化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法。該化合物半導(dǎo)體器件包括第一化合物半導(dǎo)體層；形成在第一化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)上的第二化合物半導(dǎo)體層，并且第二化合物半導(dǎo)體層的帶隙大于第一化合物半導(dǎo)體層的帶隙；形成在第二化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)上的p型第三化合物半導(dǎo)體層；形成在第二化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)上穿過第三化合物半導(dǎo)體層的電極；形成為在第二化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)處與第三化合物半導(dǎo)體層接觸的第四化合物半導(dǎo)體層，并且第四化合物半導(dǎo)體層的帶隙小于第二化合物半導(dǎo)體層的帶隙；以及形成為在第四化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)處與第三化合物半導(dǎo)體層接觸的第五化合物半導(dǎo)體層，并且第五化合物半導(dǎo)體層的帶隙大于第四化合物半導(dǎo)體層的帶隙。
【專利說明】化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]已考慮利用氮化物半導(dǎo)體的特性(如高飽和電子速度和寬帶隙)將氮化物半導(dǎo)體應(yīng)用到具有高耐受電壓和高輸出的半導(dǎo)體器件中。例如，作為氮化物半導(dǎo)體的GaN的帶隙為3.4eV，大于Si的帶隙(1.1eV)和GaAs的帶隙(1.4eV)，因此GaN具有高的擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度。因此，GaN作為用于需要高電壓操作和高輸出的電源的半導(dǎo)體器件的材料是非常有前途的。
[0003]作為使用氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件，關(guān)于場(chǎng)效應(yīng)晶體管，尤其是高電子遷移率晶體管(highelectronmobilitytransistor, HEMT)已存在許多報(bào)道。例如，在GaN基HEMT (GaN-HEMT)中，使用GaN作為電子渡越層并且使用AlGaN作為電子供給層的AlGaN/GaN.HEMT正引起關(guān)注。在AlGaN/GaN.HEMT中，由于GaN與AlGaN之間的晶格常數(shù)差異導(dǎo)致在AlGaN中出現(xiàn)應(yīng)變(例如，畸變)。由該應(yīng)變引起的壓電極化和AlGaN的自發(fā)極化獲得了高濃度的二維電子氣(2DEG)。因此，例如，預(yù)期將AlGaN/GaN -HEMT作為用于電動(dòng)車輛的高效率開關(guān)器件和高耐受電壓電源器件。參見例如日本公開特許公報(bào)第2009-76845號(hào)，日本公開特許公報(bào)第2007-19309號(hào)，日本公開特許公報(bào)第2010-225765號(hào)，以及日本公開特許公報(bào)第2009-71061號(hào)。
[0004]一般而言，用于電源的開關(guān)器件需要所謂的常斷操作，在常斷操作中，當(dāng)器件的柵極電壓為OV時(shí)，器件中沒有電流流動(dòng)。然而，存在在GaN-HEMT中產(chǎn)生高濃度2DEG中的問題，因此難以實(shí)現(xiàn)常斷型晶體管。為了解決該問題，已經(jīng)進(jìn)行了通過蝕刻在柵電極正下方的電子供給層以降低2DEG的濃度來實(shí)現(xiàn)常斷狀態(tài)的研究。參見例如日本公開特許公報(bào)第2009-76845號(hào)。然而，在該技術(shù)中，由于在布置在電子供給層下方的電子渡越層附近中產(chǎn)生的由蝕刻導(dǎo)致的損傷，所以出現(xiàn)了如薄層電阻和漏電流的增大的問題。因此，在AlGaN/GaN.HEMT中，提出了如下技術(shù):其中通過在柵電極與有源區(qū)域之間另外地形成導(dǎo)電P型GaN層以抵消(offsetting)在柵電極正下方的2DEG而實(shí)現(xiàn)常斷。參見，例如日本公開特許公報(bào)第2007-19309號(hào)。
[0005]圖1示出了根據(jù)前述相關(guān)技術(shù)的AlGaN/GaN.HEMT的示意性構(gòu)造。在AlGaN/GaN -HEMT中，在襯底上形成有成核層，在成核層上形成有由i_GaN (例如，有意未摻雜層)制成的電子渡越層101，并且在電子渡越層101上形成有由1-AlGaN制成的電子供給層102。在電子渡越層101的與電子供給層102界面的附近產(chǎn)生2DEG。在電子供給層102上形成有P型GaN層103，并且在P型GaN層103上形成有柵電極104。在電子供給層102上，在柵電極104 (例如，P型GaN層103)的兩側(cè)處形成有源電極105和漏電極106。
[0006]當(dāng)不向柵電極104施加電壓時(shí)，空穴集中在P型GaN層103的下部中(例如，在P型GaN層103與電子供給層102的界面的附近)。電子受空穴吸引，并且在電子供給層102下方在電子渡越層101與電子供給層102的界面附近感應(yīng)出電子。因此，柵極電壓Vg是導(dǎo)通的。如上所述，存在常斷被抑制的問題，因而不可以增加閥值電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]已經(jīng)做出了本公開內(nèi)容以解決上述問題，本公開內(nèi)容的一個(gè)目的是提供一種高度可靠的高耐受電壓化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法，所述化合物半導(dǎo)體器件具有相對(duì)簡(jiǎn)單的構(gòu)造、既沒有耐受電壓的劣化也沒有操作不穩(wěn)定性，并且獲得了足夠大的閥值電壓從而確保實(shí)現(xiàn)了常斷狀態(tài)。
[0008]化合物半導(dǎo)體器件的一個(gè)方面包括:第一化合物半導(dǎo)體層；形成在第一化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)上的第二化合物半導(dǎo)體層，并且第二化合物半導(dǎo)體層的帶隙大于第一化合物半導(dǎo)體層的帶隙；形成在第二化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)上的P型第三化合物半導(dǎo)體層；形成在第二化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)上穿過第三化合物半導(dǎo)體層的電極；形成為在第二化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)處接觸第三化合物半導(dǎo)體層的第四化合物半導(dǎo)體層，并且第四化合物半導(dǎo)體層的帶隙小于第二化合物半導(dǎo)體層的帶隙；以及形成為在第四化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)處接觸第三化合物半導(dǎo)體層的第五化合物半導(dǎo)體層，并且第五化合物半導(dǎo)體層的帶隙大于第四化合物半導(dǎo)體層的帶隙。
