JP5899803B2 - Nitride semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、櫛型形状の電極を有する窒化物半導体装置に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor device having comb-shaped electrodes.

高耐圧パワーデバイス等に、窒化物半導体を用いた窒化物半導体装置が使用されている。代表的な窒化物半導体は、AlxInyGa1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1)で表され、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化インジウム(InN)等である。例えば高電子移動度トランジスタ(HEMT)では、バンドギャップエネルギーが互いに異なる窒化物半導体からなるキャリア走行層とキャリア供給層間の界面にヘテロ接合面が形成される。ヘテロ接合面近傍のキャリア走行層に、電流通路(チャネル)としての二次元キャリアガス層が形成される。 A nitride semiconductor device using a nitride semiconductor is used for a high voltage power device or the like. A typical nitride semiconductor is represented by Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1), and includes gallium nitride (GaN) and aluminum nitride (AlN). ), Indium nitride (InN), and the like. For example, in a high electron mobility transistor (HEMT), a heterojunction surface is formed at the interface between a carrier traveling layer and a carrier supply layer made of nitride semiconductors having different band gap energies. A two-dimensional carrier gas layer as a current path (channel) is formed in the carrier traveling layer in the vicinity of the heterojunction surface.

ソース拡散領域及びドレイン拡散領域が互いに入り組んだ櫛型構造が、トランジスタ構造に採用されている。そして、櫛型形状のドレイン拡散領域とソース拡散領域が交差指状に配置された横型半導体装置の高耐圧化構造として、櫛の歯の先端近傍におけるドリフト長を長くする方法が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   A comb structure in which a source diffusion region and a drain diffusion region are intertwined with each other is employed in the transistor structure. As a structure for increasing the breakdown voltage of a lateral semiconductor device in which a comb-shaped drain diffusion region and a source diffusion region are arranged in an interdigitated manner, a method of increasing the drift length in the vicinity of the tip of the comb teeth has been proposed ( For example, see Patent Document 1.)

特開2001−7339号公報JP 2001-7339 A

二次元キャリアガス層をチャネルとするHEMTでは、トランジスタ構造の違いから、特許文献1に記載されたように拡散領域の形状を変化させることよって耐圧を向上させることができない。   In a HEMT having a two-dimensional carrier gas layer as a channel, the breakdown voltage cannot be improved by changing the shape of the diffusion region as described in Patent Document 1 due to the difference in transistor structure.

本発明は、櫛型形状のソース電極とドレイン電極が交差指状に配置された電極構造を有し、且つ各櫛形電極の先端部での電界集中が緩和された窒化物半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention provides a nitride semiconductor device having an electrode structure in which comb-shaped source electrodes and drain electrodes are arranged in an interdigitated manner, and electric field concentration is reduced at the tip of each comb-shaped electrode. With the goal.

本発明の一態様によれば、(イ)キャリア供給層、及びキャリア供給層とヘテロ接合を形成するキャリア走行層を積層した窒化物半導体層と、(ロ)窒化物半導体層上に配置された絶縁膜と、(ハ)窒化物半導体層上に配置された、複数の歯部分を有する櫛型形状のソース電極と、(ニ)窒化物半導体層上にソース電極と交差指状に配置された、複数の歯部分を有する櫛型形状のドレイン電極と、(ホ)ソース電極とドレイン電極間で窒化物半導体層上に配置されたゲート電極と、(ヘ)ゲート電極と電気的に接続され、ゲート電極とドレイン電極間で絶縁膜上に配置されたゲートフィールドプレートとを備え、ゲートフィールドプレートのドレイン側端部とゲート電極のドレイン側端部間の距離が、ソース電極とドレイン電極の歯部分の直線領域よりもソース電極とドレイン電極の歯部分の先端領域において長い窒化物半導体装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, (b) a nitride semiconductor layer in which a carrier supply layer and a carrier travel layer that forms a heterojunction with the carrier supply layer are stacked, and (b) disposed on the nitride semiconductor layer. An insulating film; (c) a comb-shaped source electrode having a plurality of teeth disposed on the nitride semiconductor layer; and (d) an interdigitated source electrode on the nitride semiconductor layer. A comb-shaped drain electrode having a plurality of tooth portions; (e) a gate electrode disposed on the nitride semiconductor layer between the source electrode and the drain electrode; and (f) electrically connected to the gate electrode, A gate field plate disposed on the insulating film between the gate electrode and the drain electrode, and a distance between the drain side end of the gate field plate and the drain side end of the gate electrode is determined by the tooth portion of the source electrode and the drain electrode. Straight Long nitride semiconductor device is provided in the distal end region of the teeth of the source electrode and the drain electrode than the region.

本発明によれば、櫛型形状のソース電極とドレイン電極が交差指状に配置された電極構造を有し、且つ各櫛形電極の先端部での電界集中が緩和された窒化物半導体装置を提供できる。   According to the present invention, there is provided a nitride semiconductor device having an electrode structure in which comb-shaped source and drain electrodes are arranged in an interdigitated manner and in which electric field concentration at the tip of each comb-shaped electrode is reduced. it can.

本発明の第1の実施形態に係る窒化物半導体装置の構造を示す模式的な平面図である。1 is a schematic plan view showing the structure of a nitride semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る窒化物半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a nitride semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る窒化物半導体装置の先端領域の構造を示す模式的な平面図であり、図3(a)はソース電極の先端領域を示し、図3(b)はドレイン電極の先端領域を示す。FIG. 3A is a schematic plan view showing the structure of the tip region of the nitride semiconductor device according to the first embodiment of the present invention, FIG. 3A shows the tip region of the source electrode, and FIG. The tip region of the electrode is shown. 本発明の第1の実施形態に係る窒化物半導体装置における各領域間の距離の例を示す表である。5 is a table showing an example of distances between regions in the nitride semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態の変形例に係る窒化物半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a nitride semiconductor device according to a modification of the first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る窒化物半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a nitride semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施形態に係る窒化物半導体装置の先端領域の構造を示す模式的な平面図であり、図7(a)はソース電極の先端領域を示し、図7(b)はドレイン電極の先端領域を示す。FIG. 7A is a schematic plan view showing a structure of a tip region of a nitride semiconductor device according to a second embodiment of the present invention, FIG. 7A shows a tip region of a source electrode, and FIG. The tip region of the electrode is shown. 本発明の第2の実施形態に係る窒化物半導体装置における各領域間の距離の例を示す表である。6 is a table showing an example of distances between regions in a nitride semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態に係る窒化物半導体装置の構造を示す模式的な平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view showing the structure of a nitride semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. 本発明の第3の実施形態に係る窒化物半導体装置における各領域間の距離の例を示す表である。7 is a table showing an example of distances between regions in a nitride semiconductor device according to a third embodiment of the present invention.

