[go: up one dir, main page]

JP2024168109A - Nitride Semiconductor Devices - Google Patents

Nitride Semiconductor Devices Download PDF

Info

Publication number
JP2024168109A
JP2024168109A JP2023084535A JP2023084535A JP2024168109A JP 2024168109 A JP2024168109 A JP 2024168109A JP 2023084535 A JP2023084535 A JP 2023084535A JP 2023084535 A JP2023084535 A JP 2023084535A JP 2024168109 A JP2024168109 A JP 2024168109A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
nitride semiconductor
semiconductor layer
substrate
type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2023084535A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
直大 鶴見
Naohiro Tsurumi
聡之 田村
Satoyuki Tamura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Holdings Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Holdings Corp filed Critical Panasonic Holdings Corp
Priority to JP2023084535A priority Critical patent/JP2024168109A/en
Priority to CN202480031057.XA priority patent/CN121080138A/en
Priority to PCT/JP2024/015708 priority patent/WO2024241804A1/en
Publication of JP2024168109A publication Critical patent/JP2024168109A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

To provide a nitride semiconductor device capable of performing a high-speed operation.SOLUTION: A nitride semiconductor device 1 includes: a substrate 10; a drift layer 12; a p-type block layer 14; a foundation layer 16; a gate opening 20; an electron transit layer 22 and an electron supply layer 24; a p-type semiconductor layer 26 that is provided above the electron supply layer 24 at a position overlapping a bottom surface 20a of the gate opening 20 in a plan view of the substrate 10; a gate electrode 32 that is provided above the electron supply layer 24 at a position overlapping the foundation layer 16 in a plan view of the substrate 10; a source opening 30 that is provided at a position away from the gate electrode 32 in a plan view of the substrate 10; a first source electrode 36 that is provided so as to cover the source opening 30 and that is electrically connected to the block layer 14; a drain electrode 38 that is provided below the substrate 10; and a second source electrode 34 that is provided above the p-type semiconductor layer 26 and that is electrically connected to the first source electrode 36.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、窒化物半導体デバイスに関する。 This disclosure relates to nitride semiconductor devices.

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。 Nitride semiconductors, such as GaN, are wide-gap semiconductors with a large band gap, and have the advantages of a large dielectric breakdown field and a high electron saturation drift velocity compared to compound semiconductors such as GaAs or Si semiconductors. For example, the band gaps of GaN and AlN are 3.4 eV and 6.2 eV, respectively, at room temperature. For this reason, research and development of power transistors using nitride semiconductors, which are advantageous for achieving high output and/or high voltage resistance, is currently being actively conducted.

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2次元電子ガス(2DEG:2 Dimensional Electron Gas)が生じ、アンドープ時においても1×1013cm-2以上のシートキャリア濃度が得られる特徴がある。 Furthermore, in an AlGaN/GaN heterostructure, spontaneous polarization and piezoelectric polarization on the (0001) plane generate a high concentration of two-dimensional electron gas (2DEG) at the heterointerface, and a sheet carrier concentration of 1×10 13 cm −2 or more can be obtained even in an undoped state.

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(Field Effect Transistor)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2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。 Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1 disclose a vertical FET (Field Effect Transistor) formed using GaN-based semiconductor materials. In the vertical FETs disclosed in Patent Documents 1 and 2, a channel made of two-dimensional electron gas generated at the AlGaN/GaN heterointerface is opened and closed by a gate voltage to achieve transistor operation.

特許第6511645号公報Patent No. 6511645 特許第6755892号公報Patent No. 6755892

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 2019Zhu 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

従来の窒化物半導体デバイスに対しては、動作の高速化に改善の余地がある。 There is room for improvement in terms of increasing the operating speed of conventional nitride semiconductor devices.

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。 Therefore, the present disclosure provides a nitride semiconductor device capable of high-speed operation.

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、前記第1の窒化物半導体層にまで達する第1の開口部と、前記第2の窒化物半導体層の上面ならびに前記第1の開口部の側面および底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の開口部の底面に重なる位置に設けられた第2のp型窒化物半導体層または絶縁層と、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の開口部と、前記第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型窒化物半導体層または前記絶縁層の上方に設けられ、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、を備える。 A nitride semiconductor device according to one aspect of the present disclosure includes a substrate, a first nitride semiconductor layer provided above the substrate, a first p-type nitride semiconductor layer provided above the first nitride semiconductor layer, a second nitride semiconductor layer provided above the first p-type nitride semiconductor layer, a first opening penetrating the second nitride semiconductor layer and the first p-type nitride semiconductor layer and reaching the first nitride semiconductor layer, an electron transit layer and an electron supply layer provided in this order from below so as to cover an upper surface of the second nitride semiconductor layer and the side and bottom surfaces of the first opening, and an electron supply layer provided above the electron supply layer at a position overlapping the bottom surface of the first opening in a plan view of the substrate. The semiconductor device includes a second p-type nitride semiconductor layer or insulating layer, a gate electrode provided above the electron supply layer at a position overlapping the second nitride semiconductor layer in a planar view of the substrate, a second opening that penetrates the electron supply layer and the electron transit layer at a position away from the gate electrode in a planar view of the substrate and reaches the first p-type nitride semiconductor layer, a first source electrode that is provided to cover the second opening and is electrically connected to the first p-type nitride semiconductor layer, a drain electrode that is provided below the substrate, and a second source electrode that is provided above the second p-type nitride semiconductor layer or the insulating layer and is electrically connected to the first source electrode.

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。 The present disclosure makes it possible to provide a nitride semiconductor device capable of high-speed operation.

図1は、実施の形態1に係る窒化物半導体デバイスの断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor device according to the first embodiment. 図2Aは、比較例に係る窒化物半導体デバイスのゲート-ドレイン間の寄生容量を説明するための断面図である。FIG. 2A is a cross-sectional view for explaining a parasitic capacitance between the gate and drain of a nitride semiconductor device according to a comparative example. 図2Bは、実施の形態1に係る窒化物半導体デバイスのゲート-ドレイン間の寄生容量を説明するための断面図である。FIG. 2B is a cross-sectional view for explaining the parasitic capacitance between the gate and drain of the nitride semiconductor device according to the first embodiment. 図3は、実施の形態2に係る窒化物半導体デバイスの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor device according to the second embodiment. 図4は、実施の形態3に係る窒化物半導体デバイスの断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor device according to the third embodiment. 図5は、実施の形態3の変形例に係る窒化物半導体デバイスの断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor device according to a modification of the third embodiment. 図6は、実施の形態4に係る窒化物半導体デバイスの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor device according to the fourth embodiment. 図7は、実施の形態4の変形例に係る窒化物半導体デバイスの断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor device according to a modification of the fourth embodiment.

(本開示の基礎となった知見)
本発明者らは、「背景技術」の欄において記載した従来の窒化物半導体デバイスに関し、以下の問題が生じることを見出した。
(Findings that formed the basis of this disclosure)
The present inventors have found that the conventional nitride semiconductor devices described in the "Background Art" section have the following problems.

縦型トランジスタは、横型トランジスタと比べて、高電圧化および大電流動作に有利である。その一方で、縦型トランジスタは、以下に示すように、横型トランジスタに比べて高速動作に不利である。 Vertical transistors are more advantageous than horizontal transistors for high voltage and large current operation. On the other hand, vertical transistors are less advantageous than horizontal transistors for high speed operation, as described below.

なお、縦型トランジスタは、ソースとドレインとの間に基板が配置された構成を有する。このため、縦型トランジスタでは、ソース-ドレイン間を流れるドレイン電流は、基板の主面に直交する方向に主として流れる。これに対して、横型トランジスタは、ソースおよびドレインが基板の主面に平行な方向に並んで配置された構成を有する。このため、横型トランジスタでは、ドレイン電流は、基板の主面に平行な方向に主として流れる。 Note that a vertical transistor has a structure in which a substrate is disposed between the source and drain. Therefore, in a vertical transistor, the drain current that flows between the source and drain mainly flows in a direction perpendicular to the main surface of the substrate. In contrast, a horizontal transistor has a structure in which the source and drain are disposed side by side in a direction parallel to the main surface of the substrate. Therefore, in a horizontal transistor, the drain current mainly flows in a direction parallel to the main surface of the substrate.

Figure 2024168109000002
Figure 2024168109000002

表1には、横型トランジスタと縦型トランジスタとのゲート-ドレイン間の寄生容量Cgdの比較を示している。同じオン抵抗Ronのデバイスサイズで比較した際に、縦型トランジスタは、横型トランジスタに比べて、ゲート-ドレイン間の寄生容量Cgdが約2桁大きい。この要因は、縦型トランジスタの構造上、ゲート-ドレイン間の平行平板容量が大きいことに加えて、ドレインからゲートに向かう電気力線をソースに終端するためのフィールドプレートを設けることが困難であることが挙げられる。寄生容量Cgdが大きいと、ドレイン電流の立ち上がり特性が悪くなるため、トランジスタの高速動作が難しくなる。 Table 1 shows a comparison of the parasitic capacitance Cgd between the gate and drain of horizontal and vertical transistors. When compared at device sizes with the same on-resistance Ron, the parasitic capacitance Cgd between the gate and drain of vertical transistors is about two orders of magnitude larger than that of horizontal transistors. This is due to the fact that the parallel plate capacitance between the gate and drain is large due to the structure of the vertical transistor, and it is difficult to provide a field plate to terminate the electric field lines from the drain to the gate at the source. If the parasitic capacitance Cgd is large, the rise characteristics of the drain current will deteriorate, making it difficult for the transistor to operate at high speed.

特許文献2には、ゲート開口部の内側ではなく、ゲート開口部の外縁部分の上方にゲート電極が配置された構造が開示されている。特許文献2では、当該構成によって、ゲート駆動電圧を下げることができ、ドライブ損失を低減する効果が示されている。ただし、この構造では、ドレインからゲートに向かう電気力線は全てゲートに向かうため、寄生容量Cgdの低減にはつながらない。 Patent document 2 discloses a structure in which the gate electrode is disposed above the outer edge of the gate opening, rather than inside the gate opening. Patent document 2 shows that this configuration can lower the gate drive voltage and reduce drive loss. However, in this structure, all electric field lines from the drain to the gate are directed toward the gate, so this does not lead to a reduction in parasitic capacitance Cgd.

また、非特許文献1には、縦型トランジスタにおいて再成長AlGaN層上にソース電極に接続されたショットキー電極を設けることで、ゲート容量を下げた計算結果が記載されている。ただし、この再成長AlGaN層上に設けられたショットキー電極をフィールドプレートとして使用した場合、ショットキー特性の逆方向特性はpnダイオードの逆方向特性と比べてリーク電流が大きく、耐圧が小さいことから、トランジスタの信頼性の低下につながるといった課題がある。 In addition, Non-Patent Document 1 describes the calculation results of lowering the gate capacitance by providing a Schottky electrode connected to the source electrode on the regrown AlGaN layer in a vertical transistor. However, when the Schottky electrode provided on this regrown AlGaN layer is used as a field plate, the reverse characteristics of the Schottky characteristics have a larger leakage current and a smaller breakdown voltage than the reverse characteristics of a pn diode, which leads to a decrease in the reliability of the transistor.

そこで、本開示は、上記の課題に鑑み、信頼性の低下を抑制しながら寄生容量Cgdの低減を図ることにより、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を目的とする。 In view of the above problems, the present disclosure aims to provide a nitride semiconductor device capable of high-speed operation by reducing the parasitic capacitance Cgd while suppressing deterioration in reliability.

上記目的を実現するために、本開示の窒化物半導体デバイスの各態様は、以下に述べる構成となっている。 To achieve the above objective, each aspect of the nitride semiconductor device disclosed herein has the configuration described below.

