專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，更具體地，涉及一種包含m族氮化物半
導(dǎo)體作為材料的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管(HJFET)。
背景技術(shù)：
圖20是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的HJFET的截面結(jié)構(gòu)的圖。例如，在非 專利文獻1中報道了這樣的HJFET。
在圖20中，附圖標(biāo)記200表示襯底，201表示緩沖層，202表示氮化 鎵(GaN)溝道層，以及203表示氮化鋁鎵(AlbGai-bN (b為常數(shù))) 電子供給層。利用壓電極化效應(yīng)和自發(fā)極化效應(yīng)，二者都是由GaN和 AlGaN之間的晶格差引起的，二維電子氣204形成在GaN溝道層202和 AlGaN電子供給層203之間的界面附近。與AlGaN電子供給層203接觸形 成源電極205S和漏電極205D，且在其之間形成歐姆接觸。在AlGaN電 子供給層203上的源電極205S和漏電極205D之間所夾的部分形成柵電 極207;并且在界面203A形成肖特基接觸。此外，在柵電極207上形成 由氮化硅(SiN)制成的表面保護膜(介電膜)208。
利用III族原子和N原子之間的自發(fā)極化和基于AlGaN和GaN之間 的晶格常數(shù)差的壓電極化(piezo polarization)，在AlGaN/GaN異質(zhì)界 面處產(chǎn)生極化電荷。已知此時的極化電荷密度o可以通過下式作為 AlGaN層的Al組分比b的函數(shù)的近似。
o /q= a b (式1 )
在此情況下，q(-1.6X10"C)是元電荷，以及a (=5.6X 1013cm—2) 是比例系數(shù)。至于極化電荷的符號，在Ga面生長的情況下，GaN上的 AlGaN界面為正，AlGaN上的GaN界面為負(fù)。
圖21 (a)是示出在垂直于圖20中所示的HJFET中的襯底的方向上 的A1組分比的分布圖，(b)是在垂直于圖20中所示的HJFET中的襯底 的方向上的極化電荷密度分布的典型圖。在該結(jié)構(gòu)中，AlGaN電子供給 層203中的Al組分比b是均勻的。也就是說，溝道端的A1組分比(Xl)等 于柵極端的A1組分比(xa)。例如，為了提及單個實例，將其設(shè)置為 x產(chǎn)x^0.2。在此情況下，如從式l顯而易見的，在GaN溝道層202和AlGaN 電子供給層203之間的界面處產(chǎn)生了約1.1X10—130!!1-2的正極化電荷。該 正電荷是產(chǎn)生二維電子氣204的原因。
非 專 禾!j 文 獻 1 : International Electron Devices Meeting,2001,Technical Digest(IEDM 01-381至384),Y. Ando

發(fā)明內(nèi)容
已知費米能級釘扎的影響在m族氮化物半導(dǎo)體的電子供給層和柵
電極之間的肖特基界面處微弱；因此，勢壘高度由金屬的功函數(shù)和半 導(dǎo)體的電子親合力之間的差確定。因此，例如，由A1組分比為0.2的 AlGaN層制成的電子供給層中的肖特基勢壘高度略微取決于電極金屬； 然而，其變得相對低，約0.8至1.0eV。因此，存在如下問題，利用AlGaN 作為電子供給層的ni族氮化物基HJFET具有高的柵極漏電流密度并且 限制了工作漏電壓。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括溝道層；電子供給層， 與所述溝道層形成異質(zhì)結(jié)，且包含InzAlxGa!.wN (0《z<l， 0<x<l
和(XX+Z〈1);以及源電極、漏電極和柵電極，它們與所述電子供給
層接觸形成。在半導(dǎo)體器件中，將電子供給層和溝道層之間的界面處
的A1組分比^ (Xl>0)以及電子供給層和柵電極之間的界面處的A1組
分比^ (Xa〉0)設(shè)置為 X!/2《Xa〈X!禾口
根據(jù)該結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，在與電子供給層的溝道層的界面處的 A1組分比X, (Xl〉0)和與電子供給層的柵電極的界面處的Al組分比Xa (Xa>0)為X,/2《Xa〈X,和X,《0.3;因此，可提供一種可減少柵極漏電 流的半導(dǎo)體器件。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種可減少柵極漏電流的半導(dǎo)體器件。


結(jié)合附圖，從特定優(yōu)選實施例的以下描述，本發(fā)明的以上和其它 目的、優(yōu)點和特征將更加顯而易見，其中
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一示例性實例的HJFET結(jié)構(gòu)的截面圖2 (a)是示出在垂直于圖1中所示的HJFET中的襯底的方向上的 Al組分比的分布圖，以及(b)是在垂直于襯底的方向上的極化電荷密 度分布的典型圖3是示出導(dǎo)帶能量分布的圖4是示出柵極漏電流與柵極端的A1組分比(Xa)的相關(guān)性的圖5是示出最大漏電流In^的變化量與Al組分比的相關(guān)性的圖； 圖6是示出閾值電壓Vth與Al組分比的相關(guān)性的圖； 圖7 (a)示出了在垂直于第二示例性實例的HJFET中的襯底的方 向上A1組分比的分布圖，以及(b)是第二示例性實例的極化電荷表面
密度的分布的典型圖8是示出第三示例性實例的HJFET的截面結(jié)構(gòu)的圖； 圖9是在垂直于第三示例性實例中的襯底的方向上A1組分比的分
布的典型圖10是示出第三示例性實例的HJFET中測量的柵極漏電流與柵極
端的Al組分比Xa的相關(guān)性的圖n是示出第三示例性實例的HJFET中測量的Imn與柵極端的Al 組分比^的相關(guān)性的圖12是示出第三示例性實例的閾值電壓Vth與柵極端的Al組分比Xa的相關(guān)性的圖13 (a)示出了在垂直于第四示例性實例的HJFET中的襯底的方 向上A1組分比的分布的圖，以及(b)是第四示例性實例的極化電荷密 度的分布的典型圖14 (a)示出了在垂直于第五示例性實例的HJFET中的襯底的方 向上A1組分比的分布的圖，以及(b)是第五示例性實例的極化電荷密 度分布的典型圖15是示出在垂直于第六示例性實例的HJFET中的襯底的方向上 Al組分比的分布的圖16是示出在垂直于第七示例性實例的HJFET中的襯底的方向上 Al組分比的分布的圖17是示出在垂直于第八示例性實例的HJFET中的襯底的方向上 Al組分比的分布的圖18是示出根據(jù)第九示例性實例的HJFET的截面圖19是示出根據(jù)第十示例性實例的HJFET的截面圖20是示出已知HJFET的結(jié)構(gòu)的截面圖；和
