專利名稱：氮化物基半導(dǎo)體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氮化物基半導(dǎo)體器件及其制造方法。更具體而言，本發(fā)明涉及可以改善勢壘層的表面粗糙度、并且可以通過(例如)抑制鋁(Al)和氧(0)的彼此結(jié)合來降低表面泄漏電流的氮化物基半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著信息通訊技術(shù)的全球性大發(fā)展，用于高速大容量信號(hào)通訊的通訊技術(shù)已經(jīng)得到迅速發(fā)展。特別是，隨著對個(gè)人移動(dòng)電話(PCS)、衛(wèi)星通訊、軍事雷達(dá)、廣播通訊、通訊中繼等無線通訊技術(shù)的需求的提高，對微波頻段和毫米波頻段的高速信息通訊系統(tǒng)所需的電力電子器件的需求也已經(jīng)提高。因此，人們正積極致力于對高功率電子器件和功耗進(jìn)行研究。特別是，由于GaN基氮化物半導(dǎo)體具有有利的性質(zhì)，例如具有高能隙、高熱穩(wěn)定性、高化學(xué)穩(wěn)定性和高電子飽和速度(例如為大約3X IO7厘米每秒(cm/sec))，因此，所述氮化物半導(dǎo)體可以被容易地用作照明器件和高頻高功率電子器件。因此，在全世界范圍內(nèi)，人們正積極致力于研究該氮化物半導(dǎo)體?；贕aN基氮化物半導(dǎo)體的電子器件可具有多種優(yōu)勢，例如，高擊穿電場(例如為大約3X IO6伏特每厘米(V/cm))、最大的電流密度、穩(wěn)定的高溫工作性、高導(dǎo)熱性等。由(例如)招鎵氮化物(AlGaN)和氮化鎵(GaN)異質(zhì)結(jié)形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)場效應(yīng)晶體管(heterostructurefIeld effect transistor,HFET)在結(jié)界面(junction interface)處具有高的能帶不連續(xù)性，因此，在該界面處可釋放出高密度的電子，由此電子遷移率可提高。因此，HFET可用作高功率器件。在制造AlGaN/GaN HFET和肖特基勢壘二極管(SBD)時(shí)，在金屬和半導(dǎo)體的結(jié)合處，具有歐姆特性的歐姆電極和具有肖特基特性的肖特基電極是重要的。歐姆電極可以指其中電流可在電極和半導(dǎo)體之間自由轉(zhuǎn)移的電極。肖特基電極可具有的特征在于:電流不可反向流動(dòng)。為了改善AlGaN/GaN HFET和SBD的特性，溝道層的電子遷移率應(yīng)當(dāng)高，歐姆接觸電阻應(yīng)當(dāng)?shù)停⑶倚ぬ鼗姌O的肖特基勢壘高度應(yīng)當(dāng)高。然而，在具有高電子遷移率的AlGaN/GaN HFET結(jié)構(gòu)中，具有相對較高的肖特基勢壘高度的肖特基結(jié)可能具有這樣的缺點(diǎn):由于AlGaN表面不穩(wěn)定，所以沿表面流動(dòng)的泄漏電流可能會(huì)使器件性能降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種氮化物基半導(dǎo)體器件及其制造方法，該氮化物基半導(dǎo)體器件及其制造方法可以改善勢壘層的表面粗糙度，并且可以通過(例如)抑制鋁(Al)和氧(0)的彼此結(jié)合來降低表面泄漏電流。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種氮化物基半導(dǎo)體器件，其包括:襯底；在所述襯底上形成的氮化鎵(GaN)層；在所述GaN層上形成的勢壘層，所述勢壘層具有與所述GaN層不同的帶隙能；以及在所述勢壘層上形成的硅碳氮化物(SixChN)功能層。所述SixChN功能層中的X的值可以在0〈x〈l的范圍內(nèi)。所述SixCVxN功能層中的SixCVxN可以對應(yīng)于單晶Six(VxN、多晶SixU和無定形SixCpxN中的至少一種。所述SixCVxN功能層的厚度可以在0.1納米(nm)至IOOnm的范圍內(nèi)。所述勢壘層可以包含至少一層由具有式I的材料形成的層:[式I]AlyInzGa1^yN,其中0.1彡y彡I并且0彡z彡0.3。可以在所述勢壘層上形成低溫GaN層?！暗蜏谿aN層”是指在低溫下生長成的GaN層，尤其是在500°C和650°C之間的溫度下生長成的GaN層。所述襯底可以由選自由藍(lán)寶石、硅(Si)、氮化鋁(A1N)、碳化硅(SiC)和GaN組成的組中的一種形成。