[发明专利]化合物半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

此处讨论的实施例涉及一种化合物半导体器件及其制造方法。

背景技术

近年来，在由蓝宝石、SiC、GaN、Si等制成的衬底上顺序地形成GaN 层和AlGaN层并且GaN层被用作沟道层的电子器件(化合物半导体器件) 得到了急切地发展。GaN的带隙(band gap)是3.4eV，比GaAs的1.4eV大。 因此，期望化合物半导体器件在高击穿电压下工作。

要求用于移动电话基站的放大器在高电压下工作以提高电流效率，从而 需要提高击穿电压。目前，已经报导了当在基站的放大器中使用的GaN基高 电子迁移率晶体管(HEMT)中的电流断开(off)时，将高于300V的值作 为击穿电压。此外，已经报导了当在极高频带中使用的HEMT中的电流也被 断开时，将高于200V的值作为击穿电压。

图1是示出传统的GaN基HEMT的结构的横截面图。在SiC衬底101 上，顺序地形成AlN层102、未掺杂i-GaN层105、未掺杂i-AlGaN层106、 n型n-AlGaN层107以及n型n-GaN层108。而且，在n-GaN层108上形成 SiN层109。在SiN层109中形成一个开口，并且在其中形成栅电极111g。 在n-GaN层108和SiN层109中，进一步形成两个开口，栅电极111g插入 在它们之间。在两个开口其中之一中形成源电极111s，在另一个中形成漏电 极111d。顺便说一句，AlN层102起缓冲层的作用。栅电极111g与n-GaN 层108肖特基接触，源电极111s和漏电极111d与n-AlGaN层107欧姆接触。

当使用这种传统的GaN基HEMT作为具有高击穿电压的电子器件时， 它的特性可能在很大程度上发生变化。例如，当重复进行开启/断开高频电源 的操作时，其输出可能会漂移。下面将描述这种现象。

图2是示出具有GaN基HEMT的电路结构的电路图。在该电路中，晶 体管(GaN基HEMT)Tr的源极接地，而该晶体管的漏极连接到电感器L 的一端和电阻器R的一端。直流(DC)偏压Vd被施加到电感器L的另一端。 此外，电阻器R的另一端接地。晶体管Tr的栅极连接交流(AC)电源P， 其施加-2V至4V的AC信号RF。顺便说一句，对于晶体管Tr的栅极，在断 开期间，施加-1V的栅极电压Vg，在断开时间中没有施加AC信号RF。

当将这一电路用于基站的放大器时，DC偏压Vd被设置为大约50V，漏 极电流的平均值被设置为最大值的大约2％至3％。当将大约2GHz的高频信 号(AC信号RF)施加到晶体管Tr的栅极时，可以得到如图3所示的电流 —电压特性。图3中的横轴是漏极(漏极-源极)电压，纵轴是漏极(漏极- 源极)电流。

此外，在用于基站的放大器中，频繁地转换晶体管Tr的开启/断开。例 如执行如图4A所示的控制。图4A中的纵轴是偏压点处的DC漏极电流的值。 静态电流值10mA/mm是预先设置的电流值，其当高频信号断开时流动，平 均值150mA/mm是当高频信号开启时漏极电流的平均值。

然而，当试图执行如图4A所示的控制时，当断开高频信号时，电流实 际上会下降过度，如图4B所示，并且在之后开启高频信号时，不能得到足 够的输出(150mA/mm的电流)。即，会发生输出漂移现象(drift phenomenon ofoutput)。由于这种过度下降，电流可能会变成约1mA/mm至2mA/mm。 电流的下降随着时间的推进恢复，但是为了恢复到输出变稳定的程度，需要 一或多分钟的长时间周期。因此，DC偏压需要一或多分钟的时间周期以恢 复到原始状态，其可能阻碍高频信号的间歇性开启/断开操作。这种过度响应 特性存在于图1所示的传统的GaN基HEMT中。

在日本特开专利公开No.2006-147663中讨论了抑制伴随这种过度响应 特性的输出漂移现象的技术。图5是示出在日本特开专利公开 No.2006-147663中讨论的传统的GaN基HEMT的结构的横截面图。

在该GaN基HEMT中，在图1所示的GaN基HEMT的AlN层102和 i-GaN层105之间设置AlGaN层103。