特許 6367533 ノーマリーオフ高電子移動度トランジスタ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6367533

(24)【登録日】2018年7月13日

(45)【発行日】2018年8月1日

(54)【発明の名称】ノーマリーオフ高電子移動度トランジスタ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/338 20060101AFI20180723BHJP

   H01L 29/778 20060101ALI20180723BHJP

   H01L 29/812 20060101ALI20180723BHJP

   H01L 21/337 20060101ALI20180723BHJP

   H01L 29/808 20060101ALI20180723BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20180723BHJP

   H01L 29/78 20060101ALI20180723BHJP

   H01L 29/06 20060101ALI20180723BHJP

【ＦＩ】

   H01L29/80 H

   H01L29/80 C

   H01L29/80 W

   H01L29/78 301B

   H01L29/06 301F

【請求項の数】15

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-199373(P2013-199373)

(22)【出願日】2013年9月26日

(65)【公開番号】特開2014-72528(P2014-72528A)

(43)【公開日】2014年4月21日

【審査請求日】2016年9月9日

(31)【優先権主張番号】10-2012-0109267

(32)【優先日】2012年9月28日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】390019839

【氏名又は名称】三星電子株式会社

【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】全 ▲祐▼徹

(72)【発明者】

【氏名】朴 永煥

(72)【発明者】

【氏名】▲呉▼ 在浚

(72)【発明者】

【氏名】金 景▲ヨン▼

(72)【発明者】

【氏名】金 俊溶

(72)【発明者】

【氏名】朴 基烈

(72)【発明者】

【氏名】申 在光

(72)【発明者】

【氏名】▲黄▼ ▲スン▼珪

【審査官】 恩田 和彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−１８１９２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１５９６８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２０４８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００８／０６２８００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−０３３６７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０９１３９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３３８

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

Ｈ０１Ｌ ２１／３３７

Ｈ０１Ｌ ２９／０６

Ｈ０１Ｌ ２９／７７８

Ｈ０１Ｌ ２９／７８

Ｈ０１Ｌ ２９／８０８

Ｈ０１Ｌ ２９／８１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１窒化物半導体を含むチャネル層と、
前記チャネル層上で第２窒化物半導体を含み、前記チャネル層に、二次元電子ガスを誘発するチャネル供給層と、
前記チャネル供給層の両側のソース電極及びドレイン電極と、
前記チャネル供給層上で、前記二次元電子ガスの少なくとも一部領域にデプレッション領域を形成し、少なくとも２つの厚みを有したデプレッション形成層と、
前記デプレッション形成層上のゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に配置され、前記デプレッション形成層と接触するゲート電極と、を具備し、
前記ゲート絶縁層には、前記デプレッション形成層の一部を露出させる開口部が形成され、
前記ゲート電極は、前記開口部を介して、前記デプレッション形成層と接触し、
前記デプレッション形成層は、第１厚みを有する第１部分と、前記第１部分の一側の第２部分と、前記第１部分の他側の第３部分と、を含み、前記第２部分及び前記第３部分は、第２厚みを有し、
平面図から見るとき、前記第１部分ないし前記第３部分を横切る前記ゲート電極の幅が、前記第１部分と、前記第２部分及び前記第３部分それぞれの少なくとも一部をカバーし、
前記第１厚みは、前記第２厚みより厚い、ノーマリーオフ高電子移動度トランジスタ。

【請求項2】

前記デプレッション形成層の前記第１部分は、ストリップ状に形成され、前記第２部分及び前記第３部分は、前記第１部分と平行にストリップ状に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の高電子移動度トランジスタ。

【請求項3】

前記第２部分及び前記第３部分は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極から離隔されたことを特徴とする請求項１または２に記載の高電子移動度トランジスタ。

【請求項4】

前記第１部分の下部に、前記デプレッション領域が形成され、前記第２部分の下部及び前記第３部分の下部は、前記デプレッション形成層がない領域より、相対的に前記二次元電子ガスの電子濃度が低い領域であることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の高電子移動度トランジスタ。

【請求項5】

前記第２部分及び前記第３部分のうち少なくとも一つは、対応する前記ソース電極または前記ドレイン電極と接触することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の高電子移動度トランジスタ。

【請求項6】

前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁層上で、前記第１部分ないし前記第３部分の少なくとも一部上に形成されることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の高電子移動度トランジスタ。

【請求項7】

前記開口部は、前記第１部分上に形成されたことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の高電子移動度トランジスタ。

