專利名稱：場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及例如可適用于在民用設(shè)備的電源電路等中使用的功率晶體管的、使用了氮化物半導(dǎo)體的場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制造方法。
背景技術(shù)：
以氮化鎵(GaN)為代表的III族氮化物半導(dǎo)體，是例如氮化鎵(GaN)和氮化鋁 (AlN)的禁帶寬度在室溫下分別是較大的3. 4eV和6. 的寬帶隙(wide gap)半導(dǎo)體，具有絕緣擊穿電場(chǎng)大且電子飽和速度比砷化鎵(GaAs)、硅(Si)等大的特征。因此，作為高頻電子器件或高輸出電子器件，采用GaN系的化合物半導(dǎo)體材料的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Field Effect Transistor :FET)的研究開發(fā)正在盛行。GaN等氮化物半導(dǎo)體材料，由于可得到與AlN或氮化銦(hN)等的各種混晶，因此可以與現(xiàn)有的GaAs等砷系半導(dǎo)體材料同樣地形成異質(zhì)結(jié)。在氮化物半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)、 例如AKiaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，具有如下特征，即在其界面處通過自發(fā)極化和壓電極化產(chǎn)生的高濃度的載流子在沒有摻雜雜質(zhì)的狀態(tài)下也可產(chǎn)生。因此，若通過氮化物半導(dǎo)體來制作FET，則容易成為耗盡(depression)型(常導(dǎo)通(normally on)型)，難以成為增強(qiáng) (enhancement)型(常截止(normally off)型)。但是，在當(dāng)前的功率電子器件(power electronics)領(lǐng)域中使用的器件幾乎都是常截止型，在GaN系的氮化物半導(dǎo)體器件中也強(qiáng)烈要求常截止型。對(duì)于常截止型的晶體管，報(bào)告了如下技術(shù)形成僅在柵極電極的下側(cè)部分將 AlfeiN/GaN結(jié)構(gòu)中的AlGaN層薄膜化的所謂的凹陷(recess)結(jié)構(gòu)、使二維電子氣QDEG)濃度減少而使閾值電壓偏移到正值的結(jié)構(gòu)，及在主面的面方位為{10-12}面的藍(lán)寶石襯底的主面上生長面方位為{11-20}面的GaN層、并使相對(duì)藍(lán)寶石襯底的主面垂直的方向上不產(chǎn)生極化電場(chǎng)、從而實(shí)現(xiàn)常截止型等的方法。這里，對(duì)面方位的密勒指數(shù)添加的負(fù)符號(hào)方便地表示接著該負(fù)符號(hào)的一指數(shù)的反轉(zhuǎn)。作為有望實(shí)現(xiàn)常截止型FET的結(jié)構(gòu)，提出了在柵極電極形成部形成了 ρ型AKiaN 層的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Junction Field Effect Transistor :JFET)。圖IOA是表示現(xiàn)有技術(shù)(例如專利文獻(xiàn)1)中的常截止型的由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的截面圖。圖10A是柵極電極、源極電極、漏極電極的排列方向的截面圖。該場(chǎng)效應(yīng)晶體管在藍(lán)寶石襯底501上依次形成AlN緩沖層502、非摻雜GaN層503、 非摻雜AlGaN層504、ρ型GaN層505、高濃度ρ型GaN層506，柵極電極511與高濃度ρ型 GaN層506歐姆接觸。在非摻雜AlGaN層504之上設(shè)置源極電極509和漏極電極510。元件分離區(qū)域507為了分離場(chǎng)效應(yīng)晶體管和外側(cè)的其他電路而設(shè)置在場(chǎng)效應(yīng)晶體管的周邊部(周圍)。圖IlA是該場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極區(qū)域的縱截面中的能帶圖，圖IlB是在柵極區(qū)域和源極區(qū)域之間的縱截面的能帶圖。如圖11Α、圖IlB所示，在非摻雜MGaN層504和非摻雜GaN層503的異質(zhì)界面(hetero interface)，雖然是非摻雜層彼此的結(jié)，但是由于自發(fā)極化和壓電極化所生成的電荷，而在導(dǎo)帶形成溝。另一方面，如圖IlB所示，在柵極區(qū)域以外的元件區(qū)域，由于ρ型 GaN層505沒有連接到非摻雜MGaN層504上，所以該導(dǎo)帶的溝位于比費(fèi)米能級(jí)低的位置， 即使在不施加?xùn)艠O電壓的狀態(tài)下也可形成二維電子氣。但是，在柵極區(qū)域，如圖IlA所示， 通過使P型GaN層505與非摻雜AlGaN層504相連接，非摻雜AlGaN層504和非摻雜GaN 層503的能級(jí)(energy level)升高，非摻雜AlGaN層504和非摻雜GaN層503的異質(zhì)界面處的導(dǎo)帶的溝位于與費(fèi)米能級(jí)大致相同的位置。結(jié)果，在沒有向柵極電極施加偏壓(bias) 的狀態(tài)下，在柵極區(qū)域不會(huì)形成二維電子氣，而變?yōu)槌＝刂範(fàn)顟B(tài)。這樣，在JFET結(jié)構(gòu)中，通過將P型MGaN層與由MGaN構(gòu)成的阻擋層(barrier layer)連接，提高了 AKiaN層的勢(shì)能。由此，可減小在形成了 ρ型AKiaN層的柵極電極形成部的緊下方所形成的二維電子氣的濃度，所以JFET可以進(jìn)行常截止動(dòng)作。另外，在柵極電極形成部，使用與作為金屬和半導(dǎo)體之間的接觸的肖特基結(jié)相比內(nèi)建電場(chǎng)(built-in potential)大的pN結(jié)，所以可以增大柵極的開啟電壓。這里，AlGaN表示 Aipah^ 其中，0 < χ < 1)，hGaN 表示 InyGi^yN(0 < y < 1), InAlGaN 表示 hyAlAamMO <x<l、0<y<l、0<x+y<l)。該標(biāo)記在下面也相同。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1日本特開2006-339561號(hào)公報(bào)發(fā)明概要發(fā)明要解決的技術(shù)問題但是，所述現(xiàn)有的由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的JFET具有在晶體管截止?fàn)顟B(tài)下的漏電流大、關(guān)態(tài)擊穿電壓(才7耐壓)低的問題。圖IOB是發(fā)明人們制作的本發(fā)明的參考例的截面圖。圖IOB是與柵極電極、源極電極、漏極電極的排列方向垂直的方向上的截面圖。其中，圖IOB中，表示了僅柵極電極下部的僅右半部分。若使用圖IOB來具體說明，則在非摻雜AlGaN層504和非摻雜GaN層503之間的異質(zhì)界面的端部中，柵極下部的異質(zhì)界面端部發(fā)生漏電流。即，在柵極下的元件分離區(qū)域507 和異質(zhì)界面端部相接的部分發(fā)生漏電流。該柵極下的漏電流的路徑，經(jīng)異質(zhì)界面形成源極電極和漏極電極間的泄漏路徑。關(guān)于漏電流產(chǎn)生的理由，認(rèn)為是因?yàn)樵跂艠O下的元件分離區(qū)域507和異質(zhì)界面端部相接的部分，晶體管截止時(shí)的帶隙能量為圖IlA和圖IlB的中間狀態(tài)(因沒有耗盡而存在電子的狀態(tài))。即，這是因?yàn)樵跂艠O下的異質(zhì)界面端部，P型GaN層505不能充分升高非摻雜AlGaN層504和非摻雜GaN層503的能級(jí)，不能完全耗盡二維電子氣。此外，在將場(chǎng)效應(yīng)晶體管用作功率晶體管的情況下，因該漏電流引起的發(fā)熱較大， 結(jié)果，使關(guān)態(tài)擊穿電壓降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，其所要解決的技術(shù)問題是提供一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，該場(chǎng)效應(yīng)晶體管是由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的常截止型的半導(dǎo)體裝置，抑制在截止?fàn)顟B(tài)下的漏電流，且使關(guān)態(tài)擊穿電壓提高。