(57)【要約】【課題】低オン抵抗・高耐圧を有しIII族窒化物半導体を用いるショットキバリアダイオードを提供する。【解決手段】窒化ガリウムフィールドプレート層１７は、III族窒化物半導体ドリフト領域１３の第１のエリア１３ｂを覆う。窒化ガリウムフィールドプレート層１７は、第２のエリア１３ｃに開口１９を有する。ショットキ導電部１５ａは、開口１９においてIII族窒化物半導体ドリフト領域１３の第２のエリア１３ｃにショットキ接合２１を成すことにより、オン抵抗を高くすることがない。オーバーラップ導電部１５ｂは、窒化ガリウムフィールドプレート層１７上に設けられる。窒化ガリウム系材料とは異なる材料から成る絶縁物（例えばＳｉＯＸ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ）とIII族窒化物半導体との界面が形成されない。【選択図】図１
2008117979.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のエリアおよび第２のエリアを含む主面を有するIII族窒化物半導体ドリフト領域と、
ショットキ導電部およびオーバーラップ導電部を含む電極と、
前記III族窒化物半導体ドリフト領域の前記第１のエリアを覆うと共に前記第２のエリアに開口を有する窒化ガリウムフィールドプレート層と
を備え、
前記ショットキ導電部は、前記窒化ガリウムフィールドプレート層の前記開口において前記III族窒化物半導体ドリフト領域の前記第２のエリアにショットキ接合を成し、
前記オーバーラップ導電部は、前記窒化ガリウムフィールドプレート層上に設けられる、ことを特徴とするショットキバリアダイオード。
【請求項２】
第１のエリアおよび第２のエリアを含む主面を有するIII族窒化物半導体ドリフト領域と、
ショットキ導電部およびオーバーラップ導電部を含む電極と、
前記III族窒化物半導体ドリフト領域の前記第１のエリアと前記オーバーラップ導電部との間に設けられると共に、前記第２のエリアに開口を有する窒化ガリウムフィールドプレート層と
を備え、
前記ショットキ導電部は、前記窒化ガリウムフィールドプレート層の前記開口を介して前記III族窒化物半導体ドリフト領域の前記第２のエリアにショットキ接合を成す、ことを特徴とするショットキバリアダイオード。
【請求項３】
前記窒化ガリウムフィールドプレート層の前記開口に位置合わせされた開口を有すると共に、前記窒化ガリウムフィールドプレート層上に設けられる絶縁層を
更に備え、
前記オーバーラップ導電部は、前記窒化ガリウムフィールドプレート層および前記絶縁層上に設けられており、
前記絶縁層は窒化ガリウム系材料とは異なる材料から成る、ことを特徴とする請求項１に記載されたショットキバリアダイオード。
【請求項４】
前記窒化ガリウムフィールドプレート層はアンドープＧａＮから成る、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたショットキバリアダイオード。
【請求項５】
前記窒化ガリウムフィールドプレート層の炭素濃度は３×１０１７ｃｍ−３より大きい、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたショットキバリアダイオード。
【請求項６】
前記窒化ガリウムフィールドプレート層はアモルファスＧａＮから成る、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたショットキバリアダイオード。
【請求項７】
前記窒化ガリウムフィールドプレート層は多結晶ＧａＮから成る、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたショットキバリアダイオード。
【請求項８】
前記窒化ガリウムフィールドプレート層は、ｐ型ドーパントを含むＧａＮ膜から成る、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたショットキバリアダイオード。
【請求項９】
１×１０８ｃｍ−２未満の転位密度を有するIII族窒化物半導体基板を更に備え、
前記III族窒化物半導体ドリフト領域は、前記III族窒化物半導体基板上に設けられている、ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載されたショットキバリアダイオード。
【請求項１０】
前記III族窒化物半導体基板は、１×１０８ｃｍ−２未満の転位密度を有する窒化ガリウム領域を含む、請求項９に記載されたショットキバリアダイオード。
【請求項１１】
前記III族窒化物半導体基板は窒化アルミニウムからなる、請求項９に記載されたショットキバリアダイオード。
【請求項１２】
前記III族窒化物半導体基板はＡｌＧａＮからなる、請求項９に記載されたショットキバリアダイオード。
【請求項１３】
前記III族窒化物半導体ドリフト領域は窒化ガリウムからなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載されたショットキバリアダイオード。
【請求項１４】
前記III族窒化物半導体ドリフト領域は窒化アルミニウムからなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載されたショットキバリアダイオード。
【請求項１５】
