(57)【要約】【課題】電極のコンタクト抵抗や逆方向リーク電流を低減できる窒化物半導体装置を提供する。【解決手段】窒化物半導体層１０３と、窒化物半導体層１０３よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体層１０４との接合体が少なくとも１つ基板１０１上に積層されている。窒化物半導体層１０４の上面から窒化物半導体層１０３における窒化物半導体層１０４との界面よりも下側までの範囲に位置する部分の前記接合体の両側端にテーパ部１０８及び１０９が形成されている。テーパ部１０８の側面上には窒化物半導体層１０３とショットキー接触するようにアノード電極１０６が形成されており、テーパ部１０９の側面上には窒化物半導体層１０３とオーミック接触するようにカソード電極１０７が形成されている。各テーパ部１０８及び１０９の側面が基板１０１の主面に対してなす角度は、２０度以上で且つ７５度以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層上に形成され且つ前記第１の窒化物半導体層よりもバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層との接合体が少なくとも１つ基板上に積層されている窒化物半導体装置であって、
前記第２の窒化物半導体層の上面から前記第１の窒化物半導体層における前記第２の窒化物半導体層との界面よりも下側までの範囲に位置する部分の前記接合体の第１の側端及び第２の側端にはそれぞれ、第１のテーパ部及び第２のテーパ部が形成されており、
前記第１のテーパ部の側面上には前記第１の窒化物半導体層とオーミック接触するようにカソード電極が形成されており、
前記第２のテーパ部の側面上には前記第１の窒化物半導体層とショットキー接触するようにアノード電極が形成されており、
前記第１のテーパ部の側面及び前記第２のテーパ部の側面のそれぞれが前記基板の主面に対してなす角度は、２０度以上で且つ７５度以下であることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の窒化物半導体装置において、
前記第１のテーパ部の側面及び前記第２のテーパ部の側面のそれぞれが前記基板の主面に対してなす角度は、３０度以上で且つ７０度以下であることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の窒化物半導体装置において、
前記第１のテーパ部の側面が前記基板の主面に対してなす角度と、前記第２のテーパ部の側面が前記基板の主面に対してなす角度とは互いに異なることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項４】
請求項３に記載の窒化物半導体装置において、
前記第２のテーパ部の側面が前記基板の主面に対してなす角度は、前記第１のテーパ部の側面が前記基板の主面に対してなす角度よりも小さいことを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置において、
少なくとも前記第２の側端の近傍に位置する部分の前記第２の窒化物半導体層の上面上に形成されたブロック層をさらに備え、
前記第２のテーパ部の側面は、前記ブロック層の上面まで到達し、
前記アノード電極は、前記ブロック層と接することを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項６】
請求項５に記載の窒化物半導体装置において、
前記ブロック層は、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ポリイミド及びポリベンゾオキサゾールからなる材料群から選ばれた１つ又は複数の材料からなることを特徴とする窒化物半導体装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化物半導体装置において、
複数の前記接合体が前記基板上に積層されており、
最上層の前記接合体を構成する前記第２の窒化物半導体層の上面から、最下層の前記接合体を構成する前記第１の窒化物半導体層における前記第２の窒化物半導体層との界面よりも下側までの範囲に、前記第１のテーパ部及び前記第２のテーパ部が形成されていることを特徴とする窒化物半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばテレビなどの民生機器の電源回路等に用いられるパワーデバイスに適用できる窒化物半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮに代表される窒化物半導体は、例えばＧａＮ及びＡｌＮのそれぞれのバンドギャップが室温で３．４ｅＶ及び６．２ｅＶであるように、バンドギャップが大きいワイドギャップ半導体であり、絶縁破壊電界が大きく、且つ電子の飽和ドリフト速度がＧａＡｓなどの化合物半導体又はＳｉ半導体などと比べて大きいという特徴を有している。また、ＡｌＧａＮ／ＧａＮへテロ構造においては(0001)ヘテロ界面で自発分極及びピエゾ分極により電荷が生じるので、アンドープ時においても１×１０13ｃｍ-2以上のシートキャリア濃度が得られる。このため、ＡｌＧａＮ／ＧａＮヘテロ界面での２次元電子ガス（２ＤＥＧ：2 Dimensional Electron Gas）を利用して、より電流密度の大きいダイオードやヘテロ接合電界効果トランジスタ（ＨＦＥＴ：Hetero-junction Field Effect Transistor ）を実現できる。現在、高出力化及び高耐圧化に有利な窒化物半導体を用いたパワーデバイスの研究開発が活発に行われている。
