(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層とバンドギャップが大きいIII族窒化物半導体層が繰り返して積層されている半導体基板と、
その半導体基板に接するアノード電極とカソード電極を備えており、
前記アノード電極が、バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層のマイナスＣ面に沿う範囲に導通してＣ面に沿う範囲から絶縁されており、
前記カソード電極が、バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層のＣ面に沿う範囲に導通してマイナスＣ面に沿う範囲から絶縁されている、
ダイオード。
【請求項２】
前記アノード電極が前記半導体基板にショットキー接触する請求項１に記載のダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書では、III族窒化物半導体の積層構造を利用するダイオードを開示する。
【背景技術】
【０００２】
バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層のＣ面に、バンドギャップが大きいIII族窒化物半導体層をヘテロ接合させると、バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層内のＣ面に沿う範囲に、二次元電子ガス層が発生する。特許文献１に、その二次元電子ガス層を利用するショットキーダイオードが開示されている。特許文献１の技術では、二次元電子ガス層にショットキー接触するアノード電極と、二次元電子ガス層にオーミック接触するカソード電極を用いる。
【０００３】
バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層のＣ面とマイナスＣ面にバンドギャップが大きいIII族窒化物半導体層をヘテロ接合させると、バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層内のＣ面に沿う範囲に二次元電子ガス層が発生し、同じIII族窒化物半導体層内のマイナスＣ面に沿う範囲に二次元ホールガス層が発生する。
特許文献２と３に、バンドギャップが小さい層と大きい層を繰り返して積層した構造を利用してＦＥＴを形成する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１９８１９９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３５６４０号公報
【特許文献３】特開２０１３−０９８２８４号公報
【０００５】
特許文献２と３に開示されているように、バンドギャップが小さい層と大きい層を繰り返して積層すると、複数の二次元電子ガス層と複数の二次元ホールガス層を得ることができ、半導体装置の抵抗を下げることが可能となる。
特許文献２と３では、バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層とバンドギャップが大きいIII族窒化物半導体層が繰り返し積層されている半導体基板の上面から深部に延びるトレンチを形成し、そのトレンチ内にソース電極とドレイン電極を形成している。上記の構造によると、半導体基板の深部に発生している二次元電子ガス層と二次元ホールガス層をソース電極とドレイン電極に接触させることができる。半導体装置の抵抗を下げることが可能となる。
【０００６】
バンドギャップが小さい層と大きい層を繰り返して積層することによって複数の二次元電子ガス層と複数の二次元ホールガス層を得る技術は、ダイオードにも有効であり、ダイオードの寄生抵抗を下げることが可能となる。この場合は、半導体基板の上面から深部に延びるトレンチを形成し、そのトレンチ内にアノード電極とカソード電極を形成することになる。