本開示の第1の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、前記第1の窒化物半導体層にまで達する第1の開口部と、前記第2の窒化物半導体層の上面ならびに前記第1の開口部の側面および底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の開口部の底面に重なる位置に設けられた第2のp型窒化物半導体層または絶縁層と、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の開口部と、前記第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型窒化物半導体層または前記絶縁層の上方に設けられ、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、を備える。 The nitride semiconductor device according to the first aspect of the present disclosure includes a substrate, a first nitride semiconductor layer provided above the substrate, a first p-type nitride semiconductor layer provided above the first nitride semiconductor layer, a second nitride semiconductor layer provided above the first p-type nitride semiconductor layer, a first opening penetrating the second nitride semiconductor layer and the first p-type nitride semiconductor layer and reaching the first nitride semiconductor layer, an electron transit layer and an electron supply layer provided in this order from below so as to cover an upper surface of the second nitride semiconductor layer and the side and bottom surfaces of the first opening, and an electron supply layer provided above the electron supply layer at a position overlapping the bottom surface of the first opening in a plan view of the substrate. a second p-type nitride semiconductor layer or insulating layer, a gate electrode provided above the electron supply layer at a position overlapping the second nitride semiconductor layer in a planar view of the substrate, a second opening penetrating the electron supply layer and the electron transit layer at a position away from the gate electrode in a planar view of the substrate and reaching the first p-type nitride semiconductor layer, a first source electrode provided to cover the second opening and electrically connected to the first p-type nitride semiconductor layer, a drain electrode provided below the substrate, and a second source electrode provided above the second p-type nitride semiconductor layer or the insulating layer and electrically connected to the first source electrode.

これにより、ドレイン電極から延びる電気力線を、第2のp型窒化物半導体層、または、絶縁層の上方に設けられた第2のソース電極と、第1のp型窒化物半導体層とに終端させることができるので、ゲート-ドレイン間の寄生容量Cgdを低減することができる。よって、本態様によれば、高速動作が可能な窒化物半導体デバイスを実現することができる。 This allows the electric field lines extending from the drain electrode to terminate at the second p-type nitride semiconductor layer, or at the second source electrode provided above the insulating layer and the first p-type nitride semiconductor layer, thereby reducing the parasitic capacitance Cgd between the gate and drain. Therefore, according to this aspect, a nitride semiconductor device capable of high-speed operation can be realized.

また、本態様に係る窒化物半導体デバイスでは、第2のp型窒化物半導体層(p)と電子供給層および電子走行層の界面に生じる2次元電子ガス(n)とによるpnダイオードの逆方向特性を利用することができるので、リーク電流の増大、および、耐圧の低下を抑制することができる。また、第2のp型窒化物半導体層の代わりに絶縁層が設けられた場合も同様に、リーク電流の増大、および、耐圧の低下を抑制することができる。よって、窒化物半導体デバイスの信頼性の低下を抑制することができる。 In addition, in the nitride semiconductor device according to this embodiment, the reverse characteristics of a pn diode due to the two-dimensional electron gas (n) generated at the interface between the second p-type nitride semiconductor layer (p) and the electron supply layer and electron transport layer can be utilized, so that an increase in leakage current and a decrease in breakdown voltage can be suppressed. Similarly, when an insulating layer is provided instead of the second p-type nitride semiconductor layer, an increase in leakage current and a decrease in breakdown voltage can be suppressed. Thus, a decrease in the reliability of the nitride semiconductor device can be suppressed.

本開示の第2の態様に係る窒化物半導体デバイスでは、第1の態様に係る窒化物半導体デバイスにおいて、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の開口部の底面に沿った平坦部と、前記第1の開口部の側面に沿った傾斜部と、を含み、前記第2のp型窒化物半導体層または前記絶縁層は、前記平坦部と前記傾斜部の一部とを連続的に覆っている。 In the nitride semiconductor device according to the second aspect of the present disclosure, in the nitride semiconductor device according to the first aspect, the side of the first opening is inclined with respect to the bottom surface of the first opening, the upper surface of the electron supply layer includes a flat portion along the bottom surface of the first opening and an inclined portion along the side of the first opening, and the second p-type nitride semiconductor layer or the insulating layer continuously covers the flat portion and a part of the inclined portion.

これにより、オフ時に第2の窒化物半導体層に集中する電界を分散させることができるので、オフ時のリーク電流を低減することができる。本態様によれば、ゲート-ドレイン間の寄生容量Cgdを低減することができるという効果に加えて、オフ時の電界緩和が促進され良好なオフ特性が得られる。 This allows the electric field concentrated in the second nitride semiconductor layer when the device is off to be dispersed, thereby reducing the leakage current when the device is off. In addition to the effect of reducing the parasitic capacitance Cgd between the gate and drain, this embodiment also promotes electric field relaxation when the device is off, resulting in good off characteristics.

本開示の第3の態様に係る窒化物半導体デバイスでは、第1の態様または第2の態様に係る窒化物半導体デバイスにおいて、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型窒化物半導体層または前記絶縁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。 The nitride semiconductor device according to the third aspect of the present disclosure is the nitride semiconductor device according to the first or second aspect, and further includes a third p-type nitride semiconductor layer provided between the gate electrode and the electron supply layer and spaced apart from the second p-type nitride semiconductor layer or the insulating layer.

これにより、ゲート電極の直下のキャリア濃度を低減することができ、トランジスタの閾値電圧を正側にシフトさせることができる。このため、本態様に係る窒化物半導体デバイスをノーマリオフ型のFETとして容易に実現することができる。 This allows the carrier concentration directly below the gate electrode to be reduced, and the threshold voltage of the transistor to be shifted to the positive side. This makes it easy to realize the nitride semiconductor device according to this embodiment as a normally-off FET.

本開示の第4の態様に係る窒化物半導体デバイスでは、第3の態様に係る窒化物半導体デバイスにおいて、前記基板の平面視において、前記第1のp型窒化物半導体層と前記第2のp型窒化物半導体層または前記絶縁層との距離は、前記第3のp型窒化物半導体層と前記第2のp型窒化物半導体層または前記絶縁層との距離よりも短い。 In the nitride semiconductor device according to the fourth aspect of the present disclosure, in the nitride semiconductor device according to the third aspect, in a plan view of the substrate, the distance between the first p-type nitride semiconductor layer and the second p-type nitride semiconductor layer or the insulating layer is shorter than the distance between the third p-type nitride semiconductor layer and the second p-type nitride semiconductor layer or the insulating layer.

これにより、ドレイン電極から延びる電気力線を、より多く第1のp型窒化物半導体層で終端させることができるので、ゲート-ドレイン間の寄生容量Cgdをより低減することができる。よって、本態様によれば、高速動作に優れた窒化物半導体デバイスを実現することができる。 This allows more of the electric field lines extending from the drain electrode to terminate in the first p-type nitride semiconductor layer, further reducing the parasitic capacitance Cgd between the gate and drain. Therefore, according to this embodiment, a nitride semiconductor device with excellent high-speed operation can be realized.

本開示の第5の態様に係る窒化物半導体デバイスでは、第3の態様に係る窒化物半導体デバイスにおいて、前記基板の平面視において、前記第3のp型窒化物半導体層と前記第2のp型窒化物半導体層または前記絶縁層との距離は、前記第1のp型窒化物半導体層と前記第2のp型窒化物半導体層または前記絶縁層との距離よりも短い。 In the nitride semiconductor device according to the fifth aspect of the present disclosure, in the nitride semiconductor device according to the third aspect, in a plan view of the substrate, the distance between the third p-type nitride semiconductor layer and the second p-type nitride semiconductor layer or the insulating layer is shorter than the distance between the first p-type nitride semiconductor layer and the second p-type nitride semiconductor layer or the insulating layer.

これにより、ゲート-ドレイン間の寄生容量Cgdが微増するものの、ゲート長が長くなることにより、オフ時の耐圧を向上させることができる。本態様によれば、オフ特性に優れ、高速動作が可能な窒化物半導体デバイスを実現することができる。 As a result, although the parasitic capacitance Cgd between the gate and drain increases slightly, the longer gate length improves the breakdown voltage when the device is off. This embodiment makes it possible to realize a nitride semiconductor device that has excellent off characteristics and is capable of high-speed operation.

本開示の第6の態様に係る窒化物半導体デバイスでは、第1の態様から第5の態様のいずれか1つに係る窒化物半導体デバイスにおいて、前記第2のp型窒化物半導体層または前記絶縁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短い。 In the nitride semiconductor device according to the sixth aspect of the present disclosure, in the nitride semiconductor device according to any one of the first to fifth aspects, the distance between the second p-type nitride semiconductor layer or the insulating layer and the drain electrode is shorter than the distance between the first p-type nitride semiconductor layer and the drain electrode.

これにより、オフ時の電界集中を緩和させることができ、オフ時のリーク電流を低減することができる。本態様によれば、良好なオフ特性を有し、高速動作が可能な窒化物半導体デバイスを実現することができる。 This can alleviate the electric field concentration during off-state, and reduce the leakage current during off-state. This aspect makes it possible to realize a nitride semiconductor device that has good off-state characteristics and is capable of high-speed operation.

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 The following describes an embodiment of the present disclosure with reference to the drawings.

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 The embodiments described below are all comprehensive or specific examples. The numerical values, shapes, materials, components, component placement and connection forms, steps, and order of steps shown in the following embodiments are merely examples and are not intended to limit the present disclosure. Furthermore, among the components in the following embodiments, components that are not described in an independent claim are described as optional components.

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略または簡略化する。 In addition, each figure is a schematic diagram and is not necessarily an exact illustration. Therefore, for example, the scales of each figure do not necessarily match. In addition, in each figure, the same reference numerals are used for substantially the same configuration, and duplicate explanations are omitted or simplified.

また、本明細書において、平行または直交などの要素間の関係性を示す用語、および、矩形または台形などの要素の形状を示す用語、ならびに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数%程度の差異をも含むことを意味する表現である。 In addition, in this specification, terms indicating the relationship between elements, such as parallel or perpendicular, terms indicating the shape of elements, such as rectangular or trapezoidal, and numerical ranges are not expressions that only express a strict meaning, but are expressions that include a substantially equivalent range, for example, a difference of about a few percent.

また、本明細書において、基板の「厚み方向」とは、基板の主面に垂直な方向のことをいう。厚み方向は、半導体層の積層方向と同じであり、「縦方向」とも記載される。また、基板の主面に平行な方向を「横方向」と記載する場合がある。 In this specification, the "thickness direction" of the substrate refers to the direction perpendicular to the main surface of the substrate. The thickness direction is the same as the stacking direction of the semiconductor layers, and is also referred to as the "vertical direction." The direction parallel to the main surface of the substrate may be referred to as the "lateral direction."

また、基板に対してゲート電極およびソース電極が設けられた側を「上方」または「上側」とみなし、基板に対してドレイン電極が設けられた側を「下方」または「下側」とみなす。 In addition, the side of the substrate on which the gate electrode and source electrode are provided is considered to be the "upper" or "upper side", and the side of the substrate on which the drain electrode is provided is considered to be the "lower" or "lower side".

なお、本明細書において、「上方」および「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向(鉛直上方)および下方向(鉛直下方)を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」および「下方」という用語は、2つの構成要素が互いに間隔を空けて配置されて2つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、2つの構成要素が互いに密着して配置されて2つの構成要素が接する場合にも適用される。 In this specification, the terms "above" and "below" do not refer to the upward (vertically upward) and downward (vertically downward) directions in an absolute spatial sense, but are used as terms defined by a relative positional relationship based on the stacking order in a stacked configuration. Furthermore, the terms "above" and "below" are not only used when two components are arranged with a gap between them and another component is present between them, but also when two components are arranged in close contact with each other and are in contact with each other.

また、本明細書において、「平面視」とは、特に断りのない限り、窒化物半導体デバイスの基板の主面に対して垂直な方向から見たとき、すなわち、基板の主面を正面から見たときのことをいう。 In addition, in this specification, unless otherwise specified, "planar view" refers to a view perpendicular to the main surface of the substrate of the nitride semiconductor device, i.e., a view of the main surface of the substrate from the front.

また、本明細書において、平面視におけるAとBとの距離とは、平面視におけるAとBとの最短距離を表している。具体的には、平面視におけるAの外形を表す輪郭線上の任意の点とBの外形を表す輪郭線上の任意の点とを結ぶ無数の線分のうち最短の線分の長さが距離である。 In addition, in this specification, the distance between A and B in a planar view refers to the shortest distance between A and B in a planar view. Specifically, the distance is the length of the shortest line segment among the countless line segments connecting any point on the contour line representing the outer shape of A in a planar view and any point on the contour line representing the outer shape of B.

また、本明細書において、「第1」、「第2」などの序数詞は、特に断りのない限り、構成要素の数または順序を意味するものではなく、同種の構成要素の混同を避け、区別する目的で用いられている。 In addition, in this specification, ordinal numbers such as "first" and "second" do not refer to the number or order of components, unless otherwise specified, but are used for the purpose of avoiding confusion and distinguishing between components of the same type.

