專利名稱：Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體電子器件、制作Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體電子器件的方法以及Ⅲ族氮化物半 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及III族氮化物半導(dǎo)體電子器件、制作III族氮化物半導(dǎo)體電子器件的方法以及III族氮化物半導(dǎo)體外延片。
背景技術(shù)：
在專利文獻(xiàn)1中記載有氮化物半導(dǎo)體激光器。該氮化物半導(dǎo)體激光器制作在氮化鎵襯底的主面上。氮化鎵襯底的主面從氮化鎵的(0001)面以13度以上90度以下的角度傾斜。由此，降低氮化物半導(dǎo)體激光器的有源層中的成分分離。
在專利文獻(xiàn)2中記載有纖鋅礦型氮化鎵的半導(dǎo)體襯底。該半導(dǎo)體襯底的主面從 (0001)面向<10-10>方向以45度以上65度以下的角度傾斜。
在專利文獻(xiàn)3中記載有肖特基二極管、pn結(jié)二極管以及MIS型晶體管。這些半導(dǎo)體元件制作在自支撐(free standing)氮化鎵襯底上。自支撐氮化鎵襯底的主面從(0001) 面以+5度以下-5度以上范圍的角度傾斜。
在專利文獻(xiàn)4中記載有肖特基二極管、pn結(jié)二極管以及MIS型晶體管。例如，顯示有合成偏角和有效載流子濃度的關(guān)系。
在非專利文獻(xiàn)1中記載有pin 二極管。pin 二極管具備生長(zhǎng)于自支撐GaN襯底上的外延層。正方向的接通電壓在攝氏300度的溫度下為約5伏特。作為自支撐GaN襯底所使用的厚膜是通過氫化物氣相外延生長(zhǎng)(HVPE =Hydride Vapor Phase Epitaxy)法在Al2O3 襯底上生長(zhǎng)的。通過激光束照射來將該厚膜從Al2O3襯底分離而制作自支撐GaN襯底。在該自支撐GaN襯底上通過有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法生長(zhǎng)有3微米厚的非摻雜氮化物半導(dǎo)體膜。 接著，在該非摻雜氮化物半導(dǎo)體膜上生長(zhǎng)有0. 3微米厚的Mg摻雜氮化物半導(dǎo)體膜。自支撐 GaN襯底、非摻雜氮化物半導(dǎo)體膜以及Mg摻雜氮化物半導(dǎo)體膜構(gòu)成pin結(jié)構(gòu)。
在非專利文獻(xiàn)2中記載有氮化物半導(dǎo)體pn結(jié)的特性。首先，通過有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法使用用于LEO再生長(zhǎng)的SW2掩模在c面藍(lán)寶石襯底上形成2微米厚的GaN膜。掩模圖案為以45微米間隔具有5微米開口的條紋。在LEO生長(zhǎng)中氮化物半導(dǎo)體垂直地生長(zhǎng)于掩模開口，并且在水平方向外延生長(zhǎng)(overgrowth)于掩模上。所生長(zhǎng)的氮化物半導(dǎo)體的高度以及外延生長(zhǎng)的長(zhǎng)度分別約為8微米。在該LEO氮化物半導(dǎo)體部上形成pn結(jié)二極管。該 pn結(jié)二極管包括1微米厚的非摻雜η型GaN膜和生長(zhǎng)在此上的0. 5微米厚的摻雜Mg的ρ 型GaN膜。pn結(jié)二極管的大小為2微米X 20微米。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)1 特開2001-120497號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2 特開2003-112999號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)3 特開2006-100801號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)4 特開2007-299793號(hào)公報(bào)
5 非專利文獻(xiàn) 非專利文獻(xiàn) 1:Y Irokawa et al. Appl. Phys. Lett. Vol. 83,No. 11,15 September, 2003 非專利文獻(xiàn) 2 :P Kozodoyetal, Appl. Phys. Lett. Vol. 73, No. 7,17 September, 1998

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的技術(shù)問題 氮化鎵系半導(dǎo)體電子器件包括外延生長(zhǎng)在氮化鎵襯底主面上的氮化鎵半導(dǎo)體膜。 具體而言，氮化鎵襯底主面從c面具有1度以內(nèi)的偏角。
在非專利文獻(xiàn)2的氮化物半導(dǎo)體pn結(jié)二極管中，低位錯(cuò)部的反向漏電流不足 106cm_2，另一方面，高位錯(cuò)部的反向漏電流為4X IO8CnT2左右。低位錯(cuò)部的反向漏電流與高位錯(cuò)部的反向漏電流相比較小，這表示位錯(cuò)下降能夠提高擊穿電壓。但是，該報(bào)告中的器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)際上無法在低位錯(cuò)部上制作器件。
在非專利文獻(xiàn)1中，在LEO氮化物半導(dǎo)體部上形成有pn結(jié)二極管，據(jù)此，由氮化物半導(dǎo)體制作的二極管的漏電流較多。因此，非專利文獻(xiàn)1的Pin 二極管的反方向耐電壓也不是充分高。
在功率器件中為了確保電流而需要較大的芯片面積。例如，為了流過6安培左右的電流而需要1平方毫米(例如，Imm見方)以上的芯片大小。再有，為了流過到100安培左右為止的電流而需要25平方毫米(例如5mm見方)的芯片大小。在某種程度大小的電子器件中，電極形成在像氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶內(nèi)的位錯(cuò)這樣的結(jié)晶缺陷較大密度的區(qū)域上。因?yàn)檫@些缺陷而使電子器件的漏電流增加。在進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作的功率器件中，在斷開開關(guān)時(shí)也流過漏電流。根據(jù)漏電流程度的不同而有可能起不到開關(guān)器件的作用。
到目前為止，氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件實(shí)際應(yīng)用為發(fā)光二極管、激光二極管。在這些發(fā)光器件中，即使是元件大小較大的也不過數(shù)百Pm見方。此大小的發(fā)光器件可以制作在低缺陷的氮化物半導(dǎo)體外延區(qū)域上。而且，在發(fā)光器件領(lǐng)域中，提高發(fā)光效率是重要的。因此，在發(fā)光器件領(lǐng)域中，改善特性的視點(diǎn)不在減少漏電流上而放在提高發(fā)光效率上。 另外，發(fā)光器件在其使用時(shí)被施加正方向偏壓。
另一方面，在作為開關(guān)器件所使用的電子器件中，到目前為止，關(guān)于漏電流的減少進(jìn)行了改善的努力。需要進(jìn)一步減少漏電流。
發(fā)明者認(rèn)為氮化物半導(dǎo)體元件的漏電流發(fā)生機(jī)理為如下。在反向偏壓施加在肖特基結(jié)以及pn結(jié)上時(shí)，在其結(jié)合界面中電場(chǎng)強(qiáng)度變成最大。在其結(jié)合界面中存在結(jié)晶缺陷時(shí)，像其缺陷的電子以及/或者空穴這樣的載流子成為反方向漏電流的發(fā)生源。另外，結(jié)晶缺陷在晶格中引起內(nèi)部應(yīng)力。例如，如果是壓縮應(yīng)力，則較小原子半徑的雜質(zhì)原子偏析在其結(jié)晶缺陷的可能性變高，如果是張開應(yīng)力，則較大原子半徑的原子偏析在其結(jié)晶缺陷的可能性變高。所偏析的雜質(zhì)原子中的某種原子放出像電子以及空穴這樣的載流子作為施主以及受主。這些載流子也可能成為漏電流的發(fā)生源。
本發(fā)明的目的在于提供具有能夠減少漏電流的結(jié)構(gòu)的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件。本發(fā)明的另一目的在于提供制造該III族氮化物半導(dǎo)體電子器件的方法。本發(fā)明的又一目的在于提供III族氮化物半導(dǎo)體外延片。
用于解決問題的手段 本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面涉及III族氮化物半導(dǎo)體電子器件。III族氮化物半導(dǎo)體電子器件具備(a)支撐襯底，其由具有超過1 X IO18CnT3的載流子濃度的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，且包括第一面和與該第一面相反側(cè)的第二面；(b)第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層，其設(shè)置于上述支撐襯底的上述第一面上。上述III族氮化物半導(dǎo)體外延層與上述支撐襯底的上述第一面形成結(jié)合，上述支撐襯底的上述第一面相對(duì)于向上述III族氮化物半導(dǎo)體的c 軸方向延伸的基準(zhǔn)軸以大于5度的角度傾斜，上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層包括依次配置在上述第一面的法線方向上的第一區(qū)域、第二區(qū)域以及第三區(qū)域，上述第二區(qū)域的位錯(cuò)密度小于上述支撐襯底的位錯(cuò)密度，上述第三區(qū)域的位錯(cuò)密度小于上述第一區(qū)域的位錯(cuò)密度。
本發(fā)明的另一側(cè)面涉及制作III族氮化物半導(dǎo)體電子器件的方法。該方法具備 (a)將晶圓配置于生長(zhǎng)爐的工序，其中，該晶圓由具有超過lX1018cm_3的載流子濃度的III 族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，并具有相對(duì)于向該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸方向延伸的基準(zhǔn)軸以大于5度的角度傾斜的主面；(b)在上述晶圓的上述主面上生長(zhǎng)第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的工序。上述III族氮化物半導(dǎo)體外延膜與上述晶圓的上述主面形成結(jié)合，上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層包括依次配置在上述主面的法線方向上的第一區(qū)域、第二區(qū)域以及第三區(qū)域，上述第二區(qū)域的位錯(cuò)密度小于上述晶圓的位錯(cuò)密度，上述第三區(qū)域的位錯(cuò)密度小于上述第一區(qū)域的位錯(cuò)密度。
