JP5055737B2 - Field effect transistor having a two-dimensional carrier gas layer - Google Patents

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  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

本発明は、2次元キャリアガス層(例えば2次元電子ガス層)を電流チャネルとして使用する電界効果トランジスタに関する。   The present invention relates to a field effect transistor using a two-dimensional carrier gas layer (for example, a two-dimensional electron gas layer) as a current channel.

2次元電子ガス層即ち2DEG層を電流チャネル即ち電流通路として使用した電界効果トランジスタは、一般にHEMT(High Electron Mobility Transistor)として周知である。HEMTは、例えば不純物が添加されていないGaNから成る電子走行層(チャネル層)と例えばn型AlGaNから成る電子供給層とを有する。電子供給層の上には、ソース電極とドレイン電極とが配置され、これ等の間にショットキー電極から成るゲート電極が配置されている。電子供給層の厚み方向(垂直方向)の抵抗値は小さく、横方向(水平方向)の抵抗値は大きいので、ドレイン電極とソース電極との間の電流は電子走行層に生じる2DEG層を通って流れる。2DEG層は周知のように電子走行層と電子供給層とのヘテロ接合面のピエゾ分極と自発分極とに基づいて生じる。   A field effect transistor using a two-dimensional electron gas layer, that is, a 2DEG layer, as a current channel, that is, a current path is generally known as a HEMT (High Electron Mobility Transistor). The HEMT has, for example, an electron transit layer (channel layer) made of GaN to which no impurity is added and an electron supply layer made of, for example, n-type AlGaN. A source electrode and a drain electrode are disposed on the electron supply layer, and a gate electrode made of a Schottky electrode is disposed therebetween. Since the resistance value in the thickness direction (vertical direction) of the electron supply layer is small and the resistance value in the lateral direction (horizontal direction) is large, the current between the drain electrode and the source electrode passes through the 2DEG layer generated in the electron transit layer. Flowing. As is well known, the 2DEG layer is generated based on piezo polarization and spontaneous polarization at the heterojunction surface between the electron transit layer and the electron supply layer.

ところで、一般的な構成のHEMTは、ノーマリオン(normally−on)の特性を有する。ノーマリオン特性のHEMTをオフ状態にするためには負電源が必要になる。また、ノーマリオン特性のHEMTを含む電気回路の電源投入時にHEMTに基づく短絡回路が形成されることを防ぐ手段が要求される場合がある。従って、ノーマリオン特性のHEMTの使い勝手は良くなかった。 By the way, the HEMT having a general configuration has a normally-on characteristic. A negative power supply is required to turn off the normally-on HEMT. Further, there is a case where a means for preventing a short circuit based on the HEMT from being formed when the electric circuit including the HEMT having the normally-on characteristic is turned on may be required. Therefore, the use of HEMT having normally-on characteristics is not good.

そこで、ノーマリオフ(normally−off)特性のHEMTの製作が試みられている。しかし、オン抵抗即ちオン状態時のドレイン・ソース間の抵抗が小さく且つノーマリオフ特性を有しているHEMTを得ることが困難であった。   Therefore, an attempt has been made to manufacture a HEMT having a normally-off characteristic. However, it has been difficult to obtain a HEMT having a small on-resistance, that is, a drain-source resistance in the on-state and a normally-off characteristic.

HEMTのノーマリオフ特性は、例えば、n型AlGaNから成る電子供給層を薄く形成することによって得られる。AlGaNから成る電子供給層が薄く形成された時には、電子供給層と電子走行層との間のヘテロ接合に基づくピエゾ分極による電界が弱くなる。この結果、2DEG層の電子濃度が減少する。他方、電子供給層とここにショットキー接触しているゲート電極との間にビルトインポテンシャル(built−in potential)即ちバイアス電圧が無い状態での電位差が生じている。薄い電子供給層のために電子濃度が低下した2DEG層に上記のビルトインポテンシャルに基づく電界が作用すると、ゲート電極の直下の2DEG層が消失する。このため、ゲート電極にバイアス電圧を加えない状態においてドレイン・ソース間がオフ状態になる。   The normally-off characteristic of HEMT can be obtained, for example, by forming a thin electron supply layer made of n-type AlGaN. When the electron supply layer made of AlGaN is thinly formed, the electric field due to piezoelectric polarization based on the heterojunction between the electron supply layer and the electron transit layer becomes weak. As a result, the electron concentration of the 2DEG layer is reduced. On the other hand, there is a built-in potential, that is, a potential difference in the absence of a bias voltage, between the electron supply layer and the gate electrode in Schottky contact therewith. When an electric field based on the built-in potential acts on a 2DEG layer whose electron concentration has decreased due to the thin electron supply layer, the 2DEG layer immediately below the gate electrode disappears. Therefore, the drain and source are turned off in the state where no bias voltage is applied to the gate electrode.

上述のように電子供給層を薄くすることによってノーマリオフのHEMTを提供することができる。しかし、電子供給層を薄くすると、ゲート電極の直下以外の2DEG層においても電子濃度の低下が生じ、ドレイン・ソース間のオン抵抗が増大する。   As described above, a normally-off HEMT can be provided by thinning the electron supply layer. However, when the electron supply layer is thinned, the electron concentration is lowered in the 2DEG layer other than just below the gate electrode, and the on-resistance between the drain and the source is increased.

ノーマリオフ特性が得られるように電子供給層を薄く形成した場合の別の問題として電流狭窄即ちコラプスの問題がある。このコラプスは、例えば特許文献1に開示されているように、HEMTを交流回路で使用する時に、電子供給層の表面に負電荷が発生し、この負電荷に基づいて電子走行層を流れる最大ドレイン電流が直流動作時の最大ドレイン電流よりも低減する現象を言う。コラプスによる最大ドレイン電流の低下は、電子供給層の表面の負電荷に基づいて2DEG層の電子濃度が相対的に減少するためと考えられる。電子供給層が薄い場合には、2DEG層が電子供給層の表面の影響を受け易くなり、コラプス現象の影響が大きくなる。   As another problem when the electron supply layer is formed thin so as to obtain normally-off characteristics, there is a problem of current confinement, that is, collapse. For example, as disclosed in Patent Document 1, when this HEMT is used in an AC circuit, negative charge is generated on the surface of the electron supply layer, and the maximum drain that flows through the electron transit layer based on the negative charge is disclosed in Patent Document 1. A phenomenon in which the current is lower than the maximum drain current during DC operation. The decrease in the maximum drain current due to collapse is considered to be due to the relative decrease in the electron concentration of the 2DEG layer based on the negative charge on the surface of the electron supply layer. When the electron supply layer is thin, the 2DEG layer is easily affected by the surface of the electron supply layer, and the influence of the collapse phenomenon is increased.

オン抵抗の増大を抑制し且つコラプス現象の影響を抑制してノーマリオフ特性のHEMTを得る方法として次の2つが考えられる。
(1) 例えばGaN電子走行層の上にノーマリオフを可能にする厚みを有する例えばn型AlGaNから成る電子供給層をエピタキシャル成長で形成し、更にその上にアンドープのAlGaNから成るキャップ層(補助層)を設け、このキャップ層の上にゲート電極を設けるか、又はキャップ層を選択的に除去して電子供給層を露出させて電子供給層にゲート電極を設けること。
(2) 電子供給層を厚く形成し、電子供給層のゲート電極対応部分をエッチングで除去してノーマリオフを可能にする厚みを有する薄い部分を電子供給層に形成し、この薄い部分の上にゲート電極を設けること。
The following two methods are conceivable as methods for obtaining a normally-off HEMT by suppressing an increase in on-resistance and suppressing the influence of the collapse phenomenon.
(1) For example, an electron supply layer made of, for example, n-type AlGaN having a thickness that enables normally-off is formed on the GaN electron transit layer by epitaxial growth, and a cap layer (auxiliary layer) made of undoped AlGaN is further formed thereon. And providing a gate electrode on the cap layer, or selectively removing the cap layer to expose the electron supply layer and providing the gate electrode on the electron supply layer.
(2) The electron supply layer is formed thick, a portion corresponding to the gate electrode of the electron supply layer is removed by etching, and a thin portion having a thickness that enables normally-off is formed in the electron supply layer, and the gate is formed on the thin portion. Provide electrodes.

しかし、上記(1)の方法を採用すると、高温のエピタキシャル成長工程の増加によって電子走行層及び電子供給層を含む半導体領域の結晶性の劣化が生じ、HEMTの特性が劣化する。また、電子供給層とキャップ層とを目標通りに形成することが困難であり、目標通りの特性を有するHEMTを得ることが困難であった。   However, when the method (1) is adopted, the crystallinity of the semiconductor region including the electron transit layer and the electron supply layer is deteriorated due to an increase in the high temperature epitaxial growth process, and the HEMT characteristics are deteriorated. In addition, it is difficult to form the electron supply layer and the cap layer as intended, and it is difficult to obtain a HEMT having characteristics as intended.

上記(2)の方法を採用すると、電子供給層を選択的にエッチングする時に電子走行層及び電子供給層の半導体結晶にダメージが生じ、HEMTの電気的特性が劣化する。また、電子供給層の選択的エッチングを容易且つ正確に達成することが困難であった。   When the method (2) is adopted, when the electron supply layer is selectively etched, the electron transit layer and the semiconductor crystals of the electron supply layer are damaged, and the electrical characteristics of the HEMT are deteriorated. In addition, it has been difficult to easily and accurately achieve selective etching of the electron supply layer.

