[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

文中所讨论的实施方案涉及半导体装置。

背景技术

氮化物半导体如GaN、AlN、InN等以及其混合晶体的材料可以具有宽的带隙，使得被用作高功率电子器件或短波长发光器件。其中，已经研究和开发了场效应晶体管(FET)的技术，尤其是作为高功率器件的高电子迁移率晶体管(HEMT)(参见例如日本公开特许公报No.2002-359256)。

使用这种氮化物半导体的HEMT被用于高功率和高效率放大器、高功率开关器件等。

在使用这种氮化物半导体的HEMT中，氮化铝镓/氮化镓(AlGaN/GaN)异质结构形成在衬底上，以使得其GaN层可以用作电子渡越层。此外，衬底可由蓝宝石、碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、硅(Si)等形成。

在氮化物半导体中，例如，GaN由于其较高的耐压特性而具有优异的电子特性，这归因于GaN较高的饱和电子速度和较宽的带隙。此外，GaN具有纤维锌矿型晶体结构，以使得其在平行于c轴的<0001>方向上具有极性。

此外，当形成AlGaN/GaN异质结构时，在AlGa层中，由于AlGaN和GaN之间的晶格畸变，可激发压电极化。因此，在通道的界面(边界表面)附近可产生高浓度二维电子气体(2DEG)。结果，使用GaN的HEMT被认为具有作为高频电源器件的前景。

在使用氮化物半导体的HEMT中，通过使用大且廉价的硅衬底作为衬底，可大大降低成本。因此，可以以较低的成本提供使用氮化物半导体的HEMT。硅衬底是导电的。因此，当使用这种硅衬底时，可以在硅衬底上形成具有较高绝缘性能的氮化物层，并且可以在氮化物层上形成氮化物半导体层如电子渡越层。

然而，由于硅和氮化物之间晶格常数和热膨胀系数的差异，在衬底或氮化物半导体层上可能形成弯曲或裂纹。因此，可能难以形成具有较高绝缘性能的厚的氮化物层。结果，在衬底-栅极方向上的漏电流可能增加，并且难以确保垂直方向(即，衬底的厚度方向)上足够的耐压。

作为在硅衬底上形成厚的氮化物层同时控制弯曲或裂纹产生的方法，已知的技术是以多个循环交替地形成GaN基薄膜和AlN基薄膜而形成应变层超晶格(SLS)缓冲层(参见例如日本公开特许公报No.2012-23314和No.2007-67077)。

在SLS缓冲层中，通过形成均被包括在超晶格中并且具有小于或等于其临界膜厚度的厚度的GaN基薄膜和AlN基薄膜，可以形成厚的氮化物层，同时控制在膜形成期间由于晶格常数的差异导致的弯曲和裂纹的产生。

此外，在SLS缓冲层中，通过将大的压缩应变容纳在SLS缓冲层的膜中，当在膜形成之后温度下降时，可以产生穿过氮化物层的实体的另一大的压缩应变。如上所述，通过形成SLS缓冲层，可以增大具有较宽带隙和较高绝缘性能的AlN层的厚度。因此，可以改善垂直方向上的耐压。

发明内容

根据本发明的一方面，一种半导体装置包括：衬底；形成在衬底上的缓冲层；形成在缓冲层上的SLS(应变层超晶格)缓冲层；形成在SLS缓冲层上并且由半导体材料形成的电子渡越层；以及形成在电子渡越层上并且由半导体材料形成的电子供给层。此外，缓冲层由AlGaN形成并且包括具有不同Al组成比的两层或更多层，SLS缓冲层通过将包括AlN的第一晶格层和包括GaN的第二晶格层交替地层叠而形成，并且在缓冲层中的各层中与SLS缓冲层接触的一层中的Al组成比大于或等于SLS缓冲层中的Al有效组成比。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施方案的半导体装置的一个示例性结构；

图2示出一个示例性SLS缓冲层；

图3是示出在衬底-栅极方向上的漏电流特性的示例性曲线图；

图4A和4B示出为获得图3的漏电流特性而制造的样品；

图5是示出GaN层的表面状态的示例性曲线图；

图6A和6B示出根据第一实施方案的半导体装置的示例性制造步骤；

图7示出根据第一实施方案的半导体装置的一种示例性构造；

图8A和8B示出根据第一实施方案的半导体装置的一种示例性构造；

图9示出根据本发明的第二实施方案的分立封装的半导体装置；

图10示出根据第二实施方案的电源装置的一种示例性电路图；以及

图11示出根据第二实施方案的高功率放大器的一种示例性构造。

具体实施方式