所述氮化物 基半導(dǎo)體器件可以為正常開啟器件、正常關(guān)斷器件和肖特基勢壘二極管中的任意一種。 所述肖特基勢壘二極管中的歐姆電極可以由選自由鉻(Cr )、Al、鉭(Ta)、鈦(Ti )、金(Au)、鎳(Ni)和鉬(Pt)組成的組中的材料形成。所述肖特基勢壘二極管中的肖特基電極可以由選自由N1、Au、銅銦氧化物(CuInO2),銦錫氧化物(ITO)、Pt、以及它們的合金組成的組中的材料形成。本發(fā)明的另一個(gè)方面還提供了一種制造氮化物基半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括:在襯底上形成GaN層；在所述GaN層上形成與所述GaN層具有不同的帶隙能的勢壘層；以及在所述勢壘層上形成SixC1J功能層。在形成所述SixC1J功能層的過程中，可以使用四溴甲烷(CBr4)作為碳(C)源，可以使用二叔丁基硅烷(DTBSI)作為Si源，并且可以使用氨(NH3)作為氮(N)源?？梢岳媒饘儆袡C(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法通過原位工藝(in-situ process)形成所述SixCVxN功能層。所述SixCVxN功能層中的X的值可以在0〈x〈l的范圍內(nèi)。所述SixCVxN功能層中的SixCVxN可以對應(yīng)于單晶Six(VxN、多晶SixU和無定形SixCpxN中的至少一種。所述SixCVxN功能層的厚度可以在0.1nm至IOOnm的范圍內(nèi)。所述勢壘層可以包含至少一層由具有式I的材料形成的層:[式I]AlyInzGa1^yN,其中0.1彡y彡I并且0彡z彡0.3。本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種氮化物基半導(dǎo)體器件，其包括:襯底；在所述襯底上形成的氮化物半導(dǎo)體層；在所述氮化物半導(dǎo)體層上形成的勢壘層，所述勢壘層具有與所述氮化物半導(dǎo)體層不同的帶隙能；以及在所述勢壘層上形成的硅碳氮化物(SixChN)功能層。所述SixCVxN功能層中的X的值可以在0〈x〈l的范圍內(nèi)。“在襯底上形成的氮化物半導(dǎo)體層”是在襯底上形成的緩沖層或溝道層，所述氮化物半導(dǎo)體層除了可以是GaN以外，也可以是在襯底上形成例如InN、AIN、AlGaN, GaInN,AlInGaN?？梢栽谒鰟輭緦由闲纬傻蜏谿aN層和p-型氮化物半導(dǎo)體層中至少之一。所述SixChN功能層可以在所述的低溫GaN層和P-型氮化物半導(dǎo)體層中至少之一上形成。所述SixCVxN功能層可以直接在所述勢壘層上形成。


通過以下對示例性實(shí)施方案的說明并結(jié)合以下附圖，本發(fā)明的這些和/或其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得明顯，并且更加容易理解。圖1為示出本發(fā)明實(shí)施方案的氮化物基半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的橫截面圖；圖2A為本發(fā)明實(shí)施方案的氮化物基半導(dǎo)體器件的一部分的透射電子顯微鏡(TEM)照片；圖2B為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，對原子組成進(jìn)行測量而獲得的數(shù)據(jù)的曲線圖；圖3A是在比較例(常規(guī)技術(shù))的不具有硅碳氮化物(SixCVxN)功能層的氮化物基半導(dǎo)體器件中，勢壘層的表面的原子力顯微鏡(AFM)照片；圖3B是在本發(fā)明實(shí)施方案的包括SixCVxN功能層的氮化物基半導(dǎo)體器件中，勢壘層的表面的AFM照片；圖4A為示出在比較例(常規(guī)技術(shù))的不具有SixCVxN功能層的氮化物基半導(dǎo)體器件中，利用傳輸線測量(TLM)模型測得的電流-電壓(1-V)特性的曲線圖；圖4B為示出在本發(fā)明實(shí)施方案的包括SixChN功能層的氮化物基半導(dǎo)體器件中，利用TLM模型測得的1-V特性的曲線圖；圖5為示出對比較例的不具有SixChN功能層的肖特基勢壘二極管進(jìn)行測量獲得的正向1-V特性、以及對本發(fā)明實(shí)施方案的包括SixChN功能層的肖特基勢壘二極管進(jìn)行測量獲得的正向1-V特性的曲線圖；以及圖6為示出比較例中不具有SixChN功能層的肖特基勢壘二極管的泄漏電流特性和本發(fā)明實(shí)施方案的包括SixChN功能層的肖特基勢壘二極管的泄漏電流特性的曲線圖。
