CN103229284B - 氮化物半导体装置 - Google Patents
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Abstract
在层间绝缘膜上的与第一电极(1)中包含第一直线形基部(1a)及第一梳形电极部(1b,1c)的第一直线形基部(1a)侧的区域对应的区域形成第一电极板(11),该第一电极板(11)通过通孔与第一电极(1)连接。在层间绝缘膜上的与第二电极(2)中包含第二梳形电极部(2b)的第二直线形基部(2a)侧的区域对应的区域形成第二电极板(12),该第二电极板(12)通过通孔与第二电极(2)连接。在层间绝缘膜上的与第三电极(3)中包含第三梳形电极部(3b)的第三直线形基部(3a)侧的区域对应的区域形成第三电极板(13),该第三电极板(13)通过通孔与第三电极(3)连接。由此,提供一种减小导通电阻以应对大电流且实现小型化的氮化物半导体装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种氮化物半导体装置。
背景技术
在现有技术中,作为氮化物半导体装置,有使用氮化物半导体GaN的装置(例如,参照日本特开2008-177527号公报(专利文献1))。应用于该氮化物半导体装置的GaN带隙宽,绝缘击穿电压高,电子迁移速度高,并且可以利用异质结形成的二维电子气。例如,当在非掺杂GaN层上层叠AlGaN层时,由自发极化和压电极化的双重作用在异质结界面产生二维电子气。已知可将所述二维电子气作为沟道应用的HFET(Hetero-junctionFieldEffectTransistor;异质结场效应晶体管)。利用氮化物半导体的该HFET具有如下优点:可以应用于控制大电流的功率器件,而且通过利用导通电阻降低等的氮化物半导体的特征,相比于Si系半导体实现小型化。
为了充分体现使用氮化物半导体可以实现小型化的优点,所述氮化物半导体装置在器件的活性区域上设置有一个电极板。
但是,在将GaN的HFET应用于商用产品所搭载的电源回路时,有必要提供数十安的大电流HFET。为了实现该HFET的大电流化,有必要加长器件的栅极长度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:(日本)特开2008-177527号公报
发明内容
发明要所解决的课题
但是,在如图16所示的多指型氮化物半导体装置中可知,为了实现大电流化,如图17所示,如果通过增加一根指长而增加栅电长度,则会出现导通电阻增加的问题。在图16和图17中,401,501是源电极,402,502是漏电极,403,503是与源电极401,501连接的源电极电极板形成的区域。
另一方面,在所述多指型氮化物半导体装置中,如图18所示,如果通过保持指长一定并增加指数而增加栅极长度,则芯片形状的纵横比变大,因此导致在使用中出现问题,或者在封装时布线受到限制。在图18中,601是源电极,602是漏电极,603是与源电极601连接的源电极电极板形成的区域。
此外,为了应对大电流,根据设置粗径的引线或者多根引线的必要性,有必要增大用于连接引线的电极板,从而存在不能充分体现通过采用氮化物半导体实现小型化的优点的问题。
于是,本发明课题在于提供一种能够减小导通电阻以应对大电流且实现小型化的氮化物半导体装置。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题,本发明的氮化物半导体装置,其特征在于,包括:
基板;
氮化物半导体层,其在所述基板上形成;
第一电极群,其在所述氮化物半导体层上形成,并且由多个梳形电极构成;
第二电极群,其在所述氮化物半导体层上形成,并且由与所述第一电极群的多个梳形电极相距间隔并交替排列的多个梳形电极构成;
第三电极群,其在所述氮化物半导体层上形成,并且由排列方向平行于由所述第一电极群和所述第二电极群构成的列的多个梳形电极构成;
第四电极群,其在所述氮化物半导体层上形成,并且由与所述第三电极群的多个梳形电极相距间隔并交替排列的多个梳形电极构成;
栅电极,其在所述氮化物半导体层上形成,并且设置在所述第一电极群与所述第二电极群之间以及所述第三电极群与所述第四电极群之间;
层间绝缘膜,其在所述基板上形成以覆盖所述第一、第二、第三、第四电极群和所述栅电极;
第一电极板、第二电极板及第三电极板,该第一电极板、第二电极板及第三电极板各自形成在所述层间绝缘膜上的与具有所述第一、第二、第三、第四电极群的所述氮化物半导体层的活性区域对应的区域,该第一电极板通过接触部与所述第一和第三电极群连接,该第二电极板通过接触部与所述第二电极群连接,该第三电极板通过接触部与所述第四电极群连接,
所述第一及第三电极群是源电极或者漏电极中的一方,所述第二及第四电极群是所述源电极或者漏电极的另一方。
根据上述结构,在多指型装置中,针对若通过增加指长来增加栅极长度以谋求大电流化则会增加导通电阻的问题,由于在可降低导通电阻的范围内设定指长,构成由第一电极群至第四电极群这四个电极在氮化物半导体层上形成两个活性区域的结构,因此不增加芯片形状的纵横比,在降低导通电阻的情况下能够实现氮化物半导体装置的小型化。
此外,在第一电极的第一、第三电极群,第二电极的第二电极群及第三电极的第四电极群上,分别排列配置第一、第二、第三电极板,将第一、第三电极群与第一电极板连接,将第二电极群与第二电极板连接,将第四电极群与第三电极板连接,从而在引线接合或者FCB(FlipChipBonding;倒装芯片接合)中减小引线间及配线间的电感的影响。
另外,在一实施方式的氮化物半导体装置中,具有连接所述第一电极群和所述第三电极群的中间配线,通过所述中间配线与所述接触部,将所述第一电极群或者所述第三电极群中的一方与所述第一电极板连接。
根据上述实施方式,因为通过中间配线和接触部将第一电极群或者第三电极群中的一方与第一电极板连接,所以不必在第一电极群和第三电极群上分别设置电极板,只需在第一电极板上进行引线接合即可,因此在因封装上的限制而有必要减少引线数量时能够应对。
此外,在一实施方式的氮化物半导体装置中,包括:
第一电极,其具有形成在所述氮化物半导体层上的第一直线形基部及从该第一直线形基部向两侧延伸的所述第一电极群和所述第三电极群;
第二电极,其具有所述第二电极群;
第三电极,其具有所述第四电极群,
所述栅电极在所述第一电极与所述第二电极之间以及在所述第一电极与所述第三电极之间弯曲延伸,
所述第一、第二、第三电极板形成在所述第一、第二、第三电极所占有的区域上且形成在所述层间绝缘膜上的与具有所述第一、第二、第三、第四电极群的所述氮化物半导体层的活性区域对应的区域,所述第一、第二、第三电极板通过所述接触部分别与所述第一、第二、第三电极。
根据上述实施方式,在多指型装置中,针对若通过增加指长来增加栅极长度以谋求大电流化则会增加导通电阻的问题,由于在可降低导通电阻的范围内设定指长,构成由第一电极群至第三电极群这三个电极在氮化物半导体层上形成两个活性区域的结构,因此不增加芯片形状的纵横比,在降低导通电阻的情况下能够实现氮化物半导体装置的小型化。
此外,在一实施方式的氮化物半导体装置中,
所述第一电极板形成在所述层间绝缘膜上的与所述第一电极中包含所述第一直线形基部及所述第一电极群和所述第三电极群中位于所述第一直线形基部侧的一部分的区域对应的区域,
所述第二电极板形成在所述层间绝缘膜上的与所述第二电极中包含所述第二电极群中位于与所述第一电极侧相反一侧的一部分的区域对应的区域,
所述第三电极板形成在所述层间绝缘膜上的与所述第三电极中包含所述第四电极群中位于与所述第一电极侧相反一侧的一部分的区域对应的区域。
根据上述实施方式,在由第一、第二、第三电极这三个电极形成的氮化物半导体层的活性区域上,通过在最优位置设置第一、第二、第三电极板,即使是小型芯片形状也能够容易地进行引线接合或者FCB。
此外,在一实施方式的氮化物半导体装置中,所述第一电极是所述漏电极,所述第二电极及所述第三电极是所述源电极。
根据上述实施方式,能够使连接到位于第二电极和第三电极之间的中央的第一电极的第一电极板比第二、第三电极板大,能够在连接到作为漏电极的第一电极的第一电极板上,连接比与第二、第三电极板连接的引线粗的引线或者增加引线数量。
此外,在一实施方式的氮化物半导体装置中,
由所述第一电极、所述第二电极、夹在所述第一电极和所述第二电极之间的所述氮化物半导体层的活性区域及位于所述第一电极和所述第二电极之间的所述栅电极形成异质结场效应晶体管,
由所述第一电极、所述第三电极、夹在所述第一电极和所述第三电极之间的所述氮化物半导体层的活性区域及位于所述第一电极和所述第三电极之间的所述栅电极形成异质结场效应晶体管。
根据上述实施方式,通过将由异质结场效应晶体管的异质结形成的二维电子气作为沟道,能够控制大电流,将该氮化物半导体装置应用于功率器件。
此外,在一实施方式的氮化物半导体装置中,
所述第二电极的所述第二电极群和所述第三电极的所述第四电极群的各端部具有至少包括半圆形或者半椭圆形的带有圆弧的形状,
所述第一电极的所述第一直线形基部在与所述第二电极的所述第二电极群各端部相对的区域,具有与所述第二电极的所述第二电极群各端部的带有所述圆弧的形状相对应的弯曲凹部,并且,在与所述第三电极的所述第四电极群的各端部相对的区域,具有与所述第三电极的所述第四电极群的各端部的带有所述圆弧的形状相对应的弯曲凹部。
根据上述实施方式,通过使第一电极的第一直线形基部的弯曲凹部与第二、第三电极的第二、第四电极群的带有圆弧形状的各端部相对,与第二、第四电极群的各端部具有角部的情况相比,缓和了电场集中,形成了难以破坏的结构。
此外,在一实施方式的氮化物半导体装置中,
所述第二电极的所述第二电极群的各端部前端和与该前端相对的所述第一电极的所述第一直线形基部的所述弯曲凹部之间的间距,在由所述第一电极与所述第二电极夹着的区域中最大,所述第三电极的所述第四电极群的各端部前端和与该前端相对的所述第一电极的所述第一直线形基部的所述弯曲凹部之间的间距,在由所述第一电极与所述第三电极夹着的区域中最大。
根据上述实施方式,第二电极的第二电极群的各端部前端和与该前端相对的第一电极的第一直线形基部的弯曲凹部之间的间距,在由第一电极与第二电极夹着的区域中最大,第三电极的第四电极群的各端部前端和与该前端相对的第一电极的第一直线形基部的弯曲凹部之间的间距,在由第一电极与第三电极夹着的区域中最大,使得相对于电场容易集中的第二、第四电极群的各端部的前端,使相对的第一电极的第一直线形基部的弯曲凹部离得最远,进一步缓和了电场集中,形成更加难以破坏的结构。
此外,在一实施方式的氮化物半导体装置中,
在所述第一电极与所述第二电极之间以及在所述第一电极与所述第三电极之间弯曲延伸的所述栅电极,沿着所述第一、第二、第三电极中成为所述源电极的一侧,设置于比在所述第一、第二、第三电极中成为漏电极的一侧靠近于成为所述源电极的一侧的附近。
根据上述实施方式,栅电极沿着第一、第二、第三电极中成为源电极的一侧,设置于比在第一、第二、第三电极中成为漏电极的一侧靠近成为源电极的一侧的附近,使得栅电极与漏电极之间的耐压增大。
此外,在一实施方式的氮化物半导体装置中,
所述第二电极具有第二直线形基部,所述第二直线形基部形成为位于所述氮化物半导体层上且连接所述第二电极群的与所述第一电极侧相反一侧的各端部,与所述第一电极的所述第一直线形基部平行,
所述第三电极具有第三直线形基部,所述第三直线形基部形成为位于所述氮化物半导体层上且连接与所述第四电极群的与所述第一电极侧相反一侧的各端部,与所述第一电极的所述第一直线形基部平行。
根据上述实施方式,形成位于氮化物半导体层上且连接第二电极群的与第一电极侧相反一侧的各端部并与第一电极的第一直线形基部平行的第二直线形基部,并且形成位于氮化物半导体层上且连接第四电极群的与第一电极侧相反一侧的各端部并与第一电极的第一直线形基部平行的第三直线形基部,使得第二电极的第二电极群的多个梳形电极通过第二直线形基部共同连接,第三电极的第四电极群的多个梳形电极通过第三直线形基部共同连接,因此能够缩短第二电极及第三电极中的电流通路,降低导通电阻。
