專利名稱：化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文描述的實(shí)施方案涉及化合物半導(dǎo)體器件和制造化合物半導(dǎo)體器件的方法。
背景技術(shù)：
正在研究通過利用氮化物半導(dǎo)體的特性如高飽和電子速度、寬帶隙等將氮化物半導(dǎo)體應(yīng)用于高電壓耐受性高輸出半導(dǎo)體器件。例如作為氮化物半導(dǎo)體的GaN的帶隙為3. 4eV，其大于Si的帶隙(I. IeV)和GaAs的帶隙(I. 4eV)，由此具有高擊穿電場強(qiáng)度。因此，GaN具有用作從其可獲得高電壓操作和高輸出的用于電源的半導(dǎo)體器件的材料的巨大前景。場效應(yīng)晶體管、特別是高電子遷移率晶體管(HEMT)作為利用氮化物半導(dǎo)體的半 導(dǎo)體器件，已經(jīng)有很多報(bào)道。例如，利用GaN作為電子傳輸層和AlGaN作為電子供給層的AlGaN/GaN HEMT 是作為 GaN 基 HEMT(GaN-HEMT)的關(guān)注焦點(diǎn)。在 AlGaN/GaN HEMT 中，由于GaN和AlGaN之間的晶格常數(shù)差異，所以在AlGaN中產(chǎn)生應(yīng)變。結(jié)果，由于因應(yīng)變引起的AlGaN的自發(fā)極化和壓電極化，所以獲得高濃度ニ維電子氣(2DEG)。因此，期望HEMT用作用于電動(dòng)車輛等的高效開關(guān)元件或高電壓耐受性功率器件。[專利文件I]日本專利公開號(hào)2010-153493[專利文件2]日本專利公開號(hào)2009-49288[專利文件3]日本專利公開號(hào)2008-71988然而，GaN-HEMT具有通常缺乏雪崩耐受性且明顯易受浪涌影響的缺點(diǎn)。此外，與Si基半導(dǎo)體器件不同，GaN-HEMT不具有體ニ極管。結(jié)果，為了將GaN-HEMT應(yīng)用于例如逆變電路(全橋逆變電路)，需要外接ニ極管作為所謂的飛輪ニ極管(FWD)。在GaN-HEMT中，柵電極與源電極之間的寄生電容Cgs和柵電極與漏電極之間的寄生電容Cgd可由于2DEG的濃度高而增加。因此，為了降低寄生電容Cgs和Cgd，在一些情況下在柵極絕緣膜上形成利用金屬材料的場板，以與漏電極側(cè)上的柵電極相鄰。然而，在該情況下，由于耗盡層難以在場板下方延伸，所以寄生電容Cgs和Cgd大。因此，存在對(duì)大電容可能降低器件運(yùn)行速度的擔(dān)心。當(dāng)提供場板時(shí)，通過介于場板和化合物半導(dǎo)體層之間的絕緣膜(例如，柵極絕緣膜)來確保電壓耐受性。這導(dǎo)致另ー問題，即電場集中在絕緣膜上，因此無法改善電壓耐受性。由碰撞電離等產(chǎn)生的電子空穴永久性存在于器件中也被認(rèn)為是個(gè)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所述的實(shí)施方案是在考慮上述問題的情況下做出的。因此，實(shí)施方案的一個(gè)目的是提供高可靠性的高電壓耐受性化合物半導(dǎo)體器件，所述器件能夠改善器件運(yùn)行速度、具有高雪崩耐受性、抗浪涌、在應(yīng)用于例如逆變電路時(shí)不需要連接任何外部ニ極管并且即使在產(chǎn)生空穴時(shí)也實(shí)現(xiàn)安全和穩(wěn)定的運(yùn)行，以及減輕電場在柵電極上的集中并由此實(shí)現(xiàn)電壓耐受性的進(jìn)ー步提高；以及制造高可靠性的高電壓耐受性化合物半導(dǎo)體器件的方法。
化合物半導(dǎo)體器件的ー個(gè)方面包括堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；在所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成的柵電扱；和在所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成并且具有與所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)所具有的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層。用于制造化合物半導(dǎo)體器件的方法的ー個(gè)方面包括在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成柵電扱；和在所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成具有與所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)所具有的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層。


圖IA至圖IC是示出按步驟順序的根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaNHEMT制造方法的截面示意圖；圖2A至圖2C是示出圖IA至圖IC的步驟之后按步驟順序的根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT制造方法的截面示意圖；
圖3A和圖3B是示出圖2A至圖2C的步驟之后按步驟順序的根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT制造方法的截面示意圖；圖4A和圖4B是示出圖3A和圖3B的步驟之后按步驟順序的根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT制造方法的截面示意圖；圖5是示出根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的另ー實(shí)施例的截面示意圖；圖6是示出根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的等效電路圖的圖；圖7是示出漏扱-源極電壓Vds與輸出電容Coss之間的關(guān)系的特性圖；圖8是示出漏極-源極電壓Vds與漏極-源極電流Ids之間的關(guān)系的特性圖；圖9A至圖9C是示出根據(jù)第一實(shí)施方案的變化實(shí)施例I的AlGaN/GaN HEMT制造方法的主要步驟的截面示意圖；圖10是示出根據(jù)第一實(shí)施方案的另ー應(yīng)用實(shí)施例的AlGaN/GaNHEMT的截面示意圖；圖IlA至圖IlC是示出根據(jù)第一實(shí)施方案的變化實(shí)施例2的AlGaN/GaN HEMT制造方法的主要步驟的截面示意圖；圖12A至12C是示出在圖IlA至圖IlC步驟之后根據(jù)第一實(shí)施方案的變化實(shí)施例2的AlGaN/GaN HEMT制造方法的主要步驟的截面示意圖；圖13A至13C是示出根據(jù)第二實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT制造方法的主要步驟的截面示意圖；圖14A和圖14B是示出在圖13A至圖13C步驟之后根據(jù)第二實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT制造方法的主要步驟的截面示意圖；圖15A至15C是示出根據(jù)第二實(shí)施方案的一個(gè)變化實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT制造方法的主要步驟的截面示意圖；圖16A和圖16B是示出在圖15A至圖15C步驟之后根據(jù)第二實(shí)施方案的所述變化實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT制造方法的主要步驟的截面示意圖；圖17是示出根據(jù)第一和第二實(shí)施方案及其變化實(shí)施例的MIS型AlGaN/GaN HEMT的HEMT芯片的示意性結(jié)構(gòu)的平面圖；圖18是示出利用根據(jù)第一和第二實(shí)施方案及其變化實(shí)施例的HEMT芯片的分立封裝的示意性結(jié)構(gòu)的平面圖；圖19是示出根據(jù)第三實(shí)施方案的PFC電路的連接線路圖；圖20是示出根據(jù)第四實(shí)施方案的電源裝置的示意性結(jié)構(gòu)的連接線路圖；和圖21是示出根據(jù)第五實(shí)施方案的高頻放大器的示意性結(jié)構(gòu)的連接線路圖。
具體實(shí)施例方式在下文，將參考附圖詳細(xì)描述實(shí)施方案。在下述實(shí)施方案中，將與用于制造化合物半導(dǎo)體器件的方法一起描述各化合物半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。注意，為了便于說明，在下文引用的附圖中，一些組件并非與其相對(duì)正確的尺寸和厚度相一致地示出的。(第一實(shí)施方案)本實(shí)施方案公開作為化合物半導(dǎo)體器件的AlGaN/GaN HEMT。圖IA至4B是示出按步驟順序的根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaNHEMT制造方法的截面示意圖。首先，如圖IA所示，在例如作為生長襯底的Si襯底I上形成堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2。作為生長襯底，可以使用藍(lán)寶石襯底、GaAs襯底、SiC襯底、GaN襯底等替代Si襯底。此外，襯底的導(dǎo)電性質(zhì)可以為任意類型，為半絕緣性或?qū)щ娦缘?。堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2包括緩沖層2a、電子傳輸層2b、中間層2c、電子供給層2d和蓋層2e。在完整的AlGaN/GaN HEMT中，在運(yùn)行AlGaN/GaN HEMT時(shí)在電子傳輸層2b與電子供給層2d的界面(確切地為中間層2c)附近產(chǎn)生ニ維電子氣(2DEG)。這種2DEG是基于電子傳輸層2b的化合物半導(dǎo)體(此處為GaN)和電子供給層2d的化合物半導(dǎo)體(此處為AlGaN)之間的晶格常數(shù)差異產(chǎn)生的。具體地，通過例如金屬有機(jī)氣相外延生長(MOVPE)法在Si襯底I上生長下述各個(gè)化合物半導(dǎo)體?？梢允褂梅肿邮庋由L(MBE)等替代MOVPE法。在Si襯底I上，按下述順序，AlN生長至約O. I μ m的厚度，i (有意不摻雜)-GaN生長至約3 μ m的厚度，i-AIGaN生長至約5nm的厚度,n_AlGaN生長至約30nm的厚度,并且n-GaN生長至約IOnm的厚度。結(jié)果，形成緩沖層2a、電子傳輸層2b、中間層2c、電子供給層2d和蓋層2e。對(duì)于AlN、GaN、AlGaN和GaN的生長條件，使用由三甲基鋁氣體、三甲基鎵氣體和氨氣構(gòu)成的混合氣體作為原料氣體。根據(jù)待生長的化合物半導(dǎo)體層來確定是否供給作為Al源的三甲基鋁氣體和/或作為Ga源的三甲基鎵氣體，并且設(shè)定氣體的流量。作為共用原料的氨氣的流量設(shè)定為約IOOccm至10LM。此外，生長壓カ設(shè)定為約50托至300托，并且生長溫度設(shè)定為約1000°C至1200°C。當(dāng)生長GaN和AlGaN作為η型半導(dǎo)體吋，以預(yù)定流量向原料氣體添加例如包含Si的SiH4氣體作為η型雜質(zhì)，使得GaN和AlGaN摻雜Si。Si的摻雜濃度設(shè)定為約I X IO1Vcm3至 I X IO2Vcm3,例如約 5 X IO1Vcm30隨后，如圖IB所示，形成元件隔離結(jié)構(gòu)3。在圖2Α和后續(xù)的圖中，將不示出元件隔離結(jié)構(gòu)3。、
