較して、熱伝導率が高くなる。 Figures 5 to 7 show that increasing the roughness of the opposite surface 13b of the 3C-SiC layer 13 compared to the HEMT-side surface 13a improves the orientation of the diamond layer epitaxially grown on surface 13b. Preferably, by making the roughness of surface 13b on the diamond growth side at least twice the roughness of surface 13a on the HEMT side, the full width at half maximum of the X-ray rocking curve can be reduced to 10° or less, preferably 7.5° or less, and more preferably 2° or less. Highly oriented diamond has fewer grain boundaries that hinder heat dissipation, resulting in higher thermal conductivity than polycrystalline diamond.
図8Aから図8Fは、実施形態の半導体装置10の製造工程図である。図8Aで、基板11上に、3C-SiC層13を形成する。基板11は、Si(111)基板である。低圧化学気相堆積装置を用いて、基板11に炭化処理を行った後、SiCを成長する。これにより、Si(111)基板上に(111)面の3C-SiC層13が形成される。 Figures 8A to 8F are manufacturing process diagrams of a semiconductor device 10 according to an embodiment. In Figure 8A, a 3C-SiC layer 13 is formed on a substrate 11. The substrate 11 is a Si (111) substrate. After carbonization treatment is performed on the substrate 11 using a low-pressure chemical vapor deposition apparatus, SiC is grown. This forms a 3C-SiC layer 13 with a (111) plane on the Si (111) substrate.
図8Bで、有機金属気相成長(Metalorganic Vapor Phase Epitaxy:MOVPE)法を用いて、バッファ層14、GaN層15、AlGaN層17をこの順に形成する。バッファ層14は、たとえば、厚さ100nmのAlN層141と、厚さ60nmのAlGaN層142の積層であってもよい。AlGaN層142は、厚さ10nmのAlxGa1-xN(0.80≦x≦0.95)の上に、厚さ50nmのAlyGa1-yN(0.20≦y≦0.40)を順次成膜したものであってもよい。あるいは、バッファ層14として、格子整合しやすいInaAlbGaN1-a-bを用いてもよい。 8B, a buffer layer 14, a GaN layer 15, and an AlGaN layer 17 are formed in this order using metalorganic vapor phase epitaxy (MOVPE). The buffer layer 14 may be, for example, a stack of an AlN layer 141 having a thickness of 100 nm and an AlGaN layer 142 having a thickness of 60 nm. The AlGaN layer 142 may be formed by sequentially depositing a 50 nm thick Al y Ga 1-y N (0.20≦y≦0.40) layer on a 10 nm thick Al x Ga 1- x N (0.80≦x≦0.95). Alternatively, the buffer layer 14 may be made of In a Al b GaN 1-a-b , which is easily lattice-matched.
GaN層15の厚さは200~300nm程度であり、GaN-HEMTが動作するときに、AlGaN層17との界面の近傍に、厚さ20nm程度の2DEGのチャネルが形成される。AlGaN層17の組成は、たとえば、AlzGa1-zN(0.10≦z≦1.00)である。 The thickness of the GaN layer 15 is about 200 to 300 nm, and when the GaN-HEMT operates, a 2DEG channel with a thickness of about 20 nm is formed near the interface with the AlGaN layer 17. The composition of the AlGaN layer 17 is, for example, Al z Ga 1-z N (0.10≦z≦1.00).
MOVPE法によるバッファ層14、GaN層15、及びAlGaN層17の成膜で、原料ガスとして、たとえばトリエチルボロン(TEB)ガス、トリメチルアルミニウム(TMAl)ガス、トリメチルガリウム(TMGa)ガス、及びアンモニア(NH3)ガスの混合ガスを用い、キャリアガスとして水素(H2)ガスを用いる。形成しようとする窒化物半導体層に応じて、TEBガス、TMAlガス、及びTMGaガスの供給の有無、または流量を適宜設定する。成長圧力は1kPa~100kPa程度とし、成長温度は700℃~1500℃程度とする。 In forming the buffer layer 14, the GaN layer 15, and the AlGaN layer 17 by MOVPE, a mixed gas of, for example, triethylboron (TEB) gas, trimethylaluminum (TMAl) gas, trimethylgallium (TMGa) gas, and ammonia (NH 3 ) gas is used as the source gas, and hydrogen (H 2 ) gas is used as the carrier gas. The supply or non-supply of TEB gas, TMAl gas, and TMGa gas, or their flow rates, are appropriately set depending on the nitride semiconductor layer to be formed. The growth pressure is set to approximately 1 kPa to 100 kPa, and the growth temperature is set to approximately 700°C to 1500°C.