次に、図面を参照して、本発明の第1乃至第3の実施形態を説明する。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、各部の長さ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 third 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 lengths of the respective parts, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific 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3の実施形態は、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。この発明の実施形態は、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。   The following first to third embodiments exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is the shape of a component. The structure, arrangement, etc. are not specified below. The embodiment of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る窒化物半導体装置1は、図1に示すように、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すソース電極3及びドレイン電極4と、ソース電極3とドレイン電極4間に配置されたゲート電極5を備える。ソース電極3とドレイン電極4の櫛の歯部分は交差指状に配置されている。つまり、ソース電極3の歯部分の間のそれぞれに、ドレイン電極の各歯部分が配置されている。このためゲート電極5は、紙面に向かって左右方向に重なるように多重に折り返されて配置されている。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, a nitride semiconductor device 1 according to a first embodiment of the present invention includes a comb-shaped source electrode 3 having a plurality of tooth portions extending in the vertical direction toward the paper surface, and A drain electrode 4 and a gate electrode 5 disposed between the source electrode 3 and the drain electrode 4 are provided. The comb teeth of the source electrode 3 and the drain electrode 4 are arranged in a crossed finger shape. That is, each tooth portion of the drain electrode is disposed between each tooth portion of the source electrode 3. For this reason, the gate electrode 5 is arranged in multiple folds so as to overlap in the left-right direction toward the paper surface.

以下において、ソース電極3とドレイン電極4の歯部分が直線的に平行して延伸する領域を「直線領域」という。そして、ソース電極3とドレイン電極4の歯部分の先端部の、外縁が曲線である領域を「先端領域」という。   Hereinafter, a region where the tooth portions of the source electrode 3 and the drain electrode 4 extend linearly in parallel is referred to as a “linear region”. A region where the outer edges of the tooth portions of the source electrode 3 and the drain electrode 4 are curved is called a “tip region”.

図1のA−A方向、B−B方向、及びC−C方向に沿った切断面を図2に示す。A−A方向は、ソース電極3とドレイン電極4の直線領域における、ソース電極3とドレイン電極4の歯部分が延伸する方向に垂直な方向である。B−B方向は、ソース電極3の先端領域(以下において、「ソース先端領域」という。)における、ソース電極3の歯部分が延伸する方向に平行な方向である。C−C方向は、ドレイン電極4の先端領域(以下において、「ドレイン先端領域」という。)における、ドレイン電極4の歯部分が延伸する方向に平行な方向である。   FIG. 2 shows cut surfaces along the AA direction, the BB direction, and the CC direction of FIG. The AA direction is a direction perpendicular to the direction in which the tooth portions of the source electrode 3 and the drain electrode 4 extend in the linear region of the source electrode 3 and the drain electrode 4. The BB direction is a direction parallel to the direction in which the tooth portion of the source electrode 3 extends in the tip region of the source electrode 3 (hereinafter referred to as “source tip region”). The CC direction is a direction parallel to the direction in which the tooth portion of the drain electrode 4 extends in the tip region of the drain electrode 4 (hereinafter referred to as “drain tip region”).

A−A方向、B−B方向、及びC−C方向に沿った各切断面は、基本的な構造は略同一であり、詳細を後述するように、各切断面に現れる領域間で距離が異なる箇所がある。   Each cut surface along the AA direction, the BB direction, and the CC direction has substantially the same basic structure, and as will be described in detail later, the distance between regions appearing on each cut surface is small. There are different places.

図2に示すように、窒化物半導体装置1は、キャリア供給層22、及びキャリア供給層22とヘテロ接合を形成するキャリア走行層21を積層した窒化物半導体層2と、窒化物半導体層2上に配置された絶縁膜7とを備え、窒化物半導体層2上にソース電極3、ドレイン電極4及びゲート電極5が配置されたHEMTである。絶縁膜7はソース電極3及びドレイン電極4を覆って配置され、絶縁膜7に形成された開口部を埋め込むようにしてゲート電極5が配置されている。ゲート電極5と絶縁膜7上に層間絶縁膜8が配置され、層間絶縁膜8に形成された開口部をそれぞれ介して、ソース電極配線31がソース電極3と接続され、ドレイン電極配線41がドレイン電極4と接続されている。   As shown in FIG. 2, the nitride semiconductor device 1 includes a carrier supply layer 22, a nitride semiconductor layer 2 in which a carrier traveling layer 21 that forms a heterojunction with the carrier supply layer 22, and a nitride semiconductor layer 2 on the nitride semiconductor layer 2. The HEMT includes a source electrode 3, a drain electrode 4, and a gate electrode 5 disposed on the nitride semiconductor layer 2. The insulating film 7 is disposed so as to cover the source electrode 3 and the drain electrode 4, and the gate electrode 5 is disposed so as to fill the opening formed in the insulating film 7. An interlayer insulating film 8 is disposed on the gate electrode 5 and the insulating film 7, the source electrode wiring 31 is connected to the source electrode 3 through the openings formed in the interlayer insulating film 8, and the drain electrode wiring 41 is drained. It is connected to the electrode 4.

また、窒化物半導体装置1は、ゲート電極5と電気的に接続するゲートフィールドプレート50、及びソース電極3と電気的に接続するソースフィールドプレート30を更に備える。ゲート電極5とドレイン電極4間に配置されたゲートフィールドプレート50とソースフィールドプレート30により、ゲート電極5のドレイン側端部の空乏層の曲率が制御されて、ゲート電極5のドレイン電極側の端部(以下において、「ドレイン側端部」という。)に集中するバイアス電界の集中が緩和される。   The nitride semiconductor device 1 further includes a gate field plate 50 that is electrically connected to the gate electrode 5 and a source field plate 30 that is electrically connected to the source electrode 3. The curvature of the depletion layer at the drain side end of the gate electrode 5 is controlled by the gate field plate 50 and the source field plate 30 disposed between the gate electrode 5 and the drain electrode 4. Concentration of the bias electric field concentrated on the portion (hereinafter referred to as “drain side end portion”) is alleviated.

図2に示すように、ゲートフィールドプレート50はゲート電極5の上端部と連接して、ゲート電極5とドレイン電極4間で絶縁膜7上に配置されている。ソースフィールドプレート30は、ソース電極配線31を介してソース電極3と電気的に接続し、ゲートフィールドプレート50とドレイン電極4との間で絶縁膜7及び層間絶縁膜8を介して窒化物半導体層2と対向するように、層間絶縁膜8上に配置されている。図2に示した例では、ソース電極配線31のドレイン電極側に延伸した領域が、ソースフィールドプレート30として機能する。なお、図1では、ゲートフィールドプレート50及びソースフィールドプレート30の図示を省略している。   As shown in FIG. 2, the gate field plate 50 is disposed on the insulating film 7 between the gate electrode 5 and the drain electrode 4 so as to be connected to the upper end portion of the gate electrode 5. The source field plate 30 is electrically connected to the source electrode 3 via the source electrode wiring 31, and the nitride semiconductor layer is interposed between the gate field plate 50 and the drain electrode 4 via the insulating film 7 and the interlayer insulating film 8. 2 is disposed on the interlayer insulating film 8 so as to face the 2. In the example shown in FIG. 2, the region extending to the drain electrode side of the source electrode wiring 31 functions as the source field plate 30. In FIG. 1, the gate field plate 50 and the source field plate 30 are not shown.

図2に示すように、基板10上にバッファ層11が配置され、バッファ層11上に窒化物半導体層2が配置されている。窒化物半導体装置1の具体的な構造例については後述する。   As shown in FIG. 2, the buffer layer 11 is disposed on the substrate 10, and the nitride semiconductor layer 2 is disposed on the buffer layer 11. A specific structural example of the nitride semiconductor device 1 will be described later.

