半導体装置とその製造方法
【課題】 転位の発生を抑制しながら、p型半導体領域に含まれるp型不純物が隣接する他の半導体領域に拡散する現象を抑制する技術を提供する。
【解決手段】 Mg（p型不純物）を含む窒化ガリウムのp型半導体領域２４と、窒化ガリウムのn型半導体下領域２０と、p型半導体領域２４とn型半導体下領域２０との間に設けられている不純物拡散抑制領域２２を備えている。不純物拡散抑制領域２２は、Inx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）である。
【解決手段】 Mg（p型不純物）を含む窒化ガリウムのp型半導体領域２４と、窒化ガリウムのn型半導体下領域２０と、p型半導体領域２４とn型半導体下領域２０との間に設けられている不純物拡散抑制領域２２を備えている。不純物拡散抑制領域２２は、Inx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウムの半導体層を有する半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（GaN）の半導体層を有する半導体装置の開発が進められている。一般的に、この種の半導体装置では、p型不純物としてＭｇが用いられる。Ｍｇの拡散速度が非常に速いので、Ｍｇを含むp型半導体領域に隣接して半導体領域を形成すると、この隣接する半導体領域にＭｇが拡散し易い。隣接する半導体領域にとって不要なＭｇが拡散すると、半導体装置が所望の特性を得られないことがある。
【０００３】
特許文献１には、図７に示す半導体構造１４０が開示されている。半導体構造１４０は、サファイア基板１２９とp型半導体領域１２５と不純物拡散抑制領域１２３とi型半導体領域１２１の積層構造を備えている。p型半導体領域１２５の材料には、窒化ガリウムアルミニウム（AlGaN）が用いられている。p型半導体領域１２５は、p型不純物としてＭｇを含んでいる。不純物拡散抑制領域１２３の材料には、アンドープの窒化アルミニウム（AlN）が用いられている。不純物拡散抑制領域１２３のアルミニウムの組成比は、p型半導体領域１２５のアルミニウムの組成比よりも大きい。i型半導体領域１２１の材料には、窒化ガリウム（GaN）が用いられている。不純物拡散抑制領域１２３は、p型半導体領域１２５に含まれているＭｇが隣接するi型半導体領域１２１に拡散することを抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−９５８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、不純物拡散抑制領域１２３のアルミニウムの組成比は、p型半導体領域１２５のアルミニウムの組成比よりも大きい。p型半導体領域１２５と不純物拡散抑制領域１２３との格子定数が異なっている。このため、p型半導体領域１２５と不純物拡散抑制領域１２３との間には歪が生じる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されているように、不純物拡散抑制領域１２３の厚みは数十nm以下（典型的には数nm以下）である。技術常識に基づけば、この程度の厚みであれば、格子定数の差に基づく歪の発生は、ほとんど考慮しなくてもよいと考えられる。
【０００７】
ところが、本発明者らの検討の結果、上記材料の組み合わせでは、不純物拡散抑制領域１２３上に形成したi型半導体領域１２１に、p型半導体領域１２５と不純物拡散抑制領域１２３との間の歪に基づく欠陥（図７の転位Ｍ）が予想外に多量に発生していることが分かってきた。本発明者らは、p型不純物の拡散を防止するだけでなく、格子定数の差をも考慮した対策の必要性を初めて認識した。
本発明は、転位の発生を抑制しながら、p型半導体領域に含まれるp型不純物が隣接する他の半導体領域に拡散する現象を抑制する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書で開示される半導体装置は、p型不純物を含む窒化ガリウムの第１半導体領域と、窒化ガリウムの第２半導体領域と、第１半導体領域と第２半導体領域との間に設けられている不純物拡散抑制領域を備えている。不純物拡散抑制領域は、Inx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）であることを特徴としている。
【０００９】
上記した構造を備える半導体装置では、第１半導体領域と第２半導体領域とを不純物拡散抑制領域で分離している。Inx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）を用いて形成されている不純物拡散抑制領域は、第１半導体領域に含まれているp型不純物が第２半導体領域に拡散することを抑制することができる。さらに、結晶中にInを含むInx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）の格子定数は、窒化ガリウムの格子定数と一致させることができる。このため、第１半導体領域と不純物拡散抑制領域との間の格子定数差を低下させ、第１半導体領域と不純物拡散抑制領域の間の歪を低下させることができる。また、不純物拡散抑制領域と第２半導体領域との間の格子定数差を低下させ、不純物拡散抑制領域と第２半導体領域の間の歪を低下させることができる。これにより、第２半導体領域内に発生する転位を劇的に低下させることができる。不純物拡散抑制領域の材料にInx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）を用いると、p型不純物の拡散と転位の発生の双方を抑制することができる。
さらに、不純物拡散抑制領域の材料にInx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）を用いると、第１半導体領域と不純物拡散抑制領域との間のバンドギャップ差をも低下させることができる。また、不純物拡散抑制領域と第２半導体領域との間のバンドギャップ差をも低下させることができる。バンドギャップ差が大きいと、界面に２次元電子ガス層が形成されて電気的不具合が発生する虞がある。不純物拡散抑制領域の材料にInx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）を用いれば、第１半導体領域及び第２半導体領域の材料である窒化ガリウムとのバンドギャップ差を低下させ、電気的不具合の発生を抑制することができる。
不純物拡散抑制領域にInx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）を用いる技術は、p型不純物の拡散と転位の発生、さらに電気的不具合の発生をも抑制することができる。
【００１０】
上記したX1の値は、０．１４以上、且つ０．２０以下であることが好ましい。
