切換元件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能有效地抑制崩潰現(xiàn)象的切換元件。切換元件（1a）具備：電子運行層（12）、形成于電子運行層（12）的上表面并且?guī)侗入娮舆\行層(12)大且與電子運行層(12)異質(zhì)接合的電子供給層(13)、形成于電子供給層(13)的上表面并且?guī)侗入娮庸┙o層(13)小的再結(jié)合層(17)、至少一部分形成于電子運行層(12)的上表面的源電極（14）以及漏電極（15）、至少一部分形成于電子供給層（13）的上表面并且配置于上述源電極（14）和漏電極（15）之間的柵電極（16）。當切換元件（1a）在關斷狀態(tài)時，在再結(jié)合層（17），電子和空穴進行再結(jié)合。
【專利說明】切換元件
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及以HEMT (High Electron Mobility Transistor:高電子遷移率晶體管)等為代表的切換元件。
【背景技術】
[0002]近年，期待著將以GaN為代表的II1-V族化合物半導體即氮化物半導體適用于切換元件。特別是，氮化物半導體，與娃等相比，帶隙(bandgap)大3.4eV左右,絕緣破壞電場高10倍，電子飽和速度大2.5倍等，具有功率器件中最優(yōu)的特性。
[0003]具體來說，例如，提出了一種在藍寶石等的基板上，設置了 GaN / AlGaN的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的切換元件的方案(例如，參照專利文獻I)。在該切換元件中，通過出自GaN的結(jié)晶結(jié)構(gòu)(纖鋅礦型)的C軸方向上的非對稱性的自發(fā)極化、基于出自AlGaN和GaN的晶格不匹配的壓電效果的極化，生成并得到IXlO13cnT2的二維電子氣體(2DEG)。該切換元件通過控制該二維電子氣體，來切換規(guī)定的電極之間的導通/非導通。
[0004]關于上述結(jié)構(gòu)的切換元件,參照圖6?圖8進行具體地說明。圖6是表示現(xiàn)有的切換元件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖7是表示圖6所示的現(xiàn)有的切換元件的關斷狀態(tài)的剖視圖。圖8是表示圖6所示的現(xiàn)有的切換元件的接通狀態(tài)的剖視圖。
[0005]如圖6所示，切換元件100具備:基板101、在基板101的上表面形成的緩沖層102、由在緩沖層102的上表面形成的未摻雜的GaN構(gòu)成的電子運行層103、由在電子運行層103的上表面形成的AlGaN構(gòu)成的電子供給層104、在電子供給層104的上表面形成的源電極105、在電子供給層104的上表面形成的漏電極106、在電子供給層104的上表面形成且配置于源電極105和漏電極106之間的柵電極107。此外，該切換元件100為常開型。
[0006]切換元件100，即使柵電極107的電位與源電極105的電位(設為0V)相等，柵電極107打開，也變?yōu)樵陔娮舆\行層103的與電子供給層104接合的界面產(chǎn)生二維電子氣體108的狀態(tài)(接通狀態(tài))。此時，若與源電極105的電位相比漏電極106的電位高(若為正的電位)，則在漏電極106與源電極105之間，流過電流。
[0007]另一方面，切換元件100，當柵電極107的電位，比源電極105的電位(設為0V)低規(guī)定值以上時(為負電位時)，變?yōu)樵跂烹姌O107的緊下方，在電子供給層104的與電子運行層103接合的界面不產(chǎn)生二維電子氣體108的狀態(tài)(關斷狀態(tài))。在該狀態(tài)下，在漏電極106與源電極105之間，不流過電流。