【０００３】
尚、前述のＡｌＧａＮとは、３元混晶ＡｌxＧａ1-xＮ（ｘは任意の値。但し０≦ｘ≦１）を表す。以下、多元混晶は、各混晶の構成元素記号の配列、例えばＡｌＩｎＮ、ＧａＩｎＮ等のように略記する。例えば、窒化物半導体ＡｌxＧａ1-x-yＩｎyＮ（ｘ、ｙは任意の値。但し０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）は、ＡｌＧａＩｎＮと略記する。
【０００４】
パワーデバイスとして用いるダイオードの１つにショットキーダイオードがある。ＧａＮ系のダイオードとして、ＡｌＧａＮ／ＧａＮへテロ構造を用いたショットキーダイオードが開発されている。このショットキーダイオードにおいては、アンドープＡｌＧａＮ層とアンドープＧａＮ層との界面に発生する２次元電子ガスをチャネルとして用いるため、大電流で低抵抗な動作が可能となる。
【０００５】
また、ＡｌＧａＮ／ＧａＮへテロ構造を複数積層することによってチャネルを複数形成し、それにより、オン抵抗を低減できるマルチチャネル構造が提案されている（例えば特許文献１）。このマルチチャネル構造を用いることによって、ダイオードのオン抵抗を低減して機器の低消費電力化を実現できる。
【０００６】
図１２は、マルチチャネル構造を有する従来の窒化物半導体装置の断面図である。図１２に示すように、Ｓｉ基板１の上に、窒化物半導体層よりなる緩衝層２が形成されており、緩衝層２の上に、アンドープＧａＮ層３及びアンドープＡｌＧａＮ層４が下から順に形成された接合体が複数積層され、それにより、多層構造（マルチチャネル構造）５が形成されている。具体的には、アンドープＧａＮ層３ａ、アンドープＡｌＧａＮ層４ａ、アンドープＧａＮ層３ｂ、アンドープＡｌＧａＮ層４ｂ、アンドープＧａＮ層３ｃ及びアンドープＡｌＧａＮ層４ｃが順次形成されることによって、つまり、アンドープＧａＮ層３とアンドープＡｌＧａＮ層４との接合体が３つ積層されることによって、マルチチャネル構造５が構成されている。マルチチャネル構造５の両側端はエッチングされており、それによって、Ｓｉ基板１の主面に対して垂直な側壁を持ち且つアンドープＧａＮ層３ａ中に底面を持つリセス部８及び９が形成されている。リセス部８及び９のそれぞれの側壁となる部分のマルチチャネル構造５の側面を覆うように、アノード電極６（ショットキー特性）及びカソード電極７（オーミック特性）が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−１１７４８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
例えば図１２に示す従来の窒化物半導体装置について本願発明者らが種々の検討を行った結果、従来の窒化物半導体装置には、以下のような問題点があることが判明した。
【０００９】
図１２に示す従来の窒化物半導体装置のように、窒化物半導体のへテロ接合体の側端部（電極形成領域）にリセスを形成する場合、当該リセスが深くなるに従って、リセス側壁における電極用メタル膜のカバレッジが悪くなってボイド等が発生し、その結果、へテロ接合体と電極とのコンタクト抵抗が高くなってしまうという問題が生じる。特に、図１２に示す従来の窒化物半導体装置のように、マルチチャネル構造にリセスを形成する場合、シングルチャネル構造にリセスを形成する場合と比較して、より深いリセスを形成する必要があるため、前述の問題が顕著になる。
【００１０】
具体的には、マルチチャネル構造を用いたダイオード等の窒化物半導体装置においては、全てのチャネルを効率的に活用するために、アノード電極形成領域及びカソード電極形成領域のいずれにおいてもマルチチャネル構造の最下層のチャネル層に達するように深いリセスを設ける必要がある。しかしながら、例えば図１２に示す従来の窒化物半導体装置においては、チャネル形成面（２次元電子ガスの分布面）に対して側壁が垂直になるようにリセスを形成している。このため、リセス側壁における電極用メタル膜のカバレッジが悪くなり、その結果、アノード電極及びカソード電極のそれぞれとチャネル（つまりチャネルが生成される窒化物半導体層）との間で良好なコンタクトが得られなくなる。
【００１１】
それに対して、例えばＡｌＧａＮ／ＧａＮへテロ構造を用いたショットキーダイオードのオン抵抗の低減のためには、電極のコンタクト抵抗の低減は大きな課題であり、特に、チャネル数が２以上のマルチチャネル構造を用いたショットキーダイオードのオン抵抗の低減のためには、電極のコンタクト抵抗の低減は重要な課題である。
【００１２】
また、本願発明者らが、図１２に示す従来の窒化物半導体装置（つまり、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ））について、さらなる検討を行ったところ、逆方向リーク電流（ショットキーリーク電流）が大きいという問題もあることが判明した。窒化物半導体装置のオフ時における消費電力の低減や信頼性の向上のためには、逆方向リーク電流の低減も重要な課題である。
【００１３】
前記に鑑み、本発明は、電極のコンタクト抵抗や逆方向リーク電流を低減できる窒化物半導体装置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】
【００１４】
