(57)【要約】【課題】本発明は、過電圧印加時に電圧クランプ機能を有する窒化物半導体素子を提供することを目的とする。【解決手段】第１の窒化物半導体からなる第１の層と、第１の層の上に設けられ、第１の窒化物半導体よりもバンドギャップが大なる第２の窒化物半導体からなる第２の層と、第２の層に電気的に接続された第１の電極と、第２の層の上に設けられ、第１の方向において第１の電極と並設された第２の電極と、第２の層の上に設けられたフローティング電極と、を備え、フローティング電極は、第１の方向に直交する第２の方向において第２の電極に挟まれた部分と、第１の電極に向けて第２の電極よりも突出した部分と、を有することを特徴とする窒化物半導体素子。【選択図】図１
2010287732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の窒化物半導体からなる第１の層と、
前記第１の層の上に設けられ、前記第１の窒化物半導体よりもバンドギャップが大なる第２の窒化物半導体からなる第２の層と、
前記第２の層に電気的に接続された第１の電極と、
前記第２の層の上に設けられ、第１の方向において前記第１の電極と並設された第２の電極と、
前記第２の層の上に設けられたフローティング電極と、
を備え、
前記フローティング電極は、前記第１の方向に直交する第２の方向において前記第２の電極に挟まれた部分と、前記第１の電極に向けて第２の電極よりも突出した部分と、を有することを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項２】
前記第２の層に電気的に接続され、前記第１の方向において前記第１及び第２の電極と並設された第３の電極をさらに備え、
前記第２の電極は、前記第１の電極と前記第３の電極との間に設けられたことを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記第２の電極は、絶縁膜を介して前記フローティング電極の一部を覆っていることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記第２の電極と前記第１の電極との間に設けられ、前記フローティング電極と前記第２の層の表面を覆うフィールド絶縁膜と、
前記第２の電極に接続され、前記フィールド絶縁膜の上を前記第１の電極に向かって伸びるように設けられた第１のフィールドプレート電極と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記第１のフィールドプレート電極と離間して設けられ、且つ、前記フローティング電極に接続された第２のフィールドプレート電極をさらに備え、
前記第２のフィールドプレート電極は、前記フィールド絶縁膜の上を前記フローティング電極から前記第１の電極に向かって伸びるように設けられたことを特徴とする請求項４記載の窒化物半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体素子に関し、例えば、窒化物半導体のヘテロ接合を有し電力制御用のスイッチングなどに用いられる窒化物半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力制御の用途に用いられるスイッチング素子には、低いオン抵抗と高い耐圧が求められる。一方、半導体スイッチング素子には、オン抵抗を下げると耐圧が低下してしまうトレードオフが存在し、所望のオン抵抗に対して、使用される半導体材料に固有の耐圧限界が存在する。
【０００３】
ＧａＮ等の窒化物半導体は、Ｓｉに比べて大きいバンドギャップを有する為、材料固有のオン抵抗と耐圧のトレードオフを劇的に改善することができる。従って、窒化物半導体を材料とするスイッチング素子は、従来のＳｉを材料とするスイッチング素子に比べて、低いオン抵抗で高い耐圧を実現できるものと期待されている。そして、窒化物半導体を材料とするスイッチング素子として、ｎ−ＡｌＧａＮとｉ−ＧａＮのヘテロ接合を用いた電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ：Heterojunction Field Effect Transister）やＧａＮを用いたショットキバリアダイオード（ＳＢＤ：Schottky BarrierDiode）が有望視されている。（特許文献１、非特許文献１、２）
