[發(fā)明專利]氮化物系化合物半導(dǎo)體以及氮化物系化合物半導(dǎo)體元件

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110243489.1
• 申請(qǐng)日: 2011-08-22
• 公開（公告）號(hào): CN102386216A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 巖見正之
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 先進(jìn)動(dòng)力設(shè)備技術(shù)研究協(xié)會(huì)
• 主分類號(hào): H01L29/20
• 分類號(hào): H01L29/20;H01L29/207;H01L29/778;C30B29/38
• 代理公司: 北京同達(dá)信恒知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11291
• 代理人: 李中奎;黃志華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氮化物系化合物半導(dǎo)體以及氮化物系化合物半導(dǎo)體元件。

背景技術(shù)

氮化物系化合物半導(dǎo)體、例如氮化鎵(GaN)系半導(dǎo)體較之硅系材料帶隙能大且絕緣擊穿電壓大，所以通過使用氮化物系化合物半導(dǎo)體能夠制造出在高溫環(huán)境下也能運(yùn)作的高耐壓半導(dǎo)體元件。因此期待氮化物系化合物半導(dǎo)體代替硅系材料作為逆變器和轉(zhuǎn)換器(converter)等功率器件的材料被利用。

對(duì)于功率器件而言，高斷開耐壓是決定晶體管最大輸出的重要參數(shù)。為了得到高斷開耐壓，需要降低泄漏電流(漏電流)，提高緩沖耐壓。

GaN系半導(dǎo)體通常是在由不同于GaN系半導(dǎo)體的材料形成的基板上進(jìn)行異質(zhì)外延生長，所以有多含氮空穴等的點(diǎn)缺陷和以位錯(cuò)為首的晶格缺陷這樣的課題。特別是使用硅基板作為生長基板時(shí)，GaN與硅的晶格常數(shù)差(約17％)、熱膨脹系數(shù)差(約56％)大，所以有時(shí)導(dǎo)入超過10¹⁰cm^-2的高密度位錯(cuò)。這樣的導(dǎo)入高密度位錯(cuò)的GaN系半導(dǎo)體元件漏電流將變大，耐壓性降低。

為了高耐壓化也有將形成于基板正上方的緩沖層高阻抗化的方法。作為使緩沖層高阻抗化的方法已提出如下的方法：即，在使用有機(jī)金屬氣相淀積法(MOCVD)時(shí)將屬于原料的有機(jī)金屬所含的碳作為添加劑的自摻雜法。例如，在日本特開2007-251144號(hào)公報(bào)、J.E.Northrup，Appl.Phys.Lett.，vol.78，p.2200(2001)及J.W.P.Hsu，M.J.Manfra，R.J.Molnar，B.Heying，J.S.Spec，Appl.Phys.Lett.，vol.81，p.79(2002)中記載了相關(guān)的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

從元件的可靠性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選的是不僅是在開始使用元件時(shí)，而且在經(jīng)過超出1000小時(shí)這樣的長時(shí)間通電后也不會(huì)增加漏電流。然而，如特開2007-251144號(hào)公報(bào)所公開，在通過摻雜碳而使緩沖層高阻抗化的元件中存在如下問題：即，雖然元件通電開始后的漏電流(漏電流初期值)在所希望的值以下，但長期通電后漏電流將增加。

本發(fā)明是鑒于上述情況進(jìn)行的，是以提供長期可靠性高的氮化物系化合物半導(dǎo)體以及氮化物系化合物半導(dǎo)體元件為目的。

因此，本說明書所包含的技術(shù)革新(發(fā)明)一方面上是以提供能夠解決上述課題的氮化物系化合物半導(dǎo)體以及氮化物系化合物半導(dǎo)體元件為目的。該目的將通過組合權(quán)利要求范圍所記載的特征而實(shí)現(xiàn)。即，本發(fā)明所涉及的氮化物系化合物半導(dǎo)體的特征在于，具備：從Al、Ga、In和B中選擇的1種以上的III族原子，氮原子，以及與1種以上的III族晶格間隙原子結(jié)合形成復(fù)合物的金屬原子。

另外，本發(fā)明所涉及的氮化物系化合物半導(dǎo)體的特征在于，在上述的發(fā)明中，金屬原子為Fe或Ni。

另外，本發(fā)明所涉及的氮化物系化合物半導(dǎo)體的特征在于，在上述的發(fā)明中，金屬原子的摻雜濃度與III族原子的晶格間隙原子的濃度相等。

另外，本發(fā)明所涉及的氮化物系化合物半導(dǎo)體的特征在于，在上述的發(fā)明中，金屬原子的摻雜濃度為5×10¹⁶cm^-3以上5×10¹⁸cm^-3以下。

另外，本發(fā)明所涉及的氮化物系化合物半導(dǎo)體的特征在于，在上述的發(fā)明中，金屬原子的摻雜濃度為1×10¹⁷cm^-3以上1×10¹⁸cm^-3以下。

另外，本發(fā)明所涉及的氮化物系化合物半導(dǎo)體的特征在于，在上述的發(fā)明中，III族原子為Ga。

另外，本發(fā)明所涉及的氮化物系化合物半導(dǎo)體元件的特征在于，具有：由在上述的發(fā)明中與上述的發(fā)明中的任一項(xiàng)所述的氮化物系化合物半導(dǎo)體不同的材料形成的基板和在該基板上外延生長的由氮化物系化合物半導(dǎo)體形成的半導(dǎo)體層。

另外，本發(fā)明所涉及的氮化物系化合物半導(dǎo)體元件的特征在于，在上述的發(fā)明中，該基板由Si、Al₂O₃、SiC以及ZnO中的任一個(gè)構(gòu)成。

根據(jù)本發(fā)明得到如下效果：由于即使在長期通電后也能抑制漏電流的增加，所以能夠?qū)崿F(xiàn)長期可靠性高的氮化物系化合物半導(dǎo)體以及氮化物系化合物半導(dǎo)體元件。

另外，上述發(fā)明的概要，并未列舉出本發(fā)明的必要的技術(shù)特征的全部，這些的特征群的輔助結(jié)合也能構(gòu)成本發(fā)明。

附圖說明

圖1是表示螺旋位錯(cuò)的富Ga位錯(cuò)芯區(qū)結(jié)構(gòu)的模式圖。