場效應晶體管的制作方法

專利名稱：場效應晶體管的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用III族氮化物半導體的場效應晶體管。具體地，本發明涉及 一種適于在利用III族氮化物半導體的異質結場效應晶體管中獲得優良的高頻特性和高 壓性能的結構。
背景技術：
作為利用III族氮化物半導體的場效應晶體管，已經報告了如圖17所示的場效 應晶體管(非專利文獻 1 :Υ· Ando 等，2001 InternationalElectron Devices Meeting DigestdEDM 01)第381-384頁)。圖17是示出異質結場效應晶體管的結構的截面圖(其 在下文將簡稱為HJFET)。在該HJFET 200中，在藍寶石襯底209上形成AlN緩沖層211。在AlN緩沖層211 上形成GaN溝道層212，以及在其上形成AlGaN電子供給層213。在AlGaN電子供給層213 上形成源電極201和漏電極203。這些電極與AlGaN電子供給層213歐姆接觸。此外，在源 電極201和漏電極203之間形成柵電極202。該柵電極202與AlGaN電子供給層213肖特 基接觸。最終，形成用作表面保護膜的SiN膜221作為最上層。在這種HJFET 200中，由于晶體管在其中具有AlGaN/GaN異質結，所以塌縮 (collapse)的程度和柵極擊穿電壓之間存在折衷，而控制該折衷很困難。在AlGaN/GaN異 質結處，由AlGaN層和GaN層之間晶格失配產生的應力引起了壓電極化，并由此將兩維電子 氣提供給AlGaN電子供給層213和GaN溝道層212之間的界面。為此，當產生應力的保護 膜(SiN膜221)形成在器件表面上時，所得到的應力會對HJFET 200的器件性能產生影響。 下面將描述這種影響。圖18示出了 SiN膜221的厚度與塌縮的程度(圖中用ο表示)和柵極擊穿電壓 (圖中用Δ表示)之間的關系。在該情況下，塌縮是在HJFET進行大信號操作時導致由于 表面陷阱的響應而在表面上積聚負電荷以致最大漏電流降低的狀態的現象。當塌縮的程度 變顯著時，會抑制在大信號操作下的漏電流，由此，降低了飽和輸出。當在塌縮程度顯著的這種器件的表面上形成SiN膜221時，由于SiN膜221引起的 應力增加了 AlGaN電子供給層213中的壓電極化電荷，導致補償表面負電荷的效應。為此， 可以降低塌縮的程度。例如，在圖18中不存在SiN膜221的情況下，即，在其膜厚度為Onm 的情況下，塌縮的程度為60%或以上。相反，在SiN膜221的膜厚度為IOOnm的情況下，塌 縮程度可以縮減到10%或以下。另一方面，前述的表面負電荷有減緩柵極和漏極之間電場集中的效應，由此提高 了柵極擊穿電壓。為此，當SiN膜221變厚以致表面負電荷被補償時，柵極和漏極之間的電 場集中變得更嚴重以致降低了柵極擊穿電壓。
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結果，如圖18所示，在塌縮和柵極擊穿電壓之間存在折衷，這取決于SiN膜221的
厚度差。為了解決HJFET中的這種問題，已經提出了一種增加了場極板電極的HJFET (非專 利文獻 2 =Li 等，Electronic Letters，第 37 卷，第 196-197 頁(2001))。圖 19 是示出這種 HJFET的結構的截面圖。圖19所示的HJFET 250形成在襯底例如SiC襯底210上。AlN緩沖層211形成 在SiC襯底210上。GaN溝道層212形成在AlN緩沖層211上。AlGaN電子供給層213形 成在GaN溝道層212上。源電極201和漏電極203提供在AlGaN電子供給層213上，它們 與其歐姆接觸。在這些電極201和203之間，提供了柵電極202。柵電極202包括朝著漏極 側以懸置(overhang)形式突出的場極板部分205，并且與AlGaN電子供給層213肖特基接 觸。AlGaN電子供給層213的表面被SiN膜221覆蓋。該SiN膜221直接位于場極板部分 205下面。由于可以通過增加場極板部分205抑制擊穿電壓的降低，所以可以在塌縮和柵極 擊穿電壓之間的折衷方面加以改進。

發明內容
本發明要解決的問題然而，發明人研究了在前參考圖19描述的HJFET 250的結果，發現當例如在60V 或以上的高壓下執行操作時，再次觀察到了塌縮使得不能獲得在60V或以上的高壓操作下 期望的這種高輸出密度。此外，已經報告了在提供場極板的情況下，由于直接在場極板電極下面的寄生電 容而引起的反饋電容變為如圖16和20所示那么大，以致相比沒有提供場極板的情況增益 降低了(非專禾1J文獻3 :Ando等，Workshop of the Institute of Electronic, Information and CommunicationEngineers, 2003年1月)。圖16是用于說明包括SiN膜221和場極板 的HJFET的柵極和漏極之間電力線的圖。此外，圖20是示出晶體管的工作電壓和增益之間 關系的圖。在圖20中，Lfp表示場極板電極的長度，并且在該實例中為1 μ m。此外，在專利文獻1 JP 2005-93864A中，公開了一種包括多個場極板的功率半導 體器件。根據該功率半導體器件，第二場極板電極的插入電極部分插入在第一場極板電極 和漏電極之間，由此基本抵消柵_漏電容。然而，發明人研究了前述文獻(專利文獻1 JP 2005-93864A)中描述的結構的結 果，發現從提高擊穿電壓同時提高高頻區的增益的觀點來看，有提高的空間。鑒于前述情形創造了本發明，并且本發明提供了一種在高電壓工作下顯示出滿意 的高頻特性和優良擊穿電壓的場效應晶體管。解決該問題的手段為了提高場效應晶體管高頻區中的增益來提高其高頻特性和提高擊穿電壓特性， 發明人進行了積極的研究。具體地，我們研究了與包括用于確保柵極擊穿電壓的場極板的 晶體管(示于圖19中)有關的頻率f和線性增益(下文簡稱為“增益”)之間的關系。在晶 體管中，公知當工作頻率在特定頻率以上時存在增益快速降低的“拐點”。由于場效應晶體 管用在相對于拐點低的頻率側，所以當在較低頻率側存在拐點時，會降低可用頻率的上限。
圖21是用于說明拐點的圖。如由圖中的實線所示，頻率fc是拐點。在相對于其 的高頻側，增益顯著降低。從該事實可以看出，對于提高高頻特性需要提高增益，并且使拐 點位于高頻側。此外，在先前在“要解決的問題”部分中已描述了的專利文獻1 JP 2005-93864A 中，描述了一種功率HEMT，其中從第一場極板電極的上表面朝著源電極的上表面形成第二 場極板電極。在該功率HEMT中，第二場極板電極和源電極在操作區域中電連接，并且這些 電極被配置在相同的電位上。考慮到上述情況，作為本發明人已經研究了這種晶體管的結 果，在從第一場極板電極朝著源電極提供第二場極板電極的情況下，新近發現，如圖21中 虛線所指示的，雖然提高了低頻區的增益，但是拐點將向低頻側偏移(圖中的fc’)。考慮到上述情況，本發明人進一步研究了拐點偏移的原因。結果，本發明人新近發 現，當包括柵極和第一場極板的結構與第二場極板交疊區域的長度大于柵極長度時，拐點 向著低頻側偏移。在本說明書中，要注意，在柵極長度方向上的截面圖上，該交疊區域是其中第二場 極板位于包括第一場極板和柵極的結構的上方的區域，并且是其中第二場極板和該結構在 柵極長度方向彼此交疊的區域。如隨后在實例中所示出的，由于當交疊區域長于柵極長度 時，拐點向著低頻側偏移，所以可想到這樣一個趨勢，高頻區中的增益顯著降低。以上文提到的發現為基礎，本發明人研究了擊穿電壓特性優良的、和具有高增益 且拐點位于高頻側的晶體管。結果發現，在包括雙場極板電極結構的場效應晶體管中，當以 特定的結構形成場極板電極的交疊區域、并且在第二場極板中提供屏蔽部分時，能夠實現 這種所希望的晶體管。以這些新發現為基礎創造了本發明。根據本發明，提供一種場效應晶體管，包括由III族氮化物半導體制成的層結構，其包括異質結；形成在由III族氮化物半導體制成的層結構上的源電極和漏電極，彼此隔開的一 間隔；設置在源電極和漏電極之間的柵電極；第一場極板，設置在柵電極和漏電極之間的區域中的由III族氮化物半導體制成 的層結構上方，并且與由III族氮化物半導體制成的層結構隔離；和第二場極板，設置在由III族氮化物半導體制成的層結構上方，并且與由III族氮 化物半導體制成的層結構和第一場極板隔離，其中第二場極板包括屏蔽部分，其位于第一場極板和漏電極之間的區域中，并且用于 將第一場極板與漏電極屏蔽開，和該屏蔽部分的上端位于第一場極板的上表面上方，由此，在柵極長度方向上的截面圖上，當其中第二場極板與包括第一場極板和柵電極的結構的上部交疊的交疊區域的 柵極長度方向上的長度被指定為Lol，而柵極長度被指定為Lg時，滿足下面表示的關系0 彡 Lol/Lg 彡 1。
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根據本發明的場效應晶體管包括，在III族氮化物半導體結構上方，與由III族氮 化物半導體制成的層結構的上部和第一場極板隔離的第二場極板，其中第二場極板包括屏 蔽部分。此外，該屏蔽部分設置在第一場極板和漏電極之間的區域中以將第一場極板與漏 電極屏蔽開，并且屏蔽部分的上端位于第一場極板的上表面上方。這里，在漏電極側的區域中，由于第一場極板的上部的拐角部分是電力線集中的 部分，所以確保屏蔽該部分對于減小其寄生電容是很重要的。在本發明的場效應晶體管中， 采用前述結構在第一場極板的該側部分提供第二場極板，以便覆蓋在從第一場極板的側表 面經由其上端朝著其上部的區域上方。通過利用這種結構，可以確保屏蔽第一場極板的上 拐角部分以抑制寄生電容的出現。在本說明書中，屏蔽部分指的是用來屏蔽第一場極板和漏極之間的電場的第二場 極板中的部分。可構造該屏蔽部分，使得基本完全地屏蔽該電場，或者可構造該屏蔽部分以 屏蔽電場的部分。第二場極板的全部可用作屏蔽部分，或者其一部分可以用作屏蔽部分。此
