(57)【要約】【課題】ＧａＮナノコラムから成るパワーデバイス用のｐｎ接合ダイオードの提供を目的とする。【解決手段】パワーデバイス用のｐｎ接合ダイオード１ａであって、第１電極４ａと、第１電極４ａの表面に立設されており第１導電型を示す複数の第１ナノコラム部６ａと、複数の第１ナノコラム部６ａの各端部に設けられており第２導電型を示す複数の第２ナノコラム部８ａと、複数の第２ナノコラム部８ａ上に設けられており第２導電型を示す半導体部１２ａと、半導体部１２ａ上に設けられた第２電極１４ａとを備え、第１ナノコラム部６ａ及び第２ナノコラム部８ａは、ＧａＮから成る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーデバイス用のｐｎ接合ダイオードであって、
第１電極と、
複数のナノコラムを有しており前記第１電極上に設けられたナノコラム領域と、
前記ナノコラム領域上に設けられた第２導電型の半導体部と、
前記半導体部上に設けられた第２電極と
を備え、
前記ナノコラムの各々は、前記第１電極から前記半導体部に向かう方向に延びており、ＧａＮ又はＡｌＧａＮから成る第１導電型の第１ナノコラム部と、ＧａＮ又はＡｌＧａＮから成る第２導電型の第２ナノコラム部とを含み、
前記第１ナノコラムと前記第２ナノコラムとはホモ接合により接続されている、ことを特徴とするｐｎ接合ダイオード。
【請求項２】
前記第１電極と前記ナノコラム領域との間に設けられたＡｌＮ領域を更に有する、ことを特徴とする請求項１に記載のｐｎ接合ダイオード。
【請求項３】
前記複数のナノコラム間に設けられた絶縁部を更に備える、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のｐｎ接合ダイオード。
【請求項４】
パワーデバイス用のｐｎ接合ダイオードであって、
第１電極と、
前記第１電極上に設けられた基板と、
複数のナノコラムを有しており前記基板上に設けられたナノコラム領域と、
前記ナノコラム領域上に設けられた第２導電型の半導体部と、
前記半導体部上に設けられた第２電極と
を備え、
前記ナノコラムの各々は、前記基板から前記半導体部に向かう方向に延びており、ＧａＮ又はＡｌＧａＮから成る第１導電型の第１ナノコラム部と、ＧａＮ又はＡｌＧａＮから成る第２導電型の第２ナノコラム部とを含み、
前記第１ナノコラムと前記第２ナノコラムとはホモ接合により接続されている、ことを特徴とするｐｎ接合ダイオード。
【請求項５】
前記基板はＧａＡｓ又はＳｉから成る、ことを特徴とする請求項４に記載のｐｎ接合ダイオード。
【請求項６】
前記基板と前記ナノコラム領域との間に設けられたＡｌＮ領域を更に有する、ことを特徴とする請求項４又は５に記載のｐｎ接合ダイオード。
【請求項７】
前記ナノコラムの転位密度は、１０５ｃｍ−２より低い、ことを特徴とする請求項１〜６のうち何れか一項に記載のｐｎ接合ダイオード。
【請求項８】
パワーデバイス用のｐｎ接合ダイオードの製造方法であって、
第１導電型を示しておりＧａＮから成る複数の第１ナノコラム部を、ＧａＡｓ又はＳｉから成る第１導電型の基板上に形成する第１ナノコラム部形成工程と、
第２導電型を示しておりＧａＮから成る複数の第２ナノコラム部を、前記複数の第１ナノコラム部の端部に形成する第２ナノコラム部形成工程と、
前記第２ナノコラムの形成の後、前記第１ナノコラム部形成工程及び前記第２ナノコラム部形成工程の各工程におけるＧａの供給量よりも多くのＧａを供給することにより、前記第２ナノコラム部の端部同士が結合された第２導電型を示す半導体部を形成する半導体部形成工程と
を有する、ことを特徴とするｐｎ接合ダイオードの製造方法。
【請求項９】
前記半導体部を形成した後に、該半導体部上に第２電極を形成する第１の電極形成工程と、
前記第２電極を形成した後に、前記基板を除去する基板除去工程と、
前記基板を除去した後に、前記第１ナノコラム部の端部に第１電極を形成する第２の電極形成工程と
を更に有する、ことを特徴とする請求項８に記載のｐｎ接合ダイオードの製造方法。
【請求項１０】
パワーデバイス用のｐｎ接合ダイオードの製造方法であって、
第１導電型を示しておりＧａＮから成る複数の第１ナノコラム部を、ＧａＡｓ又はＳｉから成る第１導電型の基板上に形成する第１ナノコラム部形成工程と、
第２導電型を示しておりＧａＮから成る複数の第２ナノコラム部を、前記複数の第１ナノコラム部の端部に形成する第２ナノコラム部形成工程と、
前記第２ナノコラムの形成の後、前記第１ナノコラム部形成工程及び前記第２ナノコラム部形成工程の各工程におけるＧａの供給量よりも多くのＧａを供給することにより、前記第２ナノコラム部の端部同士が結合された第２導電型を示す半導体部を形成する半導体部形成工程と
を有する、ことを特徴とするｐｎ接合ダイオードの製造方法。
【請求項１１】
前記半導体部を形成した後に、該半導体部上に第２電極を形成する第１の電極形成工程と、
前記第２電極を形成した後に、前記基板上に第１電極を形成する第２の電極形成工程と、
を更に有する、ことを特徴とする請求項１０に記載のｐｎ接合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、ｐｎ接合ダイオードとｐｎ接合ダイオードの製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、サファイヤ基板上に設けられたＧａＮから成るナノコラムについて記載されている。非特許文献１に記載のナノコラムは、ＲＦガンを用いてＡｌ２Ｏ３上に成長させたものであり、平均径が４０〜４５ｎｍとなっている。このナノコラムは、ＧａＮ／Ａｌ０．１８Ｇａ０．８２Ｎから成る多層構造を有している。また、特許文献１には、ｎ型ＧａＮナノロッドと、このｎ型ＧａＮナノロッド上に設けられたＩｎＧａＮ量子井戸と、このＩｎＧａＮ量子井戸上に設けられたｐ型ＧａＮナノロッドとを備える発光ダイオードが開示されている。
