JP2003060212A - Schottky barrier diode and manufacturing method therefor - Google Patents

Schottky barrier diode and manufacturing method therefor

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JP2003060212A
JP2003060212A JP2001248737A JP2001248737A JP2003060212A JP 2003060212 A JP2003060212 A JP 2003060212A JP 2001248737 A JP2001248737 A JP 2001248737A JP 2001248737 A JP2001248737 A JP 2001248737A JP 2003060212 A JP2003060212 A JP 2003060212A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of a GaN Schottky barrier diode being difficult to manufacture at a low cost. SOLUTION: A buffer layer 2, having a laminated structure composed of first AlN layers 8 and second GaN layers 9 which are alternately laminated in some layers, is formed on a silicon substrate 1. A gallium nitride semiconductor region 3 for a Schottky barrier diode is formed on the buffer layer 2.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a silicon oxide barrier diode using a nitride compound semiconductor and a method for manufacturing the same.

【0002】[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形半
導体領域とを順次積層した半導体基体と、n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。
2. Description of the Related Art A Schottky barrier diode using a gallium nitride-based compound semiconductor, that is, a compound semiconductor based on nitrogen and gallium is known. Conventional typical gallium nitride shea yacht key barrier diode, and a n + -type GaN semiconductor region and the n one type semiconductor region via an AlN or buffer layer made of GaN was formed at a low temperature on an insulating substrate made of sapphire sequentially it has a semiconductor body formed by laminating, electrically connected to each anode electrode to n one type semiconductor region (Schottky barrier electrode) electrically connected to the cathode electrode to the n + -type semiconductor region (ohmic contact electrode). Since the sapphire substrate is an insulator, the cathode electrode cannot be formed on the lower surface of the semiconductor substrate. Therefore, a portion of the n + type semiconductor region n one type semiconductor region formed on the upper surface of that removed by etching, the surface of the semiconductor substrate n +
A part of the upper surface of the shaped semiconductor region is exposed, and the cathode electrode is electrically connected thereto. Therefore, both the anode electrode and the cathode electrode are arranged on the upper surface of the semiconductor.

【0003】[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。
The sailboat barrier diode described above has the following problems. (1) In the sheet yacht key barrier diode of the sapphire substrate, there a part of the n one type semiconductor region formed on the upper surface of the n + type semiconductor region to form an ohmic electrode should be removed by etching. However, since the nitride-based compound semiconductor is chemically stable, reactive ion etching using chlorine-based gas is used for the above etching. In this case, a defect or the like is generated on the surface of the semiconductor region due to etching damage, and some ions of the etching material enter the inside of the crystal of the surface which is not etched to deteriorate the crystal. As a result, a leak current is generated due to surface states and crystal defects, which results in deterioration of diode characteristics such as breakdown voltage. (2) The thermal conductivity of sapphire is O. Since it is as small as 126 W / cm · K, the heat generated during the operation of the device is not sufficiently dissipated and the device characteristics deteriorate, and the device is destroyed in the high current region. (3) A robust sapphire substrate must be made into chips by dicing or the like, which increases the manufacturing cost of the sailboat barrier diode.

【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。
Therefore, an object of the present invention is to provide a sailboat barrier diode capable of improving productivity and performance and reducing cost, and a method of manufacturing the same.

【0005】[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 AlxyGa1-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る第1の層と、 化学式 AlabGa1-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る第2の層
との複合層と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。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention for solving the above problems and for achieving the above objects is a silicon dioxide barrier diode using a nitride-based compound semiconductor, which comprises silicon or a silicon compound containing impurities. A substrate having a low resistivity, a buffer layer disposed on one main surface of the substrate, a nitride-based compound semiconductor region disposed on the buffer layer, and a surface of the semiconductor region to a first electrode which is Shiyottokibaria contact, on the other main surface of the substrate and a second electrode which is in ohmic contact, wherein the buffer layer has the chemical formula Al x M y Ga 1-xy N , where , M is In (indium) and B (boron)
At least one element selected from the following, x and y are 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, x + y ≦ 1, and a first layer made of a material represented by the following chemical formula: Al a M b Ga 1 -ab N Here, M is at least one element selected from In (indium) and B (boron), and a and b are 0 ≦ a ≦ 1 and 0 ≦ b <1, a numerical value satisfying a + b ≦ 1 and a composite layer with a second layer made of a material represented by the following.

【0006】なお、請求項2に示すように、前記第1の
層をAlxa1-xN、前記第2の層を、AlaGa1-a
とすることができる。また、請求項3に示すように、前
記第1の層をAlxInyGa1-x-yNとし、前記第2の
層を、AlaInbGa1-a-bNとし、前記第1及び第2
の層の少なくとも一方にIn(インジウム)を含めるこ
とができる。また、請求項4に示すように、前記第1の
層を、Alxya1-x-yNとし、前記第2の層を、Al
aba1-a-bNとし、前記第1及び第2の層の少なくと
も一方にB(ボロン)を含めることができる。また、請
求項5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6に示すように、前記バッファ層における前記第1の
層の厚みが0.5nm〜10nm及び前記第2の層の厚
みが0.5nm〜300nmであることが望ましい。ま
た、請求項7に示すように、前記バッファ層における前
記第1の層の厚みが0.5nm〜10nm及び前記第2
の層の厚みが10nm〜300nmであることが望まし
い。また、請求項8に示すように、前記第2の層にn形
不純物としてシリコンを含めることが望ましい。請求項
9に示すように、前記基板の前記バッファ層が配置され
ている側の主面は、ミラー指数で示す結晶の面方位にお
いて(111)ジャスト面又は(111)面から−4度
から+4度の範囲で傾いている面であることが望まし
い。また、請求項10に示すように、前記半導体領域
は、GaN(窒化ガリウム)、AlInN(窒化インジ
ウム アルミニウム)、GaAlN(窒化ガリウムアル
ミニウム)、InGaN(窒化インジウム ガリウ
ム)、及びInGaAlN(窒化インジウム ガリウム
アルミニウム)から選択され窒化ガリウム系又は窒化
インジウム系化合物半導体であることが望ましい。ま
た、請求項11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 AlxyGa1-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る第1の層と、 化学式 AlabGa1-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。
As described in claim 2, the first layer is made of Al x G a1-x N, and the second layer is made of AlaG a1-a N.
Can be Further, as described in claim 3, the first layer is Al x In y Ga 1-xy N, and the second layer is Al a In b Ga 1-ab N. Two
In (indium) can be contained in at least one of the layers. Further, as shown in claim 4, said first layer, and Al x B y G a1-xy N, the second layer, Al
a B b G a1-ab N, B (boron) can be contained in at least one of the first and second layers. Further, as described in claim 5, it is preferable that the buffer layer includes a plurality of the first and second layers, and the first layer and the second layer are alternately laminated. . Further, as described in claim 6, it is preferable that the first layer in the buffer layer has a thickness of 0.5 nm to 10 nm and the second layer has a thickness of 0.5 nm to 300 nm. Further, as described in claim 7, the thickness of the first layer in the buffer layer is 0.5 nm to 10 nm and the second layer has a thickness of 0.5 nm to 10 nm.
The layer thickness is preferably 10 nm to 300 nm. Further, as described in claim 8, it is desirable that the second layer contains silicon as an n-type impurity. As described in claim 9, the main surface of the substrate on the side where the buffer layer is disposed is (−111) just plane or −4 degrees to +4 from the (111) plane in the crystal plane orientation indicated by Miller index. It is desirable that the surface is inclined in the range of degrees. Further, as set forth in claim 10, the semiconductor region includes GaN (gallium nitride), AlInN (indium aluminum nitride), GaAlN (gallium aluminum nitride), InGaN (indium gallium nitride), and InGaAlN (indium gallium aluminum nitride). A gallium nitride-based or indium nitride-based compound semiconductor selected from the above is desirable. Further, as set forth in claim 11, in a method for manufacturing a chain barrier diode using a nitride-based compound semiconductor, a step of preparing a substrate made of silicon or silicon compound containing impurities and having a low resistivity If, on one main surface of the substrate, by a vapor deposition method, wherein the chemical formula Al x M y Ga 1-xy N, wherein M is an in (indium) B (boron)
At least one element selected from, x and y are 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, x + y ≦ 1, and a first layer made of a material represented by the following chemical formula: Al a M b Ga 1 -ab N, where M is at least one element selected from In (indium) and B (boron), and a and b are 0 <a ≦ 1 and 0 ≦ b <1 and a value satisfying a + b ≦ 1 are sequentially formed to obtain a buffer layer, and a nitride-based compound semiconductor region is formed on the buffer layer. A step of forming by vapor phase growth, a step of forming a first electrode in contact with the silicon barrier on the surface of the semiconductor region, and a step of forming a second electrode in ohmic contact with the other main surface of the substrate. It is desirable to have and.

