(57)【要約】【課題】低いオン抵抗と低いリーク電流とを同時に実現できるショットキーバリアダイオードを提供すること。【解決手段】ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体で構成された電子走行層と、前記電気走行層上に形成され、該電子走行層よりもバンドギャップエネルギーが高いＩＩＩ族窒化物系化合物半導体で構成された電子供給層と、前記電子供給層とオーミック接触するように形成されたカソード電極と、前記電子供給層とは電気的に絶縁されるとともに、前記電子走行層とショットキー接触するように形成されたアノード電極と、を備えるショットキーバリアダイオード。【選択図】図１
2013232578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体で構成された電子走行層と、
前記電気走行層上に形成され、該電子走行層よりもバンドギャップエネルギーが高いＩＩＩ族窒化物系化合物半導体で構成された電子供給層と、
前記電子供給層とオーミック接触するように形成されたカソード電極と、
前記電子供給層とは電気的に絶縁されるとともに、前記電子走行層とショットキー接触するように形成されたアノード電極と、
を備えることを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【請求項２】
前記電子供給層は、前記電気走行層上でメサ形状を有しており、
前記アノード電極は、前記メサ形状の電子供給層の側部側で露出した前記電気走行層の表面においてショットキー接触していることを特徴とする請求項１に記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項３】
前記アノード電極と前記電子走行層との界面の一部に介挿された絶縁膜を備え、
前記絶縁膜は、前記アノード電極と前記電子走行層とが接触する領域と、前記電子走行層の前記電子供給層との界面に２次元電子ガスが発生している領域との間の領域で介挿されており、かつ、
前記アノード電極と前記カソード電極との間に正のバイアス電圧を印加した場合に、前記電子走行層の当該絶縁膜との界面に電子蓄積層が形成されて、前記２次元電子ガスと電気的に接続することを特徴とする請求項２に記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項４】
前記アノード電極と前記電子走行層との界面の一部に介挿され、かつ前記メサ形状の電子供給層の側壁に形成された側壁保護膜を備えることを特徴とする請求項２に記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項５】
前記アノード電極と前記カソード電極との間の領域に形成された絶縁性の保護膜を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項６】
前記電子走行層は、前記アノード電極と当該電子走行層とが接触する領域から、当該電子走行層の前記電子供給層との界面に２次元電子ガスが発生している領域との間に、ｎ型にドーピングされて周囲よりも抵抗が低い低抵抗領域を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項７】
前記低抵抗領域はイオン注入によって形成されたものであることを特徴とする請求項６に記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項８】
前記低抵抗領域は半導体層の再成長によって形成されたものであることを特徴とする請求項６に記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項９】
前記電子供給層上に形成されたキャップ層を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項１０】
前記キャップ層の少なくとも一部がｐ型にドーピングされていることを特徴とする請求項９に記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項１１】
前記カソード電極は前記キャップ層を介して前記電子供給層に接続していることを特徴とする請求項９または１０に記載のショットキーバリアダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショットキーバリアダイオードに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高周波デバイス用半導体素子には、半導体材料としてワイドバンドギャップ型のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体、特に窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体が用いられている（以下、ＧａＮ系半導体素子とする）。ＧａＮ系半導体素子では、半導体基板の表面に、例えば有機金属化学気相蒸着（ＭＯＣＶＤ：Metal-Organic  Chemical  Vapor  Deposition）法を用いて形成されたバッファ層やＧａＮドープ層が設けられている。最近では、ワイドバンドギャップ型半導体素子は、高周波用途に加え、電力装置用のパワーデバイスにも適用可能であるという認識から、高耐圧、大電流を扱うデバイスとしての検討も行われている。パワーデバイスには、大きく分けてトランジスタとダイオードがある。パワーデバイスでは従来多くシリコンが半導体材料として用いられていたが、抵抗が低いことから炭化珪素（ＳｉＣ）を用いられるようになっており、さらにＧａＮを用いたデバイスの検討も進んでいる。
