[发明专利]氮化物系晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及氮化物系晶体管。

背景技术

得益于信息通信技术的发达，对于在高速切换环境或者高电压环境下运行的高耐压晶体管的需求正在增加。对此，最近出现的应用Ⅲ-Ⅴ族半导体物质的氮化镓系晶体管由于与现有技术中的硅晶体管相比可实现高速切换操作而适于进行超高速信号处理，不仅如此，还可以凭借材料本身的高耐压特性而被应用于高电压环境，因此在业界受到瞩目。

这样的氮化镓系晶体管可被制造为水平型结构或垂直型结构。水平型结构是指氮化物系晶体管的电荷传导在水平方向上形成的结构，通常是源电极、栅电极、漏电极被布置在基板上的相同的面上的结构。但是，对于这样的水平型结构而言，会发生由于表面上形成的电场而使通过沟道层移动的电荷的流动受到阻碍，由此使电荷的移动速度减小或在元件工作时由于电场集中于栅极的边角而导致元件的耐压(ruggedness)劣化的问题。

最近提出的垂直型结构不同于上述的水平型结构，是指电荷传导在垂直方向形成的结构，作为一例在美国公开专利2012-0319127中公开了电流孔径垂直电子晶体管(CAVET：Current Aperture Vertical Electron Transistor)。根据这一电流孔径垂直电子晶体管(CAVET)，将源电极与漏电极配置为在垂直方向上相互面对，并在其中间配置作为电流势垒层的p型氮化镓(p-GaN)层。另外，电流通过由p型氮化镓层提供的孔径(aperture)而沿着垂直方向从源极流到漏极。

但是，为了实现这样的垂直型结构的商用化，仍不断产生对于在沟道层提高电荷移动率的技术、通过减少源电极和漏电极之间的泄露电流而提高运行可靠度的技术等的需求。

发明内容

本发明的实施例提供能够提高沟道层的移动率的氮化物系晶体管。

本发明的实施例提供可抑制源电极和漏电极之间的泄露电流的氮化物系晶体管。

本发明的实施例提供氮化物系物质层内的结晶缺陷的密度得到减少的垂直型氮化物系晶体管。

本发明的实施例提供能够抑制因结晶缺陷产生的泄露电流的垂直型氮化物系晶体管。

本发明的实施例提供能够减少通过氮化物系物质层内的穿透位错传导的泄露电流的垂直型氮化物系晶体管。

本发明的实施例提供制造具有上述特性的氮化物系晶体管的方法。

公开根据本发明一方面的一种氮化物系晶体管的制造方法。在所述氮化物系晶体管的制造方法中，在生长基板上依次形成掺杂为第一型的氮化物系第一半导体层、掺杂为第二型的氮化物系第二半导体层以及掺杂为第一型的氮化物系第三半导体层。形成从所述第三半导体层延伸至所述第一半导体层的内部的第一沟槽。形成填充所述第一沟槽的掺杂为第一型的氮化物系第四半导体层。在所述第四半导体层的内部形成第二沟槽。在所述第二沟槽内部形成栅电极。形成与所述第三半导体层或所述第四半导体层电连接的源电极。形成与所述第一半导体层电连接的漏电极。

公开根据本发明另一方面的一种氮化物系晶体管的制造方法。在所述氮化物系晶体管的制造方法中，在生长基板上依次形成掺杂为高浓度的第一型的下部氮化物系半导体层、掺杂为低浓度的第一型的氮化物系第一半导体层、掺杂为第二型的氮化物系第二半导体层以及掺杂为第一型的氮化物系第三半导体层。形成从所述第三半导体层延伸至所述第一半导体层内部的第一沟槽。形成填充所述第一沟槽并层叠于所述第三半导体层上的掺杂为第一型的氮化物系第四半导体层。在所述第四半导体层上形成掺杂为高浓度的第一型的上部氮化物系半导体层。至少将所述上部氮化物系半导体层和所述第四半导体层选择性地蚀刻，从而形成第二沟槽。在所述第二沟槽内部形成栅电极。形成与所述上部氮化物系半导体层形成欧姆接触的源电极。形成与所述下部氮化物系半导体层形成欧姆接触的漏电极。

公开根据本发明又一方面的一种氮化物系晶体管的制造方法。在所述氮化物系晶体管的制造方法中，在生长基板上依次形成掺杂为高浓度的第一型的下部氮化物系半导体层、掺杂为第一型的氮化物系第一半导体层、掺杂为第二型的氮化物系第二半导体层以及掺杂为高浓度的第一型的上部氮化物系半导体层。形成从所述上部氮化物系半导体层延伸至所述第一半导体层内部的第一沟槽。形成填充所述第一沟槽的掺杂为第一型的氮化物系第三半导体层。选择性地蚀刻所述第三半导体层而形成第二沟槽。在所述第二沟槽内部形成栅电极。形成与所述上部氮化物系半导体层形成欧姆接触的源电极。形成与所述下部氮化物系半导体层形成欧姆接触的漏电极。