專利名稱：化合物半導體器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種化合物半導體器件及其制造方法。
背景技術(shù)：
氮化物半導體器件作為一種通過利用其特征(例如高飽和電子速度和寬帶隙)而具有高耐壓(withstand voltage)和高輸出功率的半導體器件已經(jīng)得到了有效的發(fā)展。關(guān)于氮化物半導體器件，已經(jīng)發(fā)表了多種場效應晶體管(尤其是高電子遷移率晶體管(HEMTs))的報道。具體而言，用GaN作為電子傳輸層和用AKiaN作為電子供給層的AKiaN/GaN HEMT已受到關(guān)注。在AlGaN/GaN HEMT中，由GaN和AlGaN之間在晶格常數(shù)上的差異導致的變形產(chǎn)生于AKiaN中。因此，通過由上述變形產(chǎn)生的壓電極化以及通過AKiaN的自發(fā)極化，獲得高濃度的二維電子氣0DEG)。因此，高耐壓和高輸出功率是可實現(xiàn)的。相關(guān)技術(shù)的文件例如有日本未經(jīng)審查的專利申請公布第2007-19309號、第2009-76845 號和第 2004-335960 號。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種化合物半導體器件包括襯底；化合物半導體層，形成在襯底上方；以及柵電極，形成在化合物半導體層上方，在化合物半導體層和柵電極之間設(shè)置有柵絕緣膜，柵絕緣膜包括具有反轉(zhuǎn)自發(fā)極化的第一層，其自發(fā)極化的方向與化合物半導體層的自發(fā)極化相反。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種制造化合物半導體器件的方法包括以下步驟在襯底上方形成化合物半導體層；在化合物半導體層上方形成柵絕緣膜；以及在柵絕緣膜上方形成柵電極，柵絕緣膜包括具有反轉(zhuǎn)自發(fā)極化的第一層，其自發(fā)極化的方向與化合物半導體層的自發(fā)極化相反。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種電源電路包括高壓電路；低壓電路；以及變壓器，設(shè)置在高壓電路和低壓電路之間，高壓電路包括晶體管，其中，該晶體管包括襯底；化合物半導體層，形成在襯底上方；以及柵電極，形成在化合物半導體層上方，在化合物半導體層和柵電極之間設(shè)置有柵絕緣膜，所述柵絕緣膜包括具有反轉(zhuǎn)自發(fā)極化的第一層，其自發(fā)極化的方向與化合物半導體層的自發(fā)極化相反。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種高頻放大器包括襯底；化合物半導體層，形成在所述襯底上方；以及柵電極，形成在所述化合物半導體層上方，在所述化合物半導體層和所述柵電極之間設(shè)置有柵絕緣膜，所述柵絕緣膜包括具有反轉(zhuǎn)自發(fā)極化的第一層，其自發(fā)極化的方向與化合物半導體層的自發(fā)極化相反。
本發(fā)明通過相對簡單的結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)常閉操作，而不會引起諸如表面電阻的增加、柵漏電流的增力卩、以及輸出功率的減小等不便。通過至少在權(quán)利要求中具體指出的那些元件、特征和組合將實現(xiàn)和獲得本發(fā)明的目的和優(yōu)點。應理解，對要求保護的本發(fā)明而言，以上概述說明和以下詳細說明都是示范性和解釋性的，不是限制性的。


圖IA至圖IK是示出根據(jù)第一實施方式的化合物半導體器件的制造方法的視圖；圖2是示出根據(jù)該第一實施例的AWaN/GaN HEMT的功能和效果的視圖。圖3是根據(jù)比較例的AlGaN/GaN HEMT的視圖；圖4A是根據(jù)該比較例的AWaN/GaN HEMT的能帶示意圖；圖4B是根據(jù)該第一實施例的AWaN/GaN HEMT的能帶示意圖；圖5A至圖5C是示出根據(jù)第二實施例的化合物半導體器件的制造方法的視圖；圖6是示出根據(jù)第三實施例的電源裝置的電路圖的視圖；以及圖7是示出根據(jù)第四實施例的高頻放大器的電路圖的視圖。
