(57)【要約】【課題】絶縁耐圧を向上可能な構造のショットキバリアダイオードを提供する。【解決手段】ショットキバリアダイオードのｎ−型窒化ガリウム系半導体層１９は、主面１１ａを有する基板１１と、側面１９ｄと上面１９ｃを有しており順メサ形状の第１の半導体領域１９ａを含み基板１１の主面１１ａ上に設けられている。絶縁膜２１ａは、記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層１９の第１の半導体領域１９ａ上に位置する開口２１ｂを有しており、基板１１の主面１１ａ及びｎ−型窒化ガリウム系半導体層１９上に設けられている。電極２３は、絶縁膜２１ａの開口２１ｂを介して第１の半導体領域１９ａにショットキ接触２５を成すショットキ導電部２３ａと絶縁膜２１ａ上に設けられショットキ導電部２３ａを囲うフィールドプレート導電部２３ｂとを有する。第１の半導体領域１９ａの側面１９ｄは、順メサ形状を成すように傾斜している。【選択図】図２
2009194225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面を有する支持基体と、
側面と上面を有しており順メサ形状の第１の半導体領域を含み、前記支持基体の主面上に設けられたｎ−型窒化ガリウム系半導体層と、
前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の前記第１の半導体領域上に位置する開口を有しており、前記支持基体の前記主面及び前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層上に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜の前記開口を介して前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の前記第１の半導体領域にショットキ接触を成すショットキ導電部と前記絶縁膜上に設けられ前記ショットキ導電部を囲うフィールドプレート導電部とを有する電極と
を備え、
前記第１の半導体領域の前記側面は、前記順メサ形状を成すように傾斜している、ことを特徴とするショットキバリアダイオード。
【請求項２】
前記支持基体の前記主面は、第１のエリアと、前記第１のエリアを囲む第２のエリアとを含み、
前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の前記第１の半導体領域は、前記支持基体の前記第１のエリア上に設けられており、前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層は、前記支持基体の前記第２のエリア上に設けられた第２の半導体領域を含み、前記絶縁膜は、前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の前記第２の半導体領域の主面の少なくとも一部分を覆っていることを特徴とする請求項１に記載されたショットキバリアダイオード。
【請求項３】
前記支持基体の前記主面は、第１のエリアと、前記第１のエリアを囲む第２のエリアとを含み、前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層は、前記支持基体の前記第１のエリア上に設けられており、前記絶縁膜は前記支持基体の前記第２のエリアの少なくとも一部分を覆っている、ことを特徴とする請求項１に記載されたショットキバリアダイオード。
【請求項４】
前記電極の前記フィールドプレート導電部は前記第１の半導体領域の前記側面上に設けられている、ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載されたショットキバリアダイオード。
【請求項５】
前記電極の前記フィールドプレート導電部は前記第２のエリア上に設けられている、ことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載されたショットキバリアダイオード。
【請求項６】
前記開口は前記第１の半導体領域の前記上面上に位置する、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたショットキバリアダイオード。
【請求項７】
前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層はＧａＮ及びＡｌＧａＮのいずれからなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載されたショットキバリアダイオード。
【請求項８】
前記支持基体は導電性のIII族窒化物かなる、ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載されたショットキバリアダイオード。
【請求項９】
前記III族窒化物はＧａＮ及びＡｌＧａＮのいずれからなる、ことを特徴とする請求項８に記載されたショットキバリアダイオード。
【請求項１０】
前記支持基体は、所定の平均転位密度より大きい平均転位密度を有する第１の領域、前記所定の平均転位密度より小さい平均転位密度を有する第２の領域、及び前記所定の平均転位密度より大きい平均転位密度を有する第３の領域を含み、
前記支持基体の前記第２の領域は、前記支持基体の前記第１の領域と前記支持基体の前記第３の領域との間に設けられており、
前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の前記第１の半導体領域は、前記支持基体の前記第２の領域上に設けられている、ことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載されたショットキバリアダイオード。
【請求項１１】
ショットキバリアダイオードを作製する方法であって、
III族窒化物からなる基板上に形成されたｎ−型窒化ガリウム系半導体膜をマスクを用いてドライエッチングして、順メサ形状の第１の半導体領域を含むｎ−型窒化ガリウム系半導体層を形成する工程と、
前記第１の半導体領域上に開口を有する絶縁層を前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層上に形成する工程と、
前記絶縁層上および前記開口に電極を形成する工程と
を備え、
前記第１の半導体領域の側面は、前記順メサ形状を成すように傾斜しており、
前記電極は、前記開口を介して前記窒化ガリウム系半導体層にショットキ接合を成す、ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層を形成する前記工程では、前記ドライエッチングにより前記基板が露出され、
前記基板の前記主面は、第１のエリアと、前記第１のエリアを囲む第２のエリアとを含み、前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層は前記基板の前記第１のエリア上に設けられており、前記絶縁層は前記基板の前記第２のエリアの少なくとも一部分を覆うように形成される、ことを特徴とする請求項１１に記載された方法。
【請求項１３】
前記ドライエッチングにより前記基板の前記第１のエリアと前記第２のエリアとの境界に段差が形成される、ことを特徴とする請求項１２に記載された方法。
【請求項１４】
前記ドライエッチングの後に、前記基板が露出しないように、前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体膜の第２の半導体領域が残されており、