【０００３】
図１２は、公知のＧａＮ系半導体を用いたショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である（たとえば特許文献１参照）。図１２に示すショットキーバリアダイオード１０００は、基板１００１の上に、ＧａＮ層を積層するためのバッファ層１００２、ノンドープのｕ−ＧａＮ層１００３および窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）層１００４が順次積層されている。ＡｌＧａＮ層１００４はＡｌＮとＧａＮの混晶であり、その構成比によってバンドギャップや自発分極、ピエゾ分極の特性が変化する。ｕ−ＧａＮ層１００３とＡｌＧａＮ層１００４の界面には、ＡｌＧａＮ層１００４のＡｌ組成比と厚さとを制御することによってその濃度が制御された２次元電子ガス（２ＤＥＧ：Two  Dimensional  Electron  Gas）層１００３ａが形成されている。この２ＤＥＧ層１００３ａが電子を流す通路となる。
【０００４】
この２ＤＥＧ層１００３ａは、電子の不純物散乱が小さいため、高移動度で低抵抗の電気伝導層となり、ＡｌＧａＮ層１００４上に形成された電極間の電流経路を提供する。ショットキーバリアダイオード１０００には主たる電極が２つある。アノード電極１００５はＡｌＧａＮ層１００４とショットキー接触して、電子のトンネル電流によって２ＤＥＧ層１００３ａと電気的に接続している。カソード電極１００６はＡｌＧａＮ層１００４とオーミック接触している。
【０００５】
ここで、カソード電極１００６側に正のバイアス電圧を印加すると、アノード電極１００５側は逆バイアス状態となり、アノード電極下の２ＤＥＧ層１００３ａが空乏化して高耐圧を維持する。一方、アノード電極１００５側を正のバイアス電圧を印加すると、カソード電極１００６側からアノード電極１００５側へ電子が流れ込んで、大きな電流が流れ、いわゆる整流特性をもったダイオードとしての働きをする。これによって、ショットキーバリアダイオード１０００は、パワーデバイスに使用することが可能となる。ショットキーバリアダイオード１０００は、２ＤＥＧ層１００３ａの抵抗が低いことと併せて、ＧａＮ材料のバンドギャップが広いことから、絶縁電界強度がシリコンよりも一桁以上大きく、高耐圧を実現できるため、パワーデバイスへ期待されている。
【０００６】
また、ショットキーバリアダイオード１０００は、少数キャリアの蓄積が無いため、高速でスイッチングできるという特徴を有している。基板１００１の上に形成されているバッファ層１００２は、その上のｕ−ＧａＮ層１００３やＡｌＧａＮ層１００４を形成するために挿入されるもので、ＧａＮとは異なる材料からなる異種基板、たとえばシリコンやサファイヤ、ＳｉＣなどとの熱膨張係数や格子定数の違いを吸収して、結晶性のよいｕ−ＧａＮ層１００３やＡｌＧａＮ層１００４を積むためのものである。一般的には、このバッファ層１００２は高抵抗または絶縁性の特性を有し、高耐圧素子において耐圧を維持するために利用される。また、基板１００１としては、最近では高品質で、安価で、大口径が利用可能なシリコン基板を用いることが多い。
【０００７】
電力装置に使用する半導体素子としては、上記のように高耐圧で、導通抵抗（オン抵抗）が低いということは大きなメリットであるが、オフ状態で高耐圧を維持するときに、電極間に大きな電圧が印加されたとき、リーク電流が流れる場合がある。このリーク電流は、高電圧印加時に発生するため、電力損失を発生させる。この損失された電力は、素子内で熱に変わり、素子の温度を上昇させたり、大きな内部電界で加速された電子がホットエレクトロンとなって不要な場所に注入、蓄積して信頼性の劣化を招いたりするという課題がある。このため、リーク電流は最低でも、室温で１ｍＡ/ｃｍ２以下に抑えられなければならないとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】町田修ほか、電気学会全国大会予稿集第四分冊ｐ.８,  ２００６.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＧａＮ系半導体を用いたショットキーバリアダイオードのリーク電流を決める大きな要因として、２ＤＥＧ層の電子濃度（２ＤＥＧ濃度）がある。図１３は、アノード電極１００５とＡｌＧａＮ層１００４とｕ−ＧａＮ層１００３との界面のエネルギーバンドの状態を示した図である。符号Ｅ１はアノード電極１００５を構成する金属のフェルミ準位を示し、符号Ｅ２はＡｌＧａＮ層１００４およびｕ−ＧａＮ層１００３のフェルミ準位を示している。２ＤＥＧ層１００３ａを発生させるために配置されているＡｌＧａＮ層１００４中には、電圧を印加しない状態でも矢印Ａｒ１で示す大きな電界が発生している。これは分極による実効的な電荷がＡｌＧａＮ／ＧａＮ界面に存在するためである。この電界の電界強度Ｅは、２ＤＥＧ層１００３ａの電子濃度Ｎ2degを用いて、下記の式（１）であらわされる。
