具有由氮化物半導(dǎo)體制成的緩沖層的半導(dǎo)體器件的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種半導(dǎo)體器件，其包括：在襯底上由氮化物半導(dǎo)體制成的緩沖層；在緩沖層上由氮化物半導(dǎo)體制成的第一半導(dǎo)體層；在第一半導(dǎo)體層上由氮化物半導(dǎo)體制成的第二半導(dǎo)體層；以及形成在第二半導(dǎo)體層上的柵電極、源電極和漏電極，其中緩沖層具有摻雜于其中的包括選自C、Mg、Fe和Co的元素以及選自Si、Ge、Sn和O的元素兩者的元素。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有由氮化物半導(dǎo)體制成的緩沖層的半導(dǎo)體器件

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文中的公開(kāi)內(nèi)容涉及半導(dǎo)體器件和制造半導(dǎo)體器件的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]氮化物半導(dǎo)體具有高飽和電子速度和寬帶隙。專(zhuān)注于這樣的特性，已經(jīng)在進(jìn)行將氮化物半導(dǎo)體應(yīng)用于高電壓和高功率的半導(dǎo)體器件方面的研究。氮化物半導(dǎo)體GaN具有3.4eV的帶隙，其高于Si的帶隙(其為1.1eV)和GaAs的帶隙(其為1.4eV)。此外，GaN具有高的擊穿場(chǎng)強(qiáng)。因此，氮化物半導(dǎo)體(如GaN)非常有望用作用于高電壓操作和產(chǎn)生高功率的電源裝置的半導(dǎo)體器件材料。
[0003]關(guān)于使用氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件，已經(jīng)在大量報(bào)道中對(duì)場(chǎng)效應(yīng)晶體管、特別是高電子遷移率晶體管(即HEMT)做了描述。對(duì)GaN HEMT的關(guān)注主要涉及使用GaN作為電子渡越層和使用AlGaN作為電子供給層的AlGaN/GaN HEMT。在AlGaN/GaN HEMT中，由于GaN和AlGaN之間的晶格常數(shù)差，所以在AlGaN中出現(xiàn)了應(yīng)變。以這種方式生成的壓電極化之差和AlGaN自身誘導(dǎo)的極化導(dǎo)致高密度的2DEG(即，二維電子氣)的生成。因此，預(yù)期可以獲得高效開(kāi)關(guān)器件和高壓功率器件。從電路設(shè)計(jì)和安全角度來(lái)說(shuō)，期望提供一種具有常斷特性的氮化物半導(dǎo)體晶體管。
[0004]通過(guò)使用MOVPE(即，金屬有機(jī)氣相外延)在襯底上形成氮化物半導(dǎo)體的電子溝道層和電子供給層來(lái)制造氮化物半導(dǎo)體晶體管。襯底可以由藍(lán)寶石、碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、硅(Si)等制成。硅襯底的使用通過(guò)提供廉價(jià)的、大量的襯底實(shí)現(xiàn)了顯著的成本降低。
[0005]然而，用于硅襯底的硅具有與形成氮化物半導(dǎo)體層的氮化物半導(dǎo)體顯著不同的晶格常數(shù)和熱膨脹常數(shù)。由于硅與氮化物半導(dǎo)體之間的晶格常數(shù)和熱膨脹常數(shù)大的差異，所以硅襯底可以容易地形成畸變并且氮化物半導(dǎo)體層可以容易地遭受裂紋。因此，難以增加氮化物半導(dǎo)體層的厚度。禁止增加氮化物半導(dǎo)體層的厚度妨礙了提高半導(dǎo)體器件的擊穿電壓和降低位錯(cuò)密度的努力。這削弱了使用氮化物半導(dǎo)體的最初目的——提高半導(dǎo)體器件的擊穿電壓。
[0006]用于增加氮化物半導(dǎo)體層的厚度同時(shí)避免出現(xiàn)襯底畸變和裂紋的方法包括形成具有階梯式Al組成的AlGaN緩沖結(jié)構(gòu)和形成SLS (即，應(yīng)變層超晶格)緩沖結(jié)構(gòu)。更具體地說(shuō)，在硅襯底上形成具有這樣的緩沖結(jié)構(gòu)的緩沖層，然后在緩沖層上通過(guò)使用氮化物半導(dǎo)體形成電子溝道層和電子供給層。具有階梯式Al組成的AlGaN緩沖結(jié)構(gòu)的緩沖層具有其中逐個(gè)地堆疊多個(gè)AlGaN層的結(jié)構(gòu)，多個(gè)AlGaN層具有分別不同的Al組成。具有SLS緩沖結(jié)構(gòu)的緩沖層具有其中逐個(gè)地反復(fù)堆疊GaN薄膜和AlN薄膜的結(jié)構(gòu)。
