(57)【要約】【課題】順方向のオン抵抗が低いＩＩＩ族窒化物半導体デバイスを提供する。【解決手段】ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１は、ショットキー電極４０と、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０と、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍと、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０と、オーミック電極５０と、をこの順の配置で含み、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍのキャリア濃度は、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ショットキー電極と、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層と、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層と、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層と、オーミック電極と、をこの順の配置で含み、
前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層のキャリア濃度は、前記ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層側の主面から前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層側の主面にかけて層厚方向に単調に減少している、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス。
【請求項２】
前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層のキャリア濃度は、前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層側の主面から前記ショットキー電極側の主面にかけて層厚方向に単調に減少している、請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス。
【請求項３】
前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層は、前記ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層側の主面におけるキャリア濃度が５．０×１０1７ｃｍ-3以上５．０×１０18ｃｍ-3以下であり、前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層側の主面におけるキャリア濃度が１．５×１０15ｃｍ-3以上５．０×１０16ｃｍ-3以下である、請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス。
【請求項４】
前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層は、前記ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層側の主面におけるキャリア濃度が５．０×１０1７ｃｍ-3以上５．０×１０18ｃｍ-3以下であり、前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層側の主面におけるキャリア濃度が５．０×１０15ｃｍ-3以上１．０×１０17ｃｍ-3以下であり、
前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層は、前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層側の主面におけるキャリア濃度が５．０×１０15ｃｍ-3以上１．０×１０17ｃｍ-3以下であり、前記ショットキー電極側の主面におけるキャリア濃度が１．５×１０15ｃｍ-3以上５．０×１０16ｃｍ-3以下である、請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス。
【請求項５】
前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層のｎ型不純物原子濃度は、前記ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層側の主面から前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層側の主面にかけて層厚方向に単調に減少している、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス。
【請求項６】
前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層のｎ型不純物原子濃度は、前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層側の主面から前記ショットキー電極側の主面にかけて層厚方向に単調に減少している、請求項５に記載のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス。
【請求項７】
前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層は、前記ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層側の主面におけるｎ型不純物原子濃度が５．０×１０1７ｃｍ-3以上５．０×１０18ｃｍ-3以下であり、前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層側の主面におけるｎ型不純物原子濃度が１．５×１０15ｃｍ-3以上５．０×１０16ｃｍ-3以下である、請求項５に記載のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス。
【請求項８】
前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層は、前記ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層側の主面におけるｎ型不純物原子濃度が５．０×１０1７ｃｍ-3以上５．０×１０18ｃｍ-3以下であり、前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層側の主面におけるｎ型不純物原子濃度が５．０×１０15ｃｍ-3以上１．０×１０17ｃｍ-3以下であり、
前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層は、前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層側の主面におけるｎ型不純物原子濃度が５．０×１０15ｃｍ-3以上１．０×１０17ｃｍ-3以下であり、前記ショットキー電極側の主面におけるｎ型不純物原子濃度が１．５×１０15ｃｍ-3以上５．０×１０16ｃｍ-3以下である、請求項６に記載のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス。
【請求項９】
前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層の厚さは１００ｎｍ以上１μｍ以下である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス。
【請求項１０】
前記ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層の厚さは１μｍ以上２５μｍ以下である、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス。
【請求項１１】
前記ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層の厚さは０．５μｍ以上である、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス。
【請求項１２】
ＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの主面に垂直な方向に通電する縦型構造を有する、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス。
【請求項１３】
前記ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層と前記オーミック電極との間に配置された導電性の第１の支持基板をさらに含む、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス。
【請求項１４】
前記ショットキー電極側の主面に配置された第２の支持基板をさらに含む、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス。
【請求項１５】
前記オーミック電極側の主面に配置された第３の支持基板をさらに含む、請求項１から請求項１１いずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイスに関し、詳しくはオン抵抗が低いＩＩＩ族窒化物半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮなどのＩＩＩ族窒化物は、Ｓｉに比べて、大きなバンドギヤップエネルギー、高い絶縁破壊電界強度を有しているため、パワーデバイスとして好適なＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの開発が期待されている。
【０００３】
特開２００７−１４９９８５号公報（特許文献１）は、ドナー濃度により電子のキャリア濃度の制御が可能なＧａＮ系半導体膜を含む窒化物半導体装置として、ＩＩＩ族窒化物支持基体であるｎＧａＮ基体上に、厚さ２μｍでキャリア濃度が２×１０18ｃｍ-3のｎ+ＧａＮ層、厚さ１２μｍでキャリア濃度が２×１０16ｃｍ-3のｎ-ＧａＮ層、およびショットキー電極であるＰｔ電極が順に形成されているＳＢＤ（ショットキーバリアダオード）を開示する。
【０００４】
特開２００９−０７６８６６号公報（特許文献２）は、フィールドプレート構造による電界集中緩和により逆方向耐電圧が高いＳＢＤとして、ＧａＮ自立基板上に、ＧａＮエピタキシャル層、開口部を有する絶縁層、絶縁層の開口部においてＧａＮエピタキシャル層に接するショットキー電極が順に形成されているＳＢＤを開示する。
【０００５】
特開２０１０−０５６３１３号公報（特許文献３）は、ＧａＮ系の化合物半導体層のＮ原子主面上に低抵抗な電極が形成された半導体装置として、ｎ型ＧａＮ基板のＧａ原子主面側に、ｎ−ドリフト層であるｎ−ＧａＮエピタキシャル層、開口部を有する絶縁層、絶縁層の開口部においてｎ−ＧａＮエピタキシャル層に接するショットキー電極が順に形成され、ｎ型ＧａＮ基板のＮ原子主面上にオーミック電極が形成されているＳＢＤを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１４９９８５号公報
【特許文献２】特開２００９−０７６８６６号公報
