化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法?；衔锇雽?dǎo)體器件包括如下化合物半導(dǎo)體層：第一層；形成在第一層上方的第二層，其帶隙大于第一層的帶隙；形成在第二層上方的第三層，其具有p型導(dǎo)電類型；經(jīng)由第三層形成在第二層上方的柵電極；形成在第二層上方的與第三層接觸的第四層，其帶隙大于第二層的帶隙；以及形成在第四層上方的與第三層接觸的第五層，其帶隙小于第四層的帶隙。
【專利說明】化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文討論的實(shí)施方案針對化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]考慮利用如高飽和電子速率和寬帶隙等的特性來將氮化物半導(dǎo)體應(yīng)用于具有高耐壓和高輸出功率的半導(dǎo)體器件。例如，作為氮化物半導(dǎo)體的GaN的帶隙為3.4eV，其大于Si的帶隙(1.1eV)和GaAs的帶隙(1.4eV)，因此GaN具有高擊穿電場強(qiáng)度。因此，GaN相當(dāng)有望作為用于獲得高電壓操作和高輸出功率的電源的半導(dǎo)體器件的材料。
[0003]作為使用氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件，關(guān)于場效應(yīng)晶體管特別是關(guān)于高電子遷移率晶體管(HEMT)，已經(jīng)做了大量報(bào)道。例如，在GaN基HEMT中，將GaN用作電子傳輸層并且將AlGaN用作電子供給層的AlGaN/GaN.HEMT正引起關(guān)注。在AlGaN/GaN.HEMT中，在AlGaN中出現(xiàn)由GaN與AlGaN之間的晶格常數(shù)差所導(dǎo)致的應(yīng)變。由應(yīng)變引起的AlGaN的自發(fā)極化和壓電極化產(chǎn)生高濃度的二維電子氣(2DEG)。因此，AlGaN/GaN.HEMT有望作為高效開關(guān)元件和用于電動車輛等的高耐壓電功率器件。
[0004]專利文獻(xiàn)1:日本公開特許公報(bào)第2009-76845號
[0005]專利文獻(xiàn)2:日本公開特許公報(bào)第2007-19309號
[0006]專利文獻(xiàn)3:日本公開特許公報(bào)第2010-225765號
[0007]專利文獻(xiàn)4:日本公開特許公報(bào)第2009-71061號
[0008]通常，當(dāng)柵極電壓為OV時(shí)，要求功率開關(guān)元件執(zhí)行所謂的常斷操作，在該常斷操作中沒有電流流過功率開關(guān)元件。然而，由于高濃度2DEG的生成，所以GaN-HEMT具有難以實(shí)現(xiàn)常斷型晶體管的問題。為了解決該問題，已經(jīng)進(jìn)行了如下研究:通過對柵電極正下方的電子供給層進(jìn)行蝕刻來減小2DEG的濃度以實(shí)現(xiàn)常斷(參見專利文獻(xiàn)I)。然而，在該方法中，蝕刻使位于電子供給層下方附近的電子傳輸層受損，從而引起如薄層電阻增加、泄漏電流增加等問題。因此，已提出如下技術(shù):其在AlGaN/GaN.ΗΕΜΤ的柵電極和有源區(qū)之間另外形成具有P型導(dǎo)電類型的P型GaN層，從而消除柵電極正下方的2DEG以實(shí)現(xiàn)常斷(參見專利文獻(xiàn)2) ο
[0009]在圖1中例示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的AlGaN/GaN.HEMT的示意性結(jié)構(gòu)。
[0010]在該AlGaN/GaN.ΗΕΜΤ中，在襯底上形成有核形成層。在核形成層上形成有由i (有意未摻雜)-GaN構(gòu)成的電子傳輸層101,在電子傳輸層101上形成有由i_AlGaN構(gòu)成的電子供給層102。在電子傳輸層101與電子供給層102的界面附近生成有2DEG。在電子供給層102上形成有P型GaN層103，并且在p型GaN層103上形成有柵電極104。在電子供給層102上位于柵電極104的兩側(cè)處形成有源電極105和漏電極106。
[0011 ] 當(dāng)未向柵電極104施加電壓時(shí)，空穴不均勻地分布在P型GaN層103的下部處(在P型GaN層103與電子供給層102的界面附近)。由空穴引出電子，并且在電子傳輸層101與電子供給層102的在空穴下方的界面附近感生電子。這使柵極電壓Vg導(dǎo)通。因此，存在常斷被抑制而不能增加閾值電壓的問題。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]已經(jīng)做出了本發(fā)明的實(shí)施方案來解決上述問題，并且實(shí)施方案的一個(gè)目的是提供一種高可靠性的高耐壓化合物半導(dǎo)體器件，其通過相對簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了足夠高的閾值電壓而未使耐壓劣化且不具有操作不穩(wěn)定性以安全地實(shí)現(xiàn)常斷，并且實(shí)施方案還提供制造該化合物半導(dǎo)體器件的方法。
[0013]化合物半導(dǎo)體器件的方面，包括:第一化合物半導(dǎo)體層；形成在第一化合物半導(dǎo)體層上方的第二化合物半導(dǎo)體層，其帶隙大于第一化合物半導(dǎo)體層的帶隙；形成在第二化合物半導(dǎo)體層上方的第三化合物半導(dǎo)體層，其具有P型導(dǎo)電類型；電極，其經(jīng)由第三化合物半導(dǎo)體層形成在第二化合物半導(dǎo)體層上方；形成在第二化合物半導(dǎo)體層上方的與第三化合物半導(dǎo)體層接觸的第四化合物半導(dǎo)體層，其帶隙大于第二化合物半導(dǎo)體層的帶隙；以及形成在第四化合物半導(dǎo)體層上方的與第三化合物半導(dǎo)體層接觸的第五化合物半導(dǎo)體層，其帶隙小于第四化合物半導(dǎo)體層的帶隙。
[0014]制造化合物半導(dǎo)體器件的方法的方面，包括:在第一化合物半導(dǎo)體層上方形成第二化合物半導(dǎo)體層，其帶隙大于第一化合物半導(dǎo)體層的帶隙；在第二化合物半導(dǎo)體層上方形成具有P型導(dǎo)電類型的第三化合物半導(dǎo)體層；經(jīng)由第三化合物半導(dǎo)體層在第二化合物半導(dǎo)體層上方形成電極；在第二化合物半導(dǎo)體層上方形成與第三化合物半導(dǎo)體層接觸的第四化合物半導(dǎo)體層，其帶隙大于第二化合物半導(dǎo)體層的帶隙；以及在第四化合物半導(dǎo)體層上方形成與第三化合物半導(dǎo)體層接觸的第五化合物半導(dǎo)體層，其帶隙小于第四化合物半導(dǎo)體層的帶隙。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的AlGaN/GaN.HEMT的示意性結(jié)構(gòu)的示意性截面圖；
