專利名稱：半導體裝置形成用晶片及其制造方法、以及場效應晶體管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用氮化鎵類化合物半導體的半導體裝置形成用晶片及其控制方法，以及場效應晶體管。
背景技術：
氮化鎵類半導體(以下稱為GaN類半導體)具有高絕緣破壞電壓及高飽和電子速度。利用該特性的由AlGaN/GaN異質(zhì)結結構構成的HEMT(High speed mobility transistor)成為取代GaAs類半導體元件的高速器件而倍受關注。
GaN單晶體襯底目前還非常昂貴。因此，GaN類半導體在較便宜且晶格常數(shù)接近GaN的SiC襯底或藍寶石襯底上形成。另外，還公開了在更加容易獲得的Si襯底上形成GaN類半導體的例(例如參照非專利文獻1)圖10示出在SiC襯底上作成的傳統(tǒng)型GaN類HEMT。圖10是HEMT的剖視圖。
圖10中，半絕緣性SiC襯底101上由AlN構成的緩沖層102形成為10～200nm厚度。在該緩沖層102上以2～3μm厚度形成未摻雜的(以下稱為不摻雜)GaN構成的電子傳輸層104。在電子輸送層104上由不摻雜AlGaN構成的電子傳輸層106以10～40nm厚度形成。在電子傳輸層104與電子供給層106的異質(zhì)結界面附近(約10nm附近)形成二維電子層105層。在該電子供給層106上由GaN構成的能隙層108以1～40nm厚度形成。然后，與能隙層108歐姆接合而形成源電極110和漏電極112。在源電極110與漏電極112之間與能隙層108消特基接合，形成柵電極114。為將該HEMT100與相鄰的其它元件電分離，形成其深度深于電子供給層106與電子傳輸層104之界面的元件分離層116、116。
在該HEMT100中，通過對柵電極114施加信號電壓，從漏電極112得到被放大的輸出功率。
以往，電子傳輸層104需要2～3μm的厚度。這是為消除因SiC襯底101和電子傳輸層104(GaN)的晶格不匹配而導入電子傳輸層104中的許多結晶缺陷。即，為消除結晶缺陷并得到結晶度良好的電子傳輸層104，認為電子傳輸層104必須為該程度的厚度(2～3μm)。
非專利文獻1石川博康等，“用MOCVD法在4英寸Si襯底上將GaN及AlGaN/GaN異質(zhì)結結構的結晶生長”，信學技報，Vol.103，No.342，PP.9-13。

發(fā)明內(nèi)容
在該HEMT100中，對柵電極114施加較大負電壓時，在柵電極114下部的電子傳輸層104上形成較大的耗盡層。因此，在源電極110與漏電極112之間無電流流過。在對該柵電極114施加較大負電壓的狀態(tài)下，若增大施加到漏電極112的正電壓，則以某一電壓(截止耐壓)為臨界，發(fā)生電子雪崩(avalanche)現(xiàn)象，在源電極110與漏電極112間流過大電流，破壞HEMT100。
傳統(tǒng)的HEMT100的該截止耐壓低至50V左右，因此不能對漏電極112施加大電壓，結果存在不能得到大輸出功率的問題。
本發(fā)明鑒于以上問題構思而成，因而本發(fā)明的目的在于提供能夠通過提升以往的截止耐壓得到大輸出功率的半導體裝置形成用晶片及其制造方法，以及場效應晶體管。
為解決上述課題，本發(fā)明第一方面所述的半導體裝置形成用晶片包括襯底、電子傳輸層和電子供給層。電子傳輸層由GaN構成并在襯底的主面?zhèn)刃纬?。電子供給層由AlGaN構成并在電子傳輸層上形成。還有，電子傳輸層的厚度為0.2～0.9μm。