前記基板の前記主面は、第１のエリアと、前記第１のエリアを囲む第２のエリアとを含み、前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の前記第１の半導体領域は前記基板の前記第１のエリア上に設けられており、前記第２の半導体領域は前記基板の前記第２のエリア上に設けられており、前記絶縁層は、前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の前記第２の半導体領域の主面の少なくとも一部分を覆うように形成される、ことを特徴とする請求項１１に記載された方法。
【請求項１５】
前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層はＧａＮ及びＡｌＧａＮのいずれからなる、ことを特徴とする請求項１１〜請求項１４のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１６】
前記基板は導電性の窒化ガリウム系半導体からなる、ことを特徴とする請求項１０〜請求項１５のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１７】
前記窒化ガリウム系半導体はＧａＮ及びＡｌＧａＮのいずれからなる、ことを特徴とする請求項１６に記載された方法。
【請求項１８】
前記基板は、所定の平均転位密度より大きい平均転位密度を有する第１の領域、前記所定の平均転位密度より小さい平均転位密度を有する第２の領域、及び前記所定の平均転位密度より大きい平均転位密度を有する第３の領域を含み、
前記基板の前記第２の領域は、前記支持基体の前記第１の領域と前記支持基体の前記第３の領域との間に設けられており、
前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の前記第１の半導体領域は、前記基板の前記第２の領域上に形成される、ことを特徴とする請求項１１〜請求項１７のいずれか一項に記載された方法。
【請求項１９】
前記絶縁体はシリコン窒化物からなる、ことを特徴とする請求項１１〜請求項１８のいずれか一項に記載された方法。
【請求項２０】
前記ドライエッチングは、塩素を含むエッチャントを用いた反応性イオンエッチングにより行われる、ことを特徴とする請求項１０〜請求項１９のいずれか一項に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ショットキバリアダイオード、及びショットキバリアダイオードを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、窒化物半導体発光ダイオードが記載されている。窒化物半導体発光ダイオードは、ＥＬＯＧ成長基板のように低転位密度領域と高転位密度領域が交互に設けられている。この窒化物半導体基板を用いて、両方の領域が各々複数含まれるような大面積にＬＥＤチップを形成し、そのｐ電極下に設けた電流障壁層により低転位密度領域に電流を集中させる。電流障壁層は、ｐ電極とショットキ接合するＡｌＧａＮ等によって形成される。窒化物半導体発光ダイオードによれば、十分な発光面積が提供され、かつ量子効率やリニアリティが優れる。
【０００３】
特許文献２には、発光特性などの特性が良好で信頼性も高く長寿命の半導体発光素子や特性が良好で信頼性も高く長寿命の半導体素子が記載されている。半導体発光素子あるいは半導体素子を製造する際に、窒化物系III−Ｖ族化合物半導体基板上に発光素子構造あるいは素子構造を形成する窒化物系III−Ｖ族化合物半導体層を成長させる。窒化物系III−Ｖ族化合物半導体基板では、第１の平均転位密度を有する結晶からなる第１の領域中に第１の平均転位密度より高い第２の平均転位密度を有する複数の第２の領域が規則的に配列されている。半導体発光素子あるいは半導体素子の素子領域は、第２の領域が実質的に含まれないように窒化物系III−Ｖ族化合物半導体基板上に規定する。或いは、半導体発光素子あるいは半導体素子の発光領域あるいは活性領域は、第２の領域上に実質的に位置していない。
【０００４】
特許文献３には、窒化物半導体レーザ素子が記載されている。この窒化物半導体レーザ素子では、レーザ光導波領域は、ＧａＮ基板を貫通する転位集中領域から外れた位置に設けられる。レーザ光導波領域のための積層構造の上面およびＧａＮ基板の下面の電極も、それぞれ転位集中領域に接触しないように設けられる。例えば、転位集中領域を覆う誘電体層上に電極を設ける。
【０００５】
特許文献４には、窒化物系半導体レーザ素子が記載されている。この窒化物系半導体レーザ素子では、リッジストライプ部が高密度欠陥領域間に形成されている。ｐ側電極は、リッジストライプ部に沿って延在している。ｎ側電極は、ＧａＮ基板の裏面に現れる高密度欠陥領域に接触しないように形成されている。
【０００６】
特許文献５には、ＧａＮ系半導体レーザ素子が記載されている。このＧａＮ系半導体レーザ素子は、ＧａＮ基板の高密度欠陥領域のコア部に直径５０マイクロメートルの貫通孔を有し、ＳｉＯ２層又はＳｉＮＸで埋め込まれている。
【０００７】
特許文献６には、ＧａＮ系半導体レーザ素子が記載されている。このＧａＮ系半導体レーザ素子は、ＧａＮ単結晶基板上に形成されたＧａＮ系化合物半導体層の積層構造を有する。ＧａＮ単結晶基板は、帯状のコア部を有する。レーザストライプは、ＧａＮ単結晶基板のコア部以外の領域上の積層構造に設けられる。
【０００８】
特許文献７には、窒化物系半導体レーザ素子が記載されている。この窒化物系半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＮ基板の転位集中領域上に形成された絶縁膜と、転位集中領域以外のｎ型ＧａＮ基板の裏面の領域に接触するｎ側電極とを含む。
【特許文献１】特開２００２−３３５１２号公報
【特許文献２】特開２００３−１２４５７２号公報
【特許文献３】特開２００３−２７３４７０号公報
【特許文献４】特開２００３−２２９６３８号公報
【特許文献５】特開２００３−２２９６２３号公報
【特許文献６】特開２００４−２３０５０号公報
【特許文献７】特開２００４−２６０１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１〜６には、半導体発光素子に係る技術が記載されている。特許文献２では、半導体発光素子に加えて、特性が良好で信頼性も高く長寿命の半導体素子に言及されている。
【００１０】
窒化ガリウム系半導体電子デバイスの検討が行われているが、窒化ガリウム系半導体材料に固有の技術的な課題を解決しなければならない。特に、窒化ガリウム系半導体といったIII族窒化物からなる基板上に作製された電子デバイスについては、あまり開発例が見当たらない。窒化ガリウム系半導体電子デバイスは、窒化ガリウム系半導体の材料特性から、高耐圧および低損失の電子デバイスとして期待されている。しかしながら、電子デバイスの高耐圧化は、材料特性に因るものだけではなく、デバイス構造によっても可能であると考えられる。例えば縦型電子走行素子のオフの際に、大きな逆バイアスが半導体素子に印加される。絶縁破壊に関しても、高い印加電圧に起因する絶縁破壊モードが電子デバイスの構造に応じて様々な振る舞いをする可能性がある。しかしながら、窒化ガリウム系半導体に固有のプロセス上の困難性の理由により、これまでの技術では、デバイス構造を所望の形状に作り込むことは容易ではなかった。
【００１１】
