專利名稱：GaN系半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及GaN系半導(dǎo)體裝置，尤其涉及耐壓高、通態(tài)電阻低、并且反方向的電壓外加時(shí)的漏電流小的GaN系半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
由半導(dǎo)體裝置構(gòu)成的電子器件是公知的，例如，已知有由高耐壓的雙極性晶體管構(gòu)成的電力變換裝置用開(kāi)關(guān)元件。對(duì)于如此的大電力用開(kāi)關(guān)元件，除謀求高的耐壓之外，還謀求低的通態(tài)電阻。因此，近年來(lái)，作為開(kāi)關(guān)元件，代替雙極性晶體管使用通態(tài)電阻低的功率MOSFET(Metal OxideSemiconductor FET)或?qū)㈦p極性晶體管和MOSFET復(fù)合的IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor；絕緣柵極型的雙極性晶體管)(例如，日本公開(kāi)特許公報(bào)，特開(kāi)平10-242165號(hào)公報(bào))。
另外，近年來(lái)，采用以GaN為代表的氮化物系化合物半導(dǎo)體制作的電子器件，有望成為可在高溫下工作、耐壓高、且還能夠高速工作的器件，因而正進(jìn)展著對(duì)它的開(kāi)發(fā)。特別是，正在研究作為高耐壓且可大電流工作的電子器件的應(yīng)用。
例如，在特開(kāi)2004-31896號(hào)公報(bào)中提出了采用耐壓高、通態(tài)電阻低的GaN半導(dǎo)體的肖特基二極管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種GaN系半導(dǎo)體裝置，其通態(tài)電阻低、而且反偏壓的電壓外加時(shí)的漏電流小，并且還抑制在陽(yáng)極電極和陰極電極間產(chǎn)生電場(chǎng)集中，在外加高電壓時(shí)不引起大氣放電，顯示出優(yōu)異的耐壓特性。
為了達(dá)到所述的目的，本發(fā)明提供一種GaN系半導(dǎo)體裝置，其具備III-V族氮化物半導(dǎo)體層；第一陽(yáng)極電極，其以肖特基結(jié)合配置在所述III-V族氮化物半導(dǎo)體層的表面；第二陽(yáng)極電極，其以肖特基結(jié)合配置在所述III-V族氮化物半導(dǎo)體層的表面并與所述第一陽(yáng)極電極電連接，并且形成比所述第一陽(yáng)極電極形成的肖特基勢(shì)壘更高的肖特基勢(shì)壘；以及絕緣保護(hù)膜，其與所述第二陽(yáng)極電極接觸，并配置在所述III-V族氮化物半導(dǎo)體層的表面。
在該GaN系半導(dǎo)體裝置中，所述III-V族氮化物半導(dǎo)體層優(yōu)選至少包含1個(gè)由帶隙能量不同的III-V族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，且所述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)優(yōu)選由下層和上層形成，其中，所述下層由第一III-V族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，所述上層由帶隙能量比所述第一III-V族氮化物半導(dǎo)體大的第二III-V族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成。
此外，在該GaN系半導(dǎo)體裝置中，優(yōu)選所述第一陽(yáng)極電極的寬度比所述第二陽(yáng)極電極窄，并且形成有由所述第二陽(yáng)極電極覆蓋所述第一陽(yáng)極電極而成的復(fù)合陽(yáng)極電極。
此外，優(yōu)選陰極電極配置在所述III-V族氮化物半導(dǎo)體層的表面、在俯視平面上與所述第二陽(yáng)極電極隔離；由所述絕緣保護(hù)膜至少覆蓋位于所述第二陽(yáng)極電極和所述陰極電極之間的所述III-V族氮化物半導(dǎo)體層的表面。
在此種情況下，優(yōu)選所述第二陽(yáng)極電極的端部或所述陰極電極的端部中的任何一方或雙方，與所述絕緣保護(hù)膜的端部疊層，尤其優(yōu)選所述第二陽(yáng)極電極的端部或/及所述陰極電極的端部中的任何一方或雙方，疊層在所述絕緣保護(hù)膜的端部上。