Inx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）とGaNの格子定数は、X1＝０．１７のときに完全に整合する。この場合には、第１半導体領域と不純物拡散抑制領域との界面から格子不整合に起因する転位が実質的に発生しない。また、不純物拡散抑制領域と第２半導体領域との界面から格子不整合に起因する転位が実質的に発生しない。また、本発明者らの検討の結果、X1の値が、０．１４以上、且つ０．２０以下であれば、格子不整合に起因する転位の発生が抑えられることが確認されている。
【００１１】
また、本明細書で開示される半導体装置の製造方法は、少なくとも、第１工程と、第２工程と、第３工程とを備えている。第１工程では、p型不純物を含む窒化ガリウムの第１半導体領域を形成する。第２工程では、第１半導体領域の表面に、Inx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）の不純物拡散抑制領域を形成する。第３工程では、不純物拡散抑制領域の表面に、窒化ガリウムの第２半導体領域を形成する。
【発明の効果】
【００１２】
本明細書で開示される不純物拡散抑制領域によると、転位の発生を抑制しながら、p型半導体領域に含まれるp型不純物が隣接する他の半導体領域に拡散する現象を抑制することができる。さらに、p型半導体領域と不純物拡散抑制領域、及び不純物拡散抑制領域と隣接する他の半導体領域のバンドギャップ差をも低減させ、電気的な不具合をも抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】半導体装置１の要部断面を示す。
【図２】半導体構造４０の断面を示す。
【図３】半導体構造４０において、p型半導体領域２５に含まれているＭｇがi型半導体領域２１へ拡散することが抑制されている状態を示している。
【図４】半導体構造４０の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）によって撮影した写真を示す。
【図５】比較例の半導体構造１４０において、p型半導体領域１２５に含まれているＭｇのi型半導体領域１２１への拡散状態を示している。
【図６】比較例の半導体構造１４０の断面をＴＥＭによって撮影した写真を示す。
【図７】従来技術の半導体構造１４０の要部断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本明細書で開示される技術の特徴を以下に整理しておく。
（１）不純物拡散抑制領域の厚みは、３ｎｍ〜２０ｎｍであるのが好ましい。
（２）不純物拡散抑制領域は、７００℃以下の温度で形成することが好ましい。
（３）不純物拡散抑制領域は、特に３５０℃〜５００℃の温度で形成することが好ましい。
（４）不純物拡散抑制領域に接し、不純物拡散抑制領域の次に形成する第２半導体領域は、１０００℃〜１１５０℃の温度で形成することが好ましい。
（５）p型不純物には、マグネシウムの他に、ベリリウム、カルシウムが利用できる。これらは、拡散速度が速く、本発明の効果が高い。
（６）Ｍｇを含む窒化ガリウム(GaN)を用いて第１半導体領域を形成し、第１半導体領域上に７００℃以下の温度で、Inx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）を用いて不純物拡散抑制領域を形成し、不純物拡散抑制領域上に窒化ガリウム(GaN)を用いて第２半導体領域を形成する。
【実施例】
【００１５】
図１に、ＨＥＭＴ型のＦＥＴに係る半導体装置１の要部断面図を示す。
半導体装置１は、裏面（図１に示す下側）に形成されているドレイン電極３０を備えている。ドレイン電極３０は、チタンとアルミニウムの積層構造を備えている。
【００１６】
半導体装置１は、ドレイン電極３０上に形成されているn型のドレイン領域２８を備えている。ドレイン領域２８には、窒化ガリウム（GaN）基板が用いられている。ドレイン領域２８は、n型不純物としてシリコン（Si）を含んでおり、そのキャリア濃度は約3×1018cm-3に調整されている。
【００１７】
半導体装置１は、ドレイン領域２８上に形成されているn-型の高抵抗半導体領域２６を備えている。高抵抗半導体領域２６の厚みは約３μｍである。高抵抗半導体領域２６の材料には、窒化ガリウム（GaN）が用いられている。高抵抗半導体領域２６は、n型不純物としてシリコン（Si）を含んでおり、そのキャリア濃度は約2×1016cm-3に調整されている。
【００１８】
半導体装置１は、高抵抗半導体領域２６の上部に分散して形成されているp型半導体領域２４（第１半導体領域の一例）を備えている。p型半導体領域２４は、それぞれが高抵抗半導体領域２６によって隔てられている。p型半導体領域２４の厚みは約０．３μｍである。p型半導体領域２４の材料には、窒化ガリウム（GaN）が用いられている。p型半導体領域２４は、p型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を含んでおり、そのキャリア濃度は約1×1018cm-3に調整されている。
【００１９】
半導体装置１は、各々のp型半導体領域２４上に形成されている不純物拡散抑制領域２２を備えている。不純物拡散抑制領域２２の厚みは約５ｎｍである。不純物拡散抑制領域２２は、一様であるとともに、表面の平坦性が高く、粒界の少ない緻密な薄い膜として形成されている。不純物拡散抑制領域２２の材料には、In0.2Al0.8Nが用いられている。
【００２０】
半導体装置１は、高抵抗半導体領域２６上と不純物拡散抑制領域２２上に形成されているn型の半導体下領域２０（第２半導体領域の一例）を備えている。n型半導体下領域２０の厚みは約０．１μｍである。n型半導体下領域２０の材料には、窒化ガリウム（GaN）が用いられている。n型半導体下領域２０は、n型不純物としてシリコン（Si）を含んでおり、そのキャリア濃度は約2×1016cm-3に調整されている。
【００２１】
半導体装置１は、n型半導体下領域２０上に形成されているn型の半導体上領域１６を備えている。n型半導体上領域１６の厚みは約０．０１５μｍである。n型半導体上領域１６の材料には、窒化ガリウム・アルミニウム（Al0.3Ga0.7N）が用いられている。n型半導体上領域１６の結晶構造にはアルミニウムが含まれているので、そのバンドギャップが、隣接するn型半導体下領域２０のバンドギャップよりも広い。n型半導体下領域２０とn型半導体上領域１６によってヘテロ接合が構成されている。n型半導体上領域１６は、n型不純物としてシリコン（Si）を含んでおり、そのキャリア濃度は約1×1016cm-3に調整されている。
【００２２】
半導体装置１は、n型半導体上領域１６上に形成されているゲート絶縁膜１２を備えている。ゲート絶縁膜１２の厚みは約０．１μｍである。ゲート絶縁膜１２の材料には、酸化シリコンが用いられている。
【００２３】
半導体装置１は、ゲート絶縁膜１２上に形成されているゲート電極１０を備えている。ゲート電極１０の材料には、ニッケル（Ｎｉ）が用いられている。
【００２４】
半導体装置１は、n型半導体下領域２０とn型半導体上領域１６に接して（紙面左右側に）形成されているn+型のソース領域１８を備えている。ソース領域１８の材料には、窒化ガリウム（GaN）が用いられている。ソース領域１８は、n型不純物としてシリコン（Si）を含んでおり、そのキャリア濃度は約3×1018cm-3に調整されている。
