專(zhuān)利名稱(chēng)：晶體管以及晶體管控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體管以及晶體管控制系統(tǒng)，特別涉及利用了氮化物半導(dǎo)體的功率晶體管以及其控制系統(tǒng)等。
背景技術(shù)：
氮化鎵(GaN)等氮化物半導(dǎo)體與硅(Si)以及砷化鎵(GaAs)等相比，帶隙(band gap)、絕緣擊穿場(chǎng)強(qiáng)以及電子的飽和漂移速度大。另外，在氮化鋁鎵(AKiaN)和氮化鎵 (GaN)形成的異質(zhì)(hetero)中，通過(guò)自發(fā)極化以及壓電極化，在異質(zhì)界面生成二維電子氣體QDEG)層，從而不用進(jìn)行雜質(zhì)的摻雜地得到1 X1013em2以上的薄層載流子濃度。通過(guò)使用高濃度的2DEG層作為載流子，能實(shí)現(xiàn)高電子遷移率晶體管(HEMT)。由于使用了氮化物半導(dǎo)體的HEMT具有低導(dǎo)通電阻且高耐壓的特性，因此期待作為在電源電路等中用到的功率晶體管而顯示出優(yōu)越的特性。非專(zhuān)利文獻(xiàn) 1 S. Arulkumaran 等，"Enhancement ofbreakdown voltage by AIN buffer layer thickness in AlGaN/GaN high-electron-mobility transistors on 4 in. diameter silicon，，，APPLIED PHYSICS LETTERS，2005 年，86 卷，P. 123503然而，現(xiàn)有的HEMT存在薄層電阻隨溫度上升而顯著增大的問(wèn)題。若大電流流過(guò) HEMT，則HEMT發(fā)熱，從而溫度會(huì)上升。這樣，薄層電阻會(huì)增大。若薄層電阻增大，則HEMT進(jìn)一步發(fā)熱，從而薄層電阻進(jìn)一步增大。因此，薄層電阻隨溫度上升而增大的特性對(duì)流過(guò)大電流的功率晶體管而言是致命的。另一方面，本申請(qǐng)發(fā)明者們，發(fā)現(xiàn)了使HEMT的薄層載流子濃度隨溫度的上升而上升的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本公開(kāi)的目的在于，能實(shí)現(xiàn)一種晶體管，其利用本申請(qǐng)發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)的使HEMT的薄層載流子濃度隨溫度的上升而上升的方法，從而使溫度變化引起的薄層電阻的變動(dòng)小。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，使例示的晶體管構(gòu)成為具備對(duì)晶體管主體施加與溫度對(duì)應(yīng)的應(yīng)力的應(yīng)力施加部。具體而言，例示的晶體管具備晶體管主體，其具有形成基板、在該形成基板之上依次層疊的第一半導(dǎo)體層以及與該第一半導(dǎo)體層相比帶隙大的第二半導(dǎo)體層；和應(yīng)力施加部，其按照施加于第二半導(dǎo)體層的拉伸應(yīng)力隨溫度的上升而變大的方式對(duì)晶體管主體施加應(yīng)力。例示的晶體管具備對(duì)晶體管主體施加應(yīng)力的應(yīng)力施加部。由此，施加于第二半導(dǎo)體層的拉伸應(yīng)力隨溫度的上升而變大。由于施加于第二半導(dǎo)體層的拉伸應(yīng)力變大，因此在第二半導(dǎo)體層中生成的壓電極化將變大。因此，對(duì)伴隨溫度的上升帶來(lái)的載流子濃度的降低進(jìn)行補(bǔ)償，能使薄層電阻幾乎保持恒定。其結(jié)果是，能實(shí)現(xiàn)溫度變化引起的薄層電阻的變動(dòng)小的晶體管。
