(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物系化合物半導体を用いたシヨットキバリアダイオードであって、
不純物を含むシリコン又はシリコン化合物から成り且つ低い抵抗率を有している基板と、
前記基板の一方の主面上に配置されバッファ層と、
前記バッファ層の上に配置された窒化物系化合物半導体領域と、
前記半導体領域の表面にシヨットキバリア接触された第１の電極と、
前記基板の他方の主面にオーミック接触された第２の電極とを備え、
前記バッファ層は、
化学式  ＡｌxＭyＧａ1-x-yＮ
ここで、前記Ｍは、Ｉｎ（インジウム）とＢ（ボロン）とから選択された少なくとも1種の元素、
前記ｘ及びｙは、  ０＜ｘ≦１、
０≦ｙ＜１、
ｘ＋ｙ≦１、
を満足する数値、
で示される材料から成り且つ量子力学的トンネル効果を得ることができる１ｎｍ〜８ｎｍの厚みを有している第1の層と、
化学式  ＡｌaＭbＧａ1-a-bＮ
ここで、前記ＭはＩｎ（インジウム）とＢ（ボロン）とから選択された少なくとも１種の元素、
前記ａ及びｂは、  ０≦ａ＜１、
０≦ｂ＜１、
ａ＋ｂ≦１
を満足させる数値、
で示される材料とから成り且つ前記第１の層よりも厚い１０ｎｍ〜３００ｎｍの厚みを有している第２の層と
の複合層から成ることを特徴とするシヨットキバリアダイオード。
【請求項２】
前記バッファ層は、複数の前記第１及び第２の層から成り、前記第１の層と前記第２の層とが交互に積層されていることを特徴とする請求項１記載のシヨットキバリアダイオード。
【請求項３】
窒化物系化合物半導体を用いたシヨットキバリアダイオードの製造方法であって、
不純物を含むシリコン又はシリコン化合物から成り且つ低い抵抗率を有している基板を用意する工程と、
前記基板の一方の主面上に、気相成長法によって、
化学式  ＡｌxＭyＧａ1-x-yＮ
ここで、前記Ｍは、Ｉｎ（インジウム）とＢ（ボロン）とから選択された少なくとも１種の元素、
前記ｘ及びｙは、  ０＜ｘ≦１、
０≦ｙ＜１、
ｘ＋ｙ≦１
を満足する数値、
で示される材料から成り且つ量子力学的トンネル効果を得ることができる１ｎｍ〜８ｎｍの厚みを有している第1の層と、
化学式  ＡｌaＭbＧａ1-a-bＮ，
ここで、前記ＭはＩｎ（インジウム）とＢ（ボロン）とから選択された少なくとも１種の元素、
前記ａ及びｂは、  ０≦ａ＜１、
０≦ｂ＜１、
ａ＋ｂ≦１
を満足させる数値、
で示される材料から成り且つ前記第１の層よりも厚い１０ｎｍ〜３００ｎｍの厚みを有している第２の層とを順次に形成してバッファ層を得る工程と、
前記バッファ層の上に、窒化物系化合物半導体領域を気相成長法によって形成する工程と、
前記半導体領域の表面にシヨットキバリア接触された第１の電極を形成し、前記基板の他方の主面にオーミック接触された第２の電極を形成する工程と
を有することを特徴とするシヨットキバリアダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化物系化合物半導体を用いたシヨットキバリアダイオード及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化ガリウム系化合物半導体即ち窒素とガリウムをベースとした化合物半導体を用いたショットキバリアダイオードは公知である。
従来の典型的な窒化ガリウム系シヨットキバリアダイオードは、サファイアから成る絶縁性基板の上に低温で形成したAlN又はGaNから成るバッファ層を介してn+形GaN半導体領域とn一形半導体領域とを順次積層した半導体基体と、n一形半導体領域に電気的に接続されたアノード電極(ショットキバリア電極)と、n+形半導体領域に電気的に接続されたカソード電極(オーミック接続電極)を有する。
サファイア基板は絶縁物であるため、カソード電極を半導体基体の下面に形成することはできない。このため、n+形半導体領域の上面に形成されたn一形半導体領域の一部をエッチングによって除去することで、半導体基体の表面にn+形半導体領域の上面の一部を露出させ、これにカソード電極を電気的に接続させる。したがって、アノード電極とカソード電極は、いずれも半導体の上面に配置される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述のシヨットキバリアダイオードには、次のような問題があった。
(1)   サファイア基板のシヨットキバリアダイオードでは、オーミック電極を形成するためにn+形半導体領域の上面に形成されたn一形半導体領域の一部をエッチングによって除去する必要がある。しかし、窒化物系化合物半導体は化学的に安定なため、上記のエッチングには塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチングが使用される。この場合、エッチングダメージにより半導体領域の表面に欠陥などが生成され、また、エッチングされなかった面の結晶内部にエッチング材料の一部のイオンが侵入して結晶を劣化させる。この結果、表面準位や結晶欠陥に起因するリーク電流が発生し、耐圧が低下する等ダイオード特性の低下を招いた。(2)  サファイアの熱伝導率はO．126Ｗ/ｃm・Ｋと非常に小さい為，デバイスが動作中に発生する熱が十分に発散されず素子特性が劣化し，大電流領域においては素子が破壊する。
