專利名稱：氮化物半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化物半導(dǎo)體裝 置及其制造方法。
背景技術(shù)：
使用氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置由于其優(yōu)良的材料特性而可改善耐壓和導(dǎo)通電阻之間的權(quán)衡(trade-off)關(guān)系，可實現(xiàn)低導(dǎo)通電阻化和高耐壓化。作為此類氮化物半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的一個實例，有使用了 AlGaN和GaN的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)晶體管。在用該結(jié)構(gòu)實現(xiàn)常截止(normally off)的情況下,使用了通過蝕刻使柵電極下的AlGaN層比其他部分薄的凹陷柵極(recess gate)結(jié)構(gòu)。在此類氮化物半導(dǎo)體裝置中，為得到穩(wěn)定的特性而需要進一步改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施方式提供可實現(xiàn)特性的穩(wěn)定化的氮化物半導(dǎo)體裝置及其制造方法。實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置具備第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層、第三半導(dǎo)體層、第四半導(dǎo)體層、第一電極、第二電極和第三電極。第一半導(dǎo)體層,包括氮化物半導(dǎo)體。第二半導(dǎo)體層，在上述第一半導(dǎo)體層之上設(shè)置，具有上述第一半導(dǎo)體層的禁帶寬度以上的禁帶寬度，且包括氮化物半導(dǎo)體。GaN的第三半導(dǎo)體層，在上述第二半導(dǎo)體層之上設(shè)置。第四半導(dǎo)體層，在上述第三半導(dǎo)體層之上設(shè)置成在一部分具有間隙，具有上述第二半導(dǎo)體層的禁帶寬度以上的禁帶寬度，且包括氮化物半導(dǎo)體。第一電極，在上述第三半導(dǎo)體層之上設(shè)置于沒有設(shè)置上述第四半導(dǎo)體層的部分。第二電極，在上述第四半導(dǎo)體層之上設(shè)置于上述第一電極的一側(cè)，且與上述第四半導(dǎo)體層歐姆接合。第三電極，在上述第四半導(dǎo)體層之上設(shè)置于上述第一電極的另一側(cè)，且與上述第四半導(dǎo)體層歐姆接合。此外，另一實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法，在支承基板上形成第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層、GaN的第三半導(dǎo)體層的工序，上述第一半導(dǎo)體層包括氮化物半導(dǎo)體，上述第二半導(dǎo)體層在上述第一半導(dǎo)體層之上設(shè)置，具有上述第一半導(dǎo)體層的禁帶寬度以上的禁帶寬度，且包括氮化物半導(dǎo)體，上述第三半導(dǎo)體層在上述第二半導(dǎo)體層之上設(shè)置；形成第四半導(dǎo)體層的工序，上述第四半導(dǎo)體層在上述第三半導(dǎo)體層之上設(shè)置成在一部分具有間隙，具有上述第二半導(dǎo)體層的禁帶寬度以上的禁帶寬度，且包括氮化物半導(dǎo)體；以及在上述第三半導(dǎo)體層之上沒有設(shè)置上述第四半導(dǎo)體層的部分形成第一電極，并且在上述第四半導(dǎo)體層之上分別在上述第一電極的兩側(cè)形成第二電極和第三電極的工序。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，可提供能實現(xiàn)特性的穩(wěn)定化的氮化物半導(dǎo)體裝置及其制造方法。


圖1是例示第一實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的示意圖。圖2(a) 圖4(b)是例示第一實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意剖視圖。圖5是例示第二實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。圖6是例示第三實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的示意剖視圖。圖7 (a) 圖10是例示第三實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意首1J視圖。圖11是表示第三實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的另一實例的示意剖視圖。圖12是例示第四實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。
