[发明专利]化合物半导体器件及其制造方法

说明书

相关申请交叉引用

本申请基于在2010年12月2日提交的申请号为2010-269673的在先日本专利申请并要求该申请的优先权，其全部内容通过引用的方式并入此处。

技术领域

本发明涉及一种化合物半导体器件以及化合物半导体器件的制造方法。

背景技术

在衬底上方形成有GaN层和AlGaN层的化合物半导体器件取得了积极的发展，其中GaN层用作电子传输层。这种化合物半导体器件的示例是GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)。GaN基HEMT使用了AlGaN/GaN异质结界面处形成的处于高浓度的二维电子气体(2DEG)。

GaN具有的带隙(3.4eV)大于Si(1.1eV)或GaAs(1.4eV)。即，GaN展现出较高的击穿场强。GaN还具有高饱和电子速率。这样，GaN是潜在的用于具有高压运行和高输出能力的化合物半导体器件的材料。GaN基HEMT被期望在电动车辆等中用作高效率开关元件和高压功率器件(power devices)。

使用了高浓度2DEG的GaN基HEMT通常为常开晶体管。即，当未施加栅电压时电流流动。这种电流流动是因为存在于沟道中的大量电子。同时，由于故障防护(failsafe)的原因，当设计在高压功率器件中使用的GaN基HEMT时要将常关运行置于最高优先级。

关于常关GaN基HEMT，已经进行了各种研究。

在图1A所示的GaN基HEMT中，半绝缘SiC衬底201支撑着缓冲层202、i-GaN层203、n-AlGaN层204、n-GaN层205、i-AlN层206以及n-GaN层207。在n-GaN层205、i-AlN层206以及n-GaN层207中形成两个开口。源极209s和漏极209d设置在各自的开口中。n-GaN层205、i-AlN层206以及n-GaN层207在源极209s与漏极209d之间的区域中具有另一个开口。此开口被形成以便在n-AlGaN层204中透入一特定深度。Al₂O₃层208在此开口中形成并延伸到n-GaN层207的上方。栅极209g设置在Al₂O₃层208的上方。

在图1A所示的GaN基HEMT中，用于栅极209g的开口在用作电子供应层的n-AlGaN层204中透入一特定深度。结果是，当栅电压关闭时，栅极209g正下方无二维电子气体。这样，常关运行成为可能。图1B示出了图1A所示的GaN基HEMT的导带排列。如图所示，获得了较高浓度的二维电子气体，这样大电流能够流动。因而，常关GaN基HEMT获得了高耐压且供应大电流。

然而，图1A所示的GaN基HEMT经常具有栅极漏电流或降低的耐压。另外，还经常发生电流崩塌。

相关技术在下列文献中有描述：WO2007/108055；固态物理C6辑2009年第6期1365-1368页，“100W以上具有压电诱发盖结构的AlGaN/GaN加强型HEMT功率放大器”，Toshihiro Ohki著(Toshihiro Ohki，″An over 100W AlGaN/GaN enhancement-mode HEMT power amplifier with piezoelectric-induced cap structure″，Phys.Status Solidi C 6，No.6，1365-1368，2009)；以及，日本电气学会论文志2010年第130卷第6号，“具有较大漏极电流的常关GaN HEMT”，Masahito Kanamura著(Masahito Kanamura，″A Normally-Off GaN HEMT with Large Drain Current″，IEEJ Trans.Els，Vol.130，No.6，2010)。

发明内容