ソース先端領域の拡大図を図3(a)に、ドレイン先端領域の拡大図を図3(b)に、それぞれ示す。図3(a)、図3(b)においては、上層を透過して、ソース電極3、ドレイン電極4、ゲート電極5、ゲートフィールドプレート50、ソースフィールドプレート30を図示している。例えば、ソース電極配線31を透過してゲート電極5やゲートフィールドプレート50を図示している。   An enlarged view of the source tip region is shown in FIG. 3A, and an enlarged view of the drain tip region is shown in FIG. 3A and 3B, the source electrode 3, the drain electrode 4, the gate electrode 5, the gate field plate 50, and the source field plate 30 are illustrated through the upper layer. For example, the gate electrode 5 and the gate field plate 50 are illustrated through the source electrode wiring 31.

ソース電極3、ドレイン電極4及びソースフィールドプレート30の先端の形状は半円形である。また、ソース先端領域においては、ドレイン電極4の歯部分の間における柄部分の外縁が、ソース電極3の先端に沿って半円形に窪んでいる。同様に、ドレイン先端領域においては、ソース電極3の歯部分の間における柄部分の外縁が、ドレイン電極4の先端に沿って半円形に窪んでいる。このため、ソース電極3とドレイン電極4間に配置されるゲート電極5は、先端領域では円弧形状である。同様に、ゲートフィールドプレート50及びソースフィールドプレート30も、先端領域では円弧形状である。   The shapes of the tips of the source electrode 3, the drain electrode 4, and the source field plate 30 are semicircular. In the source tip region, the outer edge of the handle portion between the tooth portions of the drain electrode 4 is recessed in a semicircular shape along the tip of the source electrode 3. Similarly, in the drain tip region, the outer edge of the handle portion between the tooth portions of the source electrode 3 is recessed in a semicircular shape along the tip of the drain electrode 4. For this reason, the gate electrode 5 disposed between the source electrode 3 and the drain electrode 4 has an arc shape in the tip region. Similarly, the gate field plate 50 and the source field plate 30 are also arc-shaped in the tip region.

図3(a)、図3(b)に示すように、距離LGSa、LGSb、LGScは、直線領域、ソース先端領域、ドレイン先端領域のそれぞれにおける、ゲート電極5のソース側端部とソース電極3のゲート電極側端部との間の距離(以下において、「G_S間距離」という。)LGSである。距離LGDa、LGDb、LGDcは、直線領域、ソース先端領域、ドレイン先端領域のそれぞれにおける、ゲート電極5のドレイン側端部とドレイン電極4のゲート電極側端部との間の距離(以下において、「G_D間距離」という。)LGDである。距離LGFPa、LGFPb、LGFPcは、直線領域、ソース先端領域、ドレイン先端領域のそれぞれにおける、ゲート電極5のドレイン側端部とゲートフィールドプレート50のドレイン側端部間の距離(以下において、「G_GF間距離」という。)LGFPである。G_GF間距離LGFPはゲートフィールドプレート50の長さに相当する。距離LSFPa、LSFPb、LSFPcは、直線領域、ソース先端領域、ドレイン先端領域のそれぞれにおける、ゲートフィールドプレート50のドレイン側端部とソースフィールドプレート30のドレイン側端部間の距離(以下において、「GF_SF間距離」という。)LSFPである。GF_SF間距離LSFPはソースフィールドプレート30の長さに相当する。 As shown in FIGS. 3A and 3B, the distances L GSa , L GSb , and L GSc are the distances between the source side end of the gate electrode 5 in each of the linear region, the source tip region, and the drain tip region. The distance between the source electrode 3 and the end on the gate electrode side (hereinafter referred to as “G_S distance”) L GS . The distances L GDa , L GDb , and L GDc are distances between the drain side end of the gate electrode 5 and the gate electrode side end of the drain electrode 4 in each of the straight line region, the source tip region, and the drain tip region (hereinafter referred to as the following) in referred to as "G_D distance".) is an L GD. The distances L GFPa , L GFPb , and L GFPc are distances between the drain side end of the gate electrode 5 and the drain side end of the gate field plate 50 in each of the linear region, source tip region, and drain tip region (hereinafter, "Distance between G_GF".) L GFP . The G_GF distance L GFP corresponds to the length of the gate field plate 50. The distances L SFPa , L SFPb , and L SFPc are distances between the drain side end of the gate field plate 50 and the drain side end of the source field plate 30 in each of the straight line region, the source tip region, and the drain tip region (hereinafter, , “Distance between GF_SF”) L SFP . The GF_SF distance L SFP corresponds to the length of the source field plate 30.

図3(a)、図3(b)に示したように、ソース先端領域及びドレイン先端領域におけるG_S間距離LGSb、LGScは、直線領域におけるG_S間距離LGSaよりも長い。同様に、ソース先端領域及びドレイン先端領域におけるG_D間距離LGDb、LGDcは、直線領域におけるG_D間距離LGDaよりも長い。また、ソース先端領域及びドレイン先端領域におけるG_GF間距離LGFPb、LGFPcは、直線領域におけるG_GF間距離LGFPaよりも長い。更に、ソース先端領域及びドレイン先端領域におけるGF_SF間距離LSFPb、LSFPcは、直線領域におけるGF_SF間距離LSFPaよりも長い。 As shown in FIGS. 3A and 3B , the G_S distances L GSb and L GSc in the source tip region and the drain tip region are longer than the G_S distance L GSa in the linear region. Similarly, the G_D distances L GDb and L GDc in the source tip region and the drain tip region are longer than the G_D distance L GDa in the straight line region. Further, the G_GF distances L GFPb and L GFPc in the source tip region and the drain tip region are longer than the G_GF distance L GFPa in the linear region. Further, the GF_SF distances L SFPb and L SFPc in the source tip region and the drain tip region are longer than the GF_SF distance L SFPa in the straight line region.

A−A方向に沿った切断面である直線領域の切断面、B−B方向及びC−C方向に沿った切断面である先端領域の切断面のそれぞれにおける、各距離の例を図4に示す。なお、図4に示した先端領域におけるG_S間距離LGS、G_D間距離LGD、G_GF間距離LGFP、及びGF_SF間距離LSFPの各値は、ソース電極3とドレイン電極4の先端部の頂点における距離である。 FIG. 4 shows an example of each distance in each of the cut surface of the straight region that is a cut surface along the AA direction and the cut surface of the tip region that is a cut surface along the BB direction and the CC direction. Show. Note that the values of the G_S distance L GS , the G_D distance L GD , the G_GF distance L GFP , and the GF_SF distance L SFP in the tip region shown in FIG. 4 are the values of the tips of the source electrode 3 and the drain electrode 4. The distance at the vertex.

図4には、先端領域におけるG_S間距離LGSb、LGSc、G_D間距離LGDb、LGDc、G_GF間距離LGFPb、LGFPc、GF_SF間距離LSFPb、LSFPcのそれぞれが、直線領域におけるG_S間距離LGSa、G_D間距離LGDa、G_GF間距離LGFPa、GF_SF間距離LSFPaの1.5倍である場合を例示的に示したが、各距離の差は1.5倍に限定されるものではない。即ち、先端領域における上記の各距離が、直線領域における距離よりもそれぞれ長ければよい。 In FIG. 4, G_S distances L GSb , L GSc , G_D distances L GDb , L GDc , G_GF distances L GFPb , L GFPc , GF_SF distances L SFPb , L SFPc in the straight region G_S distance L GSa , G_D distance L GDa , G_GF distance L GFPa , GF_SF distance L SFPa is 1.5 times as an example, but the difference between each distance is limited to 1.5 times Is not to be done. That is, the distances in the tip region need only be longer than the distances in the straight region.