圖21 (a)示出了在垂直于已知HJFET中的襯底的方向上A1組分比 的分布的圖，(b)是已知HJFET的極化電荷密度分布的典型圖。
具體實施例方式
首先，為了便于理解本發(fā)明，將描述本發(fā)明的概要。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明作為半導(dǎo)體器件一個實例的HJFET (半導(dǎo)體 器件)1。
HJFET l具有碳化硅(SiC)襯底10;緩沖層ll，由疊置在碳化硅 (SiC)襯底10上的氮化鋁(A1N)層制成；溝道層12,由疊置在緩沖 層ll上的InyGa,-yN (0《y《l)(在此情況下，由未摻雜的GaN制成) 制成；電子供給層13，疊置在溝道層12上；和柵電極17、源電極15S和 漏電極15D，它們與電子供給層13接觸并形成于電子供給層13上。 電子供給層13是與溝道層12形成異質(zhì)結(jié)的層，且包含 ItizAlxGa,—Z.XN (0《z<l， 0<x<l， 0<x+z<l)。在本實施例中，電 子供給層13是未摻雜的AlxGa^N (0<x<l)層，Al組分比x從溝道層 12—側(cè)朝著柵電極17—側(cè)連續(xù)傾斜且減少。
電子供給層13和溝道層12之間的界面處的A1組分比為&，電子供 給層13的表面的A1組分比為X2。在本實施例中，柵電極17與電子供給層 13的表面接觸；因此，電子供給層13和柵電極17之間的界面處的A1組
分比Xa等于X2 (Xl>X2)。
利用壓電極化效應(yīng)和自發(fā)極化效應(yīng)，二者由GaN和AlGaN之間的晶 格常數(shù)差引起，在溝道層12和AlGaN層13之間的界面的附近形成二維電 子氣14。
在電子供給層13上形成前面提到的源電極15S和漏電極15D，并且 形成歐姆接觸。
在AlGaN電子供給層13上的源電極15S和漏電極15D之間所夾的部 分形成柵電極17;并且在界面13A (Al組分比x=Xa=x2)形成肖特基 接觸。通過調(diào)節(jié)柵電極17的電位的二維電子氣濃度，半導(dǎo)體器件l作為 晶體管工作。另外，附圖標(biāo)記18表示由SiN制成的表面保護膜(介電膜)。
在此情況下，在本實施例中，在電子供給層13和前面提到的溝道 層12之間的界面處的Al組分比x,以及前面提到的電子供給層13和柵電 極17之間的界面處的Al組分比&滿足下式2和3 。
<formula>formula see original document page 9</formula> (式2)
<formula>formula see original document page 9</formula> (式3)
關(guān)于條件(式2和3)，將進行以下研究。
圖2 (a)是示出在垂直于圖1中所示的HJFET 1中的襯底10的方向 上A1組分比的分布的圖，以及圖2 (b)是在垂直于襯底10的方向上的 極化電荷密度的分布的典型圖。
柵極界面13A是電子供給層13的表面；因此，界面13A的A1組分比 Xa與AlGaN表面的Al組分比一致。根據(jù)式l，在溝道層(GaN層)12和 AlGaN電子供給層13之間的界面處離散地產(chǎn)生了正極化電荷，極化電荷 的表面密度(Ps)由下式表示。
Ps=+ a xi
在GaN層疊置在AlGaN層上的情況下，在其異質(zhì)界面處離散地產(chǎn)生 了負(fù)極化電荷。因此，如果Al組分比在電子供給層13中從x-x,至x-X2(〈 x,)連續(xù)減少，則會在電子供給層13中連續(xù)產(chǎn)生負(fù)極化電荷。根據(jù)式l， 極化電荷的體積密度(Pv)由下式表示
Pv--a (x,-X2) /t，
其中，t是電子供給層13的膜厚度。
在電子供給層13中產(chǎn)生負(fù)極化電荷；因此，假定在肖特基界面的 電子勢壘變厚且能抑制柵極隧穿電流。
以下將描述該假定的確證。
通過求解泊松方程計算導(dǎo)帶能量分布。圖3是在垂直于襯底10的方 向上的導(dǎo)帶能量分布的一個實例。示出了在A1組分比均勻的情況下 (Xl=xa=0.2)、在A1組分比從0.2連續(xù)降低到0.5的情況下(x尸0.2和 xa=0.15)、和A1組分比從0.2連續(xù)降低到0.1的情況下(x產(chǎn)0.2和x^0.1) 的三個結(jié)果。在此情況下，組分均勻的情況(Xl=xa=0.2)對應(yīng)于圖20 中所示的現(xiàn)有技術(shù)。
在A1組分比均勻的情況下，可以在AlGaN層中獲得線性導(dǎo)帶能量
分布。因此，在柵極界面的電子隧穿勢壘變薄且增加了隧穿電流。在
圖3中，W1示出了在A1組分比均勻的情況下的隧穿勢壘的厚度。
另一方面，在A1組分比從0.2減少到0.15的情況下，可以獲得由于 負(fù)極化電荷導(dǎo)致的向上的凸曲線導(dǎo)帶能量分布。因此，在柵極界面的 電子隧穿勢壘變厚，且降低了隧穿電流。而且在A1組分比從0.2降低到 O.l的情況下，可以獲得由于負(fù)極化電荷引起的凸曲線的導(dǎo)帶能量分布。 于是，在柵極界面的電子隧穿勢壘進一步變厚，且進一步降低了隧穿 電流。在圖3中，W2示出了在A1組分比從0.2降低到0.15的情況下的隧穿 勢壘的厚度；以及W3示出了A1組分比從0.2降低到0.1的情況下的隧穿勢 壘的厚度。
如上所述，設(shè)置Xa〈Xi且在電子供給層13中產(chǎn)生負(fù)極化電荷；因此，
可以看到，肖特基界面的電子的勢壘變厚且能抑制柵極隧穿電流。
另外，在此情況下，示范了A1組分比連續(xù)降低的情況；然而，如
果設(shè)置Xa〈X,且在電子供給層13中產(chǎn)生負(fù)極化電荷，則在柵極界面的電
子隧穿勢壘變厚，且能抑制柵極隧穿電流。
此外，計算了流過電子供給層的隧穿電流的密度。圖4是從隧穿電 流密度估算的柵極漏電流與柵極端的A1組分比(xa)的相關(guān)性。在此情 況下，將溝道端的Al組分比x!確定為0.2。柵極漏電流和Al組分比Xa的降 低一起指數(shù)降低。
也就是，如果設(shè)置 xa<xi (式4)，
則比現(xiàn)有技術(shù)更能抑制柵極漏電流。從圖4看出，在設(shè)置x產(chǎn)0.2和 &<0.19的情況下，相比現(xiàn)有技術(shù)(Xl=xa=0.2)，能將柵極漏電流抑制 為約等于或小于50%。因此，下式為獲得顯著柵極漏電流抑制效果的 Al組分比(X,和Xa)的所希望關(guān)系。
另外，X,-XaX).01的關(guān)系不限于設(shè)置X產(chǎn)0.2的情形；但是，其不取 決于組分比X,。
接下來，計算最大漏電流In^與Al組分比的相關(guān)性。圖5是計算的 I,的變化量與柵極端的Al組分比Xa的相關(guān)性。I皿隨著Al組分比Xa的降 低而降低。然而，如果設(shè)置