[0008]如圖7所示，當切換元件100變?yōu)殛P斷狀態(tài)時，在柵電極107的緊下方形成空乏區(qū)109。此時，在功率器件用的切換元件100中，在漏電極106與源電極105之間產(chǎn)生高的電位差(例如，相當于電源電壓數(shù)100V左右)。于是，在柵電極107附近的漏電極106側(cè)產(chǎn)生高的電場，通過碰撞電離產(chǎn)生電子和空穴。然后，產(chǎn)生的電子110被俘獲到起因于電子供給層104的表面(上面)的氮氣缺陷的能級等。
[0009]當切換元件100從圖7所示的關斷狀態(tài)轉(zhuǎn)移至接通狀時，如圖8所示，在電子供給層104的表面上保持被俘獲的電子110規(guī)定的時間(例如，數(shù)秒?數(shù)分這樣的長時間)。該電子110，通過對二維電子氣體108中的電子帶來斥力(庫侖力)，阻擋流過漏電極106與以及源電極105之間的電流。這是被稱為“崩潰現(xiàn)象”的現(xiàn)象，由于通過該現(xiàn)象，切換元件100的接通阻抗變大，高速切換變難，所以成為問題。
[0010]在專利文獻2中提出了一種用于抑制該崩潰現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)的方案。關于該結(jié)構(gòu)，參照圖9進行說明。圖9是表示現(xiàn)有的切換元件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0011]如圖9所示，切換元件200具備:基板201、在基板201的上表面形成的緩沖層202、由在緩沖層202的上表面形成的未摻雜的GaN構(gòu)成的電子運行層203、由在電子運行層203的上表面形成的AlGaN構(gòu)成的電子供給層204、一部分在電子運行層203的上表面形成的源電極205、一部分在電子運行層203的上表面形成的漏電極206、在電子供給層204的上表面形成且配置于源電極205與漏電極206之間的柵電極207、在電子供給層204的上表面且在柵電極207與源電極205之間和柵電極207與漏電極206之間形成的鈍化層211。
[0012]在該切換元件200中，通過將由氮化物構(gòu)成的鈍化層211設置在電子供給層204的上表面，來減少電子供給層204的表面(上表面)的氮氣缺陷。另外，在該切換元件200中，通過將柵電極207做成至少伸出到漏電極206側(cè)的結(jié)構(gòu)(場電極結(jié)構(gòu))，緩和在柵電極207附近的漏電極206側(cè)產(chǎn)生的電場，并抑制上述的碰撞電離的發(fā)生。
[0013]現(xiàn)有技術文獻 專利文獻
專利文獻1:特開2007-251144號公報；
專利文獻2:特開2004-200248號公報。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明所要解決的技術問題
但是，作為即使采用了鈍化層211，補償?shù)牡獨馊毕莸臄?shù)目也僅限于I位數(shù)。另外，如功率器件用的切換元件那樣，在施加數(shù)100V左右的高電壓的情況下，僅采用場電極結(jié)構(gòu)的柵電極207，要充分地抑制碰撞電離是困難的。因此，在圖9所示的切換元件200中，用于不能充分地抑制崩潰現(xiàn)象，所以成為問題。具體來說，例如，當切換元件200從關斷狀態(tài)轉(zhuǎn)移至接通狀態(tài)時，由于從轉(zhuǎn)移之后不久到數(shù)μ秒為止的時間內(nèi)的接通阻抗變?yōu)槌跏紶顟B(tài)的數(shù)倍，不能得到充分的改善，所以成為問題。
[0015]鑒于上述的問題點，本發(fā)明的目的在于，提供一種能有效抑制崩潰現(xiàn)象的切換元件。
[0016]用于解決技術問題的技術方案
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種切換元件，其特征在于，具備:
