JP2007266475A - 半導体装置及び電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】導電性を有する半導体基板21と、前記基板21の第一の面側に形成された少なくとも窒化物系化合物半導体層を含む積層半導体層により構成された電界効果トランジスタ1と、前記積層窒化物系化合物半導体層を貫き前記基板21に到達する孔8と、前記孔8の底部に形成された一方の電極と前記基板の第二の面側に形成された他方の電極とにより構成されたダイオード2と、を有する半導体装置7。
【選択図】図2
Description
基板21の表面には、窒化物系化合物半導体からなるバッファ層22、第一の窒化物系化合物半導体層23、及び第二の窒化物系化合物半導体層24が順に積層されている。
また、これらの積層された窒化物系化合物半導体層に開口する孔8が設けられている。孔8は、積層された窒化物系化合物半導体層を貫き、基板21にまで到達している。
これらのキャリアの濃度は、ソース電極Sとドレイン電極Dの間に配置されるゲート電極Gに印加される電界効果により制御することができる。ゲート電極Gには、ショットキ型やMIS型の電極が利用できる。
基板 第三(SBD)層 バッファ層 第一(高抵抗)層 第二層
例1 n+GaN n-GaN 高抵抗AlN 高抵抗GaN Al0.15GaN
例2 n+SiC n-SiC 核生成GaN 高抵抗GaN Al0.15GaN
例3 n+Si 核生成AlN/n-GaN なし 高抵抗GaN Al0.15GaN
例4 n+GaN n-GaN/ n-Al0.15GaN なし 高抵抗GaN Al0.15GaN
※ 上記の第二層は、例1〜例4のすべてにおいてn-GaNとすることもできる。
図4は、本発明の実施例についての半導体装置7を示したものであり、(a)は回路図で、(b)は概略断面図である。この半導体装置7は例えば、図1に示した電力変換装置3を構成するスイッチング素子として使用することができる。
基板21にn-SiC基板を使用する場合は、第三の半導体層25として窒化物系化合物半導体層を用いることができる。さらに、基板21にn-Siを用いることもできる。この場合は、ダイオードの耐圧を確保するため、裏面に形成される窒化物系化合物半導体層やSiC系半導体の積層は耐圧を確保するため十分に厚くする必要がある。1kV以上の素子において、典型的には3μm程度必要である。また、この際Si基板上にこれらの積層を実現するための適切なバッファ層を配置する必要がある。
まず、GaNからなる基板21の上に、MOCVD法により厚さ10nmのGaN層(バッファ層22。AlN層であっても良い)を成膜し、更にその上に、厚さ2000nmのp型のGaN層(第一の窒化物系化合物半導体層23)を成膜する。
本実施例の半導体装置7の保護ダイオード2は、この電流サージによる電界効果トランジスタ1の破壊を防ぐ働きを有している。
Claims (10)
- 導電性を有する半導体基板と、
前記基板の第一の面側に形成された少なくとも窒化物系化合物半導体層を含む積層半導体層により構成された電界効果トランジスタと、
前記積層窒化物系化合物半導体層を貫く孔と、
前記孔の底部に形成された一方の電極と前記基板の第二の面側に形成された他方の電極とにより構成されたダイオードと、
を有する半導体装置。 - 前記ダイオードの一方の電極又は他方の電極はショットキー電極である請求項1記載の半導体装置。
- 前記基板に直接接するように形成された窒化物系化合物半導体層の面を介して前記ショットキー電極が形成されている請求項2記載の半導体装置。
- ショットキーバリアの高さを変化させる障壁調整層としての窒化物系化合物半導体層を介して前記ショットキー電極が形成されている請求項3記載の半導体装置。
- 前記基板の第一の面側と前記積層半導体層を構成する半導体層の間に、高抵抗窒化物系化合物半導体層が形成されている請求項1〜請求項4のいずれか1に記載の半導体装置。
- 前記ダイオードのオン電圧は、前記電界効果トランジスタがオフの状態における前記電界効果トランジスタのゲートとドレイン間におけるゲート破壊電圧よりも低い請求項1〜請求項5のいずれか1に記載の半導体装置。
- 前記ダイオードのブレークダウン電圧は、前記電界効果トランジスタがオフの状態における前記電界効果トランジスタのソースとドレイン間のブレークダウン電圧よりも小さい請求項1〜請求項5のいずれか1に記載の半導体装置。
- 前記導電性を有する半導体基板は、AlxGa1-xN(0≦x≦1)基板、SiC基板、又はSi基板である請求項1〜請求項7のいずれか1に記載の半導体装置。
- 請求項1〜請求項8のいずれか1に記載の半導体装置の電界効果トランジスタをスイッチング素子として使用する電力変換回路を有する電力変換装置。
- 前記電力変換回路は、インバータ回路又はコンバータ回路である請求項9記載の電力変換装置。
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