(57)【要約】  ｎ型ＧａＮショットキーバリアダイオードのガードリングにｐ型酸化物半導体を用いた場合に生じる、ｎ型ＧａＮとｐ型酸化物半導体との界面トラップに起因した逆方向漏れ電流を抑制する。  ガードリングをｐ型酸化ニッケルとし、該ｐ型酸化ニッケルとｎ型ＧａＮ層表面の間に酸化ガリウムが介在させ、ｐ型酸化ニッケルとｎ型ＧａＮとの界面におけるトラップの発生を抑制し、逆方向漏れ電流の増大を防ぐ。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型窒化ガリウム層と、
前記ｎ型窒化ガリウム層の表面に配置されたショットキー電極と、
前記ｎ型窒化ガリウム層の表面に配置されたオーミック電極と、
を備えたショットキーバリアダイオードにおいて、
前記ｎ型窒化ガリウム層とショットキー電極との間に、酸化ガリウム層を備えていることを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【請求項２】
請求項１において、
前記ショットキー電極は、ニッケルを含み、
前記ショットキー電極と前記酸化ガリウムの間にニッケル酸化物が介在し、かつ、前記ニッケル酸化物は前記ショットキー電極の周辺部に配置されていることを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【請求項３】
請求項１において、
前記酸化ガリウム層の厚さは１ｎｍ以上５ｎｍ以下であることを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【請求項４】
請求項１において、
前記ショットキー電極の中央部は窒化ガリウムと接触していることを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【請求項５】
ｎ型窒化ガリウム層の表面に酸化ガリウム層を形成する工程と、
該酸化ガリウム層上にニッケル層を形成する工程と、
該ニッケル層上に酸化珪素層を形成する工程と、
該酸化珪素層上に窒化珪素層を選択的に形成する工程と、
水蒸気雰囲気において前記ニッケル層を選択的に酸化する工程と、
前記窒化珪素層および前記酸化珪素層を加工する工程と、
前記ニッケル層にオーミック接触する電極を形成する工程と、を備えたことを特徴とするショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項６】
前記酸化ガリウム層は紫外光とオゾンを用いて形成することを特徴とする請求項５記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項７】
前記酸化ニッケルはニッケル層の堆積と酸化を用いて形成することを特徴とする請求項５記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）は、シリコン（Ｓｉ）に比べてバンドギャップが大きく、絶縁破壊電界は１桁程度大きいという特徴を持つため、パワーデバイスに用いる材料として有望視されている。特に多数キャリアのみで動作するユニポーラ型整流素子のＳＢＤは、デバイスの構成上スイッチング動作時の逆方向電流（リカバリ電流）が流れないため、パワーモジュールの損失を低減する技術として有効である。【０００３】
ＳＢＤは、金属の仕事関数と半導体の電子親和力の差によって生じるショットキー障壁を利用して整流作用を得るものである。ショットキー電極端への電界集中による逆方向漏れ電流の増加を抑制するため、ガードリングとしてｐ型領域を形成するのが一般的であるが、ＧａＮにおいてｐ型領域を選択形成するのは困難である。そのため、本願図４に示すような、ｐ型伝導を示すＣｕ２Ｏをガードリングに用いた構造が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】２０１２年春季＜第５９回＞応用物理学関係連合講演会  １７ｐ−Ｅ３−１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非特許文献１に開示されたｐ型Ｃｕ２Ｏ層がｎ型ＧａＮ層との界面に形成する内蔵電位は１．５Ｖから２．０Ｖと低く、図４に示すＳＢＤを１．５Ｖ以上順バイアスする際に、ｎ−型ＧａＮドリフト層２２からｐ型Ｃｕ２Ｏガードリング２３へ電子が注入され、ＳＢＤの信頼性を損なう問題があった。【０００６】