第一半導體層；
第二半導體層，形成于所述第一半導體層的上表面，并且?guī)侗人龅谝话雽w層大且與該第一半導體層異質(zhì)接合；
第三半導體層，形成于所述第二半導體層的上表面，并且?guī)侗人龅诙雽w層
小;
第一電極，至少一部分形成于所述第一半導體層的上表面；
第二電極，至少一部分形成于所述第一半導體層的上表面；以及控制電極，至少一部分形成于所述第二半導體層的上表面，且配置于所述第一電極以及所述第二電極之間，
根據(jù)所述控制電極的電位，將
通過在所述第一半導體層的與所述第二半導體層接合的界面產(chǎn)生的二維載流子氣體，使所述第一電極和所述第二電極之間電連接的接通狀態(tài)；和
通過至少在所述控制電極的緊下方，在所述界面不產(chǎn)生二維載流子氣體，使所述第一電極和所述第二電極之間不電連接的關斷狀態(tài)進行切換
當為所述關斷狀態(tài)時，在所述第三半導體層，電子和空穴進行再結(jié)合。
[0017]進而，上述特征的切換元件，優(yōu)選為，在所述控制電極和所述第一電極之間、所述控制電極和所述第二電極之間、的至少任一個中形成所述第三半導體層。
[0018]進而，上述特征的切換元件，優(yōu)選為，在所述關斷狀態(tài)時，在所述第三半導體層，電子和空穴進行輻射再結(jié)合。
[0019]進而，上述特征的切換元件，優(yōu)選為，所述第一半導體層、所述第二半導體層以及所述第三半導體層的各個，由氮化物半導體構(gòu)成，
所述二維載流子氣體是二維電子氣體，
所述第三半導體層包含銦。
[0020]進而，上述特征的切換元件，優(yōu)選為，所述第三半導體層由InxAlyGa1^N (O<x^ U0 = y = I)構(gòu)成。
[0021]進而，上述特征的切換元件，優(yōu)選為，所述第三半導體層具備:
將銦的組成不同的至少二個氮化物半導體層周期性地層疊而形成的多重量子井結(jié)構(gòu)。
[0022]進而，上述特征的切換元件，優(yōu)選為，當在所述第二半導體層的上表面形成了由規(guī)定的氮化物半導體構(gòu)成的層之后，通過將銦進行離字注入，形成所述第三半導體層。
[0023]進而，上述特征的切換元件，優(yōu)選為，
還具備:
第四半導體層，形成于所述第三半導體層的上表面，并且?guī)侗人龅谌雽w層大。
[0024]進而，上述特征的切換元件，優(yōu)選為，所述第四半導體層由AlzGa1=N (O ^ z < I)構(gòu)成。
[0025]進而，上述特征的切換元件，優(yōu)選為，還具備:
絕緣層，形成于所述第四半導體層的上表面，并且?guī)侗人龅谒陌雽w層大。
[0026]進而，上述特征的切換元件，優(yōu)選為，所述絕緣層由AlN或SiN構(gòu)成。
[0027]進而，上述特征的切換元件，優(yōu)選為，所述控制電極、所述第一電極以及所述第二電極的各個與所述第三半導體層和所述第四半導體層分離，并在其間形成所述絕緣層。
[0028]發(fā)明效果
根據(jù)上述特征的切換元件，通過設置第三半導體層，變成能抑制由碰撞電離產(chǎn)生的電荷(特別是，載流子)被俘獲到第二半導體層的表面(上表面)的現(xiàn)象。即，變成能有效地抑制崩潰現(xiàn)象。
【專利附圖】

【附圖說明】[0029]圖1是表示涉及本發(fā)明的第一實施方式的切換元件的結(jié)構(gòu)例的剖視圖。
[0030]圖2是圖1所示的切換元件為接通狀態(tài)時的柵電極附近的能帶圖。
[0031]圖3是圖1所示的切換元件為關斷狀態(tài)時的柵電極附近的能帶圖。
[0032]圖4是表示涉及本發(fā)明的第二實施方式的切換元件的結(jié)構(gòu)例的剖視圖。
[0033]圖5是表示涉及本發(fā)明的第三實施方式的切換元件的結(jié)構(gòu)例的剖視圖。
