化合物半導体装置
【課題】電流コラプス現象が抑制され、且つフィールドプレート電極による電界集中を緩和する効果の低下が抑制された化合物半導体装置を提供する。
【解決手段】III族窒化物半導体層と、III族窒化物半導体層上に配置された絶縁膜７と、III族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に第１の距離Ｔ１の位置に絶縁膜を介して配置されたドレイン電極４と、III族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に第１の距離Ｔ１の位置に絶縁膜を介して配置されたソース電極３と、ドレイン電極とソース電極間においてIII族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に第２の距離Ｔ３の位置に絶縁膜を介して配置されたゲート電極５と、ドレイン電極とゲート電極間においてIII族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に第１の距離Ｔ１より短い第２の距離Ｔ２の位置に絶縁膜を介して配置されたフィールドプレート電極６とを備える。
【解決手段】III族窒化物半導体層と、III族窒化物半導体層上に配置された絶縁膜７と、III族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に第１の距離Ｔ１の位置に絶縁膜を介して配置されたドレイン電極４と、III族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に第１の距離Ｔ１の位置に絶縁膜を介して配置されたソース電極３と、ドレイン電極とソース電極間においてIII族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に第２の距離Ｔ３の位置に絶縁膜を介して配置されたゲート電極５と、ドレイン電極とゲート電極間においてIII族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に第１の距離Ｔ１より短い第２の距離Ｔ２の位置に絶縁膜を介して配置されたフィールドプレート電極６とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィールドプレート電極を有する化合物半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高耐圧パワーデバイス等に、III族窒化物半導体を用いた化合物半導体装置が使用されている。代表的なIII族窒化物半導体は、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表され、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等である。例えば高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）では、バンドギャップエネルギーが互いに異なるIII族窒化物半導体からなるキャリア走行層とキャリア供給層間の界面にヘテロ接合面が形成される。ヘテロ接合面近傍のキャリア走行層に、電流通路（チャネル）としての二次元キャリアガス層が形成される。
【０００３】
化合物半導体装置のドレイン電極とソース電極間に電圧を印加した場合に発生するバイアス電界は、ゲート電極のドレイン電極側の端部（以下において、「ドレイン側端部」という。）に集中する。ゲート電極のドレイン側端部におけるバイアス電界の集中を緩和することにより、化合物半導体装置の耐圧を向上することができる。例えば、フィールドプレート電極を配置することによって、ゲート電極のドレイン側端部における電界集中を緩和する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−９３８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
III族窒化物半導体層上に形成された絶縁膜上にドレイン電極などの各電極を形成する場合、絶縁膜に開口部が形成される。そして、各電極とIII族窒化物半導体層とを接続するために、この開口部に各電極が配置される。このとき、半導体製造工程でのプロセスマージンを取るために、開口部の面積よりも広く各電極が形成される。このため、各電極とIII族窒化物半導体層とが絶縁膜を挟んで対向する領域（以下において、「フランジ部」という。）が形成される。このフランジ部はフィールドプレート電極としての機能を有する。
【０００６】
ドレイン電極と電気的に接続するフィールドプレート電極は、電流コラプス現象を悪化させることが知られている。このため、ドレイン電極におけるフランジ部のフィールドプレート電極としての機能を低下させるために、III族窒化物半導体上の絶縁膜の膜厚を厚くする必要があった。この場合、本来のフィールドプレート電極による電界集中を緩和する効果が低下するという問題があった。
【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明は、電流コラプス現象が抑制され、且つフィールドプレート電極による電界集中を緩和する効果の低下が抑制された化合物半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、（イ）キャリア供給層、及びキャリア供給層とヘテロ接合を形成するキャリア走行層を積層したIII族窒化物半導体層と、（ロ）III族窒化物半導体層上に配置された絶縁膜と、（ハ）III族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に第１の距離の位置に絶縁膜を介して配置され、絶縁膜に設けられた開口部でIII族窒化物半導体層に接するドレイン電極と、（ニ）III族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に第１の距離の位置に絶縁膜を介して配置され、絶縁膜に設けられた開口部でIII族窒化物半導体層に接するソース電極と、（ホ）ドレイン電極とソース電極間に配置されたゲート電極と、（ヘ）ドレイン電極とゲート電極間において、III族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に第１の距離より短い第２の距離の位置に絶縁膜を介して配置されたフィールドプレート電極とを備える化合物半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電流コラプス現象が抑制され、且つフィールドプレート電極による電界集中を緩和する効果の低下が抑制された化合物半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置の他の構造を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その１）。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その２）。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その３）。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その４）。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その５）。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その６）。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その７）。