【非特許文献１】Masaki Yoshizawa et.al, “Self-organization of GaN/Al0.18Ga0.82Nmulti-layer nano-columns on (0001) Al2O3 by RF molecularbeam epitaxy for fabricating GaN quantum disks”, Journal of CrystalGrowth, 1998, 189/190, p138-p141。
【特許文献１】特開２００５−２２８９３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
比較的高電圧が印加されるパワーデバイスにはＳｉが従来より用いられている。しかし、Ｓｉ半導体をパワーデバイスとして用いると、耐電圧やオン抵抗等の点で限界がある。そこで、Ｓｉに替わる素材としてワイドギャップ半導体であるＧａＮがある。しかし、従来のバルク型のＧａＮ単結晶（以下、バルクＧａＮ単結晶という）は他の半導体結晶に比べ比較的高い転位密度を有する。このバルクＧａＮ単結晶を用いたパワーデバイスは現在研究段階にある。
【０００４】
一方、本発明者等は、上述のＧａＮから成るナノコラムが従来のバルクＧａＮ単結晶に比較して低い転位密度を有している、という知見を得た。そこで、本発明者等は、特許文献１に記載のような発光ダイオードではなくパワーデバイスに好適であり、ナノコラムの特徴を生かせるデバイス構造を検討し、本発明を成すに至った。本発明は、ＧａＮから成るナノコラムを有するパワーデバイス用のｐｎ接合ダイオードの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、パワーデバイス用のｐｎ接合ダイオードであって、１）第１電極と、２）複数のナノコラムを有しており第１電極上に設けられたナノコラム領域と、３）ナノコラム領域上に設けられた第２導電型の半導体部と、４）半導体部上に設けられた第２電極とを備え、ナノコラムの各々は、第１電極から半導体部に向かう方向に延びており、ＧａＮ又はＡｌＧａＮから成る第１導電型の第１ナノコラム部と、ＧａＮ又はＡｌＧａＮから成る第２導電型の第２ナノコラム部とを含み、第１ナノコラムと第２ナノコラムとはホモ接合により接続されている、ことを特徴とする。更に、本発明のｐｎ接合ダイオードは、第１電極とナノコラム領域との間に設けられたＡｌＮ領域を更に有していてもよい。
【０００６】
第１ナノコラム部と第２ナノコラム部とはｐｎ接合を形成し、ｐｎ接合は複数のナノコラム毎に設けられる。このため、ｐｎ接合が設けられている箇所がｐｎ接合ダイオード内において分散される。従って、このｐｎ接合ダイオードは、熱放射が大きく高温化しにくいため、大きな電流値に対しても良好な特性が維持される。よって、このｐｎ接合ダイオードは、例えばパワーデバイスに好適である。このように、本発明のｐｎ接合ダイオードによれば、ＧａＮから成るナノコラムを有するパワーデバイス用のｐｎ接合ダイオードが提供される。また、このようなＧａＮから成るナノコラムでは、ナノコラムを有さない従来のバルクＧａＮ単結晶よりも転位密度が低減されるので結晶構造が高品質となる。
【０００７】
本発明のｐｎ接合ダイオードは、複数のナノコラム間に設けられた絶縁部を更に備えていてもよい。この絶縁部によりｐｎ接合ダイオードの機械的強度や絶縁耐圧が向上される。
【０００８】
また、本発明は、パワーデバイス用のｐｎ接合ダイオードであって、１）第１電極と、２）第１電極上に設けられた基板と、３）複数のナノコラムを有しており基板上に設けられたナノコラム領域と、４）ナノコラム領域上に設けられた第２導電型の半導体部と、５）半導体部上に設けられた第２電極とを備え、ナノコラムの各々は、基板から半導体部に向かう方向に延びており、ＧａＮ又はＡｌＧａＮから成る第１導電型の第１ナノコラム部と、ＧａＮ又はＡｌＧａＮから成る第２導電型の第２ナノコラム部とを含み、第１ナノコラムと第２ナノコラムとはホモ接合により接続されている、ことを特徴とする。更に、本発明のｐｎ接合ダイオードは、基板とナノコラムとの間に設けられたＡｌＮ領域を更に有していてもよく、基板は、ＧａＡｓ又はＳｉから成るのが好ましい。
【０００９】
第１ナノコラム部と第２ナノコラム部とはｐｎ接合を形成し、ｐｎ接合は複数のナノコラム毎に設けられる。このため、ｐｎ接合が設けられている箇所がｐｎ接合ダイオード内において分散される。従って、このｐｎ接合ダイオードは、熱放射が大きく高温化しにくいため、大きな電流値に対しても良好な特性が維持される。よって、このｐｎ接合ダイオードは、例えばパワーデバイスに好適である。このように、本発明のｐｎ接合ダイオードによれば、ＧａＮから成るナノコラムを有するパワーデバイス用のｐｎ接合ダイオードが提供される。また、このようなＧａＮから成るナノコラムでは、ナノコラムを有さない従来のバルクＧａＮ単結晶よりも転位密度が低減されるので結晶構造が高品質となる。また、基板は、ＧａＡｓ又はＳｉから成るためダイシングが容易となる。
【００１０】
