[发明专利]半导体元件用外延基板、半导体元件、PN接合二极管元件以及半导体元件用外延基板的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体元件用外延基板，特别涉及由III族氮化物半导体构成的多层构造外延基板。

背景技术

由于氮化物半导体具有高的绝缘击穿电场和高的电子饱和速度，因此作为新一代高频/大功率设备用半导体材料而倍受瞩目。例如，对由AlGaN构成的势垒层和由GaN构成的沟道层进行层叠而成的HEMT（高电子迁移率晶体管）元件利用以下特征：通过氮化物材料特有的大极化效应（自发极化效应和压电极化效应）来在层叠界面（异质界面）上生成高浓度的二维电子气（2DEG）（例如，参照非专利文献1）。

作为HEMT元件用基板的衬底，有时使用例如硅或SiC等具有与III族氮化物不同组成的单晶（异种单晶）。此时，通常应变超晶格层或低温生长缓冲层等的缓冲层形成在衬底上作为初期生长层。从而，在衬底上外延形成势垒层、沟道层、缓冲层，这是使用由异种单晶构成的衬底的HEMT元件用基板的最基本的构成方式。进而，以促进二维电子气的空间性封入为目的，在势垒层和沟道层之间还可以设置厚度1nm左右的隔离层。隔离层例如由AlN等构成。进而，以改善HEMT元件用基板最表面的能级控制或与电极接触特性为目的，也可以在势垒层上形成例如由n型GaN层或超晶格层构成的上覆层。

众所周知在用GaN形成沟道层、用AlGaN形成势垒层的这种最通常结构的氮化物HEMT元件的情况下，存在于HEMT元件用基板中的二维电子气的浓度随着形成势垒层的AlGaN的AlN摩尔比的增加而增加（例如，参照非专利文献2）。可知如果能够大幅提高二维电子气浓度，则能够大幅提高HEMT元件的可控制电流密度即可使用电力密度。

另外，如用GaN形成沟道层、用InAlN形成势垒层的HEMT元件那样，具有如下结构的HEMT元件也备受瞩目：对压电极化效应的依赖小、能够几乎只利用自发极化以高浓度生成二维电子气、且应变少（例如，参照非专利文献3）。

当形成用GaN形成沟道层、用InAlN形成势垒层的InAlN/GaN构造的HEMT元件时，以抑制电流崩塌等为目的，有时在势垒层上形成由GaN、AlGaN等至少含有Ga的InAlGaN构成的上覆层。此时，根据上覆层的形成条件，Ga元素在作为势垒层的InAlN层中扩散，作为其结果外延膜的电子状态产生变动，设备特性劣化。

另外，相同地当形成InAlN/GaN构造的HEMT元件时，出于在栅极构造与InAlN层之间用PN接合来替代肖特基接合的目的，有时将含有Mg的氮化物上覆层形成在势垒层上。此时，根据上覆层的形成条件，作为受主已参杂的Mg元素在作为势垒层的InAlN层中扩散，因此无法得到良好的PN接合。

先行技術文献

非专利文献

非专利文献1：“Highly Reliable250W High Electron Mobility Transistor Power Amplifier”，TOSHIHIDE KIKKAWA，Jpn.J.Appl.Phys.44，(2005)，4896

非专利文献2：“Gallium Nitride Based High Power Heteroj uncion Field Effect Transistors：process Development and Present Status at USCB”，Stacia Keller，Yi-Feng Wu，Giacinta Parish，Naiqian Ziang，Jane J.Xu，Bernd P.Keller，Steven P.DenBaars，and Umesh K.Mishra，IEEE Trans.Electron Devices48，(2001)，552

非专利文献3：“Can InAlN/GaN be an alternative to high power/high temperature AlGaN/GaN devices?”，F.Medj doub，J.-F.Carlin，M.Gonschorek，E.Feltin，M.A.Py，D.Ducatteau，C.Gaquiere，N.Grandjean，and E.Kohn，IEEE IEDM Tech.Digest in IEEE IEDM2006，673

发明内容

本发明是鉴于上述课题而做出的，其目的在于提供一种能够恰当抑制元素从上覆层的扩散且特性优异的半导体元件用外延基板。