[0016]圖2A至圖2C是以工藝順序示出制造根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN -HEMT的方法的示意性截面圖；
[0017]圖3A和圖3B是以工藝順序示出繼圖2A至圖2C之后的制造根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的方法的示意性截面圖；
[0018]圖4是示出根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN -HEMT的化合物半導(dǎo)體層的示意性截面圖；
[0019]圖5是表示根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN -HEMT的化合物半導(dǎo)體層中的每個(gè)化合物半導(dǎo)體層的帶隙的特性曲線；
[0020]圖6是用于說明根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的功能的示意性截面圖；
[0021]圖7A和圖7B是基于根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT與對比例的AlGaN/GaN.HEMT的比較來表示柵極電壓(Vd)和漏極電流(Id)之間的關(guān)系的特性曲線；
[0022]圖8A至圖8C是以工藝順序示出制造根據(jù)第二實(shí)施方案的AlGaN/GaN -HEMT的方法的示意性截面圖；
[0023]圖9A和圖9B是以工藝順序示出繼圖8A至圖8C之后的制造根據(jù)第二實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的方法的示意性截面圖；
[0024]圖1OA和圖1OB是以工藝順序示出制造根據(jù)第三實(shí)施方案的AlGaN/GaN -HEMT的方法的示意性截面圖；
[0025]圖1IA和圖1lB是以工藝順序示出繼圖1OA至圖1OB之后的制造根據(jù)第三實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的方法的示意性截面圖；
[0026]圖12A至圖12C是以工藝順序示出制造根據(jù)第四實(shí)施方案的AlGaN/GaN -HEMT的方法的示意性截面圖；
[0027]圖13A至圖13C是以工藝順序示出繼圖12A至圖12C之后的制造根據(jù)第四實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的方法的示意性截面圖；
[0028]圖14是示出根據(jù)第五實(shí)施方案的電源裝置的示意性構(gòu)造的連接圖；以及
[0029]圖15是示出根據(jù)第六實(shí)施方案的高頻放大器的示意性構(gòu)造的連接圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030](第一實(shí)施方案)
[0031]在本實(shí)施方案中，公開了作為化合物半導(dǎo)體器件的氮化物半導(dǎo)體的AlGaN/GaN.HEMT。
[0032]圖2A至圖2C以及圖3A和圖3B是以工藝順序示出制造根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的方法的示意性截面圖。
[0033]首先，如圖2A所示，在例如作為生長襯底的SiC襯底I上依次形成緩沖層2、電子傳輸層3、電子供給層4以及P型GaN層5。作為生長襯底，可以使用Si襯底、藍(lán)寶石襯底、GaAs襯底、GaN襯底等來代替SiC襯底。襯底的導(dǎo)電性可以是半絕緣的或?qū)щ姷摹?br> [0034]更具體地，在SiC襯底I上，通過例如金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE)法在減壓氣氛中生長以下化合物半導(dǎo)體?？梢允褂梅肿邮庋?MBE)法等來代替MOVPE法。
[0035]在SiC襯底I上，依次生長具有約IOOnm的厚度的A1N、具有約3 μ m的厚度的iGaN、具有約20nm的厚度的1-AlGaN以及具有約80nm的厚度的ρ-GaN。因而形成緩沖層
2、電子傳輸層3、電子供給層4和P型GaN層5。
[0036]緩沖層2將為核形成層，并且其可以通過使用AlGaN代替AlN或者在低溫下生長GaN來形成。
[0037]電子供給層4是由具有0.2的Al組成比的Alci 2Gatl 8N構(gòu)成。代替i_AlGaN，可以形成 η 型 AlGaN (n-AlGaN)。
[0038]代替P型GaN層5,可以形成P型AlGaN層。
[0039]在電子傳輸層3和電極供給層4之間，可以形成間隔層(中間層)。
[0040]作為AlN的生長條件，將三甲基鋁(TMAl)氣體和氨(NH3)氣體的混合氣體用作源氣體。作為GaN的生長條件，將三甲基鎵(TMG)氣體和氨(NH3)氣體的混合氣體用作源氣體。作為AlGaN的生長條件，將TMAl氣體、TMG和NH3用作源氣體。根據(jù)待生長的化合物半導(dǎo)體層，適當(dāng)?shù)卦O(shè)置是否提供作為Al源的三甲基鋁氣體和作為Ga源的三甲基鎵氣體以及它們的流量。作為公共源的氨氣的流量設(shè)置為約IOOccm至10LM。此外，生長壓力設(shè)置為約50托至約300托，并且生長溫度設(shè)置為約1000°C至1200°C。
[0041]為了形成n-AlGaN的電子供給層4，以預(yù)定流量向源氣體添加包含作為η型雜質(zhì)的Si的SiH4,從而使AlGaN摻雜有Si。Si的摻雜濃度設(shè)置為約I X IO1Vcm3至約I X 102°/cm3，例如設(shè)置為約5 X IO1Vcm3。[0042]為了形成p型GaN層5，饋入例如包含作為p型雜質(zhì)的Mg的環(huán)戊二烯基鎂(CpMg)，從而使GaN摻雜有Mg。Mg的摻雜濃度設(shè)置為約I X IO1Vcm3至約I X IO2Vcm3,例如設(shè)置為約5X 1018/cm3。此后，例如在800°C下對ρ-GaN施加退火約20分鐘，以活化所摻雜的Mg。
[0043]隨后，如圖2B所示，對P型GaN層5進(jìn)行蝕刻。
[0044]更具體地，在P型GaN層5上施加抗蝕劑，使用預(yù)定的掩模以利用紫外線來輻照除柵電極形成預(yù)定區(qū)域之外的位置。因而形成用抗蝕劑覆蓋P型GaN層5的柵電極形成預(yù)定區(qū)域的抗蝕劑掩模。通過使用該抗蝕劑掩模并且使用Cl2基蝕刻氣體，對P型GaN層5進(jìn)行干法蝕刻。因而，P型GaN層5僅保留在柵電極形成預(yù)定區(qū)域中。剩余的P型GaN層5為P型GaN層5a。
[0045]通過灰化或化學(xué)處理來移除抗蝕劑掩模。
[0046]隨后，如圖2C所示，在電子供給層4上且在P型GaN層5a的兩側(cè)表面上依次形成AlN 層 6 和 AlGaN 層 7。