【請求項8】

第１窒化物半導体を含むチャネル層と、
前記チャネル層上で第２窒化物半導体を含み、前記チャネル層に、二次元電子ガスを誘発するチャネル供給層と、
前記チャネル供給層の両側のソース電極及びドレイン電極と、
前記チャネル供給層上で、前記二次元電子ガスの少なくとも一部領域にデプレッション領域を形成し、少なくとも２つの厚みを有したデプレッション形成層と、
前記デプレッション形成層上のゲート絶縁層と、
前記ゲート絶縁層上に配置されたゲート電極と、を具備し、
前記デプレッション形成層は、第１厚みを有した第１部分と、前記第１部分の一側の第２部分と、前記第１部分の他側の第３部分と、を含み、前記第２部分及び前記第３部分は、第２厚みを有し、
前記第１部分及び前記ゲート絶縁層の間に形成された第１ゲート電極をさらに含み、前記第１ゲート電極及び前記ゲート電極は、電気的に連結されたことを特徴とする高電子移動度トランジスタ。

【請求項9】

前記第１ゲート電極は、前記ゲート電極によって露出されるように形成され、
前記トランジスタは、前記第１ゲート電極の露出された部分及び前記ゲート電極を電気的に連結するワイヤをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の高電子移動度トランジスタ。

【請求項10】

前記ゲート絶縁層には、前記第１ゲート電極を露出する開口部が形成され、前記第１ゲート電極及び前記ゲート電極は、前記開口部を介して、電気的に連結されたことを特徴とする請求項８または９に記載の高電子移動度トランジスタ。

【請求項11】

前記第１窒化物半導体は、ＧａＮ系物質であることを特徴とする請求項１から１０の何れか１項に記載の高電子移動度トランジスタ。

【請求項12】

前記第２窒化物半導体は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＢのうち少なくとも一つを含む窒化物のうちから選択された少なくとも一つであることを特徴とする請求項１から１１の何れか１項に記載の高電子移動度トランジスタ。

【請求項13】

前記デプレッション形成層は、ｐ型窒化物半導体からなることを特徴とする請求項１から１２の何れか１項に記載の高電子移動度トランジスタ。

【請求項14】

前記デプレッション形成層は、ＩＩＩ〜Ｖ族窒化物半導体物質を含むことを特徴とする請求項１３に記載の高電子移動度トランジスタ。

【請求項15】

前記デプレッション形成層は、第１厚みを有した第１部分を含み、前記デプレッション形成層は、前記第１厚みと異なる第２厚みを有した第２部分を含み、前記第１部分は、前記第２部分が、前記ゲート電極及び前記チャネル供給層を離隔させるところよりは、さらに大きく、前記ゲート電極及び前記チャネル供給層を離隔させることを特徴とする請求項１から１４の何れか１項に記載の高電子移動度トランジスタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ノーマリーオフ高電子移動度トランジスタに係り、さらに詳細には、デプレッション形成層を含むノーマリーオフ高電子移動度トランジスタに関する。

【背景技術】

【0002】

多様な電力変換システムには、オン／オフ（ＯＮ／ＯＦＦ）スイッチングを介して、電流の流れを制御する素子、すなわち、パワー素子（ｐｏｗｅｒ ｄｅｖｉｃｅ）が要求される。電力変換システムで、パワー素子の効率が、システム全体の効率を左右する。

【0003】

現在商用化されているパワー素子は、シリコン（Ｓｉ）を基板とするパワーＭＯＳＦＥＴ（ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＩＧＢＴ（ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｇａｔｅ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）がほとんどである。しかし、シリコンの物性限界や製造工程の限界などにより、シリコンを基板とするパワー素子の効率を向上させることが困難になっている。このような限界を克服するために、ＩＩＩ〜Ｖ族系の化合物半導体をパワー素子に適用して変換効率を高めようとする研究や開発が進められている。これと関連して、化合物半導体の異種接合（ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ）構造を利用する高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：ｈｉｇｈ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｏｂｉｌｉｔｙ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が注目されている。

【0004】

高電子移動度トランジスタは、電気的分極（ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）特性が互いに異なる半導体層を含む。高電子移動度トランジスタでは、相対的に大きい分極率を有する半導体層が、これと接合された他の半導体層に、二次元電子ガス（２ＤＥＧ：２−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｇａｓ）を誘発（ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ）することができ、このような二次元電子ガスは、非常に高い電子移動度（ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｏｂｉｌｉｔｙ）を有することができる。

【0005】

高電子移動度トランジスタで、ゲート電圧が０Ｖであるとき、ドレイン電極とソース電極との間の低い抵抗によって電流が流れるノーマリーオン（ｎｏｒｍａｌｌｙ−ｏｎ）状態になれば、パワー消耗が発生することがある。ドレイン電極とソース電極との間の電流をオフ状態にするために、ゲート電極に負電圧（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｖｏｌｔａｇｅ）を印加することがある。

