窒化物半導体装置
【課題】ダイオード等の保護素子の外付けによる部品点数の増加及び占有面積の増大を抑えた、双方向に高いアバランシュエネルギー耐量を有する窒化物半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体基板１０は、第１のｎ型領域１２Ａ、第２のｎ型領域１２Ｂとともにトランジスタ１１を構成する。半導体基板１０の裏面には、裏面電極１３が接合され、また、半導体基板１０の上には、ＨＦＥＴ２１が形成されている。ＨＦＥＴ２１は、ＡｌＧａＮ層２３Ａ及びＧａＮ層２３Ｂを備える半導体層積層体２３と、第１のオーミック電極２４Ａ、第２のオーミック電極２４Ｂ、第１のゲート電極２５Ａ、第２のゲート電極２５Ｂにより構成されている。第１のオーミック電極２４Ａと第１のｎ型領域１２Ａ、第２のオーミック電極２４Ｂと第２のｎ型領域１２Ｂはそれぞれ電気的に接続されている。
【解決手段】半導体基板１０は、第１のｎ型領域１２Ａ、第２のｎ型領域１２Ｂとともにトランジスタ１１を構成する。半導体基板１０の裏面には、裏面電極１３が接合され、また、半導体基板１０の上には、ＨＦＥＴ２１が形成されている。ＨＦＥＴ２１は、ＡｌＧａＮ層２３Ａ及びＧａＮ層２３Ｂを備える半導体層積層体２３と、第１のオーミック電極２４Ａ、第２のオーミック電極２４Ｂ、第１のゲート電極２５Ａ、第２のゲート電極２５Ｂにより構成されている。第１のオーミック電極２４Ａと第１のｎ型領域１２Ａ、第２のオーミック電極２４Ｂと第２のｎ型領域１２Ｂはそれぞれ電気的に接続されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体装置に関し、特に、双方向に電流が導通可能な窒化物半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、住宅用照明スイッチなどの２線式交流スイッチとして、双方向に電流を導電することが可能で双方向の電圧に対して耐圧を有するトライアックのような双方向スイッチ動作を行う半導体を用いて、調光機能やリモコン機能などを有する高機能な２線式交流スイッチが商品化されている。
近年、材料限界を打破して導通損失を低減するために、ＧａＮに代表されるIII族窒化物半導体又は炭化珪素（ＳｉＣ）などのワイドギャップ半導体を用いた半導体装置の導入が検討されている。特に窒化物半導体は、一般式がＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される種々の多元混晶を形成する。
【０００３】
従って、バンドギャップが異なる多元混晶を用いることによりヘテロ構造を容易に形成できる。例えば、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）と窒化ガリウム（ＧａＮ）とのへテロ構造においては、自発分極及びピエゾ分極により（０００１）面上にてヘテロ界面に電荷が生じ、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。このため、ヘテロ界面での２次元電子ガス（２ＤＥＧ：2 Dimensional Electron Gas）を利用することにより、電流密度が大きいヘテロ接合電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ：Hetero-junction Field Effect Transistor）が実現できる。このため、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合電界効果トランジスタ（ＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＦＥＴ）は、低オン抵抗及び高耐圧を実現するパワースイッチングトランジスタとして期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１６４１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
窒化物半導体からなるＨＦＥＴをインバータ等に応用する場合には以下のような問題がある。
誘導性負荷が接続された場合、ターンオフした際に誘導性負荷に溜まっているエネルギー（Ｅ＝１／２ＬＩ２、Ｌ：自己インダクタンス、Ｉ：電流）を回路内で消費する必要がある。
【０００６】
シリコンＭＯＳＦＥＴの場合はデバイス構造にドレイン−ソース間に逆並列に接続（カソードをドレインと接続、アノードをソースと接続）された寄生ダイオードを有しており、ＭＯＳＦＥＴをオフしたときは誘導性負荷からのエネルギーを寄生ダイオードのアバランシェ領域を利用して消費することができるので比較的大きなアバランシェエネルギー耐量を有する。
【０００７】
なお、アバランシュエネルギー耐量とは、デバイスの耐破壊性の指標であり、誘導性負荷に蓄積されたエネルギーをデバイスで消費した場合、デバイスが破壊に至らずに消費できる最大エネルギーと定義される。
一方、ＨＦＥＴは寄生ダイオード構造を持たず誘導性負荷からのエネルギーを積極的に消費できないためアバランシェエネルギー耐量は低く、大きな自己インダクタンスＬを持つ誘導性負荷でターンオフすることが困難である。このため、保護ダイオード等を外付けすることによりアバランシェエネルギー耐量を向上させる必要がある。
【０００８】
ダイオードを外付けすると、部品点数の増加及び占有面積の増大が生じる。これらは、微細化及びコストの削減が要求される半導体装置にとっては好ましくない問題である。
さらに、双方向スイッチ等の双方向に電流が流れる動作を伴うものに、トランジスタを応用する場合、前期のアバランシェ耐量を双方向に向上させる必要がある。
本発明は、上記特許文献１に開示の技術では解決できない、前記従来の問題を解決し、ダイオード等の保護素子の外付けによる部品点数の増加及び占有面積の増大を抑えた、双方向に高いアバランシュエネルギー耐量を有する窒化物半導体装置を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
具体的に、本発明に係る第１の窒化物半導体装置は、少なくともｐ型領域を有する半導体基板と、前記半導体基板内に形成された第１のｎ型領域と、前記半導体基板内に前記第１のｎ型領域とは間隔をおいて形成された第２のｎ型領域と、前記半導体基板の上に形成されたトランジスタとを備える。
前記トランジスタは、前記半導体基板側から順次形成されてなる第１の窒化物半導体層及び前記第１の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層を含む半導体層積層体と、前記半導体層積層体の上または上方にある第１のオーミック電極と、前記半導体層積層体の上または上方であって、前記第１のオーミック電極とは離隔した第２のオーミック電極と、前記第１のオーミック電極と前記第２のオーミック電極の間に形成された第１のゲート電極と、前記第１のゲート電極と前記第２のオーミック電極の間に形成された第２のゲート電極からなる。
【００１０】
そして、前記第１のオーミック電極と前記第１のｎ型領域、及び前記第２のオーミック電極と前記第２のｎ型領域はそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする。
上記の様な構成を採用する場合、本発明に係る窒化物半導体装置の占有面積は、ほぼトランジスタの面積と等しくなり、面積の増大がほとんどない。また、誘導性負荷のエネルギーは、半導体基板に形成されたｎｐｎバイポーラトランジスタによって消費される。このようにすることで、双方向からの電圧印加に対して、アバランシェ耐量を向上させることができるだけでなく、保護素子としてダイオードを形成した時に比べ、より誘導性負荷のエネルギーを消費させることができる。
【００１１】