另外，在該GaN系半導(dǎo)體裝置中，優(yōu)選所述第一陽(yáng)極電極及所述第二陽(yáng)極電極的配置處的所述III-V族氮化物半導(dǎo)體層的厚度比非配置處的厚度薄，在此種情況下，形成所述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的所述上層和所述下層中的所述上層的厚度薄。
此外，優(yōu)選在所述第一陽(yáng)極電極和由所述第二III-V族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的上層的之間，夾插有帶隙能量比所述上層呈現(xiàn)的帶隙能量小的III-V族氮化物半導(dǎo)體層。
此外，優(yōu)選在形成所述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的所述上層和所述下層的之間，夾插有由帶隙能量比所述上層的III-V族氮化物半導(dǎo)體的帶隙能量大的III-V族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的中間層。
此外，優(yōu)選配置所述陰極電極的所述III-V族氮化物半導(dǎo)體層，至少與形成所述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的所述下層接觸。
而且，優(yōu)選形成所述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的所述上層的半導(dǎo)體材料，具有由下式AlxInyGa1-x-yN1-l-kAslPk(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤l≤1、0≤k≤1)表示的組成；形成所述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的所述下層的半導(dǎo)體材料，具有由下式InyGa1-yN(0≤y≤0.5)表示的組成。


圖1是表示本發(fā)明的GaN系半導(dǎo)體裝置C1的剖面圖。
圖2是表示GaN系半導(dǎo)體裝置的第二陽(yáng)極電極、絕緣保護(hù)膜和陰極電極的相互配置狀態(tài)的局部剖面圖。
圖3是表示本發(fā)明的GaN系半導(dǎo)體裝置C2的剖面圖。
圖4是表示本發(fā)明的GaN系半導(dǎo)體裝置C3的剖面圖。
圖5是表示本發(fā)明的GaN系半導(dǎo)體裝置C4的剖面圖。
圖6是表示本發(fā)明的GaN系半導(dǎo)體裝置C5的剖面圖。
圖7是表示本發(fā)明的GaN系半導(dǎo)體裝置C6的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1表示作為第一實(shí)施方式的本發(fā)明裝置的1例C1。
裝置C1，是具有在藍(lán)寶石襯底這樣的絕緣性或半絕緣性的襯底10上，依次疊層規(guī)定厚度的緩沖層12、和后述的III-V族氮化物半導(dǎo)體層13的結(jié)構(gòu)的二極管。
作為緩沖層12的半導(dǎo)體材料，通常采用GaN、AlN、AlGaN等，有時(shí)也使用這些材料的多層結(jié)構(gòu)、或AlN/GaN的超點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)等。
而且，在III-V族氮化物半導(dǎo)體層13的兩側(cè)形成后述的接觸層14，該接觸層14和半導(dǎo)體層13形成連續(xù)的上表面，在其表面上配置有陰極電極15。
此處，半導(dǎo)體層13具有疊層由具有某帶隙能量的第一III-V族氮化物半導(dǎo)體形成的下層13A、和由具有比構(gòu)成該下層13A的半導(dǎo)體材料的帶隙能量大的帶隙能量的第二III-V族氮化物半導(dǎo)體形成的上層13B而成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。
因此，下層13A和上層13B的界面13C成為異質(zhì)結(jié)界面，在位于該界面13C正下方的下層13A的表層部，通過(guò)壓電效應(yīng)產(chǎn)生呈層狀的2維電子氣。
作為構(gòu)成下層13A的第一III-V族氮化物半導(dǎo)體(將其設(shè)為A)和構(gòu)成上層13B的第二III-V族氮化物半導(dǎo)體(將其設(shè)為B)的組合(其由B/A表示)，例如，可列舉AlGaN/GaN、AlInGaN/GaN、AlInGaN/InGaN、AlGaN/InGaN等。此外，當(dāng)在上層13B和下層13A的之間，插入具有比上層13B更大的帶隙能量的中間層的情況下，作為上層/中間層/下層，可列舉AlGaN/AlN/GaN等構(gòu)成。