【0006】

他の方策として、デプレッション（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ）形成層を具備することにより、ゲート電圧が０Ｖであるとき、ドレイン電極とソース電極との間の電流がオフ状態であるノーマリーオフ（ｎｏｒｍａｌｌｙ−ｏｆｆ）特性を具現することができる高電子移動度トランジスタが研究されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の実施形態は、デプレッション形成層を利用したノーマリーオフ高電子移動度トランジスタを提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一実施形態によるノーマリーオフ高電子移動度トランジスタは、第１窒化物半導体を含むチャンネル層と、前記チャンネル層上で第２窒化物半導体を含み、前記チャンネル層に、二次元電子ガスを誘発するチャンネル供給層と、前記チャンネル供給層の両側のソース電極及びドレイン電極と、前記チャンネル供給層上で、前記二次元電子ガスの少なくとも一部領域にデプレッション領域を形成し、少なくとも２つの厚みを有したデプレッション形成層と、前記デプレッション形成層上のゲート絶縁層と、前記ゲート絶縁層上で、前記デプレッション形成層と接触するゲート電極と、を含む。

【0009】

前記デプレッション形成層は、第１厚みを有した第１部分と、前記第１部分の一側の第２部分と、前記第１部分の他側の第３部分と、を含み、前記第１部分及び前記第３部分は、第２厚みを有する。

【0010】

前記第１厚みは、前記第２厚みより厚くてもよい。

【0011】

前記デプレッション形成層の前記第１部分は、ストリップ（ｓｔｒｉｐ）形状に形成され、前記第２部分及び前記第３部分は、前記第１部分と平行にストリップ状に形成されてもよい。

【0012】

一局面によれば、前記第２部分及び前記第３部分は、前記ソース電極及び前記ドレイン電極から離隔される。

【0013】

前記第１部分の下部に、前記デプレッション領域が形成され、前記第２部分の下部及び前記第３部分の下部は、前記デプレッション形成層がない領域より、相対的に前記二次元電子ガスの電子濃度が低い領域であってもよい。

【0014】

他の局面によれば、前記第２部分及び前記第３部分のうち少なくとも一つは、対応する前記ソース電極または前記ドレイン電極と接触する。

【0015】

前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁層上で、前記第１部分ないし前記第３部分の少なくとも一部の上に形成されてもよい。

【0016】

前記ゲート絶縁層で、前記デプレッション形成層の一部を露出させる開口部が形成され、前記ゲート電極は、前記開口部を介して、前記デプレッション形成層と接触することができる。

【0017】

前記開口部は、前記第１部分上に形成されてもよい。

【0018】

前記第１部分及び前記ゲート絶縁層の間に形成された第１ゲート電極をさらに含み、前記第１ゲート電極及び前記ゲート電極は、電気的に連結されてもよい。

【0019】

前記第１ゲート電極は、前記ゲート絶縁層によって露出されるように形成され、前記第１ゲート電極及び前記ゲート電極は、ワイヤで連結されてもよい。

【0020】

前記ゲート絶縁層には、前記第１ゲート電極を露出する開口部が形成され、前記第１ゲート電極及び前記ゲート電極は、前記開口部を介して電気的に連結されてもよい。

【0021】

前記第１窒化物半導体は、ＧａＮ系物質でもある。

【0022】

前記第２窒化物半導体は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＢのうち少なくとも一つを含む窒化物のうちから選択された少なくとも一つであってもよい。

【0023】

前記デプレッション形成層は、ｐ型窒化物半導体からなってもよい。

【0024】

前記デプレッション形成層は、ＩＩＩ〜Ｖ族窒化物半導体物質を含んでもよい。

【0025】

前記デプレッション形成層は、第１厚みを有した第１部分を含み、前記デプレッション形成層は、前記第１厚みと異なる第２厚みを有した第２部分を含み、前記第１部分は、前記第２部分が、前記ゲート電極及び前記チャネル供給層を離隔させるところよりは、さらに大きく、前記ゲート電極及び前記チャネル供給層を離隔させてよい。

【発明の効果】

【0026】

本発明の実施形態によるノーマリーオフ高電子移動度トランジスタは、デプレッション形成層が形成された領域で、二次元電子ガスが断絶されるので、オフ状態での電流漏れを防止することができる。デプレッション形成層の正孔注入により、ターンオン（ｔｕｒｎ ｏｎ）抵抗が低くなる。また、デプレッション形成層の拡張によって電界が分散し、高電子移動度トランジスタの降伏電圧が上昇する。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の一実施形態によるノーマリーオフ高電子移動度トランジスタの構造を概略的に示す断面図である。

【図2】本発明の一実施形態によるノーマリーオフ高電子移動度トランジスタの一部平面図である。

【図3A】本発明の一実施形態によるノーマリーオフ高電子移動度トランジスタの作用について説明する図面である。

【図3B】本発明の一実施形態によるノーマリーオフ高電子移動度トランジスタの作用について説明する図面である。

【図3C】本発明の一実施形態によるノーマリーオフ高電子移動度トランジスタの作用について説明する図面である。

【図4】本発明の他の実施形態によるノーマリーオフ高電子移動度トランジスタの構造を概略的に示す断面図である。

【図5】本発明のさらに他の実施形態によるノーマリーオフ高電子移動度トランジスタの構造を概略的に示す断面図である。

【図6】図５の第１ゲート電極及び第２ゲート電極の電気的連結を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、添付された図面を参照し、本発明の実施形態について詳細に説明する。この過程で、図面に図示された層や領域の厚みは、明細書の明確性のために誇張されて図示されている。明細書にわたって実質的に同一の構成要素には、同一の参照番号を使用して詳細な説明は省略する。

