專利名稱：Ⅲ族氮化物電子器件及Ⅲ族氮化物半導體外延襯底的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及III族氮化物電子器件及III族氮化物半導體外延襯底。
背景技術(shù)：
非專利文獻1中記載了異質(zhì)結(jié)場效晶體管(HFET)。為了在氮化鎵基HFET中獲得高輸出化，需要減少氮化鎵基電子器件中產(chǎn)生的電流崩塌。作為使氮化鎵基HFET以高頻、 大電流工作時產(chǎn)生的電流崩塌的產(chǎn)生原因之一，可以列舉因來自柵極端的電場的影響而使 電子在漏極附近的AlGaN區(qū)域中被捕獲。當AlGaN表面的陷阱能級捕獲電子時，二維電子 氣的濃度減小，導致輸出的降低。非專利文獻1中記載了在以+100V -100V的范圍通電 的同時進行的電位分布的測定。根據(jù)該測定，顯示出器件微小部分的電位分布，施加應力電 壓后，在AlGaN表面上產(chǎn)生因電子捕獲而生成的負電位區(qū)域。從陷阱能級中釋放電子的概 率與肖特基電極的反向漏電流量相關(guān)，當改善該漏電流時，電流崩塌變得更加顯著。非專利文獻2中記載了在AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)場效晶體管中，表面的電荷負載 (電荷★~一^ >，)與電流崩塌之間存在相關(guān)性。非專利文獻1 “窒化物半導體全用^亡低消費電力型高周波〒八^ ^ ^開発” 1 口夕工夕卜最終成果報告會予稿集第84頁 85頁、平面KFM (二 J 6 AlGaN/GaN HFET們電 流=，7 7解析(“使用氮化物半導體的低耗電型高頻器件的開發(fā)”項目最終成果報告會 草案集第84頁 85頁，利用平面KFM的AlGaN/GaN HFET的電流崩塌分析)非專利文獻2 :S. Sabuktagin et al. Appl. Phys. Lett. Vol. 86，083506 (2005)

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)非專利文獻1、2可知，電流崩塌的產(chǎn)生與電荷負載相關(guān)。另外，如非專利文獻 1所示，漏電流與電流崩塌存在相互權(quán)衡的關(guān)系。具體地來說明，為了制作低損耗的氮化鎵基電子器件，在施加順向偏壓時需要抑 制電流崩塌以降低串聯(lián)電阻，并且同時需要降低反向泄漏。但是，由于采用了降低漏電流的 工藝條件，電流崩塌的程度加重，導致串聯(lián)電阻增大。相反，由于采用了降低電流崩塌的工 藝條件，導致漏電流增大。即，它們存在權(quán)衡的關(guān)系。隨著GaN基結(jié)晶的制作技術(shù)的進步，提供低位錯密度的GaN晶片。另外，隨著結(jié)晶 生長技術(shù)的進步，也可以制作低位錯密度的GaN模板。而且，可以在低位錯密度的GaN晶片 及GaN模板上，使用與在藍寶石襯底或碳化硅襯底上生長GaN基結(jié)晶實質(zhì)上相同的生長條 件來制作低位錯密度的GaN基結(jié)晶。由于GaN基結(jié)晶為低位錯密度，因此氮化鎵基電子器 件中的漏電流變小。但是，結(jié)果卻導致電流崩塌增大。本發(fā)明的目的在于提供電流崩塌降低的低損耗的III族氮化物電子器件，另外，本發(fā)明的目的在于提供適于III族氮化物電子器件的III族氮化物半導體外延襯底。本發(fā)明的一個方面的III族氮化物電子器件，包括(a)第一 AlxiInx2Gam2N(0 < Xl < 1,0 彡 X2 < 1,0 < X1+X2 < 1)層、(b)與所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N 層形成異質(zhì)結(jié)的第二 AIyiInY2Ga1-YH2N(O 彡 Yl < 1，O 彡 Y2 < 1，O 彡 Y1+Y2 < 1)層、(c)設置于 所述第一 AlxiInx2Gam2N層上的第一電極、及(d)設置于所述第一 AlxiInx2Gam2N層 上的第二電極，且所述第一 AlxiInx2Gam2N層位于所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層上，所 述第一 AlxiInx2Gam2N層的帶隙大于所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層的帶隙，所述第一 AlxiInx2Gam2N層的碳濃度小于1 X IO1W,所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層的位錯密度小于 1 X IO8CnT2，所述第一電極在所述第一 AlxiInx2Gam2N層上形成肖特基結(jié)。
本發(fā)明的另一方面的發(fā)明，是用于具有肖特基電極的III族氮化物電子器 件的III族氮化物半導體外延襯底，其包括(a)襯底、(b)設置于所述襯底上的第一 AlxiΙηΧ26&1_χ1_Χ2Ν(0 < Xl < 1,0 ^ X2 < 1,0 < X1+X2 < 1)層、及(c)設置于所述襯底上、 且與所述第一 AlxiInx2Ga1U2N層形成異質(zhì)結(jié)的第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N(0彡Yl < 1，0彡Y2
<1，0 彡 Y1+Y2 < 1)層，所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N 層設置于所述第一 AlxiInx2Ga1U2N 層 與所述襯底之間，所述第一々^叫燦^^層的帶隙大于所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層的帶 隙，所述第一 AlxiInx2Gam2N層的碳濃度小于1 X 1017cm_3，所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層的 位錯密度小于lX108cm_2。碳在氮化鎵基半導體中起到捕獲載流子的作用，因此，添加有碳的氮化鎵基半導 體中，漏電流降低。因此，利用碳的添加來降低漏電流。另一方面，根據(jù)該III族氮化物 電子器件及III族氮化物半導體外延襯底，由于第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層的位錯密度小于 IX IOW2,因此位錯引起的漏電流十分低。因此，即使生長于其上的第一 AlxiInx2Gam2N 層的碳濃度低至小于lX1017cm_3，漏電流的增加量也較小。第一AlxlInX2Gai_xl_X2N層中，電子 捕獲的能級數(shù)減少。III族氮化物電子器件中，通過經(jīng)由第一和第二電極而施加的電壓，在 所述陷阱能級捕獲電子。但是，由于第一々^叫燦^力層的碳濃度小于lX1017cm_3，因此 捕獲的電子數(shù)少，因此，電流崩塌的影響降低。