(3)  堅牢なサファイア基板をダイシング等によってチップ化しなければならず、シヨットキバリアダイオードの製造コストが高くなる。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、生産性及び性能の向上及びコストの低減を図ることができるシヨットキバリアダイオード及びその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、上記目的を達成するための本発明は、窒化物系化合物半導体を用いたシヨットキバリアダイオードであって、不純物を含むシリコン又はシリコン化合物から成り且つ低い抵抗率を有している基板と、前記基板の一方の主面上に配置されバッファ層と、前記バッファ層の上に配置された窒化物系化合物半導体領域と、前記半導体領域の表面にシヨットキバリア接触された第１の電極と、前記基板の他方の主面にオーミック接触された第２の電極とを備え、前記バッファ層は、
化学式  ＡｌxＭyＧａ1-x-yＮ
ここで、前記Ｍは、Ｉｎ（インジウム）とＢ（ボロン）とから選択された少なくとも1種の元素、
前記ｘ及びｙは、  ０＜ｘ≦１、
０≦ｙ＜１、
ｘ＋ｙ≦１
を満足する数値、
で示される材料から成り且つ量子力学的トンネル効果を得ることができる１ｎｍ〜８ｎｍの厚みを有している第1の層と、
化学式  ＡｌaＭbＧａ1-a-bＮ
ここで、前記ＭはＩｎ（インジウム）とＢ（ボロン）とから選択された少なくとも１種の元素、
前記ａ及びｂは、  ０≦ａ＜１、
０≦ｂ＜１、
ａ＋ｂ≦１
を満足させる数値、
で示される材料とから成り且つ前記第１の層よりも厚い１０ｎｍ〜３００ｎｍの厚みを有している第２の層と
の複合層から成ることを特徴とするシヨットキバリアダイオードに係るものである。
【０００６】
なお、請求項２に示すように、前記バッファ層は、複数の前記第１及び第２の層から成り、前記第１の層と前記第２の層とが交互に積層されていることが望ましい。
また、請求項３に示すように、窒化物系化合物半導体を用いたシヨットキバリアダイオードの製造方法において、
不純物を含むシリコン又はシリコン化合物から成り且つ低い抵抗率を有している基板を用意する工程と、
前記基板の一方の主面上に、気相成長法によって、
化学式  ＡｌxＭyＧａ1-x-yＮ
ここで、前記Ｍは、Ｉｎ（インジウム）とＢ（ボロン）とから選択された少なくとも１種の元素、
前記ｘ及びｙは、  ０＜ｘ≦１、
０≦ｙ＜１、
ｘ＋ｙ≦１
を満足する数値、
で示される材料から成り且つ量子力学的トンネル効果を得ることができる１ｎｍ〜８ｎｍの厚みを有している第1の層と、
化学式  ＡｌaＭbＧａ1-a-bＮ，
ここで、前記ＭはＩｎ（インジウム）とＢ（ボロン）とから選択された少なくとも１種の元素、
前記ａ及びｂは、０≦ａ＜１、
０≦ｂ＜１、
ａ＋ｂ≦１
を満足させる数値、
で示される材料から成り且つ前記第１の層よりも厚い１０ｎｍ〜３００ｎｍの厚みを有している第２の層とを順次に形成してバッファ層を得る工程と、
前記バッファ層の上に、窒化物系化合物半導体領域を気相成長法によって形成する工程と、
前記半導体領域の表面にシヨットキバリア接触された第１の電極を形成し、前記基板の他方の主面にオーミック接触された第２の電極を形成する工程と
を有することが望ましい。
【０００７】
【発明の効果】
各請求項の発明によれば次の効果が得られる。
(1)   基板が導電性を有するので、基板の他方の主面にオーミック電極を形成することができる。従って、従来のショットキバリアダイオードのようにオーミック電極を形成するためにn+形半導体領域の上面に形成されたn一形半導体領域の一部をエッチングによって除去する必要がない。このため、エッチングダメージにより表面に欠陥などが生成されることが防止され、また、エッチングされなかった面の結晶内部にエッチング材料の一部のイオンが侵入して結晶を劣化させることが防止される。この結果、良好なダイオード特性が得られる。
(2)  シリコンの熱伝導率は1.4Ｗ/cm・Ｋであり、サファイアの熱伝導率に比較して約10倍である為、デバイスが動作中に発生する熱を基板を通じて十分に発散させることができる。この結果、ダイオード特性が良好に得られ、大電流領域においても素子が破壊することがない。
(3)  堅牢なサファイア基板を使用せず、加工しやすく且つ安価なシリコン又はシリコン化合物からなる基板を使用するので、シヨトキバリアダイオードの生産性の向上、及び製造コストの低減が可能になる。
（４）  第１の層と第２の層との複合層から成るバッファ層は、この上に形成する窒化物系化合物半導体領域の結晶性及び平坦性の改善に寄与する。即ち、第１の層と第２の層との複合層から成るバッファ層は、シリコン又はシリコン化合物から成る基板の結晶方位を良好に引き継ぐことができ、バッファ層の一方の主面に窒化物系化合物半導体領域を結晶方位を揃えて良好に形成することができる。なお、もし、シリコン又はシリコン化合物から成る基板の一方の主面に、ＧａＮ半導体層のみから成るバッファ層を形成した場合、シリコンとＧａＮとは格子定数の差が大きい為、このバッファ層の上面に平坦性に優れた窒化物系化合物半導体領域を形成することができない。一方、本発明によれば、基板と窒化物系化合物半導体領域との間に、シリコン又はシリコン化合物から成る基板との格子定数差が比較的小さいＡｌxＭyＧａ1-x-yＮから成る第１の層と、ＡｌaＭbＧａ1-a-bＮから成る第２の層との複合層から成るバッファ層が介在しているため、窒化物系化合物半導体領域の平坦性が良くなる。この結果、ダイオード特性が良好になる。