【特許文献３】特開２０１０−０５６３１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特開２００７−１４９９８５号公報（特許文献１）、特開２００９−０７６８６６号公報（特許文献２）、および特開２０１０−０５６３１３号公報（特許文献３）に開示されている半導体デバイスであるＳＢＤは、いずれも、キャリア濃度が異なる２種類以上のＩＩＩ族窒化物層が形成されているため、２種類以上のＩＩＩ族窒化物層の界面でキャリア濃度差に由来するバンドギャップエネルギー差によるエネルギー障壁が形成され、順方向のオン抵抗を低減するのが困難という問題点があった。
【０００８】
本発明は、上記の問題点を解決し、順方向のオン抵抗が低いＩＩＩ族窒化物半導体デバイス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】
【０００９】
本発明は、ショットキー電極と、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層と、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層と、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層と、オーミック電極と、をこの順の配置で含み、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層のキャリア濃度は、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層側の主面にかけて層厚方向に単調に減少している、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイスである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、順方向のオン抵抗が低いＩＩＩ族窒化物半導体デバイスを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスのある例を示す概略断面図である。
【図２】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの別の例を示す概略断面図である。
【図３】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスのさらに別の例を示す概略断面図である。
【図４】典型的なＩＩＩ族窒化物半導体デバイスのある例を示す概略断面図である。
【図５】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスのある例についてのショットキー接触を示すバンド図である。
【図６】典型的なＩＩＩ族窒化物半導体デバイスのある例についてのショットキー接触を示すバンド図である。
【図７】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法のある例を示す概略断面図である。
【図８】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法の別の例を示す概略断面図である。
【図９】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法のさらに別の例を示す概略断面図である。
【図１０】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法に用いられる複合基板の製造方法のある例を示す概略断面図である。
【図１１】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法に用いられる複合基板の製造方法の別の例を示す概略断面図である。
【図１２】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法に用いられる複合基板の製造方法のさらに別の例を示す概略断面図である。
【図１３】３種類のＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの各層におけるショットキー電極からの距離とキャリア濃度との関係を示すグラフである。
【図１４】３種類のＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの各層におけるショットキー電極からの距離とｎ型不純物原子濃度との関係を示すグラフである。
【図１５】３種類のＩＩＩ族窒化物半導体デバイスにおける順方向の電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図１６】３種類のＩＩＩ族窒化物半導体デバイスにおける逆方向の電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜本発明の実施形態の説明＞
図１〜図３および図５を参照して、本発明のある実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１は、ショットキー電極４０と、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０と、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍと、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０と、オーミック電極５０と、をこの順の配置で含み、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍのキャリア濃度は、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少している。
【００１３】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１は、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍのキャリア濃度がｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少するように傾斜していることから、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０とｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０との間のバンドギャップエネルギー差によるエネルギー障壁が緩和されるため、順方向のオン抵抗が低減する。
【００１４】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１において、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０のキャリア濃度を、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ側の主面からショットキー電極４０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少させることができる。これにより、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１は、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０にキャリア濃度の傾斜をつけてｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍのキャリア濃度の傾斜の勾配を低減させることから、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０とｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０との間のバンドギャップエネルギー差によるエネルギー障壁がさらに緩和されるため、順方向のオン抵抗がさらに低減する。
【００１５】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１において、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍのキャリア濃度がｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少している場合、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍは、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面におけるキャリア濃度を５．０×１０1７ｃｍ-3以上５．０×１０18ｃｍ-3以下とし、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面におけるキャリア濃度を１．５×１０15ｃｍ-3以上５．０×１０16ｃｍ-3以下とすることができる。これにより、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１は、順方向のオン抵抗が低くなりかつ他の特性も良好となる。
【００１６】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１において、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍのキャリア濃度がｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少し、かつ、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０のキャリア濃度がｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ側の主面からショットキー電極４０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少している場合、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍは、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面におけるキャリア濃度を５．０×１０1７ｃｍ-3以上５．０×１０18ｃｍ-3以下とし、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面におけるキャリア濃度を５．０×１０15ｃｍ-3以上１．０×１０17ｃｍ-3以下とし、かつ、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０は、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ側の主面におけるキャリア濃度を５．０×１０15ｃｍ-3以上１．０×１０17ｃｍ-3以下とし、ショットキー電極４０側の主面におけるキャリア濃度を１．５×１０15ｃｍ-3以上５．０×１０16ｃｍ-3以下とすることができる。これにより、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１は、順方向のオン抵抗が低くなりかつ他の特性も良好となる。
