JP5935425B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
(半導体装置)
第1の実施の形態における半導体装置について、図1及び図2に基づき説明する。尚、図1は、本実施の形態における半導体装置の上面図であり、図2(a)は、図1における一点鎖線1A−1Bにおいて切断した断面図であり、図2(b)は、図1における一点鎖線1C−1Dにおいて切断した断面図である。本実施の形態における半導体装置は、HEMTと呼ばれるトランジスタが形成されているものであり、トランジスタとして機能するトランジスタ領域11と、サージ対策用素子として機能するサージ対策素子領域12とを有している。
次に、本実施の形態における半導体装置の製造方法について図4から図7に基づき説明する。尚、以下の半導体装置の製造方法において説明する半導体装置は、電子走行層22と電子供給層24との間に中間層23が設けられている構造のものである。
(半導体装置)
次に、第2の実施の形態における半導体装置について、図8及び図9に基づき説明する。尚、図8は、本実施の形態における半導体装置の上面図であり、図9(a)は、図8における一点鎖線8A−8Bにおいて切断した断面図であり、図9(b)は、図8における一点鎖線8C−8Dにおいて切断した断面図である。本実施の形態における半導体装置は、HEMTと呼ばれるトランジスタが形成されているものであり、トランジスタとして機能するトランジスタ領域11と、サージ対策用素子として機能するサージ対策素子領域112とを有している。
次に、本実施の形態における半導体装置の製造方法について図11から図14に基づき説明する。尚、以下の半導体装置の製造方法において説明する半導体装置は、電子走行層22と電子供給層24との間に中間層23が設けられている構造のものである。
次に、本実施の形態における半導体装置と従来の構造の半導体装置について、電気的特性の評価を行なった結果について説明する。尚、従来の構造の半導体装置は、図8及び図9に示される半導体装置において、サージ対策素子領域112が形成されていない構造のもの、即ち、トランジスタ領域11のみ形成されている構造のものである。
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態における半導体装置において、p型層25を形成しない構造のものである。第1の実施の形態における半導体装置では、p型層25が形成されているため、ノーマリーオフとなっているが、本実施の形態における半導体装置においては、オフにするためにゲート電極31に所定の負の電圧を印加する必要がある。
次に、第4の実施の形態について説明する。本実施の形態は、半導体デバイス、電源装置及び高周波増幅器である。
図21に示されるものは、第1または第3の実施の形態における半導体装置をディスクリートパッケージしたものである。
図22に示されるものは、第2の実施の形態における半導体装置をディスクリートパッケージしたものである。
次に、本実施の形態におけるPFC回路、電源装置及び高周波増幅器について説明する。本実施の形態におけるPFC回路、電源装置及び高周波増幅器は、第1または第2の実施の形態におけるいずれかの半導体装置を用いた電源装置及び高周波増幅器である。
次に、本実施の形態におけるPFC(Power Factor Correction)回路について説明する。本実施の形態におけるPFC回路は、第1または第2の実施の形態における半導体装置を有するものである。
次に、PFC回路等において、第2の実施の形態における半導体装置と従来の構造の半導体装置において、サージ電圧が加わった場合について、図24及び図25に基づき説明する。尚、第2の実施の形態における半導体装置は、図8及び図9に示される半導体装置であって、従来の構造の半導体装置は、図8及び図9に示される半導体装置において、サージ対策素子領域112が形成されていない構造のものである。また、図24及び図25は、サージ電圧が加わった場合において、半導体装置におけるドレイン−ソース電圧Vdsの時間的変化を示すものであり、図25は、図24の一部を拡大した図である。図24及び図25において、第2の実施の形態における半導体装置の特性を24Aに示し、従来の構造の半導体装置の特性を24Bに示す。第2の実施の形態における半導体装置は24Aに示されるように、Vdsが約400Vにおいてサージ対策素子領域112において電流が流れるため、サージが抑えられトランジスタ領域11におけるHEMTは保護されている。これに対し、従来の構造の半導体装置は24Bに示されるように、サージ対策素子に相当するものが形成されていないため、サージが抑えきれず、HEMTの耐圧を超えるサージ電圧がかかり、これによりHEMTが破壊されてしまう。このように、第2の実施の形態における半導体装置はサージ電圧等による破壊を抑制することができる。尚、上記においては、第2の実施の形態における半導体装置について説明したが、第1の実施の形態における半導体装置についても同様である。
次に、本実施の形態における電源装置について説明する。本実施の形態における電源装置は、第1または第2の実施の形態における半導体装置であるAlGaN/GaNにより形成されたHEMTを有する電源装置である。
次に、本実施の形態における高周波増幅器について説明する。本実施の形態における高周波増幅器は、第1または第2の実施の形態における半導体装置であるAlGaN/GaNにより形成されたHEMTが用いられている構造のものである。
(付記1)
トランジスタ領域とサージ対策素子領域とを有する半導体装置であって、
基板の上に形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に形成された第2の半導体層と、
を有し、
前記トランジスタ領域には、前記第2の半導体層の上に、ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極が形成されており、
前記サージ素子領域には、前記第2の半導体層の上に、サージ対策素子第1電極、サージ対策素子第2電極及びサージ対策素子第3電極が形成されており、
前記ソース電極と前記サージ対策素子第2電極とは接続されており、
前記ドレイン電極と前記サージ対策素子第3電極とは接続されており、
前記サージ対策素子第1電極は、前記サージ対策素子第2電極と前記サージ対策素子第3電極との間に形成されており、
前記サージ対策素子第1電極と前記サージ対策素子第3電極との間隔は、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間隔よりも狭いことを特徴とする半導体装置。
(付記2)
前記第1の半導体層、前記第2の半導体層は、窒化物半導体であることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記3)
前記第1の半導体層において、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との界面近傍には電子が生成されていることを特徴とする付記1または2に記載の半導体装置。
(付記4)
前記第2の半導体層の上には第3の半導体層が形成されており、
