專利名稱：場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及場(chǎng)效應(yīng)晶體管，尤其涉及由III族氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
背景技術(shù)：
以氮化鎵(GaN)為代表的III族氮化物半導(dǎo)體具有，超過(guò)硅和鎵砷的大的帶隙、 高的擊穿電場(chǎng)、以及高的飽和電子速度。對(duì)于利用了 III族氮化物半導(dǎo)體的場(chǎng)效應(yīng)晶體管 (FET)，由于具有這些物理上的優(yōu)勢(shì)性，因此有希望成為下一代的高頻器件和大功率開(kāi)關(guān)器件，且積極進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。對(duì)于上述的FET，需要同時(shí)實(shí)現(xiàn)高耐壓和高導(dǎo)通電阻，但是，一般而言，在同一材料中，兩者處于權(quán)衡的關(guān)系。進(jìn)而，對(duì)于大功率開(kāi)關(guān)器件，需要常閉型的FET，傾向于柵極與源極間、以及柵極與漏極間的寄生電阻變得更大。并且周知的是，在III族氮化物半導(dǎo)體的表面存在高密度的陷阱能級(jí)，在開(kāi)關(guān)高速工作時(shí)捕獲了的陷阱能級(jí)不能追隨開(kāi)關(guān)工作，而發(fā)生像漏電流減少那樣的電流崩塌。對(duì)于利用了以往的氮化物半導(dǎo)體的FET，周知的是，例如，專利文獻(xiàn)1以及2所記載的FET。圖8是示出專利文獻(xiàn)1所記載的FET的結(jié)構(gòu)的截面圖。如圖8示出，在專利文獻(xiàn)1的FET中，在襯底801上設(shè)置有載流子導(dǎo)電層802以及載流子供應(yīng)層803，還在載流子供應(yīng)層803的上面設(shè)置有GaN系保護(hù)層804。而且，在GaN 系保護(hù)層804的表面中的柵極電極806與源極電極808間、以及柵極電極806與漏極電極 807間，由保護(hù)層805覆蓋，該保護(hù)層805由氮化硅(SiN)構(gòu)成。據(jù)此，能夠降低III族氮化物半導(dǎo)體的表面能級(jí)，能夠降低因柵極電極806旁的表面陷阱能級(jí)而引起的電流崩塌。(現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn))(專利文獻(xiàn))專利文獻(xiàn)1 (日本)特開(kāi)2002-359256號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2:(日本)特開(kāi)2008-211172號(hào)公報(bào)發(fā)明概要發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題然而，對(duì)于利用了以往的III族氮化物半導(dǎo)體的FET而言，由于導(dǎo)通電阻不夠低， 因此需要進(jìn)一步降低導(dǎo)通電阻。并且，元件的耐壓取決于柵極電極與漏極電極的距離，在使該距離變大的情況下，雖然耐壓提高，但是在柵極與漏極間的寄生電阻增大，導(dǎo)致導(dǎo)通電阻增大。在此，由于導(dǎo)通電阻導(dǎo)致高頻器件和大功率開(kāi)關(guān)器件這兩者的電力損失，因此需要使導(dǎo)通電阻足夠低。今后，為了實(shí)現(xiàn)FET的高性能化，而需要使導(dǎo)通電阻進(jìn)一步降低。而且，為了降低導(dǎo)通電阻，而改善器件構(gòu)造是有效的。并且，對(duì)于常閉型的FET，傾向于柵極與源極間、以及柵極與漏極間的寄生電阻變大，對(duì)于專利文獻(xiàn)1的FET，雖然抑制表面能級(jí)的影響來(lái)對(duì)應(yīng)寄生電阻的增大，但是需要進(jìn)一步降低電阻。

發(fā)明內(nèi)容
于是，為了解決上述的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供低導(dǎo)通電阻的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。解決技術(shù)問(wèn)題所采用的手段為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明涉及的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中，包括第一氮化物半導(dǎo)體層；第二氮化物半導(dǎo)體層，該第二氮化物半導(dǎo)體層被形成在所述第一氮化物半導(dǎo)體層上， 該第二氮化物半導(dǎo)體層的帶隙能比所述第一氮化物半導(dǎo)體層大；第三氮化物半導(dǎo)體層，該第三氮化物半導(dǎo)體層被形成在所述第二氮化物半導(dǎo)體層上；以及第四氮化物半導(dǎo)體層，該第四氮化物半導(dǎo)體層被形成在所述第三氮化物半導(dǎo)體層上，該第四氮化物半導(dǎo)體層的帶隙能比所述第三氮化物半導(dǎo)體層大，在所述第一氮化物半導(dǎo)體層和所述第二氮化物半導(dǎo)體層的異質(zhì)結(jié)界面形成有溝道。根據(jù)該構(gòu)成，除了在第一氮化物半導(dǎo)體層和第二氮化物半導(dǎo)體層的異質(zhì)結(jié)界面以外，還在第三氮化物半導(dǎo)體層和第四氮化物半導(dǎo)體層的異質(zhì)結(jié)界面形成有溝道。也就是說(shuō)， 除了形成以往的溝道的二維電子氣以外，還形成表面?zhèn)鹊亩S電子氣。因此，能夠降低薄膜電阻，能夠降低導(dǎo)通電阻。并且，與以往的FET相比，溝道與位于FET的最表面?zhèn)鹊陌雽?dǎo)體層遠(yuǎn)離，因此表面能級(jí)給溝道帶來(lái)的影響會(huì)減少。其結(jié)果為，能夠抑制起因于表面能級(jí)的電流崩塌。并且，由氮化物半導(dǎo)體形成兩個(gè)異質(zhì)結(jié)界面，因此，在異質(zhì)結(jié)界面生成起因于因晶格不匹配而產(chǎn)生的壓電極化和自發(fā)極化的二維電子氣。因此，在形成溝道時(shí)不需要添加雜質(zhì)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高耐壓的FET。在此，優(yōu)選的是，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電極，被形成在設(shè)置在所述第四氮化物半導(dǎo)體層的凹部?jī)?nèi)。根據(jù)該構(gòu)成，在能夠使溝道與位于FET的最表面?zhèn)鹊陌雽?dǎo)體層遠(yuǎn)離的同時(shí)，使溝道接近柵極電極。其結(jié)果為，在能夠抑制電流崩塌的同時(shí)，能夠容易控制柵極的閾值電壓。在此，優(yōu)選的是，所述凹部，貫穿所述第三氮化物半導(dǎo)體層和所述第四氮化物半導(dǎo)體層的異質(zhì)結(jié)界面。特別，優(yōu)選的是，所述凹部貫穿所述第三氮化物半導(dǎo)體層以及所述第四氮化物半導(dǎo)體層而達(dá)到所述第二氮化物半導(dǎo)體層的表面；作為所述凹部的底面的所述第二氮化物半導(dǎo)體層的表面，與所述第二氮化物半導(dǎo)體層和所述第三氮化物半導(dǎo)體層的界面為同一平面。根據(jù)該構(gòu)成，按照第二氮化物半導(dǎo)體層的膜厚以及Al組成比，決定柵極的閾值電壓，因此，能夠容易控制柵極的閾值電壓。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)具有在晶圓面內(nèi)均勻的柵極的閾值電壓的FET。并且，優(yōu)選的是，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管，還包括被形成在所述凹部的底面的絕緣膜。