[发明专利]具有良好稳定性的氮化物基半导体器件

说明书

本申请要求于2011年7月12日在韩国知识产权局提交的第10-2011-0068936号韩国专利申请的权益，该申请的公开通过引用包含与此。

技术领域

本发明涉及一种具有良好稳定性的氮化物基半导体器件，更具体地讲，涉及一种稳定性提高的氮化物基半导体器件，该氮化物基半导体器件在氮化物半导体层中具有极少的裂纹并具有良好的表面粗糙度。

背景技术

随着信息通信技术的全球化发展已经进行到相当的程度，已经加速开发高速且大容量信号通信的通信技术。具体地讲，随着在无线通信技术中对个人蜂窝电话（PCS）、卫星通信、军用雷达、广播通信、通信中继器等需求的增加，对微波波段和毫米波波段的高速信息通信系统所需的高速高功率电子装置的需求已增加。因此，正在积极地进行关于用于高功率电子器件的电源装置以及功耗的研究。

具体地讲，由于GaN基氮化物半导体具有诸如高能带隙、高的热稳定性、高的化学稳定性、大约3×10⁷厘米/每秒(cm/sec)的高电子饱和速度的有益性能，所以氮化物半导体可被容易实现为光器件以及高频率高功率的电子器件。因此，全世界正在积极进行关于氮化物半导体的研究。

基于GaN基氮化物半导体的电子器件可具有各种各样的优势，例如，大约3×10⁶伏特/厘米（V/cm）的高击穿电场、最大电流密度、稳定的高温操作、高的导热率等。基于氮化铝镓（AlGaN）和氮化镓（GaN）的异质结产生的异质结构场效应晶体管（HFET）在结界面处具有高的带不连续性，在该界面中会释放高密度的电子，因此，电子迁移率可增大。因此，HFET可应用为高功率器件。

然后，用于生长适合氮化物单晶的晶格常数和热膨胀系数的氮化物单晶的基底并不普遍。氮化物单晶可基于单分子束外延（MBE）方法或气相外延方法（例如金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法、氢化物气相外延（HVPE）方法等）生长在异质基底（例如，蓝宝石基底或碳化硅（SiC）基底）上。蓝宝石基底或SiC基底价格昂贵并且它们的尺寸受限，因而蓝宝石基底或SiC基底不适于量产。因此，除了提高导热率，Si基底可为容易用于通过加大基底的尺寸来提高产率的大量生产的基底。然而，由于Si基底和GaN单晶之间的晶格常数的差异以及膨胀系数的差异，裂纹会容易形成在GaN层中，从而难以商业化。期望一种在Si基底上稳定生长GaN的方法。

图1示出了传统氮化物基HFET的基本构造。

参照图1，传统的氮化物基HFET10可包括顺序层叠在Si基底11上的低温缓冲层12、AlGaN/GaN复合层13、非掺杂GaN层14和AlGaN层15。源极16和漏极18分别形成在AlGaN层15的上表面的两端上。栅极17设置在源极16和漏极18之间。保护层19形成在栅极17和源极16之间以及栅极17和漏极18之间。AlGaN/GaN复合层13形成为包括多个层，通过减小晶格常数之间的差异，GaN层可生长在AlGaN/GaN复合层13上。

在传统的氮化物基HFET10中，可基于具有不同带隙的GaN层14和AlGaN层15的异质结形成二维电子气（2-DEG）层。这里，当信号被输入到栅极17时，可通过2-DEG层形成沟道，从而电流可在源极16和漏极18之间流动。非掺杂GaN层14可被构造为未执行掺杂的GaN层，并且可形成为具有相对高的电阻，以防止电流泄漏到Si基底以使器件分离。

发明内容

本发明的一方面提供了一种稳定性提高的氮化物基半导体器件，该氮化物基半导体器件在氮化物半导体层中具有极少的裂纹并具有良好的表面粗糙度。

根据本发明的一方面，提供了一种氮化物基半导体器件，所述氮化物基半导体器件包括：基底；碳化铝硅（AlSi_xC_1-x）预处理层，形成在基底上；掺杂铝（Al）的氮化镓（GaN）层，形成在AlSi_xC_1-x预处理层上；氮化铝镓（AlGaN）层，形成在掺杂Al的GaN层上。

AlSi_xC_1-x预处理层可被构造为从由单床结构、规则点结构、不规则点结构和图案结构中选择的结构。

所述氮化物基半导体器件还可包括：缓冲层，形成在AlSi_xC_1-x预处理层上，并且缓冲层可包括氮化铝（AlN）。