半導体装置
【課題】ソース・ドレイン間容量の低下と、電流コラプスの抑制とを両立することが可能な半導体装置を提供すること。
【解決手段】基板１０と、基板１０上に形成された窒化物半導体層１１と、窒化物半導体層１１上に設けられたソース電極２４、ゲート電極２８、及びドレイン電極２６と、ゲート電極２８、及びゲート電極２８とドレイン電極２６との間の窒化物半導体層１１の表面を覆う絶縁膜２０と、窒化物半導体層１１上であって、ゲート電極２８とドレイン電極２６との間に設けられたフィールドプレート３０と、を具備し、ゲート電極２８とドレイン電極２６との間の領域の絶縁膜２０上におけるフィールドプレート３０の幅Ｗは０．１μｍ以上であり、フィールドプレート３０のドレイン電極２６側の端部と、ドレイン電極２６のゲート電極２８側の端部との距離Ｌ１は、３．５μｍ以上であり、動作周波数が４ＧＨｚ以下である半導体装置である。
【解決手段】基板１０と、基板１０上に形成された窒化物半導体層１１と、窒化物半導体層１１上に設けられたソース電極２４、ゲート電極２８、及びドレイン電極２６と、ゲート電極２８、及びゲート電極２８とドレイン電極２６との間の窒化物半導体層１１の表面を覆う絶縁膜２０と、窒化物半導体層１１上であって、ゲート電極２８とドレイン電極２６との間に設けられたフィールドプレート３０と、を具備し、ゲート電極２８とドレイン電極２６との間の領域の絶縁膜２０上におけるフィールドプレート３０の幅Ｗは０．１μｍ以上であり、フィールドプレート３０のドレイン電極２６側の端部と、ドレイン電極２６のゲート電極２８側の端部との距離Ｌ１は、３．５μｍ以上であり、動作周波数が４ＧＨｚ以下である半導体装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧動作する増幅回路等に用いられるＦＥＴ（Field Effective Transistor：電界効果トランジスタ）では、ゲート電極とドレイン電極との間の絶縁膜上にフィールドプレートを設ける技術が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２９７８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、フィールドプレートにより、ソース・ドレイン間容量Ｃｄｓが増大することがある。Ｃｄｓの増大により、ＦＥＴのドレイン効率が悪化するおそれがある。特に高周波動作の場合には、ドレイン効率が大きく悪化する可能性がある。その一方、フィールドプレートを設けない場合、電流コラプスが増大するおそれがある。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑み、ソース・ドレイン間容量の低下と、電流コラプスの抑制とを両立することが可能な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】
【０００６】
本発明は、基板と、前記基板上に形成され、チャネル層及び電子供給層を含む窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層上に設けられたソース電極、ゲート電極、及びドレイン電極と、少なくとも前記ゲート電極、及び前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の前記窒化物半導体層の表面を覆う絶縁膜と、前記窒化物半導体層上であって、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間に設けられたフィールドプレートと、を具備し、前記ゲート電極の側面を覆う領域を除いた、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の領域の前記絶縁膜上における前記フィールドプレートの幅は０．１μｍ以上であり、前記フィールドプレートの前記ドレイン電極側の端部と、前記窒化物半導体層と前記ドレイン電極との接触面における前記ドレイン電極の前記ゲート電極側の端部との距離は、３．５μｍ以上であり、動作周波数が４ＧＨｚ以下である半導体装置である。本発明によれば、ソース・ドレイン間容量の低下と、電流コラプスの抑制とを両立することが可能である。
【０００７】
上記構成において、前記ドレイン電極と前記ソース電極との間の容量は０．２ｐＦ／ｍｍ以下である構成とすることができる。この構成によれば、高い効率を得ることができる。
【０００８】
上記構成において、前記フィールドプレートの幅は０．２μｍ以上である構成とすることができる。この構成によれば、効果的に電流コラプスを抑制することができる。
【０００９】
上記構成において、前記ゲート電極の前記窒化物半導体層と前記ゲート電極との接触面における前記ドレイン電極側の端部と、前記ドレイン電極の前記窒化物半導体層と前記ドレイン電極との接触面における前記ゲート電極側の端部との距離は、７μｍ以下である構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記前記絶縁膜の厚さは４００〜５００ｎｍである構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記絶縁膜は窒化シリコンからなる構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記チャネル層は窒化ガリウムからなり、前記電子供給層は窒化アルミニウムガリウムからなる構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記半導体装置の動作周波数は、２．６ＧＨｚ以上である構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、前記半導体装置は、エンベローブトラッキングアンプの増幅素子として使用される構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ソース・ドレイン間容量の低下と、電流コラプスの抑制とを両立することが可能な半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（ａ）は、比較例に係るＦＥＴを例示する断面図であり、図１（ｂ）は、ＦＥＴの出力側の等価回路を例示する回路図である。
【図２】図２は、容量Ｃｄｓとドレイン効率との関係を示す図である。
【図３】図３は、実施例１に係るＦＥＴを例示する断面図である。