在例示的晶體管中，應(yīng)力施加部是由雙金屬構(gòu)成的保持基板，晶體管主體設(shè)為固定于保持基板之上的構(gòu)成即可。在這種情況下，雙金屬由銅和鋁形成即可。另外，可以是這樣的構(gòu)成應(yīng)力施加部具有由壓電雙晶片構(gòu)成的保持基板、和根據(jù)溫度對(duì)保持基板主體施加電壓的電壓施加電路，晶體管主體固定于保持基板之上。在這種情況下，可以是這樣的構(gòu)成應(yīng)力施加部具有檢測(cè)晶體管主體的溫度的溫度檢測(cè)部，電壓施加電路根據(jù)溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的溫度來(lái)對(duì)保持基板施加電壓。在例示的晶體管中，可以將保持基板的彎曲的方向設(shè)為使在第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的邊界面生成的載流子濃度變大的方向。在例示的晶體管中，可以將保持基板的彎曲的方向設(shè)為對(duì)溝道電阻的溫度引起的變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆较?。在例示的晶體管中，可以將保持基板的彎曲的方向設(shè)為上面?zhèn)瘸蔀橥剐偷姆较颉?在這種情況下，晶體管主體可以使形成基板位于下方地固定于保持基板之上。在例示的晶體管中，可以將保持基板的彎曲的方向設(shè)為上面?zhèn)瘸蔀榘夹偷姆较颉?在這種情況下，可以設(shè)為如下構(gòu)成晶體管主體具有形成于第二半導(dǎo)體層之上的絕緣膜，并使絕緣膜位于下方地被固定于保持基板之上。在例示的晶體管中，還可以構(gòu)成為使應(yīng)力施加部具有保持基板，其載置晶體管主體；應(yīng)力施加基板，其按照夾持晶體管主體的方式固定于保持基板之上；和推壓支柱，其設(shè)置于應(yīng)力施加基板和晶體管主體之間，并根據(jù)溫度進(jìn)行伸縮。在這種情況下，可以使推壓支柱由與形成基板相比熱膨脹系數(shù)大的材料構(gòu)成。另外，還可以構(gòu)成為使推壓支柱具有推壓支柱主體，其由壓電材料構(gòu)成；和電壓施加電路， 其根據(jù)溫度來(lái)對(duì)推壓支柱主體施加電壓。在例示的晶體管中，應(yīng)力施加部可以形成于第二半導(dǎo)體層之上，且是與形成基板相比熱膨脹系數(shù)大的應(yīng)力施加膜。在例示的晶體管中，應(yīng)力施加部可以形成于形成基板中的與第一半導(dǎo)體層為相反側(cè)的面上，且是與形成基板相比熱膨脹系數(shù)小的應(yīng)力施加膜。在例示的晶體管中，優(yōu)選由應(yīng)力施加部施加給晶體管主體的應(yīng)力的最大值是不會(huì)使形成基板的曲率半徑小于250m的值。本發(fā)明的晶體管控制系統(tǒng)具備晶體管主體，其具有形成基板、在該形成基板之上依次層疊的第一半導(dǎo)體層以及與該第一半導(dǎo)體層相比帶隙大的第二半導(dǎo)體層；溫度檢測(cè)部，其檢測(cè)晶體管主體的溫度；和應(yīng)力施加部，其對(duì)第二半導(dǎo)體層施加與溫度檢測(cè)部的輸出對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度的拉伸應(yīng)力。根據(jù)本公開(kāi)的晶體管以及其控制系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)溫度變化引起的薄層電阻的變動(dòng)小的晶體管。


圖1是表示HEMT中的遷移率以及載流子濃度的溫度依賴(lài)性的圖。圖2是表示HEMT中的薄層電阻的溫度依賴(lài)性的圖。圖3是表示HEMT中的二維電子氣體層的生成原理的示意圖。圖4是表示一實(shí)施方式的晶體管的截面圖。
圖5是表示一實(shí)施方式的晶體管的溫度上升時(shí)的狀態(tài)的截面圖。圖6是將一實(shí)施方式的晶體管的薄層電阻的溫度依賴(lài)性與現(xiàn)有的晶體管進(jìn)行比較來(lái)表示的圖。圖7是表示一實(shí)施方式的晶體管的變形例的截面圖。圖8是表示一實(shí)施方式的晶體管的變形例的截面圖。圖9是表示一實(shí)施方式的晶體管的變形例的截面圖。圖10是表示一實(shí)施方式的晶體管的變形例的截面圖。圖11是表示一實(shí)施方式的晶體管的變形例的截面圖。圖12是表示一實(shí)施方式的晶體管的變形例的截面圖。圖13是表示一實(shí)施方式的晶體管的變形例的截面圖。符號(hào)說(shuō)明100 晶體管主體101 形成基板103 低溫緩沖層105 第一半導(dǎo)體層107 第二半導(dǎo)體層109 絕緣膜111 源極電極113 漏極電極115 柵極電極200 保持基板20IA 低膨脹率層20IB 高膨脹率層202 焊錫300 保持基板集合301 保持基板主體303 電壓施加電路305 溫度檢測(cè)部501 應(yīng)力施加膜502 應(yīng)力施加膜601 保持基板603 應(yīng)力施加基板605 推壓支柱