前記の目的を達成するために、本発明に係る窒化物半導体装置は、第１の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層上に形成され且つ前記第１の窒化物半導体層よりもバンドギャップが大きい第２の窒化物半導体層との接合体が少なくとも１つ基板上に積層されている窒化物半導体装置であって、前記第２の窒化物半導体層の上面から前記第１の窒化物半導体層における前記第２の窒化物半導体層との界面よりも下側までの範囲に位置する部分の前記接合体の第１の側端及び第２の側端にはそれぞれ、第１のテーパ部及び第２のテーパ部が形成されており、前記第１のテーパ部の側面上には前記第１の窒化物半導体層とオーミック接触するようにカソード電極が形成されており、前記第２のテーパ部の側面上には前記第１の窒化物半導体層とショットキー接触するようにアノード電極が形成されており、前記第１のテーパ部の側面及び前記第２のテーパ部の側面のそれぞれが前記基板の主面に対してなす角度は、２０度以上で且つ７５度以下である。
【００１５】
本発明に係る窒化物半導体装置によると、第１及び第２の窒化物半導体層の接合体の両側端に、基板主面に対して７５度以下の角度を持つ第１及び第２のテーパ部が形成されている。このため、各テーパ部の側面（つまり前記接合体の両側端に設けられた各リセスの側壁）における各電極用メタル膜のカバレッジが向上するので、各電極のコンタクト抵抗を低減でき、それによって、オン抵抗が小さい低損失な窒化物半導体装置を実現できる。
【００１６】
また、本発明に係る窒化物半導体装置によると、アノード電極形成領域である第２のテーパ部の側面が基板主面に対してなす角度が７５度以下であるため、第２のテーパ部における第２の窒化物半導体層（バリア層）の厚さ（基板主面に垂直な方向の厚さ）が局所的に小さくなるので、当該箇所でキャリア濃度を局所的に小さくすることができる。従って、逆方向リーク電流（ショットキーリーク電流）を低減することが可能となるので、オフ時の消費電力が小さく且つ信頼性が高い低リークな窒化物半導体装置を実現できる。
【００１７】
本発明に係る窒化物半導体装置において、前記第１のテーパ部の側面及び前記第２のテーパ部の側面のそれぞれが前記基板の主面に対してなす角度は、３０度以上で且つ７０度以下であってもよい。このようにすると、各テーパ部の側面が基板主面に対してなす角度が、より小さい７０度以下であるため、前述の本発明の効果をより確実に得ることができる。すなわち、各テーパ部の側面における各電極用メタル膜のカバレッジがさらに向上するので、各電極のコンタクト抵抗をさらに低減でき、それによって、オン抵抗がより小さい低損失な窒化物半導体装置を実現できる。また、逆方向リーク電流をより一層低減することが可能となるので、オフ時の消費電力がより小さく且つ信頼性がより高い低リークな窒化物半導体装置を実現できる。
【００１８】
本発明に係る窒化物半導体装置において、前記第１のテーパ部の側面が前記基板の主面に対してなす角度と、前記第２のテーパ部の側面が前記基板の主面に対してなす角度とは互いに異なっていてもよい。この場合、特に、前記第２のテーパ部の側面が前記基板の主面に対してなす角度は、前記第１のテーパ部の側面が前記基板の主面に対してなす角度よりも小さいことが好ましい。このようにすると、アノード電極形成領域である第２のテーパ部の側面が基板主面に対してなす角度がより小さくなるため、第２のテーパ部における第２の窒化物半導体層（バリア層）の厚さ（基板主面に垂直な方向の厚さ）が局所的により小さくなるので、当該箇所でキャリア濃度を局所的により小さくすることができる。従って、逆方向リーク電流（ショットキーリーク電流）をより一層低減することが可能となるので、オフ時の消費電力がより小さく且つ信頼性がより高い低リークな窒化物半導体装置を実現できる。
【００１９】
本発明に係る窒化物半導体装置において、少なくとも前記第２の側端の近傍に位置する部分の前記第２の窒化物半導体層の上面上に形成されたブロック層をさらに備え、前記第２のテーパ部の側面は、前記ブロック層の上面まで到達し、前記アノード電極は、前記ブロック層と接していてもよい。このようにすると、窒化物半導体装置表面を覆う保護膜（パッシベーション膜）と、第１及び第２の窒化物半導体層の接合体における第２の窒化物半導体層（当該接合体が複数積層されている場合は最上層の接合体における第２の窒化物半導体層）との界面に発生するリークパスをブロック層によって遮断することが可能になる。従って、リーク電流をより一層低減することが可能となるので、より低リークな窒化物半導体装置を実現できる。尚、前記ブロック層は、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ポリイミド及びポリベンゾオキサゾールからなる材料群から選ばれた１つ又は複数の材料から構成されていてもよい。
【００２０】
本発明に係る窒化物半導体装置において、複数の前記接合体が前記基板上に積層されており、最上層の前記接合体を構成する前記第２の窒化物半導体層の上面から、最下層の前記接合体を構成する前記第１の窒化物半導体層における前記第２の窒化物半導体層との界面よりも下側までの範囲に、前記第１のテーパ部及び前記第２のテーパ部が形成されていてもよい。このようにすると、シングルチャネル構造と比較して、より深いリセスが両側端に形成されるマルチチャネル構造においても、各リセスの側壁となる各テーパ部の側面が基板主面に対してなす角度が小さいため、各テーパ部の側面での各電極用メタル膜のカバレッジが向上する。従って、各電極のコンタクト抵抗を低減でき、それによって、オン抵抗が小さい低損失な窒化物半導体装置を実現できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、電極のコンタクト抵抗や逆方向リーク電流を低減できる窒化物半導体装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体装置の断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体装置におけるテーパ角とコンタクト抵抗との関係を示す図である。