【０００７】
添付する図８は、特許文献２と３に開示されている積層構造を利用してダイオードを実現した場合の断面を示している。サファイア基板等の支持基板１の上面上に、バンドギャップが小さいＧａＮ層とバンドギャップが大きいＡｌＧａＮ層の互層が、繰り返して積層されている。すなわち、支持基板１の上面上に、ＧａＮ層２ａとＡｌＧａＮ層３ａの互層が積層され、その上面上にＧａＮ層２ｂとＡｌＧａＮ層の３ｂの互層が積層され、その上面上にＧａＮ層２ｃとＡｌＧａＮ層の３ｃの互層が積層され、その上面上にＧａＮ層２ｄが積層されている。以下では、ＧａＮ層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに共通な事象を説明する際には、参照番号のうちの語尾のアルファベットを省略する。他の添え字付きの参照番号についても同様である。図８の場合、ＧａＮ層２の上面がＣ面であり、下面がマイナスＣ面である。バンドギャップが小さいＧａＮ層２の上面に沿った範囲に二次元電子ガス層７が形成され、ＧａＮ層２の下面に沿った範囲に二次元ホールガス層６が形成される。半導体基板の上面から深部に延びているトレンチに、アノード電極２６とカソード電極２８が充填されている。アノード電極２６には二次元ホールガス層６にオーミック接触する金属を用いる。図８の構造によると、二次元電子ガス層7ａと二次元ホールガス層６ｂの間に形成されるｐｎダイオードと、二次元電子ガス層7ｂと二次元ホールガス層６ｂの間に形成されるｐｎダイオードと、二次元電子ガス層7ｂと二次元ホールガス層６ｃの間に形成されるｐｎダイオードと、二次元電子ガス層7ｃと二次元ホールガス層６ｃの間に形成されるｐｎダイオードと、二次元電子ガス層7ｃと二次元ホールガス層６ｄの間に形成されるｐｎダイオードが、アノード電極２６とカソード電極２８の間を並列に接続するダイオードが得られる。これによってダイオードの寄生抵抗が低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図８の構造は、ダイオードの寄生抵抗を低く抑えるのに有効であるが、アノード電極２６に二次元電子ガス層７が接触しており、カソード電極２８に二次元電子ホールガス層６が接触しており、逆方向のリーク電流が大きくなるという問題が生じる。
本明細書では、バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層とバンドギャップが大きいIII族窒化物半導体層を繰り返して積層することによって寄生抵抗を低く抑えることができ、しかも逆方向のリーク電流まで低く抑えることができるダイオードを開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本明細書で開示するダイオードは、バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層とバンドギャップが大きいIII族窒化物半導体層が繰り返して積層されている半導体基板を利用する。このダイオードのアノード電極は、二次元ホールガス層の各々に接して二次元電子ガス層に接しない形状となっており、カソード電極は、二次元電子ガス層の各々に接して二次元電子ホールガス層に接しない形状となっている。
【００１０】
上記の構造によると、二次元ホールガス層と二次元電子ガス層を利用するｐｎダイオードが得られる。このダイオードは、ｐｎ障壁を利用してリーク電流を低く抑えることができる。またアノード電極は二次元電子ガス層に接せず、カソード電極は二次元電子ホールガス層に接しないために、ｐｎ障壁を迂回する電流経路も存在しない。またキャリアの移動度が高い二次元ホールガス層の複数層と、キャリアの移動度が高い二次元電子ガス層の複数層を利用することから寄生抵抗も低く抑えることができる。
