化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法，功率供應(yīng)電路和高頻放大器，其中化合物半導(dǎo)體器件包括：化合物半導(dǎo)體區(qū)域，具有其中形成階梯的表面；第一電極，形成為位于階梯的上表面的上方，上表面為非極性面；以及第二電極，沿著階梯的側(cè)表面形成為在豎直方向上與第一電極間隔開(kāi)，側(cè)表面是極性面。
【專利說(shuō)明】化合物半導(dǎo)體器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]這里討論的實(shí)施例涉及一種化合物半導(dǎo)體器件和一種用于制造該化合物半導(dǎo)體器件的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于氮化物半導(dǎo)體具有比如表現(xiàn)高飽和電子速率和寬帶隙這樣的特性，所以已經(jīng)基于對(duì)這樣的特性的利用來(lái)研究將氮化物半導(dǎo)體應(yīng)用于具有高耐受電壓和高功率的半導(dǎo)體器件。例如，作為氮化物半導(dǎo)體的GaN的帶隙是3.4eV并且大于Si的帶隙(1.1eV)和GaAs的帶隙(1.4eV);因此GaN表現(xiàn)高擊穿場(chǎng)強(qiáng)。GaN因此是用于在高電壓操作并且輸出高功率的功率半導(dǎo)體器件的高度實(shí)用的材料。
[0003]已經(jīng)報(bào)導(dǎo)利用氮化物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件、比如場(chǎng)效應(yīng)晶體管、具體為高電子遷移率晶體管(HEMT)。在利用GaN的HEMT (GaN-HEMT)之中，例如其中GaN用于電子傳輸層并且其中AlGaN用于電子供應(yīng)層的AlGaN/GaN-HEMT弓丨人關(guān)注。AlGaN/GaN-ΗΕΜΤ有望應(yīng)用于高度地高效的開(kāi)關(guān)器件和功率器件，這些開(kāi)關(guān)器件和功率器件用于電動(dòng)車輛。
[0004]在日本特開(kāi)N0.2009-170746和日本特開(kāi)N0.2008-4720中公開(kāi)了有關(guān)技術(shù)。
[0005]在氮化物半導(dǎo)體器件中，需要一種用于控制二維電子氣體(2DEG)的局部生成的技術(shù)。例如鑒于所謂的故障保護(hù)，希望HEMT在如下常斷模式中操作，在該模式中，電流在沒(méi)有施加?xùn)艠O電壓的情況下不流動(dòng)。
[0006]在現(xiàn)有HEMT、比如AlGaN/GaN-HEMT中，分別用于電子傳輸層和電子供應(yīng)層的GaN和AlGaN的表面(上表面)是c平面(0001)或者是m平面(1-100)或者a平面(11-20)。
[0007]在具有前一種結(jié)構(gòu)的AlGaN/GaN-HEMT中，在作為極性面的c平面上形成柵極電極、源極電極和漏極電極。在GaN與AlGaN之間的晶格常數(shù)差在AlGaN中生成失真，這引起AlGaN的壓電極化和自發(fā)極化。由于沿著這樣的極性面形成晶體管中的溝道，所以由于壓電極化和自發(fā)極化而生成高濃度2DEG。然而，在這一情況下，即使沒(méi)有施加?xùn)艠O電壓，溝道中的高濃度2DEG仍然引起柵極電流流動(dòng)，因此向柵極電極施加負(fù)電壓以中斷柵極電壓。這一現(xiàn)象是在常通模式中的操作；因此有難以在常斷模式中實(shí)現(xiàn)所需操作這樣的問(wèn)題。
[0008]在具有后一種結(jié)構(gòu)的AlGaN/GaN-HEMT中，沿著各自為非極性面的m平面或者a平面形成柵極電極、源極電極和漏極電極。由于沿著這樣的非極性表面形成溝道，所以不引起壓電極化和自發(fā)極化。在沒(méi)有施加?xùn)艠O電壓的情況下，在溝道中不生成2DEG，并且柵極電流不流動(dòng)；因此實(shí)現(xiàn)在常斷模式中的操作。然而，在這一情況下，在溝道中2DEG的缺失增加了接通電阻，這成為了問(wèn)題。
[0009]另外，存在對(duì)于具有前一種或者后一種結(jié)構(gòu)的AlGaN/GaN-HEMT共同的問(wèn)題。為了提供作為針對(duì)功率器件的要求的高耐受電壓，增加在柵極電極與漏極電極之間的長(zhǎng)度Lgd。長(zhǎng)度Lgd的增加令人遺憾地導(dǎo)致器件的尺寸的增加，這限制了可以集成的器件數(shù)目。雖然近年來(lái)增加了對(duì)具有細(xì)微結(jié)構(gòu)并且實(shí)現(xiàn)高集成的功率器件、比如AlGaN/GaN-HEMT的需求，但是具有沿著極性或者非極性面形成的溝道的現(xiàn)有AlGaN/GaN-HEMT已經(jīng)難以滿足這樣的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]這里討論的實(shí)施例用相對(duì)簡(jiǎn)單的配置實(shí)現(xiàn)了在常斷模式中的操作、降低了接通電阻并且盡可能多地減小了在柵極電極與漏極電極之間的水平距離以實(shí)現(xiàn)充分高的集成。因此，這里討論的實(shí)施例各自提供一種具有高可靠性和高耐受電壓的化合物半導(dǎo)體器件以及一種用于制造這樣的化合物半導(dǎo)體器件的方法。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種化合物半導(dǎo)體器件包括:化合物半導(dǎo)體區(qū)域，具有其中形成階梯的表面；第一電極，形成為位于階梯的上表面的上方，上表面為非極性面；以及第二電極，沿著階梯的側(cè)表面形成為在豎直方向上與第一電極間隔開(kāi)，側(cè)表面是極性面。
[0012]將借助在權(quán)利要求中具體指出的單元和組合來(lái)實(shí)現(xiàn)和達(dá)到本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)。
[0013]將理解，前文總體描述和下文具體描述二者為示例和說(shuō)明性的，而不限制要求保護(hù)的本發(fā)明。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1A至IC是各自依次圖示根據(jù)第一實(shí)施例的用于制造AlGaN/GaN-HEMT的過(guò)程的示意橫截面圖；
[0015]圖2A至2C是各自依次圖示根據(jù)第一實(shí)施例的用于制造AlGaN/GaN-HEMT的后續(xù)過(guò)程的示意橫截面圖；
[0016]圖3示意地圖示了 GaN晶體的平面取向；
[0017]圖4A和4B各自示意地圖示了根據(jù)第一實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT ；
[0018]圖5A和5B是各自示意性地圖示根據(jù)第一實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT中的接通電阻的仿真計(jì)算結(jié)果的圖形；
[0019]圖6A至6C是各自依次圖示根據(jù)第一實(shí)施例的修改的用于制造AlGaN/GaN-HEMT的過(guò)程的示意橫截面圖；
[0020]圖7A至7C是各自依次圖示根據(jù)第一實(shí)施例的修改的用于制造AlGaN/GaN-HEMT的后續(xù)過(guò)程的示意橫截面圖；
[0021 ] 圖8A和8B各自示意地圖示根據(jù)第一實(shí)施例的修改的AlGaN/GaN-HEMT ；
[0022]圖9A至9C是各自依次圖示根據(jù)第二實(shí)施例的用于制造AlGaN/GaN-HEMT的過(guò)程的示意橫截面圖；
[0023]圖1OA和IOB是各自依次圖示根據(jù)第二實(shí)施例的用于制造AlGaN/GaN-HEMT的后續(xù)過(guò)程的示意橫截面圖；
[0024]圖1lA和IlB是各自依次圖示根據(jù)第二實(shí)施例的用于制造AlGaN/GaN-HEMT的后續(xù)過(guò)程的示意橫截面圖；
[0025]圖12A和12B各自示意地圖示根據(jù)第二實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT ；
[0026]圖13A至13C是各自依次圖示根據(jù)第二實(shí)施例的修改的用于制造AlGaN/GaN-HEMT的過(guò)程的示意橫截面圖；
[0027]圖14A至14C是各自依次圖示根據(jù)第二實(shí)施例的修改的用于制造AlGaN/GaN-HEMT的后續(xù)過(guò)程的示意橫截面圖；[0028]圖15A和15B是各自依次圖示根據(jù)第二實(shí)施例的修改的用于制造AlGaN/GaN-HEMT的后續(xù)過(guò)程的示意橫截面圖；
[0029]圖16A和16B各自示意地圖示根據(jù)第二實(shí)施例的修改的AlGaN/GaN-HEMT ；
[0030]圖17是圖示根據(jù)第三實(shí)施例的功率供應(yīng)設(shè)備的總體配置的示意圖；并且
