(57)【要約】【課題】電流コラプス現象およびゲートリーク電流を抑制することが可能な電界効果トランジスタを提供する。【解決手段】電界効果トランジスタ１は、基板１０と、チャネル層１１と、キャリア供給層１２と、ソース電極２１と、ドレイン電極２２と、ゲート電極２３と、ソース電極２１とドレイン電極２２との間でキャリア供給層１２に積層されて電流コラプス現象を抑制する第１絶縁層３１と、ドレイン電極２２に対向する第１絶縁層３１の端とドレイン電極２２との間に形成された開口部４０と、開口部４０に露出したキャリア供給層１２に積層された第２絶縁層３２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板に積層されキャリアが走行するチャネル層と、前記チャネル層に積層され前記チャネル層にキャリアを供給するキャリア供給層と、前記キャリア供給層に接合されたソース電極と、前記ソース電極に対向して配置され前記キャリア供給層に接合されたドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に配置されキャリアの走行を制御するゲート電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間で前記キャリア供給層に積層されて電流コラプス現象を抑制する第１絶縁層とを備える電界効果トランジスタであって、
前記ドレイン電極に対向する前記第１絶縁層の端と前記ドレイン電極との間に形成された開口部と、
前記開口部に露出した前記キャリア供給層に積層された第２絶縁層とを備えること
を特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項２】
請求項１に記載の電界効果トランジスタであって、
前記第２絶縁層は、延長されて前記第１絶縁層の上に積層されていること
を特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電界効果トランジスタであって、
前記キャリア供給層は、前記開口部に対応する開口部イオン注入領域を備えること
を特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項４】
請求項３に記載の電界効果トランジスタであって、
前記開口部イオン注入領域は、前記ドレイン電極に対応するドレインイオン注入領域と同等の深さにされていること
を特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項５】
請求項４に記載の電界効果トランジスタであって、
前記ドレインイオン注入領域、および前記開口部イオン注入領域は、前記チャネル層まで延長されていること
を特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項６】
請求項３から請求項５までのいずれか一つに記載の電界効果トランジスタであって、
前記開口部イオン注入領域のイオン注入量は、前記開口部で前記キャリア供給層に発生した表面準位のすべてにキャリアを捕獲させるに必要な注入量より多くしてあること
を特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか一つに記載の電界効果トランジスタであって、
前記チャネル層および前記キャリア供給層は、窒化物系化合物半導体で形成されていること
を特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項８】
請求項７に記載の電界効果トランジスタであって、
前記チャネル層の禁止帯幅は、前記キャリア供給層の禁止帯幅より小さいこと
を特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項９】
請求項１から請求項８までのいずれか一つに記載の電界効果トランジスタであって、
前記第１絶縁層および前記第２絶縁層は、窒化シリコンであり、前記第１絶縁層の屈折率は、前記第２絶縁層の屈折率より大きいこと
を特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれか一つに記載の電界効果トランジスタであって、
前記開口部での前記第１絶縁層と前記ドレイン電極との間の距離は、１μｍから２μｍまでの長さであること
を特徴とする電界効果トランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流コラプス現象を抑制する絶縁層を備える電界効果トランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
化合物半導体を用いた化合物半導体装置が提案されている。化合物半導体は、電子の飽和速度、耐圧、熱伝導性など物性的に優れていることから、大電力、高周波デバイスの分野で採用されつつある。
【０００３】
図４は、従来例１に係る電界効果トランジスタの断面を示す断面図である。なお、断面のハッチングは、図の見やすさを考慮して省略する（以下の図でも同様である。）。