[0009]用于制造化合物半導(dǎo)體器件的方法的一個(gè)方面包括以下步驟:在第一化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)上形成第二化合物半導(dǎo)體層的過程，所述第二化合物半導(dǎo)體層的帶隙大于第一化合物半導(dǎo)體層的帶隙；在第二化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)上形成P型第三化合物半導(dǎo)體層的過程；在第二化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)上形成穿過第三化合物半導(dǎo)體層的電極的過程；在第二化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)處形成為接觸第三化合物半導(dǎo)體層的第四化合物半導(dǎo)體層的過程，所述第四化合物半導(dǎo)體層的帶隙小于第二化合物半導(dǎo)體層的帶隙；以及在第四化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)處形成為接觸第三化合物半導(dǎo)體層的第五化合物半導(dǎo)體層的過程，所述第五化合物半導(dǎo)體層的帶隙大于第四化合物半導(dǎo)體層的帶隙。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是示出了相關(guān)技術(shù)中的AlGaN/GaN.HEMT的示意性構(gòu)造的示意性截面圖；
[0011]圖2是示出了按照工藝順序的根據(jù)第一示例性實(shí)施方案的AlGaN/GaN -HEMT的制造方法的示意性截面圖；
[0012]圖3是示出了接著圖2按照工藝順序的根據(jù)第一示例性實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的制造方法的示意性截面圖；
[0013]圖4是示出了根據(jù)第一示例性實(shí)施方案的AlGaN/GaN -HEMT的每個(gè)化合物半導(dǎo)體層的示意性截面圖；
[0014]圖5是示出了根據(jù)第一示例性實(shí)施方案的AlGaN/GaN -HEMT的每個(gè)化合物半導(dǎo)體層的帶隙的特征圖；
[0015]圖6是用于描述根據(jù)第一不例性實(shí)施方案的AlGaN/GaN.ΗΕΜΤ的功能的不意性截面圖；
[0016]圖7是基于與對(duì)比例中的AlGaN/GaN.HEMT相對(duì)于根據(jù)第一示例性實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的比較，示出了柵極電壓Vd與漏電流Id之間的關(guān)系的特征圖；
[0017]圖8是示出了按照工藝順序的根據(jù)第二示例性實(shí)施方案的AlGaN/GaN.ΗΕΜΤ的制造方法的示意性截面圖；
[0018]圖9是示出了接著圖8按照工藝順序的根據(jù)第二示例性實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的制造方法的示意性截面圖；
[0019]圖10是示出了按照工藝順序的根據(jù)第三示例性實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的制造方法的示意性截面圖；
[0020]圖11是示出了接著圖10按照工藝順序的根據(jù)第三示例性實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的制造方法的示意性截面圖；
[0021]圖12是示出了按照工藝順序的根據(jù)第四示例性實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的制造方法的示意性截面圖；
[0022]圖13是示出了接著圖12按照工藝順序的根據(jù)第四示例性實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的制造方法的示意性截面圖；
[0023]圖14是示出了根據(jù)第四示例性實(shí)施方案的電源的示意性構(gòu)造的連接圖；以及
[0024]圖15是示出了根據(jù)第五實(shí)施方案的高頻放大器的示意性構(gòu)造的連接圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025](第一示例性實(shí)施方案)
[0026]本實(shí)施方案公開了作為化合物半導(dǎo)體器件的氮化物半導(dǎo)體的AlGaN/GaN.HEMT。圖2和圖3是示出了按照工藝順序的根據(jù)第一示例性實(shí)施方案的AlGaN/GaN -HEMT的制造方法的示意性截面圖。
[0027]如圖2A所示，在例如作為生長(zhǎng)襯底的SiC襯底I上依次形成緩沖層2、電子渡越層
3、電子供給層4和P型GaN層5。作為生長(zhǎng)襯底，可以使用例如Si襯底、藍(lán)寶石襯底、GaAs襯底和GaN襯底等代替SiC襯底。此外，至于襯底的導(dǎo)電性，無論襯底是半絕緣的還是導(dǎo)電的都沒有關(guān)系。
[0028]具體地，在減壓氣氛下，通過使用例如金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE)法在SiC襯底上生長(zhǎng)以下化合物半導(dǎo)體中的每一個(gè)?？梢允褂闷渌椒ɡ绶肿邮庋?MBE)法等代替MOVPE法。在SiC襯底I上依次生長(zhǎng)約IOOnm厚度的AlN層、約3 μ m厚度的i_GaN層、約20nm厚度的1-AlGaN層、以及約80nm厚度的ρ-GaN層。因此，形成緩沖層2、電子渡越層3、電子供給層4以及P型GaN層5。
[0029]緩沖層2成為成核層，可以使用AlGaN層代替AlN層，或者可以通過低溫生長(zhǎng)工藝來生長(zhǎng)GaN層。電子供給層4由具有Al組成比為例如0.2的Ala 2GaQ.8N制成?？梢孕纬搔切虯lGaN (n-AlGaN)層代替1-AlGaN層。可以形成P型AlGaN代替p型GaN層5?？梢栽陔娮佣稍綄?與電子供給層4之間形成間隔層作為中間層。
[0030]至于AlN層的生長(zhǎng)條件，使用三甲基鋁(TMAl)氣體和氨(NH3)氣體的混合氣體作為原料氣體。至于GaN層的生長(zhǎng)條件，使用三甲基鎵(TMG)氣體和NH3氣體的混合氣體作為原料氣體。至于AlGaN層的生長(zhǎng)條件，使用TMAl氣體、TMG氣體以及NH3氣體的混合氣體作為原料氣體。根據(jù)待生長(zhǎng)的化合物半導(dǎo)體層，適當(dāng)?shù)卦O(shè)定是否供給作為Al源的三甲基鋁氣體和作為Ga源的三甲基鎵氣體，以及適當(dāng)?shù)卦O(shè)定作為Al源的三甲基鋁氣體和作為Ga源的三甲基鎵氣體的流量。作為共用原料的氨氣氣體的流量設(shè)定為約100毫升/分鐘至約10升/分鐘。此外，生長(zhǎng)壓力為約50托至300托，并且生長(zhǎng)溫度設(shè)定為約1000°C至1200°C。[0031]例如，當(dāng)電子供給層4的n-AlGaN形成時(shí)，以預(yù)定流量向原料氣體添加含Si的作為η型雜質(zhì)的SiH4氣體以便將Si摻雜到AlGaN中。Si的摻雜濃度設(shè)定為約I X IO1Vcm3至約 I X IO2Vcm3,例如約 5 X IO1Vcm30
[0032]例如，當(dāng)形成P型GaN層5時(shí),可以引入包含例如Mg離子的環(huán)戍二烯基鎂(CpMg)氣體作為P型雜質(zhì)以便將Mg離子摻雜到GaN中。Mg離子的摻雜濃度設(shè)定為約I X IO1Vcm3至約IX 102°/cm3,例如約5X1018/cm3。之后,通過將p_GaN例如在80CTC下進(jìn)行退火處理約20分鐘來活化摻雜的Mg離子。
[0033]接著，如圖2B所示，蝕刻P型GaN層5。具體地，在p型GaN層5上施加抗蝕劑，并且通過使用預(yù)定掩模用UV射線照射除柵電極預(yù)定形成區(qū)域之外的部分。因此，形成使用抗蝕劑覆蓋P型GaN層5的柵電極預(yù)定形成區(qū)域的抗蝕劑掩模。通過使用抗蝕劑掩模并且使用Cl2基蝕刻氣體對(duì)P型GaN層5進(jìn)行干法蝕刻。因此，僅在柵電極預(yù)定形成區(qū)域中保留了P型GaN層5。保留的P型GaN層5被定義為P型GaN層5a。通過灰化處理或化學(xué)處理來移除抗蝕劑掩模。
