(57)【要約】【課題】  簡単な構造で、極めて低い順方向立ち上り電圧と、高い逆方向耐圧特性を有する窒化物半導体装置を提供する。【解決手段】  基板上に、III−Ｖ族窒化物半導体からなる第１及び第２の窒化物半導体層が積層形成されており、第１又は第２の窒化物半導体層に接合する第１のアノード電極と第２の窒化物半導体層に接合する第２のアノード電極を構成する電極金属を適宜選択することによって、第１のアノード電極はオーミック接合を形成し、第２のアノード電極はショットキー接合を形成する。第２のアノード電極は、カソード電極と第１のアノード電極の間に配置される。その結果、第１のアノード電極とカソード電極との電流経路の途中に、キャリアの存在しない領域を形成する構成となっている。【選択図】  図１
2010171287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガリウム、アルミニウム、ホウ素及びインジウムからなる群のうち少なくとも１つからなるIII族元素と、窒素、リン及び砒素からなる群のうちの少なくとも窒素を含むＶ族元素で構成されたIII−Ｖ族窒化物半導体層からなる窒化物半導体装置において、
基板上に積層した前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなる第１の窒化物半導体層と、該第１の窒化物半導体層上に積層した該第１の窒化物半導体層よりも低い温度で成膜した前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなる絶縁性の第２の窒化物半導体層と、前記第１あるいは前記第２の窒化物半導体層にオーミック接合するカソード電極と、前記第２の窒化物半導体層の一部を凹状に欠き、該凹部内に露出する前記第１の窒化物半導体層にオーミック接合する第１のアノード電極と、前記カソード電極と前記第１のアノード電極の間に配置して、該第１のアノード電極に接続した前記第２の窒化物半導体層にショットキー接合する第２のアノード電極とを備え、
前記第１及び前記第２のアノード電極に印加する電圧が０Ｖのとき、前記第２のアノード電極直下の前記第１の窒化物半導体層からなるチャネルにキャリアが存在せず、前記第２のアノード電極直下を除く前記第１の窒化物半導体層にキャリアが存在していることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項２】
ガリウム、アルミニウム、ホウ素及びインジウムからなる群のうち少なくとも１つからなるIII族元素と、窒素、リン及び砒素からなる群のうちの少なくとも窒素を含むＶ族元素で構成されたIII−Ｖ族窒化物半導体層からなる窒化物半導体装置において、
基板上に積層した前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなる第１の窒化物半導体層と、該第１の窒化物半導体層上に積層した該第１の窒化物半導体層より低い温度で成膜した前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなる絶縁性の第２の窒化物半導体層と、前記第１あるいは前記第２の窒化物半導体層にオーミック接合するカソード電極と、前記第２の窒化物半導体層にオーミック接合する第１のアノード電極と、前記カソード電極と前記第１のアノード電極の間に配置して、該第１のアノード電極に接続した、前記第２の窒化物半導体層にショットキー接合する第２のアノード電極とを備え、
前記第１及び前記第２のアノード電極に印加する電圧が０Ｖのとき、前記第２のアノード電極直下の前記第１の窒化物半導体層からなるチャネルにキャリアが存在せず、前記第２のアノード電極直下を除く前記第１の窒化物半導体層にキャリアが存在していることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２いずれか記載の窒化物半導体装置において、前記第２の窒化物半導体層が、微結晶構造からなることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれか記載の窒化物半導体装置において、前記基板と前記第１の窒化物半導体層との間に、前記第１の窒化物半導体層のエネルギーギャップより小さいエネルギーギャップを持つ、前記III−Ｖ族窒化物半導体からなる第３の窒化物半導体層を備えたことを特徴とする窒化物半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III−Ｖ族窒化物半導体装置に関し、特に、耐圧が高く、且つオン抵抗が低い大電力用のスイッチング素子として好適な窒化物半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置からなる大電力用のスイッチング素子では、耐圧が高く、且つオン抵抗が低いことが求められる。