JP5526470B2 - Nitride compound semiconductor devices - Google Patents

Nitride compound semiconductor devices Download PDF

Info

Publication number
JP5526470B2
JP5526470B2 JP2007228214A JP2007228214A JP5526470B2 JP 5526470 B2 JP5526470 B2 JP 5526470B2 JP 2007228214 A JP2007228214 A JP 2007228214A JP 2007228214 A JP2007228214 A JP 2007228214A JP 5526470 B2 JP5526470 B2 JP 5526470B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
electrode
main
nitride
compound semiconductor
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.)
Active
Application number
JP2007228214A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009060049A (en
Inventor
信男 金子
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanken Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanken Electric Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanken Electric Co Ltd filed Critical Sanken Electric Co Ltd
Priority to JP2007228214A priority Critical patent/JP5526470B2/en
Publication of JP2009060049A publication Critical patent/JP2009060049A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5526470B2 publication Critical patent/JP5526470B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、窒化物系化合物半導体装置に係り、特に導電性基板を用いた窒化物系化合物半導体装置に関する。   The present invention relates to a nitride compound semiconductor device, and more particularly to a nitride compound semiconductor device using a conductive substrate.

窒化ガリウム系等の窒化物系化合物半導体は絶縁破壊電界が高いことから、低損失の高耐圧パワーデバイス等への応用が期待されている。そのために、特性が良好なだけでなく、安価にデバイスを作成することが望まれている。これらの点を鑑みて、窒化物系化合物半導体の成長基板として、サファイア基板や炭化シリコン(SiC)基板ではなく、大口径基板の製造が容易で安価なシリコン(Si)基板を用いることが望まれている(例えば、特許文献1参照。)。近年、シリコン基板上の窒化ガリウム系化合物半導体の結晶成長技術が向上し、サファイア基板やSiC基板上に成長させた窒化ガリウム系化合物半導体と遜色ない結晶が得られている。
特開2006−5005号公報
Since nitride-based compound semiconductors such as gallium nitride have a high dielectric breakdown electric field, they are expected to be applied to low-loss high-voltage power devices. Therefore, it is desired not only to have good characteristics but also to produce a device at low cost. In view of these points, it is desirable to use a silicon (Si) substrate that is easy to manufacture a large-diameter substrate and inexpensive, not a sapphire substrate or a silicon carbide (SiC) substrate, as a growth substrate for a nitride-based compound semiconductor. (For example, refer to Patent Document 1). In recent years, the crystal growth technique of a gallium nitride compound semiconductor on a silicon substrate has been improved, and a crystal comparable to a gallium nitride compound semiconductor grown on a sapphire substrate or SiC substrate has been obtained.
JP 2006-5005 A

しかし、シリコン基板は導電性基板であるため、シリコン基板を用いて窒化ガリウム系化合物半導体のヘテロ接合電界効果トランジスタ(HFET)や金属半導体電界効果トランジスタ(MESFET)等の電界効果型トランジスタ(FET)を作成した場合に、窒化ガリウム系化合物半導体層の厚みが電極間隔に比べて薄いと、ゲート電極とドレイン電極が逆バイアスされた状態(FETがオフの状態)において、ゲート電極側のドレイン電極端−窒化ガリウム系化合物半導体層界面近傍に電界が集中し、ドレイン電極からバッファ層やシリコン基板を経由してソース電極に流れ込む電流リークが発生しやすくなっている。   However, since the silicon substrate is a conductive substrate, a field effect transistor (FET) such as a heterojunction field effect transistor (HFET) or a metal semiconductor field effect transistor (MESFET) of a gallium nitride compound semiconductor is used by using the silicon substrate. If the gallium nitride compound semiconductor layer is thinner than the electrode spacing, the drain electrode end on the gate electrode side in a state where the gate electrode and the drain electrode are reverse-biased (the FET is off) − The electric field concentrates near the interface of the gallium nitride compound semiconductor layer, and current leakage from the drain electrode to the source electrode via the buffer layer and the silicon substrate is likely to occur.

また、窒化ガリウム系化合物半導体は化学的に安定なため、メサ形状にするためにドライエッチングが採用されるが、ドライエッチングによって窒化ガリウム系化合物半導体の端面の結晶が欠陥等のダメージを受ける。その結果、ダメージを受けた端面はダメージを受けていない部分に比べて低抵抗なため、ダメージを受けた端面を介してバッファ層やシリコン基板からソース電極へのリーク電流の通路になり、窒化物系化合物半導体装置の耐圧の低下や破壊の原因になるという問題があった。   In addition, since gallium nitride compound semiconductors are chemically stable, dry etching is adopted to form a mesa shape. However, the crystal on the end face of the gallium nitride compound semiconductor is damaged by defects such as dry etching. As a result, the damaged end face has a lower resistance than that of the non-damaged part, so that a leakage current path from the buffer layer or the silicon substrate to the source electrode passes through the damaged end face, and nitride. There has been a problem that the breakdown voltage of the semiconductor compound semiconductor device is reduced or destroyed.

更に、窒化ガリウム系化合物半導体を用いたデバイスでは、電流コラプス現象のために、逆バイアス印加後のオン抵抗が増大するという問題があった。「電流コラプス現象」は、ゲート電極とドレイン電極間への逆バイアス印加(オフ状態)後にオン抵抗が増大する現象である。このオン抵抗の増大は、逆バイアス時に半導体層内部の欠陥にトラップされた電子が2次元キャリアガス層や半導体層に蓄えられる電荷を減少させることにより生じるといわれている。通常、オン抵抗の増大は逆バイアス印加電圧に比例して大きくなる。   Furthermore, a device using a gallium nitride-based compound semiconductor has a problem that an on-resistance after applying a reverse bias increases due to a current collapse phenomenon. The “current collapse phenomenon” is a phenomenon in which the ON resistance increases after reverse bias application (OFF state) between the gate electrode and the drain electrode. This increase in on-resistance is said to be caused by a decrease in the charge stored in the two-dimensional carrier gas layer or semiconductor layer by electrons trapped in the defects in the semiconductor layer during reverse bias. Usually, the increase in on-resistance increases in proportion to the reverse bias applied voltage.

上記問題点を鑑み、リーク電流の増大、及び電流コラプス現象によるオン抵抗の増大を抑制できる窒化物系化合物半導体装置を提供する。   In view of the above problems, a nitride-based compound semiconductor device that can suppress an increase in leakage current and an increase in on-resistance due to a current collapse phenomenon is provided.

本発明の一態様によれば、(イ)窒化物系化合物半導体からなるキャリア走行層を有する半導体層と、(ロ)半導体層の主面上に配置され、キャリア走行層を流れる主電流の電流経路の端部である第1及び第2の主電極と、(ハ)主面とショットキー接合をなして第1及び第2の主電極を囲むように主面上に配置され、主面直下及びその近傍の半導体層内の電荷を制御する外周電極と、(ニ)第1及び第2の主電極間で主面上に配置され、第1及び第2の主電極間のキャリア走行層に流れる主電流を制御し、半導体層とショットキー接合又はMIS接合をなす第3の電極とを備え、主電流が流れていないオフ時に外周電極直下に空乏層を生じさせる窒化物系化合物半導体装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, (b) a semiconductor layer having a carrier traveling layer made of a nitride-based compound semiconductor, and (b) a main current that is disposed on the main surface of the semiconductor layer and flows through the carrier traveling layer. First and second main electrodes as end portions of the path, and (c) arranged on the main surface so as to surround the first and second main electrodes by forming a Schottky junction with the main surface, and immediately below the main surface And an outer peripheral electrode for controlling the charge in the semiconductor layer in the vicinity thereof, and (d) a carrier traveling layer between the first and second main electrodes disposed on the main surface between the first and second main electrodes. A nitride-based compound semiconductor device that controls a main current that flows and includes a semiconductor layer and a third electrode that forms a Schottky junction or a MIS junction, and generates a depletion layer immediately below the outer peripheral electrode when the main current is not flowing. Provided.

