Iii族氮化物半導體器件及其制造方法以及功率轉換器的制作方法

專利名稱：Iii族氮化物半導體器件及其制造方法以及功率轉換器的制作方法
技術領域：
本發明 涉及一種III族氮化物半導體器件，并涉及一種用于制造該器件的方法。 更具體地說，本發明涉及一種具有減小的接通狀態電阻的半導體器件(例如，二極管或 HEMT (高電子遷移率晶體管)，HEMT也被稱作HFET (異質結構場效應晶體管)，在本說明書 中使用術語HEMT)和一種用于制造該器件的方法。本發明還涉及一種包括這種III族氮化 物半導體器件的功率轉換器。
背景技術：
III族氮化物半導體已被廣泛用作發光器件的材料。III族氮化物半導體還被設 想作為功率器件的材料，因為它們表現出高電子遷移率并具有大約10倍于Si的擊穿場 強。迄今開發出的功率器件包括這樣的HEMT(高電子遷移率晶體管)其中在異質結界面 處形成的二維電子氣(2DEG)層充當溝道。當GaN HEMT被制造成與傳統HEMT (例如，GaAs HEMT)具有相同的結構時，GaN HEMT表現出常接通特性；S卩，在無電壓施加于柵電極的情況 下，HEMT處于接通狀態。然而，表現出常接通特性的HEMT帶來安全問題。因此，已提出了 多種HEMT結構來實現常關斷特性(即，在無電壓施加于柵電極的情況下，在源電極與漏電 極之間無電流流動)。例如，日本專利申請特許公開號2008-147593公開了一種實現了常關斷特性的 HEMT ；具體地說，公開了一種具有MIS結構的HEMT，在該結構中，載流子供給層不直接在柵 電極下方形成。該結構實現了常關斷特性，因為2DEG層不形成在直接在柵電極下方的區域 中。為了實現該結構，日本專利申請特許公開號2008-147593公開了一種通過用干蝕刻去 除載流子供給層的一部分來暴露載流子輸運層的表面的方法。日本專利申請特許公開號2009-99691公開了一種用于制造HEMT的方法，其中，第 一載流子供給層形成在載流子輸運層上；掩模形成在第一載流子供給層的特定區域上；兩 個第二載流子供給層通過選擇性再生長而形成在第一載流子供給層的未被掩蔽的區域上， 使得所述第二載流子供給層彼此分離；源電極形成在所述第二載流子供給層之一上；漏電 極形成在另一個第二載流子供給層上；并且柵電極形成在掩模上。然而，當通過日本專利申請特許公開號2009-99691中公開的、利用了選擇性再生 長的方法來制造日本專利申請特許公開號2008-147593中公開的結構時，產生了這樣的問 題例如，當載流子供給層在載流子輸運層上生長時，雜質等被引入載流子輸運層與載流子 供給層之間的界面處，且這些層之間的界面的平坦度降級，這導致在載流子輸運層與載流 子供給層之間的異質結界面處生成的2DEG的遷移率的降低以及接通狀態電阻的增大。

發明內容
鑒于上述內 容，本發明的一個目的是提供一種具有減小的接通狀態電阻的III族 氮化物半導體器件。本發明的另一個目的是提供一種用于制造該半導體器件的方法。本發 明的再一個目的是提供一種包括該半導體器件的功率轉換器。
在本發明的第一方面中，提供了一種半導體器件，包括第一載流子輸運層，其由III族氮化物半導體形成；第二載流子輸運層，其通過III族氮化物半導體的選擇性再生長而形成，并且被提供在第一載流子輸運層的一區域上；以及載流子供給層，其通過具有比第二載流子輸運層的III族氮化物半導體的帶隙能 量大的帶隙能量(下文中可簡單地稱作“帶隙”)的IH族氮化物半導體的選擇性生長而形 成，載流子供給層被提供在第二載流子輸運層上。這里使用的“III族氮化物半導體”包含由公式AlxGayInzN(x+y+z = 1,0≤x, y, z≤l)表示的半導體；這種半導體中Al、Ga或In的一部分由另一種13族元素(3B族元素) (即B或Tl)替代，或者N的一部分由另一種15族元素(5B族元素)(即P、As、Sb或Bi) 替代。III族氮化物半導體的具體例子包括至少包含Ga的III族氮化物半導體，如GaN、 InGaN, AlGaN和AlGalnN。通常，采用Si作為η型雜質，并采用Mg作為ρ型雜質。第一載流子輸運層、第二載流子輸運層和載流子供給層中的每一個可由單個層或 多個層形成。通常，第一載流子輸運層和第二載流子輸運層由相同的III族氮化物半導體 (例如GaN)形成。然而，這些層不必需由相同的III族氮化物半導體形成。優選地，為了防止2DEG的遷移率降低，第二載流子輸運層由未摻雜的GaN形成。當 第二載流子輸運層由多個層形成時，優選地，與載流子供給層接觸的至少一層(該多個層 中的至少一層)由未摻雜的GaN形成。載流子供給層可由具有比第二載流子輸運層的III族氮化物半導體的帶隙大的 帶隙的任何III族氮化物半導體形成。載流子供給層可以是未摻雜的層，或者可以摻入η 型雜質。載流子供給層上可具有蓋層。可以在第二載流子輸運層上進一步提供由III族氮化物半導體形成的單個層或 多個層。例如，可以在載流子供給層上提供一個或多個層對，每個層對包括通過III族氮化 物半導體的選擇性生長而形成的下層以及通過具有比下層的III族氮化物半導體的帶隙 大的帶隙的III族氮化物半導體的選擇性生長而形成的上層，并且其中與載流子供給層接 觸的下層具有比載流子供給層的III族氮化物半導體的帶隙大的帶隙。當在載流子供給層 上提供多個層對時，層對中較小帶隙的層可由不同的III族氮化物半導體形成，并且層對 中較大帶隙的層可由不同的III族氮化物半導體形成。本發明可應用于這樣的半導體器件其中2DEG層形成在第二載流子輸運層與載 流子供給層之間的異質結界面附近、第二載流子輸運層那一側，并且2DEG層充當溝道。例 如，本發明可應用于ΗΕΜΤ、ΗΒΤ(異質結雙極晶體管)和二極管。本發明的第二方面涉及根據第一方面的半導體器件的具體實施例，其中包括第二 載流子輸運層和載流子供給層的層疊結構形成在第一載流子輸運層的表面的兩個分離的 區域上，并且其中該半導體器件進一步包括第一電極，第一電極被提供在所述兩個分離的 區域之一的載流子供給層上并且與同一區域的第二載流子輸運層電氣連接；第二電極，第 二電極被提供在另一區域的載流子供給層上并且與同一區域的第二載流子輸運層電氣連 接；絕緣膜，絕緣膜被提供在第一載流子輸運層的夾在所述兩個分離的區域之間的區域上， 并且還被提供在所述兩個分離的層疊結構的相互面對的側端面上；以及控制電極，控制電 極形成在絕緣膜上。
第一電極或第二電極可以直接提供在對應的載流子供給層上，或者可以借助III 族氮化物半導體層(例如蓋層)提供在載流子供給層上。