本發(fā)明的還有一個(gè)側(cè)面涉及用于III族氮化物半導(dǎo)體電子器件的III族氮化物半導(dǎo)體外延片。該外延片具備(a)晶圓，其由具有超過IXlO18cnT3的載流子濃度的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，且包括第一面和與該第一面相反側(cè)的第二面；(b)第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層，其設(shè)置在上述晶圓的上述第一面上。上述III族氮化物半導(dǎo)體外延層與上述晶圓形成結(jié)合，上述晶圓的上述第一面相對(duì)于向上述III族氮化物半導(dǎo)體的c軸方向延伸的基準(zhǔn)軸以大于5度的角度傾斜，上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層包括依次配置在上述第一面的法線方向的第一區(qū)域、第二區(qū)域以及第三區(qū)域，上述第二區(qū)域的位錯(cuò)密度小于上述支撐襯底的位錯(cuò)密度，上述第三區(qū)域的位錯(cuò)密度小于上述第一區(qū)域的位錯(cuò)密度。
根據(jù)上述側(cè)面所涉及的發(fā)明，像支撐襯底或晶圓這樣的襯底的第一面相對(duì)于基準(zhǔn)軸以大于5度的角度傾斜，并且第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層生長(zhǎng)在襯底上，因此，隨著 III族氮化物半導(dǎo)體的堆積的進(jìn)展，III族氮化物半導(dǎo)體內(nèi)的穿透位錯(cuò)密度下降。據(jù)此，III 族氮化物半導(dǎo)體外延層的第二區(qū)域的位錯(cuò)密度變成小于襯底為位錯(cuò)密度，并且第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層中的第三區(qū)域的位錯(cuò)密度變成小于第一區(qū)域的位錯(cuò)密度。
在外延生長(zhǎng)在襯底上的半導(dǎo)體膜中存在穿透位錯(cuò)，這些穿透位錯(cuò)是從襯底繼承的。到目前為止的氮化鎵系半導(dǎo)體器件不具備獲取因位錯(cuò)分解而得到的技術(shù)貢獻(xiàn)的結(jié)構(gòu)。 但是，根據(jù)發(fā)明者的知識(shí)，在第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的厚度為3微米以上且襯底的偏角超過5度時(shí)，在該外延生長(zhǎng)中可通過臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)而進(jìn)行穿透位錯(cuò)的分解。
根據(jù)穿透位錯(cuò)的分解，能夠避開位錯(cuò)的局部集中而在空間上分散位錯(cuò)。另外，根據(jù)穿透位錯(cuò)的分解，較大伯格斯矢量的位錯(cuò)可以分解為較小伯格斯矢量的多個(gè)位錯(cuò)，由此， 能夠減少結(jié)晶中的局部應(yīng)變。再有，根據(jù)穿透位錯(cuò)的分解，相反地位錯(cuò)合并的頻率增加，通過該合并能夠降低位錯(cuò)密度，并且能夠使位錯(cuò)的伯格斯矢量變小。由此，根據(jù)穿透位錯(cuò)的分解，能夠提供利用良好品質(zhì)結(jié)晶的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件、制造III族氮化物半導(dǎo)體電子器件的方法以及用于III族氮化物半導(dǎo)體電子器件的外延片。
在本發(fā)明中，上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的表面可以具有包括由多個(gè)結(jié)晶面構(gòu)成的臺(tái)階的形貌(morphology)。根據(jù)此發(fā)明，III族氮化物半導(dǎo)體外延膜的表面顯示該III族氮化物半導(dǎo)體外延膜的生長(zhǎng)的最終階段，因此，在III族氮化物半導(dǎo)體外延膜的表面上出現(xiàn)上述形貌時(shí)，在III族氮化物半導(dǎo)體外延膜中順利產(chǎn)生位錯(cuò)的分解。其結(jié)果，減少III族氮化物半導(dǎo)體外延膜中的因位錯(cuò)所產(chǎn)生的局部應(yīng)變。
在本發(fā)明中，上述支撐襯底的上述第一面可以相對(duì)于上述基準(zhǔn)軸以20度以上的角度傾斜。根據(jù)本發(fā)明，在傾斜角20度以上時(shí)，臺(tái)階變窄，在III族氮化物半導(dǎo)體外延膜中順利產(chǎn)生位錯(cuò)的分解。其結(jié)果，減少III族氮化物半導(dǎo)體外延膜中的因位錯(cuò)而產(chǎn)生的局部應(yīng)變。
在本發(fā)明中，上述支撐襯底的上述第一面可以相對(duì)于上述基準(zhǔn)軸以40度以上80 度以下的角度傾斜。根據(jù)本發(fā)明，在傾斜角為40度以上時(shí)，臺(tái)階密度變得更大，在III族氮化物半導(dǎo)體外延膜中產(chǎn)生位錯(cuò)的分解。另外，在傾斜角為80度以下時(shí)，主面通過自a面以及m面的傾斜來能夠防止臺(tái)階密度變小。其結(jié)果，能夠減少因III族氮化物半導(dǎo)體外延膜中的位錯(cuò)而產(chǎn)生的局部應(yīng)變。
在本發(fā)明中，上述支撐襯底的上述第一面具有第一區(qū)域和第二區(qū)域，上述第一區(qū)域的位錯(cuò)密度可以為IXlO8CnT2以下，上述第二區(qū)域的位錯(cuò)密度可以大于IX 108cm_2。
根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)㈦娮悠骷闹饕糠种谱髟诘谝粎^(qū)域。另外，在位錯(cuò)密度為 1 X IO8CnT2以下時(shí)，通過因位錯(cuò)的分解而產(chǎn)生的位錯(cuò)下降，能夠得到所期望的位錯(cuò)密度的級(jí)別。
在本發(fā)明中，上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的厚度可以為3微米以上，上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的載流子濃度可以為IXlO14cnT3以上且IXlO17cnT3以下。 根據(jù)本發(fā)明，通過位錯(cuò)的減少和載流子濃度，能夠提供具有所期望的反向偏壓的電子器件。
在本發(fā)明中，上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的厚度可以為5微米以上，上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的載流子濃度可以為ι χ IO14CnT3以上且2X IO16CnT3以下。 根據(jù)本發(fā)明，在第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的厚度為5微米以上時(shí)，因位錯(cuò)分解而使器件表層的位錯(cuò)密度下降。
在本發(fā)明中，上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的厚度可以為100微米以下。根據(jù)本發(fā)明，如果第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的厚度超過100微米以下，則與位錯(cuò)的減少效果相比更容易受到因長(zhǎng)期的結(jié)晶生長(zhǎng)而產(chǎn)生的結(jié)晶缺陷增加的影響。
本發(fā)明所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體器件還可以具備在上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層上形成肖特基結(jié)的肖特基電極。根據(jù)本發(fā)明，提供具有肖特基電極的電子器件。
本發(fā)明涉及的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件還可以具備第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層，其設(shè)置于上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層上；以及歐姆電極，其在上述第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層上形成歐姆接觸。上述第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層具有與上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的導(dǎo)電型相反的導(dǎo)電型。上述第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層與上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層形成Pn結(jié)。根據(jù)本發(fā)明，提供具有pn結(jié)
8的電子器件。
在本發(fā)明中，上述第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層和上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層可以形成同質(zhì)結(jié)。根據(jù)該III族氮化物半導(dǎo)體器件，在形成Pn結(jié)的電子器件中， 能夠獲得因位錯(cuò)分解而得到的技術(shù)貢獻(xiàn)。
在本發(fā)明中，上述第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層可以包括依次配置在上述第一面的法線方向上的第一區(qū)域、第二區(qū)域以及第三區(qū)域，上述第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的上述第三區(qū)域的位錯(cuò)密度可以小于上述第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的上述第一區(qū)域的位錯(cuò)密度。根據(jù)本發(fā)明，在第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層中，可通過位錯(cuò)分解而降低位錯(cuò)密度。
