專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由式InxALyGa l_x-yN(0彡χ彡1、0彡y彡1、0彡x+y彡1)表達(dá)的 III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的III族氮化物半導(dǎo)體裝置，尤其涉及具有由III族氮化物半導(dǎo)體氧化 產(chǎn)生氧化膜的III族氮化物半導(dǎo)體裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
具有組分為InxALyGl-x-yN的III族氮化物半導(dǎo)體(即所謂的氮化鎵系(GaN)化合 物半導(dǎo)體)電子的能帶間躍遷是直接躍遷，而且能帶間隙在1.95eV-6eV間很寬的范圍內(nèi)變 化，適于用作LED、半導(dǎo)體激光器等發(fā)光器件的材料。近年來(lái)，為實(shí)現(xiàn)信息處理的高密度化及高集成化，輸出波長(zhǎng)為藍(lán)紫色的半導(dǎo)體激 光器的研究開發(fā)盛行。同時(shí)，由于GaN具有高絕緣擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度、高熱導(dǎo)率及高電子飽和速 變也很適宜用于高頻用功率器件的材料。其中，由氮鋁鎵(ALGaN)和氮化鎵(GaN)組成的 異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)其電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到lX105V/cm，電子速變?yōu)樯榛?GaAS)的兩倍多，隨元件加工 微細(xì)化，可以獲得高頻工作。III族氮化物半導(dǎo)體，摻雜IV族元素硅(si)或鍺(Ge)等η型摻雜劑后，呈現(xiàn)η型特 性，可以制作場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。在III族氮化物半導(dǎo)體中摻雜II族元素鎂(Mg)、鋇(Ba) 或鈣(Ca)等P型摻雜劑后，呈現(xiàn)P型特性，P型半導(dǎo)體與η型半導(dǎo)體構(gòu)成的PN結(jié)可以應(yīng)用 于LED、半導(dǎo)體激光器等器件。在電子器件中，具有優(yōu)越電子傳輸特性的III族氮化物半導(dǎo)體 被廣泛研究，最典型的例子是ALGaN與GaN異質(zhì)結(jié)高電子遷移率晶體管。(High Electron Mobility Transistor :HEMT)。下面，參照附圖，對(duì)已有的ALGaN/GaN HEMT進(jìn)行說明。圖23 (a)及圖23 (b)是已有的ALGaN/GaN系HEMT，(a)是平面結(jié)構(gòu)，(b)是(a)中 沿X X IIIb-X X IIIb線的剖面結(jié)構(gòu)圖。如圖23(a)和圖23(b)所示，在碳化硅(SiC)襯 底101上，形成第1HEMT100A和第2HEMT100B，它們被劃片區(qū)110隔開，以將在101襯底上形 成的晶體管芯片一個(gè)個(gè)分割開來(lái)。第1HEMT100A及第2HEMT100B分別形成在GaN緩沖層102上，并具有有源區(qū)域103。 緩沖層102生長(zhǎng)在襯底101上，它由GaN組成，有源區(qū)由ALGaN/GaN異質(zhì)結(jié)層臺(tái)面腐蝕后形 成。在各有源區(qū)103上，分別形成與有源區(qū)103呈肖特基接觸的柵電極104和與有源 區(qū)103呈歐姆接觸的歐姆電極105，歐姆電極在柵極104柵長(zhǎng)方向兩側(cè)，并留有間隔。在有源區(qū)103的上方及其四周(包含柵電極104及歐姆電極105)全面覆蓋絕緣膜 106，在絕緣膜106上形成分別與柵電極104、歐姆電極105相連的延伸電極(Pad電極)107。 絕緣膜106上覆蓋表面保護(hù)膜108，但要使各延伸電極107顯露出來(lái)。
覆蓋在有源區(qū)103上的絕緣膜106—般由氧化硅膜組成，除具有保護(hù)有源區(qū)103 表面的作用外，還能保證用剝離法(liff-off)制備柵電極104時(shí)使柵電極易于制成。但是，如圖23(a)所示，由于柵電極104必須設(shè)有與延伸電極107相連的引出部 104a，柵電極104不僅僅在有源區(qū)103的上面，而且也在因臺(tái)面腐蝕露出的緩沖層102上， 緩沖層由GaN構(gòu)成。但是，上述已有的ALGaN/GaN系HEMT中引出部104a和緩沖層102是金屬與半導(dǎo) 體接觸(即所謂的肖特基接觸)，因此，當(dāng)臺(tái)面腐蝕時(shí)由于半導(dǎo)體表面損傷等原因，很容易 產(chǎn)生漏電流。漏電流對(duì)晶體管的夾斷特性影響很大，引起晶體管特性退化。此外，由于GaN緩沖層102和氧化硅絕緣膜106的粘附性不很好，因此在絕緣膜 106上形成延伸電極107的引線鍵合工藝時(shí)，常產(chǎn)生絕緣膜106剝離的問題。進(jìn)一步，由于SiC襯底101和GaN系半導(dǎo)體硬度都很高，與Si、GaAs相比，用劃片 處理進(jìn)行芯片分割時(shí)就十分困難。因此，在劃片時(shí)常發(fā)生像裂紋達(dá)到有源區(qū)103引起成品 率下降、劃線區(qū)110近旁的表面保護(hù)膜108及絕緣膜106剝落等問題，引起可靠性下降。還有，采用III族氮化物半導(dǎo)體迭層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器一般采用藍(lán)寶石襯底，在 用藍(lán)寶石襯底時(shí)，由于藍(lán)寶石與在它上面形成的激光器結(jié)構(gòu)的結(jié)晶軸不同，很難用解理法 形成激光器的諧振腔，大多采用干法刻蝕法形成諧振腔。但是在用干法刻蝕法形成諧振腔 時(shí)，在諧振腔端面的固有缺陷形成非發(fā)光中心，因而產(chǎn)生工作電流(閾值電流)增大，可靠 性降低等問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述存在的問題，本發(fā)明的目的是制作與III族氮化物半導(dǎo)體粘附性、電氣特 性、光學(xué)特性都好的絕緣膜。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的III族氮化物半導(dǎo)體裝置具有由III族氮化物半導(dǎo)體自身 直接氧化形成的氧化膜結(jié)構(gòu)構(gòu)成。