電界効果トランジスタおよびエピタキシャル基板
【課題】二次元正孔ガスの電気伝導を避けることができる構造を有しておりWruzite構造の窒化物系材料から成る電界効果トランジスタを提供する。
【解決手段】ＡｌＮ支持基体１３は、Wruzite構造を有する結晶からなり、導電性或いは絶縁性の支持体である。ＡｌＮエピタキシャル層１５は、ＡｌＮ支持基体１３のＮ面エリア上に設けられている。ＧａＮエピタキシャル層１７は、ＡｌＮエピタキシャル層１５上に設けられている。ゲート電極１９は、ＧａＮエピタキシャル層１７上に設けられており、該ＧａＮエピタキシャル層１７にショットキ接合する。ゲート電極１９は、二次元電子ガス２３の伝導を制御する。ソース電極２５およびドレイン電極２７には、該ゲート電極１９によって制御される電流が流れる。ヘテロ接合２１の界面に二次元正孔ガスが形成されることなく、電界効果トランジスタ１１の伝導が二次元電子ガス２３を介して提供される。
【解決手段】ＡｌＮ支持基体１３は、Wruzite構造を有する結晶からなり、導電性或いは絶縁性の支持体である。ＡｌＮエピタキシャル層１５は、ＡｌＮ支持基体１３のＮ面エリア上に設けられている。ＧａＮエピタキシャル層１７は、ＡｌＮエピタキシャル層１５上に設けられている。ゲート電極１９は、ＧａＮエピタキシャル層１７上に設けられており、該ＧａＮエピタキシャル層１７にショットキ接合する。ゲート電極１９は、二次元電子ガス２３の伝導を制御する。ソース電極２５およびドレイン電極２７には、該ゲート電極１９によって制御される電流が流れる。ヘテロ接合２１の界面に二次元正孔ガスが形成されることなく、電界効果トランジスタ１１の伝導が二次元電子ガス２３を介して提供される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界効果トランジスタおよびエピタキシャル基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、ヘテロ構造を有する電界効果トランジスタが記載されている。この電界効果トランジスタは、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ／ＡｌＮ構造を有しており、またＡｌＮ基板のＡｌ面上に順に設けられたＡｌＮ層、アンドープＧａＮ層およびＡｌＧａＮ層を含む。ゲート電極は、ＡｌＧａＮ層にショットキ接合を成す。この電界効果トランジスタでは、ＡｌＮ層とＡｌＧａＮ層との間にアンドープＧａＮ層が位置しており、基板の材料のバンドギャップがＡｌＧａＮのバンドギャップより大きい。
【非特許文献１】Applied PhysicsLetters,82(2003) pp.1299-1301
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
発明者の知見によれば、非特許文献１に記載された電界効果トランジスタでは、ＡｌＧａＮ/ＧａＮ界面に二次元電子ガスが生成される。さらに、ＡｌＮ/ＧａＮ界面には、二次元正孔ガスが生成される。この電界効果トランジスタでは、二次元電子ガスだけではなく、二次元正孔ガスも電気伝導に寄与する。この二次元正孔ガスは、上記二次元電子ガスに比べて、ＡｌＧａＮ層上に設けられたゲート電極によって制御されにくいので、トランジスタ特性が悪化する。
【０００４】
本発明は、二次元正孔ガスの電気伝導を避けることができる構造を有しておりWruzite構造の窒化物系材料から成る電界効果トランジスタおよびこの電界効果トランジスタのためのエピタキシャル基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面によれば、電界効果トランジスタは、（ａ）Wruzite構造のＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体（０＜Ｘ≦１）と、（ｂ）前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体のＮ面上に設けられたＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層と、（ｃ）前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層上に設けられたＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層（０≦Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）と、（ｄ）前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層にショットキ接合を成すゲート電極と、（ｅ）前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層上に設けられたソース電極と、（ｆ）前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層上に設けられたドレイン電極とを備える。
【０００６】
この電界効果トランジスタによれば、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体のＮ面上に設けられたＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層とＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層とのヘテロ接合を含むので、該電界効果トランジスタにおいて二次元正孔ガスが形成されることなく、該ヘテロ接合の界面の二次元電子ガスがトランジスタの伝導に寄与する。
【０００７】
本発明に係る電界効果トランジスタでは、前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層の厚みは５０ｎｍ以上であることが好ましい。ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層の厚みが５０ｎｍ以上であれば、良好な結晶品質のＡｌＸＧａ１−ＸＮを形成できる。
【０００８】
本発明の一側面の電界効果トランジスタでは、前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みは１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下であることが好ましい。この電界効果トランジスタでは、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みが１ｎｍ以上であるので、充分な密度の二次元電子ガスが蓄積される。また、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みが１００ｎｍ以下であれば、良好な結晶品質のＡｌＹＧａ１−ＹＮをＡｌＸＧａ１−ＸＮ層上に形成できる。
【０００９】
本発明の別の側面によれば、電界効果トランジスタは、（ａ）Wruzite構造のＡｌＮ支持基体と、（ｂ）前記ＡｌＮ支持基体のＮ面上に設けられたＡｌＮエピタキシャル層と、（ｃ）前記ＡｌＮエピタキシャル層上に設けられたＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層（０＜Ｙ＜１）と、（ｄ）前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層にショットキ接合を成す電極と、（ｅ）前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層上に設けられたソース電極と、（ｆ）前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層上に設けられたドレイン電極とを備える。
【００１０】
この電界効果トランジスタでは、ＡｌＮ支持基体のＮ面上に設けられたＡｌＮエピタキシャル層とＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層とのヘテロ接合を含むので、該電界効果トランジスタに二次元正孔ガスが形成されることなく、該ヘテロ接合の界面の二次元電子ガスがトランジスタの伝導に寄与する。
【００１１】
本発明の別の側面に係る電界効果トランジスタでは、前記ＡｌＮエピタキシャル層の厚みは、５０ｎｍ以上であることが好ましい。この電界効果トランジスタによれば、ＡｌＮエピタキシャル層の厚みが５０ｎｍ以上であれば、良好な結晶品質のＡｌＮを形成できる。
【００１２】
本発明の別の側面によれば、電界効果トランジスタは、前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みは１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下であることが好ましい。この電界効果トランジスタでは、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みが１ｎｍ以上であるので、充分な密度の二次元電子ガスが蓄積される。また、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みが１００ｎｍ以下であれば、良好な結晶品質のＡｌＧａＮをＡｌＮ層上に形成できる。
【００１３】
本発明の別の側面によれば、電界効果トランジスタは、（ａ）Wruzite構造のＡｌＮ支持基体と、（ｂ）前記ＡｌＮ支持基体のＮ面上に設けられたＡｌＮエピタキシャル層と、（ｃ）前記ＡｌＮエピタキシャル層上に設けられたＧａＮエピタキシャル層と、（ｄ）前記ＧａＮエピタキシャル層にショットキ接合を成すゲート電極と、（ｅ）前記ＡｌＮエピタキシャル層上に設けられたソース電極と、（ｆ）前記ＡｌＮエピタキシャル層上に設けられたドレイン電極とを備える。
【００１４】
ＡｌＮ支持基体のＮ面上に設けられたＡｌＮエピタキシャル層とＧａＮエピタキシャル層とのヘテロ接合を含むので、該電界効果トランジスタに二次元正孔ガスが形成されることなく、該ヘテロ接合の界面の二次元電子ガスがトランジスタの伝導に寄与する。
【００１５】
本発明の別の側面の電界効果トランジスタでは、前記ＡｌＮエピタキシャル層の厚みは５０ｎｍ以上であることが好ましい。この電界効果トランジスタによれば、ＡｌＮエピタキシャル層の厚みが５０ｎｍ以上であれば、良好な結晶品質のＡｌＮを形成できる。
【００１６】
本発明の別の側面に係る電界効果トランジスタでは、前記ＧａＮエピタキシャル層の厚みは１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下であることが好ましい。この電界効果トランジスタによれば、ＧａＮエピタキシャル層の厚みが１ｎｍ以上であるので、充分な密度の二次元電子ガスが蓄積される。また、ＧａＮエピタキシャル層の厚みが１００ｎｍ以下であれば、良好な結晶品質のＧａＮをＡｌＮ層上に形成できる。
【００１７】
本発明の上記のいくつかの側面に係る電界効果トランジスタでは、前記ソース電極の材料は、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏの少なくともいずれかを含むことが好ましく、前記ドレイン電極の材料は、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏの少なくともいずれかを含むことが好ましい。該電界効果トランジスタによれば、好適なソース電極およびドレイン電極が提供される。
【００１８】
本発明の上記のいくつかの側面に係る電界効果トランジスタでは、前記ゲート電極の材料は、Ｎｉ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄの少なくともいずれかを含むことが好ましい。該電界効果トランジスタによれば、ゲート電極に好適なショットキ接合が提供される。
【００１９】
本発明の更なる別の側面によれば、エピタキシャル基板は、（ａ）Wruzite構造のＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板（０＜Ｘ≦１）と、（ｂ）前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板のＮ面上に設けられたＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜と、（ｃ）前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜上に設けられたＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル膜（０≦Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）とを備える。
【００２０】
このエピタキシャル基板では、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板のＮ面上に設けられたＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜とＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル膜とのヘテロ接合を含むので、該ヘテロ接合の界面に二次元正孔ガスが形成されることなく、二次元電子ガスが伝導に寄与する。故に、このエピタキシャル基板は、二次元正孔ガスではなく二次元電子ガスを利用して動作するトランジスタに好適である。
【００２１】
本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層の厚みは５０ｎｍ以上であることが好ましい。このエピタキシャル基板によれば、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層の厚みが５０ｎｍ以上であれば、良好な結晶品質のＡｌＸＧａ１−ＸＮを形成できる。
【００２２】
本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みは１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下であることが好ましい。このエピタキシャル基板によれば、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みが１ｎｍ以上であるので、電界効果トランジスタのために充分な密度の二次元電子ガスが蓄積される。また、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みが１００ｎｍ以下であれば、電界効果トランジスタのために良好な結晶品質のＡｌＹＧａ１−ＹＮをＡｌＸＧａ１−ＸＮ上に形成できる。
【００２３】
本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板はＡｌＮ基板であり、前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜はＡｌＮエピタキシャル膜であることができる。エピタキシャル基板は、主面にＮ面を有するＡｌＮ基板上に設けられたＡｌＮ膜とＡｌＹＧａ１−ＹＮ膜とのヘテロ接合を含むので、二次元電子ガスの伝導のみを利用して動作するトランジスタに好適なエピタキシャル基板が提供される。
【００２４】
本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル膜はＧａＮエピタキシャル膜であることが好ましい。このエピタキシャル基板は、ＡｌＮ基板のＮ面上に設けられたＡｌＮ膜とＧａＮ膜とのヘテロ接合を含むので、二次元正孔ガスではなく二次元電子ガスを利用して動作するトランジスタに好適である。