本發(fā)明涉及的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件可以具備源極區(qū)域，其由η型III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成；分離區(qū)域，其設(shè)置于上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體膜和上述源極區(qū)域之間，由P型III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成；絕緣膜，其設(shè)置在上述分離區(qū)域的表面上；以及柵極，用于經(jīng)由上述絕緣膜改變上述分離區(qū)域的表面的電勢(shì)。上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的導(dǎo)電型為η型。根據(jù)本發(fā)明，提供晶體管結(jié)構(gòu)的電子器件。
在本發(fā)明中，在上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層中，具有第一伯格斯矢量的位錯(cuò)被分解為多個(gè)位錯(cuò)，上述第一伯格斯矢量與上述多個(gè)位錯(cuò)各自的伯格斯矢量的總和相等。另外，在本發(fā)明中，在上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層中，具有第二伯格斯矢量的位錯(cuò)與具有第三伯格斯矢量的位錯(cuò)合并，上述第三伯格斯矢量具有與上述第二伯格斯矢量相反方向的成分。
在制作本發(fā)明涉及的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件以及外延片的方法中，上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層可以通過有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法以及HVPE法中的任一個(gè)方法來生長(zhǎng)。在通過這些方法的生長(zhǎng)中產(chǎn)生位錯(cuò)的分解。
制造本發(fā)明涉及的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件以及外延片的方法還可以具備在上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層上形成肖特基電極的工序。根據(jù)此方法，提供具有肖特基電極的電子器件。
制作本發(fā)明涉及的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件以及外延片的方法還可以具備 在上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層上生長(zhǎng)第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的工序；以及在上述第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層上形成歐姆電極的工序。上述第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層具有與上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的導(dǎo)電型相反的導(dǎo)電型。根據(jù)此方法，在具有ρη結(jié)形成的電子器件中，能夠獲得因位錯(cuò)分解而得到的技術(shù)貢獻(xiàn)。
本發(fā)明涉及的外延片還可以具備設(shè)置在上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層上的第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層。上述第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層具有與上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的導(dǎo)電型相反的導(dǎo)電型。
本發(fā)明的上述目的以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)是通過參照附圖所進(jìn)行的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的以下詳細(xì)記述來更容易變得明確。
技術(shù)效果 如上所說明，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)側(cè)面，提供具有能夠減少漏電流結(jié)構(gòu)的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件。另外，根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)側(cè)面，提供制造該III族氮化物半導(dǎo)體電子器件的方法。還有，根據(jù)本發(fā)明的還一個(gè)側(cè)面，提供用于該III族氮化物半導(dǎo)體電子器件的III族氮化物半導(dǎo)體外延片。


圖1是表示本實(shí)施方式所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件以及外延片的層疊結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是說明III族氮化物的臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)(st印-flow growth)的圖。
圖3是示意性地表示穿透位錯(cuò)的分解的圖。
圖4是示意性地表示穿透位錯(cuò)的合并的圖。
圖5是表示本實(shí)施方式涉及的肖特基二極管的圖。
圖6是表示器件A的I-V反向偏壓特性的圖。
圖7是表示本實(shí)施方式涉及的pn結(jié)二極管的圖。
圖8是表示本實(shí)施方式涉及的MIS型晶體管的圖。
圖9是表示制造本實(shí)施方式涉及的外延片以及III族氮化物半導(dǎo)體電子器件的方法的主要工序的圖。
圖10是表示自支撐GaN襯底中的高位錯(cuò)區(qū)域以及低位錯(cuò)區(qū)域的配置的例子的圖。
附圖標(biāo)記 Ila:肖特基二極管； llb:pn 結(jié)二極管； llc:MIS 型晶體管； 13 襯底； 17 :111族氮化物半導(dǎo)體外延膜； 19 第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層； 21 第二導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層； 23:肖特基電極； 25、27、29 歐姆電極； 57 分離區(qū)域； 59 源極半導(dǎo)體區(qū)域； 61 源極； 63 漏極； 71 :111族氮化物半導(dǎo)體MIS型晶體管； 75 柵極； 77:絕緣層。
具體實(shí)施例方式通過參照作為例示示出的附圖并考慮以下的詳細(xì)記述能夠容易理解本發(fā)明的見解。下面，邊參照附圖邊說明本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件、制造III族氮化物半導(dǎo)體電子器件的方法、制造外延片的方法以及用于III族氮化物半導(dǎo)體電子器件的外延片所涉及的實(shí)施方式。在可能的情況下，對(duì)相同部分標(biāo)上相同的附圖標(biāo)記。
圖1是表示本實(shí)施方式所涉及的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件以及外延片的層疊結(jié)構(gòu)的圖。在圖1中顯示有表示幾何學(xué)方向的正交坐標(biāo)系S以及表示結(jié)晶學(xué)方位的結(jié)晶坐標(biāo)系CR。在結(jié)晶坐標(biāo)系CR中III族氮化物半導(dǎo)體的a軸、m軸以及c軸相互正交。
層疊體11包括襯底13、由III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的外延結(jié)構(gòu)物15。襯底13在為了 III族氮化物半導(dǎo)體電子器件而被準(zhǔn)備時(shí)被參照為支撐襯底，另外，在為了外延片而被準(zhǔn)備時(shí)被參照為晶圓。襯底13以及外延結(jié)構(gòu)物15沿著規(guī)定的軸Ax配置。襯底13由具有超過IX IO18CnT3載流子濃度的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，該襯底13顯示出導(dǎo)電性。該 III族氮化物半導(dǎo)體可以為例如GaN、AlN單體或者粘貼在支撐襯底上的GaN、AlN等。襯底 13具有第一面13a以及第二面13b，第一面13a位于第二面13b的相反側(cè)。外延結(jié)構(gòu)物15 設(shè)置在襯底13的第一面13a上。外延結(jié)構(gòu)物15可以包含一個(gè)或多個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體外延膜。在圓形點(diǎn)線Cl內(nèi)顯示有外延結(jié)構(gòu)物15的一例。外延結(jié)構(gòu)物15包括III族氮化物半導(dǎo)體外延膜(以下記為“外延膜”)17。外延膜17的III族氮化物半導(dǎo)體可以為例如 GaNaiNaixGa1^xN, Inx^vxN,或者、Al、In、fei、N的混晶等。外延膜17與襯底13的第一面 13a形成結(jié)合J0，該結(jié)合可以為同質(zhì)結(jié)、異質(zhì)結(jié)，例如可以為像GaN/GaN、GaNAlxGivxN這樣的結(jié)合。襯底13的第一面13a相對(duì)于向III族氮化物半導(dǎo)體的c軸方向延伸的軸Cx，以大于5度的角度θ傾斜。參照?qǐng)D1，顯示有表示第一面13a的法線的法線矢量VN和表示III 族氮化物半導(dǎo)體的c軸方向的c軸矢量VC，法線矢量VN以及c軸矢量VC形成角度θ。外延膜17包括按順序配置在第一面13a的法線方向上的第一、第二以及第三區(qū)域17a、17b、 17c。第三區(qū)域17c的位錯(cuò)密度小于第一區(qū)域17a的位錯(cuò)密度。第二區(qū)域17b的位錯(cuò)密度小于襯底13的位錯(cuò)密度。
為了表示c軸的傾斜，描繪有代表性的(面義。本實(shí)施方式中的傾斜角θ是使用規(guī)定在a軸方向上的c軸的傾斜角度θ4和規(guī)定在m軸方向上的c軸的傾斜角度θM并通過(θ Α2+ θ μ2)1/2來被規(guī)定的。另外，襯底13以及外延膜17排列在Z軸方向上，襯底13的第一面13a以及第二面1 展開在X軸以及Y軸方向上。在一實(shí)施例中，第一面13a以及第二面1 相互平行。