なお、HEMTにはノーマリオフ特性の有無とは別に、オン抵抗の低減等のHEMTの電気的特性の改善が要求されている。電子供給層を厚く形成すると、理論的にはピエゾ分極に基づいて生じた2DEG層の電子濃度が大きくなる。しかし、厚い電子供給層を形成すると、必然的にこのためのエピタキシャル成長時間が長くなり、電子走行層の結晶性の劣化、及び電子供給層のn型不純物の電子走行層への拡散が生じ、HEMTの電気的特性が劣化する。
また、ショットキー接触のゲート電極を有するHEMTに限らず、絶縁ゲート電極を有し且つ2DEG層等の2次元キャリア層を有する別の電界効果トランジスタにおいても、オン抵抗の低減が要求されている。また、2DEG層の代りに2次元キャリアガス層として2次元ホールガス層を使用する電界効果トランジスタにおいても、2DEG層を使用する電界効果トランジスタと同様な問題がある。
特開2004−214471号公報 特開平1−295459公報
In addition to the presence or absence of normally-off characteristics, the HEMT is required to improve the electrical characteristics of the HEMT, such as reducing on-resistance. When the electron supply layer is formed thick, theoretically, the electron concentration of the 2DEG layer generated based on piezoelectric polarization increases. However, forming a thick electron supply layer inevitably increases the epitaxial growth time for this purpose, resulting in deterioration of crystallinity of the electron transit layer and diffusion of n-type impurities in the electron supply layer into the electron transit layer. The electrical characteristics of the are deteriorated.
Further, not only the HEMT having a Schottky contact gate electrode but also another field effect transistor having an insulated gate electrode and having a two-dimensional carrier layer such as a 2DEG layer is required to reduce on-resistance. A field effect transistor that uses a two-dimensional hole gas layer as a two-dimensional carrier gas layer instead of the 2DEG layer has the same problem as a field effect transistor that uses a 2DEG layer.
JP 2004-214471 A JP-A-1-29559

従って、本発明で解決しようとする課題は、2次元キャリアガス層を使用した電界効果トランジスタにおいてオン抵抗を低減することが困難なことである。また、2次元キャリアガス層を使用した電界効果トランジスタを、ノーマリオフ特性を有するように容易に構成することが困難なことである。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is that it is difficult to reduce the on-resistance in a field effect transistor using a two-dimensional carrier gas layer. Further, it is difficult to easily configure a field effect transistor using a two-dimensional carrier gas layer so as to have normally-off characteristics.

上記課題を解決するための本発明は、
互いに対向している第1及び第2の主面と、第1導電型を有し且つ結晶構造を有している第1の半導体層と、2次元キャリアガスを生成するために前記第1の半導体層と異なる半導体材料から成り且つ前記第1の半導体層に隣接配置され且つ前記第1の主面に対して前記第1の半導体層よりも遠い位置に配置され且つ結晶構造を有している第2の半導体層とを備えた半導体領域と、
前記半導体領域の前記第1の主面上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記半導体領域の前記第1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、
前記半導体領域の前記第1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の少なくとも一部の上に配置され且つ前記第1導電型を有している第1の有機半導体膜と、
前記第1導電型を有する前記第1の有機半導体膜の上に配置され且つ前記第1導電型と反対の第2導電型を有している第2の有機半導体膜と
備えている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。
The present invention for solving the above problems is as follows.
First and second main surfaces facing each other, a first semiconductor layer having a first conductivity type and a crystal structure, and the first semiconductor layer for generating a two-dimensional carrier gas The semiconductor layer is made of a different semiconductor material, is disposed adjacent to the first semiconductor layer, is disposed at a position farther from the first semiconductor layer than the first main surface, and has a crystal structure. A semiconductor region comprising a second semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode formed on the first main surface of the semiconductor region;
A gate electrode disposed between the source electrode and the drain electrode on the first main surface of the semiconductor region;
A first organic semiconductor film disposed on at least a portion between the source electrode and the drain electrode on the first main surface of the semiconductor region and having the first conductivity type;
A second organic semiconductor film disposed on the first organic semiconductor film having the first conductivity type and having a second conductivity type opposite to the first conductivity type;
The present invention relates to a field effect transistor characterized by comprising:

なお、請求項2に示すように、前記ゲート電極は前記第1の半導体層にショットキー接触している電極であり、前記第1の半導体層は、前記電界効果トランジスタをノーマリオフで動作させることが可能な厚みを有していることが望ましい。
また、請求項3に示すように、前記第1導電型はn型であり、前記第1の有機半導体膜はn型を示すフラーレン又は金属フタロシアニンから成ることが望ましい。
また、請求項4に示すように、前記半導体領域は、更に、前記第1の半導体層の上に配置されており且つ導電型不純物がドープされていない結晶半導体から成るキャップ層を有していることが望ましい。
また、請求項5に示すように、前記半導体領域は、更に、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間に配置されており且つ導電型不純物がドープされていない結晶半導体から成り且つ前記第1の半導体層よりも薄く形成されているスペーサー層を有していることが望ましい。
また、請求項6に示すように、更に、前記半導体領域と前記第1の有機半導体膜との間に絶縁膜を配置することができ
た、請求項に示すように、更に、前記第1の導電型を有する前記第1の有機半導体膜と前記第2導電型を有する前記第2の有機半導体膜との間に絶縁膜を配置することができる。
また、請求項に示すように、更に、前記半導体領域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フィールドプレートを有していることが望ましい。
また、請求項に示すように、更に、前記第1導電型を有する前記第1の有機半導体膜の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フィールドプレートを有していることが望ましい。
また、請求項10に示すように、更に、前記ゲート電極と前記半導体領域の前記第1の主面との間にゲート絶縁膜を配置することができる。
According to another aspect of the present invention, the gate electrode is an electrode that is in Schottky contact with the first semiconductor layer, and the first semiconductor layer operates the field effect transistor in a normally-off state. It is desirable to have a possible thickness.
According to a third aspect of the present invention, the first conductivity type is n-type, and the first organic semiconductor film is preferably made of fullerene or metal phthalocyanine showing n-type.
According to a fourth aspect of the present invention, the semiconductor region further includes a cap layer made of a crystalline semiconductor that is disposed on the first semiconductor layer and is not doped with a conductive impurity. It is desirable.
In addition, according to a fifth aspect of the present invention, the semiconductor region is further made of a crystalline semiconductor that is disposed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer and is not doped with a conductive impurity. It is desirable to have a spacer layer that is formed and thinner than the first semiconductor layer.
Further, as shown in claim 6, further Ru can be arranged an insulating film between said semiconductor region first organic semiconductor film.
Also, as shown in claim 7, further an insulating film between the second organic semiconductor film having the first organic semiconductor film and the second conductivity type having the first conductivity type Can be arranged.
In addition, as described in claim 8 , it is desirable to further have a resistive field plate disposed on the one main surface of the semiconductor region and connected to the gate electrode or the drain electrode.
According to a ninth aspect of the present invention, the apparatus further includes a field plate disposed on the first organic semiconductor film having the first conductivity type and connected to the gate electrode or the drain electrode. It is desirable.
Further, as shown in claim 10, it is possible further to place the gate insulating film between said first major surface of said gate electrode said semiconductor region.

本発明は次の効果を有する。
(1) 本発明に従って結晶構造を有する第1の半導体層の上に形成された非晶質の第1の有機半導体膜は、第1の半導体層と同一の第1導電型を有している。従って、第1導電型の第1の有機半導体膜は、第1の半導体層と同様にキャリア(例えば電子)を第2の半導体層に供給するためのキャリア供給層(例えば電子供給層)として機能する。従って、結晶構造を有する第1の半導体層の厚みを従来と同一とし、この上に本発明に従う第1の有機半導体膜を設けた場合には、第1の半導体層を従来よりも厚くしたと同様な効果を得ることができ、2次元キャリアガス層(例えば2DEG層)のキャリア濃度が高くなり、電界効果トランジスタのオン抵抗が低減する。
(2) ノーマリオフ特性を得ることができるように第1の半導体層を薄くし、且つ本発明に従う第1の半導体層と同一導電型の第1の有機半導体膜を形成した場合には、ノーマリオフ特性が得られるにも拘らず、オン抵抗を比較的低い値に保つことができる。即ち、オン抵抗が小さく且つノーマリオフ特性を有している電界効果トランジスタを提供することができる。
(3) 第1の有機半導体膜を形成することによる結晶構造の半導体領域の特性劣化は、上記(1)(2)の従来方法に比べて少ない。従って、電気的特性の劣化を抑えてオン抵抗の低い電界効果トランジスタ又はノーマリオフ特性の電界効果トランジスタを提供することができる。
(4) 本発明に従って、第2導電型の第2の有機半導体膜を設けると、コラプスを抑制することができる。
The present invention has the following effects.
(1) The amorphous first organic semiconductor film formed on the first semiconductor layer having a crystal structure according to the present invention has the same first conductivity type as that of the first semiconductor layer. . Accordingly, the first organic semiconductor film of a first conductivity type, enable the carrier in the same manner as in the first semiconductor layer (e.g., electrons) as a carrier supply layer for supplying to the second semiconductor layer (e.g., electron supply layer) To do. Therefore, when the thickness of the first semiconductor layer having the crystal structure is made the same as that of the conventional one and the first organic semiconductor film according to the present invention is provided thereon, the first semiconductor layer is made thicker than the conventional one. A similar effect can be obtained, and the carrier concentration of the two-dimensional carrier gas layer (for example, 2DEG layer) is increased, and the on-resistance of the field effect transistor is reduced.
(2) When the first semiconductor layer is thinned so that the normally-off characteristic can be obtained and the first organic semiconductor film having the same conductivity type as the first semiconductor layer according to the present invention is formed, the normally-off characteristic is obtained. However, the on-resistance can be kept at a relatively low value. That is, a field effect transistor having a small on-resistance and a normally-off characteristic can be provided.
(3) The deterioration of the characteristics of the semiconductor region having a crystal structure due to the formation of the first organic semiconductor film is less than in the conventional methods (1) and (2). Accordingly, it is possible to provide a field effect transistor with a low on-resistance or a normally-off characteristic field effect transistor with suppressed deterioration of electrical characteristics.
(4) to the onset bright Accordingly, when providing the second organic semiconductor film of a second conductivity type, it is possible to suppress the collapse.

次に、本発明の実施形態を図1〜図14を参照して説明する。   Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1に示す2次元キャリアガス層を有する電界効果トランジスタとしてのHEMTは大別して主半導体領域1と、支持基板2と、ソース電極3と、ドレイン電極4と、ゲート電極5と、第1及び第2の有機半導体膜6,7とを有している。   The HEMT as a field effect transistor having a two-dimensional carrier gas layer shown in FIG. 1 is roughly divided into a main semiconductor region 1, a support substrate 2, a source electrode 3, a drain electrode 4, a gate electrode 5, a first and a first 2 organic semiconductor films 6 and 7.

