[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

本申请基于在2010年12月2日提交的申请号为2010-269714的在先日本专利申请并要求该申请的优先权，其全部内容通过引用的方式并入此处。

技术领域

本发明涉及一种化合物半导体器件及器件的制造方法。

背景技术

在衬底上方形成有作为电子渡越层的GaN层以及形成有AlGaN层的电子器件(化合物半导体器件)近来取得了积极的发展。这种化合物半导体器件中的一种是GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)。将GaN HEMT用作电压源逆变器的开关能够减小导通电阻以及增大耐受电压。当与Si晶体管进行比较时，其也能够减小待机功耗以及增大工作频率。由于这些原因，其能够减小逆变器的开关损耗和功耗。另外，当与具有相似性能的Si晶体管进行比较时，其还能够减小尺寸。

在GaN层用作电子渡越层以及AlGaN层用作电子供应层的GaN HEMT中，由于AlGaN与GaN之间的晶格常数不同而在AlGaN上产生应变。由于这个原因，发生了压电极化并且获得了高浓度的二维电子气(2DEG)。因此，这种GaN HEMT被应用于高输出电源器件。

然而，难以生产具有良好结晶度的GaN衬底。因此，通常通过异质外延生长而在Si衬底、蓝宝石衬底(sapphire substrate)或SiC衬底的上方形成GaN层和AlGaN层。尤其是，容易以低成本获得大直径和高质量的Si衬底。因此，对于在Si衬底上方生长有GaN层和AlGaN层的结构的研究有所增加。

然而，GaN层/AlGaN层与Si衬底之间的热膨胀系数存在很大的不同。另一方面，GaN层和AlGaN层的外延生长需要高温处理。因此，在这种高温处理过程中，Si衬底会由于热膨胀系数不同而出现变形或裂痕。由热膨胀系数不同所引起的问题能够通过形成具有超晶格(superlattice)结构的缓冲层而得以抑制，其中具有不同组成的两个化合物半导体层交替堆叠在GaN层与AlGaN层之间。

然而，在将超晶格结构用作缓冲层的现有化合物半导体器件中，电子渡越层以及在其上方形成的电子供应层难以获得良好的结晶度。相关技术的示例是未审查的日本专利申请公开第2007-258230号和第2010-245504号。

发明内容

为了解决现有技术的问题，根据本发明的一个方案，一种化合物半导体器件包括；衬底；电子渡越层，形成在衬底的上方；电子供应层，形成在电子渡越层的上方；以及缓冲层，形成在衬底与电子渡越层之间且包括Al_xGa_1-xN(0≤x≤1)，其中x值表示沿缓冲层的厚度方向的多个最大值和多个最小值，并且在缓冲层中具有1nm厚度的任何区域中x的变化为0.5或更小。

根据本发明的另一个方案，一种化合物半导体器件的制造方法包括：在衬底的上方形成包括Al_xGa_1-xN(0≤x≤1)的缓冲层；在缓冲层的上方形成电子渡越层；以及在电子渡越层的上方形成电子供应层，其中x值表示沿缓冲层的厚度方向的多个最大值和多个最小值，并且在缓冲层中具有1nm厚度的任何区域中x的变化为0.5或更小。

本发明具有良好的结晶度。

本发明的目的和优点将至少通过权利要求中特别指出的元件、特征以及组合来实现和获得。

应当理解，前述的大致描述和随后的详细描述都是示例性和说明性的，并不是对如同权利要求所要求保护的本发明的限制。

附图说明

图1A为示出根据第一实施例的GaN HEMT结构的剖视图；

图1B为示出x值的分布的图表；

图2A和图2B为示出x值的分布的图表；

图3为示出参考示例中的x值的变化的图表；

图4A和图4B为示出根据第二实施例的GaN HEMT结构的剖视图；

图5A至图5D为示出x值的分布的图表；

图6A至图6E为示出根据第二实施例的GaN HEMT的制造方法的剖视图；

图7为示出第二实施例的变型的剖视图；

图8为示出高输出放大器的外观的示意图；

图9A和图9B为示出电源的示意图。

具体实施方式