本発明のｐｎ接合ダイオードは、前記ナノコラムの転位密度が、１０５ｃｍ−２より低いのが好ましい。このように、ナノコラムの結晶品質は向上される。
【００１１】
本発明は、パワーデバイス用のｐｎ接合ダイオードの製造方法であって、１）第１導電型を示しておりＧａＮから成る複数の第１ナノコラム部を、ＧａＡｓ又はＳｉから成る第１導電型の基板上に形成する第１ナノコラム部形成工程と、２）第２導電型を示しておりＧａＮから成る複数の第２ナノコラム部を、複数の第１ナノコラム部の端部に形成する第２ナノコラム部形成工程と、３）第２ナノコラムの形成の後、第１ナノコラム部形成工程及び第２ナノコラム部形成工程の各工程におけるＧａの供給量よりも多くのＧａを供給することにより、第２ナノコラム部の端部同士が結合された第２導電型を示す半導体部を形成する半導体部形成工程とを有する、ことを特徴とする。更に、本発明のｐｎ接合ダイオードの製造方法は、１）半導体部を形成した後に、該半導体部上に第２電極を形成する第１の電極形成工程と、２）第２電極を形成した後に、基板を除去する基板除去工程と、３）基板を除去した後に、第１ナノコラム部の端部に第１電極を形成する第２の電極形成工程とを更に有していてもよい。
【００１２】
また、本発明は、パワーデバイス用のｐｎ接合ダイオードの製造方法であって、１）第１導電型を示しておりＧａＮから成る複数の第１ナノコラム部を、ＧａＡｓ又はＳｉから成る第１導電型の基板上に形成する第１ナノコラム部形成工程と、２）第２導電型を示しておりＧａＮから成る複数の第２ナノコラム部を、複数の第１ナノコラム部の端部に形成する第２ナノコラム部形成工程と、３）第２ナノコラムの形成の後、第１ナノコラム部形成工程及び第２ナノコラム部形成工程の各工程におけるＧａの供給量よりも多くのＧａを供給することにより、第２ナノコラム部の端部同士が結合された第２導電型を示す半導体部を形成する半導体部形成工程とを有する、ことを特徴とする。本発明のｐｎ接合ダイオードの製造方法は、１）半導体部を形成した後に、該半導体部上に第２電極を形成する第１の電極形成工程と、２）第２電極を形成した後に、基板上に第１電極を形成する第２の電極形成工程と、を更に有していてもよい。
【００１３】
第１ナノコラム部と第２ナノコラム部とはｐｎ接合を形成し、ｐｎ接合は複数のナノコラム毎に設けられる。このため、ｐｎ接合が設けられている箇所がｐｎ接合ダイオード内において分散される。従って、製造されるｐｎ接合ダイオードは、熱放射が大きく高温化しにくくなるため、大きな電流値に対しても良好な特性が維持される。よって、このｐｎ接合ダイオードは、例えばパワーデバイスに好適である。このように、本発明のｐｎ接合ダイオードの製造方法によれば、ＧａＮから成るナノコラムを有するパワーデバイス用のｐｎ接合ダイオードが製造される。また、このようなＧａＮから成るナノコラムでは、ナノコラムを有さない従来のバルクＧａＮ単結晶よりも転位密度が低減されるので結晶構造が高品質となる。従って、本発明のｐｎ接合ダイオードの製造方法は、従来のバルクＧａＮ単結晶から成るｐｎ接合ダイオードと比較して高品質なｐｎ接合ダイオードが製造される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ＧａＮから成るナノコラムを有するパワーデバイス用のｐｎ接合ダイオードが提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。
【００１６】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るｐｎ接合ダイオード１ａの構成を示す断面図である。ｐｎ接合ダイオード１ａは、第１電極４ａ、ナノコラム領域５ａ、ＡｌＮ領域７ａ、半導体部１２ａ及び第２電極１４ａを備えるパワーデバイスである。ナノコラム領域５ａは、ＡｌＮ領域７ａを介して第１電極４ａ上に設けられており、また、複数のナノコラム１０ａ（nano-colmns）を有する。半導体部１２ａは、ナノコラム領域５ａ上に設けられており、第２電極１４ａは半導体部１２ａ上に設けられている。
【００１７】
ナノコラム１０ａの各々は、第１電極４ａから半導体部１２ａに向かう方向に延びており、また、第１ナノコラム部６ａと第２ナノコラム部８ａとを有する。ナノコラム１０ａの各々は、互いに離隔して設けられている。ナノコラム１０ａの転位密度は１０５ｃｍ−２より低い。第１ナノコラム部６ａは、ＡｌＮ領域７ａを介して第１電極４ａ上に設けられており第１導電型（ｐ型又はｎ型の一方）を示すＧａＮから成る。第１ナノコラム部６ａは、第１電極４ａと接続されている。ナノコラム領域５ａと第１電極４ａとの間、より詳細には、第１ナノコラム部６ａと第１電極４ａとの間にはＡｌＮから成るＡｌＮ領域７ａが設けられており、第１ナノコラム部６ａは、このＡｌＮ領域７ａを介して、第１電極４ａと接続されている。第２ナノコラム部８ａは、複数の第１ナノコラムの各端部に設けられており第２導電型（ｐ型又はｎ型の他方）を示すＧａＮから成る。第１ナノコラム部６ａと第２ナノコラム部８ａとはホモ接合により接続されている。第１ナノコラム部６ａと第２ナノコラム部８ａとはｐｎ接合を形成する。半導体部１２ａは、複数の第２ナノコラム部８ａの各端部に設けられており第２導電型を示すＧａＮから成る。半導体部１２ａは、１μｍ以上の厚みを有している。現在、２μｍ程度の厚みの半導体部１２ａが供給される。半導体部１２ａは、第２ナノコラム部８ａと接続されている。第２電極１４ａは、上記半導体部１２ａ上に設けられた電極であり、半導体部１２ａと接続されている。ｎ型不純物としては、例えば、Ｓｉが好ましく、ｐ型不純物としてはＭｇ又はＢｅが好ましい。ｎ型不純物の濃度は、例えば、１０１７ｃｍ−３以下である。現在、１０１４ｃｍ−３程度のｎ型不純物の濃度が供給される。また、ｐ型不純物の濃度は、１０１８ｃｍ−３以上である。