具體實施例方式下面根據(jù)附圖來說明實施方式。再有，附圖是示意或概念性附圖，各部分的厚度和寬度的關(guān)系、部分間的大小之比例系數(shù)等不一定與現(xiàn)實相同。此外，即使是表示相同部分的情況，也有根據(jù)附圖而將互相的尺寸或比例系數(shù)不同地表示的情況。此外，在本申請說明書和各附圖中，關(guān)于已出現(xiàn)的圖，對與已描述的部分相同的要素標注相同標記，以適當?shù)厥÷栽敿毜恼f明。(第一實施方式)圖I是例示第一實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的示意圖。如圖I所示，第一實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置110具備第一半導(dǎo)體層3、 第二半導(dǎo)體層4、第三半導(dǎo)體層5和第四半導(dǎo)體層6。此外，氮化物半導(dǎo)體裝置110具備第一電極10、第二電極8和第三電極9。氮化物半導(dǎo)體裝置110中，隔著在支承基板I之上形成的緩沖層2，而形成有第一半導(dǎo)體層3。這里，為便于說明，將從第一半導(dǎo)體層3朝向第二半導(dǎo)體層4的方向設(shè)為上(上側(cè))，將其相反方向設(shè)為下(下側(cè))。第一半導(dǎo)體層3包括氮化物半導(dǎo)體。第二半導(dǎo)體層4在第一半導(dǎo)體層3之上設(shè)置。第二半導(dǎo)體層4具有第一半導(dǎo)體層3的禁帶寬度以上的禁帶寬度，且包括氮化物半導(dǎo)體。第三半導(dǎo)體層5在第二半導(dǎo)體層4之上設(shè)置。第三半導(dǎo)體層5是氮化物半導(dǎo)體，其鋁的含量比第二半導(dǎo)體層4少。第四半導(dǎo)體層6在第三半導(dǎo)體層5之上在一部分具有間隙的狀態(tài)下設(shè)置。第四半導(dǎo)體層6具有第二半導(dǎo)體層4的禁帶寬度以上的禁帶寬度，且包括氮化物半導(dǎo)體。圖I所示的氮化物半導(dǎo)體裝置110是常截止型的場效應(yīng)晶體管。在本說明書中，“氮化物半導(dǎo)體”包括在Balr^AlYGamiNO)彡a彡I、O≤3≤1、0≤Y≤I、a+≤+ Y≤I)構(gòu)成的化學(xué)式中使組成比a、3和Y在各自的范圍內(nèi)變化的全部組成的半導(dǎo)體。再有，以下的成分也包含于“氮化物半導(dǎo)體”，即還包括在上述化學(xué)式中N (氮)以外的V族元素、還包括用于控制導(dǎo)電型等各種物性而添加的各種元素、以及還包括無意地包含的各種元素。在實施方式中，作為氮化物半導(dǎo)體，以GaN和AlGaN的III-V族氮化物半導(dǎo)體為例。在第一半導(dǎo)體層3中，使用未摻雜的AlxGai_xN(0彡X彡I)。作為一個實例，在實施方式中，第一半導(dǎo)體層3是GaN。第一半導(dǎo)體層3作為溝道層發(fā)揮功能。這里,未摻雜指沒有故意地摻入雜質(zhì)的狀態(tài)。在第二半導(dǎo)體層4中，使用未摻雜或n型的AlYGai_YN(0彡Y彡1、X彡Y)。作為一個實例，在實施方式中，第二半導(dǎo)體層4是Al組成為百分之25 (% )的AlGaN。在第三半導(dǎo)體層5中，是作為不含反應(yīng)性高的Al的氮化物半導(dǎo)體的GaN。GaN是化學(xué)性穩(wěn)定，與AlGaN相比難以氧化,難以與其他雜質(zhì)結(jié)合的材料。第三半導(dǎo)體層5在作為 AlGaN的第二半導(dǎo)體層4之上形成。第二半導(dǎo)體層4和第三半導(dǎo)體層5的厚度成為在第三半導(dǎo)體層5和第二半導(dǎo)體層4的界面不生成二維電子氣7的厚度。在第四半導(dǎo)體層6中，使用未摻雜或n型的AlzGai_zN(0彡Z彡1、X彡Z)。作為一個實例，在實施方式中，第四半導(dǎo)體層6是Al組成為25%的AlGaN。在實施方式中，第四半導(dǎo)體層6具有與第二半導(dǎo)體層4相同的禁帶寬度。第四半導(dǎo)體層6在第三半導(dǎo)體層5之上在一部分具有間隙的狀態(tài)下設(shè)置。