根據(jù)該構(gòu)成，能夠?qū)ET 構(gòu)成為 MIS (Metal Insulator Semiconductor 金屬-絕緣層-半導(dǎo)體)結(jié)構(gòu)，來(lái)抑制流入到柵極的電流，并在柵極電極施加正偏壓，因此能夠?qū)崿F(xiàn)有效于常閉型FET的結(jié)構(gòu)。并且，優(yōu)選的是，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管，還包括第五氮化物半導(dǎo)體層，該第五氮化物半導(dǎo)體層被形成在所述凹部的底面；以及絕緣膜，該絕緣膜被形成在所述柵極電極與所述第五氮化物半導(dǎo)體層之間。根據(jù)該構(gòu)成，由于能夠在凹部?jī)?nèi)的第五氮化物半導(dǎo)體層的外延生長(zhǎng)后接著形成絕緣膜，因此能夠?qū)崿F(xiàn)絕緣特性良好的絕緣膜。并且，優(yōu)選的是，所述絕緣膜由氮化硅和氮化鋁的疊層結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。根據(jù)該構(gòu)成，由于絕緣膜包含熱傳導(dǎo)良好的A1N，因此，尤其能夠?qū)崿F(xiàn)尤其有效于驅(qū)動(dòng)大電力的設(shè)備的FET。并且，優(yōu)選的是，所述絕緣膜是，利用原子層沉積裝置而形成的。根據(jù)該構(gòu)成，能夠提高絕緣膜的膜質(zhì)，還能夠良好地控制膜厚。并且，優(yōu)選的是，所述第二氮化物半導(dǎo)體層的膜厚，比所述第四氮化物半導(dǎo)體層的
膜厚小。根據(jù)該構(gòu)成，能夠?qū)⒌谌锇雽?dǎo)體層和第四氮化物半導(dǎo)體層之間的異質(zhì)結(jié)界面的溝道的電子，有效地引導(dǎo)到第一氮化物半導(dǎo)體層和第二氮化物半導(dǎo)體層之間的異質(zhì)結(jié)界面的溝道。其結(jié)果為，能夠進(jìn)一步降低溝道電阻，能夠降低導(dǎo)通電阻。并且，由于能夠使柵極電極正下方的第二氮化物半導(dǎo)體層的膜厚變薄，因此能夠?qū)崿F(xiàn)有效于常閉型FET的構(gòu)成。并且，優(yōu)選的是，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極電極以及漏極電極，分別接觸所述第一氮化物半導(dǎo)體層和所述第二氮化物半導(dǎo)體層的異質(zhì)結(jié)界面、以及所述第三氮化物半導(dǎo)體層和所述第四氮化物半導(dǎo)體層的異質(zhì)結(jié)界面。根據(jù)該構(gòu)成，能夠降低源極電極以及漏極電極的接觸電阻。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)由氮化物半導(dǎo)體構(gòu)成的FET中的低導(dǎo)通電阻。


圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施例1涉及的FET的構(gòu)成的截面圖。圖2是示出本發(fā)明的實(shí)施例1涉及的FET的能帶圖。圖3A是示出單溝道結(jié)構(gòu)的FET的圖。圖;3B是示出雙溝道結(jié)構(gòu)的FET的圖。圖3C是示出柵極電極以及漏極電極的二極管特性的耐壓和導(dǎo)通電阻的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。圖4是示出本發(fā)明的實(shí)施例2涉及的FET的構(gòu)成的截面圖。圖5是示出本發(fā)明的實(shí)施例3涉及的FET的構(gòu)成的截面圖。圖6是示出本發(fā)明的實(shí)施例4涉及的FET的構(gòu)成的截面圖。圖7是示出本發(fā)明的實(shí)施例5涉及的FET的構(gòu)成的截面圖。圖8是示出以往的FET的構(gòu)成的截面圖。
具體實(shí)施方式
以下，參照

本發(fā)明的實(shí)施例中的FET。(實(shí)施例1)以下，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例1中的FET的構(gòu)成以及其制造方法。圖1是示出本實(shí)施例涉及的FET的構(gòu)成的截面圖。該FET包括襯底101、緩沖層102、第一氮化物半導(dǎo)體層103、第二氮化物半導(dǎo)體層 104、第三氮化物半導(dǎo)體層105、第四氮化物半導(dǎo)體層106、絕緣膜107、漏極電極108、源極電極109、柵極電極110、以及元件分離層111。例如，襯底101是厚度(膜厚)在IOym以上且1000 μ m以下的藍(lán)寶石襯底、SiC
襯底、Si襯底、以及GaN襯底等。緩沖層102被形成在襯底101上，且由與襯底101相對(duì)應(yīng)的厚度的AlN構(gòu)成，例如由IOOnm的AlN構(gòu)成。第一氮化物半導(dǎo)體層103被形成在緩沖層102上，例如由厚度為2 μ m的無(wú)摻雜 GaN構(gòu)成。在此，“無(wú)摻雜”是指，沒(méi)有故意導(dǎo)入雜質(zhì)。第二氮化物半導(dǎo)體層104被形成在第一氮化物半導(dǎo)體層103上，第二氮化物半導(dǎo)體層104的帶隙能比第一氮化物半導(dǎo)體層103大。第二氮化物半導(dǎo)體層104，例如由無(wú)摻雜Α1Χ(^_ΧΝ(0 < χ彡1)構(gòu)成。第二氮化物半導(dǎo)體層104，例如由厚度為20nm的無(wú)摻雜
rixO. 25 feiQ.75N 構(gòu)成。第三氮化物半導(dǎo)體層105被形成在第二氮化物半導(dǎo)體層104上，第三氮化物半導(dǎo)體層105的帶隙能比第二氮化物半導(dǎo)體層104小。第三氮化物半導(dǎo)體層105，例如由厚度為 20nm的無(wú)摻雜GaN構(gòu)成。第四氮化物半導(dǎo)體層106被形成在第三氮化物半導(dǎo)體層105上，第四氮化物半導(dǎo)體層106的帶隙能比第三氮化物半導(dǎo)體層105大。第四氮化物半導(dǎo)體層106，例如由無(wú)摻雜AlyGivyNO) < y彡1)構(gòu)成。第四氮化物半導(dǎo)體層106，例如由厚度為25nm的無(wú)摻雜
rixO. 25 feiQ.75N 構(gòu)成。在第一氮化物半導(dǎo)體層103和第二氮化物半導(dǎo)體層104的異質(zhì)結(jié)界面、以及第三氮化物半導(dǎo)體層105和第四氮化物半導(dǎo)體層106的異質(zhì)結(jié)界面，因自發(fā)極化以及壓電極化而產(chǎn)生例如IXlO13cnT2左右的電荷，在柵極導(dǎo)通的狀態(tài)下，電子在異質(zhì)結(jié)界面導(dǎo)電，尤其能夠使FET中的橫方向的電阻大幅度地降低。漏極電極108以及源極電極109，被形成在柵極電極110的兩側(cè)的區(qū)域，分別接觸第一氮化物半導(dǎo)體層103和第二氮化物半導(dǎo)體層104的異質(zhì)結(jié)界面、以及第三氮化物半導(dǎo)體層105和第四氮化物半導(dǎo)體層106的異質(zhì)結(jié)界面，且與被生成在該界面區(qū)域的電子導(dǎo)電區(qū)域(溝道)電連接。漏極電極108以及源極電極109，與第一氮化物半導(dǎo)體層103接觸。漏極電極108以及源極電極109，例如由Ti以及Al的疊層結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。在第二氮化物半導(dǎo)體層104、第三氮化物半導(dǎo)體層105以及第四氮化物半導(dǎo)體層 106形成有凹部120。該凹部120，貫穿第三氮化物半導(dǎo)體層105以及第四氮化物半導(dǎo)體層 106，即貫穿第三氮化物半導(dǎo)體層105和第四氮化物半導(dǎo)體層106的異質(zhì)結(jié)界面，而達(dá)到第二氮化物半導(dǎo)體層104的表面。