【００１８】
第１電極４ａは、第１導電型がｎ型であり、第２導電型がｐ型の場合には、Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕ（各厚みは２０／１００／２０／３００ｎｍ程度）により構成されている。第１電極４ａは、第１導電型がｐ型であり、第２導電型がｎ型の場合には、Ｎｉ／Ａｕ（各厚みは５０／１００ｎｍ程度）により構成されている。第２電極１４ａは、半導体部１２ａ上に設けられており、半導体部１２ａと接続されている。第２電極１４ａは、第１導電型がｎ型であり、第２導電型がｐ型の場合には、Ｎｉ／Ａｕ（各厚みは５０／１００ｎｍ程度）により構成されている。第２電極１４ａは、第１導電型がｐ型であり、第２導電型がｎ型の場合には、Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕ（各厚みは２０／１００／２０／３００ｎｍ程度）により構成されている。
【００１９】
なお、第１導電型がｎ型で、第２導電型がｐ型の場合、ｎ型を示す第１ナノコラム部６ａの長さＬ１ａは、１μｍ以上である。現在、ｎ型を示す第１ナノコラム部６ａにおいては、３μｍ程度の長さＬ１ａが実現される。また、ｐ型を示す第２ナノコラム部８ａの長さＬ２ａは、０．１μｍ以上である。現在、ｐ型を示す第２ナノコラム部８ａにおいては、０．５μｍ程度の長さＬ２ａが実現される。第１ナノコラム部６ａの長さＬ１ａは、第２ナノコラム部８ａの長さＬ２ａよりも厚い（図１には、第１導電型がｎ型で第２導電型がｐ型の場合が示されている）。一方、第１導電型がｐ型で、第２導電型がｎ型の場合、ｐ型を示す第１ナノコラム部６ａの長さＬ１ａは、１μｍ以上である。現在、ｐ型を示す第１ナノコラム部６ａにおいては、３μｍ程度の長さＬ１ａが実現される。ｎ型を示す第２ナノコラム部８ａの長さＬ２ａは、０．１μｍ以上である。現在、ｎ型を示す第２ナノコラム部８ａにおいては、０．５μｍ程度の長さＬ２ａが実現される。第１ナノコラム部６ａの長さＬ１ａは、第２ナノコラム部８ａの長さＬ２ａよりも薄い。
【００２０】
以上説明した第１実施形態に係るｐｎ接合ダイオード１ａでは、第１ナノコラム部６ａと第２ナノコラム部８ａとがｐｎ接合を形成する。従って、ＧａＮから成るナノコラム１０ａを有するパワーデバイス用のｐｎ接合ダイオードが提供される。また、このようなＧａＮから成るナノコラム１０ａでは、ナノコラムを有さない従来のバルクＧａＮ単結晶よりも転位密度が低減される。このため、ｐｎ接合ダイオード１ａの結晶構造は高品質である。また、ｐｎ接合ダイオード１ａが有するｐｎ接合はナノコラム１０ａ毎に設けられている。このように、ｐｎ接合が設けられている箇所はｐｎ接合ダイオード１ａ内において分散している。従って、熱放射が大きく高温化しにくいため、大きな電流値に対しても良好な特性が維持される。このため、ｐｎ接合ダイオード１ａは例えばパワーデバイスに好適である。また、合金（Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉ／ＡｕやＮｉ／Ａｕ）の第１電極４ａは、熱伝導性に優れているため、高い放熱性を有する。また、第１ナノコラム部６ａがｎ型を示す場合、この第１ナノコラム部６ａは、合金（Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕ）の第１電極４ａに対する接触抵抗が低いため、電流による発熱が低減される。また、上記基板２ａは、ＧａＡｓ又はＳｉから成るためダイシングが容易となる。
【００２１】
次に、図２を参照して、第１実施形態に係るｐｎ接合ダイオード１ａの製造方法について説明する。以下で説明するｐｎ接合ダイオード１ａの製造方法は、図２（ａ）に示す基板準備工程Ａ１、図２（ｂ）に示す形成工程Ａ２、図２（ｃ）に示す第１の電極形成工程Ａ３、図２（ｄ）に示す基板除去工程Ａ４及び図２（ｅ）に示す第２の電極形成工程Ａ５を含む。はじめに、図２（ａ）を参照して、基板準備工程Ａ１について説明する。図２（ａ）に示すように、以下に示す基板２１ａを用意する。基板２１ａは、面方位（１１１）を有しており第１導電型を示す低抵抗の７．６×１０−２ｍ（３インチ）径以上のＳｉ基板である。現在、３．０×１０−１ｍ（１２インチ）径のＳｉ基板が供給されている。このような大口径の基板を用いてｐｎ接合ダイオード１ａが製造できるため、一枚の基板から得られるｐｎ接合ダイオード１ａの数が増加する。よって、製造コストや製造時間が削減できる。この基板２１ａをＲＣＡ洗浄した後、この洗浄後の基板２１ａをＭＢＥ装置に設置する。このＭＢＥ装置により、基板２１ａを、真空中において摂氏８５０度〜摂氏９５０度の範囲内の温度で１０分〜４０分間加熱する。これにより、基板２１ａに形成された自然酸化膜が除去される。なお、基板２１ａは、ＧａＡｓ基板でもよい。このＧａＡｓ基板は、面方位（１１１）を有しており第１導電型を示す７．６×１０−２ｍ（３インチ）径以上の基板である。現在、１．５×１０−１ｍ（６インチ）径のＧａＡｓ基板が供給されている（以上、基板準備工程Ａ１）。
【００２２】
