半导体器件以及半导体器件的制造方法

半导体器件以及半导体器件的制造方法
【专利摘要】本发明提供半导体器件以及半导体器件的制造方法。半导体器件包括：形成在衬底上的第一半导体层；形成在第一半导体层上的第二半导体层和第三半导体层；形成在第三半导体层上的第四半导体层；形成在第四半导体层上的栅电极；以及形成为与第二半导体层接触的源电极和漏电极。第三半导体层和第四半导体层形成在栅极正下方的区域中，第四半导体层由p型半导体材料形成，并且第二半导体层和第三半导体层由AlGaN形成，以及第三半导体层具有比第二半导体层的Al组成比低的Al组成比。
【专利说明】半导体器件以及半导体器件的制造方法
【技术领域】
[0001]本文所讨论的实施方案涉及半导体器件以及半导体器件的制造方法。
【背景技术】
[0002]作为氮化物半导体的GaN、AlN和InN，或者由其混合晶体制成的材料，均具有宽带隙并且被用作高输出电子器件或短波长发光器件。在这些材料中，对于高输出器件，开发了与场效应晶体管(FET)、更具体地高电子迁移率晶体管(HETM)有关的技术。使用这样的氮化物半导体的HEMT能够实现高电流、高电压以及低导通电阻操作，并且因此被用于高输出/闻效放大器和闻功率开关器件。
[0003]作为使用氮化物半导体的HEMT，公开了通过如下方式所形成的HEMT:在由例如蓝宝石、SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)或Si (硅)制成的衬底上依次形成GaN层和AlGaN层，并且使用GaN层作为电子传输层。形成该HETM的GaN的带隙为3.4eV,其宽于GaAs的1.4V。因此，使用GaN层作为电子传输层的HEMT能够在高击穿电压下工作。因此，考虑将该HEMT应用于高击穿电压电源。然而，由GaN形成的HEMT通常变为常通型，因此不适合被应用于电源。因此，为了使HEMT变为常断型，公开了例如其中在栅电极正下方形成p-GaN层的HEMT。
[0004]专利文献1:日本公开特许公报第2002-359256号。
[0005]基于图1，给出具有其中在栅电极正下方形成P-GaN层的结构的HEMT的描述。在具有此结构的HEMT中，在衬底910上层叠有缓冲层921、GaN电子传输层922以及AlGaN电子供给层923。在AlGaN电子供给层923上，形成有源电极932和漏电极933。根据所形成的GaN电子传输层922和AlGaN电子供给层923,在GaN电子传输层922中靠近GaN电子传输层922和AlGaN电子供给层923之间的界面处形成2DEG (二维电子气)922a。此外，在AlGaN电子供给层923上的在栅电极931正下方的区域中，形成有p_GaN层924，并且栅电极931在p-GaN层924上形成。因此，由于ρ-GaN层924形成在栅电极931正下方，所以在P-GaN层924正下方，即在栅电极931正下方的2DEG922a消失，因此HEMT变为常断型。
[0006]图2示出通过实际制作具有图1中所示的结构的HEMT，并且测量栅极电压和漏极电流之间的关系所获得的结果。如图2所示，在具有图1中所示的结构的HEMT中，当施加栅极电压时，在流动的漏极电流中出现变化并且生成凸峰(hump)，使得出现甚至当未施加栅极电压时也有约I X l(T6A/mm至I X l(T7A/mm的漏极电流流动的情况。如上所述，当在每个元件中的漏极电流出现变化时，导通电阻也出现变化。因此，当将具有此结构的HEMT用作电源时，电源的性能变得不均匀。此外，当生成如上所述的凸峰时，存在甚至在未施加栅极电压时也有漏极电流流动的情况。因此，HEMT未完全变为常断型，并且存在由于热而使HEMT击穿的情况。注意，图2示出通过相同工艺所制作的三个HEMT的性能，并且所施加的漏极电压Vd为IV。

【发明内容】

