[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

本发明实施方案涉及化合物半导体器件及其制造方法。

背景技术

正在研究通过利用氮化物半导体的特性如高饱和电子速度、宽带隙等将氮化物半导体应用于高电压耐受性高输出半导体器件。例如，作为氮化物半导体的GaN的带隙为3.4eV，其大于Si的带隙(1.1eV)和GaAs的带隙(1.4eV)，因此GaN具有高击穿电场强度。为此，GaN具有用作用于获得高电压操作和高输出的用于电源的半导体器件的材料的巨大前景。

关于利用氮化物半导体的半导体器件，已经大量报道了场效应晶体管，特别是高电子迁移率晶体管(高电子迁移率晶体管：HEMT)。例如，在GaN基HEMT(GaN-HEMT)中，利用GaN作为电子传输层和AlGaN作为电子供给层的AlGaN/GaN-HEMT已经引起了关注。在AlGaN/GaN-HEMT中，由于GaN和AlGaN之间的晶格常数差异而在AlGaN中发生畸变(distortion)。由于AlGaN的自发极化和因畸变引起的压电极化，所以获得高浓度二维电子气(2D EG)。为此，期望氮化物半导体用作用于电动车辆等的高效开关元件或高电压耐受性功率器件。

[专利文件1]日本专利公开号2010-153493

[专利文件2]日本专利公开号2009-49288

[专利文件3]日本专利公开号2008-71988

然而，GaN-HEMT通常具有无雪崩耐受性并且在浪涌时明显较弱的缺点。此外，与Si基半导体器件不同，GaN-HEMT中不具有体二极管，而是需要具有与外部连接的二极管作为所谓的飞轮二极管(FWD)，以例如应用于例如逆变电路(全桥逆变电路)等。此外，与Si基半导体器件相比，GaN-HEMT的栅电极与漏电极之间的寄生电容Cgd和栅电极与源电极之间的寄生电容Cgs的比例Cgd/Cgs大，因此担心运行倾向于不稳定。

发明内容

本发明实施方案针对上述问题进行设计，并且其旨在提供高度可靠和高电压耐受性化合物半导体器件，其能够进行充分的常闭运行，减轻电场朝栅电极的集中以进一步提高电压耐受性，此外，其具有高雪崩耐受性，在浪涌时强，不需要具有与其连接的外部二极管(例如，当应用于逆变电路等时)，并且可以获得确定稳定的运行；并且提供其制造方法。

化合物半导体器件的一个实施方案包括：堆叠化合物半导体结构，其中形成有第一凹陷和第二凹陷；通过栅极绝缘膜在第一凹陷中形成的栅电极；和场板电极，其形成在所述第二凹陷中并且与所述堆叠化合物半导体结构肖特基接触。

用于制造化合物半导体器件的一个实施方案包括：在堆叠化合物半导体结构中的表面层中形成第一凹陷；在第一凹陷中形成栅极绝缘膜；在堆叠化合物半导体结构的表面层中形成第二凹陷；通过栅极绝缘膜在第一凹陷中形成栅电极；和形成场板电极，其与第二凹陷中的堆叠化合物半导体结构肖特基接触。

附图说明

图1A至图1C是示出按步骤顺序的根据第一实施方案的MIS型AlGaN/GaN-HEMT制造方法的截面示意图；

图2A至图2C是示出图1A至图1C之后按步骤顺序的根据第一实施方案的MIS型AlGaN/GaN-HEMT制造方法的截面示意图；

图3A至图3C是示出图2A至图2C之后按步骤顺序的根据第一实施方案的MIS型AlGaN/GaN-HEMT制造方法的截面示意图；

图4是示出根据第一实施方案的MIS型AlGaN/GaN-HEMT的等效电路中的符号的视图；

图5A至图5C是示出根据第一实施方案的变化实施例的MIS型AlGaN/GaN-HEMT制造方法的主要步骤的截面示意图；

图6是示出根据第一实施方案的另一应用实施例的MIS型AlGaN/GaN-HEMT的示意性结构的截面视图；

图7是示出根据第一实施方案的MIS型AlGaN/GaN-HEMT芯片的示意性结构的平面视图；

图8是示出使用根据第一实施方案的HEMT芯片的分立封装的示意性结构的平面视图；

图9是示出根据第二实施方案的PFC电路的连接线路图；

图10是示出根据第三实施方案的电源装置的示意性结构的连接线路图；和

图11是示出根据第四实施方案的高频放大器的示意性结构的连接线路图。

具体实施方式

在下文，将参考附图详细描述实施方案。在下述实施方案中，将与用于制造化合物半导体器件的方法一起描述化合物半导体器件的结构。