【０００４】
一方、電力制御に用いられる素子では、高電圧の印加に耐えることは、もちろんのこと、印加された電圧にノイズなどが重畳され過電圧となった場合に、後段の回路に印加される電圧が大きくなり過ぎないように電圧をクランプして、回路内の受動素子や他のスイッチング素子などを保護する必要がある。つまり、過電圧に対して、ある程度の電流を流して電圧をクランプする機能が不可欠である。
【０００５】
しかしながら、窒化物半導体を材料とするスイッチング素子では、高電圧が印加されてアバランシェ降伏が生じると、すぐに素子の破壊に至る過電流が流れてしまうという不具合がある。つまり、アバランシェ降伏により生じる電流を利用した電圧クランプ機能を持たせることができないという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１８０１４３号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Japanese Journal ofApplied Physics Vol.44, No.9A, 2005, pp.6385-6388
【非特許文献２】Proceeding of 2004  International Symposiumon Power Semiconductor Devices & ICs, pp.319-322
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、上記の問題に鑑みて、電圧クランプ機能を有する窒化物半導体素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、第１の窒化物半導体からなる第１の層と、前記第１の層の上に設けられ、前記第１の窒化物半導体よりもバンドギャップが大なる第２の窒化物半導体からなる第２の層と、前記第２の層に電気的に接続された第１の電極と、前記第２の層の上に設けられ、第１の方向において前記第１の電極と並設された第２の電極と、前記第２の層の上に設けられたフローティング電極と、を備え、前記フローティング電極は、前記第１の方向に直交する第２の方向において前記第２の電極に挟まれた部分と、前記第１の電極に向けて第２の電極よりも突出した部分と、を有することを特徴とする窒化物半導体素子が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電圧クランプ機能を有する窒化物半導体素子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１の実施形態に従った窒化物半導体ＳＢＤの構成を模式的に示す電極パターン図と断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に従った窒化物半導体ＨＦＥＴの構成を模式的に示す電極パターン図と断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に従った窒化物半導体ＨＦＥＴの電極パターン図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に従った窒化物半導体ＨＦＥＴの構成を模式的に示す電極パターン図と断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に従った窒化物半導体ＨＦＥＴの構成を模式的に示す電極パターン図と断面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に従った窒化物半導体ＨＦＥＴの構成を模式的に示す電極パターン図と断面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に従った窒化物半導体ＨＦＥＴの構成を模式的に示す電極パターン図と断面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態に従った窒化物半導体ＨＦＥＴの構成を模式的に示す電極パターン図と断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態では、図面中の同一部分には同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について適宜説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体ＳＢＤの構成を示す模式図である。図１（ａ）は、ＳＢＤの電極パターンを示す模式図であり、図１（ｂ）および（ｃ）は、それぞれＳＢＤのＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面を示す模式図である。
