ＩｎＧａＡｌＮ系半導体素子
| 国内特許コード | P170014249 |
|---|---|
| 整理番号 | AF19-08WO |
| 掲載日 | 2017年6月23日 |
| 出願番号 | 特願2015-533999 |
| 登録番号 | 特許第6212124号 |
| 出願日 | 平成26年8月28日(2014.8.28) |
| 登録日 | 平成29年9月22日(2017.9.22) |
| 国際出願番号 | JP2014004419 |
| 国際公開番号 | WO2015029435 |
| 国際出願日 | 平成26年8月28日(2014.8.28) |
| 国際公開日 | 平成27年3月5日(2015.3.5) |
| 優先権データ |
|
| 発明者 |
|
| 出願人 |
|
| 発明の名称 |
ＩｎＧａＡｌＮ系半導体素子
|
| 発明の概要 | 窒化物半導体層をチャネルとするトランジスタを試作した。窒化物半導体層は何れも、スパッタリング法により形成した。堆積温度を６００℃未満とし、多結晶若しくは非晶質のＩｎｘＧａｙＡｌｚＮ層とした。一般式ＩｎｘＧａｙＡｌｚＮ（但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）で表記した場合の組成が、０．３≦ｘ≦１．０、且つ、０≦ｚ＜０．４の範囲にあると、オン／オフ比が１０２以上を示したトランジスタ１ａが得られている。つまり、多結晶若しくは非晶質の膜であっても、単結晶と同等の電気的特性を示す。そのため、製造条件の制約が大幅に解消され、安価で優れた電気特性を有するＩｎＧａＡｌＮ系窒化物半導体層をチャネルとして備えた半導体素子が提供される。 |
| 従来技術、競合技術の概要 |
ＩｎＧａＡｌＮ系窒化物半導体は高い電子移動度や飽和電子速度を示すことから、従来のトランジスタより高い周波数にも応答する高速電子素子用材料として注目を集めている。 例えば、ＩｎＮに関しては、これまでに電気的特性に関して多くの報告例があり、電子移動度で３５７０［ｃｍ２／Ｖｓ］、飽和電子速度で２．６×１０７［ｃｍ／ｓ］という優れた特性を示す一方、伝導帯中にフェルミレベルを固定化する欠陥をつくりやすく（非特許文献１）、外部信号によって電流を制御するという基本的なトランジスタ動作の実現も容易ではなかった。 非特許文献２が示すように、ＩｎＮは、一般に、膜厚を薄くするほど移動度などの電気特性が劣化することが知られており、これは、欠陥が、ＩｎＮ薄膜中よりも表面や界面に集中的に存在するためと解釈されている。つまり、ＩｎＮを用いたトランジスタが動作しない原因のひとつは、ＩｎＮ層に接合する層や基板との界面に多量の欠陥が生じることにあると考えられ、この欠陥の密度はＩｎＮ層を成長させる際の下地層や基板の格子定数とＩｎＮのそれとの差（格子定数差）に依存することは容易に想像できる。 ところで、通常、ＩｎＮのようなＩｎＧａＡｌＮ系窒化物半導体をチャネルとするトランジスタは、半導体層が単結晶のものでないと動作しないと考えられており、そのため、成膜基板としては単結晶基板が用いられてきた。なお、特許文献１（特開２０００－２２２０５号公報）には、窒化物半導体のようなｐ型化の難しいワイドギャップ半導体において、比較的容易に得られるｎ型半導体からなる層と有機化合物からなるホール輸送層を積層することとし、ｐｎ接合型のＬＥＤ素子のｐ型半導体に代えて、有機化合物のホール輸送層を用いて、ｎ型半導体にホールを注入し、発光特性を得る構成の半導体発光素子の発明の開示があり、その際に用いる基板は非単結晶基板でもよいとされてはいるが、当該半導体発光素子は半導体層をチャネルとして用いるものではない。 例えば、ＩｎＮを成長させるための基板として現在多くの研究者が利用している単結晶ＧａＮや単結晶サファイヤは、格子定数がＩｎＮのそれとは大幅に異なるから、そのような基板上にＩｎＮを結晶成長させると、基板との界面に欠陥が生じやすいことは容易に理解できる。このような格子不整合に起因する問題は、ＩｎＮと格子定数の近い安定化ジルコニア（ＹＳＺ）基板（非特許文献３）を用いることで、ある程度の解決が図られるものと予想される。 しかし、一般に、単結晶基板は高価なものであるため、そのような基板を用いてＩｎＧａＡｌＮ系窒化物半導体層を成長させて作製した半導体素子もまた、高価なものとならざるを得ないし、窒化物半導体の単結晶化のためには、成長条件上の種々の制約がある。 |
| 産業上の利用分野 |
本発明は半導体素子に関し、より詳細には、多結晶若しくは非晶質であっても良好な素子特性を示すＩｎＧａＡｌＮ系窒化物半導体層を備えた半導体素子に関する。 |
| 特許請求の範囲 |
【請求項1】 一般式ＩｎxＧａyＡｌzＮ（但し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１．０）で表記される多結晶若しくは非晶質の窒化物半導体層が基板上に設けられている半導体素子であって、 前記窒化物半導体層の組成は、０．３≦ｘ≦０．９９、且つ、０≦ｚ＜０．４の範囲にあり、且つ、厚みが１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、 前記窒化物半導体層をチャネルとして備えている、 ことを特徴とするＩｎＧａＡｌＮ系半導体素子。 【請求項2】 前記窒化物半導体層の組成は、０．３≦ｘ＜０．７の場合に０≦ｚ＜０．２、０．７≦ｘ≦０．９９の場合に０≦ｚ＜０．１の範囲にある、 請求項１に記載のＩｎＧａＡｌＮ系半導体素子。 【請求項3】 前記窒化物半導体層の組成は、０．５≦ｘ≦０．９９、且つ、０≦ｚ＜０．１の範囲にある、 請求項２に記載のＩｎＧａＡｌＮ系半導体素子。 【請求項4】 前記基板と前記窒化物半導体層の間に絶縁層を備え、 該絶縁層は、ＨｆＯ2層、Ａｌ2Ｏ3層、ＳｉＯ2層の何れかである、 請求項１～３の何れか１項に記載のＩｎＧａＡｌＮ系半導体素子。 【請求項5】 前記窒化物半導体層は、スパッタリング法により堆積された膜である、 請求項１～３の何れか１項に記載のＩｎＧａＡｌＮ系半導体素子。 【請求項6】 前記窒化物半導体層は、パルススパッタ堆積法（ＰＳＤ法）により堆積された膜である、 請求項５に記載のＩｎＧａＡｌＮ系半導体素子。 【請求項7】 前記窒化物半導体層は、６００℃未満の温度で成膜された膜である、 請求項５に記載のＩｎＧａＡｌＮ系半導体素子。 【請求項8】 前記基板は非単結晶基板である、 請求項１～３の何れか１項に記載のＩｎＧａＡｌＮ系半導体素子。 【請求項9】 前記基板は絶縁性基板である、 請求項１～３の何れか１項に記載のＩｎＧａＡｌＮ系半導体素子。 【請求項10】 前記基板は合成石英基板である、 請求項９に記載のＩｎＧａＡｌＮ系半導体素子。 【請求項11】 前記窒化物半導体層の少なくとも一方の主面に、該窒化物半導体層と組成の異なる第２の窒化物半導体層が接合した積層構造を備えている、 請求項１～３の何れか１項に記載のＩｎＧａＡｌＮ系半導体素子。 【請求項12】 前記第２の窒化物半導体層は、請求項１～３の何れかにおいて規定した組成の窒化物半導体層である、 請求項１１に記載のＩｎＧａＡｌＮ系半導体素子。 【請求項13】 前記半導体素子は、前記窒化物半導体層をチャネルとする電界効果トランジスタであり、オンオフ比が１０2以上である、 請求項１～３の何れか１項に記載のＩｎＧａＡｌＮ系半導体素子。 |
| 国際特許分類(IPC) |
|
| Fターム |
|
|
画像
※ 画像をクリックすると拡大します。 |
|
| 出願権利状態 | 登録 |
| 参考情報 （研究プロジェクト等） | CREST プロセスインテグレーションによる機能発現ナノシステムの創製 領域 |
『 ＩｎＧａＡｌＮ系半導体素子』に関するお問合せ
- 国立研究開発法人科学技術振興機構（ＪＳＴ） 知的財産マネジメント推進部
- URL: http://www.jst.go.jp/chizai/
-
E-mail:
- Address: 〒102-8666 東京都千代田区四番町5-3
- TEL: 03-5214-8293
- FAX: 03-5214-8476
※ 同じキーワードでJ-STORE内を検索することが出来ます。→ J-STORE内を検索