次に、図２（ｂ）を参照して、形成工程Ａ２について説明する。以下で説明する工程には、ＲＦガンと、Ｋセルが取り付けられたＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）とが用いられる。材料には、Ｇａ（７Ｎ）及びＡｌ（７Ｎ）と、ＲＦガン用のＮ２（６Ｎ）及びドーパント用のＳｉセル、Ｍｇセル及びＫセルが用いられる。形成工程Ａ２は、ナノコラム形成工程と半導体部形成工程とを含む。まず、ナノコラム形成工程について説明する。Ａｌを摂氏５００度で基板２１ａの表面に蒸着し、１−３モノレイヤーを形成する。その後、活性窒素（Ｎ）をＲＦガンから供給する。これにより、基板２１ａ表面にＡｌＮから成るＡｌＮ領域７１ａを形成する。その後、摂氏７５０度〜摂氏８５０度の温度範囲で、ＡｌＮ領域７１ａを設けた基板２１ａ表面にＧａと活性窒素とを供給し、ナノコラム１０ａの形成を行う。この時、活性窒素の供給量をＧａの供給量より多くすることにより、Ｇａの核生成やＧａＮのマイグレーションが抑制される。これにより、ＡｌＮ領域７１ａ上に（０００１）成長方位でナノコラムが成長し、ナノコラム１０ａが形成される。
【００２３】
ナノコラム１０ａのうち、第１ナノコラム部６ａ及び第２ナノコラム部８ａの形成について説明する。まず、ｎ型を示す第１ナノコラム部６ａを形成した後に、ｐ型を示す第２ナノコラム部８ａを形成する場合（第１導電型がｎ型であり第２導電型がｐ型の場合）について説明する。なお、ｎ型不純物としては、例えば、Ｓｉが好ましく、ｐ型不純物としてはＭｇ又はＢｅが好ましい。ｎ型不純物の濃度は、例えば、１０１７ｃｍ−３以下である。現在、１０１４ｃｍ−３程度のｎ型不純物の濃度が供給される。また、ｐ型不純物の濃度は、１０１８ｃｍ−３以上である。
【００２４】
（第１ナノコラム部形成工程）ｎ型を示す第１ナノコラム部６ａをＡｌＮ領域７１ａ上において１μｍ以上に成長させる。現在、ｎ型を示す第１ナノコラム部６ａを３μｍ程度に成長させることも可能である。この成長は、ｎ型不純物を添加しながら行われる。これにより、ｎ型を示す複数の第１ナノコラム部６ａが形成される（以上、第１ナノコラム部形成工程）。なお、第１ナノコラム部の形成条件は以下の通りである。
成長温度：摂氏８００度
Ｎ２の流量：６ｓｃｃｍ
ＲＦ入力：４００Ｗ
圧力：２．７×１０−３Ｐａ（２×１０−５Ｔｏｒｒ）
Ｇａセルの温度：摂氏１１００度
Ｍｇセルの温度：摂氏６００度（シャッターは閉）
Ｓｉセルの温度：摂氏１０００度（シャッターは開）
この場合、ｎ型を示す第１ナノコラム部６ａの厚みとキャリア濃度とを好適に設定することにより、パンチスルーの生じない好適なブレークダウンが実現可能となる。ｎ型を示す第１ナノコラム部６ａは、無転位の高品位ドリフト層となる。
【００２５】
（第２ナノコラム部形成工程）上述のように形成したｎ型を示す複数の第１ナノコラム部６ａの各端部に対し、ｐ型を示す複数の第２ナノコラム部８ａの各々を０．１μｍ以上に成長させる。現在、ｐ型を示す第２ナノコラム部８ａを０．５μｍ程度に成長させることも可能である。この成長は、ｐ型不純物を添加しながら行われる。これにより、ｎ型を示す複数の第１ナノコラム部６ａの各端部にｐ型を示す複数の第２ナノコラム部８ａが形成される（以上、第２ナノコラム部形成工程）。なお、第２ナノコラム部の形成条件は以下の通りである。
成長温度：摂氏８００度
Ｎ２の流量：６ｓｃｃｍ
ＲＦ入力：４００Ｗ
圧力：２．７×１０−３Ｐａ（２×１０−５Ｔｏｒｒ）
Ｇａセルの温度：摂氏１１００度
Ｍｇセルの温度：摂氏６００度（シャッターは開）
Ｓｉセルの温度：摂氏１０００度（シャッターは閉）
【００２６】
次に、ｐ型を示す第１ナノコラム部６ａを形成し、ｎ型を示す第２ナノコラム部８ａを形成する場合（第１導電型がｐ型であり第２導電型がｎ型の場合）について説明する。なお、ｎ型不純物としては、例えば、Ｓｉが好ましく、ｐ型不純物としてはＭｇ又はＢｅが好ましい。ｎ型不純物の濃度は、例えば、１０１７ｃｍ−３以下である。現在、１０１４ｃｍ−３程度のｎ型不純物の濃度が供給される。また、ｐ型不純物の濃度は、１０１８ｃｍ−３以上である。
【００２７】
（第１ナノコラム部形成工程）ｐ型を示す第１ナノコラム部６ａをＡｌＮ領域７１ａ上において１μｍ以上に成長させる。現在、ｐ型を示す第１ナノコラム部６ａを３μｍ程度に成長させることも可能である。この成長は、ｐ型不純物を添加しながら行われる。これにより、ｐ型を示す複数の第１ナノコラム部６ａが形成される（以上、第１ナノコラム部形成工程）。
【００２８】
（第２ナノコラム部形成工程）上述のように形成したｐ型を示す複数の第１ナノコラム部６ａの各端部に対し、ｎ型を示す複数の第２ナノコラム部８ａの各々を０．１μｍ以上に成長させる。現在、ｎ型を示す第２ナノコラム部８ａを０．５μｍ程度に成長させることも可能である。この成長は、ｎ型不純物を添加しながら行われる。これにより、ｐ型を示す複数の第１ナノコラム部６ａの各端部にｎ型を示す複数の第２ナノコラム部８ａが形成される（以上、第２ナノコラム部形成工程）。この場合、ｎ型を示す第１ナノコラム部６ａの厚みとキャリア濃度とを好適に設定することにより、パンチスルーの生じない好適なブレークダウンが実現可能となる。ｎ型を示す第２ナノコラム部８ａは、無転位の高品位ドリフト層となる。
【００２９】
