JPS6088471A - 電界効果トランジスタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ゛　産業上の利用分野 本発明は、液晶マトリクス表示等において各絵素のスイ
ッチングに用いることが出来る電界効果トランジスター
に関するものである。

従来例の構成とその問題点 近年、情報処理技（４：ｉが大１１１に進歩し、これに
関連して、情報端末として大容量の液晶７トリンス表示
の開発か盛んである。これにつれて、液晶マトリクス表
示において、各絵素の液晶への電圧をスイッチングする
のに必要な、各絵素に附属した電界効果トランジスター
の開発が急がれている。

まず、第１図、第２図に電界効果Ｉ・ランシスターの構
成断面図を示す。第１図、第２図において、ｌは溶融石
英ガラスや硅酸系ガラス等の絶縁性基板、２はゲート電
極、３は絶縁層、４は半導体層、５，６はソース電極又
はドレイン電極である。

第１図１１逆スタツガー型、第２図はスタツガー型と称
される。電界効果型トランジスターの動作原理は以下の
如くである。まず、ゲート電極２に電圧が印加され、そ
の電位により、半導体層の内に電流の通路否なるチャン
ネルが生成され、これによりソースとドレイン（５と６
）が導通ずることに由来する。すなわち、ゲート２は、
１種の弁のような作用をする。

従来、この種の電界効果トランジスターとしては、半導
体層として、多結晶シリコンを用いたもの、セレン化カ
ドミウムを用いたもの、硅素−水素合金の非晶質半導体
を用いたものがある。

上記のうち、前記半導体層として多結晶シリコンを用い
たものは、製作過程において、約１０００℃強の熱処理
が必要であり、従って、透明基体として、高価な溶融石
英板を使う必要がある。従って、企業化の上でこれは大
きな障害となると思われる。

また、前記半導体層を構成する半導体としては、セレン
化ノノドミウムや非晶質硅素−水素合金を用いた電界効
果トランシスターにおいては、常温での連続動作におい
て、トレイン電流がかなりの減少を示し不安がある。通
常、常温での１０００時間の連続動作において、トレイ
ン電流は約１５％程度、あるいはそれ以上の減少を示す
。

発明の目的 本発明は、上記従来の欠点を除去し、１２０℃の１００
０時間の連続動作において、ドレイン電流の変化が５％
以下であるような、電界効果トランジスターを提供する
ことを目的とするものである。

発明の構成 本発明の電界効果トランジスターは、絶縁性基板上に窒
化ガリウム（ＧａＮ）からなる半導体層と、絶縁層と、
ソース電極と、ゲート電極と、トレイン電極とを具備し
てなるものであって、これにより前記電界効果トランジ
スターの連続動作時のドレイン電流の経時変化（減少）
を少なくし得るものである。

本発明では、半導体層の構成物質として窒化ガリウム（
ＧａＮ）を使うことを特徴とする。窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）層の形成法としては、スパッター蒸着法又は、イオ
ン・ブレーティング法が望ましい。スパッター蒸着法の
うちでも、ターゲットとしては窒化ガリウム（ＧａＮ）
を使用し、アルゴンと窒素の混合雰囲気中で、高周波・
マグネトロン・スパッター装置で、反応性スパッター蒸
着するのがより望ましい。前記窒化ガリウムに若干の亜
鉛（Ｚｎ）を加えると結果は更に望ましい。基板は約３
００℃以上に加熱する方が、生成膜の透明性がよく、好
ましいものであった。また、イオン・ブレーティング法
のうちでも、前記の窒化ガリウム（ＧａＮ）をソースと
して、クラスター・イオンビーム蒸着法が望ましい。

前記の方法で形成した、窒化ガリウム層は、Ｘ線回折実
験では多結晶であることがわかる。また、比抵抗は１０
’〜１０９Ω・ｃｍ、でキャリアの移動度は１種度と推
測された。

絶縁性基板としては、絶縁性があり、化学的、熱的に安
定であり、表面の平滑性に優れていれば、特に制約はな
い。しかし、表示に使われ、光の透過性が必須の場合は
、石英板や、硅酸系ガラスが望ましい。

絶縁層としては、スパッターで形成した、二酸化硅素（
Ｓ　１０２　）、窒化硅素（Ｓ　ｔ３　Ｎ、）、窒化硼
素（ＢＮ）や、４００℃の基板温度での化学蒸着法（Ｃ
ＶＤ法）で形成した二酸化硅素が望ましい。

