(57)【要約】      （修正有）【課題】特性の良好な半導体装置およびモジュールを提供する。【解決手段】主面１３ａを有し、主面１３ａに対して垂直な方向に延びる反転相１を含むＩＩＩ族窒化物半導体層１３と、主面１３ａにおいて反転相１に接続された第１の電極（カソード電極２）とを備える。反転相１とは、ＩＩＩ族窒化物半導体層において極性が反転している領域を指し、ＩＩＩ族窒化物半導体層をｃ軸方向に成長させたときに、表面においてＮ（窒素）原子が安定して存在するＮ極性の（０００−１）面が表出している領域を指す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面を有し、前記主面に対して垂直な方向に延びる反転相を含むＩＩＩ族窒化物半導体層と、
前記主面において前記反転相に接続された第１の電極とを備える、半導体装置。
【請求項２】
前記主面において、前記第１の電極と異なる第２の電極をさらに備える、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記主面における前記反転相と前記第２の電極と間の距離は、５０μｍ以上１０００μｍ以下である、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ＩＩＩ族窒化物半導体層中の前記反転相の不純物濃度は、１×１０１７／ｃｍ3以上１×１０１９／ｃｍ3以下である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２の電極直下の前記ＩＩＩ族窒化物半導体層の不純物濃度は、１×１０１４／ｃｍ3以上１×１０１７／ｃｍ3以下である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記主面の面方位は、（０００１）面に対するオフ角の絶対値が０度以上１度以下である、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ＩＩＩ族窒化物半導体層は、ＧａＮまたはＩｎｙＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）で構成されている、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記ＩＩＩ族窒化物半導体層はＧａＮで構成されており、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体層の厚みは、１μｍ以上２５μｍ以下である、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記ＩＩＩ族窒化物半導体層はＩｎｙＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）で構成されており、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体層の厚みは、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記ＩＩＩ族窒化物半導体層を構成するＩｎｙＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＮ層のＡｌ組成ｘは０．２未満であり、Ｉｎ組成ｙは０．２５未満である、請求項７または請求項９に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第１の電極と前記第２の電極との間には、絶縁物が形成されている、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記半導体装置は、電力制御用半導体装置である、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の半導体装置を備えたモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびモジュールに関し、特にＩＩＩ族窒化物半導体層を有する半導体装置および該半導体装置を備えたモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）などに代表されるＩＩＩ族窒化物半導体は、光デバイスや電子デバイスなどに広く用いられている。ＩＩＩ族窒化物半導体を用いた電子デバイスにおいては、たとえばＳＢＤ（ショットキーバリアダイオード）やＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）素子などが知られており、これらは優れた高周波特性を有している。