本發明的第三方面涉及根據第二方面的半導體器件的具體實施例，其中絕緣膜還 被提供在載流子供給層的上表面上，并且控制電極經由絕緣膜延伸到載流子供給層上。本發明的第四方面涉及根據第二或第三方面的半導體器件的具體實施例，其中絕 緣膜的一部分或全部由多個層形成。本發明的第五方面涉及根據第二到第四方面中的任何方面的半導體器件的具體 實施例，其中提供在第一載流子輸運層上的絕緣膜的一部分表現出與提供在載流子供給層 上的絕緣膜的一部分的特性不同的特性。這里使用的“不同的特性”指的是絕緣膜的多個部分表現出不同物理特性的情形； 例如，該多個部分由不同的材料形成、該多個部分由具有不同成分的類似材料形成或者該 多個部分表現出不同的結晶度或晶體結構的情形。本發明的第六方面涉及根據第二到第五方面中的任何方面的半導體器件的具體 實施例，其中絕緣膜具有比第二載流子輸運層的厚度小的厚度。本發明的第七方面涉及根據第二到第六方面中的任何方面的半導體器件的具體 實施例，其中第一電極和第二電極中的每一個與對應的第二載流子輸運層歐姆接觸。本發明的第八方面涉及根據第二到第七方面中的任何方面的半導體器件的具體 實施例，其中第一電極和第二電極中的一個與控制電極電氣連接。本發明的第九方面涉及根據第一到第八方面中的任何方面的半導體器件的具體 實施例，其中該半導體器件進一步包括用于防止載流子在遠離第二載流子輸運層的區域中 的輸運的層(下文中，該層可稱作“載流子輸運防止層”)，并且第一載流子輸運層被提供在 載流子輸運防止層上。本發明的第十方面涉及根據第九方面的半導體器件的具體實施例，其中載流子輸 運防止層由具有與第一載流子輸運層的III族氮化物半導體的導電類型不同的導電類型 的III族氮化物半導體形成。本發明的第十一方面涉及根據第九或第十方面的半導體器件的具體實施例，其中 載流子輸運防止層由具有比第一載流子輸運層的III族氮化物半導體的帶隙大的帶隙的 III族氮化物半導體形成。本發明的第十二方面涉及根據第九或第十方面的半導體器件的具體實施例，其中 載流子輸運防止層被提供在由具有比載流子輸運防止層的III族氮化物半導體的帶隙大 的帶隙的III族氮化物半導體形成的層上。本發明的第十三方面涉及根據第一到第十二方面中的任何方面的半導體器件的 具體實施例，其中載流子供給層由多個層形成。本發明的第十四方面涉及根據第一到第十三方面中的任何方面的半導體器件的 具體實施例，其中該半導體器件在載流子供給層上進一步包括一個或多個層對，每個層對 包括通過III族氮化物半導體的選擇性生長而形成的下層以及通過具有比下層的III族氮 化物半導體的帶隙大的帶隙的III族氮化物半導體的選擇性生長而形成的上層，并且其中 與載流子供給層接觸的下層具有比載流子供給層的III族氮化物半導體的帶隙大的帶隙。本發明的第十五方面涉及根據第一到第十四方面中的任何方面的半導體器件的具體實施例，其中第二載流子輸運層和載流子供給層的側端面傾斜成使得第二載流子輸運 層和載流子供給層的平行于該器件的主表面的水平截面的面積隨著該截面與第一載流子 輸運層之間的距離的增大而減小。在本發明的第十六方面中，提供了一種功率轉換器，其包括第一到第十五方面中 記載的半導體器件中的至少一個。在本發明的第十七方面中，提供了一種用于制造半導體器件的方法，包括由III族氮化物半導體形成第一載流子輸運層；在第一載流子輸運層的一區域上形成掩模； 在第一載流子輸運層的未被掩蔽的區域上用III族氮化物半導體選擇性再生長 第二載流子輸運層；以及在第二載流子輸運層上用具有與第二載流子輸運層的III族氮化物半導體的帶 隙不同的帶隙的III族氮化物半導體選擇性生長載流子供給層。本發明的第十八方面涉及根據第十七方面的用于制造該半導體器件的方法的具 體實施例，其中在第一載流子輸運層的表面的兩個分離的區域上形成包括第二載流子輸運 層和載流子供給層的層疊結構，所述兩個分離的區域由掩模分離；并且其中該方法進一步包括去除掩模；形成絕緣膜，絕緣膜被提供在第一載流子輸運層的夾在所述兩個分離的區域之間 的區域上，并且還被提供在所述兩個分離的層疊結構的相互面對的側端面上；以及在絕緣膜上形成控制電極。本發明的第十九方面涉及根據第十八方面的用于制造該半導體器件的方法的具 體實施例，包括還在載流子供給層的上表面上形成絕緣膜，以及形成經由絕緣膜延伸到載流子供給層上的控制電極。本發明的第二十方面涉及根據第十八方面的用于制造該半導體器件的方法的具 體實施例，進一步包括在所述兩個分離的區域之一的載流子供給層上形成第一電極以與同一區域的第 二載流子輸運層電氣連接；在另一區域的載流子供給層上形成第二電極以與同一區域的第二載流子輸運層 電氣連接。在根據第一方面的半導體器件中，2DEG層形成在第二載流子輸運層與載流子供給 層之間的異質結界面附近、第二載流子輸運層那一側，并且2DEG層充當溝道。由于在第一 載流子輸運層上選擇性再生長第二載流子輸運層，選擇性再生長相關雜質被引入第一載流 子輸運層與第二載流子輸運層之間的異質結界面處。然而，第二載流子輸運層的一部分中 所含的雜質的量隨著該部分與第一載流子輸運層之間的距離的增大而減小。因此，在第二 載流子輸運層與載流子供給層之間的異質結界面處幾乎觀察不到選擇性再生長相關雜質。 由于在第二載流子輸運層的選擇性再生長之后繼而在第二載流子輸運層上生長載流子供 給層，第二載流子輸運層與載流子供給層之間的異質結界面的平坦度高于直接在第一載流 子輸運層上選擇性再生長載流子供給層的情形下的第一載流子輸運層與載流子供給層之間的異質結界面的平坦度。因此，根據本發明的半導體器件，可以防止與選擇性再生長相 關的平坦度的降級以及因與選擇性再生長相關的被引入的雜質而導致的2DEG遷移率的降 低，并且可以減小接通狀態電阻。如在第二方面 中所述，本發明可應用于其中借助于控制電極控制第一和第二電極 之間的導電的半導體器件(例如HEMT)，并且實現了表現出低接通狀態電阻的半導體器件。如在第三方面中所述，當還在載流子供給層上借助絕緣膜形成控制電極時，在絕 緣膜與第二載流子輸運層和載流子供給層的側端面之間的界面處可積累較大量的電子，并 且可進一步提高在控制電極下方生成的2DEG的濃度，導致接通狀態電阻進一步減小。如在第四方面中所述，絕緣膜的一部分或全部可由多個層形成。如在第五方面中 所述，絕緣膜的提供在第一載流子輸運層上的部分可表現出與絕緣膜的提供在載流子供給 層上的部分不同的特性。根據第六方面，在絕緣膜與第二載流子輸運層和載流子供給層的側端面之間的界 面處可積累較大量的電子，并且可進一步減小接通狀態電阻。根據第七方面，可進一步減小根據第二方面的半導體器件的接通狀態電阻。如在第八部分中所述，本發明可應用于具有在第二方面的半導體器件的第一和第 二電極中的任一個與控制電極之間形成短路的構造的二極管，并且實現了表現出低接通狀 態電壓和高擊穿電壓的二極管。如在第九到第十二方面中所述，當提供載流子輸運防止層時，可以防止電子在遠 離第二載流子輸運層與載流子供給層之間的異質結界面的區域中流動，并且可以減小關斷 狀態漏電流。如在第十三方面中所述，載流子供給層可由多個層形成。根據第十四方面，可形成多個2DEG層，其實現了表現出較低接通狀態電阻的半導 體器件。根據第十五方面，緩解了電場聚集(electric field crowding)，并因此可以提高 擊穿電壓。如在第十六方面中所述，當本發明的半導體器件被應用于功率轉換器時，功率轉 換器可獲得低損耗和高性能。根據第十七方面，當第二載流子輸運層在第一載流子輸運層上選擇性再生長時被 引入的雜質的量隨著第二載流子輸運層生長的進行而減少。因此，在第二載流子輸運層與 載流子供給層之間的異質結界面處幾乎不引入雜質。此外，第二載流子輸運層的形成提高 了第二載流子輸運層與載流子供給層之間的異質結界面的平坦度。由此，可制造表現出低 接通狀態電阻的半導體器件。


