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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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