而且，在凹部120內(nèi)形成有柵極電極110。柵極電極110，例如由鈀(Pd)、鎳(Ni)以及白金(Pt)等構(gòu)成。而且，在構(gòu)成柵極電極110的材料由絕緣膜107而不擴(kuò)散到氮化物半導(dǎo)體層的情況下，可以由Ti構(gòu)成柵極電極 110。絕緣膜107，被形成在凹部120的底面和側(cè)面以及第四氮化物半導(dǎo)體層106的表面。被形成在凹部120的底面和側(cè)面的絕緣膜107，介于第二氮化物半導(dǎo)體層104、第三氮化物半導(dǎo)體層105以及第四氮化物半導(dǎo)體層106與柵極電極110的中間。例如，絕緣膜107由氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO)、氮化鋁(AlN)、氧化鋁(AlO)、SiN 和AlN的疊層結(jié)構(gòu)體、以及SiN和MO的疊層結(jié)構(gòu)體等構(gòu)成。例如，在絕緣膜107由SiN或 SiO構(gòu)成的情況下，絕緣膜107是，通過(guò)等離子化學(xué)氣相生長(zhǎng)(CVD)法或減壓CVD法而成膜的。另一方面，例如，在絕緣膜107由AlN或MO構(gòu)成的情況下，絕緣膜107是，通過(guò)濺射法或利用了原子層沉積裝置的原子層沉積法(Atomic Layer Deposition :ALD法)而成膜的。例如，將硼(B)等雜質(zhì)離子注入到氮化物半導(dǎo)體層，從而形成元件分離層111，F(xiàn)ET 與其他的元件由元件分離層111電性地分離。圖2是示出本實(shí)施例涉及的FET的能帶圖。在柵極偏壓為0的情況下，在第一氮化物半導(dǎo)體層103和第二氮化物半導(dǎo)體層104 的異質(zhì)結(jié)界面發(fā)生二維電子氣，并形成溝道(稱為整體側(cè)溝道)，并且，在第三氮化物半導(dǎo)體層105和第四氮化物半導(dǎo)體層106的異質(zhì)結(jié)界面也發(fā)生二維電子氣，從而在表面?zhèn)纫残纬蓽系?稱為表面?zhèn)葴系?。如此，由于形成整體側(cè)溝道和表面?zhèn)葴系肋@兩個(gè)溝道，因此總溝道電阻降低。在該兩個(gè)溝道間存在勢(shì)壘(potential barrier)，但是，由于通過(guò)穿隧而能夠使電子移動(dòng)，因此表面?zhèn)葴系赖碾娮右沧鳛槁╇娏鱽?lái)貢獻(xiàn)。因此，按照降低了的溝道電阻，能夠降低導(dǎo)通電阻。并且，與以往的FET相比，整體側(cè)溝道與位于FET的最表面?zhèn)鹊陌雽?dǎo)體層(第四氮化物半導(dǎo)體層106的表面)遠(yuǎn)離，因此表面能級(jí)給溝道帶來(lái)的影響會(huì)減少。 其結(jié)果為，能夠抑制起因于表面能級(jí)的電流崩塌。在此，為了更有效地將表面?zhèn)葴系赖碾娮酉蛘w側(cè)溝道引導(dǎo)，優(yōu)選的是，第四氮化物半導(dǎo)體層106的Al組成比，比第二氮化物半導(dǎo)體層104的Al組成比大，進(jìn)一步，優(yōu)選的是，第四氮化物半導(dǎo)體層106的厚度，比第二氮化物半導(dǎo)體層104的厚度大。并且，為了使柵極電極110正下方的第二氮化物半導(dǎo)體層104的膜厚薄，來(lái)實(shí)現(xiàn)常閉型的FET，優(yōu)選的是， 第二氮化物半導(dǎo)體層104的厚度，比第四氮化物半導(dǎo)體層106的厚度小。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的FET，例如由GaN/AWaN/GaN/AWaN的層疊結(jié)構(gòu)，形成兩個(gè)異質(zhì)結(jié)界面。而且，在兩個(gè)異質(zhì)結(jié)界面生成二維電子氣，該生成二維電子氣起因于因 AlGaN與GaN之間的晶格不匹配而產(chǎn)生的壓電極化、以及因GaN系層本身而產(chǎn)生的自發(fā)極化。據(jù)此，由于包括被形成在AlGaN/GaN的異質(zhì)結(jié)界面的多個(gè)電子導(dǎo)電層(溝道)，因此，能夠降低在柵極電極110與源極電極109之間、以及在柵極電極110與漏極電極108之間的導(dǎo)通電阻。圖3C是，針對(duì)圖3A的具有一個(gè)電子導(dǎo)電層的單溝道結(jié)構(gòu)，和圖:3B的具有兩個(gè)電子導(dǎo)電層的雙溝道結(jié)構(gòu)，示出柵極電極110以及漏極電極108的二極管特性的耐壓和導(dǎo)通電阻的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的圖。根據(jù)圖3C得知，在兩者的耐壓大致相同的情況下，通過(guò)雙溝道結(jié)構(gòu)能夠?qū)?dǎo)通電阻降低為大致一半。因此，例如，通過(guò)利用GaN/AWaN/GaN/AWaN的層疊結(jié)構(gòu)，從而與僅包括GaN/AWaN的一個(gè)異質(zhì)結(jié)界面的以往的FET相比，能夠增加導(dǎo)電的電子的量，并降低導(dǎo)通電阻。在柵極電極110的兩旁設(shè)置該雙溝道結(jié)構(gòu)，從而能夠在保持同一耐壓的狀態(tài)下將FET的源極和漏極的寄生電阻抑制為大致一半。特別是，通常，漏極側(cè)是電場(chǎng)集中的部分，但是， 即使包括多層電子導(dǎo)電層，也不會(huì)使耐壓降低。此時(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)各個(gè)氮化物半導(dǎo)體層的膜厚和組成，從而能夠降低GaN/AWaN/GaN/AWaN的層疊結(jié)構(gòu)的縱方向電阻。并且，根據(jù)本實(shí)施例的FET，在柵極電極110的下方設(shè)置絕緣膜107，采用MIS結(jié)構(gòu)。因此，能夠抑制流入到柵極電極110的電流，并將正偏壓施加到柵極電極110，從而能夠?qū)崿F(xiàn)有效于常閉型FET的結(jié)構(gòu)。而且，在所述實(shí)施例的FET中，第一氮化物半導(dǎo)體層103、第二氮化物半導(dǎo)體層 104、第三氮化物半導(dǎo)體層105、以及第四氮化物半導(dǎo)體層106可以包含^1。并且，在所述實(shí)施例的FET中，在第一氮化物半導(dǎo)體層103的一部分包括摻雜層。 根據(jù)其結(jié)構(gòu)，能夠容易控制氮化物半導(dǎo)體層內(nèi)的電荷量，調(diào)整柵極的閾值電壓。并且，在所述實(shí)施例的FET中，在第四氮化物半導(dǎo)體層106上，還可以配置有其他的半導(dǎo)體層。并且，在所述實(shí)施例的FET中，在第一氮化物半導(dǎo)體層103、第二氮化物半導(dǎo)體層 104、第三氮化物半導(dǎo)體層105以及第四氮化物半導(dǎo)體層106，可以進(jìn)行例如Si等的η型雜質(zhì)的摻雜。并且，在所述實(shí)施例的FET中，凹部120的深度是，貫穿第三氮化物半導(dǎo)體層105 以及第四氮化物半導(dǎo)體層106的深度，但是，若能夠使柵極電極110與整體側(cè)溝道之間的距離變短，則不僅限于該深度。例如，凹部120的深度可以是，不達(dá)到第三氮化物半導(dǎo)體層105 而到第四氮化物半導(dǎo)體層106的中途為止的深度，或者，貫穿第四氮化物半導(dǎo)體層106而到第三氮化物半導(dǎo)體層105的中途為止的深度。(實(shí)施例2)以下，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例2中的FET的構(gòu)成以及其制造方法。圖4是示出本實(shí)施例涉及的FET的構(gòu)成的截面圖。該FET包括襯底201、緩沖層202、第一氮化物半導(dǎo)體層203、第二氮化物半導(dǎo)體層 204、第三氮化物半導(dǎo)體層205、第四氮化物半導(dǎo)體層206、絕緣膜207、漏極電極208、源極電極209、柵極電極210、以及元件分離層211。例如，襯底201是厚度在10 μ m以上且1000 μ m以下的藍(lán)寶石襯底、SiC襯底、Si