本發(fā)明的一個方面的III族氮化物電子器件，包括(a)第一 AlxiInx2Gam2N(0 <X1<1,0^X2<1,0< Χ1+Χ2 < 1)層、(b)與所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N 層形成異質(zhì)結(jié) 的第二 AlY1InY2Ga1-Y1-Y2N (0 ^ Yl < 1,0 ^ Y2 < 1,0 ^ Y1+Y2 < 1)層、(c)設置于所述第一 八^??！^ ^力層上的第一電極、及(d)設置于所述第一AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層上的第二電極， 所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N 層位于所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N 層上，所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N 層的帶隙大于所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層的帶隙，所述第一 AlxiInx2Gam2N層的硅濃度為 1 X IO17CnT3以上，所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層的位錯密度小于1 X 108cm_2，所述第一電極在 所述第一 AlxiInx2Gam2N層上形成肖特基結(jié)。本發(fā)明的另一方面的發(fā)明，是用于具有肖特基電極的III族氮化物電子器 件的III族氮化物半導體外延襯底，其包括(a)襯底、(b)設置于所述襯底上的第一 AlxiΙηΧ26&1_χ1_Χ2Ν(0 < Xl < 1,0 ^ X2 < 1,0 < X1+X2 < 1)層、及(c)設置于所述襯底上、 且與所述第一 AlxiInx2Ga1U2N層形成異質(zhì)結(jié)的第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N(0彡Yl < 1，0彡Y2
<1，0 彡 Y1+Y2 < 1)層，所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N 層設置于所述第一 AlxiInx2Ga1U2N 層 與所述襯底之間，所述第一々^叫燦^^層的帶隙大于所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層的帶 隙，所述第一 AlxiInx2Ga1U2N層的硅濃度為1 X IO17CnT3以上，所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層 的位錯密度小于lX108cm_2。硅在氮化鎵基半導體中起到提供載流子的作用，因此添加有硅的氮化鎵基半導體中，氮化鎵基半導體的電阻率降低。因此，位錯密度大的氮化鎵基半導體中，通過來自硅的 載流子，產(chǎn)生較大的漏電流。另一方面，根據(jù)該III族氮化物電子器件及III族氮化物半導 體外延襯底，由于第二々、1 26 ^力層的位錯密度為lX108cm_2，因此位錯引起的漏電流 十分低。因此，即使生長于其上的第一 AlxiInx2Gam2N層的硅濃度大至IXlO17cnT3以上， 漏電流的增加量也較小。因此，第一AlxiInx2Gam2N層中，在陷阱能級被捕獲的電子的松弛 時間變短。III族氮化物電子器件中，通過經(jīng)由第一和第二電極施加的電壓，在陷阱能級捕 獲電子。但是，由于第一 AlxiInx2Gam2N層的硅濃度為IX 1017cm_3以上，因此施加電壓消 失后，被捕獲的電子在短時間內(nèi)退陷阱(^卜，y 7 )，因此，電流崩塌的影響降低。 本發(fā)明的一個方面的III族氮化物電子器件，包括(a)第一 AlxiInx2Gam2N(0 <X1<1,0^X2<1,0< Χ1+Χ2 < 1)層、(b)與所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N 層形成異質(zhì)結(jié) 的第二 AlY1InY2Ga1-Y1-Y2N (0 ^ Yl < 1,0 ^ Y2 < 1,0 ^ Y1+Y2 < 1)層、(c)設置于所述第一 八^！！^ ^力層上的第一電極、及(d)設置于所述第一AlxiInx2Ga1U2N層上的第二電極， 所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N 層位于所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N 層上，所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N 層的帶隙大于所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層的帶隙，所述第一 AlxiInx2Ga1Ix2N層的硅濃度 大于所述第一 AlxiInx2Gam2N層的碳濃度，所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層的位錯密度小于 1 X IO8CnT2，所述第一電極在所述第一 AlxiInx2Gam2N層上形成肖特基結(jié)。本發(fā)明的另一方面的發(fā)明，是用于具有肖特基電極的III族氮化物電子器 件的III族氮化物半導體外延襯底，其包括(a)襯底、(b)設置于所述襯底上的第一 AlxiΙηΧ26&1_χ1_Χ2Ν(0 < Xl < 1,0 ^ X2 < 1,0 < X1+X2 < 1)層、及(c)設置于所述襯底上、 且與所述第一 AlxiInx2Ga1U2N層形成異質(zhì)結(jié)的第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N(0彡Yl < 1，0彡Y2 < 1，0 彡 Y1+Y2 < 1)層，所述第二AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層設置于所述第一AlxiInx2Gam2N層與 所述襯底之間，所述第一 AlxiInx2Gam2N層的帶隙大于所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N的帶隙， 所述第一 AlxiInx2Gam2N層的硅濃度大于所述第一 AlxiInx2Gam2N層的碳濃度，所述第二 Α1γ1ΙηΥ26&1_γ1_Υ2Ν 層的位錯密度小于 1 X 108cm_2。碳在氮化鎵基半導體中起到捕獲載流子的作用，因此添加有碳的氮化鎵基半導體 中，漏電流降低。因此，利用碳的添加來降低漏電流。另外，硅在氮化鎵基半導體中起到提供 載流子的作用，因此添加有硅的氮化鎵基半導體中，氮化鎵基半導體的電阻率降低。因此， 位錯密度大的氮化鎵基半導體中，通過來自硅的載流子，產(chǎn)生較大的漏電流。另一方面，根 據(jù)該III族氮化物電子器件及III族氮化物半導體外延襯底，由于第二
