JP2015015361A - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2015015361A JP2015015361A JP2013141057A JP2013141057A JP2015015361A JP 2015015361 A JP2015015361 A JP 2015015361A JP 2013141057 A JP2013141057 A JP 2013141057A JP 2013141057 A JP2013141057 A JP 2013141057A JP 2015015361 A JP2015015361 A JP 2015015361A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electrode
- region
- semiconductor layer
- semiconductor device
- nitride
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device.
ワイドバンドギャップ半導体は、高い絶縁破壊耐圧、良好な電子輸送特性、良好な熱伝導度を持つので、高温環境用、大パワー用、あるいは高周波用半導体デバイスの材料として非常に魅力的である。代表的なワイドバンドギャップ半導体として、GaN、AlN、InN、BNまたはこれらのうち2以上の混晶である窒化物系半導体がある。また、たとえばAlGaN/GaNヘテロ接合構造を有する半導体装置は、ピエゾ分極および自発分極によって、ヘテロ接合界面に2次元電子ガスが発生している。この2次元電子ガスは、高い電子移動度とキャリア密度を有している。そのため、このようなAlGaN/GaNヘテロ接合構造を有する半導体装置、たとえばショットキーバリアダイオードや電界効果トランジスタは、高耐圧、低いオン抵抗、および速いスイッチング速度を有し、パワースイッチング応用に非常に好適である。 Wide band gap semiconductors are very attractive as materials for semiconductor devices for high temperature environments, high power, or high frequency because they have high breakdown voltage, good electron transport properties, and good thermal conductivity. Typical wide band gap semiconductors include GaN, AlN, InN, BN, or a nitride semiconductor that is a mixed crystal of two or more of these. For example, in a semiconductor device having an AlGaN / GaN heterojunction structure, two-dimensional electron gas is generated at the heterojunction interface due to piezo polarization and spontaneous polarization. This two-dimensional electron gas has high electron mobility and carrier density. Therefore, a semiconductor device having such an AlGaN / GaN heterojunction structure, such as a Schottky barrier diode or a field effect transistor, has high withstand voltage, low on-resistance, and fast switching speed, and is very suitable for power switching applications. is there.
窒化物系半導体の半導体装置においては、電流コラプスの問題があることが知られている。電流コラプスとは、半導体中にトラップされた電子の負電荷によって2次元電子ガスの電子濃度が減少し、素子のオン抵抗が増加する現象である。電流コラプスにより素子の動作電流が減少し、電力損失が増大し、素子効率が低下する。 It is known that a nitride semiconductor device has a problem of current collapse. Current collapse is a phenomenon in which the on-resistance of the device increases due to a decrease in the electron concentration of the two-dimensional electron gas due to the negative charge of electrons trapped in the semiconductor. Current collapse reduces the operating current of the device, increases power loss, and reduces device efficiency.
このような電流コラプスによる素子効率の低下を緩和するため、裏面電極に正電圧を印加する電源を備える半導体装置が開示されている(たとえば特許文献1参照)。 In order to alleviate the decrease in element efficiency due to such current collapse, a semiconductor device including a power supply that applies a positive voltage to the back electrode has been disclosed (for example, see Patent Document 1).
窒化物系半導体の半導体装置においては、電力損失の低減が求められている。 In nitride semiconductor devices, reduction of power loss is required.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で電力損失を低減できる半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to provide a semiconductor device capable of reducing power loss with a simple configuration.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、基板上に形成され、窒化物系半導体からなる第1半導体層と、前記第1半導体層の表面に形成され前記第1半導体層よりもバンドギャップが広い窒化物系半導体からなる第2半導体層と、を含む窒化物系半導体層と、前記第2半導体層上に形成された第1電極および第2電極と、前記第1半導体層よりも前記基板側または前記基板内に形成された等電位領域と、前記第1電極と前記等電位領域との間に接続された、電気抵抗部および静電容量部を含むパッシブ型回路と、を備える半導体素子を有し、前記パッシブ型回路は、前記第1電極と前記第2電極との間に印加する電圧を逆電圧から順電圧に切り換えたときに前記等電位領域が前記第2電極に対して正電位となるように構成されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a semiconductor device according to the present invention is formed on a substrate and formed on a surface of the first semiconductor layer formed of a nitride semiconductor and the first semiconductor layer. A nitride semiconductor layer including a nitride semiconductor having a wider band gap than the first semiconductor layer; a first electrode and a second electrode formed on the second semiconductor layer; An equipotential region formed on the substrate side or in the substrate with respect to the first semiconductor layer, and an electric resistance portion and a capacitance portion connected between the first electrode and the equipotential region. Including a passive circuit, and the passive circuit includes the equipotential when the voltage applied between the first electrode and the second electrode is switched from a reverse voltage to a forward voltage. The region is positive with respect to the second electrode Characterized in that it is configured so that.
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記パッシブ型回路は、下記式(A)が成り立つように構成されていることを特徴とする。
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記等電位領域は、前記基板内に形成されていることを特徴とする。 The semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the equipotential region is formed in the substrate.
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記半導体素子が収容されるパッケージを備え、前記パッシブ型回路は前記パッケージに収容されていることを特徴とする。 The semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the semiconductor device includes a package in which the semiconductor element is accommodated, and the passive circuit is accommodated in the package.
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記パッケージは導電性基板を備え、前記半導体素子は前記導電性基板上に誘電体層を介して搭載されており、前記電気抵抗部および前記静電容量部は、前記基板内の等電位領域と前記導電性基板との間の前記誘電体層の抵抗成分および静電容量成分により構成されていることを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention, in the above invention, the package includes a conductive substrate, and the semiconductor element is mounted on the conductive substrate via a dielectric layer, and the electric resistance unit and the electrostatic device are mounted. The capacitor portion is configured by a resistance component and a capacitance component of the dielectric layer between the equipotential region in the substrate and the conductive substrate.
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記半導体素子が収容されるパッケージを備え、前記パッシブ型回路は前記パッケージの外部に配置されていることを特徴とする。 The semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the semiconductor device includes a package in which the semiconductor element is accommodated, and the passive circuit is disposed outside the package.
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記等電位領域は、前記窒化物系半導体層内に形成されたn型半導体層、p型半導体層、または2次元電子ガス層で構成されていることを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention, in the above invention, the equipotential region is constituted by an n-type semiconductor layer, a p-type semiconductor layer, or a two-dimensional electron gas layer formed in the nitride-based semiconductor layer. It is characterized by that.
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記電気抵抗部は、前記等電位領域と前記基板との間の前記窒化物系半導体層の抵抗成分により構成されており、前記等電位領域の面積、または前記等電位領域と前記基板との間の前記窒化物系半導体層の厚さもしくは電気抵抗率により、電気抵抗が調整されていることを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention, in the above invention, the electrical resistance portion is configured by a resistance component of the nitride-based semiconductor layer between the equipotential region and the substrate, and an area of the equipotential region. Alternatively, the electrical resistance is adjusted by the thickness or electrical resistivity of the nitride-based semiconductor layer between the equipotential region and the substrate.
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記静電容量部は、前記等電位領域と前記基板との間の前記窒化物系半導体層の静電容量成分により構成されており、前記等電位領域の面積、または前記等電位領域と前記基板との間の前記窒化物系半導体層の厚さもしくは誘電率により、静電容量が調整されていることを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention, in the above invention, the capacitance section is configured by a capacitance component of the nitride-based semiconductor layer between the equipotential region and the substrate. The capacitance is adjusted by the area of the region or the thickness or dielectric constant of the nitride-based semiconductor layer between the equipotential region and the substrate.
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記第1または第2電極領域と前記等電位領域との間の電気抵抗は、前記第1または第2導電領域と前記等電位領域との間の前記窒化物系半導体層の抵抗成分により構成されており、前記第1または第2電極領域の面積、または前記第1または第2電極領域と前記等電位領域との間の前記窒化物系半導体層の厚さもしくは電気抵抗率により、電気抵抗が調整されていることを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention, in the above invention, the electrical resistance between the first or second electrode region and the equipotential region is between the first or second conductive region and the equipotential region. The nitride-based semiconductor layer is configured by a resistance component of the nitride-based semiconductor layer, and the area of the first or second electrode region, or the nitride-based semiconductor layer between the first or second electrode region and the equipotential region The electrical resistance is adjusted by the thickness or the electrical resistivity.
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記第1または第2電極領域と前記等電位領域との間の静電容量は、前記第1または第2導電領域と前記等電位領域との間の前記窒化物系半導体層の静電容量成分により構成されており、前記第1または第2電極領域の面積、または前記第1または第2電極領域と前記等電位領域との間の前記窒化物系半導体層の厚さもしくは誘電率により、静電容量が調整されていることを特徴とする。 The semiconductor device according to the present invention is the above invention, wherein the capacitance between the first or second electrode region and the equipotential region is between the first or second conductive region and the equipotential region. Of the nitride-based semiconductor layer, and the area of the first or second electrode region, or the nitride between the first or second electrode region and the equipotential region The electrostatic capacity is adjusted by the thickness or dielectric constant of the semiconductor layer.
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記窒化物系半導体層の電気抵抗率は、前記窒化物系半導体層の種類、前記窒化物系半導体層中の不純物濃度および前記窒化物系半導体層中の結晶欠陥密度の少なくいずれか一つにより調整されていることを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention, in the above invention, the electrical resistivity of the nitride-based semiconductor layer is the type of the nitride-based semiconductor layer, the impurity concentration in the nitride-based semiconductor layer, and the nitride-based semiconductor layer. It is characterized by being adjusted by any one of the few crystal defect densities.
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記基板は導電性シリコンからなることを特徴とする。 The semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the substrate is made of conductive silicon.
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記第1電極はアノード電極であり、前記第2電極はカソード電極であり、前記第1電極領域の面積と、前記第2電極領域の面積との比が、0.5より大きいことを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention, in the above invention, the first electrode is an anode electrode, the second electrode is a cathode electrode, and the area of the first electrode region and the area of the second electrode region are The ratio is characterized by being greater than 0.5.
本発明に係る半導体装置は、上記発明において、前記第1電極はドレイン電極領域であり、前記第2電極はソース電極であり、前記第1電極領域の面積と、前記第2電極領域の面積との比が、0.5より小さいことを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention, in the above invention, the first electrode is a drain electrode region, the second electrode is a source electrode, the area of the first electrode region, the area of the second electrode region, The ratio is less than 0.5.
本発明によれば、簡易な構成で電力損失を低減できる半導体装置を実現できるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to realize a semiconductor device capable of reducing power loss with a simple configuration.
以下に、図面を参照して本発明に係る半導体装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付している。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。 Embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments. Moreover, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected suitably to the same or corresponding element. Furthermore, it should be noted that the drawings are schematic, and dimensional relationships between elements may differ from actual ones. Even between the drawings, there are cases in which portions having different dimensional relationships and ratios are included.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る半導体装置の模式的な断面図である。この半導体装置100は、パッケージ10と、パッケージ10に収容された、ショットキーバリアダイオード(SBD)である半導体素子20とを備えている。パッケージ10は金属製の導電性基板10aを備えており、半導体素子20は導電性基板10a上に搭載されている。半導体素子20の導電性基板10aへの搭載は、たとえば、半田や銀ペーストなどの導電性材料を用いたダイボンディングにより行われる。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to
半導体素子20は、たとえば導電性シリコンからなる導電性の基板21と、基板21上に形成された窒化物系半導体層を備えている。窒化物系半導体層は、基板21側から順次形成されたバッファ層22、第1半導体層23および第2半導体層24を含んでいる。
The
バッファ層22は、窒化物系半導体からなり、たとえば複数のAlN層と複数のGaN層とが交互に積層した構成を有する。ただし、AlN層およびGaN層の厚さは、AlN層とGaN層とのヘテロ接合の界面に2次元電子ガスが発生しない程度に薄い厚さとする。第1半導体層23は、窒化物系半導体、たとえばGaNからなる。第2半導体層24は、第1半導体層23の表面に形成され、第1半導体層23よりもバンドギャップが広い窒化物系半導体、たとえばAlGaNからなる。第1半導体層23と第2半導体層24とは、ヘテロ接合を形成している。その結果、第1半導体層23の第2半導体層24との界面には2次元電子ガス層が形成される。第1半導体層23は電子走行層、第2半導体層24は電子供給層として機能する。
The
半導体素子20は、さらに、第2半導体層24上に形成された絶縁膜25、第1電極26、第1電極パッド27、および第2電極28を備えている。
The
絶縁膜25は、たとえばSiO2やSiNxからなり、第2半導体層24の表面を覆っている。第1電極26は、第2半導体層24にショットキー接合するように形成されており、アノード電極として機能する。第1電極26はたとえばNi/Au構造を有する。第1電極パッド27は、第2半導体層24上に絶縁膜25を介して形成されている。第1電極パッド27は、たとえばAuからなり、第1電極26に電気的に接続しており、第1電極26と外部との電気的接触を実現するものである。第2電極28は、第2半導体層24にオーミック接合するように形成されており、カソード電極として機能する。第2電極28はたとえばTi/Al構造を有する。
The insulating
図1に示すように、導電性である基板21の内部には等電位領域S1が形成されている。また、本明細書では、第1電極領域を規定する。第1電極領域とは、窒化物系半導体層の上側において、第1電極およびこれに接触する導体が形成された領域である。また、第1電極およびこれに接触する導体が形成された領域に対応する窒化物系半導体層の表面または内部の領域を第1電極領域とする場合もある。本実施の形態1では、後述する理由により、第1電極26およびこれに接触する導電体である第1電極パッド27が形成された領域に対応する、第1半導体層23と第2半導体層24との界面の領域を、第1電極領域S2とする。領域S2aは第1電極26が第2半導体層24と接触する領域であり、第1半導体層23と第2半導体層24との界面に示している。同様に、本明細書では、第2電極領域を規定する。第2電極領域とは、窒化物系半導体層の上側において、第2電極およびこれに接触する導体が形成された領域である。また、第2電極およびこれに接触する導体が形成された領域に対応する窒化物系半導体層の表面または内部の領域を第2電極領域とする場合もある。本実施の形態1では、後述する理由により、第2電極28が形成された領域に対応する、第1半導体層23と第2半導体層24との界面の領域を、第2電極領域S3とする。なお、第2電極28に接触する導電体である電極パッドが形成される場合には、この電極パッドが形成された領域に対応する、第1半導体層23と第2半導体層24との界面の領域も第2電極領域S3に含まれる。さらに、パッケージ10の導電性基板10aの内部には等電位領域S4が形成されている。
As shown in FIG. 1, an equipotential region S <b> 1 is formed inside a
抵抗成分20aおよび静電容量成分20bは、それぞれ、第1電極領域S2と等電位領域S1との間の窒化物系半導体層、すなわちバッファ層22および第1半導体層23の抵抗成分または静電容量成分である。抵抗成分20cおよび静電容量成分20dは、それぞれ、第2電極領域S3と等電位領域S1との間の窒化物系半導体層、すなわちバッファ層22および第1半導体層23の抵抗成分または静電容量成分である。
The
さらに、半導体装置100は、半導体素子20とともにパッケージに収容されたパッシブ型回路30を備えている。パッシブ型回路30は、並列接続された電気抵抗部30aと静電容量部30bとを含んでいる。パッシブ型回路30は、第1電極26と等電位領域S1との間に、第1電極パッド27および導電性基板10aを介して接続されている。
Furthermore, the
つぎに、半導体装置100に、たとえば、スイッチング電圧を印加する場合のように、大きな逆電圧(たとえば数百ボルト)を印加した状態から小さな順電圧(たとえば数ボルト)を印加する状態に切り換えた場合の半導体装置100の動作について説明する。半導体装置100では、パッシブ型回路30は、第1電極26と第2電極28との間に印加する電圧を逆電圧から順電圧に切り換えたときに、等電位領域S1が第2電極28に対して正電位となるように構成されている。これによって、半導体装置100は、半導体のトラップによる2次元電子ガスの電子濃度の減少が補償され、電力損失が低減されている。
Next, when the
以下、具体的に説明する。図2は、図1に示す半導体素子20の等価回路を示す図である。点P1、P2、P3は、それぞれ、等電位領域S1、第1電極26、第2電極28に対応する点である。ここで、抵抗成分20a、20c、電気抵抗部30aの電気抵抗値を、それぞれRab、Rcb、Rbsとする。静電容量成分20b、20d、静電容量部30bの静電容量値を、それぞれCab、Ccb、Cbsとする。第2電極28は接地されて0Vとされ、第1電極26は電圧Vinが印加される。
This will be specifically described below. FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of the
なお、抵抗成分20aの電気抵抗値Rabおよび静電容量成分20bの静電容量値Cabは、第1電極領域の面積を変化させることにより調整することができる。抵抗成分20cの電気抵抗値Rcbおよび静電容量成分20dの静電容量Ccbは、第2電極領域の面積を変化させることにより調整することができる。また、抵抗成分20aの電気抵抗値Rabおよび抵抗成分20cの電気抵抗値Rcbは、バッファ層22、第1半導体層23、または第2半導体層24の種類、不純物濃度および結晶欠陥密度の少なくともいずれか一つにより調整することができる。
Note that the electric resistance value R ab of the
図3は、図2に示す等価回路の一部を合成した等価回路にストレス電圧を印加した場合を示す図である。図3に示す等価回路は電気抵抗値がそれぞれR1、R2である抵抗20e、20fと、静電容量値がC1、C2である静電容量20g、20hで構成されている。ここで、R1=Rcb、C1=Ccb、1/R2=1/Rab+1/Rbs、C2=Cab+Cbsである。図3に示す等価回路に、Vinが負値である逆電圧(ストレス電圧)を印加する(たとえばVin=−600Vとする)と、リーク電流I1によって静電容量20g、20hに電荷が蓄積される。平衡状態になったときの静電容量20g、20hの点P1側に蓄積される電荷をそれぞれQm1、Qm2とし、点P1における電位をVmとすると、以下の式(1)〜(3)が成り立つ。
FIG. 3 is a diagram showing a case where a stress voltage is applied to an equivalent circuit obtained by synthesizing a part of the equivalent circuit shown in FIG. The equivalent circuit shown in FIG. 3 includes
Vm=Vin×R1/(R1+R2) ・・・ (1)
Qm1=C1×Vm ・・・ (2)
Qm2=C2×(Vm−Vin) ・・・ (3)
V m = V in × R 1 / (R 1 + R 2 ) (1)
Q m1 = C 1 × V m (2)
Q m2 = C 2 × (V m −V in ) (3)
つぎに、図4は、図3に示す等価回路に印加したストレス電圧を解除した直後の平衡状態となる前の過渡状態を示す図である。ストレス電圧を解除した直後には、Vinはほぼ0Vになる。このとき、静電容量20g、20hに蓄積された電荷が電流I2のように流れる。このときの等電位領域S1に対応する点P1の電位をVm’とすると、Vm’は以下の式(4)で表される。
Next, FIG. 4 is a diagram showing a transient state before the equilibrium state immediately after releasing the stress voltage applied to the equivalent circuit shown in FIG. Immediately after releasing the stress voltage, V in becomes substantially to 0V. At this time, the electric charge accumulated in the
Vm’=(Qm1+Qm2)/(C1+C2) ・・・ (4) V m ′ = (Q m1 + Q m2 ) / (C 1 + C 2 ) (4)
この半導体装置100では、Vm’が正値となるように、パッシブ型回路30が構成されている。したがって、上記式(1)〜(4)から導かれるように、以下の式(A)が成り立つ。
Vm’が正値となると、バックゲート効果によって、電子が等電位領域S1方向に引き寄せられて第1半導体層23の2次元電子ガス層の電子濃度が増加する。これによって、電流コラプスによる2次元電子ガスの電子濃度の減少が補償され、順電圧印加時の順電流が増加する。このように、半導体装置100は、簡易な構成のパッシブ型回路30によって電力損失が低減されたものである。
When V m ′ becomes a positive value, electrons are attracted toward the equipotential region S1 by the back gate effect, and the electron concentration of the two-dimensional electron gas layer of the
なお、このとき、Vm’は式(5)に示す時定数τ(値が1/eとなるまでの時間)で減少する。
τ=(C1+C2)×(R1×R2)/(R1+R2) ・・・ (5)
At this time, V m ′ decreases with a time constant τ (time until the value becomes 1 / e) shown in Expression (5).
τ = (C 1 + C 2 ) × (R 1 × R 2 ) / (R 1 + R 2 ) (5)
したがって、パッシブ型回路30の電気抵抗部30aの電気抵抗値Rbs、および静電容量部30bの静電容量値Cbsは、印加するスイッチング電圧の周波数と時定数との関係なども考慮して、半導体素子20における電流コラプスによる2次元電子ガスの電子濃度の減少を補償できるような値に設定することが好ましい。
Therefore, the electric resistance value R bs of the
本実施の形態1では、第1電極26およびこれに接触する導電体である第1電極パッド27が形成された領域に対応する、第1半導体層23と第2半導体層24との界面の領域を、第1電極領域S2としている。その理由は、第1電極26およびこれに接触する導電体である第1電極パッド27が形成された領域と、これに対応する第1半導体層23と第2半導体層24との界面の領域との間に存在する、第2半導体層24および絶縁膜25の抵抗成分および静電容量成分が、当該対応する界面の領域と等電位領域S1との間の抵抗成分20aおよび静電容量成分20bに比較して、省略して考えることができるからである。同様に、本実施の形態1では、第2電極28が形成された領域に対応する、第1半導体層23と第2半導体層24との界面の領域を、第2電極領域S3としている。その理由は、第2電極28が形成された領域と、これに対応する第1半導体層23と第2半導体層24との界面の領域との間に存在する、第2半導体層24の抵抗成分および静電容量成分が、当該対応する界面の領域と等電位領域S1との間の抵抗成分20cおよび静電容量成分20dに比較して、省略して考えることができる値だからである。
In the first embodiment, the region of the interface between the
ただし、本発明はこれに限らず、省略していた抵抗成分および静電容量成分を考慮してもよい。その場合は、抵抗成分20a、静電容量成分20b、抵抗成分20cおよび静電容量成分20dの各値を、省略していた抵抗成分および静電容量成分を含んだ値に置き換えて、上記式(1)〜(5)、(A)を用いれば良い。また、その場合の第1電極領域および第2電極領域は、たとえば第2半導体層24の表面や、窒化物系半導体層の内部の特定の位置として規定すればよい。
However, the present invention is not limited to this, and the omitted resistance component and capacitance component may be considered. In that case, each value of the
(実施の形態2)
図5は、本発明の実施の形態2に係る半導体装置の模式的な断面図である。この半導体装置200は、実施の形態1に係る半導体装置100において、半導体素子20を半導体素子20Aに置き換え、パッシブ型回路30を削除した構成を有する。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to
半導体素子20Aは、半導体素子20において、基板21を基板21Aに置き換えたものである。基板21Aは、導電性の基板の裏面側に誘電体層21Aaが形成されたものである。基板21Aは、たとえば導電性シリコンからなる基板の表面に、熱酸化やCVD法によってSiO2膜等の誘電体層を形成したものである。半導体素子20Aは、パッケージ10の導電性基板10a上に誘電体層21Aaを介して搭載される。また、基板21Aの内部には等電位領域S1Aが形成されている。
The
この半導体装置200では、並列接続された電気抵抗部31aと静電容量部31bとを含んだパッシブ型回路31が、半導体素子20Aの内部に形成されている。すなわち、電気抵抗部31aおよび静電容量部31bは、基板21A内の等電位領域S1Aと、導電性基板10aの等電位領域S4との間の、誘電体層21Aaの抵抗成分および静電容量成分により構成されている。パッシブ型回路31は、第1電極26と等電位領域S1Aとの間に、第1電極パッド27および導電性基板10aを介して接続されている。
In this
この半導体装置200も、実施の形態1に係る半導体装置100と同様に、パッシブ型回路31は、第1電極26と第2電極28との間に印加する電圧を逆電圧から順電圧に切り換えたときに等電位領域S1Aが正電位となるように構成されている。これによって、半導体装置200は、半導体のトラップによる2次元電子ガスの電子濃度の減少が補償され、電力損失が低減されている。
Similarly to the
パッシブ型回路31の電気抵抗部31aの電気抵抗値、および静電容量部31bの静電容量値は、印加するスイッチング電圧の周波数と時定数との関係なども考慮して、半導体素子20Aにおける電流コラプスによる2次元電子ガスの電子濃度の減少を補償できるような値に設定することが好ましい。なお、電気抵抗部31aの電気抵抗値、および静電容量部31bの静電容量値は、誘電体層21Aaの電気抵抗率、誘電率、または厚さを変化させることで、その値を調整することができる。
The electric resistance value of the
本実施の形態2においても、実施の形態1の場合と同様に、第2半導体層24および絶縁膜25の抵抗成分および静電容量成分を省略して考えているが、省略していた抵抗成分および静電容量成分を考慮してもよい。
Also in the second embodiment, the resistance component and the capacitance component of the
(実施の形態3)
図6は、本発明の実施の形態3に係る半導体装置の模式的な断面図である。この半導体装置300は、実施の形態1に係る半導体装置200において、半導体素子20を半導体素子20Bに置き換え、パッシブ型回路30を削除した構成を有する。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to
半導体素子20Bは、半導体素子20において、バッファ層22をバッファ層22Bに置き換えたものである。バッファ層22Bは、第1バッファ層22Baと、第2バッファ層22Bbとが順次積層した構成を有する。
The
第1バッファ層22Baは、窒化物系半導体からなり、たとえば複数のAlN層と複数のGaN層とが交互に積層した構成を有する。ただし、AlN層およびGaN層の厚さは、AlN層とGaN層とのヘテロ接合の界面に2次元電子ガスが発生する程度に厚い厚さとする。一方、第2バッファ層22Bbは、窒化物系半導体からなり、たとえば複数のAlN層と複数のGaN層とが交互に積層した構成を有する。ただし、AlN層およびGaN層の厚さは、AlN層とGaN層とのヘテロ接合の界面に2次元電子ガスが発生しない程度に薄い厚さとする。その結果、第1バッファ層22Baには、2次元電子ガス層による等電位領域S5が形成される。図6では第1バッファ層22Baの第2バッファ層22Bbとの界面に等電位領域S5が形成される場合を示しているが、等電位領域S5が形成される位置はこれに限定されるものではない。 The first buffer layer 22Ba is made of a nitride-based semiconductor, and has a configuration in which, for example, a plurality of AlN layers and a plurality of GaN layers are alternately stacked. However, the thicknesses of the AlN layer and the GaN layer are so thick that two-dimensional electron gas is generated at the heterojunction interface between the AlN layer and the GaN layer. On the other hand, the second buffer layer 22Bb is made of a nitride-based semiconductor and has a configuration in which, for example, a plurality of AlN layers and a plurality of GaN layers are alternately stacked. However, the thicknesses of the AlN layer and the GaN layer are so thin that no two-dimensional electron gas is generated at the heterojunction interface between the AlN layer and the GaN layer. As a result, an equipotential region S5 of a two-dimensional electron gas layer is formed in the first buffer layer 22Ba. FIG. 6 shows the case where the equipotential region S5 is formed at the interface between the first buffer layer 22Ba and the second buffer layer 22Bb. However, the position where the equipotential region S5 is formed is not limited to this. Absent.
抵抗成分20Baおよび静電容量成分20Bbは、それぞれ、第1電極領域S2と等電位領域S5との間の窒化物系半導体層、すなわち第2バッファ層22Bb、第1半導体層23の抵抗成分または静電容量成分である。抵抗成分20Bcおよび静電容量成分20Bdは、それぞれ、第2電極領域S3と等電位領域S5との間の窒化物系半導体層、すなわち第2バッファ層22Bb、第1半導体層23の抵抗成分または静電容量成分である。
The resistance component 20Ba and the capacitance component 20Bb are respectively a nitride-based semiconductor layer between the first electrode region S2 and the equipotential region S5, that is, the resistance component or static of the second buffer layer 22Bb and the
この半導体装置300では、並列接続された電気抵抗部32aと静電容量部32bとを含んだパッシブ型回路32が、半導体素子20Bの内部に形成されている。すなわち、電気抵抗部32aおよび静電容量部32bは、第1バッファ層22Baの等電位領域S5と、基板21内の等電位領域S1との間の、第1バッファ層22Baの抵抗成分および静電容量成分により構成されている。パッシブ型回路32は、第1電極26と等電位領域S5との間に、第1電極パッド27、導電性基板10a、および基板21を介して接続されている。
In this
この半導体装置300も、実施の形態1に係る半導体装置100と同様に、パッシブ型回路32は、第1電極26と第2電極28との間に印加する電圧を逆電圧から順電圧に切り換えたときに等電位領域S5が正電位となるように構成されている。これによって、半導体装置300は、半導体のトラップによる2次元電子ガスの電子濃度の減少が補償され、電力損失が低減されている。
Similarly to the
パッシブ型回路32の電気抵抗部32aの電気抵抗値、および静電容量部32bの静電容量値は、印加するスイッチング電圧の周波数と時定数との関係なども考慮して、半導体素子20Bにおける電流コラプスによる2次元電子ガスの電子濃度の減少を補償できるような値に設定することが好ましい。なお、電気抵抗部32aの電気抵抗値、および静電容量部32bの静電容量値は、第1バッファ層22Baの構成、等電位領域S5の面積、電気抵抗率、誘電率や厚さを変化させることで、その値を調整することができる。電気抵抗率は、第1バッファ層22Baの種類、第1バッファ層22Ba中の不純物濃度および第1バッファ層22Ba中の結晶欠陥密度の少なくいずれか一つにより調整することができる。
The electric resistance value of the
本実施の形態3においても、実施の形態1の場合と同様に、第2半導体層24および絶縁膜25の抵抗成分および静電容量成分を省略して考えているが、省略していた抵抗成分および静電容量成分を考慮してもよい。その場合は、抵抗成分20Ba、静電容量成分20Bb、抵抗成分20Bcおよび静電容量成分20Bdの各値を、省略していた抵抗成分および静電容量成分を含んだ値に置き換えれば良い。
Even in the third embodiment, the resistance component and the capacitance component of the
ここで、実施の形態1、3に係る半導体装置の構成において、図3に示す等価回路の抵抗20e、20fの電気抵抗値R1、R2、および静電容量20g、20hの静電容量値C1、C2を変化させて、アノード電圧(Vin)を−600Vから+2Vに切り換えた場合の等電位領域S1の電位(点P1の電位)、および、第1半導体層23の2次元電子ガス層の電子濃度を計算した。ここでは、R1、R2、C1、C2の値を変化させた3種類の組み合わせ(計算1、計算2、計算3)に対して計算を行った。計算1は、実施の形態1の構成を採用した場合である。計算2、3は、実施の形態3の構成を採用した場合であって、第2バッファ層22Bbの厚さを異なる値にした場合である。
Here, in the configuration of the semiconductor device according to the first and third embodiments, the electric resistance values R 1 and R 2 of the
図7は、等電位領域の電位の変化を示す図である。図8は、2次元電子ガスの電子濃度の変化量(ΔNs)を示す図である。なお、図8の縦軸は、半導体素子にDCの順電圧を印加した状態での2次元電子ガスの電子濃度を基準とした変化量である。また、図8の縦軸において、たとえば「1.E+13」は、「1×1013」を意味する。図7、8においては、横軸の時間が0秒から10.000秒まではアノード電圧V(anode)を−600Vとし、その後10.000秒から10.100秒までは+2Vとした。図7のVbuf1、Vbuf2、Vbuf3が、それぞれ計算1、計算2、計算3による電位を示している。図8のΔNs1、ΔNs2、ΔNs3が、それぞれ計算1、計算2、計算3による電子濃度の変化を示している。また、ΔN(c)は、電流コラプスによる電子濃度の変化を示している。
FIG. 7 is a diagram showing a change in potential in the equipotential region. FIG. 8 is a diagram showing the amount of change (ΔNs) in the electron concentration of the two-dimensional electron gas. Note that the vertical axis in FIG. 8 represents the amount of change based on the electron concentration of the two-dimensional electron gas in a state where a DC forward voltage is applied to the semiconductor element. In the vertical axis of FIG. 8, for example, “1.E + 13” means “1 × 10 13 ”. 7 and 8, the anode voltage V (anode) was set to -600 V from 0 second to 10.000 seconds, and then +2 V from 10.000 seconds to 10.100 seconds. Vbuf1, Vbuf2, and Vbuf3 in FIG. 7 indicate potentials obtained by
図7に示すように、Vbuf1は、電圧を逆電圧から順電圧に切り換えたときに負となり、その後所定の時定数で0Vに到達した。また、Vbuf2は、電圧を切り換えたときに正となり、その後Vbuf1の場合よりも長い時定数で0Vに到達した。さらに、Vbuf3は、電圧を切り換えたときに正となり、その後電位は徐々に低下したが、10.100秒まででは0Vには到達しなかった。したがって、Vbuf3の場合は、Vbuf2の場合よりさらに長い時定数を有している。 As shown in FIG. 7, Vbuf1 became negative when the voltage was switched from the reverse voltage to the forward voltage, and then reached 0V with a predetermined time constant. Moreover, Vbuf2 became positive when the voltage was switched, and then reached 0 V with a longer time constant than in the case of Vbuf1. Furthermore, Vbuf3 became positive when the voltage was switched, and then the potential gradually decreased, but did not reach 0 V until 10.100 seconds. Therefore, Vbuf3 has a longer time constant than Vbuf2.
図8に示すように、ΔNs1は、電圧を逆電圧から順電圧に切り換えたときに負となり、その後所定の時定数で0に到達した。このことは、図7に示すようにVbuf1が負になると、ΔNs1も負となり、電子濃度が減少することを示している。一方、ΔNs2は、電圧を切り換えたときに正となり、その後ΔNs1の場合よりも長い時定数で0に到達した。このことは、図7に示すようにVbuf2を正にすると、ΔNs2も正となり、電子濃度が増加することを示している。さらに、ΔNs3は、電圧を切り換えたときに正となり、その後値が徐々に低下したが、10.100秒まででは0には到達しなかった。したがって、ΔNs3の場合は、ΔNs2の場合よりさらに長い時定数を有している。 As shown in FIG. 8, ΔNs1 became negative when the voltage was switched from the reverse voltage to the forward voltage, and then reached 0 with a predetermined time constant. This indicates that when Vbuf1 becomes negative as shown in FIG. 7, ΔNs1 also becomes negative and the electron concentration decreases. On the other hand, ΔNs2 became positive when the voltage was switched, and then reached 0 with a longer time constant than in the case of ΔNs1. This indicates that when Vbuf2 is positive as shown in FIG. 7, ΔNs2 is also positive and the electron concentration increases. Furthermore, ΔNs3 became positive when the voltage was switched, and then gradually decreased, but did not reach 0 until 10.100 seconds. Therefore, ΔNs3 has a longer time constant than ΔNs2.
図7、8からわかるように、逆電圧から順電圧に切り換えたときに等電位領域が正電位となるようにすることで、2次元電子ガスの電子濃度を増加させることができ、電流コラプスによる2次元電子ガスの減少を補償できる。特に、図8に示すように、計算2の場合は、ΔNs2の時間変化の曲線形状は、電流コラプスによるΔN(c)の減少を略相殺できるような形状となっている。さらに、計算3の場合も、ΔNs3の値は、ΔN(c)の減少量を補償できる値となっている。
As can be seen from FIGS. 7 and 8, by switching the reverse voltage to the forward voltage so that the equipotential region becomes a positive potential, the electron concentration of the two-dimensional electron gas can be increased. The decrease in the two-dimensional electron gas can be compensated. In particular, as shown in FIG. 8, in the case of
つぎに、第1電極領域の面積と第2電極領域の面積との比について、好ましい値を説明する。ここでは、上記の実施の形態3に係る構成の計算2の条件において、第2電極領域の面積を固定し、第1電極領域の面積を、電極パッドの面積を拡大することによって変化させながら、電圧を逆電圧から順電圧に切り換えた直後の等電位領域の電位を計算した。
Next, preferable values for the ratio of the area of the first electrode region to the area of the second electrode region will be described. Here, in the condition of
図9は、第1電極領域の面積と第2電極領域の面積との比と、等電位領域の電位との関係を示す図である。なお、横軸は対数表示してある。図9に示すように、第1電極領域の面積と第2電極領域の面積との比が0.5のときに、電位はほぼ0Vとなった。したがって、当該比を0.5より大きくすることによって、等電位領域を正電位にすることができる。 FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the ratio of the area of the first electrode region to the area of the second electrode region and the potential of the equipotential region. The horizontal axis is logarithmically displayed. As shown in FIG. 9, when the ratio of the area of the first electrode region to the area of the second electrode region was 0.5, the potential was almost 0V. Therefore, the equipotential region can be set to a positive potential by making the ratio larger than 0.5.
(実施の形態4)
図10は、本発明の実施の形態4に係る半導体装置の模式的な断面図である。この半導体装置400は、実施の形態1に係る半導体装置100において、半導体素子20を半導体素子40に置き換え、パッシブ型回路30をパッケージ10の外部に配置した構成を有する。
(Embodiment 4)
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to
半導体素子40は導電性基板10a上に搭載されている。半導体素子40の導電性基板10aへの搭載は、たとえば、半田や銀ペーストなどの導電性材料を用いたダイボンディングにより行われる。半導体素子40は、半導体素子20と同様に、導電性の基板21と、基板21上に形成された窒化物系半導体層を備えている。窒化物系半導体層は、基板21側から順次形成されたバッファ層22、第1半導体層23および第2半導体層24を含んでいる。
The
半導体素子40は、さらに、第2半導体層24上に形成された絶縁膜25、ゲート電極46、第1電極47、および第2電極48を備えている。
The
絶縁膜25は、たとえばSiO2やSiNxからなり、第2半導体層24の表面を覆っている。ゲート電極46は、絶縁膜25に形成された開口部から、第2半導体層24にショットキー接合するように形成されている。第1電極47は、第2半導体層24にオーミック接合するように形成されており、ソース電極として機能する。第2電極48は、第2半導体層24にオーミック接合するように形成されており、ドレイン電極として機能する。ゲート電極46はたとえばNi/Au構造を有する。第1および第2電極47、48はたとえばTi/Al構造を有する。
The insulating
半導体素子20と同様に、導電性である基板21の内部には等電位領域S1が形成されている。また、半導体素子20の場合と同様の理由で、第1電極47が形成された領域に対応する、第1半導体層23と第2半導体層24との界面の領域を、第1電極領域S6としている。また、第2電極48が形成された領域に対応する、第1半導体層23と第2半導体層24との界面の領域を、第2電極領域S7としている。なお、第1電極47または第2電極48に接触する導電体である電極パッドが形成される場合には、この電極パッドが形成された領域に対応する、第2半導体層24の表面の領域も、第1または第2電極領域に含まれる。領域S8はゲート電極46が第2半導体層24と接触する領域であり、第1半導体層23と第2半導体層24との界面に示している。さらに、パッケージ10の導電性基板10aの内部には等電位領域S4が形成されている。
Similar to the
抵抗成分40aおよび静電容量成分40bは、それぞれ、第1電極領域S6と等電位領域S1との間の窒化物系半導体層、すなわちバッファ層22および第1半導体層23の抵抗成分または静電容量成分である。抵抗成分40cおよび静電容量成分40dは、それぞれ、第2電極領域S7と等電位領域S1との間の窒化物系半導体層、すなわちバッファ層22および第1半導体層23の抵抗成分または静電容量成分である。抵抗成分40eおよび静電容量成分40fは、それぞれ、領域S8と等電位領域S1との間の窒化物系半導体層のうち、バッファ層22および第1半導体層23の抵抗成分または静電容量成分である。
The
パッシブ型回路30は、第1電極47と等電位領域S1との間に、導電性基板10aを介して接続されている。このように、パッシブ型回路30は、パッケージ10の外部に配置されていてもよい。
The
つぎに、半導体装置400に、たとえば、スイッチング電圧を印加する場合のように、大きな逆電圧(たとえば数百ボルト)を印加した状態から小さな順電圧(たとえば数ボルト)を印加する状態に切り換えた場合の半導体装置400の動作について説明する。半導体装置400では、パッシブ型回路30は、第1電極47と第2電極48との間に印加する電圧を逆電圧から順電圧に切り換えたときに等電位領域S1が正電位となるように構成されている。これによって、半導体装置400は、半導体のトラップによる2次元電子ガスの電子濃度の減少が補償され、電力損失が低減されている。
Next, when the
以下、具体的に説明する。図11は、図10に示す半導体素子40の等価回路を示す図である。点P1、P6、P7は、それぞれ、等電位領域S1、第1電極47、第2電極48に対応する点である。ここで、抵抗成分40a、40c、電気抵抗部30aの電気抵抗値を、それぞれRab、Rcb、Rbsとする。静電容量成分40b、40d、静電容量部30bの静電容量値を、それぞれCab、Ccb、Cbsとする。第2電極48は接地されて0Vとされ、第1電極47は電圧Vinが印加される。また、ゲート電位は逆電圧値に対して値が小さいため、抵抗成分40eおよび静電容量成分40fは無視することができる。
This will be specifically described below. FIG. 11 is a diagram showing an equivalent circuit of the
なお、抵抗成分40aの電気抵抗値Rabと静電容量成分40bの静電容量値Cabは、第1電極領域の面積を変化させることにより調整することができる。抵抗成分40cの電気抵抗値Rcbおよび静電容量成分40dの静電容量Ccbは、第2電極領域の面積を変化させることにより調整することができる。また、抵抗成分40aの電気抵抗値Rabおよび抵抗成分40cの電気抵抗値Rcbは、バッファ層22、第1半導体層23、または第2半導体層24の種類、不純物濃度および結晶欠陥密度の少なくともいずれか一つにより調整することができる。
Incidentally, the capacitance value C ab of the electric resistance value R ab and the
図12は、図11に示す等価回路の一部を合成した等価回路にストレス電圧を印加した場合を示す図である。図12に示す等価回路は電気抵抗値がそれぞれR1、R2である抵抗40g、40hと、静電容量値がC1、C2である静電容量40i、40jで構成されている。ここで、R1=Rcb、C1=Ccb、1/R2=1/Rab+1/Rbs、C2=Cab+Cbsである。図12に示す等価回路に、Vinが正値である逆電圧(ストレス電圧)を印加する(たとえばVin=600Vとする)と、リーク電流I3によって静電容量40i、40jに電荷が蓄積される。平衡状態になったときの静電容量40i、40jの点P1側に蓄積される電荷をそれぞれQm1、Qm2とし、点P1における電位をVmとすると、実施の形態1の場合と同様に、上述した式(1)〜(3)が成り立つ。
FIG. 12 is a diagram showing a case where a stress voltage is applied to an equivalent circuit obtained by synthesizing a part of the equivalent circuit shown in FIG. The equivalent circuit shown in FIG. 12 includes
つぎに、図13は、図12に示す等価回路に印加したストレス電圧を解除した直後の平衡状態となる前の過渡状態を示す図である。ストレス電圧を解除した直後には、Vinはほぼ0Vになる。このとき、静電容量40i、40jに蓄積された電荷が電流I4のように流れる。このときの等電位領域S1に対応する点P1の電位をVm’とすると、Vm’は、実施の形態1の場合と同様に、上述した式(4)で表される。
Next, FIG. 13 is a diagram showing a transient state before the equilibrium state immediately after releasing the stress voltage applied to the equivalent circuit shown in FIG. Immediately after releasing the stress voltage, V in becomes substantially to 0V. At this time, the electric charge accumulated in the
この半導体装置400では、Vm’が正値となるように、パッシブ型回路30が構成されている。したがって、実施の形態1の場合と同様に、上述した式(A)が成り立つ。
In the
Vm’が正値となると、電子が等電位領域S1方向に引き寄せられて第1半導体層23の2次元電子ガス層の電子濃度が増加する。これによって、電流コラプスによる2次元電子ガスの電子濃度の減少が補償され、順電圧印加時の順電流が増加する。このように、半導体装置400は、簡易な構成のパッシブ型回路30によって電力損失が低減されたものである。なお、このとき、Vm’は上述した式(5)に示す時定数τで減少する。
When V m ′ becomes a positive value, electrons are attracted toward the equipotential region S1 and the electron concentration of the two-dimensional electron gas layer of the
したがって、パッシブ型回路30の電気抵抗部30aの電気抵抗値Rbs、および静電容量部30bの静電容量値Cbsは、印加するスイッチング電圧の周波数と時定数との関係なども考慮して、半導体素子40における電流コラプスによる2次元電子ガスの電子濃度の減少を補償できるような値に設定することが好ましい。
Therefore, the electric resistance value R bs of the
なお、本実施の形態4のように、半導体素子がHEMTなどの電界効果トランジスタである場合は、実施の形態1等のSBDの場合と、逆電圧の符号が異なるので(図3、12参照)、第1電極領域の面積と第2電極領域の面積との比を0.5より小さくすることによって、等電位領域を正電位にすることができる。 When the semiconductor element is a field effect transistor such as HEMT as in the fourth embodiment, the sign of the reverse voltage is different from that of the SBD of the first embodiment or the like (see FIGS. 3 and 12). The equipotential region can be set to a positive potential by making the ratio of the area of the first electrode region and the area of the second electrode region smaller than 0.5.
また、本実施の形態4においても、実施の形態1の場合と同様に、第2半導体層24および絶縁膜25の抵抗成分および静電容量成分を省略して考えているが、省略していた抵抗成分および静電容量成分を考慮してもよい。その場合は、抵抗成分40a、静電容量成分40b、抵抗成分40cおよび静電容量成分40dの各値を、省略していた抵抗成分および静電容量成分を含んだ値に置き換えて、上記式(1)〜(5)、(A)を用いれば良い。
In the fourth embodiment, as in the case of the first embodiment, the resistance component and the capacitance component of the
また、上記実施の形態3では、等電位領域S5を第1バッファ層22Baに含まれるヘテロ接合により形成される2次元電子ガス層を利用しているが、本発明はこれに限られず、正電位とする等電位領域としては、窒化物系半導体層内に形成されたn型半導体層、p型半導体層でもよい。また、正電位とする等電位領域は、実施の形態1、2のように、半導体素子の基板内に限られず、第3の実施形態のように第1半導体層よりも基板側であればよい。 In the third embodiment, the equipotential region S5 is a two-dimensional electron gas layer formed by a heterojunction included in the first buffer layer 22Ba. However, the present invention is not limited to this, and a positive potential is used. The equipotential region may be an n-type semiconductor layer or a p-type semiconductor layer formed in a nitride-based semiconductor layer. Further, the equipotential region to be positive potential is not limited to the inside of the substrate of the semiconductor element as in the first and second embodiments, and may be on the substrate side from the first semiconductor layer as in the third embodiment. .
また、上記実施の形態では、窒化物系半導体層は、バッファ層、第1半導体層、第2半導体層を含んでいるものであるが、その他の半導体層を適宜含んでいても良い。 In the above embodiment, the nitride-based semiconductor layer includes the buffer layer, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer. However, the nitride-based semiconductor layer may include other semiconductor layers as appropriate.
また、上記実施の形態では、半導体装置はHEMTまたはSBDであるが、本発明は、ヘテロ接合構造を有し2次元電子ガスを利用した、MOS型やMIS型の電界効果トランジスタ等の他の半導体装置に対しても適用できるものである。 In the above embodiment, the semiconductor device is HEMT or SBD. However, the present invention is applicable to other semiconductors such as MOS-type and MIS-type field effect transistors having a heterojunction structure and using a two-dimensional electron gas. The present invention can also be applied to an apparatus.
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。たとえば、実施の形態1〜3に係るパッシブ型回路を、実施の形態4のパッシブ型回路に置き換えてもよい。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。 Further, the present invention is not limited by the above embodiment. What was comprised combining each component mentioned above suitably is also contained in this invention. For example, the passive circuit according to the first to third embodiments may be replaced with the passive circuit according to the fourth embodiment. Further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
10 パッケージ
10a 導電性基板
20、20A、20B、40 半導体素子
20a、20c、40a、40c、40e 抵抗成分
20b、20d、40b、40d、40f 静電容量成分
20e、20f、40g、40h 抵抗
20g、20h、40i、40j 静電容量
21、21A 基板
21Aa 誘電体層
22、22B バッファ層
22Ba 第1バッファ層
22Bb 第2バッファ層
23 第1半導体層
24 第2半導体層
25 絶縁膜
26、47 第1電極
27 第1電極パッド
28、48 第2電極
30、31、32 パッシブ型回路
30a、31a、32a 電気抵抗部
30b、31b、32b 静電容量部
46 ゲート電極
100、200、300、400 半導体装置
I1、I3 リーク電流
I2、I4 電流
P1、P2、P3、P6、P7 点
S1、S1A、S4、S5 等電位領域
S2、S6 第1電極領域
S2a、S8 領域
S3、S7 第2電極領域
10
Claims (15)
前記第2半導体層上に形成された第1電極および第2電極と、
前記第1半導体層よりも前記基板側または前記基板内に形成された等電位領域と、
前記第1電極と前記等電位領域との間に接続された、電気抵抗部および静電容量部を含むパッシブ型回路と、
を備える半導体素子を有し、前記パッシブ型回路は、前記第1電極と前記第2電極との間に印加する電圧を逆電圧から順電圧に切り換えたときに前記等電位領域が前記第2電極に対して正電位となるように構成されていることを特徴とする半導体装置。 A first semiconductor layer formed on a substrate and made of a nitride semiconductor; a second semiconductor layer formed on a surface of the first semiconductor layer and made of a nitride semiconductor having a wider band gap than the first semiconductor layer; A nitride-based semiconductor layer containing
A first electrode and a second electrode formed on the second semiconductor layer;
An equipotential region formed on the substrate side or in the substrate with respect to the first semiconductor layer;
A passive circuit including an electric resistance portion and a capacitance portion connected between the first electrode and the equipotential region;
When the voltage applied between the first electrode and the second electrode is switched from a reverse voltage to a forward voltage, the equipotential region becomes the second electrode. The semiconductor device is configured to have a positive potential with respect to.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013141057A JP2015015361A (en) | 2013-07-04 | 2013-07-04 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013141057A JP2015015361A (en) | 2013-07-04 | 2013-07-04 | Semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015015361A true JP2015015361A (en) | 2015-01-22 |
Family
ID=52436892
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013141057A Pending JP2015015361A (en) | 2013-07-04 | 2013-07-04 | Semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2015015361A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111263978A (en) * | 2017-12-28 | 2020-06-09 | 株式会社村田制作所 | Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips |
CN111279466A (en) * | 2017-12-28 | 2020-06-12 | 株式会社村田制作所 | Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips |
-
2013
- 2013-07-04 JP JP2013141057A patent/JP2015015361A/en active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111263978A (en) * | 2017-12-28 | 2020-06-09 | 株式会社村田制作所 | Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips |
CN111279466A (en) * | 2017-12-28 | 2020-06-12 | 株式会社村田制作所 | Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips |
CN111263978B (en) * | 2017-12-28 | 2023-10-13 | 株式会社村田制作所 | Semiconductor device with a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips |
CN111279466B (en) * | 2017-12-28 | 2023-11-03 | 株式会社村田制作所 | Semiconductor device with a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5653326B2 (en) | Nitride semiconductor device | |
JP6143598B2 (en) | Semiconductor device | |
JP5845638B2 (en) | Semiconductor device | |
US8368084B2 (en) | Semiconductor device with capacitor disposed on gate electrode | |
JP2015170821A (en) | Nitride semiconductor device, field effect transistor and cascode connection circuit | |
JP2007294769A (en) | Nitride semiconductor element | |
JP2006351691A (en) | Semiconductor device | |
JP2007273640A (en) | Semiconductor device | |
US9300223B2 (en) | Rectifying circuit and semiconductor device | |
TW201705445A (en) | Semiconductor device | |
JP2015056457A (en) | Semiconductor device | |
JPWO2016098391A1 (en) | Field effect transistor | |
US20140117410A1 (en) | Semiconductor device | |
JP2015173237A (en) | semiconductor device | |
US9165922B2 (en) | Semiconductor device | |
JP2020047741A (en) | Semiconductor device | |
JP2014187085A (en) | Semiconductor device | |
US20230369479A1 (en) | Nitride-based semiconductor bidirectional switching device and method for manufacturing the same | |
JP2015015361A (en) | Semiconductor device | |
US20180301528A1 (en) | High electron mobility transistor | |
JP2017208556A (en) | Semiconductor device | |
CN106373996B (en) | Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips | |
JP7176475B2 (en) | semiconductor equipment | |
JP2012256930A (en) | Semiconductor device | |
JP2007208036A (en) | Semiconductor device |