そのため、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor FET）や、バイポーラトランジスタとＭＯＳＦＥＴとを複合したＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor；絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）がスイッチング素子として使用されている。また一方で、耐圧が高く、且つオン抵抗が低い半導体装置として、ＳｉＣ半導体装置やIII−Ｖ族窒化物半導体装置が知られている。その中でもIII−Ｖ族窒化物半導体の物性の長所を活かした電子デバイスの具体的な応用が望まれており、逆方向耐圧が高く、順方向の立ち上り電圧（Ｖｆ）が低いショットキーバリアダイオードの開発が報告されている。
【０００３】
ショットキーバリアダイオード応用の一例として、スイッチングレギュレータ用のフリーホイールダイオードがあり、Ｖｆは、できる限り０Ｖに近いものが望まれる。しかし、実際に試作されたショットキーバリアダイオードのＶｆは、一般的に０．６〜０．８Ｖ程度であり、理想的な動作に至っていないのが現状である。
【０００４】
Ｖｆを低下させる方法として、図７に示す構造のショットキーバリアダイオードが提案されている（非特許文献１）。図７に示すショットキーバリアダイオードは、例えば、シリコン基板からなる基板２１と、基板２１上に形成されたバッファ層２２と、アンドープのＧａＮ層２３と、ＧａＮ層２３上に形成されたＧａＮ層２３よりもバンドギャップの広いIII-Ｖ族窒化物半導体層であるアンドープのＡｌＧａＮ層２４とを有する。そして、ＡｌＧａＮ層２４上にはＨｆ（ハフニウム）／Ａｌ（アルミニウム）／Ｈｆ／Ａｕ（金）からなり、オーミック接合を形成する第１のアノード電極２７と、ＷＮ系材料からなりショットキー接合を形成する第２のアノード電極２８と、Ｈｆ／Ａｌ／Ｈｆ／Ａｕからなり、オーミック接合を形成するカソード電極２６が形成される。第２のアノード電極２８は、第１のアノード電極２７を覆うように形成されており、少なくとも第１のアノード電極２７とカソード電極２６との電流経路の間に配置されている。
【０００５】
図７に示すショットキーバリアダイオードでは、第１のアノード電極２７と、第２のアノード電極２８とが共通アノード電極を構成し、第１のアノード電極２７をＨｆ／Ａｌ／Ｈｆ／Ａｕとすることにより、共通アノード電極の一部の電気特性をオーミック接触とし、低いＶｆを実現している。しかし、第１のアノード電極２７はオーミック特性を示すため、このままでは、逆方向バイアス印加時に漏れ電流が流れてしまう。これを回避するため、第２のアノード電極２８を形成する前に、第２のアノード電極２８の形成予定領域のＡｌＧａＮ層２４の表面をＣＦ4プラズマ処理することで、ＡｌＧａＮ層２４表面近傍にＦイオンの拡散領域２５を形成している。その結果、第２のアノード電極直下のＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合部分の二次元電子ガス（図中点線で示す）を消失させ、第１のアノード電極２７及び第２のアノード電極２８へ逆方向バイアスが印加されても、第１及び第２のアノード電極２７、２８からカソード電極２６に電子が伝導するのを抑制している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】K.Takatani, T.Nozawa, T.Oka, H.Kawamura, and K.Sakuno, “AlGaN/GaN Schottky-ohmic combined anode field effect diode with fluoride-based plasma treatment” Electronics Letters Vol.44, No.4, p-320-321, 2008
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来のショットキーバリアダイオードは、正常なダイオード動作が得られるＡｌＧａＮ層２４の厚さ及びＡｌ組成、拡散領域２５を形成する際のＣＦ4プラズマ処理条件等のパラメータの許容範囲が極めて狭いという問題があった。つまり、少しでも条件が変動すると、第２のアノード電極２８直下の２次元電子ガスが消失せずに残り、逆方向に漏れ電流が流れ、ダイオードとして機能しなくなってしまうという問題があった。