[0047]更具體地，首先形成預(yù)定的抗蝕劑掩模，并且例如通過化學(xué)氣相沉積(CVD)法等沉積SiO2來形成覆蓋P型GaN層5a的上表面的掩模層10。
[0048]然后，通過例如MOVPE法、在減壓氣氛中在電子供給層4上依次沉積具有約2nm的厚度的AlN和具有約IOnm的厚度的1-AlGaN。因而，形成AlN層6和AlGaN層7。AlGaN層7由例如具有0.1的Al組成比的1-AlaiGaa9N構(gòu)成。
[0049]通過化學(xué)處理等移除掩模層10。
[0050]隨后，形成元件隔離結(jié)構(gòu)。
[0051]更具體地，將例如氬(Ar)注入到SiC襯底I上方的元件隔離區(qū)域。因而，在AlGaN層7、A1N層6、電子供給層4中以及在電子傳輸層3的表面層部分中形成元件隔離結(jié)構(gòu)。元件隔離層結(jié)構(gòu)在AlGaN層7上劃分有源區(qū)域。
[0052]附帶地，代替上述注入方法，可以執(zhí)行例如淺溝槽隔離(STI)法用于元件隔離。
[0053]隨后，如圖3A所示，形成源電極8和漏電極9。
[0054]更具體地，首先在AlGaN層7的表面處的用于源電極和漏電極的形成預(yù)定位置(電極形成預(yù)定位置)處形成電極凹部8a、9a。
[0055]在整個(gè)表面上施加抗蝕劑。通過光刻來處理抗蝕劑，以在抗蝕劑中形成露出AlGaN層7的與電極形成預(yù)定位置對應(yīng)的表面的開口。因而，形成具有這些開口的抗蝕劑掩模。
[0056]利用該抗蝕劑掩模，對電極形成預(yù)定位置處的AlGaN層7和AlN層6進(jìn)行干法蝕刻并將其移除，直到露出電子供給層4的表面。因而，形成在電子供給層的表面處露出電極形成預(yù)定位置的電極凹部8a、9a。作為蝕刻氣體,例如使用Cl2。注意，可以通過如下方式來形成電極凹部8a、9a:執(zhí)行到AlGaN層7的中間的蝕刻，或者執(zhí)行超過電子供給層4的表面的蝕刻。
[0057]通過灰化等移除抗蝕劑掩模。
[0058]形成用于形成源電極和漏電極的抗蝕劑掩模。此處，例如使用適于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)(eaves structure)雙層抗蝕劑。將該抗蝕劑施加在整個(gè)表面上,并且形成用于露出電極凹部8a、9a的開口。因而，形成具有這些開口的抗蝕劑掩模。
[0059]使用該抗蝕劑掩模，通過例如氣相沉積法在抗蝕劑掩模(包括用于露出電極凹部8a、9a的開口的內(nèi)側(cè))上沉積例如Ti/Al作為電極材料。Ti的厚度為約20nm，并且Al的厚度為約200nm。通過剝離法，移除抗蝕劑掩模以及沉積在抗蝕劑掩模上的Ti/Al。此后，在例如氮?dú)夥罩?、在約400°C至1000°C (例如約550°C )的溫度下對SiC襯底I進(jìn)行熱處理，從而使剩余的Ti/Al與電子供給層4成為歐姆接觸。只要可以獲得Ti/Al與電子供給層4的歐姆接觸，則可能存在不需要熱處理的情況。因而，源電極8和漏電極9被形成使得電極凹部8a、9a被電極材料的部分包埋。
[0060]隨后，如圖3B所示，形成柵電極11。
[0061]更具體地，首先，形成用于形成柵電極的掩模。此處，例如，通過CVD法等在整個(gè)表面上沉積SiN，并且使用例如CF4氣體來進(jìn)行干法蝕刻以在SiN中形成露出P型GaN層5a的上表面的開口。因而，形成具有該開口的掩模。
[0062]使用該掩模，通過例如氣相沉積法在掩模(包括用于露出P型GaN層5a的上表面的開口的內(nèi)側(cè))上沉積例如Ni/Au作為電極材料。Ni的厚度為約30nm，并且Au的厚度為約400nm。通過剝離法，移除掩模和沉積掩模上沉積的Ni/Au。可以不移除該掩模而將其用作保護(hù)膜。因而，在P型GaN層5a上形成柵電極11。
[0063]此后，通過如下工藝形成根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT:例如，形成層間絕緣膜；形成連接至源電極8、漏電極9和柵電極11的布線；形成上保護(hù)膜；以及形成在最上層表面上露出的連接電極等。
[0064]根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN.ΗΕΜΤ具有化合物半導(dǎo)體層中的每個(gè)化合物半導(dǎo)體層的帶隙的特性。
[0065]圖4對應(yīng)于圖3Β并且是示出根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的化合物半導(dǎo)體層的示意性截面圖。圖5是表示根據(jù)實(shí)施本實(shí)施方案的AlGaN/GaN -HEMT的化合物半導(dǎo)體層中的每個(gè)化合物半導(dǎo)體層的帶隙的特性曲線，并且對應(yīng)于沿著由左側(cè)示出的箭頭L指示的虛線截取的截面。
[0066]圖3B中的電子傳輸層3、電子供給層4、AlN層6和AlGaN層7等是圖4中第一層、第二層、第三層和第四層的具體實(shí)例。作為第一層、第二層、第三層和第四層的帶隙BG1、BG2、BG3和BG4滿足以下關(guān)系。
[0067]BG3 > BG2 > BGl......(I)以及
[0068]BG3 > BG4 >............(2)
[0069]滿足表達(dá)式(I)中的BG2 > BGl是用于生成二維電子氣(2DEG)的要求。更詳細(xì)地，在HEMT中，在電子傳輸層3與電子供給層4的界面附近(如果設(shè)置有中間層，則在中間層中)生成2DEG。2DEG是基于電子傳輸層3的化合物半導(dǎo)體(此處為GaN)與電子供給層4的化合物半導(dǎo)體(此處為AlGaN)之間的晶格常數(shù)差而生成的。
[0070]如圖5所示，已發(fā)現(xiàn)在電子傳輸層3與電子供給層4的界面附近生成高濃度的2DEG(n/cm3)，原因是滿足BG2 > BGl的關(guān)系。
[0071]滿足表達(dá)式(I)中的BG3 > BG2和滿足表達(dá)式(2)中的BG3 > BG4是用于在AlN層6與AlGaN層7的界面附近生成空穴的要求。這意味著在P型GaN層5a的下部中積累的空穴穿過AlN層6與AlGaN層7之間的界面附近到達(dá)源電極8，如圖6所示。
[0072]如圖5所示，發(fā)現(xiàn)在AlN層6與AlGaN層7之間的界面附近存在有相對高濃度的空穴，原因是滿足BG3 > BG2和BG3 > BG4的關(guān)系。
[0073]在根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT中，第一層、第二層、第三層和第四層滿足表達(dá)式(I)和表達(dá)式(2)。因而，第一層至第四層并不限于在圖2A至圖2C以及圖3A和圖3B中例示的化合物半導(dǎo)體層。