具體地，例如，將氬(Ar)注入堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的元件隔離區(qū)域中。結(jié)果，在Si襯底I和堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的表面層部分中形成元件隔離結(jié)構(gòu)3。因此，通過元件隔離結(jié)構(gòu)3在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2上限定有源區(qū)域。注意，元件隔離可以利用已知方法如STI (淺溝槽隔離)法來進(jìn)行，以替代上述注入法。此時(shí)，使用例如基于氯的蝕刻氣體來干蝕刻堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2。隨后，如圖IC所示，形成源電極4和漏電極5。具體地，首先，在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2表面上待形成源電極和漏電極的位置(預(yù)定在其中形成電極的位置)中形成電極凹陷2A和2B。在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的表面上涂覆抗蝕劑。通過光刻處理抗蝕劑，使得在抗蝕劑中形成用于暴露堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2表面部分(與預(yù)定在其中形成電極的位置對(duì)應(yīng))的開ロ。結(jié)果，形成具有上述開ロ的抗蝕劑掩模。利用該抗蝕劑掩模，通過干蝕刻移除在預(yù)定在其中形成電極的位置中的蓋層2e的部分，直至暴露出電子供給層2d的表面。結(jié)果，在預(yù)定在其中形成電極的位置中形成用于暴露電子供給層2d的表面的電極凹陷2A和2B。對(duì)于蝕刻條件，使用惰性氣體例如Ar和基于氯的氣體例如Cl2作為蝕刻氣體，并且例如Cl2設(shè)定為具有30sCCm的流量，壓カ設(shè)定為2Pa，并且RF輸入功率設(shè)定為20W。注意，電極凹陷2A和2B可以通過從中間蝕刻蓋層2e或通過蝕刻穿過蓋層2e至電子供給層2d或更遠(yuǎn)處來形成。通過灰化處理等移除抗蝕劑掩模。形成用于形成源電極和漏電極的抗蝕劑掩模。此處，使用例如適用于蒸發(fā)法和剝離法的檐結(jié)構(gòu)的雙層抗蝕劑。該抗蝕劑涂覆在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2上以形成暴露電極凹陷2A和2B的開ロ。結(jié)果，形成具有上述開ロ的抗蝕劑掩模。利用該抗蝕劑掩摸，通過例如蒸發(fā)法在抗蝕劑掩模上沉積Ta和Al作為電極材料，包括用于暴露電極凹陷2A和2B的開ロ的內(nèi)部。Ta的厚度設(shè)定為約20nm和Al的厚度設(shè)定為約200nm。通過剝離法移除抗蝕劑掩模和其上沉積的Ta和Al。此后，在400°C至 IOOO0C (例如，約600°C )的溫度下和在例如氮?dú)夥罩屑訜崽幚鞸i襯底，由此使剩余的Ta和Al與電子供給層2d歐姆接觸。熱處理可以不需要，只要可獲得Ta和Al與電子供給層2d的歐姆接觸即可。結(jié)果，形成源電極4和漏電極5，其中電極凹陷2A和2B填充有電極材料的一部分。隨后，如圖2A所示，在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2中形成用于柵電極的電極凹陷2C。具體地，首先，在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的表面上涂覆抗蝕劑。通過光刻處理抗蝕劑，使得在抗蝕劑中形成用于暴露堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的與其中待形成柵電極的位置對(duì)應(yīng)的表面部分(與預(yù)定在其中形成電極的位置對(duì)應(yīng))的開ロ。結(jié)果，形成具有上述開ロ的抗蝕劑掩模。利用該抗蝕劑掩模，通過干蝕刻移除在預(yù)定在其中形成電極的位置中的電子供給層2d和蓋層2e的部分。結(jié)果，形成穿過蓋層2e直至電子供給層2d的一部分的電極凹陷2C。對(duì)于蝕刻條件，使用惰性氣體例如Ar和基于氯的氣體例如Cl2作為蝕刻氣體，并且例如，Cl2設(shè)定為具有30SCCm的流量，壓カ設(shè)定為2Pa和RF輸入功率設(shè)定為20W。注意，電極凹陷2C可以通過從中間蝕刻蓋層2e或通過蝕刻穿過蓋層2e至電子供給層2d的較深部分來形成。
通過灰化處理等移除抗蝕劑掩模。
隨后，如圖2B所示，形成柵極絕緣膜6。具體地，在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2上沉積例如Al2O3作為絕緣材料，以覆蓋電極凹陷2C的內(nèi)壁表面。例如，通過原子層沉積法(ALD法)沉積Al2O3至約2nm至200nm的膜厚度，在此處為約10nm。結(jié)果，形成柵極絕緣膜6。注意，Al2O3可以通過例如等離子體CVD法或?yàn)R射法替代ALD法來沉積?？梢允褂貌⒊练eAl的氮化物或氮氧化物來替代沉積Al2O315除了 Al的氮化物或氮氧化物之外，可以使用Si、Hf、Zr、Ti、Ta或W的氧化物、氮化物或氮氧化物。或者，可以根據(jù)需要選擇這些氧化物、氮化物或氮氧化物來將選定材料沉積為多層，由此形成柵極絕緣膜。本實(shí)施方案公開了所謂的MIS型AlGaN/GaN HEMT，其中在柵電極和堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2之間提供柵極絕緣膜6。然而，本實(shí)施方案不限于這種HEMT?；蛘?，可以形成所謂的肖特基型AlGaN/GaN HEMT,其中形成柵電扱，而不形成柵極絕緣膜6，以與堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)直接接觸(肖特基接觸)。隨后，如圖2C所示，在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2中形成用于場板的場板凹陷2D。具體地，首先，在柵極絕緣膜6上涂覆抗蝕劑。通過光刻處理抗蝕劑，使得在抗蝕劑中形成用于暴露柵極絕緣膜6的與其中待形成場板的位置對(duì)應(yīng)的表面部分(與預(yù)定在其中形成電極的位置對(duì)應(yīng))的開ロ。結(jié)果，形成具有上述開ロ的抗蝕劑掩模。注意，預(yù)定在其中形成電極的該位置限定為柵電極的電極凹陷2C和漏電極5之間的預(yù)定位置。利用該抗蝕劑掩模，通過干蝕刻移除預(yù)定在其中形成電極的位置中的蓋層2e和柵極絕緣膜6的部分。結(jié)果，形成穿過至蓋層2e的一部分的場板凹陷2D。場板凹陷2D形成為使其縱向與電極凹陷2C的縱向平行。對(duì)于蝕刻條件，使用堿性水溶液如KOH水溶液或TMAH水溶液作為用于蝕刻?hào)艠O絕緣膜6的蝕刻劑，并且例如使用特定濃度(KOH水溶液)。對(duì)于蓋層2e的蝕刻，使用惰性氣體例如Ar和基于氯的氣體例如Cl2作為蝕刻氣體，并且，例如，Cl2設(shè)定為具有30SCCm的流量，壓カ設(shè)定為2Pa，并且RF輸入功率設(shè)定為20W。通過灰化處理等移除抗蝕劑掩模。通過蝕刻蓋層2e至暴露出電子供給層2d的表面，或者通過蝕刻穿過蓋層2e至電子供給層2d的較深部分，可形成場板凹陷2D。注意，在本實(shí)施方案中，以舉例的方式顯示了其中當(dāng)參照堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的表面(蓋層2e的表面)觀察時(shí)場板的場板凹陷2D形成至深度小于柵電極的電極凹陷2C深度的情形。然而，本實(shí)施方案不限于這種情形。隨后，如圖3A所示，形成柵電極7。具體地，首先，形成用于形成柵電極的抗蝕劑掩模。此處，例如使用適用于蒸發(fā)法和剝離法的檐結(jié)構(gòu)的雙層抗蝕劑。將該抗蝕劑涂覆在柵極絕緣膜6以形成用于暴露與電極凹陷2C對(duì)應(yīng)的柵極絕緣膜6部分的開ロ。結(jié)果，形成具有上述開ロ的抗蝕劑掩模。利用該抗蝕劑掩模，通過例如蒸發(fā)法在抗蝕劑掩模上沉積例如Ni和Au作為電極材料，包括用于暴露與電極凹陷2C對(duì)應(yīng)的柵極絕緣膜6部分的開ロ的內(nèi)部。Ni的厚度設(shè)定為約30nm，并且Au的厚度設(shè)定為約400nm。通過剝離法移除抗蝕劑掩模和其上沉積的Ni和Au。結(jié)果，形成柵電極7，其中電極凹陷2C的內(nèi)部通過柵極絕緣膜6填充有電極材料部分。隨后，如圖3B所示，形成場板8。
