半導體裝置的制造方法
【專利說明】
[0001] 本申請主張W日本專利申請2014 - 52734號（申請日；2014年3月14日）為基 礎申請的優(yōu)先權。本申請通過參照該基礎申請而包含基礎申請的全部內(nèi)容。
技術領域
[0002] 本發(fā)明的實施方式涉及半導體裝置。
【背景技術】
[0003] 在開關電源、逆變器等的電路中，使用開關元件、二極管等半導體元件。該些半導 體元件要求高耐壓、低導通電阻。并且，耐壓與導通電阻的關系具有由元件材料決定的折衷 (trade off)關系。
[0004] 由于至今為止的技術開發(fā)的進步，半導體元件實現(xiàn)了接近作為主元件材料的娃的 極限的低導通電阻。為了進一步降低導通電阻，需要變更元件材料。通過使用GaN、AlGaN 等氮化物半導體或碳化娃（SiC)等寬禁帶寬度半導體作為開關元件材料，能夠改善由材料 決定的折衷關系，顯著實現(xiàn)低導通電阻。
[000引在使用了 GaN、AlGaN等氮化物半導體的元件中，作為可得到低導通電阻的元件， 例如可 W 舉出使用了 AlGaN/GaN異質結構的肥 MT(Hi 曲 Electron Mobility Transistor: 高電子遷移率晶體管）。HEMT通過異質結界面溝道的高遷移率和由極化產(chǎn)生的高電子濃 度，實現(xiàn)低導通電阻。
[0006] 但是，HEMT由于通過極化產(chǎn)生電子，所W在柵極電極下也存在高濃度的電子。因 此，通常，會成為闊值電壓為負的常開型元件。從安全動作方面來看，希望闊值電壓為正的 常關型元件。并且，在常關型元件中，為了使導通電流增加，希望提高柵極的導通電壓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供一種能夠提高柵極的導通電壓的半導體裝置。
[0008] 本發(fā)明的一個方式的半導體裝置，具備：第一氮化物半導體層；第二氮化物半導 體層，設置在上述第一氮化物半導體層上，禁帶寬度比上述第一氮化物半導體層的禁帶寬 度大；源極電極，設置在上述第二氮化物半導體層上；漏極電極，設置在上述第二氮化物半 導體層上；第H氮化物半導體層，設置在上述源極電極與上述漏極電極之間的上述第二氮 化物半導體層上，由高雜質濃度層和低雜質濃度層交替層疊，該高雜質濃度層含有P型雜 質，該低雜質濃度層與上述高雜質濃度層相比上述P型雜質的濃度更低且禁帶寬度更大， 該第H氮化物半導體層的最下層W及最上層是上述高雜質濃度層；W及柵極電極，設置在 上述第H氮化物半導體層上。
【附圖說明】
[0009] 圖1是實施方式的半導體裝置的示意剖面圖。
【具體實施方式】
[0010] 本說明書中，對于相同或類似的部件附加同一符號，有將重復的說明省略的情況。
[0011] 本說明書中，"氮化物半導體"是指例如GaN類半導體。GaN類半導體是指GaN(氮 化嫁）、A1N(氮化鉛）、InN(氮化鋼）W及具備它們的中間組份的半導體的總稱。
[0012] 本說明書中，"非慘雜"表示沒有有意地導入雜質。
[0013] 實施方式的半導體裝置具備：第一氮化物半導體層；第二氮化物半導體層，設置 在第一氮化物半導體層上，禁帶寬度比第一氮化物半導體層的禁帶寬度大；源極電極，設置 在第二氮化物半導體層上；漏極電極，設置在第二氮化物半導體層上；第H氮化物半導體 層，設置在源極電極與漏極電極之間的第二氮化物半導體層上，由高雜質濃度層和低雜質 濃度層交替層疊而成，該高雜質濃度層含有P型雜質，該低雜質濃度層與高雜質濃度層相 比P型雜質的濃度更低且禁帶寬度更大，該第H氮化物半導體層的最下層W及最上層是高 雜質濃度層；W及柵極電極，設置在第H氮化物半導體層上。
[0014]圖1是本實施方式的半導體裝置的示意剖面圖。本實施方式的半導體裝置是使用 GaN類半導體的肥MT。
[0015] 如圖1所示，半導體裝置（HEMT) 100具備基板10、緩沖層12、溝道層（第一氮化物 半導體層）14、勢壘化arrier)層（第二氮化物半導體層）16、源極電極18、漏極電極20、上 覆層（cap layer)(第H氮化物半導體層）22 W及柵極電極26。
[001引基板10例如由娃儀）形成。除了娃W外，例如也可W應用藍寶石（Al203)或碳化 娃（SiC)。