具體的說，與本發(fā)明相關(guān)的第1種半導(dǎo)體裝置具備有源區(qū)和絕緣氧化膜，有源區(qū) 由在襯底上形成的III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，絕緣氧化膜由III族氧化物半導(dǎo)體熱氧化形成， 位于襯底上有源區(qū)周圍區(qū)域。在第1種半導(dǎo)體裝置中，如后所述，III族氮化物半導(dǎo)體與由它的氧化物構(gòu)成的氧 化膜之間的結(jié)合強(qiáng)度比III族氮化物半導(dǎo)體和氧化硅膜之間結(jié)合強(qiáng)度大了 3倍左右。因此， 絕緣氧化膜與襯底之間以及絕緣氧化膜與有源區(qū)之間的粘附性得到改善，防止了絕緣氧化 膜的剝落，提高了裝置的成品率和可靠性。在第1種半導(dǎo)體裝置中，最好在有源區(qū)域上形成柵電極及把柵極挾在中間的源電 極和漏電極，這樣就可以得到由III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。這種情況下，柵電極最好由有源區(qū)延伸到絕緣氧化膜上，這樣?xùn)烹姌O所處的絕緣 氧化膜部分也可以用作柵極的引出部，這一引出部與由III族氮化物半導(dǎo)體熱氧化形成的絕 緣氧化膜之間不構(gòu)成肖特基接觸，在引出部不產(chǎn)生漏電流，提高了裝置的可靠性。與本發(fā)明有關(guān)的第2種半導(dǎo)體裝置是多個(gè)半導(dǎo)體裝置，它在晶片狀襯底上被劃線 包圍的區(qū)域內(nèi)分別形成由III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的多個(gè)器件形成區(qū)，而在劃線的周圍形成 由III族氮化物半導(dǎo)體熱氧化形成的保護(hù)氧化膜。
按照第2種半導(dǎo)體裝置，對(duì)在同一個(gè)晶片上形成的多個(gè)半導(dǎo)體裝置芯片進(jìn)行分割 時(shí)，覆蓋器件形成區(qū)的絕緣膜不發(fā)生剝落，在器件形成區(qū)也不發(fā)生裂紋，裝置的成品率和可 靠性都得到提高。與本發(fā)明有關(guān)的第3種半導(dǎo)體裝置具有在襯底上形成的延伸電極，在襯底與延伸 電極間形成絕緣氧化膜，絕緣氧化膜由III族氮化物半導(dǎo)體熱氧化生成，所述絕緣氧化膜的 厚度比所述III族氮化物半導(dǎo)體的厚度還大。第3種半導(dǎo)體裝置中，III族氮化物半導(dǎo)體與它的絕緣氧化膜的結(jié)合強(qiáng)度比硅氧化 膜大，很少發(fā)生延伸電極從襯底剝落的現(xiàn)象，提高了裝置的成品率和可靠性。與本發(fā)明相關(guān)的第4種半導(dǎo)體裝置具有激光器結(jié)構(gòu)體和保護(hù)氧化膜。激光器結(jié)構(gòu) 體制作在襯底上，擁有由多個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體組成的諧振器，保護(hù)氧化膜制作在包含有 激光器結(jié)構(gòu)體諧振器端面的側(cè)面，由III族氮化物半導(dǎo)體熱氧化形成。第4種半導(dǎo)體裝置中，諧振器反射鏡的鏡面由腐蝕端面和保護(hù)氧化膜界面形成， 并不是腐蝕的端面，所以不受腐蝕缺陷的影響。同時(shí)，由于保護(hù)氧化膜由III族氮化物半導(dǎo)體 直接熱氧化形成，沒有因端面涂敷不當(dāng)產(chǎn)生的漏電流，可以獲得高可靠性。與本發(fā)明相關(guān)的第1種半導(dǎo)體裝置制造方法具備以下制作工序在襯底上形成III 族氮化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層形成工序；在III族氮化物半導(dǎo)體層上形成覆蓋III族氮化物半 導(dǎo)體有源區(qū)域保護(hù)膜的保護(hù)膜形成工序；以已形成的保護(hù)膜作為掩蔽膜，用對(duì)III族氮化物 半導(dǎo)體層進(jìn)行熱氧化的方法在襯底上除有源區(qū)以外的III族氮化物半導(dǎo)體層上形成絕緣氧 化膜的氧化膜形成工序；除去保護(hù)膜使有源區(qū)露出的有源區(qū)露出工序。按照第1種半導(dǎo)體裝置制造法，用保護(hù)膜作為掩蔽膜對(duì)III族氮化物半導(dǎo)體層進(jìn)行 熱氧化，在襯底上除有源區(qū)外的區(qū)域形成絕緣氧化膜，可以確保本發(fā)明第1種半導(dǎo)體裝置 的實(shí)現(xiàn)。第1種半導(dǎo)體裝置制造方法中，在有源區(qū)露出工序以后最好還應(yīng)具備以下工序: 在有源區(qū)上形成歐姆電極的歐姆電極形成工序；在有源區(qū)上形成一直延伸到絕緣膜上的柵 電極的柵電極形成工序。第1種半導(dǎo)體裝置制造方法中，在半導(dǎo)體形成工序與保護(hù)膜形成工序之間最好加 一道將III族氮化物半導(dǎo)體層暴露于氨氣中的氨處理工序。這樣做，可以用氨氣去除掉元件 形成區(qū)(它將成為有源區(qū))表面的氧化物等雜物實(shí)現(xiàn)表面潔凈化，使有源區(qū)的接觸電阻率 降低，從而改善器件的電特性。這種情況下，氨氣處理工序最好應(yīng)包含將氨氣等離子化的工序。與本發(fā)明相關(guān)的第2種半導(dǎo)體裝置制造方法具備以下各工序在晶片狀襯底上形 成III族氮化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層形成工序；在III族氮化物半導(dǎo)體層上分別設(shè)定元件形成 區(qū)域和劃線區(qū)域的區(qū)域設(shè)定工序，元件形成區(qū)域形成在III族氮化物半導(dǎo)體層上，并呈多個(gè) 元件形成區(qū)域，劃線區(qū)域在將各元件形成區(qū)域分割成芯片時(shí)用；在劃線區(qū)域形成覆蓋它的 保護(hù)膜的保護(hù)膜形成工序；形成保護(hù)氧化膜的氧化膜形成工序，它以已形成的保護(hù)膜作為 掩蔽膜對(duì)III族氮化物半導(dǎo)體層進(jìn)行熱氧化，使得襯底上劃線區(qū)域的側(cè)方區(qū)域形成III族氮化 物半導(dǎo)體熱氧化生成的保護(hù)氧化膜。第2種半導(dǎo)體裝置制造方法中，由于在襯底上劃線區(qū)的側(cè)方區(qū)域形成保護(hù)氧化 膜，在劃片工序中，不會(huì)發(fā)生覆蓋元件形成區(qū)的絕緣膜剝落、在元件形成區(qū)產(chǎn)生裂紋等問題，可以確保本發(fā)明第2種半導(dǎo)體裝置的實(shí)現(xiàn)。在第1及第2種半導(dǎo)體裝置制造方法中，保護(hù)膜最好是硅、氧化硅或氮化硅。