（５）  第１及び第２の電極は互いに対向するように配置されているので、電流通路の抵抗値を下げて消費電力及び動作電圧を小さくすることができる。
（６）  バッファ層は少なくともＡｌとＮを含む第１の層と少なくともＧａとＮとを含む第２の層との複合層である。このバッファ層の熱膨張係数はシリコン又はこの化合物から成る基板の熱膨張係数と窒化物系化合物から成る半導体領域の熱膨張係数との中間の値を有する。従って、バッファ層は基板と半導体領域との熱膨張係数の差に起因する歪の発生を比較的良好に抑制する。
（７）バッファ層の第１の層が量子力学的なトンネル効果を生じる厚みに設定されているので、バッファ層の抵抗値の増大を抑えてシヨトキバリアダイオードの消費電力及び動作電圧を低くすることができる。
（８）第２の層の厚みが１０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲に制限されている。第２の層の厚みが１０nm以上であれば、シヨトキバリアダイオードの動作時における第１及び第２の電極間の抵抗及び電圧が比較的小さくなる。即ち、もし、第２の層の厚みが１０nmよりも薄い時には、第２の層の価電子帯と伝導帯とに離散的なエネルギー準位が発生し、第２の層においてキャリアの伝導に関与するエネルギー準位が見かけ上増大する。この結果、基板と第２の層との間のエネルギバンドの不連続性が比較的大きくなり、シヨトキバリアダイオードの動作時の第１及び第２の電極間の抵抗及び電圧が比較的大きくなる。これに対し、第２の層の厚みが１０nm以上になると、第２の層の価電子帯と伝導帯とにおける離散的なエネルギー準位の発生が抑制され、第２の層におけるキャリアの伝導に関与するエネルギー準位の増大が抑制される。この結果、基板と第２の層との間のエネルギバンドの不連続性の悪化が抑制され、シヨトキバリアダイオードの動作時の第１及び第２の電極間の抵抗及び電圧が小さくなる。
請求項２の発明においては、複数の第1の層と複数の第２の層とを交互に積層してバッファ層を構成するので、複数の薄い第1の層が分散配置される。この結果、バッファ層全体として良好なバッファ機能を得ることができ、バッファ層の上に形成される半導体領域の結晶性が良くなる。
請求項３の発明によれば、特性の良いシヨトキバリアダイオードを安価且つ容易に形成することができる。
【０００８】
【第１の実施形態】
次に、図１〜図４を参照して本発明の第１の実施形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体を用いたシヨトキバリアダイオードについて説明する。
【０００９】
図1に示す本発明の第1の実施形態に係るシヨトキバリアダイオードは、サブストレート即ち基板１とバッファ層２とＧａＮ半導体領域３とから成る半導体基体４を有し、更に、半導体基体４の一方の主面即ちＧａＮ半導体領域３の主面にシヨトキバリア接触している第１の電極５と、半導体基体４の他方の主面即ちシリコン基板１の下面にオーミック接触している第２の電極６と絶縁膜７とを有する。
【００１０】
半導体領域３は、n形不純物としてSi（シリコン）がドープされているn形ＧａＮ（窒化ガリウム）から成る。半導体領域３と第１の電極５との間にシヨトキバリアが生じる。
【００１１】
基板１は、ｎ形の導電形決定不純物としてＡs（砒素）を含むｎ+形シリコン単結晶から成る。この基板１のバッファ層２が配置されている側の一方の主面１ａは、ミラー指数で示す結晶の面方位において（１１１）ジャスト面である。この基板１のＡs（砒素）から成る不純物の濃度は、５×１０18ｃｍ-3〜５×１０19ｃｍ-3程度であり、この基板１の抵抗率は０．０００１Ω・ｃｍ〜０．０１Ω・ｃｍ程度である。抵抗率が比較的低い基板１は第１の電極５と第２の電極６との間の電流通路として機能する。また、基板１は、比較的厚い約３５０μｍの厚みを有し、半導体領域３及びバッファ層２の支持体として機能する。
【００１２】
基板１の一方の主面全体を被覆するように配置されたバッファ層２は、複数の第１の層８と複数の第２の層９とが交互に積層された複合層から成る。図１では、図示の都合上、バッファ層２の第１の層８と第２の層９とがそれぞれ２個のみ示されているが、実際には、バッファ層２は、２０個の第１の層８と２０個の第２の層９とを有する。
【００１３】
第１の層８は、
化学式  ＡｌxＧａ1-xＮ
ここで、ｘは０＜ｘ≦１を満足する任意の数値、
で示すことができる材料で形成される。即ち、第１の層８は、ＡｌＮ(窒化アルミニウム)又はＡｌＧａＮ（窒化ガリウム  アルミニウム）で形成される。図１及び図２の実施形態では、前記式のｘが１とされた材料に相当するＡｌＮ（窒化アルミニウム）が第１の層８に使用されている。第１の層８は、絶縁性を有する極薄い膜である。第１の層８の格子定数及び熱膨張係数は第２の層９よりもシリコン基板１に近い。