【００１１】
半導体基板にショットキー接触する金属によってアノード電極を形成すると、ショットキー障壁とｐｎ障壁の双方を利用するダイオードを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１のダイオードの断面を示す図。
【図２】実施例２のダイオードの断面を示す図。
【図３】実施例３のダイオードの断面を示す図。
【図４】実施例４のダイオードの断面を示す図。
【図５】実施例５のダイオードの断面を示す図。
【図６】実施例６のダイオードの断面を示す図。
【図７】実施例１のダイオードの製造工程を示す図。
【図８】従来技術によって得られるダイオードの断面を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に説明する実施例の特徴を列記する。
（特徴１）バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層とバンドギャップが大きいIII族窒化物半導体層が繰り返して積層されている積層構造を利用する。
（特徴２）特徴１の積層構造を形成する各層の上面を露出させる。
（特徴３）特徴２の露出面に電極を形成する。
（特徴４）アノード電極と二次元ホールガス層の距離＜アノード電極と二次元電子ガス層の距離の関係にある。
（特徴５）カソード電極と二次元ホールガス層の距離＞カソード電極と二次元電子ガス層の距離の関係にある。
（特徴６）バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層にＧａＮを用い、バンドギャップが大きいIII族窒化物半導体層にＡｌＧａＮを用いる。
（特徴７）ｉ型のＧａＮとｉ型のＡｌＧａＮを用いる。ここでいうｉ型は、ドーパントもアクセプタも添加せずに結晶成長させた層をいう。
【実施例】
【００１４】
（実施例１）
図１に実施例１のダイオードの断面を示す。参照番号１は、支持基板であり、その上面上に、バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層２とバンドギャップが大きいIII族窒化物半導体層３の互層が繰り返して積層されている。すなわち、支持基板１の上面上に半導体層２ａと３ａの互層が積層され、その上面上に半導体層２ｂと３ｂの互層が積層され、その上面上に半導体層２ｃと３ｃの互層が積層され、その上面上に半導体層２ｄが積層されている。
本実施例では、支持基板１にサファイア基板を用い、バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層２にｉ型のＧａＮを用い、バンドギャップが大きいIII族窒化物半導体層３にｉ型のＡｌＧａＮを用いる。本実施例では、ＧａＮ層２の上面がＣ面であり、下面がマイナスＣ面となっている。これに代えて、ＧａＮ層２の上面がマイナスＣ面であり、下面がＣ面としてもよい。結晶成長方法を選択することで、上面をＣ面とすることもできれば、上面をマイナスＣ面とすることもできる。支持基板１とＧａＮ層２ａの間にバッファ層を設けてもよい。
【００１５】
上記の積層構造の場合、バンドギャップが小さいＧａＮ層２のＣ面（本施例では上面）に沿った範囲に二次元電子ガス層７が形成され、ＧａＮ層２のマイナスＣ面（実施例では下面）に沿った範囲に二次元ホールガス層６が形成される。図１の場合、ＧａＮ層２ａの上面に沿った範囲に二次元電子ガス層７ａが発生し、ＧａＮ層２ｂの上面に沿った範囲に二次元電子ガス層７ｂが発生し、ＧａＮ層２ｃの上面に沿った範囲に二次元電子ガス層７ｃが発生し、ＧａＮ層２ｂの下面に沿った範囲に二次元ホールガス層６ｂが発生し、ＧａＮ層２ｃの下面に沿った範囲に二次元ホールガス層６ｃが発生し、ＧａＮ層２ｄの下面に沿った範囲に二次元ホールガス層６ｄが発生していることを示している。
