本发明专利技术提供一种氮化物半导体装置，其具有依次形成于基板(1)之上的第1氮化物半导体层(3)、第2氮化物半导体层(4)、第3氮化物半导体层(5)及第4氮化物半导体层(6)。在第3氮化物半导体层(5)中的与第4氮化物半导体层(6)的界面附近形成蓄积有载流子的沟道。第2氮化物半导体层(4)的带隙比第3氮化物半导体层(5)的带隙大。第1氮化物半导体层(3)，其带隙与第2氮化物半导体层(4)的带隙相同或比其大，且被导入比第2氮化物半导体层(4)更高浓度的碳。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及氮化物半导体装置，尤其是涉及具有晶体管构造的氮化物半导体装置。
技术介绍
以氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)或氮化铟(InN)或它们的混晶体为主成分的氮化物半导体(III族氮化物半导体)是宽带隙半导体，绝缘击穿电场大，另外与硅系半导体或砷化镓(GaAs)系的化合物半导体相比，电子的饱和漂移速度大。因而，在获得高的电子迁移率的同时，能够实现高耐压化。进而，在以面方位的(0001)面为主面的氮化铝镓(AlGaN)与氮化镓(GaN)等的异质界面，由自发极化及压电极化会产生电荷。异质界面的表面载流子浓度(sheet carrier concentration)由于这些极化的效应，即便不特别进行掺杂,也会变为I X IO13CnT2以上。因而，利用异质界面的二维电子气体(2Dimensional ElectronGas:2DEG),可以实现电流密度大的异质结场效应晶体管(Hetero-junction Field EffectTransistor:HFET)。图12中表示具有由AlGaN/GaN构成的异质构造的现有的场效应型晶体管(HFET)的剖面构成(例如、参照专利文献I。)。如图12所示，采用了第I现有例涉及的氮化物半导体的HFET在基板101之上依次形成有:由在低温下生长的GaN构成的低温缓冲层102、由GaN或AlGaN构成的高电阻缓冲层103、无掺杂GaN层105及无掺杂AlGaN层106。无掺杂AlGaN层106之上，分别由Ti层及Al层构成的源电极108及漏电极110相互隔开间隔而形成。无掺杂AlGaN层106之上的源电极108及漏电极110之间的区域形成有由Ni层、Pt层及Au层构成的栅电极109。再有，虽然并未图示，但按照包含各电极在内覆盖无掺杂AlGaN层106的方式形成由氮化硅(SiN)构成的钝化膜。具备这种构造的HFET将在无掺杂AlGaN层106与无掺杂GaN层105的界面生成的二维电子气体用作沟道。例如，若向源电极108与漏电极110之间施加规定的电压，则沟道内的电子从源电极108向漏电极110移动。此时，通过控制施加给栅电极109的电压(偏压)并使该栅电极109正下的耗尽层的厚度变化，能够控制从源电极108向漏电极110移动的电子、即漏极电流。采用了氮化物半导体的HFET中，可观测到被称为电流崩塌的现象，公知在设备动作时会引发问题。电流崩塌被观测为以下现象:例如在将栅极设为断开的期间内，向源极/漏极间及漏极/基板间等施加强的电场，然后即便接通栅电极109，源极/漏极间的沟道电流也会减少，接通电阻增大。专利文献I中，以OV 10V及OV 30V扫描接通状态中的源极/漏极间的电压，将获得的电流值之比的值定义为电流崩塌值。再有，记载着:如果将高电阻缓冲层103的碳浓度设为IO1VcnT3以上且1027cm_3以下、进而将从二维电子气体层到高电阻缓冲层103为止的厚度(以下称为沟道层)设为0.05 μ m以上，则电流崩塌的值成为在实用方面没有问题的等级。另一方面，如果将高电阻缓冲层103的碳浓度设为IO1VcnT3以上、并将沟道层的厚度设为Iym以下，则也可以确保工业电源的情况下所需的耐压400V以上。在先技术文献专利文献专利文献I JP特开2007-251144号公报专利文献2 JP特开2006-339561号公报
技术实现思路
