(57)【要約】【課題】電力用デバイスにおいて双方向に電圧をブロックできるようにする。【解決手段】大電流を搬送するチャンネルを得るＡｌＧａＮ／ＧａＮインターフェースを備えたIII族窒化物双方向スイッチであり、この双方向スイッチは、この双方向スイッチのために、電流を搬送するチャンネルを形成するための二次元電子ガスの発生を阻止したり、または可能にする少なくとも１つのゲートにより作動する。【選択図】図１
2007526633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
III族窒化物半導体材料からなる第１半導体本体と、
前記第１半導体本体の上に形成され、別のIII族窒化物半導体材料からなり、前記第１半導体本体のIII族窒化物半導体材料と異なるバンドギャップを有する第２半導体本体と、
前記第２半導体本体の第１部分に形成され、この第１部分にオーミック接続された第１オーミック電極と、
前記第２半導体本体の第２部分に形成され、この第２部分にオーミック接続された第２オーミック電極と、
前記第２半導体本体上に形成され、前記第１オーミック電極と前記第２オーミック電極との間に配置されたゲート電極とを備え、
前記デバイスが対称的な電圧ブロッキング能力を有するように、前記ゲート電極が位置している、双方向半導体スイッチ。
【請求項２】
前記一方の半導体本体は、ＧａＮ層から構成されており、前記別の半導体本体は、ＡｌＧａＮから構成されている、請求項１記載の半導体スイッチ。
【請求項３】
前記ゲート電極は、前記第２半導体本体とショットキー接触するか、またはゲート絶縁本体により、絶縁第２半導体本体から絶縁されている、請求項１記載の半導体スイッチ。
【請求項４】
前記ゲート電極は、チタン、金、アルミ、銀、クロム、タングステン、白金、ニッケル、パラジウム、およびインジウムのうちのいずれかから構成されている、請求項１記載の半導体スイッチ。
【請求項５】
前記オーミック電極は、金、銀、アルミ、チタンまたはインジウムのいずれかから構成されている、請求項１記載の半導体スイッチ。
【請求項６】
前記別の半導体層内に形成されたリセスを更に備え、このリセス内に、前記ゲート電極が存在している、請求項１記載の半導体スイッチ。
【請求項７】
前記ゲート電極は、前記第１オーミック電極、および前記第２オーミック電極から等しい距離だけ離間している、請求項１記載の半導体スイッチ。
【請求項８】
前記基板は、シリコン、ＳｉＣ、またはサファイアのいずれかから構成されている、請求項１記載の半導体スイッチ。
【請求項９】
前記スイッチは、デプレションモードで作動するものである、請求項１記載の半導体スイッチ。
【請求項１０】
前記スイッチは、エンハンスメントモードで作動するものである、請求項１記載の半導体スイッチ。
【請求項１１】
基板と、
III族窒化物半導体材料からなる第１半導体本体と、
前記第１半導体本体の上に形成され、別のIII族窒化物半導体材料から構成され、前記第１半導体本体のIII族窒化物半導体材料と異なるバンドギャップを有する第２半導体本体と、
前記第２半導体本体の第１部分に形成され、この第１部分にオーミック接続された第１オーミック電極と、
前記第２半導体本体の第２部分に形成され、この第２部分にオーミック接続された第２オーミック電極と、
前記第２半導体本体上に形成され、前記第１オーミック電極と前記第２オーミック電極との間に配置された第１ゲート電極と、
前記第２半導体本体上に形成され、前記第１オーミック電極と前記第２オーミック電極との間に配置された第２ゲート電極とを備え、
前記ゲート電極は、本デバイスが対称的な電圧ブロッキング能力を有するように位置している双方向半導体。
【請求項１２】
前記一方の半導体本体は、ＧａＮ層から構成されており、前記別の半導体本体は、ＡｌＧａＮから構成されている、請求項１１記載の半導体スイッチ。
【請求項１３】
前記ゲート電極は、前記第２半導体本体とショットキー接触している、請求項１１記載の半導体スイッチ。