X!/2《Xa (式5)，
則能將1 ^的下降寬度抑制到50%內(nèi)。1 ^超過50%的下降會導(dǎo)致電 流驅(qū)動功率的顯著降低；因此，優(yōu)選將式5設(shè)置為A1組分比&的下限。
最后，計算閾值電壓Vth與Al組分比的相關(guān)性。圖6是計算的Vth與 溝道端x,的Al組分比的相關(guān)性。從防止跨導(dǎo)降低和漏極電導(dǎo)增加的角度 來看，Vth必須大于-5V。在圖6中，同時滿足式4和式5的區(qū)域是由條件 (xa=Xl)和條件(xa=Xl/2)(由圖6中的斜線示出)包圍的區(qū)域且位于 x^x,/2的直線上。
從圖6可以看出，如果滿足式4和式5且設(shè)置&《0.3 (式3)， 則Vth大于-5V。Vth等于或小于-5V會導(dǎo)致跨導(dǎo)的顯著降低和漏極電 導(dǎo)的顯著增加；因此，將式3設(shè)置為A1組分比&的上限。
另外，在x,X).3的情況下，用于位錯產(chǎn)生的臨界膜厚度很小(具 體地，約等于或小于25nm)，且很難制成良好異質(zhì)結(jié)的晶體。
從以上論述，在A1組分比(X,和Xa)滿足
X/2《Xa〈X,，禾口
x^0.3，
示出可以獲得柵極電流抑制效應(yīng)，且ln^和Vth在所希望的范圍內(nèi)。 接下來，將詳細(xì)地說明本發(fā)明的示例性實例。
(第一示例性實例)
圖1是示出本發(fā)明的HJFET l的一個實例的截面結(jié)構(gòu)的圖。這樣的 HJFET l由以下方式制造。
例如，通過金屬有機化學(xué)氣相沉積(簡寫為MOCVD)法在(0001) SiC襯底10上順序生長下面要說明的層。
緩沖層ll (未摻雜的A1N層)20 nm 溝道層12 (未摻雜的GaN層)2ym
電子供給層13 (未摻雜的傾斜組分AlxGaLxN (0<x<l) ) : t=25
urn
電子供給層13的Al組分比x從與溝道層12的界面(x=Xl)朝著表面 (與柵電極17的界面(x=x2))連續(xù)降低。在本示例性實例中，柵極界 面13A是電子供給層13的表面；因此，在電子供給層13和柵電極17之間
的界面的Al組分比Xa (在柵極端的Al組分比Xa)與A1組分比X2—致。也 就是說，設(shè)置X^X2，并且 滿足X"2《Xa〈Xt禾口
Xl《0.3。
更具體地，設(shè)置x產(chǎn)0.20和x^0.15。
另外，AlGaN和GaN晶格常數(shù)不同；然而，電子供給層13的25nm
的膜厚度等于或小于位錯產(chǎn)生的臨界膜厚度。
此外，在形成電子供給層13的情況下，調(diào)節(jié)來自金屬有機化學(xué)氣 相沉積(MOCVD)裝置的氣體引入管的三甲基鎵(TMG)、三甲基 鋁(TMA)和氨(NH3)氣的供給量；三甲基鋁(TMA)和氨氣(NH3) 的供給量保持不變；且三甲基鎵(TMG)的供給量逐漸增加。
接下來，在電子供給層13上沉積金屬，例如Ti/Al/Nb/Au，且進行 合金工藝；因此，分別形成源電極15S和漏電極15D。在源電極15S和電 子供給層13之間，以及在漏電極15D和電子供給層13之間，形成歐姆接 觸。
接下來，在電子供給層13的表面上的源電極15S和漏電極15D之間 所夾的部分沉積金屬，例如Ni/Au，且進行剝離工藝；因此，形成了柵 電極17。以該方式，在與電子供給層13的界面13A形成了肖特基接觸。
最后，例如，通過利用等離子體增強化學(xué)氣相沉積(簡寫為PECVD) 法，生長SiN膜(介電膜)18，例如約100nm。
以該方式，制造了如圖1所示的HJFET 1。在這樣的HJFET l中，
可以獲得柵極電流抑制效應(yīng)，且In^和Vth在所希望的范圍內(nèi)。更具體地，
在將Al組分比設(shè)置為x產(chǎn)0.2和x^0.15的情況下，將柵極漏電流抑制為現(xiàn) 有技術(shù)(Xl=xa=0.2)的約2%。此外，與現(xiàn)有技術(shù)相比，In^的下降寬度 變?yōu)榧s25%，且Vth變?yōu)榧s-2.0 V。
(第二示例性實例) 在第一示例性實例中，Al組分比在電子供給層13中連續(xù)變化。因 此，存在如下問題，必須精確控制原材料氣體流速，很難外延生長， 且降低了再生率。
本示例性實例解決了該問題。根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實例是在 圖l所示的第一示例性實例中，用A1組分以逐步的方式降低的電子供給 層23取代電子供給層13的實例(見圖7 (a))。
Al組分以逐步的方式降低的電子供給層23(AlxGa,—xN((Xx〈1)) 具有在溝道層12上形成的未摻雜的A^Ga^,N層231和在未摻雜的 Al^Ga,-x,N層231上形成的未摻雜的Alx2GaLx2N層232。
未摻雜的Al^Ga^N層231的組分x,和未摻雜的Alx2Ga^N的組分
X2為常數(shù)；且設(shè)置X,〉X2 ((XX,〈1和(XX2〈1)。在此情況下，組分
為常數(shù)意味著關(guān)于組分x,和X2可包括約0.005的變化量。
電子供給層23中的A1組分比從溝道界面(x=Xl)朝著表面(x=x2) 逐漸降低。在本示例性實例中，柵極界面23A是電子供給層23的表面； 因此，柵極端的Al組分比(x》與電子供給層23的表面的Al組分比一致。
也就是說，設(shè)置X^X2，且A1組分比(X,和Xa)滿足 X〃2《Xa〈X,和
更具體地，設(shè)置x產(chǎn)0.20和X2-0.15，且未摻雜的A^Ga^N層231 和未摻雜的AluGa^N層232的每個膜厚度都為12nm。
AlGaN和GaN晶格常數(shù)不同；然而，電子供給層23的總膜厚度24mn 等于或小于位錯產(chǎn)生的臨界膜厚度。
圖7 (a)示出了在垂直于第二示例性實例的HJFET中的襯底的方 向上A1組分比的分布的圖，圖7 (b)是第二示例性實例的極化電荷表 面密度的分布的典型圖。
電子供給層23的A1組分比從溝道界面(x,)朝著柵極界面(xa=x2) 以逐步的方式降低。根據(jù)式l，在溝道層12和電子供給層23之間的界面 處產(chǎn)生了正極化電荷，正極化電荷的表面密度(Ps)由下式表達。
Ps=+ a Xl
此外，根據(jù)式l，在未摻雜的AlwGaL^N層231和未摻雜的 Al。Ga^2N層232之間的界面處產(chǎn)生了負(fù)極化電荷，負(fù)極化電荷的表面 密度(Ps)由下式表達。Ps=-a (x!-x2)
如上所述，產(chǎn)生了負(fù)極化電荷；因此，可以獲得柵極電流抑制效應(yīng)。
而且，滿足X!/2《Xa〈X!和X《0.3;因此，I麗和Vth在所希望的范
圍內(nèi)。更具體地，在Al組分比設(shè)置為x產(chǎn)0.20和x^0.15的情況下，能將 柵極漏電流抑制到現(xiàn)有技術(shù)(Xl=xa=0.2)的約2%。此外，與現(xiàn)有技術(shù)
