[发明专利]III族氮化物半导体器件及其制造方法以及功率转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种III族氮化物半导体器件，并涉及一种用于制造该器件的方法。更具体地说，本发明涉及一种具有减小的接通状态电阻的半导体器件(例如，二极管或HEMT(高电子迁移率晶体管)，HEMT也被称作HFET(异质结构场效应晶体管)，在本说明书中使用术语HEMT)和一种用于制造该器件的方法。本发明还涉及一种包括这种III族氮化物半导体器件的功率转换器。

背景技术

III族氮化物半导体已被广泛用作发光器件的材料。III族氮化物半导体还被设想作为功率器件的材料，因为它们表现出高电子迁移率并具有大约10倍于Si的击穿场强。迄今开发出的功率器件包括这样的HEMT(高电子迁移率晶体管)：其中在异质结界面处形成的二维电子气(2DEG)层充当沟道。当GaN HEMT被制造成与传统HEMT(例如，GaAs HEMT)具有相同的结构时，GaN HEMT表现出常接通特性；即，在无电压施加于栅电极的情况下，HEMT处于接通状态。然而，表现出常接通特性的HEMT带来安全问题。因此，已提出了多种HEMT结构来实现常关断特性(即，在无电压施加于栅电极的情况下，在源电极与漏电极之间无电流流动)。

例如，日本专利申请特许公开号2008-147593公开了一种实现了常关断特性的HEMT；具体地说，公开了一种具有MIS结构的HEMT，在该结构中，载流子供给层不直接在栅电极下方形成。该结构实现了常关断特性，因为2DEG层不形成在直接在栅电极下方的区域中。为了实现该结构，日本专利申请特许公开号2008-147593公开了一种通过用干蚀刻去除载流子供给层的一部分来暴露载流子输运层的表面的方法。

日本专利申请特许公开号2009-99691公开了一种用于制造HEMT的方法，其中，第一载流子供给层形成在载流子输运层上；掩模形成在第一载流子供给层的特定区域上；两个第二载流子供给层通过选择性再生长而形成在第一载流子供给层的未被掩蔽的区域上，使得所述第二载流子供给层彼此分离；源电极形成在所述第二载流子供给层之一上；漏电极形成在另一个第二载流子供给层上；并且栅电极形成在掩模上。

然而，当通过日本专利申请特许公开号2009-99691中公开的、利用了选择性再生长的方法来制造日本专利申请特许公开号2008-147593中公开的结构时，产生了这样的问题：例如，当载流子供给层在载流子输运层上生长时，杂质等被引入载流子输运层与载流子供给层之间的界面处，且这些层之间的界面的平坦度降级，这导致在载流子输运层与载流子供给层之间的异质结界面处生成的2DEG的迁移率的降低以及接通状态电阻的增大。

发明内容

鉴于上述内容，本发明的一个目的是提供一种具有减小的接通状态电阻的III族氮化物半导体器件。本发明的另一个目的是提供一种用于制造该半导体器件的方法。本发明的再一个目的是提供一种包括该半导体器件的功率转换器。

在本发明的第一方面中，提供了一种半导体器件，包括：

第一载流子输运层，其由III族氮化物半导体形成；

第二载流子输运层，其通过III族氮化物半导体的选择性再生长而形成，并且被提供在第一载流子输运层的一区域上；以及

载流子供给层，其通过具有比第二载流子输运层的III族氮化物半导体的带隙能量大的带隙能量(下文中可简单地称作“带隙”)的IH族氮化物半导体的选择性生长而形成，载流子供给层被提供在第二载流子输运层上。

这里使用的“III族氮化物半导体”包含由公式Al_xGa_yIn_zN(x+y+z＝1，0≤x，y，z≤1)表示的半导体；这种半导体中Al、Ga或In的一部分由另一种13族元素(3B族元素)(即B或Tl)替代，或者N的一部分由另一种15族元素(5B族元素)(即P、As、Sb或Bi)替代。III族氮化物半导体的具体例子包括至少包含Ga的III族氮化物半导体，如GaN、InGaN、AlGaN和AlGaInN。通常，采用Si作为n型杂质，并采用Mg作为p型杂质。

第一载流子输运层、第二载流子输运层和载流子供给层中的每一个可由单个层或多个层形成。通常，第一载流子输运层和第二载流子输运层由相同的III族氮化物半导体(例如GaN)形成。然而，这些层不必需由相同的III族氮化物半导体形成。

优选地，为了防止2DEG的迁移率降低，第二载流子输运层由未掺杂的GaN形成。当第二载流子输运层由多个层形成时，优选地，与载流子供给层接触的至少一层(该多个层中的至少一层)由未掺杂的GaN形成。