そこで、ｎ型ＧａＮとの内蔵電位が３．６Ｖから４．０Ｖと大きくなるｐ型酸化物半導体として、酸化ニッケル（ＮｉＯ）を用いた検討を行ったところ、ｐ型ＮｉＯ層とｎ型ＧａＮ層との界面に形成される電子の捕獲準位（以降、トラップと呼ぶ）に起因した逆方向漏れ電流密度が、ｎ型ＧａＮ基板上に形成したｎ型ＧａＮ層（電子密度２×１０１６ｃｍ−３、層厚５μｍ）にＮｉショットキー電極を形成した場合、６００Ｖ逆バイアス時に１０ｍＡ／ｃｍ２にまで達した。実用上、６００Ｖ逆バイアス時の漏れ電流密度は１ｍＡ／ｃｍ２以下まで抑制する必要がある。【０００７】
本発明の目的は、ＧａＮを用いたＳＢＤの逆方向漏れ電流を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願の一発明によるＳＢＤは、ｎ型ＧａＮ層表面にショットキー電極を備え、該ショットキー電極の周囲に一部が重畳するように形成されたガードリングを備えたＳＢＤにおいて、前記ガードリングがｐ型ＮｉＯ層からなり、かつ該ｐ型ＮｉＯ層と前記ｎ型ＧａＮ層表面の間に酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）層が介在するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ＳＢＤの逆方向漏れ電流を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例１および２のＳＢＤを示す平面図である。
【図２】実施例１のＳＢＤを示す図１のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図３】実施例２のＳＢＤを示す図１のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図４】従来技術によるＳＢＤの断面図である。
【図５】実施例１のＳＢＤの製造工程を示す断面図である。
【図６】図５に続く製造工程を説明するＳＢＤの断面図である。
【図７】図６に続く製造工程を説明するＳＢＤの断面図である。
【図８】図７に続く製造工程を説明するＳＢＤの断面図である。
【図９】実施例２のＳＢＤの製造工程を示す断面図である。
【図１０】図９に続く製造工程を説明するＳＢＤの断面図である。
【図１１】図１０に続く製造工程を説明するＳＢＤの断面図である。
【図１２】図１１に続く製造工程を説明するＳＢＤの断面図である。
【図１３】実施例３の実施例ＳＢＤの製造工程を示す断面図である。
【図１４】図１３に続く製造工程を説明するＳＢＤの断面図である。
【図１５】図１４に続く製造工程を説明するＳＢＤの断面図である。
【図１６】図１５に続く製造工程を説明するＳＢＤの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１に実施例１のＳＢＤの平面図を示し、図２に図１のＡ−Ａ’線における断面図をそれぞれ示す。ＳＢＤ表面には絶縁層５およびショットキー電極６が存在する（図１）。【００１３】
本実施例によるＳＢＤは、高い濃度でｎ型の不純物（例えばＳｉ（シリコン））が導入された六方晶ＧａＮからなり、（０００１）Ｇａ面を表面に、（０００１）Ｎ面を裏面に有するｎ＋型のＧａＮ基板１と、ｎ＋型ＧａＮ基板１上に形成されたｎ−型のドリフト層２を有している。【００１４】
ドリフト層２はｎ型の不純物（例えばＳｉ（シリコン））がｎ＋型ＧａＮ基板１よりも低い濃度で導入されたＧａＮであり、例えば、耐圧６００Ｖ仕様の場合、典型的にはＳｉが濃度２×１０１６ｃｍ−３、ｎ−型ＧａＮ層２の厚さは５μｍである。【００１５】
ドリフト層２表面の周辺領域で、Ｇａ２Ｏ３層３、ｐ型ＮｉＯ層４、絶縁層５が順に配置され、その上にショットキー電極６（例えばＮｉ）が配置される。【００１６】
ドリフト層２表面の中央領域には、ドリフト層２とショットキー電極６（例えばＮｉ）が接触している。【００１７】
また、ｎ＋型ＧａＮ基板１の裏面にはオーミック電極７（例えばＴｉ／Ａｌ積層層）が形成されている（図２）。【００１８】