相比，Imax的降低寬度約為25。/。，且Vth為約-2.0V。
而且，本示例性實例使用組分以逐步的方式降低的結(jié)構(gòu)；因此， 可以利用恰好與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的HJFET相似的外延生長技術(shù)獲得生長， 且與使用像第一示例性實例一樣的傾斜組分AlGaN結(jié)構(gòu)的情況相比，提 高了器件特性的再生率。
另外，在本示例性實例中，電子供給層23是兩層結(jié)構(gòu)；自然，可 通過具有至少三層的層結(jié)構(gòu)配置。
(第三示例性實例) 第一示例性實例采用平面狀結(jié)構(gòu)；因此，存在如下問題，表面俘 獲的影響變顯著，且各種特性例如柵極擊穿電壓和電流崩塌根據(jù)元件 表面狀態(tài)容易波動。本示例性實例改善了該問題。
圖8是示出本示例性實例的HJFET3的截面結(jié)構(gòu)的圖。
HJFET 3具有SiC襯底30;未摻雜的AIN緩沖層31 ，形成于襯底30 上；溝道層32，由形成于緩沖層31上的InyGa,—yN (0《y《l)(在此情 況下，由未摻雜的GaN制成)制成；電子供給層33，由形成于溝道層32 上的AlxGa^N (0<x<l)制成；和源電極35S、漏電極35D、柵電極37 和SiN膜(介電膜)36，它們形成于電子供給層33上。
利用壓電極化效應(yīng)和自發(fā)極化效應(yīng)，二者都由溝道層32的GaN和 電子供給層33的AlGaN之間的晶格常數(shù)差引起，在溝道層32和電子供給 層33之間的界面的附近形成二維電子氣34。
在電子供給層33中，組分x從電子供給層33和溝道層32之間的界面 一側(cè)朝著向上方向傾斜降低。電子供給層33的表面的A1組分X2小于電子 供給層33和溝道層32之間界面處的A1組分比&。
而且，在電子供給層33中形成凹部，且形成柵電極37以嵌入凹部。 在電子供給層33和柵電極37之間的界面33A處形成與電子供給層33的 肖特基接觸。
在電子供給層33中，電子供給層33和溝道層32之間的界面處的A1 組分比x,以及電子供給層33和柵電極37之間的界面33A (凹部的底面)
處的Al組分比Xa滿足 X^2《Xa〈X!禾口
更具體地，設(shè)置x產(chǎn)0.2、 x^0.175和X2-0.15;或x尸0.2、 x^0.15和 x產(chǎn)O.l。
在此情況下，柵電極37具有朝著漏電極35D—側(cè)以峰形延伸的場板 部37F，且場板部37F位于SiN膜36的上部。
SiN膜36形成于電子供給層33上。此外，源電極35S和漏電極35D 形成于電子供給層33上，并形成了歐姆接觸。
通過以下工藝制造由此構(gòu)造的HJFET 3。
例如，通過MOCVD法在(0001) SiC襯底30上疊置20nm的未摻雜 的A1N緩沖層31、 2um的溝道層32和40nm的電子供給層33。 AlGaN和 GaN晶格常數(shù)不同；然而，40nm的電子供給層33的膜厚度等于或小于 位錯產(chǎn)生的臨界膜厚度。
在電子供給層33中，設(shè)置x,〉X2。此外，在形成電子供給層33的情 況下，調(diào)節(jié)來自金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)裝置的氣體引入 管的三甲基鎵(TMG)、三甲基鋁(TMA)和氨(NH3)氣的供給量； 三甲基鋁(TMA)和氨氣(NH3)的供給量保持不變；且三甲基鎵(TMG) 的供給量逐漸增加。
在電子供給層33上沉積金屬，例如Ti/Al/Nb/Au，且進行合金工藝； 因此，分別形成源電極35S和漏電極35D;且形成歐姆接觸。
接下來，例如，利用PECVD法生長約IOO nm的SiN膜36。通過蝕 刻SiN膜36移除在電子供給層33的表面上的源電極35S和漏電極35D之 間所夾的部分來形成開口部分。接下來，例如，利用使用氯系氣體的 干蝕刻裝置，通過蝕刻一部分電子供給層33選擇性移除形成的凹部。 在凹部上沉積金屬，例如Ni/Au，且進行剝離工藝；因此，形成了具有 場板部37F的柵電極37。以該方式，在與AlGaN層的界面33A形成肖特 基接觸。以這種方式，制造了圖8中所示的HJFET3。
圖9是在垂直于本示例性實例中的襯底的方向上A1組分比的分布 的典型圖。在本示例性實例中，電子供給層33的Al組分比x從溝道界面 朝著柵極界面連續(xù)降低，且朝著電子供給層33的表面進一步降低。在 通過蝕刻移除一部分電子供給層33的凹部形成柵電極37;因此，柵極
界面33A處的Al組分比Xa滿足X2〈Xa〈X,。本示例性實例的極化電荷密
度的分布與圖2 (b)中所示的相同。
在本示例性實例中，在通過蝕刻移除一部分電子供給層33的凹部
形成柵電極37。因此，隨著二維電子氣34和柵電極37之間的距離減少 和高度保持跨導(dǎo)，可以增加二維電子氣34和電子供給層33的表面之間 的距離；因此，可以抑制由表面俘獲引起的像電流崩塌一樣的不穩(wěn)定 性方面。
而且，柵電極37具有與SiN膜36接觸的場板部37F。在場板部37F 的下面形成了耗盡層，減少了柵極和漏極之間的電場強度，并且提高 了柵極擊穿電壓。
另外，在本示例性實例中，配置電子供給層33以便連續(xù)降低A1組 分比；然而，本示例性實例不限于此，且可采用A1組分以逐步的方式 降低的結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在，為了確認(rèn)本示例性實例的效果，制造并比較具有以下三種 類型的凹面結(jié)構(gòu)的HJFET。
結(jié)構(gòu)l: Xl=xa=x2=0.2 (現(xiàn)有技術(shù))
結(jié)構(gòu)2: x產(chǎn)0.2， xa=0.175， x2=0.15 (本發(fā)明的示例性實例) 結(jié)構(gòu)3: Xl=0.2， xa=0.15， x2=0.1 (本發(fā)明的示例性實例)
結(jié)構(gòu)1對應(yīng)于具有A1組分比均勻的凹面結(jié)構(gòu)的HJFET(現(xiàn)有技術(shù))。 圖10是HJFET中測量的柵極漏電流與柵極端的Al組分比Xa的相關(guān)性。與 結(jié)構(gòu)l相比(現(xiàn)有技術(shù))，結(jié)構(gòu)2和結(jié)構(gòu)3的柵極漏電流分別顯著抑制到 約17%和約2%。計算值也示于圖中。測量的柵極電流值與計算結(jié)果很 一致。測量示出了在2英寸晶面中的16個點的結(jié)果。柵極電流的變化主 要由電子供給層的厚度變化引起。
