[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

相关申请交叉引用

将2011年9月16日提交的日本专利申请2011-202739的公开内容，包括说明书、附图和摘要整体并入本文作为参考。

技术领域

本发明涉及一种具有使用氮化物半导体层的场效应晶体管的半导体器件以及用于制造该半导体器件的方法。

背景技术

使用GaN等制成的氮化物半导体层的场效应晶体管具有高耐压和低电阻特性，因此希望该晶体管用作用于电力控制的元件。

专利文献1描述了在由GaN制成的沟道层之上形成由AlGaN制成的电子供应层，并且进一步将由AlN制成的栅极绝缘膜以及帽层依次堆叠在电子供应层之上。帽层由具有与势垒层或电子供应层相同晶格常数或热膨胀系数的材料制成。

专利文献1

日本专利申请公开2008-140813。

发明内容

要求用于电力控制的晶体管具有低导通电阻和高阈值电压。但是，使用氮化物半导体层作为沟道的晶体管难以满足全部特性。

以下简要说明用于解决本申请中公开的问题的方法中的代表性方法的大致内容。根据一个实施例的半导体器件包括：缓冲层，其由氮化物半导体制成；沟道层，其形成在缓冲层之上并由氮化物半导体制成；以及势垒层，其形成在沟道层之上并由氮化物半导体制成。在帽层和势垒层之间的界面处以及沟道层和缓冲层之间的界面处产生压缩应变，并且在势垒层和沟道层之间的界面处产生拉伸应变。沟道层具有包括第一层、第二层和第三层的三层堆叠层结构。第二层具有比第一层和第三层的电子亲和势高的电子亲和势。

根据另一方面的半导体器件包括：缓冲层，其由氮化物层制成；沟道层，其形成在缓冲层之上并由氮化物半导体制成；势垒层，其形成在沟道层之上并由氮化物半导体制成；以及帽层，其形成在势垒层之上并由氮化物半导体制成。极化帽层、势垒层、沟道层以及缓冲层。在帽层和势垒层之间的界面处以及在沟道层和缓冲层之间的界面处，负电荷高于正电荷，而在势垒层和沟道层之间的界面处，正电荷高于负电荷。沟道层具有包括第一层、第二层和第三层的三层堆叠层结构。第二层具有比第一层和第三层的电子亲和势高的电子亲和势。

根据另一方面的用于制造半导体器件的方法包括如下步骤：形成由Al_xGa_1-xN制成的缓冲层；在缓冲层之上形成沟道层，其具有依次堆叠GaN层、In_yGa_1-yN（此处x<y）以及GaN层的堆叠层结构；在沟道层之上形成由Al_zGa_1-zN（此处x<z）制成的势垒层；并且在势垒层之上形成由GaN制成的帽层。

根据本发明，通过使用氮化物半导体层作为沟道的晶体管可以实现高阈值电压以及低导通电阻。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的半导体器件的构造的横截面图；

图2是示出沟道层的构造的横截面图；

图3是示出构成图1中的场效应晶体管的各层中的导带势能的图表；

图4是示出由帽层制成的阱的量子阱模型；

图5是示出子带能量En-Ec对与帽层厚度对应的阱宽度W的曲线图；

图6是示出当沟道层形成为GaN单层结构时栅电极下的导带势能的模拟结果的曲线图；

图7是示出栅电极下的导带势能和载流子密度的模拟结果的曲线图；

图8A和8B是示出用于制造图1中所示的半导体器件的方法的横截面图；

图9A和9B是示出用于制造图1中所示的半导体器件的方法的横截面图；

图10是示出根据第二实施例的场效应晶体管的构造的横截面图；

图11A和11B是示出用于制造图10中所示的半导体器件的方法的横截面图；

图12是示出根据第三实施例的场效应晶体管的构造的横截面图；

图13是示出用于制造图12中所示的半导体器件的方法的横截面图；

图14是示出用于制造图12中所示的半导体器件的方法的横截面图；

图15是示出用于制造图12中所示的半导体器件的方法的横截面图；以及

图16是示出根据第四实施例的电子装置的电路构造的示意图。

具体实施方式

以下使用附图说明本发明的实施例。在所有附图中，将相似的附图标记分配给相似构造的元件，并且可以任意省略其说明。

第一实施例