本発明の他の態様によれば、(イ)第1の窒化物系化合物半導体からなるキャリア供給層、及び第1の窒化物系化合物半導体と異なるバンドギャップエネルギーを有し、キャリア供給層との界面近傍において2次元キャリアガス層を有する第2の窒化物系化合物半導体からなるキャリア走行層を有する半導体層と、(ロ)半導体層の主面上に配置され、キャリア走行層を流れる主電流の電流経路の端部である第1及び第2の主電極と、(ハ)主面とショットキー接合をなして第1及び第2の主電極を囲むように主面上に配置され、主面直下及びその近傍の2次元キャリアガス層に蓄積される電荷を制御する外周電極と、(ニ)第1及び第2の主電極間で主面上に配置され、第1及び第2の主電極間のキャリア走行層に流れる主電流を制御し、半導体層とショットキー接合又はMIS接合をなす第3の電極とを備え、主電流が流れていないオフ時に外周電極直下の2次元キャリアガス層まで伸びる空乏層を有する窒化物系化合物半導体装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, (a) a carrier supply layer made of the first nitride-based compound semiconductor and a band gap energy different from that of the first nitride-based compound semiconductor, A semiconductor layer having a carrier traveling layer made of a second nitride-based compound semiconductor having a two-dimensional carrier gas layer in the vicinity of the interface; and (b) a main current disposed on the main surface of the semiconductor layer and flowing through the carrier traveling layer. First and second main electrodes that are ends of the current path; and (c) a main surface disposed on the main surface so as to surround the first and second main electrodes in a Schottky junction with the main surface. An outer peripheral electrode for controlling the charge accumulated in the two-dimensional carrier gas layer immediately below and in the vicinity thereof, and (d) the first and second main electrodes disposed on the main surface between the first and second main electrodes. Control the main current flowing in the carrier travel layer between, Provided is a nitride-based compound semiconductor device that includes a conductor layer and a third electrode that forms a Schottky junction or a MIS junction, and has a depletion layer that extends to a two-dimensional carrier gas layer immediately below the outer peripheral electrode when the main current is not flowing. Is done.

本発明によれば、リーク電流の増大、及び電流コラプス現象によるオン抵抗の増大を抑制できる窒化物系化合物半導体装置を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a nitride-based compound semiconductor device that can suppress an increase in leakage current and an increase in on-resistance due to a current collapse phenomenon.

次に、図面を参照して、本発明の第1乃至第6の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面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ことはもちろんである。   Next, first to sixth embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

又、以下に示す第1乃至第6の実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。   Also, the following first to sixth embodiments exemplify devices and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is the component parts. The material, shape, structure, arrangement, etc. are not specified below. The technical idea of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.

(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体装置は、図1及び図2に示すように、窒化物系化合物半導体からなるキャリア走行層3を有する半導体層10と、半導体層10の主面100上に配置され、キャリア走行層3を流れる主電流の電流経路の端部である第1の主電極21及び第2の主電極22と、第1の主電極21及び第2の主電極22を囲むように主面100上に配置され、主面100直下及びその近傍の半導体層10内の電荷を制御する外周電極30とを備える。図2は、図1のI−I方向に沿った断面図である。
(First embodiment)
As shown in FIGS. 1 and 2, the nitride-based compound semiconductor device according to the first embodiment of the present invention includes a semiconductor layer 10 having a carrier traveling layer 3 made of a nitride-based compound semiconductor, and a semiconductor layer 10. 1st main electrode 21 and 2nd main electrode 22 which are arrange | positioned on the main surface 100 of this, and are the edge part of the electric current path | route of the main current which flows through the carrier running layer 3, and the 1st main electrode 21 and 2nd An outer peripheral electrode 30 that is disposed on the main surface 100 so as to surround the main electrode 22 and controls charges in the semiconductor layer 10 immediately below and near the main surface 100 is provided. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the II direction of FIG.

図1に示すように、外周電極30は、上面方向から見て第1の主電極21及び第2の主電極22のうちの最も半導体層10の端部(外)側に配置された電極よりも更に半導体層10の端部に近い主面100上に配置される。外周電極30は半導体層10の主面100の縁辺部分に沿って、第1の主電極21及び第2の主電極22を囲むように配置されることが望ましい。   As shown in FIG. 1, the outer peripheral electrode 30 is more than the electrode disposed closest to the end (outside) of the semiconductor layer 10 among the first main electrode 21 and the second main electrode 22 as viewed from above. Is further disposed on the main surface 100 near the end of the semiconductor layer 10. The outer peripheral electrode 30 is desirably arranged so as to surround the first main electrode 21 and the second main electrode 22 along the edge portion of the main surface 100 of the semiconductor layer 10.

図1に示した窒化物系化合物半導体装置は、第1の主電極21及び第2の主電極22間で主面100上に配置された第3の電極(制御電極)23を更に備える。制御電極(ゲート電極)23は、キャリア走行層3を通って第1の主電極21と第2の主電極22間に流れる主電流を制御する。以下では、第1の主電極21がソース電極21であり、第2の主電極22がドレイン電極22である場合について例示的に説明するが、第1の主電極21がドレイン電極であり、第2の主電極22がソース電極であってもよいことは勿論である。   The nitride compound semiconductor device shown in FIG. 1 further includes a third electrode (control electrode) 23 disposed on the main surface 100 between the first main electrode 21 and the second main electrode 22. The control electrode (gate electrode) 23 controls the main current that flows between the first main electrode 21 and the second main electrode 22 through the carrier traveling layer 3. Hereinafter, the case where the first main electrode 21 is the source electrode 21 and the second main electrode 22 is the drain electrode 22 will be described as an example. However, the first main electrode 21 is the drain electrode, Of course, the two main electrodes 22 may be source electrodes.

図1に示すように、ソース電極21及びドレイン電極22は、互いに紙面に向かって上下方向にそれぞれ延伸する複数の歯部分を有する櫛型形状をなし、ソース電極21とドレイン電極22の櫛の歯部分は交差指状に配置される。そして、ソース電極21と物理的に接続されたパターン抵抗部211を含むソース電極21によって、ドレイン電極22の全体が囲まれている。また、ゲート電極23が、交差指状に配置されたソース電極21とドレイン電極22間に配置される。更に、ソース電極21は、外周電極30によって周囲を囲まれる。ゲート電極23と外周電極30とは、ソース電極21上に形成される絶縁膜40を介して領域Aにて互いを接続する金属で電気的に接続される。   As shown in FIG. 1, the source electrode 21 and the drain electrode 22 have a comb shape having a plurality of tooth portions extending in the vertical direction toward the paper surface, and comb teeth of the source electrode 21 and the drain electrode 22. The parts are arranged in a cross finger shape. The entire drain electrode 22 is surrounded by the source electrode 21 including the pattern resistor 211 that is physically connected to the source electrode 21. Further, the gate electrode 23 is disposed between the source electrode 21 and the drain electrode 22 that are disposed in a cross finger shape. Further, the source electrode 21 is surrounded by the outer peripheral electrode 30. The gate electrode 23 and the outer peripheral electrode 30 are electrically connected by a metal that connects each other in the region A via an insulating film 40 formed on the source electrode 21.

半導体層10上に配置されたソース電極21及びドレイン電極22は、電子(キャリア)供給層4との間でオーミックコンタクト(低抵抗接触)を形成している。ソース電極21及びドレイン電極22は、例えばチタン(Ti)とアルミニウム(Al)の積層体として形成可能である。   The source electrode 21 and the drain electrode 22 disposed on the semiconductor layer 10 form an ohmic contact (low resistance contact) with the electron (carrier) supply layer 4. The source electrode 21 and the drain electrode 22 can be formed as a laminated body of titanium (Ti) and aluminum (Al), for example.

ゲート電極23は、例えばニッケル(Ni)と金(Au)とチタン(Ti)の積層体からなる金属膜が採用可能であり、キャリア供給層4とショットキー接触している。外周電極30はゲート電極23と同一工程によって形成することができる。ただし、外周電極30をゲート電極23と異なる工程、異なる材料で形成してもよく、ゲート電極23及び外周電極30は、窒化ガリウム系化合物半導体とショットキー接合をなす材料、例えばNi、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、銅(Cu)等が採用可能である。   The gate electrode 23 can employ, for example, a metal film made of a laminate of nickel (Ni), gold (Au), and titanium (Ti), and is in Schottky contact with the carrier supply layer 4. The outer peripheral electrode 30 can be formed by the same process as the gate electrode 23. However, the outer peripheral electrode 30 may be formed by a different process and different material from the gate electrode 23. The gate electrode 23 and the outer peripheral electrode 30 are formed of a material that forms a Schottky junction with the gallium nitride compound semiconductor, for example, Ni, platinum (Pt ), Palladium (Pd), rhodium (Rh), copper (Cu) and the like can be employed.