また、本明細書において、AlGaNとは、3元混晶AlGa1-xN(0<x<1)のことを表す。以下、多元混晶はそれぞれの構成元素記号の配列、例えばAlInN、GaInN等でもって略記される。例えば、窒化物半導体の一例であるAlGa1-x-yInN(0<x<1、0<y<1、かつ、0<x+y<1)は、AlGaInNと略記される。 In this specification, AlGaN refers to ternary mixed crystal Al x Ga 1-x N (0<x<1). Hereinafter, multi-element mixed crystals are abbreviated by the arrangement of the symbols of the respective constituent elements, for example, AlInN, GaInN, etc. For example, Al x Ga 1-x-y In y N (0<x<1, 0<y<1, and 0<x+y<1), which is an example of a nitride semiconductor, is abbreviated as AlGaInN.

(実施の形態1)
[構成]
まず、実施の形態1に係る窒化物半導体デバイスの構成について、図1を用いて説明する。
(Embodiment 1)
[composition]
First, the configuration of a nitride semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIG.

図1は、本実施の形態に係る窒化物半導体デバイス1の断面図である。図1では、半導体層および電極等の各構成要素に対して、断面を表す斜線の網掛けを付している。 Figure 1 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor device 1 according to this embodiment. In Figure 1, each component, such as a semiconductor layer and an electrode, is shaded with diagonal lines to indicate a cross section.

図1に示すように、本実施の形態に係る窒化物半導体デバイス1は、いわゆる縦型の電界効果トランジスタ(FET)である。具体的には、窒化物半導体デバイス1では、ドレイン電極38と第1のソース電極36との間で、電流が基板10の主面に垂直な方向に流れる。 As shown in FIG. 1, the nitride semiconductor device 1 according to this embodiment is a so-called vertical field effect transistor (FET). Specifically, in the nitride semiconductor device 1, a current flows between the drain electrode 38 and the first source electrode 36 in a direction perpendicular to the main surface of the substrate 10.

窒化物半導体デバイス1は、GaNおよびAlGaNなどの窒化物半導体を主成分として含む窒化物半導体層の積層構造を有するデバイスである。なお、「AがBを主成分として含む」とは、AにおけるBの含有率が50%以上であることを意味する。 The nitride semiconductor device 1 is a device having a laminated structure of nitride semiconductor layers containing nitride semiconductors such as GaN and AlGaN as the main components. Note that "A contains B as the main component" means that the content of B in A is 50% or more.

本実施の形態に係る窒化物半導体デバイス1は、ノーマリオフ型のFETである。窒化物半導体デバイス1では、例えば、第1のソース電極36が接地され(すなわち、電位が0V)、ドレイン電極38に正の電位が与えられている。ドレイン電極38に与えられる電位は、例えば100V以上1200V以下であるが、これに限らない。窒化物半導体デバイス1がオフ状態である場合には、ゲート電極32には0Vまたは負の電位(例えば-5V)が印加されている。窒化物半導体デバイス1がオン状態である場合には、ゲート電極32には正の電位(例えば+5V)が印加されている。なお、窒化物半導体デバイス1は、ノーマリオン型のFETであってもよい。 The nitride semiconductor device 1 according to this embodiment is a normally-off type FET. In the nitride semiconductor device 1, for example, the first source electrode 36 is grounded (i.e., the potential is 0 V), and a positive potential is applied to the drain electrode 38. The potential applied to the drain electrode 38 is, for example, not limited to, 100 V or more and 1200 V or less. When the nitride semiconductor device 1 is in the off state, 0 V or a negative potential (for example, -5 V) is applied to the gate electrode 32. When the nitride semiconductor device 1 is in the on state, a positive potential (for example, +5 V) is applied to the gate electrode 32. The nitride semiconductor device 1 may be a normally-on type FET.

図1に示すように、窒化物半導体デバイス1は、基板10と、ドリフト層12と、ブロック層14と、下地層16と、ゲート開口部20と、電子走行層22と、電子供給層24と、p型半導体層26と、閾値調整層28と、ソース開口部30と、ゲート電極32と、第2のソース電極34と、第1のソース電極36と、ドレイン電極38と、を備える。電子走行層22と電子供給層24との界面には、チャネルとして機能する2次元電子ガス(2DEG)25が発生する。 As shown in FIG. 1, the nitride semiconductor device 1 includes a substrate 10, a drift layer 12, a block layer 14, an underlayer 16, a gate opening 20, an electron transit layer 22, an electron supply layer 24, a p-type semiconductor layer 26, a threshold adjustment layer 28, a source opening 30, a gate electrode 32, a second source electrode 34, a first source electrode 36, and a drain electrode 38. At the interface between the electron transit layer 22 and the electron supply layer 24, a two-dimensional electron gas (2DEG) 25 that functions as a channel is generated.

以下では、窒化物半導体デバイス1が備える各構成要素の詳細について説明する。 The following describes in detail each of the components of the nitride semiconductor device 1.

基板10は、窒化物半導体からなる基板である。基板10の平面視形状は、例えば、矩形であるが、これに限定されない。 The substrate 10 is a substrate made of a nitride semiconductor. The planar shape of the substrate 10 is, for example, rectangular, but is not limited to this.

基板10は、例えば、厚さが300μmであり、キャリア濃度が1×1018cm-3であるn型のGaNからなる基板である。なお、n型およびp型は、半導体の導電型を示している。n型は、半導体にn型のドーパントが高濃度に添加された状態、いわゆるヘビードープを表している。また、n型とは、半導体にn型のドーパントが低濃度に添加された状態、いわゆるライトドープを表している。n型およびn型はいずれも、n型の一例であり、それぞれを区別せずにn型と記載する場合がある。また、p型およびp型についても同様である。 The substrate 10 is, for example, a substrate made of n + type GaN having a thickness of 300 μm and a carrier concentration of 1×10 18 cm −3 . The n type and p type indicate the conductivity type of the semiconductor. The n + type represents a state in which a semiconductor is doped with a high concentration of n-type dopants, that is, a so-called heavy doping. The n - type represents a state in which a semiconductor is doped with a low concentration of n-type dopants, that is, a so-called light doping. Both the n + type and the n - type are examples of n-type, and may be referred to as n-type without distinguishing between them. The same applies to the p + type and the p - type.

なお、基板10は、窒化物半導体基板でなくてもよい。例えば、基板10は、シリコン(Si)基板、炭化シリコン(SiC)基板、または、酸化亜鉛(ZnO)基板などであってもよい。 The substrate 10 does not have to be a nitride semiconductor substrate. For example, the substrate 10 may be a silicon (Si) substrate, a silicon carbide (SiC) substrate, or a zinc oxide (ZnO) substrate.

ドリフト層12は、基板10の上方に設けられた第1の窒化物半導体層の一例である。ドリフト層12は、例えば、厚さが8μmのn型のGaNからなる膜である。ドリフト層12のドナー濃度は、例えば1×1015cm-3以上1×1017cm-3以下であり、一例として、1×1016cm-3である。また、ドリフト層12の炭素濃度(C濃度)は、例えば、1×1015cm-3以上2×1017cm-3以下である。 The drift layer 12 is an example of a first nitride semiconductor layer provided above the substrate 10. The drift layer 12 is, for example, a film made of n - type GaN with a thickness of 8 μm. The donor concentration of the drift layer 12 is, for example, 1×10 15 cm -3 or more and 1×10 17 cm -3 or less, for example, 1×10 16 cm -3 . The carbon concentration (C concentration) of the drift layer 12 is, for example, 1×10 15 cm -3 or more and 2×10 17 cm -3 or less.

ドリフト層12は、例えば、基板10の上面(主面)に接触して設けられている。ドリフト層12は、例えば、有機金属気相エピタキシャル成長(MOVPE:Metal Organic Vapor Phase Epitaxy)法、ハイドライド気相成長(HVPE:Hydride Vapor Phase Epitaxy)法などの結晶成長により、基板10の主面上に形成される。 The drift layer 12 is provided, for example, in contact with the upper surface (main surface) of the substrate 10. The drift layer 12 is formed on the main surface of the substrate 10 by crystal growth, for example, by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE) or hydride vapor phase epitaxy (HVPE).

ブロック層14は、ドリフト層12の上方に設けられた第1のp型窒化物半導体層の一例である。ブロック層14は、例えば、厚さが400nmであり、キャリア濃度が1×1017cm-3であるp型のGaNからなる膜である。ブロック層14は、ドリフト層12の上面に接触して設けられている。ブロック層14は、例えば、MOVPE法、HVPE法などの結晶成長により、ドリフト層12上に形成される。 The block layer 14 is an example of a first p-type nitride semiconductor layer provided above the drift layer 12. The block layer 14 is, for example, a film made of p-type GaN having a thickness of 400 nm and a carrier concentration of 1×10 17 cm −3 . The block layer 14 is provided in contact with the upper surface of the drift layer 12. The block layer 14 is formed on the drift layer 12 by crystal growth, for example, by MOVPE, HVPE, or the like.

なお、ブロック層14は、結晶成長で形成しているが、例えば、成膜したi-GaNへマグネシウム(Mg)注入することで形成してもよい。さらに言えば、ブロック層14は、p型の窒化物半導体層ではなく、鉄(Fe)またはホウ素(B)を注入するなどを行うことで得られる絶縁層であってもよい。 The block layer 14 is formed by crystal growth, but may also be formed, for example, by injecting magnesium (Mg) into the formed i-GaN film. Furthermore, the block layer 14 may not be a p-type nitride semiconductor layer, but may be an insulating layer obtained by injecting iron (Fe) or boron (B), etc.

ブロック層14は、第1のソース電極36とドレイン電極38との間のリーク電流を抑制する。例えば、ブロック層14とドリフト層12とで形成されるpn接合に対して逆方向電圧が印加された場合、具体的には、第1のソース電極36よりもドレイン電極38が高電位となった場合に、ドリフト層12に空乏層が延びる。これにより、窒化物半導体デバイス1の高耐圧化が可能である。本実施の形態では、オフ状態およびオン状態のいずれにおいても逆導通動作の場合を除いて、第1のソース電極36よりドレイン電極38が高電位となっている。このため、窒化物半導体デバイス1の高耐圧化が実現される。 The block layer 14 suppresses leakage current between the first source electrode 36 and the drain electrode 38. For example, when a reverse voltage is applied to the pn junction formed by the block layer 14 and the drift layer 12, specifically, when the drain electrode 38 has a higher potential than the first source electrode 36, a depletion layer extends to the drift layer 12. This allows the nitride semiconductor device 1 to have a high breakdown voltage. In this embodiment, the drain electrode 38 has a higher potential than the first source electrode 36 in both the off state and the on state, except in the case of reverse conduction. This allows the nitride semiconductor device 1 to have a high breakdown voltage.

また、本実施の形態では、図1に示されるように、ブロック層14は、第1のソース電極36と接触している。このため、ブロック層14は、第1のソース電極36に加えられるソース電位に固定されている。これにより、詳細については後述するが、ブロック層14がドレイン電極38から延びる電気力線を遮蔽することができ、ゲート-ドレイン間の寄生容量Cgdの低減に寄与することができる。 In addition, in this embodiment, as shown in FIG. 1, the block layer 14 is in contact with the first source electrode 36. Therefore, the block layer 14 is fixed to the source potential applied to the first source electrode 36. As a result, the block layer 14 can shield the electric field lines extending from the drain electrode 38, which will be described in detail later, and can contribute to reducing the parasitic capacitance Cgd between the gate and drain.

下地層16は、ブロック層14の上方に設けられた第2の窒化物半導体層の一例である。下地層16は、ブロック層14よりも抵抗が高い高抵抗層である。下地層16は、例えば、厚さが200nmのアンドープGaN(i-GaN)からなる膜である。下地層16は、ブロック層14に接触して設けられている。下地層16は、例えば、MOVPE法、HVPE法などの結晶成長により、ブロック層14上に形成される。 The underlayer 16 is an example of a second nitride semiconductor layer provided above the block layer 14. The underlayer 16 is a high-resistance layer having a higher resistance than the block layer 14. The underlayer 16 is, for example, a film made of undoped GaN (i-GaN) with a thickness of 200 nm. The underlayer 16 is provided in contact with the block layer 14. The underlayer 16 is formed on the block layer 14 by crystal growth using, for example, the MOVPE method, the HVPE method, or the like.