また、表面からＦイオン拡散させて拡散領域２５を形成する方法は、信頼性の確保が確立されておらず、実用的な構造とは言い難いという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、簡単な構造で、極めて低い順方向立ち上り電圧と、高い逆方向耐圧特性を有する窒化物半導体装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、ガリウム、アルミニウム、ホウ素及びインジウムからなる群のうち少なくとも１つからなるIII族元素と、窒素、リン及び砒素からなる群のうちの少なくとも窒素を含むＶ族元素で構成されたIII−Ｖ族窒化物半導体層からなる窒化物半導体装置において、基板上に積層した前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなる第１の窒化物半導体層と、該第１の窒化物半導体層上に積層した該第１の窒化物半導体層よりも低い温度で成膜した前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなる絶縁性の第２の窒化物半導体層と、前記第１あるいは前記第２の窒化物半導体層にオーミック接合するカソード電極と、前記第２の窒化物半導体層の一部を凹状に欠き、該凹部内に露出する前記第１の窒化物半導体層にオーミック接合する第１のアノード電極と、前記カソード電極と前記第１のアノード電極の間に配置して、該第１のアノード電極に接続した前記第２の窒化物半導体層にショットキー接合する第２のアノード電極とを備え、前記第１及び前記第２のアノード電極に印加する電圧が０Ｖのとき、前記第２のアノード電極直下の前記第１の窒化物半導体層からなるチャネルにキャリアが存在せず、前記第２のアノード電極直下を除く前記第１の窒化物半導体層にキャリアが存在していることを特徴とする。
【００１０】
本願請求項２に係る発明は、  ガリウム、アルミニウム、ホウ素及びインジウムからなる群のうち少なくとも１つからなるIII族元素と、窒素、リン及び砒素からなる群のうちの少なくとも窒素を含むＶ族元素で構成されたIII−Ｖ族窒化物半導体層からなる窒化物半導体装置において、基板上に積層した前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなる第１の窒化物半導体層と、該第１の窒化物半導体層上に積層した該第１の窒化物半導体層より低い温度で成膜した前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなる絶縁性の第２の窒化物半導体層と、前記第１あるいは前記第２の窒化物半導体層にオーミック接合するカソード電極と、前記第２の窒化物半導体層にオーミック接合する第１のアノード電極と、前記カソード電極と前記第１のアノード電極の間に配置して、該第１のアノード電極に接続した、前記第２の窒化物半導体層にショットキー接合する第２のアノード電極とを備え、前記第１及び前記第２のアノード電極に印加する電圧が０Ｖのとき、前記第２のアノード電極直下の前記第１の窒化物半導体層からなるチャネルにキャリアが存在せず、前記第２のアノード電極直下を除く前記第１の窒化物半導体層にキャリアが存在していることを特徴とする。
【００１１】
本願請求項３に係る発明は、請求項１又は２いずれか記載の窒化物半導体装置において、前記第２の窒化物半導体層が、微結晶構造からなることを特徴とする。
【００１２】
本願請求項４に係る発明は、請求項１乃至３いずれか記載の窒化物半導体装置において、前記基板と前記第１の窒化物半導体層との間に、前記第１の窒化物半導体層のエネルギーギャップより小さいエネルギーギャップを持つ、前記III−Ｖ族窒化物半導体からなる第３の窒化物半導体層を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の窒化物半導体装置は、低い順方向バイアスの条件では、オーミック接合している第１のアノード電極に電流が流れるため、極めて低いオン電圧特性となるとともに、順方向バイアスが高くなると、ショットキー接合している第２のアノード電極にも電流が流れ、大きな電流を流すことができる。また、逆方向バイアスの条件では、第２のアノード電極の逆方向バイアスが印加される結果、キャリアが消失し、リーク電流が少なくなるとともに、第２のアノード電極が主に機能することになり、高い耐圧特性が得られることになる。
【００１４】
第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層を備えた、いわゆるＨＥＭＴ構造の窒化物半導体層を用いて本発明のショットキーバリアダイオードを形成して２次元電子ガスをキャリアとする場合には、オン電圧がほぼ０Ｖで、順方向電流が大きい良好な順方向電圧特性が得られた。
【００１５】
さらに、本発明のショットキーバリアダイオードでは、微結晶構造のIII−Ｖ族窒化物半導体層をキャップ層として備えていることから、スイッチング動作時の電流コラプスを抑制できるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施例に係るショットキーバリアダイオードの説明図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係るショットキーバリアダイオードの製造方法の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施例に係るショットキーバリアダイオードの説明図である。
