[发明专利]氮化物半导体元件

说明书

本申请基于2012年3月23日提出的日本专利申请第2012－68143号主张优先权，这里引用其全部内容。

技术领域

本发明涉及氮化物半导体元件。

背景技术

在开关电源或逆变器等电力变换电路中，使用开关元件或二极管等的功率半导体元件。对于该功率半导体元件要求高耐压、低导通电阻。并且，耐压与导通电阻的关系存在由元件材料决定的权衡的关系。通过到目前为止的技术开发的进步，在功率半导体元件中，将导通电阻的降低实现到了到作为主要的元件材料的硅的极限附近。

为了进一步降低导通电阻，需要元件材料的变更。在此，将氮化镓（GaN）或氮化铝镓（AlGaN）等氮化物半导体或碳化硅（SiC）等宽带隙（band gap）半导体作为开关元件材料使用。由此，能够改善由材料决定的权衡的关系，能够将导通电阻飞跃性地降低。

在使用GaN或AlGaN等氮化物半导体的元件中，作为容易得到低导通电阻的元件，可以举出使用AlGaN/GaN异质构造的异质结场效应晶体管（HFET：Hetero-structure Field Effect Transistor）。该HFET将在AlGaN/GaN异质界面上通过压电分极产生的高移动度且高浓度的二维电子气体（2DEG：two Dimensional Electron Gas）作为沟道来利用，从而实现低导通电阻。由此，即使芯片面积较小也能够得到低导通电阻的元件。此外，由于芯片面积较小，元件电容也下降，所以能够得到适合于高速的开关动作的元件。

但是，在实际使HFET以高速开关的情况下，容易发生起因于由寄生电感带来的浪涌电压、电流的开关噪声。并且，如果该开关噪声传输到栅极布线中，通过HFET的误动作而发生损失或元件的破坏的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种即使进行高速的开关动作也能够抑制开关噪声的发生的氮化物半导体元件。

在一技术方案中，氮化物半导体元件具备：导电性基板；第1氮化物半导体层，直接或经由缓冲层设在上述导电性基板的上表面上，并且由无掺杂的氮化物半导体构成；第2氮化物半导体层，设在上述第1氮化物半导体层之上，并且由具有比上述第1氮化物半导体层大的带隙的无掺杂或n型氮化物半导体构成；第1异质结场效应晶体管，具有：第1源电极，设在上述第2氮化物半导体层之上，并且与上述第2氮化物半导体层形成欧姆接合；第1漏电极，设在上述第2氮化物半导体层之上，并且与上述第2氮化物半导体层形成欧姆接合；和第1栅电极，设在上述第1源电极与上述第1漏电极之间，并且控制在上述第1氮化物半导体层与上述第2氮化物半导体层的界面处产生的二维电子气体的浓度；第1肖特基势垒二极管，具有：第1阳电极，设在上述第2氮化物半导体层之上，并与上述第2氮化物半导体层形成肖特基接合，并且与上述第1漏电极电连接；和第1阴电极，设在上述第2氮化物半导体层之上，并且与上述第2氮化物半导体层形成欧姆接合；第1元件分离绝缘层，设在从上述第1漏电极与上述第1阳电极之间的上述第2氮化物半导体层的上表面到上述第1氮化物半导体层的中途为止；第2元件分离绝缘层，设在从上述第1源电极与上述第1阴电极之间的上述第2氮化物半导体层的上表面到上述第1氮化物半导体层的中途为止；以及框架电极，与上述第1源电极及上述导电性基板电连接，并且将上述第1异质结场效应晶体管及上述第1肖特基势垒二极管的外周包围。

根据本发明的技术方案，能够提供即使进行高速的开关动作也能够抑制开关噪声的发生的氮化物半导体元件。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的氮化物半导体元件的示意性剖视图。

图2是表示本发明的第1实施方式的氮化物半导体元件的电极的配置的俯视图。

图3是包括本发明的第1实施方式的氮化物半导体元件的升压斩波器的电路图。

图4是本发明的第1实施方式的第1变形例的氮化物半导体元件的示意性剖视图。

图5是表示本发明的第1实施方式的第2变形例的氮化物半导体元件的电极的配置的俯视图。

图6是表示本发明的第1实施方式的第3变形例的氮化物半导体元件的放大俯视图。

图7是表示本发明的第1实施方式的第4变形例的氮化物半导体元件的电极的配置的俯视图。

图8是本发明的第2实施方式的氮化物半导体元件的示意性剖视图。

图9是表示本发明的第2实施方式的氮化物半导体元件的电极的配置的俯视图。

图10是包括本发明的第2实施方式的氮化物半导体元件的反激式变换器的电路图。