[发明专利]场效应晶体管以及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及场效应晶体管以及其制造方法，尤其涉及由III族氮化物半导体构成的场效应晶体管以及其制造方法。

背景技术

近些年，作为电源开关器件，采用氮化镓(GaN)系材料的场效应晶体管(FET：Field Effect Transistor)的研究被广泛推广。GaN等氮化物半导体材料由于能够制造氮化铝(AlN)以及氮化铟(InN)等各种混合晶体，因此能够与以往的砷化镓(GaAs)等砷系半导体材料同样制造异质结。尤其是在氮化物半导体的异质结中，即使在没有掺杂的状态下，也会出现因自发极化和压电极化而在该异质结界面中发生高浓度的载体的特征。其结果是，在以氮化物半导体材料来制造FET的情况下，FET容易成为耗尽型(常通型)，而难于成为增强型(常断型)的特性。然而，在现在的工业电子学市场所使用的器件基本上是常断型，至于采用了GaN系的氮化物半导体材料的FET，也被要求为常断型。

作为实现常断型的FET的方法有，通过深挖栅极部而使阈值电压向正的方向偏移的方法(例如参照非专利文献1)，以及通过在蓝宝石衬底的(10-12)面上制作FET，而不使在氮化物半导体的结晶生长方向上发生极化电场的方法等(例如参照非专利文献2)。并且，作为实现常断型FET的良好结构曾经被提出了，在栅极部形成p型的GaN层的结型场效应晶体管(JFET：Junction Field Effect Transistor)(例如参照专利文献1)。

图7示出了专利文献1的JFET的截面图。

在该JFET中，在由蓝宝石构成的衬底601上依次形成有：AlN缓冲层602、未掺杂GaN层603、未掺杂AlGaN势垒层604、p型GaN层605。并且，在p型GaN层605上形成有栅电极608、在未掺杂AlGaN势垒层604上形成有源电极606以及漏电极607。

在该JFET中，在未掺杂GaN层603与未掺杂AlGaN势垒层604的异质结界面发生的压电极化，由在未掺杂AlGaN势垒层604与p型GaN层605的异质结界面发生的压电极化抵消。据此，能够使栅电极608正下方的二维电子气浓度降低，并能够实现常断特性。并且，通过将比肖特基势垒大的内建势垒(built-in potential)的pn结用于栅极，从而具有的优点是，能够使栅极上升电压增高，并且即使施加正的栅极电压也能够使栅极漏电流变小。

(现有技术文献)

(专利文献)

专利文献1 日本 特开2005-244072号公报

(非专利文献)

非专利文献1 T.Kawasaki et al，Solid State Devices and Materials 2005tech.digest pp206.

非专利文献2 M.Kuroda et al，Solid State Devices and Materials 2005tech.digest pp470.

发明概要

发明所解决的技术问题

然而，在以往的JFET中为了使阈值电压向正的方向增大，则需要减少未掺杂AlGaN势垒层604的Al组成比，或者使未掺杂AlGaN势垒层604变薄，减少极化电荷量，并减少二维电子气浓度。在这种情况下所出现的问题是，在使阈值电压上升(向正的方向增大)的同时，栅源电极间以及栅漏电极间的沟道电阻也会增加，从而导通电阻也增加。

并且，在发明人员实际制作上述的JFET之时所发现的问题是，在使栅极断开，施加高的漏极电压之后立即使栅极导通时，与不施加高的漏极电压而使栅极断开的情况相比，发生漏极电流减少、导通电阻增大的现象，即发生所谓的电流崩塌现象。因电流崩塌而导致的导通电阻的增大，对于被施加了高的漏极电压的功率晶体管而言成为重大的问题。

发明内容

因此，本发明鉴于上述问题，第一个目的在于提供一种能够使阈值电压的提高与低导通电阻化这两者均得以实现的场效应晶体管以及其制造方法。

并且，本发明的第二个目的在于提供一种抑制了电流崩塌的场效应晶体管以及其制造方法。

解决技术问题所采用的手段