[go: up one dir, main page]

CN102097467A - 化合物半导体装置及其制造方法 - Google Patents

化合物半导体装置及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102097467A
CN102097467A CN2010105787693A CN201010578769A CN102097467A CN 102097467 A CN102097467 A CN 102097467A CN 2010105787693 A CN2010105787693 A CN 2010105787693A CN 201010578769 A CN201010578769 A CN 201010578769A CN 102097467 A CN102097467 A CN 102097467A
Authority
CN
China
Prior art keywords
compound semiconductor
electrode
layer
semiconductor device
gas channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2010105787693A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102097467B (zh
Inventor
金子信男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanken Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanken Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanken Electric Co Ltd filed Critical Sanken Electric Co Ltd
Publication of CN102097467A publication Critical patent/CN102097467A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102097467B publication Critical patent/CN102097467B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/40—FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels
    • H10D30/47—FETs having zero-dimensional [0D], one-dimensional [1D] or two-dimensional [2D] charge carrier gas channels having 2D charge carrier gas channels, e.g. nanoribbon FETs or high electron mobility transistors [HEMT]
    • H10D30/471—High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT]
    • H10D30/475—High electron mobility transistors [HEMT] or high hole mobility transistors [HHMT] having wider bandgap layer formed on top of lower bandgap active layer, e.g. undoped barrier HEMTs such as i-AlGaN/GaN HEMTs
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/01—Manufacture or treatment
    • H10D30/015—Manufacture or treatment of FETs having heterojunction interface channels or heterojunction gate electrodes, e.g. HEMT
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/67—Thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/6729—Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes
    • H10D30/6737—Thin-film transistors [TFT] characterised by the electrodes characterised by the electrode materials
    • H10D30/6738—Schottky barrier electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60—Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]
    • H10D30/67—Thin-film transistors [TFT]
    • H10D30/674—Thin-film transistors [TFT] characterised by the active materials
    • H10D30/675—Group III-V materials, Group II-VI materials, Group IV-VI materials, selenium or tellurium
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/80—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
    • H10D62/85—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group III-V materials, e.g. GaAs
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/60—Electrodes characterised by their materials
    • H10D64/64—Electrodes comprising a Schottky barrier to a semiconductor
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/80—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
    • H10D62/85—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials being Group III-V materials, e.g. GaAs
    • H10D62/8503—Nitride Group III-V materials, e.g. AlN or GaN

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

本发明提供能够与化合物半导体元件的动作无关地防止漏电流的化合物半导体装置及其制造方法。化合物半导体装置(1)具有：第1化合物半导体层(31)，其具有2DEG(310)；第2化合物半导体层(32)，其配置在第1化合物半导体层(31)上，作用为载流子供给层；化合物半导体元件(10)以及外周区域(11)，该化合物半导体元件(10)具有：第1电极(61)，其配置在2DEG(310)上；以及第2电极(42)，其在2DEG(310)上与第1电极(61)分开配置，该外周区域(11)在包围化合物半导体元件(10)的周围的区域的一部分中，配置在2DEG(310)上，具有降低该2DEG(310)的载流子浓度的外周电极(62)。