ｎｐｎバイポーラトランジスタを形成した時は、ダイオードを形成した時に比べ、より誘導性負荷のエネルギーを消費させることができる理由は、バイポーラトランジスタのスナップバック特性にある。バイポーラトランジスタは、サージがエミッタ端子に印加されると、エミッタ・ベース間の空乏層に高電界がかかる。この電界で加速された電子がアバランシェを起こし、次々に電子正孔対を形成する。正孔はベース電流となり、ベース電圧が上昇する。それがオン電圧に達すると、コレクタからエミッタに電子が流れ込む。つまり、エミッタ端子とベース端子との間にバイポーラトランジスタが動作する程度のキャリアが発生するエミッタ端子とコレクタ端子との電位差がバイポーラトランジスタの動作開始電圧であり、この動作開始電圧をスナップバック電圧という。
【００１２】
バイポーラトランジスタがスナップバックすると、エミッタ端子とコレクタ端子との電位差は、コレクタ端子とエミッタ端子間のブレイクダウン電圧まで低下する。
その後、コレクタ・エミッタ間に流れる電流とバイポーラトランジスタの導通状態における抵抗（オン抵抗） とに応じて、コレクタ・エミッタ間の電圧が上昇する。従って、破壊に至るまでに流すことができる電流量は、ｐｎダイオードに比べ、バイポーラトランジスタの方が大きくなる。
【００１３】
本発明に係る第１の窒化物半導体装置は、半導体基板の第１の面に形成された裏面電極をさらに備え、トランジスタは第２の面の上に形成されていてもよい。この場合において、第１の面は、半導体基板の素子形成面であり、第２の面は素子形成面と反対側の面（裏面）である。
本発明に係る第１の窒化物半導体装置において、第１のオーミック電極と第１のｎ型領域とを接続する第１のビアプラグと、第２のオーミック電極と第２のｎ型領域とを接続する第２のビアプラグとをさらに備えていることが好ましい。
【００１４】
前記の半導体装置において、半導体基板はシリコン、炭化硅素又は窒化ガリウムからなることが好ましい。
本発明に係る第２の窒化物半導体装置は、少なくともｐ型領域を有する半導体基板と、前記半導体基板内に形成された第１のｎ型領域と、前記半導体基板内に前記第１のｎ型領域とは間隔をおいて形成された第２のｎ型領域と、前記半導体基板の上に形成された複数の単位セルを持つトランジスタとを備える。
【００１５】
前記単位セルは、前記半導体基板側から順次形成された第１の窒化物半導体層及び前記第１の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層を含む半導体層積層体と、前記半導体層積層体の上または上方にある第１のオーミック電極と、前記半導体層積層体の上または上方であって、前記第１のオーミック電極とは離隔した第２のオーミック電極と、前記第１のオーミック電極と前記第２のオーミック電極の間に形成された第１のゲート電極と、前記第１のゲート電極と前記第２のオーミック電極の間に形成された第２のゲート電極からなる。
【００１６】
そして、各セルの第１のオーミック電極同士、第２のオーミック電極同士、第１のゲート電極同士、第２のゲート電極同士がそれぞれ電気的に接続されて、ある前記単位セルの前記第１のオーミック電極と前記第１のｎ型領域が電気的に接続されていて、さらにそれとは別の任意の前記単位セルの前記第２のオーミック電極と前記第２のｎ型領域が電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る第２の窒化物半導体装置は、半導体基板の第１の面に形成された裏面電極をさらに備え、トランジスタは第２の面の上に形成されていてもよい。
本発明に係る第２の窒化物半導体装置において、第１のオーミック電極と第１のｎ型領域とを接続する第１のビアプラグと、第２のオーミック電極と第２のｎ型領域とを接続する第２のビアプラグとをさらに備えていることが好ましい。
【００１８】
前記の本発明に係る第２の窒化物半導体装置において、半導体基板はシリコン、炭化硅素又は窒化ガリウムからなることが好ましい。
本発明に係る第２の窒化物半導体装置は、第１の半導体装置と比べ、第１のｎ型領域と第２のｎ型領域の距離が大きく、ｎｐｎバイポーラトランジスタの耐圧を大きくすることが出来る。
【００１９】
本発明に係る第３の窒化物半導体装置は、少なくともｐ型領域を有する半導体基板と、前記半導体基板内に形成された第１のｎ型領域と、前記半導体基板内に前記第１のｎ型領域とは間隔をおいて形成された第２のｎ型領域と、前記半導体基板の上に形成された複数の単位セルを持つトランジスタとを備える。
前記単位セルは、前記半導体基板側から順次形成された第１の窒化物半導体層及び前記第１の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層を含む半導体層積層体と、前記半導体層積層体の上または上方にある第１のオーミック電極と、前記半導体層積層体の上または上方であって、前記第１のオーミック電極とは離隔した第２のオーミック電極と、前記第１のオーミック電極と前記第２のオーミック電極の間に形成された第１のゲート電極と、前記第１のゲート電極と前記第２のオーミック電極の間に形成された第２のゲート電極からなる。
【００２０】
そして、各セルの第１のオーミック電極同士、第２のオーミック電極同士、第１のゲート電極同士、第２のゲート電極同士がそれぞれ電気的に接続されて、第１のオーミック電極と電気的に接続された第１のオーミック電極パッドと、第２のオーミック電極と電気的に接続された第２のオーミック電極パッドを、前記半導体層積層体の上または上方に備えており、前記第１のオーミック電極パッドと前記第１のｎ型領域が電気的に接続されていて、前記第２のオーミック電極パッドと前記第２のｎ型領域が電気的に接続されていることを特徴とする。
【００２１】
半導体層積層体は、活性領域と、活性領域を囲む高抵抗領域とを有し、第１のオーミック電極パッド及び第２のオーミック電極パッドの少なくても一部は活性領域上に形成されていてもよい。
本発明に係る第３の窒化物半導体装置は、半導体基板の第１の面に形成された裏面電極をさらに備え、トランジスタは第２の面の上に形成されていてもよい。
【００２２】
本発明に係る第３の窒化物半導体装置において、第１のオーミック電極パッドと第１のｎ型領域とを接続する第１のビアプラグと、第２のオーミック電極と第２のｎ型領域とを接続する第２のビアプラグとをさらに備えていることが好ましい。
前記の本発明に係る第３の窒化物半導体装置において、半導体基板はシリコン、炭化硅素又は窒化ガリウムからなることが好ましい。
【００２３】
本発明に係る第３の窒化物半導体装置は、第１の半導体装置と比べ、第１のｎ型領域と第２のｎ型領域の距離が大きく、ｎｐｎバイポーラトランジスタの耐圧を大きくすることが出来る。
【発明の効果】
【００２４】
本発明にかかる半導体装置によれば、双方向からの電圧印加に対して、アバランシェ耐量を向上させることができるだけでなく、保護素子としてダイオードを形成した時に比べ、より誘導性負荷のエネルギーを消費させることができる
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１の実施形態にかかる半導体装置の一部構成を示す模式断面図である。
【図２】第２の実施形態にかかる半導体装置の一部構成を示す模式平面図である。
【図３】第２の実施形態にかかる半導体装置の一部構成を示す模式断面図である。
【図４】第３の実施形態にかかる半導体装置の一部構成を示す模式平面図である。
【図５】第３の実施形態にかかる半導体装置の一部構成を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は第１の実施形態に係る半導体装置の一部構成を示す模式断面図である。