具體地，通過例如濺射法在所制造的HEMT的整個(gè)表面(包括場板凹陷2D的內(nèi)部)上沉積導(dǎo)電氧化物(當(dāng)形成時(shí)，其表現(xiàn)出P型半導(dǎo)體性質(zhì))，作為導(dǎo)電類型與堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的導(dǎo)電類型相反的半導(dǎo)體，即作為p型半導(dǎo)體。作為這種導(dǎo)電氧化物，使用選自NiO, Fe02、CoO2, Mn。、CuO、Zn。、In2O3' SnO2, Y203、SrTiO3' SrPbO3 和 TiO2 中的ー種或多種材料。此處，使用NiO并沉積至例如約50nm的厚度。替代沉積這種導(dǎo)電氧化物，可以通過例如CVD法沉積p型Si。在該情況下，Si利用P型雜質(zhì)(例如硼(B))摻雜井隨后沉積，或者在沉積Si之后將p型雜質(zhì)離子注入到Si中。通過光刻和干蝕刻處理沉積的NiO，以保留其中待形成場板的位置(預(yù)定在其中形成電極的位置)，包括場板凹陷2D的內(nèi)部。結(jié)果，形成p型半導(dǎo)體層8a，其中場板凹陷2D的內(nèi)部填充有NiO的一部分。接下來，在P型半導(dǎo)體層8a上形成連接電極8b。首先，形成用于形成連接電極的抗蝕劑掩摸。在所制造的HEMT的整個(gè)表面上涂覆抗蝕劑以形成用于暴露P型半導(dǎo)體層8a的開ロ。結(jié)果，形成具有上述開ロ的抗蝕劑掩模。利用該抗蝕劑掩模，通過例如蒸發(fā)法在抗蝕劑掩模上沉積例如Ni和Au作為電極材料，包括用于暴露P型半導(dǎo)體層8a的上表面的開ロ的內(nèi)部。Ni的厚度設(shè)定為約30nm，并且Au的厚度設(shè)定為約400nm。通過剝離法移除抗蝕劑掩模和其上沉積的Ni和Au。結(jié)果，在P型半導(dǎo)體層8a上形成與其歐姆接觸的連接電極8b。連接電極8b的電極材料可以為任意的導(dǎo)電材料，只要導(dǎo)電材料允許與P型半導(dǎo)體形成歐姆接觸即可。因此，可以使用Ti、Pd或Ta或其合金來替代Ni和Au。在一些情況下，可應(yīng)用不允許歐姆接觸的導(dǎo)電材料，只要導(dǎo)電材料允許連接電極8b與p型半導(dǎo)體電連接即可。結(jié)果，形成包括P型半導(dǎo)體層8a和連接電極8b的場板8。在場板8中,其p型半導(dǎo)體層8a在場板凹陷2D的內(nèi)側(cè)表面的一部分中及其底面中與堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的蓋層2e直接接觸。場板8可以形成為沿不面向相鄰柵電極7的方向、即朝向漏電極5偏置的形狀。具體地，如圖5所示，場板8在漏電極5側(cè)上的部分延長地形成在柵極絕緣膜6上。在AlGaN/GaN HEMT中，在一些情況下，可以向漏電極施加高于向源電極和柵電極所施加的電壓。即使在這些情況下，采用這種結(jié)構(gòu)也能夠使場板8減輕因施加大電壓產(chǎn)生的電場。隨后，如圖4A所示，形成層間絕緣膜9。具體地，通過CVD法等在Si襯底I的整個(gè)表面上沉積絕緣材料例如SiN，以覆蓋源電極4、漏電極5、柵電極7和場板8。結(jié)果，形成層間絕緣膜9。隨后，如圖4B所示，形成互連層11。 具體地，首先，通過光刻和干蝕刻處理層間絕緣膜9和柵極絕緣膜6。結(jié)果，形成用于暴露源電極4和場板8的各自表面部分的開ロ 9a和9b。通過蒸發(fā)法等在層間絕緣膜9上沉積導(dǎo)電材料例如Au以填充開ロ 9a和9b的內(nèi)部。通過光刻和干蝕刻處理沉積的Au。結(jié)果，在層間絕緣膜9上形成互連層11，通過所述互連層11，開ロ 9a和9b的內(nèi)部填充有導(dǎo)電材料并且源電極4和場板8相互電連接。在本實(shí)施方案中，以舉例的方式顯示了其中源電極4和場板8的連接電極8b相互電連接的情形?；蛘?，互連層可以形成在柵電極7和場板8之間以使柵電極7和場板8相互電連接。此后，在使根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT經(jīng)歷包括形成上層保護(hù)膜的步驟在內(nèi)的步驟之后，形成根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaNHEMT。在根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT中，形成柵電極7以通過柵極絕緣膜6填充電極凹陷2C。通過采用這種MIS型凹陷柵結(jié)構(gòu)作為前提，使HEMT需要的高電壓耐受性常閉運(yùn)行成為可能。在本實(shí)施方案中，用于填充場板凹陷2D的場板8提供為與其漏電極5側(cè)上的柵電極7相鄰。場板8在其下部具有半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層的導(dǎo)電類型與堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2所具有的導(dǎo)電類型相反，即p型半導(dǎo)體層8a。該p型半導(dǎo)體層8a因?yàn)榕c堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的n型半導(dǎo)體(電子供給層2d的n-AlGaN和蓋層2e的n_GaN)的關(guān)系而變得耗盡。因此，耗盡層在P型半導(dǎo)體層8a下方延伸和鋪展。結(jié)果，向柵電極7的邊緣部分施加的電場因采用具有凹陷結(jié)構(gòu)的場板而得以充分減輕。此外，電壓耐受性因耗盡層的延伸而得以明顯改善。另外，寄生電容Cds和Cgd因?yàn)橛蓀型半導(dǎo)體層8a導(dǎo)致的耗盡層的延伸而大幅降低。由此，實(shí)現(xiàn)器件運(yùn)行速度的提高。另外，在本實(shí)施方案中，通過采用其中堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2和p型半導(dǎo)體層8a相互接觸的場板8,在p型半導(dǎo)體層8a的NiO和蓋層2e的n_GaN之間形成pn結(jié)。結(jié)果,賦予保護(hù)性ニ極管的功能，其中場板8的連接電極Sb用作陽極并且漏電極5用作陰極。圖6示出這種AlGaN/GaN HEMT的等效電路圖。HEMT的柵電極、源電極和漏電極分別表示為G、S和D，并且HEMT的保護(hù)性ニ極管表示為H)。即使在AlGaN/GaN HEMT中出現(xiàn)浪涌電壓，也可防止AlGaN/GaN HEMT被的整流作用擊穿。如上所述，本實(shí)施方案確保足夠的雪崩耐受性并有助于器件運(yùn)行穩(wěn)定化。此處，將給出考察根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的特性的實(shí)驗(yàn)的描述。作為本實(shí)施方案的ー個(gè)對(duì)比例，將以舉例的方式顯示具有通過柵極絕緣膜在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成的由金屬制成的場板的AlGaN/GaN HEMT。在實(shí)驗(yàn)I中，考察了漏扱-源極電壓Vds和輸出電容Coss之間的關(guān)系。圖7示出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由該結(jié)果，與對(duì)比例相比，證實(shí)在本實(shí)施方案中輸出電容Coss顯著降低。在實(shí)驗(yàn)2中，考察了漏扱-源極電壓Vds和漏扱-源極電流Ids之間的關(guān)系。圖8示出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由該結(jié)果，與對(duì)比例相比，證實(shí)在本實(shí)施方案中關(guān)閉漏電流降低并且電壓耐受特性提聞。如前所述，根據(jù)本實(shí)施方案，實(shí)施了ー種高可靠性高電壓耐受性AlGaN/GaN HEMT,其能夠改善器件運(yùn)行速度、具有高雪崩耐受性、抗浪涌、在應(yīng)用于例如逆變電路時(shí)不需要連接任何外部ニ極管并且在即使產(chǎn)生空穴時(shí)也實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行，以及減輕在柵電極7上的電場集中并由此實(shí)現(xiàn)電壓耐受:性的進(jìn)一步提尚。-變化實(shí)施例-
在下文，將描述根據(jù)第一實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的變化實(shí)施例。(變化實(shí)施例I)本實(shí)施例公開了與第一實(shí)施方案的情形相同的AlGaN/GaN HEMT。然而，變化實(shí)施例與第一實(shí)施方案的不同之處在于堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的蓋層。注意，與第一實(shí)施方案相同的組件等用相同的附圖標(biāo)記和字母表示，并且將不在此處進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖9是示出根據(jù)第一實(shí)施方案的變化實(shí)施例I的AlGaN/GaN HEMT制造方法的主要步驟的截面示意圖。首先，如圖9A所示，在例如作為生長襯底的Si襯底I上形成堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)21。堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)21包括緩沖層2a、電子傳輸層2b、中間層2c、電子供給層2d和蓋層2e。蓋層22制成為具有堆疊結(jié)構(gòu)，其包括由帶隙窄于蓋層22下方的層的化合物半導(dǎo)體(在此處為電子供給層2d的n-AlGaN)的化合物半導(dǎo)體制成的層、以及由帶隙寬于下方層的化合物半導(dǎo)體的化合物半導(dǎo)體制成的層。此處，n-GaN是前ー層的ー個(gè)實(shí)例，AlN是后ー層的ー個(gè)實(shí)例。三個(gè)化合物半導(dǎo)體層，即n-GaN 22a、AlN 22b和n_GaN 22c依次堆疊以形成蓋層22。注意，除了上述結(jié)構(gòu)之外，這種堆疊結(jié)構(gòu)的蓋層可以形成為例如其中n-GaN和AlN依次堆疊的雙層結(jié)構(gòu)，或者四層或更多層的堆疊結(jié)構(gòu)。在與第一實(shí)施方案相同的生長條件下，通過MOVPE法順序生長和形成緩沖層2a、電子傳輸層2b、中間層2c、電子供給層2d和蓋層22。蓋層22形成為使n_GaN 22a的膜厚為約2nm至3nm, AlN 22b的膜厚為約2nm至3nm,并且n_GaN 22c的膜厚為約5nm。隨后，實(shí)施與在第一實(shí)施方案中的圖IB至2B相同的步驟。此時(shí)，源電極4和漏電極5形成在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)21的電極凹陷21A和21B中，并且柵極絕緣膜6形成在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)21上，以覆蓋電極凹陷21C的內(nèi)壁表面。隨后，如圖9B所示，在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)21中形成場板凹陷21D。具體地，首先，在柵極絕緣膜6上涂覆抗蝕劑。通過光刻處理抗蝕劑，使得在抗蝕劑中形成用于暴露柵極絕緣膜6的與其中待形成場板的位置對(duì)應(yīng)的表面部分(與預(yù)定在其中形成電極的位置對(duì)應(yīng))的開ロ。結(jié)果，形成具有上述開ロ的抗蝕劑掩模。注意，預(yù)定在其中形成電極的位置限定為柵電極的電極凹陷21C和漏電極5之間的預(yù)定位置。利用該抗蝕劑掩模，通過蝕刻移除預(yù)定在其中形成電極的位置中柵極絕緣膜6和蓋層22的部分。在本實(shí)施例中，在其中AlN的蝕刻速率低于GaN的條件下通過利用GaN和AlN之間的蝕刻速率差來進(jìn)行蝕刻。即，利用蓋層22的多個(gè)層中的AlN 22b作為蝕刻停止來干蝕刻n-GaN 22a。結(jié)果，形成電極凹陷21D，其中暴露出蓋層2e的AlN 22b。注意，在實(shí)踐中，AlN 22b的表面層的一部分也可能被蝕刻。因此，電極凹陷21D示出為已經(jīng)穿過至AlN 22b的一部分。對(duì)于蝕刻條件，使用堿性水溶液如KOH水溶液或TMAH水溶液作為用于蝕刻?hào)艠O絕緣膜6的蝕刻劑，并且例如使用特定濃度(K0H水溶液)。對(duì)于蓋層2e的n_GaN 22a的蝕亥IJ，使用惰性氣體例如Ar和基于氯的氣體例如Cl2作為蝕刻氣體，并且，例如Cl2設(shè)定為具有30SCCm的流量，壓カ設(shè)定為2Pa，和RF輸入功率設(shè)定為20W。通過灰化處理等移除抗蝕劑掩模。注意，電極凹陷21D可以通過蝕刻蓋層22直至電子供給層2d的表面變得暴露來形成，或者通過蝕刻穿過蓋層22至電子供給層2d的較深部分來形成。、