參考結合附圖考慮的對優選實施例的以下詳細描述，將容易理解本發明的多種其 它目的、特征以及許多伴隨的優點，在附圖中圖1示出了根據實施例1的HEMT 100的構造；圖2A到2D是示出了用于制造根據實施例1的HEMT 100的過程的略圖；圖3示出了根據實施例2的HEMT 200的構造；
圖4示出了根據實施例3的HEMT 300的構造；圖5示出了根據實施例4的HEMT 400的構造；圖6示出了根據實施例5的HEMT 500的構造；圖7示出了根 據實施例6的HEMT 600的構造；圖8示出了根據實施例7的HEMT 700的構造；圖9示出了根據實施例8的二極管800的構造；圖10示出了根據實施例9的功率因數提高電路900的構造。
具體實施例方式下面將參考附圖描述本發明的具體實施例。然而，本發明并不局限于這些實施例。實施例1圖1示出了根據實施例1的HEMT 100的構造。HEMT 100包括Si襯底101 ；提供在襯底101上的AlN緩沖層102 ；以及由未摻雜 的GaN形成并且被提供在AlN緩沖層102上的第一載流子輸運層103。由未摻雜的GaN形成的兩個分離的第二載流子輸運層104被提供在第一載流子輸 運層103的兩個分離的區域上。由Ala25Gaa75N形成的載流子供給層105分別提供在兩個 分離的第二載流子輸運層104上。第二載流子輸運層104與載流子供給層105之間形成異 質結。該異質結形成電子傳導的溝道。第二載流子輸運層104和載流子供給層105分別通 過選擇性晶體再生長而形成。源電極106形成在兩個分離的載流子供給層105之一上，漏電極107形成在另一 個載流子供給層105上。源電極106和漏電極107中的每一個都由Ti/Al形成(Ti和Al 被依次提供在載流子供給層上)。SiO2絕緣膜108被提供在第一載流子輸運層103的、位于每個都包括第二載流子 輸運層104和載流子供給層105的兩個分離的層疊結構之間并且其上未提供第二載流子輸 運層104的區域上。絕緣膜108還被提供在每個都包括第二載流子輸運層104和載流子供 給層105的所述兩個層疊結構的兩個相互面對的側端面111上，并且還被提供在載流子供 給層105上。柵電極109借助絕緣膜108提供在第一載流子輸運層103的其上未提供第二載流 子輸運層104的區域上以及兩個側端面111上。柵電極109由Ni/Au形成(Ni和Au被依次 提供在絕緣膜108上)。柵電極109還借助絕緣膜108提供在側端面111附近的載流子供 給層105上，使得柵電極109分別從側端面111朝著源電極106和漏電極107延伸0. 5 μ m。 當柵電極109被提供為以這種方式延伸時，在正電壓被施加于柵電極109的情形下，可以在 側端面111附近的溝道中積累較大量的電子，并且可以在位于這樣延伸的柵電極109下方 的溝道的區域中進一步提高2DEG的濃度。因此，可以進一步減小接通狀態電阻。第一載流子輸運層103具有2 μ m的厚度；第二載流子輸運層104具有IOOnm的厚 度；載流子供給層105具有25nm的厚度；絕緣膜108具有40nm的厚度。源電極106與柵電 極109之間的距離是1. 5 μ m，柵電極109與漏電極107之間的距離是6. 5 μ m ；即，HEMT 100 具有這樣的非對稱結構其中鄰近源電極106而提供柵電極109。因此，源電極106要比漏 電極107更靠近柵電極109，以便提高擊穿電壓。
代替Si，襯底101也可由傳統上用在III族氮化物半導體生長襯底中的任何已知 材料(例如藍寶石、SiC、ZnO、尖晶石或GaN)形成。代替A1N，緩沖層102也可由GaN形成，或者緩沖層102可由多個層(例如AlN/ GaN)形成。第一載流子輸運層103可由任何III族氮化物半導體形成，但例如從結晶度的 觀點來看，優選地由GaN形成。第一載流子輸運層103可摻入η型雜質，或者可由多個層形 成。第一載流子輸運層103可直接形成在襯底101上而無須形成緩沖層102。第二載流子輸運層104由GaN形成，載流子供給層105由AlGaN形成。然而，第二 載流子輸運層104和載流子供給層105中的每一個可由任何III族氮化物半導體形成，只 要載流子供給層105的III族氮化物半導體的帶隙大于第二載流子輸運層104的III族氮 化物半導體的帶隙。例如，第二載流子輸運層104可由InGaN形成，載流子供給層105可由 GaN或AlGaN形成。載流子供給層105可摻入諸如Si ( S卩η型)的雜質。載流子供給層105 上可具有蓋層。第二載流子輸運層104和第一載流子輸運層103可由相同的III族氮化物 半導體材料或不同的III族氮化物半導體材料形成。借助于形成在第二載流子輸運層104與載流子供給層105之間的異質結，2DEG層 即溝道(圖1中用虛線示出的部分)形成在第二載流子輸運層104與載流子供給層105之 間的異質結界面110附近、第二載流子輸運層104那一側。第二載流子輸運層104和載流子 供給層105由被柵電極109分離的部分104a、105a和部分104b、105b形成。因此，2DEG層 即溝道形成在分離的兩個區域(即，其中在載流子供給層105上形成有源電極106的區域 (源-柵區)以及其中在載流子供給層105上形成有漏電極107的區域(柵-漏區))中。源電極106和漏電極107中的每一個借助隧道效應經由載流子供給層105與第二 載流子輸運層104歐姆接觸。代替Ti/Ai，源電極106和漏電極107中的每一個也可由例如 Ti/Au形成。每個電極可由用于提供肖特基接觸的材料形成，但這樣的材料從減小接通狀態 電阻的觀點來看并非是優選的。