【００２５】
半導体装置１は、ソース領域１８に接しているソース電極１４を備えている。ソース電極１４は、チタンとアルミニウムの積層構造を備えている。
【００２６】
このように構成された半導体装置１のソース電極１４を接地し、ドレイン電極３０に正電圧を印加する。ゲート電極１０に正のゲート電圧を印加していない状態では、p型半導体領域２４とn型半導体下領域２０の接合面から空乏層が伸展している。空乏層は、n型半導体下領域２０とn型半導体上領域１６のヘテロ接合の界面にまで達する。ドレイン電極３０からソース電極１４までの電流経路が遮断されて半導体装置１がオフ状態となっている。
【００２７】
ゲート電極１０に正のゲート電圧を印加すると、p型半導体領域２４とn型半導体下領域２０の接合面から伸展している空乏層が収縮する。n型半導体下領域２０とn型半導体上領域１６のヘテロ接合の界面付近に、二次元電子ガス層が形成される。二次元電子ガス層に多量の電子が誘起され、これらの電子が、n型半導体下領域２０と高抵抗半導体領域２６とドレイン領域２８を介してドレイン電極３０に移動する。これにより、ドレイン電極３０からソース電極１４に電流が流れて半導体装置１がオン状態となる。
【００２８】
半導体装置１を製造する際には、ドレイン領域２８上に高抵抗半導体領域２６を形成した後に、高抵抗半導体領域２６の表面部の一部をエッチングして溝を形成する。有機金属気相エピタキシャル法（ＭＯＣＶＤ法）によってその溝内にp型半導体領域２４を成長させる。次に、p型半導体領域２４の上に不純物拡散抑制膜２２を成長させる。次に、p型半導体領域２４とn型半導体領域２６の表面にn型半導体下領域２０を成長させる。そして、既知の方法で、n型半導体上領域１６とソース領域１８とゲート絶縁膜１２とゲート電極１０とソース電極１４とドレイン電極３０を形成する。
【００２９】
半導体装置１では、p型半導体領域２４とn型半導体下領域２０とを、In0.2Al0.8Nの不純物拡散抑制領域２２で分離している。In0.2Al0.8Nを用いて形成されている不純物拡散抑制領域２２は、p型半導体領域２４に含まれているp型不純物のＭｇがn型半導体下領域２０に拡散することを抑制することができる。さらに、窒化ガリウム（GaN）のp型半導体領域２４の格子定数と、結晶中にInを含むIn0.2Al0.8Nの不純物拡散抑制領域２２の格子定数は差が小さい。p型半導体領域２４と不純物拡散抑制領域２２との歪を低下させることができる。また、不純物拡散抑制領域２２の格子定数と、窒化ガリウム（GaN）のn型半導体下領域２０の格子定数は差が小さい。不純物拡散抑制領域２２とn型半導体下領域２０との歪を低下させることができる。これにより、n型半導体下領域２０内に発生する転位を劇的に低下させることができる。不純物拡散抑制領域２２の材料にIn0.2Al0.8Nを用いると、不純物の拡散と転位の発生の双方を抑制することができる。
【００３０】
さらに、不純物拡散抑制領域２２の材料にInAlNを用いると、不純物拡散抑制領域２２と窒化ガリウム(GaN)のn型半導体下領域２０との間のバンドギャップ差をも低下させることができる。バンドギャップ差が大きいと、逆方向電圧印加時に、不純物拡散抑制領域２２とn型半導体下領域２０の界面に２次元電子ガス層が形成されることがある。これにより、例えば逆方向リーク電流の経路が形成されるというような電気的な不具合が発生する虞がある。不純物拡散抑制領域２２の材料にInAlNを用いれば、n型半導体下領域２０とのバンドギャップ差を低下させ、電気的不具合の発生を抑制することができる。
不純物拡散抑制領域にInAlNを用いる技術は、p型不純物の拡散と転位の発生、さらに電気的不具合の発生をも抑制することができる。
【００３１】
次に、InAlNを用いる不純物拡散抑制領域の作用効果を、以下に説明する実験を用いて実証する。
本実験では、図２に示す半導体構造４０を試料として用いる。まず、半導体構造４０の作製方法を説明する。
サファイア基板２９を準備し、低温で窒化アルミニウム(AlN)のバッファ層２７を形成する。
次に、基板温度を１１３０℃にし、有機金属気相エピタキシャル法（ＭＯＣＶＤ法）によってバッファ層２７の上にp型半導体領域２５を形成する。p型半導体領域２５の厚みは、２μｍとする。p型半導体領域２５の材料には、窒化ガリウム(GaN)を用いる。p型半導体領域２５の不純物にはマグネシウム（Ｍｇ）を用い、そのドーピング濃度を約2×1019cm-3に調整する。
次に基板温度を４２０℃に低下し、有機金属気相エピタキシャル法によってp型半導体領域２５の上にIn0.2Al0.8Nの不純物拡散抑制領域２３を形成する。不純物拡散抑制領域２３の厚みは、１０nmとする。
次に基板温度を再び１１３０℃に上昇し、不純物拡散抑制領域２３の上にi型半導体領域２１を形成する。i型半導体領域２１の厚みは、０．５μｍとする。
【００３２】
作製した半導体構造４０について、i型半導体領域２１へのＭｇの拡散状態を調べる。図３に示すグラフでは、横軸は、i型半導体領域２１の表面（図２に示す上面）からの距離（μｍ）を示す。縦軸は、Ｍｇの個数（原子数/cm3）を示している。図３のグラフＦ３は、上記不純物拡散抑制領域２３を形成した半導体構造４０のＭｇの拡散状態を示している。グラフＦ０は、不純物拡散抑制領域２３を形成していない構造のＭｇの拡散状態を示している。不純物拡散抑制領域２３を備えている半導体構造４０は、不純物拡散抑制領域２３を形成していない構造と比較してＭｇがi型半導体領域２１（表面から浅い範囲）に拡散することを抑制している。
【００３３】
次に、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）によって半導体構造４０の断面を撮影した写真を図４に示す。半導体領域２５において他の領域よりも黒く（図４では左下から右上方向に）伸びている線状部が転位Ｍである。半導体構造４０では、p型半導体領域２５内に既に存在している転位Ｍは不純物拡散抑制領域２３を超えてi型半導体領域２１内にまで伸びているものの、不純物拡散抑制領域２３とi型半導体領域２１との界面から新たに伸びる転位Ｍが少ない。この現象を、図２を参照して説明する。図２では、転位Ｍを模式的に点線で示している。不純物拡散抑制領域２３がIn0.2Al0.8Nで形成されているから、p型半導体領域２５と不純物拡散抑制領域２３との格子定数差が小さい。p型半導体領域２５と不純物拡散抑制領域２３との界面から不純物拡散抑制領域２３とi型半導体領域２１に、新たに伸びる転位Ｍがない。また、不純物拡散抑制領域２３とi型半導体領域２１との格子定数差が小さい。不純物拡散抑制領域２３とi型半導体領域２１との界面からi型半導体領域２１に新たに伸びる転位Ｍもない。
本実施例の半導体構造４０によると、転位Ｍの発生を抑制しながら、p型半導体領域２５に含まれるＭｇが隣接するi型半導体領域２１に拡散する現象を効果的に抑制することができる。
【００３４】
次に、比較例として不純物拡散抑制領域１２３がAlNである半導体構造１４０（図７参照）について、半導体領域１２１へのＭｇの拡散状態を調べる。
