JP2018148009A - 化合物半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】水分や水素の侵入を抑制し、機能電極の特性の劣化を抑制した化合物半導体装置を提供する。【解決手段】二次元キャリアガスチャネル３１０を有する第１の化合物半導体層３１と、第１の化合物半導体層３１上に配設され、キャリア供給層として機能する第２の化合物半導体層３２と、チャネル３１０上に設けられた第１の電極６１と、チャネル３１０と電気的に接続し、第１の電極６１から離間して配設された第２の電極４２と、を備えた化合物半導体素子領域１０と、化合物半導体素子領域の周囲を取り囲む外周領域の少なくとも一部においてチャネル３１０上に配設され、チャネル３１０のキャリア濃度を低減させる機能電極６２と、機能電極６２の外側から化合物半導体素子領域の周囲を取り囲むように外周領域上に配設された補助電極６３と、を備える。【選択図】図１
Description
本発明は、化合物半導体装置に関し、特に機能電極を有する化合物半導体装置に関する。
ガリウムナイトライド（ＧａＮ）系化合物半導体を用いた窒化物系化合物半導体装置として、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：high electron mobility transistor）が知られている。特に、ｎチャネル導電型ＨＥＭＴは、高い電子（キャリア）の移動度を有し、高周波特性に優れている。
ＨＥＭＴは、キャリア走行層（チャネル層）として機能するガリウムナイトライド（ＧａＮ）層と、このＧａＮ層上にヘテロ接合によって積層されたキャリア供給層（バリア層）として機能するアルミニウムガリウムナイトライド（ＡｌＧａＮ）層とを有する窒化物系半導体機能層に構成される。窒化物系半導体の自発分極やチャネル層とバリア層との格子不整合を用いたピエゾ電界により、チャネル層のヘテロ接合近傍には高移動度の電子（エレクトロン）が走行する二次元電子ガス（２ＤＥＧ：two-dimensional electron gas）チャネルが生成される。二次元電子ガスチャネルにはソース電極及びドレイン電極が接続され、ソース電極とドレイン電極との間にはゲート電極が配設される。このような構造を有するＨＥＭＴにおいては、二次元電子ガスチャネルによって低いオン抵抗を実現することができる。
下記特許文献１には、ＨＥＭＴの周囲を取り囲む領域の少なくとも一部において二次元電子ガスチャネル上に配設され、この二次元電子ガスチャネルのキャリア濃度を減少させる反対導電型の電極層の機能電極を有する外周領域とを備える窒化物系半導体装置が開示されている。この開示された窒化物系半導体装置においては、機能電極直下において二次元電子ガスチャネルを発生させることがなく、窒化物系半導体装置の動作に関係なく、ノーマリーオフ状態に保持する機能を有する。この結果、ＨＥＭＴに流れ込むリーク電流を抑制することができる。
しかしながら、反対導電型の電極層の機能電極は水分や水素によって反対導電型の特性が弱まり、また劣化する等の問題がある。また、窒化物系半導体機能層上にはフィールドプレートや電極が設けられるので、これらの電極上と電極を設けていない領域上の段差を緩和するため、電極上にTEOS膜などが形成される。しかし、TEOS膜は比較的水分や水素が侵入し易く、TEOS膜上に水分や水素を通し難い膜を設けたとしても、ダイシングした化合物半導体装置の側面にはTEOS膜が露出してしまう。それにより、TEOS膜の側面側から水分や水素が侵入してしまう。
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。従って、本発明は、半導体装置の外側から水分や水分の侵入を防ぐことができる化合物半導体装置を提供することである。
