(57)【要約】【課題】電流コラプス現象を良好に抑制することができる半導体装置を提供する。【解決手段】ショットキーダイオード１は、基板２と、基板２上に形成された緩衝層３と、窒化物系化合物半導体から構成された電子走行層４及び電子供給層５と、アノード電極６と、カソード電極７と、を備えている。基板２とカソード電極７とは接続導体８を介して電気的に接続されている。接続導体８には、そのアノード側がカソード電極７側となるように接続された外部ダイオード９が介設されている【選択図】図１
2007273640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一方の主面上に形成され、窒化物系化合物半導体から構成された窒化物系化合物半導体層と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層とショットキー接合を有する第１の電極と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触する第２の電極と、を備え、
前記第１の電極と前記基板とが電気的に接続されている、ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
基板と、
前記基板の一方の主面上に形成され、窒化物系化合物半導体から構成された窒化物系化合物半導体層と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層とショットキー接合を有する第１の電極と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触する第２の電極と、を備え、
前記第２の電極と前記基板との間にダイオードが介設されている、ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
基板と、
前記基板の一方の主面上に形成され、窒化物系化合物半導体から構成された窒化物系化合物半導体層と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層とショットキー接合を有する第１の電極と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触する第２の電極と、
前記基板または前記窒化物系化合物半導体層の電位が前記第１及び前記第２の電極に印加される電位よりも高くなるように印加可能な電圧供給手段と、
を備える、ことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
基板と、
前記基板の一方の主面上に形成され、窒化物系化合物半導体から構成された窒化物系化合物半導体層と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層とショットキー接合を有するゲート電極と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するソース電極と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するドレイン電極と、を備え、
前記ソース電極と前記基板とが電気的に接続されている、ことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
基板と、
前記基板の一方の主面上に形成され、窒化物系化合物半導体から構成された窒化物系化合物半導体層と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層とショットキー接合を有するゲート電極と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するソース電極と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するドレイン電極と、を備え、
前記ドレイン電極と前記基板との間にダイオードが介設されている、ことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
基板と、
前記基板の一方の主面上に形成され、窒化物系化合物半導体から構成された窒化物系化合物半導体層と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層とショットキー接合を有するゲート電極と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するソース電極と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するドレイン電極と、を備え、
前記基板または前記窒化物系化合物半導体層の電位が前記ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極に印加される電位よりも高くなるように印加可能な電圧供給手段と、
を備える、ことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
