化合物半导体器件及其制造方法技术

技术编号:8981371 阅读:111 留言:0更新日期:2013-07-31 23:26
本申请公开一种化合物半导体器件及其制造方法。一种化合物半导体器件的实施例包括:电子渡越层;电子供应层,形成在电子渡越层的上方;二维电子气抑制层,形成在电子供应层的上方;绝缘膜,形成在二维电子气抑制层和电子渡越层的上方;以及栅极电极,形成在绝缘膜的上方。栅极电极与二维电子气抑制层电连接。本申请能够以高阈值电压实现常关操作。

【技术实现步骤摘要】

本文讨论的实施例涉及一种。
技术介绍
近些年来,利用包括高饱和电子迁移率和宽带隙的氮化物基化合物半导体的优点,高击穿电压、高输出的化合物半导体器件得到了强有力的发展。例如,场效应晶体管(例如,高电子迁移率晶体管(HEMT))得到了发展。它们之中,GaN层作为电子沟道层以及AlGaN层作为电子供应层的GaN基HEMT引起了广泛的关注。在GaN基HEMT中,晶格变形(distortion)由于AlGaN与GaN之间的晶格常数不同而发生在AlGaN层中,该变形引起压电极化,从而在放置在AlGaN层下方的GaN层的上部产生高密度二维电子气。该配置确保闻输出。然而,由于二维电子气的高密度,所以难以获得常关晶体管。因此,对各种技术的研究旨在解决该问题。常规提议包括通过在栅极电极和电子供应层之间形成P型GaN层来消散二维电子气的技术。给出了以下示例:具有P型GaN层的GaN基HEMT,其中p型GaN层与栅极电极连接;以及另一种具有P型GaN层的GaN基HEMT,具有其中绝缘膜位于P型GaN层与栅极电极之间的MIS (金属绝缘体半导体)结构。然而,难以在其中P·型GaN层与栅极电极连接的GaN基HEMT中获得高阈值电压。而且,难以在具有MIS结构的GaN基HEMT中适当地实现常关操作。[专利文件I]日本特开专利公开第2008-277598号[专利文件2]日本特开专利公开第2011-29506号[专利文件3]日本特开专利公开第2008-103617号
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够实现具有高阈值电压的常关操作的。根据实施例的一个方案,一种化合物半导体器件包括:电子渡越层(electrontransit layer);电子供应层,形成在电子渡越层的上方;二维电子气抑制层,形成在电子供应层的上方;绝缘膜,形成在二维电子气抑制层和电子渡越层的上方;以及栅极电极,形成在绝缘膜的上方。栅极电极与二维电子气抑制层电连接。根据实施例的另一个方案,一种化合物半导体器件的制造方法包括:在电子渡越层的上方形成电子供应层;在电子供应层的上方形成二维电子气抑制层;在二维电子气抑制层和电子渡越层的上方形成绝缘膜;以及在绝缘膜的上方形成栅极电极。栅极电极与二维电子气抑制层电连接。附图说明图1为示出根据第一实施例的化合物半导体器件的结构的剖视图;图2A为示出根据第一参考示例的GaN基HEMT的结构的视图;图2B为示出第一参考示例的特性的视图;图3为示出第一实施例的特性的视图;图4为示出关断期间的能量状态的能带图;图5A为示出根据第二参考示例的GaN基HEMT的结构的视图;图5B为示出第二参考示例 的特性的视图;图6为示出导通期间的能量状态的能带图;图7为示出第一实施例中的电子移动的视图;图8A至图SM为按顺序示出根据第一实施例的化合物半导体器件的制造方法的剖视图;图9为示出根据第二实施例的化合物半导体器件的结构的剖视图;图10为示出第二实施例的特性的视图;图11为示出根据第三参考示例的GaN基HEMT的结构的视图;图12A为示出第三参考示例的特性之一的视图;图12B为示出第三参考示例的另一个特性的视图;图13为示出根据第三实施例的化合物半导体器件的结构的剖视图;图14A至图140为按顺序示出根据第三实施例的化合物半导体器件的制造方法的首丨J视图;图15为示出根据第四实施例的化合物半导体器件的结构的剖视图;图16为示出根据第五实施例的分立封装的图;图17为示出根据第六实施例的功率因数校正(PFC)电路的布线图;图18为示出根据第七实施例的电源装置的布线图;以及图19为示出根据第八实施例的高频放大器的布线图。具体实施例方式参照附图,下面将具体描述实施例。(第一实施例)首先,将描述第一实施例。图1为示出根据第一实施例的化合物半导体器件的结构的剖视图。在根据第一实施例的化合物半导体器件(GaN基HEMT)中,如图1所示,缓冲层102、电子渡越层103 (沟道层)以及电子供应层104形成在衬底101的上方。电子供应层104的材料的带隙宽于电子渡越层103的材料的带隙。限定元件区的元件隔离区106形成在缓冲层102、电子渡越层103以及电子供应层104中。二维电子气抑制层105在元件区中形成在电子供应层104的上方。覆盖二维电子气抑制层105的保护膜107形成在电子供应层104和元件隔离区106的上方。经由其暴露二维电子气抑制层105的一部分的开口 107a形成在保护膜107中。栅极电极108g形成在保护膜107的上方。栅极电极108g经由开口107a与二维电子气抑制层105电连接。覆盖栅极电极108g的保护膜109形成在保护膜107的上方。开口 IlOs和开口 IlOd形成在保护膜109和保护膜107中,使得栅极电极108g在平面图中(in planar view)位于开口 IlOs和开口 IlOd之间。源极电极112s和漏极电极112d分别形成在开口 IlOs和开口 IlOd中。导电膜11 Ia形成在开口 IlOs的内表面和源极电极112s之间,另一个导电膜Illa形成在开口 IlOd的内表面和漏极电极112d之间。覆盖源极电极112s和漏极电极112d的保护膜114形成在保护膜109的上方。这里,将进一步描述关于栅极电极108g的形成等的细节。在本实施例中,形成栅极电极108g,以覆盖位于源极电极112s与漏极电极112d之间的整个二维电子气抑制层105。S卩,在源极电极和漏极电极之间,栅极电极108的端部108e重叠(overlap) 二维电子气抑制层105的端部105e,或者位于端部105e的外侧。而且,栅极电极108g在接触表面119处与二维电子气抑制层105接触,并且栅极电极108g包括位于接触表面119的漏极电极112d侧的保护膜107上方的至少一部分(MIS形成部118)。在第一实施例中,由于电子供应层104的带隙宽于电子渡越层103的带隙,因而形成量子阱,并且电子堆积在该量子阱中。结果是,二维电子气(2DEG115)发生在电子渡越层103的与电子供应层104的界面附近。然而,因为二维电子气抑制层105的效应,而使2DEG115在二维电子气抑制层105的下方无效(negated)。这样,可以实现常关操作。进一步,由于栅极电极108g在本实施例中包括MIS形成部118,因而可以获得高阈值电压。这里,将参照第一参考示例描述该效应。图2A为示出第一参考示例的GaN基HEMT的视图,图2B为示出第一参考示例的栅极电压(Vg)与漏极电流(Id)之间的关系的图形。第一参考示例是由专利技术人制作出的。Al分数(Al fraction)为20%且厚度为20nm的AlGaN层用作电子供应层104,掺杂有4 X IO19CnT3的Mg且厚度为大约80nm的p型GaN层用作二维电子气抑制层105。当在IV的漏·极电压测量Vg-1d特性时,获得图2B所示的结果。换句话说,如果漏极电流(Id)为I X KT6A的栅极电压(Vg)被限定为阈值电压,则第一参考示例的阈值电压为+0.5V。驱动电流为2.7X 10_2A。图3为示出第一实施例的栅极电压(Vg)与漏极电流(Id)之间的关系的图形。当在IV的漏极电压测量GaN基HEMT的Vg-1d特性时,获得图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化合物半导体器件,包括:电子渡越层;电子供应层,形成在所述电子渡越层的上方;二维电子气抑制层,形成在所述电子供应层的上方;绝缘膜,形成在所述二维电子气抑制层和所述电子渡越层的上方;以及栅极电极,形成在所述绝缘膜的上方,其中,所述栅极电极与所述二维电子气抑制层电连接。

