氮化物系半导体晶片以及氮化物系半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术的课题在于稳定地提供具有有着高的绝缘性的氮化物系半导体层的氮化物系半导体晶片以及氮化物系半导体装置。本发明专利技术的课题的解决方案为，在绝缘性基板上，具有电阻率为10MΩcm以上100MΩcm以下、膜厚为0.1μm以上1.5μm以下的半绝缘性氮化物系半导体层。

【技术实现步骤摘要】
氮化物系半导体晶片以及氮化物系半导体装置
本专利技术涉及氮化物系半导体晶片以及氮化物系半导体装置，涉及具有要求高电阻率的半绝缘性氮化物系半导体层的氮化物系半导体晶片以及氮化物系半导体装置。
技术介绍
与硅(Si)、砷化镓(GaAs)等半导体材料相比，带隙宽的氮化镓(GaN)利用其耐热性和高的击穿电压而正在被用于高输出的应用。当使用氮化物系半导体制作高输出的应用时，在绝缘性或导电性的基板上成膜一层或多层生长控制层(缓冲层)之后，成膜半绝缘性的第一氮化物系半导体层，再在其上层状成膜一层或多层包含导电性或半绝缘性的第二氮化物系半导体的层。然后，进行用于制作所期望的高输出装置的加工工序。作为所期望的高输出装置，例如有powerHFET(异质场效应晶体管，Hetero-FieldEffectTransistor)。尤其是对于近年来的powerHFET来说，为了提高耐压性，第一半绝缘性氮化物系半导体层开始要求远超数十kΩcm的100MΩcm级的高绝缘特性。作为powerHFET中使用的电阻率或薄层电阻高的半绝缘性氮化物系半导体层，已知例如下述专利文献1中记载的非掺杂的GaN层等。认为这里使用的非掺杂的GaN层是在1140℃的结晶生长温度下积层至2μm的膜厚的GaN层，所述GaN层中表现1×108Ωcm的非常高的电阻率(例如，参照专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：特开2006-4976号公报(例如第0039段等)
技术实现思路
专利技术要解决的课题根据专利文献1的技术，在实验中可以在基板上成膜满足要求性能的高电阻率的半绝缘性氮化物系半导体层，但是作为制造技术的稳定性不充分。例如存在这样的情况：由于伴随生产量变动的成膜装置的状态变化等，成膜的层的绝缘特性有很大差异。这是因为：反复使用同一装置，结果在成膜装置内部有不需要的反应副产物附着，装置内部的温度分布发生变化，或发生伴随附着物的气流变化。另外，对于绝缘特性而言，有时也由于在装置加工工序中的活性化退火等热处理而发生变动。例如，在半绝缘性氮化物系半导体层中，当某种杂质、固有结晶缺陷等造成的深能级(準位)存在时，如果由于热处理而导致其活性状态发生变化，或深能级自身实质性地减少，则可能成为半绝缘性不稳定的原因。这样的不稳定在制造上不优选。根据上述现有技术可知，现状不是可以稳定地得到显著高于数十kΩcm左右的电阻率的电阻率、例如超过100MΩcm的电阻率的状况。本专利技术的目的在于，解决上述现有技术的问题，稳定地提供具有有着实质上高的绝缘性的氮化物系半导体层的氮化物系半导体晶片以及氮化物系半导体装置解决课题的方案根据本专利技术的一个实施方式，提供氮化物系半导体晶片，其在绝缘性基板上具有电阻率为10MΩcm以上100MΩcm以下、膜厚为0.1μm以上1.5μm以下的半绝缘性氮化物系半导体层。此外，根据本专利技术的另一实施方式，提供氮化物系半导体晶片，其在导电性基板上具有电阻率为10MΩcm以上100MΩcm以下、膜厚为0.5μm以上1.5μm以下的半绝缘性氮化物系半导体层。在这些情况下，优选使上述半绝缘性氮化物系半导体层的膜厚小于1μm。此外，上述半绝缘性氮化物系半导体层中，可使用镓氮化物或铝氮化物、或者镓和铝的氮化物混晶，也可使用镓和铟的氮化物混晶、或铝和铟的氮化物混晶、或者镓、铝和铟的氮化物混晶。此外，可使用碳化硅、氮化镓、蓝宝石中的任一种作为上述绝缘性基板，可使用硅作为上述导电性基板。此外，根据本专利技术的又一实施方式，提供氮化物系半导体装置，其在上述氮化物系半导体晶片上进一步具备氮化物系半导体层。专利技术效果根据本专利技术，可稳定地提供具有有着高的绝缘性的氮化物系半导体层的氮化物系半导体晶片以及氮化物系半导体装置。附图说明图1为本专利技术的一个实施方式的具有半绝缘性氮化物系半导体层的氮化物系半导体晶片的剖视图。