隨后，通過實(shí)施與第一實(shí)施方案中的圖3A相同的步驟來形成柵電極7。同樣，通過實(shí)施與圖3B相同的步驟來形成場板8。此外，實(shí)施與圖4A和4B相同的步驟，使得源電極4和場板8的連接電極8b通過互連層11相互電連接。圖9C示出該階段的HEMT看起來如何此后，根據(jù)本實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT在經(jīng)受包括形成上層保護(hù)膜的步驟在內(nèi)的步驟之后形成。如前所述，根據(jù)本實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)了ー種高可靠性高電壓耐受性AlGaN/GaN HEMT，其能夠改善器件運(yùn)行速度、具有高雪崩耐受性、抗浪涌、在應(yīng)用于例如逆變電路時(shí)不需要連接任何外部ニ極管并且在即使產(chǎn)生空穴時(shí)也實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行，以及減輕在柵電極7上的電場集中并由此實(shí)現(xiàn)電壓耐受性的進(jìn)ー步提高。注意，作為第一實(shí)施方案的另ー應(yīng)用實(shí)施例，在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2中可以不形成蓋層2e。圖10以舉例方式示出這種AlGaN/GaNHEMT。注意，在圖10中，未示出元件隔離結(jié)構(gòu)3。柵電極7的電極凹陷2E和場板8的場板凹陷2F兩者均通過用干蝕刻從中間挖出凹陷穿過電子供給層2d來形成。在該應(yīng)用實(shí)施例中，也實(shí)現(xiàn)了ー種高可靠性高電壓耐受性AlGaN/GaN HEMT，其能夠改善器件運(yùn)行速度、具有高雪崩耐受性、抗浪涌、在應(yīng)用于例如逆變電路時(shí)不需要連接任何外部ニ極管并且在即使產(chǎn)生空穴時(shí)也實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行，以及減輕在柵電極7上的電場集中并由此實(shí)現(xiàn)電壓耐受性的進(jìn)ー步提高。(變化實(shí)施例2)本實(shí)施例公開了與第一實(shí)施方案的情形中相同的AlGaN/GaNHEMT。然而，變化實(shí)施例與第一實(shí)施方案的不同之處在于場板的P型半導(dǎo)體層。注意，與第一實(shí)施方案相同的組件等用相同的附圖標(biāo)記和字母表示，并且將不在此處進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖11和12示出根據(jù)第一實(shí)施方案的變化實(shí)施例2的AlGaN/GaNHEMT制造方法的主要步驟的截面示意圖。首先，如圖IlA所示，在例如Si襯底I上形成堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2和p型半導(dǎo)體膜23，所述p型半導(dǎo)體膜23是其導(dǎo)電類型與堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2所具有的導(dǎo)電類型相反的半導(dǎo)體。堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2包括緩沖層2a、電子傳輸層2b、中間層2c、電子供給層2d和蓋層2e。在Si襯底I上，通過使用例如MOVPE法，按下述順序，AlN生長至約0. I ii m的厚度，i-GaN生長至約3 ii m的厚度，i-AIGaN生長至約5nm的厚度，n-AlGaN生長至約30nm的厚度，n-GaN生長至約IOnm的厚度，并且p_GaN生長至約IOnm的厚度。結(jié)果,形成緩沖層2a、電子傳輸層2b、中間層2c、電子供給層2d、蓋層2e和p型半導(dǎo)體膜23。對(duì)于AlN、GaN、AlGaN和GaN的生長條件，使用由三甲基鋁氣體、三甲基鎵氣體和氨氣構(gòu)成的混合氣體作為原料氣體。根據(jù)待生長的化合物半導(dǎo)體層來確定是否供給作為Al源的三甲基鋁氣體和/或作為Ga源的三甲基鎵氣體，并且適合地設(shè)定氣體的流量。作為共用原料的氨氣的流量設(shè)定為約IOOccm至10LM。此外，生長壓カ設(shè)定為約50托至300托，并且生長溫度設(shè)定為約1000°C至1200°C。
當(dāng)生長GaN和AlGaN作為n型半導(dǎo)體吋，以預(yù)定流量向原料添加例如包含硅的SiH4氣體作為n型雜質(zhì)，使得GaN和AlGaN摻雜Si。Si的摻雜濃度設(shè)定為約I X IO1Vcm3至lX1027cm3，例如，約 5 X IO1Vcm3。當(dāng)生長GaN作為p型半導(dǎo)體吋，即當(dāng)生長p型半導(dǎo)體膜23的p_GaN吋，以預(yù)定流量向原料氣體添加例如包含Mg的ニ-(環(huán)戊ニ烯基)鎂氣體作為p型雜質(zhì)，由此使GaN摻雜Mg。Mg的摻雜濃度設(shè)定為約I X IO1Vcm3至I X IO2Vcm3,例如，約I X IO1Vcm30作為p型雜質(zhì)，可以使用Ca或Sr來替代Mg。此外，可以將p型雜質(zhì)離子注入生長的i_GaN中來替代摻雜P型雜質(zhì)。在本實(shí)施例中，形成P-GaN作為p型半導(dǎo)體膜23?；蛘撸梢孕纬善渌黳型氮化物半導(dǎo)體例如P型AlGaN、AIN、InN, InAlN, InAlGaN等來替代GaN。當(dāng)生長InN、InAlN或InAlGaN時(shí)，使用三甲基銦氣體作為In的原料氣體。隨后，如圖IlB所示，形成p型半導(dǎo)體層24a。具體地，通過光刻和干蝕刻處理p型半導(dǎo)體膜23，以只保留堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2上待形成場板的位置(預(yù)定在其中形成電極的位置)。結(jié)果，在預(yù)定在其中形成電極的位置中形成P型半導(dǎo)體層24a。隨后，實(shí)施與第一實(shí)施方案中的圖IB至2A相同的步驟。此時(shí)，形成元件隔離結(jié)構(gòu)3，在電極凹陷2A和2B中形成源電極4和漏電極5，并且在其中預(yù)定形成柵電極的位置中形成電極凹陷2C。隨后，如圖IlC所示，形成柵極絕緣膜25。具體地，在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2上沉積例如Al2O3作為絕緣材料，以覆蓋電極凹陷2C的內(nèi)壁表面和p型半導(dǎo)體層24a的表面部分。例如，通過原子層沉積法(ALD法)沉積Al2O3至約2nm至200nm的膜厚,在此處為約10nm。結(jié)果，形成柵極絕緣膜25。注意，可以通過例如等離子體CVD法或?yàn)R射法替代ALD法來沉積A1203。可以使用并沉積Al的氮化物或氮氧化物來替代沉積Al2O315除了 Al的氮化物或氮氧化物之外，可以使用Si、Hf、Zr、Ti、Ta或W的氧化物、氮化物或氮氧化物?；蛘?，可以根據(jù)需要選擇這些氧化物、氮化物或氮氧化物來將選定材料沉積為多層，由此形成柵極絕緣膜。本實(shí)施方案公開了所謂的MIS型AlGaN/GaN HEMT，其中在柵電極和堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2之間提供柵極絕緣膜25。然而，本實(shí)施方案不限于這種HEMT。或者，可以形成所謂的肖特基型AlGaN/GaNHEMT，其中形成柵電極，而不形成柵極絕緣膜25，以與堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)直接接觸(肖特基接觸)。隨后，如圖12A所示，形成柵電極26。
具體地，首先形成用于形成柵電極的抗蝕劑掩模。此處，使用適用于例如蒸發(fā)法和剝離法的檐結(jié)構(gòu)的雙層抗蝕劑。該抗蝕劑涂覆在柵極絕緣膜25上以形成用于暴露柵極絕緣膜25的一部分(對(duì)應(yīng)于電極凹陷2C)的開ロ。結(jié)果，形成具有上述開ロ的抗蝕劑掩模。利用該抗蝕劑掩模，通過例如蒸發(fā)法在抗蝕劑掩模上沉積例如Ni和Au作為電極材料，包括用于暴露柵極絕緣膜25的一部分(對(duì)應(yīng)于電極凹陷2C)的開口內(nèi)部。Ni的厚度設(shè)定為約30nm，Au的厚度設(shè)定為約400nm。通過剝離法移除抗蝕劑掩模和其上沉積的Ni和Au。結(jié)果，形成柵電極26，其中電極凹陷2C的內(nèi)部通過柵極絕緣膜25填充有電極材料的部分。
