DE112018005908T5

DE112018005908T5 - Halbleiterbauteil

Info

Publication number: DE112018005908T5
Application number: DE112018005908.1T
Authority: DE
Inventors: Taketoshi TANAKA
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2017-11-20
Filing date: 2018-11-13
Publication date: 2020-07-30
Also published as: US11316041B2; WO2019098193A1; US12119398B2; US20200350428A1; JP7224300B2; CN111373513B; CN111373513A; US20220223725A1; JPWO2019098193A1

Abstract

Ein Halbleiterbauteil (1) beinhaltet ein Substrat (2), eine Elektronentransitschicht (4), die auf dem Substrat (2) angeordnet ist, und eine Elektronenzuführschicht (5), die auf der Elektronentransitschicht (4) angeordnet ist. Die Elektronentransitschicht (4) beinhaltet eine einen leitfähigen Pfad bildende Schicht (43) in Kontakt mit der Elektronenzuführschicht (5), eine erste Halbleiterregion (erste Nitrid-Halbleiterschicht) (41), die eine Verunreinigung vom Akzeptor-Typ enthält, und eine zweite Halbleiterregion (zweite Nitrid-Halbleiterschicht) (42), die an einer Position angeordnet ist, die näher an der den leitfähigen Pfad bildenden Schicht (43) angeordnet ist als die erste Halbleiterregion (41) und die eine Verunreinigung vom Akzeptor-Typ enthält. Die erste Halbleiterregion (41) weist eine höhere Akzeptor-Dichte auf als die zweite Halbleiterregion (42).

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterbauteil wie ein Nitrid-Halbleiterbauteil, das aus einem Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter hergestellt ist (manchmal auch nachstehend als „Nitrid-Halbleiter“ bezeichnet).
Stand der Technik
Ein Gruppe-III-Nitrid-Halbleiter ist ein Halbleiter, der Stickstoff als ein V-Gruppen-Element in Halbleitern der Gruppen III-V verwendet. Typische Beispiele derartiger Halbleiter beinhalten Aluminiumstickstoff (AlN), Galliumstickstoff (GaN) und Indiumstickstoff (InN). Generell lassen sich derartige Halbleiter ausdrücken zu Al_xIn_yGa_1-x-yN (0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ x + y ≤ 1).
Es ist ein Transistor mit hoher Elektronenmobilität bzw. High Electron Mobility Transistor (HEMT) vorgeschlagen worden, der einen solchen Stickstoff-Halbleiter verwendet. Ein derartiger HEMT beinhaltet beispielsweise eine Elektronentransitschicht, die aus GaN hergestellt ist, und eine Elektronenzuführschicht, die aus AlGaN hergestellt ist, und zwar epitaktisch bzw. epitaxial aufgewachsen auf die Elektronentransitschicht. Ein Paar von einer Source-Elektrode und einer Drain-Elektrode sind in Kontakt mit der Elektronenzuführschicht gebildet, und eine Gate-Elektrode ist zwischen diesen Elektroden angeordnet. Die Gate-Elektrode ist so angeordnet, dass sie der Elektronenzuführschicht über einen Isolierfilm gegenüberliegt. Die Polarisation, die hervorgerufen wird durch die Gitterfehlanpassung („lattice mismatch“) zwischen GaN und AlGaN, bildet an einer Position einige Å (Angstrom) innerhalb bzw. einwärts der Schnittstelle zwischen der Elektronentransitschicht und der Elektronenzuführschicht in der Elektronentransitschicht ein zweidimensionales Elektronengas. Die Source und das Drain sind miteinander über dieses zweidimensionale Elektronengas als ein Kanal verbunden. Wenn das zweidimensionale Elektronengas abgeschaltet wird („shut down“) , und zwar durch Anlegen einer Steuerspannung an die Gate-Elektrode, wird der Source-Drain-Pfad abgeschaltet. Wenn an die Gate-Elektrode keine Steuerspannung angelegt ist, wird der Source-Drain-Pfad leitfähig gemacht. Demgemäß arbeitet dieser Transistor als ein normalerweise EIN-geschaltetes Bauteil („normally ON“).
Bauteile, die Stickstoff-Halbleiter verwenden, haben Eigenschaften wie eine hohe Durchbruchspannung, einen Hochtemperaturbetrieb, eine große Stromdichte, ein schnelles Schalten und einen niedrigen Einschalt-Widerstand („ON resistance“), und sind demzufolge für die Anwendung auf Leistungsbauteile studiert worden.
Um ein derartiges Bauteil in einem Leistungsbauteil zu verwenden, muss das Bauteil j edoch ein normalerweise AUS-geschaltetes („normally OFF“) Bauteil sein, das bei null Vorspannung einen Strom abschaltet. Aus diesem Grund kann der oben beschriebene HEMT nicht auf Leistungsbauteile angewendet werden.
Die Patentliteratur 1 oder 2 hat beispielsweise eine Struktur vorgeschlagen, um einen Stickstoff-Halbleiter-HEMT zu realisieren, der normalerweise AUS-geschaltet ist.
Patentliteratur 1 offenbart eine Anordnung, die dazu ausgelegt ist, einen normalerweise AUS-geschalteten Betrieb zu erreichen, und zwar durch Laminieren einer GaN-Schicht vom p-Typ auf eine AlGaN-Elektronenzuführschicht, durch Anordnen einer Gate-Elektrode auf der GaN-Schicht vom p-Typ und durch Eliminieren eines Kanals, und zwar durch Ausbilden einer Verarmungsschicht („depletion layer“), die sich ausgehend von der GaN-Schicht vom p-Typ ausdehnt.
Gemäß Patentliteratur 2 ist ein Oxidfilm, der eine Schnittstelle hat, die kontinuierlich in die Schnittstelle zwischen der Elektronenzuführschicht und der Elektronentransitschicht übergeht, auf der Elektronentransitschicht gebildet. Die Gate-Elektrode liegt der Elektronentransitschicht gegenüber, wobei der Oxidfilm dazwischen angeordnet ist. Bei dieser Anordnung wird direkt unterhalb der Gate-Elektrode kein zweidimensionales Elektronengas gebildet, da die Elektronenzuführschicht nicht direkt unterhalb der Gate-Elektrode existiert. Daher wird ein normalerweise AUS-geschalteter Betrieb („normally OFF operation“) erreicht. Der Oxidfilm ist beispielsweise gebildet durch thermisches Oxidieren eines Teils der Elektronenzuführschicht.
Zitatliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 2006-339561
Patentliteratur 2: Japanische Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 2013-65612

Überblick über die Erfindung
Technisches Problem
Als ein Problem eines Bauteils, das einen Stickstoff-Halbleiter verwendet, existiert ein Stromzusammenbruch bzw. Stromkollaps („current collaps“). Ein Stromzusammenbruch ist ein Phänomen, bei dem dann, wenn eine Belastung mit großem Strom und hoher Spannung auf das Bauteil angewendet wird, der Kanalwiderstand zunimmt, und der Drain-Strom abnimmt (EINschalt-Widerstand nimmt zu).
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Halbleiterbauteil bereitzustellen, das einen Stromzusammenbruch unterdrücken kann.
Lösung des Problems
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Halbleiterbauteil ein Substrat, eine Elektronentransitschicht, die auf dem Substrat angeordnet ist, und eine Elektronenzuführschicht, die auf der Elektronentransitschicht angeordnet ist, wobei die Elektronentransitschicht eine einen Pfad bildende Schicht in Kontakt mit der Elektronenzuführschicht, eine erste Halbleiterregion, die eine Verunreinigung vom Akzeptor-Typ enthält, und eine zweite Halbleiterregion aufweist, die an einer Position angeordnet ist, die näher an der den leitfähigen Pfad bildenden Schicht ist als die erste Halbleiterregion und die eine Verunreinigung vom Akzeptor-Typ enthält. Die erste Halbleiterregion hat eine höhere Akzeptor-Dichte als die zweite Halbleiterregion.
Diese Anordnung kann den Wiederherstellungs- bzw. Erholungsbetrag („recovery amount“) eines Drain-Stromes erhöhen, der durch einen Stromzusammenbruch reduziert ist, und kann folglich einen Stromzusammenbruch unterdrücken bzw. lindern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Halbleiterbauteil ein Substrat, eine Elektronentransitschicht, die auf dem Substrat angeordnet ist, und eine Elektronenzuführschicht, die auf der Elektronentransitschicht angeordnet ist, wobei die Elektronentransitschicht eine einen leitfähigen Pfad bildende Schicht in Kontakt mit der Elektronenzuführschicht, eine erste Halbleiterregion, die eine Verunreinigung vom Akzeptor-Typ enthält, und eine zweite Halbleiterregion aufweist, die an einer Position näher an der den leitfähigen Pfad bildenden Schicht angeordnet ist als die erste Halbleiterregion und die eine Verunreinigung vom Akzeptor-Typ enthält. Die erste Halbleiterregion hat eine kleinere Energiedifferenz zwischen einem Akzeptor-Niveau und einer Energie am oberen Ende eines Valenzbandes als eine Energiedifferenz zwischen einem Akzeptor-Niveau und einer Energie am oberen Ende eines Valenzbands der zweiten Halbleiterregion.
Diese Anordnung kann die Wiederherstellungszeit für einen Drain-Strom verkürzen, der durch einen Stromzusammenbruch reduziert ist, und kann folglich einen Stromzusammenbruch unterdrücken.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Halbleiterbauteil ein Substrat, eine Elektronentransitschicht, die auf dem Substrat angeordnet ist, und eine Elektronenzuführschicht, die auf der Elektronentransitschicht angeordnet ist, wobei die Elektronentransitschicht eine einen leitfähigen Pfad bildende Schicht in Kontakt mit der Elektronenzuführschicht, eine erste Halbleiterregion, die eine Verunreinigung vom Akzeptor-Typ enthält, und eine zweite Halbleiterregion aufweist, die an einer Position näher an der den leitfähigen Pfad bildenden Schicht angeordnet ist als die erste Halbleiterregion und die eine Verunreinigung vom Akzeptor-Typ enthält, wobei die erste Halbleiterregion eine höhere Akzeptor-Dichte hat als die zweite Halbleiterregion. Die erste Halbleiterregion weist eine kleinere Energiedifferenz zwischen einem Akzeptor-Niveau und einer Energie am oberen Ende eines Valenzbandes auf als eine Energiedifferenz zwischen einem Akzeptor-Niveau und einer Energie am oberen Ende eines Valenzbandes der zweiten Halbleiterregion.
Diese Anordnung kann den Wiederherstellungsbetrag des Drain-Stromes erhöhen, der durch einen Stromzusammenbruch reduziert ist, und kann die Wiederherstellungszeit für den Drain-Strom verkürzen, und kann folglich einen Stromzusammenbruch effektiver unterdrücken.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste Halbleiterregion auf dem Substrat angeordnet, wobei die zweite Halbleiterregion auf einer vorderseitigen Fläche der ersten Halbleiterregion gebildet ist, die auf einer dem Substrat gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der den leitfähigen Pfad bildenden Schicht ein zweidimensionales Elektronengas gebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die erste Halbleiterregion und die zweite Halbleiterregion jeweils aus einem Halbleiter mit einer halb-isolierenden bzw. semi-isolierenden Eigenschaft hergestellt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die erste Halbleiterregion mit wenigstens einem Typ einer Verunreinigung vom Akzeptor-Typ von Mg und Zn dotiert, und die zweite Halbleiterregion ist mit wenigstens einem Typ einer Verunreinigung vom Akzeptor-Typ von C und Fe dotiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die erste Halbleiterregion und die zweite Halbleiterregion jeweils aus einem Nitrid-Halbleiter hergestellt, und die Elektronenzuführschicht ist aus einem Nitrid-Halbleiter hergestellt, der Al enthält.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Halbleiterbauteil ferner eine Source, ein Gate und ein Drain, die auf der Elektronenzuführschicht angeordnet sind, und das Substrat ist elektrisch mit der Source verbunden.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Wirkungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen, die nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben werden.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht zum Erläutern der Anordnung eines Halbleiterbauteils gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2A ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel eines Herstellungsschrittes für das Halbleiterbauteil zeigt.