依據(jù)本發(fā)明第一方面，將電子傳輸層的厚度作成比傳統(tǒng)技術(2～3μm)更薄的0.2～0.9μm，從而用本發(fā)明半導體裝置形成用晶片形成場效應晶體管時，能夠減小繞過耗盡層而流過源極與漏極之間的電流。從而，能夠提高截止耐壓。
另外，本發(fā)明第二方面所述的半導體裝置形成用晶片，其特征在于作為襯底采用SiC、藍寶石或Si。
依據(jù)本發(fā)明第二方面，能夠在SiC襯底、藍寶石襯底或Si襯底上形成高截止耐壓的場效應晶體管。
另外，本發(fā)明第三方面所述的半導體裝置形成用晶片，其特征在于在襯底與電子傳輸層之間，作為緩沖層形成由AlN層或由比電子傳輸層低的溫度下生長的GaN構成的層。
依據(jù)本發(fā)明第三方面，由AlN層或由比電子傳輸層低的溫度下生長的GaN層構成的緩沖層，成為在襯底上生長電子傳輸層(GaN)時的晶種，因此可在襯底上容易生長電子傳輸層。
另外，本發(fā)明第四方面所述的半導體裝置形成用晶片的制造方法是上述半導體裝形成用晶片的制造方法，其特征在于包括在襯底的主面上生長緩沖層的工序；在緩沖層上以0.2～0.9μm的厚度生長電子傳輸層的工序；以及在電子傳輸層上生長電子供給層的工序。
依據(jù)本發(fā)明第四方面，能夠制造設有比傳統(tǒng)技術(2～3μm)薄至0.2～0.9μm的電子傳輸層的半導體裝置形成用晶片。結果，能夠提高在該半導體裝置形成用晶片上形成的場效應晶體管的截止耐壓。
另外，本發(fā)明第五方面所述的場效應晶體管，其特征在于由上述半導體裝置形成用晶片上形成的氮化鎵類化合物半導體構成。
依據(jù)本發(fā)明第五方面，能夠得到截止耐壓高于傳統(tǒng)技術的場效應晶體管。
依據(jù)本發(fā)明的半導體裝置形成用晶片及其制造方法以及場效應晶體管，能夠比以往提高GaN類場效應晶體管的截止耐壓。結果能夠得到比以往更大的輸出功率。


圖1是表示實施例1的HEMT剖面結構的概略剖視圖。
圖2表示實施例1的HEMT中漏極電壓與漏極電流之間關系。
圖3是說明實施例1的HEMT基本動作的剖面示圖。
圖4是說明實施例1的HEMT具體動作的I-V特性示圖。
圖5是說明實施例的半導體裝置的制造工序的工序剖視圖。
圖6是說明實施例1的HEMT的截止耐壓的示圖。
圖7是說明實施例1的HEMT制造工序的主要工序階段的剖面示圖。
圖8是說明實施例1的HEMT制造工序的主要工序階段的剖面示圖。
圖9是表示實施例2的半導體裝置形成用晶片的剖面結構的概略剖視圖。
圖10是傳統(tǒng)型GaN類HEMT的剖視圖。
(符號說明)10、70、80 HEMT，12 襯底，12a 主面，14 緩沖層，16、46 電子傳輸層，18 電子供給層，20 能隙層，22 元件分離層，24 源電極，26 漏電極，28 柵電極，30 二維電子層，31 耗盡層，32、40 半導體裝置形成用晶片，42 第二緩沖層，44 超晶格。
具體實施例方式
接著，參照附圖，就本發(fā)明的實施方式進行說明。還有，各圖僅僅為理解本發(fā)明的各構成要素之形狀、大小及配置關系而概略示出。以下，就本發(fā)明的最佳結構例進行說明，但各構成要素的材質(zhì)及數(shù)值的條件等只是最佳例。因而，本發(fā)明并不限于以下的任何實施例。
(實施例1)