前記窒化物系化合物半導体層は、ヘテロ結合を有している、ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記基板は導電性基板であり、
前記基板と前記前記窒化物系化合物半導体層との間に緩衝層が設けられている、ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記基板の他方の主面、又は、前記基板の一方の主面上であって、前記窒化物系化合物半導体層が設けられていない露出部に設けられた導電性のフレームを、さらに備え、
前記フレームと前記接続導体とを接続することにより、前記基板が電気的に接続されている、ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関し、特に、窒化物系化合物半導体を用いた半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）のような窒化物系化合物半導体は、高温・高出力・高周波の面で良好な特性を有する半導体材料として注目されている。例えば、窒化物系化合物半導体は、シリコン半導体に比べてワイドギャップを有することから、高温動作の安定性が要求される半導体装置に用いることが好適である。また、窒化物系化合物半導体は、窒化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＮ）、ＧａＮ等のヘテロ構造とすることで、電子移動度を大きくすることができるため、高速スイッチング・大電流化が要求される半導体装置に用いることが好適である。さらに、窒化物系化合物半導体は、破壊電界（絶縁破壊電界強度）が高いことから、高電圧動作が要求される半導体装置に用いることが好適である。
【０００３】
このような窒化物系化合物半導体は、例えば、メタル・セミコンダクタ電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ：Metal Semiconductor Filed Effect Transistor）や、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mobility Transistor）などに用いることが知られており、これらのトランジスタを備える半導体装置の性能向上に関し、種々な提案がなされている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、シリコン系基板と、シリコン系基板上に形成された窒化物半導体層を含む主半導体領域と、主半導体領域の表面上に配置された主電極と、を備えた半導体装置について、シリコン系基板にｐｎ接合を含ませることにより高耐圧の半導体装置を提供することができることが開示されている。
【特許文献１】国際公開第０５／０７４０１９号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、窒化物系化合物半導体は、バルク結晶や半導体表面に多量の深い準位（トラップ）が存在している。このため、半導体装置への逆方向電圧印加またはオフ期間中に、例えば、窒化物系化合物半導体を有する半導体基板の結晶内のトラップにキャリアが捕獲され、その後、半導体装置への順方向電圧印加またはオンした時、出力電流が低下してしまう、いわゆる電流コラプス現象が発生してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電流コラプス現象を良好に抑制することができる半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る半導体装置は、
基板と、
前記基板の一方の主面上に形成され、窒化物系化合物半導体から構成された窒化物系化合物半導体層と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層とショットキー接合を有する第１の電極と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触する第２の電極と、を備え、
前記第１の電極と前記基板とが電気的に接続されている、ことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の観点に係る半導体装置は、
基板と、
前記基板の一方の主面上に形成され、窒化物系化合物半導体から構成された窒化物系化合物半導体層と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層とショットキー接合を有する第１の電極と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触する第２の電極と、を備え、
前記第２の電極と前記基板との間にダイオードが介設されている、ことを特徴とする。
【０００９】
本発明の第３の観点に係る半導体装置は、
基板と、
前記基板の一方の主面上に形成され、窒化物系化合物半導体から構成された窒化物系化合物半導体層と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層とショットキー接合を有する第１の電極と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触する第２の電極と、