図8Cで、基板11を除去する。図8Bで作製した積層体を30%希釈したフッ消散に浸すことで、Siの基板11を選択的に溶解する。 In Figure 8C, the substrate 11 is removed. The stacked body produced in Figure 8B is immersed in 30% diluted fluorine dissolving solution to selectively dissolve the Si substrate 11.
図8Dで、3C-SiC層13の露出した面を粗化する。3C-SiC層13の露出面は、図2の3C-SiC層13の他方の表面13bに対応する。3C-SiC層13の表面粗化は、たとえば、水素とメタンのガス中で、プラズマCVD処理を750~850℃で、1~60分行う。水素ガスとメタンガスの割合は90%:10%から、99%:1%である。このとき、ウェハ側に負のバイアス電圧を印加する。プラズマ中の炭化水素は負のバイアス電圧により加速され、3C-SiC層の露出面に衝突する。これにより、3C-SiC層13の露出面の凹凸が大きくなり、突起131が形成される。 In Figure 8D, the exposed surface of the 3C-SiC layer 13 is roughened. The exposed surface of the 3C-SiC layer 13 corresponds to the other surface 13b of the 3C-SiC layer 13 in Figure 2. The surface roughening of the 3C-SiC layer 13 is performed, for example, by plasma CVD treatment in hydrogen and methane gas at 750 to 850°C for 1 to 60 minutes. The ratio of hydrogen gas to methane gas is between 90%:10% and 99%:1%. At this time, a negative bias voltage is applied to the wafer side. Hydrocarbons in the plasma are accelerated by the negative bias voltage and collide with the exposed surface of the 3C-SiC layer. This increases the unevenness of the exposed surface of the 3C-SiC layer 13, forming protrusions 131.
図8Eで、上述したプラズマCVDの過程で、3C-SiC層13の突起131にダイヤモンドの核27が形成される。3C-SiC層13の<111>方向からのダイヤモンドの核27の配向分布は10°以下、好ましくは7.5°以下、より好ましくは2°以下である。 In Figure 8E, diamond nuclei 27 are formed on the protrusions 131 of the 3C-SiC layer 13 during the plasma CVD process described above. The orientation distribution of the diamond nuclei 27 from the <111> direction of the 3C-SiC layer 13 is 10° or less, preferably 7.5° or less, and more preferably 2° or less.
図8Fで、ウェハへのバイアス電圧をオフにして、ダイヤモンドの核27からダイヤモンド層25を100μm程度に成長する。ダイヤモンド層25の結晶軸は、<111>方向から10°以内、好ましくは7.5°以内、より好ましくは2°以下の範囲で揃っており、結晶粒界が低減されている。 In Figure 8F, the bias voltage to the wafer is turned off, and a diamond layer 25 is grown to approximately 100 μm from the diamond nuclei 27. The crystallographic axis of the diamond layer 25 is aligned within 10°, preferably within 7.5°, and more preferably within 2° from the <111> direction, reducing the number of grain boundaries.
その後、窒化物半導体の積層側に、電極を形成する。AlGaN層17側の表面の素子間分離領域に、フォトリソグラフィ法とドライエッチング、またはフォトリソグラフィ法とイオン注入により、素子間分離を形成する。続いて、フォトリソグラフィ法により、ソース電極とドレイン電極が形成される領域に開口をもつマスクパターンを形成し、塩素系ガスを用いたドライエッチングでAlGaN層17の一部を除去する。続いて、フォトリソグラフィ法、及び蒸着とリフトオフの技術を用いて、厚さ20nmのTaと厚さ200nmのAlがこの順で積層されたソース電極22とドレイン電極23(図2参照)を形成する。さらに、窒素雰囲気中で、400℃から1000℃の温度範囲、一例として550℃で熱処理を行い、オーミック特性を確立する。 Electrodes are then formed on the nitride semiconductor stack. Inter-element isolation is formed in the inter-element isolation region on the surface of the AlGaN layer 17 using photolithography and dry etching, or photolithography and ion implantation. Next, a mask pattern with openings in the areas where the source and drain electrodes will be formed is formed using photolithography, and portions of the AlGaN layer 17 are removed using dry etching using a chlorine-based gas. Next, photolithography and vapor deposition and lift-off techniques are used to form source and drain electrodes 22 and 23 (see Figure 2), each consisting of a 20-nm thick Ta layer and a 200-nm thick Al layer stacked in that order. Furthermore, heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at a temperature range of 400°C to 1000°C, for example at 550°C, to establish ohmic characteristics.