【０００４】
従来例１に係る電界効果トランジスタ１０１は、基本的なヘテロ接合を用いたＨＦＥＴ（Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ヘテロ構造電界効果トランジスタ１）の構造の一例である。
【０００５】
電界効果トランジスタ１０１は、半導体基板１１０に順次積層されたチャネル層１１１とキャリア供給層１１２とを備えている。また、キャリア供給層１１２に電極として、ソース電極１２１とドレイン電極１２２が形成され、ソース電極１２１とドレイン電極１２２との間にゲート電極１２３が形成されている。チャネル層１１１の材料としては、例えばアンドープのＧａＮ、キャリア供給層１１２としては、例えばｎ型のＡｌＧａＮ等が用いられる。
【０００６】
キャリア供給層１１２で発生してドナーとなる電子は、チャネル層１１１に集まり、チャネル層１１１とキャリア供給層１１２との界面ＢＤの近傍のうちチャネル層１１１側の領域に、２次元電子ガス層１１５と呼ばれる２次元電子ガスからなるチャネルを形成する。ゲート電極１２３に電圧を加えたときの電界効果によってゲート直下に形成される空乏層の厚さを変化させ、２次元電子ガスの濃度を制御することができる。つまり、電界効果トランジスタ１０１のソース・ドレイン間電流を制御することが可能となる。
【０００７】
図５は、従来例２に係る電界効果トランジスタの断面を示す断面図である。
【０００８】
近年は、電界効果トランジスタに対する改良が種々提案されており、例えば従来例２に係る電界効果トランジスタ１０２が提案されている。なお、基本的な構成は、従来例１の電界効果トランジスタ１０１と同様であるので、符号を援用して主に異なる事項のみを説明する。
【０００９】
従来例２に係る電界効果トランジスタ１０２は、電流コラプス現象を抑制するため、キャリア供給層１１２の表面に第１絶縁層１３１を備えている。なお、電流コラプス現象は、電界効果トランジスタ１０２を高電圧で動作させたとき、ソース・ドレイン間電流が低減するという現象である。
【００１０】
第１絶縁層１３１は、電流コラプス現象の原因と考えられているキャリア供給層１１２の表面準位を低減するために形成されている。第１絶縁層１３１の材料としては、例えばＳｉＮ等が用いられる（例えば、特許文献１参照。）。
【００１１】
電界効果トランジスタ１０２は、キャリア供給層１１２を抑制する第１絶縁層１３１を備えることから、電流コラプス現象を抑制することができる。しかし、他方、第１絶縁層１３１とキャリア供給層１１２との界面ＢＤは、電流リーク経路となりやすいという問題がある。
【００１２】
したがって、従来例２に係る電界効果トランジスタ１０２は、電流コラプス現象を抑制できるが、ゲートリーク電流が大きくなってしまい、十分な耐圧を確保することが困難である。
【００１３】
このような問題を解決する手段として、例えば、ゲート電極１２３とドレイン電極１２２との間で、第１絶縁層１３１の一部に開口部を形成することが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。つまり、特許文献２に係る電界効果トランジスタは、ゲート電極とドレイン電極との間に形成した開口部によって、第１絶縁層とキャリア供給層との界面を流れるゲートリーク電流を低減させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００７−７３５５５号公報
【特許文献２】特開２００８−２１９０５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、特許文献２に係る電界効果トランジスタは、第１絶縁層に開口を備えることから、開口部分に表面準位が発生し、開口部分の表面準位が原因となってソース・ドレイン間に流れる電流の低減、すなわち電流コラプス現象の発生を招くという問題がある。なお、特許文献２の電界効果トランジスタは、開口部分に第２絶縁膜を形成しているが、表面準位が発生することを防止することはできない。つまり、ゲートリーク電流の低減を目的として、第１絶縁層に対して開口部を形成した場合は、電流コラプス現象が発生してしまうという問題がある。
【００１６】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものである。つまり、本発明の目的は、第１絶縁層に開口部を形成した電界効果トランジスタについて、開口部を第１絶縁層の端とドレイン電極との間に形成することによって、第１絶縁層とキャリア供給層との間の界面をドレイン電極に対して絶縁し、電流コラプス現象およびゲートリーク電流を抑制することが可能な電界効果トランジスタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る電界効果トランジスタは、基板と、前記基板に積層されキャリアが走行するチャネル層と、前記チャネル層に積層され前記チャネル層にキャリアを供給するキャリア供給層と、前記キャリア供給層に接合されたソース電極と、前記ソース電極に対向して配置され前記キャリア供給層に接合されたドレイン電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に配置されキャリアの走行を制御するゲート電極と、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間で前記キャリア供給層に積層されて電流コラプス現象を抑制する第１絶縁層とを備える電界効果トランジスタであって、前記ドレイン電極に対向する前記第１絶縁層の端と前記ドレイン電極との間に形成された開口部と、前記開口部に露出した前記キャリア供給層に積層された第２絶縁層とを備えることを特徴とする。