上記６００Ｖ仕様のＳＢＤにおける逆方向漏れ電流密度は１ｍＡ／ｃｍ２以下であった。【００１９】
以下、本ＳＢＤの製造方法例を図１および図５から図８を用いて説明する。ｎ＋型ＧａＮ基板１上に有機金属気相エピタキシー法を用いて、ｎ−型ＧａＮドリフト層２（Ｓｉ濃度２×１０１６ｃｍ−３、厚さ５μｍ）を形成後、ドリフト層２表面に絶縁層としてＳｉＯ２層８（厚さ０．５μｍ）を堆積した。そして、ｎ＋型ＧａＮ基板１裏面にＴｉ／Ａｌ積層層を堆積し、６００℃にてアニールすることにとりオーミック電極７を形成した（図５）。【００２０】
続いて、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングによるＳｉＯ２層８の加工後、紫外線（例えば、６．７ｅＶ）照射下でおよびオゾンを供給し、２００℃で加熱することにより、層厚１ｎｍから５ｎｍのＧａ２Ｏ３層３を形成する（図６）。【００２１】
その後、絶縁層８をフッ酸により除去したが、Ｇａ２Ｏ３層３は全くエッチングされなかった。そして、リフトオフ法を用いてＮｉ層をＧａ２Ｏ３層３上に堆積後、酸素雰囲気にて４００℃アニールを行い、ＮｉＯ層４を形成する（図７）。【００２２】
絶縁層としてＳｉＯ２層（厚さ０．５μｍ）を堆積後、フォトリソグラフィーおよびウエットエッチングによりＳｉＯ２層５を加工する（図８）。【００２３】
最後にショットキー電極６としてＮｉをリフトオフ法により形成する（図２）。【００２４】
本実施例によれば、結晶であるＧａＮの酸化層であるＧａ２Ｏ３層３を介在させ、ドリフト層／ガードリング界面のトラップ発生を抑制できるため、逆方向漏れ電流の少ないＳＢＤを実現できる効果がある。
【実施例２】
【００２５】
図１に本実施例のＳＢＤの平面図を示し、図３に図１のＡ−Ａ’線における断面図をそれぞれ示す。ＳＢＤ表面には絶縁層５およびショットキー電極６が存在する（図１）。【００２６】
本実施例によるＳＢＤは、実施例１同様のＧａＮ基板１とドリフト層２を有している。【００２７】
ドリフト層２表面には、全面にＧａ２Ｏ３層３が形成され、周辺にｐ型ＮｉＯ層４と絶縁層が選択的に形成されている。【００２８】
ショットキー電極６（例えばＮｉ）はドリフト層２の周辺で、ｐ型ＮｉＯ層４と絶縁層５により絶縁され、中央でＧａ２Ｏ３層３と接している。ここで、Ｇａ２Ｏ３層３は電子がトンネルできる厚さである１ｎｍから５ｎｍとされ、ショットキー電極６は実効的にドリフト層２とショットキー接触している。また、ｎ＋型ＧａＮ基板１の裏面にはオーミック電極７（例えばＴｉ／Ａｌ積層層）が形成されている（図３）。【００２９】
上記６００Ｖ仕様のＳＢＤにおける逆方向漏れ電流密度は０．１ｍＡ／ｃｍ２以下であった。【００３０】
以下、本ＳＢＤの製造方法例を図３および図９から図１２を用いて説明する。ｎ＋型ＧａＮ基板１上に有機金属気相エピタキシー法を用いて、ｎ−型ＧａＮドリフト層２（Ｓｉ濃度２×１０１６ｃｍ−３、厚さ５μｍ）を形成後、ドリフト層２表面に絶縁層としてＳｉＯ２層８（厚さ０．５μｍ）を堆積した。そして、ｎ＋型ＧａＮ基板１裏面にＴｉ／Ａｌ積層層を堆積し、６００℃にてアニールすることにとりオーミック電極７を形成した（図９）。【００３１】
続いて、紫外線（例えば、６．７ｅＶ）照射下でオゾンを供給し、２００℃で加熱することにより、層厚１ｎｍから５ｎｍのＧａ２Ｏ３層３をドリフト層２表面全面に形成した（図１０）。【００３２】
その後、リフトオフ法を用いてＮｉ層をＧａ２Ｏ３層３上に堆積後、酸素雰囲気にて４００℃アニールを行い、ＮｉＯ層４を形成した（図１１）。【００３３】
そして、絶縁層としてＳｉＯ２層５（厚さ０．５μｍ）を堆積後、フォトリソグラフィーおよびウエットエッチングによりＳｉＯ２層５を加工し（図１２）、最後にショットキー電極６としてＮｉをリフトオフ法により形成した（図３）。【００３４】
本実施例によれば、結晶であるＧａＮの酸化層であるＧａ２Ｏ３層３を、ドリフト層／ガードリング界面だけでなく、ショットキー界面にも形成するため、逆方向漏れ電流を実施例１よりもさらに少なくしたＳＢＤを実現できる効果がある。
【実施例３】
【００３５】
実施例２の製造工程をさらに簡略化した製造工程を図１３から図１６を用いて説明する。【００３６】
