專利名稱：化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法
化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法技術(shù)領(lǐng)域
本文中討論的實(shí)施方案涉及化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
氮化物半導(dǎo)體具有例如高飽和電子漂移速度和寬帶隙的性質(zhì)。因此，正嘗試通過利用這樣的性質(zhì)將氮化物半導(dǎo)體用于高壓、高功率的半導(dǎo)體器件。例如，作為氮化物半導(dǎo)體的GaN具有3. 4eV的帶隙，該帶隙大于Si的帶隙(1.1eV)和GaAs的帶隙(1. 4eV)。因此， GaN具有高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)，并且是非常有前景的用作用于獲得高壓操作和高功率的電源用半導(dǎo)體器件的材料。
已經(jīng)有關(guān)于包含氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件(例如場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、特別是高電子遷移率晶體管(HEMT)的大量報(bào)告。在GaN基HEMT中，例如，包括由GaN制成的電子傳輸層和由AlGaN制成的電子供給層的AlGaN/GaN-HEMT正引起注意。在AlGaN/GaN-ΗΕΜΤ中， 由于GaN和AlGaN之間的晶格常數(shù)差異，所以在AlGaN中產(chǎn)生應(yīng)力。由于AlGaN的自發(fā)極化和由這樣的應(yīng)力引發(fā)的壓電極化，所以獲得了高濃度的二維電子氣(2DEG)。因此，AlGaN/ GaN-HEMT有望作為高效率開關(guān)元件、用于電動(dòng)車輛的高壓功率器件或類似物。
然而，與Si半導(dǎo)體器件(例如由Si制成的晶體管)相比，由化合物半導(dǎo)體(例如氮化物半導(dǎo)體)制成的化合物半導(dǎo)體器件受限于可用的結(jié)構(gòu)。
日本公開特許公報(bào)號(hào)2010-153493和2009-49288是相關(guān)技術(shù)的示例。發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)施方案的一個(gè)目的在于提供能夠?qū)崿F(xiàn)多種結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體器件以及用于制造該化合物半導(dǎo)體器件的方法。
根據(jù)實(shí)施方案的一個(gè)方面，一種器件包括襯底；和設(shè)置在襯底之上的化合物半導(dǎo)體層，其中該化合物半導(dǎo) 體層包括第一區(qū)域，該第一區(qū)域具有通過活化第一雜質(zhì)所產(chǎn)生的第一導(dǎo)電型載流子，并且該化合物半導(dǎo)體層還包括第二區(qū)域，該第二區(qū)域具有與第一區(qū)域相比更低濃度的載流子，所述第二區(qū)域所具有的所述載流子是通過活化與第一雜質(zhì)為相同類型的第二雜質(zhì)產(chǎn)生的。


圖1為根據(jù)第一實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的截面圖2A至圖2D為示出用于制造根據(jù)第一實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的方法的操作的截面圖3為根據(jù)第二實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的截面圖4A和圖4B為根據(jù)第二實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的全視圖5A至圖5L為示出用于制造根據(jù)第二實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的方法的操作的截面圖6為根據(jù)第三實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的截面圖7為根據(jù)第四實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的截面圖8A和圖SB為根據(jù)第四實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的全視圖9A至圖9L為示出用于制造根據(jù)第四實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的方法的操作的截面圖10為根據(jù)第五實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的截面圖1lA和圖1lB為根據(jù)第五實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的全視圖12A至圖12H為示出用于制造根據(jù)第五實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的方法的操作的截面圖13為根據(jù)第六實(shí)施方案的功率因子校正(PFC)電路的布線圖14為根據(jù)第七實(shí)施方案的電源系統(tǒng)的布線圖15為根據(jù)第八實(shí)施方案的高頻 放大器的布線圖16為根據(jù)第一參考例的半導(dǎo)體器件的截面圖17A和圖17B為示出第一實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖18為根據(jù)第二參考例的半導(dǎo)體器件的截面圖19A和圖19B為示出第二實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖20為根據(jù)第三參考例的半導(dǎo)體器件的截面圖21為示出第三實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖；以及
圖22為描繪激光束的輻照強(qiáng)度、所產(chǎn)生的載流子的密度以及活化率之間的關(guān)系的圖表。
具體實(shí)施方式
在下文中，參照附圖詳細(xì)地描述實(shí)施方案。
(Si半導(dǎo)體器件與化合物半導(dǎo)體器件之間的比較)
對(duì)于Si半導(dǎo)體器件，可以容易地控制用于形成η型或P型區(qū)域的雜質(zhì)的活化。這是因?yàn)榭梢匀菀椎匾匀缦路绞疆a(chǎn)生載流子將雜質(zhì)離子注入到Si襯底或類似結(jié)構(gòu)中并通過退火來活化雜質(zhì)。由于可以容易地控制雜質(zhì)的活化，所以可以沿與Si襯底的表面平行的方向(面內(nèi)方向)設(shè)置多個(gè)活化雜質(zhì)區(qū)域。
另一方面，對(duì)于化合物半導(dǎo)體器件，難以通過將離子注入到化合物半導(dǎo)體層中來產(chǎn)生載流子。因此，通常在化合物半導(dǎo)體層的外延生長(zhǎng)期間以雜質(zhì)摻雜化合物半導(dǎo)體層，并且隨后通過退火來活化雜質(zhì)。在生長(zhǎng)GaN半導(dǎo)體層的情況下，例如使用Si作為η型雜質(zhì)并且使用Mg或C作為P型雜質(zhì)。然而，與在Si半導(dǎo)體器件中所使用的雜質(zhì)相比，這些雜質(zhì)、 尤其是P型雜質(zhì)不太可能被活化。因此，不容易控制載流子的濃度；因此，與Si半導(dǎo)體器件相比，由化合物半導(dǎo)體(例如氮化物半導(dǎo)體)制成的化合物半導(dǎo)體器件受限于可用的結(jié)構(gòu)。
在例如AlGaN/GaN-HEMT中，在一些情況下必須沿著面內(nèi)方向來布置具有不同的載流子濃度的P型區(qū)域，其中每個(gè)P型區(qū)域各自適于實(shí)現(xiàn)常斷操作或減小寄生電容。然而， 常規(guī)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)這樣的結(jié)構(gòu)。如果彼此具有不同載流子濃度的P型區(qū)域可以在面內(nèi)方向彼此接觸，則理論上可以獲得肖特基二極管。然而，常規(guī)技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)這樣的結(jié)構(gòu)。在下面的實(shí)施方案中可以實(shí)現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)。
(第一實(shí)施方案)
下面描述第一實(shí)施方案。圖1為根據(jù)第一實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的截面圖。
在第一實(shí)施方案中，在襯底I之上設(shè)置化合物半導(dǎo)體層2，如圖1所示。該化合物半導(dǎo)體層2包括高載流子濃度區(qū)域2a，所述高載流子濃度區(qū)域2a包含通過活化雜質(zhì)產(chǎn)生的載流子；低載流子濃度區(qū)域2b，所述低載流子濃度區(qū)域2b包含通過活化與高載流子濃度區(qū)域2a中所使用的雜質(zhì)相同的雜質(zhì)所產(chǎn)生的載流子，并且低載流子濃度區(qū)域2b所具有的載流子濃度低于高載流子濃度區(qū)域2a的載流子濃度；以及非活化區(qū)域2c，在所述非活化區(qū)域2c中沒有雜質(zhì)被活化。高載流子濃度區(qū)域2a為第一區(qū)域的一個(gè)實(shí)例，低載流子濃度區(qū)域2b為第二區(qū)域的一個(gè)實(shí)例。