上記課題を解決するために、本発明の化合物半導体装置は、二次元キャリアガスチャネルを有する第１の化合物半導体層と、第１の化合物半導体層上に配設され、キャリア供給層として機能する第２の化合物半導体層と、二次元キャリアガスチャネル上に設けられた第１の電極と、二次元キャリアガスチャネルと電気的に接続し、第１の電極から離間して配設された第２の電極と、を備えた化合物半導体素子領域と、化合物半導体素子領域の周囲を取り囲む外周領域の少なくとも一部において二次元キャリアガスチャネル上に配設され、この二次元キャリアガスチャネルのキャリア濃度を低減させる機能電極と、機能電極の外側から化合物半導体素子領域の周囲を取り囲むように外周領域上に配設された補助電極と、化合物半導体素子領域上及び補助電極上に配設された第１の絶縁樹脂層と、第１の絶縁樹脂層上に配設された上部電極と、機能電極の外側から化合物半導体素子領域の周囲を取り囲み、第１の絶縁樹脂層を貫通して補助電極に達する溝と、上部電極と補助電極とを接続し、溝内に形成された接続電極と、を備える。
本発明によれば、比較的水分や水素が侵入を抑制し、機能電極の特性の劣化を抑制した化合物半導体装置を提供することができる。
次に、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。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、現実のものとは異なる。また、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場合がある。
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、現実のものとは異なる。また、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場合がある。
また、以下に示す実施例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各構成部品の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。
するものであって、この発明の技術的思想は各構成部品の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。
（実施例１）
本発明の実施例１は、化合物半導体素子領域をＨＥＭＴとする窒化物系化合物半導体装置に
本発明を適用した例を説明するものである。
本発明の実施例１は、化合物半導体素子領域をＨＥＭＴとする窒化物系化合物半導体装置に
本発明を適用した例を説明するものである。
［窒化物系化合物半導体装置の構造］
図１に示すように、実施例１に係る窒化物系化合物半導体装置１は、二次元キャリアガスチャネル３１０を有し、キャリア走行層として機能する第１の化合物半導体層３１と、第１の化合物半導体層３１上に配設され、キャリア供給層（バリア領域）として機能する第２の化合物半導体層３２と、二次元キャリアガスチャネル３１０上に設けられた第１の電極６１と、二次元キャリアガスチャネル３１０と電気的に接続し、第１の電極６１から離間して配設された第２の電極４２と、を備えた化合物半導体素子領域１０と、化合物半導体素子領域１０の周囲を取り囲む領域の少なくとも一部において二次元キャリアガスチャネル３１０上に配設され、この二次元キャリアガスチャネル３１０のキャリア濃度を減少させる反対導電型の機能電極６２を有する外周領域１１とを備える。
図１に示すように、実施例１に係る窒化物系化合物半導体装置１は、二次元キャリアガスチャネル３１０を有し、キャリア走行層として機能する第１の化合物半導体層３１と、第１の化合物半導体層３１上に配設され、キャリア供給層（バリア領域）として機能する第２の化合物半導体層３２と、二次元キャリアガスチャネル３１０上に設けられた第１の電極６１と、二次元キャリアガスチャネル３１０と電気的に接続し、第１の電極６１から離間して配設された第２の電極４２と、を備えた化合物半導体素子領域１０と、化合物半導体素子領域１０の周囲を取り囲む領域の少なくとも一部において二次元キャリアガスチャネル３１０上に配設され、この二次元キャリアガスチャネル３１０のキャリア濃度を減少させる反対導電型の機能電極６２を有する外周領域１１とを備える。
第１の化合物半導体層３１及び第２の化合物半導体層３２は化合物半導体機能層３を構
築し、この化合物半導体機能層３に化合物半導体素子領域１０が構成される。化合物半導体素
子１０は、実施例１において電子をキャリアとするｎチャネル導電型ＨＥＭＴである。従
