高电子迁移率晶体管的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有AlGaN/GaN异质结构的高电子迀移率晶体管(HEMT:HighElectron Mobility Transistor)的制造方法。
【背景技术】
[0002]与现有的S1、GaAs相比，GaN的带隙较宽，因此绝缘击穿电场高一个数量级。因此，GaN HEMT即使在高电场下也不易破坏，因而适合进行高电压动作。此外，GaN在高电场区域中的饱和电子速度也大于现有的半导体材料。这有利于设备的高速动作，特别地，对于在栅极电极附近施加高电场的短沟道化的高频设备，效果更为明显。在该GaN HEMT的制造中，往往使用金属有机化合物气相外延(M0CVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposit1n)法。
[0003]此外，在利用M0CVD法进行的GaN的外延生长中，广泛使用了蓝宝石衬底，但蓝宝石衬底与GaN的晶格匹配性较低，并且热膨胀系数也不同，以前无法提高GaN的结晶性。随后，在产生了低温缓冲层的技术之后，所生长的GaN的结晶性也得到提高，主要是针对蓝色、白色系的LED用途的设备制作技术实现了飞跃性的进步。但是，由于难以进行低位错化等进一步的结晶性的提高，蓝宝石自身的导热率较低，设备集成时的散热不足而使设备性能降低，所以一直需要一种作为代替品的其他的衬底材料。晶格匹配性较高、即使在高温下也较为稳定的SiC也是候选之一，然而虽然近年来进行了不断改进，但SiC除了存在微管等晶体自身的质量问题以外，还存在高价而难以大直径化的问题。
[0004]与此相对，Si衬底能够进行充分的大直径化和低位错化，并且能够廉价、稳定地获取。但是，在低温A1N缓冲层上沉积了 GaN层之后，在恢复为室温后的状态下，对于蓝宝石衬底而言，由于压缩应力作用于GaN层，所以不易产生裂缝，但对于Si衬底而言，由于晶格匹配性、热膨胀系数的差异而产生拉伸应力，因此容易产生裂缝。此外，虽然存在很多问题，例如同Ga(或GaN)与Si的反应有关的回熔蚀刻等，但近年来，多层膜缓冲层等的技术开发正在取得进步，已经达到实用水平。
[0005]对于GaN HEMT而言，在蓝宝石、SiC或Si的衬底上，经由用于对晶格不匹配进行缓解的缓冲层，依次形成非掺杂的GaN层以及非掺杂的AlGaN层。在GaN层与AlGaN层的界面附近，通过由AlGaN层的变形所引起的压电效应和自发极化，感生出高浓度的二维电子气，这成为GaN HEMT的沟道部(例如参照专利文献1)。
[0006]专利文献1:日本特开2001 - 44126号公报
[0007]在GaN HEMT的外延生长中，使GaN层和AlGaN层生长时的最佳条件(温度、压力、气体流量等)不同，因此在其界面处进行生长中断。因此，在GaN层的表面形成损坏、陷阱等，存在设备性能变差的问题。
【发明内容】
[0008]本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于得到一种高电子迀移率晶体管的制造方法，其能够抑制在GaN沟道层的表面处的损坏、陷讲等，提尚设备特性。
[0009]本发明所涉及的高电子迀移率晶体管的制造方法的特征在于，具备下述工序:在半绝缘性衬底上，以第1生长条件形成GaN沟道层；在所述GaN沟道层上，一边从所述第1生长条件变化为第2生长条件，一边形成转变层；以及在所述转变层上，以所述第2生长条件形成AlGaN电子供给层，在该高电子迀移率晶体管的制造方法中，不进行生长中断而连续地形成所述GaN沟道层、所述转变层、以及所述AlGaN电子供给层。
[0010]发明的效果
[0011]在本发明中，在GaN沟道层的形成和AlGaN电子供给层的形成之间，一边从GaN沟道层的生长条件变化为AlGaN电子供给层的生长条件，一边形成转变层。由此，能够不进行生长中断而连续地形成各外延层，因此能够抑制在GaN沟道层的表面处的损坏、陷阱等，提高设备特性。
【附图说明】
[0012]图1是表示本发明的实施方式1所涉及的高电子迀移率晶体管的剖面图。
[0013]图2是表示本发明的实施方式1所涉及的高电子迀移率晶体管的生长次序的图。
[0014]图3是表示对比例所涉及的高电子迀移率晶体管的生长次序的图。
[0015]图4是表示本发明的实施方式2所涉及的高电子迀移率晶体管的剖面图。
[0016]图5是表示本发明的实施方式2所涉及的高电子迀移率晶体管的生长次序的图。
[0017]图6是表示本发明的实施方式3所涉及的高电子迀移率晶体管的剖面图。
[0018]图7是表示本发明的实施方式3所涉及的高电子迀移率晶体管的生长次序的图。
[0019]标号的说明
[0020]1 Si衬底(半绝缘性衬底)，3 GaN沟道层，4GaN转变层(转变层)，5 AlGaN电子供给层，6 AlGaN转变层(转变层)，7 A1N间隔层
【具体实施方式】
[0021]参照附图，对本发明的实施方式所涉及的高电子迀移率晶体管的制造方法进行说明。对相同或相对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复的说明。
[0022]实施方式1
[0023]参照附图，对本发明的实施方式1所涉及的高电子迀移率晶体管的制造方法进行说明。图1是表示本发明的实施方式1所涉及的高电子迀移率晶体管的剖面图。图2是表示本发明的实施方式1所涉及的高电子迀移率晶体管的生长次序的图。
[0024]在作为半绝缘性衬底的Si衬底1上，作为外延层，利用M0CVD法形成AlxGayN(x+y=1)。在此情况下，在反应炉内保持Si衬底1，该Si衬底1载置在通过加热装置而加热至规定温度的衬托器上。在该反应炉中，利用气体导入部，与氢气、氮气这样的载体气体一起，导入三甲基铝、三甲基镓、或者由大于或等于2种的上述有机金属气体混合得到的混合气体，以及作为氮原料的氨。通过上述有机金属与氨之间的反应，从而在Si衬底1上沉积AlxGayN 层。
[0025]具体地说，在Si衬底1上形成层厚为1.5 μ m的AlGaN缓冲层2。接着，在AlGaN缓冲层2上，以第1生长条件形成层厚为1.0 μπι的非掺杂的GaN沟道层3。第1生长条件具有第1生长温度T1、压力、气体流量等。
[0026]然后，在GaN沟道层3上，一边从第1生长条件变化为第2生长条件，一边形成GaN转变层4。第2生长条件具有比第1生长温度T1高的第2生长温度T2、压力、气体流量等。因此，一边从第1生长温度T1向第2生长温度T2上升，一边形成GaN转变层4。
[0027]在GaN转变层4上，以第2生长条件形成层厚为25nm的非掺杂的AlGaN电子供给层5。AlGaN电子供给层5例如是Ala2GaasN层。然后，形成电极、配线，进行背面研磨。最后，通过进行切割、芯片键合、导线键合、封装，从而完成高电子迀移率晶体管。
[0028]在此，不进行生长中断而连续地形成GaN沟道层3、GaN转变层4、以及AlGaN电子供给层5。具体地说，在一边供给Ga的原料即三甲基镓一边形成GaN沟道层3之后，不停止三甲基镓的供给，一边将温度、压力、气体流量等生长条件转变为AlGaN电子供给层5的生长条件，一边形成GaN转变层4。在转变结束后，开始进行A1的原料即三甲基铝