氮化物半导体层叠体的制造方法和氮化物半导体层叠体技术

氮化物半导体层叠体的制造方法包括：在反应炉内在衬底的上方形成第1氮化物半导体层(12)的第1氮化物半导体层形成工序；在第1氮化物半导体层(12)的上方形成第2氮化物半导体层(13)的第2氮化物半导体层形成工序；和在第2氮化物半导体层(13)的上表面形成与第2氮化物半导体层(13)相比带隙大的第3氮化物半导体层(14)的第3氮化物半导体层形成工序。第2氮化物半导体层形成工序与第3氮化物半导体层形成工序之间不被中断，第3氮化物半导体层形成工序与第2氮化物半导体层形成工序连续地被实施。

Process for producing nitride semiconductor stack and nitride semiconductor stack

Method of manufacturing nitride semiconductor laminate includes: first nitride semiconductor layer formed above the substrate within the reaction furnace (12) of the first nitride semiconductor layer is formed in the process; a first nitride semiconductor layer (12) formed above the second nitride semiconductor layer (13) of the second nitride semiconductor layer is formed in the process; and a second nitride semiconductor layer (13) is formed on the upper surface and a second nitride semiconductor layer (13) compared to the third nitride semiconductor layer large band gap (14) of the third nitride semiconductor layer forming process. The second nitride semiconductor layer forming process is not interrupted between the third nitride semiconductor layer forming process, and the third nitride semiconductor layer forming process is continuously implemented with the second nitride semiconductor layer forming process.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氮化物半导体层叠体的制造方法和氮化物半导体层叠体
本专利技术涉及以例如HEMT(HighElectronMobilityTransistor：高电子迁移率晶体管)等半导体开关元件为代表的氮化物半导体层叠体的制造方法和氮化物半导体层叠体。
技术介绍
以GaN(氮化镓)为代表的作为III-V族化合物半导体的氮化物半导体，近年来被期待应用于在功率器件等中使用的开关元件。这是因为，氮化物半导体与以往的使用Si(硅)的半导体相比具有带隙大至3.4eV左右、绝缘击穿电场高至约10倍、电子饱和速度大约2.5倍等适合于功率器件的特性。提出了在例如SiC(碳化硅)、Al2O3(蓝宝石)、Si等衬底上设置有GaN/AlGaN的异质结构的开关元件(参照例如美国专利第6,849,882号说明书(专利文献1))。此外，AlGaN是GaN与AlN(氮化铝)的混合物。在上述开关元件中，除了由作为GaN的结晶结构的纤锌矿型的C轴方向上的非对称性结构引起的自发极化以外，还由于由AlGaN和GaN的晶格失配引起的压电效应所导致的极化，产生1×1012cm-2至1×1013cm-2左右的高电子密度的二维电子气。该开关元件通过对上述二维电子气的电子密度进行控制来切换规定的电极之间被电连接的状态(导通状态)与规定的电极之间不被电连接的状态(关断状态)。以下，参照图7、图8对上述那样的开关元件的典型结构的一个例子进行说明。