前記III族窒化物半導体ドリフト領域はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載されたショットキバリアダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィールドプレートを有するショットキバリアダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１では、窒化ガリウム整流器のシミュレーションについて報告されている。このシミュレーション結果によれば、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＭｇＯ、Ｓｃ２Ｏ３を用いたフィールドプレート構造を用いる整流器の耐圧は、フィールドプレート構造を用いない整流器に比べて向上する。特に、ＳｉＯ２フィールドプレートを用いた整流器において耐圧の向上がもっとも大きい。
【０００３】
非特許文献２では、低温成長ＧａＮキャップ層を用いるショットキバリア光検出器が記載されている。ショットキバリア光検出器はサファイア基板を用い、ショットキ電極は低温成長ＧａＮキャップ層上に形成されている。このショットキバリア光検出器のリーク電流は小さいけれども、その時定数は、低温成長ＧａＮの高抵抗のため大きい。
【非特許文献１】K.  H.  Balk  et al.  J.  Vac.  Sci.  Technol.  B  20(5),  Sep/Oct.  2002,  2169
【非特許文献２】Applied  physics  letters.  Vol.82,  2913
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
非特許文献１に示されるように、シミュレーションでは、ＳｉＮ、ＳｉＯ２をフィールドプレートに用いることによって、ショットキ電極からの電界が緩和されショットキバリアダイオードの耐圧が向上される。しかしながら、実際に、ＳｉＮ、ＳｉＯ２からなるフィールドプレートを用いるショットキバリアダイオードではリーク電流が多く、耐圧の向上が小さい。この理由として、III族窒化物は、ＳｉＮ、ＳｉＯ２などのシリコン化合物との相性が良くないことが考えられる。ＳｉＯ２／ＧａＮ界面あるいはＳｉＮ／ＧａＮ界面にリーク経路が形成されるので、ショットキバリアダイオードの耐圧が低下すると考えられる。
【０００５】
非特許文献２に記載されているように、低温成長窒化ガリウムを窒化ガリウムドリフト層のためのキャップとして用いると、ショットキバリアダイオードのリーク電流が低減される。しかしながら、逆に、ショットキバリアダイオードのオン抵抗が極めて高くなるので、低オン抵抗・高耐圧のショットキバリアダイオードには使用できない。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、低オン抵抗・高耐圧を有しIII族窒化物半導体を用いるショットキバリアダイオード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】
【０００７】
本発明に係るショットキバリアダイオードは、（ａ）第１のエリアおよび第２のエリアを含む主面を有するIII族窒化物半導体ドリフト領域と、（ｂ）ショットキ導電部およびオーバーラップ導電部を含む電極と、（ｃ）前記III族窒化物半導体ドリフト領域の前記第１のエリアを覆うと共に前記第２のエリアに開口を有する窒化ガリウムフィールドプレート層とを備え、前記ショットキ導電部は、前記窒化ガリウムフィールドプレート層の前記開口において前記III族窒化物半導体ドリフト領域の前記第２のエリアにショットキ接合を成し、前記オーバーラップ導電部は、前記窒化ガリウムフィールドプレート層上に設けられる。
【０００８】
このショットキバリアダイオードによれば、窒化ガリウムフィールドプレート層がIII族窒化物半導体ドリフト領域の第１のエリアを覆うので、ショットキバリアダイオードは、窒化ガリウムと異なるフィールドプレート絶縁物とIII族窒化物半導体ドリフト領域との界面を含まない。したがって、このショットキバリアダイオードは、フィールドプレート絶縁物とIII族窒化物半導体ドリフト領域との界面に起因ずるリーク経路を含まない。また、ショットキ導電部がIII族窒化物半導体ドリフト領域の第２のエリアにショットキ接合を成すことにより、オン抵抗が高くなることがない。
【０００９】
本発明に係るショットキバリアダイオードは、（ａ）第１のエリアおよび第２のエリアを含む主面を有するIII族窒化物半導体ドリフト領域と、（ｂ）ショットキ導電部およびオーバーラップ導電部を含む電極と、（ｃ）前記III族窒化物半導体ドリフト領域の前記第１のエリアと前記オーバーラップ導電部との間に設けられると共に、前記第２のエリアに開口を有する窒化ガリウムフィールドプレート層とを備え、前記ショットキ導電部は、前記窒化ガリウムフィールドプレート層の前記開口を介して前記III族窒化物半導体ドリフト領域の前記第２のエリアにショットキ接合を成す。
【００１０】
このショットキバリアダイオードによれば、窒化ガリウムフィールドプレート層がIII族窒化物半導体ドリフト領域の第１のエリアとオーバーラップ導電部との間に設けられるので、III族窒化物半導体の界面に起因するリーク経路の形成を避けることができる。また、ショットキ導電部がIII族窒化物半導体ドリフト領域の第２のエリアにショットキ接合を成すことにより、オン抵抗を高くすることがない。
【００１１】
本発明に係るショットキバリアダイオードは、絶縁層を更に備えることができる。この絶縁層は、前記窒化ガリウムフィールドプレート層の前記開口に位置合わせされた開口を有すると共に、前記窒化ガリウムフィールドプレート層上に設けられる。前記オーバーラップ導電部は、前記窒化ガリウムフィールドプレート層および前記絶縁層上に設けられる。前記絶縁層は窒化ガリウム系材料とは異なる材料から成る。
【００１２】