【０００３】
一方、光デバイスや電子デバイスを実装する方法としては、一般にワイヤボンディング実装とフリップチップ実装とが知られている。
【０００４】
特開２０１３−３３８６２号公報には、ｐ型ＧａＮ系半導体層上にｐ側電極が配置され、複合基板の多結晶ＩＩＩ族窒化物支持基板上にｎ側電極が配置された半導体デバイスであって、ｐ側電極はｐ側リードフレームに電気的に接続するように配置され、ｎ側電極はボンディングワイヤによりｎ側リードフレームに電気的に接続されているｐ側ダウン構造の実装がされている半導体デバイスが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−３３８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ワイヤボンディング実装では、ループ状に形成されたワイヤにインダクタンスが生じて、寄生容量が増大してしまう。たとえば、ワイヤ径が２５μｍ程度であってワイヤ長が１ｍｍ以上である場合には、１ｎＨ以上のインダクタンスが生じるため、高周波用途のモジュール実装には用いることができない。
【０００７】
また、フリップチップ実装では、半導体装置の１つの面にすべての電極を形成する必要があるため、たとえばＳＢＤなどを横型構造とした場合にはカソード電極をドリフト層にオーミック接触させる必要がある。この場合、接触抵抗が高くなり、高周波特性が悪化する。これに対して、フリップチップ実装面側に位置するドリフト層をドライエッチングなどにより除去し、高不純物濃度の半導体層にカソード電極をオーミック接触させることが考えられるが、ドリフト層が厚く形成されている場合には除去することが困難である。さらにドライエッチングによってドリフト層を除去した場合にも、高不純物濃度の半導体層にはイオンダメージが加えられるため、電極と該半導体層との接触抵抗は高くなり、素子特性を悪化させる。さらに、アノード電極とカソード電極との間に段差が生じるため、製造歩留まりを悪化させる。
【０００８】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、特性の良好な半導体装置およびモジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本実施の形態に係る半導体装置は、主面を有し、該主面に対して垂直な方向に延びる反転相を含むＩＩＩ族窒化物半導体層と、該主面において反転相に接続された第１の電極とを備える。
【００１０】
ここで、「反転相」とは、ＩＩＩ族窒化物半導体層において極性が反転している領域を指し、具体的には、ＩＩＩ族窒化物半導体層をｃ軸方向に成長させたときに、表面においてＮ（窒素）原子が安定して存在するＮ極性の（０００−１）面が表出している領域を指す。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、特性が良好な半導体装置およびモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態に係る半導体装置を説明するための断面図である。
【図２】本実施の形態に係る半導体装置の第１の電極と第２の電極との位置関係を説明するための図である。
【図３】本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図４】本実施の形態に係るモジュールを説明するための断面図である。
【図５】図４中の矢印Ｖから見た図である。
【図６】本実施の形態に係る半導体装置の第１の電極と第２の電極との位置関係の変形例を説明するための図である。
【図７】本実施の形態に係る半導体装置の第１の電極と第２の電極との位置関係の他の変形例を説明するための図である。
【図８】本実施の形態に係る半導体装置の変形例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１４】
[本願発明の実施形態の説明]
はじめに、本発明の実施の形態の概要を列挙する。
【００１５】
（１）図１および図８を参照して、本実施の形態に係る半導体装置は、主面１３ａ，１６ａを有し、主面１３ａ，１６ａに対して垂直な方向に延びる反転相１を含むＩＩＩ族窒化物半導体層１３，１６と、主面１３ａ，１６ａにおいて反転相１に接続された第１の電極（カソード電極２，ソース電極５）とを備える。
【００１６】
このようにすれば、反転相１の不純物濃度はＩＩＩ族窒化物半導体層１３，１６の不純物濃度よりも高いため、第１の電極はＩＩＩ族窒化物半導体層１３，１６と接続される場合と比べて反転相１と低抵抗で接続されることができる。つまり、ＩＩＩ族窒化物半導体層１３，１６を低キャリア濃度でかつ高移動度としながら、第１の電極２の接触抵抗を低減することができる。