【0007】[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
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AlxyGa
1-x-yNから成る第1の層と、AlabGa1-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。請求項
3の発明においては、バッファ層を構成する第1の層と
第2の層の内の少なくとも一方の層にインジウムが含ま
れている。第1及び第2の層の少なくとも一方をインジ
ウムを含む窒化物系化合物半導体(窒化インジウム系化
合物半導体)とすれば、基板と窒化物系半導体領域との
間の応力緩和効果が更に良好に得られる。即ち、第1及
び第2の層の少なくとも一方を構成する窒化インジウム
系化合物半導体、例えばInN、InGaN、AlIn
N、AlInGaN等はInを構成元素として含まない
他の窒化物系化合物半導体、例えば、GaN、AlN等
に比較して、シリコン又はシリコン化合物から成る基板
と熱膨張係数がより近似する。このため、バッファ層を
構成する第1の層と第2の層のうち少なくとも一方の層
にインジウムを含めることによって、基板と半導体領域
との間の熱膨張係数の差に起因する半導体領域の歪を良
好に防止できる。請求項4の発明においては、バッファ
層を構成する第1の層と第2の層の内の少なくとも一方
の層にB(ボロン)が含まれている。B(ボロン)を含
むバッファ層は、B(ボロン)がまないバッファ層より
もシリコン又はシリコン化合物から成る基板の熱膨張係
数に近い熱膨張係数を有する。このため、請求項4の発
明のバッファ層によれば、シリコン又はシリコン化合物
から成る基板と半導体領域との間の熱膨張係数差に起因
する半導体領域の歪を良好に防止できる。請求項5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6の発明によれば、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。請求項7の発明においては、第2の層の厚みが10
nm〜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1
0nm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8の発明によれば、
第2の層をn形半導体領域にすることができるのみでな
く、第2の層が不純物を含むために抵抗が小さくなり、
第1及び第2の電極間の抵抗及び電圧を小さくすること
ができ、電力損失の少ないシヨトキバリアダイオードを
提供することができる。請求項7の発明によれば、基板
の上にバッファ層及び半導体領域を良好に形成すること
ができ、シヨトキバリアダイオードの効率を高めること
ができる。即ち、基板の主面の面方位を(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、バッファ層及び半導体領域の
結晶表面の原子ステップ即ち原子レベルでのステップを
無くすこと又は少なくすることができる。もし、(11
1)ジャスト面からのオフ角度の大きい主面上にバッフ
ァ層及び半導体領域を形成すると、これ等に原子レベル
で見て比較的大きいステップが生じる。これに対して、
基板の主面を(111)ジャスト面又はオフ角度の小さ
い面とすれば、ステップが小さくなる。請求項11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。
According to the invention of each claim, the following effects can be obtained. (1) Since the substrate has conductivity, an ohmic electrode can be formed on the other main surface of the substrate. Therefore, the n formed on the upper surface of the n + type semiconductor region is formed to form an ohmic electrode like a conventional Schottky barrier diode.
There is no need to remove by etching a part of one type semiconductor region. For this reason, it is possible to prevent defects from being generated on the surface due to etching damage, and to prevent some ions of the etching material from penetrating into the inside of the crystal of the unetched surface to deteriorate the crystal. .
As a result, good diode characteristics can be obtained. (2) Silicon has a thermal conductivity of 1.4 W / cm · K, which is about 10 times that of sapphire, so the heat generated during device operation must be sufficiently dissipated through the substrate. You can As a result, good diode characteristics are obtained, and the element is not destroyed even in the large current region. (3) Since a robust sapphire substrate is not used and a substrate made of silicon or a silicon compound, which is easy to process and inexpensive, is used, it is possible to improve the productivity of the shutter barrier diode and reduce the manufacturing cost. (4) The buffer layer composed of the composite layer of the first layer and the second layer contributes to improvement of crystallinity and flatness of the nitride-based compound semiconductor region formed thereon. That is, the buffer layer composed of the composite layer of the first layer and the second layer can favorably take over the crystal orientation of the substrate composed of silicon or a silicon compound, and one main surface of the buffer layer has a nitride-based structure. The compound semiconductor region can be favorably formed with the crystal orientations aligned. If a buffer layer made of only a GaN semiconductor layer is formed on one main surface of a substrate made of silicon or a silicon compound, the difference in lattice constant between silicon and GaN is large. A nitride-based compound semiconductor region having excellent flatness cannot be formed. On the other hand, according to the present invention, the substrate and between the nitride compound semiconductor region, the lattice constant difference between the substrate made of silicon or silicon compound is relatively small Al x M y Ga
Since the buffer layer composed of the composite layer of the first layer composed of 1-xy N and the second layer composed of Al a M b Ga 1 -a -b N is interposed, the nitride-based compound semiconductor region Flatness is improved. As a result, the diode characteristics are improved. (5) Since the first and second electrodes are arranged so as to face each other, it is possible to reduce the resistance value of the current path and reduce the power consumption and operating voltage. (6) The buffer layer is a composite layer of a first layer containing at least Al and N and a second layer containing at least Ga and N. The coefficient of thermal expansion of this buffer layer has an intermediate value between the coefficient of thermal expansion of a substrate made of silicon or its compound and the coefficient of thermal expansion of a semiconductor region made of a nitride compound. Therefore, the buffer layer relatively well suppresses the occurrence of strain due to the difference in thermal expansion coefficient between the substrate and the semiconductor region. According to the invention of claim 3, indium is contained in at least one of the first layer and the second layer forming the buffer layer. When at least one of the first and second layers is a nitride-based compound semiconductor containing indium (indium nitride-based compound semiconductor), the stress relaxation effect between the substrate and the nitride-based semiconductor region can be more excellently obtained. . That is, an indium nitride-based compound semiconductor that forms at least one of the first and second layers, such as InN, InGaN, and AlIn
N, AlInGaN, and the like have a thermal expansion coefficient closer to that of a substrate made of silicon or a silicon compound, as compared with other nitride-based compound semiconductors that do not contain In as a constituent element, such as GaN and AlN. Therefore, by including indium in at least one of the first layer and the second layer that form the buffer layer, the strain of the semiconductor region caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between the substrate and the semiconductor region is reduced. Can be effectively prevented. According to the invention of claim 4, B (boron) is contained in at least one of the first layer and the second layer that form the buffer layer. A buffer layer containing B (boron) has a thermal expansion coefficient closer to that of a substrate made of silicon or a silicon compound than a buffer layer containing no B (boron). Therefore, according to the buffer layer of the fourth aspect of the present invention, it is possible to favorably prevent distortion of the semiconductor region due to the difference in thermal expansion coefficient between the substrate made of silicon or a silicon compound and the semiconductor region. In the invention of claim 5, since the plurality of first layers and the plurality of second layers are alternately laminated to form the buffer layer, a plurality of thin first layers are formed.
One layer is distributed. As a result, a good buffer function can be obtained as the entire buffer layer, and the crystallinity of the semiconductor region formed on the buffer layer is improved. According to the invention of claim 6, since the first layer of the buffer layer is set to a thickness that produces a quantum mechanical tunnel effect,
It is possible to suppress an increase in the resistance value of the buffer layer and reduce the power consumption and operating voltage of the Schottky barrier diode. In the invention of claim 7, the thickness of the second layer is 10
It is limited to the range of nm to 300 nm. When the thickness of the second layer is 10 nm or more, the resistance and voltage between the first and second electrodes during the operation of the Schottky barrier diode are relatively small. That is, if the thickness of the second layer is 1
When the thickness is less than 0 nm, discrete energy levels are generated in the valence band and the conduction band of the second layer, and the energy level involved in the conduction of carriers in the second layer apparently increases. As a result, the energy band discontinuity between the substrate and the second layer becomes relatively large, and the resistance and voltage between the first and second electrodes during the operation of the Schottky barrier diode become relatively large. . On the other hand, when the thickness of the second layer is 10 nm or more, generation of discrete energy levels in the valence band and conduction band of the second layer is suppressed,
The increase in the energy level involved in the conduction of carriers in the layer is suppressed. As a result, deterioration of the energy band discontinuity between the substrate and the second layer is suppressed, and the resistance and voltage between the first and second electrodes during operation of the Schottky barrier diode are reduced. According to the invention of claim 8,
Not only can the second layer be an n-type semiconductor region, but the second layer contains impurities, so that the resistance is reduced,
The resistance and voltage between the first and second electrodes can be reduced, and a Schottky barrier diode with less power loss can be provided. According to the invention of claim 7, the buffer layer and the semiconductor region can be favorably formed on the substrate, and the efficiency of the shutter barrier diode can be improved. That is, by making the plane orientation of the main surface of the substrate a (111) just plane or a plane having a small off-angle from the (111) just plane, atomic steps of the crystal surface of the buffer layer and the semiconductor region, that is, steps at the atomic level. Can be eliminated or reduced. If (11
1) When the buffer layer and the semiconductor region are formed on the main surface having a large off-angle from the just surface, a relatively large step is generated in the buffer layer and the semiconductor region at the atomic level. On the contrary,
If the main surface of the substrate is a (111) just surface or a surface with a small off-angle, the step becomes small. According to the eleventh aspect of the present invention, it is possible to inexpensively and easily form the Schottky barrier diode having excellent characteristics.