下地層16については、アンドープの半導体層を想定しているが、絶縁層または半絶縁層でもよい。ここで“アンドープ”とは、GaNの極性をn型またはp型に変化させるSiまたはMgなどのドーパントがドープされていないことを意味する。本実施の形態では、下地層16には、炭素(C)がドープされていてもよい。例えば、下地層16の炭素濃度は、ブロック層14の炭素濃度より高い。 The underlayer 16 is assumed to be an undoped semiconductor layer, but may be an insulating layer or semi-insulating layer. Here, "undoped" means that it is not doped with a dopant such as Si or Mg that changes the polarity of GaN to n-type or p-type. In this embodiment, the underlayer 16 may be doped with carbon (C). For example, the carbon concentration of the underlayer 16 is higher than the carbon concentration of the block layer 14.

例えば、下地層16の炭素濃度は、3×1017cm-3以上であるが、1×1018cm-3以上であってもよい。このとき、n型不純物となるケイ素(Si)または酸素(O)の各濃度は、炭素濃度より低い。例えば、下地層16のケイ素濃度または酸素濃度は、5×1016cm-3以下であるが、2×1016cm-3以下であってもよい。下地層16およびブロック層14に注入されるイオンの種類としては、半導体層を高抵抗化できるイオン種であれば、上記以外のイオン種でも同様の効果が得られる。 For example, the carbon concentration of the underlayer 16 is 3×10 17 cm −3 or more, but may be 1×10 18 cm −3 or more. In this case, the respective concentrations of silicon (Si) or oxygen (O) which are n-type impurities are lower than the carbon concentration. For example, the silicon concentration or oxygen concentration of the underlayer 16 is 5×10 16 cm −3 or less, but may be 2×10 16 cm −3 or less. As for the type of ions implanted into the underlayer 16 and the block layer 14, ion species other than those mentioned above can be used to obtain the same effect as long as they are ion species that can increase the resistance of the semiconductor layer.

また、下地層16の上面には、ブロック層14からMgなどのp型不純物が拡散するのを抑制するための層が設けられていてもよい。例えば、ブロック層14上には、厚さが20nmのAlGaN層が設けられていてもよい。 In addition, a layer for suppressing the diffusion of p-type impurities such as Mg from the block layer 14 may be provided on the upper surface of the underlayer 16. For example, a 20 nm thick AlGaN layer may be provided on the block layer 14.

ゲート開口部20は、下地層16およびブロック層14を貫通して、ドリフト層12にまで達する第1の開口部の一例である。ゲート開口部20の底面20aは、ドリフト層12の上面の一部である。図1に示すように、底面20aは、ブロック層14の下面より下側に位置している。なお、ブロック層14の下面は、ブロック層14とドリフト層12との界面に相当する。底面20aは、例えば、基板10の主面に平行である。窒化物半導体デバイス1のオン時のドレイン電流は、ドレイン電極38と第1のソース電極36との間を、このゲート開口部20の底面20aを通じて流れる。 The gate opening 20 is an example of a first opening that penetrates the underlayer 16 and the block layer 14 and reaches the drift layer 12. The bottom surface 20a of the gate opening 20 is a part of the upper surface of the drift layer 12. As shown in FIG. 1, the bottom surface 20a is located below the lower surface of the block layer 14. The lower surface of the block layer 14 corresponds to the interface between the block layer 14 and the drift layer 12. The bottom surface 20a is, for example, parallel to the main surface of the substrate 10. When the nitride semiconductor device 1 is on, the drain current flows between the drain electrode 38 and the first source electrode 36 through the bottom surface 20a of the gate opening 20.

本実施の形態では、ゲート開口部20は、基板10から遠ざかる程、開口面積が大きくなるように形成されている。具体的には、ゲート開口部20の側面20bは、斜めに傾斜している。図1に示すように、ゲート開口部20の断面視形状は、逆台形、より具体的には、逆等脚台形である。 In this embodiment, the gate opening 20 is formed so that the opening area increases as it is farther away from the substrate 10. Specifically, the side surface 20b of the gate opening 20 is inclined obliquely. As shown in FIG. 1, the cross-sectional shape of the gate opening 20 is an inverted trapezoid, more specifically, an inverted isosceles trapezoid.

底面20aに対する側面20bの傾斜角は、例えば、20°以上80°以下であるが、30°以上45°以下であってもよい。傾斜角が小さい程、側面20bがc面に近づくので、結晶再成長により側面20bに沿って形成される電子走行層22などの膜質を高めることができる。一方で、傾斜角が大きい程、ゲート開口部20が大きくなりすぎることが抑制され、窒化物半導体デバイス1の小型化が実現される。 The inclination angle of the side surface 20b with respect to the bottom surface 20a is, for example, 20° to 80°, but may be 30° to 45°. The smaller the inclination angle, the closer the side surface 20b is to the c-plane, and the better the film quality of the electron transit layer 22 and other layers formed along the side surface 20b by crystal regrowth. On the other hand, the larger the inclination angle, the more the gate opening 20 is prevented from becoming too large, and the smaller the nitride semiconductor device 1 can be achieved.

ゲート開口部20は、基板10の主面上に、ドリフト層12、ブロック層14および下地層16をこの順で連続的な成膜により形成した後、部分的にドリフト層12を露出させるように、下地層16およびブロック層14の各々の一部を除去することで形成される。このとき、ドリフト層12の表層部分を所定の厚さ分(例えば300nm)を除去することで、ゲート開口部20の底面20aは、ブロック層14の下面よりも下方に形成される。 The gate opening 20 is formed by successively depositing the drift layer 12, the block layer 14, and the underlayer 16 in this order on the main surface of the substrate 10, and then removing a portion of each of the underlayer 16 and the block layer 14 so as to partially expose the drift layer 12. At this time, by removing a predetermined thickness (e.g., 300 nm) of the surface portion of the drift layer 12, the bottom surface 20a of the gate opening 20 is formed below the bottom surface of the block layer 14.

下地層16およびブロック層14を除去する方法として、誘導結合プラズマエッチング(ICP)などのドライエッチングなどを用い、プロセスガスとして塩素系のガスを用いることが多い。 The method of removing the base layer 16 and the block layer 14 is to use dry etching such as inductively coupled plasma etching (ICP), and a chlorine-based gas is often used as the process gas.

電子走行層22は、下地層16の上面ならびにゲート開口部20の側面20bおよび底面20aを覆うように設けられた第1の再成長層の一例である。具体的には、電子走行層22の一部は、ゲート開口部20の底面20aおよび側面20bに沿って設けられ、電子走行層22の他の部分は、下地層16の上面上に設けられている。電子走行層22は、例えば、厚さが150nmのアンドープGaNからなる膜である。なお、電子走行層22は、アンドープを想定しているが、一部Siドープなどでn型化されてもよい。 The electron transit layer 22 is an example of a first regrown layer provided to cover the upper surface of the underlayer 16 and the side surface 20b and bottom surface 20a of the gate opening 20. Specifically, a part of the electron transit layer 22 is provided along the bottom surface 20a and side surface 20b of the gate opening 20, and the other part of the electron transit layer 22 is provided on the upper surface of the underlayer 16. The electron transit layer 22 is, for example, a film made of undoped GaN with a thickness of 150 nm. Note that although the electron transit layer 22 is assumed to be undoped, it may be partially made n-type by Si doping or the like.

電子走行層22は、ゲート開口部20の底面20aおよび側面20bにおいてドリフト層12に接触している。電子走行層22は、ゲート開口部20の側面20bにおいて、ブロック層14および下地層16の各々に接触している。さらに、電子走行層22は、下地層16の上面に接触している。 The electron transit layer 22 is in contact with the drift layer 12 at the bottom surface 20a and the side surface 20b of the gate opening 20. The electron transit layer 22 is in contact with each of the block layer 14 and the underlayer 16 at the side surface 20b of the gate opening 20. Furthermore, the electron transit layer 22 is in contact with the upper surface of the underlayer 16.

電子走行層22は、チャネル領域を有する。具体的には、電子走行層22と電子供給層24との界面の近傍には、チャネルとなる2次元電子ガス25が発生する。図1では、2次元電子ガス25が模式的に破線で図示されている。2次元電子ガス25は、電子走行層22と電子供給層24との界面に沿って、すなわち、ゲート開口部20の内面に沿って屈曲している。 The electron transit layer 22 has a channel region. Specifically, a two-dimensional electron gas 25 that serves as a channel is generated near the interface between the electron transit layer 22 and the electron supply layer 24. In FIG. 1, the two-dimensional electron gas 25 is shown diagrammatically by a dashed line. The two-dimensional electron gas 25 is bent along the interface between the electron transit layer 22 and the electron supply layer 24, that is, along the inner surface of the gate opening 20.

また、図1には示していないが、電子走行層22と電子供給層24との間に、厚さが1nm程度のAlN層が第2の再成長層として設けられている。これにより、合金散乱が抑制されてチャネル移動度が向上し、オン抵抗を低減することが可能になる。なお、AlN層は、必ずしも必要ではない。 Although not shown in FIG. 1, an AlN layer with a thickness of about 1 nm is provided as a second regrown layer between the electron transit layer 22 and the electron supply layer 24. This suppresses alloy scattering, improves channel mobility, and makes it possible to reduce on-resistance. Note that the AlN layer is not necessarily required.

電子供給層24は、下地層16の上面ならびにゲート開口部20の側面20bおよび底面20aを覆うように設けられた第3の再成長層の一例である。電子走行層22と電子供給層24とは、基板10側からこの順で設けられている。電子供給層24は、例えば、厚さが20nmのアンドープAlGaNからなる膜である。 The electron supply layer 24 is an example of a third regrown layer provided to cover the upper surface of the underlayer 16 and the side surface 20b and bottom surface 20a of the gate opening 20. The electron transit layer 22 and the electron supply layer 24 are provided in this order from the substrate 10 side. The electron supply layer 24 is, for example, a film made of undoped AlGaN with a thickness of 20 nm.

電子供給層24は、電子走行層22の上面に沿った形状でほぼ均一な厚さで形成されている。図1に示すように、電子供給層24の上面は、平坦部24aと、傾斜部24bと、外縁部24cと、を含む。 The electron supply layer 24 is formed with a substantially uniform thickness and conforms to the upper surface of the electron transit layer 22. As shown in FIG. 1, the upper surface of the electron supply layer 24 includes a flat portion 24a, an inclined portion 24b, and an outer edge portion 24c.

平坦部24aは、ゲート開口部20の底面20aに沿った部分である。平坦部24aは、例えば底面20aに平行な平面である。平坦部24aは、電子供給層24の上面のうち、最も下方に位置する部分である。 The flat portion 24a is a portion along the bottom surface 20a of the gate opening 20. The flat portion 24a is, for example, a plane parallel to the bottom surface 20a. The flat portion 24a is the lowermost portion of the upper surface of the electron supply layer 24.

傾斜部24bは、ゲート開口部20の側面20bに沿った部分である。傾斜部24bは、例えば、ゲート開口部20の側面20bに平行な傾斜面である。傾斜部24bは、平坦部24aを挟んで、その両側に設けられている。 The inclined portion 24b is a portion that runs along the side surface 20b of the gate opening 20. The inclined portion 24b is, for example, a slope that is parallel to the side surface 20b of the gate opening 20. The inclined portion 24b is provided on both sides of the flat portion 24a.

外縁部24cは、傾斜部24bの上端から外側に向かって延びる部分である。ここで“外側”とは、ゲート開口部20の底面20aを中心として第1のソース電極36に向かう方向である。外縁部24cは、基板10の主面に平行な平面である。外縁部24cは、電子供給層24の上面のうち、最も上方に位置する部分である。 The outer edge 24c is a portion that extends outward from the upper end of the inclined portion 24b. Here, "outward" refers to the direction from the bottom surface 20a of the gate opening 20 toward the first source electrode 36. The outer edge 24c is a plane parallel to the main surface of the substrate 10. The outer edge 24c is the uppermost portion of the upper surface of the electron supply layer 24.