【００２５】
本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、前記ＡｌＮエピタキシャル膜の厚みは５０ｎｍ以上であることが好ましい。このエピタキシャル基板によれば、ＡｌＮエピタキシャル層の厚みが５０ｎｍ以上であれば、良好な結晶品質のＡｌＮを形成できる。
【００２６】
本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、前記ＧａＮエピタキシャル膜の厚みは１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下であることが好ましい。このエピタキシャル基板によれば、ＧａＮエピタキシャル層の厚みが１ｎｍ以上であるので、電界効果トランジスタのために充分な密度の二次元電子ガスが蓄積される。また、ＧａＮエピタキシャル層の厚みが１００ｎｍ以下であれば、電界効果トランジスタのために良好な結晶品質のＧａＮをＡｌＮ層上に形成できる。
【００２７】
本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、該前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板の主面は一または複数のエリアを有しており、該エリアの少なくとも一つには前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板のＮ面が現れているようにしてもよい。
【００２８】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、二次元正孔ガスの電気伝導を避けることができる構造を有しておりWruzite構造の窒化物系材料から成る電界効果トランジスタおよびこの電界効果トランジスタのためのエピタキシャル基板が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の電界効果トランジスタおよびエピタキシャル基板に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００３１】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る電界効果トランジスタを示す図面である。この電界効果トランジスタ１１は、ＡｌＮ支持基体１３と、ＡｌＮエピタキシャル層１５と、ＧａＮエピタキシャル層１７と、ゲート電極１９とを備える。ＡｌＮ支持基体１３は、Wruzite構造を有する結晶からなり、導電性或いは絶縁性の支持体である。ＡｌＮエピタキシャル層１５は、ＡｌＮ支持基体１３のＮ面エリア上に設けられている。ＧａＮエピタキシャル層１７は、ＡｌＮエピタキシャル層１５上に設けられている。
【００３２】
ＡｌＮ支持基体１３のＮ面上に設けられたＡｌＮエピタキシャル層１５とＧａＮエピタキシャル層１７とのヘテロ接合２１を含むので、該ヘテロ接合２１の界面に二次元正孔ガスが形成されることなく、トランジスタ１１の伝導が二次元電子ガス２３を介して提供される。
【００３３】
ゲート電極１９は、ＧａＮエピタキシャル層１７上に設けられており、該ＧａＮエピタキシャル層１７にショットキ接合する。ゲート電極１９は、二次元電子ガス２３の伝導を制御する。ソース電極２５およびドレイン電極２７には、該ゲート電極１９によって制御される電流が流れる。既に説明したように、ＡｌＮエピタキシャル層１５はＡｌＮ支持基体１３の主面１３ａのＮ面エリア上に設けられており、これ故に、ＡｌＮエピタキシャル層１５の表面１５ａには、ＡｌＮ支持基体１３のＮ面エリアに対応してＮ面が現れる。また、ＧａＮエピタキシャル層１７はＡｌＮエピタキシャル層１５上に設けられており、これ故に、ＧａＮエピタキシャル層１７の表面１７ａには、ＡｌＮエピタキシャル層１５のＮ面エリアに対応してＮ面が現れる。
【００３４】
ＡｌＮは高い熱伝導率を有しているので、トランジスタ１１は放熱性に優れる。ＧａＮエピタキシャル層１７は、例えばアンドープである。また、ＡｌＮエピタキシャル層１５は、例えばアンドープであることが好ましく、しかしながらｎ型ドーパントを含んでいてもよい。ＧａＮエピタキシャル層１７の窒化ガリウムのバンドギャップはＡｌＮエピタキシャル層１５の窒化アルミニウムのバンドギャップより小さい。二次元電子ガス２３は、ＧａＮエピタキシャル層１７とＡｌＮエピタキシャル層１５の界面のＧａＮエピタキシャル層側に蓄積され、ＧａＮエピタキシャル層１７内を走行する。窒化ガリウムのバンドギャップが窒化アルミニウムのバンドギャップより小さいので、ソース電極２５およびドレイン電極２７は、ＧａＮエピタキシャル層１７に接合することが好ましい。
【００３５】
電界効果トランジスタ１１では、ＡｌＮエピタキシャル層１５の厚みＤ１が５０ｎｍ以上であれば、良好な結晶品質のＡｌＮを形成できる。また、ＡｌＮエピタキシャル層１５の厚みＤ１が１００μｍ以下であれば、実用的であり、また良好な結晶品質のＡｌＮを形成できる。また、電界効果トランジスタ１１では、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層１７の厚みＤ２が１ｎｍ以上であれば、充分な密度の二次元電子ガスが蓄積される。また、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層１７の厚みＤ２が１００ｎｍ以下であれば、良好な結晶品質のＧａＮをＡｌＮ層上に形成できる。
【００３６】
（実施例１）
次のような作製法により、図２（Ａ）に示される構造の電界効果トランジスタを形成する。Wruzite構造のＡｌＮ基板３１のＮ面上に、０．５μｍ厚のＡｌＮ膜３３を堆積する。このＡｌＮ膜３３上に、３０ｎｍ厚のＧａＮ膜３５を堆積する。これらのエピタキシャル成長は、減圧ＭＯＣＶＤ装置を用いて行われる。原料としては、例えばＴＭＡｌ、ＴＭＧ、ＮＨ３を用いることができる。本実施例では、いずれの層もアンドープである。ＧａＮ膜上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから成るソース電極３７ａ及びドレイン電極３７ｂを形成する。次いで、Ａｕから成るゲート電極３７ｃを作製する。ゲート長は、例えば２μｍである。
【００３７】
一方、図２（Ｂ）に示される構造の電界効果トランジスタを形成する。Wruzite構造のＡｌＮ基板４１のＡｌ面上に、０．５μｍ厚のＡｌＮ膜４３を堆積する。このＡｌＮ膜４３上に、１００ｎｍ厚のＧａＮ膜４５を堆積する。このＧａＮ膜４５上に、３０ｎｍ厚のＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ膜４７を堆積する。これらのエピタキシャル成長は、減圧ＭＯＣＶＤ装置を用いて行われる。原料としては、例えばＴＭＡｌ、ＴＭＧ、ＮＨ３を用いることができる。本実施例では、いずれの層もアンドープである。ＡｌＧａＮ膜上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから成るソース電極４９ａ及びドレイン電極４９ｂを形成する。次いで、Ａｕから成るゲート電極４９ｃを作製する。ゲート長は、例えば２μｍである。
【００３８】
図３（Ａ）は、図２（Ａ）に示される構造の電界効果トランジスタの電流特性Ａを示す図面である。図３（Ｂ）は、図２（Ｂ）に示される構造の電界効果トランジスタの電流特性Ｂを示す図面である。横軸はソース−ドレイン電圧を示し、縦軸はドレイン電流を示している。図３（Ａ）および図３（Ｂ）の各々には、ゲート電圧に応じて、いくつかのＩ−Ｖ特性が描かれている。電流特性Ａを電流特性Ｂとを比較すると、特性Bではゲート電圧が深く（マイナス側に大きく）ソース−ドレイン電圧が大きいとき、特性Ａに比べて、ゲートバイアスによってはトランジスタが充分にオフさせることができていない。故に、電界効果トランジスタの電流特性Ａは、ピンチオフ特性に優れていることが理解される。
【００３９】
本構造のトランジスタは、Wruzite構造のＡｌＮ基板のＮ面上に成長された複数のエピタキシャル層を含む構造（ＡｌＮ／ＧａＮ構造）を有しているので、ＡｌＮ基板上に良質な結晶が成長される。また、ＡｌＮ／ＧａＮ構造のうちのＡｌＮは、ＡｌＮ基板のＮ面上にホモ接合をするので、ＡｌＮホモエピタキシャル層は結晶欠陥の少ない良好な品質の結晶から成る。この結果、ＡｌＮホモエピタキシャル層上に成長されるＧａＮ層も、また結晶欠陥の少ない良好な品質の結晶から成る。この結果、優れた品質のＡｌＮ／ＧａＮヘテロ接合が形成される。また、このヘテロ接合がＡｌＮ基板のＮ面上に形成されるので、伝導に有効に寄与する二次元電子ガスがＡｌＮ／ＧａＮ界面に形成されると共に二次元正孔ガスが形成されないので、高性能なトランジスタ動作が可能になる。つまり、サファイア基板等を用いたのでは、本実施の形態のような優れた構造は実現できない。さらに、本実施の形態ではヘテロ接合がＡｌＮ／ＧａＮ構造であるので、ヘテロ界面における伝導帯エネルギー差△ＥＣが大きくなり、リーク電流が少なくピンチオフ特性の優れたトランジスタ動作が可能になる。
【００４０】
（第２の実施の形態）
図４は、本実施の形態に係る電界効果トランジスタを示す図面である。この電界効果トランジスタ５１は、ＡｌＮ支持基体５３と、ＡｌＮエピタキシャル層５５と、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層（０＜Ｙ＜１）５７と、ゲート電極５９とを備える。ＡｌＮ支持基体５３は、Wruzite構造を有する結晶からなり、導電性或いは絶縁性の支持体である。ＡｌＮエピタキシャル層５５は、ＡｌＮ支持基体５３のＮ面エリア上に設けられている。ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７は、ＡｌＮエピタキシャル層５５上に設けられている。
【００４１】
ＡｌＮ支持基体５３のＮ面上に設けられたＡｌＮエピタキシャル層５５とＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７とのヘテロ接合６１を含むので、二次元正孔ガスが形成されることなく、トランジスタ５１の伝導が該ヘテロ接合６１の界面の二次元電子ガス６３を介して提供される。
【００４２】
ゲート電極５９は、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７上に設けられており、該ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７にショットキ接合する。ゲート電極５９は、二次元電子ガス６３の伝導を制御する。ソース電極６５およびドレイン電極６７には、該ゲート電極５９によって制御される電流が流れる。既に説明したように、ＡｌＮエピタキシャル層５５はＡｌＮ支持基体５３の主面５３ａのＮ面エリア上に設けられており、これ故に、ＡｌＮエピタキシャル層５５の表面５５ａには、ＡｌＮ支持基体５３のＮ面エリアに対応してＮ面が現れる。また、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７はＡｌＮエピタキシャル層５５上に設けられており、これ故に、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７の表面５７ａには、ＡｌＮエピタキシャル層５５のＮ面エリアに対応してＮ面が現れる。
【００４３】
ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７は、例えばアンドープである。また、ＡｌＮエピタキシャル層５５は、例えばアンドープであることが好ましく、しかしながらｎ型ドーパントを含んでいてもよい。ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７のバンドギャップはＡｌＮエピタキシャル層５５のバンドギャップより小さい。二次元電子ガス６３は、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７とＡｌＮエピタキシャル層５５の界面のＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層側に蓄積され、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７内を走行する。ＡｌＹＧａ１−ＹＮのバンドギャップがＡｌＮのバンドギャップより小さいので、ソース電極６５およびドレイン電極６７は、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７に接合することが好ましい。好ましくは、ＡｌＹＧａ１−ＹＮのアルミニウム組成の範囲は、０以上０．９以下である。ＡｌＮエピタキシャル層５５との組成差を０．１程度以上とることにより、十分な２次元電子ガス濃度と伝導帯エネルギー差△ＥＣを得ることができ、リーク電流が減少すると共にピンチオフ特性が向上する。
【００４４】
電界効果トランジスタ５１では、ＡｌＮエピタキシャル層５５の厚みＤ３が５０ｎｍ以上であれば、良好な結晶品質のＡｌＮを形成できる。また、ＡｌＮエピタキシャル層５５の厚みＤ３が１００μｍ以下であれば、実用的であり、また良好な結晶品質のＡｌＮを形成できる。また、電界効果トランジスタ５１では、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７の厚みＤ４が１ｎｍ以上であるので、充分な密度の二次元電子ガスが蓄積される。また、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７の厚みＤ４が５０ｎｍ以下であれば、良好な結晶品質のＡｌＹＧａ１−ＹＮをＡｌＮ層上に形成できる。
【００４５】
（実施例２）
次のような作製法により、図２（Ａ）に示される構造の電界効果トランジスタを形成する。Wruzite構造のＡｌＮ基板のＮ面上に、０．５μｍ厚のＡｌＮ膜を堆積する。このＡｌＮ膜上に、３０ｎｍ厚のＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ膜を堆積する。これらのエピタキシャル成長は、減圧ＭＯＣＶＤ装置を用いて行われる。原料としては、例えばＴＭＡｌ、ＴＭＧ、ＮＨ３を用いることができる。本実施例では、いずれの層もアンドープである。Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから成るソース電極及びドレイン電極を形成する。次いで、Ａｕから成るゲート電極を作製する。ゲート長は、例えば２μｍである。
【００４６】
以上説明したように、本構造のトランジスタは、Wruzite構造のＡｌＮ基板のＮ面上に成長された複数のエピタキシャル層を含む構造（ＡｌＮ／ＡｌＹＧａ１−ＹＮ構造）を有しているので、ＡｌＮ基板上に良質な結晶が成長される。また、ＡｌＮ／ＡｌＹＧａ１−ＹＮ構造のうちのＡｌＮは、ＡｌＮ基板のＮ面上にホモ接合をするので、このＡｌＮホモエピタキシャル層は結晶欠陥の少ない良好な品質の結晶から成る。この結果、ＡｌＮホモエピタキシャル層にヘテロ接合を成すＡｌＹＧａ１−ＹＮ層も、また結晶欠陥の少ない良好な品質の結晶から成る。この結果、優れた品質のＡｌＮ／ＡｌＹＧａ１−ＹＮヘテロ接合が形成される。また、このヘテロ接合がＡｌＮ基板のＮ面上に形成されるので、伝導に有効に寄与する二次元電子ガスがＡｌＮ／ＡｌＹＧａ１−ＹＮ界面に形成されると共に二次元正孔ガスが形成されないので、高性能なトランジスタ動作が可能になる。第１の実施の形態と同様に、サファイア基板等を用いたのでは、本実施の形態のような優れた構造は実現できない。