具體地，在形成后述的第一電極10的區(qū)域以外設(shè)置。第四半導(dǎo)體層6的厚度是在第三半導(dǎo)體層 5和第二半導(dǎo)體層4的界面生成二維電子氣7的足夠的厚度。第一電極10在第三半導(dǎo)體層5上沒有設(shè)置第四半導(dǎo)體層6的部分設(shè)置。第一電極10隔著在第三半導(dǎo)體層5上設(shè)置的絕緣膜11而形成。在實施方式中，第一電極10是柵電極。該柵電極是MIS (Metal Insulator Semiconductor,金屬絕緣層半導(dǎo)體)型柵電極。 再有，柵電極的結(jié)構(gòu)不限于MIS型，也可以是第三半導(dǎo)體層5和第一電極10進行了肖特基接合的肖特基柵電極。第二電極8在第四半導(dǎo)體層6之上設(shè)于第一電極10的一側(cè)。第二電極8與第四半導(dǎo)體層6歐姆接合。在實施方式中，第二電極8是源電極。第三電極9在第四半導(dǎo)體層6之上設(shè)于第一電極10的另一側(cè)(與設(shè)置第二電極 8側(cè)相反的一側(cè))。第三電極9與第四半導(dǎo)體層6歐姆接合。在實施方式中，第三電極9是漏電極。在此類氮化物半導(dǎo)體裝置110中，作為柵電極的第一電極10的正下方的半導(dǎo)體層，成為比作為源電極和漏電極的第二電極8和第三電極9的正下方的半導(dǎo)體層薄的凹陷結(jié)構(gòu)。在凹陷結(jié)構(gòu)中，位于第一電極10之下的AlGaN的第二半導(dǎo)體層4和GaN的第三半導(dǎo)體層5的厚度薄，因此在作為溝道層的第一半導(dǎo)體層3和第二半導(dǎo)體層4的界面不會產(chǎn)生二維電子氣7。因此，氮化物半導(dǎo)體裝置110成為常截止型的場效應(yīng)晶體管。此外，在凹陷結(jié)構(gòu)以外的部分，成為AI GaN和GaN所形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)低電阻。這樣，可實現(xiàn)低電阻且耐高壓的常截止型的氮化物半導(dǎo)體裝置。
圖2 圖4是例示第一實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意剖視圖。首先，如圖2 (a)所示，在例如SiC的支承基板I之上，形成例如AlN的緩沖層2。 接著，在緩沖層2之上，形成例如GaN的第一半導(dǎo)體層3，在第一半導(dǎo)體層3之上形成例如 AlGaN的第二半導(dǎo)體層4，在第二半導(dǎo)體層之上形成例如GaN的第三半導(dǎo)體層5。第一半導(dǎo)體層3、第二半導(dǎo)體層4和第三半導(dǎo)體層5通過外延成長而連續(xù)地形成。即，從第一半導(dǎo)體層3開始直到形成第三半導(dǎo)體層5為止，不從外延生長的爐中取出。接著，如圖2(b)所示，在形成到第三半導(dǎo)體層5的狀態(tài)下從外延生長的爐中取出， 在第三半導(dǎo)體層5之上形成絕緣膜13。絕緣膜13例如是Si02。將絕緣膜13的形成后述的第四半導(dǎo)體層6的部分除去，而僅剩余形成第一電極10的部分。接著，如圖3(a)所示，以絕緣膜13為掩模材料，而在第三半導(dǎo)體層5之上形成例如AlGaN的第四半導(dǎo)體層6。第四半導(dǎo)體層6通過外延生長而在絕緣膜13以外的部分形成。在形成第四半導(dǎo)體層6之后，如圖3(b)所示那樣，除去絕緣膜13。接著，如圖4(a)所示，形成絕緣膜11以覆蓋第四半導(dǎo)體層6和第三半導(dǎo)體層5的露出部分。然后，如圖4(b)所示，除去第四半導(dǎo)體層6之上的一部分的絕緣膜11，在沒有形成第四半導(dǎo)體層6的部分形成作為柵電極的第一電極10。而且，在除去第四半導(dǎo)體層6上的一部分的絕緣膜11的部分(第四半導(dǎo)體層6的露出部分)，形成作為源電極的第二電極 8和作為漏電極的第三電極9。這樣，氮化物半導(dǎo)體裝置110完成。在實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置110中，決定場效應(yīng)晶體管的閾值的第二半導(dǎo)體層(AlGaN) 4的厚度和第三半導(dǎo)體層(GaN) 5的厚度由外延生長的條件正確地決定。因此，與通過半導(dǎo)體層的蝕刻來實現(xiàn)凹陷結(jié)構(gòu)的情況相比，可使場效應(yīng)晶體管的閾值均勻。再有，在形成作為柵電極的第一電極10的區(qū)域以外形成的第四半導(dǎo)體層 (AlGaN) 6，通過再生長而較厚地形成，因此在與該部分對應(yīng)的第一半導(dǎo)體層(GaN) 3和第二半導(dǎo)體層(AlGaN)4的界面產(chǎn)生二維電子氣7，可實現(xiàn)低電阻。