(57)【要約】【課題】窒化物半導体を用いた高耐圧のショットキーダイオードをイオン注入等の煩雑な工程を経ることなく実現できるようにする。【解決手段】ショットキーダイオードは、基板１１の上に形成された第１の窒化物半導体層１２と、第１の窒化物半導体層１２の上に選択的に形成され、第１の窒化物半導体層１２とは異なる導電型を有する第２の窒化物半導体層１５とを備えている。第１の窒化物半導体層１２の上に選択的に形成され且つ一部が第２の半導体層の上面と接するショットキー電極１３と、第１の窒化物半導体層１２の上にショットキー電極１３と間隔をおいて形成されたオーミック電極１４とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成された第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層の上に選択的に形成され、前記第１の窒化物半導体層とは異なる導電型を有する第２の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層の上に選択的に形成され且つ一部が前記第２の窒化物半導体層の上面と接するショットキー電極と、
前記第１の窒化物半導体層の上に前記ショットキー電極と間隔をおいて形成されたオーミック電極とを備えていることを特徴とするショットキーダイオード。
【請求項２】
導電性の基板の上に形成された第１の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層の上に選択的に形成され、前記第１の窒化物半導体層とは異なる導電型を有する第２の窒化物半導体層と、
前記第１の窒化物半導体層の上に選択的に形成され且つ一部が前記第２の窒化物半導体層の上面と接するショットキー電極と、
前記基板と接するように形成されたオーミック電極とを備えていることを特徴とするショットキーダイオード。
【請求項３】
前記第１の窒化物半導体層は、前記基板の一部を露出するように形成されており、
前記オーミック電極は、前記基板の露出部分の上に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のショットキーダイオード。
【請求項４】
基板の上に第１の窒化物半導体層を形成する工程（ａ）と、
前記第１の窒化物半導体層の上に前記第１の窒化物半導体層と異なる導電型を有する第２の窒化物半導体層を形成し、形成した第２の窒化物半導体層に対して選択的にエッチングを行うことにより、前記第２の半導体層の一部を除去して前記第１の半導体層を露出する工程（ｂ）と、
前記第１の窒化物半導体層の上に、一部が前記第２の窒化物半導体層の上面と接する導電膜を選択的に形成することによりショットキー電極を形成する工程（ｃ）とを備えていることを特徴とするショットキーダイオードの製造方法。
【請求項５】
前記工程（ｂ）よりも後に、前記第１の窒化物半導体層の上における前記第２の窒化物半導体層が形成された部分と異なる部分に、オーミック電極を形成する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項４に記載のショットキーダイオードの製造方法。
【請求項６】
前記工程（ｂ）よりも後に、前記第１の窒化物半導体層の一部を選択的に除去して前記基板の一部を露出させる工程と、
前記基板の露出部分にオーミック電極を形成する工程とをさらに備え、
前記基板は、導電性の基板であることを特徴とする請求項４に記載のショットキーダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体を用いたショットキーダイオード及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ショットキーダイオードは基本的な電子デバイスであり整流回路、インバータ回路及びチョッパ回路等の様々な回路で用いられている。ショットキーダイオードに求められる電気的特性の一つに耐圧がある。電源回路の小型化及び大容量化に伴いさらに高耐圧のショットキーダイオードが求められている。
【０００３】
ショットキダイオードの耐圧を向上させる方法として、例えば、ｎ型の半導体層の上にショットキー電極が形成されている場合に、ｎ型の半導体層のショットキー電極の下端部と接する領域に、イオン注入によってｐ型領域を形成する方法が開示されている。（例えば、非特許文献１を参照。）。このような構成とすることにより、ショットキー電極の下端部に集中する電界を緩和することができるため、耐圧を向上することができる。
【０００４】