【図４】図４（ａ）は、幅Ｗと電流コラプスとの関係を示す図である。図４（ｂ）は、距離Ｌ１と容量Ｃｄｓとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず比較例について説明する。図１（ａ）は、比較例に係るＦＥＴを例示する断面図である。なお、本発明において、ＦＥＴとはＨＥＭＴを含む。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、ＦＥＴ１００Ｒは、基板１１０と、窒化物半導体層１１１と、絶縁膜１２０及び絶縁膜１２２と、ソース電極１２４と、ドレイン電極１２６と、ゲート電極１２８と、フィールドプレート１３０と、を備える。
【００１９】
窒化物半導体層１１１は基板１１０の上に設けられている。窒化物半導体層１１１は、バリア層１１２、チャネル層１１４、電子供給層１１６、及びキャップ層１１８を含む。基板１１０に近い方から、バリア層１１２、チャネル層１１４、電子供給層１１６、及びキャップ層１１８の順に積層されている。チャネル層１１４と電子供給層１１６との界面には二次元電子ガス（２ＤＥＧ）が形成される。
【００２０】
キャップ層１１８の上には、キャップ層１１８に接触するようにソース電極１２４、ドレイン電極１２６及びゲート電極１２８が設けられている。キャップ層１１８の上に、ゲート電極１２８を覆うように絶縁膜１２０が設けられている。絶縁膜１２０の上であって、ゲート電極１２８とドレイン電極１２６との間には、フィールドプレート１３０が設けられている。フィールドプレート１３０の一部は、ゲート電極１２８上に位置する。絶縁膜１２０、ソース電極１２４、ドレイン電極１２６及びフィールドプレート１３０の上に、絶縁膜１２２が設けられている。ソース電極１２４とフィールドプレート１３０とは、電気的に接続されているため、フィールドプレート１３０は、ソース電極１２４と同じ電位を有する。ソース電極１２４とドレイン電極１２６との間の容量（ソース・ドレイン間容量）は、フィールドプレート１３０とドレイン電極１２６との間の容量も含むものとする。
【００２１】
フィールドプレート１３０により、電界緩和及びフィードバック容量Ｃｄｇの低下を図ることができる。しかしながら、高周波動作においては、ＦＥＴの効率が低下することがある。効率の低下について説明する。図１（ｂ）は、ＦＥＴの出力側の等価回路を説明する図である。
【００２２】
図１（ｂ）に示すように、ＦＥＴの出力側を等価回路で示すと、ＦＥＴ本体は電流源４４とチャネル抵抗を示す抵抗Ｒ２、ソース・ドレイン間容量を示すＣｄｓとが並列に接続された構成とみなすことができる。そして、ＦＥＴのドレイン側は、ドレイン引き出し抵抗であるＲ３を介して、ドレイン端子４２と接続されている。ＦＥＴのソース側は、ソース引き出し抵抗である抵抗Ｒ１を介してソース端子４０と接続されている。
【００２３】
容量Ｃｄｓは、ソース・ドレイン間容量に対応する。容量Ｃｄｓのインピーダンスは、角周波数ω用いて１／ｊωＣｄｓと表される。このことから、動作周波数が高くなると、容量Ｃｄｓのインピーダンスが低下することが理解できる。その結果、ＦＥＴの効率が低下する。特に、３．９世代（ＬＴＥ：Long Term Evolution）、第４世代の携帯電話に対応した通信規格では、２．６ＧＨｚ〜４ＧＨｚのように、ＦＥＴの動作周波数は高くなる。このような高周波動作においては、ＦＥＴの効率が大きく低下するおそれがある。現行の２ＧＨｚ帯で動作するＦＥＴに比べて、容量Ｃｄｓの低減が必要であることを見出した。本願は、特に２．６ＧＨｚ〜４ＧＨｚで高周波動作するＦＥＴにおいて、容量Ｃｄｓの低減を図り、ＦＥＴの効率を目指すものである。
【００２４】
エンベロープトラッキング方式に対応した増幅回路にＦＥＴを用いることがある。このようなエンベロープトラッキングアンプは、６５％以上の出力効率が必要である。その理由は、６５％に満たない効率は、計算上、他の方式でも実現可能だからである。そして、エンベラープトラッキングアンプにおいて６５％以上の効率を実現するためには、その増幅素子であるＦＥＴには、７０％以上のドレイン効率を実現する必要がある。
【００２５】
容量と効率との関係について説明する。図２は、容量Ｃｄｓとドレイン効率との関係を示す図である。横軸は容量Ｃｄｓ、縦軸はドレイン効率をそれぞれ示す。
【００２６】
図２に示すように、容量Ｃｄｓの低下に伴い、ドレイン効率は上昇する。図２は、４ＧＨｚ時のドレイン効率である。測定条件は、Ｖｄｓ＝５０Ｖ、Ｖｇｓ＝−１．５Ｖとした。点線で示すように、４ＧＨｚ以下の動作周波数において、７０％以上の効率を得るためには、容量Ｃｄｓは０．２ｐＦ／ｍｍ以下である必要があることが分かる。
【００２７】
ところで、フィールドプレートは、電流コラプスの低減のために設けられるものである。また、２ＧＨｚより低い動作周波数では、フィールドプレートによるＣｄｓ設計に関わらず、効率は常に７０％を超えていた。これらの理由から、フィールドプレートによるＣｄｓへの影響について、これまでは注意を払う必要がなかった。
【００２８】
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２９】
図３は、実施例１に係るＦＥＴを例示する断面図である。図１（ａ）に示した構成と同じ構成については、説明を省略する。
【００３０】
図３に示すように、実施例１に係るＦＥＴ１００（半導体装置）は、基板１０と、窒化物半導体層１１と、絶縁膜２０及び絶縁膜２２と、ソース電極２４と、ドレイン電極２６と、ゲート電極２８と、フィールドプレート３０と、を備える。ＦＥＴ１００の動作周波数は、例えば２．６ＧＨｚ以上である。
【００３１】
基板１０は例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）からなる。バリア層１２は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等からなる。チャネル層１４は、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）等からなる。電子供給層１６は、例えば窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）等からなる。キャップ層１８は、例えばＧａＮ等からなる。絶縁膜２０及び絶縁膜２２は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）等の絶縁体からなる。ソース電極２４及びドレイン電極２６は、例えば下から順にチタン／アルミニウム（Ｔｉ／Ａｌ）、又はタンタル／アルミニウム（Ｔａ／Ａｌ）等の金属を積層してなるオーミック電極である。なお、ソース電極２４及びドレイン電極２６の上には、例えば金（Ａｕ）からなる配線が積層されている。ゲート電極２８は、例えば下から順にニッケル／金（Ｎｉ／Ａｕ）等の金属を積層してなる。
【００３２】
バリア層１２の厚さは例えば５０ｎｍである。チャネル層１４の厚さは例えば１０００ｎｍである。電子供給層１６の厚さは例えば２０ｎｍである。キャップ層１８の厚さは例えば５ｎｍである。絶縁膜２０の厚さは例えば４５０ｎｍであり、絶縁膜２２の厚さは例えば６００ｎｍである。フィールドプレート３０の厚さは例えば２００〜３００ｎｍである。なお、厚さ方向は図３の上下方向であり、幅方向は図３の左右方向である。