[0031]圖18是圖示根據(jù)第四實(shí)施例的高頻放大器的總體配置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]現(xiàn)在將參照附圖具體描述實(shí)施例。在以下實(shí)施例的每個(gè)實(shí)施例中，將參照一種用于制造化合物半導(dǎo)體器件的方法描述該化合物半導(dǎo)體器件的配置。在附圖中，為了便于圖示，在相對(duì)尺寸和厚度上改變了圖示的部件中的一些部件。
[0033]第一實(shí)施例
[0034]第一實(shí)施例公開(kāi)如下化合物半導(dǎo)體器件，該化合物半導(dǎo)體器件是肖特基型AlGaN/GaN-HEMT。圖1A至2C是各自以過(guò)程序列圖示用于制造第一實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT的方法的示意橫截面圖。雖然未圖示，但是通過(guò)注入氬(Ar)或者另一材料在隔離區(qū)域中形成隔離結(jié)構(gòu)。
[0035]如圖1A中所示，依次在生長(zhǎng)襯底、比如m平面SiC襯底(下文稱為SiC襯底)I上形成作為化合物半導(dǎo)體層的緩沖層2和電子傳輸層3。代替SiC襯底，可以使用藍(lán)寶石襯底或者GaAs襯底作為生長(zhǎng)襯底。襯底可以是半絕緣襯底或者傳導(dǎo)襯底。
[0036]具體而言,例如通過(guò)金屬有機(jī)氣相外延(MOVPE)在SiC襯底I上生長(zhǎng)下文描述的化合物半導(dǎo)體。取代M0VPE，可以使用分子束外延(MBE)或者另一技術(shù)。在SiC襯底I上生長(zhǎng)AlN至近似5nm的厚度，并且在其上生長(zhǎng)i_GaN (本征GaN)或者n_GaN (η型GaN)至近似一到數(shù)十微米的厚度。在第一實(shí)施例中，在SiC襯底I上方形成1-GaN或者n-GaN層以便具有如下表面(與SiC襯底I的上表面平行的上表面)，該表面是作為非極性面的m平面。代替m平面，可以將該層形成為具有a平面。以這一方式，形成具有作為m平面的上表面的緩沖層2和電子傳輸層3以位于SiC襯底I上方。在形成緩沖層2時(shí)，AlGaN可以取代AlN或者可以在低溫生長(zhǎng)GaN?？梢圆捎肎aN襯底作為生長(zhǎng)襯底，并且可以在GaN襯底上形成電子傳輸層3而不形成緩沖層2。
[0037]在生長(zhǎng)AlN和GaN時(shí)，使用三甲基鋁氣體、三甲基鎵氣體和氨氣的混合氣體作為源氣體。鑒于待生長(zhǎng)的化合物半導(dǎo)體層適當(dāng)確定是否供應(yīng)三甲基鋁氣體(Al源)和三甲基鎵氣體(Ga源)及其流速。作為共同材料的氨氣的流速近似為IOOccm到10LM。另外，生長(zhǎng)壓力近似為50到300Torr，并且生長(zhǎng)溫度近似為1000到1200°C。
[0038]例如，為了生長(zhǎng)η型GaN，在預(yù)定流速向混合氣體添加包含η型摻雜物、比如Si的氣體(例如SiH4氣體)以用Si摻雜GaN。作為摻雜物的Si的濃度例如近似為I X IO1Vcm30
[0039]如圖1B中所示，然后在電子傳輸層3的表面形成用作階梯的突起IlA0具體而言，干蝕刻電子傳輸層3的將在其上形成漏極電極的區(qū)域以形成具有近似一到數(shù)十微米的深度(通過(guò)耐受電壓確定的值；例如，深度對(duì)于數(shù)百伏特的耐受電壓為數(shù)微米并且對(duì)于數(shù)千伏特的耐受電壓為數(shù)十微米)的槽11。在這樣的干蝕刻中使用的蝕刻氣體的例子包括BCl3和Cl2。在電子傳輸層3的表面中槽11的形成在這一表面生成了突起11A，突起IlA用作階梯。[0040]圖3圖示了GaN晶體的平面取向。在GaN晶體中，在定義al軸[1000]、a2軸[0100]和a3軸[0010]時(shí)，GaN晶體的上表面是作為極性面的c平面(0001)。在這一情況下，作為非極性面的m平面(1-100)和a平面(11-20)與c平面(0001)正交?；趫D3中的平面取向的定義，在電子傳輸層3的表面之中，突起IlA的上表面是m平面3(ml)，槽11的底部是m平面3 (m2)，并且槽11的側(cè)表面(突起IlA的側(cè)表面)是c平面3 (cl)。
[0041]然后，如圖1C中所示，在電子傳輸層3上形成電子供應(yīng)層4。具體而言，通過(guò)MOVPE或者另一技術(shù)在電子傳輸層3上生長(zhǎng)1-AlGaN (本征AlGaN)或者n-AlGaN (η型AlGaN)至近似40nm的厚度。在第一實(shí)施例中，在電子傳輸層3上形成i_AlGaN或者n-AlGaN層以便具有作為m平面的上表面(與SiC襯底I的上表面平行的上表面)。如果電子傳輸層3被形成為具有作為a平面的上表面，則電子供應(yīng)層4的上表面也是a平面。以這一方式，形成包括緩沖層2、電子傳輸層3和電子供應(yīng)層4的化合物半導(dǎo)體區(qū)域。
[0042]在生長(zhǎng)AlGaN時(shí)，使用三甲基鋁氣體、三甲基鎵氣體和氨氣的混合氣體作為源氣體?；贏lGaN的組成(AlxGa^N:0〈χ〈1)適當(dāng)確定是否供應(yīng)三甲基鋁氣體(Al源)和三甲基鎵氣體(Ga源)及其流速。氨氣的流速近似為IOOccm到10LM。另外，例如，生長(zhǎng)壓力近似為50到300Torr，并且生長(zhǎng)溫度近似為1000到1200°C。
[0043]例如，為了生長(zhǎng)η型AlGaN，在預(yù)定流速向混合氣體添加包含η型摻雜物、比如Si的氣體(例如SiH4氣體)以用Si摻雜AlGaN。作為摻雜物的Si的濃度例如近似為IX IO13/
3
cm ο
[0044]然后，如圖2A中所示，干蝕刻電子供應(yīng)層4的部分，并且隨后干蝕刻突起IlA的部分。具體而言，干蝕刻電子供應(yīng)層4以暴露槽11的底部和突起IlA的將在其上形成源極電極的預(yù)定區(qū)域。例如，在干 蝕刻中，采用Cl2或者另一材料作為蝕刻氣體(或者同時(shí)使用(:12和SF6)。然后，干蝕刻突起IlA的將在其上形成源極電極的暴露的區(qū)域以形成具有近似Iym的深度的槽12。在這樣的干蝕刻中使用的蝕刻氣體的例子包括BCl3和(:12?；趫D3中的平面取向的定義，在電子傳輸層3中，槽12的底部是m平面(m3)，并且槽12的側(cè)表面(突起IlA的側(cè)表面)是c平面3 (c2)。在電子供應(yīng)層4中，上表面是m平面4 (m)，一個(gè)側(cè)表面是c平面4 (Cl)，并且另一側(cè)表面是c平面4 (c2)。
[0045]然后，如圖2B中所示，形成源極電極5、漏極電極6和柵極電極7。具體而言，在槽12中形成源極電極5，并且在槽11中形成漏極電極6。形成用于形成源極電極5和漏極電極6的抗蝕劑掩模。向產(chǎn)品的整個(gè)表面上涂敷抗蝕劑，然后通過(guò)光刻技術(shù)形成其中暴露槽11和12的開(kāi)口。以這一方式，形成具有這樣的開(kāi)口的抗蝕劑掩模。在抗蝕劑掩模上并且在其中暴露槽11和12的開(kāi)口中例如通過(guò)氣相沉積技術(shù)沉積電極材料、比如Ta/Al。沉積Ta至近似20nm的厚度,并且沉積Al至近似200nm的厚度。通過(guò)剝離(lift-off )技術(shù)去除抗蝕劑掩模和在其上沉積的Ta/Al。然后在近似400到1000°C、例如近似600°C在氮氛圍之下加熱SiC襯底I，并且讓其余Ta/Al與電子傳輸層3和電子供應(yīng)層4歐姆接觸。在讓Ta/Al與電子傳輸層3和電子供應(yīng)層4歐姆接觸的情況下，在一些情況下無(wú)需執(zhí)行加熱。以這一方式，通過(guò)用電極材料的部分分別填充槽11和12來(lái)形成漏極電極6和源極電極5。
[0046]源極電極5的底部與電子傳輸層3的m平面3 (m3)歐姆接觸，并且源極電極5的側(cè)表面與電子傳輸層3的c平面3 (c2)和電子供應(yīng)層4的c平面4 (c2)歐姆接觸。漏極電極6的底部與電子傳輸層3的m平面3 (m2)歐姆接觸，并且漏極電極6的側(cè)表面與電子供應(yīng)層4的c平面4 (Cl)歐姆接觸。
[0047]然后，在電子供應(yīng)層4的m平面4 (m)上形成柵極電極7。形成用于形成柵極電極7的抗蝕劑掩模。向產(chǎn)品的整個(gè)表面上涂敷抗蝕劑，然后通過(guò)光刻技術(shù)形成如下開(kāi)口，該開(kāi)口用于暴露電子供應(yīng)層4的m平面4 (m)的將在其上形成柵極電極7的區(qū)域。以這一方式，形成具有這樣的開(kāi)口的抗蝕劑掩模。
[0048]例如通過(guò)氣相沉積技術(shù)在抗蝕劑掩模上并且在開(kāi)口中沉積電極材料、比如Ni/Au。沉積Ni至近似30nm的厚度,并且沉積Au至近似400nm的厚度。通過(guò)剝離技術(shù)去除抗蝕劑掩模和在其上沉積的Ni/Au。通過(guò)這一過(guò)程，在電子供應(yīng)層4的m平面(m)上形成柵極電極7而又在它們之間建立肖特基接觸。
[0049]然后，如圖2C中所示，形成絕緣膜8。具體而言，例如通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)方法在產(chǎn)品的整個(gè)表面上沉積絕緣材料、比如氧化硅。通過(guò)光刻技術(shù)和干蝕刻來(lái)處理沉積的氧化硅。以這一方式，形成絕緣膜8以便在源極電極5、漏極電極6和柵極電極7上方具有用于暴露這些電極的開(kāi)口。
[0050]然后，通過(guò)例如用于提供連接到源極電極5、漏極電極6和柵極電極7的布線的過(guò)程完成第一實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT的制造。