前記基板または前記窒化物系化合物半導体層の電位が前記第１及び前記第２の電極に印加される電位よりも高くなるように印加可能な電圧供給手段と、
を備える、ことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第４の観点に係る半導体装置は、
基板と、
前記基板の一方の主面上に形成され、窒化物系化合物半導体から構成された窒化物系化合物半導体層と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層とショットキー接合を有するゲート電極と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するソース電極と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するドレイン電極と、を備え、
前記ソース電極と前記基板とが電気的に接続されている、ことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第５の観点に係る半導体装置は、
基板と、
前記基板の一方の主面上に形成され、窒化物系化合物半導体から構成された窒化物系化合物半導体層と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層とショットキー接合を有するゲート電極と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するソース電極と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するドレイン電極と、を備え、
前記ドレイン電極と前記基板との間にダイオードが介設されている、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第６の観点に係る半導体装置は、
基板と、
前記基板の一方の主面上に形成され、窒化物系化合物半導体から構成された窒化物系化合物半導体層と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層とショットキー接合を有するゲート電極と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するソース電極と、
前記窒化物系化合物半導体層上に形成され、当該窒化物系化合物半導体層と低抵抗接触するドレイン電極と、を備え、
前記基板または前記窒化物系化合物半導体層の電位が前記ゲート電極、ソース電極及びドレイン電極に印加される電位よりも高くなるように印加可能な電圧供給手段と、
を備える、ことを特徴とする。
【００１３】
前記窒化物系化合物半導体層は、ヘテロ結合を有していることが好ましい。
【００１４】
前記基板は、例えば、導電性基板であり、前記基板と前記前記窒化物系化合物半導体層との間に緩衝層が設けられていることが好ましい。
【００１５】
前記基板の他方の主面、又は、前記基板の一方の主面上であって、前記窒化物系化合物半導体層が設けられていない露出部に設けられた導電性のフレームを、さらに備えてもよい。この場合、前記フレームと前記接続導体とを接続することにより、前記基板が電気的に接続されている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電流コラプス現象を良好に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施の形態における半導体装置について説明する。本実施の形態では、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）を備える半導体装置の場合を例に本発明を説明する。
【００１８】
図１は本実施の形態の半導体装置の構成を示す図である。図２は図１のショットキーバリアダイオードを上面から見た図であり、ショットキーバリアダイオードの各電極の配置の一例を示す図である。
【００１９】
図１に示すように、半導体装置は、ショットキーバリアダイオード１を備えている。ショットキーバリアダイオード１は、基板２と、緩衝層３と、窒化物系化合物半導体層としての電子走行層４及び電子供給層５と、第１の電極としてのアノード電極６と、第２の電極としてのカソード電極７と、を備えている。
【００２０】
基板２には、例えば、シリコン基板が用いられている。本実施の形態では、シリコン単結晶から形成されたサブストレートが用いられている。なお、基板２の他方の主面、例えば、下面に、低抵抗接触（オーミック接触）するように形成された裏面電極、基板２を支持する導電性の支持板、及び、裏面電極と支持板とを接合する導電性の接合層を形成してもよい。
【００２１】
緩衝層（バッファ層）３は、基板２の一方の主面上、例えば、基板２の上に形成されている。緩衝層３は、電子走行層４と基板２との間に基板２の結晶方位を電子走行層４へと良好に受け継ぐための層である。緩衝層３は、窒化物系化合物半導体から構成されている。緩衝層３は、例えば、ＡｌＫＧａ１−ＫＮ（０＜Ｋ≦１）とＧａＮとを交互に積層してもよいし、ＡｌＫＧａ１−ＫＮ層、ＧａＮ層などの単一層から構成される低温バッファ層のような公知の緩衝層を設けてもよい。なお、緩衝層３は単一層で形成するよりも交互に積層することが好ましい。交互に積層することによって電子走行層４の反りやクラックを防止して結晶品質を向上させ、電子走行層４を厚く積層することができるためである。