って、二次元キャリアガスチャネル３１０は二次元電子ガスチャネルである。第２の化合
物半導体層３２を構成する半導体の格子定数は第１の化合物半導体層３１を構成する半導体の格子定数よりも小さく、第２の化合物半導体層３２のバンドギャップは第１の化合物半導体層３１のバンドキャップよりも大きい。
築し、この化合物半導体機能層３に化合物半導体素子領域１０が構成される。化合物半導体素
子１０は、実施例１において電子をキャリアとするｎチャネル導電型ＨＥＭＴである。従
って、二次元キャリアガスチャネル３１０は二次元電子ガスチャネルである。第２の化合
物半導体層３２を構成する半導体の格子定数は第１の化合物半導体層３１を構成する半導体の格子定数よりも小さく、第２の化合物半導体層３２のバンドギャップは第１の化合物半導体層３１のバンドキャップよりも大きい。
化合物半導体機能層３は、図１に示すように、基板２上に配設される。実施例１におい
て、基板２には、大口径化を実現することができ、かつ安価に製作することができるシリ
コン基板（例えばシリコン単結晶基板）が使用される。化合物半導体機能層３は第１の化
合物半導体層３１の第２の化合物半導体層３２とは対向する裏面にバッファ層３３を備え
、化合物半導体機能層３はこのバッファ層３３を介して結晶性の整合性を確保した状態に
おいて基板２上に配設されている。なお、バッファ層３３を設けず、バッファ層３３の機能は第１の化合物半導体層３１に備えてもよい。
て、基板２には、大口径化を実現することができ、かつ安価に製作することができるシリ
コン基板（例えばシリコン単結晶基板）が使用される。化合物半導体機能層３は第１の化
合物半導体層３１の第２の化合物半導体層３２とは対向する裏面にバッファ層３３を備え
、化合物半導体機能層３はこのバッファ層３３を介して結晶性の整合性を確保した状態に
おいて基板２上に配設されている。なお、バッファ層３３を設けず、バッファ層３３の機能は第１の化合物半導体層３１に備えてもよい。
化合物半導体機能層３はここではIII族窒化物系半導体材料により構成されている。代
表的なIII族窒化物系半導体はＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ
＋ｙ≦１）により表される。更に、実施例１において、化合物半導体機能層３の第１の化
合物半導体層３１のＡｌ（アルミニウム）の組成比ｘ１が０≦ｘ１＜１の範囲であり、第
２の化合物半導体層３２のＡｌの組成比ｘ２が０＜ｘ２≦１の範囲であり、Ａｌの組成比
ｘ２がＡｌの組成比ｘ１に比べて大きい（ｘ１＜ｘ２）関係にあるとき、第１の化合物半
導体層３１はＡｌx1Ｇａ1-x1Ｎにより表される窒化物半導体材料により構成され、第２の
化合物半導体層３２はＡｌx2Ｇａ1-x2Ｎにより表される窒化物半導体材料により構成され
る。例えば、化合物半導体機能層３は、ＡｌＧａＮからなる第１の化合物半導体層３１
とＡｌＧａＮからなる第２の化合物半導体層３２との積層構造、又はＧａＮからなる第１
の化合物半導体層３１とＡｌＧａＮからなる第２の化合物半導体層３２との積層構造、又
はＡｌＧａＮからなる第１の化合物半導体層３１とＡｌＮからなる第２の化合物半導体層
３２との積層構造により構成される。
表的なIII族窒化物系半導体はＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ
＋ｙ≦１）により表される。更に、実施例１において、化合物半導体機能層３の第１の化
合物半導体層３１のＡｌ（アルミニウム）の組成比ｘ１が０≦ｘ１＜１の範囲であり、第
２の化合物半導体層３２のＡｌの組成比ｘ２が０＜ｘ２≦１の範囲であり、Ａｌの組成比
ｘ２がＡｌの組成比ｘ１に比べて大きい（ｘ１＜ｘ２）関係にあるとき、第１の化合物半
導体層３１はＡｌx1Ｇａ1-x1Ｎにより表される窒化物半導体材料により構成され、第２の
化合物半導体層３２はＡｌx2Ｇａ1-x2Ｎにより表される窒化物半導体材料により構成され
る。例えば、化合物半導体機能層３は、ＡｌＧａＮからなる第１の化合物半導体層３１
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の化合物半導体層３１とＡｌＧａＮからなる第２の化合物半導体層３２との積層構造、又
