专利名称：化合物半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种化合物半导体外延衬底、化合物半导体器件及其制造方法，并且 更具体地，涉及一种化合物半导体外延衬底以及具有氮化物半导体层的化合物半导体器 件、及它们的制造方法。
背景技术：
GaN具有3. 4eV的宽的带隙并且是一种期望用于短波长光发射和高击穿电压操作 的半导体。已经开发出了用于紫外线和蓝光的光发射器件。移动电话的基站放大器需要高 电压操作。目前报道了将超过300V的值作为电流关断(current-off)期间的击穿电压。通 过采用SiC衬底获得最好的输出特性。认为这是由于SiC的高热导率。在III族氮化物混合 结晶体中调节物理特性例如带隙。例如，在GaN中混合AlN或InN。GaxAlyInzN(0 < χ ^ 1， x+y+z = 1)在这里称为含氮化镓(含GaN)半导体。为了形成质量良好的III族氮化物半 导体结晶层，已经研究了多种外延生长。JP-A-2003-309071提出在300°C至600°C的低温下，在例如蓝宝石、SiC、GaN和 AlN的结晶衬底上(例如蓝宝石衬底上)生长IOnm至50nm厚的AlN低温生长缓冲层，在 温度升高到例如1000°C之后，在该低温生长缓冲层上生长AlxGai_xN(0 < χ ^ 1)下垫层 (underlying layer)，并且在该下垫层上生长具有较低Al含量的AlyGai_yN (0彡y < χ)。由 于具有较低Al含量的AlGaN膜具有大晶格常数，因此施加了压应力。其描述了 由于在膜 界面断层侧向(laterally)偏转，因此可以获得质量良好的GaN层等等。所述器件结构是 紫外线发射LED。当形成多量子阱时，将生长温度设为例如800°C。将JP-A-2005-32823引入于此作为参考，其提出当通过在SiC衬底上生长AlN缓 冲层并且在AlN缓冲层上生长GaN或InGaN沟道层和AlGaN电子供应层，来形成场效应晶 体管外延晶圆时，该缓冲层的生长温度设定为比该沟道层的生长温度高大约100°C，并且在 生长期间V/III比例被降低到使AlN反应活性种(reactive species)的粘附力和释放速 度变得一样的程度，优选不小于50并且不大于500。当生长温度升高时，激活了 AlN反应种类使得释放变得容易。由于V/III比例降 低，因此AlN缓冲层的生长速度被抑制为低，并且形成了接近均衡状态的状态，其中AlN反 应活性种变得容易在表面上移动。因此，在形成了该AlN结晶膜之后，不仅促进了二维成核 而且提高了凹陷掩埋(pit burying)作用。这说明，实现了具有更少缺陷的AlN缓冲层的 生长。在炉压为135Torr、V/III比例为230以及生长温度为1150°C至1200°C的条件下，采
3用三甲基铝(trimethylaluminum，TMA)作为Al源以及采用NH3作为氮源，通过MOCVD使该 AlN缓冲层生长。生长速度为0.2nm/sec或更低。之后，将温度降低到IlOiTC，并且使其它 层例如高纯度GaN层外延生长。将JP-A-2006-165207引入于此作为参考，其提出使用含GaN半导体作为沟道层的 高击穿电压的高电子迁移率晶体管(HEMT)。例如，在高阻SiC衬底之上生长i-型GaN沟道 层，η-型AlGaN层和η-型GaN覆盖层(cap layer)形成为具有插入其间的i_型AlGaN间 隔层，部分移除该η-型覆盖层，通过在510°C或更高而低于600°C的温度下退火，叠置Ta和 Al以形成欧姆电极的源/漏电极，沉积SiN层，经由该SiN层形成开口，并且在该开口中形 成接触该GaN覆盖层的栅极。
发明内容
