(57)【要約】【課題】アノード電極およびカソード電極が同一面に存在する横型構造でも、オン抵抗の低減を図ることができ、しかもフィールドプレート構造を用いなくとも高耐圧化を図ることができ、周波数特性が良好なショットキーバリアダイオードなどのダイオードを提供する。【解決手段】ダイオードは、半導体層１２、１３の片側に設けられたアノード電極およびカソード電極を有する。アノード電極は複数に分割され、分割された各アノード電極１４は、金属配線１６により相互に接続され、カソード電極１５により囲まれ、縦横比が５以下の形状を有する。典型的には、分割された各アノード電極１４を囲むカソード電極１５は一体に形成され、分割された各アノード電極１４はドット状の形状を有する。【選択図】図７
2014038919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層の片側に設けられたアノード電極およびカソード電極を有し、
前記アノード電極は複数に分割され、
分割された各アノード電極は金属配線により相互に接続され、
分割された各アノード電極は前記カソード電極により囲まれ、
分割された各アノード電極は縦横比が５以下の形状を有することを特徴とするダイオード。
【請求項２】
分割された各アノード電極を囲む前記カソード電極は一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載のダイオード。
【請求項３】
分割された各アノード電極はドット状の形状を有することを特徴とする請求項１または２記載のダイオード。
【請求項４】
前記半導体層は、
第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に積層された第２の半導体層とを有し、
前記第１の半導体層のシート抵抗は前記第２の半導体層のシート抵抗より低く、
前記第２の半導体層上に分割された各アノード電極が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のダイオード。
【請求項５】
前記第１の半導体層および前記第２の半導体層はＧａＮ系半導体からなることを特徴とする請求項４記載のダイオード。
【請求項６】
前記第２の半導体層がｎ型半導体層からなり、このｎ型半導体層上に分割された各アノード電極に対して自己整合的に負電荷層が設けられていることを特徴とする請求項４または５記載のダイオード。
【請求項７】
前記負電荷層はｐ型不純物のドーピング層であることを特徴とする請求項６記載のダイオード。
【請求項８】
前記第２の半導体層がＧａ極性を有するｃ面ｎ型六方晶ＧａＮ層からなり、このｃ面ｎ型六方晶ＧａＮ層上に分割された各アノード電極に対して自己整合的にＩｎＧａＮ層が設けられていることを特徴とする請求項６記載のダイオード。
【請求項９】
前記第２の半導体層が窒素極性を有するｃ面ｎ型六方晶ＧａＮ層からなり、このｃ面ｎ型六方晶ＧａＮ層上に分割された各アノード電極に対して自己整合的にＡｌＧａＮ層が設けられていることを特徴とする請求項６記載のダイオード。
【請求項１０】
前記半導体層は、
第３の半導体層と、
前記第３の半導体層上に積層された第４の半導体層とを有し、
前記第３の半導体層と前記第４の半導体層とのヘテロ界面の近傍の前記第３の半導体層に２次元電子ガスが形成され、
分割された各アノード電極は前記第３の半導体層および前記第４の半導体層に設けられた穴に埋め込まれていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のダイオード。
【請求項１１】
前記第３の半導体層はｉ型ＧａＮ層またはｎ型ＧａＮ層、前記第４の半導体層はＡｌＧａＮ層であることを特徴とする請求項１０記載のダイオード。
【請求項１２】
前記ダイオードはショットキーバリアダイオードまたは発光ダイオードであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項記載のダイオード。
【請求項１３】
マイクロ波を送信する送電回路とマイクロ波を受信する受電回路とを有し、
前記受電回路はマイクロ波を直流に変換する整流用ダイオードを有し、
前記整流用ダイオードが、
半導体層の片側に設けられたアノード電極およびカソード電極を有し、
前記アノード電極は複数に分割され、
分割された各アノード電極は金属配線により相互に接続され、
分割された各アノード電極は前記カソード電極により囲まれ、
分割された各アノード電極は縦横比が５以下の形状を有するショットキーバリアダイオードであることを特徴とする電力伝送システム。
【請求項１４】
マイクロ波を送信する送電回路とマイクロ波を受信する受電回路とを有し、
前記受電回路はマイクロ波を直流に変換する整流用ダイオードを有し、
前記整流用ダイオードが、
半導体層の片側に設けられたアノード電極およびカソード電極を有し、
前記アノード電極は複数に分割され、
分割された各アノード電極は金属配線により相互に接続され、
分割された各アノード電極は前記カソード電極により囲まれ、
分割された各アノード電極は縦横比が５以下の形状を有するショットキーバリアダイオードであることを特徴とする電源線用無線接続コネクタ。
【請求項１５】
半導体層の両面にそれぞれ設けられたアノード電極およびカソード電極を有し、
前記アノード電極は複数に分割され、
分割された各アノード電極は金属配線により相互に接続され、
分割された各アノード電極は縦横比が５以下の形状を有することを特徴とするダイオード。
【請求項１６】
マイクロ波を送信する送電回路とマイクロ波を受信する受電回路とを有し、
前記受電回路はマイクロ波を直流に変換する整流用ダイオードを有し、
前記整流用ダイオードが、
半導体層の両面にそれぞれ設けられたアノード電極およびカソード電極を有し、
前記アノード電極は複数に分割され、
分割された各アノード電極は金属配線により相互に接続され、
分割された各アノード電極は縦横比が５以下の形状を有するショットキーバリアダイオードであることを特徴とする電力伝送システム。
【請求項１７】
マイクロ波を送信する送電回路とマイクロ波を受信する受電回路とを有し、
前記受電回路はマイクロ波を直流に変換する整流用ダイオードを有し、
前記整流用ダイオードが、
半導体層の両面にそれぞれ設けられたアノード電極およびカソード電極を有し、
前記アノード電極は複数に分割され、
分割された各アノード電極は金属配線により相互に接続され、
分割された各アノード電極は縦横比が５以下の形状を有するショットキーバリアダイオードであることを特徴とする電源線用無線接続コネクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はダイオード、電力伝送システムおよび電源線用無線接続コネクタに関する。この発明は、より詳細には、例えば、整流用ダイオードに用いて好適なショットキーバリアダイオード、このショットキーバリアダイオードを整流用ダイオードに用いた電力伝送システムおよび電源線用無線接続コネクタならびに発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ波整流回路では、マイクロ波を直流に変換する整流用ダイオードの性能が高周波（ＲＦ）／直流（ＤＣ）変換効率を大きく左右する。ここで、整流用ダイオードの性能とは、順方向導通状態での抵抗（オン抵抗）が低いこと、逆方向遮断状態での容量（オフ容量）が低いこと、逆方向で高耐圧であること、である。
【０００３】
従来、マイクロ波整流回路の整流用ダイオードとしては、ショットキーバリアダイオードが多く用いられている。このショットキーバリアダイオードは、低周波大電力用の用途ほどには流す電流が大きくないので縦型では無く、集積回路のように同一面にアノード電極およびカソード電極が形成される横型である。また、特に、破壊電界の高いＧａＮを用いたショットキーバリアダイオードは、ＧａＮの成長が可能な良好なｎ型基板ができないため異種基板上に作製されることから、横型にならざるを得ない。また、寄生容量が問題となるため、このショットキーバリアダイオードは絶縁基板上に作られることが多い。
【０００４】
図２６に、整流用ダイオードとして用いられている従来のフィンガー型（ストライプ型）ショットキーバリアダイオードの一例を示す（例えば、非特許文献１参照。）。図２６に示すように、このフィンガー型ショットキーバリアダイオードにおいては、絶縁基板１０１上にアクセス層１０２が積層され、その上にフィンガー形状の活性層１０３が積層されている。この活性層１０３上にフィンガー形状のアノード電極１０４がショットキー接触している。活性層１０３の両側の部分のアクセス層１０２上にフィンガー形状のカソード電極１０５がオーミック接触している。図２７に、アノード電極１０４およびカソード電極１０５のパターンの一例を示す。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】K. Takahashi, J-P Ao, Y. Ikawa, C-Y Hu, H. Kawai, N. Shinohara, N. Niwa, and Y. Ohno : GaN Schottky Diodes for Microwave Power Rectification, Japanese Journal of Applied Physics, Vol.48, No.4, 04C095, 2009