2B ist eine Schnittansicht, die einen dem Schritt in 2A folgenden Schritt zeigt.
2C ist eine Schnittansicht, die einen dem Schritt in 2B folgenden Schritt zeigt.
2D ist eine Schnittansicht, die einen dem Schritt in 2C folgenden Schritt zeigt.
2E ist eine Schnittansicht, die einen dem Schritt in 2D folgenden Schritt zeigt.
2F ist eine Schnittansicht, die einen dem Schritt in 2E folgenden Schritt.
2G ist eine Schnittansicht, die einen dem Schritt in 2F folgenden Schritt zeigt.
3 ist eine Schnittansicht, die die Anordnung eines Halbleiterbauteils zeigt, das verwendet wird, um ein Halb-Wiederherstellungsphänomen betreffend einen Stromzusammenbruch zu prüfen.
4 ist ein Diagramm, das experimentelle Ergebnisse zeigt.
5 ist eine schematische Ansicht, die die Anordnung eines Halbleiterbauteils als ein erstes Simulationsziel zeigt.
6 ist ein Diagramm, das Simulationsergebnisse zeigt.
7 ist ein Diagramm, das die Verteilung von Energie E_c am unteren Ende eines leitfähigen Bandes zeigt, und zwar in Bezug auf die Tiefe einer Elektronentransitschicht.
8 sind Diagramme, die jeweils eine negative elektrische Ladungsdichte in Bezug auf die Tiefe einer Elektronentransitschicht zeigen.
9 ist eine schematische Ansicht, die die Anordnung eines Halbleiterbauteils als ein zweites Simulationsziel zeigt.
10 ist ein Diagramm, das Simulationsergebnisse zeigt.
11 ist ein Diagramm, das die Verteilung der Energie E_c des unteren Endes eines leitfähigen Bandes in Bezug auf die Tiefe einer Elektronentransitschicht zeigt, und zwar wenn (N_T - N_D) einer erste Nitrid-Halbleiterschicht auf der Substratseite groß ist.
12 sind Diagramme, die jeweils eine negative elektrische Ladungsdichte in Bezug auf die Tiefe einer Elektronentransitschicht zeigen, wenn (N_T - N_D) einer ersten Nitrid-Halbleiterschicht auf der Substratseite groß ist.
13 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Beispiel der Anordnung eines Halbleiterbauteils zeigt.
14 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer Anordnung zeigt, bei der kein Sperrmetallfilm in dem Halbleiterbauteil in 1 gebildet ist.
15 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die die genaue Form eines Abschnittes A in 14 zeigt. Beschreibung von Ausführungsformen

1 ist eine Schnittansicht zum Erläutern der Anordnung eines Halbleiterbauteils gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ein Halbleiterbauteil 1 beinhaltet ein Substrat 2, eine Puffer-Schicht 3, die auf der vorderseitigen Fläche des Substrates 2 gebildet ist, eine Elektronentransitschicht 4, die aus einer Nitrid-Halbleiterschicht gebildet ist, die epitaktisch auf die Puffer-Schicht 3 gewachsen ist, eine Elektronenzuführschicht 5, die aus einer Nitrid-Halbleiterschicht gebildet ist, die epitaktisch auf die Elektronentransitschicht 4 gewachsen ist, und einen Gate-Abschnitt 6, der auf der Elektronenzuführschicht 5 gebildet ist. Der Gate-Abschnitt 6 beinhaltet eine Nitrid-Halbleiterschicht 61, die epitaktisch auf die Elektronenzuführschicht 5 gewachsen ist, und eine Gate-Elektrode 62, die auf der Nitrid-Halbleiterschicht 61 gebildet ist.
Das Halbleiterbauteil 1 beinhaltet ferner einen Passivierungsfilm 7, der die Elektronenzuführschicht 5 und den Gate-Abschnitt 6 bedeckt, und einen Sperrmetallfilm („barrier metal film“) 8, der auf den Passivierungsfilm 7 laminiert ist. Das Halbleiterbauteil 1 beinhaltet ferner eine Source-Elektrode 9 und eine Drain-Elektrode 10, die sich in Ohm'schem Kontakt mit der Elektronenzuführschicht 5 befinden, wobei sie ein Source-Elektrodenkontaktloch 9a bzw. ein Drain-Elektrodenkontaktloch 10a durchdringen, die in einem laminierten Film bzw. einem Filmlaminat aus dem Passivierungsfilm 7 und dem Sperrmetallfilm 8 gebildet sind. Die Source-Elektrode 9 und die Drain-Elektrode 10 sind beabstandet voneinander („at an interval“) angeordnet. Die Source-Elektrode 9 ist so gebildet, dass sie den Gate-Abschnitt 6 bedeckt.
Das Substrat 2 kann beispielsweise ein Siliziumsubstrat mit niedrigem Widerstandswert („low-resistance“) sein. Das Siliziumsubstrat mit niedrigem Widerstandswert kann beispielsweise eine Verunreinigungskonzentration von 1 × 10¹⁷ cm^-3 bis 1 × 10²⁰ cm^-3 haben (genauer gesagt, etwa 1 × 10¹⁸ cm^-3). Das Substrat 2 kann ein GaN-Substrat mit niedrigem Widerstandswert sein, ein SiC-Substrat mit niedrigem Widerstandwert, etc., und zwar anstelle eines Siliziumsubstrates mit niedrigem Widerstandswert. Das Substrat 2 ist elektrisch mit der Source-Elektrode 9 verbunden.
Die Puffer-Schicht 3 ist aus einer mehrschichtigen Puffer-Schicht gebildet, die gebildet ist durch Laminieren einer Vielzahl von Nitrid-Halbleiterfilmen. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Puffer-Schicht 3 gebildet durch eine erste Puffer-Schicht 31, die aus einem AlN-Film in Kontakt mit der vorderseitigen Fläche des Substrates 2 gebildet ist, und durch eine zweite Puffer-Schicht 32, die aus einem AlGaN-Film gebildet ist, der auf die vorderseitige Fläche der ersten Puffer-Schicht 31 laminiert ist (eine vorderseitige Fläche auf der dem Substrat 2 gegenüberliegenden Seite) . Die erste Puffer-Schicht 31 weist eine Filmdicke von beispielsweise 0,2 µm auf. Die zweite Puffer-Schicht 32 weist eine Filmdicke von beispielsweise 0,12 µm auf. Die Puffer-Schicht 3 kann beispielsweise aus einem einzelnen AlN-Film gebildet sein.
Die Elektronentransitschicht 4 ist gebildet aus einer Schicht A mit hoher Verunreinigungs- bzw. Dotierungskonzentration, wobei die Schicht A auf der Puffer-Schicht 3 gebildet ist, und aus einer Schicht B mit niedriger Verunreinigungskonzentration, die auf der Schicht A mit hoher Verunreinigungskonzentration gebildet ist und in der ein zweidimensionales Elektronengas 15 gebildet ist. Die obere Fläche der Schicht B mit niedriger Verunreinigungskonzentration steht in Kontakt mit der unteren Fläche der Elektronenzuführschicht 5. Die Schicht B mit niedriger Verunreinigungskonzentration wird nachstehend manchmal als eine einen leitfähigen Pfad bildende Schicht oder als eine Bildungsschicht für zweidimensionales Elektronengas bezeichnet.
Die Schicht A mit hoher Verunreinigungskonzentration ist eine Halbleiterschicht, die eine große Menge bzw. einen großen Betrag an Akzeptorverunreinigungen enthält. Im Gegensatz hierzu ist die Schicht B mit niedriger Verunreinigungskonzentration eine Halbleiterschicht, die nahezu keine Akzeptorverunreinigung enthält. Die Schicht A mit hoher Verunreinigungskonzentration weist eine Verunreinigungskonzentration vom Akzeptor-Typ von 1 × 10¹⁷ cm^-3 oder mehr auf. Die Schicht B mit niedriger Verunreinigungskonzentration weist eine Verunreinigungskonzentration vom Akzeptor-Typ von weniger als 1 × 10¹⁷ cm^-3 auf.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Schicht A mit hoher Verunreinigungskonzentration gebildet durch eine erste Nitrid-Halbleiterschicht 41 und eine zweite Nitrid-Halbleiterschicht 42, die epitaktisch auf die erste Nitrid-Halbleiterschicht 41 gewachsen ist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Schicht B mit niedriger Verunreinigungskonzentration gebildet aus einer dritten Nitrid-Halbleiterschicht 43, die epitaktisch auf die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 42 gewachsen ist.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform entsprechen die erste Nitrid-Halbleiterschicht 41 und die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 42 jeweils einer Halbleiterregion, die eine Verunreinigung vom Akzeptor-Typ enthält, und zwar gemäß der vorliegenden Erfindung. Die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 42 ist näher an der einen leitfähigen Pfad bildenden Schicht 43 (Schicht B mit niedriger Verunreinigungskonzentration) angeordnet als die erste Nitrid-Halbleiterschicht 41. Demgemäß entspricht bei dieser bevorzugten Ausführungsform die erste Nitrid-Halbleiterschicht 41 der ersten Halbleiterregion gemäß der vorliegenden Erfindung, und die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 42 entspricht der zweiten Halbleiterregion gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die erste Nitrid-Halbleiterschicht 41 gebildet aus einer GaN-Schicht, die mit einer Verunreinigung vom Akzeptor-Typ dotiert ist und die eine Dicke von etwa 0, 5 µm bis 2, 0 µm besitzt. Die Verunreinigung vom Akzeptor-Typ beinhaltet beispielsweise wenigstens einen Verunreinigungstyp von Magnesium (Mg) und Zink (Zn). Die Verunreinigung vom Akzeptor-Typ hat eine Konzentration von beispielsweise etwa 1 × 10¹⁸ cm^-3 bis 1 × 10²⁰ cm^-3.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 42 gebildet aus einer GaN-Schicht, die mit einer Verunreinigung vom Akzeptor-Typ dotiert ist und die eine Dicke von etwa 1, 0 µm bis 2, 0 µm besitzt. Die Verunreinigung vom Akzeptor-Typ beinhaltet beispielsweise wenigstens einen Verunreinigungstyp von Kohlenstoff (C) und Eisen (Fe). Die Verunreinigung vom Akzeptor-Typ weist eine Konzentration von beispielsweise etwa 1 × 10¹⁷ cm^-3 bis 1 × 10¹⁸ cm^-3 auf.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die dritte Nitrid-Halbleiterschicht (die einen leitfähigen Pfad bildende Schicht) 43 gebildet aus einer GaN-Schicht, die leicht mit einer Verunreinigung vom Akzeptor-Typ dotiert ist und die eine Dicke von etwa 0,1 µm besitzt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Verunreinigung vom Akzeptor-Typ beispielsweise Kohlenstoff (C). Bei dieser bevorzugten Ausführungsform hat die Verunreinigung vom Akzeptor-Typ der dritten Nitrid-Halbleiterschicht 43 eine Konzentration von beispielsweise etwa 1 × 10¹⁶ cm^-3.