また、上記の各距離に加え、先端領域のゲート長を直線領域のゲート長よりも長くすることが好ましい。   In addition to the above distances, it is preferable that the gate length of the tip region is longer than the gate length of the straight region.

一般的に、櫛形形状の電極構造を採用した場合、電極の直線部分よりも先端部に電界が集中する。このため、半導体装置が破壊されやすい。   In general, when a comb-shaped electrode structure is employed, the electric field concentrates on the tip portion rather than the linear portion of the electrode. For this reason, the semiconductor device is easily destroyed.

しかし、本発明の第1の実施形態に係る窒化物半導体装置1は、ゲート電極5とドレイン電極4間の距離(G_D間距離LGD)が、直線領域よりもソース先端領域及びドレイン先端領域において長い構造を有する。このため、各櫛形電極の先端部における電界集中が緩和される。したがって、窒化物半導体装置1によれば、櫛型形状のソース電極3とドレイン電極4が交差指状に配置された電極構造を有し、且つ各櫛形電極の先端部での電界集中が緩和された窒化物半導体装置を提供できる。これにより、窒化物半導体装置1の耐圧が向上する。 However, in the nitride semiconductor device 1 according to the first embodiment of the present invention, the distance between the gate electrode 5 and the drain electrode 4 (G_D distance L GD ) is greater in the source tip region and the drain tip region than in the linear region. Has a long structure. For this reason, the electric field concentration at the tip of each comb electrode is alleviated. Therefore, the nitride semiconductor device 1 has an electrode structure in which the comb-shaped source electrode 3 and drain electrode 4 are arranged in an interdigitated manner, and the electric field concentration at the tip of each comb-shaped electrode is reduced. A nitride semiconductor device can be provided. Thereby, the breakdown voltage of nitride semiconductor device 1 is improved.

また、窒化物半導体装置1では、直線領域よりもソース先端領域及びドレイン先端領域において、ゲートフィールドプレート50及びソースフィールドプレート30のドレイン側端部がドレイン電極4方向に延びている。これにより、先端領域における電界は、直線領域よりも緩和され、電解集中が起こりにくくなる。   In the nitride semiconductor device 1, the drain side end portions of the gate field plate 50 and the source field plate 30 extend in the direction of the drain electrode 4 in the source tip region and the drain tip region rather than the straight region. Thereby, the electric field in the tip region is relaxed more than the straight region, and electrolytic concentration is less likely to occur.

以下に、窒化物半導体装置1の具体的な構造例について説明する。   A specific structural example of the nitride semiconductor device 1 will be described below.

図2示した基板10には、シリコン(Si)基板、シリコンカーバイト(SiC)基板、GaN基板等の半導体基板や、サファイア基板、セラミック基板等の絶縁体基板を採用可能である。例えば、基板10に大口径化が容易なシリコン基板を採用することにより、窒化物半導体装置1の製造コストを低減できる。   As the substrate 10 shown in FIG. 2, a semiconductor substrate such as a silicon (Si) substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, or a GaN substrate, or an insulator substrate such as a sapphire substrate or a ceramic substrate can be employed. For example, the manufacturing cost of the nitride semiconductor device 1 can be reduced by adopting a silicon substrate that can be easily increased in diameter as the substrate 10.

バッファ層11は、有機金属気相成長(MOCVD)法等のエピタキシャル成長法で形成できる。図2では、バッファ層11を1つの層として図示しているが、バッファ層11を複数の層で形成してもよい。例えば、バッファ層11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。なお、バッファ層11はHEMTの動作に直接には関係しないため、バッファ層11を省いてもよい。また、基板10とバッファ層11とを組み合わせた構造を基板とみなすこともできる。バッファ層11の構造、配置は、基板10の材料等に応じて決定される。   The buffer layer 11 can be formed by an epitaxial growth method such as a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. Although the buffer layer 11 is illustrated as one layer in FIG. 2, the buffer layer 11 may be formed of a plurality of layers. For example, a multilayer buffer in which the buffer layer 11 is formed by alternately stacking first sublayers (first sublayers) made of aluminum nitride (AlN) and second sublayers (second sublayers) made of GaN. It is good. Since the buffer layer 11 is not directly related to the operation of the HEMT, the buffer layer 11 may be omitted. A structure in which the substrate 10 and the buffer layer 11 are combined can be regarded as a substrate. The structure and arrangement of the buffer layer 11 are determined according to the material of the substrate 10 and the like.

窒化物半導体層2は、第1の窒化物半導体層からなるキャリア供給層22、及び第1の窒化物半導体層と異なるバンドギャップエネルギーを有する第2の窒化物半導体層からなるキャリア走行層21を有する。   The nitride semiconductor layer 2 includes a carrier supply layer 22 made of a first nitride semiconductor layer, and a carrier traveling layer 21 made of a second nitride semiconductor layer having a band gap energy different from that of the first nitride semiconductor layer. Have.

バッファ層11上に配置されたキャリア走行層21は、例えば不純物が添加されていないノンドープGaNを、有機金属気相成長(MOCVD)法等によりエピタキシャル成長させて形成する。ここでノンドープとは、不純物が意図的に添加されていないことを意味する。   The carrier traveling layer 21 disposed on the buffer layer 11 is formed by, for example, epitaxially growing non-doped GaN to which no impurity is added by a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method or the like. Here, non-doped means that no impurity is intentionally added.

キャリア走行層21上に配置されたキャリア供給層22は、キャリア走行層21よりもバンドギャップが大きく、且つキャリア走行層21より格子定数の小さい窒化物半導体からなる。キャリア供給層22としてノンドープのAlxGa1-xNが採用可能である。 The carrier supply layer 22 disposed on the carrier traveling layer 21 is made of a nitride semiconductor having a band gap larger than that of the carrier traveling layer 21 and a lattice constant smaller than that of the carrier traveling layer 21. Non-doped Al x Ga 1-x N can be adopted as the carrier supply layer 22.

キャリア供給層22は、MOCVD法等によるエピタキシャル成長によってキャリア走行層21上に形成される。キャリア供給層22とキャリア走行層21は格子定数が異なるため、格子歪みによるピエゾ分極が生じる。このピエゾ分極とキャリア供給層22の結晶が有する自発分極により、ヘテロ接合付近のキャリア走行層21に高密度のキャリアが生じ、電流通路(チャネル)としての二次元キャリアガス層23が形成される。   The carrier supply layer 22 is formed on the carrier traveling layer 21 by epitaxial growth using MOCVD or the like. Since the carrier supply layer 22 and the carrier traveling layer 21 have different lattice constants, piezoelectric polarization due to lattice distortion occurs. Due to the piezoelectric polarization and the spontaneous polarization of the crystal of the carrier supply layer 22, high-density carriers are generated in the carrier traveling layer 21 near the heterojunction, and a two-dimensional carrier gas layer 23 as a current path (channel) is formed.

ソース電極3及びドレイン電極4は、窒化物半導体層2と低抵抗接触(オーミック接触)可能な金属により形成される。例えばアルミニウム(Al)、チタン(Ti)などがソース電極3及びドレイン電極4に採用可能である。或いはTiとAlの積層体として、ソース電極3及びドレイン電極4は形成される。   The source electrode 3 and the drain electrode 4 are made of a metal capable of low resistance contact (ohmic contact) with the nitride semiconductor layer 2. For example, aluminum (Al), titanium (Ti), or the like can be used for the source electrode 3 and the drain electrode 4. Alternatively, the source electrode 3 and the drain electrode 4 are formed as a laminate of Ti and Al.

