(57)【要約】【課題】簡単な構造で、低い順方向立上り電圧と、高い逆方向電圧とを実現する。【解決手段】基板と、前記基板上に形成されたアンドープの第１のIII-Ｖ族窒化物半導体層と、前記第１のIII-Ｖ族窒化物半導体層上に形成された、前記第１のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりもバンドギャップの広いアンドープの第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層と、前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層上に形成された第１のアノード電極と、前記第１のアノード電極を覆うように、前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層上に形成された第２のアノード電極と、前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層上に形成されたカソード電極とを有し、前記第１のアノード電極は熱処理が施されており、前記第１のアノード電極と前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層との間に生じるショットキーバリアおよび逆方向耐圧は、前記第２のアノード電極と前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層との間に生じるショットキーバリアおよび逆方向耐圧よりも小さい。【選択図】図１
2008172035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されたアンドープの第１のIII-Ｖ族窒化物半導体層と、
前記第１のIII-Ｖ族窒化物半導体層上に形成された、前記第１のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりもバンドギャップの広いアンドープの第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層と、
前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層上に形成された第１のアノード電極と、
前記第１のアノード電極を覆うように、前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層上に形成された第２のアノード電極と、
前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層上に形成されたカソード電極とを有するショットキーダイオードであって、
前記第１のアノード電極は熱処理が施されており、
前記第１のアノード電極と前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層との間に生じるショットキーバリアおよび逆方向耐圧は、前記第２のアノード電極と前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層との間に生じるショットキーバリアおよび逆方向耐圧よりも小さいことを特徴とするショットキーダイオード。
【請求項２】
（新規）
前記第２のアノード電極と前記カソード電極とが形成される領域を除いて、前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層上に形成された絶縁膜と、
前記第２のアノード電極と前記カソード電極との間の前記絶縁膜上に形成され、前記第２のアノード電極に電気的に接続される導電膜とを有することを特徴とする請求項１に記載のショットキーダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショットキーダイオードに係り、特に、簡単な構造で、低い順方向立上り電圧と、高い逆方向電圧とが得られるショットキーダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
III-Ｖ族窒化物半導体であるＧａＮは、シリコン以上の高電子移動度と、約一桁高い絶縁破壊耐圧を有し、低損失かつ高耐圧の電力制御素子として期待されている。
ただ、ＡｌＧａＮ／ＧａＮへテロ接合を用いて、ショットキー障壁ダイオードを試作すると、逆方向電圧は比較的容易に数１００Ｖの大きな値が得られるものの、低電圧領域で大きな逆方向漏れ電流が流れ、実用化の妨げとなっている。
また、ダイオードの応用として、図２に示すスイッチングレギュレータのフリーホイールダイオード（Ｄ１）や、図３に示すレクテナ回路の整流ダイオード２２を考えると、順方向立上り電圧は限りなく０Ｖに近いものが望ましいが、実際に試作されたショットキー障壁ダイオードは、一般に、０．６〜０．８Ｖ程度の大きな順方向立上り電圧を示し、理想動作を妨げていた。
なお、図２は、従来のスイッチングレギュレータの回路構成を示す回路図であり、図３は、従来のレクテナ回路の回路構成を示す回路図である。また、図２、図３において、ＦＥＴはスイッチングトランジスタ、Ｌはコイル、Ｃはコンデンサ、Ｒは抵抗、２０はアンテナ、２１は低域通過フィルタ、２２は整流ダイオード、２３は直流通過フィルタ、２４は負荷である。
【０００３】
順方向立上り電圧（以降、Ｖｆと記す）の低減方法として、図４に示すショットキーダイオードが提案されている。（下記、非特許文献１参照）
図４に示すショットキーダイオードは、例えば、絶縁性又は半絶縁性のサファイア基板から成る基板１と、基板１上に形成されたアンドープのＧａＮ層２と、ＧａＮ層２上に形成されたＧａＮ層２よりもバンドギャップの広いIII-Ｖ族窒化物半導体層であるアンドープのＡｌＧａＮ層３とを有する。
そして、ＡｌＧａＮ層３上面には第１のアノード電極４と、第２のアノード電極５と、カソード電極６が形成される。第２のアノード電極５は、第１のアノード電極４を覆うように形成される。
図４に示すショットキーダイオードでは、第１のアノード電極４と、第２のアノード電極５とが共通アノードを構成し、第１のアノード電極４の材料をＡｌ／Ｔｉとすることにより、共通アノード電極の一部の電気特性をオーミック性に変えている。この改良により、低いＶｆを実現している。