與本發(fā)明有關(guān)的第3種半導(dǎo)體裝置制造方法具備以下各工序在襯底上形成III族 氮化物半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體層形成工序；在III族氮化物半導(dǎo)體層上分別設(shè)定元件形成區(qū)域和 延伸電極形成區(qū)域的區(qū)域設(shè)定工序，延伸電極將形成在元件形成區(qū)的元件與外部導(dǎo)通；保 護(hù)膜形成工序，它形成覆蓋除延伸電極形成區(qū)域外整個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體層的保護(hù)膜；形 成絕緣氧化膜的氧化膜形成工序，它以已形成的保護(hù)膜作掩蔽膜將III族氮化物半導(dǎo)體層熱 氧化；在絕緣氧化膜上形成延伸電極的延伸電極形成工序，在所述氧化膜形成工序中，使所 述絕緣氧化膜的厚度比所述III族氮化物半導(dǎo)體層的厚度還大。第3種半導(dǎo)體裝置制造法中，由于將保護(hù)膜作為掩蔽膜將III族氮化物半導(dǎo)體熱氧 化，在襯底上延伸電極形成區(qū)域形成絕緣氧化膜，可以確保本發(fā)明第3種半導(dǎo)體裝置的實(shí) 現(xiàn)。在第1 第3種半導(dǎo)體裝置制造方法中，氧化膜形成工序最好包含將III族氮化物 半導(dǎo)體層放在氧氣氛中進(jìn)行熱處理的工序。此外，在第1 第3種半導(dǎo)體裝置制造方法中，氧化膜形成工序最好包含對(duì)III族氮 化物半導(dǎo)體層一面進(jìn)行氧離子注入一面進(jìn)行熱處理的工序。與本發(fā)明相關(guān)的第4種半導(dǎo)體裝置制造方法具備以下各工序在襯底上形成含有 諧振器的激光器結(jié)構(gòu)體的激光器結(jié)構(gòu)體形成工序，它在襯底上形成多個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體 層，由這些III族氮化物半導(dǎo)體層構(gòu)成諧振器；使激光器結(jié)構(gòu)體中的諧振器的兩個(gè)端面露出 的兩端面露出工序；以及形成保護(hù)氧化膜的保護(hù)氧化膜形成工序，由包含激光器結(jié)構(gòu)體的 諧振器的兩個(gè)端面的側(cè)面氧化，使得側(cè)面的III族氮化物半導(dǎo)體層氧化，形成氧化保護(hù)膜。按照第4種半導(dǎo)體裝置制造方法，由于在兩側(cè)面的III族氮化物半導(dǎo)體層上氧化形 成了保護(hù)氧化膜(兩側(cè)面包含了激光器結(jié)構(gòu)體中的諧振器的兩個(gè)端面)，可以確保本發(fā)明 第4種半導(dǎo)體裝置的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，由于可以省去端面涂敷工序，使制造工序更簡(jiǎn)化。在第4種半導(dǎo)體裝置制造方法中，氧化膜最好包含有將III族氮化物半導(dǎo)體層在氧 氣氛中進(jìn)行熱處理的工序。


圖1 (a)和圖(b)示出與本發(fā)明第1實(shí)施方式相關(guān)的GaN氧化隔離型HEMT，圖1 (a) 是俯視圖，圖(b)是圖(a)中沿Ib-Ib線的構(gòu)成剖面圖。圖2示出本發(fā)明第一實(shí)施方式的氧化隔離型HEMT中絕緣氧化膜上的肖特基電極 與有源區(qū)上歐姆電極間的電壓——電流特性曲線。圖3示出與本發(fā)明第1實(shí)施方式相關(guān)的氧化隔離HEMT和已有的臺(tái)面隔離型HEMT 的漏電流與柵電壓的關(guān)系曲線。圖4(a) 圖4(c)示出與本發(fā)明第1實(shí)施方式相關(guān)的氧化隔離型HEMT制造方法 工序順序的構(gòu)成剖面圖。圖5(a) 圖5(c)示出與本發(fā)明第1實(shí)施方式相關(guān)的氧化隔離型HEMT制造方法 工序順序的構(gòu)成剖面圖。圖6詳細(xì)示出與本發(fā)明第1實(shí)施方式相關(guān)的氧化隔離型HEMT由GaN系半導(dǎo)體組成的疊層體構(gòu)成剖面圖。圖7示出與本發(fā)明第1實(shí)施方式相關(guān)的氧化隔離型HEMT中絕緣氧化膜的膜厚與 熱處理時(shí)間的關(guān)系曲線。圖8示出與本發(fā)明第1實(shí)施方式相關(guān)的氧化隔離型HEMT中絕緣氧化膜的膜厚與 元件間漏電電流的關(guān)系曲線。圖9(a) 圖9(c)示出了與本發(fā)明第1實(shí)施方式相關(guān)的氧化隔離型HEMT中沿襯 底深度方向的原子剖面圖，圖9(a)是沒有進(jìn)行熱處理而去除保護(hù)膜后絕緣氧化膜的曲線， 圖9(b)示出由保護(hù)膜作為掩蔽膜狀態(tài)下的有源區(qū)域的曲線，圖9(c)示出沒有進(jìn)行熱處理 狀態(tài)下的疊層體曲線，以作比較用。圖10是與本發(fā)明第1實(shí)施方式相關(guān)的氧化隔離型HEMT中熱處理后保護(hù)膜與絕緣 氧化膜用硝酸和氫氟酸進(jìn)行濕法腐蝕時(shí)腐蝕量與時(shí)間的關(guān)系曲線。圖11示出與本發(fā)明第1實(shí)施方式相關(guān)的氧化隔離型HEMT中有、無(wú)氨處理情況下 歐姆接觸電阻與電極間隔的關(guān)系曲線。圖12示出與本發(fā)明第2實(shí)施方式相關(guān)的晶片狀態(tài)的GaN半導(dǎo)體裝置中劃片區(qū)的 構(gòu)成剖面圖。圖13示出與本發(fā)明第2實(shí)施方式相關(guān)的晶片狀態(tài)半導(dǎo)體裝置與已有的晶片狀態(tài) 半導(dǎo)體裝置劃片時(shí)的損壞率與劃線區(qū)寬度的關(guān)系曲線。圖14示出與本發(fā)明第2實(shí)施方式一個(gè)變形例子相關(guān)的晶片狀態(tài)GaN半導(dǎo)體裝置 中劃片區(qū)域構(gòu)成剖面圖。圖15(a) 圖15(c)示出與本發(fā)明第2實(shí)施方式相關(guān)的半導(dǎo)體裝置制造方法工序 順序的構(gòu)成剖面圖。圖16(a)和圖16(b)是與本發(fā)明第2實(shí)施方式相關(guān)的半導(dǎo)體裝置制造方法工序順 序的構(gòu)成剖面圖。圖17示出與本發(fā)明第3實(shí)施方式相關(guān)的GaN半導(dǎo)體裝置中延伸電極的構(gòu)成剖面 圖。圖18(a) 圖18(c)示出與本發(fā)明第3實(shí)施方式相關(guān)的半導(dǎo)體裝置制造方法工序 順序的構(gòu)成剖面圖。圖19(a) 圖19(b)示出與本發(fā)明第3實(shí)施方式相關(guān)的半導(dǎo)體裝置制造方法工序 順序的構(gòu)成剖面圖。圖20(a) 圖20(b)示出與本發(fā)明第4實(shí)施方式相關(guān)的III族氮化物半導(dǎo)體激光 器，圖20(a)是立體圖，圖20(b)是圖20(a)沿XXb-XXb線的構(gòu)成剖面圖。圖21 (a) 圖21(c)示出與本發(fā)明第4實(shí)施方式相關(guān)的半導(dǎo)體激光裝置制造方 法，(a)是外延生長(zhǎng)后的構(gòu)成剖面圖，圖21(b)是圖21 (c)沿XXIb-XXIb線的構(gòu)成剖面圖， 圖21(c)是激光器結(jié)構(gòu)體的主視圖。圖22 (a) 圖22(d)示出與本發(fā)明第4實(shí)施方式相關(guān)的半導(dǎo)體激光器制造方法工 序順序的構(gòu)成剖面圖。圖23 (a)及圖23(b)示出已有的晶片狀態(tài)GaN半導(dǎo)體裝置，(a)是俯視圖，圖23(b) 是沿圖23 (a) XXIIIb-XXIIIb線的構(gòu)成剖面圖。圖24是模擬已有臺(tái)面分離型HEMT的模擬元件的構(gòu)成剖面圖。