根据实施例的一个方案，本发明提供一种半导体外延衬底，包括单晶衬底；AlN 层，在所述单晶衬底上外延生长；以及氮化物半导体层，在所述AlN层上外延生长，其中，所 述AlN层和所述氮化物半导体层之间的界面的粗糙度比所述单晶衬底和所述AlN层之间的 界面的粗糙度大。根据实施例的另一个方案，本发明提供一种化合物半导体器件，包括单晶衬底； AlN层，形成在所述单晶衬底上；氮化物半导体的缓冲层，形成在所述AlN层上；氮化物半 导体的沟道层，形成在所述缓冲层上；化合物半导体的载流子供应层，形成在所述沟道层之 上；以及源电极、漏电极和栅电极，形成在所述载流子供应层之上，其中，所述AlN层和所述 缓冲层之间的界面的粗糙度比所述单晶衬底和所述AlN层之间的界面的粗糙度大。根据实施例的又一方案，本发明提供一种半导体外延衬底的制造方法，包括在单 晶衬底上外延生长AlN层；以及在所述AlN层上外延生长氮化物半导体层，其中，将所述 AlN层的生长条件设定为所述AlN层和所述氮化物半导体层之间的界面的粗糙度比所述 单晶衬底和所述AlN层之间的界面的粗糙度大。根据实施例的再一方案，本发明提供一种半导体外延衬底的制造方法，包括在单 晶衬底上外延生长AlN层；在所述AlN层上外延生长氮化物半导体的缓冲层；在所述缓冲 层上外延生长氮化物半导体的沟道层；在所述沟道层上外延生长氮化物半导体的载流子供 应层；以及在所述载流子供应层上方形成源电极、漏电极和栅电极。其中，将所述AlN层的 生长条件设定为所述AlN层和所述缓冲层之间的界面的粗糙度比所述单晶衬底和所述 AlN层之间的界面的粗糙度大。本发明能够快速恢复漏极电流。
图IA和图IB是显示根据本发明第一实施例和比较例的含GaN的HEMT的结构的 横截面视图。图2A和图2B是显示在根据第一实施例和比较例的样本中，高频信号中断之后漏 极电流变化的图表，以及图2C是在显示根据第一实施例的样本中的集成元件之间的漏电 流的图表。图3A和图3B是显示用原子力显微镜观测到的5 μ mX5 μ m区域的表面形态的图片，图3C和图3D是显示用原子力显微镜在一个方向上扫描到的大约4. 7 μ m的表面高度变 化的图片。图4A是根据第二实施例的含GaN的HEMT的横截面视图，以及图4B和图4C是显示 第二实施例的样本中在高频驱动之后漏极电流恢复的图表，以及相邻HEMT之间的漏电流。图5是共同显示在高频信号中断之后AlN层表面的斜度Rsk与漂移时间之间关系 的测量结果的图表。
具体实施例方式受让人(assignees之一提供了这样一种方法在1100°C至1200°C生长温度下在 SiC层上生长AlN层以及在该AlN层上形成含GaN的HEMT器件层。通过这种生长方法形成 的含GaN的HEMT证明了在高频信号中断之后漏极电流减小并且器件不易恢复的现象。本 发明人设想造成这种现象的原因是由于结晶缺陷导致的载流子陷阱中心(陷阱)，并试图 开发一种形成较少结晶缺陷的生长方法。图IA是显示根据本发明第一实施例的含GaN的HEMT的结构的横截面视图。通过 采用垂直气流的低压(LP)金属有机化学气相沉积(MOCVD)系统，在单晶SiC衬底100上层 叠氮化物半导体结晶层。将在下文中说明层叠层形成工艺。首先，将经过表面清洗工艺处理 的SiC衬底100置于生长系统中，当氢气流经该生长系统时，通过抽气泵系统(evacuation pump system)将该生长系统控制到50Τοπ·的恒定压力。在氢气气氛中将该衬底加热到 1150°C并停留10分钟。通过这个工艺实现该衬底的热清洗。下一步，翻转阀门使三甲基铝 (TMA)和氨气(NH3)流入反应室以形成i_型AlN层102x。将TMA摩尔浓度与氨摩尔浓度 的比例、所谓V/III比例设为3000。