【図１０】本発明の第１の実施形態の変形例に係る化合物半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態の変形例に係る化合物半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態の変形例に係る化合物半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部の長さの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１２】
又、以下に示す第１及び第２の実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１３】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置１は、図１に示すように、キャリア供給層２２、及びキャリア供給層２２とヘテロ接合を形成するキャリア走行層２１を積層したIII族窒化物半導体層２０と、III族窒化物半導体層２０上に配置された絶縁膜７と、ソース電極３、ドレイン電極４及びゲート電極５とを備える。ドレイン電極４は、III族窒化物半導体層２０の上面から膜厚方向に第１の距離Ｔ１の位置に絶縁膜７を介して配置されている。ソース電極３は、III族窒化物半導体層２０の上面から膜厚方向に第１の距離Ｔ１の位置に絶縁膜７を介して配置されている。ゲート電極５は、ドレイン電極４とソース電極３間において、III族窒化物半導体層２０の上面から膜厚方向に第３の距離Ｔ３の位置に絶縁膜７を介して配置されている。ソース電極３、ドレイン電極４及びゲート電極５は、絶縁膜７に設けられた開口部でIII族窒化物半導体層２０にそれぞれ接する。更に、フィールドプレート電極６が、ドレイン電極４とゲート電極５間において、III族窒化物半導体層２０の上面から膜厚方向に第１の距離Ｔ１より短い第２の距離Ｔ２の位置に絶縁膜７を介して配置されている。フィールドプレート電極６は、ソース電極３と電気的に接続されている。
【００１４】
図１に示したように、基板１０上にバッファ層１１が配置され、バッファ層１１上にIII族窒化物半導体層２０が配置されている。
【００１５】
III族窒化物半導体層２０は、第１のIII族窒化物半導体層からなるキャリア供給層２２、及び第１のIII族窒化物半導体層と異なるバンドギャップエネルギーを有する第２のIII族窒化物半導体層からなるキャリア走行層２１を有する。
【００１６】
バッファ層１１上に配置されたキャリア走行層２１は、例えば不純物が添加されていないアンドープＧａＮを、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等によりエピタキシャル成長させて形成する。ここでノンドープとは、不純物が意図的に添加されていないことを意味する。
【００１７】
キャリア走行層２１上に配置されたキャリア供給層２２は、キャリア走行層２１よりもバンドギャップが大きく、且つキャリア走行層２１より格子定数の小さいIII族窒化物半導体からなる。キャリア供給層２２としてアンドープのＡｌxＧａ1-xＮが採用可能である。
【００１８】
キャリア供給層２２は、ＭＯＣＶＤ法等によるエピタキシャル成長によってキャリア走行層２１上に形成される。キャリア供給層２２とキャリア走行層２１は格子定数が異なるため、格子歪みによるピエゾ分極が生じる。このピエゾ分極とキャリア供給層２２の結晶が有する自発分極により、ヘテロ接合付近のキャリア走行層２１に高密度のキャリアが生じ、電流通路（チャネル）としての二次元キャリアガス層（図示略）が形成される。即ち、化合物半導体装置１はIII族窒化物半導体を用いたＨＥＭＴである。
【００１９】
化合物半導体装置１においては、ゲート電極５とドレイン電極４間にフィールドプレート電極６が配置されている。フィールドプレート電極６により、ゲート電極５のドレイン側端部の空乏層の曲率が制御されて、ゲート電極５のドレイン側端部に集中するバイアス電界の集中が緩和される。
【００２０】
既に述べたように、ドレイン電極４と電気的に接続するフィールドプレート電極は、電流コラプス現象を悪化させ、オン抵抗の増大などをまねく。そして、III族窒化物半導体層２０と絶縁膜７を挟んで対向するドレイン電極４のフランジ部４１は、ドレイン電極４と電気的に接続するフィールドプレート電極としての機能を有する。
【００２１】
しかしながら、図１に示した化合物半導体装置１では、ドレイン電極４のフランジ部４１とIII族窒化物半導体層２０との間の絶縁膜７の膜厚が、フィールドプレート電極６とIII族窒化物半導体層２０との間の絶縁膜７の膜厚に比べて厚い。このため、化合物半導体装置１においては、ドレイン電極４のフランジ部４１直下の絶縁膜７を厚くすることによってフランジ部４１のフィールドプレート電極としての機能を低下させる一方で、フィールドプレート電極６直下の絶縁膜７の膜厚を薄くすることによって、フィールドプレート電極６による電界集中を緩和する効果が低下することを抑制できる。
【００２２】
ドレイン電極４のフランジ部４１のフィールドプレート電極としての機能を低下させるために、フランジ部４１直下の絶縁膜７の膜厚、即ち第１の距離Ｔ１は、例えば５００ｎｍ〜１μｍ程度であることが好ましい。一方、フィールドプレート電極６による電界集中を緩和する効果が低下すること抑制するために、フィールドプレート電極６直下の絶縁膜７の膜厚、即ち第２の距離Ｔ２は、例えば１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度であることが好ましい。
【００２３】
ゲート電極５のフランジ部とIII族窒化物半導体層２０との間の絶縁膜７の膜厚（Ｔ３）が、フィールドプレート電極６とIII族窒化物半導体層２０との間の絶縁膜７の膜厚（Ｔ２）と同程度であってもよい。この場合、Ｔ２＝Ｔ３＜Ｔ１である。ただし、ゲート電極５のフランジ部直下の絶縁膜７の膜厚（Ｔ３）を、フィールドプレート電極６直下の絶縁膜７の膜厚（Ｔ２）よりも厚くすることによって、化合物半導体装置１のゲート・ドレイン間容量を低減することができる。このため、第３の距離Ｔ３は第１の距離Ｔ１と同程度にすることが好ましい。
【００２４】
なお、図２に示すようにフィールドプレート電極６をゲート電極５と電気的に接続しても、フィールドプレート電極６によるゲート電極５のドレイン側端部での電界集中を緩和することができる。
【００２５】
以上に説明したように、本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置１においては、ドレイン電極４のフランジ部４１直下の絶縁膜７の膜厚（Ｔ１）を厚くし、且つフィールドプレート電極６直下の絶縁膜７の膜厚（Ｔ２）を薄くすることにより、ドレイン電極４のフランジ部４１のフィールドプレート電極としての機能を低下させると同時に、フィールドプレート電極６による電界集中を緩和する効果の低下が抑制される。その結果、電流コラプス現象が抑制され、且つフィールドプレート電極６による効果の低下が抑制された化合物半導体装置１を提供できる。即ち、図１に示した化合物半導体装置１によれば、ゲート電極５のドレイン側端部でのバイアス電界集中が緩和され、且つ動作時のオン抵抗の増大が抑制された化合物半導体装置を提供することができる。
