氮化物半导体的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及氮化物半导体。详细而言，涉及用于改善氮化物半导体器件的寿命的沟道层的构造。
【背景技术】
[0002]作为使用氮化物半导体的电子器件，一般采用使用了由AlGaN和GaN构成的异质结的构造。
[0003]具体的构造如下，包括:形成于蓝宝石或者Si等衬底上的由氮化物半导体构成的缓冲层；形成于上述缓冲层上的一般由GaN构成的沟道层；形成于上述GaN沟道层上的由AlGaN构成的势皇层;与形成于上述AlGaN势皇层与上述GaN沟道层的界面的二维电子气区域形成欧姆接触的源极和漏极;形成于上述源极与上述漏极之间的栅极。
[0004]在蓝宝石衬底或者SiC衬底上形成氮化物半导体的情况下，虽然不会有大问题，但是在使用热膨胀系数比氮化物半导体小的Si衬底的情况下，氮化物半导体层的生长后向下弯曲为凸的形状，进而结晶本身因应力而形成裂纹。因此，不适于电子器件的形成。
[0005]作为缓和Si衬底与氮化物半导体的热膨胀系数差的方法，有日本特开2005-85852号公报(专利文献I)公开的“半导体电子器件”。该半导体电子器件中，在形成于硅衬底上的GaN插入层之上，依次层叠有缓冲层、GaN电子迀移层(500nm)、AlGaN电子供给层(20nm)和GaN接触层。此处，上述缓冲层是依次层叠由GaN形成的单层或者多层的第一层和由AlGaN形成的单层或者多层的第二层而构成的。如此，通过插入材质不同的第一层和第二层作为上述缓冲层，使从下侧传播的位错缺陷的方向弯曲来抑制向生长方向的传播。
[0006]但是，在上述现有技术的专利文献I中公开的半导体电子器件中存在以下的问题。
[0007]此处，图6表示氮化物半导体的二维电子气生成机理。图6中，在应力被缓和而具有大致整体的晶格常数的GaN层(上述专利文献I中的GaN电子迀移层)之上，形成有不会引起应力缓和的薄度的晶格常数小的AlGaN层(上述专利文献I中的AlGaN电子供给层)。该情况下，由于GaN层与AlGaN层的自发极化Psp之差，和GaN层上的AlGaN层在面内因应力+σ而变形，产生压电极化Ppe。其结果是，在界面形成二维电子气(2DEG:2-dimens1nal electrongas) ο
[0008]根据相同的原理，如图7所示，在将交替生长了具有不同的Al组成的AlGaN层的缓冲层(上述专利文献I中的GaN(Al组成= 0)/AlGaN(12Al组成>0)缓冲层)作为一个平均的块来考虑的情况下，可以考虑为与应力缓和了的AlGaN层等效。因此，形成于该应力缓和了的AlGaN层之上的GaN层(上述专利文献I中的GaN电子迀移层)与AlGaN层相比晶格常数大，所以与图6的情况相反，因应力一 σ而变形，在界面形成二维空穴气(2DHG: 2-dimens1nalhole gas)。
[0009]这样，电子器件中产生的二维空穴气成为漏电流的原因，存在引起器件特性降低这样的问题。
[0010]现有技术文献
[0011]专利文献
[0012]专利文献1:日本特开2005-85852号公报
【发明内容】
[0013]发明要解决的技术问题
[0014]于是，本发明的技术问题是提供抑制在使用交替反复层叠不同组成的AlGaN层而构成的超晶格缓冲层的情况下产生二维空穴气的氮化物半导体。
[0015]用于解决问题的技术方案
[0016]为了解决上述问题，本发明的氮化物半导体的特征在于，包括:
[0017]衬底；
[0018]形成于上述衬底上的初始生长层；
[0019]形成于上述初始生长层上的缓冲层；
[0020]形成于上述缓冲层上的超晶格缓冲层；
[0021]形成于上述超晶格缓冲层上的由多层构成的沟道层;和
[0022]形成于上述沟道层上的势皇层，
[0023]上述超晶格缓冲层通过交替层叠由六14&1-』(0.5<1<1.0)的组成形成的厚度3的高含Al层和由AlyGapyNW^y <0.3)的组成形成的厚度b的低含Al层而形成，
[0024]上述沟道层，与上述超晶格缓冲层接合，并且通过从上述超晶格缓冲层侧起依次至少层叠AlzGa1-ZN层和GaN层而形成，
[0025]上述AlzGa1-ZN层的Al组成与上述超晶格缓冲层的平均Al组成相同。
[0026]此外，一实施方式的氮化物半导体中，
[0027]上述沟道层的上述ALGm-zN层中的Al组成z由以下式子决定，