【請求項１４】
前記ゲート電極は、チタン、金、アルミ、銀、クロム、タングステン、白金、ニッケル、パラジウム、およびインジウムのうちのいずれかから構成されている、請求項１１記載の半導体スイッチ。
【請求項１５】
前記オーミック電極は、金、銀、アルミ、チタン、またはインジウムのいずれかから構成されている、請求項１１記載の半導体スイッチ。
【請求項１６】
前記別の半導体層内に形成されたリセスを更に備え、このリセス内に、前記ゲート電極のうちの少なくとも１つが存在している、請求項１１記載の半導体スイッチ。
【請求項１７】
前記別の半導体層内に形成された第１リセスと第２リセスとを更に備え、前記第１リセス内に、前記第１ゲート電極が存在し、前記第２リセス内に、前記第２ゲート電極が存在している、請求項１１記載の半導体スイッチ。
【請求項１８】
前記第１ゲート電極と前記第２ゲート電極とは、別々に作動可能である、請求項１１記載の半導体スイッチ。
【請求項１９】
前記第１ゲート電極は、前記第１オーミック電極から第１の距離だけ離間し、前記第２ゲート電極は、前記第２オーミック電極から第２の距離だけ離間し、かつ前記第１距離と前記第２距離とは等しい、請求項１１記載の半導体スイッチ。
【請求項２０】
前記基板は、シリコン、ＳｉＣ、またはサファイアから構成されている、請求項１１記載の半導体スイッチ。
【請求項２１】
前記ゲート電極のうちの少なくとも１つは、ゲート絶縁本体により、前記第２半導体本体から絶縁されている、請求項１１記載の半導体スイッチ。
【請求項２２】
前記ゲート電極のうちの少なくとも１つは、前記第２半導体本体とショットキー接触している、請求項１１記載の半導体スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には、半導体スイッチに関し、より詳細には、III族窒化物材料系で製造された双方向半導体スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、III族窒化物材料に基づくデバイスの開発の目的は、一般に大電力高周波用、例えば携帯電話の基地局用の発信機に向けられてきた。このような用途のために製造されるデバイスは、高い電子移動度を有し、ヘテロ接合電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、または変調ドープ電界効果トランジスタ（ＭＯＤＦＥＴ）と様々に称される一般的なデバイス構造に基づいている。
【０００３】
これらのタイプのデバイスは、高周波、一般に２〜１０ＧＨｚのレンジ内で作動し、かつ、１００ボルト以上のレンジ内の高電圧に耐えることができる。これらのタイプのデバイスは、多数のタイプの用途に変形することができるが、極めて小さい抵抗損失で、極めて大電流をトランスポートできる二次元電子ガス（２ＤＥＧ）を発生するよう、ピエゾ電気分極を使用することによって一般に作動できる。
【０００４】
代表的なＨＥＭＴは、サファイア、シリコン、またはＳｉＣから形成された基板と、この基板上に形成されたＧａＮ層と、このＧａＮ層の上に形成されたＡｌＧａＮ層と、２つの離間するオーミック電極と、ＡｌＧａＮ層の上において、前記オーミック電極の間に形成されたゲート電極とを備えている。
【０００５】
従って、代表的なＨＥＭＴはプレイナーデバイスであり、このことは、２つの電力電極の間において、電流が横方向に移動することを意味する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば３００Ｖのブレークダウン電圧を有するプレイナーＨＥＭＴの固有抵抗は、同じ電圧定格の垂直幾何学的形状を有するシリコンをベースとするデバイスの約１００分の１である。従って、プレイナーＨＥＭＴは、電力用デバイスとして良好な候補デバイスとなっている。しかし、従来のデバイスは、一方向にしか電圧をブロックできない。
【０００７】