為了獲得良好的歐姆接觸，可以在載流子供給層105或第 二載流子輸運層104的直接在源電極106或漏電極107下方的區域摻入高濃度的Si，或者 可以減小直接在源電極106或漏電極107下方的載流子供給層105的厚度。絕緣膜108充當柵絕緣膜和保護膜兩者。代替SiO2,絕緣膜108可由SiNx、Al203、 Hf02、Zr02、AlN或類似材料形成。雖然絕緣膜108由單個層形成，但絕緣膜108的一部分或 全部也可由多個層形成。例如，當絕緣膜108包括兩層時，該膜由例如Si02/Zr02(其指的 是在第一載流子輸運層103上依次提供SiO2和&02的情形，以下類同)、Si02/Al203、SiO2/ Hf02、SiN/Si02或Al2O3ArO2形成。當絕緣膜108包括三層時，該膜由例如SiN/Si02/&02或 Si02/Al203/Hf02 形成。 代替Ni/Au，柵電極109也可由例如Ti/Al、W或有機硅聚合物形成。在HEMT 100中，當不向柵電極109施加偏置電壓時，在源-柵區和柵-漏電極區中 分離的2DEG層不電氣連接。因此，電流不在源電極與漏電極之間流動(即關斷狀態)。由 此，HEMT 100表現出常關斷特性。另一方面，當向柵電極109施加等于或高于閾值電壓的偏 置電壓時，電子積累在經由絕緣膜108與柵電極109接觸的區域中；具體地說，積累在第一 載流子輸運層103的其上未提供第二載流子輸運層104的表面(S卩，絕緣膜108與第一載 流子輸運層103接觸的區域)附近以及第二載流子輸運層104和載流子供給層105的相互 面對的側端面111附近。借助于這樣積累的電子，位于源-柵區中的2DEG層與位于柵-漏區中的2DEG層電氣連接。結果，電流在源電極與漏電極之間流動(即接通狀態)。在HEMT 100中，由于在第一載流子輸運層103上通過使用掩模113選擇性再生 長第二載流子輸運層104 (圖2B)，雜質被引入第一載流子輸運層103與第二載流子輸運層 104之間的界面處。亦即，從例如MOCVD生 長室中取出其上生長有從緩沖層102到第一載流子輸運層 103的各層的襯底，并在例如等離子體處理室中在第一載流子輸運層103上沉積用于選擇 性再生長的掩模113。在具有掩模113的襯底返回到MOCVD生長室中之后，在第一載流子輸 運層103的未形成掩模113的區域上選擇性再生長第二載流子輸運層104。在用于沉積掩 模113的等離子體過程中以及在MOCVD生長室與等離子體處理室之間輸送襯底的過程中， 第一載流子輸運層103的表面被雜質污染。在下文中，在再生長之前的過程中污染第一載 流子輸運層103表面的雜質被稱作再生長相關雜質。然而，即使在再生長之前的過程中第一載流子輸運層103的表面被雜質污染，第 二載流子輸運層104中所含的再生長相關雜質的量也隨著距第一載流子輸運層103與第二 載流子輸運層104之間的界面的距離的增大而減小。因此，在第二載流子輸運層104與載 流子供給層105之間的異質結界面110處幾乎觀察不到再生長相關雜質。由于在第二載流 子輸運層104的再生長之后繼而在第二載流子輸運層104上生長載流子供給層105，第二載 流子輸運層104與載流子供給層105之間的異質結界面110的平坦度高于直接在第一載流 子輸運層103上生長載流子供給層105的情形下的第一載流子輸運層103與載流子供給層 105之間的異質結界面的平坦度。因此，在第二載流子輸運層104與載流子供給層105之間 的異質結界面110附近、第二載流子輸運層104那一側生成的2DEG的遷移率沒有降低。因 此，根據實施例1的HEMT 100表現出常關斷特性和低接通狀態電阻。從充分減少第二載流子輸運層104與載流子供給層105之間的異質結界面處的再 生長相關雜質的量以及提高該界面的平坦度的觀點來看，第二載流子輸運層104的厚度優 選為50nm或更大。在HEMT 100中，絕緣膜108的厚度被調整為小于第二載流子輸運層104的厚度， 使得形成在第一載流子輸運層103上的絕緣膜108的上表面108a的高度低于第二載流子 輸運層104與載流子供給層105之間的異質結界面110的高度，S卩，上表面108a比異質結 界面110更靠近第一載流子輸運層103。對于該結構，當向柵電極109施加正電壓時，在兩 個側端面111附近可積累較大量的電子。結果，可進一步減小接通狀態電阻。下面參考圖2描述一種用于制造HEMT 100的方法。首先，在MOCVD生長室中通過MOCVD在Si襯底101上形成AlN緩沖層102。然后， 通過MOCVD在緩沖層102上由未摻雜的GaN形成第一載流子輸運層103(圖2A)。采用氫和 氮作為載流子氣體；采用氨作為氮源；采用TMG (三甲基鎵)作為Ga源；采用TMA (三甲基 鋁)作為Al源。隨后，在從MOCVD生長室中取出具有層102和層103的Si襯底101之后，在等離 子體CVD室中通過CVD在第一載流子輸運層103的特定區域上形成SiO2掩模113，并且不 在由掩模113分離的兩個區域上形成掩模113，從而暴露第一載流子輸運層103的表面(圖 2B)。不對掩模113的材料施加特別的限制，只要該材料抑制III族氮化物半導體的生長。 代替SiO2膜，掩模113也可由例如Si3N4、Al203、Hf02或&02絕緣膜形成。
隨后，具有層102、層103和掩模113的Si襯底101返回到MOCVD生長室中。在 掩模形成過程中以及在MOCVD生長室與等離子體處理室之間輸送襯底的過程中，第一載流 子輸運層103的表面被雜質污染。在MOCVD生長室中通過MOCVD在第一載流子輸運層103 上再生長由未摻雜的GaN制成的第二載流子輸運層104。由于因晶體生長被抑制而不在 掩模113上生長GaN，僅在由掩模113分離的兩個區域上選擇性再生長第二載流子輸運層 104(圖2C)。由于如上所述第一載流子輸運層103和第二載流子輸運層104的生長不是 連續的、而是在不同于MOCVD生長室的室中形成掩模113之后才再生長第二載流子輸運層 104，所以第一載流子輸運層103與第二載流子輸運層104之間的界面的平坦度降級，并且 雜質被引入該界面處。然而，隨著第二載流子輸運層104的生長的進行，層104的生長表面 的平坦度提高，并且生長表面上的生長相關雜質的密度減小。在第二載流子輸運層104已生長為具有特定厚度之后，繼而通過MOCVD在其上生 長Ala25Gaa75N載流子供給層105。在該生長過程中，掩模113上的晶體生長同樣被抑制。 因此，僅在兩個第二載流子輸運層104上生長載流子供給層105。當載流子供給層105的生 長開始時，其上生長載流子供給層105的第二載流子輸運層104的表面的平坦度已經得到 提高，并且該表面上的雜質的密度已經基本上減小到零。