【００１４】
第２の層９は、ＧａＮ（窒化ガリウム）又は
化学式  ＡｌyＧａ1-yＮ
ここで、ｙは、ｙ＜ｘ及び０＜ｙ＜１を満足する任意の数値、
で示すとができる材料から成るｎ形半導体の極く薄い膜である。第２の層９としてＡｌyＧａ1-yＮから成るｎ形半導体を使用する場合には、第２の層９の電気抵抗の増大を抑えるために、ｙを０＜ｙ＜０．８を満足する値即ち０よりも大きく且つ０．８よりも小さくすることが望ましい。なお、この第１の実施形態の第２の層９は、上記化学式におけるｙ＝０に相当するＧａＮから成る。
なお、前記第2の層９の材料を、
化学式  ＡｌyＧａ1-yＮ
ここで、ｙはｙ＜ｘ及び０≦ｙ＜１を満足する数値、
で表すこともできる。
第２の層９は抵抗値の比較的小さい半導体として機能し、第１の層８の相互間の電気的接続機能を有する。
【００１５】
バッファ層２の第１の層８の厚みＴ1は、好ましくは０．５ｎｍ〜１０ｎｍ即ち５〜１００オングストローム、より好ましくは１ｎｍ〜８ｎｍである。第１の層８の厚みが０．５ｎｍ未満の場合にはバッファ層２の上面に形成されるｎ形半導体領域３の平坦性が良好に保てなくなる。第１の層８の厚みが１０ｎｍを超えると、量子力学的トンネル効果を良好に得ることができなくなり、バッファ層２の電気的抵抗が増大する。
【００１６】
第２の層９の厚みＴ2は、好ましくは０．５ｎｍ〜３００ｎｍ即ち５〜３０００オングストロームであり、より好ましくは１０ｎｍ〜３００ｎｍである。第２の層９の厚みが０．５ｎｍ即ち５オングストローム未満の場合には、第２の層９の上に形成される一方の第１の層８と第２の層９の下に形成される他方の第１の層８との間の電気的接続が良好に達成されず、バッファ層２の電気的抵抗が増大する。第２の層９の厚みが３００ｎｍ即ち３０００オングストロームを超えた場合には、バッファ層２全体に対する第１の層８の割合が低下し、バッファ機能が相対的に小さくなり、半導体領域３の平坦性が良好に保てなくなる。
【００１７】
図４は第２の層９の厚みＴ2シヨットキバリアダイオードの動作時における順方向電圧Ｖfとの関係を示す。この図４から明らかなように、上記厚みＴ2が１０ｎｍよりも小さい時には電圧Ｖfが高くなり、厚みＴ2が１０ｎｍ又はこれよりも大きい時には、電圧Ｖfが小さくなる。
第２の層９の厚みＴ2が１０ｎｍ未満の時には、第２の層９による第１の層８の相互間の電気的接続機能が低下すると共に、シリコン基板１と第２の層９とのエネルギバンドの不連続性が大きくなる。即ち、第２の層９の厚みが１０ｎｍよりも薄い時には、第２の層９の価電子帯と伝導帯とに離散的なエネルギー準位が発生し、第２の層９においてキャリアの伝導に関与するエネルギー準位が見かけ上増大する。即ち、第１の層８と第２の層９とが超格子の状態になる。この結果、基板１と第２の層９との間のエネルギバンドの不連続性が比較的大きくなり、第１及び第２の電極５，６間の抵抗及び電圧Ｖfが比較的大きくなる。これに対し、第２の層９の厚みが１０ｎｍ以上になると、第２の９価電子帯と伝導帯とにおける離散的なエネルギー準位の発生が抑制され、第２の層９におけるキャリアの伝導に関与するエネルギー準位の増大が抑制される。即ち、第１の層８と第２の層９とが超格子の状態になることが阻止される。この結果、基板１と第２の層９との間のエネルギバンドの不連続性の悪化が抑制され、第１及び第２の電極５，６間の抵抗及び電圧Ｖfが低くなる。この実施例では、第１の層８の厚みＴ1が５ｎｍ、第２の層９の厚みＴ2が３０ｎｍである。
【００１８】
次に、第１の層８がＡＩＮ、第２の層９がＧａＮとされた半導体半導体装置の製造方法を説明する。
【００１９】
まず、図３の（Ａ）に示すｎ形不純物が高濃度に導入されたｎ+形シリコン半導体から成る基板１を用意する。バッファ層２を形成するた側のシリコン基板１の一方の主面１ａは、ミラー指数で示す結晶の面方位において（１１１）ジャスト面、即ち正確な（１１１）面である。しかし、図３において０で示す（１１１）ジャスト面に対して−θ〜+θで示す範囲で基板１の主面１ａを傾斜させることができる。−θ〜+θの範囲は−４°〜+４°であり、好ましくは−３°〜+３°であり、より好ましくは−２°〜+２°である。
シリコン基板１の主面１ａの結晶方位を、（１１１）ジャスト面又は（１１１）ジャスト面からのオフ角度が小さい面とすることによって、バッファ層２及び素子用半導体領域３をエピタキシャル成長させる際の原子レベルでのステップを無くすこと又は小さくすることができる。
【００２０】