在實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置110中，不從爐中取出地從第一半導(dǎo)體層3 到第三半導(dǎo)體層5連續(xù)進行外延生長。因此，將半導(dǎo)體層的層疊體從爐中取出是在層疊體的最上層(最表面)形成GaN之后。GaN與AlGaN相比化學(xué)性穩(wěn)定,難以氧化。因此,在形成層疊體后，從爐中暫時取出，在形成作為掩模材料的絕緣膜13之后，再次回到爐中而使第四半導(dǎo)體層6外延生長，此時，可在氧化影響小的GaN之上結(jié)晶生長作為AlGaN的第四半導(dǎo)體層6。這里，若在層疊體的最上層為AlGaN的狀態(tài)下從爐中取出，則由于Al反應(yīng)性高，因此易于在AlGaN的層表面形成薄氧化膜，或者易于與雜質(zhì)結(jié)合而使在其上形成的半導(dǎo)體層中形成結(jié)晶缺陷和結(jié)晶缺陷所導(dǎo)致的陷阱能級。在此類陷阱能級存在時，載流子或被捕獲， 或被釋放，從而成為特性變化的原因。此外，因通過陷阱而形成導(dǎo)電路徑，成為峰值電流的增加和耐壓下降的重要原因。在實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置110中，在層疊體的最上層難以氧化的GaN 的狀態(tài)下從爐中取出，因此使在GaN之上再次進行外延生長的層中難以產(chǎn)生結(jié)晶缺陷。此類陷阱能級難以形成，可抑制場效應(yīng)晶體管的閾值偏差。因此，可實現(xiàn)特性異常少和特性變化少的氮化物半導(dǎo)體裝置110。
(第二實施方式)圖5是例示第二實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。對于第二實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置112，以與第一實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置110的不同點為中心來進行說明。氮化物半導(dǎo)體裝置112在第三半導(dǎo)體層5、第四半導(dǎo)體層6之間具備第五半導(dǎo)體層 12。第五半導(dǎo)體層12包括n型的氮化物半導(dǎo)體。作為一個實例，在實施方式中，使用摻雜為n型的AlGaN。在第四半導(dǎo)體層6摻雜為n型的情況下,第五半導(dǎo)體層12的摻雜濃度比第四半導(dǎo)體層6的摻雜濃度高。第五半導(dǎo)體層12的摻雜的濃度優(yōu)選為例如I X IO18CnT3 以上。
第五半導(dǎo)體層12通過外延生長而在第三半導(dǎo)體層5之上形成。在第五半導(dǎo)體層 12之上，通過外延生長而連續(xù)地形成第四半導(dǎo)體層6。在設(shè)有第五半導(dǎo)體層12時，可補償再生長界面的陷阱能級。即，如第一實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置110那樣，即使在第三半導(dǎo)體層5之上結(jié)晶生長第四半導(dǎo)體層6 的情況下，也可能在再生長界面稍形成陷阱能級。通過將作為高濃度摻雜層的第五半導(dǎo)體層12在第三半導(dǎo)體層5和第四半導(dǎo)體層6之間設(shè)置，能夠補償再生長界面的陷阱能級。S卩，通過第五半導(dǎo)體層12，被捕獲的載流子的再釋放變得容易。此外，通過第五半導(dǎo)體層12而在再生長界面不作用電場，因此難以發(fā)生載流子捕獲。因此，可實現(xiàn)特性變化少的氮化物半導(dǎo)體裝置112。再有，在作為高濃度摻雜層的第五半導(dǎo)體層12的厚度大時，經(jīng)由該高濃度摻雜層而產(chǎn)生導(dǎo)電通路，與峰值電流的增加和耐壓下降有關(guān)聯(lián)。因此，第五半導(dǎo)體層12需要設(shè)為進行耗盡化而不存在自由載流子的厚度。具體地，第五半導(dǎo)體層12的厚度優(yōu)選為5納米 (nm)以下。(第三實施方式)圖6是例示第三實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的構(gòu)成的示意剖視圖。對于第三實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置113，以與第一實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置110的不同點為中心來進行說明。