此外,在一实施方式的氮化物半导体装置中,
所述第一电极的所述第一电极群与所述第三电极群的各端部具有至少包括半圆形或者半椭圆形的带有圆弧的形状,
所述第二电极的所述第二直线形基部在与所述第一电极的所述第一电极群的各端部相对的区域,具有与所述第一电极的所述第一电极群各端部的带有所述圆弧的形状相对应的弯曲凹部,
所述第三电极的所述第三直线形基部在与所述第一电极的所述第三电极群的各端部相对的区域,具有与所述第一电极的所述第三电极群各端部的带有所述圆弧的形状相对应的弯曲凹部。
根据上述实施方式,第二、第三电极的第二、第三直线形基部的弯曲凹部与第一电极的第一、第三电极群的带有圆弧形状的各端部相对,使得与第一、第三电极群的各端部具有角部的情况相比,能够缓和电场集中,形成难以破坏的结构。
此外,在一实施方式的氮化物半导体装置中,
所述第一电极的所述第一电极群各端部的前端和与该前端相对的所述第二电极的所述第二直线形基部的所述弯曲凹部之间的间距,在由所述第一电极与所述第二电极夹着的区域中最大,
所述第一电极的所述第三电极群各端部的前端和与该前端相对的所述第三电极的所述第三直线形基部的所述弯曲凹部之间的间距,在由所述第一电极与所述第三电极夹着的区域中最大。
根据上述实施方式,第一电极的第一电极群各端部的前端和与该前端相对的第二电极的第二直线形基部的弯曲凹部之间的间距,在由第一电极与第二电极夹着的区域中最大,第一电极的第三电极群各端部的前端和与该前端相对的第三电极的第三直线形基部的弯曲凹部之间的间距,在由第一电极与第三电极夹着的区域中最大,使得相对于电场容易集中的第一、第三电极群各端部的前端,使相对的第二、第三电极的第二、第三直线形基部的弯曲凹部离得最远,进一步缓和了电场集中,形成更加难以破坏的结构。
此外,在一实施方式的氮化物半导体装置中,
包括所述第三电极和第四电极,
所述第三电极具有:第三直线形基部,其形成为位于所述氮化物半导体层上且连接所述第四电极群的与所述第一电极侧相反一侧的各端部,与所述第一电极的所述第一直线形基部平行;第六电极群,其由从所述第三直线形基部向所述第一电极的相反侧延伸的多个梳形电极构成;
所述第四电极具有第五电极群,其形成为位于所述氮化物半导体层上并且由与所述第三电极的所述第六电极群的多个梳形电极相距间隔并交替排列的多个梳形电极构成。
根据上述实施方式,由第一电极至第四电极这四个电极在氮化物半导体层上形成三个活性区域,不增加芯片形状的纵横比,在降低导通电阻的情况下进一步应对大电流化。
此外,在一实施方式的氮化物半导体装置中,
具有第四电极板,所述第四电极板形成在所述层间绝缘膜上的与所述第四电极中包含所述第五电极群中位于所述第三电极侧的相反侧的一部分的区域对应的区域,并且通过所述接触部与所述第四电极连接。
根据上述实施方式,将形成在层间绝缘膜上的与第四电极中包含第五电极群中位于第三电极侧的相反侧的一部分的区域对应的区域的第四电极板,通过接触部与第四电极连接,能够与第一电极同样增加与源电极或者漏电极连接的引线数量,进一步应对大电流化。
发明效果
由以上说明可以清楚地知道,本发明的氮化物半导体装置能够降低导通电阻以应对大电流且实现小型化。
附图说明
图1是表示本发明第一实施方式的氮化物半导体装置的电极图形的平面图。
图2是表示所述氮化物半导体装置的电极板位置的平面图。
图3是图2中从III-III线看到的剖面图。
图4是图2中从IV-IV线看到的剖面图。
图5是表示所述氮化物半导体装置的第一、第二、第三电极板与第一、第二、第三电极的接触位置的平面图。
图6是表示在所述氮化物半导体装置的电极板上连接引线的状态的平面图。
图7是表示本发明第二实施方式的氮化物半导体装置的电极图形的平面图。
图8是表示所述氮化物半导体装置的电极板位置的平面图。
图9是表示在所述氮化物半导体装置的电极板上连接引线的状态的平面图。
图10是氮化物半导体装置的指长与导通电阻的关系图。
图11是表示本发明第三实施方式的氮化物半导体装置的电极图形的平面图。
图12是表示所述氮化物半导体装置的电极板位置的平面图。
图13是图12中从XIII–XIII线看到的剖面图。
图14是表示所述氮化物半导体装置的第一、第二、第三电极板与第一、第二、第三电极的接触位置的平面图。
图15是表示本发明第四实施方式的氮化物半导体装置的电极图形的平面图。
图16是现有的多指型氮化物半导体装置的平面图。
图17是表示加长了所述氮化物半导体装置的指长的示例的平面图。
图18是表示增加了所述氮化物半导体装置的指数的示例的平面图。
图19是表示本发明第五实施方式的氮化物半导体装置的电极图形的平面图。
图20是表示所述氮化物半导体装置的源电极中间配线和漏电极中间配线位置的示意图。
图21是表示所述氮化物半导体装置的电极板位置的平面图。
图22是表示在所述氮化物半导体装置的电极板上连接引线的状态的平面图。
图23是图22中从XXIII-XXIII线看到的主要部分的剖面图。
图24是表示本发明第六实施方式的氮化物半导体装置的电极图形的平面图。
图25是表示在所述氮化物半导体装置的电极板上连接引线的状态的平面图。
图26是表示在所述氮化物半导体装置的其他示例的电极板上连接引线的状态的平面图。
具体实施方式
以下,参照图示的实施方式,对本发明的氮化物半导体装置进行详细的说明。
〔第一实施方式〕
图1表示本发明第一实施方式的氮化物半导体装置的电极图形。
本发明的氮化物半导体装置在Si基板10(如图3、图4所示)上,作为氮化物半导体层的一个例子形成了非掺杂GaN层21和非掺杂AlGaN层22(如图3、图4所示)。在该非掺杂GaN层21和非掺杂AlGaN层22之间的界面形成2DEG(二维电子气)。在此,基板并不限于Si基板,也可以使用蓝宝石基板或者SiC基板,并在蓝宝石基板或者SiC基板上生长氮化物半导体层,也可以在由氮化物半导体形成的基板上生长氮化物半导体层,例如在GaN基板生长AlGaN层。
如图1所示,在AlGaN层22上形成有第一电极1,所述第一电极1包括第一直线形基部1a和从该第一直线形基部1a向两侧延伸的由多个梳形电极构成的第一梳形电极部1b,1c。第一梳形电极部1b是本发明氮化物半导体装置的第一电极群的一个例子,第一梳形电极部1c是本发明氮化物半导体装置的第三电极群的一个例子。
而且,在AlGaN层22上的第一电极1的左侧形成有第二电极2,所述第二电极2包括与第一电极1的第一直线形基部1a平行的第二直线形基部2a和从该第二直线形基部2a向第一电极1侧延伸的由多个梳形电极构成的第二梳形电极部2b。该第二电极2的第二梳形电极部2b与第一电极1的第一梳形电极部1b相距间隔并交替排列。第二梳形电极部2b是本发明氮化物半导体装置的第二电极群的一个例子。
而且,在AlGaN层22上的第一电极1的右侧形成有第三电极3,所述第三电极3包括与第一电极1的第一直线形基部1a平行的第三直线形基部3a和从该第三直线形基部3a向第一电极1侧延伸的由多个梳形电极构成的第三梳形电极部3b。该第三电极3的第三梳形电极部3b与第一电极1的第一梳形电极部1c相距间隔并交替排列。第三梳形电极部3b是本发明氮化物半导体装置的第四电极群的一个例子。
所述第二电极2的第二直线形基部2a的一端(图1的上侧)与第三电极3的第三直线形基部3a的一端(图1的上侧)通过连接电极6相互连接。另外,所述第二电极2的第二直线形基部2a的另一端(图1的下侧)与第三电极3的第三直线形基部3a的另一端(图1的下侧)通过连接电极7相互连接。
所述第一、第二、第三电极1,2,3以及连接电极6,7可以使用Ti/Au等材料。
此外,在AlGaN层22上,隔着以稳定氮化物半导体层的表面为目的的绝缘膜30(如图3、图4所示),形成有在第一电极1与第二电极2之间以及第一电极1与第三电极3之间弯曲延伸的栅电极5(如图3、图4所示)。在此,栅电极5的一部分与AlGaN层22相接。
而且,在Si基板10上形成覆盖所述第一、第二、第三电极1,2,3和栅电极5的层间绝缘膜40(如图3、图4所示)。在第一实施方式中,第一电极1是漏电极,第二电极2和第三电极3是源电极。需要说明的是,也可以将第一电极作为源电极,将第二电极和第三电极作为漏电极。栅电极虽然没有图示,但是在各源电极和漏电极之间弯曲,并沿着源电极设置在相比漏电极靠近源电极一侧的位置。
如图2所示,该氮化物半导体装置包括:第一电极板11,其形成在层间绝缘膜40上与第一电极中包含第一直线形基部1a及第一梳形电极部1b,1c的第一直线形基部1a侧的区域对应的区域,并且通过通孔50(如图3、图4所示)与第一电极1连接;第二电极板12,其形成在层间绝缘膜40上与第二电极2中包含第二梳形电极部2b的第二直线形基部2a侧的区域对应的区域,并且通过通孔50(如图3、图4所示)与第二电极2连接;第三电极板13,其形成在层间绝缘膜40上与第三电极3中包含第三梳形电极部3b的第三直线形基部3a侧的区域对应的区域,并且通过通孔50(如图3、图4所示)与第三电极3连接。通孔50是本发明氮化物半导体装置的接触部的一个例子。
所述第一、第二、第三电极板11,12,13形成在第一、第二、第三电极1,2,3所占有的区域内且形成在层间绝缘膜40上与具有第一、第二、第三梳形电极部1b,1c,2b,3b的氮化物半导体层(GaN层21、AlGaN层22)的活性区域对应的区域。通过将第一、第二、第三电极板11,12,13利用接触部设置在元件的活性区域上,能够使与多个触指之间的距离大致相等且缩短,因此能够进一步减小配线电阻。此外,也可以使氮化物半导体装置的尺寸最小化。
需要说明的是,在第一电极板11的左上角设置切口区域,在该切口区域形成栅电极电极板15。
第一、第二、第三电极板11,12,13及栅电极电极板15可以使用Ti/Au或者Ti/Al等材料。
在第一实施方式中,作为连接第一、第二、第三电极1,2,3与第一、第二、第三电极板11,12,13的接触部使用了通孔50(如图3、图4所示),但接触部不限于此,也可以使用在层间绝缘膜设置的开口等分别连接第一、第二、第三电极与第一、第二、第三电极板。
图3是表示图2中从III-III线看到的剖面图,如图3所示,在Si基板10上形成非掺杂GaN层21和非掺杂AlGaN层22,除去AlGaN层22和GaN层21的一部分形成第一、第二电极1,2(在图3中只表示第一梳形电极部1b和第二梳形电极部2b)。由该GaN层21和AlGaN层22构成氮化物半导体层20,在该GaN层21与AlGaN层22之间的界面发生2DEG(二维电子气)而形成沟道层。对该沟道层通过在栅电极5上施加电压来进行控制,从而导通和关断异质结场效应晶体管。栅电极5使用和AlGaN层22肖特基接合的材料例如WN/W或者TiN/Ti等形成。而且,在除栅电极5以外的AlGaN层22上形成绝缘膜30以保护AlGaN层22。在第一实施方式中,栅电极5具有构成场板结构的形状,且具有栅电极5中靠近漏电极的一侧向绝缘膜30上方伸出的结构。通过构成所述的场板结构,获得能够抑制GaN系HFET所存在的问题即崩塌特性的效果。然后,在形成有第一、第二电极1,2和栅电极5的氮化物半导体层20上形成层间绝缘膜40,在层间绝缘膜40上形成第二电极板12。该第二电极板12通过多个通孔50(在图3仅表示一个)与第二电极2连接。
绝缘膜30可以使用SiN、SiO2、Al2O3等材料,层间绝缘膜40可以使用聚酰亚胺、SOG、BPSG等绝缘材料。
图4是图2中从IV-IV线看到的剖面图,在图4中,对与图3所示的剖面图中相同的结构标注同一附图标记并省略说明。在图4中,在第一、第二电极1,2和栅电极5上形成层间绝缘膜40,在层间绝缘膜40上形成第一电极板11。该第一电极板11通过多个通孔50(在图3中仅表示一个)与第一电极1连接。