[0007]因此，本发明的一个方面的一个目的为提供变为常断型的、由氮化物半导体形成的半导体器件以及制造该半导体器件的方法，其中低的漏极电流在未施加栅极电压的状态下流动，高的漏极电流在导通状态下流动，并且性能是一致的。
[0008]根据实施方案的一个方面,一种半导体器件包括:形成在衬底上的第一半导体层；形成在第一半导体层上的第二半导体层和第三半导体层；形成在第三半导体层上的第四半导体层；形成在第四半导体层上的栅电极；以及形成为与第二半导体层接触的源电极和漏电极，其中第三半导体层和第四半导体层形成在栅电极正下方的区域中，第四半导体层由P型半导体材料形成，并且第二半导体层和第三半导体层由AlGaN形成，以及第三半导体层具有比第二半导体层的Al组成比低的Al组成比。
【专利附图】

【附图说明】
[0009]图1示出其中形成有p-GaN的常规半导体器件的结构；
[0010]图2为常规半导体器件的漏极电流的特性图；
[0011]图3示出制造常规半导体器件的方法；
[0012]图4A和图4B示出实际制作的常规半导体器件的结构；
[0013]图5为常规半导体器件的能带图；
[0014]图6描述了常规半导体器件；
[0015]图7示出根据第一实施方案的半导体器件的结构；
[0016]图8A和图SB示出制造根据第一实施方案的半导体器件的方法的过程(I)；
[0017]图9A和图9B示出制造根据第一实施方案的半导体器件的方法的过程(2);
[0018]图1OA和图1OB示出制造根据第一实施方案的半导体器件的方法的过程(3)；
[0019]图1lA和图1lB示出制造根据第一实施方案的半导体器件的方法的过程(4)；
[0020]图12为根据第一实施方案的半导体器件的漏极电流的性能图；
[0021]图13示出根据第一实施方案的另一半导体器件的结构；
[0022]图14示出根据第二实施方案的半导体器件的结构；
[0023]图15示出根据第三实施方案的分立封装半导体器件；
[0024]图16为根据第三实施方案的电源装置的电路图；以及
[0025]图17示出根据第三实施方案的高频放大器。
【具体实施方式】
[0026]将参照附图来说明本发明的优选实施方案。在下面，相同元件由相同的附图标记表示，并且不进一步描述。
[0027]第一实施方案
[0028]给出对如下问题的原因的描述:在具有图1所示的结构的HEMT中，为何出现如图2所示的漏极电流的变化增加以及凸峰的生成。
[0029]首先，给出漏极电流的变化增加的原因的描述。在具有图1所示的结构的HEMT的制造过程中，首先，如图3所示，在衬底910上层叠缓冲层921、GaN电子传输层922、AlGaN电子供给层923以及p-GaN膜924t。然后，从除待形成栅电极931的区域外的区域移除p-GaN膜924t,并且形成p_GaN层924。在这种情况下,仅从未形成栅电极的区域移除p_GaN膜924t相当困难。因此，在待形成的HEMT中，如图4A所示，存在在除了待形成栅电极931的区域之外的区域中保留P-GaN膜924p的情况。此外，如在图4B所示，存在AlGaN电子供给层923的一部分被移除的情况。
[0030]如图4A所示，当在栅电极931、源电极932以及漏电极933之间留有ρ-GaN膜924p时，2DEG922a的浓度由于剩余的p-GaN膜924p而降低。因此，漏极电流降低并且导通电阻增加。此外，如图4B所示，当由于在除了待形成栅电极931的区域外的区域中的过蚀刻而使AlGaN电子供给层923的一部分被移除时，在此区域中的AlGaN电子供给层923p的厚度减小。当AlGaN电子供给层923p变薄时，2DEG922a的浓度降低，并且同样地，漏极电流降低并且导通电阻增加。
[0031]如上所述，漏极电流取决于剩余的P-GaN膜924p的厚度和AlGaN电子供给层923的过蚀刻量。因此，认为漏极电流中的变化由不均匀的蚀刻引起。然而，如上所述，利用本技术，仅从未形成栅电极931的区域移除p-GaN膜924t相当困难。