続いて、ウェハ全面にパッシベーション膜を形成してもよい。パッシベーション膜は、プラズマCVD法、原子層堆積(Atomic Layer Deposition:ALD)法、スパッタ法などを用いて、適切な厚さに形成される。パッシベーション膜の材料は、Si、Al、Hf、Ar、Ti、Ta、W等の酸化物、窒化物、酸窒化物である。一例として、厚さ100~150nmのSiN膜を形成してもよい。 Next, a passivation film may be formed over the entire wafer surface. The passivation film is formed to an appropriate thickness using methods such as plasma CVD, atomic layer deposition (ALD), or sputtering. The passivation film is made of oxides, nitrides, or oxynitrides of elements such as Si, Al, Hf, Ar, Ti, Ta, and W. As an example, a SiN film with a thickness of 100 to 150 nm may be formed.
最後に、フォトリソグラフィ法によりゲート電極を形成する領域に開口を有するマスクパターンを形成し、ドライエッチングまたはウェットエッチングで、パッシベーション膜の一部を除去する。続いて、フォトリソグラフィ法、及び蒸着とリフトオフの技術を用いて、ゲート電極21(図2参照)を形成する。ゲート電極21は、たとえば、厚さ30nmのNiと厚さ400nmのAuをこの順で成膜することで形成される。これにより、図2の半導体装置10が作製される。 Finally, a mask pattern with an opening in the area where the gate electrode will be formed is formed using photolithography, and a portion of the passivation film is removed by dry etching or wet etching. Next, the gate electrode 21 (see Figure 2) is formed using photolithography and vapor deposition and lift-off techniques. The gate electrode 21 is formed, for example, by depositing a 30 nm thick Ni film and a 400 nm thick Au film in that order. This completes the production of the semiconductor device 10 shown in Figure 2.
半導体装置10は、GaN-HEMT構造と反対側に高配向のダイヤモンド層25を有するため、熱伝導率が向上し、放熱効果が向上している。半導体装置10の動作中に電子移動度を高く維持し、高出力の動作が可能である。半導体装置10は、高出力のパワーアンプ、電源装置などに適用される。以下で、半導体装置10の適用例を示す。 The semiconductor device 10 has a highly oriented diamond layer 25 on the side opposite the GaN-HEMT structure, which improves thermal conductivity and heat dissipation. High electron mobility is maintained during operation of the semiconductor device 10, enabling high-power operation. The semiconductor device 10 is applicable to high-power power amplifiers, power supplies, and the like. Examples of applications of the semiconductor device 10 are shown below.
<適用例1>
図9は、半導体装置10の半導体パッケージ200への適用を示す平面模式図である。半導体パッケージ200は、ディスクリートパッケージの一例である。半導体パッケージ200は、上述した構造の半導体装置10と、半導体装置10を搭載するリードフレーム210と、半導体装置10とリードフレーム210を封止する樹脂220を含む。半導体装置10は、リードフレーム210のダイパッド210aの上に、ダイアタッチ材などを用いて搭載される。
<Application Example 1>
9 is a plan view schematically illustrating application of the semiconductor device 10 to a semiconductor package 200. The semiconductor package 200 is an example of a discrete package. The semiconductor package 200 includes the semiconductor device 10 having the above-described structure, a lead frame 210 on which the semiconductor device 10 is mounted, and a resin 220 that seals the semiconductor device 10 and the lead frame 210. The semiconductor device 10 is mounted on a die pad 210a of the lead frame 210 using a die attach material or the like.
半導体装置10には、ゲート電極21(図2参照)と接続されたパッド50a、ソース電極22(図2参照)と接続されパッド60a、及びドレイン電極23(図2参照)と接続されたパッド70aが設けられる。パッド50a、パッド60a及びパッド70aはそれぞれ、Al等のワイヤ230G、230S、及び230Dを用いて、リードフレーム210のゲートリード211、ソースリード212、及びドレインリード213に接続される。リードフレーム210と、半導体装置10と、ワイヤ230G、230S、及び230Dは、ゲートリード211、ソースリード212、及びドレインリード213の各一部が露出するように、樹脂220で封止される。 The semiconductor device 10 is provided with a pad 50a connected to the gate electrode 21 (see FIG. 2), a pad 60a connected to the source electrode 22 (see FIG. 2), and a pad 70a connected to the drain electrode 23 (see FIG. 2). Pads 50a, 60a, and 70a are connected to the gate lead 211, source lead 212, and drain lead 213 of the lead frame 210 using wires 230G, 230S, and 230D, respectively, made of Al or the like. The lead frame 210, the semiconductor device 10, and wires 230G, 230S, and 230D are sealed with resin 220 so that portions of the gate lead 211, source lead 212, and drain lead 213 are exposed.