如图3的剖面图所示,在GaN层21和AlGaN层22之间的异质结界面生成二维电子气(2DEG)。由此,由第一、第二电极1,2之间的GaN层21、AlGaN层22,第一、第二电极1,2及栅电极5形成利用二维电子气作为沟道的异质结场效应晶体管。而且,如图4的剖面图所示,在GaN层21和AlGaN层22之间的异质结界面生成二维电子气(2DEG)。由此,由第一、第三电极1,3之间的GaN层21、AlGaN层22,第一、第三电极1,3及栅电极5形成利用二维电子气作为沟道的异质结场效应晶体管。虽然在第一实施方式中说明的是栅电极5与AlGaN层22肖特基接合的类型的异质结场效应晶体管,但是也可以是在栅电极与AlGaN层22之间设置绝缘膜的MIS(金属-绝缘膜-半导体)型晶体管。另外,也可以采用在AlGaN层与栅电极之间设置由GaN等形成的保护层的结构。
如图3、图4所示,第一、第二、第三电极1,2,3(第一、第二、第三梳形电极部1b,1c,2b,3b)具有下伸到GaN层21与AlGaN层22的界面之下的结构,由此改善与沟道层之间的欧姆特性,谋求减小接触电阻。
图5是表示所述氮化物半导体装置的第一、第二、第三电极板11,12,13与第一、第二、第三电极1,2,3的接触位置的平面图的一个例子。如图5所示,第一电极1与第一电极板11在第一梳形电极部1b,1c与第一电极板11的重叠区域的前端侧通过通孔50相互连接。而且,第二电极2与第二电极板12在第二梳形电极部2b与第二电极板12的重叠区域的前端侧通过通孔50相互连接。此外,第三电极3与第三电极板13在第三梳形电极部3b与第三电极板13的重叠区域的前端侧通过通孔50相互连接。
由此,第一梳形电极部1b,1c、第二梳形电极部2b、第三梳形电极部3b中的电流通路缩短,接触电阻可以进一步变小。
需要说明的是,栅电极5(如图3、图4所示)与栅电极电极板15通过未图示的通孔相互连接。而且,第一、第二、第三电极与第一、第二、第三电极板相互连接的接触部位置不限于电极和电极板重叠区域的前端侧,可以在其他多个位置合适地设置接触部。
图6是表示在所述氮化物半导体装置的电极板上连接引线的状态的平面图。如图6所示,在第一、第二、第三电极板11,12,13上接合粗线径的引线61的一端,并且在栅电极电极板15上接合细线径的引线62的一端。
在此,引线61,62使用了铝线,但也可以使用Au或者Cu等其他金属材料,也可以使用带状引线。
图10表示根据多指型氮化物半导体装置的结构进行模拟的结果,横轴表示指长Wg(cm),纵轴表示导通电阻Ron(Ω/cm2)。具有所述结构的多指型氮化物半导体装置具有如图10所示的特性:指长为0.4mm~0.6mm时导通电阻Ron(<0.002Ω/cm2)最小,当指长大于0.6mm时,因为电流通路变长,所以导通电阻Ron增大。在此重要的是,为了实现低导通电阻,指长具有最优范围。
因此,在具有如图16所示结构的多指型氮化物半导体装置中,为了得到低导通电阻特性而指长受到限制。
根据上述第一实施方式的多指型氮化物半导体装置,如果通过增加指长来增加栅电极长度则会导致导通电阻增大,因此在可减小导通电阻的范围内设定指长,构成由第一、第二、第三电极1,2,3这三个电极在氮化物半导体层上形成活性区域的结构,由此不增加芯片形状的纵横比,在保持小的导通电阻的情况下能够实现氮化物半导体装置的小型化。
而且,在第一电极1的第一梳形电极部1b,1c、第二电极2的第二梳形电极部2b及第三电极3的第三梳形电极部3b的上方,分别设置第一、第二、第三电极板11,12,13,将第一梳形电极部1b,1c与第一电极板11连接,将第二梳形电极部2b与第二电极板12连接,将第三梳形电极部3b与第三电极板13连接,因此在引线接合或者FCB(FilpChipBonding;倒装芯片接合)中能够减小引线之间以及配线之间的电感的影响。
而且,如图2所示,在由第一、第二、第三电极1,2,3这三个电极形成的氮化物半导体层(GaN层21,AlGaN层22)的两个活性区域上,将第一、第二、第三电极板11,12,13,设置在最优位置,从而即使是小的芯片形状,也能够容易地进行引线接合或者FCB。
而且,能够使连接到位于第二电极2和第三电极3之间的中间位置的第一电极1的第一电极板11,比第二、第三电极板12,13大,能够在连接到作为漏电极的第一电极1的第一电极板11上连接比与第二、第三电极板12,13连接的引线更粗的引线,或者增加引线数量。
在上述第一实施方式中,由第一电极1、第二电极2、被第一电极1和第二电极2夹着的氮化物半导体层的活性区域及位于第一电极1与第二电极2之间的栅电极5形成了异质结场效应晶体管,由第一电极1、第三电极3、被第一电极1和第三电极3夹着的氮化物半导体层的活性区域及位于第一电极1与第三电极3之间的栅电极5形成了异质结场效应晶体管。这样,所述氮化物半导体装置利用在异质结场效应晶体管的异质结生成的二维电子气作为沟道,由此能够控制大电流,能够应用于功率器件上。
而且,栅电极5沿着作为源电极的第二、第三电极2,3侧设置在相比作为漏电极的第一电极1侧靠近作为源电极的第二、第三电极2,3侧的附近,使得栅电极5与漏电极之间的耐压增大。
而且,与第一电极1的第一直线形基部1a平行的第二直线形基部2a形成于所述AlGaN层22上,该第二直线形基部2a连接第二电极2的第二梳形电极部2b的与第一电极1侧相反一侧的各端部,并且,与第一电极1的第一直线形基部1a平行的第三直线形基部3a形成于AlGaN层22上,该第三直线形基部3a连接第三电极3的第三梳形电极部3b的与第一电极1侧相反一侧的各端部,由此,第二电极2的第二梳形电极部2b的多个梳形电极利用第二直线形基部2a共同连接,并且第三电极3的第三梳形电极部3b的多个梳形电极利用第三直线形基部3a共同连接。因此,第二电极2及第三电极3中的电流通路缩短,导通电阻变小。
在上述第一实施方式中,在图1中示出了左右对称的电极形状,但也可以是左侧和右侧的梳形电极在上下方向上错位的非左右对称的电极形状等。
需要说明的是,在上述第一实施方式中,使用将第二梳形电极部2b的多个梳形电极共同连接的第二直线形基部2a和将第三梳形电极部3b的多个梳形电极共同连接的第三直线形基部3a形成了氮化物半导体装置,但是也可以不使用第二直线形基部和第三直线形基部,而使用第二电极板和第三电极板共同连接多个梳形电极。在这种情况下,需要在各自的梳形电极部中距离第一电极远的一侧设置接触部。
〔第二实施方式〕
图7表示本发明第二实施方式的氮化物半导体装置的电极图形。第二实施方式的氮化物半导体装置除第三、第四电极,第三、第四电极板,栅电极电极板以外,与第一实施方式的氮化物半导体装置结构相同。
该氮化物半导体装置在Si基板(未图示)上作为氮化物半导体层的一个例子形成了非掺杂GaN层、非掺杂AlGaN层(未图示)。在此,基板并不限于Si基板,可以使用蓝宝石基板或者SiC基板,在蓝宝石基板或者SiC基板上生长氮化物半导体层,也可以在由氮化物半导体形成的基板上生长氮化物半导体层,例如在GaN基板上生长AlGaN层等。
如图7所示,在AlGaN层上形成有第一电极101,所述第一电极101包括第一直线形基部101a和从该第一直线形基部101a向两侧延伸的由多个梳形电极构成的第一梳形电极部101b,101c。第一梳形电极部101b是本发明氮化物半导体装置的第一电极群的一个例子,第一梳形电极部101c是本发明氮化物半导体装置的第三电极群的一个例子。
而且,在AlGaN层上的第一电极101的左侧形成有第二电极102,所述第二电极102包括与第一电极101的第一直线形基部101a平行的第二直线形基部102a和从该第二直线形基部102a向第一电极101侧延伸的由多个梳形电极构成的第二梳形电极部102b。该第二电极102的第二梳形电极部102b与第一电极101的第一梳形电极部101c相距间隔并交替排列。第二梳形电极部102b是本发明氮化物半导体装置的第二电极群的一个例子。
而且,在AlGaN层上的第一电极101的右侧形成有第三电极103,所述第三电极103包括与第一电极101的第一直线形基部101a平行的第三直线形基部103a和从该第三直线形基部103a向两侧延伸的由多个梳形电极构成的第三梳形电极部103b,103c。该第三电极103的第三梳形电极部103b与第一电极101的第一梳形电极部101c相距间隔并交替排列。第三梳形电极部103b是本发明氮化物半导体装置的第四电极群的一个例子,第三梳形电极部103c是本发明氮化物半导体装置的第六电极群的一个例子。
而且,在AlGaN层上相对第三电极103的第三直线形基部103a与第一电极101相反一侧形成有第四电极104,所述第四电极104包括与第三电极103的第三直线形基部103a平行的第四梳形电极部104a和从该第二直线形基部104a向第三电极103侧延伸的由多个梳形电极构成的第四梳形电极部104b。该第四电极104的第三梳形电极部104b与第三电极103的第三梳形电极部103c相距间隔并交替排列。第四梳形电极部104b是本发明氮化物半导体装置的第五电极群的一个例子。
而且,所述第二电极102的第二直线形基部102a的一端(图7的上侧)与第三电极103的第三直线形基部103a的一端(图1的上侧)通过连接电极106相互连接。另一方面,所述第二电极102的第二直线形基部102a的另一端(图7的下侧)与第三电极103的第三直线形基部103a的另一端(图7的下侧)通过连接电极107相互连接。而且,将第三电极103的第三直线形基部103a的两端以使第四电极104包围成“コ”形的方式通过连接电极108,109,110连接。
所述第一、第二、第三、第四电极101,102,103,104及连接电极106~110,使用Ti/Au等材料。
进一步在AlGaN层上,隔着绝缘膜形成有栅电极(未图示),所述栅电极在第一电极101与第二电极102之间以及第一电极101与第三电极103之间弯曲延伸。在此,栅电极的一部分与AlGaN层连接。而且,栅电极使用与AlGaN层肖特基接合的材料例如WN/W或者TiN/Ti等形成。
然后,在Si基板上形成有层间绝缘膜(未图示)以覆盖所述第一、第二、第三、第四电极101,102,103,104及栅电极。第一电极101与第四电极104是漏电极,第二电极102与第三电极103是源电极。需要说明的是,也可以将第一电极与第四电极作为源电极,将第二电极与第三电极作为漏电极。
如图8所示,本氮化物半导体装置包括第一电极板111、第二电极板112、第三电极板113及第四电极板114,其中,所述第一电极板111形成在层间绝缘膜上与第一电极101的包含第一直线形基部101a及第一梳形电极部101b,101c的第一直线形基部101a侧的区域对应的区域,并且通过通孔(未图示)与第一电极101连接;所述第二电极板112形成在层间绝缘膜上与第二电极102的包含第二梳形电极部102b的第二直线形基部102a侧的区域对应的区域,并且通过通孔(未图示)与第二电极102连接;所述第三电极板113形成在层间绝缘膜上与第三电极103的包含第三直线形基部103a及第三梳形电极部103b,103c的第三直线形基部103a侧的区域对应的区域,并且通过通孔(未图示)与第三电极103连接;所述第四电极板114形成在层间绝缘膜上与第四电极104的包含第四梳形电极部104b的第三直线形基部104a侧的区域对应的区域,并且通过通孔(未图示)与第四电极104连接。通孔是本发明氮化物半导体装置的接触部的一个例子。
在此,第一、第二、第三、第四电极板111,112,113,114及栅电极电极板115使用Ti/Au或者是Ti/Al等材料。
需要说明的是,在第一电极板111的右下角设置切口区域,在该切口区域形成有栅电极电极板115。该栅电极电极板115与栅电极通过未图示的通孔互相连接。
