JP4730529B2 - 電界効果トランジスタ - Google Patents
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Description
一方の主面と、該一方の主面に対向している他方の主面と、前記一方の主面と前記他方の主面との間に配置されている第1の半導体層と、前記第1の半導体層と前記一方の主面との間に配置されている第2の半導体層とを有し、前記第1及び第2の半導体層は互いに異なる組成の無機半導体から成り、前記第1の半導体層は電流通路として機能する2次元電子ガス層を有している半導体基板と、
前記半導体基板の前記一方の主面上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記半導体基板の前記一方の主面における前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に配置されたゲート電極と、
前記半導体基板の前記一方の主面の前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の少なくとも一部の上に配置され且つp型導電型を有している有機半導体膜と
を備え、前記有機半導体膜のキャリア移動度は前記第2の半導体層のキャリア移動度よりも小さいことを特徴とする電界効果トランジスタに係わるものである。
一方の主面と、該一方の主面に対向している他方の主面と、前記一方の主面と前記他方の主面との間に配置されている第1の半導体層と、前記第1の半導体層と前記一方の主面との間に配置されている第2の半導体層とを有し、前記第1及び第2の半導体層は互いに異なる組成の無機半導体から成り、前記第1の半導体層は電流通路として機能する2次元ホールガス層を有している半導体基板と、
前記半導体基板の前記一方の主面上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記半導体基板の前記一方の主面における前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に配置されたゲート電極と、
前記半導体基板の前記一方の主面の前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の少なくとも一部の上に配置され且つn型導電型を有している有機半導体膜と
を備え、前記有機半導体膜のキャリア移動度は前記第2の半導体層のキャリア移動度よりも小さいことを特徴とする電界効果トランジスタに係わるものである。
なお、請求項3に示すように、前記ゲート電極は、前記第2の半導体層にショットキ接触しているショットキバリア電極から成り、更に、前記半導体基板の一方の主面上に配置され且つ前記ゲート電極又は前記ドレイン電極に接続された抵抗性ショットキバリア型フィールドプレートを有していることが望ましい。
(1) p型又はn型の有機半導体膜は、半導体基板の表面に捕獲された電荷(例えば負電荷又は正電荷)を消滅させる効果、又は半導体基板の表面に電荷(例えば負電荷又は正電荷)が捕獲されることを抑制する効果、又はこれ等の両方を有する。このため、第1の半導体層に生じる2次元キャリア層の2次元キャリア(例えば電子又はホール)の濃度の低減を抑えることができ、コラプスを容易に抑制することができる。
(2) 有機半導体膜はキャリア移動度が低いので、この有機半導体膜又はこれと半導体基板との界面を通るリーク電流は無視できる程度に微小である。従って、比較的高い耐圧を有する電界効果トランジスタが得られる。
半導体基板1の各層7、8,9は、例えばGaN,InGaN,AlGaN,AlInGaN,AlN,InAlN,AlP,GaP,AlInP,GaInP,AlGaP,AlGaAs,GaAs,AlAs,InAs,InP,InN,GaAsP,Si,SiC,C等の結晶構造を有する半導体材料で形成される。高耐圧のHEMTを形成する場合には、半導体基板1の各層7、8,9を窒化物半導体で構成することが望ましい。次に、HEMTの各部を更に詳しく説明する。
なお、この電子走行層8はこの上の電子供給層9よりも半導体基板1の一方の主面12から遠い位置に配置されている。
AlxGa1-xN,
ここで、xは0<x<1を満足する数値であり、好ましくは0.2〜0.4であり、より好ましくは0.3である。
電子供給層9は、比較的薄く形成されているので、半導体基板1の一方の主面12に垂直方向の抵抗は無視できる程小さく、一方の主面12に平行な方向(横方向)の抵抗は垂直方向よりも大きい。従って、ドレイン・ソース間電流の電子供給層9を横方向に流れる成分を無視することができる。
n型AlGaNから成る電子供給層9はこの下のGaNから成る電子走行層9よりも小さい格子定数を有する。従って、電子供給層9と電子走行層8とのヘテロ接合10に基づいて周知のピエゾ分極が生じる。また、n型不純物を含む電子供給層9に基づいて自発分極が生じる。既に説明したように、上記ピエゾ分極及び自発電極の電界に基づいて電子走行層8の上部に点線で示す周知の2DEG層11が生じる。2DEG層11は、半導体基板1の一方の主面12に対して平行な方向に自由度を有する電子(キャリア)を含み、電流通路として機能する。
p型有機半導体膜6によるコラプス改善を更に別の観点で説明すると、n型AlGaNから成る電子供給層9とp型有機半導体膜6と2DEG層11とを1つのコンデンサと考えることができる。この場合には、電子供給層9がコンデンサの誘電体層として機能し、p型有機半導体膜6がコンデンサの正電極として機能し、2DEG層11がコンデンサの負電極として機能する。誘電体層としての電子供給層6の一方の主面の正電荷がp型有機半導体膜6によって固定されると、電子供給層6の他方の主面の負の電荷の安定化が図られる。この結果、コラプス現象に基づく2DEG層11の電子の低減が小さくなる。