參照圖1～圖8，就實施例1的HEMT的結構及動作進行說明。圖1是表示HEMT的剖面結構的概略剖視圖。圖2是漏極電壓與漏極電流之關系(以下稱為I-V特性)示圖。圖3是說明HEMT基本動作的剖面示圖。圖4是說明HEMT具體動作的I-V特性示圖。圖5是說明HEMT的截止耐壓的示圖。圖6是HEMT的膜厚與截止耐壓之關系示圖。圖7是說明HEMT的制造工序的主要工序階段的剖面示圖。圖8是說明HEMT的制造工序的主要工序階段的剖面示圖。
以下，就圖1所示的結構例進行說明。HEMT10包括襯底12、緩沖層14、電子傳輸層16、電子供給層18、能隙層20及元件分離層22、22等。
襯底12由半絕緣性SiC結晶構成。還有，在襯底12的主面12a上形成緩沖層14。
緩沖層14由AlN構成，在襯底12的主面12a上用MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition)法約1100℃的溫度中生長。緩沖層14優(yōu)選例如約100nm厚度，但在10～200nm范圍，可按照設計采用任意最佳的厚度。
電子傳輸層16由不摻雜GaN構成，用MOCVD法約1070℃的溫度中生長在緩沖層14上。電子傳輸層16優(yōu)選例如0.5μm的厚度，但在0.2～0.9μm的范圍內(nèi)考慮截止耐壓Voff等，可按照設計采用任意最佳厚度。還有，基于制造方面的理由，已知電子傳輸層16的厚度必定對某一生長目標膜厚有最大±20％左右的誤差。將“電子傳輸層16的厚度設為0.2～0.9μm”是指含有上述誤差(±20％)的電子傳輸層16的厚度為0.2～0.9μm。
電子供給層18由不摻雜Al0.25Ga0.75N構成，用MOCVD法約1070℃的溫度中生長在電子傳輸層16上。電子供給層18優(yōu)選例如20nm的厚度，但在10～40nm的范圍內(nèi)可按照設計采用任意最佳的厚度。
在電子傳輸層16(GaN)與電子供給層18(Al0.25Ga0.75N)之間的異質(zhì)結界面上，根據(jù)由晶格不匹配而產(chǎn)生的壓電效應，在異質(zhì)結界面附近(約10nm附近)的電子傳輸層16感應并蓄積電子，由這些電子形成二維電子層30。
能隙層20由不摻雜GaN構成，用MOCVD法約1070℃的溫度中生長在電子供給層18上。能隙層20具有作為電子供給層18的保護層的功能。能隙層20優(yōu)選例如5nm的厚度，但可按照設計采用任意最佳的厚度。
然后，在能隙層20上，與能隙層20歐姆接合的源電極24與漏電極26彼此相隔地設置。另外，在源電極24與漏電極26之間，設有與源電極24和漏電極26分開并與能隙層20消特基接合的柵電極28。這里，HEMT10的柵極長度即柵電極28在圖1中左右方向的長度優(yōu)選例如1μm。另外，柵極寬度即柵電極28在與圖1垂直的方向的長度，優(yōu)選例如10μm。
另外，用以將HEMT10與相鄰的其它元件電分離的元件分離層22、22，與源電極24和漏電極26分別分開，并夾著源電極24和漏電極26地設置。該元件分離層22、22通過將Ar離子或Cr離子從能隙層20表面注入到比二維電子層30還深的深度來形成。從而，能隙層20、電子供給層18及電子傳輸層16的結晶結構被破壞，使得離子注入?yún)^(qū)域被絕緣化。
以上，說明了HEMT10的結構，圖1所示的HEMT10除電子傳輸層16的厚度為0.5μm的特點外，具有與圖10所示的傳統(tǒng)的HEMT100相同的結構。
接著，參照圖2和圖3，就HEMT10的基本動作進行說明。