[0007]具有這些緩沖結(jié)構(gòu)的任何一種的緩沖層具有對(duì)由GaN制成的電子溝道層大的壓應(yīng)變，這抵消了在膜形成后的溫度下降過(guò)程期間在整個(gè)氮化物半導(dǎo)體層中生成的強(qiáng)的拉伸應(yīng)變。結(jié)果，抑制了畸變和裂紋被。
[0008]上述緩沖結(jié)構(gòu)必然具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，造成形成緩沖層所需的時(shí)間長(zhǎng)度增加，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)量下降。此外，含有昂貴的有機(jī)金屬材料的原材料的量增加，造成所制造的半導(dǎo)體器件更加昂貴。
[0009]因此，期望提供一種半導(dǎo)體器件和制造半導(dǎo)體器件的方法，其中在硅襯底等上形成氮化物半導(dǎo)體，使得硅襯底等中的畸變和氮化物半導(dǎo)體層中的裂紋被抑制，并且使得在低成本下實(shí)現(xiàn)了滿意的特性。
[0010][專(zhuān)利文獻(xiàn)I]日本公開(kāi)特許公報(bào)第2012-023314號(hào)
[0011][專(zhuān)利文獻(xiàn)2]日本公開(kāi)特許公報(bào)第2007-067077號(hào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]根據(jù)本實(shí)施方案的一個(gè)方面，一種半導(dǎo)體器件，包括:在襯底上由氮化物半導(dǎo)體制成的緩沖層；在緩沖層上由氮化物半導(dǎo)體制成的第一半導(dǎo)體層；在第一半導(dǎo)體層上由氮化物半導(dǎo)體制成的第二半導(dǎo)體層；以及形成在第二半導(dǎo)體層上的柵電極、源電極和漏電極，其中緩沖層具有摻雜于其中的包括選自C、Mg、Fe和Co的元素以及選自S1、Ge、Sn和O的元素兩者的元素。
[0013]根據(jù)本實(shí)施方案的一個(gè)方面，一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括:在襯底上形成由氮化物半導(dǎo)體制成的緩沖層；在緩沖層上形成由氮化物半導(dǎo)體制成的第一半導(dǎo)體層；在第一半導(dǎo)體層上形成由氮化物半導(dǎo)體形成的第二半導(dǎo)體層；以及在第二半導(dǎo)體層上形成柵電極、源電極和漏電極，其中緩沖層具有摻雜于其中的包括選自C、Mg、Fe和Co的元素以及選自S1、Ge、Sn和O的元素兩者的元素。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1A和圖1B是示出了由于形成GaN層后的熱收縮而產(chǎn)生的襯底在邊緣處向上彎曲的翹曲的圖；
[0015]圖2是示出了為研究翹曲而制造的測(cè)試材料的結(jié)構(gòu)的圖；
[0016]圖3是示出了摻雜在緩沖層中的Si的密度與襯底在邊緣處向下彎曲的翹曲之間的關(guān)系的圖；
[0017]圖4是示出了摻雜在緩沖層中的Si的密度與通過(guò)XRC方法獲得的扭轉(zhuǎn)之間的相互關(guān)系的圖；
[0018]圖5是示出了摻雜在緩沖層中的Si的密度與襯底在邊緣處向下彎曲的翹曲之間的關(guān)系的圖；
[0019]圖6是示出了根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的圖；
[0020]圖7是示出了摻雜在根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件中的C和Si的圖；
[0021]圖8A至圖SC是示出了制造根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的步驟的圖；
[0022]圖9是示出了根據(jù)第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的圖；
