[发明专利]化合物半导体器件及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于2010年8月31日提交的日本专利申请第2010-194820号并要求其优先权，通过参考将其全文引入于此。

技术领域

本发明通常涉及一种化合物半导体器件及其制造方法。

背景技术

氮化物半导体器件作为一种通过利用其特征(例如高饱和电子速度和宽带隙)而具有高耐压(withstand voltage)和高输出功率的半导体器件已经得到了有效的发展。关于氮化物半导体器件，已经发表了多种场效应晶体管(尤其是高电子迁移率晶体管(HEMTs))的报道。具体而言，用GaN作为电子传输层和用AlGaN作为电子供给层的AlGaN/GaN HEMT已受到关注。在AlGaN/GaN HEMT中，由GaN和AlGaN之间在晶格常数上的差异导致的变形产生于AlGaN中。因此，通过由上述变形产生的压电极化以及通过AlGaN的自发极化，获得高浓度的二维电子气(2DEG)。因此，高耐压和高输出功率是可实现的。

相关技术的文件例如有日本未经审查的专利申请公布第2007-19309号、第2009-76845号和第2004-335960号。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，根据本发明的一个方面，一种化合物半导体器件包括：衬底；化合物半导体层，形成在衬底上方；以及栅电极，形成在化合物半导体层上方，在化合物半导体层和栅电极之间设置有栅绝缘膜，栅绝缘膜包括具有反转自发极化的第一层，其自发极化的方向与化合物半导体层的自发极化相反。

根据本发明的另一方面，一种制造化合物半导体器件的方法包括以下步骤：在衬底上方形成化合物半导体层；在化合物半导体层上方形成栅绝缘膜；以及在栅绝缘膜上方形成栅电极，栅绝缘膜包括具有反转自发极化的第一层，其自发极化的方向与化合物半导体层的自发极化相反。

根据本发明的另一方面，一种电源电路包括：高压电路；低压电路；以及变压器，设置在高压电路和低压电路之间，高压电路包括晶体管，其中，该晶体管包括：衬底；化合物半导体层，形成在衬底上方；以及栅电极，形成在化合物半导体层上方，在化合物半导体层和栅电极之间设置有栅绝缘膜，所述栅绝缘膜包括具有反转自发极化的第一层，其自发极化的方向与化合物半导体层的自发极化相反。

根据本发明的另一方面，一种高频放大器包括：衬底；化合物半导体层，形成在所述衬底上方；以及栅电极，形成在所述化合物半导体层上方，在所述化合物半导体层和所述栅电极之间设置有栅绝缘膜，所述栅绝缘膜包括具有反转自发极化的第一层，其自发极化的方向与化合物半导体层的自发极化相反。

本发明通过相对简单的结构可实现常闭操作，而不会引起诸如表面电阻的增加、栅漏电流的增加、以及输出功率的减小等不便。

通过至少在权利要求中具体指出的那些元件、特征和组合将实现和获得本发明的目的和优点。

应理解，对要求保护的本发明而言，以上概述说明和以下详细说明都是示范性和解释性的，不是限制性的。

附图说明

图1A至图1K是示出根据第一实施方式的化合物半导体器件的制造方法的视图；

图2是示出根据该第一实施例的AlGaN/GaN HEMT的功能和效果的视图。

图3是根据比较例的AlGaN/GaN HEMT的视图；

图4A是根据该比较例的AlGaN/GaN HEMT的能带示意图；

图4B是根据该第一实施例的AlGaN/GaN HEMT的能带示意图；

图5A至图5C是示出根据第二实施例的化合物半导体器件的制造方法的视图；

图6是示出根据第三实施例的电源装置的电路图的视图；以及

图7是示出根据第四实施例的高频放大器的电路图的视图。

具体实施方式

例如，对于用于电源装置等的开关元件，所谓的常闭操作(normally-off operation)(当电压关闭时实质上没有电流流过)是更可取的。然而，在AlGaN/GaN HEMT中，由于二维电子气的浓度很高，在沟道区中的电子数量也很大，因此，在某些情况下，可能很难实现常闭操作。

以往对于AlGaN/GaN HEMT提出的常闭技术不能实现充分的常闭操作。此外，例如，在制造工艺中通过热处理等对电子传输区造成的损害引起的表面电阻(sheet resistance)的增加、栅漏电流的增加、以及输出功率的减小也是不可能避免的。