前記トランジスタ領域には、前記第2の半導体層の上にソース電極及びドレイン電極が形成され、前記第3の半導体層の上にゲート電極が形成されており、
前記サージ素子領域には、前記第2の半導体層の上にサージ対策素子第2電極及びサージ対策素子第3電極が形成され、前記第3の半導体層の上にサージ対策素子第1電極が形成されており、
前記第3の半導体層は、前記第1の半導体層において生じたキャリアの極性とは反対の極性の導電型の半導体層であることを特徴とする付記1から3のいずれかに記載の半導体装置。
(付記5)
前記第3の半導体層は、窒化物半導体であることを特徴とする付記4に記載の半導体装置。
(付記6)
前記第1の半導体層において、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との界面近傍には電子が生成されており、
前記第3の半導体層は、p型であることを特徴とする付記4または5に記載の半導体装置。
(付記7)
前記第3の半導体層は、GaNを含む材料により形成されているものであることを特徴とする付記4から6のいずれかに記載の半導体装置。
(付記8)
前記第1の半導体層、前記第2の半導体層、前記第3の半導体層は、エピタキシャル成長により形成されているものであることを特徴とする付記4から7のいずれかに記載の半導体装置。
(付記9)
前記サージ対策素子第1電極におけるゲート長は、前記ゲート電極におけるゲート長よりも短いことを特徴とする付記1から8のいずれかに記載の半導体装置。
(付記10)
前記サージ対策素子第1電極と前記サージ対策素子第2電極とは接続されているものであることを特徴とする付記1から9のいずれかに記載の半導体装置。
(付記11)
前記第1の半導体層は、GaNを含む材料により形成されているものであることを特徴とする付記1から10のいずれかに記載の半導体装置。
(付記12)
前記第2の半導体層は、AlGaNを含む材料により形成されているものであることを特徴とする付記1から11のいずれかに記載の半導体装置。
(付記13)
前記第2の半導体層は、n型であることを特徴とする付記1から12のいずれかに記載の半導体装置。
(付記14)
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間には、中間層が形成されており、
前記中間層は、AlGaNを含む材料により形成されているものであることを特徴とする付記1から13のいずれかに記載の半導体装置。
(付記15)
前記基板は、シリコン、サファイア、SiCのいずれかにより形成されており、
前記基板と前記第1の半導体層との間には、バッファ層が形成されているものであって、
前記バッファ層はAlNを含む材料により形成されているものであることを特徴とする付記1から14のいずれかに記載の半導体装置。
(付記16)
前記半導体装置はHEMTを含むものであることを特徴とする付記1から15のいずれかに記載の半導体装置。
(付記17)
付記1から16のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とするPFC回路。
(付記18)
付記1から16のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする電源装置。
(付記19)
付記1から16のいずれかに記載の半導体装置を有することを特徴とする増幅器。
11 トランジスタ領域
12 サージ対策素子領域
21 バッファ層
22 電子走行層(第1の半導体層)
22a 2DEG
23 中間層
24 電子供給層(第2の半導体層)
25 p型層(第3の半導体層)
25a p型層(トランジスタ領域における)
25b p型層(サージ対策素子領域における)
31 ゲート電極
32 ソース電極
33 ドレイン電極
41 サージ対策素子第1電極
42 サージ対策素子第2電極
43 サージ対策素子第3電極
Claims (8)
- トランジスタ領域とサージ対策素子領域とを有する半導体装置であって、
基板の上に形成された第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の上に形成された第2の半導体層と、
を有し、
前記第2の半導体層の上には、第3の半導体層が形成されており、
前記トランジスタ領域には、前記第2の半導体層の上にソース電極及びドレイン電極が形成され、前記第3の半導体層の上にゲート電極が形成されており、
前記サージ対策素子領域には、前記第2の半導体層の上にサージ対策素子第2電極及びサージ対策素子第3電極が形成され、前記第3の半導体層の上にサージ対策素子第1電極が形成されており、
前記ソース電極と前記サージ対策素子第2電極とは接続されて一体化されており、
前記ドレイン電極と前記サージ対策素子第3電極とは接続されて一体化されており、
前記サージ対策素子第1電極は、前記サージ対策素子第2電極と前記サージ対策素子第3電極との間に形成されており、
前記ソース電極と前記ドレイン電極との間には、前記サージ対策素子第1電極が形成されていないものであって、
前記サージ対策素子第1電極と前記サージ対策素子第3電極との間隔は、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間隔よりも狭く、
前記第3の半導体層は、前記第1の半導体層において生じたキャリアの極性とは反対の極性の導電型の半導体層であって、
前記第1の半導体層において、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との界面近傍には電子が生成されており、
前記第3の半導体層は、p型であることを特徴とする半導体装置。 - 前記第1の半導体層、前記第2の半導体層は、窒化物半導体であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第3の半導体層は、窒化物半導体であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記第3の半導体層は、GaNを含む材料により形成されているものであることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記サージ対策素子第1電極におけるゲート長は、前記ゲート電極におけるゲート長よりも短いことを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記サージ対策素子第1電極と前記サージ対策素子第2電極とは接続されているものであることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第1の半導体層は、GaNを含む材料により形成されているものであることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第2の半導体層は、AlGaNを含む材料により形成されているものであることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載の半導体装置。
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