【００１４】
本実施形態に係る窒化物半導体ＳＢＤは、第１の窒化物半導体からなる第１の層であるｉ−ＧａＮ層１と、ｉ−ＧａＮ層１の上に設けられ、ＧａＮよりもバンドギャップが大なる第２の窒化物半導体からなる第２の層であるｉ−ＡｌＧａＮ層２と、ｉ−ＡｌＧａＮ層２に電気的に接続された第１の電極であるカソード電極１４と、ｉ−ＡｌＧａＮ層の上に設けられ、第１の方向においてカソード電極１４と並設された第２の電極であるアノード電極１３と、ｉ−ＡｌＧａＮ層２上に設けられたフローティング電極６と、を備えている。
【００１５】
さらに、フローティング電極６は、第１の方向に直交する第２の方向においてアノード電極１３に挟まれた部分６ａと、カソード電極１４に向けてアノード電極１３よりも突出した部分６ｂと、を有している。なお、図１（ａ）において、第１の方向は、図中の横方向を意味し、第２の方向は上下方向を意味する。
【００１６】
次に、上記の構成の詳細を説明する。ｉ−ＧａＮ層１とｉ−ＡｌＧａＮ層２とが積層された窒化物半導体基板２１上に形成されたカソード電極１４は、ｉ−ＡｌＧａＮ層２の上面に電気的に接続されている。すなわち、カソード電極１４とｉ−ＡｌＧａＮ層２との間には、オーミックコンタクトが形成されている。一方、カソード電極１４に対向する位置に設けられたアノード電極１３は、ｉ−ＡｌＧａＮ層２との間でショットキーコンタクトを形成している。
【００１７】
本実施形態に係るｉ−ＧａＮ層１とｉ−ＡｌＧａＮ層２は、アンドープの高抵抗層であるが、ｉ−ＡｌＧａＮ層２をｎ型ドープしたｎ−ＡｌＧａＮ層としても実施可能である。また、ｉ−ＧａＮ層１に代えて、ｉ−ＡｌＧａＮ層２よりもバンドギャップの小さなｉ−ＡｌＧａＮ層を用いることができる。
【００１８】
ＳＢＤのオン動作時には、アノード電極１３のショットキーコンタクトが順バイアスされ、ｉ−ＧａＮ層１とｉ−ＡｌＧａＮ層２のヘテロ界面に形成されているチャネル２３を介して、アノード電極１３からカソード電極１４へ電流が流れる。一方、ｉ−ＧａＮ層１とｉ−ＡｌＧａＮ層２のヘテロ界面には、バリア層として機能するｉ−ＡｌＧａＮ層２からｉ−ＧａＮ層側に電子が供給され、高濃度の２次元電子ガスが形成されている。これにより、チャネル２３が低抵抗化し、低いオン抵抗を実現することができる。
【００１９】
さらに、図１（ａ）の電極パターンに示すように、アノード電極１３は、カソード電極１４に対向する方向の電極長を相対的に短くした短電極部２２を有している。また、アノード電極１３とカソード電極１４との間において、フローティング電極６が、短電極部２２に近接した位置に設けられている。ＳＢＤのオフ動作時において、アノード電極１３とカソード電極１４との間に逆バイアスが印加されると、カソード電極１４に向けてアノード電極１３よりも突出した部分６ｂを有するフローティング電極６の浮遊電位は、バイアス電圧に応じて変化していく。この際、アノード電極１３のショットキーコンタクトの降伏電圧より低い、ある程度の高電圧が印加された時に、フローティング電極６に近いアノード電極１３の下のポテンシャルバリアが押し下げられて電流が流れ、電圧がクランプされる。すなわち、フローティング電極６を形成することにより、ＳＢＤの耐圧より低い電圧において、電圧をクランプする機能を実現することができる。フローティング電極６の電位の変化によるアノード電極１３のポテンシャルバリアの押し下げの効果を確実にするためには、フローティング電極６とアノード電極１３との間の距離ｄを、短電極部２２の電極長Ｌｇよりも短くすることが望ましい。また、フローティング電極６はリーク電流経路とならないようにｉ−ＡｌＧａＮ層２に対してショットキーコンタクトとなることが望ましい。
【００２０】