外，在本說明書中，定位“在......上方”指的是位于遠離由III族氮化物半導體制成的層
結構的側上，并且定位“在......下面”指的是位于由III族氮化物半導體制成的層結構
的側上。此外，在本發明的場效應晶體管中，選擇在交疊區域的柵極長度方向上的長度 Lol，使得其滿足下面的關系0 彡 Lol/Lg 彡 1。通過選擇0 = Lol，可以更可靠地抑制在包括第一場極板和柵極的結構與第二場 極板之間產生寄生電容，并由此，可以更可靠地抑制拐點朝著低頻側偏移。因此，能夠更可 靠地抑制高頻區中增益的降低。為此，能夠可靠地提高高頻特性。此外，通過選擇0彡Lol/Lg< 1，可以更穩定地減緩柵電極和漏電極之間的電場集 中，由此可以將拐點保持在高頻側。由此，將本發明的場效應晶體管構造成高頻特性優良的 結構。在本發明的場效應晶體管中，可采用這種結構，其中屏蔽部分的下端相對于第一 場極板的下端位于由III族氮化物半導體制成的層結構側上。通過選擇這種結構，能夠更 有效地使第一場極板與漏電極屏蔽開。在本說明書中，屏蔽部分的下端例如是屏蔽部分的下表面。在屏蔽部分的下表面 包括偏移或傾斜的情況下，屏蔽部分的下端指的是位于由III族氮化物半導體制成的層結 構側上的端部。在該結構中，可采用如下結構，其中場效應晶體管進一步包括用來覆蓋在柵電極 和漏電極之間的區域中由III族氮化物半導體制成的層結構的上表面的第一絕緣膜，其中 凹陷部分提供在第一場極板和漏電極之間的區域中的第一絕緣膜處，并且第一場極板用與 第一絕緣膜的上表面接觸的方式提供，且屏蔽部分的下端位于該凹陷部分內。通過選擇這 種結構，可以將其中屏蔽部分的下端相對于第一場極板下端位于III族半導體層結構一側 上的場效應晶體管構造成制造穩定性更優良的結構。此外，在本發明的場效應晶體管中，還可以采用第一場極板的下端相對于屏蔽部 分下端位于由III族氮化物半導體制成的層結構一側上的結構。通過使用這種結構，可以 調節場極板對漏極側(在柵電極和漏電極之間)影響的程度，以提供理想的電場分布。為
8此，能夠有效地提高擊穿電壓特性，同時將高頻特性的降低抑制在最小程度內。也就是說， 可以將由第二場極板的屏蔽部分引起的在由III族氮化物半導體制成的層結構的上表面 上的電場變化，調節在合適的范圍內，由此，可以在漏極側(在柵電極和漏電極之間)實現 理想的電場分布。在這種結構中，該場效應晶體管可包括用來覆蓋柵電極和漏電極之間的區域中由 III族氮化物半導體制成的層結構的表面的第一絕緣膜；和提供在第一場極板和漏電極之 間的區域中第一絕緣膜上的第二絕緣膜，其中第一場極板可用與第一絕緣膜的上表面接觸 的方式提供，并且屏蔽部分的下端與第二絕緣膜的上表面接觸。通過選擇這種結構，調節場 極板和由III族氮化物半導體制成的層結構之間的距離，由此能夠調節靜電電容的值。為 此，在將高頻特性的降低抑制在最小程度的同時，可以用能夠進一步穩定制造的結構構造 擊穿電壓有效提高的場效應晶體管。發明效果如上所述，根據本發明，可以實現在高壓和高頻操作條件下都顯示出良好性能的 場效應晶體管。


圖1是示意性地示出根據本發明示范性實施例的場效應晶體管的結構和反映其 柵-漏區中電場分布的電力線的截面圖；圖2是示出根據本發明示范性實施例的場效應晶體管的結構和其各結構元件尺 寸的定義的截面圖；圖3是示出一實例的場效應晶體管結構的截面圖；圖4是示出實例1的場效應晶體管中的工作電壓和功率性能(飽和的輸出密度， 線性增益)之間的評價關系的圖；圖5是示出采用根據實例的寬凹陷結構的場效應晶體管結構的截面圖；圖6是示出在實例2中制備的具有不同參數Lfd的多種類型的場效應晶體管的一 結構的截面圖；圖7是示出通過利用實例2中制備的具有不同參數Lfd的多種類型場效應晶體管 評價的晶體管的參數Lfd和增益之間的關系的圖；圖8是示出在實例2中制備的具有不同參數Lfd的多種類型的電子場晶體管的一 種結構的截面圖；圖9是示出通過利用實例3中制備的具有不同參數Lfp2的多種類型場效應晶體 管評價的晶體管的參數Lfpl、Lfp2和增益之間的關系的圖；圖10是示出通過利用實例4中制備的具有不同參數Lfd2的多種類型場效應晶體 管評價的晶體管的參數Lfdl、Lfd2、d3和擊穿電壓之間的關系的圖；圖11是示出根據本發明另一示范性實施例的場效應晶體管結構的截面圖；圖12是示出通過利用實例5中制備的具有不同參數d2的多種類型場效應晶體管 評價的晶體管的參數d2、Lfp2和增益之間的關系的圖；圖13是示出根據本發明另一示范性實施例的場效應晶體管結構的截面圖；圖14是示出實例7中制備的具有不同參數Lfd的多種類型場效應晶體管的一種結構的截面圖；圖15是示出根據本發明又一示范性實施例的場效應晶體管的結構的截面圖；圖16是示意性地示出包括一個場極板電極的常規類型場效應晶體管的結構和反 映柵-漏區中電場分布的電力線的截面圖；圖17是示意性地示出不包括場極板電極的常規類型場效應晶體管的結構的截面 圖；圖18是示出最上層的SiN膜厚度與由塌縮引起的電流變化和柵極擊穿電壓之間 關系的圖，其已在具有圖17中所示結構的常規類型的場效應晶體管中評價了 ；圖19是示意性地示出包括與柵電極整體成型形狀形成的場極板電極的常規類型 場效應晶體管結構的截面圖；圖20是示出兩種常規類型場效應晶體管中的工作電壓和增益之間關系的圖，上 述晶體管分別包括與柵電極整體成型形狀形成的場極板電極和不包括這種場極板電極；圖21是示意性地示出除了與柵電極整體成型形狀形成的第一場極板電極之外， 提供第二場極板電極的常規類型場效應晶體管的頻率和增益之間關系的變化的圖；和圖22是示出具有圖3中所示結構的實例1中描述的場效應晶體管中的頻率和增 益之間關系的圖。在前述圖中，下面描述的參考標記具有以下含義。100場效應晶體管110 襯底111 氮化物半導體112 源電極113 柵電極114 漏電極115第一絕緣膜116第一場極板電極117第二絕緣膜118第二場極板電極119 屏蔽部分131 AlN 緩沖層132 GaN 層133 AlGaN 層
具體實施例方式現在將參考各圖說明本發明的示范性實施例。在所有的圖中，相同的附圖標記分 別指相同的結構元件，并且必要時在以下公開中將省略相同說明。在下面說明的示范性實施例中，通過參考工作模式為“耗盡型模式”的FET，特別是 HJFET，示出了本發明展示的優點和其優選模式。(第一示范性實施例)圖1是示出本示范性實施例的氮化物半導體場效應晶體管的結構的截面圖。圖1
10所示的場效應晶體管是具有雙場極板結構的利用氮化物半導體的HJFET型的晶體管。該晶體管包括由III族氮化物半導體(氮化物半導體111)制成的層結構，該層結 構包括異質結、以間隔的形式形成在氮化物半導體111的上部分上的源電極112和漏電極 114、位于源電極112和漏電極114之間的柵電極113、提供在柵電極113和漏電極114之間 區域中的氮化物半導體111的上方、且與氮化物半導體111隔離的第一場極板(第一場極 板電極116)、和提供在氮化物半導體111的上方且與氮化物半導體111和第一場極板電極 116隔離的第二場極板電極(第二場極板電極118)。第二場極板電極118包括位于第一場極板電極116和漏電極114之間的區域中的 屏蔽部分119，并且用于將第一場極板電極116與漏電極114屏蔽開。此外，在柵極長度方 向上的截面中第二場極板電極118包括偏移部分，其中連接一個臺階和另一臺階的垂直型 部分用作屏蔽部分119。屏蔽部分119的上端位于第一場極板電極116的上表面上方，即在遠離氮化物半 導體111的一側上。在柵極長度方向上的截面上，當將第二場極板電極118與包括第一場極板電極 116和柵電極113的結構的上部交疊的交疊區域在柵極長度方向上的長度設定為Lol，和將 柵極長度設定為Lg時，以下表示的關系滿足0 彡 Lol/Lg 彡 1。例如，可選擇Lol = 0，即 Lol/Lg = 0。在圖1中，以與用于覆蓋第一場極板電極116的側表面的一層絕緣膜(第二絕緣 膜117)接觸的方式提供第二場極板電極118。第二場極板電極118還與從第一場極板電極 116的側表面朝著其上表面提供的絕緣膜(第二絕緣膜117)交疊。場效應晶體管100包括用于覆蓋在柵電極113和漏電極114之間區域中的氮化 物半導體111的表面的第一絕緣膜(第一絕緣膜115)，和提供在第一場極板電極116和漏 電極114之間區域中的第一絕緣膜115上的第二絕緣膜(第二絕緣膜117)，其中提供第一 場極板電極116與第一絕緣膜115上的一部分接觸，且屏蔽部分119的下端與第二絕緣膜 117的上表面接觸。這是這樣一種結構，其中第一場極板電極116的下端相對于屏蔽部分 119下端位于氮化物半導體111的側上的結構。將第一場極板電極116偏置在與柵電極113相同的電位。另一方面，將第二場極 板電極118偏置在與源電極112相同的電位。尤其是，以在工作區域中彼此電性獨立的方 式形成源電極112和第二場極板電極118。在工作區域的截面圖中，源電極112和第二場極 板電極118以分離的形式成形，但在隔離區域中源電極112和第二場極板電極118電連接。