[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

本发明涉及氮化物半导体外延晶片以及场效应型氮化物晶体管。所述氮化物半导体外延晶片具备：基板、形成在所述基板上的作为电子渡越层的GaN层、和形成在所述GaN层上的作为电子供给层的AlGaN层，其中，所述GaN层具有纤锌矿型的晶体结构，并且，尽管在所述GaN层和所述基板以及所述AlGaN层之间的界面处受到晶格失配应力的影响，所述GaN层的c轴方向的晶格常数c与所述GaN层的a轴方向的晶格常数a的测定比c/a为1.6266以下，并且，其中，所述测定比c/a使得在所述GaN层的表面侧仅产生负电荷，以抑制电流崩塌，其中，由于所述晶格失配应力，在所述GaN层上，二维电子云在空间上感应。

本申请是申请日为2013年1月24日，申请号为201310027953.2，发明名称为《氮化物半导体外延晶片以及场效应型氮化物晶体管》的中国专利申请的分案申请。

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 Advanced SemiconductorMaterialsGaN,AlN,InN,BN,SiC,SiGe.Eds.Levinshtein M.E.,Rumyant sev S.L.,Shur M.S.,JohnWileySons,Inc.,New York,2001,1-30.)，为此时，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。