在第二实施方式中,作为第一、第二、第三、第四电极101,102,103,104与第一、第二、第三、第四电极板111,112,113,114相互连接的接触部使用了通孔,但是接触部不限于此,也可以使用在层间绝缘膜设置的开口等分别连接第一、第二、第三、第四电极与第一、第二、第三、第四电极板。
而且,连接第一、第二、第三、第四电极与第一、第二、第三、第四电极板的接触部的位置,与第一实施方式的图5所示相同,在电极与电极板重叠区域内的梳形电极部的前端侧连接。与第一实施方式同样,可以设置多个接触部,而不限于前端侧。
图9是表示在所述氮化物半导体装置的电极板上接合引线的状态的平面图。如图9所示,在第一、第二、第三、第四电极板111,112,113,114上接合粗线径的引线161的一端,并且在栅电极电极板115上接合细线径的引线162的一端。
在此,引线161,162使用了铝线,也可以使用Au或者Cu等其他金属材料,也可以使用带状引线。
所述第二实施方式的多指型氮化物半导体装置具有与第一实施方式的氮化物半导体装置相同的效果。
而且,在氮化物半导体层(GaN层、AlGaN层)上,能够由第一、第二、第三、第四电极板111,112,113,114这四个电极形成三个活性区域,不增加芯片形状的纵横比,在保持小的导通电阻的情况下进一步应对大电流化。
而且,将形成在层间绝缘膜上与第四电极104的包含第四梳形电极部104b的第四直线形基部104侧的区域对应的区域的第四电极板114,通过接触部与第四电极104相互连接,由此与第一电极101同样能够增加与源电极或者漏电极接合的引线数量,从而能够进一步应对大电流化。
需要说明的是,虽然在第二实施方式中说明了使用具有第二直线形基部102a的第二电极102和具有第四直线形基部104a的第四电极104的氮化物半导体装置,但是也可以不具有第二直线形基部和第四直线形基部。
〔第三实施方式〕
图11是表示本发明第三实施方式的氮化物半导体装置的电极图形的平面图。在本发明第三实施方式的氮化物半导体装置除没有第二、第三电极的第二、第三直线形基部以外,与第一实施方式的氮化物半导体装置结构相同。
本氮化物半导体装置在Si基板210(如图13所示)上作为氮化物半导体层的一个例子形成有非掺杂GaN层221和非掺杂AlGaN层222(如图13所示)。在所述非掺杂GaN层221和非掺杂AlGaN层222的界面发生2DEG(二维电子气)。在此,基板不限于Si基板,可以使用蓝宝石基板或者SiC基板,在蓝宝石基板或者SiC基板上生长氮化物半导体层,也可以在由氮化物半导体形成的基板上生长氮化物半导体,例如在GaN基板上生长AlGaN层。
如图1所示,在AlGaN层222上形成有第一电极201,所述第一电极201包括第一直线形基部201a和从所述第一直线形基部201a向两侧延伸的由多个梳形电极构成的第一梳形电极部201b,201c。第一梳形电极部201b是本发明氮化物半导体装置的第一电极群的一个例子,第一梳形电极部201c是本发明氮化物半导体装置的第三电极群的一个例子。
而且,在AlGaN层222上的第一电极201的左侧形成有第二电极202,所述第二电极202包括与第一电极201的第一梳形电极部201c相距间隔并交替排列的由多个梳形电极构成的第二梳形电极部202b。第二梳形电极部202b是本发明氮化物半导体装置的第二电极群的一个例子。
而且,在AlGaN层222上的第一电极201的右侧形成有第三电极3,所述第三电极203包括与第一电极201的第一梳形电极部201c相距一定距离交替排列的由多个梳形电极构成的第三梳形电极部203b。第三梳形电极部203b是本发明氮化物半导体装置的第四电极群的一个例子。
所述第一、第二、第三电极201,202,203使用Ti/Au等材料。
而且,在AlGaN层222上,隔着以稳定氮化物半导体层的表面为目的的绝缘膜230(如图13所示)形成有栅电极205(如图13所示),所述栅电极205在第一电极201和第二电极202之间以及在第一电极201和第三电极203之间弯曲延伸。在此,栅电极205的一部分与AlGaN层222相互连接。
而且,在Si基板210上形成有层间绝缘膜240(如图13所示)以覆盖所述第一、第二、第三电极201,202,203和栅电极205。在第三实施方式中,第一电极201是漏电极,第二电极202和第三电极203是源电极。也可以将第一电极作为源电极,将第二电极及第三电极作为漏电极。栅电极205虽然没有图示,但是沿着源电极在各个源电极、漏电极之间弯曲而设置在相比漏电极靠近源电极一侧的位置。
如图12所示,本氮化物半导体装置包括第一电极板211、第二电极板212以及第三电极板213,其中,所述第一电极板211形成在层间绝缘膜240上与第一电极201的包含第一直线形基部201a及第一梳形电极部201b,201c的第一直线形基部201a侧的区域对应的区域,并且通过通孔250(如图14所示)与第一电极201连接;所述第二电极板212形成在层间绝缘膜240上与第二电极202的包含第二梳形电极部202b的区域对应的区域,并且通过通孔250(如图14所示)与第二电极202连接;所述第三电极板213形成在层间绝缘膜240上与第三电极203的包含第三梳形电极部203b的区域对应的区域,并且通过通孔250(如图14所示)与第三电极203连接。通孔250是本发明氮化物半导体装置的接触部的一个例子。
所述第一、第二、第三电极板211,212,213形成在第一、第二、第三电极201,202,203所占的区域内,且在层间绝缘膜上与具有第一、第二、第三梳形电极部201b,201c,202b,203b的氮化物半导体层(GaN层221、AlGaN层222)的活性区域对应的区域。通过将第一、第二、第三电极板211,212,213利用接触部设置在元件的活性区域上,能够使与多指之间的距离变得大致相等且缩短,因此可以进一步减小配线电阻。此外,还可以使氮化物半导体装置的尺寸最小化。
需要说明的是,在第一电极板211的左上角设置切口区域,在所述切口区域形成栅电极电极板215。
在此,第一、第二、第三电极板211,212,213及栅电极电极板215使用Ti/Au或者是Ti/Al等材料。
在第一实施方式中,作为连接第一、第二、第三电极201,202,203与第一、第二、第三电极板211,212,213的接触部使用了通孔250(如图14所示),但接触部不限于此,也可以使用在层间绝缘膜设置的开口等分别连接第一、第二、第三电极与第一、第二、第三电极板。
图13是表示图12中从XIII-XIII线看到的剖面图,如图13所示,在Si基板210上形成非掺杂GaN层221和非掺杂AlGaN层222,除去AlGaN层222和GaN层221的一部分形成第一、第三电极201,203(在图13中只表示第一直线形基部201a和第三梳形电极部203b)。由该GaN层221和AlGaN层222构成氮化物半导体层220,在所述GaN层221与AlGaN层222之间的界面发生2DEG(二维电子气)而形成沟道层。对所述沟道层通过在栅电极205上施加电压来进行控制,从而导通和关断异质结场效应晶体管。栅电极205使用和AlGaN层222肖特基接合的材料例如WN/W或者TiN/Ti等形成。而且,在除栅电极205以外的AlGaN层222上形成绝缘膜230以保护AlGaN层222。在第三实施方式中,栅电极205构成具有场板结构的形状,并且构成为栅电极205中靠近漏电极的一侧具有向绝缘膜230上方伸出的结构。通过构成所述的场板结构,获得能够抑制GaN系HFET所存在的问题即崩塌特性的效果。然后,在第一、第二电极201,202和栅电极205上形成层间绝缘膜240,在层间绝缘膜240上形成第一、第三电极板212,213。所述第一电极板211通过多个通孔250(在图13仅表示一个)与第一电极201连接,所述第三电极板213通过多个通孔250(在图13仅表示一个)与第三电极203连接(第二电极板212亦相同)。
在此,绝缘膜230可以使用SiN、SiO2、Al2O3等材料,层间绝缘膜240可以使用聚酰亚胺、SOG、BPSG等绝缘材料。
如图13的剖面图所示,在GaN层221和AlGaN层222之间的异质结界面生成二维电子气(2DEG)。由此,由第一、第三电极201,203之间的GaN层221、AlGaN层222,第一、第三电极201,203以及栅电极205形成利用二维电子气作为沟道的异质结场效应晶体管。虽然在第三实施方式中说明的是栅电极205与AlGaN层222肖特基接合的类型的异质结场效应晶体管,但是也可以是在栅电极与AlGaN层222之间设置绝缘膜的MIS(金属-绝缘膜-半导体)型晶体管。而且,也可以采用在AlGaN层与栅电极之间设置由GaN等形成的保护层的结构。
如图13所示,第一、第三电极201,203(第二电极202亦相同)具有下伸到GaN层221与AlGaN层222的界面之下的结构,从而容易改善与沟道层之间的欧姆特性,谋求减小接触电阻。
图14是表示所述氮化物半导体装置的第一、第二、第三电极板211,212,213与第一、第二、第三电极201,202,203的接触位置的平面图的一个例子。如图14所示,第一电极201与第一电极板211在第一梳形电极部201b,201c与第一电极板211的重叠区域的前端侧通过通孔250相互连接。而且,第二电极202与第二电极板212在第二梳形电极部202b与第二电极板212的重叠区域的前端侧通过通孔250相互连接。此外,第三电极203与第三电极板213在第三梳形电极部203b与第三电极板213的重叠区域的前端侧通过通孔250相互连接。
由此,第一梳形电极部201b,201c、第二梳形电极部202b、第三梳形电极部203b的电流通路缩短,从而能够进一步降低接触电阻。
需要说明的是,栅电极205(如图13所示)与栅电极电极板215通过未图示的通孔相互连接。而且,第一、第二、第三电极与第一、第二、第三电极板相互连接的接触部位置不限于电极和电极板重叠区域的前端侧,可以在其他多个位置合适地设置接触部。
所述第三实施方式的氮化物半导体装置除了第一实施方式的氮化物半导体装置中第二电极2的第二直线形基部2a与第三电极3的第三直线形基部3a的效果外,具有与第一实施方式中的氮化物半导体装置相同的效果。
〔第四实施方式〕
图15是表示本发明第四实施方式的氮化物半导体装置的电极图形的平面图。第四实施方式的氮化物半导体装置除第一~第三梳形电极部的端部形状及与此相对的第一~第三直线形基部的形状以外,与第一实施方式的氮化物半导体装置结构相同。
本氮化物半导体装置在Si基板(未图示)上作为氮化物半导体层的例子形成有非掺杂GaN层、非掺杂AlGaN层(未图示)。在该非掺杂GaN层和非掺杂AlGaN层之间的界面生成2DEG(二维电子气)。在此,基板并不限于Si基板,可以使用蓝宝石基板或者SiC基板,在蓝宝石基板或者SiC基板上生长氮化物半导体层,也可以在由氮化物半导体形成的基板上生长氮化物半导体层,例如在GaN基板上生长AlGaN层。
如图15所示,在所述氮化物半导体层(GaN层、AlGaN层)上形成有第一电极301,所述第一电极301包括第一直线形基部301a和从该第一直线形基部301a向两侧延伸的由多个梳形电极构成的第一梳形电极部301b,301c。第一梳形电极部301b是本发明氮化物半导体装置的第一电极群的一个例子,第一梳形电极部301c是本发明氮化物半导体装置的第三电极群的一个例子。
而且,在氮化物半导体层上的第一电极301的左侧形成有第二电极302,所述第二电极302包括与第一电极301的第一直线形基部301a平行的第二直线形基部302a和从该第二直线形基部302a向第一电极301侧延伸的由多个梳形电极构成的第二梳形电极部302b。该第二电极302的第二梳形电极部302b与第一电极301的第一梳形电极部301b相距间隔并交替排列。第二梳形电极部302b是本发明氮化物半导体装置的第二电极群的一个例子。
