一种场效应晶体管，具备在衬底上形成的第１半导体层（１０３、１０４）与第２半导体层（１０５），第１半导体层具有含有非导电型杂质的作为元件分离区域而设置的含有区域、与不含有该非导电型杂质的非含有区域，所述第１半导体层是含有区域和所述非含有区域的界面中包含所述栅极电极下方的界面部分在内的该界面部分附近的区域，并且是比该界面部分靠近所述含有区域侧的区域，所述第２半导体层包含位于第１区域紧上方的第２区域，第２区域的所述非导电型杂质的浓度比所述第１区域的所述非导电型杂质的浓度低。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及例如可适用于在民用设备的电源电路等中使用的功率晶体管的、使用了氮化物半导体的。
技术介绍
以氮化镓(GaN)为代表的III族氮化物半导体，是例如氮化镓(GaN)和氮化铝 (AlN)的禁带宽度在室温下分别是较大的3. 4eV和6. 的宽带隙(wide gap)半导体，具有绝缘击穿电场大且电子饱和速度比砷化镓(GaAs)、硅(Si)等大的特征。因此，作为高频电子器件或高输出电子器件，采用GaN系的化合物半导体材料的场效应晶体管(Field Effect Transistor :FET)的研究开发正在盛行。GaN等氮化物半导体材料，由于可得到与AlN或氮化铟(hN)等的各种混晶，因此可以与现有的GaAs等砷系半导体材料同样地形成异质结。在氮化物半导体的异质结、 例如AKiaN/GaN异质结构中，具有如下特征，即在其界面处通过自发极化和压电极化产生的高浓度的载流子在没有掺杂杂质的状态下也可产生。因此，若通过氮化物半导体来制作FET，则容易成为耗尽(depression)型(常导通(normally on)型)，难以成为增强 (enhancement)型(常截止(normally off)型)。但是，在当前的功率电子器件(power electronics)领域中使用的器件几乎都是常截止型，在GaN系的氮化物半导体器件中也强烈要求常截止型。对于常截止型的晶体管，报告了如下技术形成仅在栅极电极的下侧部分将 AlfeiN/GaN结构中的AlGaN层薄膜化的所谓的凹陷(recess)结构、使二维电子气QDEG)浓度减少而使阈值电压偏移到正值的结构，及在主面的面方位为{10-12}面的蓝宝石衬底的主面上生长面方位为{11-20}面的GaN层、并使相对蓝宝石衬底的主面垂直的方向上不产生极化电场、从而实现常截止型等的方法。这里，对面方位的密勒指数添加的负符号方便地表示接着该负符号的一指数的反转。作为有望实现常截止型FET的结构，提出了在栅极电极形成部形成了 ρ型AKiaN 层的结型场效应晶体管(Junction Field Effect Transistor :JFET)。图IOA是表示现有技术(例如专利文献1)中的常截止型的由氮化物半导体构成的场效应晶体管的截面图。图10A是栅极电极、源极电极、漏极电极的排列方向的截面图。该场效应晶体管在蓝宝石衬底501上依次形成AlN缓冲层502、非掺杂GaN层503、 非掺杂AlGaN层504、ρ型GaN层505、高浓度ρ型GaN层506，栅极电极511与高浓度ρ型 GaN层506欧姆接触。在非掺杂AlGaN层504之上设置源极电极509和漏极电极510。元件分离区域507为了分离场效应晶体管和外侧的其他电路而设置在场效应晶体管的周边部(周围)。图IlA是该场效应晶体管的栅极区域的纵截面中的能带图，图IlB是在栅极区域和源极区域之间的纵截面的能带图。如图11Α、图IlB所示，在非掺杂MGaN层504和非掺杂GaN层503的异质界面(hetero interface)，虽然是非掺杂层彼此的结，但是由于自发极化和压电极化所生成的电荷，而在导带形成沟。另一方面，如图IlB所示，在栅极区域以外的元件区域，由于ρ型 GaN层505没有连接到非掺杂MGaN层504上，所以该导带的沟位于比费米能级低的位置， 即使在不施加栅极电压的状态下也可形成二维电子气。但是，在栅极区域，如图IlA所示， 通过使P型GaN层505与非掺杂AlGaN层504相连接，非掺杂AlGaN层504和非掺杂GaN 层503的能级(energy level)升高，非掺杂AlGaN层504和非掺杂GaN层503的异质界面处的导带的沟位于与费米能级大致相同的位置。结果，在没有向栅极电极施加偏压(bias) 的状态下，在栅极区域不会形成二维电子气，而变为常截止状态。这样，在JFET结构中，通过将P型MGaN层与由MGaN构成的阻挡层(barrier layer)连接，提高了 AKiaN层的势能。