【非特許文献２】大野泰夫「共振器結合による無線インタコネクション技術」、電子情報通信学会誌  Vol.94,No.12 pp.1046-1049,2011
【非特許文献３】Kenji Harauchi, Yuichi Iwasaki, Mami Abe, Jin-Ping Ao, Naoki Shinohara, Hiroshi Tonomura and Yasuo Ohno,"Power Transmission through Insulating Plate Using Open-Ring Resonator Coupling and GaN Schottky Diode," IMWS-IWPT 2011, May 12-13, 2011−Uji(Kyoto),Japan,IWPT2-2(2011)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図２６に示す従来のフィンガー型ショットキーバリアダイオードにおいては、アノード電極１０４近傍の、整流特性に重要な役割を果たす活性層１０３とは別に、カソード電極１０５から活性層１０３までのアクセス領域、すなわちアクセス層１０２が存在し、その抵抗がオン抵抗を増加させるという問題がある。オン抵抗に寄与する抵抗のうち活性層１０３の部分の抵抗は、使用する周波数や耐圧との関係で自由に決めることはできないが、オン抵抗の低減を図るためにはアクセス層１０２の抵抗はできるだけ小さくすることが望ましい。また、耐圧を上げるためには、寄生容量を低く保つ必要から、フィールドプレートなどの、容量が増えるような高耐圧化構造は使えない。
【０００７】
そこで、この発明が解決しようとする課題は、アノード電極およびカソード電極が同一面に存在する横型構造でも、オン抵抗の低減を図ることができ、しかもフィールドプレート構造を用いなくとも高耐圧化を図ることができ、周波数特性が良好なショットキーバリアダイオードなどのダイオードを提供することである。
【０００８】
この発明が解決しようとする他の課題は、上記の優れたダイオードを整流用ダイオードとして用いた高性能の電力伝送システムを提供することである。
【０００９】
この発明が解決しようとするさらに他の課題は、上記の優れたダイオードを整流用ダイオードとして用いた高性能の電源線用無線接続コネクタを提供することである。
【００１０】
上記課題および他の課題は、添付図面を参照した本明細書の記述によって明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その検討結果について説明すると下記の通りである。
【００１２】
既に述べたように、マイクロ波の整流用ダイオードは、逆方向耐圧、オン抵抗、オフ容量が重要な性能指標である。逆方向耐圧が指定されれば、単純な１次元ポテンシャル分布理論でドナー濃度、半導体層の厚さが決まり、アノード電極単位面積あたりのオン抵抗、オフ容量は決定する。但し、以上はダイオード活性部の話であり、実際には活性層とカソード電極との間のアクセス層による抵抗（アクセス抵抗）が加わる。アクセス抵抗は出来るだけ小さいことが望ましい。
【００１３】
絶縁基板上にダイオードを構成する半導体層を形成し、アノード電極およびカソード電極を表面から取り出すタイプのダイオードでは、アノード電極を最上面に置き、カソード電極は、低抵抗のアクセス層を横側に引き出し、アノード電極から離れた位置でこのアクセス層にコンタクトさせる。この場合、アクセス層のうち横に引き出す部分の抵抗は寄生抵抗となる。
【００１４】
本発明者は、絶縁基板上のダイオードのアクセス部での寄生抵抗増大を抑制するためには、アノード電極を複数に分割することにより全体としてアノード電極の周囲長を増やすこと、および、同心円状の電極間で内側電極が小さい場合の広がり抵抗による抵抗の低減を利用することが有効であると考えた。
【００１５】
今、ダイオードの電気的仕様から決められたアノード電極の面積をＳとする。このアノード電極の周囲に距離ｂを置いてカソード電極がこのアノード電極を囲むように置かれ、その間をシート抵抗ｒS のｎ+ 層で接続した場合のアクセス抵抗を計算する。
【００１６】
図１に示すように、アノード電極Ａが円形であり、その周りを取り囲むようにカソード電極Ｂが形成された構造のアクセス抵抗を計算すると
【数１】
2014038919.tif 000003
となる。ただし、ａはアノード電極Ａの半径、ｂはアノード電極Ａとカソード電極Ｂとの間の距離（アノード−カソード間距離）である。
【００１７】
アクセス抵抗低減のためには、図２６に示すように、フィンガー型（ストライプ型）のアノード電極がよく用いられる。フィンガー型では、アクセス抵抗を減らすためにフィンガー幅を製造技術上あるいはデバイス動作上の最小線幅を用いて周囲長を大きく取るようにする。フィンガー型のもともとの目的は、アノード電極端から離れた活性層へのアクセス抵抗の低減であるが、製造技術上の目合わせ（アライメント）工程の関係でアノード電極とカソード電極との間の距離がアノード電極内部のアクセス部の距離より数倍大きくなるので、以下ではアノード電極、カソード電極間のアクセス層の抵抗で議論する。
【００１８】
フィンガー数はマスク設計で任意に変えられるが、通常はアノード電極を正方形と仮定して、それをストライプ状に分割する。そこで、１フィンガー長Ｌは
【数２】
2014038919.tif 000004
とする。線幅を２ａとするとフィンガー数ｎは
【数３】
2014038919.tif 000005
となる。伝導度ＧF は
【数４】
2014038919.tif 000006
となる。ここで、フィンガー端部では広がり抵抗も考慮している。
【００１９】
一方、同じ面積のアノード電極を多数の円形に分割する場合は、アノード電極の半径をａとして分割数ｎはｎ＝Ｓ／πａ2 であり、伝導度ＧD は
【数５】
2014038919.tif 000007
となる。いずれも、２ａがアノード電極の最小パターン寸法（フィンガー型では太さ、ドット型では直径）であり、ｂはアノード−カソード間距離で、代表的にはａ＝１μｍ、ｂ＝４μｍ程度である。
【００２０】
図２は最小パターン寸法２ａを元に分割数を計算し、フィンガー型およびドット型のアクセス抵抗を比較した図である。アノード電極の総面積は１０4 μｍ2 、アノード−カソード間距離ｂは４μｍ一定、シート抵抗ｒS は２５Ωとしている。また、比較のために、図２にはｂ＝０．０４μｍとした場合も載せている。ドット型はいずれの場合も円形であるが、フィンガー型では総面積を正方形とした場合の１辺の長さをフィンガー長とし、分割数を変えて幅を変えている。
【００２１】
図２から判るように、最小パターン寸法が小さくなれば、分割数が増え、アノード電極の周囲長が増大し、アクセス抵抗は周囲長に逆比例するのでその分低下する。アノード−カソード間距離ｂが最小パターン寸法より十分小さい場合は、広がり抵抗効果は無いので、分割数に逆比例して減少する。ドット型の場合は分割数は最小パターン寸法の２乗に逆比例して増えるので、周囲長はストライプ型の横のエッジに縦のエッジが加わり、それだけで周囲長が２倍程度になり、アクセス抵抗も半分程度になる。さらに、アノード−カソード間距離ｂが４μｍの場合、最小パターン寸法がその大きさを切るとドット型の抵抗減少率は大きくなり、最小パターン寸法が２μｍでは１／４となる。このように、ドット型を採用すると、とりわけ最小パターン寸法が小さいところで従来法のフィンガー型より大幅に低いアクセス抵抗を実現することができる。
【００２２】
さらに、コンタクト抵抗についても同様な効果がある。ショットキーバリアダイオードで問題となるコンタクト抵抗は、低抵抗オーミック抵抗であるカソード電極のコンタクト抵抗である。このコンタクト抵抗の値をｒC ［Ωｍｍ］とする。このコンタクト抵抗ｒC はカソード電極の周囲長に逆比例するが、アノード−カソード間距離が最小パターン寸法より大きい場合は、カソード電極の幅はアノード電極の幅より大きくなるので、低抵抗化が起こる。
【００２３】
フィンガー型のコンタクト伝導度は
【数６】
2014038919.tif 000008
となる。
【００２４】
一方、ドット型の場合は、アノード電極の半径をａとして分割数ｎはｎ＝Ｓ／πａ2 であり、伝導度は
【数７】
2014038919.tif 000009
となる。コンタクト抵抗ｒC を０．２Ωｍｍとした場合の分割に応じた最小パターン寸法とコンタクト抵抗との関係を図３に示す。図３より、アクセス抵抗と同様に、アノード−カソード間距離に対し、最小パターン寸法が小さい場合には、ドット型は従来法のフィンガー型より急速にコンタクト抵抗が下がることが判る。
【００２５】
アクセス抵抗を下げるためにフィンガータイプのダイオードが報告されているが、通常はアノード−カソード間は目合わせマージンが必要なためフィンガー幅やドット径などのパターン寸法よりは大きくなり、このような場合はアノード電極を細かく分割し、広がり抵抗の効果を利用することでアクセス抵抗とコンタクト抵抗共に大幅に低減できる。
