[发明专利]场效应晶体管

说明书

本申请是申请日为2006年6月12日、申请号为200680022192.2、标题为“场效应晶体管”且申请人为“日本电气株式会社”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种利用III族氮化物半导体的场效应晶体管。具体地，本发明涉及一种适于在利用III族氮化物半导体的异质结场效应晶体管中获得优良的高频特性和高压性能的结构。

背景技术

作为利用III族氮化物半导体的场效应晶体管，已经报告了如图17所示的场效应晶体管(非专利文献1：Y.Ando等，2001 InternationalElectron Devices Meeting Digest(IEDM 01)第381-384页)。图17是示出异质结场效应晶体管的结构的截面图(其在下文将简称为HJFET)。

在该HJFET 200中，在蓝宝石衬底209上形成AlN缓冲层211。在AlN缓冲层211上形成GaN沟道层212，以及在其上形成AlGaN电子供给层213。在AlGaN电子供给层213上形成源电极201和漏电极203。这些电极与AlGaN电子供给层213欧姆接触。此外，在源电极201和漏电极203之间形成栅电极202。该栅电极202与AlGaN电子供给层213肖特基接触。最终，形成用作表面保护膜的SiN膜221作为最上层。

在这种HJFET 200中，由于晶体管在其中具有AlGaN/GaN异质结，所以塌缩(collapse)的程度和栅极击穿电压之间存在折衷，而控制该折衷很困难。在AlGaN/GaN异质结处，由AlGaN层和GaN层之间晶格失配产生的应力引起了压电极化，并由此将两维电子气提供给AlGaN电子供给层213和GaN沟道层212之间的界面。为此，当产生应力的保护膜(SiN膜221)形成在器件表面上时，所得到的应力会对HJFET 200的器件性能产生影响。下面将描述这种影响。

图18示出了SiN膜221的厚度与塌缩的程度(图中用o表示)和栅极击穿电压(图中用Δ表示)之间的关系。在该情况下，塌缩是在HJFET进行大信号操作时导致由于表面陷阱的响应而在表面上积聚负电荷以致最大漏电流降低的状态的现象。当塌缩的程度变显著时，会抑制在大信号操作下的漏电流，由此，降低了饱和输出。

当在塌缩程度显著的这种器件的表面上形成SiN膜221时，由于SiN膜221引起的应力增加了AlGaN电子供给层213中的压电极化电荷，导致补偿表面负电荷的效应。为此，可以降低塌缩的程度。例如，在图18中不存在SiN膜221的情况下，即，在其膜厚度为0nm的情况下，塌缩的程度为60％或以上。相反，在SiN膜221的膜厚度为100nm的情况下，塌缩程度可以缩减到10％或以下。

另一方面，前述的表面负电荷有减缓栅极和漏极之间电场集中的效应，由此提高了栅极击穿电压。为此，当SiN膜221变厚以致表面负电荷被补偿时，栅极和漏极之间的电场集中变得更严重以致降低了栅极击穿电压。

结果，如图18所示，在塌缩和栅极击穿电压之间存在折衷，这取决于SiN膜221的厚度差。

为了解决HJFET中的这种问题，已经提出了一种增加了场极板电极的HJFET(非专利文献2：Li等，Electronic Letters，第37卷，第196-197页(2001))。图19是示出这种HJFET的结构的截面图。

图19所示的HJFET 250形成在衬底例如SiC衬底210上。AlN缓冲层211形成在SiC衬底210上。GaN沟道层212形成在AlN缓冲层211上。AlGaN电子供给层213形成在GaN沟道层212上。源电极201和漏电极203提供在AlGaN电子供给层213上，它们与其欧姆接触。在这些电极201和203之间，提供了栅电极202。栅电极202包括朝着漏极侧以悬置(overhang)形式突出的场极板部分205，并且与AlGaN电子供给层213肖特基接触。AlGaN电子供给层213的表面被SiN膜221覆盖。该SiN膜221直接位于场极板部分205下面。

由于可以通过增加场极板部分205抑制击穿电压的降低，所以可以在塌缩和栅极击穿电压之间的折衷方面加以改进。

发明内容

本发明要解决的问题

然而，发明人研究了在前参考图19描述的HJFET 250的结果，发现当例如在60V或以上的高压下执行操作时，再次观察到了塌缩使得不能获得在60V或以上的高压操作下期望的这种高输出密度。