【００３３】
容量Ｃｄｓを調整するためには、フィールドプレート３０のゲート電極２８とドレイン電極２６との間における幅Ｗを変化させればよい。フィールドプレート３０の幅Ｗは、図１（ａ）に示したフィールドプレート１３０の幅よりも小さい。ゲート電極２８とドレイン電極２６との距離Ｌ２が一定である場合、幅Ｗを小さくすることは、窒化物半導体層１１の表面の面方向におけるフィールドプレート３０とドレイン電極２６との距離Ｌ１を大きくすることを意味する。
【００３４】
なお、幅Ｗとは、例えば窒化物半導体層１１と対向するフィールドプレート３０の下面の、ゲート電極２８とドレイン電極２６との一方から他方に向かう方向における幅である。言い換えれば幅Ｗとは、ゲート電極２８の側面を覆う領域を除いた、ゲート電極２８とドレイン電極２６との間の領域の絶縁膜２０上におけるフィールドプレート３０の幅である。距離Ｌ１とは、例えばフィールドプレート３０の下面のドレイン電極２６側端部と、ドレイン電極２６下面のフィールドプレート３０側端部との距離である。下面とは、窒化物半導体層１１（キャップ層１８）との接触面である。またゲート電極２８とドレイン電極２６との距離（ゲート・ドレイン間距離）Ｌ２とは、例えばゲート電極２８及びドレイン電極２６各々の窒化物半導体層１１への接触面間の最短距離である。次に幅Ｗ及び距離Ｌ１と、電流コラプス及び容量Ｃｄｓとの関係について説明する。
【００３５】
電流コラプスの大きさを検証するため、ＦＥＴ１００をサンプルとして、幅Ｗを変化させながら、ドレイン電流Ｉｄの測定を行った。ソース・ドレイン間電圧Ｖｄｓ＝０Ｖ及びＶｄｓ＝５０Ｖを基準電圧に、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ及びソース・ドレイン間電圧Ｖｄｓのパルス信号を入力した際のドレイン電流Ｉｄ（５０Ｖ）及びＩｄ（０Ｖ）を測定した。電流コラプスの大きさは、Ｖｄｓ＝５Ｖ及びＶｇｓ＝２Ｖの信号を入力した際の、ドレイン電流Ｉｄ（５０Ｖ）と、Ｉｄ（０Ｖ）との比（電流比）、Ｉｄ（５０Ｖ）／Ｉｄ（０Ｖ）と定義した。電流比Ｉｄ（５０Ｖ）／Ｉｄ（０Ｖ）が小さいほど、電流コラプスが増大していることを意味する。ＦＥＴ１００の構成（材質、厚さ）は、上に例示したもの、及び以下のものを用いた。
ゲート長 ：０．６μｍ
ゲート・ドレイン間距離Ｌ２：５．５μｍ
絶縁膜２０の厚さ ：４５０ｎｍ
【００３６】
図４（ａ）は、幅Ｗと電流コラプスとの関係を示す図である。横軸は幅Ｗ、縦軸は電流比Ｉｄ（５０Ｖ）／Ｉｄ（０Ｖ）を表す。
【００３７】
図４（ａ）に示すように、フィールドプレート３０の幅Ｗが小さいほど電流コラプスは増大する。例えば幅Ｗ＝０、すなわちフィールドプレート３０を設けない場合、電流比は約５０％であり、電流コラプスによるドレイン電流の減少が大きいことが分かる。このように、幅Ｗを小さくする、またはフィールドプレート３０を取り除いた場合、容量Ｃｄｓを低下させることができるが、電流コラプスが増大する。
【００３８】
これに対し、図中に点線で示すように、フィールドプレート３０の幅Ｗが０．１μｍの場合、電流比は約７５％である。また幅Ｗが０．２〜０．３μｍにおいて、電流比は８０％に近づく。幅Ｗが０．４μｍ以上になると、電流比は約８０％となる。このように、幅Ｗが０．１μｍ以上において、電流コラプスは抑制される。
【００３９】
図４（ｂ）は、距離Ｌ１と容量Ｃｄｓとの関係を示す図である。横軸は距離Ｌ１を、縦軸は容量Ｃｄｓを表す。容量Ｃｄｓは等価回路解析により求めた。測定条件はＶｄｓ＝５０Ｖ、Ｖｇｓ＝−１．５Ｖとした。
【００４０】
図４（ｂ）に示すように、距離Ｌ１の増大に伴い、容量Ｃｄｓは小さくなる。図中に点線で示したように、距離Ｌ１が３．５μｍ以上の場合、容量Ｃｄｓは約０．２ｐＦ／ｍｍである。距離Ｌ１が３．５μｍより大きくなると、容量Ｃｄｓは約０．２ｐＦ／ｍｍ以下となる。図２に示したように、容量Ｃｄｓが０．２ｐＦ／ｍｍ以下となることで、ドレイン効率が７０％以上となる。すなわち、距離Ｌ１が３．５μｍ以上の場合、容量Ｃｄｓが０．２ｐＦ／ｍｍとなり、ドレイン効率が７０％以上となる。
【００４１】
実施例１に係るＦＥＴ１００は、窒化物半導体層１１と、ソース電極２４、ゲート電極２８及びドレイン電極２６と、絶縁膜２０と、フィールドプレート３０と、を具備する。窒化物半導体層１１は、チャネル層１４と、電子供給層１６とを含む。絶縁膜２０は、ゲート電極２８及びゲート電極２８とドレイン電極２６との間の窒化物半導体層１１の表面を覆う。また、ゲート電極２８の側面を追う領域を除いた、ゲート電極２８とドレイン電極２６との間の領域の絶縁膜２０上における、フィールドプレート３０の幅Ｗは０．１μｍ以上である。フィールドプレート３０のドレイン電極２６側の端部と、窒化物半導体層１１とドレイン電極２６との接触面におけるドレイン電極２６のゲート電極２８側の端部との距離Ｌ１は３．５μｍ以上である。
【００４２】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示したように、フィールドプレート３０の幅Ｗを０．１μｍ以上、フィールドプレート３０とドレイン電極２６との距離Ｌ１を３．５μｍ以上とすることにより、容量Ｃｄｓの低下と、電流コラプス抑制とを両立することができる。言い換えれば、ソース・ドレイン間容量の低下と、電流コラプスの抑制とを両立することができる。
【００４３】
また幅Ｗが小さすぎる場合、フィールドプレート３０を精度高く製造することが難しいことがある。従って幅Ｗを０．１μｍ以上とすることで、精度高くフィールドプレート３０を製造し、かつ容量Ｃｄｓの低下と、電流コラプスの抑制とを両立することができる。また幅Ｗを０．１５μｍ以上、及び０．２μｍ以上とすることにより、電流コラプスを効果的に抑制することができる。さらに幅Ｗを０．３μｍ以上、及び０．４μｍ以上とすることで、電流コラプスをより効果的に抑制することができる。特に図４（ａ）に点線で示したように、幅Ｗが０．２μｍ以上の場合、電流コラプス抑制の効果は大きくなる。
【００４４】
距離Ｌ１を３．７μｍ以上、及び４μｍ以上とすることにより、容量Ｃｄｓを大きく低下させることが可能となる。図４（ｂ）に示すように、距離Ｌ１を約４．２μｍ以上とすることにより、容量Ｃｄｓを０．１５ｐＦ／ｍｍ以下とすることができる。これにより、高い効率を得ることができる。
【００４５】
なお幅Ｗを０．１μｍ、０．１５μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ及び０．４μｍの各々より大きくしてもよい。距離Ｌ１を、３．５μｍ、３．７μｍ、及び４μｍの各々より大きくしてもよい。