具體實施例方式
例如，對于用于電源裝置等的開關(guān)元件，所謂的常閉操作(normally-offoperation)(當電壓關(guān)閉時實質(zhì)上沒有電流流過)是更可取的。然而，在AlGaN/GaN HEMT中，由于二維電子氣的濃度很高，在溝道區(qū)中的電子數(shù)量也很大，因此，在某些情況下，可能很難實現(xiàn)常閉操作。以往對于AKiaN/GaN HEMT提出的常閉技術(shù)不能實現(xiàn)充分的常閉操作。此外，例如，在制造工藝中通過熱處理等對電子傳輸區(qū)造成的損害引起的表面電阻(sheetresistance)的增加、柵漏電流的增加、以及輸出功率的減小也是不可能避免的。下面將參照附圖對多個實施例進行詳細描述。在以下的實施例中，將對化合物半導體器件的結(jié)構(gòu)及其制造方法一起進行描述。在以下附圖中，為了便于說明，在某些情況下并未以相對準確的尺寸和厚度示出某些組成部件。在這些實施例中，通過諸如淺溝槽隔離(STI)方法或在元件隔離區(qū)中進行的離子注入等預定的元件隔離方法來進行元件隔離。在第一實施例中，將以MGaN/GaN HEMT作為化合物半導體器件來加以描述。圖IA至圖IK是示出根據(jù)該第一實施例的化合物半導體器件的制造方法的視圖。如圖IA所示，例如在用作生長襯底的半絕緣SiC襯底1上方形成電子傳輸層2、中間層3、電子供給層4和保護層(cap layer) 50在AKkiN/GaN HEMT中，在電子傳輸層2與電子供給層4的界面附近(直接在中間層3中)產(chǎn)生二維電子氣QDEG)。例如通過分子束外延(MBE)方法，在SiC襯底1上生長以下化合物半導體層。例如可以用金屬有機氣相沉積(MOCVD)方法來代替MBE方法。在SiC襯底1上方分別沉積i-GaN、i-AlGaN、n_AlGaN和n+_GaN，以形成電子傳輸層2、中間層3、電子供給層4和保護層5。在這種情況下，例如形成具有約2μπι厚度的電子傳輸層2 ；例如在Al的占比為0. 2的情況下，形成具有約5nm厚度的中間層3 ；例如在Al的占比為0. 2的情況下，形成具有約30nm厚度的電子供給層4 ；以及形成具有約IOnm厚度的保護層5。此外，電子供給層4可以形成為有意為之的無摻雜(intentionally undoped)的 AlGaN(i-AlGaN)層。例如，作為i-GaN、i-AlGaN、n_GaN和n_AlGaN的生長條件，使用至少包含三甲基鋁氣體、三甲基鎵氣體和氨氣中的兩種的混合氣體作為原料氣體。根據(jù)待要生長的化合物半導體層，適當?shù)卦O(shè)置作為Al源的三甲基鋁氣體和作為(is源的三甲基鎵氣體中每一種的供給量和流速。作為共用原料的氨氣的流速例如被設(shè)置為約IOOccm至10LM。此外，生長壓力例如被設(shè)置為約50至300Torr，以及生長溫度例如被設(shè)置為約1000°C至1200°C。例如，當n-GaN和n-AWaN生長時，將包含Si的諸如SiH4等氣體作為η-型雜質(zhì)以預定的流速加入到原料氣體中，以將Si摻雜到GaN和AlGaN中。Si的摻雜濃度例如被設(shè)置在約1 X IO18/cm3至1 X IO2Vcm3的范圍內(nèi)，并且例如被設(shè)置為約5 X 1018/cm3。各自形成電子傳輸層2、中間層3、電子供給層4和保護層5 (分別對應于i-GaN、i-AWaN、n-AWaN和Ii+-GaN)以具有( 極性。也就是說，在這些層的每一層中，其與SiC襯底1相對的表面是由( 來作為終端(terminated)的，并且在SiC襯底1的位置被認為是底部的情況下，沿從下部到上部的方向產(chǎn)生自發(fā)極化的電場。如圖IB所示，在保護層5的表面層中形成極性反轉(zhuǎn)層6。例如用氧(0)等離子體照射保護層5的表面。因此，保護層5的表面層(GaN)的特性被改變(denatured)，從而形成例如具有約Inm厚度的包含(^a2O3的極性反轉(zhuǎn)層6。極性反轉(zhuǎn)層6能夠反轉(zhuǎn)待要形成在其上的半導體層等的極性。