【図４】本発明の第３の実施例に係る窒化物半導体装置の説明図である。
【図５】本発明の第４の実施例に係る窒化物半導体装置の説明図である。
【図６】本発明の第５の実施例に係る窒化物半導体装置の説明図である。
【図７】従来のショットキーバリアダイオードの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の窒化物半導体装置は、基板上に、III−Ｖ族窒化物半導体からなる第１及び第２の窒化物半導体層が積層形成されており、第１又は第２の窒化物半導体層に接合する第１のアノード電極と第２の窒化物半導体層に接合する第２のアノード電極を構成する電極金属を適宜選択することによって、第１のアノード電極はオーミック接合を形成し、第２のアノード電極はショットキー接合を形成する。またカソード電極は、第１又は第２の窒化物半導体層に接合する構造となっている。第２のアノード電極は、カソード電極と第１のアノード電極の間に配置されている。そして第１及び第２のアノード電極に印加する電圧が０Ｖのとき、第２のアノード電極直下の第１の窒化物半導体層からなるチャネルにキャリアが存在せず、第２のアノード電極直下を除く第１の窒化物半導体層にはキャリアが存在する構成となっている。
【００１８】
このような構造の窒化物半導体装置では、第１及び第２のアノード電極とカソード電極との間に順方向バイアスを印加する場合、順方向バイアスが小さい段階で、第２のアノード電極直下の第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層からなる電流経路にキャリアが生成し、第１の窒化物半導体層とオーミック接合を形成する第１のアノード電極が主に機能して、低いオン電圧で電流が流れることになる。さらに順方向バイアスが大きくなると、第２のアノード電極にも電流が流れ、大電流が流れることになる。
【００１９】
また第１及び第２のアノード電極とカソード電極との間に逆方向バイアスを印加する場合、低い逆方向バイアス条件では、第１の窒化物半導体層の絶縁性が高く、また第２のアノード電極直下の第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層からなる電流経路にキャリアが存在しないことから、逆方向のリーク電流が低減される。さらに逆方向バイアスが大きくなると、ショットキー接合を形成する第２のアノード電極のみが機能し、カソード側に空乏層が広がって、高い耐圧特性が得られることになる。以下、本発明の窒化物半導体装置について、スイッチング素子として用いることができるショットキーバリアダイオードを例にとり、詳細に説明する。
【実施例１】
【００２０】
図１、図２は本発明の第１の実施例のＨＥＭＴ構造を利用したショットキーバリアダイオード１０の説明図であり、図１はその断面図を、図２はその製造工程をそれぞれ示している。図２に示すように、導電性の炭化珪素（ＳｉＣ）からなる基板１１上にＭＯＣＶＤ(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)法等により、厚さ２００ｎｍ程度の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるバッファ層１２、厚さ３.０μｍのノンドープ窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるチャネル層１３（第３の窒化物半導体層に相当）、厚さ１０ｎｍのノンドープの窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるショットキー層１４（第１の窒化物半導体層に相当）、ショットキー層１４の成膜温度より６００℃程度低い温度で成膜され、微結晶構造からなり、絶縁性の高い厚さ１０ｎｍの窒化ガリウムからなるキャップ層１５（第２の窒化物半導体層に相当）が順次積層した構造の半導体基板を用意する（図２ａ）。このような半導体基板では、ＡｌＧａＮからなるショットキー層１４とＧａＮからなるチャネル層１３とのヘテロ接合面に２次元電子ガス（キャリア）（図中点線で表示）が発生する。
【００２１】
次に、キャップ層１５上にチタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）の積層体等からなるカソード電極１６をパターン形成し、６００℃、３０秒の急速加熱を行い、キャップ層１５にオーミック接触を形成する。ここでカソード電極１６は、キャップ層１５をエッチング除去し、ショットキー層１４にオーミック接触する構造とすることも可能である。しかし、成膜状態の微結晶構造のキャップ層１５上にオーミック電極を形成することにより、微結晶粒界にオーミック電極を構成する金属が侵入し、コンタクト抵抗率の低い（１０-6Ω・ｃｍ2台）オーミック電極を得ることができ、キャップ層１５を残すのが好ましい。
