JP6812764B2 - 電界効果トランジスタ - Google Patents
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Description
図1A〜1Cに示すように、電界効果トランジスタ1は、さらに基板10を有してよい。この場合、半導体構造11は基板10の上に設けられている。例えば、基板10はサファイア基板である。
半導体構造11は、窒化物半導体から構成することができる。窒化物半導体としては、例えば、GaN、InGaN、AlGaN、AlNが挙げられる。半導体構造11は、基板10の上に設けられた第1半導体層12と、第1半導体層12の上に設けられた第2半導体層13とを有することができる。第1半導体層12は、例えば、GaNから構成される。第2半導体層13は、第1半導体層12よりもバンドギャップエネルギーが大きい。第2半導体層13は、例えば、AlGaNから構成される。AlGaN層の下にそれよりも薄膜のAlN層を設けてもよい。第1半導体層12には、第2半導体層13側の面の近傍に、チャネル12aが形成される。チャネル12aは例えば2次元電子ガス層である。図2Aに示すように、電界効果トランジスタ1として機能させる領域以外では、例えば半導体構造11を除去して基板10を露出させる等、チャネル12aを含む部分を除去することができる。
ソース電極21は、例えば、Ti/Alから構成される。ソース電極21は、図2Bに示すように、半導体構造11にチャネル12aに達する凹部を設け、その凹部内に配置することが好ましい。これにより、ソース電極21をチャネル12aに接触させることができる。この場合、ソース電極21のゲート電極23側の端が第2半導体層13の上に配置されていてもよい。
ドレイン電極22は、例えば、Ti/Alから構成される。ドレイン電極22は、図2Bに示すように、半導体構造11にチャネル12aに達する凹部を設け、その凹部内に配置することが好ましい。これにより、ドレイン電極22をチャネル12aに接触させることができる。この場合、ドレイン電極22のゲート電極23側の端が第2半導体層13の上に配置されていてもよい。
ゲート電極23は、例えば、半導体構造11側より順にNi/Au/Ptから構成される。ゲート電極23と第2半導体層13との間には、例えばp型不純物を含有するGaN層等のゲートコンタクト層を設けてもよい。
バイパス電極40は、図1A〜1Cに示すように、ゲート外部接続部33に接続されている。バイパス電極40は、第1絶縁膜61を介して半導体構造11の上方に配置することができる。図4A〜4Cに示すように、バイパス電極40は、例えば、上面視でゲート電極23に沿って延伸している形状とすることができる。なお、バイパス電極40がゲート外部接続部33に接続されているとは、金属ワイヤ等の外部接続部材が接続される部分にバイパス電極40が直接繋がっていることを指す。例えば、図1A〜1Cに示すように、バイパス電極40の一部を第3絶縁膜63の開口63aから露出させ、該露出部分をゲート外部接続部33としてもよい。ゲート電極23の一部を同様に第3絶縁膜63の開口63aから露出させてゲート外部接続部33としてもよく、また、ゲート電極23ともバイパス電極40とも別の導電性部材を設けてそれをゲート外部接続部33としてもよい。これらの場合、バイパス電極40をゲート外部接続部33と電気的に接続するための接点は、ゲート外部接続部33の近傍に配置する。該接点は、例えば、ゲート外部接続部33から半導体構造11上のゲート主要部23aに至るまでの間に配置する。
実施例1〜3として、サファイアからなる基板10上に、バッファ層、約600nmのアンドープGaN層、約0.9nmのアンドープAlN層、約8nmのアンドープAlGaN層、約10nmのp型GaN層、約20nmのアンドープGaN層、約20nmのアンドープAlGaN層をこの順に積層した半導体構造11を有する電界効果トランジスタ1を作製した。アンドープAlGaN層の表面には、ゲート電極23として、Ni(厚さ約800nm)を形成した。最上層のアンドープAlGaN層からp型GaN層までの三層は、ゲート電極23の直下を除いて除去した。さらに、ソース電極21及びドレイン電極22の形成領域においては、半導体構造11の一部を除去してアンドープGaN層とアンドープAlN層との界面を露出させ、該界面を被覆する位置にソース電極21及びドレイン電極22を形成した。ソース電極21及びドレイン電極22の積層構造は、基板10側から順にTi(厚さ約10nm)/Al(厚さ約300nm)とした。
実施例4及び5の電界効果トランジスタ1として、ロットが異なる以外は実施例2及び3とそれぞれと同様にして電界効果トランジスタを作製した。すなわち、実施例4及び5の電界効果トランジスタ1は同じロットを用いて形成し、ゲート主要部23aの第2方向Yの長さは、実施例4では約0.25mmとし、実施例5では0.1mmとした。
比較例1の電界効果トランジスタとして、接続部23bを設けない以外は実施例1と同様にして電界効果トランジスタを作製した。すなわち、ソース主要部21aは分断されておらず、バイパス電極40の替わりにゲート主要部23aとは接触せず平行に延伸するフィールドプレート電極を形成した。なお、比較例1の電界効果トランジスタは、実施例1〜3の電界効果トランジスタ1と同じロットを用いて形成した。