具體實(shí)施方案現(xiàn)在將詳細(xì)涉及本發(fā)明的示例性實(shí)施方案，其例子在附圖中示出，其中同樣的參考標(biāo)記始終表示同樣的元件。下面參照附圖對各示例性實(shí)施方案進(jìn)行描述，從而對本發(fā)明加以說明。在本申請的全文中，當(dāng)述及在某層、某側(cè)、某芯片等“上”(on)或“下”(under)形成某層、某側(cè)、某芯片以及類似的各種情況時(shí)，術(shù)語“在……上”可以包括“直接在……上”和“通過在它們之間插入另外的元件而間接地在……上”，術(shù)語“在……下”可以包括“直接在……下”和“通過在它們之間插入另外的元件而間接地在……下”?？梢愿鶕?jù)相應(yīng)的附圖來確定各元件的“上”或“下”的非限定性例子。為了便于繪圖，圖中各元件的尺寸可能被放大，并且可以不表示該元件的實(shí)際尺寸。接下來，將參照附圖對本發(fā)明的示例性實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述。然而，本發(fā)明并不限于所描述的實(shí)施方案。圖1為示出本發(fā)明實(shí)施方案的氮化物基半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的橫截面圖。參照圖1，氮化物基半導(dǎo)體器件可以包括:襯底100 ;在襯底100上形成的氮化物半導(dǎo)體層200 (例如氮化鎵(GaN));在GaN層200上形成的勢壘層300，該勢壘層300具有與GaN層200不同的帶隙能；以及在勢壘層300上形成的硅碳氮化物(SixChN)功能層400。鑒于GaN層200的晶格常數(shù)、以及考慮熱膨脹系數(shù)等，襯底100可以由多種材料形成。襯底100可以包括絕緣襯底，例如玻璃襯底或藍(lán)寶石襯底；或者可以包括導(dǎo)電襯底，例如硅(Si)襯底、碳化硅(SiC)襯底、或氧化鋅(ZnO)襯底。此外，襯底100可以包括用于氮化物生長的襯底，例如氮化鋁(AlN)基襯底或GaN基襯底。GaN層200可以在襯底100上形成。GaN層200可以起到緩沖層或溝道層的作用。例如，GaN層200可以起到緩沖層的作用，從而使得可以生長勢壘層300。此外，由于勢壘層300與GaN層200之間的帶隙能差異，因此，在GaN層200上可形成二維電子氣(2-DEG)層，所以，GaN層200可以起到溝道層的作用，其中電流可在該溝道層中流動(dòng)。勢壘層300可以在 GaN層200上形成。勢壘層300可以包含至少一層由具有式I的材料形成的層:[式I]AlyInzGa1^yN,其中0.1彡y彡I并且0彡z彡0.3。在式I中，當(dāng)y的值等于I并且z的值等于0時(shí)，S卩，當(dāng)勢壘層300為AlN時(shí)，AlN表面上的形態(tài)可為優(yōu)異的。當(dāng)y的值介于0.1和I之間并且z的值等于0時(shí)，勢壘層300由AlGaN構(gòu)成，并且AlGaN表面上的形態(tài)可改變。如上文所述，勢壘層300可以包含至少一層由具有下式的材料形成的層，該式可被表示為:AlyInzGai_yN，其中0.1彡y彡I并且0彡z彡0.3。例如，勢壘層300可以由具有化學(xué)式AlyGai_yN、AlN或Al InzN的材料形成，或者可以由至少兩種具有不同化學(xué)式的材料(例如 AlyGai_yN/AlN、AlInzN/AlN、AlyGa1^yNZAlInzN 等)形成。此外，可以在勢壘層300上形成這樣的層，所述層包含其中摻雜有P-型材料的式I材料。也就是說，可以在勢壘層300上形成通過將P-型材料摻入具有化學(xué)式AlyInzGai_yN(其中0.1彡y彡I并且0彡z彡0.3)的材料中而形成的P-AlyInzGapyN層。此外，可以在勢壘層300上形成低溫GaN層。所述的P-AlyInzGahN層和低溫GaN層可以用于保護(hù)勢壘層300的表面。SixC1J功能層400(其中0〈x〈l)可以在勢壘層300上形成。在SixC1J功能層400中，硅(Si)和碳(C)可以按預(yù)定的比例結(jié)合，并且可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)整Si和C的比例。SixChN功能層400可以通過保護(hù)勢壘層300的表面來改善表面粗糙度，并且可以抑制勢壘層300的表面泄漏電流。
