本发明专利技术涉及氮化物半导体外延晶片以及场效应型氮化物晶体管。所述氮化物半导体外延晶片具备：基板、形成在所述基板上的作为电子渡越层的GaN层、和形成在所述GaN层上的作为电子供给层的AlGaN层，其中，所述GaN层具有纤锌矿型的晶体结构，并且，尽管在所述GaN层和所述基板以及所述AlGaN层之间的界面处受到晶格失配应力的影响，所述GaN层的c轴方向的晶格常数c与所述GaN层的a轴方向的晶格常数a的测定比c/a为1.6266以下，并且，其中，所述测定比c/a使得在所述GaN层的表面侧仅产生负电荷，以抑制电流崩塌，其中，由于所述晶格失配应力，在所述GaN层上，二维电子云在空间上感应。
【技术实现步骤摘要】
氮化物半导体外延晶片以及场效应型氮化物晶体管本申请是申请日为2013年1月24日，申请号为201310027953.2，专利技术名称为《氮化物半导体外延晶片以及场效应型氮化物晶体管》的中国专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种氮化物半导体外延晶片以及场效应型氮化物晶体管。
技术介绍
作为以往的技术，含有铟(In)、镓(Ga)、铝(Al)、氮(N)等的氮化物半导体通过控制这些III族元素的组成比，作为覆盖从紫外到可见光的大部分区域的革新性的高效率发光器件材料而进行了开发，并已实用化。另外，氮化物半导体由于具有高的饱和电子速度和高的绝缘破坏耐压，因此作为在高频区域实现高效率、高输出的电子器件用材料也已实用化。在专利文献1中公开了如下的氮化物半导体晶体管：在以GaN作为沟道层的氮化物半导体晶体管中，为了在形成为异质结构造的沟道内的电子被加速时不容易被表面态俘获，而具有晶格常数比GaN更大的盖层。在专利文献2中公开了，为了提高缓冲层的均一性、提高形成在缓冲层上的III族氮化物半导体的结晶性，缓冲层的a轴的晶格常数比块状时的AlN的a轴的晶格常数更小的III族氮化物半导体元件。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2009－32713号公报专利文献2：日本特开2010－272887号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题对于场效应型氮化物晶体管，电流崩塌(currentcollapse)成为问题。电流崩塌是指，在场效应型氮化物晶体管中可明显观察到、在高电压操作时漏电流大幅度地减少的现象。该电流崩塌被理解为，通过将晶体管偏置，载流子被器件结构中的陷阱能级捕获，通过该被俘获的载流子形成负的电场而使自由载流子的流动受到阻碍，作为结果，引起器件的漏电流的减少或者通态电阻的增加。作为电流崩塌中的陷阱能级的起源，假设了AlGaN阻挡层，也指出了起因于作为AlGaN阻挡层的底层、实质上的电子渡越部的GaN层的成分的重要性(例如，参照日本特表2004－517461号公报)。一般在自然中存在的晶体在室温下的晶格常数为按照自然法规的一定值。纤锌矿型的GaN的c轴方向的晶格常数例如根据文献Bougrov等(BougrovV.,LevinshteinM.E.,RumyantsevS.L.,ZubrilovA.,inPropertiesofAdvancedSemiconductorMaterialsGaN,AlN,InN,BN,SiC,SiGe.Eds.LevinshteinM.E.,RumyantsevS.L.,ShurM.S.,JohnWiley&Sons,Inc.,NewYork,2001,1-30.)，为此时，GaN的c轴方向的晶格常数c与a轴方向的晶格常数a的比c/a为1.6271。而另一方面，在块状的异质基板上形成的薄层的GaN受到由与基板的晶格失配而产生的应力或者多层膜结构中的层间的应力等的影响。因此，该晶格常数的比c/a不一定与按照自然法规的规定值一致。例如，将纤锌矿型的GaN且具有极性的Ga面出现在最表面这样的薄层的GaN没有什么特别顾虑地形成在a轴的晶格常数比GaN小的基板上时，可以容易地理解：GaN相对于a轴方向，或者换一种说法，有受到来自横向的压缩应力的可能性。该受到了来自横向的压缩的GaN晶格有时通过变形而相对于c轴方向延伸。即、GaN的c轴方向的晶格常数比按照自然法规的值更长，例如像这样显示比前述的值大的值的可能性高。图3为显示GaN的c轴方向的晶格常数、和GaN层的c轴方向的晶格常数c与a轴方向的晶格常数a的比c/a之间关系的图表。如该图所示，随着c轴的晶格常数变大，比c/a也变大。已知：当晶体受到应力时，GaN、AlN、AlGaN等六方晶体在极性面的两端面间感应出由压电效应产生的电荷。例如，上述的GaN层受到来自横向的压缩应力，在层上下的极性面端具有电荷。图4为显示以往的氮化物半导体外延晶片深度方向的谱带轮廓的图。在典型的场效应型氮化物晶体管用外延结构中，GaN层上进一步具有变形的AlGaN层。该GaN层上的AlGaN层由于与GaN层之间的晶格失配而受到来自横向的拉伸应力。对于GaN层，在表面侧具有正电荷51a，在基板侧具有负电荷51b。对于AlGaN层，在与GaN层的界面侧具有正电荷52a，在表面侧具有负电荷52b。