【００１６】
参照番号８ｂ，８ｃ，８ｄはアノード電極を示している。アノード電極８ｂはＧａＮ層２ｂの露出上面に接しており、アノード電極８ｃはＧａＮ層２ｃの露出上面に接しており、アノード電極８ｄはＧａＮ層２ｄの露出上面に接している。前記したように、本明細書では、共通する事象については、アルファベットの添え字を省略して説明する。アノード電極８の形成位置では、ＧａＮ層２の上面から下面近傍までエッチングされており、そのエッチング面にアノード電極８が形成されている。ＧａＮ層２の残存厚みＴ１は薄く、その残存した厚みの範囲には、二次元電子ガス層７は形成されない。それに対して、残存厚みＴ１がある距離以上であると、残存した厚みの範囲にも二次元ホールガス層６が形成される。残存厚みＴ１が薄すぎると二次元ホールガス層６が枯渇してしまうが、本実施例では、二次元ホールガス層６が枯渇しない厚みＴ１に調整されている。
【００１７】
アノード電極８と二次元ホールガス層６が直接に接するとは限られない。アノード電極８と二次元ホールガス層６の間にｉ型のＧａＮが介在していることがある。ｉ型のＧａＮが介在している場合でも、アノード電極８からＧａＮに金属が侵入する現象等によって、アノード電極８と二次元ホールガス層６の間は低抵抗となる。ＧａＮ層２にショットキー接触する金属でアノード電極８を形成する場合も、両者間の順方向の接触抵抗は低い。本明細書では、アノード電極８と二次元ホールガス層６の間が低抵抗な状態を両者が導通しているという。アノード電極８ｂは二次元ホールガス層６ｂに導通し、アノード電極８ｃは二次元ホールガス層６ｃに導通し、アノード電極８ｄは二次元ホールガス層６ｄに導通している。
【００１８】
アノード電極８と二次元電子ガス層７は絶縁されている。すなわち、アノード電極８ｂと二次元電子ガス層７ｂの間にはＸ１に示す絶縁距離が確保され、アノード電極８ｃと二次元電子ガス層７ｃの間にもＸ１に示す絶縁距離が確保されている。アノード電極８ｂと二次元電子ガス層７ａの間は、ｉ型のＡｌＧａＮ層３ａによって絶縁されている。アノード電極８ｃと二次元電子ガス層７ｂの間は、ｉ型のＡｌＧａＮ層３ｂによって絶縁されている。アノード電極８ｄと二次元電子ガス層７ｃの間は、ｉ型のＡｌＧａＮ層３ｃによって絶縁されている。本実施例では、Ｔ１＜Ｘ１の関係にあり、アノード電極８と二次元電子ガス層７の間が極めて高抵抗な絶縁状態となっている。
結局、アノード電極８ｂは、二次元電子ガス層７ａ，７ｂ，７ｃのいずれからも絶縁されており、二次元ホールガス層６ｂに導通している。アノード電極８ｃは、二次元電子ガス層７ａ，７ｂ，７ｃのいずれからも絶縁されており、二次元ホールガス層６ｃに導通している。アノード電極８ｄは、二次元電子ガス層７ａ，７ｂ，７ｃのいずれからも絶縁されており、二次元ホールガス層６ｄに導通している。
【００１９】
参照番号９ａ，９ｂ，９ｃはカソード電極を示している。カソード電極９ａはＡｌＧａＮ層３ａの露出上面に接しており、カソード電極９ｂはＡｌＧａＮ層３ｂの露出上面に接しており、カソード電極９ｃはＡｌＧａＮ層３ｃの露出上面に接している。本明細書では、共通する事象については、アルファベットの添え字を省略して説明する。カソード電極９の形成位置では、ＡｌＧａＮ層３の上面から下面近傍までエッチングされており、そのエッチング面にカソード電極９が形成されている。ＡｌＧａＮ層３の残存厚みＴ２は適度に薄い。残存厚みＴ２が薄すぎると、薄すぎるＡｌＧａＮ層３にヘテロ接合している範囲では、ＧａＮ層２の上面近傍から二次元電子ガス層７が枯渇してしまう。本実施例では、二次元電子ガス層７が枯渇しない厚みＴ２に調整されている。
【００２０】