圖2示意表示在將施加到柵電極28的電壓Vg(以下稱為柵極電壓)在Vg1、Vg2及Vg3三個階段變更，并將源電極24接地，然后改變施加到漏電極26的正電壓Vds(以下稱為漏極電壓)時的漏極電壓Vds(橫軸)和漏極電流Ids(縱軸)之關系(以下稱為I-V特性)。這里，設Vg1＞Vg2＞Vg3，尤其將Vg3設為較大的負電壓(例如，-6V)。
這時，隨著柵極電壓Vg的增加，漏極電流Ids也變大。將柵極電壓Vg1中漏極電流Ids之最大值即漏極電流Ids成為一定時的漏極電流Ids的值設為Idsmax。另外，將提供Idsmax的漏極電壓Vds的最小值即Vg1曲線的變曲點上的漏極電壓Vds設為膝(knee)電壓Vdsknee。
在改變了柵極電壓Vg時，HEMT10中產(chǎn)生如下現(xiàn)象。即，改變柵極電壓Vg時，對應于該電壓Vg，在柵電極28的下部形成電子不能存在的耗盡層31(參照圖3)。隨著施加到柵電極28的電壓Vg由負到正的大變動，該耗盡層31縮小。隨著耗盡層31的縮小，電子容易在電子傳輸層16中移動。即，漏極電流Ids增加。
這里，關注對柵電極28施加較大負電壓Vg3的場合。這時，如圖3所示，耗盡層31擴大到比二維電子層30還深的區(qū)域。因該耗盡層31而阻止電子從源電極24流到漏電極26。因而，如圖2的Vg3曲線所示，即便增加漏極電壓Vds也幾乎無漏極電流Ids流過。
但是，當超過某一預定漏極電壓Vds即截止耐壓Voff時，發(fā)生電子雪崩現(xiàn)象。從而，電子增加其數(shù)量并繞過耗盡層31，一口氣從源電極24流到漏電極26。就是說，如圖2的Vg3曲線所示，在Voff以上的漏極電壓Vds區(qū)域，漏極電流Ids開始急劇增加。
一般截止耐壓Voff是在對柵電極28施加較大的負電壓的狀態(tài)下，計算柵極寬度每1μm可檢出1μA的漏極電流Ids的漏極電壓Vds來定義的。
另外，比截止耐壓Voff稍低的漏極電壓Vds，即，將電子雪崩現(xiàn)象產(chǎn)生之前的漏極電壓設為Vdsmax(Voff＞Vdsmax)。這時，由漏電極26抽出的輸出功率可近似地表示為(Vdsmax-Vdsknee)×Idsmax/8。這里，將膝電壓Vdsknee和漏極電流的最大值Idsmax設為一定時，可知為增大輸出功率，最有效的是增大Vdsmax即截止耐壓Voff。
接著，參照圖4～圖6，就HEMT10的具體動作進行說明。
這里，為了明確本實施例的HEMT10的特征，制作除電子傳輸層16的厚度不同以外，具有與HEMT10相同結構的HEMT70及HEMT80。還有，在HEMT70中的電子傳輸層16的厚度為1.0μm。另外，HEMT80中電子傳輸層16的厚度為2.0μm。還有，電子傳輸層16的厚度厚于0.9μm的HEMT70、80與傳統(tǒng)技術相當。
圖4(A)～(C)分別表示HEMT10、70及80的I-V特性。圖4中，縱軸表示漏極電流Ids(mA)，橫軸表示漏極電壓Vds(V)。另外，在各曲線上添加的數(shù)值表示施加到柵電極28的電壓，即柵極電壓Vg。這里，柵極電壓Vg從+1V按1V間隔變化到-6V。
圖4(C)中，電子傳輸層16的厚度為2.0μm的HEMT80，即便對柵電極28施加較大負電壓(例如，-6V)，也在Vds為50V附近開始有漏極電流Ids流過。即，得知HEMT80的截止耐壓Voff為50V附近。
與之相比，具有圖4(A)和圖4(B)上分別表示的I-V特性的HEMT10及70中，對柵電極28施加較大負電壓(例如，-6V)時，在Vds的測定范圍(0～100V)內(nèi)漏極電流Ids幾乎為0A。