比較例2の電界効果トランジスタとして、ロットが異なる以外は比較例1と同様にして電界効果トランジスタを作製した。比較例2の電界効果トランジスタは、実施例4及び5の電界効果トランジスタ1と同じロットを用いて形成した。
実施例1〜3及び比較例1の電界効果トランジスタについてターンオフ時間を測定した結果を図7に示す。また、実施例4及び5並びに比較例2の電界効果トランジスタについてターンオフ時間を測定した結果を図8に示す。図7及び8は、各条件において1〜7個の電界効果トランジスタを作製して測定した結果を示しており、図7及び8における1つの円形又は四角形がそれぞれ1つの電界効果トランジスタの測定結果と対応している。
10 基板
11 半導体構造
12 第1半導体層
12a チャネル
13 第2半導体層
21 ソース電極
21a ソース主要部
21b ソース主要部群
22 ドレイン電極
22a ドレイン主要部
23 ゲート電極
23a ゲート主要部
23b 接続部
31 ソース外部接続部
32 ドレイン外部接続部
33 ゲート外部接続部(外部接続部)
40 バイパス電極
50 ソース接続層
61 第1絶縁膜
61a、62a、63a 開口
62 第2絶縁膜
63 第3絶縁膜
X 第1方向
Y 第2方向
Claims (8)
- チャネルが形成される活性領域を含む半導体構造と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、前記ゲート電極に通電するための外部接続部と、を備える電界効果トランジスタであって、
前記ゲート電極は、ゲート長の方向である第1方向と交差する第2方向において交互に配置された複数のゲート主要部及び複数の接続部を有し、
前記ゲート主要部は、前記第2方向における長さが前記接続部よりも長く、
前記接続部は、前記第1方向における長さが前記ゲート主要部よりも長く、
さらに、前記外部接続部から延伸しており、前記複数の接続部のそれぞれと直接又は接続層を介して接続されたバイパス電極を備え、
前記ゲート電極及び前記ドレイン電極は、前記半導体構造の上面側に設けられており、 前記バイパス電極は、その一部が、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の前記半導体構造の上方に、絶縁膜を介して配置されていることを特徴とする電界効果トランジスタ。 - 前記バイパス電極は、前記第1方向の長さが前記ゲート主要部よりも長いことを特徴とする請求項1に記載の電界効果トランジスタ。
- 前記バイパス電極は、その膜厚が前記ゲート主要部の膜厚よりも大であることを特徴とする請求項1又は2に記載の電界効果トランジスタ。
- 前記バイパス電極は、前記ゲート主要部よりも電気伝導率の高い材料からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電界効果トランジスタ。
- 前記ドレイン電極は、それぞれが前記第2方向に延伸し互いに平行な複数のドレイン主要部を有し、
前記ソース電極は、それぞれが前記第2方向に沿って配置された複数のソース主要部を有する互いに平行な複数のソース主要部群を有し、
前記第1方向において、前記ソース主要部群と前記ドレイン主要部とが交互に配置されており、
前記第2方向において、前記ソース主要部と前記接続部とが交互に配置されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電界効果トランジスタ。 - 前記ソース主要部群の、前記外部接続部とは反対の側には、前記接続部が配置されていることを特徴とする請求項5に記載の電界効果トランジスタ。
- 前記複数のゲート主要部の前記第2方向の長さは、それぞれ、0.1mm以上0.5mm以下であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の電界効果トランジスタ。
- チャネルが形成される活性領域を含む半導体構造と、ソース電極と、ドレイン電極と、ゲート電極と、前記ゲート電極に通電するための外部接続部と、を備える電界効果トランジスタであって、
前記ゲート電極は、複数の接続部と、前記接続部間を繋ぐように延伸するゲート主要部と、を有し、
互い隣接する前記接続部と前記ゲート主要部とは、それぞれ、前記ゲート主要部の延伸方向における長さは前記ゲート主要部が前記接続部よりも長く、前記ゲート主要部のゲート長の方向における長さは前記接続部が前記ゲート主要部よりも長く、
さらに、前記外部接続部から延伸しており、前記複数の接続部のそれぞれと直接又は接続層を介して接続されたバイパス電極を備え、
前記ゲート電極及び前記ドレイン電極は、前記半導体構造の上面側に設けられており、 前記バイパス電極は、その一部が、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の前記半導体構造の上方に、絶縁膜を介して配置されていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
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