ＰＤＰおよびＰＦＣのような用途における、より効率的な回路トポロジーに対する要求が大きいことに起因し、デバイスの数を少なくするために、大電流、低抵抗、および大電圧用途が可能である双方向の半導体デバイスが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係わる半導体スイッチは、双方向であるので、電圧を両方向にブロックできる。このような電圧ブロック能力に関する対称性は、ウェーハ材料を犠牲にすることなく得ることができるので、コストの低減も可能である。
【０００９】
更に、一方向しか電圧をブロックしない従来の構造とは対照的に、本発明の双方向スイッチは、全体の抵抗が同じ状態で、単一方向の４つのスイッチに置き換えることができる。
【００１０】
本発明の一変形例である双方向半導体スイッチは、２つのオーミック電極と、これら２つのオーミック電極の間に位置するゲート電極とを備え、対称的な電圧ブロック能力を得ている。従って、好ましい一実施例では、第１オーミック電極と第２オーミック電極から、同じ距離に離間している位置にゲート電極が形成されている。
【００１１】
別の変形例では、本発明の双方向スイッチは、２つのオーミック電極の間に配置された２つのゲート電極を備えている。この実施例では、各ゲート電極は、それぞれのオーミック電極から、同じ距離だけ離間している。２つのゲート電極を使用すると、電圧スタンドオフ領域を共用でき、従って、トランジスタに必要なウェーハ面積を小さくできるので有利である。
【００１２】
添付図面を参照して行う本発明の次の説明から、本発明の上記以外の特徴および利点が明らかとなると思う。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１には、本発明の第１実施例に係わる双方向III族窒化物スイッチの全体が、デバイス構造体２０として示されている。このデバイス２０は、Ｓｉ、ＳｉＣ、サファイア、または同等物から構成できる基板２４と、この基板２４の上に形成され、１つのIII族窒化物材料から構成された第１半導体本体２３と、第１半導体本体２３上に形成され、第１半導体材料と異なるバンドギャップを有する別のIII族窒化物半導体材料から構成された第２半導体本体２１とを備えている。
【００１４】
第１半導体本体２３は、基板２４の上に直接形成しなくてもよいが、本発明の範囲から逸脱することなく、半導体本体２３と基板２４との間に、ボトム層を挟持することができる。
【００１５】
好ましい実施例では、一方のIII族窒化物半導体材料は、ＧａＮであり、他方の半導体材料は、ＡｌＧａＮである。ＧａＮとＡｌＧａＮのヘテロ接合部２３は、ヘテロ接合部２２に、またはその近くに高導電性の二次元電子ガス（２ＤＥＧ）を発生する。この２ＤＥＧは、本発明の技術分野で知られているように、自発分極効果に起因して形成される。
【００１６】
デバイス２０は、第２半導体本体２１にオーミック接続されたオーミック電力電極２５、２６と、これらオーミック電極２５と２６との間に配置されたゲート電極２７とを更に含んでいる。これらのオーミック電極は、任意の適当な材料、例えば金、銀、アルミ、チタン、またはインジウム、異なる金属の任意の適当な金属スタック、または非金属材料、例えば高濃度にドープされた半導体（ＰまたはＮタイプ）のポリシリコン、またはシリコン化金属から形成できる。
【００１７】
好ましい実施例では、ゲート電極２７は、第２半導体本体２１とショットキー接触し、金属材料、例えばチタン、金、アルミ、銀、クロム、タングステン、プラチナ、ニッケル、パラジウム、またはインジウム、異なる金属の金属スタックまたは非金属材料、例えばドープされた半導体（所望のスレッショルド電圧に応じてＰまたはＮタイプ）、ポリシリコンまたはシリコン化金属から構成できる。
【００１８】
本発明に係わるデバイスは、ショットキーゲートだけに限定されるものではなく、ゲート電極、およびこのゲート電極と第２半導体本体２１との間に挟持されたゲート絶縁体、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、またはそれらの同等物を含むものである。