解決技術(shù)問題所采用的手段為了解決上述問題，本發(fā)明的場(chǎng)效應(yīng)晶體管具備襯底；第1半導(dǎo)體層，由層積在所述襯底上的多個(gè)半導(dǎo)體層構(gòu)成，且含有溝道；形成于所述第1半導(dǎo)體層的源極電極和漏極電極；柵極電極；以及第2半導(dǎo)體層，形成在所述第1半導(dǎo)體層之上且柵極電極之下，導(dǎo)電型與所述溝道相反；所述第1半導(dǎo)體層具有含有非導(dǎo)電型雜質(zhì)的含有區(qū)域與不含有該非導(dǎo)電型雜質(zhì)的非含有區(qū)域；所述含有區(qū)域通過含有所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)而與所述非含有區(qū)域相比被高電阻化；所述第1半導(dǎo)體層包含第1區(qū)域；所述第1區(qū)域是在所述含有區(qū)域和所述非含有區(qū)域的界面中、包含所述第2半導(dǎo)體層正下方的界面部分在內(nèi)的該界面部分附近的區(qū)域，并且是比該界面部分靠近所述含有區(qū)域側(cè)的區(qū)域；所述第2半導(dǎo)體層包含第2區(qū)域； 所述第2區(qū)域是位于所述第1區(qū)域緊上方的區(qū)域；所述第2區(qū)域的所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度比所述第1區(qū)域的所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度低。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)漏電流小且具有高關(guān)態(tài)擊穿電壓的常截止型的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。也就是說，第2區(qū)域?yàn)榕c溝道相反的導(dǎo)電型且非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度比第1區(qū)域低。艮口， 第2區(qū)域具有導(dǎo)電型與溝道相反的特性。因此，在溝道由電子形成且第2半導(dǎo)體層是ρ型的情況下，與提高溝道的能級(jí)同樣地，第2區(qū)域可以充分提高第2半導(dǎo)體層下的溝道端部(溝道與含有區(qū)域和非含有區(qū)域之間的界面接觸的部分)處的溝道的能級(jí)。此外，在溝道由空穴形成且第2半導(dǎo)體層是η型半導(dǎo)體的情況下，與降低溝道的能級(jí)同樣地，第2區(qū)域可以充分降低第2半導(dǎo)體層下的溝道端部處的溝道的能級(jí)。由此，可以抑制柵極電極下的溝道端部的漏電流的發(fā)生。此外，在將場(chǎng)效應(yīng)晶體管用作功率晶體管的情況下，由于抑制了由該漏電流產(chǎn)生的發(fā)熱，所以可以提高關(guān)態(tài)擊穿電壓。另外，由于柵極電極下的第2半導(dǎo)體層為與溝道相反的導(dǎo)電型，所以在溝道由電子形成的情況下，提高了溝道的能級(jí)，而在溝道由空穴形成的情況下，降低了溝道的能級(jí)， 從而使場(chǎng)效應(yīng)晶體管不是常導(dǎo)通型，而是常截止型。另外，上述的“在· · 之上形成”，不僅是直接在上方形成的情形，也可以是間接在上方(在間隔層、間隔膜之上)形成的情形。這里，可以是，所述第1半導(dǎo)體層包括載流子移動(dòng)層、載流子供給層，所述載流子移動(dòng)層具有比所述載流子供給層小的帶隙能量，所述溝道是二維載流子氣層，該二維載流子氣層是通過所述載流子移動(dòng)層和載流子供給層之間的異質(zhì)結(jié)以及向所述柵極電極施加的電壓而產(chǎn)生的。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，利用所述載流子移動(dòng)層和所述載流子供給層之間的帶隙能量差，在載流子移動(dòng)層和載流子供給層的界面處產(chǎn)生作為溝道的高濃度的二維載流子氣。通過該高濃度的二維載流子氣，可實(shí)現(xiàn)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的大電流驅(qū)動(dòng)，并可將場(chǎng)效應(yīng)晶體管用作功率晶體管。這里，可以是，所述溝道中的載流子是電子，所述第2半導(dǎo)體層由ρ型半導(dǎo)體形成。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過使第2半導(dǎo)體層是導(dǎo)電型與溝道相反的ρ型，而可實(shí)現(xiàn)常截止型的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。這里，可以是，在所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管截止的狀態(tài)中，在所述界面部分終止的所述溝道的端部通過所述第2區(qū)域而被耗盡，且所述第2半導(dǎo)體層正下方的所述溝道的所述端部以外的部分通過所述第2半導(dǎo)體層而被耗盡。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，對(duì)于第2區(qū)域而言，在溝道由電子形成的情況下，充分提高了第2半導(dǎo)體層下的溝道的端部(溝道與含有區(qū)域和非含有區(qū)域之間的界面接觸的部分)處的溝道的能級(jí)，在溝道由空穴形成的情況下，充分降低了所述端部的能級(jí)。由此，柵極下的溝道的端部也被耗盡。這里，可以是，所述第2區(qū)域中的ρ型載流子濃度是IX IO15CnT3以上。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以使柵極下的溝道耗盡。這里，可以是，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管還具有形成在所述含有區(qū)域和第2半導(dǎo)體層的周邊、且含有非導(dǎo)電型雜質(zhì)的作為元件分離區(qū)域的第2含有區(qū)域。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步抑制漏電流。這是因?yàn)椋梢酝ㄟ^第2含有區(qū)域截?cái)嗦╇娏鞯穆窂?，該漏電流的路徑是指，從柵極下的溝道的端部、經(jīng)所述含有區(qū)域和非含有區(qū)域之間的界面、并進(jìn)一步通過所述含有區(qū)域和第2半導(dǎo)體層之間的界面的路徑。這里，可以是，所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)是過渡金屬離子。這里，可以是，所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)是!^e離子和Ru離子中的至少一個(gè)。這里，可以是，所述第1半導(dǎo)體層和第2半導(dǎo)體層包含氮化物半導(dǎo)體。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有的以Si、GaAs為材料的晶體管相比，可以更加提高關(guān)態(tài)擊穿電壓。這里，所述含有區(qū)域可以構(gòu)成為，包含(a)到(d)中的某一個(gè)來作為所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)。(a)是F離子、(b)是C離子、(c)是F離子和C離子、(d)是F離子和B離子。這里，可以是，所述F離子、所述C離子和所述B離子中的至少一個(gè)的濃度分別是 1 X IO18cm-3 以上 1 X IO22CnT3 以下。本發(fā)明的其他場(chǎng)效應(yīng)晶體管具備襯底；第1半導(dǎo)體層，由層積在所述襯底上的多個(gè)半導(dǎo)體層構(gòu)成，且包含溝道；在所述第1半導(dǎo)體層形成的源極電極和漏極電極；柵極電極；以及在所述第1半導(dǎo)體層之上且柵極電極之下形成的第2半導(dǎo)體層；所述第2半導(dǎo)體層與所述第1半導(dǎo)體層中與該第2半導(dǎo)體層相接的層相比帶隙?。凰龅?