的位錯密度為lX108cm_2，因此位錯引起的漏電流十分低。因此，在第一 AlxiInx2Ga1H2N層 中，即使硅濃度大于碳濃度，漏電流的增加量也較小。另外，因碳捕獲電子而導致的電流崩 塌會因硅濃度比碳濃度大而降低。本發(fā)明的上述方面的III族氮化物電子器件、III族氮化物半導體外延襯底及III 族氮化物半導體襯底制品中，優(yōu)選所述第一 AlxiInx2Ga1H2N層的碳濃度為lX1017cm_3以 上。根據(jù)上述III族氮化物電子器件、III氮化物半導體外延襯底及III族氮化物半 導體襯底制品，在碳濃度為IXlO17Cnr3以上的第一 AlxiInx2Gam2N層中，形成由碳原子引 起的多個電子陷阱能級且漏電流變小。通過以大于碳濃度的濃度調(diào)節(jié)硅的添加來調(diào)節(jié)第一 AlxiInx2Gam2N層中的漏電流等。結(jié)果，由于電子捕獲而產(chǎn)生的電流崩塌因濃度大于碳濃度的硅而降低。本發(fā)明的III族氮化物電子器件中，所述第一 AlxiInx2Gam2N層為AlGaN勢壘 層，該III族氮化物電子器件為異質(zhì)結(jié)晶體管，所述第一電極為所述異質(zhì)結(jié)晶體管的柵 極，所述第二電極為所述晶體管的漏極，該III族氮化物電子器件還包括設置于所述第一 AlxiInx2Gam2N層上的源極。根據(jù)該III族氮化物電子器件，在異質(zhì)結(jié)晶體管中，可避免漏 電流大幅增加，同時可降低電流崩塌。
本發(fā)明的III族氮化物電子器件、III族氮化物半導體外延襯底及III族氮化物 半導體襯底制品中，所述第一 AlxiInx2Gam2N層為AlGaN勢壘層，所述III族氮化物電子器 件為具有異質(zhì)結(jié)的晶體管，所述肖特基電極為所述晶體管的柵極。根據(jù)該III族氮化物電 子器件、III族氮化物半導體外延襯底及III族氮化物半導體襯底制品，可制作能避免漏電 流大幅增加、同時能降低電流崩塌的異質(zhì)結(jié)晶體管。本發(fā)明的III族氮化物電子器件、III族氮化物半導體外延襯底及111族氮化物半 導體襯底制品中，所述第一 AlxiInx2Gam2N層為AlGaN層，該III族氮化物電子器件為肖特 基勢壘二極管，所述第一電極為所述肖特基勢壘二極管的陽極，所述第二電極為所述肖特 基勢壘二極管的陰極。根據(jù)該III族氮化物電子器件、III族氮化物半導體外延襯底及III 族氮化物半導體襯底制品，在肖特基勢壘二極管中，可避免漏電流大幅增加，同時可降低電 流崩塌。另外，根據(jù)該III族氮化物半導體外延襯底，可制作能避免漏電流大幅增加、同時 能降低電流崩塌的肖特基勢壘二極管。本發(fā)明的上述方面的III族氮化物電子器件、III族氮化物半導體外延襯底及III 族氮化物半導體襯底制品中，優(yōu)選所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層包含GaN。根據(jù)III族氮化 物電子器件及III族氮化物半導體襯底制品，可生長品質(zhì)良好的GaN結(jié)晶，因此可降低漏電流。本發(fā)明的上述方面的III族氮化物電子器件、III族氮化物半導體外延襯底及III 族氮化物半導體襯底制品中，可還包括具有IXlO8CnT2以下的位錯密度的GaN襯底。優(yōu)選 所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層設置于所述GaN襯底上，所述第一 AlxiInx2Gam2N層設置于所 述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層上。III族氮化物電子器件、III族氮化物半導體外延襯底及III 族氮化物半導體襯底制品中，由于GaN襯底的位錯密度小，因此位錯引起的漏電流變小，但 可降低電流崩塌。本發(fā)明的上述方面的III族氮化物電子器件、III族氮化物半導體外延襯底及III 族氮化物半導體襯底制品中，所述GaN襯底可具有半絕緣性。根據(jù)III族氮化物電子器件、 III族氮化物半導體外延襯底及III族氮化物半導體襯底制品，可提供具有良好高頻特性 的電子器件。本發(fā)明的上述方面的III族氮化物電子器件、III族氮化物半導體外延襯底及III 族氮化物半導體襯底制品，可還包括具有IXlO8CnT2以下的位錯密度的GaN模板。所述第 二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層設置于所述GaN模板上，所述第一 AlxiInx2Gam2N層設置于所述第二 AIyiInY2Gai_Y1_Y2N層上。根據(jù)III族氮化物電子器件、III族氮化物半導體外延襯底及III族 氮化物半導體襯底制品，由于GaN模板的位錯密度小，因此位錯引起的漏電流變小，但可降 低電流崩塌。本發(fā)明的上述目的及其它目的、特征及優(yōu)點，可根據(jù)參考附圖進行的本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的以下詳細記述來更容易地理解。發(fā)明效果如上所述，根據(jù)本發(fā)明，可提供電流崩塌降低且低損耗的III族氮化物電子器件。另外，根據(jù)本發(fā)明，可提供適于低損耗的III族氮化物電子器件的III族氮化物半導體外延 襯底。


圖1是示意地表示本實施方式的111族氮化物基異質(zhì)結(jié)晶體管及用于具有肖特基 電極的III族氮化物電子器件的III族氮化物半導體外延襯底的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是示意地表示本實施方式的III族氮化物基異質(zhì)結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)的圖。圖3是表示外延襯底的結(jié)構(gòu)的圖。圖4是表示與碳添加相關(guān)的、漏電流密度與電流崩塌的關(guān)系的圖表。圖5是表示碳濃度與電流崩塌的關(guān)系的一覽的圖。圖6是表示碳濃度與電流崩塌的關(guān)系的圖表。圖7是表示位錯密度與漏電流密度的關(guān)系的圖表。圖8是表示與硅添加相關(guān)的、漏電流密度與電流崩塌的關(guān)系的圖表。圖9是表示與硅添加相關(guān)的、漏電流密度與電流崩塌的關(guān)系的一覽的圖。標記說明ll、lla、llb、llc III族氮化物基電子器件13、13a、13b、13c H-AlxiInx2Ga1^x2N M15AlyiIny2Gam2N M17第一電極19第二電極17a、18a、19a電極21異質(zhì)結(jié)23襯底25二維電子氣層31外延襯底33高電阻GaN襯底35非摻雜GaN層37Ala25Gaa75N 層E1、E2、E3、E4III族氮化物半導體外延襯底Nsil3硅濃度