図2に示すように、半導体層10は基板1上に配置されるが、窒化物系化合物半導体装置の製造コストを低減するために、基板1は大口径化が容易なシリコン基板であることが好ましい。シリコン基板は不純物を添加して導電性基板としてもよい。また、基板1はセラミック半導体、SiC基板としてもよい。   As shown in FIG. 2, the semiconductor layer 10 is disposed on the substrate 1. However, in order to reduce the manufacturing cost of the nitride-based compound semiconductor device, the substrate 1 is a silicon substrate that can be easily increased in diameter. preferable. The silicon substrate may be a conductive substrate by adding impurities. The substrate 1 may be a ceramic semiconductor or a SiC substrate.

また、半導体層10の主面100は絶縁膜40で覆われている。そして、ソース電極21及びドレイン電極22の上面は絶縁膜40で覆われるが、ゲート電極23及び外周電極30は、絶縁膜40の上にも延伸して設けられ、フィールドプレート電極を兼ねている。ゲート電極23と外周電極30とは、絶縁膜40上に配置される金属配線等(図示せず)によっても電気的に接続可能である。また、ソース電極21との交差箇所でのゲート電極23同士の接続も、絶縁膜40上に配置される金属等によってなされる。なお、図示を省略するが、ソース電極21及びドレイン電極22のボンディング用パッド等の電源印加用領域では、絶縁膜40に開口部が設けられ、ソース電極21及びドレイン電極22の上面の一部が露出される。   The main surface 100 of the semiconductor layer 10 is covered with an insulating film 40. The upper surfaces of the source electrode 21 and the drain electrode 22 are covered with the insulating film 40, but the gate electrode 23 and the outer peripheral electrode 30 are also provided so as to extend on the insulating film 40 and also serve as field plate electrodes. The gate electrode 23 and the outer peripheral electrode 30 can be electrically connected also by a metal wiring or the like (not shown) disposed on the insulating film 40. Further, the connection between the gate electrodes 23 at the intersection with the source electrode 21 is also made by a metal or the like disposed on the insulating film 40. Although illustration is omitted, in the power application region such as the bonding pads of the source electrode 21 and the drain electrode 22, an opening is provided in the insulating film 40, and a part of the upper surface of the source electrode 21 and the drain electrode 22 is formed. Exposed.

図2に示す半導体層10は、それぞれが窒化物系化合物半導体からなるバッファ層2、電子(キャリア)走行層3及びキャリア供給層4がこの順に積層された構造である。以下では、キャリア供給層4がキャリア走行層3に供給するキャリアが電子である例について説明する。つまり、2次元キャリアガス層31は2次元電子ガス層(2DEG層)であり、ソース電極21から2DEG層31を介してドレイン電極22に電子が流れる。   The semiconductor layer 10 shown in FIG. 2 has a structure in which a buffer layer 2, an electron (carrier) traveling layer 3, and a carrier supply layer 4 each made of a nitride compound semiconductor are stacked in this order. Hereinafter, an example in which the carrier supplied from the carrier supply layer 4 to the carrier traveling layer 3 is an electron will be described. That is, the two-dimensional carrier gas layer 31 is a two-dimensional electron gas layer (2DEG layer), and electrons flow from the source electrode 21 to the drain electrode 22 through the 2DEG layer 31.

バッファ層2は、周知の有機金属気相成長(MOCVD)法等のエピタキシャル成長法等で形成できる。図2では、バッファ層2を1つの層として図示しているが、バッファ層2を複数の層で形成してもよい。例えば、バッファ層2を窒化アルミニウム(AlN)からなる第1のサブレイヤー(第1の副層)と窒化ガリウム(GaN)からなる第2のサブレイヤー(第2の副層)とを交互に積層した多層構造バッファとしてもよい。また、図1に示した窒化物系化合物半導体装置が高電子移動度トランジスタ(HEMT)として動作する場合、バッファ層2はHEMTの動作に直接には関係しないため、バッファ層2を省いてよい。また、バッファ層2の材料として、AlN、GaN以外のIII−V族化合物半導体を採用してもよい。また、基板1とバッファ層2とを組み合わせた構造を基板とみなすこともできる。   The buffer layer 2 can be formed by an epitaxial growth method such as a well-known metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. In FIG. 2, the buffer layer 2 is illustrated as one layer, but the buffer layer 2 may be formed of a plurality of layers. For example, the buffer layer 2 is formed by alternately stacking first sublayers (first sublayers) made of aluminum nitride (AlN) and second sublayers (second sublayers) made of gallium nitride (GaN). A multilayered structure buffer may be used. Further, when the nitride-based compound semiconductor device shown in FIG. 1 operates as a high electron mobility transistor (HEMT), the buffer layer 2 may be omitted because the buffer layer 2 is not directly related to the operation of the HEMT. Further, as a material of the buffer layer 2, a III-V group compound semiconductor other than AlN and GaN may be adopted. A structure in which the substrate 1 and the buffer layer 2 are combined can be regarded as a substrate.

バッファ層2上に配置されたキャリア走行層3は、キャリア供給層4とのヘテロ接合面の近傍に電流通路(チャネル)としての2DEG層31を得るための層である。キャリア走行層3は、例えば不純物が添加されていないアンドープGaNを0.5〜10μm程度の厚さに、MOCVD法等でエピタキシャル成長させて形成する。   The carrier traveling layer 3 disposed on the buffer layer 2 is a layer for obtaining a 2DEG layer 31 as a current path (channel) in the vicinity of the heterojunction surface with the carrier supply layer 4. The carrier traveling layer 3 is formed, for example, by epitaxially growing undoped GaN to which impurities are not added to a thickness of about 0.5 to 10 μm by the MOCVD method or the like.

キャリア走行層3上に配置されたキャリア供給層4は、キャリア走行層3よりもバンドギャップが大きく、且つ格子定数の異なる窒化物半導体からなる。キャリア供給層4は、AlxyGa1-x-yN(0≦x<1、0≦y<1、0≦x+y≦1)で表され、ここでMはインジウム(In)或いはボロン(B)等である。組成比xは0.1〜0.5が好ましく、より好ましくは0.3である。キャリア供給層4としてはアンドープのAlxGa1-xNが採用可能であるが、n型不純物を添加したAlxGa1-xNからなる窒化物半導体も採用可能である。 The carrier supply layer 4 disposed on the carrier traveling layer 3 is made of a nitride semiconductor having a band gap larger than that of the carrier traveling layer 3 and having a different lattice constant. Carrier supply layer 4, Al x M y Ga represented by 1-xy N (0 ≦ x <1,0 ≦ y <1,0 ≦ x + y ≦ 1), wherein M is indium (In) or boron (B ) Etc. The composition ratio x is preferably 0.1 to 0.5, and more preferably 0.3. As the carrier supply layer 4, undoped Al x Ga 1-x N can be used, but a nitride semiconductor made of Al x Ga 1-x N doped with an n-type impurity can also be used.

キャリア供給層4は、キャリア走行層3上にMOCVD法等でエピタキシャル成長させて形成される。キャリア供給層4の膜厚は、キャリア走行層3とキャリア供給層4との間のヘテロ接合に基づいてノーマリ状態において周知の2DEG層31が生じるように設定される。具体的には、キャリア供給層4の膜厚は、キャリア走行層3よりも薄い例えば5〜50nm程度、より好ましくは5〜30nm程度である。   The carrier supply layer 4 is formed by epitaxial growth on the carrier running layer 3 by MOCVD or the like. The film thickness of the carrier supply layer 4 is set so that a well-known 2DEG layer 31 is generated in a normal state based on the heterojunction between the carrier running layer 3 and the carrier supply layer 4. Specifically, the film thickness of the carrier supply layer 4 is thinner than the carrier traveling layer 3, for example, about 5 to 50 nm, and more preferably about 5 to 30 nm.