はＡｌＧａＮからなる第１の化合物半導体層３１とＡｌＮからなる第２の化合物半導体層
３２との積層構造により構成される。
実施例１において、第１の化合物半導体層３１の膜厚は例えば０．５μｍ−１０．０μ
ｍに設定される。第１の化合物半導体層３１にＧａＮ層を使用する場合、このＧａＮ層は
例えば３．０μｍの膜厚に設定されたノンドープ層である。第２の化合物半導体層３２の
膜厚は例えば５ｎｍ−１００ｎｍに設定され、第２の化合物半導体層３２がＡｌＧａＮ層
である場合、このＡｌ組成は例えば０．１−０．４に設定される。具体的には、膜厚が２
５ｎｍ、Ａｌ組成が０．２６に設定されたノンドープ層であるＡｌＧａＮ層が使用される
。バッファ層３３には、例えばＧａＮ層とアルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）層とを交
互に複数積層した積層構造が使用される。
ｍに設定される。第１の化合物半導体層３１にＧａＮ層を使用する場合、このＧａＮ層は
例えば３．０μｍの膜厚に設定されたノンドープ層である。第２の化合物半導体層３２の
膜厚は例えば５ｎｍ−１００ｎｍに設定され、第２の化合物半導体層３２がＡｌＧａＮ層
である場合、このＡｌ組成は例えば０．１−０．４に設定される。具体的には、膜厚が２
５ｎｍ、Ａｌ組成が０．２６に設定されたノンドープ層であるＡｌＧａＮ層が使用される
。バッファ層３３には、例えばＧａＮ層とアルミニウムナイトライド（ＡｌＮ）層とを交
互に複数積層した積層構造が使用される。
化合物半導体機能層３において、第１の化合物半導体層３１と第２の化合物半導体層３
２とのヘテロ接合界面近傍であって第１の化合物半導体層３１の表面部分に、第１の化合
物半導体層３１及び第２の化合物半導体層３２の自発分極並びにピエゾ分極に基づく二次
元キャリアガスチャネル３１０が生成される。二次元キャリアガスチャネル３１０は化合
物半導体素子領域（ここでは、ＨＥＭＴ）１０において高移動度を有する電子（キャリア）の
チャネル領域として機能する。なお、詳細な説明は省略するが、本発明はｐチャネル導電
型ＨＥＭＴにも利用可能であり、この場合には二次元キャリアガスチャネル３１０は二次
元正孔ガスチャネルになる。
２とのヘテロ接合界面近傍であって第１の化合物半導体層３１の表面部分に、第１の化合
物半導体層３１及び第２の化合物半導体層３２の自発分極並びにピエゾ分極に基づく二次
元キャリアガスチャネル３１０が生成される。二次元キャリアガスチャネル３１０は化合
物半導体素子領域（ここでは、ＨＥＭＴ）１０において高移動度を有する電子（キャリア）の
チャネル領域として機能する。なお、詳細な説明は省略するが、本発明はｐチャネル導電
型ＨＥＭＴにも利用可能であり、この場合には二次元キャリアガスチャネル３１０は二次
元正孔ガスチャネルになる。
化合物半導体素子領域１０は、図１に示すように、二次元キャリアガスチャネル３１０を有する化合物半導体機能層３上に構成された第１の電極６１と、化合物半導体機能層３上に構成され、二次元キャリアガスチャネル３１０とオーミック接続する第２の電極４２と、第２の電極４２との間で第１の電極６１を挟むように二次元キャリアガスチャネル３１０とオーミック接続する第３の電極４１とを備えている。化合物半導体素子領域（ＨＥＭＴ）１０は、第３の電極４１に印加される電位よりも高い電位が第２の電極４２に印加され、第１の電極６１がオン状態になると、第２の電極４２から第３の電極４１に電流が流れる（キャリアである電子は逆に流れる。）。
ここでは、第２の電極４２はドレイン電極として機能し、第３の電極４１はソース電極
として機能する。第２の電極４２及び第３の電極４１は二次元キャリアガスチャネル３１
０に対して低抵抗に接続するオーミック電極である。また、実施例１において、第３の電極４１と第２の電極４２の少なくとも一方は化合物半導体機能層３の第２の化合物半導体層３２の表面から第１の化合物半導体層３１の二次元キャリアガスチャネル３１０に向かって形成された接続孔（スルーホール又はビアホール）内に配設され、二次元キャリアガスチャネル３１０との間を低抵抗としてもよい。実施例１において、第２の電極４２、第３の電極４１は、いずれも例えば１０ｎｍ−５０ｎｍの膜厚を有するＴｉ（チタン）層と、このＴｉ層上に積層され例えば２５ｎｍ−１０００ｎｍの膜厚を有するＡｌ層との積層膜により構成されている。