【００１８】
したがって、本発明に係る電界効果トランジスタは、第１絶縁層とキャリア供給層との間の界面をドレイン電極に対して絶縁することが可能となるので、第１絶縁層とキャリア供給層との間の界面を電流経路とするゲートリーク電流を低減することができる。つまり、本発明に係る電界効果トランジスタは、電流コラプス現象およびゲートリーク電流を抑制したトランジスタ特性を実現することができる。
【００１９】
また、本発明に係る電界効果トランジスタでは、前記第２絶縁層は、延長されて前記第１絶縁層の上に積層されていることを特徴とする。
【００２０】
したがって、本発明に係る電界効果トランジスタは、容易に形成される第１絶縁層および第２絶縁層を備え、キャリア供給層の表面を確実に保護することが可能となる。
【００２１】
また、本発明に係る電界効果トランジスタでは、前記キャリア供給層は、前記開口部に対応する開口部イオン注入領域を備えることを特徴とする。
【００２２】
したがって、本発明に係る電界効果トランジスタは、開口部に対応するキャリア供給層に発生した表面準位密度に比較して開口部イオン注入領域へのイオン注入量を多くすることが可能となるので、開口部に対応するキャリア供給層に発生した表面準位のすべては、開口部イオン注入領域で発生するキャリアを捕獲することが可能となる。つまり、開口部に対応するキャリア供給層に発生した表面準位の影響を低減させ、結果として２次元電子ガス層のキャリア濃度の低減を抑制して、電流コラプス現象を抑制することができる。
【００２３】
また、本発明に係る電界効果トランジスタでは、前記開口部イオン注入領域は、前記ドレイン電極に対応するドレインイオン注入領域と同等の深さにされていることを特徴とする。
【００２４】
したがって、本発明に係る電界効果トランジスタは、開口部イオン注入領域で生じる電界集中を緩和することが可能となり、ドレイン耐圧（ドレインゲート間耐圧）を維持することができる。
【００２５】
また、本発明に係る電界効果トランジスタでは、前記ドレインイオン注入領域、および前記開口部イオン注入領域は、前記チャネル層まで延長されていることを特徴とする。
【００２６】
したがって、本発明に係る電界効果トランジスタは、オン抵抗を抑制してキャリアの走行を効率的に行なうことが可能となる。
【００２７】
また、本発明に係る電界効果トランジスタでは、前記開口部イオン注入領域のイオン注入量は、前記開口部で前記キャリア供給層に発生した表面準位のすべてにキャリアを捕獲させるに必要な注入量より多くしてあることを特徴とする。
【００２８】
したがって、本発明に係る電界効果トランジスタは、開口部に対応するキャリア供給層に発生する表面準位の影響を排除してチャネル層に形成される２次元電子ガス層のキャリア濃度の減少を防止することが可能となり、電流コラプス現象を確実に抑制することができる。
【００２９】
また、本発明に係る電界効果トランジスタでは、前記チャネル層および前記キャリア供給層は、窒化物系化合物半導体で形成されていることを特徴とする。
【００３０】
したがって、本発明に係る電界効果トランジスタは、電子の飽和速度を大きくし、耐圧を大きくすることができる。また、本発明に係る電界効果トランジスタは、熱伝導率を大きくして放熱性を向上させ、高温で動作することができるので、高機能なデバイスとなる。
【００３１】
また、本発明に係る電界効果トランジスタでは、前記チャネル層の禁止帯幅は、前記キャリア供給層の禁止帯幅より小さいことを特徴とする。
【００３２】
したがって、本発明に係る電界効果トランジスタは、チャネル層のキャリア供給層側に２次元電子ガス層を形成することが可能となるので高機能なデバイス（ヘテロ構造電界効果トランジスタ）となる。
【００３３】
また、本発明に係る電界効果トランジスタでは、前記第１絶縁層および前記第２絶縁層は、窒化シリコンであり、前記第１絶縁層の屈折率は、前記第２絶縁層の屈折率より大きいことを特徴とする。
【００３４】
したがって、本発明に係る電界効果トランジスタは、第１絶縁層および第２絶縁層を容易かつ高精度に形成することができる。
【００３５】
また、本発明に係る電界効果トランジスタでは、前記開口部での前記第１絶縁層と前記ドレイン電極との間の距離は、１μｍから２μｍまでの長さであることを特徴とする。
【００３６】