[0023]圖10是示出了摻雜在根據(jù)第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件中的C和Si的圖；
[0024]圖11是示出了根據(jù)第三實(shí)施方案的分立封裝件中的半導(dǎo)體器件的圖；
[0025]圖12是根據(jù)第三實(shí)施方案的電源裝置的電路圖；以及
[0026]圖13是示出了根據(jù)第三實(shí)施方案的高功率放大器的結(jié)構(gòu)的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面，將參照附圖描述實(shí)施方案。相同或類(lèi)似的要素用相同或類(lèi)似的附圖標(biāo)記指
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[0028][第一實(shí)施方案]
[0029]首先將給出對(duì)硅襯底的畸變的描述。如圖1A所示，通過(guò)使用MOVPE在硅襯底910上形成緩沖層922，并且在緩沖層922上形成GaN層931。在這樣的情況下，如圖1B所示，硅襯底910由于溫度下降時(shí)的熱收縮等而在邊緣處向上翹曲。硅襯底910的翹曲取決于GaN層931的厚度。隨著GaN層931的厚度增加，硅襯底910的翹曲也增加，這可以造成在GaN層931中產(chǎn)生裂紋等。此外，硅襯底910的翹曲使得設(shè)置在半導(dǎo)體制造設(shè)備中的真空吸盤(pán)等難于承載硅襯底910。這樣的翹曲還阻礙在曝光時(shí)形成期望的曝光圖案。因此，可能變得無(wú)法制造半導(dǎo)體器件，或者無(wú)法制造具有期望特性的半導(dǎo)體器件。此外，GaN層931中的裂紋使得半導(dǎo)體器件無(wú)效。
[0030]通過(guò)制造具有圖2所示結(jié)構(gòu)的測(cè)試樣品來(lái)進(jìn)行關(guān)于硅襯底910的翹曲的研究。更具體地說(shuō)，在硅襯底910上逐個(gè)地形成成核層921、緩沖層922、以及GaN層931，以制造作為進(jìn)行研究的測(cè)試樣品。可以指出的是，可以在該測(cè)試樣品的GaN層931上形成用作電子溝道層的AlGaN層，接著在AlGaN層上形成柵電極、源電極和漏電極，由此產(chǎn)生其中GaN層931用作電子溝道層的半導(dǎo)體器件。成核層921由AlN形成。緩沖層922由AlGaN形成。
[0031]在這樣的測(cè)試樣品中，改變摻雜在緩沖層922中的Si的密度以監(jiān)視硅襯底910在邊緣處向下彎曲的翹曲。圖3示出了結(jié)果。如圖3所示，摻雜在緩沖層922中的Si的密度的增加造成硅襯底910的翹曲增加。
[0032]摻雜在緩沖層922中的Si的密度與硅襯底910在邊緣處向下彎曲的翹曲是線性關(guān)系。因此，可以對(duì)應(yīng)于用作電子溝道層的GaN層931的厚度來(lái)調(diào)整摻雜在緩沖層922中的Si的密度，從而用因Si摻雜到緩沖層922中而引起的邊緣處向下彎曲的翹曲來(lái)抵消因熱收縮而引起的GaN層931在邊緣處向上彎曲的翹曲。利用該布置，硅襯底910的翹曲被抑制以抑制氮化物半導(dǎo)體層中出現(xiàn)裂紋等。
[0033]圖4是示出了摻雜在緩沖層922中的Si的密度與通過(guò)使用XRC ( S卩，X射線搖擺曲線)方法測(cè)量的GaN層931中的扭轉(zhuǎn)值之間的關(guān)系的圖。扭轉(zhuǎn)值是位錯(cuò)密度的指標(biāo)。扭轉(zhuǎn)值越大，位錯(cuò)密度就越大。如圖4所示，摻雜在緩沖層922中的Si的密度的增加造成扭轉(zhuǎn)值的增加，即位錯(cuò)密度的增加。因此，將Si摻雜到緩沖層922的AlGaN中起到增加位錯(cuò)的作用。結(jié)果，緩沖層922緩解了在溫度下降期間在GaN層931中生成的應(yīng)力，據(jù)認(rèn)為這具有抑制硅襯底910的翹曲的作用。
[0034]圖5是示出了當(dāng)緩沖層922由GaN制成時(shí)摻雜在緩沖層922中的Si的密度與硅襯底910在邊緣處向下彎曲的翹曲之間的關(guān)系的圖。即使在緩沖層922由GaN制成的實(shí)例中，摻雜在緩沖層922中的Si的密度的增加也造成硅襯底910在邊緣處向下彎曲的翹曲增力口。然而，這樣的翹曲比緩沖層922由AlGaN制成的實(shí)例中的翹曲小?？芍鳛橛糜谛纬删彌_層922的材料AlGaN優(yōu)于GaN。