【００１７】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１において、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍのｎ型不純物原子濃度を、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少させることができる。これにより、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１は、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍのｎ型不純物原子濃度が、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少するように傾斜していることから、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０とｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０との間のバンドギャップエネルギー差によるエネルギー障壁が緩和されるため、順方向のオン抵抗が低減する。
【００１８】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１において、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０のｎ型不純物原子濃度を、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ側の主面からショットキー電極４０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少させることができる。これにより、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１は、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０にｎ型不純物原子濃度の傾斜をつけてｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍのｎ型不純物原子濃度の傾斜の勾配を低減させることから、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０とｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０との間のバンドギャップエネルギー差によるエネルギー障壁がさらに緩和されるため、順方向のオン抵抗がさらに低減する。
【００１９】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１において、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍのｎ型不純物原子濃度がｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少している場合、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍは、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面におけるｎ型不純物原子濃度を５．０×１０1７ｃｍ-3以上５．０×１０18ｃｍ-3以下とし、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面におけるｎ型不純物原子濃度を１．５×１０15ｃｍ-3以上５．０×１０16ｃｍ-3以下とすることができる。これにより、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１は、順方向のオン抵抗が低くなりかつ他の特性も良好となる。
【００２０】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１において、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍのｎ型不純物原子濃度がｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少し、かつ、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０のｎ型不純物原子濃度がｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ側の主面からショットキー電極４０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少している場合、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍは、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面におけるｎ型不純物原子濃度を５．０×１０1７ｃｍ-3以上５．０×１０18ｃｍ-3以下とし、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面におけるｎ型不純物原子濃度を５．０×１０15ｃｍ-3以上１．０×１０17ｃｍ-3以下とし、かつ、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０は、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ側の主面におけるｎ型不純物原子濃度を５．０×１０15ｃｍ-3以上１．０×１０17ｃｍ-3以下とし、ショットキー電極４０側の主面におけるｎ型不純物原子濃度を１．５×１０15ｃｍ-3以上５．０×１０16ｃｍ-3以下とすることができる。これにより、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１は、順方向のオン抵抗が低くなりかつ他の特性も良好となる。
【００２１】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１において、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍの厚さを１００ｎｍ以上１μｍ以下とすることができる。これにより、順方向のオン抵抗が低くなるとともに逆方向の耐圧を高く維持できる。
【００２２】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１において、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０の厚さを１μｍ以上２５μｍ以下とすることができる。これにより、順方向のオン抵抗が低くなるとともに逆方向の耐圧を高く維持できる。
【００２３】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１において、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０の厚さを０．５μｍ以上とすることができる。これにより、デバイス特性への支持基板の影響を抑制できる。
【００２４】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１は、その主面に垂直な方向に通電する縦型構造を有することができる。これにより、デバイスチップの小型化が可能となる。
【００２５】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１において、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０とオーミック電極５０との間に配置された導電性の第１の支持基板１０をさらに含むことができる。これにより、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの機械的強度を高くすることができる。
【００２６】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１において、ショットキー電極４０側の主面に配置された第２の支持基板７０をさらに含むことができる。これにより、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの機械的強度を高くすることができる。
【００２７】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１において、オーミック電極５０側の主面に配置された第３の支持基板８０をさらに含むことができる。これにより、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの機械的強度を高くすることができる。
【００２８】
＜本発明の実施形態の詳細＞
［ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス］
図１〜図３を参照して、本発明のある実施形態であるＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１は、ショットキー電極４０と、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０と、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍと、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０と、オーミック電極５０と、をこの順の配置で含み、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍのキャリア濃度は、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少している。
【００２９】
ここで、図４および図６を参照して、典型的なＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１Ｒは、ショットキー電極４０と、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０と、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０と、オーミック電極５０と、をこの順の配置で含み、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０のキャリア濃度とｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０のキャリア濃度とが異なっていることから、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０のバンドのエネルギーとｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０のバンドのエネルギーとが異なるため、かかるバンド間のエネルギー差によるエネルギー障壁が形成され、順方向のオン抵抗を低減することが困難であった。
【００３０】
これに対して、図１〜図３および図５を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１は、ショットキー電極４０と、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０と、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍと、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０と、オーミック電極５０と、をこの順の配置で含み、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍのキャリア濃度がｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少するように傾斜していることから、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０のバンドとｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０のバンドとの間のエネルギー差によるエネルギー障壁が緩和されるため、順方向のオン抵抗が低減する。キャリア濃度の測定方法は、特に制限はなく、Ｃ−Ｖ（容量−電圧）法などが挙げられる。