【0008】[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。
First Embodiment Next, a Schottky barrier diode using a gallium nitride-based compound semiconductor according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【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G
aN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。
The Schottky barrier diode according to the first embodiment of the present invention shown in FIG.
A semiconductor substrate 4 composed of a buffer layer 2 and a GaN semiconductor region 3, and one main surface of the semiconductor substrate 4, that is, G
A first electrode 5 in contact with the main surface of the aN semiconductor region 3 in a shallow barrier and a second electrode 6 in ohmic contact with the other main surface of the semiconductor substrate 4, that is, the lower surface of the silicon substrate 1.
And an insulating film 7.

【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。
The semiconductor region 3 is composed of n-type GaN (gallium nitride) doped with Si (silicon) as an n-type impurity. A shock barrier occurs between the semiconductor region 3 and the first electrode 5.

【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(11
1)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-3〜5×1019
-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3
50μm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。
The substrate 1 is made of an n + type silicon single crystal containing As (arsenic) as an n type conductivity determining impurity. One main surface 1a of the substrate 1 on the side where the buffer layer 2 is arranged has a crystal orientation (11
1) Just side. The impurity concentration of As (arsenic) of the substrate 1 is 5 × 10 18 cm −3 to 5 × 10 19 c.
m −3 , and the resistivity of this substrate 1 is 0.0001Ω
-Cm to 0.01 Ω-cm. The substrate 1 having a relatively low resistivity functions as a current path between the first electrode 5 and the second electrode 6. Also, the substrate 1 is relatively thick, about 3
The semiconductor region 3 and the buffer layer 2 have a thickness of 50 μm.
Function as a support.