在相對(duì)于c軸以大于5度的角度傾斜的III族氮化物半導(dǎo)體表面上形成用于電子器件的外延膜17時(shí)，隨著用于外延膜17的III族氮化物半導(dǎo)體的堆積因臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)而發(fā)展，發(fā)生位錯(cuò)的分解/合并，位錯(cuò)密度隨著生長(zhǎng)而下降。據(jù)此，III族氮化物半導(dǎo)體外延生長(zhǎng)而依次生長(zhǎng)第一、第二以及第三區(qū)域17a、17b、17c，另外，位錯(cuò)密度逐漸下降。該生長(zhǎng)的結(jié)果，被第二區(qū)域17b從第一區(qū)域17a隔開的第三區(qū)域17c的位錯(cuò)密度變成小于第一區(qū)域 17a的位錯(cuò)密度。第二區(qū)域17b的位錯(cuò)密度小于襯底13的位錯(cuò)密度。
在襯底13上的外延生長(zhǎng)中，在外延膜17中存在穿透位錯(cuò)，這些穿透位錯(cuò)是從襯底 13繼承的。到目前為止的氮化鎵系半導(dǎo)體電子器件不具有獲取由該分解所產(chǎn)生的技術(shù)貢獻(xiàn)的結(jié)構(gòu)。但是，根據(jù)發(fā)明者的見解，外延膜17的厚度Dl至少為1微米以上、為了得到顯著效果而為3微米以上時(shí)，可通過外延生長(zhǎng)中的臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)而進(jìn)行穿透位錯(cuò)的分解。
參照?qǐng)D2說明III族氮化物半導(dǎo)體的臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)。在大于5度偏角的III族氮化物半導(dǎo)體區(qū)域上進(jìn)行III族氮化物半導(dǎo)體的堆積時(shí)，如果生長(zhǎng)發(fā)展到某種程度，則如圖 2(a)所示，在生長(zhǎng)表面出現(xiàn)臺(tái)階狀的形貌。臺(tái)階的形狀以及面方位依賴于偏角的方向Aqff。 通過保持適當(dāng)?shù)纳L(zhǎng)條件，在生長(zhǎng)表面始終出現(xiàn)臺(tái)階狀的形貌。
另外，在具有幾個(gè)偏角的主面的III族氮化物半導(dǎo)體襯底上同質(zhì)生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體時(shí)，在超過5度偏角的主面上的生長(zhǎng)中，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果的觀察明白了以下事項(xiàng)。如圖2(a)所示，在III族氮化物半導(dǎo)體上形成有低位錯(cuò)密度的低位錯(cuò)區(qū)域Al以及高位錯(cuò)密度的高位錯(cuò)區(qū)域A2。在低位錯(cuò)區(qū)域Al中顯示有穿透位錯(cuò)TD1，在高位錯(cuò)區(qū)域A2中顯示有穿透位錯(cuò)TD2。
如圖2(b)所示，在低位錯(cuò)區(qū)域Al中，幾乎不受穿透位錯(cuò)的影響，臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)向箭頭G所示方向發(fā)展。然后，穿透位錯(cuò)相互結(jié)合而逐漸消失。另一方面，在高位錯(cuò)區(qū)域A2 中，臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)的發(fā)展較慢。據(jù)此，臺(tái)階生長(zhǎng)從低位錯(cuò)區(qū)域發(fā)展而將臺(tái)階生長(zhǎng)的發(fā)展較慢的高位錯(cuò)區(qū)域埋入。
圖3(a)以及圖3(b)是示意性地表示穿透位錯(cuò)的分解的圖。根據(jù)穿透位錯(cuò)的分解， 能夠避免位錯(cuò)局部集中而使位錯(cuò)在空間上分散。另外，根據(jù)穿透位錯(cuò)的分解，能夠?qū)⑤^大伯格斯矢量Bl的位錯(cuò)分解為較小伯格斯矢量B2、B3的多個(gè)位錯(cuò)。由此，能夠降低結(jié)晶中的局部應(yīng)變。圖4(a)以及圖4(b)是示意性地表示穿透位錯(cuò)的合并的圖。根據(jù)穿透位錯(cuò)的合并， 相反地增加位錯(cuò)合并的頻度，通過該合并能夠降低位錯(cuò)密度，另外，能夠縮小位錯(cuò)的伯格斯矢量。根據(jù)穿透位錯(cuò)的合并，相互反方向的伯格斯矢量B4、B5的多個(gè)位錯(cuò)合并而生成較小的伯格斯矢量B6的位錯(cuò)。由此，能夠減少結(jié)晶中的局部應(yīng)變。
如上所述，根據(jù)穿透位錯(cuò)的分解/合并，能夠提供利用了良好品質(zhì)結(jié)晶的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件、制造該III族氮化物半導(dǎo)體器件的方法以及用于III族氮化物半導(dǎo)體電子器件的外延片。因此，制作成該層疊結(jié)構(gòu)的肖特基結(jié)或者Pn結(jié)的漏電流大幅減少， 從而提高電子器件的耐壓。
另外，如從圖2可以理解，雖然在高位錯(cuò)區(qū)域A2的臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)較慢的區(qū)域中形成小平面(facet)，但偏角越大，III族氮化物半導(dǎo)體表面中的小平面的面積就越小， 其結(jié)果，器件的成品率提高。另外，偏角越大，出現(xiàn)于表面的臺(tái)階數(shù)越多，從而臺(tái)階的平臺(tái) (terrace)變窄。據(jù)此，在平臺(tái)面上核生成之前臺(tái)階發(fā)展，因此，穿透位錯(cuò)分解為排列在臺(tái)階發(fā)展方向上的多個(gè)穿透位錯(cuò)。另外，在較高位錯(cuò)密度區(qū)域中雖然產(chǎn)生小平面，但是在較大偏角的主面中小平面的擴(kuò)大受到限制。
外延膜17的表面具有如圖2(b)所示的、包括由多個(gè)結(jié)晶面構(gòu)成的臺(tái)階的形貌。外延膜17的表面表示外延膜17的生長(zhǎng)的最終階段，因此，在外延膜17的表面上出現(xiàn)上述形貌時(shí)，在外延膜17中順利地產(chǎn)生位錯(cuò)的分解。其結(jié)果，減少了外延膜17中的因位錯(cuò)而產(chǎn)生的局部應(yīng)變。
襯底13的第一面13a能夠相對(duì)于基準(zhǔn)軸Ax以20度以上的角度θ傾斜。在傾斜角θ為20度以上時(shí)，臺(tái)階變窄，在外延膜17中順利產(chǎn)生位錯(cuò)分解。其結(jié)果，外延膜17中的因位錯(cuò)而產(chǎn)生的局部應(yīng)變減少。另外，襯底13的第一面13a能夠相對(duì)于基準(zhǔn)軸Ax以40 度以上80度以下的角度θ傾斜。在傾斜角θ為40度以上時(shí)，臺(tái)階密度進(jìn)一步加大，在外延膜17中順利產(chǎn)生位錯(cuò)分解。再有，在傾斜角θ為80度以下時(shí)，第一面13a通過自a面以及m面的傾斜而能夠防止臺(tái)階密度變小。其結(jié)果，外延膜17中的因位錯(cuò)而產(chǎn)生的局部應(yīng)變減少。
外延膜17的厚度Dl可以為3微米以上。根據(jù)位錯(cuò)的減少，能夠提供具有所期望的反方向耐壓的電子器件。能夠使外延膜17的載流子濃度Nc在IXlO14cnT3以上。并且， 能夠使載流子濃度Nc在1 X IO17Cm-3以下。根據(jù)載流子濃度，能夠提供具有所期望的反方向耐壓的電子器件。
在外延膜17的厚度Dl為5微米以上時(shí)，因位錯(cuò)分解而使器件表層的位錯(cuò)密度下降。能夠使載流子濃度Nc在IXlO14cnT3以上。并且，能夠使載流子濃度Nc在2X IO16CnT3 以下。在2X IO16CnT3以下的高純度結(jié)晶的生長(zhǎng)中，由于在生長(zhǎng)中附著到表面的雜質(zhì)原子的密度也較低，因此這樣的雜質(zhì)原子不妨礙用于臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)的結(jié)晶構(gòu)成原子(( 和N)的表面遷移，因此促進(jìn)高品質(zhì)結(jié)晶的生長(zhǎng)。
如果外延膜17的厚度Dl超出100微米以下，則與位錯(cuò)的減少效果相比更容易受到因長(zhǎng)期的結(jié)晶生長(zhǎng)而增加結(jié)晶缺陷的影響。
再次參照?qǐng)D1，在圓形點(diǎn)線C2內(nèi)顯示有外延結(jié)構(gòu)物15的另外的例子。外延膜17 包括第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19以及第二導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層21。第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19和第二導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層21形成pn結(jié)J1。 另外，該pn結(jié)Jl可以為同質(zhì)結(jié)。在具有該pn結(jié)的形成的電子器件中，能夠獲得因位錯(cuò)的分解/合并而得到的技術(shù)貢獻(xiàn)。
第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19以及第二導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層21 的各個(gè)可以包括依次配置在第一面13a的法線方向上第一、第二以及第三的區(qū)域13c。第三區(qū)域的位錯(cuò)密度小于第一區(qū)域的位錯(cuò)密度。在第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19以及第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層21的各個(gè)中，也可通過位錯(cuò)分解而降低位錯(cuò)密度。
(肖特基二極管) 如圖5所示，電子器件Ila還可以具備肖特基電極23以及歐姆電極25。肖特基電極23在第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19上形成肖特基結(jié)。歐姆電極25在襯底13的第二面1 上形成歐姆接觸。電子器件Ila例如可以為肖特基二極管。
第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19的厚度Dl為3微米以上100微米以下。第一導(dǎo)電型III族氮化物19的載流子濃度為IXlO14Cnr3以上IXlO17Cnr3以下。如果襯底13 的載流子濃度為IXlO18Cm-3以上IXlO14cnT3以上，則能夠減小二極管的導(dǎo)通電阻。另外， 如果襯底13的偏角θ大于5度且載流子濃度為IX IO17CnT3以下(優(yōu)選為2 X IO16CnT3以下)，則能夠抑制決定耐壓的漏電流。
