[發明專利]化合物半導體器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201110342604.0
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN102487080A
• 公開（公告）日: 2012-06-06
• 發明（設計）人: 今西健治;吉川俊英
• 申請（專利權）人: 富士通株式會社
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/06;H01L21/335
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 章侃銥;張浴月

技術領域

本文討論的實施例涉及一種化合物半導體器件及其制造方法。

背景技術

近年來，在襯底上方按順序形成有GaN層和AlGaN層的電子器件(化合物半導體器件)得到了蓬勃的發展，其中GaN層是用作電子渡越層。GaN基高電子遷移率晶體管(HEMT)被作為如上所述的化合物半導體器件的一種。在GaN基HEMT中，使用了在AlGaN與GaN之間的異質結界面處所產生的高濃度二維電子氣體(2DEG)。

GaN的帶隙是3.4eV，大于硅的帶隙(1.1eV)和GaAs的帶隙(1.4eV)。即，GaN具有高擊穿電場強度。此外，GaN還具有較大的飽和電子速率。因此，GaN被極其地期望作為具有高壓操作和高功率能力的化合物半導體器件的材料。GaN基HEMT被期望作為用于高效率開關元件、電動車輛等的高擊穿電壓電子器件。

使用高濃度二維電子氣體的GaN基HEMT在許多情況下進行常開操作。即，當柵壓(gate?voltage)關閉時電流流動。這是因為溝道處存在大量電子。另一方面，對用于高擊穿電壓電子器件的GaN基HEMT來說，從自動防故障(fail-safe)的觀點看，常關操作被認為是重要的。

因此，對于具有常關操作能力的GaN基HEMT來說，已經進行了各種研究。例如，提出了這樣的結構，其中，p型半導體層被設置在柵極和有源區之間。此外，還提出了這樣的結構，其通過對位于柵極正下方的電子供應層進行蝕刻來劃分2DEG。

然而，對于獲得提供p型半導體層的結構來說，p型雜質的摻雜和用于激活的熱處理是必要的。因為，與n型雜質相比，p型雜質極其不容易被激活，所以有必要將熱處理的溫度提高到高溫，并且，因為在高溫熱處理過程中電子渡越層與電子供應層之間的界面被損壞，所以電子的遷移率被降低。此外，在獲得2DEG被劃分的結構的蝕刻中，鄰近電子渡越層處出現嚴重損壞，因此出現薄層電阻增大以及泄漏電流增大的情況。因此，將這些技術應用到實際器件是困難的。

專利文獻1：日本專利特許公開No.2007-19309

專利文獻2：日本專利特許公開No.2009-76845

發明內容

本實施例的目的是提供一種能夠容易地進行常關操作的化合物半導體器件及其制造方法。

根據一種化合物半導體器件的一個方面，提供有：襯底；第一AlGaN層，在襯底的上方形成；第二AlGaN層，在第一AlGaN層的上方形成；電子渡越層，在第二AlGaN層的上方形成；以及電子供應層，在電子渡越層的上方形成。當第一AlGaN層的構成由Al_x1Ga_1-x1N表示，第二AlGaN層的構成由Al_x2Ga_1-x2N表示時，“0≤x1＜x2≤1”的關系成立。存在于第二AlGaN層的上表面處的負電荷多于存在于第二AlGaN層的下表面處的正電荷。

根據一種化合物半導體器件的制造方法的一個方面，在襯底的上方形成第一AlGaN層。在第一AlGaN層的上方形成第二AlGaN層。在第二AlGaN層的上方形成電子渡越層。在電子渡越層的上方形成電子供應層。當第一AlGaN層的構成由Al_x1Ga_1-x1N表示，第二AlGaN層的構成由Al_x2Ga_1-x2N表示時，“0≤x1＜x2≤1”的關系成立。存在于第二AlGaN層的上表面處的負電荷多于存在于第二AlGaN層的下表面處的正電荷。

附圖說明

圖1A和圖1B為示出根據一個實施例的GaN基HEMT的結構的視圖；

圖2A至圖2H為按照處理步驟示出根據該實施例的GaN基HEMT的制造方法的剖視圖，；

圖3為呈現根據該實施例的GaN基HEMT的電子能量和電子密度的深度剖面的視圖；

圖4為示出參考例的結構的剖視圖；

圖5為呈現根據該參考例的GaN基HEMT的電子能量和電子密度的深度剖面的視圖；

圖6為呈現柵壓與二維電子氣體的密度之間的關系的視圖；

圖7為示出高功率放大器的外觀的示例的視圖；以及

圖8A和圖8B為示出電源器件的視圖。

具體實施方式

下面將參照附圖來具體說明實施例。圖1A和圖1B為示出根據一個實施例的GaN基HEMT(化合物半導體器件)的結構的視圖；