【００２６】
以下に、図３〜図９を用いて、本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置１の製造方法を説明する。ここでは、図１に示した化合物半導体装置１について例示的に製造方法を述べる。なお、以下に述べる化合物半導体装置の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。
【００２７】
（イ）図３に示すように、基板１０上にバッファ層１１を形成する。更に、バッファ層１１上に、キャリア走行層２１及びキャリア供給層２２をこの順にエピタキシャル成長させ、III族窒化物半導体層２０を形成する。更に、キャリア供給層２２上に、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜などの第１の絶縁膜７１を膜厚Ｗ１で形成する。ここで、膜厚Ｗ１は第２の距離Ｔ２に等しい。第１の絶縁膜７１は、絶縁膜７の下側部分である。
【００２８】
（ロ）第１の絶縁膜７１上全面に、フィールドプレート電極６形成用の金属膜を形成した後、この金属膜をフォトリソグラフィ技術などを用いてパターニングする。これにより、図４に示すように、第１の絶縁膜７１上の所定の位置、即ちドレイン電極４が配置される位置とゲート電極５が配置される位置との間に、フィールドプレート電極６が形成される。
【００２９】
（ハ）図５に示すように、第１の絶縁膜７１上及びフィールドプレート電極６上に、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜からなる第２の絶縁膜７２を膜厚Ｗ２で形成する。第２の絶縁膜７２は、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）膜なども採用可能である。第２の絶縁膜７２は絶縁膜７の上側部分であり、膜厚Ｗ２は「第１の距離Ｔ１−第２の距離Ｔ２」である。ここではドレイン電極４のフランジ部４１及びソース電極３のフランジ部の下方の絶縁膜７の膜厚（Ｔ１）とゲート電極５のフランジ部下方の絶縁膜７の膜厚（Ｔ３）とは、同じ厚さである。
【００３０】
（ニ）フォトリソグラフィ技術などを用いて、図６に示すように、第１の絶縁膜７１及び第２の絶縁膜７２の所定の位置に開口部７０１、７０２を形成する。具体的には、ソース電極３とドレイン電極４がそれぞれ配置される位置の第１の絶縁膜７１及び第２の絶縁膜７２を、フォトレジスト膜をマスクにしてエッチング除去する。
【００３１】
（ホ）開口部７０１、７０２を埋め込むように、第２の絶縁膜７２上に金属膜を形成する。その後、この金属膜をフォトリソグラフィ技術などを用いてパターニングする。これにより、図７に示すように、開口部７０１を埋め込んで配置されたソース電極３、及び開口部７０２を埋め込んで配置されたドレイン電極４が形成される。
【００３２】
（ヘ）図８に示すように、ゲート電極５が配置される位置の第１の絶縁膜７１及び第２の絶縁膜７２を除去して、開口部７０３を形成する。次いで、開口部７０３を埋め込むように第２の絶縁膜７２上に金属膜を形成した後、この金属膜をパターニングして、図９に示すように、開口部７０３を埋め込んで配置されたゲート電極５を形成する。なお、リフトオフ法を用いてゲート電極５を形成してもよい。
【００３３】
（ト）その後、公知の多層配線工程などを用いて、フィールドプレート電極６とソース電極３を電気的に接続する。以上により、図１に示した化合物半導体装置１が完成する。
【００３４】
なお、図１ではゲート電極５の外縁部が絶縁膜７上に配置されて、ゲート電極５がフランジ部を有する例を示した。しかし、ゲート電極５がフランジ部を有さないように化合物半導体装置１を製造してもよい。
【００３５】
基板１０には、シリコン（Ｓｉ）基板、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）基板、ＧａＮ基板等の半導体基板や、サファイア基板、セラミック基板等の絶縁体基板を採用可能である。例えば、基板１０に大口径化が容易なシリコン基板を採用することにより、化合物半導体装置１の製造コストを低減できる。
【００３６】
バッファ層１１は、ＭＯＣＶＤ法等のエピタキシャル成長法で形成できる。図１では、バッファ層１１を１つの層として図示しているが、バッファ層１１を複数の層で形成してもよい。例えば、バッファ層１１を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる第１のサブレイヤー（第１の副層）とＧａＮからなる第２のサブレイヤー（第２の副層）とを交互に積層した多層構造バッファとしてもよい。なお、バッファ層１１はＨＥＭＴの動作に直接には関係しないため、バッファ層１１を省いてもよい。また、基板１０とバッファ層１１とを組み合わせた構造を基板とみなすこともできる。バッファ層１１の構造、配置は、基板１０の材料等に応じて決定される。
【００３７】
ソース電極３及びドレイン電極４は、III族窒化物半導体層２０と低抵抗接触（オーミック接触）可能な金属により形成される。例えばアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などがソース電極３及びドレイン電極４に採用可能である。或いはＴｉとＡｌの積層体として、ソース電極３及びドレイン電極４は形成される。
【００３８】
ゲート電極５には、例えばニッケル金（ＮｉＡｕ）などが採用可能である。フィールドプレート電極６には、例えばアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などが採用可能である。
【００３９】
以上に説明したように、本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置１の製造方法によれば、ドレイン電極４のフランジ部４１直下の絶縁膜７の膜厚（Ｔ１）を、フィールドプレート電極６直下の絶縁膜７の膜厚（Ｔ２）よりも厚くすることができる。これにより、電流コラプス現象が抑制され、且つフィールドプレート電極６による電界集中を緩和する効果の低下が抑制された化合物半導体装置１を提供することができる。
【００４０】
＜変形例＞
図１０に示すように、ソース電極３とフィールドプレート電極６を一体的に形成してもよい。即ち、層間絶縁膜７５及び絶縁膜７に形成した開口部を埋め込むように配線層９を形成することにより、図１０に示した化合物半導体装置１が得られる。この場合、多層配線工程によってソース電極３とフィールドプレート電極６とを電気的に接続する必要がない。
【００４１】
なお、フィールドプレート電極６をソース電極３と電気的に接続することにより、化合物半導体装置１のミラー容量を低減することができる。これは、ソース電極３と電気的に接続するフィールドプレート電極６によって、ドレイン電極４に対してゲート電極５がシールドされているためである。つまり、フィールドプレート電極６がゲート電極５とドレイン電極４間に配置されていることにより、ゲート電極５とドレイン電極４間の容量が低減される。
【００４２】
したがって、フィールドプレート電極６をソース電極３と電気的に接続することによって化合物半導体装置１の高速動作が可能になる。ゲート電極５をドレイン電極４に対してシールドすることによりミラー容量が低減する効果を、以下において「シールド効果」という。
【００４３】
