特開2022-167848窒化ガリウムデバイス、スイッチングパワートランジスタ、駆動回路、及び窒化ガリウムデバイス製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022167848
(43)【公開日】2022-11-04
(54)【発明の名称】窒化ガリウムデバイス、スイッチングパワートランジスタ、駆動回路、及び窒化ガリウムデバイス製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 29/80 20060101AFI20221027BHJP
H01L 21/338 20060101ALI20221027BHJP
H01L 21/337 20060101ALI20221027BHJP
【ＦＩ】
H01L29/80 Z
H01L29/80 H
H01L29/80 C
【審査請求】有
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022070166
(22)【出願日】2022-04-21
(31)【優先権主張番号】202110436275.X
(32)【優先日】2021-04-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(71)【出願人】
【識別番号】503433420
【氏名又は名称】華為技術有限公司
【氏名又は名称原語表記】ＨＵＡＷＥＩ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．
【住所又は居所原語表記】Ｈｕａｗｅｉ Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ， Ｂａｎｔｉａｎ， Ｌｏｎｇｇａｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， Ｓｈｅｎｚｈｅｎ， Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ ５１８１２９， Ｐ．Ｒ． Ｃｈｉｎａ
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100135079
【弁理士】
【氏名又は名称】宮崎 修
(72)【発明者】
【氏名】バオ，チイローン
(72)【発明者】
【氏名】ジアーン，チイムオン
(72)【発明者】
【氏名】ターン，ガオフェイ
(72)【発明者】
【氏名】ワーン，ハンシーン
(72)【発明者】
【氏名】ホワーン，ボーニーン
(72)【発明者】
【氏名】ホウ，ジャオジュヨン
【テーマコード（参考）】
5F102
【Ｆターム（参考）】
5F102FA01
5F102GB01
5F102GC01
5F102GD04
5F102GJ03
5F102GL04
5F102GM04
5F102GN04
5F102GQ01
5F102HC01
(57)【要約】 （修正有）
【課題】窒化ガリウムデバイス、スイッチングパワートランジスタ、駆動回路及び窒化ガリウムデバイス製造方法を提供する。
【解決手段】窒化ガリウムデバイスのドレインは、Ｐ－ＧａＮ層５００及びドレインメタルを含む。Ｐ－ＧａＮ層は、ＡｌＧａＮ層上に形成され、ゲート幅方向のストリップ構造である。ドレインメタルは、複数の第１の構造区間と複数の第２の構造区間とを含み、ゲート幅方向に交互に分布し、第１の構造区間６１０においてＰ－ＧａＮ層と接触し、第２の構造区間６２０においてＰ－ＧａＮ層と接触し、且つ、ＡｌＧａＮ層とオーミックコンタクトを形成し、第１の構造区間で局所的な正孔注入を実現するとともに、第２の構造区間でオーミックコンタクトを形成する。従って、Ｐ－ＧａＮにおける正孔注入の効率が確保されながら、過大な固有オン抵抗を持たず、デバイスのスイッチング速度を高め、駆動損失を低減させ、信頼性を向上させる。
【選択図】図４
【解決手段】窒化ガリウムデバイスのドレインは、Ｐ－ＧａＮ層５００及びドレインメタルを含む。Ｐ－ＧａＮ層は、ＡｌＧａＮ層上に形成され、ゲート幅方向のストリップ構造である。ドレインメタルは、複数の第１の構造区間と複数の第２の構造区間とを含み、ゲート幅方向に交互に分布し、第１の構造区間６１０においてＰ－ＧａＮ層と接触し、第２の構造区間６２０においてＰ－ＧａＮ層と接触し、且つ、ＡｌＧａＮ層とオーミックコンタクトを形成し、第１の構造区間で局所的な正孔注入を実現するとともに、第２の構造区間でオーミックコンタクトを形成する。従って、Ｐ－ＧａＮにおける正孔注入の効率が確保されながら、過大な固有オン抵抗を持たず、デバイスのスイッチング速度を高め、駆動損失を低減させ、信頼性を向上させる。
【選択図】図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
窒化ガリウムデバイスであって、
基板と、
前記基板の上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上に形成された窒化ガリウムＧａＮ層と、
前記窒化ガリウムＧａＮ層の上に形成されたＡｌＧａＮ層と、
前記ＡｌＧａＮ層上に形成されたソース、ドレイン、及びゲートと、
を有し、
前記ドレインは、Ｐ－ＧａＮ層及びドレインメタルを有し、
前記Ｐ－ＧａＮ層は、前記ＡｌＧａＮ層上に形成され、且つ当該窒化ガリウムデバイスのゲート幅方向のストリップ構造をしたものであり、
前記ドレインメタルは、前記ゲート幅方向に交互に分布した複数の第１の構造区間と複数の第２の構造区間とを有し、前記第１の構造区間において、前記ドレインメタルは前記Ｐ－ＧａＮ層と接触し、前記第２の構造区間において、前記ドレインメタルは、前記Ｐ－ＧａＮ層と接触し且つ前記ＡｌＧａＮ層とオーミックコンタクトを形成する、
窒化ガリウムデバイス。
基板と、
前記基板の上に形成されたバッファ層と、
前記バッファ層の上に形成された窒化ガリウムＧａＮ層と、
前記窒化ガリウムＧａＮ層の上に形成されたＡｌＧａＮ層と、
前記ＡｌＧａＮ層上に形成されたソース、ドレイン、及びゲートと、
を有し、
前記ドレインは、Ｐ－ＧａＮ層及びドレインメタルを有し、
前記Ｐ－ＧａＮ層は、前記ＡｌＧａＮ層上に形成され、且つ当該窒化ガリウムデバイスのゲート幅方向のストリップ構造をしたものであり、
前記ドレインメタルは、前記ゲート幅方向に交互に分布した複数の第１の構造区間と複数の第２の構造区間とを有し、前記第１の構造区間において、前記ドレインメタルは前記Ｐ－ＧａＮ層と接触し、前記第２の構造区間において、前記ドレインメタルは、前記Ｐ－ＧａＮ層と接触し且つ前記ＡｌＧａＮ層とオーミックコンタクトを形成する、
窒化ガリウムデバイス。
【請求項2】
前記第１の構造区間において、
前記ドレインメタルは、前記Ｐ－ＧａＮ層上に形成され、
前記ドレインメタルの幅は、前記Ｐ－ＧａＮ層の幅以下である、
請求項１に記載の窒化ガリウムデバイス。
前記ドレインメタルは、前記Ｐ－ＧａＮ層上に形成され、
前記ドレインメタルの幅は、前記Ｐ－ＧａＮ層の幅以下である、
請求項１に記載の窒化ガリウムデバイス。
【請求項3】
前記第１の構造区間において、
前記ドレインメタルは、前記Ｐ－ＧａＮ層上に形成され、
前記ドレインメタルの幅は、前記Ｐ－ＧａＮ層の幅より大きく、
前記ドレインメタルは、前記Ｐ－ＧａＮ層の両側に位置する延長部を有し、
前記延長部は、パッシベーション層によって前記ＡｌＧａＮ層から絶縁される、
請求項１に記載の窒化ガリウムデバイス。
前記ドレインメタルは、前記Ｐ－ＧａＮ層上に形成され、
前記ドレインメタルの幅は、前記Ｐ－ＧａＮ層の幅より大きく、
前記ドレインメタルは、前記Ｐ－ＧａＮ層の両側に位置する延長部を有し、
前記延長部は、パッシベーション層によって前記ＡｌＧａＮ層から絶縁される、
請求項１に記載の窒化ガリウムデバイス。
【請求項4】