[0034]接著，如圖2C所示，在電子供給層4上在P型GaN層5a的兩側(cè)處依次形成i_GaN層6和1-AlGaN層7。具體地，首先預(yù)定形成抗蝕劑掩模，并且通過例如CVD法在p型GaN層5a上沉積例如SiO2,以便形成覆蓋P型GaN層5a的頂部的掩模層10。接著，通過MOVPE法在減壓氣氛下在電子供給層4上依次生長(zhǎng)約IOnm厚度的i_GaN層和約IOnm厚度的1-AlGaN層。因此，形成了 1-GaN層6和1-AlGaN層7。1-AlGaN層7由Al組成比為例如0.2的1-Ala2Gaa8N制成。通過例如化學(xué)處理來移除掩模層10。
[0035]接著，形成器件隔離結(jié)構(gòu)。具體地，將例如氬(Ar)注入SiC襯底I的上側(cè)處的器件隔離區(qū)域中。因此，在1-AlGaN層7、1-GaN層6、電子供給層4和電子渡越層3的表面層部分處形成器件隔離結(jié)構(gòu)。通過器件隔離結(jié)構(gòu)，在1-AlGaN層7上限定了有源區(qū)域?；蛘撸梢允褂美鏢TI (淺溝槽隔離)法代替上述注入法來執(zhí)行器件隔離。
[0036]接著，如圖3A所示，形成源電極8和漏電極9。具體地，首先在i_AlGaN層7的表面中在用于源電極和漏電極的電極預(yù)定形成位置處形成電極凹槽8a和9a。將抗蝕劑施加到整個(gè)表面上。通過光刻工藝處理抗蝕劑，并且在抗蝕劑中形成露出1-AlGaN層7的對(duì)應(yīng)于電極預(yù)定形成位置的表面的開口。通過以上處理，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0037]利用抗蝕劑掩模,對(duì)1-AlGaN層7和i_GaN層6的電極預(yù)定形成位置進(jìn)行干法蝕刻并且移除直到露出電子供給層4的表面為止。結(jié)果，形成露出供給層4的表面的電極預(yù)定形成位置的電極凹槽8a和9a。例如，可以使用Cl2氣體作為蝕刻氣體。同時(shí)，電極凹槽8a和9a可以通過蝕刻至i_AlGaN層7的中部來形成，或者可以通過蝕刻超出電子供給層4的表面來形成。通過例如灰化處理來移除抗蝕劑掩模。
[0038]形成用于形成源電極和漏電極的抗蝕劑掩模。在此，例如，使用適合于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的兩層抗蝕劑。在整個(gè)表面上施加這種抗蝕劑，并且形成用于露出電極凹槽8a和9a的開口。通過以上處理，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0039]利用抗蝕劑掩模，通過例如氣相沉積法在包括在用于露出電極凹槽8a和9a的開口的抗蝕劑掩模上沉積例如Ti/Al層作為電極材料。Ti層的厚度設(shè)定為約20nm，并且Al層的厚度設(shè)定為約200nm。通過例如剝離法移除抗蝕劑掩模以及其上沉積的Ti/Al層。之后，在約400°C至1000°C、例如約550°C的溫度下，在例如氮?dú)夥罩袑?duì)SiC襯底I進(jìn)行熱處理，以使得保留的Ti/Al層與電子供給層4歐姆接觸。熱處理可以是不必要的，只要可獲得與電子供給層4的歐姆接觸即可。通過以上處理，形成源電極8和漏電極9，使得電極材料的一部分埋入電極凹槽8a和9a中。
[0040]接著，如圖3B所示，形成柵電極11。具體地，首先形成用于形成柵電極的掩模。在此，通過例如CVD法在整個(gè)表面上沉積SiN層，并且通過利用例如CF4氣體執(zhí)行干法蝕刻以便在SiN層中形成露出P型GaN層5a的頂部的開口。通過以上處理，形成具有開口的掩模。
[0041]利用該掩模，通過例如氣相沉積法在掩模上、包括在用于露出P型GaN層5a的頂部的開口的內(nèi)部沉積例如Ni/Au層作為電極材料。Ni層的厚度設(shè)定為約30nm，并且Au層的厚度設(shè)定為約400nm。通過例如剝離法移除該掩模以及其上沉積的Ni/Au層。在不移除的情況下，該掩模還可以用作保護(hù)膜。通過以上處理，在P型GaN層5a上形成柵電極11。
[0042]之后，通過如形成層間電介質(zhì)、形成連接至源電極8、漏電極9和柵電極11的接線、形成上層的鈍化膜以及形成在上層的最外表面上露出的連接電極進(jìn)行各種處理，形成根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT。
[0043]在根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN -HEMT中，每個(gè)化合物半導(dǎo)體層的帶隙具有特征。圖4對(duì)應(yīng)于圖3B，并且圖4是示出了根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的每個(gè)化合物半導(dǎo)體層的示意性截面圖。圖5是示出了根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN -HEMT的每個(gè)化合物半導(dǎo)體層的帶隙的特征圖，并且圖5對(duì)應(yīng)于沿著由左邊示出的箭頭L表示的虛線的截面。
[0044]圖3B中的電子渡越層3、電子供給層4、1-GaN層6和1-AlGaN層7是圖4中示出的第一層、第二層、第三層和第四層的具體實(shí)施例。同時(shí)，通過利用以下模擬來計(jì)算圖5中的帶隙:第二層(電子供給層4)由20nm厚度的1-AlQ.3GaQ.7N形成，第三層(i_GaN層6)厚度為20nm,第四層(1-AlGaN層7)由5nm厚度的i_Al0.15Ga0.85N形成，并且p型GaN層5a的厚度為60nm。作為第一層、第二層、第三層和第四層的帶隙BG1、BG2、BG3和BG4滿足以下關(guān)系O
[0045]BG2 > BGl (I)
[0046]而且，BG2> BG3 (2)
[0047]此外，BG4> BG3 (3)
[0048]產(chǎn)生二維電子氣(2DEG)對(duì)于滿足式(I)的關(guān)系是必要條件。即，在HEMT的操作期間，在電子渡越層3與電子供給層4的界面(例如，在具有中間層的情況下的中間層)的附近產(chǎn)生2DEG。2DEG是基于電子渡越層3 (例如，GaN層)的化合物半導(dǎo)體與電子供給層4 (例如，AlGaN層)的化合物半導(dǎo)體之間的晶格常數(shù)差而產(chǎn)生的。如圖5所示，可以看出為了滿足式(I)在電子渡越層3與電子供給層4的界面的附近產(chǎn)生高濃度2DEG (n/cm3)。
[0049]在電子供給層4與1-GaN層6之間的界面的附近產(chǎn)生空穴對(duì)于滿足式(2)和(3)的關(guān)系是必要條件。如圖6所示，這表明在P型GaN層5a的底部處積累的空穴穿過電子供給層4與1-GaN層6之間界面的附近，并且逃逸(escape)到源電極8。如圖5所示，可以看出為了滿足式(2)和(3)的關(guān)系在電子供給層4與1-GaN層6之間界面的附近出現(xiàn)相對(duì)高濃度的空穴。
[0050]在根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT中，第一層、第二層、第三層和第四層滿足式(I)、(2)和(3)的關(guān)系。因此，第一層至第四層不限于圖2和圖3示出的化合物半導(dǎo)體層。例如，作為第三層，可以使用Al組成比小于電子供給層4的Al組成比(例如，在圖3B的實(shí)例中為0.2，并且在圖4的實(shí)例中為0.3)并且Al組成比小于1-AlGaN層7的Al組成比(例如，在圖3B的實(shí)施例中為0.2，并且在圖4的實(shí)施例中為0.15)的AlGaN層代替i_GaN層6。例如，可以設(shè)想具有Al組成比為0.05的Al0.05Ga0.95N。使用p型GaN或η型GaN代替1-GaN層6也是適合的。作為第四層，可以使用例如AlN層代替1-AlGaN層7。
[0051 ] 圖7是基于將對(duì)比例中的AlGaN/GaN.HEMT相對(duì)于根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的比較，示出了柵極電壓Vd與漏電流Id之間的關(guān)系的特征圖。圖7A是作為對(duì)比例的圖1中示出的AlGaN/GaN.HEMT的特征圖，并且圖7B是根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的特征圖。
