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公開番号2025125348
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-27
出願番号2024021348
出願日2024-02-15
発明の名称窒化物半導体デバイス
出願人パナソニックホールディングス株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H10D 30/47 20250101AFI20250820BHJP()
要約【課題】高速動作が可能な窒化物半導体デバイスを提供する。
【解決手段】窒化物半導体デバイス1は、基板10と、ドリフト層12と、p型のブロック層14と、下地層16と、電子走行層22および電子供給層24と、電子供給層24の上方で、平面視で縦導通開口部20の底面20aおよび側面20bに重なる位置に設けられたp型半導体層26と、電子供給層24の上方で、平面視で下地層16に重なる位置に設けられたゲート電極32と、ゲート電極32から離れた位置に設けられたソース開口部30を覆うように設けられ、ブロック層14と電気的に接続された第1のソース電極36と、基板10の下方に設けられたドレイン電極38と、p型半導体層26の上方に設けられ、p型半導体層26および第1のソース電極36と電気的に接続された第2のソース電極34と、を備える。p型半導体層26の下面の一部は、縦導通開口部20の開口面よりも上方に位置している。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
基板と、
前記基板の上方に設けられた第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層の上方に設けられた第１のｐ型窒化物半導体層と、
前記第１のｐ型窒化物半導体層の上方に設けられた第２の窒化物半導体層と、
前記第２の窒化物半導体層および前記第１のｐ型窒化物半導体層を貫通して前記第１の窒化物半導体層にまで達する第１の開口部の側面および底面、ならびに、前記第２の窒化物半導体層の上面を覆うように下から順に設けられた電子走行層および電子供給層と、
前記電子供給層の上方で、前記基板の平面視において前記第１の開口部の底面および側面に重なる位置に設けられた第２のｐ型窒化物半導体層と、
前記電子供給層の上方で、前記基板の平面視において前記第２の窒化物半導体層に重なる位置に設けられたゲート電極と、
前記基板の平面視において前記ゲート電極から離れた位置で、前記電子供給層および前記電子走行層を貫通し、前記第１のｐ型窒化物半導体層にまで達する第２の開口部を覆うように設けられ、前記第１のｐ型窒化物半導体層と電気的に接続された第１のソース電極と、
前記基板の下方に設けられたドレイン電極と、
前記第２のｐ型窒化物半導体層の上方に設けられ、前記第２のｐ型窒化物半導体層および前記第１のソース電極と電気的に接続された第２のソース電極と、を備え、
前記第２のｐ型窒化物半導体層の下面の一部は、前記第１の開口部の開口面よりも上方に位置している、
窒化物半導体デバイス。
続きを表示（約 990 文字）【請求項２】
前記第１の開口部の側面は、前記第１の開口部の底面に対して傾斜しており、
前記電子供給層の上面は、
前記第１の開口部の前記底面に沿った平坦部と、
前記第１の開口部の前記側面に沿った傾斜部と、
前記傾斜部の上端から前記平坦部から離れる方向に延びる外縁部と、を含み、
前記第２のｐ型窒化物半導体層の下面は、前記平坦部の少なくとも一部と前記傾斜部と前記外縁部の一部とを連続的に覆っている、
請求項１に記載の窒化物半導体デバイス。
【請求項３】
前記基板の平面視において、前記第２のｐ型窒化物半導体層は、前記第１のｐ型窒化物半導体層に重なっている、
請求項１に記載の窒化物半導体デバイス。
【請求項４】
前記ゲート電極と前記電子供給層との間で、前記第２のｐ型窒化物半導体層とは離間して設けられた第３のｐ型窒化物半導体層を備える、
請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物半導体デバイス。
【請求項５】
前記ゲート電極と前記電子供給層との間に設けられた絶縁膜を備える、
請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物半導体デバイス。
【請求項６】
前記電子供給層は、前記基板の平面視で前記ゲート電極に重なる位置に設けられた不純物領域を有する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物半導体デバイス。
【請求項７】
前記電子供給層には、前記基板の平面視で前記ゲート電極に重なる位置に凹部が設けられている、
請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物半導体デバイス。
【請求項８】
前記第２のｐ型窒化物半導体層と前記ドレイン電極との距離は、前記第１のｐ型窒化物半導体層と前記ドレイン電極との距離よりも短い、
請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物半導体デバイス。
【請求項９】