主半導体領域1は、半導体基体又は半導体基板とも呼ぶことができるものであって、例えば単結晶シリコン半導体から成る支持基板2の上に周知のエピタキシャル成長方法(例えばMOCVD法)で順次に形成されたバッファ層8と、電子走行層9と、電子供給層10とを有している。この主半導体領域1の第1の主面11上にソース電極3、ドレイン電極4及びゲート電極5が配置され、第2の主面12に支持基板2が結合されている。主半導体領域1の各層8,9,10は第1及び第2の主面11,12に対して平行に延びている。
主半導体領域1の各層8,9,10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を得る場合には、主半導体領域1の各層8,9,10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。
The main semiconductor region 1 can also be called a semiconductor substrate or a semiconductor substrate, and is a buffer formed sequentially on a support substrate 2 made of, for example, a single crystal silicon semiconductor by a known epitaxial growth method (for example, MOCVD method). The layer 8, the electron transit layer 9, and the electron supply layer 10 are included. A source electrode 3, a drain electrode 4, and a gate electrode 5 are disposed on the first main surface 11 of the main semiconductor region 1, and the support substrate 2 is coupled to the second main surface 12. Each layer 8, 9, 10 of the main semiconductor region 1 extends parallel to the first and second main surfaces 11, 12.
Each layer 8, 9, 10 of the main semiconductor region 1 is formed of, for example, GaN, InGaN, AlGaN, AlInGaN, AlN, InAlN, AlP, GaP, AlInP, GaInP, AlGaP, AlGaAs, GaAs, AlAs, InAs, InP, InN, GaAsP, It is formed of a semiconductor material having a crystal structure such as Si, SiC, or C. In order to obtain a high breakdown voltage HEMT, it is desirable that the layers 8, 9, and 10 of the main semiconductor region 1 are made of a nitride semiconductor. Next, each part of the HEMT will be described in more detail.

支持基板2上に形成されたバッファ層8は、AlN(窒化アルミニウム)から成る第1のサブレイヤーとGaN(窒化ガリウム)から成る第2のサブレイヤーとが交互に積層された多層構造バッファである。このバッファ層8はHEMTの動作に直接に関係していないので、これを省くこともできる。また、バッファ層8の半導体材料をAlN,GaN以外のものに置き換えること、又は単層構造にすることもできる。   The buffer layer 8 formed on the support substrate 2 is a multilayer structure buffer in which a first sublayer made of AlN (aluminum nitride) and a second sublayer made of GaN (gallium nitride) are alternately stacked. . Since the buffer layer 8 is not directly related to the operation of the HEMT, it can be omitted. Further, the semiconductor material of the buffer layer 8 can be replaced with a material other than AlN and GaN, or a single layer structure can be used.

バッファ層8の上に形成された電子走行層9は、本発明における第2の半導体層として機能するものであって、チャネル層と呼ぶこともできるものである。この実施例の電子走行層9は不純物が添加されていないアンドープGaN(窒化ガリウム)から成り、例えば1〜3μmの厚さを有する。この電子走行層9はこの上の電子供給層10よりも主半導体領域1の第1の主面11から遠い位置に配置されている。   The electron transit layer 9 formed on the buffer layer 8 functions as the second semiconductor layer in the present invention, and can also be called a channel layer. The electron transit layer 9 of this embodiment is made of undoped GaN (gallium nitride) to which no impurity is added, and has a thickness of 1 to 3 μm, for example. The electron transit layer 9 is disposed at a position farther from the first main surface 11 of the main semiconductor region 1 than the electron supply layer 10 thereabove.

本発明における第1の半導体層としての電子供給層10は、電子走行層9の上に配置され、次式で示される窒化物半導体にn型(第1導電型)の不純物を添加したものから成る。
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10は、比較的薄く形成されているので、主半導体領域1の第1の主面11に垂直方向の抵抗は無視できる程小さく、第1の主面11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10を横方向に流れる成分を無視することができる。
The electron supply layer 10 as the first semiconductor layer in the present invention is disposed on the electron transit layer 9 and is obtained by adding an n-type (first conductivity type) impurity to a nitride semiconductor represented by the following formula. Become.
Al x Ga 1-x N,
Here, x is a numerical value satisfying 0 <x <1, preferably 0.2 to 0.4, and more preferably 0.3.
Since the electron supply layer 10 is formed to be relatively thin, the resistance perpendicular to the first main surface 11 of the main semiconductor region 1 is negligibly small, and the direction parallel to the first main surface 11 (lateral direction) ) Is greater than the vertical direction. Therefore, the component of the drain-source current flowing in the lateral direction through the electron supply layer 10 can be ignored.

n型AlGaNから成る電子供給層10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10と電子走行層9とのヘテロ接合13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10に基づいて自発分極が生じる。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9の上部に点線で示す周知の2DEG層14が生じる。なお、図1にはゲート電極5に対してHEMTをオン状態にする電圧が印加されている時の2DEG層14が示されている。2DEG層14は、本発明の2次元キャリアガス層に相当するものであって、主半導体領域1の第1の主面11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。   The electron supply layer 10 made of n-type AlGaN has a smaller lattice constant than the electron transit layer 9 made of GaN below. Therefore, a well-known piezoelectric polarization occurs based on the heterojunction 13 between the electron supply layer 10 and the electron transit layer 9. In addition, spontaneous polarization occurs based on the electron supply layer 10 containing n-type impurities. Based on the piezo polarization and the electric field of the spontaneous electrode, a well-known 2DEG layer 14 indicated by a dotted line is formed on the electron transit layer 9. FIG. 1 shows the 2DEG layer 14 when a voltage for turning on the HEMT is applied to the gate electrode 5. The 2DEG layer 14 corresponds to the two-dimensional carrier gas layer of the present invention, and includes electrons (carriers) having a degree of freedom in a direction parallel to the first main surface 11 of the main semiconductor region 1. Functions as a current path.

この実施例では、電子供給層10の厚みTが、ノーマリオフ特性を得ることができる値(例えば3〜10nm、より好ましくは3〜5nm)に決定されている。背景技術の欄で既に説明したように、電子供給層10を薄く形成すると、2DEG層14の電子濃度が低下する。また、ゲート電極5と電子供給層10との間のビルトインポテンシャルがゲート電極5の直下に作用する。これにより、ゲート電極5の直下から2DEG層14が消失し、ノーマリオフ特性が得られる。   In this embodiment, the thickness T of the electron supply layer 10 is determined to a value (for example, 3 to 10 nm, more preferably 3 to 5 nm) that can obtain normally-off characteristics. As already described in the background art section, when the electron supply layer 10 is formed thin, the electron concentration of the 2DEG layer 14 is lowered. Further, a built-in potential between the gate electrode 5 and the electron supply layer 10 acts immediately below the gate electrode 5. As a result, the 2DEG layer 14 disappears from directly under the gate electrode 5, and a normally-off characteristic is obtained.

もし、ノーマリオフ特性を得るように単に電子供給層10を薄く形成したのみであれば、ゲート電極5の直下以外の2DEG層14においても電子濃度の低下が生じる。この結果、ゲート電極5にバイアス電圧を印加してHEMTをオン状態にした時のオン抵抗(ドレイン・ソース間抵抗)が大きくなる。しかし、本実施例のHEMTはn型の第1の有機半導体膜6を有するので、オン抵抗の増大が抑制されている。   If the electron supply layer 10 is simply formed so as to obtain a normally-off characteristic, the electron concentration also decreases in the 2DEG layer 14 other than immediately below the gate electrode 5. As a result, the ON resistance (drain-source resistance) when the HEMT is turned on by applying a bias voltage to the gate electrode 5 is increased. However, since the HEMT of this example includes the n-type first organic semiconductor film 6, an increase in on-resistance is suppressed.

本実施例では、第1の有機半導体膜6が主半導体領域1の第1の主面11のソース電極3とゲート電極5との間、ドレイン電極4とゲート電極5との間、ソース電極3よりも外側部分、及びドレイン電極4よりも外側部分を覆っている。しかし、主半導体領域1の第1の主面11のソース電極3とドレイン電極4との間の一部のみを覆うように第1の有機半導体膜6を形成することもできる。なお、第1の有機半導体膜6のソース電極3よりも外側部分、及びドレイン電極4よりも外側部分は、オン抵抗の低減には実質的に寄与しないが、主半導体領域1の第1の主面11の保護には寄与する。
第1の有機半導体膜6は、結晶構造を有するn型窒化物半導体から成る電子供給層10と同一の導電型(n型)を有する非晶質半導体であり、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等を含む金属フタロシアニン等で形成される。このn型の第1の有機半導体膜6は、例えば周知の蒸着、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。好ましくは、第1の有機半導体膜6はCuフタロシアニンのスピンオン法又は蒸着によって約200nmの厚さに形成される。
In the present embodiment, the first organic semiconductor film 6 is formed between the source electrode 3 and the gate electrode 5 on the first main surface 11 of the main semiconductor region 1, between the drain electrode 4 and the gate electrode 5, and between the source electrode 3. It covers the outer part and the outer part of the drain electrode 4. However, the first organic semiconductor film 6 can also be formed so as to cover only a part of the first main surface 11 of the main semiconductor region 1 between the source electrode 3 and the drain electrode 4. Note that the outer portion of the first organic semiconductor film 6 than the source electrode 3 and the outer portion of the drain electrode 4 do not substantially contribute to the reduction of the on-resistance, but the first main semiconductor region 1 has the first main main film. It contributes to the protection of the surface 11.
The first organic semiconductor film 6 is an amorphous semiconductor having the same conductivity type (n-type) as the electron supply layer 10 made of an n-type nitride semiconductor having a crystal structure. For example, fullerene or fullerene derivatives. (Preferably C60 or C70), or metal phthalocyanine containing Cu or the like. The n-type first organic semiconductor film 6 is formed by, for example, well-known vapor deposition, sputtering, spin-on (coating), sol-gel method or the like. Preferably, the first organic semiconductor film 6 is formed to a thickness of about 200 nm by a spin-on method or vapor deposition of Cu phthalocyanine.

第1の有機半導体膜6は、電子供給層10と同一のn型を有し、且つ電子供給層10を覆うように配置されているので、電子供給層6と同様な機能を発揮する。従って、第1の有機半導体膜6を補助電子供給層と呼ぶこともできる。   Since the first organic semiconductor film 6 has the same n-type as the electron supply layer 10 and is disposed so as to cover the electron supply layer 10, the first organic semiconductor film 6 exhibits the same function as the electron supply layer 6. Therefore, the first organic semiconductor film 6 can also be called an auxiliary electron supply layer.