具體實(shí)施例方式
首先，針對(duì)基本原理進(jìn)行說(shuō)明。圖1表示了對(duì)層疊GaN層和AlGaN而形成的HEMT 的遷移率μ以及薄層載流子濃度Ns、與溫度之間的關(guān)系進(jìn)行測(cè)定的結(jié)果。如圖1所示，遷移率μ以及薄層載流子濃度Ns均隨溫度上升而減少。另外，圖2示出了溝道的薄層電阻 Rsh和溫度之間的關(guān)系。如圖2所示，薄層電阻Rsh伴隨溫度的上升而上升。例如，在溫度為125°C的情況下，薄層電阻Rsh將成為在室溫的情況下的2倍以上。溝道的薄層電阻Rsh與遷移率μ以及薄層載流子濃度Ns的倒數(shù)成反比，在薄層電阻Rsh、與遷移率μ以及薄層載流子濃度Ns之間，如下關(guān)系成立Rsh oc ^(^μ)。因此，為了抑制溫度上升引起的薄層電阻的上升，只要對(duì)溫度上升引起的遷移率μ以及薄層載流子濃度Ns的降低進(jìn)行補(bǔ)償即可。HEMT的薄層載流子濃度Ns是由自發(fā)極化生成的分量和基于壓電極化的分量之和。 如圖3所示，在GaN層之上層疊AlGaN層的情況下，對(duì)AlGaN層施加因與GaN層之間的晶格常數(shù)的差異而生成的拉伸應(yīng)力。通過(guò)該拉伸應(yīng)力，在AlGaN層中生成壓電極化ΡΡΕ。在AlGaN 層中，生成作為自身的自發(fā)極化Psp、與壓電極化Ppe之和的極化。這樣，在AWaN層中的、 AlGaN層和GaN層之間的邊界面生成正的極化電荷+ 6。另一方面，在GaN層中的、AKkiN層和GaN層之間的邊界面，使正的極化電荷+ 6中性化的電子-6被吸引，從而形成二維電子氣體。因此，若能增大施加于AlGaN層的拉伸應(yīng)力，則能增大在AlGaN層中生成的壓電極化 PPE。通過(guò)增大壓電極化PPE，薄層載流子濃度Ns上升。根據(jù)以上所述，認(rèn)為若施加于AWaN層的拉伸應(yīng)力隨溫度上升逐步增大，則能補(bǔ)償薄層載流子濃度Ns伴隨溫度的上升而引起的降低，從而抑制2DEG層的薄層電阻Rsh的增大。為此，本申請(qǐng)發(fā)明者們通過(guò)設(shè)置與溫度的上升對(duì)應(yīng)而對(duì)晶體管主體施加應(yīng)力的應(yīng)力施加部，來(lái)實(shí)現(xiàn)抑制因溫度變化引起的溝道電阻的增大的晶體管。以下，利用實(shí)施方式進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。(一實(shí)施方式)圖4表示例示的晶體管的截面構(gòu)成。如圖4所示，作為利用了氮化物半導(dǎo)體的HEMT 的晶體管主體100由焊錫202固定于作為應(yīng)力施加部的保持基板200之上。晶體管主體100形成于形成基板101之上?？蓪⑿纬苫?01設(shè)為Si基板、SiC 基板、藍(lán)寶石基板或者GaN基板等。在形成基板101之上，形成有由氮化鋁(AlN)構(gòu)成的低溫緩沖層103。在低溫緩沖層103之上形成有半導(dǎo)體層。半導(dǎo)體層具有由未摻雜的GaN構(gòu)成的第一半導(dǎo)體層105 ；和形成于第一半導(dǎo)體層105之上的、由未摻雜的AKiaN構(gòu)成的第二半導(dǎo)體層107。在第二半導(dǎo)體層107之上形成有源極電極111、柵極電極115以及漏極電極 113。源極電極111以及漏極電極113是例如層疊了鈦(Ti)和鋁(Al)的歐姆電極。柵極電極115是例如層疊了鉬(Pt)和金(Au)的肖特基電極。保持基板由對(duì)以厚度為1200 μ m的銅構(gòu)成的低膨脹率層201A、和以厚度為 IOOOym的Al構(gòu)成的高膨脹率層201Β進(jìn)行層疊的雙金屬構(gòu)成。由銅構(gòu)成的低膨脹率層201Α的熱膨脹率為17. OX ΙΟ—6/°C，由Al構(gòu)成的高膨脹率層201B的熱膨脹率為 23. 5X 10-6/oC。由此，因低膨脹率層201A和高膨脹率層201B的熱膨脹率的差，如圖5所示， 若溫度上升，則在保持基板200產(chǎn)生彎曲，表示彎曲的大小的曲率半徑R隨溫度的上升而逐漸變小。若保持基板200的曲率半徑R隨溫度的上升而變小，則固定于保持基板200之上的晶體管主體100的曲率半徑R也變小。保持基板200按照作為高膨脹率層201B的上面?zhèn)瘸蔀橥剐偷姆绞綇澢?。