なお、平坦部24a、傾斜部24bおよび外縁部24cはそれぞれ、湾曲した湾曲面であってもよい。また、平坦部24aと傾斜部24bとは、滑らかに湾曲して接続されていてもよい。外縁部24cと傾斜部24bとは、滑らかに湾曲して接続されてもよい。 The flat portion 24a, the inclined portion 24b, and the outer edge portion 24c may each be a curved surface. The flat portion 24a and the inclined portion 24b may be connected to each other in a smoothly curved manner. The outer edge portion 24c and the inclined portion 24b may be connected to each other in a smoothly curved manner.

電子供給層24は、電子走行層22よりもバンドギャップが大きい。このため、電子供給層24と電子走行層22との間にはAlGaN/GaNのヘテロ界面が形成されている。電子供給層24は、電子走行層22に形成されるチャネル領域(2次元電子ガス25)への電子の供給を行う。 The electron supply layer 24 has a larger band gap than the electron transit layer 22. Therefore, an AlGaN/GaN heterointerface is formed between the electron supply layer 24 and the electron transit layer 22. The electron supply layer 24 supplies electrons to a channel region (two-dimensional electron gas 25) formed in the electron transit layer 22.

p型半導体層26は、電子供給層24の上方で、基板10の平面視においてゲート開口部20の底面20aに重なる位置に設けられた第2のp型窒化物半導体層の一例である。具体的には、p型半導体層26は、電子供給層24の上面の平坦部24aに接触して設けられている。本実施の形態では、p型半導体層26は、傾斜部24bには接触していない。p型半導体層26は、例えば、厚さが100nmであり、キャリア濃度が1×1017cm-3であるp型のAlGa1-xN(0≦x≦1)からなる膜である。 The p-type semiconductor layer 26 is an example of a second p-type nitride semiconductor layer provided above the electron supply layer 24 at a position overlapping the bottom surface 20a of the gate opening 20 in a plan view of the substrate 10. Specifically, the p-type semiconductor layer 26 is provided in contact with the flat portion 24a of the upper surface of the electron supply layer 24. In this embodiment, the p-type semiconductor layer 26 is not in contact with the inclined portion 24b. The p-type semiconductor layer 26 is, for example, a film made of p-type Al x Ga 1-x N (0≦x≦1) having a thickness of 100 nm and a carrier concentration of 1×10 17 cm −3 .

p型半導体層26は、閾値調整層28とは離れた位置に設けられている。具体的には、p型半導体層26は、閾値調整層28とは電気的に分離されている。また、p型半導体層26の下面は、少なくとも電子供給層24の上面の外縁部24cよりも下方に位置している。例えば、p型半導体層26の少なくとも一部は、ブロック層14と同じ高さに位置している。 The p-type semiconductor layer 26 is provided at a position away from the threshold adjustment layer 28. Specifically, the p-type semiconductor layer 26 is electrically isolated from the threshold adjustment layer 28. In addition, the lower surface of the p-type semiconductor layer 26 is located at least below the outer edge portion 24c of the upper surface of the electron supply layer 24. For example, at least a portion of the p-type semiconductor layer 26 is located at the same height as the block layer 14.

なお、p型半導体層26の代わりに、絶縁層が設けられてもよい。絶縁層は、SiN、SiO、AlNまたはAlの絶縁性を有する窒化膜または酸化膜の単層又は多層構造であってもよい。 An insulating layer may be provided instead of the p-type semiconductor layer 26. The insulating layer may be a single layer or a multi-layer structure of an insulating nitride film or oxide film such as SiN, SiO2 , AlN, or Al2O3 .

閾値調整層28は、ゲート電極32と電子供給層24との間で、p型半導体層26とは離間して設けられた第3のp型窒化物半導体層の一例である。閾値調整層28は、電子供給層24の上面の外縁部24c上に設けられ、電子供給層24とゲート電極32とに接触している。 The threshold adjustment layer 28 is an example of a third p-type nitride semiconductor layer that is provided between the gate electrode 32 and the electron supply layer 24 and separated from the p-type semiconductor layer 26. The threshold adjustment layer 28 is provided on the outer edge portion 24c of the upper surface of the electron supply layer 24 and is in contact with the electron supply layer 24 and the gate electrode 32.

閾値調整層28が設けられていることにより、チャネル部分のポテンシャルが持ち上がる。このため、トランジスタの閾値を増大させることができ、ノーマリオフ化が実現できる。 By providing the threshold adjustment layer 28, the potential of the channel portion is increased. This allows the threshold of the transistor to be increased, realizing a normally-off state.

閾値調整層28の厚さ、組成比およびキャリア濃度はそれぞれ、例えば、p型半導体層26の厚さ、組成比およびキャリア濃度と同じである。閾値調整層28は、p型半導体層26と同じ成膜工程で成膜された窒化物半導体膜をパターニングすることによって形成される。 The thickness, composition ratio, and carrier concentration of the threshold adjustment layer 28 are, for example, the same as the thickness, composition ratio, and carrier concentration of the p-type semiconductor layer 26. The threshold adjustment layer 28 is formed by patterning a nitride semiconductor film formed in the same film formation process as the p-type semiconductor layer 26.

なお、閾値調整層28は設けられていなくてもよい。例えば、閾値調整層28の代わりに、SiNまたはSiOのような絶縁層がゲート電極32と電子供給層24との間に設けられてもよい。これにより、ゲート電流を抑制し、かつ、閾値を正方向にシフトさせノーマリオフ動作を実現することが可能になる。 It is to be noted that the threshold adjustment layer 28 does not necessarily have to be provided. For example, instead of the threshold adjustment layer 28, an insulating layer such as SiN or SiO2 may be provided between the gate electrode 32 and the electron supply layer 24. This makes it possible to suppress the gate current and shift the threshold in the positive direction to realize a normally-off operation.

電子走行層22、電子供給層24、p型半導体層26および閾値調整層28は、ゲート開口部20を形成した後に、結晶の再成長工程によって窒化物半導体膜を連続的に成膜し、所定形状にパターニングすることによって形成される。具体的には、電子走行層22の基になるアンドープGaN膜、電子供給層24の基になるアンドープAlGaN膜、ならびに、p型半導体層26および閾値調整層28の基になるp型AlGaN膜を、MOVPE法またはHVPE法などによって連続的に成膜する。成膜後、p型AlGaN膜の一部を、アンドープAlGaN膜が露出するまでエッチングで除去することによって、p型半導体層26および閾値調整層28が形成される。p型半導体層26と閾値調整層28とは、電気的に分離されている。さらに、アンドープAlGaN膜およびアンドープGaN膜の各々の一部と下地層16の一部とを、ブロック層14が露出するまで連続的にエッチングで除去する。これにより、ブロック層14にまで達するソース開口部30が形成され、所定形状にパターニングされた電子供給層24および電子走行層22が形成される。 The electron transit layer 22, the electron supply layer 24, the p-type semiconductor layer 26, and the threshold adjustment layer 28 are formed by forming the gate opening 20, and then successively depositing nitride semiconductor films by a crystal regrowth process and patterning them into a predetermined shape. Specifically, the undoped GaN film that is the basis of the electron transit layer 22, the undoped AlGaN film that is the basis of the electron supply layer 24, and the p-type AlGaN film that is the basis of the p-type semiconductor layer 26 and the threshold adjustment layer 28 are successively deposited by MOVPE or HVPE. After deposition, a portion of the p-type AlGaN film is removed by etching until the undoped AlGaN film is exposed, thereby forming the p-type semiconductor layer 26 and the threshold adjustment layer 28. The p-type semiconductor layer 26 and the threshold adjustment layer 28 are electrically isolated from each other. Furthermore, a portion of each of the undoped AlGaN film and the undoped GaN film and a portion of the underlayer 16 are successively removed by etching until the block layer 14 is exposed. This forms a source opening 30 that reaches the block layer 14, and forms the electron supply layer 24 and the electron transit layer 22 that are patterned into a predetermined shape.

ソース開口部30は、基板10の平面視においてゲート電極32から離れた位置で、電子供給層24および電子走行層22を貫通し、ブロック層14にまで達する第2の開口部の一例である。本実施の形態では、ソース開口部30は、基板10の平面視において、ゲート開口部20および閾値調整層28のいずれからも離れた位置に設けられている。 The source opening 30 is an example of a second opening that penetrates the electron supply layer 24 and the electron transit layer 22 at a position away from the gate electrode 32 in a plan view of the substrate 10, and reaches the block layer 14. In this embodiment, the source opening 30 is provided at a position away from both the gate opening 20 and the threshold adjustment layer 28 in a plan view of the substrate 10.

ソース開口部30の底面30aは、ブロック層14の上面の一部である。図1に示す例では、底面30aは、下地層16の下面と面一であるが、これに限定されない。底面30aは、下地層16の下面よりも下側に位置していてもよい。なお、下地層16の下面は、下地層16とブロック層14との界面に相当する。底面30aは、例えば基板10の主面に平行である。 The bottom surface 30a of the source opening 30 is part of the upper surface of the block layer 14. In the example shown in FIG. 1, the bottom surface 30a is flush with the lower surface of the underlayer 16, but is not limited to this. The bottom surface 30a may be located lower than the lower surface of the underlayer 16. The lower surface of the underlayer 16 corresponds to the interface between the underlayer 16 and the block layer 14. The bottom surface 30a is, for example, parallel to the main surface of the substrate 10.

また、図1に示すように、ソース開口部30は、基板10からの距離によらず開口面積が一定になるように形成されている。具体的には、ソース開口部30の側面30bは、底面30aに対して垂直である。つまり、ソース開口部30の断面視形状は、矩形である。 As shown in FIG. 1, the source opening 30 is formed so that the opening area is constant regardless of the distance from the substrate 10. Specifically, the side surface 30b of the source opening 30 is perpendicular to the bottom surface 30a. In other words, the cross-sectional shape of the source opening 30 is rectangular.

あるいは、ソース開口部30は、基板10から遠ざかる程、開口面積が大きくなるように形成されていてもよい。具体的には、ソース開口部30の側面30bは、斜めに傾斜していてもよい。例えば、ソース開口部30の断面形状は、逆台形、より具体的には、逆等脚台形であってもよい。このとき、底面30aに対する側面30bの傾斜角は、例えば、30°以上60°以下の範囲であってもよい。側面30bが斜めに傾斜していることで、第1のソース電極36と電子走行層22(2次元電子ガス25)との接触面積が増えるので、オーミック接続が行われやすくなる。なお、2次元電子ガス25は、ソース開口部30の側面30bに露出し、露出部分で第1のソース電極36に接続されている。 Alternatively, the source opening 30 may be formed so that the opening area increases as it is farther from the substrate 10. Specifically, the side surface 30b of the source opening 30 may be inclined obliquely. For example, the cross-sectional shape of the source opening 30 may be an inverted trapezoid, more specifically, an inverted isosceles trapezoid. In this case, the inclination angle of the side surface 30b with respect to the bottom surface 30a may be, for example, in the range of 30° to 60°. By inclining the side surface 30b obliquely, the contact area between the first source electrode 36 and the electron transit layer 22 (two-dimensional electron gas 25) increases, making it easier to make an ohmic connection. The two-dimensional electron gas 25 is exposed to the side surface 30b of the source opening 30, and is connected to the first source electrode 36 at the exposed portion.

ソース開口部30が設けられていることにより、チャネルとして機能する2次元電子ガス25と第1のソース電極36とのオーミックコンタクト抵抗を低減することができる。また、ブロック層14と第1のソース電極36とを電気的に接続することができるので、ブロック層14の電位を安定させて耐圧の向上等の効果を得ることができる。 By providing the source opening 30, it is possible to reduce the ohmic contact resistance between the two-dimensional electron gas 25 functioning as a channel and the first source electrode 36. In addition, since the block layer 14 and the first source electrode 36 can be electrically connected, it is possible to stabilize the potential of the block layer 14 and obtain effects such as improved breakdown voltage.

ゲート電極32は、電子供給層24の上方で、基板10の平面視において下地層16に重なる位置に設けられている。具体的には、ゲート電極32は、閾値調整層28の上面に接触して設けられている。 The gate electrode 32 is provided above the electron supply layer 24 at a position overlapping the base layer 16 in a plan view of the substrate 10. Specifically, the gate electrode 32 is provided in contact with the upper surface of the threshold adjustment layer 28.