具有這樣的構(gòu)造的化合物半導(dǎo)體器件可以通過下面的方法來制造。圖2A至圖2D 為示出用于制造根據(jù)第一實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的方法的操作的截面圖。
首先，如圖2A所示，在襯底I之上形成化合物半導(dǎo)體層2，使得化合物半導(dǎo)體層2 包含雜質(zhì)。通過例如外延生長(zhǎng)來形成化合物半導(dǎo)體層2。接著，如圖2B所示，在化合物半導(dǎo)體層2上形成掩模101，使得該掩模101具有朝向待形成高載流子濃度區(qū)域2a的區(qū)域的開口。使用激光束通過該開口對(duì)化合物半導(dǎo)體層2進(jìn)行輻照。結(jié)果，使用激光束進(jìn)行輻照的化合物半導(dǎo)體層2的部分的溫度升高，雜質(zhì)被活化，由此產(chǎn)生載流子。該部分轉(zhuǎn)變成高載流子濃度區(qū)域2a。其后，如圖2C所示，移除掩模101，并且隨后在化合物半導(dǎo)體層2上形成掩模102，使得該掩模102具有朝向待形成低載流子濃度區(qū)域2b的區(qū)域的開口。使用激光束通過該開口對(duì)化合物半導(dǎo)體層2進(jìn)行輻照。在該操作中，激光束的輻照強(qiáng)度被調(diào)節(jié)成低于形成高載流子濃度區(qū)域2a所使用的激光束的輻照強(qiáng)度。結(jié)果，使用激光束進(jìn)行輻照的化合物半導(dǎo)體層2的部分的溫度升高，與用于形成高載流子濃度區(qū)域2a的部分中的雜質(zhì)相比， 在該部分中的雜質(zhì)被活化較少，因此產(chǎn)生低濃度的載流子。該部分轉(zhuǎn)變成低載流子濃度區(qū)域2b。如圖2D所示，移除掩模102?；衔锇雽?dǎo)體層2中的未使用激光束進(jìn)行輻照且不包含載流子的部分對(duì)應(yīng)于非活化區(qū)域2c。
根據(jù)該方法，可以容易地在期望的位置處形成具有期望的載流子濃度的活化雜質(zhì)區(qū)域。因此，沿著平行于襯底I的表面的方向在不同位置處布置的高載流子濃度區(qū)域2a和低載流子濃度區(qū)域2b可以用作晶體管、肖特基二極管或類似結(jié)構(gòu)的活化雜質(zhì)區(qū)域。這使該化合物半導(dǎo)體器件能夠具有增加的結(jié)構(gòu)自由度。
發(fā)明人已研究了化合物半導(dǎo)體層2中雜質(zhì)的濃度、激光束的輻照強(qiáng)度、所產(chǎn)生的載流子的密度以及活化率之間的關(guān)系。結(jié)果匯總在圖22示出的表中。所使用的雜質(zhì)為Mg， 所使用的激光束的源為KrF激光器。由于使用Mg作為雜質(zhì)，所以所產(chǎn)生的載流子為空穴。
表中匯總的結(jié)果(空穴密度與活化率)表明當(dāng)Mg的濃度固定時(shí)，增加激光束的輻照強(qiáng)度會(huì)使空穴密度和活化率增加；當(dāng)激光束的輻照強(qiáng)度固定時(shí)，增加Mg的濃度會(huì)使空穴密度增加；然而，活化率保持固定，其與M的濃度的增加無關(guān)。由這些結(jié)果，清楚的是如果使用激光束以不同的輻照強(qiáng)度來輻照包含雜質(zhì)的化合物半導(dǎo)體層的多個(gè)區(qū)域，則能夠使這些區(qū)域具有不同的載流子密度。
可以使用多種激光器來作為激光束源。這樣的激光束源的實(shí)例包括半導(dǎo)體激光器、氮激光器、ArF激光器、KrF激光器、紅寶石激光器、釔鋁石榴石(YAG)激光器、釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)激光器、鈦藍(lán)寶石激光器、染料激光器、二氧化碳激光器、氦氖激光器、氬離子激光器以及準(zhǔn)分子激光器。為了活化化合物半導(dǎo)體層2中的雜質(zhì)，可以以如下方式來增加化合物半導(dǎo)體層2的一部分的溫度使用電子束或離子束代替激光束對(duì)該部分進(jìn)行輻照。這適用于下面的實(shí)施方案。
(第二實(shí)施方案)
下面描述第二實(shí)施方案。圖3為根據(jù)第二實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的截面圖。圖4A和圖4B為根據(jù)第二實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的全視圖。
在根據(jù)第二實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件10中，在襯底11上依次設(shè)置緩沖層13、 電子傳輸層14、中間層15、電子供給層16以及摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12，如圖3所示。 襯底11的實(shí)例包括Si襯底、藍(lán)寶石襯底、GaAs襯底、SiC襯底以及GaN襯底。襯底11可以為絕緣的、半絕緣的或?qū)щ姷?。緩沖層13為例如AlN層并且具有例如約O.1 μ m的厚度。 電子傳輸層14為例如有意不摻雜的1-GaN層并且具有例如約3 μ m的厚度。中間層15為例如有意不摻雜的1-Ala25Gaa75N層并且具有例如約5nm的厚度。電子供給層16為例如η 型n-Ala25Gaa75Ν層并且具有例如約30nm的厚度。電子供給層16包含例如作為η型雜質(zhì)的Si。摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12為例如摻雜有濃度為約I X IO19CnT3的Mg的GaN層， 并具有例如約IOnm的厚度。
摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12具有開口 17s和17d。開口 17s容納源電極20s，而開口 17d容納漏電極20d。源電極20s和漏電極20d各自包括與電子供給層16接觸的Ta 膜18和設(shè)置在Ta膜18上的Al膜19。摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12包括位于源電極20s 與漏電極20d之間的高載流子濃度區(qū)域12a和低載流子濃度區(qū)域12b。高載流子濃度區(qū)域 12a和低載流子濃度區(qū)域12b是通過活化包含在摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12中的作為p 型雜質(zhì)的Mg所形成的那些。與低載流子濃度區(qū)域12b相比，高載流子濃度區(qū)域12a被更強(qiáng)烈地活化。因此，高載流子濃度區(qū)域12a具有的載流子濃度高于低載流子濃度區(qū)域12b的載流子濃度。與低載流子濃度區(qū)域12b相比，高載流子濃度區(qū)域12a位于更接近源電極20s 的位置。因此，低載流子濃度區(qū)域12b位于高載流子濃度區(qū)域12a和漏電極20d之間。摻雜 Mg的化合物半導(dǎo)體層12還包括在其中Mg沒有被活化的非活化區(qū)域12c。非活化區(qū)域12c 各自位于源電極20s和高載流子濃度區(qū)域1 2a之間、高載流子濃度區(qū)域12a和低載流子濃度區(qū)域12b之間或低載流子濃度區(qū)域12b和漏電極20d之間。高載流子濃度區(qū)域12a被柵電極20g覆蓋。低載流子濃度區(qū)域12b被場(chǎng)板電極20f覆蓋。柵電極20g和場(chǎng)板電極20f 各自包括Ni膜和設(shè)置在Ni膜上的Au膜，其中Ni膜與高載流子濃度區(qū)域12a或低載流子濃度區(qū)域12b接觸。
摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12、源電極20s、漏電極20d、柵電極20g以及場(chǎng)板電極 20f被絕緣層21覆蓋。絕緣層21為例如氮化硅膜。絕緣層21具有開口 22s，通過該開口 22s露出源電極20s的至少一部分；開口 22d，通過開口 22d露出漏電極20d的至少一部分；以及開口 22f，通過開口 22f露出場(chǎng)板電極20f的至少一部分。連接線23延伸通過開口 22s和開口 22f以使源電極20s和場(chǎng)板電極20f彼此連接，并且連接線23在絕緣層21 上延伸。連接至漏電極20d的連接線24也在絕緣層21上延伸。絕緣層21還具有通過其露出柵電極20g的至少一部分的開口。連接至柵電極20g的連接線也在絕緣層21上延伸。 在絕緣層21上設(shè)置有鈍化層25，并且鈍化層25覆蓋連接線23和24。鈍化層25為例如氮化娃膜。
如上述進(jìn)行構(gòu)造的化合物半導(dǎo)體器件10起HEMT的作用。也就是說，取決于施加至柵電極20g的電壓,在電子傳輸層14的表面部分中產(chǎn)生2DEG并且電流在源電極20s和漏電極20d之間流動(dòng)。高載流子濃度區(qū)域12a包含高濃度的作為載流子的空穴。因此，在電子傳輸層14的表面部分的一部分中存在極少量的2DEG，該部分位于高載流子濃度區(qū)域 12a下方。因此，化合物半導(dǎo)體器件10可以以常斷模式進(jìn)行操作。