[0034]圖6是表示現(xiàn)有的切換元件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
[0035]圖7是表示圖6所示的現(xiàn)有的切換元件的關斷狀態(tài)的剖視圖。
[0036]圖8是表示圖6所示的現(xiàn)有的切換元件的接通狀態(tài)的剖視圖。
[0037]圖9是表示現(xiàn)有的切換元件的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
【具體實施方式】
[0038]以下，關于涉及本發(fā)明的第一~第三實施方式的切換元件，參照附圖進行說明。此外，以下說明的涉及第一~第三實施方式的切換元件的各個，只不過是本發(fā)明的一個實施方式，本發(fā)明并不限定于這些實施方式中。另外，作為涉及第一~第三實施方式的切換元件，在不矛盾的范圍內(nèi)將其一部分或全部進行組合并實施是可能的。
[0039](第一實施方式)
最初，關于涉及本發(fā)明的第`一實施方式的切換元件的結(jié)構(gòu)例，參照圖1進行說明。圖1是表示涉及本發(fā)明的第一實施方式的切換元件的結(jié)構(gòu)例的剖視圖。
[0040]如圖1所示，切換元件Ia具備:基板10、在基板10的上表面形成的緩沖層11、在緩沖層11的上表面形成的電子運行層(第一半導體層)12、在電子運行層12的上表面形成的電子供給層(第二半導體層)13、至少一部分在電子運行層12的上表面形成的源電極(第一電極或第二電極)14、至少一部分在電子運行層12的上表面形成的漏電極(第一電極或第二電極)15、至少一部分在電子供給層13的上表面形成且配置于源電極14與漏電極15之間的柵電極(控制電極)16、在電子供給層13的上表面且在柵電極16與源電極14之間和柵電極16與漏電極15之間形成的再結(jié)合層(第三半導體層)17、在再結(jié)合層的上表面形成的包層(第四半導體層)18、在包層18的上表面形成的鈍化層(絕緣層)19。此外，該切換元件為常開型。
[0041]基板10，例如，由硅或碳化硅(SiC)、藍寶石等構(gòu)成。緩沖層11，例如，由AlaGapaN(O ^ a ^ I。SP，可包含a = I的情況下的AlN、a = O的情況下的GaN)的單層或?qū)盈B結(jié)構(gòu)(各層的a的值可不同)構(gòu)成。在后述的切換元件Ia正常工作的范圍內(nèi)，適用什么樣的基板10和緩沖層11都可以。
[0042]電子運行層12，例如，由厚度為I μπι以上5 μπι以下的未摻雜的GaN構(gòu)成。電子供給層13，例如，由厚度為IOnm以上IOOnm以下的AlbGai_bN(0 < b < I)。另外，電子供給層13的帶隙，比電子運行層12的帶隙大，電子運行層12和電子供給層13異質(zhì)接合。由此，在電子運行層12的與電子供給層13連接的界面，可產(chǎn)生二維電子氣體20。在本實施方式的切換元件Ia中，該二維電子氣體20變?yōu)闇系馈?br> [0043]源電極14、漏電極15以及柵電極16的各個，由T1、Al、Cu、Au、Pt、W、Ta、Ru、Ir、
Pd等的金屬元素、由這些金屬元素的至少2個構(gòu)成的合金，或者由包含這些金屬元素的至少一個的氮化物等構(gòu)成。但是，源電極14和漏電極15，對電子運行層12進行歐姆接合，柵電極16，對電子供給層13進行肖特基接合。此外，源電極14、漏電極15以及柵電極16的各個，既可以由單層構(gòu)成，也可以由層疊結(jié)構(gòu)(各層的組成可不同)構(gòu)成。
[0044]另外，源電極14、漏電極15以及柵電極16的各個，一部分變?yōu)樯斐龅解g化層19上的場電極結(jié)構(gòu)。源電極14分別伸出到柵電極15側(cè)和其相反側(cè)，漏電極15分別伸出到柵電極15側(cè)和其相反側(cè)，柵電極16分別伸出到源電極14側(cè)和漏電極15側(cè)。