在按規(guī)定的寬度D形成的所述的上層13B的表面大致中心位置上，通過(guò)與上層13B肖特基結(jié)合配置具有比寬度D窄的寬度d的第一陽(yáng)極電極17A。通常，D為6～200μm，d按不超過(guò)D的范圍設(shè)定在2～200μm。
以覆蓋該第一陽(yáng)極電極17A的狀態(tài)，形成寬度比第一陽(yáng)極電極17A寬的第二陽(yáng)極電極17B。因此，第一陽(yáng)極電極17A和第二陽(yáng)極電極17B電連接，作為整體構(gòu)成復(fù)合陽(yáng)極電極17。
而且，第二陽(yáng)極電極17B的下部部分，也與第一陽(yáng)極電極17A的情況同樣，與上層13B肖特基結(jié)合。在此種情況下，由第二陽(yáng)極電極17B和上層13B形成的肖特基勢(shì)壘的高度，高于由第一陽(yáng)極電極17A和上層13B形成的肖特基勢(shì)壘的高度。第二陽(yáng)極電極17B與上層13B接合的部分的寬度為2～10μm。
例如，在由n型GaN形成有上層13B的情況下，作為第一陽(yáng)極電極17A的材料，例如，可使用Ti、W、Ag、Al、Ta等。
作為第二陽(yáng)極電極17B的材料，例如，可列舉Pt、Ni、Pd、Au、Cu等。
此外，優(yōu)選第一陽(yáng)極電極17A的厚度設(shè)定在0.02～0.5μm，第二陽(yáng)極電極17B的厚度設(shè)定在0.02～0.5μm左右。
絕緣保護(hù)膜18覆蓋在在第二陽(yáng)極電極17B的端部17b和陰極電極15的端部15a的之間露出的上層13B的表面，與端部17b和端部15a呈接觸的狀態(tài)。
作為該絕緣保護(hù)膜18的構(gòu)成材料，優(yōu)選使用具有高電容率的材料。例如，可列舉SiNx、SiO2、Al2O3、Ta2O3、SiO1-xNx等。
該絕緣保護(hù)膜18，是為了當(dāng)在復(fù)合陽(yáng)極電極17和陰極電極15間外加高電壓時(shí)，抑制兩極間的大氣放電的發(fā)生，防止損壞裝置而配置的。此外，同時(shí)是為了緩和在兩極的端部產(chǎn)生電場(chǎng)集中，提高裝置整體的耐壓而配置的。
作為配置的方式，如圖1所示，以絕緣保護(hù)膜18的端部與第二陽(yáng)極電極17B的端部17b和陰極電極15的端部15a的任一都接觸的方式配置。具體是，配置成與端部17b、端部15a的端面接觸。
此外，如圖2所示，也可以以分別由第二陽(yáng)極電極17B的端部17b和陰極電極15的端部15a覆蓋絕緣保護(hù)膜18的兩端部，相互疊層的方式配置。
在此種情況下，由于第二陽(yáng)極電極17B的端部17b和絕緣保護(hù)膜18的端部的之間的接觸面積，及陰極電極15的端部15a和絕緣保護(hù)膜18的端部的之間的接觸面積，與單一的端面相互接觸狀態(tài)時(shí)相比增大，所以大幅度緩和兩極的端部間的電場(chǎng)集中的產(chǎn)生，裝置C1的耐壓提高，也不易引起大氣放電。
在該裝置C1中，在對(duì)復(fù)合陽(yáng)極電極17進(jìn)行正偏壓的電壓外加時(shí)形成的電流路徑，是在復(fù)合陽(yáng)極電極17→上層13B→下層13A的表層部產(chǎn)生的2維電子氣16→陰極電極15的路徑。
由于2維電子氣16是具備高電子遷移率的層，所以其電阻非常小。因此，由于該裝置C1在電流路徑含有具有如此特性的2維電子氣，所以與不含2維電子氣的裝置相比，通態(tài)電阻大幅度降低。
而且，在裝置C1的情況下，由于在位于電流路徑的III-V族氮化物半導(dǎo)體層13和陰極電極15的之間夾裝有接觸層14，所以能夠更有效地降低通態(tài)電阻。
具體是，在該裝置C1的情況下成為如下的結(jié)構(gòu)蝕刻除去半導(dǎo)體層13的兩側(cè)，在此處，例如形成由摻雜了n型雜質(zhì)的GaN或InGaN等半導(dǎo)體材料構(gòu)成的接觸層14，在該接觸層14的表面直接配置以歐姆接合的陰極電極15。
在此種情況下，優(yōu)選以其內(nèi)側(cè)的側(cè)面14a與在下層13A的表層部產(chǎn)生的2維電子氣16的端部接觸的厚度，即包含異質(zhì)結(jié)界面13C的厚度形成接觸層14。