【0029】

図１は、本発明の一実施形態によるノーマリーオフ高電子移動度トランジスタ１００の構造を概略的に示す断面図である。

【0030】

図１を参照すれば、基板１１０上に、チャネル層１２０が形成されている。基板１１０は、例えば、サファイア（ｓａｐｐｈｉｒｅ）、Ｓｉ、ＳｉＣまたはＧａＮなどからなってもよい。しかし、それらは例示的なものに過ぎず、基板１１０は、それら以外にも他の多様な物質からなってもよい。

【0031】

チャネル層１２０は、第１窒化物半導体物質からなってもよい。第１窒化物半導体物質は、ＩＩＩ〜Ｖ系の化合物半導体物質であってもよい。例えば、チャネル層１２０は、ＧａＮ系物質層である。具体的な例として、チャネル層１１０は、ＧａＮ層である。その場合、チャネル層１１０は、ドーピングされていない（ｕｎｄｏｐｅｄ）ＧａＮ層であり、場合によっては、所定の不純物がドーピングされたＧａＮ層であってもよい。

【0032】

図面には図示されていないが、基板１１０とチャネル層１２０との間には、バッファ層がさらに設けられてもよい。バッファ層は、基板１１０とチャネル層１２０との格子定数及び熱膨脹係数の差を緩和させ、チャネル層１２０の結晶性低下を防止するためのものである。バッファ層は、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＢのうち少なくとも一つを含む窒化物を含み、単層または多層の構造を有することができる。バッファ層は、例えば、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ及びＡｌＧａＩｎＮからなってもよい。基板１１０とバッファ層との間には、バッファ層の成長のためのシード層（ｓｅｅｄ ｌａｙｅｒ）（図示せず）がさらに設けられてもよい。

【0033】

チャネル層１２０上には、チャネル供給層１３０が形成される。チャネル供給層１３０は、チャネル層１２０に、二次元電子ガス（２ＤＥＧ：２−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｇａｓ）を誘発することができる。二次元電子ガス（２ＤＥＧ）は、チャネル層１２０とチャネル供給層１３０との界面下のチャネル層１２０内に形成されてもよい。チャネル供給層１３０は、チャネル層１２０をなす第１窒化物半導体物質とは異なる第２窒化物半導体物質からなってもよい。第２半導体物質は、第１窒化物半導体物質と、分極特性、エネルギーバンドギャップ（ｂａｎｄ ｇａｐ）及び格子定数のうち、少なくとも一つが異なっている。具体的には、第２窒化物半導体物質は、分極率及びエネルギーバンドギャップのうち少なくとも一つが、第１窒化物半導体物質より大きい。

【0034】

チャネル供給層１３０は、例えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＢのうち少なくとも一つを含む窒化物からなってもよく、単層または多層の構造を有することができる。具体的な例として、チャネル供給層１３０は、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ及びＡｌＩｎＧａＮからなる。チャネル供給層１３０は、ドーピングされていない層であってよいが、所定の不純物がドーピングされた層であってもよい。このようなチャネル供給層１３０の厚みは、例えば、数十ｎｍ以上である。例えば、チャネル供給層１３０の厚みは、約５０ｎｍ以上であるが、それに限定されるものではない。

【0035】

チャネル供給層１３０両側のチャネル層１２０上には、ソース電極１６１及びドレイン電極１６２が形成されてもよい。ソース電極１６１及びドレイン電極１６２は、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）と電気的に連結されてもよい。ソース電極１６１及びドレイン電極１６２は、チャネル供給層１３０上に形成されてもよい。図１から分かるように、ソース電極１６１及びドレイン電極１６２は、チャネル層１２０の内部まで挿入されるように形成されてもよい。それ以外にも、ソース電極１６１及びドレイン電極１６２の構成は、多様に変化する。

【0036】

チャネル供給層１３０上には、デプレッション形成層（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ ｆｏｒｍｉｎｇ ｌａｙｅｒ）１４０が設けられる。デプレッション形成層１４０は、第１厚みＴ１を有した第１部分１４１と、第２厚みＴ２を有した第２部分１４２と、第２厚みＴ２を有した第３部分１４３と、を含む。