半導(dǎo)體層具有含有非導(dǎo)電型雜質(zhì)的含有區(qū)域與不含有該非導(dǎo)電型雜質(zhì)的非含有區(qū)域；所述含有區(qū)域通過含有所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)而與所述非含有區(qū)域相比被高電阻化；所述第1半導(dǎo)體層包含第1區(qū)域；所述第1區(qū)域是所述含有區(qū)域和所述非含有區(qū)域的界面中、包含所述第2半導(dǎo)體層正下方的界面部分在內(nèi)的該界面部分附近的區(qū)域，并且是比該界面部分靠近所述含有區(qū)域側(cè)的區(qū)域；所述第2半導(dǎo)體層包含第2區(qū)域；所述第2區(qū)域是位于所述第1區(qū)域緊上方的區(qū)域； 所述第2區(qū)域的所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度比所述第1區(qū)域的所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度低。本發(fā)明的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法，包括以下工序第1工序，在襯底上方，通過外延生長，依次形成第1半導(dǎo)體層和第2半導(dǎo)體層，該第1半導(dǎo)體層由多個(gè)半導(dǎo)體層構(gòu)成且包含溝道，該第2半導(dǎo)體層與所述溝道導(dǎo)電型相反；第2工序，去除第2半導(dǎo)體層中與柵極不對(duì)應(yīng)的部分；第3工序，向所述第1半導(dǎo)體層內(nèi)的周圍部分有選擇地導(dǎo)入非導(dǎo)電型雜質(zhì)； 第4工序，在所述第1半導(dǎo)體層形成源極電極和漏極電極；以及第5工序，在所述第2半導(dǎo)體層之上形成柵極電極；在所述第3工序中，以使得所述第2半導(dǎo)體層的所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度比所述第1半導(dǎo)體層的所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度低的方式導(dǎo)入所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以制造可實(shí)現(xiàn)常截止型、漏電流小且具有高關(guān)態(tài)擊穿電壓的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的上述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。本發(fā)明的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的其他制造方法，包括以下工序第1工序，在襯底上方， 通過外延生長，依次形成第1半導(dǎo)體層和第2半導(dǎo)體層，該第1半導(dǎo)體層由多個(gè)半導(dǎo)體層構(gòu)成且包含溝道，該第2半導(dǎo)體層與所述第1半導(dǎo)體層中與該第2半導(dǎo)體層相接的層相比帶隙??；第2工序，去除第2半導(dǎo)體層中與柵極不對(duì)應(yīng)的部分；第3工序，向所述第1半導(dǎo)體層內(nèi)的周圍部分有選擇地導(dǎo)入非導(dǎo)電型雜質(zhì)；第4工序，在所述第1半導(dǎo)體層形成源極電極和漏極電極；以及第5工序，在所述第2半導(dǎo)體層之上形成柵極電極；在所述第3工序中，以使得所述第2半導(dǎo)體層的所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度比所述第1半導(dǎo)體層的所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度低的方式導(dǎo)入所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)。本發(fā)明的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的又一制造方法，包括以下工序第1工序，在襯底上方， 通過外延生長，形成由多個(gè)半導(dǎo)體層構(gòu)成且包含溝道的第1半導(dǎo)體層；第2工序，向所述第 1半導(dǎo)體層的周邊區(qū)域?qū)敕菍?dǎo)電型雜質(zhì)；第3工序，在與柵極對(duì)應(yīng)的部分有選擇地形成導(dǎo)電型與所述溝道相反的第2半導(dǎo)體層；第4工序，在所述第1半導(dǎo)體層形成源極電極和漏極電極；以及第5工序，在所述第2半導(dǎo)體層之上形成柵極電極。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，可以更可靠地減少漏電流。這是因?yàn)?，由于在向?半導(dǎo)體層導(dǎo)入非導(dǎo)電型雜質(zhì)后形成第2半導(dǎo)體層，所以因所述第2區(qū)域不含有非導(dǎo)電型雜質(zhì)(即更多含有 P型雜質(zhì))，所以可以更可靠地使柵極下的溝道的端部耗盡。本發(fā)明的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的又一制造方法，包括以下工序在襯底上方，通過外延生長，形成由多個(gè)半導(dǎo)體層構(gòu)成且包含溝道的第1半導(dǎo)體層；第2工序，向所述第1半導(dǎo)體層的周邊區(qū)域?qū)敕菍?dǎo)電型雜質(zhì)；第3工序，在與柵極對(duì)應(yīng)的部分有選擇地形成與所述第1半導(dǎo)體層的表面的層相比帶隙小的第2半導(dǎo)體層；第4工序，在所述第1半導(dǎo)體層形成源極電極和漏極電極；以及第5工序，在所述第2半導(dǎo)體層之上形成柵極電極。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，可以實(shí)現(xiàn)漏電流小且具有高關(guān)態(tài)擊穿電壓的常截止型的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。此外，可以進(jìn)行場(chǎng)效應(yīng)晶體管的大電流驅(qū)動(dòng)，并可以將場(chǎng)效應(yīng)晶體管用作功率晶體管。 進(jìn)一步，可以截?cái)嘟?jīng)過所述含有區(qū)域和第2半導(dǎo)體層之間的界面的漏電流的路徑。


圖1是與本發(fā)明的第1實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的截面圖；圖2是與實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的平面圖；圖3A是與實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的截面圖；圖;3B是與實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的截面圖；圖4是表示與實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電流電壓特性的圖；圖5A是表示與實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法A的一個(gè)工序的圖；圖5B是表示與實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法A的一個(gè)工序的圖；圖5C是表示與實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法A的一個(gè)工序的圖；圖5D是表示與實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法A的一個(gè)工序的圖；圖5E是表示與實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法A的一個(gè)工序的圖；圖5F是表示與實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法A的一個(gè)工序的圖6A是表示與實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法B的一個(gè)工序的圖；圖6B是表