以與柵電極113整體連續的方式構造第一場極板電極116。在該說明書中，“整體 連續”指的是整體形成為連續體的狀態。此外，優選采用由單個構件制成且其中不含連接部 件的結構。在圖1所示的結構中，雖然第二場極板電極118和第一場極板電極116彼此交疊， 且第二場極板電極118和柵電極113也彼此交疊，但也可采用這樣的結構第二場極板電極 118和第一場極板電極116彼此交疊，而第二場極板電極118和柵電極113不彼此交疊。此外，當在柵極長度方向上的截面上，將柵極長度設定為Lg，將從柵電極113端部 朝著漏電極114的第一場極板電極116的在柵極長度方向的延伸寬度設定為Lfpl，將第二場極板電極118的下表面的在柵極長度方向上的長度、即從屏蔽部分119的柵極側端部直 至第二場極板電極118的漏極側端部的第二場極板電極118的下表面的在柵極長度方向上 的長度設定為Lfp2時，可以如下形狀構造該結構，其中滿足以下公式(1)0. 5XLfpl ^ Lfp2(l) 此外，還可采用如下結構，以與用于覆蓋柵電極113的側表面的第二絕緣膜117接 觸的方式提供第二場極板電極118，由此當在柵極長度方向上的截面圖上，將從柵電極113 端部朝著漏電極114的第一場極板電極116的在柵極長度方向上的延伸寬度設定為Lfpl， 第二長極板電極118的下表面在柵極長度方向上的長度為Lfp2，將柵電極113和漏電極 114之間的距離設定為Lgd、以及將在第一場極板電極116的側表面的第二絕緣膜117的厚 度設定為d3時，滿足以下公式(1)和(2)0. 5 X Lfpl ^ Lfp2(1)Lfpl+Lfp2+d3 ^ 3/5XLgd (2)此外，在柵極長度方向上的截面圖上，當將第二場極板電極118下表面的在柵極 長度方向上的長度設定為Lfp2，和將在第一場極板電極116和柵電極113之間區域中的第 二場極板電極118的屏蔽部分119的下表面與氮化物半導體111之間的距離設定為d2時， 可以如下形狀構造該結構，其中滿足以下公式(3)d2 ^ 0. 5XLfp2 (3)第一絕緣膜115將成為含氮的膜。采用這樣的形式，以使在第一場極板電極116(第一場極板)和氮化物半導體 111 (氮化物半導體層結構)的上表面之間僅存在絕緣膜，例如僅存在第一絕緣膜(第一絕 緣膜115)。在這種情況下，選擇第一絕緣膜(第一絕緣膜115)的厚度dl以便其落入如下 范圍內，在該范圍由施加到第一場極板電極116 (第一場極板)的電壓產生的形成在第一 絕緣膜(第一絕緣膜115)中的電場不超過出現該絕緣膜的電介質擊穿的擊穿電場強度。 此外，當將例如與施加到柵極113的約IV的導通電壓相同的電壓施加到第一場極板電極 116(第一場極板)時，在第一絕緣膜(第一絕緣膜115)為SiN膜的情況下，必須選擇使該 厚度至少設置在dl ^ Inm的范圍內的條件，作為用于使該范圍的電場保持不超過擊穿電場 強度的條件。此外，當將第一場極板電極116(第一場極板)被偏置在與柵電極相同的電 位時，為了獲得電場的有效緩和，需選擇Lfpl和dl之間的比率以便其至少落入Lfpl ^ dl 的范圍內。通常，在利用用于第一絕緣膜(第一絕緣膜115)的絕緣膜的介電常數ε 和 真空中的介電常數ε。進行標定(notation)時，優選選擇Lfpl和dl之間的比率以便其落 入Lfpl彡dlX(￡ l/ε。)的范圍內。例如，在第一絕緣膜(第一絕緣膜115)為SiN膜的 情況下，當SiN膜的介電常數表示為ε SiN時，優選選擇Ldpl和dl之間的比率以便其落入 Lfpl ^ dl X ( ε SiN/ ε 0)的范圍內。另一方面，采用這樣的形式，即使第一場極板電極116(第一場極板)和第二場極 板電極118 (第二場極板)形成為第二絕緣膜(第二絕緣膜117)位于它們之間的狀態。現在將更詳細地描述電場效應晶體管100的結構。在電場效應晶體管100中，源電極112和漏電極114形成在生長在襯底110上的 氮化物半導體111的表面上。形成柵電極113和第一場極板電極116，第一絕緣膜115位于它們之間，并且第一場極板電極116電連接至器件的有源區上或隔離區上的柵電極113。此 外，將該器件構造成雙場極板結構，其中提供第二場極板電極118通過第二絕緣膜117鄰接 第一場極板電極116，并且第二場極板電極118電連接至該器件的隔離區上的源電極112。將氮化物半導體111構造成這樣的結構，其中，例如從下側(襯底110—側)順序 地層疊AlN緩沖層、GaN層和AlGaN層。襯底110的材料是例如SiC、藍寶石或Si。此外，可使用由III族氮化物半導體例 如GaN或AlGaN制成的襯底。第一絕緣膜115和第二絕緣膜117是含氮的膜，例如SiN膜。通過采用這種膜結 構，這些絕緣膜作為表面保護膜顯示出更高的效應，以使它們能進一步有效地抑制HJFET 中的塌縮。尤其是，當利用SiN膜作為第一絕緣膜115 (第一絕緣膜)用于覆蓋氮化物半導 體111 (由III族氮化物半導體制成的層結構)的表面，以及還利用SiN膜作為第二絕緣膜 117 (第二絕緣膜)時，由SiN膜引起的應變應力會被施加到氮化物半導體111 (由III族氮 化物半導體制成的層結構)的表面。結果，有效減小了電流塌縮。另外，通過利用SiN膜作 為第一絕緣膜115 (第一絕緣膜)，還存在降低在SiN膜和氮化物半導體111 (由III族氮 化物半導體制成的層結構)之間的界面引入的低界面態密度的效果。當至少利用含氮的膜 作為第一絕緣膜115(第一絕緣膜)時，可以避免以高密度引入由氧引起的電子陷阱態的現 象，在利用例如SiO2膜時頻繁地觀察到陷阱態。例如，含氮的膜除了 SiN之外可包括SiON、 BN、A1N等。在利用除SiN之外的這些含氮的膜作為第一絕緣膜115(第一絕緣膜)時，如 果由其覆層引入到氮化物半導體111 (由III族氮化物半導體制成的層結構)的表面上的 應變應力的方向與利用SiN的方向相同，則在減小電流塌縮方面是有效的。此外，當引入到氮化物半導體111 (由III族氮化物半導體制成的層結構)的表面 上的應變應力的幅度小于利用SiN中的應變應力的幅度時，會顯示出柵極泄漏電流減小的 另外的效果。例如，還可采用其中利用SiN膜作為第一絕緣膜115(第一絕緣膜)并利用除了 SiN膜外的含氮的膜作為第二絕緣膜117 (第二絕緣膜)的模式。在這種情況下，當引入到 氮化物半導體111 (由III族氮化物半導體制成的層結構)的表面上的應變應力的方向與 利用SiN中的應變應力的方向相同時，可以獲得電流塌縮減小的效果。應注意，當利用除了氮之外還包括其它原子例如氧形成電子陷阱態的這種含氮的 膜例如SiON作為第一絕緣膜115 (第一絕緣膜)時，相比利用SiN的情況界面態密度可能 會更高。此外在該情形下，相比利用SiO2膜的情形，通過利用SiON膜相對抑制了引入的界 面態密度。在相對低的界面態密度，即使電子被俘獲在柵電極附近的界面處的電子陷阱態， 當將第一場極板電極(第一場極板)偏置在與柵電極相同的電位時，也可以通過由于第一 場極板電極(第一場極板)引起的電場調節其中電子被俘獲在電子陷阱態中的溝道部分。 結果，可以獲得抑制電流塌縮出現的效果。在場效應晶體管100中，將第二場極板電極118偏置在與源電極112相同的電位， 由此終止第一場極板電極116和漏電極114之間的電力線的大部分以屏蔽掉。于是，可以 大大減小在漏電極114和在與第一場極板電極116相同的電位偏置的柵電極113之間的反 饋電容。由此，提高了晶體管的高頻區中的增益。此外，在漏電極114的方向上順序地布置第一場極板電極116和第二場極板電極118，其中將第一場極板電極116通過具有比空氣高 的介電常數的第二絕緣膜117偏置在與柵電極113相同的電位，將第二場極板電極118偏 置在與源電極112相同的電位。由此，相比僅包括第一場極板電極116的常規類型的結構 的情形，大大舒緩了柵電極113附近的電場集中。于是，該晶體管可以在更高的漏電壓下工作。此外，在場效應晶體管100中，第二場極板電極118沒有形成在氮化物半導體111 的表面上，而是形成在第二絕緣膜117上。為此，在執行大信號操作時，可以將從第二場極 板電極118注入到氮化物半導體111的表面上的電子抑制到低水平。當注入電子時，導致 負電荷聚集在表面陷阱態的狀態。結果，會出現最大漏電流減小的現象(虛柵現象)。為 此，通過利用該示范性實施例的結構，能夠適當地抑制由虛柵現象產生的性能退化，該現象 是由氮化物半導體晶體管中負電荷的注入引起的。此外，場效應晶體管100以如下結構構造，即，在第一場極板電極116和柵電極113 與第二場極板電極118彼此交疊的交疊區域的在柵極長度方向上的長度Lol與柵極長度Lg 之間，滿足以下表示的關系⑴ Lol = O,或(ii)0 < Lol/Lg 彡 1。在柵極長度方向上的截面圖上，將交疊區域定義為第二場極板電極118與包括第 一場極板電極116和柵電極113的結構在柵極長度方向上彼此交疊的區域。通過選擇交疊區域滿足前述關系(ii)的這種結構，增益的拐點可以存在在高頻 側。由此，可以抑制高頻區中的增益降低以提高高頻特性，并且可以進一步確保第一場極板 電極116與漏電極114屏蔽開。此外，通過選擇在前述范圍內的Lol和Lg之間的比，相對 于由柵電極113的柵極長度Lg產生的實際電容充分地降低柵極和源極之間多度的寄生電 容的大小。要注意，在滿足前述關系(ii)的結構的情況下，更優選，可采用滿足關系表示為O < Lol/Lg ^ 0. 7的結構。