[发明专利]化合物半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

下文中公开的实施方案涉及化合物半导体器件以及用于制造化合物半导体器件的方法。

背景技术

近年来，已经作出了积极的努力来开发设置有GaN层和AlGaN层的电子器件(化合物半导体器件)，其中GaN层和AlGaN层按所述顺序形成在衬底上，以将GaN层用作电子传输层。这样的化合物半导体器件的一个例子是GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)。将GaN基HEMT用作电源逆变器的开关可以实现降低导通电阻和提高耐受电压两者。与Si基晶体管相比，HEMT还能够降低备用功耗以及提高操作频率。因此，可以降低逆变器的开光损失和功耗。另外，就具有相似性能的晶体管而言，GaN基HEMT的尺寸可以比Si基晶体管制得更小。

在其GaN层用作电子传输层并且其AlGaN层用作电子供给层的GaN基HEMT中，由于AlGaN与GaN之间的晶格常数差，所以在AlGaN中出现应变。这引起压电极化并且生成高浓度二维电子气(2DEG)。相应地，该GaN基HEMT应用于高功率设备。

然而，难以制造结晶度优异的GaN衬底。为此，传统上，在大多数情况下，通过异质外延在Si衬底、蓝宝石衬底或SiC衬底上形成GaN层、AlGaN层和其他层。特别地，容易以低成本获得Si衬底来作为大直径高品质衬底。相应地，已经积极地研究了具有生长在Si衬底上的GaN层和AlGaN层的结构。

然而，GaN层、AlGaN层和Si衬底具有显著不同的热膨胀系数。另外，GaN层和AlGaN层的外延需要高温处理。相应地，在这样的高温处理时，由于不同的热膨胀系数，所以在Si衬底中可能发生翘曲、裂纹等。鉴于与不同的热膨胀系数相关的这类问题，已经提出了其中Si晶体生长在蓝宝石衬底上的复合衬底。

然而，难以在蓝宝石衬底上面生长优异的Si晶体。另外，与氮化物半导体与Si之间的热膨胀系数差相比，蓝宝石与Si具有较大的热膨胀系数差。因此，复合衬底中更有可能发生翘曲或裂纹。对于Si衬底结合到蓝宝石衬底的复合衬底，也是这样的。

[文献1]日本公开特许公报号2005-235989

[文献2]日本公开特许公报号11-214798

[文献3]日本特许号4126863

[文献4]日本公开特许公报号2010-161359

发明内容

本发明的一个目的是提供一种能够防止因材料之间的热膨系数差而产生的翘曲等的化合物半导体器件以及一种用于制造该化合物半导体器件的方法。

根据实施方案的一个方面，提供一种化合物半导体器件，其包括：衬底；形成在衬底上的电子传输层；和形成在电子传输层上的电子供给层。在衬底的表面上以混合方式存在与电子传输层相比具有较小热膨胀系数的一个或更多个第一区域以及与电子传输层相比具有较大热膨胀系数的一个或更多个第二区域。

根据实施方案的另一方面，提供一种用于制造化合物半导体器件的方法，其包括：在衬底上形成电子传输层；以及在电子传输层上形成电子供给层。

在衬底的表面上以混合方式存在与电子传输层相比具有较小热膨胀系数的一个或更多个第一区域以及与电子传输层相比具有较大热膨胀系数的一个或更多个第二区域。

附图说明

图1A、1B、1C、1D是示出根据第一实施方案的GaN基HEMT的结构的示意图；

图2A、2B、2C、2D、2E、2F是示出大热膨胀系数区域和小热膨胀系数区域的阵列实例的示意图；

图3A、3B、3C、3D是示出大热膨胀系数区域和小热膨胀系数区域的平面形状的实例的示意图；

图4A、4B是示出了根据第二实施方案的GaN基HEMT的结构的示意图；

图5A、5B、5C、5D、5E是按照步骤的顺序示出用于制造根据第二实施方案的GaN基HEMT的方法的横截面视图；

图5F、5G、5H是按照图5A、5B、5C、5D、5E的步骤之后的步骤的顺序示出用于制造GaN基HEMT的方法的横截面视图；

图6是示出第二实施方案的一个修改实施例的横截面视图；

图7是示出根据第三实施方案的GaN基HEMT的结构的示意图；

图8A、8B、8C、8D是按照步骤的顺序示出用于制造根据第三实施方案的GaN基HEMT的方法的横截面视图；

图9A、9B、9C、9D是按照步骤的顺序示出用于制造根据第四实施方案的GaN基HEMT的方法的横截面视图；