作為利用氧等離子體照射保護層5的表面的替代方法，可通過濺射方法等沉積fei203、Al203Jn203、Cr2O3、以及包含上述至少兩種的混晶(mixed crystal)的其中之一來形成極性反轉(zhuǎn)層6。如圖IC所示，在極性反轉(zhuǎn)層6上方形成逆極性層7。例如，用MBE方法等通過提供Si而形成具有約IOnm厚度的加0。在這種情況下，由于極性反轉(zhuǎn)層6的存在，ZnO具有0極性；因此而形成逆極性層7。在逆極性層7中，以及在SiC襯底1的位置被認為是底部的情況下，沿從下部到上部的方向上，其與SiC襯底1相對的表面是由0來作為終端(terminated)的；也就是說，例如，在與保護層5的自發(fā)極化相對的方向上，產(chǎn)生自發(fā)極化的電場。可通過生長0-極性MgO或包含0-極性ZnO和0_極性MgO的混晶代替0_極性ZnO來形成逆極性層7。如圖ID所示，形成用于形成柵絕緣膜的抗蝕劑掩模8。將抗蝕劑涂覆在逆極性層7上方，然后通過光刻方法處理。因此，在逆極性層7上方的柵絕緣膜形成部形成抗蝕劑掩模8。如圖IE所示，形成柵絕緣膜9。使用抗蝕劑掩模8來對逆極性層7和極性反轉(zhuǎn)層6進行干蝕刻。因此，在保護層5上方的柵絕緣膜形成部形成具有極性反轉(zhuǎn)層6和逆極性層7的層壓結(jié)構(gòu)的柵絕緣膜9。通過灰化處理等移除抗蝕劑掩模8。如圖IF所示，形成用于形成源電極和漏電極的抗蝕劑掩模10。將抗蝕劑涂覆在保護層5上方以覆蓋柵絕緣膜9，然后通過光刻方法處理。因此，形成具有開口 IOa和IOb的抗蝕劑掩模10。形成開口 IOa以在保護層5的表面上方暴露源電極形成部。形成開口 IOb以在保護層5的表面上方暴露漏電極形成部。如圖IG所示，形成源電極11和漏電極12。例如，通過沉積方法等在抗蝕劑掩模10上方沉積用作電極材料的Ti/Al以填充開口 IOa和10b。通過剝離(lift-off)方法，移除抗蝕劑掩模10和沉積在其上方的Ti/Al。接著，例如在約600°C下的氮氣氣氛中，對SiC襯底1進行熱處理以形成歐姆接觸。通過如上所述的步驟，在保護層5上方形成源電極11和漏電極12。如圖IH所示，形成鈍化膜13。例如，通過等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)方法，沉積絕緣膜(其為SiN膜)使其具有約200nm的厚度以覆蓋SiC襯底1。因此，形成鈍化膜13。如圖II所示，形成抗蝕劑掩模14。將抗蝕劑涂覆在鈍化膜13上方，然后通過光刻方法處理。因此，在柵電極形成部形成具有開口 14a的抗蝕劑掩模14。如圖IJ所示，在鈍化膜13中形成開口 13a。用抗蝕劑掩模14作為掩模，通過干蝕刻處理鈍化膜13，并且通過開口 1 暴露出來的鈍化膜13的一部分被移除。因此，在鈍化膜13中形成部分地暴露柵絕緣膜9 (逆極性層7)的表面的開口 13a。如圖IK所示，形成柵電極15。例如，通過沉積方法等在抗蝕劑掩模14上方沉積用作電極材料的M/Au以填充整個開口 13a和開口 1 的一部分。通過剝離方法，移除抗蝕劑掩模14和沉積在其上方的Ni/Au。通過如上所述的步驟，通過在開口 13a中填充Ni/Au，在保護層5上方形成柵電極15，而柵絕緣膜9被插入在保護層5和柵電極15之間，從而柵電極15從鈍化膜13的表面向上突出。接著，通過諸如形成覆蓋柵電極15的層間絕緣膜和形成連接至源電極11、漏電極12和柵電極15的布線等各步驟，形成AWaN/GaN HEMT。下面將通過與那些比較例進行比較而對此實施例的MGaN/GaN HEMT的功能和效果進行描述。圖2是示出該實施例的AlGaN/GaN HEMT的功能和效果的視圖，且其是與圖IK所示相對應的圖。圖3是示出比較例的AWaN/GaN HEMT的視圖。圖4A是示出該比較例的AlGaN/GaN HEMT的能帶示意圖；以及圖4B是示出該實施例的MGaN/GaN HEMT的能帶示意圖。在圖3示出的AWaN/GaN HEMT中，在電子供給層4中產(chǎn)生因GaN的電子傳輸層2和AKiaN的電子供給層4之間在晶格常數(shù)上的差異而導致的變形，并產(chǎn)生壓電極化。