図１に示すように、第１の実施形態の半導体装置は、ｐ型のシリコン基板と、基板に形成したｎ型不純物の拡散層からなるｎｐｎバイポーラトランジスタ１１が形成された半導体基板１０と、半導体基板１０の上に形成された窒化物半導体からなるヘテロ接合トランジスタ（ＨＦＥＴ）２１とを備えている。
【００２７】
ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１は、半導体基板１０内の第１の面１０Ａ側に、互いに間隔をおいて形成された第１のｎ型領域１２Ａと第２のｎ型領域１２Ｂを有し構成されている。半導体基板１０は、その第２の面１０Ｂ側に形成された裏面電極１３とオーミック接続している。この場合において、第１の面１０Ａは、半導体基板の素子形成面であり、第２の面１０Ｂは素子形成面と反対側の面（裏面）である。
【００２８】
ＨＦＥＴ２１は、半導体基板１０の第１の面（素子形成面）１０Ａの上にバッファ層２２を介在させて形成された半導体層積層体２３と、半導体層積層体２３にＸ軸方向に互いに間隔をおいて第１のオーミック電極２４Ａ及び第２のオーミック電極２４Ｂが形成されている。第１のオーミック電極２４Ａ及び第２のオーミック電極２４Ｂの間に、コントロール層２６Ａを介在させて形成された第１のゲート電極２５Ａを有しており、第１のゲート電極２５Ａと第２のオーミック電極２４Ｂの間にコントロール層２６Ｂを介在させて形成された第２のゲート電極２５Ｂを有している。
【００２９】
半導体層積層体２３は、Ｚ軸方向の下側から順次形成されたアンドープのＡｌＧａＮ層２３ＡとアンドープのＧａＮ層２３Ｂとを有し、ＡｌＧａＮ層２３ＡにおけるＧａＮ層２３Ｂとの界面領域には２次元電子ガス（２ＤＥＧ）からなるチャネル領域が形成されている。
第１のオーミック電極２４Ａ及び第２のオーミック電極２４Ｂは、チャネル領域とオーミック接続している。本実施形態においては、第１のオーミック電極２４Ａと第１のｎ型領域１２Ａ、第２のオーミック電極２４Ｂと第２のｎ型領域１２Ｂはそれぞれ、第１のビアプラグ３１Ａ、第２のビアプラグ３１Ｂにより電気的に接続されている。
【００３０】
コントロール層２６Ａ及び２６Ｂは、たとえば厚さ２００ｎｍ程度のｐ型のＧａＮからなり、パラジウム（Ｐｄ）又はニッケル（Ｎｉ）からなる第１のゲート電極２５Ａ及び第２のゲート電極２５Ｂがコントロール層２６Ａ及び２６Ｂとそれぞれオーミック接触している。ｐ型のコントロール層２６Ａ及び２６Ｂを設けることにより、ＨＦＥＴ２１をノーマリオフ動作させることが可能となる。
【００３１】
なお、ノーマリオフ動作させる必要がない場合には、コントロール層２６Ａ及び２６Ｂを省き、第１のゲート電極２５Ａ及び第２のゲート電極２５Ｂを通常のショットキー電極とすればよい。
本実施形態においてｎｐｎバイポーラトランジスタ１１の耐圧はＨＦＥＴの耐圧及び、基板縦方向に存在する寄生ｐｎダイオードの耐圧以下にする必要がある。また、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１のスナップバックした電圧は、ＨＦＥＴ２１が保証する電圧以上にする必要がある。この時、オフ時に誘導性負荷に発生する逆起電圧はｎｐｎバイポーラトランジスタ１１の耐圧でクランプされるので、ＨＦＥＴ２１の耐圧がクランプされた電圧よりも高くなければＨＦＥＴ２１が破壊されるからである。具体的には、耐圧が４００Ｖ程度で、保証する電圧が３００ＶのＨＦＥＴ２１の場合には、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１の耐圧を３７０Ｖ程度とし、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１のスナップバックした電圧は３２０Ｖ程度とし、基板縦方向に存在する寄生ｐｎダイオードの耐圧は、４００Ｖ程度とすればよい。
【００３２】
なお、第１の実施形態において、半導体基板１０の第２の面１０Ｂ側に裏面電極１３を備えている例を示したが、裏面電極は無くてもよい。
第１の実施形態において、シリコン基板を用いる例を示したが、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１が形成でき且つ窒化物半導体からなる半導体層積層体２３を形成できればどのようなものであってもよい。例えば、シリコン（Ｓｉ）基板に代えて、炭化硅素（ＳｉＣ）基板又は窒化ガリウム（ＧａＮ）基板等を用いることができる。
【００３３】
第１の実施形態において、形成されたｎｐｎバイポーラトランジスタ１１を用いて、アバランシェ耐量を向上させる例を示したが、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１の耐圧が基板縦方向に存在する寄生ｐｎダイオードの耐圧以上の場合は、寄生ｐｎダイオードを保護ダイオードとして用いてもよい。
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図２は、第２の実施形態に係る半導体装置の一部構成の模式平面図を示している。図３は、図２における切断線７０で切断した模式断面図を示している。図２及び図３において、図１と同一の構成要素には、同一の番号を附すことにより説明を省略する。
【００３４】
図２に示すように、第２の実施形態の半導体装置において、半導体層積層体５３（図３を参照）は活性領域５３Ｃと活性領域５３Ｃを囲む高抵抗領域５３Ｄとを有しており、活性領域５３Ｃの上には互いに間隔をおいてフィンガー状の第１の引出配線６４Ａと第２の引出配線６４Ｂが交互に形成されている。高抵抗領域５３Ｄはイオン注入などにより高抵抗化された領域である。
【００３５】
図２に示すように、第１の引出配線６４Ａと、そこからいくつかの引き出し配線を経た先にある第２の引出配線６４Ｂの下に、それぞれ、第１のｎ型領域１２Ａと第２のｎ型領域１２Ｂを備えている。図３に示すように、ＡｌＧａＮ層５３ＡとＧａＮ層５３Ｂとの積層体である半導体層積層体５３の上には、第１のオーミック電極５４Ａ、第２のオーミック電極５４Ｂ、第１のゲート電極５５Ａ及び第２のゲート電極５５Ｂを覆うように絶縁膜５７が形成されている。図２に示すように、絶縁膜５７の上には、第１のオーミック電極パッド４４Ａ、第２のオーミック電極パッド４４Ｂ、第１のゲート電極パッド４５Ａ及び第２のゲート電極パッド４５Ｂが形成されている。
【００３６】
第１のオーミック電極パッド ４４Ａ、第２のオーミック電極パッド４４Ｂ、第１のゲート電極パッド４５Ａ及び第２のゲート電極パッド４５Ｂはそれぞれ半導体層積層体５３における高抵抗領域５３Ｄ上に形成されている。第１のオーミック電極パッド４４Ａは第１の引出配線６４Ａと、第２のオーミック電極パッド４４Ｂは第２の引出配線６４Ｂとそれぞれ、接続されている。
【００３７】
図３に示すように、第１の引出配線６４Ａと第２の引出配線６４Ｂはそれぞれ、絶縁膜に形成された開口部において、第１のオーミック電極５４Ａと第２のオーミック電極５４Ｂに接続されている。第１の引出配線６４Ａ及び第２の引出配線６４Ｂは、たとえば、厚さが１００ｎｍ程度のチタン（Ｔｉ）と厚さが５０００ｎｍ程度の金（Ａｕ）の積層体からなる。
【００３８】
第１のゲート電極５５Ａ及び第２のゲート電極５５Ｂは、それぞれ、第３の引き出し配線８５Ａ及び第４の引き出し線８５Ｂと接続されている。第３の引き出し配線８５Ａは、第１のゲート電極５５Ａ同士を電気的に接続して第１のゲート電極５５Ａと交差する方向に延びている。第４の引き出し配線８５Ｂは、第２のゲート電極５５Ｂ同士を電気的に接続して第２のゲート電極５５Ｂと交差する方向に延びている。第３の引き出し配線及び第４の引き出し配線は、たとえば、厚さが１００ｎｍ程度のニッケル（Ｎｉ）と厚さが４００ｎｍ程度の金（Ａｕ）の積層体からなる。
【００３９】
第２の実施形態において、半導体基板１０の第２の面１０Ｂ側に裏面電極１３を備えている例を示したが、裏面電極は無くてもよい。