このショットキバリアダイオードでは、III族窒化物半導体ドリフト領域を覆う窒化ガリウムフィールドプレート層とオーバーラップ導電部との間に絶縁層も設けられるので、界面の電気伝導に起因する抵抗を大きくできる。また、窒化ガリウムフィールドプレート層の厚みにフィールドプレートのための絶縁層の厚みが加わるので、絶縁耐圧を向上できる。
【００１３】
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記窒化ガリウムフィールドプレート層はアンドープＧａＮから成ることが好ましい。窒化ガリウムフィールドプレート層が高比抵抗の窒化ガリウムとなり、フィールドプレート部分のリーク電流を低減でき、ショットキバリアダイオードの絶縁耐圧を向上できる。
【００１４】
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記窒化ガリウムフィールドプレート層の炭素濃度は３×１０１７ｃｍ−３より大きいことが好ましい。炭素の含有により窒化ガリウムフィールドプレート層の比抵抗を高でき、ショットキバリアダイオードのリーク電流が低減し、ショットキバリアダイオードの絶縁耐圧も向上する。
【００１５】
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記窒化ガリウムフィールドプレート層はアモルファスＧａＮから成ることが好ましい。窒化ガリウムフィールドプレート層を高比抵抗化することができ、リーク電流が低減し、絶縁耐圧も向上する。
【００１６】
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記窒化ガリウムフィールドプレート層は多結晶ＧａＮから成ることが好ましい。窒化ガリウムフィールドプレート層を高比抵抗化することができ、リーク電流が低減し、絶縁耐圧も向上する。
【００１７】
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記窒化ガリウムフィールドプレート層はエピタキシャルＧａＮ膜から成ることが好ましい。窒化ガリウムフィールドプレート層の結晶性を向上させることにより、高比抵抗化・高耐圧化が可能となり、リーク電流が低減し、絶縁耐圧も向上する。
また、本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記窒化ガリウムフィールドプレート層はｐ型のアクセプタ不純物をドーピングしたＧａＮから成ることが好ましい。窒化ガリウムフィールドプレート層ｐ型となり、ｎ形のドリフト層とｐｎ接合を形成するため、フィールドプレート部分のリーク電流が低減し、耐圧が向上するためである。
【００１８】
本発明に係るショットキバリアダイオードは、１×１０８ｃｍ−２未満の転位密度を有するIII族窒化物半導体基板を更に備えることができる。前記III族窒化物半導体ドリフト領域は、前記III族窒化物半導体基板上に設けられている。このショットキバリアダイオードによれば、低転位のIII族窒化物半導体基板を用いるので、III族窒化物半導体基板からIII族窒化物半導体ドリフト領域に延びる貫通転位数が減少する。界面伝導および貫通転位による伝導を介して基板の裏面に到達する電流が少なくできる。また、リーク電流の低下に伴い、ショットキバリアダイオードの耐圧の向上も可能となる。
【００１９】
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記III族窒化物半導体基板は、１×１０８ｃｍ−２未満の転位密度を有する窒化ガリウム領域を含むことが好ましい。このショットキバリアダイオードによれば、低転位の窒化ガリウム基板を用いるので、III族窒化物半導体ドリフト領域および窒化ガリウム半導体基板に延びる貫通転位数が減少する。界面伝導および貫通転位による伝導のリーク電流が少なくできる。また、ホモエピタキシャル成長であるので、III族窒化物半導体基板のためのウエハの反りがほとんどない。
【００２０】
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記III族窒化物半導体基板は窒化アルミニウムからなることができる。このショットキバリアダイオードによれば、窒化アルミニウム基板は高い熱伝導性を有しているので、パワーデバイスには有利である。
【００２１】
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記III族窒化物半導体基板はＡｌＧａＮからなることができる。このショットキバリアダイオードによれば、ＡｌＧａＮ基板を用いるので、窒化ガリウム系材料と異なる材料（例えば窒化アルミニウム）からなる基板に比較してウエハの反りを小さくでき、また、窒化ガリウム基板に比較して高い熱伝導率を有している。
【００２２】
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記III族窒化物半導体ドリフト領域は、窒化ガリウムからなることが好ましい。このショットキバリアダイオードによれば、窒化ガリウムは比較的大きなバンドギャップを有すると共に、電気伝導性の良好な制御性を有しているので、高耐圧でかつ低オン抵抗の両立が可能となる。
【００２３】
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記III族窒化物半導体ドリフト領域は窒化アルミニウムからなることが好ましい。このショットキバリアダイオードによれば、窒化アルミニウムは大きなバンドギャップを有しているので、高い絶縁破壊電界であるので、高耐圧に適する。
【００２４】