若使半?dǎo)體層側(cè)位于上方來(lái)固定晶體管主體100，則按照半導(dǎo)體層的上面?zhèn)瘸蔀橥剐偷姆绞疆a(chǎn)生彎曲。因此，施加于由AKiaN構(gòu)成的第二半導(dǎo)體層107的拉伸應(yīng)力的大小隨溫度的上升而逐漸變大。其結(jié)果是，能隨溫度的上升而增大在第一半導(dǎo)體層105和第二半導(dǎo)體層107的邊界面生成的2DEG層的薄層載流子濃度Ns，從而能減少伴隨溫度變化的薄層電阻Rsh的上升。圖6示出了將晶體管主體100固定于由雙金屬構(gòu)成的保持基板200之上的本實(shí)施方式的晶體管、和將晶體管主體固定于由銅構(gòu)成的保持基板之上的現(xiàn)有晶體管的薄層電阻的溫度依賴(lài)性。如圖6所示，現(xiàn)有的晶體管伴隨溫度的上升，其薄層電阻急劇上升。然而， 本實(shí)施方式的晶體管，即使溫度上升，其薄層電阻也幾乎不上升。其結(jié)果是，示出了通過(guò)隨溫度的上升而增大施加于第二半導(dǎo)體層107的拉伸應(yīng)力，來(lái)對(duì)伴隨溫度的上升的薄層載流子濃度的降低進(jìn)行了補(bǔ)償。這樣，通過(guò)將晶體管主體100固定于作為應(yīng)力施加部的由雙金屬構(gòu)成的保持基板之上，能實(shí)現(xiàn)溫度變化引起的薄層電阻的變動(dòng)小的晶體管。保持基板200的曲率半徑的變化量基于所需的晶體管的特性來(lái)決定即可。但是， 若保持基板200的曲率半徑過(guò)小，則會(huì)有施加于晶體管主體100的應(yīng)力超過(guò)規(guī)定的值，從而晶體管主體被破壞的可能性。在本實(shí)施方式的晶體管主體100的情況下，若形成基板101 的曲率半徑小于250m，則晶體管主體100會(huì)破損。因此，優(yōu)選將保持基板200的曲率半徑設(shè)為250m以上。在本實(shí)施方式中，保持基板200以高膨脹率層201B為上側(cè)。因此，以形成基板101 為下側(cè)，將晶體管主體100固定于保持基板200之上。但也可以如圖7所示以形成基板101 為上側(cè)來(lái)進(jìn)行固定。在這種情況下，在第二半導(dǎo)體層107之上形成絕緣膜109，并以絕緣膜 109為下側(cè)進(jìn)行固定即可。另外，保持基板200以低膨脹率層201A為上側(cè)，且由于溫度的上升上面?zhèn)葟澢鸀榘夹图纯伞１M管示出了在低膨脹率層201A用銅，在高膨脹率層201B用Al的例子，但不限于此，能對(duì)熱膨脹率不同的2種材料進(jìn)行組合使用。通過(guò)材料的選擇，能調(diào)整最小的曲率半徑以及曲率半徑基于溫度的變化率等。這樣，能根據(jù)晶體管主體100的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳的保持基板200。另外，也不一定非要對(duì)2種材料進(jìn)行粘接，也可以對(duì)3種以上的材料進(jìn)行粘接來(lái)形成保持基板200。另外，可以使用使Al分散于SiC的材料，并通過(guò)對(duì)改變了 Al的濃度的2片板進(jìn)行粘接來(lái)補(bǔ)償薄層電阻的溫度變化。本實(shí)施方式用由曲率半徑根據(jù)溫度而變化的雙金屬構(gòu)成的保持基板200來(lái)作為應(yīng)力施加部。然而，只要應(yīng)力施加部能根據(jù)溫度來(lái)對(duì)第二半導(dǎo)體層107施加拉伸應(yīng)力即可， 還能設(shè)為其他的構(gòu)成。例如，如圖8所示，可以將具有如下部分的保持基板集合300作為應(yīng)力施加部由曲率半徑根據(jù)施加的電壓而變化的壓電雙晶片構(gòu)成的保持基板主體301 ；和對(duì)保持基板主體301施加與溫度對(duì)應(yīng)的電壓的電壓施加電路303。在這種情況下也能得到與將由雙金屬構(gòu)成的保持基板200作為應(yīng)力施加部的情況同樣的效果。將電壓施加電路303設(shè)為例如依照預(yù)先設(shè)定的模式來(lái)對(duì)保持基板主體301施加電壓即可。另外，如圖9所示，可以設(shè)置檢測(cè)晶體管主體100的溫度的溫度檢測(cè)部305，通過(guò)溫度檢測(cè)部305的輸出來(lái)控制電壓施加電路303。