[0035]緩沖層922中的低電阻不是優(yōu)選的，因?yàn)檫@樣的低電阻起到增加沿基本上與硅襯底910垂直的豎直方向流動(dòng)的漏電流的作用。因此，在本實(shí)施方案中，在緩沖層922中摻雜C(碳)以增加緩沖層922的電阻。利用該布置，減小了沿豎直方向流動(dòng)的漏電流，從而實(shí)現(xiàn)了滿意的半導(dǎo)體器件特性。
[0036]在本實(shí)施方案中，Si和C兩者被摻雜在緩沖層中以抑制硅襯底等的翹曲和在氮化物半導(dǎo)體層中出現(xiàn)裂紋，還以實(shí)現(xiàn)滿意的半導(dǎo)體器件特性。本實(shí)施方案無(wú)需形成應(yīng)變層超晶格結(jié)構(gòu)等，因此可以低成本制造半導(dǎo)體器件。
[0037][半導(dǎo)體器件]
[0038]下面，將描述根據(jù)第一實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件。本實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件具有其中如圖6所示的在硅襯底10上逐個(gè)地堆疊氮化物半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu)。更具體地說(shuō)，在硅襯底10上形成成核層21，并且在成核層21上形成緩沖層22，其中在緩沖層22上逐個(gè)地堆疊電子溝道層31、電子供給層32和蓋層33。此外，在蓋層33上形成柵電極41、源電極42和漏電極43。
[0039]成核層21由AlN形成。緩沖層22由AlGaN(AlxGapxN)形成。電子溝道層31由GaN形成，并且電子供給層32由AlGaN(AlyGapyN)形成，其中蓋層33由η-GaN形成。利用該布置，在電子溝道層31與電子供給層32之間的界面附近生成2DEG 31a。可以指出的是，可以使用SiC襯底或藍(lán)寶石襯底代替硅襯底10?？梢源嬖跊](méi)有形成蓋層33的實(shí)例。
[0040]如圖7所示，在本實(shí)施方案中在緩沖層22中摻雜Si和C兩者。摻雜在緩沖層22中的C的密度在1.0X 119原子/cm3時(shí)基本均勻。此外，摻雜在緩沖層22中的Si的密度從位于朝向硅襯底10的與成核層21的界面到與電子溝道層31的界面逐漸增加。
[0041]緩沖層22中緊鄰與成核層21的界面處的Si的密度為1.0X 115原子/cm3。Si的密度朝向電子溝道層31逐漸增加，并且在緊鄰與電子溝道層31的界面處為1.0X 118原子/cm3。以上述方式，在緩沖層22中摻雜Si使得其密度從與成核層21的界面到與電子溝道層31的界面逐漸增加。該布置起到逐漸降低有效受主密度的作用，這有助于電阻的增加。
[0042]如果在緩沖層22中沒(méi)有摻雜Si，則在與電子溝道層31的界面附近由于摻雜在緩沖層22中的C的存在而可能發(fā)生電流崩塌。然而，在本實(shí)施方案中，緩沖層22中的Si的密度在與電子溝道層31的界面附近高，這起到降低有效受主密度的作用，其有助于電阻的增力口，從而抑制電流崩塌的出現(xiàn)。利用該布置，可以進(jìn)一步提高半導(dǎo)體器件的特性。即，提高本實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的電壓容差并且抑制本實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件中出現(xiàn)電流崩塌，從而實(shí)現(xiàn)滿意的半導(dǎo)體器件特性。
[0043]在本實(shí)施方案中，通過(guò)優(yōu)選地將摻雜在緩沖層22中的C的密度設(shè)置為不低于1.0X 118原子/Cm3且不高于1.0X 102°原子/cm3而將緩沖層22制成期望的高電阻的膜。此外，優(yōu)選地將緩沖層22的Si的密度為最高的區(qū)域(即，緊鄰與電子溝道層31的界面處)中的Si的密度設(shè)置為不低于1.0X 116原子/cm3且不高于1.0X 119原子/cm3。
[0044]在本實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件中，摻雜在成核層21中的C的密度為1.0X 119原子/cm3，并且摻雜在成核層21中的Si的密度為1.0X 115原子/cm3?？商娲兀梢詫⒈緦?shí)施方案修改成使得C和Si兩者摻雜在成核層21和緩沖層22的任何一層中。