【００２２】
次に、第１のアノード電極の形成予定領域が開口するようにフォトレジストをパターン形成し、塩素系ガスを用いたＲＩＥ等のドライエッチング法により、露出するキャップ層１５の一部をエッチング除去し、底面にショットキー層１４を露出する凹部１７を形成する（図２ｂ）。
【００２３】
その後、チタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）の積層体等からなる第１のアノード電極１８を、凹部１７内のショットキー層１４上にパターン形成し、６００℃、３０秒の急速加熱を行い、キャップ層１５にオーミック接触を形成する（図２ｃ）。第１のアノード電極１８を構成するＴｉは、ショットキー層１４を構成する窒化アルミニウムガリウムにオーミック接合することとなるので、ショットキーバリアが形成されない。
【００２４】
次に、第２のアノード電極の形成予定領域が開口するようにフォトレジストをパターン形成し、第１のアノード電極１８と電気的に接続するよう白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）の積層体等からなる第２のアノード電極１９をパターン形成し、キャップ層１５との間にショットキー接合を形成する。第２のアノード電極を構成するＰｔはキャップ層１５及びショットキー層１４を構成する窒化アルミニウムガリウムにショットキー接合し、高いショットキーバリアが形成される。このショットキー接合の形成により、チャネル層１３とショットキー層１４とのヘテロ接合に生成していた２次元電子ガス（キャリア）が、第２のアノード電極１９直下の部分で消失することとなる。
【００２５】
このようにオーミック接合とショットキー接合とを組み合わせた第１のアノード電極１８及び第２のアノード電極１９と、カソード電極１６との間に、順方向バイアスを印加すると、ほぼ０Ｖのオン電圧で、順方向電流が急激に増大する良好な立ち上り、逆方向バイアスを印加すると、約８００Ｖという大きな耐圧が確認され、耐圧が高く、且つオン抵抗の低いショットキーバリアダイオードとなった。なお、順方向電流の立ち上りに必要なオン電圧は、ほぼ０Ｖ程度であり、ＰｔとＡｌＧａＮとの接合のオン電圧は２．０Ｖ〜２．５Ｖ程度であった。
【００２６】
本実施例に係るショットキーバリアダイオード１０では、順方向電圧印加が０Ｖの際には、第２のアノード電極直下にキャリアとなる２次元電子ガスが存在しないが、順方向電圧を印加することで、２次元電子ガスが生成し、電流が流れることになる。つまり、印加電圧が小さい段階では、ショットキー層１４（ＡｌＧａＮ）とオーミック接合する第１のアノード電極１８（Ｔｉ／Ａｌ）が主に機能することによって、ショットキー層１４と第１のアノード電極１８のオン抵抗に近い値となっている。その後、印加電圧が大きくなると、チャネル層１３とショットキー層１４とのヘテロ接合面近傍に生成される２次元電子ガスがキャリアとなって順方向電流の増大に寄与する。更に、順方向バイアスが２．０Ｖ〜２．５Ｖ程度に達すると、第１のアノード電極１８及び第２のアノード電極１９の両方がアノード電極として機能し、更に大きな電流を流すことができるようになる。
【００２７】
また、逆方向バイアスが−１０Ｖ程度以下の段階では、キャップ層１５とショットキー層１４が高い絶縁性を有し、キャリアとなる２次元電子ガスが第２のアノード電極直下に存在しないことから、逆方向のリーク電流がほとんど発生しない。さらに逆方向バイアスが大きくなると、第２のアノード電極１９とショットキー層１４との接合により形成される空乏層がカソード側に広がり、第２のアノード電極１９のみがアノード電極として機能するようになり、約８００Ｖの耐圧という高耐圧を実現していると考えられる。
【実施例２】
【００２８】
次に図１に示す構造のショットキーバリアダイオードを、別の製造方法により形成する第２の実施例について説明する。第１の実施例同様、導電性の炭化珪素からなる基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法等により、厚さ２００ｎｍ程度の窒化アルミニウムからなるバッファ層１２、厚さ３．０μｍのノンドープ窒化ガリウムからなるチャネル層１３、厚さ１０ｎｍのノンドープの窒化アルミニウムガリウムからなるショットキー層１４（第１の窒化物半導体層に相当）が順次積層した構造の半導体基板を用意する。
【００２９】
