[发明专利]常断型异质结场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及利用氮化物半导体的异质结场效应晶体管(HFET)，特别涉及常断型(normally-off-type)HFET的改善。

背景技术

与Si类和GaAs类的半导体相比，GaN和AlGaN等氮化物半导体具有高的绝缘破坏电场和优异的耐热性，并且具有电子的饱和漂移速度快的优点，因此，被期待能够提供在高温动作和大功率动作等方面具有优异的特性的电子器件。

已知：在作为利用这样的氮化物半导体制作的电子器件的一种的HFET中，形成由氮化物半导体叠层结构中含有的异质结引起的二维电子云层，在源极电极与漏极电极之间利用相对于氮化物半导体层具有肖特基结的栅极电极来控制电流。

图18是表示利用AlGaN/GaN异质结的以往的典型的HFET的示意性的截面图。在该HFET中，在蓝宝石基板501上依次叠层有低温GaN缓冲层502、未掺杂GaN层503、和n型AlGaN层504，在n型AlGaN层504上形成有包括Ti层与Al层的叠层的源极电极505和漏极电极506。在源极电极505与漏极电极506之间形成有包括Ni层、Pt层和Au层的叠层的栅极电极507。该图18的HFET是常通型(normally-on-type)，在该常通型HFET中，由于在未掺杂GaN层503与n型AlGaN层504的异质界面产生的高浓度的二维电子云，即使在栅极电压为0V时也能够流动漏极电流。

但是，在将HFET用作功率晶体管的情况下，在包括常通型HFET的电路中，有在停电时等该电路在安全方面产生问题的情况。因此，为了将HFET作为功率晶体管使用，需要是在栅极电压为0V时不流动电流的常断型(normally-off-type)。为了满足该要求，专利文献1的日本特开2006-339561号公报提出了在栅极中利用台面结构(mesa structure)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

发明要解决的技术问题

图19表示专利文献1中公开的常断型HFET的示意性截面图。该HFET具备在蓝宝石基板101上依次叠层的厚度100nm的AlN缓冲层102、厚度2μm的未掺杂GaN层103、厚度25nm的未掺杂AlGaN层104、厚度100nm的p型GaN层105和厚度5nm的高浓度p型GaN层106。在该HFET中，未掺杂AlGaN层104由未掺杂Al_0.25Ga_0.75N形成，其上的p型GaN层105与高浓度p型GaN层106形成台面(mesa)。

在高浓度p型GaN层106上，设置有与其欧姆接合的Pd栅极电极111。另外，在未掺杂AlGaN层104上，设置有夹着p型GaN层105配置的包括Ti层与Al层的叠层的源极电极109和漏极电极110。这些电极设置在由元件分离区域107包围的区域内。氮化物半导体叠层结构的上侧表面由SiN膜108保护。

该图19的HFET的特征在于：栅极电极111与高浓度p型GaN层106欧姆接合，因此，在栅极区域形成pn结，该pn结由在未掺杂AlGaN层104与未掺杂GaN层103的界面形成的二维电子云层和p型GaN层105产生。与由肖特基结产生的势垒相比，由pn结产生的势垒更大，因此，在该HFET中，与以往的包含肖特基结的栅极电极的HFET相比，即使提高栅极电压也难以产生栅极漏电流。

另外，在图19的HFET中，在栅极电极111之下设置有高浓度p型GaN层106，因此，容易在与栅极电极111之间形成欧姆接合。一般而言p型氮化物半导体难以形成欧姆接合，因此设置有高浓度p型GaN层106。

在此，众所周知：在氮化物半导体中，使高浓度的p型杂质活化而生成高浓度的p型载流子并不容易。一般而言，为了使高浓度p型杂质活化而生成高浓度p型载流子，需要进行电子射线照射或高温退火等。另外，在图19的HFET中，还存在阈值电压V_th低，为了使其动作需要特别的驱动器的问题。

因此，本发明的目的是简便地以低成本提供具有高阈值电压和低导通电阻的常断型HFET。

用于解决技术问题的手段