[0074]作為第三層，例如具有比電子供給層4的Al組成比(在以上實(shí)例中為0.2)大的Al組成比的AlGaN，如具有0.8的Al組成比的Ala8Gaci 2N，可以被用于代替AlN層6。此外，作為第四層，形成代替AlGaN層7的iGaN或n_GaN也是優(yōu)選的。
[0075]圖7A和圖7B是基于根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT與對比例的AlGaN/GaN.HEMT的比較來表示柵極電壓(Vd)和漏極電流(Id)關(guān)系的特性曲線。圖7A是作為對比例的圖1所示的AlGaN/GaN.HEMT的特性曲線，以及圖7B是根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的特性曲線。
[0076]在對比例中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)未向柵電極施加電壓時(shí)，AlGaN/GaN.HEMT為常通型，其中AlGaN/GaN.HEMT在電壓值等于或小于閾值電壓時(shí)導(dǎo)通，原因是空穴在p型GaN層中不均勻分布。相反，在本實(shí)施方案中實(shí)現(xiàn)了常斷，原因是在P型GaN層中不存在空穴的不均勻分布。如上所述，在本實(shí)施方案中，消除了 P型GaN層5a中空穴的不均勻分布并獲得了足夠高的閾值電壓以實(shí)現(xiàn)常斷。
[0077]如上所述，在本實(shí)施方案中，獲得了如下高可靠性的高耐壓AlGaN/GaN.HEMT:其通過相對簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了足夠高的閾值電壓，未使耐壓劣化且沒有操作不穩(wěn)定性，以安全地實(shí)現(xiàn)常斷。
[0078](第二實(shí)施方案)
[0079]本實(shí)施方案與第一實(shí)施方案一樣公開一種結(jié)構(gòu)和一種制造AlGaN/GaN.ΗΕΜΤ的方法，但本實(shí)施方案與第一實(shí)施方案不同之處在于:在電子供給層上的AlN層的形成狀態(tài)不相同。注意，與第一實(shí)施方案中的組成部分等相同的組成部分將由相同的附圖標(biāo)記表示，并且將省略其詳細(xì)描述。
[0080]圖8Α至圖8C以及圖9Α和圖9Β是以工藝順序示出制造根據(jù)第二實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的方法的示意性截面圖。
[0081]首先，如圖8A所示，在例如作為生長襯底的SiC襯底I上依次形成緩沖層2、電子傳輸層3、電子供給層4、AlN層21以及P型GaN層5。
[0082]更具體地，以在第一實(shí)施方案中所描述的生長條件、通過MOVPE法在減壓氣氛中生長以下化合物半導(dǎo)體?？梢允褂肕BE法等代替MOVPE法。
[0083]在SiC襯底I上，依次生長具有約IOOnm的厚度的A1N、具有約3 μ m的厚度的iGaN、具有約20nm的厚度的i_AlGaN、具有約2nm的厚度的AlN以及具有約80nm的厚度的P-GaN0為了生長A1N，將TMAl氣體和NH3氣體的混合氣體用作源氣體。為了生長i_GaN，將TMG氣體和NH3氣體的混合氣體用作源氣體。為了生長1-AlGaN，將TMG氣體、TMAl氣體和NH3的混合氣體用作源氣體。為了生長p-GaN，將TMG氣體和NH3氣體的混合氣體用作源氣體,并且例如向源氣體加入包含例如作為P型雜質(zhì)的Mg的CpMg氣體。因而形成緩沖層2、電子傳輸層3、電子供給層4、AlN層21和P型GaN層5。
[0084]隨后，如圖SB所示，對P型GaN層5進(jìn)行蝕刻。
[0085]更具體地，在P型GaN層5上施加抗蝕劑，并且使用預(yù)定掩模以紫外線來輻照除柵電極形成預(yù)定區(qū)域之外的部位。因而，形成用抗蝕劑覆蓋P型GaN層5的柵電極形成預(yù)定區(qū)域的抗蝕劑掩模。通過使用該抗蝕劑掩模并且使用Cl2基蝕刻氣體，對P型GaN層5進(jìn)行干法蝕刻。因而，P型GaN層5僅保留在柵電極形成預(yù)定區(qū)域中。剩余的P型GaN層5為P型GaN層5a。
[0086]通過灰化或化學(xué)處理移除抗蝕劑掩模。
[0087]隨后，如圖8C所示，在AlN層21上且在p型GaN層5a的兩側(cè)表面上形成AlGaN層7。
[0088]更具體地，首先形成預(yù)定的抗蝕劑掩模，并且通過CVD法等來沉積例如SiO2以形成覆蓋P型GaN層5a的上表面的掩模層10。
[0089]然后，通過MOVPE法、在減壓氣氛中在AlN層21上生長具有約IOnm的厚度的1-AlGaN0因而形成AlGaN層7。AlGaN層7由例如具有0.1的Al組成比的1-AIa Aaa9N構(gòu)成，使得具有比電子供給層4的Al組成比(在以上實(shí)例中為0.2)小的Al組成比。
[0090]通過化學(xué)處理等移除掩模層10。
[0091]隨后，形成元件隔離結(jié)構(gòu)。
[0092]更具體地，將例如氬(Ar)注入到SiC襯底I上方的元件隔離區(qū)域。因而，在AlGaN層7、AlN層21、電子供給層4中以及在電子傳輸層3的表面層部分中形成元件隔離結(jié)構(gòu)。元件隔離結(jié)構(gòu)在AlGaN層7上劃分有源區(qū)域。
[0093]附帶地，代替上述注入法，可以執(zhí)行例如STI法用于元件隔離。
[0094]隨后，如圖9A所示，形成源電極8和漏電極9。
[0095]更具體地，首先在AlGaN層7的表面處的用于源電極和漏電極的形成預(yù)定位置(電極形成預(yù)定位置)處形成電極凹部8a、9a。
[0096]在所露出的表面(包括AlGaN層7的表面)上施加抗蝕劑。通過光刻處理該抗蝕齊U，以在抗蝕劑中形成露出AlGaN層7的對應(yīng)于電極形成預(yù)定位置的表面的開口。因而形成具有這些開口的抗蝕劑掩模。
[0097]使用該抗蝕劑掩模，對在電極形成預(yù)定位置處的AlGaN層7和AlN層21進(jìn)行干法蝕刻并將其移除，直到露出電子供給層4的表面為止。因而，形成在電子供給層4的表面處露出電極形成預(yù)定位置的電極凹部8a、9a。作為蝕刻氣體,例如使用Cl2。注意，可以通過如下方式來形成電極凹部8a、9a:執(zhí)行到AlGaN層7的中間的蝕刻，或者執(zhí)行超過電子供給層4的表面的蝕刻。
[0098]通過灰化等移除抗蝕劑掩模。
[0099]形成用于形成源電極和漏電極的抗蝕劑掩模。此處，例如使用適于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)雙層抗蝕劑。將該抗蝕劑施加在所露出的表面(包括AlGaN層7的表面)上，并且形成用于露出電極凹部8a、9a的開口。因而，形成具有這些開口的抗蝕劑掩模。