図11の正孔走行層8´は正孔供給層9´にヘテロ接合されている。従って、正孔走行層8´に2次元キャリアガス層としての2次元正孔ガス層11´が生じる。n型有機半導体膜6´は、ドレイン電極4に正電圧が印加された時に2次元正孔ガス層11´における正孔(ホール)の減少が生じることを防ぐ効果を有する。
n型有機半導体膜6´の材料として、例えば、フラーレン(Fullerene)又はフラーレン誘導体(好ましくはC60又はC70)、又はCu(銅)フタロシアニン等を使用することができる。n型有機半導体膜6´は、p型有機半導体膜6と同様に周知の蒸着、スパッタリング、スピンオン(塗布)、ゾルゲル法等で形成される。
なお、図2〜図10のHEMTにおいても、電子走行層8の代わり正孔走行層8´を設け、電子供給層9の代わりに正孔供給層9´を設け、2次元電子ガス層即ち2DEG層11の代わりに2次元ホールガス層11´を設け、p型有機半導体膜6の代わりにn型有機半導体膜6´を設けることができる。
(1)図1〜図10の実施例1〜10では、第2の半導体層としての電子供給層9がn型半導体層で形成されているが、不純物を特別に添加しないアンドープ半導体層で電子供給層9を形成することもできる。電子供給層9がアンドープ半導体層である場合においても、電子供給層9のアンドープ半導体層と電子走行層8とのヘテロ接合に基づいてピエゾ分極が生じ、このピエゾ分極に基づいて電子走行層8に2DEG層11が形成される。同様に、図11の実施例11においても、第2の半導体層としての正孔供給層9´をアンドープ半導体層で形成することができる。要するに、本発明の第1及び第2の半導体層の材料は、2DEG層11又は2次元正孔ガス層11´を形成することができるものであればどのような材料でも良い。
(2) 半導体基板1、1a、1b、1cに必要に応じて更に別の半導体層を付加することができる。例えば、電子供給層9と電子走行層8との間に電子供給層9のn型不純物が電子走行層8に拡散することを阻止するための極薄い半導体層(例えばアンドープAlGaNから成る半導体層)を介在させることができる。
(3) 図9の抵抗性ショットキバリア型フィールドプレート14をゲート電極5とソース電極3との間にも設けることができる。
(4) 電子走行層8及び電子供給層9を、GaN、AlGaN以外の別の3−5族化合物半導体で形成ることができる。
(5) ソース電極3及びドレイン電極4を電子走行層8に直接的に接続することもできる。
(6) 支持基板2をシリコン以外のシリコン化合物、又はサファイア、又は3−5族化合物半導体で形成することができる。
(7)ショットキバリア型のゲート電極5の代わりに絶縁膜を介してゲート電極を設けることができる。
2 支持基板
3 ソース電極
4 ドレイン電極
5 ゲート電極
6 p型有機半導体膜
7 バッファ層
8 電子走行層
9 電子供給層
10 ヘテロ接合
11 2DEG層
Claims (3)
- 一方の主面と、該一方の主面に対向している他方の主面と、前記一方の主面と前記他方の主面との間に配置されている第1の半導体層と、前記第1の半導体層と前記一方の主面との間に配置されている第2の半導体層とを有し、前記第1及び第2の半導体層は互いに異なる組成の無機半導体から成り、前記第1の半導体層は電流通路として機能する2次元電子ガス層を有している半導体基板と、
前記半導体基板の前記一方の主面上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記半導体基板の前記一方の主面における前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に配置されたゲート電極と、
前記半導体基板の前記一方の主面の前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の少なくとも一部の上に配置され且つp型導電型を有している有機半導体膜と
を備え、前記有機半導体膜のキャリア移動度は前記第2の半導体層のキャリア移動度よりも小さいことを特徴とする電界効果トランジスタ。 - 一方の主面と、該一方の主面に対向している他方の主面と、前記一方の主面と前記他方の主面との間に配置されている第1の半導体層と、前記第1の半導体層と前記一方の主面との間に配置されている第2の半導体層とを有し、前記第1及び第2の半導体層は互いに異なる組成の無機半導体から成り、前記第1の半導体層は電流通路として機能する2次元ホールガス層を有している半導体基板と、
前記半導体基板の前記一方の主面上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記半導体基板の前記一方の主面における前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に配置されたゲート電極と、
前記半導体基板の前記一方の主面の前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の少なくとも一部の上に配置され且つn型導電型を有している有機半導体膜と
を備え、前記有機半導体膜のキャリア移動度は前記第2の半導体層のキャリア移動度よりも小さいことを特徴とする電界効果トランジスタ。 - 前記ゲート電極は、前記第2の半導体層にショットキ接触しているショットキバリア電極から成り、
更に、前記半導体基板の前記一方の主面上に配置され且つ前記ゲート電極又は前記ドレイン電極に接続された抵抗性ショットキバリア型フィールドプレートを有していることを特徴とする請求項1又は2記載の電界効果トランジスタ。
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