【００１０】
Ｅ＝ｑＮ2deg／εAlGaN  ・・・  （１）
ここで、ｑ：素電荷、εAlGaN：ＡｌＧａＮの誘電率である。
【００１１】
式（１）の関係からわかるように、２ＤＥＧ濃度が大きくなると、それに比例してＡｌＧａＮ層１００４中の電界強度は大きくなる。一方、アノード電極１００５（ショットキー電極）から流れ出るリーク電流は、この電界強度Ｅと密接に関連しており、よく知られた熱電界放出理論によって、電界に指数関数的に依存することが知られている。このため、２ＤＥＧ濃度とリーク電流には密接な関連がある。具体的には、下記の式（２）が成り立つ。
【００１２】
Ｅ×Ｒ2deg=(μ)-1＝一定・・・  （２）
ここで、Ｒ2deg：２ＤＥＧ層のシート抵抗、μ：２ＤＥＧ層の電子移動度である。
【００１３】
このため、リーク電流抑制のために電界強度を低くすることと、２ＤＥＧ層の抵抗を下げることとはトレードオフ関係、すなわち相反する関係にある。したがって、オン抵抗とリーク電流とを同時に低くすることは困難であった。
【００１４】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、低いオン抵抗と低いリーク電流とを同時に実現できるショットキー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】
【００１５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るショットキーバリアダイオードは、ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体で構成された電子走行層と、前記電子走行層上に形成され、該電子走行層よりもバンドギャップエネルギーが高いＩＩＩ族窒化物系化合物半導体で構成された電子供給層と、前記電子供給層とオーミック接触するように形成されたカソード電極と、前記電子供給層とは電気的に絶縁されるとともに、前記電子走行層とショットキー接触するように形成されたアノード電極と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係るショットキーバリアダイオードは、上記の発明において、前記電子供給層は、前記電気走行層上でメサ形状を有しており、前記アノード電極は、前記メサ形状の電子供給層の側部側で露出した前記電子走行層の表面においてショットキー接触していることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係るショットキーバリアダイオードは、上記の発明において、前記アノード電極と前記電子走行層との界面の一部に介挿された絶縁膜を備え、前記絶縁膜は、前記アノード電極と前記電子走行層とが接触する領域と、前記電子走行層の前記電子供給層との界面に２次元電子ガスが発生している領域との間の領域で介挿されており、かつ、前記アノード電極と前記カソード電極との間に正のバイアス電圧を印加した場合に、前記電子走行層の当該絶縁膜との界面に電子蓄積層が形成されて、前記２次元電子ガスと電気的に接続することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係るショットキーバリアダイオードは、上記の発明において、前記アノード電極と前記電子走行層との界面の一部に介挿され、かつ前記メサ形状の電子供給層の側壁に形成された側壁保護膜を備えることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明に係るショットキーバリアダイオードは、上記の発明において、前記アノード電極と前記カソード電極との間の領域に形成された絶縁性の保護膜を備えることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係るショットキーバリアダイオードは、上記の発明において、前記電子走行層は、前記アノード電極と当該電子走行層とが接触する領域から、当該電子走行層の前記電子供給層との界面に２次元電子ガスが発生している領域との間に、ｎ型にドーピングされて周囲よりも抵抗が低い低抵抗領域を有していることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係るショットキーバリアダイオードは、上記の発明において、前記低抵抗領域はイオン注入によって形成されたものであることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明に係るショットキーバリアダイオードは、上記の発明において、前記低抵抗領域は半導体層の再成長によって形成されたものであることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明に係るショットキーバリアダイオードは、上記の発明において、前記電子供給層上に形成されたキャップ層を備えることを特徴とする。