【００４７】
（第３の実施の形態）
図５は、本実施の形態に係る電界効果トランジスタを示す図面である。この電界効果トランジスタ７１は、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体（０＜Ｘ＜１）７３と、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５と、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層（０≦Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）７７と、ゲート電極７９とを備える。ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体７３は、Wruzite構造を有する結晶からなり、導電性或いは絶縁性の支持体である。ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５は、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体７３のＮ面エリア上に設けられている。ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７は、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５上に設けられている。
【００４８】
ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体７３のＮ面上に設けられたＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５とＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７とのヘテロ接合８１を含むので、該電界効果トランジスタに二次元正孔ガスが形成されることなく、トランジスタ７１の伝導が該ヘテロ接合８１の界面の二次元電子ガス８３を介して提供される。
【００４９】
ゲート電極７９は、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７上に設けられており、該ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７にショットキ接合する。ゲート電極７９は、二次元電子ガス８３の伝導を制御する。ソース電極８５およびドレイン電極８７には、該ゲート電極７９によって制御される電流が流れる。既に説明したように、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５はＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体７３の主面７３ａのＮ面エリア上に設けられており、これ故に、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５の表面７５ａには、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体７３のＮ面エリアに対応してＮ面が現れる。また、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７はＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５上に設けられており、これ故に、ＧａＮエピタキシャル層７７の表面７７ａには、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５のＮ面エリアに対応してＮ面が現れる。
【００５０】
ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７は、例えばアンドープである。また、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５は、例えばアンドープであることが好ましく、しかしながらｎ型ドーパントを含んでいてもよい。ＡｌＹＧａ１−ＹＮ（ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７）のバンドギャップはＡｌＸＧａ１−ＸＮ（ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５）のバンドギャップより小さい。二次元電子ガス８３は、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７とＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５の界面のＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層側に蓄積され、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７内を走行する。ＡｌＹＧａ１−ＹＮのバンドギャップがＡｌＸＧａ１−ＸＮのバンドギャップより小さいので、ソース電極８５およびドレイン電極８７は、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７に接合することが好ましい。
【００５１】
電界効果トランジスタ７１では、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５の厚みＤ５が５０ｎｍ以上であれば、良好な結晶品質のＡｌＧａＮを形成できる。また、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５の厚みＤ５が１００μｍ以下であれば、実用的であり、また良好な結晶品質のＡｌＧａＮを形成できる。また、電界効果トランジスタ７１では、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７の厚みＤ６が１ｎｍ以上であるので、充分な密度の二次元電子ガスが蓄積される。また、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７の厚みＤ６が１００ｎｍ以下であれば、良好な結晶品質のＡｌＹＧａ１−ＹＮをＡｌＸＧａ１−ＸＮ層上に形成できる。
【００５２】
（実施例３）
次のような作製法により、本実施の形態に係る電界効果トランジスタを形成する。Wruzite構造のＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ基板のＮ面上に、０．５μｍ厚のＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ膜を堆積する。このＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ膜上に、３０ｎｍ厚のＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ膜を堆積する。これらのエピタキシャル成長は、減圧ＭＯＣＶＤ装置を用いて行われる。原料としては、例えばＴＭＡｌ、ＴＭＧ、ＮＨ３)を用いることができる。本実施例では、いずれの層もアンドープである。Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ膜上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから成るソース電極及びドレイン電極を形成する。次いで、Ａｕから成るゲート電極を作製する。ゲート長は、例えば２μmである。
【００５３】
（実施例４）
次のような作製法により、電界効果トランジスタを形成する。Wruzite構造のＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ基板のＮ面上に、０．５μm厚のＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ膜を堆積する。このＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ膜上に、３０ｎｍ厚のＧａＮ膜を堆積する。これらのエピタキシャル成長は、減圧ＭＯＣＶＤ装置を用いて行われる。原料としては、例えばＴＭＡｌ、ＴＭＧ、ＮＨ３を用いることができる。本実施例では、いずれの層もアンドープである。ＧａＮ膜上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから成るソース電極及びドレイン電極を形成する。次いで、Ａｕから成るゲート電極を作製する。ゲート長は、例えば２μｍである。
【００５４】
以上説明したように、本構造のトランジスタは、Wruzite構造のＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板のＮ面上に成長された複数のエピタキシャル層を含む構造（ＡｌＸＧａ１−ＸＮ／ＡｌＹＧａ１−ＹＮ構造、０≦Ｘ＜Ｙ＜１）を有しているので、ＡｌＧａＮ基板上に良質な結晶が成長される。また、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ／ＡｌＹＧａ１−ＹＮ構造のうちのＡｌＸＧａ１−ＸＮは、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板のＮ面上にホモ接合をするので、このＡｌＸＧａ１−ＸＮホモエピタキシャル層は結晶欠陥の少ない良好な品質の結晶から成る。この結果、ＡｌＸＧａ１−ＸＮホモエピタキシャル層にヘテロ接合を成すＡｌＹＧａ１−ＹＮ層も、また結晶欠陥の少ない良好な品質の結晶から成る。この結果、優れた品質のＡｌＸＧａ１−ＸＮ／ＡｌＹＧａ１−ＹＮヘテロ接合が形成される。また、このヘテロ接合がＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板のＮ面上に形成されるので、伝導に有効に寄与する二次元電子ガスがＡｌＸＧａ１−ＸＮ／ＡｌＹＧａ１−ＹＮ界面に形成されると共に二次元正孔ガスが形成されないので、高性能なトランジスタ動作が可能になる。第１の実施の形態と同様に、サファイア基板等を用いたのでは、本実施の形態のような優れた構造は実現できない。
【００５５】
本実施の形態ではヘテロ接合がＡｌＸＧａ１−ＸＮ／ＡｌＹＧａ１−ＹＮ構造（０＜Ｙ＜１）であるので、好ましくは、ＡｌＹＧａ１−ＹＮとＡｌＸＧａ１−ＸＮとのアルミニウム組成の差（Ｙ−Ｘ）は、０．１程度である。ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層とＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層との組成差を０．１程度以上とることにより、十分な２次元電子ガス濃度と伝導帯エネルギー差△ＥＣを得ることができ、リーク電流が減少し、またピンチオフ特性が向上する。よって、ＡｌＸＧａ１−ＸＮのアルミニウム組成の範囲は０．１以上であることが好ましい。また、ＡｌＸＧａ１−ＸＮのアルミニウム組成の範囲は１以下程度が好ましい。さらに、ＡｌＹＧａ１−ＹＮのアルミニウム組成の範囲は、０以上であることが好ましい。さらにまた、ＡｌＹＧａ１−ＹＮのアルミニウム組成の範囲は、０．９以下程度が好ましい。
【００５６】
好ましくは、ＡｌＸＧａ１−ＸＮのアルミニウム組成の範囲は、０．１程度以下である。
【００５７】
第１〜第３の実施の形態において、電界効果トランジスタ１１、５１、７１では、ソース電極の材料は、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏの少なくともいずれかを含むことが好ましい。また、ドレイン電極の材料は、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏの少なくともいずれかを含むことが好ましい。該ソース電極およびドレイン電極の材料によれば、窒化ガリウム系材料に対して低抵抗な接合が提供される。また、電界効果トランジスタ１１、５１、７１では、ゲート電極の材料は、Ｎｉ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄの少なくともいずれかを含むことが好ましい。これらのゲート電極の材料を用いると、窒化ガリウム系材料に対して良好なショットキ接合が提供される。
【００５８】
以上説明したように、第１〜第３の実施の形態に係る電界効果トランジスタは、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体（０＜Ｘ≦１）と、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層と、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層（０≦Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）と、ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極とを備える。ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体はWruzite構造を有する。ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体の主面の一部または全てはＮ面である。ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層は、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体のＮ面エリア上に設けられている。ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層は、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層上に設けられている。ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体のＮ面上に設けられたＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層とＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層とのヘテロ接合を含むので、電界効果トランジスタに二次元正孔ガスが形成されることなく、トランジスタの伝導が該ヘテロ接合の界面の二次元電子ガスを介して行われる。また、第１〜第３の実施の形態に係る電界効果トランジスタのソース電極およびドレイン電極の直下にｎ型ドーパントを含む領域を設けることが好ましい。
【００５９】
（第４の実施の形態）
図６（Ａ）は、III族窒化物電界効果トランジスタのためのエピタキシャル基板を示す図面である。エピタキシャル基板９１は、Wruzite構造のＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板（０＜Ｘ≦１）９３と、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜９５と、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル膜（０≦Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）９７とを備える。
ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜９５は、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板９３のＮ面上に設けられている。ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル膜９７は、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜９５上に設けられている。
【００６０】
このエピタキシャル基板では、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板のＮ面上に設けられたＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜とＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル膜とのヘテロ接合を含むので、二次元正孔ガスが形成されることなく、該ヘテロ接合の界面の二次元電子ガスが形成される。好適な半導体の組み合わせは、
ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板９３、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ膜９５、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ膜９７
ＡｌＮ、 ＡｌＮ、 ＧａＮ
ＡｌＮ、 ＡｌＮ、 ＡｌＧａＮ
ＡｌＧａＮ、 ＡｌＧａＮ、 ＧａＮ
ＡｌＸＧａ１−ＸＮ、 ＡｌＸＧａ１−ＸＮ、 ＡｌＹＧａ１−ＹＮ（Ｘ＞Ｙ）
である。
【００６１】
ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層９５の厚みおよびＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層９７の厚みとして、既に第１〜第３の実施の形態におけるトランジスタに用いられた範囲が好適である。
【００６２】
図６（Ｂ）および図６（Ｃ）は、III族窒化物電界効果トランジスタのためのエピタキシャル基板を作製する方法を説明する図面である。図６（Ｂ）に示されるように、Wruzite構造のＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板（０＜Ｘ≦１）９３を準備する。ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板９３の主面９３ａの一部または全部には、Ｎ面が現れている。図６（Ｃ）に示されるように、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板９３の主面９３ａ上に、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ膜９５をエピタキシャル成長する。ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層９５の厚みは、例えば５０ｎｍ〜１００μｍである。ＡｌＸＧａ１−ＸＮ膜９５はＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板９３にホモ接合を成すので、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ膜９５の結晶品質は優れている。ＡｌＸＧａ１−ＸＮ膜９５の主面９５ａには、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板９３の主面９３ａのＮ面エリアに対応して、Ｎ面が現れる。図６（Ｄ）に示されるように、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ膜９５の主面９５ａ上に、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ膜９７をエピタキシャル成長する。ＡｌＹＧａ１−ＹＮ膜９７の厚みは、例えば１ｎｍ以上であり、大きくても１００ｎｍ程度である。ＡｌＹＧａ１−ＹＮ膜９７はＡｌＸＧａ１−ＸＮ膜９５にヘテロ接合を成している。優れた結晶品質のＡｌＸＧａ１−ＸＮ膜９５上に成長されるので、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ膜９７の結晶品質は優れている。ＡｌＹＧａ１−ＹＮ膜９７の主面９７ａには、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板９３の主面９３ａのＮ面エリアに対応して、Ｎ面が現れる。エピタキシャル成長は、例えば減圧ＭＯＣＶＤ法で行われることができる。
【００６３】
以上説明したように、本発明の例示として説明された本実施の形態によれば、分極が強いWruzite構造の窒化物系材料を用いても、高電子移動度トランジスタにおいて二次元正孔ガスの電気伝導を避けることができる。
【００６４】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１は第１実施の形態の電界効果トランジスタを示す図面である。
【図２】図２（Ａ）は、ＡｌＮ基板のＮ面上に設けられたエピタキシャル層を含む電界効果トランジスタを示す図面である。図２（Ｂ）は、ＡｌＮ基板のＡｌ面上に設けられたエピタキシャル層を含む電界効果トランジスタを示す図面である。
【図３】図３（Ａ）は、図２（Ａ）に示される構造の電界効果トランジスタの電流特性Ａを示す図面である。図３（Ｂ）は、図２（Ｂ）に示される構造の電界効果トランジスタの電流特性Ｂを示す図面である。
【図４】図４は第２実施の形態の電界効果トランジスタを示す図面である。
【図５】図５は第３実施の形態の電界効果トランジスタを示す図面である。
【図６】図６（Ａ）は、III族窒化物電界効果トランジスタのためのエピタキシャル基板を示す図面である。図６（Ｂ）、図６（Ｃ）および図６（Ｄ）は、III族窒化物電界効果トランジスタのためのエピタキシャル基板を作製する方法を説明する図面である。
【符号の説明】
【００６６】
１１…電界効果トランジスタ、１３…ＡｌＮ支持基体、１５…ＡｌＮエピタキシャル層、１７…ＧａＮエピタキシャル層、１９…ゲート電極、２１…ヘテロ接合、２３…二次元電子ガス、２５…ソース電極、２７…ドレイン電極、５１…電界効果トランジスタ、５３…ＡｌＮ支持基体、５５…ＡｌＮエピタキシャル層、５７…ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層、５９…ゲート電極、６１…ヘテロ接合、６３…二次元電子ガス、６５…ソース電極、６７…ドレイン電極、７１…電界効果トランジスタ、７３…ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体、７５…ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層、７７…ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層、７９…ゲート電極、９１…エピタキシャル基板、９３…ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板、９５…ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜、９７…ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電界効果トランジスタおよびエピタキシャル基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、ヘテロ構造を有する電界効果トランジスタが記載されている。この電界効果トランジスタは、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ／ＡｌＮ構造を有しており、またＡｌＮ基板のＡｌ面上に順に設けられたＡｌＮ層、アンドープＧａＮ層およびＡｌＧａＮ層を含む。ゲート電極は、ＡｌＧａＮ層にショットキ接合を成す。この電界効果トランジスタでは、ＡｌＮ層とＡｌＧａＮ層との間にアンドープＧａＮ層が位置しており、基板の材料のバンドギャップがＡｌＧａＮのバンドギャップより大きい。
【非特許文献１】Applied PhysicsLetters,82(2003) pp.1299-1301
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
発明者の知見によれば、非特許文献１に記載された電界効果トランジスタでは、ＡｌＧａＮ/ＧａＮ界面に二次元電子ガスが生成される。さらに、ＡｌＮ/ＧａＮ界面には、二次元正孔ガスが生成される。この電界効果トランジスタでは、二次元電子ガスだけではなく、二次元正孔ガスも電気伝導に寄与する。この二次元正孔ガスは、上記二次元電子ガスに比べて、ＡｌＧａＮ層上に設けられたゲート電極によって制御されにくいので、トランジスタ特性が悪化する。
【０００４】
本発明は、二次元正孔ガスの電気伝導を避けることができる構造を有しておりWruzite構造の窒化物系材料から成る電界効果トランジスタおよびこの電界効果トランジスタのためのエピタキシャル基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一側面によれば、電界効果トランジスタは、（ａ）Wruzite構造のＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体（０＜Ｘ≦１）と、（ｂ）前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体のＮ面上に設けられたＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層と、（ｃ）前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層上に設けられたＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層（０≦Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）と、（ｄ）前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層にショットキ接合を成すゲート電極と、（ｅ）前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層上に設けられたソース電極と、（ｆ）前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層上に設けられたドレイン電極とを備える。
【０００６】
この電界効果トランジスタによれば、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体のＮ面上に設けられたＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層とＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層とのヘテロ接合を含むので、該電界効果トランジスタにおいて二次元正孔ガスが形成されることなく、該ヘテロ接合の界面の二次元電子ガスがトランジスタの伝導に寄与する。
【０００７】
本発明に係る電界効果トランジスタでは、前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層の厚みは５０ｎｍ以上であることが好ましい。ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層の厚みが５０ｎｍ以上であれば、良好な結晶品質のＡｌＸＧａ１−ＸＮを形成できる。
【０００８】
本発明の一側面の電界効果トランジスタでは、前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みは１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下であることが好ましい。この電界効果トランジスタでは、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みが１ｎｍ以上であるので、充分な密度の二次元電子ガスが蓄積される。また、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みが１００ｎｍ以下であれば、良好な結晶品質のＡｌＹＧａ１−ＹＮをＡｌＸＧａ１−ＸＮ層上に形成できる。
【０００９】
本発明の別の側面によれば、電界効果トランジスタは、（ａ）Wruzite構造のＡｌＮ支持基体と、（ｂ）前記ＡｌＮ支持基体のＮ面上に設けられたＡｌＮエピタキシャル層と、（ｃ）前記ＡｌＮエピタキシャル層上に設けられたＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層（０＜Ｙ＜１）と、（ｄ）前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層にショットキ接合を成す電極と、（ｅ）前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層上に設けられたソース電極と、（ｆ）前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層上に設けられたドレイン電極とを備える。
【００１０】
この電界効果トランジスタでは、ＡｌＮ支持基体のＮ面上に設けられたＡｌＮエピタキシャル層とＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層とのヘテロ接合を含むので、該電界効果トランジスタに二次元正孔ガスが形成されることなく、該ヘテロ接合の界面の二次元電子ガスがトランジスタの伝導に寄与する。
【００１１】
本発明の別の側面に係る電界効果トランジスタでは、前記ＡｌＮエピタキシャル層の厚みは、５０ｎｍ以上であることが好ましい。この電界効果トランジスタによれば、ＡｌＮエピタキシャル層の厚みが５０ｎｍ以上であれば、良好な結晶品質のＡｌＮを形成できる。
【００１２】
本発明の別の側面によれば、電界効果トランジスタは、前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みは１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下であることが好ましい。この電界効果トランジスタでは、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みが１ｎｍ以上であるので、充分な密度の二次元電子ガスが蓄積される。また、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みが１００ｎｍ以下であれば、良好な結晶品質のＡｌＧａＮをＡｌＮ層上に形成できる。
【００１３】
本発明の別の側面によれば、電界効果トランジスタは、（ａ）Wruzite構造のＡｌＮ支持基体と、（ｂ）前記ＡｌＮ支持基体のＮ面上に設けられたＡｌＮエピタキシャル層と、（ｃ）前記ＡｌＮエピタキシャル層上に設けられたＧａＮエピタキシャル層と、（ｄ）前記ＧａＮエピタキシャル層にショットキ接合を成すゲート電極と、（ｅ）前記ＡｌＮエピタキシャル層上に設けられたソース電極と、（ｆ）前記ＡｌＮエピタキシャル層上に設けられたドレイン電極とを備える。