隨后，如圖12B所示，在p型半導(dǎo)體層24a上形成連接電極24b。具體地，首先，通過光刻和干蝕刻處理柵極絕緣膜25。結(jié)果，在柵極絕緣膜25中形成用于暴露P型半導(dǎo)體層24a的表面部分的開ロ 25a。形成用于形成連接電極的抗蝕劑掩摸?？刮g劑涂覆在所制造的HEMT整個(gè)表面上以形成用于暴露P型半導(dǎo)體層24a的開ロ。結(jié)果，形成具有上述開ロ的抗蝕劑掩模。利用該抗蝕劑掩模，通過例如蒸發(fā)法在抗蝕劑掩模上沉積例如Ni和Au作為電極材料，包括用于暴露P型半導(dǎo)體層24a的上表面的開ロ的內(nèi)部。Ni的厚度設(shè)定為約30nm,Au的厚度設(shè)定為約400nm。通過剝離法移除抗蝕劑掩模和其上沉積的Ni和Au。結(jié)果，形成填充柵極絕緣膜25的開ロ 25a并與p型半導(dǎo)體層24a的暴露表面歐姆接觸的連接電極24b。連接電極24b的電極材料可以為任意的導(dǎo)電材料，只要導(dǎo)電材料允許與p型半導(dǎo)體形成歐姆接觸即可。因此，可以使用Ti、Pd或Ta或其合金來替代Ni和Au。在一些情況下，可應(yīng)用不允許歐姆接觸的導(dǎo)電材料，只要導(dǎo)電材料允許與P型半導(dǎo)體電連接即可。結(jié)果，形成包括p型半導(dǎo)體層24a和連接電極24b的場板24。在場板24中，其p型半導(dǎo)體層24a與堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的蓋層2e直接接觸。場板24可以形成為沿不面向相鄰柵電極7的方向即朝向漏電極5偏置的形狀，如在第一實(shí)施方案中圖5的情形相同。具體地，場板24在漏電極5上的部分延長地形成在柵極絕緣膜25上。在AlGaN/GaN HEMT中，在一些情況下，可以向漏電極施加高于向源電極和柵電極所施加的電壓。即使在這些情況下，采用這種結(jié)構(gòu)也能夠使場板24減輕因施加高電壓產(chǎn)生的電場。隨后，實(shí)施與第一實(shí)施方案中的圖4A和4B相同的步驟。結(jié)果，源電極4和場板24的連接電極24b通過互連層11相互電連接。圖12C示出該階段的HEMT看起來如何。此后，根據(jù)本實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT在經(jīng)受包括形成上層保護(hù)膜的步驟在內(nèi)的步驟之后形成。在根據(jù)本實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT中，形成柵電極26以通過柵極絕緣膜25填充電極凹陷2C。通過采用這種MIS型凹陷柵結(jié)構(gòu)作為前提，使HEMT需要的高電壓耐受性常閉運(yùn)行成為可能。在本實(shí)施例中，場板24提供為與其漏電極5側(cè)上的柵電極26相鄰。場板24在其下部具有半導(dǎo)體層，即P型半導(dǎo)體層24a。該p型半導(dǎo)體層24a因?yàn)榕c堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的n型半導(dǎo)體的關(guān)系而變得耗盡。因此，耗盡層在p型半導(dǎo)體層24a下方延伸和鋪展。結(jié)果，電壓耐受性明顯改善。此外，寄生電容Cds和Cgd因?yàn)橛蓀型半導(dǎo)體層24a導(dǎo)致的耗盡層的延伸而大幅降低。由此，實(shí)現(xiàn)器件運(yùn)行速度的提高。另外，在本實(shí)施例中，通過采用其中堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2和p型半導(dǎo)體層24a相互直接接觸的場板24，在p型半導(dǎo)體層24a的p-GaN和蓋層2e的n_GaN之間形成pn結(jié)。結(jié)果，賦予保護(hù)性ニ極管的功能，其中場板24用作陽極并且漏電極5用作陰極。因此，即使在AlGaN/GaNHEMT中出現(xiàn)浪涌電壓，也可防止AlGaN/GaN HEMT被保護(hù)性ニ極管的整流作用、擊穿。如上所述，本實(shí)施方案確保足夠的雪崩耐受性并有助于器件運(yùn)行穩(wěn)定化。如前所述，根據(jù)本實(shí)施方案，實(shí)現(xiàn)了ー種高可靠性高電壓耐受性AlGaN/GaN HEMT,其能夠改善器件運(yùn)行速度、具有高雪崩耐受性、抗浪涌、在應(yīng)用于例如逆變電路時(shí)不需要連接任何外部ニ極管并且在即使產(chǎn)生空穴時(shí)也實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行，以及減輕在柵電極26上的電場集中并由此實(shí)現(xiàn)電壓耐受:性的進(jìn)一步提尚。(第二實(shí)施方案)本實(shí)施例公開了與第一實(shí)施方案的情形中相同的AlGaN/GaNHEMT。然而，本實(shí)施方案與第一實(shí)施方案的不同之處在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和場板之間形成絕緣層。注意，與第一實(shí)施方案相同的組件等用相同的附圖標(biāo)記和字母表示，并且將不在此處進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖13和14示出根據(jù)第二實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT制造方法的主要步驟的截面示意圖首先，實(shí)施與第一實(shí)施方案中的圖IA至2A相同的步驟。此時(shí)，在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的電極凹陷2A和2B中形成源電極4和漏電極5，并且在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2中形成用于柵電極的電極凹陷2C。隨后，如圖13A所示，在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2中形成場板凹陷2G。具體地，首先，在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2上涂覆抗蝕劑。通過光刻處理抗蝕劑，使得在抗蝕劑中形成用于暴露蓋層2e的與其中待形成場板的位置對(duì)應(yīng)的表面部分(對(duì)應(yīng)于預(yù)定在其中形成電極的位置)的開ロ。結(jié)果，形成具有上述開ロ的抗蝕劑掩模。注意，預(yù)定在其中形成電極的該位置限定為柵電極的電極凹陷2C和漏電極5之間的預(yù)定位置。利用該抗蝕劑掩模，通過干蝕刻移除預(yù)定在其中形成電極的位置中蓋層2e的部分。結(jié)果，形成穿過蓋層2e的一部分的場板凹陷2G。場板凹陷2G形成為使其縱向與電極凹陷2C的縱向平行。對(duì)于蝕刻條件，使用惰性氣體例如Ar和基于氯的氣體例如Cl2作為蝕刻氣體，并且，例如Cl2設(shè)定為具有30SCCm的流量，壓カ設(shè)定為2Pa，和RF輸入功率設(shè)定為 20W。通過灰化處理等移除抗蝕劑掩模。隨后，如圖13B所示，形成柵極絕緣膜27。具體地，在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2上沉積例如Al2O3作為絕緣材料，以覆蓋電極凹陷2C和2G的內(nèi)壁表面。例如，通過原子層沉積法(ALD法)沉積Al2O3至約2nm至200nm的膜厚，在此處為約10nm。結(jié)果，形成柵極絕緣膜27。注意，可以通過例如等離子體CVD法或?yàn)R射法替代ALD法來沉積A1203。可以使用并沉積Al的氮化物或氮氧化物來替代沉積Al2O315除了 Al的氮化物或氮氧化物之外，可以使用Si、Hf、Zr、Ti、Ta或W的氧化物、氮化物或氮氧化物?；蛘撸梢愿鶕?jù)需要選擇這些氧化物、氮化物或氮氧化物來將選定材料沉積為多層，由此形成柵極絕緣膜。隨后，如圖13C所示，形成柵電極28。具體地，首先形成用于形成柵電極的抗蝕劑掩模。此處，使用適用于例如蒸發(fā)法和剝離法的檐結(jié)構(gòu)的雙層抗蝕劑。該抗蝕劑涂覆在柵極絕緣膜27上以形成用于暴露柵極絕緣膜27的一部分(對(duì)應(yīng)于電極凹陷2C)的開ロ。結(jié)果，形成具有上述開ロ的抗蝕劑掩模。 利用該抗蝕劑掩模，通過例如蒸發(fā)法在抗蝕劑掩模上沉積例如Ni和Au作為電極材料，包括用于暴露柵極絕緣膜27的一部分(對(duì)應(yīng)于電極凹陷2C)的開口內(nèi)部。Ni的厚度設(shè)定為約30nm，和Au的厚度設(shè)定為約400nm。通過剝離法移除抗蝕劑掩模和其上沉積的Ni和Au。結(jié)果，形成柵電極28，其中電極凹陷2C的內(nèi)部通過柵極絕緣膜27填充有電極材料的部分。
隨后，如圖14A所示，形成場板29。具體地，首先，此處通過例如濺射法，通過柵極絕緣膜27，在所制造的HEMT的整個(gè)表面(包括場板凹陷2G內(nèi)部)上沉積導(dǎo)電氧化物(當(dāng)形成時(shí)，其表現(xiàn)出p型半導(dǎo)體性質(zhì))，作為與堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2所具有的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體，即作為p型半導(dǎo)體。作為這種導(dǎo)電氧化物，使用選自NiO、FeO2, CoO2, Mn。、Cu。、Zn。、ln203、SnO2, Y2O3>SrTiO3, SrPbO3和TiO2中的ー種或多種材料。此處，通過舉例顯示其中使用NiO的情形。替代沉積這種導(dǎo)電氧化物，可以通過例如CVD法沉積p型Si。在該情況下，Si利用P型雜質(zhì)(例如硼(B))摻雜井隨后沉積，或者在沉積Si之后將p型雜質(zhì)離子注入到Si中。通過光刻和干蝕刻處理沉積的NiO，以保留其中待形成場板的位置，包括通過柵極絕緣膜27的場板凹陷2G的內(nèi)部。結(jié)果，形成p型半導(dǎo)體層29a，其中場板凹陷2G的內(nèi)部通過柵極絕緣膜27填充有NiO的一部分。接下來，在p型半導(dǎo)體層29a上形成連接電極29b。首先，形成用于形成連接電極的抗蝕劑掩摸。在所制造的HEMT的整個(gè)表面上涂覆抗蝕劑以形成用于暴露P型半導(dǎo)體層29a的開ロ。結(jié)果，形成具有上述開ロ的抗蝕劑掩模。利用該抗蝕劑掩模，通過例如蒸發(fā)法在抗蝕劑掩模上沉積例如Ni和Au作為電極材料，包括用于暴露P型半導(dǎo)體層29a的上表面的開ロ的內(nèi)部。Ni的厚度設(shè)定為約30nm,Au的厚度設(shè)定為約400nm。通過剝離法移除抗蝕劑掩模和其上沉積的Ni和Au。結(jié)果，在p型半導(dǎo)體層29a上形成與其歐姆接觸的連接電極29b。連接電極29b的電極材料可以為任意的導(dǎo)電材料，只要導(dǎo)電材料允許與P型半導(dǎo)體形成歐姆接觸即可。因此，可以使用Ti、Pd或Ta或其合金來替代Ni和Au。在一些情況下，可應(yīng)用不允許歐姆接觸的導(dǎo)電材料，只要導(dǎo)電材料允許連接電極8b與p型半導(dǎo)體電連接即可。結(jié)果，形成包括p型半導(dǎo)體層29a和連接電極29b的場板29。在場板29中，其p型半導(dǎo)體層29a通過柵極絕緣膜27鋪設(shè)在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的蓋層2e和場板凹陷2G內(nèi)。場板29可以形成為沿不面向相鄰柵電極28的方向、即朝向漏電極5偏置的形狀，如在第一實(shí)施方案中的圖5的情形相同。具體地，場板29在漏電極5側(cè)上的部分延長地形成在柵極絕緣膜27上。在AlGaN/GaNHEMT中，在一些情況下，可以向漏電極施加高于向源電極和柵電極所施加的電壓。即使在這些情況下，采用這種結(jié)構(gòu)也能夠使場板29減輕因施加高電壓產(chǎn)生的電場。隨后，實(shí)施與第一實(shí)施方案中的圖4A和4B相同的步驟。結(jié)果，源電極4和場板29通過互連層11相互電連接。圖14B示出該階段的HEMT看起來如何。