【００３１】
図１〜図３および図５を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１において、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０のキャリア濃度は、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ側の主面からショットキー電極４０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少していることが好ましい。ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０のキャリア濃度をｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ側の主面からショットキー電極４０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少するように傾斜をつけると、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層のキャリア濃度の傾斜の勾配を低減させることから、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層のバンドとｎ-型ＩＩＩ族窒化物層バンドとの間のエネルギー差によるエネルギー障壁がさらに緩和されるため、順方向のオン抵抗がさらに低減する。
【００３２】
図１〜図３および図５を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１において、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍのｎ型不純物原子濃度は、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少していることが好ましい。かかるＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１は、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍのｎ型不純物原子濃度がｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少するように傾斜していることから、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍのキャリア濃度がｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少するように傾斜するため、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０のバンドとｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０のバンドとの間のエネルギー差によるエネルギー障壁が緩和されるため、順方向のオン抵抗が低減する。
【００３３】
図１〜図３および図５を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１において、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０のｎ型不純物原子濃度は、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ側の主面からショットキー電極４０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少していることが好ましい。かかるＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１は、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０にｎ型不純物原子濃度の傾斜をつけてｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍのｎ型不純物原子濃度の傾斜の勾配を低減させることから、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層のキャリア濃度の傾斜の勾配を低減させるため、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層のバンドとｎ-型ＩＩＩ族窒化物層バンドとの間のエネルギー差によるエネルギー障壁がさらに緩和されるため、順方向のオン抵抗がさらに低減する。
【００３４】
ＩＩＩ族窒化物において、キャリア濃度はｎ型不純物原子濃度に応じて変動するため、ｎ型不純物原子濃度を調整することによりキャリア濃度を調整することができる。ｐ型不純物原子が添加されない場合は、ｎ型不純物原子濃度はキャリア濃度にほぼ相当する。ｎ型不純物原子は、特に制限はないが、キャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度の精密な制御が容易な観点から、Ｓｉ（シリコン）、Ｏ（酸素）などが好適に挙げられる。ｎ型不純物原子濃度の測定方法は、特に制限はなく、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）法などが挙げられる。
【００３５】
（ショットキー電極）
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１に含まれるショットキー電極４０は、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０とショットキー接触する電極であれば特に制限はなく、たとえば、Ｎｉ電極、Ａｕ電極、Ｐｔ電極、Ｐｄ電極、Ｎｉ／Ａｕ電極などが挙げられる。
【００３６】
（ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層）
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１に含まれるｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０は、ＩＩＩ族窒化物で形成される層であれば特に制限はないが、バンドギャップエネルギーが大きい観点から、ＧａＮ層などのＧａＮ系層（ＩＩＩ族元素としてＧａを含むＩＩＩ族窒化物層をいう、以下同じ。）が好ましい。
【００３７】
ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０のキャリア濃度は、特に制限はないが、順方向のオン抵抗を低減しかつ他の特性も良好とする観点から、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ側の主面において５．０×１０15ｃｍ-3以上１．０×１０17ｃｍ-3以下が好ましく、ショットキー電極４０側の主面において１．５×１０15ｃｍ-3以上５．０×１０16ｃｍ-3以下が好ましく、また、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ側の主面からショットキー電極４０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少していることが好ましい。
【００３８】
また、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０のｎ型不純物原子濃度は、特に制限はないが、順方向のオン抵抗を低減しかつ他の特性も良好とする観点から、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ側の主面において５．０×１０15ｃｍ-3以上１．０×１０17ｃｍ-3以下が好ましく、ショットキー電極４０側の主面において１．５×１０15ｃｍ-3以上５．０×１０16ｃｍ-3以下が好ましく、また、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ側の主面からショットキー電極４０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少していることが好ましい。
【００３９】
ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０の厚さは、順方向のオン抵抗を低くするとともに逆方向の耐圧を高く維持できる観点から、１μｍ以上２５μｍ以下が好ましい。
【００４０】
（ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層）
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１に含まれるｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍは、ＩＩＩ族窒化物で形成される層であれば特に制限はないが、バンドギャップエネルギーが大きい観点から、ＧａＮ層などのＧａＮ系層（ＩＩＩ族元素としてＧａを含むＩＩＩ族窒化物層をいう、以下同じ。）が好ましい。
【００４１】
ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍのキャリア濃度は、特に制限はないが、順方向のオン抵抗を低減しかつ他の特性も良好とする観点から、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層のキャリア濃度が層厚方向にほぼ一定の場合、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面において５．０×１０1７ｃｍ-3以上５．０×１０18ｃｍ-3以下が好ましく、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面において１．５×１０15ｃｍ-3以上５．０×１０16ｃｍ-3以下が好ましい。また、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０のキャリア濃度がｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ側の主面からショットキー電極４０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少しており、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ側の主面におけるキャリア濃度が５．０×１０15ｃｍ-3以上１．０×１０17ｃｍ-3以下であり、ショットキー電極４０側の主面におけるキャリア濃度が１．５×１０15ｃｍ-3以上５．０×１０16ｃｍ-3以下である場合は、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍのキャリア濃度は、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面において５．０×１０1７ｃｍ-3以上５．０×１０18ｃｍ-3以下が好ましく、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面におけるキャリア濃度が５．０×１０15ｃｍ-3以上１．０×１０17ｃｍ-3以下が好ましい。
【００４２】