[0045]此外，已參照其中在緩沖層22中摻雜C和Si的實(shí)例描述了本實(shí)施方案?？商娲兀梢該诫sMg、Fe、Co等代替C，并且可以摻雜Ge、Sn、O等代替Si。
[0046][制造半導(dǎo)體器件的方法]
[0047]下面，將參照?qǐng)D8描述制造根據(jù)本實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的方法。制造本實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的方法通過(guò)在用作襯底的硅襯底10上的外延生長(zhǎng)來(lái)形成氮化物半導(dǎo)體層。通過(guò)外延生長(zhǎng)形成氮化物半導(dǎo)體層的方法包括MOVPE和MBE (即，分子束外延)。
[0048]在本實(shí)施方案的說(shuō)明中，將給出對(duì)其中通過(guò)MOVPE形成氮化物半導(dǎo)體層的實(shí)例的描述。當(dāng)通過(guò)MOVPE形成氮化物半導(dǎo)體層時(shí)，使用TMA(S卩，三甲基鋁)作為Al的原材料氣體，并且使用TMG ( S卩，三甲基鎵)作為Ga的原材料氣體，其中使用NH3 ( S卩，氨氣)作為N的原材料氣體。此外，當(dāng)供應(yīng)原材料氣體時(shí)可以供應(yīng)載氣如H2。
[0049]如圖8A所示，通過(guò)在硅襯底10上使用氮化物半導(dǎo)體而依次形成成核層21和緩沖層22。
[0050]成核層21是具有幾十納米至幾百納米的厚度(例如，厚度可以是200nm)的AlN膜。緩沖層22由AlxGa^xN制成，并且具有500nm至100nm的厚度。因?yàn)樵诰彌_層22上由GaN等形成電子溝道層31，所以X的值優(yōu)選地大于或等于O并且小于或等于0.5，并且更優(yōu)選地大于O并且小于或等于0.5。在本實(shí)施方案中，緩沖層22由Ala3Gaa7N形成，其X的值為 0.3。
[0051]可以指出的是，在由AlN制成的成核層21上形成緩沖層22，并且在緩沖層22上形成由GaN制成的電子溝道層31。為提供匹配的晶格常數(shù)，可以將緩沖層22形成為使得其Al組成比(即，X的值)從與成核層21的界面附近到與電子溝道層31的界面附近逐漸降低。可替代地，可以使用具有分別不同的組成比的兩個(gè)或更多個(gè)AlGaN層來(lái)形成緩沖層22。在這種情況下，優(yōu)選地，較接近電子溝道層31的層具有比較接近成核層21的層小的Al組成比。
[0052]在本實(shí)施方案中，將C均勻地?fù)诫s在緩沖層22中。摻雜的C的密度為1.0XlO19原子/cm3。此外，摻雜在緩沖層22中的Si的密度從位于面對(duì)硅襯底10的與成核層21的界面到與電子溝道層31的界面逐漸增加。緩沖層22中緊鄰與成核層21的界面的Si的密度為1.0 X 115原子/cm3。Si的密度朝向電子溝道層31逐漸增加，并且在緊鄰與電子溝道層31的界面處為1.0X 118原子/cm3。
[0053]在形成緩沖層22時(shí)，除TMA、TMG、以及NH3外還供應(yīng)SiH4(甲硅烷)以摻雜預(yù)定密度的Si。此外，可以調(diào)整用于緩沖層22的生長(zhǎng)的條件以實(shí)現(xiàn)C的自動(dòng)摻雜?？梢怨?yīng)CBr4(四溴化碳)作為C的摻雜劑原材料。
[0054]摻雜在緩沖層22中的Si的密度可以從與成核層21的界面到與電子溝道層31的界面線性增加?？商娲兀琒i的密度可以指數(shù)增加，或者可以階梯式增加。
[0055]如圖SB所示，在緩沖層22上逐個(gè)地堆疊電子溝道層31、電子供給層32、以及蓋層33。具體地，電子溝道層31具有500nm至100nm的厚度，并且可以是厚度為100nm的GaN層。電子供給層32的厚度可以約為20nm并且可以由AlyG&1_yN制成。y的值優(yōu)選為0.3或更小。在本實(shí)施方案中，使用Ala2Gaa8N。蓋層33的厚度約為5nm并且由η-GaN制成。在預(yù)定的密度下?lián)诫s用作η型雜質(zhì)的Si。
