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公開番号2025109534
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-25
出願番号2024003478
出願日2024-01-12
発明の名称高電子移動度トランジスタ
出願人住友化学株式会社
代理人個人,個人
主分類H10D 30/47 20250101AFI20250717BHJP()
要約【課題】III族窒化物を用いたHEMTにおける、III族窒化物の表面の欠陥に起因する電流コラプスの影響を抑制する技術を提供する。
【解決手段】高電子移動度トランジスタは、基板、基板上に設けられ、第1のIII族窒化物で構成されたチャネル層、および、チャネル層上に設けられ、第1のIII族窒化物のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する第2のIII族窒化物で構成されたバリア層、を有するIII族窒化物積層体と、III族窒化物積層体の表面上に設けられたゲート電極、ソース電極、および、ドレイン電極と、III族窒化物積層体の表面上の、平面視におけるゲート電極、ソース電極、および、ドレイン電極の外側部分の少なくとも一部と接するように設けられ、チオフェン環を含有するp型の有機半導体で構成された保護膜と、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基板、
前記基板上に設けられ、第１のＩＩＩ族窒化物で構成されたチャネル層、および、
前記チャネル層上に設けられ、前記第１のＩＩＩ族窒化物のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する第２のＩＩＩ族窒化物で構成されたバリア層、
を有するＩＩＩ族窒化物積層体と、
前記ＩＩＩ族窒化物積層体の表面上に設けられたゲート電極、ソース電極、および、ドレイン電極と、
前記ＩＩＩ族窒化物積層体の表面の、平面視における前記ゲート電極、前記ソース電極、および、前記ドレイン電極の外側部分の少なくとも一部と接するように設けられ、チオフェン環を含有するｐ型の有機半導体で構成された保護膜と、
を備える高電子移動度トランジスタ。
続きを表示（約 300 文字）【請求項２】
前記有機半導体の正孔移動度が、０．１ｃｍ
２
／Ｖｓ以上である、請求項１に記載の高電子移動度トランジスタ。
【請求項３】
前記有機半導体は、高分子有機半導体である、請求項１または２に記載の高電子移動度トランジスタ。
【請求項４】
前記有機半導体は、ユニポーラ有機半導体である、請求項１または２に記載の高電子移動度トランジスタ。
【請求項５】
前記保護膜は、前記ゲート電極の上面、および、前記ドレイン電極の上面、の少なくとも一部と接するように設けられている、請求項１または２に記載の高電子移動度トランジスタ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電子移動度トランジスタに関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物を用いた高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）において、高電圧印加に起因してドレイン電流が低下する現象である電流コラプスが知られている。電流コラプスの影響を抑制するための各種技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。電流コラプスの原因の一つとして、後述のように、ＩＩＩ族窒化物の表面の欠陥に起因するものが挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１８－２００９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一目的は、ＩＩＩ族窒化物を用いたＨＥＭＴにおける、ＩＩＩ族窒化物の表面の欠陥に起因する電流コラプスの影響を抑制する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様によれば、
基板、
前記基板上に設けられ、第１のＩＩＩ族窒化物で構成されたチャネル層、および、
前記チャネル層上に設けられ、前記第１のＩＩＩ族窒化物のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する第２のＩＩＩ族窒化物で構成されたバリア層、
を有するＩＩＩ族窒化物積層体と、
前記ＩＩＩ族窒化物積層体の表面上に設けられたゲート電極、ソース電極、および、ドレイン電極と、
前記ＩＩＩ族窒化物積層体の表面の、平面視における前記ゲート電極、前記ソース電極、および、前記ドレイン電極の外側部分の少なくとも一部と接するように設けられ、チオフェン環を含有するｐ型の有機半導体で構成された保護膜と、
を備える高電子移動度トランジスタ
が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