したがって、本発明に係る電界効果トランジスタは、ゲート電極とドレイン電極との間の距離の短縮による電界強度の増加を抑制することが可能となり、ドレイン耐圧の低下を防止することができる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明に係る電界効果トランジスタは、基板と、基板に積層されキャリアが走行するチャネル層と、チャネル層に積層されチャネル層にキャリアを供給するキャリア供給層と、キャリア供給層に接合されたソース電極と、ソース電極に対向して配置されキャリア供給層に接合されたドレイン電極と、ソース電極とドレイン電極との間に配置されキャリアの走行を制御するゲート電極と、ソース電極とドレイン電極との間でキャリア供給層に積層されて電流コラプス現象を抑制する第１絶縁層とを備える電界効果トランジスタであって、ドレイン電極に対向する第１絶縁層の端とドレイン電極との間に形成された開口部と、開口部に露出したキャリア供給層に積層された第２絶縁層とを備えることを特徴とする。
【００３８】
したがって、本発明に係る電界効果トランジスタは、第１絶縁層とキャリア供給層との間の界面をドレイン電極に対して絶縁することが可能となるので、第１絶縁層とキャリア供給層との間の界面を電流経路とするゲートリーク電流を低減することができる。つまり、本発明に係る電界効果トランジスタは、電流コラプス現象およびゲートリーク電流を抑制したトランジスタ特性を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電界効果トランジスタの断面を示す断面図である。
【図２】本発明との比較のために示す従来の電界効果トランジスタの断面を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る電界効果トランジスタの断面を示す断面図である。
【図４】従来例１に係る電界効果トランジスタの断面を示す断面図である。
【図５】従来例２に係る電界効果トランジスタの断面を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００４１】
＜実施の形態１＞
図１および図２に基づいて、本実施の形態に係る電界効果トランジスタについて説明する。
【００４２】
図１は、本発明の実施の形態１に係る電界効果トランジスタの断面を示す断面図である。なお、断面のハッチングは、図の見やすさを考慮して省略する（以下の図でも同様である。）。
【００４３】
本実施の形態に係る電界効果トランジスタ１は、基板１０と、基板１０に積層されキャリアを走行させるチャネル層１１と、チャネル層１１に積層されチャネル層１１にキャリアを供給するキャリア供給層１２と、キャリア供給層１２に接合されたソース電極２１と、ソース電極２１に対向して配置されキャリア供給層１２に接合されたドレイン電極２２と、ソース電極２１とドレイン電極２２との間に配置されキャリアの走行を制御するゲート電極２３と、ソース電極２１とドレイン電極２２との間でキャリア供給層１２に積層されて電流コラプス現象を抑制する第１絶縁層３１とを備える。
【００４４】
また、電界効果トランジスタ１は、ドレイン電極２２に対向する第１絶縁層３１の端とドレイン電極２２との間に形成された開口部４０と、開口部４０に露出したキャリア供給層１２に積層された第２絶縁層３２とを備える。
【００４５】
したがって、電界効果トランジスタ１は、第１絶縁層３１に開口部４０を形成することにより、第１絶縁層３１とキャリア供給層１２との間の界面ＢＤをドレイン電極２２に対して絶縁することが可能となるので、第１絶縁層３１とキャリア供給層１２との間の界面ＢＤを電流経路とするゲートリーク電流を低減することができる。つまり、本発明に係る電界効果トランジスタ１は、電流コラプス現象およびゲートリーク電流を抑制したトランジスタ特性を実現することができる。
【００４６】
ソース電極２１およびドレイン電極２２は、導電性金属で形成され、キャリア供給層１２とオーミック接合されている。ゲート電極２３は、導電性金属で形成され、ソース電極２１とドレイン電極２２との間のキャリア供給層１２とショットキー接合されている。ソース電極２１とゲート電極２３との間のキャリア供給層１２には、第１絶縁層３１が積層されている。ゲート電極２３とドレイン電極２２との間のキャリア供給層１２上には、ドレイン電極２２の近傍を除いて第１絶縁層３１が積層されている。
【００４７】
ゲート電極２３とドレイン電極２２との間のキャリア供給層１２には、第１絶縁層３１の側壁とドレイン電極２２の側壁とを離間させるための開口部４０が形成されている。したがって、第１絶縁層３１とキャリア供給層１２との界面ＢＤとドレイン電極２２は、電気的に絶縁されることとなる。
【００４８】
また、開口部４０には、第１絶縁層３１の代わりに第２絶縁層３２が埋め込まれている。第２絶縁層３２は、延長されて第１絶縁層３１の上に積層されている。したがって、本発明に係る電界効果トランジスタ１は、容易に形成される第１絶縁層３１および第２絶縁層３２を備え、キャリア供給層１２の表面を確実に保護することが可能となる。