[0051]圖4A和4B分別是圖示第一實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT的示意橫截面圖和示意平面圖。AlGaN/GaN-HEMT具有在柵極電極7與源極電極5之間的橫向結(jié)構(gòu)和在柵極電極7與漏極電極6之間的縱向結(jié)構(gòu)。柵極電極7和源極電極5沿著突起IlA的上表面在橫向方向(水平方向)上相互間隔開(kāi)，并且柵極電極7和漏極電極6沿著突起IlA的側(cè)表面在縱向方向(豎直方向)上相互間隔開(kāi)。
[0052]在第一實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT中，在電子傳輸層3中沿著到電子供應(yīng)層4的界面并且在源極電極5與漏極電極6之間形成溝道。在電子供應(yīng)層4的m平面4 (m)上形成柵極電極7。由于沿著突起IlA的作為非極性面的m平面形成溝道的在柵極電極7與源極電極5之間的如下部分，該部分包括在柵極電極7以下的區(qū)域，所以在沒(méi)有施加?xùn)艠O電壓的狀態(tài)中在這一部分中不生成2DEG。作為對(duì)照，由于沿著突起IlA的作為極性面的c平面形成溝道的在柵極電極7與漏極電極6之間的部分，所以即使在沒(méi)有施加?xùn)艠O電壓的狀態(tài)中仍然在這一部分中生成高濃度2DEG。因此穩(wěn)定地使得能夠進(jìn)行在常斷模式中的操作。
[0053]在第一實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT中，沿著突起IlA的c平面形成溝道的在柵極電極7與漏極電極6之間的部分。因此與其中沿著m平面形成溝道的在柵極電極與漏極電極之間的部分的情況比較，較大地降低了接通電阻。
[0054]在第一實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT中，形成源極電極5以便嵌入于突起IlA的槽12中并且接觸電子傳輸層3的c平面3 (c2)。在電子傳輸層3中，也在c平面3 (c2)上在與電子供應(yīng)層4的界面生成2DEG。源極電極5與這一 2DEG接觸，從而建立穩(wěn)定的歐姆接觸。
[0055]在第一實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT中，在縱向結(jié)構(gòu)中、換而言之沿著突起IlA的側(cè)表面形成溝道的在柵極電極7與漏極電極6之間的部分。即使增加在豎直方向上在柵極電極7與漏極電極6之間的長(zhǎng)度Lgd以呈現(xiàn)高耐受電壓，在水平方向上在柵極電極7與漏極電極6之間的長(zhǎng)度仍然至多等同于電子供應(yīng)層4的厚度并且因此可忽略不計(jì)。因此，當(dāng)在平面圖中查看器件時(shí)，器件占用的面積實(shí)質(zhì)上大大減少，這實(shí)現(xiàn)了大量器件的集成。
[0056]描述具體的器件集成密度。假設(shè)溝道的在柵極電極7與源極電極5之間的部分在長(zhǎng)度上為I μ m，溝道的長(zhǎng)度在平面圖中基本上等同于I μ m。假設(shè)在豎直方向上在柵極電極7與漏極電極6之間的長(zhǎng)度Lgd為IOym,耐受電壓近似為1000V。為了在各自具有橫向結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有AlGaN/GaN-HEMT中呈現(xiàn)近似1000V的耐受電壓，溝道具有Ilym的長(zhǎng)度(在柵極電極與源極電極之間的I μ m長(zhǎng)度+在柵極電極與漏極電極之間的10 μ m長(zhǎng)度)。第一實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT相應(yīng)地使器件占用的面積能夠減少至具有橫向結(jié)構(gòu)的這樣的現(xiàn)有AlGaN/GaN-HEMT將占用的面積的近似十一分之一，并且使器件集成密度能夠增加至現(xiàn)有AlGaN/GaN-HEMT的集成密度的近似11倍。在其中呈現(xiàn)近似數(shù)萬(wàn)伏特的耐受電壓的情況下，第一實(shí)施例相似地使器件占用的面積能夠減少至現(xiàn)有器件占用的面積的近似百分之幾部分，并且使器件集成密度能夠增加至現(xiàn)有器件的集成密度的近似數(shù)百倍。[0057]通過(guò)仿真計(jì)算第一實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT中的接通電阻。在這一計(jì)算中,采用一維泊松等式。由于尚未確定m平面上的電子和空穴的有效質(zhì)量，所以基于GaN的m平面上的電子和空穴的有效質(zhì)量等于c平面上的電子和空穴的有效質(zhì)量這一假設(shè)執(zhí)行計(jì)算。
[0058]圖5A和5B圖示了計(jì)算的結(jié)果。圖5A是圖示在以下條件之下在薄層電阻與柵極電壓之間的關(guān)系的圖形:電子傳輸層:本征GaN,電子供應(yīng)層:n型Ala3Gaa7N(η型摻雜物濃度=IXlO1 Vcm3)和40nm厚度，以及柵極電壓:1.5到2.5V。圖5B是圖示在以下條件之下在薄層電阻與柵極電壓之間的關(guān)系的圖形:電子傳輸層:n型GaN (η型摻雜物濃度:1Χ1017/cm3),以及電子供應(yīng)層:本征Ala3Gaa7N和40nm厚度。
[0059]從圖5A和5B清楚可見(jiàn)，與具有橫向結(jié)構(gòu)和相同溝道長(zhǎng)度的現(xiàn)有AlGaN/GaN-HEMT比較，在第一實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT中顯著減少了接通電阻。具體而言，接通電阻在第一實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT中比在這樣的現(xiàn)有AlGaN/GaN-HEMT中小近似15到30%。
[0060]如上文描述的那樣，在第一實(shí)施例中，用相對(duì)簡(jiǎn)單的配置實(shí)現(xiàn)了在常斷模式中的操作，降低了接通電阻，并且盡可能多地減少了在柵極電極7與漏極電極6之間的水平距離以實(shí)現(xiàn)充分高的集成。在第一實(shí)施例中提供的AlGaN/GaN-HEMT因而具有高可靠性和耐受電壓。
[0061]修改
[0062]現(xiàn)在將描述第一實(shí)施例的修改。雖然本修改與第一實(shí)施例相似地公開(kāi)了肖特基型AlGaN/GaN-HEMT，但是本修改在化合物半導(dǎo)體區(qū)域的結(jié)構(gòu)方面不同于第一實(shí)施例。圖6A至7C是各自在過(guò)程序列中圖示用于制造本修改的AlGaN/GaN-HEMT的方法的示意橫截面圖。雖然未圖示，但是通過(guò)注入氬(Ar)或者另一材料在隔離區(qū)域中形成隔離結(jié)構(gòu)。
[0063]如圖6A中所示，使用具有作為m平面的上表面(一個(gè)主平面)的GaN襯底10作為生長(zhǎng)襯底?？梢允褂镁哂凶鳛閍平面的上表面的GaN襯底。由于將在后續(xù)過(guò)程中形成突起，所以待使用的GaN襯底10具有不少于近似數(shù)十微米的厚度。
[0064]然后，如圖6B中所示，在GaN襯底10的表面形成用作階梯的突起10A。具體而言，干蝕刻GaN襯底10的將在其上形成漏極電極的區(qū)域以形成具有近似10 μ m的深度的槽13。在這樣的干蝕刻中使用的蝕刻氣體的例子包括BCl3和Cl2。在GaN襯底10的表面中槽13的形成在這一表面生成突起10A，突起IOA用作階梯。在本修改中，GaN襯底10的突起IOA充當(dāng)電子傳輸層?；趫D3中的平面取向的定義，在GaN襯底10的表面之中，突起IOA的上表面是m平面10 (ml)，槽13的底部是m平面10 (m2)，并且槽13的側(cè)表面(突起IOA的側(cè)表面)是c平面10 (Cl)。[0065]然后，如圖6C中所示，在GaN襯底10上形成電子供應(yīng)層4。具體而言，通過(guò)MOVPE或者另一技術(shù)在GaN襯底10上生長(zhǎng)1-AlGaN (本征AlGaN)或者η-AlGaN (η型AlGaN)至近似40nm的厚度。在本修改中，在GaN襯底10上形成1-AlGaN或者η-AlGaN層以便具有作為m平面的上表面(與突起IOA的上表面平行的上表面)。如果形成GaN襯底10以便具有作為a平面的上表面，則電子供應(yīng)層4的上表面也是a平面。在本修改中，形成包括GaN襯底10和電子供應(yīng)層4的化合物半導(dǎo)體區(qū)域。
[0066]在生長(zhǎng)AlGaN時(shí)，使用三甲基鋁氣體、三甲基鎵氣體和氨氣的混合氣體作為源氣體。基于AlGaN的組成(AlxGa^N:0〈χ〈1)適當(dāng)確定是否供應(yīng)三甲基鋁氣體(Al源)和三甲基鎵氣體(Ga源)及其流速。氨氣的流速近似為IOOccm到10LM。另外，生長(zhǎng)壓力近似為50到300Torr，并且生長(zhǎng)溫度近似為1000到1200°C。
[0067]例如，為了生長(zhǎng)η型AlGaN，在預(yù)定流速向混合氣體添加包含η型摻雜物、比如Si的氣體(例如SiH4氣體)以用Si摻雜AlGaN。作為摻雜物的Si的濃度例如近似為IX IO13/cm3.