次に、図2を参照して第1の有機半導体膜6の機能を説明する。もし、電子供給層10がノーマリオフ特性を得ることができない厚みを有しており、且つ第1の有機半導体膜6が設けられていないHEMTを作り、このHEMTのゲート・ソース間電圧Vgsとドレイン電流Idとの関係を求めると、図2の点線で示す特性線Bが得られ、ゲート・ソース間電圧Vgsが零の時にドレイン電流Idが流れる。このノーマリオン特性を有するHEMTをオフにするためには、ゲート・ソース間にーVgs2の電圧を印加しなければならない。もし、電子供給層10がノーマリオフ特性を得ることができる厚みを有し且つ第1の有機半導体膜6が設けられていないHEMTを作り、このHEMTのゲート・ソース間電圧Vgsとドレイン電流Idとの関係を求めると、図2で鎖線で示す特性Cが得られ、ゲート・ソース間電圧Vgsが零の時にはドレイン電流Idが実質的に流れず、ゲート・ソース電圧+Vgs1以上を印加した時にドレイン電流Idが流れる。しかし、このように単に電子供給層10を薄くしたのみの場合には、ノーマリオフ特性が得られても、2DEG 層14の電子濃度低下に基づいて、オン抵抗が増大し、特性線Cのドレイン電流Id の飽和値が特性線Bに比べて小さくなる。   Next, the function of the first organic semiconductor film 6 will be described with reference to FIG. If the electron supply layer 10 has such a thickness that the normally-off characteristic cannot be obtained and the first organic semiconductor film 6 is not provided, a HEMT having a gate-source voltage Vgs and a drain current is formed. When the relationship with Id is obtained, the characteristic line B shown by the dotted line in FIG. 2 is obtained, and the drain current Id flows when the gate-source voltage Vgs is zero. In order to turn off the HEMT having the normally-on characteristic, a voltage of −Vgs2 must be applied between the gate and the source. If the electron supply layer 10 has a thickness capable of obtaining a normally-off characteristic and the first organic semiconductor film 6 is not provided, a HEMT is formed, and the HEMT gate-source voltage Vgs and the drain current Id are When the relationship is obtained, the characteristic C indicated by the chain line in FIG. 2 is obtained. When the gate-source voltage Vgs is zero, the drain current Id does not substantially flow, and when the gate-source voltage + Vgs1 or more is applied, the drain current Id Flows. However, when the electron supply layer 10 is simply thinned in this way, even if the normally-off characteristic is obtained, the on-resistance increases due to the decrease in the electron concentration of the 2DEG layer 14, and the drain current of the characteristic line C The saturation value of Id becomes smaller than the characteristic line B.

これに対し、本発明に従う第1の有機半導体膜6を有するHEMTのゲート・ソース間電圧Vgsとドレイン電流Id との関係は、図2で実線で示す特性線A になる。この本発明に従う特性線Aは、特性線Cと同様にノーマリオフ特性を有していると共に、特性線Bと同様なドレイン電流Idの大きな飽和値を有する。   On the other hand, the relationship between the gate-source voltage Vgs and the drain current Id of the HEMT having the first organic semiconductor film 6 according to the present invention is the characteristic line A shown by the solid line in FIG. The characteristic line A according to the present invention has a normally-off characteristic like the characteristic line C and has a large saturation value of the drain current Id similar to the characteristic line B.

第1の有機半導体膜6を例えばスピンオン(塗布)で形成する時の最高の処理温度は、結晶構造を有する窒化物半導体から成る主半導体領域1をMOCVD方法(有機金属化学成長法)で形成する時の最高温度(例えば、1120℃)よりも低い(例えば、300℃)である。従って、第1の有機半導体膜6を形成することによる主半導体領域1の結晶の劣化がほとんど生じない。   For example, the highest processing temperature when forming the first organic semiconductor film 6 by spin-on (coating) is to form the main semiconductor region 1 made of a nitride semiconductor having a crystal structure by the MOCVD method (metal organic chemical growth method). It is lower (eg, 300 ° C.) than the highest temperature (eg, 1120 ° C.). Therefore, the crystal of the main semiconductor region 1 is hardly deteriorated by forming the first organic semiconductor film 6.

図1においてp型の第2の有機半導体膜7は第1の有機半導体膜6の上に配置されている。この第2の有機半導体膜7は、n型の電子供給層10と反対のp型(第2導電型)を有する。このp型の第2の有機半導体膜7は、無機半導体又は結晶半導体から成る主半導体領域1とは別の非晶質構造を有するものであって、例えば、ペンタセン(pentacene)誘導体又はテトラセン(tethracene)誘導体又はアントラセン(anthracene)誘導体等から成るアセン(acene)、ペリレン(perylene)、ルブレン(rubrene)、フタロシアニン(phthalocyanine)、Znフタロシアニン(Zn−phthalocyanine)、又はオリゴチオフェン(oligothiophene)等から成る。   In FIG. 1, the p-type second organic semiconductor film 7 is disposed on the first organic semiconductor film 6. The second organic semiconductor film 7 has a p-type (second conductivity type) opposite to the n-type electron supply layer 10. The p-type second organic semiconductor film 7 has an amorphous structure different from that of the main semiconductor region 1 made of an inorganic semiconductor or a crystalline semiconductor. For example, a pentacene derivative or a tetracene (tethracene) is used. ) Derivatives or anthracene derivatives, etc., acene, perylene, rubrene, phthalocyanine, Zn phthalocyanine, oligothiophene or the like.

第2の有機半導体膜7は、例えばn型AlGaNから成る電子供給層10の表面に周知の蒸着、スパッタリング、スピンオン、又はゾルゲル法によって形成される。図1の実施例1の第2の有機半導体膜7は、電子供給層10上にZnフタロシアニンから成るp型有機半導体材料を蒸着法で形成したものであり、約40nmの厚さを有する。また、図1の第2の有機半導体膜7は、主半導体領域1の第1の主面11のドレイン電極4とゲート電極5との間の全部、ソース電極3とゲート電極5との間の全部、ソース電極3よりも外側部分及びドレイン電極4よりも外側部分に形成されている。第2の有機半導体膜7のソース電極3よりも外側部分及びドレイン電極4よりも外側部分はコラプス改善に実質的に寄与しないが、主半導体領域1の第1の主面11の保護に寄与する。   The second organic semiconductor film 7 is formed on the surface of the electron supply layer 10 made of, for example, n-type AlGaN by a known vapor deposition, sputtering, spin-on, or sol-gel method. The second organic semiconductor film 7 of Example 1 in FIG. 1 is formed by depositing a p-type organic semiconductor material made of Zn phthalocyanine on the electron supply layer 10 and has a thickness of about 40 nm. Further, the second organic semiconductor film 7 in FIG. 1 is formed between the drain electrode 4 and the gate electrode 5 on the first main surface 11 of the main semiconductor region 1 and between the source electrode 3 and the gate electrode 5. All of them are formed in an outer portion than the source electrode 3 and an outer portion than the drain electrode 4. The portion outside the source electrode 3 and the portion outside the drain electrode 4 of the second organic semiconductor film 7 do not substantially contribute to the improvement of the collapse, but contribute to the protection of the first main surface 11 of the main semiconductor region 1. .

もし、コラプス改善のためのp型の第2の有機半導体膜7が設けられていない場合において、HEMTに交流電圧の負の半サイクルが印加されてドレイン電極4の電位がソース電極3の電位に対して負になると、n型の第1の有機半導体膜6の表面に負電荷が帯電する。この結果として2DEG層14の電子濃度が低減し、HEMTがオン状態の時の最大ドレイン電流が低減する。これに対し、図1に示すようにp型の第2の有機半導体膜7が設けられた時には、p型の第2の有機半導体膜7に基づく電界の作用によって第1の有機半導体膜6の表面の負電荷が低減される。換言すれば、p型の第2の有機半導体膜7から第1の有機半導体膜6に正孔(ホール)が供給され、この正孔によって第1の有機半導体膜6の表面の負電荷が相殺即ち消滅される。
p型の第2の有機半導体膜7によるコラプス改善を更に別の観点で説明すると、p型の第2の有機半導体膜7とn型の第1の有機半導体膜6とn型AlGaNから成る電子供給層10と2DEG層14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、n型の電子供給層10とn型の第1の有機半導体膜6がコンデンサの誘電体層として機能し、p型の第2の有機半導体膜7がコンデンサの正電極として機能し、2DEG層14がコンデンサの負電極として機能する。誘電体層としての第1の有機半導体膜6の主面がp型の第2の有機半導体膜7によって正電位に固定されると、電子供給層6のヘテロ接合面13の負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14の電子濃度の低減が小さくなる。
If the p-type second organic semiconductor film 7 for improving the collapse is not provided, the negative half cycle of the AC voltage is applied to the HEMT so that the potential of the drain electrode 4 becomes the potential of the source electrode 3. On the other hand, when it becomes negative, a negative charge is charged on the surface of the n-type first organic semiconductor film 6. As a result, the electron concentration of the 2DEG layer 14 is reduced, and the maximum drain current when the HEMT is in an on state is reduced. On the other hand, when the p-type second organic semiconductor film 7 is provided as shown in FIG. 1, the action of the electric field based on the p-type second organic semiconductor film 7 causes the first organic semiconductor film 6. The negative charge on the surface is reduced. In other words, holes are supplied from the p-type second organic semiconductor film 7 to the first organic semiconductor film 6, and the negative charges on the surface of the first organic semiconductor film 6 are canceled by the holes. That is, it disappears.
The collapse improvement by the p-type second organic semiconductor film 7 will be described from another viewpoint. An electron composed of the p-type second organic semiconductor film 7, the n-type first organic semiconductor film 6, and the n-type AlGaN. The supply layer 10 and the 2DEG layer 14 can be considered as one capacitor. In this case, the n-type electron supply layer 10 and the n-type first organic semiconductor film 6 function as a dielectric layer of the capacitor, and the p-type second organic semiconductor film 7 functions as a positive electrode of the capacitor. The 2DEG layer 14 functions as a negative electrode of the capacitor. When the main surface of the first organic semiconductor film 6 as a dielectric layer is fixed to a positive potential by the p-type second organic semiconductor film 7, the negative charge of the heterojunction surface 13 of the electron supply layer 6 is stabilized. Is planned. As a result, the reduction in the electron concentration of the 2DEG layer 14 based on the collapse phenomenon is reduced.