Eine Akzeptor-Dichte N_T der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 ist vorzugsweise höher als die Akzeptor-Dichte N_T der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42. Mit anderen Worten ist eine Differenz (N_T - N_D) zwischen der Akzeptor-Dichte N_T und einer Donator-Dichte N_D der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 vorzugsweise größer als die Differenz (N_T - N_D) zwischen der Akzeptor-Dichte N_T und der Donator-Dichte N_D der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42. Dies ist deswegen so, weil dies den Rückgewinnungs- bzw. Wiederherstellungsbetrag („recovery amount“) des Drain-Stromes erhöhen kann, der durch einen Stromzusammenbruch („current collapse“) reduziert ist. Der Grund hierfür wird nachstehend im Detail beschrieben.
Eine Differenz (E_T - E_V) zwischen einem Akzeptor-Niveau E_T und einer Energie E_V an einem oberen Endes eines Valenzbandes („valence band upper end energy“) der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 ist vorzugsweise kleiner als die Differenz (E_T - E_V) zwischen dem Akzeptor-Niveau E_T und der Energie E_V an einem oberen Ende eines Valenzbandes der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42. Dies liegt daran, da dies die Wiederherstellungszeit bzw. Erholungszeit für den Drain-Strom verkürzen kann, der durch einen Stromzusammenbruch reduziert ist. Der Grund hierfür wird nachstehend im Detail erläutert.
Es ist bevorzugter, wenn die Differenz (N_T - N_D) zwischen der Akzeptor-Dichte N_T und der Donator-Dichte N_D der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 größer ist als jene der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42, und wenn die Differenz (E_T - E_V) zwischen dem Akzeptor-Niveau E_T und der Energie E_V am oberen Ende des Valenzbandes der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 kleiner ist als jene der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42. Dies liegt daran, da dies den Wiederherstellungsbetrag des Drain-Stromes erhöhen kann, der durch einen Stromzusammenbruch reduziert ist, und auch die Wiederherstellungszeit („recovery time“) für einen Drain-Strom verkürzen kann, der durch einen Stromzusammenbruch reduziert ist. Der Grund hierfür wird nachstehend im Detail erläutert.
Die Elektronenzuführschicht 5 gebildet aus einem Nitrid-Halbleiter mit einer größeren Bandlücke („larger band gap“) als die Elektronentransitschicht 4. Genauer gesagt ist die Elektronenzuführschicht 5 gebildet aus einem Nitrid-Halbleiter, der eine höhere Al-Zusammensetzung aufweist als die Elektronentransitschicht 4. Ein Nitrid-Halbleiter, der eine höhere Al-Zusammensetzung bzw. einen höheren Al-Bestandteil ausweist, hat eine größere Bandlücke. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Elektronenzuführschicht 5 gebildet aus einer Al_x1Ga_1-x1N-Schicht (0 < x1 < 1) und hat eine Dicke von etwa 10 nm. Die Elektronenzuführschicht 5 weist vorzugsweise eine Filmdicke von 10 nm oder mehr und 20 nm oder weniger auf.
Wie oben beschrieben, sind die Elektronentransitschicht 4 und die Elektronenzuführschicht 5 hergestellt aus Nitrid-Halbleitern, die unterschiedliche Bandlücken (Al-Zusammensetzungen) haben, und zwischen diesen Schichten tritt eine Gitterfehlanpassung auf. Das Energieniveau des leitfähigen Bandes der Elektronentransitschicht 4 an der Schnittstelle zwischen der Elektronentransitschicht 4 und der Elektronenzuführschicht 5 ist niedriger als das Fermi-Niveau, und zwar auf Grund der spontanen Polarisation der Elektronentransitschicht 4 und der Elektronenzuführschicht 5 und der piezoelektrischen Polarisation, die durch die Gitterfehlanpassung zwischen diesen Schichten hervorgerufen wird. Dies ruft hervor, dass sich das zweidimensionale Elektronengas (2DEG) 15 an einer Position nahe der Schnittstelle zwischen der Elektronentransitschicht 4 und der Elektronenzuführschicht 5 erweitert (beispielsweise an bzw. bei einer Distanz von einigen Å von der Schnittstelle), und zwar in der dritten Nitrid-Halbleiterschicht 43.
Die Nitrid-Halbleiterschicht 61, die einen Teil des Gate-Abschnittes 6 bildet, ist aus einem Nitrid-Halbleiter hergestellt, der mit einer Verunreinigung vom Akzeptor-Typ dotiert ist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Nitrid-Halbleiterschicht 61 gebildet aus einer GaN-Schicht (GaN-Schicht vom p-Typ), die mit einer Verunreinigung vom Akzeptor-Typ dotiert ist und die eine Dicke von etwa 60 nm besitzt. Die Verunreinigung vom Akzeptor-Typ weist vorzugsweise eine Konzentration von 3 × 10¹⁷ cm^-3 oder mehr auf. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Verunreinigung vom Akzeptor-Typ Magnesium (Mg). Die Verunreinigung vom Akzeptor-Typ kann eine andere Verunreinigung vom Akzeptor-Typ sein, wie beispielsweise Kohlenstoff (C). Die Nitrid-Halbleiterschicht 61 ist vorgesehen, um das zweidimensionale Elektronengas 15, das in der Schnittstelle zwischen der Elektronentransitschicht 4 und der Elektronenzuführschicht 5 gebildet ist, in eine Region direkt unterhalb des Gate-Abschnittes 6 zu versetzen.
Die Gate-Elektrode 62 ist gebildet in Kontakt mit der Nitrid-Halbleiterschicht 61. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Gate-Elektrode 62 gebildet aus einer TiN-Schicht und weist eine Dicke von etwa 100 nm auf. Die Gate-Elektrode 62 ist disproportional versetzt angeordnet in Richtung hin zu dem Source-Elektrodenkontaktloch 9a.
Der Passivierungsfilm 7 bedeckt die vorderseitige Fläche der Elektronenzuführschicht 5 (mit der Ausnahme von Regionen, die den Kontaktlöcher 9a und 10 gegenüberliegen), die seitlichen Flächen der Nitrid-Halbleiterschicht 61 und die seitlichen Flächen und die vorderseitige Fläche der Gate-Elektrode 62. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist der Passivierungsfilm 7 gebildet aus einem Sin- bzw. SiN-Film und weist eine Dicke auf von etwa 100 nm.
Der Sperrmetallfilm 8 ist auf den Passivierungsfilm 7 laminiert, um den Gate-Abschnitt 6 zu bedecken. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist der Sperrmetallfilm 8 aus einem TiN-Film gebildet und weist eine Dicke von etwa 50 nm auf.
Die Source-Elektrode 9 und die Drain-Elektrode 10 können jeweils eine untere Schicht in Kontakt mit der Elektronenzuführschicht 5 haben, eine Zwischenschicht, die auf die untere Schicht laminiert ist, und eine obere Schicht, die auf die Zwischenschicht laminiert ist. Die untere Schicht kann eine Ti-Schicht mit einer Dicke von etwa 20 nm sein. Die Zwischenschicht kann eine Al-Schicht sein, und zwar mit einer Dicke von 200 nm. Die obere Schicht kann eine TiN-Schicht mit einer Dicke von etwa 50 nm sein.
Das Halbleiterbauteil 1 weist einen Hetero-Übergang auf, der gebildet ist durch Bilden der Elektronenzuführschicht 5, die eine andere Bandlücke (Al-Zusammensetzung) hat als jene der Elektronentransitschicht 4, auf der Elektronentransitschicht 4. Dies bildet das zweidimensionale Elektronengas 15 in der Elektronentransitschicht 4 nahe der Schnittstelle zwischen der Elektronentransitschicht 4 und der Elektronenzuführschicht 5 und bildet einen HEMT, und zwar unter Verwendung des zweidimensionalen Elektronengases 15 als ein Kanal. Die Gate-Elektrode 62 liegt der Elektronenzuführschicht 5 über die Nitrid-Halbleiterschicht 61 gegenüber, die aus einer GaN-Schicht vom p-Typ gebildet ist. An einer Position unterhalb der Gate-Elektrode 62 erhöht der ionisierte Akzeptor, der in der Nitrid-Halbleiterschicht 61 enthalten ist, die aus einer GaN-Schicht vom p-Typ gebildet ist, die Energieniveaus der Elektronentransitschicht 4 und der Elektronenzuführschicht 5, wodurch das Energieniveau des leitfähigen Bandes in der Hetero-Übergangsschnittstelle über das Fermi-Niveau angehoben wird. Demgemäß hemmt dies die Bildung des zweidimensionalen Elektronengases 15, und zwar direkt unterhalb der Gate-Elektrode 62 (Gate-Abschnitt 6), und zwar auf Grund der spontanen Polarisation der Elektronentransitschicht 4 und der Elektronenzuführschicht 5 und der piezoelektrischen Polarisation, die durch die Gitterfehlanpassung zwischen diesen hervorgerufen ist. Wenn daher an die Gate-Elektrode 62 keine Vorspannung („bias“) angelegt wird (null Vorspannung („zero bias“)), wird der Kanal, der durch das zweidimensionale Elektronengas 15 gebildet ist, direkt unterhalb der Gate-Elektrode 62 abgeschaltet („shut down“). Hierdurch wird ein normalerweise AUS-geschalteter („normally OFF“) HEMT realisiert. Wenn eine geeignete EIN-Spannung (beispielsweise 3 V) an die Gate-Elektrode 62 angelegt wird, wird ein Kanal in der Elektronentransitschicht 4 direkt unterhalb der Gate-Elektrode 62 induziert, um die zweidimensionalen Elektronengase 15 auf beiden Seiten der Gate-Elektrode 62 zu verbinden. Dies macht den Source-Drain-Pfad leitfähig.
Im Gebrauch wird beispielsweise eine vorbestimmte Spannung (beispielsweise 200 V bis 300 V), bei der die Seite der Drain-Elektrode 10 positiv wird, zwischen der Source-Elektrode 9 und der Drain-Elektrode 10 angelegt. In diesem Zustand wird an die Gate-Elektrode 62 eine AUS-Spannung (0 V) oder eine EIN-Spannung (3 V) angelegt, wobei die Source-Elektrode 12 auf ein Referenzpotenzial (0 V) eingestellt wird.
Die 2A bis 2G sind Schnittansichten zum Erläutern eines Beispiels eines Herstellungsprozesses für das oben beschriebene Halbleiterbauteil 1 und zeigen Schnittstrukturen in einer Vielzahl von Schritten des Herstellungsprozesses.
Zunächst wird, wie es in 2A gezeigt ist, die Puffer-Schicht 3 epitaktisch auf das Substrat 2 gewachsen. Zusätzlich hierzu werden die erste Nitrid-Halbleiterschicht 41, die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 42 und die dritte Nitrid-Halbleiterschicht 43, die die Elektronentransitschicht 4 bilden, sequenziell epitaktisch auf die Puffer-Schicht 3 aufgewachsen. Ferner wird eine Nitrid-Halbleiterschicht, die die Elektronenzuführschicht 5 bildet, epitaktisch auf die dritte Nitrid-Halbleiterschicht 43 aufgewachsen. Die Nitrid-Halbleiterschicht 61 wird ebenfalls epitaktisch auf die Elektronenzuführschicht 5 aufgewachsen.
Als Nächstes wird, wie es in 2B gezeigt ist, ein Gate-Elektrodenfilm 21 auf der Nitrid-Halbleiterschicht 61 gebildet. Der Gate-Elektrodenfilm 21 ist beispielsweise aus einem Metallfilm gebildet, der aus TiN hergestellt ist.
Als Nächstes wird, wie es in 2C gezeigt ist, ein Resist-Film 22 gebildet, um eine Gate-Elektroden-Bildungsregion auf der vorderseitigen Fläche des Gate-Elektrodenfilms 21 zu bedecken. Der Gate-Elektrodenfilm 21 und die Nitrid-Halbleiterschicht 61 werden anschließend unter Verwendung des Resist-Films 22 als eine Maske geätzt.