可以利用具有不同晶相的材料來制造SixC1-xN功能層400中的SixC1-xN,從而抑制勢壘層300的表面泄漏電流，并且使得平穩(wěn)的電流能夠在勢壘層300和歐姆金屬之間流動(dòng)，等等。例如，可以利用單晶SixC1-xN、多晶SixC1-xN和無定形SixC1-xN中的至少一種來制造SixC1-xN 功能層 400 中的 SixC1-xN.在氮化物基半導(dǎo)體器件中，SixC1-xN功能層400的厚度可以在大約0.1納米(nm)至IOOnm的范圍內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，通過在勢壘層上形成SixC1-xN功能層，氮化物基半導(dǎo)體器件可以改善該勢壘層的表面粗糙度，并且可以通過(例如)抑制鋁(Al)和氧(0)在勢壘層的表面上彼此結(jié)合來降低表面泄漏電流。此外，與其中勢壘層和電極彼此直接接觸的結(jié)構(gòu)相比，其中在勢壘層和電極之間形成有SixChN功能層的結(jié)構(gòu)中的勢壘可相對較低。因此，可以降低工作電壓從而提高電流密度。將參照附圖對該工作情況進(jìn)行詳細(xì)說明。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的氮化物基半導(dǎo)體器件可以應(yīng)用于各種類型的電子器件。即，雖然在參照圖1所給出的描述中已經(jīng)敘述了所述氮化物基半導(dǎo)體器件可以應(yīng)用于肖特基勢壘二極管，但所述氮化物基半導(dǎo)體器件的應(yīng)用不限于此。例如，所述氮化物基半導(dǎo)體器件可以應(yīng)用于正常開啟器件、正常關(guān)斷器件和肖特基勢壘二極管中的任意一者。在圖1所示的示例性實(shí)施方案中，當(dāng)?shù)锘雽?dǎo)體器件對應(yīng)于肖特基勢壘二極管時(shí)，歐姆電極510可以由鉻(Cr)、Al、鉭(Ta)、鈦(Ti)、金(Au)、鎳(Ni)和鉬(Pt)中的至少一種形成。肖特基電極520可以由N1、Au、銅銦氧化物(Culn02)、銦錫氧化物(IT0)、Pt、以及它們的合金中的至少一種形成。示例性的合金可以包括(例如):Ni和Au的合金；CuIn02和Au的合金；IT0和Au的合金；N1、Pt和Au的合金；以及Pt和Au的合金；但所述合金不限于此。在這里，將對用于制造本發(fā)明實(shí)施方案的氮化物基半導(dǎo)體器件的示例性方法進(jìn)行說明。制造氮化物基半導(dǎo)體器件的方法可以包括:在襯底100上形成GaN層200 ;在GaN層200上形成與GaN層200具有不同的帶隙能的勢壘層300 ；以及在勢壘層300上形成SixU功能層400?？梢栽谝r底100上形成GaN層200?？梢岳枚喾N方法形成該GaN層200，例如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(M0CVD)、分子束外延(MBE)、氫化物氣相外延(HVPE)等，但所述方法不限于此?？梢栽贕aN層200上形成勢壘層300。勢壘層300可以包含至少一層由具有式I的材料形成的層:[式1]AlyInzGa1^yN,其中0.1≤y≤1并且0≤z≤0.3。也就是說，勢壘層300可以包含至少一層由具有下式的材料形成的層，該式可被表示為:AlyInzGai_yN，其中0.1≤y≤1并且0≤z≤0.3。例如，勢壘層300可以由具有化學(xué)式AlyGai_yN、AlN或Al InzN的材料形成，或者可以由至少兩種具有不同化學(xué)式的材料(例如，AlyGai_yN/AlN、AlInzN/AlN、AlyGa1^yNAl InzN 等)形成。
此外，可以在勢壘層300上形成這樣的層，在該層中具有式I的材料與P-型材料摻雜(即，P-AlyInzGa1^yN層)，或者可在勢壘層300上形成低溫GaN層。所述的P-AlyInzGahN層和低溫GaN層可以用于保護(hù)勢壘層300的表面?？梢岳枚喾N沉積法在勢壘層300上形成SixCVxN功能層400，所述沉積法包括但不限于等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)等。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，可以利用MOCVD法通過原位工藝形成SixChN功能層400。在利用MOCVD法形成SixC1J功能層400的過程中，可以使用四溴甲烷(CBr4)作為碳(C)源，可以使用二叔丁基硅烷(DTBSI)作為硅(Si)源，并且可以使用氨(NH3)作為氮(N)源。