通過采用這種結構，能夠更適當地抑制柵極和源極之間的寄生電 容。此外，能夠使拐點的頻率更確保位于高頻側。此外，通過采用交疊區域的長度Lol滿足前述關系(i)的結構，能夠進一步有效地 抑制柵極和源極之間的寄生電容。此外，能夠進一步適當地抑制增益的減小。另外，作為第二絕緣膜(第二絕緣膜117)也插入在第一場極板電極116 (第一場 極板)側壁和第二場極板電極118 (第二場極板)的屏蔽部分119之間的事實的結果，產生 了另外的寄生電容。由屏蔽部分119產生的該另外的寄生電容還助于柵極和源極之間的寄 生電容。考慮到抑制由屏蔽部分119產生的另外寄生電容的作用，進行設置以便將第一場 極板電極116 (第一場極板)側面的高度hfpl至少設置在不高于柵電極113的高度hg的 范圍內。也就是說，優選，在圖2所示的結構中，第一場極板電極116(第一場極板)的側壁 的高度hfpl通常選擇在hfpl彡0. 4 μ m的范圍內。屏蔽部分119是第二場極板電極118的一部分，其提供在第一場極板電極116和 漏電極114之間并在襯底110的法線方向上延伸。屏蔽部分119沿著第一場極板電極116 的側表面提供，并且用于將第一場極板電極116與漏電極114屏蔽開。此外，由于屏蔽部分 119的上表面位于第一場極板電極116的上端部上方，所以優選通過屏蔽部分119，屏蔽電力線易于集中的第一場極板電極116的上拐角部分和上、下區域。為此，能夠適當地抑制在 第一場極板電極116和漏電極114之間反饋電容的出現。此外，第一場極板電極116的下端相對于屏蔽部分119的下端可位于氮化物半導 體111側上。這是直接位于各個場極板下面的絕緣膜厚度隨著離柵電極113側的距離增加 而變厚的結構。更具體地，在柵電極113和漏電極114之間，可在第一絕緣膜115和第二絕 緣膜117上分別順序地形成偏置在與柵電極113相同的電位的第一場極板電極116和偏置 在與源電極112相同的電位的第二場極板電極118。通過采用這種結構，調節了場極板對漏 極側的影響程度以提供理想的電場分布。為此，能夠進一步有效地提高擊穿電壓。此外，第一場極板電極116可與柵電極113整體連續形成，且由此偏置在與柵電極 113相同的電位。另一方面，第二場極板電極118可恒定地偏置在預定的電位，例如在與源 電極112相同的電位。通過采用這種結構，能夠更可靠地減小第一場極板電極116和漏電 極114之間的電容。此外，可顯著地改變施加到第二場極板電極118的電壓。在場效應晶體管100中，第二場極板電極118提供在第一場極板電極116和漏電 極114之間，且第二場極板電極118可電連接至源電極112。此外，第二場極板電極118與 偏置在與柵電極113相同電位的第一場極板電極116電隔離，第二絕緣膜117位于它們之 間。通過采用這種結構，第二場極板電極118可以終止并屏蔽從漏電極114朝著第一場極 板電極116的大部分電力線。為此，可以大大減少第一場極板電極116和漏電極114之間 產生的反饋電容成分。如上所述，通過利用本示范性實施例的結構，可以大大減小漏電極114和柵電極 113之間的反饋電容，并且有效地抑制源電極112和柵電極113之間的寄生電容。此外，大 大減輕了在柵電極113附近的電場集中。為此，高增益和高電壓操作可以得兼，由此，可以 顯著提高在高頻的功率性能。此外，通過利用用于第一絕緣膜115和第二絕緣膜117的SiN 膜，SiN膜可以適當地用作表面保護膜，其可以有效地抑制塌縮的出現。因此，例如還是在 60V或以上的工作電壓下，改善了塌縮和柵極擊穿電壓之間的折衷，并且減小了柵電極和漏 電極之間的反饋電容。由此，實現了具有高增益的高頻場效應晶體管。因此，根據該示范性實施例，能夠穩定地獲得可在在高電壓下以高增益工作的高 頻/高功率場效應晶體管。此外，在本示范性實施例中，采用如下結構，其中滿足表示為Lfd的關系，且分 別以與第二絕緣膜117的兩側接觸的方式提供第一和第二場極板電極116和118。通過采 用第一和第二場極板電極116和118通過單層絕緣膜(第二絕緣膜117)隔開的結構，能夠 進一步確保將第一場極板電極116與漏電極114屏蔽開。這里，在第一場極板電極116和第二場極板電極118提供在第一絕緣膜115表面 上的同一水平面上、然后將絕緣膜提供在其整個上表面上以隔離這些場極板的情況下，存 在這樣的擔心，即，由于在電極之間不滿意的掩埋會在絕緣膜處形成氣隙。結果，擔心由于 在氣隙處的介電常數的降低會減小第一場極板電極116相對于柵電極113的屏蔽效應。鑒 于上述情形，在本示范性實施例中，在形成第一場極板電極116之后，從第一場極板電極 116的側表面朝著第一絕緣膜115的上表面提供第二絕緣膜117，并且在第二絕緣膜117上 形成第二場極板電極118，以便抑制在第二絕緣膜117處形成氣隙。由此，第二場極板電極 118可以以適合于與第二絕緣膜117直接接觸的形狀穩定地形成。
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在場效應晶體管100中，可以由減緩電場集中和減小反饋電容的觀點確定第二場 極板電極118的尺寸。更優選例如下面在圖2中描述的方式確定該尺寸。在圖2和以下描 述中，表示在柵極長度方向上的截面圖上的長度的各個標記的含義如下。Lg:柵極長度，Lfpl 從柵電極113的漏極側端部直至第一場極板電極116的漏電極114側端部 的長度，Lfp2 在第二場極板電極118下表面的在柵極長度方向上的長度，即在從屏蔽部 分119的柵極側端部直至第二場極板電極118的漏極側端部的第二場極板電極118下表面 的在柵極長度方向上的長度，Lfd 在包括第一場極板電極116和柵電極113的結構與第二場極板電極118之間 的截面長度，其中第二絕緣膜117位于其間，Lgd 在柵電極113和漏電極114之間的距離，Lfg 在包括第一場極板電極116和柵電極113的結構、第二絕緣膜117和第二場 極板電極118之間穿過第二絕緣膜117的截面長度，S卩，Lfd = Lol+d3,dl 在第一場極板電極116的下表面和氮化物半導體111之間的距離，其對應于圖 2中第一絕緣膜115的厚度，d2 在第一場極板電極116的下表面(屏蔽部分119的下表面)和氮化物半導體 111之間的距離，其對應于圖2中第一絕緣膜115的厚度和第二絕緣膜117的厚度之和，d3 夾在第一場極板電極116和第一場極板電極116 (側表面)之間的絕緣膜的厚 度，其對應于圖2中第二絕緣膜117的在柵極長度方向上的厚度，和Lol 在包括柵電極113和第一場極板電極116的結構與第二場極板電極118的交 疊區域的在柵極長度方向上的長度。此外，可將朝著第一場極板電極116的漏極側伸出尺寸Lfpl設定為例如0. 5 μ m。 由此，能夠更有效地抑制在柵電極113的漏極側端部上的電場集中。可選地，Lfpl可以是 1. 5 μ m或以下。通過選擇這種結構，能夠更可靠地抑制隨著反饋電容增加的高頻特性的降 低，例如，以第二場極板電極118和源電極112被偏置在相同的電位的模式。此外，關于場效應晶體管100的第二場極板電極118，可將其在柵極長度方向上的 長度Lfp2設定為例如，0. 5 X Lfpl ^ Lfp2 (1)。通過采用這種選擇，能夠進一步充分地屏蔽第一場極板電極116和漏電極114之 間的電力線。另一方面，為了提高擊穿電壓，優選第二場極板電極118的端部與漏電極114隔開 預定距離。在這一點，可采用如下結構，即，其中當將位于第一場極板電極116和第二場極 板電極118之間的絕緣膜的厚度設定為d3，和將柵電極113和漏電極114之間的距離設定 為Lgd時，例如，滿足以下表示的公式Lfpl+Lfp2+d3 ^ 3/5XLgd (2)。通過采用這種結構，能夠進一步提高柵極擊穿電壓。另外，更優選采用同時滿足前 述公式⑴和(2)的結構。要注意，考慮到在執行高頻操作時的擊穿電場強度(3X106V/cm)和柵電極與漏電
16極之間的電位差，需要柵電極113和漏電極114之間的距離Lgd至少滿足Lgd彡0.5 μ m。 另一方面，在Lgd不必要地長的情況下，這會導致使得發生前述在界面態由電子俘獲產生 的功率性能的降低。考慮到上述情形，必須將柵電極113和漏電極114之間的距離Lgd最 大設定到Lgd < 6 μ m。位于第一場極板電極116 (第一場極板)和第二場極板電極118 (第二場極板)之 間的絕緣膜，即，第二絕緣膜(第二絕緣膜117)將它們隔離。在第一場極板電極116 (第一 場極板)偏置在與柵電極113相同的電位、和第二場極板電極118(第二場極板)偏置在與 源電極112相同的電位的情況下，必須選擇絕緣膜的厚度d3以便第二絕緣膜(第二絕緣膜 117)的介電擊穿不會發生在這些部分。例如，在柵導通電壓為IV的情況下，當第二絕緣膜 (第二絕緣膜117)的介電擊穿強度為Ebreak2時，至少要滿足Ebreak2 > (lV/d3)，S卩，d3 > (lV/Ebreak2)。另一方面，鑒于要減小由第一場極板電極116(第一場極板)、第二場極板電極 118(第二場極板)和位于它們之間的絕緣膜組成的電容器產生的寄生電容，優選選擇用于 第二絕緣膜(第二絕緣膜117)的絕緣膜的厚度d3和絕緣膜的介電常數ε 2以使它們落入 0. 5 μ m 彡 d3/ ( ε 2/ ε。)彡 0· 01 μ m 的范圍內。此外，當第一絕緣膜115的厚度設定為dl時，可將化合物半導體111與形成在第 一場極板電極116和漏電極114之間區域中的絕緣膜上的第二場極板電極118之間的距離 d2設定為例如滿足以下表示的公式d2 ^ 0. 