【００２４】
また、本発明に係るショットキーバリアダイオードは、上記の発明において、前記キャップ層の少なくとも一部がｐ型にドーピングされていることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係るショットキーバリアダイオードは、上記の発明において、前記カソード電極は前記キャップ層を介して前記電子供給層に接続していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、低いオン抵抗と低いリーク電流とを同時に実現できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、実施の形態１に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。
【図２】図２は、図１に示すショットキーバリアダイオードと図１２に示すショットキーバリアダイオードとの特性を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。
【図４】図４は、実施の形態２に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。
【図５】図５は、実施の形態３に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。
【図６】図６は、実施の形態４に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。
【図７】図７は、実施の形態５に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。
【図８】図８は、実施の形態６に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。
【図９】図９は、実施の形態７に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。
【図１０】図１０は、実施の形態８に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。
【図１１】図１１は、実施の形態９に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態１０に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。
【図１３】図１３は、実施の形態１１に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、図面を参照して本発明に係るショットキーバリアダイオードの実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、各図面において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複した説明を適宜省略する。さらに、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。ショットキーバリアダイオード１０は、シリコンで構成された基板１上に、ＡｌＮ／ＧａＮ構造が複数積層されたバッファ層２と、バッファ層２上に形成され、ｎ型にドーピングされたＧａＮで構成された電子走行層３と、電気走行層３上に形成され、電子走行層３よりもバンドギャップエネルギーが高いＡｌＧａＮで構成された電子供給層４と、電子供給層４上に形成され、ＧａＮで構成されたキャップ層５とを備えている。キャップ層５はノンドープまたはｎドープのＧａＮであってよい。電子走行層３の電子供給層４との界面には２ＤＥＧ層３ａが形成されている。
【００３０】
電子供給層４、キャップ層５はエッチング等によってメサ形状に形成されており、これによって電子走行層３の表面の一部である表面３ｂが電子供給層４の側部４ａ側で露出している。
【００３１】
ショットキーバリアダイオード１０は、さらに、たとえばＳｉＮからなるパッシベーション膜である絶縁膜６、アノード電極７、およびカソード電極８を備えている。
【００３２】