如果在俯視圖中存在于柵電極20g與漏電極20d之間的2DEG的濃度整體較高，則耗盡層不太可能擴(kuò)展并且難以確保足夠的介電強(qiáng)度。然而，在本實(shí)施方案中，低載流子濃度區(qū)域12b包含低濃度的空穴并且在俯視圖中位于柵電極20g和漏電極20d之間；因此，在低載流子濃度區(qū)域12b下方的區(qū)域具有比周圍區(qū)域低的2DEG濃度。因此，耗盡層可以在低載流子濃度區(qū)域12b下方擴(kuò)展，可以抑制電場(chǎng)的集中，并且可以實(shí)現(xiàn)增加的介電強(qiáng)度。當(dāng)?shù)洼d流子濃度區(qū)域12b的載流子濃度基本上等于高載流子濃度區(qū)域12a的載流子濃度時(shí)，2DEG 消失并因此沒有電流流動(dòng)。
在本實(shí)施方案中，摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12存在于絕緣層21和2DEG之間，并且絕緣層21與摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12之間的界面相對(duì)地遠(yuǎn)離2DEG。由于抑制了電場(chǎng)的集中，所以這使得介電強(qiáng)度降低。
場(chǎng)板電極20f連接至源電極20s，因此可以降低柵電極20g與源電極20s之間的寄生電容Cgs以及柵電極20g與漏電極20d之間的寄生電容Cgd。這使得能夠進(jìn)行高速操作。
如圖4A所示，連接線23連接至作為化合物半導(dǎo)體器件10的外部端子的源極焊墊 26s，連接線24連接至作為化合物半導(dǎo)體器件10的外部端子的漏極焊墊26d。連接至柵電極20g的連接線連接至作為化合物半導(dǎo)體器件10的外部端子的柵極焊墊26g。在俯視圖中位于源極焊墊26s和漏極焊墊26d之間的區(qū)域基本上對(duì)應(yīng)于在其中存在2DEG的晶體管區(qū)域27。
為了封裝，如圖4B所示，使用管芯粘合劑34 (例如釬料)將化合物半導(dǎo)體器件10 的背面固定至焊盤(管芯焊墊)33。導(dǎo)線35d(例如Al導(dǎo)線)的一端連接至漏極焊墊26d， 導(dǎo)線35d的另一端連接至與焊盤33為一體的漏極引線32d ;導(dǎo)線35s (例如Al導(dǎo)線)的一端連接至源極焊墊26s，導(dǎo)線35s的另一端連接至獨(dú)立于焊盤33的源極引線32s ;導(dǎo)線 35g (例如Al導(dǎo)線)的一端連接至柵極焊墊26g，導(dǎo)線35g的另一端連接至獨(dú)立于焊盤33的柵極引線32g。使用模制樹脂31將焊盤33和化合物半導(dǎo)體器件10或類似結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝， 使得柵極引線32g的一部分、漏極引線32d的一部分以及源極引線32s的一部分突出。
下面描述用于制造根據(jù)第二實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件10的方法。圖5A至圖 5L為示出用于制造根據(jù)第二實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件10的方法的操作的截面圖。
首先，如圖5A所示，通過例如晶體生長(zhǎng)工藝(例如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD) 或分子束外延(MBE))在襯底11上依次形成緩沖層13、電子傳輸層14、中間層15、電子供給層16以及摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12。結(jié)果，在電子傳輸層14的表面部分中產(chǎn)生高濃度的 2DEG。
使用如下混合物來形成這些層包含例如作為Al源的三甲基鋁氣體、作為Ga源的三甲基鎵氣體以及作為N源的氨氣的混合氣體。取決于這些層中的相應(yīng)層的組成，適當(dāng)?shù)乜刂迫谆X氣體和三甲基鎵氣體的各自的供給和流量。這些層共用的氨氣的流量為約 IOOccm至10LM。生長(zhǎng)壓力為例如約50托至300托。生長(zhǎng)溫度為例如約1000。。至1200。。。 在生長(zhǎng)η型化合物半導(dǎo)體層的情況下，例如，以給定的流量將包含Si的SiH4氣體添加至該混合氣體中，從而使化合物半導(dǎo)體層摻雜有Si。在化合物半導(dǎo)體層中的Si的濃度優(yōu)選地為約 I X IO18CnT3 至 I X 1020cnT3，更優(yōu)選地為約 5 X 1018cnT3。
接著，如圖5B所示，在摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12上形成掩模103 (例如金屬掩模)，使得該掩模103具有朝向待形成高載流子濃度區(qū)域12a的區(qū)域的開口。如圖5C所示， 通過該開口使用激光束輻照摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12。所使用的激光束的源為例如KrF 準(zhǔn)分子激光器。激光束的輻照強(qiáng)度為例如約250mJ/cm2。結(jié)果，使用激光束進(jìn)行輻照的摻雜 Mg的化合物半導(dǎo)體層12的部分的溫度升高，Mg被活化，并且因此產(chǎn)生空穴。該部分轉(zhuǎn)變成高載流子濃度區(qū)域12a。由于形成了高載流子濃度區(qū)域12a，所以2DEG從高載流子濃度區(qū)域12a下方消失。
其后，如圖所示，移除掩模103，并且隨后在摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12上形成掩模104 (例如金屬掩模)，使得該掩模104具有朝向待形成低載流子濃度區(qū)域12b的區(qū)域的開口。如圖5E所示，使用激光束通過該開口來對(duì)摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12進(jìn)行輻照。所使用·的激光束的源為例如KrF準(zhǔn)分子激光器。在該操作中，與用于形成高載流子濃度區(qū)域12a的激光束的輻照強(qiáng)度相比，該激光束的輻照強(qiáng)度更低并且為例如約lOOmJ/cm2。 結(jié)果，使用激光束進(jìn)行輻照的摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12的部分的溫度升高，在該部分中的Mg與用于形成高載流子濃度區(qū)域12a的部分中的Mg相比被更少地活化，因此產(chǎn)生低濃度的空穴。該部分轉(zhuǎn)變成低載流子濃度區(qū)域12b。由于形成了低載流子濃度區(qū)域12b，所以在低載流子濃度區(qū)域12b下方的2DEG的濃度降低。
接著，如圖5F所示，移除掩模104。摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12的未使用激光束進(jìn)行輻照且不包含載流子的部分對(duì)應(yīng)于非活化區(qū)域12c。
如圖5G所示，在摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12中形成用于源電極20s的開口 17s 和用于漏電極20d的開口 17d。其后，如圖5H所示，通過例如剝離工藝分別在開口 17s和開口 17d中形成源電極20s和漏電極20d。通過以例如氣相沉積工藝形成Ta膜18和Al膜 19的方式來形成源電極20s和漏電極20d。如圖51所示，通過例如剝離工藝分別在高載流子濃度區(qū)域12a和低載流子濃度區(qū)域12b上形成柵電極20g和場(chǎng)板電極20f。通過以例如氣相沉積工藝形成Ni膜和Au膜的方式來形成柵電極20g和場(chǎng)板電極20f。
接著，如圖5J所示，在摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12、源電極20s、漏電極20d、柵電極20g以及場(chǎng)板電極20f之上形成絕緣層21。其后，如圖5K所示，在絕緣層21中形成開口 22s、開口 22d以及開口 22f，使得通過開口 22s露出源電極20s的至少一部分，通過開口 22d露出漏電極20d的至少一部分，以及通過開口 22f露出場(chǎng)板電極20f的至少一部分。如圖5L所示，在絕緣層21上形成連接線23和連接線24，使得連接線23延伸通過開口 22s和開口 22f以使源電極20s和場(chǎng)板電極20f彼此連接，并且連接線24連接至漏電極20d。在絕緣層21上形成通過其露出柵電極20g的至少一部分的開口，并且在絕緣層21上形成連接至柵電極20g的連接線。隨后在連接線23和24之上形成鈍化層25。
如上所述，可以制造出具有圖3中示出的結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體器件(HEMT) 10。
(第三實(shí)施方案)
下面描述第三實(shí)施方案。圖6為根據(jù)第三實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的截面圖。
