JP2008288474A - ヘテロ接合電界効果トランジスタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】AlGaN/GaNダブルへテロ接合電界効果トランジスタ80は、不純物としてFeを含むGaNバッファ層92と、AlGaN第1バリア層94を含む。Feは、キャリアトラップ効果とバッファ層92の伝導帯のエネルギーレベルEcの上昇とをもたらす。これらのことは、バッファ層92/第1バリア層94界面へのキャリアの蓄積を抑制し、リーク電流を低減する。
【選択図】 図3
Description
本発明の第1の実施の形態に係るAlGaN/GaNダブルヘテロ接合FETにおいて、バッファ層は不純物としてFeを含む。このFeの存在は、バッファ層への電子の蓄積を抑制する。その結果、リーク電流の発生を抑制し、良好なピンチオフ特性を実現する。
図3に、本発明の第1の実施の形態に係るAlGaN/GaNダブルヘテロ接合FET80(以下単に「FET80」と呼ぶ。)の断面構造図を示す。図3を参照して、FET80は、SiCからなる絶縁性の基板90と、基板90の主表面上に形成された、不純物としてFeが導入された、GaNからなるバッファ層92とを含む。バッファ層92は、AlGaN/GaNダブルヘテロ接合層をその上に形成するために形成される。
図3及び図4を参照して、本実施の形態に係るFET80は以下のように動作する。図3を参照して、図示しない外部電源により、ソース電極102−ドレイン電極104間に電圧を印加する。ドレイン電極104の方がソース電極102より高電位とする。この状態でソース電極102−ドレイン電極104間にチャネル層96を介して電流が流れる。ここでゲート電極106より電圧を印加する。ゲート電極106への印加電圧を調整することにより、ゲート電極106直下のチャネル層96のEcの様子を変化させる。これにより、FET80内の動作を制御し、ソース電極102−ドレイン電極104間の電流のON−OFFを行なう。
図3を参照して、FET80を以下の方法により製造した。SiC基板90上に、濃度1×1018cm-3のFeを含む、厚さ2μmのGaNからなるバッファ層92を、バッファ層92上に、厚さ500nmのアンドープAl0.05Ga0.95Nからなる第1バリア層94を、第1バリア層94上に、厚さ10nmのアンドープGaNからなるチャネル層96を、チャネル層96上に、厚さ30nmのアンドープAl0.3Ga0.7Nからなる第2バリア層98を、第2バリア層98上に、厚さ1nmのアンドープGaNからなるキャップ層100を、それぞれ、有機金属化学気相合成(Metal Organic Chemical Vapor Deposition:MOCVD法)により形成した。次に、キャップ層100上に、シャドウマスクを用いて、ソース電極102、ドレイン電極104及びゲート電極106をスパッタ法によりそれぞれ形成した。ソース電極102及びドレイン電極104はTi/Al/Ni/Au、ゲート電極106はWN/Auの積層構造とした。
上記実施の形態では、バッファ層92には、不純物としてFeが導入されている。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されない。バッファ層92には、不純物として、Feに代えて、又はFeに加えて、Mg、C、ZnまたはPを含んでも良い。これらはホールを導入するアクセプタである。バッファ層92がアクセプタを含むことにより、バッファ層92内の電子と導入されたホールとが結合し、電気的に相殺することができる。さらに、物理的障壁により、バッファ層92内に存在する電子の移動度を低減する。これにより、リーク電流を低減することができる。
30、90 基板
32、92 バッファ層
34 組成傾斜層
36、94 第1バリア層
38、96 チャネル層
40、98 第2バリア層
42、100 キャップ層
44、102 ソース電極
46、104 ドレイン電極
48、106 ゲート電極
60、110 伝導帯の底のエネルギー(Ec、the bottom of the conduction band)曲線
62、112 フェルミレベル(Ef,fermi level)の線
Claims (11)
- 基板と、
前記基板上に形成された、第1の種類の半導体からなるバッファ層と、
前記バッファ層上に形成された、前記第1の種類と異なる第2の種類の半導体からなる第1導電型の第1のバリア層と、
前記第1のバリア層上に形成された、前記第2の種類と異なる第3の種類の半導体からなるチャネル層と、
前記チャネル層上に形成された、前記第3の種類と異なる第4の種類の半導体からなる第1導電型の第2のバリア層と、
前記第2のバリア層上に形成されたソース電極、ゲート電極、及びドレイン電極とを含み、
前記第3の種類の半導体は、前記第2の種類の半導体及び前記第4の種類の半導体よりもバンドギャップの小さな半導体からなり、
前記バッファ層には不純物が導入されていることを特徴とする、ヘテロ接合電界効果トランジスタ。 - 前記第1の種類の半導体、及び前記第2の種類の半導体は、それぞれ、3族窒化物半導体からなる、請求項1に記載のヘテロ接合電界効果トランジスタ。
- 前記バッファ層は、前記第1のバリア層よりも、バンドギャップの小さい材料からなる、請求項1又は請求項2に記載のヘテロ接合電界効果トランジスタ。
- 前記バッファ層は、InXGa1-XN(0≦X≦1)からなる、請求項1〜請求項3のいずれかに記載のヘテロ接合電界効果トランジスタ。
- 前記第1のバリア層は、AlYGa1-YN(0≦Y≦1)からなる、請求項1〜請求項4のいずれかに記載のヘテロ接合電界効果トランジスタ。
- 前記不純物はFeからなる、請求項1〜請求項5のいずれかに記載のヘテロ接合電界効果トランジスタ。
- 前記第1の種類の半導体、及び前記第2の種類の半導体は、それぞれ、3族窒化物半導体からなり、
前記不純物は、p型の不純物からなる、請求項1に記載のヘテロ接合電界効果トランジスタ。 - 前記不純物は、Mg、C、Zn及びPからなるグループから選択される、請求項7に記載のヘテロ接合電界効果トランジスタ。
- 前記第1のバリア層の、前記バッファ層との界面付近には、不純物が導入されている、請求項1〜請求項8のいずれかに記載のヘテロ接合電界効果トランジスタ。
- 前記第1のバリア層に導入されている前記不純物は、Feである、請求項9に記載のヘテロ接合電界効果トランジスタ。
- 前記第1の種類の半導体、及び前記第2の種類の半導体は、それぞれ、3族窒化物半導体からなり、
前記不純物は、Mg、C、Zn及びPからなるグループから選択される、請求項9に記載のヘテロ接合電界効果トランジスタ。
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