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記III族窒化物半導体ドリフト領域はＡｌＧａＮからなることが好ましい。このショットキバリアダイオードによれば、ＡｌＧａＮは比較的大きなバンドギャップを有すると共に、電気伝導性の比較的良好な制御性を有するので、高耐圧でかつ低オン抵抗の両立が可能となる。
【００２５】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、低オン抵抗・高耐圧を有しIII族窒化物半導体を用いるショットキバリアダイオードが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のショットキバリアダイオードに係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００２８】
図１は、本実施の形態に係るショットキバリアダイオードの構造の一例を示す図面である。ショットキバリアダイオード１１は、III族窒化物半導体ドリフト領域１３と、ショットキ電極１５と、窒化ガリウムフィールドプレート層１７とを備える。III族窒化物半導体ドリフト領域１３は主面１３ａを有しており、主面１３ａは第１のエリア１３ｂおよび第２のエリア１３ｃを含む。ショットキ電極１５は、ショットキ導電部１５ａとオーバーラップ導電部１５ｂとを含む。窒化ガリウムフィールドプレート層１７は、III族窒化物半導体ドリフト領域１３の第１のエリア１３ｂとオーバーラップ導電部１５ｂとの間に設けられる。窒化ガリウムフィールドプレート層１７は、第２のエリア１３ｃに開口１９を有する。ショットキ導電部１５ａは、開口１９においてIII族窒化物半導体ドリフト領域１３の第２のエリア１３ｃにショットキ接合２１を成す。オーバーラップ導電部１５ｂは、窒化ガリウムフィールドプレート層１７上に設けられる。
【００２９】
このショットキバリアダイオード１１によれば、窒化ガリウムフィールドプレート層１７がIII族窒化物半導体ドリフト領域１３の第１のエリア１３ｂとオーバーラップ導電部１５ｂとの間に設けられるので、窒化ガリウム系材料とは異なる材料から成る絶縁物（例えばシリコン無機化合物等、具体的にはＳｉＯＸ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等）とIII族窒化物半導体との界面に起因するリーク経路の形成を避けることができる。また、ショットキ導電部１５ａがIII族窒化物半導体ドリフト領域１３の第２のエリア１３ｃにショットキ接合を成すことにより、オン抵抗を高くすることがない。
【００３０】
また、窒化ガリウムフィールドプレート層１７は、III族窒化物半導体ドリフト領域１３の第１のエリア１３ｂを覆う。このショットキバリアダイオードによれば、窒化ガリウムと異なるフィールドプレート絶縁物とIII族窒化物半導体ドリフト領域１３との界面が形成さない。したがって、この界面に起因ずるリーク経路をショットキバリアダイオード１１は含まない。ショットキ接合２１の近くにはドリフト領域１３と絶縁物との界面は形成されず、ドリフト領域１３とフィールドプレート層１７との界面２３が形成される。
【００３１】
また、ショットキ導電部１５ａがIII族窒化物半導体ドリフト領域１３の第２のエリア１３ｃにショットキ接合２１を成すことにより、オン抵抗を高くすることがない。例えば、窒化ガリウムフィールドプレート層１７の厚さは、良好な界面とフィールドプレート効果を得るために、例えば約０．１マイクロメートル以上であることが好ましい。
【００３２】
一方、III族窒化物半導体ドリフト領域１３とフィールドプレート層１７との界面２３は、窒化ガリウムと異なるフィールドプレート絶縁物とIII族窒化物半導体ドリフト領域１３との界面に比べて、界面伝導に寄与するダングリングボンド等が少なく、このため、界面２３の電気伝導を小さくすることができる。
【００３３】
ショットキバリアダイオード１１では、窒化ガリウムフィールドプレート層１７はアンドープＧａＮから成ることが好ましい。界面２３は、III族窒化物半導体ドリフト領域１３とアンドープＧａＮフィールドプレート層１７とから形成される。窒化ガリウムフィールドプレート層１７が高比抵抗の窒化ガリウムからなる。
【００３４】
窒化ガリウムフィールドプレート層１７の炭素濃度は３×１０１７ｃｍ−３より大きいことが好ましい。界面２３は、III族窒化物半導体ドリフト領域１３と炭素含有ＧａＮフィールドプレート層１７とから形成される。炭素の含有により窒化ガリウムの比抵抗は上昇すると共に、ショットキバリアダイオード１１の絶縁耐圧も向上する。
【００３５】
窒化ガリウムフィールドプレート層１７はアモルファスＧａＮから成ることが好ましい。界面２３は、III族窒化物半導体ドリフト領域１３とアモルファスＧａＮフィールドプレート層１７とから形成される。アモルファスを用いることにより、高比抵抗の窒化ガリウムフィールドプレート層が容易に得られる。アモルファスＧａＮが、例えば、有機金属気相成長炉において、低温（例えば摂氏５５０度）において窒化ガリウムを成長することにより形成される。
【００３６】
窒化ガリウムフィールドプレート層１７は多結晶ＧａＮから成ることが好ましい。界面２３は、III族窒化物半導体ドリフト領域１３と多結晶ＧａＮフィールドプレート層１７とから形成される。多結晶を用いることにより、高比抵抗の窒化ガリウムフィールドプレート層が容易に得られる。多結晶ＧａＮが、例えば、有機金属気相成長炉において低温（例えば摂氏７００度程度）において窒化ガリウムを成長することにより形成される。
【００３７】