在第三實(shí)施方案中，將低載流子濃度區(qū)域12b限定成第一低載流子濃度子區(qū)域 12bl和第二低載流子濃度子區(qū)域12b2。第一低載流子濃度子區(qū)域12bl位于柵電極20g的一側(cè)上，第二低載流子濃度子區(qū)域12b2位于漏電極20d的一側(cè)上。第一低載流子濃度子區(qū)域12bl和第二低載流子濃度子區(qū)域12b2為通過活化包含在摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12 中的作為P型雜質(zhì)的Mg所形成的那些。與第二低載流子濃度子區(qū)域12b2相比，第一低載流子濃度子區(qū)域12bl被更強(qiáng)烈地活化。因此，第一低載流子濃度子區(qū)域12bl的載流子濃度高于第二低載流子濃度子區(qū)域12b2的載流子。其它構(gòu)件與在第二實(shí)施方案中所描述的那些基本上相同。
根據(jù)第三實(shí)施方案，低載流子濃度區(qū)域12b越接近漏電極20d，則低載流子濃度區(qū)域12b的載流子濃度就進(jìn)一步逐漸降低；因此，與第二實(shí)施方案相比，第三實(shí)施方案能夠更容易地抑制電場(chǎng)的集中。因此，可以實(shí)現(xiàn)更為增加的介電強(qiáng)度。
為了獲得根據(jù)第三 實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)，可以在形成低載流子濃度區(qū)域12b期間使用例如兩種類型的掩模以不同的輻照強(qiáng)度來執(zhí)行激光束的輻照兩次。
在第三實(shí)施方案中，分兩個(gè)步驟來改變低載流子濃度區(qū)域12b的載流子濃度，并且還可以分三個(gè)或更多個(gè)步驟來改變載流子濃度。
(第四實(shí)施方案)
下面描述第四實(shí)施方案。圖7為根據(jù)第四實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的截面圖。圖8A和圖SB為根據(jù)第四實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的全視圖。
在根據(jù)第四實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件40中，在襯底41上依次設(shè)置緩沖層43、 電子傳輸層44、中間層45、電子供給層46以及摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層42，如圖7所示。 襯底41、緩沖層43、電子傳輸層44、中間層45、電子供給層46以及摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層42分別與在第二實(shí)施方案中所描述的襯底11、緩沖層13、電子傳輸層14、中間層15、電子供給層16以及摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12基本上相同。
摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層42具有開口 47a和開口 47c。開口 47a容納陽(yáng)極電極 50a，開口 47c容納陰極電極50c。陽(yáng)極電極50a包括與電子供給層46接觸的Ni膜48a和設(shè)置在Ni膜48a上的Au膜49a。陰極電極50c包括與電子供給層46接觸的Ta膜48c和設(shè)置在Ta膜48c上的Al膜49c。摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層42包括位于陽(yáng)極電極50a和陰極電極50c之間的高載流子濃度區(qū)域42a和低載流子濃度區(qū)域42b。高載流子濃度區(qū)域 42a和低載流子濃度區(qū)域42b彼此接觸。高載流子濃度區(qū)域42a和低載流子濃度區(qū)域42b 為通過活化包含在摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層42中的作為P型雜質(zhì)的Mg所形成的那些。與低載流子濃度區(qū)域42b相比，高載流子濃度區(qū)域42a被更強(qiáng)烈地活化。因此，高載流子濃度區(qū)域42a具有比低載流子濃度區(qū)域42b高的載流子濃度。與低載流子濃度區(qū)域42b相比， 高載流子濃度區(qū)域42a被定位成更接近陽(yáng)極電極50a。因此，低載流子濃度區(qū)域42b位于高載流子濃度區(qū)域42a和陰極電極50c之間。摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層42還包括在其中 Mg沒有被活化的非活化區(qū)域42c。非活化區(qū)域42c分別位于陽(yáng)極電極50a和高載流子濃度區(qū)域42a之間或低載流子濃度區(qū)域42b和陰極電極50c之間。
摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層42、陽(yáng)極電極50a以及陰極電極50c被絕緣層51覆蓋。絕緣層51為例如氮化硅膜。絕緣層51具有開口 52a，通過該開口 52a露出陽(yáng)極電極50a的至少一部分，并且絕緣層51還具有開口 52c，通過該開口 52c露出陰極電極50c的至少一部分。連接至陽(yáng)極電極50a的連接線53以及連接至陰極電極50c的連接線54在絕緣層51 上延伸。在絕緣層51上設(shè)置有鈍化層55，并且鈍化層55覆蓋連接線53和54。鈍化層55 為例如氮化硅膜。
如上述進(jìn)行構(gòu)造的化合物半導(dǎo)體器件40可以起肖特基二極管的作用。也就是說， 陽(yáng)極電極50a與電子傳輸層44處于肖特基接觸，取決于在陽(yáng)極電極50a和陰極電極50c之間形成的電場(chǎng)的方向，在電子傳輸層44的表面部分中產(chǎn)生2DEG并且電流在陽(yáng)極電極50a 和陰極電極50c之間流動(dòng)。
通過高載流子濃度區(qū)域42a和低載流子濃度區(qū)域42b的作用可以實(shí)現(xiàn)高介電強(qiáng)度。
如圖8A所示，連接線53連接至作為化合物半導(dǎo)體器件40的外部端子的陽(yáng)極焊墊 56a，連接線54連接至作為化合物半導(dǎo)體器件40的外部端子的陰極焊墊56c。在俯視圖中位于陽(yáng)極焊墊56a和陰極焊墊56c之間的區(qū)域基本上對(duì)應(yīng)于在其中存在2DEG的二極管區(qū)域57。
為了封裝，如圖SB所示，使用管芯粘合劑64 (例如釬料)將化合物半導(dǎo)體器件40 的背面固定至焊盤63。導(dǎo)線65a(例如Al導(dǎo)線)的一端連接至陽(yáng)極焊墊56a，導(dǎo)線65a的另一端連接至獨(dú)立于焊盤63的陽(yáng)極引線62a。導(dǎo)線65c (例如Al導(dǎo)線)的一端連接至陰極焊墊56c，導(dǎo)線65c的另一端連接至獨(dú)立于焊盤63的陰極引線62c。使用模制樹脂61將焊盤63和化合物半導(dǎo)體器件40和類似結(jié)構(gòu)進(jìn)行封裝，使得陽(yáng)極引線 62a的一部分以及陰極引線62c的一部分突出。
下面描述用于制造根據(jù)第四實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的方法。圖9A至圖9L 為示出用于制造根據(jù)第四實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的方法的操作的截面圖。
首先，如圖9A所示，通過例如晶體生長(zhǎng)工藝(例如MOCVD或MBE)在襯底41上依次形成緩沖層43、電子傳輸層44、中間層45、電子供給層46以及摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層42。結(jié)果，在電子傳輸層44的表面部分中產(chǎn)生高濃度的2DEG?？梢砸耘c在第二實(shí)施方案中所描述的用于形成緩沖層13、電子傳輸層14、中間層15、電子供給層16以及摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12的方式相同的方式來形成緩沖層43、電子傳輸層44、中間層45、電子供給層46以及摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層42。
接著，如圖9B所示，在摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層42上形成掩模105 (例如金屬掩模)，使得掩模105具有朝向待形成高載流子濃度區(qū)域42a的區(qū)域的開口。如圖9C所示，通過掩模105的開口使用激光束輻照摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層42。所使用的激光束的源為例如KrF準(zhǔn)分子激光器。激光束的輻照強(qiáng)度為例如約175mJ/cm2。結(jié)果，使用激光束進(jìn)行輻照的摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層42部分的溫度升高，Mg被活化，并且因此產(chǎn)生空穴。該部分轉(zhuǎn)變成高載流子濃度區(qū)域42a。由于形成了高載流子濃度區(qū)域42a，所以在高載流子濃度區(qū)域42a下方的2DEG的濃度降低。