[0045]再結(jié)合層17,例如，由厚度為Inm以上20nm以下的IncAldGakdN (O < c = 1>O蘭d蘭I。SP,可包含c = I, d = O的情況下的In、c古I, d = O的情況下的IncGa1^N)構(gòu)成。另外，再結(jié)合層17的帶隙，比電子供給層13的帶隙小。
[0046]包層18，例如，由厚度為5nm以上30nm以下的AleGa^eN (O蘭e < I。即，可包含e = O的情況下的GaN)構(gòu)成。另外,包層18的帶隙，比再結(jié)合層17的帶隙大。進而，電子供給層13、再結(jié)合層17以及包層18形成與發(fā)光二極管相同的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)。
[0047]鈍化層19，例如，由厚度為50nm以上250nm以下的AIN、SiN構(gòu)成。鈍化層19的帶隙，比包層18的帶隙大。此外，在鈍化層19中，雖然也能適用氧化物、氮氧化物等，但優(yōu)選為適用上述的AlN、SiN等的氮化物。這是因為，在將切換元件Ia用于功率器件中的情況下，通過產(chǎn)生如上述那樣的數(shù)100V的電位差，抑制電子運行層12被電化學地氧化(例如，參照 Appl.Phys.Lett.96，233509， (2010))。
[0048]切換元件la，根據(jù)柵電極16的電位，被切換為接通狀態(tài)和關斷狀態(tài)。以下，參照圖2和圖3，關于切換元件Ia的接通狀態(tài)和關斷狀態(tài)分別進行說明。圖2是當圖1所示的切換元件為接通狀態(tài)時的柵電極附近的能帶圖。圖3是當圖1所示的切換元件為關斷狀態(tài)時的柵電極附近的能帶圖。 此外，圖2和圖3的左側(cè)相當于圖1的上側(cè)，圖2和圖3的右側(cè)相當于圖1的下側(cè)。另外，圖2和圖3是表示柵電極16的附近的能帶圖的圖。
[0049]圖2是例示出通過柵電極16的電位與源電極14的電位(設為0V)變?yōu)橄嗟龋袚Q元件Ia變?yōu)榻油顟B(tài)的情況的圖。如圖2所示，當切換元件Ia變?yōu)榻油顟B(tài)時，柵電極16的緊下方的、電子運行層12的與電子供給層13接合的界面的、導帶(conduction band)的底的能量能級Ec變?yōu)楸荣M米能級Ef低。為此，通過產(chǎn)生于該界面上的二維電子氣體20，使源電極14與漏電極15之間電連接。
[0050]另一方面，圖3是例示出通過柵電極16的電位比源電極14的電位(設為0V)低規(guī)定值以上(設為作為負電位的-10V)，切換元件Ia變?yōu)殛P斷狀態(tài)的情況的圖。如圖3所示，當切換元件Ia變?yōu)殛P斷狀態(tài)時，柵電極16的緊下方的、電子運行層12的與電子供給層13接合的界面的、導帶的底的能量能級Ec變?yōu)楸荣M米能級Ef高。為此，至少在柵電極16的緊下方的該界面，不產(chǎn)生二維電子氣體20。因此，源電極14與漏電極15之間變?yōu)椴荒茈娺B接。
[0051]當切換元件Ia變?yōu)殛P斷狀態(tài)時，在漏電極15與源電極14之間產(chǎn)生高的電位差(例如，數(shù)100V左右)。于是，柵電極16附近的漏電極15側(cè)產(chǎn)生高的電場，由碰撞電離可產(chǎn)生電子21和空穴22。如上所述，即使有時設置鈍化層19，有時將柵電極16等做成場電極結(jié)構(gòu)，也難以抑制基于碰撞電離的電子21和空穴22的產(chǎn)生。
[0052]但是，在本實施方式的切換元件Ia中，由碰撞電離產(chǎn)生的電子和空穴被集中到再結(jié)合層17。為此，將由碰撞電離產(chǎn)生的電子俘獲到起因于電子供給層13的表面(上表面)的氮氣缺陷的能級D等中的可能性，大幅下降。另外，集中于再結(jié)合層17的電子21和空穴22通過再結(jié)合被消耗。為此，在再結(jié)合層17中，能高效且繼續(xù)地集中電子21和空穴22。