また、図１（ａ）に示すように、アノード電極１３は、短電極部２２を凹部とする櫛型形状に形成されている。一方、フローティング電極６は、その凹部に入れ子状に設けられ、アノード電極１３に挟まれた部分６ａを有している。これにより、フローティング電極６の電位が変化した場合に、短電極部２２のポテンシャルバリアのみが押し下げられるので、電圧クランプ時の電流経路が短電極部２２の周辺に制限され、素子の破壊に至るような過剰電流を防ぐことができる。すなわち、フローティング電極６とアノード電極１３（短電極部２２）との間の距離ｄは、アノード電極１３の凹部の窪み幅ΔLgより短くすることが好ましい。
【００２１】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施の形態に係る窒化物半導体ＨＦＥＴの構成を模式的に示す電極パターン図と断面図である。図２（ａ）は、ＨＦＥＴの電極パターンを示す模式図であり、図２（ｂ）および（ｃ）は、それぞれＨＦＥＴのＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面を示す模式図である。
【００２２】
図２に示す窒化物半導体ＨＦＥＴでは、バリア層であるｉ−ＡｌＧａＮ層２に電気的に接続されたソース電極３およびドレイン電極４、ｉ−ＡｌＧａＮ層２にショットキーコンタクトしたゲート電極５が形成されている。ソース電極３は第３の電極であり、第１の方向において第１の電極であるドレイン電極４に並設されている。また、第２の電極であるゲート電極５は、ソース電極３とドレイン電極４との間に設けられている。ゲート電極５のゲート長は、ゲート長が短い短電極部２２を有するように変化している。一方、フローティング電極６は、短電極部２２に近接して設けられ、第２の方向においてゲート電極５に挟まれた部分６ａとドレイン電極４に向けて突出した部分６ｂとを有している。なお、図２（ａ）においても、第１の方向は、図中の横方向を意味し、第２の方向は上下方向を意味する。
【００２３】
ゲート電極５とソース電極３との間に印加される電圧がゲート閾値電圧以下であれば、ゲート電極５下のチャネル２３は空乏化しており、ＨＦＥＴはオフ状態となっている。この時、ソース電極３とドレイン電極４との間に電圧を印加していくと、フローティング電極６の電位は、ドレイン電圧に応じて変化していく。ソースドレイン間の耐圧より低い、ある程度の高電圧が印加されると、フローティング電極６の電位が変化して短電極部２２のポテンシャルバリアが下げられ、チャネル２３に２次元電子ガスが形成されて電流が流れるようになる。これにより、電圧クランプ機能を持たせることができる。
【００２４】
単純に、ゲート電極５にゲート長の短い部分（短電極部２２）を形成しておけば、短チャネル効果により、高電圧印加時に電流を流すという機能を持たせることができる。しかし、電圧クランプを効果的に機能させるためには、短チャネル効果を起こさせる部分と起こさない部分のゲート長に大きく差をつける必要があるなど、設計の自由度が低い。一方、図２に示す本実施形態の構造では、フローティング電極６においてドレイン電極４に向けてゲート電極５よりも突出して形成された部分６ｂがドレイン電極４に近いため、フローティング電極６のポテンシャルが集中的に制御され、電圧クランプを効果的に機能させることができる。すなわち、フローティング電極６の長さを変えることによりクランプ電圧を設計することができるので、設計の自由度を高くすることができる。さらに、短チャネル効果を起こさせない部分のゲート長を短くすることが可能となり、オン抵抗を下げることができる。また、ゲート長を短くすることにより、ゲート容量を小さくすることができ、高速スイッチングが可能となる効果も得られる。
【００２５】
また、ドレイン電極４に電圧を印加した際、ドレイン電極４に向き合うゲート電極５の端部に電界の集中が起こるが、同じくドレイン電極４に向き合うフローティング電極６端部においても電界の集中が生じる。これにより、電界の集中する箇所が分散し、集中した電界のピーク値が小さくなる効果が得られる。その結果、窒化物半導体ＨＦＥＴに特有の電流コラプスによるオン抵抗増加が起き難くなると共に、ゲート閾値電圧の変動やゲートリーク電流の増加などの特性変動が生じ難くなり、信頼性の向上を図ることができる。
【００２６】