として機能する。第２の電極４２及び第３の電極４１は二次元キャリアガスチャネル３１
０に対して低抵抗に接続するオーミック電極である。また、実施例１において、第３の電極４１と第２の電極４２の少なくとも一方は化合物半導体機能層３の第２の化合物半導体層３２の表面から第１の化合物半導体層３１の二次元キャリアガスチャネル３１０に向かって形成された接続孔（スルーホール又はビアホール）内に配設され、二次元キャリアガスチャネル３１０との間を低抵抗としてもよい。実施例１において、第２の電極４２、第３の電極４１は、いずれも例えば１０ｎｍ−５０ｎｍの膜厚を有するＴｉ（チタン）層と、このＴｉ層上に積層され例えば２５ｎｍ−１０００ｎｍの膜厚を有するＡｌ層との積層膜により構成されている。
第１の電極６１は、制御電極或いはゲート電極であり、第２の化合物半導体層３２上に配設される。図１に示すように、実施例１において、第１の電極６１は、第２の化合物半導体層３２の表面からこの第２の化合物半導体層３２内において二次元キャリアガスチャネル３１０に向かって掘り下げられたリセス（凹部又は窪み）に配設されても良い。
外周領域１１内の機能電極６２は、第１の電極６１と同様の電極材料で構成しても良い。機能電極６２には、実施例１において、二次元キャリアガスチャネル３１０の導電型とは反対導電型であるｐ型金属酸化物が使用される。このｐ型金属酸化物には、酸化ニッケル（ＮｉＯx、ｘ＝１〜２。）、酸化鉄、酸化コバルト、酸化マンガン、酸化銅のいずれかを実用的に使用することができる。ここでは、機能電極６２には、例えば２０ｎｍ−１０００ｎｍの膜厚を有するＮｉＯxが使用される。
また、機能電極６２にはｐ型窒化物半導体を使用することができる。ｐ型窒化物半導体には、ｐ型ドープＡｌＧａＮ、ｐ型ドープＧａＮ、ｐ型ドープＩｎＧａＮのいずれかを実用的に使用することができる。例えば、機能電極６２には、マグネシウム（Ｍｇ）をドープした８０ｎｍ−１２０ｎｍの膜厚を有するｐ型ドープＧａＮが使用される。
これらの機能電極６２に使用されるｐ型金属酸化物若しくはｐ型窒化物半導体は、単層膜により構成されるが、複数層の多層膜により構成してもよい。また、機能電極６２は徐々に若しくは段階的にｐ型濃度を変化させてもよい。例えば、機能電極６２のｐ型濃度は第２の窒化物半導体層３２の表面から離れるに従って薄く設定される。更に、機能電極６２は、ｐ型金属酸化物半導体とｐ型窒化物半導体とを組み合わせた積層膜としてもよい。
機能電極６２にはｐ型金属酸化物若しくはｐ型窒化物半導体上に例えば１０ｎｍ−１０００ｎｍの膜厚を有するニッケル（Ｎｉ）層を使用することができる。更にその上に例えば０．１μｍ−３．０μｍの膜厚を有する金（Ａｕ）層、そしてその上に例えば５ｎｍ−１００ｎｍの膜厚を有するチタン（Ｔｉ）層を使用することができる。
図２に示すように、機能電極６２（外周領域１１）は、ここでは化合物半導体素子領域１０を囲むように化合物半導体機能層３の外縁に沿った全周にわたって延在している。機能電極６２は上方から見て、化合物半導体素子１０の外周囲を取り囲むリング形状を有している。機能電極６２は、リーク電流をより確実に防止するために、外部端子を通して固定電位を印加している。例えば、外部端子は基板２に接続され、外部端子には基板２に印加される電位例えば接地電位と同一の電位が印加される。なお、機能電極６２は固定電位を印加しないフローティング状態であってもよい。これにより、機能電極６２は、全周に配設された場合と同等の機能を有する場合には、化合物半導体機能層３の外縁に沿った一部分具体的に断続的に配設してもよい。この機能電極６２には二次元キャリアガスチャネル３１０の導電型（ｎ型）とは反対導電型（ｐ型）を有する第１の電極層６０１が生成されているので、三角形状のポテンシャル井戸が引き上げられ、伝導帯準位Ｅcのレベルはフェルミ準位Ｅfよりも高く押し上げられる。機能電極６２は、その直下において二次元キャリアガスチャネル３１０をｐ型反転させ、ノーマリーオフ状態に保持し、化合物半導体機能層３の側壁を通じて化合物半導体素子１０に流れ込むリーク電流を抑制することができる。