根據(jù)該肖特基二極管11a，襯底13從c軸方向具有超過5度的偏角θ，因此促進(jìn)了臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)。據(jù)此，襯底13內(nèi)的具有較大應(yīng)變的位錯(cuò)即較大伯格斯矢量的位錯(cuò)被分解為具有較小應(yīng)變即較小伯格斯矢量的多個(gè)位錯(cuò)。
另外，位錯(cuò)方向向襯底13的偏移方向彎曲，穿透位錯(cuò)移動(dòng)。氮化物半導(dǎo)體層19的厚度約為3微米以上時(shí)，在外延生長(zhǎng)中移動(dòng)的位錯(cuò)充分具有與反方向的位錯(cuò)彼此沖突而其伯格斯矢量消失的機(jī)會(huì)。由于位錯(cuò)沖突而位錯(cuò)密度下降。再有，由于氮化物半導(dǎo)體層19的載流子濃度為1 X IO14CnT3以上且1 X IO17Cm-3以下，因此通過氮化物半導(dǎo)體層19的厚度和載流子濃度的適當(dāng)設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)較低導(dǎo)通電阻的同時(shí)減少漏電流，從而能夠提高耐壓。
如圖5所示，襯底13的載流子濃度大于外延層的載流子濃度。歐姆電極25設(shè)置在襯底13的第二面13b的整個(gè)面上。肖特基電極23以圓形形成于第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19的表面的一部分、例如二極管元件的大致中央。作為肖特基電極23例如可以使用鎳/金(Ni/Au)。除此之外，可以使用Pt/Au或Au。襯底13以及第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19顯示出η導(dǎo)電型。另外，第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19直接同質(zhì)CN 102187433 A
說明書
10/15 頁外延生長(zhǎng)在襯底13上。襯底13的厚度D2例如為50微米以上，厚度D2為700微米以下。
(實(shí)驗(yàn)例1) 準(zhǔn)備具有將(0001)面為基準(zhǔn)以5. 5度的偏角傾斜的主面的自支撐GaN襯底。該自支撐GaN襯底是用HVPE法制作的，其厚度為400微米。自支撐GaN襯底顯示η導(dǎo)電型， 其載流子濃度為3Χ 1018cm_3。該GaN襯底中的平均位錯(cuò)密度為5X 106cm_2。通過以下步驟， 在該自支撐GaN襯底上制作肖特基二極管。在自支撐GaN襯底上通過有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng) (MOCVD)法生長(zhǎng)η導(dǎo)電型GaN外延膜而制作了外延片。該GaN外延膜具有5X 1015cm_3的載流子濃度和3微米的厚度。在外延片的背面形成歐姆電極，并且在外延膜上形成肖特基電極。歐姆電極在進(jìn)行有機(jī)清洗之后形成在外延片的整個(gè)背面上。用EB蒸鍍法形成歐姆電極。歐姆電極由Ti/Al/Ti/AiK20nm/100nm/20nm/300nm)構(gòu)成。在形成歐姆電極膜之后，進(jìn)行合金化處理。該處理例如為在攝氏600度下約1分鐘的熱處理。通過電子束蒸鍍法形成肖特基電極。肖特基電極由M/Au構(gòu)成。肖特基電極的形狀為例如200微米直徑的圓形。 在分別形成歐姆電極以及肖特基電極之前，在蒸鍍之前，使用HCI水溶液(鹽酸1 純水9， 容量比)，在室溫下進(jìn)行外延膜表面的處理，處理時(shí)間為1分鐘。將該肖特基二極管參照為器件A。
圖6是表示器件A的I-V反向偏壓特性的圖。特性曲線A表示器件A的特性。在對(duì)器件A施加600伏特反向偏壓時(shí)，器件A的漏電流密度為1 X 10_3A/Cm2，器件A顯示出充分大的反方向耐壓。再有，器件A的導(dǎo)通電阻為0. 9mQcm2，該值充分低。
(實(shí)驗(yàn)例2) 準(zhǔn)備從(0001)面25度偏角的自支撐GaN襯底。該自支撐GaN襯底是用HVPE法制作的。通過與實(shí)驗(yàn)例1相同的步驟制作肖特基二極管。將該肖特基二極管參照為器件B。
圖6的特性曲線B表示器件B的特性。在對(duì)器件B施加600伏特反向偏壓時(shí)，器件B的漏電流密度為7X10_4A/Cm2，器件B顯示出充分大的反方向耐壓。再有，器件B的導(dǎo)通電阻為0. 9m Ω cm2，該值充分低。
(實(shí)驗(yàn)例3) 準(zhǔn)備用HVPE法制作的以(0001)面為基準(zhǔn)而M度偏角的自支撐GaN襯底。該自支撐GaN襯底是用HVPE法制作的，其厚度為400微米。自支撐GaN襯底顯示出η導(dǎo)電型， 其載流子濃度為5X1018cm_3。該GaN襯底中的平均位錯(cuò)密度為5 X IO6CnT2。通過與實(shí)驗(yàn)例 1相同的步驟制作肖特基二極管。通過MOCVD法在自支撐GaN襯底上生長(zhǎng)η導(dǎo)電型GaN外延膜而制作外延片。該GaN外延膜具有5X1015cnT3的載流子濃度和3微米的厚度。將該肖特基二極管參照為器件C。
圖6的特性曲線C表示器件C的特性。在對(duì)器件C施加600伏特反向偏壓時(shí)，器件C的漏電流密度為5X 10_4A/Cm2，器件C顯示出充分大的反方向耐壓。再有，器件C的導(dǎo)通電阻為0. 8m Ω cm2，該值充分低。
另外，形成于自支撐GaN襯底的較高位錯(cuò)密度區(qū)域的二極管也顯示出相同級(jí)別的漏電流。這表示通過臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)而將較高位錯(cuò)密度區(qū)域改性。較高位錯(cuò)密度區(qū)域上的結(jié)晶生長(zhǎng)速度與較低位錯(cuò)密度區(qū)域上的結(jié)晶生長(zhǎng)速度相比較慢，因此可以認(rèn)為因臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)而產(chǎn)生的結(jié)晶覆蓋較高位錯(cuò)密度區(qū)域的至少一部分。
(實(shí)驗(yàn)例4) 準(zhǔn)備具有以(0001)面為基準(zhǔn)7度偏角的自支撐GaN襯底。該自支撐GaN襯底是用HVPE法制作的，其厚度為400微米。自支撐GaN襯底顯示出η導(dǎo)電型，其載流子濃度為 3X IO18Cm-30該GaN襯底中的平均位錯(cuò)密度為5X106cm_2。通過以下步驟制作肖特基二極管。通過MOCVD法在自支撐GaN襯底上生長(zhǎng)η導(dǎo)電型GaN外延膜而制作外延片。該GaN外延膜具有5X IO15CnT3的載流子濃度和5微米的厚度。將該肖特基二極管參照為器件D。
圖6的特性曲線D表示器件D的特性。在對(duì)器件D施加600伏特反向偏壓時(shí)，器件 D的漏電流密度為2X10_4A/cm2。通過加厚GaN外延膜的厚度，得到了充分的反方向耐壓。
(實(shí)驗(yàn)例5) 準(zhǔn)備用HVPE法制作的從(0001)面4. 5度偏角的自支撐GaN襯底。與實(shí)驗(yàn)例1相同的步驟制作肖特基二極管。將該肖特基二極管參照為器件E。圖6的特性曲線E表示器件E的特性。在對(duì)器件E施加600伏特反向偏壓時(shí)，器件E的漏電流密度超過1. 5X IO-3A/
2
cm 。
(實(shí)驗(yàn)例6) 準(zhǔn)備以(0001)面為基準(zhǔn)7度偏角的自支撐GaN襯底。該自支撐GaN襯底是用HVPE 法制作的。除了 GaN襯底的平均位錯(cuò)密度為5X IO8CnT2之外，GaN襯底的特性與實(shí)驗(yàn)例1的特性相同。通過以下步驟制作肖特基二極管。將該肖特基二極管參照為器件F。圖6的特性曲線F表示器件F的特性。在對(duì)器件F施加600伏特反向偏壓時(shí)，器件E的漏電流密度超過2 X 10_3A/cm2。雖然原來的位錯(cuò)密度較高，但能夠?qū)崿F(xiàn)因位錯(cuò)分解而產(chǎn)生的位錯(cuò)密度的下降。
(實(shí)驗(yàn)例7) 準(zhǔn)備以(0001)面為基準(zhǔn)4.5度偏角的自支撐GaN襯底。該自支撐GaN襯底是用 HVPE法制作的。除了 GaN襯底的偏角之外，GaN襯底的特性與實(shí)驗(yàn)例1的特性相同。通過以下步驟制作肖特基二極管。肖特基二極管制作于較高位錯(cuò)密度的GaN區(qū)域上。將該肖特基二極管參照為器件G。圖6的特性曲線G表示器件G的特性。在對(duì)器件G施加600伏特反向偏壓時(shí)，器件E的漏電流密度較大。無法通過臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)來改性較小偏角且較高位錯(cuò)密度的GaN區(qū)域上的外延膜，其結(jié)果，漏電流較大。
(pn 結(jié)二極管) 如圖7所示，電子器件1 Ib還可以具備第一歐姆電極27以及第二歐姆電極四。歐姆電極27在第二導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層21上形成歐姆接觸。歐姆電極四在襯底 13的第二面1 上形成歐姆接觸。電子器件lib例如可以為pn結(jié)二極管。
襯底13的載流子濃度大于第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19的載流子濃度， 歐姆電極四設(shè)置在襯底13的第二面13b的整個(gè)面上。歐姆電極27以圓形形成在第二導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層21的表面的一部分、例如二極管元件的大致中央。在該pn結(jié)二極管lib中，歐姆電極四例如為陰極，歐姆電極27例如為陽極。作為陰極材料例如可以使用Ti/Al/Ti/Au(20nm/100nm/20nm/300nm)，另外，作為陽極材料可以使用Ni/Au(50納米 /100納米)。第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19直接外延生長(zhǎng)于襯底11上，另外，第二導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層21直接外延生長(zhǎng)于第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19上。