【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。
The buffer layer 2 arranged so as to cover the entire one main surface of the substrate 1 is a composite layer in which a plurality of first layers 8 and a plurality of second layers 9 are alternately laminated. . Figure 1
Then, for convenience of illustration, the first layer 8 and the second layer of the buffer layer 2 are
In practice, the buffer layer 2 has 20 first layers 8 and 20 second layers 9, although only 2 layers 9 and 9 are shown respectively.

【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Al
N(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。
The first layer 8 is formed of a material that can be represented by the chemical formula Al x Ga 1-x N, where x is any numerical value satisfying 0 <x ≦ 1. That is, the first layer 8 is
It is formed of AlN (aluminum nitride) or AlGaN (gallium aluminum nitride). In the embodiment of FIGS. 1 and 2, Al corresponding to the material in which x in the above formula is 1.
N (aluminum nitride) is used for the first layer 8. The first layer 8 is an extremely thin film having an insulating property. The lattice constant and the thermal expansion coefficient of the first layer 8 are closer to the silicon substrate 1 than the second layer 9.

【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。
[0014] The second layer 9, where GaN (gallium nitride) or formula Al y Ga 1-y N, y is y <x and 0 <y <Any numerical value satisfying 1, in the indicated It is an extremely thin film of n-type semiconductor made of a material that can be used. When an n-type semiconductor made of Al y Ga 1 -y N is used as the second layer 9, y is set to 0 <y <0.8 in order to suppress an increase in the electric resistance of the second layer 9. It is desirable to set it to a satisfactory value, that is, larger than 0 and smaller than 0.8. The second layer 9 of the first embodiment
Is composed of GaN corresponding to y = 0 in the above chemical formula. Incidentally, the material of the second layer 9, wherein the chemical formula Al y Ga 1-y N, y can also be expressed by a numerical value, which satisfies y <x and 0 ≦ y <1. The second layer 9 functions as a semiconductor having a relatively small resistance value, and has a function of electrically connecting the first layers 8 to each other.

【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。
The thickness T1 of the first layer 8 of the buffer layer 2 is
The thickness is preferably 0.5 nm to 10 nm, that is, 5 to 100 Å, and more preferably 1 nm to 8 nm. When the thickness of the first layer 8 is less than 0.5 nm, the flatness of the n-type semiconductor region 3 formed on the upper surface of the buffer layer 2 cannot be maintained well. When the thickness of the first layer 8 exceeds 10 nm, the quantum mechanical tunnel effect cannot be satisfactorily obtained, and the electrical resistance of the buffer layer 2 increases.

【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300
nm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。
The thickness T2 of the second layer 9 is preferably 0.
It is 5 nm to 300 nm, that is, 5 to 3000 angstroms, and more preferably 10 nm to 300 nm.
When the thickness of the second layer 9 is less than 0.5 nm, that is, 5 angstroms, it is formed under one of the first layer 8 and the second layer 9 formed on the second layer 9. The electrical connection with the other first layer 8 is not achieved well, and the electrical resistance of the buffer layer 2 increases. The thickness of the second layer 9 is 300
When it exceeds nm, that is, 3000 angstrom,
The ratio of the first layer 8 to the entire buffer layer 2 is reduced,
The buffer function becomes relatively small, and the flatness of the semiconductor region 3 cannot be kept good.

【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。
FIG. 4 shows the relationship between the thickness T2 of the second layer 9 and the forward voltage Vf during operation of the Schottky barrier diode. As is clear from FIG. 4, the thickness T2
Is smaller than 10 nm, the voltage Vf is high, and when the thickness T2 is 10 nm or larger, the voltage Vf is high.
Becomes smaller. When the thickness T2 of the second layer 9 is less than 10 nm, the electrical connection function between the first layer 8 and the second layer 9 is deteriorated, and the energy between the silicon substrate 1 and the second layer 9 is reduced. Band discontinuity increases. That is,
When the thickness of the second layer 9 is less than 10 nm, discrete energy levels are generated in the valence band and the conduction band of the second layer 9 and are involved in the conduction of carriers in the second layer 9. The energy level apparently increases. That is, the first layer 8
And the second layer 9 are in a superlattice state. As a result, the discontinuity of the energy band between the substrate 1 and the second layer 9 becomes relatively large, and the resistance between the first and second electrodes 5 and 6 and the voltage Vf become relatively large. On the other hand, when the thickness of the second layer 9 is 10 nm or more, generation of discrete energy levels in the second 9-valence band and the conduction band is suppressed, and the conduction of carriers in the second layer 9 is suppressed. The increase in the energy level associated with is suppressed. That is, the first layer 8 and the second layer 9 are prevented from becoming a superlattice state.
As a result, the deterioration of the discontinuity of the energy band between the substrate 1 and the second layer 9 is suppressed, and the first and second electrodes 5,
The resistance between 6 and the voltage Vf becomes low. In this example,
The thickness T1 of the first layer 8 is 5 nm and the thickness T2 of the second layer 9 is 30 nm.

【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。
Next, a method of manufacturing a semiconductor semiconductor device in which the first layer 8 is AIN and the second layer 9 is GaN will be described.

【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(11
1)面である。しかし、図3において0で示す(11
1)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。
First, a substrate 1 made of an n + type silicon semiconductor in which an n type impurity is introduced at a high concentration as shown in FIG.
To prepare. One main surface 1a of the silicon substrate 1 on the side where the buffer layer 2 is formed is a (111) just plane, that is, an exact (11) plane in the crystal plane orientation shown by the Miller index.
1) surface. However, in FIG.
1) Substrate 1 within the range of -θ to + θ with respect to the just surface
The main surface 1a of can be inclined. The range of −θ to + θ is −4 ° to + 4 °, preferably −3 ° to + 3 °, and more preferably −2 ° to + 2 °. By setting the crystal orientation of the main surface 1a of the silicon substrate 1 to be a (111) just plane or a plane having a small off angle from the (111) just plane, atoms at the time of epitaxial growth of the buffer layer 2 and the device semiconductor region 3 Steps at the level can be eliminated or reduced.