前記第２の構造区間において、
前記ドレインメタルは、前記Ｐ－ＧａＮ層及び前記ＡｌＧａＮ層上に形成され、
前記ドレインメタルの幅は、前記Ｐ－ＧａＮ層の幅より大きく、
前記ドレインメタルは、前記Ｐ－ＧａＮ層の両側に位置する延長部を有し、
前記延長部が、前記ＡｌＧａＮ層とオーミックコンタクトを形成する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の窒化ガリウムデバイス。
前記ドレインメタルは、前記Ｐ－ＧａＮ層及び前記ＡｌＧａＮ層上に形成され、
前記ドレインメタルの幅は、前記Ｐ－ＧａＮ層の幅より大きく、
前記ドレインメタルは、前記Ｐ－ＧａＮ層の両側に位置する延長部を有し、
前記延長部が、前記ＡｌＧａＮ層とオーミックコンタクトを形成する、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の窒化ガリウムデバイス。
【請求項5】
前記Ｐ－ＧａＮ層は、前記ゲート幅方向における全ての位置で同じ幅を持つ、請求項１に記載の窒化ガリウムデバイス。
【請求項6】
前記ドレインメタルは、前記ゲート幅方向における全ての位置で同じ幅を持つ、請求項４に記載の窒化ガリウムデバイス。
【請求項7】
前記複数の第１の構造区間及び前記複数の第２の構造区間は一体化された構造である、請求項１に記載の窒化ガリウムデバイス。
【請求項8】
前記複数の第１の構造区間及び前記複数の第２の構造区間は、前記ゲート幅方向において交互に分布し、隣接する第１の構造区間と第２の構造区間との間に特定の間隔が存在する、請求項１に記載の窒化ガリウムデバイス。
【請求項9】
請求項１に記載の窒化ガリウムデバイスを製造するのに使用される窒化ガリウムデバイス製造方法であって、
基板上に、下から上に順に、バッファ層、ＧａＮ層、及びＡｌＧａＮ層をエピタキシャル成長させ、
前記ＡｌＧａＮ層上のＰ－ＧａＮ層をエッチングし、該Ｐ－ＧａＮ層は、ゲート幅方向のストリップ構造をしたものにされ、
前記Ｐ－ＧａＮ層上及び前記Ｐ－ＧａＮ層の両側に位置する前記ＡｌＧａＮ層上に、前記ゲート幅方向に交互に分布した複数の第１の構造区間と複数の第２の構造区間とを持つようにドレインメタルを作製する、
ことを有する方法。
基板上に、下から上に順に、バッファ層、ＧａＮ層、及びＡｌＧａＮ層をエピタキシャル成長させ、
前記ＡｌＧａＮ層上のＰ－ＧａＮ層をエッチングし、該Ｐ－ＧａＮ層は、ゲート幅方向のストリップ構造をしたものにされ、
前記Ｐ－ＧａＮ層上及び前記Ｐ－ＧａＮ層の両側に位置する前記ＡｌＧａＮ層上に、前記ゲート幅方向に交互に分布した複数の第１の構造区間と複数の第２の構造区間とを持つようにドレインメタルを作製する、
ことを有する方法。
【請求項10】
前記第１の構造区間は、
前記Ｐ－ＧａＮ層上で前記ドレインメタルをエッチングすることで、前記ドレインメタルの幅が前記Ｐ－ＧａＮ層の幅以下であるようにして、前記第１の構造区間を形成する、
という方法を用いることによって得られる、請求項９に記載の方法。
前記Ｐ－ＧａＮ層上で前記ドレインメタルをエッチングすることで、前記ドレインメタルの幅が前記Ｐ－ＧａＮ層の幅以下であるようにして、前記第１の構造区間を形成する、
という方法を用いることによって得られる、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
前記第２の構造区間は、
前記Ｐ－ＧａＮ層上及び前記Ｐ－ＧａＮ層の前記両側に位置する前記ＡｌＧａＮ層上で前記ドレインメタルをエッチングすることで、前記ドレインメタルが、前記Ｐ－ＧａＮ層の前記両側に位置する延長部を有し、且つ該延長部が、前記ＡｌＧａＮ層とオーミックコンタクトを形成するようにして、前記第２の構造区間を形成する、
という方法を用いることによって得られる、請求項９に記載の方法。
前記Ｐ－ＧａＮ層上及び前記Ｐ－ＧａＮ層の前記両側に位置する前記ＡｌＧａＮ層上で前記ドレインメタルをエッチングすることで、前記ドレインメタルが、前記Ｐ－ＧａＮ層の前記両側に位置する延長部を有し、且つ該延長部が、前記ＡｌＧａＮ層とオーミックコンタクトを形成するようにして、前記第２の構造区間を形成する、
という方法を用いることによって得られる、請求項９に記載の方法。
【請求項12】
前記第１の構造区間及び前記第２の構造区間は、
前記Ｐ－ＧａＮ層の前記両側の領域にあるパッシベーション層上で、前記ゲート幅方向の複数の区間で、エッチング除去を実行し、
前記Ｐ－ＧａＮ層上及び前記Ｐ－ＧａＮ層の前記両側に位置する前記ＡｌＧａＮ層上で前記ドレインメタルをエッチングすることで、前記ドレインメタルが、前記Ｐ－ＧａＮ層の前記両側に位置する延長部を有し、前記パッシベーション層がエッチングによって除去されていない領域で前記延長部が前記パッシベーション層によって前記ＡｌＧａＮ層から絶縁されるようにして、前記第１の構造区間を形成し、且つ、前記パッシベーション層がエッチングによって除去された領域で前記延長部が前記ＡｌＧａＮ層と接触するようにして、前記第２の構造区間を形成する、
という方法を用いることによって得られる、請求項９に記載の方法。
前記Ｐ－ＧａＮ層の前記両側の領域にあるパッシベーション層上で、前記ゲート幅方向の複数の区間で、エッチング除去を実行し、
前記Ｐ－ＧａＮ層上及び前記Ｐ－ＧａＮ層の前記両側に位置する前記ＡｌＧａＮ層上で前記ドレインメタルをエッチングすることで、前記ドレインメタルが、前記Ｐ－ＧａＮ層の前記両側に位置する延長部を有し、前記パッシベーション層がエッチングによって除去されていない領域で前記延長部が前記パッシベーション層によって前記ＡｌＧａＮ層から絶縁されるようにして、前記第１の構造区間を形成し、且つ、前記パッシベーション層がエッチングによって除去された領域で前記延長部が前記ＡｌＧａＮ層と接触するようにして、前記第２の構造区間を形成する、
という方法を用いることによって得られる、請求項９に記載の方法。
【請求項13】
請求項１に記載の窒化ガリウムデバイス又は請求項９に記載の製造方法を用いることによって製造された窒化ガリウムデバイスを有するスイッチングパワートランジスタ。
【請求項14】
ゲートドライバと、請求項１に記載の窒化ガリウムデバイスとを有し、
前記窒化ガリウムデバイスのゲートが、前記ゲートドライバの信号出力端子に結合され、
前記窒化ガリウムデバイスのソース及びドレインが、負荷回路に結合され、
前記ゲートドライバは、前記窒化ガリウムデバイスをターンオンさせるために第１の電位を出力し、前記窒化ガリウムデバイスをターンオフさせるために第２の電位を出力するように構成され、前記第１の電位は、前記窒化ガリウムデバイスのターンオン電位より高く、前記第２の電位は、前記窒化ガリウムデバイスの前記ターンオン電位より低い、
駆動回路。
前記窒化ガリウムデバイスのゲートが、前記ゲートドライバの信号出力端子に結合され、
前記窒化ガリウムデバイスのソース及びドレインが、負荷回路に結合され、
前記ゲートドライバは、前記窒化ガリウムデバイスをターンオンさせるために第１の電位を出力し、前記窒化ガリウムデバイスをターンオフさせるために第２の電位を出力するように構成され、前記第１の電位は、前記窒化ガリウムデバイスのターンオン電位より高く、前記第２の電位は、前記窒化ガリウムデバイスの前記ターンオン電位より低い、
駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この出願は、半導体技術の分野に関し、特に、窒化ガリウムデバイス、スイッチングパワートランジスタ、駆動回路、及び窒化ガリウムデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体デバイスの低エネルギー消費、高効率、及び高電力密度に対する要求が、現在、産業界においてますます明白になるのにつれて、窒化ガリウムに基づいて製造される窒化ガリウムデバイス（例えば、電界効果トランジスタなどのスイッチングデバイス）がますます注目を集めている。
