[發明專利]化合物半導體器件及其制造方法

無效

• 申請號: 201310316261.X
• 申請日: 2013-07-25
• 公開（公告）號: CN103681833A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 西森理人;今田忠纮;多木俊裕
• 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
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;全萬志

技術領域

本文討論的實施方案針對化合物半導體器件及其制造方法。

背景技術

考慮利用如高飽和電子速率和寬帶隙等的特性來將氮化物半導體應用于具有高耐壓和高輸出功率的半導體器件。例如，作為氮化物半導體的GaN的帶隙為3.4eV，其大于Si的帶隙(1.1eV)和GaAs的帶隙(1.4eV)，因此GaN具有高擊穿電場強度。因此，GaN相當有望作為用于獲得高電壓操作和高輸出功率的電源的半導體器件的材料。

作為使用氮化物半導體的半導體器件，關于場效應晶體管特別是關于高電子遷移率晶體管(HEMT)，已經做了大量報道。例如，在GaN基HEMT中，將GaN用作電子傳輸層并且將AlGaN用作電子供給層的AlGaN/GaN·HEMT正引起關注。在AlGaN/GaN·HEMT中，在AlGaN中出現由GaN與AlGaN之間的晶格常數差所導致的應變。由應變引起的AlGaN的自發極化和壓電極化產生高濃度的二維電子氣(2DEG)。因此，AlGaN/GaN·HEMT有望作為高效開關元件和用于電動車輛等的高耐壓電功率器件。

專利文獻1：日本公開特許公報第2009-76845號

專利文獻2：日本公開特許公報第2007-19309號

專利文獻3：日本公開特許公報第2010-225765號

專利文獻4：日本公開特許公報第2009-71061號

通常，當柵極電壓為0V時，要求功率開關元件執行所謂的常斷操作，在該常斷操作中沒有電流流過功率開關元件。然而，由于高濃度2DEG的生成，所以GaN-HEMT具有難以實現常斷型晶體管的問題。為了解決該問題，已經進行了如下研究：通過對柵電極正下方的電子供給層進行蝕刻來減小2DEG的濃度以實現常斷(參見專利文獻1)。然而，在該方法中，蝕刻使位于電子供給層下方附近的電子傳輸層受損，從而引起如薄層電阻增加、泄漏電流增加等問題。因此，已提出如下技術：其在AlGaN/GaN·HEMT的柵電極和有源區之間另外形成具有p型導電類型的p型GaN層，從而消除柵電極正下方的2DEG以實現常斷(參見專利文獻2)。

在圖1中例示了根據現有技術的AlGaN/GaN·HEMT的示意性結構。

在該AlGaN/GaN·HEMT中，在襯底上形成有核形成層。在核形成層上形成有由i(有意未摻雜)-GaN構成的電子傳輸層101，在電子傳輸層101上形成有由i-AlGaN構成的電子供給層102。在電子傳輸層101與電子供給層102的界面附近生成有2DEG。在電子供給層102上形成有p型GaN層103，并且在p型GaN層103上形成有柵電極104。在電子供給層102上位于柵電極104的兩側處形成有源電極105和漏電極106。

當未向柵電極104施加電壓時，空穴不均勻地分布在p型GaN層103的下部處(在p型GaN層103與電子供給層102的界面附近)。由空穴引出電子，并且在電子傳輸層101與電子供給層102的在空穴下方的界面附近感生電子。這使柵極電壓Vg導通。因此，存在常斷被抑制而不能增加閾值電壓的問題。

發明內容

已經做出了本發明的實施方案來解決上述問題，并且實施方案的一個目的是提供一種高可靠性的高耐壓化合物半導體器件，其通過相對簡單的結構實現了足夠高的閾值電壓而未使耐壓劣化且不具有操作不穩定性以安全地實現常斷，并且實施方案還提供制造該化合物半導體器件的方法。

化合物半導體器件的方面，包括：第一化合物半導體層；形成在第一化合物半導體層上方的第二化合物半導體層，其帶隙大于第一化合物半導體層的帶隙；形成在第二化合物半導體層上方的第三化合物半導體層，其具有p型導電類型；電極，其經由第三化合物半導體層形成在第二化合物半導體層上方；形成在第二化合物半導體層上方的與第三化合物半導體層接觸的第四化合物半導體層，其帶隙大于第二化合物半導體層的帶隙；以及形成在第四化合物半導體層上方的與第三化合物半導體層接觸的第五化合物半導體層，其帶隙小于第四化合物半導體層的帶隙。

制造化合物半導體器件的方法的方面，包括：在第一化合物半導體層上方形成第二化合物半導體層，其帶隙大于第一化合物半導體層的帶隙；在第二化合物半導體層上方形成具有p型導電類型的第三化合物半導體層；經由第三化合物半導體層在第二化合物半導體層上方形成電極；在第二化合物半導體層上方形成與第三化合物半導體層接觸的第四化合物半導體層，其帶隙大于第二化合物半導體層的帶隙；以及在第四化合物半導體層上方形成與第三化合物半導體層接觸的第五化合物半導體層，其帶隙小于第四化合物半導體層的帶隙。

附圖說明