図１０に示した例では、ゲート電極５のドレイン電極４に対向する側面が、フィールドプレート電極６及びフィールドプレート電極６とソース電極３とを接続する配線層９によってシールドされる。このため、シールド効果によって、ゲート電極５とドレイン電極４間の容量が低減され、化合物半導体装置１のミラー容量を低減できる。
【００４４】
なお、フィールドプレート電極６によるシールド効果を得るために、図１１に示すように、ゲート電極５のドレイン電極４側の上面部分までを覆うようにフィールドプレート電極６を形成してもよい。また、図１２に示すように、ゲート電極５とフィールドプレート電極６を一体的に形成してもよい。
【００４５】
図１１及び図１２に示した化合物半導体装置１によっても、電流コラプス現象を抑制し、且つゲート電極５のドレイン側端部における電界集中を緩和する効果の低下を抑制でき、更にシールド効果が得られる。
【００４６】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る化合物半導体装置１は、図１３に示すように、ゲート電極５とフィールドプレート電極６間においてIII族窒化物半導体層２０上に隣接するように配置されたシールド電極８を更に備えることが、図１に示した化合物半導体装置１と異なる。図１３に示すように、シールド電極８は、フィールドプレート電極６と電気的に接続される。更に、シールド電極８及びフィールドプレート電極６は、ソース電極３に電気的に接続される。その他の構成については、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００４７】
シールド電極８は、例えばゲート電極５と同様の構造を採用可能である。なお、図１３ではシールド電極８の外縁部が絶縁膜７上に配置されて、シールド電極８がフランジ部を有する例を示した。しかし、シールド電極８がフランジ部を有さなくてもよい。また、ゲート電極５がフランジ部を有さなくてもよい。
【００４８】
図１３に示した化合物半導体装置１によれば、シールド電極８がゲート電極５とドレイン電極４の間に配置されることにより、第１の実施形態に係る化合物半導体装置１と比べ、ゲート電極５のドレイン側端部における電界集中が更に緩和される。また、シールド電極８とドレイン電極４の間にフィールドプレート電極６が配置されることによって、シールド電極８のドレイン側端部における電界集中が緩和される。このため、シールド電極８の破壊を防止できる。
【００４９】
なお、図１３に示すように、シールド電極８及びフィールドプレート電極６とソース電極３とを電気的に接続する配線層９は、フィールドプレート電極６の上方を通過した後に、ドレイン電極４側に延伸してもよい。配線層９のドレイン電極４側への延伸部分９０によって、シールド電極８における電界集中を更に緩和することができる。
【００５０】
図１３に示した化合物半導体装置１では、ドレイン電極４のフランジ部４１直下の絶縁膜７の膜厚よりもフィールドプレート電極６直下の絶縁膜７の膜厚が薄い。これにより、ドレイン電極４のフランジ部４１のフィールドプレート電極としての機能を低下させると同時に、フィールドプレート電極６による電界集中を緩和する効果の低下が抑制される。
【００５１】
また、シールド電極８を有する図１３に示した化合物半導体装置１は、第１の実施形態に係る化合物半導体装置１と比べ、ドレイン電極４に対してゲート電極５をシールドする効果が大きい。なお、III族窒化物半導体層２０上面からのシールド電極８の上面までの高さは、ゲート電極５の上面までの高さ以上に設定することが好ましい。これにより、ゲート電極５のドレイン電極４に対向する側面全体が、シールド電極８によってシールドされる。シールド電極８によるシールド効果によってゲート電極５とドレイン電極４間の容量が低減され、化合物半導体装置１のミラー容量を低減することができる。
【００５２】
シールド電極８をゲート電極５と同一材料で同一構造にすることにより、製造工程を簡略化することができる。即ち、図５〜図６を参照して説明した工程において、ゲート電極５を形成するのと同時にシールド電極８を形成すればよい。
【００５３】
以上に説明したように、本発明の第２の実施形態に係る化合物半導体装置１によれば、ゲート電極５のドレイン側端部における電界集中をより効果的に緩和できると同時に、化合物半導体装置１のミラー容量をより効果的に低減することができる。他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。
【００５４】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は第１及び第２の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００５５】
例えば、フィールドプレート電極６をソース電極３又はゲート電極５以外の、一定値に固定された電圧を供給する固定電極に接続してもよい。つまり、フィールドプレート電極６を交流的にＧＮＤにみえる一定電位に設定することにより、ゲート電極５のドレイン側端部におけるバイアス電界の集中を緩和する効果が得られる。フィールドプレート電極６をＧＮＤに接続してもよい。
【００５６】
また、上記に記載した化合物半導体装置１のゲート電極構造は、ゲート電極５とIII族窒化物半導体層２０とがショットキー接合するＭＥＳ構造であるが、ゲート電極５の電極構造が、III族窒化物半導体層２０と接するゲート絶縁膜を有するＭＩＳ構造であってもよい。
【００５７】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００５８】
１…化合物半導体装置
３…ソース電極
４…ドレイン電極
５…ゲート電極
６…フィールドプレート電極
７…絶縁膜
８…シールド電極
１０…基板
１１…バッファ層
２０…III族窒化物半導体層
２１…キャリア走行層
２２…キャリア供給層
４１…フランジ部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィールドプレート電極を有する化合物半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高耐圧パワーデバイス等に、III族窒化物半導体を用いた化合物半導体装置が使用されている。代表的なIII族窒化物半導体は、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表され、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）等である。例えば高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）では、バンドギャップエネルギーが互いに異なるIII族窒化物半導体からなるキャリア走行層とキャリア供給層間の界面にヘテロ接合面が形成される。ヘテロ接合面近傍のキャリア走行層に、電流通路（チャネル）としての二次元キャリアガス層が形成される。
【０００３】
化合物半導体装置のドレイン電極とソース電極間に電圧を印加した場合に発生するバイアス電界は、ゲート電極のドレイン電極側の端部（以下において、「ドレイン側端部」という。）に集中する。ゲート電極のドレイン側端部におけるバイアス電界の集中を緩和することにより、化合物半導体装置の耐圧を向上することができる。例えば、フィールドプレート電極を配置することによって、ゲート電極のドレイン側端部における電界集中を緩和する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−９３８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