【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 Ch
emical 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N
3(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11
20℃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N
3 の供給量を約0.14mol/min、SiH
4(シラン)ガスの流量即ちSiH4の供給量を約21n
mol/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。
Next, as shown in FIG. 3B, a well-known MOCVD (Metal Organic Chromium) is formed on the main surface 1a of the substrate 1.
The buffer layer 2 is formed by repeatedly stacking the first layer 8 made of AlN and the second layer 9 made of GaN by the metal organic chemical vapor deposition method. That is, the n-type silicon single crystal substrate 1 pretreated with the HF-based etchant is placed in the reaction chamber of the MOCVD apparatus, and first, thermal annealing is performed at 950 ° C. for about 10 minutes to remove the oxide film on the surface. next,
TMA (trimethylaluminum) gas and N in the reaction chamber
H 3 (ammonia) gas is supplied for about 24 seconds, and the substrate 1
A first layer 8 made of an AlN layer having a thickness of about 5 nm is formed on one of the main surfaces. In this embodiment, the heating temperature of the substrate 1 is set to 11
After the temperature is set to 20 ° C., the flow rate of TMA gas, that is, the supply amount of Al is about 63 μmol / min, the flow rate of NH 3 gas, that is, NH 3
Was supplied at about 0.14 mol / min. Then, the heating temperature of the substrate 1 is set to 1120 ° C., the supply of TMA gas is stopped, and then TMG (trimethylgallium) gas, NH 3 (ammonia) gas and SiH 4 (silane) gas are supplied for about 90 seconds into the reaction chamber. Then, a second layer 9 of n-type GaN having a thickness of about 30 nm is formed on the upper surface of the first layer 8 of AlN formed on one main surface of the substrate 1. In this embodiment, the flow rate of TMG gas, that is, the supply amount of Ga is about 60 μmol / min, and the flow rate of NH 3 gas, that is, N.
H 3 supply rate is about 0.14 mol / min, SiH
4 (silane) gas flow rate, that is, SiH 4 supply amount of about 21 n
It was set to mol / min. Here, the SiH 4 (silane) gas is for introducing Si as an n-type impurity into the second layer 9. In the present embodiment, the formation of the first layer 8 made of AlN and the second layer 9 made of GaN described above is repeated 20 times to form the first layer 8 made of AlN and the second layer 9 made of GaN. Buffer layer 2 in which 40 layers are laminated in total
To get Of course, the first layer 8 made of AlN and the second layer 9 made of GaN can be changed to an arbitrary number such as 50 layers.

【0021】次に、バッファ層2の上面に周知のMOC
VD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G
a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、S
iH4(シラン)ガス即ちSiH4の供給量を約1.5n
mol /minとした。
Next, a well-known MOC is formed on the upper surface of the buffer layer 2.
The n-type semiconductor region 3 is formed by the VD method. That is, the substrate 1 having the buffer layer 2 formed on the upper surface is placed in the reaction chamber of the MOCVD apparatus, and trimethylgallium gas, that is, TMG gas, NH 3 (ammonia) gas, and SiH 4 (silane) gas are first placed in the reaction chamber. Then, the semiconductor region 3 made of n-type GaN having a thickness of about 150 nm is formed on the upper surface of the buffer layer 2. In this embodiment, the flow rate of TMG gas, that is, G
The supply amount of a is about 4.3 μmol / min, the flow rate of NH 3 gas, that is, the supply amount of NH 3 is about 53.6 mmol / min, S
The supply amount of iH 4 (silane) gas, that is, SiH 4 is about 1.5 n.
It was set to mol / min.

【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。
After that, the silicon substrate 1 on which the semiconductor region 3 and the buffer layer 2 are formed is taken out from the MOCVD apparatus, and an insulating film 7 made of a silicon oxide film is formed on the entire surface of the semiconductor region 3 by well-known plasma CVD. The thickness of the insulating film 7 is about 100 nm.

【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、S
iO2から成る絶縁膜7がCVD法によって形成されて
いる。
Next, after forming an opening for the first electrode 5 in the insulating film 7 by using photolithography and a hydrofluoric acid type etchant, Pd (paradium), Ti (titanium) is formed by using electron beam evaporation or the like. ), Au (gold) is vapor-deposited and lifted off to form the first electrode 5 having a function as a shell barrier electrode. The first electrode 5 has a circular planar shape as shown in FIG. 2, and is arranged substantially at the center of the upper surface of the semiconductor substrate 4. In the region of the upper surface of the semiconductor substrate 4 where the first electrode 5 is not formed, S
The insulating film 7 made of iO 2 is formed by the CVD method.

【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。
The second electrode 6 is formed by sequentially vacuum-depositing, for example, Ti (titanium) and nickel on the entire other main surface of the substrate 1.

【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G
aN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(1
11)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。
According to this embodiment, the following effects can be obtained. (1) Since the silicon substrate 1 has conductivity, the first electrode 5 as a checkered barrier electrode is formed on the upper surface of the n-type semiconductor region 3 of the semiconductor substrate 4, and the lower surface of the silicon substrate 1 as a cathode electrode is formed. The second electrode 6 can be formed. Therefore, it was necessary in the manufacture of conventional sheet yachts key barrier diode, a part of the n one type semiconductor region formed on the upper surface of the n + type semiconductor region to form an ohmic electrode process is unnecessarily removed by etching Become. Therefore, it is possible to prevent defects and the like from being generated on the surface of the n-type semiconductor region 3 due to etching damage,
Further, it is possible to prevent a part of ions of the etching material from penetrating into the inside of the crystal of the surface which is not etched to deteriorate the crystal. As a result, good diode characteristics can be obtained. (2) The thermal conductivity of the silicon substrate 1 is about 1.4 W / cm · K, which is about 10 times that of sapphire.
The heat generated during the operation of the device can be sufficiently dissipated through the silicon substrate 1. As a result, good diode characteristics are obtained, and the element is not destroyed even in the large current region. (3) The robust sapphire substrate is not used, and the silicon substrate 1 that is easy to process and inexpensive is used, so that it is possible to improve the productivity of the shutter barrier diode and reduce the manufacturing cost. (4) Substrate 1 The buffer layer 2 made of a composite layer of the first layer 8 made of AlN and the second layer 9 made of GaN formed on the one main surface contributes to improvement of crystallinity and flatness of the semiconductor region 3. . That is, the buffer layer 2 can favorably take over the crystal orientation of the substrate 1 made of silicon. As a result, the n-type semiconductor region 3 can be favorably formed on the main surface of the buffer layer 2 with the crystal orientations aligned. Therefore, the characteristics of the GaN semiconductor region 3 are improved and the diode characteristics are also improved. (5) When the semiconductor region 3 made of a nitride-based compound is formed via the buffer layer 2 formed by laminating a plurality of first layers 8 and second layers 9, the flatness of the semiconductor region 3 is improved.
That is, if one main surface of the substrate 1 made of silicon is
When a buffer layer composed of only the aN semiconductor layer is formed, a large difference in lattice constant between silicon and GaN makes it impossible to form a GaN-based semiconductor region having excellent flatness on the upper surface of this buffer layer. Further, if the buffer layer 2 is formed relatively thick only with the first layer 8,
The resistance of the buffer layer increases. Moreover, if the buffer layer 2 is formed to be relatively thin with only the first layer 9, a sufficient buffer function cannot be obtained. On the other hand, in the present embodiment, the composite of the first layer 8 made of AlN and the second layer 9 made of GaN between the substrate 1 and the GaN semiconductor region 3 has a relatively small lattice constant difference from silicon. Since the buffer layer 2 composed of layers is interposed, the flatness of the GaN semiconductor region 3 is improved. As a result, a Schottky barrier is favorably formed between the GaN semiconductor region 3 and the first electrode 5. (6) Since the first electrode 5 and the second electrode 6 are arranged so as to face each other, if a forward voltage is applied between them,
A forward current flows in the thickness direction (longitudinal direction) of the semiconductor substrate 4. Therefore, the resistance value and the voltage between the first electrode 5 and the second electrode 6 can be reduced, and the power consumption can be reduced. (7) A plurality of first layers 8 included in the buffer layer 2
Since each of them is set to a thickness at which a quantum mechanical tunnel effect occurs, an increase in the resistance of the buffer layer 2 can be suppressed. (8) It is possible to suppress the occurrence of strain due to the difference in thermal expansion coefficient between the substrate 1 and the GaN semiconductor region 3. That is, since the coefficient of thermal expansion of silicon and the coefficient of thermal expansion of GaN are significantly different, if the both are directly laminated, distortion due to the difference in coefficient of thermal expansion is likely to occur. However, in this embodiment, the first layer 8 and the second layer
The coefficient of thermal expansion of the buffer layer 2 composed of the composite layer of the layer 9 and the layer 9 has an intermediate value between the coefficient of thermal expansion of the substrate 1 and the coefficient of thermal expansion of the GaN semiconductor region 3. Therefore, the buffer layer 2 can suppress the occurrence of strain due to the difference in thermal expansion coefficient between the substrate 1 and the GaN semiconductor region 3. (9) A cathode electrode, that is, a second electrode 6 as compared with a conventional Schottky barrier diode using a sapphire substrate.
Formation is facilitated. That is, in the case of a conventional Schottky barrier diode using a sapphire substrate, a part corresponding to the n-type semiconductor region 3 of FIGS. 1 and 2 is removed and provided below the n-type semiconductor region 3. to expose part of the n + type semiconductor region, cathode to the exposed n + type semiconductor region - it has become necessary to connect the cathode electrode. Therefore, the conventional Schottky barrier diode has a drawback that the cathode electrode is difficult to form, and that the area of the n-type semiconductor region is large to form the cathode electrode. The Schottky barrier diode of FIGS. 1 and 2 does not have the above drawbacks. (10) The crystal orientation of the main surface 1a of the silicon substrate 1 is set to (1
11) Since the surface is just, the number of steps in the semiconductor region 3 is reduced.