已知在AlGaN层的与GaN层的界面侧存在的正电荷52a在电子亲合力比AlGaN更大的GaN层侧的界面附近感应出高浓度的电子，而在这里形成二维电子云54。另外，图4中，51c为GaN层的导带，51d为GaN层的价带，52c为AlGaN层的导带，52d为AlGaN层的价带。GaN侧的正电荷51a和AlGaN侧的正电荷52a一起降低界面的电势，在费米面53下感应高浓度的电子、即二维电子云54。如果从该观点出发，则它们的效果相同。而另一方面，对于AlGaN侧和GaN侧的不同也需要关注。即，AlGaN侧的电荷52a、52b由于与二维电子云54在空间上分离，因此，对电子的运动的影响小。相对于此，GaN侧的电荷51a、51b由于与二维电子云54空间重合，因此，可以认为有作为电子陷阱发挥功能的可能性。如果换一种说法则为，起因于AlGaN层的拉伸变形的由压电效应产生的界面附近的正电荷52a在感应了高浓度的二维电子云54之外，还提供不阻碍其运动这样的令人满意的效果。而另一方面，可以说起因于GaN层的压缩变形的由压电效应产生的界面附近的正电荷51a俘获电子而对晶体管的工作造成不良影响。这可以认为是电流崩塌的原因之一。这样的电流崩塌的发生使器件的输出恶化，因此，成为场效应型氮化物晶体管的工作上的问题。但是，以往的场效应晶体管中，由于在GaN层的表面侧具有起因于GaN层的压缩变形的正电荷，因此可以说，抑制电流崩塌的发生并不充分。因此，本专利技术的目的在于提供一种可以抑制电流崩塌的氮化物半导体外延晶片以及场效应型氮化物晶体管。用于解决问题的方法本专利技术为了实现上述目的，提供以下的氮化物半导体外延晶片以及场效应型氮化物晶体管。[1]一种氮化物半导体外延晶片，其特征在于，具备基板、形成在所述基板上的GaN层和形成在所述GaN层上的AlGaN层，所述GaN层具有纤锌矿型的晶体结构，所述GaN层的c轴方向的晶格常数c和所述GaN层的a轴方向的晶格常数a的比c/a为1.6266以下。[2]根据[1]所述的氮化物半导体外延晶片，其中，在所述基板与所述GaN层之间形成有单层或者多层的缓冲层。[3]根据[2]所述的氮化物半导体外延晶片，其中，所述缓冲层为AlN层。[4]根据[1]至[3]任一项所述的氮化物半导体外延晶片，其中，所述基板由多型4H或者多型6H的碳化硅形成。[5]一种场效应型氮化物晶体管，其特征在于，其为具备基板、形成在所述基板上的GaN层、形成在所述GaN层上的AlGaN层、直接或者隔着中间层形成在所述AlGaN层上的源电极和漏电极、以及在所述源电极和所述漏电极之间形成的栅电极的场效应型氮化物晶体管，所述GaN层具有纤锌矿型的晶体结构，所述GaN层的c轴方向的晶格常数c和所述GaN层的a轴方向的晶格常数a的比c/a为1.6266以下。[6]根据[5]所述的场效应型氮化物晶体管，其中，在所述基板与所述GaN层之间形本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种氮化物半导体外延晶片，其具备：基板、形成在所述基板上的作为电子渡越层的GaN层、和形成在所述GaN层上的作为电子供给层的AlGaN层，其中，所述GaN层具有纤锌矿型的晶体结构，并且，尽管在所述GaN层和所述基板以及所述AlGaN层之间的界面处受到晶格失配应力的影响，所述GaN层的c轴方向的晶格常数c与所述GaN层的a轴方向的晶格常数a的测定比c/a为1.6266以下，并且，其中，所述测定比c/a使得在所述GaN层的表面侧仅产生负电荷，以抑制电流崩塌，其中，由于所述晶格失配应力，在所述GaN层上，二维电子云在空间上感应。
【技术特征摘要】
2012.01.25 JP 2012-012920;2012.03.30 JP 2012-078461.一种氮化物半导体外延晶片，其具备：基板、形成在所述基板上的作为电子渡越层的GaN层、和形成在所述GaN层上的作为电子供给层的AlGaN层，其中，所述GaN层具有纤锌矿型的晶体结构，并且，尽管在所述GaN层和所述基板以及所述AlGaN层之间的界面处受到晶格失配应力的影响，所述GaN层的c轴方向的晶格常数c与所述GaN层的a轴方向的晶格常数a的测定比c/a为1.6266以下，并且，其中，所述测定比c/a使得在所述GaN层的表面侧仅产生负电荷，以抑制电流崩塌，其中，由于所述晶格失配应力，在所述GaN层上，二维电子云在空间上感应。2.根据权利要求1所述的氮化物半导体外延晶片，进一步具有在所述基板与所述GaN层之间形成的单层或者多层缓冲层。3.根据权利要求2所述的氮化物半导体外延晶片，其中，所述缓冲层具有AlN层。4.根据权利要求1所述的氮化物半导体外延晶片，其中，所述基板具有多型4H或者多型6H的碳化硅。5.一种场效应型氮化物晶体管，其具备：基板、形成在所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：田中丈士，金田直树，成田好伸，
申请(专利权)人：住友化学株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP
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