[发明专利]化合物半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本文讨论的实施例涉及一种化合物半导体器件及其制造方法。

背景技术

近年来，在衬底上方按顺序形成有GaN层和AlGaN层的电子器件(化合物半导体器件)得到了蓬勃的发展，其中GaN层是用作电子渡越层。GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)被作为如上所述的化合物半导体器件的一种。在GaN基HEMT中，使用了在AlGaN与GaN之间的异质结界面处所产生的高浓度二维电子气体(2DEG)。

GaN的带隙是3.4eV，大于硅的带隙(1.1eV)和GaAs的带隙(1.4eV)。即，GaN具有高击穿电场强度。此外，GaN还具有较大的饱和电子速率。因此，GaN被极其地期望作为具有高压操作和高功率能力的化合物半导体器件的材料。GaN基HEMT被期望作为用于高效率开关元件、电动车辆等的高击穿电压电子器件。

使用高浓度二维电子气体的GaN基HEMT在许多情况下进行常开操作。即，当栅压(gate voltage)关闭时电流流动。这是因为沟道处存在大量电子。另一方面，对用于高击穿电压电子器件的GaN基HEMT来说，从自动防故障(fail-safe)的观点看，常关操作被认为是重要的。

因此，对于具有常关操作能力的GaN基HEMT来说，已经进行了各种研究。例如，提出了这样的结构，其中，p型半导体层被设置在栅极和有源区之间。此外，还提出了这样的结构，其通过对位于栅极正下方的电子供应层进行蚀刻来划分2DEG。

然而，对于获得提供p型半导体层的结构来说，p型杂质的掺杂和用于激活的热处理是必要的。因为，与n型杂质相比，p型杂质极其不容易被激活，所以有必要将热处理的温度提高到高温，并且，因为在高温热处理过程中电子渡越层与电子供应层之间的界面被损坏，所以电子的迁移率被降低。此外，在获得2DEG被划分的结构的蚀刻中，邻近电子渡越层处出现严重损坏，因此出现薄层电阻增大以及泄漏电流增大的情况。因此，将这些技术应用到实际器件是困难的。

专利文献1：日本专利特许公开No.2007-19309

专利文献2：日本专利特许公开No.2009-76845

发明内容

本实施例的目的是提供一种能够容易地进行常关操作的化合物半导体器件及其制造方法。

根据一种化合物半导体器件的一个方面，提供有：衬底；第一AlGaN层，在衬底的上方形成；第二AlGaN层，在第一AlGaN层的上方形成；电子渡越层，在第二AlGaN层的上方形成；以及电子供应层，在电子渡越层的上方形成。当第一AlGaN层的构成由Al_x1Ga_1-x1N表示，第二AlGaN层的构成由Al_x2Ga_1-x2N表示时，“0≤x1＜x2≤1”的关系成立。存在于第二AlGaN层的上表面处的负电荷多于存在于第二AlGaN层的下表面处的正电荷。

根据一种化合物半导体器件的制造方法的一个方面，在衬底的上方形成第一AlGaN层。在第一AlGaN层的上方形成第二AlGaN层。在第二AlGaN层的上方形成电子渡越层。在电子渡越层的上方形成电子供应层。当第一AlGaN层的构成由Al_x1Ga_1-x1N表示，第二AlGaN层的构成由Al_x2Ga_1-x2N表示时，“0≤x1＜x2≤1”的关系成立。存在于第二AlGaN层的上表面处的负电荷多于存在于第二AlGaN层的下表面处的正电荷。

附图说明

图1A和图1B为示出根据一个实施例的GaN基HEMT的结构的视图；

图2A至图2H为按照处理步骤示出根据该实施例的GaN基HEMT的制造方法的剖视图，；

图3为呈现根据该实施例的GaN基HEMT的电子能量和电子密度的深度剖面的视图；

图4为示出参考例的结构的剖视图；

图5为呈现根据该参考例的GaN基HEMT的电子能量和电子密度的深度剖面的视图；

图6为呈现栅压与二维电子气体的密度之间的关系的视图；

图7为示出高功率放大器的外观的示例的视图；以及

图8A和图8B为示出电源器件的视图。

具体实施方式

下面将参照附图来具体说明实施例。图1A和图1B为示出根据一个实施例的GaN基HEMT(化合物半导体器件)的结构的视图；