【００２２】
電子走行層４は、緩衝層３の上に形成されている。電子走行層４は、いわゆるチャネル層としての機能を有する。電子走行層４は、例えば、窒化ガリウム系化合物半導体から構成され、本実施の形態では、窒化ガリウム系化合物（ＧａＮ）から形成されている。電子走行層４は、例えば、緩衝層３上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によってＧａＮを積層することにより形成される。
【００２３】
電子供給層５は、電子走行層４の上にヘテロ接合を形成している。電子供給層５は、電子を供給する機能を有する。電子供給層５は、例えば、窒化物系化合物半導体から構成され、本実施の形態では、窒化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＮ）から形成されている。電子供給層５は、例えば、電子走行層４上に有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）によってＡｌＧａＮを積層することにより電子走行層４上に形成される。ここで、基板２〜電子供給層５までを半導体基板１３とする。また、二次元電子ガス層（２ＤＥＧ層）は、電子供給層５と電子走行層４との界面近傍に生じる。
【００２４】
アノード電極６は、電子供給層５の所定の領域上（ショットキーバリアダイオード１の主面上）に形成されている。アノード電極６は、例えば、電子供給層５とショットキー接合を有するように形成されている。本実施の形態では、アノード電極６はニッケル（Ｎｉ）膜またはプラチナ（Ｐｔ）膜と、Ｎｉ膜またはＰｔ膜の上に形成された金（Ａｕ）膜とから構成されている。アノード電極６は、電子供給層５上に、例えば、スパッタリング等によりＮｉ膜（またはＰｔ膜）及びＡｕ膜を形成し、ドライエッチング等によって所定の形状にパターニングすることによって電子供給層５上に形成される。
【００２５】
カソード電極７は、電子供給層５の所定の領域上（ショットキーバリアダイオード１の主面上）に形成されている。カソード電極７は、例えば、電子供給層５と低抵抗接触（オーミック接触）するように形成されている。本実施の形態では、カソード電極７は、電子供給層５上に、例えば、スパッタリング等により、Ｔｉ膜及びＡｌ膜を形成し、ドライエッチング等によって所定の形状にパターニングすることにより、電子供給層５上に形成される。
【００２６】
また、ショットキーバリアダイオード１は、カソード電極７と基板２との間に外部ダイオード９が介設され、接続導体８により、電気的に接続されている。接続導体８は、カソード電極７と外部ダイオード９との間、基板２と外部ダイオード９との間を電気的に接続できる物であればよく、例えば、導電性の材料から形成されたワイヤか若しくはショットキーバリアダイオード１の側面に絶縁膜を設け、その上にパターン（導電性の膜）を設ける等が用いられる。外部ダイオード９は、そのアノード側（接続導体８の一方の端）がカソード電極７と電気的に接続し、そのカソード側（接続導体８の他方の端）が基板２と電気的に接続するように接続導体８に設けられている。
【００２７】
次に、以上のように構成された半導体装置の作用、効果について説明する。図３は、逆バイアス（アノード電極６がカソード電極７よりも低い電位）が印加された状態のショットキーバリアダイオード１を説明するための図である。図４は、図３に示す逆バイアスが印加された後、順バイアスが印加された状態のショットキーバリアダイオード１を説明するための図である。
【００２８】
図３に示すように、アノード電極６に接続されたスイッチ１０がＢ（Ｖｒ：数１００Ｖ）に接続されると、ショットキーバリアダイオード１に数１００Ｖ（順バイアス時の電圧波高値よりも大きい波高値）の逆バイアスが印加される。ここで、外部ダイオード９は順方向（ＯＮ）であるため、カソード電極７の電位と基板２の電位とがほぼ等電位となる。なお、ショットキーバリアダイオード１に印加された逆バイアス時の電圧に比べて外部ダイオード９のオン電圧等は無視できる値であるため、カソード電極７と基板２とがほぼ等電位とみなせるということである。すると、図３に示すように、アノード電極６と基板２との間に数１００Ｖの電圧が印加され、基板２側がプラスの電荷、電子供給層５側がマイナスの電荷となる寄生コンデンサ（寄生容量）１１が発生し、この寄生コンデンサ１１は充電状態となる。
【００２９】
続いて、図４に示すように、スイッチ１０をＢからＡ（Ｖｆ：数Ｖ）に接続して、ショットキーバリアダイオード１に数１００Ｖの逆バイアスが印加されている状態から、数Ｖの順バイアスが印加されている状態に切り替える。この時、カソード電極７の電位はアノード電極６よりも低く、基板２の電位はカソード電極７の電位よりも高いので、外部ダイオード９は逆方向（ＯＦＦ）となり、寄生コンデンサ１１の電荷は外部ダイオード９を通じて放電することはできない。このため、寄生コンデンサ１１に蓄積されている電荷は、ショットキーバリアダイオード１を構成する半導体基板１３の高抵抗の結晶内で放電（自己放電）するような電界（キャリアの流れ）を発生する。すなわち、高電圧の逆バイアスが印加されている状態から順バイアスに切り替えた際、基板２にアノード電極６とカソード電極７よりも高い電位（電圧供給手段）が発生していることによって電界が生じる。
