JP4226020B2 - 電界効果型トランジスタ - Google Patents
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Description
図1に、本発明のFETの好ましい一例の模式的な断面図を示す。ここで、本発明のFETは、SiCからなる半導体基板1上に、AlNからなるバッファ層2、GaNからなる第1窒化物半導体層3およびAl0.3Ga0.7Nからなる第2窒化物半導体層4がc軸方向にこの順序でヘテロエピタキシャル成長により積層された構成を有しており、第2窒化物半導体層4の表面の一端にはソース電極5aが形成され、他端にはドレイン電極5bが形成されている。また、ソース電極5aとドレイン電極5bとの間の第2窒化物半導体層4の表面の領域上にはピエゾ効果を有するピエゾ効果膜6が形成されており、ピエゾ効果膜6の表面の領域上にはゲート電極7が形成されている。
図5に、本発明のFETの好ましい他の一例の模式的な断面図を示す。ここで、本発明のFETは、SiCからなる半導体基板11上に、AlNからなるバッファ層12、Al0.3Ga0.7Nからなる第1窒化物半導体層13およびGaNからなる第2窒化物半導体層14がc軸方向にこの順序でヘテロエピタキシャル成長により積層された構成を有しており、第2窒化物半導体層14の表面の一端にはソース電極5aが形成され、他端にはドレイン電極5bが形成されている。また、ソース電極5aとドレイン電極5bとの間の第2窒化物半導体層4の表面の領域上にはピエゾ効果を有するピエゾ効果膜6が形成されており、ピエゾ効果膜6の表面の領域上にはゲート電極7が形成されている。
図1に示す断面構造を有する実施例1のFETを作製した。このFETの作製においては、まずSiCからなる半導体基板1のSi原子面上にAlNからなるバッファ層2(厚さ20nm)を半導体基板1の温度が1200℃のもとでMOCVD(有機金属気相堆積)法によって成長させた。次に、半導体基板1の温度が1100℃のもとで、GaNからなる第1窒化物半導体層3(格子定数a1=3.189Å、Eg1=3.42eV)を厚さ3μmに成長させた。その上に、半導体基板1の温度が1100℃のもとで、Al0.3Ga0.7Nからなる第2窒化物半導体層4(a2=3.166Å、Eg2=4.02eV)を厚さ20nmに成長させた。
図11に示す断面構造を有する実施例2のFETを作製した。このFETの作製においては、まずSiからなる半導体基板31上にAlN層/GaN層の多層膜からなるバッファ層32を堆積した。次に、半導体基板31の温度が1000℃のもとで、GaNからなる第1窒化物半導体層33(格子定数a1=3.189Å、Eg1=3.42eV)を厚さ1μmに成長させた。その上に、半導体基板31の温度が1100℃のもとで、Al0.2Ga0.8Nからなる第2窒化物半導体層34(a2=3.174Å、Eg2=3.80eV)を厚さ30nmに成長させた。
図5に示す断面構造を有する実施例3のFETを作製した。実施例1および実施例2のFETにおいては、第1窒化物半導体層の上表面(電極形成側の表面)および第2窒化物半導体層の上表面(電極形成側の表面)がそれぞれGa原子面となるように積層されているが、実施例3のFETにおいては、第1窒化物半導体層の上表面(電極形成側の表面)および第2窒化物半導体層の上表面(電極形成側の表面)がそれぞれN原子面となるように積層されている。
Claims (9)
- 格子定数a1およびバンドギャップEg1を有する第1窒化物半導体層と、
前記第1窒化物半導体層上に積層されていて格子定数a2およびバンドギャップEg2を有する第2窒化物半導体層と、
前記第2窒化物半導体層上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の少なくとも一部の領域において前記第2窒化物半導体層上に形成されたピエゾ効果膜と、
前記ピエゾ効果膜の少なくとも一部の領域上に形成されたゲート電極とを含み、
前記格子定数a1とa2との関係がa1<a2であり、
前記バンドギャップEg1とEg2との関係がEg1>Eg2であり、
前記ピエゾ効果膜の前記第2窒化物半導体層側の表面における残留分極密度が、前記第1窒化物半導体層と前記第2窒化物半導体層との界面における2次元電子ガス層の電荷密度以上であって、前記ピエゾ効果膜の前記第2窒化物半導体層側の表面にプラス電荷が分極していることを特徴とする、電界効果型トランジスタ。 - 前記ピエゾ効果膜が、ペロブスカイト構造の酸化物からなることを特徴とする、請求項1に記載の電界効果型トランジスタ。
- 前記ペロブスカイト構造の酸化物は、BaとTiを含む酸化物、PbとLaとZrとTiを含む酸化物、SrとBiとTaを含む酸化物、BiとTiを含む酸化物、LiとNbを含む酸化物、またはSrとNbを含む酸化物であることを特徴とする、請求項2に記載の電界効果型トランジスタ。
- 前記ピエゾ効果膜が、蛍石構造のフッ化物からなることを特徴とする、請求項1に記載の電界効果型トランジスタ。
- 前記蛍石構造のフッ化物は、BaとMgを含むフッ化物またはBaとMnを含むフッ化物であることを特徴とする、請求項4に記載の電界効果型トランジスタ。
- 前記ピエゾ効果膜がスパッタ法で形成されたものであることを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の電界効果型トランジスタ。
- 前記ピエゾ効果膜が、スパッタ法によって1Paより大きな雰囲気圧力下で形成されたものであることを特徴とする、請求項1に記載の電界効果型トランジスタ。
- 格子定数a1およびバンドギャップEg1を有する第1窒化物半導体層と、
前記第1窒化物半導体層上に積層されていて格子定数a2およびバンドギャップEg2を有する第2窒化物半導体層と、
前記第2窒化物半導体層上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の少なくとも一部の領域において前記第2窒化物半導体層上に形成されたピエゾ効果膜と、
前記ピエゾ効果膜の少なくとも一部の領域上に形成されたゲート電極とを含み、
前記格子定数a1とa2との関係がa1>a2であり、
前記バンドギャップEg1とEg2との関係がEg1<Eg2であり、
前記ピエゾ効果膜の前記第2窒化物半導体層側の表面における残留分極密度が、前記第1窒化物半導体層と前記第2窒化物半導体層との界面における2次元電子ガス層の電荷密度以上であって、前記ピエゾ効果膜の前記第2窒化物半導体層側の表面にマイナス電荷が分極しており、
前記ピエゾ効果膜は、前記第2窒化物半導体層に圧縮応力を及ぼしていることを特徴とする、電界効果型トランジスタ。 - 格子定数a1およびバンドギャップEg1を有する第1窒化物半導体層と、
前記第1窒化物半導体層上に積層されていて格子定数a2およびバンドギャップEg2を有する第2窒化物半導体層と、
前記第2窒化物半導体層上に形成されたソース電極およびドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間の少なくとも一部の領域において前記第2窒化物半導体層上に形成されたピエゾ効果膜と、
前記ピエゾ効果膜の少なくとも一部の領域上に形成されたゲート電極とを含み、
前記格子定数a1とa2との関係がa1<a2であり、
前記バンドギャップEg1とEg2との関係がEg1>Eg2であり、
前記ピエゾ効果膜の前記第2窒化物半導体層側の表面における残留分極密度が、前記第1窒化物半導体層と前記第2窒化物半導体層との界面における2次元電子ガス層の電荷密度以上であって、前記ピエゾ効果膜の前記第2窒化物半導体層側の表面にプラス電荷が分極しており、
前記ピエゾ効果膜は、前記第2窒化物半導体層に引張応力を及ぼしていることを特徴とする、電界効果型トランジスタ。
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