【００１４】
ＡｌＮ支持基体のＮ面上に設けられたＡｌＮエピタキシャル層とＧａＮエピタキシャル層とのヘテロ接合を含むので、該電界効果トランジスタに二次元正孔ガスが形成されることなく、該ヘテロ接合の界面の二次元電子ガスがトランジスタの伝導に寄与する。
【００１５】
本発明の別の側面の電界効果トランジスタでは、前記ＡｌＮエピタキシャル層の厚みは５０ｎｍ以上であることが好ましい。この電界効果トランジスタによれば、ＡｌＮエピタキシャル層の厚みが５０ｎｍ以上であれば、良好な結晶品質のＡｌＮを形成できる。
【００１６】
本発明の別の側面に係る電界効果トランジスタでは、前記ＧａＮエピタキシャル層の厚みは１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下であることが好ましい。この電界効果トランジスタによれば、ＧａＮエピタキシャル層の厚みが１ｎｍ以上であるので、充分な密度の二次元電子ガスが蓄積される。また、ＧａＮエピタキシャル層の厚みが１００ｎｍ以下であれば、良好な結晶品質のＧａＮをＡｌＮ層上に形成できる。
【００１７】
本発明の上記のいくつかの側面に係る電界効果トランジスタでは、前記ソース電極の材料は、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏの少なくともいずれかを含むことが好ましく、前記ドレイン電極の材料は、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏの少なくともいずれかを含むことが好ましい。該電界効果トランジスタによれば、好適なソース電極およびドレイン電極が提供される。
【００１８】
本発明の上記のいくつかの側面に係る電界効果トランジスタでは、前記ゲート電極の材料は、Ｎｉ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄの少なくともいずれかを含むことが好ましい。該電界効果トランジスタによれば、ゲート電極に好適なショットキ接合が提供される。
【００１９】
本発明の更なる別の側面によれば、エピタキシャル基板は、（ａ）Wruzite構造のＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板（０＜Ｘ≦１）と、（ｂ）前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板のＮ面上に設けられたＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜と、（ｃ）前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜上に設けられたＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル膜（０≦Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）とを備える。
【００２０】
このエピタキシャル基板では、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板のＮ面上に設けられたＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜とＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル膜とのヘテロ接合を含むので、該ヘテロ接合の界面に二次元正孔ガスが形成されることなく、二次元電子ガスが伝導に寄与する。故に、このエピタキシャル基板は、二次元正孔ガスではなく二次元電子ガスを利用して動作するトランジスタに好適である。
【００２１】
本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層の厚みは５０ｎｍ以上であることが好ましい。このエピタキシャル基板によれば、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層の厚みが５０ｎｍ以上であれば、良好な結晶品質のＡｌＸＧａ１−ＸＮを形成できる。
【００２２】
本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みは１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下であることが好ましい。このエピタキシャル基板によれば、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みが１ｎｍ以上であるので、電界効果トランジスタのために充分な密度の二次元電子ガスが蓄積される。また、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みが１００ｎｍ以下であれば、電界効果トランジスタのために良好な結晶品質のＡｌＹＧａ１−ＹＮをＡｌＸＧａ１−ＸＮ上に形成できる。
【００２３】
本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板はＡｌＮ基板であり、前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜はＡｌＮエピタキシャル膜であることができる。エピタキシャル基板は、主面にＮ面を有するＡｌＮ基板上に設けられたＡｌＮ膜とＡｌＹＧａ１−ＹＮ膜とのヘテロ接合を含むので、二次元電子ガスの伝導のみを利用して動作するトランジスタに好適なエピタキシャル基板が提供される。
【００２４】
本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル膜はＧａＮエピタキシャル膜であることが好ましい。このエピタキシャル基板は、ＡｌＮ基板のＮ面上に設けられたＡｌＮ膜とＧａＮ膜とのヘテロ接合を含むので、二次元正孔ガスではなく二次元電子ガスを利用して動作するトランジスタに好適である。
【００２５】
本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、前記ＡｌＮエピタキシャル膜の厚みは５０ｎｍ以上であることが好ましい。このエピタキシャル基板によれば、ＡｌＮエピタキシャル層の厚みが５０ｎｍ以上であれば、良好な結晶品質のＡｌＮを形成できる。
【００２６】
本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、前記ＧａＮエピタキシャル膜の厚みは１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下であることが好ましい。このエピタキシャル基板によれば、ＧａＮエピタキシャル層の厚みが１ｎｍ以上であるので、電界効果トランジスタのために充分な密度の二次元電子ガスが蓄積される。また、ＧａＮエピタキシャル層の厚みが１００ｎｍ以下であれば、電界効果トランジスタのために良好な結晶品質のＧａＮをＡｌＮ層上に形成できる。
【００２７】
本発明の更なる別の側面に係るエピタキシャル基板では、該前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板の主面は一または複数のエリアを有しており、該エリアの少なくとも一つには前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板のＮ面が現れているようにしてもよい。
【００２８】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、二次元正孔ガスの電気伝導を避けることができる構造を有しておりWruzite構造の窒化物系材料から成る電界効果トランジスタおよびこの電界効果トランジスタのためのエピタキシャル基板が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の電界効果トランジスタおよびエピタキシャル基板に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００３１】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係る電界効果トランジスタを示す図面である。この電界効果トランジスタ１１は、ＡｌＮ支持基体１３と、ＡｌＮエピタキシャル層１５と、ＧａＮエピタキシャル層１７と、ゲート電極１９とを備える。ＡｌＮ支持基体１３は、Wruzite構造を有する結晶からなり、導電性或いは絶縁性の支持体である。ＡｌＮエピタキシャル層１５は、ＡｌＮ支持基体１３のＮ面エリア上に設けられている。ＧａＮエピタキシャル層１７は、ＡｌＮエピタキシャル層１５上に設けられている。
【００３２】
ＡｌＮ支持基体１３のＮ面上に設けられたＡｌＮエピタキシャル層１５とＧａＮエピタキシャル層１７とのヘテロ接合２１を含むので、該ヘテロ接合２１の界面に二次元正孔ガスが形成されることなく、トランジスタ１１の伝導が二次元電子ガス２３を介して提供される。
【００３３】
ゲート電極１９は、ＧａＮエピタキシャル層１７上に設けられており、該ＧａＮエピタキシャル層１７にショットキ接合する。ゲート電極１９は、二次元電子ガス２３の伝導を制御する。ソース電極２５およびドレイン電極２７には、該ゲート電極１９によって制御される電流が流れる。既に説明したように、ＡｌＮエピタキシャル層１５はＡｌＮ支持基体１３の主面１３ａのＮ面エリア上に設けられており、これ故に、ＡｌＮエピタキシャル層１５の表面１５ａには、ＡｌＮ支持基体１３のＮ面エリアに対応してＮ面が現れる。また、ＧａＮエピタキシャル層１７はＡｌＮエピタキシャル層１５上に設けられており、これ故に、ＧａＮエピタキシャル層１７の表面１７ａには、ＡｌＮエピタキシャル層１５のＮ面エリアに対応してＮ面が現れる。
【００３４】
ＡｌＮは高い熱伝導率を有しているので、トランジスタ１１は放熱性に優れる。ＧａＮエピタキシャル層１７は、例えばアンドープである。また、ＡｌＮエピタキシャル層１５は、例えばアンドープであることが好ましく、しかしながらｎ型ドーパントを含んでいてもよい。ＧａＮエピタキシャル層１７の窒化ガリウムのバンドギャップはＡｌＮエピタキシャル層１５の窒化アルミニウムのバンドギャップより小さい。二次元電子ガス２３は、ＧａＮエピタキシャル層１７とＡｌＮエピタキシャル層１５の界面のＧａＮエピタキシャル層側に蓄積され、ＧａＮエピタキシャル層１７内を走行する。窒化ガリウムのバンドギャップが窒化アルミニウムのバンドギャップより小さいので、ソース電極２５およびドレイン電極２７は、ＧａＮエピタキシャル層１７に接合することが好ましい。
【００３５】
電界効果トランジスタ１１では、ＡｌＮエピタキシャル層１５の厚みＤ１が５０ｎｍ以上であれば、良好な結晶品質のＡｌＮを形成できる。また、ＡｌＮエピタキシャル層１５の厚みＤ１が１００μｍ以下であれば、実用的であり、また良好な結晶品質のＡｌＮを形成できる。また、電界効果トランジスタ１１では、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層１７の厚みＤ２が１ｎｍ以上であれば、充分な密度の二次元電子ガスが蓄積される。また、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層１７の厚みＤ２が１００ｎｍ以下であれば、良好な結晶品質のＧａＮをＡｌＮ層上に形成できる。
【００３６】
（実施例１）
次のような作製法により、図２（Ａ）に示される構造の電界効果トランジスタを形成する。Wruzite構造のＡｌＮ基板３１のＮ面上に、０．５μｍ厚のＡｌＮ膜３３を堆積する。このＡｌＮ膜３３上に、３０ｎｍ厚のＧａＮ膜３５を堆積する。これらのエピタキシャル成長は、減圧ＭＯＣＶＤ装置を用いて行われる。原料としては、例えばＴＭＡｌ、ＴＭＧ、ＮＨ３を用いることができる。本実施例では、いずれの層もアンドープである。ＧａＮ膜上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから成るソース電極３７ａ及びドレイン電極３７ｂを形成する。次いで、Ａｕから成るゲート電極３７ｃを作製する。ゲート長は、例えば２μｍである。
【００３７】
一方、図２（Ｂ）に示される構造の電界効果トランジスタを形成する。Wruzite構造のＡｌＮ基板４１のＡｌ面上に、０．５μｍ厚のＡｌＮ膜４３を堆積する。このＡｌＮ膜４３上に、１００ｎｍ厚のＧａＮ膜４５を堆積する。このＧａＮ膜４５上に、３０ｎｍ厚のＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ膜４７を堆積する。これらのエピタキシャル成長は、減圧ＭＯＣＶＤ装置を用いて行われる。原料としては、例えばＴＭＡｌ、ＴＭＧ、ＮＨ３を用いることができる。本実施例では、いずれの層もアンドープである。ＡｌＧａＮ膜上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから成るソース電極４９ａ及びドレイン電極４９ｂを形成する。次いで、Ａｕから成るゲート電極４９ｃを作製する。ゲート長は、例えば２μｍである。
【００３８】
図３（Ａ）は、図２（Ａ）に示される構造の電界効果トランジスタの電流特性Ａを示す図面である。図３（Ｂ）は、図２（Ｂ）に示される構造の電界効果トランジスタの電流特性Ｂを示す図面である。横軸はソース−ドレイン電圧を示し、縦軸はドレイン電流を示している。図３（Ａ）および図３（Ｂ）の各々には、ゲート電圧に応じて、いくつかのＩ−Ｖ特性が描かれている。電流特性Ａを電流特性Ｂとを比較すると、特性Bではゲート電圧が深く（マイナス側に大きく）ソース−ドレイン電圧が大きいとき、特性Ａに比べて、ゲートバイアスによってはトランジスタが充分にオフさせることができていない。故に、電界効果トランジスタの電流特性Ａは、ピンチオフ特性に優れていることが理解される。
【００３９】
本構造のトランジスタは、Wruzite構造のＡｌＮ基板のＮ面上に成長された複数のエピタキシャル層を含む構造（ＡｌＮ／ＧａＮ構造）を有しているので、ＡｌＮ基板上に良質な結晶が成長される。また、ＡｌＮ／ＧａＮ構造のうちのＡｌＮは、ＡｌＮ基板のＮ面上にホモ接合をするので、ＡｌＮホモエピタキシャル層は結晶欠陥の少ない良好な品質の結晶から成る。この結果、ＡｌＮホモエピタキシャル層上に成長されるＧａＮ層も、また結晶欠陥の少ない良好な品質の結晶から成る。この結果、優れた品質のＡｌＮ／ＧａＮヘテロ接合が形成される。また、このヘテロ接合がＡｌＮ基板のＮ面上に形成されるので、伝導に有効に寄与する二次元電子ガスがＡｌＮ／ＧａＮ界面に形成されると共に二次元正孔ガスが形成されないので、高性能なトランジスタ動作が可能になる。つまり、サファイア基板等を用いたのでは、本実施の形態のような優れた構造は実現できない。さらに、本実施の形態ではヘテロ接合がＡｌＮ／ＧａＮ構造であるので、ヘテロ界面における伝導帯エネルギー差△ＥＣが大きくなり、リーク電流が少なくピンチオフ特性の優れたトランジスタ動作が可能になる。
【００４０】
（第２の実施の形態）
図４は、本実施の形態に係る電界効果トランジスタを示す図面である。この電界効果トランジスタ５１は、ＡｌＮ支持基体５３と、ＡｌＮエピタキシャル層５５と、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層（０＜Ｙ＜１）５７と、ゲート電極５９とを備える。ＡｌＮ支持基体５３は、Wruzite構造を有する結晶からなり、導電性或いは絶縁性の支持体である。ＡｌＮエピタキシャル層５５は、ＡｌＮ支持基体５３のＮ面エリア上に設けられている。ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７は、ＡｌＮエピタキシャル層５５上に設けられている。