【００４９】
キャリア供給層１２は、開口部４０に対応する開口部イオン注入領域４３を備える。したがって、本発明に係る電界効果トランジスタ１は、開口部４０に対応するキャリア供給層１２に発生した表面準位密度に比較して開口部イオン注入領域４３へのイオン注入量を多くすることが可能となるので、開口部４０に対応するキャリア供給層１２に発生した表面準位のすべては、開口部イオン注入領域４３で発生するキャリアを捕獲することが可能となる。なお、開口部イオン注入領域４３は、キャリア供給層１２の表面近傍に形成されていればよい（実施の形態２参照）。
【００５０】
つまり、電界効果トランジスタ１は、開口部４０に対応するキャリア供給層１２に発生した表面準位の影響を低減させ、結果として２次元電子ガス層１５のキャリア濃度の低減を抑制して、電流コラプス現象を抑制することができる。
【００５１】
また、キャリア供給層１２は、ソース電極２１に対応するソースイオン注入領域４１と、ドレインイオン注入領域４２とを備える。
【００５２】
開口部イオン注入領域４３は、ドレイン電極２２に対応するドレインイオン注入領域４２と同等の深さにされている。したがって、本発明に係る電界効果トランジスタ１は、開口部イオン注入領域４３で生じる電界集中を緩和することが可能となり、ドレイン耐圧（ドレインゲート間耐圧）を維持することができる。
【００５３】
上述したとおり、本実施の形態に係る電界効果トランジスタ１では、開口部イオン注入領域４３は、キャリア供給層１２の表面近傍のみではなく、ドレインイオン注入領域４２の深さと同程度の深さに形成されている。
【００５４】
開口部イオン注入領域４３が浅く形成され、２次元電子ガス層１５まで到達していない場合、開口部イオン注入領域４３のうち、ゲート電極２３に近い側の端の最深部において凸形状の境界を形成することとなり、電界集中が生じる可能性がある。
【００５５】
したがって、開口部イオン注入領域４３の深さと、ドレインイオン注入領域４２の深さとをほぼ同一にし、開口部イオン注入領域４３を２次元電子ガス層１５まで到達させることによって、開口部イオン注入領域４３で生じる電界集中を緩和することが可能となる。
【００５６】
ドレインイオン注入領域４２、および開口部イオン注入領域４３は、チャネル層１１まで延長されている。したがって、本発明に係る電界効果トランジスタ１は、オン抵抗を抑制してキャリアの走行を効率的に行なうことが可能となる。
【００５７】
基板１０は、例えばシリコン（Ｓｉ）で形成される。なお、基板１０は、チャネル層１１とある程度の格子整合を取れる材料であればよい。シリコン基板の他に、例えばサファイア基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板等を基板１０とすることができる。
【００５８】
チャネル層１１およびキャリア供給層１２は、窒化物系化合物半導体で形成されていることが望ましい。窒化物系化合物半導体（特に、窒化ガリウムを含む化合物半導体）を適用することによって、電界効果トランジスタ１は、電子の飽和速度を大きくし、耐圧を大きくすることができる。また、電界効果トランジスタ１は、熱伝導率を大きくして放熱性を向上させ、高温で動作することができるので、高機能なデバイスとなる。
【００５９】
チャネル層１１の禁止帯幅は、キャリア供給層１２の禁止帯幅より小さいことが望ましい。この構成により、本発明に係る電界効果トランジスタ１は、チャネル層１１のキャリア供給層１２側に２次元電子ガス層１５を形成することが可能となるので高機能なデバイス（ヘテロ構造電界効果トランジスタ：ＨＦＥＴ）となる。
【００６０】
チャネル層１１およびキャリア供給層１２の材料の組み合わせとしては、チャネル層１１として例えばノンドープのＧａＮ（ｉ−ＧａＮ）を、キャリア供給層１２として例えばＡｌＧａＮを適用することが可能である。ＧａＮおよびＡｌＧａＮを適用することから、有害物質となることがなく、環境問題を発生することがない。
【００６１】
ＧａＮ（チャネル層１１）とＡｌＧａＮ（キャリア供給層１２）が接触（接合）すると、ＡｌＧａＮのドナーから発生した電子がＧａＮに集まることにより、ＡｌＧａＮとＧａＮとの境界近傍のうちＧａＮ側の領域に２次元電子ガス層１５と呼ばれる２次元電子ガスからなるチャネルが形成される。
【００６２】
２次元電子ガス層１５は、電子が走行するチャネルとなり、高い移動度を持つ電子走行領域となる。チャネル層１１およびキャリア供給層１２に適用する材料の組み合わせは、互いに格子整合をある程度取ることができ、チャネル層１１に対してキャリアを供給できるキャリア供給層１２となる材料であればよい。
【００６３】
チャネル層１１、キャリア供給層１２の組み合わせとしては、本実施形態で用いた組み合わせ（ＧａＮ／ＡｌＧａＮ）の他に、チャネル層１１としてＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ、キャリア供給層１２としてＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎの組み合わせ、チャネル層１１としてＧａＮ、キャリア供給層１２としてＡｌＧａＩｎＮの組み合わせ等とすることができる。