Description

化合物半导体装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及化合物半导体装置及其制造方法，特别涉及具备具有高迁移率的载流子迁移层的化合物半导体元件的氮化物系化合物半导体装置及其制造方法。
背景技术
作为使用氮化镓(GaN)系化合物半导体的氮化物系化合物半导体装置，公知有高电子迁移率晶体管(HEMT：high electron mobility transistor)。特别地，n沟道导电类型HEMT具有高电子(载流子)迁移率，高频特性优良。
HEMT构成为氮化物系半导体功能层，该氮化物系半导体功能层具有：作用为载流子迁移层(载流子沟道层)的氮化镓(GaN)层、通过异型结而层叠在该GaN层上的作用为载流子供给层(势垒层)的氮化铝镓(AlGaN)层。在GaN层的异型结附近，生成供高迁移率的电子(electron)迁移的二维电子气(2DEG：two-dimensionalelectron gas)沟道。在二维电子气沟道中连接有源极电极和漏极电极，在源极电极和漏极电极之间配置有栅极电极。在具有这种结构的HEMT中，能够通过使用了自发极化或晶格不匹配的压电电场，实现高载流子密度。
在下述专利文献1中公开了如下的含有氮化合物的半导体装置：在硅基板上形成岛状的含有氮化合物的半导体层，在该含有氮化合物的半导体层中生成电场效应晶体管、肖特基势垒二极管等。在该公开的含有氮化合物的半导体装置中，采用实现了大口径化且廉价的硅基板，并且，通过岛状的含有氮化合物的半导体层的侧壁，能够使在含有氮化合物的半导体层中生成的二维电子气沟道和硅基板之间分开，所以，具有能够减少漏电流的特征。并且，在含有氮化合物的半导体装置中，沿着岛状的含有氮化合物的半导体层的外缘配置有环状的源极电极，使源极电极和硅基板之间保持相同电位，由此，抑制了载流子从岛状的氮化合物半导体层的侧壁侧的旋入，具有能够减少漏电流的特征。
【专利文献1】日本特开2005-5005号公报
但是，在所述专利文献1所公开的含有氮化合物的半导体装置中，没有考虑到以下方面。即，硅基板是导电性基板，在含有氮化合物的半导体层的厚度比HEMT的栅极电极和漏极电极之间的尺寸薄的情况下，当栅极电极和漏极电极之间处于反偏置状态(截止状态)时，电场集中于漏极电极的靠近栅极电极侧的端部与含有氮化合物的半导体层的边界面附近。而且，由于该电场的产生，漏电流容易从漏极电极经由硅基板流向源极电极。并且，在硅基板和含有氮化合物的半导体层之间形成有缓冲层的情况下，同样，漏电流容易从漏极电极经由缓冲层流向源极电极。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而完成的。因此，本发明提供能够与化合物半导体元件的动作无关地防止漏电流的化合物半导体装置及其制造方法。
为了解决上述课题，本发明的实施例的第1特征在于一种化合物半导体装置，该化合物半导体装置具有：第1化合物半导体层，其具有二维载流子气沟道；第2化合物半导体层，其配置在第1化合物半导体层上，作用为载流子供给层；化合物半导体元件以及外周区域，该化合物半导体元件具有：第1电极，其配置在二维载流子气沟道上；以及第2主电极，其在二维载流子气沟道上与第1电极分开配置，该外周区域在包围化合物半导体元件的周围的区域的一部分中，配置在二维载流子气沟道上，并具有降低该二维载流子气沟道的载流子浓度的外周电极。
在第1特征的化合物半导体装置中，优选外周电极的结构与第1电极相同。
并且，在第1特征的化合物半导体装置中，优选化合物半导体元件是将第1电极用作控制电极的HEMT(高电子迁移率晶体管)。
并且，在第1特征的化合物半导体装置中，优选化合物半导体元件是将第1电极用作在与二维载流子气沟道之间具有整流特性的阳极电极的二极管。
并且，在第1特征的化合物半导体装置中，优选外周区域的外周电极具备导电类型与二维载流子气沟道相反的电极层，该电极层由金属氧化物半导体或氮化物半导体、或者金属氧化物半导体和氮化物半导体的组合构成。
并且，在第1特征的化合物半导体装置中，优选外周电极由电极层和绝缘体组合而成。
本发明的实施例的第2特征在于一种化合物半导体装置的制造方法，该化合物半导体装置的制造方法具有以下步骤：在具有二维载流子气沟道的第1化合物半导体层上，形成作用为载流子供给层的第2化合物半导体层；在二维载流子气沟道上，形成具有相互分开的第1电极和第2电极的化合物半导体元件；以及在包围化合物半导体元件的周围的区域的一部分中，在二维载流子气沟道上，形成具有降低其载流子浓度的外周电极的外周区域。
根据本发明，能够提供能够与化合物半导体元件的动作无关地防止漏电流的化合物半导体装置及其制造方法。
附图说明
图1是本发明的实施例1的氮化物系化合物半导体装置的剖面图(由图2所示的F1-F1切断线切断的部位的剖面图)。
图2是实施例1的氮化物系化合物半导体装置的平面图。
图3是实施例1的氮化物系化合物半导体装置的常闭电极的放大剖面图。
图4是实施例1的氮化物系化合物半导体装置中的化合物半导体元件的栅极电极正下方的能带图。
图5是实施例1的氮化物系化合物半导体装置中的漏电流防止区域的常闭电极正下方的能带图。
图6是说明实施例1的氮化物系化合物半导体装置的制造方法的第1步骤剖面图。
图7是第2步骤剖面图。
图8是本发明的实施例2的氮化物系化合物半导体装置的剖面图。
图9是本发明的实施例3的氮化物系化合物半导体装置的剖面图。
图10是本发明的实施例4的氮化物系化合物半导体装置的剖面图。
图11是本发明的实施例5的氮化物系化合物半导体装置的剖面图。
标号说明
1：氮化物系化合物半导体装置；10：化合物半导体元件；11：外周区域；2：基板；3：化合物半导体功能层；31：第1化合物半导体层；310：二维载流子气沟道；32：第2化合物半导体层；321、322：连接孔；323：第1凹槽；324：第2凹槽；325：第3凹槽；41：第3电极；42：第2电极；61：第1电极；62：外周电极；64：第4电极。
具体实施方式
接着，参照附图说明本发明的实施例。在以下的附图的记载中，对相同或类似的部分标注相同或类似的标号。但是，附图是示意性的，与现实不同。并且，有时在附图相互之间包含彼此尺寸关系或比率不同的部分。
并且，以下所示的实施例例示了用于使本发明的技术思想具体化的装置或方法，本发明的技术思想不将各结构部件的配置等限定为下述内容。本发明的技术思想能够在权利要求的范围内进行各种变更。