[0100]使用該抗蝕劑掩模，通過例如氣相沉積法在抗蝕劑掩模(包括用于露出電極凹部8a、9a的開口的內(nèi)側(cè))上沉積例如Ti/Al作為電極材料。Ti的厚度為約20nm，并且Al的厚度為約200nm。通過剝離法，移除抗蝕劑掩模和沉積在抗蝕劑掩模上的Ti/Al。此后，在例如氮?dú)夥罩小⒃诩s400°C至1000°C (例如約550°C )的溫度下對SiC襯底I進(jìn)行熱處理，從而使剩余的Ti/Al與電子供給層4成為歐姆接觸。只要可以獲得Ti/Al與電子供給層4的歐姆接觸，則可能存在不需要熱處理的情況。因而，源電極8和漏電極9被形成為使得電極凹部8a、9a被電極材料的部分包埋。
[0101]隨后，如圖9B所示，形成柵電極11。[0102]更具體地，首先，形成用于形成柵電極的掩模。此處，通過CVD法等在整個(gè)表面上沉積例如SiN，并使用例如CF4氣體來執(zhí)行干法蝕刻以在SiN中形成露出P型GaN層5a的上表面的開口。因而，形成具有該開口的掩模。
[0103]使用該掩模，通過例如氣相沉積法在掩模(包括用于露出P型GaN層5a的上表面的開口的內(nèi)側(cè))上沉積例如Ni/Au作為電極材料。Ni的厚度為約30nm，并且Au的厚度為約400nm。通過剝離法，移除掩模和沉積在該掩模上的Ni/Au?？梢圆灰瞥谀６鴮⑵溆米鞅Ｗo(hù)膜。因而，在P型GaN層5a上形成柵電極11。
[0104]此后，通過如下工藝來形成根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT:例如，形成層間絕緣膜；形成連接至源電極8、漏電極9和柵電極11的布線；形成上保護(hù)膜；以及形成在最上層表面上露出的連接電極等。
[0105]如上所述，在本實(shí)施方案中，獲得了如下高可靠性的高耐壓AlGaN/GaN.HEMT:其通過相對簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了足夠高的閾值電壓，未使耐壓劣化且沒有操作不穩(wěn)定性，以安全地實(shí)現(xiàn)常斷。
[0106]此外，在本實(shí)施方案中，在電極供給層4和P型GaN層5a之間形成有AlN層21。換言之，AlN層21存在于P型GaN層5a的正下方，使得在形成P型GaN層5a中進(jìn)行活化退火時(shí)并且在形成用于化合物半導(dǎo)體的再生長的AlGaN層7時(shí)，通過AlN層21抑制作為p型雜質(zhì)的Mg向溝道側(cè)(電子供給層4側(cè))的擴(kuò)散。這抑制了由作為P型雜質(zhì)的Mg的擴(kuò)散引起的導(dǎo)通電阻(Ron)增加。
[0107](第三實(shí)施方案)
[0108]本實(shí)施方案與第一實(shí)施方案一樣公開一種結(jié)構(gòu)和一種制造AlGaN/GaN.ΗΕΜΤ的方法，但本實(shí)施方案與第一實(shí)施方案不同之處在于:在電子供給層上的AlN層的形成狀態(tài)不同。注意，與第一實(shí)施方案中的組成部分等相同的組成部分將由相同的附圖標(biāo)記表示，并且將省略其詳細(xì)描述。
[0109]圖1OA和圖1OB以及圖1lA和圖1lB是以工藝順序示出制造根據(jù)第三實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的方法的示意性截面圖。
[0110]首先，如圖1OA所示，在例如作為生長襯底的SiC襯底I上依次形成緩沖層2、電子傳輸層3、電子供給層4、AlN層31、GaN層32以及P型GaN層5。
[0111]更具體地，以在第一實(shí)施方案中所描述的生長條件、通過MOVPE法在減壓氣氛中生長以下化合物半導(dǎo)體。可以使用MBE法等代替MOVPE法。
[0112]在SiC襯底I上，依次生長具有約IOOnm的厚度的A1N、具有約3 μ m的厚度的
1-GaN、具有約20nm的厚度的1-AlGaN、具有約2nm的厚度的A1N、具有約IOym的厚度的
1-GaN以及具有約80nm的厚度的ρ-GaN。為了生長A1N，將TMAl氣體和NH3氣體的混合氣體用作源氣體。為了生長1-GaN，將TMG氣體和NH3氣體的混合氣體用作源氣體。為了生長1-AlGaN，將TMG氣體、TMAl氣體和NH3氣體的混合氣體用作源氣體。為了生長p_GaN，將TMG氣體和NH3氣體的混合氣體用作源氣體，并且例如向源氣體饋入包含例如作為P型雜質(zhì)的Mg的CpMg氣體。因而，形成緩沖層2、電子傳輸層3、電子供給層4、A1N層31、GaN層32和P型GaN層5。
[0113]隨后，如圖1OB所示，對P型GaN層5進(jìn)行蝕刻。
[0114]更具體地，在P型GaN層5上施加抗蝕劑，使用預(yù)的掩模以紫外線來輻照除柵電極形成預(yù)定區(qū)域之外的部位。因而，形成用抗蝕劑覆蓋P型GaN層5的柵電極形成預(yù)定區(qū)域的抗蝕劑掩模。通過使用該抗蝕劑掩模并且使用Cl2基蝕刻氣體，對P型GaN層5進(jìn)行干法蝕刻。因而，P型GaN層5僅保留在柵電極形成預(yù)定區(qū)域中。剩余的P型GaN層5為p型GaN 層 5a。
[0115]通過灰化或化學(xué)處理移除抗蝕劑掩模。
[0116]隨后，形成元件隔離結(jié)構(gòu)。
[0117]更具體地，將例如氬(Ar)注入到SiC襯底I上方的元件隔離區(qū)域。因而，在GaN層32、A1N層31、電子供給層4中以及在電子傳輸層3的表面層部分中形成元件隔離結(jié)構(gòu)。元件隔離層結(jié)構(gòu)在AlGaN層7上劃分有源區(qū)域。
[0118]附帶地，替代上述注入方法，可以執(zhí)行例如STI方法用于元件隔離。
[0119]隨后，如圖1IA所示，形成源電極8和漏電極9。
[0120]更具體地，首先在GaN層32的表面處的用于源電極和漏電極的形成預(yù)定位置(電極形成預(yù)定位置)處形成電極凹部8a、9a。
[0121]在所露出的表面(包括GaN層32的表面)上施加抗蝕劑。通過光刻來處理該抗蝕劑，以在抗蝕劑中形成露出GaN層32的對應(yīng)于電極形成預(yù)定位置的表面的開口。因而，形成具有這些開口的抗蝕劑掩模。
[0122]使用該抗蝕劑掩模，對在電極形成預(yù)定位置處的GaN層32和AlN層31進(jìn)行干法蝕刻并將其移除，直到露出電子供給層4的表面為止。因而，形成在電子供給層的表面處露出電極形成預(yù)定位置的電極凹部8a、9a。作為蝕刻氣體,使用例如Cl2。注意，可以通過如下方法來形成電極凹部8a、9a:執(zhí)行到GaN層32的中間的蝕刻，或者執(zhí)行超過電子供給層4的表面的蝕刻。
[0123]通過灰化等移除抗蝕劑掩模。
[0124]形成用于形成源電極和漏電極的抗蝕劑掩模。此處，例如使用適于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)雙層抗蝕劑。將該抗蝕劑施加在整個(gè)表面上，并形成用于露出電極凹部8a、9a的開口。因而，形成具有這些開口的抗蝕劑掩模。