この場合、カソード電極９は、厚みＴ２のＡｌＧａＮ層３を介して二次元電子ガス層７に向い合う。カソード電極９と二次元ガス層ガス層７の間にｉ型のＡｌＧａＮ層３が介在していても、カソード電極９からＡｌＧａＮ層３に金属が侵入する現象等によって、カソード電極９と二次元電子ガス層７の間は低抵抗となる。本明細書では、カソード電極９と二次元電子ガス層７の間が低抵抗な状態を、両者が導通しているという。
【００２１】
カソード電極９と二次元ホールガス層６は接触しない関係におかれている。すなわち、カソード電極９ａと二次元ホールガス層６ｂの間にはＸ２に示す絶縁距離が確保され、カソード電極９ｂと二次元ホールガス層６ｃの間にもＸ２に示す絶縁距離が確保され、カソード電極９ｃと二次元ホールガス層６ｄの間にもＸ２に示す絶縁距離が確保されている。本実施例では、Ｔ２＜Ｘ２の関係にあり、カソード電極９と二次元電子ガス層６の間が極めて高抵抗な絶縁状態となっている。
結局、カソード電極９ａは、二次元ホールガス層６ｂ，６ｃ，６ｄのいずれからも絶縁され、二次元電子ガス層７ａに導通している。カソード電極９ｂは、二次元ホールガス層６ｂ，６ｃ，６ｄのいずれからも絶縁され、二次元電子ガス層７ｂに導通している。カソード電極９ｃは、二次元ホールガス層６ｂ，６ｃ，６ｄのいずれからも絶縁され、二次元電子ガス層７ｃに導通している。
【００２２】
参照番号４は、ＡｌＧａＮ層３の上面側のＧａＮ層２と下面側のＧａＮ層２の間に形成されるｐｎダイオードを示す。すなわち、参照番号４ａはＧａＮ層２ｂとＧａＮ層２ａの間に形成されるｐｎダイオードを示し、参照番号４ｂはＧａＮ層２ｃとＧａＮ層２ｂの間に形成されるｐｎダイオードを示し、参照番号４ｃはＧａＮ層２ｄとＧａＮ層２ｃの間に形成されるｐｎダイオードを示している。参照番号５は、ＧａＮ層２内に形成されるｐｎダイオードを示している。すなわち、参照番号５ｂはＧａＮ層２ｂ内に形成されるｐｎダイオードを示し、参照番号５ｃはＧａＮ層２ｃ内に形成されるｐｎダイオードを示している。いずれのダイオードも、アノード電極８に接触している二次元ホールガス層６をアノードとし、カソード電極９に接触している二次元電子ガス層７をカソードするｐｎダイオ―ドである。図１の構造によると、二次元ホールガス層６をアノードとし、二次元電子ガス層７をカソードするｐｎダイオ―ドが形成されることがわかる。
【００２３】
図８のダイオードでは、アノード電極２６とカソード電極の２８の間に、合計６本のキャリアパスが存在する。すなわち、二次元電子ガス層７ａ，７ｂ，７ｃと二次元ホールガス層６ｂ，６ｃ，６ｄの各々が、アノード電極２６とカソード電極の２８間を接続している。アノード電極２６をショットキー電極としてもリーク電流が大きい。
図１のダイオードでは、アノード電極８とカソード電極の９の間に、下記のキャリアパスが存在する。
(1)ダイオード４ａとなる二次元ホールガス層６ｂと二次元電子ガス層７ａの直列回路  、
(2)ダイオード５ｂとなる二次元ホールガス層６ｂと二次元電子ガス層７ｂの直列回路  、
(3)ダイオード４ｂとなる二次元ホールガス層６ｃと二次元電子ガス層７ｂの直列回路  、
(4)ダイオード５ｃとなる二次元ホールガス層６ｃと二次元電子ガス層７ｃの直列回路  、
(5)ダイオード４ｃとなる二次元ホールガス層６ｄと二次元電子ガス層７ｃの直列回路  、
いずれのキャリアパスもｐｎ障壁を備えており、リーク電流が低く抑えられる。
【００２４】
アノード電極８は、ＧａＮ層２にオーミック接触するものであってもよいし、ＧａＮ層２にショットキー接触するものであってもよい。後者の場合は、二次元ホールガス層６をアノードとして二次元電子ガス層７をカソードするｐｎダイオ―ドと、アノード電極と半導体基板の間のショットキー接触を利用するショットキーダイオードが複合したダイオードとなる。
【００２５】
図１に示すダイオードは、アノード電極８とカソード電極９の間に、ｐｎダイオード４ａ，４ｂ，４ｃ，５ｂ，５ｃが存在する構造となる。そのｐｎダイオードがリーク電流を低く抑える。また、複数の二次元電子ガス層７ａ，７ｂ，７ｃと複数の二次元ホールガス層６ｂ，６ｃ，６ｄがキャリアの移動経路を提供することから、寄生抵抗が低い。