其后，如圖9D所示，移除掩模105，并且隨后在摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層42上形成掩模106 (例如金屬掩模)，使得該掩模106具有朝向待形成低載流子濃度區(qū)域42b的區(qū)域的開口。如圖9E所示，通過掩模106的該開口使用激光束輻照摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層42。所使用的激光束的源為例如KrF準(zhǔn)分子激光器。在該操作中，與用于形成高載流子濃度區(qū)域42a的激光束的輻照強(qiáng)度相比，該激光束的輻照強(qiáng)度更低并且為例如約lOOmJ/cm2。 結(jié)果，使用激光束進(jìn)行輻照的摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層42部分的溫度升高，與形成高載流子濃度區(qū)域42a的部分中的Mg相比，在該部分中的Mg被較少地活化，因此產(chǎn)生低濃度的空穴。該部分轉(zhuǎn)變成低載流子濃度區(qū)域42b。由于形成了低載流子濃度區(qū)域42b，所以在低載流子濃度區(qū)域42b下方的2DEG的濃度降低。然而，與在高載流子濃度區(qū)域42a下方的2DEG 的濃度降低相比，在低載流子濃度區(qū)域42b下方的2DEG的濃度降低較少。因此，在低載流子濃度區(qū)域42b下方的2DEG的濃度高于在高載流子濃度區(qū)域42a下方的2DEG的濃度。
接著，如圖9F所示，移除掩模106。摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層42的未使用激光束進(jìn)行輻照且不包含載流子的部分對(duì)應(yīng)于非活化區(qū)域42c。
如圖9G所示，在摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層42中形成用于陽(yáng)極電極50a的開口 47a和用于陰極電極50c的開口 47c。其后，如圖9H所示，通過例如剝離工藝分別在開口 47a和開口 47c中形成陽(yáng)極電極50a和陰極電極50c。通過以例如氣相沉積工藝形成Ni膜 48a和Au膜49a的方式來形成陽(yáng)極電極50a。通過以例如氣相沉積工藝形成Ta膜48c和 Al膜49c的方式來形成陰極電極50c。
接著，如圖91所示，在摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層42、陽(yáng)極電極50a以及陰極電極 50c之上形成絕緣層51。其后，如圖9J所示，在絕緣層51中形成開口 52a和開口 52c，使得通過開口 52a露出陽(yáng)極電極50a的至少一部分，以及通過開口 52c露出陰極電極50c的至少一部分。如圖9K所示，在絕緣層51上形成連接線53和54，使得連接線53延伸通過開口 52a以連接至陽(yáng)極電極50a，并且連接線54延伸通過開口 52c以連接至陰極電極50c。 如圖9L所示，在連接線53和54之上形成鈍化層55。
如上所述，可以制造出具有圖7中示出的結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體器件(二極管芯片)40。
(第五實(shí)施方案)
下面描述第五實(shí)施方案。圖10為根據(jù)第五實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的截面圖。圖1lA和圖1lB為根據(jù)第五實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的全視圖。
在根據(jù)第五實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件70中，在襯底71上依次設(shè)置緩沖層73、 η型GaN層74、包含與η型GaN層74相比更低濃度的η型雜質(zhì)的η型GaN層75以及摻雜 Mg的化合物半導(dǎo)體層72，如圖10所示。襯底71、緩沖層73以及摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層 72分別與在第二實(shí)施方案中所描述的襯底11、緩沖層13以及摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12 基本上相同。襯底71具有低電阻。η型GaN層74具有約IOOnm至IOOOOnm的厚度。N型 GaN層75具有約IOnm至IOOOOnm的厚度。
摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層72包括低載流子濃度區(qū)域72b以及在俯視圖中圍繞低載流子濃度區(qū)域72b的高載流子濃度區(qū)域72a。摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層72由摻雜有濃度為約I X IO19CnT3的Mg的GaN制成，并且具有例如約IOnm的厚度。高載流子濃度區(qū)域72a 和低載流子濃度區(qū)域72b為通過活化包含在摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層72中的作為P型雜質(zhì)的Mg所形成的那些。與低載流子濃度區(qū)域72b相比，高載流子濃度區(qū)域72a被更強(qiáng)烈地活化。因此，高載流子濃度區(qū)域72a具有比載流子濃度區(qū)域72b高的載流子濃度。
低載流子濃度區(qū)域72b被η型GaN層76覆蓋。η型GaN層76被源電極80s覆蓋。源電極80s包括Ta膜78s和設(shè)置在Ta膜78s上的Al膜79s，其中Ta膜78s與η型GaN 層76接觸。高載流子濃度區(qū)域72a被柵極80g覆蓋。柵極80g包括與高載流子濃度區(qū)域 72a接觸的Ni膜78g和設(shè)置在Ni膜78g上的Au膜79g。在襯底71的背面上設(shè)置有漏電極80d。漏電極80d包括與襯底71接觸的Ta膜和設(shè)置在Ta膜上的Al膜。
摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層72、源電極80s和柵電極80g被絕緣層81覆蓋。絕緣層81為例如氮化硅膜。絕緣層81具有開口 82s和開口 82g，其中，通過開口 82s露出源電極80s的至少一部分，通過開口 82g露出柵電極80g的至少一部分。連接至源電極80s的連接線83以及連接至柵電極80g的連接線84在絕緣層81上延伸。在絕緣層81上設(shè)置有鈍化層85，并且鈍化層85覆蓋連接線83和84。鈍化層85為例如氮化硅膜。
如上述進(jìn)行構(gòu)造的化合物半導(dǎo)體器件70起垂直場(chǎng)效應(yīng)晶體管的作用。通過高載流子濃度區(qū)域72a和低載流子濃度區(qū)域72b的作用可以實(shí)現(xiàn)高介電強(qiáng)度。
如圖1lA所示，連接線83連接至作為化合物半導(dǎo)體器件70的外部端子的源極焊墊86s，并且連接線84連接至作為化合物半導(dǎo)體器件70的外部端子的柵極焊墊86g。
為了封裝，如圖1lB所示，使用導(dǎo)電的管芯粘合劑94(例如釬料)將化合物半導(dǎo)體器件70的背面固定至焊盤93。導(dǎo)線95s (例如Al導(dǎo)線)的一端連接至源極焊墊86s，導(dǎo)線 95s的另一端連接至獨(dú)立于焊盤93的源極引線92s ;導(dǎo)線95g(例如Al導(dǎo)線)的一端連接至柵極焊墊86g，導(dǎo)線95g的另一端連接至獨(dú)立于焊盤93的柵極引線92g。使用導(dǎo)電的管芯粘合劑94將漏電極80d固定至焊盤93，并且漏電極80d連接至與焊盤93為一體的漏極引線92d。使用模制樹脂91將焊盤93和化合物半導(dǎo)體器件70等進(jìn)行封裝，使得柵極引線 92g的一部分、漏極引線92d的一部分以及源極引線92s的一部分突出。
下面描述用于制造根據(jù)第五實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的方法。圖12A至圖 12H為示出用于制造根據(jù)第五實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的方法的操作的截面圖。
首先，如圖12A所示，通過例如晶體生長(zhǎng)工藝(例如MOCVD或MBE)在襯底71上依次形成緩沖層73、η型GaN層74、η型GaN層75以及摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層72。
接著，如圖12Β所示，使用激光束輻照整個(gè)摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層72。所使用的激光束的源為例如KrF準(zhǔn)分子激光器。激光束的輻照強(qiáng)度為例如約lOOmJ/cm2。結(jié)果，整個(gè)摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層72的溫度升高，Mg被活化，并且因此產(chǎn)生空穴。整個(gè)摻雜Mg 的化合物半導(dǎo)體層72轉(zhuǎn)變成低載流子濃度區(qū)域72b。
