氮化物半导体结构物的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种能够适用于被用于例如民生设备的电源电路等的功率开关元件等设备的氮化物半导体结构物。
【背景技术】
[0002]以氮化镓(GaN)为代表的III族氮化物半导体，是例如氮化镓(GaN)以及氮化铝(AlN)的禁带宽度在室温下分别为3.4eV以及6.2eV的较大的宽禁带半导体。而且，III族氮化物半导体具有绝缘破坏电场较大且与砷化镓(GaAs)等化合物半导体、硅(Si)等相比电子饱和速度较大的特征。
[0003]因此，作为高频用电子设备或者高输出电子设备，使用了 GaN系化合物半导体材料的场效应晶体管(Field Effect Transistor:FET)的研宄开发正在活跃地进行。
[0004]由于GaN等氮化物半导体材料能够得到AlN或者氮化铟(InN)各种混晶，因此与现有的GaAs等砷系半导体材料同样地，能够形成异质接合。在基于氮化物半导体的异质接合、例如AlGaN/GaN异质结构中具有如下特征:即使在不掺杂杂质的状态下，也产生在其交界面由于自发极化以及压电极化而生成的高浓度并且高迀移率的载流子。因此，若使用氮化物半导体来制作晶体管，则能够进行高速动作。
[0005]另夕卜，这里，AlGaN表示 AlxGahN(其中，x 是 O < x < I)，InGaN 表示是 O < y < I)，AlInN 表示 AlzIivzN (z 是 O < z < I)，InAlGaN 表示 IriyAlxGah—yN (x、y 是
O< X < 1,0 < y < 1,0 < x+y < I)。该表示以下也是同样的。
[0006]并且，在娃基板上形成多个氮化物半导体层的技术，例如被公开于专利文献1、2。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1:日本特开2008-251704号公报
[0010]专利文献2:日本特开2011-103380号公报
【发明内容】
[0011]在使用专利文献1、2中公开的氮化物半导体层来制造晶体管等设备的情况下，存在:载流子被存在于晶体管的表面、内部的陷阱捕获，使开关特性劣化的电流崩塌(collapse)问题。并且，本申请的发明人发现用于开关的电压越大，电流崩塌越恶化。
[0012]本发明要解决的课题在于，对使用氮化物半导体结构物而制造的设备的电流崩塌进行抑制。
[0013]为了解决上述课题，本发明涉及的氮化物半导体结构物的特征在于，具备:半导体基板、和形成在半导体基板上且由多个氮化物半导体构成的层，半导体基板从外延层侧起依次具有表面区域以及内部区域，表面区域的电阻率为0.1Qcm以上，内部区域的电阻率为1000 Ω cm以上。
[0014]根据本发明所涉及的氮化物半导体结构物，能够对使用氮化物半导体结构物而制造的设备的电流崩塌进行抑制。
【附图说明】
[0015]图1是第I实施方式所涉及的氮化物半导体结构物的截面图。
[0016]图2是表示硅的杂质浓度与硅的电阻率的关系的图表。
[0017]图3是表不娃的杂质浓度与最大耗尽层宽度的关系的图表。
[0018]图4是第I实施方式的第I变形例所涉及的氮化物半导体结构物的截面图。
[0019]图5是第I实施方式的第2变形例所涉及的氮化物半导体结构物的截面图。
[0020]图6是具有多个使用第I实施方式所涉及的氮化物半导体结构物而制造出的设备的半导体晶片(wafer)的俯视图。
[0021]图7是分割半导体晶片而得到的晶体管的截面图。
[0022]图8是表示晶体管的开关特性的评价结果的图表。
[0023]图9是表示存在于半导体基板与缓冲层的交界面附近的元素的分析结果的图表。
[0024]图10是分割半导体晶片而得到的二极管的截面图。
【具体实施方式】
[0025](第I实施方式)
[0026]图1表示本发明的第I实施方式所涉及的氮化物半导体结构物的截面图。根据本实施方式所涉及的氮化物半导体结构物，能够对使用氮化物半导体结构物而制造的晶体管、二极管的电流崩塌进行抑制，能够制造开关特性较高的晶体管、二极管。
[0027]-对结构物的基本构成的说明_
[0028]如图1所示，本实施方式所涉及的氮化物半导体结构物，例如由电阻率为1000 Ω Cm以上的半导体基板101和外延层102构成，其中，该外延层102由形成在半导体基板101上的、例如厚度为4 μπι的多个氮化物半导体的多层膜构成。这里，半导体基板优选为娃基板。此外，也可以是SOI基板(Silicon on Insulator)或者锗基板。此外，也可以是在硅基板或锗基板上外延成长了硅锗(SiGe)或碳化硅(SiC)的基板。此外，外延层102的膜厚优选至少为100nm以上。其原因是若外延层的膜厚较厚，则能够抑制电流崩塌。若通过 CZ 法(Czochralski 法)或者 MCZ 法(Magnetic field applied Czochralski 法)来制成娃基板，则能够制成氧浓度$父尚的娃基板。因此，能够提尚娃基板的机械性强度，即使外延层102的膜厚超过100nm也不会产生龟裂，能够提高制造成品率。
[0029]这里，半导体基板101从外延层102侧起依次具有表面区域1lA和内部区域101B，优选表面区域的电阻率为0.1Qcm以上，内部区域的电阻率为100Qcm以上。
[0030]此外，外延层102优选使用例如有机金属气相成长法(Metal Organic ChemicalVapor Deposit1n:M0CVD)来形成。此外，也可以使用分子束外延法(Molecular BeamEpitaxiy:MBE)、脉冲激光沉积法(Pulsed Laser Deposit1n:PLD)。并且，作为用于形成外延层102的初始成长层，例如，优选为含有III族元素的氮化物半导体层。另外，III族元素优选为硼、铝、镓或者铟等。并且，作为初始成长层，例如，优选通过使用含有III族元素的氮化物半导体层来使其外延成长，以形成由多层膜构成的外延层102。
[0031]-原理的说明-
[0032]首先，对需要降低从外延层102的初始成长层向表面区域1lA扩散的杂质的浓度的必要性进行说明。
[0033]若使用例如AlN层来作为用于形成外延层102的初始成长层，则在例如作为硅基板的半导体基板101上形成AlN层。因此，作为III族元素的Al会向表面区域1lA扩散。并且，由于III族元素作为硅的P型杂质而起作用，因此表面区域1lA的电阻率从外延层102形成前的电阻率开始变化。
[0034]这里，若较多的III族元素扩散到表面区域101A，表面区域1lA的电阻率过度降低，则半导体基板101的耗尽层仅向表面区域1lA极薄的区域伸展。因此，半导体基板几乎不对耐压起作用。
[0035]若使用本实施方式所涉及的氮化物半导体结构物来制造晶体管、二极管等设备，则施加到设备的电压为外延层102的施加电压与半导体基板101的施加电压的合计。因此，在将耗尽层形成到半导体基板101的内部的情况下，由于附加到半导体基板101的电压变大，因此施加到外延层102的电压降低。因此，能够降低外延层102内部的电场强度。
[0036]另一方面，在仅在半导体基板101的表面区域形成耗尽层的情况下，与耗尽层形成到半导体基板101的内部的情况相比，外延层102内部的电场强度变得难以降低。因此，为了降低外延层102内部的电场强度，需要减少表面