図５のグラフＦ０は、図３のグラフＦ０と同様に、不純物拡散抑制領域１２３を形成していない構造のＭｇの拡散状態を示している。図５のグラフＦ１は、AlNの不純物拡散抑制領域１２３を低温で形成した半導体構造１４０のＭｇの拡散状態を示している。図５のグラフＦ２は、AlNの不純物拡散抑制領域１２３を高温で形成した半導体構造１４０のＭｇの拡散状態を示している。低温で形成した不純物拡散抑制領域１２３は、不純物拡散抑制領域１２３を形成していない構造と比較し、Ｍｇがi型半導体領域１２１（表面から浅い範囲）に拡散することを抑制している。一方、高温で形成した不純物拡散抑制領域１２３は、Ｍｇがi型半導体領域１２１に拡散することを抑制していない。AlNの不純物拡散抑制領域１２３は、低温で形成する必要がある。
【００３５】
次に、ＴＥＭによって半導体構造１４０の断面を撮影した写真を図６に示す。半導体領域１２５において他の領域よりも黒く（図６では上下方向に）伸びている線状部が転位Ｍである。半導体構造１４０では、i型半導体領域１２１に新たに伸びる転位Ｍの量が、図４に示したi型半導体領域１２１に新たに伸びる転位Ｍの量と比較して非常に多い。転位Ｍの量は、不純物拡散抑制領域１２３を高温で形成すると低下することがわかっている。しかしながら、不純物拡散抑制領域１２３を高温で形成すると、前述したようにＭｇがi型半導体領域１２１に拡散することを抑制できない。
p型半導体領域１２５に隣接する半導体領域に転位Ｍが発生しても、その性能への影響が少ない半導体装置には窒化アルミニウム(AlN)の不純物拡散抑制領域１２３を形成し、Ｍｇが隣接する半導体領域に拡散することを抑制すればよい。転位Ｍによって性能に悪影響が及ぼされる半導体装置には、不純物拡散抑制領域の材料として窒化アルミニウム(AlN)を用いることは適切ではない。
図４に示したように、不純物拡散抑制領域の材料としてInx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）を用いると、不純物拡散抑制領域を低温で形成しても、p型半導体領域に隣接するi型半導体領域に発生する転位Ｍが劇的に少ない。不純物拡散抑制領域の材料としてInx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）を用いることにより、Ｍｇの拡散と転位Ｍの発生の双方が抑制されている。
【００３６】
なお、本実施例では、半導体構造４０が、In0.2Al0.8Nを用いて形成した不純物拡散抑制領域２３を備えている場合について説明した。すなわち、Inx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）のX1の値が０．２である場合について説明した。X1の値は、上記した０．２に限定されるものではない。Inx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）の好ましい組成比について検討する。
不純物拡散抑制領域２３は、その厚みが３〜２０ｎｍであることが好ましい。この範囲の厚みであると、一様であるとともに、表面の平坦性が高く、粒界の少ない緻密な膜を形成することができる。また、p型半導体領域に含まれるＭｇが不純物拡散抑制領域２３を超えて隣接する他の半導体領域に拡散することを十分に抑制することができる。
ここで、エネルギー平衡理論(People and Bean)と力学的平衡理論(Mathews and Blakeslee)によると（梅野正義，蘇我哲夫：結晶成長ハンドブック（小松啓編，共立出版，１９９５）ｐ．６９９参照）、GaNの半導体領域の上にInx1Al1-x1N膜を形成する際には、GaNとInx1Al1-x1Nのａ軸方向の格子不整合値が±０．４％（不整合度０．００４）であれば、最大膜厚（臨界膜厚）２０ｎｍのInx1Al1-x1Nを形成することができる。実際の臨界膜厚値はそれよりも厚いことが予想されるが、格子不整合値が±０．４％未満であれば、GaNの半導体領域の上に少なくとも２０ｎｍのInx1Al1-x1N膜を形成してもａ軸方向の格子不整合による歪が発生しない。この場合には、Inx1Al1-x1N膜の上にさらにGaN層を形成したとしても、そのGaN層にもａ軸方向の格子不整合による歪が発生しない。
GaN層とInx1Al1-x1N膜は、Inx1Al1-x1N膜のX1の値が０．１７のときに完全格子整合する。したがって、GaN層のp型半導体領域２５上に形成するInx1Al1-x1N膜の不純物拡散抑制領域２３は、そのX1の値が０．１４から０．２０の間のInx1Al1-x1Nを用いて形成することが好ましい。すると、Inx1Al1-x1N膜の不純物拡散抑制領域２３上に形成するGaN層のi型半導体領域２１に、歪による転位Ｍが発生し難い。
【００３７】
上記した実施例では、不純物拡散抑制領域２３をＨＥＭＴ型の半導体装置１に用いる場合について説明したが、不純物拡散抑制領域２３は、ガリウム窒素(GaN)を用いて形成される他の種類の半導体装置の半導体構造に用いることができる。例えば、発光ダイオードやpn接合ダイオードの半導体構造に用いることができる。ダイオードは、その内部抵抗が低い方が好ましい。不純物拡散抑制領域２３を薄く形成すれば、キャリアがトンネル効果により不純物拡散抑制領域２３を通過することができる。不純物拡散抑制領域２３を用いると、転位Ｍの発生を抑制しながらＭｇの拡散を抑制し、内部抵抗の低いダイオードを構成することができる。
【００３８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３９】
１：半導体装置
１０：ゲート電極
１２：ゲート絶縁膜
１３：不純物拡散抑制領域
１４：ソース電極
１６：n型半導体上領域
１８：ソース領域
２０：n型半導体下領域
２１：i型半導体領域
２２，２３：不純物拡散抑制領域
２４，２５：p型半導体領域
２６：高抵抗半導体領域
２７：バッファ層
２８：ドレイン領域
２９：サファイア基板
３０：ドレイン電極
４０：半導体構造
Ｍ：転位
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウムの半導体層を有する半導体装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（GaN）の半導体層を有する半導体装置の開発が進められている。一般的に、この種の半導体装置では、p型不純物としてＭｇが用いられる。Ｍｇの拡散速度が非常に速いので、Ｍｇを含むp型半導体領域に隣接して半導体領域を形成すると、この隣接する半導体領域にＭｇが拡散し易い。隣接する半導体領域にとって不要なＭｇが拡散すると、半導体装置が所望の特性を得られないことがある。
【０００３】