因此，第二載流子輸運層104與載 流子供給層105之間的異質結界面的平坦度是高的，并且在該界面附近幾乎觀察不到生長 相關雜質。在載流子供給層105已生長為具有特定厚度之后，去除掩模113 (圖2D)。隨后，在第一載流子輸運層103的其上未提供第二載流子輸運層104的區域上、 在每個都包括第二載流子輸運層104和載流子供給層105的兩個分離的層疊結構的兩個 相互面對的側端面111上、以及在載流子供給層105上形成SiO2絕緣膜108。絕緣膜108 充當用于通常用途的載流子供給層105的保護膜以及柵絕緣膜兩者，以由此減少制造過程 的數目。絕緣膜108通過例如CVD、濺射或ALD而形成。隨后，去除絕緣膜108以便暴露載 流子供給層105的其上形成有源電極106和漏電極107的區域，并且通過汽相沉積和升離 (lift-off)過程在載流子供給層105的這樣暴露的區域上形成源電極106和漏電極10 7。 通過汽相沉積和升離過程在絕緣膜108的一部分上形成柵電極109，該部分包括第一載 流子輸運層103的其上未提供第二載流子輸運層104的區域上方的區；兩個側端面111的 兩個前區；以及側端面111附近的載流子供給層105上方的區。由此制造了圖1中所示的 HEMT 100。在通過該制造方法制造的HEMT 100中，第二載流子輸運層104與載流子供給層 105之間的異質結界面的平坦度得以提高，并且在該界面附近幾乎觀察不到生長相關雜質。 因此，HEMT 100表現出常關斷特性和低接通狀態電阻。在HEMT 100的上述制造方法中，在載流子供給層105形成之后去除用于晶體生長 的掩模113。然而，可以將掩模113留下并用作柵絕緣膜。實施例2圖3示出了根據實施例2的HEMT 200的構造。除了分別用第二載流子輸運層 204、載流子供給層205、絕緣膜208和柵電極209代替第二載流子輸運層104、載流子供給 層105、絕緣膜108和柵電極109以外，HEMT 200與根據實施例1的HEMT 100具有相同的構 造。第二載流子輸運層204和載流子供給層205與第二載流子輸運層104和載流子供給層 105的不同之處僅在于每個都包括第二載流子輸運層204和載流子供給層205的兩個分離的層疊結構的兩個相互面對的側端面220是傾斜的。與第二載流子輸運層104和載流子供 給層105的情形類似，第二載流子輸運層204和載流子供給層205分別通過選擇性再生長 和選擇性生長而形成。側端面220傾斜成使得第二載流子輸運層204和載流子供給層205 的平行于該器件的主表面(即，平行于襯底101的主表面)的水平截面的面積隨著該截面 與第一載流子輸運層103之間的距離的增大而減小。除了絕緣膜208和柵電極209形成在 傾斜的側端面220上以外，絕緣膜208和柵電極209分別與絕緣膜108和柵電極109相同。傾斜的側端面220可通過在特定生長條件下生長第二載流子輸運層204和載流子 供給層205來形成。在這樣的特定生長條件下，第二載流子輸運層204和載流子供給層205 可以在與該器件的主表面(即，III族氮化物半導體的c平面)垂直的方向上生長并保持刻 面(例如，(10-11)平面)相對于側壁處的c平面傾斜。這樣傾斜的刻面充當側端面220。

因此，當第二載流子輸運層204和載流子供給層205的側端面220傾斜時，在經由 絕緣膜208與柵電極209接觸的第一載流子輸運層103的表面附近以及在側端面220附近， 電場聚集得以緩解。因此，HEMT 200表現出比HEMT 100的擊穿電壓高的擊穿電壓。實施例3圖4示出了根據實施例3的HEMT 300的構造。除了如下所述用載流子供給層305 代替載流子供給層105以外，HEMT 300與根據實施例1的HEMT 100具有相同的構造。載流 子供給層305具有包括由未摻雜的GaN形成的第一載流子供給層305a、由未摻雜的AlGaN 形成的第二載流子供給層305b以及由未摻雜的AlN形成的第三載流子供給層305c的三層 結構，這些層依次堆疊在第二載流子輸運層104上。分別與實施例1中的第二載流子輸運 層104和載流子供給層105的情形類似，第二載流子輸運層104選擇性再生長在第一載流 子輸運層103上，載流子供給層305選擇性生長在第二載流子輸運層104上。在HEMT 300中，第二載流子輸運層104和具有三層結構的載流子供給層305以 類似于上面描述的方式、分別通過選擇性再生長和選擇性生長而形成在第一載流子輸運層 103上。因此，在HEMT 300中，2DEG遷移率的降低得到抑制，并且接通狀態電阻得以減小。載流子供給層305可具有其它多層結構。例如，載流子供給層305可具有包括兩 層、三層或四層或更多層的層疊結構，如GaN/AlGaN(其指的是在第一載流子輸運層103上 依次提供GaN和AlGaN的層疊結構，以下類同)、InGaN/AlGaN、InGaN/AlGaN/AIN或InGaN/ GaN/AlGaN/AIN。可替選地，載流子供給層305可具有包括摻入不同濃度η型雜質的多個層 的結構，如 n—AlGaN/n-AlGaN。實施例4圖5示出了根據實施例4的HEMT 400的構造。除了用每個都包括第二載流子輸 運層404和載流子供給層405的三個層對代替第二載流子輸運層104和載流子供給層105 以外，HEMT 400與根據實施例1的HEMT100具有相同的構造；具體地說，第二載流子輸運層 404a、載流子供給層405a、第二載流子輸運層404b、載流子供給層405b、第二載流子輸運層 404c和載流子供給層405c依次堆疊在第一載流子輸運層103上。與HEMT 100的第二載 流子輸運層104和載流子供給層105的情形類似，第二載流子輸運層404和載流子供給層 405的三個層對通過選擇性再生長和選擇性生長而形成在第一載流子輸運層103上。2DEG層分別形成于第二載流子輸運層404a與載流子供給層405a之間的異質 結界面440a處、第二載流子輸運層404a那一側；第二載流子輸運層404b與載流子供給層405b之間的異質結界面440b處、第二載流子輸運層404b那一側；以及第二載流子輸運層 404c與載流子供給層405c之間的異質結界面440c處、第二載流子輸運層404c那一側。由 于第二載流子輸運層404a通過選擇性再生長而形成在第一載流子輸運層103上，其它第二 載流子輸運層404b、404c以及載流子供給層405a、405b和405c分別通過選擇性生長而形 成在第二載流子輸運層404a、404b和404c上，異質結界面440a、440b和440c表現出高平坦 度，并且在異質結界面440a、440b和440c附近的區域處幾乎不引 入生長相關雜質。