在蓝宝石衬底（１０１）上，按顺序形成了氮化铝缓冲层（１０２），不掺杂氮化钙层（１０３），不掺杂氮化钙铝层（１０４），ｐ型控制层（１０５），ｐ型接线柱层（１０６）。还有，晶体管包括：与ｐ型接线柱层（１０６）欧姆连接的栅电极（１１０），设置在不掺杂氮化钙铝（ＡｌＧａＮ）层（１０４）的源电极（１０８）及漏电极（１０９）。通过向ｐ型控制层（１０５）施加正电压，沟道内注入空穴，能够增加流过沟道的电流。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术，涉及一种晶体管，特别是涉及能够应用于开关用电子晶体管的氮化物半导体的晶体管。
技术介绍
近年，作为高频大电力装置使用氮化钙(GaN)系列材料的电场效 应晶体管(FET二Field Effect Transistor)的研究在活跃的进行。氮化钙 (GaN)等的氮化物半导体材料可以制作成氮化铝(A1N)或氮化铟(In N)等各种各样的混合晶体，所以，与以前的砷化钙(GaAs)等的化合 物半导体材料一样能够制成hetero结合。然而，氮化物半导体层的 hetero结合中，由于膜中的自发分极或压电分极高浓度的载流子(car rier)即便是在没有掺杂的状态也在hetero界面产生。其结果，在制 作电场效应晶体管(FET)的情况容易变成损耗型(常导通状态型)，要 得到增强型(常非导通状态)的特性难。然而，现在的电子学巿场所 使用的装置基本上都是常非导通型的，对于氮化钙(GaN)系列的氮 化物半导体装置也都要求常非导通型的。 以下，说明使用氮化物半导体材料的以前的电场效应晶体管(FE T)。 图9 ，是使用以前的AlGaN/GaN的hetero结合的电场效应晶体 管(FET)的剖面图，图10，是表示在图9表示的以前的电场效应晶 体管(FET)中，由于分极引起的固定电荷及自由电子的分布的图。还 有，图11，是以前的电场效应晶体管(FET)的能量频带(energyband) 图，图12，是绘制这样的，将两维电子云作为载流子的电场效应晶 体管(FET)的栅极电压和漏极电压的关系的图。如图9所示那样，由氮化物半导体构成的以前的电场效应晶体管(FET),包括以(0001)面为主面的蓝宝石衬底1901、设置在蓝宝 石村底1901上的不掺杂氮化钙(GaN)层1902、设置在不掺杂氮化钙 (GaN)层1902上的不掺杂氮化钙铝(AlGaN)层1903、在不掺杂氮化 辆铝(AlGaN)层1903上分別设置的由钛CTi)/铝(Al)形成的源电极190 5及漏电极1906和由铅(Pd)形成的栅电极1907、覆盖不掺杂氮化钙 铝(AlGaN)层1903由氮化硅(SiN)形成的钝化膜1904。不掺杂氮化 4丐铝(AlGaN)层l卯3是由不掺杂的Alo.25Gao.75N构成的。 在图9所示的以前的电场效应晶体管(FET)中，因为构成不掺杂 氮化钩铝(AlGaN)层1903的材料的固有自发分极及压电分极，尽管 没有导入杂质也会在不掺杂氮化钙(GaN)层1902和不掺杂氮化钙铝 (AlGaN)层1903的hetero结合界面上形成1 X 1013cm—2程度的两维 电子云。 如图IO所示那样，在不掺杂氮化钙铝(AlGaN)层l卯3的上表面 (与栅电极l卯7相对的面)以及不掺杂氮化钙(GaN)层1902的上表面 上分別产生负的固定电荷，在不^^杂氮化钙铝(AlGaN)层1903的下 表面(接近蓝宝石衬底1901的面)及不掺杂氮化钙(GaN)层1902的下 表面上分別产生正的固定电荷。在此，因为氮化钙铝(AlGaN)的表 面发生的固定电荷量的绝对值比氮化钙(GaN)的表面发生的固定电 荷量的绝对值大，所以，在hetero结合界面的不掺杂氮化钙(GaN) 层1902 —侧产生了为补偿固定电荷差的量的两维电子云形状的薄 膜载流子(图10中的Ns)。尚，在图10中，实线箭头表示不掺杂氮 化4丐铝(AlGaN)层1903上产生的固定电荷，虛线箭头表示不摻杂氮 化辆(GaN)层1902上产生的固定电荷。 通过这个分极在不掺杂氮化钙铝(AlGaN)层1903和不掺杂氮化 钙(GaN)层1902中产生电场，能量频带图就成为了图11所示的那 样的形状。也就是，不掺杂氮化钙(GaN)层1902的hetero结合界面 附近价电子频带端的电势能降至费米标准以下。为此，以前的电场 效应晶体管(FET)，显示如图12所示的常导通型电特性。 还有，源电极1905及漏电极1906连接于不掺杂氮化钙铝(AlGaN 层l卯3，不掺杂氮化钙铝(AlGaN)层l卯3的膜厚例如在30nm以下薄的情况形成了两维电子云的沟道区域(在此是不掺杂氮化4弓(GaN) 层1902的一部分)由隧道电流电连接于源电极1905及漏电极1906。 因此，源电极1905及漏电极1906都成为良好的欧姆电极。