なお、キャリア供給層4としてn型不純物を添加したAlxGa1-xNを採用してもよい。このキャリア供給層4とGaNからなるキャリア走行層3との間にアンドープAlNからなるスペーサ層を配置してもよい。また、ソース電極21及びドレイン電極22とキャリア供給層4との間に例えばn型AlGaNからなるコンタクト層を配置してもよい。スペーサ層は、2DEG層31とキャリア供給層4に残されたイオン化ドナーによる正電荷との間に働くクーロン相互作用を低減する効果や、キャリア供給層4の不純物がキャリア走行層3に拡散することを防ぐ効果がある。コンタクト層は、ソース電極21及びドレイン電極22と半導体層10との接触抵抗の低減に寄与する。 Note that Al x Ga 1-x N to which an n-type impurity is added may be employed as the carrier supply layer 4. A spacer layer made of undoped AlN may be disposed between the carrier supply layer 4 and the carrier running layer 3 made of GaN. Further, a contact layer made of, for example, n-type AlGaN may be disposed between the source electrode 21 and the drain electrode 22 and the carrier supply layer 4. The spacer layer has an effect of reducing the Coulomb interaction acting between the 2DEG layer 31 and the positive charge caused by the ionized donors left in the carrier supply layer 4, and impurities in the carrier supply layer 4 diffuse into the carrier travel layer 3. There is an effect to prevent. The contact layer contributes to a reduction in contact resistance between the source electrode 21 and the drain electrode 22 and the semiconductor layer 10.

通常、窒化物系化合物半導体装置が逆バイアスされた状態(即ち、FETがオフの状態)において、高電圧が印加されたドレイン電極22端と半導体層10との界面近傍に電界が集中することによって、ドレイン電極22からバッファ層2や基板1、ドライエッチングによりメサ形状になった半導体層10の端面、そして2DEG層31を経由してソース電極21に流れるリーク電流が発生する。例えば、ソース電極21を主面100の最外周に配置した構造では、窒化物系化合物半導体装置が逆バイアスされた(オフ)状態において、基板1の電位がソース電極21とドレイン電極22との中間電位になってリーク電流がドレイン電極22から基板1、半導体層10の端面、そして2DEG層31を経由してソース電極21に流れることを阻止できない。   Usually, when a nitride compound semiconductor device is reverse-biased (that is, the FET is off), an electric field concentrates in the vicinity of the interface between the end of the drain electrode 22 to which a high voltage is applied and the semiconductor layer 10. A leak current is generated from the drain electrode 22 to the buffer layer 2 and the substrate 1, the end face of the semiconductor layer 10 that has been formed into a mesa shape by dry etching, and the 2DEG layer 31 to the source electrode 21. For example, in the structure in which the source electrode 21 is disposed on the outermost periphery of the main surface 100, the potential of the substrate 1 is intermediate between the source electrode 21 and the drain electrode 22 in a state in which the nitride-based compound semiconductor device is reverse-biased (off). It cannot be prevented that the leak current flows from the drain electrode 22 to the source electrode 21 via the substrate 1, the end face of the semiconductor layer 10, and the 2DEG layer 31 due to the potential.

しかし、図1及び図2に示した本発明の窒化物系化合物半導体装置においては、ゲート電極23とドレイン電極22に逆バイアスが印加されて、ドレイン電極22からバッファ層2や基板1、ドライエッチングによりメサ形状になった半導体層10の端面、そして2DEG層31を経由してソース電極21に流れようとするリーク電流が発生し得るバイアス状態になっても、このリーク電流は、外周電極30に印加された電圧によって少なくとも外周電極30直下の2DEG層31が空乏化することによって抑制される。   However, in the nitride-based compound semiconductor device of the present invention shown in FIGS. 1 and 2, a reverse bias is applied to the gate electrode 23 and the drain electrode 22, and the buffer layer 2 and the substrate 1 are dry-etched from the drain electrode 22. Even if a bias state in which a leak current that tends to flow to the source electrode 21 through the end face of the mesa-shaped semiconductor layer 10 and the 2DEG layer 31 is generated, the leak current is applied to the outer peripheral electrode 30. This is suppressed by the depletion of at least the 2DEG layer 31 immediately below the outer peripheral electrode 30 by the applied voltage.

また、図1及び図2に示した窒化物系化合物半導体装置においては、いわゆる電流コラプス現象によるオン抵抗の増大を抑制できる。電流コラプス現象は、ゲート電極23とドレイン電極22間への逆バイアス印加(オフ)後にオン抵抗が増大する現象である。このオン抵抗の増大は、逆バイアス(オフ)時に半導体層10内部の欠陥にトラップされた電子が2DEG層31や半導体層10に蓄えられる電荷を減少させることにより生じるといわれている。図1及び図2に示した窒化物系化合物半導体装置では、半導体層10内部の欠陥にトラップされた電子が、オン状態時に、ダメージを受けたことで比較的低抵抗となっている半導体層10の端面そして2DEG層31を介して最外周に設けられた外周電極30や基板1に引く抜かれるので、逆バイアス印加(オフ)後のオン抵抗の増大も抑制できる。   Further, in the nitride-based compound semiconductor device shown in FIGS. 1 and 2, an increase in on-resistance due to a so-called current collapse phenomenon can be suppressed. The current collapse phenomenon is a phenomenon in which on-resistance increases after reverse bias application (off) between the gate electrode 23 and the drain electrode 22. This increase in on-resistance is said to be caused by a decrease in the charge stored in the 2DEG layer 31 and the semiconductor layer 10 by electrons trapped in defects inside the semiconductor layer 10 during reverse bias (off). In the nitride-based compound semiconductor device shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor layer 10 has a relatively low resistance because electrons trapped in defects in the semiconductor layer 10 are damaged in the on state. Therefore, it is possible to suppress an increase in on-resistance after reverse bias application (off).

以下に、本発明の第1の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体装置の製造方法を説明する。なお、以下に述べる窒化物系化合物半導体装置の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。   A method for manufacturing a nitride-based compound semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described below. The nitride compound semiconductor device manufacturing method described below is merely an example, and it is needless to say that the present invention can be realized by various other manufacturing methods including this modification.

(イ)先ず、基板1上に、MOCVD法等によりバッファ層2、キャリア走行層3及びキャリア供給層4をこの順にエピタキシャル成長させて積層して、半導体層10を形成する。バッファ層2は、例えばAlN層とGaN層を交互に積層した構造である。キャリア走行層3は、例えば膜厚0.5〜10μmのアンドープGaN層をMOCVD法にて形成し、その上に形成されるキャリア供給層4は、キャリア走行層3よりもバンドギャップが大きく、且つ格子定数の異なる窒化物半導体からなり、例えばアンドープのAlGaN層をMOCVD法にて形成する。   (A) First, the buffer layer 2, the carrier traveling layer 3, and the carrier supply layer 4 are epitaxially grown in this order on the substrate 1 by the MOCVD method or the like to form the semiconductor layer 10. The buffer layer 2 has a structure in which, for example, AlN layers and GaN layers are alternately stacked. For example, an undoped GaN layer having a thickness of 0.5 to 10 μm is formed by MOCVD, and the carrier supply layer 4 formed thereon has a larger band gap than the carrier traveling layer 3. For example, an undoped AlGaN layer is formed by MOCVD using nitride semiconductors having different lattice constants.

(ロ)次に、半導体層10上に、ソース電極21及びドレイン電極22となる第1の導電体層を、半導体層10上に蒸着する。第1の導電体層は、例えばTiとAlの積層構造が採用可能である。次いで、フォトリソグラフィ技術によりパターニングしたフォトレジスト膜をマスクにして、第1の導電体層をウェットエッチングしてソース電極21及びドレイン電極22を形成する。   (B) Next, a first conductor layer to be the source electrode 21 and the drain electrode 22 is deposited on the semiconductor layer 10. For example, a laminated structure of Ti and Al can be employed for the first conductor layer. Next, using the photoresist film patterned by photolithography as a mask, the first conductor layer is wet etched to form the source electrode 21 and the drain electrode 22.

