[发明专利]Ⅲ族氮化物半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及由式InxALyGa1-x-yN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)表达的III族氮化物半导体构成的III族氮化物半导体装置，尤其涉及具有由III族氮化物半导体氧化产生氧化膜的III族氮化物半导体装置及其制造方法。

背景技术

具有组分为InxALyG1-x-yN的III族氮化物半导体(即所谓的氮化镓系(GaN)化合物半导体)电子的能带间跃迁是直接跃迁，而且能带间隙在1.95eV-6eV间很宽的范围内变化，适于用作LED、半导体激光器等发光器件的材料。

近年来，为实现信息处理的高密度化及高集成化，输出波长为蓝紫色的半导体激光器的研究开发盛行。同时，由于GaN具有高绝缘击穿电场强度、高热导率及高电子饱和速变也很适宜用于高频用功率器件的材料。其中，由氮铝镓(ALGaN)和氮化镓(GaN)组成的异质结结构其电场强度达到1×105V/cm，电子速变为砷化镓(GaAS)的两倍多，随元件加工微细化，可以获得高频工作。

III族氮化物半导体，掺杂IV族元素硅(si)或锗(Ge)等n型掺杂剂后，呈现n型特性，可以制作场效应晶体管(FET)。在III族氮化物半导体中掺杂II族元素镁(Mg)、钡(Ba)或钙(Ca)等P型掺杂剂后，呈现P型特性，P型半导体与n型半导体构成的PN结可以应用于LED、半导体激光器等器件。在电子器件中，具有优越电子传输特性的III族氮化物半导体被广泛研究，最典型的例子是ALGaN与GaN异质结高电子迁移率晶体管。(High Electron Mobility Transistor：HEMT)。

下面，参照附图，对已有的ALGaN/GaN HEMT进行说明。

图23(a)及图23(b)是已有的ALGaN/GaN系HEMT，(a)是平面结构，(b)是(a)中沿××IIIb-××IIIb线的剖面结构图。如图23(a)和图23(b)所示，在碳化硅(SiC)衬底101上，形成第1HEMT100A和第2HEMT100B，它们被划片区110隔开，以将在101衬底上形成的晶体管芯片一个个分割开来。

第1HEMT100A及第2HEMT100B分别形成在GaN缓冲层102上，并具有有源区域103。缓冲层102生长在衬底101上，它由GaN组成，有源区由ALGaN/GaN异质结层台面腐蚀后形成。

在各有源区103上，分别形成与有源区103呈肖特基接触的栅电极104和与有源区103呈欧姆接触的欧姆电极105，欧姆电极在栅极104栅长方向两侧，并留有间隔。

在有源区103的上方及其四周(包含栅电极104及欧姆电极105)全面覆盖绝缘膜106，在绝缘膜106上形成分别与栅电极104、欧姆电极105相连的延伸电极(Pad电极)107。绝缘膜106上覆盖表面保护膜108，但要使各延伸电极107显露出来。

覆盖在有源区103上的绝缘膜106一般由氧化硅膜组成，除具有保护有源区103表面的作用外，还能保证用剥离法(liff-off)制备栅电极104时使栅电极易于制成。

但是，如图23(a)所示，由于栅电极104必须设有与延伸电极107相连的引出部104a，栅电极104不仅仅在有源区103的上面，而且也在因台面腐蚀露出的缓冲层102上，缓冲层由GaN构成。

但是，上述已有的ALGaN/GaN系HEMT中引出部104a和缓冲层102是金属与半导体接触(即所谓的肖特基接触)，因此，当台面腐蚀时由于半导体表面损伤等原因，很容易产生漏电流。漏电流对晶体管的夹断特性影响很大，引起晶体管特性退化。

此外，由于GaN缓冲层102和氧化硅绝缘膜106的粘附性不很好，因此在绝缘膜106上形成延伸电极107的引线键合工艺时，常产生绝缘膜106剥离的问题。

进一步，由于SiC衬底101和GaN系半导体硬度都很高，与Si、GaAs相比，用划片处理进行芯片分割时就十分困难。因此，在划片时常发生像裂纹达到有源区103引起成品率下降、划线区110近旁的表面保护膜108及绝缘膜106剥落等问题，引起可靠性下降。

还有，采用III族氮化物半导体迭层结构的半导体激光器一般采用蓝宝石衬底，在用蓝宝石衬底时，由于蓝宝石与在它上面形成的激光器结构的结晶轴不同，很难用解理法形成激光器的谐振腔，大多采用干法刻蚀法形成谐振腔。但是在用干法刻蚀法形成谐振腔时，在谐振腔端面的固有缺陷形成非发光中心，因而产生工作电流(阈值电流)增大，可靠性降低等问题。

发明内容