[發明專利]場效應晶體管

無效

• 申請號: 200980148577.4
• 申請日: 2009-11-12
• 公開（公告）號: CN102239550A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 按田義治;石田秀俊;上田哲三
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01L21/338
• 分類號: H01L21/338;H01L29/41;H01L29/778;H01L29/812
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 徐殿軍

技術領域

本發明涉及場效應晶體管，尤其涉及由III族氮化物半導體構成的場效應晶體管。

背景技術

以氮化鎵(GaN)為代表的III族氮化物半導體具有，超過硅和鎵砷的大的帶隙、高的擊穿電場、以及高的飽和電子速度。對于利用了III族氮化物半導體的場效應晶體管(FET)，由于具有這些物理上的優勢性，因此有希望成為下一代的高頻器件和大功率開關器件，且積極進行研究開發。

對于上述的FET，需要同時實現高耐壓和高導通電阻，但是，一般而言，在同一材料中，兩者處于權衡的關系。進而，對于大功率開關器件，需要常閉型的FET，傾向于柵極與源極間、以及柵極與漏極間的寄生電阻變得更大。并且周知的是，在III族氮化物半導體的表面存在高密度的陷阱能級，在開關高速工作時捕獲了的陷阱能級不能追隨開關工作，而發生像漏電流減少那樣的電流崩塌。

對于利用了以往的氮化物半導體的FET，周知的是，例如，專利文獻1以及2所記載的FET。圖8是示出專利文獻1所記載的FET的結構的截面圖。

如圖8示出，在專利文獻1的FET中，在襯底801上設置有載流子導電層802以及載流子供應層803，還在載流子供應層803的上面設置有GaN系保護層804。而且，在GaN系保護層804的表面中的柵極電極806與源極電極808間、以及柵極電極806與漏極電極807間，由保護層805覆蓋，該保護層805由氮化硅(SiN)構成。據此，能夠降低III族氮化物半導體的表面能級，能夠降低因柵極電極806旁的表面陷阱能級而引起的電流崩塌。

(現有技術文獻)

(專利文獻)

專利文獻1：

(日本)特開2002-359256號公報

專利文獻2：

(日本)特開2008-211172號公報

發明概要

發明所解決的技術問題

然而，對于利用了以往的III族氮化物半導體的FET而言，由于導通電阻不夠低，因此需要進一步降低導通電阻。并且，元件的耐壓取決于柵極電極與漏極電極的距離，在使該距離變大的情況下，雖然耐壓提高，但是在柵極與漏極間的寄生電阻增大，導致導通電阻增大。

在此，由于導通電阻導致高頻器件和大功率開關器件這兩者的電力損失，因此需要使導通電阻足夠低。今后，為了實現FET的高性能化，而需要使導通電阻進一步降低。而且，為了降低導通電阻，而改善器件構造是有效的。

并且，對于常閉型的FET，傾向于柵極與源極間、以及柵極與漏極間的寄生電阻變大，對于專利文獻1的FET，雖然抑制表面能級的影響來對應寄生電阻的增大，但是需要進一步降低電阻。

發明內容

于是，為了解決上述的問題，本發明的目的在于提供低導通電阻的場效應晶體管。

解決技術問題所采用的手段

為了實現上述的目的，本發明涉及的場效應晶體管，其中，包括：第一氮化物半導體層；第二氮化物半導體層，該第二氮化物半導體層被形成在所述第一氮化物半導體層上，該第二氮化物半導體層的帶隙能比所述第一氮化物半導體層大；第三氮化物半導體層，該第三氮化物半導體層被形成在所述第二氮化物半導體層上；以及第四氮化物半導體層，該第四氮化物半導體層被形成在所述第三氮化物半導體層上，該第四氮化物半導體層的帶隙能比所述第三氮化物半導體層大，在所述第一氮化物半導體層和所述第二氮化物半導體層的異質結界面形成有溝道。

根據該構成，除了在第一氮化物半導體層和第二氮化物半導體層的異質結界面以外，還在第三氮化物半導體層和第四氮化物半導體層的異質結界面形成有溝道。也就是說，除了形成以往的溝道的二維電子氣以外，還形成表面側的二維電子氣。因此，能夠降低薄膜電阻，能夠降低導通電阻。

并且，與以往的FET相比，溝道與位于FET的最表面側的半導體層遠離，因此表面能級給溝道帶來的影響會減少。其結果為，能夠抑制起因于表面能級的電流崩塌。

并且，由氮化物半導體形成兩個異質結界面，因此，在異質結界面生成起因于因晶格不匹配而產生的壓電極化和自發極化的二維電子氣。因此，在形成溝道時不需要添加雜質，因此能夠實現高耐壓的FET。

在此，優選的是，所述場效應晶體管的柵極電極，被形成在設置在所述第四氮化物半導體層的凹部內。

根據該構成，在能夠使溝道與位于FET的最表面側的半導體層遠離的同時，使溝道接近柵極電極。其結果為，在能夠抑制電流崩塌的同時，能夠容易控制柵極的閾值電壓。