しかし、第１のアノード電極４はオーミック特性を示すため、このままでは、逆方向バイアス印加時に漏れ電流が流れてしまう。これを回避するため、前述の非特許文献１では、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合のしきい値電圧を０Ｖに設定し、第２のアノード５の逆バイアス印加による二次元電子ガスの空乏作用により、負のアノード電圧時に、アノード電極（４，５）からカソード電極６に電子が伝導するのを抑制している。
【０００４】
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
【非特許文献１】S.Yoshida, N.Ikeda, J.Li, T.Wada and H.Takehara, "Low On-Voltage Operation AlGaN/GaN Schottky Barrier Diode with a Dual Schottky Structure," IEICE Trans. Electron., Vol.E88-C, pp.690-693, 2005.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述したショットキーダイオードには、下記に示す問題点が存在する。
（１）ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合のしきい値電圧を０Ｖのピンポイントに設定する必要があり、この状態では、アノードとカソード間の二次元電子ガス濃度は低く、両電極間の寄生抵抗、即ち、ダイオードのオン抵抗が高くなってしまう問題である。
（２）また、万一にもＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合のしきい値電圧が僅かでも負の値になると、逆方向に漏れ電流が流れダイオードとして機能しなくなることである。
（３）さらには、実用化に必要な量産性を考えると、図４の構造では正常なダイオード動作が得られるパラメータの許容範囲が極めて狭く、歩留まりを考慮すると実用的な構造とは言い難いという問題がある。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、簡単な構造で、０．３Ｖ以下の低い順方向立上り電圧と、高い逆方向電圧とを得ることが可能なショットキーダイオードを提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）基板と、前記基板上に形成されたアンドープの第１のIII-Ｖ族窒化物半導体層と、前記第１のIII-Ｖ族窒化物半導体層上に形成された、前記第１のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりもバンドギャップの広いアンドープの第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層と、前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層上に形成された第１のアノード電極と、前記第１のアノード電極を覆うように、前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層上に形成された第２のアノード電極と、前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層上に形成されたカソード電極とを有するショットキーダイオードであって、前記第１のアノード電極は熱処理が施されており、前記第１のアノード電極と前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層との間に生じるショットキーバリアおよび逆方向耐圧は、前記第２のアノード電極と前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層との間に生じるショットキーバリアおよび逆方向耐圧よりも小さいことを特徴とする。
（２）（１）において、前記第２のアノード電極と前記カソード電極とが形成される領域を除いて、前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層上に形成された絶縁膜と、前記第２のアノード電極と前記カソード電極との間の前記絶縁膜上に形成され、前記第２のアノード電極に電気的に接続される導電膜とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明のショットキーダイオードによれば、簡単な構造で、０．３Ｖ以下の低い順方向立上り電圧と、高い逆方向電圧とを得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図１は、本発明の実施例のショットキーダイオードの概略構造を示す断面図である。
本実施例のショットキーダイオードも、例えば、絶縁性又は半絶縁性のサファイア基板から成る基板１と、基板１上に形成されたアンドープのＧａＮ層２と、ＧａＮ層２上に形成されたＧａＮ層２よりもバンドギャップの広いIII-Ｖ族窒化物半導体層であるアンドープのＡｌＧａＮ層３とを有する。
そして、ＡｌＧａＮ層３上面には第１のアノード電極４と、第２のアノード電極５と、カソード電極６が形成される。第２のアノード電極５は、第１のアノード電極４の一部または全部を覆うように形成される。
ここで、第１のアノード電極４と、第２のアノード電極５とは共通アノードを構成し、第１のアノード電極４の材料に、例えば、熱処理したＮｉを用いることにより、通常より低いショットキーバリアと低い逆方向耐圧をもつアノード電極を構成している。一方、第２のアノード電極５の材料には、例えば、熱処理を行わないＮｉを用いることにより、通常の高いショットキーバリアと高い逆方向耐圧をもつアノード電極を構成している。
ここで、第１のアノード電極４を形成後に熱処理を行い、低いショットキーバリアと低い逆方向耐圧を得た後に、第２のアノード電極５を形成することが本発明の特徴である。
【０００９】
本実施例では、アノード電極（４，５）とカソード電極６との間に、例えば、ＳｉＯ２等からなる絶縁膜１０が形成され、当該絶縁膜１０には、一端が、第２のアノード電極５に接続されるフィールドプレート（導電膜）１１が形成される。