圖25是圖24所示模擬元件的肖特基電極與有源區(qū)上歐姆電極的電壓——電流特 性曲線。
具體實(shí)施例方式第1實(shí)施方式參照附圖對(duì)本發(fā)明第1實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1(a)和圖1(b)是與本發(fā)明第1實(shí)施方式相關(guān)的由III族氮化物半導(dǎo)體組成的 HEMT，它是元件由GaN氧化物隔離開來(lái)的氧化隔離型HEMT，(a)示出平面結(jié)構(gòu)，(b)示出(a) 沿Ib-Ib線的剖面構(gòu)成。如圖(a)和圖(b)所示，與本實(shí)施方式相關(guān)的HEMT具有有源區(qū) 12A和絕緣氧化膜12B，有源區(qū)12A由生長(zhǎng)在碳化硅(SiC)襯底11上的GaN半導(dǎo)體構(gòu)成，絕 緣氧化膜12B由有源區(qū)12A周圍的GaN半導(dǎo)體氧化生成。在有源區(qū)12A上形成柵電極13和歐姆電極14，柵電極13與有源區(qū)12A呈肖特基 接觸并具有引出部13a，引出部13a延伸到絕緣氧化膜12B上，歐姆電極14設(shè)置在柵電極 13的柵長(zhǎng)方向兩側(cè)并與柵極有一定間隔、分別成為源電極和漏電極。這里，我們比較一下，已有的臺(tái)面隔離型HEMT和本實(shí)施方式相關(guān)的氧化隔離型 HEMT中肖特基電極與歐姆電極間的電壓——電流特性。圖24示出模擬已有臺(tái)面隔離型 HEMT的模擬元件剖面構(gòu)成。在SiC襯底121上設(shè)置了由GaN半導(dǎo)體組成的島狀有源層122、 在有源層122上形成的島狀歐姆電極123、與有源層122有一定間隔并與襯底成肖特基接觸 的肖特基電極124。肖特基電極124與圖23(a)所示的引出部104a對(duì)應(yīng)。這一模擬元件顯 示圖25所示的整流特性，反向耐壓大，漏電流在微安(μΑ)量級(jí)。如圖23(a)及23 (b)所 示，由于已有的臺(tái)面隔離HEMT柵電極104的引出部104a形成在GaN緩沖層102上，柵電極 104的引出部104a與緩沖層102呈肖特基接觸，很容易發(fā)生漏電流。與本實(shí)施方式相關(guān)的氧化隔離型HEMT中，絕緣氧化膜12B上的肖特基電極13與 有源區(qū)12A上歐姆電極14間的電壓-電流特性如圖2所示，即使加在電極間的電壓大于 100V也僅有納安(nA)量級(jí)的電流。圖3分別示出柵寬100 μ m情況下與本實(shí)施方式相關(guān)的氧化隔離型HEMT與已有臺(tái) 面隔離型HEMT漏電流與柵電壓的關(guān)系曲線。在柵電壓高、漏電流大的區(qū)域特性差別不明 顯，但在漏電流很少的夾斷區(qū)附近就呈現(xiàn)很大的差另U?？梢院芮宄吹剑谝延械呐_(tái)面隔離 型HEMT中，由于柵電極(104)引出部104a產(chǎn)生的漏電流引起夾斷特性退化。與本實(shí)施方式相關(guān)的氧化隔離型HEMT中，不像已有的臺(tái)面隔離型HEMT那樣在柵 電極引出部13a處產(chǎn)生漏電流，可以得到夾斷特性優(yōu)秀的HEMT。此外，與本實(shí)施方式相關(guān)的氧化隔離型HEMT的絕緣氧化膜12B是由成為有源區(qū) 12A的III族氮化物半導(dǎo)體(GaN)自身的氧化形成的，有源區(qū)12A的側(cè)端部和絕緣氧化膜12B 的交界部分并不形成一個(gè)高度明顯差異部分(這與臺(tái)面型HEMT不同)，比較平坦。在制作 舊式HEMT的柵電極104時(shí)，在有源區(qū)103的側(cè)端部與緩沖層102的上面間的高差部分常發(fā) 生柵電極104斷線情況，而在本實(shí)施方式中不會(huì)發(fā)生這種斷線情況，可以確保高可靠性。以上，我們就本實(shí)施方式下的HEMT作了說明，但并不限于此，對(duì)于場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (MESFET)，異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)等需要元件隔離的器件都有同樣的效果。另外，與本實(shí)施方式相關(guān)的HEMT所用的襯底是碳化硅(SiC)，也可以用藍(lán)寶石等能夠外延生長(zhǎng)III族氮化物半導(dǎo)體有源區(qū)的材料替代SiC作襯底。以下，參照

前面所述的氧化隔離型HEMT的制造方法。圖4 (a) 圖4(c)和圖5(a) 圖5(c)示出與本實(shí)施方式相關(guān)的氧化隔離型HEMT 制造方法工序順序的剖面構(gòu)成。首先，如圖4 (a)所示，用分子束外延法(MBE)在SiC襯底11上形成GaN/ALGaN的 疊層體12，疊層體12的詳細(xì)結(jié)構(gòu)將在后面講述。其次，如圖4(b)所示，用化學(xué)氣相生長(zhǎng)(CVD)或MBE法在疊層體12上全面的形成 一層硅(Si)保護(hù)膜。然后，用光刻法對(duì)已形成的保護(hù)膜進(jìn)行圖形化，在疊層體12上的島狀 有源區(qū)形成區(qū)域20上形成保護(hù)膜21。再次，如圖4(c)所示，在疊層體12上形成保護(hù)膜21后，在900°C的氧氣氛下進(jìn)行 約1小時(shí)左右的熱處理，使得除有源區(qū)12A以外的疊層體12氧化，形成絕緣氧化膜12B。再次，如圖5(a)所示，用硝酸和氫氟酸除去保護(hù)膜21，使有源區(qū)12A顯露出來(lái)，然 后，如圖5(b)所示，用蒸發(fā)及光刻法在有源區(qū)12A上選擇性形成由鈦(Ti)/鋁(Al)組成的 歐姆電極14。再次，如圖5(c)所示，用蒸發(fā)和光刻法在有源區(qū)12A上選擇性形成由鈀(Pd)/鈦 (Ti)/金(Au)組成的柵電極13，柵電極13與各歐姆電極之間留有間隔并延伸到絕緣氧化 膜12B上。然后，在有源區(qū)的上方及周圍部份(包括柵電極13及各歐姆電極14)全面的形 成由氧化硅膜組成的保護(hù)絕緣膜，這一步在圖上沒有顯示。進(jìn)一步，在保護(hù)絕緣膜上形成鈦 (Ti)/金(Au)延伸電極，延伸電極與各柵極13和歐姆電極14電氣連接。