図１に示すように、補助電極６３は化合物半導体機能層３の外周領域１１に設けられており、ここでは補助電極６３は機能電極６２よりも外側であって化合物半導体素子１０を囲むように化合物半導体機能層３の外縁に沿った全周にわたって延在している。補助電極６３の電極材料は、機能電極６２と同じ電極材料であっても良いし、第３の電極４１と同じ電極材料であっても良い。つまり、二次元キャリアガスチャネル３１０に影響を与える材料であっても良いし、与えない材料であっても良い。補助電極６３は電位が与えられていないフローティング状態でもよいし、第３の電極（ソース電極）４１と電気的に接続しても良い。
化合物半導体機能層３上及び電極４１、４２、６１、６２、６３上にＴＥＯＳからなる第１の絶縁樹脂層７１が配置されている。第１の絶縁樹脂層７１は、電極４１、４２、６１、６２、６３等による段差を緩和し、電極４１、４２、６１、６２、６３等上の第１の絶縁樹脂層７１の上面と電極４１、４２、６１、６２、６３等が設けられていない間の領域上の第１の絶縁樹脂層７１の上面との間を比較的なだらかな面としている。第１の絶縁樹脂層７１の上にはボンデジィングワイヤ又は金属板と接続する上部電極８１、８２が配置されている。上部電極８１は第１の絶縁樹脂層７１を貫通する穴内に設けられた接続電極８３、８５によって電極６３と電気的に接続されている。ここで、図１で示すように接続電極８３と接続電極８５との間に介在金属８４を配置して、上部電極８１は電極６３と電気的に接続されている。
また、図１で示すように、電極４２は第１の絶縁樹脂層７１内に設けられた貫通孔内に設けられた接続電極８６と接続電極８８と、これらの間に介在金属８７を配置している。これにより、電極４２は第１の絶縁樹脂層７１上の上部電極８２と電気的に接続されている。図１では図示していないが、別の切断した化合物半導体装置１の断面では、電極４１と電極６１も第１の絶縁樹脂層７１を貫通する各々の穴内の接続電極を通じて第１の絶縁樹脂層７１上の各々の上部電極と接続している。
図２で示すように、補助電極６３と上部電極を接続する接続部が設けられる穴（若しくは接続部）は化合物半導体素子１０の外周であって化合物半導体機能層３の外縁に沿った全周に配置されている。これにより、第１の絶縁樹脂層７１の側面はダイシングによって露出しているが、補助電極６３と上部電極８１を接続する接続部８３，８５が機能電極６２を全周に亘り外側から囲むことで、第１の絶縁樹脂層７１の側面側の外部から水分や水素の侵入を良好に抑制することが出来る。よって、機能電極６２が水分や水素によって特性が劣化する材料であったとしても、機能電極６２の外側を囲む補助電極６３と接続した接続部８３、８５によって機能電極６２に水分や水素が達することを抑制することができるので、機能電極６２の特性劣化を抑制することができ、外部から水分が侵入したとしてもリーク電流の上昇を抑制することができる。
また、補助電極６３と接続した上部電極８１上及び第１の絶縁樹脂層７１の露出した上面を第２の絶縁樹脂層が覆っている。第２の絶縁樹脂層は例えばシリコン窒化膜 ,シリコン酸化膜またはポリイミドで構成され、第１の絶縁樹脂層７１よりも密度が高い絶縁材料で構成されている。これにより、化合物半導体装置１の上方から侵入する水分又は水素を良好に抑制することが出来る。
また、図１において図示していないが、第１の絶縁樹脂層７１と化合物半導体機能層３との間には、ＮｉＯ、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）、シリコン酸化（ＳｉＯ2）、シリコン窒化（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のいずれかの絶縁膜を実用的に使用することができる。例えば、絶縁膜には２ｎｍ−５００ｎｍの膜厚を有するＮｉＯ層を使用することができる。
また、図１において図示していないが、第１の絶縁樹脂層７１と化合物半導体機能層３との間には、ＮｉＯ、酸化ハフニウム（ＨｆＯ）、シリコン酸化（ＳｉＯ2）、シリコン窒化（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のいずれかの絶縁膜を実用的に使用することができる。例えば、絶縁膜には２ｎｍ−５００ｎｍの膜厚を有するＮｉＯ層を使用することができる。