(ハ)次に、半導体層10及びソース電極21、ドレイン電極22上に絶縁膜40を形成する。例えば、絶縁膜40として、膜厚500nmの酸化シリコン(SiO2)膜をプラズマ化学気相成長(p−CVD)法によって形成する。その後、半導体層10とソース電極21及びドレイン電極22とがオーミック接触となるように、例えば500℃、30分間のオーミックアニールを行う。 (C) Next, an insulating film 40 is formed on the semiconductor layer 10, the source electrode 21, and the drain electrode 22. For example, a silicon oxide (SiO 2 ) film having a thickness of 500 nm is formed as the insulating film 40 by a plasma chemical vapor deposition (p-CVD) method. Thereafter, ohmic annealing is performed, for example, at 500 ° C. for 30 minutes so that the semiconductor layer 10 and the source electrode 21 and the drain electrode 22 are in ohmic contact.

(ニ)次いで、ゲート電極23及び外周電極30と半導体層10とが接触する部分の絶縁膜40を、フォトリソグラフィ技術によりパターニングしたフォトレジスト膜をマスクに用いたウェットエッチングによって除去し、開口部を形成する。   (D) Next, the insulating film 40 where the gate electrode 23 and the peripheral electrode 30 are in contact with the semiconductor layer 10 is removed by wet etching using a photoresist film patterned by photolithography as a mask, and the opening is removed. Form.

(ホ)次いで、フォトレジスト膜を全面に塗布した後、フォトリソグラフィ技術によってゲート電極23及び外周電極30を形成する部分のフォトレジスト膜を除去する。次いで、フォトレジスト膜及び絶縁膜40上に、ゲート電極23及び外周電極30となる第2の導電体層をスパッタ法等により形成する。このとき、絶縁膜40の開口部を埋め込むように第2の導電体層は形成され、開口部において第2の導電体層が半導体層10とショットキー接合をなすように蒸着した後、リフトオフ法によって第2の導電体層を形成する。第2の導電体層としては、例えばNiとAuとTiの積層体等が採用可能である。   (E) Next, after a photoresist film is applied to the entire surface, the photoresist film in a portion where the gate electrode 23 and the outer peripheral electrode 30 are formed is removed by a photolithography technique. Next, a second conductor layer to be the gate electrode 23 and the outer peripheral electrode 30 is formed on the photoresist film and the insulating film 40 by a sputtering method or the like. At this time, the second conductor layer is formed so as to fill the opening of the insulating film 40, and after the second conductor layer is deposited so as to form a Schottky junction with the semiconductor layer 10 in the opening, a lift-off method is performed. To form a second conductor layer. As the second conductor layer, for example, a laminate of Ni, Au, and Ti can be employed.

(ヘ)更に、フォトリソグラフィ技術によりパターニングしたフォトレジスト膜をマスクにして、塩素(Cl)系ガスを用いたドライエッチングによって半導体層10をメサ形状にする。   (F) Further, using the photoresist film patterned by the photolithography technique as a mask, the semiconductor layer 10 is formed into a mesa shape by dry etching using a chlorine (Cl) -based gas.

上記の説明では、外周電極30をゲート電極23と同一工程によって形成する例を示した。つまり、外周電極30はゲート電極23と同一の構造となる。しかし、半導体層10とショットキー接合をなす材料であれば、外周電極30としてゲート電極23と異なる材料が採用可能である。   In the above description, the example in which the outer peripheral electrode 30 is formed in the same process as the gate electrode 23 has been shown. That is, the outer peripheral electrode 30 has the same structure as the gate electrode 23. However, any material that forms a Schottky junction with the semiconductor layer 10 can employ a material different from that of the gate electrode 23 as the outer peripheral electrode 30.

<変形例>
図3に本発明の第1の実施の形態の変形例に係る窒化物系化合物半導体装置を示す。図3に示した窒化物系化合物半導体装置は、半導体層10上に外周電極30を配置した領域の外側の領域であってメサ形状になった半導体層10の端面またはその内側に、半導体層10の主面100から2DEG層31が形成される位置より基板1に近い位置までエッチングして段差または溝を形成した形状であることが、図2で示した本発明の第1の実施の形態と異なる。その他の構成については、図2で示した本発明の第1の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体装置と同様である。
<Modification>
FIG. 3 shows a nitride compound semiconductor device according to a modification of the first embodiment of the present invention. The nitride-based compound semiconductor device shown in FIG. 3 is a region outside the region where the outer peripheral electrode 30 is arranged on the semiconductor layer 10, and is formed on the end surface of the mesa-shaped semiconductor layer 10 or on the inside thereof. The shape of the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2 is that the step or groove is etched from the main surface 100 to the position closer to the substrate 1 than the position where the 2DEG layer 31 is formed. Different. Other configurations are the same as those of the nitride-based compound semiconductor device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.

本発明の第1の実施の形態の変形例に係る窒化物系化合物半導体装置によれば、ソース電極21及びドレイン電極22と基板1との間の寄生容量を減少させることができる。   According to the nitride-based compound semiconductor device according to the modification of the first embodiment of the present invention, the parasitic capacitance between the source electrode 21 and the drain electrode 22 and the substrate 1 can be reduced.

図3に示した窒化物系化合物半導体装置は、例えば半導体層10の外側においてフォトリソグラフィ技術によりパターニングしたフォトレジスト膜をマスクにしてメサ形状を形成する半導体層10及びその内側の半導体層10の主面100の部分をドライエッチングし、キャリア走行層3の2DEG層31が形成される領域より基板1に近い深さまでエッチングした後に半導体層10の端部をメサ形状に形成する。よって、図2に示した第1の実施の形態と同様にリーク電流及び電流コラプス現象を抑制できる。   The nitride-based compound semiconductor device shown in FIG. 3 includes, for example, a semiconductor layer 10 that forms a mesa shape with a photoresist film patterned by photolithography as a mask outside the semiconductor layer 10 and the main semiconductor layer 10 inside the semiconductor layer 10. The portion of the surface 100 is dry-etched and etched to a depth closer to the substrate 1 than the region where the 2DEG layer 31 of the carrier traveling layer 3 is formed, and then the end of the semiconductor layer 10 is formed in a mesa shape. Therefore, the leakage current and the current collapse phenomenon can be suppressed as in the first embodiment shown in FIG.

(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体装置は、図4に示すように、ゲート電極23と外周電極30が窒化物系化合物半導体装置内で電気的に接続されていないことが、図1に示した本発明の第1の実施の形態と異なる点である。その他の構成については、図1に示す第1の実施の形態と同様である。
(Second Embodiment)
In the nitride-based compound semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, the gate electrode 23 and the outer peripheral electrode 30 are not electrically connected in the nitride-based compound semiconductor device, as shown in FIG. However, this is different from the first embodiment of the present invention shown in FIG. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.

図4に示した制御電極(ゲート電極)23と外周電極30は、窒化物系化合物半導体装置の外部で、例えばワイヤー等により電気的に接続可能である。   The control electrode (gate electrode) 23 and the outer peripheral electrode 30 shown in FIG. 4 can be electrically connected, for example, by a wire or the like outside the nitride-based compound semiconductor device.

なお、外周電極30は、ゲート電極23のようにバイアス状態を変化させてオン状態のFETを流れるドレイン電流量を制御する必要がないため、ワイヤー等でゲート電極23と外周電極30を接続せず、ゲート電極23に印加する電圧と異なる負電圧を外周電極30に印加してもよい。この場合、ゲート電極23と第2の主電極(ドレイン電極)22が逆バイアスされた状態において、外周電極30直下の2DEG層31が少なくとも空乏化するように設定された電圧を、ゲート電極23に印加させる電圧に依存することなく外周電極30に印加することができる。   The peripheral electrode 30 does not need to control the amount of drain current flowing through the FET in the ON state by changing the bias state unlike the gate electrode 23, so the gate electrode 23 and the peripheral electrode 30 are not connected by a wire or the like. A negative voltage different from the voltage applied to the gate electrode 23 may be applied to the outer peripheral electrode 30. In this case, in a state where the gate electrode 23 and the second main electrode (drain electrode) 22 are reverse-biased, a voltage set so that the 2DEG layer 31 immediately below the outer peripheral electrode 30 is at least depleted is applied to the gate electrode 23. The voltage can be applied to the outer peripheral electrode 30 without depending on the voltage to be applied.