Bei diesem Prozess wird der Gate-Elektrodenfilm 21 einer Musterbildung unterzogen, um die Gate-Elektrode 62 zu erhalten. Zusätzlich hierzu wird die Nitrid-Halbleiterschicht 61 einer Musterbildung unterzogen, und zwar das gleiche Muster wie jenes der Gate-Elektrode 62. Auf diese Art und Weise wird der Gate-Abschnitt 6, der gebildet ist durch die Nitrid-Halbleiterschicht 61 und die Gate-Elektrode 62, auf der Elektronenzuführschicht 5 gebildet.
Als Nächstes wird der Resist-Film 22 entfernt. Hiernach wird, wie es in 2D gezeigt ist, der Passivierungsfilm 7 gebildet, so dass er die gesamte freiliegende vorderseitige Fläche bedeckt. Der Sperrmetallfilm 8 wird auf der vorderseitigen Fläche des Passivierungsfilms 7 gebildet. Der Passivierungsfilm 7 wird beispielsweise aus einer SiN-Schicht gebildet. Der Sperrmetallfilm 8 wird beispielsweise aus einer TiN-Schicht gebildet.
Als Nächstes werden, wie es in 2E gezeigt ist, das Source-Elektrodenkontaktloch 9a und das Drain-Elektrodenkontaktloch 10a in dem Passivierungsfilm 7 und dem Sperrmetallfilm 8 gebildet.
Als Nächstes wird, wie es in 2F gezeigt ist, ein Source-Drain-Elektrodenfilm 23 gebildet, so dass er die gesamte freiliegende vorderseitige Fläche bedeckt. Der Source-Drain-Elektrodenfilm 23 ist aus einem laminierten Metallfilm gebildet, der gebildet ist durch Laminieren einer Ti-Schicht als eine untere Schicht, einer Al-Schicht als eine Zwischenschicht und einer TiN-Schicht als eine obere Schicht übereinander, und wird gebildet durch sequenzielles Dampfabscheiden der jeweiligen Schichten.
Als Nächstes werden, wie es in 2G gezeigt ist, der Source-Drain-Elektrodenfilm 23 und der Sperrmetallfilm 8 dann einer Musterbildung unterzogen, und zwar durch Ätzen, und werden ferner entspannt bzw. geglüht, um die Source-Elektrode 9 und die Drain-Elektrode 10 zu bilden, die einen Ohm'schen Kontakt zu der Elektronenzuführschicht 5 herstellen. Bei diesem Prozess wird das Halbleiterbauteil 1 mit der in 1 gezeigten Struktur erhalten
Beispiel 1
Im Beispiel 1 ist die in der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 enthaltene Verunreinigung vom Akzeptor-Typ Magnesium (Mg). Eine Differenz (N_T - N_D) zwischen einer Akzeptor-Dichte N_T und einer Donator-Dichte N_D der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 beträgt 5 × 10¹⁷ cm^-3. Eine Differenz (E_T - E_V) zwischen einem Akzeptor-Niveau E_T und einer Energie E_V am oberen Ende eines Valenzbandes der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 beträgt 0,2 eV.
Im Gegensatz hierzu ist die in der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42 enthaltene Verunreinigung vom Akzeptor-Typ Kohlenstoff (C) . Die Differenz (N_T - N_D) zwischen der Akzeptor-Dichte N_T und der Donator-Dichte N_D der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42 beträgt 4 × 10¹⁶ cm^-3. Die Differenz (E_T - E_V) zwischen dem Akzeptor-Niveau E_T und der Energie E_V am oberen Ende eines Valenzbandes der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42 beträgt 0,9 eV.
Das heißt, die Differenz (N_T - N_D) zwischen der Akzeptor-Dichte N_T und der Donator-Dichte N_D der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 ist größer als jene der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42, und die Differenz (E_T - E_V) zwischen dem Akzeptor-Niveau E_T und der Energie E_V am oberen Ende eines Valenzbandes der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 ist kleiner als jene der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42.
Beispiel 2
Beim Beispiel 2 ist die in der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 enthaltene Verunreinigung vom Akzeptor-Typ Zink (Zn). Eine Differenz (N_T - N_D) zwischen einer Akzeptor-Dichte N_T und einer Donator-Dichte N_D der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 beträgt 5 × 10¹⁷ cm^-3. Eine Differenz (E_T - E_V) zwischen einem Akzeptor-Niveau E_T und einer Energie E_V am oberen Ende eines Valenzbandes der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 beträgt 0,3 eV.
Im Gegensatz hierzu ist die in einer zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42 enthaltene Verunreinigung vom Akzeptor-Typ Kohlenstoff (C) . Die Differenz (N_T - N_D) zwischen der Akzeptor-Dichte N_T und der Donator-Dichte N_D der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42 beträgt 4 × 10¹⁶ cm^-3. Die Differenz (E_T - E_V) zwischen dem Akzeptor-Niveau E_T und der Energie E_V am oberen Ende eines Valenzbandes der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42 beträgt 0,9 eV.
Beispiel 3
Beim Beispiel 3 ist die in einer ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 enthaltene Verunreinigung vom Akzeptor-Typ Magnesium (Mg) . Eine Differenz (N_T- N_D) zwischen einer Akzeptor-Dichte N_T und einer Donator-Dichte N_D der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 beträgt 5 × 10¹⁷ cm^-3. Eine Differenz (E_T - E_V) zwischen einem Akzeptor-Niveau E_T und einer Energie E_V am oberen Ende eines Valenzbandes der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 beträgt 0,2 eV.
Im Gegensatz hierzu ist die in einer zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42 enthaltene Verunreinigung vom Akzeptor-Typ Eisen (Fe) . Die Differenz (N_T - N_D) zwischen der Akzeptor-Dichte N_T und der Donator-Dichte N_D der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42 beträgt 4 × 10¹⁶ cm^-3. Die Differenz (E_T - E_V) zwischen dem Akzeptor-Niveau E_T und der Energie E_V am oberen Ende eines Valenzbandes der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42 beträgt 2,8 eV.
Beispiel 4
Beim Beispiel 4 ist die in einer ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 enthaltene Verunreinigung vom Akzeptor-Typ Zink (Zn). Eine Differenz (N_T - N_D) zwischen einer Akzeptor-Dichte N_T und einer Donator-Dichte N_D der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 beträgt 5 × 10¹⁷ cm^-3. Eine Differenz (E_T - E_V) zwischen einem Akzeptor-Niveau E_T und einer Energie E_V am oberen Ende eines Valenzbandes der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 beträgt 0,3 eV.
Im Gegensatz hierzu ist die in einer zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42 enthaltene Verunreinigung vom Akzeptor-Typ Eisen (Fe) . Die Differenz (N_T - N_D) zwischen der Akzeptor-Dichte N_T und der Donator-Dichte N_D der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42 beträgt 4 × 10¹⁶ cm^-3. Die Differenz (E_T - E_V) zwischen dem Akzeptor-Niveau E_T und der Energie E_V am oberen Ende eines Valenzbandes der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42 beträgt 2,8 eV.
Gemäß den Beispielen 1 bis 4 ist es möglich, den Wiederherstellungs- bzw. Erholungsbetrag eines Drain-Stromes zu erhöhen, der durch einen Stromzusammenbruch reduziert ist, und auch die Wiederherstellungs- bzw. Erholungszeit für einen Drain-Strom zu verkürzen, der durch einen Stromzusammenbruch reduziert ist. Der Grund hierfür wird nachstehend im Detail erläutert.
Im Folgenden wird der Grund erläutert, warum es möglich ist, den Wiederherstellungsbetrag des Drain-Stromes zu erhöhen, der durch einen Stromzusammenbruch reduziert ist, und zwar dann, wenn die Differenz (N_T - N_D) zwischen der Akzeptor-Dichte N_T und der Donator-Dichte N_D der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 größer ist als jene der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42. Nachstehend wird auch der Grund dafür erläutert, warum es möglich ist, die Wiederherstellungszeit für einen Drain-Strom zu verkürzen, der durch einen Stromzusammenbruch reduziert ist, und zwar dann, wenn die Differenz (E_T - E_V) zwischen dem Akzeptor-Niveau E_T und der Energie E_V am oberen Ende eines Valenzbandes der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 kleiner ist als jene der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42.
Eine Ursache für die Erzeugung eines Stromzusammenbruches wird am Beispiel des Halbleiterbauteils 1 in 1 beschrieben.
Die Elektronentransitschicht 4, die aus GaN hergestellt ist, enthält einen nichtbeabsichtigten („unintentional“) Donator. Wenn die Elektronentransitschicht 4 eine Schicht vom n-Typ wird, fließt ein Leckagestrom zwischen der Source-Elektrode 9 und der Drain-Elektrode 10. Um zu verhindern, dass die Elektronentransitschicht 4 eine Schicht vom n-Typ wird, wird die Elektronentransitschicht 4 (insbesondere die Schicht A mit hoher Verunreinigungskonzentration) demgemäß mit einer Verunreinigung vom Akzeptor-Typ (Tiefenakzeptor, deep acceptor") zum Bereitstellen von positiven Löchern dotiert. Die von dem Donator emittierten Elektronen werden von dem Tiefenakzeptor eingefangen. Da jedoch die Akzeptor-Dichte (Einfangdichte („trap density“) N_T höher ist als die Donator-Dichte N_D, ist ein Tiefenakzeptor (vakanter Akzeptor, „vacant acceptor“), der kein Elektron eingefangen hat, in der Elektronentransitschicht 4 vorhanden. Das heißt, die Elektronentransitschicht 4 (insbesondere die Schicht A mit hoher Verunreinigungskonzentration) hat eine halb-isolierende Eigenschaft. Ein Tiefenakzeptor, der Elektronen eingefangen hat, ist negativ geladen.
Wenn das Halbleiterbauteil 1 AUS-geschaltet ist, ist eine positive Spannung an den Drain des Halbleiterbauteils 1 angelegt. Wenn das Halbleiterbauteil 1 EIN-geschaltet ist, ist an den Drain des Halbleiterbauteils 1 eine niedrigere Spannung angelegt. Wenn eine positive Spannung an den Drain des Halbleiterbauteils 1 angelegt ist, werden von dem Tiefenakzeptor, in dem keine Elektronen eingefangen sind, positive Löcher an das Valenzband auf der Seite der Drain-Elektrode 10 der Elektronentransitschicht 4 emittiert. Das heißt, es tritt eine positive Lochemission auf. Mit anderen Worten fängt der Tiefenakzeptor, der keine Elektronen eingefangen hat, Elektronen aus dem Valenzband. Dies wird sogar den Tiefenakzeptor, der kein Elektron eingefangen hat, negativ aufladen, wodurch die negative elektrische Ladungsregion (negativ geladene Region) in der Elektronentransitschicht 4 vergrößert wird. Da das zweidimensionale Elektronengas, das in der Elektronentransitschicht 4 gebildet ist, eine negativ geladene Region abstößt („repels“), wird die Ausdehnung der negativ geladenen Region in der Elektronentransitschicht 4 das zweidimensionale Elektronengas reduzieren. Dies erhöht den Kanalwiderstandswert und reduziert folglich den Drain-Strom. Dieses Phänomen wird als Stromzusammenbruch bezeichnet.
Die Zeitkonstante für eine positive Lochemission nimmt mit einer Abnahme in der Differenz (E_T - E_V) zwischen dem Akzeptor-Niveau E_T und dem Energieniveau E_V am oberen Ende eines Valenzbandes in der Elektronentransitschicht 4 ab. Die Zeitkonstante für eine positive Lochemission ist die Zeit von dem Anlegen einer positiven Spannung an die Elektronentransitschicht 4 bis zu dem Auftreten der positiven Lochemission. Wenn beispielsweise der Akzeptor Kohlenstoff (C) ist, ist die Energiedifferenz (E_T - E_V) gleich 0,9 eV, und die Zeitkonstante für positive Lochemission beträgt 100 sec.
