[發(fā)明專利]III族氮化物半導(dǎo)體器件及其制造方法以及功率轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010291598.6
• 申請(qǐng)日: 2010-09-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102034860A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 岡徹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 豐田合成株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L29/778
• 分類號(hào): H01L29/778;H01L21/335;H02M1/00
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 康建峰;陳煒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種III族氮化物半導(dǎo)體器件，并涉及一種用于制造該器件的方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種具有減小的接通狀態(tài)電阻的半導(dǎo)體器件(例如，二極管或HEMT(高電子遷移率晶體管)，HEMT也被稱作HFET(異質(zhì)結(jié)構(gòu)場(chǎng)效應(yīng)晶體管)，在本說(shuō)明書中使用術(shù)語(yǔ)HEMT)和一種用于制造該器件的方法。本發(fā)明還涉及一種包括這種III族氮化物半導(dǎo)體器件的功率轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)

III族氮化物半導(dǎo)體已被廣泛用作發(fā)光器件的材料。III族氮化物半導(dǎo)體還被設(shè)想作為功率器件的材料，因?yàn)樗鼈儽憩F(xiàn)出高電子遷移率并具有大約10倍于Si的擊穿場(chǎng)強(qiáng)。迄今開(kāi)發(fā)出的功率器件包括這樣的HEMT(高電子遷移率晶體管)：其中在異質(zhì)結(jié)界面處形成的二維電子氣(2DEG)層充當(dāng)溝道。當(dāng)GaN?HEMT被制造成與傳統(tǒng)HEMT(例如，GaAs?HEMT)具有相同的結(jié)構(gòu)時(shí)，GaN?HEMT表現(xiàn)出常接通特性；即，在無(wú)電壓施加于柵電極的情況下，HEMT處于接通狀態(tài)。然而，表現(xiàn)出常接通特性的HEMT帶來(lái)安全問(wèn)題。因此，已提出了多種HEMT結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)常關(guān)斷特性(即，在無(wú)電壓施加于柵電極的情況下，在源電極與漏電極之間無(wú)電流流動(dòng))。

例如，日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)號(hào)2008-147593公開(kāi)了一種實(shí)現(xiàn)了常關(guān)斷特性的HEMT；具體地說(shuō)，公開(kāi)了一種具有MIS結(jié)構(gòu)的HEMT，在該結(jié)構(gòu)中，載流子供給層不直接在柵電極下方形成。該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了常關(guān)斷特性，因?yàn)?DEG層不形成在直接在柵電極下方的區(qū)域中。為了實(shí)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)，日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)號(hào)2008-147593公開(kāi)了一種通過(guò)用干蝕刻去除載流子供給層的一部分來(lái)暴露載流子輸運(yùn)層的表面的方法。

日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)號(hào)2009-99691公開(kāi)了一種用于制造HEMT的方法，其中，第一載流子供給層形成在載流子輸運(yùn)層上；掩模形成在第一載流子供給層的特定區(qū)域上；兩個(gè)第二載流子供給層通過(guò)選擇性再生長(zhǎng)而形成在第一載流子供給層的未被掩蔽的區(qū)域上，使得所述第二載流子供給層彼此分離；源電極形成在所述第二載流子供給層之一上；漏電極形成在另一個(gè)第二載流子供給層上；并且柵電極形成在掩模上。

然而，當(dāng)通過(guò)日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)號(hào)2009-99691中公開(kāi)的、利用了選擇性再生長(zhǎng)的方法來(lái)制造日本專利申請(qǐng)?zhí)卦S公開(kāi)號(hào)2008-147593中公開(kāi)的結(jié)構(gòu)時(shí)，產(chǎn)生了這樣的問(wèn)題：例如，當(dāng)載流子供給層在載流子輸運(yùn)層上生長(zhǎng)時(shí)，雜質(zhì)等被引入載流子輸運(yùn)層與載流子供給層之間的界面處，且這些層之間的界面的平坦度降級(jí)，這導(dǎo)致在載流子輸運(yùn)層與載流子供給層之間的異質(zhì)結(jié)界面處生成的2DEG的遷移率的降低以及接通狀態(tài)電阻的增大。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述內(nèi)容，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有減小的接通狀態(tài)電阻的III族氮化物半導(dǎo)體器件。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于制造該半導(dǎo)體器件的方法。本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種包括該半導(dǎo)體器件的功率轉(zhuǎn)換器。

在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括：

第一載流子輸運(yùn)層，其由III族氮化物半導(dǎo)體形成；

第二載流子輸運(yùn)層，其通過(guò)III族氮化物半導(dǎo)體的選擇性再生長(zhǎng)而形成，并且被提供在第一載流子輸運(yùn)層的一區(qū)域上；以及

載流子供給層，其通過(guò)具有比第二載流子輸運(yùn)層的III族氮化物半導(dǎo)體的帶隙能量大的帶隙能量(下文中可簡(jiǎn)單地稱作“帶隙”)的IH族氮化物半導(dǎo)體的選擇性生長(zhǎng)而形成，載流子供給層被提供在第二載流子輸運(yùn)層上。

這里使用的“III族氮化物半導(dǎo)體”包含由公式Al_xGa_yIn_zN(x+y+z＝1，0≤x，y，z≤1)表示的半導(dǎo)體；這種半導(dǎo)體中Al、Ga或In的一部分由另一種13族元素(3B族元素)(即B或Tl)替代，或者N的一部分由另一種15族元素(5B族元素)(即P、As、Sb或Bi)替代。III族氮化物半導(dǎo)體的具體例子包括至少包含Ga的III族氮化物半導(dǎo)體，如GaN、InGaN、AlGaN和AlGaInN。通常，采用Si作為n型雜質(zhì)，并采用Mg作為p型雜質(zhì)。

第一載流子輸運(yùn)層、第二載流子輸運(yùn)層和載流子供給層中的每一個(gè)可由單個(gè)層或多個(gè)層形成。通常，第一載流子輸運(yùn)層和第二載流子輸運(yùn)層由相同的III族氮化物半導(dǎo)體(例如GaN)形成。然而，這些層不必需由相同的III族氮化物半導(dǎo)體形成。

優(yōu)選地，為了防止2DEG的遷移率降低，第二載流子輸運(yùn)層由未摻雜的GaN形成。當(dāng)?shù)诙d流子輸運(yùn)層由多個(gè)層形成時(shí)，優(yōu)選地，與載流子供給層接觸的至少一層(該多個(gè)層中的至少一層)由未摻雜的GaN形成。