(实施例1)
在本发明的实施例1中，对在设化合物半导体元件为HEMT的氮化物系化合物半导体装置中应用了本发明的例子进行说明。
[氮化物系化合物半导体装置的结构]
如图1～图3所示，实施例1的氮化物系化合物半导体装置1具有：第1化合物半导体层31，其具有二维载流子气沟道310，并作用为载流子迁移层；第2化合物半导体层32，其配置在第1化合物半导体层31上，作用为载流子供给层(势垒区域)；化合物半导体元件10以及外周区域11，该化合物半导体元件10具有：第1电极61，其配置在二维载流子气沟道310上；以及第2电极42，其在二维载流子气沟道310上与第1电极61分开配置，该外周区域11在包围化合物半导体元件10的周围的区域的至少一部分中，配置在二维载流子气沟道310上，并具有减少该二维载流子气沟道310的载流子浓度的外周电极62，该外周电极62具有导电类型与该二维载流子气沟道310相反的电极层601。
第1化合物半导体层31和第2化合物半导体层32构建化合物半导体功能层3，在该化合物半导体功能层3上构成化合物半导体元件10。在实施例1中，化合物半导体元件10是将电子作为载流子的n沟道导电型HEMT。因此，二维载流子气沟道310是二维电子气沟道。第2化合物半导体层32的晶格常数小于第1化合物半导体层31的晶格常数，第2化合物半导体层32的带隙大于第1化合物半导体层31的带隙。
如图1所示，化合物半导体功能层3配置在基板2上。在实施例1中，基板2使用能够实现大口径化且能够廉价制作的硅基板(例如硅单晶基板)。化合物半导体功能层3在第1化合物半导体层31的与第2化合物半导体层32对置的背面具有缓冲层33，化合物半导体功能层3在借助该缓冲层33确保了结晶性的匹配性的状态下配置在基板2上。并且，也可以在第1化合物半导体层31中具有缓冲层33的功能。
这里，化合物半导体功能层3由III族氮化物系半导体材料构成。代表性的III族氮化物系半导体由AlxInyGa1-x-yN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)表示。进而，在实施例1中，化合物半导体功能层3的第1化合物半导体层31的Al(铝)的组成比x1为0≤x1＜1的范围，第2化合物半导体层32的Al的组成比x2为0＜x2≤1的范围，当存在Al的组成比x2大于Al的组成比x1(x1＜x2)的关系时，第1化合物半导体层31由Alx1Ga1-x1N所表示的氮化物半导体材料构成，第2化合物半导体层32由Alx2Ga1-x2N所表示的氮化物半导体材料构成。即，化合物半导体功能层3通过由AlGaN构成的第1化合物半导体层31和由AlGaN构成的第2化合物半导体层32的层叠结构、或由GaN构成的第1化合物半导体层31和由AlGaN构成的第2化合物半导体层32的层叠结构、或由AlGaN构成的第1化合物半导体层31和由AlN构成的第2化合物半导体层32的层叠结构构成。
在实施例1中，第1化合物半导体层31的膜厚例如设定为0.5μm-10.0μm。在第1化合物半导体层31使用GaN层的情况下，该GaN层例如是膜厚设定为3.0μm的非掺杂层。在第2化合物半导体层32的膜厚例如设定为5nm-100nm，第2化合物半导体层32是AlGaN层的情况下，该Al组成例如设定为0.1-0.4。具体而言，使用膜厚为25nm、Al组成设定为0.26的非掺杂层即AlGaN层。缓冲层33例如使用交替层叠了多个GaN层和氮化铝(AlN)层后的层叠膜。
在化合物半导体功能层3中，在第1化合物半导体层31和第2化合物半导体层32的异型结边界面附近的、第1化合物半导体层31的表面部分，生成基于第1化合物半导体层31和第2化合物半导体层32的自发极化和压电极化的二维载流子气沟道310。二维载流子气沟道310在化合物半导体元件(这里为HEMT)10中作用为具有高迁移率的电子(载流子)的沟道区域。另外，虽然省略了详细说明，但是，本发明也能够用于p沟道导电型HEMT，该情况下，二维载流子气沟道310是二维空穴气沟道。
如图1和图2所示，化合物半导体元件10在具有二维载流子气沟道310的化合物半导体功能层3上构成，并具有：第2电极(第1主电极)42、与该第2电极42分开且平行延伸的第3电极(第2主电极)41、以及配置在第2电极42与第3电极41之间的第1电极61。化合物半导体元件(HEMT)10对第2电极42施加比对第3电极41施加的电位高的电位，当第1电极61处于导通状态时，电流从第2电极42流向第3电极41(对于作为载流子的电子，相反流过)。
这里，第2电极42作用为漏极电极，第3电极41作用为源极电极。第2电极42和第3电极41是相对于二维载流子气沟道310与低电阻连接的欧姆电极。并且，在实施例1中，第2电极42配置在从化合物半导体功能层3的第2化合物半导体层32的表面朝向第1化合物半导体层31的二维载流子气沟道310形成的连接孔(穿通孔或导通孔)322内，实现第2电极42与二维载流子气沟道310之间的低电阻化。连接孔322可以是未到达二维载流子气沟道310的情况、到达二维载流子气沟道310的情况、越过二维载流子气沟道310的情况中的任意一种情况。第3电极41与第2电极42同样，配置在从化合物半导体功能层3的第2化合物半导体层32的表面朝向第1化合物半导体层31的二维载流子气沟道310形成的连接孔321内，实现第3电极41与二维载流子气沟道310之间的低电阻化。连接孔321由与连接孔322相同的结构构成，作为制造工艺，连接孔321和322通过同一制造步骤制造。在实施例1中，第2电极42、第3电极41均由例如具有10nm-50nm的膜厚的Ti(钛)层、和在该Ti层上层叠的例如具有25nm-1000nm的膜厚的Al层的层叠膜构成。
第1电极61是控制电极或栅极电极，配置在第2化合物半导体层32上。如图1和图3所示，在实施例1中，第1电极61配置在第1凹槽(凹部或凹陷)323中，该第1凹槽323是从第2化合物半导体层32的表面向该第2化合物半导体层32内朝着二维载流子气沟道310挖掘而形成的，更详细地讲，是从配置在第2化合物半导体层32的表面上的绝缘层5的表面向第2化合物半导体层32内挖掘而形成的。第1凹槽323的从第2化合物半导体层32的表面起的深度例如设定为1nm-24nm，设定为第2化合物半导体层32存在于第1凹槽323正下方。绝缘层5例如使用氧化硅膜、氮化硅膜、或者对它们进行组合后的复合膜。