【0003】
現在、窒化ガリウムデバイスは、主に、窒化アルミニウムガリウム／窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ／ＧａＮ）横型ヘテロ構造に基づくデバイスを含む。ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造の界面に高い二次元電子ガス２ＤＥＧチャネルを持つので、高い電子移動度を有する二次元電子ガス（two-dimensional electron gas，２ＤＥＧ）チャネルをＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造の界面に自然形成することができる。従って、半導体シリコンデバイスと比較して、窒化ガリウムデバイスは、より低いエネルギー消費、より高い効率、及びより高い電力密度を持つ。
【0004】
しかしながら、現行の製造プロセスに基づいて製造される窒化ガリウムデバイスは、通常、幾つかの欠陥を有する。それらの欠陥は、窒化ガリウムデバイスにおける“電流コラプス”効果につながり得る。“電流コラプス”効果は、ここでは、窒化ガリウムデバイスのオン抵抗における上昇を意味し、それが、窒化ガリウムデバイスのスイッチング速度を低下させ、駆動損失を増加させ、デバイスの信頼性を低下させる。
【発明の概要】
【0005】
この出願の実施形態は、Ｐ－ＧａＮにおける正孔注入の効率を確保しながら、デバイスに固有のオン抵抗における増加を回避し、それによって、デバイスのスイッチング速度を高め、デバイスの駆動損失を低減させ、デバイスの信頼性を向上させるような、窒化ガリウムデバイス、スイッチングパワートランジスタ、駆動回路、及び窒化ガリウムデバイスの製造方法を提供する。
【0006】
第１の態様によれば、この出願の一実施形態は窒化ガリウムデバイスを提供する。当該窒化ガリウムデバイスは、基板と、該基板の上に形成されたバッファ層と、該バッファ層の上に形成された窒化ガリウムＧａＮ層と、該窒化ガリウムＧａＮ層の上に形成されたＡｌＧａＮ層と、該ＡｌＧａＮ層上に形成されたソース、ドレイン、及びゲートと、を含む。ドレインは、Ｐ－ＧａＮ層及びドレインメタルを含む。Ｐ－ＧａＮ層は、ＡｌＧａＮ層上に形成され、当該デバイスのゲート幅方向のストリップ構造をしたものである。ドレインメタルは、複数の第１の構造区間と複数の第２の構造区間とを含む。該複数の第１の構造区間及び第複数の第２の構造区間は、ゲート幅方向に交互に分布する。第１の構造区間において、ドレインメタルはＰ－ＧａＮ層と接触し、第２の構造区間において、ドレインメタルは、Ｐ－ＧａＮ層と接触し且つＡｌＧａＮ層とオーミックコンタクトを形成する。
【0007】
上述の技術的ソリューションによれば、第１の構造区間で、ドレインメタルがＰ－ＧａＮ層と接触して局所的な正孔注入を実現するとともに、第２の構造区間でドレインメタルがＡｌＧａＮ層とオーミックコンタクトを形成して、当該デバイスのドレインからソースへの電流導通を実現する。従って、Ｐ－ＧａＮにおける正孔注入の効率が確保されながら、当該デバイスは過大な固有オン抵抗を持たず、それにより、デバイスのスイッチング速度を高め、デバイスの駆動損失を低減させ、デバイスの信頼性を向上させる。また、当該窒化ガリウムデバイスが製造されるとき、Ｐ－ＧａＮ層を不連続構造へとエッチングする必要がなく、それにより、デバイスの性能に対するエッチング精度の影響を回避し、より単純なプロセスを可能にする。
【0008】
第１の態様を参照するに、第１の態様の第１の取り得る実装において、第１の構造区間において、ドレインメタルは、Ｐ－ＧａＮ層上に形成され、ゲート幅方向に対して垂直な方向におけるドレインメタルの幅は、Ｐ－ＧａＮ層の幅以下である。斯くして、ドレインメタルがＡｌＧａＮ層と接触しないように、Ｐ－ＧａＮ層がドレインメタルをＡｌＧａＮ層から絶縁することができる。従って、ドレインメタルの電子は、ドレインメタルの下にあるＡｌＧａＮ層に注入されず、当該デバイスでは、ドレインメタルの下に局所的な正孔が形成され、当該デバイスに対する局所的な正孔注入を実現する。これらの局所的な正孔は負の電子トラップを補償することができ、その結果、電子トラップによって捕獲される電子が解放され、“電流コラプス”効果が回避される。
【0009】
第１の態様を参照するに、第１の態様の第２の取り得る実装において、第１の構造区間において、ドレインメタルは、Ｐ－ＧａＮ層上に形成され、ゲート幅方向に対して垂直な方向におけるドレインメタルの幅は、Ｐ－ＧａＮ層の幅より大きく、ドレインメタルは、Ｐ－ＧａＮ層の両側に位置する延長部を含み、該延長部は、パッシベーション層によってＡｌＧａＮ層から絶縁される。斯くして、ドレインメタルの幅はＰ－ＧａＮ層の幅より大きいが、ドレインメタルは、パッシベーション層により、ＡｌＧａＮ層と接触しない。従って、ドレインメタルの電子は、ドレインメタルの下にあるＡｌＧａＮ層に注入されず、当該デバイスでは、ドレインメタルの下に局所的な正孔が形成され、当該デバイスに対する局所的な正孔注入を実現する。これらの局所的な正孔は負の電子トラップを補償することができ、その結果、電子トラップによって捕獲される電子が解放され、“電流コラプス”効果が回避される。
【0010】
第１の態様並びに第１の態様の第１及び第２の取り得る実装を参照するに、第１の態様の第３の取り得る実装において、第２の構造区間において、ドレインメタルは、Ｐ－ＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層上に形成され、ドレインメタルの幅は、Ｐ－ＧａＮ層の幅より大きく、ドレインメタルは、Ｐ－ＧａＮ層の両側に位置する延長部を有し、該延長部が、ＡｌＧａＮ層とオーミックコンタクトを形成する。斯くして、ドレインメタルの幅がＰ－ＧａＮ層の幅より大きいので、Ｐ－ＧａＮ層の幅範囲の外側に位置するドレインメタルが、ＡｌＧａＮ層とオーミックコンタクトを形成して、当該デバイスのドレインからソースへの電流導通を実現することができる。
【0011】
第１の態様並びに第１の態様の第１乃至第３の取り得る実装を参照するに、第１の態様の第４の取り得る実装において、Ｐ－ＧａＮ層は、ゲート幅方向における全ての位置で同じ幅を持つ。斯くして、Ｐ－ＧａＮ層がエッチングされるときに、異なる幅のためにＰ－ＧａＮ層の各位置におけるエッチング精度を制御する必要がなく、それによりプロセスの難しさが減る。
【0012】
第１の態様の第３の取り得る実装を参照するに、第１の態様の第５の取り得る実装において、ドレインメタルは、ゲート幅方向における全ての位置で同じ幅を持つ。斯くして、ドレインメタルがエッチングされるときに、異なる幅のためにＰ－ＧａＮ層の各位置におけるエッチング精度を制御する必要がなく、それによりプロセスの難しさが減る。
【0013】
第１の態様並びに第１の態様の第１乃至第５の取り得る実装を参照するに、第１の態様の第６の取り得る実装において、上記複数の第１の構造区間及び上記複数の第２の構造区間は一体化された構造である。斯くして、ドレインメタルがエッチングされるときに、第１の構造区間と第２の構造区間との間のエッチング間隔を制御する必要がなく、プロセスの難しさが減る。
【0014】
第１の態様並びに第１の態様の第１乃至第５の取り得る実装を参照するに、第１の態様の第７の取り得る実装において、上記複数の第１の構造区間及び上記複数の第２の構造区間は、ゲート幅方向において交互に分布し、隣接する第１の構造区間と第２の構造区間との間に特定の間隔が存在する。
【0015】