[0032]接下来，给出生成凸峰的原因的描述。图5为具有图1所示的结构的HEMT的能带图。在具有图1所示的结构的HEMT中，当p-GaN层924厚并且向栅电极931反复施加电压时，即使未施加栅极电压，也存在在ρ-GaN层924中靠近p-GaN层924和AlGaN电子供给层923之间的界面处积累空穴的情况。在将AlGaN电子供给层923的厚度设置为大于或等于20nm并且将Al组分设置为大于或等于15%以减小导通电阻时，为了使HEMT变为常断型，p-GaN层924的厚度要大于或等于60nm。在这种情况下,趋于使空穴积累。当在ρ-GaN层924中靠近p-GaN层924和AlGaN电子供给层923之间的界面处积累空穴时，在GaN电子传输层922中靠近GaN电子传输层922和AlGaN电子供给层923之间的界面处感生电子。当在GaN电子传输层922中感生电子时，漏极电流甚至在栅极电压为OV时也流动。这不是常断操作，并且不是优选的。图6示出如下状态:其中在ρ-GaN层924中已积累有空穴，并且由于空穴而在GaN电子传输层922中靠近GaN电子传输层922和AlGaN电子供给层923之间的界面处感生有电子。注意，为了防止空穴在P-GaN层924中积累，减小ρ-GaN层924的厚度。在这种情况下，阈电压变为负，并且因此HEMT没有变为常断型。因此，考虑到为了获得常断型，优选地不减小ρ-GaN层924的厚度。因此，在AlGaN电子供给层923具有低导通电阻的状态下，将P-GaN层924`控制得薄以不生成凸峰是相当困难的。
[0033]半导体器件
[0034]接下来，给出根据本实施方案的半导体器件的描述。如图7所示，根据本实施方案的半导体器件包括通过外延生长在衬底110上层叠的缓冲层121、电子传输层122、电子供给层123以及盖层124。此外，在栅电极131正下方的区域中，移除盖层124、电子供给层123以及电子传输层122的部分。在从其移除所述部分的区域中，形成再生长电子传输层125、再生长电子供给层126以及ρ-GaN层127。在ρ-GaN层127上形成栅电极131，并且在电子供给层123上形成源电极132和漏电极133。在电子传输层122上，通过注入Ar等形成元件隔离区141。在盖层124和元件隔离区141上，用SiN等形成保护膜150。在本实施方案中，电子传输层122可以被描述为第一半导体层，电子供给层123可以被描述为第二半导体层，再生长电子供给层126可以被描述为第三半导体层，以及p-GaN层127可以被描述为第四半导体层。此外，再生长电子传输层125可以描述为第五半导体层。
[0035]在本实施方案中，衬底110由半导体材料(如硅和SiC)形成，并且缓冲层121由?-AlGaN形成。电子传输层122由i_GaN形成，并且电子供给层123由具有约20nm的厚度的Ala2Gaa8N形成。因此，在电子传输层122中，2DEG122a形成在电子传输层122中靠近电子传输层122和电子供给层123之间的界面处。在被描述为AlxGahN时，电子供给层123优选地形成为使得满足0.15 < X < 0.3。
[0036]此外，再生长电子传输层125由GaN形成，并且再生长电子供给层126由具有IOnm的厚度的Alai5Gaa85N形成。再生长电子供给层126由具有比电子供给层123的Al组成比低的Al组成比的材料形成。当被描述为AlyG&1_yN时，再生长电子供给层126优选地形成为满足O < y < 0.2，更优选地为0.1 < y < 0.2。如上所述，通过用具有比电子供给层123的Al组成比低的Al组成比的材料形成再生长电子供给层126，在再生长电子供给层126的区域中的2DEG122a的浓度降低，并且HEMT趋于变为常断型。也就是说，通过用具有比电子供给层123的Al组成比低的Al组成比的材料形成再生长电子供给层126，即使ρ-GaN层127为薄也实现常断。在这种情况下，当P-GaN层127的厚度小于60nm时，在p-GaN层127和由AlGaN形成的再生长电子供给层126之间未积累空穴。因此，防止了生成凸峰，并且HEMT易于变为常断型。