また、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍのｎ型不純物原子濃度は、特に制限はないが、順方向のオン抵抗を低減しかつ他の特性も良好とする観点から、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層のｎ型不純物原子濃度が層厚方向にほぼ一定の場合、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面において５．０×１０1７ｃｍ-3以上５．０×１０18ｃｍ-3以下が好ましく、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面において１．５×１０15ｃｍ-3以上５．０×１０16ｃｍ-3以下が好ましい。また、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０のｎ型不純物原子濃度がｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ側の主面からショットキー電極４０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少しており、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ側の主面におけるｎ型不純物原子濃度が５．０×１０15ｃｍ-3以上１．０×１０17ｃｍ-3以下であり、ショットキー電極４０側の主面におけるｎ型不純物原子濃度が１．５×１０15ｃｍ-3以上５．０×１０16ｃｍ-3以下である場合は、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍのｎ型不純物原子濃度は、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面において５．０×１０1７ｃｍ-3以上５．０×１０18ｃｍ-3以下が好ましく、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面におけるｎ型不純物原子濃度が５．０×１０15ｃｍ-3以上１．０×１０17ｃｍ-3以下が好ましい。
【００４３】
ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍの厚さは、順方向のオン抵抗を低くするとともに逆方向の耐圧を高く維持できる観点から、１００ｎｍ以上１μｍ以下が好ましい。
【００４４】
（ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層）
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１に含まれるｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０は、ＩＩＩ族窒化物で形成される層であれば特に制限はないが、バンドギャップエネルギーが大きい観点から、ＧａＮ層などのＧａＮ系層（ＩＩＩ族元素としてＧａを含むＩＩＩ族窒化物層をいう、以下同じ。）が好ましい。
【００４５】
ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０のキャリア濃度は、特に制限はないが、順方向のオン抵抗を低くする観点から、１．０×１０18ｃｍ-3以上であることが好ましい。また、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０のｎ型不純物原子濃度は、特に制限はないが、順方向のオン抵抗を低くする観点から、１．０×１０18ｃｍ-3以上であることが好ましい。
【００４６】
ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０の厚さは、デバイス特性への支持基板の影響を抑制する観点から、０．５μｍ以上が好ましく、１．０μｍ以上がより好ましい。また、順方向のオン抵抗を低くする観点から、２０μｍ以下が好ましい。
【００４７】
（オーミック電極）
本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１に含まれるオーミック電極５０は、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０または後述する第１の導電性支持基板とオーミック接触する電極であれば特に制限はなく、たとえば、Ｔｉ電極、Ａｌ電極、Ｔｉ／Ａｌ電極などが挙げられる。
【００４８】
（第１の導電性基板）
図１を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１は、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０とオーミック電極５０との間に配置された導電性の第１の支持基板１０、すなわち第１の導電性支持基板１０ｃをさらに含むことができる。ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０とオーミック電極５０との間に配置された第１の導電性支持基板１０ｃをさらに含むことにより、縦型構造で機械的強度の高いＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１が得られる。
【００４９】
第１の導電性支持基板１０ｃは、導電性を有し、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍおよびｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０を支持できる機械的強度を有するものであれば特に制限はないが、品質の高いｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍおよびｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０を形成する観点から、ＧａＮ系支持基板などのＩＩＩ族窒化物支持基板、Ｓｉ支持基板などが好適である。
【００５０】
（第２の導電性基板）
図２を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１は、ショットキー電極４０側の主面に配置された第２の支持基板７０をさらに含むことができる。ショットキー電極４０側の主面に配置された第２の支持基板７０をさらに含むことにより機械的強度の高いＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１が得られる。
【００５１】
第２の支持基板７０は、特に制限はないが、縦型構造のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１を形成する観点から、オーミック電極層７０ｏが両主面に形成された第２の導電性支持基板７０ｃであることが好ましい。第２の導電性支持基板７０ｃは、第１の導電性支持基板１０ｃと同様のものが好適である。
【００５２】
（第３の導電性基板）
図３を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１は、オーミック電極５０側の主面に配置された第３の支持基板８０をさらに含むことができる。オーミック電極５０側の主面に配置された第３の支持基板８０をさらに含むことにより、機械的強度の高いＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１が得られる。
【００５３】
第３の支持基板８０は、特に制限はないが、縦型構造のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１を形成する観点から、オーミック電極層８０ｏが両主面に形成された第３の導電性支持基板８０ｃであることが好ましい。第３の導電性支持基板８０ｃは、第１の導電性支持基板１０ｃと同様のものが好適である。
【００５４】
図１〜図３を参照して、上記のように、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１は、その主面に垂直な方向に通電する縦型構造を有することが好ましい。ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１は、縦型構造とすることにより、デバイスのチップ面積を小さくできる。
【００５５】
［ＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法］
図７〜図９を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１の製造方法は、特に制限はないが、効率よく品質の高いＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１を製造する観点から、たとえば、以下の例が好適である。
【００５６】
（第１の例）
図７を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１の製造方法の第１の例は、導電性の第１の支持基板１０として第１の導電性支持基板１０ｃを用いる場合であって、第１の導電性支持基板１０ｃの一方の主面上に、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ、およびｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０を形成する工程（図７（Ａ））と、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０上にショットキー電極４０を形成する工程（図７（Ｂ）と、第１の導電性支持基板１０ｃの他方の主面上にオーミック電極５０を形成する工程（図７（Ｃ））と、を含む。かかる工程により、縦型構造で第１の導電性支持基板１０ｃを含む機械的強度の高いＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１が得られる。
【００５７】
図７（Ａ）を参照して、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ、およびｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０を形成する方法は、特に制限はないが、品質の良いＩＩＩ族窒化物層を形成する観点から、ＭＯＣＶＤ（有機化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線気相成長）法、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成）法などの気相法が好適である。
【００５８】
ここで、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍの形成の際に、そのキャリア濃度がｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少するように、ドーパントガスの量を調節する。また、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０の形成の際に、必要に応じて、そのキャリア濃度がｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ側の主面からショットキー電極４０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少するように、ドーパントガスの量を調節する。
【００５９】
図７（Ｂ）を参照して、ショットキー電極４０を形成する方法は、ショットキー電極４０の形成に適した方法であれば特に制限はないが、品質の高いショットキー電極４０を効率よく形成する観点から、プラズマＣＶＤ（化学気相堆積）法、スパッタ法、真空蒸着法などが好適である。