特許文献１には、図７に示す半導体構造１４０が開示されている。半導体構造１４０は、サファイア基板１２９とp型半導体領域１２５と不純物拡散抑制領域１２３とi型半導体領域１２１の積層構造を備えている。p型半導体領域１２５の材料には、窒化ガリウムアルミニウム（AlGaN）が用いられている。p型半導体領域１２５は、p型不純物としてＭｇを含んでいる。不純物拡散抑制領域１２３の材料には、アンドープの窒化アルミニウム（AlN）が用いられている。不純物拡散抑制領域１２３のアルミニウムの組成比は、p型半導体領域１２５のアルミニウムの組成比よりも大きい。i型半導体領域１２１の材料には、窒化ガリウム（GaN）が用いられている。不純物拡散抑制領域１２３は、p型半導体領域１２５に含まれているＭｇが隣接するi型半導体領域１２１に拡散することを抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−９５８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、不純物拡散抑制領域１２３のアルミニウムの組成比は、p型半導体領域１２５のアルミニウムの組成比よりも大きい。p型半導体領域１２５と不純物拡散抑制領域１２３との格子定数が異なっている。このため、p型半導体領域１２５と不純物拡散抑制領域１２３との間には歪が生じる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載されているように、不純物拡散抑制領域１２３の厚みは数十nm以下（典型的には数nm以下）である。技術常識に基づけば、この程度の厚みであれば、格子定数の差に基づく歪の発生は、ほとんど考慮しなくてもよいと考えられる。
【０００７】
ところが、本発明者らの検討の結果、上記材料の組み合わせでは、不純物拡散抑制領域１２３上に形成したi型半導体領域１２１に、p型半導体領域１２５と不純物拡散抑制領域１２３との間の歪に基づく欠陥（図７の転位Ｍ）が予想外に多量に発生していることが分かってきた。本発明者らは、p型不純物の拡散を防止するだけでなく、格子定数の差をも考慮した対策の必要性を初めて認識した。
本発明は、転位の発生を抑制しながら、p型半導体領域に含まれるp型不純物が隣接する他の半導体領域に拡散する現象を抑制する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書で開示される半導体装置は、p型不純物を含む窒化ガリウムの第１半導体領域と、窒化ガリウムの第２半導体領域と、第１半導体領域と第２半導体領域との間に設けられている不純物拡散抑制領域を備えている。不純物拡散抑制領域は、Inx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）であることを特徴としている。
【０００９】
上記した構造を備える半導体装置では、第１半導体領域と第２半導体領域とを不純物拡散抑制領域で分離している。Inx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）を用いて形成されている不純物拡散抑制領域は、第１半導体領域に含まれているp型不純物が第２半導体領域に拡散することを抑制することができる。さらに、結晶中にInを含むInx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）の格子定数は、窒化ガリウムの格子定数と一致させることができる。このため、第１半導体領域と不純物拡散抑制領域との間の格子定数差を低下させ、第１半導体領域と不純物拡散抑制領域の間の歪を低下させることができる。また、不純物拡散抑制領域と第２半導体領域との間の格子定数差を低下させ、不純物拡散抑制領域と第２半導体領域の間の歪を低下させることができる。これにより、第２半導体領域内に発生する転位を劇的に低下させることができる。不純物拡散抑制領域の材料にInx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）を用いると、p型不純物の拡散と転位の発生の双方を抑制することができる。
さらに、不純物拡散抑制領域の材料にInx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）を用いると、第１半導体領域と不純物拡散抑制領域との間のバンドギャップ差をも低下させることができる。また、不純物拡散抑制領域と第２半導体領域との間のバンドギャップ差をも低下させることができる。バンドギャップ差が大きいと、界面に２次元電子ガス層が形成されて電気的不具合が発生する虞がある。不純物拡散抑制領域の材料にInx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）を用いれば、第１半導体領域及び第２半導体領域の材料である窒化ガリウムとのバンドギャップ差を低下させ、電気的不具合の発生を抑制することができる。
不純物拡散抑制領域にInx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）を用いる技術は、p型不純物の拡散と転位の発生、さらに電気的不具合の発生をも抑制することができる。
【００１０】
上記したX1の値は、０．１４以上、且つ０．２０以下であることが好ましい。
Inx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）とGaNの格子定数は、X1＝０．１７のときに完全に整合する。この場合には、第１半導体領域と不純物拡散抑制領域との界面から格子不整合に起因する転位が実質的に発生しない。また、不純物拡散抑制領域と第２半導体領域との界面から格子不整合に起因する転位が実質的に発生しない。また、本発明者らの検討の結果、X1の値が、０．１４以上、且つ０．２０以下であれば、格子不整合に起因する転位の発生が抑えられることが確認されている。
【００１１】
また、本明細書で開示される半導体装置の製造方法は、少なくとも、第１工程と、第２工程と、第３工程とを備えている。第１工程では、p型不純物を含む窒化ガリウムの第１半導体領域を形成する。第２工程では、第１半導体領域の表面に、Inx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）の不純物拡散抑制領域を形成する。第３工程では、不純物拡散抑制領域の表面に、窒化ガリウムの第２半導体領域を形成する。
【発明の効果】
【００１２】
本明細書で開示される不純物拡散抑制領域によると、転位の発生を抑制しながら、p型半導体領域に含まれるp型不純物が隣接する他の半導体領域に拡散する現象を抑制することができる。さらに、p型半導体領域と不純物拡散抑制領域、及び不純物拡散抑制領域と隣接する他の半導体領域のバンドギャップ差をも低減させ、電気的な不具合をも抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】半導体装置１の要部断面を示す。
【図２】半導体構造４０の断面を示す。
【図３】半導体構造４０において、p型半導体領域２５に含まれているＭｇがi型半導体領域２１へ拡散することが抑制されている状態を示している。
【図４】半導体構造４０の断面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）によって撮影した写真を示す。
【図５】比較例の半導体構造１４０において、p型半導体領域１２５に含まれているＭｇのi型半導体領域１２１への拡散状態を示している。
