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公開番号2025155348
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-14
出願番号2024059144
出願日2024-04-01
発明の名称窒化物半導体装置
出願人ローム株式会社
代理人個人,個人
主分類H10D 30/83 20250101AFI20251006BHJP()
要約【課題】閾値電圧の変動を低減することができる窒化物半導体装置を提供する。
【解決手段】窒化物半導体装置10は、電子走行層と、電子走行層上に位置し、電子走行層よりも大きなバンドギャップを有する電子供給層42と、電子供給層42に接するソース電極28およびドレイン電極30と、電子供給層42に接する底面を含み、ソース電極28とドレイン電極30との間に位置するゲート層46であって、アクセプタ型不純物を含むゲート層46と、ゲート層46上に位置するゲート電極26とを備えている。ゲート層46は、ゲート電極26に接する第1接触面46A1および第2接触面46A2を含む。ゲート層46は、ゲート電極26にゲート電圧が印加されたときに、第2接触面46A2に流れる単位面積当たりのゲート電流が第1接触面46A1に流れる単位面積あたりのゲート電流よりも大きくなるように構成されている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
電子走行層と、
前記電子走行層上に位置し、前記電子走行層よりも大きなバンドギャップを有する電子供給層と、
前記電子供給層に接するソース電極およびドレイン電極と、
前記電子供給層に接する底面を含み、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に位置するゲート層であって、アクセプタ型不純物を含むゲート層と、
前記ゲート層上に位置するゲート電極と
を備え、
前記ゲート層は、前記ゲート電極に接する第１接触面および第２接触面を含み、
前記ゲート層は、前記ゲート電極にゲート電圧が印加されたときに、前記第２接触面に流れる単位面積当たりのゲート電流が前記第１接触面に流れる単位面積あたりのゲート電流よりも大きくなるように構成されている、窒化物半導体装置。
続きを表示（約 960 文字）【請求項２】
前記第２接触面の前記アクセプタ型不純物の濃度は、前記第１接触面の前記アクセプタ型不純物の濃度よりも高い、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記ゲート層の前記アクセプタ型不純物の濃度は、前記ゲート層の前記底面と交差する厚さ方向に変化しており、前記底面と前記第２接触面との間の前記ゲート層の厚さは、前記底面と前記第１接触面との間の前記ゲート層の厚さよりも小さい、請求項２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記厚さ方向に変化する前記アクセプタ型不純物の濃度は、前記第１接触面に向かって減少する勾配を含む、請求項３に記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記厚さ方向に変化する前記アクセプタ型不純物の濃度は、前記第１接触面に向かって増加する第１の勾配と、前記第１接触面に向かって減少する第２の勾配とを含む、請求項３に記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記第２接触面は、前記第１接触面と面一である、請求項２に記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記ゲート層は、前記アクセプタ型不純物を第１の濃度で含むベース部分と、前記アクセプタ型不純物を前記第１の濃度よりも高い第２の濃度で含むウェル部分とを含み、前記ウェル部分は、前記第２接触面から前記ゲート層内に延在している、請求項６に記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
前記ゲート層の前記第２接触面を構成する材料のバンドギャップは、前記ゲート層の前記第１接触面を構成する材料のバンドギャップよりも小さい、請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項９】
前記底面と前記第２接触面との間の前記ゲート層の厚さは、前記底面と前記第１接触面との間の前記ゲート層の厚さよりも小さい、請求項８に記載の窒化物半導体装置。
【請求項１０】
前記第１接触面は、Ａｌ
ｘ
Ｇａ
１－ｘ
Ｎで構成され、前記第２接触面は、Ａｌ
ｙ
Ｇａ
１－ｙ
Ｎで構成され、０≦ｙ＜ｘである、請求項８に記載の窒化物半導体装置。
（【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、窒化物半導体装置に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