【００２６】
広がり抵抗を利用するためには、アノード電極を出来るだけ細かく分割することが重要で、そのためには、縦横とも最小パターン寸法の正方形や円形が望ましい。図４に示すように、アノード電極Ａが、陸上トラックのように長方形部およびその両端の半円形部からなる形状を有すると仮定する。ここで、アノード電極Ａの半円形部の半径をａ、アノード−カソード間距離をｂ、長方形部の長さをｄとする。今、アノード電極の最も離れた２点間の距離とその２点を結ぶ直線に垂直な方向で最も太い幅の比をアノード電極の縦横比と定義する。図４に示す形状を有するアノード電極Ａの縦横比は（２ａ＋ｄ）／２ａになる。アノード電極Ａの半円形部の半径を１μｍとし、アノード電極Ａが縦横比無限大の完全なフィンガー型である場合のアクセス抵抗に対するアクセス抵抗の比、すなわち規格化抵抗を上記の半円形部に広がり抵抗を仮定し、アノード−カソード間距離ｂを変えて計算した結果を図５に示す。図５において、縦横比１はアノード電極Ａが真円の形状を有する場合であり、この場合の規格化抵抗は、図２におけるフィンガー型に対する円形の場合の抵抗比に対応する。図５に示すように、アノード−カソード間距離ｂ＝０であっても分割による周囲長の増大で抵抗は低減するが、縦横比が１よりも大きければ分割数が減るので周囲長の増大の効果は減り、抵抗減少の効果も減少する。図５から判るように、ｂ＝０の場合には、縦横比１の真円では５０％抵抗が低減するのに対し、縦横比５では減少量は１５％となる。図５で仮定した半円形部の半径１μｍはフィンガー太さで２μｍであり、これが最小パターン寸法に対応するとすれば、ｂは通常２〜４μｍである。その場合の規格化抵抗も図５に示した。ｂ＝４μｍの場合、縦横比１の真円で８０％の抵抗低減が縦横比５では４０％の抵抗低減に減少する。このことから、アノード電極の形状が真円である場合に近い効果を得るためには、アノード電極の縦横比はほぼ５以下であることが必要であり、３以下であることが好ましく、２以下であることがより好ましいことが判る。
【００２７】
この発明は、本発明者による上記の独自の検討の結果、案出されたものである。
すなわち、上記課題を解決するために、この発明は、
半導体層の片側に設けられたアノード電極およびカソード電極を有し、
前記アノード電極は複数に分割され、
分割された各アノード電極は金属配線により相互に接続され、
分割された各アノード電極は前記カソード電極により囲まれ、
分割された各アノード電極は縦横比が５以下の形状を有することを特徴とするダイオードである。
【００２８】
典型的には、分割された各アノード電極を囲むカソード電極は一体に形成されている。分割された各アノード電極の平面形状は必要に応じて選ばれるが、典型的にはドット状の形状を有し、円形や正方形などである。典型的には、カソード電極は、分割された各アノード電極を少なくとも一部、好適にはほぼ全部あるいは全部を囲むように設けられる。分割された各アノード電極の配置は特に限定されないが、例えば、分割された各アノード電極をマトリクス状に縦横に配置してもよいし、一列に配置してもよい。ダイオードは、基本的にはどのようなものであってもよいが、典型的には、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）である。ダイオードは、発光ダイオード（ＬＥＤ）であってもよい。
【００２９】
ダイオードを構成する半導体層は、例えば、第１の半導体層と、第１の半導体層上に積層された第２の半導体層とを有し、この場合、第１の半導体層のシート抵抗は第２の半導体層のシート抵抗より低く、第２の半導体層上にアノード電極が設けられる。
【００３０】
第１の半導体層および第２の半導体層を構成する半導体は特に限定されず、従来公知の半導体の中から必要に応じて選ばれる。また、第１の半導体層および第２の半導体層の平面形状や厚さなどは必要に応じて選ばれる。
【００３１】
アノード電極と第２の半導体層との界面付近では種々の理由により耐圧が低下しやすいことから、耐圧の向上を図るために、例えば第２の半導体層がｎ型半導体層からなる場合には、好適には、このｎ型半導体層上にアノード電極に対して自己整合的に負電荷層が設けられる。負電荷層は、例えば、ｐ型不純物のドーピング層である。あるいは、第１の半導体層および第２の半導体層がＧａＮ系半導体からなる場合には、次のようにすることにより、ｐ型不純物のドーピングによらず、自発分極またはピエゾ効果により負電荷層を形成することができる。例えば、第２の半導体層をＧａ極性を有するｃ面ｎ型六方晶ＧａＮ層により構成し、このｃ面ｎ型六方晶ＧａＮ層上にアノード電極に対して自己整合的にＩｎＧａＮ層を設ける。あるいは、第２の半導体層を窒素（Ｎ）極性を有するｃ面ｎ型六方晶ＧａＮ層により構成し、このｃ面ｎ型六方晶ＧａＮ層上にアノード電極に対して自己整合的にＡｌＧａＮ層を設ける。
【００３２】
ダイオードを構成する半導体層はまた、例えば、第３の半導体層と、第３の半導体層上に積層された第４の半導体層とを有することもあり、この場合、第３の半導体層と第４の半導体層とのヘテロ界面の近傍の第３の半導体層に２次元電子ガスが形成され、分割された各アノード電極は第３の半導体層および第４の半導体層に設けられた穴に埋め込まれる。第３の半導体層および第４の半導体層を構成する半導体は、第３の半導体層と第４の半導体層とによりヘテロ接合が形成され、第３の半導体層と第４の半導体層とのヘテロ界面の近傍の第３の半導体層に２次元電子ガスが形成される限り、特に限定されず、従来公知の半導体の中から必要に応じて選ばれる。例えば、典型的な一例を挙げると、第３の半導体層はｉ型ＧａＮ層またはｎ型ＧａＮ層、第４の半導体層はＡｌＧａＮ層であるが、これに限定されるものではない。
【００３３】
また、この発明は、
マイクロ波を送信する送電回路とマイクロ波を受信する受電回路とを有し、
前記受電回路はマイクロ波を直流に変換する整流用ダイオードを有し、
前記整流用ダイオードが、
半導体層の片側に設けられたアノード電極およびカソード電極を有し、
前記アノード電極は複数に分割され、
分割された各アノード電極は金属配線により相互に接続され、
分割された各アノード電極は前記カソード電極により囲まれ、
分割された各アノード電極は縦横比が５以下の形状を有するショットキーバリアダイオードであることを特徴とする電力伝送システムである。
【００３４】
この電力伝送システムの適用範囲は特に限定されず、例えば、電力が必要な機器、建造物（戸建て住宅、マンション、ビル、駅舎など）、移動体（自動車、自動二輪車、自転車、電車、列車、船舶、航空機など）に電力伝送を行うものを含む。
【００３５】
また、この発明は、
マイクロ波を送信する送電回路とマイクロ波を受信する受電回路とを有し、
前記受電回路はマイクロ波を直流に変換する整流用ダイオードを有し、
前記整流用ダイオードが、
半導体層の片側に設けられたアノード電極およびカソード電極を有し、
前記アノード電極は複数に分割され、
分割された各アノード電極は金属配線により相互に接続され、
分割された各アノード電極は前記カソード電極により囲まれ、
分割された各アノード電極は縦横比が５以下の形状を有するショットキーバリアダイオードであることを特徴とする電源線用無線接続コネクタである。
【００３６】
この電源線用無線接続コネクタの適用範囲は特に限定されず、例えば、電力が必要な機器、建造物（戸建て住宅、マンション、ビル、駅舎など）、移動体（自動車、自動二輪車、自転車、電車、列車、船舶、航空機など）に電源を供給するものを含む。
【００３７】
上記の電力伝送システムおよび電源線用無線接続コネクタの各発明においては、その性質に反しない限り、上記のダイオードの発明に関連して説明したことが成立する。
【００３８】
上記の各発明においては、ダイオードのアノード電極およびカソード電極は半導体層の片側に設けられているが、以下の発明のようにアノード電極およびカソード電極は半導体層の両面にそれぞれ設けてもよく、この場合も上記の各発明と同様な利点を得ることができる。以下の発明においては、その性質に反しない限り、上記の各発明に関連して説明したことが成立する。
【００３９】
また、この発明は、
半導体層の両面にそれぞれ設けられたアノード電極およびカソード電極を有し、
前記アノード電極は複数に分割され、
分割された各アノード電極は金属配線により相互に接続され、
分割された各アノード電極は縦横比が５以下の形状を有することを特徴とするダイオードである。
【００４０】
また、この発明は、
マイクロ波を送信する送電回路とマイクロ波を受信する受電回路とを有し、
前記受電回路はマイクロ波を直流に変換する整流用ダイオードを有し、
前記整流用ダイオードが、
半導体層の両面にそれぞれ設けられたアノード電極およびカソード電極を有し、
前記アノード電極は複数に分割され、
分割された各アノード電極は金属配線により相互に接続され、
分割された各アノード電極は縦横比が５以下の形状を有するショットキーバリアダイオードであることを特徴とする電力伝送システムである。