III族窒化物半導体層上に形成された絶縁膜上にドレイン電極などの各電極を形成する場合、絶縁膜に開口部が形成される。そして、各電極とIII族窒化物半導体層とを接続するために、この開口部に各電極が配置される。このとき、半導体製造工程でのプロセスマージンを取るために、開口部の面積よりも広く各電極が形成される。このため、各電極とIII族窒化物半導体層とが絶縁膜を挟んで対向する領域（以下において、「フランジ部」という。）が形成される。このフランジ部はフィールドプレート電極としての機能を有する。
【０００６】
ドレイン電極と電気的に接続するフィールドプレート電極は、電流コラプス現象を悪化させることが知られている。このため、ドレイン電極におけるフランジ部のフィールドプレート電極としての機能を低下させるために、III族窒化物半導体上の絶縁膜の膜厚を厚くする必要があった。この場合、本来のフィールドプレート電極による電界集中を緩和する効果が低下するという問題があった。
【０００７】
上記問題点に鑑み、本発明は、電流コラプス現象が抑制され、且つフィールドプレート電極による電界集中を緩和する効果の低下が抑制された化合物半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、（イ）キャリア供給層、及びキャリア供給層とヘテロ接合を形成するキャリア走行層を積層したIII族窒化物半導体層と、（ロ）III族窒化物半導体層上に配置された絶縁膜と、（ハ）III族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に第１の距離の位置に絶縁膜を介して配置され、絶縁膜に設けられた開口部でIII族窒化物半導体層に接するドレイン電極と、（ニ）III族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に第１の距離の位置に絶縁膜を介して配置され、絶縁膜に設けられた開口部でIII族窒化物半導体層に接するソース電極と、（ホ）ドレイン電極とソース電極間に配置されたゲート電極と、（ヘ）ドレイン電極とゲート電極間において、III族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に第１の距離より短い第２の距離の位置に絶縁膜を介して配置されたフィールドプレート電極とを備える化合物半導体装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電流コラプス現象が抑制され、且つフィールドプレート電極による電界集中を緩和する効果の低下が抑制された化合物半導体装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置の他の構造を示す模式的な断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その１）。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その２）。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その３）。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その４）。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その５）。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その６）。
【図９】本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である（その７）。
【図１０】本発明の第１の実施形態の変形例に係る化合物半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態の変形例に係る化合物半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。
【図１２】本発明の第１の実施形態の変形例に係る化合物半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施形態に係る化合物半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、図面を参照して、本発明の第１及び第２の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各部の長さの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１２】
又、以下に示す第１及び第２の実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１３】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置１は、図１に示すように、キャリア供給層２２、及びキャリア供給層２２とヘテロ接合を形成するキャリア走行層２１を積層したIII族窒化物半導体層２０と、III族窒化物半導体層２０上に配置された絶縁膜７と、ソース電極３、ドレイン電極４及びゲート電極５とを備える。ドレイン電極４は、III族窒化物半導体層２０の上面から膜厚方向に第１の距離Ｔ１の位置に絶縁膜７を介して配置されている。ソース電極３は、III族窒化物半導体層２０の上面から膜厚方向に第１の距離Ｔ１の位置に絶縁膜７を介して配置されている。ゲート電極５は、ドレイン電極４とソース電極３間において、III族窒化物半導体層２０の上面から膜厚方向に第３の距離Ｔ３の位置に絶縁膜７を介して配置されている。ソース電極３、ドレイン電極４及びゲート電極５は、絶縁膜７に設けられた開口部でIII族窒化物半導体層２０にそれぞれ接する。更に、フィールドプレート電極６が、ドレイン電極４とゲート電極５間において、III族窒化物半導体層２０の上面から膜厚方向に第１の距離Ｔ１より短い第２の距離Ｔ２の位置に絶縁膜７を介して配置されている。フィールドプレート電極６は、ソース電極３と電気的に接続されている。
【００１４】
図１に示したように、基板１０上にバッファ層１１が配置され、バッファ層１１上にIII族窒化物半導体層２０が配置されている。
【００１５】
III族窒化物半導体層２０は、第１のIII族窒化物半導体層からなるキャリア供給層２２、及び第１のIII族窒化物半導体層と異なるバンドギャップエネルギーを有する第２のIII族窒化物半導体層からなるキャリア走行層２１を有する。
【００１６】
バッファ層１１上に配置されたキャリア走行層２１は、例えば不純物が添加されていないアンドープＧａＮを、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等によりエピタキシャル成長させて形成する。ここでノンドープとは、不純物が意図的に添加されていないことを意味する。
【００１７】
キャリア走行層２１上に配置されたキャリア供給層２２は、キャリア走行層２１よりもバンドギャップが大きく、且つキャリア走行層２１より格子定数の小さいIII族窒化物半導体からなる。キャリア供給層２２としてアンドープのＡｌxＧａ1-xＮが採用可能である。
【００１８】