在第三實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置113中，第三半導(dǎo)體層5在第二半導(dǎo)體層4的一部分上設(shè)置。此外，第四半導(dǎo)體層6在第二半導(dǎo)體層4之上，在以第三半導(dǎo)體層5為中間的兩側(cè)設(shè)置。在第三實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置113中，在第二半導(dǎo)體層4和第四半導(dǎo)體層6之間沒有設(shè)置第三半導(dǎo)體層5。因此，與第三半導(dǎo)體層5存在的情況相比，可使作為源電極的第二電極8和作為漏電極的第三電極9與第四半導(dǎo)體層6和第二半導(dǎo)體層4之間的歐姆電阻下降。圖7 圖10是例示第三實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法的示意剖視圖。首先，如圖7(a)所示，在例如SiC的支承基板I之上，形成例如AlN的緩沖層2。 接著，在緩沖層2之上，形成例如GaN的第一半導(dǎo)體層3，在第一半導(dǎo)體層3之上形成例如AlGaN的第二半導(dǎo)體層4，在第二半導(dǎo)體層之上形成例如GaN的第三半導(dǎo)體層5。第一半導(dǎo)體層3、第二半導(dǎo)體層4和第三半導(dǎo)體層5通過外延成長而連續(xù)地形成。即，從第一半導(dǎo)體層3開始直到形成第三半導(dǎo)體層5為止，不從外延生長的爐中取出。
接著，如圖7(b)所示，在形成到第三半導(dǎo)體層5的狀態(tài)下從外延生長的爐中取出， 在第三半導(dǎo)體層5之上形成絕緣膜13。絕緣膜13是例如Si02。將絕緣膜13的形成后述的第四半導(dǎo)體層6的部分除去，而僅剩余形成第一電極10的部分。接著，如圖8(a)所示，以絕緣膜13為掩模材料，而將第三半導(dǎo)體層5有選擇地蝕亥IJ。第三半導(dǎo)體層5的有選擇的蝕刻通過例如氫和氨的混合環(huán)境氣體中進行的熱處理來進行。這樣，第三半導(dǎo)體層5將由絕緣膜3遮擋的部分以外除去。接著，如圖8(b)所示，以絕緣膜13為掩模材料，在第三半導(dǎo)體層5之上形成例如 AlGaN的第四半導(dǎo)體層6。第四半導(dǎo)體層6在露出的第二半導(dǎo)體層4之上通過外延生長而在絕緣膜13以外的部分形成。在形成第四半導(dǎo)體層6之后，如圖9(b)所示那樣，除去絕緣膜13。接著，如圖9 (b)所示，形成絕緣膜11，以覆蓋第四半導(dǎo)體層6和第三半導(dǎo)體層5的露出部分。然后，如圖10所示，除去第四半導(dǎo)體層6上的一部分的絕緣膜11，在沒有形成第四半導(dǎo)體層6的部分形成作為柵電極的第一電極10。而且，在除去了第四半導(dǎo)體層6上的一部分的絕緣膜11的部分(第四半導(dǎo)體層6的露出部分)，形成作為源電極的第二電極8 和作為漏電極的第三電極9。這樣，氮化物半導(dǎo)體裝置113完成。在第三實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置113中，也與第一實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置Iio同樣,位于第一電極10之下的AlGaN的第二半導(dǎo)體層4和GaN的第三半導(dǎo)體層5的厚度薄，因此在作為溝道層的第一半導(dǎo)體層3和第二半導(dǎo)體層4的界面不產(chǎn)生二維電子氣。因此，氮化物半導(dǎo)體裝置110成為常截止型的場效應(yīng)晶體管。決定場效應(yīng)晶體管的閾值的第二半導(dǎo)體層(AlGaN) 4的厚度和第三半導(dǎo)體層(GaN) 5的厚度由外延生長的條件正確地決定。因此，與通過半導(dǎo)體層的蝕刻來實現(xiàn)凹陷結(jié)構(gòu)的情況相比，可使場效應(yīng)晶體管的閾值均勻。再有，在形成作為柵電極的第一電極10的區(qū)域以外形成的第四半導(dǎo)體層 (AlGaN) 6，通過再生長而較厚地形成，因此在與該部分對應(yīng)的第一半導(dǎo)體層(GaN) 3和第二半導(dǎo)體層(AlGaN)4的界面產(chǎn)生二維電子氣7，可實現(xiàn)低電阻。再有，在第三實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置113中，由于將作為柵電極的第一電極10正下方以外的第三半導(dǎo)體層(GaN)5除去，因此可抑制GaN的存在所導(dǎo)致的歐姆電阻的增加。