具體實施例方式本發(fā)明的見解通過參考作為例示給出的附圖來思考以下詳細說明可以容易地理 解。接著，參考附圖對本發(fā)明的III族氮化物電子器件、III族氮化物半導體外延襯底及III 族氮化物半導體襯底制品的實施方式進行說明?？赡艿那闆r下，同一部分使用同一符號。圖1的(a)部分是表示本實施方式的III族氮化物電子器件、III族氮化物半導體外延襯底及III族氮化物半導體襯底制品的結(jié)構(gòu)的圖。III族氮化物電子器件11包括 第一 AlxiInx2Ga1-X1-X2N(O < Xl < 1,0 ^ X < 1,0 < X1+X2 < 1)層 13 (13a、13b、13c)、第二 AIyiΙηΥ26&1_γ1_Υ2Ν (0 ^ YI < 1,0 ^ Y2 < 1,0 ^ Υ1+Υ2 < 1)層 15、第一電極 17 及第二電極 19。第二々、工 力 ^力層15與第一 AlxiInx2Ga1U2N層13形成異質(zhì)結(jié)21。第一電極17 設置于第一 AlxiInx2Gam2N層13上，且在第一 AlxiInx2Gam2N層13上形成結(jié)。第二電極 19設置于第一 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層13上，且在第一 AlxiInx2Gam2N層13上形成結(jié)。第一 AlxiInx2Gam2N層13的帶隙大于第二 AlxlInX2Gai_xl_X2N層15的帶隙。第一電極17在第一 AlxiInx2Gam2N層13上形成肖特基結(jié)。第一電極17設置于第一 AlxiInx2Gam2N層13及 第二 Α1 InY2Ga1^2N層15上，且設置于襯底23上。 另外，圖1的(a)部分表示用于具有肖特基電極的III族氮化物電子器件的III族 氮化物半導體外延襯底的一部分，用于III族氮化物電子器件11的電極17、19設置于III 族氮化物半導體外延襯底El的主面上。另外，III族氮化物半導體襯底制品包含III族氮 化物半導體外延襯底及設置于其上的電極17、19。優(yōu)選的實施例中，III族氮化物基電子器件11例如為異質(zhì)結(jié)晶體管及肖特基勢壘 二極管。在III族氮化物基電子器件11的工作中的某個期間內(nèi)，對第一電極17施加反向偏 壓。另一方面，III族氮化物電子器件11的工作中，在對第一電極17施加順向偏壓的工作 期間內(nèi)，第二電極19提供流至III族氮化物電子器件11中的載流子。因此，優(yōu)選第二電極 19在第一 AlxiInx2Gam2N層13上形成歐姆結(jié)。就材料而言，作為第一 AlxiInx2Gam2N層 13及第二的組合，可以使用例如AlGaN/GaNjlGaN/InGaNjUGa^N/ AlyiGa1^1N (XI > Yl > 0)、InAlN/GaN 等。第一 △15(11%26&1_)(1_)^層 13 及第二 AIyiΙΠΥ26&1_Υ1_Υ2Ν 層15利用例如金屬有機氣相生長法進行生長。III族氮化物電子器件11為異質(zhì)結(jié)晶體管時，第一電極17為柵極，第二電極19為 源極及漏極?；蛘?，III族氮化物電子器件11為肖特基勢壘二極管時，第一電極17為陽極， 第二電極19為陰極。這些電子器件均為電流在氮化鎵基半導體層的表層流過的電子器件， 即所謂的橫向電子器件。因此，III族氮化物電子器件11的電特性對在氮化鎵基半導體層 的表層被捕獲的電荷敏感。接著，參考圖1的(b)部分、圖2的(a)部分及圖2的(b)部分，以異質(zhì)結(jié)晶體管 作為本實施方式的III族氮化物電子器件的示例來進行說明。圖1的(b)部分是示意地表示本實施方式的III族氮化物基異質(zhì)結(jié)晶體管 的結(jié)構(gòu)的圖。III族氮化物基異質(zhì)結(jié)晶體管(以下參考為“晶體管”)lla包括第一 八^！！^ ^力層13a、第二 △、1 26￡11^力層15及電極17a、18a、19a。晶體管Ila中使 用第一 AlxiInx2Ga1-X1-X2N 層 13a 來代替第一 AlxiInx2Ga1-X1-X2N 層 13。第一 AlxiInx2Ga1-X1-X2N 層 13a 的碳濃度 Nci3 小于 1 X IO1W0 第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N 層 15 的位錯密度 D 為 1 X 108cnT2。 通過異質(zhì)結(jié)21，生成二維電子氣層25。電極17a、18a、19a分別為柵極、源極及漏極。另外， 電極17a、18a、19a的陣列形成于III族氮化物半導體外延襯底E2上，III族氮化物半導體 外延襯底E2包含與第一 AlxiInx2Gam2N層13a、第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層15及襯底23對應 的構(gòu)成物。碳在氮化鎵基半導體中形成捕獲載流子的能級。因此，添加有碳的氮化鎵基半導 體中，漏電流小。因此，利用碳的添加來降低漏電流。另一方面，根據(jù)該晶體管Ila及III族氮化物半導體外延襯底E2，由于第二々、1 26 ^#層15的位錯密度小于IX 108cm_2， 因此位錯引起的漏電流十分低。因此，即使生長于其上的第一 AlxiInx2Gam2N層13a的 碳濃度低至小于IXlO17Cnr3的程度，漏電流的增加量也較小且處于容許范圍內(nèi)。第一 AlxiInx2Gam2N 層 13a 中，由于第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N 層 13a 的碳濃度 Nci3 小于 1 X IO1W, 因此由碳引起的電子捕獲的能級數(shù)減少。通過經(jīng)由第二電極18a施加的電壓，電子在柵極 附近的AlxiInx2Gam2N層13a的陷阱能級被捕獲，但被捕獲的電子數(shù)量因碳濃度的降低而 減少，因此，電流崩塌的影響降低。襯底23具有穿透位錯密度Tdd，位錯密度Tdd例如優(yōu)選小于1 X 108cm_2。作為襯底 23，可以使用 GaN、AlN、AlGaN、InGaN 等。圖2的(a)部分是示意地表示本實施方式的III族氮化物基異質(zhì)結(jié)晶體管的 結(jié)構(gòu)的圖。III族氮化物基異質(zhì)結(jié)晶體管llb(以下參考為“晶體管lib”)包括第一 AlxiInx2Gam2N 層 13b、第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N 層 15 及電極 17a、18a、19a。晶體管 lib 中，使 用第一 AlxiInx2Gam2N層13b來代替第一 AlxiInx2Gam2N層13。III族氮化物半導體外 延襯底E3包含與第一 AlxiInx2Gam2N層13b、第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層15及襯底23對應的 構(gòu)成物，在III族氮化物半導體外延襯底E3的主面上形成有電極17a、18a、19a的陣列。