キャリア供給層２２は、ＭＯＣＶＤ法等によるエピタキシャル成長によってキャリア走行層２１上に形成される。キャリア供給層２２とキャリア走行層２１は格子定数が異なるため、格子歪みによるピエゾ分極が生じる。このピエゾ分極とキャリア供給層２２の結晶が有する自発分極により、ヘテロ接合付近のキャリア走行層２１に高密度のキャリアが生じ、電流通路（チャネル）としての二次元キャリアガス層（図示略）が形成される。即ち、化合物半導体装置１はIII族窒化物半導体を用いたＨＥＭＴである。
【００１９】
化合物半導体装置１においては、ゲート電極５とドレイン電極４間にフィールドプレート電極６が配置されている。フィールドプレート電極６により、ゲート電極５のドレイン側端部の空乏層の曲率が制御されて、ゲート電極５のドレイン側端部に集中するバイアス電界の集中が緩和される。
【００２０】
既に述べたように、ドレイン電極４と電気的に接続するフィールドプレート電極は、電流コラプス現象を悪化させ、オン抵抗の増大などをまねく。そして、III族窒化物半導体層２０と絶縁膜７を挟んで対向するドレイン電極４のフランジ部４１は、ドレイン電極４と電気的に接続するフィールドプレート電極としての機能を有する。
【００２１】
しかしながら、図１に示した化合物半導体装置１では、ドレイン電極４のフランジ部４１とIII族窒化物半導体層２０との間の絶縁膜７の膜厚が、フィールドプレート電極６とIII族窒化物半導体層２０との間の絶縁膜７の膜厚に比べて厚い。このため、化合物半導体装置１においては、ドレイン電極４のフランジ部４１直下の絶縁膜７を厚くすることによってフランジ部４１のフィールドプレート電極としての機能を低下させる一方で、フィールドプレート電極６直下の絶縁膜７の膜厚を薄くすることによって、フィールドプレート電極６による電界集中を緩和する効果が低下することを抑制できる。
【００２２】
ドレイン電極４のフランジ部４１のフィールドプレート電極としての機能を低下させるために、フランジ部４１直下の絶縁膜７の膜厚、即ち第１の距離Ｔ１は、例えば５００ｎｍ〜１μｍ程度であることが好ましい。一方、フィールドプレート電極６による電界集中を緩和する効果が低下すること抑制するために、フィールドプレート電極６直下の絶縁膜７の膜厚、即ち第２の距離Ｔ２は、例えば１００ｎｍ〜３００ｎｍ程度であることが好ましい。
【００２３】
ゲート電極５のフランジ部とIII族窒化物半導体層２０との間の絶縁膜７の膜厚（Ｔ３）が、フィールドプレート電極６とIII族窒化物半導体層２０との間の絶縁膜７の膜厚（Ｔ２）と同程度であってもよい。この場合、Ｔ２＝Ｔ３＜Ｔ１である。ただし、ゲート電極５のフランジ部直下の絶縁膜７の膜厚（Ｔ３）を、フィールドプレート電極６直下の絶縁膜７の膜厚（Ｔ２）よりも厚くすることによって、化合物半導体装置１のゲート・ドレイン間容量を低減することができる。このため、第３の距離Ｔ３は第１の距離Ｔ１と同程度にすることが好ましい。
【００２４】
なお、図２に示すようにフィールドプレート電極６をゲート電極５と電気的に接続しても、フィールドプレート電極６によるゲート電極５のドレイン側端部での電界集中を緩和することができる。
【００２５】
以上に説明したように、本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置１においては、ドレイン電極４のフランジ部４１直下の絶縁膜７の膜厚（Ｔ１）を厚くし、且つフィールドプレート電極６直下の絶縁膜７の膜厚（Ｔ２）を薄くすることにより、ドレイン電極４のフランジ部４１のフィールドプレート電極としての機能を低下させると同時に、フィールドプレート電極６による電界集中を緩和する効果の低下が抑制される。その結果、電流コラプス現象が抑制され、且つフィールドプレート電極６による効果の低下が抑制された化合物半導体装置１を提供できる。即ち、図１に示した化合物半導体装置１によれば、ゲート電極５のドレイン側端部でのバイアス電界集中が緩和され、且つ動作時のオン抵抗の増大が抑制された化合物半導体装置を提供することができる。
【００２６】
以下に、図３〜図９を用いて、本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置１の製造方法を説明する。ここでは、図１に示した化合物半導体装置１について例示的に製造方法を述べる。なお、以下に述べる化合物半導体装置の製造方法は一例であり、この変形例を含めて、これ以外の種々の製造方法により実現可能であることは勿論である。
【００２７】
（イ）図３に示すように、基板１０上にバッファ層１１を形成する。更に、バッファ層１１上に、キャリア走行層２１及びキャリア供給層２２をこの順にエピタキシャル成長させ、III族窒化物半導体層２０を形成する。更に、キャリア供給層２２上に、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜などの第１の絶縁膜７１を膜厚Ｗ１で形成する。ここで、膜厚Ｗ１は第２の距離Ｔ２に等しい。第１の絶縁膜７１は、絶縁膜７の下側部分である。
【００２８】
（ロ）第１の絶縁膜７１上全面に、フィールドプレート電極６形成用の金属膜を形成した後、この金属膜をフォトリソグラフィ技術などを用いてパターニングする。これにより、図４に示すように、第１の絶縁膜７１上の所定の位置、即ちドレイン電極４が配置される位置とゲート電極５が配置される位置との間に、フィールドプレート電極６が形成される。
【００２９】
（ハ）図５に示すように、第１の絶縁膜７１上及びフィールドプレート電極６上に、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜からなる第２の絶縁膜７２を膜厚Ｗ２で形成する。第２の絶縁膜７２は、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）膜なども採用可能である。第２の絶縁膜７２は絶縁膜７の上側部分であり、膜厚Ｗ２は「第１の距離Ｔ１−第２の距離Ｔ２」である。ここではドレイン電極４のフランジ部４１及びソース電極３のフランジ部の下方の絶縁膜７の膜厚（Ｔ１）とゲート電極５のフランジ部下方の絶縁膜７の膜厚（Ｔ３）とは、同じ厚さである。
【００３０】
（ニ）フォトリソグラフィ技術などを用いて、図６に示すように、第１の絶縁膜７１及び第２の絶縁膜７２の所定の位置に開口部７０１、７０２を形成する。具体的には、ソース電極３とドレイン電極４がそれぞれ配置される位置の第１の絶縁膜７１及び第２の絶縁膜７２を、フォトレジスト膜をマスクにしてエッチング除去する。
【００３１】
（ホ）開口部７０１、７０２を埋め込むように、第２の絶縁膜７２上に金属膜を形成する。その後、この金属膜をフォトリソグラフィ技術などを用いてパターニングする。これにより、図７に示すように、開口部７０１を埋め込んで配置されたソース電極３、及び開口部７０２を埋め込んで配置されたドレイン電極４が形成される。
【００３２】
（ヘ）図８に示すように、ゲート電極５が配置される位置の第１の絶縁膜７１及び第２の絶縁膜７２を除去して、開口部７０３を形成する。次いで、開口部７０３を埋め込むように第２の絶縁膜７２上に金属膜を形成した後、この金属膜をパターニングして、図９に示すように、開口部７０３を埋め込んで配置されたゲート電極５を形成する。なお、リフトオフ法を用いてゲート電極５を形成してもよい。
【００３３】
（ト）その後、公知の多層配線工程などを用いて、フィールドプレート電極６とソース電極３を電気的に接続する。以上により、図１に示した化合物半導体装置１が完成する。
【００３４】