本発明は、このような背景に基づいて為されたものであり、絶縁耐圧を向上可能な構造を有するショットキバリアダイオードを提供することを目的とし、また絶縁耐圧を向上可能なショットキバリアダイオードを作製する方法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】
【００１２】
本発明の一側面に係るショットキバリアダイオードは、（ａ）III族窒化物かなり主面を有する支持基体と、（ｂ）側面と上面を有しており順メサ形状の第１の半導体領域を含み、前記支持基体の主面上に設けられたｎ−型窒化ガリウム系半導体層と、（ｃ）前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の前記第１の半導体領域上に位置する開口を有しており、前記支持基体の前記主面及び前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層上に設けられた絶縁膜と、（ｄ）前記絶縁膜の前記開口を介して前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の前記第１の半導体領域にショットキ接触を成すショットキ導電部と前記絶縁膜上に設けられ前記ショットキ導電部を囲うフィールドプレート導電部とを有する電極とを備える。前記第１の半導体領域の前記側面は、前記順メサ形状を成すように傾斜している。
【００１３】
このショットキバリアダイオードによれば、第１の半導体領域の側面が順メサ形状を成すように傾斜しているので、ショットキ電極に接続された半導体領域が支持基体の主面に垂直な側面を有するショットキバリアダイオードに比べて、第１の半導体領域では、順メサ形状の側面に沿って空乏層が拡がる。故に、第１の半導体領域内における最大電界強度が低減される。また、電極が、ショットキ導電部を囲み絶縁膜上に設けられたフィールドプレート導電部を有するので、ショットキ導電部のエッジ近傍における最大電界強度が低減される。さらに、ショットキ導電部からの電流は、第１の半導体領域の順メサ形状の側面に従って拡がるので、電流密度の上昇を避けることができる。
【００１４】
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記支持基体の前記主面は、第１のエリアと、前記第１のエリアを囲む第２のエリアとを含み、前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層は、前記支持基体の前記第１のエリア上に設けられており、前記絶縁膜は、前記支持基体の前記第２のエリアの少なくとも一部分を覆っていることができる。
【００１５】
このショットキバリアダイオードによれば、絶縁膜が支持基体の第２のエリアの一部または全部を覆うので、第１の半導体領域の傾斜した側面は、第１の半導体領域と基板との境界まで延びている。第１の半導体領域の傾斜した側面に沿って空乏層が十分に拡がる。
【００１６】
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記電極の前記フィールドプレート導電部は、前記第１の半導体領域の前記側面上に設けられていることができる。このショットキバリアダイオードによれば、フィールドプレート導電部からの電界によって、第１の半導体領域における空乏層の拡がりが容易になる。
【００１７】
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記電極の前記フィールドプレート導電部は前記支持基体の前記第２のエリア上に設けられていることができる。このショットキバリアダイオードによれば、フィールドプレート導電部からの電界によって第１の半導体領域における空乏層の形状の変化を緩やかにする。
【００１８】
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記支持基体の前記主面は、第１のエリアと、前記第１のエリアを囲む第２のエリアとを含み、前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の前記第１の半導体領域は、前記支持基体の前記第１のエリア上に設けられており、前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層は、前記支持基体の前記第２のエリア上に設けられた第２の半導体領域を含み、前記絶縁膜は、前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の前記第２の半導体領域の主面の少なくとも一部分を覆っていることができる。
【００１９】
このショットキバリアダイオードによれば、ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の第２の半導体領域が支持基体の第２のエリア上に設けられているので、順メサ形状の第１の半導体領域よりも深く延びる空乏層は、ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の第２の半導体領域に拡がる。
【００２０】
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層はＧａＮまたはＡｌＧａＮのいずれからなることができる。ＧａＮを用いることによって、大きなバンドギャップの材料で第１の半導体領域を作製できる。ＡｌＧａＮを用いることによって、ＧａＮよりも大きなバンドギャップの材料で第１の半導体領域を作製できる。
【００２１】
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記支持基体は導電性のIII族窒化物からなることが好ましい。本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記支持基体は導電性の窒化ガリウム系半導体からなることが好ましい。このショットキバリアダイオードによれば、縦型電子デバイスを実現できる。また、ｎ−型窒化ガリウム系半導体層がIII族窒化物上に成長されるので、その結晶品質が良好になる。
【００２２】
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記窒化ガリウム系半導体はＧａＮまたはＡｌＧａＮのいずれからなることができる。ＧａＮを用いることによって、低転位密度の半導体基板が提供されている。ＡｌＧａＮを用いることによって、ＡｌＧａＮからなるｎ−型窒化ガリウム系半導体層を用いるとき、下地基板とｎ−型窒化ガリウム系半導体層との格子定数差を小さくできる。好適な場合には、ＧａＮからなるｎ−型窒化ガリウム系半導体層がＧａＮ支持基体の表面にホモ接合を成すことができ、またＡｌＧａＮからなるｎ−型窒化ガリウム系半導体層がＡｌＧａＮ支持基体の表面にホモ接合を成すことができる。
【００２３】
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記支持基体は、所定の平均転位密度より大きい平均転位密度を有する第１の領域、前記所定の平均転位密度より小さい平均転位密度を有する第２の領域、及び前記所定の平均転位密度より大きい平均転位密度を有する第３の領域を含み、前記支持基体の前記第２の領域は、前記支持基体の前記第１の領域と前記支持基体の前記第３の領域との間に設けられており、前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の前記第１の半導体領域は、前記支持基体の前記第２の領域上に設けられていることができる。