[0037]此外，再生长电子供给层126的厚度小于或等于电子供给层123的厚度，更优选地比电子供给层123薄。此外，再生长电子供给层126优选地具有大于或等于Snm且小于或等于12nm的厚度。此外，再生长电子传输层125和再生长电子供给层126之间的界面优选地形成为使得具有与电子传输层122和电子供给层123之间的界面基本相同的高度，然而基本相同的高度可以在一定程度上改变。
[0038]此外，p-GaN层127由具有50nm的厚度的ρ-GaN形成，并且掺杂Mg作为p型杂质元素。盖层124由具有5nm的厚度的n-GaN形成。栅电极131与p-GaN层127处于肖特基接触，并且源电极132和漏电极133与电子供给层123处于欧姆接触。
[0039]在本实施方案中，在栅电极131正下方，具有比电子供给层123的Al组成比低的Al组成比的再生长电子供给层126被形成为具有小于或等于电子供给层123的厚度。此夕卜，在再生长电子供给层126和栅电极131之间形成有p-GaN层127。因此，使在栅电极131正下方的2DEG122a消失。因此，在栅电极131中，可以减小在未施加栅极电压的状态下流动的漏极电流，使得HEMT甚至更可靠地变为常断型。此外，再生长电子供给层126和p-GaN层127被形成为在栅电极131正下方具有基本一致的厚度，因此还可以减小在向栅电极131施加栅极电压的情况下流动的漏极电流的变化。
[0040]半导体器件的制造方法
[0041]接下来，给出制造根据本实施方案的半导体器件的方法的描述。
[0042]首先，如在图8A所示，通过MOVPE (金属有机气相外延)在衬底110上形成缓冲层121、电子传输层122、电子供给层123以及盖层124。衬底110由例如SiC形成，并且缓冲层121由1-AlGaN形成。电子传输层122由i_GaN形成。电子供给层123由具有约20nm的厚度的Ala2GaQ.8N形成，并且以1X10 cm的浓度惨杂作为η型杂质兀素的Si。盖层124由具有约5nm的厚度的GaN形成，以IX IO18CnT3的浓度掺杂Si。因此，在电子传输层122中，在靠近电子传输层122和电子供给层123之间的界面处形成2DEG122a。
[0043]当通过MOVPE形成以上的氮化物半导体时，使用作为铝(Al)的原料的三甲基铝(TMAl)、作为镓(Ga)的原料的三甲基镓(TMG)以及作为氮(N)的原料的氨气(NH3)。使用作为η型杂质元素Si的原料的硅烷，以及作为P型杂质元素Mg的原料的Cp2Mg。[0044]接下来，如图SB所示，在待形成下面描述的栅电极131的区域正下方，移除盖层
124、电子供给层123和电子传输层122的部分以形成开口部分161。具体地,在盖层124表面上施加抗蚀剂，并且用曝光装置进行曝光和显影，以形成在待形成开口部分161的区域中具有开口的抗蚀剂图案(未示出)。随后，进行干法蚀刻如RIE(反应性离子蚀刻)以移除在未形成抗蚀剂图案的区域中的盖层124、电子供给层123和电子传输层122的部分，使得形成开口部分161。对于此时进行的干法蚀刻，将氯气(Cl2)用作蚀刻气体。随后用有机溶剂移除抗蚀剂图案(未示出)。
[0045]接下来，如图9A所示，在形成有开口部分161的表面上，通过MOVPE形成再生长电子传输层125、再生长电子供给层126以及p-GaN层127。再生长电子传输层125由GaN形成，并且再生长电子传输层125的高度被形成为与电子传输层122和电子供给层123之间的界面的高度基本匹配。再生长电子供给层126由具有约IOnm的厚度的Alci l5Gatl 85N形成，并且以IX IO18CnT3的浓度掺杂作为η型杂质元素的Si。p-GaN层127由具有约50nm的厚度的p-GaN形成,并且以4X IO19CnT3的浓度掺杂作为p型杂质元素的Mg。