图7、图8是用于表示以往的开关元件1000的典型结构的示意性截面图。另外，图7表示导通状态的开关元件1000。另一方面，图8表示关断状态的开关元件1000。如图7和图8所示，开关元件1000包括：衬底1001；在该衬底1001的上表面形成的缓冲层1002；在该缓冲层1002的上表面形成且由无掺杂的GaN构成的电子渡越层1003；在该电子渡越层1003的上表面形成且由AlGaN构成的电子供给层1004；源极电极1005；漏极电极1006；和栅极电极1007。该源极电极1005、漏极电极1006和栅极电极1007形成在电子供给层1004的上表面。此外，栅极电极1007位于源极电极1005与漏极电极1006之间。该开关元件1000为常导通型。因此，如图7所示，即使栅极电极1007的电位为与源极电极1005相同的电位，即使栅极电极1007为开路，在电子渡越层1003和电子供给层1004接合的界面附近也产生二维电子气层1008，开关元件1000也成为导通状态。在导通状态的开关元件1000中，如果漏极电极1006的电位比源极电极1005的电位高，则在源极电极1005与漏极电极1006之间流动电流。另一方面，如图8所示，当栅极电极1007的电位以源极电极1005的电位为基准低于阈值电压时，在栅极电极1007的下方，在电子渡越层1003和电子供给层1004接合的界面附近不再产生二维电子气层1008。也就是说，形成位于栅极电极1007的下方的耗尽区域1009。由此，开关元件1000成为关断状态，在源极电极1005与漏极电极1006之间不流动电流。作为通过使上述二维电子气层1008中的电子密度和迁移率增大来实现导通电阻的降低的方法，可以考虑使用由AlGaN和AlN构成的电子供给层代替由AlGaN构成的电子供给层1004的方法。以下，参照图9对具有由AlGaN和AlN构成的电子供给层的开关元件的一个例子进行说明。图9是用于对具有由AlGaN和AlN构成的电子供给层2004的开关元件2000进行说明的示意性截面图。另外，关于图9所示的开关元件2000，对与图7和图8所示的开关元件1000同样的部分，标注相同的符号并且省略重复的说明。如图9所示，开关元件2000包括衬底1001、缓冲层1002、电子渡越层1003、电子供给层2004、源极电极1005、漏极电极1006和栅极电极1007。该电子供给层2004包括由AlN构成的间隔层2004A和由AlGaN构成的势垒层2004B。上述间隔层2004A的带隙与电子渡越层1003的带隙之差大于间隔层2004A的带隙与势垒层2004B的带隙之差。此外，间隔层2004A与电子渡越层1003的晶格失配大于间隔层2004A与势垒层2004B的晶格失配。其结果，二维电子气层1008中的电子密度和迁移率增大，导通电阻降低。现有技术文献专利文献专利文献1：美国专利第6,849,882号说明书
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题但是，在上述开关元件2000中，在形成间隔层2004A时，基底的电子渡越层1003被分解，在电子渡越层1003的上表面(电子渡越层1003与间隔层2004A的界面)产生凹凸。进一步，在电子渡越层1003的上表面形成的间隔层2004A极薄为5nm以下，因此，受到电子渡越层1003的上表面的凹凸的影响，厚度变得不均匀。而且，当这样电子渡越层1003和间隔层2004A的面内方向的状态变得不均匀时，会产生电子的迁移率降低等开关元件2000的特性劣化。这样，上述电子渡越层1003的上表面的凹凸引起开关元件2000的特性劣化，因此是问题。在此，参照图10对在上述电子渡越层1003的上表面产生凹凸的现象进行说明。图10是用于对在开关元件2000中的电子渡越层1003的上表面产生凹凸的现象进行说明的示意性截面图。另外，图10表示由AlN构成的间隔层2004A的形成方法是作为半导体元件的量产方法最被广泛使用的MOCVD(MetalOrganicChemicalVaporDeposition：有机金属气相沉积)法的情况。进一步，图10表示用于将作为液体的有机金属材料输送到反应炉的载气是从防止原料和生成物的氧化的观点出发最被广泛使用的H2(氢)的情况。如图10所示，当想要在由GaN构成的电子渡越层1003的上表面形成由AlN构成的间隔层2004A时，构成电子渡越层1003的GaN被分解为Ga(镓)和N(氮)。这是因为，为了使构成间隔层2004A的AlN生长而需要的衬底温度(900℃以上)高于构成电子渡越层1003的GaN发生热分解的衬底温度(800℃以上)。