【図６】比較例の半導体構造１４０の断面をＴＥＭによって撮影した写真を示す。
【図７】従来技術の半導体構造１４０の要部断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本明細書で開示される技術の特徴を以下に整理しておく。
（１）不純物拡散抑制領域の厚みは、３ｎｍ〜２０ｎｍであるのが好ましい。
（２）不純物拡散抑制領域は、７００℃以下の温度で形成することが好ましい。
（３）不純物拡散抑制領域は、特に３５０℃〜５００℃の温度で形成することが好ましい。
（４）不純物拡散抑制領域に接し、不純物拡散抑制領域の次に形成する第２半導体領域は、１０００℃〜１１５０℃の温度で形成することが好ましい。
（５）p型不純物には、マグネシウムの他に、ベリリウム、カルシウムが利用できる。これらは、拡散速度が速く、本発明の効果が高い。
（６）Ｍｇを含む窒化ガリウム(GaN)を用いて第１半導体領域を形成し、第１半導体領域上に７００℃以下の温度で、Inx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）を用いて不純物拡散抑制領域を形成し、不純物拡散抑制領域上に窒化ガリウム(GaN)を用いて第２半導体領域を形成する。
【実施例】
【００１５】
図１に、ＨＥＭＴ型のＦＥＴに係る半導体装置１の要部断面図を示す。
半導体装置１は、裏面（図１に示す下側）に形成されているドレイン電極３０を備えている。ドレイン電極３０は、チタンとアルミニウムの積層構造を備えている。
【００１６】
半導体装置１は、ドレイン電極３０上に形成されているn型のドレイン領域２８を備えている。ドレイン領域２８には、窒化ガリウム（GaN）基板が用いられている。ドレイン領域２８は、n型不純物としてシリコン（Si）を含んでおり、そのキャリア濃度は約3×1018cm-3に調整されている。
【００１７】
半導体装置１は、ドレイン領域２８上に形成されているn-型の高抵抗半導体領域２６を備えている。高抵抗半導体領域２６の厚みは約３μｍである。高抵抗半導体領域２６の材料には、窒化ガリウム（GaN）が用いられている。高抵抗半導体領域２６は、n型不純物としてシリコン（Si）を含んでおり、そのキャリア濃度は約2×1016cm-3に調整されている。
【００１８】
半導体装置１は、高抵抗半導体領域２６の上部に分散して形成されているp型半導体領域２４（第１半導体領域の一例）を備えている。p型半導体領域２４は、それぞれが高抵抗半導体領域２６によって隔てられている。p型半導体領域２４の厚みは約０．３μｍである。p型半導体領域２４の材料には、窒化ガリウム（GaN）が用いられている。p型半導体領域２４は、p型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を含んでおり、そのキャリア濃度は約1×1018cm-3に調整されている。
【００１９】
半導体装置１は、各々のp型半導体領域２４上に形成されている不純物拡散抑制領域２２を備えている。不純物拡散抑制領域２２の厚みは約５ｎｍである。不純物拡散抑制領域２２は、一様であるとともに、表面の平坦性が高く、粒界の少ない緻密な薄い膜として形成されている。不純物拡散抑制領域２２の材料には、In0.2Al0.8Nが用いられている。
【００２０】
半導体装置１は、高抵抗半導体領域２６上と不純物拡散抑制領域２２上に形成されているn型の半導体下領域２０（第２半導体領域の一例）を備えている。n型半導体下領域２０の厚みは約０．１μｍである。n型半導体下領域２０の材料には、窒化ガリウム（GaN）が用いられている。n型半導体下領域２０は、n型不純物としてシリコン（Si）を含んでおり、そのキャリア濃度は約2×1016cm-3に調整されている。
【００２１】
半導体装置１は、n型半導体下領域２０上に形成されているn型の半導体上領域１６を備えている。n型半導体上領域１６の厚みは約０．０１５μｍである。n型半導体上領域１６の材料には、窒化ガリウム・アルミニウム（Al0.3Ga0.7N）が用いられている。n型半導体上領域１６の結晶構造にはアルミニウムが含まれているので、そのバンドギャップが、隣接するn型半導体下領域２０のバンドギャップよりも広い。n型半導体下領域２０とn型半導体上領域１６によってヘテロ接合が構成されている。n型半導体上領域１６は、n型不純物としてシリコン（Si）を含んでおり、そのキャリア濃度は約1×1016cm-3に調整されている。
【００２２】
半導体装置１は、n型半導体上領域１６上に形成されているゲート絶縁膜１２を備えている。ゲート絶縁膜１２の厚みは約０．１μｍである。ゲート絶縁膜１２の材料には、酸化シリコンが用いられている。
【００２３】
半導体装置１は、ゲート絶縁膜１２上に形成されているゲート電極１０を備えている。ゲート電極１０の材料には、ニッケル（Ｎｉ）が用いられている。
【００２４】
半導体装置１は、n型半導体下領域２０とn型半導体上領域１６に接して（紙面左右側に）形成されているn+型のソース領域１８を備えている。ソース領域１８の材料には、窒化ガリウム（GaN）が用いられている。ソース領域１８は、n型不純物としてシリコン（Si）を含んでおり、そのキャリア濃度は約3×1018cm-3に調整されている。
【００２５】
半導体装置１は、ソース領域１８に接しているソース電極１４を備えている。ソース電極１４は、チタンとアルミニウムの積層構造を備えている。
【００２６】
このように構成された半導体装置１のソース電極１４を接地し、ドレイン電極３０に正電圧を印加する。ゲート電極１０に正のゲート電圧を印加していない状態では、p型半導体領域２４とn型半導体下領域２０の接合面から空乏層が伸展している。空乏層は、n型半導体下領域２０とn型半導体上領域１６のヘテロ接合の界面にまで達する。ドレイン電極３０からソース電極１４までの電流経路が遮断されて半導体装置１がオフ状態となっている。
【００２７】
ゲート電極１０に正のゲート電圧を印加すると、p型半導体領域２４とn型半導体下領域２０の接合面から伸展している空乏層が収縮する。n型半導体下領域２０とn型半導体上領域１６のヘテロ接合の界面付近に、二次元電子ガス層が形成される。二次元電子ガス層に多量の電子が誘起され、これらの電子が、n型半導体下領域２０と高抵抗半導体領域２６とドレイン領域２８を介してドレイン電極３０に移動する。これにより、ドレイン電極３０からソース電極１４に電流が流れて半導体装置１がオン状態となる。
【００２８】
半導体装置１を製造する際には、ドレイン領域２８上に高抵抗半導体領域２６を形成した後に、高抵抗半導体領域２６の表面部の一部をエッチングして溝を形成する。有機金属気相エピタキシャル法（ＭＯＣＶＤ法）によってその溝内にp型半導体領域２４を成長させる。次に、p型半導体領域２４の上に不純物拡散抑制膜２２を成長させる。次に、p型半導体領域２４とn型半導体領域２６の表面にn型半導体下領域２０を成長させる。そして、既知の方法で、n型半導体上領域１６とソース領域１８とゲート絶縁膜１２とゲート電極１０とソース電極１４とドレイン電極３０を形成する。
【００２９】