p型の第2の有機半導体膜7に基づく第1の有機半導体膜6の主面の負電荷の低減作用は、従来の主半導体領域1の表面の終端処理による帯電荷の低減作用と異なっている。即ち、主半導体領域1の表面には、半導体を構成する原子間の結合の遮断に基づく未結合子(ダングリングボンド)が生じ、この未結合子が帯電に関与する。そこで、一般には未結合子に基づく帯電と防ぐための処理即ち終端処理が主半導体領域1に対して施される。この従来の終端処理は間接的な帯電防止であるのに対し、p型の第2の有機半導体膜7による負電荷の帯電防止は、正孔と負電荷との結合に基づくものであるので、直接的な帯電防止である。   The action of reducing the negative charge on the main surface of the first organic semiconductor film 6 based on the p-type second organic semiconductor film 7 is different from the action of reducing the charge on the surface of the surface of the main semiconductor region 1 according to the related art. Yes. That is, a dangling bond (dangling bond) is generated on the surface of the main semiconductor region 1 based on blocking of bonds between atoms constituting the semiconductor, and this dangling bond is involved in charging. Therefore, in general, the main semiconductor region 1 is subjected to a charge based on the uncoupler and a process for preventing it, that is, a termination process. This conventional termination treatment is indirect antistatic, whereas the antistatic of negative charges by the p-type second organic semiconductor film 7 is based on the combination of holes and negative charges. Direct antistatic.

n型の第1の有機半導体膜6及びp型の第2の有機半導体膜7は、3−5族化合物半導体から成る電子供給層10のキャリア(電子)移動度よりも十分に小さいキャリア移動度(最大でも1.5cm2/V.s)を有している。従って、第1及び第2の有機半導体膜6、7は実質的に絶縁膜であり、ドレイン電極4とゲート電極5との間及びソース電極3とゲート電極5との間の第1及び第2の有機半導体膜6、7を通る電流は無視できる程微小である。従って、第1及び第2の有機半導体膜6、7はオン抵抗改善及びコラプス改善の機能の他に主半導体領域1の表面の保護膜としての機能も有する。 The n-type first organic semiconductor film 6 and the p-type second organic semiconductor film 7 have carrier mobility sufficiently smaller than the carrier (electron) mobility of the electron supply layer 10 made of a Group 3-5 compound semiconductor. (1.5 cm 2 /V.s at the maximum). Accordingly, the first and second organic semiconductor films 6 and 7 are substantially insulating films, and the first and second layers between the drain electrode 4 and the gate electrode 5 and between the source electrode 3 and the gate electrode 5 are used. The current passing through the organic semiconductor films 6 and 7 is negligibly small. Accordingly, the first and second organic semiconductor films 6 and 7 have a function as a protective film on the surface of the main semiconductor region 1 in addition to the functions of improving the on-resistance and the collapse.

ソース電極3は主半導体領域1の第1の主面11上に配置されている。ドレイン電極4は、ソース電極3に対して所定の間隔を有して主半導体領域1の第1の主面11上に配置されている。ソース電極3及びドレイン電極4のそれぞれは、例えばチタン(Ti)とアルミニウム(Al)との積層電極から成り、電子供給層10に低抵抗性接触している。   Source electrode 3 is arranged on first main surface 11 of main semiconductor region 1. The drain electrode 4 is disposed on the first main surface 11 of the main semiconductor region 1 with a predetermined distance from the source electrode 3. Each of the source electrode 3 and the drain electrode 4 is composed of, for example, a laminated electrode of titanium (Ti) and aluminum (Al), and is in low resistance contact with the electron supply layer 10.

ゲート電極5は、主半導体領域1の第1の主面11上のソース電極3とドレイン電極4との間に配置され、例えばロジウム(Rh)から成り、電子供給層10にショットキ接触している。   The gate electrode 5 is disposed between the source electrode 3 and the drain electrode 4 on the first main surface 11 of the main semiconductor region 1 and is made of, for example, rhodium (Rh) and is in Schottky contact with the electron supply layer 10. .

図1の実施例1のHEMT は次の効果を有する。
(1) 比較的薄い電子供給層10によってノーマリオフ特性のHEMTが得られる。また、n型の第1の有機半導体膜6が電子供給層10を厚くしたと等価な作用を有するので、2DEG層14における電子濃度が比較的高くなり、オン抵抗の小さい即ち伝導度の高いHEMTを提供することができる。従って、ノーマリオフ特性を有しているにも拘わらずオン抵抗が小さいHEMTを得ることができる。なお、第1の有機半導体膜6はゲート電極5の下に配置されていないので、ノーマリオフ動作を妨害しない。
(2) n型の第1の有機半導体膜6は、主半導体領域1を形成する時の温度よりも低い温度で形成されるので、結晶構造を有する電子供給層10を厚く形成する場合、又は電子供給層10を複数の層の積ね合せで構成する場合に比べて主半導体領域1の半導体結晶の劣化又は不要な不純物拡散を防ぐことができ、特性の良いHEMTを提供できる。
(3) ノーマリオフ特性を得るために従来の厚い電子供給層に凹部を作り、この凹部の中にゲート電極を形成する方法に比べて、本実施例は電子供給層に凹部を形成する工程を含まないので、主半導体領域1のダメージが少ない。従って、ノーマリオフ特性のHEMTの製造が容易であるのみでなく特性を良好に維持することができる。
(4) p型の第2の有機半導体膜7の働きによってコラプスを改善することができる。
(5) 主半導体領域1は窒化物半導体から成るので高耐圧のHEMTを提供できる。
The HEMT of Embodiment 1 in FIG. 1 has the following effects.
(1) A HEMT having normally-off characteristics can be obtained by the relatively thin electron supply layer 10. In addition, since the n-type first organic semiconductor film 6 has an effect equivalent to the thickness of the electron supply layer 10, the electron concentration in the 2 DEG layer 14 becomes relatively high, and the HEMT having a low on-resistance, that is, a high conductivity. Can be provided. Therefore, it is possible to obtain a HEMT having a small on-resistance despite having a normally-off characteristic. Since the first organic semiconductor film 6 is not disposed under the gate electrode 5, it does not interfere with the normally-off operation.
(2) Since the n-type first organic semiconductor film 6 is formed at a temperature lower than the temperature at which the main semiconductor region 1 is formed, when the electron supply layer 10 having a crystal structure is formed thick, or Compared with the case where the electron supply layer 10 is formed by stacking a plurality of layers, it is possible to prevent deterioration of the semiconductor crystal in the main semiconductor region 1 or unnecessary impurity diffusion, and to provide a HEMT with good characteristics.
(3) Compared to the conventional method of forming a recess in a thick electron supply layer to obtain normally-off characteristics and forming a gate electrode in the recess, this embodiment includes a step of forming a recess in the electron supply layer. Since there is no damage, the main semiconductor region 1 is less damaged. Therefore, it is possible not only to easily manufacture a normally-off characteristic HEMT but also to maintain good characteristics.
(4) The collapse can be improved by the action of the p-type second organic semiconductor film 7.
(5) Since the main semiconductor region 1 is made of a nitride semiconductor, a high breakdown voltage HEMT can be provided.

次に、図3に示す実施例2のHEMTを説明する。但し、図3及び後述する図3〜図14において図1と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。   Next, the HEMT of Example 2 shown in FIG. 3 will be described. However, in FIG. 3 and FIGS. 3 to 14 described later, substantially the same parts as those in FIG.

図3のHEMTは、第1及び第2の有機半導体膜6、7の配置位置を主半導体領域1の第1の主面11におけるドレイン電極4とゲート電極5との間のみに変え、この他は図1と同一に構成したものである。図3に示すように第1及び第2の有機半導体膜6、7を限定的に設けても、第1及び第2の有機半導体膜6、7に対向する部分の2DEG層14における電子濃度の低減を抑制することができ、実施例1と同様に第1の有機半導体膜6によるオン抵抗の低減効果、及び第2の有機半導体膜7によるコラプス改善効果を得ることができる。
なお、図3において破線で示すように、主半導体領域1の第1の主面11の第1の有機半導体膜6が設けられない部分の一部又は全部に第2の有機半導体膜7を配置し、コラプス改善効果を高めることができる。
The HEMT in FIG. 3 changes the arrangement position of the first and second organic semiconductor films 6 and 7 only between the drain electrode 4 and the gate electrode 5 on the first main surface 11 of the main semiconductor region 1. Is the same as that shown in FIG. As shown in FIG. 3, even if the first and second organic semiconductor films 6 and 7 are limitedly provided, the electron concentration in the 2DEG layer 14 in the portion facing the first and second organic semiconductor films 6 and 7 is reduced. The reduction can be suppressed, and the on-resistance reduction effect by the first organic semiconductor film 6 and the collapse improvement effect by the second organic semiconductor film 7 can be obtained as in the first embodiment.
In addition, as shown with a broken line in FIG. 3, the 2nd organic semiconductor film 7 is arrange | positioned to a part or all of the part in which the 1st organic semiconductor film 6 of the 1st main surface 11 of the main semiconductor region 1 is not provided. Thus, the effect of improving the collapse can be enhanced.

図4に示す実施例3のHEMTは、第1及び第2の有機半導体膜6、7を主半導体領域1の第1の主面11におけるドレイン電極4とゲート電極5との間の全部に設けないで、ドレイン電極4側のみに設け、ゲート電極5と第1及び第2の有機半導体膜6、7との間に隙間を設けた他は図3と同一に形成したものである。この図4に示す実施例3によっても図3の実施例2と同様な効果を得ることができる。
なお、図4において破線で示すように、主半導体領域1の第1の主面11の第1の有機半導体膜6が設けられない部分の一部又は全部に第2の有機半導体膜7を配置し、コラプス改善効果を高めることができる。
In the HEMT of Example 3 shown in FIG. 4, first and second organic semiconductor films 6 and 7 are provided between the drain electrode 4 and the gate electrode 5 on the first main surface 11 of the main semiconductor region 1. 3 except that it is provided only on the drain electrode 4 side and a gap is provided between the gate electrode 5 and the first and second organic semiconductor films 6 and 7. The effect similar to that of the second embodiment shown in FIG. 3 can be obtained by the third embodiment shown in FIG.
In addition, as shown with a broken line in FIG. 4, the 2nd organic semiconductor film 7 is arrange | positioned to a part or all of the part in which the 1st organic semiconductor film 6 of the 1st main surface 11 of the main semiconductor region 1 is not provided. Thus, the effect of improving the collapse can be enhanced.