在這種情況下，如圖4A所示，在電子傳輸層2與電子供給層4的界面，費米能量(Fermi energy)4變得大于導帶(conduction band) &，并獲得高濃度的二維電子氣QDEG)。因此，實現(xiàn)了高輸出功率。然而，由于此高濃度的二維電子氣，柵電壓的閾值變成負值，且即使在關(guān)閉狀態(tài)下，大量二維電子氣仍存在于溝道區(qū)中。因此，在某些情況下可能很難實現(xiàn)常閉操作。如圖2所示，在根據(jù)該實施例的AlfeiN/GaN HEMT中，柵絕緣膜9被設(shè)置在電子供給層4(圖IK中的保護層5)與柵電極15之間。電子供給層4的n-AKiaN具有( 極性，并且如箭頭A所示從下部向上部產(chǎn)生自發(fā)極化的電場。另一方面，在柵絕緣膜9中，逆極性層7的ZnO具有0極性，并且沿與如箭頭A所示相反的方向(即如箭頭B所示的從上部向下部的方向)產(chǎn)生自發(fā)極化的電場。在這種情況下，如圖4B所示，通過逆極性層7的自發(fā)極化提高了柵電極15的能帶。在電子傳輸層2與電子供給層4的界面處，費米能量&小于導帶&，且在溝道區(qū)中實質(zhì)上沒有二維電子氣產(chǎn)生。在該實施例中，由于將逆極性層7用作柵絕緣膜9的一部分，柵電壓的閾值被正向轉(zhuǎn)換(閾值變成預定的正值)。因此，如圖2所示，在沒有電壓施加至柵電極15的情況下，在柵電極15的下部(溝道區(qū))，二維電子氣不復存在，因此實現(xiàn)了常閉型晶體管。接著，通過與氮化物半導體的自發(fā)極化相比較來對ZnO的自發(fā)極化進行描述。ZnO和氮化物半導體anN，GaN和AlN)的自發(fā)極化的強度如下表所示。
自發(fā)極化(C/m2)軸線(mn)GaN上的壓電極化(C/m2)InN-0. 0323. 5330. 237GaN-0.0293. 1890AlN-0. 0813. 112-0. 048ZnO-0. 0573. 24960. 035如表中所示，ZnO的自發(fā)極化的強度高于AlN的自發(fā)極化的強度。如果ZnO生長在GaN或AlGaN上方，將會在一方向上產(chǎn)生壓電極化以抵消自發(fā)極化；然而，自發(fā)極化大于壓電極化。因此，當考慮到所有類型的極化時，由于自發(fā)極化超過壓電極化，在逆極性層7中，在保護層5的位置被認為是底部的情況下，自發(fā)極化仍然沿從下部到上部的方向得以保留。因此，柵電壓的強度示出為預定的正值。如上所述，根據(jù)該實施例的MGaN/GaN HEMT，可實現(xiàn)常閉操作而不會引起諸如表面電阻的增加、柵漏電流的增加、以及輸出功率的減小等不便。以下，將對該實施例的變型進行描述。在該變型中，盡管用于化合物半導體和柵絕緣膜的材料不同于該實施例的材料，為了便于說明，將使用與該實施例的圖IK中相同的附圖標記來進行描述。在第一變型中，將InAlN/GaN HEMT作為化合物半導體器件來進行描述。InAlN和GaN是可以通過調(diào)整其組成而具有彼此相似的晶格常數(shù)的化合物半導體。在這種情況下，在圖IK中，電子傳輸層2由i-GaN形成，中間層3由i-InAIN形成，電子供給層4由n-InAIN形成，以及保護層5由Ii+-GaN形成。由于在這種情況下幾乎不會發(fā)生壓電極化，二維電子氣主要是通過InAlN的自發(fā)極化而產(chǎn)生。通過用氧等離子體對保護層5的表面進行照射，極性反轉(zhuǎn)層6例如被形成為包含Ga2O3的變性層(denatured layer)。如同在該第一實施例的情況下那樣，逆極性層7被形成為0-極性ZnO (或者0-極性MgO、或者包含0-極性ZnO和0-極性MgO的混晶)。根據(jù)該第一變型的InAlN/GaN HEMT,如同在該第一實施例的InAlN/GaN HEMT的情況下那樣，通過相對簡單的結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)常閉操作，而不會引起諸如表面電阻的增加、柵漏電流的增加、以及輸出功率的減小等不便。在第二變型中，將IniUGaN/GaN HEMT作為化合物半導體器件來進行描述。在上述兩種類型的化合物半導體中，InAKiaN具有小于GaN的晶格常數(shù)。