在实施例1中，以简化结构并削减制造成本为目的，第1电极61的结构与所述外周区域11的外周电极62相同，并且，在制造工艺中通过同一制造步骤形成。例如，第1电极61具有导电类型与二维载流子气沟道310的导电类型相反的第1电极层601，由从第2化合物半导体层32的表面朝向其上方层叠了该第1电极层601、第1电极层601上的第2电极层602、第2电极层602上的第3电极层603、第3电极层603上的第4电极层604后的复合膜构成。该第1电极61的具体结构、材料等在外周区域11的说明中详细叙述。
图2中，化合物半导体元件10的第2电极42按照同一宽度尺寸沿Y方向(纵向)延伸、并沿X方向(横向)排列有多个。该排列个数未被限定，但是第2电极42排列有3个。多个第2电极42在Y方向下侧的一端与第2外部端子(焊盘)42P一体连接(电连接)。从Z方向观察，第2电极42具有梳形形状。这里，X方向是与XY坐标轴的X轴一致的方向，Y方向是与Y轴一致的方向，进而，Z方向是与Z轴一致的方向。
第3电极41按照同一宽度尺寸与第2电极42分开且沿同一Y方向延伸、并沿X方向排列有多个。这里，第3电极41排列有4个。多个第3电极41在Y方向上侧的一端与第3外部端子(焊盘)41P一体连接(电连接)。从Z方向观察，第3电极41具有与第2电极42啮合的梳形形状。
第1电极61按照同一宽度尺寸在第2电极42与第3电极41之间沿Y方向反复延伸、并沿X方向延伸。第1电极61的一端和另一端在Y方向下侧与第1外部端子(焊盘)61P一体连接(电连接)。从Z方向观察，第1电极61具有在第2电极42与第3电极41之间穿过的蛇行形状。
如图1～图3所示，外周区域11与第1电极61的剖面结构相同，具有：第2凹槽(凹部)324，其是从第2化合物半导体层32的表面向该第2化合物半导体层32内朝着二维载流子气沟道310挖掘而形成的，更详细地讲，是从配置在第2化合物半导体层32的表面上的绝缘层5的表面向第2化合物半导体层32内挖掘而形成的；以及配置在该第2凹槽324内部的外周电极62。
该外周区域11的外周电极62与第1电极61同样，具有第1电极层601～第4电极层604。在实施例1中，第1电极层601使用导电类型与二维载流子气沟道310的导电类型相反的p型金属氧化物半导体。该p型金属氧化物半导体能够实用地使用氧化镍(NiOx、x＝1～2)、氧化铁、氧化钴、氧化锰、氧化铜中的任一个。这里，第1电极层601例如使用膜厚为20nm-1000nm的NiOx。
并且，第1电极层601能够使用p型氮化物半导体。p型氮化物半导体能够实用地使用p型掺杂AlGaN、p型掺杂GaN、p型掺杂InGaN中的任一个。例如，第1电极层601使用掺杂了镁(Mg)的膜厚为80nm-120nm的p型掺杂GaN。
这些在第1电极层601中使用的p型金属氧化物半导体或p型氮化物半导体由单层膜构成，但是，也可以由多层的多层膜构成。并且，第1电极层601也可以逐渐或阶段地改变p型浓度。例如，第1电极层601的p型浓度被设定为，随着远离第2化合物半导体层32的表面而变薄。进而，第1电极层601也可以是对p型金属氧化物半导体和p型氮化物半导体进行组合后的层叠膜。
第2电极层602例如能够使用膜厚为10nm-1000nm的镍(Ni)层。第3电极层603例如能够使用膜厚为0.1μm-3.0μm的金(Au)层。第4电极层604例如能够使用膜厚为5nm-100nm的钛(Ti)层。
并且，在第1电极61中，为了防止顺方向漏电流、并提高HEMT的器件特性，在第1电极61的第1电极层601与第2化合物半导体层32之间、或第1电极层601与第2电极层602之间具有绝缘体的情况下，虽然没有图示，但是，与第1电极61的结构同样，在外周电极62中也配置绝缘体。该绝缘体能够实用地使用NiO、氧化铪(HfO)、氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(Al2O3)、氧化钇(Y2O3)、氧化镁(MgO)中的任一个。例如，绝缘体能够使用膜厚为2nm-500nm的NiO层。
如图1和图2所示，这里，外周电极62(外周区域11)在化合物半导体元件10的外周的、沿着化合物半导体功能层3的外缘的整周保有同一宽度尺寸而延伸。外周电极62的一端和另一端在Y方向下侧与外部端子(焊盘)62P连接(电连接)。从Z方向观察，外周电极62和外部端子62P具有包围化合物半导体元件10的外周围的环形状。为了更加可靠地防止漏电流，外周电极62通过外部端子62P来施加固定电位。例如，外部端子62P与基板2连接，对外部端子62P施加与对基板2施加的电位、例如接地电位相同的电位。另外，外周电极62也可以是不施加固定电位的浮接状态。并且，外周电极62在具有与整周配置的情况同等功能的情况下，也可以在沿着化合物半导体功能层3的外缘的一部分断断续续地配置。
另外，在化合物半导体元件10是p沟道导电型HEMT的情况下，外周电极62的第1电极层601使用n型金属氧化物半导体、n型氮化物半导体等。
[漏电流防止区域的动作原理]
实施例1的氮化物系化合物半导体装置1的外周区域11的动作原理如下所述。
首先，在化合物半导体元件10的第1电极61的正下方以外，如图4所示，在化合物半导体功能层3的第1化合物半导体层31和第2化合物半导体层32的异型结边界面附近，在第1化合物半导体层31中生成二维载流子气沟道310。第1电极61的正下方以外是指，第1电极61与第2电极42之间的第1化合物半导体层31、第1电极61与第3电极41之间的第1化合物半导体层31、第2电极42正下方的第1化合物半导体层31、以及第1电极41正下方的第1化合物半导体层31。
图中，标号Ef是费米能级、Ec是传导带能级、Ev是价电子带能级。第1化合物半导体层31的带隙大约为3.5V，第2化合物半导体层32的带隙大约为3.8V-4.6V。通过该带隙不同的半导体彼此的接触(异型结)，在该异型结的边界面附近产生传导带、价电子带这两个带的不连续，传导带的不连续量由双方的电子亲和力之差决定，所以，电子亲和力大的第1化合物半导体层31侧的能量大约降低0.2V左右。其结果，产生传导带能级Ec的等级低于费米能级Ef的三角形状的势井，从第2化合物半导体层32的施主产生的电子聚集在该势井中，生成二维载流子气沟道310。