-专利技术所要解决的技术问题-上述的现有例是通过基于接通状态下的电压扫描进行的测量来定义电流崩塌，来设定沟道层的厚度的下限值等。然而，上述的现有例中，若增厚碳浓度低的沟道层，则横向(与基板的主面平行的方向)的漏电流会增加，因此产生耗电上升、且可靠性恶化的问题。再有，若为了抑制横向的漏电流而将沟道层削薄，则如专利文献I所记载的，由于碳浓度高的高电阻缓冲层接近沟道层，故产生电流崩塌的抑制效应劣化的问题。S卩，上述现有的HFET难以兼顾漏电流的降低与电流崩塌的降低。本专利技术鉴于上述的问题，其目的在于:可以实现在氮化物半导体装置中可抑制电流崩塌且降低横向的漏电流的场效应晶体管。-用于解决技术问题的方案-为了达成上述目的，本专利技术使氮化物半导体装置构成为:具备依次形成于基板之上的第I氮化物半导体层、第2氮化物半导体层、第3氮化物半导体层及第4氮化物半导体层，在第3氮化物半导体层中的与第4氮化物半导体层的界面附近形成蓄积有载流子的沟道，第2氮化物半导体层的带隙比第3氮化物半导体层的带隙大，第I氮化物半导体层，其带隙与第2氮化物半导体层的带隙相同或比第2氮化物半导体层的带隙大，且被导入比第2氮化物半导体层更高浓度的碳。根据本专利技术的氮化物半导体装置，由于第2氮化物半导体层的带隙比第3氮化物半导体层大，故从第3氮化物半导体层朝向第2氮化物半导体层的电子因第3氮化物半导体层与第2氮化物半导体层之间的带隙之差而变得难以到达第2氮化物半导体层及第I氮化物半导体层。再有，由于第2氮化物半导体层与第I氮化物半导体层相比，其碳浓度低，故与第3氮化物半导体层同样地，电子难以被捕获，因此电力崩塌变得难以增大。还有，由于第I氮化物半导体层的带隙与第2氮化物半导体层的带隙相同或比第2氮化物半导体层的带隙大，故可以抑制第I氮化物半导体层与第2氮化物半导体层的界面处的自发极化或压电极化引起的二维电子气体的产生。进而，由于第I氮化物半导体层与第2氮化物半导体层相比，其碳浓度高，故第I氮化物半导体层的电阻上升，本专利技术的氮化物半导体装置中的耐压提闻。在本专利技术的氮化物半导体装置中，优选第I氮化物半导体层及第2氮化物半导体层在组成中包含铝。这样一来，可以容易地使第I氮化物半导体层及第2氮化物半导体层的带隙比第3氮化物半导体层的带隙更大。该情况下，优选第4氮化物半导体层包含组成比高于第I氮化物半导体层的铝。这样一来，在第3氮化物半导体层中的与第4氮化物半导体层的界面附近可以可靠地生成二维电子气体。本专利技术的氮化物半导体装置也可以还具备:在第4氮化物半导体层之上相互隔开间隔而形成的源电极及漏电极；和形成于第4氮化物半导体层之上的源电极及漏电极之间的区域的栅电极。该情况下，本专利技术的氮化物半导体装置也可以还具备形成于第4氮化物半导体层与栅电极之间的P型的第5氮化物半导体层。再有，该情况下本专利技术的氮化物半导体装置也可以还具备形成于第4氮化物半导体层与栅电极之间的绝缘膜。-专利技术效果-根据本专利技术涉及的半导体装置，可以实现兼顾了横向漏电流的降低和电流崩塌的抑制的氮化物半导体装置。附图说明图1是表示本专利技术第I实施方式涉及的氮化物半导体装置的示意性剖视图。图2(a)及图2(b)表示本专利技术第I实施方式涉及的氮化物半导体装置中的能带图，图2(a)是栅极区域的纵向的能带图、图2(b)是栅极区域与源极区域之间的纵向的能带图。图3(a) 图3(e)是表示本专利技术第I实施方式涉及的氮化物半导体装置的制造方法的工序顺序的示意性剖视图。图4是表示第2现有例涉及的氮化物半导体装置的示意性剖视图。图5是将第2现有例作为比较例来表示本专利技术第I实施方式涉及的氮化物半导体装置中的漏电流与Ron比的关系的图表。图6是表示第2现有例涉及的氮化物半导体装置中的SMS的测量结果的图表。图7是表示本专利技术第I实施方式涉及的氮化物半导体装置中的SIMS的测量结本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.11.19 JP 2010-2589131.一种氮化物半导体装置，其具备依次形成于基板之上的第I氮化物半导体层、第2氮化物半导体层、第3氮化物半导体层及第4氮化物半导体层， 在上述第3氮化物半导体层中的与上述第4氮化物半导体层的界面附近形成蓄积有载流子的沟道， 上述第2氮化物半导体层的带隙比上述第3氮化物半导体层的带隙大， 上述第I氮化物半导体层，其带隙与上述第2氮化物半导体层的带隙相同或比上述第2氮化物半导体层的带隙大，且被导入比上述第2氮化物半导体层更高浓度的碳。2.根据权利要求1所述的氮化物半导体装置，其中， 上述第I氮化物半导体层及上述第2氮化物半导体...
【专利技术属性】
技术研发人员：好田慎一，石田昌宏，山田康博，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：
国别省市：
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