絶縁膜６はキャップ層５の表面の一部、メサ形状の側壁Ｗの表面、電子走行層３の表面３ｂの一部を覆うように形成されている。アノード電極７は電子走行層３の表面３ｂにおいて電子走行層３にショットキー接触する一方で、電子供給層４とは絶縁膜６によって電気的に絶縁されている。カソード電極８は絶縁膜６に覆われていないキャップ層５の表面にオーミック接触しており、キャップ層５を介して電子供給層４にオーミック接触している。ここでは、カソード電極８はキャップ層を介して電子供給層４にオーミック接触しているが、カソード電極直下のキャップ層を除去し、直接電子供給層４にオーミック接触させてもよい。キャップ層５は電子供給層４の表面を安定させる効果を奏する。なお、キャップ層５の代わりに、メサ形状の形成する際にマスクとして使用した絶縁膜を残してもよい。キャップ層５が絶縁膜の場合はキャップ層５に開口を設けてカソード電極８と電子供給層４とが直接オーミック接触するようにしてもよい。
【００３３】
このショットキーバリアダイオード１０では、ＡｌＧａＮ層である電子供給層４と、ショットキー接合界面（アノード電極７と電子走行層３の表面３ｂとの接合界面）とは紙面幅方向にずれているため、電子供給層４中の高電界はショットキー接合界面には働かないことがわかる。アノード電極７に負の電圧が印加される逆バイアス時においては、ショットキー接合界面における電子走行層３に空乏層が広がり、高電圧を維持するが、リーク電流は電子走行層３のキャリア濃度によって規定される。このため、電子走行層３のキャリア濃度を適切に制御することによって、２ＤＥＧ濃度との相関を少なくしてリーク電流を制御可能である。また、ショットキー電極がＡｌＧａＮと接触する場合、界面準位が多数発生するので界面特性が安定せず、ショットキー特性がばらつきやすいが、本実施の形態の構造では、ＡｌＧａＮとのショットキー接合部分がないため、界面特性が安定して、ばらつきの少ない良好な特性を得ることができるという効果も得られる。
【００３４】
具体的には、電子走行層３のキャリア濃度は１×１０１５〜１×１０１７ｃｍ−３程度が好ましい。これによって、リーク電流の増大を抑制できるとともに、２ＤＥＧ層３ａまでの抵抗を抑制できる。また、電子走行層３の厚さをｄとすると、キャリア濃度Ｎganとｄとの積であるシートキャリア濃度は、２ＤＥＧ濃度よりも小さいことが望ましい。典型的な２ＤＥＧ濃度は１×１０１３ｃｍ−２程度であることから、下記式（３）が成り立つことが好ましい。
【００３５】
ｄ×Ｎgan＜１×１０１３ｃｍ−２  ・・・  （３）
【００３６】
たとえば、ｄが１００ｎｍの場合、Ｎganは１×１０１８ｃｍ−３とより小さいことが好ましい。この条件下では、電子走行層３の電子移動度よりも２ＤＥＧ層３ａの電子移動度のほうがはるかに高いため、導通電流のほとんどは２ＤＥＧ層３ａに流れる。
【００３７】
図２は、図１に示す本実施の形態１に係るショットキーバリアダイオード１０と図１２に示す公知のショットキーバリアダイオード１０００との特性を示す図である。横軸は２ＤＥＧシート濃度を示し、縦軸は１００Ｖの逆バイアス時のリーク電流を示している。黒丸のデータ点と実線で示した近似直線がショットキーバリアダイオード１０００の特性であり、黒三角のデータ点がショットキーバリアダイオード１０の特性である。
【００３８】
図２に示すように、ショットキーバリアダイオード１０００では、２ＤＥＧシート濃度とリーク電流との間には相関があり、２ＤＥＧシート濃度を増大させてオン抵抗を低減しようとするとリーク電流も増加してしまう。しかしながら、ショットキーバリアダイオード１０では、２ＤＥＧシート濃度を増大させてオン抵抗を低減させてもリーク電流の増加は抑制される。これによって低いオン抵抗と低いリーク電流とを同時に実現できる。
【００３９】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。ショットキーバリアダイオード２０は、実施の形態１のショットキーバリアダイオード１０において、電子走行層３をノンドープのｕ−ＧａＮで構成された電子走行層１３に置き換えたものである。電子走行層１３には２ＤＥＧ層１３ａが形成される。ショットキーバリアダイオード２０ではアノード電極７での電界を実施の形態１よりもさらに下げてリーク電流をさらに小さくすることが可能である。
【００４０】
ショットキーバリアダイオード１０では電子走行層３をドーピングされたＧａＮで構成することによって、ショットキー接合領域と２ＤＥＧ層３ａとの間の抵抗を低減している。これに対して、ショットキーバリアダイオード２０では、絶縁膜６が、ショットキー接合領域と２ＤＥＧ層１３ａの間の領域において、アノード電極７と電子走行層１３との間に介挿されている。これによって、アノード電極７とカソード電極８との間に正のバイアス電圧を印加した場合に、電子走行層１３の絶縁膜６との界面に低抵抗の電子蓄積層１３ｃが形成されて、２ＤＥＧ層１３ａと電気的に接続する。これによってショットキー接合領域と２ＤＥＧ層１３ａとの間の抵抗が低減される。
【００４１】