【００４１】
また、この発明は、
マイクロ波を送信する送電回路とマイクロ波を受信する受電回路とを有し、
前記受電回路はマイクロ波を直流に変換する整流用ダイオードを有し、
前記整流用ダイオードが、
半導体層の両面にそれぞれ設けられたアノード電極およびカソード電極を有し、
前記アノード電極は複数に分割され、
分割された各アノード電極は金属配線により相互に接続され、
分割された各アノード電極は縦横比が５以下の形状を有するショットキーバリアダイオードであることを特徴とする電源線用無線接続コネクタである。
【発明の効果】
【００４２】
この発明によれば、アノード電極が複数に分割され、分割された各アノード電極は金属配線で相互に接続され、分割された各アノード電極は縦横比が５以下の形状を有することにより、アノード電極およびカソード電極が同一面に存在する横型構造でも、オン抵抗の低減を図ることができ、しかもフィールドプレート構造を用いなくとも高耐圧化を図ることができ、周波数特性が良好なショットキーバリアダイオードなどのダイオードを実現することができる。そして、この優れたダイオード、とりわけショットキーバリアダイオードをマイクロ波整流回路の整流用ダイオードに用いることにより、高性能の電力伝送システムおよび電源線用無線接続コネクタを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明者が検討を行った円形のアノード電極およびその周りを囲むカソード電極を示す平面図である。
【図２】図１に示すアノード電極およびカソード電極を用いた場合の最小パターン寸法とアクセス抵抗との関係を示す略線図である。
【図３】図１に示すアノード電極およびカソード電極を用いた場合の最小パターン寸法とコンタクト抵抗との関係を示す略線図である。
【図４】本発明者がアノード電極の形状の検討に用いたモデルを示す平面図である。
【図５】図４に示すアノード電極を用いた場合のアノード電極の縦横比と規格化抵抗との関係を示す略線図である。
【図６】この発明の第１の実施の形態によるマルチドット型ショットキーバリアダイオードを示す平面図である。
【図７】図１のＸ−Ｘ’線に沿っての断面図である。
【図８】この発明の第１の実施の形態によるマルチドット型ショットキーバリアダイオードの各ダイオード部における抵抗分布を示す略線図である。
【図９】この発明の第２の実施の形態によるマルチドット型ショットキーバリアダイオードを示す平面図および断面図である。
【図１０】この発明の第３の実施の形態によるマルチドット型ショットキーバリアダイオードを示す断面図である。
【図１１】この発明の第４の実施の形態によるマルチドット型ショットキーバリアダイオードを示す断面図である。
【図１２】この発明の第５の実施の形態によるマイクロ波電力伝送システムの構成を示す略線図である。
【図１３】この発明の第５の実施の形態によるマイクロ波電力伝送システムにおいて用いられるオープンリング共振器を示す略線図である。
【図１４】この発明の第５の実施の形態によるマイクロ波電力伝送システムにおいて用いられるオープンリング共振器を示す略線図である。
【図１５】この発明の第５の実施の形態によるマイクロ波電力伝送システムにおいて用いられるオープンリング共振器の特性を示す略線図である。
【図１６】この発明の第５の実施の形態によるマイクロ波電力伝送システムの具体例を示す略線図である。
【図１７】この発明の第５の実施の形態によるマイクロ波電力伝送システムの具体例で用いられるマイクロ波整流回路の一例を示す略線図である。
【図１８】この発明の第６の実施の形態による電源線用無線接続コネクタを示す略線図である。
【図１９】この発明の第６の実施の形態による電源線用無線接続コネクタの受電回路のマイクロ波整流回路の一例を示す略線図である。
【図２０】この発明の第６の実施の形態による電源線用無線接続コネクタの受電回路のマイクロ波整流回路の他の例を示す略線図である。
【図２１】この発明の第８の実施の形態によるマルチドット型ショットキーバリアダイオードを示す平面図および断面図である。
【図２２】この発明の第８の実施の形態によるマルチドット型ショットキーバリアダイオードに関して本発明者がアノード電極の形状の検討に用いたモデルを示す断面図である。
【図２３】この発明の第８の実施の形態によるマルチドット型ショットキーバリアダイオードにおける最小パターン寸法とアクセス抵抗との関係を示す略線図である。
【図２４】この発明の第８の実施の形態によるマルチドット型ショットキーバリアダイオードにおけるアノード電極の縦横比と規格化抵抗との関係を示す略線図である。
【図２５】この発明の第８の実施の形態によるマルチドット型ショットキーバリアダイオードにおいてボンディングパッドを設ける方法を説明するための断面図である。
【図２６】従来のフィンガー型ショットキーバリアダイオードを示す略線図である。
【図２７】図２６に示す従来のフィンガー型ショットキーバリアダイオードのアノード電極およびカソード電極のパターンの一例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、発明を実施するための形態（以下、「実施の形態」という）について図面を参照しながら説明する。
【００４５】
〈第１の実施の形態〉
［マルチドット型ショットキーバリアダイオード］
第１の実施の形態によるマルチドット型ショットキーバリアダイオードを図６および図７に示す。ここで、図６は平面図、図７は図６のＸ−Ｘ’線に沿っての断面図である。
【００４６】
図６および図７に示すように、このマルチドット型ショットキーバリアダイオードにおいては、絶縁基板１１上にアクセス層１２および活性層１３が順次積層されている。アクセス層１２の上部および活性層１３はメサ形状を有し、この構造がマトリクス状に縦横に複数設けられている。各活性層１３の平面形状は特に限定されないが、例えば、円形、多角形（正方形など）、楕円あるいはそれらを変形した形状である。図６においては、各活性層１３の平面形状が円形である場合が示されている。各活性層１３上に所定の平面形状を有するドット状のアノード電極１４が設けられ、各活性層１３にショットキー接触している。ここで、各アノード電極１４は、本来は一つのアノード電極が複数に分割されたものである。分割された各アノード電極１４の平面形状は特に限定されないが、例えば、円形、多角形（正方形など）、楕円あるいはそれらを変形した形状である。図６においては、各アノード電極１４の平面形状が円形である場合が示されている。各活性層１３の外周部から側面および各活性層１３の間の部分のアクセス層１２上に延在してカソード電極１５が設けられ、アクセス層１２にオーミック接触している。カソード電極１５は、各アノード電極１４を含む大きさの開口１５ａを有し、平面的に見て各アノード電極１４を囲むように設けられている。図示は省略するが、活性層１３の境界は開口１５ａの内側でも外側でも構わない。各アノード電極１４間は金属配線であるエアブリッジ配線１６により接続されている。一列の各アノード電極１４間を接続する各エアブリッジ配線１６はその一端で互いに接続されていて全体としてくし形をなし、したがって全てのアノード電極１４間はエアブリッジ配線１６により互いに接続されている。エアブリッジ配線１６は、例えば金メッキからなる。
【００４７】
既に述べたように、この場合、分割された各アノード電極１４は縦横比が５以下の形状を有する。各アノード電極１４の大きさ（最大寸法）は特に限定されず、必要に応じて選ばれるが、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下である。
【００４８】
絶縁基板１１は、特に限定されず、必要に応じて選ぶことができるが、例えば、サファイア基板、半絶縁性ＳｉＣ基板、半絶縁性ＧａＡｓ基板などである。
【００４９】
アクセス層１２および活性層１３を構成する半導体は、特に限定されないが、例えば、ＧａＮ系半導体（ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮなど）、ＧａＡｓ系半導体（ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓなど）、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体（ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰなど）、ＺｎＳｅ系半導体（ＺｎＭｇＳＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＣｄＳｅなど）、ＺｎＯ系半導体、ＳｉＣ系半導体などである。
【００５０】
アクセス層１２は、アクセス抵抗の低減を図るため、好適には、ドナー濃度が十分に高い低抵抗のｎ+ 型半導体からなる。活性層１３は、アノード電極１４がショットキー接触することができるものであり、典型的にはｎ型半導体からなり、そのドナー濃度は所望のダイオード特性によって決まる。
【００５１】
アノード電極１４は、活性層１３とショットキー接触することができるショットキー金属からなる。ショットキー金属は、活性層１３を構成する半導体に応じて、従来公知のものの中から適宜選ばれる。