這樣，與本實(shí)施方式相關(guān)的HMET是由構(gòu)成有源區(qū)12A的III族氮化物半導(dǎo)體氧化進(jìn) 行元件隔離，由于有源區(qū)12A和絕緣氧化膜12B之間的元件隔離特性及有源區(qū)12A的襯底 特性對(duì)HEMT的工作特性極端重要，下面我們對(duì)這些特性進(jìn)行檢證。圖6示出檢證用疊層體12的剖面構(gòu)成。疊層體12由依次生長(zhǎng)在襯底11上的厚 約IOOnm的氮化鋁(AlN)緩沖層31、厚約3 μ m的本證氮化鎵(GaN)有源層32，厚約2nm的 本證氮鋁鎵(AlGaN)第1勢(shì)壘層33，厚約25nm的η型氮鋁鎵(AlGaN)第2勢(shì)壘層34及厚 約3nm的本證氮鋁鎵(AlGaN)第3勢(shì)壘層35構(gòu)成。圖7示出疊層體12在900°C的氧氣氛中進(jìn)行熱處理時(shí)絕緣氧化膜12B的膜厚與熱 處理時(shí)間的關(guān)系曲線。如圖7所示，1小時(shí)熱處理形成IOOnm厚的絕緣氧化膜，4小時(shí)熱處 理時(shí)膜厚達(dá)200nm.如圖6所示，由于HEMT的勢(shì)壘層33 35的總膜厚約為30nm，絕緣氧化 膜12B的厚度達(dá)IOOnm時(shí)就已足夠了。圖8示出絕緣氧化膜12B的厚度與元件間漏電流之間的關(guān)系，由圖可知，當(dāng)絕緣氧 化膜12B的厚度達(dá)SOnm以上時(shí)，就可獲得良好的隔離特性。因此從圖7圖8的關(guān)系可以知 道在900°C熱處理溫度下進(jìn)行1小時(shí)的熱處理，就能獲得足夠的元件隔離。此外，在氧化膜形成工序中，也可以用氧離子注入疊層體的方法代替氧氣氛下的 熱處理形成絕緣氧化膜12B。下面，驗(yàn)證襯底的特性。HEMT的有源區(qū)12A其襯底特性不能因熱處理而退化，為此，在本實(shí)施方式中，為防 止因熱處理引起有源區(qū)12A的氧化，保護(hù)膜21采用硅(Si)。圖9(a) 圖9(c)是用俄歇電子能譜法(AES)得到的本實(shí)施方式HEMT在襯底深度方向上原子剖面圖，圖9(a)示出在900°C下進(jìn)行1小時(shí)熱處理并去除保護(hù)膜21后的元 件隔離部(絕緣氧化膜12B)，圖9(b)示出在膜厚IOOnm的保護(hù)膜21掩蔽狀態(tài)下的有源區(qū) 12A，圖9(c)示出未熱處理狀態(tài)下的疊層體12以作比較用。各曲線中，Ga表示鎵原子的剖 面圖，N表示氮原子的剖面圖，0表示氧原子的剖面圖。由于注意力集中在疊層體12中氧原 子的剖面圖，省略了在疊層體中存在的微量Al原子。這里，橫軸表示從樣品表面算起的深 度(nm)，縱軸表示相對(duì)值(峰值摻雜)。如圖9(a)所示，在元件隔離部熱處理的疊層體12的結(jié)構(gòu)被破壞，氧原子從上面 開始一直擴(kuò)散到有源層32上，形成了絕緣氧化膜12B，這時(shí)絕緣氧化膜12B的厚度約為 IOOnm0如圖9(b)所示，盡管在保護(hù)膜21上部觀察到氧化，但是，在Si保護(hù)膜21掩蔽下 的有源區(qū)12A與保護(hù)膜界面上并未發(fā)生反應(yīng)，與圖9(c)所示未處理的剖面圖相比，有源區(qū) 12的構(gòu)造未變，維持了熱處理前的結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步[表1]示出了用霍爾法在室溫下測(cè)量的熱處理前后疊層體12的薄層載流 子濃度和載流子遷移率。[表 1] 熱處理前后薄層載流子濃度及載流子遷移率都沒有大的變化，與ASE分析結(jié)果一 樣，這些測(cè)量結(jié)果也表明保護(hù)膜21確實(shí)保護(hù)了有源區(qū)12。在本發(fā)明中，熱處理后保護(hù)膜21的去除也很重要，如果不能完全去除保護(hù)膜21或 去除時(shí)給有源區(qū)12A帶來(lái)?yè)p傷就會(huì)引起晶體管特性的退化。而且，去除保護(hù)膜21時(shí)，不能 腐蝕到絕緣氧化膜12B。因此，在本實(shí)施方式中采用硝酸和氫氟酸濕法腐蝕去除Si保護(hù)膜21。圖10示出用硝酸和氫氟酸濕法腐蝕去除熱處理后的保護(hù)膜21及絕緣氧化膜12B 腐蝕量與時(shí)間的關(guān)系。從圖10中可以看出，保護(hù)膜21很容易被腐蝕，而絕緣氧化膜幾乎不 被腐蝕。在本實(shí)施方式中是用硝酸和氫氟酸濕法腐蝕去除保護(hù)膜21的，用其它腐蝕液也 可以。此外，也可以用干法腐蝕。我們用硅作保護(hù)膜21，也可以用氧化硅、氮化硅等能夠防止因熱處理引起有源區(qū) 12A退化的材料作保護(hù)膜。這時(shí)所用的腐蝕液對(duì)氧化硅用含氟酸的溶液，例如緩沖的氟酸 (BHF)就可以，對(duì)于氮化硅用熱磷酸那樣的含磷酸溶液就可以。第1實(shí)施方式的一個(gè)變形例以下參照

與本實(shí)施方式相關(guān)的半導(dǎo)體裝置制造方法的一個(gè)變形例。本變 形例的特征是在圖4(a)所示的疊層形成工序與圖4(b)所示的保護(hù)膜形成工序之間設(shè)有氨 處理工序，氨處理工序?qū)B層體12的上面暴露在等離子化的氨氣中。圖11示出用TLM法(Transmission Line Method)測(cè)定在有源區(qū)12A上形成的歐姆電極14的接觸阻抗的測(cè)試結(jié)果。這時(shí)，歐姆電極14的寬變?yōu)棣│苔笑?，各歐姆電極14的 間隔分別為2 μ m、4 μ m、6 μ m以及8 μ m。實(shí)線表示本變形例的用氨處理的結(jié)果，虛線表示未 經(jīng)氨處理的情況以作比較。如圖11所示，用氨處理與不用氨處理直線的傾斜是一樣的，由 此可知，兩種情況下有源區(qū)12A的薄層電阻沒有差別，另一方面，實(shí)施氨處理的接觸阻抗比 未經(jīng)氨處理時(shí)降低30%，由該曲線求出的接觸電阻率未經(jīng)氨處理時(shí)為6X10-6Qcm2，已是 比較好的結(jié)果，經(jīng)氨處理后減少到3X10-6 Ω cm2，這是因?yàn)榻?jīng)氨處理后去除了有源區(qū)12表 面的氧化物等變質(zhì)物使表面潔凈的結(jié)果。此外，在本變形例中是用等離子化氨氣進(jìn)行氨處理的，也可用氨溶液進(jìn)行煮沸處理。第2實(shí)施方式以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明第2實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖12出示與本發(fā)明第2實(shí)施方式相關(guān)的GaN系半導(dǎo)體裝置中劃片區(qū)的剖面構(gòu)成 圖。