【００６４】
また、基板１０とチャネル層１１との間には、必要に応じて適切なバッファ層を形成してもよい。また、チャネル層１１とキャリア供給層１２との間には、必要に応じて例えばＡｌＮ等からなるスペーサー層を形成してもよい。
【００６５】
また、キャリア供給層１２の表面（他の層に対する境界面のうち、基板１０の側とは反対側に位置する境界面）には、必要に応じて適切なキャップ層や、高キャリア濃度のコンタクト層を積層してもよい。
【００６６】
ソース電極２１およびドレイン電極２２の材料としては、例えばＴｉ／Ａｌ／Ａｕを適用することができる。ソース電極２１およびドレイン電極２２に適用する材料としては、導電性を示す金属であり、キャリア供給層１２に対してオーミック接合を形成する材料であればよい。
【００６７】
ゲート電極２３の材料としては、例えばＷＮ／Ａｕを適用することができる。ゲート電極２３に適用する材料としては、導電性を示す金属であり、キャリア供給層１２に対してショットキー接合を形成する材料であればよい。
【００６８】
第１絶縁層３１の材料としては、例えば屈折率２．０以上の窒化シリコンＳｉＮを適用することが可能である。電流コラプス現象とは、上述したとおり、高電圧で動作したときにソース・ドレイン間電流が低減する現象である。電流コラプス現象の原因としては、キャリア供給層１２の表面近傍に表面準位が発生し、発生した表面準位に捕獲されたキャリアの電荷に基づいて２次元電子ガス層１５のキャリア濃度が相対的に減少することが考えられている。
【００６９】
つまり、表面準位に捕獲されたキャリアの電荷に基づいて、２次元電子ガス層１５のキャリア濃度が減少することによって、ソース・ドレイン間電流が低減することが電流コラプス現象の原因と考えられている。
【００７０】
第１絶縁層３１をキャリア供給層１２に積層することによって、キャリア供給層１２の表面準位の発生を低減することができる。したがって、表面準位に起因するキャリアの捕獲が減少するので、ソース・ドレイン間電流の低減を防ぐことが可能となり、結果として電流コラプス現象を抑制できる。
【００７１】
第１絶縁層３１は、一般にはパッシベーション膜、または単に保護膜と呼ばれる場合もある。なお、電流コラプス現象を抑制する作用を奏するものであれば良く、コラプス抑制層と呼ぶことも可能である。第１絶縁層３１に適用する材料としては、電流コラプス現象を抑制する効果がある絶縁物であり、キャリア供給層１２との密着性を保持できる材料であればよい。
【００７２】
開口部４０は、開口部４０に対応する領域にレジストをパターニングして形成し、ソース電極２１とドレイン電極２２との間に第１絶縁層３１を積層（堆積）した後、レジストを除去することによって、開口部４０に積層された第１絶縁層３１をリフトオフして形成することができる。あるいは、ソース電極２１とドレイン電極２２との間に第１絶縁層３１を積層（堆積）した後、パターニングしたレジストをマスクとしたエッチング等により開口部４０に積層された第１絶縁層３１を削ることによって形成することも可能である。
【００７３】
開口部４０での第１絶縁層３１とドレイン電極２２との間の距離は、１μｍから２μｍまでの長さであることが望ましい。この構成により、本発明に係る電界効果トランジスタ１は、ゲート電極２３とドレイン電極２２との間の距離の短縮による電界強度の増加を抑制することが可能となり、ドレイン耐圧の低下を防止することができる。
【００７４】
つまり、第１絶縁層３１の側壁とドレイン電極２２の側壁との間の距離は、界面ＢＤとドレイン電極２２との絶縁を保つことが可能な程度に離間していればよい。しかし、第１絶縁層３１とドレイン電極２２との間の距離が大きくなると、開口部４０に対応する開口部イオン注入領域４３の端（ゲート電極２３に近い方の端）がゲート電極２３に近くなることから、ゲート電極２３とドレイン電極２２との間の実質的な距離が短くなり、ゲート電極２３とドレイン電極２２との間における電界強度が強くなるため、耐圧が低下する恐れがある。
【００７５】
したがって、第１絶縁層３１とドレイン電極２２との間の距離は、１μｍから２μｍまでの長さにするのが望ましい。なお、この距離は、上述したとおり、耐圧への影響を考慮して適宜設定することが可能であり、この範囲内に限定されるものではない。
【００７６】
第２絶縁層３２の材料としては、例えば屈折率１．７程度の窒化シリコンＳｉＮを適用することが可能である。つまり、第１絶縁層３１および第２絶縁層３２は、窒化シリコンであり、第１絶縁層３１の屈折率は、第２絶縁層３２の屈折率より大きいことが望ましい。この構成により、本発明に係る電界効果トランジスタ１は、第１絶縁層３１および第２絶縁層３２を容易かつ高精度に形成することができる。
【００７７】