另一方面，在外周区域11的外周电极62的正下方，如图5所示，在化合物半导体功能层3的第1化合物半导体层31和第2化合物半导体层32的异型结边界面附近，在第1化合物半导体层31中不生成二维载流子气沟道310。在外周区域11中，通过第2凹槽324来减少第2化合物半导体层32的厚度。由此，能够减少从第2化合物半导体层32的施主产生的电子针对二维载流子气沟道310的供给量本身，能够减少二维载流子气沟道310的载流子(电子)浓度。
进而，外周区域11的外周电极62配置在第2凹槽324内，在该外周电极62中生成具有导电类型(p型)与二维载流子气沟道310的导电类型(n型)相反的第1电极层601，所以，三角形状的势井被拉起，传导带能级Ec的等级被提升为高于费米能级Ef。外周电极62在其正下方使二维载流子气沟道310反转为p型，保持为常闭状态。
另外，在化合物半导体元件10中，第1电极61具有与外周电极62相同的结构，所以，根据同样的动作原理，第1电极61的正下方的二维载流子气沟道310反转为p型，保持常闭状态。
即，外周区域11具有如下功能：在外周电极62正下方不产生二维载流子气沟道310，与化合物半导体元件10的动作无关，保持为常闭状态。其结果，能够通过化合物半导体功能层3的侧壁，完全遮断流入化合物半导体元件10的漏电流。
另外，在实施例1的氮化物系化合物半导体装置1中，外周区域11具有第2凹槽324和在该第2凹槽324内配置的外周电极62，但是，外周区域11也可以不配置第2凹槽324，而仅由外周电极62构成。
[氮化物系化合物半导体装置的制造方法]
所述氮化物系化合物半导体装置1的制造方法如下所述。首先，最初，如图6所示，使用公知的MOCVD(metalorganic chemical vapor deposition，金属有机气相沉积)法在基板2上形成化合物半导体功能层3。基板2使用硅基板。化合物半导体功能层3使缓冲层33、第1化合物半导体层31、第2化合物半导体层32分别连续成膜后，使用台面蚀刻法形成为台面形状。化合物半导体功能层3的各层的具体材料和膜厚如上所述。
如图7所示，在化合物半导体元件10的形成区域中，在化合物半导体功能层3上形成第2电极42和第3电极41。从化合物半导体功能层3的表面朝向二维载流子气沟道310形成连接孔322，第2电极42形成于该连接孔322内。从化合物半导体功能层3的表面朝向二维载流子气沟道310形成连接孔321，第3电极41形成于该连接孔321内。形成连接孔321的步骤和形成连接孔322的步骤通过同一制造步骤来进行。形成第2电极42的步骤和形成第3电极41的步骤通过同一制造步骤来进行。
接着，在包含第2电极42上方和第3电极41上方在内的化合物半导体功能层3的表面上形成绝缘层5。在化合物半导体元件10的形成区域中，形成从绝缘层5的表面挖掘到化合物半导体功能层3的第2化合物半导体层32的一部分的第1凹槽323，并且，在外周区域11的形成区域中，同样地，形成从绝缘层5的表面挖掘到化合物半导体功能层3的第2化合物半导体层32的一部分的第2凹槽324(参照图1)。该形成第1凹槽323的步骤和形成第2凹槽324的步骤通过同一制造步骤来进行。
如所述图1所示，例如使用剥离法在第1凹槽323中形成第1电极61，并且，在第2凹槽324中形成外周电极62。形成第1电极61的步骤和形成外周电极62的步骤通过同一制造步骤来进行。第1电极61、外周电极62各自的第1电极层601～第4电极层604使用溅射法或EB(electron beam)法来成膜。
这些一连串的制造步骤结束后，能够完成实施例1的氮化物系化合物半导体装置1。
[氮化物系化合物半导体装置的特征]
在这样构成的实施例1的氮化物系化合物半导体装置1中，在外周区域11中具有降低二维载流子气沟道310的载流子浓度的外周电极62，所以，能够与化合物半导体元件(HEMT)10的动作无关地减少漏电流。
进而，在实施例1的氮化物系化合物半导体装置1中，在第2凹槽324中具有外周区域11的外周电极62，所以，能够进一步减少漏电流。
进而，在实施例1的氮化物系化合物半导体装置1的制造方法中，利用分别形成化合物半导体元件10的第1凹槽323、第1电极61的步骤，通过同一制造步骤来形成分别形成外周区域11的第2凹槽324、外周电极62的步骤，所以，能够削减用于构筑外周区域11的制造步骤数。通过制造步骤数的削减，能够提高制造上的成品率，并且，能够减少制作成本。
(实施例2)
在本发明的实施例2中，对在设化合物半导体元件为肖特基势垒二极管(SBD)的氮化物系化合物半导体装置中应用了本发明的例子进行说明。
[氮化物系化合物半导体装置的结构]
如图8所示，实施例2的氮化物系化合物半导体装置1具有：第1化合物半导体层31，其具有二维载流子气沟道310，并作用为载流子迁移层；第2化合物半导体层32，其配置在第1化合物半导体层31上，作用为载流子供给层(势垒区域)；化合物半导体元件10以及外周区域11，该化合物半导体元件10具有：第1电极61和第2电极42，其配置在二维载流子气沟道310上的相互分开的区域中，该外周区域11在包围化合物半导体元件10的周围的区域的至少一部分中，配置在二维载流子气沟道310上，具有减少该二维载流子气沟道310的载流子浓度的外周电极62，该外周电极62具有导电类型与该二维载流子气沟道310相反的电极层601。
在实施例2的氮化物系化合物半导体装置1中，化合物半导体元件10是SBD。第1电极61用作阳极电极。第1电极61配置在第1凹槽323中，该第1凹槽323配置在化合物半导体功能层3的第2化合物半导体层32中。第1电极61和第2化合物半导体层32的第1凹槽323的表面为肖特基结。作为第1电极61的肖特基材料，例如能够实用地使用Ni、Au、Ti、Rh、Al等。另外，不是必须配置第1凹槽323。
第2电极42用作与二维载流子气沟道310欧姆连接的阴极电极。这里，第2电极42具有与实施例1的氮化物系化合物半导体装置1的化合物半导体元件10的第2电极42或第3电极41相同的结构，其配置在连接孔322及321内，该连接孔322和321配置在化合物半导体功能层3的第2化合物半导体层32中。
外周区域11结构与所述实施例1的氮化物系化合物半导体装置1的外周区域11相同。即，外周区域11具有：配置在化合物半导体功能层3的第2化合物半导体层32中的第2凹槽324、以及配置在该第2凹槽324中的外周电极62。外周电极62可以通过相同的材料构成为与第1电极61相同的结构。
[氮化物系化合物半导体装置的特征]