素子分離溝９１は補助電極６３の外側であって、化合物半導体機能層３の外縁に沿った全周又は部分的に離間して複数配置されている。素子分離溝９１はバッファ層３３に達している例で示したが、少なくとも二次元キャリアガスチャネル３１０に達する深さまで形成されていれば良い。
図２で示すように素子分離溝は内リングと外リングのように複数のリング状の溝で構成されていても良い。平面的に見て、上部電極８１又は上部電極８１と補助電極６３とを接続する接続部８３、８５、介在金属８４の少なくとも１つは素子分離溝よりも外側まで延伸している。素子分離溝を設けることにより化合物半導体装置は反り易くなるが、上部電極８１又は上部電極８１と補助電極６３とを接続する接続部８３、８５、介在金属８４の少なくとも１つをこのように設けることによって、化合物半導体装置１の反りによる破損等を抑制することができ、化合物半導体装置１の反りが生じる力に対する対応力を高める事ができる。
（その他の実施例）
上記のように、本発明は複数の実施の形態によって記載されているが、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ない。本発明は様々な代替実施の形態、
実施例及び運用技術に適用することができる。
上記のように、本発明は複数の実施の形態によって記載されているが、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ない。本発明は様々な代替実施の形態、
実施例及び運用技術に適用することができる。
例えば、本発明は、前述の実施例１乃至実施例５に係る窒化物系化合物半導体装置１に
おいて、化合物半導体素子１０の第１の電極６１、外周領域１１の機能電極６２、補助電極６３について、導電型を有しない例えばショットキー電極材料からなる構成としてもよい。
おいて、化合物半導体素子１０の第１の電極６１、外周領域１１の機能電極６２、補助電極６３について、導電型を有しない例えばショットキー電極材料からなる構成としてもよい。
更に、本発明は、前述の窒化物系化合物半導体装置１に代えて、第１の化合物半導体層
３１をガリウム砒素（ＧａＡｓ）とし、第２の化合物半導体層３２をアルミニウムガリウ
ム砒素（ＡｌＧａＡｓ）とする化合物半導体機能層３を備えた化合物半導体装置に適用可
能である。
３１をガリウム砒素（ＧａＡｓ）とし、第２の化合物半導体層３２をアルミニウムガリウ
ム砒素（ＡｌＧａＡｓ）とする化合物半導体機能層３を備えた化合物半導体装置に適用可
能である。
本発明は、化合物半導体素子の動作に関係なく、比較的水分や水素が侵入しがたい化
合物半導体装置に広く適用することができる。
合物半導体装置に広く適用することができる。
１…窒化物系化合物半導体装置
１０…化合物半導体素子領域
１１…外周領域
２…基板
３…化合物半導体機能層
３１…第１の化合物半導体層
３１０…二次元キャリアガスチャネル
３２…第２の化合物半導体層
４１…第３の電極
４２…第２の電極
６１…第１の電極
６２…機能電極
６３…補助電極
７１…第１の絶縁樹脂層
１０…化合物半導体素子領域
１１…外周領域
２…基板
３…化合物半導体機能層
３１…第１の化合物半導体層
３１０…二次元キャリアガスチャネル
３２…第２の化合物半導体層
４１…第３の電極
４２…第２の電極
６１…第１の電極
６２…機能電極
６３…補助電極
７１…第１の絶縁樹脂層
Claims (7)
- 二次元キャリアガスチャネルを有する第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層上に配設され、キャリア供給層として機能する第２の化合物半導体層と、
前記二次元キャリアガスチャネル上に設けられた第１の電極と、
前記二次元キャリアガスチャネルと電気的に接続し、前記第１の電極から離間して配設された第２の電極と、
を備えた化合物半導体素子領域と、
前記化合物半導体素子領域の周囲を取り囲む外周領域の少なくとも一部において前記二次元キャリアガスチャネル上に配設され、前記二次元キャリアガスチャネルのキャリア濃度を低減させる機能電極と、
前記機能電極の外側から前記化合物半導体素子領域の周囲を取り囲むように前記外周領域上に配設された補助電極と、