[0056]如圖8C所示，在蓋層33上形成源電極42和漏電極43，接著在蓋層33上形成柵電極41。具體地，在蓋層33上施加光刻膠，其通過(guò)曝光設(shè)備暴露于光并且被顯影，從而形成在待形成源電極42和漏電極43的區(qū)域中具有開(kāi)口的抗蝕劑圖案(未示出)。然后通過(guò)真空氣相沉積形成由Ti/Al制成的金屬層疊膜。浸入有機(jī)溶劑中而將形成在抗蝕劑圖案上的金屬層疊膜連同抗蝕劑圖案一起去除。這些處理之后留下來(lái)的金屬層疊膜形成源電極42和漏電極43。這之后，執(zhí)行RTA( S卩，快速熱退火)以實(shí)現(xiàn)關(guān)于源電極42和漏電極43的歐姆接觸。在由Ti/Al制成的金屬層疊膜中，Ti膜的厚度約為lOOnm，并且Al膜的厚度約為300nmo
[0057]此后，在蓋層33上再次施加光刻膠，其通過(guò)曝光設(shè)備暴露于光并且被顯影，從而形成在待形成柵電極41的區(qū)域中具有開(kāi)口的抗蝕劑圖案(未示出)。然后通過(guò)真空氣相沉積形成由Ni/Au制成的金屬層疊膜。浸入有機(jī)溶劑中而將形成在抗蝕劑圖案上的金屬層疊膜連同抗蝕劑圖案一起去除。這些處理之后保留的金屬層疊膜形成柵電極41。在由Ni/Au制成的金屬層疊膜中，Ni膜的厚度約為50nm,并且Au膜的厚度約為300nm。
[0058]上述制造步驟形成了本實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件。
[0059][第二實(shí)施方案]
[0060]下面，將描述第二實(shí)施方案。在本實(shí)施方案中，如圖9所示，緩沖層120包括第一緩沖層121和第二緩沖層122。在本實(shí)施方案中，第一緩沖層121和第二緩沖層122具有不同的摻雜的Si的密度。如圖10所示，在第二緩沖層122中比第一緩沖層121中高的密度下?lián)诫sSi?？梢灾赋龅氖?，第一緩沖層121中的C的密度和第二緩沖層122中的C的密度大約相等。
[0061]第一緩沖層121和第二緩沖層122由AlGaN制成，并且可以具有不同的組成比?？商娲兀鼈兊慕M成比可以相同。在組成比不同的情況下，優(yōu)選地，第二緩沖層122中的Al的組成比低于第一緩沖層121中的Al的組成比。
[0062]在本實(shí)施方案中，摻雜在第一緩沖層121和第二緩沖層122中的C的密度為1.0X 119原子/cm3。摻雜在第一緩沖層121中的Si的密度為3.0 X 116原子/cm3，并且摻雜在第二緩沖層122中的Si的密度為1.0X 118原子/cm3。
[0063][第三實(shí)施方案]
[0064]下面，將描述第三實(shí)施方案。本實(shí)施方案涉及半導(dǎo)體器件、電源裝置和高頻放大器。
[0065]根據(jù)本實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件是設(shè)置在分立封裝件中的第一實(shí)施方案或第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件。將參照?qǐng)D11來(lái)描述分立封裝件中的這樣的半導(dǎo)體器件。圖11示出了分立封裝件中的半導(dǎo)體器件的內(nèi)部構(gòu)造。電極等的布置可以與第一實(shí)施方案或第二實(shí)施方案中描述的不同。
[0066]將在第一實(shí)施方案或第二實(shí)施方案中制造的半導(dǎo)體器件切割成片以產(chǎn)生作為由GaN基半導(dǎo)體材料制成的HEMT的半導(dǎo)體芯片410。通過(guò)使用管芯粘合劑430如釬料將半導(dǎo)體芯片410固定地安裝在引線框420上。半導(dǎo)體芯片410與第一實(shí)施方案或第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件對(duì)應(yīng)。
[0067]通過(guò)接合線431將柵電極411連接至柵極弓丨線421，并且通過(guò)接合線432將源電極412連接至源極引線422。此外，通過(guò)接合線433將漏電極413連接至漏極引線423。接合線431、432以及433由金屬材料如Al制成。在本實(shí)施方案中，柵電極411是連接至第一實(shí)施方案或第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的柵電極41的柵電極焊盤(pán)。源電極412是連接至第一實(shí)施方案或第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的源電極42的源電極焊盤(pán)。漏電極413是連接第一實(shí)施方案或第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件的漏電極43的漏電極焊盤(pán)。