圖ll是在三種類型的HJFET中測量的I,與柵極端的Al組分比Xa的 相關(guān)性。與結(jié)構(gòu)l (現(xiàn)有技術(shù))相比，結(jié)構(gòu)2和結(jié)構(gòu)3的I^x的各自降低 寬度為約13%和約25%， 二者都在設(shè)定范圍內(nèi)。測量值也示于圖中。測
量的In^值與計算的結(jié)果很一致。
圖12是在三種類型的HJFET中測量的Vth與柵極端的Al組分比Xa的 相關(guān)性。在每個結(jié)構(gòu)中，Vth大于-5V，且在設(shè)定范圍內(nèi)。測量值也示于 圖中。測量的Vth值與計算的結(jié)果很一致。
(第四示例性實例)
在第三示例性實例中，由于采用了凹面結(jié)構(gòu)，所以能抑制表面俘 獲的影響。相反，存在如下問題，元件特性，例如柵極電流的晶面的
均勻性退化，是因為柵極端的Al組分比Xa也隨著凹面蝕刻的深度變化而
變化。本示例性實例解決了該問題。在根據(jù)本發(fā)明的第四示例性實例
中，用圖13 (a)所示的電子供給層43取代第三示例性實例中圖8所示的 電子供給層33。
電子供給層43 (AlxGai.xN (0<x<l)具有未摻雜的傾斜組分 AldGa^N層(第一電子供給層)431和形成于未摻雜的傾斜組分 AldGaLdN層431上的未摻雜的Alx2Ga^N層(第二電子供給層)432 (0
<(1<1和0<乂2<1)。
未摻雜的傾斜組分AldGaLdN層431是組分d從溝道層32側(cè)朝著未慘 雜的Al"Ga^N層432側(cè)連續(xù)降低的層。
在此情況下，在未摻雜的傾斜組分AldGa,-dN層431和溝道層32之間 的界面處的Al組分比為Xp且設(shè)置x,〉X2。更具體地，設(shè)置x產(chǎn)0.20和 x2=0.15。此外，未摻雜的傾斜組分AldGaLdN層431和未摻雜的 Al^Ga"2N層432的每個厚度都是20nm。 AlGaN和GaN晶格常數(shù)不同； 然而，40nm的電子供給層43的總膜厚度等于或小于用于位錯產(chǎn)生的臨 界膜厚度。未摻雜的Alx2Ga^2N層432是組分X2為常數(shù)的層。
圖13 (b)是在垂直于本示例性實例中的襯底的方向上極化電荷密
度的分布的典型圖。
在本示例性實例中，在通過蝕刻移除未摻雜的Al"Ga^2N層432的 一部分的凹部形成柵電極37;因此，柵極界面43A處的Al組分比Xa等于 未摻雜的Alx2Ga^N層432的Al組分比X2。
此外，電子供給層43和溝道層32之間的界面處的Al組分比x,以及 電子供給層43和柵電極37之間的界面處的Al組分Xa比滿足
X"2《Xa〈Xi禾口
根據(jù)式l,在溝道層32和未摻雜的傾斜組分AldGa,-dN層431之間的 界面處產(chǎn)生正極化電荷，正極化電荷的表面密度(Ps)由下式表達。 Ps=+ a Xl
此外，在未摻雜的傾斜組分AldGa,-dN層431中產(chǎn)生負(fù)極化電荷，負(fù) 極化電荷的體積密度(Pv)由下式表達。 Pv=-a (Xl-x2) /tl
在本示例性實例的這種HJFET中，可以獲得柵極電流抑制效應(yīng)。
而且，滿足X,/2《Xa〈X,和Xi《0.3;因此，I咖x和Vth在所希望的范圍內(nèi)。
更具體地，在Al組分比設(shè)置為x產(chǎn)0.20和x^0.15的情況下，將柵極 漏電流抑制為現(xiàn)有技術(shù)(Xl=xa=0.2)的約2%。此外，相比現(xiàn)有技術(shù)， 1腿的降低寬度為約25%，且Vth為約-2.0V。
此外，在本示例性實例中，在未摻雜的Al"Ga^2N層432中Al組分 比為常量；因此，即使凹面深度略微波動也不會改變柵極端的A1組分
比&。因此，HJFET的制造穩(wěn)定性良好。
另外，在本示例性實例中，通過組分d連續(xù)降低的層配置未摻雜的
傾斜組分AldGaLdN層431;自然，可通過組分以逐步的方式降低的 AlGaN層或單層的AIGaN層(d=Xl)配置。
(第五示例性實例) 在第四示例性實例中，在未摻雜的傾斜組分AldGa,-dN層431中產(chǎn)生 了負(fù)極化電荷且減少了柵極電流；相反，存在如下問題，在歐姆電極 (35S和35D)下面也產(chǎn)生了負(fù)極化電荷且增加了歐姆接觸電阻。本示 例性實例解決了該問題。在根據(jù)本發(fā)明的第五示例性實例中，用電子 供給層53 (AlxGai—xN (0<x<l)，見圖14 (a))取代了第三示例性 實例中圖8中所示的電子供給層33。
電子供給層53具有未摻雜的傾斜組分AlEGa,.EN層(第一電子供給 層)531、形成于未摻雜的傾斜組分AlEGawN層531上的未摻雜的 Alx3Ga^N層(第二電子供給層)532，和形成于未摻雜的Alx3Ga^N 層532上的未摻雜的傾斜組分AlFGa^N層(第三電子供給層)533。
未摻雜的傾斜組分AlEGa,.EN層531的組分比E從溝道層32側(cè)朝著 未摻雜的Alx3G^x3N層532側(cè)連續(xù)降低。更具體地，組分比E從x,朝著X3 降低。未摻雜的傾斜組分AlEGaLEN層531和溝道層32之間的界面處的組 分比為&。
在未摻雜的Alx3GawN層532中，A1組分比為X3，且是常數(shù)(例如， x3=0.15)。
在未摻雜的傾斜組分AlFGawN層533中，組分比F從未摻雜的 Alx3Ga,.x3N層532側(cè)朝著表面?zhèn)冗B續(xù)增加。未摻雜的傾斜組分AlFGa,.FN 層533的界面處的組分比F為X2。
設(shè)置(XE〈1、 (XX3〈1和(XF〈1，其中，設(shè)置X,〉X3和X2〉X3。
更具體地，設(shè)置x產(chǎn)0.2、 x^0.175和x尸0.15;且各層531至533的每個厚 度都為15nm。 AlGaN和GaN晶格常數(shù)不同；然而，45nm的電子供給層
53的總膜厚度等于或小于用于位錯產(chǎn)生的臨界膜厚度。
在本示例性實例中，在通過蝕刻移除未摻雜的傾斜組分AlFGaLFN 層533和未摻雜的A^Ga^3N層532的部分的凹部形成柵電極37;因此， 柵極界面53A處的Al組分比Xa等于未摻雜的Alx3GaLx3N層532的Al組分
比X3。
而且，Al組分比(X!和Xa)滿足 <formula>formula see original document page 23</formula>
圖14 (b)示出了在垂直于本示例性實例中的襯底的方向上的極化 電荷的分布。
根據(jù)式l，在溝道層32和未摻雜的傾斜組分AlEGa^N層531之間的 界面處產(chǎn)生正極化電荷，正極化電荷的表面密度(Ps)由下式表達。 Ps=+ a Xl
在未摻雜的傾斜組分AlEGa^N層531中產(chǎn)生負(fù)極化電荷，負(fù)極化電 荷的體積密度(Pv)由下式表達。 <formula>formula see original document page 23</formula>