其后，如圖12C所示，在低載流子濃度區(qū)域72b上形成掩模107 (例如金屬掩模)， 使得掩模107具有朝向待形成高載流子濃度區(qū)域72a的區(qū)域的開口。如圖12D所示，通過掩模107的開口使用激光束輻照低載流子濃度區(qū)域72b。所使用的激光束的源為例如KrF準(zhǔn)分子激光器。與用于形成低載流子濃度區(qū)域72b的激光束的輻照強(qiáng)度相比，該激光束的輻照強(qiáng)度更高并且為例如約250mJ/cm2。結(jié)果，使用激光束輻照的低載流子濃度區(qū)域72b部分的溫度升高，Mg再次被活化，因此進(jìn)一步產(chǎn)生空穴。該部分轉(zhuǎn)變成高載流子濃度區(qū)域72a。
接著，如圖12E所示，移除掩模107，隨后通過例如晶體生長(zhǎng)工藝(例如MOCVD或 MBE)在高載流子濃度區(qū)域72a和低載流子濃度區(qū)域72b之上形成η型GaN層76。如圖12F 所示，在η型GaN層76中形成開口 77，使得通過開口 77露出高載流子濃度區(qū)域72a的至少一部分。
其后，如圖12G所示，通過例如剝離工藝在開口 77中形成柵電極80g并在η型GaN層76上形成源電極80s。通過以例如氣相沉積工藝形成Ni膜78g和Au膜79g的方式來形成柵電極80g。通過以例如氣相沉積工藝形成Ta膜78s和Al膜79s的方式來形成源電極 80s。
接著，如圖12H所示，在源電極80s以及柵電極80g等之上形成絕緣層81。在絕緣層81中形成開口 82s和開口 82g，使得通過開口 82s露出源電極80s的至少一部分，以及通過開口 82g露出柵電極80g的至少一部分。在絕緣層81上形成連接線83和84，使得連接線83通過開口 82s連接至源電極80s，并且連接線84通過開口 82g連接至柵電極80g。在連接線83和84之上形成鈍化層85。
如上所述，可以制造出具有圖10中所示的結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體器件(晶體管芯片)70。
(第六實(shí)施方案)
下面描述第六實(shí)施方案。第六實(shí)施方案涉及包括根據(jù)第二實(shí)施方案或第三實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的功率因子校正電路(PFC)。圖13為根據(jù)第六實(shí)施方案的PFC電路的布線圖。
PFC電路250包括開關(guān)元件(晶體管)251、二極管252、扼流圈253、電容器254和 255、二極管電橋256以及交流(AC)電源257。開關(guān)元件251的漏電極與二極管252的陽(yáng)極端子以及扼流圈253的一個(gè)端子相連；開關(guān)元件251的源電極與電容器254的一個(gè)端子以及電容器255的一個(gè)端子相連；電容器255的另一端子連接至二極管252的陰極端子；AC 電源257連接至電容器254的兩個(gè)端子，在它們之間置有二極管電橋256。電容器255的兩個(gè)端子連接至直流(DC)電源。在本實(shí)施方案中，開關(guān)元件251包括根據(jù)第二實(shí)施方案或第三實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件。
在本實(shí)施方案中，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步增加的介電強(qiáng)度并且可以將使得能夠增加器件的操作速度的AlGaN/GaN-HEMT應(yīng)用于PFC電路250。因此，PFC電路250具有高可靠性。
(第七實(shí)施方案)
下面描述第七實(shí)施方案。第七實(shí)施方案涉及包括根據(jù)第二實(shí)施方案或第三實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的電源系統(tǒng)。圖14為根據(jù)第七實(shí)施方案的電源系統(tǒng)的布線圖。
電源系統(tǒng)包括高壓一次側(cè)電路261、低壓二次側(cè)電路262以及置于一次側(cè)電路261 和二次側(cè)電路262之間的變壓器263。
一次側(cè)電路261包括根據(jù)第六實(shí)施方案的PFC電路250和例如與PFC電路250 的電容器255的兩個(gè)端子相連的全橋逆變電路260。全橋逆變電路260包括多個(gè)開關(guān)元件 264a、264b、264c以及264d (此處其數(shù)目為4個(gè))。
二次側(cè)電路262包括多個(gè)開關(guān)元件265a、265b以及265c (此處其數(shù)目為3個(gè))。
在本實(shí)施方案中，對(duì)應(yīng)于根據(jù)第二實(shí)施方案或第三實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的HEMT用于包含在一次側(cè)電路261中的PFC電路250的開關(guān)元件251中，以及用于全橋逆變電路260的開關(guān)元件264a、264b、264c以及264d中。由Si制成的普通金屬絕緣半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MISFET)用于二次側(cè)電路262的開關(guān)元件265a、265b以及265c中。
在本實(shí)施方案中，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步增加的介電強(qiáng)度，并且可以將使得能夠增加器件的操作速度并具有高可靠性和高介電強(qiáng)度的AlGaN/GaN-HEMT應(yīng)用于作為高壓電路的一次側(cè)電路261中。從而，電源系統(tǒng)具有高可靠性和高功率。
(第八實(shí)施方案)
下面描述第八實(shí)施方案。第八實(shí)施方案涉及包括根據(jù)第二實(shí)施方案或第三實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件的高頻放大器。圖15為根據(jù)第八實(shí)施方案的高頻放大器的布線圖。
高頻放大器包括數(shù)字預(yù)失真電路271、混頻器272a和272b以及功率放大器273。
數(shù)字預(yù)失真電路271補(bǔ)償輸入信號(hào)的非線性失真?；祛l器272a將交流信號(hào)與非線性失真已被補(bǔ)償?shù)妮斎胄盘?hào)混合。功率放大器273包括根據(jù)第二實(shí)施方案或第三實(shí)施方案的化合物半導(dǎo)體器件并且將與交流信號(hào)混合后的輸入信號(hào)放大。在本實(shí)施方案中，可以例如通過接通開關(guān)273c來將輸出信號(hào)輸入至混頻器272b，可以通過混頻器272b將輸出信號(hào)與交流信號(hào)混合，并且可以通過切換將與交流信號(hào)混合后的輸出信號(hào)傳送至數(shù)字預(yù)失真電路271。
在本實(shí)施方案中，可以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步增加的介電強(qiáng)度，并且可以將使得能夠增加器件的操作速度的AlGaN/GaN-HEMT應(yīng)用于高頻放大器中。從而，該高頻放大器具有高可靠性。
下面描述出于證實(shí)上述實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)的目的而由本發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。
(第一實(shí)驗(yàn))
在第一實(shí)驗(yàn)中，對(duì)第二實(shí)施方案和圖16中示出的第一參考例進(jìn)行研究，以研究在漏極和源極之間施加電壓的情況下，漏極-源極電壓Vds、漏極電流Id以及引起擊穿所用的時(shí)間t之間的關(guān)系。在圖17A和圖17B中示出所獲得的結(jié)果。以如下方式來形成第一參考例的高 載流子濃度區(qū)域112a和低載流子濃度區(qū)域112b :在形成用于形成高載流子濃度區(qū)域112a的摻雜Mg的GaN層并經(jīng)過對(duì)其進(jìn)行蝕刻和退火之后，形成用于形成低載流子濃度區(qū)域112b的摻雜Mg的GaN層，并對(duì)其進(jìn)行蝕刻，然后對(duì)其進(jìn)行退火。因此，不存在非活化區(qū)域。代替絕緣層21，形成絕緣層121以使其與電子供給層接觸。
如圖17A所示，在第二實(shí)施方案中，在動(dòng)作期間的漏極電流Id基本上等于在無動(dòng)作期間的漏極電流Id。然而，在第一參考例中，在動(dòng)作期間的漏極電流Id明顯地小于在無動(dòng)作期間的漏極電流Id。這是因?yàn)樵谖g刻這兩種摻雜Mg的GaN層期間電子供給層受損并因此形成大量的陷阱(trap)。也就是說，根據(jù)第二實(shí)施方案，可以抑制由于電流崩塌所引起的電流減少。
如圖17B所示，與第一參考例相比，在第二實(shí)施方案中引起擊穿所用的時(shí)間更長(zhǎng)。 這是因?yàn)榕c第一參考例中的絕緣層121和化合物半導(dǎo)體層之間的界面相比，在第二實(shí)施方案中絕緣層21與摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層12之間的界面更遠(yuǎn)離2DEG，因此增加了介電強(qiáng)度。也就是說，根據(jù)第二實(shí)施方案，可以實(shí)現(xiàn)增加的可靠性。
