化合物半导体器件及其制造方法以及电子电路技术

本发明专利技术涉及化合物半导体器件及其制造方法以及电子电路。化合物半导体器件包括：其中形成有载流子的第一化合物半导体层；设置在第一化合物半导体层上方的供给载流子的第二化合物半导体层；以及设置在第二化合物半导体层上方的第三化合物半导体层，其中第三化合物半导体层包括载流子浓度高于第二化合物半导体层的载流子浓度的区域。

【技术实现步骤摘要】

本文中讨论的实施方案涉及化合物半导体器件、制造该化合物半导体器件的方法，以及电子电路。
技术介绍
氮化物半导体具有例如高的饱和电子漂移速度和宽的带隙的特性，从而用在高电压高功率半导体器件中。例如，作为氮化物半导体的氮化镓(GaN)具有3.4eV带隙，其大于硅(Si)的带隙(1.1eV)和神化镓(GaAs)的带隙(1.4eV) 二者，并且还具有高的击穿场強。因此，GaN用作用于在获得高压操作和高功率的电源中使用的半导体器件的材料。场效应晶体管例如高电子迁移率晶体管(HEMT)使用氮化物半导体。例如，在作为GaN基HEMT (GaN-HEMT)类型的氮化铝镓/氮化镓HEMT (AlGaN/GaN HEMT)中，GaN用作电子传输层并且AlGaN用作电子供给层。在AlGaN/GaN HEMT中，由于AlGaN的自发极化以及在AlGaN中通过由于GaN与AlGaN之间的晶格常数差异产生的应变所诱导的压电极化，所以获得高浓度的ニ维电子气(2DEG)。因此，AlGaN/GaN HEMT可能用作高效率开关元件或用于电动车辆的高电压功率器件等。在由氮化物半导体制成的高电子迁移率晶体管(HEMT)中，当在高的漏极电压下操作时，漏极电流降低(此现象在下文中称为“电流崩塌”)。电流崩塌是由存在于半导体表面上的陷获能级所引起的。位于栅电极与漏电极之间并且集中在栅电极的边缘和漏电极的边缘的电场越强，则漏极电流越小。器件性能因电流崩塌而劣化。考虑到前述问题完成了实施方案，实施方案的ー个目的是提供具有相对简单的构造以减少电流崩塌发生并且其中降低器件性能劣化的高可靠性高压化合物半导体器件，以及提供制造该化合物半导体器件的方法。在日本特开第2010-278150号公报、日本特开第2006-134935号公报、或国际公开第TO 2007/108055号公报等中，公开了相关技术。
技术实现思路
根据本实施方案的ー个方面，化合物半导体器件包括:其中形成有载流子的第一化合物半导体层；设置在第一化合物半导体层上方的供给载流子的第二化合物半导体层；设置在第二化合物半导体层上方的第三化合物半导体层，其中第三化合物半导体层包括载流子浓度高于第二化合物半导体层的载流子浓度的区域。根据本实施方案，提供了具有相对简单的构造以减少电流崩塌发生并且其中降低器件性能劣化的高可靠性高压化合物半导体器件。通过特别是在权利要求中指出的元件和组合来实现和获得本专利技术的目的和优点。应当理解，之前的一般性描述和之后的详细描述均是示例性和说明性的，而不限制所要求保护的本专利技术。附图说明图1A至图1C示出用于制造化合物半导体器件的一个示例性方法。图2A至图2C示出用于制造化合物半导体器件的一个示例性方法。图3A至图3C示出用于制造化合物半导体器件的一个示例性方法。图4示出用于制造化合物半导体器件的一个示例性方法。图5示出一个示例性能带图。图6示出一个示例性能带图。图7A和图7B示出用于制造化合物半导体器件的一个示例性方法。图8A和图8B示出用于制造化合物半导体器件的一个示例性方法。图9A至图9C示出用于制造化合物半导体器件的一个示例性方法。图1OA至图1OC示出用于制造化合物半导体器件的一个示例性方法。图1lA至图1lC示出用于制造化合物半导体器件的一个示例性方法。图12A至图12C示出用于制造化合物半导体器件的一个示例性方法。图13A至图13C示出用于制造化合物半导体器件的一个示例性方法。图14A和图14B示出用于制造化合物半导体器件的一个示例性方法。图15A至图15C示出用于制造化合物半导体器件的一个示例性方法。图16A和图16B示出用于制造化合物半导体器件的一个示例性方法。图17A至图17C示出漏极电压与漏极电流之间的ー个示例性关系。图18A至图18C示出用于制造化合物半导体器件的一个示例性方法。图19A至图19C示出用于制造化合物半导体器件的一个示例性方法。图20示出一个示例性电源装置；以及图21示出一个示例性高频放大器。具体实施例方式图1A至图1C、图2A至图2C、以及图3A至图3C示出用于制造化合物半导体器件的一个示例性方法。该化合物半导体器件可以是例如肖特基型AlGaN/GaN HEMT。如图1A所示，在用于生长的衬底例如碳化硅(SiC)衬底I上形成化合物半导体多层结构2。用于生长的衬底的实例可以包括SiC衬底、硅衬底、蓝宝石衬底、GaAs衬底、以及GaN衬底。该衬底可以是半绝缘的或者是导电的。该化合物半导体多层结构2包括缓冲层2a、电子传输层2b、中间层2c、电子供给层2d、以及盖层2e。在化合物半导体器件的操作期间，在电子传输层2b中在其与电子供给层2d的界面例如中间层2c的附近生成ニ维电子气体(2DEG)。2DEG是基于电子传输层2b的化合物半导体例如GaN与电子供给层2d的化合物半导体例如AlGaN之间的晶格參数差异生成的。通过例如金属有机气相外延(MOVPE)在SiC衬底I上生长每个化合物半导体。可以使用分子束外延(MBE)等来代替M0VPE。将分别对应于缓冲层2a、电子传输层2b、中间层2c、电子供给层2d以及盖层2e的化合物半导体逐次沉积在SiC衬底上方。使用氮化铝(AlN)形成缓冲层2a以具有约5nm的厚度。使用未掺杂的GaN(1-GaN)形成电子传输层2b以具有约I U m的厚度。使用1-AlGaN(1-AlQ.25Gaa75N)形成中间层2c以具有约5nm的厚度。使用n-AlGaN形成电子供给层2d以具有约20nm的厚度。盖层2e具有多层结构，该多层结构包括三个化合物半导体子层并且以如下方式形成:将具有约5nm的厚度的n-GaN子层2el、具有约3nm的厚度的AlN子层2e2和具有约3nm的厚度的n_GaN子层2e3以此顺序来沉积。可以使用AlGaN代替AlN来形成缓冲层2a，或者可以按照通过低温外延生长GaN的方式来形成缓冲层2a。可以使用作为铝源的三甲基铝(TMAl)气体与氨(NH3)气体的混合物作为生长AlN的源气体。可以使用作为镓源的三甲基镓(TMGa)与NH3气体的混合物作为生长GaN的源气体。可以使用TMAl气体、TMGa气体和NH3气体的混合气体作为生长AlGaN的源气体。TMAl气体和TMGa气体中的每ー个的供给和流量可以根据待生长的化合物半导体层来适当地设定。作为共用气体的NH3气体的流量可以是约IOOsccm至10LM。生长压カ可以是约50托至300托。生长温度可以是约1000°C至1200°C。当AlGaN和GaN形成为n型时,例如当形成电子供给层2d(n_AlGaN)及n_GaN子层2el和2e3时，将n型杂质添加到源气体。例如，在以给定流量将包含硅的硅烷(SiH4)气体添加到源气体之后，AlGaN和GaN掺杂有硅。硅的掺杂浓度可以是例如约2X 1018cm_3。如图1B所示，形成隔离结构3。在图1C及后续图中可省略该隔离结构3。例如，将氩气注入到化合物半导体多层结构2的隔离区域中。隔离结构3形成在SiC衬底I的表面部分和化合物半导体多层结构2中。隔离结构3在化合物半导体多层结构2上划分出有源区域。可以通过例如浅沟槽隔离(STI)エ艺来形成隔离结构3。例如可以使用氯基蚀刻气体来对化合物半导体多层结构2进行干法蚀刻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化合物半导体器件，包括：其中形成有载流子的第一化合物半导体层；设置在所述第一化合物半导体层上方的供给所述载流子的第二化合物半导体层；以及设置在所述第二化合物半导体层上方的第三化合物半导体层，其中所述第三化合物半导体层包括载流子浓度高于所述第二化合物半导体层的载流子浓度的区域。