[0125]使用該抗蝕劑掩模，通過例如氣相沉積方法在抗蝕劑掩模(包括用于露出電極凹部8a、9a的開口的內(nèi)側(cè))上沉積例如Ti/Al作為電極材料。Ti的厚度為約20nm，并且Al的厚度為約200nm。通過剝離法，移除抗蝕劑掩模和沉積在抗蝕劑掩模上的Ti/Al。此后，在例如氮?dú)夥罩?、在約400°C至1000°C (例如約550°C )的溫度下對SiC襯底I進(jìn)行熱處理，從而使剩余的Ti/Al與電子供給層4成為歐姆接觸。只要可以獲得Ti/Al與電子供給層4的歐姆接觸，則可能存在不需要熱處理的情況。因此，源電極8和漏電極9被形成為使得電極凹部8a、9a被電極材料的部分包埋。
[0126]隨后，如圖1lB所示，形成柵電極11。
[0127]更具體地，首先，形成用于形成柵電極的掩模。此處，通過CVD法等在整個(gè)表面上沉積例如SiN，并使用例如CF4氣體來執(zhí)行干法蝕刻以在SiN中形成露出P型GaN層5a的上表面的開口。因而，形成具有該開口的掩模。
[0128]使用該掩模，通過例如氣相沉積法在掩模(包括用于露出P型GaN層5a的上表面的開口的內(nèi)側(cè))上沉積例如Ni/Au作為電極材料。Ni的厚度為約30nm，并且Au的厚度為約400nm。通過剝離法，移除掩模和沉積在該掩模上的Ni/Au。可以不移除掩模而將其用作保護(hù)膜。因而，在P型GaN上形成柵電極11。
[0129]此后，通過如下工藝來形成根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT:例如，形成層間絕緣膜；形成連接至源電極8、漏電極9和柵電極11的布線；形成上保護(hù)膜；以及形成在最上層表面上露出的連接電極等。
[0130]如上所述，在本實(shí)施方案中，獲得了如下高可靠性的高耐壓AlGaN/GaN.HEMT:其通過相對簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了足夠高的閾值電壓，未使耐壓劣化且沒有操作不穩(wěn)定性，以安全地實(shí)現(xiàn)常斷。
[0131]此外，在本實(shí)施方案中，在電極供給層4和P型GaN層5a之間形成有GaN層32和AlN層31。換言之，GaN層32和AlN層31存在于p型GaN層5a的正下方，使得在形成p型GaN層5中進(jìn)行活化退火等時(shí)，由GaN層32和AlN層31抑制作為P型雜質(zhì)的Mg向溝道側(cè)(電子供給層4側(cè))的擴(kuò)散。這抑制了由作為P型雜質(zhì)的Mg的擴(kuò)散引起的導(dǎo)通電阻(Ron)增加。
[0132]此外，在本實(shí)施方案中，不需要用于化合物半導(dǎo)體再生長的工藝，從而實(shí)現(xiàn)了簡化的制造工藝。
[0133](第四實(shí)施方案)
[0134]本實(shí)施方案與第一實(shí)施方案一樣公開一種結(jié)構(gòu)和一種制造AlGaN/GaN.ΗΕΜΤ的方法，但本實(shí)施方案與第一實(shí)施方案不同之處在于:在電子供給層上的AlN層和AlGaN層的形成狀態(tài)不同。注意，與第一實(shí)施方案中的組成部分等相同的組成部分將由相同的附圖標(biāo)記表示，并且將省略其詳細(xì)描述。
[0135]圖12Α至圖12C以及圖13Α至圖13C是以工藝順序示出制造根據(jù)第四實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的方法的示意性截面圖。
[0136]首先，與第一實(shí)施方案的圖2A—樣，在例如作為生長襯底的SiC襯底I上依次形成緩沖層2、電子傳輸層3、電子供給層4以及P型GaN層5。在圖12A中示出了該事件的外觀。
[0137]隨后，與第一實(shí)施方案的圖2B —樣，對P型GaN層5進(jìn)行干法蝕刻以形成P型GaN層5a。在圖12B中示出了該事件的外觀。
[0138]隨后，如圖12C所示，在電子供給層4上且在P型GaN層5a的兩側(cè)表面上依次形成 AlN 層 41 和 AlGaN 層 42。
[0139]更具體地，首先形成預(yù)定的抗蝕劑掩模，例如，通過CVD法等沉積SIO2以形成覆蓋P型GaN層5a的上表面的掩模層10。
[0140]然后，通過例如MOVPE法在減壓氣氛中、在電子供給層4上依次生長具有約2nm的厚度的AlN以及具有約IOnm的厚度的1-AlGaN。因而形成AlN層41和AlGaN層42。AlGaN層42由例如具有0.1的Al組成比的1-AlaiGaa9N構(gòu)成。
[0141]通過化學(xué)處理等移除掩模層10。
[0142]隨后，如圖13A所示，對AlN層41和AlGaN層42進(jìn)行蝕刻。
[0143]更具體地，在整個(gè)表面上施加抗蝕劑，并通過光刻對其進(jìn)行處理以形成用抗蝕劑覆蓋AlGaN層42的預(yù)定部位的抗蝕劑掩模。通過使用該抗蝕劑掩模并且使用氯氣(例如，CF4氣體)，對AlN層41和AlGaN層42進(jìn)行干法蝕刻。因而，AlN層41和AlGaN層42以與P型GaN層5a的一側(cè)的側(cè)表面接觸的方式僅保留在P型GaN層5a的源電極形成預(yù)定位置側(cè)。剩余的AlN層41和AlGaN層42為AlN層41a和AlGaN層42a。
[0144]通過灰化或者化學(xué)處理移除抗蝕劑掩模層。
[0145]隨后，形成元件隔離結(jié)構(gòu)。
[0146]更具體地，例如將氬(Ar)注入到SiC襯底I上方的元件隔離區(qū)域。因而，在AlGAN層42、A1N層41、電子供給層4中以及在電子傳輸層3的表面層部分中形成元件隔離結(jié)構(gòu)。元件隔離結(jié)構(gòu)在AlGaN層42上劃分有源區(qū)域。
[0147]附帶地，代替上述注入法，可以執(zhí)行例如STI法用于元件隔離。
[0148]隨后，如圖13B所示，形成源電極8和漏電極9。
[0149]更具體地，首先，形成用于形成源電極和漏電極的抗蝕劑掩模。此處，例如使用適于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)雙層抗蝕劑。將該抗蝕劑施加在整個(gè)表面上，并且形成在電子供給層4的表面處露出用于源電極和漏電極的形成預(yù)定位置(電極形成預(yù)定位置)的開口。因而，形成具有這些開口的抗蝕劑掩模。
[0150]使用該抗蝕劑掩模，通過例如氣相沉積法在抗蝕劑掩模(包括用于露出電極形成位置的開口的內(nèi)側(cè))上沉積例如Ti/Al作為電極材料。Ti的厚度為約20nm，并且Al的厚度為約200nm。通過剝離法，移除抗蝕劑掩模和沉積在抗蝕劑掩模上的Ti/Al。此后，在例如氮?dú)夥罩?、在約400°C至1000°C (例如約550°C )的溫度下對SiC襯底I進(jìn)行熱處理，從而使剩余的Ti/Al與電子供給層4成為歐姆接觸。只要可以獲得Ti/Al與電子供給層4的歐姆接觸，則可能存在不需要熱處理的情況。因而，形成源電極8和漏電極9。此處，源電極8被形成為與AlN層41和AlGAN層42隔開。
[0151]隨后，如圖13C所示，形成柵電極11和連接電極43。