在這種情況下，溫度檢測(cè)部305不一定非要對(duì)晶體管主體100的溫度進(jìn)行實(shí)測(cè)，可以構(gòu)成為通過(guò)測(cè)定周邊的溫度來(lái)估計(jì)晶體管100 主體的溫度。另外，如圖10所示，晶體管主體100可以以形成基板101為上側(cè)來(lái)進(jìn)行固定。 壓電雙晶片使用例如用濺射法等在Al等金屬上沉積鋯鈦酸鉛(PZT)后得到的產(chǎn)物即可。另外，如圖11所示，可以將應(yīng)力施加部設(shè)為形成于與形成基板101的形成有半導(dǎo)體層的面為相反側(cè)的面(背面)的應(yīng)力施加膜501。在這種情況下，作為應(yīng)力施加膜501，使用與形成基板101相比熱膨脹系數(shù)小的膜即可。例如，在以形成基板101為Si基板的情況下，作為應(yīng)力施加膜501，使用S^2或者抑制溫度依賴(lài)性的鐵鎳合金等即可。在本構(gòu)成中， 由于在形成基板101的背面?zhèn)刃纬蓱?yīng)力施加膜501，因此即使應(yīng)力施加膜501具有導(dǎo)電性也沒(méi)有任何問(wèn)題。在圖11所示的構(gòu)成中，隨著溫度上升，施加于第二半導(dǎo)體層107的拉伸應(yīng)力變大，因此2DEG層的載流子濃度增大，其結(jié)果是，抑制晶體管的溝道電阻的溫度依賴(lài)性。還可以設(shè)為不是從形成基板101側(cè)而是從半導(dǎo)體側(cè)施加應(yīng)力的構(gòu)成。在這種情況下，如圖12所示，設(shè)為在第二半導(dǎo)體層107之上形成應(yīng)力施加膜502的構(gòu)成即可。在這種情況下，作為應(yīng)力施加膜502，使用與形成基板101相比熱膨脹系數(shù)大的膜即可。例如，在以形成基板101為Si基板的情況下，利用LiNb03、LiTaO3或者BaTiO3等形成應(yīng)力施加膜502 即可。在第二半導(dǎo)體層107側(cè)形成應(yīng)力施加膜502的情況下，優(yōu)選使用絕緣性的膜以使在晶體管主體100的通電時(shí)不造成影響。可以將應(yīng)力施加部設(shè)為圖13所示的構(gòu)成。如圖13所示，應(yīng)力施加部具有在主面有彎曲的保持基板601、應(yīng)力施加基板603、和因熱而伸縮的推壓支柱605。應(yīng)力施加基板 603按照在保持基板601之上夾持晶體管主體100的方式進(jìn)行固定。應(yīng)力施加基板603只要能在保持基板601之上空出間隔進(jìn)行固定，就無(wú)論用哪種方法進(jìn)行固定都可以。例如，可以在保持基板601和應(yīng)力施加基板603之間設(shè)置支柱來(lái)進(jìn)行固定。在保持基板601和應(yīng)力施加基板603之間載置有晶體管主體100。晶體管主體100通過(guò)配置于應(yīng)力施加基板603 和晶體管主體100之間的推壓支柱605，被擠壓到保持基板601。推壓支柱605由熱膨脹系數(shù)大的材料構(gòu)成，隨著溫度的上升，將晶體管主體100擠壓到保持基板601的力逐漸變大。 因此，在晶體管主體100產(chǎn)生彎曲，且曲率半徑隨溫度的上升而變小。由此，隨溫度上升，施加于第二半導(dǎo)體層107的拉伸應(yīng)力變大，因此2DEG層的載流子濃度增大，其結(jié)果是，晶體管的溝道電阻的溫度依賴(lài)性被抑制。用于推壓支柱605的材料的熱膨脹系數(shù)根據(jù)對(duì)晶體管主體施加的應(yīng)力來(lái)適當(dāng)決定即可。但是，為了高效地施加應(yīng)力，優(yōu)選為與保持基板601、應(yīng)力施加基板603以及形成基板101相比熱膨脹系數(shù)大的材料。推壓支柱605可以對(duì)由具有壓電效應(yīng)的材料構(gòu)成的推壓支柱主體、和根據(jù)溫度來(lái)對(duì)推壓支柱主體施加電壓的電壓施加電路進(jìn)行組合。進(jìn)而，還可以設(shè)為如下構(gòu)成設(shè)置檢測(cè)晶體管主體100的溫度的溫度檢測(cè)部，并基于檢測(cè)結(jié)果來(lái)控制電壓施加電路。在圖13中，保持基板601成為上面?zhèn)葟澢鸀橥剐偷男螤睢＿@樣，能由第二半導(dǎo)體層107高效地施加拉伸應(yīng)力。但是，保持基板601也不一定必須有彎曲。另外，盡管示出了以形成基板101處于下側(cè)地在保持基板601之上載置晶體管主體100的例子，但也可以以形成基板101處于上側(cè)來(lái)進(jìn)行載置。