現在、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）などの窒化物半導体を用いた高電子移動度トランジスタ（High Electron Mobility Transistor：ＨＥＭＴ）の製品化が進んでいる。ＨＥＭＴでは、電子走行層（例えばＧａＮ層）において、電子供給層（例えばＡｌＧａＮ層）とのヘテロ接合界面に二次元電子ガス（2-dimensional electron gas：２ＤＥＧ）が形成される。この２ＤＥＧが、電流経路（チャネル）を走行するキャリアとして用いられる。ＨＥＭＴを用いたパワートランジスタは、典型的なシリコン（Ｓｉ）パワートランジスタと比較して、低オン抵抗および高速・高周波動作可能なトランジスタとして認知されている。
【０００３】
ＨＥＭＴなどのパワートランジスタでは、フェールセーフの観点から、ゲート電圧が印加されていない場合にドレイン・ソース間のチャネルが遮断されるノーマリーオフ動作が望ましい。特許文献１には、窒化物半導体を用いたノーマリーオフ型のＨＥＭＴの一例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
国際公開第２０２０／１５８３９４号
【０００５】
［概要］
ｐ型のゲート層とショットキー接合を形成するゲート電極を用いたＨＥＭＴでは、ゲート電極に電圧を印加すると、閾値電圧が変動することがある。
【０００６】
本開示の一態様による窒化物半導体装置は、電子走行層と、前記電子走行層上に位置し、前記電子走行層よりも大きなバンドギャップを有する電子供給層と、前記電子供給層に接するソース電極およびドレイン電極と、前記電子供給層に接する底面を含み、前記ソース電極と前記ドレイン電極との間に位置するゲート層であって、アクセプタ型不純物を含むゲート層と、前記ゲート層上に位置するゲート電極とを備えている。前記ゲート層は、前記ゲート電極に接する第１接触面および第２接触面を含む。前記ゲート層は、前記ゲート電極にゲート電圧が印加されたときに、前記第２接触面に流れる単位面積当たりのゲート電流が前記第１接触面に流れる単位面積あたりのゲート電流よりも大きくなるように構成されている。
【０００７】
他の特徴および態様は、以下の詳細な説明、図面、および特許請求の範囲から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、第１実施形態による例示的な窒化物半導体装置の概略平面図である。
図２は、図１に示した絶縁層の下方に位置する窒化物半導体装置の構成要素を示す概略平面図である。
図３は、図２のＦ３－Ｆ３線に沿った窒化物半導体装置の概略断面図である。
図４は、図２のＦ４－Ｆ４線に沿った窒化物半導体装置の概略断面図である。
図５は、厚さ方向に沿ったゲート層中の不純物濃度プロファイルを模式的に示すグラフである。
図６は、厚さ方向に沿ったゲート層中の不純物濃度プロファイルを模式的に示すグラフである。
図７は、厚さ方向に沿ったゲート層中の不純物濃度プロファイルを模式的に示すグラフである。
図８は、厚さ方向に沿ったゲート層中の不純物濃度プロファイルを模式的に示すグラフである。
図９は、厚さ方向に沿ったゲート層中の不純物濃度プロファイルを模式的に示すグラフである。
図１０は、厚さ方向に沿ったゲート層中の不純物濃度プロファイルを模式的に示すグラフである。
図１１は、図２に示す窒化物半導体装置のドレイン・ソース間電流の主経路領域を示す概略平面図である。
図１２は、第２実施形態による例示的な窒化物半導体装置の概略平面図である。
図１３は、図１２のＦ１３－Ｆ１３線に沿った窒化物半導体装置の概略断面図である。
図１４は、図１２のＦ１４－Ｆ１４線に沿った窒化物半導体装置の概略断面図である。
図１５は、第３実施形態による例示的な窒化物半導体装置の概略平面図である。
図１６は、図１５のＦ１６－Ｆ１６線に沿った窒化物半導体装置の概略断面図である。
図１７は、図１５のＦ１７－Ｆ１７線に沿った窒化物半導体装置の概略断面図である。
【０００９】
［詳細な説明］
以下、添付図面を参照して本開示の窒化物半導体装置のいくつかの実施形態を説明する。図面および詳細な説明を通して、同じ参照数字は同じ要素を指す。図面は縮尺通りでない場合があり、図面における要素の相対的な大きさ、比率、および描写は、明瞭さ、説明、および便宜のために誇張されている場合がある。
【００１０】
以下の詳細な説明は、記載された方法、装置、および／またはシステムの包括的な理解を提供する。記載された方法、装置、および／またはシステムの変更および均等物は、当業者には明らかである。必然的に特定の順序で生じる動作を除き、動作の順序は例示的なものであり、かつ当業者にとって明らかなように変更することができる。当業者に周知の機能および構造についての説明は省略され得る。例示的な実施形態は、異なる形態を有していてもよく、記載された例に限定されない。
（【００１１】以降は省略されています）

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