此外，在未摻雜的傾斜組分AlFGa^N層533中產(chǎn)生正極化電荷，正 極化電荷的體積密度(Pv)由下式表達。 <formula>formula see original document page 23</formula>
在這種HJFET中，可以獲得柵極電流抑制效應(yīng)，且ln^和Vth在所希 望的范圍內(nèi)。更具體地，在Al組分比設(shè)置為x產(chǎn)0.20和x^0.15的情況下， 能將柵極漏電流抑制到現(xiàn)有技術(shù)(Xl=xa=0.2)的約2%。此外，相比現(xiàn)
有技術(shù)，Imax的降低寬度為約25。/。，且Vth為約-2.0V。
此外，在本示例性實例中，在未摻雜的Alx3Ga^3N層532中Al組分 比為常數(shù)；因此，即使在凹面深度略微波動時也不會改變柵極端的A1 組分比Xa。這可以改善HJFET的制造可靠性。
而且，在本示例性實例中，在位于歐姆電極(35S和35D)下面的 未慘雜的傾斜組分AlFGawN層533中產(chǎn)生正極化電荷。因此，消除 (negate) 了未摻雜的傾斜組分AlEGaLEN層531中的負(fù)極化電荷，在歐 姆電極下面沒有產(chǎn)生耗盡層，且抑制了歐姆接觸電阻的增加。
另夕卜，在本示例性實例中，配置未摻雜的傾斜組分AlEGa,.EN層531 以便組分連續(xù)降低；然而，可以是組分以逐步的方式改變的層，或可 以是組分沒有改變(E=Xl)的層。類似地，在本示例性實例中，配置 未摻雜的傾斜組分AlFGawN層533以便組分連續(xù)增加；然而，本示例性 實例不限于此，可以是組分以逐步的方式增加的層，可以是組分均勻 (F=x3)的層。
(第六示例性實例) 在第三示例性實例中，在電子供給層33中產(chǎn)生了負(fù)極化電荷，且 減少了柵極電流；相反，存在如下問題，在歐姆電極(35S和35D)下 面也產(chǎn)生了負(fù)極化電荷，且增加了歐姆接觸電阻。本示例性實例解決 了該問題。在根據(jù)本發(fā)明的第六示例性實例中，用如圖15所示的電子 供給層63 (AlxGai.xN (0<x<l)取代第三示例性實例中圖8所示的電 子供給層33。
如圖15所示，電子供給層63具有未摻雜的傾斜組分AlgGai—gN層631 ((0<g<l))和n型傾斜組分AlhGa,.hN層632 (0<h<l) ， n型傾斜 組分AlhGaLhN層632形成于未摻雜的傾斜組分AlgGa"gN層631上。在n 型傾斜組分AlhGaLhN層632上與該層接觸形成源電極35S和漏電極35D。 如上所述，在本示例性實例中，與源電極35S和漏電極35D接觸的電子 供給層63的最上層具有n型AlGaN。
在未摻雜的傾斜組分AlgGaLgN層631中，組分朝著n型傾斜組分 AlhGai.hN層632連續(xù)降低。未摻雜的傾斜組分AlgGaLgN層631和溝道層 32之間的界面處的組分為xp且未摻雜的傾斜組分AlgGaLgN層631和n 型傾斜組分AlhGa^N層632之間的界面處的組分為X3。
在n型傾斜組分AlhGaLhN層632中，組分從與未摻雜的傾斜組分 AlgGaLgN層631的界面朝著表面連續(xù)降低。更具體地，組分從^降低到
X2。另外，設(shè)置X!〉X3〉X2。
更具體地，設(shè)置x產(chǎn)0.25、 X2:0.05和X3-0.12。
此外，未摻雜的傾斜組分AlgGa"gN層631的厚度為t產(chǎn)30 nm，且n 型傾斜組分AlhGaLhN層632的厚度為t^15 nm。 AlGaN和GaN晶格常數(shù) 不同；然而，45nm的電子供給層63的總膜厚度等于或小于用于位錯產(chǎn) 生的臨界膜厚度。此外，n型傾斜組分AlhGa,.hN層632的n型雜質(zhì)例如為 硅(Si);且其雜質(zhì)濃度例如為7.5X10"cm氣
在下述凹部處形成柵電極37，在所述凹部處通過蝕刻移除了n型傾 斜組分AlhGa,.hN層632和未摻雜的傾斜組分AlgGaLgN層631的一部分；
因此，柵極界面63A處的Al組分比Xa滿足X3〈^〈&。
而且，滿足 x^0.3。
更具體地，設(shè)置x產(chǎn)0.25和x^0.15。本示例性實例中的極化電荷密 度的分布與圖2 (b)中所示的相同。
在這種HJFET中，可以獲得柵極電流抑制效應(yīng)；且ln^和Vth在所希 望的范圍內(nèi)。作為一個實例，在將Al組分比設(shè)置為x產(chǎn)0.25和x^0.15的 情況下，能將柵極漏電流抑制到現(xiàn)有技術(shù)(Xl=xa=0.25)的約0.1%。此 外，相比現(xiàn)有技術(shù)，In^的降低寬度為約40。/。，且Vth為約-2.6V。
此外，在本示例性實例中，在位于歐姆電極(35S和35D)下面的 n型傾斜組分AlhGai.hN層632中產(chǎn)生正離子化的雜質(zhì)電荷。因此，消除 了未摻雜的傾斜組分AlgGa,.gN層631中的負(fù)極化電荷，在歐姆電極下面 未產(chǎn)生耗盡層，且抑制了歐姆接觸電阻的增加。
另外，在本示例性實例中，配置未摻雜的傾斜組分AlgGa,.gN層631 和n型傾斜組分AlhGa^N層632，以便組分連續(xù)降低；然而，可以是組 分以逐步的方式降低的結(jié)構(gòu)。
(第七示例性實例) 在第四示例性實例中，在未摻雜的傾斜組分AldGaLdN層431中產(chǎn)生 了負(fù)極化電荷，且減少了柵極電流；相反，存在如下問題，在歐姆電 極(35S和35D)下面也產(chǎn)生了負(fù)極化電荷，且增加了歐姆接觸電阻。 本示例性實例解決了該問題。在根據(jù)本發(fā)明的第七示例性實例中，用 圖16中所示的電子供給層(AlxGa,—XN (0<x<l) ) 73取代了第三示例 性實例中圖8中所示的電子供給層33。
電子供給層73具有未摻雜的傾斜組分AljGaLjN層(0<j<l) 731、 形成于未摻雜的傾斜組分AljGa,—jN層731上的未摻雜的Alx2Ga^2N層 732,和形成于未摻雜的AlwGa,-x2N層732上的n型Alx2Ga,.x2N層733 (0 <x2<l)。在未摻雜的傾斜組分AljGa,.jN層(0<j<l) 731上，組分從與溝道 層32的界面一側(cè)朝著未摻雜的Al"Gak2N層732側(cè)連續(xù)降低，且組分從
X,降低到X2。
未摻雜的傾斜組分AljGa,.jN層(0<j<l) 731和溝道層32之間的界 面處的組分為Xp且設(shè)置為&>&。
在未摻雜的Alx2Gak2N層732和n型Alx2Ga^N層733中，Al組分為
X2且為常數(shù)。
更具體地，設(shè)置x「0.25和xf0.15，且各層731至733的每個膜厚度 都為15nm。 AlGaN和GaN晶格常數(shù)不同；然而，45nm的電子供給層73 的總膜厚度等于或小于用于位錯產(chǎn)生的臨界膜厚度。此外，ii型 Alx2Gai—x2N層733的n型雜質(zhì)例如為Si;且其雜質(zhì)濃度為3.7X 10"cm—3。
