[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本文中讨论的实施方案涉及半导体装置。

背景技术

氮化物半导体例如GaN、AlN、InN等和其混合晶体的材料可以具有宽的带隙，以用作高功率电子器件或短波长发光器件。在这些器件中，已经研发了关于场效应晶体管(FET)并且特别是作为高功率器件的高电子迁移率晶体管(HEMT)方面的技术(参见，例如，日本公开特许公报第2002-359256号)。

利用这样的氮化物半导体的HEMT用于高功率和高效放大器、高功率开关器件等。

例如，作为氮化物半导体之一的氮化镓(GaN)的带隙为3.4eV，高于Si的带隙(1.1eV)和GaAs的带隙(1.4eV)，使得GaN具有较高的击穿场强。作为利用GaN的HEMT，存在其中电子传输层由GaN形成、电子供给层由AlGaN形成、并且形成有氮化铝镓/氮化镓(AlGaN/GaN)异质结构的HEMT。

因为AlGaN/GaN异质结构，所以可以由AlGaN与GaN之间的晶格常数差引起的晶格畸变而激发压电极化。由于所激发的压电极化，在GaN层中，在接近AlGaN层与GaN层之间的界面(边界表面)的区域中可以生成高浓度的二维电子气(2DEG)。

利用GaN的HEMT被认为是尤其用于在电动车辆等中使用的高效开关器件和高耐压功率器件。在这样的高耐压功率器件中，从电路设计的观点来看，期望的是支持常断操作。

发明内容

根据一个方面，半导体装置包括：衬底；形成在衬底上的缓冲层；形成在缓冲层上的第一半导体层；以及形成在第一半导体层上的第二半导体层。

此外，缓冲层由AlGaN形成并且掺杂有Fe。

此外，缓冲层包括彼此具有不同Al组成比的多个层。

此外，第一层的Al组成比大于第二层的Al组成比，并且第一层的Fe浓度小于第二层的Fe浓度，第一层和第二层包括在多个层中，并且第一层形成在第二层的衬底侧上。

附图说明

图1示出了相关技术中使用GaN的HEMT；

图2示出了Fe的浓度分布与特征项之间的关系；

图3示出了根据第一实施方案的半导体装置的示例性结构；

图4是当形成AlN层时，V/III比与GaN层的扭曲(Twist)之间的相关图；

图5A和图5B示出了根据第一实施方案的半导体装置的漏电流；

图6A和图6B示出了制造根据第一实施方案的半导体装置的方法的步骤；

图7A和图7B示出了制造根据第一实施方案的半导体装置的方法的其它步骤；

图8示出了根据第一实施方案的半导体装置的修改的示例性结构；

图9示出了根据第一实施方案的半导体装置的另一修改的示例性结构；

图10示出了根据第一实施方案的半导体装置的又一修改的示例性结构；

图11A和图11B示出了根据第一实施方案的其它半导体装置的示例性结构；

图12示出了根据第二实施方案的半导体装置；

图13示出了根据第三实施方案的半导体装置；

图14是根据第三实施方案的半导体装置的示例性能带图；

图15示出了根据第四实施方案的半导体装置；

图16示出了根据第五实施方案的半导体装置；

图17示出了根据第六实施方案的半导体装置；

图18示出了根据第七实施方案的半导体装置；

图19示出了根据第八实施方案的分立封装的半导体器件；

图20示出了根据第八实施方案的电源装置的示例性电路图；

图21示出了根据第八实施方案的高功率放大器的示例性结构。

具体实施方式

在制造利用氮化物半导体的HEMT的过程中，由于需要降低成本，所以通常使用硅衬底—一种廉价和大尺寸的衬底。然而，在硅与氮化物半导体材料之间存在大的晶格常数和热膨胀系数差异。

因此，一般来说，在硅衬底上形成缓冲层，并且在缓冲层上形成用于形成HEMT的氮化物半导体如GaN。

具体地，如图1所示，在上述HEMT中，在硅衬底910上形成有由AlGaN形成的缓冲层920，并且在缓冲层920上依次形成(层叠)有由GaN形成的电子传输层931和电子供给层932。此外，在电子供给层932上形成有栅电极941、源电极942以及漏电极943。