[發(fā)明專利]半導(dǎo)體外延襯底、化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810090314.X
• 申請日: 2008-03-28
• 公開（公告）號: CN101276792A
• 公開（公告）日: 2008-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 今西健治;吉川俊英;田中丈士;守谷美彥;乙木洋平
• 申請（專利權(quán)）人: 富士通株式會社;日立電線株式會社
• 主分類號: H01L23/00
• 分類號: H01L23/00;H01L29/778;H01L21/20;H01L21/335
• 代理公司: 隆天國際知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張龍哺

相關(guān)申請的交叉引用

本申請基于并要求2007年3月30日提交的日本專利申請No.2007-093574的優(yōu)先權(quán)，將其全文引入于此作為參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種化合物半導(dǎo)體外延襯底、化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法，并且更具體地，涉及一種化合物半導(dǎo)體外延襯底以及具有氮化物半導(dǎo)體層的化合物半導(dǎo)體器件、及它們的制造方法。

背景技術(shù)

GaN具有3.4eV的寬的帶隙并且是一種期望用于短波長光發(fā)射和高擊穿電壓操作的半導(dǎo)體。已經(jīng)開發(fā)出了用于紫外線和藍(lán)光的光發(fā)射器件。移動電話的基站放大器需要高電壓操作。目前報道了將超過300V的值作為電流關(guān)斷(current-off)期間的擊穿電壓。通過采用SiC襯底獲得最好的輸出特性。認(rèn)為這是由于SiC的高熱導(dǎo)率。在III族氮化物混合結(jié)晶體中調(diào)節(jié)物理特性例如帶隙。例如，在GaN中混合AlN或InN。Ga_xAl_yIn_zN(0＜x≤1，x+y+z＝1)在這里稱為含氮化鎵(含GaN)半導(dǎo)體。為了形成質(zhì)量良好的III族氮化物半導(dǎo)體結(jié)晶層，已經(jīng)研究了多種外延生長。

JP-A-2003-309071提出：在300℃至600℃的低溫下，在例如藍(lán)寶石、SiC、GaN和AlN的結(jié)晶襯底上(例如藍(lán)寶石襯底上)生長10nm至50nm厚的AlN低溫生長緩沖層，在溫度升高到例如1000℃之后，在該低溫生長緩沖層上生長Al_xGa_1-xN(0＜x≤1)下墊層(underlying?layer)，并且在該下墊層上生長具有較低Al含量的Al_yGa_1-yN(0≤y＜x)。由于具有較低Al含量的AlGaN膜具有大晶格常數(shù)，因此施加了壓應(yīng)力。其描述了：由于在膜界面斷層側(cè)向(laterally)偏轉(zhuǎn)，因此可以獲得質(zhì)量良好的GaN層等等。所述器件結(jié)構(gòu)是紫外線發(fā)射LED。當(dāng)形成多量子阱時，將生長溫度設(shè)為例如800℃。

將JP-A-2005-32823引入于此作為參考，其提出：當(dāng)通過在SiC襯底上生長AlN緩沖層并且在AlN緩沖層上生長GaN或InGaN溝道層和AlGaN電子供應(yīng)層，來形成場效應(yīng)晶體管外延晶圓時，該緩沖層的生長溫度設(shè)定為比該溝道層的生長溫度高大約100℃，并且在生長期間V/III比例被降低到使AlN反應(yīng)活性種(reactive?species)的粘附力和釋放速度變得一樣的程度，優(yōu)選不小于50并且不大于500。

當(dāng)生長溫度升高時，激活了AlN反應(yīng)種類使得釋放變得容易。由于V/III比例降低，因此AlN緩沖層的生長速度被抑制為低，并且形成了接近均衡狀態(tài)的狀態(tài)，其中AlN反應(yīng)活性種變得容易在表面上移動。因此，在形成了該AlN結(jié)晶膜之后，不僅促進(jìn)了二維成核而且提高了凹陷掩埋(pit?burying)作用。這說明，實(shí)現(xiàn)了具有更少缺陷的AlN緩沖層的生長。在爐壓為135Torr、V/III比例為230以及生長溫度為1150℃至1200℃的條件下，采用三甲基鋁(trimethylaluminum，TMA)作為Al源以及采用NH₃作為氮源，通過MOCVD使該AlN緩沖層生長。生長速度為0.2nm/sec或更低。之后，將溫度降低到1100℃，并且使其它層例如高純度GaN層外延生長。

將JP-A-2006-165207引入于此作為參考，其提出使用含GaN半導(dǎo)體作為溝道層的高擊穿電壓的高電子遷移率晶體管(HEMT)。例如，在高阻SiC襯底之上生長i-型GaN溝道層，n-型AlGaN層和n-型GaN覆蓋層(cap?layer)形成為具有插入其間的i-型AlGaN間隔層，部分移除該n-型覆蓋層，通過在510℃或更高而低于600℃的溫度下退火，疊置Ta和Al以形成歐姆電極的源/漏電極，沉積SiN層，經(jīng)由該SiN層形成開口，并且在該開口中形成接觸該GaN覆蓋層的柵極。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)實(shí)施例的一個方案，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體外延襯底，包括：單晶襯底；AlN層，在所述單晶襯底上外延生長；以及氮化物半導(dǎo)體層，在所述AlN層上外延生長，其中，所述AlN層和所述氮化物半導(dǎo)體層之間的界面的粗糙度比所述單晶襯底和所述AlN層之間的界面的粗糙度大。