つまり、第１絶縁層３１および第２絶縁層３２は、屈折率が互いに異なる窒化シリコンであることから、容易に形成される。また、屈折率が大きい窒化シリコンの形成温度に対して、屈折率が小さい窒化シリコンの形成温度は低い温度とすることが可能であるので、第１絶縁層３１および第２絶縁層３２は、安定した膜質を保持することができる。
【００７８】
なお、第２絶縁層３２の材料は、ソース電極２１、ゲート電極２３、およびドレイン電極２２に対する絶縁性を有する材料であればよい。したがって、本実施の形態で適用したＳｉＮの他に、例えばＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＨｆＯｘ、ＡｌＮ等を適用することが可能である。
【００７９】
ソースイオン注入領域４１は、ソース電極２１と２次元電子ガス層１５とを導通させることができればよい。また、ドレインイオン注入領域４２は、ドレイン電極２２と２次元電子ガス層１５とを導通させることができればよい。ソースイオン注入領域４１およびドレインイオン注入領域４２によって、電界効果トランジスタ１のオン抵抗を小さくすることができる。ソースイオン注入領域４１、ドレインイオン注入領域４２に対するイオン注入量は、例えば１０15／ｃｍ2程度である。注入するイオンとしては、例えばＳｉ等を適用することができる。
【００８０】
開口部イオン注入領域４３のイオン注入量は、開口部４０でキャリア供給層１２に発生した表面準位のすべてにキャリアを捕獲させるに必要な注入量より多くしてあることが望ましい。この構成により、本発明に係る電界効果トランジスタ１は、開口部４０に対応するキャリア供給層１２に発生する表面準位の影響を排除してチャネル層１１に形成される２次元電子ガス層１５のキャリア濃度の減少を防止することが可能となり、電流コラプス現象を確実に抑制することができる。
【００８１】
以下に、上述した要件の理由について、さらに詳細を説明する。
【００８２】
電流コラプス現象とは、上述したとおり、キャリア供給層１２の表面近傍に準位（表面準位）が発生することに起因する現象である。キャリア供給層１２の表面近傍で実際に発生する表面準位密度は１０12／ｃｍ2程度と考えられている。
【００８３】
したがって、キャリア供給層１２に発生した表面準位のすべてに開口部イオン注入領域４３で発生するキャリアを捕獲させることによって、チャネル層１１に形成される２次元電子ガス層１５のキャリア濃度に対するキャリア供給層１２による表面準位の影響を排除することができる。
【００８４】
つまり、本実施の形態では、開口部４０に対応するキャリア供給層１２に発生した表面準位のすべてに、開口部イオン注入領域４３で発生するキャリアが捕獲されることから、表面準位の影響を排除することが可能となり、結果として２次元電子ガス層１５のキャリア濃度の減少を防ぐことが可能となり、電流コラプス現象を抑制することが可能となる。
【００８５】
本実施の形態では、ソースイオン注入領域４１、ドレインイオン注入領域４２として実際に注入するイオン注入量は、上述したとおり、例えば１０15／ｃｍ2程度である。したがって、ソースイオン注入領域４１およびドレインイオン注入領域４２を形成するときに、開口部イオン注入領域４３を併せて同様に形成すれば、開口部イオン注入領域４３にも例えば１０15／ｃｍ2程度のイオン注入を行うことができる。
【００８６】
したがって、キャリア供給層１２では表面準位密度が１０12／ｃｍ2となるのに対して、開口部イオン注入領域４３では１０15／ｃｍ2のキャリアを発生させることが可能となり、発生したキャリアは、キャリア供給層１２の表面準位のすべてに捕獲させることができる。
【００８７】
なお、開口部イオン注入領域４３は導電性となるが、第１絶縁層３１とキャリア供給層１２との間にはバンドギャップ差（禁止帯幅の差）がある。したがって、第１絶縁層３１およびキャリア供給層１２に対する界面ＢＤと、開口部イオン注入領域４３との間で、キャリアの往来は発生しないので、絶縁性を保持することができる。
【００８８】
図２は、本発明との比較のために示す従来の電界効果トランジスタの断面を示す断面図である。
【００８９】
従来の電界効果トランジスタ１０１（ＨＦＥＴ）は、基板１１０と、基板１１０に積層されたチャネル層１１１と、チャネル層１１１に積層されたキャリア供給層１１２とを備える。また、キャリア供給層１１２に対して、ソース電極１２１、ドレイン電極１２２がオーミック接合され、ソース電極１２１とドレイン電極１２２との間のキャリア供給層１１２に対して導電性金属で形成されたゲート電極１２３がショットキー接合されている。
【００９０】
ソース電極１２１とゲート電極１２３との間、およびゲート電極１２３とドレイン電極１２２との間のキャリア供給層１１２には、第１絶縁層１３１が積層されている。また、ソース電極１２１に対応するキャリア供給層１１２にはソースイオン注入領域１４１が形成され、ドレイン電極１２２に対応するキャリア供給層１１２にはドレインイオン注入領域１４２が形成されている。また、ソースイオン注入領域１４１およびドレインイオン注入領域１４２は、チャネル層１１１に到達するように延長されている。チャネル層１１１のキャリア供給層１１２との境界には、２次元電子ガス層１１５が形成され、キャリアを走行させることが可能となる。