襯底、以及GaN襯底等。緩沖層202被形成在襯底201上，且由與襯底201相對(duì)應(yīng)的厚度的AlN構(gòu)成，例如由IOOnm的AlN構(gòu)成。第一氮化物半導(dǎo)體層203被形成在緩沖層202上，例如由厚度為2 μ m的無(wú)摻雜 GaN構(gòu)成。第二氮化物半導(dǎo)體層204被形成在第一氮化物半導(dǎo)體層203上，第二氮化物半導(dǎo)體層204的帶隙能比第一氮化物半導(dǎo)體層203大。第二氮化物半導(dǎo)體層204，例如由無(wú)摻雜Α1Χ(^_ΧΝ(0 < χ彡1)構(gòu)成。第二氮化物半導(dǎo)體層204，例如由厚度為20nm的無(wú)摻雜
rixO. 25 feiQ.75N 構(gòu)成。第三氮化物半導(dǎo)體層205被形成在第二氮化物半導(dǎo)體層204上，第三氮化物半導(dǎo)體層205的帶隙能比第二氮化物半導(dǎo)體層204小。第三氮化物半導(dǎo)體層205，例如由厚度為 20nm的無(wú)摻雜GaN構(gòu)成。
第四氮化物半導(dǎo)體層206被形成在第三氮化物半導(dǎo)體層205上，第四氮化物半導(dǎo)體層206的帶隙能比第三氮化物半導(dǎo)體層205大。第四氮化物半導(dǎo)體層206，例如由無(wú)摻雜Aly(iai_yN(0 < y彡1)構(gòu)成。第四氮化物半導(dǎo)體層206，例如由厚度為25nm的無(wú)摻雜
rixO. 25 feiQ.75N 構(gòu)成。在第一氮化物半導(dǎo)體層203和第二氮化物半導(dǎo)體層204的異質(zhì)結(jié)界面、以及第三氮化物半導(dǎo)體層205和第四氮化物半導(dǎo)體層206的異質(zhì)結(jié)界面，因自發(fā)極化以及壓電極化而產(chǎn)生例如IXlO13cnT2左右的電荷，在柵極導(dǎo)通的狀態(tài)下，電子在異質(zhì)結(jié)界面導(dǎo)電，尤其能夠使FET中的橫方向的電阻大幅度地降低。在此，為了更有效地將表面?zhèn)葴系赖碾娮酉蛘w側(cè)溝道引導(dǎo)，優(yōu)選的是，第四氮化物半導(dǎo)體層206的Al組成比，比第二氮化物半導(dǎo)體層204的Al組成比大，進(jìn)一步，優(yōu)選的是，第四氮化物半導(dǎo)體層206的厚度，比第二氮化物半導(dǎo)體層204的厚度大。并且，為了使柵極電極210正下方的第二氮化物半導(dǎo)體層204的膜厚薄，來(lái)實(shí)現(xiàn)常閉型的FET，優(yōu)選的是， 第二氮化物半導(dǎo)體層204的厚度，比第四氮化物半導(dǎo)體層206的厚度小。漏極電極208以及源極電極209，被形成在柵極電極210的兩側(cè)的區(qū)域，分別接觸第一氮化物半導(dǎo)體層203和第二氮化物半導(dǎo)體層204的異質(zhì)結(jié)界面、以及第三氮化物半導(dǎo)體層205和第四氮化物半導(dǎo)體層206的異質(zhì)結(jié)界面，且與被生成在該界面區(qū)域的電子導(dǎo)電區(qū)域電連接。漏極電極208以及源極電極209，與第一氮化物半導(dǎo)體層203接觸。漏極電極208以及源極電極209，例如由Ti以及Al的疊層結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。在第三氮化物半導(dǎo)體層205以及第四氮化物半導(dǎo)體層206形成有凹部220。該凹部220，貫穿第三氮化物半導(dǎo)體層205以及第四氮化物半導(dǎo)體層206，即貫穿第三氮化物半導(dǎo)體層205和第四氮化物半導(dǎo)體層206的異質(zhì)結(jié)界面，而達(dá)到第二氮化物半導(dǎo)體層204的表面。而且，在凹部220內(nèi)形成有柵極電極210。特別是，針對(duì)第二氮化物半導(dǎo)體層204，選擇性地蝕刻第三氮化物半導(dǎo)體層205，從而形成凹部220。在此，在第二氮化物半導(dǎo)體層204沒(méi)有形成凹部220，作為凹部220的底面的第二氮化物半導(dǎo)體層204的表面，與第二氮化物半導(dǎo)體層204和第三氮化物半導(dǎo)體層205的界面為同一平面。在此，對(duì)于同一平面，可以具有因第二氮化物半導(dǎo)體層204的表面的蝕刻的精度而引起的幾nm左右的偏差。柵極電極210，例如由Pd、Ni以及Pt等構(gòu)成。而且，在構(gòu)成柵極電極210的材料由絕緣膜207而不擴(kuò)散到氮化物半導(dǎo)體層的情況下，可以由Ti構(gòu)成柵極電極210。絕緣膜207，被形成在凹部220的底面和側(cè)面以及第四氮化物半導(dǎo)體層206的表面。被形成在凹部220的底面和側(cè)面的絕緣膜207，介于第二氮化物半導(dǎo)體層204、第三氮化物半導(dǎo)體層205以及第四氮化物半導(dǎo)體層206與柵極電極210的中間。例如，絕緣膜207由SiN、Si0、AlN、A10、SiN和AlN的疊層結(jié)構(gòu)體、以及SiN和AlO 的疊層結(jié)構(gòu)體等構(gòu)成。例如，在絕緣膜207由SiN或SiO構(gòu)成的情況下，絕緣膜207是，通過(guò)CVD法或減壓CVD法而成膜的。另一方面，例如，在絕緣膜207由AlN或MO構(gòu)成的情況下，絕緣膜207是，通過(guò)濺射法或利用了原子層沉積裝置的ALD法而成膜的。例如，將硼(B)等雜質(zhì)離子注入到氮化物半導(dǎo)體層，從而形成元件分離層211，F(xiàn)ET 與其他的元件由元件分離層211電性地分離。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的FET，由與實(shí)施例1的FET相同的理由，能夠降低導(dǎo)通電阻。并且，根據(jù)本實(shí)施例的FET，由與實(shí)施例1的FET相同的理由，能夠?qū)崿F(xiàn)有效于常閉型FET的結(jié)構(gòu)。并且，根據(jù)本實(shí)施例的FET，通過(guò)選擇蝕刻而形成凹部220，能夠準(zhǔn)確地控制柵極電極210正下方的第二氮化物半導(dǎo)體層204的膜厚。因此，能夠容易調(diào)整柵極的閾值電壓。而且，在所述實(shí)施例的FET中，第一氮化物半導(dǎo)體層203、第二氮化物半導(dǎo)體層 204、第三氮化物半導(dǎo)體層205、以及第四氮化物半導(dǎo)體層206可以包含h。并且，在所述實(shí)施例的FET中，在第一氮化物半導(dǎo)體層203的一部分包括摻雜層。 根據(jù)其結(jié)構(gòu)，能夠容易控制氮化物半導(dǎo)體層內(nèi)的電荷量，調(diào)整柵極的閾值電壓。并且，在所述實(shí)施例的FET中，在第四氮化物半導(dǎo)體層206上，還可以配置有其他的半導(dǎo)體層。并且，在所述實(shí)施例的FET中，在第一氮化物半導(dǎo)體層203、第二氮化物半導(dǎo)體層 204、第三氮化物半導(dǎo)體層205以及第四氮化物半導(dǎo)體層206，可以進(jìn)行例如Si等的η型雜質(zhì)的摻雜。(實(shí)施例3)以下，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例3中的FET的構(gòu)成以及其制造方法。圖5是示出本實(shí)施例涉及的FET的構(gòu)成的截面圖。該FET包括襯底301、緩沖層302、第一氮化物半導(dǎo)體層303、第二氮化物半導(dǎo)體層 304、第三氮化物半導(dǎo)體層305、第四氮化物半導(dǎo)體層306、絕緣膜307、漏極電極308、源極電極309、柵極電極310、元件分離層311、以及第五氮化物半導(dǎo)體層312。例如，襯底301是厚度在10 μ m以上且1000 μ m以下的藍(lán)寶石襯底、SiC襯底、Si 襯底、以及GaN襯底等。緩沖層302被形成在襯底301上，且由與襯底301相對(duì)應(yīng)的厚度的AlN構(gòu)成，例如由IOOnm的AlN構(gòu)成。第一氮化物半導(dǎo)體層303被形成在緩沖層302上，例如由厚度為2 μ m的無(wú)摻雜 GaN構(gòu)成。第二氮化物半導(dǎo)體層304被形成在第一氮化物半導(dǎo)體層303上，第二氮化物半導(dǎo)體層304的帶隙能比第一氮化物半導(dǎo)體層303大。第二氮化物半導(dǎo)體層304，例如由無(wú)摻雜Α1Χ(^_ΧΝ(0 < χ彡1)構(gòu)成。第二氮化物半導(dǎo)體層304，例如由厚度為20nm的無(wú)摻雜