在這種情況下，在圖IK中，電子傳輸層2由i-GaN形成，中間層3由i-IniUGaN形成，電子供給層 4由n-GaN形成，以及保護層5由Ii+-InAlGaN形成。通過用氧等離子體對保護層5的表面進行照射，極性反轉(zhuǎn)層6例如被形成為包含 Ga2O的變性層。如同在該第一實施例的情況下那樣，逆極性層7被形成為0-極性SiO(或者O-極性MgO、或者包含0-極性ZnO和0-極性MgO的混晶)。根據(jù)該第二變型的InAWaN/GaN HEMT，如同在該第一實施例的AlGaN/GaN HEMT的情況下那樣，通過相對簡單的結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)常閉操作，而不會引起諸如表面電阻的增加、柵漏電流的增力卩、以及輸出功率的減小等不便。在第三變型中，將IniUGaN/InAlN HEMT作為化合物半導體器件來進行描述。當在hAIN和InAlGaN中調(diào)整h、Al和( 的組成比率時，會改變hAIN和InAlGaN 之間在晶格常數(shù)上的數(shù)量的相互關(guān)系。例如，通過組成比率的調(diào)整，InAlN的晶格常數(shù)可以被設(shè)置為小于InAKiaN的晶格常數(shù)，或者與之相反，InAKiaN的晶格常數(shù)可以被設(shè)置為小于 InAlN的晶格常數(shù)。在該變型中，將通過舉例的方式來對InMGaN的晶格常數(shù)被設(shè)置為小于 InAlN的晶格常數(shù)的情況進行描述。在這種情況下，在圖IK中，電子傳輸層2由i-InAIN形成，中間層3由i-IniUGaN 形成，電子供給層4由n-IniUGaN形成，以及保護層5由Ii+-InAlN形成。例如，通過用氧等離子體對保護層5的表面進行照射，極性反轉(zhuǎn)層6例如被形成為包含Al2O3和^i2O3的混晶的變性層。如同在該第一實施例的情況下那樣，逆極性層7被形成為0-極性ZnO (或者0-極性MgO、或者包含0-極性ZnO和0-極性MgO的混晶)。根據(jù)該第三變型的IniUGaN/InAlN HEMT，如同在該第一實施例的AlGaN/GaN HEMT 的情況下那樣，通過相對簡單的結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)常閉操作，而不會引起諸如表面電阻的增加、柵漏電流的增加、以及輸出功率的減小等不便。在第四變型中，將Ala5Ga0.5N/A10.3Ga0.7N HEMT作為化合物半導體器件來進行描述。在包含相同元素的化合物半導體中，當元素之間的組成比率不同時，彼此的晶格常數(shù)也不同。作為諸如MGaN等這類具有各種晶格常數(shù)的化合物半導體，例如可能會提及 Al0.3G￡i。.7N*Al。.5G￡i。.5N。在AlGaN中，當Al的組成比率增加時，AWaN的晶格常數(shù)減小。因此，Altl. 5Ga0.5N具有小于Ala 3Ga0.7N的晶格常數(shù)。在這種情況下，在圖IK中，電子傳輸層2由I-Ala3Giia7N形成，中間層3由 I-Al0.5Ga0.5N形成，電子供給層4由Ii-Ala5GEia5N形成，以及保護層5由Ii+-Ala3GEia7N形成。例如，通過用氧等離子體對保護層5的表面進行照射，極性反轉(zhuǎn)層6例如被形成為包含Ga2O3和Al2O3的混晶的變性層。如同在該第一實施例的情況下那樣，逆極性層7被形成為0-極性ZnO (或者0-極性MgO、或者包含0-極性ZnO和0-極性MgO的混晶)。根據(jù)該第四變型的Ala5GEia5NAla3GEia7N HEMT,如同在該第一實施例的AlGaN/GaN HEMT的情況下那樣，通過相對簡單的結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)常閉操作，而不會引起諸如表面電阻的增力口、柵漏電流的增力口、以及輸出功率的減小等不便。