【００４６】
ゲート・ドレイン間距離Ｌ２は、０．１μｍ以上の幅Ｗが、３．５μｍ以上の距離Ｌ１を実現できる大きさであればよい。ただし、距離Ｌ２が大きくなることにより、特性が劣化することがある。また、半導体装置の小型化も困難となり得る。従って、距離Ｌ２は７μｍ以下であることが好ましく、６μｍ以下、及び５μｍ以下とすることもできる。これにより、半導体装置の特性劣化を抑制し、かつ小型化が容易となる。
【００４７】
絶縁膜２０の厚さは２００〜８００ｎｍとしてもよいし、３００〜６００ｎｍとしてもよいし、４００〜５００ｎｍとしてもよい。特に、絶縁膜２０をＳｉＮから形成し、かつ厚さを４００〜５００ｎｍとすることで、ＦＥＴ１００を図４（ａ）及び図４（ｂ）の結果を得た構成に近づけることができる。また、絶縁膜２０及び絶縁膜２２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ）又は酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）からなるとしてもよい。基板１０はＳｉＣ以外に例えばサファイア、又はガラスエポキシ等の絶縁体からなるとしてもよい。容量Ｃｄｓは、絶縁膜２０の厚さ、及び誘電率により変化することがある。容量Ｃｄｓが０．２ｐＦ／ｍｍ以下となるような厚さ及び材質を用いればよい。
【００４８】
ＦＥＴ１００の製造方法について説明する。まず、例えばＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長法）を用いて、基板１０上に、窒化物半導体層１１をエピタキシャル成長させる。例えばプラズマＣＶＤ法（Plasma Chemical Vapor Deposition）により、第１ＳｉＮ層を設ける。例えばエッチング法により、第１ＳｉＮ層に開口部を形成する。開口部からはキャップ層１８が露出する。なお、残存した第１ＳｉＮ層は絶縁膜２０の一部となる。
【００４９】
例えば蒸着法等により、キャップ層１８に、オーミック電極を形成し、アニール処理を行う。オーミック電極はソース電極２４及びドレイン電極２６である。第１ＳｉＮ層に別の開口部を形成する。別の開口部から露出したキャップ層１８に、例えば蒸着法により、キャップ層１８上にゲート電極２８を設ける。第１ＳｉＮ層、ソース電極２４、ドレイン電極２６及びゲート電極２８上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、第２ＳｉＮ層を設ける。第１ＳｉＮ層と第２ＳｉＮ層とが、絶縁膜２０となる。なお、第１ＳｉＮ層の形成とオーミック電極の形成とは、順番を入れ替えてもよい。
【００５０】
例えば蒸着法により、絶縁膜２０上の、ゲート電極２８とドレイン電極２６との間に、フィールドプレート３０を設ける。例えばプラズマＣＶＤ法により、絶縁膜２０上に、絶縁膜２２を設ける。例えばエッチング法により、絶縁膜２０及び絶縁膜２２に、ソース電極２４及びドレイン電極２６が露出するような開口部を設ける。例えばメッキ法により、ソース電極２４及びドレイン電極２６と接続する、Ａｕからなる配線（不図示）を設ける。以上の工程により、ＦＥＴ１００が形成される。
【００５１】
図３では、フィールドプレート３０の一部はゲート電極２８の上に位置するとしたが、構成はこれに限定されない。フィールドプレート３０の一部はゲート電極２８の上に位置せず、フィールドプレート３０がゲート電極２８とドレイン電極２６との間に位置するとしてもよい。絶縁膜２０は、キャップ層１８全体を覆わなくてもよい。キャップ層１８は例えばゲート電極２８、及びゲート電極２８とドレイン電極２６との間のキャップ層１８の表面を覆えばよい。
【００５２】
窒化物半導体とは、窒素（Ｎ）を含む半導体である。窒化物半導体としては、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＡｌＧａＮ以外に、例えば例えば窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＮ）、及び窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）等がある。
【００５３】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 基板
１１ 窒化物半導体層
１２ バリア層
１４ チャネル層
１６ 電子供給層
１８ キャップ層
２０、２２ 絶縁膜
２４ ソース電極
２６ ドレイン電極
２８ ゲート電極
３０ フィールドプレート
１００ ＦＥＴ
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高電圧動作する増幅回路等に用いられるＦＥＴ（Field Effective Transistor：電界効果トランジスタ）では、ゲート電極とドレイン電極との間の絶縁膜上にフィールドプレートを設ける技術が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２９７８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、フィールドプレートにより、ソース・ドレイン間容量Ｃｄｓが増大することがある。Ｃｄｓの増大により、ＦＥＴのドレイン効率が悪化するおそれがある。特に高周波動作の場合には、ドレイン効率が大きく悪化する可能性がある。その一方、フィールドプレートを設けない場合、電流コラプスが増大するおそれがある。
【０００５】
本発明は上記課題に鑑み、ソース・ドレイン間容量の低下と、電流コラプスの抑制とを両立することが可能な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】
【０００６】
本発明は、基板と、前記基板上に形成され、チャネル層及び電子供給層を含む窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層上に設けられたソース電極、ゲート電極、及びドレイン電極と、少なくとも前記ゲート電極、及び前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の前記窒化物半導体層の表面を覆う絶縁膜と、前記窒化物半導体層上であって、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間に設けられたフィールドプレートと、を具備し、前記ゲート電極の側面を覆う領域を除いた、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の領域の前記絶縁膜上における前記フィールドプレートの幅は０．１μｍ以上であり、前記フィールドプレートの前記ドレイン電極側の端部と、前記窒化物半導体層と前記ドレイン電極との接触面における前記ドレイン電極の前記ゲート電極側の端部との距離は、３．５μｍ以上であり、動作周波数が４ＧＨｚ以下である半導体装置である。本発明によれば、ソース・ドレイン間容量の低下と、電流コラプスの抑制とを両立することが可能である。