【００１７】
（２）本実施の形態に係る半導体装置は、主面１３ａ，１６ａにおいて第１の電極２と異なる第２の電極３をさらに備えてもよい。
【００１８】
このようにすれば、第１の電極２と第２の電極３とが１つの主面１３ａ，１６ａ上に形成されているため、半導体装置をフリップチップ実装することができる。そのため、ワイヤボンディング実装する場合と比べて寄生容量を低減することができる。このとき、第１の電極２は反転相１と接続されているため、接触抵抗が低い。つまり、半導体装置の寄生容量を低減することができると同時に、第１の電極２の接触抵抗を低減することができる。
【００１９】
（３）本実施の形態に係る半導体装置は、主面１３ａ，１６ａにおける反転相１と第２の電極３と間の距離は、５０μｍ以上１０００μｍ以下であるのが好ましい。
【００２０】
このようにすれば、第１の電極２と第２の電極３との間の耐圧を十分に確保しながら、半導体装置を小型化することができる。
【００２１】
（４）本実施の形態に係る半導体装置では、ＩＩＩ族窒化物半導体層１３中の反転相１の不純物濃度は、１×１０１７／ｃｍ3以上１×１０１９／ｃｍ3以下であってもよい。このようにすれば、反転相１と第１の電極２との接触抵抗を十分に低減することができる。
【００２２】
（５）本実施の形態に係る半導体装置は、第２の電極４直下のＩＩＩ族窒化物半導体層１３の不純物濃度は、１×１０１４／ｃｍ3以上１×１０１７／ｃｍ3以下であるのが好ましい。このようにすれば、ＩＩＩ族窒化物半導体層１３を高移動度のドリフト層として構成することができる。
【００２３】
（６）本実施の形態に係る半導体装置は、主面１３ａ，１６ａの面方位は、（０００１）面に対するオフ角の絶対値が０度以上１度以下であってもよい。このようにすれば、Ｇａ（ガリウム）極性を有しているＩＩＩ族窒化物半導体層１３，１６の不純物濃度を１×１０１４／ｃｍ３以上１×１０１７／ｃｍ３以下に、Ｎ（窒素）極性を有している反転相１の不純物濃度を１×１０１７／ｃｍ３以上１×１０１９／ｃｍ３以下に制御することが容易となる。
【００２４】
（７）本実施の形態に係る半導体装置において、ＩＩＩ族窒化物半導体層１３，１６は、ＧａＮまたはＩｎｙＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）で構成されていてもよい。ＧａＮであれば低キャリア濃度の制御が容易となり、素子耐圧を向上させることが容易である。ＩｎｙＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＮであれば、ＧａＮと比較して、絶縁破壊電界を大きくすることができ、素子耐圧をさらに向上させることが容易である。
【００２５】
（８）本実施の形態に係る半導体装置において、ＩＩＩ族窒化物半導体層１３はＧａＮで構成されており、ＩＩＩ族窒化物半導体層１３の厚みは、１μｍ以上２５μｍ以下であってもよい。１μｍ未満の場合には、素子耐圧を得にくく、２５μｍ超えである場合には順方向の動作電圧が高く、素子特性が悪化する。
【００２６】
（９）本実施の形態に係る半導体装置において、ＩＩＩ族窒化物半導体層１６はＩｎｙＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）で構成されており、ＩＩＩ族窒化物半導体層１６の厚みは、３ｎｍ以上２００ｎｍ以下であってもよい。このようにすれば、絶縁破壊電界を大きくする効果や、歪みを利用した素子耐圧の向上を行うことができる。
【００２７】
（１０）本実施の形態に係る半導体装置において、ＩＩＩ族窒化物半導体層１３を構成するＩｎｙＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＮ層のＡｌ組成ｘは０．２未満であり、Ｉｎ組成ｙは０．２５未満であってもよい。このようにすれば、エピタキシャル成長工程が容易であり、製造歩留まりを高くすることができ、製造コストを削減することができる。
【００２８】
（１１）本実施の形態に係る半導体装置では、第１の電極２と第２の電極３との間には、絶縁物（フィールドプレート絶縁膜４）が形成されていてもよい。このようにすれば、第１の電極２と第２の電極３との間の耐圧を高めることができる。
【００２９】
（１２）本実施の形態に係る半導体装置は、電力制御用半導体装置であってもよい。本実施の形態に係る半導体装置は、上述のように素子耐圧が向上しているため、電力制御用半導体装置に好適である。
【００３０】