一方、 一般式がＢwＡｌxＧａyＩｎzＮ（但し、ｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１；０≦ｗ，ｘ，ｙ，ｚ≦１である。）によって表される、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、ガリウム（Ｇａ）又はインジウム（Ｉｎ）と窒素（Ｎ）との化合物からなるIII−Ｖ族窒化物半導体は、大きなバンドギャップを有している。このため、窒化物半導体は、破壊電圧が高く高耐圧の素子の材料として適しており、窒化物半導体を用いてショットキーダイオードを形成することにより、さらに高耐圧のショットキーダイオードが得られると期待される。
【非特許文献１】Ａ．Ｉｔｏｈｅｔ ａｌ． ＩＥＥＥ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＤＥＶＩＣＥＬＥＴＴＥＲＳ，Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．３（１９９６）１３９．
【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、従来の構造のショットキーダイオードを窒化物半導体により形成しようとすると、工程が複雑であり高コストになるという問題がある。具体的に、従来のショットキーダイオードを得るためには、窒化物半導体層にイオン注入を行い、ｐ型領域を形成しなければならず、マスクの形成、イオン注入、レジスト剥離及びアニールといった煩雑な工程が必要となる。また、特性がそろったショットキーダイオードを得るためにはイオンの注入深さを正確にコントロールしなければならないという問題もある。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題を解決し、窒化物半導体を用いた高耐圧のショットキーダイオードをイオン注入等の煩雑な工程を経ることなく実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するため、本発明は、ショットキーダイオードを、ショットキー電極が第１の窒化物半導体層の上に形成した第１の窒化物半導体層とは異なる導電型を有する第２の窒化物半導体層の上に形成された構成とする。
【０００８】
具体的に本発明に係る第１のショットキーダイオードは、基板の上に形成された第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層の上に選択的に形成され、第１の窒化物半導体層とは異なる導電型を有する第２の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層の上に選択的に形成され且つ一部が第２の窒化物半導体層の上面と接するショットキー電極と、第１の窒化物半導体層の上にショットキー電極と間隔をおいて形成されたオーミック電極とを備えていることを特徴とする。
【０００９】
第１のショットキーダイオードによれば、第１の窒化物半導体層の上に選択的に形成され且つ一部が第２の窒化物半導体層の上面と接するショットキー電極を備えているため、通常の半導体層の形成プロセス及びエッチングプロセスにより第１の窒化物半導体層と異なる導電型を有する領域を形成することができる。従って、第１の窒化物半導体層と異なる導電型を有する領域を形成する際にイオン注入を行う必要がないので、製造工程を簡略化することができる。また、ショットキー電極の第２の窒化物半導体層の上に形成された部分がフィールドプレートとして機能するので、高耐圧のショットキーダイオードとして機能する。その結果、耐圧が高いショットキーダイオードを容易に実現することが可能となる。
【００１０】
本発明に係る第２のショットキーダイオードは、導電性の基板の上に形成された第１の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層の上に選択的に形成され、第１の窒化物半導体層とは異なる導電型を有する第２の窒化物半導体層と、第１の窒化物半導体層の上に選択的に形成され且つ一部が第２の窒化物半導体層の上面と接するショットキー電極と、基板と接するように形成されたオーミック電極とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
第２のショットキーダイオードによれば、基板と接するように形成されたオーミック電極を備えているため、第１のショットキーダイオードの効果に加えてオーミック電極のコンタクト抵抗を低減することができる。
【００１２】
この場合において、第１の窒化物半導体層は、基板の一部を露出するように形成されており、オーミック電極は、基板の露出部分の上に形成されていることが好ましい。
【００１３】
本発明に係るショットキーダイオードの製造方法は、基板の上に第１の窒化物半導体層を形成する工程（ａ）と、第１の窒化物半導体層の上に第１の窒化物半導体層と異なる導電型を有する第２の窒化物半導体層を形成し、形成した第２の窒化物半導体層に対して選択的にエッチングを行うことにより、第２の半導体層の一部を除去して第１の半導体層を露出する工程（ｂ）と、第１の窒化物半導体層の上に、一部が第２の窒化物半導体層の上面と接する導電膜を選択的に形成することによりショットキー電極を形成する工程（ｃ）とを備えていることを特徴とする。