【0037】

図２は、本発明の一実施形態によるノーマリーオフ高電子移動度トランジスタ１００の概略的平面図である。図２では便宜上一部構成要素を省略した。

【0038】

図２を参照すれば、第１部分１４１は、ストリップ状を有し、第２部分１４２及び第３部分１４３は、第１部分１４１の長手方向に、第１部分１４１の両側に長く形成される。図２から分かるように、第１部分１４１は、第１幅Ｗ１を有し、第２部分１４２は、第２幅Ｗ２を有し、第３部分１４３は、第３幅Ｗ３を有する。第１幅Ｗ１ないし第３幅Ｗ３は、互いに異なることもある。例えば、第１幅Ｗ１が第３幅Ｗ３より広くもなり、第３幅Ｗ３が第１幅Ｗ１より広くもなる。しかし、本発明の実施形態は、それらに限定されるものではなく、デプレッション形成層１４０は、多様な形態に形成されてもよい。

【0039】

第２部分１４２は、ソース電極１６１から離隔されるように形成され、第３部分１４３は、ドレイン電極１６２から離隔されるように形成されてもよい。第１部分１４１は、ドレイン電極１６２よりソース電極１６１側に偏って形成されてもよい。

【0040】

デプレッション形成層１４０は、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）に、デプレッション領域（ｄｅｐｌｅｔｉｏｎ ｒｅｇｉｏｎ）を形成する役割を行うことができる。デプレッション形成層１４０によって、その下に位置するチャネル供給層１３０部分のエネルギーバンドギャップが高くなり、その結果、デプレッション形成層１４０に対応するチャネル層１２０部分に、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）のデプレッション領域が形成される。従って、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）において、デプレッション形成層１４０の第１部分１４１に対応する部分は、断絶され、第２部分１４２及び第３部分１４３に該当する部分は、電子濃度が低下する。デプレッション形成層１４０並びにソース電極１６１、及びデプレッション形成層１４０並びにドレイン電極１６２に該当する領域の二次元電子ガス（２ＤＥＧ）の電子濃度は、第２部分１４２及び第３部分１４３の下部の二次元電子ガス（２ＤＥＧ）の電子濃度より高い。

【0041】

図１では、相対的に電子濃度が高い二次元電子ガス（２ＤＥＧ）の領域と、相対的に電子濃度が低い二次元電子ガス（２ＤＥＧ）の領域とをドットの太さで区分して図示した。ドットの太さが太いほど電子濃度が高いということを示す。二次元電子ガス（２ＤＥＧ）が断絶された領域を「断絶領域」といい、このような断絶領域Ｄによって、高電子移動度トランジスタ１００は、ノーマリーオフ特性を有することができる。

【0042】

デプレッション形成層１４０は、ｐ型半導体物質を含んでもよい。すなわち、デプレッション形成層１４０は、ｐ型半導体層、またはｐ型不純物でドーピングされた半導体層にもなる。また、デプレッション形成層１４０は、ＩＩＩ〜Ｖ族窒化物半導体からなってもよい。例えば、デプレッション形成層１４０は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮからなってもよく、Ｍｇのようなｐ型不純物でドーピングされてもよい。具体的な例として、デプレッション形成層１４０は、ｐ−ＧａＮ層またはｐ−ＡｌＧａＮ層である。このようなデプレッション形成層１４０によって、その下のチャネル供給層１３０部分のエネルギーバンドギャップが高くなりながら、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）の断絶領域、または相対的に電子濃度の低い領域が形成されてもよい。

【0043】

デプレッション形成層１４０上には、絶縁層１５０が形成される。絶縁層１５０は、以下では、ゲート絶縁層１５０と称する。ゲート絶縁層１５０は、チャネル供給層１３０上に延長されるように形成されてもよい。ゲート絶縁層１５０は、およそ５０〜３００ｎｍ厚に形成されてもよい。ゲート絶縁層１５０は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_ｘ、Ｓｉ_ｘＮ_ｙ、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ａｌ_ｘＧｄ_{２（１−ｘ）}Ｏ_３、Ａｌ_ｘＧａ_{２（１−ｘ）}Ｏ_３、ＭｇＯ及びこれらの組み合わせのうち少なくとも一つを含んでもよい。一方、それら以外にも、一般的なトランジスタで使用される絶縁物質であるならば、いずれもゲート絶縁層１５０の物質として使用されてもよい。ゲート絶縁層１５０には、デプレッション形成層１４０の表面の少なくとも一部を露出させる開口部１５２が形成される。例えば、開口部１５２は、デプレッション形成層１４０の第１部分１４１の上面に形成される。開口部１５２は、直径が０．２５μｍ以下の貫通ホールであってもよい。

【0044】

ゲート絶縁層１５０上には、ゲート電極１７０が形成されている。ゲート電極１７０は、デプレッション形成層１４０の上に配置され、開口部１５２を介して、デプレッション形成層１４０と接触するように形成される。ゲート電極１７０は、図２から分かるように、デプレッション形成層１４０より狭い面積で形成されてもよい。ゲート電極１７０及びデプレッション形成層１４０の接触面積が狭いので、漏れ電流が少なくなる。ゲート電極１７０は、多様な金属物質または金属化合物などを含んでもよい。デプレッション形成層１４０は、ゲート電極１７０領域より広く形成されてもよい。