次に、図３（Ｂ）に示すように、基板１の主面１ａ上に、周知のＭＯＣＶＤ（Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition）即ち有機金属化学気相成長法によってＡｌＮから成る第１の層８とＧａＮから成る第２の層９とを繰返して積層することによってバッファ層２形成する。即ち、ＨＦ系エッチャントで前処理したｎ形シリコン単結晶の基板１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内に配置し、まず、９５０℃で約１０分間のサーマルアニーリングを施して表面の酸化膜を除去する。次に、反応室内にＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガスとＮＨ3（アンモニア）ガスを約２４秒間供給して、基板１の一方の主面に厚さ約５ｎｍのＡｌＮ層から成る第１の層８を形成する。本実施例では基板１の加熱温度を１１２０℃とした後に、ＴＭＡガスの流量即ちＡｌの供給量を約６３μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3 ガスの流量即ちＮＨ3 の供給量を約０．１４ｍｏｌ／ｍｉｎとした。続いて、基板１の加熱温度を１１２０℃とし、ＴＭＡガスの供給を止めてから反応室内にＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガスとＮＨ3 （アンモニア）ガスとＳｉＨ4（シラン）ガスを約９０秒間供給して、基板１の一方の主面に形成された上記ＡｌＮから成る第１の層８の上面に、厚さ約３０ｎｍのｎ形のＧａＮから成る第２の層９を形成する。本実施例では、ＴＭＧガスの流量即ちＧａの供給量を約６０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3 ガスの流量即ちＮＨ3 の供給量を約０．１４ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4（シラン）ガスの流量即ちＳｉＨ4の供給量を約２１ｎｍｏｌ／ｍｉｎとした。ここで、ＳｉＨ4（シラン）ガスは第２の層９にｎ形不純物としてのＳｉを導入するためのものである。本実施例では、上述のＡｌＮから成る第１の層８とＧａＮから成る第２の層９の形成を２０回繰り返してＡｌＮから成る第１の層８とＧａＮから成る第２の層９との合計で４０層が積層されたバッファ層２を得る。勿論ＡｌＮから成る第１の層８、ＧａＮから成る第２の層９をそれぞれ５０層等の任意の数に変えることもできる。
【００２１】
次に、バッファ層２の上面に周知のＭＯＣＶＤ法によってｎ形半導体領域３を形成する。
即ち、上面にバッファ層２が形成された基板１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内に配置して、反応室内にまずトリメチルガリウムガス即ちＴＭＧガスとＮＨ3 （アンモニア）ガスとＳｉＨ4（シラン）ガスとを供給してバッファ層２の上面に約１５０ｎｍの厚みのｎ形ＧａＮから成る半導体領域３を形成する。本実施例ではＴＭＧガスの流量即ちＧａの供給量を約４．３μmol ／ｍｉｎ、ＮＨ3 ガスの流量即ちＮＨ3 の供給量を約５３．６ｍmol ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4（シラン）ガス即ちＳｉＨ4の供給量を約１．５ｎmol ／ｍｉｎとした。
【００２２】
その後、半導体領域３及びバッファ層２の形成されたシリコン基板１をＭＯＣＶＤ装置から取り出し、周知のプラズマＣＶＤによって半導体領域３の全面にシリコン酸化膜から成る絶縁膜７を形成する。絶縁膜７の厚みは、約１００ｎｍとする。
【００２３】
次に、フォトリソグラフィーとフッ酸系エッチャントを使用して、絶縁膜７に第１の電極５用の開口を形成した後、電子ビーム蒸着等を用いてＰｄ（パラジュム），Ｔｉ（チタン），Ａｕ（金）を蒸着し、リフトオフしてシヨットキバリア電極としての機能を有する第１の電極５を形成する。この第１の電極５は図２に示すように円形の平面形状を有しており、半導体基体４の上面のほぼ中央に配置されている。半導体基体４の上面のうち、第１の電極５の形成されていない領域には、ＳｉＯ2から成る絶縁膜７がＣＶＤ法によって形成されている。
【００２４】
第２の電極６は、基板１の他方の主面全体に例えばＴｉ（チタン）とニッケルを順次に真空蒸着することによって形成する。
【００２５】
本実施形態によれば、次の効果が得られる。
(1)   シリコン基板１が導電性を有するので、半導体基体４のn形半導体領域３の上面にシヨットキバリア電極としての第１の電極５を形成し、シリコン基板１の下面にカソード電極としての第２の電極６を形成することができる。従って、従来のシヨットキバリアダイオードの製造において必要であった、オーミック電極を形成するためにn+形半導体領域の上面に形成されたn一形半導体領域の一部をエッチングによって除去する工程が不要になる。このため、エッチングダメージによりn形半導体領域３の表面に欠陥などが生成されることが防止でき、また、エッチングされなかった面の結晶内部にエッチング材料の一部のイオンが侵入して結晶を劣化させることが防止される。この結果、良好なダイオード特性が得られる。
(2)  シリコン基板１の熱伝導率は約1.4Ｗ/cm・Ｋであり、サファイアの熱伝導率に比較して約10倍である為、デバイスが動作中に発生する熱をシリコン基板１を通じて十分に発散させることができる。この結果、ダイオード特性が良好に得られ、大電流領域においても素子が破壊することがない。
(3)  堅牢なサファイア基板を使用せず、加工しやすく且つ安価なシリコン基板１を使用するので、シヨットキバリアダイオードの生産性向上、及び製造コストの低減を実現できる.
