[发明专利]化合物半导体器件、其制造方法、电源器件和高频放大器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于在2010年8月31日递交的在先日本专利申请第2010-194850号并要求享有该申请的优先权，其全部内容通过援引被合并于此。

技术领域

本发明一般地涉及一种化合物半导体器件、该化合物半导体器件的制造方法、电源器件和高频放大器。

背景技术

许多场效应晶体管(FET)，特别是高电子迁移率晶体管(HEMT)，已经被报导作为化合物半导体器件。特别地，包括GaN电子渡越层和AlGaN电子供给层的AlGaN/GaN HEMT近来已经受到关注。在AlGaN/GaN HEMT中，由于GaN与AlGaN之间的晶格常数的差异而在AlGaN层中发生变形(distortion)。这会造成压电极化，进而由于压电极化和AlGaN自发极化而产生高浓度二维电子气(2DEG)。

在HEMT中，如果在高电场下通过碰撞电离而生成的空穴被积聚在电子渡越层中，则会发生一些问题。例如，器件的耐受电压可能会降低，或者可能发生翘曲效应(Kink effect)，从而改变栅极的阈值电压或改变漏电流。众所周知，这些问题能够通过从电子渡越层中提取(排出)通过碰撞电离生成的空穴而被有效地解决。

例如，在日本未经审查的专利申请公布第2001-284576号、第2007-329205号、第2006-173582号和第2001-168111号中，电极被设置在电子渡越层的表面或背侧上，以从电子渡越层中提取空穴。

由于器件中垂直价带的倾斜，通过碰撞电离而生成的空穴可被容易地转移至电子渡越层的背侧。因此，可预料到，通过在电子渡越层的背侧上设置空穴提取电极，可有效地提取空穴。

但是，在空穴提取电极被直接地布置在电子渡越层的背表面(rear surface)上的结构中，难以可靠地提取空穴。空穴提取电极可以被设置在形成于电子渡越层之下的p型GaN层的背表面上。但是，在这种情况下，p型GaN层的整个背表面都覆盖有导电层。因此，在HEMT的上侧与下侧之间生成电容，进而使HEMT的高频性能恶化。此外，由于高电场被施加在漏极电极与空穴提取电极之间，所以耐受电压会被降低。

发明内容

根据本发明的一个方案，一种化合物半导体器件包括：衬底，具有在该衬底的背侧形成的开口；化合物半导体层，布置在所述衬底的表面之上；位于所述化合物半导体层中的局部p型区域，被部分地暴露在所述开口的底部(end)；以及由导电材料制成的背部电极，被布置在所述开口中以连接至所述局部p型区域。

根据本发明的另一个方案，提供一种制造化合物半导体器件的方法，该方法包括：在衬底的表面之上形成化合物半导体层；在所述衬底的背侧形成用于暴露所述化合物半导体层的一部分的开口；通过将p型掺杂物引入至所述化合物半导体层的该部分，从而形成被部分地暴露在所述开口的底部处的局部p型区域；以及形成由导电材料制成的背部电极，以将其布置在所述开口中并连接至所述p型区域。

根据本发明的另一个方案，一种电源器件包括：包括晶体管的高压电路；低压电路；以及变压器，位于所述高压电路与所述低压电路之间，其中，所述晶体管包括：衬底，具有在该衬底的背侧形成的开口；化合物半导体层，布置在所述衬底的表面之上，并且该化合物半导体层中具有被部分地暴露在所述开口的底部的局部p型区域；以及背部电极，由导电材料制成，所述背部电极布置在所述开口中，以被连接至所述p型区域。

根据本发明的另一个方案，提供一种对高频输入电压进行放大的高频放大器，所述高频放大器包括晶体管，所述晶体管包括：衬底，具有在该衬底的背侧形成的开口；化合物半导体层，布置在所述衬底的表面之上，并且该化合物半导体层中具有被部分地暴露在所述开口的底部的局部p型区域；以及背部电极，由导电材料制成，所述背部电极被布置在所述开口中，以连接至所述p型区域。

本发明的HEMT结构能够防止由于电容增大而造成的高频性能的下降，防止漏极电极和漏极线与背部电极之间的击穿，并且允许通过碰撞电离而生成的空穴在没有增加芯片面积的情况下容易地、可靠地被提取并被排出。这样，本发明的HEMT可表现出高耐受电压和高可靠性。

本发明的目的与优点将至少通过尤其是在权利要求中指出的那些元件、特征和组合来实现并获得。

要理解的是，前述概括描述和下述详细描述这两者都是示例性的和说明性的，而不是用于限制如权利要求所要求保护的本发明。

附图说明

图1A至图1I是示出根据第一实施例的制造AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性截面视图；