ゲート電極5及びゲートフィールドプレート50には、例えばニッケル金(NiAu)などが採用可能である。ソース電極配線31、ドレイン電極配線41には、例えばAlや金(Au)、銅(Cu)などが採用可能である。   For the gate electrode 5 and the gate field plate 50, for example, nickel gold (NiAu) or the like can be employed. For the source electrode wiring 31 and the drain electrode wiring 41, for example, Al, gold (Au), copper (Cu), or the like can be employed.

<変形例>
図5に、本発明の第1の実施形態の変形例に係る窒化物半導体装置1を示す。図5に示した窒化物半導体装置1では、ソース電極3及びドレイン電極4が窒化物半導体層2に形成した開口部に埋め込まれている。ソース電極3及びドレイン電極4の下端は二次元キャリアガス層23の位置よりも深く、ソース電極3及びドレイン電極4はキャリア走行層21とオーミック接続している。図5に示すような掘り込みオーミック構造のソース電極3及びドレイン電極4では、AlGaN膜などの電流が流れにくい窒化物半導体膜をキャリア供給層22に使用する場合に、キャリア供給層22と接するソース電極3及びドレイン電極4の側面に電界が集中する。
<Modification>
FIG. 5 shows a nitride semiconductor device 1 according to a modification of the first embodiment of the present invention. In the nitride semiconductor device 1 shown in FIG. 5, the source electrode 3 and the drain electrode 4 are embedded in the opening formed in the nitride semiconductor layer 2. The lower ends of the source electrode 3 and the drain electrode 4 are deeper than the position of the two-dimensional carrier gas layer 23, and the source electrode 3 and the drain electrode 4 are in ohmic contact with the carrier traveling layer 21. In the source electrode 3 and the drain electrode 4 having a digging ohmic structure as shown in FIG. 5, when a nitride semiconductor film such as an AlGaN film that hardly flows current is used for the carrier supply layer 22, the source in contact with the carrier supply layer 22 is used. The electric field concentrates on the side surfaces of the electrode 3 and the drain electrode 4.

しかし、ゲート電極5とドレイン電極4間のG_D間距離LGDを、電界が集中しやすいソース先端領域及びドレイン先端領域において直線領域よりも長くすることにより、電界集中による窒化物半導体装置1の破壊を防止できる。 However, the distance L GD between G_D between the gate electrode 5 and the drain electrode 4 is longer than the straight line region in the source tip region and the drain tip region where the electric field tends to concentrate, so that the nitride semiconductor device 1 is destroyed due to the electric field concentration. Can be prevented.

(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態に係る窒化物半導体装置1は、図6に示すように、ドレイン電極4とゲート電極5間に配置された保護電極6を更に備えることが、図2と異なる。その他の構成については、図2に示す窒化物半導体装置1と同様の構成である。
(Second Embodiment)
The nitride semiconductor device 1 according to the second embodiment of the present invention differs from that shown in FIG. 2 in that it further includes a protective electrode 6 disposed between the drain electrode 4 and the gate electrode 5 as shown in FIG. Other configurations are the same as those of the nitride semiconductor device 1 shown in FIG.

保護電極6は例えばゲート電極5と同様の構造であり、絶縁膜7に形成された開口部を埋め込むようにして保護電極6は配置されている。保護電極6の下端は窒化物半導体層2の上面に接し、上端の外縁部は絶縁膜7上に配置されている。保護電極6の絶縁膜7上に配置された外縁部のドレイン側は、フィールドプレートとして機能する(以下において、「Zフィールドプレート60」という。)。保護電極6は、例えばソース電極3又はゲート電極5と電気的に接続される。   The protective electrode 6 has a structure similar to that of the gate electrode 5, for example, and the protective electrode 6 is disposed so as to fill the opening formed in the insulating film 7. The lower end of the protective electrode 6 is in contact with the upper surface of the nitride semiconductor layer 2, and the outer edge portion of the upper end is disposed on the insulating film 7. The drain side of the outer edge portion disposed on the insulating film 7 of the protective electrode 6 functions as a field plate (hereinafter referred to as “Z field plate 60”). The protective electrode 6 is electrically connected to, for example, the source electrode 3 or the gate electrode 5.

なお、図6に示した窒化物半導体装置1では、ソース電極配線31のZフィールドプレート60のドレイン側端部よりもドレイン電極4側に延伸した部分が、ソースフィールドプレート30である。   In the nitride semiconductor device 1 shown in FIG. 6, the source field plate 30 is a portion that extends to the drain electrode 4 side from the drain side end of the Z field plate 60 of the source electrode wiring 31.

図6に示した窒化物半導体装置1のソース先端領域の拡大図を図7(a)に、ドレイン先端領域の拡大図を図7(b)にそれぞれ示す。   An enlarged view of the source tip region of the nitride semiconductor device 1 shown in FIG. 6 is shown in FIG. 7A, and an enlarged view of the drain tip region is shown in FIG. 7B.

図7(a)、図7(b)に示すように、距離LGZa、LGZb、LGZcは、直線領域、ソース先端領域、ドレイン先端領域のそれぞれにおける、ゲート電極5のドレイン側端部と保護電極6のゲート電極側端部との間の距離(以下において、「G_Z間距離」という。)LGZである。距離LZFPa、LZFPb、LZFPcは、直線領域、ソース先端領域、ドレイン先端領域のそれぞれにおける、保護電極6のドレイン側端部とZフィールドプレート60のドレイン側端部間の距離(以下において、「Z_ZF間距離」という。)LZFPである。Z_ZF間距離LZFPはZフィールドプレート60の長さに相当する。 As shown in FIGS. 7A and 7B, the distances L GZa , L GZb , and L GZc are the drain side end portions of the gate electrode 5 in each of the linear region, the source tip region, and the drain tip region. The distance between the gate electrode side end of the protective electrode 6 (hereinafter referred to as “G_Z distance”) L GZ . The distances L ZFPa , L ZFPb , and L ZFPc are distances between the drain side end of the protective electrode 6 and the drain side end of the Z field plate 60 in each of the linear region, the source tip region, and the drain tip region (hereinafter, "Distance between Z_ZF".) L ZFP . The Z_ZF distance L ZFP corresponds to the length of the Z field plate 60.

また、距離LSFPa、LSFPb、LSFPcは、直線領域、ソース先端領域、ドレイン先端領域のそれぞれにおける、Zフィールドプレート60のドレイン側端部とソースフィールドプレート30のドレイン側端部間の距離(以下において、「ZF_SF間距離」という。)である。ZF_SF間距離LSFPはソースフィールドプレート30の長さに相当する。 The distances L SFPa , L SFPb , and L SFPc are distances between the drain side end of the Z field plate 60 and the drain side end of the source field plate 30 in each of the straight line region, the source tip region, and the drain tip region ( Hereinafter, it is referred to as “distance between ZF_SF”). ZF_SF distance L SFP corresponds to the length of the source field plate 30.