【図３】図３（ａ）は、比較例の窒化物半導体装置の断面図であり、図３（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体装置の断面図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体装置においてテーパ角を大きくした場合のカソード電極近傍の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真を示す図である。
【図５】図５は、比較例の窒化物半導体装置におけるカソード電極のコンタクト抵抗を測定した結果を示す図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体装置におけるカソード電極のコンタクト抵抗を測定した結果を示す図である。
【図７】図７（ａ）は、比較例の窒化物半導体装置におけるチャネルに沿った方向のキャリア濃度を示す図であり、図７（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体装置におけるチャネルに沿った方向のキャリア濃度を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体装置及び比較例の窒化物半導体装置のそれぞれのダイオード特性（Ｉ−Ｖ特性）を調べて両者を比較した結果を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第１の実施形態の一変形例に係る窒化物半導体装置の断面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体装置の断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２の実施形態の一変形例に係る窒化物半導体装置の断面図である。
【図１２】図１２は、従来の窒化物半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体装置（具体的にはダイオードを備えた窒化物半導体装置）の断面図である。図１に示すように、本実施形態の窒化物半導体装置においては、例えばＳｉからなる基板１０１の主面上に、例えば厚さ２μｍのＧａＮ層よりなる緩衝層１０２が形成されており、当該緩衝層１０２の上に、アンドープＧａＮ層１０３及びアンドープＡｌＧａＮ層１０４が下から順に形成された接合体が複数積層され、それにより、多層構造（マルチチャネル構造）１０５が形成されている。具体的には、アンドープＧａＮ層１０３ａ、アンドープＡｌＧａＮ層１０４ａ、アンドープＧａＮ層１０３ｂ、アンドープＡｌＧａＮ層１０４ｂ、アンドープＧａＮ層１０３ｃ及びアンドープＡｌＧａＮ層１０４ｃが順次形成されることによって、つまり、アンドープＧａＮ層１０３とアンドープＡｌＧａＮ層１０４との接合体が３つ積層されることによって、マルチチャネル構造１０５が構成されている。
【００２５】
尚、本願において、「アンドープ」とは、不純物が意図的に導入されていないことを意味するものとする。
【００２６】
また、本実施形態において、アンドープＡｌＧａＮ層１０４は、例えばアンドープのＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎから構成されている。また、アンドープＧａＮ層１０３については、最下層（緩衝層１０２に接する層）であるアンドープＧａＮ層１０３ａの厚さは例えば１．５μｍ程度であり、上下をアンドープＡｌＧａＮ層１０４に挟まれたアンドープＧａＮ層１０３ｂ及び１０３ｃの厚さは例えば１００ｎｍ〜４００ｎｍ程度である。また、アンドープＧａＮ層１０３とアンドープＡｌＧａＮ層１０４との界面近傍（アンドープＡｌＧａＮ層１０４から見て基板１０１側）のアンドープＧａＮ層１０３に２次元電子ガス層（図示省略）が形成されることによって、チャネル領域が形成されている。
【００２７】
マルチチャネル構造１０５の両側端はエッチングされており、それによって、基板１０１の主面に対して所定の角度で傾斜した側壁を持ち且つマルチチャネル構造１０５の最下層であるアンドープＧａＮ層１０３ａ中に底面を持つリセス部１０８及び１０９が形成されている。
【００２８】
リセス部１０９を覆うと共にリセス部１０９の側壁面と接触するように、例えばＴｉ／Ａｌ構造（Ｔｉ層とＡｌ層との多層構造）からなるカソード電極１０７が形成されている。ここで、カソード電極１０７は、アンドープＧａＮ層１０３とオーミック接触している。すなわち、カソード電極１０７は、前述の２次元電子ガス層と接触している。
【００２９】