図5に示す実施例4のHEMTは、第1及び第2の有機半導体膜6、7をドレイン電極4とゲート電極5との間の全部に設けないで、ゲート電極5側のみに設け、ドレイン電極4と第1及び第2の有機半導体膜6、7との間に隙間を設けた他は、図3と同一に形成したものである。この図5の実施例4によっても図3の実施例2と同様な効果を得ることができる。
なお、図5において破線で示すように、主半導体領域1の第1の主面11の第1の有機半導体膜6が設けられない部分の一部又は全部に第2の有機半導体膜7を配置し、コラプス改善効果を高めることができる。
In the HEMT of Example 4 shown in FIG. 5, the first and second organic semiconductor films 6 and 7 are not provided between the drain electrode 4 and the gate electrode 5, but are provided only on the gate electrode 5 side. 3 except that a gap is provided between the electrode 4 and the first and second organic semiconductor films 6 and 7. The effect similar to that of the second embodiment shown in FIG. 3 can be obtained by the fourth embodiment shown in FIG.
In addition, as shown with a broken line in FIG. 5, the 2nd organic semiconductor film 7 is arrange | positioned to a part or all of the part in which the 1st organic semiconductor film 6 of the 1st main surface 11 of the main semiconductor region 1 is not provided. Thus, the effect of improving the collapse can be enhanced.

図6に示す実施例5のHEMTは、第1及び第2の有機半導体膜6、7をドレイン電極4とゲート電極5との間の全部に設けないで、両者の中間領域のみに設け、この他は図3と同一に形成したものである。この図5の実施例5によっても図3の実施例2と同様な効果を得ることができる。
なお、図6において破線で示すように、主半導体領域1の第1の主面11の第1の有機半導体膜6が設けられない部分の一部又は全部に第2の有機半導体膜7を配置し、コラプス改善効果を高めることができる。
In the HEMT of Example 5 shown in FIG. 6, the first and second organic semiconductor films 6 and 7 are not provided between the drain electrode 4 and the gate electrode 5, but only in the intermediate region between them. Others are the same as in FIG. Also in the fifth embodiment of FIG. 5, the same effect as that of the second embodiment of FIG. 3 can be obtained.
In addition, as shown with a broken line in FIG. 6, the 2nd organic semiconductor film 7 is arrange | positioned to a part or all of the part in which the 1st organic semiconductor film 6 of the 1st main surface 11 of the main semiconductor region 1 is not provided. Thus, the effect of improving the collapse can be enhanced.

図7の実施例6のHEMTは変形された主半導体領域1aを設けた他は図1と同一に形成したものである。図7の変形された主半導体領域1aは図1の主半導体領域1に例えば導電型不純物が添加されていないアンドープAlGaNから成るキャップ層21とアンドープAlGaNから成るスペーサー層22を追加したものである。   The HEMT of Example 6 in FIG. 7 is formed in the same manner as FIG. 1 except that a deformed main semiconductor region 1a is provided. The modified main semiconductor region 1a in FIG. 7 is obtained by adding a cap layer 21 made of undoped AlGaN and a spacer layer 22 made of undoped AlGaN to which, for example, no conductive impurities are added, to the main semiconductor region 1 in FIG.

図7のキャップ層21は、電子供給層10の上に配置され、例えば2〜5nmの厚さを有している。ソース電極3及びドレイン電極4はキャップ層21に低抵抗接触し、ゲート電極5はキャップ層21にショットキー接触している。このキャップ層21は、ゲート電極5と主半導体領域1aとの間のショットキーバリアを高める効果を有する。   The cap layer 21 in FIG. 7 is disposed on the electron supply layer 10 and has a thickness of 2 to 5 nm, for example. The source electrode 3 and the drain electrode 4 are in low resistance contact with the cap layer 21, and the gate electrode 5 is in Schottky contact with the cap layer 21. The cap layer 21 has an effect of increasing the Schottky barrier between the gate electrode 5 and the main semiconductor region 1a.

図7のスペーサー層22は電子走行層9と電子供給層10との間に配置され、例えば2〜5nmの厚さを有している。このスペーサー層22は電子供給層10の不純物が電子走行層9に拡散することを防ぐ効果を有する。   The spacer layer 22 in FIG. 7 is disposed between the electron transit layer 9 and the electron supply layer 10 and has a thickness of 2 to 5 nm, for example. The spacer layer 22 has an effect of preventing impurities in the electron supply layer 10 from diffusing into the electron transit layer 9.

この図7のHEMTによっても図1のHEMTと同様な効果を得ることができる。
なお、図7のキャップ層21とスペーサー層22といずれか一方又は両方を図3〜図6の実施例2〜5,及び後述する図8〜図14の実施例7〜13のHEMTにも設けることができる。また、図7において、キャップ層21とスペーサー層22といずれか一方を省き、残りの他方のみを設けることができる。
The effect similar to that of the HEMT of FIG. 1 can be obtained by the HEMT of FIG.
One or both of the cap layer 21 and the spacer layer 22 in FIG. 7 are also provided in the HEMTs in Examples 2 to 5 in FIGS. 3 to 6 and Examples 7 to 13 in FIGS. be able to. In FIG. 7, one of the cap layer 21 and the spacer layer 22 can be omitted, and only the remaining other can be provided.

図8の実施例7のHEMTは、図1の実施例1のHEMTに固体絶縁材料即ち誘電体から成る絶縁膜15を付加し、この他は図1と実質的に同一に形成したものである。   The HEMT of Example 7 of FIG. 8 is obtained by adding an insulating film 15 made of a solid insulating material, ie, a dielectric to the HEMT of Example 1 of FIG. .

絶縁膜15は、第1の有機半導体膜6と第2の有機半導体膜7との間に配置されている。この絶縁膜15は例えばSiO2(シリコン酸化物)で形成され、主半導体領域1及び第1の有機半導体膜6を保護する機能を有する。   The insulating film 15 is disposed between the first organic semiconductor film 6 and the second organic semiconductor film 7. The insulating film 15 is formed of, for example, SiO 2 (silicon oxide) and has a function of protecting the main semiconductor region 1 and the first organic semiconductor film 6.

絶縁膜15は誘電体から成るので、絶縁膜15と第1の有機半導体膜6と電子供給層9とが等価的にコンデンサの誘電体部分として機能し、図1の実施例1と同一の原理でコラプス改善効果を得ることができる。   Since the insulating film 15 is made of a dielectric, the insulating film 15, the first organic semiconductor film 6, and the electron supply layer 9 function equivalently as a dielectric part of the capacitor, and the same principle as that of the first embodiment of FIG. With it, the effect of improving the collapse can be obtained.

図8では第1及び第2の有機半導体膜6、7と絶縁膜15とがソース電極3とドレイン電極4との間、ソース電極3の外側、ドレイン電極4の外側に配置されているが、これ等を図3〜図6に示すようにドレイン電極4とゲート電極5との間の限定された部分に配置することもできる。また、第1の有機半導体膜6を図3〜図6に示すように限定して設ける場合において、主半導体領域1の第1の主面11における第1の有機半導体膜6が設けられない部分の一部又は全部に絶縁膜15又は第2の有機半導体膜7又はこれ等の両方を配置することができる。   In FIG. 8, the first and second organic semiconductor films 6 and 7 and the insulating film 15 are disposed between the source electrode 3 and the drain electrode 4, outside the source electrode 3, and outside the drain electrode 4. These can also be arranged in a limited portion between the drain electrode 4 and the gate electrode 5 as shown in FIGS. Further, in the case where the first organic semiconductor film 6 is provided in a limited manner as shown in FIGS. 3 to 6, a portion where the first organic semiconductor film 6 is not provided on the first main surface 11 of the main semiconductor region 1. The insulating film 15 or the second organic semiconductor film 7 or both of them can be disposed on a part or all of the film.

図9の実施例8のHEMTは図1の実施例1のHEMTに抵抗性ショットキバリア型フィールドプレート16を付加し、この他は図1と実質的に同一に形成したものである。   The HEMT according to the eighth embodiment shown in FIG. 9 is obtained by adding a resistive Schottky barrier type field plate 16 to the HEMT according to the first embodiment shown in FIG.

抵抗性ショットキバリア型フィールドプレート16は、第1の有機半導体膜6と主半導体領域1の第1の主面11との間に配置され且つゲート電極5に接続され且つドレイン電極4とゲート電極5との間の一部に限定的に配置されている。即ち、抵抗性ショットキバリア型フィールドプレート16は、主半導体領域1の第1の主面11にショットキ接触し且つゲート電極5に接続されている。この抵抗性ショットキバリア型フィールドプレート14は、特許文献2(特開平1−295459号公報)に開示されているものと同一であって、例えば10kΩ/□以上のシート抵抗を有するチタン酸化物から成る。   The resistive Schottky barrier type field plate 16 is disposed between the first organic semiconductor film 6 and the first main surface 11 of the main semiconductor region 1, is connected to the gate electrode 5, and is connected to the drain electrode 4 and the gate electrode 5. It is arrange | positioned limitedly to a part between. That is, the resistive Schottky barrier type field plate 16 is in Schottky contact with the first main surface 11 of the main semiconductor region 1 and connected to the gate electrode 5. This resistive Schottky barrier type field plate 14 is the same as that disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 1-29559), and is made of, for example, a titanium oxide having a sheet resistance of 10 kΩ / □ or more. .

抵抗性ショットキバリア型フィールドプレート16は、特許文献2と同様にショットキバリア電極から成るゲート電極5の耐圧向上に寄与する。即ち、ドレイン電極4とゲート電極5との間に電界集中箇所が生じることを抵抗性ショットキバリア型フィールドプレート16によって防ぐことができる。従って、図9の実施例によれば、ドレイン電極4とゲート電極5との間の耐圧が高くなる。なお、図9の実施例8によっても第1の有機半導体膜6によるオン抵抗の改善効果、及び第2の有機半導体膜7によるコラプス改善効果を、図1の実施例1と同様に得ることができる。   The resistive Schottky barrier type field plate 16 contributes to the improvement of the breakdown voltage of the gate electrode 5 made of a Schottky barrier electrode, as in Patent Document 2. That is, the resistive Schottky barrier type field plate 16 can prevent the occurrence of an electric field concentration between the drain electrode 4 and the gate electrode 5. Therefore, according to the embodiment of FIG. 9, the breakdown voltage between the drain electrode 4 and the gate electrode 5 is increased. 9 can obtain the effect of improving the on-resistance by the first organic semiconductor film 6 and the effect of improving the collapse by the second organic semiconductor film 7 in the same manner as in Example 1 of FIG. it can.