[0046]接下来，如图9B所示，形成用于隔离元件的元件隔离区141。具体地，在p_GaN层127上施加抗蚀剂，并且用曝光装置进行曝光和显影，以形成在待形成元件隔离区141的区域中具有开口的抗蚀剂图案。随后，通过干法蚀刻，移除在未形成抗蚀剂图案的区域中的P-GaN层127、再生长电子供给层126、再生长电子传输层125、盖层124、电子供给层123以及电子传输层122的部分，以形成元件隔离凹部。随后，施加IOkeV的加速电压并且注入剂量为IXlO14cnT2的Ar，以形成元件隔离区141。注意，随后用有机溶剂移除抗蚀剂图案(未示出)。
[0047]接下来，如图1OA所示，从除了待形成栅电极131的区域外的区域移除p_GaN层127。具体地，在ρ-GaN层127上施加抗蚀剂，并且用曝光装置进行曝光和显影，以在待形成栅电极131的区域中形成抗蚀剂图案(未示出)。随后，通过进行干法蚀刻如RIE，从未形成抗蚀剂图案的区域移除P-GaN层127、再生长电子供给层126以及再生长电子传输层
125。因此，露出盖层124的表面。对于此时进行的干法蚀刻，将氯气用作蚀刻气体，在此过程中，存在在除了待形成栅电极131的区域外的区域中保留再生长电子传输层125的情况。然而，如果移除P-GaN层127，即使留有再生长电子传输层125，也不影响所制作的HEMT的性能。因此，P-GaN层127在待形成栅电极131的区域中形成。随后用有机溶剂移除抗蚀剂图案(未示出)。
[0048]接下来，如图1OB中所示，形成在待形成栅电极131的区域中具有开口部分151的保护膜150。具体地，在盖层124和p-GaN层127上，通过等离子CVD (化学气相沉积)形成由具有约IOOnm的厚度的SiN制成的保护膜150。随后，在所形成的保护膜150上施加抗蚀齐U，并且用曝光装置进行曝光和显影，形成在待形成栅电极131的区域中具有开口的抗蚀剂图案(未示出)。随后，通过将SF6用作蚀刻气体来进行干法蚀刻如RIE，从未形成抗蚀剂图案的区域中移除由SiN制成的保护膜150。因此，在待形成栅电极131的区域中，在保护膜150中形成开口部分151，并且露出p-GaN层127的表面。随后用有机溶剂移除抗蚀剂图案(未示出)。
[0049]接下来，如图1lA所示，形成栅电极131。具体地，在p_GaN层127和保护膜150上施加抗蚀剂，并且用曝光装置进行曝光和显影，以形成在待形成栅电极131的区域中具有开口的抗蚀剂图案(未示出)。随后，通过真空气相沉积形成金属多层膜，其包含具有约30nm的厚度的镍(Ni)膜和具有约400nm的厚度的金(Au)膜。随后，通过将其浸没在有机溶剂中，形成在抗蚀剂图案上的金属多层膜与抗蚀剂图案一起被剥离并移除，使得剩余的金属多层膜形成栅电极131。栅电极131被形成为与p-GaN层127接触并且与p-GaN层127处于肖特基接触。栅电极131在从源电极132到漏电极133的方向上具有长度，即约0.5 μ m的栅极长度。此外，栅电极131在垂直于栅极长度的方向上具有长度，即约400 μ m的单位栅极宽度。
[0050]接下来，如图1lB所示，形成源电极132和漏电极133。具体地，在保护膜150上施加抗蚀剂，并且用曝光装置进行曝光和显影，以形成在待形成源电极132和漏电极133的区域中具有开口的抗蚀剂图案(未示出)。随后，通过干法蚀刻如RIE来移除保护膜150、盖层124以及电子供给层123的在未形成抗蚀剂图案的区域中的部分，以形成开口部分。因此，在待形成源电极132和漏电极133的区域中，露出电子供给层123。对于用于移除作为保护膜150的SiN所进行的干法蚀刻，将SF6用作蚀刻气体。随后，通过用有机溶剂移除抗蚀剂图案，再次在保护膜150上施加抗蚀剂，并且用曝光装置进行曝光和显影，以形成在待形成源电极132和漏电极133的区域中具有开口的抗蚀剂图案。