[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本文讨论的实施方案涉及半导体器件以及半导体器件的制造方法。

背景技术

氮化物半导体具有例如高饱和电子速度、宽带隙等特征。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器件。例如，作为氮化物半导体的GaN的带隙为3.4eV，其高于Si的带隙(1.1eV)和GaAs的带隙(1.4eV)。从而，GaN具有高击穿电场强度。因此，氮化物半导体例如GaN等非常有望作为用来制造具有高电压操作和高输出的电源半导体器件的材料。

对于使用氮化物半导体的半导体器件，有许多关于场效应晶体管，特别是高电子迁移率晶体管(HEMT)的报道。例如，在GaN-HEMT之中，由AlGaN/GaN制成的HEMT引起了注意，其中GaN用作电子渡越层，AlGaN用作电子供给层。在由AlGaN/GaN制成的HEMT中，由于GaN与AlGaN之间晶格常数差而在AlGaN中产生应变。因此，归因于由这样的应变引起的压电极化和本征极化差异，可以获得高浓度的二维电子气(2DEG)。因而，AlGaN/GaN-HEMT有望作为用于电动车辆的高效率开关器件和高耐受电压功率器件。

为了减少使用氮化物半导体的这样的半导体器件的制造成本，已经进行了关于Si衬底上晶体生长的研究。然而，由于Si衬底具有低绝缘特性所以难以增加耐受电压。专利文件1公开了一种通过在Si衬底上形成应变层超晶格(SLS)结构的厚的超晶格缓冲层来减少漏电流以提高耐受电压的方法。

下面的专利文件公开了背景技术：

专利文件1：日本专利第5179635号；

专利文件2：日本公开特许公报第2012-160608号。

图1示出了其中形成有超晶格缓冲层的使用氮化物半导体的半导体器件。如图1所示，半导体器件具有其中在硅衬底910上层叠有氮化物半导体层的结构。具体地，在硅衬底910上依次层叠有成核层911、缓冲层912、超晶格缓冲层913、电子渡越层931和电子供给层932。在电子供给层932上形成有栅电极941、源电极942和漏电极943。

成核层911由AlN形成。缓冲层912由AlGaN形成。超晶格缓冲层913通过交替层叠预定周期数或周期数的AlN膜和GaN膜形成。电子渡越层931由i-GaN形成，电子供给层932由n-AlGaN形成。因此，在电子渡越层931中靠近电子渡越层931与电子供给层932之间界面处产生二维电子气(2DEG)931a。

图2为图1中示出的半导体器件中的超晶格缓冲层913、电子渡越层931和电子供给层932的能带图。如图2所示，AlN具有宽带隙并且电子空穴集中在超晶格缓冲层913的AlN膜与电子渡越层931之间的界面处，从而产生二维空穴气(2DHG)。

如果在图1中示出的半导体器件中的超晶格缓冲层913与电子渡越层931之间的界面处产生2DHG，则沿平行于硅衬底910的横向方向流动的漏电流增加。

另外，为了提高耐受电压，存在在如图3中示出的超晶格缓冲层913与电子渡越层931之间形成掺杂有Mg的AlGaN层920的方法。在这样的情况下，通过将Mg掺杂在AlGaN中而形成浅受主能级，这使得在掺杂有Mg的AlGaN层920中产生空穴。因此，难以阻止沿基本平行于硅衬底910的横向方向流动的漏电流的生成。因为Mg容易扩散，所以在膜沉积过程或热处理过程中Mg扩散到由GaN形成的电子渡越层931。因而，沿着横向方向流动的漏电流进一步增加。另外，因为能带升高，所以导通电阻增加。

因而，希望提供一种其中漏电流减少的具有形成在硅衬底上的超晶格缓冲层和氮化物半导体的半导体器件。

发明内容

根据实施方案的一个方面提供了一种半导体器件，该半导体器件包括：形成在衬底上的超晶格缓冲层；形成在超晶格缓冲层上的上缓冲层；在上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；以及形成在第二半导体层上的栅电极、源电极和漏电极，其中超晶格缓冲层通过周期层叠具有不同组成的氮化物半导体膜来形成，并且上缓冲层由以下氮化物半导体材料形成：该氮化物半导体材料的带隙比第一半导体层的带隙宽并且掺杂有使受主能级的深度大于或等于0.5eV的杂质元素。