【０００７】
上記構成において、前記ドレイン電極と前記ソース電極との間の容量は０．２ｐＦ／ｍｍ以下である構成とすることができる。この構成によれば、高い効率を得ることができる。
【０００８】
上記構成において、前記フィールドプレートの幅は０．２μｍ以上である構成とすることができる。この構成によれば、効果的に電流コラプスを抑制することができる。
【０００９】
上記構成において、前記ゲート電極の前記窒化物半導体層と前記ゲート電極との接触面における前記ドレイン電極側の端部と、前記ドレイン電極の前記窒化物半導体層と前記ドレイン電極との接触面における前記ゲート電極側の端部との距離は、７μｍ以下である構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記前記絶縁膜の厚さは４００〜５００ｎｍである構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記絶縁膜は窒化シリコンからなる構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記チャネル層は窒化ガリウムからなり、前記電子供給層は窒化アルミニウムガリウムからなる構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記半導体装置の動作周波数は、２．６ＧＨｚ以上である構成とすることができる。
【００１４】
上記構成において、前記半導体装置は、エンベローブトラッキングアンプの増幅素子として使用される構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ソース・ドレイン間容量の低下と、電流コラプスの抑制とを両立することが可能な半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（ａ）は、比較例に係るＦＥＴを例示する断面図であり、図１（ｂ）は、ＦＥＴの出力側の等価回路を例示する回路図である。
【図２】図２は、容量Ｃｄｓとドレイン効率との関係を示す図である。
【図３】図３は、実施例１に係るＦＥＴを例示する断面図である。
【図４】図４（ａ）は、幅Ｗと電流コラプスとの関係を示す図である。図４（ｂ）は、距離Ｌ１と容量Ｃｄｓとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず比較例について説明する。図１（ａ）は、比較例に係るＦＥＴを例示する断面図である。なお、本発明において、ＦＥＴとはＨＥＭＴを含む。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、ＦＥＴ１００Ｒは、基板１１０と、窒化物半導体層１１１と、絶縁膜１２０及び絶縁膜１２２と、ソース電極１２４と、ドレイン電極１２６と、ゲート電極１２８と、フィールドプレート１３０と、を備える。
【００１９】
窒化物半導体層１１１は基板１１０の上に設けられている。窒化物半導体層１１１は、バリア層１１２、チャネル層１１４、電子供給層１１６、及びキャップ層１１８を含む。基板１１０に近い方から、バリア層１１２、チャネル層１１４、電子供給層１１６、及びキャップ層１１８の順に積層されている。チャネル層１１４と電子供給層１１６との界面には二次元電子ガス（２ＤＥＧ）が形成される。
【００２０】
キャップ層１１８の上には、キャップ層１１８に接触するようにソース電極１２４、ドレイン電極１２６及びゲート電極１２８が設けられている。キャップ層１１８の上に、ゲート電極１２８を覆うように絶縁膜１２０が設けられている。絶縁膜１２０の上であって、ゲート電極１２８とドレイン電極１２６との間には、フィールドプレート１３０が設けられている。フィールドプレート１３０の一部は、ゲート電極１２８上に位置する。絶縁膜１２０、ソース電極１２４、ドレイン電極１２６及びフィールドプレート１３０の上に、絶縁膜１２２が設けられている。ソース電極１２４とフィールドプレート１３０とは、電気的に接続されているため、フィールドプレート１３０は、ソース電極１２４と同じ電位を有する。ソース電極１２４とドレイン電極１２６との間の容量（ソース・ドレイン間容量）は、フィールドプレート１３０とドレイン電極１２６との間の容量も含むものとする。
【００２１】
フィールドプレート１３０により、電界緩和及びフィードバック容量Ｃｄｇの低下を図ることができる。しかしながら、高周波動作においては、ＦＥＴの効率が低下することがある。効率の低下について説明する。図１（ｂ）は、ＦＥＴの出力側の等価回路を説明する図である。
【００２２】
図１（ｂ）に示すように、ＦＥＴの出力側を等価回路で示すと、ＦＥＴ本体は電流源４４とチャネル抵抗を示す抵抗Ｒ２、ソース・ドレイン間容量を示すＣｄｓとが並列に接続された構成とみなすことができる。そして、ＦＥＴのドレイン側は、ドレイン引き出し抵抗であるＲ３を介して、ドレイン端子４２と接続されている。ＦＥＴのソース側は、ソース引き出し抵抗である抵抗Ｒ１を介してソース端子４０と接続されている。
【００２３】
容量Ｃｄｓは、ソース・ドレイン間容量に対応する。容量Ｃｄｓのインピーダンスは、角周波数ω用いて１／ｊωＣｄｓと表される。このことから、動作周波数が高くなると、容量Ｃｄｓのインピーダンスが低下することが理解できる。その結果、ＦＥＴの効率が低下する。特に、３．９世代（ＬＴＥ：Long Term Evolution）、第４世代の携帯電話に対応した通信規格では、２．６ＧＨｚ〜４ＧＨｚのように、ＦＥＴの動作周波数は高くなる。このような高周波動作においては、ＦＥＴの効率が大きく低下するおそれがある。現行の２ＧＨｚ帯で動作するＦＥＴに比べて、容量Ｃｄｓの低減が必要であることを見出した。本願は、特に２．６ＧＨｚ〜４ＧＨｚで高周波動作するＦＥＴにおいて、容量Ｃｄｓの低減を図り、ＦＥＴの効率を目指すものである。
【００２４】
エンベロープトラッキング方式に対応した増幅回路にＦＥＴを用いることがある。このようなエンベロープトラッキングアンプは、６５％以上の出力効率が必要である。その理由は、６５％に満たない効率は、計算上、他の方式でも実現可能だからである。そして、エンベラープトラッキングアンプにおいて６５％以上の効率を実現するためには、その増幅素子であるＦＥＴには、７０％以上のドレイン効率を実現する必要がある。
【００２５】
容量と効率との関係について説明する。図２は、容量Ｃｄｓとドレイン効率との関係を示す図である。横軸は容量Ｃｄｓ、縦軸はドレイン効率をそれぞれ示す。
【００２６】