随后，通过真空气相沉积，形成金属多层膜，其包含具有约30nm的厚度的钽(Ta)膜和具有约200nm的厚度的铝(Al)膜。随后，通过将其浸没在有机溶剂中，形成在抗蚀剂图案上的金属多层膜与抗蚀剂图案一起被剥离并移除，使得由剩余的金属多层膜形成源电极132和漏电极133。在如上所述在电子供给层123上形成源电极132和漏电极133之后，在600°C的温度下进行热处理，使得将源电极132和漏电极133制成与由AlGaN制成的电子供给层132欧姆接触。
[0051]通过以上方法，制造出根据本实施方案的半导体器件。
[0052]图12示出作为根据本实施方案的半导体器件的HEMT的栅极电压和漏极电流之间的关系。如图12所示，在根据本实施方案的HEMT中未示出凸峰，并且因此在未施加栅极电压的状态下流动的漏极电流小于图2所示的情况的漏极电流。此外，漏极电流高并且还是均匀的。因此，在根据本实施方案的半导体器件中，导通电阻低并且性能一致。图12示出由相同过程制作的根据本实施方案的两个半导体器件的特性，并且所施加的漏极电压为IV。
[0053]在以上描述中，再生长电子供给层126由AlGaN形成。然而，再生长电子供给层126可以由GaN形成。在这种情况下，在再生长电子传输层125和再生长电子供给层126之间未生成2DEG122a，因此尽管导通电阻高，但是HEMT甚至更可靠地变为常断型。
[0054]此外，当再生长电子供给层126具有比电子供给层123的Al组成比低的Al组成比时，获得与本实施方案相同的效果。因此，如图13所示，再生长电子供给层126可以形成为具有与电子供给层123基本相同的厚度。
[0055]第二实施方案
[0056]接下来，给出根据第二实施方案的半导体器件的描述。根据本实施方案的半导体器件具有以下结构:其中再生长电子供给层126在电子传输层122上形成，而未形成根据第一实施方案的再生长电子传输层125。在第一实施方案中，对如下情况做出考虑:其中由于通过RIE进行蚀刻而损坏蚀刻表面；以及通过蚀刻移除电子传输层122的一部分，然后形成再生长电子传输层125和再生长电子供给层126。然而，当由于对电子传输层122等进行蚀刻所引起的损伤量较小时，如图14所示，可以在电子传输层122上形成再生长电子供给层126，而不用通过蚀刻移除电子传输层122。
[0057]除了在电子传输层122上形成再生长电子供给层126而不用通过蚀刻来移除电子传输层122之外，根据本实施方案的半导体器件通过制造根据第一实施方案的半导体器件的方法来制造。也就是说，在图SB所示的过程中，通过移除盖层124和电子供给层123而不用移除电子传输层122来形成开口部分161。随后，在图9A所示的过程中，在开口部分161处的电子传输层122上形成再生长电子供给层126和ρ-GaN层127，以制作根据本实施方案的半导体器件。
[0058]除了上述内容以外，第二实施方案与第一实施方案相同。
[0059]第三实施方案
[0060]接下来，给出第三实施方案的描述。本实施方案涉及半导体器件、电源装置以及高频放大器。
[0061]根据本实施方案的半导体器件通过分立封装根据第一实施方案或第二实施方案的半导体器件来形成。参照图15给出该分立封装半导体器件的描述。图15示意性地示出分立封装半导体器件的内部，并且电极的位置与第一实施方案或第二实施方案的电极的位置不同。
[0062]首先，通过划片来切割根据第一实施方案或第二实施方案所制造的半导体器件，并且形成作为由GaN系材料制成的HEMT的半导体芯片410。半导体芯片410通过管芯粘合剂(diatouch agent) 430如钎料固定在引线框420上。
