[发明专利]半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及利用了由一般式In_xGa_yAl_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1)表示的氮化物半导体的异质结构的场效应晶体管(FET)。

背景技术

因GaN(氮化镓)、AlGaN(氮化铝镓)、InGaN(氮化铟镓)或者InAlGaN(氮化铟铝镓)等含有氮化镓的半导体，具有很高的绝缘击穿电场强度、很高的热导率及很高的电子饱和漂移速度等，故它们作高频功率器件的材料是很有前途的。特别是在由成为上层的AlGaN膜和成为下层的GaN膜构成的异质结结构(以下称其为AlGaN/GaN异质结构)中，电子高浓度地积累在GaN膜靠近异质结界面之处，亦即形成了二维电子气体。

因该二维电子气体在空间上和被添加到AlGaN膜中的施主杂质是分离的，故它的电子迁移率很高。因此，若在场效应晶体管中使用AlGaN/GaN异质结构，就能减少源极电阻成分。

还有，因从形成在AlGaN/GaN异质结构上的栅电极到二维电子气体的距离d很短，一般在几十nm左右，故即使栅电极长度Lg变短，在100nm左右，也能使栅电极长度Lg和距离d之比Lg/d(纵横比)在5～10左右，很大。因此，AlGaN/GaN异质结构所具有的优良特征为：利用它很容易制成短沟道效果小饱和特性又良好的场效应晶体管。

还有，在1×10⁵V/cm左右的的高电场区，AlGaN/GaN异质结构中的二维电子气体的电子速度是现在普遍作高频晶体管材料用的AlGaAs/InGaAs异质构造等的2倍以上，故人们期待着它能被用到高频功率器件上。

然而，利用了AlGaN/GaN异质结构或者GaN的场效应晶体管的问题之一为：在某些栅极电压或者漏极电压的施加方法下，晶体管的操作会变得不稳定。具体报导了如下现象：当使漏极电压升高时，漏极电流会由于热原因以外的其它原因而减小；当使被作为栅极电压施加的信号的大小或者信号的频率升高时，漏极电流也逐渐地减小。

一般认为该漏极电流减小的原因如下。

(1)因AlGaN/GaN异质结构中的AlGaN膜的结晶质量不好，该AlGaN中就存在由于大量的缺陷而引起的深能级(enegry level)，而且该深能级起电子捕获中心(electron traps)的作用。

(2)因GaN膜及AlGaN膜的表面都存在许多缺陷，故由于该缺陷而引起的深能级对捕获电子和放出电子起积极作用。

减少漏极电流之减小的方法之一，为：在AlGaN/GaN异质结构上，即在AlGaN膜上形成高浓度地掺杂了n型杂质的GaN膜作盖(cap)层。

图4(a)是已往的使用了拥有盖层的AlGaN/GaN异质结构的半导体器件，具体而言即场效应晶体管的剖面图。

如图4(a)所示，在由蓝宝石或者碳化硅(SiC)制成的衬底11上，依次形成了由GaN膜制成的缓冲层13及由n型AlGaN膜制成的电子供给层14，其间隔着AlN(氮化铝)膜12。电子供给层14的上面被由n型GaN膜制成的盖层15盖住。再就是，在对应于设在盖层15的某一区域的凹部的电子供给层14上形成了栅电极16，而且还在盖层15上栅电极16的两侧形成了源电极17和漏电极18。

在已往的半导体器件中，因在缓冲层13中缓冲层13和电子供给层14的界面附近形成了高浓度的二维电子气体19，故可通过调节加在栅电极16上的电压的大小控制二维电子气体19的浓度，以实现作为FET的操作。亦即缓冲层13的上部起沟道层的作用。

根据已往的半导体器件，因可由盖层15保护电子供给层14的表面，故可抑制由于电子供给层14表面的缺陷而形成深能级。结果是，可抑制由于在电子供给层14表面进行的电子捕获和放出而引起的电势能(以下，仅称其为电势)的变动。此时，可通过在成为盖层15的GaN膜内添加n型杂质来增大从电子供给层14的表面到二维电子气体19的距离，借此来降低电子供给层14表面的电势变动对沟道层的电势造成的影响。

发明内容

要解决的课题

然而，已往的半导体器件存在着以下两个问题。一是：没能充分地防止漏极电流的减少。二是：成为欧姆电极的源电极17和漏电极18的接触电阻增大。

本发明就是为解决上述问题而研究出来的。其目的在于：确实防止在使用了含有GaN的半导体的异质结构的FET中，漏极电流的减少而使FET之操作稳定，并减小欧姆电极的接触电阻。

解决方案