[发明专利]场效应晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及例如MIS(金属/绝缘体/半导体)结构的HFET(异质结FET)的场效应晶体管及其制造方法。

背景技术

目前，在专利文献1(日本特开2009－76673号公报)中，作为MIS结构的HFET场效应晶体管，公开有GaN类MOSFET。该GaN类MOSFET在硅基板上经由AlN缓冲层形成p型GaN层，在该p型GaN层上经由栅极绝缘膜形成栅极电极。在该GaN类MOSFET上，采用电阻率为10¹²Ωcm以上、非常高的SiO₂膜作为栅极绝缘膜。

现有技术文件

专利文献1:(日本)特开2009－76673号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，在上述现有的GaN类MOSFET中，虽然使用电阻率非常高的SiO₂膜作为栅极绝缘膜，但是耐受电压不够高，例如为100V左右。

因此，本发明的课题在于提供能够进一步提高耐受电压的场效应晶体管及其制造方法。

用于解决技术问题的技术方案

本发明的发明者们发现，关于栅极绝缘膜，与目前的电阻率越高、耐受电压就越高这样的现有常识相反，通过使用电阻率为10¹¹Ωcm以下的半绝缘膜，与采用电阻率为10¹²Ωcm以上的SiO₂膜的情况相比，耐受电压将格外提高。

虽然降低栅极绝缘膜的电阻率，但耐受电压反而提高的现象与通常的思维相反，是意料之外的现象，但是本发明的发明者们通过实验已经判明，作为栅极绝缘膜，通过使用电阻率为10¹¹Ωcm以下的半绝缘膜，耐受电压将大幅度提高。

本发明根据本发明的发明者们基于实验的发现，提出:通过使上述栅极绝缘膜为电阻率为1×10¹¹Ωcm以下的半绝缘膜，耐受电压将大幅度提高。

即本发明的场效应晶体管的特征在于，具有:

氮化物半导体层；

源极电极及漏极电极，该源极电极及漏极电极至少有一部分形成在上述氮化物半导体层上或上述氮化物半导体层内，并且配置成彼此隔开间隔；

栅极电极，形成在上述氮化物半导体层上且配置在上述源极电极与上述漏极电极之间；

栅极绝缘膜，形成在上述栅极电极与上述氮化物半导体层之间；

上述栅极绝缘膜是电阻率为10⁷Ωcm至10¹¹Ωcm的半绝缘膜。

根据本发明的场效应晶体管，可以判明:利用形成栅极绝缘膜的半绝缘膜的电阻率为10¹¹Ωcm以下的构成，如图3所示的特性J那样，与栅极绝缘膜的电阻率超过10¹¹Ωcm的情况相比，能够显著地提高耐受电压。

另外，在图3中，纵轴的耐受电压(V)为在常温(25℃)下，向源极电极施加0V、向栅极电极施加－10V的条件下，在被击穿之前以50V的间隔增加漏极电极-源极电极间的电压Vds的、击穿前的电压Vds(V)。另外，在本发明中，形成栅极绝缘膜的半绝缘膜的电阻率(10⁷Ωcm～10¹¹Ωcm)的值为将该半绝缘膜夹在两个电极间所测得的值，是在该电极间导通的电流密度为6.25×10^-4(A/cm²)时的值。

另外，已经判明:利用形成上述栅极绝缘膜的半绝缘膜的电阻率为10⁷Ωcm以上这样的构成，与上述栅极绝缘膜的电阻率不足10⁷Ωcm的情况相比，能够降低栅极泄漏电流。

另外，上述栅极泄漏电流为在常温(25℃)下，向源极电极施加0V、向漏极电极施加600V、向栅极电极施加－10V的条件下测量的栅极泄漏电流的值。

另外，在一实施方式中，上述氮化物半导体层为GaN类半导体层。

根据该实施方式，利用上述GaN类半导体层，与砷化镓(GaAs)类材料相比，带隙能量增大，而且耐热性良好，能够在高温下进行动作。

此外，在一实施方式中，在上述源极电极与上述漏极电极之间还具有形成在上述氮化物半导体层上且用来抑制电流崩塌的绝缘膜。

根据该实施方式，利用上述绝缘膜，能够抑制电流崩塌。所谓的上述电流崩塌，是指在GaN类半导体元件中尤其成为问题的、与在低电压动作下的晶体管的导通电阻相比、在高电压动作下的晶体管的导通电阻明显增大的现象。