【技术特征摘要】
2011.11.02 JP 2011-2417031.一种化合物半导体器件，包括: 其中形成有载流子的第一化合物半导体层； 设置在所述第一化合物半导体层上方的供给所述载流子的第二化合物半导体层；以及 设置在所述第二化合物半导体层上方的第三化合物半导体层， 其中所述第三化合物半导体层包括载流子浓度高于所述第二化合物半导体层的载流子浓度的区域。2.根据权利要求1所述的化合物半导体器件， 其中所述区域具有比费米能低的能级。3.根据权利要求1所述的化合物半导体器件， 其中所述区域以给定浓度掺杂有n型杂质。4.根据权利要求1所述的化合物半导体器件， 其中所述区域是所述第三化合物半导体层的下部。5.根据权利要求1所述的化合物半导体器件， 其中所述第三化合物半导体层包括依次沉积的第一 GaN子层、AlN层和第二 GaN层。6.根据权利要求5 所述的化合物半导体器件， 其中所述区域形成在所述第一 GaN子层中。7.根据权利要求1所述的化合物半导体器件，还包括: 置于包括所述第一化合物半导体层、所述第二化合物半导体层和所述第三化合物半导体层的化合物半导体多层结构上方的第一电极；以及 设置在所述化合物半导体多层结构上的第二电极对，所述第二电极对中的每ー个设置在所述第一电极的对应侧上， 其中所述第三化合物半导体层的所述区域设置在所述第二电极对中的ー个与所述第ー电极之间。8.根据权利要求1所述的化合物半导体器件，还包括: 置于包括所述第一化合物半导体层、所述第二化合物半导体层和所述第三化合物半导体层的化合物半导体多层结构上方的第一电极；以及 设置在所述化合物半导体多层结构上的第二电极对，所述第二电极对中的每ー个设置在所述第一电极的对应侧上， 其中所述化合物半导体多层结构的在选自所述第一电极和所述第二电极对中的至少一个电极下方的部分掺杂有n型杂质。9.根据权利要求7所述的化合物半导体器件， 其中所述区域形成在所述第二电极对的至少ー个电极侧上，并且所述第一电极利用绝缘层形成在所述第三化合物半导体的凹部之上。10.一种制造化合物半导体器件的方法，包括: 形成其中形成有载流子的第一化合物半导体层； 在所述第一化合物半导体层上方形成第二化合物半导体层以供给所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：西森理人，多木俊裕，吉川俊英，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：