その結果、図4に示した窒化物系化合物半導体装置によれば、第1の主電極(ソース電極)21に流れるリーク電流が抑制されて窒化物系化合物半導体装置の耐圧の低下や破壊を防止でき、且つ電流コラプス現象によるオン抵抗の増大をより効果的に抑制できるとともに、設計の自由度を増すことができる。他は、第1の実施の形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。   As a result, according to the nitride-based compound semiconductor device shown in FIG. 4, the leakage current flowing through the first main electrode (source electrode) 21 is suppressed, thereby preventing a decrease in breakdown voltage or destruction of the nitride-based compound semiconductor device. In addition, an increase in on-resistance due to the current collapse phenomenon can be more effectively suppressed, and the degree of design freedom can be increased. Others are substantially the same as those in the first embodiment, and redundant description is omitted.

(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体装置は、図5に示すように、外周電極30のすぐ内側に配置される直近の電極が、第1の主電極(ソース電極)21ではなく、第2の主電極(ドレイン電極)22であることが、図1に示した本発明の第1の実施の形態と異なる点である。その他の構成については、図1に示す第1の実施の形態と同様である。
(Third embodiment)
In the nitride-based compound semiconductor device according to the third embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, the nearest electrode disposed immediately inside the outer peripheral electrode 30 is the first main electrode (source electrode). The second main electrode (drain electrode) 22 instead of 21 is different from the first embodiment of the present invention shown in FIG. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.

外周電極30に隣接してドレイン電極22が配置される場合でも、図1に示した窒化物系化合物半導体装置のように外周電極30に隣接してソース電極21が配置される場合と同様に、外周電極30によって少なくとも2DEG層31が空乏化することによってソース電極21に流れるリーク電流が抑制され、窒化物系化合物半導体装置の耐圧の低下や破壊を防止でき、且つ電流コラプス現象によるオン抵抗の増大を抑制できる。   Even when the drain electrode 22 is disposed adjacent to the outer peripheral electrode 30, as in the case where the source electrode 21 is disposed adjacent to the outer peripheral electrode 30 as in the nitride-based compound semiconductor device illustrated in FIG. Leakage current flowing through the source electrode 21 is suppressed by depleting at least the 2DEG layer 31 by the outer peripheral electrode 30, so that the breakdown voltage of the nitride-based compound semiconductor device can be prevented from being lowered or broken, and the on-resistance is increased by the current collapse phenomenon. Can be suppressed.

また、図5では、外周電極30と制御電極(ゲート電極)23とが窒化物系化合物半導体装置内で物理的に接続されている例を示したが、図4に示した窒化物系化合物半導体装置と同様にゲート電極23と外周電極30を接続せずに配置し、窒化物系化合物半導体装置の外部で電気的に接続してもよい。或いは、ゲート電極23と外周電極30に異なる電圧を印加してもよい。他は、第1の実施の形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。   5 shows an example in which the outer peripheral electrode 30 and the control electrode (gate electrode) 23 are physically connected in the nitride-based compound semiconductor device, but the nitride-based compound semiconductor shown in FIG. Similarly to the device, the gate electrode 23 and the outer peripheral electrode 30 may be disposed without being connected and electrically connected outside the nitride-based compound semiconductor device. Alternatively, different voltages may be applied to the gate electrode 23 and the outer peripheral electrode 30. Others are substantially the same as those in the first embodiment, and redundant description is omitted.

(第4の実施の形態)
本発明の第4の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体装置は、図6に示すように、キャリア供給層4とゲート電極23との間にゲート絶縁膜となる絶縁膜231を配置すると共に、キャリア供給層4と外周電極30との間に絶縁膜301を配置した構成であることが、図1に示した本発明の第1の実施の形態と異なる点である。即ち、図6に示す窒化物系化合物半導体装置はMIS構造を有するFETを備える。その他の構成については、図1に示した第1の実施の形態と同様である。
(Fourth embodiment)
In the nitride-based compound semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention, an insulating film 231 serving as a gate insulating film is arranged between the carrier supply layer 4 and the gate electrode 23 as shown in FIG. The configuration in which the insulating film 301 is disposed between the carrier supply layer 4 and the outer peripheral electrode 30 is different from the first embodiment of the present invention shown in FIG. That is, the nitride compound semiconductor device shown in FIG. 6 includes an FET having a MIS structure. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.

図1に示した窒化物系化合物半導体装置では外周電極30と半導体層10がショットキー接合していたが、図6に示すように半導体層10が絶縁膜231を介して構成されたMIS構造の場合であっても、前記第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、外周電極30が絶縁膜301を介してMIS構造であっても、制御電極(ゲート電極)23と第2の主電極(ドレイン電極)22が逆バイアスされた状態において、外周電極30直下の2DEG層31が少なくとも空乏化するように設定された電圧を外周電極30に印加することにより、少なくとも2DEG層31が空乏化することによって第1の主電極(ソース電極)21に流れるリーク電流が抑制される。また、制御電極(ゲート電極)23に流れるリーク電流をも抑制できる。その結果、図6に示す窒化物系化合物半導体装置の耐圧の低下や破壊を防止でき、且つ電流コラプス現象によるオン抵抗の増大を抑制できる。   In the nitride-based compound semiconductor device shown in FIG. 1, the outer peripheral electrode 30 and the semiconductor layer 10 are Schottky junctions, but as shown in FIG. 6, the semiconductor layer 10 has an MIS structure configured with an insulating film 231 interposed therebetween. Even if it is a case, the effect similar to the said 1st Embodiment can be acquired. Even if the outer peripheral electrode 30 has the MIS structure with the insulating film 301 interposed therebetween, the control electrode (gate electrode) 23 and the second main electrode (drain electrode) 22 are in the reverse biased state and are directly below the outer peripheral electrode 30. By applying a voltage that is set so that the 2DEG layer 31 is at least depleted to the outer peripheral electrode 30, at least the 2DEG layer 31 is depleted, thereby suppressing a leakage current flowing through the first main electrode (source electrode) 21. Is done. In addition, leakage current flowing through the control electrode (gate electrode) 23 can also be suppressed. As a result, it is possible to prevent a decrease in breakdown voltage and breakdown of the nitride-based compound semiconductor device shown in FIG.

図6に示した窒化物系化合物半導体装置において、外周電極30とゲート電極23とが窒化物系化合物半導体装置の外部若しくは内部で電気的に接続されてもよいし、ゲート電極23に印加される電圧とは異なる電圧を外周電極30に印加してもよい。又、外周電極30のすぐ内側に配置される電極が、ソース電極21であってもドレイン電極22であってもよい。また、他は、第1の実施の形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。   In the nitride-based compound semiconductor device shown in FIG. 6, the outer peripheral electrode 30 and the gate electrode 23 may be electrically connected outside or inside the nitride-based compound semiconductor device, or applied to the gate electrode 23. A voltage different from the voltage may be applied to the outer peripheral electrode 30. Further, the electrode arranged immediately inside the outer peripheral electrode 30 may be the source electrode 21 or the drain electrode 22. Others are substantially the same as those in the first embodiment, and redundant description is omitted.

(第5の実施の形態)
本発明の第5の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体装置は、図7及び図8に示すように、第1の主電極21をアノード電極とし、第2の主電極22をカソード電極とするショットキーバリアダイオード(SBD)に適応させたものである。図8は、図7のII−II方向に沿った断面図である。
(Fifth embodiment)
As shown in FIGS. 7 and 8, the nitride compound semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention has a first main electrode 21 as an anode electrode and a second main electrode 22 as a cathode electrode. This is adapted to a Schottky barrier diode (SBD). FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the direction II-II in FIG.

図7に示すように、第1の主電極21及び第2の主電極22は、紙面に向かって上下方向にそれぞれ延伸する複数の歯部分を有する櫛型形状をなし、第1の主電極21と第2の主電極22の櫛の歯部分は交差指状に配置される。第1の主電極21と外周電極30とは物理的に接続される。そして、外周電極30と第1の主電極21によって、第2の主電極22の全体が囲まれている。   As shown in FIG. 7, the first main electrode 21 and the second main electrode 22 have a comb shape having a plurality of tooth portions respectively extending in the vertical direction toward the paper surface, and the first main electrode 21. And the comb teeth of the second main electrode 22 are arranged in a cross finger shape. The first main electrode 21 and the outer peripheral electrode 30 are physically connected. The outer electrode 30 and the first main electrode 21 surround the entire second main electrode 22.

