[發(fā)明專利]化合物半導體器件及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210262740.3
• 申請日: 2012-07-26
• 公開（公告）號: CN103000683A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設計）人: 山田敦史
• 申請（專利權）人: 富士通株式會社
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335;H02M5/458;H03F3/189
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;董文國

技術領域

本文中討論的實施方案涉及化合物半導體器件及其制造方法。

背景技術

近幾年，利用氮化物基化合物半導體的包括高飽和電子遷移率和寬帶隙的優(yōu)點，高擊穿電壓、高輸出的化合物半導體器件獲得強勁發(fā)展。該發(fā)展涉及例如場效應晶體管，如高電子遷移率晶體管(HEMT)。其中，具有AlGaN層作為電子供給層的GaN基HEMT吸引了許多關注。在GaN基HEMT中，由于AlGaN與GaN之間的晶格常數(shù)的差異，在AlGaN層中發(fā)生晶格畸變，該畸變導致沿著AlGaN層的壓電極化，從而在置于AlGaN層下的GaN層的上部中生成高密度二維電子氣。該構造確保了高輸出。

但是，制造具有良好結晶度的GaN襯底是非常困難的。主要的傳統(tǒng)方案為例如通過異質外延生長在Si襯底、藍寶石襯底、SiC襯底等之上形成GaN層、AlGaN層等。特別是對于Si襯底，能夠以低成本容易地得到具有大直徑和高品質的Si襯底。因此，盛行對具有形成于Si襯底之上的GaN層和AlGaN層的結構進行研究。

但是，在Si襯底上直接生長GaN層會使得Ga和Si在生長過程中彼此反應。因此，針對于在生長GaN層之前形成AlN層作為緩沖層的技術進行了研究。

但是，在Si襯底上直接形成AlN層時，由于兩者之間的界面附近可能生成載流子，從而會使擊穿電壓降低。此外，AlN層的形成還不足以充分地抑制Ga與Si之間的反應。

[專利文獻1]日本公開特許公報11-274082

[專利文獻2]日本公開特許公報2002-110569

[非專利文獻1]H.Umeda等，IEDM技術文摘2010，482頁

發(fā)明內容

本發(fā)明的一個目的在于提供一種能夠抑制Ga與Si之間的反應的化合物半導體器件及其制造方法。

根據(jù)實施方案的一方面，一種化合物半導體器件包括：Si襯底；形成于Si襯底表面之上的Si氧化物層；形成于Si氧化物層之上的成核層，成核層露出Si氧化物層的一部分；以及形成于Si氧化物層和成核層之上的化合物半導體堆疊結構。

根據(jù)實施方案的另一方面，一種制造化合物半導體器件的方法包括：在Si襯底之上形成成核層；在成核層中形成開口，Si襯底的一部分從開口處露出；通過該開口氧化Si襯底的表面，使得形成Si氧化物層；以及在Si氧化物層和成核層之上形成化合物半導體堆疊結構。

附圖說明

圖1是示出根據(jù)第一實施方案的化合物半導體器件的結構的橫截面圖；

圖2A至圖2J是依次示出制造根據(jù)第一實施方案的化合物半導體器件的方法的橫截面圖；

圖3是示出形成開口2a之后的狀態(tài)的俯視圖；

圖4是示出根據(jù)第二實施方案的化合物半導體器件的結構的橫截面圖；

圖5是示出根據(jù)第三實施方案的化合物半導體器件的結構的橫截面圖；

圖6是示出根據(jù)第四實施方案的分立封裝件的圖；

圖7是示出根據(jù)第五實施方案的功率因子校正(PFC)電路的布線圖；

圖8是示出根據(jù)第六實施方案的電源裝置的布線圖；以及

圖9是示出根據(jù)第七實施方案的高頻放大器的布線圖。

具體實施方式

本發(fā)明者深入地研究現(xiàn)有技術中即使在Ga與Si之間形成有AlN層也不能充分抑制Ga與Si之間的反應的原因。之后，發(fā)現(xiàn)在Si襯底之上致密地形成AlN層是非常困難的，并且不可避免地形成延伸穿過AlN層以到達Si襯底的空隙。在AlN層之上形成包含Ga的層的過程中，Ga和Si之間的反應通過空隙發(fā)生。

下面將參考附圖詳述實施方案。

(第一實施方案)

將描述第一實施方案。圖1是示出根據(jù)第一實施方案的GaN基HEMT(化合物半導體器件)的結構的橫截面圖。

在第一實施方案中，如圖1所示，在Si襯底1之上形成Si氧化物層3。Si氧化物層3為例如約500nm厚。在Si氧化物層3之上形成AlN層2。AlN層2是成核層的實例。AlN層2為例如約100nm。在AlN層中形成多個開口2a。開口2a可以形成為例如條紋圖案。換言之，例如，AlN層2的平面幾何形狀可以是線與間隔的圖案。開口2a的寬度以及相鄰開口2a之間的距離兩者例如均為約800nm。