【００３０】
ここで、電流コラプス現象は、半導体装置に逆バイアスを印加することによって電子が半導体基板１３の結晶内にトラップされ、トラップされた電子によって生じる電界が、電子供給層５と電子走行層４との界面に生じていた二次元電子ガスを減少させる現象と考えられる。本実施の形態の半導体装置において、基板２にカソード電極７よりも高い電位が発生することによる電界が、半導体基板１３の結晶内のトラップされた電子によって生じる電界を打ち消すように作用するので、電子供給層５と電子走行層４との界面に生じていた二次元電子ガスの減少が抑制される。この結果、電流コラプス現象の発生を抑制することができる。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、接続導体８により、カソード電極７と外部ダイオード９のアノード側、及び、基板２と外部ダイオード９のカソード側を電気的に接続しているので、電流コラプス現象の発生を抑制することができる。また、従来の設計をほとんど変更することなく、容易に電流コラプス現象の発生を抑制することができる。
【００３２】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態では、図５に示すように、カソード電極７と基板２との間に外部ダイオード９を介設させて電気的に接続されておらず、アノード電極６と基板２とが接続導体８で電気的に接続されている点が第１の実施の形態と異なっている。以下、本実施の形態では、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。なお、第１の実施の形態と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３３】
このように構成された半導体装置の作用、効果について説明する。図６は、逆バイアスが印加された状態のショットキーバリアダイオード１を説明するための図である。図７は、図６に示す逆バイアス印加後、順バイアスが印加された状態のショットキーバリアダイオード１を説明するための図である。
【００３４】
図６に示すように、アノード電極６に接続されたスイッチ１０がＢ（Ｖｒ：数１００Ｖ）に接続されると、ショットキーバリアダイオード１に数１００Ｖ（順バイアス時の電圧波高値よりも大きい波高値）の逆バイアスが印加される。ここで、アノード電極６と基板２とが接続導体８により電気的に接続されているため、カソード電極７と基板２との間に数１００Ｖの電圧が印加され、基板２側がマイナスの電荷、電子供給層５側がプラスの電荷となる寄生コンデンサ（寄生容量）１１が発生し、この寄生コンデンサ１１は充電状態となる。
【００３５】
続いて、図７に示すように、スイッチ１０をＢからＡ（Ｖｆ：数Ｖ）に接続して、ショットキーバリアダイオード１に数１００Ｖの逆バイアスが印加されている状態から、数Ｖの順バイアスが印加されている状態に切り替える。この時、アノード電極６と基板２とは接続導体８により電気的に接続されているので、基板２にアノード電極６と同電位であってカソード電極７よりもＶｆ（数Ｖ）高い電圧が印加される。従って基板２とカソード電極７との電圧はＶｆ（数Ｖ）となるが、寄生コンデンサ１１に蓄積されている電荷により、アノード電極６とカソード電極７と基板２よりも高い電位の部位が、半導体基板１３の内部に生じる。このため、寄生コンデンサ１１に蓄積されている電荷は、半導体基板１３の高抵抗の内部に生じる高い電位をアノード電極６、カソード電極７の電位に近づける放電となるような電界（キャリアの流れ）を発生する。すなわち、この電界は、アノード電極６及びカソード電極７よりも高い電位（電流供給手段）が発生することによって生じる電界と同じように考えることができる。そして、この電界は、トラップされた電子によって生じる電界を打ち消すように作用する。このため、電子供給層５と電子走行層４との界面に生じていた二次元電子ガスの減少が抑制され、電流コラプス現象の発生を抑制することができる。
【００３６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、接続導体８により、アノード電極６と基板２とが電気的に接続されているので、電流コラプス現象の発生を抑制することができる。また、従来の設計をほとんど変更することなく、容易に電流コラプス現象の発生を抑制することができる。
【００３７】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態では、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：High Electron Mobility Transistor）を備える半導体装置の場合を例に本発明を説明する。なお、本実施の形態では、第１の実施の形態と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。このため、本実施の形態では、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。