【００６０】
図７（Ｃ）を参照して、オーミック電極５０を形成する方法は、オーミック電極５０の形成に適した方法であれば特に制限はないが、品質の高いオーミック電極５０を効率よく形成する観点から、プラズマＣＶＤ（化学気相堆積）法、スパッタ法、真空蒸着法などが好適である。
【００６１】
（第２の例）
図８を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１の製造方法の第２の例は、第１の支持基板１０に替えて、基礎基板１１１と接合層１１２とＩＩＩ族窒化物層１１３とを含む複合基板１１０を用いる場合であって、複合基板１１０のＩＩＩ族窒化物層１１３上に、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ、およびｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０を形成する工程（図８（Ａ））と、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０上にショットキー電極４０を形成する工程（図８（Ｂ））と、ショットキー電極４０側の主面に第２の支持基板７０を形成する工程（図８（Ｃ））と、複合基板１１０を除去する工程（図８（Ｄ））と、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０の露出した主面上にオーミック電極５０を形成する工程（図８（Ｅ））と、を含む。かかる工程により、第２の支持基板７０を含む機械的強度の高いＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１が得られる。
【００６２】
図８（Ａ）を参照して、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ、およびｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０を形成する方法は、複合基板１１０のＩＩＩ族窒化物層１１３上に形成すること以外は、第１の例におけるｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ、およびｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０を形成する方法と同様である。
【００６３】
図８（Ｂ）を参照して、ショットキー電極４０を形成する方法は、第１の例におけるショットキー電極４０を形成する方法と同様である。
【００６４】
図８（Ｃ）を参照して、ショットキー電極４０側の主面に第２の支持基板７０を形成する方法は、特に制限はないが、効率よく第２の支持基板７０を形成する観点から、接合層７４を介在させて第２の支持基板７０を貼り合わせる方法が好適である。ここで、デバイスの歩留まりを高める観点から、ショットキー電極４０の側面外周部は絶縁層６０で被覆されることが好ましい。
【００６５】
第２の支持基板７０は、特に制限はないが、縦型構造のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１を形成する観点から、オーミック電極層７０ｏが両主面に形成された第２の導電性支持基板７０ｃであることが好ましい。かかる第２の導電性支持基板７０ｃをショットキー電極４０側の主面に貼り合わせる接合層７４は、導電性のはんだ層または金属ペースト層が好適である。
【００６６】
図８（Ｄ）を参照して、複合基板１１０を除去する方法は、その材料に適した方法であれば特に制限はなく、切削、研削、研磨、および／またはエッチングなどが挙げられる。
【００６７】
図８（Ｅ）を参照して、オーミック電極５０を形成する方法は、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０の露出した主面上に形成すること以外は、第１の例におけるオーミック電極５０を形成する方法と同様である。
【００６８】
（第３の例）
図９を参照して、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１の製造方法の第３の例は、第１の支持基板１０に替えて、基礎基板１１１と接合層１１２とＩＩＩ族窒化物層１１３とを含む複合基板１１０を用いる場合であって、複合基板１１０のＩＩＩ族窒化物層１１３上に、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ、およびｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０を形成する工程（図９（Ａ））と、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０上にショットキー電極４０を形成する工程（図９（Ｂ）と、ショットキー電極４０側の主面に仮支持基板９０を形成する工程（図９（Ｃ））と、複合基板１１０を除去する工程（図９（Ｄ））と、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０の露出した主面上にオーミック電極５０を形成する工程（図９（Ｅ））と、オーミック電極５０側の主面上に第３の支持基板８０を形成する工程（図９（Ｅ））と、仮支持基板９０を除去する工程（図９（Ｆ））と、を含む。かかる工程により、第３の支持基板８０を含む機械的強度の高いＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１が得られる。
【００６９】
図９（Ａ）を参照して、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ、およびｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０を形成する方法は、第２の例におけるｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ、およびｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０を形成する方法と同様である。
【００７０】
図９（Ｂ）を参照して、ショットキー電極４０を形成する方法は、第１の例におけるショットキー電極４０を形成する方法と同様である。
【００７１】
図９（Ｃ）を参照して、ショットキー電極４０側の主面に仮支持基板９０を形成する方法は、特に制限はないが、効率よく仮支持基板９０の形成しかつ除去する観点から、仮接合層９９を介在させて第２の支持基板７０を貼り合わせる方法が好適である。仮支持基板９０は、ショットキー電極４０、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ、およびｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０を支持する機械的強度を有するものであれば特に制限はないが、コストを低減する観点から、Ｓｉ支持基板、Ｍｏ支持基板などが好適である。仮接合層９９は、特に制限はないが、仮支持基板９０の形成および除去を容易にする観点から、ワックスなどが好適である。
【００７２】
図９（Ｄ）を参照して、複合基板１１０を除去する方法は、第２の例における複合基板１１０を除去する方法と同様である。
【００７３】
図９（Ｅ）を参照して、オーミック電極５０を形成する方法は、第２の例におけるオーミック電極５０を形成する方法と同様である。
【００７４】
図９（Ｅ）を参照して、オーミック電極５０側の主面上に第３の支持基板８０を形成する方法は、特に制限はないが、効率よく第３の支持基板８０を形成する観点から、接合層８５を介在させて第３の支持基板８０を貼り合わせる方法が好適である。
【００７５】
第３の支持基板８０は、特に制限はないが、縦型構造のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１を形成する観点から、オーミック電極層８０ｏが両主面に形成された第３の導電性支持基板８０ｃであることが好ましい。かかる第３の導電性支持基板８０ｃをオーミック電極５０の主面に貼り合わせる接合層８５は、導電性のはんだ層または金属ペースト層が好適である。
【００７６】
図９（Ｆ）を参照して、仮支持基板９０を除去する方法は、特に制限はないが、仮支持基板の除去が容易な観点から、仮接合層９９としてワックスを用いた場合はそのワックスを融解または溶解することが好適である。
【００７７】
［複合基板の製造方法］
図１０〜図１２を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの製造方法に用いられる複合基板１１０は、基礎基板１１１とＩＩＩ族窒化物層１１３とが接合層１１２を介在させて接合された基板である。複合基板１１０のＩＩＩ族窒化物層１１３の厚さは、特に制限はないが、その上に品質の高いＩＩＩ族窒化物層を形成することができるとともにコストを低減する観点から、５０ｎｍ以上２５０μｍ以下であることが好ましい。かかる複合基板１１０の製造方法は、特に制限はないが、効率よく品質の高い複合基板１１０を製造する観点から、たとえば、以下の方法が好適である。
【００７８】
（第１の方法：イオン注入法）
図１０を参照して、複合基板１１０の製造方法の第１の方法であるイオン注入法は、基礎基板１１１の一主面上に接合層１１２ａを形成する工程（図１０（Ａ））と、ＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄの一主面側からイオンＩを注入することによりその主面から内部に所定の深さの位置の面にイオン注入領域１１３ｉを形成するとともにその主面上に接合層１１２ｂを形成する工程（図１０（Ｂ））と、基礎基板１１１に形成された接合層１１２ａとＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄに形成された接合層１１２ｂとを貼り合わせて接合基板１１０Ｌを形成する工程（図１０（Ｃ））と、接合基板１１０ＬのＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄをそのイオン注入領域１１３ｉで分離する工程（図１０（Ｄ））と、を含む。かかるイオン注入法は、ＩＩＩ族窒化物層１１３の厚さが５０ｎｍ以上１０μｍ未満の複合基板１１０を形成するのに好適である。
【００７９】
ここで、ＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄとは、ＩＩＩ族窒化物層を提供するドナー基板をいい、ＨＶＰＥ法、昇華法などの気相法、高窒素圧溶液法、フラックス法などの液相法などにより形成される。また、接合層１１２ａ，１１２ｂは、接合性が高い観点から、ＳｉＯ2層、Ｓｉ3Ｎ4層、ＴｉＯ2層、Ｇａ2Ｏ3層が好ましい。かかる接合層１１２ａ，１１２ｂの形成方法は、特に制限はなく、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法などが挙げられる。ＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄに注入されるイオンＩは、ＩＩＩ族窒化物層の品質の低下を抑制する観点から、質量の小さい原子のイオン、たとえば、水素イオン、ヘリウムイオンなどが好ましい。
【００８０】
接合層１１２ａ，１１２ｂを貼り合わせる方法は、特に制限はなく、貼り合わせ面を洗浄しそのまま貼り合わせた後６００℃〜１２００℃程度に昇温して接合する直接接合法、貼り合わせ面を洗浄しプラズマやイオンなどで活性化処理した後に室温（たとえば２５℃）〜４００℃程度の低温雰囲気下で接合する表面活性化接合法、貼り合わせ面を薬液と純水で洗浄処理した後、０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａ程度の高圧力を掛けて接合する高圧接合法、貼り合わせ面を薬液と純水で洗浄処理した後、１０-6Ｐａ〜１０-3Ｐａ程度の高真空雰囲気下で接合する高真空接合法、などが挙げられる。