可以在利用MOCVD法形成勢壘層300之后，通過原位工藝形成SixChN功能層400。由此，可以提聞氣化物基半導(dǎo)體器件的制造效率。接下來，參照圖2至6，將根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案所制造的包括SixChN功能層的氮化物基半導(dǎo)體器件的特性與比較例中不具有SixChN功能層的氮化物基半導(dǎo)體器件的特性進(jìn)行比較，從而對本發(fā)明實(shí)施方案的氮化物基半導(dǎo)體器件的特性進(jìn)行詳細(xì)說明。所述硅碳氮化物(SixCVxN)功能層的厚度可以在0.1納米(nm)至IOOnm的范圍內(nèi)，例如，在圖2-6所示的本發(fā)明的氮化物基半導(dǎo)體器件中，硅碳氮化物(SixCVxN)功能層的厚度為2nm ;另外，硅碳氮化物(SixU)功能層中的X可具有在0〈x〈l范圍內(nèi)的值；此外，由AlyInzGai_yN(其中0.1彡y彡I并且0彡z彡0.3)構(gòu)成的勢壘層的厚度為25nm。圖2A為本發(fā)明實(shí)施方案的氮化物基半導(dǎo)體器件的一部分的透射電子顯微鏡(TEM)照片。圖2B為示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，利用二次離子質(zhì)譜法(SIMS)在深度延伸至最高達(dá)到約70nm的位置對原子組成進(jìn)行測量而獲得的數(shù)據(jù)的曲線圖。由圖2A所示可見，在厚度為約25nm的勢壘層300上，SixC^xN功能層400生長至厚度為約2nm。如圖2B所示，證實(shí)了 S1、C和N為SixC^xN功能層的組成，并且證實(shí)了 Al為勢壘層的組成。

圖3A是在比較例的不具有SixC1J功能層的氮化物基半導(dǎo)體器件中，勢壘層的表面的原子力顯微鏡(AFM)照片。圖3B是在本發(fā)明實(shí)施方案的包括SixChN功能層的氮化物基半導(dǎo)體器件中，勢壘層的表面的AFM照片。如圖3A所示，當(dāng)不包括SixC1J功能層時(shí)，勢壘層的表面粗糙度為約0.7nm。如圖3B所示，當(dāng)包括SixC1J功能層時(shí)，勢壘層的表面粗糙度為約0.44nm。因此，可以得知當(dāng)包括SixCVxN功能層時(shí)，表面粗糙度下降。當(dāng)勢壘層的表面粗糙度降低時(shí)，可以保護(hù)勢壘層表面上的電荷。此外，當(dāng)不包括SixC^xN功能層時(shí)，利用霍爾測量(Hallmeasurement)測得的2-DEG遷移率為約1500平方厘米每伏秒(cm2/Vs),并且載流子面密度(sheet carrier density)為約8X IO12每平方厘米(/cm2)。另一方面，當(dāng)包括厚度為約2nm的SixC^xN功能層時(shí)，2-DEG遷移率降低至約1300cm2/Vs，并且載流子面密度增加至約lX1013/cm2。也就是說，當(dāng)包括SixChN功能層時(shí)，由于大量電子可以存在于結(jié)晶度有所提高的勢壘層的表面上，因此可以降低2-DEG遷移率，并且因此可以容易地發(fā)生散射。圖4A為示出在對比例的不具有SixCVxN功能層的氮化物基半導(dǎo)體器件中，利用傳輸線測量(TLM)模型測得的電流-電壓(1-V)特性的曲線圖。圖4B為示出在本發(fā)明實(shí)施方案的包括SixChN功能層的氮化物基半導(dǎo)體器件中，利用TLM模型測得的1-V特性的曲線圖。圖4A和圖4B的1-V特性曲線圖示出如下測量的I_V特性值:在對形成于勢壘層的表面上的歐姆電極和肖特基電極進(jìn)行熱處理之后，在900°C的溫度下測量30秒。如圖4A的曲線圖所示，在比較例的不具有SixCVxN功能層的氮化物基半導(dǎo)體器件中，歐姆電阻為約6 X IO-5歐姆平方厘米(Q cm2)。如圖4B的曲線圖所示，在本發(fā)明實(shí)施方案的包括SixC^xN功能層的氮化物基半導(dǎo)體器件中，歐姆電阻為約2X10_5Q cm2，其下降到比較例中的歐姆電阻值的約1/3。圖5為示出對比較例的不具有SixChN功能層的肖特基勢壘二極管進(jìn)行測量所得到的正向1-V特性、以及對本發(fā)明實(shí)施方案的包括SixChN功能層的肖特基勢壘二極管進(jìn)行測量所得到的正向1-V特性的曲線圖。