[0068]然后，如圖7A中所示，干蝕刻電子供應(yīng)層4的部分，并且隨后干蝕刻突起IOA的部分。具體而言，干蝕刻電子供應(yīng)層4以暴露槽13的底部和突起IOA的將在其上形成源極電極的區(qū)域。在干蝕刻中，例如，采用Cl2或者另一材料作為蝕刻氣體(或者同時(shí)使用Cl2和SF6)。然后，干蝕刻突起IOA的將在其上形成源極電極的暴露的區(qū)域以形成具有近似Iym的深度的槽14。在這樣的干蝕刻中使用的蝕刻氣體的例子包括BCl3和Cl2。基于圖3中的平面取向的定義，在GaN襯底10中，槽14的底部是m平面(m3)，并且槽14的側(cè)表面(突起IOA的側(cè)表面)是c平面10 (c2)。在電子供應(yīng)層4中，上表面是m平面4 (m)，一個(gè)側(cè)表面是c平面4 (Cl)，并且另一側(cè)表面是c平面4 (c2)。
[0069]然后，如圖7B中所示，形成源極電極5、漏極電極6和柵極電極7。具體而言，在槽14中形成源極電極5，并且然后在槽13中形成漏極電極6。形成用于形成源極電極5和漏極電極6的抗蝕劑掩模。向產(chǎn)品的整個(gè)表面上施加抗蝕劑，然后通過(guò)光刻技術(shù)形成其中暴露槽14和13的開(kāi)口。以這一方式，形成具有這樣的開(kāi)口的抗蝕劑掩模。在抗蝕劑掩模上并且在其中暴露槽14和13的開(kāi)口中例如通過(guò)氣相沉積技術(shù)沉積電極材料、比如Ta/Al。沉積Ta至近似20nm的厚度，并且沉積Al至近似200nm的厚度。通過(guò)剝離技術(shù)去除抗蝕劑掩模和在其上沉積的Ta/Al。然后，例如在近似400到1000°C、比如近似600°C在氮氛圍之下加熱GaN襯底10，并且讓剩余Ta/Al與GaN襯底10和電子供應(yīng)層4歐姆接觸。在一些情況下，只要讓Ta/Al與GaN襯底10和電子供應(yīng)層4歐姆接觸，無(wú)需執(zhí)行加熱。以這一方式，通過(guò)用電極材料的部分分別填充槽14和13來(lái)形成源極電極5和漏極電極6。
[0070]源極電極5的底部與GaN襯底10的m平面10 (m3)歐姆接觸，并且源極電極5的側(cè)表面與GaN襯底10的c平面10 (c2)和電子供應(yīng)層4的c平面4 (c2)歐姆接觸。漏極電極6的底部與GaN襯底10的m平面10 (m2)歐姆接觸，并且漏極電極6的側(cè)表面與電子供應(yīng)層4的c平面4 (Cl)歐姆接觸。
[0071]然后，在電子供應(yīng)層4的m平面4 (m)上形成柵極電極7。形成用于形成柵極電極7的抗蝕劑掩模。向產(chǎn)品的整個(gè)表面上施加抗蝕劑，然后通過(guò)光刻技術(shù)形成如下開(kāi)口，該開(kāi)口用于暴露電子供應(yīng)層4的m平面4 (m)的將在其上形成柵極電極7的區(qū)域。以這一方式，形成具有這樣的開(kāi)口的抗蝕劑掩模。[0072]例如通過(guò)氣相沉積技術(shù)在抗蝕劑掩模上并且在開(kāi)口中沉積電極材料、比如Ni/Au。沉積Ni至近似30nm的厚度,并且沉積Au至近似400nm的厚度。通過(guò)剝離技術(shù)去除抗蝕劑掩模和在其上沉積的Ni/Au。通過(guò)這一過(guò)程，在電子供應(yīng)層4的m平面4 (m)上形成柵極電極7而又在它們之間建立肖特基接觸。
[0073]然后，如圖7C中所示，形成絕緣膜8。具體而言，例如通過(guò)CVD方法在產(chǎn)品的整個(gè)表面上沉積絕緣材料、比如氧化硅。通過(guò)光刻技術(shù)和干蝕刻來(lái)處理沉積的氧化硅。以這一方式，形成絕緣膜8以便在源極電極5、漏極電極6和柵極電極7上方具有用于暴露這些電極的開(kāi)口。
[0074]然后，通過(guò)例如用于提供連接到源極電極5、漏極電極6和柵極電極7的布線的過(guò)程完成本修改的AlGaN/GaN-HEMT的制造。
[0075]圖8A和8B分別是圖示本修改的AlGaN/GaN-HEMT的示意橫截面圖和示意平面圖。AlGaN/GaN-HEMT具有在柵極電極7與源極電極5之間的橫向結(jié)構(gòu)以及在柵極電極7與漏極電極6之間的縱向結(jié)構(gòu)。柵極電極7和源極電極5沿著突起IOA的上表面在橫向方向(7K平方向)上相互間隔開(kāi)，并且柵極電極7和漏極電極6沿著突起IOA的側(cè)表面在縱向方向(豎直方向)上相互間隔開(kāi)。
[0076]在本修改的AlGaN/GaN-HEMT中，在突起IOA中沿著與電子供應(yīng)層4的接口并且在源極電極5與漏極電極6之間形成溝道。在電子供應(yīng)層4的m平面4 (m)上形成柵極電極
7。由于沿著突起IOA的作為非極性面的m平面形成溝道的在柵極電極7與源極電極5之間的如下部分，該部分包括在柵極電極7以下的區(qū)域，所以在其中沒(méi)有施加?xùn)艠O電壓的狀態(tài)中在這一部分中不生成2DEG。作為對(duì)照，由于沿著突起IOA的作為極性面的c平面形成溝道的在柵極電極7與漏極電極6之間的部分，所以即使在其中未施加?xùn)艠O電壓的狀態(tài)中仍然在這一部分中生成高濃度2DEG。因此穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)在常斷模式中的操作。
[0077]在本修改的AlGaN/GaN-HEMT中，沿著突起IOA的c平面形成溝道的在柵極電極7與漏極電極6之間的部分。因此與其中沿著m平面形成溝道的在柵極電極與漏極電極之間的部分的情況比較，較大降低了接通電阻。
[0078]在本修改的AlGaN/GaN-HEMT中，形成源極電極5以便嵌入于突起IOA的槽14中并且接觸GaN襯底10的c平面10 (c2)。在突起IOA中，也在與電子供應(yīng)層4的接口處在c平面10 (c2)上生成2DEG。源極電極5與這一 2DEG接觸，從而建立穩(wěn)定的歐姆接觸。
[0079]在本修改的AlGaN/GaN-HEMT中，在豎直結(jié)構(gòu)中、換而言之沿著突起IOA的側(cè)表面形成溝道的在柵極電極7與漏極電極6之間的部分。即使增加在豎直方向上在柵極電極7與漏極電極6之間的長(zhǎng)度Lgd以呈現(xiàn)高耐受電壓，在水平方向上在柵極電極7與漏極電極6之間的長(zhǎng)度仍然至多等同于電子供應(yīng)層4的厚度并且因此可忽略不計(jì)。因此，當(dāng)在平面圖中查看器件時(shí)，器件占用的面積實(shí)質(zhì)上大量減少，這實(shí)現(xiàn)了大量器件的集成。
[0080]描述具體的器件集成密度。假設(shè)溝道的在柵極電極7與源極電極5之間的部分在長(zhǎng)度上為I μ m，溝道的長(zhǎng)度在平面圖中基本上等同于I μ m。假設(shè)在豎直方向上在柵極電極7與漏極電極6之間的長(zhǎng)度Lgd為10 μ m，耐受電壓近似為1000V。為了在各自具有橫向結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有AlGaN/GaN-HEMT中呈現(xiàn)近似1000V的耐受電壓，溝道具有Ilym的長(zhǎng)度(在柵極電極與源極電極之間的I μ m長(zhǎng)度+在柵極電極與漏極電極之間的10 μ m長(zhǎng)度)。本修改的AlGaN/GaN-HEMT相應(yīng)地使器件占用的面積能夠減少至具有橫向結(jié)構(gòu)的這樣的現(xiàn)有AlGaN/GaN-HEMT占用的面積的近似十一分之一部分并且使器件集成密度能夠增加至現(xiàn)有AlGaN/GaN-HEMT的集成密度的近似11倍。在其中呈現(xiàn)近似數(shù)萬(wàn)伏特的耐受電壓的情況下，本修改相似地使器件占用的面積能夠減少至現(xiàn)有器件占用的面積的近似百分之幾部分并且使器件集成密度能夠增加至現(xiàn)有器件的集成密度的近似數(shù)百倍。
[0081]如在第一實(shí)施例中那樣，接通電阻在本修改的AlGaN/GaN-HEMT中比在各自具有橫向結(jié)構(gòu)和相同溝道長(zhǎng)度的現(xiàn)有AlGaN/GaN-HEMT中小近似15到30%。
[0082]如上文描述的那樣，在本修改中，用相對(duì)簡(jiǎn)單的配置實(shí)現(xiàn)了在常斷模式中的操作，降低了接通電阻，并且盡可能多地減少了在柵極電極7與漏極電極6之間的水平距離以實(shí)現(xiàn)充分高的集成。在本修改中提供的AlGaN/GaN-HEMT因而具有高可靠性和耐受電壓。另外，在本修改中，沒(méi)有提供緩沖層并且也沒(méi)有提供電子傳輸層，而GaN襯底的部分用作電子傳輸層。這一配置有效地減少了生產(chǎn)處理的數(shù)量。
[0083]第二實(shí)施例
[0084]現(xiàn)在將描述第二實(shí)施例。雖然第二實(shí)施例與第一實(shí)施例相似地公開(kāi)了肖特基型AlGaN/GaN-HEMT，但是第二實(shí)施例在形成于電子傳輸層中的階梯的結(jié)構(gòu)方面不同于第一實(shí)施例。圖9A至IIB是各自在過(guò)程序列中圖示用于制造第二實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT的方法的示意橫截面圖。雖然未圖示，但是通過(guò)注入氬(Ar)或者另一材料在隔離區(qū)域中形成隔離結(jié)構(gòu)。
[0085]如圖9A中所示，如在圖1A中的第一實(shí)施例中那樣依次在生長(zhǎng)襯底、比如m平面SiC襯底(下文稱為SiC襯底)1上形成作為化合物半導(dǎo)體層的緩沖層2和電子傳輸層3。取代m平面SiC襯底，可以使用藍(lán)寶石襯底或者GaAs襯底作為生長(zhǎng)襯底。襯底可以是半絕緣襯底或者傳導(dǎo)襯底。