半導体装置10の底面側には、高配向のダイヤモンド層25が設けられている。半導体装置10の動作中に放出された熱は、高配向のダイヤモンド層25からリードフレーム210に伝わり、リードフレーム210から外部に放熱される。これにより半導体装置10の高出力動作が維持され、高性能の半導体パッケージ200が実現される。 A highly oriented diamond layer 25 is provided on the bottom side of the semiconductor device 10. Heat emitted during operation of the semiconductor device 10 is transferred from the highly oriented diamond layer 25 to the lead frame 210, and is then dissipated from the lead frame 210 to the outside. This maintains high-power operation of the semiconductor device 10, resulting in a high-performance semiconductor package 200.
<適用例2>
図10は、半導体装置10の力率改善(Power Factor Correction:PFC)回路300への適用例を等価回路で示す。PFC回路300は、スイッチ素子310、ダイオード320、チョークコイル330、コンデンサ340、コンデンサ350、ダイオードブリッジ360、及び交流(AC)電源370を含む。HEMTとして機能する半導体装置10は、スイッチ素子310として用いられる。
<Application Example 2>
10 shows an equivalent circuit of an example of application of the semiconductor device 10 to a power factor correction (PFC) circuit 300. The PFC circuit 300 includes a switch element 310, a diode 320, a choke coil 330, a capacitor 340, a capacitor 350, a diode bridge 360, and an alternating current (AC) power supply 370. The semiconductor device 10 functioning as a HEMT is used as the switch element 310.
スイッチ素子310のドレイン電極(図2のドレイン電極23に対応)は、ダイオード320のアノード端子と、チョークコイル330の一端子とに接続される。スイッチ素子310のソース電極(図2のソース電極22に対応)は、コンデンサ340の一端子と、コンデンサ350の一端子とに接続される。コンデンサ340の他端子とチョークコイル330の他端子が接続され、コンデンサ350の他端子とダイオード320のカソード端子が接続される。 The drain electrode of switch element 310 (corresponding to drain electrode 23 in Figure 2) is connected to the anode terminal of diode 320 and one terminal of choke coil 330. The source electrode of switch element 310 (corresponding to source electrode 22 in Figure 2) is connected to one terminal of capacitor 340 and one terminal of capacitor 350. The other terminal of capacitor 340 is connected to the other terminal of choke coil 330, and the other terminal of capacitor 350 is connected to the cathode terminal of diode 320.
スイッチ素子310のゲート電極(図2のゲート電極21に対応)には、ゲートドライバが接続される。コンデンサ340の両端子の間に、ダイオードブリッジ360を介して交流電源370が接続され、コンデンサ350の両端子の間から直流電源(DC)が取り出される。 A gate driver is connected to the gate electrode of the switch element 310 (corresponding to gate electrode 21 in Figure 2). An AC power supply 370 is connected between both terminals of the capacitor 340 via a diode bridge 360, and a DC power supply is taken out between both terminals of the capacitor 350.
スイッチ素子310のHEMT構造と反対側の裏面には、高配向のダイヤモンド層25(図2参照)が設けられている。スイッチ素子310の動作中に発生した熱は、高配向のダイヤモンド層25から効率的に放熱される。これによりPFC回路30は、高圧DC電源として安定的に働き、DC電源の力率を1に近づけることができる。 A highly oriented diamond layer 25 (see Figure 2) is provided on the back surface of the switch element 310, opposite the HEMT structure. Heat generated during operation of the switch element 310 is efficiently dissipated from the highly oriented diamond layer 25. This allows the PFC circuit 30 to function stably as a high-voltage DC power supply, and the power factor of the DC power supply can approach 1.