【００１９】
第１実施例に係わるデバイス２０は、デプレッションモードのデバイス、すなわち公称的にオン状態となっているデバイスである。ゲート電極２７に適当な電圧を印加すると、２ＤＥＧを遮断し、デバイス２０をオフにし、デバイス２０に電力スイッチング能力を与えるように働く。
【００２０】
本発明によれば、オーミック電極２５と２６との間には、ゲート電極２７が配置されており、このゲート電極は、デバイスが対称的な電圧ブロッキング能力を呈するように位置している。すなわちデバイス２０は、オーミック電極２５、２６のどちらがより高いポテンシャルとなっているかにかかわらず、同じ電圧をブロックできる。
【００２１】
本発明の１つの様相によれば、対称的な電圧ブロッキング能力を得るために、ゲート電極２７は、オーミック電極２５とオーミック電極２６とから等しい距離αだけ離間している（すなわち、オーミック電極２５、２６に対して中心位置にある）。
【００２２】
しかし、ゲート電極２７は、中心に位置していなくてもよく、この中心位置からオフセットし、基板２４からのスプリアス電界を補償することができ、望むような対称的な電圧ブロッキング能力を得ることができる。
【００２３】
デバイス２０は、ヘテロ接合部２２の近くの２ＤＥＧに起因し、電極２５、２６の間で大きな量の電流を流すことができる。一般に、ゲート電極２７に加えられる電位は、オーミック電極２５、２６に加えられる電位よりも大きい負電位となる。対称的な電圧ブロッキング能力に起因し、いずれのオーミック電極２５、２６も、ドレインまたはソースとして働くことができることに留意すべきである。
【００２４】
次に図２を参照する。図２において、同様の符号は同様の部品を示す。図２に示すデバイス３０は、第１実施例に係わるデバイス２０の部品のすべてを含むが、デバイス３０内のゲート電極２７が、第２半導体層２１内に形成されたリセス３８の内部に配置されている点が異なっている。
【００２５】
そのため、本発明の第２実施例のデバイス３０は、エンハンスメントモードのデバイスである。すなわち、公称的にオフタイプのデバイスである。リセス３８によって、２ＤＥＧ内に遮断部が生じ、この遮断部は、ゲート電極２７に適当な電圧を印加すると回復できる。
【００２６】
III族窒化物ヘテロ接合デバイスのエンハンスメントモードデバイスの作動原理は、米国特許出願第11/040,657号に説明されている。この米国特許出願は、発明の名称を「エンハンスメントモードのIII族窒化膜ＦＥＴ」とし、発明者をロバート・ビーチ氏とし、本願出願人を譲受人として、２００５年２月２１日に出願されており、本明細書では、この米国特許出願の内容を、参考例として援用する。
【００２７】
デバイス３０内のゲート電極２７は、リセス３８の底部において、第２半導体層２１にショットキー接触していることが好ましい。しかし、このゲート電極２７は、本発明から逸脱することなく、ゲート導電部、およびこの導電部と第２半導体本体２１の間に配置されたゲート絶縁部と置換することができる。
【００２８】
更に本発明によれば、デバイス３０内のゲート電極２７は、電圧ブロッキング能力を対称的にするように位置している。好ましい実施例では、デバイス３０内のゲート電極２７は、対称性を得るために、オーミック電極２５とオーミック電極２６から等しい距離α離間している。すなわち、２つのオーミック電極の中心に位置している。
【００２９】
次に図３は、本発明の第３実施例に係わるデバイス４０を示し、２つのゲート電極、すなわち、第１ゲート電極３２と第２ゲート電極３４を備えている。第１オーミック電極２５に対し、第１ゲート電極３２が最も近くに位置し、このゲート電極は、第１オーミック電極２５から距離βだけ離間している。電極２６に最も近いのは、第２ゲート電極３４であり、このゲート電極３４も、同じように、第２オーミック電極２６から距離βだけ離間している。すなわち、第１ゲート電極３２は、第２ゲート電極３４が第２オーミック電極２６から離間しているのと同じ距離だけ、第１オーミック電極２６から離間している。