[0086]在SiC襯底I上生長(zhǎng)AlN至近似5nm的厚度，并且在其上生長(zhǎng)i_GaN (本征GaN)或者η-GaN (η型GaN)至近似一到數(shù)十微米的厚度，通過(guò)例如MOVPE實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)。在第二實(shí)施例中，在SiC襯底I上方形成1-GaN或者η-GaN層以便具有如下表面(與SiC襯底I的上表面平行的上表面)，該表面是作為非極性面的m平面。代替m平面，可以將該層形成為具有a平面。以這一方式，具有作為m平面的上表面的緩沖層2和電子傳輸層3被形成為位于SiC襯底I的上方。在形成緩沖層2時(shí)，AlGaN可以取代AlN或者可以在低溫生長(zhǎng)GaN。可以采用GaN襯底作為生長(zhǎng)襯底，并且可以在GaN襯底上形成電子傳輸層3而不形成緩沖層2。
[0087]在生長(zhǎng)AlN和GaN時(shí)，使用三甲基鋁氣體、三甲基鎵氣體和氨氣的混合氣體作為源氣體?；诖L(zhǎng)的化合物半導(dǎo)體層適當(dāng)確定是否供應(yīng)三甲基鋁氣體(Al源)和三甲基鎵氣體(Ga源)及其流速。作為共同材料的氨氣的流速近似為IOOccm到10LM。另外，例如，生長(zhǎng)壓力近似為50到300Torr，并且生長(zhǎng)溫度近似為1000到1200°C。
[0088]為了生長(zhǎng)η型GaN，例如，在預(yù)定流速向混合氣體添加包含η型摻雜物、比如Si的氣體(例如SiH4氣體)以用Si摻雜GaN。作為摻雜物的Si的濃度例如近似為I X IO1Vcm30
[0089]然后，如圖9B中所示，在電子傳輸層3的表面中形成用作階梯的凹陷21。具體而言，干蝕刻電子傳輸層3的表面的除了將在其上形成漏極電極的區(qū)域之外的部分以形成具有近似一到數(shù)十微米的深度(通過(guò)耐受電壓確定的值；例如，厚度對(duì)于數(shù)百伏特的耐受電壓為數(shù)微米并且對(duì)于數(shù)千伏特的耐受電壓為數(shù)十微米)的槽。在這樣的干蝕刻中使用的蝕刻氣體的例子包括此13和(:12。在電子傳輸層3的表面中形成的槽是用作階梯的凹陷21?；趫D3中的平面取向的定義，在電子傳輸層3的表面之中，凹陷21的底部是m平面3(ml)，電子傳輸層3的上表面是m平面3 (m2)，并且凹陷21的側(cè)表面是c平面3 (C)。
[0090]然后，如圖9C中所示，在凹陷21的底部形成n+區(qū)域22和n_區(qū)域23。具體而言，向產(chǎn)品的整個(gè)表面上施加抗蝕劑，并且通過(guò)光刻技術(shù)處理抗蝕劑以形成具有如下開(kāi)口的抗蝕劑掩模，該開(kāi)口用于在凹陷21的底部暴露將在其上形成源極電極的區(qū)域。用這一抗蝕劑掩模用η型摻雜物、比如Si摻雜凹陷21的底部。作為摻雜物的Si的濃度例如近似地不少于IXlO1Vcm3:例如近似為lX102°/cm3。以這一方式，在凹陷21的底部的將在其上形成源極電極的部分中形成η.區(qū)域22。通過(guò)灰化過(guò)程或者另一技術(shù)去除抗蝕劑掩模。
[0091]然后，向產(chǎn)品的整個(gè)表面上施加抗蝕劑，并且通過(guò)光刻技術(shù)處理抗蝕劑以形成具有如下開(kāi)口的抗蝕劑掩模，該開(kāi)口用于在凹陷21的底部暴露在將在其上形成柵極電極和漏極電極的部分之間的預(yù)定區(qū)域。用這一抗蝕劑掩模用η型摻雜物、比如Si摻雜凹陷21的底部。作為摻雜物的Si的濃度低于η+區(qū)域22的作為摻雜物的Si的濃度:例如近似不多于丄父^^/^^具體為近似丄父川16/^!!!3。以這一方式，在凹陷21的底部的在將在其上形成柵極電極和源極電極的部分之間的預(yù)定部分中形成η—區(qū)域23。通過(guò)灰化過(guò)程或者另一技術(shù)去除抗蝕劑掩模。
[0092]然后，如圖1OA中所示，在電子傳輸層3上形成電子供應(yīng)層4。具體而言，通過(guò)MOVPE或者另一技術(shù)在電子傳輸層3上生長(zhǎng)1-AlGaN(本征AlGaN)或者n_AlGaN(n型AlGaN)至近似40nm的厚度。在第二實(shí)施例中，在電子傳輸層3上形成1-AlGaN或者η-AlGaN層以便具有作為m平面的上表面(與SiC襯底I的上表面平行的上表面)。如果電子傳輸層3被形成為具有作為a平面的上表面，則電子供應(yīng)層4`的上表面也是a平面。以這一方式，形成包括緩沖層2、電子傳輸層3和電子供應(yīng)層4的化合物半導(dǎo)體區(qū)域。
[0093]在生長(zhǎng)AlGaN時(shí)，使用三甲基鋁氣體、三甲基鎵氣體和氨氣的混合氣體作為源氣體?；贏lGaN的組成(AlxGa^N:0〈χ〈1)適當(dāng)確定是否供應(yīng)三甲基鋁氣體(Al源)和三甲基鎵氣體(Ga源)及其流速。氨氣的流速近似為IOOccm到10LM。另外，例如，生長(zhǎng)壓力近似為50到300Torr，并且生長(zhǎng)溫度近似為1000到1200°C。
[0094]為了生長(zhǎng)η型AlGaN，例如，在預(yù)定流速向混合氣體添加包含η型摻雜物、比如Si的氣體(例如SiH4氣體)以用Si摻雜AlGaN。作為摻雜物的Si的濃度例如近似為IX IO13/
3
cm ο
[0095]然后，如圖1OB中所示，干蝕刻電子供應(yīng)層4的部分。具體而言，干蝕刻電子供應(yīng)層4以暴露n+區(qū)域22的表面和電子傳輸層3的上表面的將在其上形成漏極電極的區(qū)域。在這樣的干蝕刻中，例如，采用Cl2或者另一材料作為蝕刻氣體(或者同時(shí)使用Cl2和SF6)?；趫D3中的平面取向的定義,在電子供應(yīng)層4中，一個(gè)上表面是m平面4 (ml)，另一上表面是m平面4 (m2)，并且側(cè)表面是c平面4 (C)。
[0096]然后，如圖1lA中所示，形成源極電極24、漏極電極25和柵極電極26。具體而言，在n+區(qū)域22上形成源極電極24，并且在如下區(qū)域上形成漏極電極25，該區(qū)域包括電極中轉(zhuǎn)層3的上表面和電子供應(yīng)層4的上文提到的另一上表面。形成用于形成源極電極24和漏極電極25的抗蝕劑掩模。向產(chǎn)品的整個(gè)表面施加抗蝕劑，然后通過(guò)光刻技術(shù)形成其中暴露n+區(qū)域22的表面和上文提到的區(qū)域的開(kāi)口。以這一方式，形成具有這樣的開(kāi)口的抗蝕劑掩模。在抗蝕劑掩模上并且在用于暴露n+區(qū)域22的表面和上文提到的區(qū)域的開(kāi)口中例如通過(guò)氣相沉積技術(shù)沉積電極材料、比如Ta/Al。沉積Ta至近似20nm的厚度,并且沉積Al至近似200nm的厚度。通過(guò)剝離技術(shù)去除抗蝕劑掩模和在其上沉積的Ta/Al。然后，例如在近似400到1000°C、例如近似600°C在氮氛圍之下加熱SiC襯底，并且讓剩余Ta/Al與電子傳輸層3和電子供應(yīng)層4歐姆接觸。在一些情況下，只要讓Ta/Al與電子傳輸層3和電子供應(yīng)層4歐姆接觸，無(wú)需執(zhí)行加熱。通過(guò)這一過(guò)程，分別在n+區(qū)域22的表面和上文提到的區(qū)域上形成源極電極24和漏極電極25。
[0097]源極電極24的底部與n+區(qū)域22[m平面3 (ml)]歐姆接觸，并且源極電極24的側(cè)表面與電子供應(yīng)層4的c平面4 (c2)歐姆接觸。在第二實(shí)施例中，由于源極電極24接觸n+區(qū)域22，所以建立了良好的歐姆接觸。漏極電極25的底部與電子傳輸層3的m平面3 (m2)和電子供應(yīng)層4的m平面4 (m2)歐姆接觸。
[0098]然后，在電子供應(yīng)層4的m平面4(ml)上形成柵極電極26。形成用于形成柵極電極26的抗蝕劑掩模。向產(chǎn)品的整個(gè)表面上施加抗蝕劑，然后通過(guò)光刻技術(shù)形成如下開(kāi)口，該開(kāi)口用于暴露電子供應(yīng)層4的m平面4 (ml)的將在其上形成柵極電極26的區(qū)域。以這一方式，形成具有這樣的開(kāi)口的抗蝕劑掩模。
[0099]通過(guò)例如氣相沉積技術(shù)在抗蝕劑掩模上并且在開(kāi)口中沉積電極材料、比如Ni/Au。沉積Ni至近似30nm的厚度,并且沉積Au至近似400nm的厚度。通過(guò)剝離技術(shù)去除抗蝕劑掩模和在其上沉積的Ni/Au。通過(guò)這一過(guò)程，在電子供應(yīng)層4的m平面4 (ml)上形成柵極電極26而又在它們之間建立肖特基接觸。
[0100]在第二實(shí)施例中，在電子供應(yīng)層4的在柵極電極26與源極電極24之間的預(yù)定部分中形成n_區(qū)域23。n_區(qū)域23用于進(jìn)一步增強(qiáng)耐受電壓。
[0101]然后，如圖1lB中所示，形成絕緣膜27。具體而言，例如通過(guò)CVD方法在產(chǎn)品的整個(gè)表面上沉積絕緣材料、比如氧化硅。通過(guò)光刻技術(shù)和干蝕刻來(lái)處理沉積的氧化硅。以這一方式，絕緣膜27被形成為在源極電極24、漏極電極25和柵極電極26上方具有用于暴露這些電極的開(kāi)口。
[0102]然后，通過(guò)用于提供連接到源極電極24、漏極電極25和柵極電極26的布線的過(guò)程完成第二實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT的制造。
[0103]圖12A和12B分別是圖示第二實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT的示意橫截面圖和示意平面圖。AlGaN/GaN-HEMT具有在柵極電極26與源極電極24之間的橫向結(jié)構(gòu)和在柵極電極26與漏極電極25之間的縱向結(jié)構(gòu)。柵極電極26和源極電極24沿著凹陷21的底部在橫向方向(水平方向)上相互間隔開(kāi)，并且柵極電極26和漏極電極25沿著凹陷21的側(cè)表面在縱向方向(豎直方向)上相互間隔開(kāi)。