その他の距離に関しては、図3(a)、図3(b)と同様である。即ち、距離LGSa、LGSb、LGScは、直線領域、ソース先端領域、ドレイン先端領域のそれぞれにおける、ゲート電極5のソース側端部とソース電極3のゲート電極側端部との間のG_S間距離LGSである。距離LGDa、LGDb、LGDcは、直線領域、ソース先端領域、ドレイン先端領域のそれぞれにおける、ゲート電極5のドレイン側端部とドレイン電極4のゲート電極側端部との間の距離G_D間距離LGDである。距離LGFPa、LGFPb、LGFPcは、直線領域、ソース先端領域、ドレイン先端領域のそれぞれにおける、ゲート電極5のドレイン側端部とゲートフィールドプレート50のドレイン側端部間のG_GF間距離LGFPであり、ゲートフィールドプレート50の長さに相当する。 Other distances are the same as those in FIGS. 3A and 3B. That is, the distances L GSa , L GSb , and L GSc are G_S between the source side end of the gate electrode 5 and the gate electrode side end of the source electrode 3 in each of the linear region, the source tip region, and the drain tip region. The distance LGS . The distances L GDa , L GDb , and L GDc are the distances G_D between the drain side end of the gate electrode 5 and the gate electrode side end of the drain electrode 4 in each of the linear region, source tip region, and drain tip region. Distance L GD . The distances L GFPa , L GFPb , and L GFPc are G_GF distances L GFP between the drain side end of the gate electrode 5 and the drain side end of the gate field plate 50 in each of the linear region, source tip region, and drain tip region. And corresponds to the length of the gate field plate 50.

図7(a)及び図7(b)に示すように、ソース先端領域及びドレイン先端領域におけるゲート電極5と保護電極6間のG_Z間距離LGZb、LGZcは、直線領域におけるG_Z間距離LGZaよりも長い。また、ソース先端領域及びドレイン先端領域における保護電極6のドレイン側端部とZフィールドプレート60のドレイン側端部間のZ_ZF間距離LZFPb、LZFPcは、直線領域におけるZ_ZF間距離LZFPaよりも長い。更に、ソース先端領域及びドレイン先端領域におけるZフィールドプレート60のドレイン側端部とソースフィールドプレート30のドレイン側端部間のZF_SF間距離LSFPb、LSFPcは、直線領域におけるZF_SF間距離LSFPaよりも長い。 As shown in FIGS. 7A and 7B, the G_Z distances L GZb and L GZc between the gate electrode 5 and the protective electrode 6 in the source tip region and the drain tip region are the G_Z distance L in the linear region. Longer than GZa . The Z_ZF distances L ZFPb and L ZFPc between the drain side end of the protective electrode 6 and the drain side end of the Z field plate 60 in the source tip region and the drain tip region are larger than the Z_ZF distance L ZFPa in the linear region. long. Furthermore, the source tip region and ZF_SF distance between the drain-side edge of the drain side end of the source field plate 30 of the Z field plate 60 in the drain tip regions L SFPb, L SFPc, from ZF_SF distance L SFPA in the linear region Also long.

更に、図3(a)、図3(b)に示した窒化物半導体装置1と同様に、図7(a)、図7(b)に示した窒化物半導体装置1では、ソース先端領域及びドレイン先端領域におけるG_S間距離LGSb、LGScは、直線領域におけるG_S間距離LGSaよりも長い。また、ソース先端領域及びドレイン先端領域におけるG_D間距離LGDb、LGDcは、直線領域におけるG_D間距離LGDaよりも長く、ソース先端領域及びドレイン先端領域におけるG_GF間距離LGFPb、LGFPcは、直線領域におけるG_GF間距離LGFPaよりも長い。 Further, similarly to the nitride semiconductor device 1 shown in FIGS. 3A and 3B, in the nitride semiconductor device 1 shown in FIGS. 7A and 7B, the source tip region and The G_S distances L GSb and L GSc in the drain tip region are longer than the G_S distance L GSa in the straight line region. Further, G_d distance L GDb in the source tip region and drain tip regions, L GDc is longer than G_d distance L GDa in the linear region, G_GF distance L GFP-B in the source tip region and drain tip regions, L GFPc is longer than G_GF distance L GFPa in the linear region.

図7(a)、図7(b)に示した各距離の例を図8に示す。図8には、先端領域におけるG_S間距離LGSb、LGSc、G_D間距離LGDb、LGDc、G_GF間距離LGFPb、LGFPc、ZF_SF間距離LSFPb、LSFPc、G_Z間距離LGZb、LGZc、Z_ZF間距離LZFPb、LZFPcのそれぞれが、直線領域におけるG_S間距離LGSa、G_D間距離LGDa、G_GF間距離LGFPa、ZF_SF間距離LSFPa、G_Z間距離LGZa、Z_ZF間距離LZFPaの1.5倍である場合を例示的に示した。しかし、各距離の差は1.5倍に限定されるものではない。即ち、先端領域における上記の各距離が、直線領域における距離よりもそれぞれ長ければよい。 An example of each distance shown in FIGS. 7A and 7B is shown in FIG. FIG. 8 shows G-S distances L GSb , L GSc , G_D distances L GDb , L GDc , G_GF distances L GFPb , L GFPc , ZF_SF distances L SFPb , L SFPc , G_Z distances L GZb , L GZc , Z_ZF distances L ZFPb , L ZFPc are G_S distances L GSa , G_D distances L GDa , G_GF distances L GFPa , ZF_SF distances L SFPa , G_Z distances L GZa , Z_ZF distances The case where the distance L ZFPa is 1.5 times is shown as an example. However, the difference between the distances is not limited to 1.5 times. That is, the distances in the tip region need only be longer than the distances in the straight region.

第2の実施形態に係る窒化物半導体装置1では、ゲート電極5とドレイン電極4間の距離(G_D間距離LGD)が、直線領域よりもソース先端領域及びドレイン先端領域において長い構造を有する。このため、各櫛形電極の先端部における電界集中を緩和できる。第2の実施形態に係る窒化物半導体装置1によれば、保護電極6がゲート電極5とドレイン電極4の間に配置されることにより、ゲート電極5のドレイン側端部における電界集中が更に緩和される。 The nitride semiconductor device 1 according to the second embodiment has a structure in which the distance between the gate electrode 5 and the drain electrode 4 (G_D distance L GD ) is longer in the source tip region and the drain tip region than in the linear region. For this reason, the electric field concentration in the front-end | tip part of each comb-shaped electrode can be eased. According to the nitride semiconductor device 1 according to the second embodiment, since the protective electrode 6 is disposed between the gate electrode 5 and the drain electrode 4, the electric field concentration at the drain side end of the gate electrode 5 is further alleviated. Is done.

また、第2の実施形態に係る窒化物半導体装置1では、直線領域よりもソース先端領域及びドレイン先端領域において、ゲートフィールドプレート50、ソースフィールドプレート30及びZフィールドプレート60のドレイン側端部がドレイン電極4方向に延びている。更に、ゲート電極5と保護電極6間の距離(G_Z間距離LGZ)が、直線領域よりもソース先端領域及びドレイン先端領域において長い構造を有する。これにより、先端領域における電界は、直線領域における電界よりも緩和され、先端領域における電界集中が起こりにくくなる。 In the nitride semiconductor device 1 according to the second embodiment, the drain side end portions of the gate field plate 50, the source field plate 30, and the Z field plate 60 are located in the source tip region and the drain tip region rather than the straight region. It extends in the direction of the electrode 4. Further, the distance between the gate electrode 5 and the protective electrode 6 (G_Z distance L GZ ) is longer in the source tip region and the drain tip region than in the linear region. Thereby, the electric field in the tip region is relaxed more than the electric field in the straight region, and the electric field concentration in the tip region is less likely to occur.