図１および図２に示した櫛形状の電極パターンは、方形の階段状の態様であるが、例えば、図３に示すようにゲート長が長い部分にテーパをつけるなど、連続的にゲート長が変化する態様であっても実施可能である。図３に示す態様の電極パターンにおいて、フローティング電極６は、ゲート電極５の形状に対応したテーパ形状となっている。これにより、ドレイン電極４に対向する幅の広い端部６ｃによって、浮遊容量を介したカップリングを強くし、一方、幅の狭い端部６ｄをゲート電極５に対向させて電圧クランプ時の電流を制限することができる。すなわち、図２に示す実施態様では電圧クランプ時の電流が流れ過ぎるような場合に、ドレイン電極４とのカップリングを維持しながら、電圧クランプ時に流れる電流を小さくすることが可能となる。
【００２７】
図４は、第２の実施の形態の変形例に係る窒化物半導体ＨＦＥＴの構成を模式的に示す電極パターン図と断面図である。図４（ａ）は、ＨＦＥＴの電極パターンを示す模式図であり、図４（ｂ）および（ｃ）は、それぞれＨＦＥＴのＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面を示す模式図である。
【００２８】
図４（ａ）に示すように、本実施形態においては、ソース電極３とドレイン電極４との間に複数のゲート電極５が離間して設けられている。そして、フローティング電極６は、ゲート電極５の間に挟まれた部分６ａと、ドレイン電極４に向けてゲート電極５より突出した部分６ｂを有している。複数のゲート電極５は、図示しない配線でつながれており、ＨＦＥＴの動作時には共通のゲート電圧が印加される。このような態様の電極パターンとすることにより、ゲート容量を小さくすることができ、高速のスイッチング特性が得られる。
【００２９】
一方、図４（ｂ）および（ｃ）に示すように、ゲート電極５およびフローティング電極６の下のｉ−ＡｌＧａＮ層２には、リセス２５が形成されている。このようなリセス構造とすることにより、ゲート電極５およびフローティング電極６のショットキバリアのビルトインポテンシャルによってチャネル２３が空乏化され、ノーマリオフ動作が実現される。
【００３０】
図４に示すＨＦＥＴにおいて、ゲートバイアスが０Ｖのオフ状態でソースドレイン間に電圧が印加されると、ゲート電極５の間に設けられたフローティング電極６の電位がドレイン電圧に応じて変化していく。前述したように、ある程度のドレイン電圧が印加されると、フローティング電極６の電位によって、ゲート電極５のポテンシャルバリアが下げられ、空乏化したチャネル２３に２次元電子ガスが形成されて電流が流れるようになる。本実施態様においては、ゲート電極５の間に挟まれた部分６ａに隣接するゲート電極５の端部において電流が流れ、ソースドレイン間の電圧がクランプされる。すなわち、フローティング電極６とソース電極３との間にゲート電極５が無い本実施形態においても、電圧クランプ機能を持たせることが可能である。また、上記のリセス構造以外に、ゲート電極５の下を選択的にｐ型層とする構成を用いてＨＦＥＴのノーマリオフ動作を実現することも可能であり、その場合においても、上記の形態を実施することができる。
【００３１】
フローティング電極６を備えていない従来の窒化物半導体ＨＦＥＴにおいては、ソースドレイン間に高電圧が印加された時、チャネル２３内が高電界となりアバランシェ降伏が起こる。アバランシェ降伏が起こると電子・正孔対が発生し、電界によって加速された電子はドレイン電極４へと流れ込む。一方、正孔はソース電極３側に移動するが、ｉ−ＡｌＧａＮ層２またはｎ−ＡｌＧａＮ層に形成されたソースコンタクトの抵抗が高いため、速やかにソース電極３に流れ込むことができずチャネル２３内に蓄積される。正孔が蓄積されたチャネル２３内は更に高電界となり、アバランシェ降伏が強くなって、更なる電子・正孔対が発生してしまう。このような帰還作用により、瞬時の高電圧の印加であっても素子の破壊が起こる。このような破壊を避ける方法として、正孔を排出するｐ層を設けてソース電極３に接続することが考えられるが、素子構造が複雑になり設計が困難になる。そこで、図２ないし４に示したフローティング電極６を付加する実施態様により、電圧をクランプする機能を持たせることが有効である。