此外，如特開(kāi)2002-184972號(hào)公報(bào)所公開(kāi)，也優(yōu)選，在蝕刻除去半導(dǎo)體層13的兩側(cè)時(shí)，通過(guò)與上層13B相比，增加位于異質(zhì)結(jié)界面13C的下方的下層13A的向水平方向的蝕刻量，在兩側(cè)部形成下切部，以與此處接觸的狀態(tài)形成接觸層14。因?yàn)樵谙聦?3A產(chǎn)生的2維電子氣16和接觸層14的電連接變得更可靠。
在該裝置C1中，如果對(duì)復(fù)合陽(yáng)極電極17進(jìn)行正偏壓的電壓外加，則肖特基勢(shì)壘的高度相對(duì)低的第一陽(yáng)極電極16A立即工作，然后，在外加電壓升高的過(guò)程中第二陽(yáng)極電極16B工作。
因此，由于順?lè)较虻碾娏魃呒涌欤酝☉B(tài)電阻低，并且能夠使通態(tài)電壓接近0。
另一方面，如果進(jìn)行反偏壓的電壓外加，則在位于第二陽(yáng)極電極17B的下部部分的正下方的上層13B擴(kuò)展耗盡層，夾斷電流路徑，遮斷電流。
此外，即使外加電壓成為高電壓，由于在第二陽(yáng)極電極17B的端部17b和陰極電極15的端部15a之間配置有覆蓋上層13B的表面的絕緣保護(hù)膜18，因此能夠緩和電極的端部的電場(chǎng)集中，也不易引起大氣放電，從而裝置的高耐壓特性提高。
圖3表示本發(fā)明裝置的第二實(shí)施方式。
該裝置C2，除了具有使在圖1的裝置C1中配置有復(fù)合陽(yáng)極電極17的部位的上層13B的厚度比未配置復(fù)合陽(yáng)極電極17的部位薄這一結(jié)構(gòu)以外，采用與裝置C1相同的構(gòu)成。
在該裝置C2的情況下，由于減薄復(fù)合陽(yáng)極電極17的正下方的上層13B的厚度，所以如果進(jìn)行反偏壓的電壓外加，則即使外加微小的電壓，在第二陽(yáng)極電極17B的下部部分的正下方擴(kuò)展的耗盡層，也越過(guò)異質(zhì)結(jié)界面16，擴(kuò)展到下層13A。因此，通過(guò)耗盡層消滅發(fā)生在下層13A的表層部產(chǎn)生的2維電子氣13C。
所以，在該裝置C2的情況下，即使假設(shè)在從復(fù)合陽(yáng)極電極17到陰極電極15的電流路徑的一部分含有2維電子氣13C，在反偏壓的電壓外加時(shí)，也能夠可靠地遮斷該電流路徑。
即，該裝置C2能夠抑制反偏壓的電壓外加時(shí)的漏電流的產(chǎn)生。
而且，由于在第二陽(yáng)極電極17B和陰極電極15之間配置有絕緣保護(hù)膜18，所以具備高耐壓特性。
另外，不是如裝置C2那樣僅僅減薄復(fù)合陽(yáng)極電極17的配置處的上層13B的厚度，而是，例如遍及整層地減薄上層13B的厚度，也能夠達(dá)到所述的效果。從能夠省略減薄上層的一部分這一作業(yè)的觀點(diǎn)上，遍及整層地減薄上層反而合適。
圖4表示本發(fā)明裝置的第三實(shí)施方式C3。
該裝置C3，除了在圖1的裝置C1中，由具有比構(gòu)成上層13B的III-V族氮化物半導(dǎo)體的帶隙能量小的帶隙能量的III-V族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的層19，與第一陽(yáng)極電極17A接觸地形成在上層13B內(nèi)以外，采用與裝置C1相同的構(gòu)成。
在該裝置C3的情況下，第二陽(yáng)極電極17B和層19形成的肖特基勢(shì)壘的高度，低于第一陽(yáng)極電極17A和上層13B形成的肖特基勢(shì)壘的高度。
而且，通過(guò)作為在形成該層19之際使用的III-V族氮化物半導(dǎo)體，采用帶隙能量更小的材料，能夠更加降低第一陽(yáng)極電極17A和層19形成的肖特基勢(shì)壘的高度。
其結(jié)果是，在對(duì)復(fù)合陽(yáng)極電極17進(jìn)行正偏壓的電壓外加時(shí)，第一陽(yáng)極電極17A迅速發(fā)揮功能，即使與裝置C1相比，也能夠進(jìn)一步降低通態(tài)電壓。此外，通過(guò)絕緣保護(hù)膜18的作用具備高耐壓特性。
圖5是表示在裝置C2中在上層13B形成所述層19的結(jié)構(gòu)的裝置C4。
該裝置C4，具備已經(jīng)說(shuō)明的裝置C2的特性，即在反偏壓的電壓外加時(shí)抑制漏電流的產(chǎn)生的特性，并且具備所述的裝置C3的特性，即在正偏壓的電壓外加時(shí)更加降低通態(tài)電壓的特性、高耐壓特性。
