[发明专利]异质结场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及异质结场效应晶体管，特别涉及氮化镓系高电子迁移率晶体管。

背景技术

参照图8说明现有的异质结场效应晶体管。图8是用于说明现有的异质结场效应晶体管的概略图，示出主要部分的剖切端面。

异质结场效应晶体管110构成为在基底120上依次层积作为沟道层140的GaN层和作为电子供给层150的AlGaN层。异质结场效应晶体管110具有作为电子供给层150的AlGaN层和作为沟道层140的GaN层的异质结构。根据该结构，形成在沟道层140和电子供给层150的边界面即异质界面142上的二维电子气(2DEG)为高浓度，并且，电子迁移率也高，所以，作为高电子迁移率晶体管显示出良好的特性。下面，有时将具有AlGaN/GaN异质结构的异质结场效应晶体管即高电子迁移率晶体管称作AlGaN/GaN-HEMT(HighElectron Mobility Transistor)。

在电子供给层150上，设有利用欧姆接合而形成的源电极182和漏电极184、以及利用肖特基接合而形成的栅电极180。AlGaN/GaN-HEMT110例如借助向沟道层140和电子供给层150注入杂质而形成的成分隔离区域135，与其他成分隔离。在电子供给层150的上侧表面152上形成有作为表面保护膜190的氮化硅膜。

另外，例如在电子供给层150的组成为Al_xGa_1-xN(x＝0.25)的情况下，当电子供给层的厚度(活性层厚度)a为25nm时，2DEG浓度约为1.0×10¹³cm^-2，电子迁移率为1500cm²/V·s。

众所周知，为了使晶体管高频化，增大截止频率f_T是有效的，为了增大截止频率f_T，缩短栅极长度Lg是最有效的。

这里，当缩短栅极长度Lg时，发生夹断特性不良或阈值电压向负方向漂移等所谓的短沟道效应。夹断特性不良导致电场效应晶体管(FET)的工作电压下降。并且，阈值电压的漂移使相对于设计值的容许范围变窄，所以，影响成品率等。

为了防止该短沟道效应，优选活性层厚度a和栅极长度Lg之比(长宽(aspect)比)Lg/a大于等于5(例如参照非专利文献1)。

在上述AlGaN/GaN-HEMT 110中，活性层厚度a为25nm，所以，在栅极长度Lg为0.1μm的短栅极区域中，长宽比为4左右，引起短沟道效应。

这里，当减小活性层厚度a、即减薄电子供给层150的厚度时，2DEG浓度下降。与此相对，如果增大Al_xGa_1-xN的x、即提高Al浓度而最终成为AlN，则与Al_xGa_1-xN(x＝0.25)的情况相比，理论上能够使电子供给层150的厚度为1/4以下。但是，在利用有机金属化学气相沉积(MOCVD)法使AlGaN生长的情况下，当提高Al_xGa_1-xN的Al浓度时，x＝0.52左右，在AlGaN层的表面上产生裂纹，该裂纹对FET特性带来影响(例如参照非专利文献2)。

与使Al浓度提高到x＝0.52以上的Al_xGa_1-xN同样，当利用有机金属化学气相沉积法使AlN生长时，即使是厚度为2nm左右的AlN层，也会在其表面上产生裂纹。

产生裂纹的原因不明确，但是，由于该裂纹，无法使用AlN层或x大于等于0.6的Al_xGa_1-xN层作为电子供给层150。

并且，关于形成AlN层之前的工序，代替MOCVD法，还存在利用等离子体辅助分子束外延(PAMBE：Plasma Assisted Molecular BeamEpitaxy)法进行的方法(参照非专利文献3)。

在非专利文献3中，利用PAMBE法的AlN的生长温度低到200～300℃，所以，能够不引起裂纹地生长AlN。

【非专利文献1】福田益美、平地康剛著「GaAs電界効果トランジスタの基礎」コロナ社1992年，pp56-59