示與實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法B的一個(gè)工序的圖；圖6C是表示與實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法B的一個(gè)工序的圖；圖6D是表示與實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法B的一個(gè)工序的圖；圖6E是表示與實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法B的一個(gè)工序的圖；圖6F是表示與實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法B的一個(gè)工序的圖；圖7是與實(shí)施方式的變形例有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的截面圖；圖8A是表示與實(shí)施方式的變形例有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法C的一個(gè)工序的圖；圖8B是表示與實(shí)施方式的變形例有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法C的一個(gè)工序的圖；圖8C是表示與實(shí)施方式的變形例有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法C的一個(gè)工序的圖；圖8D是表示與實(shí)施方式的變形例有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法C的一個(gè)工序的圖；圖8E是表示與實(shí)施方式的變形例有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法C的一個(gè)工序的圖；圖8F是表示與實(shí)施方式的變形例有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法C的一個(gè)工序的圖；圖8G是表示與實(shí)施方式的變形例有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法C的一個(gè)工序的圖；圖8H是表示與實(shí)施方式的變形例有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法C的一個(gè)工序的圖；圖9A是表示與實(shí)施方式的變形例有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法D的一個(gè)工序的圖；圖9B是表示與實(shí)施方式的變形例有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法D的一個(gè)工序的圖；圖9C是表示與實(shí)施方式的變形例有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法D的一個(gè)工序的圖；圖9D是表示與實(shí)施方式的變形例有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法D的一個(gè)工序的圖；圖9E是表示與實(shí)施方式的變形例有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法D的一個(gè)工序的圖；圖9F是表示與實(shí)施方式的變形例有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法D的一個(gè)工序的圖；圖9G是表示與實(shí)施方式的變形例有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法D的一個(gè)工序的圖；圖9H是表示與實(shí)施方式的變形例有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法D的一個(gè)工序的圖IOA是現(xiàn)有技術(shù)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的截面圖；圖IOB是本發(fā)明的參考例的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的截面圖；圖IlA是現(xiàn)有技術(shù)的柵極區(qū)域的截面中的能帶圖；圖IlB是現(xiàn)有技術(shù)的柵極區(qū)域的截面中的能帶圖。
具體實(shí)施例方式(第1實(shí)施方式)參考附圖來說明本發(fā)明的第1實(shí)施方式。圖1表示與本發(fā)明的第1實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的截面圖的結(jié)構(gòu)。如圖 1所示，與第1實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，在主面的面方位為(0001)面的由藍(lán)寶石構(gòu)成的藍(lán)寶石襯底101的主面上，依次通過外延生長形成由膜厚為IOOnm的氮化鋁(AlN)構(gòu)成的緩沖層102、膜厚為2 μ m的非摻雜的氮化鎵(GaN)層103、膜厚為25nm的非摻雜的氮化鋁鎵(AlGaN)層104和膜厚為50nm的ρ型AlGaN層105。這里，各AlGaN層104、105的 Al組分都為20%。其中，可以將Alfi^^其中，0彡χ彡1)用于非摻雜GaN層103，將 AlyGi^yN (其中，01)用于非摻雜AlGaN層104，將A1zGa_zN(其中，0彡ζ彡1)用于 ρ型AKiaN層105。這里，所謂“非摻雜”是指沒有有意導(dǎo)入雜質(zhì)。將由鎳(Ni)構(gòu)成的柵極電極106形成為與ρ型MGaN層105歐姆接觸。另外，在柵極電極106的兩側(cè)，以與非摻雜AlGaN層104接觸的方式分別形成由鈦(Ti)/鋁(Al)構(gòu)成的源極電極107和漏極電極108。在除柵極電極106、源極電極107和漏極電極108之外的非摻雜AKkiN層104和ρ 型AlGaN層105的上表面和壁面處，形成由氮化硅(SiN)構(gòu)成的SiN膜109以作為保護(hù)膜。相對(duì)于柵極電極106、源極電極107和漏極電極108在外側(cè)的區(qū)域進(jìn)行離子注入以使得作為非導(dǎo)電型雜質(zhì)的例如氬(Ar)離子等到達(dá)非摻雜GaN層103的上部，而形成高電阻化(即絕緣體化或非導(dǎo)電化)的離子注入?yún)^(qū)域110，即形成非導(dǎo)電型雜質(zhì)的含有區(qū)域。所謂該高電阻化是指，比作為溝道層的二維電子氣層電阻高。這里，非摻雜GaN層103和非摻雜AlGaN層104中，沒有離子注入而沒有被高電阻化的區(qū)域?yàn)榉菍?dǎo)電型雜質(zhì)的非含有區(qū)域。 此外，注入的離子優(yōu)選是鐵(Fe)離子、釕(Ru)離子等過渡金屬離子。并且，含有區(qū)域中的非導(dǎo)電型雜質(zhì)濃度優(yōu)選為IXlO16cnT3以上。這里，ρ型AlGaN層105的載流子濃度只要是能使ρ型AlGaN層105下的溝道耗盡的程度即可，優(yōu)選IX IO15CnT3以上。此外，為了抑制向P型AKiaN層105的耗盡層的擴(kuò)大， 該ρ型AWaN層105的載流子濃度優(yōu)選為1 X IO18CnT3以上。圖2是與本發(fā)明的第1實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的平面圖。另外，圖1所示的本實(shí)施方式的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的截面圖是圖2的本實(shí)施方式的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的平面圖中記載的點(diǎn)線A的截面圖。通過離子注入形成的離子注入?yún)^(qū)域110僅在非摻雜GaN層103和非摻雜AlGaN層104形成，對(duì)于ρ型AWaN層105不進(jìn)行離子注入故不形成離子注入?yún)^(qū)域。圖3Α、圖;3Β是與本發(fā)明的第1實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的截面圖。