[0068]接著通過(guò)傳遞成型法、使用成型樹(shù)脂440來(lái)執(zhí)行基于樹(shù)脂的密封。以這種方式，制造了設(shè)置在其中包埋有使用GaN基半導(dǎo)體材料的HEMT的分立封裝件中的半導(dǎo)體器件。
[0069]下面，將描述本實(shí)施方案的電源裝置和高頻放大器。本實(shí)施方案的電源裝置和高頻放大器使用第一實(shí)施方案或第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件。
[0070]下面，將參照?qǐng)D12來(lái)給出對(duì)本實(shí)施方案的電源裝置的描述。本實(shí)施方案的電源裝置460包括一次側(cè)高壓電路461、二次側(cè)低壓電路462以及位于一次側(cè)高壓電路461與二次側(cè)低壓電路462之間的變壓器463。一次側(cè)電路461包括交流電源464、橋式整流電路465、多個(gè)(圖12所示的示例中為四個(gè))開(kāi)關(guān)器件466以及開(kāi)關(guān)器件467。二次側(cè)電路462包括多個(gè)(圖12中所示的示例中為三個(gè))開(kāi)關(guān)器件468。在圖12中所示的示例中，使用第一實(shí)施方案或第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件作為開(kāi)關(guān)器件466和467?？梢灾赋龅氖?優(yōu)選地,一次側(cè)電路461的開(kāi)關(guān)器件466和467為具有常斷特性的半導(dǎo)體器件。用于二次側(cè)電路462的開(kāi)關(guān)器件468為硅基MISFET (即，金屬絕緣體半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。
[0071]下面，將參照?qǐng)D13來(lái)給出對(duì)本實(shí)施方案的高頻放大器的描述。例如，本實(shí)施方案的高頻放大器470可以被用作移動(dòng)電話基站中的功率放大器。高頻放大器470包括數(shù)字預(yù)失真電路471、混頻器472、功率放大器473、以及定向耦合器474。數(shù)字預(yù)失真電路471減小輸入信號(hào)的非線性失真?；祛l器472的每一個(gè)對(duì)具有減小的非線性失真的輸入信號(hào)與交流信號(hào)進(jìn)行混頻。功率放大器473放大與交流信號(hào)混頻的輸入信號(hào)。在圖13所示的示例中，功率放大器473包括第一實(shí)施方案或第二實(shí)施方案的半導(dǎo)體器件。定向稱(chēng)合器474被用于監(jiān)視輸入信號(hào)和輸出信號(hào)。例如，在圖13所示的電路中，執(zhí)行開(kāi)關(guān)，使得輸出信號(hào)與用于供應(yīng)給數(shù)字預(yù)失真電路471的交流信號(hào)通過(guò)混頻器472之一被混頻。
[0072]根據(jù)本文中公開(kāi)的半導(dǎo)體器件和制造半導(dǎo)體器件的方法，獲得了其中在硅襯底等上形成氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件，使得硅襯底等中的畸變和氮化物半導(dǎo)體層中的裂紋被抑制，并且使得在低成本下實(shí)現(xiàn)了滿意的特性。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件，包括: 在襯底上由氮化物半導(dǎo)體制成的緩沖層； 在所述緩沖層上由氮化物半導(dǎo)體制成的第一半導(dǎo)體層； 在所述第一半導(dǎo)體層上由氮化物半導(dǎo)體制成的第二半導(dǎo)體層；以及 形成在所述第二半導(dǎo)體層上的柵電極、源電極和漏電極， 其中，所述緩沖層具有摻雜于其中的包括選自C、Mg、Fe和Co的元素以及選自S1、Ge、Sn和O的元素兩者的元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，摻雜在所述緩沖層中并且選自S1、Ge、Sn和O的所述元素的密度從所述緩沖層面對(duì)所述襯底的一側(cè)朝向所述第一半導(dǎo)體層增加。