【0045】

図１に図示されたように、デプレッション形成層１４０は、図１では、２つの厚みを有すると図示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、デプレッション形成層１４０は、複数の厚みを有し、最も厚い厚みを有する部分が中央部、または中央部からソース電極に近く形成され、中央部の両側から順次に厚みが薄くなる部分が形成されてもよい。

【0046】

図３Ａないし図３Ｃは、本発明の一実施形態によるノーマリーオフ高電子移動度トランジスタ１００の作用について説明する図面である。以下では、相対的に電子濃度が高い二次元電子ガス（２ＤＥＧ）の領域と、相対的に電子濃度が低い二次元電子ガス（２ＤＥＧ）領域とをドットの太さで区分して図示した。ドットの太さが太いほど、電子濃度が高いということを示す。

【0047】

以下では、本発明の一実施形態によるノーマリーオフ高電子移動度トランジスタ１００の作用について、図面を参照して説明する。

【0048】

図１は、高電子移動度トランジスタ１００のノーマリーオフ状態を図示したものである。第１部分１４１下部の領域には、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）がない断絶領域Ｄが形成される。

【0049】

図３Ａを参照すれば、ゲート電極１７０に、しきい値電圧（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｖｏｌｔａｇｅ）以上の電圧を印加すれば、断絶領域Ｄに二次元電子ガス（２ＤＥＧ）が生成され、高電子移動度トランジスタ１００がオン状態になる。ゲート電極１７０の下部に形成されたチャネルがオン状態になることにより、チャネル層１２０に形成された二次元電子ガス（２ＤＥＧ）を経由して電流が流れる。しきい値電圧は、デプレッション形成層１４０の第１部分１４１の厚みと、第１部分１４１のドーピング濃度とによって異なってもよい。

【0050】

図３Ｂを参照すれば、ゲート電極１７０に、デプレッション形成層１４０の第２部分１４２及び第３部分１４３の正孔注入（ｈｏｌｅ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）電圧より高い電圧を印加すれば、第２部分１４２及び第３部分１４３からチャネル供給層１３０に正孔が注入され、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）に注入された正孔に対応し、デプレッション形成層１４０下部領域の二次元電子ガス（２ＤＥＧ）の電子濃度が上昇する。従って、オン抵抗が低下する。

【0051】

図３Ｃを参照すれば、ゲート電極１７０に、デプレッション形成層１４０の第１部分１４１の正孔注入電圧より高い電圧を印加すれば、デプレッション形成層１４０の第１部分１４１ないし第３部分１４３からチャネル供給層１３０に正孔が注入され、注入された正孔に対応し、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）の電子濃度が上昇する。従って、オン抵抗がさらに低下する。

【0052】

本発明の実施形態によるノーマリーオフ高電子移動度トランジスタ１００は、ゲート電極１７０下部のデプレッション形成層１４０の面積が拡大され、ゲート領域が拡張される。ゲート電極１７０及びデプレッション形成層１４０の接触面積が狭いので、漏れ電流が少なくなる。

【0053】

ゲート電極１７０にゼロ電圧が印加されるとき、デプレッション形成層１４０の第１部分１４１及びゲート電極１７０によって電界が分散し、従って、高電子移動度トランジスタの降伏電圧が上昇する。

【0054】

また、デプレッション形成層１４０が、ソース電極１６１から離隔されるように形成されるので、ゲート電極１７０からソース電極１６１に連結される漏れ電流経路を遮断することができる。

【0055】

図４は、本発明の他の実施形態によるノーマリーオフ高電子移動度トランジスタ２００の構造を概略的に示す断面図である。図１のノーマリーオフ高電子移動度トランジスタ１００の構成要素と実質的に同一の構成要素には、同一の参照番号を使用して詳細な説明は省略する。

【0056】

図４を参照すれば、チャネル供給層１３０上には、デプレッション形成層２４０が設けられる。デプレッション形成層２４０は、第１厚みＴ１を有した第１部分２４１と、第２厚みＴ２を有した第２部分２４２及び第３部分２４３と、を含む。第１部分２４１は、ストリップ状を有し、第２部分２４２及び第３部分２４３は、第１部分２４１の長手方向に、第１部分２４１の両側に長く形成される。しかし、本発明の実施形態は、これに限定されるものではなく、デプレッション形成層２４０は、多様な形態に形成されてもよい。

【0057】

第２部分２４２及び第３部分２４３は、ソース電極１６１及びドレイン電極１６２と接触するように形成されてもよい。第１部分２４１は、ドレイン電極１６２より、ソース電極１６１側に偏るように形成されてもよい。

