[发明专利]氮化物半导体元件及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮化物半导体元件及制造方法。

背景技术

以往，作为断开耐压高的功率器件，作为氮化物系化合物半导体元件，公知的有用于缓和由基板和氮化物系化合物半导体之间的晶格常数差以及热膨胀系数差引起的变形的缓冲层的元件(例如参照专利文献1-5)。该缓冲层重复具有包含AlN层和GaN层的复合层。

专利文献1日本特开2007-88426号公报

专利文献2日本特开2009-289956号公报

专利文献3日本专利第4525894号公报

专利文献4日本特开2010-239034号公报

专利文献5日本特表2007-518266号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，由于AlN层和GaN层之间的晶格常数差，导致在缓冲层上产生2维电子气的载流子(carrier)。因此，在AlN层和GaN层之间的界面上形成横方向的泄漏路径，漏电流增大。对此，有在AlN层和GaN层之间设置AlGaN层的方法(参照专利文献3)。但是，即使采用该结构，由于AlN层和GaN层的晶格常数差不变，因此在缓冲层整体上产生的载流子的总量也不变。因此，不能充分抑制漏电流。

此外，有这样的方法：通过向缓冲层中的GaN层添加杂质来使GaN层高电阻化，减小缓冲层引起的漏电流的影响(参照专利文献4、5)。作为该杂质，已知有碳以及铁和镍等过渡金属。但是，若在外延层添加高浓度的杂质，则会在外延层产生裂纹，并且位错密度增大，电子移动度下降。此外，过渡金属的添加会产生使电流崩塌(collapse)以及电流暴跌(slump)这样的导通电阻恶化的现象。

解决课题的手段

在本发明的第一方式中，提供一种氮化物半导体元件，其具有：基板；缓冲层，形成在所述基板的上方；活性层，形成在所述缓冲层上；以及至少两个电极，形成在所述活性层的上方，所述缓冲层具有1层以上的复合层，所述复合层包含晶格常数不同的多个氮化物半导体层，对于所述复合层的至少1层而言，在所述多个氮化物半导体层中的晶格常数最大的氮化物半导体层中，在由于与上一层的氮化物半导体层之间的晶格常数差而产生载流子的载流子区域的至少一部分，掺杂有碳原子和氧原子。

在本发明的第二方式中，提供一种氮化物半导体元件的制造方法，具备：在衬底的上方形成缓冲层的步骤；在缓冲层上形成活性层的步骤；以及在活性层的上方形成至少两个电极的步骤，在形成缓冲层的步骤中具有：层叠1层以上的复合层的层叠步骤，该复合层包含晶格常数不同的多个氮化物半导体层；以及掺杂步骤，在所述复合层的至少1层中的、所述多个氮化物半导体层中的晶格常数最大的氮化物半导体层中，在由于与上一层的氮化物半导体层之间的晶格常数差而产生载流子的载流子区域的至少一部分，同时掺杂碳原子和氧原子。

并且，上述发明的概要并非是列举了本发明所需要的全部必要特征。此外，这些特征群的组合也能成为发明。

附图说明

图1表示用于氮化物半导体元件的缓冲层的一部分的剖面图。

图2表示模拟中使用的GaN/AlN/GaN层叠构造的原子模型。

图3表示不含杂质情况下的GaN层的上部中的状态密度和能量的关系的曲线图。

图4表示杂质的种类和图2所示的原子模型的系统的内聚能之间的关系的曲线图。

图5表示同时掺杂了碳和氧的情况下，AlN层下一层的GaN层的上部中的状态密度和能量之间的关系的曲线图。

图6为本发明的第1实施方式涉及的外延基板的剖面图。

图7为电极以及形成电极的外延基板的平面图。

图8为测量了外延基板的漏电流特性的曲线图。

图9为本发明的第2实施方式涉及的氮化物半导体元件的剖面图。

图10为本发明的第3实施方式涉及的氮化物半导体元件的剖面图。

符号说明

10、14、32、36、222、282、322、382：GaN层

12、34、214、224、314、324：AlN层

17：镓原子

18：氮原子

19：铝原子

20：施主能级

22：受主能级

30、210、310：基底基板

31：晶种层

33：载流子区域

37、280、380、400：缓冲层