5XLfp2(3)。前述結構可以通過調節例如第一絕緣膜115的厚度和第二絕緣膜117的厚度以使 它們滿足前述公式(3)來獲得。當采用這種方式時，能夠進一步充分地屏蔽第一場極板電 極116和漏電極114之間的電力線。在該情況下，當第二場極板電極118和化合物半導體111之間的距離d2設定為例 如第一絕緣膜115的厚度dl和第二絕緣膜117的厚度d3之和時，其下限由(dl+d3)的下限 確定。另一方面，在如下描述的凹陷處理步驟之后形成第二場極板電極118的這種結構中， 絕緣膜的厚度d2選擇在使得由施加到第二場極板電極118 (第二場極板)的電壓產生的形 成在該絕緣膜中的電場不超過出現該絕緣膜的介電擊穿情況下的擊穿電場。例如，當第二 場極板118(第二場極板)偏置在與源電極相同的電位時，在絕緣膜為SiN膜的情況下，必 須至少選擇厚度d2設定在d2 ^ Inm的范圍的這種條件，作為電場不超過擊穿電場強度的 條件。在以下的示范性實施例中，主要對與第一示范性實施例的不同點進行描述。(第二示范性實施例)雖然已在第一示范性實施例中結合采用第一場極板電極116的下表面(下端)相 對于屏蔽部分119的下表面(下端)位于氮化物半導體111側上的結構的情形進行了說明。 在第一實施例和隨后的示范性實施例中描述的場效應晶體管中，可采用屏蔽部分119的下 表面(下端)相對于第一場極板電極116的下表面(下端)位于更下部，即，在氮化物半導 體111側上的結構。在該示范性實施例中，將描述具有這種結構的晶體管。圖11是示出本示范性實施例的場效應晶體管結構的截面圖。在圖11所示的場效應晶體管中，屏蔽部分119的下端(下表面)相對于第一場極板電極116的下端(下表面)位于氮化物半導體111側。具體地，該器件包括第一絕緣膜 115用于覆蓋柵電極113和漏電極4之間的區域中的氮化物半導體111表面，其中在第一場 極板電極116和漏電極114之間的區域中的第一絕緣膜115處提供凹陷部分(未示出)，并 以與第一絕緣膜115的上表面接觸的方式提供第一場極板電極116。此外，第二場極板電 極118的屏蔽部分119的下端(下表面)位于凹陷部分內，且第二場極板電極118的下表 面和其周圍的部分掩埋在凹陷部分內。換句話說，在形成屏蔽部分119的區域中，移除第二 絕緣膜117，并將第一絕緣膜115蝕刻為較薄。此外，屏蔽部分119與較薄的部分接觸。通過進行這樣的修改，提供了屏蔽部分119的上部(上端)突出在第一場極板電 極116的上表面上，且屏蔽部分119的下表面(下端)相對于第一場極板電極116的下表 面(下端)朝著氮化物半導體111側突出。為此，能夠進一步有效地將電力線易于集中的 第一場極板電極116的下拐角部分以及上拐角部分與漏電極114屏蔽開。由此，在柵電極 113和第一場極板電極116整體連續形成的整體型結構中，進一步減小第一場極板電極116 和漏電極114之間的反饋電容以提高高頻特性。(第三示范性實施例)雖然在前述示范性實施例中已結合柵電極113和第一場極板電極116整體連續形 成的整體型結構進行了說明，但也可采用柵電極113和第一場極板電極116結構上分離成 不同構件并在該器件的隔離區(未示出)中電連接的結構。本示范性實施例涉及這種結構 的場效應晶體管。圖13是示出本示范性實施例的場效應晶體管結構的截面圖。在圖13所示的場效 應晶體管中，第一場極板電極116用作以與柵電極113間隔開的方式提供的電場控制電極。此外，在本示范性實施例中，可以獲得與第一示范性實施例中相似的優點。此外，在圖13所示的場效應晶體管中，在柵極長度方向上的截面圖上，第一場極 板電極116以與柵電極113間隔且隔離的方式提供。在該結構中，與第一示范性實施例不 同，可獨立于柵電極113控制第一場極板電極116的電位。第一場極板電極116可偏置在 預定的電位，例如，偏置在與柵電極113相同的電位。由此，能夠進一步穩定地抑制到柵電 極113的漏極側端部上的電集中。此外，由于分離地提供柵電極113和第一場極板電極116作為不同的構件，所以能 夠分別獨立地選擇這些材料。例如，選擇肖特基特性良好的金屬材料作為柵電極113，以及 可選擇具有低布線電阻的且關于第一絕緣膜115有良好粘合性的金屬材料作為第一場極 板電極116。考慮到獲得高的增益和高的電壓操作，具有這種結構的器件可提供獲得比第一 示范性實施例更優良的高頻/高輸出性能的優點。要注意，同樣在根據該示范性實施例的器件包括以與柵電極113間隔的方式提供 的第一場極板電極116的情況下，如通以下實例中公開的，可采用如下結構，其中在將要形 成屏蔽部分119的區域中，移除第二絕緣膜117，并通過蝕刻移除第一絕緣膜115的一部分， 由此以與第二示范性實施例很相似的方式，將第二場極板電極118的下表面(下端)定位 在相對于第一場極板電極116的下表面(下端)的下側上(氮化物半導體111側)。圖15 是示出這種晶體管的結構的截面圖。雖然將在以下實例中示出電子用作用于FET操作的載流子的結構的具體情形，但 當然在使用空穴作為載流子的結構中完全可以以相同的方式獲得由第二場極板引起的屏蔽效果。實例現在將通過利用具體實例更詳細地說明前述示范性實施例的結構。實例1至5對 應于第一或第二示范性實施例，實例6至10對應于第二或第三示范性實施例。(實例1)在本實例中，制備圖3所示的場效應晶體管并與常規類型的晶體管作比較。圖3 是示出該實例的場效應晶體管的結構的截面圖。在圖3所示的場效應晶體管中，作為半導 體襯底100，使用高電阻SiC襯底。作為對應于氮化物半導體111的層，在襯底110上順序地形成4nm的AlN緩沖層 131、2000nm的GaN層132和AlGaN層133 (Al組分比0. 25，厚度30nm)。接下來，按順序沉 積Ti、Al，然后使用剝離工藝形成源電極112和漏電極114。此外，在氮氣氛下在650°C進 行熱處理，以由此形成這些電極和AlGaN層133之間的歐姆接觸。其后，在源電極112和漏電極114之間，例如通過等離子CVD方法，形成具有IOOnm 膜厚度的SiN膜作為第一絕緣膜115。此外，通過干法蝕刻使將要形成柵電極113的區域開 口以在第一絕緣膜115形成開口部分。隨后，在第一絕緣膜115上的預定區域中按順序沉積Ni和Au以填充該開口部分， 然后通過剝離工藝形成柵電極113和第一場極板電極116的整體電極。柵電極113的柵極 長度Lg設定為0. 5 μ m，第一場極板電極116的Lfpl設定為0. 5 μ m。此外，在從第二電極112的上部朝著漏電極114的上部的區域中形成具有150nm 膜厚的SiN膜作為第二絕緣膜117。此外，以與第二絕緣膜117的上表面接觸的方式形成第 二場極板電極118。按順序沉積用于第二場極板電極的Ti、Pt和Au，然后進行剝離工藝以 在第二絕緣膜117上的預定區域中形成第二場極板電極118。在第二場極板電極118中，分 別將Lfd禾口 Lfp2設定為0. 4 μ m禾口 1. 0 μ m。在隨后的布線步驟，在隔離區中電連接第二場極板電極118和源電極112(圖3中 未示出)。另外，為了比較用于該實例的晶體管的結構與常規類型的結構的效果，制備不包 括第二場極板電極118的場效應晶體管(示于圖19中)作為具有常規結構類型場極板的 場效應晶體管。圖4是示出用于在5GHz的工作頻率下評價該實例的晶體管和常規類型晶體管的 功率性能的結果的圖。在本實例中，抑制了在該晶體管中產生的熱的影響以進行具有2mm 柵寬度的元件器件的脈沖操作的比較，以闡明本實例的結構的效果。如圖4所示，在常規類型的晶體管中(示于圖19中)，在相對低的工作電壓下由于 場極板部分205引起的反饋電容，不能提供足夠的增益，而在40V或以上的工作電壓下增益 為15dB。此外，同樣關于輸出密度，在60V或以上的工作電壓下觀察到電流塌縮。因此，存 在使得飽和輸出在10W/mm的值處飽和的趨勢。相反，在本實例的晶體管中，由于柵電極和漏電極之間的反饋電容減小了，所以從 低工作電壓獲得了約17B的高增益。此外，由于第一場極板電極116和第二場極板電極118 利用第二絕緣膜117作間隔物而相鄰，所以其對電場集中的調節效果高。結果，直至IOOV 操作也沒有觀察電流塌縮。由此，實現了 15W/mm的飽和輸出密度。