圖5(A)～(C)分別表示HEMT10、70及80的截止耐壓Voff的測定結果。圖5中縱軸表示漏極電流Ids(A)及柵極電流Ig(A)，還有橫軸表示漏極電壓Vds(V)。圖中畫出的2根曲線中虛線表示柵極電流Ig，還有實線為漏極電流Ids。
圖5中繪出漏極電流Ids外還繪出柵極電流Ig，這是為了明確從源電極24流入漏電極26的電流對漏極電流Ids的貢獻。即，漏極電流Ids是(i)從源電極24流入漏電極26的電流與(ii)從柵電極28流入漏電極26的電流(柵極電流Ig)之和。就是說，為了準確得到(i)的從源電極24流入漏電極26的電流大小，必須從漏極電流Ids減去柵極電流Ig。即，圖5中漏極電流Ids與柵極電流Ig之差值表示(i)的從源電極24流入漏電極26的電流大小。
還有，在圖5(A)～(C)的測定過程中柵極電壓Vg均設為-6V。
圖5(C)中，HEMT80中柵極電流Ig不因漏極電壓Vds的增大而改變，大致為0A。與之相反，漏極電流Ids在漏極電壓Vds約40V附近開始急劇增加。即，可知約從40V附近開始因電子雪崩現(xiàn)象而從源電極24流入漏電極26的電流增加。
如上述那樣，截止耐壓Voff由柵極寬度每1μm中，可檢出1μA的漏極電流Ids的漏極電壓Vds定義。按照該定義，柵極寬度10μm的HEMT80中，流過10μA的漏極電流Ids的漏極電壓Vds成為截止耐壓Voff。因而，圖5(C)中求得的HEMT80的截止耐壓Voff約為46V。
如上所述，當施加較大負的柵極電壓Vg時，在柵電極28下的電子傳輸層16中形成比二維電子層30還深的耗盡層31。由電子雪崩現(xiàn)象而發(fā)生的漏極電流Ids是因繞過耗盡層31地在耗盡層31下側的電子傳輸層16中移動的電子而產(chǎn)生。就是說，HEMT80中，即便在柵電極28下側的電子傳輸層16上形成較大的耗盡層31，因電子傳輸層16較厚而電子繞過耗盡層31地在耗盡層31下側的電子傳輸層16中移動。這就是HEMT80的截止耐壓Voff較小的原因。
圖5(B)中，HEMT70中，漏極電壓Vds到約180V附近為止，漏極電流Ids大致為0A。還有，從漏極電壓Vds約180V附近才開始看到漏極電流Ids之增加。與圖5(C)的場合同樣，從圖5(B)求得的HEMT70的截止耐壓Voff約為178V。
圖5(A)中，HEMT10中，漏極電壓Vds從130V附近才開始漏極電流Ids稍微增加。但是，隨著漏極電流Ids的增加，柵極電流Ig也增加，因此該漏極電流Ids的增加是并不因電子雪崩現(xiàn)象而產(chǎn)生，可判斷是因柵極電流Ig的增加而產(chǎn)生。按照上述的定義，從圖5(A)求得的HEMT10中的截止耐壓Voff約為193V。
這樣在HEMT10中能夠得到比以往大的截止耐壓Voff的理由是電子傳輸層16的厚度薄于以往。就是說，電子傳輸層16的厚度薄(0.5μm)，HEMT10中耗盡層31達到電子傳輸層16之厚度(0.5μm)左右的深度，換言之，電子可移動的區(qū)域變窄。從而，即便施加高的漏極電壓Vds，電子也難以繞過耗盡層31而移動。結果，截止電壓Voff變大。
表1示出HEMT10、70、80中，在二維電子層30的二維電子之特性。還有，表1所示的二維電子的特性是用范德阿普(ファンデアボ一)型霍爾效應測定器來測定的。
表1

由表1可知若減薄電子傳輸層16的厚度，就是說，從HEMT80到HEMT10，則二維電子遷移率及二維電子濃度有稍微減少的傾向。但是，在電子傳輸層16的厚度為0.5μm的HEMT10中，保持對高電子遷移率晶體管(HEMT)的動作充分的二維電子濃度及二維電子遷移率。