與本實(shí)施方式相關(guān)的GaN系半導(dǎo)體裝置的特征是在晶片上形成多個(gè)半導(dǎo)體裝置，當(dāng)將 各個(gè)半導(dǎo)體裝置分割為芯片時(shí)，在劃片區(qū)的周圍區(qū)域由GaN系半導(dǎo)體自身氧化形成保護(hù)氧 化膜。如圖12所示，將SiC晶片狀襯底42的主面劃分為芯片形成區(qū)域40和設(shè)立在芯片形 成區(qū)域40之間的劃片區(qū)域41。在襯底42主面的劃片區(qū)域41上預(yù)先形成GaN系半導(dǎo)體疊層體43A，GaN系半導(dǎo)體 疊層體位于芯片形成區(qū)40中央的元件形成區(qū)(圖中未出示)，構(gòu)成晶體管等的有源區(qū)。在 芯片形成區(qū)域40周圍部分的劃片區(qū)41上由疊層體43A氧化形成保護(hù)氧化膜43B，并在43B 上形成表面保護(hù)膜44，表面保護(hù)膜由硅氧化膜組成，它是一層絕緣膜。已有的GaN半導(dǎo)體裝置中，劃片區(qū)41的周圍部分被硅氧化膜組成的絕緣膜44所 覆蓋，這種硅氧化膜與GaN半導(dǎo)體的結(jié)合強(qiáng)度較小，劃片時(shí)(芯片分割時(shí))絕緣膜44容易 剝落。但是，本實(shí)施方式的絕緣膜44形成在與它結(jié)合強(qiáng)度較大的保護(hù)絕緣膜43B(它由GaN 半導(dǎo)體氧化形成)上，因此，在將襯底42按芯片進(jìn)行分割時(shí)，可以防止在疊層體43A及襯底 42產(chǎn)生裂紋和發(fā)生絕緣膜44剝落等問題。圖13示出與本實(shí)施方式相關(guān)的晶片狀態(tài)半導(dǎo)體裝置和已有的晶片狀態(tài)半導(dǎo)體裝 置在劃片時(shí)的不合格率與劃片區(qū)寬變關(guān)系的比較結(jié)果。觀察劃片區(qū)寬度為ΙΟΟμπι情況下 各芯片的表面狀態(tài)，已有半導(dǎo)體裝置的芯片約有20%不合格，在劃片區(qū)疊層體上生成的裂 紋會(huì)延伸到芯片的周邊部分，甚至?xí)由斓叫酒瑑?nèi)部，也會(huì)發(fā)生元件形成區(qū)的絕緣膜剝落。另一方面，觀察了與本實(shí)施方式相關(guān)的半導(dǎo)體裝置，即使在劃片區(qū)41處的疊層體 43Α上產(chǎn)生裂紋，這些裂紋都停止在與保護(hù)氧化膜43Β的交界區(qū)，沒有看到侵入芯片形成區(qū) 40的情況。由圖13可以明白，由于在劃片區(qū)41的周邊部分設(shè)有由GaN半導(dǎo)體氧化形成的 保護(hù)氧化膜43Α，既使將劃片區(qū)41的寬度縮小到ΙΟΟμπι芯片的不合格率比劃線區(qū)寬度為 150 μ m的已有半導(dǎo)體裝置的不合格率還低。其結(jié)果，由于與本實(shí)施方式相關(guān)的半導(dǎo)體裝置 即使劃片區(qū)41寬度縮小，劃片時(shí)的不合格率仍然少，就可以增大同樣襯底42 (晶片)上制 作的半導(dǎo)體裝置的數(shù)目，同時(shí)，由于可以防止絕緣膜44的剝落，可以大大提高裝置的可靠 性。在本實(shí)施方式中，形成的保護(hù)氧化膜43B —直延伸到芯片形成區(qū)域40，圖14所示為一變形例子，保護(hù)氧化膜43C呈環(huán)狀設(shè)置在劃片區(qū)41的側(cè)部，保護(hù)氧化膜43C的寬度僅 有5 μ m左右就可以。此外，在本實(shí)施方式中，襯底42用的是SiC，也可使用藍(lán)寶石等可以用外延法生長(zhǎng) GaN半導(dǎo)體疊層體43A的材料作襯底。下面，參照

上述結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體裝置的制造方法。圖15(a) 圖15(c)、圖16(a)及圖16(b)示出與本實(shí)施方式相關(guān)的半導(dǎo)體裝置制 造法工序順序的剖面構(gòu)成。首先，如圖15(a)所示，用分子束外延(MBE)法在SiC晶片襯底42上形成GaN/ AlGaN疊層體43A。其次，如圖15(b)所示，在多個(gè)芯片形成區(qū)40與該多個(gè)芯片形成區(qū)40之間設(shè)置劃 片區(qū)41，在劃片區(qū)41區(qū)域用CVD法在疊層體43A上形成硅保護(hù)膜形成膜，然后，用光刻法對(duì) 已形成的保護(hù)膜形成膜圖形化，形成覆蓋劃片區(qū)41的保護(hù)膜21。再次，如圖15(c)所示，將在疊層體43A上形成保護(hù)膜21后的樣品放在900°C的氧 氣氛中進(jìn)行1小時(shí)的熱處理，這樣由于疊層體43A的氧化形成了保護(hù)氧化膜43B，保護(hù)氧化 膜位在劃片區(qū)41兩側(cè)的芯片形成區(qū)40上。保護(hù)氧化膜43B形成工序在晶體管等半導(dǎo)體元件形成以前、形成以后進(jìn)行都可 以，半導(dǎo)體元件制作在芯片形成區(qū)中央的元件形成區(qū)內(nèi)(圖中未顯示)。但是，由于進(jìn)行較 高溫度的氧化處理，為保持良好的元件特性，這一工序最好在元件形成前進(jìn)行。這時(shí)，也可 以與圖4(c)所示第1實(shí)施方式保護(hù)膜21形成工序一塊進(jìn)行。再次，如圖16(a)所示，用硝酸和氫氟酸去除保護(hù)膜21，然后，如圖16(b)所示，用 CVD等方法，在整個(gè)芯片形成區(qū)域40上形成氧化硅表面保護(hù)用絕緣膜44，然后，用光刻法對(duì) 絕緣膜44進(jìn)行選擇性腐蝕使疊層體43A上的劃片區(qū)41顯露出來(lái)。這樣，按照本實(shí)施方式，由于保護(hù)氧化膜43B是GaN半導(dǎo)體疊層體的氧化物，與襯 底42和絕緣膜44的粘附性就高。還有，因?yàn)樵趧澠瑓^(qū)41疊層體43A與保護(hù)氧化膜43B是 連續(xù)的，這樣，在襯底42劃片時(shí)，即使產(chǎn)生裂紋，也因保護(hù)氧化膜43B的作用可以阻止產(chǎn)生 的裂紋使之不能達(dá)到芯片形成區(qū)域40的周緣區(qū)域及其內(nèi)側(cè)。還有，在本實(shí)施方式中，保護(hù)氧化膜43B形成時(shí)，用硅作保護(hù)膜21以掩蔽疊層體 43A的劃線區(qū)41，但并不僅限于硅，也可以用氧化硅膜、氮化硅膜等可以防止因熱處理使疊 層體43A退化的材料。此外，我們用硝酸和氫氟酸去除保護(hù)膜21，也可用其它腐蝕液，或者用干法腐蝕。在形成保護(hù)氧化膜43B的熱氧化工序中，也可用對(duì)GaN半導(dǎo)體疊層體43A的氧離 子注入，代替氧氣氛。第3實(shí)施方式以下，參照

