[发明专利]半导体元件用外延基板和半导体元件

说明书

本发明提供一种抑制漏电流且耐压高的半导体元件用外延基板和半导体元件。在半导体元件用外延基板中，包括：包含掺杂有Zn的GaN的半绝缘性自立基板、与自立基板邻接的包含第13族氮化物的缓冲层、与缓冲层邻接的包含第13族氮化物的沟道层、和夹着沟道层而设置在与缓冲层相反一侧的包含第13族氮化物的势垒层，包含自立基板和缓冲层的第1区域中的一部分为以1×10¹⁷cm^‑3以上的浓度含有Si的第2区域，第2区域中的Zn浓度的最小值为1×10¹⁷cm^‑3。

本申请是申请号为2016800596572(国际申请号为PCT/JP2016/079616)、申请日为2016年10月5日、发明名称为“半导体元件用外延基板、半导体元件和半导体元件用外延基板的制造方法”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种半导体元件，特别是涉及一种使用半绝缘性的包含GaN的自立基板而构成的半导体元件。

背景技术

氮化物半导体因为具有直接跃迁型的宽带隙，具有高击穿电场、高饱和电子速度，所以一直作为LED、LD等发光器件、高频/大功率的电子器件用半导体材料进行利用。

作为氮化物电子器件的代表性结构，有将AlGaN作为“势垒层”、将GaN作为“沟道层”而层叠形成的高电子迁移率晶体管(HEMT)结构。该结构利用如下特征：通过氮化物材料特有的强极化效应(自发极化效应和压电极化效应)而在AlGaN/GaN层叠界面生成高浓度的二维电子气。

氮化物电子器件一般使用蓝宝石、SiC、Si之类的容易通过商业途径得到的异种材料基底基板进行制作。然而，存在如下问题：在这些异种材料基板上异质外延生长而成的GaN膜中，因GaN与异种材料基板之间的晶格常数或热膨胀系数的差异而产生许多缺陷。

另一方面，使GaN膜在GaN基板上同质外延生长时，不产生上述因晶格常数或热膨胀系数的差异而引起的缺陷，GaN膜显示出良好的结晶性。

因此，在GaN基板上制作氮化物HEMT结构时，由于存在于AlGaN/GaN层叠界面的二维电子气的迁移率提高，因此能够期待使用该结构制作的HEMT元件(半导体元件)的特性提高。

但是，作为可通过商业途径得到的利用氢化物气相生长法(HVPE法)制作的GaN基板一般因引入到结晶内的氧杂质而呈现n型的传导型。导电性的GaN基板在对HEMT元件进行高电压驱动时，成为源-漏电极间的漏电流路径。因此，为了制作HEMT元件，优选利用半绝缘性的GaN基板。

为了实现半绝缘性GaN基板，已知：将过渡金属元素(例如Fe)、第2主族元素(例如Mg)这样的形成较深的受主能级的元素掺杂到GaN结晶中是有效的。

已经公知通过选择第2主族元素中的锌元素(Zn)，能够实现高品质的半绝缘性GaN单晶基板(例如，参照专利文献1)。另外，还已知如下方案，即，通过在基板上形成掺杂有作为过渡金属元素的铁(Fe)的高电阻层，进而在该高电阻层与电子渡越层之间形成Fe的引入效果高的中间层，从而防止Fe进入到电子渡越层中(例如，参照专利文献2)。

已经在半绝缘性GaN基板上或带半绝缘性GaN膜的基板上制作HEMT结构，并对各种特性进行了评价(例如，参照非专利文献1～非专利文献3)。

使氮化物膜在半绝缘性GaN基板上外延生长时，存在从外部向半绝缘性GaN基板与氮化物膜(氮化物外延膜)的界面引入硅(Si)元素的情况。上述硅(残留硅)作为施主元素发挥作用，因此在氮化物膜/基板界面产生导电层。该导电层在HEMT元件中作为漏极-源极电流的泄漏路径发挥作用，因此成为夹断(pinch-off)特性降低和击穿电压降低的原因。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5039813号公报