【００２６】
（実施例２）
以下では、既説明の実施例と相違する点のみを説明する。既説明と同一ないし同等の部材には同じ参照番号を用い、重複説明を省略する。
図２に示す実施例２では、複数層に対して共通する連続した１個のアノード電極８とカソード電極９を用いる。そのために、実施例２では絶縁体１０，１２を用いる。
絶縁体１０ａはアノード電極８と二次元電子ガス層７ｂを絶縁し、絶縁体１０ｂはアノード電極８と二次元電子ガス層７ｃを絶縁する。絶縁体１０ｃは省略可能である。二次元電子ガス層７ａはｉ型のＡｌＧａＮ層３ａによってアノード電極８から絶縁されている。
絶縁体１２ａはカソード電極９と二次元ホールガス層６ｂを絶縁し、絶縁体１２ｂはカソード電極９と二次元ホールガス層６ｃを絶縁し、絶縁体１２ｃはカソード電極９と二次元ホールガス層６ｄを絶縁する。
上記によっても、アノード電極８は二次元ホールガス層６ｂ，６ｃ，６ｄに導通して二次元電子ガス層７ａ，７ｂ，７ｃから絶縁され、カソード電極９は、二次元電子ガス層７ａ，７ｂ，７ｃに導通して二次元ホールガス層６ｂ，６ｃ，６ｄから絶縁されている構造を得ることができる。
【００２７】
（実施例３）
図３に示すように、実施例３では、トレンチ１４内にアノード電極８を設け、トレンチ１６内にカソード電極９を設ける。トレンチ１４ｂは深く、厚みＴ１のＧａＮ層２ｂを介してＡｌＧａＮ層３ａに向い合う。トレンチ１４ｃは浅く、厚みＴ１のＧａＮ層２ｃを介してＡｌＧａＮ層３ｂに向い合う。トレンチ１４ｄはさらに浅く、厚みＴ１のＧａＮ層２ｄを介してＡｌＧａＮ層３ｃに向い合う。トレンチ１６ａは深く、厚みＴ２のＡｌＧａＮ層３ａを介してＧａＮ層２ａに向い合う。トレンチ１６ｂは浅く、厚みＴ２のＡｌＧａＮ層３ｂを介してＧａＮ層２ｂに向い合う。トレンチ１６ｃはさらに浅く、厚みＴ２のＡｌＧａＮ層３ｃを介してＧａＮ層２ｃに向い合う。
厚みＴ１，Ｔ２，Ｘ１，Ｘ２は、実施例１で説明したものである。距離Ｘ３は、アノード電極８とその外側に存在する二次元電子ガス層７の距離であり、Ｘ１にほぼ等しい。距離Ｘ４は、カソード電極９とその外側に存在する二次元ホールガス層６の距離であり、Ｘ２にほぼ等しい。図３の実施例は、図１の実施例とほぼ同じ性能となる。
【００２８】
（実施例４）
図４に示すように、実施例４では、半導体基板の上面を傾斜上面とし、その傾斜上面にＧａＮ層２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとＡｌＧａＮ層３ａ，３ｂ，３ｃの夫々の一部が露出する関係とする。
アノード電極８は、傾斜上面において、ＡｌＧａＮ層３の上面側とＧａＮ層２の下面側に接する。アノード電極８は、ＧａＮ層２の下面に沿って形成されている二次元ホールガス層６に接している。厚みＴ３は、アノード電極８に接する範囲のＧａＮ層２の最大厚みである。厚みＴ３は、アノード電極８の下方に位置するＧａＮ層２に二次元ホールガス層６が存在する厚み以上に設定されている。距離Ｌ１はアノード電極８と傾斜上面が接する範囲の上方に位置する二次元電子ガス層７からアノード電極８までの沿面距離である。Ｔ３＜Ｌ１であり、アノード電極８と傾斜上面が接する範囲から、その上方に位置する二次元電子ガス層７までの間に十分な絶縁距離を確保している。厚みＴ４は、アノード電極８とＡｌＧａＮ層３がオーバラップする厚みであり、厚みＴ５は、アノード電極８の下端からその下方に存在する二次元電子ガス層７までの厚みである。厚みＴ４＜Ｔ５の関係にあれば、アノード電極８の下端とその下方に位置する二次元電子ガス層７間に十分な絶縁距離を確保することができる。
【００２９】