因此， 在異質結界面440a、440b和440c附近生成的2DEG的遷移率的降低得到抑制，并且接通狀 態電阻得以減小。如上所述，根據實施例4的HEMT 400具有包括三個2DEG層的結構，其中2DEG遷 移率的降低得到抑制。因此，HEMT 400表現出進一步減小的接通狀態電阻。在實施例4中，第二載流子輸運層404a、404b和404c具有相同的成分，并且載流 子供給層405a、405b和405c具有相同的成分。然而，第二載流子輸運層404a、404b和404c 可具有不同的成分，并且載流子供給層405a、405b和405c可具有不同的成分，只要異質結 界面形成在第二載流子輸運層404a與載流子供給層405a之間、形成在第二載流子輸運層 404b與載流子供給層405b之間、形成在第二載流子輸運層404c與載流子供給層405c之 間，并且2DEG層形成在每個異質結界面的附近。實施例5圖6示出了根據實施例5的HEMT 500的構造。除了下面描述的修改，HEMT 500 與根據實施例1的HEMT 100具有相同的構造。在HEMT500中，具有比SiO2絕緣膜108的 介電常數高的特定介電常數的&02絕緣膜550形成在絕緣膜108的其上既未形成源電極 106也未形成漏電極107的區域上，該區域位于載流子供給層105上方。柵電極509借助絕 緣膜108形成在第一載流子輸運層103的其上未提供第二載流子輸運層104的區域上以及 每個都包括第二載流子輸運層104和載流子供給層105的兩個分離的層疊結構的兩個相互 面對的側端面511上。柵電極509還從側端面511 (源電極106那一側的側端面511)朝著 源電極106延伸0. 5 μ m使得在絕緣膜550上提供有柵電極509，并且柵電極509從側端面 511 (漏電極107那一側的側端面511)朝著漏電極107延伸1. 5 μ m使得在絕緣膜550上提 供有柵電極509。在HEMT 500的結構中，具有比絕緣膜108的介電常數高的特定介電常數的絕緣膜 550被提供在絕緣膜108與從第二載流子輸運層104和載流子供給層105的側端面511 (漏 電極107那一側的側端面511)朝著漏電極107延伸的柵電極509之間。因此，在關斷操作 時，在漏電極107那一側的側端面511附近的載流子供給層105上的絕緣膜108中，電場強 度減小。由此，HEMT 500表現出進一步提高的擊穿電壓。實施例6圖7示出了根據實施例6的HEMT 600的構造。除了下面描述的修改以外，HEMT 600與根據實施例1的HEMT 100具有相同的構造。在HEMT 600中，SiN絕緣膜650形成在 載流子供給層105的其上既未形成源電極106也未形成漏電極107的區域上。繼而，SiO2 絕緣膜608形成在第一載流子輸運層103上、形成在每個都包括第二載流子輸運層104和 載流子供給層105的兩個分離的層疊結構的兩個相互面對的側端面611上、并且形成在絕 緣膜650上。柵電極609借助絕緣膜608形成在第一載流子輸運層103上以及側端面611上。柵電極609還形成在絕緣膜608上以便從側端面611 (源電極106那一側的側端面611) 朝著源電極106延伸0. 5 μ m，并且柵電極609形成在絕緣膜608上以便從側端面611 (漏電 極107那一側的側端面611)朝著漏電極107延伸1. 5 μ m。在HEMT 600中，表現出高擊穿電壓的SiO2絕緣膜608被提供在側端面611上，并 且被提供在第一載流子輸運層103的其中未形成第二載流子輸運層104的區域上，該區域 中的電場強度在接通操作時增大。表現出高擊穿電壓的SiO2絕緣膜608還被直接提供在柵 電極609的端部(漏電極那一側的端部)的下方，該端部的電場強度在關斷操作時增大。絕 緣膜650被提供在載流子供給層105的直接在柵電極609的端部(漏電極那一側的端部) 的下方的區域上，該端部的電場強度在關斷操作時增大。與絕緣膜650由SiO2形成的情形 相比，由于絕緣膜650由SiN形成，載流子供給層105與絕緣膜650之間的界面處的界面態 密度可被降低，并且特性劣化(例如電流崩塌(即高電壓操作時漏電流的顯著減小))可被 抑制。因此，HEMT 600具有這樣的結構其中提供在要求高擊穿電壓的區域上的絕緣膜 與提供在要求減小界面態密度的區域上的絕緣膜由不同的材料形成。因此，HEMT 600實現 了擊穿電壓的提高以及因高界面態密度而導致的特性劣化的防止。實施例7圖8示出了根據實施例7的HEMT 700的構造。除了在緩沖層102與第一載流子輸 運層103之間提供載流子輸運防止層750以外，HEMT700與根據實施例1的HEMT 100具有相 同的構造。載流子輸運防止層750由摻Mg(IX IO19CnT3)并且具有IOOnm厚度和1 X IO17CnT3 空穴濃度的P-GaN層形成。載流子輸運防止層750表現出對電子流的高電阻。因此，在關斷操作時，當在源電 極與漏電極之間施加高偏置電壓時，載流子輸運防止層750可阻塞經由如下區域的電流路 徑該區域遠離第二載流子輸運層104與載流子供給層105之間的異質結界面。因此，在 HEMT 700中，在關斷操作時，源電極與漏電極之間的漏電流減小。與HEMT 100的情形類似， HEMT 700表現出常關斷特性以及減小的接通狀態電阻。當提供載流子輸運防止層750時，載流子輸運防止層750與載流子供給層105之 間的距離必須調整為特定距離或更大。具體地說，第一載流子輸運層103、第二載流子輸運 層104和載流子供給層105的總厚度優選地被調整為IOOnm或更大。這是因為當載流子輸 運防止層750與載流子供給層105之間的距離小時，在形成第一載流子輸運層103、第二載 流子輸運層104和載流子供給層105時，被引入到載流子輸運防止層750中的鎂可能擴散 到載流子供給層105中，導致2DEG的濃度或遷移率的降低。而且，ρ型載流子輸運防止層 750可能導致2DEG濃度的降低。在實施例7中，載流子輸運防止層750由p-GaN形成。然而，不對載流子輸運防止 層750的材料施加特別的限制，只要該材料能防止電子在遠離第二載流子輸運層104的區 域中的輸運。例如，載流子輸運防止層750可具有與第一載流子輸運層103的導電類型不 同的導電類型。由于第一載流子輸運層103由未摻雜的GaN(S卩，低濃度η型層)形成，載 流子輸運防止層750可由p-GaN或i_GaN形成。 載流子輸運防止層750可由AlGaN形成，AlGaN具有比未摻雜的GaN( S卩，第一載 流子輸運層103的材料)的帶隙大的帶隙。當載流子輸運防止層750由AlGaN形成時，在第一載流子輸運層103與載流子輸運防止層750之間的異質結界面處生成負極化電荷，并 且異質結界面處的帶的不連續性以及這些電荷擔當電子的勢壘。