[實用新型]氮化物半導體元件及氮化物半導體封裝

有效

• 申請號: 201120465900.5
• 申請日: 2011-11-16
• 公開（公告）號: CN202564376U
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 高堂真也;伊藤范和;山口敦司
• 申請（專利權）人: 羅姆股份有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/06;H01L29/205
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 章蕾

技術領域

本新型涉及一種使用III族氮化物半導體的氮化物半導體元件及該元件的半導體封裝。

背景技術

所謂III族氮化物半導體，是指在III-V族半導體中使用氮作為V族元素而成的半導體。代表例有氮化鋁(AlN)、氮化鎵(GaN)、氮化銦(InN)。一般來說，可以表示為Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)。

這種III族氮化物半導體具有適用于高溫、高功率器件、高頻器件的物性。鑒于此物性，III族氮化物半導體作為構成HEMT(High?Electron?Mobility?Transistor：高電子遷移率晶體管)等器件的半導體而使用。

例如，提出一種HEMT，其包含Si基板、及通過磊晶成長而依次積層在Si基板上的AlN層、AlGaN層(Al組成為0.3以上且0.6以下)、GaN層及AlGaN電子供給層(例如參照專利文獻1)。

[先行技術文獻]

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2008-166349號公報

新型內容

然而，在專利文獻1的HEMT中，由于AlGaN層與GaN層的晶格常數之差較大，所以若積層大厚度的GaN層，則會引起GaN的晶格松弛，施加在GaN層上的壓縮應力消失，因Si基板與GaN的線膨脹系數之差而產生拉伸應力。所以，發生GaN層上產生細裂紋(龜裂)的不良狀況。這樣就導致GaN層的厚度受到限制，器件設計的自由度小。

因此，本新型的目的在于提供一種能夠在廣范圍內選擇GaN電子移動層的厚度、且可提高器件設計的自由度的氮化物半導體元件。

而且，本新型的其他目的在于提供一種耐壓及可靠性優秀的氮化物半導體元件封裝。

為了達成所述目的，技術方案1的新型是一種氮化物半導體元件，包括：Si基板；緩沖層，包含形成在所述Si基板的主表面上的AlN層及形成在該AlN層上且積層多層AlGaN層而成的AlGaN積層構造；GaN電子移動層，形成在所述AlGaN積層構造上；及AlGaN電子供給層，形成在所述GaN電子移動層上；且所述AlGaN積層構造中，某一基準AlGaN層的Al組成小于比該基準AlGaN層更靠所述AlN層一側的AlGaN層的Al組成。換句話說，多層AlGaN層優選包含第一AlGaN層、及第二AlGaN層，所述第二AlGaN層相對于該第一AlGaN層而配置在所述AlN層的相反側(GaN電子移動層側)，且Al組成小于該第一AlGaN層。

根據所述構成，多層AlGaN層是以層越靠近GaN電子移動層則Al組成變得越小的方式規定各組成。由此，AlGaN層的晶格常數可以從靠近AlN的晶格常數的值開始，階段性地增大至靠近GaN的晶格常數的值。因此，可以減小GaN電子移動層、與接于該GaN電子移動層的最上層的AlGaN層之間的晶格常數差。如此一來可以自由設計GaN電子移動層的厚度。由此，可以通過將GaN電子移動層設計的較厚，來提高元件耐壓。

然而，GaN結晶通過磊晶成長而積層在Si基板上的情況下，在磊晶成長后的冷卻中或者冷卻后，有時候會由于Si基板與GaN層的熱膨脹系數差(即降溫時的收縮率之差)導致GaN層上產生較大拉伸應力。這樣就會引起GaN層產生細裂紋(龜裂)及Si基板產生翹曲的情況。

根據本新型，在Si基板上形成AlN層，并在該AlN層與GaN電子移動層之間設置AlGaN積層構造。而且，在AlGaN積層構造中，多層AlGaN層是以層越靠近GaN電子移動層則Al組成變得越小的方式規定各組成。因此，可以將由于AlN層與最下層的AlGaN層的晶格常數差而施加給該AlGaN層的壓縮應力(應變)傳遞到最上層的AlGaN層。這樣一來，即便GaN電子移動層上產生拉伸應力，也可以通過從AlN層及AlGaN緩沖層施加給GaN電子移動層的壓縮應力，來緩和所述拉伸應力。由此，能夠減輕GaN電子移動層的龜裂及Si基板的翹曲。

而且，在所述AlGaN積層構造中，如技術方案2所示，所述基準AlGaN層的Al組成(％)、與接于該基準AlGaN層的所述AlN層側的面而配置的AlGaN層的Al組成(％)之差優選為10％以上。

借此，能夠使基準AlGaN層、與接于該基準AlGaN層的AlGaN層之間確切地產生晶格常數差。