[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

本文所讨论的实施方案涉及化合物半导体器件及其制造方法。

背景技术

已经考虑过通过利用氮化物半导体的如高饱和电子速度与宽带隙的特征将氮化物半导体应用到高耐压和高功率的半导体器件上。例如，作为氮化物半导体的GaN具有3.4ev的带隙，其带隙宽于Si的带隙(1.1ev)和GaAs的带隙(1.4ev)，并且GaN具有高的击穿电场强度。这使得GaN作为半导体器件的材料用于电源实现高电压操作和高功率非常有前景。

已经做了许多关于场效应晶体管的报道，尤其是使用氮化物半导体作为半导体器件的HEMT(高电子迁移率晶体管)。例如，在GaN基HEMT(GaN-HEMT)中，使用GaN作为电子渡越层并且使用AlGaN作为电子供给层的AlGaN/GaNHEMT已经引起了注意。在AlGaN/GaNHEMT中，由于GaN和AlGaN之间晶格常数的差异而产生的畸变发生在AlGaN中。由于因畸变引起的压电极化以及AlGaN的自发极化，获得了高浓度二维电子气(2DEG)。因此，希望将AlGaN/GaN HEMT作为用于电动汽车等的高效率开关元件或高耐压功率器件。

[专利文档1]日本公开特许公报No.2006-302999。

如上所述，例如，使用GaN层作为电子渡越层的电子器件非常有望在高压和高温环境下具有稳定的操作，但是仍存在待解决的问题。特别地，电子器件实际应用的最重要的任务是建立在高温和高压下的高可靠性。在高温和高压下，担心的是包含在晶体管中的各类电极的劣化。特别地，栅电极劣化的出现对耐压特性和阈值特性有很大的影响。在这种情况下，目前期待的是开发具有高可靠性的栅电极结构。

发明内容

本发明的实施方案是考虑到上述问题而做出的，并且实施方案的一个目的是提供一种包括提高了耐压特性和阈值特性的电极的高可靠的和高耐压的化合物半导体器件及其制造方法。

根据一方面的化合物半导体器件包括:化合物半导体堆叠结构;以及形成在化合物半导体堆叠结构上的电极，电极包括:具有第一低电阻金属的第一电极层;以及布置在化合物半导体堆叠结构和第一电极层之间的第二电极层，第二电极层具有第二低电阻金属固溶于其中的第一氮化物导体。

根据一方面的制造化合物半导体器件的方法包括:形成化合物半导体堆叠结构;以及在化合物半导体堆叠结构上形成电极，电极包括:具有第一低电阻金属的第一电极层;以及布置在化合物半导体堆叠结构和第一电极层之间的第二电极层，第二电极层具有其中第二低电阻金属固溶于其中的第一氮化物导体。

附图说明

图1A和图1B是示出AlGaN/GaN HEMT的对比例的示意性结构的截面图。

图2A和图2B是示出AlGaN/GaN HEMT的不同形式的实施例的示意性截面图。

图3A至图3C是按照步骤顺序示出制造根据第一实施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性截面图。

图4A至图4C上接图3A至图3C，按照步骤顺序示出制造根据第一实施方案的AlGaN/GaN HEMT的方法的示意性截面图。

图5A和图5B上接图4A至图4C，按照步骤顺序示出制造根据第一实施方案的AlGaN/GaNHEMT的方法的示意性截面图。

图6是示出当在200℃的环境下同时栅极电压设置为-10V并且漏极电压设置为200V的情况下进行加电测试时阈值电压变化的特性图。

图7是示出当在200℃下同时栅极-漏极电压设置为200V情况下进行加电测试时栅极漏电流变化的特性图。

图8A至图8C是示出根据第二实施方案制造AlGaN/GaN HEMT的方法的主要步骤的示意性截面图。

图9是示出根据第三实施方案的电源电路的示意性结构的连接图。

图10是示出根据第四实施方案的高频放大器的示意性结构的连接图。

具体实施方式

首先，在与对比例相对比的基础上描述化合物半导体器件的不同形式的实施例。作为化合物半导体器件，公开了氮化物半导体的AlGaN/GaN HEMT。

图1A和图1B是示出对比例的AlGaN/GaN HEMT的示意性结构的截面图，图1A示出通电前的状态，图1B示出通电后的状态。图2A和图2B是示出AlGaN/GaN HEMT的不同形式的实施例的示意性截面图，图2A示出第一种形式的实施例，以及图2B示出第二种形式的实施例。在图2A和图2B中，采用相同的附图标记表示如那些在图1A和图1B中相同的成分元件等，并且省略对这些元件的描述。