窒化ガリウムフィールドプレート層１７はエピタキシャルＧａＮ膜から成ることが好ましい。窒化ガリウムフィールドプレート層の結晶性を向上させることにより、高耐圧化が可能となるからである。界面２３は、III族窒化物半導体ドリフト領域１３とエピタキシャルＧａＮフィールドプレート層１７とから形成される。エピタキシャルＧａＮが、例えば、有機金属気相成長炉において、通常の結晶成長条件で形成される。好適な実施例では、III族窒化物半導体ドリフト領域１３は、大きなキャリア移動度を提供できるｎ型半導体からなることが好ましい。窒化ガリウムフィールドプレート層１７は、III族窒化物半導体ドリフト領域１３の多数キャリアと異なる多数キャリアを持つｐ型ＧａＮから成ることが好ましい。界面２３は、ｎ型の伝導性を示すIII族窒化物半導体ドリフト領域１３とｐ型の伝導性を示すプＧａＮフィールドプレート層から形成される。界面２３はｐｎ接合であるので、ショットキー接合部分に比べてフィールドプレート部分のリーク電流が大きく低減でき、耐圧が向上する。
【００３８】
ショットキバリアダイオード１１は、III族窒化物半導体基板２５を備えることができる。III族窒化物半導体基板２５は、例えば１×１０８ｃｍ−２未満の転位密度を有する。III族窒化物半導体ドリフト領域１３は、III族窒化物半導体基板２５の主面２５ａ上に設けられている。III族窒化物半導体基板２５の裏面２５ｂ上には、オーミック電極２７が設けられている。このショットキバリアダイオード１１によれば、低転位のIII族窒化物半導体基板２５を用いるので、III族窒化物半導体基板２５からIII族窒化物半導体ドリフト領域１３に延びる貫通転位数が減少する。界面伝導および貫通転位による伝導を介して基板２５の裏面に到達する電流が少なくできる。また、ショットキバリアダイオードの高耐圧化に寄与する。必要な場合には、III族窒化物半導体基板２５とIII族窒化物半導体ドリフト領域１３との間に、例えばＧａＮバッファ層といった別のIII族窒化物半導体層を含むことができる。
【００３９】
III族窒化物半導体基板２５は、窒化ガリウム基板であることができる。窒化ガリウム基板は１×１０８ｃｍ−２未満の転位密度を有する低転位の窒化ガリウム領域を含むことが好ましい。また、低転位の窒化ガリウム領域は１×１０６ｃｍ−２未満の転位密度を有する窒化ガリウム領域を含むことが好ましい。低転位の窒化ガリウム基板を用いるので、III族窒化物半導体ドリフト領域１３および窒化ガリウム半導体基板に延びる貫通転位数が減少する。界面伝導および貫通転位による伝導を介して基板２５の裏面２５ｂに到達する電流が少なくできる。また、ホモエピタキシャル成長であるので、ショットキバリアダイオードを作製するために用いるウエハの反りがほとんど生じない。
【００４０】
III族窒化物半導体基板２５は窒化アルミニウムからなることができる。窒化アルミニウム基板は１×１０８ｃｍ−２未満の転位密度を有する窒化アルミニウム領域を含むことが好ましい。低転位な基板を用いるので、III族窒化物半導体ドリフト領域１３の結晶性が良好になる。このため、低転位なIII族窒化物半導体ドリフト領域１３に延びる貫通転位数が減少する。界面伝導および貫通転位による伝導を介して基板２５の裏面２５ｂに到達する電流を少なくできる。また、窒化アルミニウムは、高い熱伝導性を有しており、パワーデバイスには有利である。
【００４１】
III族窒化物半導体基板２５はＡｌＧａＮからなることができる。ＡｌＧａＮ基板は、１×１０８ｃｍ−２未満の転位密度を有するＡｌＧａＮ領域を含むことが好ましい。低転位な基板を用いるので、III族窒化物半導体ドリフト領域１３の結晶性が良好になる。このため、低転位なIII族窒化物半導体ドリフト領域１３に延びる貫通転位数が減少する。界面伝導および貫通転位による伝導を介して基板２５の裏面２５ｂに到達する電流が少なくできる。また、ＡｌＧａＮは窒化アルミニウムに比較してウエハの反りを小さくでき、また、窒化ガリウムに比較して高い熱伝導率を有している。
【００４２】
ショットキバリアダイオード１１では、III族窒化物半導体ドリフト領域１３は、窒化ガリウムからなることが好ましい。この窒化ガリウムドリフト領域によれば、電気伝導性の良好な制御が可能であり、低オン抵抗・高耐圧の両立が可能である。好適な実施例では、III族窒化物半導体ドリフト領域１３およびIII族窒化物半導体基板２５は窒化ガリウムからなることが好ましい。窒化ガリウムフィールドプレート層１７と窒化ガリウムドリフト領域との接合はホモ接合になり、またこの界面の電気伝導は小さい。また、III族窒化物半導体ドリフト領域１３は窒化アルミニウムからなることが好ましい。窒化ガリウムフィールドプレート層１７と窒化アルミニウムドリフト領域との界面伝導が小さい。この窒化アルミニウムドリフト領域によれば、窒化アルミニウムは、高い絶縁破壊電界を持つので、高耐圧化に有利である。さらに、本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記III族窒化物半導体ドリフト領域はＡｌＧａＮからなることが好ましい。窒化ガリウムフィールドプレート層１７とＡｌＧａＮドリフト領域との界面伝導が小さい。このＡｌＧａＮドリフト領域によれば、比較的大きなバンドギャップにより、絶縁破壊電界を大きくできると共に、良好な電気伝導性の制御が可能である。
【００４３】
図２は、本実施の形態に係るショットキバリアダイオードの構造の別の例を示す図面である。ショットキバリアダイオード１１ａは、III族窒化物半導体ドリフト領域１３と、ショットキ電極１５と、窒化ガリウムフィールドプレート層１７とを備え、更に、絶縁層３１を備えることができる。この絶縁層３１は、窒化ガリウムフィールドプレート層１７の開口１９に位置合わせされた開口３３を有する。絶縁層３１は、窒化ガリウムフィールドプレート層１７上に設けられる。オーバーラップ導電部１７ｂは、窒化ガリウムフィールドプレート層１７および絶縁層３１上に設けられる。
【００４４】