在这样构成的实施例2的氮化物系化合物半导体装置1中，能够发挥与通过实施例1的氮化物系化合物半导体装置1得到的效果相同的效果。
(实施例3)
在本发明的实施例3中，对实施例2的氮化物系化合物半导体装置1的变形例进行说明。
[氮化物系化合物半导体装置的结构]
如图9所示，实施例3的氮化物系化合物半导体装置1基本上具有与所述实施例2的氮化物系化合物半导体装置1相同的结构，但是，化合物半导体元件10的第1电极61即阳极电极由与外周区域11的外周电极62相同的结构构成。如所述图3所示，第1电极61至少具备导电类型(p型)与二维载流子气沟道310的导电类型(n型)相反的的第1电极层601。
另外，在实施例3中，第1电极61配置在第1凹槽323中，但是，可以不具有该第1凹槽323。并且，配置第1电极61的第1凹槽323的深度可以与配置外周区域11的外周电极62的第2凹槽324的深度不同。进而，化合物半导体元件10的第1电极61也可以由第1电极层601～第4电极层604构成，外周区域11的外周电极62也可以由肖特基材料构成。
[氮化物系化合物半导体装置的特征]
在这样构成的实施例3的氮化物系化合物半导体装置1中，能够发挥与通过实施例2的氮化物系化合物半导体装置1得到的效果相同的效果。
(实施例4)
在本发明的实施例4中，对将组合了所述实施例1的氮化物系化合物半导体装置1的化合物半导体元件10即HEMT和所述实施例2或实施例3的氮化物系化合物半导体装置1的化合物半导体元件10即SBD后的复合元件作为化合物半导体元件10的例子进行说明。
[氮化物系化合物半导体装置的结构]
如图10所示，实施例4的氮化物系化合物半导体装置1基本上具有与所述实施例1的氮化物系化合物半导体装置1相同的结构。即，氮化物系化合物半导体装置1的化合物半导体元件10基本上具有：配置在二维载流子气沟道310的相互分开的区域上的第2电极(例如漏极电极)42和第3电极(例如源极电极)41、以及配置在第2电极42与第3电极41之间的第1电极(栅极电极或控制电极)61，进而，在第1电极61与第2电极42之间的二维载流子气沟道310上具有第4电极64。
第4电极64配置在从化合物半导体功能层3的第2化合物半导体层32的表面挖掘其一部分而形成的第3凹槽325内。该第4电极64由与所述实施例2或实施例3的氮化物系化合物半导体装置1的化合物半导体元件(SBD)10的第1电极61相同的肖特基电极材料构成。第3凹槽325的深度可以与配置第1电极61的第1凹槽323的深度相同，但是，优选第3凹槽325的深度比第1凹槽323的深度浅。虽然在图10中简化示出，但是，第4电极64与第3电极41电连接(短接)。
第4电极64作用为SBD的阳极电极，第2电极42作用为HEMT的漏极电极、并作用为SBD的阴极电极。即，第4电极64和第2电极42构建SBD。该SBD具有将从第2电极42通过第1电极61正下方逆向流过第3电极41的载流子作为顺方向电流吸收的、作为反馈二极管、再生二极管或保护二极管的功能，具有提高化合物半导体元件10的逆向耐压的效果。
另一方面，外周区域11的外周电极62与所述实施例1的氮化物系化合物半导体装置1的外周电极62同样，由与第1电极61相同的结构构成。另外，在实施例4中，外周区域11的外周电极62也可以是与第4电极64相同的结构。即，外周区域11的第2凹槽324通过同一制造步骤制作为与化合物半导体元件10的第3凹槽325相同的结构，外周区域11在这样制作的第2凹槽324内，通过同一制造步骤制作为与第4电极64相同的结构。
并且，在实施例4的氮化物系化合物半导体装置1中，第4电极64也可以不是肖特基材料，而与外周电极62或第1电极61同样，具备导电类型与二维载流子气沟道310的导电类型相反的第1电极层601(参照图3)。
[氮化物系化合物半导体装置的特征]
在这样构成的实施例4的氮化物系化合物半导体装置1中，能够发挥与通过实施例1～实施例3的氮化物系化合物半导体装置1得到的效果相同的效果，本发明能够适用于具有这种复合元件的氮化物系化合物半导体装置1。
(实施例5)
在本发明的实施例5中，对所述实施例4的氮化物系化合物半导体装置1的化合物半导体元件10的变形例进行说明。
[氮化物系化合物半导体装置的结构]
如图11所示，实施例5的氮化物系化合物半导体装置1基本上具有与所述实施例4的氮化物系化合物半导体装置1相同的结构，但是，使化合物半导体元件10的第4电极64与第3电极(例如源极电极)41分开，配置在该第3电极41的与第1电极61相反的一侧。
第4电极64由与所述实施例4的氮化物系化合物半导体装置1的化合物半导体元件10的第4电极64相同的结构构成，配置在第3凹槽325内。该第4电极64同样作用为阳极电极。
这里，第3电极41作用为HEMT的源极电极、并作用为SBD的阴极电极。即，第4电极64和第3电极41构建SBD。
另一方面，外周区域11的外周电极62与所述实施例1的氮化物系化合物半导体装置1的外周电极62同样，由与第1电极61相同的结构构成。另外，在实施例5中，与所述实施例4的氮化物系化合物半导体装置1同样，外周区域11的外周电极62也可以是与第4电极64相同的结构。并且，在实施例5的氮化物系化合物半导体装置1中，第4电极64也可以不是肖特基材料，而与外周电极62或第1电极61同样，具备导电类型与二维载流子气沟道310的导电类型相反的第1电极层601(参照图3)。
[氮化物系化合物半导体装置的特征]
在这样构成的实施例5的氮化物系化合物半导体装置1中，能够发挥与通过实施例1～实施例4的氮化物系化合物半导体装置1得到的效果相同的效果，本发明能够适用于具有这种复合元件的氮化物系化合物半导体装置1。
(其他实施例)
如上所述，通过多个实施方式来记载本发明，但是，成为该公开的一部分的论述和附图并不限定本发明。本发明能够适用于各种代替实施方式、实施例和运用技术。
例如，关于本发明，在所述实施例1～实施例5的氮化物系化合物半导体装置1中，化合物半导体元件10的第1电极61、外周区域11的外周电极62分别可以由不具有导电类型的例如肖特基电极材料构成。
进而，关于本发明，代替所述氮化物系化合物半导体装置1，能够适用于具有第1化合物半导体层31为砷化鎵(GaAs)、第2化合物半导体层32为铝镓砷(AlGaAs)的化合物半导体功能层3的化合物半导体装置。
【产业上的可利用性】
本发明能够广泛适用于能够与化合物半导体元件的动作无关地防止漏电流的化合物半导体装置及其制造方法。