本実施形態において、リセス部１０９の側壁面の傾斜角（リセス部側壁面とへテロ接合界面の延在する面（半導体層の主面）とのなす角度（鋭角側の角度）：以下、テーパ角と称する）は、２０度以上で且つ７５度以下であることが好ましく、３０度以上で且つ７０度以下であることがさらに好ましい。このようにすると、カソード電極１０７を構成するメタルのリセス部側壁面（つまり当該側壁面となるマルチチャネル構造１０５の各半導体層の側面）に対する被覆性（カバレッジ）が向上してコンタクト抵抗を低減することができる。尚、図１では、リセス部１０９の側壁面のテーパ角が４０度である場合を例示している。また、以下の説明においては、テーパ角を有するリセス部側壁面を「テーパ部」と称するものとする。
【００３０】
また、リセス部１０８を覆うと共にリセス部１０８の側壁面と接触するように、例えばＮｉ／Ｔｉ構造（Ｎｉ層とＴｉ層との多層構造）からなるアノード電極１０６が形成されている。ここで、アノード電極１０６は、アンドープＧａＮ層１０３とショットキー接触している。すなわち、アノード電極１０６は、前述の２次元電子ガス層と接触している。尚、当該２次元電子ガス層に対してショットキー接触可能であれば、アノード電極１０６の材料として、例えばＰｄ、Ａｕ、Ｐｔ等を含む電極材料を用いてもよい。
【００３１】
本実施形態において、リセス部１０８の側壁面のテーパ角は、２０度以上で且つ７５度以下であることが好ましく、３０度以上で且つ７０度以下であることがさらに好ましい。このようにすると、アノード電極１０６を構成するメタルのリセス部側壁面（つまり当該側壁面となるマルチチャネル構造１０５の各半導体層の側面）に対する被覆性（カバレッジ）が向上してコンタクト抵抗を低減することができる。さらに、リセス部１０８の側壁面をテーパ形状にすることによって、アノード電極１０６を構成するメタルと接触する部分のアンドープＡｌＧａＮ層１０４の厚さ（基板１０１主面に垂直な方向の厚さ）が局所的に薄くなるため、ショットキー接触部分のキャリア濃度を低減することができるので、逆方向リーク電流（ショットキーリーク電流）を低減することができる。尚、図１では、リセス部１０８の側壁面のテーパ角が４０度である場合を例示している。
【００３２】
本願発明者らは、本実施形態の窒化物半導体装置（具体的にはダイオードを備えた窒化物半導体装置）について、前述のテーパ角をパラメータとして、カソード電極のコンタクト抵抗を測定したところ、図２に示す結果を得た。すなわち、図２は、本実施形態の窒化物半導体装置におけるテーパ角とコンタクト抵抗との関係を示している。尚、図２の縦軸（コンタクト抵抗）は、単位デバイス幅（図１に示す断面の法線（奥行き）方向の単位長さ）当たりの抵抗値を示している。また、テーパ角を２０度よりも小さくすると、電極長が極めて長くなり、実用的ではなくなるので、テーパ角が２０度よりも小さい場合のデータ測定は行っていない。
【００３３】
図２に示す結果から、
（１）テーパ角が２０度以上で且つ７５度以下であれば、カソード電極のコンタクト抵抗が低減する
（２）テーパ角が３０度以上で且つ７０度以下であれば、カソード電極のコンタクト抵抗がさらに低減する
ことが分かる。
【００３４】
この図２に示す結果（１）及び（２）が得られる理由は、以下のように考えられる。すなわち、テーパ角を小さくしすぎると、コンタクト部（窒化物半導体層におけるカソード電極との接触部分）のキャリア濃度が低下してしまい、コンタクト抵抗が大きくなる一方、テーパ角を大きくしすぎると、リセス部側壁面となる各窒化物半導体層の側面に対するカソード電極構成メタルのカバレッジが悪くなり、コンタクト抵抗が大きくなる。
【００３５】
尚、アノード電極についていえば、カソード電極の場合よりもテーパ角を小さくした方が好ましい。なぜならば、アノード電極構成メタルと接触する部分の窒化物半導体層の厚さ（基板主面に垂直な方向の厚さ）が局所的に薄くなるため、ショットキー接合部（窒化物半導体層におけるアノード電極との接触部分）におけるキャリア濃度を低減できるので、逆方向リーク電流（ショットキーリーク電流）を低減することができるからである。
【００３６】
（実施形態と比較例との対比）
以下、本実施形態の窒化物半導体装置と、従来構造を有する比較例の窒化物半導体装置とを比較した結果を説明する。
【００３７】
図３（ａ）は、比較例の窒化物半導体装置の断面図を示しており、図３（ｂ）は、本実施形態の窒化物半導体装置の断面図を示してる。尚、図３（ａ）に示す比較例の窒化物半導体装置は、図１２に示す従来の窒化物半導体装置と同じ構造を有しており、図３（ｂ）に示す本実施形態の窒化物半導体装置は、図１に示す窒化物半導体装置と同じ構造を有している。すなわち、図３（ｂ）に示す本実施形態の窒化物半導体装置において、リセス部１０８及び１０９のそれぞれの側壁面のテーパ角は４０度に設定されている。また、図３（ａ）に示す比較例の窒化物半導体装置において、図１２に示す従来の窒化物半導体装置と同じ構成要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略すると共に、図３（ｂ）に示す本実施形態の窒化物半導体装置において、図１に示す窒化物半導体装置と同じ構成要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３８】
（カソード電極に関連する特性の比較結果（比較１））
図４は、本実施形態の窒化物半導体装置においてテーパ角を大きくした場合のカソード電極１０７近傍の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真を示している。ここで、テーパ角を８０度に設定して検討を行った。
【００３９】