このショットキバリアダイオード１１ａでは、III族窒化物半導体ドリフト領域１３を覆う窒化ガリウムフィールドプレート層１７とオーバーラップ導電部１５ｂとの間に絶縁層３１も設けられるので、界面の電気伝導に起因する抵抗を大きくできる。また、窒化ガリウムフィールドプレート層１７の厚みにフィールドプレートのための絶縁層３１の厚みが加わるので、絶縁耐圧を向上できる。なお、好適な実施例では、絶縁層３１の材料の抵抗率はフィールドプレート層１７のための窒化ガリウムの抵抗率より大きい。
【００４５】
絶縁層３１の材料として、絶縁層３１は窒化ガリウム系材料とは異なる材料から成る。絶縁層３１の材料として、絶縁性を有するシリコン無機化合物（具体的には、ＳｉＯＸ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ）、Ａｌ２Ｏ３等を用いることができる。これらの材料は、例えば化学的気相成長法や、プラズマＣＶＤ（ｐ−ＣＶＤ）で堆積される。絶縁層３１の厚さは、良好な界面とフィールドプレート効果を得るために、例えば約０．２マイクロメートル以上であることが好ましい。また、トンネル効果などを防ぐために、窒化ガリウムフィールドプレート層１７の厚さは、例えば約０．０１マイクロメートル以上であることが好ましい。また、この厚みの範囲であれば、良好な界面とフィールドプレート効果を得ることができる。
【００４６】
引き続き、図３を参照しながら、ショットキバリアダイオードを作製する方法の主要な工程を説明する。窒化ガリウム基板４１を準備する。窒化ガリウム基板４１の転位密度は、例えば１×１０６ｃｍ−２未満である。図３（ａ）に示されるように、窒化ガリウム基板４１の主面４１ａ上に窒化ガリウムドリフト層４３を成長する。この成長は例えば有機金属気相成長炉を用いて行われる。窒化ガリウムドリフト層４３には、例えばアンドープＧａＮ或いはｎ型ドーパントが添加されたＧａＮが用いられる。窒化ガリウムドリフト層４３はｎ導電性を示す。一例では、窒化ガリウムドリフト層４３は１×１０１６ｃｍ−３を有しており、その膜厚は１０マイクロメートル程度である。
【００４７】
図３（ｂ）に示されるように、窒化ガリウムドリフト層４３の主面４３ａ上に窒化ガリウムフィールドプレート層４５を成長する。この成長により、窒化ガリウムドリフト層４３と窒化ガリウムフィールドプレート層４５との半導体界面４４が得られる。この例では、界面４４がホモ接合がからので、非常に良質な界面が得られる。必要な場合には、図３（ｃ）に示されるように、窒化ガリウムフィールドプレート層４５上に絶縁膜４７を成長する。
【００４８】
図３（ｄ）に示されるように、ショットキ電極４９およびオーミック電極５１を形成する。窒化ガリウムフィールドプレート層４５および絶縁膜４７に開口を形成した後に、ショットキ電極４９は形成される。オーミック電極５１は基板４１の裏面４１ｂに形成される。ショットキ電極４９は、ショットキ導電部４９ａおよびオーバーラップ導電部４９ｂを含む。ショットキ導電部４９ａは、開口内において窒化ガリウムドリフト層４３にショットキ接合を成す。オーバーラップ導電部４９ｂは、絶縁膜４７上に設けられている。オーバーラップ導電部４９ｂのエッジ４９ｃと窒化ガリウムドリフト層４３との間には、窒化ガリウムフィールドプレート層４５（必要な場合には絶縁膜４７）が設けられている。
【００４９】
次いで、ショットキバリアダイオード（ＳＢＤ）のいくつかの実験例を説明する。
【００５０】
（実験例１）フィールドプレート構造がないＳＢＤ
転位密度１×１０６ｃｍ−２以下の低転位ＧａＮ基板および転位密度１×１０８ｃｍ−２のＧａＮ基板ＳＡ、ＳＢを準備する。これらの基板ＳＡ、ＳＢ上に、Ｓｉ濃度２×１０１８ｃｍ−３のｎ＋ＧａＮ層（２マイクロメートル）を成長した後に、Ｓｉ濃度１×１０１６ｃｍ−３のｎ型ＧａＮドリフト層（１０マイクロメートル）を成長する。これによりエピタキシャル基板Ａ、Ｂが形成される。
【００５１】
次いで、エピタキシャル基板Ａ、Ｂの裏面にオーミック電極を形成する。ｎ型ＧａＮドリフト層の表面に直径２００マイクロメートルの金（Ａｕ）電極を抵抗加熱を用いる蒸着法で形成する。これらのＳＢＤの特性を測定すると、
基板Ａを用いるＳＢＤ−Ａ１：耐圧８００ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
基板Ｂを用いるＳＢＤ−Ｂ１：耐圧３４０ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
である。
【００５２】
（実験例２）シリコン酸化物のフィールドプレート構造
エピタキシャル基板Ａ、Ｂ上にシリコン酸化膜を形成する。プラズマＣＶＤ法を用いて、１マイクロメートルのＳｉＮ膜を成長した後に、バッファードフッ化水素酸ＢＨＦ（１１０）を用いてＳｉＮ膜を選択的にエッチングし、ＳｉＮ膜に直径２００マイクロメートルの開口を形成する。この後に、実験例１と同じ方法で、２２０マイクロメートルの金（Ａｕ）電極を形成する。金電極は、直径２００マイクロメートルのショットキ接合と、幅１０マイクロメートルの帯状のオーバーラップ導体を有する。これらのＳＢＤの特性を測定すると、
基板Ａを用いるＳＢＤ−Ａ２：耐圧３１０ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
基板Ｂを用いるＳＢＤ−Ｂ２：耐圧２６０ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
である。
【００５３】
（実験例３）シリコン窒化物のフィールドプレート構造
