[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

这里讨论的实施例涉及半导体装置。

背景技术

氮化物半导体具有诸如高饱和电子速度、宽带隙等的特征。因此，考虑将氮化物半导体应用于具有高耐受电压和高输出的半导体装置。例如，作为氮化物半导体的GaN的带隙是3.4eV，其高于Si的带隙(1.1eV)和GaAs的带隙(1.4eV)。因此，GaN具有高击穿电场强度。因此，诸如GaN等的氮化物半导体极有希望成为制造提供高电压操作和高输出的电源半导体装置的材料。

作为使用氮化物半导体的半导体装置，存在许多关于场效应晶体管的报告，特别是高电子迁移率晶体管(HEMT)。例如，在GaN-HEMT中，由AlGaN/GaN制成的HEMT被关注，其中GaN被用作电子渡越层并且AlGaN被用作电子供给层。在由AlGaN/GaN制成的HEMT中，由于GaN和AlGaN之间的晶格常数的差异在AlGaN中生成了应力。从而，由于该应力和本征极化差异引起的压电极化，可以获得高度集中的二维电子气体(2DEG)。因此，AlGaN/GaN-HEMT有希望成为高效开关装置和用于电动车辆的高耐受电压功率装置。此外，出于电路设计和安全性的观点，期望实现具有常关特性的氮化物半导体晶体管。

以下专利文献公开了背景技术。

专利文献1：日本公开专利申请No.2012-151422

专利文献2：日本公开专利申请No.2012-9630

专利文献3：日本公开专利申请No.2008-124373

同时，为了获得低成本和高质量的氮化物半导体晶体管，有必要通过在具有大直径的低成本硅(Si)衬底上进行高质量外延生长来形成氮化物半导体。然而，硅和诸如GaN的氮化物半导体不仅在它们的晶格常数方面，而且在它们的热膨胀系数方面彼此不同。因此，为了在硅衬底上生长高质量GaN膜，在硅衬底上形成适当设计的超晶格缓冲层，并且在超晶格缓冲层上形成GaN膜。超晶格缓冲层可以由例如AlN膜和AlGaN膜形成，AlN膜和AlGaN膜交替层叠以形成具有周期性结构的多个层的叠层。电子渡越层和电子供给层层叠在该超晶格缓冲层上。

在具有上述结构的氮化物半导体晶体管中，在晶体管处于操作中时，高电压被施加到漏极电极。如果超晶格缓冲层的绝缘性质是低的，则可能存在如下情况，其中漏电流经由超晶格缓冲层在从电子供给层朝向硅衬底的竖直方向上流动。

因此，期望实现在硅衬底上形成的氮化物半导体装置，该半导体装置具有绝缘的超晶格缓冲层并且具有在竖直方向上流动的小的漏电流。

发明内容

根据实施例的一个方面，提供了一种半导体装置，其包括：在衬底上形成的超晶格缓冲层；在超晶格缓冲层上由氮化物半导体形成的第一半导体层；在第一半导体层上由氮化物半导体形成的第二半导体层；以及在第二半导体层上形成的栅极电极、源极电极和漏极电极，其中通过交替地和周期性地层叠第一超晶格形成层和第二超晶格形成层来形成超晶格缓冲层，第一超晶格形成层由Al_xGa_1-xN形成而第二超晶格形成层由Al_yGa_1-yN形成，其中满足关系x>y，并且掺杂到部分或全部第二超晶格形成层中的用作受主的杂质元素的浓度高于掺杂到第一超晶格形成层中的用作受主的杂质元素的浓度。

根据实施例的另一方面，提供了一种半导体装置，其包括：在衬底上形成的超晶格缓冲层；在超晶格缓冲层上由氮化物半导体形成的第一半导体层；在第一半导体层上由氮化物半导体形成的第二半导体层；以及在第二半导体层上形成的栅极电极、源极电极和漏极电极，其中通过从衬底按照顺序周期性地层叠第三超晶格形成层、第二超晶格形成层和第一超晶格形成层来形成超晶格缓冲层，第一超晶格形成层由Al_xGa_1-xN形成，第二超晶格形成层由Al_yGa_1-yN形成，并且第三超晶格形成层由Al_zGa_1-zN形成，其中满足关系x>y>z，并且掺杂到第二超晶格形成层中的用作受主的杂质元素的浓度高于掺杂到第一超晶格形成层和第三超晶格形成层中的用作受主的杂质元素的浓度。