[发明专利]半导体外延衬底、化合物半导体器件及其制造方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于并要求2007年3月30日提交的日本专利申请No.2007-093574的优先权，将其全文引入于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种化合物半导体外延衬底、化合物半导体器件及其制造方法，并且更具体地，涉及一种化合物半导体外延衬底以及具有氮化物半导体层的化合物半导体器件、及它们的制造方法。

背景技术

GaN具有3.4eV的宽的带隙并且是一种期望用于短波长光发射和高击穿电压操作的半导体。已经开发出了用于紫外线和蓝光的光发射器件。移动电话的基站放大器需要高电压操作。目前报道了将超过300V的值作为电流关断(current-off)期间的击穿电压。通过采用SiC衬底获得最好的输出特性。认为这是由于SiC的高热导率。在III族氮化物混合结晶体中调节物理特性例如带隙。例如，在GaN中混合AlN或InN。Ga_xAl_yIn_zN(0＜x≤1，x+y+z＝1)在这里称为含氮化镓(含GaN)半导体。为了形成质量良好的III族氮化物半导体结晶层，已经研究了多种外延生长。

JP-A-2003-309071提出：在300℃至600℃的低温下，在例如蓝宝石、SiC、GaN和AlN的结晶衬底上(例如蓝宝石衬底上)生长10nm至50nm厚的AlN低温生长缓冲层，在温度升高到例如1000℃之后，在该低温生长缓冲层上生长Al_xGa_1-xN(0＜x≤1)下垫层(underlying layer)，并且在该下垫层上生长具有较低Al含量的Al_yGa_1-yN(0≤y＜x)。由于具有较低Al含量的AlGaN膜具有大晶格常数，因此施加了压应力。其描述了：由于在膜界面断层侧向(laterally)偏转，因此可以获得质量良好的GaN层等等。所述器件结构是紫外线发射LED。当形成多量子阱时，将生长温度设为例如800℃。

将JP-A-2005-32823引入于此作为参考，其提出：当通过在SiC衬底上生长AlN缓冲层并且在AlN缓冲层上生长GaN或InGaN沟道层和AlGaN电子供应层，来形成场效应晶体管外延晶圆时，该缓冲层的生长温度设定为比该沟道层的生长温度高大约100℃，并且在生长期间V/III比例被降低到使AlN反应活性种(reactive species)的粘附力和释放速度变得一样的程度，优选不小于50并且不大于500。

当生长温度升高时，激活了AlN反应种类使得释放变得容易。由于V/III比例降低，因此AlN缓冲层的生长速度被抑制为低，并且形成了接近均衡状态的状态，其中AlN反应活性种变得容易在表面上移动。因此，在形成了该AlN结晶膜之后，不仅促进了二维成核而且提高了凹陷掩埋(pit burying)作用。这说明，实现了具有更少缺陷的AlN缓冲层的生长。在炉压为135Torr、V/III比例为230以及生长温度为1150℃至1200℃的条件下，采用三甲基铝(trimethylaluminum，TMA)作为Al源以及采用NH₃作为氮源，通过MOCVD使该AlN缓冲层生长。生长速度为0.2nm/sec或更低。之后，将温度降低到1100℃，并且使其它层例如高纯度GaN层外延生长。

将JP-A-2006-165207引入于此作为参考，其提出使用含GaN半导体作为沟道层的高击穿电压的高电子迁移率晶体管(HEMT)。例如，在高阻SiC衬底之上生长i-型GaN沟道层，n-型AlGaN层和n-型GaN覆盖层(cap layer)形成为具有插入其间的i-型AlGaN间隔层，部分移除该n-型覆盖层，通过在510℃或更高而低于600℃的温度下退火，叠置Ta和Al以形成欧姆电极的源/漏电极，沉积SiN层，经由该SiN层形成开口，并且在该开口中形成接触该GaN覆盖层的栅极。

发明内容

根据实施例的一个方案，本发明提供一种半导体外延衬底，包括：单晶衬底；AlN层，在所述单晶衬底上外延生长；以及氮化物半导体层，在所述AlN层上外延生长，其中，所述AlN层和所述氮化物半导体层之间的界面的粗糙度比所述单晶衬底和所述AlN层之间的界面的粗糙度大。