本發(fā)明的第3實(shí)施方式。圖17示出與本發(fā)明第3實(shí)施方式相關(guān)的GaN半導(dǎo)體裝置中延伸電極部的剖面構(gòu) 成，延伸電極成為與外部連接的輸入輸出端子。如圖17所示，在SiC晶片狀襯底52的主面 上，區(qū)劃出元件形成區(qū)域50和延伸電極形成區(qū)51，延伸電極形成區(qū)51與元件形成區(qū)鄰接。在襯底52主面的元件形成區(qū)50上形成晶體管等的有源層疊層體53A，疊層體53A 由GaN半導(dǎo)體組成，在延伸電極形成區(qū)51內(nèi)形成絕緣氧化膜53B，在絕緣氧化膜53B上形成
12鈦(Ti)/金(Au)延伸電極54，絕緣氧化膜53B由疊層體53A氧化形成。此外，在圖中沒有 顯示出來(lái)，延伸電極54通過布線與在元件形成區(qū)50內(nèi)形成的元件電氣連接。這樣，由于與本實(shí)施方式相關(guān)的延伸電極54設(shè)置在GaN半導(dǎo)體疊層體53A上，并 使絕緣氧化膜53B (絕緣氧化膜53B由疊層體53A氧化生成)介于兩者之間，延伸電極54 與襯底52的粘附性提高，這樣，在延伸電極54的引線焊接工序中可以防止延伸電極54從 襯底52的剝落現(xiàn)象。[表2]示出SiC襯底上外延生長(zhǎng)的GaN層與各種薄膜材料的粘附性以及GaN層 上部氧化形成的氧化層與各種薄膜材料粘附性的定量測(cè)定結(jié)果。測(cè)定方法是a Sebastian method 法。[表2] 從[表2]可以看出，與GaN層粘附性好的絕緣膜只有將GaN層氧化生成的GaN氧 化層，進(jìn)一步我們可以看到GaN氧化層不僅與金屬材料的粘附性好，與硅組成的絕緣膜的 粘附性也好。因此，對(duì)要求粘附性的延伸電極制作在由GaN半導(dǎo)體疊層體53A氧化生成的 絕緣氧化膜53B上是十分有效的。在本實(shí)施方式中，襯底52用的是SiC，也可以使用藍(lán)寶石等可以外延生長(zhǎng)GaN半導(dǎo) 體疊層體53A的材料作襯底。以下，參照

前面所述結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體裝置延伸電極部的制作方法。圖18(a) 圖18(c)、圖19(a)及圖19(b)示出與本實(shí)施方式相關(guān)的半導(dǎo)體裝置延 伸電極部制造方法工序順序的剖面構(gòu)成。首先，如圖18(a)所示，用分子束外延(MBE)法，在SiC襯底52上形成GaN/AIGaN 疊層體53A。其次，如圖如圖18(b)所示，將疊層體53A區(qū)域區(qū)分為元件形成區(qū)50和延伸電極 形成區(qū)域51，在元件形成區(qū)50上，用CVD等方法在疊層體53A上形成Si保護(hù)膜形成膜，然 后用光刻法對(duì)已形成的保護(hù)膜形成膜上進(jìn)行圖形制作，在襯底52上形成覆蓋元件形成區(qū) 域50的保護(hù)膜21。
再次，如圖18 (c)所示，將已在疊層體53A上形成保護(hù)膜21后的樣品在900°C的氧 氣氛中進(jìn)行一個(gè)小時(shí)的熱處理，在延伸電極形成區(qū)域51上因疊層體53A氧化形成絕緣氧化 膜 53B。絕緣氧化膜53B形成工序在晶體管等半導(dǎo)體元件形成前、形成后進(jìn)行都可以，但 是，因?yàn)檫M(jìn)行較高溫度熱氧化處理，為保持元件特性良好，最好在元件形成前進(jìn)行絕緣氧化 膜53B形成工序。這種情況下，可以與第一實(shí)施方式圖4(c)所示保護(hù)膜21形成工序，以及 第2實(shí)施方式圖15(c)所示的保護(hù)膜21形成工序在同一工序中進(jìn)行。再次，如圖19(a)所示，用硝酸和氫氟酸去除保護(hù)膜21之后，如圖19(b)所示，用 蒸發(fā)及光刻法在延伸電極形成區(qū)51的絕緣氧化膜53B上選擇性形成Ti/Au延伸電極54。這樣，按照本實(shí)施方式，由于延伸電極54形成在絕緣氧化膜53B上，而絕緣氧化膜 53B又由GaN半導(dǎo)體疊層體53A氧化形成，所以可以獲得高的粘附性。此外，在本實(shí)施方式中，延伸電極54直接形成在絕緣氧化膜53B上，如[表2]所 示，由于含硅的絕緣膜與GaN半導(dǎo)體氧化物的粘附性高，也可以將氧化硅膜、氮化硅膜等絕 緣膜插入在GaN半導(dǎo)體氧化物組成的絕緣氧化膜52B和延伸電極54之間。還有，保護(hù)疊層體53A元件形成區(qū)域50的保護(hù)膜21用的是硅，但也不僅限于硅， 也可使用能防止因氧化硅膜及氮化硅膜等的熱處理引起疊層體53A退化的材料。還有，我們采用硝酸和氫氟酸濕法腐蝕去除保護(hù)膜21，也可以使用其他腐蝕液和 干法刻蝕。也可以采用對(duì)疊層體53A的氧離子注入代替氧氣氛來(lái)形成絕緣氧化膜53B。第4實(shí)施方式以下，參照

本發(fā)明的第4種的實(shí)施方式圖20 (a)及圖20 (b)是與本發(fā)明第4實(shí)施方式相關(guān)的III族氮化物半導(dǎo)體激光器裝 置，(a)是立體圖，(b)是圖(a)沿XXb-XXb線的剖面構(gòu)成圖，如圖20(a)所示，與本實(shí)施方 式相關(guān)的半導(dǎo)體激光器裝置依次形成在主面面方位為(0001)面的藍(lán)寶石襯底61上，依次 是由η型氮化鎵(GaN)組成的η接觸層62、由η型氮鋁鎵(AlGaN)組成的η型包層63、由 氮鎵銦(GaInN)組成的有源層64、由P型氮鋁鎵(AlGaN)組成的P型包層65、P型接觸層 66。這樣含In的有源層64被含Al的η型包層63和P型包層65上下夾住形成包含雙異 質(zhì)結(jié)諧振器的激光器結(jié)構(gòu)體60Α。如圖20(a)及圖20(b)所示，激光器結(jié)構(gòu)體60Α中的出射端面60a和反射端面60b 相對(duì)的方向就成為諧振器中激光的諧振方向。此外，如圖20(a)所示，在P型接觸層66的上面形成由鎳(Ni)/金(Au)組成的P 測(cè)電極67。另一方面，使η型接觸層62的一部分顯露出來(lái)，在露出部分上面形成由鈦(Ti) / 鋁(Al)組成的η側(cè)電極68。如圖20(b)的激光器出射光方向剖面圖所示，成為激光器結(jié)構(gòu)體60Α諧振器反射 鏡的出射端面60a及反射端面60b，由η型包層63、有源層64及P型包層65沿與襯底61 主面垂直方向腐蝕而成，該腐蝕端面被氧化形成的保護(hù)氧化膜覆蓋。因此，實(shí)質(zhì)上的諧振器 端面是有源層64的端面和保護(hù)氧化膜70的界面，這是本實(shí)施方式的一大特征。與本實(shí)施方式相關(guān)的半導(dǎo)體激光器裝置，諧振器反射鏡并不是被腐蝕后的端面， 而被保護(hù)氧化膜70所覆蓋，這樣就不易受腐蝕產(chǎn)生的缺陷影響。進(jìn)一步，因?yàn)楸Ｗo(hù)氧化膜層進(jìn)行直接氧化生成，不發(fā)生漏電流，可以得到高 的可靠性。同時(shí)，由于與本實(shí)施方式相關(guān)的半導(dǎo)體激器裝置不需要諧振器端面涂敷，也可以 減少制造工序。此外，可調(diào)節(jié)保護(hù)氧化膜70的膜厚等，使出射端面和反射端面的激光器反 射率最佳化。以下，參照