【0026】[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A
lInGaN(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Al0.5In0.01Ga0.4 9N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。
Second Embodiment The configuration of the buffer layer 2 of the first embodiment can be changed. FIG. 5 shows a part of the buffer layer 2a according to the second embodiment that can be used for a Schottky barrier diode. The buffer layer 2a in FIG. 5 is formed by alternately stacking a plurality of first layers 8a and a plurality of second layers 9a. The first layer 8a is represented by the chemical formula Al x In y Ga 1-xy N, where x and y are represented by 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, and x + y ≦ 1. It is made of a material that can That is, the first layer 8a is made of AlN (aluminum nitride), AlGaN (gallium aluminum nitride),
AlInN (Indium Aluminum Nitride), and A
It is formed of a material selected from lInGaN (gallium indium aluminum nitride). In the embodiment of FIG. 5, the formula of x is 0.5, y is equivalent to material which is a 0.01 Al 0.5 In 0.01 Ga 0.4 9 N first layer 8a
Is used for. The first layer 8a is an extremely thin film having an insulating property. The first layer 8a containing aluminum has a lattice constant and a thermal expansion coefficient which are intermediate values between the lattice constant and the thermal expansion coefficient of the silicon substrate 1 and the semiconductor region 3.

【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、AlN、InN、InGaN、AlGaN、A
lInN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Al0.05In0.35
Ga0.6N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。
The second layer 9a is of the chemical formula Al a In b Ga 1 -ab N, where a and b are any numerical values satisfying 0 ≦ a <1, 0 ≦ b <1, a + b ≦ 1, It is a thin film of semiconductor made of a material that can be represented by. That is, the second layer 9a is formed of, for example, GaN, AlN, InN, InGaN, AlGaN, A.
It is formed of one selected from lInN and AlInGaN. In the embodiment of FIG. 5, a in the above equation is 0.05,
Al 0.05 In 0.35 corresponding to the material in which b is 0.35
Ga 0.6 N is used for the second layer 9a. The gap between the valence band and the conduction band of the second layer 9a, that is, the band gap, is larger than the band gap of the first layer 8a.
In order to reduce the resistance of the second layer 9a, the Al content a
Is smaller than the Al ratio x of the first layer 8a, for example, 0.
It is desirable to set it to 8 or less, more preferably 0.1 or less. The second layer 9a functions as a semiconductor having a relatively small resistance value, and has a function of electrically connecting the first layers 8a to each other.