ＩＩＩ族窒化物を用いたＨＥＭＴにおける、ＩＩＩ族窒化物の表面の欠陥に起因する電流コラプスの影響を抑制する技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、本発明の実施形態によるＨＥＭＴ１００を模式的に例示する断面図である。
図２は、第１の実験例での、保護膜が材料Ａ、Ｂ、および、Ｃ（Ｃ１～Ｃ４）のそれぞれで構成されたＨＥＭＴにおける規格化ドレイン電流の時間変化を示すグラフである。
図３（ａ）は、第２の実験例における、材料Ｃ１に係るストレス付加前と付加後におけるＩｄ－Ｖｇ特性を示すグラフである。図３（ｂ）は、第３の実験例における、材料Ｃ１に係るストレス付加前と付加後におけるドレイン電流Ｉｄを示すグラフである。図３（ｃ）は、材料Ｃ１（ＰＤＰＰ２Ｔ－ＴＴ－ОＤ）の化学構造式である。
図４（ａ）は、第２の実験例における、材料Ｃ２に係るストレス付加前と付加後におけるＩｄ－Ｖｇ特性を示すグラフである。図４（ｂ）は、第３の実験例における、材料Ｃ２に係るストレス付加前と付加後におけるドレイン電流Ｉｄを示すグラフである。図４（ｃ）は、材料Ｃ２（ＰＤＰＰ３Ｔ）の化学構造式である。
図５（ａ）は、第２の実験例における、材料Ｃ３に係るストレス付加前と付加後におけるＩｄ－Ｖｇ特性を示すグラフである。図５（ｂ）は、第３の実験例における、材料Ｃ３に係るストレス付加前と付加後におけるドレイン電流Ｉｄを示すグラフである。図５（ｃ）は、材料Ｃ３の化学構造式である。
図６（ａ）は、第２の実験例における、材料Ｃ４に係るストレス付加前と付加後におけるＩｄ－Ｖｇ特性を示すグラフである。図６（ｂ）は、第３の実験例における、材料Ｃ４に係るストレス付加前と付加後におけるドレイン電流Ｉｄを示すグラフである。図６（ｃ）は、材料Ｃ４の化学構造式である。
図７（ａ）は、第２の実験例における、材料Ａに係るストレス付加前と付加後におけるＩｄ－Ｖｇ特性を示すグラフである。図７（ｂ）は、第３の実験例における、材料Ａに係るストレス付加前と付加後におけるドレイン電流Ｉｄを示すグラフである。図７（ｃ）は、材料Ａの化学構造式である。
図８（ａ）は、第２の実験例における、材料Ｂに係るストレス付加前と付加後におけるＩｄ－Ｖｇ特性を示すグラフである。図８（ｂ）は、第３の実験例における、材料Ｂに係るストレス付加前と付加後におけるドレイン電流Ｉｄを示すグラフである。図８（ｃ）は、材料Ｂ（Ｎ２２００）の化学構造式である。
図９（ａ）は、第２の実験例における、保護膜なしの試料Ｄのストレス付加前と付加後におけるＩｄ－Ｖｇ特性を示すグラフである。図９（ｂ）は、第３の実験例における、保護膜なしの試料Ｄのストレス付加前と付加後におけるドレイン電流Ｉｄを示すグラフである。
図１０（ａ）は、第２の実験例における、材料ａに係るストレス付加前と付加後におけるＩｄ－Ｖｇ特性を示すグラフである。図１０（ｂ）は、第３の実験例における、材料ａに係るストレス付加前と付加後におけるドレイン電流Ｉｄを示すグラフである。図１０（ｃ）は、材料ａ（ＴＩＰＳペンタセン）の化学構造式である。
図１１（ａ）は、第１の実験例におけるゲート電圧Ｖｇ、ドレイン電圧Ｖｄ、および、ドレイン電流Ｉｄの変化を示すタイミングチャートであり、図１１（ｂ）は、第３の実験例におけるゲート電圧Ｖｇ、ドレイン電圧Ｖｄ、および、ドレイン電流Ｉｄの変化を示すタイミングチャートである。
図１２（ａ）～図１２（ｈ）は、材料Ｃ１～Ｃ４の他の、チオフェン環を含有するｐ型の高分子有機半導体を例示する化学構造式である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
まず、本発明の実施形態による高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）に関する予備的な知見について概説する。本願発明者は、ＩＩＩ族窒化物を用いたＨＥＭＴにおける電流コラプスの影響を抑制する技術について検討した。電流コラプスには、いくつかの原因が考えられるが、このうち特に、ＩＩＩ族窒化物の、ゲート電極等が配置される電極側の表面の欠陥に起因する電流コラプスの影響を抑制する技術について検討した。
【０００９】
具体的には、ＩＩＩ族窒化物の当該表面上に形成される保護膜の材料として、有機半導体を用いることで、電流コラプスの影響を抑制することを試みた。有機半導体として、ｐ型でチオフェン環を含有しないもの（後述の材料Ａ）、ｎ型でチオフェン環を含有するもの（後述の材料Ｂ）、および、ｐ型でチオフェン環を含有するもの（後述の材料Ｃ）を比較検討した。この結果、ｐ型でチオフェン環を含有する有機半導体により当該保護膜を形成することで、電流コラプスからの回復の時定数を小さくすることができる、という新規な知見が得られた。本発明の実施形態によるＨＥＭＴは、このような知見に基づいて得られたものである。
【００１０】
図１を参照して、本発明の実施形態によるＨＥＭＴ１００について説明する。図１は、ＨＥＭＴ１００を模式的に例示する断面図である。ＨＥＭＴ１００は、基板１０と、ＩＩＩ族窒化物積層体２０と、電極３０と、保護膜４０と、を有する。
（【００１１】以降は省略されています）

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