図４のＴＥＭ写真に示すように、テーパ角が７６度のリセス部側壁面にカソード電極１０７となるメタルを形成すると、メタルのカバレッジが悪いことに起因して、ボイド（メタル中に発生する隙間：図４のカソード電極１０７の色の濃い部分）等が発生していることがわかる。すなわち、テーパ角が大きいと、カソード電極構成メタルのカバレッジが悪くなり、その結果、ボイド等が発生するのである。これは、従来の窒化物半導体装置において見られた問題点と同様のものである。
【００４０】
図５は、比較例の窒化物半導体装置、具体的には、テーパエッチングなしの（つまり、垂直エッチングを施した）ダイオードを備えた窒化物半導体装置におけるカソード電極のコンタクト抵抗を測定した結果を示す図である。尚、図５は、チャネル層が１つのシングルチャネル構造の場合、及びチャネル層が３つのマルチチャネル構造の場合のそれぞれのコンタクト抵抗を示している。ここで、シングルチャネル構造の場合のリセス部の深さは２００ｎｍ程度であり、マルチチャネル構造の場合のリセス部の深さは１０００ｎｍ程度である。また、各リセス部側壁面を覆うカソード電極構成メタルの厚さは１００ｎｍ〜４００ｎｍ程度である。また、図５の縦軸（コンタクト抵抗）は、電極の単位面積当たりの抵抗値を示している。
【００４１】
図５に示すように、比較例の窒化物半導体装置においては、シングルチャネル構造の場合と比べて、マルチチャネル構造の場合のコンタクト抵抗がより高くなっていることがわかる。これはマルチチャネル構造の場合のリセス部の深さが深いことに起因して、図４に示すように、カソード電極構成メタルのカバレッジが悪くなって、ボイド等が発生したことによるものと考えられる。
【００４２】
すなわち、マルチチャネル構造にリセス部を形成する場合、シングルチャネル構造と比べて、より深いリセス部が必要になるが、このような深いリセス部の垂直側壁面を覆うように電極構成メタルを形成すると、当該メタルのカバレッジが悪くなってボイド等が発生する結果、シングルチャネル構造と比べてコンタクト抵抗が高くなってしまうのである。
【００４３】
図６は、本実施形態の窒化物半導体装置におけるカソード電極のコンタクト抵抗を測定した結果を、比較例の窒化物半導体装置についての測定結果と合わせて示す図である。尚、図６も、図５と同様に、チャネル層が１つのシングルチャネル構造の場合、及びチャネル層が３つのマルチチャネル構造の場合のそれぞれのコンタクト抵抗を示している。また、図６の縦軸（コンタクト抵抗）は、電極の単位面積当たりの抵抗値を示している。
【００４４】
図６に示すように、マルチチャネル構造の場合、本実施形態の窒化物半導体装置におけるカソード電極のコンタクト抵抗は、比較例の窒化物半導体装置と比べて、１／１０程度まで小さくなっている。すなわち、図６に示す実験結果から、比較例の窒化物半導体装置と比べて本実施形態の窒化物半導体装置の方が、カソード電極のコンタクト抵抗が小さくなることがわかる。
【００４５】
尚、この本実施形態の窒化物半導体装置におけるカソード電極のコンタクト抵抗の低減効果は、チャネル層が３つのマルチチャネル構造に限らず、チャネル層が２つ以上のマルチチャネル構造において得られることは言うまでもない。
【００４６】
（アノード電極に関連する特性の比較結果（比較２））
以下、本実施形態の窒化物半導体装置におけるリーク特性の評価結果について、比較例の窒化物半導体装置についての評価結果と比較しながら説明する。
【００４７】
図７（ａ）は、図３（ａ）に示す比較例の窒化物半導体装置におけるリセス部（アノード電極側）の垂直側壁面（図中のＡ−Ａ線）の位置を原点とし、その位置からチャネルに沿った方向のキャリア濃度を示している。また、図７（ｂ）は、図３（ｂ）に示す本実施形態の窒化物半導体装置におけるリセス部（アノード電極側）のテーパ側壁面下部（図中のＢ−Ｂ線）の位置を原点とし、その位置からチャネルに沿った方向のキャリア濃度を示している。尚、図７（ａ）及び（ｂ）のいずれにおいても、縦軸は対数目盛（対数（ｌｏｇ）スケール）であり、横軸はリニア目盛（リニアスケール）である。また、図７（ａ）及び（ｂ）のいずれにおいても、縦軸（キャリア濃度）は、２次元電子ガス層の濃度（対数）を示し、横軸は、アノード電極とＡｌＧａＮ／ＧａＮ界面との接触点からＡ−Ａ線（図３（ａ）参照）又はＢ−Ｂ線（図３（ｂ）参照）に沿った下方向の距離を示している。
【００４８】
図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、リセス部側壁面近傍のキャリア濃度は、本実施形態の窒化物半導体装置の方が小さいことがわかる。
【００４９】
図８は、本実施形態の窒化物半導体装置及び比較例の窒化物半導体装置のそれぞれのダイオード特性（Ｉ−Ｖ特性）を調べて両者を比較した結果を示す。尚、図８においては、縦軸及び横軸ともにリニア目盛である。
【００５０】
図８より明らかなように、本実施形態の窒化物半導体装置の方が、比較例の窒化物半導体装置のダイオードよりも、負電圧（逆電圧）時の電流つまりリーク電流が小さいことがわかる。これは、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、比較例の窒化物半導体装置と比べて、本実施形態の窒化物半導体装置の方が、リセス部側壁面近傍のキャリア濃度が小さくなっているために、リセス部側壁面近傍でのリーク電流が低減したものと考えられる。
【００５１】
以上に説明したように、本実施形態によると、アンドープＧａＮ層１０３及びアンドープＡｌＧａＮ層１０４の接合体の両側端にテーパ部（つまり、テーパ形状のリセス側壁面）が形成されている。このため、各テーパ部における各電極用メタル膜のカバレッジが向上するので、各電極１０６及び１０７のコンタクト抵抗を低減でき、それによって、オン抵抗が小さい低損失な窒化物半導体装置を実現できる。