rixO. 25 feiQ.75N 構(gòu)成。第三氮化物半導(dǎo)體層305被形成在第二氮化物半導(dǎo)體層304上，第三氮化物半導(dǎo)體層305的帶隙能比第二氮化物半導(dǎo)體層304小。第三氮化物半導(dǎo)體層305，例如由厚度為 20nm的無(wú)摻雜GaN構(gòu)成。第四氮化物半導(dǎo)體層306被形成在第三氮化物半導(dǎo)體層305上，第四氮化物半導(dǎo)體層306的帶隙能比第三氮化物半導(dǎo)體層305大。第四氮化物半導(dǎo)體層306，例如由無(wú)摻雜Aly(iai_yN(0 < y彡1)構(gòu)成。第四氮化物半導(dǎo)體層306，例如由厚度為25nm的無(wú)摻雜
rixO. 25 feiQ.75N 構(gòu)成。在第一氮化物半導(dǎo)體層303和第二氮化物半導(dǎo)體層304的異質(zhì)結(jié)界面、以及第三氮化物半導(dǎo)體層305和第四氮化物半導(dǎo)體層306的異質(zhì)結(jié)界面，因自發(fā)極化以及壓電極化而產(chǎn)生例如IXlO13cnT2左右的電荷，在柵極導(dǎo)通的狀態(tài)下，電子在異質(zhì)結(jié)界面導(dǎo)電，尤其能夠使FET中的橫方向的電阻大幅度地降低。在此，為了更有效地將表面?zhèn)葴系赖碾娮酉蛘w側(cè)溝道引導(dǎo)，優(yōu)選的是，第四氮化物半導(dǎo)體層306的Al組成比，比第二氮化物半導(dǎo)體層304以及第五氮化物半導(dǎo)體層312的 Al組成比大，進(jìn)一步，優(yōu)選的是，第四氮化物半導(dǎo)體層306的厚度，比第二氮化物半導(dǎo)體層 304以及第五氮化物半導(dǎo)體層312的厚度大。并且，為了使柵極電極310正下方的第五氮化物半導(dǎo)體層312的膜厚薄，來(lái)實(shí)現(xiàn)常閉型的FET，優(yōu)選的是，第五氮化物半導(dǎo)體層312的厚度，比第四氮化物半導(dǎo)體層306的厚度小。漏極電極308以及源極電極309，被形成在柵極電極310的兩側(cè)的區(qū)域，分別接觸第一氮化物半導(dǎo)體層303和第二氮化物半導(dǎo)體層304的異質(zhì)結(jié)界面、以及第三氮化物半導(dǎo)體層305和第四氮化物半導(dǎo)體層306的異質(zhì)結(jié)界面，且與被生成在該界面區(qū)域的電子導(dǎo)電區(qū)域電連接。漏極電極308以及源極電極309，與第一氮化物半導(dǎo)體層303接觸。漏極電極308以及源極電極309，例如由Ti以及Al的疊層結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。在第一氮化物半導(dǎo)體層303、第二氮化物半導(dǎo)體層304、第三氮化物半導(dǎo)體層305 以及第四氮化物半導(dǎo)體層306形成有凹部320。該凹部320，貫穿第二氮化物半導(dǎo)體層304、 第三氮化物半導(dǎo)體層305以及第四氮化物半導(dǎo)體層306，即，貫穿第三氮化物半導(dǎo)體層305 和第四氮化物半導(dǎo)體層306的異質(zhì)結(jié)界面、以及第一氮化物半導(dǎo)體層303和第二氮化物半導(dǎo)體層304的異質(zhì)結(jié)界面，而達(dá)到第一氮化物半導(dǎo)體層303的表面。而且，在凹部320內(nèi)形成有柵極電極310。柵極電極310，例如由Pd、Ni以及Pt等構(gòu)成。而且，在構(gòu)成柵極電極310的材料由絕緣膜307而不擴(kuò)散到氮化物半導(dǎo)體層的情況下，可以由Ti構(gòu)成柵極電極310。第五氮化物半導(dǎo)體層312，被形成在凹部320的底面和側(cè)面以及第四氮化物半導(dǎo)體層306的表面，例如由無(wú)摻雜AlzGa1=N (0<ζ<1)構(gòu)成。第五氮化物半導(dǎo)體層 312，例如由厚度為IOnm的無(wú)摻雜Aa25Giia75N構(gòu)成。例如，通過(guò)有機(jī)金屬化學(xué)氣相蒸鍍法 (Metal-Organic Chemical Vapor D印osition :M0CVD 法)，使氮化物半導(dǎo)體層在凹部 320 內(nèi)外延生長(zhǎng)，從而形成第五氮化物半導(dǎo)體層312。該外延生長(zhǎng)后接著不暴露在大氣(以 in-situ(原位))而形成絕緣膜307。在凹部320內(nèi)，柵極電極310與絕緣膜307相接。由于存在第五氮化物半導(dǎo)體層312，因此能夠提高絕緣膜307的結(jié)晶性，并且能夠以良好的再現(xiàn)性來(lái)形成絕緣膜307。與在凹部320的底面的氮化物半導(dǎo)體上直接使絕緣膜 307生長(zhǎng)的情況相比，在形成作為相同的氮化物半導(dǎo)體層的第五氮化物半導(dǎo)體層312后，以連續(xù)生長(zhǎng)來(lái)形成絕緣膜307的情況下，能夠提高絕緣膜307的結(jié)晶性以及再現(xiàn)性。并且，像第五氮化物半導(dǎo)體層312是例如無(wú)摻雜AlzGai_zN(0 < ζ ^ 1)層，且在凹部320的底面相接的面是例如GaN層的構(gòu)成那樣，在第五氮化物半導(dǎo)體層312的Al組成X比凹部320的底面的Al組成大的情況下，溝道層被形成在第五氮化物半導(dǎo)體層312下。此時(shí)引起的電荷量， 取決于以控制性高的外延生長(zhǎng)來(lái)形成的第五氮化物半導(dǎo)體層312的膜厚和組成，因此能夠提高再現(xiàn)性。絕緣膜307，被形成在第五氮化物半導(dǎo)體層312上。凹部320內(nèi)的絕緣膜307被形成，以介于第五氮化物半導(dǎo)體層312與柵極電極310的中間。例如，絕緣膜307由厚度為l至5nm的SiN、Si0、AlN、A10、SiN和AlN的疊層結(jié)構(gòu)體、以及SiN和AlO的疊層結(jié)構(gòu)體等構(gòu)成。例如，在絕緣膜307由SiN或SiO構(gòu)成的情況下， 絕緣膜307是，通過(guò)CVD法或減壓CVD法而成膜的。另一方面，例如，在絕緣膜307由AlN 或AW構(gòu)成的情況下，絕緣膜307是，通過(guò)濺射法或利用了原子層沉積裝置的ALD法而成膜的。例如，將硼(B)等雜質(zhì)離子注入到氮化物半導(dǎo)體層，從而形成元件分離層311，F(xiàn)ET 與其他的元件由元件分離層311電性地分離。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的FET，由與實(shí)施例1的FET相同的理由，能夠降低導(dǎo)通電阻。并且，根據(jù)本實(shí)施例的FET，由與實(shí)施例1的FET相同的理由，能夠?qū)崿F(xiàn)有效于常閉型FET的結(jié)構(gòu)。