<適用例3>
図11は、半導体装置10の電源装置400への適用例を等化回路で示す。電源装置400は、一次側回路410、二次側回路420、及び、一次側回路410と二次側回路420との間に設けられるトランス430を含む。一次側回路410は、適用例2で述べたPFC回路300と、PFC回路300のコンデンサ350の両端子間に接続されたインバータ回路、例えば、フルブリッジインバータ回路440とを含む。
<Application Example 3>
11 shows an example of application of the semiconductor device 10 to a power supply device 400 using an equalizer circuit. The power supply device 400 includes a primary side circuit 410, a secondary side circuit 420, and a transformer 430 provided between the primary side circuit 410 and the secondary side circuit 420. The primary side circuit 410 includes the PFC circuit 300 described in application example 2 and an inverter circuit, for example, a full-bridge inverter circuit 440, connected between both terminals of the capacitor 350 of the PFC circuit 300.
PFC回路300はスイッチ素子310を有する。PFC回路300のその他の構成要素は、図10を参照して説明したとおりであり、重複する説明を省略する。フルブリッジインバータ回路440は、複数、たとえば4つのスイッチ素子441、442、443、及び444を有する。二次側回路420は、複数、一例として3つのスイッチ素子421、422、及び423を有する。上述した半導体装置10は、一次側回路410において、PFC回路300のスイッチ素子310と、フルブリッジインバータ回路440のスイッチ素子441~444に用いられる。二次側回路420のスイッチ素子421~423には、シリコンを用いた通常のMIS型電界効果トランジスタが用いられる。 The PFC circuit 300 has a switch element 310. The other components of the PFC circuit 300 are as described with reference to FIG. 10, and redundant description will be omitted. The full-bridge inverter circuit 440 has multiple, for example, four, switch elements 441, 442, 443, and 444. The secondary-side circuit 420 has multiple, for example, three, switch elements 421, 422, and 423. The semiconductor device 10 described above is used in the primary-side circuit 410 for the switch element 310 of the PFC circuit 300 and the switch elements 441 to 444 of the full-bridge inverter circuit 440. Ordinary MIS field-effect transistors using silicon are used for the switch elements 421 to 423 of the secondary-side circuit 420.
スイッチ素子310と、スイッチ素子441~444は、HEMT構造と反対側の裏面に高配向のダイヤモンド層25(図2参照)を有する。スイッチ素子310、及びスイッチ素子441~444の動作中に発生した熱は、高配向のダイヤモンド層25から効率的に放熱される。電源装置400は、高性能の高電圧電源装置として安定して動作する。 Switch element 310 and switch elements 441-444 have a highly oriented diamond layer 25 (see Figure 2) on the back surface opposite the HEMT structure. Heat generated during operation of switch element 310 and switch elements 441-444 is efficiently dissipated from the highly oriented diamond layer 25. The power supply unit 400 operates stably as a high-performance, high-voltage power supply unit.
<適用例4>
図12は、半導体装置10の増幅器500への適用例を等化回路で示す。増幅器500は、デジタルプレディストーション回路510、ミキサー520、ミキサー530、及びパワーアンプ540を含む。上述した半導体装置10は、パワーアンプ540に用いられる。
<Application Example 4>
12 shows an example of application of the semiconductor device 10 to an amplifier 500 in the form of an equalizer circuit. The amplifier 500 includes a digital predistortion circuit 510, a mixer 520, a mixer 530, and a power amplifier 540. The semiconductor device 10 described above is used in the power amplifier 540.
デジタルプレディストーション回路510は、入力信号の非線形歪みを補償する。ミキサー520は、非線形歪みが補償された入力信号SIと交流信号とをミキシングする。パワーアンプ540は、入力信号SIが交流信号とミキシングされた信号を増幅する。増幅器500では、例えば、スイッチの切り替えにより、出力信号SOをミキサー530で交流信号とミキシングして、デジタルプレディストーション回路510に送出することができる。増幅器500は、高周波増幅器、高出力増幅器として使用される。 Digital predistortion circuit 510 compensates for nonlinear distortion in the input signal. Mixer 520 mixes input signal SI, which has been compensated for nonlinear distortion, with an AC signal. Power amplifier 540 amplifies the signal resulting from mixing input signal SI with the AC signal. In amplifier 500, for example, by switching a switch, output signal SO can be mixed with the AC signal in mixer 530 and sent to digital predistortion circuit 510. Amplifier 500 is used as a high-frequency amplifier and a high-power amplifier.
パワーアンプ540は、HEMT構造と反対側の裏面に高配向のダイヤモンド層25(図2参照)を有する。増幅器500の増幅動作中に発生した熱は、高配向のダイヤモンド層25から効率的に放熱される。増幅器500は、高性能の高出力増幅器として安定して動作する。 The power amplifier 540 has a highly oriented diamond layer 25 (see Figure 2) on the back surface opposite the HEMT structure. Heat generated during the amplification operation of the amplifier 500 is efficiently dissipated from the highly oriented diamond layer 25. The amplifier 500 operates stably as a high-performance, high-output amplifier.
