[發(fā)明專利]半導(dǎo)體裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410347680.4
• 申請日: 2014-07-21
• 公開（公告）號(hào): CN104425584B
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 小谷淳二;中村哲一
• 申請（專利權(quán)）人: 富士通株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L29/778
• 分類號(hào): H01L29/778;H01L29/15
• 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: 王萍,陳煒

技術(shù)領(lǐng)域

這里討論的實(shí)施例涉及半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)

氮化物半導(dǎo)體具有諸如高飽和電子速度、寬帶隙等的特征。因此，考慮將氮化物半導(dǎo)體應(yīng)用于具有高耐受電壓和高輸出的半導(dǎo)體裝置。例如，作為氮化物半導(dǎo)體的GaN的帶隙是3.4eV，其高于Si的帶隙(1.1eV)和GaAs的帶隙(1.4eV)。因此，GaN具有高擊穿電場強(qiáng)度。因此，諸如GaN等的氮化物半導(dǎo)體極有希望成為制造提供高電壓操作和高輸出的電源半導(dǎo)體裝置的材料。

作為使用氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置，存在許多關(guān)于場效應(yīng)晶體管的報(bào)告，特別是高電子遷移率晶體管(HEMT)。例如，在GaN-HEMT中，由AlGaN/GaN制成的HEMT被關(guān)注，其中GaN被用作電子渡越層并且AlGaN被用作電子供給層。在由AlGaN/GaN制成的HEMT中，由于GaN和AlGaN之間的晶格常數(shù)的差異在AlGaN中生成了應(yīng)力。從而，由于該應(yīng)力和本征極化差異引起的壓電極化，可以獲得高度集中的二維電子氣體(2DEG)。因此，AlGaN/GaN-HEMT有希望成為高效開關(guān)裝置和用于電動(dòng)車輛的高耐受電壓功率裝置。此外，出于電路設(shè)計(jì)和安全性的觀點(diǎn)，期望實(shí)現(xiàn)具有常關(guān)特性的氮化物半導(dǎo)體晶體管。

以下專利文獻(xiàn)公開了背景技術(shù)。

專利文獻(xiàn)1：日本公開專利申請No.2012-151422

專利文獻(xiàn)2：日本公開專利申請No.2012-9630

專利文獻(xiàn)3：日本公開專利申請No.2008-124373

同時(shí)，為了獲得低成本和高質(zhì)量的氮化物半導(dǎo)體晶體管，有必要通過在具有大直徑的低成本硅(Si)襯底上進(jìn)行高質(zhì)量外延生長來形成氮化物半導(dǎo)體。然而，硅和諸如GaN的氮化物半導(dǎo)體不僅在它們的晶格常數(shù)方面，而且在它們的熱膨脹系數(shù)方面彼此不同。因此，為了在硅襯底上生長高質(zhì)量GaN膜，在硅襯底上形成適當(dāng)設(shè)計(jì)的超晶格緩沖層，并且在超晶格緩沖層上形成GaN膜。超晶格緩沖層可以由例如AlN膜和AlGaN膜形成，AlN膜和AlGaN膜交替層疊以形成具有周期性結(jié)構(gòu)的多個(gè)層的疊層。電子渡越層和電子供給層層疊在該超晶格緩沖層上。

在具有上述結(jié)構(gòu)的氮化物半導(dǎo)體晶體管中，在晶體管處于操作中時(shí)，高電壓被施加到漏極電極。如果超晶格緩沖層的絕緣性質(zhì)是低的，則可能存在如下情況，其中漏電流經(jīng)由超晶格緩沖層在從電子供給層朝向硅襯底的豎直方向上流動(dòng)。

因此，期望實(shí)現(xiàn)在硅襯底上形成的氮化物半導(dǎo)體裝置，該半導(dǎo)體裝置具有絕緣的超晶格緩沖層并且具有在豎直方向上流動(dòng)的小的漏電流。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)實(shí)施例的一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體裝置，其包括：在襯底上形成的超晶格緩沖層；在超晶格緩沖層上由氮化物半導(dǎo)體形成的第一半導(dǎo)體層；在第一半導(dǎo)體層上由氮化物半導(dǎo)體形成的第二半導(dǎo)體層；以及在第二半導(dǎo)體層上形成的柵極電極、源極電極和漏極電極，其中通過交替地和周期性地層疊第一超晶格形成層和第二超晶格形成層來形成超晶格緩沖層，第一超晶格形成層由Al_xGa_1-xN形成而第二超晶格形成層由Al_yGa_1-yN形成，其中滿足關(guān)系x>y，并且摻雜到部分或全部第二超晶格形成層中的用作受主的雜質(zhì)元素的濃度高于摻雜到第一超晶格形成層中的用作受主的雜質(zhì)元素的濃度。

根據(jù)實(shí)施例的另一方面，提供了一種半導(dǎo)體裝置，其包括：在襯底上形成的超晶格緩沖層；在超晶格緩沖層上由氮化物半導(dǎo)體形成的第一半導(dǎo)體層；在第一半導(dǎo)體層上由氮化物半導(dǎo)體形成的第二半導(dǎo)體層；以及在第二半導(dǎo)體層上形成的柵極電極、源極電極和漏極電極，其中通過從襯底按照順序周期性地層疊第三超晶格形成層、第二超晶格形成層和第一超晶格形成層來形成超晶格緩沖層，第一超晶格形成層由Al_xGa_1-xN形成，第二超晶格形成層由Al_yGa_1-yN形成，并且第三超晶格形成層由Al_zGa_1-zN形成，其中滿足關(guān)系x>y>z，并且摻雜到第二超晶格形成層中的用作受主的雜質(zhì)元素的濃度高于摻雜到第一超晶格形成層和第三超晶格形成層中的用作受主的雜質(zhì)元素的濃度。