圖6表示本發(fā)明裝置的第四實(shí)施方式C5。
該裝置C5，除了在上層13B和下層13A的之間，夾插有由具有比構(gòu)成上層13B的III-V族氮化物半導(dǎo)體的帶隙能量大的帶隙能量的III-V族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的中間層20以外，采用與裝置C1相同的構(gòu)成。
在該裝置C5的情況下，下層13A和中間層20的帶隙能量的差比裝置C1的情況大。
因此，與裝置C1相比，在該中間層20和下層13A的界面，更有效地發(fā)揮壓電效果，在下層13A的表層部產(chǎn)生的2維電子氣16變?yōu)楦邼舛取?br> 因此，對(duì)復(fù)合陽(yáng)極電極17外加正偏壓的電壓時(shí)的通態(tài)電阻更加降低。
圖7表示在裝置C2中，在III-V族氮化物半導(dǎo)體層13夾插有所述中間層20的結(jié)構(gòu)的裝置C6。
該裝置C6，除了具備裝置C2的特性之外，還具備在正偏壓的電壓外加時(shí)通態(tài)電阻更加降低的特性。
在以上說(shuō)明的裝置中，作為構(gòu)成III-V族氮化物半導(dǎo)體的層的半導(dǎo)體材料，例如，優(yōu)選由下式AlxInyGa1-x-yN1-l-kAslPk(其中，0≤x≤1、0≤y≤1、0≤l≤1、0≤k≤1)表示的材料。
該材料具有氮化物系的化合物半導(dǎo)體本質(zhì)上具備的特性，作為以高溫工作、高耐壓、高速工作為目標(biāo)的GaN系半導(dǎo)體裝置的材料，是優(yōu)選的。
尤其作為接觸層15、裝置C3或裝置C4的層19的材料，優(yōu)選高濃度摻雜了n型雜質(zhì)的InyGa1-yN(在上式中x＝0，l＝0、k＝0時(shí))。
在作為接觸層15的材料采用該摻雜了n型雜質(zhì)的InyGa1-yN的情況下，由于該InyGa1-yN的帶隙能量小，所以如果在此處歐姆接合陰極電極15，則電阻降低。而且，如果再提高n型雜質(zhì)的摻雜濃度，則能夠更加降低所述的電阻。
此外，如果由摻雜了上述的n型雜質(zhì)的InyGa1-yN構(gòu)成上層13B，則由于能夠更加降低在與第一陽(yáng)極電極17A之間形成的肖特基勢(shì)壘的高度，因此能夠更加降低正偏壓的電壓外加時(shí)的通態(tài)電壓。而且，如果5×1017cm-3以上摻雜n型雜質(zhì)，則在第一陽(yáng)極電極17A工作時(shí)，電流容易在裝置內(nèi)流動(dòng)，從而是優(yōu)選的。
此外，在由上層13B和下層13A構(gòu)成的III-V族氮化物半導(dǎo)體層13中，優(yōu)選在下層13A摻雜Mg、Zn、C中的一種或2種以上的p型雜質(zhì)。
下層13A的本征度變高，在對(duì)復(fù)合陽(yáng)極電極17進(jìn)行反偏壓的電壓外加時(shí)，耗盡層容易擴(kuò)展到下層13A，是因在下層13A的表層部產(chǎn)生的2維電子氣16消失，抑制漏電流的產(chǎn)生的效果提高之故。
此外，在裝置C2、C4、C6中，優(yōu)選復(fù)合陽(yáng)極電極17的配置處的上層13B的厚度設(shè)定在10nm以下。這是因?yàn)?，在?duì)復(fù)合陽(yáng)極電極17進(jìn)行反偏壓的電壓外加時(shí)，在第二陽(yáng)極電極17B的正下方擴(kuò)展的空氣層容易到達(dá)下層13A，因而能夠高效地抑制漏電流的產(chǎn)生。
此外，優(yōu)選裝置C3、C4中的中間層20的厚度設(shè)定在5nm以下。這是因?yàn)椋捎跇?gòu)成該中間層20的材料的帶隙能量非常大，對(duì)電子起到障礙作用，因此如果該厚度過(guò)厚，則電阻增加。
另外，作為該中間層20的構(gòu)成材料，首先可列舉AlN。該材料在所述的組成式的材料中，是帶隙能量最大的材料。
在由該材料形成中間層20的情況下，為了提高AlN層20和上層13B的界面的結(jié)晶性，也可以在兩層間夾裝由帶隙能量的大小位于兩材料的中間的材料，例如AlxGa1-xN構(gòu)成的層。此外，只要滿足帶隙能量大于上層13B的條件，作為中間層20的材料就可使用AlxGa1-xN。
實(shí)施例實(shí)施例1采用MOCVD(Metal Organic Chemical Deposition)裝置，作為襯底11采用藍(lán)寶石襯底，如下制造如圖1所示的GaN系半導(dǎo)體裝置C1。