此后，根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT在經(jīng)受包括形成上層保護(hù)膜的步驟在內(nèi)的步驟之后形成。在根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT中，形成柵電極28以通過柵極絕緣膜27填充電極凹陷2C。通過采用這種MIS型凹陷柵結(jié)構(gòu)作為前提，使HEMT需要的高電壓耐受性常閉運(yùn)行成為可能。在本實(shí)施方案中，用于通過填充場板凹陷2G的場板29提供為與其漏電極5側(cè)上的柵電極27相鄰。場板29在其下部具有p型半導(dǎo)體層29a。該p型半導(dǎo)體層29a因?yàn)榕c堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的n型半導(dǎo)體的關(guān)系而變得耗盡。因此，耗盡層在p型半導(dǎo)體層29a下方延伸和鋪展。結(jié)果，向柵電極28的邊緣部分施加的電場因采用凹陷結(jié)構(gòu)而得以充分減輕。此外，電壓耐受性因耗盡層的延伸而得以明顯改善。另外，寄生電容Cds和Cgd因?yàn)橛蒔型半導(dǎo)體層29a導(dǎo)致的耗盡層的延伸而大幅降低。由此，實(shí)現(xiàn)器件運(yùn)行速度的提高。在場板29下方的柵極絕緣膜27的存在還降低了電容，由此有助于提高器件運(yùn)行的速度。如前所述，根據(jù)本實(shí)施方案，實(shí)現(xiàn)了ー種高可靠性高電壓耐受性的AlGaN/GaNHEMT，其能夠進(jìn)一歩改善器件運(yùn)行速度并且在即使產(chǎn)生空穴的情況下也實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行，以及減輕在柵電極28上的電場集中并由此實(shí)現(xiàn)電壓耐受性的進(jìn)ー步提高。注意，在本實(shí)施方案中，堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的蓋層也可以具有包括n-GaN，AlN和n-GaN的三層結(jié)構(gòu)，如在第一實(shí)施方案的變化實(shí)施例I那樣?；蛘撸珹lGaN/GaN HEMT可以具有不包括蓋層的結(jié)構(gòu)。-變化實(shí)施例_在下文，將描述根據(jù)第二實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT的變化實(shí)施例。本實(shí)施例公開了與第二實(shí)施方案的情形相同的AlGaN/GaN HEMT。然而，該變化實(shí)施例與第二實(shí)施方案的不同之處在于場板的P型半導(dǎo)體層。注意，與第二實(shí)施方案相同的組件等用相同的附圖標(biāo)記和字母表示，并且將不在此處進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖15A和16B示出根據(jù)第二實(shí)施方案的變化實(shí)施例的AlGaN/GaNHEMT制造方法的主要步驟的截面示意圖。首先，實(shí)施與第一實(shí)施方案中的圖IA至2A相同的步驟。此時(shí)，在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的電極凹陷2A和2B中形成源電極4和漏電極5，并且在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2中形成用于柵電極的電極凹陷2C。隨后，如圖15A所示，形成柵極絕緣膜31。具體地，在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2上沉積例如Al2O3作為絕緣材料，以覆蓋電極凹陷2C的內(nèi)壁表面。例如，通過原子層沉積法(ALD法)沉積Al2O3至約2nm至200nm的膜厚，在此處為約10nm。結(jié)果，形成柵極絕緣膜31。注意，可以通過等離子體CVD法或?yàn)R射法替代ALD法來沉積A1203。可以使用并沉積Al的氮化物或氮氧化物來替代沉積Al2O315除了 Al的氮化物或氮氧化物之外，可以使用Si、Hf、Zr、Ti、Ta或W的氧化物、氮化物或氮氧化物?；蛘撸梢愿鶕?jù)需要選擇這些氧化物、氮化物或氮氧化物以將選定的材料沉積為多層，由此形成柵極絕緣膜。隨后，如圖15B所示，形成p型半導(dǎo)體層32a，其為具有與堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2所具有的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體。具體地，首先，在柵極絕緣膜31上形成p型半導(dǎo)體膜。更具體地，通過MOVPE法等在柵極絕緣膜31上將p-GaN生長至約50nm的厚度。結(jié)果，形成p型半導(dǎo)體膜。當(dāng)生長P-GaN吋，以預(yù)定流量向原料氣體添加例如包含Mg的ニ -(環(huán)戊ニ烯基)鎂氣體作為p型雜質(zhì)，由此使GaN摻雜Mg。Mg的摻雜濃度設(shè)定為約I X 1016/cm3至I X 102°/Cm3，例如約I X IO18/cm3。作為p型雜質(zhì)，可以使用Ca或Sr來替代Mg。此外，可以將p型雜質(zhì)離子注入生長的i-GaN中來替代摻雜p型雜質(zhì)。在本實(shí)施例中，形成p-GaN作為p型半導(dǎo)體膜?；蛘?，可以形成其它P型氮化物半導(dǎo)體例如 P 型 AlGaN、AlN、InN、InAIN、InAlGaN 等來替代 GaN。當(dāng)生長 InN、InAlN 或 InAlGaN、吋，使用例如三甲基銦氣體作為In的原料氣體。
通過光刻和干蝕刻處理p型半導(dǎo)體膜，以只保留柵極絕緣膜31上待形成場板的位置(預(yù)定在其中形成電極的位置)。結(jié)果，在預(yù)定在其中形成電極的位置中形成P型半導(dǎo)體層 32a。隨后，在p型半導(dǎo)體層32a上形成連接電極32b，如圖15C所示。具體地，首先，形成用于形成連接電極的抗蝕劑掩摸。在所制造的HEMT的整個(gè)表面上涂覆抗蝕劑以形成用于暴露P型半導(dǎo)體層32a的開ロ。結(jié)果，形成具有上述開ロ的抗蝕劑掩模。利用該抗蝕劑掩模，通過例如蒸發(fā)法在抗蝕劑掩模上沉積例如Ni和Au作為電極材料，包括用于暴露P型半導(dǎo)體層32a的上表面的開ロ的內(nèi)部。Ni的厚度設(shè)定為約30nm，并且Au的厚度設(shè)定為約400nm。通過剝離法移除抗蝕劑掩模和其上沉積的Ni和Au。結(jié)果，形成與P型半導(dǎo)體層32a的暴露表面歐姆接觸的連接電極32b。連接電極32b的電極材料可以為任意的導(dǎo)電材料，只要導(dǎo)電材料允許與P型半導(dǎo)體形成歐姆接觸即可。因此，可以使用Ti、Pd或Ta或其合金來替代Ni和Au。在一些情況下，可應(yīng)用不允許歐姆接觸的導(dǎo)電材料，只要導(dǎo)電材料允許與P型半導(dǎo)體電連接即可。結(jié)果，形成由p型半導(dǎo)體層32a和連接電極32b構(gòu)成的場板32。在場板32中，其P型半導(dǎo)體層32a布置為通過堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的蓋層2e和柵極絕緣膜31。場板32可以形成為沿不面向相鄰柵電極5的方向、即朝向漏電極5偏置的形狀，如在第一實(shí)施方案中圖5的情形相同。具體地，場板32在漏電極5側(cè)上的部分延長地形成在柵極絕緣膜31上。在AlGaN/GaNHEMT中，在一些情況下，可以向漏電極施加高于向源電極和柵電極所施加的電壓。即使在這些情況下，采用這種結(jié)構(gòu)也能夠使場板32減輕因施加高電壓產(chǎn)生的電場。隨后，如圖16A所示，形成柵電極33。具體地，首先，形成用于形成柵電極的抗蝕劑掩模。此處，例如使用適用于蒸發(fā)法和剝離法的檐結(jié)構(gòu)的雙層抗蝕劑。將該抗蝕劑涂覆在柵極絕緣膜31上以形成用于暴露電極凹陷2C的開ロ。結(jié)果，形成具有上述開ロ的抗蝕劑掩模。 利用該抗蝕劑掩模，通過例如蒸發(fā)法在抗蝕劑掩模上沉積例如Ni和Au作為電極材料，包括用于暴露柵極絕緣膜31的電極凹陷2C的開ロ的內(nèi)部。Ni的厚度設(shè)定為約30nm，并且Au的厚度設(shè)定為約400nm。通過剝離法移除抗蝕劑掩模和其上沉積的Ni和Au。結(jié)果，形成柵電極33，其中電極凹陷2C的內(nèi)部通過柵極絕緣膜31填充有電極材料部分。隨后，實(shí)施與在第一實(shí)施方案中的圖4A和4B相同的步驟。因此，源電極4和場板32通過互連層11相互電連接。圖16B示出該階段的HEMT看起來如何。此后，根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN HEMT在經(jīng)受包括形成上層保護(hù)膜的步驟在內(nèi)的步驟之后形成。在根據(jù)本實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT中，形成柵電極33以通過柵極絕緣膜27填充電極凹陷2C。通過采用這種MIS型凹陷柵結(jié)構(gòu)作為前提，使HEMT需要的高電壓耐受性常閉運(yùn)行成為可能。在本實(shí)施例中，場板32通過柵極絕緣膜31提供在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2上，以與其漏電極5側(cè)上的柵電極33相鄰。場板32在其下部具有p型半導(dǎo)體層32a。該p型半導(dǎo)體層32a因?yàn)榕c堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)2的n型半導(dǎo)體的關(guān)系而變得耗盡。因此，耗盡層在P型半導(dǎo)體層32a下方延伸和鋪展。結(jié)果，電壓耐受性明顯提高。此外，寄生電容Cds和Cgd因?yàn)橛蓀型半導(dǎo)體層32a導(dǎo)致的耗盡層的延伸而大幅降低。由此，實(shí)現(xiàn)器件運(yùn)行速度的提高。在場板32下方存在柵極絕緣膜31還降低了電容，由此有助于提高器件運(yùn)行的速度。