在這種情況下，設(shè)為由推壓支柱605推壓晶體管主體 100的中央部的構(gòu)成即可。晶體管主體100只要通過(guò)推壓產(chǎn)生彎曲即可，可以通過(guò)焊錫等粘接材料固定于保持基板601。此外，盡管在本實(shí)施方式中，作為對(duì)HEMT和保持基板進(jìn)行粘接的方法舉了焊錫的例子，但并不限于此。例如，在Si基板上形成HEMT的情況下，在將Si基板側(cè)載置于在本實(shí)施方式中所示的保持基板上后，能通過(guò)一邊加壓一邊在氫氣環(huán)境下實(shí)施退火處理，來(lái)對(duì) HEMT和保持基板進(jìn)行粘接。盡管在本實(shí)施方式中，將第一半導(dǎo)體層105設(shè)為GaN，且將第二半導(dǎo)體層107設(shè)為AlGaN，但只要第二半導(dǎo)體層107的帶隙大于第一半導(dǎo)體層105的帶隙，也可以使用其他組成的半導(dǎo)體層。例如，能使用在構(gòu)成元素中包含h、Ga以及Al中的至少1個(gè)和N的任意組成的氮化物半導(dǎo)體層。另外，不限于二維或三維的化合物半導(dǎo)體，還可以為四維以上的化合物半導(dǎo)體。另外，只要是具有異質(zhì)結(jié)邊界面的半導(dǎo)體層的HEMT，電極的構(gòu)成等作適當(dāng)變更也沒(méi)有關(guān)系。進(jìn)而，盡管在本實(shí)施方式中，以使用了氮化物半導(dǎo)體的HEMT為例進(jìn)行了說(shuō)明，但本公開(kāi)的內(nèi)容明確了只要是通過(guò)壓電效應(yīng)來(lái)生成2DEG層的系統(tǒng)，就同樣能成立。因此，在本實(shí)施方式中所示的構(gòu)成在采用氮化物半導(dǎo)體以外的材料的情況下也適用。例如，對(duì)于在第一半導(dǎo)體層105中采用&ι0，在第二半導(dǎo)體層107中采用ZnMgO，并利用在ZnO和ZnMgO 之間的邊界面生成的2DEG層的半導(dǎo)體裝置也能適用。本發(fā)明公開(kāi)的晶體管及其控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)隨著溫度變化而溝道電阻的變化小的晶體管，尤其作為采用氮化物半導(dǎo)體的功率晶體管及其控制系統(tǒng)等有用。
權(quán)利要求
1.一種晶體管，具備晶體管主體，其具有形成基板、在該形成基板之上依次層疊的第一半導(dǎo)體層以及與該第一半導(dǎo)體層相比帶隙大的第二半導(dǎo)體層；和應(yīng)力施加部，其對(duì)所述晶體管主體施加應(yīng)力，以使施加于所述第二半導(dǎo)體層的拉伸應(yīng)力隨溫度的上升而變大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其中， 所述應(yīng)力施加部是由雙金屬構(gòu)成的保持基板， 所述晶體管主體固定于所述保持基板之上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶體管，其中， 所述雙金屬由銅和鋁形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其中，所述應(yīng)力施加部具有由壓電雙晶片構(gòu)成的保持基板、和根據(jù)溫度對(duì)所述保持基板施加電壓的電壓施加電路，所述晶體管主體固定于所述保持基板之上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的晶體管，其中，所述應(yīng)力施加部具有檢測(cè)所述晶體管主體的溫度的溫度檢測(cè)部，所述電壓施加電路根據(jù)所述溫度檢測(cè)部檢測(cè)出的溫度來(lái)對(duì)所述保持基板施加電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶體管，其中，所述保持基板的彎曲的方向是使在所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層之間的邊界面生成的載流子濃度變大的方向。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶體管，其中，所述保持基板的彎曲的方向是對(duì)薄層電阻的溫度引起的變化進(jìn)行補(bǔ)償?shù)姆较颉?