次に、ショットキー層１４上の第１のアノード電極形成予定領域に、キャップ層を選択成長させるためにＳｉＯ2からなるマスク材を形成する。その後、ショットキー層１４の成膜温度より６００℃程度低い温度で成膜され、微結晶構造からなり、絶縁性が高い厚さ１０ｎｍの窒化ガリウムからなるキャップ層１５（第２の窒化物半導体層に相当）を積層形成する。その後、マスク材を除去することにより、第１の実施例で説明した凹部１７を形成することができる。以下、第１の実施例で説明した工程に従い、カソード電極１６、第１のアノード電極１８及び第２のアノード電極１９を形成し、本発明のショットキーバリアダイオードを形成することができる。
【００３０】
このようにエッチングによらず、キャップ層１５を選択成長させる場合であっても、上述の第１の実施例同様、低いオン電圧特性と高い耐圧特性の窒化物半導体装置を形成することができる。
【実施例３】
【００３１】
図３は本発明の第３の実施例である。第１の実施例同様、導電性の炭化珪素からなる基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法等により、厚さ２００ｎｍ程度の窒化アルミニウムからなるバッファ層１２、厚さ３.０μｍのノンドープ窒化ガリウムからなるチャネル層１３、厚さ１０ｎｍのノンドープの窒化アルミニウムガリウムからなるショットキー１４（第１の窒化物半導体層に相当）、ショットキー層１４の成膜温度より６００℃程度低い温度で成膜され、微結晶構造からなり、絶縁性が高い厚さ１０ｎｍの窒化ガリウムからなるキャップ層１５（第２の窒化物半導体層に相当）が順次積層した構造の半導体基板を用意する（図２ａ）。
【００３２】
その後、凹部１７を形成し、ショットキー層１４とキャップ層１５を覆うように、チタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）からなるアノード電極を形成する。ここで、アノード電極としてチタンを選択することにより、ショットキー層１４にオーミック接合し、キャップ層１５にショットキー接合を形成することができる。つまり、図３に示すように、ショットキー層１４に接合する第１のアノード電極１８の部分と、キャップ層１５に接合する第２のアノード電極１９の部分とが、同一の金属により、一体となって形成されることになる。このような構造とすると、上述の第１の実施例と比較して、第２のアノード電極１９とキャップ層１５との間のショットキーバリアの高さが小さくなるが、簡便に作成できる利点がある。なお凹部１７は、選択成長法により形成することもできる。
【実施例４】
【００３３】
図４は本発明の第４の実施例である。第１の実施例同様、導電性の炭化珪素からなる基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法等により、厚さ２００ｎｍ程度の窒化アルミニウムからなるバッファ層１２、厚さ３.０μｍのノンドープ窒化ガリウムからなるチャネル層１３、厚さ１０ｎｍのノンドープの窒化アルミニウムガリウムからなるショットキー層１４（第１の窒化物半導体層に相当）、ショットキー層１４の成膜温度より６００℃程度低い温度で成膜され、微結晶構造からなり、絶縁性が高い厚さ１０ｎｍの窒化ガリウムからなるキャップ層１５（第２の窒化物半導体層に相当）が順次積層した構造の半導体基板を用意する。
【００３４】
その後、凹部１７を形成することなく、Ｔｉ／Ａｌの積層体等からなる第１のアノード電極１８と、Ｐｔ／Ａｕの積層体等からなる第２のアノード電極１９を、微結晶構造のキャップ層１５上に形成する。このような構造でも、Ｔｉ／Ａｌからなる第１のアノード電極１８形成後に、６００℃、３０秒の急速加熱を行い、キャップ層１５及びショットキー層１４にオーミック接合を形成できる。第１の実施例同様、低いオン電圧特性と高い耐圧特性が得られることになる。
【００３５】
本実施例では、凹部１７を形成する必要がないので、凹部１７の形成工程を削減できる利点がある。
【実施例５】
【００３６】
図５は本発明の第５の実施例である。図５に示すように、導電性の炭化珪素からなる基板１１上にＭＯＣＶＤ法等により、厚さ２００ｎｍ程度の窒化アルミニウムからなるバッファ層１２、厚さ３．０μｍのノンドープ窒化ガリウムからなるチャネル層１３（第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層に相当）、厚さ２５ｎｍのノンドープの窒化アルミニウムガリウムからなるショットキー層１４（第１の窒化物半導体層に相当）が順次積層した構造の半導体基板を用意する。このような半導体基板では、窒化アルミニウムガリウムからなるショットキー層１４が上述の実施例よりも厚く形成するため、窒化ガリウムからなるチャネル層１３とのヘテロ接合面近傍に、高濃度の２次元電子ガス（キャリア）が生成される。
【００３７】
その後、第１及び第２のアノード電極形成部分のショットキー層１４の厚さが１０ｎｍとなるように幅の広い凹部を形成し、成膜温度より６００℃程度低い温度で成膜され、微結晶構造からなり、絶縁性の高い厚さ１０ｎｍの窒化ガリウムからなるキャップ層１５（第２の窒化物半導体層に相当）を成膜する。その後、幅の狭い凹部１７を形成する。
