[发明专利]半导体元件用外延基板、半导体元件及半导体元件用外延基板的制作方法有效

专利信息
申请号: 201010251741.9 申请日: 2010-08-09
公开(公告)号: CN102005470A 公开(公告)日: 2011-04-06
发明(设计)人: 三好実人;仓冈义孝;角谷茂明;市村干也;杉山智彦;田中光浩 申请(专利权)人: 日本碍子株式会社
主分类号: H01L29/06 分类号: H01L29/06;H01L29/778;H01L21/335
代理公司: 北京北翔知识产权代理有限公司 11285 代理人: 钟守期;刘文君
地址: 日本爱知*** 国省代码: 日本;JP
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摘要:
搜索关键词: 半导体 元件 外延 制作方法
【说明书】:

技术领域

本发明涉及由III族氮化物半导体构成的、具有多层结构的外延基板,特别是电子设备用的多层结构外延基板及其制作方法。 

背景技术

氮化物半导体由于具有高击穿电场、高饱和电子速度,所以作为下一代的高频率/高功率设备用半导体材料而获得关注。例如,由AlGaN构成的势垒层和由GaN构成的沟道层积层形成的HEMT(高电子迁移率晶体管)元件是利用如下特征的元件,即:通过氮化物材料所特有的强极化作用(自发极化作用和压电极化作用),在积层界面(异质界面)生成高浓度的二维电子气(2DEG)(参见例如非专利文献1)。 

作为HEMT元件用基板的基底基板,有时使用例如像硅、SiC这样的组成与III族氮化物不同的单晶(异种单晶)。此时,通常应变超晶格层、低温生长缓冲层等缓冲层作为初期生长层在基底基板之上形成。因此,在基底基板上外延形成势垒层、沟道层以及缓冲层,成为使用由异种单晶构成的基底基板的HEMT元件用基板的最基本的构成形式。此外,为了促进二维电子气的空间封闭性,有时在势垒层和沟道层之间还设置厚度为1nm左右的隔离层。隔离层由例如AlN等构成。此外,为了控制HEMT元件用基板的最表面的能级,改善与电极的接触特性,有时还在势垒层之上形成例如由n型GaN层和超晶格层构成的帽层。 

已知,在用GaN形成沟道层、用AlGaN形成势垒层的、所谓最一般结构的氮化物HEMT元件的情况下,HEMT元件用基板内存在的二维电子气的浓度随着形成势垒层的AlGaN中的AlN摩尔分数的增加而增加(参见例如非专利文献2)。认为,如果能够大幅增加二维电子气浓度,就能够大幅提高HEMT元件的可控电流密度、即可操控的功率密度。 

另外,像用GaN形成沟道层、用InAlN形成势垒层的HEMT元件 之类的具有小应变结构的HEMT元件也引起关注,所述小应变结构对压电极化作用的依存性较小,可以几乎只通过自发极化来生成高浓度的二维电子气(参见例如非专利文献3)。 

现有技术文献: 

非专利文献1:″Highly Reliable 250W High Electron Mobility Transistor Power Amplifier″,TOSHIHIDE KIKKAWA,Jpn.J.Appl.Phys.44,(2005),4896 

非专利文献2:″Gallium Nitride Based High Power Heterojuncion Field Effect Transistors:process Development and Present Status at USCB″,Stacia Keller,Yi-Feng Wu,Giacinta Parish,Naiqian Ziang,Jane J.Xu,Bernd P.Keller,Steven P.DenBaars,and Umesh K.Mishra,IEEE Trans.Electron Devices 48,(2001),552 

非专利文献3:″Can InAlN/GaN be an alternative to high power/high temperature AlGaN/GaN devices?″,F.Medjdoub,J.-F.Carlin,M.Gonschorek,E.Feltin,M.A.Py,D.Ducatteau,C.Gaquiere,N.Grandjean,and E.Kohn,IEEE IEDM Tech.Digest in IEEE IEDM2006,673 

发明内容

发明要解决的课题

为使这样的HEMT元件或者其制作过程中使用的多层结构体——HEMT元件用基板实用化,需要解决功率密度增大、高效化等与性能提高有关的课题、常闭动作化等与功能增强有关的课题、高可靠性和低价格化这些基本课题等等各种课题。对于每一个课题都作了不懈的努力。 

以上课题之一是提高栅电极与势垒层的肖特基接触特性。 

本发明是鉴于上述课题而做出的,其目的是提供一种半导体元件用的外延基板,所述外延基板可实现肖特基接触特性优良、并且具有良好的设备特性的半导体元件。 

解决课题的手段

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