因此，根據(jù)第二實(shí)施方案，抑制了在動(dòng)作期間導(dǎo)通電阻的增加并且實(shí)現(xiàn)了具有高可靠性和高介電強(qiáng)度的AlGaN/GaN-HEMT。這適用于第三實(shí)施方案。
(第二實(shí)驗(yàn))
在第二實(shí)驗(yàn)中，對(duì)第四實(shí)施方案和在圖18中示出的第二參考例進(jìn)行研究，以研究在陽(yáng)極和陰極之間施加反向電壓的情況下，陽(yáng)極-陰極正向電壓Vac、陽(yáng)極電流Ia以及引起擊穿所用的時(shí)間t之間的關(guān)系。圖19A和圖19B中示出所獲得的結(jié)果。以如下方式來形成第二參考例的高載流子濃度區(qū)域142a和低載流子濃度區(qū)域142b :在形成用于形成高載流子濃度區(qū)域142a的摻雜Mg的GaN層并對(duì)其進(jìn)行蝕刻和退火之后，形成用于形成低載流子濃度區(qū)域142b的摻雜Mg的GaN層，并對(duì)其進(jìn)行蝕刻，然后進(jìn)行退火。因此，不存在非活化區(qū)域。代替絕緣層51，形成絕緣層151使其與電子供給層接觸。
如圖19A所示，在第四實(shí)施方案中，在動(dòng)作期間的陽(yáng)極電流Ia基本上等于無動(dòng)作期間的陽(yáng)極電流la。然而，在第二參考例中，在動(dòng)作期間的陽(yáng)極電流Ia明顯地小于在無動(dòng)作期間的陽(yáng)極電流la。這是因?yàn)樵谖g刻這兩種摻雜Mg的GaN層期間電子供給層受損并且因此形成大量的陷阱。也就是說，根據(jù)第四實(shí)施方案，可以抑制由于電流崩塌所引起的電流減少。
如圖19B所示，與第二參考例相比，在第四實(shí)施方案中引起擊穿所用的時(shí)間更長(zhǎng)。 這是因?yàn)榕c第二參考例中的絕緣層151與化合物半導(dǎo)體層之間的界面相比，在第四實(shí)施方案中絕緣層51與摻雜Mg的化合物半導(dǎo)體層42之間的界面更遠(yuǎn)離2DEG，因此增加了介電強(qiáng)度。也就是說，根據(jù)第四實(shí)施方案，可以實(shí)現(xiàn)增加的可靠性。
因此，根據(jù)第四實(shí)施方案，抑制了動(dòng)作期間導(dǎo)通電阻的增加并且實(shí)現(xiàn)了具有高可靠性和高介電強(qiáng)度的AlGaN/GaN高電子遷移率二極管。
(第三實(shí)驗(yàn))
在第三實(shí)驗(yàn)中，對(duì)第五實(shí)施方案和在圖20中示出的第三參考例進(jìn)行研究，以研究在斷開狀態(tài)期間漏極-源極電壓Vds與漏極電流Id之間的關(guān)系。在圖21中示出所獲得的結(jié)果。以如下方式來形成第三參考例的高載流子濃度區(qū)域172a :在形成用于形成高載流子濃度區(qū)域172a的摻雜Mg的GaN層并對(duì)其進(jìn)行蝕刻和退火之后，形成有意不摻雜的GaN層 172b來代替低載流子濃度區(qū)域72b。
如圖21所示，在第五實(shí)施方案中，在斷開狀態(tài)期間基本上沒有漏極電流Id流動(dòng)。 然而，在第三參考例中，在斷開狀態(tài)期間漏極電流Id流動(dòng)。也就是說，在第五實(shí)施方案中， 可以實(shí)現(xiàn)常斷操作；然而，在第三參考例中，不能夠?qū)崿F(xiàn)常斷操作。
因此，根據(jù)第五實(shí)施方案，實(shí)現(xiàn)了晶體管的常斷模式操作?！?br> 在其中通過激光束或類似物的輻照來產(chǎn)生載流子的化合物半導(dǎo)體層所包含的雜質(zhì)(第一或第二雜質(zhì))不限于Mg，并且在產(chǎn)生例如空穴的情況下可以為C，或者在產(chǎn)生例如電子的情況下可以為Si。
說明
1. —種化合物半導(dǎo)體器件，包括
襯底；以及
設(shè)置在所述襯底之上的化合物半導(dǎo)體層，
其中，所述化合物半導(dǎo)體層包括具有第一區(qū)域，所述第一區(qū)域具有通過活化第一雜質(zhì)所產(chǎn)生的第一導(dǎo)電型載流子，并且所述化合物半導(dǎo)體層還包括第二區(qū)域，所述第二區(qū)域具有與所述第一區(qū)域相比更低濃度的載流子，所述第二區(qū)域所具有的所述載流子是通過活化與所述第一雜質(zhì)同類型的第二雜質(zhì)產(chǎn)生的。
2.根據(jù)說明I所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述第一導(dǎo)電型載流子為空穴。
3.根據(jù)說明2所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述第一雜質(zhì)和所述第二雜質(zhì)為Mg 或C或Mg+C。
4.根據(jù)說明I至3中任一項(xiàng)所述的化合物半導(dǎo)體器件，還包括
位于所述襯底和所述化合物半導(dǎo)體層之間的電子傳輸層；
位于所述電子傳輸層和所述化合物半導(dǎo)體層之間的電子供給層；
位于所述電子傳輸層之上的源極；
位于所述電子傳輸層之上的漏極；以及
位于所述第一區(qū)域之上的柵極，
其中在俯視圖中所述第二區(qū)域位于所述柵極和所述漏極之間。
5.根據(jù)說明4所述的化合物半導(dǎo)體器件，還包括位于所述第二區(qū)域之上的場(chǎng)板電極。
6.根據(jù)說明I至3中任一項(xiàng)所述的化合物半導(dǎo)體器件，還包括
位于所述襯底和所述化合物半導(dǎo)體層之間的電子傳輸層；
位于所述電子傳輸層和所述化合物半導(dǎo)體層之間的電子供給層；
位于所述電子傳輸層之上的陽(yáng)極電極；以及
位于所述電子傳輸層之上的陰極電極，
其中在俯視圖中所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域位于所述陽(yáng)極電極和所述陰極電極之間，使得所述第一區(qū)域位于所述陽(yáng)極電極側(cè)上并且所述第二區(qū)域位于所述陰極電極側(cè)上。
7.根據(jù)說明I至3中任一項(xiàng)所述的化合物半導(dǎo)體器件，還包括
位于所述襯底和所述化合物半導(dǎo)體層之間的下部化合物半導(dǎo)體層，并且所述下部化合物半導(dǎo)體層具有第二導(dǎo)電型載流子；
位于所述第一區(qū)域之上的柵電極；
位于所述第二區(qū)域之上的源電極；
位于所述第二區(qū)域和所述源電極之間的上部化合物半導(dǎo)體層，并且所述上部化合物半導(dǎo)體層具有所述第二導(dǎo)電型載流子；以及
位于所述襯底之下的漏電極。
8. 一種包括化合物半導(dǎo)體器件的電源系統(tǒng)，所述化合物半導(dǎo)體器件包括
襯底；以及
設(shè)置在所述襯底之上的化合物半導(dǎo)體層，
其中，所述化合物半導(dǎo)體層包括第一區(qū)域，所述第一區(qū)域具有通過活化第一雜質(zhì)所產(chǎn)生的第一導(dǎo)電型載流子，并且所述化合物半導(dǎo)體層還包括第二區(qū)域，所述第二區(qū)域具有與所述第一區(qū)域相比更低濃度的載流子，所述第二區(qū)域所具有的所述載流子是通過活化與所述第一雜質(zhì)為相同類型的第二雜質(zhì)產(chǎn)生的。
9. 一種包括化合物半導(dǎo)體器件的高頻放大器，所述化合物半導(dǎo)體器件包括
襯底；以及
設(shè)置在所述襯底之上的化合物半導(dǎo)體層，
其中，所述化合物半導(dǎo)體層包括第一區(qū)域，所述第一區(qū)域具有通過活化第一雜質(zhì)所產(chǎn)生的第一導(dǎo)電型載流子，并且所述化合物半導(dǎo)體層還包括第二區(qū)域，所述第二區(qū)域具有與所述第一區(qū)域相比更低濃度的載流子，所述第二區(qū)域的載流子是通過活化與所述第一雜質(zhì)為相同類型的第二雜質(zhì)產(chǎn)生的。
10. 一種用于制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，包括
在襯底之上形成具有雜質(zhì)的化合物半導(dǎo)體層；
通過使用激光束以第一輻照強(qiáng)度來輻照所述化合物半導(dǎo)體層的第一區(qū)域并由此活化在所述第一區(qū)域中的雜質(zhì)的方式來產(chǎn)生第一導(dǎo)電型載流子；以及
通過使用激光束以與所述第一輻照強(qiáng)度不同的第二輻照強(qiáng)度來輻照所述化合物半導(dǎo)體層的與所述第一區(qū)域不同的第二區(qū)域并由此活化在所述第二區(qū)域中的雜質(zhì)的方式來產(chǎn)生第一導(dǎo)電型載流子。
11.根據(jù)說明10所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電型載流子為空穴。
12.根據(jù)說明11所述的方法，其中所述雜質(zhì)為Mg或C。
13.根據(jù)說明10至12中任一項(xiàng)所述的方法，還包括在形成所述化合物半導(dǎo)體層之前，
在襯底之上形成電子傳輸層；
在所述電子傳輸層之上形成電子供給層；
在所述電子傳輸層之上形成源電極和漏電極；以及