還有，在氮化物半導(dǎo)體裝置113的制造方法中，在進行圖8(b)所示的第四半導(dǎo)體層6的外延生長之前，可對圖8(a)所示的第二半導(dǎo)體層(AlGaN)4施行熱清洗(thermal cleaning)。熱清洗是將第二半導(dǎo)體層4露出的支承基板I投入到進行外延生長的爐中，力口熱到預(yù)定的溫度以除去第二半導(dǎo)體層4的表面氧化物的處理。在對第二半導(dǎo)體層4實施了熱清洗的情況下，將第二半導(dǎo)體層4的表面稍除去。圖11是表示第三實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的另一實例的示意剖視圖。在圖11所示的氮化物半導(dǎo)體裝置113A中，對第二半導(dǎo)體層4實施了熱清洗。因此，與第一電極10正下方的第二半導(dǎo)體層4的厚度相比，第四半導(dǎo)體層6正下方的第二半導(dǎo)體層4的厚度變薄。通過對第二半導(dǎo)體層4的熱清洗而除去第二半導(dǎo)體層4的表面氧化物等，在該狀態(tài)下使第四半導(dǎo)體層6進行外延生長。因此，在第四半導(dǎo)體層5的生長時，可抑制結(jié)晶缺陷的產(chǎn)生，可實現(xiàn)特性異常少和特性變化少的氮化物半導(dǎo)體裝置113A。(第四實施方式)圖12是例示第四實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置的示意剖視圖。對于第四實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置114，以與第三實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置113的不同點為中心來進行說明。氮化物半導(dǎo)體裝置114在第二半導(dǎo)體層4、第四半導(dǎo)體層6之間具備第五半導(dǎo)體層 12。第五半導(dǎo)體層12與第二實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置112相同。S卩，第五半導(dǎo)體層12包括n型的氮化物半導(dǎo)體。此外，第五半導(dǎo)體層12的厚度優(yōu)選為例如5nm以下。在設(shè)置第五半導(dǎo)體層12時，可補償再生長界面的陷阱能級。即，如第三實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置113那樣，在第二半導(dǎo)體層4之上結(jié)晶生長第四半導(dǎo)體層6的情況下，也可能在再生長界面稍形成陷阱能級。于是，通過將作為高濃度摻雜層的第五半導(dǎo)體層12在第二半導(dǎo)體層4和第四半導(dǎo)體層6之間設(shè)置，而可補償再生長界面的陷阱能級。S卩，通過第五半導(dǎo)體層12，被捕捉的載流子的再釋放變得容易。此外，通過第五半導(dǎo)體層12而在再生長界面不作用電場，因此難以發(fā)生載流子捕獲。因此，可實現(xiàn)特性變化少的氮化物半導(dǎo)體裝置114。再有，雖然說明了上述實施方式，但本發(fā)明并不限于這些實例。例如，在實施方式中，作為半導(dǎo)體層而說明了 AlGaN和GaN的組合，但是，也可用GaN和InGaN、AlN和AlGaN 等的組合來實施。此外，對于緩沖層2的結(jié)構(gòu)和厚度，只要能在其上形成結(jié)晶品質(zhì)良好的GaN層等即可。另外，對于支承基板I只要能夠形成結(jié)晶品質(zhì)良好的GaN層等則可以是任意結(jié)構(gòu)和厚度。另外，在實施方式中，對場效應(yīng)晶體管的實例進行說明，但是，也可容易地適用于肖特基勢壘二極管等其他元件。如上所述，根據(jù)實施方式涉及的氮化物半導(dǎo)體裝置及其制造方法，在通過半導(dǎo)體層的再生長來形成凹陷結(jié)構(gòu)的情況下，可抑制再生長界面的缺陷形成，且可實現(xiàn)閾值偏差小的常截止型氮化物半導(dǎo)體裝置。因此，可提供特性穩(wěn)定的氮化物半導(dǎo)體裝置。雖然說明了上述實施方式及其變形例，但本發(fā)明并不限于這些實例。例如，對于上述各實施方式或其變形例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可適當?shù)剡M行要素的添加、刪除、設(shè)計改變或者將各實施方式的特 征適當組合，只要具備本發(fā)明的主旨，便包括在本發(fā)明的范圍中。雖然說明了本發(fā)明的幾個實施方式，但是，這些實施方式僅作為實例而舉出，并不意在限定發(fā)明范圍。