第２の実施形態において、シリコン基板を用いる例を示したが、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１が形成でき且つ窒化物半導体からなる半導体層積層体５３を形成できればどのようなものであってもよい。例えば、シリコン（Ｓｉ）基板に代えて、炭化硅素（ＳｉＣ）基板又は窒化ガリウム（ＧａＮ）基板等を用いることができる。
【００４０】
第２の実施形態において、形成されたｎｐｎバイポーラトランジスタ１１を用いて、アバランシェ耐量を向上させる例を示したが、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１の耐圧が基板縦方向に存在する寄生ｐｎダイオード１１の耐圧以上の場合は、寄生ｐｎダイオードを保護ダイオードとして用いてもよい。
（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態について図面を参照して説明する。図４は、第３の実施形態に係る半導体装置の一部構成を示す模式平面図である。図５は、図４における切断線１１０で切断した模式断面図を示している。図４及び図５において、図１〜図３と同一の構成要素には、同一の番号を附すことにより説明を省略する。
【００４１】
図４に示すように、第３の実施形態の半導体装置は、第１のオーミック電極パッド９４Ａと、第２のオーミック電極パッド９４Ｂの下に、それぞれ、第１のｎ型領域１２Ａと第２のｎ型領域１２Ｂを備えている。
図５に示すように、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１が形成された半導体基板１０の上に、バッファ層２２を介して半導体層積層体８３が形成されている。半導体層積層体８３は、上記同様に、ＡｌＧａＮ層８３ＡとＧａＮ層８３Ｂとを有し構成されている。半導体層積層体８３の上には、Ｘ軸方向に互いに間隔をあけた状態で第３の引出配線８５Ａと第４の引出配線８５Ｂとが形成され、それらを含む半導体層積層体８３の上が絶縁膜８７で被覆されている。
【００４２】
絶縁膜８７、半導体層積層体８３、およびバッファ層２２を貫通する状態で、第１のオーミック電極パッド９４Ａ、第２のオーミック電極パッド９４Ｂとが形成されている。第１のオーミック電極パッド９４Ａは、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１の第１のｎ型領域１２Ａと電気的に接続され、また、第２のオーミック電極パッド９４Ｂは、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１の第２のｎ型領域１２Ｂと電気的に接続されている。
【００４３】
第３の実施形態において、半導体基板１０の第２の面１０Ｂ側に裏面電極を１３備えている例を示したが、裏面電極は無くてもよい。
第３の実施形態において、シリコン基板を用いる例を示したが、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１が形成でき且つ窒化物半導体からなる半導体層積層体８３を形成できればどのようなものであってもよい。例えば、シリコン（Ｓｉ）基板に代えて、炭化硅素（ＳｉＣ）基板又は窒化ガリウム（ＧａＮ）基板等を用いることができる。
【００４４】
第３の実施形態において、形成されたｎｐｎバイポーラトランジスタ１１を用いて、アバランシェ耐量を向上させる例を示したが、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１の耐圧が基板縦方向に存在する寄生ｐｎダイオードの耐圧以上の場合は、寄生ｐｎダイオードを保護ダイオードとして用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の窒化物半導体装置は、保護素子の外付けによる部品点数の増加及び占有面積の増大を抑えた、高いアバランシュエネルギー耐量を有する窒化物半導体装置を実現でき、交流スイッチ等に用いられる窒化物半導体装置等として有用である。
【符号の説明】
【００４６】
１０．基板
１１．ｎｐｎバイポーラトランジスタ
１２Ａ．第１のｎ型領域
１２Ｂ．第２のｎ型領域
１３．裏面電極
２１．ＨＦＥＴ
２２．バッファ層
２３，５３，８３．半導体層積層体
２３Ａ，５３Ａ，８３Ａ．ＡｌＧａＮ層
２３Ｂ，５３Ｂ，８３Ｂ．ＧａＮ層
２４Ａ，５４Ａ．第１のオーミック電極
２４Ｂ，５４Ｂ．第２のオーミック電極
２５Ａ，５５Ａ．第１のゲート電極
２５Ｂ，５５Ｂ．第２のゲート電極
２６Ａ．第１のコントロール層
２６Ｂ．第２のコントロール層
３１Ａ，６１Ａ．第１のビアプラグ
３１Ｂ，６１Ｂ．第２のビアプラグ
４４Ａ，９４Ａ．第１のオーミック電極パッド
４４Ｂ，９４Ｂ．第２のオーミック電極パッド
４５Ａ，１０５Ａ．第１のゲート電極パッド
４５Ｂ，１０５Ｂ．第２のゲート電極パッド
５３Ｃ．活性領域
５３Ｄ．高抵抗領域
５７，８７．絶縁膜
６４Ａ．第１の引出配線
６４Ｂ．第２の引出配線
８５Ａ．第３の引出配線
８５Ｂ．第４の引出配線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体装置に関し、特に、双方向に電流が導通可能な窒化物半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、住宅用照明スイッチなどの２線式交流スイッチとして、双方向に電流を導電することが可能で双方向の電圧に対して耐圧を有するトライアックのような双方向スイッチ動作を行う半導体を用いて、調光機能やリモコン機能などを有する高機能な２線式交流スイッチが商品化されている。
近年、材料限界を打破して導通損失を低減するために、ＧａＮに代表されるIII族窒化物半導体又は炭化珪素（ＳｉＣ）などのワイドギャップ半導体を用いた半導体装置の導入が検討されている。特に窒化物半導体は、一般式がＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される種々の多元混晶を形成する。
【０００３】
従って、バンドギャップが異なる多元混晶を用いることによりヘテロ構造を容易に形成できる。例えば、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）と窒化ガリウム（ＧａＮ）とのへテロ構造においては、自発分極及びピエゾ分極により（０００１）面上にてヘテロ界面に電荷が生じ、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。このため、ヘテロ界面での２次元電子ガス（２ＤＥＧ：2 Dimensional Electron Gas）を利用することにより、電流密度が大きいヘテロ接合電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ：Hetero-junction Field Effect Transistor）が実現できる。このため、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合電界効果トランジスタ（ＡｌＧａＮ／ＧａＮ−ＨＦＥＴ）は、低オン抵抗及び高耐圧を実現するパワースイッチングトランジスタとして期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１６４１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
窒化物半導体からなるＨＦＥＴをインバータ等に応用する場合には以下のような問題がある。
誘導性負荷が接続された場合、ターンオフした際に誘導性負荷に溜まっているエネルギー（Ｅ＝１／２ＬＩ２、Ｌ：自己インダクタンス、Ｉ：電流）を回路内で消費する必要がある。
【０００６】
