半导体器件制造技术

本发明专利技术涉及半导体器件。所述半导体器件包括：形成在衬底上的高电阻层，该高电阻层利用掺杂有杂质元素的半导体材料形成，该杂质元素使半导体材料变为高电阻的；形成在高电阻层上的多层中间层；在多层中间层上利用半导体材料形成的电子传输层；以及在电子传输层上利用半导体材料形成的电子供给层，其中所述多层中间层利用多层膜形成，在该多层膜中GaN层和AlN层交替地层叠。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件
本文讨论的实施方案涉及半导体器件。
技术介绍
作为氮化物半导体的GaN、AlN和InN，或者由GaN、AlN和InN的混合晶体制成的材料，具有宽的带隙并且用作高输出电子器件或短波长发光器件。其中，作为高输出电子器件，开发了关于场效应晶体管(FET)，更具体地关于高电子迁移率晶体管(HEMT)的技术(参见，例如，日本公开特许公报NO. 2002-359256)。使用这样的氮化物半导体的HEMT被用于高输出/高效率放大器和高功率开关器件。使用这样的氮化物半导体的HEMT具有形成在衬底上的氮化铝镓/氮化镓(AlGaN/ GaN)异质结构，并且将GaN层用作电子传输层。衬底由例如蓝宝石、碳化硅(SiC)、氮化镓 (GaN)以及硅(Si)制成。在氮化物半导体中，GaN具有高饱和电子速度、宽带隙和抗高压特性，因此具有良好的电气特性。此外，GaN具有纤维锌矿形式的晶体结构，并且因此在沿平行于c轴的(0001)方向上具有极性。此外，当在AlGaN层中形成AlGaN/GaN的异质结构时，AlGaN层中 AlGaN和GaN两者的晶格畸变会激发压电极化。顺便提及，已知通过用适量的Fe掺杂GaN体系的半导体，电阻增加。这是因为在 GaN的价带附近形成了比Fe更深的受主能级。因此，在使用半导体材料如GaN的HEMT中， 通过用Fe掺杂电子传输层的底层，可以防止垂直泄漏并且改善夹断特性，从而改善HEMT的特性。附图说明图1示出了使用GaN的HEMT，其具有掺杂Fe的高电阻层。具体地，在衬底911上， 形成使用AlN形成的成核层912和使用AlGaN形成的缓冲层913，并且随后通过外延生长形成高电阻层914、电子传输层915和电子供给层916。使用掺杂有Fe的GaN (掺杂Fe的GaN) 形成高电阻层914，使用GaN形成电子传输层915，并且使用AlGaN形成电子供给层916。在电子供给层916上，形成栅电极921、源电极922和漏电极923。在使用具有该结构的GaN的 HEMT中，掺杂在高电阻层914中的Fe在表面上析出，并且在电子传输层915的生长期间被连续吸收，因此Fe进入电子传输层915中。当大量的Fe进入电子传输层915时，沟道电子被陷获，因杂质分散效应而导致2DEG的密度降低以及迁移率降低，从而使电气特性劣化。相应地，在掺杂Fe的高电阻层914与电子传输层915之间，使用能高效吸收Fe的 AlN和AlGaN形成中间层。由此，防止了 Fe进入电子传输层915中(参见，例如，日本公开特许公报NO. 2010-182872和日本公开特许公报NO. 2010-232297)。 然而，为了防止Fe进入电子传输层中，使用AlN或AlGaN形成的中间层应具有确定的厚度。此外，当使用AlGaN来形成中间层时，Al的组成比优选高。在日本公开特许公报 NO. 2010-182872中，Al的组成比为O. 4或更大，并且在日本公开特许公报NO. 2010-232297 中，Al的组成比为O. 3或更大。顺便提及，当使用相对于GaN具有高晶格失配因数的衬底如Si衬底时，在Si衬底上形成由晶格常数比GaN的晶格常数低的AlN或AlGaN制成的缓冲层，并且在缓冲层上形成电子传输层如GaN。通过如上所述形成缓冲层，平衡了形成在Si衬底上的半导体层叠膜如GaN和整个衬底，使得防止衬底弯曲并且防止在半导体层叠膜中形成裂纹。在缓冲层上通过晶体生长形成中间层。当中间层由具有相对高的Al组成比的AlN或AlGaN制成时，在晶格常数比该中间层的晶格常数高的缓冲层上形成该中间层。因此，由于通过缓冲层引起了拉伸畸变，所以与没有畸变的状态相比，中间层的晶格间隔变得更宽。因此，难以获得期望的厚度而不在中间层中产生裂纹。AlN沿a轴的晶格常数是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：形成在衬底上的高电阻层，所述高电阻层利用掺杂有杂质元素的半导体材料形成，所述杂质元素使所述半导体材料变为高电阻的；形成在所述高电阻层上的多层中间层；在所述多层中间层上利用半导体材料形成的电子传输层；和在所述电子传输层上利用半导体材料形成的电子供给层，其中所述多层中间层利用多层膜形成，在所述多层膜中GaN层和AlN层交替地层叠。

【技术特征摘要】
2011.09.28 JP 2011-2134731.一种半导体器件,包括形成在衬底上的高电阻层，所述高电阻层利用掺杂有杂质元素的半导体材料形成，所述杂质元素使所述半导体材料变为高电阻的；形成在所述高电阻层上的多层中间层；在所述多层中间层上利用半导体材料形成的电子传输层；和在所述电子传输层上利用半导体材料形成的电子供给层，其中所述多层中间层利用多层膜形成，在所述多层膜中GaN层和AlN层交替地层叠。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中在所述多层中间层中，所述GaN层的厚度比所述AlN层的厚度大。3.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中在所述多层中间层中，所述GaN层具有20nm至50nm的厚度，并且所述AlN层具有2nm 至5nm的厚度。4.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中在所述多层中间层中，所述GaN层和所述AlN层以20或更多个周期进行层叠。5.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中，所述多层中间层具有500nm至IOOOnm的厚度。6.—种半导体器件,包括形成在衬底上的高电阻层，所述高电阻层利用掺杂有杂质元素的半导体材料形成，所述杂质元素使所述半导体材料变为高电阻的；形成在所述高电阻层上的中间层；在所述中间层上利用半导体材料形成的电子传输层；和在所述电子传输层上利用半导体材料形成的电子供给层，其中所述中间层利用AlGaN形成，所述AlGaN表示为AlxGa1J,其中O < x < O. 3。7.根据权利要求1、2和6中任一项所述的半导体器件，其中所述高电阻层、所述多层中间层或所述中间层、所述电子传输层以及所述电子供给层通过MOVPE (金属有机气相外延)形成。8.根据权利要求1、2和6中任一项所述的半导体器件，其中，所述高电阻层通过利用所述杂质元素掺杂包括GaN、AlN和AlGaN中任一种的材料来形成，所述杂质元素使所述材料变为高电阻的。9.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：石黑哲郎，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：