次に、半導体部形成工程について説明する。上述のナノコラム形成工程におけるナノコラム１０ａの形成の後、第１ナノコラム部形成工程及び第２ナノコラム部形成工程の各工程におけるＧａの供給量よりも多くのＧａを供給することによって（別の表現を用いれば、Ｇａの供給量と活性窒素の供給量との比（Ｇａ供給量）／（活性窒素供給量）の値を、ナノコラム１０ａの形成時に比較して大きくすることによって）、Ｇａの核生成やＧａのマイグレーションを増加する。これにより、隣接するナノコラム１０ａの端部（第２ナノコラム部８ａの端部）同士が結合される。その後、第２ナノコラム部８ａ（第２ナノコラム部８ａの端部）からの半導体部１２ａの厚みが１０μｍ以上に至るまで上述と同様の供給量でＧａ及び活性窒素の供給を継続する。現在、１０００μｍ程度の厚みを有する半導体部１２ａの形成も可能である。この半導体部形成工程は、第２導電型の不純物を、第２ナノコラム部８ａと同程度の濃度で供給しながら行われる。これにより、第２ナノコラム部８ａ上（第２ナノコラム部８ａの端部）に半導体部１２１ａが形成される（以上、半導体部形成工程）。以上で、形成工程Ａ２が終了する。
【００３０】
次に、図２（ｃ）を参照して、第１の電極形成工程Ａ３について説明する。この第１の電極形成工程Ａ３では、半導体部１２１ａ上に第２電極１４ａを形成する。半導体部１２１ａがｐ型の導電性を示す場合（第１導電型がｎ型であり第２導電型がｐ型の場合）、半導体部１２１ａの表面にＮｉ／Ａｕ（各厚みは５０／１００ｎｍ程度）を蒸着した後、リフトオフ法を用いて１０ｍｍ角程度のｐ型電極としての第２電極１４ａを得る。また、半導体部１２１ａがｎ型の導電性を示す場合（第１導電型がｐ型であり第２導電型がｎ型の場合）、半導体部１２１ａの表面にＴｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕ（各厚みは２０／１００／２０／３００ｎｍ程度）を蒸着した後、リフトオフ法を用いて１０ｍｍ角程度のｎ型電極としての第２電極１４ａを得る。なお、半導体部１２１ａの表面にガードリングを設けることも可能である。このガードリングは金属マスクを用いたイオン注入等により形成可能である（以上、第１の電極形成工程）。
【００３１】
次に、図２（ｄ）を参照して、基板除去工程Ａ４について説明する。この基板除去工程Ａ４では、強酸性又は強アルカリ性を示す溶液を用いて基板２１ａをナノコラム１０ａから分離する。この溶液は、Ｓｉに対しては、ＨＦ＋ＨＮＯ３（更に、ＣＨ３ＣＯＯＨを加えた溶液）等が用いられ、ＧａＡｓに対しては、Ｈ２ＳＯ４＋Ｈ２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ、又は王水等が用いられる。これにより、駆動電圧の上昇が抑制される。また、半導体部１２１ａの反りも解消される（以上、基板除去工程）。
【００３２】
次に、図２（ｅ）を参照して、第２の電極形成工程Ａ５について説明する。この第２の電極形成工程Ａ５では、基板２１ａを分離した後、この分離した基板２１ａに替えて、第１ナノコラム部６ａ上（第１ナノコラム部６ａの端部）に第１電極４１ａを形成する。第１ナノコラム部６ａがｎ型の導電性を示す場合（第１導電型がｎ型であり第２導電型がｐ型の場合）、第１ナノコラム部６ａの端部に対しＴｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕ（各厚みは２０／１００／２０／３００ｎｍ程度）を蒸着することによりｎ型電極としての第１電極４１ａを得る。第１ナノコラム部６ａがｐ型の導電性を示す場合（第１導電型がｐ型であり第２導電型がｎ型の場合）、第１ナノコラム部６ａの端部に対しＮｉ／Ａｕ（各厚みは５０／１００ｎｍ程度）を蒸着することによりｐ型電極としての第１電極４１ａを得る。次に、図２（ｅ）の図中符号Ｄ１に示す線に沿ってダイシングを行う。これにより、ｐｎ接合ダイオード１ａが得られる（以上、第２の電極形成工程）。なお、半導体部１２１ａはＧａＮから成るため、サファイア基板等と比較してダイシングが容易である。
【００３３】
上記のように第１ナノコラム部６ａと第２ナノコラム部８ａとはｐｎ接合を形成する。従って、第１実施形態に係るｐｎ接合ダイオード１ａの製造方法によれば、ＧａＮから成るナノコラム１０ａを有するパワーデバイス用のｐｎ接合ダイオードが製造される。また、このようなＧａＮから成るナノコラム１０ａでは、ナノコラムを有さない従来のバルクＧａＮ単結晶よりも転位密度が低減される。このため、ｐｎ接合ダイオード１ａの結晶構造は高品質である。
【００３４】
＜第２実施形態＞
図３（ａ）は、第２実施形態に係るｐｎ接合ダイオード１ｂの構成を示す断面図である。ｐｎ接合ダイオード１ｂは、基板２ｂ、第１電極４ｂ、ナノコラム領域５ｂ、第１ナノコラム部６ｂ、ＡｌＮ領域７ｂ、第２ナノコラム部８ｂ、ナノコラム１０ｂ、半導体部１２ｂ及び第２電極１４ｂを備えるパワーデバイスである。ナノコラム領域５ｂ、第１ナノコラム部６ｂ、ＡｌＮ領域７ｂ、第２ナノコラム部８ｂ、ナノコラム１０ｂ、半導体部１２ｂ、第２電極１４ｂ、長さＬ１ｂ及び長さＬ２ｂの各々は、上述の第１実施形態に係るｐｎ接合ダイオード１ａのナノコラム領域５ａ、第１ナノコラム部６ａ、ＡｌＮ領域７ａ、第２ナノコラム部８ａ、ナノコラム１０ａ、半導体部１２ａ、第２電極１４ａ、長さＬ１ａ及び長さＬ２ａの各々と同様である。以下では、ｐｎ接合ダイオード１ｂの各構成要素のうち、ｐｎ接合ダイオード１ａと同様の構成要素についての詳細な説明を省略し、ｐｎ接合ダイオード１ａと異なる構成要素である基板２ｂ及び第１電極４ｂについて詳細に説明する。
【００３５】