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述緩沖層包括位于朝向所述襯底的第一緩沖層和位于遠(yuǎn)離所述襯底的第二緩沖層，并且選自S1、Ge、Sn和O的所述元素的密度在所述第二緩沖層中比在所述第一緩沖層中高。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，摻雜在所述緩沖層中并且選自C、Mg、Fe和Co的所述元素具有均勻的密度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述緩沖層由AlxGahN制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其中，X大于或等于O并且小于或等于0.5。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，在所述緩沖層中摻雜有C，并且摻雜在所述緩沖層中的C的密度大于或等于1.0X 116原子/Cm3并且小于或等于1.0X 118 原子/cm3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，在所述緩沖層中摻雜有Si，并且摻雜在所述緩沖層中的Si的密度在其最高密度點(diǎn)時(shí)大于或等于1.0X 118原子/cm3并且小于或等于1.0X 102°原子/cm3。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，在所述緩沖層中摻雜有Si和C。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述襯底由S1、SiC和藍(lán)寶石之一制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，還包括由包含AlN的材料制成并且位于所述襯底與所述緩沖層之間的成核層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一半導(dǎo)體層由包含GaN的材料制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第二半導(dǎo)體層由包含AlGaN的材料制成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件，還包括在所述第二半導(dǎo)體層上由η型氮化物半導(dǎo)體制成的第三半導(dǎo)體層，其中，在所述第三半導(dǎo)體層上形成有所述柵電極、所述源電極和所述漏電極。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第三半導(dǎo)體層由包含n-GaN的材料制成。
16.一種電源裝置，包括權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件。
17.—種放大器，包括權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體器件。
18.—種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括: 在襯底上形成由氮化物半導(dǎo)體制成的緩沖層； 在所述緩沖層上形成由氮化物半導(dǎo)體制成的第一半導(dǎo)體層； 在所述第一半導(dǎo)體層上形成由氮化物半導(dǎo)體制成的第二半導(dǎo)體層；以及 在所述第二半導(dǎo)體層上形成柵電極、源電極以及漏電極， 其中，所述緩沖層具有摻雜于其中的包括選自C、Mg、Fe和Co的元素和選自S1、Ge、Sn和O的元素兩者的元素。
【文檔編號(hào)】H01L21/335GK104465744SQ201410427698
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月19日
【發(fā)明者】石黑哲郎, 小谷淳二, 中村哲一 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社