[0063]接下来，栅电极441通过接合线431连接到栅极引线421，源电极442通过接合线432连接到源极引线422，以及漏电极443通过接合线433连接到漏极引线423。接合线431,432以及433由金属材料如Al形成。此外，在本实施方案中，栅电极441为连接至根据第一实施方案或第二实施方案的半导体器件的栅电极131的栅电极焊垫。相似地，源电极442为连接至源电极132的源电极焊垫。此外，漏电极443为连接至漏电极133的漏电极焊垫。
[0064]接下来，通过传递模制法用模制树脂440来进行树脂密封。如上所述，制造出作为由GaN系材料制成的HEMT的分立封装半导体芯片。
[0065]此外，根据本实施方案的电源装置和高频放大器使用根据第一实施方案或第二实施方案的半导体器件。
[0066]参照图16，给出根据本实施方案的电源装置的描述。根据本实施方案的电源装置460包括高压一次侧电路461、低压二次侧电路462以及设置在高压一次侧电路461和低压二次侧电路462之间的变压器463。高压一次侧电路461包括AC(交流)源464、所谓的桥式整流电路465、多个开关元件(在图16的例子中为四个)466以及一个开关元件467。低压二次侧电路462包括多个开关元件468 (在图16的例子中为三个)。在图16的例子中，将根据第一实施方案或第二实施方案的半导体器件用作高压一次侧电路461的开关元件466和开关元件467。高压一次侧电路461的开关元件466和467优选地为常断型半导体器件。此外，在低压二次侧电路462中使用的开关元件468为由硅制成的典型MISFET (金属绝缘半导体场效应晶体管)。
[0067]接下来，参照图17，给出根据本实施方案的高频放大器的描述。根据本实施方案的高频放大器470可以应用于移动电话的基站的功率放大器。高频放大器470包括数字预失真电路471、混频器472、功率放大器473以及定向耦合器474。数字预失真电路471补偿输入信号的非线性应变。混频器472将已经补偿过非线性应变的输入信号与AC信号混合。功率放大器473将已经与AC信号混合的输入信号进行放大。在图17的例子中，功率放大器473包括根据第一实施方案或第二实施方案的半导体器件。定向稱合器474监控输入信号和输出信号。在图17的电路中，例如可以切换开关使得通过混频器472将输出信号与AC信号混合并且将与AC信号混合后的输出信号发送到数字预失真电路471。
[0068]根据本实施方案中的一个方面，提供了由氮化物半导体形成且变为常断型的半导体器件以及制造该半导体器件的方法，其中低的漏极电流在未施加栅极电压的状态下流动，高的漏极电流在导通状态下流动，并且性能一致。
[0069]本发明不限于本文中所描述的具体实施方案，而是可以在不脱离本发明的范围的情况下进行变化和修改。
【权利要求】
1.一种半导体器件，包括: 形成在衬底上的第一半导体层； 形成在所述第一半导体层上的第二半导体层和第三半导体层； 形成在所述第三半导体层上的第四半导体层； 形成在所述第四半导体层上的栅电极；以及 形成为与所述第二半导体层接触的源电极和漏电极，其中 所述第三半导体层和所述第四半导体层形成在所述栅电极正下方的区域中； 所述第四半导体层由P型半导体材料形成；以及 所述第二半导体层和所述第三半导体层由AlGaN形成，并且所述第三半导体层具有比所述第二半导体层的Al组成比低的Al组成比。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中 所述第三半导体层的厚度小于或等于所述第二半导体层的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中 所述第一半导体层由包含GaN的材料形成。
4.根据权利要求1或2所述的半导体器件，还包括: 形成在所述第二半导体层下方的第五半导体层，所述第五半导体层通过如下方式形成:移除所述第一半导体层的一部分，`然后在已经从其移除所述第一半导体层的所述部分的区域中再生长包含GaN的材料。