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雖然使用其中形成柵電極113而沒有凹陷蝕刻AlGaN層133的晶體管作為前述實 例中的實例，但在沉積Ni和Au之前可凹陷蝕刻AlGaN層133，之后形成柵電極113。在該 情況下，獲得了圖5中所示的結構。圖5是示出該實例的場效應晶體管的另一結構的截面 圖。圖5的結構是所謂的柵凹陷結構(必要時，在下文稱為凹陷柵結構)。在圖5中，在GaN 層132和源、漏電極112和114之間提供AlGaN層133，并在源電極112和漏電極114之間 的區域中的AlGaN層133處提供凹陷部分。此外，柵電極113的下部的一部分掩埋在AlGaN 層133的凹陷部分內，并且以與AlGaN層133的上表面接觸的方式提供源電極112和漏電 極。通過該結構，可以通過組合第一場極板電極116的效果獲得更優良的柵極擊穿電壓。作為通過利用圖5所示的場效應晶體管進行類似評價的事實的結果，獲得了具有 高增益的晶體管性能。接下來，對于圖4的評價中使用的晶體管分析了頻率和增益之間的關系。具體地， 在圖3和19所示的晶體管中，進行設定使得在50V的工作電壓下，電源電壓Vdd = 50V，柵 寬度Wg = 2mm,柵極長度Lg = 0. 5 μ m，Lfpl = 0. 5 μ m,和d3 = 150nm,并且具有變化的Lfd =ΟμπκΟ. 2μπκ0. 5μπκ0. 7μπκ1. Ομ 和1. 5 μ m，以檢驗增益突然降低的拐點。圖22(a)和22(b)是示出拐點的測量結果的圖。圖22(a)是示出頻率(GHz)和 MSG(最大穩定的功率增益)(dB)或MAG(最大可可用功率增益)(dB)之間關系的圖。圖 22(b)是示出在Lfd = d3+Lol(ym)和對于圖3所示的晶體管測量的拐點(GHz)之間關系 的圖。從圖22(a)和22 (b)，相對于包括與柵電極整體形成一個場極板的常規類型的晶 體管(示于圖19中)，通過利用圖3所示的結構，能夠提高增益。此外，發現當在具有柵極長 度Lg = 0. 5 μ m的結構中設定表示為0彡Lfd彡0. 5 μ m的關系時，拐點可以保持在IOOGHz 或以上。要明白，操作可以在相對于拐點的低頻側進行，由此，能夠在例如5GHz或以上的高 頻區中穩定地獲得高增益。此外，發現利用其中設定表示為0彡Lfd彡0. 5μπκ Lg = 0. 5μπι和d3 = 150nm 的關系的結構，由此，結合在第一場極板電極116和柵電極113與第二場極板電極118的交 疊區域的在柵極長度方向上的長度Lol，滿足以下表示的關系Lol/Lg = (Lfd_d3)/Lg，且0 ^ Lol/Lg ^ 1,能夠穩定地保持拐點在高頻側。要注意，在本實例中使用Ti、Pt和Au作為用作第二場極板電極118的材料的金 屬，但在該實例和以下公開的其它實例中可使用在絕緣膜上不剝離的任意導電材料作為第 二場極板電極118的材料，而沒有進一步的限制。用于第二場極板電極118的這種其它材 料包括，例如，由導電材料例如TiN、WSi、WN、Mo、Al或Cu制成的膜的單層或多層結構。此外，雖然在本實例中使用SiC襯底作為襯底110，但是如在第一示范性實施例中 描述的，在該實例和以下公開的其它實例中可使用上面能夠形成氮化物半導體晶體的其它 襯底，例如藍寶石襯底或Si襯底。雖然在本實例中把在5GHz頻帶中使用的氮化物半導體晶體管的情況作為實例， 但如果以選擇柵極長度Lg = 0. 7-1. Ομπι作為用于在2GHz頻帶中使用的晶體管的范圍的 中心、以及選擇柵極長度Lg = 0. 10-0. 25 μ m作為用于在亞毫米波段中使用的晶體管的范圍的中心的這種限制進行制造，則可以在本實例和以下描述的實例中對于在其它頻帶中使 用的晶體管提供類似的效果。也就是說，通過采用一種各尺寸滿足前述關系的結構，能夠獲 得高壓/高頻特性更優良的晶體管。在以下實例中，主要對與實例1的不同點進行說明。(實例2)在本實例中，對于圖3中所示的場效應晶體管分析了 Lfd(在由第一場極板電極 116和柵電極113構成的結構和第二絕緣膜117以及第二場極板電極118之間通過第二絕 緣膜117的截面長度)對屏蔽效應的影響。其各個組成構件如下。在本說明書中，進行描 述以便該層結構是從下層側(靠近襯底110的側)按順序的“下層/(中間層)/上層”。襯底110 高電阻SiC襯底對應于氮化物半導體111的層A1N緩沖層131(厚度4nm)、GaN層132(厚度 2000nm)、AlGaN 層 133 (Al 組分比 0. 25，厚度 30nm)第一絕緣膜115 具有IOOnm膜厚度的SiN膜源電極112，漏電極114 :Ti/Al電極柵電極113:柵極長度Lg = 0.5 μ m，第一場極板電極116 具有Lfpl = 0. 5 μ m的Ni/Au電極，與柵電極113形成為整 體電極第二絕緣膜117 :SiN膜，具有150nm的膜厚度第二場極板電極118 具有Lfp2 = 1. 0 μ m的Ti/Pt/Au電極Lfd = -0. 5 μ m, -0. 25 μ m, +0. 25 μ m, +0. 5 μ m, +0. 75 μ m, +1. 0 μ m如上所述，制備了不同截面長度Lfd的器件。在該情況下，在Lfd = 0的情況下， 第二絕緣膜117和第二場極板118的側表面彼此接觸。在Lfd < 0的情況下，它們彼此間 隔開(如圖8所示)。另外，制備了這樣的場效應晶體管(示于圖6)，S卩，其中在布線步驟 中，第二場極板電極118和源電極112在工作層區域中電連接。在圖6所示的場效應晶體 管中，將源極和漏極之間的有效距離Lsd設定為1. 0 μ m，以及將Lfd設定為1. 5 μ m。對獲得的晶體管(示于圖3)評估了在5GHz的工作頻率下通過功率性能的評估結 果獲得的線性增益與Lfd的關系。圖7是示出評估的結果的圖。還是在常規類型晶體管中在40V或以上的工作電壓下該增益約為15dB (如圖4所 示)，而由圖7可以理解，在該實例的晶體管中提高了該增益，且當Lfd是正值(Lfd彡0)時， 該增益相比負值的情況(如圖8所示)進一步顯著提高。認為當滿足表示為Lfd ^ 0的關 系時，第二場極板電極118的屏蔽效果大很多，由此可以進一步穩定地減少柵電極和漏電 極之間的反饋電容。另一方面，在圖6所示的結構的晶體管中，不能獲得足夠的增益。(實例3)在本實例中，對于圖3所示的場效應晶體管分析了第一場極板電極116的長度 Lfpl和第二場極板電極118的長度Lfp2之間的關系。其各組成元件如下襯底110 高電阻SiC襯底對應于氮化物半導體111的層A1N緩沖層131 (厚度4nm)、GaN層132 (厚度 2000nm)、AlGaN 層 133 (Al 組分比 0. 25，厚度 30nm)第一絕緣膜115 具有IOOnm膜厚度的SiN膜
源電極112，漏電極114 :Ti/Al電極柵電極113:柵極長度Lg = 0.5 μ m，第一場極板電極116 具有Lfpl = 0. 5 μ m的Ni/Au電極，與柵電極113形成為整 體電極第二絕緣膜117 具有200nm膜厚度的SiN膜(d3 = 0. 2 μ m)第二場極板電極118 具有Lfd = +0. 75 μ m的Ti/Pt/Au電極Lfp2 = 0 μ m,0. 1 μ m, 0. 25 μ m, 0. 5 μ m, 0. 75 μ m, 1 μ m關于獲得的晶體管(示于圖3)，評估了在5GHz的工作頻率下由功率性能的評估結 果獲得的線性增益與Lfp2的關系。圖9是示出評估的結果的圖。從圖9可以看出，在該實例的晶體管中，提高了增益。具體地，在其中關于第一場 極板電極116的長度Lfpl和第二場極板電極118的長度Lfp2之間的比，滿足0. 5 ^ Lfp2/ Lfpl，即，滿足前述公式(1)的結構中，通過屏蔽利用第二場極板電極118導致的電力線的 屏蔽效應很高，由此減小了柵電極和漏電極之間的反饋電容，從而獲得增益的顯著提高。(實例4)在本實例中，對于圖3所示的場效應晶體管分析了第二場極板電極118的長度 Lfp2的最大值。其各組成構件如下襯底110 高電阻SiC襯底對應于氮化物半導體111的層A1N緩沖層131 (厚度4nm)、GaN層132 (厚度 2000nm)、AlGaN 層 133 (Al 組分比 0. 25，厚度 30nm)第一絕緣膜115 具有IOOnm膜厚度的SiN膜源電極112，漏電極114 :Ti/Al電極柵電極113:柵極長度Lg = 0.5 μ m，第一場極板電極116 具有Lfpl = 0. 3 μ m的Ni/Au電極，與柵電極113形成為整 體電極第二絕緣膜117 具有200nm膜厚度的SiN膜(d3 = 0. 2 μ m)第二場極板電極118 具有Lfd = +0. 75 μ m的Ti/Pt/Au電極Lfp2 = 0 μ m，0. 3 μ m，0. 9 μ m，1. 7 μ m 禾口 2. 3 μ mLgd = 3. 5 μ m此夕卜，為了比較，制備了 Lfpl = Oym和Lfp2 = Ομπι的晶體管。圖10是示出對于獲得的晶體管測量的擊穿電壓的評估結果的圖。從圖10看出， 當在第一場極板電極116的長度Lfpl為0. 3μπι和第一場極板電極116的側表面上的第 二絕緣膜117的厚度d3為0. 2 μ m的情況下，第二場極板電極118的長度Lfp2從0增加 到0. 3 μ m，并由此Lfpl+Lfp2+d3增加到0. 8 μ m時，顯著提高了擊穿電壓使得其變為高達 300V。此外，當Lfp2增加到2. 3 μ m以使得Lfpl+Lfp2+d3等于2. 8 μ m時，擊穿電壓突然下 降到150V。認為當關于Lgr( = 3. 5μ m)、Lfpl+Lfp2+d3大于3/5 X Lgr時，第二場極板電 極118的漏極端的電場集中變大使得擊穿電壓降低。于是，利用滿足下述條件的結構Lfpl+Lfp2+d3 彡 3/5 X Lgr, (2)能夠進一步提高擊穿電壓。要注意，雖然在前述實例中使用了其中形成柵電極113而沒有凹陷蝕刻AlGaN層