在圖5的曲線圖中，對應(yīng)于參照(Ref)的線條表示對比較例的不具有SixCVxN功能層的肖特基勢壘二極管進(jìn)行測量所得到的正向1-V特性，對應(yīng)于包括SixC1J功能層的情況的線條表示對本發(fā)明實(shí)施方案的包括SixCVxN功能層的肖特基勢壘二極管進(jìn)行測量所得到的正向1-V特性。如圖5的曲線圖所示，在本發(fā)明實(shí)施方案的肖特基勢壘二極管中，由于存在SixChN功能層，因此可以降低肖特基勢壘高度。因此，當(dāng)與對應(yīng)于比較例的參照(Ref)相比時(shí)，工作電壓可以降低0.2伏(V)，并且在相同的電壓下可以獲得更高的電流密度。圖6為示出比較例中不具有SixChN功能層的肖特基勢壘二極管的泄漏電流特性和本發(fā)明實(shí)施方案的包括SixChN功能層的肖特基勢壘二極管的泄漏電流特性的曲線圖。在圖6的曲線圖中，對應(yīng)于參照(Ref)的線條表示比較例的不具有SixChN功能層的肖特基勢壘二極管，對應(yīng)于包括SixCVxN功能層的情況的線條表示本發(fā)明實(shí)施方案的包括SixCVxN功能層的肖特基勢壘二極管。

當(dāng)包括SixCVxN功能層時(shí)，勢壘層的表面粗糙度可相對較低，并且SixU功能層可以防止Al和0在勢壘層的表面上彼此結(jié)合，由此可以使泄漏電流降低至圖6所示出的比較例中的泄漏電流值的1/8。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，通過在勢壘層上形成SixCVxN功能層，氮化物基半導(dǎo)體器件可以改善勢壘層的表面粗糙度，并且可以通過(例如)抑制Al和0在勢壘層上彼此結(jié)合來降低表面泄漏電流。此外，與其中勢壘層和電極彼此直接接觸的結(jié)構(gòu)相比，其中在勢壘層和電極之間形成有SixChN功能層的結(jié)構(gòu)中的勢壘可相對較低。因此，可以降低工作電壓從而提高電流
山/又o根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，在制造氮化物基半導(dǎo)體器件的示例性方法中，可以通過利用MOCVD法采用原位工藝形成SixC1J功能層，并且通過利用CBr4作為C源、利用DTBSI作為Si源、且利用NH3作為N源生長SixChN功能層，來改善勢壘層的表面粗糙度。雖然已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的一些示例性實(shí)施方案，但本發(fā)明不限于所描述的這些示例性實(shí)施方案。相反，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以對這些示例性實(shí)施方案進(jìn)行改變，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書及其等同形式來限定。
權(quán)利要求
1.一種氮化物基半導(dǎo)體器件，其包括: 襯底； 在所述襯底上形成的氮化鎵(GaN)層； 在所述GaN層上形成的勢壘層，所述勢壘層具有與所述GaN層不同的帶隙能；和 在所述勢魚層上形成的娃碳氮化物(SixCVxN)功能層,其中所述SixChN功能層中的X的值在0〈x〈l的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物基半導(dǎo)體器件，其中所述SixCVxN功能層中的SixC1J對應(yīng)于單晶Six(VxN、多晶SixCVxN和無定形SixU中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物基半導(dǎo)體器件，其中所述SixCVxN功能層的厚度在0.1納米(nm)至IOOnm的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物基半導(dǎo)體器件，其中所述勢壘層包含至少一層由具有式I的材料形成的層: [式I]AlyInzGa1^N, 其中0.1≤y≤I并且0彡z彡0.3。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物基半導(dǎo)體器件，其還包括在所述勢壘層上形成的低溫GaN 層。`