[0028]Z = (a X x+b Xy)/(a+b)。
[0029]此外，一实施方式的氮化物半导体中，
[0030]上述势皇层包括AlwGapwN层，
[0031 ] 上述AlwGai—wN层中的Al组成w是大于上述沟道层的上述AlzGa1-ZN层中的Al组成z的值。
[0032]此外，一实施方式的氮化物半导体中，
[0033]上述超晶格缓冲层中的上述高含Al层的厚度a的范围是InmSa < 5nm，上述低含Al层的厚度b的范围是22nm < b < 30nmo
[0034]发明效果
[0035]根据以上说明可知，本发明的氮化物半导体中，从上述AlGaN超晶格缓冲层侧起依次层叠AlzGa^N层和GaN层而形成与AlGaN超晶格缓冲层接合的沟道层，并且使上述AlzGa1-ZN层的Al组成与上述AlGaN超晶格缓冲层的平均Al组成相同。因此，上述AlzGapzN层的晶格常数能够看做大致等于应力缓和了的与一个AlGaN层等效的上述AlGaN超晶格缓冲层的晶格常数。因此，能够抑制在上述AlGaN超晶格缓冲层与上述AlzGa^N层的界面产生由一 0的应力引起的变形而形成二维空穴气。
[0036]因此，通过形成于上述超晶格缓冲层之上的AlzGanN层，进行在上述超晶格缓冲层与GaN层之间形成的二维空穴气的补偿，能够降低漏电流。
【附图说明】
[0037]图1是本发明的作为氮化物半导体的氮化物半导体外延片的截面图。
[0038]图2是表示使用图1所示的氮化物半导体外延片的HEMT(High Electron MobilityTrans i stor:高电子迀移率晶体管)的C-V测量结果的图。
[0039]图3是表示C-V测量方法的图。
[0040]图4是与图1不同的氮化物半导体外延片的截面图。
[0041]图5是表示使用图4所示的氮化物半导体外延片的HEMT的C-V测量结果的图。
[0042]图6是表示二维电子气生成的机理的图。
[0043]图7是表示二维空穴气生成的机理的图。
【具体实施方式】
[0044]以下，利用图示的实施方式详细说明本发明。
[0045].第I实施方式
[0046]图1是本实施方式的作为上述氮化物半导体的氮化物半导体外延片的截面图。图1中，在Si衬底I上依次形成有由AlN形成的厚度10nm的AlN初始生长层2和厚度20nm的Al0.2Ga0.sN缓冲层3。接着，形成有交替反复层叠4nm厚度的AlN层和23nm厚度的Al0.Wa0.9N层的反复周期为100周期的超晶格缓冲层4。
[0047]然后，在上述超晶格缓冲层4上形成有由多层构成的沟道层5。该沟道层5是依次层叠AlzGapzN层6和作为上述GaN层的GaN沟道区域7而构成的。
[0048]此处，在超晶格缓冲层4是交替层叠由AlxGa1-xN(0.5<x< 1.0)的组成形成的厚度为“a(nm)”的高含Al层和由AlyGa1-yN(0^y<0.3)的组成形成的厚度为“b(nm)”的低含Al层而形成的情况下，上述沟道层5的AlzGanN层6中的Al组成z由下述式(I)决定。
[0049]Z = (a X x+b Xy)/ (a+b)---(l)
[0050]因此，本实施方式中，AlzGapzN层6的 Al 组成z为z =(4 X 1+23 X 0.1 )/(4+23) =0.23,Al0.23Ga0.77N 层 6 以厚度 Iym 生长。
[0051 ] 之后，在上述AlQ.23GaQ.77N层6上以厚度20nm生长GaN沟道区域7，形成沟道层5。
[0052]此处，期望上述超晶格缓冲层4中的作为上述高含Al层的AlxGahN层(0.5<x<I.0)的厚度“a”为Inm < a < 5nm，作为上述低含Al层的AlyGa1-yN层(O < y < 0.3)的厚度“b”为22nm < b < 30nm。其理由如下所述。
[0053]即，在反复层叠上述作为高含Al层的AlxGaiiN层和作为低含Al层的AlyGa1-yN层而形成超晶格缓冲层4的情况下，为了有效地抑制得到的氮化物半导体外延片的弯曲，上述高含Al层的厚度“a”与上述低含Al层的厚度“b”之差需要至少为17nm以上。进而，需要使易弯曲的上述高含Al层的厚度“a”比难弯曲的上述低含Al层的厚度“b”薄。该情况下，上述高含Al层的厚度“a”低于Inm时，超晶格缓冲层4接近于与上述低含Al层为单层膜的情况同等的构成，不能有效地抑制弯曲。此外，上述低含Al层的厚度“b”超过30nm时，超晶