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オーミック特性を改善したノーマリオフ型窒化物半導体電界効果トランジスタ コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P150011254
掲載日 2015年2月2日
出願番号 特願2014-256754
公開番号 特開2015-159274
出願日 平成26年12月19日(2014.12.19)
公開日 平成27年9月3日(2015.9.3)
優先権データ
  • 特願2014-010850 (2014.1.24) JP
発明者
  • 分島 彰男
  • 江川 孝志
出願人
  • 国立大学法人 名古屋工業大学
発明の名称 オーミック特性を改善したノーマリオフ型窒化物半導体電界効果トランジスタ コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】窒化物半導体のHEMT素子のリセス構造によって、ノーマリオフ化を実現した場合に生じるソース電極およびドレイン電極でのオーミック特性を改善する
【解決手段】基板上に少なくともチャネル層、バリア層、n型不純物ドープ層が順次積層され、当該n型不純物ドープ層上にソース電極およびドレイン電極が形成され、n型不純物ドープ層が除去されたバリア層上にゲート電極が形成されたInAlGaN系電界効果トランジスタであって、前記n型不純物ドープ層内の膜厚方向の少なくとも一部において、不純物濃度が他の部位より高濃度の部位があるInAlGaN系電界効果トランジスタ。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要


窒化物半導体電界効果トランジスタをパワーデバイスに用いる場合、安全性ならびに従来のSiパワーデバイスとの互換性の観点から、ノーマリオフ型であることが強く求められている。窒化物半導体電界効果トランジスタにおいて、ノーマリオフを実現する方法の一つとして、高速電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor: HEMT)構造のゲート部をそれ以外の部分に対して掘り下げたリセスゲート構造が知られている(非特許文献1参照)。このリセス構造を用いたGaN/AlGaNヘテロ構造の場合、トランジスタの閾値を決定するチャネル層(GaN層)上のAlGaN層の膜厚を制御しなければならないが、これまでは、エッチングに用いるプラズマ密度、ガス密度、基板表面温度によりエッチング速度が決定されるため、エッチングの深さを基板面内で制御することが困難であった。特に、大口径ウェーハの面内では、エッチング深さの制御はより一層困難になる。



基板表面での条件の不均一性によらずエッチング深さを制御する方法として選択ドライエッチングという手法が従来から提案されている。これは、被エッチング材料の種類によるエッチング速度の違いを利用して、材料が異なる界面でエッチングを止めるものである。結晶成長により、GaN(基板側)/AlGaN/GaN(表面側)構造を作製し、フッ素系のエッチングガスを用いることによって、表面側のGaNをエッチングした後、露出するAlGaN層ではAlのフッ化物が生成し、これによりエッチングをストップする方法が用いられる(非特許文献2参照)。



しかしながら、AlGaN/GaN(表面側)の界面のGaN側には正電荷が誘起され、AlGaN側には負電荷が誘起されるために、伝導帯に大きなノッチが発生し、ソース電極およびドレイン電極において良好なオーミック電極を形成することが難しい。これを回避するために、非特許文献2のオーミック接触は、電子走行層(チャネル層)に電極金属を直接接触させる構造としているが、オーミック接触が点で形成されており、半導体表面上に面で電極を形成する場合と比較して、接触抵抗が大きくなるという問題がある。

産業上の利用分野


本発明は、電界効果トランジスタ(FET)、特にノーマリオフ型HEMT素子に係る。

特許請求の範囲 【請求項1】
基板上に少なくともチャネル層、バリア層、n型不純物ドープ層が順次積層され、当該n型不純物ドープ層上にソース電極およびドレイン電極が形成され、n型不純物ドープ層が除去されたバリア層上にゲート電極が形成されたInAlGaN系電界効果トランジスタであって、前記n型不純物ドープ層内の膜厚方向の少なくとも一部において、不純物濃度が他の部位より高濃度の部位があるGaN系電界効果トランジスタ。

【請求項2】
前記チャネル層、バリア層、n型不純物ドープ層をチャネル層/バリア層/n型不純物ドープ層なる積層構造として表した場合において、積層構造がGaN/AlGa1-XN(X>0)/n型GaN、AlGa1-XN/AlGa1-YN/n型GaN(0<X<Y)、またはGaN/InAl1-XN(X>0)/n型GaNのいずれかである請求項1に記載のGaN系電界効果トランジスタ。

【請求項3】
前記n型不純物ドープ層の不純物濃度がソース電極およびドレイン電極側で低く、バリア層側で高くなり、その濃度変化がステップ状あるいは連続的である、請求項1または2に記載のGaN系電界効果トランジスタ。

【請求項4】
前記n型不純物ドープ層の不純物濃度が、ソース電極およびドレイン電極近接部、ならびにバリア層近接部よりも中央部において高く、その濃度変化がステップ状あるいは連続的である、請求項1または2に記載のGaN系電界効果トランジスタ。

【請求項5】
前記n型不純物ドープ層が、前記バリア層内の分極電荷の少なくとも10%の面密度Ns2でn型不純物がドープされた領域と、当該領域のn型不純物面密度よりも低い面密度でn型不純物がドープされた領域とを有する、請求項4に記載のGaN系電界効果トランジスタ。

【請求項6】
前記面密度Ns2が1012cm-2以上である、請求項5に記載のGaN系電界効果トランジスタ。

【請求項7】
前記バリア層の厚みが1~10nmであり、前記n型不純物ドープ層の厚みが3~15nmである、請求項1~6に記載のGaN系電界効果トランジスタ。

【請求項8】
前記ゲート電極がショットキー型である、請求項1~7に記載のGaN系電界効果トランジスタ。

【請求項9】
前記ゲート電極が金属‐絶縁膜‐半導体のMIS型である、請求項1~7に記載のGaN系電界効果トランジスタ。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2014256754thum.jpg
出願権利状態 公開
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