Als Nächstes wird ein Halb-Wiederherstellungsphänomen bzw. Halb-Erholungsphänomen („half-recovery phenomenon“) eines Stromzusammenbruchs beschrieben.
Ein Experiment zum Prüfen eines Halb-Wiederherstellungsphänomens eines Stromzusammenbruches wurde unter Verwendung eines Halbleiterbauteils 101 durchgeführt, das in 3 gezeigt ist.
Das Halbleiterbauteil 101 beinhaltet ein Substrat 102, eine Puffer-Schicht 103, die auf der vorderseitigen Fläche des Substrates 102 gebildet ist, eine Elektronentransitschicht 104, die aus einer Nitrid-Halbleiterschicht gebildet ist, die epitaktisch auf die Puffer-Schicht 103 gewachsen ist, und eine Elektronenzuführschicht 105, die aus einer Nitrid-Halbleiterschicht gebildet ist, die epitaktisch auf die Elektronentransitschicht 104 gewachsen ist. Das Halbleiterbauteil 101 beinhaltet ferner eine Source-Elektrode 109, eine Drain-Elektrode 110 und eine Isolierschicht 111, die auf der Elektronenzuführschicht 105 gebildet sind. Die Isolierschicht 111 ist auf einer Region auf der Elektronenzuführschicht 105 gebildet, auf der die Source-Elektrode 109 und die Drain-Elektrode 110 nicht gebildet sind. Auf der rückseitigen Fläche des Substrats 102 ist eine Substrat-Elektrode 112 gebildet.
Wie das Substrat 2 in 1 ist das Substrat 102 aus einem Si-Substrat gebildet. Wie die Puffer-Schicht 3 in 1 ist die Puffer-Schicht 103 durch eine erste Puffer-Schicht 131, die aus einem AlN-Film in Kontakt mit der vorderseitigen Fläche des Substrates 102 gebildet ist, und eine zweite Puffer-Schicht 132 gebildet, die aus einem AlGaN-Film gebildet ist, der auf die vorderseitige Fläche der ersten Puffer-Schicht 131 laminiert ist (die vorderseitige Fläche auf der dem Substrat 102 gegenüberliegenden Seite).
Die Elektronentransitschicht 104 ist gebildet durch eine erste Nitrid-Halbleiterschicht 141, die epitaktisch auf die Puffer-Schicht 103 gewachsen ist, und eine zweite Nitrid-Halbleiterschicht 142, die epitaktisch auf die erste Nitrid-Halbleiterschicht 141 gewachsen ist. Die erste Nitrid-Halbleiterschicht 141 entspricht einer Schicht A mit hoher Verunreinigungskonzentration (die erste Nitrid-Halbleiterschicht 41 und die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 42) in 1. Die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 142 entspricht der Schicht B mit niedriger Verunreinigungskonzentration (der dritten Nitrid-Halbleiterschicht 43) in 1.
Die erste Nitrid-Halbleiterschicht 141 ist gebildet aus einer GaN-Schicht, die mit einer Verunreinigung vom Akzeptor-Typ dotiert ist, und weist eine Dicke von etwa 0,9 µm auf. Die Verunreinigung vom Akzeptor-Typ weist eine Konzentration von beispielsweise etwa 1 × 10¹⁸ cm^-3 auf. Die Verunreinigung vom Akzeptor-Typ ist Kohlenstoff (C). Die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 142 ist gebildet aus einer GaN-Schicht, die mit einer Verunreinigung vom Akzeptor-Typ dotiert ist und die eine Dicke von etwa 0,1 µm besitzt. Die Verunreinigung vom Akzeptor-Typ ist Kohlenstoff (C). Die Verunreinigung vom Akzeptor-Typ in der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 142 weist beispielsweise eine Konzentration von etwa 1 × 10¹⁶ cm^-3 auf.
Die Elektronenzuführschicht 105 entspricht der Elektronenzuführschicht 5 in 1. Die Elektronenzuführschicht 105 ist aus AlGaN hergestellt und weist eine Dicke von etwa 10 nm auf. Die Isolierschicht 111 ist aus SiN hergestellt.
Gemäß dem Halbleiterbauteil 1 in 1 ist, wenn das Halbleiterbauteil 1 AUS-geschaltet ist, eine positive Spannung von etwa 200 V bis 300 V an den Drain des Halbleiterbauteils 1 angelegt. Bei diesem Experiment werden dann, wenn die Source-Elektrode 109 auf ein Referenzpotenzial (0 V) eingestellt ist, eine Spannung von 1 V und eine Spannung von -20 V an die Drain-Elektrode 110 bzw. die Substrat-Elektrode 112 angelegt. Dies stellt einen Zustand äquivalent zu einem Zustand ein, bei dem eine positive hohe Spannung an das Drain des Halbleiterbauteils 101 angelegt wird.
Genauer gesagt, wenn die Source-Elektrode 109 auf das Referenzpotenzial (0 V) eingestellt wurde und eine Spannung von 1 V an die Drain-Elektrode 110 angelegt wurde, wurde eine Spannung von 0 V an die Substrat-Elektrode 112 angelegt, und zwar für 100 sec. Hiernach wurde eine Spannung von -20 V an die Substrat-Elektrode 112 angelegt, und zwar für 2.000 sec. Eine Spannung von 0 V wurde dann an die Substrat-Elektrode 112 für 2.000 sec angelegt. Während dieser Zeitspanne wurde ein Strom (Drain-Strom) Id gemessen, der in der Drain-Elektrode 110 fließt.
4 ist ein Diagramm, das experimentelle Ergebnisse zeigt.
Zu Beginn des Experiments beträgt eine an die Substrat-Elektrode 112 angelegte Spannung Vsub 0 V, und der Drain-Strom Id (Anfangswert Idin) beträgt zu diesem Zeitpunkt etwa 0, 024 [A] . Wenn nach dem Ablauf von 100 sec eine Spannung von -20 V an die Substrat-Elektrode 112 angelegt wird, nimmt der Drain-Strom Id zuerst schnell ab und nimmt dann graduell bzw. langsamer ab. In diesem Fall nimmt der Drain-Strom Id auf etwa 0,004 [A] ab. Wenn die an die Substrat-Elektrode 112 angelegte Spannung Vsub nach dem Ablauf von 2.000 sec auf 0 V zurückgeht, nimmt der Drain-Strom Id schnell ab bzw. zu auf etwa 0,010 [A] und steigt dann graduell an. Nach dem Ablauf von 2.000 sec wird der Drain-Strom Id zu etwa 0,018 [A]. Das heißt, es versteht sich, dass der Drain-Strom Id sich von etwa 0,004 [A], bei dem es sich um den Minimalwert handelt, auf etwa 0,018 [A] wiederherstellt bzw. erholt, der Drain-Strom Id wird jedoch nicht auf etwa 0,024 [A] wiederhergestellt, bei dem es sich um den Anfangswert handelt.
Um eine lange Zeit einzustellen, während der eine Spannung von -20 V an die Substrat-Elektrode 112 angelegt wird, und eine lange Zeit, während der die angelegte Spannung an die Substrat-Elektrode 112 auf 0 V zurückgekehrt gehalten wird, wurden Änderungen im Drain-Strom durch Simulationen gemessen.
5 ist eine schematische Ansicht, die die Anordnung eines Halbleiterbauteils 201 als ein erstes Simulationsziel zeigt.
Das Halbleiterbauteil 201 als das erste Simulationsziel weist die gleiche Anordnung auf wie jene des Halbleiterbauteils 101 in 3, mit der Ausnahme, dass das Halbleiterbauteil 201 kein Substrat aufweist. Das Halbleiterbauteil 201 als das erste Simulationsziel beinhaltet eine Elektronentransitschicht 204, eine Elektronenzuführschicht 205, die auf der Elektronentransitschicht 204 gebildet ist, eine Source-Elektrode 209, die auf der Elektronenzuführschicht 205 gebildet ist, eine Drain-Elektrode 210, die auf der Elektronenzuführschicht 205 gebildet ist, eine Isolierschicht 211, die auf der Elektronenzuführschicht 205 gebildet ist, und eine Substrat-Elektrode 212, die an der rückseitigen Fläche der Elektronentransitschicht 204 gebildet ist.
Die Elektronentransitschicht 204 entspricht der Elektronentransitschicht 104 in 3. Die Elektronentransitschicht 204 ist gebildet durch eine erste Nitrid-Halbleiterschicht 241 und eine zweite Nitrid-Halbleiterschicht 242, die auf der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 241 gebildet ist. Die erste Nitrid-Halbleiterschicht 241 entspricht der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 141 (die Schicht A mit hoher Verunreinigungskonzentration in 1) in 3. Die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 242 entspricht der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 142 (Schicht B mit niedriger Verunreinigungskonzentration in 1) in 3.
Eine Differenz (N_T - N_D) zwischen einer Akzeptor-Dichte N_T und einer Donator-Dichte N_D der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 241 wird auf 4 × 10¹⁶ cm^-3 eingestellt. Eine Differenz (E_T - E_V) zwischen einem Akzeptor-Niveau E_T und einem Energieniveau E_V an einem oberen Ende eines Valenzbandes der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 241 wird auf 0,9 eV eingestellt.
Bei dieser Simulation wurde die Source-Elektrode 209 auf ein Referenzpotenzial (0 V) eingestellt, und die an die Drain-Elektrode 110 angelegte Spannung wurde auf 1 V eingestellt. Eine Spannung von -20 V wurde an die Substrat-Elektrode 212 angelegt, und zwar für 10.000 sec. Hiernach wurde eine Spannung von 0 V an die Substrat-Elektrode 212 für 10.000 sec angelegt. Ein Strom (Drain-Strom) Id, der in der Drain-Elektrode zu dieser Zeit fließt, wurde berechnet.
6 ist ein Diagramm, das Simulationsergebnisse zeigt.
6 zeigt, dass nachdem eine Spannung von -20 V an die Substrat-Elektrode 212 für 10.000 sec angelegt ist und die an die Substrat-Elektrode 212 angelegte Spannung dann auf 0 V zurückgeht, der Drain-Strom Id nicht auf den Anfangswert (Idin) wiederhergestellt wird bzw. sich nicht auf den Anfangswert erholt, und zwar selbst nach dem Ablauf von 10.000 sec. Ein derartiges Phänomen wird ein Halb-Wiederherstellungsphänomen genannt. Zusätzlich hierzu wurde herausgefunden, dass der Drain-Strom mit einer Zeitkonstante für positive Lochemission entsprechend der Differenz (E_T - E_V) zwischen dem Akzeptor-Energieniveau E_T und dem Energieniveau E_V am oberen Ende eines Valenzbandes in der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 241 reduziert wurde, und dass der Drain-Strom sich halb wiederhergestellt hat mit der Zeitkonstante für positive Lochemission entsprechend der Differenz (E_T - E_V) .
Der Mechanismus eines Halb-Wiederherstellungsphänomens bzw. Halb-Erholungsphänomens wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 5, 6, 7 und 8 beschrieben.
7 ist ein Diagramm, das die Verteilung von Energie E_c [eV] am unteren Ende eines Leitungsbandes in Bezug auf die Tiefe [µm] der Elektronentransitschicht 204 zeigt, bevor eine Vorspannung von -20V an die Substrat-Elektrode 212 angelegt wird (siehe 5). Diee Tiefe der Elektronentransitschicht 204 wird ausgedrückt durch die Distanz von der vorderseitigen Fläche der Elektronentransitschicht 204, die auf der Seite der Elektronenzuführschicht 205 angeordnet ist.