シリコンＭＯＳＦＥＴの場合はデバイス構造にドレイン−ソース間に逆並列に接続（カソードをドレインと接続、アノードをソースと接続）された寄生ダイオードを有しており、ＭＯＳＦＥＴをオフしたときは誘導性負荷からのエネルギーを寄生ダイオードのアバランシェ領域を利用して消費することができるので比較的大きなアバランシェエネルギー耐量を有する。
【０００７】
なお、アバランシュエネルギー耐量とは、デバイスの耐破壊性の指標であり、誘導性負荷に蓄積されたエネルギーをデバイスで消費した場合、デバイスが破壊に至らずに消費できる最大エネルギーと定義される。
一方、ＨＦＥＴは寄生ダイオード構造を持たず誘導性負荷からのエネルギーを積極的に消費できないためアバランシェエネルギー耐量は低く、大きな自己インダクタンスＬを持つ誘導性負荷でターンオフすることが困難である。このため、保護ダイオード等を外付けすることによりアバランシェエネルギー耐量を向上させる必要がある。
【０００８】
ダイオードを外付けすると、部品点数の増加及び占有面積の増大が生じる。これらは、微細化及びコストの削減が要求される半導体装置にとっては好ましくない問題である。
さらに、双方向スイッチ等の双方向に電流が流れる動作を伴うものに、トランジスタを応用する場合、前期のアバランシェ耐量を双方向に向上させる必要がある。
本発明は、上記特許文献１に開示の技術では解決できない、前記従来の問題を解決し、ダイオード等の保護素子の外付けによる部品点数の増加及び占有面積の増大を抑えた、双方向に高いアバランシュエネルギー耐量を有する窒化物半導体装置を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
具体的に、本発明に係る第１の窒化物半導体装置は、少なくともｐ型領域を有する半導体基板と、前記半導体基板内に形成された第１のｎ型領域と、前記半導体基板内に前記第１のｎ型領域とは間隔をおいて形成された第２のｎ型領域と、前記半導体基板の上に形成されたトランジスタとを備える。
前記トランジスタは、前記半導体基板側から順次形成されてなる第１の窒化物半導体層及び前記第１の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層を含む半導体層積層体と、前記半導体層積層体の上または上方にある第１のオーミック電極と、前記半導体層積層体の上または上方であって、前記第１のオーミック電極とは離隔した第２のオーミック電極と、前記第１のオーミック電極と前記第２のオーミック電極の間に形成された第１のゲート電極と、前記第１のゲート電極と前記第２のオーミック電極の間に形成された第２のゲート電極からなる。
【００１０】
そして、前記第１のオーミック電極と前記第１のｎ型領域、及び前記第２のオーミック電極と前記第２のｎ型領域はそれぞれ電気的に接続されていることを特徴とする。
上記の様な構成を採用する場合、本発明に係る窒化物半導体装置の占有面積は、ほぼトランジスタの面積と等しくなり、面積の増大がほとんどない。また、誘導性負荷のエネルギーは、半導体基板に形成されたｎｐｎバイポーラトランジスタによって消費される。このようにすることで、双方向からの電圧印加に対して、アバランシェ耐量を向上させることができるだけでなく、保護素子としてダイオードを形成した時に比べ、より誘導性負荷のエネルギーを消費させることができる。
【００１１】
ｎｐｎバイポーラトランジスタを形成した時は、ダイオードを形成した時に比べ、より誘導性負荷のエネルギーを消費させることができる理由は、バイポーラトランジスタのスナップバック特性にある。バイポーラトランジスタは、サージがエミッタ端子に印加されると、エミッタ・ベース間の空乏層に高電界がかかる。この電界で加速された電子がアバランシェを起こし、次々に電子正孔対を形成する。正孔はベース電流となり、ベース電圧が上昇する。それがオン電圧に達すると、コレクタからエミッタに電子が流れ込む。つまり、エミッタ端子とベース端子との間にバイポーラトランジスタが動作する程度のキャリアが発生するエミッタ端子とコレクタ端子との電位差がバイポーラトランジスタの動作開始電圧であり、この動作開始電圧をスナップバック電圧という。
【００１２】
バイポーラトランジスタがスナップバックすると、エミッタ端子とコレクタ端子との電位差は、コレクタ端子とエミッタ端子間のブレイクダウン電圧まで低下する。
その後、コレクタ・エミッタ間に流れる電流とバイポーラトランジスタの導通状態における抵抗（オン抵抗） とに応じて、コレクタ・エミッタ間の電圧が上昇する。従って、破壊に至るまでに流すことができる電流量は、ｐｎダイオードに比べ、バイポーラトランジスタの方が大きくなる。
【００１３】
本発明に係る第１の窒化物半導体装置は、半導体基板の第１の面に形成された裏面電極をさらに備え、トランジスタは第２の面の上に形成されていてもよい。この場合において、第１の面は、半導体基板の素子形成面であり、第２の面は素子形成面と反対側の面（裏面）である。
本発明に係る第１の窒化物半導体装置において、第１のオーミック電極と第１のｎ型領域とを接続する第１のビアプラグと、第２のオーミック電極と第２のｎ型領域とを接続する第２のビアプラグとをさらに備えていることが好ましい。
【００１４】
前記の半導体装置において、半導体基板はシリコン、炭化硅素又は窒化ガリウムからなることが好ましい。
本発明に係る第２の窒化物半導体装置は、少なくともｐ型領域を有する半導体基板と、前記半導体基板内に形成された第１のｎ型領域と、前記半導体基板内に前記第１のｎ型領域とは間隔をおいて形成された第２のｎ型領域と、前記半導体基板の上に形成された複数の単位セルを持つトランジスタとを備える。
【００１５】
前記単位セルは、前記半導体基板側から順次形成された第１の窒化物半導体層及び前記第１の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層を含む半導体層積層体と、前記半導体層積層体の上または上方にある第１のオーミック電極と、前記半導体層積層体の上または上方であって、前記第１のオーミック電極とは離隔した第２のオーミック電極と、前記第１のオーミック電極と前記第２のオーミック電極の間に形成された第１のゲート電極と、前記第１のゲート電極と前記第２のオーミック電極の間に形成された第２のゲート電極からなる。
【００１６】
そして、各セルの第１のオーミック電極同士、第２のオーミック電極同士、第１のゲート電極同士、第２のゲート電極同士がそれぞれ電気的に接続されて、ある前記単位セルの前記第１のオーミック電極と前記第１のｎ型領域が電気的に接続されていて、さらにそれとは別の任意の前記単位セルの前記第２のオーミック電極と前記第２のｎ型領域が電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る第２の窒化物半導体装置は、半導体基板の第１の面に形成された裏面電極をさらに備え、トランジスタは第２の面の上に形成されていてもよい。
本発明に係る第２の窒化物半導体装置において、第１のオーミック電極と第１のｎ型領域とを接続する第１のビアプラグと、第２のオーミック電極と第２のｎ型領域とを接続する第２のビアプラグとをさらに備えていることが好ましい。
【００１８】
前記の本発明に係る第２の窒化物半導体装置において、半導体基板はシリコン、炭化硅素又は窒化ガリウムからなることが好ましい。
本発明に係る第２の窒化物半導体装置は、第１の半導体装置と比べ、第１のｎ型領域と第２のｎ型領域の距離が大きく、ｎｐｎバイポーラトランジスタの耐圧を大きくすることが出来る。
【００１９】
本発明に係る第３の窒化物半導体装置は、少なくともｐ型領域を有する半導体基板と、前記半導体基板内に形成された第１のｎ型領域と、前記半導体基板内に前記第１のｎ型領域とは間隔をおいて形成された第２のｎ型領域と、前記半導体基板の上に形成された複数の単位セルを持つトランジスタとを備える。