將藍(lán)寶石襯底11導(dǎo)入MOCVD裝置，在由渦輪泵將裝置內(nèi)的真空度抽真空到1×10-6hPa以下后，將真空度定在100hPa，將藍(lán)寶石襯底11升溫·加熱到1100℃。
在溫度穩(wěn)定的時(shí)點(diǎn)，以900rpm使襯底11旋轉(zhuǎn)，向裝置內(nèi)以100cm3/min的流量導(dǎo)入三甲基鎵(TMG)4分鐘，以12L/min的流量導(dǎo)入氨4分鐘，在襯底11的表面成膜由GaN構(gòu)成的厚度50nm左右的緩沖層12。
接著，向裝置內(nèi)以100cm3/min導(dǎo)入TMG、以12L/min導(dǎo)入氨、以10cm3/min導(dǎo)入CCl4，進(jìn)行1000sec的晶體生長(zhǎng)，在緩沖層12上，成膜由GaN構(gòu)成的厚度2000nm的下層13A。
另外，CCl4是用于提高晶體生長(zhǎng)層(下層)的本征度的摻雜劑即C的原料。
接著，向裝置內(nèi)以50cm3/min的流量導(dǎo)入三甲基鋁(TMA)，以100cm3/min的流量導(dǎo)入TMG，以12L/min的流量導(dǎo)入氨，進(jìn)行60sec的晶體生長(zhǎng)，在下層13A上成膜由i-Al0.2Ga0.8N構(gòu)成的厚度30nm的上層13B。
接著，在上層13B的整面成膜SiO2膜，除去需要配置陰極電極15的部位的SiO2膜，采用以Cl2氣體為蝕刻劑主體的蝕刻裝置來(lái)蝕刻上層13B，刻設(shè)深度50nm左右的槽。該深度比上層和下層的異質(zhì)結(jié)界面13C低20nm左右，位于在下層13A產(chǎn)生的2維電子氣16的位置的充分下方。
接著，再次采用MOCVD裝置，采用流量50cm3/min的三甲基銦(TMI)、流量100cm3/min的TMG、流量12L/min的氨、流量10cm3/min的SiH4(n型雜質(zhì)用)，以生長(zhǎng)溫度1050℃進(jìn)行5分鐘的晶體生長(zhǎng)，向形成的槽內(nèi)填充n-In0.2Ga0.8N(載流子濃度1×1019cm3)，形成接觸層14。
然后，利用通常的EB蒸鍍法和抗蝕劑剝離法(lift-off)，在上層13B的表面，成膜由Ti/Al構(gòu)成的寬度(d)10μm的第一陽(yáng)極電極17A、和寬度20μm的由Pt/Au構(gòu)成的第二陽(yáng)極電極17B，配置復(fù)合陽(yáng)極電極17。
接著，在接觸層14上配置具有在TaSi疊層了Au的結(jié)構(gòu)的陰極電極15。
最后，利用等離子CVD法，在除去了陽(yáng)極電極及陰極電極的部位疊層厚度0.3μm的SiN，接著，疊層厚度0.5～1μm的SiO2，配置具有SiN/SiO2的結(jié)構(gòu)的絕緣保護(hù)膜18。
對(duì)該裝置C1測(cè)定漏電流及耐壓。得到漏電流為100μA，通態(tài)電阻為50m□左右，耐壓為300V左右。
實(shí)施例2在實(shí)施例1的制造工序中，在形成了接觸層14后再次在整面成膜SiO2膜，在該SiO2膜中除去需要配置復(fù)合陽(yáng)極電極的部位，形成開(kāi)口，由采用了氯系、氯化物系或甲烷系的蝕刻氣體的干法蝕刻裝置進(jìn)行蝕刻處理，在上層13B形成寬度10μm、深度20nm的槽。
接著，與實(shí)施例1同樣地，在槽中配置復(fù)合陽(yáng)極電極、陰極電極、及絕緣保護(hù)膜，制造如圖3所示的結(jié)構(gòu)的裝置C2。
測(cè)定該裝置C2的漏電流及耐壓。得到漏電流為1μA以下，通態(tài)電阻為50m□左右，耐壓為500V左右。
實(shí)施例3在實(shí)施例1的制造工序中，在形成了接觸層14后再次在整面成膜SiO2膜，在該SiO2膜中除去需要形成如圖4所示的層19的部位，形成開(kāi)口，由采用了氯系、氯化物系或甲烷系的蝕刻氣體的干法蝕刻裝置進(jìn)行蝕刻處理，在上層13B形成寬度10μm、深度20nm的槽。
接著，再次采用MOCVD裝置，采用流量25cm3/min的TMA、流量50cm3/min的TMG、流量12L/min的氨，進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，由Al0.1Ga0.9N填充槽。
然后，與實(shí)施例1同樣地，形成復(fù)合陽(yáng)極電極、陰極電極、及絕緣保護(hù)膜，制造如圖4所示的結(jié)構(gòu)的裝置C3。
該裝置C3的漏電流為1μA以下，通態(tài)電阻為40m□左右，耐壓為500V左右。