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶體管，其中，所述保持基板的彎曲的方向是上面?zhèn)瘸蔀橥剐偷姆较颉?br> 9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的晶體管，其中，所述晶體管主體以所述形成基板為下側(cè)地被固定于所述保持基板之上。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的晶體管，其中，所述保持基板的彎曲的方向是上面?zhèn)瘸蔀榘夹偷姆较颉?br> 11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的晶體管，其中，所述晶體管主體具有形成于所述第二半導(dǎo)體層之上的絕緣膜，并使所述絕緣膜位于下方地被固定于所述保持基板之上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其中， 所述應(yīng)力施加部具有保持基板，其載置所述晶體管主體；應(yīng)力施加基板，其按照夾持所述晶體管主體的方式固定于所述保持基板之上；和推壓支柱，其設(shè)置于所述應(yīng)力施加基板和所述晶體管主體之間，并根據(jù)溫度進(jìn)行伸縮。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的晶體管，其中，所述推壓支柱由與所述形成基板相比熱膨脹系數(shù)大的材料構(gòu)成。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的晶體管，其中，所述推壓支柱具有推壓支柱主體，其由壓電材料構(gòu)成；和電壓施加電路，其根據(jù)溫度來(lái)對(duì)所述推壓支柱主體施加電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其中，所述應(yīng)力施加部形成于所述形成基板中的與所述第一半導(dǎo)體層相反側(cè)的面上，是與所述形成基板相比熱膨脹系數(shù)小的應(yīng)力施加膜。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其中，所述應(yīng)力施加部形成于所述第二半導(dǎo)體層之上，是與所述形成基板相比熱膨脹系數(shù)大的應(yīng)力施加膜。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶體管，其中，由所述應(yīng)力施加部施加給所述晶體管主體的應(yīng)力的最大值是不會(huì)使所述形成基板的曲率半徑小于250m的值。
18.一種晶體管控制系統(tǒng)，具備晶體管主體，其具有形成基板、在該形成基板之上依次層疊的第一半導(dǎo)體層以及與該第一半導(dǎo)體層相比帶隙大的第二半導(dǎo)體層；溫度檢測(cè)部，其檢測(cè)所述晶體管主體的溫度；和應(yīng)力施加部，其對(duì)所述第二半導(dǎo)體層施加與所述溫度檢測(cè)部的輸出對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度的拉伸應(yīng)力。
全文摘要
晶體管具備晶體管主體(100)、和對(duì)晶體管主體施加應(yīng)力的應(yīng)力施加部(200)。晶體管主體(100)具有形成基板(101)、在形成基板(101)之上依次層疊的第一半導(dǎo)體層(105)以及與第一半導(dǎo)體層(105)相比帶隙大的第二半導(dǎo)體層(107)。應(yīng)力施加部(200)按照施加于第二半導(dǎo)體層(107)的拉伸應(yīng)力隨溫度的上升而變大的方式對(duì)晶體管主體(100)施加應(yīng)力。
文檔編號(hào)H01L29/812GK102326238SQ20098015695
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2009年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月18日
發(fā)明者上田哲三, 田中健一郎 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社