【００１４】
本発明のショットキーダイオードの製造方法によれば、第１の窒化物半導体層の上に第１の窒化物半導体層と異なる導電型を有する第２の窒化物半導体層を形成し、形成した第２の窒化物半導体層に対して選択的にエッチングを行うことにより、第２の半導体層の一部を除去して第１の半導体層を露出する工程を備えているため、イオン注入を行うことなく第１の窒化物半導体層と異なる導電型を有する領域を形成することができる。従って、ショットキーダイオードの製造工程を簡略化することが可能となる。また、第１の窒化物半導体層の上に、一部が第２の窒化物半導体層の上面と接する導電膜を選択的に形成することによりショットキー電極を形成する工程を備えているため、ショットキー電極の第２の窒化物半導体層の上に形成された部分がフィールドプレートとして機能する。従って、ショットキーダイオードの耐圧を向上させることができる。その結果、高耐圧のショットキーダイオードを容易に実現することが可能となる。
【００１５】
本発明のショットキーダイオードの製造方法は、工程（ｂ）よりも後に、第１の窒化物半導体層の上における第２の窒化物半導体層が形成された部分と異なる部分に、オーミック電極を形成する工程をさらに備えていることが好ましい。
【００１６】
本発明のショットキーダイオードの製造方法は、工程（ｂ）よりも後に、第１の窒化物半導体層の一部を選択的に除去して基板の一部を露出させる工程と、基板の露出部分にオーミック電極を形成する工程とをさらに備え、基板は、導電性の基板であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の半導体装置及びその製造方法によれば、窒化物半導体を用いた高耐圧のショットキーダイオードをイオン注入等の煩雑な工程を経ることなく実現できる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
（一実施形態）
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る半導体装置の断面構造を示している。図１に示すように、サファイアからなる基板１１の上に、ｎ型の窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる第１の窒化物半導体層１２が形成されている。第１の窒化物半導体層１２の上には、ｐ型のＧａＮからなる第２の窒化物半導体層１５が選択的に形成されている。また、第２の窒化物半導体層１５の上面と接し且つ第１の窒化物半導体層１２と接するショットキー電極１３が形成されている。さらに、第１の窒化物半導体層１２の上には、ショットキー電極１３と間隔をおいて第１の窒化物半導体層とオーミック接合を形成したオーミック電極１４が形成されている。
【００１９】
本実施形態のショットキーダイオードにおいては、ショットキー電極１３の一部が第２の窒化物半導体層１５の上に形成されている。このため、ショットキー電極１３の第２の窒化物半導体層１５の上に形成された部分が、ショットキー電極１３の下端部と第１の窒化物半導体層１２とが接するエッジ部分に対してフィールドプレートとして作用する。従って、ショットキー電極１３と第１の窒化物半導体層１２とが接するエッジ部分への電界集中を緩和することが可能となる。
【００２０】
さらに、第２の窒化物半導体層１５と第１の窒化物半導体層１２との間に空乏層が形成されるため、ショットキー電極１３の第２の窒化物半導体層１５の上に形成された部分の耐圧は、第１の窒化物半導体層１２の上にショットキー電極１３を単独で形成した場合と比べてはるかに高くなる。
【００２１】
以下に、本実施形態に係るショットキーダイオードの製造方法について図面を参照して説明する。図２は本実施形態に係るショットキーダイオードの製造方法を工程順に示している。
【００２２】
まず、図２（ａ）に示すようにサファイア等からなる基板１１の上にｎ型の不純物を含むＧａＮである第１の窒化物半導体層１２を有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により成長させ、連続してｐ型の不純物を含むＧａＮである第２の窒化物半導体層１５を成長させる。続いて、第２の窒化物半導体層１５の上にレジストマスク２１を形成した後、塩素系ガスを用いたドライエッチングを行う。
【００２３】
これにより、図２（ｂ）に示すようにショットキー電極１３を形成する領域の一部を除いて第２の窒化物半導体層１５を選択的に除去して、第１の窒化物半導体層１２を露出させる。
【００２４】
次に、図２（ｃ）に示すように第１の窒化物半導体層１２における第２の窒化物半導体層１５が形成された領域とは異なる領域の上にオーミック電極１４を蒸着等により形成する。本実施形態においてオーミック電極１４には、チタンとアルミニウムとの積層膜を用いた。
【００２５】