第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19的厚度Dl大于第二導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層21的厚度D3。因第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19的生長(zhǎng)，第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19表層的位錯(cuò)密度下降，從而能夠在該第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層 19上生長(zhǎng)第二導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層21。因此，pn結(jié)位于低位錯(cuò)的III族氮化物半導(dǎo)體區(qū)域。第二導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層21的厚度D3例如可以為0. 1微米以上且 10微米以下。為了獲得耐壓，由于將耗盡層只擴(kuò)大與耐壓對(duì)應(yīng)的厚度，因此漂移層設(shè)為低載流子濃度層，為了在低載流子中也獲得較低導(dǎo)通電阻，需要將移動(dòng)度較高的η型層設(shè)為漂移層。另一方面，P型層形成為高載流子濃度層，因此，厚度只要在0. 1微米以上就充分。 相反地，如果過于厚，則導(dǎo)通電阻上升，因此不合適。
在該pn結(jié)二極管中，第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19的厚度Dl可以為3 微米以上100微米以下，并且第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19的載流子濃度可以為 1 X IO14CnT3以上1 X IO17cm-3以下。在襯底13的載流子濃度為1 X 1018cm_3以上且由III族氮化物半導(dǎo)體層19構(gòu)成的外延區(qū)域的載流子濃度為1 X IO14CnT3以上時(shí)，能夠使pn結(jié)二極管導(dǎo)通電阻變得較小。另外，在襯底的偏角大于5度且載流子濃度在IXlO17cnT3以下時(shí)，pn 結(jié)二極管的漏電流受到抑制而能夠提高耐壓。
襯底13以及第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19例如顯示η型，第二導(dǎo)電型III 族氮化物半導(dǎo)體層21例如顯示ρ型。襯底13的載流子濃度大于第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19的載流子濃度。第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19的載流子濃度小于第二導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層21的載流子濃度。據(jù)此，pn結(jié)中的耗盡層主要生成于第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19。第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19的厚度Dl以及載流子濃度可以分別為與肖特基二極管Ila相同的厚度以及載流子濃度。第二導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層21的載流子濃度可以為IXlO16cnT3以上。
根據(jù)該pn結(jié)二極管，由于襯底13從c軸方向具有超過5度的偏角θ，因此，在第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19以及第二導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層21的生長(zhǎng)中臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)得到促進(jìn)。因此，襯底13內(nèi)的具有較大應(yīng)變的位錯(cuò)、即較大伯格斯矢量的位錯(cuò)， 被分解為較小應(yīng)變的位錯(cuò)即較小伯格斯矢量的多個(gè)位錯(cuò)。
另外，穿透位錯(cuò)的位錯(cuò)方向向襯底13的偏移方向彎曲，從而穿透位錯(cuò)移動(dòng)。在第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19以及第二導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層21的全部厚度為約3微米以上時(shí)，在外延生長(zhǎng)中移動(dòng)的位錯(cuò)中的某位錯(cuò)與反方向的位錯(cuò)彼此沖突而其伯格斯矢量消失。通過位錯(cuò)沖突，位錯(cuò)密度下降。在第一導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層19以及第二導(dǎo)電型III族氮化物半導(dǎo)體層21的各自中，也可通過位錯(cuò)分解而降低位錯(cuò)密度。
再有，由于氮化物半導(dǎo)體層19的載流子濃度為IXlO14cnT3以上IX IO17CnT3以下， 因此，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)氮化物半導(dǎo)體層19的厚度和載流子濃度，能夠?qū)崿F(xiàn)較低導(dǎo)通電阻的同時(shí)降低漏電流，因此能夠提高耐壓。
(實(shí)驗(yàn)例8) 準(zhǔn)備用HVPE法制作的η導(dǎo)電型自支撐GaN襯底。該自支撐GaN襯底的主面中的偏角為M度。該自支撐GaN襯底的載流子濃度為3X1018cnT3，其厚度為400微米。自支撐 GaN襯底的位錯(cuò)密度為5 X 105cnT3。在自支撐GaN襯底上通過MOCVD法生長(zhǎng)η導(dǎo)電型GaN外延膜，并且與該生長(zhǎng)連續(xù)地生長(zhǎng)P導(dǎo)電型GaN外延層而制作包含pn結(jié)的外延片。該η導(dǎo)電型GaN膜的載流子濃度為8 X IO15Cm-3,其厚度為5微米。摻雜1 X 1019cm_3濃度的Mg作為ρ 導(dǎo)電型GaN膜的摻雜物。ρ導(dǎo)電型GaN膜的厚度D3為3微米。ρ導(dǎo)電型GaN膜的載流子濃度為 5X1017cm_3。
使用(12系反應(yīng)離子蝕刻(RIE)進(jìn)行ρ導(dǎo)電型GaN層的表面的干蝕刻，而形成約2 微米高度的臺(tái)面(mesa)。之后，通過電阻加熱法真空蒸鍍Ni/Au (50nm/100nm)而在臺(tái)面上形成P型歐姆電極。P型電極形狀例如為直徑200微米的圓形。在襯底的整個(gè)背面上通過 EB真空法蒸鍍Ti/Al/Ti/Au(20nm/100nm/20nm/300nm)而形成η型歐姆電極。在必要時(shí)，進(jìn)行用于電極的合金化處理。
在施加600伏特反向偏壓時(shí)，該ρη結(jié)二極管的漏電流密度為IX 10_4A/cm2，顯示出較低漏電流特性。
(MIS 型器件) 圖8是表示III族氮化物半導(dǎo)體MIS型晶體管結(jié)構(gòu)的圖。圖8 (b)是表示沿著圖 8(a)中所示的II-II線所取的截面的圖。MIS型場(chǎng)效應(yīng)晶體管71具備襯底13、III族氮化物半導(dǎo)體外延膜17、低摻雜的分離區(qū)域57、高摻雜的源極半導(dǎo)體區(qū)域59、源極61、漏極63 以及柵極75。襯底13具有超過1 X IO18CnT3的載流子濃度。
外延膜17設(shè)置在第一面13a上。分離區(qū)域57例如由ρ型半導(dǎo)體構(gòu)成且設(shè)置在外延膜17內(nèi)。源極半導(dǎo)體區(qū)域59例如由η型半導(dǎo)體構(gòu)成，并且設(shè)置與源極半導(dǎo)體區(qū)域59相反導(dǎo)電型的分離區(qū)域內(nèi)57。源極半導(dǎo)體區(qū)域59通過設(shè)置于源極半導(dǎo)體區(qū)域59和外延膜 17之間的分離區(qū)域內(nèi)57而與外延膜17隔開。源極61設(shè)置在源極半導(dǎo)體區(qū)域59上。漏極 63設(shè)置在第二面1 上。柵極75設(shè)置在形成于外延膜17上的絕緣層77上。分離區(qū)域57 具有位于源極半導(dǎo)體區(qū)域59的正下方的延長(zhǎng)部57a以及位于柵極75下的溝道部57b。柵極75改變分離區(qū)域57表面的電勢(shì)?？梢允褂醚趸枘ぁ⒌趸枘?、氮化硅膜、氧化鋁、氮化鋁、AlGaN等作為絕緣層的材料。外延膜17的厚度為3微米以上100微米以下，并且外延膜17的載流子濃度為IXlO14Cm-3以上IXlO17Cm-3以下。
該晶體管71具有從設(shè)置在源極半導(dǎo)體區(qū)域59上的源極61以及設(shè)置在襯底13的第二面1 上的漏極63的一方向另一方流過電流的縱型結(jié)構(gòu)。外延膜17的厚度為3微米以上100微米以下，并且外延膜17的載流子濃度為IXlO14cnT3以上IXlO17cnT3以下。
在通過離子注入形成由ρ型半導(dǎo)體構(gòu)成的分離區(qū)域時(shí)，在所選擇的區(qū)域上能夠形成具有P導(dǎo)電型半導(dǎo)體的平面結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件。作為P型摻雜物例如可以使用鎂等。或者，可以用有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法的選擇外延法形成由P型半導(dǎo)體構(gòu)成的分離區(qū)域?？梢允褂肧iO2或者SiNx等絕緣膜掩模，用氯系氣體等通過干蝕刻形成溝槽之后，使用有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法，在該溝槽內(nèi)選擇生長(zhǎng)P型外延區(qū)域。之后，用離子注入在P型外延區(qū)域的內(nèi)側(cè)形成η型半導(dǎo)體區(qū)域。由此，可以形成平面結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件。
該半導(dǎo)體元件具有被ρ型外延區(qū)域從外延膜17分離的η導(dǎo)電型半導(dǎo)體。作為η 型摻雜物例如可以使用硅等。分離區(qū)域57將源極半導(dǎo)體區(qū)域59從III族氮化物半導(dǎo)體外延膜17電分離。如果對(duì)柵極75施加電壓，則在絕緣膜和ρ型區(qū)域57b的界面形成η型反轉(zhuǎn)層，從而載流子從源極半導(dǎo)體區(qū)域59通過反轉(zhuǎn)層流向外延膜17。分離區(qū)域57的深度可以為0. 1微米以上3微米以下。分離區(qū)域57的表面部分的載流子濃度可以為IX IO17CnT3 以上。源極半導(dǎo)體區(qū)域59的深度可以為0.05微米以上且2微米以下。源極半導(dǎo)體區(qū)域59 的載流子濃度可以為5Χ IO17CnT3以上。如圖8(a)所示，柵極75的分支75a的各個(gè)位于源極61的分支61a之間。為了防止擊穿而將各電極75、61的角部弄圓滑。
