(57)【要約】  誘電体破壊を回避する厚さのゲートｐＧａＮ構造を有するエンハンスメントモードＧａＮトランジスタが提供される。一実施形態において、この厚さは４００Åから９００Åの範囲内である。好適な一実施形態において、この厚さは６００Åである。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
４００Åから９００Åの厚さのｐＧａＮゲート構造を有するエンハンスメントモードＧａＮトランジスタ。
【請求項２】
前記ｐＧａＮゲートの厚さは６００Åである、請求項１に記載のエンハンスメントモードＧａＮトランジスタ。
【請求項３】
係数Ａは定格ゲート電圧と５Ｖとの比に一致するとして、係数Ａ×（４００Åから９００Å）の厚さのｐＧａＮゲート構造を有するエンハンスメントモードＧａＮトランジスタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンハンスメントモード窒化ガリウムトランジスタに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンハンスメントモードの窒化ガリウム（ガリウムナイトライド；ＧａＮ）トランジスタ、最近になって開発されたものである。ＧａＮトランジスタにおいては、正の閾値電圧を作り出すために、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）／ＧａＮ構造の頂部にＰ型ＧａＮ（ｐＧａＮ）ゲートが成長される。しかしながら、既知のｐＧａＮゲート構造は最適化された厚さを有しておらず、ｐＧａＮ構造が過度に厚いと誘電体破壊がもたらされ、ｐＧａＮ構造が過度に薄いと電流の過大な伝導性がもたらされ得る。
【０００３】
図１は、既知のＧａＮトランジスタ１の断面図を示している。ＧａＮトランジスタ１は、アンドープのＧａＮ層６の頂部に配置されたＡｌＧａＮ層５を有し、これらの層の間に２ＤＥＧヘテロ接合９を備える。ＡｌＧａＮ層５の頂部に、ソース２、ドレイン３及びゲート４がある。ゲート４は、ゲート金属４とＡｌＧａＮ層５との間にｐＧａＮ構造７を有している。誘電体８が、露出されたＡｌＧａＮ層とゲート４及びｐＧａＮ構造７の側壁とを覆っている。ｐＧａＮ構造７は厚さｔを有する。ゲート誘電体７は、ゲート４とＡｌＧａＮ層との間で側壁によって決定される。
【０００４】
図２は、図１の既知のＧａＮトランジスタ１の回路図を示している。図２は、誘電体８がゲートダイオードと並列であることを示している。理解されるように、ここで使用されている参照符号は図１及び２を参照するものである。
【０００５】
図３は、異なる厚さｔのｐＧａＮ構造を備えたゲートに関して、相互コンダクタンス（入力電圧に対する出力電流）がどのように変わるかを示している。ｐＧａＮの厚さｔが増加するにつれて、相互コンダクタンスが低下し、ゲートダイオードの順方向降下が増大する。具体的には、図３は、３００Åの厚さｔを有するｐＧａＮ構造を備えたゲートが、６００Åの厚さｔを有するｐＧａＮ構造を備えたゲートより高い相互コンダクタンスを有し、且つ６００Åの厚さｔを有するｐＧａＮ構造を備えたゲートが、１０００Åの厚さｔを有するｐＧａＮ構造を備えたゲートより高い相互コンダクタンスを有する、ことを示している。より厚いｐＧａＮ構造を有するデバイスを完全に増進（エンハンス）するためには、より高いゲート電圧が必要とされる。デバイスが完全にエンハンスされる前にゲート誘電体が故障してしまうと、デバイスの最大性能を達成することができない。
【０００６】
既知のエンハンスメントモードＧａＮトランジスタは全て、少なくとも１０００Åの厚さｔのｐＧａＮ構造を備えたゲートを有している。例えば、非特許文献１は１０００ÅのｐＧａＮ構造を教示している。さらに、特許文献１は１０００Åの厚さを有するｐＧａＮ構造を教示している。しかしながら、後述するように、１０００Å以上のｐＧａＮ構造の厚さｔは誘電体破壊をもたらし得る。
【０００７】
図５は、１０００Åの厚さｔを有するｐＧａＮ構造のゲートＩ−Ｖ特性を示している。図５のデータは、１０００Åの厚さｔのｐＧａＮ構造を有するゲートが、該ゲートに８Ｖ−１２Ｖが印加されたときに破壊したことを示している。故に、１０００Åの厚さｔは、ゲートが誘電体のように振る舞うため、ｐＧａＮ構造にとって厚すぎるものである。誘電体破壊は、破局的なものであり、２ＤＥＧヘテロ接合が完全にエンハンスされる前に起こり、あるいは、高速スイッチング中のゲートのオーバーシュート（後に示す）の結果として起こり得る。
【０００８】
図６は、１０００Åの厚さｔを有するｐＧａＮ構造のゲートＩ−Ｖ特性を示している。図３のグラフにて見て取れるように、１０００Åの厚さｔのｐＧａＮ構造を有するゲートは、誘電体破壊の虞を増大させる６Ｖでも完全にターンオンしていない。
【０００９】
図７は、ゲートに関するオーバーシュートを示している。このグラフから見て取れるように、示された高速なスイッチング速度では、電圧の振動が激しいものとなり得る。ゲートの閾値電圧が誘電体の耐電圧に近い場合、誘電体は、耐電圧レベルを上回り得るゲートオーバーシュートの結果として破壊し得る。耐電圧より遙かに小さい厚さｔを有するｐＧａＮ構造を持つゲートは、ゲートオーバーシュートによる悪影響を受けにくい。それは、ゲートをアクティブにするために印加される電圧が耐電圧にさほど近いものではなくなり、すなわち、ゲートオーバーシュートが耐電圧に達したり、それを超えたりすることが起こりにくくなるからである。