[0052]在對(duì)比例中，可以看出，當(dāng)未向柵電極施加電壓時(shí)，通過在P型GaN層中空穴的集中促使常通狀態(tài)變?yōu)榈扔诨蛐∮陂y值的數(shù)值。相反，在本實(shí)施方案中，由于在P型GaN層中沒有空穴的集中，所以實(shí)現(xiàn)了常斷狀態(tài)。如上所述，在該本實(shí)施方案中，解決了在P型GaN層5a中空穴的集中的問題，并且獲得了足夠大的閥值，由此實(shí)現(xiàn)了常斷狀態(tài)。
[0053]此外，1-AlGaN層7用作對(duì)空穴的阻擋層，從而抑制了空穴被捕獲在形成在1-AlGaN層7上的膜(例如，鈍化膜)中。因此，解決了由于空穴稀釋導(dǎo)致的操作不穩(wěn)定性的問題。
[0054]如上所述，在本實(shí)施方案中，可以獲得高度可靠的高耐受電壓AlGaN/GaN.HEMT,其具有相對(duì)簡(jiǎn)單的構(gòu)造、既沒有耐受電壓劣化也沒有操作不穩(wěn)定性，并且獲得了足夠大的閥值電壓從而確保實(shí)現(xiàn)了常斷狀態(tài)。
[0055](第二示例性實(shí)施方案)
[0056]本實(shí)施方案以與第一不例性實(shí)施方案相同的方式公開了 AlGaN/GaN.HEMT的構(gòu)造和制造方法，但是與第一示例性實(shí)施方案的不同之處在于:在電子供給層上的1-GaN層的形成狀態(tài)彼此不同。同時(shí)，用相同的標(biāo)記表示與第一示例性實(shí)施方案相同的組成構(gòu)件，并且省略其詳細(xì)描述。圖8和圖9是示出了按照工藝順序的根據(jù)第二示例性實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的制造方法的示意性截面圖。
[0057]首先，如圖8A所示，在例如用作生長(zhǎng)襯底的SiC襯底I上依次形成緩沖層2、電子渡越層3、電子供給層4、1-GaN層21和p型GaN層5。具體地，在減壓氣氛下，通過MOVPE法在第一示例性實(shí)施方案中描述的生長(zhǎng)條件下生長(zhǎng)以下化合物半導(dǎo)體中的每一個(gè)?？梢允褂美鏜BE法代替MOVPE法。
[0058]在SiC襯底I上依次生長(zhǎng)約IOOnm厚度的AlN層、約3 μ m厚度的i_GaN層、約20nm厚度的1-AlGaN層、約IOnm厚度的i_GaN層以及約80nm厚度的ρ-GaN層。在生長(zhǎng)AlN層時(shí)，使用TMAl氣體和NH3氣體的混合氣體作為原料氣體。在生長(zhǎng)1-GaN層時(shí)，使用TMG氣體和NH3氣體的混合氣體作為原料氣體。在生長(zhǎng)1-AlGaN層時(shí)，使用TMG氣體、TMAl氣體以及NH3氣體的混合氣體作為原料氣體。在生長(zhǎng)P-GaN時(shí)，使用TMG氣體和NH3氣體的混合氣體作為原料氣體，并且可以引入例如包含例如Mg離子作為P型雜質(zhì)的CpMg氣體。通過以上處理，形成了緩沖層2、電子渡越層3、電子供給層4、1-GaN層21和p型GaN層5。
[0059]接著，如圖8B所示，蝕刻P型GaN層5。具體地，在p型GaN層5上施加抗蝕劑，并且通過使用預(yù)定掩模用UV射線照射除柵電極預(yù)定形成區(qū)域之外的部分。因此，形成使用抗蝕劑覆蓋P型GaN層5的柵電極預(yù)定形成區(qū)域的抗蝕劑掩模。通過使用抗蝕劑掩模并且使用Cl2基蝕刻氣體對(duì)ρ-GaN層5進(jìn)行干法蝕刻。因此，僅在柵電極預(yù)定形成區(qū)域中保留了 P型GaN層5。保留的P型GaN層5被定義為P型GaN層5a。通過灰化處理或化學(xué)處理來移除抗蝕劑掩模。
[0060]接著，如圖8C所示，在1-GaN層21上在p型GaN層5a的兩側(cè)處形成1-AlGaN層
7。具體地，首先預(yù)定形成抗蝕劑掩模，并且通過例如CVD法在P型GaN層5a上沉積例如SiO2,以形成覆蓋P型GaN層5a的頂部的掩模層10。接著，通過MOVPE法在減壓氣氛下在1-GaN層21上生長(zhǎng)約IOnm厚度的1-AlGaN層，從而形成了 1-AlGaN層7。1-AlGaN層7由Al組成比為例如0.2的1-AlQ.2Gaa8N制成。
[0061]在本實(shí)施方案中，在形成1-AlGaN層7期間，通過在生長(zhǎng)i_AlGaN層時(shí)形成的高溫，包含在P型GaN層5a中的Mg離子擴(kuò)散到i_GaN層21的下側(cè)處。因此，i_GaN層21的設(shè)置在P型GaN層5a下方的區(qū)域變成P型，因此該區(qū)域變?yōu)镻型GaN，并且與p型GaN層5a成為一體。與P型GaN層5a成為一體的P型GaN定義為P型GaN層22。同時(shí),可能存在如下情況:根據(jù)P型GaN層5a的Mg離子的擴(kuò)散程度，i_GaN層21的設(shè)置在P型GaN層5a下方的區(qū)域的僅一部分變?yōu)镻型。通過例如化學(xué)處理移除掩模層10。
[0062]接著，形成器件隔離結(jié)構(gòu)。具體地，將例如氬(Ar)注入SiC襯底I的上側(cè)處的器件隔離區(qū)域。由此，在1-AlGaN層7、i_GaN層21、電子供給層4和電子渡越層3的表面層部分處形成器件隔離結(jié)構(gòu)。通過器件隔離結(jié)構(gòu)，在1-AlGaN層7上限定了有源區(qū)域。或者，可以使用例如STI法代替上述注入法來執(zhí)行器件隔離。
[0063]接著，如圖9A所示，形成源電極8和漏電極9。具體地，首先在i_AlGaN層7的表面中在用于源電極和漏電極的電極預(yù)定形成位置處形成電極凹槽8a和9a。在包括1-AlGaN層7的表面的露出表面上施加抗蝕劑。通過光刻工藝處理抗蝕劑，并且在抗蝕劑中形成露出1-AlGaN層7的對(duì)應(yīng)于電極預(yù)定形成位置的表面的開口。通過以上處理，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0064]利用該抗蝕劑掩模,對(duì)1-AlGaN層7和i_GaN層21的電極預(yù)定形成位置進(jìn)行干法蝕刻并且移除直到露出電子供給層4的表面為止。因此，形成露出供給層4的表面的電極預(yù)定形成位置的電極凹槽8a和9a。例如，可以使用Cl2氣體作為蝕刻氣體。同時(shí)，電極凹槽8a和9a可以通過蝕刻至i_AlGaN層7的中部來形成，或者可以通過蝕刻超出電子供給層4的表面來形成。通過例如灰化處理來移除抗蝕劑掩模。
[0065]形成用于形成源電極和漏電極的抗蝕劑掩模。在此，例如，使用適合于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的兩層抗蝕劑。在包括AlGaN層7的表面的露出表面上施加這種抗蝕齊U，并且形成用于露出電極凹槽8a和9a的開口。通過以上處理，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0066]利用抗蝕劑掩模，通過例如氣相沉積法在抗蝕劑掩模上、包括在用于露出電極凹槽8a和9a的開口的內(nèi)部沉積例如Ti/Al層作為電極材料。Ti層的厚度設(shè)定為約20nm，并且Al層的厚度設(shè)定為約200nm。通過例如剝離法移除抗蝕劑掩模以及其上沉積的Ti/Al層。之后，在約400°C至1000°C、例如約550°C的溫度下，在例如氮?dú)夥罩袑?duì)SiC襯底I進(jìn)行熱處理，以使得保留的Ti/Al層與電子供給層4歐姆接觸。熱處理可以是不必要的，只要可獲得與電子供給層4的歐姆接觸即可。通過以上處理，形成源電極8和漏電極9，使得電極材料的一部分埋入電極凹槽8a和9a中。
[0067]接著，如圖9B所示，形成柵電極11。具體地，首先形成用于形成柵電極的掩模。在此，通過例如CVD法在整個(gè)表面上沉積SiN層，并且通過利用例如CF4氣體執(zhí)行干法蝕刻以對(duì)于SiN形成露出P型GaN層22的頂部的開口。通過以上處理，形成具有開口的掩模。