在该比例下，该AlN层的成膜速度大约是0.2nm/sec。 通常通过TMA摩尔浓度确定成膜速度。然而，因为TMA依赖于氨和生长温度而形成中间产 品，因此该AlN层的成膜速度也受氨摩尔浓度、生长温度和生长压力的影响。优选选择工艺 参数例如生长速度和V/III比例，以便于生长理想的结晶体、尽可能形成更少的载流子陷 阱中心(陷阱)、不影响生长表面的平坦性。在下文中该外延生长称为高温、高V/III比例 (HT-HR)外延生长。在该AlN层生长到大约30nm后，翻转阀门以停止TMA气体的流动并将该衬底温度 线性降低到1050°C。这种情况下，将氨气流速改变为适于生长下个GaN层的流速。在温度 稳定时间5分钟之后，使三甲基镓(TMG)气体流动以形成2μπι厚的i-型GaN层105作为 电子传输层。下一步，采用TMA和TMG的混合气体形成3nm厚的i_型Ala3Gaa7N层110，并 且通过提供额外的硅烷SiH4来形成15nm厚的Si掺杂η-型Ala3Gaa小层111。最后，通过 采用TMG使η-型GaN保护层114生长。具有20nm至40nm优选厚度范围的该AlN层102x的生长温度高于之后生长的GaN 的生长温度(1050°C 士50°C)，并且更具体地，优选1100°C至1200°C的温度。同时，高V/III 比例对于获得低陷阱中心密度而言是非常重要的，并且高于500的V/III比例是必须的。该 V/III比例优选设在1000至8000的范围内。如果生长压力在50Torr至300Torr范围内， 就不会有问题。三甲基铝(TMA)、三叔丁基铝(tritertiarybutylaluminum, TTBA)或类似材料可 以用作Al源气体，并且二甲胼(DMHy)或类似材料可以用作氮源气体。氮气或氢和氮的混合气体可以代替氢气作为载气。对于该GaN层的生长，三甲基镓(TMG)用作Ga源气体，NH3用作氮源气体，并且H2 用作载气。代替的，三甲基镓(TMG)、二甲胼或类似材料也可用作源气体。具有1 μ m至3 μ m 优选厚度范围的该i_型GaN层105用作该含GaN的HEMT的沟道层或电子传输层。选择该i-型AlxGa1J层110和η-型AlxGa1J层111的Al含量χ以实现预期的 器件性能，并且将X设定在X = 0. 1至1. 0的范围内。根据所选择的含量，在5nm至50nm范 围内适当设计整体厚度。该i_型AlGaN层110用作间隔层，并且该η-型AlGaN层111作 为载流子供应层。Si适于用作该η型AlGaN层的原料物质(donor)，并且以1 X 1018cm_3至5 X 1019cm_3 的载流子浓度掺杂。掺杂源材料(doping source material)可以是硅烷、乙硅烷、三乙基 硅烷或类似材料。这两个AlGaN层不是必需的，如果能够实现预期的电特性，可以省略它们 中的一个。通过MOCVD在AlGaN层110和111的层叠结构上形成2nm至8nm厚的η-型GaN 覆盖层114。该η-型GaN层为栅电极提供合适的肖特基势垒高度。借助这些工艺，形成含 GaN的HEMT的外延衬底。采用掩膜，蚀刻并移除将要形成源/漏电极的区域中的该η型GaN覆盖层114。通 过举离(lift-off)，在η-型AlGaN层111上形成Ti/Al层叠结构的源电极116和漏电极 118。例如，下部Ti层厚20nm，以及上部Al层厚200nm。源/漏电极116和118的短边长 度为Iym至2 μ m，并且基于器件特性设计长边长度。通过热合金工艺使该源/漏电极与下 部氮化物半导体形成合金(alloyed)，以形成连接到位于i_型GaN层105中的二维电子气 (twodimensional electron gas)的欧姆电极。