前記化合物半導体素子領域上及び前記補助電極上に配設された第１の絶縁樹脂層と、
前記第１の絶縁樹脂層上に配設された上部電極と、
前記機能電極の外側から前記化合物半導体素子領域の周囲を取り囲み、前記第１の絶縁樹脂層を貫通して前記補助電極に達する溝と、
前記上部電極と前記補助電極とを接続し、前記溝内に形成された接続電極と、
を備えたことを特徴とする化合物半導体装置。 - 前記上部電極を前記第１の絶縁樹脂層よりも密度が高い材料から成る第２の絶縁樹脂層で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体装置。
- 前記第１の絶縁樹脂層はＴＥＯＳから成り、
前記第２の絶縁樹脂層はシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、ポリイミド膜から選択される少なくとも１つの膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の化合物半導体装置。 - 前記補助電極はフローティング又は第１の電極と第２の電極のうち電位の小さい電極と電気的に接続することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の化合物半導体装置。
- 前記外領域の前記機能電極は前記二次元キャリアガスチャネルと反対導電型を有する
電極層を備え、この電極層は、金属酸化物半導体若しくは窒化物半導体、又は前記金属酸
化物半導体と前記窒化物半導体との組み合わせにより構成されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の化合物半導体装置。 - 前記上部電極は素子分離溝よりも外側まで延伸していることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の化合物半導体装置。
- 二次元キャリアガスチャネルを有する第１の化合物半導体層と、
前記第１の化合物半導体層上に配設され、キャリア供給層として機能する第２の化合物半導体層と、
前記二次元キャリアガスチャネル上に設けられた第１の電極と、
前記二次元キャリアガスチャネルと電気的に接続し、前記第１の電極から離間して配設された第２の主電極と、
を備えた化合物半導体素子領域と、
前記化合物半導体素子領域の周囲を取り囲む外周領域の少なくとも一部において前記二次元キャリアガスチャネル上に配設され、Ｐ型窒化物半導体又は金属酸化物の機能電極と、
前記機能電極の外側から前記化合物半導体素子領域の周囲を取り囲むように前記外周領域上に配設された補助電極と、
前記化合物半導体素子領域上及び前記補助電極上に配設された第１の絶縁樹脂層と、
前記第１の絶縁樹脂層上に配設された上部電極と、
前記機能電極の外側から前記化合物半導体素子領域の周囲を取り囲み、前記第１の絶縁樹脂層を貫通して前記補助電極に達する溝と、
前記上部電極と前記補助電極とを接続し、前記溝内に形成された接続電極と、
を備えたことを特徴とする化合物半導体装置。
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JP2000349244A (ja) * | 1999-06-04 | 2000-12-15 | Sony Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| JP2001053148A (ja) * | 1999-08-09 | 2001-02-23 | Denso Corp | 半導体装置 |
| JP2011124385A (ja) * | 2009-12-10 | 2011-06-23 | Sanken Electric Co Ltd | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
-
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- 2017-03-03 JP JP2017041166A patent/JP6860845B2/ja active Active
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