（１３）本実施の形態に係るモジュールは、上述した本実施の形態に係る半導体装置を備えている。このようにすれば、特性が良好なモジュールを得ることができる。
【００３１】
[本願発明の実施形態の詳細]
次に、本発明の実施の形態の詳細について説明する。
【００３２】
まず、図１を参照して、本実施の形態に係る半導体装置１０の構造を説明する。本実施の形態に係る半導体装置１０は横型ＳＢＤである。半導体装置１０は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板としてのｎ型ＧａＮ基板１１と、ｎ＋型ＧａＮ層１２、およびＩＩＩ族窒化物半導体層としてのｎ−型ＧａＮ層１３とを備える。
【００３３】
ｎ型ＧａＮ基板１１は、主面１１ａを有している。主面１１ａの面方位は、Ｇａ（ガリウム）極性の面である（０００１）に対するオフ角の絶対値が０度以上１度以下である。主面１１ａ上には、ｎ＋型ＧａＮ層１２およびｎ−型ＧａＮ層１３が積層されている。ｎ型ＧａＮ基板１１の不純物濃度は、たとえば１×１０１７／ｃｍ3以上１×１０１９／ｃｍ3以下である。ｎ＋型ＧａＮ層１２の不純物濃度は、たとえば１×１０１７／ｃｍ3以上１×１０１９／ｃｍ3以下である。ｎ−型ＧａＮ層１３の不純物濃度は、たとえば１×１０１４／ｃｍ3以上１×１０１７／ｃｍ3以下である。ｎ−型ＧａＮ層１３は、主面１３ａを有している。ｎ−型ＧａＮ層１３の主面１３ａの面方位は、（０００１）に対するオフ角の絶対値が０度以上１度以下である。
【００３４】
ｎ型ＧａＮ基板１１、ｎ＋型ＧａＮ層１２、およびｎ−型ＧａＮ層１３は、反転相１を含んでいる。具体的には、反転相１は、主面１１ａ，１３ａと垂直な方向において、ｎ型ＧａＮ基板１１からｎ−型ＧａＮ層１３まで、延びるように形成されている。つまり、ｎ型ＧａＮ基板１１における反転相１は、ｎ＋型ＧａＮ層１２およびｎ−型ＧａＮ層１３における反転相１と連なっている。異なる観点から言えば、ｎ型ＧａＮ基板１１において反転相１が形成されていない領域は、ｎ＋型ＧａＮ層１２およびｎ−型ＧａＮ層１３において反転相１が形成されていない領域と連なっている。ｎ＋型ＧａＮ層１２の膜厚は、０．３μｍ以上３．０μｍ以下であり、たとえば１μｍである。ｎ−型ＧａＮ層１３の膜厚は、１μｍ以上２５μｍ以下であり、たとえば７μｍである。
【００３５】
図２を参照して、ｎ−型ＧａＮ層１３の主面１３ａ上には、第１の電極としてのカソード電極２と、第２の電極としてのアノード電極（ショットキー電極）３とがそれぞれ所定の領域に設けられている。図２は本実施の形態に係る半導体装置におけるカソード電極２とショットキー電極３との位置関係の一例を示す。なお、図２において、フィールドプレート絶縁膜４は図示しない。図２の例では、４つのショットキー電極３を囲うように４つのカソード電極２が形成されている構成を１つのパターンとして、これがｎ−型ＧａＮ層１３の主面１３ａ上に周期的に形成されている。このとき、隣りあうカソード電極２間の距離（隣り合う反転相１間の距離）ｈ１は、４００μｍ以上１０００μｍ以下であり、たとえば８００μｍとすればよい。カソード電極２とショットキー電極３との距離ｈ２は、たとえば５０μｍ以上１０００μｍ以下であり、たとえば１００μｍとすればよい。また、カソード電極２およびショットキー電極３は、主面１３ａ上において任意の形状に設けられていればよいが、図２を参照して、たとえば円形状に設けられていてもよい。この場合、カソード電極２の幅Ｗ１（直径）は、５０μｍ以上１０００μｍ以下であり、たとえば１００μｍである。ショットキー電極３の幅Ｗ２（直径）は、６０μｍ以上８００μｍ以下であり、たとえば２００μｍである。なお、図２の例では、４つのショットキー電極３を囲うように４つのカソード電極２が形成されている構成を１つのパターンとして、これがｎ−型ＧａＮ層１３の主面１３ａ上に周期的に形成されているが、当該１パターンをさらに分割して、図１に示す半導体装置としてもよい。
【００３６】
また、図２を参照して、反転相１は、主面１３ａにおいて円形状に形成されている。反転相１の幅（直径）は、１０μｍ以上１００μｍ以下であり、たとえば５０μｍである。また、反転相１は、主面１３ａにおいて分散して形成されている。主面１３ａにおいて反転相１が形成されている領域は、カソード電極２が形成されている領域と重なっている。反転相１の面方位は、反転相１が形成されていない領域の面方位と異なり、Ｎ（窒素）極性の面である（０００−１）である。反転相１は、ｎ−型ＧａＮ層１３と比べて不純物濃度が高い。反転相１の不純物濃度は、たとえば１×１０１７／ｃｍ3以上１×１０１９／ｃｍ3以下である。また、反転相１は、反転相１が形成されていない領域と比べて、転位密度が高い。反転相１の転位密度は１×１０８ｃｍ−２程度であるが、反転相１が形成されていない領域の転位密度は１×１０６ｃｍ−２程度以下である。