[0104]在第二實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT中，在電子傳輸層3中沿著與電子供應(yīng)層4的界面并且在源極電極24與漏極電極25之間形成溝道。在電子供應(yīng)層4的m平面4 (ml)上形成柵極電極26。由于沿著凹陷21的作為非極性面的m平面形成溝道的在柵極電極26與源極電極24之間的如下部分，該部分包括在柵極電極26以下的區(qū)域，所以在其中沒(méi)有施加?xùn)艠O電壓的狀態(tài)中在這一部分中不生成2DEG。作為對(duì)照，由于沿著凹陷21的作為極性面的c平面形成溝道的在柵極電極26與漏極電極25之間的部分，所以即使在其中沒(méi)有施加?xùn)艠O電壓的狀態(tài)中仍然在這一部分中生成高濃度2DEG。因此穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)在常斷模式中的操作。[0105]在第二實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT中，沿著凹陷21的c平面形成溝道的在柵極電極26與漏極電極25之間的部分。因此與其中沿著m平面形成溝道的在柵極電極與漏極電極之間的部分的情況比較，大量降低了接通電阻。
[0106]在第二實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT中，在電子傳輸層3的η.區(qū)域22上形成源極電極24，從而在它們之間建立接觸。這一結(jié)構(gòu)使得能夠在源極電極24與電子傳輸層3之間建立穩(wěn)定的歐姆接觸。
[0107]在第二實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT中，在縱向結(jié)構(gòu)中、換而言之沿著凹陷21的側(cè)表面形成溝道的在柵極電極26與漏極電極25之間的部分。即使增加在豎直方向上在柵極電極26與漏極電極25之間的長(zhǎng)度Lgd以呈現(xiàn)高耐受電壓，在水平方向上在柵極電極26與漏極電極25之間的長(zhǎng)度仍然至多等同于絕緣膜27的厚度并且因此可忽略不計(jì)。因此當(dāng)在平面圖中查看器件時(shí)，器件占用的面積實(shí)質(zhì)上大大減小，這實(shí)現(xiàn)了大量器件的集成。
[0108]描述具體器件集成密度。假設(shè)溝道的在柵極電極26與源極電極25之間的部分為
1.5μπι (1μπι+0.5μπι)，溝道的長(zhǎng)度在平面圖中基本上等同于1.5μπι。假設(shè)在豎直方向上在柵極電極26與漏極電極25之間的長(zhǎng)度Lgd為ΙΟμπι，耐受電壓近似為1000V。為了在各自具有橫向結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有AlGaN/GaN-HEMT中呈現(xiàn)近似1000V的耐受電壓，溝道具有11.5μπι的長(zhǎng)度(在柵極電極與源極電極之間的1.5 μ m長(zhǎng)度+在柵極電極與漏極電極之間的10 μ m長(zhǎng)度)。第二實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT相應(yīng)地使器件占用的面積能夠減少至具有橫向結(jié)構(gòu)的這樣的現(xiàn)有AlGaN/GaN-HEMT占用的面積的近似八分之一部分并且使器件集成密度能夠增加至現(xiàn)有AlGaN/GaN-HEMT的集成密度的近似八倍。在其中呈現(xiàn)近似數(shù)萬(wàn)伏特的耐受電壓的情況下，第二實(shí)施例相似地使器件占用的面積能夠減少至現(xiàn)有器件占用的面積的近似百分之幾部分并且使器件集成密度能夠增加至現(xiàn)有器件的集成密度的近似數(shù)百倍。
[0109]如在第一實(shí)施例中那樣，接通電阻在第二實(shí)施例的AlGaN/GaN-HEMT中比在各自具有橫向結(jié)構(gòu)和相同溝道長(zhǎng)度的現(xiàn)有AlGaN/GaN-HEMT中小近似15到30%。
[0110]如上文描述的那樣，在第二實(shí)施例中，用相對(duì)簡(jiǎn)單的配置實(shí)現(xiàn)了在常斷模式中的操作，降低了接通電阻，并且盡可能多地減少了在柵極電極26與漏極電極25之間的水平距離以實(shí)現(xiàn)充分高的集成。在第二實(shí)施例中提供的AlGaN/GaN-HEMT因而具有高可靠性和耐受電壓。
[0111]修改
[0112]現(xiàn)在將描述第二實(shí)施例的修改。雖然本修改與第二實(shí)施例相似地公開(kāi)了 AlGaN/GaN-HEMT，但是該修改與第二實(shí)施例不同在于提供了包括柵極絕緣體的金屬絕緣體半導(dǎo)體(MIS)器件。圖13A至15B是各自在過(guò)程序列中圖示用于制造本修改的AlGaN/GaN-HEMT的方法的示意橫截面圖。雖然未圖示，但是通過(guò)注入氬(Ar)或者另一材料在隔離區(qū)域中形成隔離結(jié)構(gòu)。
[0113]如在圖9A中的第二實(shí)施例中那樣依次在生長(zhǎng)襯底、比如m平面SiC襯底(下文稱為SiC襯底)1上形成作為化合物半導(dǎo)體層的緩沖層2和電子傳輸層3。取代m平面SiC襯底，可以使用藍(lán)寶石襯底或者GaAs襯底作為生長(zhǎng)襯底。襯底可以是半絕緣襯底或者傳導(dǎo)襯底 。
[0114]在SiC襯底I上生長(zhǎng)AlN至近似5nm的厚度，并且在其上生長(zhǎng)1-GaN (本征GaN)或者η-GaN (η型GaN)至近似I μ m的厚度，通過(guò)例如MOVPE實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)。在本修改中，在SiC襯底I上方形成1-GaN或者η-GaN層以便具有如下表面(與SiC襯底I的上表面平行的上表面)，該表面是作為非極性面的m平面。取代m平面，該層可被形成為具有a平面。以這一方式，各自具有作為m平面的上表面的緩沖層2和電子傳輸層3被形成為位于SiC襯底I上方。在形成緩沖層2時(shí)，AlGaN可以取代AlN或者可以在低溫生長(zhǎng)GaN?？梢圆捎肎aN襯底作為生長(zhǎng)襯底，并且可以在GaN襯底上形成電子傳輸層3而不形成緩沖層2。
[0115]在生長(zhǎng)AlN和GaN時(shí)，使用三甲基鋁氣體、三甲基鎵氣體和氨氣的混合氣體作為源氣體?；诖L(zhǎng)的化合物半導(dǎo)體層適當(dāng)確定是否供應(yīng)三甲基鋁氣體(Al源)和三甲基鎵氣體(Ga源)及其流速。作為共同材料的氨氣的流速近似為IOOccm到10LM。另外，例如，生長(zhǎng)壓力近似為50到300Torr，并且生長(zhǎng)溫度近似為1000到1200°C。
[0116]為了生長(zhǎng)η型GaN，例如，在預(yù)定流速向混合氣體添加包含η型摻雜物、比如Si的氣體(例如SiH4氣體)以用Si摻雜GaN。作為摻雜物的Si的濃度例如近似為I X IO1Vcm30
[0117]然后，如圖13B中所示，如在圖9B中的第二實(shí)施例中那樣在電子傳輸層3的表面中形成用作階梯的凹陷21。具體而言，干蝕刻電子傳輸層3的表面的除了將在其上形成漏極電極的區(qū)域之外的部分以形成具有近似一到數(shù)十微米的深度(通過(guò)耐受電壓確定的值；例如，厚度對(duì)于數(shù)百伏特的耐受電壓為數(shù)微米并且對(duì)于數(shù)千伏特的耐受電壓為數(shù)十微米)的槽。在這樣的干蝕刻中使用的蝕刻氣體的例子包括BCl3和Cl2。在電子傳輸層3的表面中形成的槽是用作階梯的凹陷21?；趫D3中的平面取向的定義，在電子傳輸層3的表面之中，凹陷21的底部是m平面3 (ml)，電子傳輸層3的上表面是m平面3 (m2)，并且凹陷21的側(cè)表面是c平面3 (C)。
[0118]然后，如圖13C中所示，在凹陷21的底部形成η.區(qū)域31和η_區(qū)域32。具體而言，向產(chǎn)品的整個(gè)表面施加抗蝕劑，并且通過(guò)光刻技術(shù)處理抗蝕劑以形成具有如下開(kāi)口的抗蝕劑掩模，該開(kāi)口用于在凹陷21的底部暴露將在其上形成源極電極的區(qū)域。用這一抗蝕劑掩模用η型摻雜物、比如Si摻雜凹陷21的底部。作為摻雜物的Si的濃度例如近似不少于IXlO1Vcm3:例如近似為lX102°/cm3。 以這一方式，在凹陷21的底部的將在其上形成源極電極的部分中形成n+區(qū)域31。通過(guò)灰化過(guò)程或者另一技術(shù)去除抗蝕劑掩模。
[0119]然后，向產(chǎn)品的整個(gè)表面施加抗蝕劑，并且通過(guò)光刻技術(shù)處理抗蝕劑以形成具有如下開(kāi)口的抗蝕劑掩模，該開(kāi)口用于在凹陷21的底部暴露將在其上形成柵極電極的區(qū)域。用這一抗蝕劑掩模用η型摻雜物、比如Si摻雜凹陷21的底部。作為摻雜物的Si的濃度低于η+區(qū)域31中的濃度:例如近似不多于1父1017/0113、具體為近似1\1016/(^3。以這一方式，在凹陷21的底部的將在其上形成柵極電極的部分中形成η—區(qū)域32。通過(guò)灰化過(guò)程或者另一技術(shù)去除抗蝕劑掩模。
[0120]然后，如圖14Α中所示，在電子傳輸層3上形成電子供應(yīng)層4。具體而言，通過(guò)MOVPE或者另一技術(shù)在電子傳輸層3上生長(zhǎng)1-AlGaN (本征AlGaN)或者η-AlGaN (η型AlGaN)至近似40nm的厚度。在本修改中，在電子傳輸層3上形成1-AlGaN或者η-AlGaN層以具有作為m平面的上表面(與SiC襯底I的上表面平行的上表面)。如果電子傳輸層3被形成為具有作為a平面的上表面，則電子供應(yīng)層4的上表面也是a平面。以這一方式，形成包括緩沖層2、電子傳輸層3和電子供應(yīng)層4的化合物半導(dǎo)體區(qū)域。
[0121]在生長(zhǎng)AlGaN時(shí)，使用三甲基鋁氣體、三甲基鎵氣體和氨氣的混合氣體作為源氣體?；贏lGaN的組成(AlxGa^N:0〈χ〈1)適當(dāng)確定是否供應(yīng)三甲基鋁氣體(Al源)和三甲基鎵氣體(Ga源)及其流速。氨氣的流速近似為IOOccm到10LM。另外，生長(zhǎng)壓力近似為50到300Torr，并且生長(zhǎng)溫度近似為1000到1200°C。