ソース電極、ドレイン電極、ゲート電極は、金（Ａμ）
やアルミニウム、モリブデン、クロム等使用し得る。

実施例の説明 まず、最初に本発明による電界効果トランジスターと比
較すべき、従来から明らかな電界効果ｌ・ランシスター
、すなわち、半導体層として、セレン化カドミウム（Ｃ
ｄＳｅ）を使ったもの、非晶質硅素−水素合金を使った
ものの製法について簡略に述べる。ここでは、前記２種
の電界効果トランジスターとも、第１図のような構成を
採用した。

ＣｄＳｅを使った電界効果トランジスターでは、第１図
の基板ｌとしてはコーニング社製ガラス＃７０５’９を
使用し、ゲート２はアルミニウムを常温で蒸着し、絶縁
層３は二酸化硅素（ＳｉＯ２）を１００℃の下地加熱で
高周波スバ・フタ−法で形成し、半導体層４は９９．９
１純度の市販のＣｄＳｅ扮末をソースとして常温蒸着し
、さらにソース七ドレイン電極５゜６はクロムを蒸着し
て形成した。各層のバターニングは、フメト・リソグラ
フィー法やエツチングによった。このあと、鈍化された
窒素気流中で３７０℃９０分熱処理した。このあと、二
酸化硅素（ＳＩ０２）の保護膜を、スパッター法で形成
した。

非晶質硅素−水素合金を使った電界効果トランジスター
では、第１図の基板１はコーニング社製硼硅酸ガラス＃
　７０５９を使用し、ゲート２としてはクロム−金−ク
ロムを順次蒸着して形成し、絶縁層３としてはプラズマ
化学蒸着法（プラズマＣＶＤ法）で水素を含有する窒化
硅素層を形成し、半導体層４としては同じく、プラズマ
化学蒸着法で非晶質硅素−水素合金から形成し、さらに
ソース電極とドレイン電極５，６はアルミニウムを蒸着
して形成した。各層のパターニングは、フメト・リソグ
ラフィー法やエツチングによった。

さて、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第３図は本発明の実施例による電界効果トランジスター
のｆｌ＆成断面断面図すものである。第３図において、
１１はガラス等の基板、１２はクロム（Ｃｒ）からなる
ゲート電極、１３は二酸化硅素（Ｓｉ０２）からなる絶
縁層、１４は窒化ガリウム（ＧａＮ層）、１５．１６は
アルミニウム（Ａ９）からなるソース電極とドレイン電
極、１７は二酸化硅素（Ｓ１０２）からなる保護層であ
る。

まず、コーニング社製硼硅酸ガラスｆ７０５９を脱脂し
、弗酸緩衝液に約５秒浸漬し、そのあと、純水で洗浄、
乾燥させる。つぎにｌ０００大膜厚のクロム（Ｃｒ）を
電子ビーム蒸着し、そのあと、フォト・リソグラフィー
法及びエッチングでもって、ゲート電極を形成する（第
３図１２）。このときのエツチング液としては、３３重
量％の苛性ソーダ水溶液と、ヘキサ・シアノ鉄（Ｉ［ｌ
）酸カリウム（Ｎ３：Ｆｅ（ＣＮ）ｓ））の２５重量％
水溶液を容量比１：３に混じた液を使用した。

つぎに、下地温度を１００℃にして、アルゴン雰囲気中
で高周波スパッター法により、膜厚約４０００大の二酸
化硅素（ＳＩ０２＞層を形成して、絶縁層１３を形成し
た。使用した装置は、高周波マグネトロン・スパッター
装置であった。

そのままの状態で、基板温度を約３５０℃とし、−雰囲
気を窒素（Ｎ２）を２０％含むアルゴン（Ａｒ＞雰囲気
に切換えて、約１５００人膜厚の窒化ガリウム（ＧａＮ
）を析出させる。このとき、ターゲットとじては、亜鉛
を約５００ＰＰｍ含む合成した窒化ガリウム（ＧａＮ）
粉末〈サンプルｌに対応）と、故意に不純物を入れない
合成した窒化ガリウム（ＧａＮ）粉末（サンプル２に対
応）を敷きつめたものを使用した。

さらに、同一チャンバーで、ターゲット及び雰囲気を前
述の絶縁層１３の形成の状態に切換え、膜厚約１５００
人の窒化ガリウム（ＧａＮ）エツチングのマスク用の二
酸化硅素（Ｓｉ０２）を形成する。