第２の態様によれば、この出願の一実施形態は、窒化ガリウムデバイス製造方法を提供する。当該方法は、この出願の第１の実施形態及び第１の実施形態の実装に従った窒化ガリウムデバイスを製造するのに使用される。当該方法は、基板上に、下から上に順に、バッファ層、ＧａＮ層、及びＡｌＧａＮ層をエピタキシャル成長させ、ＡｌＧａＮ層上のＰ－ＧａＮ層をエッチングし、該Ｐ－ＧａＮ層は、ゲート幅方向の、連続したストリップ構造をしたものにされ、Ｐ－ＧａＮ層上及びＰ－ＧａＮ層の両側に位置するＡｌＧａＮ層上に、ゲート幅方向に交互に分布した複数の第１の構造区間と複数の第２の構造区間とを持つようにドレインメタルを作製する、ことを含む。
【0016】
上述の技術的ソリューションによれば、第１の構造区間で、ドレインメタルがＰ－ＧａＮ層と接触して局所的な正孔注入を実現するとともに、第２の構造区間でドレインメタルがＡｌＧａＮ層とオーミックコンタクトを形成して、当該デバイスのドレインからソースへの電流導通を実現する。従って、Ｐ－ＧａＮにおける正孔注入の効率が確保されながら、当該デバイスは過大な固有オン抵抗を持たず、それにより、デバイスのスイッチング速度を高め、デバイスの駆動損失を低減させ、デバイスの信頼性を向上させる。また、当該窒化ガリウムデバイスが製造されるとき、Ｐ－ＧａＮ層を不連続構造へとエッチングする必要がなく、それにより、デバイスの性能に対するエッチング精度の影響を回避し、より単純なプロセスを可能にする。
【0017】
第２の態様を参照するに、第２の態様の第１の取り得る実装において、第１の構造区間は、Ｐ－ＧａＮ層上でドレインメタルをエッチングすることで、ドレインメタルの幅がＰ－ＧａＮ層の幅以下であるようにして、第１の構造区間を形成する、という方法を用いることによって得られる。斯くして、ドレインメタルがＡｌＧａＮ層と接触しないように、Ｐ－ＧａＮ層がドレインメタルをＡｌＧａＮ層から絶縁することができる。従って、ドレインメタルの電子は、ドレインメタルの下にあるＡｌＧａＮ層に注入されず、当該デバイスでは、ドレインメタルの下に局所的な正孔が形成され、当該デバイスに対する局所的な正孔注入を実現する。これらの局所的な正孔は負の電子トラップを補償することができ、その結果、電子トラップによって捕獲される電子が解放され、“電流コラプス”効果が回避される。
【0018】
第２の態様を参照するに、第２の態様の第２の取り得る実装において、第２の構造区間は、Ｐ－ＧａＮ層上及びＰ－ＧａＮ層の両側に位置するＡｌＧａＮ層上でドレインメタルをエッチングすることで、ドレインメタルが、Ｐ－ＧａＮ層の両側に位置する延長部を含み、且つ該延長部が、ＡｌＧａＮ層とオーミックコンタクトを形成するようにして、第２の構造区間を形成する、という方法を用いることによって得られる。斯くして、ドレインメタルの幅がＰ－ＧａＮ層の幅より大きいので、Ｐ－ＧａＮ層の幅範囲の外側に位置するドレインメタルが、ＡｌＧａＮ層とオーミックコンタクトを形成して、当該デバイスのドレインからソースへの電流導通を実現することができる。
【0019】
第２の態様を参照するに、第２の態様の第３の取り得る実装において、第１の構造区間及び第２の構造区間は、Ｐ－ＧａＮ層の両側の領域にあるパッシベーション層上で、ゲート幅方向の複数の区間で、エッチング除去を実行し、Ｐ－ＧａＮ層上及びＰ－ＧａＮ層の両側に位置するＡｌＧａＮ層上でドレインメタルをエッチングすることで、ドレインメタルが、Ｐ－ＧａＮ層の両側に位置する延長部を含み、パッシベーション層がエッチングによって除去されていない領域で延長部がパッシベーション層によってＡｌＧａＮ層から絶縁されるようにして、第１の構造区間を形成し、且つ、パッシベーション層がエッチングによって除去された領域で延長部がＡｌＧａＮ層と接触するようにして、第２の構造区間を形成する、という方法を用いることによって得られる。斯くして、第１の構造区間において、ドレインメタルがＡｌＧａＮ層と接触しないように、Ｐ－ＧａＮ層がドレインメタルをＡｌＧａＮ層から絶縁することができる。従って、ドレインメタルの電子は、ドレインメタルの下にあるＡｌＧａＮ層に注入されず、当該デバイスでは、ドレインメタルの下に局所的な正孔が形成され、当該デバイスに対する局所的な正孔注入を実現する。これらの局所的な正孔は負の電子トラップを補償することができ、その結果、電子トラップによって捕獲される電子が解放され、“電流コラプス”効果が回避される。第２の構造区間では、ドレインメタルの幅がＰ－ＧａＮ層の幅より大きいので、Ｐ－ＧａＮ層の幅範囲の外側に位置するドレインメタルが、ＡｌＧａＮ層とオーミックコンタクトを形成して、当該デバイスのドレインからソースへの電流導通を実現することができる。
【0020】
第３の態様によれば、この出願の一実施形態は駆動回路を提供する。当該駆動回路は、ゲートドライバと、この出願の実施形態における第１の態様及び第１の態様の実装に従った窒化ガリウムデバイスとを含む。窒化ガリウムデバイスのゲートが、ゲートドライバの信号出力端子に結合され、窒化ガリウムデバイスのソース及びドレインが、負荷回路に結合される。ゲートドライバは、窒化ガリウムデバイスをターンオンさせるために第１の電位を出力し、窒化ガリウムデバイスをターンオフさせるために第２の電位を出力するように構成され、第１の電位は、窒化ガリウムデバイスのターンオン電位より高く、第２の電位は、窒化ガリウムデバイスのターンオン電位より低い。斯くして、この窒化ガリウムデバイスを、負荷回路内のスイッチングデバイスとして使用することができ、ゲートドライバによってオン及びオフに制御される。この窒化ガリウムデバイスは、“電流コラプス”効果を克服して、小さい固有オン抵抗及び小さいデバイス損失を持つので、負荷回路の全体的な動作効率を向上させることができ、負荷回路によって発生する熱の総量を減らすことができ、負荷回路の動作安定性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】一般的な窒化ガリウムデバイスの一断面の概略図である。
【図2】“電流コラプス”効果を抑圧するために用いられる窒化ガリウムデバイスの一断面の概略図である。
【図3】“電流コラプス”効果を抑圧するために用いられる窒化ガリウムデバイスの三次元図である。
【図4】この出願の実施形態１に従った窒化ガリウムデバイスの三次元図である。
【図5】この出願の実施形態１に従った、方向Ａにおける第１の構造区間の部分断面図である。
【図6】この出願の実施形態１に従った、方向Ａにおける第２の構造区間の部分断面図である。
【図8】この出願の実施形態３に従った窒化ガリウムデバイスの三次元図である。
【図9】この出願の実施形態３に従った第１の構造区間の部分断面図である。
【図10】この出願の実施形態３に従った第２の構造区間の部分断面図である。
【図12】この出願の実施形態５に従った窒化ガリウムデバイスの構造の三次元図である。
【0022】
説明：
１００：基板、２００：バッファ層、３００：ＧａＮ層、４００：ＡｌＧａＮ層、４１０：パッシベーション層、５００：Ｐ－ＧａＮ層、６１０：第１の構造区間、６２０：第２の構造区間、及び６２１：延長部。
１００：基板、２００：バッファ層、３００：ＧａＮ層、４００：ＡｌＧａＮ層、４１０：パッシベーション層、５００：Ｐ－ＧａＮ層、６１０：第１の構造区間、６２０：第２の構造区間、及び６２１：延長部。
【発明を実施するための形態】
【0023】
窒化ガリウム（ＧａＮ，gallium nitride）は、窒素とガリウムとの化合物であり、ＩＩＩ族（ホウ素族元素）とＶ族（窒素族元素）との直接バンドギャップ半導体である。現在最も一般的に使用されている半導体材料であるシリコンが１．１２ｅＶ（エレクトロンボルト）のバンドギャップを持つのに対し、窒化ガリウムは３．４ｅＶという広いバンドギャップを持つ。従って、窒化ガリウムは、ハイパワーの高速デバイスにおいてシリコンデバイスよりも良好な性能を持つ。