[0053]如上所述，在本實施方式的切換元件Ia中，通過設置再結(jié)合層17，變?yōu)槟芤种朴膳鲎搽婋x產(chǎn)生的電荷(特別是載流子，本例中為電子)被俘獲到電子供給層13的表面(上表面)現(xiàn)象。因此，變?yōu)槟苡行У匾种票罎F(xiàn)象。
[0054]優(yōu)選為，再結(jié)合層17是將集中的電子21和空穴22可輻射再結(jié)合的層。在將電子21和空穴22輻射再結(jié)合的情況下，由于通過再結(jié)合產(chǎn)生的能量變?yōu)楣獾榷椛涞酵獠?，與通過非輻射再結(jié)合變?yōu)闊岬鹊那闆r相比，變?yōu)槟芤种魄袚Q元件Ia的特性惡化。
[0055]另外，包含銦的氮化物具有在In-N結(jié)合附近集中空穴的性質(zhì)，可使電子和空穴高效地輻射再結(jié)合。為此，通過包含銦的氮化物半導體構(gòu)成再結(jié)合層17，變?yōu)槟苡行У匾种魄袚Q元件Ia的特性惡化。
[0056]此外，例如通過適用MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition:金屬有機物化學氣相沉淀)、MBE (Molecular Beam Epitaxy:分子束外延)等的各種方法,能形成緩沖層11、電子運行層12、電子供給層13、再結(jié)合層17、包層18。
[0057](第二實施方式)
接下來，關于涉及本發(fā)明的第二實施方式的切換元件的結(jié)構(gòu)例，參照圖4進行說明。圖4是表示涉及本發(fā)明的第二實施方式的切換元件的結(jié)構(gòu)例的剖視圖。此外，在圖4中，在與圖1所示的涉及第一實施方式的切換元件Ia成為相同的部分，標記相同的符號。進一步，下面，關于涉及第二實施方式的切換元件lb，以與涉及第一實施方式的切換元件Ia不同的部分為中心進行說明，關于成為相同的部分，作為適當?shù)貐⒖忌婕暗谝粚嵤┓绞降那袚Q元件Ia的說明而省略說明。
[0058]如圖4所示，切換元件Ib具備:基板10、緩沖層11、電子運行層12、電子供給層13、源電極14、漏電極15、柵電極16、再結(jié)合層17b、包層18b、鈍化層19b。
[0059]但是，在本實施方式的切換元件Ib中，再結(jié)合層17b和包層18b，從源電極14、漏電極15以及柵電極16的各個分離，并在其間形成鈍化層1%。此外，除了該點，本實施方式的切換元件Ib與圖1所示的第一實施方式的切換元件Ia是相同的。
[0060]如上所述，在本實施方式的切換元件Ib中，在帶隙比較小且絕緣性弱的再結(jié)合層17b與源電極14、漏電極15以及柵電極16之間，形成由絕緣體構(gòu)成的鈍化層1%。為此，變?yōu)槟芤种平?jīng)由再結(jié)合層17b，在源電極14、漏電極15以及柵電極16的各個之間電流泄漏。
[0061](第三實施方式)
接下來，關于涉及本發(fā)明的第三實施方式的切換元件的結(jié)構(gòu)例，參照圖5進行說明。圖5是表示涉及本發(fā)明的第三實施方式的切換元件的結(jié)構(gòu)例的剖視圖。此外，在圖5中，在與圖1所示的涉及第一實施方式的切換元件Ia成為相同的部分上，標記相同的符號。進一步，下面，關于涉及第三實施方式的切換元件lc，以與涉及第一實施方式的切換元件Ia不同的部分為中心進行說明，關于成為相同的部分，作為適當?shù)貐⒖忌婕暗谝粚嵤┓绞降那袚Q元件Ia的說明而省略說明。
[0062]如圖5所示，切換元件Ic具備:基板10、緩沖層11、電子運行層12、電子供給層
13、源電極14、漏電極15、柵電極16、再結(jié)合層17c、包層18c、鈍化層19c。此外,關于在第三實施方式的切換元件Ic中，再結(jié)合層17c和包層18c，從源電極14、漏電極15以及柵電極16的各個分離，并在其間形成鈍化層19c的結(jié)構(gòu)，與涉及第二實施方式的切換元件Ib相同。為此，關于該結(jié)構(gòu)，作為參考涉及第二實施方式的切換元件Ib的說明，而省略說明。