圖6示出除變更的電子傳輸層16的各種厚度以外，具有與HEMT10相同結構的9種HEMT中電子傳輸層16的厚度(橫軸)與截止耐壓Voff(縱軸)之關系。還有圖6中還繪出與HEMT10、70及80對應的點。
圖6中，得知隨著電子傳輸層16厚度的減薄，截止耐壓Voff變高。即，在電子傳輸層16的厚度為2.0μm的HEMT中，截止耐壓Voff約為50V。而在電子傳輸層16的厚度為1.0μm的HEMT中，截止耐壓Voff約為180V。在電子傳輸層16的厚度為0.5μm的本發(fā)明HEMT中，截止耐壓Voff平均約為220V。
以下，參照圖7和圖8，就HEMT10的制造方法進行說明。
首先，準備由厚度約300μm的半絕緣性SiC結晶構成的襯底12。
接著，約在1100℃的溫度，在主面12a上用MOCVD法生長由AlN構成的緩沖層14約100nm的厚度。
接著，約在1070℃的溫度，在緩沖層14上用MOCVD法生長由不摻雜GaN構成的電子傳輸層16約0.5μm的厚度。
接著，約在1070℃的溫度，在電子傳輸層16上用MOCVD法生長由不摻雜Al0.25Ga0.75N構成的電子供給層約20nm的厚度。
接著，約在1070℃的溫度，在電子供給層18上用MOCVD法生長由不摻雜CaN構成的能隙層20約5nm的厚度。
這樣，得到在電子傳輸層16與電子供給層18的異質(zhì)結界面附近的電子傳輸層16中形成二維電子層30的半導體裝置形成用晶片32(參照圖7(A))。
接著，形成用以將HEMT10與其它元件電分離的元件分離層22、22。具體地說，用光刻膠等的離子注入保護膜覆蓋元件分離層22、22的形成預定區(qū)域以外的區(qū)域，以超過二維電子層30的深度注入Ar離子。然后，用公知的方法除去離子注入保護膜。從而，離子注入的區(qū)域中，能隙層20、電子供給層18及電子傳輸層16的結晶結構受到破壞，該區(qū)域被絕緣化，形成元件分離層22、22(參照圖7(B))。
接著，作成源電極24及漏電極26。具體地說，利用光刻技術，用光刻膠覆蓋源電極24及漏電極26的形成預定區(qū)域以外的區(qū)域。其上，依次蒸鍍約15nm的Ti和約200nm的Al。接著，用剝離法將光刻膠與不用的Ti及Al一起除去，僅在源電極24與漏電極26的對應區(qū)域殘留Al/Ti層疊結構。然后，約在700℃的溫度進行2～3分鐘左右的熱處理，從而得到與襯底12歐姆接合的源電極24及漏電極26(參照圖8(A))。
接著，作成柵電極28。具體地說，利用光刻技術，用光刻膠覆蓋柵電極28的形成預定區(qū)域以外的區(qū)域。其上，依次蒸鍍約50nm的Ni及約500nm的Au。接著，用剝離法，將光刻膠與不用的Ni及Au除去，僅在與柵電極28對應的區(qū)域殘留Au/Ni層疊結構。然后，約在700℃的溫度進行2～3分鐘左右的熱處理，得到與襯底12消特基接合的柵電極28(參照圖8(B))。
從而得到HEMT10。
這樣，本實施例的HEMT10將電子傳輸層16的厚度設成比傳統(tǒng)技術(2～3μm)薄的0.2～0.9μm。從而，能夠減少繞過耗盡層31在源極-漏極間移動的電子數(shù)量。結果，GaN類的HEMT10的截止耐壓Voff被提高。具體地說，將電子供給層16的厚度設為0.5μm的HEMT10的截止耐壓Voff為193V。這是電子供給層16的厚度為2.0μm的傳統(tǒng)型HEMT80的約4倍值。另外，與電子供給層16厚度為1.0μm的HEMT70相比，該值約高15V。如此，HEMT10與以往相比截止耐壓Voff高，因此能夠得到比以往更大的輸出功率。