図２に示すように、容量Ｃｄｓの低下に伴い、ドレイン効率は上昇する。図２は、４ＧＨｚ時のドレイン効率である。測定条件は、Ｖｄｓ＝５０Ｖ、Ｖｇｓ＝−１．５Ｖとした。点線で示すように、４ＧＨｚ以下の動作周波数において、７０％以上の効率を得るためには、容量Ｃｄｓは０．２ｐＦ／ｍｍ以下である必要があることが分かる。
【００２７】
ところで、フィールドプレートは、電流コラプスの低減のために設けられるものである。また、２ＧＨｚより低い動作周波数では、フィールドプレートによるＣｄｓ設計に関わらず、効率は常に７０％を超えていた。これらの理由から、フィールドプレートによるＣｄｓへの影響について、これまでは注意を払う必要がなかった。
【００２８】
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００２９】
図３は、実施例１に係るＦＥＴを例示する断面図である。図１（ａ）に示した構成と同じ構成については、説明を省略する。
【００３０】
図３に示すように、実施例１に係るＦＥＴ１００（半導体装置）は、基板１０と、窒化物半導体層１１と、絶縁膜２０及び絶縁膜２２と、ソース電極２４と、ドレイン電極２６と、ゲート電極２８と、フィールドプレート３０と、を備える。ＦＥＴ１００の動作周波数は、例えば２．６ＧＨｚ以上である。
【００３１】
基板１０は例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）からなる。バリア層１２は、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等からなる。チャネル層１４は、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）等からなる。電子供給層１６は、例えば窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）等からなる。キャップ層１８は、例えばＧａＮ等からなる。絶縁膜２０及び絶縁膜２２は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）等の絶縁体からなる。ソース電極２４及びドレイン電極２６は、例えば下から順にチタン／アルミニウム（Ｔｉ／Ａｌ）、又はタンタル／アルミニウム（Ｔａ／Ａｌ）等の金属を積層してなるオーミック電極である。なお、ソース電極２４及びドレイン電極２６の上には、例えば金（Ａｕ）からなる配線が積層されている。ゲート電極２８は、例えば下から順にニッケル／金（Ｎｉ／Ａｕ）等の金属を積層してなる。
【００３２】
バリア層１２の厚さは例えば５０ｎｍである。チャネル層１４の厚さは例えば１０００ｎｍである。電子供給層１６の厚さは例えば２０ｎｍである。キャップ層１８の厚さは例えば５ｎｍである。絶縁膜２０の厚さは例えば４５０ｎｍであり、絶縁膜２２の厚さは例えば６００ｎｍである。フィールドプレート３０の厚さは例えば２００〜３００ｎｍである。なお、厚さ方向は図３の上下方向であり、幅方向は図３の左右方向である。
【００３３】
容量Ｃｄｓを調整するためには、フィールドプレート３０のゲート電極２８とドレイン電極２６との間における幅Ｗを変化させればよい。フィールドプレート３０の幅Ｗは、図１（ａ）に示したフィールドプレート１３０の幅よりも小さい。ゲート電極２８とドレイン電極２６との距離Ｌ２が一定である場合、幅Ｗを小さくすることは、窒化物半導体層１１の表面の面方向におけるフィールドプレート３０とドレイン電極２６との距離Ｌ１を大きくすることを意味する。
【００３４】
なお、幅Ｗとは、例えば窒化物半導体層１１と対向するフィールドプレート３０の下面の、ゲート電極２８とドレイン電極２６との一方から他方に向かう方向における幅である。言い換えれば幅Ｗとは、ゲート電極２８の側面を覆う領域を除いた、ゲート電極２８とドレイン電極２６との間の領域の絶縁膜２０上におけるフィールドプレート３０の幅である。距離Ｌ１とは、例えばフィールドプレート３０の下面のドレイン電極２６側端部と、ドレイン電極２６下面のフィールドプレート３０側端部との距離である。下面とは、窒化物半導体層１１（キャップ層１８）との接触面である。またゲート電極２８とドレイン電極２６との距離（ゲート・ドレイン間距離）Ｌ２とは、例えばゲート電極２８及びドレイン電極２６各々の窒化物半導体層１１への接触面間の最短距離である。次に幅Ｗ及び距離Ｌ１と、電流コラプス及び容量Ｃｄｓとの関係について説明する。
【００３５】
電流コラプスの大きさを検証するため、ＦＥＴ１００をサンプルとして、幅Ｗを変化させながら、ドレイン電流Ｉｄの測定を行った。ソース・ドレイン間電圧Ｖｄｓ＝０Ｖ及びＶｄｓ＝５０Ｖを基準電圧に、ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓ及びソース・ドレイン間電圧Ｖｄｓのパルス信号を入力した際のドレイン電流Ｉｄ（５０Ｖ）及びＩｄ（０Ｖ）を測定した。電流コラプスの大きさは、Ｖｄｓ＝５Ｖ及びＶｇｓ＝２Ｖの信号を入力した際の、ドレイン電流Ｉｄ（５０Ｖ）と、Ｉｄ（０Ｖ）との比（電流比）、Ｉｄ（５０Ｖ）／Ｉｄ（０Ｖ）と定義した。電流比Ｉｄ（５０Ｖ）／Ｉｄ（０Ｖ）が小さいほど、電流コラプスが増大していることを意味する。ＦＥＴ１００の構成（材質、厚さ）は、上に例示したもの、及び以下のものを用いた。
ゲート長 ：０．６μｍ
ゲート・ドレイン間距離Ｌ２：５．５μｍ
絶縁膜２０の厚さ ：４５０ｎｍ
【００３６】
図４（ａ）は、幅Ｗと電流コラプスとの関係を示す図である。横軸は幅Ｗ、縦軸は電流比Ｉｄ（５０Ｖ）／Ｉｄ（０Ｖ）を表す。
【００３７】
図４（ａ）に示すように、フィールドプレート３０の幅Ｗが小さいほど電流コラプスは増大する。例えば幅Ｗ＝０、すなわちフィールドプレート３０を設けない場合、電流比は約５０％であり、電流コラプスによるドレイン電流の減少が大きいことが分かる。このように、幅Ｗを小さくする、またはフィールドプレート３０を取り除いた場合、容量Ｃｄｓを低下させることができるが、電流コラプスが増大する。
【００３８】
これに対し、図中に点線で示すように、フィールドプレート３０の幅Ｗが０．１μｍの場合、電流比は約７５％である。また幅Ｗが０．２〜０．３μｍにおいて、電流比は８０％に近づく。幅Ｗが０．４μｍ以上になると、電流比は約８０％となる。このように、幅Ｗが０．１μｍ以上において、電流コラプスは抑制される。
【００３９】
図４（ｂ）は、距離Ｌ１と容量Ｃｄｓとの関係を示す図である。横軸は距離Ｌ１を、縦軸は容量Ｃｄｓを表す。容量Ｃｄｓは等価回路解析により求めた。測定条件はＶｄｓ＝５０Ｖ、Ｖｇｓ＝−１．５Ｖとした。
【００４０】