【0024】
半導体デバイスの低エネルギー消費、高効率、及び高電力密度に対する要求が、現在、産業界においてますます明白になるのにつれて、窒化ガリウムに基づいて製造される窒化ガリウムデバイス（例えば、電界効果トランジスタ及びスイッチングパワートランジスタなどのスイッチングデバイス）がますます注目を集めている。現在、窒化ガリウムデバイスは、主に、窒化アルミニウムガリウム／窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ／ＧａＮ）横型ヘテロ構造に基づくデバイスを含む。ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造の界面に高い二次元電子ガス２ＤＥＧチャネルを持つので、高い電子移動度を有する２ＤＥＧチャネルをＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造の界面に自然形成することができる。従って、半導体シリコンデバイスと比較して、窒化ガリウムデバイスは、より低いエネルギー消費、より高い効率、及びより高い電力密度を持つ。さらに、窒化ガリウムは、広バンドギャップ半導体であり、通常は少なくとも５００℃に達することができるものである高い動作温度を持つ。従って、窒化ガリウムデバイスは、高温条件下で動作することができる。加えて、窒化ガリウムは更に、高い破壊電界を持つ。従って、窒化ガリウムデバイスは、高いゲート－ドレイン破壊電圧を持ち、高電圧条件下で動作することができる。
【0025】
窒化ガリウムデバイスは、半導体デバイスの低エネルギー消費、高効率、及び高電力密度に対する産業界の要求を満たすが、現行の製造プロセスに基づいて製造される窒化ガリウムデバイスは、通常、幾つかの欠陥を有する。それらの欠陥は、窒化ガリウムデバイスにおける“電流コラプス”効果につながり得る。“電流コラプス”効果は、ここでは、窒化ガリウムデバイスのオン抵抗における上昇を意味し、これはシステムの動作安定性に影響を及ぼすものである。
【0026】
図１は、一般的な窒化ガリウムデバイスの一断面の概略図である。以下にて、図１を参照して、窒化ガリウムデバイスにおける欠陥の原因を具体的に説明する。図１に示すように、窒化ガリウムデバイスは自己支持基板を欠くため、窒化ガリウムデバイスは通常、エピタキシャル成長法を用いて製造される必要がある。具体的には、先ず、基板１００（通常はシリコンＳｉである）の上にバッファ層２００（buffer layer）がエピタキシャル成長され、次いで、バッファ層２００の上にＧａＮ層３００がエピタキシャル成長され、次いで、ＧａＮ層３００の上に窒化アルミニウムガリウムＡｌＧａＮ層４００がエピタキシャル成長されることで、窒化アルミニウムガリウム／窒化ガリウム（ＡｌＧａＮ／ＧａＮ）横型ヘテロ構造を得ることができ、そして最後に、ＡｌＧａＮ層４００上に、ソース（source，Ｓ）、ドレイン（drain，Ｄ）、及びゲート（gate，Ｇ）を作製することができる。斯くして、窒化ガリウムデバイスは製造される。
【0027】
しかしながら、基板とＧａＮは異なる材料のものであり、異なる格子定数及び異なる熱膨張係数を持つので、エピタキシャル層は、例えば基板とＧａＮとの間の格子ミスマッチ及び熱膨張ミスマッチなどの問題のためにクラックを有し、ＧａＮエピタキシャル材料内に多量の欠陥を生じさせる。これらの欠陥は電子を捕獲し、動作状態においてデバイス内にあるキャリアの濃度の減少、ひいては、デバイスにおける“電流コラプス”効果をもたらす。
【0028】
図２は、“電流コラプス”効果を抑圧するために用いられる窒化ガリウムデバイスの一断面の概略図である。図２に示すように、現在、“電流コラプス”効果を抑圧する方法は、ＧａＮデバイスのドレインＤに、Ｐ型ドープされた窒化ガリウムＰ－ＧａＮアイランド構造を導入するものである。Ｐ－ＧａＮアイランド構造は局所領域での正孔注入を実現することができる。正電荷の正孔は負の電子トラップを補償することができ、その結果、電子トラップによって捕獲される電子が解放される。
【0029】
図３は、“電流コラプス”効果を抑圧するために用いられる窒化ガリウムデバイスの三次元図である。図３に示すように、ゲート幅方向において、Ｐ－ＧａＮアイランド構造は、ドレインメタルＤ２と、島のように分布した複数のＰ－ＧａＮアイランドとを含み得る。該複数のＰ－ＧａＮアイランドは、ゲート幅方向に間隔を置いて分布し、ドレインメタルＤ２は、ゲート幅方向に連続して分布する。Ｐ－ＧａＮアイランドが分布する領域でドレインメタルＤ２がＰ－ＧａＮアイランド上に成長して、局所的な正孔注入を実現する。Ｐ－ＧａＮアイランドが分布しない領域では、ドレインメタルＤ２はＡｌＧａＮ層上に成長する。斯くして、複数のＰ－ＧａＮアイランドが間隔を置いて分布する場合、チップ性能の実質的な損失を引き起こすことなく、デバイスの固有オン抵抗の実質的な上昇を回避することができる。
【0030】
しかしながら、実際の製造において、Ｐ－ＧａＮアイランドの不連続構造はエッチングを介して得る必要があり、離隔距離の設計とエッチング精度との両方が、作製されるＰ－ＧａＮアイランド間の離隔距離に影響を及ぼす。従って、Ｐ－ＧａＮアイランド間の離隔距離は、制御するのがかなり難しい。過大な離隔距離はＰ－ＧａＮアイランド構造における正孔注入の効率の低下をもたらすとともに、さらに、及び電子トラップの補償効果の低下をもたらす。過小な離隔距離は、デバイスの固有オン抵抗の上昇、デバイスの性能の低下、及びデバイスの使用コストの増加をもたらす。
【0031】
実施形態１
この出願の実施形態１は、Ｐ－ＧａＮにおける正孔注入の効率を確保しながら装置の固有オン抵抗の上昇のリスクを低減させるための窒化ガリウムデバイスを提供する。
この出願の実施形態１は、Ｐ－ＧａＮにおける正孔注入の効率を確保しながら装置の固有オン抵抗の上昇のリスクを低減させるための窒化ガリウムデバイスを提供する。
【0032】
図４は、この出願の実施形態１に従った窒化ガリウムデバイスの三次元図である。図４に示すように、当該窒化ガリウムデバイスは、基板（substrate）１００と、基板１００の上に形成されたバッファ層（buffer layer）２００と、バッファ層２００の上に形成された窒化ガリウムＧａＮ層３００と、窒化ガリウムＧａＮ層３００の上に形成された窒化アルミニウムガリウムＡｌＧａＮ層４００と、ＡｌＧａＮ層４００上に形成されたソース（source，Ｓ）、ドレイン（drain、Ｄ）、及びゲート（gate，Ｇ）とを含む。ドレイン（Ｄ）は、ＡｌＧａＮ層４００上に形成されたＰ－ＧａＮ層５００と、Ｐ－ＧａＮ層５００上及びＰ－ＧａＮ層５００の両側のＡｌＧａＮ層４００上に配置されたドレインメタルＭとを含む。ドレインメタルＭは、オーミック金属とし得る。
【0033】
特定の実装において、Ｐ－ＧａＮ層５００は、ストリップ構造のものである。好ましくは、Ｐ－ＧａＮ層５００は、ゲート幅方向における全ての位置で同じ幅を持つ。ドレインメタルＭは、ゲート幅方向において複数の第１の構造区間６１０と複数の第２の構造区間６２０とを含み得る。複数の第１の構造区間６１０及び複数の第２の構造区間６２０は、ゲート幅方向において交互に分布している。複数の第１の構造区間６１０及び複数の第２の構造区間６２０は、ゲート幅方向において一体化された構造である。図５は、この出願の実施形態１に従った、方向Ａにおける第１の構造区間６１０の部分断面図である。図５に示すように、第１の構造区間６１０において、ドレインメタルＭはＰ－ＧａＮ層５００上に形成される。好ましくは、ドレインメタルＭがＰ－ＧａＮ層５００のみと接触してＡｌＧａＮ層４００とは接触しないように、ゲート幅方向に対して垂直な方向におけるドレインメタルＭの幅Ｈ１は、Ｐ－ＧａＮ層５００の幅Ｈ２以下である。斯くして、第１の構造区間６１０は、正孔の局所的な注入を実現することができる。