【００３８】
以下、第１の実施例で説明した工程に従い、第１のアノード電極１８、第２のアノード電極１９を形成して本発明のショットキーバリアダイオードを形成することができる（図５）。
【００３９】
本実施例では、第１及び第２のアノード電極とカソード電極の間に高濃度の２次元電子ガス（キャリア）が存在するため、さらにオン抵抗を低減することができる。なお、凹部１７は、選択成長法により形成することもできる。また、第１及び第２のアノード電極は実施例３と同様に形成することもできる。
【実施例６】
【００４０】
図６は本発明の第６の実施例である。図６に示すように、導電性の炭化珪素からなる基板１１上にＭＯＣＶＤ法等により、厚さ２００ｎｍ程度の窒化アルミニウムからなるバッファ層１２、厚さ３．０μｍのノンドープ窒化ガリウムからなるチャネル層１３（第３の窒化物半導体層に相当）、厚さ２５ｎｍのノンドープの窒化アルミニウムガリウムからなるショットキー層１４（第１の窒化物半導体層に相当）が順次積層した構造の半導体基板を用意する。このような半導体基板では、窒化アルミニウムガリウムからなるショットキー層１４が前述の実施例よりも厚く形成するため、窒化ガリウムからなるチャネル層１３とのヘテロ接合面近傍に、高濃度の２次元電子ガス（キャリア）が生成する。
【００４１】
その後、第１及び第２のアノード電極形成部分のショットキー層１４の厚みが１０ｎｍとなるように凹部を形成後、成膜温度より６００℃程度低い温度で成膜され、微結晶構造からなり、絶縁性の高い厚さ１０ｎｍの窒化ガリウムからなるキャップ層１５（第２の窒化物半導体層に相当）を成膜する。
【００４２】
その後、第４の実施例で説明した工程に従い、第１のアノード電極１８及び第２のアノード電極１９を形成して本発明のショットキーバリアダイオードを形成することができる。
【００４３】
本実施例においても、第１及び第２のアノード電極とカソード電極の間に高濃度の２次元電子ガス（キャリア）が存在するため、さらにオン抵抗を低減することができる。
【００４４】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、ＨＥＭＴ構造の窒化物半導体装置の代わりに、不純物が添加された窒化物半導体層を能動層（チャネル層）としたいわゆるＦＥＴ構造の窒化物半導体装置とすることができる。この場合、第２のアノード電極が第２の窒化物半導体層にショットキー接触することで、第２のアノード電極直下は空乏化し、キャリアが存在しない状態となる。
【００４５】
また、窒化物半導体層は、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ系に限定されるものではなく、ガリウム、アルミニウム、ホウ素及びインジウムからなる群のうち少なくとも１つからなるIII族元素と、窒素、リン及び砒素からなる群のうちの少なくとも窒素を含むＶ族元素で構成されたIII−Ｖ族窒化物半導体層で形成することができる。
【００４６】
また、第１のアノード電極を構成する金属材料は、接合を形成するIII−Ｖ族窒化物半導体層の種類に応じて適宜選択すればよい。たとえば上記実施例で説明した窒化物半導体層の場合には、第１のアノード電極を構成する金属材料はＴｉに限定されず、例えばアルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）や銀（Ａｇ）等、アニール後にオーミック接触を形成する金属であればよい。また、第２のアノード電極を構成する金属材料はＰｔに限定されず、例えばニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）やＡｕ（金）等、相対的に高いショットキーバリアを形成する金属を選択すればよい。
【００４７】
また基板１１は、炭化珪素基板の代りに、サファイア基板やシリコン基板を用いてもよい。なお、サファイア基板を用いる場合、バッファ層１２は低温成長の窒化ガリウム(ＧａＮ)を用いる方が望ましい。
【符号の説明】
【００４８】
１０：ショットキーバリアダイオード、１１；基板、１２；バッファ層、１３；チャネル層、１４；ショットキー層、１５；キャップ層、１６；カソード電極、１７；凹部、１８；第１のアノード電極、１９；第２のアノード電極、２０：ショットキーバリアダイオード、２１；基板、２２；バッファ層、２３；ＧａＮ層、２４；ＡｌＧａＮ層、２５；拡散領域、２６；カソード電極、２７；第１のアノード電極、２８；第２のアノード電極
【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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