【００５２】
カソード電極１５は、アクセス層１２とオーミック接触することができるオーミック金属からなる。オーミック金属は、アクセス層１２を構成する半導体に応じて、従来公知のものの中から適宜選ばれる。
【００５３】
図８にこのマルチドット型ショットキーバリアダイオードの各ダイオード部における抵抗分布を示す。図８に示すように、抵抗は、活性層１３の真性部の抵抗ＲINT 、アクセス層１２のアクセス抵抗Ｒ1 およびアクセス層１２とカソード電極１５との間のコンタクト抵抗ｒC （単位Ωｍｍ）からなる。アクセス層１２は一般的には高ドナー濃度で低抵抗に形成されるが、余り厚くすることは成長技術的にも難しく、またこの上に形成されるアノード電極１４やカソード電極１５のボンディングパッド（図示せず）をエッチングなどで分断する必要があるので、厚さはせいぜい数μｍである。そこで、その抵抗はシート抵抗ｒS （単位Ω）で与えられるとする。
【００５４】
［マルチドット型ショットキーバリアダイオードの製造方法］
このマルチドット型ショットキーバリアダイオードの製造方法について説明する。
まず、所定の成長基板上にアクセス層１２および活性層１３を順次エピタキシャル成長させる。成長基板はアクセス層１２および活性層１３を構成する半導体に応じて選ばれ、絶縁基板１１そのものを用いてもよい。エピタキシャル成長方法としては、例えば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などを用いることができる。成長温度は、アクセス層１２および活性層１３を構成する半導体に応じて適宜選ばれる。
【００５５】
次に、リソグラフィーにより、活性層１３上に所定部分が開口したレジストパターン（図示せず）を形成した後、このレジストパターンをマスクとしてエッチングすることにより活性層１３およびアクセス層１２の上部を所定の形状にパターニングする。この後、レジストパターンを除去する。
【００５６】
次に、リソグラフィーにより、所定部分が開口したレジストパターンを形成した後、真空蒸着法などにより全面にオーミック金属を堆積させる。次に、リフトオフ法により、レジストパターンをその上に堆積したオーミック金属膜とともに除去する。こうして、アクセス層１２に接触してオーミック金属からなるカソード電極１５が形成される。この後、必要に応じて、アニールを行うことによりカソード電極１５のオーミック接触特性を改善する。
【００５７】
次に、リソグラフィーにより、活性層１３の中央部に対応する部分が開口した所定の平面形状を有するレジストパターンを形成した後、真空蒸着法などにより全面にショットキー金属を堆積させる。次に、レジストパターンをその上に堆積したショットキー金属膜とともに除去する。こうして、活性層１３上にショットキー金属からなるドット形状のアノード電極１４が形成される。
【００５８】
次に、従来公知の方法により、一列の各ダイオード部のアノード電極１４間を接続するように金属配線であるエアブリッジ配線１６を形成する。
【００５９】
以上により、図６および図７に示すような目的とするマルチドット型ショットキーバリアダイオードが製造される。
【００６０】
マルチドット型ショットキーバリアダイオードの一例として、ＧａＮ系半導体を用いたマルチドット型ショットキーバリアダイオードの製造方法を具体的に説明する。
【００６１】
ｃ面サファイア基板やＳｉＣ基板などの成長基板上に、ＭＯＣＶＤ法により、アクセス層１２としての例えば厚さ２〜４μｍのｎ+ 型ＧａＮ層および活性層１３としての例えば厚さ０．５〜１μｍのｎ型ＧａＮ層をエピタキシャル成長させる。
【００６２】
次に、活性層１３としてのｎ型ＧａＮ層およびアクセス層１２としてのｎ+ 型ＧａＮ層の上部をリソグラフィーおよび塩素ガスなどを用いたプラズマエッチングによりエッチングし、所定の形状にパターニングする。
【００６３】
次に、リフトオフ法を用いてアクセス層１２としてのｎ+ 型ＧａＮ層に接触するＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ膜を形成した後、窒素雰囲気中において８５０℃で１分間のアニールを行う。これによって、ｎ+ 型ＧａＮ層にオーミック接触したＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ膜からなるカソード電極１５を形成する。
【００６４】
次に、リフトオフ法を用いて活性層１３としてのｎ型ＧａＮ層上にＮｉ／Ａｕ膜を形成する。これによって、ｎ型ＧａＮ層にショットキー接触したＮｉ／Ａｕ膜からなるアノード電極１４を形成する。
【００６５】
この後、アノード電極１４間を接続するように金メッキからなるエアブリッジ配線１６を形成する。
【００６６】
以上により、目的とするＧａＮ系マルチドット型ショットキーバリアダイオードが製造される。
【００６７】
以上のように、この第１の実施の形態によるマルチドット型ショットキーバリアダイオードによれば、分割された各アノード電極１４はエアブリッジ配線１６により相互に接続され、各アノード電極１４はカソード電極１５により囲まれ、各アノード電極１４の縦横比が５以下であることにより、アクセス抵抗Ｒ1 の大幅な低減を図ることができる。このため、オン抵抗ＲONの低減を図ることができ、良好な周波数特性を得ることができる。また、このマルチドット型ショットキーバリアダイオードは、フィールドプレート構造を用いなくとも高耐圧化を図ることができる。また、各アノード電極１４の面積を小さくしても、時定数τ（＝ＲONＣOFF ）を小さくすることができ、かつ、優れた高周波特性を維持することができる。
【００６８】
〈第２の実施の形態〉
［マルチドット型ショットキーバリアダイオード］
第２の実施の形態によるマルチドット型ショットキーバリアダイオードを図９ＡおよびＢに示す。ここで、図９Ａは平面図、図９Ｂは図９ＡのＸ−Ｘ’線に沿っての断面図である。
【００６９】
図９ＡおよびＢに示すように、このマルチドット型ショットキーバリアダイオードにおいては、絶縁基板１１上にアクセス層１２および活性層１３が順次積層されている。アクセス層１２の上部および活性層１３はメサ形状を有し、この構造が一列に複数設けられており、各ドット型ショットキーバリアダイオードのアノード電極１４間が金属配線であるエアブリッジ配線１６により接続されている。エアブリッジ配線１６は、例えば金メッキからなる。また、各ドット型ショットキーバリアダイオードのカソード電極１５は一体に形成され、全体として細長い長方形の形状を有する。さらに、このカソード電極１５の長辺に沿ってカソード金属配線１７がこのカソード電極１５に電気的に接続されている。このカソード金属配線１７により、ドット型ショットキーバリアダイオードを並列接続することによる抵抗の増大を防止することができる。カソード金属配線１７は、例えば金メッキからなる。
【００７０】
この第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、カソード電極１５にカソード金属配線１７が接続されているため、カソード電極１５のシート抵抗による抵抗の増大を防止することができるという利点を得ることができる。
【００７１】
〈第３の実施の形態〉
［マルチドット型ショットキーバリアダイオード］
マルチドット型ショットキーバリアダイオードの真性部分での耐圧、オン抵抗、オフ容量は、使用する周波数や最大電圧を決めれば半導体の持つ物性値、すなわち破壊電界強度とキャリア移動度とで決まってしまう。しかしながら、実際の破壊は、各アノード電極１４の端部の電極金属と半導体表面とが接するところでの電界で決まることが多い。なぜなら、この部分は加工ダメージや汚染の影響を受け、その周囲が正に帯電すれば逆バイアス時に電子を引きつけて電子濃度を高め、空乏層の拡大を制約するために、電界が上昇するからである。一般に半導体表面は不純物汚染などにより状態が制御できず、正に帯電したり負に帯電した状態になる。さらに表面にできる表面準位はデバイスの動作によって正に帯電したり負に帯電したりする。そのため、耐圧はアノード電極１４のエッジで決まり、単純な１次元ポテンシャル分布理論で求められるドナー濃度で決まる耐圧が得られるとは限らない。
【００７２】
図１０Ａに表面電荷が無い理想状態での空乏層１８の形状を示す。もし、図１０Ｂに示すように、表面に半導体中のドナー以外に正の電荷、例えば表面準位１９が存在すれば、空乏層１８の幅は狭まり、電界強度が強くなり破壊電圧が低下する。そこで、この第３の実施の形態においては、これを防止するために、アノード電極１４の外側の部分の活性層１３の表面に積極的に負電荷を置く。すなわち、図１０Ｃに示すように、活性層１３の表面付近に負電荷層２０を形成する。これにより、初めから活性層１３の表面では空乏層１８が広がるため、汚染などにより発生する正電荷がこの負電荷を上回らない限り空乏層１８は広く電界は低い。結果としてアノード電極１４のエッジ表面での破壊電圧の低下を防ぐことができる。また、この負電荷層２０はアノード電極１４の直下には置かないので、オン抵抗の増大はほとんど無い。