這些新穎的實施方式能以其他各種方式實施，在不脫離發(fā)明主旨的范圍內(nèi)可進行各種省略、替換、改變。這些實施方式及其變形皆包含在發(fā)明的范圍和主旨中， 且包含在權(quán)利要求書記載的發(fā)明及其等價的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備 第一半導(dǎo)體層，包括氮化物半導(dǎo)體； 第二半導(dǎo)體層，在上述第一半導(dǎo)體層之上設(shè)置，具有上述第一半導(dǎo)體層的禁帶寬度以上的禁帶寬度，且包括氮化物半導(dǎo)體； GaN的第三半導(dǎo)體層，在上述第二半導(dǎo)體層之上設(shè)置； 第四半導(dǎo)體層，在上述第三半導(dǎo)體層之上設(shè)置成在一部分具有間隙，具有上述第二半導(dǎo)體層的禁帶寬度以上的禁帶寬度，且包括氮化物半導(dǎo)體； 第一電極，在上述第三半導(dǎo)體層之上設(shè)置于沒有設(shè)置上述第四半導(dǎo)體層的部分； 第二電極，在上述第四半導(dǎo)體層之上設(shè)置于上述第一電極的一側(cè)，且與上述第四半導(dǎo)體層歐姆接合；和 第三電極，在上述第四半導(dǎo)體層之上設(shè)置于上述第一電極的另一側(cè)，且與上述第四半導(dǎo)體層歐姆接合。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 還具備第五半導(dǎo)體層，該第五半導(dǎo)體層在上述第三半導(dǎo)體層和上述第四半導(dǎo)體層之間設(shè)置，且包括n型氮化物半導(dǎo)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 上述第五半導(dǎo)體層包括AlmGa1Ji其中，0 < m < I。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 上述第一半導(dǎo)體層包括AlxGai_xN，其中，0 < X < 1， 上述第二半導(dǎo)體層包括AlYGai_YN，其中，OS Y < I、X < Y， 上述第四半導(dǎo)體層包括AlzGa1J,其中，0彡Z彡I、X彡Z。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 還具備絕緣層，該絕緣層在上述第三電極和上述第三半導(dǎo)體層之間設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 上述第三電極與上述第三半導(dǎo)體層之間進行肖特基接合。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 上述第一半導(dǎo)體層包括常截止型晶體管的溝道。
8.一種氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備 第一半導(dǎo)體層，包括氮化物半導(dǎo)體； 第二半導(dǎo)體層，在上述第一半導(dǎo)體層之上設(shè)置，具有上述第一半導(dǎo)體層的禁帶寬度以上的禁帶寬度，且包括氮化物半導(dǎo)體； GaN的第三半導(dǎo)體層，在上述第二半導(dǎo)體層之上的一部分設(shè)置； 第四半導(dǎo)體層，在上述第二半導(dǎo)體層之上在以上述第三半導(dǎo)體層為中間的兩側(cè)設(shè)置，具有上述第二半導(dǎo)體層的禁帶寬度以上的禁帶寬度，且包括氮化物半導(dǎo)體； 第一電極，在上述第三半導(dǎo)體層之上設(shè)置于沒有設(shè)置上述第四半導(dǎo)體層的部分； 第二電極，在上述第四半導(dǎo)體層之上設(shè)置于上述第一電極的一側(cè)，且與上述第四半導(dǎo)體層歐姆接合；和 第三電極，在上述第四半導(dǎo)體層之上設(shè)置于上述第一電極的另一側(cè)，且與上述第四半導(dǎo)體層歐姆接合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 上述第一半導(dǎo)體層包括AlxGai_xN，其中，O ≤X ≤1， 上述第二半導(dǎo)體層包括AlYGai_YN，其中，O ≤Y ≤I、X ≤Y， 上述第四半導(dǎo)體層包括AlzGa1J,其中，O≤Z≤I、X≤Z。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 還具備第五半導(dǎo)體層，該第五半導(dǎo)體層在上述第二半導(dǎo)體層和上述第四半導(dǎo)體層之間設(shè)置，且包括n型氮化物半導(dǎo)體。