Eine Kurve L1 in 7 gibt die Verteilung der Energie E_c am unteren Ende eines Leitungsbandes in Bezug auf die Tiefe der Elektronentransitschicht 204 an, bevor eine Vorspannung von -20V an die Substrat-Elektrode 212 angelegt wird. Eine Kurve L2 in 7 gibt die Verteilung der Energie E_c am unteren Ende eines Leitungsbandes in Bezug auf die Tiefe der Elektronentransitschicht 204 an, und zwar direkt nachdem eine Vorspannung von -20 V an die Substrat-Elektrode 212 angelegt wird. Eine Kurve L3 in 7 zeigt die Verteilung der Energie E_c in einem unteren Ende eines Leitungsbandes in Bezug auf die Tiefe der Elektronentransitschicht 204 nach der Halb-Wiederherstellung an.
8 sind Diagramme, die jeweils eine negative elektrische Ladungsdichte in Bezug auf die Tiefe der Elektronentransitschicht 204 anzeigen. Das obere Diagramm in 8 zeigt eine negative elektrische Ladungsdichte in Bezug auf die Tiefe der Elektronentransitschicht 204 an, direkt nachdem eine Vorspannung von -20 V an die Substrat-Elektrode 212 ausgeschaltet ist. Das untere Diagramm in 8 zeigt eine negative elektrische Ladungsdichte in Bezug auf die Tiefe der Elektronentransitschicht 204 nach einer Halb-Wiederherstellung an. In 8 stellt q eine elementare Ladungsdichte dar.
Wenn die an die Substrat-Elektrode 212 angelegte Spannung -20 V ist, ist eine positive Vorspannung an die 2DEG-Seite (Seite der Elektronenzuführschicht 205) der Elektronentransitschicht 204 angelegt. Demgemäß tritt eine positive Lochemission auf der 2DEG-Seite der Elektronentransitschicht 204 auf. Dies bildet auf der 2DEG-Seite der Elektronentransitschicht 204 eine negative elektrische Ladungsregion. Dies reduziert dann den Drain-Strom.
Darauffolgend, und zwar direkt nachdem die an die Substrat-Elektrode 212 angelegte Spannung auf 0 V zurückgekehrt ist (die Vorspannung an die Substrat-Elektrode 212 wird abgeschaltet), ändert sich die Energie E_c am unteren Ende des Leitungsbandes in Bezug auf die Tiefe der Elektronentransitschicht 204, wie es durch die Kurve L2 in 7 gezeigt ist, und die negative elektrische Ladungsdichte in Bezug auf die Tiefe der Elektronentransitschicht 204 ändert sich, wie es durch das obere Diagramm in 8 gezeigt ist.
Das heißt, direkt nachdem eine Vorspannung an die Substrat-Elektrode 212 abgeschaltet ist, wird eine negative elektrische Ladungsregion auf der 2DEG-Seite in der Elektronentransitschicht 204 gebildet, wie es durch das obere Diagramm in 8 gezeigt ist. Direkt nachdem die Vorspannung an die Substrat-Elektrode 212 abgeschaltet wird, steigt die Energie E_c am unteren Ende eines Leitungsbandes in der Nähe des unteren Endes der negativen elektrischen Ladungsregion auf der 2DEG-Seite an, wie es durch die Kurve L2 in 7 gezeigt ist. Wenn die Tiefenposition, bei der die Energie E_c am unteren Ende des leitfähigen Bandes ansteigt, als ein Referenzpunkt angesehen wird, ist dieser Zustand äquivalent zu einem Zustand, bei dem eine positive Vorspannung an die Seite der Substrat-Elektrode 212 (nachstehend als die Substratseite bezeichnet) der Elektronentransitschicht 204 angelegt ist. Dies verursacht eine positive Lochemission auf der Substratseite der Elektronentransitschicht 204. Dies wird eine negative elektrische Ladungsregion auf der Substratseite der Elektronentransitschicht 204 bilden, wie es durch das untere Diagramm in 8 gezeigt ist.
Die von der Substratseite der Elektronentransitschicht 204 emittierten positiven Löcher bewegen sich hin zu der Tiefenposition, bei der die Energie E_c am unteren Ende des leitfähigen Bandes angestiegen ist. Das heißt, die von der Substratseite der Elektronentransitschicht 204 emittierten positiven Löcher bewegen sich hin zu der 2DEG-Seite der Elektronentransitschicht 204. Die positiven Löcher löschen dann die negative elektrische Ladung in der negativen elektrischen Ladungsregion aus, die auf der 2DEG-Seite der Elektronentransitschicht 204 gebildet ist. Dies reduziert die negative elektrische Ladungsregion auf der 2DEG-Seite der Elektronentransitschicht 204, wie es durch das untere Diagramm in 8 gezeigt ist. Auf diese Weise tritt ein Halb-Wiederherstellungsphänomen auf.
Wie es in 8 gezeigt ist, unterteilt das Halb-Wiederherstellungsphänomen die negative elektrische Ladungsregion, die auf der 2DEG-Seite der Elektronentransitschicht 204 gebildet ist, in zwei Regionen auf der 2DEG-Seite und der Substratseite. Es ist anzumerken, dass das Halb-Wiederherstellungsphänomen die Gesamtmenge der negativen Ladung der Elektronentransitschicht 204 nicht ändert.
9 ist eine schematische Ansicht, die eine Anordnung eines Halbleiterbauteils 301 als ein zweites Simulationsziel zeigt.
Das Halbleiterbauteil 301 als das zweite Simulationsziel hat die gleiche Anordnung wie das Halbleiterbauteil 1 der 1, mit der Ausnahme, dass das Halbleiterbauteil 301 weder das Substrat noch den Gate-Abschnitt aufweist. Das Halbleiterbauteil 301 als das zweite Simulationsziel beinhaltet eine Elektronentransitschicht 304, eine Elektronenzuführschicht 305, die auf der Elektronentransitschicht 304 gebildet ist, eine Source-Elektrode 309, die auf der Elektronenzuführschicht 305 gebildet ist, eine Drain-Elektrode 310, die auf der Elektronenzuführschicht 305 gebildet ist, eine Isolierschicht 311, die auf der Elektronenzuführschicht 305 gebildet ist, und eine Substrat-Elektrode 312, die auf der rückseitigen Fläche der Elektronentransitschicht 304 gebildet ist.
Die Elektronentransitschicht 304 entspricht der Elektronentransitschicht 4 in 1. Die Elektronentransitschicht 304 ist durch eine erste Nitrid-Halbleiterschicht 341, eine zweite Nitrid-Halbleiterschicht 342, die auf der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341 gebildet ist, und eine dritte Nitrid-Halbleiterschicht 343 gebildet, die auf der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 342 gebildet ist. Die erste Nitrid-Halbleiterschicht 341 entspricht der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 in 1. Die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 342 entspricht der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42 in 1. Die dritte Nitrid-Halbleiterschicht 343 entspricht der dritten Nitrid-Halbleiterschicht 43 in 1.
Das heißt, die Halbleiterschicht, die durch die erste Nitrid-Halbleiterschicht 341 und die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 342 gebildet ist, entspricht der Schicht A mit hoher Verunreinigungskonzentration in 1. Die dritte Nitrid-Halbleiterschicht 343 entspricht der Schicht B mit niedriger Verunreinigungskonzentration in 1.
Eine Differenz (N_T - N_D) zwischen einer Akzeptor-Dichte N_T und einer Donator-Dichte N_D und eine Differenz (E_T - E_V) zwischen einem Akzeptor-Niveau E_T und einem Energieniveau E_V am oberen Ende eines Valenzbandes der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 342 sind jeweils eingestellt auf die gleichen Werte wie jene von (N_T - N_D) und (E_T - E_V) der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 141 des Halbleiterbauteils 201 als dem ersten Simulationsziel.
Das heißt, die Differenz (N_T - N_D) zwischen der Akzeptor-Dichte N_T und der Donator-Dichte N_D der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 342 ist eingestellt auf 4 × 10¹⁶ cm^-3. Die Differenz (E_T - E_V) zwischen dem Akzeptor-Niveau E_T und dem Energieniveau E_V am oberen Ende eines Valenzbandes der dritten Nitrid-Halbleiterschicht 343 ist eingestellt auf 0,9 eV.
Die Differenz (N_T - N_D) zwischen der Akzeptor-Dichte N_T und der Donator-Dichte N_D der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341 kann eingestellt werden auf 4 × 10¹⁶ cm^-3 oder 5 × 10¹⁷ cm^-3. Die Differenz (E_T - E_V) zwischen dem Akzeptor-Niveau E_T und dem Energieniveau E_V am oberen Ende eines Valenzbandes der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341 kann eingestellt werden auf 0,3 eV oder 0,9 eV.
Das heißt, es gibt vier Kombinationen von (N_T - N_D) und (E_T - E_V) der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341, und zwar wie folgt:

• Erste Kombination: (N_T - N_D) = 4 × 10¹⁶ cm^-3 und (E_T - E_V) = 0.9 eV
• Zweite Kombination: (N_T - N_D) = 4 × 10¹⁶ cm^-3 und (E_T - E_V) = 0.3 eV
• Dritte Kombination: (N_T - N_D) = 5 × 10¹⁷ cm^-3 und (E_T - E_V) = 0.9 eV
• Vierte Kombination: (N_T - N_D) = 5 × 10¹⁷ cm^-3 und (E_T - E_V) = 0.3 eV

Die folgende Simulation wurde für jede Kombination von (N_T - N_D) und (E_T - E_V) der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341 durchgeführt. Das heißt, die Source-Elektrode 309 wurde auf das Referenzpotenzial (0 V) eingestellt, und die an die Drain-Elektrode 310 angelegte Spannung wurde auf 1 V eingestellt. Nachdem eine Spannung von -20 V an die Substrat-Elektrode 312 für 10.000 sec angelegt wurde, wurde eine Spannung von 0 V an die Substrat-Elektrode 312 für 10.000 sec angelegt. Für diesen Zeitraum wurde ein Strom (Drain-Strom) Id berechnet, der in der Drain-Elektrode fließt.
10 ist ein Diagramm, das Simulationsergebnisse zeigt.
Unter Bezugnahme auf 10 zeigen Diagrammkurven S1, S2, S3 und S4 jeweils Änderungen in dem Drain-Strom Id, wenn die Kombination von (N_T - N_D) und (E_T - E_V) der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341 die erste Kombination, die zweite Kombination, die dritte Kombination bzw. die vierte Kombination ist.
Eine Änderung in dem Drain-Strom Id, wenn eine Spannung von -20 V an die Substrat-Elektrode 312 für 10.000 sec angelegt wurde, war ähnlich zu jener Änderung in dem Fall von jeder der Kombinationen von (N_T - N_D) und (E_T - E_V) der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341. Der Grund hierfür liegt darin, dass dann, wenn eine Spannung von -20 V an die Substrat-Elektrode 312 angelegt wird, der Drain-Strom Id mit einer Zeitkonstante für positive Lochemission entsprechend (E_T - E_V) der auf der 2DEG-Seite angeordneten zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 342 von der ersten und der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 341 und 342 reduziert wird.
Eine Änderung in dem Drain-Strom Id, und zwar nachdem die an die Substrat-Elektrode 312 angelegte Spannung auf 0 V zurückgekehrt ist (die Änderung in dem Drain-Strom Id, nachdem die Vorspannung ausgeschaltet ist), unterscheidet sich für jede Kombination von (N_T - N_D) und (E_T - E_V) der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341. Genauer gesagt, wenn die Kombination von (N_T - N_D) und (E_T - E_V) der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341 die erste Kombination ist, erholt sich der Drain-Strom Id nach dem Abschalten der Vorspannung graduell bzw. wird graduell wiederhergestellt, und der Wiederherstellungsbetrag ist klein. Wenn die Kombination von (N_T - N_D) und (E_T - E_V) der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341 die zweite Kombination ist, stellt sich der Drain-Strom Id nach dem Abschalten der Vorspannung sofort wieder her, wobei jedoch der Wiederherstellungsbetrag klein ist.