このとき、正バイアスが１Ｖ程度で十分な電子蓄積層１３ｃを形成する必要があることから、介挿された部分の絶縁膜６の膜厚が制御される必要がある。これまでの実験事実より、この部分の絶縁膜６の厚さを２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度に設定すれば、十分な電子濃度の電子蓄積層１３ｃが電子走行層１３の表面に形成される。このとき、絶縁膜６は、製造上はＳｉＯ２やＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、あるいはそれらの複合膜でよい。なお、ＳｉＮ膜やＡｌ２Ｏ３膜はＧａＮ層やＡｌＧａＮ層との界面準位が少ないことが知られている。したがってそれらの膜を絶縁膜６として用いることでより電子蓄積層１３ｃを形成しやすくなるので好ましい。
【００４２】
（実施の形態３）
図４は、本発明の実施の形態３に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。ショットキーバリアダイオード３０は、実施の形態１のショットキーバリアダイオード１０において、バッファ層２と電子走行層３との間にノンドープのｕ−ＧａＮで構成された耐圧維持層１４を介挿したものである。
【００４３】
ここで、素子の耐圧は、バッファ層の直上の半導体層の総層厚によって決まる場合がある。耐圧維持のためにドープされた電子走行層３が厚くなると、上記の式（３）の関係が成立しない場合がある。これに対して、ショットキーバリアダイオード３０では、ノンドープのｕ−ＧａＮで構成された耐圧維持層１４を介挿することで素子耐圧を維持しつつ、電子走行層３のキャリア濃度を式（３）が成立するような好適な値に制御することができる。
【００４４】
（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。ショットキーバリアダイオード４０は、実施の形態１のショットキーバリアダイオード１０において、キャップ層５をｐ型にドーピングされたキャップ層１５に置き換え、カソード電極１６を電子供給層４に直接オーミック接触するように構成したものである。なお、絶縁膜６には開口６ａを設け、キャップ層１５がアノード電極７とショットキー接触できるようにしている。
【００４５】
キャップ層１５をｐ−ＧａＮとした場合には、ｐ−ＧａＮ中のアクセプタとＡｌＧａＮ／ＧａＮ界面（電子供給層４と電子走行層３との界面）の分極電荷とが中和するため、効果的に電界を弱める効果が発揮される。これによって、２ＤＥＧ層３ａが容易に空乏化して、高耐圧が得られやすいという利点がある。キャップ層１５がｐ型にドープされていない場合であっても、膜厚を３０ｎｍ以上に設定することによって、キャップ層/ＡｌＧａＮ界面および２ＤＥＧ層界面の分極電荷が打ち消されやすくなり、同様の効果を得ることができる。
【００４６】
なお、図ではキャップ層１５はカソード電極１６と接触しているが、必ずしも接触している必要はない。ただし、ｐ−ＧａＮ層であるキャップ層１５がカソード電極１６と接していると、その部分はショットキー接触となる。その結果、その部分からも電圧が印加されることから、絶縁膜６全体に横方向に均一に電界がかかり、局部的に電界集中して破壊することが抑制されるという利点が生じる。
【００４７】
なお、ｐ型のＧａＮを形成するためにはＭｇやＣをドープすることが一般的に実施されている。これらのドーパントをドーピングすることによって、キャップ層１５がｐ型にまでなっていない場合でも、類似の効果を奏するものになる。
【００４８】
（実施の形態５）
図６は、本発明の実施の形態５に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。ショットキーバリアダイオード５０は、実施の形態４のショットキーバリアダイオード４０において、実施の形態３の耐圧維持層１４をさらに備えたものである。
【００４９】
このショットキーバリアダイオード５０は、実施の形態３、４の両方の効果を奏する。また、ドーピングされた電子走行層３の場合に、高電圧が印加された場合に２ＤＥＧ層３ａや電子走行層３の空乏化が起こりにくくなる場合があるが、ｐ−ＧａＮ層であるキャップ層１５との組み合わせによって、上述したように空乏化しやすくなるので、これを改善することができる。
【００５０】
（実施の形態６）
図７は、本発明の実施の形態６に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。ショットキーバリアダイオード６０は、実施の形態１のショットキーバリアダイオード１０において、電子走行層３を主にノンドープのｕ−ＧａＮで構成された電子走行層１７に置き換えたものである。
【００５１】
電子走行層１７には２ＤＥＧ層１７ａが形成されている。アノード電極７は、電子走行層１７の表面の一部である表面１７ｂにおいて、電子走行層１７にショットキー接触している。また、電子走行層１７はイオン注入によって形成されたｕ−ＧａＮよりも抵抗が低い低抵抗領域１７ｃを有する。低抵抗領域１７ｃはたとえばｕ−ＧａＮにＳｉイオンをイオン注入することでｎ型に形成することが可能である。イオン注入法によれば、局部的に低抵抗領域１７ｃを形成することができるので、ドーパントを必要最小限のドープ量に制限することができ、そのため、高耐圧を得られやすいという利点がある。また、イオン注入量や注入領域の制御が容易なので、制御性が著しく高まるという利点もある。