第 一 AlxlInX2Gai_xl_X2N 層 13b 的硅濃度 Nsil3 為 1 X IO17CnT3 以上。在氮化鎵基半導體中，硅起到提供載流子的作用。因此，添加有硅的氮化鎵基半導 體中，氮化鎵基半導體的電阻率降低。因此，位錯密度大的氮化鎵基半導體中，通過來自硅 的載流子，產(chǎn)生較大的漏電流。另一方面，根據(jù)該III族氮化物電子器件lib及III族氮化 物半導體外延襯底E3，第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層15的位錯密度D為1 X 108cm_2，因此位錯引 起的漏電流十分低。因此，即使生長于其上的第一 AlxiInx2Gam2N層13b的硅濃度Nsil3大 至IX IO17CnT3以上，漏電流的增加量也較小。第一 AlxiInx2Gam2N層13b中，在陷阱能級被 捕獲的電子的松弛時間變短。通過經(jīng)由第一電極17a、第二電極19a施加的電壓，電子在第 一 AlxiInx2Gam2N層13b的柵極附近的陷阱能級被捕獲。但是，由于第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N 層13b的硅濃度為IXlO17cnT3以上，因此施加電壓消失后，被捕獲的電子在短時間內(nèi)退陷 阱，因此，電流崩塌的影響降低。優(yōu)選硅濃度Nsil3為IXlO19cnT3以下。圖2的(b)部分是示意地表示本實施方式的III族氮化物基異質(zhì)結(jié)晶體管的 結(jié)構(gòu)的圖。III族氮化物基異質(zhì)結(jié)晶體管llc(以下參考為“晶體管lie”)包括第一 AlxiInx2Gam2N 層 13c、第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N 層 15 及電極 17a、18a、19a。晶體管 lie 中，使 用第一 AlxiInx2Gam2N層13c來代替第一 AlxiInx2Gam2N層13。III族氮化物半導體外 延襯底E4包含與第一 AlxiInx2Gam2N層13c、第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層15及襯底23對應的 構(gòu)成物。III族氮化物半導體襯底制品中，在III族氮化物半導體外延襯底E4的主面上形 成有電極17a、18a、19a的陣列。如前所述，碳在氮化鎵基半導體中起到捕獲載流子的作用，硅在氮化鎵基半導體 中起到提供載流子的作用。氮化鎵基半導體中添加有碳，載流子被該碳產(chǎn)生的陷阱能級捕 獲而容易發(fā)生電流崩塌，但另一方面，由于添加有濃度高于碳濃度的硅，因此存在比陷阱能 級的數(shù)量多的載流子，電阻率降低。因此，在施加電壓消失后，被捕獲的電子在短時間內(nèi)退 陷阱，因此電流崩塌的影響降低。另外，根據(jù)該晶體管Ilc及III族氮化物半導體外延襯底 E4，由于第二々、1 26 ^#層15的位錯密度為lX108cm_2，因此位錯引起的漏電流十分低。因此，第一 AlxiInx2Gam2N層13c中，即使硅濃度大于碳濃度，漏電流的增加量也較小。以上所說明的關(guān)系(電流崩塌與碳濃度的關(guān)系)是由本發(fā)明人根據(jù)以下實驗而發(fā) 現(xiàn)的。(實驗例)實驗1: 使用金屬有機氣相生長(MOVPE)法，在(0001)面的藍寶石襯底上，以如下方式制 作外延襯底。在氫氣氛圍中在1050°C及爐內(nèi)壓力100托(1托換算為133. 322帕斯卡)的 條件下，進行5分鐘的爐內(nèi)熱處理。然后，在520°C低溫生長GaN緩沖層(25nm)，接著，在 1050°C、爐內(nèi)壓力100托及V/III = 1000的條件下，生長2μπι的非摻雜GaN層。接著，在 1070°C、50托及V/III = 500的條件下生長非摻雜的Ala25Gaa75N層。通過這些步驟，制作 外延襯底A-I。通過TEM評價得到的GaN層的位錯密度為2 X 109cm_2。實驗2 使用MOVPE法，在6H_SiC襯底上，以如下方式制作外延襯底。在氫氣氛圍中在 1050°C及爐內(nèi)壓力100托的條件下，進行5分鐘的爐內(nèi)熱處理。然后，在1080°C生長非摻 雜的Ala5Gaa5N緩沖層(IOOnm)。接著，在1050°C、爐內(nèi)壓力100托及V/III = 1000的條件 下，生長2μπι的非摻雜GaN層。接著，在1070°C、50托及V/III = 500的條件下，生長非摻 雜的25nm的Ala75Gaa25N層。通過這些步驟，制作外延襯底B-I。通過TEM評價得到的GaN 層的位錯密度為5X108cm_2。實驗3 使用MOVPE法，以如下方式制作圖3所示的外延襯底31。在氨氣氛圍中在1000°C 的溫度下，對高電阻GaN襯底33的表面進行5分鐘的爐內(nèi)熱處理。然后，在1050°C、爐內(nèi) 壓力100托及V/III = 1000的條件下，生長2μπι的非摻雜GaN層35。接著，在1070°C、50 托及V/III = 500的條件下，生長非摻雜的25nm的Ala25Gaa75N層37。通過這些步驟，制作 外延襯底C-1、D-1。通過TEM評價得到的外延襯底C-I的GaN層的位錯密度為1 X 108cm_2， 外延襯底D-I的GaN層的位錯密度為5 X IO6CnT2。與上述各實驗相同，利用各種生長壓力來生長AlGaN層。在75托的生長壓力下制 作外延襯底A-2 E-2，在100托的生長壓力下制作外延襯底A-3 E-3，在150托的生長 壓力下制作外延襯底A-4 E-4，在200托的生長壓力下制作外延襯底A-5 E-5。為了評價反向偏壓時的漏電流Igs (柵極_源極間電流)及電流崩塌，在上述外延 襯底上形成電極(柵極、源極及漏極)，制作HEMT結(jié)構(gòu)的晶體管。柵極具有柵極寬度Wg = 0. 5mm、漏極-柵極間隔Lgd = IOym的環(huán)形，漏極位于環(huán)內(nèi)，并且源極以包圍環(huán)的方式設 置。為了對崩塌狀態(tài)進行評價，在施加反向偏壓前測定導通電阻，并且在施加Vds = 100伏的電壓5分鐘后測定導通電阻，從而通過其比值(施加偏壓后的導通電阻/施加偏壓 前的導通電阻)來規(guī)定電流崩塌。不存在電流崩塌時，導通電阻比為1。存在電流崩塌時， 電流崩塌大于1。另外，漏電流由施加Vds= 100伏的電壓時的Igs(柵極-源極間電流)規(guī)定。圖4表示這些測定的結(jié)果。圖4中顯示有特性線C1、C2、C3、C4。圖5表示圖4所 示的測定結(jié)果。該圖5中，碳濃度為GaN襯底上的AlGaN的碳濃度。圖5中，例如在生長壓力50托下，Sap襯底上的AlGaN的碳濃度為3. 2 X IO1W3,漏電流為2. 2 X 10_9A/mm，電流崩 塌為10. 41。Sap襯底表示藍寶石襯底。如圖4及圖5所示，漏電流與電流崩塌間的權(quán)衡關(guān)系成立，而與襯底的種類無關(guān)。 另外，圖5中，在生長壓力為150托時，碳濃度為例如9. 7X IO1W3,該值小于1.0X IO1W0 在該碳范圍內(nèi)，低位錯GaN襯底上的HEMT結(jié)構(gòu)中的漏電流與電流崩塌均獲得良好的特性。