Wenn die Kombination von (N_T - N_D) und (E_T - E_V) der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341 die dritte Kombination ist, stellt sich der Drain-Strom Id nach dem Ausschalten der Vorspannung graduell wieder her, der Wiederherstellungsbetrag ist jedoch groß. Wenn die Kombination von (N_T - N_D) und (E_T - E_V) der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341 die vierte Kombination ist, stellt sich der Drain-Strom Id nach dem Abschalten der Vorspannung sofort wieder her, und der Wiederherstellungsbetrag ist groß.
Das heißt, wenn (E_T - E_V) der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341 auf der Substratseite klein ist (0,3 eV), wird die Wiederherstellungszeit bzw. Erholungszeit für den Drain-Strom Id nach dem Ausschalten der Vorspannung kurz. Direkt nachdem die Vorspannung ausgeschaltet ist, tritt in der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341 auf der Substratseite eine positive Lochemission auf. Dies verursacht, dass der Drain-Strom Id sich halb wiederherstellt („half-recover“). Die Zeitkonstante für die positive Lochemission in der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341 auf der Substratseite nimmt mit einer Abnahme von (E_T - E_V) der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341 auf der Substratseite ab. Wenn demgemäß (E_T - E_V) der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341 auf der Substratseite klein ist (0,3 eV), ist die Wiederherstellungszeit für den Drain-Strom Id nach dem Abschalten der Vorspannung kurz.
Wenn (N_T - N_D) der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341 auf der Substratseite groß ist (5 × 10¹⁷ cm^-3), ist der Wiederherstellungsbetrag des Drain-Stromes Id groß. Dies liegt daran, da die negative elektrische Ladungsregion mit einer Zunahme von (N_T - N_D) der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341 auf der Substratseite mehr von der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 342 auf der 2DEG-Seite zu der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341 auf der Substratseite bewegt werden kann.
11 ist ein Diagramm, das die Verteilung der Energie E_c [eV] am unteren Ende eines Leitungsbandes bzw. leitfähigen Bandes in Bezug auf die Tiefe [µm] der Elektronentransitschicht 304 zeigt, wenn (N_T - N_D) der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341 auf der Substratseite groß ist. Die Tiefe der Elektronentransitschicht 304 wird durch die Distanz von der vorderseitigen Fläche der Elektronentransitschicht 304 ausgedrückt, die auf der Seite der Elektronenzuführschicht 305 angeordnet ist.
Eine Kurve L1 in 11 zeigt die Verteilung der Energie E_c am unteren Ende eines Leitungsbandes in Bezug auf die Tiefe der Elektronentransitschicht 304, bevor eine Vorspannung von -20 V an die Substrat-Elektrode 312 angelegt wird. Eine Kurve L2 zeigt die Verteilung der Energie E_c am unteren Ende eines Leitungsbandes in Bezug auf die Tiefe der Elektronentransitschicht 304, direkt nachdem die Vorspannung von -20 V an der Substrat-Elektrode 312 ausgeschaltet ist. Eine Kurve L3 zeigt die Verteilung der Energie E_c im unteren Ende eines Leitungsbandes in Bezug auf die Tiefe der Elektronentransitschicht 304 nach einer Halb-Wiederherstellung.
12 sind Diagramme, die jeweils eine negative elektrische Ladungsdichte in Bezug auf die Tiefe der Elektronentransitschicht 304 zeigen, wenn (N_T - N_D) der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341 auf der Substratseite groß ist. Das obere Diagramm in 12 zeigt eine negative elektrische Ladungsdichte in Bezug auf die Tiefe der Elektronentransitschicht 304, direkt nachdem eine Vorspannung von -20 V an die Substrat-Elektrode 312 ausgeschaltet ist. Das untere Diagramm in 12 zeigt eine negative elektrische Ladungsdichte in Bezug auf die Tiefe der Elektronentransitschicht 304 nach einer Halb-Wiederherstellung.
Wenn (N_T - N_D) der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 341 auf der Substratseite größer ist als (N_T - N_D) der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 342 auf der 2DEG-Seite, nimmt die Menge an positiven Löchern zu, die auf der Substratseite in der Elektronentransitschicht 304 emittiert werden, nachdem die Vorspannung ausgeschaltet ist. Demgemäß neigt, wie es in 12 gezeigt ist, die negative elektrische Ladungsregion auf der 2DEG-Seite in der Elektronentransitschicht 304 zu einer Abnahme, und eine negative elektrische Ladungsregion neigt dazu, auf der Substratseite in der Elektronentransitschicht 304 gebildet zu werden. Dies erhöht den Wiederherstellungsbetrag des Drain-Stromes.
13 ist eine Schnittansicht, die ein weiteres Beispiel der Anordnung eines Halbleiterbauteils zeigt.
Ein Halbleiterbauteil 401 beinhaltet ein Substrat 402, eine Elektronentransitschicht 404, die aus einer Nitrid-Halbleiterschicht gebildet ist, die auf dem Substrat 402 angeordnet ist, eine Elektronenzuführschicht 405, die aus einer Nitrid-Halbleiterschicht gebildet ist, die auf der Elektronentransitschicht 404 gebildet bzw. angeordnet ist, eine Source-Elektrode 409, die auf der Elektronenzuführschicht 405 gebildet ist, eine Drain-Elektrode 410 und eine Gate-Elektrode 462.
Die Elektronentransitschicht 404 beinhaltet eine Schicht A mit hoher Verunreinigungskonzentration und eine Schicht B mit niedriger Verunreinigungskonzentration, in der ein zweidimensionales Elektronengas gebildet ist. Die Schicht A mit hoher Verunreinigungskonzentration ist eine Halbleiterschicht, die einen großen Betrag bzw. eine große Menge an Akzeptorverunreinigungen enthält. Im Gegensatz hierzu ist die Schicht B mit niedriger Verunreinigungskonzentration eine Halbleiterschicht, die nahezu keine Akzeptorverunreinigungen enthält.
Die Schicht A mit hoher Verunreinigungskonzentration beinhaltet eine erste Nitrid-Halbleiterschicht (zweite Halbleiterregion) 441 und eine zweite Nitrid-Halbleiterschicht (erste Halbleiterregion) 442. Die Schicht B mit niedriger Verunreinigungskonzentration ist aus einer dritten Nitrid-Halbleiterschicht 443 gebildet.
Die erste Nitrid-Halbleiterschicht 441 hat in einer Schnittansicht eine konvexe Form. Auf beiden seitlichen Abschnitten der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 441 sind gekerbte Abschnitte 444 gebildet. Mit den gekerbten bzw. eingezogenen Abschnitten 444 ist die erste Nitrid-Halbleiterschicht 441 gebildet durch einen dicken Abschnittes 441A auf einem im Wesentlichen zentralen Abschnitt und dünnen Abschnitten 441B auf beiden seitlichen Abschnitten. Die zweite Nitrid-Halbleiterschichten 442 sind in den gekerbten Abschnitten 444 der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 441 gebildet. Die zweiten Nitrid-Halbleiterschichten 442 sind jeweils in den gekerbten Abschnitten 444 auf beiden seitlichen Abschnitten der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 441 gebildet und sind miteinander in einer Region, die nicht gezeigt ist, verbunden bzw. aneinander gefügt.
Die dritte Nitrid-Halbleiterschicht 443 ist auf dem dicken Abschnitt 441A der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 441 gebildet. Die Elektronenzuführschicht 405 ist auf der dritten Nitrid-Halbleiterschicht 443 gebildet. Die Source-Elektrode 409 ist quer über der vorderseitigen Fläche der Elektronenzuführschicht 405 und der vorderseitigen Fläche der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 442 auf einer Seite gebildet. Die Drain-Elektrode 410 ist an einer Position auf der vorderseitigen Fläche der Elektronenzuführschicht 405 gebildet, die nahe an der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 442 auf der anderen Seite liegt. Die Gate-Elektrode 462 ist auf der vorderseitigen Fläche der Elektronenzuführschicht 405 an einer Position gebildet, die zwischen der Source-Elektrode 409 und der Drain-Elektrode 410 angeordnet ist. Die erste Nitrid-Halbleiterschicht 441, die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 442 und die dritte Nitrid-Halbleiterschicht 443 sind jeweils aus einer GaN-Schicht gebildet, die mit einer Verunreinigung vom Akzeptor-Typ dotiert ist.
Die Elektronenzuführschicht 405 ist aus einer Nitrid-Halbleiterschicht mit einer größeren Bandlücke als jene der Elektronentransitschicht 404 gebildet. Genauer gesagt ist die Elektronenzuführschicht 405 aus einem Nitrid-Halbleiter hergestellt, der eine höhere Al-Zusammensetzung bzw. einen größeren Al-Bestandteil hat als die Elektronentransitschicht 404. Ein Nitrid-Halbleiter mit einer höheren Al-Zusammensetzung weist eine größere Bandlücke auf. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Elektronenzuführschicht 405 aus einer AlGaN-Schicht gebildet.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist die erste Nitrid-Halbleiterschicht 441 näher an der Schicht B mit niedriger Verunreinigungskonzentration (die den leitfähigen Pfad bildende Schicht) angeordnet als die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 442. Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform entspricht daher bei dieser bevorzugten Ausführungsform die erste Nitrid-Halbleiterschicht 441 der zweiten Halbleiterregion gemäß der vorliegenden Erfindung, und die zweite Nitrid-Halbleiterschicht 442 entspricht der ersten Halbleiterregion gemäß der vorliegenden Erfindung.
Demgemäß ist bei dieser bevorzugten Ausführungsform die Akzeptor-Dichte N_T der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 442 vorzugsweise größer als die Akzeptor-Dichte N_T der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 441. Mit anderen Worten ist die Differenz (N_T - N_D) zwischen der Akzeptor-Dichte N_T und der Donator-Dichte N_D der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 442 vorzugsweise größer als die Differenz (N_T - N_D) zwischen der Akzeptor-Dichte N_T und der Donator-Dichte N_D der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 441. Dies liegt daran, da dies den Wiederherstellungsbetrag des Drain-Stromes erhöhen kann, der durch einen Stromzusammenbruch reduziert ist.
Die Differenz (E_T - E_V) zwischen dem Akzeptor-Niveau E_T und der Energie E_V am oberen Ende des Valenzbandes der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 442 ist vorzugsweise kleiner als die Differenz (E_T - E_V) zwischen dem Akzeptor-Niveau E_T und der Energie E_V am oberen Ende des Valenzbandes der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 441. Dies liegt daran, da dies auch die Wiederherstellungszeit für den Drain-Strom verkürzen kann, der durch einen Stromzusammenbruch reduziert ist.
Es ist bevorzugter, wenn die Differenz (N_T - N_D) zwischen der Akzeptor-Dichte N_T und der Donator-Dichte N_D der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 442 größer ist als jene der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 441 und wenn die Differenz (E_T - E_V) zwischen dem Akzeptor-Niveau E_T und der Energie E_V am oberen Ende des Valenzbandes der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 442 kleiner ist als jene der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 441. Dies liegt daran, da dies den Wiederherstellungsbetrag des Drain-Stromes, der durch einen Stromzusammenbruch reduziert ist, erhöhen kann und auch die Wiederherstellungszeit für den Drain-Strom verkürzen kann, der durch einen Stromzusammenbruch reduziert ist.