エピタキシャル基板Ａ、Ｂ上にシリコン窒化膜を形成する。プラズマＣＶＤ法を用いて、１マイクロメートルのＳｉＮ膜を成長した後に、バッファードフッ化水素酸ＢＨＦ（１１０）を用いてＳｉＮ膜を選択的にエッチングし、ＳｉＮ膜に直径２００マイクロメートルの開口を形成する。この後に、実験例１と同じ方法で、２２０マイクロメートルの金（Ａｕ）電極を形成する。金電極は、直径２００マイクロメートルのショットキ接合と、幅１０マイクロメートルの帯状のオーバーラップ導体を有する。これらのＳＢＤの特性を測定すると、
基板Ａを用いるＳＢＤ−Ａ３：耐圧４２０ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
基板Ｂを用いるＳＢＤ−Ｂ３：耐圧２８０ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
である。
【００５４】
（実験例４）アンドープＧａＮのフィールドプレート構造
エピタキシャル基板Ａ、Ｂ上にシリコン窒化膜を形成する。プラズマＣＶＤ法を用いて、１マイクロメートルのＳｉＮ膜を成長した後に、バッファードフッ化水素酸ＢＨＦ（１１０）を用いてＳｉＮ膜を選択的にエッチングして、フィールプレートＧａＮ層を形成するエリアを露出させる。次いで、有機金属気相成長法を用いて、露出したエリア上に選択的にアンドープＧａＮを成長する。アンドープＧａＮは高抵抗であり、アンドープＧａＮ厚は１マイクロメートルである。この後に、バッファードフッ化水素酸ＢＨＦ（１１０）を用いて、残りのＳｉＮ膜を除去した後に、実験例１と同じ方法で、２２０マイクロメートルの金（Ａｕ）電極を形成する。金電極は、直径２００マイクロメートルのショットキ接合と、幅１０マイクロメートルの帯状のオーバーラップ導体を有する。これらのＳＢＤの特性を測定すると、
基板Ａを用いるＳＢＤ−Ａ４：耐圧１０１０ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
基板Ｂを用いるＳＢＤ−Ｂ４：耐圧４４０ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
である。
【００５５】
（実験例５）炭素含有ＧａＮのフィールドプレート構造
エピタキシャル基板Ａ、Ｂ上にシリコン窒化膜を形成する。プラズマＣＶＤ法を用いて、１マイクロメートルのＳｉＮ膜を成長した後に、バッファードフッ化水素酸ＢＨＦ（１１０）を用いてＳｉＮ膜を選択的にエッチングして、フィールプレートＧａＮ層を形成するエリアを露出させる。次いで、有機金属気相成長法を用いて、露出したエリア上に選択的に炭素（Ｃ）ドープＧａＮを成長する（Ａｎ３流量を５ｓｌｍから２ｓｌｍに低下させると、炭素濃度が３×１０１７ｃｍ−３になる）。ＣドープＧａＮは高抵抗であり、ＣドープＧａＮ厚は１マイクロメートルである。この後に、バッファードフッ化水素酸ＢＨＦ（１１０）を用いて、残りのＳｉＮ膜を除去した後に、実験例１と同じ方法で、２２０マイクロメートルの金（Ａｕ）電極を形成する。金電極は、直径２００マイクロメートルのショットキ接合と、幅１０マイクロメートルの帯状のオーバーラップ導体を有する。これらのＳＢＤの特性を測定すると、
基板Ａを用いるＳＢＤ−Ａ５：耐圧１０８０ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
基板Ｂを用いるＳＢＤ−Ｂ５：耐圧４８０ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
である。
【００５６】
（実験例６）低温成長ＧａＮのフィールドプレート構造
エピタキシャル基板Ａ、Ｂ上にシリコン窒化膜を形成する。プラズマＣＶＤ法を用いて、１マイクロメートルのＳｉＮ膜を成長した後に、バッファードフッ化水素酸ＢＨＦ（１１０）を用いてＳｉＮ膜を選択的にエッチングして、フィールプレートＧａＮ層を形成するエリアを露出させる。次いで、有機金属気相成長法を用いて、露出したエリア上に選択的に、低温成長（ＬＴ）ＧａＮを成長する（成長温度を摂氏５５０程度にする）。ＬＴ−ＧａＮは高抵抗であり、ＬＴ−ＧａＮ厚は１マイクロメートルである。この後に、バッファードフッ化水素酸ＢＨＦ（１１０）を用いて、残りのＳｉＮ膜を除去した後に、実験例１と同じ方法で、２２０マイクロメートルの金（Ａｕ）電極を形成する。金電極は、直径２００マイクロメートルのショットキ接合と、幅１０マイクロメートルの帯状のオーバーラップ導体を有する。これらのＳＢＤの特性を測定すると、
基板Ａを用いるＳＢＤ−Ａ６：耐圧１０６０ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
基板Ｂを用いるＳＢＤ−Ｂ６：耐圧４７０ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
である。
【００５７】
（実験例７）ｐ型ドーパント添加ＧａＮのフィールドプレート構造
エピタキシャル基板Ａ、Ｂ上にシリコン窒化膜を形成する。プラズマＣＶＤ法を用いて、１マイクロメートルのＳｉＮ膜を成長した後に、バッファードフッ化水素酸ＢＨＦ（１１０）を用いてＳｉＮ膜を選択的にエッチングして、フィールプレートＧａＮ層を形成するエリアを露出させる。次いで、有機金属気相成長法を用いて、露出したエリア上に選択的に、ｐ型ドーパント（例えば、マグネシウム、亜鉛、ベリリウム）を添加しながらｐ型ＧａＮを成長する（Ｍｇ濃度：１×１０１８ｃｍ−３）。ｐ型ＧａＮの成長後に、特段の活性化処理は行わない。ｐ型ＧａＮは高抵抗であり、ｐ型ＧａＮ厚は１マイクロメートルである。この後に、バッファードフッ化水素酸ＢＨＦ（１１０）を用いて、残りのＳｉＮ膜を除去した後に、実験例１と同じ方法で、２２０マイクロメートルの金（Ａｕ）電極を形成する。金電極は、直径２００マイクロメートルのショットキ接合と、幅１０マイクロメートルの帯状のオーバーラップ導体を有する。これらのＳＢＤの特性を測定すると、