【００９１】
従来の電界効果トランジスタ１０１では、第１絶縁層１３１とキャリア供給層１１２との界面ＢＤは、電流リーク経路となる恐れがある。つまり、ソース電極１２１、ゲート電極１２３、およびドレイン電極１２２それぞれの間にあるキャリア供給層１１２の全面にわたって第１絶縁層１３１を形成していることから、界面ＢＤをリーク経路としたリーク電流が発生しやすい。
【００９２】
実使用上においては、ゲート・ドレイン間は例えば数百Ｖの電位差となるので、ゲートリーク電流が特に問題となる。なお、ここでのゲートリーク電流とは、電源をオフしたとき、ゲート電極１２３とドレイン電極１２２との間に流れるリーク電流のことをいう。
【００９３】
電界効果トランジスタ１０１の構造でのゲートリーク電流を低減するため、ゲート電極１２３とドレイン電極１２２との間の第１絶縁層１３１に開口部を形成し界面ＢＤを遮断することによって、ゲート電極１２３とドレイン電極１２２との間のリーク経路を遮断する方法が考えられる（特許文献２参照）。しかし、開口部には第１絶縁層１３１が存在しないことから、キャリア供給層１１２に表面準位が発生し、電流コラプス現象が発生する原因となる。
【００９４】
従来の電界効果トランジスタ１０１に対して本実施の形態に係る電界効果トランジスタ１は、上述したとおり、ドレイン電極２２に対向する第１絶縁層３１の端とドレイン電極２２との間に形成された開口部４０と、開口部４０に露出したキャリア供給層１２に積層された第２絶縁層３２とを備える。また、キャリア供給層１２は、開口部４０に対応する開口部イオン注入領域４３を備える。
【００９５】
したがって、電界効果トランジスタ１は、従来の電界効果トランジスタ１０１で発生した問題を容易かつ確実に解消することが可能となる。
【００９６】
なお、チャネル層１１の成膜、キャリア供給層１２の成膜、第１絶縁層３１の成膜、第２絶縁層３２の成膜、ソース電極２１の形成、ドレイン電極２２の形成、ゲート電極２３の形成、開口部４０の形成、ソースイオン注入領域４１の形成、ドレインイオン注入領域４２の形成、開口部イオン注入領域４３の形成は、周知の技術を適用して行なうことが可能であるので、成膜方法、形成方法（電極形成方法、イオン注入方法、パターニング方法）についての詳細は省略する。
【００９７】
＜実施の形態２＞
図３に基づいて、本実施の形態に係る電界効果トランジスタについて説明する。
【００９８】
図３は、本発明の実施の形態２に係る電界効果トランジスタの断面を示す断面図である。
【００９９】
本実施の形態に係る電界効果トランジスタ１の基本的な構成は、実施の形態１に係る電界効果トランジスタ１の構成と同様であるので、符号を援用し、主に異なる事項について説明をする。
【０１００】
実施の形態１では、開口部イオン注入領域４３は、ドレインイオン注入領域４２と同程度の深さに形成したが、本実施の形態では、開口部イオン注入領域４３は、キャリア供給層１２の表面近傍にのみ形成してある。
【０１０１】
上述したとおり、開口部４０に対応するキャリア供給層１２の表面準位は、キャリア供給層１２の表面近傍で発生する。したがって、表面準位の影響を防ぎ、電流コラプス現象を抑制するためには、開口部４０に対応する領域で、キャリア供給層１２の少なくとも表面近傍にイオン注入領域４１が形成されていればよい。
【０１０２】
なお、実施の形態１および実施の形態２において、ゲート電極２３とキャリア供給層１２とはショットキー接合を構成したが、ゲート電極２３をキャリア供給層１２に対し絶縁する絶縁層を設けた、いわゆるＭＩＳ（ｍｅｔａｌ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）構造とすることも可能であり、この場合も同様の効果を奏する。
【０１０３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。また、異なる実施の形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて実現できる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０４】
１  電界効果トランジスタ
１０  基板
１１  チャネル層
１２  キャリア供給層
１５  ２次元電子ガス層
２１  ソース電極
２２  ドレイン電極
２３  ゲート電極
３１  第１絶縁層
３２  第２絶縁層
４０  開口部
４１  ソースイオン注入領域
４２  ドレインイオン注入領域
４３  開口部イオン注入領域
ＢＤ  界面
【図１】
2010287605.tif 000003
【図２】
2010287605.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010287605.tif 000006
【図５】
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