并且，根據(jù)本實(shí)施例的FET，能夠在凹部320內(nèi)的第五氮化物半導(dǎo)體層312的外延生長(zhǎng)后，接著形成絕緣膜307，因此能夠?qū)崿F(xiàn)絕緣特性良好的絕緣膜307。而且，在所述實(shí)施例的FET中，第一氮化物半導(dǎo)體層303、第二氮化物半導(dǎo)體層 304、第三氮化物半導(dǎo)體層305、以及第四氮化物半導(dǎo)體層306可以包含h。并且，在所述實(shí)施例的FET中，在第一氮化物半導(dǎo)體層303的一部分包括摻雜層。 根據(jù)其結(jié)構(gòu)，能夠容易控制氮化物半導(dǎo)體層內(nèi)的電荷量，調(diào)整柵極的閾值電壓。并且，在所述實(shí)施例的FET中，在第四氮化物半導(dǎo)體層306上，還可以配置有其他的半導(dǎo)體層。并且，在所述實(shí)施例的FET中，在第一氮化物半導(dǎo)體層303、第二氮化物半導(dǎo)體層 304、第三氮化物半導(dǎo)體層305、第四氮化物半導(dǎo)體層306以及第五氮化物半導(dǎo)體層312，可以進(jìn)行例如Si等的η型雜質(zhì)的摻雜。并且，在所述實(shí)施例的FET中，凹部320的深度是，貫穿第二氮化物半導(dǎo)體層304、 第三氮化物半導(dǎo)體層305以及第四氮化物半導(dǎo)體層306的深度，但是，若能夠使柵極電極 310與整體側(cè)溝道之間的距離變短，則不僅限于該深度。例如，凹部320的深度可以是，不達(dá)到第三氮化物半導(dǎo)體層305而到第四氮化物半導(dǎo)體層306的中途為止的深度，貫穿第四氮化物半導(dǎo)體層306而到第三氮化物半導(dǎo)體層305的中途為止的深度，或者，貫穿第四氮化物半導(dǎo)體層306以及第三氮化物半導(dǎo)體層305而到第二氮化物半導(dǎo)體層304的中途為止的深度。(實(shí)施例4)以下，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例4中的FET的構(gòu)成以及其制造方法。圖6是示出本實(shí)施例涉及的FET的構(gòu)成的截面圖。該FET包括襯底401、緩沖層402、第一氮化物半導(dǎo)體層403、第二氮化物半導(dǎo)體層 404、第三氮化物半導(dǎo)體層405、第四氮化物半導(dǎo)體層406、漏極電極408、源極電極409、柵極電極410、以及元件分離層411。例如，襯底401是厚度在10 μ m以上且1000 μ m以下的藍(lán)寶石襯底、SiC襯底、Si
襯底、以及GaN襯底等。緩沖層402被形成在襯底401上，且由與襯底401相對(duì)應(yīng)的厚度的AlN構(gòu)成，例如由IOOnm的AlN構(gòu)成。第一氮化物半導(dǎo)體層403被形成在緩沖層402上，例如由厚度為2 μ m的無(wú)摻雜GaN構(gòu)成。第二氮化物半導(dǎo)體層404被形成在第一氮化物半導(dǎo)體層403上，第二氮化物半導(dǎo)體層404的帶隙能比第一氮化物半導(dǎo)體層403大。第二氮化物半導(dǎo)體層404，例如由無(wú)摻雜Α1Χ(^_ΧΝ(0 < χ彡1)構(gòu)成。第二氮化物半導(dǎo)體層404，例如由厚度為30nm的無(wú)摻雜
rixO. 25 feiQ.75N 構(gòu)成。第三氮化物半導(dǎo)體層405被形成在第二氮化物半導(dǎo)體層404上，第三氮化物半導(dǎo)體層405的帶隙能比第二氮化物半導(dǎo)體層404小。第三氮化物半導(dǎo)體層405，例如由厚度為 30nm的無(wú)摻雜GaN構(gòu)成。第四氮化物半導(dǎo)體層406被形成在第三氮化物半導(dǎo)體層405上，第四氮化物半導(dǎo)體層406的帶隙能比第三氮化物半導(dǎo)體層405大。第四氮化物半導(dǎo)體層406，例如由無(wú)摻雜AlyGivyNO) < y彡1)構(gòu)成。第四氮化物半導(dǎo)體層406，例如由厚度為30nm的無(wú)摻雜
rixO. 25 feiQ.75N 構(gòu)成。在第一氮化物半導(dǎo)體層403和第二氮化物半導(dǎo)體層404的異質(zhì)結(jié)界面、以及第三氮化物半導(dǎo)體層405和第四氮化物半導(dǎo)體層406的異質(zhì)結(jié)界面，因自發(fā)極化以及壓電極化而產(chǎn)生例如IXlO13cnT2左右的電荷，在柵極導(dǎo)通的狀態(tài)下，電子在異質(zhì)結(jié)界面導(dǎo)電，尤其能夠使FET中的橫方向的電阻大幅度地降低。在此，為了更有效地將表面?zhèn)葴系赖碾娮酉蛘w側(cè)溝道引導(dǎo)，優(yōu)選的是，第四氮化物半導(dǎo)體層406的Al組成比，比第二氮化物半導(dǎo)體層404的Al組成比大，進(jìn)一步，優(yōu)選的是，第四氮化物半導(dǎo)體層406的厚度，比第二氮化物半導(dǎo)體層404的厚度大。漏極電極408以及源極電極409，被形成在柵極電極410的兩側(cè)的區(qū)域，分別接觸第一氮化物半導(dǎo)體層403和第二氮化物半導(dǎo)體層404的異質(zhì)結(jié)界面、以及第三氮化物半導(dǎo)體層405和第四氮化物半導(dǎo)體層406的異質(zhì)結(jié)界面，且與被生成在該界面區(qū)域的電子導(dǎo)電區(qū)域電連接。漏極電極408以及源極電極409，與第一氮化物半導(dǎo)體層403接觸。漏極電極408以及源極電極409，例如由Ti以及Al的疊層結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。在第三氮化物半導(dǎo)體層405以及第四氮化物半導(dǎo)體層406形成有凹部420。該凹部420，貫穿第三氮化物半導(dǎo)體層405以及第四氮化物半導(dǎo)體層406，即貫穿第三氮化物半導(dǎo)體層405和第四氮化物半導(dǎo)體層406的異質(zhì)結(jié)界面，而達(dá)到第二氮化物半導(dǎo)體層404的表面。而且，在凹部420內(nèi)形成有柵極電極410，以覆蓋凹部420的底面以及側(cè)面。因此，凹部420內(nèi)的柵極電極410，不通過(guò)絕緣膜而直接與第二氮化物半導(dǎo)體層404、第三氮化物半導(dǎo)體層405以及第四氮化物半導(dǎo)體層406相接。特別是，針對(duì)第二氮化物半導(dǎo)體層404，選擇性地蝕刻第三氮化物半導(dǎo)體層405，從而形成凹部420。在此，在第二氮化物半導(dǎo)體層404沒(méi)有形成凹部420，作為凹部420的底面的第二氮化物半導(dǎo)體層404的表面，與第二氮化物半導(dǎo)體層404和第三氮化物半導(dǎo)體層405的界面為同一平面。柵極電極410，與第二氮化物半導(dǎo)體層404、第三氮化物半導(dǎo)體層405以及第四氮化物半導(dǎo)體層406形成肖特基結(jié)，例如由PcUNi以及Pt等構(gòu)成。例如，將硼(B)等雜質(zhì)離子注入到氮化物半導(dǎo)體層，從而形成元件分離層411，F(xiàn)ET 與其他的元件由元件分離層411電性地分離。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的FET，由與實(shí)施例1的FET相同的理由，能夠降低導(dǎo)通電阻。而且，在所述實(shí)施例的FET中，第一氮化物半導(dǎo)體層403、第二氮化物半導(dǎo)體層 404、第三氮化物半導(dǎo)體層405、以及第四氮化物半導(dǎo)體層406可以包含h。并且，在所述實(shí)施例的FET中，在第一氮化物半導(dǎo)體層403的一部分包括摻雜層。 根據(jù)其結(jié)構(gòu)，能夠容易控制氮化物半導(dǎo)體層內(nèi)的電荷量，調(diào)整柵極的閾值電壓。