【００５２】
また、本実施形態によると、アンドープＧａＮ層１０３及びアンドープＡｌＧａＮ層１０４の接合体におけるアノード電極側の側端にもテーパ部が形成されている。このため、当該テーパ部におけるアンドープＡｌＧａＮ層１０４（バリア層）の厚さ（基板主面に垂直な方向の厚さ）が局所的に小さくなるので、当該箇所でキャリア濃度を局所的に小さくすることができる。従って、逆方向リーク電流（ショットキーリーク電流）を低減することが可能となるので、オフ時の消費電力が小さく且つ信頼性が高い低リークな窒化物半導体装置を実現できる。
【００５３】
尚、本実施形態では、図１に示すようなマルチチャネル構造の場合を例示したが、チャネル数が１つのシングルチャネル構造の場合であっても、前述のように、アノード電極１０６に関連する特性が向上するという効果を得ることができる。
【００５４】
（第１の実施形態の一変形例）
図９は、本発明の第１の実施形態の一変形例に係る窒化物半導体装置（具体的にはダイオードを備えた窒化物半導体装置）の断面図である。尚、図９において、図１に示す第１の実施形態に係る窒化物半導体装置と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、重複する説明を省略する。
【００５５】
図１に示すように、第１の実施形態に係る窒化物半導体装置においては、マルチチャネル構造１０５におけるアノード電極１０６側のリセス部１０８のテーパ角と、マルチチャネル構造１０５におけるカソード電極１０７側のリセス部１０９のテーパ角とを同じに設定した。
【００５６】
それに対して、本変形例に係る窒化物半導体装置においては、図９に示すように、マルチチャネル構造１０５におけるアノード電極１０６側のリセス部１０８のテーパ角と、マルチチャネル構造１０５におけるカソード電極１０７側のリセス部１０９のテーパ角とを互いに異なる角度に設定している。具体的には、本変形例では、アノード電極１０６側のリセス部１０８のテーパ角を例えば４０度に、カソード電極１０７側のリセス部１０９のテーパ角を例えば５０度に設定している。
【００５７】
このような本変形例においても、図１に示す第１の実施形態に係る窒化物半導体装置と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
また、図９に示すように、マルチチャネル構造１０５におけるアノード電極１０６側のリセス部１０８のテーパ角を、マルチチャネル構造１０５におけるカソード電極１０７側のリセス部１０９のテーパ角よりも小さくすると、次のような効果を追加的に得ることができる。すなわち、アノード電極１０６側のリセス部１０８のテーパ角をより小さくすることができるため、アノード電極１０６を構成するメタルと接触する部分のアンドープＡｌＧａＮ層１０４の厚さ（基板１０１主面に垂直な方向の厚さ）が局所的に薄くなる。このため、ショットキー接触部分のキャリア濃度を低減することができるので、逆方向リーク電流（ショットキーリーク電流）をより一層低減することが可能となる。従って、オフ時の消費電力がより小さく且つ信頼性がより高い低リークな窒化物半導体装置を実現できる。
【００５９】
尚、本変形例では、図９に示すようなマルチチャネル構造の場合を例示したが、チャネル数が１つのシングルチャネル構造の場合であっても、前述のように、アノード電極１０６に関連する特性が向上するという効果を得ることができる。
【００６０】
（第２の実施形態）
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体装置（具体的にはダイオードを備えた窒化物半導体装置）の断面図である。尚、図１０において、図１に示す第１の実施形態に係る窒化物半導体装置と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、重複する説明を省略する。
【００６１】
図１０に示すように、本実施形態に係る窒化物半導体装置が、図１に示す第１の実施形態に係る窒化物半導体装置と異なっている点は、マルチチャネル構造１０５の上面（つまり最上層のアンドープＡｌＧａＮ層１０４の上面）におけるアノード電極１０６の近傍部分の上に、例えば厚さ２００ｎｍ程度のブロック層１１０が形成されていることである。ここで、リセス部１０８のテーパ状側壁面はブロック層１１０の上面まで到達しており、アノード電極１０６はブロック層１１０と接している。
【００６２】
尚、本実施形態においては、ブロック層１１０とアノード電極１０６との間の障壁高さを、アノード電極１０６とアンドープＡｌＧａＮ層１０４との間の障壁高さよりも大きくする必要がある。
【００６３】
また、ブロック層１１０は、例えばｐ型ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ又はＳｉＮ等から構成されていてもよいし、或いは、ｎ型ＡｌＧａＮ（アンドープＡｌＧａＮも含む）、ＳｉＯ2 、ＴｉＯ2 、ＮｉＯ若しくはＺｎＯ等、又はポリイミド若しくはポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ）等の有機絶縁膜から構成されていてもよい。
【００６４】