[0017]在基板10上設有緩沖層12。緩沖層12具備緩和基板10與溝道層14之間的晶格 不匹配的功能。緩沖層12例如由氮化鉛嫁（Al"Gai_"N(0 < W < 1))的多層結構形成。
[001引在緩沖層12上設有溝道層14。溝道層14例如是非慘雜的AlzGai_zN(0蘭Z < 1)。 更具體而言，例如是非慘雜的GaN。溝道層14的膜厚例如大于等于0. 5 y m并且小于等于 Sum。
[0019] 在溝道層14上設有勢壘層16。勢壘層16的禁帶寬度比溝道層14的禁帶寬度大。 勢壘層16例如是非慘雜的AluGai _uN(0 < U蘭1，Z < U)。更具體而言，例如是非慘雜的 Al〇.2(|Gaa.8aN。勢壘層16的膜厚例如大于等于20皿且小于等于50皿。
[0020] 溝道層14與勢壘層16之間成為異質結界面。在HEMT100的導通動作時，在異質 結界面形成二維電子氣而成為載流子。
[0021] 在勢壘層16上形成有源極電極18和漏極電極20。源極電極18和漏極電極20例 如是金屬電極，金屬電極例如是W鉛（A1)為主成分的電極。源極電極18及漏極電極20與 勢壘層16之間優(yōu)選是歐姆接觸。源極電極18與漏極電極20之間的距離例如是18 y m左 右。
[0022] 在勢壘層16上的源極電極18與漏極電極20之間設有上覆層22。上覆層22具備 將溝道層14的電勢抬升、使HEMT100的闊值上升的功能。
[0023] 上複層22具備由局雜質濃度層22a與低雜質濃度層2化父替層畳的結構。上複 層22的最下層W及最上層是高雜質濃度層22a。
[0024] 圖1中例7]^出局雜質濃度層22a是3層、低雜質濃度層2化是2層的情況,但層數(shù) 不限于3層和2層。此外，高雜質濃度層22a的組份、P型雜質濃度、W及膜厚也可W按每 層而不同。同樣，低雜質濃度層22b的組份、p型雜質濃度、W及膜厚也可W按每層而不同。
[0025] 高雜質濃度層22a中含有P型雜質。P型雜質例如是Mg(鎮(zhèn)）。從使HEMT100的 闊值上升的觀點來看，高雜質濃度層22a的P型雜質濃度優(yōu)選大于等于1 X l〇i8atoms/cm3。
[0026] 此外，從使上覆層22與柵極電極26之間的結為歐姆接觸的觀點來看，優(yōu)選的是， 上覆層22中的P型雜質的濃度在與柵極電極26相接的最上層的高雜質濃度層22a中最大。 最上層的高雜質濃度層22a的P型雜質濃度優(yōu)選大于等于1 X l〇i9atoms/cm3。
[0027] 高雜質濃度層22a例如是P型的AlxGai_xN(0蘭X < 1)。更具體而言，例如是P 型GaN。高雜質濃度層22a的膜厚例如大于等于Inm且小于等于lOnm。高雜質濃度層22a 是單晶。
[002引雜質濃度例如能夠通過SIMS (Secondary Ion Mass SpectrometiT;次級離子質譜 法）來分析。
[0029]低雜質濃度層2化的P型雜質濃度比局雜質濃度層22a的P型雜質濃度低。此外， 低雜質濃度層22b的禁帶寬度比高雜質濃度層22a的禁帶寬度大。
[0030] 低雜質濃度層2化例如是非慘雜的AlyGai-yNW< Y蘭1，X < Y)。更具體而言，例 如是非慘雜的Ala.4(|Gaa.e(|N。低雜質濃度層22b的膜厚例如大于等于Inm且小于等于lOnm。 低雜質濃度層2化是單晶。
[0031] 在上覆層22上設有柵極電極26。柵極電極26例如是金屬電極。金屬電極例如是 做成笛（Pt)和金（Au)的層疊結構的電極。柵極電極26與最上層的高雜質濃度層22a之 間優(yōu)選是歐姆接觸。
[0032] 接著，說明本實施方式的半導體裝置的制造方法的一例。
[0033] 首先，準備基板10、例如Si基板。接著，例如，在Si基板上通過外延生長使緩沖層 12生長。
[0034] 接著，在緩沖層12上，通過外延生長來形成作為溝道層14的非慘雜的GaN、作為勢 壘層16的非慘雜的Aln.2nGan.8oN。
[00巧]接著，通過外延生長使作為高雜質濃度層22a的P型GaN、作為低雜質濃度層22b 的非慘雜的Alu.4"Gau.wN交替地連續(xù)成膜，從而形成上覆層22。
[0036] 上覆層22例如在勢壘層16表面形成被進行了構圖的絕緣膜，在勢壘層16表面選 擇性地生長。
[0037] 接著，在勢壘層16表面，通過金屬膜的成膜和構圖，形成源極電極18 W及漏極電 極20。此外，通過金屬