[发明专利]半导体装置

说明书

得到能够使夹断特性、截止耐压及瞬态响应全部变得良好的半导体装置。含有碳的第一GaN层(3)设置在衬底(1)之上。含有过渡金属和碳的第二GaN层(4)设置在第一GaN层(3)之上。含有过渡金属和碳的第三GaN层(5)设置在第二GaN层(4)之上。带隙比GaN大的电子供给层(6)设置在第三GaN层(5)之上。第三GaN层(5)的过渡金属浓度为，从第二GaN层(4)朝向电子供给层(6)，从第二GaN层(4)的过渡金属浓度起逐渐降低，在从电子供给层(6)的下端起深度100nm的位置处比1×10¹⁵cm^－3高。第二GaN层(4)的上端比从电子供给层(6)的下端起的800nm处深。第三GaN层(5)的碳浓度比第一及第二GaN层(3、4)的碳浓度低。

技术领域

本发明涉及一种具有氮化镓(GaN)等Ⅲ－Ⅴ族氮化物半导体膜的半导体装置。

背景技术

Ⅲ－Ⅴ族氮化物半导体膜、特别是Al_xGa_yIn_zN(x+y+z＝1、y≠0)膜具有高饱和电子速度和高耐压特性，因此用作电子器件的材料。在上述的电子器件之中，使用异质构造而在界面产生高浓度的二维电子气(2DEG：two-dimensional electron gas)的高电子迁移率晶体管(HEMT：high electron mobility transistor)特别受到瞩目。以下，将使用了Al_xGa_yIn_zN(x+y+z＝1、y≠0)膜的HEMT称为GaN类HEMT。

就GaN类HEMT而言，在由Al_xGa_yIn_zN(x+y+z＝1、y≠0)构成的电子移动层之上，设置由带隙比电子移动层大的Al_xGa_yIn_zN(x+y+z＝1、x＞z)构成的电子供给层。由此，能够通过极化效应而产生高浓度的2DEG，薄层电阻降低，能够得到高输出。

另外，就GaN类HEMT而言，为了改善夹断特性或提高截止耐压，将铁(Fe)等过渡金属或碳(C)向与2DEG区域相比位于下部的区域添加。这些掺杂剂在Al_xGa_yIn_zN(x+y+z＝1、y≠0)层中形成深的能级，因此具有捕获电子的特性，被掺杂的区域成为高电阻的区域。在这里，夹断特性良好是指，在施加有使晶体管成为截止的栅极电压，并且向源极-漏极之间施加有电压(工作电压)的状态下，流过漏极的泄漏电流充分小。另外，截止耐压高是指，在施加有使晶体管成为截止的栅极电压，并且向源极-漏极之间施加了大于或等于工作电压的大电压的情况下，流过漏极的泄漏电流变大而导致元件破坏的电压高。

通常，选择过渡金属或碳中的某一方而进行掺杂。与此相对，在专利文献1中，由于过渡金属的能级稳定化不充分，因此需要与过渡金属一起还添加碳。另一方面，指出碳会使以电流崩塌为代表的电流电压特性的瞬态响应恶化。鉴于此，以比过渡金属的浓度低的浓度添加有碳，并且使碳的浓度变化与过渡金属的浓度变化相同(参照专利文献1的图6)。认为由此能够使过渡金属的能级稳定。

专利文献1：日本专利第5696392号公报