使用任一襯底，漏電流與電流崩塌間的權(quán)衡關(guān)系均成立，但本實驗中使用的藍寶 石襯底及SiC襯底的外延襯底的漏電流，與GaN襯底相比較多，并且隨著碳濃度的增加，電 流崩塌也增加。另一方面，本實驗中使用的GaN襯底的外延襯底的漏電流較少，并且即使為 了降低電流崩塌而減小碳濃度，漏電流的增加量也在可容許范圍內(nèi)。即，也可以認為使用低 位錯GaN襯底的外延襯底能夠部分性地緩和本發(fā)明的權(quán)衡。實驗中，為了實現(xiàn)各種位錯密度，使用藍寶石襯底、SiC襯底、GaN襯底，本發(fā)明的 權(quán)衡的緩和與襯底種類并沒有本質(zhì)上的關(guān)聯(lián)，而是與緩沖層的位錯密度相關(guān)聯(lián)。低位錯GaN 襯底適于形成低位錯的緩沖層。通過低位錯的緩沖層，為AlGaN勢壘層提供低位錯的基底 層。因此，如果低位錯AlN襯底或AlN/藍寶石模板也為IXlO8CnT2以下的位錯密度，則可 實現(xiàn)權(quán)衡(漏電流與電流崩塌的權(quán)衡)的緩和。即，在低位錯GaN襯底上的HEMT結(jié)構(gòu)中，例如，通過增大生長壓力而降低碳濃度， 雖然漏電流稍有增加，但增加后的漏電流沒有超過容許范圍而十分低，并且，電流崩塌也可 降低至實用性的水平。實用性的電流崩塌水平，在圖4中表示為“Refl”。水平Refl例如以 導通電阻比表示為約1.3。圖6是表示碳濃度與電流崩塌的關(guān)系的圖。圖6中顯示有特性線Il 14。電流崩 塌大的器件中，導通電阻增大。因此，優(yōu)選電流崩塌的值為約1.3的值以下。圖6中的“Ref2” 表示1. 3。參考圖5，如果碳濃度小于1 X IO1W,則位錯密度為2X IO9CnT3 5X 106cm_3的 范圍，可提供實用性的電流崩塌。圖7是表示位錯密度與漏電流密度的關(guān)系的圖。圖7中顯示有特性線Jl J5。 漏電流密度的實用性水平為lXlOl/cnT2以下，該值作為圖7的“Ref3”來參考。隨著碳濃 度的降低，漏電流也降低。但是，如果考慮到電流崩塌的值，則優(yōu)選碳濃度小于lX1017cnT3。 碳濃度小于IX 1017cnT3、位錯密度小于IXlO8CnT2時，漏電流密度及電流崩塌在實用性的范 圍內(nèi)。上述實驗中，為了變更碳濃度而改變生長壓力。但是，碳濃度的降低也可以通過變 更生長溫度、氨流量、V/III比、生長率等來實現(xiàn)，并且根據(jù)本發(fā)明人的實驗均可獲得相同的 結(jié)果。就生長溫度而言，當提高溫度時碳濃度降低。就氨流量而言，當增大流量時碳濃度降 低。就V/III比而言，當增大V/III比時碳濃度降低。就生長率而言，當降低生長率時碳濃 度降低。上述實驗中，說明了勢壘層中的碳的降低。不僅降低碳濃度會獲得上述效果，而且 向勢壘層中摻雜硅(Si)，也可獲得與降低碳的效果相同的結(jié)果。改變硅濃度來制作外延襯底。在作為制作條件的外延襯底A-3、B-3、C_3、D_3 的條件(AlGaN的生長壓力為10托)下，向AlGaN層中添加濃度分別為3. 1 X 1016cnT3、 1. IX IO1W3,3. 7X IO17Cm-3的硅。對這些外延襯底，進行崩塌狀態(tài)及漏電流的評價。圖8表示這些測定的結(jié)果。圖8中顯示有特性線S1、S2、S3、S4。圖9表示圖8所示的結(jié)果的一覽。該圖9中，Si濃度是GaN襯底上的AlGaN的Si濃度。圖9中，例如在生 長壓力為100托時，Sap襯底上的AlGaN的碳濃度為3. 4 X IO1W3, Si濃度為3. 1 X IO1W3, 漏電流為3. 9X 10_6A/mm，電流崩塌為1. 36。與硅濃度無關(guān)，使用3. 4X IO1W3的碳濃度。如圖8所示，漏電流與電流崩塌間的權(quán)衡關(guān)系成立，而與襯底的種類無關(guān)。另外， 圖9中，在生長壓力為100托時，Si濃度例如為1. IX IO17cm-3，為LOXIOiW以上。在該 Si濃度范圍內(nèi)，在低位錯GaN襯底上的HEMT結(jié)構(gòu)中，漏電流與電流崩塌均可獲得良好的特 性。根據(jù)另一觀點，硅濃度與碳濃度相等或超過碳濃度時，在低位錯GaN襯底上的 HEMT結(jié)構(gòu)中，漏電流與電流崩塌均可獲得良好的特性。隨著AlGaN中Si的添加，在位錯密 度大的AlGaN (例如藍寶石襯底或SiC襯底上形成的AlGaN)中，與崩塌降低的同時漏電流 大幅增加。但是，在位錯密度小的AlGaN(低位錯GaN襯底上形成的AlGaN)中，與Si添加 相伴的漏電流的增加量十分低，并且，電流崩塌可大幅降低。當同時添加碳及Si時，在以 下的濃度范圍內(nèi)使用。優(yōu)選碳濃度為3X IO16CnT3以上。其原因在于碳濃度難以降低至該 濃度以下。優(yōu)選碳濃度為IXlO19cnT3以下。其原因在于難以獲得良好的外延膜。優(yōu)選Si 濃度為3X IO16CnT3以上。其原因在于難以使Si濃度為3X IO16CnT3以下。優(yōu)選Si濃度為 IXlO19Cm-3以下。其原因在于當Si濃度太高時漏電流增大。另外，通過降低緩沖層(例如GaN緩沖層)中的碳，也可獲得與本實施方式的效果 相同的效果。具體而言，對電流崩塌的降低有效果。本實施例中對HEMT結(jié)構(gòu)進行了說明。 本發(fā)明并不限于實施方式中所說明的方式，在橫向肖特基勢壘二極管等橫向 電子器件等中 也可獲得相同的效果。在優(yōu)選的實施方式中對本發(fā)明的原理進行了圖示說明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應當了 解，本發(fā)明可在不脫離其原理的范圍內(nèi)對配置及細節(jié)加以變更。本發(fā)明并不限定于本實施 方式中所公開的特定構(gòu)成。因此，請求保護權(quán)利要求書請求的范圍及根據(jù)其精神范圍而得 到的所有修正及變更。產(chǎn)業(yè)實用性以往，在GaN襯底上制作HEMT結(jié)構(gòu)用外延膜時，使用在藍寶石襯底上制作HEMT結(jié) 構(gòu)用外延膜的條件。將碳濃度為3X1017cm_3以上的條件直接用于GaN襯底中的生長，因此 雖然漏電流密度極小，但電流崩塌與藍寶石襯底上的HEMT結(jié)構(gòu)相比變大。但是，如上所述，可以通過使AlGaN中的碳濃度小于lX1017cm_3，而使電流崩塌與 電流泄漏同時降低。另外，可以通過使AlGaN中的硅濃度為lX1017cm_3以上，而使電流崩 塌與電流泄漏同時降低。并且，可以通過使AlGaN中的硅濃度大于碳濃度，而使電流崩塌與 電流泄漏同時降低。即，通過使用低位錯的基底半導體區(qū)域，可以利用增加漏電流等生長條 件，部分性地緩和漏電流與電流崩塌之間的權(quán)衡關(guān)系，從而可以實現(xiàn)低漏電流且基本抑制 電流崩塌。