【００４１】
ＡｌＮ支持基体５３のＮ面上に設けられたＡｌＮエピタキシャル層５５とＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７とのヘテロ接合６１を含むので、二次元正孔ガスが形成されることなく、トランジスタ５１の伝導が該ヘテロ接合６１の界面の二次元電子ガス６３を介して提供される。
【００４２】
ゲート電極５９は、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７上に設けられており、該ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７にショットキ接合する。ゲート電極５９は、二次元電子ガス６３の伝導を制御する。ソース電極６５およびドレイン電極６７には、該ゲート電極５９によって制御される電流が流れる。既に説明したように、ＡｌＮエピタキシャル層５５はＡｌＮ支持基体５３の主面５３ａのＮ面エリア上に設けられており、これ故に、ＡｌＮエピタキシャル層５５の表面５５ａには、ＡｌＮ支持基体５３のＮ面エリアに対応してＮ面が現れる。また、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７はＡｌＮエピタキシャル層５５上に設けられており、これ故に、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７の表面５７ａには、ＡｌＮエピタキシャル層５５のＮ面エリアに対応してＮ面が現れる。
【００４３】
ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７は、例えばアンドープである。また、ＡｌＮエピタキシャル層５５は、例えばアンドープであることが好ましく、しかしながらｎ型ドーパントを含んでいてもよい。ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７のバンドギャップはＡｌＮエピタキシャル層５５のバンドギャップより小さい。二次元電子ガス６３は、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７とＡｌＮエピタキシャル層５５の界面のＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層側に蓄積され、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７内を走行する。ＡｌＹＧａ１−ＹＮのバンドギャップがＡｌＮのバンドギャップより小さいので、ソース電極６５およびドレイン電極６７は、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７に接合することが好ましい。好ましくは、ＡｌＹＧａ１−ＹＮのアルミニウム組成の範囲は、０以上０．９以下である。ＡｌＮエピタキシャル層５５との組成差を０．１程度以上とることにより、十分な２次元電子ガス濃度と伝導帯エネルギー差△ＥＣを得ることができ、リーク電流が減少すると共にピンチオフ特性が向上する。
【００４４】
電界効果トランジスタ５１では、ＡｌＮエピタキシャル層５５の厚みＤ３が５０ｎｍ以上であれば、良好な結晶品質のＡｌＮを形成できる。また、ＡｌＮエピタキシャル層５５の厚みＤ３が１００μｍ以下であれば、実用的であり、また良好な結晶品質のＡｌＮを形成できる。また、電界効果トランジスタ５１では、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７の厚みＤ４が１ｎｍ以上であるので、充分な密度の二次元電子ガスが蓄積される。また、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層５７の厚みＤ４が５０ｎｍ以下であれば、良好な結晶品質のＡｌＹＧａ１−ＹＮをＡｌＮ層上に形成できる。
【００４５】
（実施例２）
次のような作製法により、図２（Ａ）に示される構造の電界効果トランジスタを形成する。Wruzite構造のＡｌＮ基板のＮ面上に、０．５μｍ厚のＡｌＮ膜を堆積する。このＡｌＮ膜上に、３０ｎｍ厚のＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ膜を堆積する。これらのエピタキシャル成長は、減圧ＭＯＣＶＤ装置を用いて行われる。原料としては、例えばＴＭＡｌ、ＴＭＧ、ＮＨ３を用いることができる。本実施例では、いずれの層もアンドープである。Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから成るソース電極及びドレイン電極を形成する。次いで、Ａｕから成るゲート電極を作製する。ゲート長は、例えば２μｍである。
【００４６】
以上説明したように、本構造のトランジスタは、Wruzite構造のＡｌＮ基板のＮ面上に成長された複数のエピタキシャル層を含む構造（ＡｌＮ／ＡｌＹＧａ１−ＹＮ構造）を有しているので、ＡｌＮ基板上に良質な結晶が成長される。また、ＡｌＮ／ＡｌＹＧａ１−ＹＮ構造のうちのＡｌＮは、ＡｌＮ基板のＮ面上にホモ接合をするので、このＡｌＮホモエピタキシャル層は結晶欠陥の少ない良好な品質の結晶から成る。この結果、ＡｌＮホモエピタキシャル層にヘテロ接合を成すＡｌＹＧａ１−ＹＮ層も、また結晶欠陥の少ない良好な品質の結晶から成る。この結果、優れた品質のＡｌＮ／ＡｌＹＧａ１−ＹＮヘテロ接合が形成される。また、このヘテロ接合がＡｌＮ基板のＮ面上に形成されるので、伝導に有効に寄与する二次元電子ガスがＡｌＮ／ＡｌＹＧａ１−ＹＮ界面に形成されると共に二次元正孔ガスが形成されないので、高性能なトランジスタ動作が可能になる。第１の実施の形態と同様に、サファイア基板等を用いたのでは、本実施の形態のような優れた構造は実現できない。
【００４７】
（第３の実施の形態）
図５は、本実施の形態に係る電界効果トランジスタを示す図面である。この電界効果トランジスタ７１は、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体（０＜Ｘ＜１）７３と、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５と、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層（０≦Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）７７と、ゲート電極７９とを備える。ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体７３は、Wruzite構造を有する結晶からなり、導電性或いは絶縁性の支持体である。ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５は、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体７３のＮ面エリア上に設けられている。ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７は、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５上に設けられている。
【００４８】
ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体７３のＮ面上に設けられたＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５とＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７とのヘテロ接合８１を含むので、該電界効果トランジスタに二次元正孔ガスが形成されることなく、トランジスタ７１の伝導が該ヘテロ接合８１の界面の二次元電子ガス８３を介して提供される。
【００４９】
ゲート電極７９は、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７上に設けられており、該ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７にショットキ接合する。ゲート電極７９は、二次元電子ガス８３の伝導を制御する。ソース電極８５およびドレイン電極８７には、該ゲート電極７９によって制御される電流が流れる。既に説明したように、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５はＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体７３の主面７３ａのＮ面エリア上に設けられており、これ故に、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５の表面７５ａには、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体７３のＮ面エリアに対応してＮ面が現れる。また、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７はＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５上に設けられており、これ故に、ＧａＮエピタキシャル層７７の表面７７ａには、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５のＮ面エリアに対応してＮ面が現れる。
【００５０】
ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７は、例えばアンドープである。また、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５は、例えばアンドープであることが好ましく、しかしながらｎ型ドーパントを含んでいてもよい。ＡｌＹＧａ１−ＹＮ（ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７）のバンドギャップはＡｌＸＧａ１−ＸＮ（ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５）のバンドギャップより小さい。二次元電子ガス８３は、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７とＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５の界面のＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層側に蓄積され、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７内を走行する。ＡｌＹＧａ１−ＹＮのバンドギャップがＡｌＸＧａ１−ＸＮのバンドギャップより小さいので、ソース電極８５およびドレイン電極８７は、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７に接合することが好ましい。
【００５１】
電界効果トランジスタ７１では、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５の厚みＤ５が５０ｎｍ以上であれば、良好な結晶品質のＡｌＧａＮを形成できる。また、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層７５の厚みＤ５が１００μｍ以下であれば、実用的であり、また良好な結晶品質のＡｌＧａＮを形成できる。また、電界効果トランジスタ７１では、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７の厚みＤ６が１ｎｍ以上であるので、充分な密度の二次元電子ガスが蓄積される。また、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層７７の厚みＤ６が１００ｎｍ以下であれば、良好な結晶品質のＡｌＹＧａ１−ＹＮをＡｌＸＧａ１−ＸＮ層上に形成できる。
【００５２】
（実施例３）
次のような作製法により、本実施の形態に係る電界効果トランジスタを形成する。Wruzite構造のＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ基板のＮ面上に、０．５μｍ厚のＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ膜を堆積する。このＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ膜上に、３０ｎｍ厚のＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ膜を堆積する。これらのエピタキシャル成長は、減圧ＭＯＣＶＤ装置を用いて行われる。原料としては、例えばＴＭＡｌ、ＴＭＧ、ＮＨ３)を用いることができる。本実施例では、いずれの層もアンドープである。Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ膜上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから成るソース電極及びドレイン電極を形成する。次いで、Ａｕから成るゲート電極を作製する。ゲート長は、例えば２μmである。
【００５３】
（実施例４）
次のような作製法により、電界効果トランジスタを形成する。Wruzite構造のＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ基板のＮ面上に、０．５μm厚のＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ膜を堆積する。このＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎ膜上に、３０ｎｍ厚のＧａＮ膜を堆積する。これらのエピタキシャル成長は、減圧ＭＯＣＶＤ装置を用いて行われる。原料としては、例えばＴＭＡｌ、ＴＭＧ、ＮＨ３を用いることができる。本実施例では、いずれの層もアンドープである。ＧａＮ膜上にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕから成るソース電極及びドレイン電極を形成する。次いで、Ａｕから成るゲート電極を作製する。ゲート長は、例えば２μｍである。
【００５４】
以上説明したように、本構造のトランジスタは、Wruzite構造のＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板のＮ面上に成長された複数のエピタキシャル層を含む構造（ＡｌＸＧａ１−ＸＮ／ＡｌＹＧａ１−ＹＮ構造、０≦Ｘ＜Ｙ＜１）を有しているので、ＡｌＧａＮ基板上に良質な結晶が成長される。また、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ／ＡｌＹＧａ１−ＹＮ構造のうちのＡｌＸＧａ１−ＸＮは、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板のＮ面上にホモ接合をするので、このＡｌＸＧａ１−ＸＮホモエピタキシャル層は結晶欠陥の少ない良好な品質の結晶から成る。この結果、ＡｌＸＧａ１−ＸＮホモエピタキシャル層にヘテロ接合を成すＡｌＹＧａ１−ＹＮ層も、また結晶欠陥の少ない良好な品質の結晶から成る。この結果、優れた品質のＡｌＸＧａ１−ＸＮ／ＡｌＹＧａ１−ＹＮヘテロ接合が形成される。また、このヘテロ接合がＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板のＮ面上に形成されるので、伝導に有効に寄与する二次元電子ガスがＡｌＸＧａ１−ＸＮ／ＡｌＹＧａ１−ＹＮ界面に形成されると共に二次元正孔ガスが形成されないので、高性能なトランジスタ動作が可能になる。第１の実施の形態と同様に、サファイア基板等を用いたのでは、本実施の形態のような優れた構造は実現できない。