【0034】
図６は、この出願の実施形態１に従った、方向Ａにおける第２の構造区間６２０の部分断面図である。図６に示すように、第２の構造区間６２０においては、ドレインメタルＭが、Ｐ－ＧａＮ層５００上と、Ｐ－ＧａＮ層５００の両側にあるＡｌＧａＮ層４００上とに形成される。ゲート幅方向に対して垂直な方向におけるドレインメタルＭの幅Ｈ３は、Ｐ－ＧａＮ層５００の幅Ｈ２より大きい。この場合、Ｐ－ＧａＮ層５００の各側で、ドレインメタルＭは、Ｐ－ＧａＮ層５００の幅範囲の外側にあって延長部６２１を形成する部分を有する。Ｐ－ＧａＮ層５００上に位置するドレインメタルＭの部分は、Ｐ－ＧａＮ層５００と接触し、ドレインメタルＭの延長部６２１は、ＡｌＧａＮ層４００上に直接形成されて、ＡｌＧａＮ層４００とオーミックコンタクト（Ohmic contact）を形成する。斯くして、第２の構造区間６２０は、動作状態にある当該デバイスのドレインＤからソースＳへの電流導通を実現することができる。
【0035】
さらに、図６を参照して分かることには、第２の構造区間６２０において、ドレインメタルＭの断面は、Ｐ－ＧａＮ層５００上に留まった凹状構造を呈し得る。ドレインメタルＭは、該凹状構造を用いることによって、ドレインメタルＭとＡｌＧａＮ層４００との間にＰ－ＧａＮ層５００を囲む。両側の凹状構造の部分が延長部６２１であり、凹状構造の中央部は、Ｐ－ＧａＮ層５００上に形成された部分である。
【0036】
この出願のこの実施形態において、第１の構造区間６１０及び第２の構造区間６２０がゲート幅方向において交互に分布するということが意味するのは、ゲート幅方向において、１つの第２の構造区間６２０がいずれか２つの隣接する第１の構造区間６１０の間に配置され、１つの第１の構造区間６１０がいずれか２つの隣接する第２の構造区間６２０の間に配置されて、複数の第１の構造区間６１０と複数の第２の構造区間６２０とがゲート幅方向において均等に分布され得るようにするということである。斯くして、当該窒化ガリウムデバイスは、ゲート幅方向において正孔注入領域と電流導通領域とを均等に交互に形成することができ、ゲート幅方向における全ての位置でのデバイスの性能の一貫性を改善することができる。
【0037】
この出願のこの実施形態において、第１の構造区間６１０の数及び第２の構造区間６２０の数は、複数の形態をとり得る。例えば、第１の構造区間６１０の数及び第２の構造区間６２０の数は、ゲートの幅に関係し得る。より大きい幅のゲートは、より多数の第１の構造区間６１０及びより多数の第２の構造区間６２０に対応する。より小さい幅のゲートは、より少数の第１の構造区間６１０及びより少数の第２の構造区間６２０に対応する。斯くして、ゲートの幅にかかわらず、第１の構造区間６１０の数及び第２の構造区間６２０の数を調節することによって、ゲート幅方向における全ての位置でデバイスの性能に高い一貫性がある。
【0038】
この出願のこの実施形態において、ゲート幅方向における第２の構造区間６２０の長さに対する第２の構造区間６２０の長さの比は、複数の形態をとり得る。当業者は、実際に必要とされるデバイス性能に基づいてこの比を決定し得る。例えば、高濃度のキャリアを有する窒化ガリウムデバイスを得るために、第１の構造区間６１０の長さを増やしてもよいし、窒化ガリウムデバイスのドレインＤからソースＳへの電流導通の能力を高めるために、第２の構造区間６２０の長さを増やしてもよい。
【0039】
この出願のこの実施形態において、第１の構造区間６１０及び第２の構造区間６２０の形状は、複数の形態をとり得る。例えば、第１の構造区間６１０及び第２の構造区間６２０は、矩形、多角形、円形、楕円形、又はこれらに類するものとし得る。
【0040】
上述の構造によれば、第１の構造区間６１０で、ドレインメタルＭはＰ－ＧａＮ層５００のみと接触して局所的な正孔注入を実現するとともに、第２の構造区間６２０でドレインメタルＭがＡｌＧａＮ層４００とオーミックコンタクト（Ohmic contact）を形成して、動作状態にある当該デバイスのドレインＤからソースＳへの電流導通を実現する。従って、Ｐ－ＧａＮにおける正孔注入の効率を確保しながら、デバイスの固有オン抵抗の上昇のリスクを低減させることができる。また、この出願の実施形態１で提供される窒化ガリウムデバイスが製造されるとき、Ｐ－ＧａＮ層５００を不連続構造へとエッチングする必要がなく、それにより、デバイスの性能に対するエッチング精度の影響を回避し、より単純なプロセスを可能にする。
【0041】
実施形態２
この出願の実施形態２は窒化ガリウムデバイス製造方法を提供する。当該方法は、この出願の実施形態１で提供される窒化ガリウムデバイス又は他の窒化ガリウムデバイスを得るために使用される。
この出願の実施形態２は窒化ガリウムデバイス製造方法を提供する。当該方法は、この出願の実施形態１で提供される窒化ガリウムデバイス又は他の窒化ガリウムデバイスを得るために使用される。
【0042】
【0043】
工程Ｓ１０１：基板１００上に、下から上に順に、バッファ層２００、ＧａＮ層３００、及びＡｌＧａＮ層４００をエピタキシャル成長させる。
【0044】
工程Ｓ１０１は、窒化ガリウムデバイスを製造する従来からの工程であり、この出願のこの実施形態において更に詳述することはしない。
【0045】
工程Ｓ１０２：ＡｌＧａＮ層４００上のドレインＤのＰ－ＧａＮ層５００をエッチングし、Ｐ－ＧａＮ層５００は、ゲート幅方向の連続したストリップ構造をしたものにされる。
【0046】
工程Ｓ１０２において、ＡｌＧａＮ層４００上のゲートＧのＰ－ＧａＮ層６００をエッチングするステップも実行され得る。ＡｌＧａＮ層４００上のゲートＧのＰ－ＧａＮ層６００をエッチングすることは、窒化ガリウムデバイスを製造する従来からの工程であり、この出願のこの実施形態において更に詳述することはしない。
【0047】
工程Ｓ１０３：Ｐ－ＧａＮ層５００上及びＰ－ＧａＮ層５００の両側に位置するＡｌＧａＮ層４００上に、ドレインメタルＭを作製する。
【0048】
ドレインメタルＭは、ゲート幅方向に、複数の第１の構造区間６１０と複数の第２の構造区間６２０とを含み得る。第１の構造区間６１０及び第２の構造区間６２０は、ゲート幅方向において連続して交互に分布される。
【0049】
第１の構造区間６１０において、ドレインメタルＭは、Ｐ－ＧａＮ層５００上にのみあるようにエッチングされる。好ましくは、ドレインメタルＭがＰ－ＧａＮ層５００のみと接触してＡｌＧａＮ層４００とは接触しないように、ゲート幅方向に対して垂直な方向におけるドレインメタルＭの幅は、Ｐ－ＧａＮ層５００の幅以下である。
【0050】
第２の構造区間６２０では、Ｐ－ＧａＮ層５００の各側で、ドレインメタルＭは、Ｐ－ＧａＮ層５００の幅範囲の外側に位置して延長部６２１を形成する部分を有する。ドレインメタルＭの延長部６２１は、ＡｌＧａＮ層４００上に直接形成されて、ＡｌＧａＮ層４００とオーミックコンタクト（Ohmic contact）を形成する。
【0051】
さらに、ＡｌＧａＮ層４００上にソースメタルＳ－ｏｈｍを成長させる工程、及びゲートＧのＰ－ＧａＮ層６００上にゲートメタルＧ－Ｍを成長させる工程も、工程Ｓ１０３で実行され得る。ＡｌＧａＮ層４００上にソースメタルＳ－ｏｈｍを成長させること及びゲートＧのＰ－ＧａＮ層６００上にゲートメタルＧ－Ｍを成長させることはどちらも、窒化ガリウムデバイスを製造する従来からの工程であり、この出願のこの実施形態において更に詳述することはしない。
【0052】
図７Ａ、図７Ｂ、及び図７Ｃを参照して分かることには、この出願の実施形態１で提供される窒化ガリウムデバイスが製造されるとき、ＡｌＧａＮ層４００上でエッチングを行うことによって連続したストリップＰ－ＧａＮ層５００を生成すればよくて、Ｐ－ＧａＮ層５００を複数のＰ－ＧａＮアイランドへと精密にエッチングする必要はなく、それにより、単純なプロセスを可能に、デバイスの良品率及び生産効率を改善する助けとなる。