Claims (5)

1.一种化合物半导体装置，其特征在于，
该化合物半导体装置具有：
第1化合物半导体层，其具有二维载流子气沟道；
第2化合物半导体层，其配置在所述第1化合物半导体层上，作用为载流子供给层；
化合物半导体元件，其具有：第1电极，其配置在所述二维载流子气沟道上；以及第2主电极，其在所述二维载流子气沟道上与所述第1电极分开配置，以及
外周区域，其在包围所述化合物半导体元件的周围的区域的一部分中，配置在所述二维载流子气沟道上，并具有降低该二维载流子气沟道的载流子浓度的外周电极。
2.根据权利要求1所述的化合物半导体装置，其特征在于，
所述外周电极的结构与所述第1电极相同。
3.根据权利要求1或2所述的化合物半导体装置，其特征在于，
所述化合物半导体元件是将所述第1电极用作控制电极的高电子迁移率晶体管，或者，
所述化合物半导体元件是将所述第1电极用作在与所述二维载流子气沟道之间具有整流特性的阳极电极的二极管。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的化合物半导体装置，其特征在于，
所述外周区域的所述外周电极具备导电类型与所述二维载流子气沟道相反的电极层，该电极层由金属氧化物半导体或氮化物半导体、或者所述金属氧化物半导体和所述氮化物半导体的组合构成，或者，
所述外周电极由所述电极层和绝缘体组合而成。
5.一种化合物半导体装置的制造方法，其特征在于，该化合物半导体装置的制造方法具有以下步骤：
在具有二维载流子气沟道的第1化合物半导体层上，形成作用为载流子供给层的第2化合物半导体层；
在所述二维载流子气沟道上，形成具有相互分开的第1电极和第2电极的化合物半导体元件；以及
在包围所述化合物半导体元件的周围的区域的一部分中，在所述二维载流子气沟道上，形成具有降低其载流子浓度的外周电极的外周区域。
CN2010105787693A 2009-12-10 2010-12-08 化合物半导体装置及其制造方法 Active CN102097467B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009280880A JP2011124385A (ja) 2009-12-10 2009-12-10 化合物半導体装置及びその製造方法
JP2009-280880 2009-12-10