ｎ＋型ＧａＮ基板１上のｎ−型ＧａＮドリフト層２表面全面にＧａ２Ｏ３層３を形成する工程までは実施例２と同様である。【００３７】
その後、Ｎｉ層９（厚さ５０ｎｍ）を電子ビーム蒸着を用いてＧａ２Ｏ３層３上に全面堆積後、ＳｉＯ２層１０（厚さ０．２μｍ）、Ｓｉ３Ｎ４層１１（厚さ０．３μｍ）をプラズマ励起化学的気相堆積法により順次堆積した。そして、フォトリソグラフィーおよびドライエッチを用いて、Ｓｉ３Ｎ４層１１を選択的に除去した（図１３）。【００３８】
続いて、５００℃の水蒸気雰囲気でＮｉを選択酸化した。この際、Ｓｉ３Ｎ４層１１は水分子を通過させず、Ｓｉ３Ｎ４層１１マスクから横方向５μｍ程度内側まで水分子が回りこんだ影響で、当該領域のＮｉ層９がＮｉＯに変化した（図１４）。【００３９】
その後、フォトリソグラフィーおよびドライエッチを用いて、Ｓｉ３Ｎ４層１１およびＳｉＯ２層１０を、内縁位置がＧａ２Ｏ３層３に残るように加工した（図１５）。【００４０】
最後にショットキー電極であるＮｉ電極９にオーミック接触するＡｌ電極１２（ただし、Ｎｉ電極との界面にバリア層としてＴｉＮを含む）を表面全面にスパッタ堆積後、フォトリソグラフィーおよびウエットエッチを用いて形成した（図１６）。【００４１】
本実施例によれば、逆方向漏れ電流の少ないＧａＮ＿ＳＢＤを低コストで作製できる効果がある。
【符号の説明】
【００４２】
１…ＧａＮ基板、２…ＧａＮドリフト層、３…Ｇａ２Ｏ３層、４…ｐ型ＮｉＯ層、５、…絶縁層、６…ショットキー電極、７…オーミック電極、８…ガードリング領域、９…Ｎｉ、１０…ＳｉＯ２層、１１…Ｓｉ３Ｎ４層、１２…Ａｌ層、２１…ＧａＮ基板、２２…ＧａＮドリフト層、２３…Ｃｕ２Ｏ層、２４…絶縁層、２５…ショットキー電極、２６…オーミック電極
【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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【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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【手続補正書】
【提出日】平成27年6月29日(2015.6.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型窒化ガリウム層と、
前記ｎ型窒化ガリウム層の表面に配置されたショットキー電極と、
前記ｎ型窒化ガリウム層の裏面側に配置されたオーミック電極と、
を備えたショットキーバリアダイオードにおいて、
前記ｎ型窒化ガリウム層とショットキー電極との間に、酸化ガリウム層を備え、
前記ショットキー電極は、ニッケルを含み、
前記ショットキー電極と前記酸化ガリウムの間にニッケル酸化物が介在し、かつ、前記ニッケル酸化物は前記ショットキー電極の周辺部に配置されていることを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【請求項２】
ｎ型窒化ガリウム層の表面に酸化ガリウム層を形成する工程と、
該酸化ガリウム層上にニッケル層を形成する工程と、
該ニッケル層上に酸化珪素層を形成する工程と、
該酸化珪素層上に窒化珪素層を選択的に形成する工程と、
水蒸気雰囲気において前記ニッケル層を選択的に酸化する工程と、
前記窒化珪素層および前記酸化珪素層を加工する工程と、
前記ニッケル層にオーミック接触する電極を形成する工程と、を備えたことを特徴とするショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項３】
前記酸化ガリウム層は紫外光とオゾンを用いて形成することを特徴とする請求項２記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【請求項４】
前記酸化ニッケルはニッケル層の堆積と酸化を用いて形成することを特徴とする請求項２記載のショットキーバリアダイオードの製造方法。
【国際調査報告】
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