ゲート電極32は、例えば、金属などの導電性の材料を用いて形成されている。例えば、ゲート電極32は、p型のGaN層に対してオーミック接触される材料を用いることができる。例えば、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)系材料、タングステンシリサイド(WSi)、金(Au)などを用いることができる。ゲート電極32は、閾値調整層28の形成後、ソース開口部30の形成後、または、第1のソース電極36および第2のソース電極34の形成後に、スパッタまたは蒸着などによって導電膜を成膜し、成膜した導電膜をパターニングすることにより形成される。 The gate electrode 32 is formed using a conductive material such as a metal. For example, the gate electrode 32 can be made of a material that makes ohmic contact with the p-type GaN layer. For example, palladium (Pd), nickel (Ni)-based materials, tungsten silicide (WSi), gold (Au), etc. can be used. The gate electrode 32 is formed by forming a conductive film by sputtering or deposition after the threshold adjustment layer 28 is formed, after the source opening 30 is formed, or after the first source electrode 36 and the second source electrode 34 are formed, and then patterning the formed conductive film.

第2のソース電極34は、p型半導体層26の上方に設けられている。具体的には、第2のソース電極34は、p型半導体層26の上面に接触して設けられている。第2のソース電極34は、電子供給層24には接触していない。 The second source electrode 34 is provided above the p-type semiconductor layer 26. Specifically, the second source electrode 34 is provided in contact with the upper surface of the p-type semiconductor layer 26. The second source electrode 34 is not in contact with the electron supply layer 24.

第2のソース電極34は、第1のソース電極36と電気的に接続されている。すなわち、第2のソース電極34は、第1のソース電極36と同じソース電位が供給された電極である。第2のソース電極34は、2次元電子ガス25には直接接続されていない。ドレイン電極38からのドレイン電流は、2次元電子ガス25を介して第1のソース電極36に流れる。 The second source electrode 34 is electrically connected to the first source electrode 36. That is, the second source electrode 34 is an electrode to which the same source potential as the first source electrode 36 is supplied. The second source electrode 34 is not directly connected to the two-dimensional electron gas 25. The drain current from the drain electrode 38 flows to the first source electrode 36 via the two-dimensional electron gas 25.

第2のソース電極34は、金属などの導電性の材料を用いて形成されている。第2のソース電極34の材料としては、第1のソース電極36と同じ材料を用いて形成することができる。第2のソース電極34は、例えば、スパッタまたは蒸着などによって導電膜を成膜し、成膜した導電膜をパターニングすることにより形成される。 The second source electrode 34 is formed using a conductive material such as a metal. The second source electrode 34 can be formed using the same material as the first source electrode 36. The second source electrode 34 is formed, for example, by forming a conductive film by sputtering or vapor deposition, and patterning the formed conductive film.

第1のソース電極36は、ソース開口部30を覆うように設けられている。具体的には、第1のソース電極36は、ソース開口部30を埋めるように、ソース開口部30の底面30aおよび側面30bに接触して設けられている。第1のソース電極36は、ソース開口部30の底面30aに露出したブロック層14に電気的に接続されている。 The first source electrode 36 is provided to cover the source opening 30. Specifically, the first source electrode 36 is provided in contact with the bottom surface 30a and the side surface 30b of the source opening 30 so as to fill the source opening 30. The first source electrode 36 is electrically connected to the block layer 14 exposed at the bottom surface 30a of the source opening 30.

なお、第1のソース電極36は、ソース開口部30の縁に相当する電子供給層24の上面の外縁部24cにも接触していてもよい。第1のソース電極36は、ソース開口部30の側面30bで2次元電子ガス25と直接接触している。これにより、第1のソース電極36と2次元電子ガス25とのコンタクト抵抗を低減することができる。 The first source electrode 36 may also be in contact with the outer edge 24c of the upper surface of the electron supply layer 24, which corresponds to the edge of the source opening 30. The first source electrode 36 is in direct contact with the two-dimensional electron gas 25 at the side surface 30b of the source opening 30. This can reduce the contact resistance between the first source electrode 36 and the two-dimensional electron gas 25.

第1のソース電極36は、金属などの導電性の材料を用いて形成されている。第1のソース電極36の材料としては、例えば、Ti/Al(Ti層とAl層との積層構造)など、熱処理することでn型のGaN層に対してオーミック接続される材料を用いることができる。第1のソース電極36は、例えば、スパッタまたは蒸着などによって成膜した導電膜をパターニングすることにより形成される。第1のソース電極36は、例えば、第2のソース電極34と同じ製造工程で形成される。 The first source electrode 36 is formed using a conductive material such as a metal. The material of the first source electrode 36 may be, for example, Ti/Al (a laminated structure of a Ti layer and an Al layer), which is ohmically connected to the n-type GaN layer by heat treatment. The first source electrode 36 is formed, for example, by patterning a conductive film formed by sputtering or vapor deposition. The first source electrode 36 is formed, for example, by the same manufacturing process as the second source electrode 34.

ドレイン電極38は、基板10の下方に設けられている。具体的には、ドレイン電極38は、基板10の下面に接触して設けられる。 The drain electrode 38 is provided below the substrate 10. Specifically, the drain electrode 38 is provided in contact with the lower surface of the substrate 10.

ドレイン電極38は、金属などの導電性の材料を用いて形成されている。ドレイン電極38の材料としては、第1のソース電極36の材料と同様に、例えば、Ti/Alなどのn型のGaNに対してオーミック接触される材料を用いることができる。ドレイン電極38は、例えば、スパッタまたは蒸着などによって導電膜を成膜し、成膜した導電膜をパターニングすることにより形成される。 The drain electrode 38 is formed using a conductive material such as a metal. As with the material of the first source electrode 36, the material of the drain electrode 38 may be, for example, a material that makes ohmic contact with n-type GaN, such as Ti/Al. The drain electrode 38 is formed, for example, by forming a conductive film by sputtering or vapor deposition, and patterning the formed conductive film.

[特徴的な構成]
続いて、本実施の形態に係る窒化物半導体デバイス1の主な特徴的な構成について説明する。
[Characteristic configuration]
Next, a main characteristic configuration of the nitride semiconductor device 1 according to the present embodiment will be described.

上述したように、本実施の形態に係る窒化物半導体デバイス1では、ゲート電極32および閾値調整層28がゲート開口部20の外側に位置し、ゲート開口部20の底面20aの近傍には第2のソース電極34およびp型半導体層26が設けられている。つまり、第2のソース電極34およびp型半導体層26は、ゲート電極32および閾値調整層28よりも下方に位置している。少なくともp型半導体層26の下面が、閾値調整層28の下面よりも下方に位置していればよい。第2のソース電極34およびp型半導体層26の一部が、ゲート電極32および閾値調整層28の一方よりも上方に位置していてもよい。 As described above, in the nitride semiconductor device 1 according to this embodiment, the gate electrode 32 and the threshold adjustment layer 28 are located outside the gate opening 20, and the second source electrode 34 and the p-type semiconductor layer 26 are provided near the bottom surface 20a of the gate opening 20. In other words, the second source electrode 34 and the p-type semiconductor layer 26 are located below the gate electrode 32 and the threshold adjustment layer 28. It is sufficient that at least the lower surface of the p-type semiconductor layer 26 is located below the lower surface of the threshold adjustment layer 28. A part of the second source electrode 34 and the p-type semiconductor layer 26 may be located above one of the gate electrode 32 and the threshold adjustment layer 28.

以下では、図2Aおよび図2Bを用いて比較例と比較しながら具体的に説明する。図2Aおよび図2Bはそれぞれ、比較例および本実施の形態に係る窒化物半導体デバイスのゲート-ドレイン間の寄生容量Cgdを説明するための図である。 The following is a detailed explanation of the comparative example using Figures 2A and 2B. Figures 2A and 2B are diagrams for explaining the gate-drain parasitic capacitance Cgd of the nitride semiconductor device according to the comparative example and the present embodiment, respectively.

図2Aには、比較例に係る窒化物半導体デバイス1xの断面構成のうち、ゲート開口部20の近傍を表している。比較例に係る窒化物半導体デバイス1xは、窒化物半導体デバイス1と比較して、p型半導体層26、閾値調整層28、ゲート電極32および第2のソース電極34の代わりに、ゲート電極32xおよび閾値調整層28xを備える点が相違する。具体的には、ゲート電極32xおよび閾値調整層28xは、ゲート開口部20の底面20aおよび側面20bに沿って設けられている。より具体的には、閾値調整層28xは、電子供給層24の上面の平坦部24a、傾斜部24bおよび外縁部24cの各々を覆うように設けられている。また、ゲート電極32xは、閾値調整層28xの上面に接触して設けられている。具体的には、ゲート電極32xは、平面視において、ゲート開口部20の底面20aに重なる位置に設けられている。 2A shows the vicinity of the gate opening 20 in the cross-sectional configuration of the nitride semiconductor device 1x according to the comparative example. The nitride semiconductor device 1x according to the comparative example is different from the nitride semiconductor device 1 in that the nitride semiconductor device 1x according to the comparative example includes a gate electrode 32x and a threshold adjustment layer 28x instead of the p-type semiconductor layer 26, the threshold adjustment layer 28, the gate electrode 32, and the second source electrode 34. Specifically, the gate electrode 32x and the threshold adjustment layer 28x are provided along the bottom surface 20a and the side surface 20b of the gate opening 20. More specifically, the threshold adjustment layer 28x is provided so as to cover each of the flat portion 24a, the inclined portion 24b, and the outer edge portion 24c of the upper surface of the electron supply layer 24. The gate electrode 32x is provided in contact with the upper surface of the threshold adjustment layer 28x. Specifically, the gate electrode 32x is provided at a position overlapping the bottom surface 20a of the gate opening 20 in a plan view.

このような構成により、ゲート電極32xおよび閾値調整層28xとドレイン電極38とが向かい合う面積が大きくなる。このため、ゲート-ドレイン間の平行平板容量が大きくなるので、ゲート-ドレイン間の寄生容量Cgdに寄与するドレインからゲートに向かう電気力線は、そのほぼ全てがゲートに終端されている。このため、寄生容量Cgdを低減することが難しい。 This configuration increases the area where the gate electrode 32x and threshold adjustment layer 28x face the drain electrode 38. This increases the parallel plate capacitance between the gate and drain, and almost all of the electric field lines from the drain to the gate that contribute to the parasitic capacitance Cgd between the gate and drain are terminated at the gate. This makes it difficult to reduce the parasitic capacitance Cgd.

一方、本実施の形態に係る構成では、図2Bに示すように、ゲート開口部20の底面20aの近傍には第2のソース電極34およびp型半導体層26が設けられている。このため、ドレインからゲートに向かう電気力線の一部を第2のソース電極34およびp型半導体層26に終端させることができる。その結果、ゲート-ドレイン間の寄生容量Cgdを低減することが可能である。 On the other hand, in the configuration according to this embodiment, as shown in FIG. 2B, a second source electrode 34 and a p-type semiconductor layer 26 are provided near the bottom surface 20a of the gate opening 20. Therefore, a part of the electric field lines from the drain to the gate can be terminated at the second source electrode 34 and the p-type semiconductor layer 26. As a result, it is possible to reduce the parasitic capacitance Cgd between the gate and the drain.

また、図1に示すように、ブロック層14が閾値調整層28よりも、p型半導体層26に近い位置に位置している。具体的には、基板10の平面視において、ブロック層14とp型半導体層26との距離D1は、閾値調整層28とp型半導体層26との距離D2よりも短い。つまり、第1のソース電極36に接続されたブロック層14の、p型半導体層26側の端部が、閾値調整層28の、p型半導体層26側の端部よりも、p型半導体層26側に位置している。これにより、ブロック層14もゲート電極32に向かう電気力線を遮蔽することができる。このため、ゲート-ドレイン間の寄生容量Cgdをより一層低減することができ、トランジスタの高速動作を実現することができる。 As shown in FIG. 1, the block layer 14 is located closer to the p-type semiconductor layer 26 than the threshold adjustment layer 28. Specifically, in a plan view of the substrate 10, the distance D1 between the block layer 14 and the p-type semiconductor layer 26 is shorter than the distance D2 between the threshold adjustment layer 28 and the p-type semiconductor layer 26. In other words, the end of the block layer 14 connected to the first source electrode 36 on the p-type semiconductor layer 26 side is located closer to the p-type semiconductor layer 26 side than the end of the threshold adjustment layer 28 on the p-type semiconductor layer 26 side. This allows the block layer 14 to also shield the electric field lines toward the gate electrode 32. This allows the parasitic capacitance Cgd between the gate and drain to be further reduced, thereby achieving high-speed operation of the transistor.