前面所述的半導(dǎo)體激光器裝置制造方法圖21 (a) 圖21(c)和圖22(a) 圖22(d)示出與本實(shí)施方式相關(guān)的半導(dǎo)體激光 器裝置制造方法工序順序的剖面結(jié)構(gòu)。這里示出圖20(a)沿XXb-XXb線的剖面，圖21 (c) 是主視圖。首先，如圖21(a)所示，用金屬有機(jī)化合物氣相生長(zhǎng)法(MOVPE)在藍(lán)寶石襯底61 上依次生長(zhǎng)η型接觸層62、η型包層63、有源層64、P型包層65及P型接觸層66。其次，如圖21(b)的剖面圖和圖21(c)的主視圖所示，將激光器結(jié)構(gòu)區(qū)域60掩蔽 起來(lái)，采用電子回旋共振(ECR)腐蝕法對(duì)P型接觸層66、Ρ型包層65、有源層64及η型包層 63進(jìn)行腐蝕直到η型接觸層顯露出來(lái)，與形成由η型接觸層62、η型包層63、有源層64、P 型包層65以及P型接觸層66構(gòu)成激光器結(jié)構(gòu)體60Α同時(shí)，在η型接觸層62上，形成η側(cè) 電極形成區(qū)域68Α。再次，如圖22(a)的剖面圖所示，選擇形成硅(Si)保護(hù)膜21以覆蓋P側(cè)電極形成 區(qū)67Α和η側(cè)電極形成區(qū)域(圖中未顯示)。再次，如圖22(b)所示，在激光器結(jié)構(gòu)體60Α上形成保護(hù)膜21后，在900°C氧氣氛 下進(jìn)行一小時(shí)的熱處理，在除激光器結(jié)構(gòu)體60A的P側(cè)電極形成區(qū)域67A及η側(cè)電極形成 區(qū)域以外的其他上面及側(cè)面區(qū)域由激光器結(jié)構(gòu)體60Α氧化形成保護(hù)氧化膜70。再次，如圖22(c)所示，用硝酸和氫氟酸除去保護(hù)膜21，使P型接觸層上的ρ側(cè)電 極形成區(qū)域67Α和η側(cè)電極形成區(qū)域顯露出來(lái)。再次，如圖22(d)所示，在ρ側(cè)電極形成區(qū)域67Α上形成ρ側(cè)電極67，在η側(cè)電極 形成區(qū)域形成η側(cè)電極，得到如圖20(a)所示的半導(dǎo)體激光器裝置。這樣，按照與本實(shí)施方式相關(guān)的制造方法，由于構(gòu)成激光器結(jié)構(gòu)體60Α的GaN半導(dǎo) 體及其腐蝕的端面被氧化，因而不需要對(duì)出射端面60a和反射端面60b進(jìn)行端面涂敷，同 時(shí)，諧振器反射鏡可以形成在保護(hù)氧化膜70和激光器結(jié)構(gòu)體60A的界面上。此外，與本實(shí)施方式相關(guān)的半導(dǎo)體激光器裝置中為提高激光器的光橫?？刂菩?， 也可以將有源層64加工成條形，在P型包層65上設(shè)置電流狹窄層。 還有，在本實(shí)施方式中，在形成保護(hù)氧化膜70時(shí)，掩蔽P側(cè)電極形成區(qū)域67A及η 側(cè)電極形成區(qū)域68Α的保護(hù)膜21用的是硅，但不僅限于硅，也可使用氧化硅膜、氮化硅膜等 因熱處理能夠防止P型接觸層66及η型接觸層62退化的材料。還有，我們采用硝酸和氫氟酸濕法腐蝕去除保護(hù)膜21，也可以用其他腐蝕液或用 干法刻蝕。還有，襯底61我們用的是藍(lán)寶石，也可以用SiC等可以外延生長(zhǎng)GaN半導(dǎo)體層的 襯底取代藍(lán)寶石。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于是具備有激光器結(jié)構(gòu)體和保護(hù)氧化膜的半導(dǎo)體裝置；激光器結(jié)構(gòu)體形成在襯底上，具有由以式InxALyGa1 x yN表達(dá)的多個(gè)Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體組成的諧振器；保護(hù)氧化膜形成在所述激光器結(jié)構(gòu)體的側(cè)面區(qū)域，且由所述Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體氧化而生成，所述側(cè)面區(qū)域包含所述諧振器的端面，式中0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1。
2. 一種半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于具備有以下各工序通過在襯底上形成以式IrixALyGai_x_yN表達(dá)的多個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體層，從而形成含有 由所述多個(gè)III族氮化物半導(dǎo)體層組成的諧振器的激光器結(jié)構(gòu)體的激光器結(jié)構(gòu)體形成工序， 式中0彡χ彡1、0彡y彡1、0彡x+y彡1 ；使所述激光器結(jié)構(gòu)體中的、所述諧振器的兩個(gè)端面顯露出來(lái)的工序；用使包括所述激光器結(jié)構(gòu)體的所述兩個(gè)端面的側(cè)面氧化的辦法，在包含所述兩個(gè)端面 的側(cè)面形成由所述III族氮化物半導(dǎo)體層氧化生成的保護(hù)氧化膜的氧化膜形成工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裝置制造方法，其特征在于，所述氧化膜形成工序包 含將所述III族氮化物半導(dǎo)體層在氧氣氛中進(jìn)行熱處理的工序。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置，其具有有源區(qū)域和絕緣氧化膜，有源區(qū)域由生長(zhǎng)在襯底11上的Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體組成，絕緣氧化膜由在有源區(qū)域周圍的Ⅲ族氮化物半導(dǎo)體氧化而成。在有源區(qū)域上形成柵電極、源電極和漏電極，柵電極與有源區(qū)域呈肖特基接觸、延伸到絕緣氧化膜上，并在氧化絕緣膜上具有柵電極的引出部，源電極和漏電極是歐姆電極，設(shè)置在柵電極柵長(zhǎng)方向的兩側(cè)并與柵電極有一定間隔。
文檔編號(hào)H01L29/20GK101902015SQ20101022892
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2001年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月22日
發(fā)明者井上薰, 松野年伸, 正戶宏幸, 池田義人, 西井勝則 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社