次に、図２（ｄ）に示すように第２の窒化物半導体層１５の上面と接し且つ第１の窒化物半導体層１２と接するようにショットキー電極１３を真空蒸着等により形成する。ショットキー電極１３にはパラジウム又はニッケル等を用いればよい。
【００２６】
本実施形態のショットキーダイオードの製造方法によれば、イオン注入を行う必要がないため、従来に比べて工程数を大幅に削減することができ、低コストで高耐圧のショットキーダイオードを得ることができる。
【００２７】
なお、図３に示すように第１の窒化物半導体層１２と基板との間に、高濃度に不純物がドープされた高濃度不純物ドープ層１２ａを設け、オーミック電極１４を高濃度不純物ドープ層１２ａの上に形成する構成としてもよい。このような構成とすることによりオーミック電極の接触抵抗を低減することができる。
【００２８】
（実施形態の一変形例）
以下に、本発明の実施形態の一変形例について図面を参照して説明する。図４は本変形例に係るショットキーダイオードの断面構造を示している。図４において図１と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
【００２９】
図４に示すように本変形例のショットキーダイオードは、基板３１としてシリコン等の導電性の基板を用いており、オーミック電極１４が第１の窒化物半導体層１２の上ではなく導電性の基板３１の上に形成されていることを特徴とする。
【００３０】
オーミック電極１４を基板３１の上に上に形成することにより、オーミック電極１４の接触抵抗を低減することができる。従って、ショットキーダイオードの挿入損失を小さくすることができる。
【００３１】
図５は本変形例に係るショットキーダイオードの製造方法を工程順に示している。図５において図２と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
【００３２】
まず、図５（ａ）に示すようにシリコン等からなる導電性の基板３１の上にｎ型の不純物を含むＧａＮである第１の窒化物半導体層１２を有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により成長させ、連続してｐ型の不純物を含むＧａＮである第２の窒化物半導体層１５を成長させる。続いて、第２の窒化物半導体層１５の上にレジストマスク２１を形成した後、塩素系ガスを用いたドライエッチングを行い、第２の窒化物半導体層１５を選択的に除去して第１の窒化物半導体層１２を露出する。
【００３３】
次に、図５（ｂ）に示すようにショットキー電極１３の形成領域を新たなレジストマスク（図示せず）で覆った後、第１の窒化物半導体層１２を選択的に除去して、基板３１の一部を露出する。
【００３４】
次に、図５（ｃ）に示すように基板３１の露出部分にオーミック電極１４を形成する。
【００３５】
次に、図５（ｄ）に示すように第２の窒化物半導体層１５の上面と接し且つ第１の窒化物半導体層１２と接するようにショットキー電極１３を形成する。
【００３６】
なお、本変形例においてオーミック電極１４を第１の窒化物半導体層１２の一部を除去して露出させた基板３１の上面に形成したが、基板３１の下面に形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のショットキーダイオード及びその製造方法は、窒化物半導体を用いた高耐圧のショットキーダイオードをイオン注入等の煩雑な工程を経ることなく実現でき、窒化物半導体を用いたショットキーダイオード及びその製造方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係るショットキーダイオードを示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るショットキーダイオードの製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るショットキーダイオードの別の例を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の一変形例に係るショットキーダイオードを示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態の一変形例に係るショットキーダイオードの製造方法を工程順に示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１１    基板
１２    第１の窒化物半導体層
１２ａ  高濃度不純物ドープ層
１３    ショットキー電極
１４    オーミック電極
１５    第２の窒化物半導体層
２１    レジストマスク
３１    基板
【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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