而且,在氮化物半导体层上的第一电极301的右侧形成有第三电极303,所述第三电极303包括与第一电极301的第一直线形基部301a平行的第三直线形基部303a和从该第三直线形基部303a向第一电极301侧延伸的由多个梳形电极构成的第三梳形电极部303b。该第三电极303的第三梳形电极部303b与第一电极301的第一梳形电极部301c相距间隔并交替排列。第三梳形电极部303b是本发明氮化物半导体装置的第四电极群的一个例子。
而且,所述第二电极302的第二直线形基部302a的一端(图15的上侧)与第三电极303的第三直线形基部303a的一端(图15的上侧)通过连接电极306相互连接。另外,所述第二电极302的第二直线形基部302a的另一端(图15的下侧)与第三电极303的第三直线形基部303a的另一端(图15的下侧)通过连接电极7相互连接。
所述第一电极301的第一梳形电极部301b和301c、第二电极302的第二梳形电极部302b、第三电极303的第三梳形电极部303b的各端部311,312,313具有半圆形形状。而且,第一电极301的第一直线形基部301a在与第二电极302的第二梳形电极部302b的各端部312相对的区域,具有与第二电极302的第二梳形电极部302b的各端部312的半圆形形状相对应的弯曲凹部321。此外,在与第三电极303的第三梳形电极部303b的各端部313相对的区域,具有与第三电极303的第三梳形电极部303b的各端部313的半圆形形状相对应的弯曲凹部323。需要说明的是,第一电极301的第一梳形电极部301b和301c、第二电极302的第二梳形电极部302b、第三电极303的第三梳形电极部303b的各端部311,312,313并不限于半圆形形状,只要具有至少包括半圆形或者半椭圆形的带有圆弧(丸み)的形状即可。
而且,所述第二电极302的第二梳形电极部302b的各端部312的前端和与该前端相对的第一电极301的第一直线形基部301a的弯曲凹部321之间的间距在由第一电极301与第二电极302夹着的区域中最大。而且,第三电极303的第三梳形电极部303b的各端部313的前端和与该前端相对的第一电极301的第一直线形基部301a的弯曲凹部321之间的间距在由第一电极301与第三电极303夹着的区域中最大。
而且,第二电极302的第二直线形基部302a在与第一电极301的第一梳形电极部301b,301c的各端部311相对的区域,具有与第一电极301的第一梳形电极部301b,301c的各端部311的半圆形形状相对应的弯曲凹部322。而且,第三电极303的第三直线形基部303a在与第一电极301的第一梳形电极部301b,301c的各端部311相对的区域,具有与第一电极301的第一梳形电极部301b,301c的各端部311的半圆形形状相对应的弯曲凹部323。
所述第四实施方式的氮化物半导体装置具有与第一实施方式的氮化物半导体装置相同的效果。
而且,第一电极301的第一直线形基部301a具有相应的弯曲凹部321与所述第二、第三电极302,303的第二、第三梳形电极部302b,303b的半圆形形状的各端部312,313相对,使得与在第二、第三梳形电极部的各端部具有角部的情况相比,可以缓和电场集中,从而能够形成难以破坏的结构。如果电极是四角形形状,则电场在电极的角部集中,因此器件易于遭到破坏,但是在本结构中,因为具有缓和电场集中的问题的结构,所以器件不易于遭到破坏。
而且,所述第二电极302的第二梳形电极部302b的各端部312的前端和与该前端相对的第一电极301的第一直线形基部301a的弯曲凹部321之间的间距在由第一电极301与第二电极302夹着的区域中最大,第三电极303的第三梳形电极部303b的各端部313的前端和与该前端相对的第一电极301的第一直线形基部301a的弯曲凹部321之间的间距在由第一电极301与第三电极303夹着的区域中最大,由此,相对于电场容易集中的第二、第三梳形电极部303b各端部313的前端,使与之相对的第一电极301的第一直线形基部301a的弯曲凹部321离得最远,从而进一步缓和了电场集中,实现了更加难以破坏的结构。
由于第二、第三电极302,303的第二、第三直线形基部302a,303a的弯曲凹部322,323与所述第一电极301的第一梳形电极部301b,301c的半圆形形状的各端部311,因此与在第一梳形电极部的各端部具有角部的情况相比,可以缓和电场集中,从而实现难以破坏的结构。
而且,由于所述第一电极301的第一梳形电极部301b的各端部的前端和与该前端相对的第二电极302的第二直线形基部302a的弯曲凹部之间的间距在由第一电极301与第二电极302夹着的区域中最大,第一电极301的第一梳形电极部301c的各端部的前端和与该前端相对的第三电极303的第三直线形基部303a的弯曲凹部之间的间距在由第一电极301与第三电极303夹者的区域中最大,因此,通过相对于电场容易集中的第一梳形电极部301b,301c的各端部的前端,使与之相对的第二、第三电极302,303的第二、第三直线形基部302a,303a的弯曲凹部322,303离得最远,进一步缓和了电场集中,从而实现更加难以破坏的结构。
需要说明的是,在上述第四实施方式中说明了使用具有第二直线形基部102a的第二电极102和具有第三直线形基部103a的第三电极103的氮化物半导体装置,但是也可以不使用第二直线形基部和第四直线形基部。
〔第五实施方式〕
图19是表示本发明第五实施方式的氮化物半导体装置的电极图形的平面图。
如图19所示,本氮化物半导体装置在Si基板(未图示)上作为氮化物半导体层的一个例子形成有非掺杂GaN层721和非掺杂AlGaN层722(如图23所示)。在该非掺杂GaN层721和非掺杂AlGaN层722的界面生成2DEG(二维电子气)。在此,基板不限于Si基板,可以使用蓝宝石基板或者SiC基板,在蓝宝石基板或者SiC基板上生长氮化物半导体层,也可以在由氮化物半导体形成的基板上生长氮化物半导体,例如在GaN基板上生长AlGaN层。
如图19所示,在所述氮化物半导体层(GaN层721、AlGaN层722)上形成有第一电极群701和第二电极群702,所述第一电极群701将多个梳形电极列状排列,所述第二电极群702由与第一电极群701的多个梳形电极相距间隔并交替排列的多个梳形电极构成。而且,在氮化物半导体层(GaN层721、AlGaN层722)上形成有第三电极群703和第四电极群704,所述第三电极群703由位于第一、第二电极群701,702的侧方且排列方向与第一、第二电极群701,702的列平行的多个梳形电极构成,所述第四电极群704由与第三电极群703的多个梳形电极相距间隔并交替排列的多个梳形电极构成。此外,在氮化物半导体层(GaN层721、AlGaN层722)上形成有第五电极群705和第六电极群706,所述第五电极群705由位于第三、第四电极群703,704的侧方且排列方向与第三、第四电极群703,704的列平行的多个梳形电极构成,所述第六电极群706由与第五电极群705的多个梳形电极相距间隔并交替排列的多个梳形电极构成。所述第一~第六电极群701~706使用了Ti/Au等材料。
所述第一、第三、第五电极群701,703,705是漏电极,所述第二、第四、第六电极群702,704,706是源电极。在图19中,为了看图方便,在第二、第四、第六电极群702,704,706的多个梳形电极上画有斜线。
而且,在氮化物半导体层(GaN层721、AlGaN层722)上,在第一电极群701与第二电极群702之间、第三电极群703与第四电极群704之间、第五电极群705与第六电极群706之间,靠近作为源电极的第二、第四、第六电极群702,704,706形成有栅电极760。该栅电极760形成为向纵方向和横方向延伸的格子形状,在栅电极706的各个四角形的内侧配置有第一~第六电极群701~706的梳形电极各一个。相比作为漏电极的第一、第三、第五电极群701,703,705,栅电极760位于靠近作为源电极的第二、第四、第六电极群702,704,706一侧的位置。
其次,如图20所示,在作为源电极的第二、第四、第六电极群702,704,706的长度方向上每一列排列有三个梳形电极,并且形成有覆盖该三个梳形电极的源电极中间配线707。该在一列上排列的三个梳形电极通过源电极中间配线707相互电连接。而且,形成与第一、第三、第五电极群701,703,705的各个梳形电极电连接的漏电极中间配线708,以覆盖作为漏电极的第一、第三、第五电极群701,703,705的每个梳形电极。
需要说明的是,与源电极中间配线707同样,在作为漏电极的第一、第三、第五电极群701,703,705的长度方向上每一列上排列有三个梳形电极,在该一列上排列的三个梳形电极上形成覆盖所述三个梳形电极的漏电极中间配线,将在该一列上排列的三个梳形电极通过漏电极中间配线相互电连接。
而且,在Si基板上形成层间绝缘膜740(如图23所示),以覆盖所述的第一~第六电极群701~706、栅电极760、源电极中间配线707及漏电极中间配线708。所述层间绝缘膜使用聚酰亚胺、SOG、BPSG等绝缘材料。
而且,与如图15所示的氮化物半导体装置同样,第一、第三、第五电极群701,703,705的梳形电极端部以及第二、第四、第六电极群702,704,706的梳形电极的端部可以形成为半圆形状,由此能够抑制电极端部的电场集中。
其次,如图21所示,在层间绝缘膜740(如图23所示)上与第一、第三电极群701,703的包含相互邻接的一侧区域对应的区域形成有第一电极板711,所述第一电极板711通过通孔750(如图23所示)与第一、第三电极群701,703连接。而且,在层间绝缘膜740上与第二电极群702的包含与第三、第四电极群703,704侧相反的一侧的区域对应的区域形成有第二电极板712,所述第二电极板712通过通孔750与第二电极702连接。而且,在层间绝缘膜740上与第三、第五电极群703,705的包含相互邻接的一侧的区域对应的区域形成有第三电极板713,所述第三电极板713通过通孔750与第三、第五电极群701,703连接。此外,在层间绝缘膜740上与第六电极群706的包含与第三、第四电极群703,704侧相反的一侧的区域对应的区域形成有第四电极板714,所述第四电极板714通过通孔750与第六电极706连接。通孔750是本发明氮化物半导体装置中接触部的一个例子。
所述第一电极板711、第二电极板712、第三电极板713、第四电极板714在与各中间配线正交的方向上平行排列。而且,在第四电极板714的右下角设置有切口区域,在该切口区域形成有栅电极电极板715。
在此,第一、第二、第三、第四电极板711,712,713,714及栅电极电极板715使用Ti/Au或者是Ti/Al等材料。
图22表示对第一、第二、第三、第四电极板711,712,713,714及栅电极电极板715进行引线接合的状态。如图22所示,在第一、第二、第三、第四电极板711,712,713,714上接合粗线径的引线761的一端,在栅电极电极板715上接合细线径的引线762的一端。
图23是图22中从XXIII-XXIII线看到的主要部分的剖面图,在Si基板(未图示)上形成有非掺杂GaN层721和非掺杂AlGaN层722,除去GaN层721和AlGaN层722的一部分形成彼此欧姆接触的第四电极群704(源电极和第三电极群703(漏电极)。由所述GaN层721和AlGaN层722构成氮化物半导体层720,在所述GaN层721与AlGaN层722之间的界面生成2DEG(二维电子气)而形成沟道层。对所述沟道层通过在栅电极760上施加电压来进行控制,从而导通和关断异质结场效应晶体管。栅电极760使用和AlGaN层722肖特基接合的材料例如WN/W或者TiN/Ti等形成。
如图23所示,第一~第六电极群701~706具有下伸到GaN层721与AlGaN层722的界面之下的结构,从而容易改善与沟道层之间的欧姆特性,谋求减小接触电阻。