[0122]為了生長(zhǎng)η型AlGaN，例如，在預(yù)定流速向混合氣體添加包含η型摻雜物、比如Si的氣體(例如SiH4氣體)以用Si摻雜AlGaN。作為摻雜物的Si的濃度例如近似為IX IO13/
cm ο
[0123]然后，如圖14B中所示，干蝕刻電子供應(yīng)層4。具體而言，干蝕刻電子供應(yīng)層4，從而留下電子供應(yīng)層4的僅在凹陷21的側(cè)表面上的部分。在這樣的干蝕刻中，例如，采用Cl2或者另一材料作為蝕刻氣體(或者同時(shí)使用Cl2和SF6)?；趫D3中的平面取向的定義，在電子供應(yīng)層4中，上表面是m平面4 (m)，并且側(cè)表面是c平面4 (C)。
[0124]然后，如圖14C中所示，形成柵極絕緣體33。具體而言，在產(chǎn)品的整個(gè)表面上沉積絕緣材料、比如Al2O315通過(guò)例如原子層沉積(ALD)沉積Al2O3至近似2至200nm的厚度；在這一情況下，沉積Al2O3至近似40nm的厚度。取代ALD，可以通過(guò)例如等離子體CVD或者濺射沉積Al2O315取代Al2O3，可以使用Al的氮化物或者氮氧化物。另外，為了形成柵極絕緣體33，可以使用S1、Hf、Zr、T1、Ta或者W的氧化物、氮化物或者氮氧化物，或者可以采用其適當(dāng)組合以形成多層結(jié)構(gòu)。
[0125]然后，通過(guò)光刻技術(shù)和干蝕刻來(lái)處理沉積的Al2O3,以僅在n_區(qū)域32上留下Al2O3,該n_區(qū)域32是將在其上形 成柵極電極的區(qū)域。以這一方式，在n_區(qū)域32上形成柵極絕緣體33。
[0126]然后，如圖15A中所示，形成源極電極34、漏極電極35和柵極電極36。具體而言，在n+區(qū)域31上形成源極電極34，并且在如下區(qū)域中形成漏極電極35，該區(qū)域包括電極中轉(zhuǎn)層3和電子供應(yīng)層4的上表面。形成用于形成源極電極34和漏極電極35的抗蝕劑掩模。向產(chǎn)品的整個(gè)表面上施加抗蝕劑，然后通過(guò)光刻技術(shù)形成用于暴露n+區(qū)域31的表面和上文提到的區(qū)域的開(kāi)口。以這一方式，形成具有這樣的開(kāi)口的抗蝕劑掩模。在抗蝕劑掩模上并且在用于暴露n+區(qū)域31的表面和上文提到的區(qū)域的開(kāi)口中例如通過(guò)氣相沉積技術(shù)沉積電極材料、比如Ta/Al。沉積Ta至近似20nm的厚度，并且沉積Al至近似200nm的厚度。通過(guò)剝離技術(shù)去除抗蝕劑掩模和在其上沉積的Ta/Al。然后，例如在近似400到1000°C、例如近似600°C在氮氛圍之下加熱SiC襯底，并且讓剩余Ta/Al與電子傳輸層3和電子供應(yīng)層4歐姆接觸。在一些情況下，只要讓Ta/Al與電子傳輸層3和電子供應(yīng)層4歐姆接觸，無(wú)需執(zhí)行加熱。通過(guò)這一過(guò)程，分別在n+區(qū)域31的表面和上文提到的區(qū)域上形成源極電極34和漏極電極35。
[0127]源極電極34的底部與n+區(qū)域31 [m平面3 (ml)]歐姆接觸。在本修改中，由于源電極34接觸η.區(qū)域31，所以建立了良好的歐姆接觸。漏極電極35的底部與電子傳輸層3的m平面3 (m2)和電子供應(yīng)層4的m平面4 (m)歐姆接觸。
[0128]然后，在柵極絕緣體33上形成柵極電極36。形成用于形成柵極電極36的抗蝕劑掩模。向產(chǎn)品的整個(gè)表面上施加抗蝕劑，然后通過(guò)光刻技術(shù)形成如下開(kāi)口，該開(kāi)口用于暴露柵極絕緣體33的如下表面，該表面是將在其上形成柵極電極36的區(qū)域。以這一方式，形成具有這樣的開(kāi)口的抗蝕劑掩模。
[0129]通過(guò)例如氣相沉積技術(shù)在抗蝕劑掩模上并且在開(kāi)口中沉積電極材料、比如Ni/Au。沉積Ni至近似30nm的厚度,并且沉積Au至近似400nm的厚度。通過(guò)剝離技術(shù)去除抗蝕劑掩模和在其上沉積的Ni/Au。通過(guò)這一過(guò)程，在n_區(qū)域32上方形成柵極電極36，而在其間插入柵極絕緣體33。
[0130]在本修改中，在n_區(qū)域32上方形成柵極電極36，而在其間插入柵極絕緣體33。在其中沒(méi)有向柵極電極36施加?xùn)艠O電壓的情況下，η—區(qū)域32的高電阻使晶體管能夠處于關(guān)斷模式中。對(duì)照而言，在其中施加?xùn)艠O電壓的情況下，彎曲η—區(qū)域32的能帶，并且η—區(qū)域32變成η+區(qū)域，這使晶體管能夠處于接通模式中。
[0131]然后，如圖15Β中所示，形成絕緣膜37。具體而言，通過(guò)例如CVD方法在產(chǎn)品的整個(gè)表面上沉積絕緣材料、比如氧化硅。通過(guò)光刻技術(shù)和干蝕刻來(lái)處理沉積的氧化硅。以這一方式，形成絕緣膜37以便在源極電極34、漏極電極35和柵極電極36上方具有用于暴露這些電極的開(kāi)口。
[0132]然后，通過(guò)用于提供連接到源極電極34、漏極電極35和柵極電極36的布線的過(guò)程完成本修改的AlGaN/GaN-HEMT的制造。
[0133]圖16A和16B分別是圖示本修改的AlGaN/GaN-HEMT的示意橫截面圖和示意平面圖。AlGaN/GaN-HEMT具有在柵極電極36與源極電極34之間的橫向結(jié)構(gòu)和在柵極電極36與漏極電極35之間的縱向結(jié)構(gòu)。柵極電極36和源極電極34沿著凹陷21的底部在橫向方向(水平方向)上相互間隔開(kāi)，并且柵極電極36和漏極電極35沿著凹陷21的側(cè)表面在縱向方向(豎直方向)上相互間隔開(kāi)。
[0134]在本修改的AlGaN/GaN-HEMT中，在源極電極34與漏極電極35之間形成溝道。在柵極絕緣體33上形成柵極電極36以位于n_區(qū)域32的上方。沿著凹陷21的作為非極性面的c平面形成溝道的在柵極電極36與漏極電極35之間的部分、即沿著電子傳輸層3到電子供應(yīng)層4的界面的區(qū)域。因此，即使在其中沒(méi)有施加?xùn)艠O電壓的狀態(tài)中仍然在這一部分中生成高濃度2DEG。對(duì)照而言，在其中沒(méi)有施加?xùn)艠O電壓的情況下由于n_區(qū)域32而不在溝道的在柵極電極36以下的部分中生成2DEG，并且晶體管因此處于關(guān)斷模式中。因此穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)在常斷模式中的操作。
[0135]在本修改的AlGaN/GaN-HEMT中，沿著凹陷21的c平面形成溝道的在柵極電極36與漏極電極35之間的部分。因此與其中沿著m平面形成溝道的在柵極電極與漏極電極之間的部分的情況比較，較大地降低了接通電阻。
[0136]在本修改的AlGaN/GaN-HEMT中，在電子傳輸層3的n+區(qū)域31上形成源極電極34，從而在它們之間建立接觸。這一結(jié)構(gòu)使得能夠在源極電極34與電子傳輸層3之間建立穩(wěn)定的歐姆接觸。
[0137]在本修改的AlGaN/GaN-HEMT中，在橫向結(jié)構(gòu)中、換而言之沿著凹陷21的側(cè)表面形成溝道的在柵極電極36與漏極電極35之間的部分。即使增加在豎直方向上在柵極電極36與漏極電極35之間的長(zhǎng)度Lgd以呈現(xiàn)高耐受電壓，在水平方向上在柵極電極36與漏極電極35之間的長(zhǎng)度仍然至多等同于絕緣膜37的厚度并且因此可忽略不計(jì)。因此，當(dāng)在平面圖中查看器件時(shí)，器件占用的面積實(shí)質(zhì)上較大地減小，這實(shí)現(xiàn)了大量器件的集成。
[0138]如在第二實(shí)施例中那樣，接通電阻在本修改的AlGaN/GaN-HEMT中比在各自具有橫向結(jié)構(gòu)和相同溝道長(zhǎng)度的現(xiàn)有AlGaN/GaN-HEMT中小近似15到30%。
[0139]如上文描述的那樣，在本修改中，用相對(duì)簡(jiǎn)單的配置實(shí)現(xiàn)了在常斷模式中的操作，降低了接通電阻，并且盡可能多地減少在柵極電極36與漏極電極35之間的水平距離以實(shí)現(xiàn)充分高的集成。在本修改中提供的AlGaN/GaN-HEMT因而具有高可靠性和耐受電壓。
[0140]雖然已經(jīng)描述了第一和第二實(shí)施例及其修改，但是實(shí)施例不限于此。在第一實(shí)施例及其修改中，例如，可以如在第二實(shí)施例的修改中那樣形成柵極絕緣體以提供具有MIS結(jié)構(gòu)的AlGaN/GaN-HEMT。另外，在第二實(shí)施例及其修改中，可以如在第一實(shí)施例的修改中那樣使用具有作為m平面或者a平面的上表面的GaN襯底以提供不包括緩沖層和電子傳輸層的 AlGaN/GaN-HEMT。
[0141]第三實(shí)施例
[0142]第三實(shí)施例公開(kāi)了從第一和第二實(shí)施例及其修改的AlGaN/GaN-HEMT中選擇的AlGaN/GaN-HEMT被應(yīng)用于的電源設(shè)備。圖17是圖示根據(jù)第三實(shí)施例的電源設(shè)備的總體配置的示意圖。
[0143]第三實(shí)施例的功率供應(yīng)設(shè)備包括高壓一次電路41、低壓二次電路42和在一次電路41與二次電路42之間提供的變壓器43。一次電路41包括交流電源44、橋接整流器電路45以及多個(gè)(在第三實(shí)施例中為四個(gè))切換器件46a、46b、46c和46d。橋接整流器電路45包括切換器件46e。二次電路42包括多個(gè)(在第三實(shí)施例中為三個(gè))切換器件47a、47b和 47c。
[0144]在第三實(shí)施例中，在一次電路41的切換器件46a、46b、46c、46d和46e中的每個(gè)切換器件中運(yùn)用從第一和第二實(shí)施例及其修改的AlGaN/GaN-HEMT中選擇的AlGaN/GaN-HEMT。對(duì)照而言，在二次電路42的切換器件47a、47b和47c中的每個(gè)切換器件中使用現(xiàn)有的使用硅的MIS場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。