權(quán)利要求
一種III族氮化物電子器件，其特征在于，包括第一AlX1InX2Ga1-X1-X2N(0＜X1＜1，0≤X2＜1，0＜X1+X2＜1)層；與所述第一AlX1InX2Ga1-X1-X2N層形成異質(zhì)結(jié)的第二AlY1InY2Ga1-Y1-Y2N(0≤Y1＜1，0≤Y2＜1，0≤Y1+Y2＜1)層；設置于所述第一AlX1InX2Ga1-X1-X2N層上的第一電極；及設置于所述第一AlX1InX2Ga1-X1-X2N層上的第二電極，所述第一AlX1InX2Ga1-X1-X2N層位于所述第二AlY1InY2Ga1-Y1-Y2N層上，所述第一AlX1InX2Ga1-X1-X2N層的帶隙大于所述第二AIY1InY2Ga1-Y1-Y2N層的帶隙，所述第一AlX1InX2Ga1-X1-X2N層的碳濃度小于1×1017cm-3，所述第二AlY1InY2Ga1-Y1-Y2N層的位錯密度小于1×108cm-2，所述第一電極在所述第一AlX1InX2Ga1-X1-X2N層上形成肖特基結(jié)。
2.—種III族氮化物電子器件，其特征在于，包括n—AlxlInX2Gai_xl_X2N(0 < XI < 1,0 ^ X2 < 1,0 < X1+X2 < 1)層；與所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N層形成異質(zhì)結(jié)的第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N(0 彡 Yl < 1，0 彡 Y2<1，0 彡 Y1+Y2 < 1)層；設置于所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N層上的第一電極；及設置于所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N層上的第二電極，所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N 層位于所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N 層上，所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N層的帶隙大于所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層的帶隙，所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N層的硅濃度為lX1017CnT3以上，所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層的位錯密度小于1 X 108cm_2，所述第一電極在所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N層上形成肖特基結(jié)。
3.—種III族氮化物電子器件，其特征在于，包括n—AlxlInX2Gai_xl_X2N(0 < XI < 1,0 ^ X2 < 1,0 < X1+X2 < 1)層；與所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N層形成異質(zhì)結(jié)的第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N(0 彡 Yl < 1，0 彡 Y2<1，0 彡 Y1+Y2 < 1)層；設置于所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N層上的第一電極；及設置于所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N層上的第二電極，所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N 層位于所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N 層上，所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N層的帶隙大于所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層的帶隙，所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N層的硅濃度大于所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N層的碳濃度，所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層的位錯密度小于1 X 108cm_2，所述第一電極在所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N層上形成肖特基結(jié)。
4.如權(quán)利要求3所述的III族氮化物電子器件，其特征在于，所述第一AlxlInX2Gai_xl_X2N 層的碳濃度為lX1017cm_3以上。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的III族氮化物電子器件，其特征在于， 所述第一 AlnInX2Gai_xl_X2N層為AlGaN勢壘層，該III族氮化物電子器件為異質(zhì)結(jié)晶體管， 所述第一電極為所述異質(zhì)結(jié)晶體管的柵極，所述第二電極為所述異質(zhì)結(jié)晶體管的漏極，該III族氮化物電子器件還包括設置于所述第一 AlxiInx2Ga1H2N層上的源極。
6.如權(quán)利要求5所述的III族氮化物電子器件，其特征在于，所述第二AlY1InY2Gai_Y1_Y2N 層包含GaN。
7.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的III族氮化物電子器件，其特征在于， 所述第一 AlxiInx2Gam2N 層為 AlGaN 層，該III族氮化物電子器件為肖特基勢壘二極管， 所述第一電極為所述肖特基勢壘二極管的陽極， 所述第二電極為所述肖特基勢壘二極管的陰極。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的III族氮化物電子器件，其特征在于，還包括具有 1 X IO8CnT2以下的位錯密度的GaN襯底，所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層設置于所述GaN襯底上。
9.如權(quán)利要求8所述的III族氮化物電子器件，其特征在于，所述GaN襯底具有半絕緣性。