図6に示した窒化物半導体装置1では、保護電極6によってゲート電極5のドレイン側端部に集中するバイアス電界の集中が緩和されると共に、Zフィールドプレート60によって保護電極6のドレイン側端部の空乏層の曲率が制御されて、保護電極6のドレイン側端部に集中するバイアス電界の集中が緩和される。   In the nitride semiconductor device 1 shown in FIG. 6, the concentration of the bias electric field concentrated on the drain side end of the gate electrode 5 is alleviated by the protective electrode 6, and the drain side end of the protective electrode 6 is reduced by the Z field plate 60. The curvature of the depletion layer is controlled, and the concentration of the bias electric field concentrated on the drain side end of the protective electrode 6 is alleviated.

なお、保護電極6は、ソース電極3の電位がドレイン電極4の電位よりも高い場合にダイオードとして機能し、ソース電極3からドレイン電極4に電流が流されるように構成することもできる。例えば、保護電極6と窒化物半導体層2との間にショットキー接合が形成される。   The protective electrode 6 can also be configured to function as a diode when the potential of the source electrode 3 is higher than the potential of the drain electrode 4 so that a current flows from the source electrode 3 to the drain electrode 4. For example, a Schottky junction is formed between the protective electrode 6 and the nitride semiconductor layer 2.

また、保護電極6をソース電極3と電気的に接続することにより、窒化物半導体装置1のミラー容量を低減できる。これは、等価的にみて、保護電極6をゲート電極とするFETとゲート電極5をゲート電極とするFETとをカスコード接続した構造となるためである。つまり、保護電極6がゲート電極5とドレイン電極4間に配置されていることにより、ゲート電極5とドレイン電極4間の容量が低減される。これにより、窒化物半導体装置1の高周波動作が可能になる。   Further, the mirror capacitance of the nitride semiconductor device 1 can be reduced by electrically connecting the protective electrode 6 to the source electrode 3. This is because, equivalently, the FET having the protective electrode 6 as the gate electrode and the FET having the gate electrode 5 as the gate electrode are cascode-connected. In other words, since the protective electrode 6 is disposed between the gate electrode 5 and the drain electrode 4, the capacitance between the gate electrode 5 and the drain electrode 4 is reduced. Thereby, high-frequency operation of the nitride semiconductor device 1 becomes possible.

他は、第1の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。   Others are substantially the same as those in the first embodiment, and redundant description is omitted.

(第3の実施形態)
第1及び第2の実施形態に係る窒化物半導体装置1では、ソース電極3の歯部分と柄部分と同一配線レベルに配置されており、ドレイン先端領域においてソース電極3の柄部分がドレイン電極4の歯部分と同一配線レベルに隣接して配置されている。
(Third embodiment)
In the nitride semiconductor device 1 according to the first and second embodiments, the tooth portion and the handle portion of the source electrode 3 are arranged at the same wiring level, and the handle portion of the source electrode 3 is the drain electrode 4 in the drain tip region. Is arranged adjacent to the same wiring level as the tooth portion.

第3の実施形態に係る窒化物半導体装置1では、ソース電極3の歯部分と柄部分とが異なる配線レベルに配置されている。具体的には、図8に示す窒化物半導体装置1のように、破線で示したソース電極3の柄部分、及び歯部分と柄部分との接続部分が、ソース電極3の歯部分やドレイン電極4と異なる配線レベルに配置される。ソース電極3の柄部分は、例えばソースフィールドプレート30と同様に層間絶縁膜8上に配置される。ソース電極3の柄部分がドレイン電極4の先端と近接しないため、ソース電極3の柄部分の外縁を半円形に窪ませる必要はない。   In the nitride semiconductor device 1 according to the third embodiment, the tooth portion and the handle portion of the source electrode 3 are arranged at different wiring levels. Specifically, like the nitride semiconductor device 1 shown in FIG. 8, the handle portion of the source electrode 3 and the connection portion between the tooth portion and the handle portion indicated by the broken line are the tooth portion and the drain electrode of the source electrode 3. 4 is arranged at a different wiring level. The handle portion of the source electrode 3 is disposed on the interlayer insulating film 8 in the same manner as the source field plate 30, for example. Since the handle portion of the source electrode 3 is not close to the tip of the drain electrode 4, the outer edge of the handle portion of the source electrode 3 does not need to be recessed in a semicircular shape.

ソース電極3の歯部分とドレイン電極4の歯部分とは、同一配線レベルで交差指状に配置されている。なお、先端領域におけるドレイン電極4の先端の位置とソース電極3の先端の位置とが、歯部分が延伸する方向と垂直な方向に沿って直線上に配置されていることが好ましい。ゲート電極5とソース電極3間の容量の低減や、ドレイン電極付近での電流集中の抑制効果を奏する。   The tooth portion of the source electrode 3 and the tooth portion of the drain electrode 4 are arranged in a cross finger shape at the same wiring level. Note that the position of the tip of the drain electrode 4 and the position of the tip of the source electrode 3 in the tip region are preferably arranged on a straight line along a direction perpendicular to the direction in which the tooth portion extends. The effect of reducing the capacitance between the gate electrode 5 and the source electrode 3 and suppressing the current concentration in the vicinity of the drain electrode are exhibited.

なお、図6に示した窒化物半導体装置1と同様に、ドレイン電極4とゲート電極5間に保護電極6を配置してもよい。   Similar to the nitride semiconductor device 1 shown in FIG. 6, the protective electrode 6 may be disposed between the drain electrode 4 and the gate electrode 5.

第3の実施形態に係る窒化物半導体装置1によれば、先端領域における電界集中が抑制されると共に、ゲート電極5とソース電極3間の容量を低減することができる。他は、第1及び第2の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。   According to the nitride semiconductor device 1 according to the third embodiment, electric field concentration in the tip region can be suppressed and the capacitance between the gate electrode 5 and the source electrode 3 can be reduced. Others are substantially the same as those of the first and second embodiments, and redundant description is omitted.

(その他の実施形態)
上記のように、本発明は第1乃至第3の実施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 third 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、保護電極6をソース電極3又はゲート電極5以外の、一定値に固定された電圧を供給する固定電極に接続してもよい。つまり、保護電極6を交流的にGNDにみえる一定電位に設定することにより、ゲート電極5のドレイン側端部におけるバイアス電界の集中を緩和する効果が得られる。保護電極6をGNDに接続してもよい。   For example, the protective electrode 6 may be connected to a fixed electrode that supplies a fixed voltage other than the source electrode 3 or the gate electrode 5. That is, by setting the protective electrode 6 to a constant potential that can be seen as GND in an alternating manner, an effect of reducing the concentration of the bias electric field at the drain side end of the gate electrode 5 can be obtained. The protective electrode 6 may be connected to GND.

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.