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 上述第五半導(dǎo)體層包括AlmGa1Ji其中，0 ≤m ≤I。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 還具備絕緣層，該絕緣層在上述第三電極和上述第三半導(dǎo)體層之間設(shè)置。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 上述第三電極與上述第三半導(dǎo)體層之間進行肖特基接合。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的氮化物半導(dǎo)體裝置，其特征在于 上述第一半導(dǎo)體層包括常截止型晶體管的溝道。
15.一種氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，具備以下工序 在支承基板上形成第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層、GaN的第三半導(dǎo)體層的工序，上述第一半導(dǎo)體層包括氮化物半導(dǎo)體，上述第二半導(dǎo)體層在上述第一半導(dǎo)體層之上設(shè)置，具有上述第一半導(dǎo)體層的禁帶寬度以上的禁帶寬度，且包括氮化物半導(dǎo)體，上述第三半導(dǎo)體層在上述第二半導(dǎo)體層之上設(shè)置； 形成第四半導(dǎo)體層的工序，上述第四半導(dǎo)體層在上述第三半導(dǎo)體層之上設(shè)置成在一部分具有間隙，具有上述第二半導(dǎo)體層的禁帶寬度以上的禁帶寬度，且包括氮化物半導(dǎo)體；和在上述第三半導(dǎo)體層之上沒有設(shè)置上述第四半導(dǎo)體層的部分形成第一電極，并且在上述第四半導(dǎo)體層之上分別在上述第一電極的兩側(cè)形成第二電極和第三電極的工序。
16.一種氮化物半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，具備 在支承基板上形成第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層、GaN的第三半導(dǎo)體層的工序，上述第一半導(dǎo)體層包括氮化物半導(dǎo)體，上述第二半導(dǎo)體層在上述第一半導(dǎo)體層之上設(shè)置，具有上述第一半導(dǎo)體層的禁帶寬度以上的禁帶寬度，且包括氮化物半導(dǎo)體，上述第三半導(dǎo)體層在上述第二半導(dǎo)體層之上的一部分設(shè)置； 形成第四半導(dǎo)體層的工序，上述第四半導(dǎo)體層在上述第二半導(dǎo)體層之上在以上述第三半導(dǎo)體層為中間的兩側(cè)形成，上述第四半導(dǎo)體層具有上述第二半導(dǎo)體層的禁帶寬度以上的禁帶寬度，且包括氮化物半導(dǎo)體；和 在上述第三半導(dǎo)體層之上沒有設(shè)置上述第四半導(dǎo)體層的部分形成第一電極，并且在上述第四半導(dǎo)體層之上分別在上述第一電極的兩側(cè)形成第二電極和第三電極的工序。
全文摘要
一種氮化物半導(dǎo)體裝置，具備第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層、GaN的第三半導(dǎo)體層、第四半導(dǎo)體層、第一電極、第二電極和第三電極。第一半導(dǎo)體層包括氮化物半導(dǎo)體。第二半導(dǎo)體層在第一半導(dǎo)體層上設(shè)置，具有第一半導(dǎo)體層的禁帶寬度以上的禁帶寬度，包括氮化物半導(dǎo)體。第三半導(dǎo)體層在第二半導(dǎo)體層上設(shè)置。第四半導(dǎo)體層在第三半導(dǎo)體層上設(shè)置成在一部分具有間隙，具有第二半導(dǎo)體層的禁帶寬度以上的禁帶寬度，包括氮化物半導(dǎo)體。第一電極在第三半導(dǎo)體層上設(shè)置于沒有設(shè)置第四半導(dǎo)體層的部分。第二電極在第四半導(dǎo)體層上設(shè)置于第一電極的一側(cè)，與第四半導(dǎo)體層歐姆接合。第三電極在第四半導(dǎo)體層上設(shè)置于第一電極的另一側(cè)，與第四半導(dǎo)體層歐姆接合。
文檔編號H01L29/06GK102623494SQ201110254450
公開日2012年8月1日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者吉岡啟, 大野哲也, 齋藤涉, 藤本英俊, 齊藤泰伸 申請人:株式會社東芝