【0053】
実施形態３
この出願の実施形態３は、Ｐ－ＧａＮにおける正孔注入の効率を確保しながら装置の固有オン抵抗の上昇のリスクを低減させるための窒化ガリウムデバイスを提供する。
この出願の実施形態３は、Ｐ－ＧａＮにおける正孔注入の効率を確保しながら装置の固有オン抵抗の上昇のリスクを低減させるための窒化ガリウムデバイスを提供する。
【0054】
図８は、この出願の実施形態３に従った窒化ガリウムデバイスの三次元図である。図８に示すように、当該窒化ガリウムデバイスは、基板（substrate）１００と、基板１００の上に形成されたバッファ層２００と、バッファ層２００の上に形成された窒化ガリウムＧａＮ層３００と、窒化ガリウムＧａＮ層３００の上に形成された窒化アルミニウムガリウムＡｌＧａＮ層４００と、ＡｌＧａＮ層４００上に形成されたソース（source，Ｓ）、ドレイン（drain、Ｄ）、及びゲート（gate，Ｇ）とを含む。ドレイン（Ｄ）は、ＡｌＧａＮ層４００上に形成されたＰ－ＧａＮ層５００と、Ｐ－ＧａＮ層５００上及びＰ－ＧａＮ層５００の両側のＡｌＧａＮ層４００上に配置されたドレインメタルＭとを含む。
【0055】
特定の実装において、Ｐ－ＧａＮ層５００は、ストリップ構造のものである。好ましくは、Ｐ－ＧａＮ層５００は、ゲート幅方向における全ての位置で同じ幅を持つ。ドレインメタルＭは、ゲート幅方向において複数の第１の構造区間６１０と複数の第２の構造区間６２０とを含み得る。複数の第１の構造区間６１０及び複数の第２の構造区間６２０は、ゲート幅方向において交互に分布している。
【0056】
図９は、この出願の実施形態３に従った第１の構造区間６１０の部分断面図である。図９に示すように、第１の構造区間６１０においては、ドレインメタルＭが、Ｐ－ＧａＮ層５００上と、Ｐ－ＧａＮ層５００の両側にあるＡｌＧａＮ層４００上とに形成される。ゲート幅方向に対して垂直な方向におけるドレインメタルＭの幅Ｈ１は、Ｐ－ＧａＮ層５００の幅Ｈ２より大きい。この場合、Ｐ－ＧａＮ層５００の各側で、ドレインメタルＭは、Ｐ－ＧａＮ層５００の幅範囲の外側にあって延長部６２１を形成する部分を有する。Ｐ－ＧａＮ層５００上に位置するドレインメタルＭの部分は、Ｐ－ＧａＮ層５００と接触している。ＡｌＧａＮ層４００の表面上且つ延長部６２１の下の領域には、パッシベーション層４１０が保持される。ドレインメタルＭの延長部６２１は、パッシベーション層４１０上に形成され、パッシベーション層４１０のみと接触してＡｌＧａＮ層４００とは接触せず、ドレインメタルＭをＡｌＧａＮ層４００から絶縁する。斯くして、第１の構造区間６１０は、正孔の局所的な注入を実現することができる。また、第１の構造区間６１０内のＰ－ＧａＮ層５００は更に、ドレインフィールドプレートとして機能し得る。この場合、正孔の局所注入を実現しながら、第１の構造区間６１０は、ドレインにおける高電圧電界をバランスさせる能力を持ち、デバイスの性能を向上させる。
【0057】
図１０は、この出願の実施形態３に従った第２の構造区間６２０の部分断面図である。図１０に示すように、第２の構造区間６２０においては、第１の構造区間６１０におけるものと同様に、ドレインメタルＭが、Ｐ－ＧａＮ層５００上と、Ｐ－ＧａＮ層５００の両側にあるＡｌＧａＮ層４００上とに形成される。ゲート幅方向に対して垂直な方向におけるドレインメタルＭの幅Ｈ１は、Ｐ－ＧａＮ層５００の幅Ｈ２より大きい。この場合、Ｐ－ＧａＮ層５００の各側で、ドレインメタルＭは、Ｐ－ＧａＮ層５００の幅範囲の外側にあって延長部６２１を形成する部分を有する。Ｐ－ＧａＮ層５００上に位置するドレインメタルＭの部分は、Ｐ－ＧａＮ層５００と接触する。ＡｌＧａＮ層４００の表面上且つ延長部６２１の下の領域には、パッシベーション層４１０が保持されておらず、すなわち、パッシベーション層４１０がエッチングによって除去される。この場合、ドレインメタルＭの延長部６２１は、ＡｌＧａＮ層４００上に直接形成されて、ＡｌＧａＮ層４００とオーミックコンタクト（Ohmic contact）を形成する。斯くして、第２の構造区間６２０は、動作状態にある当該デバイスのドレインＤからソースＳへの電流導通を実現することができる。
【0058】
好適な一実装において、第１の構造区間６１０におけるドレインメタルＭの幅は、第２の構造区間６２０におけるドレインメタルＭの幅Ｈ１と同じであり、プロセスの難しさを減らして製造を容易にする。
【0059】
さらに、図９及び図１０を参照して分かることには、第１の構造区間６１０及び第２の構造区間６２０の両方において、ドレインメタルＭの断面は、Ｐ－ＧａＮ層５００上に留まった凹状構造を呈し得る。ドレインメタルＭは、該凹状構造を用いることによってＰ－ＧａＮ層５００を囲む。両側の凹状構造の部分が延長部６２１であり、凹状構造の中央部は、Ｐ－ＧａＮ層５００と接触した部分である。
【0060】
上述の構造によれば、第１の構造区間６１０で、ドレインメタルＭはＰ－ＧａＮ層５００のみと接触して局所的な正孔注入を実現するとともに、第２の構造区間６２０でドレインメタルＭがＡｌＧａＮ層４００とオーミックコンタクト（Ohmic contact）を形成して、動作状態にある当該デバイスのドレインＤからソースＳへの電流導通を実現する。従って、Ｐ－ＧａＮにおける正孔注入の効率を確保しながら、デバイスの固有オン抵抗の上昇のリスクを低減させることができる。また、この出願の実施形態１で提供される窒化ガリウムデバイスが製造されるとき、Ｐ－ＧａＮ層５００を不連続構造へとエッチングする必要がなく、それにより、デバイスの性能に対するエッチング精度の影響を回避し、より単純なプロセスを可能にする。さらに、第１の構造区間６１０内のＰ－ＧａＮ層５００が更に、ドレインフィールドプレートとして機能し得る。この場合、正孔の局所注入を実現しながら、第１の構造区間６１０は、ドレインにおける高電圧電界をバランスさせる能力を持ち、デバイスの性能を向上させる。
【0061】
実施形態４
この出願の実施形態４は窒化ガリウムデバイス製造方法を提供する。当該方法は、この出願の実施形態３で提供される窒化ガリウムデバイス又は他の窒化ガリウムデバイスを得るために使用される。
この出願の実施形態４は窒化ガリウムデバイス製造方法を提供する。当該方法は、この出願の実施形態３で提供される窒化ガリウムデバイス又は他の窒化ガリウムデバイスを得るために使用される。
【0062】
【0063】
工程Ｓ２０１：基板１００上に、下から上に順に、バッファ層２００、ＧａＮ層３００、及びＡｌＧａＮ層４００をエピタキシャル成長させる。
【0064】
工程Ｓ２０１は、窒化ガリウムデバイスを製造する従来からの工程であり、この出願のこの実施形態において更に詳述することはしない。
【0065】
工程Ｓ２０２：ＡｌＧａＮ層４００上のドレインＤのＰ－ＧａＮ層５００をエッチングし、ドレインＤのＰ－ＧａＮ層５００は、ゲート幅方向の連続して生成されたストリップ構造のものにされ得る。
【0066】
Ｐ－ＧａＮ層５００がエッチングされるとき、Ｐ－ＧａＮ層５００の両側の領域のパッシベーション層４１０は、ゲート幅方向に特定の間隔で保持されていることができ、すなわち、パッシベーション層４１０は、間隔を置いてエッチングすることによって除去され得る。
【0067】
加えて、工程Ｓ２０２において、ＡｌＧａＮ層４００上のゲートＧのＰ－ＧａＮ層６００をエッチングするステップも実行され得る。ＡｌＧａＮ層４００上のゲートＧのＰ－ＧａＮ層６００をエッチングすることは、窒化ガリウムデバイスを製造する従来からの工程であり、この出願のこの実施形態において更に詳述することはしない。
【0068】