【００３７】
カソード電極２は、ｎ−型ＧａＮ層１３とオーミック接触可能な任意の材料で構成されていればよく、たとえばＴｉ（チタン）/Ａｌ（アルミニウム）/Ｔｉ/Ａｕ（金）として構成されていてもよい。
【００３８】
ショットキー電極３は、ｎ−型ＧａＮ層１３とショットキー接合可能な任意の材料で構成されていればよく、たとえばＰｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｎｉ（ニッケル）、またはＡｕといった材料を用いて構成されていてもよい。
【００３９】
図１を参照して、主面１３ａ上において、カソード電極２およびショットキー電極３がＩＩＩ族窒化物半導体層１３と接触していない領域には、フィールドプレート絶縁膜４が形成されている。フィールドプレート絶縁膜４は、比誘電率が低い任意の材料で構成されていればよく、たとえば二酸化珪素（ＳｉＯ2）または窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）で構成されていてもよい。また、カソード電極２およびショットキー電極３は、フィールドプレート絶縁膜４の開口部内の主面１３ａ上からフィールドプレート絶縁膜４上に延びるように形成されていてもよい。
【００４０】
次に、図３を参照して、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。まず、反転相１を含むｎ型ＧａＮ基板１１を準備する（工程（Ｓ１０））。具体的には、主面１１ａにおいて反転相１が所定の位置に配置されているｎ型ＧａＮ基板１１を準備する。図２を参照して、反転相１が円形状であって互いに分散した、いわゆるドット状に形成されたＧａＮ基板１１などを準備する。ここで、主面１３ａにおいて反転相１が形成される位置は、後の工程においてカソード電極２が形成される位置と重なるように決められる。
【００４１】
より具体的には、反転相１が所定の位置に形成されているｎ型ＧａＮ基板１１は、以下のようにして準備される。
【００４２】
まず、表面上に所定の位置にパターン層が形成された異種基板を準備する。異種基板は、たとえばＧａＡｓ基板である。次に、当該異種基板の表面上にＧａＮを結晶成長させる。結晶成長は、たとえばＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ  ｖａｐｏｒ  ｐｈａｓｅ  ｅｐｉｔａｘｙ）による気相成長により行う。このとき、上記パターン層上においてのみ反転相１が形成される。結晶成長の後、異種基板を除去する。異種基板の除去は、たとえば機械加工により実施される。除去後に研磨加工等を実施していてもよい。このようにして、所定の位置に反転相１が設けられているｎ型ＧａＮ基板１１が準備される。反転相１の存在は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）といったアルカリ系の薬液でのエッチングレートの違いとして確認できる。具体的には、Ｎ極性面は化学な反応性がＧａ極性面よりも勝るため、反転相１は局所的に早くエッチングされることにより、反転相１の存在を確認することができる。その他の方法としては、収束ビーム電子線回折（ＣＢＥＤ）法による電子線回折パターンを解析することによっても反転相１の存在を特定することができる。
【００４３】
次に、ｎ型ＧａＮ基板１１の主面１１ａ上にｎ＋型ＧａＮ層１２とｎ−型ＧａＮ層１３とを形成する（工程（Ｓ１１））。ｎ＋型ＧａＮ層１２およびｎ−型ＧａＮ層１３はエピタキシャル成長法によって形成されていればよく、たとえばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属気相成長）法により形成すればよい。このとき、ｎ型ＧａＮ基板１１に形成された反転相１は、ｎ＋型ＧａＮ層１２、およびｎ−型ＧａＮ層１３に引き継がれる。これにより、主面１３ａに対して垂直な方向に延びる反転相１を含んだ、エピタキシャル層としてのｎ＋型ＧａＮ層１２およびｎ−型ＧａＮ層１３を形成できる。つまり、本工程（Ｓ１１）において形成されるエピタキシャル層に主面１１ａの結晶方位が引き継がれるため、先の工程（Ｓ１０）において準備されたｎ型ＧａＮ基板１１に含まれる反転相１は、エピタキシャル成長中において主面上に常に形成されている状態となる。このため、ｎ−型ＧａＮ層１３の主面１３ａ上には反転相１が形成されている。このとき、ｎ−型ＧａＮ層１３中に形成される反転相１の不純物濃度は、ｎ−型ＧａＮ層１３の不純物濃度よりも高くなる。つまり、反転相１が形成されているｎ型ＧａＮ基板１１上にエピタキシャル成長を行うことによりエピタキシャル層中に結晶方位が引き継がれて形成される反転相１は、該エピタキシャル層よりも不純物濃度が高い。