圖:3Β中明確示出了與漏電流的抑制相關(guān)的區(qū)域。另外，圖3Α、圖;3Β是圖2的本實(shí)施方式的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的平面圖所記載的點(diǎn)線B的截面中、僅柵極電極106下部的僅右半部分的截面圖。如圖;3Β這樣，非摻雜AlGaN層104和非摻雜GaN層103構(gòu)成包含溝道的第1半導(dǎo)體層。這里，溝道是指由非摻雜AKiaN層104和非摻雜GaN層103之間的異質(zhì)結(jié)而產(chǎn)生的二維電子氣。第1半導(dǎo)體層具有作為元件分離區(qū)域而設(shè)置的含有非導(dǎo)電型雜質(zhì)的含有區(qū)域 (離子注入?yún)^(qū)域110)，和作為除此之外的區(qū)域的非含有區(qū)域。非含有區(qū)域是不含有該非導(dǎo)電型雜質(zhì)的區(qū)域。含有區(qū)域(離子注入?yún)^(qū)域110)如圖2所示形成在場(chǎng)效應(yīng)晶體管的周邊部。第1半導(dǎo)體層包含第1區(qū)域。該第1區(qū)域如圖2和圖;3B的虛線所示，是含有區(qū)域 (離子注入?yún)^(qū)域110)和非含有區(qū)域的界面中、包含所述第2半導(dǎo)體層正下方的界面部分在內(nèi)的該界面部分附近的區(qū)域，并且是比該界面部分靠近含有區(qū)域側(cè)的區(qū)域。第2半導(dǎo)體層包含第2區(qū)域。該第2區(qū)域如圖:3B的虛線所示，是位于第1區(qū)域緊上方的第2半導(dǎo)體層的區(qū)域。第2區(qū)域的非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度比第1區(qū)域的非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度低?；蛘叩?區(qū)域不含有非導(dǎo)電型雜質(zhì)。所謂第2區(qū)域不包含非導(dǎo)電型雜質(zhì)、或第2區(qū)域的非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度比第1區(qū)域低，若簡(jiǎn)單來說，是指通過僅向非摻雜GaN層103、非摻雜AlGaN層104的一部分進(jìn)行離子注入而形成離子注入?yún)^(qū)域110，但沒有向ρ型AKiaN層105進(jìn)行離子注入。本實(shí)施方式的晶體管中，由于沒有向位于離子注入?yún)^(qū)域110與非摻雜GaN層103 和非摻雜AKiaN層104的界面緊上方的ρ型AKiaN層105注入離子，所以通過非摻雜GaN 層103和非摻雜AKkiN層104與ρ型AKkiN層105的連接所產(chǎn)生的內(nèi)建電場(chǎng)，離子注入?yún)^(qū)域110與非摻雜GaN層103和非摻雜AlGaN層104的界面的勢(shì)能(energy potential)升高，因而可抑制界面處的二維電子氣的殘留，可減少漏電流。換而言之，第2區(qū)域?yàn)榕c溝道相反的導(dǎo)電型，且非導(dǎo)電型雜質(zhì)濃度比第1區(qū)域低 (包含濃度0)。即，第2區(qū)域具有導(dǎo)電型與溝道(二維電子氣)相反的特性。由此，第2半導(dǎo)體層提高了溝道的能級(jí)。即，將圖IlB的帶隙能量提高到圖11A。與此相同，第2區(qū)域充分提高了柵極電極下的溝道的端部(溝道與含有區(qū)域和非含有區(qū)域之間的界面接觸的部分)處的溝道的能級(jí)。由此，使場(chǎng)效應(yīng)晶體管截止時(shí)的溝道的該端部耗盡，所以可以抑制柵極電極下的溝道端部的漏電流的發(fā)生。結(jié)果，在將場(chǎng)效應(yīng)晶體管用作功率晶體管的情況下， 由于抑制了由該漏電流引起的發(fā)熱，所以可以提高關(guān)態(tài)擊穿電壓。此外，柵極電極下的第2半導(dǎo)體層為與溝道相反的導(dǎo)電型，所以提高了溝道的能級(jí)，故使柵極電極下的溝道耗盡。由此，使場(chǎng)效應(yīng)晶體管不是常導(dǎo)通型，而是常截止型。另外，為了抑制離子注入?yún)^(qū)域110與非摻雜GaN層103和非摻雜AKkiN層104的界面處的二維電子氣的殘留，在包含界面的界面附近的區(qū)域，且離子注入?yún)^(qū)域110側(cè)的區(qū)域的緊上方，不向P型AlGaN層105注入離子即可。這里所說的附近，只要有在離子注入時(shí)離子進(jìn)行擴(kuò)散的范圍的波動(dòng)部分、即離子注入?yún)^(qū)域110與非摻雜GaN層103和非摻雜AlGaN 層104的界面(非導(dǎo)電型雜質(zhì)的含有區(qū)域和非含有區(qū)域的界面)的波動(dòng)部分即可，距界面為50nm以上即可。若有500nm以上，則更有效，若是1 μ m以上，則可進(jìn)一步有效抑制二維電子氣的殘留。圖4表示如上這樣形成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電流電壓(I-V)特性。圖4表示將漏極電壓Vds設(shè)為IOV的情況下的柵極電壓Vgs和漏極電流Ids之間的關(guān)系。虛線表示向第2 區(qū)域注入了非導(dǎo)電型雜質(zhì)的情況下的特性，實(shí)線表示沒有向第2區(qū)域注入非導(dǎo)電型雜質(zhì)的情況下的特性?？梢钥闯雠c前者的情形相比，后者的情況下更降低了截止?fàn)顟B(tài)下的漏電流。圖5A 圖5F是表示與本實(shí)施方式有關(guān)的晶體管的制造方法A的工序的截面圖。首先，如圖5A所示，在藍(lán)寶石襯底101的(0001)面上通過有機(jī)金屬氣相生長法 (Metal Organic Chemical Vapor D印osition :M0CVD)，依次形成厚度為 IOOnm 的 AlN緩沖層102、厚度為2 μ m的非摻雜GaN層103、厚度為25nm的非摻雜AlGaN層104、厚度為IOOnm 的P型AlGaN層105。接著，如圖5B所示，例如通過ICP (Inductive-Coupled Plasma)蝕刻等的干蝕，有選擇地去除P型AKiaN層105中柵極區(qū)域以外的部分。進(jìn)一步，如圖5C(相當(dāng)于圖2中的B-B截面)和圖5D(相當(dāng)于圖2中的A-A截面)所示，在通過光致抗蝕劑等覆蓋的狀態(tài)下，離子注入例如Ar等而形成離子注入?yún)^(qū)域，使非摻雜AlGaN層104、非摻雜GaN 層103的一部分高電阻化。此時(shí)，存在向非摻雜GaN層103、非摻雜AKkiN層104注入的離子，以使ρ型AKiaN層105的雜質(zhì)濃度比非摻雜GaN層103、非摻雜AKiaN層104的雜質(zhì)濃度低的方式，控制離子注入時(shí)的加速能和用量(dose)。之后，如圖5E所示，在ρ型AlGaN層 105上形成Ni柵極電極106、在非摻雜AlGaN層104上形成Ti/Al源極電極107和Ti/Al 漏極電極108。然后，如圖5F所示，通過例如等離子CVD等來堆積SiN保護(hù)膜。圖6A 圖6F是表示與本實(shí)施方式有關(guān)的晶體管的制造方法B的工序的截面圖。首先，如圖6A所示，在藍(lán)寶石襯底101的(0001)面上通過有機(jī)金屬氣相生長法 (Metal Organic Chemical Vapor D印osition :M0CVD)，依次形成厚度為 IOOnm 的 AlN緩沖層102、厚度為2μπι的非摻雜GaN層103和厚度為25nm的非摻雜AlGaN層104。接著，如圖6B所示，在通過光致抗蝕劑等覆蓋的狀態(tài)下，離子注入例如Ar等而形成離子注入?yún)^(qū)域， 使非摻雜AKiaN層104、非摻雜GaN層103的一部分高電阻化。此外，注入的離子優(yōu)選是鐵 (Fe)離子、釕(Ru)離子等過渡金屬離子。如圖6C(相當(dāng)于圖2中的B-B截面)和圖6D(相當(dāng)于圖2中的A-A截面)所示，在有選擇地形成厚度為IOOnm的ρ型AWaN層105后，如圖 6Ε所示，在ρ型AlGaN層105上形成Ni柵極電極106、在非摻雜AlGaN層104上形成Ti/Al 源極電極107和Ti/Al漏極電極108。然后，如圖6F所示，通過例如等離子CVD等堆積SiN 保護(hù)膜。根據(jù)該制造方法B，可以更可靠地減少漏電流。這是因?yàn)?，在向?