第１電極４ｂは、Ａｌ等の導電性の金属から成る。基板２ｂは、面方位（１１１）を有しており第１導電型を示す低抵抗の基板である。基板２ｂは、第１電極４ｂ上に設けられており、第１電極４ｂは、基板２ｂと接続されている。基板２ｂ上には複数の第１ナノコラム部６ｂが立設されており、基板２ｂは第１ナノコラム部６ｂと接続されている。より詳細には、基板２ｂは、ＡｌＮ領域７ｂと接続されている。なお、基板２ｂがＳｉの場合、第１電極４ｂは、Ａｌ−Ｓｉ合金である。また、基板２ｂは、ＧａＡｓ基板でもよい。このＧａＡｓ基板は、面方位（１１１）を有しており第１導電型を示す７．６×１０−２ｍ（３インチ）径以上の基板である。現在、１．５×１０−１ｍ（６インチ）径のＧａＡｓ基板が供給されている。
【００３６】
以上説明した第３実施形態に係るｐｎ接合ダイオード１ｂでは、第１ナノコラム部６ｂと第２ナノコラム部８ｂとがｐｎ接合を形成する。従って、ＧａＮから成るナノコラム１０ｂを有するパワーデバイス用のｐｎ接合ダイオードが提供される。また、このようなＧａＮから成るナノコラム１０ｂでは、ナノコラムを有さない従来のバルクＧａＮ単結晶よりも転位密度が低減される。このため、ｐｎ接合ダイオード１ｂの結晶構造は高品質である。また、ｐｎ接合ダイオード１ｂが有するｐｎ接合はナノコラム１０ｂ毎に設けられている。このように、ｐｎ接合が設けられている箇所はｐｎ接合ダイオード１ｂ内において分散している。従って、熱放射が大きく高温化しにくいため、大きな電流値に対しても良好な特性が維持される。このため、ｐｎ接合ダイオード１ｂは例えばパワーデバイスに好適である。また、Ｓｉから成る基板２ｂや、合金の第１電極４ｂは、熱伝導性に優れているため、高い放熱性を有する。
【００３７】
次に、図４を参照して、第２実施形態に係るｐｎ接合ダイオード１ｂの製造方法について説明する。以下で説明するｐｎ接合ダイオード１ｂの製造方法は、図４（ａ）に示す基板準備工程Ｂ１、図４（ｂ）に示す形成工程Ｂ２、図４（ｃ）に示す第１の電極形成工程Ｂ３及び図４（ｄ）に示す第２の電極形成工程Ｂ４を含む。基板準備工程Ｂ１、形成工程Ｂ２及び第１の電極形成工程Ｂ３は、それぞれ、上述の第１実施形態に係るｐｎ接合ダイオード１ａの製造方法のうち、基板準備工程Ａ１、形成工程Ａ２及び第１の電極形成工程Ａ３の各々と同様に行われる。この場合、上記したｐｎ接合ダイオード１ａの製造方法において、基板２１ａ、第１ナノコラム部６ａ、ＡｌＮ領域７１ａ、第２ナノコラム部８ａ、ナノコラム１０ａ、半導体部１２１ａ及び第２電極１４ａに替えて、それぞれ、基板２１ｂ、第１ナノコラム部６ｂ、ＡｌＮ領域７１ｂ、第２ナノコラム部８ｂ、ナノコラム１０ｂ、半導体部１２１ｂ及び第２電極１４ｂを用いる。上記において、ｐｎ接合ダイオード１ａと同様の工程について説明した。引き続いて、ｐｎ接合ダイオード１ａの製造方法と異なる図４（ｄ）に示す第２の電極形成工程Ｂ４を詳細に説明する。なお、第２実施形態に係るｐｎ接合ダイオード１ｂの製造方法には、第１実施形態に係るｐｎ接合ダイオード１ａの製造方法の基板除去工程を含まない。
【００３８】
図４（ｄ）を参照して第２の電極形成工程Ｂ４について説明する。第１の電極形成工程Ｂ３の後（基板２ｂは除去されない）、基板２１ｂ表面にＡｌを蒸着して第１電極４１ｂを形成する。特に、基板２１ｂがＳｉ基板の場合、まず、基板２１ｂ表面の酸化膜をバッファードフッ酸を用いて除去した後、スパッタ法を用いてその表面にＡｌ−Ｓｉ（Ｓｉは１重量パーセント程度含有）を形成する。この場合、摂氏４５０度程度で約３０分間アニールすることによりオーミック電極を得る。これにより、第１電極４１ｂが形成される。次に、図４（ｄ）の図中符号Ｄ２に示す線に沿ってダイシングを行う。これにより、ｐｎ接合ダイオード１ｂが得られる。
【００３９】
上記のように第１ナノコラム部６ｂと第２ナノコラム部８ｂとはｐｎ接合を形成する。従って、第２実施形態に係るｐｎ接合ダイオード１ｂの製造方法によれば、ＧａＮから成るナノコラム１０ｂを有するパワーデバイス用のｐｎ接合ダイオードが製造される。また、このようなＧａＮから成るナノコラム１０ｂでは、ナノコラムを有さない従来のバルクＧａＮ単結晶よりも転位密度が低減される。このため、ｐｎ接合ダイオード１ｂの結晶構造は高品質である。
【００４０】
＜第３実施形態＞
図３（ｂ）は、第３実施形態に係るｐｎ接合ダイオード１ｃの構成を示す断面図である。ｐｎ接合ダイオード１ｃは、第１電極４ｃ、ナノコラム領域５ｃ、第１ナノコラム部６ｃ、ＡｌＮ領域７ｃ、第２ナノコラム部８ｃ、ナノコラム１０ｃ、半導体部１２ｃ、第２電極１４ｃ及び絶縁部１６ｃを備えるパワーデバイスである。第１電極４ｃ、ナノコラム領域５ｃ、第１ナノコラム部６ｃ、ＡｌＮ領域７ｃ、第２ナノコラム部８ｃ、ナノコラム１０ｃ、半導体部１２ｃ、第２電極１４ｃ、長さＬ１ｃ及び長さＬ２ｃの各々は、上述の第１実施形態に係るｐｎ接合ダイオード１ａの第１電極４ａ、ナノコラム領域５ａ、第１ナノコラム部６ａ、ＡｌＮ領域７ａ、第２ナノコラム部８ａ、ナノコラム１０ａ、半導体部１２ａ、第２電極１４ａ、長さＬ１ａ及び長さＬ２ａの各々と同様である。以下では、ｐｎ接合ダイオード１ａと同様の構成要素についての詳細な説明を省略し、ｐｎ接合ダイオード１ａと異なる構成要素である絶縁部１６ｃについて詳細に説明する。ｐｎ接合ダイオード１ａと異なる構成要素である絶縁部１６ｃは、複数のナノコラム１０ｃの間に設けられている。絶縁部１６ｃは、ＳＯＧ（Spin On Glass）等の無機系の素材から成る。
【００４１】
