[发明专利]氮化镓系外延结晶、其制造方法及场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及场效应晶体管用的氮化镓系(以下，称为GaN系)外延 结晶及其制造方法，以及使用其的场效应晶体管。

背景技术

氮化镓系场效应晶体管是从材料的带隙的大小来期待高耐压的装置。 但是，无法实现在现实中所期待的高耐压化。作为其中的一个理由，有空 穴的拉拔的问题。如果对晶体管施加高电场而驱动，则移动电子与结晶晶 格相碰撞，由于该碰撞而产生电子与空穴生成的所谓碰撞离子化的现象。 由此生成的电子快速地由漏电极吸引，但是空穴只是比较慢地在结晶层内 向源电极下部移动，从而空穴滞留、蓄积在结晶中。如果产生该空穴的滞 留、蓄积，则元素活性层的电化学电势下降，更多的电子在元素活性层内 移动，这产生引起进一步的碰撞离子化的倾向，其结果，如果产生电流增 加的正反馈现象，则不久之后装置就达到破坏的程度。因此，对晶体管施 加高电压时，需要使电压为不产生电流增加的正反馈现象的程度，因此即 使增大带隙，也不容易实现与此平衡的高耐压化。

为了解决这个问题，例如，(日本)特开2001-168111号公报、特开 2004-342810号公报公开有：将因碰撞离子化产生的空穴向元素活性层外 拉拔的技术。该现有技术是在GaN系场效应晶体管中遍及元素活性层的 下部整个表面来配置电接地的p传导型的GaN系外延结晶层的技术，根 据该结构，通过将电接地的p传导型半导体结晶层配置在元素活性层下部， 能够将由碰撞离子化的现象等产生的空穴从元素活性层向外拉拔。

根据上述现有技术，能够期待稳定的空穴拉拔效果，但是存在以下的 问题点。通常，由于p传导型的GaN系结晶层掺杂高浓度的镁等形成， 因此结晶性差。因此，由于在该结晶上外延生成的元素活性层继承p传导 型氮化镓层的结晶性的不良，因此有移动电子的移动度低的问题、或来自 栅电极的漏电流大等问题，难以制作出供给实用水平的晶体管。

此外，通常形成p传导型氮化镓层时，由于活性化率的不稳定或p传 导型添加剂的扩散等，难以正确地再现并良好地控制载流子浓度及其在结 晶中的分布。因此，在栅极下部也配置有p传导型层的构造的晶体管中， 存在容易引起阈值电压的变动或夹断不良等问题点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够解决现有技术中的上述问题点的氮 化镓系外延结晶及其制造方法。本发明的另一目的在于提供一种高耐压的 场效应晶体管。

本发明者经过锐意研究讨论，完成了本发明。

即，本发明提供(1)～(12)的技术方案。

(1)一种氮化镓系外延结晶，其用于场效应晶体管，其中，

所述氮化镓系外延结晶包括衬底基板和(a)～(e)层，并且，

为了电连接第一缓冲层与p传导型半导体结晶层，将包含氮化镓系结 晶的连接层配置在非氮化镓系的绝缘层的开口部，所述(a)～(e)层为：

(a)栅极层；

(b)包括与栅极层的衬底基板侧界面相接的通道层的高纯度的第一 缓冲层；

(c)配置在第一缓冲层的衬底基板侧的第二缓冲层；

(d)配置在第二缓冲层的衬底基板侧且其一部分具有开口部的非氮 化镓系的绝缘层；以及，

(e)配置在绝缘层的衬底基板侧的p传导型半导体结晶层。

(2)在(1)所述的结晶中，连接层是p传导型结晶。

(3)在(1)所述的结晶中，连接层具有向第一缓冲层延伸的端部， 且端部未延伸至超过第一缓冲层。

(4)在(1)～(3)中任一项所述的结晶中，连接层是利用向p传导 型半导体结晶层上的选择生长而形成的结晶层，其中所述p传导型半导体 结晶层在非氮化镓系的绝缘层的开口部露出。

(5)在(1)～(4)中任一项所述的结晶中，第一缓冲层的除非氮化 镓系的绝缘层的开口部的上部之外的平均位错密度为1×10⁵/cm以下。

(6)在(1)～(5)中任一项记载的结晶中，第二缓冲层的至少一部 分是以配置在开口部的氮化镓系结晶为基点通过选择横向生长法形成的 结晶层。

(7)在(1)～(6)中任一项记载的结晶中，绝缘层包含氧化硅或氮 化硅。

(8)一种场效应晶体管，其使用上述1～7中任一项所述的结晶，其 中，具有：

形成在栅极层的上部的栅电极；