半導(dǎo)體層(非摻雜AlGaN層104、非摻雜GaN層103)的一部分導(dǎo)入非導(dǎo)電型雜質(zhì)后形成第2半導(dǎo)體層(ρ 型AlGaN層105)，因此第2區(qū)域不包含非導(dǎo)電型雜質(zhì)(即更多含有ρ型雜質(zhì))，所以可以更可靠地使柵極下的溝道的端部耗盡。接著，參考附圖來說明本發(fā)明的第1實(shí)施方式的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的變形例。圖7表示與本發(fā)明的第1實(shí)施方式的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的變形例有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的截面圖結(jié)構(gòu)。如圖7所示，與第1實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其與圖3Α和圖;3Β所示的與第1實(shí)施方式有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的不同點(diǎn)僅在于，在P型AKiaN層105中形成有離子注入?yún)^(qū)域O)。即，該場(chǎng)效應(yīng)晶體管與圖3Α和圖;3Β相比，不同點(diǎn)在于，從上方觀察而追加了包圍含有區(qū)域(離子注入?yún)^(qū)域110)和第2半導(dǎo)體層(ρ型AlGaN層105)的周邊部分的、 含有非導(dǎo)電型雜質(zhì)的作為元件分離區(qū)域的第2含有區(qū)域(離子注入?yún)^(qū)域0)111)。如圖7這樣，離子注入?yún)^(qū)域O) 111和沒有注入離子的ρ型AKiaN層105的界面形成為，與沒有注入離子的非摻雜AlGaN層104和離子注入?yún)^(qū)域110之間的界面相比位于靠近場(chǎng)效應(yīng)晶體管的外側(cè)。本實(shí)施方式的晶體管中，通過在ρ型AlGaN層105中形成離子注入?yún)^(qū)域(2) 111，可減少經(jīng)P型AlGaN層105的漏電流，從而可進(jìn)一步減少漏電流。這是因?yàn)?，可以通過第2含有區(qū)域(離子注入?yún)^(qū)域( 111)截?cái)嗦╇娏髀窂剑撀╇娏髀窂绞侨缦侣窂綇臇艠O下的溝道的端部，經(jīng)含有區(qū)域(離子注入?yún)^(qū)域110)和非含有區(qū)域(沒有注入離子的非摻雜AlGaN 層104和非摻雜GaN層10 之間的界面，進(jìn)一步通過含有區(qū)域和第2半導(dǎo)體層(ρ型AlfeN 層10 之間的界面的路徑。這里所說的漏電流的路徑可能因制造工序的偏差而形成，但是通過具備第2含有區(qū)域而可忽略制造工序的偏差或可以擴(kuò)大偏差的容許范圍。接著，說明與本實(shí)施方式的變形例有關(guān)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法的一例C。圖 8A 圖8H是表示與本實(shí)施方式有關(guān)的半導(dǎo)體裝置的制造方法C的截面圖。首先，如圖8A所示，在藍(lán)寶石襯底101的(0001)面上通過有機(jī)金屬氣相生長法 (Metal Organic Chemical Vapor D印osition :M0CVD)，依次形成厚度為 IOOnm 的 AlN 緩沖層102、厚度為2μπι的非摻雜GaN層103、厚度為25nm的非摻雜AlGaN層104和厚度為 IOOnm 的 ρ 型 AlGaN層 105。接著，如圖 8B 所示，通過例如 ICP (Inductive-Coupled Plasma) 蝕刻等的干蝕，有選擇地去除P型AlGaN層105中柵極區(qū)域之外的部分。進(jìn)一步，如圖8C和圖8D所示那樣，在通過光致抗蝕劑等覆蓋的狀態(tài)下，離子注入例如Ar等而形成離子注入?yún)^(qū)域，使非摻雜AlGaN層104、非摻雜GaN層103的一部分高電阻化。此時(shí)，存在向非摻雜GaN 層103、非摻雜AKkiN層104注入的離子，以使ρ型AKkiN層105的雜質(zhì)濃度比非摻雜GaN 層103、非摻雜AlGaN層104的雜質(zhì)濃度低的方式，控制離子注入時(shí)的加速能和用量。此外， 注入的離子優(yōu)選是過渡金屬離子，最好是鐵(Fe)離子、釕(Ru)離子等。之后，如圖8E和圖 8F所示，在通過光致抗蝕劑等覆蓋的狀態(tài)下，向比離子注入?yún)^(qū)域110更靠外側(cè)的區(qū)域離子注入例如Ar等而形成離子注入?yún)^(qū)域(2) 111，使ρ型AKkiN層105、非摻雜AlGaN層104、非摻雜GaN層103的一部分高電阻化。如圖8G所示，在ρ型AKkiN層105上形成Ni柵極電極106、在非摻雜AWaN層104上形成Ti/Al源極電極107和Ti/Al漏極電極108。然后， 如圖8H所示，通過例如等離子CVD等來堆積SiN保護(hù)膜。接著，說明與本實(shí)施方式的變形例有關(guān)的晶體管的制造方法的一例D。圖9A 圖 9H是表示與本實(shí)施方式有關(guān)的半導(dǎo)體裝置的制造方法D的截面圖。首先，如圖9A所示，在藍(lán)寶石襯底101的(0001)面上通過有機(jī)金屬氣相生長法 (Metal Organic Chemical Vapor D印osition :M0CVD)，依次形成厚度為 IOOnm 的 AlN緩沖層102、厚度為2μπι的非摻雜GaN層103和厚度為25nm的非摻雜AlGaN層104。接著，如圖9B所示，在通過光致抗蝕劑等覆蓋的狀態(tài)下，離子注入例如Ar等而形成離子注入?yún)^(qū)域， 使非摻雜AKiaN層104、非摻雜GaN層103的一部分高電阻化。此外，注入的離子優(yōu)選是鐵 (Fe)離子、釕(Ru)離子等過渡金屬離子。如圖9C和圖9D所示，在有選擇地形成厚度為 IOOnm的ρ型AWaN層105后，如圖9E和圖9F所示，在通過光致抗蝕劑等覆蓋的狀態(tài)下， 向比離子注入?yún)^(qū)域Iio靠外側(cè)的區(qū)域離子注入例如Ar等而形成離子注入?yún)^(qū)域(2) 111，使 ρ型AKkiN層105、非摻雜AlGaN層104、非摻雜GaN層103的一部分高電阻化。如圖9G所示，在P型AlGaN層105上形成Ni柵極電極106、在非摻雜AlGaN層104上形成Ti/Al源極電極107和Ti/Al漏極電極108。然后，如圖9H所示，通過例如等離子CVD等來堆積SiN 保護(hù)膜。根據(jù)該制造方法D，基于與上述的制造方法B相同的理由，可以更可靠地減少漏電流，并且可以通過由第2含有區(qū)域(離子注入?yún)^(qū)域0)111)形成的截?cái)鄟磉M(jìn)一步減少漏電流。
另外，上述實(shí)施方式的場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，第2半導(dǎo)體層由ρ型AKiaN構(gòu)成，且第1 半導(dǎo)體層由i-AKiaN和i-GaN(i是非摻雜的含義)來構(gòu)成，但是也可以是不同的氮化物系材料。例如，可以是第2半導(dǎo)體層由ρ型GaN構(gòu)成，第1半導(dǎo)體層由i-AKiaN和i-^iGaN構(gòu)成。此外，上述實(shí)施方式的場(chǎng)效應(yīng)晶體管中可以使用砷化鎵系材料。例如，可以是，第2 半導(dǎo)體層由P型GaAs構(gòu)成，第1半導(dǎo)體層由η型AlGaAs和i_GaAs構(gòu)成，且代替藍(lán)寶石襯底來使用半絕緣性GaAs襯底。此外，上述實(shí)施方式的場(chǎng)效應(yīng)晶體管中可以使用磷化銦系材料。例如，可以是，第2 半導(dǎo)體層由P型InGaAs構(gòu)成，第1半導(dǎo)體層由η型InAlAs和i-hGaAs構(gòu)成，且代替藍(lán)寶石襯底而使用半絕緣性InP襯底。該情況下，通過在半絕緣性InP襯底上外延生長第1半導(dǎo)體層和第2半導(dǎo)體層，而與GaAs襯底上相比可以使h的組分多，可以實(shí)現(xiàn)電子遷移率更大的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。另外，含有區(qū)域(離子注入?yún)^(qū)域110)、第1區(qū)域和第2區(qū)域可以不形成在場(chǎng)效應(yīng)晶體管周邊的整周，只要形成在周邊中的至少柵極電極下的部分即可。例如，圖7中，含有區(qū)域(離子注入?yún)^(qū)域110)、第1區(qū)域和第2區(qū)域可以僅形成在柵極電極下的部分。