【００１０】
以上から明らかなように、エンハンスメントモードＧａＮトランジスタのｐＧａＮゲート構造にとって１０００Åは厚すぎる。故に、誘電体破壊の虞を回避するのに十分な薄さのｐＧａＮゲートを備えたエンハンスメントモードＧａＮトランジスタを提供することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６／０２７３３４７号明細書
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】X.Hu等、「Enhancement  mode  AlGaN/GaN  HFET  with  selectively  grown  pn  junction  gate」、2000年4月13日、36  Electronic  Letters、Issue  8、pp.753-754
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、誘電体破壊を回避するのに十分な薄さのｐＧａＮ構造を有するエンハンスメントモードＧａＮトランジスタを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
一実施形態において、５Ｖのゲート電圧印加に対して、この厚さは４００Åから９００Åの範囲内である。好適な一実施形態において、この厚さは６００Åである。このような厚さは、電流の過大な伝導性を回避するのに十分な厚さである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】エンハンスメントモードＧａＮトランジスタを示す断面図である。
【図２】エンハンスメントモードＧａＮトランジスタの回路図である。
【図３】異なる厚さのゲートに関して、相互コンダクタンスがどのように変化するかを示すグラフである。
【図４】異なる厚さのゲートを有するデバイスに関して、ゲートＰ−Ｎ接合のＩ−Ｖ特性を示すグラフである。
【図５】１０００Åの厚さｔを有するｐＧａＮ構造を持つゲートのゲートＰ−Ｎ接合のＩ−Ｖ特性を示す図である。
【図６】１０００Åの厚さｔを有するｐＧａＮ構造のゲートＰ−Ｎ接合のＩ−Ｖ特性を、６００Åの厚さｔを有する構造と比較して示すグラフであり、１０００Åゲートを備えたデバイスは、誘電体破壊の虞を増大させる６Ｖでターンオンして（故に、電流が流れることを可能にして）いないことを示している。
【図７】従来技術に係るゲートに関するオーバーシュートを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、４００Åから９００Åの範囲内のｐＧａＮゲート厚さを有するエンハンスメントモードＧａＮトランジスタに関する。この範囲は、誘電体破壊を回避するのに十分な薄さである。後述のように、この範囲はまた、過度に薄いｐＧａＮゲートに関する問題を回避するのに十分な厚さでもある。好適な一実施形態において、ｐＧａＮゲートの厚さは６００Åである。
【００１７】
ｐＧａＮゲート構造は、Ｍｇドープされてｐ型の導電型に活性化される。一実施形態において、ｐＧａＮゲート構造は、Ｍｇをドープされ且つ水素で補償された半絶縁性ＧａＮである。
【００１８】
図４に示すように、６００Åの厚さのｐＧａＮ構造を有するゲートは、測定可能な適度な量の電流を導通するのに十分な厚さである。図４はまた、３００Åの厚さｔのｐＧａＮ構造を有するゲートは、何らかの大きさの正電圧又は負電圧が印加されると計り知れないほどの電流を導通してしまうことを示している。故に、３００Åの厚さはｐＧａＮ構造にとって薄すぎるものである。
【００１９】
図６に示すように、６００Åの厚さを有するｐＧａＮ構造を備えたゲートは誘電体破壊が起こる前にターンオンし、故に、誘電体破壊が回避される。誘電体破壊はまた、６００Åの厚さのｐＧａＮ構造を有するゲートでは起こりにくい。何故なら、誘電体の耐電圧より遙かに低い電圧でゲートがターンオンし、すなわち、ゲートオーバーシュートがゲート電圧を耐電圧近くまで押し上げることが起こりにくいからである。
【００２０】
上述のゲート厚さ及び測定は、５Ｖの定格ゲート電圧で動作されるデバイスに関する。明らかなように、より低い定格ゲート電圧では、ｐＧａＮ構造の厚さは、対応して小さくされることになる。
【００２１】
以上の説明及び図面は単に、ここで説明した特徴及び利点を達成する特定の実施形態の例示と見なされるべきものである。具体的なプロセス条件には変更及び代用が為され得る。従って、本発明は、以上の説明及び図面によって限定されるものとして見なされるものではない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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