【００３８】
図８は本実施の形態の半導体装置の構成を示す図である。図９は図８のＨＥＭＴを上面から見た図であり、ＨＥＭＴの各電極の配置の一例を示す図である。
【００３９】
図８及び図９に示すように、ＨＥＭＴ２１の電子供給層５の所定の領域上（ＨＥＭＴ２１の主面上）には、第１の電極としてのゲート電極２４と、第２の電極としてのドレイン電極２３と、第３の電極としてのソース電極２２とが形成されている。
【００４０】
ソース電極２２及びドレイン電極２３は、例えば、電子供給層５と低抵抗接触（オーミック接触）するように形成されている。本実施の形態では、ソース電極２２及びドレイン電極２３は、電子供給層５上に、例えば、スパッタリング等により、Ｔｉ膜及びＡｌ膜を形成し、ドライエッチング等によって所定の形状にパターニングすることにより、電子供給層５上に形成される。
【００４１】
ゲート電極２４は、電子供給層５の所定の領域上であって、ソース電極２２とドレイン電極２３とに離間した状態で挟まれるように形成されている。なお、ゲート電極２４は、ソース電極２２とドレイン電極２３とに離間した状態で、ゲート電極２４に印加される電圧でソース電極２２とドレイン電極２３との間の電流を制御することができるように形成されていればよく、例えば、ソース電極２２若しくはドレイン電極２３のいずれか一方を囲むように形成されていてもよい。ゲート電極２４は、例えば、電子供給層５とショットキー接合を有するように形成されている。本実施の形態では、ゲート電極２４は、電子供給層５上に、ニッケル（Ｎｉ）膜またはプラチナ（Ｐｔ）膜と、Ｎｉ膜またはＰｔ膜の上に形成された金（Ａｕ）膜とから構成されている。ゲート電極２４は、電子供給層５上に、例えば、スパッタリング等によりＮｉ膜（またはＰｔ膜）及びＡｕ膜を形成し、ドライエッチング等によって所定の形状にパターニングすることによって電子供給層５上に形成される。
【００４２】
また、ＨＥＭＴ２１は、ドレイン電極２３と基板２との間に外部ダイオード９が介設され、接続導体８により、電気的に接続されている。接続導体８は、ドレイン電極２３と外部ダイオード９との間、基板２と外部ダイオード９との間を電気的に接続できる物であればよく、例えば、導電性の材料から形成されたワイヤか若しくはＨＥＭＴ２１の側面に絶縁膜を設け、その上にパターン（導電性の膜）を設ける等が用いられる。外部ダイオード９は、そのアノード側（接続導体８の一方の端）がドレイン電極２３と電気的に接続し、そのカソード側（接続導体８の他方の端）が基板２と電気的に接続するように接続導体８に設けられている。
【００４３】
このように構成された半導体装置の作用、効果について説明する。図１０は、オフ（ゲート電極２４がオフで、ドレイン電極２３がソース電極２２よりも高い電位）状態のＨＥＭＴ２１を説明するための図である。図１１は、図１０に示すオフ状態からオン状態へ切り替えたＨＥＭＴ２１を説明するための図である。
【００４４】
図１０に示すように、ソース電極２２に接続されたスイッチ１０がＢに接続（ＨＥＭＴ２１のゲート電極２４をオフにする電圧、例えば、−５Ｖが印加）すると、ＨＥＭＴ２１（ドレイン電極２３とソース電極２２との間、及び、ドレイン電極２３とゲート電極２４との間）には数１００Ｖもの電圧が印加される。ここで、外部ダイオード９は順方向（ＯＮ）であるため、ドレイン電極２３の電位と基板２の電位とがほぼ等電位となる。このため、図１０に示すように、ソース電極２２と基板２との間に数１００Ｖの電圧が印加され、基板２側がプラスの電荷、電子供給層５側がマイナスの電荷となる寄生コンデンサ（寄生容量）１１が発生し、この寄生コンデンサ１１は充電状態となる。
【００４５】
続いて、図１１に示すように、スイッチ１０をＢからＡに切り替えると、ＨＥＭＴ２１はＯＮして電流が流れ、ソース電極２２の電位がドレイン電極２３の電位に対し、数１００Ｖ低い状態から、数Ｖ以下の状態に切り替わる。なお、ＨＥＭＴ２１のドレイン電極２３とソース電極２２との間（ドレイン・ソース間）に電流が流れるため、ドレイン・ソース間に印加される電圧は、電流の流れで生じる抵抗（ドレイン・ソース間のオン抵抗）によるドロップ分となる。基板２の電位はドレイン電極２３よりも高く、外部ダイオード９が逆方向（ＯＦＦ）となり、寄生コンデンサ１１の電荷は外部ダイオード９を通じて放電することはできない。このため、寄生コンデンサ１１に蓄積されている電荷は、ＨＥＭＴ２１を構成する半導体基板１３の高抵抗の結晶内で放電（自己放電）するような電界（キャリアの流れ）を発生する。すなわち、高電圧の逆バイアスが印加されている状態から順バイアスへ切り替えたとき、半導体基板１３にソース電極２２とドレイン電極２３とゲート電極２４よりも高い電位（電圧供給手段）が発生していることによって電界が生じる。この電界が、トラップされた電子によって生じる電界を打ち消すように作用する。このため、電子供給層５と電子走行層４との界面に生じている二次元電子ガスの減少が抑制され、電流コラプス現象の発生を抑制することができる。