【００７３】
負電荷層２０を形成するためには、例えば、活性層１３の表面にｐ型層を形成する。この方法は、マルチドット型ショットキーバリアダイオードを構成する半導体の種類によらず、用いることができる。例えば、ＧａＮ系半導体を用いたマルチドット型ショットキーバリアダイオードにおいては、活性層１３の表面に例えば３×１０18ｃｍ-3のＭｇドープＧａＮ層（例えば、厚さ１０ｎｍ）を成長させる。ＭｇドープＧａＮ層のＭｇの面密度は３×１０12ｃｍ-2である。このＭｇドープＧａＮ層を、アノード電極１４の形成用のフォトレジストパターンをマスクに用いて、例えばＳｉＣｌ4 を用いた誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングによりエッチング除去し、さらにその開口部にアノード電極１４を形成する。こうすることで、アノード電極１４の周囲にアノード電極１４に対してセルフアライン（自己整合）的にＭｇドープＧａＮ層からなる負電荷層２０を形成することができる。
【００７４】
ＧａＮ系半導体を用いたマルチドット型ショットキーバリアダイオードにおいては、次のような方法でも負電荷層２０を形成することができる。すなわち、六方晶ＧａＮではヘテロ接合を用いるだけで自発分極やピエゾ効果で固定電荷が発生する。例えば、活性層１３としてＧａ極性を持つｃ面ｎ型六方晶ＧａＮ層を用い、その表面にＩｎＧａＮ層を形成し、このＩｎＧａＮ層をアノード電極１４の形成用のフォトレジストパターンをマスクに用いてエッチング除去し、さらにその開口部にアノード電極１４を形成する。こうすることで、アノード電極１４の周囲にアノード電極１４に対してセルフアライン（自己整合）的にＧａＮ／ＩｎＧａＮヘテロ接合を形成することができ、このＧａＮ／ＩｎＧａＮヘテロ接合により負電荷層２０を形成することができる。例えば、Ｉｎ組成が１０％で厚さが１０ｎｍのＩｎＧａＮ層を用いることにより自発分極で負の電荷が発生し、負電荷層２０を形成することができる。あるいは、活性層１３として窒素（Ｎ）極性を持つｃ面ｎ型六方晶ＧａＮ層を用い、その表面にＡｌＧａＮ層を形成し、このＡｌＧａＮ層をアノード電極１４の形成用のフォトレジストパターンをマスクに用いてエッチング除去し、さらにその開口部にアノード電極１４を形成する。こうすることで、アノード電極１４の周囲にアノード電極１４に対してセルフアライン（自己整合）的にＧａＮ／ＡｌＧａＮヘテロ接合を形成することができ、このＧａＮ／ＡｌＧａＮヘテロ接合により負電荷層２０を形成することができる。例えば、Ａｌ組成が５％で厚さが１０ｎｍのＡｌＧａＮ層を用いることにより自発分極で負の電荷が発生し、負電荷層２０を形成することができる。
【００７５】
負電荷層２０は正電荷のホールを誘起するため、ｐ型のチャネルを形成する可能性がある。そのため、負電荷層２０の他端を図９Ｂに示すようにカソード電極１５とオーバーラップさせた場合は、負電荷層２０がアノード電極１４とカソード電極１５との間のリークパスとなるが、通常はホールの移動度が極めて低いためその抵抗は高く、また負電荷層２０のアクセプタ濃度などを適切に制御することにより、回路動作に支障の無い抵抗値にすることが可能である。また、負電荷層２０に電流を流して表面の電位降下を起こさせることにより、より確実にアノード電極１４端での電界集中を抑えることができるという効果もある。
【００７６】
この第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様な利点に加えて、アノード電極１４のエッジ表面での破壊電圧の低下を防止することができるため、耐圧のより一層の向上を図ることができるという利点を得ることができる。
【００７７】
〈第４の実施の形態〉
［マルチドット型ショットキーバリアダイオード］
第４の実施の形態によるマルチドット型ショットキーバリアダイオードの一つのダイオード部の構造を図１１に示す。
【００７８】
図１１に示すように、このマルチドット型ショットキーバリアダイオードにおいては、絶縁基板１１上に、Ｇａ極性面を有するＧａＮ層２１およびＡｌＧａＮ層２２が順次積層されている。ここで、ＧａＮ層２１は好適にはｉ型または低ドナー濃度のｎ型、ＡｌＧａＮ層２２は好適にはｎ型である。ＡｌＧａＮ層２２にはＧａＮ層２１の上部に達する深さの開口部２３が設けられ、この開口部２３の内部にアノード電極１４が埋め込まれている。アノード電極１４の外側の部分のＡｌＧａＮ層２２上にカソード電極１５がオーミック接触している。
【００７９】
Ｇａ極性面を有するＧａＮ層２１上にＡｌＧａＮ層２２を形成するとその中に固定の正電荷が発生するので、このＡｌＧａＮ層２２とＧａＮ層２１とのヘテロ界面近傍のＧａＮ層２１中に２次元電子ガス（２ＤＥＧ）２４が形成される。この２次元電子ガス２４は不純物散乱を受けないので、高キャリア移動度でオン抵抗の低抵抗化に利用できる。この場合、アノード電極１４と２次元電子ガス２４とがショットキー接触し、アノード電極１４と２次元電子ガス２４との界面にショットキー接合が線状に形成される。
【００８０】
このマルチドット型ショットキーバリアダイオードの上記以外のことについては、第１の実施の形態によるマルチドット型ショットキーバリアダイオードと同様である。
【００８１】
この第４の実施の形態によれば、ＨＥＭＴ（高移動度トランジスタ）構造のマルチドット型ショットキーバリアダイオードにおいて、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【００８２】
〈第５の実施の形態〉
［マイクロ波電力伝送システム］
第５の実施の形態においては、マイクロ波電力伝送システムについて説明する。
【００８３】
図１２はこのマイクロ波電力伝送システムを示す。図１２に示すように、このマイクロ波電力伝送システムは、直流をマイクロ波に変換するＤＣ／ＲＦ変換を行う送電回路３１およびマイクロ波を直流に変換するＲＦ／ＤＣ変換を行う受電回路３２を有する。送電回路３１は、直流をマイクロ波に変換するＦ級増幅器３３を有する。Ｆ級増幅器３３としては、例えば、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＦＥＴが用いられる。受電回路３２は、整流用ダイオード３４を含むマイクロ波整流回路を有する。この場合、整流用ダイオード３４としては、例えば、第１〜第４の実施の形態のいずれかによるマルチドット型ショットキーバリアダイオードが用いられる。
【００８４】
送電回路３１のアンテナ３４からＤＣ／ＲＦ変換により得られたマイクロ波３５が送信される。このマイクロ波３５は受電回路３２のアンテナ３６で受信され、ＲＦ／ＤＣ変換により直流に変換される。こうして、送電回路３１から受電回路３２にマイクロ波電力伝送が行われる。
【００８５】
アンテナ３４、３６としては、例えば、オープンリング共振器を用いることができる（例えば、非特許文献２参照。）。図１３Ａに示すように、λ／２（λは波長）の長さの線路を有する半波長共振器４１は、ダイポールアンテナとして用いることができる。図１３Ｂに示すように、この半波長共振器４１をリング状に構成して両端部を互いに接近させることにより、オープンリング共振器を得ることができる。このオープンリング共振器のリング部の直径はＤ＝λ／２πである。このオープンリング共振器では、両端部が互いに接近しているため、放射を抑えることができる。
【００８６】
このオープンリング共振器に対するマイクロ波による共振器結合について説明する。
マイクロ波の伝送媒体の誘電率εr が１（空気を想定）および１０の場合を考える。
オープンリング共振器が受信する周波数ｆに対する直径Ｄは次の通りである。
【００８７】
ｆ（ＧＨｚ）    λ（ｍｍ）                  Ｄ（ｍｍ）
εr ＝１          εr ＝１０
１            ３００            ４７．７          １５．１
２．４５          １２２            １９．５            ６．２
１０              ３０              ４．８            １．５１
６０              ５              ０．８０            ０．２５
１００              ３              ０．４８            ０．１５
【００８８】
図１４に示すように、二つのオープンリング共振器５１、５２を互いに接近させる。そして、これらのオープンリング共振器５１、５２間の共鳴によりエネルギー交換、言い換えると電力伝送を行う。
【００８９】
図１５は、オープンリング共振器５１、５２の共振器間距離と共振周波数および結合係数との関係を示す。図１５に示すように、共振器間距離が大きいときの共振周波数はｆ0 であるが、共振器間距離が小さくなると共振周波数はｆ1 、ｆ2 の二つに分離する。この場合、結合係数はｋ＝２×（ｆ2 −ｆ1 ）／（ｆ2 ＋ｆ1 ）である。オープンリング共振器５１、５２はバンドパスフィルターを形成する。
【００９０】