在第五變型中，將ZnMgO/ZnO HEMT作為化合物半導體器件來進行描述。在這種情況下，在圖IK中，電子傳輸層2由i-ZnO形成，中間層3由i-SiMgO形成， 電子供給層4由n-ZnMgO形成，以及保護層5由η+-Ζη0形成。通過濺射方法等，在保護層5上沉積(^20341203、111203、0203、以及包含上述至少兩種的混晶的其中之一(例如沉積Al2O3)以形成極性反轉(zhuǎn)層6。如同在該第一實施例的情況下那樣，逆極性層7被形成為0-極性ZnO (或者0-極性MgO、或者包含0-極性ZnO和0-極性MgO的混晶)。根據(jù)該第五變型的ZnMgO/ZnO HEMT，如同在該第一實施例的AlGaN/GaN HEMT的情況下那樣，通過相對簡單的結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)常閉操作，而不會引起諸如表面電阻的增加、柵漏電流的增加、以及輸出功率的減小等不便。在第二實施例中，如同在該第一實施例的情況下那樣，盡管仍將對AWaN/GaN HEMT進行描述，但形成柵絕緣膜的方法不同于該第一實施例的形成柵絕緣膜的方法。圖5A至圖5C是示出根據(jù)該第二實施例的化合物半導體器件的制造方法的視圖。在與該第一實施例的圖IA所示的步驟相似的步驟中，通過MBE方法等，形成電子傳輸層2、中間層3、電子供給層4和保護層5。如圖5A所示，形成極性反轉(zhuǎn)層21。將諸如包含Mg的環(huán)戊二烯合(cyclopentadienyl)鎂氣體(Cp2Mg氣體)等ρ-型雜質(zhì)以預定的流速加入到原料氣體中，以將Mg摻雜至GaN。Mg的摻雜濃度例如被設(shè)置為約1 X IO19至1 X IO2Vcm3,且例如優(yōu)選被設(shè)置為約5 X 102°/Cm3。因此，在保護層5上方形成 P+-GaN的極性反轉(zhuǎn)層21以例如具有約3nm的厚度。眾所周知，在摻雜諸如上述濃度范圍的 Mg等ρ-型雜質(zhì)后，P+-GaN的極性得以反轉(zhuǎn)。如圖5B所示，在極性反轉(zhuǎn)層21上方形成逆極性層22。通過MBE方法等，在極性反轉(zhuǎn)層21上方生長GaN以例如具有約IOnm的厚度。在這一階段，由于極性反轉(zhuǎn)層21的存在，GaN具有N極性；因此而形成逆極性層22。在逆極性層22中，其與SiC襯底1相對的表面是由N作為終端(terminated)的，并且在SiC襯底1 的位置被認為是底部的情況下，沿從上部到下部的方向(即，例如沿與保護層5的自發(fā)極化相對的方向)產(chǎn)生自發(fā)極化的電場。隨后執(zhí)行與該第一實施例的圖ID至圖IK所示步驟相似的步驟。作為結(jié)果，如圖 5C所示，通過在開口 13a中填充Ni/Au，在保護層5上方形成柵電極15，且柵絕緣膜23插入在保護層5與柵電極15之間，從而柵電極15從鈍化膜13的表面向上突出。通過諸如形成覆蓋柵電極15的層間絕緣膜和形成連接至源電極11、漏電極12和柵電極15的布線等的各步驟，形成MGaN/GaN HEMT。如上所述，根據(jù)該第二實施例的MGaN/GaN HEMT，通過相對簡單的結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)常閉操作，而不會引起諸如表面電阻的增力口、柵漏電流的增力口、以及輸出功率的減小等不便。在第三實施例中，將對包括根據(jù)該第一實施例、該第一實施例的變型、以及該第二實施例之一的HEMT的電源裝置進行描述。圖6是示出根據(jù)第三實施例的電源裝置的電路的視圖。根據(jù)該第三實施例的電源裝置包括高壓初級端電路31、低壓次級端電路32、以及設(shè)置在它們之間的變壓器33。
初級端電路31包括交流電源34、所謂的橋式整流電路35、以及開關(guān)元件36a、36b、 36c和36d(在該實施例中設(shè)置四個元件)。此外，橋式整流電路35具有開關(guān)元件36e。次級端電路32包括開關(guān)元件37a、，37b和37c (在該實施例中設(shè)置三個元件)。在該第三實施例中，初級端電路31的開關(guān)元件36a、36b、36c、36d和36e形成根據(jù)該第一實施例、該第一實施例的變型，以及該第二實施例之一的HEMT。