本発明の第5の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体装置によれば、アノード電極とカソード電極が逆バイアスされた状態において、外周電極30直下の2DEG層31が伸びる空乏化するように設定された電圧を外周電極30に印加することにより、主面100から少なくとも2DEG層31まで伸びる空乏層によってアノード電極とカソード電極間のリーク電流が抑制される。つまり、ダメージを受けた半導体層10の端面を介して流れるリーク電流による耐圧の低下や破壊が防止され、且つ電流コラプス現象によるオン抵抗の増大が抑制されたSBDが提供される。   In the nitride-based compound semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention, the 2DEG layer 31 immediately below the outer peripheral electrode 30 is set to be depleted while the anode electrode and the cathode electrode are reverse-biased. By applying the applied voltage to the outer peripheral electrode 30, the leakage current between the anode electrode and the cathode electrode is suppressed by the depletion layer extending from the main surface 100 to at least the 2DEG layer 31. That is, an SBD is provided in which a breakdown voltage is prevented from being lowered or broken due to a leak current flowing through the damaged end face of the semiconductor layer 10 and an increase in on-resistance due to a current collapse phenomenon is suppressed.

図7に示した窒化物系化合物半導体装置において、外周電極30とアノード電極である第1の主電極21とが窒化物系化合物半導体装置の外部若しくは内部で電気的に接続されてもよいし、或いは第1の主電極21に印加される電圧とは異なる電圧を外周電極30に印加してもよい。他は、第1の実施の形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。   In the nitride-based compound semiconductor device shown in FIG. 7, the outer peripheral electrode 30 and the first main electrode 21 that is an anode electrode may be electrically connected outside or inside the nitride-based compound semiconductor device, Alternatively, a voltage different from the voltage applied to the first main electrode 21 may be applied to the outer peripheral electrode 30. Others are substantially the same as those in the first embodiment, and redundant description is omitted.

(第6の実施の形態)
本発明の第6の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体装置は、図9に示すように、半導体層10がキャリア供給層4を含まない点が、図2に示した本発明の第1の実施の形態と異なる。その他の構成については、図1に示した第1の実施の形態と同様である。
(Sixth embodiment)
As shown in FIG. 9, the nitride compound semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention is that the semiconductor layer 10 does not include the carrier supply layer 4 according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. This is different from the embodiment. Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG.

図9に示すように外周電極30と半導体層10がキャリア走行層3上に配置されたMESFET構造の場合であっても、制御電極(ゲート電極)23と第2の主電極(ドレイン電極)22が逆バイアス(オフ)された状態において、外周電極30直下の主面100から少なくともキャリア走行層3内の電流チャネルが形成される領域まで空乏化するように設定された電圧を外周電極30に印加することにより、ダメージを受けた半導体層10の端面を介してドレイン電極22から第1の主電極(ソース電極)21に流れるリーク電流が抑制される。その結果、図9に示す窒化物系化合物半導体装置の耐圧の低下や破壊を防止でき、且つ電流コラプス現象によるオン抵抗の増大を抑制できる。   As shown in FIG. 9, even in the case of the MESFET structure in which the outer peripheral electrode 30 and the semiconductor layer 10 are arranged on the carrier traveling layer 3, the control electrode (gate electrode) 23 and the second main electrode (drain electrode) 22. Is applied to the outer peripheral electrode 30 with a voltage set so as to be depleted from the main surface 100 immediately below the outer peripheral electrode 30 to the region where the current channel in the carrier traveling layer 3 is formed. As a result, the leak current flowing from the drain electrode 22 to the first main electrode (source electrode) 21 through the end face of the damaged semiconductor layer 10 is suppressed. As a result, it is possible to prevent a decrease in breakdown voltage and breakdown of the nitride-based compound semiconductor device shown in FIG.

図9に示した窒化物系化合物半導体装置において、外周電極30とゲート電極23とが窒化物系化合物半導体装置の外部若しくは内部で電気的に接続されてもよいし、ゲート電極23に印加される電圧とは異なる電圧を外周電極30に印加してもよい。又、外周電極30のすぐ内側に配置される電極が、ソース電極21であってもドレイン電極22であってもよい。また、他は、第1の実施の形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。   In the nitride-based compound semiconductor device shown in FIG. 9, the outer peripheral electrode 30 and the gate electrode 23 may be electrically connected outside or inside the nitride-based compound semiconductor device, or applied to the gate electrode 23. A voltage different from the voltage may be applied to the outer peripheral electrode 30. Further, the electrode arranged immediately inside the outer peripheral electrode 30 may be the source electrode 21 or the drain electrode 22. Others are substantially the same as those in the first embodiment, and redundant description is omitted.

(その他の実施の形態)
上記のように、本発明は第1乃至第6の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As described above, the present invention has been described according to the first to sixth embodiments. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

例えば、キャリア走行層3及びキャリア供給層4には、GaN、AlGaN以外のInGaN、AlInGaN、AlN、AlP、GaP、AlInP、GaInP、AlGaP、AlGaAs、GaAs、AlAs、InAs、InP、InN、GaAsP等のIII−V属化合物半導体、または酸化亜鉛(ZnO)等のII−VI化合物半導体、若しくは更に別の化合物半導体を採用可能である。   For example, the carrier running layer 3 and the carrier supply layer 4 include GaN, InGaN other than AlGaN, AlInGaN, AlN, AlP, GaP, AlInP, GaInP, AlGaP, AlGaAs, GaAs, AlAs, InAs, InP, InN, and GaAsP. III-V compound semiconductors, II-VI compound semiconductors such as zinc oxide (ZnO), or other compound semiconductors can be employed.

また、キャリア供給層4をp型半導体からなる正孔(ホール)供給層に置き換えることができる。この場合、2DEG層31に対応する領域に2次元キャリアガス層として2次元正孔ガス層が生じる。   The carrier supply layer 4 can be replaced with a hole supply layer made of a p-type semiconductor. In this case, a two-dimensional hole gas layer is generated as a two-dimensional carrier gas layer in a region corresponding to the 2DEG layer 31.

更に、基板1がシリコン基板以外の導電性基板である場合や、窒化ガリウム系化合物半導体の下に絶縁性の低い層がある場合等にも、本発明は適用可能である。更に、基板1の下面に背面電極を設けてもよい。   Furthermore, the present invention can also be applied when the substrate 1 is a conductive substrate other than a silicon substrate, or when a low-insulating layer is present under the gallium nitride compound semiconductor. Further, a back electrode may be provided on the lower surface of the substrate 1.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

本発明の第1の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体装置の構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing a configuration of a nitride-based compound semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 図1のI−I方向に沿った模式的な断面構造図である。It is typical sectional structure drawing along the II direction of FIG. 本発明の第1の実施の形態の変形例に係る窒化物系化合物半導体装置の模式的な断面構造図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional structure diagram of a nitride-based compound semiconductor device according to a modification of the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the nitride type compound semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the nitride type compound semiconductor device which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体装置の模式的な断面構造図である。It is a typical sectional structure figure of a nitride system compound semiconductor device concerning a 4th embodiment of the present invention. 本発明の第5の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the nitride type compound semiconductor device which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 図7のII−II方向に沿った模式的な断面構造図である。It is typical sectional structure drawing along the II-II direction of FIG. 本発明の第6の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体装置の模式的な断面構造図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional structure diagram of a nitride-based compound semiconductor device according to a sixth embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…半導体層
21…第1の主電極
22…第2の主電極
23…制御電極
30…外周電極
31…2次元キャリアガス層
40…絶縁膜
100…半導体層の主面
211…パターン抵抗部
231、301…絶縁膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor layer 21 ... 1st main electrode 22 ... 2nd main electrode 23 ... Control electrode 30 ... Outer peripheral electrode 31 ... Two-dimensional carrier gas layer 40 ... Insulating film 100 ... Main surface 211 of a semiconductor layer 211 ... Pattern resistance part 231 301: Insulating film

Claims (4)