因此，在關斷操作時，當在 源電極與漏電極之間施加高偏置電壓時，載流子輸運防止層750可阻塞經由如下區域的電 流路徑該區域遠離第二載流子輸運層104與載流子供給層105之間的異質結界面；并且 載流子輸運防止層750可減小源電極與漏電極之間的漏電流。當載流子輸運防止層750的 厚度過小時，電子借助于隧道效應穿透載流子輸運防止層750，漏電流流過緩沖層102。因 此，載流子輸運防止層750優選地具有IOOnm的厚度或更大。載流子輸運防止層750可由具有比緩沖層102的材料的帶隙小的帶隙的InGaN形 成。當載流子輸運防止層750由InGaN形成時，在緩沖層102與載流子輸運防止層750之 間的異質結界面處生成負極化電荷，并且異質結界面處的帶的不連續性以及這些電荷擔當 電子的勢壘。因此，在關斷操作時，當在源電極與漏電極之間施加高偏置電壓時，載流子輸 運防止層750可阻塞經由如下區域的電流路徑該區域遠離第二載流子輸運層104與載流 子供給層105之間的異質結界面；并且載流子輸運防止層750能減小源電極與漏電極之間 的漏電流。由于載流子輸運防止層750的材料具有比未摻雜的GaN(即，第一載流子輸運層 103的材料)的帶隙小的帶隙，漏電流流過載流子輸運防止層750。因此，優選地，通過將載 流子輸運防止層750的厚度調整為200nm或更小，流過載流子輸運防止層750的漏電流的 量得以減少。更優選地，載流子輸運防止層750由p-InGaN或i-InGaN形成。實施例8圖9示出了根據實施例8的二極管800的構造。在二極管800中，分別用陽極806 和陰極807代替根據實施例1的HEMT 100的源電極106和漏電極107，并且用柵電極809 代替HEMT 100的柵電極109。通過朝著陽極806延伸HEMT 100的柵電極109以覆蓋陽極 806，形成了柵電極809。陽極806和陰極807與根據實施例1的HEMT 100的源電極106和 漏電極107具有相同的構造；即，陽極806和陰極807由Ti/Ai形成。柵電極809由Ni/Au 形成。陽極806和陰極807中的每一個借助于隧道效應經由載流子供給層105與第二載 流子輸運層104歐姆接觸。在施加有偏置電壓的情況下，柵電極809擔當控制電極，用于控 制經由絕緣膜108與柵電極809接觸的第一載流子輸運層103的表面附近的、以及每個都 包括第二載流子輸運層104和載流子供給層105的兩個分離的層疊結構的兩個相互面對的 側端面111附近的電子的量。與根據實施例1的HEMT 100的情形類似，在二極管800中，2DEG層形成在第二載 流子輸運層104與載流子供給層105之間的異質結界面110附近、第二載流子輸運層104 那一側。第二載流子輸運層104和載流子供給層105被提供在由柵電極809分離的兩個區 域中。因此，2DEG層形成在分離的兩個區域中，即，陽極與柵電極之間的區域以及柵電極與 陰極之間的區域。現在描述二極管800的操作。當在二極管800的陽極806與陰極807之間施加正 向偏置電壓時，電子積累在經由絕緣膜108與電氣連接到陽極806的柵電極809接觸的第 一載流子輸運層103的表面附近以及側端面111附近。借助于這樣積累的電子，在陽極與 柵電極之間提供的2DEG層與在柵電極與陰極之間提供的2DEG層電氣連接，并且電流在陽 極806與陰極807之間流動。相比之下，當在陽極806與陰極807之間施加反向偏置電壓時，在與陽極806電氣連接的柵電極809附近電子被耗盡，并且柵電極與陰極之間的2DEG 也被耗盡，導致電流被阻斷。 因此，在根據實施例8的二極管800中，由柵電極809借助絕緣膜控制電子的量， 從而實現了整流。與上述根據實施例1的HEMT 100的情形類似，在根據實施例8的二極管800中，第 二載流子輸運層104與載流子供給層105之間的異質結界面110的平坦度是高的，并且在 異質結界面110附近幾乎不引入生長相關雜質，從而提高了 2DEG的遷移率。由于陽極806 與第二載流子輸運層104歐姆接觸，施加正向偏置電壓時的上升電壓幾乎等于零。因此，二 極管800表現出低接通狀態電阻和低接通狀態電壓。在二極管800中，柵電極809與陽極806電氣連接。因此，當向二極管800施加反 向偏置電壓時，電場強度變得在柵電極809的端部(陰極807那一側的端部)最高。絕緣 膜108形成在柵電極809的陰極側端部，并且柵電極809經由絕緣膜108與第二載流子輸 運層104和載流子供給層105接觸。因此，在具有高電場強度的柵電極809的端部，反向漏 電流可顯著減小。因此，二極管800在關斷操作時表現出高擊穿電壓。根據實施例8的二極管800具有這樣的結構其中采用根據實施例1的HEMT 100 的源電極106作為陽極806，并且通過朝著陽極806延伸柵電極809而將柵電極109與陽 極806連接。二極管800還可具有其它結構，只要采用根據實施例IWHEMT 100的源電極 106作為陽極806，并且將陽極806與柵電極109電氣連接。例如，二極管800可具有這樣 的結構其中通過朝著柵電極109延伸陽極而將陽極與柵電極109電氣連接。可替選地，二 極管800可具有這樣的結構其中借助于例如線電極而將陽極與柵電極109間接連接。可 替選地，二極管可具有這樣的復合陽極結構其中陽極和柵電極109由相同的(共同的)材 料形成。根據實施例8的二極管800具有這樣的結構其中采用根據實施例1的HEMT 100 的源電極106作為陽極，并且將陽極與柵電極電氣連接。表現出與二極管800的效應類似 的效應的二極管可通過提供這樣的結構來實現其中采用根據實施例2到7的HEMT 200到 700中的每一個的漏電極作為陽極，并且將陽極與柵電極電氣連接。實施例9圖10示出了根據實施例9的功率因數提高電路900的構造。功率因數提高電路 900包括交流電源V ；以及用于對來自交流電源V的交流電壓整流的具有四個二極管Dl的 二極管橋10。功率因數提高電路900還包括HEMT 20，HEMT 20的漏電極經由電感器L與 二極管橋10的正(較高電壓)輸出端子(直流側的正輸出端子)連接，并且HEMT 20的源 電極與二極管橋10的負(較低電壓)輸出端子(直流側的負輸出端子)連接；以及控制電 路30，控制電路30與HEMT 20的柵電極連接。將二極管D2與電容器C串聯連接的電路連 接在HEMT 20的源電極與漏電極之間，電容器C與電阻器R并聯連接。功率因數提高電路 900借助于控制電路、基于例如流過二極管橋10的輸出電壓或電流來控制HEMT 20的接通 /關斷，從而提高交流電源V的功率因數。具有上述構造的功率因數提高電路900采用根據實施例8的二極管800作為二極 管Dl或D2，并且采用根據實施例1的HEMT 100作為HEMT 20。因此，功率因數提高電路 900表現出降低的損耗并且實現了低損耗的高效操作。