10.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的III族氮化物電子器件，其特征在于，還包括具 有1 X IO8CnT2以下的位錯密度的GaN模板，所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層設置于所述GaN模板上。
11.一種III族氮化物半導體外延襯底，用于具有肖特基電極的III族氮化物電子器 件，其特征在于，包括襯底；設置于所述襯底上的第一 AlxiInx2Ga1U2N(0 < Xl < 1,0 ^ X2 < 1,0 < X1+X2 < 1) 層；及設置于所述襯底上、并與所述第一 AlxiInx2Gam2N層形成異質(zhì)結(jié)的第二 AIyiIriY2Ga1-Y1-Y2N (0 ^ Yl < 1,0 ^ Y2 < 1,0 ^ Y1+Y2 < 1)層，所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層設置于所述第一 AlxiInx2Gam2N層與所述襯底之間， 所述第一 AlxiInx2Gam2N層的帶隙大于所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層的帶隙， 所述第一 AlxiInx2Gam2N層的碳濃度小于1 X IO1W, 所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層的位錯密度小于1 X 108cm_2。
12.—種III族氮化物半導體外延襯底，用于具有肖特基電極的III族氮化物電子器 件，其特征在于，包括襯底；設置于所述襯底上的第一 AlxiInx2Ga1U2N(0 < Xl < 1,0 ^ X2 < 1,0 < X1+X2 < 1) 層；及設置于所述襯底上、并與所述第一 AlxiInx2Gam2N層形成異質(zhì)結(jié)的第二 AIyiIriY2Ga1-Y1-Y2N (0 ^ Yl < 1,0 ^ Y2 < 1,0 ^ Y1+Y2 < 1)層，所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層設置于所述第一 AlxiInx2Gam2N層與所述襯底之間， 所述第一 AlxiInx2Gam2N層的帶隙大于所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層的帶隙， 所述第一 AlxiInx2Gam2N層的硅濃度為IX IO17cnT3以上， 所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層的位錯密度小于1 X 108cm_2。
13.—種III族氮化物半導體外延襯底，用于具有肖特基電極的III族氮化物電子器 件，其特征在于，包括襯底；設置于所述襯底上的第一 AlxJr^GaHmMO < XI < 1,0 ^ X2 < 1,0 < X1+X2 < 1) 層；及設置于所述襯底上、且與所述第一 AlxlI%2Gai_xl_X2N層形成異質(zhì)結(jié)的第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N(0 彡 Y1<1，0 彡 Y2<1，0 彡 Y1+Y2 < 1)層，所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層設置于所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N層與所述襯底之間， 所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N層的帶隙大于所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N的帶隙， 所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N層的硅濃度大于所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N層的碳濃度， 所述第二 AlY1InY2Gai_Y1_Y2N層的位錯密度小于1 X 108cm_2。
14.如權(quán)利要求13所述的III族氮化物半導體外延襯底，其特征在于，所述第一 AlxlInX2Gai_xl_X2N 層的碳濃度為 lX1017Cm_3 以上。
15.如權(quán)利要求11至14中任一項的III族氮化物半導體外延襯底，其特征在于， 所述第一 AlnInX2Gai_xl_X2N層為AlGaN勢壘層，所述III族氮化物電子器件是所述肖特基電極為柵極的異質(zhì)結(jié)晶體管。
16.如權(quán)利要求11至14中任一項所述的III族氮化物半導體外延襯底，其特征在于， 所述第一 AlnInX2Gai_xl_X2N 層為 AlGaN 層，所述III族氮化物電子器件是所述肖特基電極為陽極的橫向肖特基勢壘二極管。
17.如權(quán)利要求15或16所述的III族氮化物半導體外延襯底，其特征在于，所述第二 AlyJnY^a^Yi^N 層包含 GaN。
18.如權(quán)利要求11至17中任一項所述的III族氮化物半導體外延襯底，其特征在于， 所述襯底包含具有1 X 108cm_2以下的位錯密度的GaN襯底。
19.如權(quán)利要求18所述的III族氮化物半導體外延襯底，其特征在于，所述GaN襯底具 有半絕緣性。
20.如權(quán)利要求11至17中任一項所述的III族氮化物半導體外延襯底，其特征在于， 所述襯底包含具有1 X 108cm_2以下的位錯密度的GaN模板。
全文摘要
本發(fā)明的III族氮化物基異質(zhì)結(jié)晶體管11a中，第二AlY1InY2Ga1-Y1-Y2N層1 5與第一Alx1Inx2Ga1-x1-x2N層13a形成異質(zhì)結(jié)21。第一電極17在第一Alx1Inx2Ga1-x1-x2N層13a上形成肖特基結(jié)。第一Alx1Inx2Ga1-x1-x2N層13a及第二AlY1InY2Ga1-Y1-Y2N層15設置于襯底23上。電極17a、18a、19a各自包含源極、柵極及漏極。第一Alx1Inx2Ga1-x1-x2N層13a的碳濃度NC13小于1×1017cm-3。第二AlY1InY2Ga1-Y1-Y2N層15的位錯密度D為1×108cm-2。通過異質(zhì)結(jié)21，生成二維電子氣層25。由此，提供低損耗的氮化鎵基電子器件。
文檔編號H01L29/778GK101842884SQ20088011426
公開日2010年9月22日 申請日期2008年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月2日
發(fā)明者橋本信, 田邊達也 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社