[发明专利]常闭型异质结场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及利用了氮化物半导体的异质结场效应晶体管（HFET），特别涉及常闭型HFET的改良。

背景技术

与Si系及GaAs系的半导体相比，GaN、AlGaN等氮化物半导体具有较强的击穿电场和良好的耐热性，并且也具有电子饱和漂移速度快这样的优点，所以期待能够提供在高温动作、大功率动作等方面具有良好特性的电子器件。

众所周知，在作为利用上述氮化物半导体制作的电子器件之一的HFET中，形成源于氮化物半导体积层结构所具有的异质结的二维电子气体层，在源极电极与漏极电极之间通过具有肖特基结的栅极对氮化物半导体层进行电流控制。

图11是表示利用了AlGaN/GaN异质结的、目前具有代表性的HFET的剖面示意图，在该HFET中，在蓝宝石基板501上依次层积低温GaN缓冲层502、无掺杂GaN层503、n型AlGaN层504，在n型AlGaN层504上形成有由Ti层与Al层的积层形成的源极电极505及漏极电极506，在源极电极505与漏极电极506之间形成有由Ni层、Pt层及Au层的积层形成的栅极507，该图11的HFET是由于在无掺杂GaN层503与n型AlGaN层504的异质结界面所产生的高浓度二维电子气体而在栅极电压为0V时也有漏电流存在的常闭型。

可是，在应用HFET作为功率晶体管的情况下，在具有常闭型HFET的电路中，在停电时等情况下该电路在安全方面存在问题。因此，为了将HFET作为功率晶体管使用，需要HFET是当栅极电压为0V时没有电流流动的常闭型。为了满足该要求，在专利文献1的日本特开2006-339561号公报中已经提出一种在栅极上利用了台地结构（メサ構造）和pn结的HFET。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：（日本）特开2006-339561号公报

发明内容

图12表示专利文献1所公开的常闭型HFET的剖面示意图。该HFET具有依次层积在蓝宝石基板101上的厚度为100nm的AlN缓冲层102、厚度为2μm的无掺杂GaN层103、厚度为25nm的无掺杂AlGaN层104、厚度为100nm的p型GaN层105、以及厚度为5nm的高浓度p型GaN层106，在该HFET中，无掺杂AlGaN层104由无掺杂Al_0.25Ga_0.75N形成，其上方的p型GaN层105和高浓度p型GaN层106形成台地（メサ）。

在高浓度p型GaN层106上设有与之欧姆接合的Pd栅极电极111。而且，在无掺杂AlGaN层104上设有隔着p型GaN层105配置的由Ti层和Al层的积层形成的源极电极109与漏极电极110，这些电极设置在由元件分离区域107合围的区域内。并且，氮化物半导体积层结构的上侧表面由SiN膜108加以保护。

该图12的HFET的特征为，因为栅极电极111与高浓度p型GaN层106欧姆接合，所以在栅极区域形成由形成于无掺杂AlGaN层104与无掺杂GaN层103的界面的二维电子气体层和p型GaN层105生成的pn结。而且，因为pn结引起的势垒大于肖特基结引起的势垒，所以该HFET与现有的具有肖特基结的栅极的HFET相比，即使提高栅极电压，也难以产生栅极泄漏。

而且，在图12的HFET中，因为在栅极电极111的下方设有高浓度p型GaN层106，所以，在与栅极电极111之间容易形成欧姆接合。通常p型氮化物半导体难以形成欧姆接合，所以设有高浓度p型GaN层106。

在此，在氮化物半导体中激活高浓度p型杂质而生成高浓度p型载流子是不容易的，这是众所周知的。通常，为了激活高浓度p型杂质而生成高浓度p型载流子，需要进行电子束照射或高温退火等。

于是，本发明的目的在于提供不需要掺杂p型杂质以及激活该p型杂质的结构简单且成本低的常闭型HFET。

用于解决课题的技术方案