[发明专利]半导体器件及其制造方法和电源设备

说明书

相关申请交叉引用

本申请基于在2010年9月2日递交的申请号为2010-197063的在先日本专利申请，并要求其优先权，其整体内容通过引用的方式并入本文。

技术领域

文中讨论的实施例涉及一种半导体器件及其制造方法和电源设备。

背景技术

氮化物半导体器件具有高电子饱和速度、宽带隙等。通过利用上述提到的特征，高击穿电压/高输出器件取得了积极的发展。

高击穿电压/高输出器件中所使用的氮化物半导体器件的例子是场效应晶体管，例如，高电子迁移率晶体管(HEMT)。

例如，GaN-HEMT具有HEMT结构，其中，AlGaN电子供应层形成在GaN电子传输层上方。AlGaN电子供应层和GaN电子传输层之间的晶格常数的不同造成AlGaN电子供应层的应变(strain)，由于AlGaN电子供应层的应变，在GaN-HEMT中出现压电极化(piezoelectric polarization)。通过AlGaN电子供应层的自发极化和压电极化获得高浓度二维电子气。这样，通过使用GaN-HEMT，可以实现高击穿电压/高输出器件。

相关技术文献的例子是日本专利申请特许公开号2008-98455。

迄今为止，在关于氮化物半导体器件(例如GaN-HEMT)的报告中，大多数是关于以常开(normally-on)模式工作的器件。

然而，优选的是常关(normally-off)型晶体管，因为，例如，如果常开型晶体管发生故障，那么电流会继续流动。

可以通过将阈值电压设定为正来实现常关型晶体管。为了将阈值电压设定为正，优选的是，设置栅极凹槽(gate recess)并精确控制栅极凹槽的深度。

然而，在传统的氮化物半导体器件中，是通过干蚀刻来形成栅极凹槽的。因为目前还未确立合适的干蚀刻技术，因而难以控制栅极凹槽的深度。这样，由于栅极凹槽的深度出现变化，难以将阈值电压设定为正，因而，还不可能稳定地制造以常关模式工作的器件。

发明内容

根据实施例的一个方案，一种半导体器件，包括：GaN电子传输层，设置在衬底上方；第一AlGaN电子供应层，设置在所述GaN电子传输层上方；AlN电子供应层，设置在所述第一AlGaN电子供应层上方；第二AlGaN电子供应层，设置在所述AlN电子供应层上方；栅极凹槽，设置在所述第二AlGaN电子供应层和所述AlN电子供应层中；以及栅极，设置在所述栅极凹槽上方。

根据实施例的另一个方案，一种电源设备，包括：高压电路；低压电路；以及变压器，设置在所述高压电路和所述低压电路之间；所述高压电路包括晶体管，所述晶体管包括：GaN电子传输层，设置在衬底上方；第一AlGaN电子供应层，设置在所述GaN电子传输层上方；AlN电子供应层，设置在所述第一AlGaN电子供应层上方；第二AlGaN电子供应层，设置在所述AlN电子供应层上方；栅极凹槽，设置在所述第二AlGaN电子供应层和所述AlN电子供应层中；以及栅极，设置在所述栅极凹槽上方。

根据实施例的另一个方案，一种半导体器件制造方法，包括：在衬底上方形成GaN电子传输层；在所述GaN电子传输层上方形成第一AlGaN电子供应层；在所述第一AlGaN电子供应层上方形成AlN电子供应层；在所述AlN电子供应层上方形成第二AlGaN电子供应层；在所述第二AlGaN电子供应层和AlN电子供应层中形成栅极凹槽；以及在所述栅极凹槽上方形成栅极。

将通过权利要求中特别指出的元件和组合来实现和获得本发明的目的和优点。

应当理解，前述的大致描述和后续的详细描述都是示例性和解释性的，并不用于限制请求保护的本发明。

附图说明

图1是示出根据实施例的半导体器件的结构的剖视图；

图2A到图2N是示出根据实施例的半导体器件制造方法的剖视图；

图3是示出根据实施例的半导体器件制造方法的另一个例子的剖视图；

图4是示出半导体器件制造方法的剖视图；

图5是示出GaN的蚀刻速率、AlN的蚀刻速率和GaN与AlN之间的蚀刻选择比的曲线图；

图6A到图6C是示出半导体器件性能的曲线图；

图7是示出根据实施例的电源设备的示意图；

图8是示出半导体器件的变型例的剖视图。

具体实施方式