在本示例性實例中，在下述凹部處形成柵電極37，在所述凹部處 通過蝕刻移除了n型Alx2GaLx2N層733和未摻雜的Alx2Ga^N層732的一 部分；因此，柵極界面73A處的Al組分比Xa等于未摻雜的Alx2Ga^N層 732的A1組分比X2。
此外，滿足
X,/2《Xa〈X禾口
本示例性實例的極化電荷密度的分布與圖13 (b)中所示的相同。
在這種HJFET中，可以獲得柵極電流抑制效應(yīng)；且lm^和Vth在所希
望的范圍內(nèi)。作為一個實例，在將Al組分比設(shè)置為x產(chǎn)0.25和x^0.15的 情況下，將柵極漏電流抑制到現(xiàn)有技術(shù)(Xl=xa=0.25)的約0.1%。此外，
相比現(xiàn)有技術(shù)，Imax的降低寬度為約40。/。，且Vth為約-2.6V。
此外，在本示例性實例中，在未摻雜的Al"Ga^2N層732中Al組分 比為常量；因此，即使凹面深度略微波動也不會改變柵極端的A1組分 比Xa。因此，HJFET的制造穩(wěn)定性良好。
而且，在本示例性實例中，在位于歐姆電極(35S和35D)下面的 n型Alx2Ga^2N層733中產(chǎn)生了正離子化雜質(zhì)電荷。因此，消除了未摻雜 的傾斜組分AljGa,.jN層731中的負(fù)極化電荷，在歐姆電極下面未產(chǎn)生耗 盡層，且抑制了歐姆接觸電阻的增加。
另夕卜，在本示例性實例中，配置未摻雜的傾斜組分AljGai.jN層731， 以便組分連續(xù)降低；然而，本示例性實例不限于此，且可以是組分以 逐步的方式降低的層。而且，其可以是組分為x,且為常數(shù)的層。
(第八示例性實例) 在第四示例性實例中，在未摻雜的傾斜組分AldGa^N層431中產(chǎn)生 了負(fù)極化電荷，且減少了柵極電流；相反，存在如下問題，在歐姆電 極(35S和35D)下面也產(chǎn)生了負(fù)極化電荷，且增加了歐姆接觸電阻。 本示例性實例解決了該問題。在根據(jù)本發(fā)明的第八示例性實例中，用 如圖17所示的電子供給層(AlxGai.xN (0<x<l) ) 83取代第三示例性 實例中圖8中所示的電子供給層33。
電子供給層83具有未摻雜的傾斜組分AlkGaMcN (0<k<l)層(第 一電子供給層)831、形成于未摻雜的傾斜組分AlkGaLkN層831上的未 摻雜的A^Gak3N層(第二電子供給層)832，和形成于未摻雜的 Alx3GaLx3N層832上的n型傾斜組分AUGa,.mN層(第三電子供給層)833 (0<m<l)。
在未摻雜的傾斜組分AlkG^kN層831中，組分k從與溝道層32的界
面朝著未摻雜的Alx3Ga"3N層832連續(xù)降低。更具體地，組分k從x,降低
到X3。
未摻雜的Alx3GaLx3N層832是Al組分為X3且為常數(shù)的層。
在n型傾斜組分AlmGaLmN層中，組分m (m>x3)從與未摻雜的 Alx3Ga^3N層832的界面朝著表面連續(xù)增加；更具體地，最大組分增加 到為X2。 n型雜質(zhì)例如為Si;且其雜質(zhì)濃度例如為3.7X10"cm人另夕卜， 設(shè)置X!〉X3和X2〉X3。更具體地，設(shè)置x尸0.25、 x尸0.2和x^0.15;且各 層831至833的每個厚度都為15nm。 AlGaN和GaN晶格常數(shù)不同；然而， 45nm的電子供給層83的總膜厚度等于或小于用于位錯產(chǎn)生的臨界膜厚 度。
在本示例性實例中，在下述凹部處形成柵電極37，在所述凹部處 通過蝕刻移除了n型傾斜組分AUGa^N層833和未摻雜的AldGah3N層 832的一部分；因此，柵極界面83A處的Al組分比Xa等于未摻雜的 Alx3Ga!.x3N層832的Al組分比X3。
而且，設(shè)置
<formula>formula see original document page 29</formula>本示例性實例中的極化電荷密度的分布與圖14 (b)相同。
在這種HJFET中，可以獲得柵極電流抑制效應(yīng)；且Imn和Vth在所希 望的范圍內(nèi)。作為一個實例，在將Al組分比設(shè)置為x產(chǎn)0.25和x^0.15的 情況下，將柵極漏電流抑制到現(xiàn)有技術(shù)(Xl=xa=0.25)的約0.1%。此外， 相比現(xiàn)有技術(shù)，1 ^的降低寬度為約40%，且Vth為約-2.6V。
此外，在本示例性實例中，在未摻雜的Al"Ga^3N層832中Al組分
比為常數(shù)；因此，即使在凹面深度略微波動時也不會改變柵極端的A1 組分比Xa。因此，HJFET在制造可靠性方面良好。
而且，在本示例性實例中，在位于歐姆電極(35S和35D)下面的 n型傾斜組分AlmGaLmN層632中產(chǎn)生了正極化電荷和正離子化雜質(zhì)電 荷。因此，消除了未摻雜的傾斜組分AlkGaLkN層831中的負(fù)極化電荷， 在歐姆電極下面未產(chǎn)生耗盡層，且抑制了歐姆接觸電阻的增加。
另外，在本示例性實例中，配置未摻雜的傾斜組分AlkG^kN層831， 以便組分k連續(xù)降低；然而，組分k可以以逐步的方式降低。類似地， 在n型傾斜組分AlmGaLmN層833中，也可以以逐步的方式增加組分m。
(第九示例性實例) 在第三示例性實例中，由于柵電極37具有峰形的場板部37F，所以 抑制了表面俘獲的影響；相反，存在如下問題，增加了柵極和漏極之 間的電容，且降低了增益。本示例性實例解決了該問題。圖18是示出 本示例性實例的HJFET9的截面結(jié)構(gòu)的圖。
如圖18所示，HJFET9不同于第三示例性實例之處在于，在SiN膜 36上形成肖特基電極99。其余的與第三示例性實例相同。
在SiN膜36上在柵電極37和漏電極35D之間所夾的部分沉積金屬， 例如Ti/Pt/Au,且進行剝離工藝；因此，形成了肖特基電極99。
在本示例性實例中，在電子供給層33的表面?zhèn)鹊慕M分X2為0.15,與 溝道層32的界面處的組分x,為0.2，與柵電極37的界面處的組分&為 0.175。
在這種HJFET9中，可以產(chǎn)生與第三示例性實例相同的效果。
在HJFET9中，可以獲得柵極電流抑制效應(yīng)；且ln^和Vth在所希望 的范圍內(nèi)。作為一個實例，在將Al組分比設(shè)置為x產(chǎn)0.2和Xa-0.175的情 況下，將柵極漏電流抑制到現(xiàn)有技術(shù)(Xl=xa=0.25)的約17%。此外， 相比現(xiàn)有技術(shù)，1 ^的降低寬度為約13%，且Vth為約-2.3V。
而且，在本示例性實例中，將肖特基電極99連接至源極；因此， 其用作所謂的法拉第屏蔽。也就是說，屏蔽了柵極和漏極之間的電連 接；且提高了增益和隔離特性。肖特基電極99可連接至柵極。在此情 況下，其用作所謂的場板，且進一步提高了柵極擊穿電壓。