図４の関係にあると、アノード電極８は二次元ホールガス層６に接触し、上側の二次元電子ガス層７までは絶縁に必要な沿面距離Ｌ１だけ隔てられており、下側の二次元電子ガス層７までは絶縁に必要な厚みＴ５だけ隔てられている。アノード電極８は二次元ホールガス層６に導通し、二次元電子ガス層７から絶縁されている。
厚みＴ４はゼロであってもよい。厚みＴ４がゼロであってもアノード電極８と二次元ホールガス層６は導通することができる。
【００３０】
カソード電極９もまた傾斜上面に接している。カソード電極９は、ＧａＮ層２の上面側とＡｌＧａＮ層３の下面側に接する。厚みＴ７は、カソード電極９とＧａＮ層２がオーバラップする厚みであり、そのオーバラップする厚みの中に二次元電子ガス層７が存在している。カソード電極９は、ＧａＮ層２の上面に沿って形成されている二次元電子ガス層７に接している。厚みＴ６は、カソード電極９に接する範囲内のＡｌＧａＮ層３の最大厚みである。厚みＴ６は、カソード電極９の下方に位置するＧａＮ層２の上面に沿った範囲に二次元電子ガス層７が存在する厚み以上に設定されている。距離Ｌ２はカソード電極９と傾斜上面が接する範囲の上方に位置する二次元ホールガス層６からカソード電極９までの沿面距離である。Ｔ６＜Ｌ２であり、カソード電極９と傾斜上面が接する範囲から、その上方に位置する二次元ホールガス層６までの間に十分な絶縁距離を確保している。厚みＴ８は、カソード電極９の下端からその下方に存在する二次元ホールガス層６までの厚みである。厚みＴ７＜Ｔ８の関係にあれば、カソード電極９の下端とその下方に位置する二次元ホールガス層６の間に十分な絶縁距離を確保することができる。
厚みＴ７はゼロであってもよい。厚みＴ７がゼロであってもカソード電極９と二次元電子ガス層７は導通することができる。
【００３１】
図４の関係にあると、カソード電極９は二次元電子ガス層７に導通し、上側の二次元ホールガス層６までは絶縁に必要な沿面距離Ｌ２だけ隔てられており、下側の二次元ホールガス層６までは絶縁に必要な厚みＴ８だけ隔てられている。カソード電極９は二次元電子ガス層７に導通し、二次元ホールガス層６から絶縁されている。
【００３２】
（実施例５）
図５に示す実施例５は、実施例４の傾斜上面と、実施例２の絶縁体を組み合わせた実施例に相当する。参照番号１８は、傾斜上面上に形成されている絶縁体（例えばＳｉＯ2）であり、傾斜上面とアノード電極８の間を局所的に絶縁する。参照番号２０も、傾斜上面上に形成されている絶縁体であり、傾斜上面とカソード電極９の間を局所的に絶縁する。
上記によっても、アノード電極８は二次元ホールガス層６に接触して二次元電子ガス層７から絶縁され、カソード電極９は二次元電子ガス層７に接触して二次元ホールガス層６から絶縁されている関係を得ることができる。絶縁体１８，２０は局所的範囲に形成してもよいし、傾斜上面上に一様に形成してから局所的に除去してもよい。絶縁体１８ｄと２０ａは省略可能である。
【００３３】
（実施例６）
図６に示す実施例６は、半導体基板にイオン注入した領域２２，２４を利用する。領域２２は、注入されたイオンによって二次元電子ガス層７の生成が阻害された領域である。領域２４は、注入されたイオンによって二次元ホールガス層６の生成が阻害された領域である。上記によっても、アノード電極８は二次元ホールガス層６に接触して二次元電子ガス層７から絶縁され、カソード電極９は二次元電子ガス層７に接触して二次元ホールガス層６から絶縁されている関係を得ることができる。領域２２，２４に、鉄などのイオンを注入して半導体を絶縁化してもよい。
【００３４】
（実施例１の製造方法）
図７は、実施例１のダイオードの製造方法を示している。
（１）は、支持基板１の上面に、ＧａＮ層２ａ，ＡｌＧａＮ層３ａ，ＧａＮ層２ｂ，ＡｌＧａＮ層３ｂ，ＧａＮ層２ｃ，ＡｌＧａＮ層３ｃ，ＧａＮ層２ｄを順にエピタキシャル成長した段階を示している。
