[发明专利]高电子迁移率晶体管、外延衬底、及制作高电子迁移率晶体管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及高电子迁移率晶体管、外延衬底、及制作高电子迁移率晶体管的方法。 

背景技术

在专利文献1中记载有具备环状型栅极的晶体管。使无掺杂AlN(厚度50nm)、无掺杂GaN层(厚度1μm)、及无掺杂Al_0.2Ga_0.8N层(厚度25nm)在蓝宝石衬底上依次通过分子束外延生长方法生长。 

在专利文献2中记载有常闭状态特性的晶体管。该晶体管在GaN系单结晶衬底上层叠GaN系半导体层。GaN系单结晶衬底构成电子移动层，GaN系半导体层构成电子供给层。GaN系单结晶衬底的生长主面为m面。因此，在GaN系单结晶衬底上形成的GaN系半导体层的表面也为m面。在m面(非极性面)由于不产生压电极化，因此在不施加栅极电压时，抑制异质结中的二维电子气体层的产生。 

非专利文献1中记载有压电电场的估算。 

专利文献1：日本特开2005-033073号公报 

专利文献2：日本特开2008-311533号公报 

非专利文献1：JJAP，vol.39，413，(2000) 

发明内容

c面上的氮化物基高电子迁移率晶体管(HEMT)利用通过正压电电场而在沟道上产生的二维电子气体。因为该压电电场，该晶体管显 示常导通状态特性。该晶体管的方块载流子浓度非常高，所以，导通电阻小。 

在m面上的氮化物基高电子迁移率晶体管(HEMT)中，由于不产生压电电场，因此，栅极电压为零伏特时，不产生二维电子气体。该晶体管虽然显示常闭状态特性，但是由于没有压电电场的作用，所以没有由压电电场引起的方块载流子浓度的增大效果。 

本发明是鉴于这样的情况而进行的，其目的在于提供实现常闭状态特性的高电子迁移率晶体管，另外，其目的在于提供用于该高电子迁移率晶体管的外延衬底，还在于提供制作该高电子迁移率晶体管的方法。 

本发明一方面的高电子迁移率晶体管，具备：(a)包含III族氮化物区域的自立支撑基体、(b)设置于所述III族氮化物半导体区域上的第一III族氮化物势垒层、(c)设置于所述第一III族氮化物势垒层上、且与所述第一III族氮化物势垒层形成第一异质结的III族氮化物沟道层、(d)以对所述第一异质结施加电场的方式设置于所述III族氮化物沟道层上的栅电极、(e)设置于所述III族氮化物沟道层及所述第一III族氮化物势垒层上的源电极、和(f)设置于所述III族氮化物沟道层及所述第一III族氮化物势垒层上的漏电极。所述III族氮化物沟道层内包含压缩应变，所述III族氮化物沟道层的压电电场取向于从所述支撑基体朝向所述第一III族氮化物势垒层的方向，所述第一异质结沿具有相对于所述III族氮化物区域的c轴以40度以上且85度以下及140度以上且不足180度的角度范围的倾斜角倾斜的法线轴的平面延伸。 

根据该高电子迁移率晶体管，III族氮化物沟道层设置于第一III族氮化物势垒层上，并且与第一III族氮化物势垒层形成第一异质结。另外，第一异质结沿具有相对于III族氮化物区域的c轴以40度以上 且85度以下及140度以上且不足180度的角度范围的倾斜角倾斜的法线轴的平面延伸时，III族氮化物沟道层内包含压缩应变，III族氮化物沟道层的压电电场取向于从支撑基体朝向第一III族氮化物势垒层的方向。在所述角度范围内时，紧挨着栅电极下方的III族氮化物沟道层的压电电场的大小可以与c面上的沟道层中的压电电场的大小相比更小，残留有限大小的压电电场的同时实现常闭状态特性。 

本发明的高电子迁移率晶体管中，还可以具备：设置于所述栅电极与所述III族氮化物沟道层之间的第二III族氮化物势垒层。所述第二III族氮化物势垒层与所述III族氮化物沟道层形成第二异质结，所述第二异质结可以沿具有相对于所述第一III族氮化物势垒层的c轴以40度以上且85度以下及140度以上且不足180度的角度范围的倾斜角倾斜的法线轴的平面延伸。 

根据该发明，由于第二III族氮化物势垒层在III族氮化物沟道层的第二面上形成第二异质结，因此第二异质结也可以作为沟道发挥作用。因此，提供用于双沟道结构的晶体管的外延衬底。 

在本发明的所述一方面涉及的发明中，在所述第二III族氮化物势垒层中可以添加n型掺杂剂。根据该发明，从第二III族氮化物势垒层向在第二III族氮化物势垒层与沟道层的界面附近形成的沟道提供载流子。