【0058】

デプレッション形成層２４０は、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）に、デプレッション領域を形成する役割を行うことができる。デプレッション形成層２４０によって、その下に位置するチャネル供給層１３０部分のエネルギーバンドギャップが高くなり、その結果、デプレッション形成層２４０に対応するチャネル層１２０部分に、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）のデプレッション領域が形成される。従って、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）において、デプレッション形成層２４０の第１部分２４１に対応する部分は、断絶され、第２部分２４２及び第３部分２４３に該当する部分は、電子濃度が低下する。

【0059】

図４では、相対的に電子濃度が高い二次元電子ガス（２ＤＥＧ）の領域と、相対的に電子濃度が低い二次元電子ガス（２ＤＥＧ）領域とを、ドットの太さで区分して図示した。ドットの太さが太いほど、電子濃度が高いということを示す。二次元電子ガス（２ＤＥＧ）が断絶された領域を「断絶領域」ということができ、このような断絶領域によって、高電子移動度トランジスタ２００は、ノーマリーオフ特性を有することができる。

【0060】

デプレッション形成層２４０は、ｐ型半導体物質を含んでもよい。すなわち、デプレッション形成層２４０は、ｐ型半導体層、またはｐ型不純物でドーピングされた半導体層にもなる。また、デプレッション形成層２４０は、ＩＩＩ〜Ｖ族窒化物半導体からなってもよい。例えば、デプレッション形成層２４０は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮからなってもよく、Ｍｇのようなｐ型不純物でドーピングされもする。具体的な例として、デプレッション形成層２４０は、ｐ−ＧａＮ層またはｐ−ＡｌＧａＮ層である。このようなデプレッション形成層２４０によって、その下のチャネル供給層１３０部分のエネルギーバンドギャップが高くなりながら、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）の断絶領域、または相対的に電子濃度の低い領域が形成される。

【0061】

本発明の他の実施形態によるノーマリーオフ高電子移動度トランジスタ２００は、デプレッション形成層２４０の両端のエッチング工程が不要であるので、高電子移動度トランジスタ２００の製造工程が容易になる。

【0062】

また、デプレッション形成層２４０の第２部分２４２及び第３部分２４３の拡張により、オン抵抗がさらに低くなる。

【0063】

図５は、本発明のさらに他の実施形態によるノーマリーオフ高電子移動度トランジスタ３００の構造を概略的に示す断面図である。図１のノーマリーオフ高電子移動度トランジスタ１００の構成要素と実質的に同一の構成要素には、同一の参照番号を使用し、詳細な説明は省略する。

【0064】

図５を参照すれば、チャネル供給層１３０上には、デプレッション形成層３４０が設けられる。デプレッション形成層３４０は、第１厚みＴ１を有した第１部分３４１と、第２厚みＴ２を有した第２部分３４２及び第３部分３４３と、を含む。第１部分３４１は、ストリップ状を有し、第２部分３４２及び第３部分３４３は、第１部分３４１の長手方向に、第１部分３４１の両側に長く形成されてもよい。しかし、本発明の実施形態は、これに限定されるものではなく、デプレッション形成層３４０は、多様な形態に形成されてもよいる。

【0065】

第２部分３４２は、ソース電極１６１と離隔されるように形成され、第３部分３４３は、ドレイン電極１６２と離隔されるように形成されてもよい。発明の実施形態は、これに限定されるものではない。第２部分３４２及び第３部分３４３は、図４の第２部分２４２及び第３部分２４３のように、延長されてソース電極１６１及びドレイン電極１６２と接触するように形成されてもよい。第１部分３４１は、ドレイン電極１６２より、ソース電極１６１方向に偏るように形成されてもよい。

【0066】

デプレッション形成層３４０は、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）に、デプレッション領域を形成する役割を行うことができる。デプレッション形成層３４０によって、その下に位置するチャネル供給層１３０部分のエネルギーバンドギャップが高くなり、その結果、デプレッション形成層３４０に対応するチャネル層１２０部分に、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）のデプレッション領域が形成される。従って、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）において、デプレッション形成層３４０の第１部分３４１に対応する部分は、断絶され、第２部分３４２及び第３部分３４３に該当する部分は、電子濃度が低下する。

【0067】

図５では、相対的に電子濃度が高い二次元電子ガス（２ＤＥＧ）の領域、と相対的に電子濃度が低い二次元電子ガス（２ＤＥＧ）領域とをドットの太さで区分して図示した。ドットの太さが太いほど、電子濃度が高いということを示す。二次元電子ガス（２ＤＥＧ）が断絶された領域を「断絶領域」ということができ、このような断絶領域によって、高電子移動度トランジスタ３００は、ノーマリーオフ特性を有することができる。