并且，在所述實(shí)施例的FET中，在第四氮化物半導(dǎo)體層406上，還可以配置有其他的半導(dǎo)體層。并且，在所述實(shí)施例的FET中，在第一氮化物半導(dǎo)體層403、第二氮化物半導(dǎo)體層 404、第三氮化物半導(dǎo)體層405以及第四氮化物半導(dǎo)體層406，可以進(jìn)行例如Si等的η型雜質(zhì)的摻雜。并且，在所述實(shí)施例的FET中，凹部420的深度是，貫穿第三氮化物半導(dǎo)體層405 以及第四氮化物半導(dǎo)體層406的深度，但是，若能夠使柵極電極410與整體側(cè)溝道之間的距離變短，則不僅限于該深度。例如，凹部420的深度可以是，不達(dá)到第三氮化物半導(dǎo)體層405 而到第四氮化物半導(dǎo)體層406的中途為止的深度，或者，貫穿第四氮化物半導(dǎo)體層406而到第三氮化物半導(dǎo)體層405的中途為止的深度。(實(shí)施例5)以下，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例5中的FET的構(gòu)成以及其制造方法。圖7是示出本實(shí)施例涉及的FET的構(gòu)成的截面圖。該FET包括襯底501、緩沖層502、第一氮化物半導(dǎo)體層503、第二氮化物半導(dǎo)體層 504、第三氮化物半導(dǎo)體層505、第四氮化物半導(dǎo)體層506、絕緣膜507、漏極電極508、源極電極509、柵極電極510、以及元件分離層511。例如，襯底501是厚度在10 μ m以上且1000 μ m以下的藍(lán)寶石襯底、SiC襯底、Si
襯底、以及GaN襯底等。緩沖層502被形成在襯底501上，且由與襯底501相對(duì)應(yīng)的厚度的AlN構(gòu)成，例如由IOOnm的AlN構(gòu)成。第一氮化物半導(dǎo)體層503被形成在緩沖層502上，例如由厚度為2 μ m的無(wú)摻雜 GaN構(gòu)成。第二氮化物半導(dǎo)體層504被形成在第一氮化物半導(dǎo)體層503上，第二氮化物半導(dǎo)體層504的帶隙能比第一氮化物半導(dǎo)體層503大。第二氮化物半導(dǎo)體層504，例如由無(wú)摻雜Α1Χ(^_ΧΝ(0 < χ彡1)構(gòu)成。第二氮化物半導(dǎo)體層504，例如由厚度為20nm的無(wú)摻雜
rixO. 25 feiQ.75N 構(gòu)成。第三氮化物半導(dǎo)體層505被形成在第二氮化物半導(dǎo)體層504上，第三氮化物半導(dǎo)體層505的帶隙能比第二氮化物半導(dǎo)體層504小。第三氮化物半導(dǎo)體層505，例如由厚度為 20nm的無(wú)摻雜GaN構(gòu)成。第四氮化物半導(dǎo)體層506被形成在第三氮化物半導(dǎo)體層505上，第四氮化物半導(dǎo)體層506的帶隙能比第三氮化物半導(dǎo)體層505大。第四氮化物半導(dǎo)體層506，例如由無(wú)摻雜Aly(iai_yN(0 < y彡1)構(gòu)成。第四氮化物半導(dǎo)體層506，例如由厚度為25nm的無(wú)摻雜
rixO. 25 feiQ.75N 構(gòu)成。在第一氮化物半導(dǎo)體層503和第二氮化物半導(dǎo)體層504的異質(zhì)結(jié)界面、以及第三
15氮化物半導(dǎo)體層505和第四氮化物半導(dǎo)體層506的異質(zhì)結(jié)界面，因自發(fā)極化以及壓電極化而產(chǎn)生例如IXlO13cnT2左右的電荷，在柵極導(dǎo)通的狀態(tài)下，電子在異質(zhì)結(jié)界面導(dǎo)電，尤其能夠使FET中的橫方向的電阻大幅度地降低。在此，為了更有效地將表面?zhèn)葴系赖碾娮酉蛘w側(cè)溝道引導(dǎo)，優(yōu)選的是，第四氮化物半導(dǎo)體層506的Al組成比，比第二氮化物半導(dǎo)體層504的Al組成比大，進(jìn)一步，優(yōu)選的是，第四氮化物半導(dǎo)體層506的厚度，比第二氮化物半導(dǎo)體層504的厚度大。并且，為了使柵極電極510正下方的第二氮化物半導(dǎo)體層504的膜厚薄，來(lái)實(shí)現(xiàn)常閉型的FET，優(yōu)選的是， 第二氮化物半導(dǎo)體層504的厚度，比第四氮化物半導(dǎo)體層506的厚度小。漏極電極508以及源極電極509，被形成在柵極電極510的兩側(cè)的區(qū)域，分別接觸第一氮化物半導(dǎo)體層503和第二氮化物半導(dǎo)體層504的異質(zhì)結(jié)界面、以及第三氮化物半導(dǎo)體層505和第四氮化物半導(dǎo)體層506的異質(zhì)結(jié)界面，且與被生成在該界面區(qū)域的電子導(dǎo)電區(qū)域電連接。漏極電極508以及源極電極509，與第一氮化物半導(dǎo)體層503接觸。漏極電極508以及源極電極509，例如由Ti以及Al的疊層結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。例如，絕緣膜507被形成在四氮化物半導(dǎo)體層506的表面，且由SiN、Si0、AlN、A10、 SiN和AlN的疊層結(jié)構(gòu)體、以及SiN和AlO的疊層結(jié)構(gòu)體等構(gòu)成。例如，在絕緣膜507由SiN 或SiO構(gòu)成的情況下，絕緣膜507是，通過(guò)CVD法或減壓CVD法而成膜的。另一方面，例如， 在絕緣膜507由AlN或AW構(gòu)成的情況下，絕緣膜507是，通過(guò)濺射法或利用了原子層沉積裝置的ALD法而成膜的。柵極電極510，被形成在絕緣膜507上，例如由PcUNi以及Pt等構(gòu)成。而且，在構(gòu)成柵極電極510的材料由絕緣膜507而不擴(kuò)散到氮化物半導(dǎo)體層的情況下，可以由Ti構(gòu)成柵極電極510。例如，將硼(B)等雜質(zhì)離子注入到氮化物半導(dǎo)體層，從而形成元件分離層511，F(xiàn)ET 與其他的元件由元件分離層511電性地分離。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的FET，由與實(shí)施例1的FET相同的理由，能夠降低導(dǎo)通電阻。并且，根據(jù)本實(shí)施例的FET，由與實(shí)施例1的FET相同的理由，能夠?qū)崿F(xiàn)有效于常閉型FET的結(jié)構(gòu)。而且，在所述實(shí)施例的FET中，第一氮化物半導(dǎo)體層503、第二氮化物半導(dǎo)體層 504、第三氮化物半導(dǎo)體層505、以及第四氮化物半導(dǎo)體層506可以包含h。并且，在所述實(shí)施例的FET中，在第一氮化物半導(dǎo)體層503的一部分包括摻雜層。 根據(jù)其結(jié)構(gòu)，能夠容易控制氮化物半導(dǎo)體層內(nèi)的電荷量，調(diào)整柵極的閾值電壓。并且，在所述實(shí)施例的FET中，在第四氮化物半導(dǎo)體層506上，還可以配置有其他的半導(dǎo)體層。并且，在所述實(shí)施例的FET中，在第一氮化物半導(dǎo)體層503、第二氮化物半導(dǎo)體層 504、第三氮化物半導(dǎo)體層505以及第四氮化物半導(dǎo)體層506，可以進(jìn)行例如Si等的η型雜質(zhì)的摻雜。并且，在所述實(shí)施例的FET中，與實(shí)施例3的FET相同，可以采用沒(méi)有設(shè)置絕緣膜 507的肖特基結(jié)型的FET的方式。以上，根據(jù)實(shí)施例說(shuō)明了本發(fā)明涉及的FET，但是，本發(fā)明不僅限于此實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)所進(jìn)行的本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠想到的各種變形的也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。