1…窒化物半導体装置
2…窒化物半導体層
3…ソース電極
4…ドレイン電極
5…ゲート電極
6…保護電極
7…絶縁膜
8…層間絶縁膜
10…基板
11…バッファ層
21…キャリア走行層
22…キャリア供給層
23…二次元キャリアガス層
30…ソースフィールドプレート
31…ソース電極配線
41…ドレイン電極配線
50…ゲートフィールドプレート
60…Zフィールドプレート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Nitride semiconductor device 2 ... Nitride semiconductor layer 3 ... Source electrode 4 ... Drain electrode 5 ... Gate electrode 6 ... Protective electrode 7 ... Insulating film 8 ... Interlayer insulating film 10 ... Substrate 11 ... Buffer layer 21 ... Carrier running layer 22 ... Carrier supply layer 23 ... Two-dimensional carrier gas layer 30 ... Source field plate 31 ... Source electrode wiring 41 ... Drain electrode wiring 50 ... Gate field plate 60 ... Z field plate

Claims (5)

キャリア供給層、及び前記キャリア供給層とヘテロ接合を形成するキャリア走行層を積層した窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層上に配置された絶縁膜と、
前記窒化物半導体層上に配置された、複数の歯部分を有する櫛型形状のソース電極と、
前記窒化物半導体層上に前記ソース電極と交差指状に配置された、複数の歯部分を有する櫛型形状のドレイン電極と、
前記ソース電極と前記ドレイン電極間で前記窒化物半導体層上に配置されたゲート電極と、
前記ゲート電極と電気的に接続され、前記ゲート電極と前記ドレイン電極間で前記絶縁膜上に配置されたゲートフィールドプレートと
を備え、
前記ゲートフィールドプレートのドレイン側端部と前記ゲート電極のドレイン側端部間の距離が、前記ソース電極と前記ドレイン電極の前記歯部分の直線領域よりも前記ソース電極と前記ドレイン電極の前記歯部分の先端領域において長いことを特徴とする窒化物半導体装置。
A nitride semiconductor layer in which a carrier supply layer and a carrier travel layer that forms a heterojunction with the carrier supply layer are stacked;
An insulating film disposed on the nitride semiconductor layer;
A comb-shaped source electrode having a plurality of tooth portions disposed on the nitride semiconductor layer;
A comb-shaped drain electrode having a plurality of teeth disposed on the nitride semiconductor layer in a cross-finger shape with the source electrode;
A gate electrode disposed on the nitride semiconductor layer between the source electrode and the drain electrode;
A gate field plate electrically connected to the gate electrode and disposed on the insulating film between the gate electrode and the drain electrode;
The distance between the drain side end of the gate field plate and the drain side end of the gate electrode is greater than the linear region of the tooth portion of the source electrode and the drain electrode than the tooth portion of the source electrode and the drain electrode. A nitride semiconductor device characterized by being long in the tip region.
前記ソース電極と前記ドレイン電極の先端の形状が半円形状であることを特徴とする請求項1に記載の窒化物半導体装置。   The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the source electrode and the drain electrode have a semicircular tip shape. 前記ソース電極及び前記ドレイン電極の少なくとも一部が、前記キャリア供給層に設けられた開口部に埋め込まれて前記キャリア走行層に接していることを特徴とする請求項1又は2に記載の窒化物半導体装置。   3. The nitride according to claim 1, wherein at least a part of the source electrode and the drain electrode is embedded in an opening provided in the carrier supply layer and is in contact with the carrier traveling layer. Semiconductor device. 前記ドレイン電極と前記ゲート電極間で前記絶縁膜上に配置された保護電極と、
前記保護電極と電気的に接続され、前記保護電極と前記ドレイン電極間で前記絶縁膜上に配置されたZフィールドプレートと
を更に備え、
前記ゲート電極と前記保護電極間の距離、及び前記Zフィールドプレートのドレイン側端部と前記保護電極のドレイン側端部間の距離のいずれもが、前記直線領域よりも前記先端領域において長いことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の窒化物半導体装置。
A protective electrode disposed on the insulating film between the drain electrode and the gate electrode;
A Z field plate electrically connected to the protective electrode and disposed on the insulating film between the protective electrode and the drain electrode;
Both the distance between the gate electrode and the protective electrode and the distance between the drain side end of the Z field plate and the drain side end of the protective electrode are longer in the tip region than in the straight region. The nitride semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein
前記ソース電極と前記ゲート電極間の距離が、前記直線領域よりも前記先端領域において長いことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の窒化物半導体装置。   5. The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein a distance between the source electrode and the gate electrode is longer in the tip region than in the straight region.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107170795A (en) * 2017-03-29 2017-09-15 西安电子科技大学 Source and drain composite field plate vertical-type power electronic devices

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI555209B (en) * 2013-07-29 2016-10-21 高效電源轉換公司 Gan device with reduced output capacitance and process for making same
JP6252122B2 (en) * 2013-11-13 2017-12-27 富士通株式会社 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP2016063167A (en) 2014-09-19 2016-04-25 株式会社東芝 Semiconductor device
CN104393043B (en) * 2014-11-18 2017-04-19 西安电子科技大学 High-electron-mobility transistor of gallium nitride-based right-angle drain field plate
CN107112240A (en) * 2014-12-15 2017-08-29 夏普株式会社 Field-effect transistor
US20170352753A1 (en) * 2014-12-18 2017-12-07 Sharp Kabushiki Kaisha Field-effect transistor
US10499832B2 (en) 2015-06-05 2019-12-10 Cianna Medical, Inc. Reflector markers and systems and methods for identifying and locating them
US10610326B2 (en) * 2015-06-05 2020-04-07 Cianna Medical, Inc. Passive tags, and systems and methods for using them
JP6660631B2 (en) * 2015-08-10 2020-03-11 ローム株式会社 Nitride semiconductor device
JP2017063120A (en) * 2015-09-25 2017-03-30 サンケン電気株式会社 Semiconductor device
CN107230722A (en) * 2016-03-25 2017-10-03 北京大学 HEMT and preparation method thereof
CN107230704A (en) * 2016-03-25 2017-10-03 北京大学 The preparation method of gallium nitride semiconductor device
US10388743B2 (en) * 2016-10-17 2019-08-20 Zhanming LI Power electronic and optoelectronic devices with interdigitated electrodes
CN110168936B (en) * 2016-11-24 2023-06-09 威电科技有限公司 Transistor unit
US9923069B1 (en) 2017-02-28 2018-03-20 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Nitride semiconductor device
WO2018175667A1 (en) 2017-03-21 2018-09-27 Cianna Medical, Inc. Reflector markers and systems and methods for identifying and locating them
US11883150B2 (en) 2018-09-06 2024-01-30 Cianna Medical, Inc. Systems for identifying and locating reflectors using orthogonal sequences of reflector switching
JP7348760B2 (en) 2019-06-28 2023-09-21 株式会社東芝 semiconductor equipment

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001015761A (en) * 1999-07-01 2001-01-19 Casio Comput Co Ltd Film transistor
JP2010034282A (en) * 2008-07-29 2010-02-12 Nec Electronics Corp Field-effect type transistor
JP5625314B2 (en) * 2009-10-22 2014-11-19 サンケン電気株式会社 Semiconductor device
JP2011124385A (en) * 2009-12-10 2011-06-23 Sanken Electric Co Ltd Compound semiconductor device and method for manufacturing the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107170795A (en) * 2017-03-29 2017-09-15 西安电子科技大学 Source and drain composite field plate vertical-type power electronic devices
CN107170795B (en) * 2017-03-29 2020-04-14 西安电子科技大学 Vertical power electronic device of source-drain composite field plate

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