(第十示例性實例) 在第三示例性實例中，由于柵電極37具有峰形的場板部37F，所以 抑制了表面俘獲的影響；相反，存在如下問題，增加了柵極和漏極之 間的電容，且降低了增益。本示例性實例解決了該問題。圖19是示出 本示例性實例的HJFET IOO的截面結(jié)構(gòu)的圖。
如圖19所示，HJFET IOO不同于第三示例性實例之處在于，HJFET 100具有形成在SiN膜36上的SiN膜(介電膜)108和形成在SiN膜108上 的肖特基電極99。其余的與第三示例性實例相同。
例如，利用PECVD法在SiN膜36上形成SiN膜108;且其厚度為約 200 nm。在SiN膜108上的柵電極37和漏電極35D之間所夾的部分沉積金 屬，例如Ti/Pt/Au，且進行剝離工藝；因此，形成了肖特基電極99。
在這種HJFET IOO中，可以產(chǎn)生與第九示例性實例相同的效果。除 此之外，本示例性實例是SiN膜108夾在柵電極37和肖特基電極99之間 的結(jié)構(gòu)。也就是說，至少一部分柵電極37或肖特基電極99經(jīng)由垂直于 襯底30的表面中的SiN膜108處于疊置的狀態(tài)。因此，肖特基電極99圍 繞柵電極37的至少一部分；因此，提高了柵極和漏極之間的屏蔽效應(yīng)， 且進一步提高了增益和隔離特性。
如上所述，與上述的示例性實例一致描述了本發(fā)明；然而，本發(fā) 明不僅僅限于上述實施例，且應(yīng)該理解，本發(fā)明包括和本發(fā)明的原理
一致的各種實施例。例如，在上面提及的示例性實例中使用AlGaN作為 電子供給層；然而，電子供給層可包括作為主要組分的AlGaN，例如， 其可以是包括氮化銦鋁鎵(InAlGaN)。
而且，電子供給層可以是超晶格層。
此外，上面提及的示例性實例使用GaN作為溝道材料；然而，其
可以是帶隙小于電子供給層的其它m族氮化物半導(dǎo)體。例如，可使用
氮化銦(InN)、氮化銦鎵(InGaN) 、 AlGaN、氮化銦鋁(InAlN)和 InAlGaN。
而且，上面提及的示例性實例使用SiN作為介電膜；然而，可使用
其它介質(zhì)。例如，可使用二氧化硅(Si02)和氮氧化硅(SiON)。
此外，上面提及的示例性實例使用SiC作為襯底材料；然而，可使
用其它襯底。例如，可使用藍寶石、Si和GaN。
另外，第九和第十示例性實施例示范了在具有柵極凹面結(jié)構(gòu)的半 導(dǎo)體器件中形成肖特基電極的結(jié)構(gòu)；然而，肖特基電極不限于具有柵 極凹面結(jié)構(gòu)的器件。例如，可將其應(yīng)用到第一示例性實例中描述的半 導(dǎo)體器件。在這種情況下，可以提高裝置增益和隔離特性。
權(quán)利要求
1. 一種半導(dǎo)體器件，包括溝道層；電子供給層，與所述溝道層形成異質(zhì)結(jié)，且包含InzAlxGa1-z-xN，其中0≤z<1，0<x<1和0<x+z<1；以及源電極、漏電極和柵電極，它們與所述電子供給層接觸地形成，其中，將所述電子供給層和所述溝道層之間的界面處的Al組分比x1，以及所述電子供給層和所述柵電極之間的界面處的Al組分比xa設(shè)置為x1/2≤xa<x1和x1≤0.3，其中x1>0，xa>0。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件， 其中，所述組分比設(shè)置為xr0.01〉&。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述電子供給層具有從與所述溝道層的界面朝著所述柵電極側(cè)Al組分比從X,連續(xù)降低到Xa的層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述電子供給層具有從與所述溝道層的界面朝著所述柵電 極側(cè)Al組分比從x,以逐步的方式降低到^的多個層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件， 其中，所述電子供給層形成有凹槽部，以及 所述柵電極形成為嵌入所述槽部。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件， 其中，所述電子供給層具有包含AlGaN的第一電子供給層，所述 AlGaN的Al組分比在與所述溝道層的界面處為xp以及第二電子供給層，形成于所述第一電子供給層上，且由AlGaN層 制成，所述AlGaN層的Al組分比為Xa，且為常數(shù)；所述槽部形成在所述第二電子供給層中；以及所述柵電極與所述第二電子供給層接觸。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，進一步包括第三電子供給層，形成于所述第二電子供給層上，且 包含Al組分比大于Xa的AlGaN，以及其中，跨過所述第二電子供給層和所述第三電子供給層形成所述 槽部；以及所述柵電極與所述第二電子供給層接觸。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述電子供給層與所述源電極和所述漏電極接觸，具有包 含n型AlGaN的最上層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件， 進一步包括介電膜，形成于所述電子供給層上 其中，所述柵電極以峰形延伸到所述漏電極側(cè)所述場板部形成于所述介電膜的上部上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件， 進一步包括介電膜，形成于所述電子供給層上；以及 肖特基電極，形成于所述介電膜上，所述肖特基電極形成在所述柵電極和所述漏電極之間所夾的位置處。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，以及且具有場板部,進一步包括第二介電膜，形成于所述柵電極和所述介電膜上，以及其中，所述肖特基電極形成于所述第二介電膜上。
全文摘要
電子供給層(13)與溝道層(12)形成異質(zhì)結(jié)且包含In_zAl_xGa_1-z-xN，其中0≤z＜1，0＜x＜1和0＜x+z＜1。在電子供給層(13)上，與電子供給層(13)接觸形成柵電極(17)。在電子供給層(13)和溝道層(12)之間的界面處的Al組分比x₁，以及電子供給層(13)和柵電極(17)之間的界面處的Al組分比x_a滿足以下條件x₁/2≤x_a＜x₁和x₁≤0.3。
文檔編號H01L21/02GK101385132SQ20078000511
公開日2009年3月11日 申請日期2007年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月10日
發(fā)明者中山達峰, 井上隆, 岡本康宏, 安藤裕二, 宮本廣信 申請人:日本電氣株式會社