5.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中 所述第三半导体层由表示为AlyG&1_yN的材料形成，其中y的值满足O < y < 0.2。
6.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中 所述第三半导体层形成为具有大于或等于8nm且小于或等于12nm的厚度。
7.根据权利要求1或2所述的半导体器件，还包括: 形成在所述第二半导体层上的盖层，所述盖层由包含η型GaN的材料形成。
8.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中 所述第四半导体层由包含GaN的材料形成。
9.根据权利要求8所述的半导体器件，其中 在所述第四半导体层中掺杂有Mg。
10.根据权利要求1或2所述的半导体器件，其中 在所述第二半导体层和所述第三半导体层中掺杂有Si。
11.一种电源装置，包括: 根据权利要求1或2所述的半导体器件。
12.—种放大器,包括: 根据权利要求1或2所述的半导体器件。
13.—种制造半导体器件的方法，所述方法包括: 在衬底上依次层叠第一半导体层和第二半导体层； 通过移除所述第二半导体层和所述第一半导体层的在待形成栅电极的区域正下方的部分，形成开口部分； 在所述开口部分处露出的所述第一半导体层上依次层叠第五半导体层、第三半导体层以及第四半导体层； 在所述第四半导体层上形成所述栅电极；以及 形成与所述第二半导体层接触的源电极和漏电极，其中 所述第四半导体层由P型半导体材料形成， 所述第一半导体层和所述第五半导体层由相同材料形成，以及所述第二半导体层和所述第三半导体层由AlGaN形成，并且所述第三半导体层具有比所述第二半导体层的Al组成比低的Al组成比。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括: 通过MOVPE (金属有机气相外延)形成所述第五半导体层、所述第三半导体层以及所述第四半导体层。
15.根据权利要求13或14所述的方法，还包括: 将在所述第五半导体层和所述第三半导体层之间的界面形成为具有与在所述第一半导体层和所述第二半导体层之间的界面的高度相同的高度。
16.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括: 在衬底上依次层叠第一半导体层和第二半导体层； 通过移除在待形成栅电极的区域正下方的所述第二半导体层来形成开口部分； 在所述开口部分处露出 的所述第一半导体层上依次层叠第三半导体层和第四半导体层； 在所述第四半导体层上形成所述栅电极；以及 形成与所述第二半导体层接触的源电极和漏电极，其中 所述第四半导体层由P型半导体材料形成，以及 所述第二半导体层和所述第三半导体层由AlGaN形成，并且所述第三半导体层具有比所述第二半导体层的Al组成比低的Al组成比。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括: 通过MOVPE (金属有机气相外延)形成所述第三半导体层和所述第四半导体层。
18.根据权利要求13、14、16以及17中任一项所述的方法，其中 所述第三半导体层的厚度小于或等于所述第二半导体层的厚度。
19.根据权利要求13、14、16以及17中任一项所述的方法，还包括: 在所述第二半导体层上形成盖层，所述盖层由包含η型GaN的材料形成。
20.根据权利要求13、14、16以及17中任一项所述的方法，其中 通过干法蚀刻形成所述开口部分。
【文档编号】H01L21/335GK103715244SQ201310325362
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年7月30日 优先权日:2012年9月28日
【发明者】吉川俊英 申请人:富士通株式会社