[发明专利]半导体装置

说明书

在Si基板(1)之上设置有氮化物半导体层(2、3、4)。在氮化物半导体层(2、3、4)之上设置有栅极电极(5)、源极电极(6)以及漏极电极(7)。在漏极电极(7)之下，在Si基板(1)设置有与氮化物半导体层(2、3、4)相接的P型导电层(11)。

技术领域

本发明涉及在Si基板之上形成的氮化物类高电子迁移率晶体管(HEMT：HighElectron Mobility Transistor)。

背景技术

具有AlGaN/GaN类异质构造的GaN HEMT与GaAs类HEMT相比高频(RF)输出密度大，能够减小器件尺寸即栅极宽度，因此，正在积极地进行开发。例如，如果试图实现与GaAs类HEMT相同功率的GaN HEMT，则由于耐压大，所以能够减小漏极电流，能够减小晶体管尺寸，也能够减小电极间电容。因此，输出阻抗变大，由串联寄生电阻引起的电力损耗变小，并且阻抗变化比变小，频带变宽。

图7是表示Si基GaN器件的输入输出特性的图。在低温时，输入输出特性是正常的。但是，在高温时，输出电力在与低温时相比明显低的输入电力时饱和，随后降低。这里，高温例如是Si基板超过180℃这样的状况，小于或等于180℃的温度是低温。虽然Si基板比SiC基板便宜，但是存在这样的问题。

图8是表示高电阻Si基板的电阻率的图。Si基板的电阻率与温度一起变化，如果大于或等于180℃则急剧地降低。这是由于Si的带隙小，因此产生载流子。因此，Si基GaN HEMT的输出在高温时降低是由于基板电阻降低所导致的。这是Si基板特有的问题，对于带隙是Si的3倍左右大的SiC基板而言，不会引起电阻率的降低。

图9是将Si基板的电阻率高的情况和低的情况下的断开时、即通过RF动作而使沟道被夹断的状态的输出路径进行了比较的剖面。在低温时基板电阻Rs大，漏源电容Cds也小。因此，RF电力试图在经由背面电极的通路通过，在该通路RF电力几乎不泄漏。另一方面，在高温时，基板电阻Rs降低，RF电力容易通过，由于Si基板变成低电阻，从而漏源电容Cds急剧地增加。因此，RF电力的泄漏也急剧地增加，出现即使使输入电力增加输出电力也不增加的现象。

这样，Si基GaN HEMT对于实现便宜且高输出的器件是合适的，但是存在高温时的RF动作不稳定的问题。与此相对，提出了如下技术，即，对漏极电极进行分割，将其之间隔离，由此，降低与基板的寄生电容，改善高温时的RF动作(例如，参照专利文献1)。另外，提出了如下技术，即，对漏极电极进行分割，在其之间嵌入与GaN相比介电常数低的低介电层，由此，降低漏源电容，改善高温时的RF动作(例如，参照专利文献2)。

专利文献1：日本特开2011-204984号公报

专利文献2：日本特开2015-79923号公报

发明内容

Si基GaN HEMT使用高电阻Si基板。如果变成高温，则在漏极电极之下，在氮化物半导体和Si基板的边界，在Si基板开始积存电子。那里成为RF电力的泄漏路径，泄漏的电力还产生热量，由此，进入Si基板的电阻率下降这样的循环。因此，漏源电容急剧地增加，输出电力降低。因此，在将Si基GaN HEMT用作RF高输出器件的情况下，即使在高温时使输入电力增加，输出电力也提前地饱和而减少。

在对漏极电极进行分割，将其之间隔离的现有技术中，难以降低漏极电极和Si基板的寄生电容并且难以防止电阻率降低。另外，在对漏极电极进行分割，在其之间嵌入低介电层的现有技术中，难以防止Si基板的电阻率的降低。

本发明是为了解决上述课题而提出的，其目的在于得到能够使高温时的高频特性得到改善的半导体装置。

本发明涉及的半导体装置的特征在于，具备：Si基板；氮化物半导体层，其设置于所述Si基板之上；栅极电极、源极电极及漏极电极，它们设置于所述氮化物半导体层之上；以及P型导电层，其在所述漏极电极之下设置于所述Si基板，与所述氮化物半导体层相接。