22133的晶體管，但可在沉積Ni/Au之前凹陷蝕刻AlGaN層133，且然后形成柵電極113(示于 圖5)。在這種情況下，可以獲得具有更高增益的晶體管性能。(實例5)在本實例中，在圖3所示的場效應晶體管中，分析了第二場極板電極118的長度 Lfp2和第二絕緣膜117的厚度d2。其各組成構件如下襯底110 高電阻SiC襯底對應于氮化物半導體111的層A1N緩沖層131 (厚度4nm)、GaN層132 (厚度 2000nm)、AlGaN 層 133 (Al 組分比 0. 25，厚度 30nm)第一絕緣膜115 具有IOOnm膜厚度的SiN膜源電極112，漏電極114 每個Ti/Al電極柵電極113:柵極長度Lg = 0.5 μ m，第一場極板電極116 具有Lfpl = 0. 5 μ m的Ni/Au電極，與柵電極113形成為整 體電極第二絕緣膜117 具有多種膜厚度0. ΙμπκΟ. 3μπι、0. 5μπι和0. 7μπι的5102膜第二場極板電極118 具有Lfp2 = 1. 0 μ m的Ti/Pt/Au電極此外，制備了一種器件，其中第二絕緣膜117的SiO2膜的厚度被設定為0. 1 μ m的 器件的一部分被分開以通過蝕刻移除SiO2膜。此外，還制備了一種樣品，其中第二絕緣膜 117的SiO2膜的厚度設定為0. 1 μ m，且從第一絕緣膜115的IOOnm的厚度起，通過蝕刻移除 50nm厚度的一部分，然后在其上層上，通過沉積和剝離工藝形成具有Lfp2 = 1. 0 μ m的Ti/ Pt/Au電極作為第二場極板電極118 (示于圖11)。圖12是示出對于獲得的晶體管測量的在5GHz的工作頻率下從功率性能的評估結 果獲得的線性增益與d2/Lfp2的關系的圖。從圖12看出，當滿足表示為d2/Lfp2 ^ 1/2的 關系時，更確保顯示了通過第二場極板電極118引起的屏蔽效應。由此，通過選擇其中滿足 以下關系的這種結構D2 ^ 0. 5XLfp2 (3)能夠進一步顯著提高該增益。(實例6)圖13是示出本實例的場效應晶體管的結構的截面圖。在圖13所示的場效應晶體 管中，使用高電阻SiC襯底作為半導體襯底110。作為對應于氮化物半導體111的層，在襯底110上按順序形成了 4nm的AlN緩沖 層131、2000nm的GaN層132和AlGaN層133 (Al組分比0. 25，厚度30nm)。接下來，按順序 沉積Ti、Al，然后使用剝離工藝形成源電極112和漏電極114。此外，在氮氣氛下在650°C 進行熱處理，以由此在這些電極和AlGaN層133之間形成歐姆接觸。其后，例如，通過等離子CVD方法，形成具有IOOnm膜厚度的SiN膜作為源電極112 和漏電極114之間的第一絕緣膜115。此外，通過干法蝕刻使將要形成柵電極113的區域開 口，以在第一絕緣膜115的柵極長度方向上形成具有0.5μπι寬度的開口部分。在這種結構中形成具有柵極長度Lg = 0. 5μπι的柵電極131，其填滿該開口部分 并進一步在第一絕緣膜115上方懸出0.2μπι。作為用于柵電極113的金屬，形成了具有比 常規類型的Ni金屬高的勢壘高度和小的柵泄漏電流的Pt (下層(襯底側))/Au(上層)電
23極。按順序沉積Pt和Au，并使用抗蝕劑剝離工藝形成柵電極。接下來，形成關于第一絕緣膜115結合性優良的Ti/Pt/Au電極作為第一場極板電 極116。按順序沉積了 Ti、Pt和Au，并進行了剝離工藝來以與柵電極113間隔開的方式形 成Lfpl = 0. 8 μ m的第一場極板電極116。此外，作為第二絕緣膜117，形成了具有150nm膜厚度的SiN膜。以與第二絕緣膜 117的上表面接觸的方式，通過沉積和剝離工藝，形成Lfd = 0.4μ m、Lfp2 = 1. 0 μ m的Ti/ Pt/Au電極作為第二場極板電極118。在隨后的布線步驟，第二場極板電極118和源電極 112在隔離區中電連接(未示于圖中)。獲得的晶體管顯示出了在5GHz等效于實例1的器件的脈沖功率性能。此外，在本 實例中，因為使用分別適合于柵電極113和第一場極板電極116的金屬材料的事實，結果顯 著提高了晶體管的性能和產率。由于可以應用對于柵電極113優化的材料，所以進一步增 加了由柵泄漏電流減小引起的器件的長期穩定性。此外，雖然已在上面結合其中形成柵電極113而沒有凹陷蝕刻AlGaN層133的晶 體管進行了描述，但如果在M/Au沉積之前凹陷蝕刻AlGaN層133，之后形成柵電極133，則 可以獲得凹陷柵結構。在以這種結構構造的晶體管中，獲得了具有更高增益的晶體管性能。在本實例中，在形成歐姆接觸之后，通過等離子CVD方法形成IOOnm膜厚度的SiN 膜作為第一絕緣膜115，然后在通過干法蝕刻獲得的開口處形成柵極長度為0. 5 μ m的T形 柵電極113。作為另一方法，在形成歐姆電極之后，可通過沉積和剝離工藝形成柵極長度為 0. 5μπι的矩形柵電極113，并且例如，可以通過利用等離子CVD方法，形成IOOnm膜厚度的 SiN膜作為第一絕緣膜115。在以下實例中，將主要對與實例6的不同點進行說明。(實例7)在本實例中，以與實例2類似的方式對圖13所示的晶體管分析了穿過絕緣膜的在 第一場極板電極116和第二場極板電極118之間的截面長度Lfd的對屏蔽效果的影響。其 各組成元件如下襯底110 高電阻SiC襯底對應于氮化物半導體111的層Α1Ν緩沖層131(厚度4nm)、GaN層132(厚度 2000nm)、AlGaN 層 133 (Al 組分比 0. 25，厚度 30nm)第一絕緣膜115 具有IOOnm膜厚度的SiN膜源電極112，漏電極114 :Ti/Al電極柵電極113 柵極長度Lg = 0. 5 μ m，Pt/Au電極第一場極板電極116 具有 Lfg = 0. 5 μ m、Lfpl = 0. 8 μ m 的 Ti/Pt/Au 電極 Lfd =-0. 5 μ m, -0. 25 μ m, +0. 25 μ m, +0. 5 μ m, +0. 75 μ m, +1. 0 μ m在該情況下，以在第一絕緣膜115的上方懸出0. 2 μ m的這種結構形成柵極長度Lg =0. 5 μ m的柵電極113。此外，Lfg是在柵極長度方向上的截面圖上在柵電極113的端部和 覆蓋第一場極板電極116的第二絕緣膜117的端部之間的距離，且表示為Lfg = Lfpl+d3。作為由獲得的晶體管的在5GHz的工作頻率下的功率性能的評估結果確定Lfd與 線性增益關系的事實的結果，存在與實例2類似的趨勢。當穿過絕緣膜的在第一場極板電 極116和第二場極板電極118之間的截面長度Lfd為正值時，相比在截面長度Lfd為負值的情況觀察到的，第二場極板電極118的效果更大。由此，顯著提高了該增益。(實例8)在本實例中，對于圖13所示的場效應晶體管以與實例3類似的方式分析了第一場 極板電極116的長度Lfpl和第二場極板電極118的長度Lfp2之間的關系。其各組成元件 如下。此外在本實例中，以在第一絕緣膜115的上方懸出0. 2 μ m的這種結構形成柵極長度 Lg = O. 5μπι 的柵電極 113。襯底110 高電阻SiC襯底對應于氮化物半導體111的層Α1Ν緩沖層131(厚度4nm)、GaN層132(厚度 2000nm)、AlGaN 層 133 (Al 組分比 0. 25，厚度 30nm)第一絕緣膜115 具有IOOnm膜厚度的SiN膜源電極112，漏電極114 :Ti/Al電極柵電極113 柵極長度 Lg = 0. 5 μ m，Pt/Au 電極，Lgd = 4. 0 μ m第一場極板電極116 具有 Lfg = 0. 5 μ m、Lfpl = 0. 3 μ m 的 Ti/Pt/Au 電極第二絕緣膜117 具有200nm膜厚度的SiN膜(d3 = 0. 2 μ m)第二場極板電極118 Ti/Pt/Au電極Lfp2 = 0 μ m,0. 1 μ m, 0. 25 μ m, 0. 5 μ m, 0. 75 μ m, 1 μ m評估了獲得的晶體管在5GHz工作頻率下的功率性能。結果，與實例3的器件類似， 利用結合第一場極板電極116的長度Lfpl和第二場極板電極118的長度Lfp2之間的比滿 足表示為0. 5 ^ Lfp2/Lfpl的關系的結構，電力線的屏蔽效應很高，從而減小柵電極和漏電 極之間的反饋電容，由此，能夠獲得增益的顯著提高。另外，在本實例中，使用了分別適合于柵電極113和第一場極板電極116的金屬材 料。由此，顯著提高了晶體管的性能和產率。(實例9)在本實例中，對于圖13所示的場效應晶體管以與實例4類似的方式分析了第二場 極板電極118的長度Lfp2的最大值。其各組成構件如下。此外在本實例中，以在第一絕緣 膜115上方懸出0.2μπι的這種結構形成柵極長度Lg = 0.5μπι的柵電極113。襯底110 高電阻SiC襯底對應于氮化物半導體111的層Α1Ν緩沖層131(厚度4nm)、GaN層132(厚度 2000nm)、AlGaN 層 133 (Al 組分比 0. 25，厚度 30nm)第一絕緣膜115 具有IOOnm膜厚度的SiN膜源電極112，漏電極114 :Ti/Al電極柵電極113 柵極長度 Lg = 0. 5 μ m，Pt/Au 電極，Lgd = 4. 0 μ m第一場極板電極116 具有 Lfg = 0. 5 μ m、Lfpl = 0. 3 μ m 的 Ti/Pt/Au 電極第二絕緣膜117 具有200nm膜厚度的SiN膜(d3 = 0. 2 μ m)第二場極板電極118 具有Lfd = +0. 75 μ m的Ti/Pt/Au電極