通过等离子CVD或光辅助型(photo-assisted) CVD，沉积IOnm至IOOnm厚的SiN 层120。涂敷抗蚀剂馍，并且通过采用电子束或光的光刻(lithography)方法，在栅电极形 成区域中贯通形成开口。干法蚀刻该SiN层120，并且通过举离，在η型GaN覆盖层114上 形成Ni/Au层叠结构的栅电极124。例如，下部Ni层厚lOnm，上部Au层厚300nm。根据预 期的器件特性，在0. 1 μ m至3 μ m范围内设计该栅电极的短边长度。通过干法蚀刻使沟槽形成到i_型GaN层105的中间深度，围绕用于隔离每个元件 的每个HEMT元件。采用这些工艺形成了含GaN的HEMT。图IB是比较例的含GaN的HEMT的横截面视图。主要针对与图IA中所示的第一 实施例不同的点进行说明。采用垂直气流型低压(LP)金属有机化学气相沉积(MOCVD)系 统，在单晶SiC衬底100上层叠氮化物半导体结晶层。下面将说明这些工艺。首先，将经过表面清洗工艺的SiC衬底100置于生长系统中，当氢气流经该生长系 统时通过抽气泵系统将该生长系统控制到135ΤΟΠ·的恒定压力。在氢气气氛中将该衬底加 热到1200°C并停留10分钟。通过这个工艺实现该衬底的热清洗。下一步，翻转阀门使三 甲基铝(TMA)和氨气(NH3)流入反应室以形成i-型AlN层102y。将TMA摩尔浓度与氨摩 尔浓度的比例、所谓V/III比例设为230。在该比例下，该AlN层102y的成膜速度大约是 0. 2nm/sec0通过各种参数的相互作用，该成膜速度恰好与该实施例的一样。在该比较例中，通过关注生长表面的平坦度来选择工艺参数，例如生长速度和V/III比例。例如，由于AlN膜的厚度越厚，平坦度越好，因此形成相度厚的膜。在该比较例 中，厚度设为lOOnm。其它结构与第一实施例中的相似。形成具有Imm栅极宽度(长边)的第一实施例和比较例的样本。将源电极116接 地，对漏电极施加50V电压，设定d. c.栅极偏压以获得大约IOmA的漏极电流，并且将非常 小的2GHz的a. c.信号施加到该栅电极。从该漏电极检测到放大的a. c.信号。例如，在 16dB至18dB的输入信号水平下，得到36dB至38dB的输出信号。在a. c.信号重叠在d. c 栅极偏压上之后，仅仅中断了该a. c.信号。图2A和图2B是显示第一实施例和比较例的样本的a. c.信号中断后，漏极电流变 化的实例的示意图。纵坐标表示a. c.信号中断后的漏极电流Ids与施加a. c.信号之前的 漏极电流Ids-前的比率，横坐标表示a. c.信号中断后的时间，其以秒为单位。在图2B所 示的比较例中，施加a. c.信号之前的IOmA漏极电流减小为大约ImA至4mA，并且之后在1 至4分钟内逐渐恢复。在a. c.信号中断之后，需要一分钟或更长的暂态响应时间，其是相 对于高频开/关操作的关键干扰(critical obstacle) 0在50V的漏极偏压下施加高频信 号的状态下，在HEMT上施加最大150V左右的电压。该状态被认为是具有加宽耗尽层的高 电压和高电场状态。认为在陷阱中俘获了二维电子气并且该二维电子气由于该高电压和高 电场而不能移动，该栅电极下的二维电子气量减少并且电流减小，此后电子逐渐从这些陷 阱释放出来以逐渐恢复电流。在图2A所示的第一实施例的样本中，将a. c.信号中断之后 的漏极电流的减小抑制在10%左右，并且该漏极电流在大约5秒至15秒内恢复。尽管不是 最好，但是相对于图2B所示的性能有了相当大的提高。为了研究这个现象，研究了在不同成膜条件下形成的AlN层102x和102y的结晶 状态。图3A和图3B是显示用原子力显微镜观测到的5 μ mX5 μ m的各个区域的表面形态 的图片。