【００４４】
次に、ｎ−型ＧａＮ層１３の主面１３ａを覆うように、フィールドプレート絶縁膜４を形成する。まず、たとえばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法によって、絶縁膜が主面１３ａ上に形成される。絶縁膜を構成する材料はＳｉ３Ｎ４である。次に、絶縁膜に開口部を形成する。具体的には、カソード電極２およびショットキー電極３が形成される領域上に位置する絶縁膜を除去して、開口部を形成する。これにより、フィールドプレート絶縁膜４が形成される。
【００４５】
次に、ショットキー電極端部での電界集中を緩和するためのフィールドプレート構造を作り込む。具体的には、フィールドプレート絶縁膜４においてショットキー電極３が形成される領域上に形成されている開口部に対し、フッ酸等を用いてサイドエッチングを施す。これにより、フィールドプレート絶縁膜４におけるショットキー電極３用上記開口部にテーパー形状を形成する。
【００４６】
次に、ショットキー電極３を形成する。具体的には、まず、フィールドプレート絶縁膜４の開口部から表出している主面１３ａを、たとえばＨＣｌ等により洗浄する。次に、ショットキー電極３となる金属を電子ビーム蒸着法によって成膜する。次に、ショットキー電極３を、リフトオフ法またはエッチング法により形成する。ここで、ショットキー電極３に対し、熱処理を行ってもよい。
【００４７】
次に、カソード電極２を形成する。具体的には、フィールドプレート絶縁膜４の開口部から表出している主面１３ａ上に、カソード電極２となる金属を電子ビーム蒸着法によって成膜する。次に、カソード電極２を、たとえばリフトオフ法またはエッチング法によりカソード電極２を形成する。このとき、該開口部には、反転相１が形成されている領域が含まれている。このようにして、反転相１と接続しているカソード電極２が主面１３ａ上に形成される。つまり、主面１３ａ上において、カソード電極２は所定の周期で複数形成される。また、カソード電極２は、ショットキー電極３に対して、所定の位置関係を有している。
【００４８】
次に、カソード電極２に対して、合金化処理を実施する。さらに、ｎ型ＧａＮ基板１１の主面１１ｂ側を研削または研磨して、ｎ型ＧａＮ基板１１の厚さを１００μｍ以上１５０μｍ以下程度にまで低減する。ｎ型ＧａＮ基板１１を薄膜化することで、放熱性の点で有利になる。このようにして、本実施の形態に係るＳＢＤとしての半導体装置を得ることができる。
【００４９】
次に、本実施の形態に係るモジュールについて説明する。図４および図５を参照して、本実施の形態に係るモジュールは、上述した本実施の形態に係る半導体装置１０をフリップチップ実装したものである。具体的には、主面１３ａ上に設けられたカソード電極２およびショットキー電極３は、導電性の接合材料で形成されたバンプ２５およびバンプ３５を介して、それぞれリードフレーム２０およびリードフレーム３０に接続されている。さらに、半導体装置１０は、リードフレーム２０，３０とともに、絶縁性材料で構成された封止体４０によって封止されている。
【００５０】
次に、本実施の形態に係る半導体装置およびモジュールの作用効果について説明する。本実施の形態に係る半導体装置において、カソード電極２は主面１３ａ上において反転相１と接続されている。反転相１の不純物濃度はＩＩＩ族窒化物半導体層１３の不純物濃度よりも高いため、第１の電極２はＩＩＩ族窒化物半導体層１３と接続される場合と比べて反転相１と低抵抗で接続されることができる。これにより、カソード電極２とＩＩＩ族窒化物半導体層１３との接触抵抗の低い半導体装置１０を得ることができる。また、本実施の形態に係る半導体装置１０において、ショットキー電極３はカソード電極２と同様に主面１３ａ上に形成されている。そのため、本実施の形態に係るモジュールは、半導体装置１０をフリップチップ実装することにより得ることができ、ワイヤボンディング実装により得られるモジュールと比べて寄生容量を低く抑えることができる。
【００５１】
本実施の形態に係る半導体装置１０において、カソード電極２とショットキー電極３とは主面１３ａ上で図２に示す位置関係を有していたが、これに限られるものではない。図６を参照して、たとえば１つのショットキー電極３の周囲三方を３つのカソード電極２が囲うような位置関係でカソード電極２とショットキー電極３とが設けられていてもよい。この場合も、反転相１は、カソード電極２が形成される領域に設けられていて、カソード電極２と接続されていればよい。このとき、ショットキー電極３の形状は、円形状でもよいし、三角形状でもよい。また、隣り合うカソード電極２間の距離ｈ３は、たとえば４００μｍ程度としてもよい。