另外，在本實施例的HEMT10中，能夠在由SiC結晶構成的襯底12上形成截止耐壓Voff高的GaN類高電子遷移率晶體管。
另外，本實施例的HEMT10中，在襯底12的主面12a和電子傳輸層16之間，設置由AlN構成的緩沖層14，因此該緩沖層14成為在襯底12上生長電子傳輸層16(GaN)時的晶種，能夠在襯底12的主面12a上容易生長電子傳輸層16。
另外，本實施例的HEMT10的制造方法，除了減薄電子供給層16以外，與傳統(tǒng)的制造方法相同。因而，HEMT10的制造無需變更現(xiàn)有的制造生產(chǎn)線而能夠直接利用。另外，將電子供給層16設成比以往更薄，因此能夠縮短生長電子供給層16所需的時間，結果能夠提高制造HEMT10時的生產(chǎn)量。
另外，通過采用本實施例的半導體裝置形成用晶片32，能夠得到截止耐壓Voff比以往更高的GaN類HEMT10。
還有，在本實施例中，將電子供給層16的厚度設為0.2～0.9μm，但電子供給層16的厚度在0.3～0.9μm時更好。
電子供給層16的厚度在0.3μm以上時，二維電子層30中，得到足夠令HEMT動作的二維電子濃度及二維電子遷移率。在電子供給層16的厚度在0.2μm以上且0.3μm未滿的范圍，與電子供給層16厚度為0.3μm以上的場合相比劣化，但在二維電子層30中，得到實用上可允許程度的二維電子濃度及二維電子遷移率。當電子供給層16的厚度未滿0.2μm時，根據(jù)本發(fā)明人的TEM(透射型電子顯微鏡)觀察，電子供給層16中存在許多在緩沖層14(AlN)與電子供給層16(GaN)的界面發(fā)生的貫通移位等的結晶缺陷而不優(yōu)選。
另外，電子供給層16優(yōu)選0.9μm以下。通過將電子供給層設為0.9μm以下，如圖6所示，能夠得到約200V以上的截止耐壓Voff。
還有，本實施例中，作為襯底12采用SiC，但也可采用藍寶石襯底或Si襯底。
另外，緩沖層14并不限于AlN，可采用由較低溫(約475℃)用MOCVD法生長的不摻雜GaN層構成的低溫緩沖層。
另外，在電子供給層18即Al0.25Ga0.75N中，作為雜質(zhì)可用公知方法將Si摻雜1×1017～5×1018atoms/cm3左右。
(實施例2)參照圖9，就實施例2的半導體裝置形成用晶片的結構及動作進行說明。圖9是表示實施例2的半導體裝置形成用晶片的剖面結構的概略剖視圖。
實施例2的半導體裝置形成用晶片40中，除了在緩沖層14上作為第二緩沖層42具備AlGaN層，并在第二緩沖層42上設有將AlN層和GaN層交互層疊的超晶格44這兩個特點以外，具有與實施例1中說明的半導體裝置形成用晶片32同樣的結構。因此，與半導體裝置形成用晶片32共同的構成要素上采用相同符號，并適當省略其說明。
半導體裝置形成用晶片40中設有由半絕緣性SiC結晶構成的襯底12和緩沖層14、第二緩沖層42、超晶格44、電子傳輸層46、電子供給層18及能隙層20。
襯底12與實施例1同樣，是半絕緣性的SiC結晶。
緩沖層14除厚度為8nm以外，具有與實施例1相同的組分(AlN)，與實施例1同樣，在襯底12的主面12a上生長。
第二緩沖層42由不摻雜AlGaN構成，用MOCVD法約在1070℃的溫度生長在緩沖層14上。第二緩沖層42優(yōu)選例如40nm的厚度，但按照設計可采用任意最佳的厚度。
超晶格44在20nm的不摻雜GaN上，具有將生長5nm的不摻雜AlGaN的層疊體作為1周期，經(jīng)20周期層疊該層疊體的結構。該超晶格44通過公知的MOCVD法來生長。