Lfp2 = 0 μ m，0. 3 μ m，0. 9 μ m，1. 7 μ m 禾口 2. 3 μ m作為獲得的晶體管的擊穿電壓的評估的結果，獲得了趨勢與實例4的類似的結^ ο通過采用滿足Lfpl+Lfp2+d3 ^ 3/5XLgd的結構，能夠進一步提高擊穿電壓。認為這是因為相比Lfpl+Lfp2+d3大于3/5 X Lgd的范圍，在相對于Lgd ( = 4. 0 μ m)， Lfpl+Lfp2+d3不大于3/5XLgd的范圍內進一步抑制了在第二場極板電極118的漏極側端 部的電場集中，使得提高了擊穿電壓。另外，同樣在本實例中，作為使用了分別適合于柵電極113和第一場極板電極116 的金屬材料的事實的結果，顯著提高了晶體管的性能和產率。(實例10)在本實例中，對于圖13所示的晶體管以與實例5類似的方式分析了第二場極板電 極118的長度Lfp2和第二絕緣膜117的厚度d2。其各組成構件如下。此外在本實例中，以 在第一絕緣膜115上方懸出0. 2 μ m的這種結構形成柵極長度Lg = 0. 5 μ m的柵電極113。襯底110 高電阻SiC襯底對應于氮化物半導體111的層A1N緩沖層131(厚度4nm)、GaN層132(厚度 2000nm)、AlGaN 層 133 (Al 組分比 0. 25，厚度 30nm)第一絕緣膜115 具有IOOnm膜厚度的SiN膜源電極112，漏電極114 :Ti/Al電極柵電極113 柵極長度Lg = 0. 5ym, Pt/Au電極第一場極板電極116 具有Lfpl = 0. 8 μ m的Ti/Pt/Au電極第二絕緣膜117 具有多種膜厚度0. 1 μ m、0. 3 μ m、0. 5 μ m和0. 7 μ m的SiO2膜第二場極板電極118 具有Lfp2 = 1. 0 μ m的Ti/Pt/Au電極此外，制備了一種器件，其中分割了將第二絕緣膜117的SiO2膜的厚度設定為 0. Iym的器件的一部分以通過蝕刻移除SiO2膜。此外，還制備了一種樣品，其中第二絕緣 膜117的SiO2膜的厚度設定為0. 1 μ m，且從第一絕緣膜115的IOOnm的厚度起，通過蝕刻 移除50nm厚度的一部分，然后在其上層上，通過沉積和剝離工藝形成具有Lfp2 = l.Oym 的Ti/Pt/Au電極作為第二場極板電極118 (示于圖15)。關于獲得的晶體管，通過在5GHz的工作頻率下評估功率性能分析了 d2/Lfp2與線 性增益的關系。結果，證實了與實例5類似的趨勢。當滿足表示為d2/Lfp2 < 1/2的關系 時，顯示出了由第二場極板電極118的屏蔽效果，由此，顯著提高了增益。此外，在本實例中，作為使用分別適合于柵電極113和第一場極板電極116的金屬 材料的事實的結果，顯著提高了晶體管的性能和產率。此外，雖然在上面結合其中形成了柵電極113而沒有凹陷蝕刻AlGaN層133的晶 體管進行了描述，但如果在M/Au沉積之前凹陷蝕刻AlGaN層133，之后形成柵電極113，則 獲得了具有更高增益的晶體管性能。已通過參考示范性實施例和實例描述了本發明。這些示范性實施例出于說明性目 的，且本領域技術人員明白，對于各個部件或處理的各個工藝的組合可采用各種修改的實 施例，并且這樣的修改實施例落入本發明的技術范圍內。例如，雖然通過把其中SiC用作襯底110的材料的情形作為實例在前述實例中進 行了描述，但除了上述之外，也可使用由不同類型的襯底材料例如藍寶石制成的襯底、或由 III族氮化物半導體例如GaN或AlGaN制成的襯底。此外，作為位于柵電極113下面的半導體層的結構，可采用各種形式的結構，而不 限制于所示出的結構。例如，還可采用這樣的結構，其中用作電子供給層的AlGaN層133不僅可提供在用作溝道層的GaN層132上方，此外也可以在其下方。此外，必要時，可在半導體層結構處提供中間層或帽蓋層。例如，可以以其中按順 序層疊包含InxGai_xN(0 ^ χ ^ 1)的溝道層、包含AlyGai_yN(0彡y彡1)的電子供給層和包 含GaN的帽蓋層的這種結構來構造所述由III族氮化物半導體制成的層結構。通過采用這 種結構，可以增加有效的肖特基勢壘高度。由此，可以實現較高的柵極擊穿電壓。要注意， 進行設置以使得在前述公式中χ和y不等于零。此外，在以上描述的示范性實施例和實例中，可采用所謂的柵凹陷結構，其中柵電 極113的下部的一部分掩埋在用作電子供給層的AlGaN供給層133中。由此，可以獲得優 良的柵極擊穿電壓。此外，在已描述的示范性實施例和實例中，柵電極113和漏電極114之間的距離可 以比柵電極113和漏電極112之間的距離長。該結構是所謂的“偏移結構”。由此，能夠更 有效地減緩在柵電極113的漏極側上的端部的電場集中。另外，在前述示范性實施例和實例中公開的場效應晶體管用作被包括在例如放大 器電路或振蕩電路中的部件。由于在這種用途中需要滿意的高頻特性，所以最大程度顯示 出了本發明的FET的優點。
2權利要求
一種場效應晶體管，包括由III族氮化物半導體制成的層結構，其包括異質結；形成在由III族氮化物半導體制成的層結構上的源電極和漏電極，彼此隔開一間隔；柵電極，設置在源電極和漏電極之間；第一場極板，設置在柵電極和漏電極之間的區域中由III族氮化物半導體制成的層結構上方，并且與由III族氮化物半導體制成的層結構隔離開；和第二場極板，設置在由III族氮化物半導體制成的層結構上方，并且與由III族氮化物半導體制成的層結構和第一場極板隔離開，其中所述場效應晶體管還包括第一絕緣膜，該第一絕緣膜用于覆蓋在柵電極和漏電極之間的區域中的以及在柵電極和源電極之間的區域中的由III族氮化物半導體制成的層結構的表面，所述柵電極形成在所述III族氮化物半導體制成的層結構上，其中第一場極板被偏置在與柵電極相同的電位，其中第二場極板被偏置在與源電極相同的電位，第二場極板包括屏蔽部分，其位于第一場極板和漏電極之間的區域中，并且用于將第一場極板與漏電極屏蔽開，和該屏蔽部分的上端位于第一場極板的上表面上方，由此，在柵極長度方向上的截面圖中，當其中第二場極板與包括第一場極板和柵電極的結構的上部交疊的交疊區域的在柵極長度方向上的長度指定為Lol和柵極長度指定為Lg時，滿足下面表示的關系0＜Lol/Lg≤1。
2.如權利要求1所述的場效應晶體管，其中屏蔽部分的下端被定位為比第一場極板下端更接近于由III族氮化物半導體制 成的層結構。
3.如權利要求2所述的場效應晶體管，其中在第一場極板和漏電極之間的區域中的第一絕緣膜處設置凹陷部分，和 以與第一絕緣膜的上表面接觸的方式提供第一場極板，并且屏蔽部分的下端位于凹陷 部分內。
4.如權利要求1所述的場效應晶體管，其中第一場極板的下端被定位為比屏蔽部分的下端更接近于由III族氮化物半導體 制成的層結構。
5.如權利要求4所述的場效應晶體管，包括第二絕緣膜，提供在第一場極板和漏電極之間的區域中的第一絕緣膜上， 其中第一場極板以與第一絕緣膜的上表面接觸的方式設置，且屏蔽部分的下端與第二 絕緣膜的上表面接觸。
6.如權利要求1所述的場效應晶體管，其中第一場極板與柵電極一起整體構造成單塊形狀。
7.如權利要求1所述的場效應晶體管，其中第一場極板包括以與柵電極間隔開的方式提供的電場控制電極。
8.如權利要求1所述的場效應晶體管， 其中，在柵極長度方向上的截面圖中，當將從柵電極端部朝著漏電極的第一場極板的在柵極長度方向上的延伸寬度指定為 Lfp 1，滿足以下表示的公式 0 < Lfpl/Lg < Lol/Lg 彡 1。
9.如權利要求1所述的場效應晶體管，其中第二場極板表現出與第一場極板的一些交疊，且第二場極板不與柵電極交疊。
10.如權利要求1所述的場效應晶體管， 其中，在柵極長度方向上的截面圖中，當將從柵電極端部朝著漏電極的第一場極板的在柵極長度方向上的延伸寬度指定為 Lfpl,以及將第二場極板的下表面的在柵極長度方向上的長度指定為Lfp2時， 滿足以下表示的公式(1) 0. 5XLfpl ^ Lfp2(1)。
11.如權利要求1所述的場效應晶體管， 其中第二場極板以與覆蓋第一場極板側表面的絕緣膜接觸的方式設置， 由此以如下結構來構造前述結構 在柵極長度方向上的截面圖中，當將從柵電極端部朝著漏電極的第一場極板的在柵極長度方向上的延伸寬度指定為 Lfpl ；將第二場極板的下表面的在柵極長度方向上的長度指定為Lfp2 ；將柵電極和漏電極之間的距離指定為Lgd ；和將在第一場極板的側表面處的絕緣膜的厚度指定為d3時，滿足以下表示的公式⑴和⑵0. 5 X Lfpl ^ Lfp2(1)Lfpl+Lfp2+d3 彡 3/5XLgd (2)。
12.如權利要求1所述的場效應晶體管， 其中采用如下結構，在該結構中，在柵極長度方向上的截面圖中，當將第二場極板下表面的在柵極長度方向上的長度指定為Lfp2，和 將在第一場極板和柵電極之間的區域中的第二場極板的下表面與由III族氮化物半 導體制成的層結構之間的距離指定為d2時， 滿足下面表示的公式(3) d2 ^ 0. 5XLfp2(3)。
13.如權利要求1所述的場效應晶體管，其中第一絕緣膜是含氮的膜。
14.如權利要求1-13中的任一項所述的場效應晶體管， 其中，所述柵電極填充在第一絕緣膜處開口的幵口部分。
全文摘要
本發明提供了一種場效應晶體管。所述場效應晶體管在高壓操作以及高頻特性方面表現出良好性能。在包括第一場極板電極(116)和第二場極板電極(118)的場效應晶體管(100)中，第二場極板電極(118)包括屏蔽部分(119)，其位于第一場極板電極(116)和漏電極(114)之間的區域中，并用于將第一場極板電極(116)與漏電極(114)屏蔽開。具體地，在柵極長度方向上的截面圖上，當將其中第二場極板電極(118)與包括第一場極板電極(116)和柵電極(113)的結構的上部交疊的交疊區域的在柵極長度方向上的長度指定為Lol，和將柵極長度指定為Lg時，滿足表示為0≤Lol/Lg≤1的關系。
文檔編號H01L29/40GK101976686SQ20101050435
公開日2011年2月16日 申請日期2006年6月12日 優先權日2005年6月10日
發明者中山達峰, 井上隆, 岡本康宏, 分島彰男, 大田一樹, 安藤裕二, 宮本廣信, 山之口勝己, 島脅秀德, 村瀨康裕, 松永高治, 笠原健資 申請人:日本電氣株式會社