図9においても第1及び第2の有機半導体膜6、7を図3〜図6に示すように限定的に配置することができる。また、図9の第1の有機半導体膜6を図3〜図6に示すように限定して設ける場合において、主半導体領域1の第1の主面11における第1の有機半導体膜6が設けられない部分の一部又は全部に第2の有機半導体膜7又は絶縁膜又はこれ等の両方を配置することができる。   Also in FIG. 9, the first and second organic semiconductor films 6 and 7 can be arranged in a limited manner as shown in FIGS. Further, when the first organic semiconductor film 6 in FIG. 9 is provided in a limited manner as shown in FIGS. 3 to 6, the first organic semiconductor film 6 on the first main surface 11 of the main semiconductor region 1 is provided. The second organic semiconductor film 7 or the insulating film or both of them can be arranged on a part or all of the portions that are not formed.

図10に示す実施例9のHEMTは、図9の抵抗性ショットキバリア型フィールドプレート16の位置を変更した他は図9と同一に形成したものである。   The HEMT of Example 9 shown in FIG. 10 is formed in the same manner as FIG. 9 except that the position of the resistive Schottky barrier type field plate 16 of FIG. 9 is changed.

図10の抵抗性ショットキバリア型フィールドプレート16はドレイン電極4に接続され、ドレイン電極4からゲート電極5に向って延びている。抵抗性ショットキバリア型フィールドプレート16を図10に示すように形成しても、ドレイン電極4とゲート電極5との間の電界集中を緩和することができる。なお、図10の実施例9によっても、第1の有機半導体膜6によるオン抵抗の改善効果、及び第2の有機半導体膜7によるコラプス改善効果を、図1の実施例1と同様に得ることができる。   The resistive Schottky barrier type field plate 16 of FIG. 10 is connected to the drain electrode 4 and extends from the drain electrode 4 toward the gate electrode 5. Even if the resistive Schottky barrier type field plate 16 is formed as shown in FIG. 10, the electric field concentration between the drain electrode 4 and the gate electrode 5 can be reduced. In addition, also in Example 9 of FIG. 10, the on-resistance improvement effect by the first organic semiconductor film 6 and the collapse improvement effect by the second organic semiconductor film 7 can be obtained similarly to Example 1 of FIG. Can do.

図10においても第1及び第2の有機半導体膜6、7を図3〜図6に示すように限定的に配置することができる。また、図10の第1の有機半導体膜6を図3〜図6に示すように限定して設ける場合において、主半導体領域1の第1の主面11における第1の有機半導体膜6が設けられない部分の一部又は全部に第2の有機半導体膜7又は絶縁膜又はこれ等の両方を配置することができる。 Also in FIG. 10, the first and second organic semiconductor films 6 and 7 can be disposed in a limited manner as shown in FIGS. 10 is provided in a limited manner as shown in FIGS. 3 to 6, the first organic semiconductor film 6 on the first main surface 11 of the main semiconductor region 1 is provided. The second organic semiconductor film 7 or the insulating film or both of them can be arranged on a part or all of the portions that are not formed.

図11の実施例10のHEMTは、図8のHEMTに抵抗性フィールドプレート16aを付加し、この他は図8と同様に構成したものである。図11の抵抗性フィールドプレート16aは、第1の有機半導体膜6と絶縁膜15との間に配置され且つゲート電極5に接続され且つドレイン電極4とゲート電極5との間の一部に限定的に配置されている。即ち、抵抗性フィールドプレート16aは、例えば10kΩ/□以上のシート抵抗を有するチタン酸化物から成り、第1の有機半導体膜6に抵抗性接触又はショットキー接触し、ゲート電極5の耐圧向上に寄与する。なお、図11に示す実施例10によっても、第1の有機半導体膜6によるオン抵抗の改善効果、及び第2の有機半導体膜7によるコラプス改善効果を図1の実施例1と同様に得ることができる。   The HEMT according to the tenth embodiment shown in FIG. 11 has the same configuration as that shown in FIG. 8 except that a resistive field plate 16a is added to the HEMT shown in FIG. The resistive field plate 16a of FIG. 11 is disposed between the first organic semiconductor film 6 and the insulating film 15, is connected to the gate electrode 5, and is limited to a part between the drain electrode 4 and the gate electrode 5. Are arranged. That is, the resistive field plate 16a is made of, for example, a titanium oxide having a sheet resistance of 10 kΩ / □ or more, and makes a resistive contact or a Schottky contact with the first organic semiconductor film 6, thereby contributing to an improvement in the breakdown voltage of the gate electrode 5. To do. In addition, according to Example 10 shown in FIG. 11, the effect of improving the on-resistance by the first organic semiconductor film 6 and the effect of improving the collapse by the second organic semiconductor film 7 can be obtained in the same manner as in Example 1 of FIG. Can do.

図11においても第1及び第2の有機半導体膜6、7を図3〜図6に示すように限定的に配置することができる。また、図11の第1の有機半導体膜6を図3〜図6に示すように限定して設ける場合において、主半導体領域1の第1の主面11における第1の有機半導体膜6が設けられない部分の一部又は全部に第2の有機半導体膜7又は絶縁膜15又はこれ等の両方を配置することができる。 Also in FIG. 11, the first and second organic semiconductor films 6 and 7 can be arranged in a limited manner as shown in FIGS. 11 is provided in a limited manner as shown in FIGS. 3 to 6, the first organic semiconductor film 6 on the first main surface 11 of the main semiconductor region 1 is provided. The second organic semiconductor film 7 or the insulating film 15 or both of them can be disposed on a part or all of the portions that are not formed.

図12に示す実施例11のHEMTは、図11の抵抗性フィールドプレート16aの位置を変更した他は図11と同一に形成したものである。   The HEMT of Example 11 shown in FIG. 12 is formed in the same manner as FIG. 11 except that the position of the resistive field plate 16a in FIG. 11 is changed.

図12の抵抗性フィールドプレート16aはドレイン電極4に接続され、ドレイン電極4からゲート電極5に向って延びている。抵抗性フィールドプレート16aを図12に示すように形成しても、ドレイン電極4とゲート電極5との間の電界集中を緩和することができる。なお、図12に示す実施例11によっても、第1の有機半導体膜6によるオン抵抗の改善効果、及び第2の有機半導体膜7によるコラプス改善効果を図1の実施例1と同様に得ることができる。   The resistive field plate 16 a in FIG. 12 is connected to the drain electrode 4 and extends from the drain electrode 4 toward the gate electrode 5. Even if the resistive field plate 16a is formed as shown in FIG. 12, the electric field concentration between the drain electrode 4 and the gate electrode 5 can be reduced. In addition, also in Example 11 shown in FIG. 12, the effect of improving the on-resistance by the first organic semiconductor film 6 and the effect of improving the collapse by the second organic semiconductor film 7 can be obtained in the same manner as in Example 1 of FIG. Can do.

図12においても第1及び第2の有機半導体膜6、7を図3〜図6に示すように限定的に配置することができる。また、図11の第1の有機半導体膜6を図3〜図6に示すように限定して設ける場合において、主半導体領域1の第1の主面11における第1の有機半導体膜6が設けられない部分の一部又は全部に第2の有機半導体膜7又は絶縁膜15又はこれ等の両方を配置することができる。 Also in FIG. 12, the first and second organic semiconductor films 6 and 7 can be arranged in a limited manner as shown in FIGS. 11 is provided in a limited manner as shown in FIGS. 3 to 6, the first organic semiconductor film 6 on the first main surface 11 of the main semiconductor region 1 is provided. The second organic semiconductor film 7 or the insulating film 15 or both of them can be disposed on a part or all of the portions that are not formed.

図13に示す実施例12のHEMTは、図8の絶縁膜15の位置を変更した他は図8と同一に形成したものである。図13では薄い絶縁膜15が第1の有機半導体膜6と主半導体領域1との間に配置されている。絶縁膜15が薄い場合には、n型の第1の有機半導体膜6の作用が絶縁膜15を介して電子供給層10及び2DEG層14に及ぶ。この結果、図13に示す実施例12によっても実施例1と同様な効果を得ることができる。
なお、図13においても第1及び第2の有機半導体膜6、7を図3〜図6に示すように限定的に配置することができる。また、図13の第1の有機半導体膜6を図3〜図6に示すように限定して設ける場合において、主半導体領域1の第1の主面11における第1の有機半導体膜6が設けられない部分の一部又は全部に第2の有機半導体膜7又は絶縁膜15又はこれ等の両方を配置することができる。
The HEMT of Example 12 shown in FIG. 13 is the same as that shown in FIG. 8 except that the position of the insulating film 15 in FIG. 8 is changed. In FIG. 13, the thin insulating film 15 is disposed between the first organic semiconductor film 6 and the main semiconductor region 1. When the insulating film 15 is thin, the action of the n-type first organic semiconductor film 6 reaches the electron supply layer 10 and the 2DEG layer 14 via the insulating film 15. As a result, the same effects as those of the first embodiment can be obtained by the twelfth embodiment shown in FIG.
Also in FIG. 13, the first and second organic semiconductor films 6 and 7 can be arranged in a limited manner as shown in FIGS. Further, when the first organic semiconductor film 6 of FIG. 13 is provided in a limited manner as shown in FIGS. 3 to 6, the first organic semiconductor film 6 on the first main surface 11 of the main semiconductor region 1 is provided. The second organic semiconductor film 7 or the insulating film 15 or both of them can be disposed on a part or all of the portions that are not formed.