【００４６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、接続導体８により、ドレイン電極２３と基板２とが電気的に接続されているので、電流コラプス現象の発生を抑制することができる。また、従来の設計をほとんど変更することなく、容易に電流コラプス現象の発生を抑制することができる。
【００４７】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態では、図１２に示すように、ドレイン電極２３と基板２とが外部ダイオード９が介設した接続導体８で電気的に接続されておらず、ソース電極２２と基板２とが接続導体８で電気的に接続されている点が第３の実施の形態と異なっている。以下、本実施の形態では、第３の実施の形態との相違点を中心に説明する。なお、第３の実施の形態と同一の部材については同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４８】
このように構成された半導体装置の作用、効果について説明する。図１３は、オフ状態のＨＥＭＴ２１を説明するための図である。図１４は、図１３に示すオフ状態からオン状態へ切り替えた状態のＨＥＭＴ２１を説明するための図である。
【００４９】
図１３に示すように、ソース電極２２に接続されたスイッチ１０がＢに接続（ゲート電極２４をオフにする電圧、例えば、−５Ｖが印加）すると、ＨＥＭＴ２１のドレイン電極２３とソース電極２２との間、及び、ドレイン電極２３とゲート電極２４との間には数１００Ｖの電圧が印加される。ここで、ソース電極２２と基板２とが接続導体８により電気的に接続されているため、ドレイン電極２３と基板２との間に、基板２側がマイナスの電荷、電子走行層４側がプラスの電荷となる寄生コンデンサ（寄生容量）１１が発生し、この寄生コンデンサ１１は充電状態となる。
【００５０】
続いて、図１４に示すように、スイッチ１０をＡ（ＨＥＭＴ２１のゲート電極２４をオンにする電圧、例えば、１Ｖが印加）に切り替えると、ＨＥＭＴ２１はＯＮして電流が流れ、ドレイン電極２３とソース電極２２との間に数１００Ｖの電圧が印加されている状態から、第３の実施の形態と同様に、数Ｖ以下の電圧が印加されている状態に切り替わる。なお、ＨＥＭＴ２１のドレイン電極２３とソース電極２２との間（ドレイン・ソース間）に電流が流れるため、ドレイン・ソース間に印加される電圧は、電流の流れで生じる抵抗（ドレイン・ソース間のオン抵抗）によるドロップ分となる。この時、ソース電極２２と基板２が接続導体８により電気的に接続されているので、ＨＥＭＴ２１がＯＮするとソース電極２２と同じ電圧が基板２に印加されてドレイン電極２３よりも数Ｖ高い電圧が印加される。従って基板２とドレイン電極２３との電圧は数Ｖとなるが、寄生コンデンサ１１に蓄積されている電荷により、ソース電極２２とドレイン電極２３とゲート電極２４よりも高い電位の部位が、半導体基板１３の内部に生じる。このため、寄生コンデンサ１１に蓄積されている電荷は、半導体基板１３の高抵抗の内部に生じる高い電位をソース電極２２、ドレイン電極２３、ゲート電極２４の電位に近づける放電をするような電界（キャリアの流れ）を発生する。すなわち、この電界は、ソース電極２２、ドレイン電極２３、及び、ゲート電極２４よりも高い電位（電圧供給手段）が発生することによって生じる電界と同じように考えることができる。そして、この電界は、トラップされた電子によって生じる電界を打ち消すように作用する。このため、電子供給層５と電子走行層４との界面に生じていた二次元電子ガスの減少が抑制され、電流コラプス現象の発生を抑制することができる。
【００５１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、接続導体８により、ソース電極２２と基板２とが電気的に接続されているので、電流コラプス現象の発生を抑制することができる。また、従来の設計をほとんど変更することなく、容易に電流コラプス現象の発生を抑制することができる。
【００５２】
なお、本発明は、上記の実施の形態に限らず、種々の変形、応用が可能である。以下、本発明に適用可能な他の実施の形態について説明する。
【００５３】
例えば、第１及び第３の実施の形態において、接続導体８に外部ダイオード９が介設されている場合を例に本発明を説明したが、例えば、第１の実施の形態の場合には、図１５に示すように、接続導体８に外部ダイオード９に替えて、基板２の裏面がカソード電極７（第３の実施の形態の場合にはドレイン電極２３）より高い電位を有する状態となるように、電圧供給手段１２を介設してもよい。この場合もオフ状態（Ｂ）からオン状態（Ａ）に切り替えた時、基板２にカソード電極７（第３の実施の形態の場合にはドレイン電極２３）よりも高い電位（電圧供給手段１２）が発生していることによって電界が生じる。なお、この電界がトラップされた電子によって生じる電界を打ち消すように作用する。このため、電子供給層５と電子走行層４との界面に生じていた二次元電子ガスの減少が抑制され、電流コラプス現象の発生を抑制することができる。なお、図１５において、接続導体８はカソード電極７を基準として、基板２の電位が高い状態となる例を示しているが、アノード電極６を基準として、基板２の電位が高い状態となるように、アノード電極６と基板２との間に電圧供給手段１２と接続導体８を設けてもよい。