【００５５】
本実施の形態ではヘテロ接合がＡｌＸＧａ１−ＸＮ／ＡｌＹＧａ１−ＹＮ構造（０＜Ｙ＜１）であるので、好ましくは、ＡｌＹＧａ１−ＹＮとＡｌＸＧａ１−ＸＮとのアルミニウム組成の差（Ｙ−Ｘ）は、０．１程度である。ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層とＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層との組成差を０．１程度以上とることにより、十分な２次元電子ガス濃度と伝導帯エネルギー差△ＥＣを得ることができ、リーク電流が減少し、またピンチオフ特性が向上する。よって、ＡｌＸＧａ１−ＸＮのアルミニウム組成の範囲は０．１以上であることが好ましい。また、ＡｌＸＧａ１−ＸＮのアルミニウム組成の範囲は１以下程度が好ましい。さらに、ＡｌＹＧａ１−ＹＮのアルミニウム組成の範囲は、０以上であることが好ましい。さらにまた、ＡｌＹＧａ１−ＹＮのアルミニウム組成の範囲は、０．９以下程度が好ましい。
【００５６】
好ましくは、ＡｌＸＧａ１−ＸＮのアルミニウム組成の範囲は、０．１程度以下である。
【００５７】
第１〜第３の実施の形態において、電界効果トランジスタ１１、５１、７１では、ソース電極の材料は、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏの少なくともいずれかを含むことが好ましい。また、ドレイン電極の材料は、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏの少なくともいずれかを含むことが好ましい。該ソース電極およびドレイン電極の材料によれば、窒化ガリウム系材料に対して低抵抗な接合が提供される。また、電界効果トランジスタ１１、５１、７１では、ゲート電極の材料は、Ｎｉ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄの少なくともいずれかを含むことが好ましい。これらのゲート電極の材料を用いると、窒化ガリウム系材料に対して良好なショットキ接合が提供される。
【００５８】
以上説明したように、第１〜第３の実施の形態に係る電界効果トランジスタは、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体（０＜Ｘ≦１）と、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層と、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層（０≦Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）と、ゲート電極と、ソース電極と、ドレイン電極とを備える。ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体はWruzite構造を有する。ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体の主面の一部または全てはＮ面である。ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層は、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体のＮ面エリア上に設けられている。ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層は、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層上に設けられている。ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体のＮ面上に設けられたＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層とＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層とのヘテロ接合を含むので、電界効果トランジスタに二次元正孔ガスが形成されることなく、トランジスタの伝導が該ヘテロ接合の界面の二次元電子ガスを介して行われる。また、第１〜第３の実施の形態に係る電界効果トランジスタのソース電極およびドレイン電極の直下にｎ型ドーパントを含む領域を設けることが好ましい。
【００５９】
（第４の実施の形態）
図６（Ａ）は、III族窒化物電界効果トランジスタのためのエピタキシャル基板を示す図面である。エピタキシャル基板９１は、Wruzite構造のＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板（０＜Ｘ≦１）９３と、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜９５と、ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル膜（０≦Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）９７とを備える。
ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜９５は、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板９３のＮ面上に設けられている。ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル膜９７は、ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜９５上に設けられている。
【００６０】
このエピタキシャル基板では、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板のＮ面上に設けられたＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜とＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル膜とのヘテロ接合を含むので、二次元正孔ガスが形成されることなく、該ヘテロ接合の界面の二次元電子ガスが形成される。好適な半導体の組み合わせは、
ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板９３、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ膜９５、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ膜９７
ＡｌＮ、 ＡｌＮ、 ＧａＮ
ＡｌＮ、 ＡｌＮ、 ＡｌＧａＮ
ＡｌＧａＮ、 ＡｌＧａＮ、 ＧａＮ
ＡｌＸＧａ１−ＸＮ、 ＡｌＸＧａ１−ＸＮ、 ＡｌＹＧａ１−ＹＮ（Ｘ＞Ｙ）
である。
【００６１】
ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層９５の厚みおよびＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層９７の厚みとして、既に第１〜第３の実施の形態におけるトランジスタに用いられた範囲が好適である。
【００６２】
図６（Ｂ）および図６（Ｃ）は、III族窒化物電界効果トランジスタのためのエピタキシャル基板を作製する方法を説明する図面である。図６（Ｂ）に示されるように、Wruzite構造のＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板（０＜Ｘ≦１）９３を準備する。ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板９３の主面９３ａの一部または全部には、Ｎ面が現れている。図６（Ｃ）に示されるように、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板９３の主面９３ａ上に、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ膜９５をエピタキシャル成長する。ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層９５の厚みは、例えば５０ｎｍ〜１００μｍである。ＡｌＸＧａ１−ＸＮ膜９５はＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板９３にホモ接合を成すので、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ膜９５の結晶品質は優れている。ＡｌＸＧａ１−ＸＮ膜９５の主面９５ａには、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板９３の主面９３ａのＮ面エリアに対応して、Ｎ面が現れる。図６（Ｄ）に示されるように、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ膜９５の主面９５ａ上に、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ膜９７をエピタキシャル成長する。ＡｌＹＧａ１−ＹＮ膜９７の厚みは、例えば１ｎｍ以上であり、大きくても１００ｎｍ程度である。ＡｌＹＧａ１−ＹＮ膜９７はＡｌＸＧａ１−ＸＮ膜９５にヘテロ接合を成している。優れた結晶品質のＡｌＸＧａ１−ＸＮ膜９５上に成長されるので、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ膜９７の結晶品質は優れている。ＡｌＹＧａ１−ＹＮ膜９７の主面９７ａには、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板９３の主面９３ａのＮ面エリアに対応して、Ｎ面が現れる。エピタキシャル成長は、例えば減圧ＭＯＣＶＤ法で行われることができる。
【００６３】
以上説明したように、本発明の例示として説明された本実施の形態によれば、分極が強いWruzite構造の窒化物系材料を用いても、高電子移動度トランジスタにおいて二次元正孔ガスの電気伝導を避けることができる。
【００６４】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】図１は第１実施の形態の電界効果トランジスタを示す図面である。
【図２】図２（Ａ）は、ＡｌＮ基板のＮ面上に設けられたエピタキシャル層を含む電界効果トランジスタを示す図面である。図２（Ｂ）は、ＡｌＮ基板のＡｌ面上に設けられたエピタキシャル層を含む電界効果トランジスタを示す図面である。
【図３】図３（Ａ）は、図２（Ａ）に示される構造の電界効果トランジスタの電流特性Ａを示す図面である。図３（Ｂ）は、図２（Ｂ）に示される構造の電界効果トランジスタの電流特性Ｂを示す図面である。
【図４】図４は第２実施の形態の電界効果トランジスタを示す図面である。
【図５】図５は第３実施の形態の電界効果トランジスタを示す図面である。
【図６】図６（Ａ）は、III族窒化物電界効果トランジスタのためのエピタキシャル基板を示す図面である。図６（Ｂ）、図６（Ｃ）および図６（Ｄ）は、III族窒化物電界効果トランジスタのためのエピタキシャル基板を作製する方法を説明する図面である。
【符号の説明】
【００６６】
１１…電界効果トランジスタ、１３…ＡｌＮ支持基体、１５…ＡｌＮエピタキシャル層、１７…ＧａＮエピタキシャル層、１９…ゲート電極、２１…ヘテロ接合、２３…二次元電子ガス、２５…ソース電極、２７…ドレイン電極、５１…電界効果トランジスタ、５３…ＡｌＮ支持基体、５５…ＡｌＮエピタキシャル層、５７…ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層、５９…ゲート電極、６１…ヘテロ接合、６３…二次元電子ガス、６５…ソース電極、６７…ドレイン電極、７１…電界効果トランジスタ、７３…ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体、７５…ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層、７７…ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層、７９…ゲート電極、９１…エピタキシャル基板、９３…ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板、９５…ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜、９７…ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Wruzite構造のＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体（０＜Ｘ≦１）と、
前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体のＮ面上に設けられたＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層と、
前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層上に設けられたＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層（０≦Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）と、
前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層にショットキ接合を成すゲート電極と、
前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層上に設けられたソース電極と、
前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層上に設けられたドレイン電極と
を備えることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層の厚みは５０ｎｍ以上である、ことを特徴とする請求項１に記載された電界効果トランジスタ。
【請求項３】
前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みは１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された電界効果トランジスタ。
【請求項４】
Wruzite構造のＡｌＮ支持基体と、
前記ＡｌＮ支持基体のＮ面上に設けられたＡｌＮエピタキシャル層と、
前記ＡｌＮエピタキシャル層上に設けられたＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層（０≦Ｙ＜１）と、