此外，也可將含有區(qū)域(離子注入?yún)^(qū)域110)形成在場(chǎng)效應(yīng)晶體管周邊的整周，將第1區(qū)域和第2區(qū)域形成在周邊中的至少柵極電極下的部分。另外，上述實(shí)施方式中的記載中，AlGaN表示AIxGe^xN (其中，0 < χ < 1)，InGaN表示 InyGa1^yN (0 < y < 1), InAlGaN 表示 InyAlxGa1^yN (0 <x<l、0<y<l、0<x+y<l)。 這對(duì)于MGaAs和InAlAs也同樣。此外，上述實(shí)施方式中，場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，溝道為二維電子氣，第2半導(dǎo)體層為ρ 型，但是并不限于此，溝道也可以是二維空穴氣，第2半導(dǎo)體層也可以為η型。該情況下，在藍(lán)寶石襯底上依次形成AlN緩沖層、非摻雜AlGaN層、非摻雜GaN層、 η型AWaN層，并以與非摻雜GaN層相接的方式而形成Ni源極電極和Ni漏極電極，且在η 型AKiaN層形成由Ti/Al構(gòu)成的歐姆電極。由此，在非摻雜AlGaN層和非摻雜GaN層的界面處產(chǎn)生二維空穴氣，且通過η型AWaN的連接，降低了 η型AWaN緊下方的非摻雜AlGaN 層、非摻雜GaN層的能級(jí)，使二維空穴氣耗盡，從而可實(shí)現(xiàn)常截止動(dòng)作。另外，通過與上述實(shí)施方式同樣地進(jìn)行離子注入，可減少漏電流。此外，上述實(shí)施方式中，第2半導(dǎo)體層為與溝道相反的導(dǎo)電型，但這是使第2半導(dǎo)體層下的溝道耗盡的手段之一，并不限于此。例如，用帶隙比第1半導(dǎo)體層中與第2半導(dǎo)體層相接的層小的材料形成第2半導(dǎo)體層，也可同樣使第2半導(dǎo)體層下的溝道耗盡。例如、在藍(lán)寶石襯底上依次形成AlN緩沖層、AlN緩沖層、非摻雜GaN層、非摻雜 AlGaN層、非摻雜InGaN層，且以與非摻雜AlGaN相接的方式形成Ti/Al源極電極和Ti/Al 漏極電極，以與非摻雜InGaN層相接的方式形成Ni柵極電極。由此，通過非摻雜InGaN層和非摻雜AlGaN層的連接而產(chǎn)生的壓電電場(chǎng)提高了非摻雜InGaN緊下方的非摻雜GaN層、 非摻雜AlGaN層的能級(jí)，二維電子氣耗盡，從而可實(shí)現(xiàn)常截止動(dòng)作。另外，通過與上述實(shí)施方式同樣地進(jìn)行離子注入，可減少漏電流。上述實(shí)施方式中，表示了源極電極107和漏極電極108分別形成在第1半導(dǎo)體層 (非摻雜AlGaN層104)上的例子，但是源極電極107和漏極電極108可以分別是凹陷結(jié)構(gòu)。即，兩電極可以分別嵌入凹陷中，該凹陷從半導(dǎo)體裝置的表面貫通第1半導(dǎo)體層(非摻雜 AlGaN層104)和二維電子氣層、并進(jìn)一步到達(dá)非摻雜GaN層103的內(nèi)部。所有實(shí)施例中，注入到離子注入?yún)^(qū)域110和離子注入?yún)^(qū)域0)111的離子優(yōu)選是C 離子、F離子，進(jìn)一步地，F(xiàn)離子和C離子同時(shí)共存、F離子和B離子共存則更好。晶體管的制造工藝中存在將晶片置于高溫中的情況，存在通過在此時(shí)的熱度下進(jìn)行離子注入而導(dǎo)致高電阻化后的區(qū)域的電阻降低的問題。通過F離子和C離子同時(shí)共存、 或F離子和B離子共存，可以提高對(duì)熱的耐性，減少離子注入?yún)^(qū)域的電阻值的降低。另外，F(xiàn) 離子、C離子、B離子的濃度可以分別為1 X IO18CnT3以上，而在從1 X IO19cnT3到1 X 1022cm_3 以下的范圍則更好。產(chǎn)業(yè)上的可用性本發(fā)明的晶體管及其制造方法可以實(shí)現(xiàn)為常截止型且具有高關(guān)態(tài)擊穿電壓的由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的半導(dǎo)體裝置，在可適用于例如民用設(shè)備的電源電路等中使用的功率晶體管的使用了氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置及其制造方法等中有用。附圖標(biāo)記說明
101藍(lán)寶石襯底
102AlN層
103非摻雜feiN層
104非摻雜AlGaN層
105P型AWaN層
106Ni柵極電極
107Ti/Al源極電極
108Ti/Al漏極電極
109SiN膜
110離子注入?yún)^(qū)域
111離子注入?yún)^(qū)域
權(quán)利要求
1.一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于 具備襯底；第1半導(dǎo)體層，由層積在所述襯底上的多個(gè)半導(dǎo)體層構(gòu)成，且含有溝道； 源極電極和漏極電極，形成于所述第1半導(dǎo)體層； 柵極電極；以及第2半導(dǎo)體層，形成在所述第1半導(dǎo)體層之上且柵極電極之下，且導(dǎo)電型與所述溝道的導(dǎo)電型相反，所述第1半導(dǎo)體層具有含有非導(dǎo)電型雜質(zhì)的含有區(qū)域與不含有該非導(dǎo)電型雜質(zhì)的非含有區(qū)域；所述含有區(qū)域通過含有所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)而與所述非含有區(qū)域相比被高電阻化； 所述第1半導(dǎo)體層包含第1區(qū)域；所述第1區(qū)域是所述含有區(qū)域和所述非含有區(qū)域的界面中、包含所述第2半導(dǎo)體層正下方的界面部分在內(nèi)的該界面部分附近的區(qū)域，并且是比該界面部分靠近所述含有區(qū)域側(cè)的區(qū)域；所述第2半導(dǎo)體層包含第2區(qū)域；所述第2區(qū)域是位于所述第1區(qū)域緊上方的區(qū)域；所述第2區(qū)域的所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度比所述第1區(qū)域的所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度低。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于 所述第1半導(dǎo)體層包括載流子移動(dòng)層、載流子供給層； 所述載流子移動(dòng)層具有比所述載流子供給層小的帶隙能量；所述溝道是二維載流子氣層，該二維載流子氣層是通過所述載流子移動(dòng)層和載流子供給層之間的異質(zhì)結(jié)以及向所述柵極電極施加的電壓而產(chǎn)生的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于 所述溝道中的載流子是電子；所述第2半導(dǎo)體層由ρ型半導(dǎo)體形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于在所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管截止的狀態(tài)下，在所述界面部分終止的所述溝道的端部通過所述第2區(qū)域而被耗盡，且所述第2半導(dǎo)體層正下方的所述溝道的所述端部之外的部分通過所述第2半導(dǎo)體層而被耗盡。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于 所述第2區(qū)域中的ρ型載流子濃度是1 X IO15CnT3以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管還具有形成在所述含有區(qū)域和第2半導(dǎo)體層的周邊、且含有非導(dǎo)電型雜質(zhì)的作為元件分離區(qū)域的第2含有區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于 所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)是過渡金屬離子。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)是狗離子和Ru離子中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于 所述第1半導(dǎo)體層和第2半導(dǎo)體層包含氮化物半導(dǎo)體。