（２）は、ＧａＮ層２ｄの左側の一部をエッチングし、厚みＴ１（図１参照）のＧａＮ層２ｄだけを残した段階でエッチングを終了した状態を示す。エッチングには、例えば、塩素系のドライエッチングを用いることができる。
（３）は、さらに左側の領域をさらにエッチングし、ＧａＮ層２ｄとＡｌＧａＮ層３ｃを除去し、厚みＴ１のＧａＮ層２ｃだけを残した段階でエッチングを終了した状態を示す。
（４）は、さらに左側の領域をさらにエッチングし、ＧａＮ層２ｃとＡｌＧａＮ層３ｂを除去し、厚みＴ１のＧａＮ層２ｂだけを残した段階でエッチングを終了した状態を示す。
（５）は、ＧａＮ層２ｄの右側の一部をエッチングし、ＧａＮ層２ｄを除去し、厚みＴ２（図１参照）のＡｌＧａＮ層３ｃだけを残した段階でエッチングを終了した状態を示す。
（６）は、さらに右側の領域をさらにエッチングし、ＡｌＧａＮ層３ｃとＧａＮ層２ｃを除去し、厚みＴ２のＡｌＧａＮ層３ｂだけを残した段階でエッチングを終了した状態を示す。
（７）は、さらに右側の領域をさらにエッチングし、ＡｌＧａＮ層３ｂとＧａＮ層２ｂを除去し、厚みＴ２のＡｌＧａＮ層３ａだけを残した段階でエッチングを終了した状態を示す。
図示はしないが、（１）から（７）に工程を経て形成された段差部に生じる厚みＴ１のＧａＮ層２の上面にアノード電極８を形成し、段差部に生じる厚みＴ２のＡｌＧａＮ層３の上面にカソード電極９を形成すれば、実施例１のダイオードを製造することができる。アノード電極８を形成する際には、ニッケルと金からなる電極材料を蒸着し、酸素雰囲気で熱処理する。これによってホールに対してオーミック接触する電極が得られる。カソード電極９には、チタンとアルミニウムからなる電極材料を蒸着し、窒素雰囲気で熱処理する。これによって電子に対してオーミック接触する電極が得られる。
【００３５】
図４に示した傾斜上面を形成する場合は、図７（１）の基板の上面にレジスト膜を形成する。その際に、レジスト膜の膜厚が、中心で厚く、左右に近づくにつれて薄くなるレジスト膜を形成する。傾斜上面を持ったレジスト膜は、既知の方法で製造することができる。その状態で、レジスト膜の上面からエッチングする。レジスト膜までエッチングする条件でエッチングする。すると、厚いレジスト膜で覆われていた基板の中央部では基板のエッチングが進行せず、基板上面が高い高さに維持される。それに対して薄いレジスト膜で覆われていた基板の左右部では基板のエッチングが進行し、基板上面が低くなる。このようにして傾斜上面を形成することができる。
本実施例では、ＧａＮとＡｌＧａＮのヘテロ接合の場合を説明したが、III族窒化物半導体にはＧａＮ，ＩｎＮ，ＡｌＮまたはこれらの混晶が利用可能であり、さまざまに組わせてバンドギャップに大小があるヘテロ接合を実現することができる。
【００３６】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００３７】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３８】
１：支持基板（本実施例ではサファイヤ基板）
２：バンドギャップが小さなIII族窒化物半導体層（本実施例ではｉ型のＧａＮ層）
３：バンドギャップが大きなIII族窒化物半導体層（本実施例ではｉ型のＡｌＧａＮ層）
４：ＡｌＧａＮ層の上面側のＧａＮ層と下面側のＧａＮ層の間に形成されるｐｎダイオードを示す。
５：ＧａＮ層の上面近傍と下面近傍の間に形成されるｐｎダイオードを示す。
６：二次元ホールガス層
７：二次元電子ガス層
８：アノード電極
９：カソード電極
１０，１２：絶縁体
１４，１６：トレンチ
１８，２０：絶縁体
２２，２４：絶縁体
【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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