【００３２】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る窒化物半導体ＨＦＥＴの構成を模式的に示す電極パターン図および断面図である。図５（ａ）は、ＨＦＥＴの電極パターンを示す模式図であり、図５（ｂ）および（ｃ）は、それぞれＨＦＥＴのＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面を示す模式図である。
【００３３】
本実施形態に係る窒化物半導体ＨＦＥＴでは、図５（ａ）および（ｃ）に示すように、第２の電極であるゲート電極５が、絶縁膜７を介してフローティング電極６の一部を覆うように形成されている。一方、図５（ｂ）に示すように、フローティング電極６にオーバーラップしていないゲート電極５の部分は、ｉ−ＡｌＧａＮ層２に接触してショットキーコンタクトを形成している。フローティング電極６の電位は、ゲート電極５とフローティング電極６との間の容量と、フローティング電極６とドレイン電極４との間の容量と、によって決まる。ゲート電極５とフローティング電極６が絶縁膜７を介してオーバーラップすることで、ゲート電極５とフローティング電極６間の容量が大きくなり、クランプ電圧を制御することが容易となる。
【００３４】
（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施の形態に係る窒化物半導体ＨＦＥＴの構成を模式的に示す電極パターン図および断面図である。図６（ａ）は、ＨＦＥＴの電極パターンを示す模式図であり、図６（ｂ）および（ｃ）は、それぞれＨＦＥＴのＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面を示す模式図である。
【００３５】
本実施形態に係る窒化物半導体ＨＦＥＴでは、図６（ｂ）および（ｃ）に示すように、ゲート電極５とドレイン電極４との間に、フローティング電極６とＡｌＧａＮ層２表面を覆う第１のフィールド絶縁膜８が形成されている。また、ゲート電極５に接続され、第１のフィールド絶縁膜８上においてドレイン電極４に向かって伸びるように配置された第１のフィールドプレート電極９が形成されている。これにより、ゲート電極５におけるドレイン電極４に向き合う端部の電界集中が緩和されて、電流コラプスによるオン抵抗増加やゲート閾値電圧の変動およびリーク電流の増加を抑制することができる。第３の実施形態でも述べたように、ゲート電極５に接続された第１のフィールドプレート電極９がフローティング電極６を覆うように形成されることで、ゲート電極５とフローティング電極６間の容量が大きくなり、クランプ電圧を制御し易くなる効果も得られる。
【００３６】
（第５の実施形態）
図７は、本発明の第５の実施の形態に係る窒化物半導体ＨＦＥＴの構成を模式的に示す電極パターン図および断面図である。図７（ａ）は、ＨＦＥＴの電極パターンを示す模式図であり、図７（ｂ）および（ｃ）は、それぞれＨＦＥＴのＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面を示す模式図である。
【００３７】
本実施形態に係る窒化物半導体ＨＦＥＴでは、図７（ｂ）に示すように、ゲート電極５に接続され、第１のフィールド絶縁膜８上においてドレイン電極４に向かって伸びるように配置された第１のフィールドプレート電極９が形成されている。さらに、図７（ａ）および（ｃ）に示すように、第１のフィールドプレート電極９および９ｂと離間して形成され、且つ、フローティング電極６に接続された第２のフィールドプレート電極１０が配置されている。また、第２のフィールドプレート電極１０は、第１のフィールド絶縁膜８上において、フローティング電極６からドレイン電極４に向かって伸びるように配置されている。
【００３８】
これにより、前述した第１のフィールドプレート電極９の効果に加えて、ドレイン電極４に対向する端部におけるフローティング電極６の電界集中を抑制する効果が得られる。すなわち、第２のフィールドプレート電極１０を配置したことにより、電流コラプスに起因するオン抵抗増加やゲート閾値電圧変動、およびリーク電流の増加を抑制することができる。そして、図７（ａ）に示すように、フローティング電極６に接続された第２のフィールドプレート電極１０を、第１のフィールドプレート電極９よりもドレイン電極４に近づけることで、確実にフローティング電極６近傍のポテンシャルバリアを低下させることが可能となり、クランプ電圧の制御が容易となる。