【技术特征摘要】
2012.01.27 JP 2012-0157041.一种化合物半导体器件,包括: 电子渡越层; 电子供应层,形成在所述电子渡越层的上方; 二维电子气抑制层,形成在所述电子供应层的上方; 绝缘膜,形成在所述二维电子气抑制层和所述电子渡越层的上方;以及 栅极电极,形成在所述绝缘膜的上方, 其中,所述栅极电极与所述二维电子气抑制层电连接。2.根据权利要求1所述的化合物半导体器件,还包括:源极电极和漏极电极,形成在所述电子供应层的上方,在平面图中所述源极电极和所述漏极电极将所述二维电子气抑制层夹在中间, 其中,所述栅极电极在位于所述绝缘膜上方的一部分的源极电极侧的接触表面处与所述二维电子气抑制层电连接。3.根据权利要求1或2所述的化合物半导体器件,其中, 所述电子渡越层为GaN层, 所述电子供应层为AlGaN层,以及 所述二维电子气抑制层为P型GaN层。4.根据权利要求3所述的化合物半导体器件,其中, 所述AlGaN层的厚度为5nm或更大以及40nm或更小,以及 所述AlGaN层的Al分数为15%或更`大以及小于40%。5.根据权利要求2所述的化合物半导体器件,还包括:场板,位于所述栅极电极和所述漏极电极之间,且与所述源极电极电连接。6.根据权利要求5所述的化合物半导体器件,其中,所述场板与所述电子供应层之间沿厚度方向的距离比位于所述绝缘膜上方的该部分与所述二维电子气抑制层之间沿厚度方向的距离短。7.根据权利要求5或6所述的化合物半导体器件,其中,凹陷形成在所述场板下方的所述电子供应层的表面处。8.根据权利要求2所述的化合物半导体器件,其中,所述栅极电极覆盖所述源极电极与所述漏极电极之间的整个所述二维电子气抑制层。9.根据权利要求1或2所述的化合物半导体器件,其中,所述绝缘膜的厚度为20nm或更大以及500nm或更小。10.一种电源装置,包括: 化合物半导体器件,其包括: 电子渡越层; 电子供应层,形成在所述电子渡越层的上方; 二维电子气抑制层,形成在所述电子供应层的上方; 绝缘膜,形成在所述二维电子气抑制层和所述电子渡越层的上方;以及 栅极电极,形成在所述绝缘膜的上方, 其中,所述栅极电极与所述二维电子气抑制层电连接。11.一种放大器,包括:化合物半导体器件,其包括: 电子渡越层; 电子供应层,形成在所述电子渡越层的上方; 二维电子气抑制层,形成在所述电子供应层的上方; 绝缘膜,形成在所述二维电子气抑制层和所述电子渡越层的上方;以及 栅极电极,形成在所述绝缘膜的上方, 其中,所述栅极电极与所述二维电子气抑制层电连接。1...

【专利技术属性】
技术研发人员:秋山深一细田勉宫本真人
申请(专利权)人:富士通半导体股份有限公司
类型:发明
国别省市:

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