【００２４】
ショットキバリアダイオードによれば、小さい平均転位密度を有する第２の領域上にｎ−型窒化ガリウム系半導体層の第１の半導体領域が形成されるので、転位による絶縁耐圧低下が避けられる。
【００２５】
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記電極の前記フィールドプレート導電部は、前記第２のエリア上に設けられていることができる。このショットキバリアダイオードによれば、電極のエッジが、メサ形状の第１の半導体領域の麓から離れた、基板の平坦な第２のエリア上に位置する。
【００２６】
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記開口は、前記第１の半導体領域の前記上面上に位置することが好ましい。このショットキバリアダイオードによれば、電極が第１の半導体領域の上面上に位置する。
【００２７】
本発明の別の側面は、ショットキバリアダイオードを作製する方法である。この方法は、（ａ）III族窒化物からなる基板上に形成されたｎ型窒化ガリウム系半導体膜をマスクを用いてドライエッチングして、順メサ形状の第１の半導体領域を含むｎ−型窒化ガリウム系半導体層を形成する工程と、（ｂ）前記第１の半導体領域上に開口を有する絶縁体を前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層上に形成する工程と、（ｄ）前記窒化ガリウム系半導体層を形成した後に、前記絶縁体上および前記開口に電極を形成する工程とを備える。前記第１の半導体領域の側面は、前記順メサ形状を成すように傾斜しており、前記電極は、前記開口を介して前記窒化ガリウム系半導体層にショットキ接合を成す。
【００２８】
この方法によれば、第１の半導体領域の形成のためにドライエッチングを用いるので、エピタキシャル成長により形成と異なり、順メサ形状の第１の半導体領域を形成できる。絶縁体をｎ−型窒化ガリウム系半導体層上に形成すると共に絶縁体上および開口に電極を形成することによって、フィールドプレート効果を発揮する半導体デバイスを作製できる。
【００２９】
本発明に係る方法では、前記基板の前記主面は、第１のエリアと、前記第１のエリアを囲む第２のエリアとを含み、前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層は、前記基板の前記第１のエリア上に設けられており、前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層を形成する前記工程では、前記エッチングにより前記基板が露出され、前記絶縁体は、前記基板の前記第２のエリアの少なくとも一部分を覆うように形成されることができる。
【００３０】
この方法によれば、メサ形状の第１の半導体領域の厚みは、ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の厚みの全てである。低濃度のｎ−型半導体領域の厚みがｎ−型窒化ガリウム系半導体層の厚みによって決定される。
【００３１】
本発明に係る方法では、前記エッチングにより、前記基板の前記第１のエリアと前記第２のエリアとの境界に段差が形成されることができる。この方法によれば、オーバエッチングにより、第２のエリア上のｎ−型窒化ガリウム系半導体層を確実に除去できる。
【００３２】
本発明に係る方法では、前記ドライエッチングの後に、前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体膜の第２の半導体領域が、前記基板が露出しないように残されており、前記支持基体の前記主面は、第１のエリアと、前記第１のエリアを囲む第２のエリアとを含み、前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の前記第１の半導体領域は、前記支持基体の前記第１のエリア上に設けられており、前記第２の半導体領域は、前記支持基体の前記第２のエリア上に設けられており、前記絶縁体は、前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の前記第２の半導体領域の主面の少なくとも一部分を覆うように形成されることができる。
【００３３】
この方法によれば、メサ形状の半導体領域のメサ高さはドライエッチングによって調整される。ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の第２の半導体領域が第２のエリア上に形成される。故に、半導体デバイス表層には低濃度のｎ−型半導体領域が形成されるので、半導体デバイス表層に加わる電界に応じて空乏層が拡がる。
【００３４】
本発明に係る方法では、前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層はＧａＮまたはＡｌＧａＮのいずれからなることが好ましい。ＧａＮを用いることによって、大きなバンドギャップの材料で第１の半導体領域を作製できる。ＡｌＧａＮを用いることによって、ＧａＮよりも大きなバンドギャップの材料で第１の半導体領域を作製できる。
【００３５】
本発明に係る方法では、前記基板は導電性の窒化ガリウム系半導体からなることができる。この方法によれば、結晶成長に好適な下地結晶を提供できる。
【００３６】
本発明に係る方法では、前記窒化ガリウム系半導体はＧａＮまたはＡｌＧａＮのいずれからなることが好ましい。ＧａＮを用いることによって、低転位密度の半導体基板が提供されている。ＡｌＧａＮを用いることによって、ＡｌＧａＮからなるｎ−型窒化ガリウム系半導体層を用いるとき、下地基板とｎ−型窒化ガリウム系半導体層との格子定数差を小さくできる。好適な場合には、ＧａＮからなるｎ−型窒化ガリウム系半導体層がＧａＮ支持基体の表面にホモ接合を成すことができ、或いはＡｌＧａＮからなるｎ−型窒化ガリウム系半導体層がＡｌＧａＮ支持基体の表面にホモ接合を成すことができる。
【００３７】
本発明に係る方法では、前記基板は、所定の平均転位密度より大きい平均転位密度を有する第１の領域、前記所定の平均転位密度より小さい平均転位密度を有する第２の領域、及び前記第１の平均転位密度より大きい平均転位密度を有する第３の領域を含み、前記基板の前記第２の領域は、前記基板の前記第１の領域と前記基板の前記第３の領域との間に設けられており、前記ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の前記第１の半導体領域は、前記基板の前記第２の領域上に形成されることができる。
【００３８】
この方法によれば、小さい平均転位密度を有する第２の領域上にｎ−型窒化ガリウム系半導体層の第１の半導体領域が形成されるので、転位により絶縁耐圧低下が避けられる。
【００３９】
本発明に係る方法では、前記絶縁体はシリコン窒化物からなることが好ましい。この方法によれば、ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の側面がシリコン窒化物によって保護される。
【００４０】
本発明に係る方法では、前記ドライエッチングは、塩素を含むエッチャントを用いた反応性イオンエッチングにより行われることが好ましい。この方法によれば、塩素系エッチャントを用いることによって、順メサ形状のｎ−型窒化ガリウム系半導体領域を形成できる。
【発明の効果】
【００４１】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、絶縁耐圧を向上可能な構造を有するショットキバリアダイオードが提供される。また、本発明の別の側面によれば、絶縁耐圧を向上可能なショットキバリアダイオードを作製する方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のショットキバリアダイオード及びショットキ接合を有する半導体デバイスを作製する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００４３】
図１及び図２は、本実施の形態に係るショットキ接合を有する半導体デバイスを作製する方法の主要な工程を模式的に示す図面である。引き続く説明では、半導体デバイスの一例として、ショットキバリアダイオード（以下、「ダイオード」と記す）を説明する。
【００４４】
ダイオードのための基板を準備する。引き続く説明では、基板の一例として窒化ガリウム系半導体基板１１を用いる。しかしながら、これに限定されことなく、基板としては、例えばＳｉ基板、ＳｉＣ基板、III族窒化物基板等を用いることができる。また、III族窒化物としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム系半導体等を用いることができる。窒化ガリウム系半導体は、例えばＡｌＧａＮ、ＧａＮ等である。窒化ガリウム系半導体基板１１はｎ導電性を有しており、そのキャリア濃度は、例えば１×１０１７ｃｍ−３以上であり、また例えば１×１０１９ｃｍ−３以下であることができる。
【００４５】
図１（ａ）に示されるように、窒化ガリウム系半導体基板１１の主面１１ａ上にｎ−型窒化ガリウム系半導体膜１３を成長する。この成長は、例えば有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法のために装置１０ａを用いることができる。ｎ−型窒化ガリウム系半導体膜１３は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ等であることできる。ｎ−型窒化ガリウム系半導体膜１３の膜厚は、例えば３μｍ以上であることが好ましい。また、ｎ−型窒化ガリウム系半導体膜１３の膜厚は、例えば１０００μｍ以下であることが好ましい。ｎ−型窒化ガリウム系半導体膜１３のキャリア濃度は、例えば１．０×１０１５ｃｍ−３以上であることが好ましい。また、ｎ−型窒化ガリウム系半導体膜１３のキャリア濃度は、例えば１．０×１０１７ｃｍ−３以下であることが好ましい。上記のような膜厚とキャリア濃度の範囲により、パンチスルーの生じない理想的なブレークダウンを実現できる。窒化ガリウム系半導体基板１１とｎ−型窒化ガリウム系半導体膜１３との接合１５は、例えばホモ接合であることが好ましい。実用的なダイオードとして使用可能なヘテロ障壁であれば、接合１５はヘテロ接合であることができる。ＧａＮを用いることによって、大きなバンドギャップの材料で作製される半導体領域に空乏層が形成される。ＡｌＧａＮを用いることによって、ＧａＮよりも大きなバンドギャップの材料で作製される半導体領域に空乏層が形成される。
【００４６】
図１（ｂ）に示されるように、基板１１の裏面１１ｂに電極１７を形成する。電極１７は、導電性の基板１１にオーミック接触を成す。オーミック電極の形成は、例えば以下のように行われる。基板１１の裏面１１ｂの全面に、オーミック電極のための金属膜の積層（例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ）を形成する。各金属膜の堆積は、例えば真空蒸着法を用いることができる。オーミック電極の一例は、
Ｔｉ膜：２０ｎｍ
Ａｌ膜：１００ｎｍ
Ｔｉ膜：２０ｎｍ
Ａｕ膜：２００ｎｍ
である。金属膜の積層を形成した後に、摂氏６００度の温度で合金化処理を行う。処理時間は例えば２分である。
【００４７】
次いで、図１（ｂ）に示されるように、ｎ−型窒化ガリウム系半導体膜１３上にマスク１８を形成する。マスク１８は、例えばレジストマスクを用いることができる。マスク１８の材質は、これに限定されることなく、絶縁膜または金属膜等を用いることができる。絶縁膜としてはＳｉＯ２、ＳｉＮ等であり、また金属膜としてはＮｉ、Ａｕ等である。
【００４８】
図１（ｃ）に示されるように、マスク１８を用いてｎ−型窒化ガリウム系半導体膜１３をドライエッチングして、ｎ−型窒化ガリウム系半導体層１９を形成する。ドライエッチングは、例えば反応性イオンエッチング法を用いることができる。また、ドライエッチングは、例えば平行平板型エッチング装置１０ｂを用いることができる。マスク１８は、ｎ−型窒化ガリウム系半導体からなる半導体領域を基板１１の主面１１ａの第１のエリア１１ｂ上に形成するためのパターンを有する。このように形成された半導体領域は順メサ形状である。マスク１８を用いたエッチングにより、主面１１ａの第２のエリア１１ｃ上のｎ−型窒化ガリウム系半導体が部分的にエッチングされる。メサ形状の第１の半導体領域１９ａと異なる第２の半導体領域１９ｂが、基板１１の表面１１ａが露出しないように残されている。第２のエリア１１ｃは第１のエリア１１ｂを囲んでいる。このドライエッチングは、塩素を含むエッチャントを用いた反応性イオンエッチングにより行われることが好ましい。順メサ形状のｎ−型窒化ガリウム系半導体領域を形成するために、圧力を上げるといったエッチング条件を用いることができる。一例のエッチング条件は、
エッチャント：Ｃｌ２
パワー：２００Ｗ
バイアス：７０Ｖ
である。エッチング量は、例えばエッチング時間で調整される。本実施例では、ｎ−型窒化ガリウム系半導体層１９が、基板主面１１ａ上に残されている。エッチングの後に、マスク１８を除去する。
【００４９】
この後に、図２（ａ）に示されるように、ｎ−型窒化ガリウム系半導体層１９上に絶縁膜２１を形成する。絶縁膜２１の堆積は、例えば化学的気相成長法、電子ビーム成膜法、スパッタ法等を用いることができる。一実施例では、ＳｉＮ膜が、ＣＶＤ装置１０ｃにＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２ガスを供給して成膜される。絶縁膜２１としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化物等を用いることができる。絶縁膜２１の厚みは、例えば０．５μｍ以上２．０μｍ以下であることができる。ｎ−型窒化ガリウム系半導体層１９は、第１のエリア１１ｂ上に形成された第１の半導体領域１９ａと、第２のエリア１１ｃ上に形成された第２の半導体領域１９ｂとを含む。第１の半導体領域１９ａは上面１９ｃ及び側面１９ｄを有しており、第２の半導体領域１９ｂは表面１９ｅを有する。メサ上面１９ｃのエッジ１９ｆは閉じた曲線からなり、メサ側壁の麓１９ｇも閉じた曲線からなる。絶縁膜２１は、平坦な上面１９ｃ、順メサ形状を成すように傾斜した側面１９ｄ、及び平坦な表面１９ｅを覆っている。ｎ−型窒化ガリウム系半導体層１９の側面１９ｄを絶縁膜２１が保護するので、ｎ−型窒化ガリウム系半導体層１９の側面近傍における絶縁耐圧の低下を防止できる。
【００５０】
図２（ｂ）に示されるように、第１の半導体領域１９ａ上の絶縁体２１に開口を形成する。この形成は、例えばフォトリソグラフィ及びエッチングのプロセスによるマスク（例えば、レジストマスク）を用いた加工によって行われる。この加工の結果、絶縁層２１ａが形成され、絶縁層２１ａは第１の半導体領域１９ａ上に開口２１ｂを有する。このエッチングは、例えばウエットエッチング及びドライエッチングを用いることができる。下地の窒化ガリウム系半導体層１９と絶縁層２１ａとの選択比を得るために、例えばフッ酸といったエッチャントを用いることができる。ＳｉＮ膜のエッチングのための一例のウエットエッチング条件は、
エッチャント：バッファードフッ酸
である。これらの工程により、第１の半導体領域１９ａ上に開口２１ｂを有する絶縁体２１ａが、ｎ−型窒化ガリウム系半導体層１９上に形成される。
【００５１】
図２（ｃ）に示されるように、窒化ガリウム系半導体層１９を形成した後に、絶縁体２１ａ上および開口１９ｂに電極２３を形成する。電極２３の形成は、例えばリフトオフ法を用いることができる。電極２３としては、窒化ガリウム系半導体層１９にショットキ接触を成す材料（例えば、金（Ａｕ））を用いることができる。ｎ−型ＧａＮに対しては、例えばＮｉ／Ａｕ等を用いることができる。電極２３は、例えばショットキ導電部２３ａ及びフィールドプレート導電部２３ｂを含む。ショットキ導電部２３ａは、開口２１ｂを介して窒化ガリウム系半導体層１９の第１の半導体領域１９ａにショットキ接合２５を成す。フィールドプレート導電部２３ｂは、絶縁層２１ａを部分的に覆っている。これらの工程により、ダイオード２７ａが得られる。フィールドプレート導電部２３ｂからの電界は、絶縁層２１ａと窒化ガリウム系半導体層１９との界面から窒化ガリウム系半導体層１９内に空乏層を広げるように働く。
【００５２】
この方法によれば、第１の半導体領域１９ａの形成のためにドライエッチングを用いるので、エピタキシャル成長による形成と異なり、順メサ形状の第１の半導体領域１９ａを形成できる。窒化ガリウム系材料をウェットエッチング可能なエッチャントがないので、これまで、窒化ガリウム系材料で順メサ形状を形成することは困難であった。絶縁層２１ａをｎ−型窒化ガリウム系半導体層１９上に形成すると共に絶縁層２１ａ上および開口２１ｂに電極２３を形成することによって、フィールドプレート効果を発揮する半導体デバイスを作製できる。
【００５３】
図２（ｃ）に示されるデバイス形態では、メサ形状の半導体領域１９ａのメサ高さは、ドライエッチングによって調整される。第２の半導体領域１９ｂが第２のエリア１１ｃ上に形成される。故に、半導体デバイスの表層には低濃度のｎ−型半導体領域が設けられるので、半導体デバイスの表層に加わる電界に応じて空乏層がｎ−型窒化ガリウム系半導体層１９に拡がる。メサがあることで、電界が緩和されるだけでなく、フィールドプレート構造も有することで、電界緩和効果が大きくなる。
【００５４】
基板１１及びｎ−型窒化ガリウム系半導体層１９の好適な組み合わせは、例えば以下のようなものである。基板１１及びｎ−型窒化ガリウム系半導体層１９が共にｎ型ＧａＮからなり、基板１１のキャリア濃度がｎ−型窒化ガリウム系半導体層１９のキャリア濃度よりも大きい。或いは、基板１１及びｎ−型窒化ガリウム系半導体層１９が共にｎ型ＡｌＧａＮからなり、基板１１のキャリア濃度がｎ−型窒化ガリウム系半導体層１９のキャリア濃度よりも大きい。これに限定されることなく、小さいアルミニウム組成のｎ型ＡｌＧａＮ層をＧａＮ基板上に形成するとき、下地基板とｎ−型窒化ガリウム系半導体層との格子定数差を小さくできる。ＧａＮ基板を用いることにより、低転位密度の半導体基板が提供される。
【００５５】
半導体デバイスを作製する方法の変形例を説明する。図３は、本実施の形態に係るショットキ接合を有する半導体デバイスを作製する方法の主要な工程を模式的に示す図面である。
【００５６】
本実施の形態では、図１（ｃ）に示された先の実施の形態と異なって、ドライエッチングにおいて、基板１１の第２のエリア１１上のｎ−型窒化ガリウム系半導体層１３を除去している。変形例におけるドライエッチングの結果、ｎ−型窒化ガリウム系半導体層１３からｎ−型窒化ガリウム系半導体層２９が形成される。ｎ−型窒化ガリウム系半導体層２９は、基板１１の第１のエリア１１ｂ上に設けられている。ｎ−型窒化ガリウム系半導体層２９は、ｎ−型窒化ガリウム系半導体層１９の第１の半導体領域１９ａと類似して、メサ形状を成す半導体領域である。このメサ形状の半導体領域の厚みは、ｎ−型窒化ガリウム系半導体層２９の厚みの全てである。低濃度のｎ−型半導体領域の厚みがｎ−型窒化ガリウム系半導体層の厚みによって決定される。
【００５７】
ドライエッチングの条件等が、例えば、既に説明した実施例と同様に適用される。ドライエッチングにより、基板１１の第１のエリア１１ａと第２のエリア１１ｂとの境界に段差が形成されることがある。オーバエッチングにより、第２のエリア上のｎ−型窒化ガリウム系半導体層を確実に除去できる。
【００５８】
エッチングにより基板１１の第２のエリア１１ｂが露出され、図３（ａ）に示されるように、絶縁膜３１は、ｎ−型窒化ガリウム系半導体層２９の上面２９ａ及び側面２９ｂを覆うと共に、基板１１の第２のエリア１１ｂの少なくとも一部分を覆うように形成される。絶縁膜３１は、例えば絶縁膜２１と同じ材料から成ることができる。
【００５９】
図３（ｂ）に示されるように、図２（ｂ）に示された手順と同様に、ｎ−型窒化ガリウム系半導体層２９上の絶縁膜３１に開口を形成する。この工程により、ｎ−型窒化ガリウム系半導体層２９上に、絶縁膜３１から絶縁層３１ａがｎ−型窒化ガリウム系半導体層２９上に形成される。絶縁層３１ａは、上面２９ａ上に開口３１ｂを有する。
【００６０】
次いで、図３（ｃ）に示されるように、図２（ｃ）に示された手順と同様に、絶縁体３１ａ上および開口３１ｂに電極３３を形成する。電極３３は、例えばショットキ導電部３３ａ及びフィールドプレート導電部３３ｂを含む。ショットキ導電部３３ａは、開口３１ｂを介して窒化ガリウム系半導体層２９にショットキ接合３５を成す。フィールドプレート導電部３３ｂは、絶縁層３１ａを部分的に覆っている。これらの工程により、ダイオード２７ｂが得られる。フィールドプレート導電部３３ｂからの電界は、絶縁層３１ａと窒化ガリウム系半導体層２９との界面から窒化ガリウム系半導体層２９内に空乏層を広げるように働く。
【００６１】
図４（ａ）は、ｎ−型窒化ガリウム系半導体層におけるメサ幅と最大電界強度との関係を示す図面である。図４（ｂ）に示されるように、モデルＭ０では、メサ幅△Ｌはメサ上面のエッジからショットキ導電部のエッジとの間隔であり、メサ高ＨＭはエッチングにより形成されたｎ−型窒化ガリウム系半導体層の第１の半導体領域の高さである。電極材料は金であり、ｎ−型窒化ガリウム系半導体層はＧａＮであり、その電子濃度は１×１０１６ｃｍ−３である。なお、簡単のために、モデルＭ０では、メサ側面は基板主面に対して垂直に延びている。図５は、様々なメサ高とメサ幅を有するモデルにおける電界分布を示す図面であり、各数値実験毎に最大電界強度も示されている。最大電界強度は、図４（ｂ）に示されるモデルＭ０を用いて計算された。図６は、様々なメサ高とメサ幅を有するモデルにおける電位（ポテンシャル）分布を示す図面である。図５及び図６において、メサ幅△Ｌは、０、１、２、３μｍであり、メサ高ＭＨは１、２、３μｍである。
【００６２】
図４（ａ）を参照すると、メサ高１、２、３μｍに対応する３つの特性線ＨＭ１、ＨＭ２、ＨＭ３が示されている。メサ高（ＭＨ）が大きいとき、最大電界強度が低減されている。図６の電位分布を参照すると、メサ形状の第１の半導体領域の側面が垂直であるので、空乏層の延びも第１の半導体領域内に限定されている。また、例えば△Ｌ＝０μｍのとき、小さいメサ高（ＭＨ）の第１の半導体領域では、基板又は第２の半導体領域から電位がメサ形状の第１の半導体領域に侵入し易くなり、この結果、第１の半導体領域の電位の変化が大きくなると共に、最大電界強度も大きくなる。大きいメサ高（ＭＨ）の第１の半導体領域では、メサ形状の第１の半導体領域の麓と第１の半導体領域との上面エッジとの距離が大きくなるので、基板又は第２の半導体領域から電位が第１の半導体領域に侵入しても、電位の侵入の影響は、メサ形状の第１の半導体領域の上部まで及ばない。
【００６３】
また、メサ側面を垂直から傾斜させることによって、メサ形状の第１の半導体領域の空乏層は、傾斜したメサ側面の方向にも延びることができるので、第１の半導体領域の電位の変化が低減されると共に、最大電界強度も縮小される。故に、第１の半導体領域の側面が順メサを形成するように傾斜することによって、図４〜図６に示された結果よりも、更に第１の半導体領域の電位の変化が低減され、最大電界強度も縮小される。つまり、大きいメサ高が好ましく、メサ側面は、基板主面に垂直であるよりも傾斜であることが好ましい。メサ側面における順メサの傾斜角は、４５度以上であることが好ましい。また、傾斜角は９０度未満であることが好ましい。
【００６４】
図７（ａ）は、窒化ガリウムダイオードの電位分布の数値実験結果を示す図面である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示された数値実験のための窒化ガリウムダイオードのモデルＭ１を示す図面である。図７（ｂ）に示されたモデルでは、簡単のために、メサ側面は基板の主面に対して垂直である。図８（ａ）は、窒化ガリウムダイオードの電位分布の数値実験結果を示す図面である。図８（ｂ）は、図８（ａ）に示された数値実験のための窒化ガリウムダイオードのモデルＭ２を示す図面である。図７（ｂ）および図８（ｂ）に示されたモデルＭ１、Ｍ２において、絶縁膜の厚みは同じ値Ｔ１である。図７（ｂ）および図８（ｂ）に示された電極エッジＥ１、Ｅ２に対応する部分（フィールドプレート端）の電位分布を比較するために、図７（ａ）および図８（ａ）を参照する。図７（ａ）および図８（ａ）に示されるように、該当部分において、モデルＭ１における最大電界強度は、モデルＭ２における最大電界強度よりも小さい。Ｓｉ３Ｎ４絶縁体が窒化ガリウムエピタキシャル領域の側面に設けられているので、この窒化ガリウムエピタキシャル領域にも空乏層が伸びる。この空乏層が、Ｓｉ３Ｎ４絶縁体の底面に設けられた窒化ガリウムエピタキシャル領域内の空乏層とつながる。絶縁体の下側部が窒化ガリウムエピタキシャル領域内に埋め込まれているので、フィールドプレート端におけるポテンシャルの傾斜が小さくなる。
【００６５】
図９（ａ）は、窒化ガリウムダイオードの電位分布の数値実験結果を示す図面である。図９（ｂ）は、図９（ａ）に示された数値実験のための窒化ガリウムダイオードのモデルＭ３を示す図面である。図９（ｂ）に示されたモデルでは、簡単のために、メサ側面は基板の主面に対して垂直である。図１０（ａ）は、窒化ガリウムダイオードの電位分布の数値実験結果を示す図面である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示された数値実験のための窒化ガリウムダイオードのモデルＭ４を示す図面である。図９（ｂ）および図１０（ｂ）に示されたモデルＭ３、Ｍ４において、絶縁膜の厚みは同じ値Ｔ２である。図９（ｂ）および図１０（ｂ）に示された電極エッジＥ３、Ｅ４に対応する部分（フィールドプレート端）の電位分布を比較するために、図９（ａ）および図１０（ａ）を参照する。モデルＭ４のように、高転位密度領域と電極との間の絶縁耐圧を高めるために、絶縁体の厚さＴ２にすると、図１０（ａ）に示されるように、電極エッジＥ４付近におけるポテンシャルの変化が大きくなる。しかしながら、窒化ガリウムエピタキシャル領域の側面に絶縁体を設けると、電極エッジＥ３付近におけるポテンシャルが緩やかに変化するようになる。ショットキ接合を半導体メサの上面に設けることによって、ショットキ接合直下に伸びる空乏層がＳｉ３Ｎ４絶縁体の底面に設けられた窒化ガリウムエピタキシャル領域内の空乏層とつながる。この結果、フィールドプレート端におけるポテンシャルの傾斜が小さくなる。
【００６６】
以上説明したように、電極のショットキ導電部の周囲に設けられるフィールドプレート導電部からの電界が、絶縁膜とｎ−型窒化ガリウム系半導体層との界面から半導体内に空乏層を形成するように作用する。このため、ｎ−型窒化ガリウム系半導体層の表面における電位の変化を緩和する。以上説明したように、ショットキ導電部の終端により引き起こされる電位変化は、順メサ形状及びフィールドプレート導電部によって低減されると共に、フィールドプレート導電部のエッジをショットキ導電部と第１の半導体領域との接合部のエッジから十分に離すことによって、電極の終端により引き起こされる電位変化から分離される。
【００６７】
図１１は、本実施の形態に係るダイオードを概略的に示す図面である。ダイオード４１は、導電性のIII族窒化物からなる支持基体（以下、窒化物支持基体と記す）４３と、ｎ−型窒化ガリウム系半導体部４５と、絶縁体４７と、第１の電極４９とを備える。窒化物支持基体４３は、主面４３ａおよび裏面４３ｂを有する。窒化物支持基体４３は、第１の領域４３ｃ、第２の領域４３ｄ、および第３の領域４３ｅを含む。第１の領域４３ｃは、第１の平均転位密度より大きい平均転位密度Ｄ４３ｃを有する。第２の領域４３ｄは、第１の平均転位密度より小さい平均転位密度Ｄ４３ｄを有する。第３の領域４３ｅは、第１の平均転位密度より大きい平均転位密度Ｄ４３ｅを有する。窒化物支持基体４３の第２の領域４３ｄは、第１の領域４３ｃと第３の領域４３ｅとの間に設けられている。ｎ−型窒化ガリウム系半導体部４５は、窒化物支持基体４３の主面４３ａ上に設けられている。ｎ−型窒化ガリウム系半導体部４５のキャリア濃度は、例えば１．０×１０１６ｃｍ−３以上であり、また１．０×１０２０ｃｍ−３以下である。具体的には、ｎ−型窒化ガリウム系半導体部４５は、第１の領域４５ａ、第２の領域４５ｂ、および第３の領域４５ｃを含む。第１の領域４５ａは、窒化物支持基体４３の第１の領域４３ｃ上に位置する。第２の領域４５ｂは、窒化物支持基体４３の第２の領域４３ｄ上に位置する。第３の領域４５ｃは、窒化物支持基体４３の第３の領域４３ｅ上に位置する。ｎ−型窒化ガリウム系半導体部４５では、第１の領域４５ａは、第２の平均転位密度より大きい平均転位密度Ｄ４５ａを有する。第２の領域４５ｂは、第２の平均転位密度より小さい平均転位密度Ｄ４５ｂを有する。第３の領域４５ｃは、第２の平均転位密度より大きい平均転位密度Ｄ４５ｃを有する。ｎ−型窒化ガリウム系半導体部４５の第２の領域４５ｂは、第１の領域４５ａと第３の領域４５ｃとの間に設けられている。ｎ−型窒化ガリウム系半導体部４５の第２の領域４５ｂは、第２の半導体領域５１ｂおよび第１の半導体領域５１ａ、順メサ形状の側面５１ｃを有する。第１の半導体領域５１ａおよび第２の半導体領域５１ｂは、窒化物支持基体４３の主面４３ａ上に設けられている。第１の半導体領域５１ａは第２の半導体領域５１ｂに囲まれている。側面５１ｃは、第１の半導体領域５１ａの上面と第２の半導体領域５１ｂの上面とを繋ぐように設けられている。絶縁体４７は、ｎ−型窒化ガリウム系半導体部４５の第２の半導体領域５１ｂ上に設けられている。第１の電極４９は、第１の導電部４９ａおよび第２の導電部４９ｂを含む。第１の導電部４９ａは、ｎ−型窒化ガリウム系半導体部４５の第１の半導体領域５１ａの上面にショットキ接合５３を成す。第２の導電部４９ｂは、ｎ−型窒化ガリウム系半導体部４５の第２の半導体領域５１ｂおよび絶縁体４７上に位置する。第１及び第２の平均転位密度の値については、所定の平均転位密度として１×１０５ｃｍ−２が例示される。
【００６８】
このダイオード４１によれば、ｎ−型窒化ガリウム系半導体部４５の側面５１ｃは、第２の半導体領域５１ｂから延びる絶縁体４７に覆われている。第１の半導体領域５１ａは、第１の電極４９の第１の導電部４９ａにショットキ接合５３を成す。また、第１の電極４９の第２の導電部４９ｂが絶縁体４７上に設けられている。これ故に、ダイオード４１に逆バイアスが印加される場合、第１の導電部４９ａからの電界と第２の導電部４９ｂからの電界との重ね合わせにより、ショットキ接合５３のエッジ付近の電界強度を小さくすることができる。
【００６９】
ダイオード４１は、窒化物支持基体４３の裏面４３ｂ上に設けられた第２の電極５５を備える。好適な実施例では、ｎ−型窒化ガリウム系半導体部４５はＧａＮ及びＡｌＧａＮのいずれからなることが好ましい。ＧａＮ及びＡｌＧａＮは、高耐圧のダイオードを提供するために好適である。また、好適な実施例では、窒化物支持基体４３はＧａＮ及びＡｌＧａＮのいずれからなることが好ましい。ＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる支持基体は、高耐圧のダイオードを提供するための結晶成長に好適である。例えば、好適な実施例では、ｎ−型窒化ガリウム系半導体部４５は窒化物支持基体４３とホモ接合５５を形成する。
【００７０】
図１１に示されるように、ダイオード４１では、第１の電極４９の第２の導電部４９ｂの側面４９ｃおよびｎ−型窒化ガリウム系半導体部４５の側面５１ｃは絶縁体４７により覆われていることができる。このダイオード４１によれば、絶縁体４７を用いてフィールドプレート効果を得ると共に、絶縁体４７が、第１の導電部４９ａの側面４９ｃおよびｎ−型窒化ガリウム系半導体部４５の側面５１ｃ及び表面５１ｄを覆うので、絶縁体４７上の第２の導電部４９ｂからの電界が、ｎ−型窒化ガリウム系半導体部４５の側面５１ｃ表面５１ｄから伸びる空乏層の拡がりを助ける。このため、絶縁体４７とショットキ結合との境界付近における電位の変化が緩やかになる。
【００７１】
ダイオード４１では、第２の導電部４９ｂは、窒化ガリウム系半導体支持基体４３の第３の領域４３ｅ上に設けられている。第２の導電部４９ｂが高転位密度の第３の領域４５ｅ上に設けられるとき、ショットキ接合のエッジ付近の電界強度の低減に加えて、この領域４５ｅと第２の導電部４９ｂとの間に所望の絶縁耐圧を提供するために絶縁体４７の厚さを調整できる。第３の領域４３ｅ（同様に、第１の領域４３ｃ）は、平均転位密度が第２の領域に比べて大きく、これ故に、第２の領域４３ｄの電気抵抗に比べて小さい電気抵抗を示す。また、第３の領域４５ｃ（同様に、第１の領域４５ａ）は、平均転位密度が第２の領域４５ｂに比べて大きく、これ故に、第２の領域４５ｃの電気抵抗に比べて小さい電気抵抗を示す。したがって、低い電気抵抗の領域（高転位密度領域）が、支持基体４３およびｎ−型窒化ガリウム系半導体部４５を貫通して支持基体４３の裏面４３ｂから絶縁体４７まで伸びている。この貫通した高転位密度領域には、大きな電流が流れ得る。
【００７２】
図１１に示されるように、ダイオード４１は、第１のショットキバリア素子部ＳＢＤ１および第２のショットキバリア素子部ＳＢＤ２を含むので、複数の高転位密度領域と複数の低転位密度領域とが交互に配置される支持基体を用いる場合でも、大面積のダイオードを提供できる。複数のショットキバリア素子部はそれぞれの低転位密度領域に設けられており、これらのショットキバリア素子部が高転位密度領域を跨いで並列に接続される。このため、電極が高転位密度領域上に通過するけれども、電極と窒化ガリウム系半導体部との間の絶縁体の厚さを調整することによって、高転位密度領域内の電界強度の増大により絶縁破壊に至ることを避けることができる。また、既に説明したように、ショットキ接合の付近における最大電界強度が、絶縁体の厚さを調整したことにより大きく変化することはない。
【００７３】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、本実施の形態に係るショットキ接合を有する半導体デバイスを作製する方法の主要な工程を模式的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係るショットキ接合を有する半導体デバイスを作製する方法の主要な工程を模式的に示す図面である。
【図３】図３は、本実施の形態に係るショットキ接合を有する半導体デバイスを作製する方法の主要な工程を模式的に示す図面である。
【図４】図４（ａ）はｎ−型窒化ガリウム系半導体層でのメサ幅と最大電界強度との関係を示す図面である。図４（ｂ）は計算モデルＭ０を示す図面である。
【図５】図５は、様々なメサ高とメサ幅を有するモデルにおける電界分布を示す図面である。
【図６】図６は、様々なメサ高とメサ幅を有するモデルにおける電位（ポテンシャル）分布を示す図面である。
【図７】図７（ａ）は窒化ガリウムショットキバリアダイオードの電位分布の数値実験結果を示す図面である。図７（ｂ）は図７（ａ）に示された数値実験のための窒化ガリウムショットキバリアダイオードのモデルＭ１を示す図面である。
【図８】図８（ａ）は、窒化ガリウムショットキバリアダイオードの電位分布の数値実験結果を示す図面である。図８（ｂ）は、図８（ａ）に示された数値実験のための窒化ガリウムショットキバリアダイオードのモデルＭ２を示す図面である。
【図９】図９（ａ）は窒化ガリウムショットキバリアダイオードの電位分布の数値実験結果を示す図面である。図９（ｂ）は図９（ａ）の数値実験のための窒化ガリウムショットキバリアダイオードのモデルＭ３を示す図面である。
【図１０】図１０（ａ）は窒化ガリウムショットキバリアダイオードの電位分布の数値実験結果を示す図面である。図１０（ｂ）は図１０（ａ）の数値実験のための窒化ガリウムショットキバリアダイオードのモデルＭ４を示す図面である。
【図１１】図１１は、本実施の形態に係るショットキバリアダイオードを概略的に示す図面である。
【符号の説明】
【００７５】
１１…窒化ガリウム系半導体基板、１１ａ…基板主面、１１ｂ…基板裏面、１３…ｎ−型窒化ガリウム系半導体膜、１５…接合、１７…電極、１８…マスク、１９…ｎ−型窒化ガリウム系半導体層、１１ｂ…第１のエリア、１１ｃ…第２のエリア、２１…絶縁膜、１９ａ…第１の半導体領域、１９ｃ…上面、１９ｄ…側面、１９ｂ…第２の半導体領域、１９ｅ…表面、２１ａ…絶縁層、２１ｂ…開口、２３…電極、２３ａ…ショットキ導電部、２３ｂ…フィールドプレート導電部、２７ａ、２７ｂ…ダイオード（ショットキバリアダイオード）、２９…ｎ−型窒化ガリウム系半導体層、３１…絶縁膜、３１ａ…絶縁層、３１ｂ…開口、３３…電極、３３ａ…ショットキ導電部、３３ｂ…フィールドプレート導電部、３５…ショットキ接合  
【図１】
2009194225.tif 000003
【図２】
2009194225.tif 000004
【図３】
2009194225.tif 000005
【図４】
2009194225.tif 000006
【図１１】
2009194225.tif 000007
【図５】
2009194225.tif 000008
【図６】
2009194225.tif 000009
【図７】
2009194225.tif 000010
【図８】
2009194225.tif 000011
【図９】
2009194225.tif 000012
【図１０】
2009194225.tif 000013