JP5693831B2 - トランジスタ - Google Patents
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Description
また、ゲート電圧をオンすると、第1チャネル領域ではバリア領域とのヘテロ接合部近傍に2次元電子ガスが形成され、第2チャネル領域では絶縁膜との接触部近傍に電子の蓄積層が形成される。これらの2次元電子ガスと蓄積層によってチャネルが形成されるので、トランジスタがオンする。
上述したように、チャネル領域は、オフ時には隣接するp型領域によって空乏化され、オン時にはゲート電極からの電界によってチャネルが形成される。このため、チャネル領域に高いキャリア濃度は必要とされず、チャネル領域に含有される不純物の濃度を低くすることができる。このため、トランジスタがオンしたときにチャネルを流れる電子の移動度が高い。特に、第1チャネル領域には高濃度の2次元電子ガスが形成されるので、第1チャネル領域では電子の移動度はより高い。したがって、このトランジスタは高速かつ低損失で動作することができる。
(特徴1)ドレイン領域、ソース領域、及び、ドリフト領域は、n型のGaNにより形成されている。ドリフト領域のn型不純物濃度は、ドレイン領域及びソース領域より低い。
(特徴2)チャネル領域は、n−型、または、i型のGaNにより形成されている。チャネル領域がn−型の場合には、そのn型不純物濃度は、少なくともソース領域より低い。
(特徴3)p型領域は、GaNにより形成されている。
(特徴4)バリア領域は、チャネル領域よりエネルギーバンドギャップが広い材料により形成されている。より具体的には、バリア領域は、InxAlyGa1−x−yN(0≦x≦1,0≦y≦1,0≦1−x−y≦1)により形成されている。
(特徴5)ソース領域、チャネル領域、ドリフト領域、及び、ドレイン領域によって、ソース電極とドレイン電極の間の電流経路が形成されている。
図1は、第1実施例に係るトランジスタ10の断面図を示している。トランジスタ10は、半導体基板12と、半導体基板12の下面に形成されているドレイン電極50と、半導体基板12の上面に形成されているソース電極60と、ゲート絶縁膜62と、ゲート電極64を備えている。
また、チャネル領域20全体が低濃度のn型層により形成されているので、チャネル領域20中の不純物濃度は極めて低い。したがって、不純物によってチャネル中を移動する電子が散乱され難く、電子の移動度が非常に高い。特に、第1チャネル領域20aでは、高濃度の2次元電子ガスによりチャネルが形成されるので、電子の移動度が極めて高い。これによって、トランジスタ10のオン電圧の低減が実現されているとともに、トランジスタ10の高速動作が可能とされている。
次に、第2実施例のトランジスタ110について説明する。図5は、第2実施例のトランジスタ110の断面図を示している。図5に示すように、第2実施例のトランジスタ110では、ゲート絶縁膜62の厚さが位置によって異なる。その他の構成については、第1実施例のトランジスタ10と等しい。
また、第2チャネル領域20bの上部においては、ゲート絶縁膜62が一定の厚さで薄く分布している。したがって、ゲート電圧のオン時に、第2チャネル領域20b中に十分な濃度を有する電子の蓄積層(チャネル)が形成される。
また、第1チャネル領域20aの上部では、ゲート絶縁膜62の厚さが変化している。すなわち、アパーチャ部17側ではゲート絶縁膜62が厚く、第2チャネル領域20b側ではゲート絶縁膜62が薄い。厚いゲート絶縁膜62の下部の第1チャネル領域20aでは、ゲート電圧のオン時に生じる電界が低くなる。しかしながら、第1チャネル領域20aはバリア領域22とヘテロ接合しており、低い電界でも十分な濃度の2次元電子ガスが生じる。したがって、ゲート電圧のオン時に、第1チャネル領域20a中に十分な濃度を有する2次元電子ガス(チャネル)が形成される。
また、アパーチャ部17の上部のゲート絶縁膜62が厚いので、ゲート電極64とドレイン電極50の間の静電容量が小さくなる。これによって、トランジスタ110のスイッチング速度が向上されている。
次に、第3実施例のトランジスタ210について説明する。図8は、第3実施例のトランジスタ210の断面図を示している。図8に示すように、トランジスタ210では、p型領域18の下部(p型領域18とドリフト領域16の間)に、高抵抗領域220が形成されている。高抵抗領域220は、高濃度にAlを注入したGaNにより形成されており、電気抵抗が非常に高い。また、トランジスタ210では、p型領域18の厚さが非常に薄い。その他の構成については、第2実施例のトランジスタ110と略等しい。
12:半導体基板
14:ドレイン領域
16:ドリフト領域
17:アパーチャ部
18:p型領域
20:チャネル領域
20a:第1チャネル領域
20b:第2チャネル領域
22:バリア領域
24:ソース領域
50:ドレイン電極
60:ソース電極
62:ゲート絶縁膜
64:ゲート電極
Claims (3)
- p型領域と、
n型またはi型であり、前記p型領域の表面に接しており、第1チャネル領域と第2チャネル領域を有しているチャネル領域と、
前記第1チャネル領域の表面とヘテロ接合しているバリア領域と、
前記第2チャネル領域の表面、及び、前記バリア領域の表面に接している絶縁膜と、
前記絶縁膜を介して前記第2チャネル領域及び前記バリア領域に対向しているゲート電極と、
ドリフト領域と、
ソース領域と、
ドレイン領域、
を備えており、
前記第1チャネル領域と前記第2チャネル領域が、電流経路において直列に配置されており、
前記ドリフト領域が、n型であり、前記p型領域の下部及び前記p型領域の側方のアパーチャ部内に形成されており、前記アパーチャ部において前記チャネル領域の一端に接続されており、
前記ソース領域が、前記チャネル領域の他端に接続されており、
前記ドレイン領域が、前記ドリフト領域の下部に形成されており、
前記ドリフト領域が、前記アパーチャ部において前記第1チャネル領域に接続されており、
前記ソース領域が、前記第2チャネル領域に接続されており、
前記アパーチャ部の上部に、前記バリア領域と前記絶縁膜と前記ゲート電極の積層構造が形成されており、
前記アパーチャ部の上部の前記絶縁膜の厚さが第1厚さであり、
前記第1チャネル領域の上部の前記絶縁膜の厚さが、前記アパーチャ部側では前記第1厚さであり、前記第2チャネル領域側では前記第1厚さより薄い第2厚さである、
ことを特徴とするトランジスタ。 - 前記p型領域の下部の前記ドリフト領域と前記p型領域の間に、前記ドリフト領域より電気抵抗が高い高抵抗領域が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のトランジスタ。
- 前記ゲート電極へのゲート電圧をオフすると、前記p型領域から伸びる空乏層によって、前記第2チャネル領域が空乏化されることを特徴とする請求項1または2に記載のトランジスタ。
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