需要说明的是,也可以在除栅电极760以外的AlGaN层722上形成保护AlGaN层722的绝缘膜。在第五实施方式中,在作为电极供应层的AlGaN722层上设置有栅电极760,但也可以在作为电子供应层的AlGaN层上形成2nm左右厚度的作为保护层的GaN层。
设置源电极中间配线707和漏电极中间配线708,所述源电极中间配线707通过接触部与第四电极群704(源电极)连接,并且伸出至栅电极760,所述漏电极中间配线708通过接触部与第三电极群703(漏电极)连接。在层间绝缘膜750上形成第一电极板711,所述第一电极板711通过通孔750(接触部)与漏电极中间配线708连接。
在第五实施方式中,作为连接第一~第六电极群701~706与第一~第四电极板711~714的接触部使用了通孔750(如图23所示),但接触部不限于此,也可以使用在层间绝缘膜设置的开口等分别连接第一~第六电极群与第一~第四电极板。
根据上述第五实施方式的多指型氮化物半导体装置,如果通过增加指长来增加栅电极长度则会导致导通电阻增加,因此在保持小的导通电阻的范围内设定指长,并由第一电极群~第六电极群701~706这六个电极在氮化物半导体层上形成活性区域,从而不增加芯片形状的纵横比,在保持小的导通电阻的情况下能够实现氮化物半导体装置的小型化。
而且,在第一电极群~第六电极群701~706上分别设置第一、第二、第三、第四电极板711,712,713,714,将第二电极板712与第二电极群702连接,将第一电极板711与第一、第三电极群701,703连接,将第三电极板713与第三、第五电极群703,705连接,将第四电极板714与第六电极群706连接,因此在引线接合或者FCB(FlipChipBonding;倒装芯片接合)中能够减小引线间以及配线间的电感的影响。
〔第六实施方式〕
图24是表示本发明第六实施方式的氮化物半导体装置的电极图形的平面图。在第六实施方式的氮化物半导体装置除没有第五、第六电极群以及漏电极中间配线,以及没有利用源电极中间配线连接第二电极群和第四电极群以外,与第五实施方式的氮化物半导体装置结构相同。
所述氮化物半导体装置在氮化物半导体层(未图示)上形成有第一电极群801和第二电极群802,所述第一电极群801将多个梳形电极列状排列,所述第二电极群802由与第一电极群801的多个梳形电极相距间隔并交替排列的多个梳形电极构成。而且,在氮化物半导体层上形成有第三电极群803和第四电极群804,所述第三电极群803由位于第一、第二电极群801,802的侧方且排列方向与第一、第二电极群801,802的列平行的多个梳形电极构成,所述第四电极群804由与第三电极群803的多个梳形电极相距间隔并交替排列的多个梳形电极构成。所述第一~第四电极群801~804使用了Ti/Au等材料。
所述第一、第三电极群801,803是漏电极,所述第二、第四电极群802,804是源电极。在图24中,为了看图方便,在第二、第四电极群802,804的多个梳形电极画有斜线。
而且,在所述氮化物半导体层上,在第一电极群801与第二电极群802之间、第三电极群803与第四电极群804之间,靠近作为源电极的第二、第四电极群802,804形成有栅电极860。
接着,在作为源电极的第二、第三电极群802,804的梳形电极上分别形成有覆盖该梳形电极的源电极中间配线807。
在Si基板上形成层间绝缘膜(未图示),以覆盖所述的第一~第四电极群801~804、栅电极860以及源电极中间配线807。所述层间绝缘膜使用聚酰亚胺、SOG、BPSG等绝缘材料。
而且,如图15所示,第一、第三电极群801,803的梳形电极端部以及第二、第四电极群802,804的梳形电极端部可以形成为半圆形状,由此抑制电极端部的电场集中。
图25表示在所述氮化物半导体装置的电极板上接合引线的状态。如图25所示,在层间绝缘膜上与包含第一、第二电极群801,802的区域对应的区域中,在远离第三、第四电极群803,804的位置设置有第二电极板812(第一源电极电极板),在靠近第三、第四电极群803,804的位置设置有第一电极板811A(第一漏电极电极板)。在层间绝缘膜上与包含第三、第四电极群803,804的区域对应的区域中,在靠近第一、第二电极群801,802的位置设置有第一电极板811B(第二漏电极电极板),在远离第一、第二电极群801,802的位置设置有第三电极板813(第二源电极电极板)。而且,在第三电极板813(第二源电极电极板)的右下角设置有切口区域,在所述切口区域形成有栅电极电极板815。
在此,第一、第二、第三电极板811A,811B,812,813以及栅电极电极板815使用Ti/Au或者Ti/Al等材料。
如上所述,因为没有将漏电极电极板设置在半导体装置的周边部,所以能够抑制施加有高电压的漏电极电极板所产生的电场影响半导体装置的外部。
如图25所示,在第一电极板811A(第一漏电极电极板)、第一电极板811B(第二漏电极电极板)、第二电极板812(第一源电极电极板)、第三电极板813(第二源电极电极板)上接合粗线径的引线861的一端,在栅电极电极板815上接合细线径的引线862的一端。
根据上述第六实施方式的多指型氮化物半导体装置,如果通过增加指长来增加栅电极长度则会导致导通电阻增加,因此在保持小的导通电阻的范围内设定指长,并由第一电极群~第四电极群801~804这四个电极在氮化物半导体层上形成活性区域,从而不增加芯片形状的纵横比,在保持小的导通电阻的情况下实现氮化物半导体装置的小型化。
而且,在第一电极群~第四电极群801~804上分别设置第一电极板811A(第一漏电极电极板)、第一电极板811B(第二漏电极电极板)、第二电极板812(第一源电极电极板)、第三电极板813(第二源电极电极板),将第一电极板811A,811B与第一、第三电极群801,803连接,将第二电极板812与第二电极群802连接,将第三电极板813与第四电极群804连接,从而在引线接合或者FCB(FlipChipBonding;倒装芯片接合)中减小引线间以及配线间的电感的影响。
图26表示在所述氮化物半导体装置的其他例的电极板上接合引线的状态。如图26所示,在层间绝缘膜上与包含第一、第二电极群901,902的区域对应的区域中,在远离第三、第四电极群903,904的位置设置有第二电极板902(第一源电极电极板)。而且,横跨在层间绝缘膜上与包含第一、第二电极群901,902的区域对应的区域中靠近第三、第四电极群903,904的位置以及在层间绝缘膜上与包含第三、第四电极群903,904的区域对应的区域中靠近第一、第二电极群901,902的位置,设置有第一电极板911(源电极电极板)。此外,在层间绝缘膜上与包含第三、第四电极群903,904的区域对应的区域中,在远离第一、第二电极901,902的位置设置有第三电极板913(第二源电极电极板)。
而且,设置有连接第二电极板912(第一源电极电极板)和第三电极板913(第二源电极电极板)的连接电极914。
如图26所示,在第一电极板911(漏电极电极板)、第二电极板912(第一源电极电极板)、第三电极板913(第二源电极电极板)上接合粗线径引线961的一端,并且在栅电极电极板915上接合细线径引线962的一端。
在如图26所示的氮化物半导体装置中,只要在第二电极板912(第一源电极电极板)和第三电极板913(第二源电极电极板)中的任一个电极板上接合引线(在图26中,在第二电极板912上)即可,因此能够应对因封装上的限制而有必要减少引线数量的情况。
本发明的氮化物半导体装置的氮化物半导体只要是用AlxInyGa1-x-yN(x≤0,y≤0,0≤x+y≤1)表示的半导体即可。
而且,本发明的氮化物半导体装置不限于HFET,也可以是其他结构的场效应晶体管。
以上说明了本发明的具体实施方式,但本发明并不限于上述实施方式,可以在本发明的范围内做出各种变更。
本发明的氮化物半导体装置,其特征在于,包括:
基板;
氮化物半导体层,其在所述基板上形成;
第一电极,其在所述氮化物半导体层上形成,包括第一直线形基部和从该第一直线形电极部向两侧延伸的由多个梳形电极构成的第一梳形电极部;
第二电极,其位于所述氮化物半导体层上,包括第二梳形电极部,所述第二梳形电极部由与所述第一电极的所述第一梳形电极部中一侧的多个梳形电极相距间隔并交替排列的多个梳形电极构成;
第三电极,其位于所述氮化物半导体层上,包括第三梳形电极部,所述第三梳形电极部由与所述第一电极的所述第一梳形电极部中另一侧的多个梳形电极相距间隔并交替排列的多个梳形电极构成;
栅电极,其在所述氮化物半导体层上形成,在所述第一电极与所述第二电极之间以及所述第一电极与所述第三电极之间弯曲延伸;
层间绝缘膜,其在所述基板上形成以覆盖所述第一、第二、第三电极和所述栅电极;
第一、第二、第三电极板,形成在所述第一、第二、第三电极所占有的区域上且形成在层间绝缘膜上与具有所述第一、第二、第三梳形电极部的所述氮化物半导体层的活性区域对应的区域,通过接触部分别与所述第一、第二、第三电极连接;
所述第一电极是源电极或者漏电极中的一方,所述第二及第三电极是所述源电极或者漏电极的另一方。
根据上述结构,针对在多指型装置中如果通过增加指长来增加栅电极长度以谋求大电流化则会增加导通电阻的问题,由于在降低导通电阻的范围内设定指长,并构成由第一电极至第三电极这三个电极在氮化物半导体层上形成两个活性区域的结构,因此不增加芯片形状的纵横比,在保持小的导通电阻的情况下能够实现氮化物半导体装置的小型化。
而且,在第一电极的第一梳形电极部、第二电极的第二梳形电极部、第三电极的第三梳形电极部上分别排列设置第一、第二、第三电极板,将第一梳形电极部与第一电极板连接,将第二梳形电极部与第二电极板连接,将第三梳形电极部与第三电极板连接,从而在引线接合或者FCB(FlipChipBonding;倒装芯片接合)中减小引线间及配线间的电感的影响。
而且,在一实施方式的氮化物半导体装置中,
所述第一电极板形成在所述层间绝缘膜上与所述第一电极的包含所述第一直线形基部及所述第一梳形电极部中位于所述第一直线形基部侧的一部分的区域对应的区域,
所述第二电极板形成在所述层间绝缘膜上与所述第二电极的包含所述第二梳形电极部中位于与所述第一电极侧相反一侧的一部分的区域对应的区域,
所述第三电极板形成在所述层间绝缘膜上与所述第三电极的包含所述第三电极部中位于与所述第一电极侧相反一侧的一部分的区域对应的区域。
根据上述实施方式,在由第一、第二、第三电极这三个电极形成的氮化物半导体层的活性区域上,在最优位置设置第一、第二、第三电极板,从而即使是小的芯片形状也能够容易地进行引线接合或者FCB。
而且,在一实施方式的氮化物半导体装置中,
所述第一电极是所述漏电极,所述第二电极及所述第三电极是所述源电极。
根据上述实施方式,能够使连接到位于第二电极和第三电极之间中央的第一电极的第一电极板比第二、第三电极板大,能够在连接到作为漏电极的第一电极的第一电极板上连接比与第二、第三电极板连接的引线更粗的引线,或者能够增加引线数量。
而且,在一实施方式的氮化物半导体装置中,
由所述第一电极、所述第二电极、夹在所述第一电极和所述第二电极之间的所述氮化物半导体层的活性区域以及所述第一电极和所述第二电极之间的所述栅电极形成异质结场效应晶体管,
由所述第一电极、所述第三电极、夹在所述第一电极和所述第三电极之间的所述氮化物半导体层的活性区域以及所述第一电极和所述第三电极之间的所述栅电极形成异质结场效应晶体管。
根据上述实施方式,通过将由异质结场效应晶体管的异质结形成的二维电子气作为沟道,能够控制大电流,能够将该氮化物半导体装置应用于功率器件。
而且,在一实施方式的氮化物半导体装置中,
所述第一电极的所述第一梳形电极部、第二电极的所述第二梳形电极部、所述第三电极的所述第三梳形电极部的各端部具有至少包括半圆形或者半椭圆形的带有圆弧的形状,