ＡｌＧａＮ／ＧａＮへテロ接合は、分極効果の作用により、負のしきい値電圧を示す場合が一般的であり、このとき、二次元電子ガスの抵抗も低くなることが知られている。
したがって、０．３Ｖ以下の低Ｖｆとともに低オン抵抗の実現には、負のしきい値電圧が望ましい。
本実施例では、前述の非特許文献１に記載されているように、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合のしきい値電圧を０Ｖのピンポイントに設定せず、ＡｌＧａＮ／ＧａＮへテロ接合のしきい値電圧を負の電圧とする。
そして、第２のアノード電極５に、カソード電極６に対して、正電位の電圧が印加されるときには、フィールドプレート１１は、アノード電極（４，５）とカソード電極６との間の直列抵抗を低減する働きをする。
【００１０】
逆に、第２のアノード電極５に、カソード電極６に対して、負電位の電圧が印加されるときには、フィールドプレート１１は、周知のＭＯＳ構造におけるゲート電極と同様の働きにより、アノード電極（４，５）とカソード電極６との間の電気伝導を阻止するように作用する。このとき、ＭＯＳ構造を含むＡｌＧａＮ／ＧａＮへテロ接合の負のしきい値電圧の絶対値を、第一のアノード電極４の逆方向耐圧より小さく選ぶことにより、第一のアノード電極４による逆方向漏れ電流が、カソード電極６に到達することを有効に抑制できる。
これにより、本実施例では、ＡｌＧａＮ／ＧａＮへテロ接合がしきい値電圧として負のしきい値電圧を持ち、しかも低い順方向Ｖｆに加えて、低いオン抵抗と高い逆方向電圧をスイッチング用ダイオードを提供することが可能である。
なお、第１のアノード電極４には、Ｎｉ以外に、Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｒｅなどの金属、およびこれら複数の金属の合金や積層構造を使用してもよい。
また、第２のアノード電極５としては、Ｎｉ以外に、Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｃｏ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｒｅなどの金属、およびこれら複数の金属の合金や積層構造を使用することが可能である。
さらに、フィールドプレート１１としては、Ａｕ，Ｔｉ／Ａｕ，Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ，Ａｌ，Ｔｉ／Ａｌ，Ｃｕなどの電極材料を使用することが可能である。
【００１１】
以上説明したように、本実施例によれば、ＡｌＧａＮ／ＧａＮへテロ接合のしきい値電圧として負のしきい値電圧を選択できるので、低オン抵抗を図ることが可能である。
それにより、０．３Ｖ以下の低Ｖｆをもつ低オン抵抗、高い逆方向電圧のスイッチングダイオードを提供でき、しかも、本実施例のＧａＮ系ショットキーダイオードは、量産技術を考慮した設計となっているため、将来実用化に容易に繋げることができ、パワーエレクトロニクス産業および窒化物半導体産業の発展に大きく寄与することが可能となる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例のショットキーダイオードの概略構造を示す断面図である。
【図２】従来のスイッチングレギュレータの回路構成を示す回路図である。
【図３】従来のレクテナ回路の回路構成を示す回路図である。
【図４】従来のショットキーダイオードの概略構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１３】
１  基板
２  アンドープのＧａＮ層
３  アンドープのＡｌＧａＮ層
４  第１のアノード電極
５  第２のアノード電極
６  カソード電極
１０  絶縁膜
１１  フィールドプレート（導電膜）
２０  アンテナ
２１  低域通過フィルタ
２２  整流ダイオード
２３  直流通過フィルタ
２４  負荷
【図１】
2008172035.tif 000003
【図２】
2008172035.tif 000004
【図３】
2008172035.tif 000005
【図４】
2008172035.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成19年1月12日(2007.1.12)
【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】
基板と、
前記基板上に形成されたアンドープの第１のIII-Ｖ族窒化物半導体層と、
前記第１のIII-Ｖ族窒化物半導体層上に形成された、前記第１のIII-Ｖ族窒化物半導体層よりもバンドギャップの広いアンドープの第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層と、
前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層上に形成された第１のアノード電極と、
前記第１のアノード電極を覆うように、前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層上に形成された第２のアノード電極と、
前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層上に形成されたカソード電極とを有するショットキーダイオードであって、
前記第１のアノード電極は熱処理が施されており、
前記第１のアノード電極と前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層との間に生じるショットキーバリアおよび逆方向耐圧は、前記第２のアノード電極と前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層との間に生じるショットキーバリアおよび逆方向耐圧よりも小さいことを特徴とするショットキーダイオード。
【請求項２】
前記第２のアノード電極と前記カソード電極とが形成される領域を除いて、前記第２のIII-Ｖ族窒化物半導体層上に形成された絶縁膜と、
前記第２のアノード電極と前記カソード電極との間の前記絶縁膜上に形成され、前記第２のアノード電極に電気的に接続される導電膜とを有することを特徴とする請求項１に記載のショットキーダイオード。