[發明專利]半導體元件用外延基板、半導體元件及半導體元件用外延基板的制作方法

有效

• 申請號: 201010251741.9
• 申請日: 2010-08-09
• 公開（公告）號: CN102005470A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 三好実人;倉岡義孝;角谷茂明;市村干也;杉山智彥;田中光浩
• 申請（專利權）人: 日本礙子株式會社
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 北京北翔知識產權代理有限公司 11285
• 代理人: 鐘守期;劉文君

技術領域

本發明涉及由III族氮化物半導體構成的、具有多層結構的外延基板，特別是電子設備用的多層結構外延基板及其制作方法。?

背景技術

氮化物半導體由于具有高擊穿電場、高飽和電子速度，所以作為下一代的高頻率/高功率設備用半導體材料而獲得關注。例如，由AlGaN構成的勢壘層和由GaN構成的溝道層積層形成的HEMT(高電子遷移率晶體管)元件是利用如下特征的元件，即：通過氮化物材料所特有的強極化作用(自發極化作用和壓電極化作用)，在積層界面(異質界面)生成高濃度的二維電子氣(2DEG)(參見例如非專利文獻1)。?

作為HEMT元件用基板的基底基板，有時使用例如像硅、SiC這樣的組成與III族氮化物不同的單晶(異種單晶)。此時，通常應變超晶格層、低溫生長緩沖層等緩沖層作為初期生長層在基底基板之上形成。因此，在基底基板上外延形成勢壘層、溝道層以及緩沖層，成為使用由異種單晶構成的基底基板的HEMT元件用基板的最基本的構成形式。此外，為了促進二維電子氣的空間封閉性，有時在勢壘層和溝道層之間還設置厚度為1nm左右的隔離層。隔離層由例如AlN等構成。此外，為了控制HEMT元件用基板的最表面的能級，改善與電極的接觸特性，有時還在勢壘層之上形成例如由n型GaN層和超晶格層構成的帽層。?

已知，在用GaN形成溝道層、用AlGaN形成勢壘層的、所謂最一般結構的氮化物HEMT元件的情況下，HEMT元件用基板內存在的二維電子氣的濃度隨著形成勢壘層的AlGaN中的AlN摩爾分數的增加而增加(參見例如非專利文獻2)。認為，如果能夠大幅增加二維電子氣濃度，就能夠大幅提高HEMT元件的可控電流密度、即可操控的功率密度。?

另外，像用GaN形成溝道層、用InAlN形成勢壘層的HEMT元件?之類的具有小應變結構的HEMT元件也引起關注，所述小應變結構對壓電極化作用的依存性較小，可以幾乎只通過自發極化來生成高濃度的二維電子氣(參見例如非專利文獻3)。?

現有技術文獻：?

非專利文獻1：″Highly?Reliable?250W?High?Electron?Mobility?Transistor?Power?Amplifier″，TOSHIHIDE?KIKKAWA，Jpn.J.Appl.Phys.44，(2005)，4896?

非專利文獻2：″Gallium?Nitride?Based?High?Power?Heterojuncion?Field?Effect?Transistors：process?Development?and?Present?Status?at?USCB″，Stacia?Keller，Yi-Feng?Wu，Giacinta?Parish，Naiqian?Ziang，Jane?J.Xu，Bernd?P.Keller，Steven?P.DenBaars，and?Umesh?K.Mishra，IEEE?Trans.Electron?Devices?48，(2001)，552?

非專利文獻3：″Can?InAlN/GaN?be?an?alternative?to?high?power/high?temperature?AlGaN/GaN?devices？″，F.Medjdoub，J.-F.Carlin，M.Gonschorek，E.Feltin，M.A.Py，D.Ducatteau，C.Gaquiere，N.Grandjean，and?E.Kohn，IEEE?IEDM?Tech.Digest?in?IEEE?IEDM2006，673?

發明內容

發明要解決的課題

為使這樣的HEMT元件或者其制作過程中使用的多層結構體——HEMT元件用基板實用化，需要解決功率密度增大、高效化等與性能提高有關的課題、常閉動作化等與功能增強有關的課題、高可靠性和低價格化這些基本課題等等各種課題。對于每一個課題都作了不懈的努力。?

以上課題之一是提高柵電極與勢壘層的肖特基接觸特性。?

本發明是鑒于上述課題而做出的，其目的是提供一種半導體元件用的外延基板，所述外延基板可實現肖特基接觸特性優良、并且具有良好的設備特性的半導體元件。?

解決課題的手段