電子傳輸層46具有與實施例1同樣的組分及厚度，并與實施例1同樣地形成。
電子供給層18具有與實施例1同樣的組分及厚度，并與實施例1同樣地形成。
能隙層20具有與實施例1同樣的組分及厚度，并與實施例1同樣地形成。
這樣，利用本實施例2的半導體裝置形成用晶片40制造GaN類HEMT，從而與實施例1的HEMT10同樣，能夠得到截止耐壓Voff高于以往的HEMT。
另外，本實施例2的半導體裝置形成用晶片40中，設有第二緩沖層42及超晶格44，因此這些層42、44有效地吸收襯底12與電子傳輸層46之間的晶格常數(shù)不匹配。從而，電子傳輸層46的結晶度比實施例1的電子傳輸層16進一步得到改善。
就是說，在相同厚度下比較時，與實施例1的電子傳輸層16相比，實施例2的電子傳輸層46的結晶缺陷少且其結晶度優(yōu)異。因而，在相同厚度下比較時，在電子傳輸層46的二維電子層30中，比實施例1的電子傳輸層16的二維電子層30更高濃度的二維電子被感應并蓄積，蓄積的二維電子的遷移率也大。
換言之，為了達成與實施例1同等的二維電子濃度及二維電子遷移率，可使實施例2的電子傳輸層46薄于實施例1的電子傳輸層16。因而，實施例2的半導體裝置形成用晶片40保持與實施例1的半導體裝置形成用晶片32同等的二維電子濃度及二維電子遷移率，并能提高截止耐壓Voff。
還有，在本實施例2中，作為構成超晶格44的層疊體，采用在20nm的GaN上生長5nm的AlGaN的層疊體，但GaN和AlGaN的厚度及厚度比例并無特別限制，可按照設計采用任意最佳的厚度及厚度比例。
另外，電子供給層46厚度的最佳范圍與實施例1中的說明相同。
另外，本實施例2中使用的襯底12的種類可變更到與實施例1相同的種類。
另外，緩沖層14也可變更到與實施例1相同的緩沖層。
另外，電子供給層18也可變更到與實施例1相同的電子供給層。
權利要求
1.一種半導體裝置形成用晶片，其特征在于設有襯底、在該襯底的主面?zhèn)刃纬傻挠蒅aN構成的電子傳輸層和在該電子傳輸層上形成的由AlGaN構成的電子供給層；所述電子傳輸層的厚度為0.2～0.9μm。
2.如權利要求1所述的半導體裝置形成用晶片，其特征在于所述襯底為SiC、藍寶石或Si。
3.如權利要求2所述的半導體裝置形成用晶片，其特征在于在所述襯底與所述電子傳輸層之間，作為緩沖層形成由AlN層或由比所述電子傳輸層低的溫度下生長的GaN構成的層。
4.一種半導體裝置形成用晶片的制造方法，制造如權利要求3所述的半導體裝置形成用晶片，其特征在于包括在所述襯底的主面上生長所述緩沖層的工序；在所述緩沖層上以0.2～0.9μm的厚度生長所述電子傳輸層的工序；以及在該電子傳輸層上生長所述電子供給層的工序。
5.一種場效應晶體管，其特征在于由權利要求1至3中任一項所述的半導體裝置形成用晶片上形成的氮化鎵類化合物半導體構成。
全文摘要
本發(fā)明的半導體裝置形成用晶片，其特征在于設有襯底(12)、在該襯底的主面(12a)側形成的由GaN構成的電子傳輸層(16)和在該電子傳輸層上形成的由AlGaN構成的電子供給層(18)；電子傳輸層的厚度為0.2～0.9μm。從而，比以往提高了截止耐壓，得到較大的輸出功率。
文檔編號H01L21/335GK1838432SQ20061000419
公開日2006年9月27日 申請日期2006年2月20日 優(yōu)先權日2005年3月25日
發(fā)明者見田充郎, 大來英之, 戶田典彥 申請人:沖電氣工業(yè)株式會社