另一方面，次級端電路32的開關(guān)元件37a、37b和37c形成常規(guī)的使用硅的金屬_絕緣體_半導體場效應晶體管(MIS-FET)。在該第三實施例中，將這樣的HEMT應用至高壓電路，所述HEMT通過相對簡單的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)常閉操作而不會引起諸如表面電阻的增加、柵漏電流的增加、以及輸出功率的減小等不便。因此，實現(xiàn)了高可靠性和大功率的電源電路。在第四實施例中，將對包括根據(jù)該第一實施例、該第一實施例的變型、以及該第二實施例之一的HEMT的高頻放大器進行描述。圖7是示出根據(jù)第四實施例的高頻放大器的電路的視圖。將根據(jù)該第四實施例的高頻放大器例如應用至用于移動電話的基站的功率放大器。該高頻放大器包括數(shù)字預矯正電路41、混頻器4 和42b、以及功率放大器43。數(shù)字預矯正電路41用于補償輸入信號的非線性失真。混頻器4 混合交流信號和經(jīng)過非線性失真補償?shù)妮斎胄盘?。功率放大?3是放大與交流信號混合的輸入信號的放大器，且其具有根據(jù)該第一實施例、該第一實施例的變型、以及該第二實施例之一的HEMT。 此外，如圖7所示，這樣形成電路，使得例如通過切換開關(guān)，輸出端的信號通過混頻器42b而與交流信號混合，并被發(fā)送至數(shù)字預矯正電路41。在該第四實施例中，將這樣的HEMT應用至高頻放大器，所述HEMT通過相對簡單的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)常閉操作而不會引起諸如表面電阻的增加、柵漏電流的增加、以及輸出功率的減小等不便。因此，實現(xiàn)了具有高耐壓的高可靠性高頻放大器。這里所描述的所有的示例和條件性用語旨在用于教示目的，以幫助讀者理解發(fā)明人為推進技術(shù)所貢獻的發(fā)明和構(gòu)思，并應解釋為不應局限于這些具體描述的示例和條件。 雖然已經(jīng)對根據(jù)本發(fā)明的很多方面的實施例進行了詳細描述，但是應理解可在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對本發(fā)明進行各種改變、替代和修改。
權(quán)利要求
1.一種化合物半導體器件，包括襯底；化合物半導體層，形成在所述襯底上方；以及柵電極，形成在所述化合物半導體層上方，在所述化合物半導體層和所述柵電極之間設(shè)置有柵絕緣膜，所述柵絕緣膜包括具有反轉(zhuǎn)自發(fā)極化的第一層，其自發(fā)極化的方向與所述化合物半導體層的自發(fā)極化相反。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導體器件，其中所述柵絕緣膜還包括將所述自發(fā)極化的方向加以反轉(zhuǎn)的第二層，且其中所述第一層形成在所述第二層上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導體器件，其中所述第一層包括以下其中之一 o-極性aio、ο-極性Mgo和包含這兩者的混晶。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化合物半導體器件，其中所述第二層包括以下其中之一 =Ga2Oy A1203、In203、Cr2O3、以及包含前述至少兩種的混晶。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化合物半導體器件，其中所述第一層包括N-極性GaN。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的化合物半導體器件，其中所述第二層包括摻雜有P-型雜質(zhì)的GaN。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導體器件，其中所述化合物半導體層包括選自由InAlN/GaN、InAlGaN/GaN, InAlN/IniUGaN、具有不同組分的兩種類型AlGaN、以及aiO/ZnMgO組成的組的其中之一。