【００３０】
第３実施例に係わるデバイス４０も、デプレションモードのデバイスであり、公称的にオンである。ゲート電極３２、３４のいずれかに適当な電圧を印加すると、２ＤＥＧが遮断され、デバイス４０はターンオフされる。
【００３１】
本発明の１つの様相によれば、第１ゲート電極３２と第２ゲート電極３４とは、独立して作動できる。このことは、各ゲート電極が、それぞれのゲートパッド（後に示す）から電圧パルスを受信することを意味する。
【００３２】
各ゲート電極３２、３４と最も近いオン電極２５、２６との間の距離βが同じであることに起因し、デバイス４０も対称的である。すなわち、デバイス４０は、より高い電位となっているのは、どちらのオーミック電極であるかにかかわらず、同じ電圧ブロッキング特性を示す。
【００３３】
好ましい実施例におけるゲート電極３２、３４は、第２半導体本体２１とショットキー接触をする。しかし、ゲート接点３２、３４は、本発明から逸脱することなく、ゲート電極と、このゲート電極と第２半導体本体２１との間に挟持されたゲート絶縁部とを備える絶縁ゲートと置換できる。
【００３４】
デバイス４０は、１つのロケーションで２つのスイッチとして機能する双方向スイッチとなっている。デバイス４０における各ゲート電極３２、３４は、デバイスをオンオフするように、別々に作動できる。従って、デバイス４０は、２つのゲート電極３２、３４のうちのいずれか１つがアクティブであるときに、デバイスがオフになるＮＯＲゲートのように作動するよう製造できる。
【００３５】
ゲート電極３２、３４の一方または双方が、スイッチングを生じさせるように印加される電位を有している場合、ソース電極４５とドレイン電極４６の間のチャンネルは遮断される。
【００３６】
デバイス４０は、デュアルゲート構造を使用することにより、機能を高め、しかも、デバイスの導電性能力を改善するための共用ドリフト領域を有している。
【００３７】
再度、図１および図２を参照すると、単一ゲートデバイスは、互いに直列となっている２つのドリフト領域を有する。従って、単一ゲート電極２７を含む本発明に係わるデバイスは、２倍多い量の半導体材料を必要とする。
【００３８】
他方、デバイス４０のデュアルゲート構造に共用ドリフト領域を設けることにより、デバイスの面積は、ほぼ半分に縮小され、デバイスは２つの別個のゲート電極を有する２つの別個のチャンネルにより、別の機能を有する。デバイス４０では、近くのオーミック電極２５、２６に対して、各ゲート電極４７、４８が基準とされている。
【００３９】
特に、所定のブロッキング電圧に対し、ゲートエッジとドレインとの間の分離距離は、関連性のある要素である。従って、単一ゲートデバイスでは、ソースからドレインまでの分離距離は、２Ａ＋ゲートの幅（ここで、Ａはゲートのエッジとソースまたはドレインとの間の距離）である。
【００４０】
デュアルゲートデバイスでは、長さＡは、電圧に耐えるための２つのゲートの間の距離であり、デバイスの全長は、Ａ＋２つのゲートの幅＋２つのゲートからドレイン／ソースまでの距離となる。長さＡは、最大の距離であり、この長さは、デュアルゲート構造では、１回しか得られない。
【００４１】
図４に示す本発明の第４実施例に係わるデバイス５０は、エンハンスモードのデバイスとなっている。このことは、このデバイスが公称的にオフであることを意味する。
【００４２】
第２実施例と同じように、デバイス５０は、ゲート電極３２、３４を有し、これら各電極は、第２半導体本体２１内のそれぞれのリセス３８内に配置されている。各リセス３８により、２ＤＥＧの遮断が生じ、この遮断は、ゲート電極３２、３４に適当な電圧を印加すると回復できる。
【００４３】
従って、デバイス５０は、双方のゲート電極３２、３４に電位が印加されると、電極２５、２６との間で電流が流れるパワーロジックＡＮＤゲートのように働く。
