JP2007088252A - 電界効果トランジスタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】バッファ層102の上には厚さ約2μmのアンドープのGaNから成る半導体結晶層103が形成されている。そして、この半導体結晶層103が本発明のチャネル層Aに相当する。この半導体結晶層103(チャネル層A)の上には、本発明のキャリヤ供給層Bに相当する厚さ約400ÅのアンドープのAlx Ga1-x N(0.15≦x≦0.20)から成る半導体結晶層104が積層されている。アルミニウム組成比xは、半導体結晶層103との界面からの距離の増大に対して、0.20から0.15まで単調に減少させる。電界効果トランジスタ100では、この様な設定により、良好に抑制されたリーク電流値に基づく高い耐圧性と、良好に抑制されたシート抵抗(on抵抗)に基づく高い電気伝導性とが、従来にない非常に良い兼ね合いで合理的に両立されている。
【選択図】図1
Description
即ち、本発明の第1の手段は、 III族窒化物系化合物半導体より成る半導体結晶層を複数層結晶成長させることにより形成される電界効果トランジスタにおいて、上側の界面またはその近傍にチャネルが生成消滅されるチャネル層Aと、その界面の上に直接積層されたAlx Ga1-x N(0.45>x>0.04)から成るキャリヤ供給層Bとを設け、その界面の近傍において、キャリヤ供給層BのバンドギャップエネルギーEB を、チャネル層AのバンドギャップエネルギーEA よりも大きくし、キャリヤ供給層Bのアルミニウム組成比xを、上記の界面からの距離に対して略単調に減少させることである。
なお、上記のチャネル層Aは、GaN、またはInGaNなどから形成することができる。
また、本発明の第3の手段は、上記の第2の手段において、上記のチャネル層Aを無添加の半導体結晶から形成することである。
ただし、より望ましくは、上記のアルミニウム組成比x1は、0.19以上0.25以下が良い。
ただし、より望ましくは、上記のアルミニウム組成比x2は、0.13以上0.17以下が良い。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
即ち、本発明の第1の手段によれば、キャリヤ供給層Bのアルミニウム組成比xがチャネル層Aとの界面から遠ざかるにつれて単調に低下するので、チャネル層Aに対するキャリヤ供給層Bの障壁高さを一定以上に確保しつつ、しかもキャリヤ供給層Bのもう一方の界面付近においては、アルミニウム組成比xの低減作用によって、キャリヤ供給層Bの結晶性をも一定以上に高く確保することができる。
したがって、本発明の第1の手段によれば、on抵抗と耐圧性の両特性に優れた電界効果トランジスタを製造することができる。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。
このアルミニウム組成比xは、半導体結晶層103との界面からの距離の増大に対して、0.20から0.15まで単調に減少させる。
上記の電界効果トランジスタ100の各半導体結晶層(半導体結晶層102,103,104)は何れも、有機金属化合物気相成長法(MOVPE)による気相成長により結晶成長されたものである。ここで用いられたガスは、キャリアガス(H2 又はN2 )と、アンモニアガス(NH3 )と、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3) と、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3) などである。
ただし、これらの半導体結晶層を結晶成長させる方法としては、上記の有機金属化合物気相成長法(MOVPE)の他にも、分子線気相成長法(MBE)、ハイドライド気相成長法(HVPE)等が有効である。
1.バッファ層102
(1)結晶成長温度TO : 1140〔℃〕
(2)積層構成 : 単層(膜厚約200nmのAlN)
(1)結晶成長温度TA : 1140〔℃〕
(2)積層構成 : 単層(膜厚約2μmのGaN)
(1)結晶成長温度TB : 1000〔℃〕
(2)積層構成 : 複層(6層)
第1層 : 膜厚約70Å,アルミニウム組成比x=0.20
第2層 : 膜厚約70Å,アルミニウム組成比x=0.19
第3層 : 膜厚約60Å,アルミニウム組成比x=0.18
第4層 : 膜厚約60Å,アルミニウム組成比x=0.17
第5層 : 膜厚約70Å,アルミニウム組成比x=0.16
第6層 : 膜厚約70Å,アルミニウム組成比x=0.15
(シート抵抗)
電界効果トランジスタ100 : 約600〔Ω/□〕
サンプルS2 : 約700〔Ω/□〕
サンプルS3 : 約500〔Ω/□〕
101 : 結晶成長基板(SiC)
102 : バッファ層(AlN)
103 : チャネル層A(GaNから成る半導体結晶層)
104 : キャリヤ供給層B(AlGaNから成る半導体結晶層)
105 : ソース電極(オーミック電極)
106 : ゲート電極(ショットキー電極)
107 : ドレイン電極(オーミック電極)
Claims (6)
- III族窒化物系化合物半導体より成る半導体結晶層を複数層結晶成長させることにより形成される電界効果トランジスタにおいて、
上側の界面またはその近傍にチャネルが生成消滅されるチャネル層Aと、
前記界面の上に直接積層されたAlx Ga1-x N(0.45>x>0.04)から成るキャリヤ供給層Bと
を有し、
前記界面の近傍において、
前記キャリヤ供給層BのバンドギャップエネルギーEB は、
前記チャネル層AのバンドギャップエネルギーEA よりも大きく、
前記キャリヤ供給層Bのアルミニウム組成比xは、
前記界面からの距離に対して略単調に減少している
ことを特徴とする電界効果トランジスタ。 - 前記チャネル層Aは、
窒化ガリウム(GaN)の半導体結晶から形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジスタ。 - 前記チャネル層Aは、
無添加の半導体結晶から形成されている
ことを特徴とする請求項2に記載の電界効果トランジスタ。 - 前記キャリヤ供給層Bの前記界面におけるアルミニウム組成比x1は、
0.15以上0.40以下である
ことを特徴とする請求項1乃至請求項3の何れか1項に記載の電界効果トランジスタ。 - 前記キャリヤ供給層Bの前記界面とは反対側のもう一方の界面におけるアルミニウム組成比x2は、
0.05以上0.20以下である
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の電界効果トランジスタ。 - 前記キャリヤ供給層Bのアルミニウム組成比xは、
0.20から0.15に、前記距離に対して略単調に減少している
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の電界効果トランジスタ。
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