在施加該晶體管的反向偏壓時(shí)，耗盡層形成于外延膜17。因此，根據(jù)與已說明的肖特基二極管、Pn結(jié)二極管相同的理由，在該結(jié)構(gòu)的MIS晶體管中也能夠通過III族氮化物半導(dǎo)體外延膜17中的穿透位錯(cuò)密度的減少來降低漏電流密度。其結(jié)果，提高了 MIS型晶體管的反方向耐壓。
(制造外延襯底以及III族氮化物半導(dǎo)體電子器件的方法) 圖9(a)至圖5(c)是表示制造外延襯底以及III族氮化物半導(dǎo)體電子器件的方法的主要工序的圖。如圖9(a)所示，準(zhǔn)備III族氮化物半導(dǎo)體自支撐襯底(以下記為“自支撐襯底”)83。該自支撐襯底83的邊緣上的兩點(diǎn)的最大距離例如為45mm以上(例如，2英寸晶圓)。該自支撐襯底83的主面以III族氮化物半導(dǎo)體的(0001)面為基準(zhǔn)具有大于5 度的偏角。
自支撐襯底83具有超過IX IO18CnT3的載流子濃度。如圖9(b)所示，III族氮化物半導(dǎo)體外延膜(以下記為“外延膜”)85在生長(zhǎng)爐10中堆積在自支撐襯底83的第一面 83a上。外延膜85的厚度Dl為3微米以上100微米以下。外延膜85例如顯示η導(dǎo)電型， 其載流子濃度為lX1014cm_3以上IXlO17cnT3以下。由此，獲得外延片81。通過進(jìn)行在該晶圓81上形成電極的工序，可以制作像肖特基二極管、MIS型晶體管這樣的電子器件。外延膜85優(yōu)選用HVPE法生長(zhǎng)。根據(jù)HVPE法可以在短時(shí)間內(nèi)生長(zhǎng)用于外延膜85的較厚的外延膜?；蛘?，在使用有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法時(shí)，能夠生長(zhǎng)面內(nèi)均勻性優(yōu)秀的外延膜85。
接著，如圖9 (c)所示，在該外延片81的外延膜85的表面堆積肖特基電極膜87，并且在襯底83的第二面8 上堆積歐姆電極膜89。
由于因臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)的利用而外延膜85中的位錯(cuò)密度減少，因此在反方向肖特基特性中漏電流較少。位錯(cuò)密度的減少是通過在超過5度的偏角的主面上生長(zhǎng)外延膜85 來獲得。該外延膜85的厚度為3微米以上1000微米以下，另外，外延膜85的載流子濃度為 IXlO14Cm-3 以上 IXlO17Cm-3 以下。
也可以在該外延膜襯底81的外延膜85上形成P型半導(dǎo)體區(qū)域且在該ρ型半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)形成η型半導(dǎo)體區(qū)域。其結(jié)果，可以提供用于提高了耐壓的晶體管的外延襯底。
圖9(d)至圖9(g)是表示制作外延片以及III族氮化物半導(dǎo)體器件的方法的圖。 如圖9(d)以及圖9(e)所示，制作外延片81。如圖9(f)所示，用生長(zhǎng)爐10將ρ型氮化物半導(dǎo)體外延膜93堆積在外延片81上，以制作外延片91。例如用有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法生長(zhǎng)ρ 型氮化物半導(dǎo)體外延膜93。由于ρ型氮化物半導(dǎo)體外延膜93的載流子濃度大于外延膜85 的載流子濃度，因此Pn結(jié)中的耗盡層主要形成于外延膜85。
如圖9(g)所示，在該外延片91的外延膜93上堆積歐姆電極膜95，并且在襯底83 的第二面8 上堆積歐姆電極膜97。
由于因臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)的利用而外延膜85中的位錯(cuò)密度減少，因此在反方向pn結(jié)特性中漏電流較少。位錯(cuò)密度的減少是通過在超過5度的偏角的主面上生長(zhǎng)外延膜85來獲得。該外延膜85的厚度為3微米以上1000微米以下，并且外延膜85的載流子濃度為 IXlO14cnT3以上IXlO17cnT3以下。如上所說明，提供用于提高了耐壓的半導(dǎo)體元件的外延襯底91。
圖10(a)是表示自支撐GaN襯底中的高位錯(cuò)區(qū)域以及低位錯(cuò)區(qū)域的一個(gè)配置的圖。氮化物半導(dǎo)體自支撐襯底82的第一面8 具有出現(xiàn)了具有較小穿透位錯(cuò)密度的低位錯(cuò)區(qū)域82d的第一區(qū)域；和出現(xiàn)了具有較大穿透位錯(cuò)密度的高位錯(cuò)區(qū)域82c的第二區(qū)域。 高位錯(cuò)區(qū)域82c被低位錯(cuò)區(qū)域82d所包圍，在第一面8 中，第二區(qū)域以點(diǎn)狀無規(guī)則地分布在第一區(qū)域內(nèi)。整體上穿透位錯(cuò)密度例如為IXlO8CnT2以下。根據(jù)該外延襯底81、91，由于位錯(cuò)密度較小，因此外延層中的位錯(cuò)減少。因此，反方向漏電流減少且反方向耐壓提高。
圖10(b)是表示自支撐GaN襯底中的高位錯(cuò)區(qū)域以及低位錯(cuò)區(qū)域的另外配置的圖。氮化物半導(dǎo)體自支撐襯底84的第一面8 具有出現(xiàn)了具有較小穿透位錯(cuò)密度的低位錯(cuò)區(qū)域84d的第一區(qū)域；和出現(xiàn)了具有較大穿透位錯(cuò)密度的高位錯(cuò)區(qū)域84c的第二區(qū)域。 高位錯(cuò)區(qū)域84c以及低位錯(cuò)區(qū)域84d交替配置，例如在第一面84a中第一區(qū)域以及第二區(qū)域周期性地排列。
為了外延片81、91可以使用氮化物半導(dǎo)體自支撐襯底82、84。第一區(qū)域的位錯(cuò)密度為IXlO8CnT2以下，第二區(qū)域位錯(cuò)密度可以大于lX108cm_2。
在圖10(a)的自支撐GaN襯底變大時(shí)，低位錯(cuò)區(qū)域的穿透位錯(cuò)相互結(jié)合而逐漸消失。高位錯(cuò)區(qū)域的臺(tái)階從穿透位錯(cuò)影響較小且臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)的影響較強(qiáng)的低位錯(cuò)區(qū)域發(fā)展，而將臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)的發(fā)展較慢的高位錯(cuò)區(qū)域(與低位錯(cuò)區(qū)域相同極性的區(qū)域)埋入，從而即使在高位錯(cuò)區(qū)域中，肖特基結(jié)以及Pn結(jié)的漏電流也大幅減少，提高了耐壓。另外，如參照?qǐng)D2所說明，在高位錯(cuò)區(qū)域中的臺(tái)階流動(dòng)生長(zhǎng)較慢的區(qū)域中形成小平面。該小平面的偏角越大，出現(xiàn)在外延膜表面的面積越小，其結(jié)果，高位錯(cuò)區(qū)域的范圍被縮小。因此，提高了器件成品率。
使用本實(shí)施方式涉及的III族氮化物半導(dǎo)體的高耐壓半導(dǎo)體元件與使用硅半導(dǎo)體的半導(dǎo)體元件相比，能夠提高反方向耐壓，且正方向的導(dǎo)通電阻也較小。
在優(yōu)選的實(shí)施方式中，圖示并說明了本發(fā)明的原理，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解 在不脫離上述原理的基礎(chǔ)上，本發(fā)明能夠改變配置以及具體內(nèi)容。本發(fā)明不限定于本實(shí)施方式中所公開的特定的結(jié)構(gòu)。例如，雖然說明了標(biāo)準(zhǔn)類型的晶體管，但不限定于此。因此， 請(qǐng)求保護(hù)由專利的權(quán)利要求以及其精神范圍所得到的所有的修改以及變更。
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權(quán)利要求
1.一種III族氮化物半導(dǎo)體電子器件，其特征在于，具備支撐襯底，其由具有超過IXlO18Cm-3的載流子濃度的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成， 且包括第一面和與該第一面相反側(cè)的第二面；以及第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層，其設(shè)置于上述支撐襯底的上述第一面上， 上述III族氮化物半導(dǎo)體外延層與上述支撐襯底的上述第一面形成結(jié)合， 上述支撐襯底的上述第一面相對(duì)于向上述III族氮化物半導(dǎo)體的c軸方向延伸的基準(zhǔn)軸以大于5度的角度傾斜，上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層包括依次配置在上述第一面的法線方向上的第一區(qū)域、第二區(qū)域以及第三區(qū)域，上述第二區(qū)域的位錯(cuò)密度小于上述支撐襯底的位錯(cuò)密度，上述第三區(qū)域的位錯(cuò)密度小于上述第一區(qū)域的位錯(cuò)密度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件，其特征在于，上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的表面具有包括由多個(gè)結(jié)晶面構(gòu)成的臺(tái)階的形貌。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件，其特征在于， 上述支撐襯底的上述第一面相對(duì)于上述基準(zhǔn)軸以20度以上的角度傾斜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件，其特征在于， 上述支撐襯底的上述第一面相對(duì)于上述基準(zhǔn)軸以40度以上80度以下的角度傾斜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中的任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件，其特征在于， 上述支撐襯底的上述第一面具有第一區(qū)域和第二區(qū)域，上述第一區(qū)域的位錯(cuò)密度為IXlO8CnT2以下， 上述第二區(qū)域的位錯(cuò)密度大于lX108cm_2。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件，其特征在于， 上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的厚度為3微米以上，上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的載流子濃度為1 X IO14CnT3以上且1 X IO17Cm-3以下。