Obgleich die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung oben beschrieben worden ist, kann die vorliegende Erfindung auch durch eine andere bevorzugte Ausführungsform realisiert werden. Beispielsweise hat das oben beschriebene Halbleiterbauteil 1 in 1 den Sperrmetallfilm 8, der auf dem Passivierungsfilm 7 gebildet ist; der Sperrmetallfilm 8 muss jedoch nicht gebildet werden.
14 ist eine Schnittansicht, die ein Beispiel der Anordnung des Halbleiterbauteils 1 in 1 ohne den Sperrmetallfilm 8 zeigt. 15 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die die genaue Form eines Abschnittes A in 14 zeigt. Die gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnen entsprechende Teile in 14.
Ein Halbleiterbauteil 501 in 14 hat die gleiche Anordnung wie jene des Halbleiterbauteils 1 in 1, mit der Ausnahme, dass kein Sperrmetallfilm gebildet ist.
Das Halbleiterbauteil 501 weist keinen Sperrmetallfilm auf, der zwischen dem Passivierungsfilm 7 und der Source-Elektrode 9 und zwischen dem Passivierungsfilm 7 und der Drain-Elektrode 10 angeordnet ist.
Eine Nitrid-Halbleiterschicht 61 weist einen im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt auf. EineGate-Elektrode 62 weist einen im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt auf. Beide seitlichen Flächen 62a eines Querschnittes der Gate-Elektrode 62 sind in gekrümmte Flächen gebildet, die eine konvexe Form haben, die nach innen vorsteht. Ein Gate-Abschnitt 6, der durch die Nitrid-Halbleiterschicht 61 und die Gate-Elektrode 62 gebildet ist, weist auch einen im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt auf.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ist ein Passivierungsfilm 7 durch eine untere Schicht 71, die eine Elektronenzuführschicht 5 und den Gate-Abschnitt 6 bedeckt, und eine obere Schicht 72 gebildet, die auf die untere Schicht 71 laminiert ist. Die untere Schicht 71 ist aus einer SiN-Schicht gebildet, die gebildet wird durch chemische Dampfabscheidung bei niedrigem Druck („low pressure chemical vapor deposition“ LPCVD) . Die obere Schicht 72 ist aus einer SiN-Schicht gebildet, die durch ein Plasma-CVD-Verfahren gebildet ist. Beide seitlichen Randabschnitte 72a der oberen Fläche eines Abschnittes des Passivierungsfilms 7, der die Gate-Elektrode 62 bedeckt, sind in gekrümmte Flächen gebildet, und zwar mit einer konvexen Form, die nach außen vorsteht.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind eine Source-Elektrode 9 und eine Drain-Elektrode 10 jeweils gebildet durch untere Schichten 91 bzw. 11, die sich in Kontakt befinden mit der Elektronenzuführschicht, und durch obere Schichten 92 bzw. 12, die auf die unteren Schichten 91 laminiert sind. Die unteren Schichten 91 und 11 sind aus Al-Schichten gebildet. Die oberen Schichten 92 und 12 sind aus TiN-Schichten gebildet.
In dem Halbleiterbauteil 501 in 14 ist, wie bei dem Halbleiterbauteil 1 in 1, die Akzeptor-Dichte N_T der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 vorzugsweise größer als die Akzeptor-Dichte N_T der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42. Mit anderen Worten ist die Differenz (N_T - N_D) zwischen der Akzeptor-Dichte N_T und der Donator-Dichte N_D der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 vorzugsweise größer als die Differenz (N_T - N_D) zwischen der Akzeptor-Dichte N_T und der Donator-Dichte N_D der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42. Dies liegt daran, da dies den Wiederherstellungsbetrag des Drain-Stromes erhöhen kann, der durch einen Stromzusammenbruch reduziert ist.
Die Differenz (E_T - E_V) zwischen dem Akzeptor-Niveau E_T und der Energie E_V am oberen Ende eines Valenzband der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 ist vorzugsweise kleiner als die Differenz (E_T - E_V) zwischen dem Akzeptor-Niveau E_T und der Energie E_V am oberen Ende eines Valenzbandes der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42. Dies liegt daran, da dies auch die Wiederherstellungszeit für einen Drain-Strom verkürzen kann, der durch einen Stromzusammenbruch reduziert ist.
Es ist noch bevorzugter, wenn die Differenz (N_T - N_D) zwischen der Akzeptor-Dichte N_T und der Donator-Dichte N_D der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 größer ist als jene der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42, und wenn die Differenz (E_T - E_V) zwischen dem Akzeptor-Niveau E_T und der Energie E_V am oberen Ende eines Valenzbandes der ersten Nitrid-Halbleiterschicht 41 kleiner ist als jene der zweiten Nitrid-Halbleiterschicht 42. Dies liegt daran, da dies den Wiederherstellungsbetrag eines Drain-Stromes erhöhen kann, der durch einen Stromzusammenbruch reduziert ist, und auch die Wiederherstellungszeit für einen Drain-Strom verkürzen kann, der durch einen Stromzusammenbruch reduziert ist.
Die Beispiele 1, 2, 3 und 4 können als Beispiele der Elektronentransitschicht 4 des Halbleiterbauteils 501 in 14 angewendet werden.
In den Halbleiterbauteilen 1, 401 und 501, die in den 1, 13 bzw. 14 gezeigt sind, ist Silizium ein Beispiel eines Materials für das Substrat 2 in 1. Zusätzlich hierzu kann außer Silizium ein beliebiges Substratmaterial wie ein Saphir-Substrat oder ein GaN-Substrat angewendet werden.
Neben den obigen Modifikationen können verschiedene Konstruktions- bzw. Design-Modifikationen innerhalb des Schutzbereiches der in den Ansprüchen beschriebenen Gegenstände vorgenommen werden.
Obgleich bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail oben beschrieben sind, handelt es sich hierbei lediglich um spezifische Beispiele, die verwendet werden, um den technischen Gehalt der vorliegenden Erfindung zu verdeutlichen. Die vorliegende Erfindung sollte nicht so interpretiert werden, dass sie auf diese spezifischen Beispiele eingeschränkt ist, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist nur durch die beigefügten Ansprüche beschränkt.
Die vorliegende Anmeldung entspricht der japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2017-222781, die am 11. November 2017 beim Japanischen Patentamt eingereicht wurde, und der gesamte Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung ist vorliegend durch Bezugnahme enthalten.
Bezugszeichenliste

1, 401, 501:: Halbleiterbauteil
2:: Substrat
3:: Puffer-Schicht
31:: Erste Puffer-Schicht
32:: Zweite Puffer-Schicht
4:: Elektronentransitschicht
41:: Erste Nitrid-Halbleiterschicht
42:: Zweite Nitrid-Halbleiterschicht
43:: Dritte Nitrid-Halbleiterschicht
5:: Elektronenzuführschicht
6:: Gate-Abschnitt
61:: Nitrid-Halbleiterschicht
62:: Gate-Elektrode
7:: Passivierungsfilm
8:: Sperrmetallfilm
9:: Source-Elektrode
9a:: Source-Elektrodenkontaktloch
10:: Drain-Elektrode
10a:: Drain-Elektrodenkontaktloch
15:: Zweidimensionales Elektronengas
21:: Gate-Elektrodenfilm
22:: Resist-Film
23:: Source-Drain-Elektrodenfilm
A:: Schicht mit hoher Verunreinigungskonzentration
B:: Schicht mit niedriger Verunreinigungskonzentration

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2006339561 [0008]
JP 201365612 [0008]

Claims

Halbleiterbauteil mit einem Substrat, einer Elektronentransitschicht, die auf dem Substrat angeordnet ist, und einer Elektronenzuführschicht, die auf der Elektronentransitschicht angeordnet ist, wobei die Elektronentransitschicht eine einen leitfähigen Pfad bildende Schicht in Kontakt mit der Elektronenzuführschicht, eine erste Halbleiterregion, die eine Verunreinigung vom Akzeptor-Typ enthält, und eine zweite Halbleiterregion aufweist, die an einer Position angeordnet ist, die näher an der den leitfähigen Pfad bildenden Schicht ist als die erste Halbleiterregion, und die eine Verunreinigung vom Akzeptor-Typ enthält und wobei die erste Halbleiterregion eine höhere Akzeptor-Dichte hat als eine Akzeptor-Dichte der zweiten Halbleiterregion.
Halbleiterbauteil mit einem Substrat, einer Elektronentransitschicht, die auf dem Substrat angeordnet ist, und einer Elektronenzuführschicht, die auf der Elektronentransitschicht angeordnet ist, wobei die Elektronentransitschicht eine einen leitfähigen Pfad bildende Schicht in Kontakt mit der Elektronenzuführschicht, eine erste Halbleiterregion, die eine Verunreinigung vom Akzeptor-Typ enthält, und eine zweite Halbleiterregion aufweist, die an einer Position angeordnet ist, die näher an der den leitfähigen Pfad bildenden Schicht ist als die erste Halbleiterregion und die eine Verunreinigung vom Akzeptor-Typ enthält, und wobei die erste Halbleiterregion eine kleinere Energiedifferenz zwischen einem Akzeptor-Niveau und einer Energie am oberen Ende eines Valenzbandes hat als eine Energiedifferenz zwischen einem Akzeptor-Niveau und einer Energie am oberen Ende eines Valenzbandes der zweiten Halbleiterregion.
Halbleiterbauteil mit einem Substrat, einer Elektronentransitschicht, die auf dem Substrat angeordnet ist, und einer Elektronenzuführschicht, die auf der Elektronentransitschicht angeordnet ist, wobei die Elektronentransitschicht eine einen leitfähigen Pfad bildende Schicht in Kontakt mit der Elektronenzuführschicht, eine erste Halbleiterregion, die eine Verunreinigung vom Akzeptor-Typ enthält, und eine zweite Halbleiterregion aufweist, die an einer Position angeordnet ist, die näher an der den leitfähigen Pfad bildenden Schicht ist als die erste Halbleiterregion und die eine Verunreinigung vom Akzeptor-Typ enthält, und wobei die erste Halbleiterregion eine höhere Akzeptor-Dichte als die zweite Halbleiterregion hat und wobei die erste Halbleiterregion eine kleinere Energiedifferenz zwischen einem Akzeptor-Niveau und einer Energie am oberen Ende eines Valenzbandes hat als eine Energiedifferenz zwischen einem Akzeptor-Niveau und einer Energie am oberen Ende eines Valenzbandes der zweiten Halbleiterregion.
Halbleiterbauteil nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Halbleiterregion auf dem Substrat angeordnet ist, und wobei die zweite Halbleiterregion auf einer vorderseitigen Fläche der ersten Halbleiterregion gebildet ist, die auf einer dem Substrat gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.
Halbleiterbauteil nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein zweidimensionales Elektronengas in der den leitfähigen Pfad bildenden Schicht gebildet ist.
Halbleiterbauteil nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Halbleiterregion und die zweite Halbleiterregion jeweils aus einem Halbleiter hergestellt sind, der eine semi-isolierende Eigenschaft besitzt.
Halbleiterbauteil nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste Halbleiterregion dotiert ist mit wenigstens einem Verunreinigungstyp von Mg und Zn und wobei die zweite Halbleiterregion dotiert ist mit wenigstens einem Verunreinigungstyp von C und Fe.
Halbleiterbauteil nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Halbleiterregion und die zweite Halbleiterregion jeweils aus einem Nitrid-Halbleiter hergestellt sind, und wobei die Elektronenzuführschicht aus einem Nitrid-Halbleiter hergestellt ist, der Al enthält.
Halbleiterbauteil nach Anspruch 8, ferner mit einer Source, einem Gate und einem Drain, die auf der Elektronenzuführschicht angeordnet sind, wobei das Substrat elektrisch mit der Source verbunden ist.