所述第一电极的所述第一直线形基部在与所述第二电极的所述第二梳形电极部的各端部相对的区域,具有与所述第二电极的所述第二梳形电极部的各端部的带有所述圆弧的形状相对应的弯曲凹部,并且,在与所述第三电极的所述第三梳形电极部的各端部相对的区域,具有与所述第三电极的所述第三梳形电极部的各端部的带有所述圆弧的形状相对应的弯曲凹部。
根据上述实施方式,第一电极的第一直线形基部的弯曲凹部与第二、第三电极的第二、第三梳形电极部的带有圆弧形状的各端部相对,由此与在第二、第三梳形电极部的各端部具有角部的情况相比,缓和了电场集中,能够实现难以破坏的结构。
而且,在一实施方式的氮化物半导体装置中,
所述第二电极的所述第二梳形电极部的各端部前端和与该前端相对的所述第一电极的所述第一直线形基部的所述弯曲凹部之间的间距,在由所述第一电极与所述第二电极夹着的区域中最大,
所述第三电极的所述第三梳形电极部的各端部前端和与该前端相对的所述第一电极的所述第一直线形基部的所述弯曲凹部之间的间距,在由所述第一电极与所述第三电极夹着的区域中最大。
根据上述实施方式,第二电极的第二梳形电极部的各端部的前端和与该前端相对的第一电极的第一直线形基部的弯曲凹部之间的间距,在由第一电极与第二电极夹着的区域中最大,第三电极的第三梳形电极部的各端部的前端和与该前端相对的第一电极的第一直线形基部的弯曲凹部之间的间距,在由第一电极与第三电极夹着的区域中最大,由此相对于电场容易集中的第二、第三梳形电极部的各端部的前端,使相对的第一电极的第一直线形基部的弯曲凹部离得最远,从而进一步缓和电场集中,能够实现更加难以破坏的结构。
而且,在一实施方式的氮化物半导体装置中,
在所述第一电极与所述第二电极之间以及在所述第一电极与所述第三电极之间弯曲延伸的所述栅电极,沿着所述第一、第二、第三电极中成为所述源电极的一侧,设置于比在所述第一、第二、第三电极中成为所述漏电极的一侧靠近成为所述源电极的一侧的附近。
根据上述实施方式,使栅电极沿着第一、第二、第三电极中成为源电极的一侧,设置于比在第一、第二、第三电极中成为漏电极的一侧靠近成为源电极的一侧的附近,使得栅电极与漏电极之间的耐压变大。
而且,在一实施方式的氮化物半导体装置中,
所述第二电极具有第二直线形基部,所述第二直线形基部形成为位于所述氮化物半导体层上且连接所述第二梳形电极部的与所述第一电极侧相反一侧的各端部并与所述第一电极的所述第一直线形基部平行,并且
所述第三电极具有第三直线形基部,所述第三直线形基部形成为位于所述氮化物半导体层上且连接所述第三梳形电极部的与所述第一电极侧相反一侧的各端部并与所述第一电极的所述第一直线形基部平行。
根据上述实施方式,形成位于氮化物半导体层上且连接第二梳形电极部的与第一电极侧相反一侧的各端部并与第一电极的第一直线形基部平行的第二直线形基部,并且形成位于氮化物半导体层上且连接第三梳形电极部的与第一电极相反一侧的各端部并与第一电极的第一直线形基部平行的第三直线形基部,由此第二电极的第二梳形电极部的多个梳形电极利用第二直线形基部共同连接,第三电极的第三梳形电极部的多个梳形电极利用第三直线形基部共同连接,因此缩短第二电极及第三电极中的电流通路,从而能够降低导通电阻。
而且,在一实施方式的氮化物半导体装置中,
所述第一电极的所述第一梳形电极部的各端部具有至少包括半圆形或者半椭圆形的带有圆弧的形状,
所述第二电极的所述第二直线形基部在与所述第一电极的所述第一梳形电极部的各端部相对的区域,具有与所述第一电极的所述第一梳形电极部各端部的带有所述圆弧形状相对应的弯曲凹部,并且,
所述第三电极的所述第三直线形基部在与所述第一电极的所述第一梳形电极部的各端部相对的区域,具有与所述第一电极的所述第一梳形电极部各端部的带有所述圆弧形状相对应的弯曲凹部。
根据上述实施方式,第二、第三电极的第二、第三直线形基部的弯曲凹部与第一电极的第一梳形电极部的带有圆弧形状的各端部相对,由此与在第一梳形电极部的各端部具有角部的情况相比,能够缓和电场集中,实现难以破坏的结构。
而且,在一实施方式的氮化物半导体装置中,
所述第一电极的所述第一梳形电极部各端部的前端和与该前端相对的所述第二电极的所述第二直线形基部的所述弯曲凹部之间的间距,在由所述第一电极与所述第二电极夹着的区域中最大,
所述第一电极的所述第一梳形电极部各端部的前端和与该前端相对的所述第三电极的所述第三直线形基部的所述弯曲凹部之间的间距,在由所述第一电极与所述第三电极夹着的区域中最大。
根据上述实施方式,第一电极的第一梳形电极部的各端部的前端和与该前端相对的第二电极的第二直线形基部的弯曲凹部之间的间距,在由第一电极与第二电极夹着的区域中最大,第一电极的第一梳形电极部的各端部的前端和与该前端相对的第三电极的第三直线形基部的弯曲凹部之间的间距,在由第一电极与第三电极夹着的区域中最大,由此相对于电场容易集中的第一梳形电极部各端部的前端,使相对的第二、第三电极的第二、第三直线形基部的弯曲凹部离得最远,从而能够进一步缓和了电场集中,实现更加难以破坏的结构。
而且,在一实施方式的氮化物半导体装置中,
所述第三电极具有第三直线形基部,所述第三直线形基部形成为位于所述氮化物半导体层上且连接所述第三梳形电极部的与所述第一电极侧相反一侧的各端部,与所述第一电极的所述第一直线形基部平行;
所述第三电极的所述第三梳形电极部包括从所述第三直线形基部向所述第一电极的相反侧延伸的多个梳形电极,
还包括第四电极,所述第四电极具有第四梳形电极部,所述第四梳形电极部形成为位于所述氮化物半导体层上且由与所述第三电极的所述第三梳形电极部中位于所述第一电极的相反侧的多个梳形电极相距间隔并交替排列的多个梳形电极构成。
根据上述实施方式,由第一电极至第四电极这四个电极在氮化物半导体层上形成三个活性区域,从而不增加芯片形状的纵横比,在降低导通电阻的情况下能够进一步应对大电流化。
而且,在一实施方式的氮化物半导体装置中,
具有第四电极板,所述第四电极板形成在所述层间绝缘膜上与所述第四电极的包含所述第四梳形电极部中位于所述第三电极的相反侧的一部分的区域对应的区域,通过所述接触部与所述第四电极连接。
根据上述实施方式,将形成在层间绝缘膜上与第四电极的包含第四梳形电极部中位于第三电极的相反侧的一部分的区域对应的区域的第四电极板,通过接触部与第四电极连接,由此能够增加连接到与第一电极相同的源电极或者漏电极的引线数量,能够进一步应对大电流化。
附图标记说明
1…第一电极
1a…第一直线形基部
1b,1c…第一梳形电极部
2…第二电极
2a…第二直线形基部
2b…第二梳形电极部
3…第三电极
3a…第三直线形基部
3b…第三梳形电极部
5…栅电极
10…Si基板
11…第一电极板
12…第二电极板
13…第三电极板
15…栅电极电极板
20…氮化物半导体层
21…GaN层
22…AlGaN层
30…绝缘膜
40…层间绝缘膜
50…通孔
101…第一电极
101a…第一直线形基部
101b,101c…第一梳形电极部
102…第二电极
102a…第二直线形基部
102b…第二梳形电极部
103…第三电极
103a…第三直线形基部
103b,103c…第三梳形电极部
104…第四电极
104a…第四直线形基部
104b…第四梳形电极部
111…第一电极板
112…第二电极板
113…第三电极板
114…第四电极板
115…栅电极电极板
201…第一电极
201a…第一直线形基部
201b,201c…第一梳形电极部
202…第二电极
202b…第二梳形电极部
203…第三电极
203b…第三梳形电极部
205…栅电极
211…第一电极板
212…第二电极板
213…第三电极板
215…栅电极电极板
220…氮化物半导体层
221…GaN层
222…AlGaN层
230…绝缘膜
240…层间绝缘膜
250…通孔
301…第一电极
301a…第一直线形基部
301b,301c…第一梳形电极部
302…第二电极
302a…第二直线形基部
302b…第二梳形电极部
303…第三电极
303a…第三直线形基部
303b…第三梳形电极部
701…第一电极群
702…第二电极群
703…第三电极群
704…第四电极群
705…第五电极群
706…第六电极群
707…源电极中间配线
708…漏电极中间配线
711…第一电极板
712…第二电极板
713…第三电极板
714…第四电极板
715…栅电极电极板
720…氮化物半导体层
721…GaN层
722…AlGaN层
750…层间绝缘膜
760…栅电极
801…第一电极群
802…第二电极群
803…第三电极群
804…第四电极群
807…源电极中间配线
811A,811B…第一电极板
812…第二电极板
813…第三电极板
815…栅电极电极板
860…栅电极
901…第一电极群
902…第二电极群
903…第三电极群
904…第四电极群
907…源电极中间配线
960…栅电极
911…第一电极板
912…第二电极板
913…第三电极板
914…连接电极
915…栅电极电极板
Claims (14)
1.一种氮化物半导体装置,其特征在于,包括:
基板(10,210);
氮化物半导体层(20,220,720),其在所述基板(10,210)上形成;
第一电极群(1b,101b,201b,301b,701,801,901),其在所述氮化物半导体层(20,220,720)上形成,并且由多个梳形电极构成;
第二电极群(2b,102b,202b,302b,702,802,902),其在所述氮化物半导体层(20,220,720)上形成,并且由与所述第一电极群(1b,101b,201b,301b,701,801,901)的多个梳形电极相距间隔并交替排列的多个梳形电极构成;
第三电极群(1c,101c,201c,301c,703,803,903),其在所述氮化物半导体层(20,220,720)上形成,并且由排列方向平行于由所述第一电极群(1b,101b,201b,301b,701,801,901)和所述第二电极群(2b,102b,202b,302b,702,802,902)构成的列的多个梳形电极构成;
第四电极群(3b,103b,203b,303b,704,804,904),其在所述氮化物半导体层(20,220,720)上形成,并且由与所述第三电极群(1c,101c,201c,301c,703,803,903)的多个梳形电极相距间隔并交替排列的多个梳形电极构成;
栅电极(5,205,760,860,960),其在所述氮化物半导体层(20,220,720)上形成,并且设置在所述第一电极群(1b,101b,201b,301b,701,801,901)与所述第二电极群(2b,102b,202b,302b,702,802,902)之间以及所述第三电极群(1c,101c,201c,301c,703,803,903)与所述第四电极群(3b,103b,203b,303b,704,804,904)之间;
层间绝缘膜(40,240,740),其在所述基板(10,210)上形成以覆盖所述第一、第二、第三、第四电极群(1b,101b,201b,301b,701,801,901,2b,102b,202b,302b,702,802,902,1c,101c,201c,301c,703,803,903,3b,103b,203b,303b,704,804,904)和所述栅电极(5,205,760,860,960);
第一电极板(11,111,211,711,811A,811B,911)、第二电极板(12,112,212,712,812,912)及第三电极板(13,113,213,713,813,913),该第一电极板、第二电极板及第三电极板各自形成在所述层间绝缘膜(40,240,740)上的与具有所述第一、第二、第三、第四电极群(1b,101b,201b,301b,701,801,901,2b,102b,202b,302b,702,802,902,1c,101c,201c,301c,703,803,903,3b,103b,203b,303b,704,804,904)的所述氮化物半导体层(20,220,720)的活性区域对应的区域,该第一电极板通过接触部与所述第一、第三电极群(1b,101b,201b,301b,701,801,901,1c,101c,201c,301c,703,803,903)连接,该第二电极板通过接触部与所述第二电极群(2b,102b,202b,302b,702,802,902)连接,该第三电极板通过接触部与所述第四电极群(3b,103b,203b,303b,704,804,904)连接;
所述第一电极群(1b,101b,201b,301b,701,801,901)及所述第三电极群(1c,101c,201c,301c,703,803,903)是源电极或者漏电极中的一方,所述第二电极群(2b,102b,202b,302b,702,802,902)及所述第四电极群(3b,103b,203b,303b,704,804,904)是所述源电极或者漏电极的另一方;
所述第三电极群(1c,101c,201c,301c,703,803,903)相对于所述第一电极群(1b,101b,201b,301b,701,801,901),在所述第一电极群(1b,101b,201b,301b,701,801,901)的多个梳形电极的长度方向一侧排列;
所述第一电极板(11,111,211,711,811A,811B,911)横跨在所述第一、第三电极群(1b,101b,201b,301b,701,801,901,1c,101c,201c,301c,703,803,903)的相互邻接的区域上形成。
2.根据权利要求1所述的氮化物半导体装置,其特征在于,
在所述第一电极群(701)与所述第三电极群(703)的长度方向上排列成一列的两个梳形电极的每个梳形电极上设置有将该排列成一列的两个梳形电极相互电连接的中间配线,
经由所述接触部将所述中间配线与所述第一电极板(711)连接起来。
3.根据权利要求1所述的氮化物半导体装置,其特征在于,包括:
第一电极(1,101,201,301),其具有形成在所述氮化物半导体层(20,220)上的第一直线形基部(1a,101a,201a,301a)及从所述第一直线形基部(1a,101a,201a,301a)向两侧延伸的所述第一电极群(1b,101b,201b,301b)和所述第三电极群(1c,101c,201c,301c);
第二电极(2,102,202,302),其具有所述第二电极群(2b,102b,202b,302b);
第三电极(3,103,203,303),其具有所述第四电极群(3b,103b,203b,303b);
所述栅电极(5,205)在所述第一电极(1,101,201,301)与所述第二电极(2,102,202,302)之间以及在所述第一电极(1,101,201,301)与所述第三电极(3,103,203,303)之间弯曲延伸;
所述第一、第二、第三电极板(11,111,211,12,112,212,13,113,213)形成在所述第一、第二、第三电极(3,103,203,303)所占有的区域上且形成在所述层间绝缘膜(40,240)上的与具有所述第一、第二、第三、第四电极群(1b,101b,201b,301b,2b,102b,202b,302b,1c,101c,201c,301c,3b,103b,203b,303b)的所述氮化物半导体层(20,220)的活性区域对应的区域,所述第一、第二、第三电极板(11,111,211,12,112,212,13,113,213)通过所述接触部分别与所述第一、第二、第三电极(3,103,203,303)连接。
4.根据权利要求3所述的氮化物半导体装置,其特征在于,
所述第一电极板(11,111,211)形成在所述层间绝缘膜(40,240)上的与所述第一电极(1,101,201,301)中包含所述第一直线形基部(1a,101a,201a,301a)及所述第一电极群(1b,101b,201b,301b)和所述第三电极群(1c,101c,201c,301c)中位于所述第一直线形基部(1a,101a,201a,301a)侧的一部分的区域对应的区域,
所述第二电极板(12,112,212)形成在所述层间绝缘膜(40,240)上的与所述第二电极(2,102,202,302)中包含所述第二电极群(2b,102b,202b,302b)中位于与所述第一电极(1,101,201,301)侧相反一侧的一部分的区域对应的区域,
所述第三电极板(13,113,213)形成在所述层间绝缘膜(40,240)上的与所述第三电极(3,103,203,303)中包含所述第四电极群(3b,103b,203b,303b)中位于与所述第一电极(1,101,201,301)侧相反一侧的一部分的区域对应的区域。
5.根据权利要求3所述的氮化物半导体装置,其特征在于,所述第一电极(1,101,201,301)是所述漏电极,
所述第二电极(2,102,202,302)及所述第三电极(3,103,203,303)是所述源电极。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的氮化物半导体装置,其特征在于,
由所述第一电极(1,101,201,301)、所述第二电极(2,102,202,302)、夹在所述第一电极(1,101,201,301)和所述第二电极(2,102,202,302)之间的所述氮化物半导体层(20,220)的活性区域及位于所述第一电极(1,101,201,301)和所述第二电极(2,102,202,302)之间的所述栅电极(5,205)形成异质结场效应晶体管,
由所述第一电极(1,101,201,301)、所述第三电极(3,103,203,303)、夹在所述第一电极(1,101,201,301)和所述第三电极(3,103,203,303)之间的所述氮化物半导体层(20,220)的活性区域及位于所述第一电极(1,101,201,301)和所述第三电极(3,103,203,303)之间的所述栅电极(5,205)形成异质结场效应晶体管。
7.根据权利要求3至5中任一项所述的氮化物半导体装置,其特征在于,
所述第二电极(302)的所述第二电极群(302b)和所述第三电极(303)的所述第四电极群(303b)的各端部具有至少包括半圆形或者半椭圆形的带圆弧的形状,
所述第一电极(301)的所述第一直线形基部(301a)在与所述第二电极(302)的所述第二电极群(302b)各端部相对的区域,具有与所述第二电极(302)的所述第二电极群(302b)各端部的带有所述圆弧的形状相对应的弯曲凹部,并且,在与所述第三电极(303)的所述第四电极群(303b)各端部相对的区域,具有与所述第三电极(303)的所述第四电极群(303b)各端部的带有所述圆弧的形状相对应的弯曲凹部。
8.根据权利要求7所述的氮化物半导体装置,其特征在于,
所述第二电极(302)的所述第二电极群(302b)各端部的前端和与该前端相对的所述第一电极(301)的所述第一直线形基部(301a)的所述弯曲凹部之间的间距,在由所述第一电极(301)与所述第二电极(302)夹着的区域中最大,
所述第三电极(303)的所述第四电极群(303b)各端部的前端和与该前端相对的所述第一电极(301)的所述第一直线形基部(301a)的所述弯曲凹部之间的间距,在由所述第一电极(301)与所述第三电极(303)夹着的区域中最大。
9.根据权利要求3至5中任一项所述的氮化物半导体装置,其特征在于,
在所述第一电极(1,101,201,301)与所述第二电极(2,102,202,302)之间以及在所述第一电极(1,101,201,301)与所述第三电极(3,103,203,303)之间弯曲延伸的所述栅电极(5,205),沿着所述第一、第二、第三电极(1,101,201,301,2,102,202,302,3,103,203,303)中成为所述源电极的一侧,设置于比所述第一、第二、第三电极(1,101,201,301,2,102,202,302,3,103,203,303)中成为所述漏电极的一侧靠近成为所述源电极的一侧的附近。
10.根据权利要求3至5中任一项所述的氮化物半导体装置,其特征在于,
所述第二电极(2,102,202,302)具有第二直线形基部(2a,102a,302a),所述第二直线形基部(2a,102a,302a)形成为位于所述氮化物半导体层(20,220)上且连接所述第二电极群(2b,102b,202b,302b)的与所述第一电极(1,101,201,301)侧相对一侧的各端部,与所述第一电极(1,101,201,301)的所述第一直线形基部(1a,101a,201a,301a)平行,
所述第三电极(3,103,203,303)具有第三直线形基部(3a,103a,303a),所述第三直线形基部(3a,103a,303a)形成为位于所述氮化物半导体层(20,220)上且连接所述第四电极群(3b,103b,203b,303b)的与所述第一电极(1,101,201,301)侧相反一侧的各端部,与所述第一电极(1,101,201,301)的所述第一直线形基部(1a,101a,201a,301a)平行。
11.根据权利要求10所述的氮化物半导体装置,其特征在于,
所述第一电极(301)的所述第一电极群(301b)与所述第三电极群(301c)的各端部具有至少包括半圆形或者半椭圆形的带有圆弧的形状,
所述第二电极(302)的所述第二直线形基部(302a)在与所述第一电极(301)的所述第一电极群(301b)的各端部相对的区域,具有与所述第一电极(301)的所述第一电极群(301b)各端部的带有所述圆弧的形状相对应的弯曲凹部,
所述第三电极(303)的所述第三直线形基部(303a)在与所述第一电极(301)的所述第三电极群(301c)的各端部相对的区域,具有与所述第一电极(301)的所述第三电极群(301c)各端部的带有所述圆弧的形状相对应的弯曲凹部。
12.根据权利要求11所述的氮化物半导体装置,其特征在于,
所述第一电极(301)的所述第一电极群(301b)各端部的前端和与该前端相对的所述第二电极(302)的所述第二直线形基部(302a)的所述弯曲凹部之间的间距,在由所述第一电极(301)与所述第二电极(302)夹着的区域中最大,
所述第一电极(301)的所述第三电极群(301c)各端部的前端和与该前端相对的所述第三电极(303)的所述第三直线形基部(303a)的所述弯曲凹部之间的间距,在由所述第一电极(301)与所述第三电极(303)夹着的区域中最大。
13.根据权利要求3至5中任一项所述的氮化物半导体装置,其特征在于,包括所述第三电极(103)和第四电极(104);
所述第三电极(103)具有:
第三直线形基部(103a),其形成为位于所述氮化物半导体层上且连接所述第四电极群(103b)的与所述第一电极(101)侧相反一侧的各端部,与所述第一电极(101)的所述第一直线形基部(101a)平行;
第六电极群(103c),其由从所述第三直线形基部(3a,103a,303a)向所述第一电极(101)的相反侧延伸的多个梳形电极构成,
所述第四电极(104)具有第五电极群(104b),所述第五电极群(104b)位于所述氮化物半导体层上,并且由与所述第三电极(103)的所述第六电极群(103c)的多个梳形电极相距间隔并交替排列的多个梳形电极构成。
14.根据权利要求13所述的氮化物半导体装置,其特征在于,
包括第四电极板(114),所述第四电极板(114)形成在所述层间绝缘膜上的与所述第四电极(104)的包含所述第五电极群(104b)中位于所述第三电极(103)侧的相反侧的一部分的区域对应的区域,并且通过所述接触部与所述第四电极(104)连接。
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