[0068]利用該掩模,通過例如氣相沉積法在抗蝕劑掩模上、包括在用于露出P型GaN層22的頂部的開口的內(nèi)部沉積例如Ni/Au層作為電極材料。Ni層的厚度設(shè)定為約30nm，并且Au層的厚度設(shè)定為約400nm。通過例如剝離法移除該掩模以及其上沉積的Ni/Au層。在不移除的情況下，該掩模還可以用作保護(hù)膜。通過以上處理，在P型GaN層22上形成柵電極11。
[0069]之后，通過如形成層間電介質(zhì)、形成連接至源電極8、漏電極9和柵電極11的接線、形成上層的鈍化膜以及形成在上層的最外表面上露出的連接電極進(jìn)行各種處理，形成根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT。
[0070]如上所述，在本實(shí)施方案中，可以獲得高度可靠的高耐受電壓AlGaN/GaN.HEMT,其具有相對(duì)簡(jiǎn)單的構(gòu)造、既沒有耐受電壓劣化也沒有操作不穩(wěn)定性，并且獲得了足夠大的閥值電壓從而確保實(shí)現(xiàn)了常斷狀態(tài)。
[0071]此外，在本實(shí)施方案中，在電子供給層4與P型GaN層5之間形成有i_GaN層21。即，1-GaN層21直接存在于P型GaN層5的下方。因此，在形成1-AlGaN層7的同時(shí)對(duì)p型GaN層5進(jìn)行活化處理(被定為化合物半導(dǎo)體的再生長(zhǎng))期間，擴(kuò)散到溝道側(cè)(例如，電子供給層4的一側(cè))的用作P型雜質(zhì)的Mg離子在1-GaN層21中停止。因此，抑制了 Mg離子擴(kuò)散到電子供給層4和電子渡越層3中，從而抑制了由于作為P型雜質(zhì)的Mg離子的擴(kuò)散而導(dǎo)致的導(dǎo)通電阻(Ron)的增加。
[0072](第三示例性實(shí)施方案)
[0073]本實(shí)施方案以與第一示例性實(shí)施方案相同的方式公開了 AlGaN/GaN -HEMT的構(gòu)造和制造方法，但是與第一示例性實(shí)施方案的不同之處在于:在電子供給層與P型GaN層之間提供有AlN層。同時(shí),用相同的標(biāo)記表不與第一不例性實(shí)施方案相同的組成構(gòu)件,并且省略其詳細(xì)描述。圖10和圖11是示出了按照工藝順序的根據(jù)第三示例性實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的制造方法的示意性截面圖。
[0074]首先，如圖1OA所示，在例如用作生長(zhǎng)襯底的SiC襯底I上依次形成緩沖層2、電子渡越層3、電子供給層4、AlN層31和P型GaN層5。具體地，在減壓氣氛下，通過MOVPE法在第一示例性實(shí)施方案中描述的生長(zhǎng)條件下生長(zhǎng)以下化合物半導(dǎo)體中的每一個(gè)?；蛘撸梢允褂美鏜BE法代替MOVPE法。
[0075]在SiC襯底I上依次生長(zhǎng)約IOOnm厚度的AlN層、約3 μ m厚度的i_GaN層、約20nm厚度的1-AlGaN層、約2nm厚度的AlN層以及約80nm厚度的p-GaN層。在生長(zhǎng)AlN層時(shí)，使用TMAl氣體和NH3氣體的混合氣體作為原料氣體。在生長(zhǎng)1-GaN層時(shí)，使用TMG氣體和NH3氣體的混合氣體作為原料氣體。在生長(zhǎng)1-AlGaN層時(shí)，使用TMG氣體、TMAl氣體以及NH3氣體的混合氣體作為原料氣體。在生長(zhǎng)P-GaN時(shí)，使用TMG氣體和NH3氣體的混合氣體作為原料氣體，并且可以引入例如包含Mg離子作為P型雜質(zhì)的例如CpMg氣體。通過以上處理，形成了緩沖層2、電子渡越層3、電子供給層4、AlN層31和P型GaN層5。
[0076]接著，如圖1OB所示，蝕刻P型GaN層5。具體地，在p_GaN層5上施加抗蝕劑，并且通過使用預(yù)定掩模用UV射線照射除柵電極預(yù)定形成區(qū)域之外的部分。因此，形成覆蓋P型GaN層5的柵電極預(yù)定形成區(qū)域的抗蝕劑掩模。通過使用抗蝕劑掩模并且使用Cl2基蝕刻氣體對(duì)P-GaN層5進(jìn)行干法蝕刻。此時(shí)，AlN層31用作蝕刻阻擋層。因此，僅在柵電極預(yù)定形成區(qū)域中保留了 P型GaN層5。保留的P型GaN層5被定義為P型GaN層5a。通過灰化處理或化學(xué)處理來移除抗蝕劑掩模。
[0077]接著，如圖1OC所示，在AlN層31上在p型GaN層5a的兩側(cè)依次形成1-GaN層6和1-AlGaN層7。具體地，首先預(yù)定形成抗蝕劑掩模，并且通過例如CVD法在p型GaN層5a上沉積例如SiO2,以形成覆蓋P型GaN層5a的頂部的掩模層10。接著，通過MOVPE法在減壓氣氛下在AlN層31上依次生長(zhǎng)約IOnm厚度的i_GaN層和約IOnm厚度的1-AlGaN層。因此，形成了 1-GaN層6和1-AlGaN層7。1-AlGaN層7由具有Al組成比為例如0.2的1-Ala2Gaa8N制成。通過例如化學(xué)處理來移除掩模層10。
[0078]AlN層31是待形成在作為第二層的實(shí)例的電子供給層4與P型GaN層5a之間的第五層的實(shí)例。第五層是具有大于第三層的帶隙的帶隙的化合物半導(dǎo)體層，并且本實(shí)施方案利用具有比作為第三層的實(shí)例的1-GaN層6的帶隙大的帶隙的AlN層31。
[0079]接著，形成器件隔離結(jié)構(gòu)。具體地，將例如氬(Ar)注入SiC襯底I的上側(cè)處的器件隔離區(qū)域中。由此，在1-AlGaN層7、1-GaN層6、A1N層31、電子供給層4、電子渡越層3、緩沖層2和SiC襯底I的表面層部分處形成器件隔離結(jié)構(gòu)。通過器件隔離結(jié)構(gòu)，在1-AlGaN層7上限定了有源區(qū)域。或者，可以使用例如STI法代替上述注入法來進(jìn)行器件隔離。
[0080]接著，如圖1lA所示，形成源電極8和漏電極9。具體地，首先在1-AlGaN層7的表面中在用于源電極和漏電極的電極預(yù)定形成位置處形成電極凹槽8a和9a。在包括1-AlGaN層7的表面的露出表面上施加抗蝕劑。通過光刻工藝處理抗蝕劑，并且在抗蝕劑中形成露出1-AlGaN層7的對(duì)應(yīng)于電極預(yù)定形成位置的表面的開口。通過以上處理，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0081]利用抗蝕劑掩模，對(duì)1-AlGaN層7、1-GaN層6和AlN層31的電極預(yù)定形成位置進(jìn)行干法蝕刻并且移除直到露出電子供給層4的表面為止。因此，形成露出供給層4的表面的電極預(yù)定形成位置的電極凹槽8a和9a。例如，可以使用Cl2氣體作為蝕刻氣體。同時(shí)，電極凹槽8a和9a可以通過蝕刻至i_AlGaN層7的中部來形成，或者可以通過蝕刻超出電子供給層4的表面來形成。通過例如灰化處理來移除抗蝕劑掩模。
[0082]形成用于形成源電極和漏電極的抗蝕劑掩模。在此，例如，使用適合于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的兩層抗蝕劑。在包括AlGaN層7的表面的露出表面上施加這種抗蝕齊U，并且形成用于露出電極凹槽8a和9a的開口。通過以上處理，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0083]利用抗蝕劑掩模，通過例如氣相沉積法在抗蝕劑掩模上、包括在用于露出電極凹槽8a和9a的開口的內(nèi)部沉積例如Ti/Al層作為電極材料。Ti層的厚度設(shè)定為約20nm，并且Al層的厚度設(shè)定為約200nm。通過例如剝離法移除抗蝕劑掩模以及其上沉積的Ti/Al層。之后，在約400°C至1000°C、例如約600°C的溫度下，在例如氮?dú)夥罩袑?duì)SiC襯底I進(jìn)行熱處理，以使得保留的Ti/Al層與電子供給層4歐姆接觸。熱處理可以是不必要的，只要可獲得與電子供給層4的歐姆接觸即可。通過以上處理，形成源電極8和漏電極9，使得電極材料的一部分埋入電極凹槽8a和9a中。