【００４４】
ゲート電極３２、３４を介して制御される２つのチャンネルによって使用される共用ドリフト領域により、デバイス５０を、デバイス３０よりも小さくすることができる。
【００４５】
デバイス４０と同じように、第１ゲート電極３２は、第１オーミック電極２５から距離βにあり、第２ゲート電極３４は、第２オーミック電極２６から同じ距離βにあるので、デバイス５０は対称的となっている。すなわち、より高い電位となっているのが、どちらのオーミック電極であるかに係わらず、デバイスのブロッキング能力は、同じとなっている。
【００４６】
更に第３実施例と同じように、各ゲート電極３２、３４は、別々に作動できる。
【００４７】
他の３つの実施例と同じように、ゲート電極３２、３４は、第２半導体本体２１とショットキー接触することが好ましいが、本発明から逸脱することなく、これらの電極を、ゲート電極およびゲートインシュレータを含む絶縁ゲートと置換することもできる。
【００４８】
図５を参照する。第１実施例または第２実施例に係わるデバイスでは、オーミック電極２５、２６を互い違いにすることが好ましい。特に好ましい実施例に係わるデバイスは、２つの対向する、好ましくは平行なランナー４０、４２を有し、各ランナー４０、４２は、２つのオーミック電極２５、２６のうちの１つと電気的に接続されている。従って、ランナー４０は、第１オーミック電極２５に電気的に接続されており、ランナー４２は、第２オーミック電極に電気的に接続されている。
【００４９】
オーミック電極２５、２６は、互いに平行に配列され、よって互い違いになった配置が得られるようになっていることに留意すべきである。第１オーミック電極２５と第２オーミック電極２６の対向するペアの間には、各ゲート電極２７が配置されている。ゲート電極２７を互いに電気的に接続するために、ゲートランナー４４も設けられている。
【００５０】
次に図６に示す本発明の第３実施例または第４実施例に係わるデバイスは、２つのゲートランナー４６、４８を備えている。各ゲートランナー４６、４８は、ゲート電極３２、３４のうちの一方にしか電気的に接続されていない。
【００５１】
図７を参照する。第３実施例または第３実施例に係わるデバイスでは、各ゲートランナー４６、４８が、それぞれのゲートパッド５０、５２に電気的に接続され、ゲート電極３２、３４の各々の１つが、独立して作動できるようになっている。更に、第１オーミック電極２５に接続されたすべてのランナー４０は、それぞれの共通するパッド５４に電気的に接続されており、第２オーミック電極２６に接続されたすべてのランナー４２は、それぞれの共通するパッド５６に電気的に接続されている。
【００５２】
次に図８には、ゲート電極およびオーミック電極２６、２５のための別の配置が構造体６０として示されている。この構造体６０は、２つのゲート電極、すなわちゲート電極３２、３４を有する。これらゲート電極３２、３４は、絶縁をすることなく設けられており、電界のクラウディング現象を防止するために丸くされたスムーズなエッジを有している。
【００５３】
これらのゲート電極３２、３４は、打ち込み作業をすることなく形成できるので、デバイスのブレークダウン抵抗を潜在的に低下させるおそれのある構造上の損傷を低減できる。デバイス６０は、除去される材料の量を少なくするよう、より少ないエッチング作業で形成される。従って、材料を通るキャリアのための導電性通路の容積を増すことができる。そのため、デバイス６０の全体の抵抗を低下させることができる。
【００５４】
次に図９〜図１８には、III族窒化物材料系における単一ゲート双方向スイッチを製造するためのプロセスの一例が示されている。単一ゲートデバイスが示されているが、このプロセスは、デュアルゲートデバイスの製造にも同じように適用できる。
【００５５】