図１６は、マイクロ波電力伝送システムの具体例を示す。このマイクロ波電力伝送システムは、携帯電子機器６１とこの携帯電子機器６１をセットして電力伝送を行う充電器６２とからなる。携帯電子機器６１は受電回路３２を有し、充電器６２は送電回路３１を有する。携帯電子機器６１を充電器６２にセットすることによりその送電回路３１から携帯電子機器６１の受電回路３２に例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波３５が送信されて携帯電子機器６１に内蔵された充電電池に充電が行われる。携帯電子機器６１は、特に限定されないが、例えば、携帯電話（スマートフォンを含む）、タブレット端末、ノート型パーソナルコンピュータなどである。
【００９１】
このマイクロ波電力伝送システムの電力伝送時の回路の一例を図１７に示す（例えば、非特許文献３参照。）。図１７に示すように、充電器６２の送電回路３１は、高周波電源６３およびこの高周波電源６３に接続されたオープンリング共振器５１を有する。携帯電子機器６１は、マイクロ波整流回路６４およびこのマイクロ波整流回路６４に接続されたオープンリング共振器５２を有する。マイクロ波整流回路６４は、整流用ダイオード６５を有する。整流用ダイオード６５としては、例えば、第１〜第４の実施の形態のいずれかによるマルチドット型ショットキーバリアダイオード、具体的には、例えばＧａＮ系マルチドット型ショットキーバリアダイオードが用いられる。整流用ダイオード６５は、λ／４線路６６を介して平滑用キャパシタ６７に接続されている。λ／４線路６６は、例えば、長さ１６．１ｍｍの５０Ωマイクロストリップラインチップである。平滑用キャパシタ６７の容量は例えば１００ｐＦである。平滑用キャパシタ６７に並列に負荷抵抗６８が接続されている。この負荷抵抗６８を通る電流をｉDC、負荷抵抗６８の抵抗値をＲLOADとすると、ＤＣ出力電圧ＶDCはｉDC×ＲLOADとなる。
【００９２】
この第５の実施の形態によれば、受電回路３２のマイクロ波整流回路の整流用ダイオードとして、第１〜第４の実施の形態のいずれかによる高周波特性が良好で高耐圧のマルチドット型ショットキーバリアダイオード、具体的には、例えばＧａＮ系マルチドット型ショットキーバリアダイオードを用いていることにより、高性能のマイクロ波電力伝送システムを実現することができる。
【００９３】
〈第６の実施の形態〉
［電源線用無線接続コネクタ］
第６の実施の形態による電源線用無線接続コネクタを図１８に示す。図１８に示すように、この電源線用無線接続コネクタは、直流電源７１に接続される送電回路７２と、直流電源を必要とする機器７３に接続される受電回路７４とにより構成される。送電回路７２においては、直流電源７１から発振回路７５に直流電源が供給され、発振回路７５の出力が増幅回路７６で増幅され、増幅回路７６に接続されたオープンリング共振器７７から電力がマイクロ波として伝送される。受電回路７４においては、送電回路７２のオープンリング共振器７７から伝送されたマイクロ波がオープンリング共振器７８で受信され、マイクロ波整流回路７９で整流されて直流電源が出力され、機器７３に供給される。
【００９４】
図１９および図２０はマイクロ波整流回路７９の具体的な構成例を示す。図１９はシングルシャント型レクテナ回路であり、例えば第１〜第４の実施の形態のいずれかによるマルチドット型ショットキーバリアダイオード８０、λ／４線路８１および平滑用キャパシタ８２により構成される。図２０はデュアルダイオード型レクテナ回路であり、例えば第１〜第４の実施の形態のいずれかによるマルチドット型ショットキーバリアダイオード８０、８３および平滑用キャパシタ８２により構成される。
【００９５】
上述のシングルシャント型レクテナ回路をプリント基板上に実現する場合を考えると、例えば５．８ＧＨｚの周波数を用いれば、誘電率１０のプリント基板（例えば、ポリテトラフルオロエチレン製）上でλ／４線路８１は長さ５ｍｍ程度であり、オープンリング共振器７８の直径Ｄは３．５ｍｍ程度である。このため、例えば１ｍｍ角程度のマルチドット型ショットキーバリアダイオード８０および平滑用キャパシタ８２と組み合わせて、１ｃｍ角程度の小型のプリント基板上にシングルシャント型レクテナ回路を実現することができる。また、上述のデュアルダイオード型レクテナ回路をプリント基板上に実現する場合には、マルチドット型ショットキーバリアダイオード８３を用いることによりλ／４線路８１が不要となるので、シングルシャント型レクテナ回路より小型化が可能である。
【００９６】
一方、送電回路７２では、例えばＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＦＥＴからなるＦ級増幅器を用いることにより８０％以上の高効率を実現することができ、この送電回路７２もトランジスタチップとλ／４以下のスタブ数本で構成することができ、やはり１ｃｍ角程度に収まる。電力はプラスチック板を通して送電できるので、送電側、受電側共に、完全にプラスチック膜などで覆うことができ、防水、防塵のコネクタを実現することができる。
【００９７】
第６の実施の形態によれば、従来の一般的なコネクタのように機械的な結合が不要でしかも高効率に電源を供給することができる新規の電源線用無線接続コネクタを実現することができる。
【００９８】
〈第７の実施の形態〉
［発光ダイオード］
第７の実施の形態においては、発光ダイオードについて説明する。
【００９９】
この発光ダイオードは、第１の実施の形態によるマルチドット型ショットキーバリアダイオードと同様な構成を有するが、活性層１３の代わりに、例えば、ｎ型クラッド層／発光層／ｐ型クラッド層／ｐ型コンタクト層の積層構造が用いられる。この場合、アノード電極１４としてはｐ型オーミック電極が用いられる。発光層は、例えば、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造のものが用いられる。具体例を挙げると、ＧａＮ系発光ダイオードにおいては、アクセス層１２がｎ型ＧａＮ層でその上にｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸構造の発光層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層およびｐ型ＧａＮコンタクト層が積層される。
【０１００】
この発光ダイオードの上記以外のことは、その性質に反しない限り、第１の実施の形態によるマルチドット型ショットキーバリアダイオードと同様である。
【０１０１】
この第７の実施の形態によれば、発光ダイオードにおいて、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【０１０２】
〈第８の実施の形態〉
［マルチドット型ショットキーバリアダイオード］
第８の実施の形態によるマルチドット型ショットキーバリアダイオードを図２１ＡおよびＢに示す。ここで、図２１Ａはアノード電極１４の配列方向に平行な断面図、図２１Ｂは図２１ＡのＸ−Ｘ’線に沿っての断面図である。
【０１０３】
図２１ＡおよびＢに示すように、このマルチドット型ショットキーバリアダイオードにおいては、アクセス層１２の一方の面に活性層１３が積層されている。活性層１３はドット状のメサ形状を有し、この活性層１３が一列に複数設けられている。各活性層１３の平面形状は特に限定されないが、例えば、円形、多角形（正方形など）、楕円あるいはそれらを変形した形状である。各活性層１３上に所定の平面形状を有するドット状のアノード電極１４が設けられ、各活性層１３にショットキー接触している。ここで、各アノード電極１４は、本来は一つのアノード電極が複数に分割されたものである。分割された各アノード電極１４の平面形状は特に限定されないが、例えば、円形、多角形（正方形など）、楕円あるいはそれらを変形した形状である。各アノード電極１４間は金属配線であるエアブリッジ配線１６により接続されている。エアブリッジ配線１６は、例えば金メッキからなる。アクセス層１２の他方の面にカソード電極１５が設けられ、アクセス層１２にオーミック接触している。この場合、カソード電極１５は全面電極である。必要に応じて、アクセス層１２が導電性半導体基板（例えば、ＳｉＣ基板、ｎ型ＧａＡｓ基板、ｎ型ＩｎＰ基板など）上に積層され、この導電性半導体基板の裏面にカソード電極１５が設けられてもよい。この場合、アクセス層１２と導電性半導体基板との全体をアクセス層として考えることができる。
【０１０４】
アクセス層１２は、各活性層１３の直下の個別アクセス層１２ａと各活性層１３に共通の共通アクセス層１２ｂとからなる。
【０１０５】
第１の実施の形態と同様に、この場合、分割された各アノード電極１４は縦横比が５以下の形状を有する。各アノード電極１４の大きさ（最大寸法）は特に限定されず、必要に応じて選ばれるが、例えば、１μｍ以上１０μｍ以下である。
【０１０６】
