[发明专利]异质结型场效应晶体管用的外延晶片

说明书

技术领域

本发明涉及用于制作包括能够产生二维电子气(2DEG)的多个氮化物类半导体层的异质结型场效应晶体管的外延晶片，特别涉及该晶片的翘曲和位错密度的降低。

背景技术

在由氮化物类半导体构成的例如AlGaN层/GaN层的异质结结构的形成中，因为GaN衬底价格高，所以，一直以来在蓝宝石衬底或Si衬底上进行这些层的外延结晶生长。

关于Si衬底上的氮化物类半导体层的结晶生长，为了缓和由氮化物类半导体层相对于Si衬底的结晶结构的不同、晶格失配、热膨胀系数差等引起的畸变，研究了各种各样的缓冲层结构。更具体地说，关于包括2种超晶格构成层的重复的超晶格缓冲层结构，存在很多专利公报。

例如，在专利文献1中记载有：以在晶格常数和热膨胀率大大不同的衬底上形成表面平滑且不含裂纹的氮化物半导体层为目的，在硅衬底上交替地反复层叠Al_xGa_1-xN(0.5≤x≤1)的第一超晶格构成层和Al_yGa_1-yN(0.01≤y≤0.2)的第二超晶格构成层而形成AlGaN类超晶格缓冲层结构。

另外，在专利文献2中记载有一种半导体元件，其以抑制隔着缓冲层的电极间的电流泄漏为目的，具有硅衬底上的AlN缓冲层、和位于其上的超晶格缓冲层结构，该超晶格缓冲层结构包括交替地层叠的高Al组成比的H-AlGaN超晶格构成层和低Al组成比的L-AlGaN超晶格构成层。

另外，在专利文献3中记载有，在Si衬底上或形成于其上的中间层上，形成Al组成比在厚度方向连续或分阶段减少的组成变化缓冲层结构，在其上形成包括交替地层叠的高Al组成比的AlGaN超晶格构成层和低Al组成比的AlGaN超晶格构成层的超晶格缓冲层结构，在其上形成作为沟道层的氮化物层。通过利用这样的层叠结构，能够得到具有裂纹和沟坑的发生少并且结晶性优异的氮化物半导体层的半导体元件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本公开专利公报“特开2007-67077号公报”

专利文献2：日本公开专利公报“特开2010-232377号公报”

专利文献3：日本公开专利公报“特开2009-158804号公报”

发明内容

发明要解决的技术问题

专利文献1～3中公开的氮化物类半导体外延晶片，记载或暗示了能够用作作为电子器件的功率器件用的晶片。但是，为了使用这样的外延晶片制造功率器件，需要对该晶片通过光刻或蚀刻等工序，经过电极形成、元件分离、表面保护膜形成、内部配线形成等半导体处理工序。因此，在晶片存在翘曲的情况下，会导致器件的成品率下降，在翘曲严重的情况下，会产生不能用半导体制造装置处理晶片的问题。特别是，在要求600V～1200V的耐电压的功率器件的情况下，需要使氮化物半导体层本身的膜厚增大，随着其膜厚的增大，晶片的翘曲处于变大的趋势。

由于这样的晶片的翘曲的问题，适合于制造功率器件的外延晶片目前还没有在市场上出现。

鉴于如上所述的现有技术中的技术问题，本发明的目的是，通过调整组成分阶段变化缓冲层结构与其上的超晶格缓冲层结构的关系，使异质结型FET用的外延晶片的翘曲和刃型位错密度降低。

用于解决技术问题的手段

根据本发明，异质结型场效应晶体管用的外延晶片的特征在于，包括在Si衬底上依次层叠的AlN基底层、组成分阶段变化缓冲层结构、超晶格缓冲层结构、GaN沟道层和氮化物类半导体的电子供给层，组成分阶段变化缓冲层结构包括以Al组成比分阶段依次降低的方式层叠的多个AlGaN缓冲层，最上层的AlGaN缓冲层具有Al_xGa_1-xN(0＜x)的组成，在超晶格缓冲层结构内，从Al_yGa_1-yN(y≤1)超晶格构成层和Al_zGa_1-zN(0＜z＜y)超晶格构成层中的任一个开始，这些超晶格构成层交替地层叠多次，Al_xGa_1-xN缓冲层和Al_zGa_1-zN超晶格构成层具有大致相同的Al组成比，满足x-0.05≤z≤x+0.05的条件。

此外，优选超晶格缓冲层结构内的最下层的超晶格构成层具有AlN的组成。

发明效果