前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層にショットキ接合を成すゲート電極と、
前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層上に設けられたソース電極と、
前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層上に設けられたドレイン電極と
を備えることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項５】
前記ＡｌＮエピタキシャル層の厚みは、５０ｎｍ以上である、ことを特徴とする請求項４に記載された電界効果トランジスタ。
【請求項６】
前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みは１ｎｍ以上且つ５０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載された電界効果トランジスタ。
【請求項７】
Wruzite構造のＡｌＮ支持基体と、
前記ＡｌＮ支持基体のＮ面上に設けられたＡｌＮエピタキシャル層と、
前記ＡｌＮエピタキシャル層上に設けられたＧａＮエピタキシャル層と、
前記ＧａＮエピタキシャル層にショットキ接合を成すゲート電極と、
前記ＧａＮエピタキシャル層上に設けられたソース電極と、
前記ＧａＮエピタキシャル層上に設けられたドレイン電極と
を備えることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項８】
前記ＡｌＮエピタキシャル層の厚みは５０ｎｍ以上である、ことを特徴とする請求項７に記載された電界効果トランジスタ。
【請求項９】
前記ＧａＮエピタキシャル層の厚みは１ｎｍ以上且つ５０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載された電界効果トランジスタ。
【請求項１０】
前記ソース電極の材料は、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏの少なくともいずれかを含んでおり、
前記ドレイン電極の材料は、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏの少なくともいずれかを含む、ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載された電界効果トランジスタ。
【請求項１１】
前記ゲート電極の材料は、Ｎｉ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄの少なくともいずれかを含む、ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載された電界効果トランジスタ。
【請求項１２】
Wruzite構造のＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板（０＜Ｘ≦１）と、
前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板のＮ面上に設けられたＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜と、
前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜上に設けられたＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル膜（０≦Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）と
を備えることを特徴とするエピタキシャル基板。
【請求項１３】
前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層（０＜Ｘ≦１）の厚みは５０ｎｍ以上且つ１００μｍ以下である、ことを特徴とする請求項１２に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項１４】
前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みは１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項１５】
前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板はＡｌＮ基板であり、
前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜はＡｌＮエピタキシャル膜である、ことを特徴とする請求項１４に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項１６】
前記ＡｌＮエピタキシャル膜の厚みは５０ｎｍ以上である、ことを特徴とする請求項１５に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項１７】
前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル膜はＧａＮエピタキシャル膜である、ことを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項１８】
前記ＧａＮエピタキシャル膜の厚みは１ｎｍ以上且つ５０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１７に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項１９】
該前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板の主面は一または複数のエリアを有しており、該エリアの少なくとも一つには前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板のＮ面が現れている、ことを特徴とする請求項１２〜請求項１８のいずれか一項に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項１】
Wruzite構造のＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体（０＜Ｘ≦１）と、
前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ支持基体のＮ面上に設けられたＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層と、
前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層上に設けられたＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層（０≦Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）と、
前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層にショットキ接合を成すゲート電極と、
前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層上に設けられたソース電極と、
前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層上に設けられたドレイン電極と
を備えることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項２】
前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層の厚みは５０ｎｍ以上である、ことを特徴とする請求項１に記載された電界効果トランジスタ。
【請求項３】
前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みは１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された電界効果トランジスタ。
【請求項４】
Wruzite構造のＡｌＮ支持基体と、
前記ＡｌＮ支持基体のＮ面上に設けられたＡｌＮエピタキシャル層と、
前記ＡｌＮエピタキシャル層上に設けられたＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層（０≦Ｙ＜１）と、
前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層にショットキ接合を成すゲート電極と、
前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層上に設けられたソース電極と、
前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層上に設けられたドレイン電極と
を備えることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項５】
前記ＡｌＮエピタキシャル層の厚みは、５０ｎｍ以上である、ことを特徴とする請求項４に記載された電界効果トランジスタ。
【請求項６】
前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みは１ｎｍ以上且つ５０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載された電界効果トランジスタ。
【請求項７】
Wruzite構造のＡｌＮ支持基体と、
前記ＡｌＮ支持基体のＮ面上に設けられたＡｌＮエピタキシャル層と、
前記ＡｌＮエピタキシャル層上に設けられたＧａＮエピタキシャル層と、
前記ＧａＮエピタキシャル層にショットキ接合を成すゲート電極と、
前記ＧａＮエピタキシャル層上に設けられたソース電極と、
前記ＧａＮエピタキシャル層上に設けられたドレイン電極と
を備えることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項８】
前記ＡｌＮエピタキシャル層の厚みは５０ｎｍ以上である、ことを特徴とする請求項７に記載された電界効果トランジスタ。
【請求項９】
前記ＧａＮエピタキシャル層の厚みは１ｎｍ以上且つ５０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項７または請求項８に記載された電界効果トランジスタ。
【請求項１０】
前記ソース電極の材料は、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏの少なくともいずれかを含んでおり、
前記ドレイン電極の材料は、Ｔｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｍｏの少なくともいずれかを含む、ことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載された電界効果トランジスタ。
【請求項１１】
前記ゲート電極の材料は、Ｎｉ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｐｄの少なくともいずれかを含む、ことを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載された電界効果トランジスタ。
【請求項１２】
Wruzite構造のＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板（０＜Ｘ≦１）と、
前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板のＮ面上に設けられたＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜と、
前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜上に設けられたＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル膜（０≦Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）と
を備えることを特徴とするエピタキシャル基板。
【請求項１３】
前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル層（０＜Ｘ≦１）の厚みは５０ｎｍ以上且つ１００μｍ以下である、ことを特徴とする請求項１２に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項１４】
前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル層の厚みは１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項１５】
前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板はＡｌＮ基板であり、
前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮエピタキシャル膜はＡｌＮエピタキシャル膜である、ことを特徴とする請求項１４に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項１６】
前記ＡｌＮエピタキシャル膜の厚みは５０ｎｍ以上である、ことを特徴とする請求項１５に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項１７】
前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮエピタキシャル膜はＧａＮエピタキシャル膜である、ことを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項１８】
前記ＧａＮエピタキシャル膜の厚みは１ｎｍ以上且つ５０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１７に記載されたエピタキシャル基板。
【請求項１９】
該前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板の主面は一または複数のエリアを有しており、該エリアの少なくとも一つには前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮ基板のＮ面が現れている、ことを特徴とする請求項１２〜請求項１８のいずれか一項に記載されたエピタキシャル基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−３１０６４４（Ｐ２００６−３１０６４４Ａ）
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１３２９４９（Ｐ２００５−１３２９４９）
【出願日】平成１７年４月２８日（２００５．４．２８）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２８日（２００５．４．２８）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]