以上に説明した本実施形態によると、第１の実施形態と同様の効果に加えて、次のような効果を得ることができる。すなわち、半導体装置表面を覆う保護膜（パッシベーション膜：図示省略）と、マルチチャネル構造１０５における最上層のアンドープＡｌＧａＮ層１０４との界面に発生するリークパスをブロック層１１０によって遮断することが可能になるため、逆方向リーク電流をより一層低減することができる。
【００６５】
従って、本実施形態によると、逆バイアス時にはブロック層１１０によって前述のパッシベーション膜と最上層のアンドープＡｌＧａＮ層１０４との間の界面リークを遮断することによって逆方向リーク電流を低減することができると共に、テーパ状側壁面を持つリセス部１０８及び１０９によって電極構成メタルの窒化物半導体層に対するカバレッジを向上させてオン抵抗を低減することもできる。これにより、低損失で逆方向リーク電流の少ない優れた窒化物半導体装置を提供することが可能となる。
【００６６】
尚、本実施形態では、図１０に示すようなマルチチャネル構造の場合を例示したが、チャネル数が１つのシングルチャネル構造の場合であっても、第１の実施形態と同様に、アノード電極１０６に関連する特性が向上するという効果を得ることができる。
【００６７】
（第２の実施形態の一変形例）
図１１は、本発明の第２の実施形態の一変形例に係る窒化物半導体装置（具体的にはダイオードを備えた窒化物半導体装置）の断面図である。尚、図１１において、図１０に示す第２の実施形態に係る窒化物半導体装置と同じ構成要素には同じ符号を付すことにより、重複する説明を省略する。
【００６８】
図１１に示すように、第２の実施形態に係る窒化物半導体装置においては、マルチチャネル構造１０５におけるアノード電極１０６側のリセス部１０８のテーパ角と、マルチチャネル構造１０５におけるカソード電極１０７側のリセス部１０９のテーパ角とを同じに設定した。
【００６９】
それに対して、本変形例に係る窒化物半導体装置においては、図１１に示すように、マルチチャネル構造１０５におけるアノード電極１０６側のリセス部１０８のテーパ角と、マルチチャネル構造１０５におけるカソード電極１０７側のリセス部１０９のテーパ角とを互いに異なる角度に設定している。具体的には、本変形例では、アノード電極１０６側のリセス部１０８のテーパ角を例えば４０度に、カソード電極１０７側のリセス部１０９のテーパ角を例えば５０度に設定している。
【００７０】
このような本変形例においても、図１０に示す第２の実施形態に係る窒化物半導体装置と同様の効果を得ることができる。
【００７１】
また、図１１に示すように、マルチチャネル構造１０５におけるアノード電極１０６側のリセス部１０８のテーパ角を、マルチチャネル構造１０５におけるカソード電極１０７側のリセス部１０９のテーパ角よりも小さくすると、次のような効果を追加的に得ることができる。すなわち、アノード電極１０６側のリセス部１０８のテーパ角をより小さくすることができるため、アノード電極１０６を構成するメタルと接触する部分のアンドープＡｌＧａＮ層１０４の厚さ（基板１０１主面に垂直な方向の厚さ）が局所的に薄くなる。このため、ショットキー接触部分のキャリア濃度を低減することができるので、逆方向リーク電流（ショットキーリーク電流）をより一層低減することが可能となる。従って、オフ時の消費電力がより小さく且つ信頼性がより高い低リークな窒化物半導体装置を実現できる。
【００７２】
尚、本変形例では、図１１に示すようなマルチチャネル構造の場合を例示したが、チャネル数が１つのシングルチャネル構造の場合であっても、前述のように、アノード電極１０６に関連する特性が向上するという効果を得ることができる。
【００７３】
また、以上に説明した各実施形態又は変形例において、アンドープＡｌＧａＮ層１０４の組成は、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎに限らず、チャネル層よりもバンドギャップが大きい組成であれば任意に選ぶことができる。また、ＡｌＧａＮに限らず、ＡｌＩｎＮ又はＡｌＧａＩｎＮ等であってもよい。また、チャネル層の組成も、ＧａＮに限らず、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ又はＡｌＧａＩｎＮ等であってもよい。また、基板１０１として、Ｓｉ基板を用いたが、これに代えて、例えばサファイア、ＳｉＣ又はＧａＮ等からなる基板を用いてもよい。また、緩衝層１０２として、ＧａＮ層を用いたが、これに代えて、ＡｌＮ層等を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明に係る窒化物半導体装置は、例えばテレビなどの民生機器の電源回路等に用いられるパワーデバイスとして有用である。
【符号の説明】
【００７５】
１０１    基板
１０２    緩衝層
１０３    アンドープＧａＮ層
１０４    アンドープＡｌＧａＮ層
１０５    多層構造（マルチチャネル構造）
１０６    アノード電極
１０７    カソード電極
１０８    リセス部
１０９    リセス部
１１０    ブロック層
【図１】
2013105994.tif 000003
【図２】
2013105994.tif 000004
【図３】
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【図５】
2013105994.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図４】
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