【0028】次に、第1の層8aがAl0.5In0.01
0.49N、第2の層9aがAl0.05In0.35Ga0.6
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(MetalOrganic Chem
ical 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9
a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1
4μmol/min、TMGガスの流量を31μmol
/min、TMInガスの流量を47μmol/mi
n、NH3ガスの流量即ちNH3の供給量を約0.23m
ol/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7
50℃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S
iH4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46
μmol/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
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Al0.5In0.01Ga
0.49Nから成る第1の層8aとAl0.05In0.35Ga
0.6N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Al0.5In0.01
0.49Nから成る第1の層8a、Al0.05In0.35Ga
0.6N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。
Next, the first layer 8a is formed of Al 0.5 In 0.01 G.
a 0.49 N, the second layer 9a is Al 0.05 In 0.35 Ga 0.6 N
A method of manufacturing the buffer layer 2a that has been described will be described. The buffer layer 2a is formed on the main surface 1a of the substrate 1 having a (111) just surface similar to that of the first embodiment. The buffer layer 2a is formed by the well-known MOCVD (Metal Organic Chem).
ical vapor deposition), that is, the first layer 8a made of Al 0.5 In 0.01 Ga 0.49 N and the second layer 9 made of Al 0.05 In 0.35 Ga 0.6 N by metal organic chemical vapor deposition.
It is formed by repeatedly laminating a and a. That is,
The silicon single crystal substrate 1 is placed in a reaction chamber of an MOCVD apparatus, and first, thermal annealing is performed to remove the oxide film on the surface. Next, TMA (trimethylaluminum) gas, TMG (trimethylgallium) gas, TMIn (trimethylindium) gas and NH3 are placed in the reaction chamber.
(Ammonia) gas is supplied for about 24 seconds to form a first layer 8a of Al 0.5 In 0.01 Ga 0.49 N having a thickness T1 of about 5 nm, that is, about 50 angstroms on one main surface of the substrate 1.
To form. In this embodiment, the heating temperature of the substrate 1 is 800 ° C.
After that, the flow rate of TMA gas, that is, the supply amount of Al is about 1
4 μmol / min, TMG gas flow rate 31 μmol
/ Min, the flow rate of TMIn gas is 47 μmol / mi
n, flow rate of NH 3 gas, that is, NH 3 supply amount is about 0.23 m
ol / min. Then, the supply of TMA gas, TMG gas and TMIn gas is stopped, and the heating temperature of the substrate 1 is set to 7
Lower the temperature to 50 ° C, then TMA gas, TMG gas,
TMIn gas, NH 3 (ammonia) gas, and S
The iH 4 gas is supplied for about 83 seconds to form a second layer 9a of Al 0.05 In 0.35 Ga 0.6 N having a thickness T2 of 30 nm, that is, 300 Å on the upper surface of the first layer 8a. SiH 4 gas is for introducing Si as an n-type impurity. In this embodiment, the flow rate of TMA gas is 2.8 μmol / min and the flow rate of TMG gas is 46.
μmol / min, flow rate of TMIn gas is 59 μmol
/ Min, the flow rate of NH 3 gas, that is, the supply amount of NH 3 is about 0.
23 mol / min, the flow rate of SiH 4 gas, that is, the supply amount of SiH 4 was set to about 21 nmol / min. In this embodiment, the above-described Al 0.5 In 0.01 Ga 0 .49 formation of the first layer 8a and the second layer 9a made of Al 0.05 In 0.35 Ga 0.6 N of N was repeated 10 times Al 0.5 In 0.01 Ga
First layer 8a of 0.49 N and Al 0.05 In 0.35 Ga
The buffer layer 2a is formed by alternately stacking 20 layers of the second layers 9a of 0.6 N. Of course Al 0.5 In 0.01 G
a 0.49 N first layer 8a, Al 0.05 In 0.35 Ga
The second layer 9a made of 0.6 N can be changed to any number such as 50 layers.

【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2
a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。
The buffer layer 2a of the second embodiment shown in FIG. 5 has the same effect as that of the first embodiment shown in FIG. 1, and further, since the buffer layer 2a contains indium, the buffer layer 2a has the same effect. Buffer layer 2 as compared to the case where indium is not included
It has an effect that the coefficient of thermal expansion of a can be approximated to that of the silicon substrate 1.

【0030】[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 AlxyGa1-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AlBG
aN(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Al0.5
Ga0.5N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。
[Third Embodiment] A buffer layer 2b of a third embodiment shown in FIG. 6 is a modification of the buffer layer 2 of FIG. 1, and is formed by alternately laminating first and second layers 8b and 9b. Become. The first layer 8b is here formula Al x B y Ga 1-xy N, x, y are, 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, any numerical value satisfying x + y ≦ 1 be represented by, It is made of a material that can That is, the first layer 8b is formed of AlN (aluminum nitride), AlGaN (gallium aluminum nitride),
AlBN (Boron Nitride Aluminum) and AlBG
It is made of a material selected from aN (gallium boron aluminum nitride). In the embodiment of FIG. 6, Al 0.5 corresponding to a material in which x is 0.5 and y is 0 in the above formula.
Ga 0.5 N is used for the first layer 8b. The first layer 8b is an extremely thin film having an insulating property. First layer 8b
The lattice constant and the thermal expansion coefficient of are closer to those of the silicon substrate 1 than those of the second layer 9b.

【0031】第2の層9bは、 化学式 AlabGa1-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、BN、AlN、BGa
N、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B0.3Ga
0.7N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。
The second layer 9b has a chemical formula of Al a B b Ga 1-ab N, where a and b are any numerical values satisfying 0 ≦ a <1, 0 ≦ b <1, a + b ≦ 1, It is a thin film of semiconductor made of a material that can be represented by. That is, the second layer 9b is made of Al,
A layer containing at least one element selected from B and Ga and N, for example, GaN, BN, AlN, BGa
It is formed of one selected from N, AlGaN, AlBN, and AlBGaN. In the embodiment of FIG. 6, B 0.3 Ga corresponding to a material in which a is 0 and b is 0.3 in the above formula
0.7 N is used for the second layer 9b. Second layer 9b
The gap between the valence band and the conduction band, that is, the band gap is larger than the band gap of the first layer 8b.

【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31μmo
l/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8
5秒間供給して、第1の層8bの上面に、厚さT2が3
0nm即ち300オングストロームのn形のB0.3Ga
0.7N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A
0.5Ga0.5Nから成る第1の層8bとB0.3Ga0.7
から成る第2の層9bの形成を10回繰り返してAl
0.5Ga0.5N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。
The buffer layer 2b comprises a first layer 8b made of Al 0.5 Ga 0.5 N and a B 0.3 Ga layer formed on the main surface 1a of the substrate 1 having the (111) just plane by the well-known MOCVD, that is, metalorganic chemical vapor deposition. It is formed by repeatedly laminating the second layer 9b made of 0.7 N. That is, the silicon single crystal substrate 1 is placed in the reaction chamber of the MOCVD apparatus, and first, thermal annealing is performed to remove the oxide film on the surface. Next, in the reaction chamber, TMA (trimethylaluminum) gas, TMG (trimethylgallium) gas,
NH 3 (ammonia) gas is supplied for about 27 seconds, and the first layer 8b made of Al 0.5 Ga 0.5 N having a thickness T1 of about 5 nm, that is, about 50 angstroms is formed on one main surface of the substrate 11.
To form. In this embodiment, the heating temperature of the substrate 1 is 1080
After the temperature is set to ℃, the flow rate of TMA gas, that is, the supply amount of Al is about 31 μmol / min, and the flow rate of TMG gas is 31 μmo.
The flow rate of NH 3 gas, that is, the supply amount of NH 3 was set to about 0.14 mol / min. Then, the supply of TMA gas is stopped, the heating temperature of the substrate 1 is lowered to 1120 ° C.,
After that, about 8 TEB (triethylboron) gas, TMG gas, NH 3 (ammonia) gas, and SiH 4 gas are added.
After being supplied for 5 seconds, the thickness T2 is 3 on the upper surface of the first layer 8b.
0 nm or 300 angstrom n-type B 0.3 Ga
A second layer 9b made of 0.7 N is formed. In addition, SiH 4
The gas is for introducing Si as an n-type impurity into the second layer 9b. In this embodiment, the TEB gas flow rate, that is, the boron supply amount is 75 μmol / min, the TMG gas flow rate, that is, the gallium supply amount is 63 μmol / min,
The flow rate of NH 3 gas, that is, the supply amount of NH 3 is about 0.14 mol.
/ Min, the flow rate of SiH 4 gas, that is, the supply amount of SiH 4 was about 21 nmol / min. In the present embodiment, the above A
1 0.5 Ga 0.5 N first layer 8b and B 0.3 Ga 0.7 N
The formation of the second layer 9b consisting of Al is repeated 10 times.
A buffer layer 2b is formed by alternately stacking a total of 20 first layers 8b made of 0.5 Ga 0.5 N and second layers 9b made of B 0.3 Ga 0.7 N. Of course, the first layer 8b made of Al 0.5 Ga 0.5 N and the second layer 9b made of B 0.3 Ga 0.7 N can be changed to an arbitrary number such as 50 layers.