10.一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于 具備襯底；第1半導(dǎo)體層，由層積在所述襯底上的多個(gè)半導(dǎo)體層構(gòu)成，且含有溝道； 源極電極和漏極電極，形成于所述第1半導(dǎo)體層； 柵極電極；以及第2半導(dǎo)體層，形成在所述第1半導(dǎo)體層之上且柵極電極之下， 所述第2半導(dǎo)體層與所述第1半導(dǎo)體層中與該第2半導(dǎo)體層相接的層相比帶隙?。?所述第1半導(dǎo)體層具有含有非導(dǎo)電型雜質(zhì)的含有區(qū)域與不含有該非導(dǎo)電型雜質(zhì)的非含有區(qū)域；所述含有區(qū)域通過含有所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)而與所述非含有區(qū)域相比被高電阻化； 所述第1半導(dǎo)體層包含第1區(qū)域；所述第1區(qū)域是所述含有區(qū)域和所述非含有區(qū)域的界面中、包含所述第2半導(dǎo)體層正下方的界面部分在內(nèi)的該界面部分附近的區(qū)域，并且是比該界面部分靠近所述含有區(qū)域側(cè)的區(qū)域；所述第2半導(dǎo)體層包含第2區(qū)域；所述第2區(qū)域是位于所述第1區(qū)域緊上方的區(qū)域；所述第2區(qū)域的所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度比所述第1區(qū)域的所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度低。
11.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于 所述含有區(qū)域含有F離子來作為所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于 所述含有區(qū)域含有C離子來作為所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于 所述含有區(qū)域的所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)包含F(xiàn)離子和C離子。
14.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于 所述含有區(qū)域含有F離子和B離子來作為所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11 14中任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于所述F離子、所述C離子和所述B離子中的至少一個(gè)的濃度分別是1 X IO18CnT3以上 IXlO22CnT3 以下。
16.一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法，其特征在于，包括以下工序第1工序，在襯底上方，通過外延生長，依次形成第1半導(dǎo)體層和第2半導(dǎo)體層，該第1 半導(dǎo)體層由多個(gè)半導(dǎo)體層構(gòu)成且包含溝道，該第2半導(dǎo)體層的導(dǎo)電型與所述溝道的導(dǎo)電型相反；第2工序，去除第2半導(dǎo)體層中與柵極不對(duì)應(yīng)的部分； 第3工序，向所述第1半導(dǎo)體層內(nèi)的周圍部分有選擇地導(dǎo)入非導(dǎo)電型雜質(zhì)；第4工序，在所述第1半導(dǎo)體層形成源極電極和漏極電極；以及第5工序，在所述第2半導(dǎo)體層之上形成柵極電極；在所述第3工序中，以使得所述第2半導(dǎo)體層的所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度比所述第1 半導(dǎo)體層的所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度低的方式導(dǎo)入所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)。
17.一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法，其特征在于，包括以下工序第1工序，在襯底上方，通過外延生長，依次形成第1半導(dǎo)體層和第2半導(dǎo)體層，該第1 半導(dǎo)體層由多個(gè)半導(dǎo)體層構(gòu)成且包含溝道，該第2半導(dǎo)體層與所述第1半導(dǎo)體層中與該第 2半導(dǎo)體層相接的層相比帶隙小；第2工序，去除第2半導(dǎo)體層中與柵極不對(duì)應(yīng)的部分； 第3工序，向所述第1半導(dǎo)體層內(nèi)的周圍部分有選擇地導(dǎo)入非導(dǎo)電型雜質(zhì)； 第4工序，在所述第1半導(dǎo)體層形成源極電極和漏極電極；以及第5工序，在所述第2半導(dǎo)體層之上形成柵極電極；在所述第3工序中，以使得所述第2半導(dǎo)體層的所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度比所述第1 半導(dǎo)體層的所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度低的方式導(dǎo)入所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)。
18.一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法，其特征在于，包括以下工序第1工序，在襯底上方，通過外延生長，形成由多個(gè)半導(dǎo)體層構(gòu)成且包含溝道的第1半導(dǎo)體層；第2工序，向所述第1半導(dǎo)體層的周邊區(qū)域?qū)敕菍?dǎo)電型雜質(zhì)； 第3工序，在與柵極對(duì)應(yīng)的部分有選擇地形成導(dǎo)電型與所述溝道相反的第2半導(dǎo)體層；第4工序，在所述第1半導(dǎo)體層形成源極電極和漏極電極；以及第5工序，在所述第2半導(dǎo)體層之上形成柵極電極。
19.一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法，其特征在于，包括以下工序第1工序，在襯底上方，通過外延生長，形成由多個(gè)半導(dǎo)體層構(gòu)成且包含溝道的第1半導(dǎo)體層；第2工序，向所述第1半導(dǎo)體層的周邊區(qū)域?qū)敕菍?dǎo)電型雜質(zhì)； 第3工序，在與柵極對(duì)應(yīng)的部分有選擇地形成與所述第1半導(dǎo)體層表面的層相比帶隙小的第2半導(dǎo)體層；第4工序，在所述第1半導(dǎo)體層形成源極電極和漏極電極；以及第5工序，在所述第2半導(dǎo)體層之上形成柵極電極。
全文摘要
一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，具備在襯底上形成的第1半導(dǎo)體層(103、104)與第2半導(dǎo)體層(105)，第1半導(dǎo)體層具有含有非導(dǎo)電型雜質(zhì)的作為元件分離區(qū)域而設(shè)置的含有區(qū)域、與不含有該非導(dǎo)電型雜質(zhì)的非含有區(qū)域，所述第1半導(dǎo)體層是含有區(qū)域和所述非含有區(qū)域的界面中包含所述柵極電極下方的界面部分在內(nèi)的該界面部分附近的區(qū)域，并且是比該界面部分靠近所述含有區(qū)域側(cè)的區(qū)域，所述第2半導(dǎo)體層包含位于第1區(qū)域緊上方的第2區(qū)域，第2區(qū)域的所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度比所述第1區(qū)域的所述非導(dǎo)電型雜質(zhì)的濃度低。
文檔編號(hào)H01L21/337GK102292801SQ201080005230
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2010年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者上田哲三, 引田正洋, 梅田英和 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社