[0145]在第三實(shí)施例中，在高壓電路中使用的AlGaN/GaN-HEMT呈現(xiàn)高耐受電壓并且具有以下效果:用相對(duì)簡(jiǎn)單的配置實(shí)現(xiàn)在常斷模式中的操作，降低接通電阻并且盡可能多地減少在柵極電極與漏極電極之間的水平距離以提供充分高的集成密度。這一配置實(shí)現(xiàn)具有高可靠性并且呈現(xiàn)高功率的電源電路。
[0146]第四實(shí)施例
[0147]第四實(shí)施例公開(kāi)了從第一和第二實(shí)施例及其修改的AlGaN/GaN-HEMT中選擇的AlGaN/GaN-HEMT被應(yīng)用于的高頻放大器。圖18是圖示根據(jù)第四實(shí)施例的高頻放大器的總體配置的示意圖。
[0148]第四實(shí)施例的高頻放大器包括數(shù)字預(yù)失真電路51、混合器52a和52b以及功率放大器53。數(shù)字預(yù)失真電路51補(bǔ)償輸入信號(hào)的非線性失真?；旌掀?2a混合受到非線性失真補(bǔ)償?shù)妮斎胄盘?hào)與交流信號(hào)。功率放大器53放大與交流信號(hào)混合的輸入信號(hào)并且包括從第一和第二實(shí)施例及其修改的AlGaN/GaN-HEMT中選擇的AlGaN/GaN-HEMT。在圖18中所示的配置中，例如，切換操作允許混合器52b混合輸出信號(hào)與交流信號(hào)、然后向數(shù)字預(yù)失真電路51傳輸混合的信號(hào)。
[0149]在第四實(shí)施例中，在高頻放大器中使用的AlGaN/GaN-HEMT呈現(xiàn)高耐受電壓并且具有以下效果:用相對(duì)簡(jiǎn)單的配置實(shí)現(xiàn)在常斷模式中的操作、降低接通電阻并且盡可能多地減少在柵極電極與漏極電極之間的水平距離以提供充分高的集成密度。這一配置實(shí)現(xiàn)具有高可靠性和高耐受電壓的高頻放大器。
[0150]其它實(shí)施例
[0151]在第一至第四實(shí)施例中，AlGaN/GaN-HEMT已經(jīng)各自被描述為化合物半導(dǎo)體器件。本公開(kāi)內(nèi)容可以應(yīng)用于除了例如下文描述的HEMT的這樣的AlGaN/GaN-HEMT之外的化合物半導(dǎo)體器件。
[0152]另一 HEMT的第一例子
[0153]第一例子公開(kāi)了 InAlN/GaN-HEMT作為化合物半導(dǎo)體器件。InAlN和GaN是使得能夠基于其組成具有接近的晶格常數(shù)的化合物半導(dǎo)體。在這一情況下，在第一和第二實(shí)施例及其修改的每個(gè)中的電子傳輸層和電子供應(yīng)層分別由1-GaN或者n-GaN和1-1nAIN或者η-ΙηΑ1Ν形成。此外，由于在這一情況下基本上不生成壓電極化，所以2DEG主要由InAlN的自發(fā)極化生成。
[0154]在第一例子中，如在上文提到的AlGaN/GaN-HEMT中那樣，用相對(duì)簡(jiǎn)單的配置實(shí)現(xiàn)在常斷模式中的操作，降低了接通電阻，并且盡可能多地減少在柵極電極與漏極電極之間的水平距離以提供充分高的集成密度。在第一例子中提供的InAlN/GaN-HEMT因而具有高可靠性和耐受電壓。另一 HEMT的第二例子
[0155]第二例子公開(kāi)了 InAlGaN/GaN-HEMT作為化合物半導(dǎo)體器件?？梢愿淖僆nAlGaN的組成以調(diào)整它的晶格常數(shù)以小于GaN的晶格常數(shù)。在這一情況下，在第一和第二實(shí)施例及其修改中的每個(gè)中的電子傳輸層和電子供應(yīng)層分別由1-GaN或者n-GaN和i_InAlGaN或者 n-1nAlGaN 形成。
[0156]在第二例子中，如在上文提到的AlGaN/GaN-HEMT中那樣，用相對(duì)簡(jiǎn)單的配置實(shí)現(xiàn)了在常斷模式中的操作，降低了接通電阻，并且盡可能多地減少了在柵極電極與漏極電極之間的水平距離以提供充分高的集成密度。在第二例子中提供的InAlGaN/GaN-HEMT因而具有高可靠性和耐受電壓。
[0157]這里記載的所有例子和條件語(yǔ)言旨在于示范目的以輔助閱讀者理解本發(fā)明和發(fā)明人為了發(fā)展本領(lǐng)域而貢獻(xiàn)的概念，并且將解釋為不限于該具體記載的例子和條件，并且這樣的例子在說(shuō)明書中的組織也不涉及表明本發(fā)明的優(yōu)劣。雖然已經(jīng)具體描述了本發(fā)明的實(shí)施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)其進(jìn)行各種改變、替換和變更而不脫離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種化合物半導(dǎo)體器件，包括: 化合物半導(dǎo)體區(qū)域，具有其中形成階梯的表面； 第一電極，形成在所述階梯的上表面的上方，所述上表面為非極性面；以及第二電極，沿著所述階梯的側(cè)表面形成，從而在豎直方向上與所述第一電極間隔開(kāi)，所述側(cè)表面是極性面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的化合物半導(dǎo)體器件，還包括: 第三電極，沿著所述階梯的所述上表面形成，從而在水平方向上與所述第一電極間隔開(kāi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化合物半導(dǎo)體器件， 其中所述第三電極被形成為填充所述階梯的所述上表面中形成的槽并且部分接觸所述槽中的極性面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的化合物半導(dǎo)體器件， 其中第一 η摻雜區(qū)域被形成為位于所述階梯中所述第三電極的下方。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的化合物半導(dǎo)體器件， 其中第二η摻雜區(qū)域在所述階梯中形成于所述第一電極與所述第三電極之間，并且摻雜物濃度在所述第二 η摻雜區(qū)域中比在所述第一 η摻雜區(qū)域中更低。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任`一權(quán)利要求所述的化合物半導(dǎo)體器件， 其中所述階梯是突起的形式。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一權(quán)利要求所述的化合物半導(dǎo)體器件， 其中所述階梯是凹陷的形式。
8.一種用于制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括: 在化合物半導(dǎo)體區(qū)域的表面中形成階梯； 形成第一電極，所述第一電極在所述階梯的上表面的上方，所述上表面為非極性面；以及 沿著所述階梯的側(cè)表面形成第二電極，所述第二電極在豎直方向上與所述第一電極間隔開(kāi)，所述側(cè)表面是極性面。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，所述方法還包括: 沿著所述階梯的所述上表面形成第三電極，所述第三電極在水平方向上與所述第一電極間隔開(kāi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于制造化合物半導(dǎo)體器件的方法， 其中所述第三電極被形成為填充所述階梯的所述上表面中形成的槽并且部分地接觸所述槽中的極性面。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于制造化合物半導(dǎo)體器件的方法， 其中第一 η摻雜區(qū)域在所述階梯中被形成為位于所述第三電極的下方。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于制造化合物半導(dǎo)體器件的方法， 其中第二 η摻雜區(qū)域在所述階梯中形成于所述第一電極與所述第三電極之間，并且摻雜物濃度在所述第二 η摻雜區(qū)域中比在所述第一 η摻雜區(qū)域中更低。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中的任一權(quán)利要求所述的用于制造化合物半導(dǎo)體器件的方法，其中所述階梯是突起的形式。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至12中的任一權(quán)利要求所述的用于制造化合物半導(dǎo)體器件的方法， 其中所述階梯是凹陷的形式。
15.一種功率供應(yīng)電路，包括: 變壓器； 高壓電路；以及 低壓電路，其中 所述變壓器設(shè)置于所述高壓電路與所述低壓電路之間，并且 所述高壓電路包括晶體管， 所述晶體管包括: 化合物半導(dǎo)體區(qū)域，具有其中形成階梯的表面； 第一電極，形成為位于所述階梯的上表面的上方，所述上表面為非極性面；以及第二電極，沿著所述階梯的側(cè)表面形成為在豎直方向上與所述第一電極間隔開(kāi)，所述側(cè)表面是極性面。
16.一種高頻放大器，用于放大輸入的高頻電壓、然后輸出所述放大的高頻電壓，所述放大器包括:` 晶體管，包括: 化合物半導(dǎo)體區(qū)域，具有其中形成階梯的表面； 第一電極，形成為位于所述階梯的上表面的上方，所述上表面為非極性面；以及第二電極，沿著所述階梯的側(cè)表面形成為在豎直方向上與所述第一電極間隔開(kāi)，所述側(cè)表面是極性面。
【文檔編號(hào)】H02M3/335GK103515429SQ201310180255
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月18日
【發(fā)明者】朱雷 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社