由此，可减小在形成了 ρ型AKiaN层的栅极电极形成部的紧下方所形成的二维电子气的浓度，所以JFET可以进行常截止动作。另外，在栅极电极形成部，使用与作为金属和半导体之间的接触的肖特基结相比内建电场(built-in potential)大的pN结，所以可以增大栅极的开启电压。这里，AlGaN表示 Aipah^ 其中，0 < χ < 1)，hGaN 表示 InyGi^yN(0 < y < 1), InAlGaN 表示 hyAlAamMO <x<l、0<y<l、0<x+y<l)。该标记在下面也相同。现有技术文献专利文献专利文献1日本特开2006-339561号公报专利技术概要专利技术要解决的技术问题但是，所述现有的由氮化物半导体构成的JFET具有在晶体管截止状态下的漏电流大、关态击穿电压(才7耐压)低的问题。图IOB是专利技术人们制作的本专利技术的参考例的截面图。图IOB是与栅极电极、源极电极、漏极电极的排列方向垂直的方向上的截面图。其中，图IOB中，表示了仅栅极电极下部的仅右半部分。若使用图IOB来具体说明，则在非掺杂AlGaN层504和非掺杂GaN层503之间的异质界面的端部中，栅极下部的异质界面端部发生漏电流。即，在栅极下的元件分离区域507 和异质界面端部相接的部分发生漏电流。该栅极下的漏电流的路径，经异质界面形成源极电极和漏极电极间的泄漏路径。关于漏电流产生的理由，认为是因为在栅极下的元件分离区域507和异质界面端部相接的部分，晶体管截止时的带隙能量为图IlA和图IlB的中间状态(因没有耗尽而存在电子的状态)。即，这是因为在栅极下的异质界面端部，P型GaN层505不能充分升高非掺杂AlGaN层504和非掺杂GaN层503的能级，不能完全耗尽二维电子气。此外，在将场效应晶体管用作功率晶体管的情况下，因该漏电流引起的发热较大， 结果，使关态击穿电压降低。
技术实现思路
本专利技术鉴于上述现有技术的问题，其所要解决的技术问题是提供一种场效应晶体管，该场效应晶体管是由氮化物半导体构成的常截止型的半导体装置，抑制在截止状态下的漏电流，且使关态击穿电压提高。解决技术问题所采用的手段为了解决上述问题，本专利技术的场效应晶体管具备衬底；第1半导体层，由层积在所述衬底上的多个半导体层构成，且含有沟道；形成于所述第1半导体层的源极电极和漏极电极；栅极电极；以及第2半导体层，形成在所述第1半导体层之上且栅极电极之下，导电型与所述沟道相反；所述第1半导体层具有含有非导电型杂质的含有区域与不含有该非导电型杂质的非含有区域；所述含有区域通过含有所述非导电型杂质而与所述非含有区域相比被高电阻化；所述第1半导体层包含第1区域；所述第1区域是在所述含有区域和所述非含有区域的界面中、包含所述第2半导体层正下方的界面部分在内的该界面部分附近的区域，并且是比该界面部分靠近所述含有区域侧的区域；所述第2半导体层包含第2区域； 所述第2区域是位于所述第1区域紧上方的区域；所述第2区域的所述非导电型杂质的浓度比所述第1区域的所述非导电型杂质的浓度低。根据该结构，可以实现漏电流小且具有高关态击穿电压的常截止型的场效应晶体管。本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种场效应晶体管，其特征在于：具备：衬底；第１半导体层，由层积在所述衬底上的多个半导体层构成，且含有沟道；源极电极和漏极电极，形成于所述第１半导体层；栅极电极；以及第２半导体层，形成在所述第１半导体层之上且栅极电极之下，且导电型与所述沟道的导电型相反，所述第１半导体层具有含有非导电型杂质的含有区域与不含有该非导电型杂质的非含有区域；所述含有区域通过含有所述非导电型杂质而与所述非含有区域相比被高电阻化；所述第１半导体层包含第１区域；所述第１区域是所述含有区域和所述非含有区域域的所述非导电型杂质的浓度低。的界面中、包含所述第２半导体层正下方的界面部分在内的该界面部分附近的区域，并且是比该界面部分靠近所述含有区域侧的区域；所述第２半导体层包含第２区域；所述第２区域是位于所述第１区域紧上方的区域；所述第２区域的所述非导电型杂质的浓度比所述第１区
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：梅田英和，
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
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