[0084]接著，如圖1lB所示，形成柵電極11。具體地，首先形成用于形成柵電極的掩模。在此，通過例如CVD法在整個(gè)表面上沉積SiN層，并且通過利用例如CF4氣體執(zhí)行干法蝕刻以在SiN上形成露出P型GaN層5a的頂部的開口。通過以上處理，形成具有開口的掩模。[0085]利用該掩模，通過例如氣相沉積法在抗蝕劑掩模上、包括在用于露出P型GaN層5a的頂部的開口的內(nèi)部沉積例如Ni/Au層作為電極材料。Ni層的厚度設(shè)定為約30nm，并且Au層的厚度設(shè)定為約400nm。通過例如剝離法移除該掩模以及其上沉積的Ni/Au層。在不移除的情況下，該掩模還可以用作保護(hù)膜。通過以上處理，在P型GaN層5a上形成柵電極11。
[0086]之后，通過如形成層間電介質(zhì)、形成連接至源電極8、漏電極9和柵電極11的接線、形成上層的鈍化膜以及形成在上層的最外表面上露出的連接電極進(jìn)行各種處理，形成根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT。
[0087]如上所述，在本實(shí)施方案中，可以獲得高度可靠的高耐受電壓AlGaN/GaN.HEMT,其具有相對(duì)簡(jiǎn)單的構(gòu)造、既沒有耐受電壓劣化也沒有操作不穩(wěn)定性，并且獲得了足夠大的閥值電壓從而確保實(shí)現(xiàn)了常斷狀態(tài)。
[0088]此外，在本實(shí)施方案中，在電子供給層4與P型GaN層5a之間形成有AlN層31。即，AlN層31直接存在于P型GaN層5a的下方。因此，在形成i_GaN層6和1-AlGaN層7的同時(shí)對(duì)P型GaN層5進(jìn)行活化處理(被定義為化合物半導(dǎo)體的再生長(zhǎng))期間，擴(kuò)散到溝道偵儀例如，電子供給層4的一側(cè))的用作P型雜質(zhì)的Mg離子在AlN層31中停止。因此，抑制了 Mg離子擴(kuò)散到電子供給層4和電子渡越層3中，從而抑制了由于作為P型雜質(zhì)的Mg離子的擴(kuò)散而導(dǎo)致的導(dǎo)通電阻(Ron)的增加。
[0089]此外，在本實(shí)施方案中，當(dāng)蝕刻P型GaN層5時(shí)，AlN層31用作蝕刻阻擋層，由此使得能夠制造高精度的器件。
[0090](第四示例性實(shí)施方案)
[0091]本實(shí)施方案以與第一示例性實(shí)施方案相同的方式公開了 AlGaN/GaN -HEMT的構(gòu)造和制造方法，但是與第一示例性實(shí)施方案的不同之處在于:在電子供給層上的1-GaN層和1-AlGaN層的形成狀態(tài)彼此不同。同時(shí)，用相同的標(biāo)記表示與第一示例性實(shí)施方案相同的組成構(gòu)件，并且省略其詳細(xì)描述。圖12和圖13是示出了按照工藝順序的根據(jù)第四示例性實(shí)施方案的AlGaN/GaN.HEMT的制造方法的示意性截面圖。
[0092]以與圖2A的第一示例性實(shí)施方案相同的方式，在例如用作生長(zhǎng)襯底的SiC襯底I上依次形成緩沖層2、電子渡越層3、電子供給層4和P型GaN層5。該階段的形狀如圖12A所示。接著，以與圖2B的第一示例性實(shí)施方案相同的方式，對(duì)P型GaN層5進(jìn)行干法蝕刻，并且定義為P型GaN層5a。該階段的形狀如圖12B所示。
[0093]接著，如圖12C所示，在電子供給層4上在P型GaN層5a的兩側(cè)依次形成1-GaN層41和1-AlGaN層42。具體地，首先預(yù)定形成抗蝕劑掩模，并且通過例如CVD法在p型GaN層5a上沉積例如SiO2,以形成覆蓋P型GaN層5a的頂部的掩模層10。接著，通過MOVPE法在減壓氣氛下在電子供給層4上依次生長(zhǎng)約IOnm厚度的i_GaN層和約IOnm厚度的1-AlGaN層。因此，形成了 1-GaN層41和1-AlGaN層42。1-AlGaN層42由Al組成比為例如0.2的1-Ala2Gaa8N制成。通過例如化學(xué)處理來移除掩模層10。
[0094]接著，如圖13A所示，蝕刻1-GaN層41和i_AlGaN層42。具體地，在i_GaN層41和1-AlGaN層42的整個(gè)表面上施加抗蝕劑，然后通過光刻工藝處理抗蝕劑，從而形成覆蓋1-AlGaN層42的預(yù)定部分的抗蝕劑掩模。通過使用該抗蝕劑掩模并且使用氯基蝕刻氣體(例如，CF4氣體)對(duì)1-AlGaN層42和i_GaN層41進(jìn)行干法蝕刻。因此，僅在P型GaN層5a的源電極預(yù)定形成位置一側(cè)處保留1-GaN層41和1-AlGaN層42，使得與p型GaN層5a的一側(cè)接觸。保留的1-GaN層41和i_AlGaN層42被定義為i_GaN層41a和1-AlGaN層42a。通過灰化處理或化學(xué)處理來移除抗蝕劑掩模。
[0095]接著，形成器件隔離結(jié)構(gòu)。具體地，將例如氬(Ar)離子注入SiC襯底I的上側(cè)處的器件隔離區(qū)域。由此，在1-AlGaN層42、1-GaN層41、電子供給層4和電子渡越層3的表面層部分處形成器件隔離結(jié)構(gòu)。通過器件隔離結(jié)構(gòu)，在1-AlGaN層42上限定了有源區(qū)域?；蛘?，可以使用例如STI法代替上述注入法來執(zhí)行器件隔離。
[0096]接著，如圖13B所示，形成源電極8和漏電極9。具體地，首先形成用于形成源電極和漏電極的抗蝕劑掩模。在此，例如，使用適合于氣相沉積法和剝離法的檐式結(jié)構(gòu)的兩層抗蝕劑。在整個(gè)表面上施加這種抗蝕劑，并且形成用于露出電子供給層4的源電極和漏電極的電極預(yù)定形成位置的每個(gè)開口。通過以上處理，形成具有開口的抗蝕劑掩模。
[0097]利用抗蝕劑掩模，通過例如氣相沉積法在抗蝕劑掩模上、包括在用于露出電極預(yù)定形成位置的每個(gè)開口的內(nèi)部沉積例如Ti/Al層作為電極材料。Ti層的厚度設(shè)定為約20nm,并且Al層的厚度設(shè)定為約200nm。通過例如剝離法移除抗蝕劑掩模以及其上沉積的Ti/Al層。之后，在約400°C至1000°C、例如約550°C的溫度下，在例如氮?dú)夥罩袑?duì)SiC襯底I進(jìn)行熱處理，以使得保留的Ti/Al層與電子供給層4歐姆接觸。熱處理可以是不必要的，只要可獲得與電子供給層4的歐姆接觸即可。通過以上處理，形成源電極8和漏電極9。在此，源電極可以形成為與1-GaN層41和1-AlGaN層42隔開。
[0098]接著，如圖13C所示，形成柵電極11和連接電極43。具體地，首先形成用于形成柵電極和連接電極的掩模。在此，通過例如CVD法在的整個(gè)表面上沉積SiN層，并且通過利用例如CF4氣體執(zhí)行干法蝕刻以在SiN上形成露出P型GaN層5a的頂部和1-AlGaN層42的頂部的一部分的開口。通過以上處理，形成具有開口的掩模。
[0099]利用該掩模，通過例如氣相沉積法在抗蝕劑掩模上、包括在用于露出P型GaN層5a的頂部的開口的內(nèi)部以及包括在用于露出1-AlGaN層42的頂部的一部分的開口的內(nèi)部沉積例如Ni/Au層作為電極材料。Ni層的厚度設(shè)定為約30nm，并且Au層的厚度設(shè)定為約400nm。通過例如剝離法移除該掩模以及其上沉積的Ni/Au層。在不移除的情況下，該掩模還可以用作保護(hù)膜。通過以上處理，在P型GaN層5a上形成柵電極11，并且在i_AlGaN層42的頂部上形成電連接到1-AlGaN層42的連接電極43。
[0100]之后，通過如形成層間電介質(zhì)、形成連接至源電極8、漏電極9和柵電極11和連接電極43的接線、形成上層的鈍化膜以及形成在上層的最外表面上露出的連接電極進(jìn)行各種處理，形成根據(jù)本實(shí)施方案的AlGaN/GaN.ΗΕΜΤ。在本實(shí)施方案中，如圖13C所示，將連接電極43與源電極8電連接并且共同接地。
[0101]如上所述，在本實(shí)施方案中，可以獲得高度可靠的高耐受電壓AlGaN/GaN.HEMT,其具有相對(duì)簡(jiǎn)單的構(gòu)造、既沒有耐受電壓劣化也沒有操作不穩(wěn)定性，并且獲得了足夠大的閥值電壓從而確保實(shí)現(xiàn)了常斷狀態(tài)。
[0102](第四示例性實(shí)施方案)
[0103]本實(shí)施方案公開了應(yīng)用選自第一不例性實(shí)施方案至第三不例性實(shí)施方案中的一個(gè)AlGaN/GaN.HEMT的電源。圖14是示出根據(jù)第四示例性實(shí)施方案的電源的示意性構(gòu)造的連接圖。
