[發明專利]Ⅲ族氮化物半導體裝置及其制造方法

有效

• 申請號: 200810146095.2
• 申請日: 2001-03-21
• 公開（公告）號: CN101359667A
• 公開（公告）日: 2009-02-04
• 發明（設計）人: 西井勝則;井上薰;松野年伸;池田義人;正戶宏幸
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01L27/118
• 分類號: H01L27/118;H01L29/778;H01L21/784;H01L21/335;H01L21/338;H01L33/00;H01S5/10;H01S5/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 汪惠民

技術領域

本發明涉及由式InxALyGa1-x-yN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)表達的III族氮化物半導體構成的III族氮化物半導體裝置，尤其涉及具有由III族氮化物半導體氧化產生氧化膜的III族氮化物半導體裝置及其制造方法。

背景技術

具有組分為InxALyG1-x-yN的III族氮化物半導體(即所謂的氮化鎵系(GaN)化合物半導體)電子的能帶間躍遷是直接躍遷，而且能帶間隙在1.95eV-6eV間很寬的范圍內變化，適于用作LED、半導體激光器等發光器件的材料。

近年來，為實現信息處理的高密度化及高集成化，輸出波長為藍紫色的半導體激光器的研究開發盛行。同時，由于GaN具有高絕緣擊穿電場強度、高熱導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)組成的異質結結構其電場強度達到1×105V/cm，電子速變為砷化鎵(GaAS)的兩倍多，隨元件加工微細化，可以獲得高頻工作。

III族氮化物半導體，摻雜IV族元素硅(si)或鍺(Ge)等n型摻雜劑后，呈現n型特性，可以制作場效應晶體管(FET)。在III族氮化物半導體中摻雜II族元素鎂(Mg)、鋇(Ba)或鈣(Ca)等P型摻雜劑后，呈現P型特性，P型半導體與n型半導體構成的PN結可以應用于LED、半導體激光器等器件。在電子器件中，具有優越電子傳輸特性的III族氮化物半導體被廣泛研究，最典型的例子是ALGaN與GaN異質結高電子遷移率晶體管。(High?Electron?Mobility?Transistor：HEMT)。

下面，參照附圖，對已有的ALGaN/GaN?HEMT進行說明。

圖23(a)及圖23(b)是已有的ALGaN/GaN系HEMT，(a)是平面結構，(b)是(a)中沿××IIIb-××IIIb線的剖面結構圖。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110隔開，以將在101襯底上形成的晶體管芯片一個個分割開來。

第1HEMT100A及第2HEMT100B分別形成在GaN緩沖層102上，并具有有源區域103。緩沖層102生長在襯底101上，它由GaN組成，有源區由ALGaN/GaN異質結層臺面腐蝕后形成。

在各有源區103上，分別形成與有源區103呈肖特基接觸的柵電極104和與有源區103呈歐姆接觸的歐姆電極105，歐姆電極在柵極104柵長方向兩側，并留有間隔。

在有源區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上覆蓋表面保護膜108，但要使各延伸電極107顯露出來。

覆蓋在有源區103上的絕緣膜106一般由氧化硅膜組成，除具有保護有源區103表面的作用外，還能保證用剝離法(liff-off)制備柵電極104時使柵電極易于制成。

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103的上面，而且也在因臺面腐蝕露出的緩沖層102上，緩沖層由GaN構成。

但是，上述已有的ALGaN/GaN系HEMT中引出部104a和緩沖層102是金屬與半導體接觸(即所謂的肖特基接觸)，因此，當臺面腐蝕時由于半導體表面損傷等原因，很容易產生漏電流。漏電流對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，常產生絕緣膜106剝離的問題。

進一步，由于SiC襯底101和GaN系半導體硬度都很高，與Si、GaAs相比，用劃片處理進行芯片分割時就十分困難。因此，在劃片時常發生像裂紋達到有源區103引起成品率下降、劃線區110近旁的表面保護膜108及絕緣膜106剝落等問題，引起可靠性下降。

還有，采用III族氮化物半導體迭層結構的半導體激光器一般采用藍寶石襯底，在用藍寶石襯底時，由于藍寶石與在它上面形成的激光器結構的結晶軸不同，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，在諧振腔端面的固有缺陷形成非發光中心，因而產生工作電流(閾值電流)增大，可靠性降低等問題。

發明內容