如前所述，根據(jù)本實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)ー種高可靠性高電壓耐受性的AlGaN/GaN HEMT,其能夠進(jìn)一歩改善器件運(yùn)行速度并且在即使產(chǎn)生空穴的情況下也實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行，以及減輕在柵電極33上的電場集中并由此實(shí)現(xiàn)電壓耐受性的進(jìn)ー步提高。注意，盡管在上述第一和第二實(shí)施方案及其變化實(shí)施例中，已經(jīng)公開了具有柵極凹陷結(jié)構(gòu)的AlGaN/GaN HEMT，但是實(shí)施方案和變化實(shí)施例不限于這些HEMT?；蛘?，柵電極可以形成在柵極絕緣膜上或堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上，而不形成用于柵電極的電極凹陷。根據(jù)上述第一和第二實(shí)施方案及其變化實(shí)施例的AlGaN/GaNHEMT應(yīng)用于所謂的分立封裝。在該分立封裝中，安裝上述AlGaN/GaN HEMT的任ー個(gè)的芯片。在下文，將以舉例方式描述上述第一和第二實(shí)施方案及其變化實(shí)施例的任ー個(gè)的芯片(在下文稱為HEMT芯片)。圖17示出HEMT芯片的示意性結(jié)構(gòu)。 在HEMT芯片30中，在HEMT芯片的表面上設(shè)置與上述AlGaN/GaN HEMT的漏電極連接的漏極墊34、與HEMT的柵電極連接的柵極墊35、以及與HEMT的源電極連接的源極墊36。圖18是示出分離封裝的示意性平面圖。為了制造該分離封裝，首先，利用晶粒粘結(jié)劑41如釬料將HEMT芯片30固定至引線框42。在引線框42中與其一體式形成漏極引線42a，并且柵極引線42b和源極引線42c作為獨(dú)立的組件設(shè)置在距引線框42 —定的距離處。隨后，通過利用Al線43的接合將漏極墊34和漏極引線42a、柵極墊35和柵極引線42b以及源極墊36和源極引線42c分別相互電連接。此后，利用模制樹脂44通過傳遞模制法樹脂密封HEMT芯片30，并且將引線框42與模制樹脂44分開。結(jié)果，形成分立封裝。(第三實(shí)施方案)本實(shí)施方案公開了 PFC(功率因數(shù)校正)電路，其設(shè)置有選自第一和第二實(shí)施方案及其變化實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT。圖19是示出PFC電路的連接線路圖。
PFC電路50設(shè)置有開光元件(晶體管)51、ニ極管52、扼流圈53、電容器54、55、ニ極管橋56和AC電源(AC) 57。將選自第一和第二實(shí)施方案及其變化實(shí)施例的AlGaN/GaNHEMT應(yīng)用到開關(guān)元件51。特別優(yōu)選運(yùn)行速度優(yōu)異的根據(jù)第二實(shí)施方案及其變化實(shí)施例的任ー個(gè)的 AlGaN/GaN HEMT。在PFC電路50中，開關(guān)元件51的漏電極、ニ極管52的陽極端子和扼流圈53的一個(gè)端子相互連接。開關(guān)元件51的源電極、電容器54的ー個(gè)端子和電容器55的ー個(gè)端子相互連接。電容器54的另一端子和扼流圈53的另一端子相互連接。電容器的55的另一端子和ニ極管52的陰極端子相互連接。AC 57通過ニ極管橋56連接在電容器54的兩個(gè)端子之間。DC電源(DC)連接在電容器55的兩個(gè)端子之間。 在本實(shí)施方案中，將AlGaN/GaN HEMT應(yīng)用于PFC電路50，所述AlGaN/GaN HEMT除了進(jìn)ー步提高電壓耐受性之外，還能夠進(jìn)ー步改善器件運(yùn)行速度并實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行，即使產(chǎn)生空穴也是如此。結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了高可靠性PFC電路50。(第四實(shí)施方案)本實(shí)施方案公開了提供有選自第一實(shí)施方案和變化實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT的電源裝置。圖20是示出根據(jù)第三實(shí)施方案的電源裝置的示意性結(jié)構(gòu)的連接線路圖。根據(jù)本實(shí)施方案的電源裝置提供有一次側(cè)61中的高壓電路、二次側(cè)62中的低壓電路、以及布置在一次側(cè)61中的電路和二次側(cè)62中的電路之間的變壓器63。一次側(cè)61中的電路包括根據(jù)第三實(shí)施方案的PFC電路50和逆變電路，例如在PFC電路50的電容器55的兩個(gè)端子之間連接的全橋逆變電路60。全橋逆變電路60提供有多個(gè)(在此處為四個(gè))開關(guān)兀件64a、64b、64c和64d。二次側(cè)62中的電路提供有多個(gè)(在此處為三個(gè))開關(guān)元件65a、65b和65c。在本實(shí)施方案中，構(gòu)成一次側(cè)61中電路的PFC電路50的開關(guān)元件51和全橋逆變電路60的開關(guān)元件64a、64b、64c和64d指定為選自第一實(shí)施方案及其變化實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT。另ー方面，二次側(cè)62中的電路的開關(guān)元件65a、65b和65c指定為常規(guī)的使用硅的MIS FET。選自第一實(shí)施方案和變化實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT采用與堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)直接接觸以與其形成pn結(jié)的場板，如在第一實(shí)施方案中描述的。結(jié)果，賦予保護(hù)性ニ極管的功能，其中場板用作陽極，并且漏電極用作陰極。在本實(shí)施方案中，這種AlGaN/GaNHEMT應(yīng)用于PFC電路50的開關(guān)元件51和全橋逆變電路60的開關(guān)元件64a、64b、64c和64d。因此，即使在一次側(cè)61中的電路中的開關(guān)元件51、64a、64b、64c和64d中出現(xiàn)浪涌電壓，也通過保護(hù)性ニ極管的整流作用防止開關(guān)元件51，64a，64b、64c和64d被擊穿。如上所述，本實(shí)施方案確保大量的雪崩耐受性并有助于使器件運(yùn)行穩(wěn)定化。
在本實(shí)施方案中，將ー種高可靠性高電壓耐受性AlGaN/GaN HEMT應(yīng)用于作為高壓電路的一次側(cè)61中的電路，所述AlGaN/GaN HEMT能夠改善器件運(yùn)行速度、具有高雪崩耐受性、抗浪涌、在應(yīng)用于例如逆變電路時(shí)不需要連接任何外部ニ極管并且在即使產(chǎn)生空穴時(shí)也實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行，以及實(shí)現(xiàn)電壓耐受性的進(jìn)ー步改善。結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了高可靠性的高功率電源裝置。(第五實(shí)施方案)本實(shí)施方案公開了ー種提供有選自第一和第二實(shí)施方案和其變化實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT的高頻放大器。圖21是示出根據(jù)第五實(shí)施方案的高頻放大器的示意性結(jié)構(gòu)的連接線路圖。根據(jù)本實(shí)施方案的高頻放大器提供有數(shù)字預(yù)失真電路71、混頻器72a和72b、以及功率放大器73。數(shù)字預(yù)失真電路71補(bǔ)償輸入信號(hào)的非線性失真?；祛l器72a將需要對(duì)非線性失真進(jìn)行補(bǔ)償?shù)妮斎胄盘?hào)與AC信號(hào)混合。功率放大器73放大與AC信號(hào)混合的輸入信號(hào)，并且包括選擇第一和第二實(shí)施方案及其變化實(shí)施例的AlGaN/GaN HEMT。特別優(yōu)選運(yùn)行速度優(yōu)異的根據(jù)第二實(shí)施方案及其變化實(shí)施例的任ー個(gè)的AlGaN/GaN HEMT。注意，在圖21中，高頻電路構(gòu)造為能夠通過混頻器72b將輸出側(cè)信號(hào)與AC信號(hào)混合并且通過例如開關(guān)操作將混合信號(hào)送出到數(shù)字預(yù)失真電路71。在本實(shí)施方案中，將AlGaN/GaN HEMT應(yīng)用于高頻放大器，所述AlGaN/GaN HEMT能夠改善器件運(yùn)行速度并且在即使產(chǎn)生空穴的情況下也實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行，以及實(shí)現(xiàn)電壓耐受性的進(jìn)一步提尚。結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了聞可 性聞電壓耐受:性的聞?lì)l放大器。(其它實(shí)施方案)在第一和第二實(shí)施方案及其變化實(shí)施例和第三至第五實(shí)施方案中，已經(jīng)以以舉例方式引用AlGaN/GaN HEMT作為化合物半導(dǎo)體器件。作為化合物半導(dǎo)體器件，除了 AlGaN/GaN HEMT之外，實(shí)施方案及其變化實(shí)施例也可以應(yīng)用于以下HEMT。其它HEMT的實(shí)施例I本實(shí)施例公開了作為化合物半導(dǎo)體器件的InAlN/GaN HEMT。InAlN和GaN是其晶格常數(shù)可以通過其組成而大致接近的化合物半導(dǎo)體。在該情況下，在上述第一和第二實(shí)施方案及其變化實(shí)施例和第三至第五實(shí)施方案中，電子傳輸層、中間層、電子供給層和蓋層分別由i-GaN、i-InAlN、n-InAlN和n-GaN形成。此外，由于在該情況下幾乎不出現(xiàn)壓電極化，所以ニ維電子氣主要通過InAlN的自發(fā)極化生成。根據(jù)本實(shí)施例，如上述AlGaN/GaN HEMT，實(shí)現(xiàn)了 ー種高可靠性高電壓耐受性InAlN/GaN HEMT，其能夠改善器件運(yùn)行速度、具有高雪崩耐受性、抗浪涌、在應(yīng)用于例如逆變電路時(shí)不需要連接任何外部ニ極管并且在即使產(chǎn)生空穴時(shí)也實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行，以及減輕在柵電極上的電場集中并由此實(shí)現(xiàn)電壓耐受性的進(jìn)ー步提高。