實(shí)施例4在實(shí)施例1的制造工序中，在成膜了下層13A后，將氣源切換到流量50cm3/min的TMA和流量12L/min的氨，進(jìn)行晶體生長(zhǎng)，成膜由AlN構(gòu)成的厚度2nm的中間層20。
然后，與實(shí)施例1的情況同樣地，制造如圖6所示的裝置C5。
該裝置C5的漏電流為1μA以下，通態(tài)電阻為30m□左右，耐壓為500V左右。
(工業(yè)上的可利用性)該GaN系半導(dǎo)體裝置的任一個(gè)，通態(tài)電阻都較低，為30m□左右，此外還能夠進(jìn)行100A左右的大電流工作。
此外，反偏壓的電壓外加時(shí)的漏電流在1μA以下，是比以往的GaN系半導(dǎo)體裝置低3位數(shù)左右的值。
而且，由于通過(guò)絕緣保護(hù)膜的作用，緩和在第二陽(yáng)極電極的端部和陰極電極的端部的電場(chǎng)集中，因此，即使外加高電壓也不引起大氣放電等，耐壓特性非常優(yōu)異。
因此，該裝置作為DC-DC轉(zhuǎn)換器(converter)或逆變器(inverter)等電源用電子器件是有用的。
權(quán)利要求
1.一種GaN系半導(dǎo)體裝置，其特征是，具備III-V族氮化物半導(dǎo)體層；第一陽(yáng)極電極，其以肖特基結(jié)合配置在所述III-V族氮化物半導(dǎo)體層的表面；第二陽(yáng)極電極，其以肖特基結(jié)合配置在所述III-V族氮化物半導(dǎo)體層的表面并與所述第一陽(yáng)極電極電連接，并且形成比所述第一陽(yáng)極電極形成的肖特基勢(shì)壘更高的肖特基勢(shì)壘；以及絕緣保護(hù)膜，其與所述第二陽(yáng)極電極接觸，并配置在所述III-V族氮化物半導(dǎo)體層的表面。
2.如權(quán)利要求1所述的GaN系半導(dǎo)體裝置，其特征是，具備III-V族氮化物半導(dǎo)體層，其至少包含1個(gè)由帶隙能量不同的III-V族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)；第一陽(yáng)極電極，其配置成在所述III-V族氮化物半導(dǎo)體層的表面肖特基結(jié)合；第二陽(yáng)極電極，其配置成在所述III-V族氮化物半導(dǎo)體層的表面肖特基結(jié)合并與所述第一陽(yáng)極電極電連接，并且形成比所述第一陽(yáng)極電極形成的肖特基勢(shì)壘更高的肖特基勢(shì)壘；以及絕緣保護(hù)膜，其與所述第二陽(yáng)極電極接觸，并配置在所述III-V族氮化物半導(dǎo)體層的表面。
3.如權(quán)利要求2所述的GaN系半導(dǎo)體裝置，其特征是所述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)由下層和上層形成，其中，所述下層由第一III-V族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成，所述上層由帶隙能量比所述第一III-V族氮化物半導(dǎo)體大的第二III-V族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1～3中的任意一項(xiàng)所述的GaN系半導(dǎo)體裝置，其特征是所述第一陽(yáng)極電極的寬度比所述第二陽(yáng)極電極窄，并且具有由所述第二陽(yáng)極電極覆蓋所述第一陽(yáng)極電極而成的復(fù)合陽(yáng)極電極。
5.如權(quán)利要求1～4中的任意一項(xiàng)所述的GaN系半導(dǎo)體裝置，其特征是陰極電極配置在所述III-V族氮化物半導(dǎo)體層的表面、在俯視平面上與所述第二陽(yáng)極電極隔離；由所述絕緣保護(hù)膜至少覆蓋位于所述第二陽(yáng)極電極和所述陰極電極之間的所述III-V族氮化物半導(dǎo)體層的表面。
6.如權(quán)利要求5所述的GaN系半導(dǎo)體裝置，其特征是所述第二陽(yáng)極電極的端部或所述陰極電極的端部中的任何一方或雙方，與所述絕緣保護(hù)膜的端部疊層。
7.如權(quán)利要求6所述的GaN系半導(dǎo)體裝置，其特征是所述第二陽(yáng)極電極的端部或所述陰極電極的端部中的任何一方或雙方，疊層在所述絕緣保護(hù)膜的端部上。
8.如權(quán)利要求1～4中的任意一項(xiàng)所述的GaN系半導(dǎo)體裝置，其特征是所述第一陽(yáng)極電極及所述第二陽(yáng)極電極的配置處的所述III-V族氮化物半導(dǎo)體層的厚度比非配置處的厚度薄。