还有， 铅(Pd)形成的栅电极具有5.1eV大的工作系数，对不4参杂氮化钙铝 (AlGaN)层1903成为良好的肖脱基键(参照非专利文献1)。 使用如前所述具有分极的氮化钙(GaN)系列半导体材料要实现 非常导通特性的话，由于结晶固有的自发分极及压电分极降低在沟 道内生成的载流子是必要的。使用氮化钙铝(AlGaN)和氮化钩(GaN) 的hetero结合的电场效应晶体管(FET)的情况，只要降低氮化4弓铝 (AlGaN)层中的铝(Al)組成就可以降低由于与氮化4丐(GaN)的格子定 数差引起的疲劳，所以减少了压电分极，其结果，减少了薄膜载流 子浓度(参照非专利文献2)。具体地讲，只要不掺杂氮化钙铝(AlGaN) 层1903的铝(Al)混合晶体比在膜厚为原30nm的状态下降低到0.15， 薄膜载流子浓度从1.4X1013cm—2大幅度降至5X10I2cm—2。伴随着 载流子浓度的降低动作电流也降低。还有，通过降低不摻杂氮化钙 铝(AlGaN)层1903的铝(A1)組成也就降低了栅极部的势垒(potential barrics) 0 还有，为了抑制栅电极中的漏电流的发生，栅电极1907上能够 施加的正向电压是有上限的。为此，无法增大栅极电压，也就要使 漏极电流充分大是困难的。 对于这个不好的状态，因为是非常导逸型且能够施加大正向电 压，所以提案了 p型区域化了栅极部，提高势垒的构成。这是接合 型电场效应晶体管(JFET=Junction Field Effect Transistor)。这个非接 合型电场效应晶体管(JFET)，记载在非专利文献3及非专利文献1 中。(非专利文献1) M.Hikita et al. Technical Digest of 2004 Internatio nal Electron Devices Meeting (2004) p.803.~806.(非专利文献2) O.Ambacher et al., J.Appl.Phys. Vol.85(1999)p.32 222,32333.(非专利文献3) L.Zhang et ai. ， IEEE Transactions on Electron Devices， vol.47 ， no.3 ， pp.507-511， 2000.(专利文献1)日本专利公开2004-!273486号公报(专利技术所要解决的课题) 然而，非常导通化了上述接合型电场效应晶体管(JFET)的情况， 即便是在栅电极上施加正向偏电压，但是要使在沟道中生成的电子 浓度达到和非常导通接合型电场效应晶体管(JFET)相同的程度是困 难的。还有，对栅电极能够施加正向偏电压的是到栅极漏电流开始 流动为止，具体地讲是考虑带隙到3V程度为止。为此，在以前的 技术条件中用非常导通型的接合型电场效应晶体管(JFET)要得到充 分大的漏极电流是困难的。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种晶体管，包括：第一半导体层，包含沟道区域；第二半导体层，设置在上述沟道区域上或上方，与上述沟道区域相比带隙大；控制区域，具有设置在上述第二半导体层内部、上述第二半导体层上、或上述第二半导体层上方的ｐ型导电性；栅电极，以接触上述控制区域的一部分的方式设置；源电极和漏电极，设置在上述控制区域的两侧；其特征在于： 通过对上述栅电极及上述源电极施加正向偏压，在上述沟道区域中注入空穴，控制在上述源电极及上述漏电极之间流动的电流。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2005-7-8 200127/20051.一种晶体管，包括第一半导体层，包含沟道区域；第二半导体层，设置在上述沟道区域上或上方，与上述沟道区域相比带隙大；控制区域，具有设置在上述第二半导体层内部、上述第二半导体层上、或上述第二半导体层上方的p型导电性；栅电极，以接触上述控制区域的一部分的方式设置；源电极和漏电极，设置在上述控制区域的两侧；其特征在于通过对上述栅电极及上述源电极施加正向偏压，在上述沟道区域中注入空穴，控制在上述源电极及上述漏电极之间流动的电流。2. 根据权利要求l所述的晶体管，其特征在于 上述第一半导体层、上迷第二半导体层以及上述控制区域由含氮的化合物半导体构成。3. 根据权利要求1所述的晶体管，其特征在于 上述第一半导体层的内部且上述沟道区域的下方，设置与上述沟道区域相比带隙大的半导体层。...
【专利技术属性】
技术研发人员：上田大助，田中毅，上本康裕，上田哲三，柳原学，引田正洋，上野弘明，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
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