図９に示すように、このプロセスは、公知の方法で得ることができる、準備されたＧａＮウェーハと共に開始される。ウェーハ７０は、サファイアから構成された基板７２と、この基板７２の上に配置された補償されたＧａＮ層７４と、この補償されたＧａＮ層７４上に設けられたＡｌＧａＮ層７６と、最後にＡｌＧａＮ層７６を覆う、ドープされたＧａＮ層７８とを備えている。補償されたＧａＮ層７４内での転移、および割れを防止するために、応力を補償するように構成されている。
【００５６】
次に図１０を参照する。ウェーハ７０は、アクティブ領域を構成するために、ウェーハの上に配置されたマスク層８０を有する。
【００５７】
図１１に示すように、ウェーハ７０は、基板７２まで下方にエッチングされる。マスク８０を剥離した後に、ドープされたＧａＮ層７８の上に、金属層８２をデポジットする。この金属層８２は、オーミック金属合金、例えばＴｉ／Ａｌ／ＴｉＷから構成できる。次にデバイス１６を１分間８５０℃でアニールする。
【００５８】
次に図１３を参照する。オーミック電極をマスク部分８４でパターン化し、露出した金属層、およびドープされたＧａＮ層を除去するようにエッチングを実行し、その後、マスクを除去すると、図１４の構造が得られる。
【００５９】
次に図１５を参照する。図１４に示されている構造の上に、ＳｉＮの層８５およびＳｉＯ2の層８６をデポジットする。その後、ゲート電極を受けるための領域を構成するように、ウィンドー９０を備えるマスク８８を形成する。
【００６０】
ウィンドー９０を使って、ＳｉＯ2層８６の一部をエッチングで除去し、背部にＳｉＮの薄い部分８５（例えば約２００Å）を残す。次に、マスク８８を剥離し、ＴｉＷのようなゲート金属９２をデポジットすると、図１６に示すような構造が得られる。
【００６１】
次に、ゲート金属９２をエッチングし、ゲート電極２７を所定位置に残す。次に図７に示すように、絶縁層９４を形成し、これをエッチングして、オーミック電極上に開口部９６を含むようにする。次に、接点金属をデポジットし、開口部９６を満たし、オーミック電極に接触させる。その後、デポジットされた接点金属をエッチングし、図１８に示すような接点９８を形成する。
【００６２】
単一ゲート双方向III族窒化物スイッチを形成するための上記プロセスは、デュアル双方向III族窒化物スイッチを形成するのにも、同じように適用できることは明らかである。所定の用途のために、多数の有効な部品を形成するため、単一ウェーハ内に、多数のデバイスを形成できることも明らかである。例えば、多量の電流を搬送できる、より大きな双方向スイッチングデバイスを形成するのに、多数の有効なデバイスを共に接続できる。
【００６３】
これとは異なり、このように形成された多数の大電流デバイスを接続し、双方向の三相ブリッジ、双方向フルブリッジ、または双方向ハーフブリッジを形成することもできる。更に、ショットキーブリッジまたはコモンドレインノードを有する双方向ハーフブリッジを形成するように、デバイスの変形もできる。
【００６４】
上記各デバイスは、従来の半導体デバイスで可能であったよりも狭い面積で、大量の電流を搬送できる。III族窒化物デバイスのより大きい能力により、双方向スイッチをより小さくし、かつ従来の大きいデバイスと同じように、作動させることができる。
【００６５】
本発明の双方向スイッチは、超格子層構造体を介在させ、バランスさせるための特定の質、および平面内の格子構造定数を有するＩｎＡｌＧａＮを含む金属層を変えることを含む、III族窒化物デバイスを製造するための他の公知の技術を使って形成することもできる。
【００６６】
従って、本明細書に示した好ましい実施例は、ＧａＮの上に形成されたＡｌＧａＮの層を含むが、本発明は、このような組み合わせだけに限定されるものではない。例えば、本発明の範囲から逸脱することなく、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮも使用できる。
【００６７】