図４（ｂ）に示すように、距離Ｌ１の増大に伴い、容量Ｃｄｓは小さくなる。図中に点線で示したように、距離Ｌ１が３．５μｍ以上の場合、容量Ｃｄｓは約０．２ｐＦ／ｍｍである。距離Ｌ１が３．５μｍより大きくなると、容量Ｃｄｓは約０．２ｐＦ／ｍｍ以下となる。図２に示したように、容量Ｃｄｓが０．２ｐＦ／ｍｍ以下となることで、ドレイン効率が７０％以上となる。すなわち、距離Ｌ１が３．５μｍ以上の場合、容量Ｃｄｓが０．２ｐＦ／ｍｍとなり、ドレイン効率が７０％以上となる。
【００４１】
実施例１に係るＦＥＴ１００は、窒化物半導体層１１と、ソース電極２４、ゲート電極２８及びドレイン電極２６と、絶縁膜２０と、フィールドプレート３０と、を具備する。窒化物半導体層１１は、チャネル層１４と、電子供給層１６とを含む。絶縁膜２０は、ゲート電極２８及びゲート電極２８とドレイン電極２６との間の窒化物半導体層１１の表面を覆う。また、ゲート電極２８の側面を追う領域を除いた、ゲート電極２８とドレイン電極２６との間の領域の絶縁膜２０上における、フィールドプレート３０の幅Ｗは０．１μｍ以上である。フィールドプレート３０のドレイン電極２６側の端部と、窒化物半導体層１１とドレイン電極２６との接触面におけるドレイン電極２６のゲート電極２８側の端部との距離Ｌ１は３．５μｍ以上である。
【００４２】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示したように、フィールドプレート３０の幅Ｗを０．１μｍ以上、フィールドプレート３０とドレイン電極２６との距離Ｌ１を３．５μｍ以上とすることにより、容量Ｃｄｓの低下と、電流コラプス抑制とを両立することができる。言い換えれば、ソース・ドレイン間容量の低下と、電流コラプスの抑制とを両立することができる。
【００４３】
また幅Ｗが小さすぎる場合、フィールドプレート３０を精度高く製造することが難しいことがある。従って幅Ｗを０．１μｍ以上とすることで、精度高くフィールドプレート３０を製造し、かつ容量Ｃｄｓの低下と、電流コラプスの抑制とを両立することができる。また幅Ｗを０．１５μｍ以上、及び０．２μｍ以上とすることにより、電流コラプスを効果的に抑制することができる。さらに幅Ｗを０．３μｍ以上、及び０．４μｍ以上とすることで、電流コラプスをより効果的に抑制することができる。特に図４（ａ）に点線で示したように、幅Ｗが０．２μｍ以上の場合、電流コラプス抑制の効果は大きくなる。
【００４４】
距離Ｌ１を３．７μｍ以上、及び４μｍ以上とすることにより、容量Ｃｄｓを大きく低下させることが可能となる。図４（ｂ）に示すように、距離Ｌ１を約４．２μｍ以上とすることにより、容量Ｃｄｓを０．１５ｐＦ／ｍｍ以下とすることができる。これにより、高い効率を得ることができる。
【００４５】
なお幅Ｗを０．１μｍ、０．１５μｍ、０．２μｍ、０．３μｍ及び０．４μｍの各々より大きくしてもよい。距離Ｌ１を、３．５μｍ、３．７μｍ、及び４μｍの各々より大きくしてもよい。
【００４６】
ゲート・ドレイン間距離Ｌ２は、０．１μｍ以上の幅Ｗが、３．５μｍ以上の距離Ｌ１を実現できる大きさであればよい。ただし、距離Ｌ２が大きくなることにより、特性が劣化することがある。また、半導体装置の小型化も困難となり得る。従って、距離Ｌ２は７μｍ以下であることが好ましく、６μｍ以下、及び５μｍ以下とすることもできる。これにより、半導体装置の特性劣化を抑制し、かつ小型化が容易となる。
【００４７】
絶縁膜２０の厚さは２００〜８００ｎｍとしてもよいし、３００〜６００ｎｍとしてもよいし、４００〜５００ｎｍとしてもよい。特に、絶縁膜２０をＳｉＮから形成し、かつ厚さを４００〜５００ｎｍとすることで、ＦＥＴ１００を図４（ａ）及び図４（ｂ）の結果を得た構成に近づけることができる。また、絶縁膜２０及び絶縁膜２２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ）又は酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）からなるとしてもよい。基板１０はＳｉＣ以外に例えばサファイア、又はガラスエポキシ等の絶縁体からなるとしてもよい。容量Ｃｄｓは、絶縁膜２０の厚さ、及び誘電率により変化することがある。容量Ｃｄｓが０．２ｐＦ／ｍｍ以下となるような厚さ及び材質を用いればよい。
【００４８】
ＦＥＴ１００の製造方法について説明する。まず、例えばＭＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長法）を用いて、基板１０上に、窒化物半導体層１１をエピタキシャル成長させる。例えばプラズマＣＶＤ法（Plasma Chemical Vapor Deposition）により、第１ＳｉＮ層を設ける。例えばエッチング法により、第１ＳｉＮ層に開口部を形成する。開口部からはキャップ層１８が露出する。なお、残存した第１ＳｉＮ層は絶縁膜２０の一部となる。
【００４９】
例えば蒸着法等により、キャップ層１８に、オーミック電極を形成し、アニール処理を行う。オーミック電極はソース電極２４及びドレイン電極２６である。第１ＳｉＮ層に別の開口部を形成する。別の開口部から露出したキャップ層１８に、例えば蒸着法により、キャップ層１８上にゲート電極２８を設ける。第１ＳｉＮ層、ソース電極２４、ドレイン電極２６及びゲート電極２８上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、第２ＳｉＮ層を設ける。第１ＳｉＮ層と第２ＳｉＮ層とが、絶縁膜２０となる。なお、第１ＳｉＮ層の形成とオーミック電極の形成とは、順番を入れ替えてもよい。
【００５０】
例えば蒸着法により、絶縁膜２０上の、ゲート電極２８とドレイン電極２６との間に、フィールドプレート３０を設ける。例えばプラズマＣＶＤ法により、絶縁膜２０上に、絶縁膜２２を設ける。例えばエッチング法により、絶縁膜２０及び絶縁膜２２に、ソース電極２４及びドレイン電極２６が露出するような開口部を設ける。例えばメッキ法により、ソース電極２４及びドレイン電極２６と接続する、Ａｕからなる配線（不図示）を設ける。以上の工程により、ＦＥＴ１００が形成される。
【００５１】
図３では、フィールドプレート３０の一部はゲート電極２８の上に位置するとしたが、構成はこれに限定されない。フィールドプレート３０の一部はゲート電極２８の上に位置せず、フィールドプレート３０がゲート電極２８とドレイン電極２６との間に位置するとしてもよい。絶縁膜２０は、キャップ層１８全体を覆わなくてもよい。キャップ層１８は例えばゲート電極２８、及びゲート電極２８とドレイン電極２６との間のキャップ層１８の表面を覆えばよい。
【００５２】
窒化物半導体とは、窒素（Ｎ）を含む半導体である。窒化物半導体としては、ＡｌＮ、ＧａＮ及びＡｌＧａＮ以外に、例えば例えば窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化インジウムアルミニウム（ＩｎＡｌＮ）、及び窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）等がある。