次に、フォトリソグラフィー法で、レジスト・パターン
を形成し、弗酸緩衝液でもって、前記マスク用の二酸化
硅素（Ｓ１０２＞をパターニングする。この弗酸緩衝液
は窒化ガリウム（ＧａＮ）を侵さなかった。つぎに、１
７０℃の熱リン酸をエツチング液として、窒化ガリウム
（ＧａＮ）をバターニングして、第３図１４の半導体層
を得る。前記熱リン酸は、基板のガラスや二酸化硅素を
侵さなかった。

つぎに、減圧化学蒸着装置（ＬＰＧＶＤ装置）で、膜厚
約１０００人の二酸化硅素（Ｓ　１０２　）を析出さぜ
る。フォト・リソグラフィー法及び弗酸緩衝液のエツチ
ングにより、この二酸化硅素（ＳＩ０２）を微細加工し
て、ソース電極窓及びドレイン電極窓をあける。さらに
アルミニウム（Ａ９）を杓膜厚７０００人を析出させ、
更に、フォＩ・リソグラフィー法及びエツチングにより
、ソース電極及びドレイン電極を得る（第３図１５゜１
６）。かくして、電界効果トランジスターを得る。

かくして得られた、サンプル１に対応する窒化ガリウム
（ＧａＮ）層の比抵抗はＮ１０９Ω・ｃｍてあり、サン
プル２に対応する窒化ガリウム（ＧａＮ）層の比抵抗は
Ｎ１０８Ω・ｃｍ程度であった。また、Ｘ線回折実験の
結果、前記窒化ガリウム（ＧａＮ）層は多結晶から成っ
ていた。

本実施例の電界効果トランジスターのチャネル長はＩｌ
ｅｕｍ、チャネル＋１１は２５０μｍであった。サンプ
ルＪてはドレイン電圧は３５ｖ１ゲート電圧は一４０Ｖ
としたとき、飽和トレイン電流は約１０ｕＡてあり、こ
のときの相互コンダクタンスは約０．０２ｍ５であった
。ただし、前記すべての電圧はソース電位を基準とした
ものである。つぎに、第４図にトレイン電流の相対的時
間変化すなわち劣化を示す。→ノンプルｌはａに、サン
プル２はｂに対応する。この図は、周囲温度を１２０°
Ｃとし、連続動作さぜた場合の変化を示す。比較例とし
て、従来より知られている、セレン化ノ１トミウム（Ｃ
ｄＳｅ）電界効果トランジスターや、非晶質硅素−水素
合金・電界効果トランジスターの結果（ｄｌ：’ｍ苅１
芯）も示す。

本実施例におＵる電界効果トランジスターは非常に優れ
ているのがよく判る。現実には、１２０”ｃの環境て使
われることは極めて稀であるけれとも、第４図の条件は
一種の加速試験であり、信頼性に対するｔ［価を与える
ものである。

以上本実施例では、逆スタツガー型電界効果Ｉ・ランシ
スターについて述べてきたが、スタツガー型についても
本発明の効果は発揮される。

発明の効果 本発明の電界効果トランジスターは絶縁性基板」二に窒
化ガリウム（ＧａＮ）からなる半導体層と、絶縁層と、
ソース電極と、ゲート電極と、トレイン電極とを具備し
てなるように構成したものであり、これにより、安定な
信頼性の高いものとなるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は逆スタツガー型電界効果トランジスターの構成
断面図、第２図はスタツガー型電界効果トランジスター
のオｌａ成断面図、第３図は実施例における電界効果ト
ランジスターの構成断面図、第４図はトレイン電流の経
時変化を示す特性図である。１・・・基板、２・・・ゲ
ート電極、３・・・絶縁層、４・・・半導体層、５．６
・・・ソース電極、トレイン電極、１１・・・基板、１
２・・・ゲート電極、１３・・・絶縁層、Ｉ４・・・窒
化ガリウム（ＧａＮ）層、１５．１６・・・ソース電極
又はトレイン電極、１７・・・保護層。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　はが１名ｆ４
　ｆ２ 第４図 を秋す作配閏（１等Ｖ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 絶縁性基板上に窒化ガリ１り１１からなる半導体層と、
   絶縁層と、ソース電極と、ゲート電極と、トレイン電極
   とを具備してなる電界効果トランジスター。