更に本発明に係わるデバイスは、他の部品を含むように変形することもできる。例えば図９に示すように、本発明に係わる双方向デバイスは、チャンネルを横断する電流の量を検出するために、チャンネルに電気的に接続されている電流検出パッド５７を含むこともできる。
【００６８】
図９〜図１８に示す方法によって製造されるデバイスは、ＳｉＮ絶縁層により、ＡｌＧａＮ層から絶縁されることに注目するべきである。本発明に係わるデバイスには、本発明の範囲から逸脱することなく、ＡｌＧａＮ層とのショットキー接触またはオーミック接触するゲート電極を形成することもできる。
【００６９】
以上、本発明の特定の実施例に関連して、本発明について説明したが、当業者には、上記以外の多くの変形例、変更例、その他の用途が明らかであると思う。従って、本発明は、本明細書に示した特定の開示によっては制限されず、特許請求の範囲のみによって制限される。
【００７０】
関連出願に対するクロスレファレンス
本願は、「III族窒化膜双方向スイッチ」を発明の名称とし、２００４年２月１２日に出願された米国仮特許出願第60/544,626号の権利に基づくものであり、本願では、この出願の内容を参考例として援用する。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明に係わる公称的にオンタイプのIII族窒化物双方向スイッチ素子である。
【図２】本発明に係わる公称的にオフタイプのIII族窒化物双方向スイッチ素子である。
【図３】本発明に係わるデュアルゲートの公称的にオンタイプのIII族窒化物双方向スイッチ素子である。
【図４】本発明に係わるデュアルゲートの公称的にオフタイプIII族窒化物双方向スイッチ素子である。
【図５】本発明に係わる単一ゲート双方向スイッチの平面図である。
【図６】本発明に係わるデュアルゲート双方向スイッチの平面図である。
【図７】本発明に係わるデュアルゲート双方向スイッチ構造体の平面図である。
【図８】本発明に係わる双方向スイッチのためのゲート構造の平面図である。
【図９】本発明に係わるデバイスを製造するためのプロセスを示す。
【図１０】本発明に係わるデバイスを製造するためのプロセスを示す。
【図１１】本発明に係わるデバイスを製造するためのプロセスを示す。
【図１２】本発明に係わるデバイスを製造するためのプロセスを示す。
【図１３】本発明に係わるデバイスを製造するためのプロセスを示す。
【図１４】本発明に係わるデバイスを製造するためのプロセスを示す。
【図１５】本発明に係わるデバイスを製造するためのプロセスを示す。
【図１６】本発明に係わるデバイスを製造するためのプロセスを示す。
【図１７】本発明に係わるデバイスを製造するためのプロセスを示す。
【図１８】本発明に係わるデバイスを製造するためのプロセスを示す。
【図１９】本発明に係わるデュアルゲート双方向デバイスの変形例を示す頂部平面図である。
【符号の説明】
【００７２】
２０    デバイス
２１    第２半導体本体
２３    第１半導体本体
２４    基板
２５、２６    オーミックパワー電極
２７    ゲート電極
３０    デバイス
３８    リセス
３２    第１ゲート電極
３４    第２ゲート電極
４２    ランナー
４４    ゲートランナー
４７、４８    ゲート電極
５０    デバイス
６０    デバイス
７０    ウェーハ
７２    基板
７４    ＧａＮ層
７６    ＡｌＧａＮ層
７８    ＧａＮ層
８０    マスク
８２    金属層
８４    マスク部分
８６    ＳｉＯ2層
９０    デバイス
９２    ゲート金属
９６    開口部
９８    接点
【図１】
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【図２】
2007526633.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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