アクセス層１２および活性層１３を構成する半導体は、特に限定されないが、例えば、ＧａＮ系半導体（ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＧａＩｎＮなど）、ＧａＡｓ系半導体（ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓなど）、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体（ＡｌＧａＩｎＰ、ＧａＩｎＰなど）、ＺｎＳｅ系半導体（ＺｎＭｇＳＳｅ、ＺｎＳＳｅ、ＺｎＣｄＳｅなど）、ＺｎＯ系半導体、ＳｉＣ系半導体などである。
【０１０７】
アクセス層１２は、アクセス抵抗の低減を図るため、好適には、ドナー濃度が十分に高い低抵抗のｎ+ 型半導体からなる。活性層１３は、アノード電極１４がショットキー接触することができるものであり、典型的にはｎ型半導体からなり、そのドナー濃度は所望のダイオード特性によって決まる。
【０１０８】
アノード電極１４は、活性層１３とショットキー接触することができるショットキー金属からなる。ショットキー金属は、活性層１３を構成する半導体に応じて、従来公知のものの中から適宜選ばれる。
【０１０９】
カソード電極１５は、アクセス層１２とオーミック接触することができるオーミック金属からなる。オーミック金属は、アクセス層１２を構成する半導体に応じて、従来公知のものの中から適宜選ばれる。
【０１１０】
［マルチドット型ショットキーバリアダイオードの製造方法］
このマルチドット型ショットキーバリアダイオードの製造方法について説明する。
まず、所定の成長基板上にアクセス層１２および活性層１３を順次エピタキシャル成長させる。成長基板はアクセス層１２および活性層１３を構成する半導体に応じて適宜選ばれる。エピタキシャル成長方法としては、例えば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などを用いることができる。成長温度は、アクセス層１２および活性層１３を構成する半導体に応じて適宜選ばれる。
【０１１１】
次に、リソグラフィーにより、活性層１３上に所定部分が開口したレジストパターン（図示せず）を形成した後、このレジストパターンをマスクとしてエッチングすることにより活性層１３を所定の形状にパターニングする。この後、レジストパターンを除去する。
【０１１２】
次に、アクセス層１２から成長基板を除去する。このためには、例えば、成長基板を裏面側から研磨したり、レーザ剥離法などによりアクセス層１２から成長基板を剥離したりする。また、成長基板をアクセス層１２と同種の高濃度ｎ型半導体からなる基板とした場合には基板の除去工程は無くても構わない。
【０１１３】
次に、成長基板の除去により露出したアクセス層１２の裏面の全面に真空蒸着法などによりオーミック金属を堆積させてカソード電極１５を形成する。この後、必要に応じて、アニールを行うことによりカソード電極１５のオーミック接触特性を改善する。
【０１１４】
次に、活性層１３をリソグラフィーおよび塩素ガスなどを用いたプラズマエッチングによりエッチングし、所定の形状にパターニングする。
【０１１５】
次に、リソグラフィーにより、活性層１３の中央部に対応する部分が開口した所定の平面形状を有するレジストパターンを形成した後、真空蒸着法などにより全面にショットキー金属を堆積させる。次に、レジストパターンをその上に堆積したショットキー金属膜とともに除去する。こうして、活性層１３上にショットキー金属からなるドット形状のアノード電極１４が形成される。
【０１１６】
次に、従来公知の方法により、一列の各ダイオード部のアノード電極１４間を接続するように金属配線であるエアブリッジ配線１６を形成する。
【０１１７】
以上により、図２１ＡおよびＢに示すような目的とするマルチドット型ショットキーバリアダイオードが製造される。
【０１１８】
次に、このマルチドット型ショットキーバリアダイオードにおけるアクセス抵抗の低減について３次元的な広がり抵抗を考慮して考察する。このマルチドット型ショットキーバリアダイオードの実際の断面構造は図２２Ａに示す通りであるが、アクセス抵抗の計算のために図２２Ｂに示すモデルを考える。アクセス抵抗部が活性層１３の下部の半球状の部分であると考えると、図１に示したアノード−カソード間距離ｂに相当する距離は互いに隣接する活性層１３間の距離（あるいは互いに隣接するアノード電極１４間の距離）の半分と考えることができる。図２２Ｂに示すように、アクセス抵抗は、半径ａの半球から半径ａ＋ｂの半球までの部分の抵抗と近似して計算する。これに対して、アノード電極１４の平面形状がフィンガー型である場合は、半径ａの半円柱から半径ａ＋ｂの半円柱までの部分の抵抗と近似して計算する。
【０１１９】
アノード電極１４の平面形状がフィンガー型である場合のフィンガー長をＬとすると、円柱座標を用いてアクセス抵抗は次式のように求められる。
【数８】
2014038919.tif 000010
【０１２０】
一方、アノード電極１４の平面形状がドット状である場合は、球座標を用いてアクセス抵抗を計算すると
【数９】
2014038919.tif 000011
となる。
【０１２１】
アノード電極１４の総面積を同じとして、アノード電極を円形に分割する場合とフィンガー状に分割する場合とを比較する。
【０１２２】
アノード電極１４の総面積をＳとし、アノード電極を半径ａの円形に分割する場合、ドット型では
【数１０】
2014038919.tif 000012
となる。
【０１２３】
フィンガー型では、アノード電極を長さ
【数１１】
2014038919.tif 000013
で幅２ａのストライプ状に分割するとすると、分割数は
【数１２】
2014038919.tif 000014
となる。
【０１２４】
上記の式を用いて行った計算結果を図２３に示す。ここでは、アノード電極１４の総面積Ｓを１００００μｍ2 とし、アクセス部の比抵抗をＧａＮなどで実現可能な最小抵抗の１０ｍΩｃｍとした。カソード電極１５は、第１の実施の形態によるマルチドット型ショットキーバリアダイオードと異なり、アクセス層１２の下面（アクセス層１２が導電性半導体基板上に設けられる場合には導電性半導体基板の裏面）に設けられているが、仮想的に表面の活性層１３とアクセス層１２との境界からａ＋ｂの深さにあり、それより遠い部分は有限の抵抗のｎ型層でつながっていると考えられる。
【０１２５】
図２３から判るように、フィンガー型に比べてドット型は常に抵抗が小さく、最小パターン寸法が２μｍの場合、ドット間距離が８μｍ（ｂ＝４μｍ）の場合で５７％、４０μｍで４０％程度と小さくなる。
【０１２６】
また、ドットの形状を長円形の縦横比で規定した場合の長いフィンガーに比べた単位アノード面積あたりの抵抗（規格化抵抗）で比較した図を図２４に示す。図２４から判るように、ｂ、すなわちアノード電極１４間距離の半分を大きくすると、真円での抵抗は大きく下がるが、その効果は縦横比５でほぼ半減する。このことから、この場合も、縦横比は５以下であることが望ましいことが判る。
【０１２７】
次に、このマルチドット型ショットキーバリアダイオードにボンディングパッドを設ける方法としては、例えば次のような方法がある。一つの方法では、エアーブリッジ配線１６の上にさらにパッシベーション層を設け、その上にボンディングパッドを設ける。もう一つの方法では、図２５に示すように、マルチドット型ショットキーバリアダイオードのエアーブリッジ配線１６側をパッケージ基板９１に載せ、カソード電極１５上にボンディングパッドを設ける。
【０１２８】
この第８の実施の形態によるマルチドット型ショットキーバリアダイオードによれば、第１の実施の形態と同様な利点を得ることができる。
【０１２９】
以上、この発明の実施の形態について具体的に説明したが、この発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【０１３０】
例えば、上述の第１〜第８の実施の形態において挙げた数値、材料、構造、形状などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、材料、構造、形状などを用いてもよい。また、例えば、必要に応じて、上述の第１〜第４の実施の形態のうちの二以上を組み合わせてもよい。さらに、第５の実施の形態によるマイクロ波電力伝送システムにおける整流用ダイオード３４あるいは第６の実施の形態による電源線用無線接続コネクタにおけるマルチドット型ショットキーバリアダイオード８０、８３として第８の実施の形態によるマルチドット型ショットキーバリアダイオードを用いてもよい。
【符号の説明】
【０１３１】
１１…絶縁基板、１２…アクセス層、１３…活性層、１４…アノード電極、１５…カソード電極、１６…エアブリッジ配線、１７…カソード金属配線、１８…空乏層、２０…負電荷層、２１…ＧａＮ層、２２…ＡｌＧａＮ層、２４…２次元電子ガス
【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】
2014038919.tif 000028
【図１５】
2014038919.tif 000029
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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