JP2021125577A - 半導体装置、半導体装置の製造方法及び電子装置 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、窒化物半導体を用いた電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor;FET)を備える半導体装置の1つとして、高電子移動度トランジスタ(High Electron Mobility Transistor;HEMT)を備えるものが知られている。HEMTは、GaN等が用いられた電子走行層(チャネル層とも称される)と、AlGaN等が用いられた電子供給層(バリア層とも称される)とを含み、それらの接合界面近傍に生成される二次元電子ガス(Two Dimensional Electron Gas;2DEG)をキャリアとして動作する。HEMTは、近年、レーダー用途や通信用途等、幅広い分野への利用が展開されている。このようなHEMTに関し、遠距離探知や遠距離通信等に向けた更なる高出力化のための技術の1つとして、ソース及びドレインとして機能する負荷電極とそれが設けられる半導体層との間の接触抵抗を低減する技術が知られている。
図1(A)に示す半導体装置1000A及び図1(B)に示す半導体装置1000Bはそれぞれ、HEMTを備えた半導体装置の一例である。
図2に示したような平面レイアウトを有し、活性領域1200に設けられるトランジスタとして、上記図1(A)又は図1(B)に示したような構造を有するトランジスタ素子群を含む半導体装置1000(1000A又は1000B)の、その温度分布及び入出力特性の一例を、図3に示す。
図4は第1の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。図4には、半導体装置の一例の要部平面図を模式的に示している。
ここでは、活性領域12とそこに設けられるトランジスタ20とを含む領域を、トランジスタ領域30と言う。
図8(A)には、半導体装置1の、図4及び図5に示した点Xaから点Xbの間の温度分布の一例を、実線T1で示している。図8(A)には比較のため、上記図2及び図3(A)で述べた半導体装置1000(図1(B)に示した半導体装置1000B)における点Xaから点Xbの温度分布の一例を、点線T0で併せて図示している。
[第2の実施の形態]
上記トランジスタ領域30の分割は、中央部AR1と外側部AR2の2分割に限定されず、3分割以上とすることもできる。
図9に示す半導体装置1Aは、トランジスタ領域30が、中央部AR1及び外側部AR2並びにそれらの間の中間部AR3の3つの領域に分割される構成を有する点で、上記第1の実施の形態で述べた半導体装置1と相違する。
図11は第3の実施の形態に係る半導体装置の一例について説明する図である。図11には、半導体装置の一例の要部平面図を模式的に示している。
図12は、図11に示した半導体装置1Bの、中央部AR1の点Xaと、その点Xaに対して方向T1に位置する中央部AR1の点Xcとの間の断面の一例を、模式的に示したものである。尚、半導体装置1Bの、中央部AR1の点Xaと、その点Xaに対して方向T1と直交する方向に位置する外側部AR2の点Xbとの間の断面は、例えば、上記第1の実施の形態で述べた図5と同じとすることができる。
ここでは、半導体装置の形成方法の例を、第4の実施の形態として説明する。
図13〜図18は第4の実施の形態に係る半導体装置の形成方法の一例について説明する図である。図13〜図18の各々において、(A)には半導体装置形成の各工程における要部平面図を、(B)には半導体装置形成の各工程におけるトランジスタ領域の中央部の要部断面図を、(C)には半導体装置形成の各工程におけるトランジスタ領域の外側部の要部断面図を、模式的に示している。
尚、上記第2の実施の形態で述べた半導体装置1A(図9及び図10)や上記第3の実施の形態で述べた半導体装置1B(図11及び図12)等も、以上のような工程の例に従って形成することができる。即ち、形成する半導体装置1A,1B等に設定される中央部AR1及び外側部AR2に基づき、上記図14(A)〜図14(C)の工程において、中央部AR1のコンタクト層41及び外側部AR2のコンタクト層42の形成領域を適宜変更すればよい。中央部AR1及び外側部AR2と共に、中間部AR3を設ける場合には、更に中間部AR3のコンタクト層形成ステップを追加すればよい。
例えば、半導体層10の電子走行層には、GaNのほか、インジウムガリウムナイトライド(InGaN)、AlGaN、インジウムアルミニウムガリウムナイトライド(InAlGaN)等の窒化物半導体が用いられてもよく、また、1種の窒化物半導体の単層構造が用いられてもよいし、1種又は2種以上の窒化物半導体の積層構造が用いられてもよい。半導体層10の電子供給層には、AlGaNのほか、インジウムアルミニウムナイトライド(InAlN)、InAlGaN、AlN等の窒化物半導体が用いられてもよく、また、1種の窒化物半導体の単層構造が用いられてもよいし、1種又は2種以上の窒化物半導体の積層構造が用いられてもよい。
ここでは、上記のような構成を有する半導体装置の、半導体パッケージへの適用例を、第5の実施の形態として説明する。
図19に示す半導体パッケージ100は、ディスクリートパッケージの一例である。半導体パッケージ100は、例えば、上記第1の実施の形態で述べた半導体装置1(図4〜図7)、半導体装置1が搭載されたリードフレーム110、及びそれらを封止する樹脂120を含む。
上記のように、半導体装置1では、トランジスタ領域30の、比較的放熱の起こり易い外側部AR2のコンタクト層42には、比較的接触抵抗率の低いn型GaN又はn型AlGaNが用いられる。トランジスタ領域30の、比較的放熱の起こり難い中央部AR1のコンタクト層41には、比較的接触抵抗率の高いn型AlGaNが用いられる。これにより、半導体装置1では、トランジスタ領域30の外側部AR2と中央部AR1を流れる電流量が調整され、発熱量が調整されて、温度分布が均一化される。トランジスタ領域30内の位置による放熱性の違いに起因した出力の低下が抑えられ、優れた性能を発揮することのできるトランジスタ20を備えた半導体装置1が実現される。このような優れた性能を有する半導体装置1が用いられ、高性能、高品質の半導体パッケージ100が実現される。
[第6の実施の形態]
ここでは、上記のような構成を有する半導体装置の、力率改善回路への適用例を、第6の実施の形態として説明する。
図20に示す力率改善(Power Factor Correction;PFC)回路200は、スイッチ素子210、ダイオード220、チョークコイル230、コンデンサ240、コンデンサ250、ダイオードブリッジ260及び交流電源270(AC)を含む。
上記のように、半導体装置1等では、外側部AR2のコンタクト層42に、比較的接触抵抗率の低いn型GaN又はn型AlGaNが用いられ、中央部AR1のコンタクト層41に、比較的接触抵抗率の高いn型AlGaNが用いられる。これにより、トランジスタ領域30の温度分布が均一化され、トランジスタ領域30内の位置による放熱性の違いに起因した出力の低下が抑えられ、優れた性能を発揮することのできるトランジスタ20を備えた半導体装置1等が実現される。優れた性能を有する半導体装置1等が用いられ、高性能、高品質のPFC回路200が実現される。
ここでは、上記のような構成を有する半導体装置の、電源装置への適用例を、第7の実施の形態として説明する。
図21に示す電源装置300は、高圧の一次側回路310及び低圧の二次側回路320、並びに一次側回路310と二次側回路320との間に設けられるトランス330を含む。一次側回路310には、上記第6の実施の形態で述べたようなPFC回路200、及びPFC回路200のコンデンサ250の両端子間に接続されたインバータ回路、例えば、フルブリッジインバータ回路340が含まれる。フルブリッジインバータ回路340には、複数(ここでは一例として4つ)のスイッチ素子341、スイッチ素子342、スイッチ素子343及びスイッチ素子344が含まれる。二次側回路320には、複数(ここでは一例として3つ)のスイッチ素子321、スイッチ素子322及びスイッチ素子323が含まれる。
ここでは、上記のような構成を有する半導体装置の、増幅器への適用例を、第8の実施の形態として説明する。
図22に示す増幅器400は、ディジタルプレディストーション回路410、ミキサー420、ミキサー430及びパワーアンプ440を含む。
上記のように、半導体装置1等では、外側部AR2のコンタクト層42に、比較的接触抵抗率の低いn型GaN又はn型AlGaNが用いられ、中央部AR1のコンタクト層41に、比較的接触抵抗率の高いn型AlGaNが用いられる。これにより、トランジスタ領域30の温度分布が均一化され、トランジスタ領域30内の位置による放熱性の違いに起因した出力の低下が抑えられ、優れた性能を発揮することのできるトランジスタ20を備えた半導体装置1等が実現される。優れた性能を有する半導体装置1等が用いられ、高性能、高品質の増幅器400が実現される。
10,1010 半導体層
11,1210 素子分離領域
12,1200 活性領域
12a,12b 部位
12c,12d,1080,1090 リセス
20 トランジスタ
21 トランジスタ素子
22,1220 ゲート導体
22a,1220a ゲートフィンガー部
22b,1020 ゲート電極
23,1230 ソース導体
23a,1230a ソースフィンガー部
23b,1030 ソース電極
23c,24c,1060,1070 配線層
24,1240 ドレイン導体
24a,1240a ドレインフィンガー部
24b,1040 ドレイン電極
25,26,27 パッド
30,1201 トランジスタ領域
41,42,1100,1110 コンタクト層
50,2000 2DEG
60,61,1050,1051 絶縁膜
100 半導体パッケージ
110 リードフレーム
110a ダイパッド
111 ゲートリード
112 ソースリード
113 ドレインリード
120 樹脂
130 ワイヤ
200 PFC回路
210,321,322,323,341,342,343,344 スイッチ素子
220 ダイオード
230 チョークコイル
240,250 コンデンサ
260 ダイオードブリッジ
270 交流電源
300 電源装置
310 一次側回路
320 二次側回路
330 トランス
340 フルブリッジインバータ回路
400 増幅器
410 ディジタルプレディストーション回路
420,430 ミキサー
440 パワーアンプ
AR1 中央部
AR2 外側部
AR3 中間部
T1 方向
Claims (9)
- 活性領域を有する半導体層と、
前記活性領域に設けられたトランジスタと
を含み、
前記トランジスタは、
前記活性領域の第1部位の表面に設けられた第1電極部と、
前記活性領域の前記第1部位とは異なる第2部位の表面に設けられた第2電極部と
を有し、
前記半導体層は、
前記第1部位に設けられたn型AlxGa1−xN(0<x≦1)の第1コンタクト層と、
前記第2部位に設けられたn型AlyGa1−yN(0≦y<1,y<x)の第2コンタクト層と
を有することを特徴とする半導体装置。 - 前記活性領域は、平面視で、中央部と、前記中央部の外側の外側部とを有し、
前記第1部位は、前記中央部に位置し、前記第2部位は、前記外側部に位置することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第1電極部と前記第2電極部とは、一体の導体の異なる一部であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記一体の導体は、前記活性領域の表面に設けられた複数のフィンガー部を有し、
前記第1電極部と前記第2電極部とは、前記複数のフィンガー部のうちの1つに設けられることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 - 前記一体の導体は、前記活性領域の表面に設けられた複数のフィンガー部を有し、
前記第1電極部は、前記複数のフィンガー部のうちの1つに設けられ、
前記第2電極部は、前記複数のフィンガー部のうちの別の1つに設けられることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 - 前記第1電極部と前記第2電極部とは、分離された2つの導体の各々の一部であることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記2つの導体は、
前記活性領域の表面に設けられた複数の第1フィンガー部を有する第1導体と、
前記活性領域の表面に設けられ前記複数の第1フィンガー部の間にそれぞれ配置された複数の第2フィンガー部を有する第2導体と
を含み、
前記第1電極部と前記第2電極部とは、一方が前記複数の第1フィンガー部のうちの1つに設けられ、他方が前記複数の第2フィンガー部のうちの1つに設けられることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 - 半導体層の活性領域の第1部位に、n型AlxGa1−xN(0<x≦1)の第1コンタクト層を形成する工程と、
前記活性領域の前記第1部位とは異なる第2部位に、n型AlyGa1−yN(0≦y<1,y<x)の第2コンタクト層を形成する工程と、
前記活性領域にトランジスタを形成する工程と
を含み、
前記トランジスタを形成する工程は、
前記活性領域の、前記第1コンタクト層が形成された前記第1部位の表面に、第1電極部を形成する工程と、
前記活性領域の、前記第2コンタクト層が形成された前記第2部位の表面に、第2電極部を形成する工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 活性領域を有する半導体層と、
前記活性領域に設けられたトランジスタと
を含み、
前記トランジスタは、
前記活性領域の第1部位の表面に設けられた第1電極部と、
前記活性領域の前記第1部位とは異なる第2部位の表面に設けられた第2電極部と
を有し、
前記半導体層は、
前記第1部位に設けられたn型AlxGa1−xN(0<x≦1)の第1コンタクト層と、
前記第2部位に設けられたn型AlyGa1−yN(0≦y<1,y<x)の第2コンタクト層と
を有する半導体装置を備えることを特徴とする電子装置。
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