图3C和图3D是显示用原子力显微镜扫描到的在同一方向的约4. 7μπι的表面高 度变化的图。图3Α和图3C所示的第一实施例的样本的AlN层102χ的表面是不平坦的，其 具有从下侧向上侧突出的大量突起，不均勻的分布在整个表面上(在这个横截面中，观察 到七个边缘特别尖锐的突起)。每个突起的宽度小于200nm并且具有尖锐的顶缘。相对于 平均高度，凸起部分的高度最大为6nm左右，并且凹进部分的高度小于3nm。其特点为大量 突起主要从平均高度向上延伸。图3B和图3D所示比较例的样本的AlN层102y的表面具有许多宽度为200nm或 更宽的高台(plateaus)或平顶部分，其中包括有宽度为IOOOnm或更宽的高台或平顶部分 位于其它的高台或平顶部分之间。相对于平均高度，向上凸起部分的高度最大为2nm。在这 个横截面中仅存在三个明显凹部(valley)或凹进部分，包括一些深度达到IOnm的凹部或 凹进部分。其特点为存在相对宽的高台或平顶部分并且从高台或平顶部分向下延伸而形成 多个深凹部或孔。与比较例的样本相比较，可以说第一实施例的样本的特点为不具有宽度为 200nm或更宽的高台或突出部；相对于平均高度，多个突起或凸起部分的高度为3nm或更 高，以及相对于平均高度，凹进部分的深度小于3nm。优选采用Rsk(粗糙度曲线的斜度)或Psk(横截面曲线的斜度)指数作为代表两 种表面粗糙度之间差异的数学指数。斜度是物理量(绝对数)，其通过将沿参考长度的高度 偏差Z(X)的立方的平均值除以高度偏差Z(X)的均方根的立方来获得。
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对于第一实施例的计算结果是Rsk = +0. 84，对于比较例是Rsk = -2. 95。具有正Rsk的表面形态表示存在尖锐地向上突出的粗糙表面部分(主要是凸起部 分)，而具有负Rsk的表面形态表示存在尖锐地向下凹落或压进的粗糙表面部分(主要是凹 进部分)。该斜度Rsk优选为正，并且进一步优选为0. 5或更高。不仅在紧接AlN层102x和102y形成之后，可以明显观察到该不平坦表面部分，而 且在AlN层上的外延生长之后或者通过横截面观测估计完成器件结构之后也能明显观测 到该不平坦表面部分。该不平坦或粗糙部分也可以采用X射线通过非破坏性衍射密度估计 而检测到。例如，对于具有相同厚度的AlN薄膜的衍射密度相对于GaN层的衍射密度的比 率，粗糙度大的AlN层的该比率比比粗糙度小的AlN层的该比率低很多。该比较例在施加了高频信号之后大幅度地降低了漏极电流，尽管AlN层表面的平 坦度一定高于第一实施例中的平坦度。这个现象归因于载流子数量由于二维电子被陷在阱 内而减小，以及载流子需要时间从阱释放出来。一些晶格缺陷被认为是由于形成这些阱的 原因。在该第一实施例中，通过忽略AlN表面的平坦度(到现在为止，该平坦度被认为是 最优化指数)，提高该AlN层102x的生长温度并且将V/III比例设为很高。可以认为这种 设置可显著地减小了 AlN层中陷阱中心(结晶缺陷)的数量。也可以认为在粗糙度大的 AlN层上形成的GaN膜的初始生长阶段生长的区域中，可以减小阱中心的数量。换句话说， 粗糙度大的底层对于减少GaN中的陷阱中心是有效的。结果，在AlN层和氮化物半导体层 外延生长在单晶衬底的结构中，在AlN层和氮化物半导体层之间的界面处的粗糙度大于在 AlN层和单晶衬底之间的界面处的粗糙度。此外，在AlN层和氮化物半导体层之间的界面处 的突起或凸起部分高于在该AlN层和单晶衬底之间的界面处的突起或凸起部分。可以理解的是，至少对于高压操作的含GaN的HEMT，优选在HT-HR下使粗糙度大的 AlN层外延生长。