產(chǎn)業(yè)利用性本發(fā)明，能夠適用于FET，尤其能夠適用于移動(dòng)電話基地臺(tái)等的大功率高頻裝置和變換器等的大功率開(kāi)關(guān)裝置等。符號(hào)說(shuō)明101、201、301、401、501、801 襯底102、202、302、402、502 緩沖層103、203、303、403、503 第一氮化物半導(dǎo)體層104、204、304、404、504 第二氮化物半導(dǎo)體層105、205、305、405、505第三氮化物半導(dǎo)體層106、206、306、406、506第四氮化物半導(dǎo)體層107、207、307、507 絕緣膜108、208、308、408、508、807 漏極電極109、209、309、409、509、808 源極電極110、210、310、410、510、806 柵極電極111、211、311、411、511 元件分離層120、220、320、420 凹部312第五氮化物半導(dǎo)體層802載流子導(dǎo)電層803載流子供應(yīng)層804GaN系保護(hù)層805保護(hù)層
權(quán)利要求
1.一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括 第一氮化物半導(dǎo)體層；第二氮化物半導(dǎo)體層，該第二氮化物半導(dǎo)體層被形成在所述第一氮化物半導(dǎo)體層上， 該第二氮化物半導(dǎo)體層的帶隙能比所述第一氮化物半導(dǎo)體層的帶隙能大；第三氮化物半導(dǎo)體層，該第三氮化物半導(dǎo)體層被形成在所述第二氮化物半導(dǎo)體層上；以及第四氮化物半導(dǎo)體層，該第四氮化物半導(dǎo)體層被形成在所述第三氮化物半導(dǎo)體層上， 該第四氮化物半導(dǎo)體層的帶隙能比所述第三氮化物半導(dǎo)體層的帶隙能大，在所述第一氮化物半導(dǎo)體層和所述第二氮化物半導(dǎo)體層的異質(zhì)結(jié)界面形成有溝道。
2.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極電極，被形成在設(shè)置在所述第四氮化物半導(dǎo)體層的凹部?jī)?nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述凹部，貫穿所述第三氮化物半導(dǎo)體層和所述第四氮化物半導(dǎo)體層的異質(zhì)結(jié)界面。
4.如權(quán)利要求3所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述凹部，貫穿所述第三氮化物半導(dǎo)體層以及所述第四氮化物半導(dǎo)體層而達(dá)到所述第二氮化物半導(dǎo)體層的表面，作為所述凹部的底面的所述第二氮化物半導(dǎo)體層的表面，與所述第二氮化物半導(dǎo)體層和所述第三氮化物半導(dǎo)體層的界面為同一面。
5.如權(quán)利要求4所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述凹部，貫穿所述第二氮化物半導(dǎo)體層、所述第三氮化物半導(dǎo)體層以及所述第四氮化物半導(dǎo)體層而達(dá)到所述第一氮化物半導(dǎo)體層。
6.如權(quán)利要求2至5的任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管，還包括被形成在所述凹部的底面的絕緣膜。
7.如權(quán)利要求2至5的任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管， 所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管，還包括第五氮化物半導(dǎo)體層，該第五氮化物半導(dǎo)體層被形成在所述凹部的底面；以及絕緣膜，該絕緣膜被形成在所述柵極電極與所述第五氮化物半導(dǎo)體層之間。
8.如權(quán)利要求7所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述第五氮化物半導(dǎo)體層由AlzGai_zN構(gòu)成，其中，0 < ζ < 1。
9.如權(quán)利要求6至8的任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管， 所述絕緣膜由氮化硅構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求6至8的任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管， 所述絕緣膜由氮化硅和氮化鋁的疊層結(jié)構(gòu)體構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求6至8的任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管， 所述絕緣膜是利用原子層沉積裝置而形成的。
12.如權(quán)利要求1至11的任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述第二氮化物半導(dǎo)體層的膜厚，比所述第四氮化物半導(dǎo)體層的膜厚小。
13.如權(quán)利要求1至12的任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極電極以及漏極電極，分別接觸所述第一氮化物半導(dǎo)體層和所述第二氮化物半導(dǎo)體層的異質(zhì)結(jié)界面、以及所述第三氮化物半導(dǎo)體層和所述第四氮化物半導(dǎo)體層的異質(zhì)結(jié)界面。
14.如權(quán)利要求1至13的任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述第一氮化物半導(dǎo)體層由GaN構(gòu)成，所述第二氮化物半導(dǎo)體層由AlxGai_xN構(gòu)成，其中，0 < χ < 1，所述第三氮化物半導(dǎo)體層由GaN構(gòu)成，所述第四氮化物半導(dǎo)體層由AlyGai_yN構(gòu)成，其中，0 < y < 1。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供低導(dǎo)通電阻的FET，本發(fā)明的FET包括第一氮化物半導(dǎo)體層(103)；第二氮化物半導(dǎo)體層(104)，第二氮化物半導(dǎo)體層(104)被形成在第一氮化物半導(dǎo)體層(103)上，第二氮化物半導(dǎo)體層(104)的帶隙能比第一氮化物半導(dǎo)體層(103)大；第三氮化物半導(dǎo)體層(105)，第三氮化物半導(dǎo)體層(105)被形成在第二氮化物半導(dǎo)體層(104)上；以及第四氮化物半導(dǎo)體層(106)，第四氮化物半導(dǎo)體層(106)被形成在第三氮化物半導(dǎo)體層(105)上，第四氮化物半導(dǎo)體層(106)的帶隙能比第三氮化物半導(dǎo)體層(105)大，在第一氮化物半導(dǎo)體層(103)和第二氮化物半導(dǎo)體層(104)的異質(zhì)結(jié)界面形成有溝道。
文檔編號(hào)H01L29/41GK102239550SQ20098014857
公開(kāi)日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2009年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月5日
發(fā)明者上田哲三, 按田義治, 石田秀俊 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社