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公開番号2024046114
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-03
出願番号2022151306
出願日2022-09-22
発明の名称半導体装置
出願人株式会社東芝,東芝デバイス&ストレージ株式会社
代理人弁理士法人iX
主分類H01L 25/04 20230101AFI20240327BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】双方向スイッチに応用できる窒化物半導体素子を含む半導体装置を提供する。
【解決手段】実施形態の半導体装置は、導電性のマウントベッドと、その上に形成された半導体基板と、第1窒化物半導体層と、第2窒化物半導体層と、第1主電極と、第2主電極と、第1ゲート電極と、第2ゲート電極と、を含む窒化物半導体素子と、前記マウントベッドに電気的に接続された第1アノード電極と、前記第1主電極に電気的に接続された第1カソード電極と、を含む第1ダイオードと、前記マウントベッドに電気的に接続された第2アノード電極と、前記第2主電極に電気的に接続された第2カソード電極と、を含む第2ダイオードと、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
導電性のマウントベッドと、
前記マウントベッド上に形成された半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第１窒化物半導体層と、
前記第１窒化物半導体層上に設けられた第２窒化物半導体層と、
前記第２窒化物半導体層上に設けられた第１主電極と、
前記第２窒化物半導体層上に設けられ、前記第１主電極から離隔して設けられた第２主電極と、
前記第２窒化物半導体層上で、前記第１主電極と前記第２主電極との間に設けられた第１ゲート電極と、
前記第２窒化物半導体層上で、前記第１ゲート電極と前記第２主電極との間に設けられた第２ゲート電極と、
を含む窒化物半導体素子と、
前記マウントベッドに電気的に接続された第１アノード電極と、
前記第１主電極に電気的に接続された第１カソード電極と、
を含む第１ダイオードと、
前記マウントベッドに電気的に接続された第２アノード電極と、
前記第２主電極に電気的に接続された第２カソード電極と、
を含む第２ダイオードと、
を備えた半導体装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記マウントベッドは、前記半導体基板と電気的に接続された請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１主電極と前記第１カソード電極との間に接続されたｐ形の第１半導体素子と、
前記第２主電極と前記第２カソード電極との間に接続されたｐ形の第２半導体素子と、
をさらに備えた請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１半導体素子は、導電性を有する第１基板上に設けられ、
前記第１半導体素子の第１ドレイン電極は、前記第１基板に接続され、
前記第２半導体素子は、導電性を有する第２基板上に設けられ、
前記第２半導体素子の第２ドレイン電極は、前記第２基板に接続された請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１主電極は、平行して配置された複数の第１部分を含み、
前記第２主電極は、前記複数の第１部分のうち隣り合う２つの第１部分の間に配置された第２部分を有し、
前記第２部分は、前記２つの第１部分の間の距離の１／２の距離となる位置に配置された請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２窒化物半導体層は、前記第１窒化物半導体層とヘテロ接合を介して設けられた請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記窒化物半導体素子は、ノーマリーオン形のＨＥＭＴである請求項１～６のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記窒化物半導体素子は、前記第２窒化物半導体層上に設けられた酸化膜をさらに含み、
前記第１ゲート電極および前記第２ゲート電極は、前記酸化膜を介して前記第２窒化物半導体層上に設けられた請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項９】
導電性のマウントベッドと、
前記マウントベッド上に形成された半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第１窒化物半導体層と、
前記第１窒化物半導体層上に設けられた第２窒化物半導体層と、
前記第２窒化物半導体層上に設けられた第１主電極と、
前記第２窒化物半導体層上に設けられ、前記第１主電極から離隔して設けられた第２主電極と、
前記第２窒化物半導体層上で、前記第１主電極と前記第２主電極との間に設けられた第１ゲート電極と、
前記第２窒化物半導体層上で、前記第１ゲート電極と前記第２主電極との間に設けられた第２ゲート電極と、
を含む窒化物半導体素子
を備え、
前記第１主電極に印加された電圧が前記第２主電極に印加された電圧よりも高い場合には、前記半導体基板の電圧は、前記第２主電極に印加された電圧に等しく、
前記第２主電極に印加された電圧が前記第１主電極に印加された電圧よりも高い場合には、前記半導体基板の電圧は、前記第１主電極に印加された電圧に等しい半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
実施形態は、半導体装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
ヘテロ接合を有するＧａＮ等の窒化物半導体を用いた窒化物半導体装置は、Ｓｉを用いた半導体装置に比べ、高耐圧、低オン抵抗、高速動作を実現することができる。
【０００３】
但し、ソース・ドレイン・ゲートが同一面上に形成される横型窒化物半導体装置は、双方向に電流を流せる利点があるが、ドレイン－ソース間に高電圧が印加されると、出力できるドレイン電流が変動し、オン抵抗が上昇するなどの特性低下を引き起こす電流コラプス現象を生じることが知られている。
【０００４】
電流コラプス現象を回避するために、また、信頼性を確保するために、窒化物半導体装置の裏面をソース電位と同電位にすることが一般的であるが、チャネルが形成される窒化物半導体層を高電圧が印加されるドレイン電極に印加される電圧よりも低い電圧に維持する必要がある。このような制約の下では、窒化物半導体装置を双方向スイッチに応用することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１３－０４２２７０号公報
特開２０１１－１４２２６５号公報
特許第６１１３５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
実施形態の目的は、双方向スイッチに応用できる窒化物半導体素子を含む半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係る半導体装置は、導電性のマウントベッドと、前記マウントベッド上に形成された半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第１窒化物半導体層と、前記第１窒化物半導体層上に設けられた第２窒化物半導体層と、前記第２窒化物半導体層上に設けられた第１主電極と、前記第２窒化物半導体層上に設けられ、前記第１主電極から離隔して設けられた第２主電極と、前記第２窒化物半導体層上で、前記第１主電極と前記第２主電極との間に設けられた第１ゲート電極と、前記第２窒化物半導体層上で、前記第１ゲート電極と前記第２主電極との間に設けられた第２ゲート電極と、を含む窒化物半導体素子と、前記マウントベッドに電気的に接続された第１アノード電極と、前記第１主電極に電気的に接続された第１カソード電極と、を含む第１ダイオードと、前記マウントベッドに電気的に接続された第２アノード電極と、前記第２主電極に電気的に接続された第２カソード電極と、を含む第２ダイオードと、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、第１の実施形態に係る半導体装置を例示する模式図である。
図２は、第１の実施形態に係る半導体装置を例示する平面図である。
図３は、第１の実施形態に係る半導体装置を例示する側面図である。
図４は、第１の実施形態に係る半導体装置の使用方法を説明するための回路図の例である。
図５は、第２の実施形態に係る半導体装置を例示する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体装置を例示する模式図である。
図１に示すように、本実施形態に係る半導体装置１００は、窒化物半導体素子１０と、第１ダイオード３０ａと、第２ダイオード３０ｂと、第１半導体素子４０ａと、第２半導体素子４０ｂと、を備える。
図１では、窒化物半導体素子１０の構成を説明するために、模式的な断面図を示している。また、図１では、窒化物半導体素子１０、第１ダイオード３０ａ、第２ダイオード３０ｂ、第１半導体素子４０ａおよび第２半導体素子４０ｂの相互の電気的な接続関係を示している。
（【００１１】以降は省略されています）

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