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件，其特征在于， 上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的厚度為5微米以上，上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的載流子濃度為1 X IO14CnT3以上且2 X IO16CnT3以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件，其特征在于， 上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的厚度為100微米以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件，其特征在于， 還具備在上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層上形成肖特基結(jié)的肖特基電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件，其特征在于，還具備第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層，其設(shè)置于上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層上；以及歐姆電極，其在上述第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層上形成歐姆接觸，上述第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層具有與上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的導(dǎo)電型相反的導(dǎo)電型。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件，其特征在于，上述第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層和上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層形成同質(zhì)結(jié)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件，其特征在于，上述第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層包括依次配置在上述第一面的法線方向上的第一區(qū)域、第二區(qū)域以及第三區(qū)域，上述第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的上述第三區(qū)域的位錯(cuò)密度小于上述第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的上述第一區(qū)域的位錯(cuò)密度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至8中的任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件，其特征在于，具備源極區(qū)域，其由η型III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成；分離區(qū)域，其設(shè)置于上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層和上述源極區(qū)域之間，由P型 III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成；絕緣膜，其設(shè)置在上述分離區(qū)域的表面上；以及柵極，用于經(jīng)由上述絕緣膜改變上述分離區(qū)域的表面的電勢(shì)，上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的導(dǎo)電型為η型。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中的任一項(xiàng)所述的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件，其特征在于，在上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層中，具有第一伯格斯矢量的位錯(cuò)被分解為多個(gè)位錯(cuò)，上述第一伯格斯矢量與上述多個(gè)位錯(cuò)各自的伯格斯矢量的總和相等，在上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層中，具有第二伯格斯矢量的位錯(cuò)與具有第三伯格斯矢量的位錯(cuò)合并，上述第三伯格斯矢量具有與上述第二伯格斯矢量相反方向的成分。
15.一種制作III族氮化物半導(dǎo)體電子器件的方法，其特征在于，具備配置晶圓的工序，其中，該晶圓由具有超過IXlO18Cnr3的載流子濃度的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，并具有相對(duì)于向該III族氮化物半導(dǎo)體的c軸方向延伸的基準(zhǔn)軸以大于 5度的角度傾斜的主面；以及在上述晶圓的上述主面上生長(zhǎng)第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的工序， 上述III族氮化物半導(dǎo)體外延層與上述晶圓的上述主面形成結(jié)合， 上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層包括依次配置在上述主面的法線方向上的第一區(qū)域、第二區(qū)域以及第三區(qū)域，上述第二區(qū)域的位錯(cuò)密度小于上述支撐襯底的位錯(cuò)密度，上述第三區(qū)域的位錯(cuò)密度小于上述第一區(qū)域的位錯(cuò)密度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層通過有機(jī)金屬氣相生長(zhǎng)法以及HVPE法中的任一個(gè)方法來生長(zhǎng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征在于，還具備在上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層上形成肖特基電極的工序。
18.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其特征在于，還具備在上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層上生長(zhǎng)第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的工序；以及在上述第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層上形成歐姆電極的工序， 上述第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層具有與上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的導(dǎo)電型相反的導(dǎo)電型。
19.一種III族氮化物半導(dǎo)體外延片，用于III族氮化物半導(dǎo)體電子器件，其特征在于， 具備晶圓，其由具有超過IXlO18Cnr3的載流子濃度的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，且包括第一面和與該第一面相反側(cè)的第二面；以及第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層，其設(shè)置在上述晶圓的上述第一面上， 上述III族氮化物半導(dǎo)體外延膜與上述晶圓的上述第一面形成結(jié)合， 上述晶圓的上述第一面相對(duì)于向上述III族氮化物半導(dǎo)體的C軸方向延伸的基準(zhǔn)軸以大于5度的角度傾斜，上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層包括依次配置在上述第一面的法線方向的第一區(qū)域、第二區(qū)域以及第三區(qū)域，上述第二區(qū)域的位錯(cuò)密度小于上述晶圓的位錯(cuò)密度，上述第三區(qū)域的位錯(cuò)密度小于上述第一區(qū)域的位錯(cuò)密度。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的III族氮化物半導(dǎo)體外延片，其特征在于，還具備設(shè)置在上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層上的第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層，上述第二 III族氮化物半導(dǎo)體外延層具有與上述第一 III族氮化物半導(dǎo)體外延層的導(dǎo)電型相反的導(dǎo)電型。
全文摘要
提供具有能減少漏電流的結(jié)構(gòu)的III族氮化物半導(dǎo)體電子器件。層疊體(11)包括襯底(13)及III族氮化物半導(dǎo)體外延膜(15)。襯底(13)由具有超過1×1018cm-3的載流子濃度的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成。外延結(jié)構(gòu)物(15)包括III族氮化物半導(dǎo)體外延膜(17)。襯底(13)的第一面(13a)相對(duì)于向c軸方向延伸的軸(Cx)以大于5度的角度θ傾斜。法線矢量VN以及c軸矢量VC形成角度θ。III族氮化物半導(dǎo)體外延膜(17)包括依次配置在第一面(13a)的法線方向上的第一、第二及第三區(qū)域(17a、17b、17c)。第三區(qū)域(17c)的位錯(cuò)密度小于第一區(qū)域(17a)的位錯(cuò)密度。第二區(qū)域(17b)的位錯(cuò)密度小于襯底(13)的位錯(cuò)密度。
文檔編號(hào)H01L29/861GK102187433SQ200980141759
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2009年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者鹽見弘, 住吉和英, 齋藤雄, 木山誠 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社