在形成所述化合物半導(dǎo)體層之后，在所述第一區(qū)域之上形成柵電極，
其中在俯視圖中所述第二區(qū)域位于所述柵電極和所述漏電極之間。
14.根據(jù)說明13所述的方法，還包括在所述第二區(qū)域之上形成場(chǎng)板電極。
15.根據(jù)說明10至12中任一項(xiàng)所述的方法，還包括在形成所述化合物半導(dǎo)體層之前，在所述襯底之上形成電子傳輸層；
在所述電子傳輸層之上形成電子供給層；以及
在所述電子渡躍層之上形成陽(yáng)極電極和陰極電極，
其中在俯視圖中所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域位于所述陽(yáng)極電極和所述陰極電極之間，使得所述第一區(qū)域位于所述陽(yáng)極電極側(cè)上并且所述第二區(qū)域位于所述陰極電極側(cè)上。
16.根據(jù)說明10至12中任一項(xiàng)所述的方法，還包括
在形成所述化合物半導(dǎo)體層之前，在所述襯底之上形成具有所述第二導(dǎo)電型載流子的下部化合物半導(dǎo)體層；
形成位于所述第一區(qū)域之上的柵電極；
在所述第二區(qū)域之上形成具有所述第二導(dǎo)電型載流子的上部化合物半導(dǎo)體層；
在所述上部化合物半導(dǎo)體層之上形成源電極；以及
在所述襯底之下形成漏電極。
權(quán)利要求
1.一種化合物半導(dǎo)體器件，包括 襯底；和 設(shè)置在所述襯底之上的化合物半導(dǎo)體層， 其中所述化合物半導(dǎo)體層包括第一區(qū)域，所述第一區(qū)域具有通過活化第一雜質(zhì)所產(chǎn)生的第一導(dǎo)電型載流子，并且所述化合物半導(dǎo)體層還包括第二區(qū)域，所述第二區(qū)域具有與所述第一區(qū)域相比更低濃度的載流子，所述第二區(qū)域所具有的所述載流子是通過活化與所述第一雜質(zhì)為相同類型的第二雜質(zhì)產(chǎn)生的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述第一導(dǎo)電型載流子為空穴。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述第一雜質(zhì)和所述第二雜質(zhì)為Mg或C或Mg+C。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體器件，還包括 位于所述襯底和所述化合物半導(dǎo)體層之間的電子傳輸層； 位于所述電子傳輸層和所述化合物半導(dǎo)體層之間的電子供給層； 位于所述電子傳輸層之上的源電極； 位于所述電子傳輸層之上的漏電極；和 位于所述第一區(qū)域之上的柵電極， 其中在俯視圖中所述第二區(qū)域位于所述柵電極和所述漏電極之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的化合物半導(dǎo)體器件，還包括位于所述第二區(qū)域之上的場(chǎng)板電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體器件，還包括 位于所述襯底和所述化合物半導(dǎo)體層之間的電子傳輸層； 位于所述電子傳輸層和所述化合物半導(dǎo)體層之間的電子供給層； 位于所述電子傳輸層之上的陽(yáng)極電極；和 位于所述電子傳輸層之上的陰極電極， 其中在俯視圖中所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域位于所述陽(yáng)極電極和所述陰極電極之間，使得所述第一區(qū)域位于所述陽(yáng)極電極側(cè)上并且所述第二區(qū)域位于所述陰極電極側(cè)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體器件，還包括 位于所述襯底和所述化合物半導(dǎo)體層之間的下部化合物半導(dǎo)體層，并且所述下部化合物半導(dǎo)體層具有第二導(dǎo)電型載流子； 位于所述第一區(qū)域之上的柵電極； 位于所述第二區(qū)域之上的源電極； 位于所述第二區(qū)域和所述源電極之間的上部化合物半導(dǎo)體層，并且所述上部化合物半導(dǎo)體層具有所述第二導(dǎo)電型載流子；和位于所述襯底之下的漏電極。
8.一種包括化合物半導(dǎo)體器件的電源系統(tǒng)，所述化合物半導(dǎo)體器件包括 襯底；和 設(shè)置在所述襯底之上的化合物半導(dǎo)體層， 其中所述化合物半導(dǎo)體層包括第一區(qū)域，所述第一區(qū)域具有通過活化第一雜質(zhì)所產(chǎn)生的第一導(dǎo)電型載流子，并且所述化合物半導(dǎo)體層還包括第二區(qū)域，所述第二區(qū)域具有與所述第一區(qū)域相比更低濃度的載流子，所述第二區(qū)域所具有的所述載流子是通過活化與所述第一雜質(zhì)為相同類型的第二雜質(zhì)產(chǎn)生的。
9.一種包括化合物半導(dǎo)體器件的高頻放大器，所述化合物半導(dǎo)體器件包括 襯底；和 設(shè)置在所述襯底之上的化合物半導(dǎo)體層， 其中所述化合物半導(dǎo)體層包括第一區(qū)域，所述第一區(qū)域具有通過活化第一雜質(zhì)所產(chǎn)生的第一導(dǎo)電型載流子，并且所述化合物半導(dǎo)體層還包括第二區(qū)域，所述第二區(qū)域具有與所述第一區(qū)域相比更低濃度的載流子，所述第二區(qū)域所具有的所述載流子是通過活化與所述第一雜質(zhì)為相同類型的第二雜質(zhì)產(chǎn)生的。
10.一種用于制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，包括 在襯底之上形成具有雜質(zhì)的化合物半導(dǎo)體層； 通過使用激光束以第一輻照強(qiáng)度來輻照所述化合物半導(dǎo)體層的第一區(qū)域并由此活化在所述第一區(qū)域中的所述雜質(zhì)的方式來產(chǎn)生第一導(dǎo)電型載流子；以及 通過使用激光束以與所述第一輻照強(qiáng)度不同的第二輻照強(qiáng)度來輻照所述化合物半導(dǎo)體層的與所述第一區(qū)域不同的第二區(qū)域并由此活化在所述第二區(qū)域中的所述雜質(zhì)的方式來產(chǎn)生所述第一導(dǎo)電型載流子。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述第一導(dǎo)電型載流子為空穴。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述雜質(zhì)為Mg或C。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括在形成所述化合物半導(dǎo)體層之前， 在所述襯底之上形成電子傳輸層； 在所述電子傳輸層之上形成電子供給層； 在所述電子傳輸層之上形成源電極和漏電極；以及 在形成所述化合物半導(dǎo)體層之后，在所述第一區(qū)域之上形成柵電極， 其中在俯視圖中所述第二區(qū)域位于所述柵電極和所述漏電極之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括在所述第二區(qū)域之上形成場(chǎng)板電極。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括在形成所述化合物半導(dǎo)體層之前， 在所述襯底之上形成電子傳輸層； 在所述電子傳輸層之上形成電子供給層；以及 在所述電子傳輸層之上形成陽(yáng)極電極和陰極電極， 其中，在俯視圖中所述第一區(qū)域和所述第二區(qū)域位于所述陽(yáng)極電極和所述陰極電極之間，使得所述第一區(qū)域位于所述陽(yáng)極電極側(cè)上并且所述第二區(qū)域位于所述陰極電極側(cè)上。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括 在形成所述化合物半導(dǎo)體層之前，在所述襯底之上形成具有第二導(dǎo)電型載流子的下部化合物半導(dǎo)體層； 形成位于所述第一區(qū)域之上的柵電極； 在所述第二區(qū)域之上形成具有所述第二導(dǎo)電型載流子的上部化合物半導(dǎo)體層； 在所述上部化合物半導(dǎo)體層之上形成源電極；以及 在所述襯底之下形成漏電極。
全文摘要
本發(fā)明提供化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法。所述化合物半導(dǎo)體器件包括襯底和設(shè)置在襯底之上的化合物半導(dǎo)體層，其中所述化合物半導(dǎo)體層包括第一區(qū)域，所述第一區(qū)域具有通過活化第一雜質(zhì)所產(chǎn)生的第一導(dǎo)電型載流子，并且化合物半導(dǎo)體層還包括第二區(qū)域，所述第二區(qū)域具有與第一區(qū)域相比更低濃度的載流子，所述第二區(qū)域所具有的所述載流子是通過活化與第一雜質(zhì)為相同類型的第二雜質(zhì)產(chǎn)生的。
文檔編號(hào)H01L29/778GK103000666SQ201210316979
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者今田忠纮 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社