（４）  基板１の一方の主面に形成されたＡｌＮから成る第１の層８とＧａＮから成る第２の層９との複合層から成るバッファ層２は、半導体領域３の結晶性及び平坦性の改善に寄与する。即ち、バッファ層２は、シリコンから成る基板１の結晶方位を良好に引き継ぐことができる。この結果、バッファ層２の主面に、ｎ形半導体領域３を結晶方位を揃えて良好に形成することができる。このため、ＧａＮ半導体領域３の特性が良くなり、ダイオード特性も良くなる。
（５）  第１の層８と第２の層９が複数積層されて成るバッファ層２を介して窒化物系化合物から成る半導体領域３を形成すると、半導体領域３の平坦性が良くなる。即ち、シリコンから成る基板１の一方の主面に、もしＧａＮ半導体層のみによって構成されたバッファ層を形成した場合、シリコンとＧａＮとは格子定数の差が大きいため、このバッファ層の上面に平坦性に優れたＧａＮ系半導体領域を形成することはできない。また、もし、第１の層８のみでバッファ層２を比較的厚く形成すると、バッファ層の抵抗が大きくなる。また、もし、第１の層９のみでバッファ層２を比較的薄く形成すると、十分なバッファ機能が得られない。これに対し、本実施例では、基板１とＧａＮ半導体領域３との間にシリコンとの格子定数差が比較的小さいＡｌＮから成る第１の層８とＧａＮから成る第２の層９との複合層からなるバッファ層２が介在しているため、ＧａＮ半導体領域３の平坦性が良くなる。この結果、ＧａＮ半導体領域３と第１の電極５との間にショットキバリアが良好に形成される。
（６）  第１の電極５と第２の電極６とが対向配置されているので、これ等の間に、順方向電圧を印加すると、半導体基体４の厚み方向（縦方向）に順方向電流が流れる。このため、第１の電極５と第２の電極６と間の抵抗値及び電圧を下げることができ、消費電力を小さくすることが可能になる。
（７）  バッファ層２に含まれている複数の第１の層８のそれぞれが量子力学的なトンネル効果の生じる厚さに設定されているので、バッファ層２の抵抗の増大を抑えることができる。
（８）  基板１とＧａＮ半導体領域３との熱膨張係数差に起因する歪みの発生を抑制できる。即ち、シリコンの熱膨張係数とＧａＮの熱膨張係数とは大きく相違するため、両者を直接に積層すると熱膨張係数差に起因する歪みが発生し易い。しかし、本実施例の第１の層８と第２の層９との複合層から成るバッファ層２の熱膨張係数は基板１の熱膨張係数とＧａＮ半導体領域３の熱膨張係数との中間値を有する。このため、このバッファ層２によって基板１とＧａＮ半導体領域３との熱膨張係数の差に起因する歪みの発生を抑制することができる。
（９）  従来のサファイア基板を使用したシヨットキバリアダイオードに比べてカソ−ド電極即ち第２の電極６の形成が容易になる。即ち、従来のサファイア基板を使用したシヨットキバリアダイオードの場合は、図１及び図２のｎ形半導体領域３に相当するものの一部を除去してｎ形半導体領域３の下に設けられているｎ+形半導体領域の一部を露出させ、この露出したｎ+形半導体領域にカソ−ド電極を接続することが必要でなった。このため、従来のシヨットキバリアダイオードは、カソ−ド電極が形成しにくいという欠点、及びカソ−ド電極を形成するためにｎ形半導体領域の面積が大きくなるという欠点があった。図１及び図２のシヨットキバリアダイオードは上記欠点を有さない。
（１０）  シリコン基板１の主面１ａの結晶方位を（１１１）ジャスト面としたので、半導体領域３におけるステップが少なくなる。
【００２６】
【第２の実施形態】
第１の実施形態のバッファ層２の構成を変えることができる。図５は、シヨットキバリアダイオードに使用可能な第２の実施形態に従うバッファ層２ａの一部を示す。この図５のバッファ層２ａは、複数の第１の層８ａと複数との第２の層９ａとを交互に積層したものから成る。
第１の層８ａは、
化学式  ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ
ここで、ｘ、ｙは、０＜ｘ≦１、
０≦ｙ＜１、
ｘ＋ｙ≦１
を満足する任意の数値、
で示すことができる材料で形成される。即ち、第１の層８ａは、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化ガリウム  アルミニウム）、ＡｌＩｎＮ（窒化インジウム  アルミニウム）、及びＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウム  インジウムアルミニウム）から選択されたもので形成される。図５の実施形態では、前記式のｘが０．５、ｙが０．０１とされた材料に相当するＡｌ0.5Ｉｎ0.01Ｇａ0.49Ｎが第１の層８ａに使用されている。この第１の層８ａは絶縁性を有する極薄い膜である。アルミニウムを含む第１の層８ａの格子定数及び熱膨張係数はシリコン基板１の格子定数及び熱膨張係数と半導体領域３の格子定数及び熱膨張係数との中間の値を有する。
【００２７】
第２の層９ａは、
化学式  ＡｌaＩｎbＧａ1-a-bＮ
ここで、ａ、ｂは、０≦ａ＜１、
０≦ｂ＜１、
ａ＋ｂ≦１
を満足する任意の数値、
で示すことができる材料から成る半導体の薄い膜である。即ち、第２の層９ａは例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ及びＡｌＩｎＧａＮから選択されたもので形成される。図５の実施形態では、前記式のａが０．０５、ｂが０．３５とされた材料に相当するＡｌ0.05Ｉｎ0.35Ｇａ0.6Ｎが第２の層９ａに使用されている。第２の層９ａの価電子帯と伝導帯との間のギャップ即ちバンドギャップが第１の層８ａのバンドギャップよりも大きい。第２の層９ａの抵抗を小さくするために、Ａｌの割合ａを第１の層８ａのＡｌの割合ｘよりも小さい例えば０．８以下、より好ましくは０．１以下に設定することが望ましい。第２の層９ａは抵抗値の比較的小さい半導体として機能し、第１の層８ａの相互間の電気的接続機能を有する。
【００２８】
次に、第１の層８ａがＡｌ0.5Ｉｎ0.01Ｇａ0.49Ｎ、第２の層９ａがＡｌ0.05Ｉｎ0.35Ｇａ0.6Ｎとされたバッファ層２ａの製造方法を説明する。
バッファ層２ａは第１の実施形態と同様な（１１１）ジャスト面を有する基板１の主面１ａ上に形成される。このバッファ層２ａは、周知のＭＯＣＶＤ（Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition）即ち有機金属化学気相成長法によってＡｌ0.5Ｉｎ0.01Ｇａ0.49Ｎから成る第１の層８aとＡｌ0.05Ｉｎ0.35Ｇａ0.6Ｎから成る第２の層９ａとを繰返して積層することによって形成する。即ち、シリコン単結晶の基板１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内に配置し、まず、サーマルアニーリングを施して表面の酸化膜を除去する。次に、反応室内にＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガス、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）ガスとＮＨ3（アンモニア）ガスを約２４秒間供給して、基板１の一方の主面に厚さＴ1が約５ｎｍ即ち約５０オングストロームのＡｌ0.5Ｉｎ0.01Ｇａ0.49Ｎから成る第１の層８aを形成する。本実施例では基板１の加熱温度を８００℃とした後に、ＴＭＡガスの流量即ちＡｌの供給量を約１４μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧガスの流量を３１μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＩｎガスの流量を４７μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3ガスの流量即ちＮＨ3の供給量を約０．２３ｍｏｌ／ｍｉｎとした。続いて、ＴＭＡガス、ＴＭＧガス及びＴＭＩｎガスの供給を止め、基板１の加熱温度を７５０℃まで下げ、しかる後、ＴＭＡガス、ＴＭＧガス、ＴＭＩｎガス、及びＮＨ3（アンモニア）ガス、及びＳｉＨ4ガスを約８３秒間供給して、第１の層８ａの上面に、厚さＴ2が３０ｎｍ即ち３００オングストロームのＡｌ0.05Ｉｎ0.35Ｇａ0.6Ｎから成る第２の層９ａを形成する。ＳｉＨ4ガスはｎ形不純物としてのＳｉを導入するためのものである。本実施例では、ＴＭＡガスの流量を２．８μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧガスの流量を４６μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＩｎガスの流量を５９μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3ガスの流量即ちＮＨ3の供給量を約０．２３ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4ガスの流量即ちＳｉＨ4の供給量を約２１ｎｍｏｌ／ｍｉｎとした。本実施例では、上述のＡｌ0.5Ｉｎ0.01Ｇａ0.49Ｎから成る第１の層８ａとＡｌ0.05Ｉｎ0.35Ｇａ0.6Ｎから成る第２の層９ａの形成を１０回繰り返してＡｌ0.5Ｉｎ0.01Ｇａ0.49Ｎから成る第１の層８ａとＡｌ0.05Ｉｎ0.35Ｇａ0.6Ｎから成る第２の層９ａとが交互に２０層積層されたバッファ層２ａを形成する。勿論Ａｌ0.5Ｉｎ0.01Ｇａ0.49Ｎから成る第１の層８ａ、Ａｌ0.05Ｉｎ0.35Ｇａ0.6Ｎから成る第２の層９ａをそれぞれ５０層等の任意の数に変えることもできる。
【００２９】
図５の第２の実施形態のバッファ層２ａは図１の第１の実施形態と同一の効果を有し、更に、バッファ層２ａにインジウムが含まれているので、バッファ層２ａにインジウムを含めない場合よりもバッファ層２ａの熱膨張係数をシリコン基板１に近似させることができるという効果を有する。
【００３０】
【第３の実施形態】
図６に示す第３の実施形態のバッファ層２ｂは、図１のバッファ層２を変形したものであり、第１及び第２の層８ｂ、９ｂの交互積層体から成る。
第１の層８ｂは、
化学式  ＡｌxＢyＧａ1-x-yＮ
ここで、ｘ、ｙは、０＜ｘ≦１、
０≦ｙ＜１、
ｘ＋ｙ≦１
を満足する任意の数値、
で示すことができる材料で形成される。即ち、第１の層８ｂは、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化ガリウム  アルミニウム）、ＡｌＢＮ（窒化ボロン  アルミニウム）、及びＡｌＢＧａＮ（窒化ガリウム  ボロン  アルミニウム）から選択されたもので形成される。図６の実施形態では、前記式のｘが０．５、ｙが０とされた材料に相当するＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎが第１の層８ｂに使用されている。第１の層８ｂは、絶縁性を有する極薄い膜である。第１の層８ｂの格子定数及び熱膨張係数は第２の層９ｂよりもシリコン基板１に近い。
【００３１】
第２の層９ｂは、
化学式  ＡｌaＢbＧａ1-a-bＮ
ここで、ａ、ｂは、０≦ａ＜１、
０≦ｂ＜１、
ａ＋ｂ≦１
を満足する任意の数値、
で示すことができる材料から成る半導体の薄い膜である。即ち、第２の層９ｂはＡｌ、Ｂ及びＧａから選択された少なくとも１つの元素とＮとを含む層であり、例えばＧａＮ、ＢＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＢＮ及びＡｌＢＧａＮから選択されたもので形成される。図６の実施形態では、前記式のａが０、ｂが０．３とされた材料に相当するＢ0.3Ｇａ0.7Ｎが第２の層９ｂに使用されている。第２の層９ｂの価電子帯と伝導帯との間のギャップ即ちバンドギャップが第１の層８ｂのバンドギャップよりも大きい。
【００３２】
バッファ層２ｂは基板１の（１１１）ジャスト面を有する主面１ａ上に周知のＭＯＣＶＤ即ち有機金属化学気相成長法によってＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎから成る第１の層８ｂとＢ0.3Ｇａ0.7Ｎから成る第２の層９ｂとを繰返して積層することによって形成する。即ち、シリコン単結晶の基板１をＭＯＣＶＤ装置の反応室内に配置し、まず、サーマルアニーリングを施して表面の酸化膜を除去する。次に、反応室内にＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）ガス、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガス、ＮＨ3（アンモニア）ガスを約２７秒間供給して、基板１１の一方の主面に厚さＴ1が約５ｎｍ即ち約５０オングストロームのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎから成る第１の層８ｂを形成する。本実施例では基板１の加熱温度を１０８０℃とした後に、ＴＭＡガスの流量即ちＡｌの供給量を約３１μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧガスの流量を３１μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3ガスの流量即ちＮＨ3の供給量を約０．１４ｍｏｌ／ｍｉｎとした。続いて、ＴＭＡガスの供給を止め、基板１の加熱温度を１１２０℃まで下げ、しかる後、ＴEB（トリエチルボロン）ガス、ＴＭＧガス、及びＮＨ3（アンモニア）ガス、ＳｉＨ4ガスを約８５秒間供給して、第１の層８ｂの上面に、厚さＴ2が３０ｎｍ即ち３００オングストロームのｎ形のＢ0.3Ｇａ0.7Ｎから成る第２の層９ｂを形成する。なお、ＳｉＨ4ガスは第２の層９ｂにｎ形不純物としてのＳｉを導入するためのものある。本実施例では、ＴＥＢガスの流量即ちボロンの供給量を７５μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧガスの流量即ちガリウムの供給量を６３μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＮＨ3ガスの流量即ちＮＨ3の供給量を約０．１４ｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4ガスの流量即ちＳｉＨ4の供給量を約２１ｎｍｏｌ／ｍｉｎとした。本実施例では、上述のＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎから成る第１の層８ｂとＢ0.3Ｇａ0.7Ｎから成る第２の層９ｂの形成を１０回繰り返してＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎから成る第１の層８ｂとＢ0.3Ｇａ0.7Ｎから成る第２の層９ｂとが交互に合計で２０層積層されたバッファ層２ｂを形成する。勿論Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎから成る第１の層８ｂと、Ｂ0.3Ｇａ0.7Ｎから成る第２の層９ｂをそれぞれ５０層等の任意の数に変えることもできる。
【００３３】
図６のバッファ層２ｂは図１のバッファ層２と同様な効果を有し、更に、第２の層９ｂにボロンが含まれているので、第２の層９ｂがボロンを含まない場合に比べて堅牢になり、クラックの発生を防いで第２の層９ｂを比較的厚く形成することができるという効果を有する。
【００３４】
【第４の実施形態】
次に、図７を参照して第４の実施形態の半導体装置を説明する。但し、図７において図１と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００３５】
図７の半導体装置は、図１に示したシヨットキバリアダイオ−ドのシリコン基板１に別の半導体素子としてのトランジスタ２０を設けたものである。トランジスタ２０は素子分離用のＰ形半導体領域２１の中に形成されたコレクタ領域Ｃとベ−ス領域Ｂとエミッタ領域Ｅとから成る。このように、シヨットキバリアダイオ−ドとトランジスタとを複合化すると、これ等を含む回路装置の小型化及び低コスト化を図ることができる。
【００３６】
【変形例】
本発明は上述の実施形態に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１）  基板１を単結晶シリコン以外の多結晶シリコン又はＳｉＣ等のシリコン化合物とすることができる。
（２）  半導体基体４の各層の導電形を実施例と逆にすることができる。
（３）  半導体領域３を、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＩｎＮ（窒化インジウム  アルミニウム）、ＡｌＧａＮ（窒化ガリウム  アルミニウム）、ＩｎＧａＮ（窒化ガリウム  インジウム）、及びＡｌＩｎＧａＮ（窒化ガリウム  インジウム  アルミニウム）から選択された窒化ガリウム系化合物半導体又は窒化インジウム系化合物半導体とすることができる。
（４）  バッファ層２、２ａ、２ｂの第１の層８、８ａ、８ｂの数を第２の層９、９ａ、９ｂよりも１層多くしてバッファ層２、２ａ、２ｂの最上層を第1の層８、８ａ、８ｂとすることができる。また、逆に第2の層９、９ａ、９ｂの数を第1の層８、８ａ、８ｂの数よりも1層多くすることもできる。
（５）  第１の層８、８ａ、８ｂ及び第２の層９、９ａ、９ｂは、これらの機能を阻害しない範囲で不純物を含むものであってもよい。
（６）基板１とバッファ層２、２ａ、２ｂとの間に更にＡｌＮ層とＧａＩｎＮ層とから成る積層体を介在させることができる。これにより、の順方向電圧を更に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に従うシヨットキバリアダイオ−ドを概略的示す中央縦断面図である。
【図２】図１のシヨットキバリアダイオ−ドの斜視図である。
【図３】図１のシヨットキバリアダイオ−ドの構造を製造工程順に拡大して示す断面図である。
【図４】図１のシヨットキバリアダイオ−ドのバッファ層の第２の層の厚みと電圧の関係を示す図である。
【図５】第２の実施形態のシヨットキバリアダイオ−ドの基板とバッファ層の一部を示す断面図である。
【図６】第３の実施形態のシヨットキバリアダイオ−ドの基板とバッファ層の一部を示す断面図である。
【図７】第４の実施形態のシヨットキバリアダイオ−ドを含む半導体装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１  シリコン単結晶から成る基板
２、２ａ、２ｂ  バッファ層
８、８ａ、８ｂ  第１の層
９、９ａ、９ｂ  第２の層
３  半導体領域
【図１】
0004210823.tif 000002
【図２】
0004210823.tif 000003
【図３】
0004210823.tif 000004
【図４】
0004210823.tif 000005
【図５】
0004210823.tif 000006
【図６】
0004210823.tif 000007
【図７】
0004210823.tif 000008