9.如權(quán)利要求3所述的GaN系半導(dǎo)體裝置，其特征是所述第一陽(yáng)極電極及所述第二陽(yáng)極電極的配置處的所述上層的厚度比非配置處的厚度薄。
10.如權(quán)利要求3所述的GaN系半導(dǎo)體裝置，其特征是在所述第一陽(yáng)極電極和由所述第二III-V族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的上層之間，夾插有帶隙能量比所述上層呈現(xiàn)的帶隙能量小的III-V族氮化物半導(dǎo)體層。
11.如權(quán)利要求3所述的GaN系半導(dǎo)體裝置，其特征是在形成所述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的所述上層和所述下層的之間，夾插有由帶隙能量比所述上層呈現(xiàn)的帶隙能量大的III-V族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的中間層。
12.如權(quán)利要求3所述的GaN系半導(dǎo)體裝置，其特征是配置陰極電極的所述III-V族氮化物半導(dǎo)體層，至少與形成所述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的所述下層接觸。
13.如權(quán)利要求3所述的GaN系半導(dǎo)體裝置，其特征是形成所述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的所述上層的半導(dǎo)體材料，具有由下式AlxInyGa1-x-yN1-e-kAsePk(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤1≤1、0≤k≤1)表示的組成。
14.如權(quán)利要求3所述的GaN系半導(dǎo)體裝置，其特征是形成所述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的所述下層的半導(dǎo)體材料，具有由下式InyGa1-yN(0≤y≤0.5)表示的組成。
15.如權(quán)利要求13所述的GaN系半導(dǎo)體裝置，其特征是形成所述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的所述上層的n型雜質(zhì)的摻雜濃度是5×1017cm-3以上。
16.如權(quán)利要求13所述的GaN系半導(dǎo)體裝置，其特征是形成所述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的所述上層的厚度是10nm以下。
17.如權(quán)利要求11所述的GaN系半導(dǎo)體裝置，其特征是所述中間層的厚度是5nm以下。
18.如權(quán)利要求14所述的GaN系半導(dǎo)體裝置，其特征是在形成所述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的所述下層摻雜了Mg、Zn、C中的1種或2種以上的p型雜質(zhì)。
全文摘要
提供一種GaN系半導(dǎo)體裝置，其通態(tài)電阻低、反偏壓的電壓外加時(shí)的漏電流非常小，而且耐壓特性非常優(yōu)異，其結(jié)構(gòu)具備III－V族氮化物半導(dǎo)體層，其至少包含1個(gè)帶隙能量不同的III－V族氮化物半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)；第一陽(yáng)極電極，其以肖特基結(jié)合配置在所述III－V族氮化物半導(dǎo)體層的表面；第二陽(yáng)極電極，其以肖特基結(jié)合配置在所述III－V族氮化物半導(dǎo)體層的表面并與所述第一陽(yáng)極電極電連接，并且形成比所述第一陽(yáng)極電極形成的肖特基勢(shì)壘更高的肖特基勢(shì)壘；及絕緣保護(hù)膜，其與所述第二陽(yáng)極電極接觸，并配置在所述III－V族氮化物半導(dǎo)體層的表面。
文檔編號(hào)H01L29/47GK1943035SQ20058001094
公開(kāi)日2007年4月4日 申請(qǐng)日期2005年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月30日
發(fā)明者池田成明, 李江, 吉田清輝 申請(qǐng)人:古河電氣工業(yè)株式會(huì)社