【００５２】
（実施の形態７）
図８は、本発明の実施の形態７に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。ショットキーバリアダイオード７０は、実施の形態５のショットキーバリアダイオード５０において、電子走行層３を実施の形態６の電子走行層１７に置き換えたものである。このショットキーバリアダイオード７０は、実施の形態５、６の両方の効果を奏する。
【００５３】
（実施の形態８）
図９は、本発明の実施の形態８に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。ショットキーバリアダイオード８０は、実施の形態６のショットキーバリアダイオード６０において、電子走行層１７をノンドープのｕ−ＧａＮで構成された電子走行層１８に置き換え、電子走行層１７の低抵抗領域１７ｃに対応する部分を、ｎ型にドーピングしたＧａＮで構成される再成長層１９で構成したものである。電子走行層１７には２ＤＥＧ層１７ａが形成されている。
【００５４】
再成長層１９は、ＧａＮ結晶を再成長して形成されたものである。したがって、結晶性が良好であり、表面状態も良好である。そのため、アノード電極７と良好なショットキー接合界面を形成することができる。
【００５５】
（実施の形態９）
図１０は、本発明の実施の形態９に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。ショットキーバリアダイオード９０は、実施の形態８のショットキーバリアダイオード８０において、実施の形態４と同様にキャップ層５をｐ型にドーピングされたキャップ層１５に置き換え、カソード電極８を電子供給層４に直接オーミック接触するように構成し、絶縁膜６には開口６ａを設け、キャップ層１５がアノード電極７とショットキー接触できるようにしたものである。このショットキーバリアダイオード９０は、実施の形態４、８の両方の効果を奏する。
【００５６】
（実施の形態１０）
図１１は、本発明の実施の形態１０に係るショットキーバリアダイオードの模式的な断面図である。ショットキーバリアダイオード１００は、実施の形態６のショットキーバリアダイオード６０において、絶縁膜６はメサ形状の側壁Ｗの表面および電子走行層１７の表面１７ｂまでは覆わないように形成し、側壁Ｗに絶縁性の側壁保護膜２１を形成したものである。
【００５７】
ショットキー接合領域と２ＤＥＧ層１７ａとの距離は短い方が、抵抗が小さく、素子全体のオン抵抗を下げることに効果がある。そこで、ショットキーバリアダイオード１００では、いわゆるサイドウオール絶縁膜とよばれる側壁保護膜２１を形成している。このサイドウオール絶縁膜はＬＳＩ技術として公知のセルフアライン技術の一つである。この技術を用いれば、ショットキー接合領域と２ＤＥＧ層１６ａとの距離を、メサ形状の段差とほぼ同じ距離（たとえば０．５μｍ）にまで縮めることが可能であり、オン抵抗の低減に効果的である。また、ショットキーバリアダイオード１００の横幅も狭くなるので、全体的に小型化できる。
【００５８】
なお、上記実施の形態において、アノード電極やカソード電極の上には、配線のための厚い別の配線用金属、ＡｌやＡｌＳｉ、Ｃｕなどの金属膜が積層されていてもよい。
【００５９】
また、本発明にかかるショットキーバリアダイオードは、高耐圧が必要なインバータなどの電力変換装置やモーター駆動装置や、種々の電源装置や無停電電源などに使用されるパワーデバイスに有用である。
【００６０】
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１  基板
２  バッファ層
３、１３、１７、１８  電子走行層
３ａ、１３ａ、１７ａ  ２ＤＥＧ層
３ｂ、１７ｂ  表面
４  電子供給層
４ａ  側部
５、１５  キャップ層
６  絶縁膜
６ａ  開口
７  アノード電極
８、１６  カソード電極
１０〜１００  ショットキーバリアダイオード
１３ｃ  電子蓄積層
１４  耐圧維持層
１７ｃ  低抵抗領域
１９  再成長層
２１  側壁保護膜
Ａｒ１  矢印
Ｅ１、Ｅ２  フェルミ準位
Ｅ２  符号
Ｗ  側壁
【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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【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１３】
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