なお、図１ではゲート電極５の外縁部が絶縁膜７上に配置されて、ゲート電極５がフランジ部を有する例を示した。しかし、ゲート電極５がフランジ部を有さないように化合物半導体装置１を製造してもよい。
【００３５】
基板１０には、シリコン（Ｓｉ）基板、シリコンカーバイト（ＳｉＣ）基板、ＧａＮ基板等の半導体基板や、サファイア基板、セラミック基板等の絶縁体基板を採用可能である。例えば、基板１０に大口径化が容易なシリコン基板を採用することにより、化合物半導体装置１の製造コストを低減できる。
【００３６】
バッファ層１１は、ＭＯＣＶＤ法等のエピタキシャル成長法で形成できる。図１では、バッファ層１１を１つの層として図示しているが、バッファ層１１を複数の層で形成してもよい。例えば、バッファ層１１を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなる第１のサブレイヤー（第１の副層）とＧａＮからなる第２のサブレイヤー（第２の副層）とを交互に積層した多層構造バッファとしてもよい。なお、バッファ層１１はＨＥＭＴの動作に直接には関係しないため、バッファ層１１を省いてもよい。また、基板１０とバッファ層１１とを組み合わせた構造を基板とみなすこともできる。バッファ層１１の構造、配置は、基板１０の材料等に応じて決定される。
【００３７】
ソース電極３及びドレイン電極４は、III族窒化物半導体層２０と低抵抗接触（オーミック接触）可能な金属により形成される。例えばアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などがソース電極３及びドレイン電極４に採用可能である。或いはＴｉとＡｌの積層体として、ソース電極３及びドレイン電極４は形成される。
【００３８】
ゲート電極５には、例えばニッケル金（ＮｉＡｕ）などが採用可能である。フィールドプレート電極６には、例えばアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）などが採用可能である。
【００３９】
以上に説明したように、本発明の第１の実施形態に係る化合物半導体装置１の製造方法によれば、ドレイン電極４のフランジ部４１直下の絶縁膜７の膜厚（Ｔ１）を、フィールドプレート電極６直下の絶縁膜７の膜厚（Ｔ２）よりも厚くすることができる。これにより、電流コラプス現象が抑制され、且つフィールドプレート電極６による電界集中を緩和する効果の低下が抑制された化合物半導体装置１を提供することができる。
【００４０】
＜変形例＞
図１０に示すように、ソース電極３とフィールドプレート電極６を一体的に形成してもよい。即ち、層間絶縁膜７５及び絶縁膜７に形成した開口部を埋め込むように配線層９を形成することにより、図１０に示した化合物半導体装置１が得られる。この場合、多層配線工程によってソース電極３とフィールドプレート電極６とを電気的に接続する必要がない。
【００４１】
なお、フィールドプレート電極６をソース電極３と電気的に接続することにより、化合物半導体装置１のミラー容量を低減することができる。これは、ソース電極３と電気的に接続するフィールドプレート電極６によって、ドレイン電極４に対してゲート電極５がシールドされているためである。つまり、フィールドプレート電極６がゲート電極５とドレイン電極４間に配置されていることにより、ゲート電極５とドレイン電極４間の容量が低減される。
【００４２】
したがって、フィールドプレート電極６をソース電極３と電気的に接続することによって化合物半導体装置１の高速動作が可能になる。ゲート電極５をドレイン電極４に対してシールドすることによりミラー容量が低減する効果を、以下において「シールド効果」という。
【００４３】
図１０に示した例では、ゲート電極５のドレイン電極４に対向する側面が、フィールドプレート電極６及びフィールドプレート電極６とソース電極３とを接続する配線層９によってシールドされる。このため、シールド効果によって、ゲート電極５とドレイン電極４間の容量が低減され、化合物半導体装置１のミラー容量を低減できる。
【００４４】
なお、フィールドプレート電極６によるシールド効果を得るために、図１１に示すように、ゲート電極５のドレイン電極４側の上面部分までを覆うようにフィールドプレート電極６を形成してもよい。また、図１２に示すように、ゲート電極５とフィールドプレート電極６を一体的に形成してもよい。
【００４５】
図１１及び図１２に示した化合物半導体装置１によっても、電流コラプス現象を抑制し、且つゲート電極５のドレイン側端部における電界集中を緩和する効果の低下を抑制でき、更にシールド効果が得られる。
【００４６】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る化合物半導体装置１は、図１３に示すように、ゲート電極５とフィールドプレート電極６間においてIII族窒化物半導体層２０上に隣接するように配置されたシールド電極８を更に備えることが、図１に示した化合物半導体装置１と異なる。図１３に示すように、シールド電極８は、フィールドプレート電極６と電気的に接続される。更に、シールド電極８及びフィールドプレート電極６は、ソース電極３に電気的に接続される。その他の構成については、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００４７】
シールド電極８は、例えばゲート電極５と同様の構造を採用可能である。なお、図１３ではシールド電極８の外縁部が絶縁膜７上に配置されて、シールド電極８がフランジ部を有する例を示した。しかし、シールド電極８がフランジ部を有さなくてもよい。また、ゲート電極５がフランジ部を有さなくてもよい。
【００４８】
図１３に示した化合物半導体装置１によれば、シールド電極８がゲート電極５とドレイン電極４の間に配置されることにより、第１の実施形態に係る化合物半導体装置１と比べ、ゲート電極５のドレイン側端部における電界集中が更に緩和される。また、シールド電極８とドレイン電極４の間にフィールドプレート電極６が配置されることによって、シールド電極８のドレイン側端部における電界集中が緩和される。このため、シールド電極８の破壊を防止できる。
【００４９】
なお、図１３に示すように、シールド電極８及びフィールドプレート電極６とソース電極３とを電気的に接続する配線層９は、フィールドプレート電極６の上方を通過した後に、ドレイン電極４側に延伸してもよい。配線層９のドレイン電極４側への延伸部分９０によって、シールド電極８における電界集中を更に緩和することができる。
【００５０】
図１３に示した化合物半導体装置１では、ドレイン電極４のフランジ部４１直下の絶縁膜７の膜厚よりもフィールドプレート電極６直下の絶縁膜７の膜厚が薄い。これにより、ドレイン電極４のフランジ部４１のフィールドプレート電極としての機能を低下させると同時に、フィールドプレート電極６による電界集中を緩和する効果の低下が抑制される。
【００５１】
また、シールド電極８を有する図１３に示した化合物半導体装置１は、第１の実施形態に係る化合物半導体装置１と比べ、ドレイン電極４に対してゲート電極５をシールドする効果が大きい。なお、III族窒化物半導体層２０上面からのシールド電極８の上面までの高さは、ゲート電極５の上面までの高さ以上に設定することが好ましい。これにより、ゲート電極５のドレイン電極４に対向する側面全体が、シールド電極８によってシールドされる。シールド電極８によるシールド効果によってゲート電極５とドレイン電極４間の容量が低減され、化合物半導体装置１のミラー容量を低減することができる。