[0152]更具體地，首先，形成用于形成柵電極和連接電極的掩模。此處，通過CVD法等在整個(gè)表面上沉積例如SiN，并使用例如CF4氣體執(zhí)行干法蝕刻以在SiN中形成露出ALGaN層42的上表面的一部分和P型GaN層5a的上表面的開口。因而，形成具有這些開口的掩模。
[0153]使用該掩模，通過例如氣相沉積法在掩模(包括用于露出P型GaN層5a的上表面的開口的內(nèi)側(cè)和用于露出AlGaN層42的上表面的一部分的開口的內(nèi)側(cè))上沉積例如Ni/Au作為電極材料。Ni的厚度為約30nm，并且Au的厚度為約400nm。通過剝離法，移除掩模和沉積在該掩模上的Ni/Au?？梢圆灰瞥谀６鴮⑵溆米鞅Ｗo(hù)膜。因而，在P型GaN層5a上形成柵電極11，并且在AlGaN層42的上表面上形成電連接至AlGaN層42的連接電極43。
[0154]此后，通過如下工藝形成根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT:例如，形成層間絕緣膜；形成連接至源電極8、漏電極9、柵電極11和連接電極43的布線；形成上保護(hù)膜；以及形成在最上層表面上露出的連接電極等。在本實(shí)施方案中，如圖13C所示，連接電極43連接至源電極8，其中連接電極43和源電極8兩者均接地。
[0155](第五實(shí)施方案)
[0156]本實(shí)施方案公開了 一種電源裝置，該電源裝置包括選自根據(jù)第一實(shí)施方案至第四實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT中的一種。
[0157]圖14是示出根據(jù)第五實(shí)施方案的電源裝置的示意性構(gòu)造的連接圖。
[0158]根據(jù)本實(shí)施方案的電源裝置包括高壓一次側(cè)電路51、低壓二次側(cè)電路52以及在一次側(cè)電路51和二次側(cè)電路52之間的變壓器53。
[0159]一次側(cè)電路51包括交流(AC)電源54、所謂的橋式整流電路55以及多個(gè)(此處為4個(gè))開關(guān)元件56a、56b、56c、56d。此外，橋式整流電路55具有開關(guān)元件56e。
[0160]二次側(cè)電路52包括多個(gè)(此處為3個(gè))開關(guān)元件57a、57b、57c。
[0161]在本實(shí)施方案中，一次側(cè)電路51的開關(guān)兀件56a、56b、56c、56d、56e均為從根據(jù)第一實(shí)施方案至第四實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT中選擇的一種AlGaN/GaN.HEMT。另一方面，二次側(cè)電路52的開關(guān)元件57a、57b、57c各自為使用硅的普通MIS.FET (金屬絕緣半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)。
[0162]在本實(shí)施方案中，將高可靠性的高耐壓AIGaN/GaN.HEMT應(yīng)用于高壓電路，該AlGaN/GaN.HEMT通過相對簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了足夠高的閾值電壓，未使耐壓劣化且沒有操作不穩(wěn)定性，以安全地實(shí)現(xiàn)常斷。這實(shí)現(xiàn)了高可靠性的性的大功率電源電路。
[0163](第六實(shí)施方案)
[0164]本實(shí)施方案公開了一種高頻率放大器，該放大器包括選自根據(jù)第一實(shí)施方案至第四實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT中的一種。
[0165]圖15是示出根據(jù)第六實(shí)施方案的高頻率放大器的示意性構(gòu)造的連接圖。
[0166]根據(jù)本實(shí)施方案的高頻放大器包括數(shù)字預(yù)失真電路61、混頻器62a和62b以及功率放大器63。
[0167]數(shù)字預(yù)失真電路61對輸入信號的非線性失真進(jìn)行補(bǔ)償?；祛l器62a將已補(bǔ)償過非線性失真的輸入信號與AC信號混合。功率放大器63將與AC信號混合的輸入信號放大，并且功率放大器63具有選自根據(jù)第一實(shí)施方案至第四實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT中的一種。在圖15中，通過例如切換開關(guān)，可以通過混頻器62b將輸出側(cè)信號與AC信號混合，并且可以將結(jié)果發(fā)送至數(shù)字預(yù)失真電路61。
[0168]在本實(shí)施方案中，將高可靠性的高耐壓AlGaN/GaN.HEMT應(yīng)用于高頻放大器，該AlGaN/GaN.HEMT通過相對簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了足夠高的閾值電壓而未使耐壓劣化且不具有操作不穩(wěn)定性以安全地實(shí)現(xiàn)常斷。這實(shí)現(xiàn)了可靠性高耐壓的高頻放大器。
[0169](其他實(shí)施方案)
[0170]在第一實(shí)施方案至第六實(shí)施方案中，以AlGaN/GaN.HEMT為例說明了化合物半導(dǎo)體器件。除了 AlGaN/GaN.HEMT之外，以下HEMT可用作化合物半導(dǎo)體器件。
[0171]其他HEMT實(shí)例I
[0172]該實(shí)例公開了作為化合物半導(dǎo)體器件的InAlN/GaN.HEMT。
[0173]InAlN和GaN為可以通過其組成而使晶格常數(shù)彼此接近的化合物半導(dǎo)體。在此情況下，在上述第一實(shí)施方案至第六實(shí)施方案中，作為化合物半導(dǎo)體的第一層的電子傳輸層由1-GaN形成，并且作為第二層的電子供給層由1-1nAIN形成。此外，第三層和第四層被適當(dāng)形成為滿足表達(dá)式(I)和表達(dá)式(2)兩者。
[0174]在此情況下，幾乎不出現(xiàn)壓電極化，因而主要通過InAlN的自發(fā)極化出現(xiàn)二維電子氣。
[0175]根據(jù)該實(shí)例，實(shí)現(xiàn)了如下高可靠性的高耐壓InAlN/GaN.HEMT:其與上述AlGaN/GaN.HEMT 一樣，通過相對簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了足夠高的閾值電壓，未使耐壓劣化且沒有操作不穩(wěn)定性，以安全地實(shí)現(xiàn)常斷。
[0176]其他HEMT實(shí)例2
