[发明专利]化合物半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及化合物半导体装置及其制造方法。

背景技术

以往，对于在基板上方通过晶体生长形成有AlGaN层和GaN层且GaN层作为电子迁移层发挥功能的高电子迁移率晶体管（HEMT：high electron mobility transistor）。GaN的带隙为3.4eV，大于Si的带隙（1.1eV）和GaAs的带隙（1.4eV）。因此，GaN系HEMT的耐压高，有望作为用于汽车等的高耐压功率器件。

另一方面，Si系场效应晶体管中必然存在体二极管。体二极管以成为反向并列的方式与晶体管连接，在可用于大功率电源的全桥电路方式中作为续流二极管发挥功能。然而，在GaN系HEMT中，这样的体二极管必然不存在。因此，提出了沿基板的厚度方向层叠有p型层和n型层的pn结二极管与GaN系HEMT连接而成的结构。

然而，对于迄今为止提出的结构而言，二极管的工作容易发生延迟。而且，伴随着延迟，在二极管作为续流二极管进行工作之前，HEMT中流动反向电流，使消耗电量增大。另外，由于延迟，在HEMT的源极和漏极间施加过电压时，二极管不作为保护电路工作。

另外，对高耐压功率器件的结构而言，存在源极和漏极被平行地配置在基板表面的横型结构以及源极和漏极被垂直地配置在基板表面的纵型结构。在纵型结构中，电流路径成为三维，因此每个芯片的电流量大于横型结构。另外，在纵型结构中，源电极和漏电极形成在基板的表面和背面，所以与它们仅形成在基板表面的横型结构相比，为了源电极和漏电极而必需的面积小。进而，在纵型结构中，每个芯片的电极的比例大于横型结构，所以散热性高。因此，纵型结构的高耐压功率器件的实用化得到期待。

然而，难以将上述pn结二极管与纵型结构的GaN系HEMT连接。另外，即使能够连接，也不能解决上述问题。

专利文献

专利文献1：日本特开2009-164158号公报

专利文献2：日本特开2009-4398号公报

非专利文献

非专利文献1：Applied Physics Express1（2008）011105

非专利文献2：Applied Physics Express1（2008）021104

发明内容

本发明的目的在于提供一种化合物半导体装置及其制造方法，其能够使与纵型结构的HEMT连接的二极管适当地工作。

在化合物半导体装置的一个方式中，设置有：第1电极；第1化合物半导体层，形成于上述第1电极的上方；第2化合物半导体层，形成于上述第1化合物半导体层上；第3化合物半导体层，形成于上述第2化合物半导体层上；以及第2电极，形成于上述第3化合物半导体层的上方。进而，还设置有：第4化合物半导体层，形成于在上述第1化合物半导体层、上述第2化合物半导体层以及上述第3化合物半导体层的层叠体形成的开口部内，与上述第1化合物半导体层、上述第2化合物半导体层以及上述第3化合物半导体层的侧面相接；栅电极，控制上述第2化合物半导体层与上述第4化合物半导体层的界面的电位；第3电极，与上述第1化合物半导体层绝缘，与上述第1电极和上述第2化合物半导体层相接。而且，上述第2化合物半导体层的晶格常数小于上述第1化合物半导体层和上述第3化合物半导体层的晶格常数，上述第4化合物半导体层的晶格常数小于上述第1化合物半导体层和上述第3化合物半导体层的晶格常数。另外，上述第2化合物半导体层的传导带的能量高于上述第3化合物半导体层的传导带的能量。

根据上述化合物半导体装置等，能够使与纵型结构的高电子迁移率晶体管连接的二极管适当地工作。

附图说明

图1A是表示第1实施方式的化合物半导体装置的结构的截面图。

图1B是表示第1实施方式中的传导带的能量的图。

图1C是表示第1实施方式的变型例的结构的截面图。

图2A是表示第2实施方式的化合物半导体装置的电极彼此的位置关系的图。

图2B是表示沿图2A中的I-I线的截面的图。

图2C是表示沿图2A中的II-II线的截面的图。

图3A是表示电子密度与从基板的表面起的距离的关系的图。

图3B是表示传导带的能量与从基板的表面起的距离的关系的图。

图3C是表示二极管特性的图。

图3D是表示漏极电流与栅电压的关系的图。

图3E是表示漏极电流Id与源极-漏极间电压的关系的图。