【００５２】
シールド電極８をゲート電極５と同一材料で同一構造にすることにより、製造工程を簡略化することができる。即ち、図５〜図６を参照して説明した工程において、ゲート電極５を形成するのと同時にシールド電極８を形成すればよい。
【００５３】
以上に説明したように、本発明の第２の実施形態に係る化合物半導体装置１によれば、ゲート電極５のドレイン側端部における電界集中をより効果的に緩和できると同時に、化合物半導体装置１のミラー容量をより効果的に低減することができる。他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。
【００５４】
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は第１及び第２の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００５５】
例えば、フィールドプレート電極６をソース電極３又はゲート電極５以外の、一定値に固定された電圧を供給する固定電極に接続してもよい。つまり、フィールドプレート電極６を交流的にＧＮＤにみえる一定電位に設定することにより、ゲート電極５のドレイン側端部におけるバイアス電界の集中を緩和する効果が得られる。フィールドプレート電極６をＧＮＤに接続してもよい。
【００５６】
また、上記に記載した化合物半導体装置１のゲート電極構造は、ゲート電極５とIII族窒化物半導体層２０とがショットキー接合するＭＥＳ構造であるが、ゲート電極５の電極構造が、III族窒化物半導体層２０と接するゲート絶縁膜を有するＭＩＳ構造であってもよい。
【００５７】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００５８】
１…化合物半導体装置
３…ソース電極
４…ドレイン電極
５…ゲート電極
６…フィールドプレート電極
７…絶縁膜
８…シールド電極
１０…基板
１１…バッファ層
２０…III族窒化物半導体層
２１…キャリア走行層
２２…キャリア供給層
４１…フランジ部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリア供給層、及び前記キャリア供給層とヘテロ接合を形成するキャリア走行層を積層したIII族窒化物半導体層と、
前記III族窒化物半導体層上に配置された絶縁膜と、
前記III族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に第１の距離の位置に前記絶縁膜を介して配置され、前記絶縁膜に設けられた開口部で前記III族窒化物半導体層に接するドレイン電極と、
前記III族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に前記第１の距離の位置に前記絶縁膜を介して配置され、前記絶縁膜に設けられた開口部で前記III族窒化物半導体層に接するソース電極と、
前記ドレイン電極と前記ソース電極間に配置されたゲート電極と、
前記ドレイン電極と前記ゲート電極間において、前記III族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に前記第１の距離より短い第２の距離の位置に前記絶縁膜を介して配置されたフィールドプレート電極と
を備えることを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項２】
前記フィールドプレート電極が、前記ソース電極、前記ゲート電極及び固定電極のいずれかと電気的に接続することを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体装置。
【請求項３】
前記ゲート電極が、前記III族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に前記第２の距離より長い第３の距離の位置に前記絶縁膜を介して配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の化合物半導体装置。
【請求項４】
前記ゲート電極と前記フィールドプレート電極間において前記III族窒化物半導体層上に隣接して配置されたシールド電極を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
【請求項５】
前記シールド電極が前記ソース電極と電気的に接続することを特徴とする請求項４に記載の化合物半導体装置。
【請求項１】
キャリア供給層、及び前記キャリア供給層とヘテロ接合を形成するキャリア走行層を積層したIII族窒化物半導体層と、
前記III族窒化物半導体層上に配置された絶縁膜と、
前記III族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に第１の距離の位置に前記絶縁膜を介して配置され、前記絶縁膜に設けられた開口部で前記III族窒化物半導体層に接するドレイン電極と、
前記III族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に前記第１の距離の位置に前記絶縁膜を介して配置され、前記絶縁膜に設けられた開口部で前記III族窒化物半導体層に接するソース電極と、
前記ドレイン電極と前記ソース電極間に配置されたゲート電極と、
前記ドレイン電極と前記ゲート電極間において、前記III族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に前記第１の距離より短い第２の距離の位置に前記絶縁膜を介して配置されたフィールドプレート電極と
を備えることを特徴とする化合物半導体装置。
【請求項２】
前記フィールドプレート電極が、前記ソース電極、前記ゲート電極及び固定電極のいずれかと電気的に接続することを特徴とする請求項１に記載の化合物半導体装置。
【請求項３】
前記ゲート電極が、前記III族窒化物半導体層の上面から膜厚方向に前記第２の距離より長い第３の距離の位置に前記絶縁膜を介して配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の化合物半導体装置。
【請求項４】
前記ゲート電極と前記フィールドプレート電極間において前記III族窒化物半導体層上に隣接して配置されたシールド電極を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の化合物半導体装置。
【請求項５】
前記シールド電極が前記ソース電極と電気的に接続することを特徴とする請求項４に記載の化合物半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１０９４９２（Ｐ２０１２−１０９４９２Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５８７９９（Ｐ２０１０−２５８７９９）
【出願日】平成２２年１１月１９日（２０１０．１１．１９）
【出願人】（０００１０６２７６）サンケン電気株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１９日（２０１０．１１．１９）
【出願人】（０００１０６２７６）サンケン電気株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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