以上説明した第３実施形態に係るｐｎ接合ダイオード１ｃでは、第１ナノコラム部６ｃと第２ナノコラム部８ｃとがｐｎ接合を形成する。従って、ＧａＮから成るナノコラム１０ｃを有するパワーデバイス用のｐｎ接合ダイオードが提供される。また、このようなＧａＮから成るナノコラム１０ｃでは、ナノコラムを有さない従来のバルクＧａＮ単結晶よりも転位密度が低減される。このため、ｐｎ接合ダイオード１ｃの結晶構造は高品質である。また、ｐｎ接合ダイオード１ｃが有するｐｎ接合はナノコラム１０ａ毎に設けられている。このように、ｐｎ接合が設けられている箇所はｐｎ接合ダイオード１ｃ内において分散している。従って、熱放射が大きく高温化しにくいため、大きな電流値に対しても良好な特性が維持される。このため、ｐｎ接合ダイオード１ｃは例えばパワーデバイスに好適である。また、合金（Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉ／ＡｕやＮｉ／Ａｕ）の第１電極４ｃは、熱伝導性に優れているため、高い放熱性を有する。また、第１ナノコラム部６ｃがｎ型を示す場合、この第１ナノコラム部６ｃは、合金（Ｔｉ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕ）の第１電極４ｃに対する接触抵抗が低いため、電流による発熱が低減される。また、絶縁部１６ｃにより、ｐｎ接合ダイオード１ｃの機械的強度や耐電圧が向上される。-
【００４２】
次に、図５を参照して、第３実施形態に係るｐｎ接合ダイオード１ｃの製造方法について説明する。以下で説明するｐｎ接合ダイオード１ｃの製造方法は、図５（ａ）に示す基板準備工程Ｃ１、図５（ｂ）に示す形成工程Ｃ２、図５（ｃ）に示す第１の電極形成工程Ｃ３、図５（ｄ）に示す基板除去工程Ｃ４、図５（ｅ）に示す絶縁部形成工程Ｃ５及び図５（ｆ）に示す第２の電極形成工程Ｃ６を含む。基板準備工程Ｃ１、形成工程Ｃ２、第１の電極形成工程Ｃ３、基板除去工程Ｃ４及び第２の電極形成工程Ｃ６は、それぞれ、上述の第１実施形態に係るｐｎ接合ダイオード１ａの製造方法のうち、基板準備工程Ａ１、形成工程Ａ２、第１の電極形成工程Ａ３、基板除去工程Ａ４及び第２の電極形成工程Ａ５の各々と同様に行われる。この場合、上記したｐｎ接合ダイオード１ａの製造方法の説明において、基板２１ａ、第１電極４１ａ、第１ナノコラム部６ａ、ＡｌＮ領域７１ａ、第２ナノコラム部８ａ、ナノコラム１０ａ、半導体部１２１ａ及び第２電極１４ａに替えて、それぞれ、基板２１ｃ、第１電極４１ｃ、第１ナノコラム部６ｃ、ＡｌＮ領域７１ｃ、第２ナノコラム部８ｃ、ナノコラム１０ｃ、半導体部１２１ｃ及び第２電極１４ｃを用いる。上記において、ｐｎ接合ダイオード１ａと同様の工程について説明した。引き続いて、ｐｎ接合ダイオード１ａの製造方法と異なる図５（ｅ）に示す絶縁部形成工程Ｃ５を詳細に説明する。
【００４３】
図５（ｅ）を参照して絶縁部形成工程Ｃ５について説明する。絶縁部形成工程Ｃ５は、基板除去工程Ｃ４の後であって第２の電極形成工程Ｃ６の前に行われる。絶縁部形成工程Ｃ５では、複数のナノコラム１０ｃ（第１ナノコラム部６ｃ及び第２ナノコラム部８ｃ）の間に、ＳＯＧ等の無機系の素材から成る絶縁部１６ｃが形成される。換言すると、複数のナノコラム１０ｃ同士の間に形成されるスペースに絶縁部１６ｃが形成される。この絶縁部形成工程Ｃ５の後、第２の電極形成工程Ｃ６が行われる。
【００４４】
上記のように第１ナノコラム部６ｃと第２ナノコラム部８ｃとはｐｎ接合を形成する。従って、第３実施形態に係るｐｎ接合ダイオード１ｃの製造方法によれば、ＧａＮから成るナノコラム１０ｃを有するパワーデバイス用のｐｎ接合ダイオードが製造される。また、このようなＧａＮから成るナノコラム１０ｃでは、ナノコラムを有さない従来のバルクＧａＮ単結晶よりも転位密度が低減される。このため、ｐｎ接合ダイオード１ｃの結晶構造は高品質である。また、第１電極４１ｃの形成前に絶縁部１６ｃをナノコラム１０ｃの間に設けるため、第１電極４１ｃの形成時に第１電極４１ｃを構成する金属材料がナノコラム１０ｃの間に入り込むのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１実施形態に係るｐｎ接合ダイオードの断面図である。
【図２】第１実施形態に係るｐｎ接合ダイオードの製造方法を説明するための図である。
【図３】第２及び第３実施形態に係るｐｎ接合ダイオードの断面図である。
【図４】第２実施形態に係るｐｎ接合ダイオードの製造方法を説明するための図である。
【図５】第３実施形態に係るｐｎ接合ダイオードの製造方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４６】
１ａ，１ｂ，１ｃ…ｐｎ接合ダイオード、２ａ，２ｂ，２ｃ…基板、４ａ，４ｂ，４ｃ…第１電極、５ａ，５ｂ，５ｃ…ナノコラム領域、６ａ，６ｂ，６ｃ…第１ナノコラム部、７ａ，７ｂ，７ｃ…ＡｌＮ領域、８ａ，８ｂ，８ｃ…第２ナノコラム部、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…ナノコラム、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…半導体部、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…第２電極、１６ｃ…絶縁部。
【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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