前記第２のｐ型窒化物半導体層には、前記第２のｐ型窒化物半導体層を貫通して前記電子供給層にまで達する第３の開口部が設けられており、
前記第２のソース電極は、前記第３の開口部の底面で前記電子供給層に接触している、
請求項１から３のいずれか１項に記載の窒化物半導体デバイス。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、窒化物半導体デバイスに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
ＧａＮに代表される窒化物半導体は、バンドギャップが大きいワイドギャップ半導体であり、絶縁破壊電界が大きく、電子の飽和ドリフト速度がＧａＡｓなどの化合物半導体またはＳｉ半導体などに比べて大きいという特長を有している。例えば、ＧａＮおよびＡｌＮのバンドギャップはそれぞれ、室温で３．４ｅＶ、６．２ｅＶである。このため、高出力化および／または高耐圧化に有利な窒化物半導体を用いたパワートランジスタの研究開発が現在活発に行われている。
【０００３】
また、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ構造において、（０００１）面上にて自発分極およびピエゾ分極によりヘテロ界面に高濃度の二次元電子ガス（２ＤＥＧ：２ＤｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＥｌｅｃｔｒｏｎＧａｓ）が生じ、アンドープ時においても１×１０
１３
ｃｍ
－２
以上のシートキャリア濃度が得られる特徴がある。
【０００４】
特許文献１および２ならびに非特許文献１には、ＧａＮ系半導体材料を用いて形成された縦型ＦＥＴ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が開示されている。特許文献１および２に開示された縦型ＦＥＴでは、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ界面に発生した二次元電子ガスからなるチャネルをゲート電圧によって開閉することで、トランジスタ動作を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第６５１１６４５号公報
特許第６７５５８９２号公報
【非特許文献】
【０００６】
Zhu et al., “Vertical GaN Power Transistor With Intrinsic Reverse Conduction and Low Gate Charge for High-Performance Power Conversion”, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Vol. 7, No. 3, September 2019
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の窒化物半導体デバイスでは、高耐圧化を実現するために、Ｖ字型のゲート構造を採用している。このゲート構造は、ゲート－ドレイン間の対向面積が大きくなるので、ゲート－ドレイン間容量が大きくなる構造である。そのため、動作の高速化に改善の余地がある。
【０００８】
そこで、本開示は、高速動作が可能な窒化物半導体デバイスを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様に係る窒化物半導体デバイスは、基板と、前記基板の上方に設けられた第１の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層の上方に設けられた第１のｐ型窒化物半導体層と、前記第１のｐ型窒化物半導体層の上方に設けられた第２の窒化物半導体層と、前記第２の窒化物半導体層および前記第１のｐ型窒化物半導体層を貫通して前記第１の窒化物半導体層にまで達する第１の開口部の側面および底面、ならびに、前記第２の窒化物半導体層の上面を覆うように下から順に設けられた電子走行層および電子供給層と、前記電子供給層の上方で、前記基板の平面視において前記第１の開口部の底面および側面に重なる位置に設けられた第２のｐ型窒化物半導体層と、前記電子供給層の上方で、前記基板の平面視において前記第２の窒化物半導体層に重なる位置に設けられたゲート電極と、前記基板の平面視において前記ゲート電極から離れた位置で、前記電子供給層および前記電子走行層を貫通し、前記第１のｐ型窒化物半導体層にまで達する第２の開口部を覆うように設けられ、前記第１のｐ型窒化物半導体層と電気的に接続された第１のソース電極と、前記基板の下方に設けられたドレイン電極と、前記第２のｐ型窒化物半導体層の上方に設けられ、前記第２のｐ型窒化物半導体層および前記第１のソース電極と電気的に接続された第２のソース電極と、を備え、前記第２のｐ型窒化物半導体層の下面の一部は、前記第１の開口部の開口面よりも上方に位置している。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、高速動作が可能な窒化物半導体デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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