【0068】

デプレッション形成層３４０は、ｐ型半導体物質を含んでもよい。すなわち、デプレッション形成層３４０は、ｐ型半導体層、またはｐ型不純物でドーピングされた半導体層にもなる。また、デプレッション形成層３４０は、ＩＩＩ〜Ｖ族窒化物半導体からなってもよい。例えば、デプレッション形成層３４０は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮからなってもよく、Ｍｇのようなｐ型不純物でドーピングされもする。具体的な例として、デプレッション形成層３４０は、ｐ−ＧａＮ層またはｐ−ＡｌＧａＮ層である。このようなデプレッション形成層３４０によって、その下のチャネル供給層１３０部分のエネルギーバンドギャップが高くなりながら、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）の断絶領域、または相対的に電子濃度の低い領域が形成されもする。

【0069】

デプレッション形成層３４０上には、第１ゲート電極３７１が形成されている。第１ゲート電極３７１は、主に第１部分３４１上に形成される。

【0070】

第１ゲート上には、絶縁層３５０が形成される。絶縁層３５０は、以下では、ゲート絶縁層３５０と称する。ゲート絶縁層３５０は、デプレッション形成層３４０と、チャネル供給層１３０とを覆い包むように形成される。ゲート絶縁層３５０は、およそ５０〜３００ｎｍ厚に形成されてもよい。ゲート絶縁層３５０は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_ｘ、Ｓｉ_ｘＮ_ｙ、Ｓｃ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ａｌ_ｘＧｄ_{２（１−ｘ）}Ｏ_３、Ａｌ_ｘＧａ_{２（１−ｘ）}Ｏ_３、ＭｇＯ及びそれらの組み合わせのうち少なくとも一つを含んでもよい。

【0071】

ゲート絶縁層３５０上には、第２ゲート電極３７２が形成されている。具体的には、第２ゲート電極３７２は、デプレッション形成層３４０の上に配置される。第１ゲート電極３７１と第２ゲート電極３７２は、多様な金属物質または金属化合物などから形成されてもよい。例えば、ＴｉＮ、Ｗ、Ｐｔ、ＷＮなどから形成され、Ｗ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＴｉＮ多重層構造によっても形成される。第１ゲート電極３７１は、およそ１００〜３００ｎｍ厚に形成されてもよい。

【0072】

第１ゲート電極３７１と第２ゲート電極３７２は、ワイヤ３７５によって電気的に連結される。

【0073】

図６は、第１ゲート電極３７１及び第２ゲート電極３７２の電気的連結を示す平面図である。便宜上、一部構成要素を図示していない。

【0074】

図６を参照すれば、第１ゲート電極３７１上に、第２ゲート電極３７２が形成され、第１ゲート電極３７１は、第２ゲート電極３７２によって露出されるように形成される。ワイヤ３７５は、露出された第１ゲート電極３７１と第２ゲート電極３７２とを連結する。

【0075】

図６では、ワイヤ３７５を利用して、第１ゲート電極３７１と第２ゲート電極３７２とを連結するが、本発明の実施形態は、これに限定されるものではない。例えば、第２ゲート電極３７２が露出された第１ゲート電極３７１に直接接触するように形成されてもよい。

【0076】

また、前述の実施形態から分かるように、ゲート絶縁層に形成された開口部１５２（図１）を介して、第１ゲート電極３７１と第２ゲート電極３７２とが電気的に連結されてもよい。

【0077】

本発明の実施形態によるノーマリーオフ高電子移動度トランジスタは、オフ状態での電流漏れを防止し、ターンオン抵抗が低くなる。また、デプレッション形成層の拡張によって電界が分散され、高電子移動度トランジスタの降伏電圧が上昇する。

【0078】

以上、本発明の実施形態について説明したが、それらは、例示的なものに過ぎず、当分野で当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解するであろう。

【0079】

以上、添付された図面を参照して説明した本発明の実施形態は、例示的なものに過ぎず、当分野で当業者であるならば、それらから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということを理解することができるであろう。従って、本発明の真の保護範囲は、特許請求の範囲によってのみ決定されるものである。

【産業上の利用可能性】

【0080】

本発明のノーマリーオフ高電子移動度トランジスタは、例えば、パワー素子関連の技術分野に効果的に適用可能である。

【符号の説明】

【0081】

１００，２００，３００ ノーマリーオフ高電子移動度トランジスタ
１１０ 基板
１２０ チャネル層
１３０ チャネル供給層
１４０，２４０，３４０ デプレッション形成層
１４１，２４１，３４１ 第１部分
１４２，２４２，３４２ 第２部分
１４３，２４３，３４３ 第３部分
１５０，３５０ 絶縁層
１５２ 開口部
１６１ ソース電極
１６２ ドレイン電極
１７０ ゲート電極
２４０ デプレッション形成層
３７１ 第１ゲート電極
３７２ 第２ゲート電極
３７５ ワイヤ

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】

【図6】