(実施の形態2)
続いて、実施の形態2について説明する。
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment will be described.

実施の形態2では、ゲート電極の直下に設けられた閾値調整層の端部の位置が実施の形態1とは主として異なる。以下では、実施の形態1との相違点を中心に説明を行い、共通点の説明を省略または簡略化する。 In the second embodiment, the main difference from the first embodiment is the position of the end of the threshold adjustment layer provided directly below the gate electrode. The following description will focus on the differences from the first embodiment, and the description of the commonalities will be omitted or simplified.

図3は、実施の形態2に係る窒化物半導体デバイス101の断面図である。図3に示すように、窒化物半導体デバイス101は、図1に示した窒化物半導体デバイス1と比較して、閾値調整層28の代わりに閾値調整層128を備える点が相違する。閾値調整層128は、第3のp型窒化物半導体層の一例であり、その端部の位置が、閾値調整層28とは相違している。 Figure 3 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor device 101 according to the second embodiment. As shown in Figure 3, the nitride semiconductor device 101 differs from the nitride semiconductor device 1 shown in Figure 1 in that it includes a threshold adjustment layer 128 instead of the threshold adjustment layer 28. The threshold adjustment layer 128 is an example of a third p-type nitride semiconductor layer, and the position of its end is different from that of the threshold adjustment layer 28.

具体的には、基板10の平面視において、閾値調整層128とp型半導体層26との距離D2は、ブロック層14とp型半導体層26との距離D1よりも短い。つまり、閾値調整層128の、p型半導体層26側の端部が、ブロック層14の、p型半導体層26側の端部よりも、p型半導体層26側に位置している。 Specifically, in a plan view of the substrate 10, the distance D2 between the threshold adjustment layer 128 and the p-type semiconductor layer 26 is shorter than the distance D1 between the block layer 14 and the p-type semiconductor layer 26. In other words, the end of the threshold adjustment layer 128 on the p-type semiconductor layer 26 side is located closer to the p-type semiconductor layer 26 side than the end of the block layer 14 on the p-type semiconductor layer 26 side.

本構成によれば、ドレイン電極38から閾値調整層128に向かう電気力線の一部は、第1のソース電極36に接続されたブロック層14で終端しきれない。このため、ゲート-ドレイン間の寄生容量Cgdは、実施の形態1に係る窒化物半導体デバイス1と比較して微増する。その一方で、ゲート長を長くすることができるので、窒化物半導体デバイス101のオフ耐圧を向上させることができる。 According to this configuration, some of the electric field lines from the drain electrode 38 toward the threshold adjustment layer 128 cannot be terminated at the block layer 14 connected to the first source electrode 36. As a result, the gate-drain parasitic capacitance Cgd increases slightly compared to the nitride semiconductor device 1 according to the first embodiment. On the other hand, the gate length can be increased, so that the off-state breakdown voltage of the nitride semiconductor device 101 can be improved.

なお、ゲート長は、ゲート電極32および閾値調整層28によってチャネルの開閉が制御可能な長さに対応しており、具体的には、第1のソース電極36とゲート電極32とが並ぶ方向における閾値調整層128の長さである。図3に示す断面図における閾値調整層28の幅(横方向の長さ)がゲート長に相当する。閾値調整層128の、p型半導体層26側の端部をp型半導体層26に近づけて配置することにより、ゲート長を長くすることができる。例えば、閾値調整層128の一部は、平面視において、ゲート開口部20の底面20aに重なっていてもよい。 The gate length corresponds to the length over which the opening and closing of the channel can be controlled by the gate electrode 32 and the threshold adjustment layer 28, and is specifically the length of the threshold adjustment layer 128 in the direction in which the first source electrode 36 and the gate electrode 32 are aligned. The width (horizontal length) of the threshold adjustment layer 28 in the cross-sectional view shown in FIG. 3 corresponds to the gate length. The gate length can be increased by arranging the end of the threshold adjustment layer 128 on the p-type semiconductor layer 26 side closer to the p-type semiconductor layer 26. For example, a portion of the threshold adjustment layer 128 may overlap the bottom surface 20a of the gate opening 20 in a plan view.

以上のように、本実施の形態に係る窒化物半導体デバイス101によれば、ゲート-ドレイン間の寄生容量Cgdを低減しながら、オフ耐圧を向上させることができる。よって、高速動作と高い信頼性とを両立させた窒化物半導体デバイス101を実現することができる。 As described above, the nitride semiconductor device 101 according to this embodiment can improve the off-state breakdown voltage while reducing the parasitic capacitance Cgd between the gate and drain. Therefore, it is possible to realize a nitride semiconductor device 101 that achieves both high-speed operation and high reliability.

(実施の形態3)
続いて、実施の形態3について説明する。
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment will be described.

実施の形態3では、第2のソース電極の直下に設けられたp型半導体層の大きさが実施の形態1とは主として異なる。以下では、実施の形態1との相違点を中心に説明を行い、共通点の説明を省略または簡略化する。 In the third embodiment, the main difference from the first embodiment is the size of the p-type semiconductor layer provided directly below the second source electrode. In the following, the differences from the first embodiment will be mainly described, and the description of the commonalities will be omitted or simplified.

図4は、実施の形態3に係る窒化物半導体デバイス201の断面図である。図4に示すように、窒化物半導体デバイス201は、図1に示した窒化物半導体デバイス1と比較して、p型半導体層26の代わりにp型半導体層226を備える点が相違する。p型半導体層226は、第2のp型窒化物半導体層の一例であり、電子供給層24の上面を覆う範囲がp型半導体層26とは相違している。 Figure 4 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor device 201 according to the third embodiment. As shown in Figure 4, the nitride semiconductor device 201 differs from the nitride semiconductor device 1 shown in Figure 1 in that it includes a p-type semiconductor layer 226 instead of the p-type semiconductor layer 26. The p-type semiconductor layer 226 is an example of a second p-type nitride semiconductor layer, and the range that covers the upper surface of the electron supply layer 24 differs from that of the p-type semiconductor layer 26.

具体的には、p型半導体層226は、電子供給層24の上面のうち、平坦部24aと傾斜部24bの一部とを連続的に覆っている。より具体的には、p型半導体層226は、平坦部24aの全体と傾斜部24bの一部とを連続的に覆っている。傾斜部24bを覆う範囲は特に限定されないが、例えば、傾斜部24bの下半分より少ない範囲である。 Specifically, the p-type semiconductor layer 226 continuously covers the flat portion 24a and part of the inclined portion 24b of the upper surface of the electron supply layer 24. More specifically, the p-type semiconductor layer 226 continuously covers the entire flat portion 24a and part of the inclined portion 24b. The area that covers the inclined portion 24b is not particularly limited, but is, for example, an area less than the lower half of the inclined portion 24b.

本構成によれば、p型半導体層226が電子供給層24の上面の平坦部24aと傾斜部24bの一部とを覆うことにより、オフ時の電界が集中しやすい箇所を増やすことができる。具体的には、ブロック層14の、p型半導体層226側の端部と、p型半導体層226の底面と、p型半導体層226の端部とで電界を受けることができる。このように、電界集中を緩和することができるので、オフリークを低減することができる。また、実施の形態1と同様に、p型半導体層226が電気力線を遮蔽することができるので、ゲート-ドレイン間の寄生容量Cgdを低減することができ、トランジスタの高速動作を実現することができる。 According to this configuration, the p-type semiconductor layer 226 covers the flat portion 24a and part of the inclined portion 24b of the upper surface of the electron supply layer 24, thereby increasing the number of locations where the electric field is likely to concentrate when the transistor is off. Specifically, the electric field can be received by the end of the block layer 14 on the p-type semiconductor layer 226 side, the bottom surface of the p-type semiconductor layer 226, and the end of the p-type semiconductor layer 226. In this way, the electric field concentration can be alleviated, and the off-leakage can be reduced. Also, as in the first embodiment, the p-type semiconductor layer 226 can shield the electric field lines, so that the parasitic capacitance Cgd between the gate and drain can be reduced, and high-speed operation of the transistor can be achieved.

図5は、実施の形態3の変形例に係る窒化物半導体デバイス202の断面図である。図5に示すように、窒化物半導体デバイス202は、図4に示した窒化物半導体デバイス101と比較して、閾値調整層28の代わりに閾値調整層128を備える。閾値調整層128は、図3に示した閾値調整層128と同じである。 Figure 5 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor device 202 according to a modified example of the third embodiment. As shown in Figure 5, compared to the nitride semiconductor device 101 shown in Figure 4, the nitride semiconductor device 202 includes a threshold adjustment layer 128 instead of the threshold adjustment layer 28. The threshold adjustment layer 128 is the same as the threshold adjustment layer 128 shown in Figure 3.

具体的には、基板10の平面視において、閾値調整層128とp型半導体層226との距離D2は、ブロック層14とp型半導体層226との距離D1よりも短い。つまり、閾値調整層128の、p型半導体層226側の端部が、ブロック層14の、p型半導体層226側の端部よりも、p型半導体層226側に位置している。 Specifically, in a plan view of the substrate 10, the distance D2 between the threshold adjustment layer 128 and the p-type semiconductor layer 226 is shorter than the distance D1 between the block layer 14 and the p-type semiconductor layer 226. In other words, the end of the threshold adjustment layer 128 on the p-type semiconductor layer 226 side is located closer to the p-type semiconductor layer 226 side than the end of the block layer 14 on the p-type semiconductor layer 226 side.

これにより、電界集中の緩和によるオフリークの低減と、ゲート長が長くなることによる高耐圧化とを両立することが可能となる。また、p型半導体層226が電気力線を遮蔽することができるので、ゲート-ドレイン間の寄生容量Cgdを低減することができ、トランジスタの高速動作を実現することができる。 This makes it possible to reduce off-leakage by mitigating electric field concentration, while increasing the gate length to achieve high voltage resistance. In addition, because the p-type semiconductor layer 226 can shield electric field lines, the parasitic capacitance Cgd between the gate and drain can be reduced, enabling the transistor to operate at high speed.

(実施の形態4)
続いて、実施の形態4について説明する。
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment will be described.

実施の形態4では、第2のソース電極の直下に設けられたp型半導体層の底部がブロック層の底部よりもドレイン電極に近い点が実施の形態1とは主として異なる。以下では、実施の形態1との相違点を中心に説明を行い、共通点の説明を省略または簡略化する。 The fourth embodiment differs from the first embodiment mainly in that the bottom of the p-type semiconductor layer provided directly below the second source electrode is closer to the drain electrode than the bottom of the block layer. The following description will focus on the differences from the first embodiment, and will omit or simplify the description of the commonalities.

図6は、本実施の形態に係る窒化物半導体デバイス301の断面図である。図6に示すように、窒化物半導体デバイス301は、図1に示した窒化物半導体デバイス1と比較して、ゲート開口部20の代わりにゲート開口部320を備える。ゲート開口部320は、その底面320aがドレイン電極38に近い点がゲート開口部20とは相違する。 Figure 6 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor device 301 according to this embodiment. As shown in Figure 6, compared to the nitride semiconductor device 1 shown in Figure 1, the nitride semiconductor device 301 has a gate opening 320 instead of the gate opening 20. The gate opening 320 differs from the gate opening 20 in that its bottom surface 320a is closer to the drain electrode 38.

具体的には、ゲート開口部320の底面320aは、ドリフト層12の深い位置に位置している。具体的には、ゲート開口部320の底面320aは、ドリフト層12とブロック層14との界面までの、基板10の主面に直交する方向の距離が、電子走行層22および電子供給層24の厚みよりも長くなるように設けられている。 Specifically, the bottom surface 320a of the gate opening 320 is located deep in the drift layer 12. Specifically, the bottom surface 320a of the gate opening 320 is provided such that the distance to the interface between the drift layer 12 and the block layer 14 in a direction perpendicular to the main surface of the substrate 10 is longer than the thickness of the electron transit layer 22 and the electron supply layer 24.

このため、電子供給層24の上面の平坦部24aを覆うp型半導体層26の底面は、ドリフト層12とブロック層14との界面よりも下方に位置する。言い換えると、p型半導体層26とドレイン電極38との距離D3は、ブロック層14とドレイン電極38との距離D4よりも短くなる。 For this reason, the bottom surface of the p-type semiconductor layer 26 covering the flat portion 24a of the upper surface of the electron supply layer 24 is located below the interface between the drift layer 12 and the block layer 14. In other words, the distance D3 between the p-type semiconductor layer 26 and the drain electrode 38 is shorter than the distance D4 between the block layer 14 and the drain electrode 38.