前記単位セルは、前記半導体基板側から順次形成された第１の窒化物半導体層及び前記第１の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層を含む半導体層積層体と、前記半導体層積層体の上または上方にある第１のオーミック電極と、前記半導体層積層体の上または上方であって、前記第１のオーミック電極とは離隔した第２のオーミック電極と、前記第１のオーミック電極と前記第２のオーミック電極の間に形成された第１のゲート電極と、前記第１のゲート電極と前記第２のオーミック電極の間に形成された第２のゲート電極からなる。
【００２０】
そして、各セルの第１のオーミック電極同士、第２のオーミック電極同士、第１のゲート電極同士、第２のゲート電極同士がそれぞれ電気的に接続されて、第１のオーミック電極と電気的に接続された第１のオーミック電極パッドと、第２のオーミック電極と電気的に接続された第２のオーミック電極パッドを、前記半導体層積層体の上または上方に備えており、前記第１のオーミック電極パッドと前記第１のｎ型領域が電気的に接続されていて、前記第２のオーミック電極パッドと前記第２のｎ型領域が電気的に接続されていることを特徴とする。
【００２１】
半導体層積層体は、活性領域と、活性領域を囲む高抵抗領域とを有し、第１のオーミック電極パッド及び第２のオーミック電極パッドの少なくても一部は活性領域上に形成されていてもよい。
本発明に係る第３の窒化物半導体装置は、半導体基板の第１の面に形成された裏面電極をさらに備え、トランジスタは第２の面の上に形成されていてもよい。
【００２２】
本発明に係る第３の窒化物半導体装置において、第１のオーミック電極パッドと第１のｎ型領域とを接続する第１のビアプラグと、第２のオーミック電極と第２のｎ型領域とを接続する第２のビアプラグとをさらに備えていることが好ましい。
前記の本発明に係る第３の窒化物半導体装置において、半導体基板はシリコン、炭化硅素又は窒化ガリウムからなることが好ましい。
【００２３】
本発明に係る第３の窒化物半導体装置は、第１の半導体装置と比べ、第１のｎ型領域と第２のｎ型領域の距離が大きく、ｎｐｎバイポーラトランジスタの耐圧を大きくすることが出来る。
【発明の効果】
【００２４】
本発明にかかる半導体装置によれば、双方向からの電圧印加に対して、アバランシェ耐量を向上させることができるだけでなく、保護素子としてダイオードを形成した時に比べ、より誘導性負荷のエネルギーを消費させることができる
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】第１の実施形態にかかる半導体装置の一部構成を示す模式断面図である。
【図２】第２の実施形態にかかる半導体装置の一部構成を示す模式平面図である。
【図３】第２の実施形態にかかる半導体装置の一部構成を示す模式断面図である。
【図４】第３の実施形態にかかる半導体装置の一部構成を示す模式平面図である。
【図５】第３の実施形態にかかる半導体装置の一部構成を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は第１の実施形態に係る半導体装置の一部構成を示す模式断面図である。
図１に示すように、第１の実施形態の半導体装置は、ｐ型のシリコン基板と、基板に形成したｎ型不純物の拡散層からなるｎｐｎバイポーラトランジスタ１１が形成された半導体基板１０と、半導体基板１０の上に形成された窒化物半導体からなるヘテロ接合トランジスタ（ＨＦＥＴ）２１とを備えている。
【００２７】
ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１は、半導体基板１０内の第１の面１０Ａ側に、互いに間隔をおいて形成された第１のｎ型領域１２Ａと第２のｎ型領域１２Ｂを有し構成されている。半導体基板１０は、その第２の面１０Ｂ側に形成された裏面電極１３とオーミック接続している。この場合において、第１の面１０Ａは、半導体基板の素子形成面であり、第２の面１０Ｂは素子形成面と反対側の面（裏面）である。
【００２８】
ＨＦＥＴ２１は、半導体基板１０の第１の面（素子形成面）１０Ａの上にバッファ層２２を介在させて形成された半導体層積層体２３と、半導体層積層体２３にＸ軸方向に互いに間隔をおいて第１のオーミック電極２４Ａ及び第２のオーミック電極２４Ｂが形成されている。第１のオーミック電極２４Ａ及び第２のオーミック電極２４Ｂの間に、コントロール層２６Ａを介在させて形成された第１のゲート電極２５Ａを有しており、第１のゲート電極２５Ａと第２のオーミック電極２４Ｂの間にコントロール層２６Ｂを介在させて形成された第２のゲート電極２５Ｂを有している。
【００２９】
半導体層積層体２３は、Ｚ軸方向の下側から順次形成されたアンドープのＡｌＧａＮ層２３ＡとアンドープのＧａＮ層２３Ｂとを有し、ＡｌＧａＮ層２３ＡにおけるＧａＮ層２３Ｂとの界面領域には２次元電子ガス（２ＤＥＧ）からなるチャネル領域が形成されている。
第１のオーミック電極２４Ａ及び第２のオーミック電極２４Ｂは、チャネル領域とオーミック接続している。本実施形態においては、第１のオーミック電極２４Ａと第１のｎ型領域１２Ａ、第２のオーミック電極２４Ｂと第２のｎ型領域１２Ｂはそれぞれ、第１のビアプラグ３１Ａ、第２のビアプラグ３１Ｂにより電気的に接続されている。
【００３０】
コントロール層２６Ａ及び２６Ｂは、たとえば厚さ２００ｎｍ程度のｐ型のＧａＮからなり、パラジウム（Ｐｄ）又はニッケル（Ｎｉ）からなる第１のゲート電極２５Ａ及び第２のゲート電極２５Ｂがコントロール層２６Ａ及び２６Ｂとそれぞれオーミック接触している。ｐ型のコントロール層２６Ａ及び２６Ｂを設けることにより、ＨＦＥＴ２１をノーマリオフ動作させることが可能となる。
【００３１】
なお、ノーマリオフ動作させる必要がない場合には、コントロール層２６Ａ及び２６Ｂを省き、第１のゲート電極２５Ａ及び第２のゲート電極２５Ｂを通常のショットキー電極とすればよい。
本実施形態においてｎｐｎバイポーラトランジスタ１１の耐圧はＨＦＥＴの耐圧及び、基板縦方向に存在する寄生ｐｎダイオードの耐圧以下にする必要がある。また、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１のスナップバックした電圧は、ＨＦＥＴ２１が保証する電圧以上にする必要がある。この時、オフ時に誘導性負荷に発生する逆起電圧はｎｐｎバイポーラトランジスタ１１の耐圧でクランプされるので、ＨＦＥＴ２１の耐圧がクランプされた電圧よりも高くなければＨＦＥＴ２１が破壊されるからである。具体的には、耐圧が４００Ｖ程度で、保証する電圧が３００ＶのＨＦＥＴ２１の場合には、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１の耐圧を３７０Ｖ程度とし、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１のスナップバックした電圧は３２０Ｖ程度とし、基板縦方向に存在する寄生ｐｎダイオードの耐圧は、４００Ｖ程度とすればよい。
【００３２】
なお、第１の実施形態において、半導体基板１０の第２の面１０Ｂ側に裏面電極１３を備えている例を示したが、裏面電極は無くてもよい。
第１の実施形態において、シリコン基板を用いる例を示したが、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１が形成でき且つ窒化物半導体からなる半導体層積層体２３を形成できればどのようなものであってもよい。例えば、シリコン（Ｓｉ）基板に代えて、炭化硅素（ＳｉＣ）基板又は窒化ガリウム（ＧａＮ）基板等を用いることができる。
【００３３】