尽管第一实施例的含GaN的HEMT呈现了极好的短暂态响应性能，也已经发现当集 成多个器件时会产生问题。图2C是显示当在一个HEMT的漏极和另一个HEMT的源极之间施加大至100V的电 压时，流动于由隔离沟槽隔离的两个含GaN的HEMT之间的电流的监视结果的图表。为了防 止该元件着火，将电流值限制在10_3A。即使小的电压，漏电流也会突然增加，并且即使在施 加的电压低于IOV时也会达到10_3A。电流在相邻的元件之间流动，而不能获得高阻隔离。 另一问题是即使单一元件也不能被栅极电压完全关闭。漏电流的产生原因在于当在粗糙度大的AlN层102x上生长i_型GaN层105时， 会出现横向生长而掩埋不规则部分。在这种GaN横向生长期间，很可能混合杂质例如Si，使 得晶体电阻变低。图4A是根据第二实施例的含GaN的HEMT的横截面视图。通过类似于第一实 施例的工艺，在SiC衬底100上，以HT-HR，外延生长20nm至40nm厚的AlN层102x。在 10500C 士50°C的生长温度下，在AlN层上生长铝含量调整到7at% WAlGaN层104，并在之 后生长i_型GaN层105。该AlGaN层104的厚度优选为IOnm至200nm，并且在该实施例中 设定为lOOnm。由于加宽的带隙之类的原因，该AlGaN层容易具有比GaN层更高的电阻系 数。该i-型GaN层105和之后形成的其它层具有与第一实施例中相似的结构。
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图4B和图4C显示了在第二实施例的样品中在高频驱动之后所测量到的漏极电流 恢复，以及相邻HEMT之间的漏电流。该测量方法与用于图2A至图2C的方法相同。图4B 中显示的漏极电流恢复特性约等于图2A所示的特性。在几伏的施加电压下，图4C所示的 漏电流超过了 10_6A，并且之后逐渐增加。即使在100V的施加电压下，该漏电流也处于10_5A 的水平。相对于图2C所示的特性，实现了约两位数的增加。从而得到了实际水平的隔离电 阻。在第二实施例中，尽管将具有7at% Al含量的AlGaN用作漏电流防止高阻层，期望 通过采用AlxGa^N (0<x≤0. 1) (Al含量符号为at %，Oat Al含量≤IOat % )获得相 似的高阻效应。如果Al含量低，高阻效应就小。相反，如果Al含量太高，高到与HEMT等等 的电流供应层的AlGaN中的Al含量相同的程度，则热传导会降低并且元件特性会受到不利 影响。这是Al含量存在上限的原因。可采用Fe掺杂GaN层代替AlGaN层。在图4A中，在高温下外延生长AlN层102x 之后，首先，在该GaN生长条件下生长Fe掺杂GaN层104，并且在此后生长i_型GaN层。Fe 源可以是二茂(络)铁。以1 X IO17CnT3至1 X IO19cnT3掺杂有Fe的GaN层104生长到IOnm 至200nm的厚度并连接到该i_型GaN层105。在这种情况下，为了防止Fe向上扩散，将该 i-型GaN层的厚度设定为2. 5 μ m。本发明人指导了在各种条件下实施AlN层的结晶体生长并且研究高频信号中断 后AlN层表面斜度与漂移(恢复)时间之间的关系。图5是共同地显示对于高频信号中断后的漂移(恢复)时间与AlN层的表面斜 度之间关系的实验结果的图表。横坐标表示斜度Rsk，纵坐标表示以秒为单位的漂移时间。 Rsk从-3左右到1 (1. 2)左右之间变化。在斜度为-3至0的范围内，恢复时间随着斜度的 绝对值减小而而缩短。在正斜度范围内的恢复时间比负斜度范围内的恢复时间更短。由于 表面形态具有更多向上突起的状态，因此Rsk具有更大的正值。可以看到，当Rsk具有更大 的正值时，暂态现象的恢复加速了。可以看到，在0至0. 