【００５３】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１０ 基板
１１ 窒化物半導体層
１２ バリア層
１４ チャネル層
１６ 電子供給層
１８ キャップ層
２０、２２ 絶縁膜
２４ ソース電極
２６ ドレイン電極
２８ ゲート電極
３０ フィールドプレート
１００ ＦＥＴ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、チャネル層及び電子供給層を含む窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層上に設けられたソース電極、ゲート電極、及びドレイン電極と、
少なくとも前記ゲート電極、及び前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の前記窒化物半導体層の表面を覆う絶縁膜と、
前記窒化物半導体層上であって、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間に設けられたフィールドプレートと、を具備し、
前記ゲート電極の側面を覆う領域を除いた、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の領域の前記絶縁膜上における前記フィールドプレートの幅は０．１μｍ以上であり、
前記フィールドプレートの前記ドレイン電極側の端部と、前記窒化物半導体層と前記ドレイン電極との接触面における前記ドレイン電極の前記ゲート電極側の端部との距離は、３．５μｍ以上であり、
動作周波数が４ＧＨｚ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ドレイン電極と前記ソース電極との間の容量は０．２ｐＦ／ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記フィールドプレートの幅は０．２μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ゲート電極の前記窒化物半導体層と前記ゲート電極との接触面における前記ドレイン電極側の端部と、前記ドレイン電極の前記窒化物半導体層と前記ドレイン電極との接触面における前記ゲート電極側の端部との距離は、７μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項５】
前記前記絶縁膜の厚さは４００〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記絶縁膜は窒化シリコンからなることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
前記チャネル層は窒化ガリウムからなり、前記電子供給層は窒化アルミニウムガリウムからなることを特徴とする請求項１から６いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体装置の動作周波数は、２．６ＧＨｚ以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体装置は、エンベローブトラッキングアンプの増幅素子として使用されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成され、チャネル層及び電子供給層を含む窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層上に設けられたソース電極、ゲート電極、及びドレイン電極と、
少なくとも前記ゲート電極、及び前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の前記窒化物半導体層の表面を覆う絶縁膜と、
前記窒化物半導体層上であって、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間に設けられたフィールドプレートと、を具備し、
前記ゲート電極の側面を覆う領域を除いた、前記ゲート電極と前記ドレイン電極との間の領域の前記絶縁膜上における前記フィールドプレートの幅は０．１μｍ以上であり、
前記フィールドプレートの前記ドレイン電極側の端部と、前記窒化物半導体層と前記ドレイン電極との接触面における前記ドレイン電極の前記ゲート電極側の端部との距離は、３．５μｍ以上であり、
動作周波数が４ＧＨｚ以下であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ドレイン電極と前記ソース電極との間の容量は０．２ｐＦ／ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記フィールドプレートの幅は０．２μｍ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ゲート電極の前記窒化物半導体層と前記ゲート電極との接触面における前記ドレイン電極側の端部と、前記ドレイン電極の前記窒化物半導体層と前記ドレイン電極との接触面における前記ゲート電極側の端部との距離は、７μｍ以下であることを特徴とする請求項１から３いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項５】
前記前記絶縁膜の厚さは４００〜５００ｎｍであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記絶縁膜は窒化シリコンからなることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
前記チャネル層は窒化ガリウムからなり、前記電子供給層は窒化アルミニウムガリウムからなることを特徴とする請求項１から６いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体装置の動作周波数は、２．６ＧＨｚ以上であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体装置は、エンベローブトラッキングアンプの増幅素子として使用されることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２５３１８１（Ｐ２０１２−２５３１８１Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２４２８８（Ｐ２０１１−１２４２８８）
【出願日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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