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物基半導(dǎo)體器件，其中所述襯底由選自由藍(lán)寶石、硅、氮化鋁(41幻、碳化硅(310和GaN組成的組中的一種或多種材料形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物基半導(dǎo)體器件，其中所述氮化物基半導(dǎo)體器件選自由正常開啟器件、正常關(guān)斷器件和肖特基勢壘二極管組成的組。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氮化物基半導(dǎo)體器件，其中所述肖特基勢壘二極管中的歐姆電極由選自由鉻(Cr)、鋁(Al)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、金(Au)、鎳(Ni)和鉬(Pt)組成的組中的一種或多種材料形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氮化物基半導(dǎo)體器件，其中所述肖特基勢壘二極管中的肖特基電極由選自由N1、Au、銅銦氧化物(Culn02)、銦錫氧化物(ITO)、Pt、以及它們的合金組成的組中的一種或多種材料形成。
10.一種制造氮化物基半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括: 在襯底上形成氮化鎵(GaN)層； 在所述GaN層上形成具有與所述GaN層不同的帶隙能的勢壘層；和 在所述勢魚層上形成娃碳氮化物(SixCVxN)功能層,其中所述SixCVxN功能層中的X的值在0〈x〈l的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在形成所述SixCVxN功能層的過程中，使用四溴甲烷(CBr4)作為碳(C)源，使用二叔丁基硅烷(DTBSI)作為硅(Si )源，并且使用氨(NH3)作為氮(N)源。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法通過原位工藝形成所述SixChN功能層。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述SixChN功能層中的SixCVxN對應(yīng)于單晶SixCpxN'多晶SixU和無定形SixCVxN中的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述SixChN功能層的厚度在0.1納米(nm)至IOOnm的范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述勢壘層包含至少一層由具有式I的材料形成的層: [式I]AlyInzGa1^N, 其中0.1≤y≤I并且0≤z≤0.3。
16.一種氮化物基半導(dǎo)體器件，其包括: 襯底； 在所述襯底上形成的氮化物半導(dǎo)體層； 在所述氮化物半導(dǎo)體層上形成的勢壘層，所述勢壘層具有與所述氮化物半導(dǎo)體層不同的帶隙能；和 在所述勢魚層上形成的娃碳氮化物(SixCVxN)功能層,其中所述SixChN功能層中的X的值在0〈x〈l的范圍內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氮化物基半導(dǎo)體器件，其還包括在所述勢壘層上形成的低溫GaN層和p-型氮化物半導(dǎo)體層中至少之一。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的氮化物基半導(dǎo)體器件，其中所述SixChN功能層是在所述的低溫GaN層和P-型氮化物半導(dǎo)體層中至少之一上形成的。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的氮化物基半導(dǎo)體器件，其中所述SixChN功能層是直接在所述勢壘層上形成的。
全文摘要
本發(fā)明涉及氮化物基半導(dǎo)體器件及其制造方法。通過在勢壘層上形成SixC1-xN功能層，氮化物基半導(dǎo)體器件可以改善勢壘層的表面粗糙度，并且可以通過(例如)抑制鋁(Al)和氧(O)在勢壘層上彼此結(jié)合來降低表面泄漏電流。此外，當(dāng)與其中勢壘層和電極彼此直接接觸的結(jié)構(gòu)相比時(shí)，其中在勢壘層和電極之間形成有所述SixC1-xN功能層的結(jié)構(gòu)中的勢壘可相對較低。因此，可以降低工作電壓從而提高電流密度。
文檔編號(hào)H01L29/24GK103187452SQ201210593398
公開日2013年7月3日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者李哉勛 申請人:三星電子株式會(huì)社