4左右的范围内，当斜度变大时，恢 复时间明显缩短。也可以看到，在0至1左右的范围内，当该斜度Rsk增加时，漂移时间缩 短，并且当Rsk超过1左右时，该漂移时间几乎保持恒定。因此优选将Rsk设定不小于0. 5， 并且如果将Rsk设为1. 0或更大，期望稳定地获得足够短的暂态响应。然而，当前的成膜技 术不能实现大于1. 5左右的斜度Rsk。因此，可以说该斜度的实际上限是1. 5。结合优选实施例对本发明进行了说明。本发明不仅仅限于上述实施例。对于本领 域技术人员而言显而易见的是，可以对本发明进行其它各种修改、改进和组合等等。
权利要求
一种化合物半导体器件，包括单晶衬底；AlN层，形成在所述单晶衬底上；氮化物半导体的缓冲层，形成在所述AlN层上；氮化物半导体的沟道层，形成在所述缓冲层上；化合物半导体的载流子供应层，形成在所述沟道层之上；以及源电极、漏电极和栅电极，形成在所述载流子供应层之上，其中，所述AlN层和所述缓冲层之间的界面的粗糙度比所述单晶衬底和所述AlN层之间的界面的粗糙度大，所述AlN层的上表面的斜度是正值。
2.根据权利要求1所述的化合物半导体器件，其中所述氮化物半导体的缓冲层的电阻 系数比所述氮化物半导体的沟道层的电阻系数高。
3.根据权利要求2所述的化合物半导体器件，其中所述单晶衬底是SiC。
4.根据权利要求3所述的化合物半导体器件，其中所述氮化物半导体的缓冲层是厚度 在IOnm至200nm范围内的AlxGahN层，其中0. 0 < χ彡0. 1。
5.根据权利要求3所述的化合物半导体器件，其中所述氮化物半导体的缓冲层是厚度 在IOnm至200nm范围内的GaN层，所述GaN层掺杂有浓度在1 X IO17CnT3至1 X IO19CnT3范 围内的Fe。
6.一种化合物半导体器件的制造方法，包括 在单晶衬底上外延生长AlN层；在所述AlN层上外延生长氮化物半导体的缓冲层； 在所述缓冲层上外延生长氮化物半导体的沟道层； 在所述沟道层上外延生长氮化物半导体的载流子供应层；以及 在所述载流子供应层上方形成源电极、漏电极和栅电极，其中，将所述AlN层的生长条件设定为所述AlN层和所述缓冲层之间的界面的粗糙度 比所述单晶衬底和所述AlN层之间的界面的粗糙度大，所述AlN层的上表面的斜度是正值。
7.根据权利要求6所述的化合物半导体器件的制造方法，其中所述AlN层的生长条件 包括生长温度为1100°C至1200°C，以及V/III摩尔比例大于500。
8.根据权利要求7所述的化合物半导体器件的制造方法，其中所述氮化物半导体缓 冲层是厚度在IOnm至200nm范围内的AlxGai_xN层，其中0. 0 < χ彡0. 1 ；或所述氮化物半 导体层是厚度在IOnm至200nm范围内的GaN层，所述GaN层掺杂有浓度在1 X 1017cm_3至 IX IO19CnT3 范围内的 Fe。
全文摘要
本发明提供一种化合物半导体器件及其制造方法。其中该化合物半导体器件包括单晶衬底；AlN层，形成在所述单晶衬底上；氮化物半导体的缓冲层，形成在所述AlN层上；氮化物半导体的沟道层，形成在所述缓冲层上；化合物半导体的载流子供应层，形成在所述沟道层之上；以及源电极、漏电极和栅电极，形成在所述载流子供应层之上，其中，所述AlN层和所述缓冲层之间的界面的粗糙度比所述单晶衬底和所述AlN层之间的界面的粗糙度大，所述AlN层的上表面的斜度是正值。本发明能够快速恢复漏极电流。
文档编号H01L29/778GK101958345SQ20101010665
公开日2011年1月26日 申请日期2008年3月28日 优先权日2007年3月30日
发明者乙木洋平, 今西健治, 吉川俊英, 守谷美彦, 田中丈士 申请人:富士通株式会社;日立电线株式会社