[0063]在本實施方式的切換元件Ic中，再結(jié)合層17c具備多重量子井結(jié)構(gòu)。該多重量子井結(jié)構(gòu)是周期性地(交替)層疊了銦的組成較小且?guī)遁^大的障壁層和銦的組成較大且?guī)遁^小的井層的結(jié)構(gòu)。在多重量子井結(jié)構(gòu)中，通過電子和空穴被二維地關在井層內(nèi)，并且取得電子和空穴的能量變?yōu)殡x散(形成子帶)，高效地進行電子和空穴的再結(jié)合。另外，在電子和空穴進行輻射再結(jié)合時，使輻射的光等的波長一致。
[0064]如上所述，在本實施方式的切換元件Ic中，再結(jié)合層17c具備多重量子井結(jié)構(gòu)。為此，使電子和空穴高效地再結(jié)合，進而變?yōu)槟苡行У叵蛟俳Y(jié)合層17c集中電子和空穴。因此，變?yōu)槟苡行У匾种票罎F(xiàn)象。
[0065]此外，在再結(jié)合層17c中，當將井層的厚度做成Inm以上5nm以下，將障壁層的厚度做成3nm以上30nm以下時，由于能有效地提高電子和空穴的再結(jié)合的效率，所以優(yōu)選。
[0066]另外，雖然例不出關于再結(jié)合層17c和包層18c從源電極14、漏電極15以及柵電極16的各個分離，并在其間形成鈍化層19c的結(jié)構(gòu)(即，涉及第二實施方式的切換元件Ib的結(jié)構(gòu))的切換元件lc，但該切換元件Ic即使為再結(jié)合層17c和包層18c與源電極14、漏電極15以及柵電極16的各個接觸的結(jié)構(gòu)(即，涉及第一實施方式的切換元件Ia的結(jié)構(gòu))也可。
[0067]此外，在涉及第一?第三實施方式的切換元件Ia?Ic中，當在電子供給層13的上表面形成了構(gòu)成包層18、18b、18c的氮化物半導體之后，通過將銦進行離子注入到該氮化物半導體的方法，形成再結(jié)合層17、17b、17c (特別是，17、17b)也可。如果是該方法，則能容易地形成再結(jié)合層17、17b、17c。
[0068]另外，在再結(jié)合層17、17b、17c形成于電子供給層13的上表面的限度內(nèi)，并不限于上述的圖1或圖4、圖5所示的地方，而形成于什么樣的地方也可。但是，從有效地抑制崩潰現(xiàn)象的觀點來看，優(yōu)選為，形成于流過電流的路線上。即，優(yōu)選為，在柵電極16以及源電極14之間、柵電極16以及漏電極15之間、的至少任一個(特別是，后者)，形成再結(jié)合層17。
[0069]另外，作為本發(fā)明的實施方式，雖然例示出常開型的切換元件Ia?lc，但本發(fā)明也能適用于常閉型的切換元件中。另外，作為本發(fā)明的實施方式，雖然例示出載流子(二維載流子氣體)為電子(二維電子氣體)的切換元件Ia?lc，但本發(fā)明也能適用于載流子(二維載流子氣體)為空穴(二維空穴氣體、2DHG)的切換元件中。
[0070]工業(yè)實用性
本發(fā)明，能利用于切換元件，特別是，當利用適用于功率器件的切換元件時，是適宜的。
[0071]附圖標記
Ia?Ic:切換元件
10:基板 11:緩沖層 12:電子運行層
13:電子供給層
14:源電極
15:漏電極
16:柵電極17、17b、17c:再結(jié)合層
18、18b、18c:包層
19、19b、19c:鈍化層
20:二維電子氣體
21:電子
22:空穴。
【權(quán)利要求】