【００５２】
また、図７を参照して、たとえばたとえば１つのショットキー電極３の周囲四方を４つのカソード電極２が囲うような位置関係でカソード電極２とショットキー電極３とが設けられていてもよい。この場合も、反転相１は、カソード電極２が形成される領域に設けられていて、カソード電極２と接続されていればよい。また、反転相１は、カソード電極２が形成される領域以外の領域においても形成されていてもよく、たとえばストライプ状に設けられていてもよい。このようにすれば、ストライプ状に形成された反転相１の任意の領域上にカソード電極２を形成することにより、反転相１とカソード電極２とを接続することができる。このとき、ショットキー電極３の形状は、円形状でもよいし、四角形状でもよい。図６および図７に示すカソード電極２とショットキー電極３との位置関係は、１つのパターンとして、これがｎ−型ＧａＮ層１３の主面１３ａ上に周期的に形成されていてもよいし、ｎ−型ＧａＮ層１３の主面１３ａ上に単独で形成されていてもよい。
【００５３】
なお、主面１３ａ上における反転相１の形状は、上述のように、ｎ型ＧａＮ基板１１を準備する際に用いる異種基板の表面上のパターン層の形状に応じて決まる。そのため、反転相１は、主面１３ａ上において任意の形状に形成することができ、たとえば上述のように、ドット状あるいはストライプ状として形成することができる。つまり、本実施の形態における半導体装置１０は、主面１３ａ上において任意のパターンとして形成されることができる。
【００５４】
本実施の形態において、半導体装置１０はｎ型ＧａＮ基板１１を備えていたが、これに限られるものではない。半導体装置１０は、ｎ型ＧａＮ基板１１を備えていなくてもよい。具体的には、ｎ型ＧａＮ基板１１は、主面１１ａ上にｎ＋型ＧａＮ層１２とｎ−型ＧａＮ層１３とが形成された後、除去されてもよい。ｎ型ＧａＮ基板１１は、任意の方法によって除去されることができ、たとえば主面１１ｂに対する研削などによって除去されてもよい。このようにしても、本実施の形態に係る半導体装置１０と同様の効果を奏することができる。
【００５５】
本実施の形態に係る半導体装置１０はＳＢＤであったが、これにかぎられるものではない。図８を参照して、半導体装置１０は、たとえばＨＥＭＴであってもよい。この場合には、半導体装置１０は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板としての半絶縁性のＧａＮ基板１４と、ＧａＮ層１５と、ＩＩＩ族窒化物半導体層としてのＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層１６とを備えている。さらに、半導体装置１０の主面１６ａ上に、反転相１と接続されたソース電極５と、ゲート電極６と、ドレイン電極７とを備えていればよい。このようにしても、ソース電極５とＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層１６との接触抵抗を低減することができる。また、半導体装置１０をフリップチップ実装することができるため、ワイヤボンディング実装と比べてモジュールの寄生容量を低減することができる。
【００５６】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むことが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、優れた高周波特性が求められる半導体装置およびモジュールに特に有利に適用される。
【符号の説明】
【００５８】
１  反転相、２  カソード電極、３  ショットキー電極、４  フィールドプレート絶縁膜、５  ソース電極、６  ゲート電極、７  ドレイン電極、１０  半導体装置、１０ａ，１３ａ，１６ａ  主面、１１，１４  基板、１３  ｎ−型ＧａＮ層、１６  Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ層、２０，３０  リードフレーム、２５，３５  バンプ、４０  封止体、１００  モジュール。
【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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