第１の実施形態において、形成されたｎｐｎバイポーラトランジスタ１１を用いて、アバランシェ耐量を向上させる例を示したが、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１の耐圧が基板縦方向に存在する寄生ｐｎダイオードの耐圧以上の場合は、寄生ｐｎダイオードを保護ダイオードとして用いてもよい。
（第２の実施形態）
以下に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。図２は、第２の実施形態に係る半導体装置の一部構成の模式平面図を示している。図３は、図２における切断線７０で切断した模式断面図を示している。図２及び図３において、図１と同一の構成要素には、同一の番号を附すことにより説明を省略する。
【００３４】
図２に示すように、第２の実施形態の半導体装置において、半導体層積層体５３（図３を参照）は活性領域５３Ｃと活性領域５３Ｃを囲む高抵抗領域５３Ｄとを有しており、活性領域５３Ｃの上には互いに間隔をおいてフィンガー状の第１の引出配線６４Ａと第２の引出配線６４Ｂが交互に形成されている。高抵抗領域５３Ｄはイオン注入などにより高抵抗化された領域である。
【００３５】
図２に示すように、第１の引出配線６４Ａと、そこからいくつかの引き出し配線を経た先にある第２の引出配線６４Ｂの下に、それぞれ、第１のｎ型領域１２Ａと第２のｎ型領域１２Ｂを備えている。図３に示すように、ＡｌＧａＮ層５３ＡとＧａＮ層５３Ｂとの積層体である半導体層積層体５３の上には、第１のオーミック電極５４Ａ、第２のオーミック電極５４Ｂ、第１のゲート電極５５Ａ及び第２のゲート電極５５Ｂを覆うように絶縁膜５７が形成されている。図２に示すように、絶縁膜５７の上には、第１のオーミック電極パッド４４Ａ、第２のオーミック電極パッド４４Ｂ、第１のゲート電極パッド４５Ａ及び第２のゲート電極パッド４５Ｂが形成されている。
【００３６】
第１のオーミック電極パッド ４４Ａ、第２のオーミック電極パッド４４Ｂ、第１のゲート電極パッド４５Ａ及び第２のゲート電極パッド４５Ｂはそれぞれ半導体層積層体５３における高抵抗領域５３Ｄ上に形成されている。第１のオーミック電極パッド４４Ａは第１の引出配線６４Ａと、第２のオーミック電極パッド４４Ｂは第２の引出配線６４Ｂとそれぞれ、接続されている。
【００３７】
図３に示すように、第１の引出配線６４Ａと第２の引出配線６４Ｂはそれぞれ、絶縁膜に形成された開口部において、第１のオーミック電極５４Ａと第２のオーミック電極５４Ｂに接続されている。第１の引出配線６４Ａ及び第２の引出配線６４Ｂは、たとえば、厚さが１００ｎｍ程度のチタン（Ｔｉ）と厚さが５０００ｎｍ程度の金（Ａｕ）の積層体からなる。
【００３８】
第１のゲート電極５５Ａ及び第２のゲート電極５５Ｂは、それぞれ、第３の引き出し配線８５Ａ及び第４の引き出し線８５Ｂと接続されている。第３の引き出し配線８５Ａは、第１のゲート電極５５Ａ同士を電気的に接続して第１のゲート電極５５Ａと交差する方向に延びている。第４の引き出し配線８５Ｂは、第２のゲート電極５５Ｂ同士を電気的に接続して第２のゲート電極５５Ｂと交差する方向に延びている。第３の引き出し配線及び第４の引き出し配線は、たとえば、厚さが１００ｎｍ程度のニッケル（Ｎｉ）と厚さが４００ｎｍ程度の金（Ａｕ）の積層体からなる。
【００３９】
第２の実施形態において、半導体基板１０の第２の面１０Ｂ側に裏面電極１３を備えている例を示したが、裏面電極は無くてもよい。
第２の実施形態において、シリコン基板を用いる例を示したが、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１が形成でき且つ窒化物半導体からなる半導体層積層体５３を形成できればどのようなものであってもよい。例えば、シリコン（Ｓｉ）基板に代えて、炭化硅素（ＳｉＣ）基板又は窒化ガリウム（ＧａＮ）基板等を用いることができる。
【００４０】
第２の実施形態において、形成されたｎｐｎバイポーラトランジスタ１１を用いて、アバランシェ耐量を向上させる例を示したが、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１の耐圧が基板縦方向に存在する寄生ｐｎダイオード１１の耐圧以上の場合は、寄生ｐｎダイオードを保護ダイオードとして用いてもよい。
（第３の実施形態）
以下に、本発明の第３の実施形態について図面を参照して説明する。図４は、第３の実施形態に係る半導体装置の一部構成を示す模式平面図である。図５は、図４における切断線１１０で切断した模式断面図を示している。図４及び図５において、図１〜図３と同一の構成要素には、同一の番号を附すことにより説明を省略する。
【００４１】
図４に示すように、第３の実施形態の半導体装置は、第１のオーミック電極パッド９４Ａと、第２のオーミック電極パッド９４Ｂの下に、それぞれ、第１のｎ型領域１２Ａと第２のｎ型領域１２Ｂを備えている。
図５に示すように、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１が形成された半導体基板１０の上に、バッファ層２２を介して半導体層積層体８３が形成されている。半導体層積層体８３は、上記同様に、ＡｌＧａＮ層８３ＡとＧａＮ層８３Ｂとを有し構成されている。半導体層積層体８３の上には、Ｘ軸方向に互いに間隔をあけた状態で第３の引出配線８５Ａと第４の引出配線８５Ｂとが形成され、それらを含む半導体層積層体８３の上が絶縁膜８７で被覆されている。
【００４２】
絶縁膜８７、半導体層積層体８３、およびバッファ層２２を貫通する状態で、第１のオーミック電極パッド９４Ａ、第２のオーミック電極パッド９４Ｂとが形成されている。第１のオーミック電極パッド９４Ａは、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１の第１のｎ型領域１２Ａと電気的に接続され、また、第２のオーミック電極パッド９４Ｂは、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１の第２のｎ型領域１２Ｂと電気的に接続されている。
【００４３】
第３の実施形態において、半導体基板１０の第２の面１０Ｂ側に裏面電極を１３備えている例を示したが、裏面電極は無くてもよい。
第３の実施形態において、シリコン基板を用いる例を示したが、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１が形成でき且つ窒化物半導体からなる半導体層積層体８３を形成できればどのようなものであってもよい。例えば、シリコン（Ｓｉ）基板に代えて、炭化硅素（ＳｉＣ）基板又は窒化ガリウム（ＧａＮ）基板等を用いることができる。
【００４４】
第３の実施形態において、形成されたｎｐｎバイポーラトランジスタ１１を用いて、アバランシェ耐量を向上させる例を示したが、ｎｐｎバイポーラトランジスタ１１の耐圧が基板縦方向に存在する寄生ｐｎダイオードの耐圧以上の場合は、寄生ｐｎダイオードを保護ダイオードとして用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の窒化物半導体装置は、保護素子の外付けによる部品点数の増加及び占有面積の増大を抑えた、高いアバランシュエネルギー耐量を有する窒化物半導体装置を実現でき、交流スイッチ等に用いられる窒化物半導体装置等として有用である。
【符号の説明】
【００４６】
１０．基板
１１．ｎｐｎバイポーラトランジスタ
１２Ａ．第１のｎ型領域
１２Ｂ．第２のｎ型領域
１３．裏面電極
２１．ＨＦＥＴ
２２．バッファ層
２３，５３，８３．半導体層積層体
２３Ａ，５３Ａ，８３Ａ．ＡｌＧａＮ層
２３Ｂ，５３Ｂ，８３Ｂ．ＧａＮ層
２４Ａ，５４Ａ．第１のオーミック電極
２４Ｂ，５４Ｂ．第２のオーミック電極
２５Ａ，５５Ａ．第１のゲート電極
２５Ｂ，５５Ｂ．第２のゲート電極
２６Ａ．第１のコントロール層