1.一種切換元件，其特征在于， 具備: 第一半導體層； 第二半導體層，形成于所述第一半導體層的上表面，并且?guī)侗人龅谝话雽w層大且與該第一半導體層異質(zhì)接合； 第三半導體層，形成于所述第二半導體層的上表面，并且?guī)侗人龅诙雽w層小; 第一電極，至少一部分形成于所述第一半導體層的上表面； 第二電極，至少一部分形成于所述第一半導體層的上表面；以及控制電極，至少一部分形成于所述第二半導體層的上表面，且配置于所述第一電極以及所述第二電極之間， 根據(jù)所述控制電極的電位，將 通過在所述第一半導體層的與所述第二半導體層接合的界面產(chǎn)生的二維載流子氣體，使所述第一電極和所述 第二電極之間電連接的接通狀態(tài)；和 通過至少在所述控制電極的緊下方，在所述界面不產(chǎn)生二維載流子氣體，使所述第一電極和所述第二電極之間不電連接的關斷狀態(tài)進行切換， 當為所述關斷狀態(tài)時，在所述第三半導體層，電子和空穴進行再結(jié)合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換元件，其特征在于， 在所述控制電極和所述第一電極之間、所述控制電極和所述第二電極之際、的至少任一個中形成所述第三半導體層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的切換元件，其特征在于， 在所述關斷狀態(tài)時，在所述第三半導體層，電子和空穴進行輻射再結(jié)合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3的任一項所述的切換元件，其特征在于， 所述第一半導體層、所述第二半導體層以及所述第三半導體層的各個，由氮化物半導體構(gòu)成， 所述二維載流子氣體是二維電子氣體， 所述第三半導體層包含銦。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的切換元件，其特征在于， 所述弟二+導體層由 IrijjAlyGah-yN (O < x = I>0 = y = I)構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的切換元件，其特征在于， 所述第三半導體層具備: 將銦的組成不同的至少二個氮化物半導體層周期性地層疊而形成的多重量子井結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4~6的任一項所述的切換元件，其特征在于， 當在所述第二半導體層的上表面形成了由規(guī)定的氮化物半導體構(gòu)成的層之后，通過將銦進行離字注入，形成所述第三半導體層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1~7的任一項所述的切換元件，其特征在于， 還具備: 第四半導體層，形成于所述第三半導體層的上表面，并且?guī)侗人龅谌雽w層大。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的切換元件，其特征在于， 所述第四半導體層由AlzGa1=N (O ^ z < I)構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的切換元件，其特征在于， 還具備: 絕緣層，形成于所述第四半導體層的上表面，并且?guī)侗人龅谒陌雽w層大。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的切換元件，其特征在于， 所述絕緣層由AlN或SiN構(gòu)成。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的切換元件，其特征在于， 所述控制電極、所述第一電極以及所述第二電極的各個與所述第三半導體層和所述第四半導體層分離，并在其 間形成所述絕緣層。
【文檔編號】H01L29/778GK103563060SQ201280025227
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月25日
【發(fā)明者】田尻雅之 申請人:夏普株式會社