以上、特定の構成例に基づいて実施形態の半導体装置について述べてきたが、本発明は上記の構成例に限定されない。GaN層15とAlGaN層17の界面で、ゲート電極21の直下を除く領域に、厚さ2nm程度のAlNのスペーサ層を挿入して、ソース電極22とドレイン電極23の間に直列に存在するアクセス抵抗を低減してもよい。半導体装置10を適用した半導体パッケージ200、PFC回路300、電源装置400、増幅器500は、コンピュータ、スマートフォン、タブレット端末、センサ、カメラ、レーダー装置といった、各種電子機器又は電子装置に搭載することが可能である。 The above describes semiconductor devices according to embodiments based on specific configuration examples, but the present invention is not limited to these configuration examples. An AlN spacer layer approximately 2 nm thick may be inserted at the interface between the GaN layer 15 and the AlGaN layer 17, in the region other than directly below the gate electrode 21, to reduce the access resistance that exists in series between the source electrode 22 and the drain electrode 23. The semiconductor package 200, PFC circuit 300, power supply unit 400, and amplifier 500 incorporating the semiconductor device 10 can be mounted in various electronic devices or electronic equipment, such as computers, smartphones, tablet devices, sensors, cameras, and radar equipment.
10 半導体装置
11 基板
13 3C-SiC層(立方晶のSiC層)
13a 第1の表面
13b 第2の表面
14 バッファ層(窒化物半導体層)
15 GaN層(窒化物半導体層)
17 AlGaN層(窒化物半導体層)
25 ダイヤモンド層
27 ダイヤモンドの核
200 半導体パッケージ
300 PFC回路
400 電源装置
500 増幅器
10 semiconductor device 11 substrate 13 3C-SiC layer (cubic SiC layer)
13a: First surface; 13b: Second surface; 14: Buffer layer (nitride semiconductor layer);
15 GaN layer (nitride semiconductor layer)
17 AlGaN layer (nitride semiconductor layer)
25 Diamond layer 27 Diamond core 200 Semiconductor package 300 PFC circuit 400 Power supply device 500 Amplifier
Claims (7)
前記SiC層の第1の表面に設けられた窒化物半導体層と、
前記SiC層の前記第1の表面と反対側の第2の表面に設けられたダイヤモンド層と、を有し、
前記ダイヤモンド層の結晶軸は<111>方向から10°以内の範囲で配向しており、
前記SiC層と前記ダイヤモンド層との界面の表面ラフネスは、前記SiC層と前記窒化物半導体層との界面の表面ラフネスよりも大きい、
半導体装置。 a cubic SiC layer;
a nitride semiconductor layer provided on a first surface of the SiC layer;
a diamond layer provided on a second surface of the SiC layer opposite the first surface,
the crystal axis of the diamond layer is oriented within 10° from the <111> direction ;
a surface roughness at the interface between the SiC layer and the diamond layer is greater than a surface roughness at the interface between the SiC layer and the nitride semiconductor layer;
Semiconductor device.
請求項1に記載の半導体装置。 a surface roughness of the interface between the SiC layer and the diamond layer is at least twice as large as a surface roughness of the interface between the SiC layer and the nitride semiconductor layer;
The semiconductor device according to claim 1 .
請求項1または2に記載の半導体装置。 the full width at half maximum of the X-ray rocking curve of the diamond layer is 7.5° or less;
3. The semiconductor device according to claim 1 .
請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置。 the nitride semiconductor layer includes a GaN layer and an AlGaN layer;
The semiconductor device according to claim 1 .
前記SiC層の第1の表面に1以上の窒化物半導体層を含む積層体を形成し、
前記基板を除去して、前記SiC層の前記第1の表面と反対側の第2の表面を露出し、
前記第2の表面を粗化して、粗化された前記第2の表面にダイヤモンドの核を形成し、
前記ダイヤモンドの核からダイヤモンド層をエピタキシャル成長する、
半導体装置の製造方法。 forming a cubic SiC layer on a substrate;
forming a stacked body including one or more nitride semiconductor layers on a first surface of the SiC layer;
removing the substrate to expose a second surface of the SiC layer opposite the first surface;
roughening the second surface and forming diamond nuclei on the roughened second surface;
epitaxially growing a diamond layer from the diamond nuclei;
A method for manufacturing a semiconductor device.
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