[0104]根據(jù)本實(shí)施方案的電源配置成包括高壓一次側(cè)電路51、低壓二次側(cè)電路52以及置于一次側(cè)電路51和二次側(cè)電路52之間的變壓器53。
[0105]一次側(cè)電路51包括交流電源54、所謂的橋式整流電路55以及多個(gè)(例如，4個(gè)開關(guān)器件)開關(guān)器件56a、56b、56c和56d。此外,橋式整流電路55具有開關(guān)器件56e。二次側(cè)電路52包括多個(gè)(例如，3個(gè)開關(guān)器件)開關(guān)器件57a、57b和57c。
[0106]在本實(shí)施方案中，一次側(cè)電路51的開關(guān)器件56a、56b、56c、56d和56e由選自第一示例性實(shí)施方案至第三示例性實(shí)施方案中的一個(gè)AlGaN/GaN.HEMT制成。
[0107]同時(shí)，二次側(cè)電路52的開關(guān)器件57a、57b和57c由使用硅的普通MIS *FET制成。
[0108]在本實(shí)施方案中，將高度可靠的高耐受電壓AlGaN/GaN.HEMT應(yīng)用于電源電路，其中該AlGaN/GaN -HEMT具有相對(duì)簡(jiǎn)單的構(gòu)造、既沒有耐受電壓劣化也沒有操作不穩(wěn)定性，并且獲得了足夠大的閥值電壓從而確保實(shí)現(xiàn)了常斷狀態(tài)。因此，實(shí)現(xiàn)了高度可靠的電源電路。
[0109](第五實(shí)施方案)
[0110]本實(shí)施方案公開了應(yīng)用選自第一示例性實(shí)施方案至第三示例性實(shí)施方案的中的一個(gè)AlGaN/GaN.HEMT的高頻放大器。圖15是示出根據(jù)第五實(shí)施方案的高頻放大器的示意性構(gòu)造的連接圖。
[0111]根據(jù)本實(shí)施方案的高頻放大器包括數(shù)字預(yù)失真電路61、混頻器62a、62b和功率放大器63。數(shù)字預(yù)失真電路61對(duì)輸入信號(hào)的非線性失真進(jìn)行補(bǔ)償?；祛l器62a將非線性失真已得到補(bǔ)償?shù)妮斎胄盘?hào)與AC信號(hào)混合。功率放大器63對(duì)與AC信號(hào)混合的輸入信號(hào)進(jìn)行放大，并且具有選自第一示例性實(shí)施方案至第三示例性實(shí)施方案中的一個(gè)AlGaN/GaN.HEMT。圖15示出了，例如，憑借切換開關(guān)，能夠通過混頻器62b將輸出側(cè)信號(hào)與AC信號(hào)混合，并且將結(jié)果發(fā)送至數(shù)字預(yù)失真電路61。
[0112]在本實(shí)施方案中，將高度可靠的高耐受電壓AlGaN/GaN -HEMT應(yīng)用于高頻放大器，其中該AlGaN/GaN -HEMT具有相對(duì)簡(jiǎn)單的構(gòu)造、既沒有耐受電壓劣化也沒有操作不穩(wěn)定性，并且獲得了足夠大的閥值電壓從而確保實(shí)現(xiàn)了常斷狀態(tài)。因此，實(shí)現(xiàn)了具有高耐受電壓的高度可靠的高頻放大器。
[0113](其它實(shí)施方案)
[0114]第一實(shí)施方案至第五實(shí)施方案例示了 AlGaN/GaN.HEMT作為化合物半導(dǎo)體器件。除了 AlGaN/GaN.HEMT以外，以下HEMT可應(yīng)用作為化合物半導(dǎo)體器件。
[0115]HEMT的另一個(gè)實(shí)施例1
[0116]本實(shí)施例公開了一種作為化合物半導(dǎo)體器件的InAlN/GaNHEMT。InAlN和GaN是其晶格常數(shù)能夠借助于其組成而彼此接近的化合物半導(dǎo)體。在這樣的情況下，在上述第一實(shí)施方案至第五實(shí)施方案中，作為化合物半導(dǎo)體的第一層電子渡越層由1-GaN形成，作為化合物半導(dǎo)體的第二層電子供給層由1-1nAIN形成。此外，適當(dāng)?shù)匦纬傻谌龑雍偷谒膶?以及第五層)以同時(shí)滿足前述式(1)，(2)和(3)。在這樣的情況下，幾乎不發(fā)生壓電極化，因此二維電子氣主要通過InAlN的自發(fā)極化發(fā)生。
[0117]根據(jù)本實(shí)施例，與上述AlGaN/GaN.ΗΕΜΤ—樣，實(shí)現(xiàn)了一種高度可靠的高耐受電壓InAlN/GaNHEMT,該InAlN/GaNHEMT具有相對(duì)簡(jiǎn)單的構(gòu)造、既沒有耐受電壓劣化也沒有操作不穩(wěn)定性，并且獲得了足夠大的閥值電壓從而確保實(shí)現(xiàn)了常斷狀態(tài)。
[0118]HEMT的另一個(gè)實(shí)施例2
[0119]本實(shí)施例公開了一種作為化合物半導(dǎo)體器件的InAlGaN/GaN.HEMT。GaN和InAlGaN是其中能夠借助于其組成使得InAlGaN的晶格常數(shù)小于GaN的晶格常數(shù)的化合物半導(dǎo)體。在這樣的情況下，作為化合物半導(dǎo)體的第一層電子渡越層由1-GaN形成，作為化合物半導(dǎo)體的第二層電子供給層由1-1nAlGaN形成。此外，適當(dāng)?shù)匦纬傻谌龑雍偷谒膶?以及第五層)以同時(shí)滿足前述式(1)，(2)和(3)。
[0120]根據(jù)本實(shí)施例，與上述AlGaN/GaN.ΗΕΜΤ —樣，實(shí)現(xiàn)了一種高度可靠的高耐受電壓InAlGaN/GaN.HEMT，該InAlGaN/GaN.HEMT具有相對(duì)簡(jiǎn)單的構(gòu)造、既沒有耐受電壓劣化也沒有操作不穩(wěn)定性，并且獲得了足夠大的閥值電壓從而確保實(shí)現(xiàn)了常斷狀態(tài)。
[0121]根據(jù)上述各方面，實(shí)現(xiàn)了一種高度可靠的高耐受電壓的化合物半導(dǎo)體器件，其具有相對(duì)簡(jiǎn)單的構(gòu)造、既沒有耐受電壓劣化也沒有操作不穩(wěn)定性，并且獲得了足夠大的閥值電壓從而確保實(shí)現(xiàn)了常斷狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種化合物半導(dǎo)體器件，包括: 第一化合物半導(dǎo)體層； 第二化合物半導(dǎo)體層，所述第二化合物半導(dǎo)體層形成在所述第一化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)上，并且具有大于所述第一化合物半導(dǎo)體層的帶隙的帶隙； P型第三化合物半導(dǎo)體層，所述P型第三化合物半導(dǎo)體層形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)上； 電極，所述電極形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)上穿過所述第三化合物半導(dǎo)體層； 第四化合物半導(dǎo)體層，所述第四化合物半導(dǎo)體層形成為在所述第二化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)處接觸所述第三化合物半導(dǎo)體層，并且具有小于所述第二化合物半導(dǎo)體層的帶隙的帶隙；以及 第五化合物半導(dǎo)體層，所述第五化合物半導(dǎo)體層形成為在所述第四化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)處接觸所述第三化合物半導(dǎo)體層，并且具有大于所述第四化合物半導(dǎo)體層的帶隙的帶隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述第四化合物半導(dǎo)體層和所述第五化合物半導(dǎo)體層形成在所述第三化合物半導(dǎo)體層的側(cè)表面處。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化合物半導(dǎo)體器件，還包括: 形成在所述第二化合物半·導(dǎo)體層與所述第三化合物半導(dǎo)體層之間的第六化合物半導(dǎo)體層，并且所述第六化合物半導(dǎo)體層具有大于所述第四化合物半導(dǎo)體的帶隙的帶隙。