これにより、p型半導体層26によってオフ時の電界集中をより緩和させることができるので、オフリークを低減することが可能となる。また、p型半導体層26が電気力線を遮蔽することができるので、ゲート-ドレイン間の寄生容量Cgdを低減することができ、トランジスタの高速動作を実現することができる。 As a result, the p-type semiconductor layer 26 can further reduce the electric field concentration during the off state, making it possible to reduce off-leakage. In addition, the p-type semiconductor layer 26 can shield the electric field lines, so the parasitic capacitance Cgd between the gate and drain can be reduced, enabling the transistor to operate at high speed.

図7は、実施の形態4の変形例に係る窒化物半導体デバイス302の断面図である。図7に示すように、窒化物半導体デバイス302は、図6に示した窒化物半導体デバイス301と比較して、p型半導体層26の代わりにp型半導体層226を備える。p型半導体層226は、図4に示したp型半導体層226と同じである。 Figure 7 is a cross-sectional view of a nitride semiconductor device 302 according to a modification of the fourth embodiment. As shown in Figure 7, compared to the nitride semiconductor device 301 shown in Figure 6, the nitride semiconductor device 302 includes a p-type semiconductor layer 226 instead of the p-type semiconductor layer 26. The p-type semiconductor layer 226 is the same as the p-type semiconductor layer 226 shown in Figure 4.

具体的には、p型半導体層226は、電子供給層24の上面のうち、平坦部24aと傾斜部24bの一部とを連続的に覆っている。より具体的には、p型半導体層226は、平坦部24aの全体と傾斜部24bの一部とを連続的に覆っている。 Specifically, the p-type semiconductor layer 226 continuously covers the flat portion 24a and a part of the inclined portion 24b of the upper surface of the electron supply layer 24. More specifically, the p-type semiconductor layer 226 continuously covers the entire flat portion 24a and a part of the inclined portion 24b.

これにより、p型半導体層226によってオフ時の電界集中をより緩和させることができるので、オフリークを低減することが可能となる。また、p型半導体層226が電気力線を遮蔽することができるので、ゲート-ドレイン間の寄生容量Cgdを低減することができ、トランジスタの高速動作を実現することができる。 As a result, the p-type semiconductor layer 226 can further alleviate the electric field concentration when the transistor is off, making it possible to reduce off-leakage. In addition, the p-type semiconductor layer 226 can shield the electric field lines, so the parasitic capacitance Cgd between the gate and drain can be reduced, enabling the transistor to operate at high speed.

なお、窒化物半導体デバイス301または302は、閾値調整層28の代わりに閾値調整層128を備えてもよい。これにより、ゲート-ドレイン間の寄生容量Cgdを低減しながら、オフ耐圧を向上させることができる。よって、高速動作と高い信頼性とを両立させた窒化物半導体デバイス301または302を実現することができる。 The nitride semiconductor device 301 or 302 may include a threshold adjustment layer 128 instead of the threshold adjustment layer 28. This can improve the off-state breakdown voltage while reducing the parasitic capacitance Cgd between the gate and drain. This makes it possible to realize the nitride semiconductor device 301 or 302 that achieves both high-speed operation and high reliability.

(他の実施の形態)
以上、1つまたは複数の態様に係る窒化物半導体デバイスについて、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、および、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。
Other Embodiments
Although the nitride semiconductor device according to one or more aspects has been described based on the embodiments, the present disclosure is not limited to these embodiments. As long as it does not deviate from the gist of the present disclosure, various modifications conceivable by a person skilled in the art to the present embodiment and forms constructed by combining components of different embodiments are also included within the scope of the present disclosure.

例えば、ドリフト層12は、基板10側からブロック層14側にかけて徐々に不純物濃度(ドナー濃度)を低減させていくグレーデッド構造にしてもよい。なお、ドナー濃度の制御は、ドナーとなるSiで制御してもよいし、Siを補償するようなアクセプタとなる炭素で制御してもよい。あるいは、ドリフト層12は、不純物濃度が異なる複数の窒化物半導体層の積層構造を有してもよい。 For example, the drift layer 12 may have a graded structure in which the impurity concentration (donor concentration) is gradually reduced from the substrate 10 side to the block layer 14 side. The donor concentration may be controlled by Si, which acts as a donor, or by carbon, which acts as an acceptor that compensates for Si. Alternatively, the drift layer 12 may have a stacked structure of multiple nitride semiconductor layers with different impurity concentrations.

また、上記の各実施の形態は、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。 Furthermore, each of the above embodiments may be modified, substituted, added, omitted, etc. in various ways within the scope of the claims or their equivalents.

本開示の窒化物半導体デバイスは、例えば、機器の電源回路、インバータ回路等で用いられるパワートランジスタなどとして有用である。 The nitride semiconductor devices disclosed herein are useful, for example, as power transistors used in power supply circuits, inverter circuits, etc. for equipment.

1、101、201、202、301、302 窒化物半導体デバイス
10 基板
12 ドリフト層
14 ブロック層
16 下地層
20、320 ゲート開口部
20a、30a、320a 底面
20b、30b 側面
22 電子走行層
24 電子供給層
24a 平坦部
24b 傾斜部
24c 外縁部
25 2次元電子ガス
26、226 p型半導体層
28、128 閾値調整層
30 ソース開口部
32 ゲート電極
34 第2のソース電極
36 第1のソース電極
38 ドレイン電極
1, 101, 201, 202, 301, 302 Nitride semiconductor device 10 Substrate 12 Drift layer 14 Block layer 16 Underlayer 20, 320 Gate opening 20a, 30a, 320a Bottom surface 20b, 30b Side surface 22 Electron transit layer 24 Electron supply layer 24a Flat portion 24b Sloped portion 24c Outer edge portion 25 Two-dimensional electron gas 26, 226 P-type semiconductor layer 28, 128 Threshold adjustment layer 30 Source opening 32 Gate electrode 34 Second source electrode 36 First source electrode 38 Drain electrode

Claims (6)

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、前記第1の窒化物半導体層にまで達する第1の開口部と、
前記第2の窒化物半導体層の上面ならびに前記第1の開口部の側面および底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の開口部の底面に重なる位置に設けられた第2のp型窒化物半導体層または絶縁層と、
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の窒化物半導体層または前記絶縁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の開口部と、
前記第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型窒化物半導体層または前記絶縁層の上方に設けられ、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、を備える、
窒化物半導体デバイス。
A substrate;
a first nitride semiconductor layer provided above the substrate;
a first p-type nitride semiconductor layer provided above the first nitride semiconductor layer;
a second nitride semiconductor layer provided above the first p-type nitride semiconductor layer;
a first opening that penetrates the second nitride semiconductor layer and the first p-type nitride semiconductor layer and reaches the first nitride semiconductor layer;
an electron transit layer and an electron supply layer provided in this order from below so as to cover an upper surface of the second nitride semiconductor layer and a side surface and a bottom surface of the first opening;
a second p-type nitride semiconductor layer or an insulating layer provided above the electron supply layer at a position overlapping a bottom surface of the first opening in a plan view of the substrate;
a gate electrode provided above the electron supply layer at a position overlapping the second nitride semiconductor layer or the insulating layer in a plan view of the substrate;
a second opening that penetrates the electron supply layer and the electron transit layer at a position away from the gate electrode in a plan view of the substrate and reaches the first p-type nitride semiconductor layer;
a first source electrode provided to cover the second opening and electrically connected to the first p-type nitride semiconductor layer;
a drain electrode provided below the substrate;
a second source electrode provided above the second p-type nitride semiconductor layer or the insulating layer and electrically connected to the first source electrode;
Nitride semiconductor devices.
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の開口部の底面に沿った平坦部と、前記第1の開口部の側面に沿った傾斜部と、を含み、
前記第2のp型窒化物半導体層または前記絶縁層は、前記平坦部と前記傾斜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。
a side surface of the first opening is inclined with respect to a bottom surface of the first opening,
an upper surface of the electron supply layer includes a flat portion along a bottom surface of the first opening and an inclined portion along a side surface of the first opening,
the second p-type nitride semiconductor layer or the insulating layer continuously covers the flat portion and a part of the inclined portion;
The nitride semiconductor device of claim 1 .
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型窒化物半導体層または前記絶縁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または2に記載の窒化物半導体デバイス。
a third p-type nitride semiconductor layer provided between the gate electrode and the electron supply layer and spaced apart from the second p-type nitride semiconductor layer or the insulating layer;
The nitride semiconductor device according to claim 1 or 2.
前記基板の平面視において、前記第1のp型窒化物半導体層と前記第2のp型窒化物半導体層または前記絶縁層との距離は、前記第3のp型窒化物半導体層と前記第2のp型窒化物半導体層または前記絶縁層との距離よりも短い、
請求項3に記載の窒化物半導体デバイス。
In a plan view of the substrate, a distance between the first p-type nitride semiconductor layer and the second p-type nitride semiconductor layer or the insulating layer is shorter than a distance between the third p-type nitride semiconductor layer and the second p-type nitride semiconductor layer or the insulating layer.
The nitride semiconductor device of claim 3 .
前記基板の平面視において、前記第3のp型窒化物半導体層と前記第2のp型窒化物半導体層または前記絶縁層との距離は、前記第1のp型窒化物半導体層と前記第2のp型窒化物半導体層または前記絶縁層との距離よりも短い、
請求項3に記載の窒化物半導体デバイス。
In a plan view of the substrate, a distance between the third p-type nitride semiconductor layer and the second p-type nitride semiconductor layer or the insulating layer is shorter than a distance between the first p-type nitride semiconductor layer and the second p-type nitride semiconductor layer or the insulating layer.
The nitride semiconductor device of claim 3 .
前記第2のp型窒化物半導体層または前記絶縁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短い、
請求項1または2に記載の窒化物半導体デバイス。
a distance between the second p-type nitride semiconductor layer or the insulating layer and the drain electrode is shorter than a distance between the first p-type nitride semiconductor layer and the drain electrode;
The nitride semiconductor device according to claim 1 or 2.
JP2023084535A 2023-05-23 2023-05-23 Nitride Semiconductor Devices Pending JP2024168109A (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023084535A JP2024168109A (en) 2023-05-23 2023-05-23 Nitride Semiconductor Devices
CN202480031057.XA CN121080138A (en) 2023-05-23 2024-04-22 Nitride semiconductor devices
PCT/JP2024/015708 WO2024241804A1 (en) 2023-05-23 2024-04-22 Nitride semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023084535A JP2024168109A (en) 2023-05-23 2023-05-23 Nitride Semiconductor Devices

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2024168109A true JP2024168109A (en) 2024-12-05

Family

ID=93706643

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023084535A Pending JP2024168109A (en) 2023-05-23 2023-05-23 Nitride Semiconductor Devices

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2024168109A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI798689B (en) Semiconductor device
JP5469098B2 (en) Field effect transistor and manufacturing method thereof
US20140110759A1 (en) Semiconductor device
JP7500789B2 (en) Semiconductor Device
US10784361B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
CN102239550A (en) Field effect transistor
JP7361723B2 (en) nitride semiconductor device
JP6649208B2 (en) Semiconductor device
JP2012227456A (en) Semiconductor device
JP2025065365A (en) Nitride Semiconductor Devices
WO2022176455A1 (en) Nitride semiconductor device
US10535744B2 (en) Semiconductor device, power supply circuit, and computer
WO2021079686A1 (en) Nitride semiconductor device
WO2023042617A1 (en) Semiconductor device
JP6145985B2 (en) Field effect transistor
JP2022053102A (en) Semiconductor device
WO2023112374A1 (en) Nitride semiconductor device
JP2024168109A (en) Nitride Semiconductor Devices
US9627489B2 (en) Semiconductor device
WO2024241804A1 (en) Nitride semiconductor device
JP2025125348A (en) Nitride Semiconductor Devices
WO2025177918A1 (en) Nitride semiconductor device
JP7813766B2 (en) Nitride Semiconductor Devices
JP2024148579A (en) Nitride Semiconductor Devices
WO2025041393A1 (en) Semiconductor device