8.—種制造化合物半導體器件的方法，包括以下步驟在襯底上方形成化合物半導體層；在所述化合物半導體層上方形成柵絕緣膜；以及在所述柵絕緣膜上方形成柵電極，所述柵絕緣膜包括具有反轉(zhuǎn)自發(fā)極化的第一層，其自發(fā)極化的方向與所述化合物半導體層的自發(fā)極化相反。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的化合物半導體器件的制造方法，其中所述柵絕緣膜還包括將所述自發(fā)極化的方向加以反轉(zhuǎn)的第二層，且所述第一層形成在所述第二層上方。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的化合物半導體器件的制造方法，其中所述第一層包括以下其中之一 o-極性aio、ο-極性Mgo和包含這兩者的混晶。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的化合物半導體器件的制造方法，其中所述第二層包括以下其中之一 Gii203、A1203、In203、Cr2O3、以及包含前述至少兩種的混晶。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的化合物半導體器件的制造方法，其中所述第一層包括N-極性GaN。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的化合物半導體器件的制造方法，其中通過添加P-型雜質(zhì)至GaN來形成所述第二層。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的化合物半導體器件的制造方法，其中所述化合物半導體層包括選自由InAlN/GaN、InAlGaN/GaN, InAlN/IniUGaN、具有不同組分的兩種類型的AlGaN、以及aiO/ZnMgO組成的組的其中之一。
15.一種電源電路，包括高壓電路；低壓電路；以及變壓器，設(shè)置在所述高壓電路和所述低壓電路之間，所述高壓電路包括晶體管，其中，所述晶體管包括襯底，化合物半導體層，形成在所述襯底上方，以及柵電極，形成在所述化合物半導體層上方，在所述化合物半導體層和所述柵電極之間設(shè)置有柵絕緣膜，以及所述柵絕緣膜包括具有反轉(zhuǎn)自發(fā)極化的第一層，其自發(fā)極化的方向與所述化合物半導體層的自發(fā)極化相反。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電源電路，其中所述柵絕緣膜還包括將所述自發(fā)極化的方向加以反轉(zhuǎn)的第二層，以及其中所述第一層形成在所述第二層上方。
17.—種高頻放大器，包括襯底；化合物半導體層，形成在所述襯底上方；以及柵電極，形成在所述化合物半導體層上方，在所述化合物半導體層和所述柵電極之間設(shè)置有柵絕緣膜，所述柵絕緣膜包括具有反轉(zhuǎn)自發(fā)極化的第一層，其自發(fā)極化的方向與所述化合物半導體層的自發(fā)極化相反。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的高頻放大器，其中所述柵絕緣膜還包括將所述自發(fā)極化的方向加以反轉(zhuǎn)的第二層，以及其中所述第一層形成在所述第二層上方。
全文摘要
一種化合物半導體器件包括襯底；化合物半導體層，形成在所述襯底上方；以及柵電極，形成在所述化合物半導體層上方，在所述化合物半導體層和所述柵電極之間設(shè)置有柵絕緣膜。所述柵絕緣膜包括具有反轉(zhuǎn)自發(fā)極化的第一層，其自發(fā)極化的方向與所述化合物半導體層的自發(fā)極化相反。本發(fā)明通過相對簡單的結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)常閉操作，而不會引起諸如表面電阻的增加、柵漏電流的增加、以及輸出功率的減小等不便。
文檔編號H01L29/51GK102386221SQ201110180598
公開日2012年3月21日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者山田敦史 申請人:富士通株式會社