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公開番号2024176797
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-19
出願番号2023095603
出願日2023-06-09
発明の名称窒化物半導体モジュール
出願人ローム株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 21/338 20060101AFI20241212BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】窒化物半導体モジュールの放熱性を高める。
【解決手段】窒化物半導体モジュール100は、トランジスタ51を含むチップ101を備えている。チップ101は、半導体基板12と、半導体基板12の上に形成され、GaNによって構成された電子走行層と、電子走行層の上に形成され、GaNによって構成された電子供給層とを備えている。トランジスタは、電子供給層の上に形成されたゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を含んで構成されている。半導体基板12は、100μm以下の厚さを有するGaN基板である。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
トランジスタを含むチップを備え、
前記チップは、
基板上面、および前記基板上面と反対側を向く基板下面を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記基板上面の上に形成され、ＧａＮによって構成された電子走行層と、
前記電子走行層の上に形成され、前記電子走行層よりも大きなバンドギャップを有するＧａＮによって構成された電子供給層と、を備え、
前記トランジスタは、前記電子供給層の上に形成されたゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を含み、
前記半導体基板は、１００μｍ以下の厚さを有するＧａＮ基板である、窒化物半導体モジュール。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記チップは、複数の前記トランジスタを含む、請求項１に記載の窒化物半導体モジュール。
【請求項３】
前記チップを覆う封止部材を含み、
前記封止部材により形成され、前記基板上面と同じ側を向くモジュール上面と、前記基板下面と同じ側を向くモジュール下面とを有し、
前記半導体基板の厚さは、前記電子供給層の上面から前記モジュール上面までの距離よりも薄い、請求項１に記載の窒化物半導体モジュール。
【請求項４】
前記チップを覆う封止部材を含み、
前記封止部材により形成され、前記基板上面と同じ側を向くモジュール上面と、前記基板下面と同じ側を向くモジュール下面とを有し、
前記半導体基板の厚さ方向において、前記チップのチップ下面は、前記モジュール上面よりも前記モジュール下面に近い位置に配置されている、請求項１に記載の窒化物半導体モジュール。
【請求項５】
前記チップを覆う封止部材を含み、
前記封止部材により形成され、前記基板上面と同じ側を向くモジュール上面と、前記基板下面と同じ側を向くモジュール下面とを有し、
前記基板下面に取り付けられ、前記モジュール下面に露出する放熱部材を備える、請求項１に記載の窒化物半導体モジュール。
【請求項６】
前記放熱部材は、１５０μｍ以下の厚さを有する、請求項５に記載の窒化物半導体モジュール。
【請求項７】
前記電子走行層は、ＧａＮ層であり、
前記電子供給層は、ＡｌＧａＮ層である、請求項１に記載の窒化物半導体モジュール。
【請求項８】
前記トランジスタは、前記電子供給層上に形成され、アクセプタ型不純物を含むＧａＮによって構成されたゲート層を備え、
前記ゲート電極は、前記ゲート層の上に形成されている、請求項１に記載の窒化物半導体モジュール。
【請求項９】
前記電子走行層は、ＧａＮ層であり、
前記電子供給層は、ＡｌＧａＮ層であり、
前記ゲート層は、前記アクセプタ型不純物を含むＧａＮ層である、請求項８に記載の窒化物半導体モジュール。
【請求項１０】
前記トランジスタをオンオフ制御する制御回路を備える、請求項１に記載の窒化物半導体モジュール。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、窒化物半導体モジュールに関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
現在、窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ族窒化物半導体（以下、単に「窒化物半導体」と言う場合がある）を用いた高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の製品化が進んでいる。ＨＥＭＴは、半導体ヘテロ接合の界面付近に形成された二次元電子ガス（２ＤＥＧ）を導電経路（チャネル）として使用する。ＨＥＭＴを利用したパワーデバイスは、典型的なシリコン（Ｓｉ）パワーデバイスと比較して低オン抵抗および高速・高周波動作を可能にしたデバイスとして認知されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の窒化物半導体装置は、シリコン基板と、窒化ガリウム（ＧａＮ）層によって構成された電子走行層と、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）層によって構成された電子供給層とを含む。これら電子走行層と電子供給層とのヘテロ接合の界面付近において電子走行層中に２ＤＥＧが形成される。また、特許文献１の窒化物半導体装置では、アクセプタ型不純物を含むゲート層（例えばｐ型ＧａＮ層）が、電子供給層上であってゲート電極の直下の位置に設けられている。この構成では、ゲート層の直下の領域において、ゲート層が電子走行層と電子供給層との間のヘテロ接合界面付近における伝導帯のバンドエネルギーを持ち上げることによりゲート層の直下のチャネルが消失し、ノーマリーオフが実現される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１７－７３５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
基板上に形成された窒化物半導体層を用いて構成される素子を備える窒化物半導体装置の場合、素子から発生した熱は、主に基板を経由して外部へ放熱される。そのため、窒化物半導体装置の温度上昇を抑制するためには、基板からの放熱性を高めることが重要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様である窒化物半導体モジュールは、トランジスタを含むチップを備え、前記チップは、基板上面、および前記基板上面と反対側を向く基板下面を有する半導体基板と、前記半導体基板の前記基板上面の上に形成され、ＧａＮによって構成された電子走行層と、前記電子走行層の上に形成され、前記電子走行層よりも大きなバンドギャップを有するＧａＮによって構成された電子供給層と、を備え、前記トランジスタは、前記電子供給層の上に形成されたゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を含み、前記半導体基板は、１００μｍ以下の厚さを有するＧａＮ基板である。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の窒化物半導体モジュールによれば、放熱性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、第１実施形態に係る例示的な窒化物半導体モジュールの概略平面図である。
図２は、図１の２－２線断面図である。
図３は、トランジスタの例示的な概略平面図である。
図４は、図３の４－４線断面図である。
図５は、第２実施形態に係る例示的な窒化物半導体モジュールの概略平面図である。
図６は、第３実施形態に係る窒化物半導体モジュールの概略回路図である。
図７は、第３実施形態に係る例示的な窒化物半導体モジュールの概略平面図である。
図８は、第３実施形態に係る窒化物半導体モジュールが有する第１トランジスタおよび第２トランジスタの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して本開示における半導体モジュールの実施形態を説明する。
なお、説明を簡単かつ明確にするために、図面に示される構成要素は必ずしも一定の縮尺で描かれていない。また、理解を容易にするために、断面図では、ハッチング線が省略されている場合がある。添付の図面は、本開示の実施形態を例示するに過ぎず、本開示を制限するものとみなされるべきではない。
【００１０】
以下の詳細な記載は、本開示の例示的な実施形態を具体化する装置、システム、および方法を含む。この詳細な記載は本来説明のためのものに過ぎず、本開示の実施形態またはこのような実施形態の適用および使用を限定することを意図していない。
（【００１１】以降は省略されています）

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