在上述各實施例中，本發明的半導體器件被應用于HEMT或二極管。然而，本發明 也可應用于在載流子輸運層與載流子供給層之間的界面處形成的2DEG層擔當溝道 的其它 半導體器件；例如，異質結雙極晶體管(HBT)。根據實施例1到7的HEMT可包含用于進一步提高擊穿電壓的場板結構。本發明的半導體器件表現出低接通狀態電阻。因此，當本發明的半導體器件被應 用于功率轉換器時，功率轉換器實現了高性能。
權利要求
1.一種半導體器件，包括第一載流子輸運層，其由III族氮化物半導體形成；第二載流子輸運層，其通過III族氮化物半導體的選擇性再生長而形成，并且被提供 在所述第一載流子輸運層的一區域上；以及載流子供給層，其通過具有比所述第二載流子輸運層的所述III族氮化物半導體的帶 隙大的帶隙的III族氮化物半導體的選擇性生長而形成，所述載流子供給層被提供在所述 第二載流子輸運層上。
2.如權利要求1所述的半導體器件，其中包括第二載流子輸運層和載流子供給層的層 疊結構形成在所述第一載流子輸運層的表面的兩個分離的區域上，并且其中所述半導體器 件進一步包括第一電極，所述第一電極被提供在所述兩個分離的區域之一的所述載流子 供給層上并且與同一區域的所述第二載流子輸運層電氣連接；第二電極，所述第二電極被 提供在另一區域的所述載流子供給層上并且與同一區域的所述第二載流子輸運層電氣連 接；絕緣膜，所述絕緣膜被提供在所述第一載流子輸運層的夾在所述兩個分離的區域之間 的區域上，并且還被提供在所述兩個分離的層疊結構的相互面對的側端面上；以及控制電 極，所述控制電極形成在所述絕緣膜上。
3.如權利要求2所述的半導體器件，其中所述絕緣膜還被提供在所述載流子供給層的 上表面上，并且所述控制電極經由所述絕緣膜延伸到所述載流子供給層上。
4.如權利要求3所述的半導體器件，其中所述絕緣膜的一部分或全部由多個層形成。
5.如權利要求3所述的半導體器件，其中提供在所述第一載流子輸運層上的所述絕緣 膜的一部分表現出與提供在所述載流子供給層上的所述絕緣膜的一部分的特性不同的特 性。
6.如權利要求2所述的半導體器件，其中所述絕緣膜具有比所述第二載流子輸運層的厚度小的厚度。
7.如權利要求2所述的半導體器件，其中所述第一電極和所述第二電極中的每一個與 對應的第二載流子輸運層歐姆接觸。
8.如權利要求2所述的半導體器件，其中所述第一電極和所述第二電極中的一個與所 述控制電極電氣連接。
9.根據權利要求1至8中的任一項的半導體器件，其中所述半導體器件進一步包括用 于防止載流子在遠離所述第二載流子輸運層的區域中的輸運的層，并且所述第一載流子輸 運層被提供在所述載流子輸運防止層上。
10.如權利要求9所述的半導體器件，其中所述載流子輸運防止層由具有與所述第一 載流子輸運層的所述III族氮化物半導體的導電類型不同的導電類型的III族氮化物半導 體形成。
11.如權利要求9所述的半導體器件，其中所述載流子輸運防止層由具有比所述第一 載流子輸運層的所述III族氮化物半導體的帶隙大的帶隙的III族氮化物半導體形成。
12.如權利要求9所述的半導體器件，其中所述載流子輸運防止層被提供在由具有比 所述載流子輸運防止層的所述III族氮化物半導體的帶隙大的帶隙的III族氮化物半導體 形成的層上。
13.如權利要求1所述的半導體器件，其中所述載流子供給層由多個層形成。
14.如權利要求1所述的半導體器件，其中所述半導體器件在所述載流子供給層上進 一步包括一個或多個層對，每個層對包括通過III族氮化物半導體的選擇性生長而形成的 下層以及通過具有比所述下層的所述III族氮化物半導體的帶隙大的帶隙的III族氮化物 半導體的選擇性生長而形成的上層，并且其中與所述載流子供給層接觸的下層具有比所述 載流子供給層的所述III族氮化物半導體的帶隙大的帶隙。
15.如權利要求1所述的半導體器件，其中所述第二載流子輸運層和所述載流子供給 層的側端面傾斜成使得所述第二載流子輸運層和所述載流子供給層的平行于所述器件的 主表面的水平截面的面積隨著所述截面與所述第一載流子輸運層之間的距離的增大而減 小。
16.一種功率轉換器，包括如權利要求1所述的半導體器件。
17.一種用于制造半導體器件的方法，包括由III族氮化物半導體形成第一載流子輸運層；在所述第一載流子輸運層的一區域上形成掩模；在所述第一載流子輸運層的未被掩蔽的區域上用III族氮化物半導體選擇性再生長 第二載流子輸運層；以及在所述第二載流子輸運層上用具有與所述第二載流子輸運層的所述III族氮化物半 導體的帶隙不同的帶隙的III族氮化物半導體選擇性生長載流子供給層。
18.如權利要求17所述的用于制造半導體器件的方法，其中在所述第一載流子輸運層 的表面的兩個分離的區域上形成包括所述第二載流子輸運層和所述載流子供給層的層疊 結構，所述兩個分離的區域由所述掩模分離；并且其中所述方法進一步包括去除所述掩模；形成絕緣膜，所述絕緣膜被提供在所述第一載流子輸運層的夾在所述兩個分離的區域 之間的區域上，并且還被提供在所述兩個分離的層疊結構的相互面對的側端面上；以及在所述絕緣膜上形成控制電極。
19.如權利要求18所述的用于制造半導體器件的方法，包括還在所述載流子供給層的上表面上形成所述絕緣膜，以及形成經由所述絕緣膜延伸到所述載流子供給層上的所述控制電極。
20.如權利要求18或19所述的用于制造半導體器件的方法，進一步包括在所述兩個分離的區域之一的所述載流子供給層上形成第一電極以與同一區域的所 述第二載流子輸運層電氣連接；在另一區域的所述載流子供給層上形成第二電極以與同一區域的所述第二載流子輸 運層電氣連接。
全文摘要
提供了一種表現出常關斷特性和低接通狀態電阻的半導體器件及其制造方法，該半導體器件包括第一載流子輸運層；由未摻雜的GaN形成并且被提供在第一載流子輸運層的兩個分離的區域上的兩個分離的第二載流子輸運層；以及由AlGaN形成并且分別提供在所述兩個分離的第二載流子輸運層上的載流子供給層。第二載流子輸運層和載流子供給層分別通過晶體生長而形成在第一載流子輸運層上。第二載流子輸運層與載流子供給層之間的異質結界面表現出高平坦度，并且在異質結界面附近幾乎不引入生長相關雜質。因此，防止了2DEG的遷移率的降低并且減小了接通狀態電阻。
文檔編號H01L29/778GK102034860SQ201010291598
公開日2011年4月27日 申請日期2010年9月21日 優先權日2009年9月24日
發明者岡徹 申請人:豐田合成株式會社