其它HEMT的實(shí)施例2本實(shí)施例公開了ー種作為化合物半導(dǎo)體器件的InAlGaN/GaNHEMT。GaN和InAlGaN是其中GaN的晶格常數(shù)可以通過組成而變得小于InAlGaN的晶格常數(shù)的化合物半導(dǎo)體。在該情況下，在上述第一和第二實(shí)施方案及其變化實(shí)施例和第三至第五實(shí)施方案中，電子傳輸層、中間層、電子供給層和蓋層分別由i-GaN、i-InAlGaN、n-InAIGaN 和 n_GaN 形成。根據(jù)本實(shí)施例，如上述AlGaN/GaN HEMT，實(shí)現(xiàn)了ー種高可靠性、高電壓耐受性InAlGaN/GaN HEMT，其能夠改善器件運(yùn)行速度、具有高雪崩耐受性、抗浪涌、在應(yīng)用于例如逆變電路時(shí)不需要連接任何外部ニ極管并且在即使產(chǎn)生空穴時(shí)也實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行，以及減輕在柵電極上的電場集中并由此實(shí)現(xiàn)電壓耐受性的進(jìn)ー步提高。根據(jù)上述方面，實(shí)現(xiàn)了ー種高可靠性高電壓耐受性化合物半導(dǎo)體器件，其能夠改善器件運(yùn)行速度、具有高雪崩耐受性、抗浪涌、在應(yīng)用于例如逆變電路時(shí)不需要連接任何外部ニ極管并且在即使產(chǎn)生空穴時(shí)也實(shí)現(xiàn)安全和穩(wěn)定的運(yùn)行，以及減輕在柵電極上的電場集中并由此實(shí)現(xiàn)電壓耐受性的進(jìn)ー步提高。在下文，將作為權(quán)利要求統(tǒng)ー描述用于制造化合物半導(dǎo)體器件的化合物半導(dǎo)體器件的方法以及電源裝置和高頻放大器的方面。本文記載的所有實(shí)施例和條件描述都是用于教導(dǎo)目的，以幫助讀者理解本發(fā)明和本發(fā)明人對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的概念，并且應(yīng)當(dāng)被視為不限于這些具體記載的實(shí)施例和條、件，也不限于與顯示本發(fā)明的優(yōu)勢和劣勢相關(guān)的說明書中這些實(shí)施例的組織。盡管已經(jīng)詳細(xì)描述了本發(fā)明的一個(gè)或更多個(gè)實(shí)施方案，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)其進(jìn)行各種變化、替代和改變，而不脫離本發(fā)明的精神和 范圍。
權(quán)利要求
1.ー種化合物半導(dǎo)體器件，包括 堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)； 在所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成的柵電極；和 在所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成的并且具有與所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)所具有的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中在所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中形成有凹陷，并且所述半導(dǎo)體層形成為填充所述凹陷的內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體層形成為具有插入在所述半導(dǎo)體層和所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之間的絕緣膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體層為P型，并且與所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成Pn結(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體層形成為沿不面向所述柵電極的方向偏置的形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中在所述半導(dǎo)體層上形成有連接電扱。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體層為P型，并且包括選自Si、GaN, AlGaN, AIN、InN, InAlN, InAlGaN, NiO、FeO2' CoO2, Mn。、CuO、ZnO、In2O3' SnO2, Y2O3'SrTiO3^ SrPbO3和TiO2中的一種或多種半導(dǎo)體。
8.一種用于制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括 在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成柵電極；和 在所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成具有與所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)所具有的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，所述方法還包括在所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中形成凹陷，其中所述半導(dǎo)體層形成為填充所述凹陷的內(nèi)部。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，所述方法還包括在所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成絕緣膜，其中所述半導(dǎo)體層形成為具有插入在所述半導(dǎo)體層和所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)之間的所述絕緣膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，其中所述半導(dǎo)體層為p型，并且與所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)形成Pn結(jié)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，其中所述半導(dǎo)體層形成為沿不面向所述柵電極的方向偏置的形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，所述方法還包括在所述半導(dǎo)體層上形成連接電極。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，其中所述半導(dǎo)體層為p型，并且包括選自 Si、GaN, AlGaN, AIN、InN, InAlN, InAlGaN, NiO、FeO2, CoO2, Mn。、CuO、ZnO,In2O3> SnO2, Y2O3> SrTiO3> SrPbO3 和 TiO2 中的一種或多種半導(dǎo)體。
15.一種電源裝置，包括變壓器、以及將所述變壓器夾在中間的高壓電路和低壓電路，其中所述高壓電路包括晶體管，所述晶體管包括 堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)；在所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成的柵電極；和 在所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成的并且具有與所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)所具有的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電源裝置，其中所述高壓電路包括PFC電路，并且設(shè)置在所述PFC電路中的第一開關(guān)元件限定為所述晶體管。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電源裝置，其中所述高壓電路還包括與所述PFC電路連接的逆變電路，并且設(shè)置在所述逆變電路中的第二開關(guān)元件限定為所述晶體管。
18.一種將輸入高頻電壓進(jìn)行放大和輸出的高頻放大器，其中所述高頻放大器包括晶體管，所述晶體管包括 堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)； 在所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成的柵電極；和 在所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)上形成的并且具有與所述堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)所具有的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體層。
全文摘要
實(shí)現(xiàn)了一種高可靠性高電壓耐受性化合物半導(dǎo)體器件，其能夠改善器件運(yùn)行速度、具有高雪崩耐受性、抗浪涌、在應(yīng)用于例如逆變電路時(shí)不需要連接任何外部二極管并且在即使產(chǎn)生空穴時(shí)也實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的運(yùn)行，以及減輕電場在柵電極上的集中并由此實(shí)現(xiàn)電壓耐受性的進(jìn)一步提高。柵電極形成為利用電極材料通過柵極絕緣膜填充在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中形成的電極凹陷，并且在堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中形成的場板凹陷填充有p型半導(dǎo)體，由此形成與堆疊化合物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)接觸的p型半導(dǎo)體層。
文檔編號(hào)H01L29/778GK102651388SQ20111045694
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者今田忠纮 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社