由GaN的热分解产生的N变成气体的N2(氮)而脱离，或者与周围的H2反应变成NH3(氨)而脱离。这样，在上述N从电子渡越层1003脱离时，在GaN的周围存在丰富的作为载气的H2，H(氢)与由热分解生成的N变得容易结合，因此，N的消耗被促进，热分解被促进。此外，从抑制气相中的原料的反应而促进衬底1001上的原料的反应的观点出发，优选使反应炉内为低压(例如0.1气压以下)而使上述AlN生长，但是当使反应炉内为低压时，N2和NH3的脱离被促进，因此，热分解被促进。这样的热分解被促进，由此，在电子渡越层1003的上表面产生凹凸。因此，本专利技术要解决的技术问题在于提供能够抑制在特定的氮化物半导体层的上表面产生凹凸的氮化物半导体层叠体的制造方法和氮化物半导体层叠体。另外，作为上述氮化物半导体层叠体的一个例子，有包括衬底和层叠在该衬底上的多个氮化物半导体层的氮化物半导体层叠衬底。此外，作为上述氮化物半导体层叠体的另一个例子，有使用上述氮化物半导体层叠衬底形成的氮化物半导体层叠器件(例如开关元件)。此外，图9的开关元件2000是为了使本专利技术要解决的技术问题明确且为了方便而示出的，不本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化物半导体层叠体的制造方法，其特征在于，包括：在反应炉内在衬底(11)的上方形成第1氮化物半导体层(12)的第1氮化物半导体层形成工序；在所述第1氮化物半导体层(12)的上方形成第2氮化物半导体层(13、213)的第2氮化物半导体层形成工序；和在所述第2氮化物半导体层(13、213)的上表面形成与所述第2氮化物半导体层(13、213)相比带隙大的第3氮化物半导体层(14、14B)的第3氮化物半导体层形成工序，所述第2氮化物半导体层形成工序与所述第3氮化物半导体层形成工序之间不被中断，所述第3氮化物半导体层形成工序与所述第2氮化物半导体层形成工序连续地被实施。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.09 JP 2014-1834631.一种氮化物半导体层叠体的制造方法，其特征在于，包括：在反应炉内在衬底(11)的上方形成第1氮化物半导体层(12)的第1氮化物半导体层形成工序；在所述第1氮化物半导体层(12)的上方形成第2氮化物半导体层(13、213)的第2氮化物半导体层形成工序；和在所述第2氮化物半导体层(13、213)的上表面形成与所述第2氮化物半导体层(13、213)相比带隙大的第3氮化物半导体层(14、14B)的第3氮化物半导体层形成工序，所述第2氮化物半导体层形成工序与所述第3氮化物半导体层形成工序之间不被中断，所述第3氮化物半导体层形成工序与所述第2氮化物半导体层形成工序连续地被实施。2.如权利要求1所述的氮化物半导体层叠体的制造方法，其特征在于：所述第2氮化物半导体层形成工序具有：形成第4氮化物半导体层(13A)的第4氮化物半导体层形成工序；和在所述第4氮化物半导体层(13A)的上方形成第5氮化物半导体层(13C)的第5氮化物半导体层形成工序，所述第5氮化物半导体层形成工序的衬底温度比所述第4氮化物半导体层形成工序的衬底温度高，所述第5氮化物半导体层形成工序的炉内压力比所述第4氮化物半导体层形成工序的炉内压力低。3.如权利要求2所述的氮化物半导体层叠体的制造方法，其特征在于：所述第2氮化物半导体层形成工序具有在所述第4氮化物半导体层(13A)与所述第5氮化物半导体层(13C)之间形成第6氮化物半导体层(13B)的第6氮化物半导体层形成工序，所述第6氮化物半导体层形成工序的衬底温度，从与所述第4氮化物半导体层形成工序的衬底温度相同的温度逐渐变化至与所述第5氮化物半导体层形成工序的衬底温度相同的温度，所述第6氮化物半导体层形成工序的炉内压力，从与所述第4氮化物半导体层形成工序的炉内压力相同的压力逐渐变化至与所述第5氮化物半导体层形成工序的炉内压力相同的压力。4.如权利要求1至3中任一项所述的氮化物半导体层叠体的制造方法，其特征在于：所述第2氮化物半导体层(13、213)由GaN构成，所述第3氮化物半导体层(14B)由AlxGa1-xN构成，其中0＜x＜1。5.一种氮化物半导...

【专利技术属性】
技术研发人员：田尻雅之，伊藤伸之，小河淳，藤重阳介，冈崎舞，远崎学，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP