JP4999065B2 - パワー半導体素子 - Google Patents
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また、特許文献2に記載のショットキーバリアダイオードによれば、二次元電子ガスによりオン抵抗は低くなるが、アノード電極とカソード電極は横方向にある平面型のデバイスであるために、素子面積が大きくなる。しかも、アノード電極とカソード電極の距離を広げると耐圧を確保できるが、オン抵抗が増大することになる。
従って、基板上の狭い領域で窒化物化合物半導体層を孤立して形成しているので、基板との熱膨張率差による影響を抑えて凸状の窒化物化合物半導体層にクラックが生じることが防止される。しかも、窒化物化合物半導体層に形成されるショットキーバリアダイオード、パワーMOSFET等を歩留まり良く形成することが可能になり、しかも、窒化物化合物半導体層を厚く、例えば10μm以上に形成して耐圧を向上することが可能になる。
図1は、本発明の第1実施形態に係るパワー半導体デバイスであるショットキーバリアダイオードの製造工程を示す断面図である。
選択成長用マスク2の形成に続いて、シリコン基板1の表面を例えば1100℃でサーマルクリーニングする。
なお、AlNバッファ層9、GaN層3の成長時の基板温度は例えば1050℃に設定される。
GaN層3の上面が丸形の場合には、ショットキー電極4の平面形状を直径40μmの丸パターンとし、また、その上面が正方形の場合にはショットキー電極4の平面形状は40μm角の正方形パターンとする。
SiNx層5bは、エッチングガスとしてCF4を使用してRIE法によりエッチングされる。また、SiO2層5aは緩衝フッ酸によりエッチングされる。
そのパワー半導体素子において、ショットキーバリアダイオードのn型GaN層3は、平面の縦横が40μm×40μmの広さの素子単位毎に10μm以上の厚さで選択成長法により形成された構造を採用しているので、クラックが発生し難く結晶性の良いGaN層3を形成することが可能になる。これにより、GaN層3に形成されるショットキーバリアダイオードの耐圧を例えば1200V程度にすることが可能になる。
図5〜図7は、本発明の第2実施形態に係るパワートランジスタとして縦型のパワーMOSFETを示す断面図である。なお、図5〜図7において、図1と同じ符号は同じ要素を示している。
次に、図6(b)に示すように、リフトオフ法により、p型GaN層3bの側面上にゲート酸化膜23を介してゲート電極24を形成する。
続いて、図7(a)に示すように、複数箇所のゲート電極24、第1の配線26及びソース電極25を覆う第3の絶縁膜27を形成する。第3の絶縁膜27として、例えば第1の絶縁膜21と同じ方法によりSiO2が成長される。
次に、図7(c)に示すように、開口部27a内と第3の絶縁膜27上にソース電極25同士を連結する第2の配線28を形成する。
そのようなパワーMOSFETにおいても、第1実施形態と同様にn型GaN層3aを例えば10nm以上に厚く形成しているので、1200V程度の耐圧を得ることができる。
そのパワーMOSFETのON状態の特性は図8に示す通りであり、凸状のGaNセルの連結数を増やすと、それに比例して流せる電流も増加する。なお、測定条件は図8に示した条件である。
2:選択成長マスク
3:GaN層(キャリア層)
4:ショットキー電極
5:絶縁膜
6:上部配線
7:開口部
8:下部電極
9:バッファ層
11s、11d:p型領域、
12s、12d:n型領域
13s:ソース電極
13d:ドレイン電極
14:ゲート絶縁膜
15:ゲート電極
21、22、27:絶縁膜
23:ゲート酸化膜
24:ゲート電極
25:ソース電極
26、28:配線
29:ドレイン電極層
Claims (6)
- 基板上に凸状に選択成長された窒化物化合物半導体からなるキャリア移動層と、前記キャリア移動層上に形成された電極とを有するパワー半導体素子において、
前記電極は前記キャリア移動層に対してショットキー接触し、前記基板の下面には下部電極が形成されていることを特徴とするパワー半導体素子。 - 前記基板は、シリコン基板であることを特徴とする請求項1に記載のパワー半導体素子。
- 前記キャリア移動層は絶縁膜に覆われていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のパワー半導体素子。
- 前記絶縁膜は、前記キャリア移動層の厚さ方向の耐圧より大きな耐圧が得られる厚さを有していることを特徴とする請求項3に記載のパワー半導体素子。
- 前記キャリア移動層は、10μm以上の厚さを有していることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1つに記載のパワー半導体素子。
- 凸状の前記窒化物化合物半導体と前記電極はそれぞれ同一の前記基板上に複数形成され、さらに、複数の前記電極は配線により電気的に接続されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1つに記載のパワー半導体素子。
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