【００８１】
ＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄをそのイオン注入領域１１３ｉで分離する方法は、イオン注入領域１１３ｉに応力がかかる方法であれば特に制限はなく、直接応力を加える方法、熱を加える方法、超音波を加える方法などが挙げられる。
【００８２】
（第２の方法：切断法）
図１１を参照して、複合基板１１０の製造方法の第２の方法である切断法は、基礎基板１１１の一主面上に接合層１１２ａを形成する工程（図１１（Ａ））と、ＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄの一主面上に接合層１１２ｂを形成する工程（図１１（Ｂ））と、基礎基板１１１に形成された接合層１１２ａとＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄに形成された接合層１１２ｂとを貼り合わせて接合基板１１０Ｌを形成する工程（図１１（Ｃ））と、接合基板１１０ＬのＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄの貼り合わせ面である主面から内部に所定の深さに位置する面でＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄを切断する工程（図１１（Ｄ））と、を含むことが好ましい。かかる切断法は、ＩＩＩ族窒化物層１１３の厚さが１０μｍ以上２５０μｍ以上の複合基板１１０を形成するのに好適である。
【００８３】
ここで、ＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄは、第１の方法におけるＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄと同様である。接合層１１２ａ，１１２ｂは、第１の方法における接合層１１２ａ，１１２ｂと同様である。接合層１１２ａ，１１２ｂを貼り合わせる方法は、第１の方法における接合層１１２ａ，１１２ｂを貼り合わせる方法と同様である。ＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄを切断方法は、特に制限なく、ワイヤソー、ブレード、レーザ、放電加工、ウォータージェットなどが好適に用いられる。
【００８４】
（第３の方法：ドナー基板減厚法）
図１２を参照して、複合基板１１０の製造方法の第３の方法であるドナー基板減厚法は、基礎基板１１１の一主面上に接合層１１２ａを形成する工程（図１２（Ａ））と、ＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄの一主面上に接合層１１２ｂを形成する工程（図１２（Ｂ））と、基礎基板１１１に形成された接合層１１２ａとＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄに形成された接合層１１２ｂとを貼り合わせて接合基板１１０Ｌを形成する工程（図１２（Ｃ））と、接合基板１１０ＬのＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄの貼り合わせ面である主面と反対側の主面から研削、研磨およびエッチングの少なくともいずれかによりＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄの減厚を行なう工程（図１２（Ｄ））と、を含むことが好ましい。
【００８５】
ここで、ＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄは、第１の方法におけるＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄと同様である。接合層１１２ａ，１１２ｂは、第１の方法における接合層１１２ａ，１１２ｂと同様である。接合層１１２ａ，１１２ｂを貼り合わせる方法は、第１の方法における接合層１１２ａ，１１２ｂを貼り合わせる方法と同様である。
【００８６】
また、ＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄを研削する方法は、特に制限はなく、砥石による研削（平面研削）、ショット・ブラストなどが挙げられる。ＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄを研磨する方法は、特に制限はなく、機械的研磨、ＣＭＰ（化学機械的研磨）などが挙げられる。ＩＩＩ族窒化物層ドナー基板１１３Ｄをエッチングする方法は、特に制限はなく、薬液によるウェットエッチング、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのドライエッチングなどが挙げられる。
【実施例】
【００８７】
（実施例１）
１．ＩＩＩ族窒化物層の形成
図７（Ａ）を参照して、第１の導電性支持基板１０ｃとして厚さ４００μｍでＳｉがドーピングされたキャリア濃度が２．０×１０18ｃｍ-3であるｎ+型ＧａＮ支持基板を準備して、かかる第１の導電性支持基板１０ｃの一方の主面上に、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ、およびｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０を、この順に、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法により成長させた。
【００８８】
得られたｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ、およびｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０について、それらの厚さを光干渉法により測定し、それらのキャリア濃度をＣ−Ｖ（容量−電圧）法により測定し、それらのｎ型不純物原子であるＳｉ原子の濃度をＳＩＭＳ法により測定した。また、結果を図１３および図１４にまとめた。ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０は、厚さが１μｍでｎ型不純物原子としてＳｉがドーピングされたキャリア濃度が１．０×１０18ｃｍ-3でありｎ型不純物原子濃度が１．０×１０18ｃｍ-3であるｎ+型ＧａＮ層であった。ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍは、厚さが０．２μｍでｎ型不純物原子としてＳｉがドーピングされた、キャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度がｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少しており、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面におけるキャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度が１．０×１０18ｃｍ-3であり、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面におけるキャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度が６．０×１０15ｃｍ-3であるｎ-型ＧａＮ中間層であった。ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０は、厚さが６．８μｍでｎ型不純物原子としてＳｉがドーピングされたキャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度が６．０×１０15ｃｍ-3であるｎ-型ＧａＮ層であった。
【００８９】
２．ショットキー電極の形成
図７（Ｂ）を参照して、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０上に、真空蒸着法により、ショットキー電極４０としてＮｉ／Ａｕ電極を形成した。
【００９０】
３．オーミック電極の形成
図７（Ｃ）を参照して、第１の導電性支持基板１０ｃの他方の主面上に、真空蒸着法により、オーミック電極としてＴｉ／Ａｌ電極を形成した。こうして、図１を参照して、実施例１のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１であるＳＢＤが得られた。
【００９１】
４．特性評価
実施例１で得られたＳＢＤについて、四端子法により、順方向に印加した電圧と電流密度との関係および逆方向に印加した電圧と電流密度との関係を調べ、それぞれ図１５および図１６にまとめた。図１５から、実施例１のＳＢＤの順方向の電流密度が５００Ａ／ｃｍ2のときの電圧（Ｖ）−電流密度（Ｉ）の曲線の傾きｄＶ／ｄＩであるオン抵抗は１．３ｍΩｃｍ2であった。図１６から、逆方向の耐電圧は４００Ｖであった。
【００９２】
（実施例２）
図１を参照して、以下の点を以外は、実施例１と同様にして、実施例２のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１であるＳＢＤを得た。すなわち、図１３および図１４を参照して、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍは、厚さが０．２μｍでｎ型不純物原子としてＳｉがドーピングされた、キャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度がｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少しており、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０側の主面におけるキャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度が１．０×１０18ｃｍ-3であり、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０側の主面におけるキャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度が２．０×１０16ｃｍ-3であるｎ-型ＧａＮ中間層であった。ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０は、厚さが６．８μｍでｎ型不純物原子としてＳｉがドーピングされた、キャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度がｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ側の主面からショットキー電極４０側の主面にかけて層厚方向に単調に減少しており、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物中間層３０ｍ側の主面におけるキャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度が２．０×１０16ｃｍ-3であり、ショットキー電極４０側の主面におけるキャリア濃度が６．０×１０15ｃｍ-3であるｎ-型ＧａＮ層であった。
【００９３】
