JP7021038B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
第1の実施形態の半導体装置は、第1の窒化物半導体層と、第1の窒化物半導体層の上に位置し、第1の窒化物半導体層よりもバンドギャップが大きい第2の窒化物半導体層と、第1の窒化物半導体層の上に位置し、第1の窒化物半導体層に電気的に接続された第1の電極(ソース)と、第1の窒化物半導体層の上に位置し、第1の窒化物半導体層に電気的に接続された第2の電極(ドレイン)と、第1の電極(ソース)と第2の電極(ドレイン)との間に位置したゲート電極と、第1の電極(ソース)と接続された第1のフィールドプレート電極(SFP1)と、第1の電極(ソース)と電気的に接続され、ゲート電極と第2の電極(ドレイン)の間に位置した第2のフィールドプレート電極(SFP2)と、ゲート電極上に位置した第1の導電層と、第1の導電層上に位置した第2の導電層と、を備える。第1の電極(ソース)から第2の電極(ドレイン)に向かう方向におけるゲート電極と第2のフィールドプレート電極との第1の距離(d1)は、第1の電極(ソース)から第2の電極(ドレイン)に向かう方向における第1の導電層の第2の電極(ドレイン)側の端面から第2のフィールドプレート電極までの距離である第2の距離(d2)は、第1の距離(d1)より小さい。第1の距離(d1)は、第1の電極(ソース)から第2の電極(ドレイン)に向かう方向における第2の導電層の第2の電極(ドレイン)側の端面から第2のフィールドプレート電極までの距離である第3の距離(d3)以下である。
第2の実施形態の半導体装置は、第1の実施形態の半導体装置の変形例である。図4に第2の実施形態の半導体装置101の模式断面図を示す。第2の実施形態の半導体装置101は、d1<d2<d3を満たしていることと、第2フィールドプレート電極9が多段であること以外は、第1の実施形態の半導体装置100と共通する。第2のフィールドプレート電極9が多段であると、電界分布のばらつきがより低減することが好ましい。ゲート電極6、第1の導電層10及び第2の導電層11の端面の位置関係が第1の実施形態と異なるが、第2の実施形態においても、第1の実施形態と同様にゲート-ドレイン間の電界のピークが低減し、QGDが低いことで、スイッチング特性に優れた半導体装置101を提供することが出来る。
第3の実施形態の半導体装置は、第1の実施形態の半導体装置の変形例である。図4に第3の実施形態の半導体装置102の模式断面図を示す。第3の実施形態の半導体装置102は、d1<d2、d1<d3及びd2=d3を満たしていることと、底面がチャネル層3中に位置するトレンチ(リセス)を有し、ゲート絶縁膜13をゲート電極6とバリア層4(チャネル層3)の間にさらに具備し、トレンチ内にゲート電極6が位置すること以外は、第1の実施形態の半導体装置100と共通する。トレンチの底面がチャネル層3内に位置することにより、ゲート電極6下の二次元電子ガスが消滅する。この形態とすることで、半導体装置102はノーマリーオフ動作の実現が可能となる。ゲート電極6の構造が異なる第3の実施形態においても、第1の実施形態と同様にゲート-ドレイン間の電界のピークが低減し、QGDが低いことで、スイッチング特性に優れた半導体装置102を提供することが出来る。
1 基板
2 バッファ層
3 チャネル層(第1の窒化物半導体層、窒化物半導体層)
4 バリア層(第2の窒化物半導体層、窒化物半導体層)
5 ソース電極(第1の電極)
6 ゲート電極
7 ドレイン電極(第2の電極)
8 第1のフィールドプレート電極
9 第2のフィールドプレート電極
10 第1の導電層
11 第2の導電層
12 層間絶縁膜
200 半導体装置
300 半導体装置
13 ゲート絶縁膜
Claims (6)
- 第1の窒化物半導体層と、
前記第1の窒化物半導体層の上に位置し、前記第1の窒化物半導体層よりもバンドギャップが大きい第2の窒化物半導体層と、
前記第1の窒化物半導体層の上に位置し、前記第1の窒化物半導体層に電気的に接続された第1の電極と、
前記第1の窒化物半導体層の上に位置し、前記第1の窒化物半導体層に電気的に接続された第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に位置したゲート電極と、
前記第1の電極と接続された第1のフィールドプレート電極と、
前記第1の電極と電気的に接続され、前記ゲート電極と前記第2の電極の間に位置した第2のフィールドプレート電極と、
前記ゲート電極上に位置した第1の導電層と、
前記第1の導電層上に位置した第2の導電層と、
を備え、
前記第1の電極から第2の電極に向かう方向における前記ゲート電極と前記第2のフィールドプレート電極との間の第1の距離は、前記第1の電極から第2の電極に向かう方向における前記第1の導電層と前記第2のフィールドプレート電極との間の第2の距離より小さく、前記第1の電極から第2の電極に向かう方向における前記第2の導電層と前記第2のフィールドプレート電極との間の第3の距離以下であり、
前記第2の導電層の前記第1の電極側の端面は、前記ゲート電極の前記第1の電極側の端面よりも前記第1の電極側に位置している半導体装置。 - 前記第1の導電層及び前記第2の導電層の比抵抗は、前記ゲート電極の比抵抗よりも小さい請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第2の導電層の厚さは、前記ゲート電極の厚さの10倍以上である請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記第1の窒化物半導体層から前記第2の窒化物半導体層に向かう方向における前記ゲート電極の上面から前記第1の窒化物半導体層との間の第4の距離は、前記第1の窒化物半導体層から前記第2の窒化物半導体層に向かう方向における前記第2のフィールドプレート電極から前記第1の窒化物半導体層との間の第5の距離以下である請求項1ないし3のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記第3の距離は、0.1μm以上2.5μm以下であり、
前記第1の電極から第2の電極に向かう方向における前記第2のフィールドプレート電極と前記第2の電極との間の第6の距離は、2.0μm以上20.0μm以下である請求項1ないし4のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記第1の電極から前記第2の電極に向かう方向における前記第2の導電層の前記第1の電極側の端面と前記ゲート電極の前記第1の電極側の端面との間の第7の距離は、前記第1の電極から前記第2の電極に向かう方向における前記ゲート電極の幅の0.2倍以上である請求項1ないし5のいずれか1項に記載の半導体装置。
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