【００５４】
第３及び第４の実施の形態では、ＨＥＭＴ２１を備える半導体装置の場合を例に本発明を説明したが、例えば、メタル・セミコンダクタ電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ：Metal Semiconductor Field Effect Transistor）であってもよい。また、第４の実施の形態では、ソース電極２２と基板２とが電気的に接続されている場合を例に本発明を説明したが、例えば、ゲート電極２４と基板２とが電気的に接続されていてもよい。この場合にも、第４の実施の形態と同様に、電流コラプス現象の発生を抑制することができる。
【００５５】
上記実施の形態では、接続導体８の他方の端を基板２の裏面に接続した場合を例に本発明を説明したが、接続導体８と基板２とが電気的に接続されていればよく、例えば、図１６に示すように、基板２の裏面に導電性のフレーム１４を設け、フレーム１４に接続導体８の他方の端を接続してもよい。また、基板２の上面に緩衝層３が形成されていない露出部を設け、この基板２の露出部に接続導体８の一端を接続してもよい。
【００５６】
また、接続導体８に、コイル，抵抗，コンデンサなどから構成されるノイズフィルタを設けてもよい。この場合、基板２に入ってきたノイズがアノード電極６を通って電子供給層５３に侵入し電流コラプス現象の抑制効果が減少してしまうことを防止・低減することができる。ノイズフィルタとしては、例えば、抵抗とコンデンサとが直列または並列に構成され、低域ノイズを低減するフィルタなどを用いることができる。
【００５７】
上記実施の形態では、接続導体８、または、外部ダイオード９が介設された接続導体８により、電子供給層５上に形成された電極（アノード電極６、カソード電極７、ソース電極２２、ドレイン電極２３）と基板２とを接続する場合を例に本発明を説明したが、例えば、外部ダイオード９等をショットキーバリアダイオード１やＨＥＭＴ２１と一体となるように同一基板（基板２）上に形成してもよい。
【００５８】
上記実施の形態では、基板２の上に緩衝層３が形成されている場合を例に本発明を説明したが、緩衝層３を形成せず、基板２の上に電子走行層４が形成されていてもよい。
【００５９】
上記実施の形態では基板２がシリコン単結晶から形成された場合を例に本発明を説明したが、基板２は、例えば、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）またはシリコンカーバイト（ＳｉＣ）などの絶縁性基板、ＧａＮ基板やシリコン以外の導電性基板から形成しても良い。また、上記実施の形態で外部ダイオード９は、ショットキーダイオード、ＰＮダイオード、ＰＩＮダイオード等で構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施の形態の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１のショットキーバリアダイオードを上面から見た図である。
【図３】図１のショットキーダイオードに逆バイアスが印加された状態を示す断面図である。
【図４】図１のショットキーダイオードに図３に示す逆バイアス印加後、順バイアスが印加された状態を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図６】図５のショットキーダイオードに逆バイアスが印加された状態を示す断面図である。
【図７】図５のショットキーダイオードに図６に示す逆バイアス印加後、順バイアスが印加された状態を示す断面図である。
【図８】本発明の第３の実施の形態の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図９】図８のＨＥＭＴを上面から見た図である。
【図１０】図８のＨＥＭＴのオフ状態を示す断面図である。
【図１１】図８のＨＥＭＴのオフ状態からオン状態へ切り換えた状態を示す断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図１３】図１２のＨＥＭＴのオフ状態を示す断面図である。
【図１４】図１２のＨＥＭＴのオフ状態からオン状態へ切り換えた状態を示す断面図である。
【図１５】本発明の他の実施の形態の半導体装置のオフ状態からオン状態へ切り換えた状態を示す断面図である。
【図１６】本発明の他の実施の形態の半導体装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  ショットキーダイオード
２  基板
３  緩衝層
４  電子走行層
５  電子供給層
６  アノード電極
７  カソード電極
８  接続導体
９  外部ダイオード
【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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【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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