[发明专利]氮化物半导体外延晶片以及场效应型氮化物晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化物半导体外延晶片以及场效应型氮化物晶体管。

背景技术

作为以往的技术，含有铟（In）、镓（Ga）、铝（Al）、氮（N）等的氮化物半导体通过控制这些III族元素的组成比，作为覆盖从紫外到可见光的大部分区域的革新性的高效率发光器件材料而进行了开发，并已实用化。

另外，氮化物半导体由于具有高的饱和电子速度和高的绝缘破坏耐压，因此作为在高频区域实现高效率、高输出的电子器件用材料也已实用化。

在专利文献1中公开了如下的氮化物半导体晶体管：在以GaN作为沟道层的氮化物半导体晶体管中，为了在形成为异质结构造的沟道内的电子被加速时不容易被表面态俘获，而具有晶格常数比GaN更大的盖层。

在专利文献2中公开了，为了提高缓冲层的均一性、提高形成在缓冲层上的III族氮化物半导体的结晶性，缓冲层的a轴的晶格常数比块状时的AlN的a轴的晶格常数更小的III族氮化物半导体元件。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009－32713号公报

专利文献2：日本特开2010－272887号公报

发明内容

发明要解决的问题

对于场效应型氮化物晶体管，电流崩塌（current collapse）成为问题。电流崩塌是指，在场效应型氮化物晶体管中可明显观察到、在高电压操作时漏电流大幅度地减少的现象。该电流崩塌被理解为，通过将晶体管偏置，载流子被器件结构中的陷阱能级捕获，通过该被俘获的载流子形成负的电场而使自由载流子的流动受到阻碍，作为结果，引起器件的漏电流的减少或者通态电阻的增加。

作为电流崩塌中的陷阱能级的起源，假设了AlGaN阻挡层，也指出了起因于作为AlGaN阻挡层的底层、实质上的电子渡越部的GaN层的成分的重要性（例如，参照日本特表2004－517461号公报）。

一般在自然中存在的晶体在室温下的晶格常数为按照自然法规的一定值。纤锌矿型的GaN的c轴方向的晶格常数例如根据文献Bougrov等(Bougrov V.,Levinshtein M.E.,Rumyantsev S.L.,Zubrilov A.,in Properties of AdvancedSemiconductorMaterials GaN,AlN,InN,BN,SiC,SiGe.Eds.Levinshtein M.E.,Rumyant sev S.L.,Shur M.S.,John Wiley & Sons,Inc.,New York,2001,1-30.)，为5.186此时，GaN的c轴方向的晶格常数c与a轴方向的晶格常数a的比c/a为1.6271。而另一方面，在块状的异质基板上形成的薄层的GaN受到由与基板的晶格失配而产生的应力或者多层膜结构中的层间的应力等的影响。因此，该晶格常数的比c/a不一定与按照自然法规的规定值一致。

例如，将纤锌矿型的GaN且具有极性的Ga面出现在最表面这样的薄层的GaN没有什么特别顾虑地形成在a轴的晶格常数比GaN小的基板上时，可以容易地理解：GaN相对于a轴方向，或者换一种说法，有受到来自横向的压缩应力的可能性。该受到了来自横向的压缩的GaN晶格有时通过变形而相对于c轴方向延伸。即、GaN的c轴方向的晶格常数比按照自然法规的值5.186更长，例如像5.1885.189这样显示比前述的值大的值的可能性高。

图3为显示GaN的c轴方向的晶格常数、和GaN层的c轴方向的晶格常数c与a轴方向的晶格常数a的比c/a之间关系的图表。如该图所示，随着c轴的晶格常数变大，比c/a也变大。已知：当晶体受到应力时，GaN、AlN、AlGaN等六方晶体在极性面的两端面间感应出由压电效应产生的电荷。例如，上述的GaN层受到来自横向的压缩应力，在层上下的极性面端具有电荷。