工程Ｓ２０３：Ｐ－ＧａＮ層５００上及びＰ－ＧａＮ層５００の両側に位置するＡｌＧａＮ層４００上に、ドレインメタルＭを作製する。
【0069】
ドレインメタルＭは、ゲート幅方向に連続して分布し得る。
【0070】
ドレインメタルＭの幅は、Ｐ－ＧａＮ層５００の幅より大きい。この場合、Ｐ－ＧａＮ層５００の各側で、ドレインメタルＭは、Ｐ－ＧａＮ層５００の幅範囲の外側に位置して延長部６２１を形成する部分を有する。Ｐ－ＧａＮ層５００の両側の領域のパッシベーション層４１０が異なるエッチング状態にあるので、ドレインメタルＭは、ゲート幅方向に、複数の第１の構造区間６１０と複数の第２の構造区間６２０とを含み得る。第１の構造区間６１０及び第２の構造区間６２０は、ゲート幅方向において連続して交互に分布される。
【0071】
パッシベーション層４１０が保持される領域（すなわち、パッシベーション層４１０がエッチングによって除去されない領域）において、ドレインメタルＭは第１の構造区間６１０を形成する。第１の構造区間６１０では、Ｐ－ＧａＮ層５００上に位置するドレインメタルＭの部分がＰ－ＧａＮ層５００と接触するとともに、ドレインメタルＭの延長部６２１が、パッシベーション層４１０上に形成され、パッシベーション層４１０のみと接触してＡｌＧａＮ層４００とは接触しない。
【0072】
パッシベーション層４１０がエッチングされる領域（すなわち、パッシベーション層４１０が除去される領域）において、ドレインメタルＭは第２の構造区間６２０を形成する。第２の構造区間６２０では、Ｐ－ＧａＮ層５００上に位置するドレインメタルＭの部分がＰ－ＧａＮ層５００と接触するとともに、ドレインメタルＭの延長部６２１が、ＡｌＧａＮ層４００上に直接形成されてＡｌＧａＮ層４００とオーミックコンタクト（Ohmic contact）を形成する。
【0073】
さらに、ＡｌＧａＮ層４００上にソースメタルＳ－ｏｈｍを成長させる工程、及びゲートＧのＰ－ＧａＮ層６００上にゲートメタルＧ－Ｍを成長させる工程も、工程Ｓ２０３で実行され得る。ＡｌＧａＮ層４００上にソースメタルＳ－ｏｈｍを成長させること及びゲートＧのＰ－ＧａＮ層６００上にゲートメタルＧ－Ｍを成長させることはどちらも、窒化ガリウムデバイスを製造する従来からの工程であり、この出願のこの実施形態において更に詳述することはしない。
【0074】
図１１Ａ、図１１Ｂ、及び図１１Ｃを参照して分かることには、この出願の実施形態３で提供される窒化ガリウムデバイスが製造されるとき、ＡｌＧａＮ層４００上でエッチングを行うことによって連続したストリップＰ－ＧａＮ層５００を生成すればよくて、Ｐ－ＧａＮ層５００を複数のＰ－ＧａＮアイランドへと精密にエッチングする必要はなく、それにより、単純なプロセスを可能に、デバイスの良品率及び生産効率を改善する助けとなる。
【0075】
実施形態５
この出願の実施形態５は窒化ガリウムデバイスを提供する。
この出願の実施形態５は窒化ガリウムデバイスを提供する。
【0076】
図１２は、この出願の実施形態５に従った窒化ガリウムデバイスの構造の三次元図である。
この出願の実施形態５による窒化ガリウムデバイスの構造の三次元図である。図４と比較して、図１２から分かることには、この出願の実施形態５で提供される窒化ガリウムデバイスと実施形態１で提供される窒化ガリウムデバイスとの間の違いは、ドレインメタルＭにおける第１の構造区間６１０及び第２の構造区間６２０が、ゲート幅方向に連続して分布するのではなく交互に分布しており、隣接する第１の構造区間６１０と第２の構造区間６２０との間に特定の間隔が存在することにある。この出願の実施形態５で具体的に説明されない残りの機構については、この出願の実施形態１の実装を参照されたい。詳細をここで再び説明することはしない。
この出願の実施形態５による窒化ガリウムデバイスの構造の三次元図である。図４と比較して、図１２から分かることには、この出願の実施形態５で提供される窒化ガリウムデバイスと実施形態１で提供される窒化ガリウムデバイスとの間の違いは、ドレインメタルＭにおける第１の構造区間６１０及び第２の構造区間６２０が、ゲート幅方向に連続して分布するのではなく交互に分布しており、隣接する第１の構造区間６１０と第２の構造区間６２０との間に特定の間隔が存在することにある。この出願の実施形態５で具体的に説明されない残りの機構については、この出願の実施形態１の実装を参照されたい。詳細をここで再び説明することはしない。
【0077】
この出願の一実施形態は更にエレクトロニクス装置を提供する。当該エレクトロニクス装置は、例えば、電力アダプタ、整流器、インバータ、周波数変換器、サーバ、遠隔無線ユニット（remote radio unit，ＲＲＵ）、又はスイッチング電源とし得る。当該エレクトロニクス装置は、この出願の実施形態で提供される窒化ガリウムデバイスを１つ以上含み得る。
【0078】
この出願の一実施形態は更に、ゲートドライバと、この出願の実施形態における第１の態様及び第１の態様の実装に従った窒化ガリウムデバイスと、を含む駆動回路を提供する。窒化ガリウムデバイスのゲートが、ゲートドライバの信号出力端子に結合され、窒化ガリウムデバイスのソース及びドレインが、負荷回路に結合される。ゲートドライバは、窒化ガリウムデバイスをターンオンさせるために第１の電位を出力し、窒化ガリウムデバイスをターンオフさせるために第２の電位を出力するように構成され、第１の電位は、窒化ガリウムデバイスのターンオン電位より高く、第２の電位は、窒化ガリウムデバイスのターンオン電位より低い。
【0079】
通常、窒化ガリウムデバイスは、制御のためにゲートを使用し、窒化ガリウムデバイスのオン／オフ状態を制御するために異なる電位の電気信号がゲートに入力される。ゲートに入力される電気信号が臨界電位よりも高いとき、窒化ガリウムデバイスはターンオンされる。ゲートに入力される電気信号が上記電位よりも低いとき、窒化ガリウムデバイスはターンオフされる。臨界電位は、窒化ガリウムデバイスのターンオン電位と称されることもある。この出願のこの実施形態において、ゲートドライバによって出力される第１の電位は高電位とも称され得る。第１の電位はターンオン電位よりも高いので、窒化ガリウムデバイスはターンオンされることができる。ゲートドライバによって出力される第２の電位は低電位とも称され得る。第２の電位はターンオン電位よりも低いので、窒化ガリウムデバイスはターンオフされることができ、それにより窒化ガリウムデバイスの状態制御を実現し得る。
【0080】
斯くして、この窒化ガリウムデバイスを、負荷回路内のスイッチングデバイスとして使用することができ、ゲートドライバによってオン及びオフに制御される。この窒化ガリウムデバイスは、“電流コラプス”効果を克服して、小さい固有オン抵抗及び小さいデバイス損失を持つので、負荷回路の全体的な動作効率を向上させることができ、負荷回路によって発生する熱の総量を減らすことができ、負荷回路の動作安定性を向上させることができる。
【0081】
容易に理解することには、当業者は、この出願で提供されたこれら幾つか実施形態に基づいて、この出願の実施形態を組み合わせ、分割し、又は組み立て直すことにより、他の実施形態を得ることができ、それらの実施形態はこの出願の保護の範囲を超えるものではない。本発明の目的、技術的ソリューション、及び利益は、以上の特定の実施形態において更に詳細に説明されている。理解されるべきことには、以上の説明は、単に本発明の特定の実施形態に過ぎず、本発明の保護範囲を限定することを意図したものではない。本発明の技術的ソリューションに基づいてなされる如何なる変更、均等置換、又は改良も、本発明の保護範囲に入るものである。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11A】
【図11B】
【図11C】
【図12】
【外国語明細書】