図14に示す実施例13のHEMTは、図1のゲート電極5の下にゲート絶縁膜17を設けた他は図1と同一に形成したものである。図14に示す実施例13のHEMTにおいては、ゲート電極5とソース電極3との間に印加されるゲート制御電圧によってゲート絶縁膜17の下の空乏層が変化し、2DEG層14を流れる電流が制御される。
図14に示す実施例13によっても、第1の有機半導体膜6によるオン抵抗の改善効果、及び第2の有機半導体膜7によるコラプス改善効果を図1の実施例1と同様に得ることができる。
なお、図14においても第1及び第2の有機半導体膜6、7を図3〜図6に示すように限定的に配置することができる。また、図13の第1の有機半導体膜6を図3〜図6に示すように限定して設ける場合において、主半導体領域1の第1の主面11における第1の有機半導体膜6が設けられない部分の一部又は全部に第2の有機半導体膜7又は絶縁膜又はこれ等の両方を配置することができる。
The HEMT of Example 13 shown in FIG. 14 is the same as FIG. 1 except that a gate insulating film 17 is provided below the gate electrode 5 of FIG. In the HEMT according to the thirteenth embodiment shown in FIG. 14, the depletion layer under the gate insulating film 17 is changed by the gate control voltage applied between the gate electrode 5 and the source electrode 3, and the current flowing through the 2DEG layer 14 is changed. Be controlled.
Also in Example 13 shown in FIG. 14, the effect of improving the on-resistance by the first organic semiconductor film 6 and the effect of improving the collapse by the second organic semiconductor film 7 can be obtained in the same manner as in Example 1 of FIG. .
In FIG. 14 as well, the first and second organic semiconductor films 6 and 7 can be arranged in a limited manner as shown in FIGS. Further, when the first organic semiconductor film 6 of FIG. 13 is provided in a limited manner as shown in FIGS. 3 to 6, the first organic semiconductor film 6 on the first main surface 11 of the main semiconductor region 1 is provided. The second organic semiconductor film 7 or the insulating film or both of them can be arranged on a part or all of the portions that are not formed.

本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば次の変形も可能なものである。
(1) 図1,及び図3〜図14の電子供給層10をp型半導体の正孔供給層に置き換えることができる。この場合には、2DEG層11に対応する領域に2次元キャリアガス層として2次元正孔ガス層が生じる。この様に2次元キャリアを正孔とする場合には、第1の有機半導体膜6をp型に変更し、第2の有機半導体膜7をn型に変更する。
(2) 主半導体領域1、1a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、ソース電極3の下にソースコンタクト層を配置し、ドレイン電極4の下にドレインコンタクト層を配置することができる。また、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。
(3) 図9及び図10の抵抗性ショットキバリア型フィールドプレート14、並びに図11及び図12の抵抗性フィールドプレート14aを主半導体領域1の第1の主面11上におけるゲート電極5とソース電極3との間にも設けることができる。
(4) 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。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, the following modifications are possible.
(1) The electron supply layer 10 of FIGS. 1 and 3 to 14 can be replaced with a p-type semiconductor hole supply layer. In this case, a two-dimensional hole gas layer is generated as a two-dimensional carrier gas layer in a region corresponding to the 2DEG layer 11. In this way, when the two-dimensional carrier is a hole, the first organic semiconductor film 6 is changed to p-type, and the second organic semiconductor film 7 is changed to n-type.
(2) Another semiconductor layer can be added to the main semiconductor regions 1 and 1a as necessary. For example, a source contact layer can be disposed under the source electrode 3 and a drain contact layer can be disposed under the drain electrode 4. In addition, the source electrode 3 and the drain electrode 4 can be directly connected to the electron transit layer 8.
(3) The resistive Schottky barrier type field plate 14 of FIGS. 9 and 10 and the resistive field plate 14a of FIGS. 11 and 12 are formed on the first main surface 11 of the main semiconductor region 1 and the gate electrode 5 and the source electrode. 3 can also be provided.
(4) The support substrate 2 can be formed of a silicon compound other than silicon, sapphire, or a group 3-5 compound semiconductor.

本発明の実施例1のHEMTを示す断面図である。It is sectional drawing which shows HEMT of Example 1 of this invention. 図1の実施例1のHEMT及び従来例のHEMTのゲート・ソース間電圧とドレイン電流との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the gate-source voltage and drain current of HEMT of Example 1 of FIG. 1, and HEMT of a prior art example. 本発明の実施例2のHEMTを示す断面図である。It is sectional drawing which shows HEMT of Example 2 of this invention. 本発明の実施例3のHEMTを示す断面図である。It is sectional drawing which shows HEMT of Example 3 of this invention. 本発明の実施例4のHEMTを示す断面図である。It is sectional drawing which shows HEMT of Example 4 of this invention. 本発明の実施例5のHEMTを示す断面図である。It is sectional drawing which shows HEMT of Example 5 of this invention. 本発明の実施例6のHEMTを示す断面図である。It is sectional drawing which shows HEMT of Example 6 of this invention. 本発明の実施例7のHEMTを示す断面図である。It is sectional drawing which shows HEMT of Example 7 of this invention. 本発明の実施例8のHEMTを示す断面図である。It is sectional drawing which shows HEMT of Example 8 of this invention. 本発明の実施例9のHEMTを示す断面図である。It is sectional drawing which shows HEMT of Example 9 of this invention. 本発明の実施例10のHEMTを示す断面図である。It is sectional drawing which shows HEMT of Example 10 of this invention. 本発明の実施例11のHEMTを示す断面図である。It is sectional drawing which shows HEMT of Example 11 of this invention. 本発明の実施例12のHEMTを示す断面図である。It is sectional drawing which shows HEMT of Example 12 of this invention. 本発明の実施例13のHEMTを示す断面図である。It is sectional drawing which shows HEMT of Example 13 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、1a 主半導体領域
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 n型の第1の有機半導体膜
7 p型の第2の有機半導体膜
8 バッファ層
9 電子走行層
10 n型の電子供給層
13 ヘテロ接合
14 2DEG層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a Main semiconductor region 2 Support substrate 3 Source electrode 4 Drain electrode 5 Gate electrode 6 1st n-type organic semiconductor film 7 2nd p-type organic semiconductor film 8 Buffer layer 9 Electron travel layer 10 n-type electron Supply layer 13 Heterojunction 14 2 DEG layer

Claims (10)

互いに対向している第1及び第2の主面と、第1導電型を有し且つ結晶構造を有している第1の半導体層と、2次元キャリアガスを生成するために前記第1の半導体層と異なる半導体材料から成り且つ前記第1の半導体層に隣接配置され且つ前記第1の主面に対して前記第1の半導体層よりも遠い位置に配置され且つ結晶構造を有している第2の半導体層とを備えた半導体領域と、
前記半導体領域の前記第1の主面上に形成されたソース電極及びドレイン電極と、
前記半導体領域の前記第1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、
前記半導体領域の前記第1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の少なくとも一部の上に配置され且つ前記第1導電型を有している第1の有機半導体膜と、
前記第1導電型を有する前記第1の有機半導体膜の上に配置され且つ前記第1導電型と反対の第2導電型を有している第2の有機半導体膜と
備えていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
First and second main surfaces facing each other, a first semiconductor layer having a first conductivity type and a crystal structure, and the first semiconductor layer for generating a two-dimensional carrier gas The semiconductor layer is made of a different semiconductor material, is disposed adjacent to the first semiconductor layer, is disposed at a position farther from the first semiconductor layer than the first main surface, and has a crystal structure. A semiconductor region comprising a second semiconductor layer;
A source electrode and a drain electrode formed on the first main surface of the semiconductor region;
A gate electrode disposed between the source electrode and the drain electrode on the first main surface of the semiconductor region;
A first organic semiconductor film disposed on at least a portion between the source electrode and the drain electrode on the first main surface of the semiconductor region and having the first conductivity type;
A second organic semiconductor film disposed on the first organic semiconductor film having the first conductivity type and having a second conductivity type opposite to the first conductivity type;
Field effect transistor, characterized in that it comprises a.
前記ゲート電極は前記第1の半導体層にショットキー接触している電極であり、前記第1の半導体層は、前記電界効果トランジスタをノーマリオフで動作させることが可能な厚みを有していることを特徴とする請求項1記載の電界効果トランジスタ。   The gate electrode is an electrode that is in Schottky contact with the first semiconductor layer, and the first semiconductor layer has a thickness that allows the field effect transistor to operate normally off. The field effect transistor according to claim 1. 前記第1導電型はn型であり、前記第1の有機半導体膜はn型を示すフラーレン又は金属フタロシアニンから成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。 3. The field effect transistor according to claim 1, wherein the first conductivity type is n-type, and the first organic semiconductor film is made of fullerene or metal phthalocyanine exhibiting n-type. 前記半導体領域は、更に、前記第1の半導体層の上に配置されており且つ導電型不純物がドープされていない結晶半導体から成るキャップ層を有していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1つに記載の電界効果トランジスタ。   4. The semiconductor region according to claim 1, further comprising a cap layer made of a crystalline semiconductor disposed on the first semiconductor layer and not doped with a conductive impurity. The field effect transistor according to any one of the above. 前記半導体領域は、更に、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間に配置されており且つ導電型不純物がドープされていない結晶半導体から成り且つ前記第1の半導体層よりも薄く形成されているスペーサー層を有していることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の電界効果トランジスタ。   The semiconductor region is further composed of a crystalline semiconductor that is disposed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer and is not doped with a conductive impurity, and is more than the first semiconductor layer. 5. The field effect transistor according to claim 1, further comprising a spacer layer formed to be thin. 更に、前記半導体領域と前記第1の有機半導体膜との間に配置された絶縁膜を有していることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1つに記載の電界効果トランジスタ。 The field effect transistor according to claim 1, further comprising an insulating film disposed between the semiconductor region and the first organic semiconductor film. 更に、前記第1の有機半導体膜と前記第2の有機半導体膜との間に配置された絶縁膜を有していることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載の電界効果トランジスタ。 The electric field according to claim 1, further comprising an insulating film disposed between the first organic semiconductor film and the second organic semiconductor film. Effect transistor. 更に、前記半導体領域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乃至のいずれか1つに記載の電界効果トランジスタ。 Furthermore, any one of claims 1 to 7, characterized in that it has the semiconductor regions the one disposed on the main surface of and the gate electrode or resistive field plate connected to said drain electrode of 1 Field effect transistor as described in one. 更に、前記第1導電型を有する前記第1の有機半導体膜の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乃至のいずれか1つに記載の電界効果トランジスタ。 Further, it claims 1 to 7, characterized by having the first organic semiconductor film disposed and the gate electrode or connected field plate to the drain electrode on having the first conductivity type The field effect transistor according to any one of the above. 更に、前記ゲート電極と前記半導体領域の前記第1の主面との間に配置されたゲート絶縁膜を有していることを特徴とする請求項1記載の電界効果トランジスタ。   2. The field effect transistor according to claim 1, further comprising a gate insulating film disposed between the gate electrode and the first main surface of the semiconductor region.
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