実施例２で得られたＳＢＤについて、順方向に印加した電圧と電流密度との関係および逆方向に印加した電圧と電流密度との関係を調べ、それぞれ図１５および図１６にまとめた。図１５から、実施例２のＳＢＤの順方向の電流密度が５００Ａ／ｃｍ2のときの電圧（Ｖ）−電流密度（Ｉ）の曲線の傾きｄＶ／ｄＩであるオン抵抗は０．８ｍΩｃｍ2であった。図１６から、逆方向の耐電圧は４００Ｖであった。
【００９４】
（比較例１）
１．ＩＩＩ族窒化物層の形成
図４を参照して、第１の導電性支持基板１０ｃとして、実施例１と同様のｎ+型ＧａＮ支持基板を準備して、かかる第１の導電性支持基板１０ｃの一方の主面上に、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０、およびｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０を、この順に、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法により成長させた。
【００９５】
図１３および図１４を参照して、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層２０は、厚さが１μｍでｎ型不純物原子としてＳｉがドーピングされたキャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度が１．０×１０18ｃｍ-3であるｎ+型ＧａＮ層であった。ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０は、厚さが７．０μｍでｎ型不純物原子としてＳｉがドーピングされたキャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度が６．０×１０15ｃｍ-3であるｎ-型ＧａＮ層であった。
【００９６】
２．ショットキー電極の形成
図４を参照して、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層３０上に、実施例１と同様にしてショットキー電極４０としてＮｉ／Ａｕ電極を形成した。
【００９７】
３．オーミック電極の形成
図４を参照して、第１の導電性支持基板１０ｃの他方の主面上に、実施例１と同様にして、オーミック電極としてＴｉ／Ａｌ電極を形成した。こうして、図４を参照して、比較例１のＩＩＩ族窒化物半導体デバイス１ＲであるＳＢＤが得られた。
【００９８】
４．特性評価
比較例１で得られたＳＢＤについて、順方向に印加した電圧と電流密度との関係および逆方向に印加した電圧と電流密度との関係を調べ、それぞれ図１５および図１６にまとめた。図１５から、比較例１のＳＢＤの順方向の電流密度が５００Ａ／ｃｍ2のときの電圧（Ｖ）−電流密度（Ｉ）の曲線の傾きｄＶ／ｄＩであるオン抵抗は１．８ｍΩｃｍ2であった。図１６から、逆方向の耐電圧は４００Ｖであった。
【００９９】
上記の実施例１、実施例２および比較例１の結果を表１にまとめた。
【０１００】
【表１】
2015156479.tif 000003
【０１０１】
表１を参照して、比較例１のＳＢＤは、キャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度が１．０×１０18ｃｍ-3のｎ+型ＩＩＩ族窒化物層と、キャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度が６．０×１０15ｃｍ-3のｎ-型ＩＩＩ族窒化物層とを有しており、順方向の電流密度が５００Ａ／ｃｍ2のときのオン抵抗が１．８ｍΩｃｍ2であった。
【０１０２】
これに対して、実施例１のＳＢＤは、キャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度が１．０×１０18ｃｍ-3のｎ+型ＩＩＩ族窒化物層と、キャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度が６．０×１０15ｃｍ-3のｎ-型ＩＩＩ族窒化物層と、それらの層の間に位置する、キャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度がｎ+型ＩＩＩ族窒化物層側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層側の主面にかけて層厚方向に単調に減少し、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層側の主面におけるキャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度が１．０×１０18ｃｍ-3でありｎ-型ＩＩＩ族窒化物層側の主面におけるキャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度が６．０×１０15ｃｍ-3であるｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層と、を有することにより、順方向の電流密度が５００Ａ／ｃｍ2のときのオン抵抗を１．３ｍΩｃｍ2に低減できた。
【０１０３】
さらに、実施例２のＳＢＤは、キャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度が１．０×１０18ｃｍ-3のｎ+型ＩＩＩ族窒化物層と、キャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度がｎ+型ＩＩＩ族窒化物層側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層側の主面にかけて層厚方向に単調に減少し、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層側の主面におけるキャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度が１．０×１０18ｃｍ-3でありｎ-型ＩＩＩ族窒化物層側の主面におけるキャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度が２．０×１０16ｃｍ-3であるｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層と、キャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度がｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層側の主面からショットキー電極側の主面にかけて層厚方向に単調に減少し、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層側の主面におけるキャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度が２．０×１０16ｃｍ-3であり、ショットキー電極側の主面におけるキャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度が６．０×１０15ｃｍ-3であるｎ-型ＩＩＩ族窒化物層と、を有することにより、順方向の電流密度が５００Ａ／ｃｍ2のときのオン抵抗を０．８ｍΩｃｍ2に低減できた。
【０１０４】
また、比較例１、実施例１および実施例２のＳＢＤの逆方向の耐電圧は、いずれも４００Ｖであった。
【０１０５】
すなわち、ショットキー電極と、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層と、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層と、オーミック電極と、をこの順の配置で含むＩＩＩ族窒化物半導体デバイスに、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層とｎ+型ＩＩＩ族窒化物層との間にキャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度がｎ+型ＩＩＩ族窒化物層側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層側の主面にかけて層厚方向に単調に減少しているｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層をさらに含ませることにより、逆方向の耐電圧を低下させることなく、順方向のオン抵抗を低減することができた。
【０１０６】
さらに、ショットキー電極と、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層と、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層と、ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層と、オーミック電極と、をこの順の配置で含むＩＩＩ族窒化物半導体デバイスにおいて、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層のキャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度をｎ+型ＩＩＩ族窒化物層側の主面からｎ-型ＩＩＩ族窒化物層側の主面にかけて層厚方向に単調に減少させるのに加えて、ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層のキャリア濃度およびｎ型不純物原子濃度をｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層側の主面からショットキー電極側の主面にかけて層厚方向に単調に減少させることにより、逆方向の耐電圧を低下させることなく、順方向のオン抵抗をさらに低減することができた。
【０１０７】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０８】
１，１Ｒ  ＩＩＩ族窒化物半導体デバイス
１０  第１の支持基板
１０ｃ  第１の導電性支持基板
２０  ｎ+型ＩＩＩ族窒化物層
３０  ｎ-型ＩＩＩ族窒化物層
３０ｍ  ｎ-型ＩＩＩ族窒化物中間層
４０  ショットキー電極
５０  オーミック電極
６０  絶縁層
７０  第２の支持基板
７０ｃ  第２の導電性支持基板
７０ｏ，８０ｏ  オーミック電極層
７４，８５，１１２，１１２ａ，１１２ｂ  接合層
８０  第３の支持基板
８０ｃ  第３の導電性支持基板
９０  仮支持基板
９９  仮接合層
１１０  複合基板
１１０Ｌ  接合基板
１１１  基礎基板
１１３  ＩＩＩ族窒化物層
１１３ｉ  イオン注入領域
１１３Ｄ  ＩＩＩ族窒化物層ドナー基板
１１３Ｄｒ  残りのＩＩＩ族窒化物層ドナー基板
Ｉ  イオン
【図１】
2015156479.tif 000004
【図２】
2015156479.tif 000005
【図３】
2015156479.tif 000006
【図４】
2015156479.tif 000007
【図５】
2015156479.tif 000008
【図６】
2015156479.tif 000009
【図７】
2015156479.tif 000010
【図８】
2015156479.tif 000011
【図９】
2015156479.tif 000012
【図１０】
2015156479.tif 000013
【図１１】
2015156479.tif 000014
【図１２】
2015156479.tif 000015
【図１３】
2015156479.tif 000016
【図１４】
2015156479.tif 000017
【図１５】
2015156479.tif 000018
【図１６】
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