图2为本专利技术的一个实施方式的具有半绝缘性氮化物系半导体层的氮化物系半导体装置的剖视图。图3为本专利技术的另一实施方式的具有半绝缘性氮化物系半导体层的氮化物系半导体晶片的剖视图。符号说明1绝缘性基板3半绝缘性GaN层(高电阻层/半绝缘性氮化物系半导体层)10、11氮化物系半导体晶片13氮化物系半导体装置具体实施方式如上所述，由于伴随生产量变动的成膜装置的状态变化等，有时在基板上形成的半绝缘性氮化物系半导体层的绝缘特性有很大差异，结果，若欲得到超高电阻率的半绝缘性氮化物系半导体层，则不能稳定地得到电阻率。对于在基板上成膜的高电阻率的半绝缘性氮化物系半导体层来说，如果是例如100MΩcm以下的电阻率，即使利用现有的技术也可稳定地得到。但是，难以稳定地得到具有超过100MΩcm的高的电阻率的半绝缘性氮化物系半导体层。根据本专利技术的实施方式，从符合实际的装置结构的漏极漏电流与电阻率的关系看出，不只是电阻率，半绝缘性氮化物系半导体层的膜厚也是重要的要素，在没有不必要地提高电阻率的情况下，明确地表示电阻率的达成目标，同时规定其膜厚。通过规定膜厚，可知即使是迄今为止被认为不充分的100MΩcm以下的电阻率，也可得到与超过100MΩcm的高的电阻率等价的效果。这样，通过不仅规定电阻率、还规定膜厚，可稳定地供给具有绝缘特性良好的半绝缘性氮化物系半导体层的氮化物系半导体晶片和氮化物系半导体装置。下面，对本专利技术的一个实施方式进行说明。图1表示本专利技术的一个实施方式的氮化物系半导体晶片10。根据实施方式，氮化物半导体晶片10为FET(场效应晶体管)、HFET、另外还有为半导体发光元件、半导体受光元件的情况。图示例中表示了HFET的情况。氮化物系半导体晶片10具有包括多个外延层的层状结构。氮化物系半导体晶片10具有基板1、在基板1的表面上形成的缓冲层2、在缓冲层2上形成的高电阻的半绝缘性氮化物系半导体层3、在半绝缘性氮化物系半导体层3上形成的沟道层4、和在沟道层4上形成的电子供给层5。基板1是由具有规定的晶格常数和规定的热膨胀系数的材料形成的绝缘性基板。绝缘性基板中有半绝缘性基板或绝缘基板。半绝缘性基板例如为SiC(碳化硅)基板、GaN(氮化镓)基板，绝缘基板例如为蓝宝石基板。此外，当使用低价的基板时，有时基板1也为导电性基板。导电性基板例如为被供给导电性掺杂物的Si基板、SiC基板、GaN基板。缓冲层2为用于使结晶性优异的半绝缘性氮化物系半导体层3在基板1上生长的晶格匹配层、或阻止来自基板1的杂质扩散的缓冲层。缓冲层2例如由作为氮化物半导体的i型GaN形成。半绝缘性氮化物系半导体层3是用于提高在其上层外延生长的半导体膜的结晶性的高电阻的氮化物系半导体层。半绝缘性氮化物系半导体层3，例如可由镓氮化物(GaN)或铝氮化物(AlN)、或者镓和铝的氮化物混晶(AlGaN)形成。此外，半绝缘性氮化物系半导体层3也可以由镓和铟的氮化物混晶(InGaN)、或铝和铟的氮化物混晶(InAlN)、或者镓、铝和铟的氮化物混晶(AlGaInN)形成。图示例中表示了半绝缘性GaN层的情况。沟道层4在半绝缘性氮化物系半导体层3上利用外延生长形成。沟道层4由氮化物系半导体层构成。图示例中表示i型GaN沟道的情况。电子供给层5由具有高于沟道层4的电阻率的材料构成。图示例中表示i型AlGaN层的情况，更具体而言，为Al本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．氮化物系半导体晶片，其在绝缘性基板上具有电阻率为１０ＭΩｃｍ以上１００ＭΩｃｍ以下、膜厚为０．１μｍ以上１．５μｍ以下的半绝缘性氮化物系半导体层。

【技术特征摘要】
2010.04.19 JP 2010-0962481.氮化物系半导体晶片，其在绝缘性基板上具有缓冲层、紧接着位于所述缓冲层上的一层半绝缘性氮化物系半导体层、紧接着位于所述半绝缘性氮化物系半导体层上的沟道层、以及电子供给层，所述半绝缘性氮化物系半导体层的电阻率为10MΩcm以上100MΩcm以下、膜厚为0.1μm以上且小于1μm。2.根据权利要求1所述的氮化物系半导体晶片，其特征在于，所述绝缘性基板为碳化硅、氮化镓、蓝宝石中的任一种。3.氮化物系半导体晶片，其在导电性基板上具有缓冲层、紧接着位于所述缓冲层上的一层半绝缘性氮化物系半...

【专利技术属性】
技术研发人员：土屋忠严，
申请(专利权)人：日立电线株式会社，
类型：发明
国别省市：JP