基板Ａを用いるＳＢＤ−Ａ７：耐圧１１２０ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
基板Ｂを用いるＳＢＤ−Ｂ７：耐圧４９０ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
である。
【００５８】
いくつかの実験例から理解されるように、窒化ガリウムフィールドプレートを用いると、オン抵抗（ダイオードの電圧−電流特性における立ち上がり電圧）の増大無く、絶縁耐圧が向上される。いずれの実験例でも、窒化ガリウムフィールドプレート（アンドープＧａＮ、ＣドープＧａＮ、ＬＴ−ＧａＮ、ｐドーパント添加ＧａＮ）を用いることにより、オン抵抗の上昇なしに絶縁耐圧が増加している。また、低い転位密度を有する基板を用いることにより、更に絶縁耐圧が増加する。さらに、ＧａＮドリフト領域だけでなく、ＡｌＧａＮドリフト領域、ＡｌＮドリフト領域を用いるショットキバリアダイオードにも、フールドプレートのためのＧａＮ膜による技術的寄与がある。
【００５９】
また、更なる実験によれば、上記の実験における窒化ガリウムフィールドプレートをＧａＮドリフト層とシリコン系化合物（絶縁物）膜との間に設けたショットキバリアダイオードを作製する。シリコン系化合物は、シリコンと、窒素の少なくともいずれか一元素と酸素を含む。シリコン系化合物としては、例えば、ＳｉＯＸ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等である。
【００６０】
（実験例８）アンドープＧａＮ＋シリコン系化合物のフィールドプレート構造
基板Ａを用いるＳＢＤ−Ａ８：耐圧１１９０ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
基板Ｂを用いるＳＢＤ−Ｂ８：耐圧５６０ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
である。
【００６１】
（実験例９）炭素含有ＧａＮ＋シリコン系化合物のフィールドプレート構造
基板Ａを用いるＳＢＤ−Ａ９：耐圧１２４０ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
基板Ｂを用いるＳＢＤ−Ｂ９：耐圧５８０ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
である。
【００６２】
（実験例１０）低温成長ＧａＮ＋シリコン系化合物のフィールドプレート構造
基板Ａを用いるＳＢＤ−Ａ１０：耐圧１３１０ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
基板Ｂを用いるＳＢＤ−Ｂ１０：耐圧６２０ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
である。
【００６３】
（実験例１１）ｐ型ドーパント添加ＧａＮ＋シリコン系化合物のフィールドプレート構造
基板Ａを用いるＳＢＤ−Ａ１１：耐圧１２９０ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
基板Ｂを用いるＳＢＤ−Ｂ１１：耐圧６１０ボルト、オン抵抗４ｍΩｃｍ２
である。
【００６４】
実験例８〜１１では、シリコン系化合物としては０．８マイクロメートル厚のＳｉＯ２を用いる。フールドプレートのためのＧａＮ膜は、０．２マイクロメートル厚を有する。また、ＧａＮドリフト領域だけでなく、ＡｌＧａＮドリフト領域、ＡｌＮドリフト領域を用いるショットキバリアダイオードにも、フールドプレートのためのＧａＮ膜による技術的寄与がある。したがって、III族窒化物ドリフト領域とシリコン系絶縁物との間にフールドプレートのためのＧａＮ（アンドープＧａＮ、ＣドープＧａＮ、ＬＴ−ＧａＮ、ｐドーパント添加ＧａＮ）膜を設けることによって、高いフィールドプレート効果と共に、低減された界面リークを示す優れた耐圧のショットキバリアダイオードを作製できる。また、
【００６５】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】図１は、本実施の形態に係るショットキバリアダイオードの構造の一例を示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係るショットキバリアダイオードの構造の別の例を示す図面である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｄ）は、ショットキバリアダイオードを作製する方法の主要な工程を示す図面である。
【符号の説明】
【００６７】
１１、１１ａ…ショットキバリアダイオード、１３…III族窒化物半導体ドリフト領域、１３ｂ、１３ｃ…III族窒化物半導体ドリフト領域のエリア、１５…ショットキ電極、１５ａ…ショットキ導電部、１５ｂ…オーバーラップ導電部、１７…窒化ガリウムフィールドプレート層、１９…窒化ガリウムフィールドプレート層の開口、２１…ショットキ接合、２３…ドリフト領域とフィールドプレート層との界面、２５…III族窒化物半導体基板、２７…オーミック電極、３１…絶縁層、３３…絶縁層の開口、４１…窒化ガリウム基板、４３…窒化ガリウムドリフト層、４５…窒化ガリウムフィールドプレート層、４４…半導体界面、４７…絶縁膜、４９…ショットキ電極、４９ａ…ショットキ導電部、４９ｂ…オーバーラップ導電部、４９ｃ…オーバーラップ導電部のエッジ、５１…オーミック電極
【図１】
2008117979.tif 000003
【図２】
2008117979.tif 000004
【図３】
2008117979.tif 000005