２６Ｂ．第２のコントロール層
３１Ａ，６１Ａ．第１のビアプラグ
３１Ｂ，６１Ｂ．第２のビアプラグ
４４Ａ，９４Ａ．第１のオーミック電極パッド
４４Ｂ，９４Ｂ．第２のオーミック電極パッド
４５Ａ，１０５Ａ．第１のゲート電極パッド
４５Ｂ，１０５Ｂ．第２のゲート電極パッド
５３Ｃ．活性領域
５３Ｄ．高抵抗領域
５７，８７．絶縁膜
６４Ａ．第１の引出配線
６４Ｂ．第２の引出配線
８５Ａ．第３の引出配線
８５Ｂ．第４の引出配線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともｐ型領域を有する半導体基板と、
前記半導体基板内に形成された第１のｎ型領域と、
前記半導体基板内に前記第１のｎ型領域とは間隔をおいて形成された第２のｎ型領域と、
前記半導体基板の上に形成されたトランジスタと、
を備え、
前記トランジスタは、
前記半導体基板側から順次形成されてなる第１の窒化物半導体層及び前記第１の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層を含む半導体層積層体と、
前記半導体層積層体の上または上方にある第１のオーミック電極と、
前記半導体層積層体の上または上方であって、前記第１のオーミック電極とは離隔した第２のオーミック電極と、
前記第１のオーミック電極と前記第２のオーミック電極の間に形成された第１のゲート電極と、前記第１のゲート電極と前記第２のオーミック電極の間に形成された第２のゲート電極からなり、
前記第１のオーミック電極と前記第１のｎ型領域、及び前記第２のオーミック電極と前記第２のｎ型領域はそれぞれ電気的に接続されている
ことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項２】
前記半導体基板のｐ型領域と、前記第１のｎ型領域及び前記第２のｎ型領域が、ｎｐｎバイポーラトランジスタを形成している
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記半導体基板のｐ型領域と前記第１のｎ型領域が第１のダイオードを形成し、
前記半導体基板のｐ型領域と前記第２のｎ型領域が第２のダイオードを形成し、
前記半導体基板の裏面に形成された裏面電極を備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記第１のゲート電極と前記半導体層積層体との間に、ｐ型の導電性を有する第１のコントロール層を有し、
前記第２のゲート電極と前記半導体層積層体との間に、ｐ型の導電性を有する第２のコントロール層を有する
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記第１のゲート電極及び第２のゲート電極が、前記半導体層積層体とショットキー接合を形成する
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記第１のゲート電極及び第２のゲート電極が、絶縁ゲート型の電極である
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記半導体基板がシリコンである
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
前記半導体基板が炭化珪素である
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の窒化物半導体装置。
【請求項９】
前記半導体基板が窒化ガリウムである
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の窒化物半導体装置。
【請求項１】
少なくともｐ型領域を有する半導体基板と、
前記半導体基板内に形成された第１のｎ型領域と、
前記半導体基板内に前記第１のｎ型領域とは間隔をおいて形成された第２のｎ型領域と、
前記半導体基板の上に形成されたトランジスタと、
を備え、
前記トランジスタは、
前記半導体基板側から順次形成されてなる第１の窒化物半導体層及び前記第１の窒化物半導体層と比べてバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層を含む半導体層積層体と、
前記半導体層積層体の上または上方にある第１のオーミック電極と、
前記半導体層積層体の上または上方であって、前記第１のオーミック電極とは離隔した第２のオーミック電極と、
前記第１のオーミック電極と前記第２のオーミック電極の間に形成された第１のゲート電極と、前記第１のゲート電極と前記第２のオーミック電極の間に形成された第２のゲート電極からなり、
前記第１のオーミック電極と前記第１のｎ型領域、及び前記第２のオーミック電極と前記第２のｎ型領域はそれぞれ電気的に接続されている
ことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項２】
前記半導体基板のｐ型領域と、前記第１のｎ型領域及び前記第２のｎ型領域が、ｎｐｎバイポーラトランジスタを形成している
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項３】
前記半導体基板のｐ型領域と前記第１のｎ型領域が第１のダイオードを形成し、
前記半導体基板のｐ型領域と前記第２のｎ型領域が第２のダイオードを形成し、
前記半導体基板の裏面に形成された裏面電極を備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体装置。
【請求項４】
前記第１のゲート電極と前記半導体層積層体との間に、ｐ型の導電性を有する第１のコントロール層を有し、
前記第２のゲート電極と前記半導体層積層体との間に、ｐ型の導電性を有する第２のコントロール層を有する
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の窒化物半導体装置。
【請求項５】
前記第１のゲート電極及び第２のゲート電極が、前記半導体層積層体とショットキー接合を形成する
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の窒化物半導体装置。
【請求項６】
前記第１のゲート電極及び第２のゲート電極が、絶縁ゲート型の電極である
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の窒化物半導体装置。
【請求項７】
前記半導体基板がシリコンである
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の窒化物半導体装置。
【請求項８】
前記半導体基板が炭化珪素である
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の窒化物半導体装置。
【請求項９】
前記半導体基板が窒化ガリウムである
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の窒化物半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１６６２７（Ｐ２０１３−１６６２７Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４８１７２（Ｐ２０１１−１４８１７２）
【出願日】平成２３年７月４日（２０１１．７．４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月４日（２０１１．７．４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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