【００３９】
図８は、第５の実施の形態の変形例に係る窒化物半導体ＨＦＥＴの構成を模式的に示す電極パターン図と断面図である。図８（ａ）は、ＨＦＥＴの電極パターンを示す模式図であり、図８（ｂ）および（ｃ）は、それぞれＨＦＥＴのＡ−Ａ断面およびＢ−Ｂ断面を示す模式図である。
【００４０】
本実施形態に係る窒化物半導体ＨＦＥＴでは、図７に示した構成に加えて、図８（ｂ）および（ｃ）に示すように、第２のフィールド絶縁膜１１を設け、ソース電極３に接続された第３のフィールドプレート電極１２を第２のフィールド絶縁膜１１上に配置している。これにより、ドレイン電極４に対向する第１および第２のフィールドプレート電極端部に生じる電界集中を抑制することができ、更に、電流コラプスによるオン抵抗増加やゲートしきい値電圧変動、およびリーク電流の増加を抑制することができる。
【００４１】
以上、本発明の第１乃至第５の実施形態とその変形例について説明してきたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。すなわち、これ以外にも、当該分野における技術者が容易に考え得る変形はすべて本発明の範囲に包含される。
【００４２】
例えば、チャネル層をＧａＮ層、バリア層をＡｌＧａＮ層とした具体例を例示したが、これ以外にも、例えば、チャネル層にＩｎＧａＮ層、バリア層にＧａＮ層を用いたものや、チャネル層にＡｌＧａＮ層、バリア層にＡｌＮ層を用いたものなど他の窒化物半導体の組み合せや、構成元素の割合を変えてバンドギャップを調整した窒化物半導体層の組み合せを用いて実施することも可能である。また、図３ないし７に示したＨＦＥＴのゲート電極の構造を、図１に示したＨＳＢＤのアノード電極へ転用することも可能である。
【００４３】
一般に、ＨＦＥＴのゲート閾値電圧はマイナスで、ノーマリーオン型の素子となる。このため、上記の実施形態は、ゲート電圧をマイナス側に印加した状態の下で適用され、電圧クランプを実施する。すなわち、本発明は、ゲート閾値電圧に関係なく、ノーマリーオフ型の素子でもノーマリーオン型の素子でも実施可能である。また、ＨＦＥＴの高耐圧化に一段ソースフィールドプレート構造を用いて説明したが、これに限定するものでなく、ドレインフィールドプレート構造や多段フィールドプレート構造、リサーフ構造といった他の高耐圧化の構造を用いても実施可能である。
【００４４】
また、上述した具体例は、ＳＢＤおよびＨＦＥＴに適用した場合を例示したが、これら以外にも、例えば、ゲート絶縁ゲート構造としたＭＩＳ−ＨＦＥＴやＭＥＳＦＥＴやＪＦＥＴなどの窒化物半導体を用いた電界効果素子であれば、実施可能である。ＭＩＳゲート構造とした場合、フローティング電極を介したリーク電流を低減するために、フローティング電極もゲート絶縁膜上に形成されることが望ましい。また、ＧａＮ層およびＡｌＧａＮ層を形成する上で用いる支持基板を示さなかったが、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板、サファイア基板、Ｓｉ基板などで実施可能であり、支持基板材料によって限定されるものではない。
【００４５】
なお、本願明細書において、「窒化物半導体」とは、ＢｘＩｎｙＡｌｚＧａ（１−ｘ−ｙ−ｚ）Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）のIII−Ｖ族化合物半導体を含み、さらに、Ｖ族元素としては、Ｎ（窒素）に加えてリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）などを含有する混晶も含むものとする。
【符号の説明】
【００４６】
１ ＧａＮ層
２ ＡｌＧａＮ層
３ ソース電極
４ ドレイン電極
５ ゲート電極
６ フローティング電極
７ 絶縁膜
８ フィールド絶縁膜
９ フィールドプレート電極
１０ フィールドプレート電極
１３ アノード電極
１４ カソード電極
２２ 短電極部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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