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述第四化合物半導(dǎo)體層形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層與所述第三化合物半導(dǎo)體層之間，并且所述第五化合物半導(dǎo)體層形成在所述第三化合物半導(dǎo)體層的側(cè)表面處。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中在所述第四化合物半導(dǎo)體層的設(shè)置在所述第三化合物半導(dǎo)體層下方的區(qū)域中，所述第四化合物半導(dǎo)體層的部分或全部成為P型。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體器件，其中所述第四化合物半導(dǎo)體層和所述第五化合物半導(dǎo)體層僅形成在所述第三化合物半導(dǎo)體層的一個(gè)側(cè)表面處。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的化合物半導(dǎo)體器件，還包括: 電連接到所述第五化合物半導(dǎo)體層的連接電極。
8.一種用于制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，包括: 提供具有帶隙的第一化合物半導(dǎo)體層； 在所述第一化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)上形成第二化合物半導(dǎo)體層，所述第二化合物半導(dǎo)體層具有大于所述第一化合物半導(dǎo)體層的帶隙的帶隙； 在所述第二化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)上形成P型第三化合物半導(dǎo)體層； 在所述第二化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)上形成穿過所述第三化合物半導(dǎo)體層的電極； 在所述第二化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)處形成接觸所述第三化合物半導(dǎo)體層的第四化合物半導(dǎo)體層，所述第四化合物半導(dǎo)體層具有小于所述第二化合物半導(dǎo)體層的帶隙的帶隙；以及 在所述第四化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)處形成接觸所述第三化合物半導(dǎo)體層的第五化合物半導(dǎo)體層，所述第五化合物半導(dǎo)體層具有大于所述第四化合物半導(dǎo)體層的帶隙的帶隙。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第四化合物半導(dǎo)體層和第五化合物半導(dǎo)體層形成在所述第三化合物半導(dǎo)體層的側(cè)表面處。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括: 在所述第二化合物半導(dǎo)體層與所述第三化合物半導(dǎo)體層之間形成第六化合物半導(dǎo)體層，并且所述第六化合物半導(dǎo)體層具有大于所述第四化合物半導(dǎo)體的帶隙的帶隙。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第四化合物半導(dǎo)體層形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層與所述第三化合物半導(dǎo)體層之間，并且所述第五化合物半導(dǎo)體層形成在所述第三化合物半導(dǎo)體層的側(cè)表面處。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中在所述第四化合物半導(dǎo)體層的設(shè)置在所述第三化合物半導(dǎo)體層下方的區(qū)域中，所述第四化合物半導(dǎo)體層的部分或全部成為P型。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第四化合物半導(dǎo)體層和所述第五化合物半導(dǎo)體層僅形成在所述第三化合物半導(dǎo)體層的一個(gè)側(cè)表面處。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括: 在所述第五化合物半導(dǎo)體層上形成連接電極。
15.一種電源電路，包括:變壓器，以及在所述變壓器兩端的低壓電路和高壓電路， 其中所述高壓電路具有晶體管，并且 所述晶體管包括:` 第一化合物半導(dǎo)體層； 第二化合物半導(dǎo)體層，所述第二化合物半導(dǎo)體層形成在所述第一化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)上，并且具有大于所述第一化合物半導(dǎo)體層的帶隙的帶隙； 導(dǎo)電的P型第三化合物半導(dǎo)體層，所述導(dǎo)電的P型第三化合物半導(dǎo)體層形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)上；電極，所述電極形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)上穿過所述第三化合物半導(dǎo)體層； 第四化合物半導(dǎo)體層，所述第四化合物半導(dǎo)體層形成為在所述第二化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)處接觸所述第三化合物半導(dǎo)體層，并且具有小于所述第二化合物半導(dǎo)體層的帶隙的帶隙；以及 第五化合物半導(dǎo)體層，所述第五化合物半導(dǎo)體層形成為在所述第四化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)處接觸所述第三化合物半導(dǎo)體層，并且具有大于所述第四化合物半導(dǎo)體層的帶隙的帶隙。
16.—種對(duì)高頻電壓輸入進(jìn)行放大和輸出的高頻放大器,包括: 晶體管； 其中所述晶體管包括: 第一化合物半導(dǎo)體層； 第二化合物半導(dǎo)體層，所述第二化合物半導(dǎo)體層形成在所述第一化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)上，并且具有大于所述第一化合物半導(dǎo)體層的帶隙的帶隙； 導(dǎo)電的P型第三化合物半導(dǎo)體層，所述導(dǎo)電的P型第三化合物半導(dǎo)體層形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)上；電極，所述電極形成在所述第二化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)上穿過所述第三化合物半導(dǎo)體層； 第四化合物半導(dǎo)體層，所述第四化合物半導(dǎo)體層形成為在所述第二化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)處接觸所述第三化合物半導(dǎo)體層，并且具有小于所述第二化合物半導(dǎo)體層的帶隙的帶隙；以及 第五化合物半導(dǎo)體層，所述第五化合物半導(dǎo)體層形成為在所述第四化合物半導(dǎo)體層的上側(cè)處接觸所述第三化合物半導(dǎo)體層，并且具有大于所述第四化合物半導(dǎo)體層的帶隙的帶隙?！?br> 【文檔編號(hào)】H01L29/778GK103855207SQ201310570939
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月4日
【發(fā)明者】西森理人, 今田忠纮, 多木俊裕 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社