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102097467A true CN102097467A (zh) 2011-06-15
CN102097467B CN102097467B (zh) 2013-03-13

Family

ID=44130444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010105787693A Active CN102097467B (zh) 2009-12-10 2010-12-08 化合物半导体装置及其制造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8350297B2 (zh)
JP (1) JP2011124385A (zh)
CN (1) CN102097467B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105229792A (zh) * 2013-05-03 2016-01-06 德克萨斯仪器股份有限公司 Iii族氮化物晶体管布局
CN105448966A (zh) * 2014-09-18 2016-03-30 英飞凌科技奥地利有限公司 场效应功率晶体管的金属化结构
CN114518389A (zh) * 2022-04-21 2022-05-20 北京中科海芯科技有限公司 一种气体传感器、制作方法及气体检测方法
CN118763105A (zh) * 2024-09-05 2024-10-11 深圳市港祥辉电子有限公司 一种凹槽型GaN MIS-HEMT纵向器件及其制备方法

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5825018B2 (ja) 2011-09-29 2015-12-02 富士通株式会社 化合物半導体装置及びその製造方法
JP5899803B2 (ja) * 2011-10-28 2016-04-06 サンケン電気株式会社 窒化物半導体装置
JP5607096B2 (ja) * 2012-03-23 2014-10-15 株式会社東芝 窒化物半導体装置
JP5942638B2 (ja) * 2012-06-29 2016-06-29 株式会社デンソー ナビゲーション装置、及び、プログラム
JP6047998B2 (ja) * 2012-08-28 2016-12-21 サンケン電気株式会社 半導体装置
CN103117294B (zh) * 2013-02-07 2015-11-25 苏州晶湛半导体有限公司 氮化物高压器件及其制造方法
JP6733462B2 (ja) * 2016-09-28 2020-07-29 日亜化学工業株式会社 電界効果トランジスタ
JP6860845B2 (ja) * 2017-03-03 2021-04-21 サンケン電気株式会社 化合物半導体装置
JP2022184315A (ja) * 2021-06-01 2022-12-13 株式会社東芝 半導体装置
WO2023042617A1 (ja) * 2021-09-14 2023-03-23 ローム株式会社 半導体装置
WO2023219046A1 (ja) * 2022-05-12 2023-11-16 ローム株式会社 窒化物半導体装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1921147A (zh) * 2005-08-24 2007-02-28 株式会社东芝 氮化物半导体元件
US20070102727A1 (en) * 2005-11-02 2007-05-10 Sharp Kabushiki Kaisha Field-effect transistor
CN101562182A (zh) * 2008-04-02 2009-10-21 香港科技大学 集成的hemt和横向场效应整流器组合、方法及系统

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07201887A (ja) * 1994-01-07 1995-08-04 Sumitomo Electric Ind Ltd 電界効果トランジスタ
JP4810072B2 (ja) 2004-06-15 2011-11-09 株式会社東芝 窒素化合物含有半導体装置
JP2008078526A (ja) * 2006-09-25 2008-04-03 New Japan Radio Co Ltd 窒化物半導体装置及びその製造方法
JP2008211172A (ja) * 2007-01-31 2008-09-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP5526470B2 (ja) * 2007-09-03 2014-06-18 サンケン電気株式会社 窒化物系化合物半導体装置
JP2009099691A (ja) * 2007-10-15 2009-05-07 Sanken Electric Co Ltd 電界効果半導体装置の製造方法
US7898004B2 (en) * 2008-12-10 2011-03-01 Transphorm Inc. Semiconductor heterostructure diodes

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1921147A (zh) * 2005-08-24 2007-02-28 株式会社东芝 氮化物半导体元件
US20070102727A1 (en) * 2005-11-02 2007-05-10 Sharp Kabushiki Kaisha Field-effect transistor
CN101562182A (zh) * 2008-04-02 2009-10-21 香港科技大学 集成的hemt和横向场效应整流器组合、方法及系统

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105229792A (zh) * 2013-05-03 2016-01-06 德克萨斯仪器股份有限公司 Iii族氮化物晶体管布局
CN105229792B (zh) * 2013-05-03 2019-10-08 德克萨斯仪器股份有限公司 Iii族氮化物晶体管布局
CN105448966A (zh) * 2014-09-18 2016-03-30 英飞凌科技奥地利有限公司 场效应功率晶体管的金属化结构
CN105448966B (zh) * 2014-09-18 2019-09-13 英飞凌科技奥地利有限公司 场效应功率晶体管的金属化结构
CN114518389A (zh) * 2022-04-21 2022-05-20 北京中科海芯科技有限公司 一种气体传感器、制作方法及气体检测方法
CN114518389B (zh) * 2022-04-21 2022-07-12 北京中科海芯科技有限公司 一种气体传感器、制作方法及气体检测方法
CN118763105A (zh) * 2024-09-05 2024-10-11 深圳市港祥辉电子有限公司 一种凹槽型GaN MIS-HEMT纵向器件及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011124385A (ja) 2011-06-23
US20110140174A1 (en) 2011-06-16
US8350297B2 (en) 2013-01-08
CN102097467B (zh) 2013-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102097467A (zh) 化合物半导体装置及其制造方法
JP5056883B2 (ja) 半導体装置
JP4761319B2 (ja) 窒化物半導体装置とそれを含む電力変換装置
US8884333B2 (en) Nitride semiconductor device
CN1943035B (zh) GaN系半导体装置
JP5526470B2 (ja) 窒化物系化合物半導体装置
KR101927408B1 (ko) 고전자 이동도 트랜지스터 및 그 제조방법
US8816399B2 (en) Semiconductor device
US20140110759A1 (en) Semiconductor device
JP5645304B2 (ja) ダイオード
JP6244557B2 (ja) 窒化物半導体デバイス
CN107680999B (zh) 高功率半导体元件
JP2013235873A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP2007329350A (ja) 半導体装置
JPWO2017138505A1 (ja) 半導体装置
CN103493205A (zh) 肖特基二极管
JP2008034438A (ja) 半導体装置
CN104916679A (zh) 半导体装置
JP5793101B2 (ja) 半導体装置
JP5364760B2 (ja) 半導体装置
JP6860845B2 (ja) 化合物半導体装置
JP2014045154A (ja) 半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant