InGaAlN基半导体元件制造技术

本发明专利技术试制了以氮化物半导体层作为沟道的晶体管。氮化物半导体层均通过溅射法形成。将沉积温度设定为低于600℃，制成了多晶或非晶的InxGayAlzN层。在由通式InxGayAlzN(其中，x+y+z＝1.0)表示时的组成处于0.3≤x≤1.0且0≤z<0.4的范围时，得到了显示出开关比为102以上的晶体管1a。即，即使为多晶或非晶的膜，也显示出与单晶同等的电特性。因此，可以提供大幅解除了制造条件的制约、具备廉价且具有优良电特性的InGaAlN基氮化物半导体层作为沟道的半导体元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体元件，更详细而言，本专利技术涉及具备即使为多晶或非晶也显示出良好的元件特性的InGaAlN基氮化物半导体层的半导体元件。
技术介绍
InGaAlN基氮化物半导体显示出高电子迁移率、饱和电子速度，因此，作为可以响应与以往的晶体管相比更高的频率的高速电子元件用材料而受到关注。例如，关于InN，迄今关于电特性有许多报道例，其一方面显示出3570[cm2/Vs]的电子迁移率、2.6×107[cm/s]的饱和电子速度这样的优良特性，另一方面容易产生使费米能级固定在导带中的缺陷(非专利文献1)，也不容易实现利用外部信号对电流进行控制这样的基本的晶体管工作。如非专利文献2所示，一般已知InN的膜厚越薄，迁移率等电特性越差，这被解释为是由于相比于存在于InN薄膜中，缺陷更集中地存在于表面或界面。即，认为使用了InN的晶体管不工作的原因之一在于，在InN层与和InN层接合的层或衬底的界面产生了大量的缺陷，可以容易地想象该缺陷的密度取决于使InN层生长时的基底层或衬底的晶格常数与InN的晶格常数之差(晶格常数差)。顺便说一下，通常认为，对于以InN等InGaAlN基氮化物半导体作为沟道的晶体管而言，半导体层若非单晶半导体层则无法工作，因此，使用了单晶衬底作为成膜衬底。需要说明的是，在专利文献1(日本特开2000-22205号公报)中公开了一种半导体发光元件的专利技术，其具<br>有如下构成：在氮化物半导体等难以p型化的宽禁带半导体中，将包含比较容易得到的n型半导体的层与包含有机化合物的空穴传输层层叠，使用有机化合物的空穴传输层代替pn结型的LED元件的p型半导体，向n型半导体中注入空穴，从而得到发光特性；据称此时使用的衬底可以为非单晶衬底，但该半导体发光元件并非将半导体层用作沟道的半导体发光元件。例如，目前作为用于使InN生长的衬底被许多研究者利用的单晶GaN、单晶蓝宝石的晶格常数与InN的晶格常数大不相同，因此，可以容易地理解在这样的衬底上使InN晶体生长时，在InN晶体与衬底的界面容易产生缺陷。预测这种由晶格不匹配引起的问题通过使用晶格常数与InN接近的稳定化氧化锆(YSZ)衬底(非专利文献3)可以实现某种程度的解决。但是，单晶衬底通常价格高昂，因此，使用这样的衬底生长InGaAlN基氮化物半导体层而制作的半导体元件也不得不成为价格高昂的元件，为了氮化物半导体的单晶化，在生长条件上存在各种制约。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2000-22205号公报非专利文献非专利文献1：C.G.VandeWalle&J.NeugebauerNature423,626(2003)非专利文献2：AndreasKnubel,RolfAidam,VolkerCimalla,LutzKirste,MartinaBaeumler,Crenguta-ColumbinaLeancu,VadimLebedev,JanWallauer,MarkusWalther,andJoachimWagner,Phys.StatusSolidiC6,No.6(2009)非专利文献3：T.Honke,H.Fujioka,J.Ohta,andM.Oshima,J.Vac.Sci.Technol.A22,2487(2004)非专利文献4：JhumpaAdhikariandDavidA.Kofke,“MolecularsimulationstudyofmiscibilityofternaryandquaternaryInGaAlNalloys”,JOURNALOFAPPLIEDPHYSICS,Vol.95,p.6129-6137(2004).
技术实现思路
专利技术所要解决的问题如此，以往有时认为：InN的膜厚越薄，迁移率等电特性越差；若不使InGaAlN基氮化物半导体层单晶化，半导体元件就无法工作，从而不得不导致InGaAlN基氮化物半导体层的成膜条件的自由度差，因此，连基本的晶体管工作也不容易实现。本专利技术是鉴于该问题而作出的，其目的在于，基于与以往完全不同的构思，实现大幅解除了制造条件的制约、而且具备廉价且具有优良电特性的InGaAlN基氮化物半导体层的半导体元件。用于解决问题的手段为了解决上述问题，本专利技术的半导体元件为在衬底上设置有由通式InxGayAlzN(其中，x+y+z＝1.0)表示的多晶或非晶的氮化物半导体层的半导体元件，其特征在于，上述氮化物半导体层的组成处于0.3≤x≤1.0且0≤z<0.4的范围，上述半导体元件具备上述氮化物半导体层作为沟道。优选上述氮化物半导体层的组成处于如下范围：在0.3≤x<0.7的情况下0≤z<0.2、在0.7≤x≤1.0的情况下0≤z<0.1。更优选上述氮化物半导体层的组成处于0.5≤x≤1.0且0≤z<0.1的范围。进一步优选上述氮化物半导体层的In组成比x为0.99以下(x≤0.99)。在优选的方式中，在上述衬底与上述氮化物半导体层之间具备绝缘层，该绝缘层为HfO2层、Al2O3层、SiO2层中的任意一种。优选上述氮化物半导体层为通过溅射法沉积而得到的膜。例如，上述氮化物半导体层为通过脉冲溅射沉积法(PSD法)沉积而得到的膜。优选上述氮化物半导体层为在低于600℃的温度下成膜而得到的膜。在某一方式中，上述衬底为非单晶衬底。另外，在某一方式中，上述衬底为绝缘性衬底。例如，上述衬底为合成石英衬底。在某一方式中，上述半导体元件具备在上述氮化物半导体层的至少一个主面上接合有组成与该氮化物半导体层不同的第二氮化物半导体层的层叠结构。在这种情况下，上述第二氮化物半导体层可以为上述组成的氮化物半导体层。例如，上述半导体元件为以上述氮化物半导体层作为沟道的场效应晶体管，且开关比为102以上。专利技术效果本专利技术基于如下的新发现：在将InGaAlN基氮化物半导体的组成设计为适当的范围时，即使是多晶或非晶的膜，也显示出足以使晶体管工作的优良的电特性。根据本专利技术，可以提供大幅解除了制造条件的制约、而且具备廉价且具有优良电特性的InGaAlN基氮化物半导体层作为沟道的半导体元件。附图说明图1是用于说明第一实施方式的晶体管(半导体元件)的构成的图。图2是总结以InN层作为沟道的场效应晶体管的ON本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种InGaAlN基半导体元件，其为在衬底上设置有由通式InxGayAlzN(其中，x+y+z＝1.0)表示的多晶或非晶的氮化物半导体层的半导体元件，其特征在于，所述氮化物半导体层的组成处于0.3≤x≤1.0且0≤z<0.4的范围，所述InGaAlN基半导体元件具备所述氮化物半导体层作为沟道。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.30 JP 2013-1799841.一种InGaAlN基半导体元件，其为在衬底上设置有由通式
InxGayAlzN(其中，x+y+z＝1.0)表示的多晶或非晶的氮化物半导体层的半
导体元件，其特征在于，
所述氮化物半导体层的组成处于0.3≤x≤1.0且0≤z<0.4的范围，
所述InGaAlN基半导体元件具备所述氮化物半导体层作为沟道。
2.如权利要求1所述的InGaAlN基半导体元件，其中，
所述氮化物半导体层的组成处于如下范围：在0.3≤x<0.7的情况
下0≤z<0.2，在0.7≤x≤1.0的情况下0≤z<0.1。
3.如权利要求2所述的InGaAlN基半导体元件，其中，所述氮化
物半导体层的组成处于0.5≤x≤1.0且0≤z<0.1的范围。
4.如权利要求1～3中任一项所述的InGaAlN基半导体元件，其
中，所述氮化物半导体层的In组成比x为0.99以下(x≤0.99)。
5.如权利要求1～3中任一项所述的InGaAlN基半导体元件，其
中，
在所述衬底与所述氮化物半导体层之间具备绝缘层，
该绝缘层为HfO2层、Al2O3层、SiO2层中的任意一种。
6.如权利要求1～3中任一项所述的InGa...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤冈洋，小林笃，
申请(专利权)人：国立研究开发法人科学技术振兴机构，
类型：发明
国别省市：日本;JP