半導体装置１では、p型半導体領域２４とn型半導体下領域２０とを、In0.2Al0.8Nの不純物拡散抑制領域２２で分離している。In0.2Al0.8Nを用いて形成されている不純物拡散抑制領域２２は、p型半導体領域２４に含まれているp型不純物のＭｇがn型半導体下領域２０に拡散することを抑制することができる。さらに、窒化ガリウム（GaN）のp型半導体領域２４の格子定数と、結晶中にInを含むIn0.2Al0.8Nの不純物拡散抑制領域２２の格子定数は差が小さい。p型半導体領域２４と不純物拡散抑制領域２２との歪を低下させることができる。また、不純物拡散抑制領域２２の格子定数と、窒化ガリウム（GaN）のn型半導体下領域２０の格子定数は差が小さい。不純物拡散抑制領域２２とn型半導体下領域２０との歪を低下させることができる。これにより、n型半導体下領域２０内に発生する転位を劇的に低下させることができる。不純物拡散抑制領域２２の材料にIn0.2Al0.8Nを用いると、不純物の拡散と転位の発生の双方を抑制することができる。
【００３０】
さらに、不純物拡散抑制領域２２の材料にInAlNを用いると、不純物拡散抑制領域２２と窒化ガリウム(GaN)のn型半導体下領域２０との間のバンドギャップ差をも低下させることができる。バンドギャップ差が大きいと、逆方向電圧印加時に、不純物拡散抑制領域２２とn型半導体下領域２０の界面に２次元電子ガス層が形成されることがある。これにより、例えば逆方向リーク電流の経路が形成されるというような電気的な不具合が発生する虞がある。不純物拡散抑制領域２２の材料にInAlNを用いれば、n型半導体下領域２０とのバンドギャップ差を低下させ、電気的不具合の発生を抑制することができる。
不純物拡散抑制領域にInAlNを用いる技術は、p型不純物の拡散と転位の発生、さらに電気的不具合の発生をも抑制することができる。
【００３１】
次に、InAlNを用いる不純物拡散抑制領域の作用効果を、以下に説明する実験を用いて実証する。
本実験では、図２に示す半導体構造４０を試料として用いる。まず、半導体構造４０の作製方法を説明する。
サファイア基板２９を準備し、低温で窒化アルミニウム(AlN)のバッファ層２７を形成する。
次に、基板温度を１１３０℃にし、有機金属気相エピタキシャル法（ＭＯＣＶＤ法）によってバッファ層２７の上にp型半導体領域２５を形成する。p型半導体領域２５の厚みは、２μｍとする。p型半導体領域２５の材料には、窒化ガリウム(GaN)を用いる。p型半導体領域２５の不純物にはマグネシウム（Ｍｇ）を用い、そのドーピング濃度を約2×1019cm-3に調整する。
次に基板温度を４２０℃に低下し、有機金属気相エピタキシャル法によってp型半導体領域２５の上にIn0.2Al0.8Nの不純物拡散抑制領域２３を形成する。不純物拡散抑制領域２３の厚みは、１０nmとする。
次に基板温度を再び１１３０℃に上昇し、不純物拡散抑制領域２３の上にi型半導体領域２１を形成する。i型半導体領域２１の厚みは、０．５μｍとする。
【００３２】
作製した半導体構造４０について、i型半導体領域２１へのＭｇの拡散状態を調べる。図３に示すグラフでは、横軸は、i型半導体領域２１の表面（図２に示す上面）からの距離（μｍ）を示す。縦軸は、Ｍｇの個数（原子数/cm3）を示している。図３のグラフＦ３は、上記不純物拡散抑制領域２３を形成した半導体構造４０のＭｇの拡散状態を示している。グラフＦ０は、不純物拡散抑制領域２３を形成していない構造のＭｇの拡散状態を示している。不純物拡散抑制領域２３を備えている半導体構造４０は、不純物拡散抑制領域２３を形成していない構造と比較してＭｇがi型半導体領域２１（表面から浅い範囲）に拡散することを抑制している。
【００３３】
次に、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）によって半導体構造４０の断面を撮影した写真を図４に示す。半導体領域２５において他の領域よりも黒く（図４では左下から右上方向に）伸びている線状部が転位Ｍである。半導体構造４０では、p型半導体領域２５内に既に存在している転位Ｍは不純物拡散抑制領域２３を超えてi型半導体領域２１内にまで伸びているものの、不純物拡散抑制領域２３とi型半導体領域２１との界面から新たに伸びる転位Ｍが少ない。この現象を、図２を参照して説明する。図２では、転位Ｍを模式的に点線で示している。不純物拡散抑制領域２３がIn0.2Al0.8Nで形成されているから、p型半導体領域２５と不純物拡散抑制領域２３との格子定数差が小さい。p型半導体領域２５と不純物拡散抑制領域２３との界面から不純物拡散抑制領域２３とi型半導体領域２１に、新たに伸びる転位Ｍがない。また、不純物拡散抑制領域２３とi型半導体領域２１との格子定数差が小さい。不純物拡散抑制領域２３とi型半導体領域２１との界面からi型半導体領域２１に新たに伸びる転位Ｍもない。
本実施例の半導体構造４０によると、転位Ｍの発生を抑制しながら、p型半導体領域２５に含まれるＭｇが隣接するi型半導体領域２１に拡散する現象を効果的に抑制することができる。
【００３４】
次に、比較例として不純物拡散抑制領域１２３がAlNである半導体構造１４０（図７参照）について、半導体領域１２１へのＭｇの拡散状態を調べる。
図５のグラフＦ０は、図３のグラフＦ０と同様に、不純物拡散抑制領域１２３を形成していない構造のＭｇの拡散状態を示している。図５のグラフＦ１は、AlNの不純物拡散抑制領域１２３を低温で形成した半導体構造１４０のＭｇの拡散状態を示している。図５のグラフＦ２は、AlNの不純物拡散抑制領域１２３を高温で形成した半導体構造１４０のＭｇの拡散状態を示している。低温で形成した不純物拡散抑制領域１２３は、不純物拡散抑制領域１２３を形成していない構造と比較し、Ｍｇがi型半導体領域１２１（表面から浅い範囲）に拡散することを抑制している。一方、高温で形成した不純物拡散抑制領域１２３は、Ｍｇがi型半導体領域１２１に拡散することを抑制していない。AlNの不純物拡散抑制領域１２３は、低温で形成する必要がある。
【００３５】
次に、ＴＥＭによって半導体構造１４０の断面を撮影した写真を図６に示す。半導体領域１２５において他の領域よりも黒く（図６では上下方向に）伸びている線状部が転位Ｍである。半導体構造１４０では、i型半導体領域１２１に新たに伸びる転位Ｍの量が、図４に示したi型半導体領域１２１に新たに伸びる転位Ｍの量と比較して非常に多い。転位Ｍの量は、不純物拡散抑制領域１２３を高温で形成すると低下することがわかっている。しかしながら、不純物拡散抑制領域１２３を高温で形成すると、前述したようにＭｇがi型半導体領域１２１に拡散することを抑制できない。
p型半導体領域１２５に隣接する半導体領域に転位Ｍが発生しても、その性能への影響が少ない半導体装置には窒化アルミニウム(AlN)の不純物拡散抑制領域１２３を形成し、Ｍｇが隣接する半導体領域に拡散することを抑制すればよい。転位Ｍによって性能に悪影響が及ぼされる半導体装置には、不純物拡散抑制領域の材料として窒化アルミニウム(AlN)を用いることは適切ではない。