窒化物系化合物半導体からなるキャリア走行層を有する半導体層と、
前記半導体層の主面上に配置され、前記キャリア走行層を流れる主電流の電流経路の端部である第1及び第2の主電極と、
前記主面とショットキー接合をなして前記第1及び第2の主電極を囲むように前記主面上に配置され、前記主面直下及びその近傍の前記半導体層内の電荷を制御する外周電極と、
前記第1及び第2の主電極間で前記主面上に配置され、前記第1及び第2の主電極間の前記キャリア走行層に流れる主電流を制御し、前記半導体層とショットキー接合又はMIS接合をなす第3の電極
とを備え、前記主電流が流れていないオフ時に前記外周電極直下に空乏層を生じさせることを特徴とする窒化物系化合物半導体装置。
A semiconductor layer having a carrier traveling layer made of a nitride compound semiconductor;
A first main electrode and a second main electrode disposed on a main surface of the semiconductor layer, which are ends of a current path of a main current flowing through the carrier travel layer;
An outer peripheral electrode which is disposed on the main surface so as to surround the first and second main electrodes by forming a Schottky junction with the main surface, and which controls charges in the semiconductor layer immediately below and near the main surface When,
Disposed on the main surface between the first and second main electrodes and controlling a main current flowing in the carrier travel layer between the first and second main electrodes, and the semiconductor layer and a Schottky junction or And a third electrode forming a MIS junction, wherein a depletion layer is formed immediately below the outer peripheral electrode when the main current is not flowing.
第1の窒化物系化合物半導体からなるキャリア供給層、及び前記第1の窒化物系化合物半導体と異なるバンドギャップエネルギーを有し、前記キャリア供給層との界面近傍において2次元キャリアガス層を有する第2の窒化物系化合物半導体からなるキャリア走行層を有する半導体層と、
前記半導体層の主面上に配置され、前記キャリア走行層を流れる主電流の電流経路の端部である第1及び第2の主電極と、
前記主面とショットキー接合をなして前記第1及び第2の主電極を囲むように前記主面上に配置され、前記主面直下及びその近傍の前記2次元キャリアガス層に蓄積される電荷を制御する外周電極と、
前記第1及び第2の主電極間で前記主面上に配置され、前記第1及び第2の主電極間の前記キャリア走行層に流れる主電流を制御し、前記半導体層とショットキー接合又はMIS接合をなす第3の電極
とを備え、前記主電流が流れていないオフ時に前記外周電極直下の前記2次元キャリアガス層まで伸びる空乏層を有することを特徴とする窒化物系化合物半導体装置。
A carrier supply layer made of a first nitride-based compound semiconductor, and a band gap energy different from that of the first nitride-based compound semiconductor, and a two-dimensional carrier gas layer in the vicinity of the interface with the carrier supply layer. A semiconductor layer having a carrier traveling layer made of two nitride-based compound semiconductors;
A first main electrode and a second main electrode disposed on a main surface of the semiconductor layer, which are ends of a current path of a main current flowing through the carrier travel layer;
Charges that are arranged on the main surface so as to surround the first and second main electrodes in a Schottky junction with the main surface, and are accumulated in the two-dimensional carrier gas layer immediately below and in the vicinity of the main surface An outer peripheral electrode for controlling,
Disposed on the main surface between the first and second main electrodes and controlling a main current flowing in the carrier travel layer between the first and second main electrodes, and the semiconductor layer and a Schottky junction or And a third electrode forming a MIS junction, and having a depletion layer extending to the two-dimensional carrier gas layer immediately below the outer peripheral electrode when the main current is not flowing.
前記第3の電極と前記外周電極が電気的に接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の窒化物系化合物半導体装置。 The third electrode and the peripheral electrode is nitride-based compound semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized in that it is electrically connected. 前記半導体層が、前記外周電極の配置された領域の外側であってメサ形状を有する端部又は該端部の内側の領域を前記主面から前記キャリア走行層よりも深い位置までエッチングした形状を有することを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の窒化物系化合物半導体装置。 The semiconductor layer has a shape obtained by etching an end portion having a mesa shape outside the region where the outer peripheral electrode is disposed or a region inside the end portion from the main surface to a position deeper than the carrier traveling layer. The nitride-based compound semiconductor device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the nitride-based compound semiconductor device is provided.
JP2007228214A 2007-09-03 2007-09-03 Nitride compound semiconductor devices Active JP5526470B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007228214A JP5526470B2 (en) 2007-09-03 2007-09-03 Nitride compound semiconductor devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007228214A JP5526470B2 (en) 2007-09-03 2007-09-03 Nitride compound semiconductor devices

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009060049A JP2009060049A (en) 2009-03-19
JP5526470B2 true JP5526470B2 (en) 2014-06-18

Family

ID=40555484

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007228214A Active JP5526470B2 (en) 2007-09-03 2007-09-03 Nitride compound semiconductor devices

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5526470B2 (en)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011124385A (en) 2009-12-10 2011-06-23 Sanken Electric Co Ltd Compound semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2011142182A (en) * 2010-01-06 2011-07-21 Sharp Corp Field-effect transistor
JP5776143B2 (en) * 2010-07-06 2015-09-09 サンケン電気株式会社 Semiconductor device
JP5566798B2 (en) * 2010-07-07 2014-08-06 古河電気工業株式会社 Semiconductor rectifier
CN103229284B (en) * 2010-10-01 2016-05-25 夏普株式会社 Nitride semiconductor device
JP5853187B2 (en) 2011-05-30 2016-02-09 パナソニックIpマネジメント株式会社 Switch device
JP6047998B2 (en) * 2012-08-28 2016-12-21 サンケン電気株式会社 Semiconductor device
US8896369B2 (en) 2013-03-14 2014-11-25 Panasonic Coporation Switching device
US9054027B2 (en) * 2013-05-03 2015-06-09 Texas Instruments Incorporated III-nitride device and method having a gate isolating structure
US9171911B2 (en) * 2013-07-08 2015-10-27 Efficient Power Conversion Corporation Isolation structure in gallium nitride devices and integrated circuits
JP6287669B2 (en) * 2014-07-31 2018-03-07 日亜化学工業株式会社 Field effect transistor
JP2021089934A (en) * 2019-12-03 2021-06-10 株式会社東芝 Semiconductor device
CN113394283B (en) * 2021-06-25 2023-04-14 电子科技大学 High-voltage HEMT device with composite layer structure

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4509031B2 (en) * 2003-09-05 2010-07-21 サンケン電気株式会社 Nitride semiconductor device
US7465997B2 (en) * 2004-02-12 2008-12-16 International Rectifier Corporation III-nitride bidirectional switch
JP4662198B2 (en) * 2004-04-14 2011-03-30 住友電気工業株式会社 Wiring structure of horizontal semiconductor device
JP4810072B2 (en) * 2004-06-15 2011-11-09 株式会社東芝 Nitrogen compound-containing semiconductor devices
JP2006059841A (en) * 2004-08-17 2006-03-02 Nec Electronics Corp Semiconductor device and its manufacturing method
JP4379305B2 (en) * 2004-11-09 2009-12-09 サンケン電気株式会社 Semiconductor device
JP4695622B2 (en) * 2007-05-02 2011-06-08 株式会社東芝 Semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009060049A (en) 2009-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5526470B2 (en) Nitride compound semiconductor devices
JP6174874B2 (en) Semiconductor device
US8907349B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP5397825B2 (en) Field effect semiconductor device
US8748995B2 (en) Nitride semiconductor device with metal layer formed on active region and coupled with electrode interconnect
JP5487550B2 (en) Field effect semiconductor device and manufacturing method thereof
JP4761319B2 (en) Nitride semiconductor device and power conversion device including the same
JP4737471B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
TWI464873B (en) Compound semiconductor device
US8164117B2 (en) Nitride semiconductor device
JP6167889B2 (en) Field effect transistor and manufacturing method thereof
WO2017138505A1 (en) Semiconductor device
JP5776143B2 (en) Semiconductor device
JP2008311355A (en) Nitride semiconductor element
JP2008034438A (en) Semiconductor device
JP5779284B2 (en) Switching element
JP5655424B2 (en) Compound semiconductor device
US9680001B2 (en) Nitride semiconductor device
US9082884B2 (en) Schottky diode
JP5309532B2 (en) Nitride compound semiconductor devices
JP2008244002A (en) Field effect semiconductor device
JP6119215B2 (en) Field effect transistor
WO2019187789A1 (en) Nitride semiconductor device
JP2013062494A (en) Nitride semiconductor device
JP2015056627A (en) Method for evaluating semiconductor device, and semiconductor device and method for manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100820

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130115

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130122

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130321

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130827

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131025

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140318

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140331

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5526470

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250