[0177]該實(shí)例公開了作為化合物半導(dǎo)體器件的InAlGaN/GaN.HEMT。[0178]GaN和InAlGaN為如下化合物半導(dǎo)體:其中通過它們的組成，可以使InAlGaN的晶格常數(shù)小于GaN的晶格常數(shù)。在此情況下，在上述第一實(shí)施方案至第六實(shí)施方案中，作為化合物半導(dǎo)體的第一層的電子傳輸層由1-GaN形成，并且作為第二層的電子供給層由n-1nAlGaN形成。此外，第三層和第四層被適當(dāng)形成為滿足表達(dá)式(I)和表達(dá)式(2)兩者。
[0179]根據(jù)該實(shí)例，實(shí)現(xiàn)了如下高可靠性的高耐壓InAlGaN/GaN -HEMT:其與上述AlGaN/GaN.HEMT 一樣，通過相對簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了足夠高的閾值電壓，未使耐壓劣化且沒有操作不穩(wěn)定性，以安全地實(shí)現(xiàn)常斷。
[0180]根據(jù)以上方面，實(shí)現(xiàn)了一種高可靠性的高耐壓化合物半導(dǎo)體器件，其通過相對簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了足夠高的閾值電壓，未使耐壓劣化且沒有操作不穩(wěn)定性，以安全地實(shí)現(xiàn)常斷。
【權(quán)利要求】
1.一種化合物半導(dǎo)體器件，包括: 第一化合物半導(dǎo)體層； 形成在所述第一化合物半導(dǎo)體層上方的第二化合物半導(dǎo)體層，所述第二化合物半導(dǎo)體層的帶隙大于所述第一化合物半導(dǎo)體層的帶隙； 形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層上方的第三化合物半導(dǎo)體層，所述第三化合物半導(dǎo)體層具有P型導(dǎo)電類型； 經(jīng)由所述第三化合物半導(dǎo)體層形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層上方的電極； 形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層上方的與所述第三化合物半導(dǎo)體層接觸的第四化合物半導(dǎo)體層，所述第四化合物半導(dǎo)體層的帶隙大于所述第二化合物半導(dǎo)體層的帶隙；以及形成在所述第四化合物半導(dǎo)體層上方的與所述第三化合物半導(dǎo)體層接觸的第五化合物半導(dǎo)體層，所述第五化合物半導(dǎo)體層的帶隙小于所述第四化合物半導(dǎo)體層的帶隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體器件， 其中所述第四化合物半導(dǎo)體層和所述第五化合物半導(dǎo)體層形成在所述第三化合物半導(dǎo)體的側(cè)表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體器件， 其中所述第四化合物半導(dǎo)體層形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層和所述第三化合物半導(dǎo)體層之間，以及 其中所述第五化合物半導(dǎo)體層形成在所述第三化合物半導(dǎo)體層的側(cè)表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體器件， 其中所述第四化合物半導(dǎo)體層和所述第五化合物半導(dǎo)體層形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層和所述第三化合物半導(dǎo)體層之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體器件， 其中所述第四化合物半導(dǎo)體層和所述第五化合物半導(dǎo)體層形成在所述第三化合物半導(dǎo)體層的僅一側(cè)的側(cè)表面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的化合物半導(dǎo)體器件，還包括: 電連接至所述第五化合物半導(dǎo)體層的連接電極。
7.—種制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，包括: 在第一化合物半導(dǎo)體層上方形成第二化合物半導(dǎo)體層，所述第二化合物半導(dǎo)體層的帶隙大于所述第一化合物半導(dǎo)體層的帶隙； 在所述第二化合物半導(dǎo)體層上方形成第三化合物半導(dǎo)體層，所述第三化合物半導(dǎo)體層具有P型導(dǎo)電類型； 經(jīng)由所述第三化合物半導(dǎo)體層在所述第二化合物半導(dǎo)體層上方形成電極； 在所述第二化合物半導(dǎo)體層上方形成與所述第三化合物半導(dǎo)體層接觸的第四化合物半導(dǎo)體層，所述第四化合物半導(dǎo)體層的帶隙大于所述第二化合物半導(dǎo)體層的帶隙；以及在所述第四化合物半導(dǎo)體層上方形成與所述第三化合物半導(dǎo)體層接觸的第五化化合物導(dǎo)體層，所述第五化合物半導(dǎo)體層的帶隙小于所述第四化合物半導(dǎo)體層的帶隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造化合物半導(dǎo)體器件的方法， 其中在所述第三化合物半導(dǎo)體層的側(cè)表面上形成所述第四化合物半導(dǎo)體層和所述第五化合物半導(dǎo)體層。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造化合物半導(dǎo)體器件的方法， 其中在所述第二化合物半導(dǎo)體層和所述第三化合物半導(dǎo)體層之間形成所述第四化合物半導(dǎo)體層，以及 其中在所述第三化合物半導(dǎo)體層的側(cè)表面上形成所述第五化合物半導(dǎo)體層。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造化合物半導(dǎo)體器件的方法， 其中在所述第二化合物半導(dǎo)體層和所述第三化合物半導(dǎo)體層之間形成所述第四化合物半導(dǎo)體層和所述第五化合物半導(dǎo)體層。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造化合物半導(dǎo)體器件的方法， 其中在所述第三化合物半導(dǎo)體層的僅一側(cè)的側(cè)表面上形成所述第四化合物半導(dǎo)體層和所述第五化合物半導(dǎo)體層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，還包括: 在所述第五化合物半導(dǎo)體層上形成連接電極。
【文檔編號】H01L21/335GK103681833SQ201310316261
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月21日
【發(fā)明者】西森理人, 今田忠纮, 多木俊裕 申請人:富士通株式會社