図４に示したように、不純物拡散抑制領域の材料としてInx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）を用いると、不純物拡散抑制領域を低温で形成しても、p型半導体領域に隣接するi型半導体領域に発生する転位Ｍが劇的に少ない。不純物拡散抑制領域の材料としてInx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）を用いることにより、Ｍｇの拡散と転位Ｍの発生の双方が抑制されている。
【００３６】
なお、本実施例では、半導体構造４０が、In0.2Al0.8Nを用いて形成した不純物拡散抑制領域２３を備えている場合について説明した。すなわち、Inx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）のX1の値が０．２である場合について説明した。X1の値は、上記した０．２に限定されるものではない。Inx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）の好ましい組成比について検討する。
不純物拡散抑制領域２３は、その厚みが３〜２０ｎｍであることが好ましい。この範囲の厚みであると、一様であるとともに、表面の平坦性が高く、粒界の少ない緻密な膜を形成することができる。また、p型半導体領域に含まれるＭｇが不純物拡散抑制領域２３を超えて隣接する他の半導体領域に拡散することを十分に抑制することができる。
ここで、エネルギー平衡理論(People and Bean)と力学的平衡理論(Mathews and Blakeslee)によると（梅野正義，蘇我哲夫：結晶成長ハンドブック（小松啓編，共立出版，１９９５）ｐ．６９９参照）、GaNの半導体領域の上にInx1Al1-x1N膜を形成する際には、GaNとInx1Al1-x1Nのａ軸方向の格子不整合値が±０．４％（不整合度０．００４）であれば、最大膜厚（臨界膜厚）２０ｎｍのInx1Al1-x1Nを形成することができる。実際の臨界膜厚値はそれよりも厚いことが予想されるが、格子不整合値が±０．４％未満であれば、GaNの半導体領域の上に少なくとも２０ｎｍのInx1Al1-x1N膜を形成してもａ軸方向の格子不整合による歪が発生しない。この場合には、Inx1Al1-x1N膜の上にさらにGaN層を形成したとしても、そのGaN層にもａ軸方向の格子不整合による歪が発生しない。
GaN層とInx1Al1-x1N膜は、Inx1Al1-x1N膜のX1の値が０．１７のときに完全格子整合する。したがって、GaN層のp型半導体領域２５上に形成するInx1Al1-x1N膜の不純物拡散抑制領域２３は、そのX1の値が０．１４から０．２０の間のInx1Al1-x1Nを用いて形成することが好ましい。すると、Inx1Al1-x1N膜の不純物拡散抑制領域２３上に形成するGaN層のi型半導体領域２１に、歪による転位Ｍが発生し難い。
【００３７】
上記した実施例では、不純物拡散抑制領域２３をＨＥＭＴ型の半導体装置１に用いる場合について説明したが、不純物拡散抑制領域２３は、ガリウム窒素(GaN)を用いて形成される他の種類の半導体装置の半導体構造に用いることができる。例えば、発光ダイオードやpn接合ダイオードの半導体構造に用いることができる。ダイオードは、その内部抵抗が低い方が好ましい。不純物拡散抑制領域２３を薄く形成すれば、キャリアがトンネル効果により不純物拡散抑制領域２３を通過することができる。不純物拡散抑制領域２３を用いると、転位Ｍの発生を抑制しながらＭｇの拡散を抑制し、内部抵抗の低いダイオードを構成することができる。
【００３８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３９】
１：半導体装置
１０：ゲート電極
１２：ゲート絶縁膜
１３：不純物拡散抑制領域
１４：ソース電極
１６：n型半導体上領域
１８：ソース領域
２０：n型半導体下領域
２１：i型半導体領域
２２，２３：不純物拡散抑制領域
２４，２５：p型半導体領域
２６：高抵抗半導体領域
２７：バッファ層
２８：ドレイン領域
２９：サファイア基板
３０：ドレイン電極
４０：半導体構造
Ｍ：転位
【特許請求の範囲】
【請求項１】
p型不純物を含む窒化ガリウムの第１半導体領域と、
窒化ガリウムの第２半導体領域と、
第１半導体領域と第２半導体領域との間に設けられている不純物拡散抑制領域と、を備えており、
前記不純物拡散抑制領域は、Inx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）であることを特徴としている半導体装置。
【請求項２】
前記X1の値は、０．１４以上、且つ０．２０以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
p型不純物を含む窒化ガリウムの第１半導体領域を形成する第１工程と、
第１半導体領域の表面に、Inx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）の不純物拡散抑制領域を形成する第２工程と、
不純物拡散抑制領域の表面に、窒化ガリウムの第２半導体領域を形成する第３工程を備えている半導体装置の製造方法。
【請求項１】
p型不純物を含む窒化ガリウムの第１半導体領域と、
窒化ガリウムの第２半導体領域と、
第１半導体領域と第２半導体領域との間に設けられている不純物拡散抑制領域と、を備えており、
前記不純物拡散抑制領域は、Inx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）であることを特徴としている半導体装置。
【請求項２】
前記X1の値は、０．１４以上、且つ０．２０以下であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
p型不純物を含む窒化ガリウムの第１半導体領域を形成する第１工程と、
第１半導体領域の表面に、Inx1Al1-x1N（但し、0＜X1＜1）の不純物拡散抑制領域を形成する第２工程と、
不純物拡散抑制領域の表面に、窒化ガリウムの第２半導体領域を形成する第３工程を備えている半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図７】
【図４】
【図６】
【図２】
【図３】
【図５】
【図７】
【図４】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１８２９９３（Ｐ２０１０−１８２９９３Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７０９４（Ｐ２００９−２７０９４）
【出願日】平成２１年２月９日（２００９．２．９）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月９日（２００９．２．９）
【出願人】（０００００３６０９）株式会社豊田中央研究所 (4,200)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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