【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。
The buffer layer 2b of FIG. 6 has the same effect as the buffer layer 2 of FIG. 1, and further, since the second layer 9b contains boron, the second layer 9b does not contain boron. As compared with the case, it is more robust, and has an effect that the second layer 9b can be formed relatively thick while preventing the occurrence of cracks.

【0034】[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。
Fourth Embodiment Next, a semiconductor device of a fourth embodiment will be described with reference to FIG. However, in FIG. 7, parts that are substantially the same as those in FIG. 1 are assigned the same reference numerals and explanations thereof are omitted.

【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。
The semiconductor device shown in FIG. 7 is obtained by providing a transistor 20 as another semiconductor element on the silicon substrate 1 of the Schottky barrier diode shown in FIG. The transistor 20 comprises a collector region C, a base region B and an emitter region E formed in a P-type semiconductor region 21 for element isolation. In this way, by combining the Schottky barrier diode and the transistor, it is possible to reduce the size and cost of the circuit device including them.

【0036】[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)、A
lInN(窒化インジウム アルミニウム)、AlGa
N(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、8
a、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、9
a、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。
[Modification] The present invention is not limited to the above-described embodiment, and the following modifications are possible. (1) The substrate 1 can be made of polycrystalline silicon other than single crystal silicon or a silicon compound such as SiC. (2) The conductivity type of each layer of the semiconductor substrate 4 can be reversed from that of the embodiment. (3) The semiconductor region 3 is formed of GaN (gallium nitride), A
lInN (indium aluminum nitride), AlGa
A gallium nitride-based compound semiconductor or an indium nitride-based compound semiconductor selected from N (gallium aluminum nitride), InGaN (gallium indium aluminum), and AlInGaN (gallium indium aluminum nitride) can be used. (4) First layers 8, 8 of the buffer layers 2, 2a, 2b
The number of a and 8b is one more than that of the second layers 9, 9a and 9b, and the uppermost layer of the buffer layers 2, 2a and 2b is the first layer 8,
8a, 8b. On the contrary, the number of the second layers 9, 9a and 9b can be increased by one layer more than the number of the first layers 8, 8a and 8b. (5) First layers 8, 8a, 8b and second layers 9, 9
a and 9b may contain impurities as long as they do not hinder these functions. (6) A laminated body including an AlN layer and a GaInN layer can be further interposed between the substrate 1 and the buffer layers 2, 2a and 2b. Thereby, the forward voltage of can be further reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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。
FIG. 1 is a central longitudinal sectional view schematically showing a sailboat barrier diode according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のシヨットキバリアダイオ−ドの斜視図で
ある。
FIG. 2 is a perspective view of the sailboat barrier diode of FIG.

【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。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the sailboat barrier diode of FIG. 1 in an enlarged manner in the order of manufacturing steps.

【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。
4 is a diagram showing the relationship between the thickness and the voltage of the second layer of the buffer layer of the sailboat barrier diode of FIG.

【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。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a part of a substrate and a buffer layer of the sailboat barrier diode of the second embodiment.

【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。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a part of a substrate and a buffer layer of a sailboat barrier diode according to a third embodiment.

【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。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a semiconductor device including a sailboat barrier diode according to a fourth embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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 1 Substrate made of silicon single crystal 2, 2a, 2b buffer layer 8, 8a, 8b First layer 9, 9a, 9b Second layer 3 Semiconductor area

フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 AA04 BB07 BB14 CC03 DD99 GG03 5F038 AV05 AV20 EZ02 EZ14 EZ20 5F045 AA04 AB09 AB14 AB17 AB18 AC01 AC08 AC12 AD15 AF03 AF13 BB08 DA53 EB13 EE12Continued front page    F-term (reference) 4M104 AA04 BB07 BB14 CC03 DD99                       GG03                 5F038 AV05 AV20 EZ02 EZ14 EZ20                 5F045 AA04 AB09 AB14 AB17 AB18                       AC01 AC08 AC12 AD15 AF03                       AF13 BB08 DA53 EB13 EE12

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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 AlxyGa1-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る第1の層と、 化学式 AlabGa1-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る第2の層
との複合層と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。
1. A substrate comprising a nitride compound semiconductor, comprising a substrate made of silicon or a silicon compound containing impurities and having a low resistivity, and one main surface of the substrate. A buffer layer disposed on the buffer layer, a nitride-based compound semiconductor region disposed on the buffer layer, a first electrode in contact with the surface of the semiconductor region in a Schottky barrier, and on the other main surface of the substrate. A second electrode in ohmic contact, the buffer layer comprising:
Here the formula Al x M y Ga 1-xy N, wherein M is, In
At least one element selected from (indium) and B (boron), and the material in which x and y are values satisfying 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, x + y ≦ 1, And a chemical formula of Al a M b Ga 1 -ab N, wherein M is at least one element selected from In (indium) and B (boron), and a and b are A yacht barrier barrier diode comprising a composite layer of a material represented by 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b <1, and a + b ≦ 1 and a second layer formed of the material.
【請求項2】 前記第1の層はAlxGa1-xNから成
り、 前記第2の層は、AlaGa1-aNから成ることを特徴と
する請求項1記載のシヨットキバリアダイオード。
2. The seashore barrier according to claim 1, wherein the first layer is made of Al x Ga 1-x N and the second layer is made of Al a Ga 1-a N. diode.
【請求項3】 前記第1の層はAlxInyGa1-x-y
から成り、前記第2の層は、AlaInbGa1-a-bNか
ら成り、前記第1及び第2の層の少なくとも一方にIn
(インジウム)が含ま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。
3. The first layer is Al x In y Ga 1-xy N
The second layer is made of Al a In b Ga 1 -ab N, and In is contained in at least one of the first and second layers.
The yacht barrier diode according to claim 1, which contains (indium).
【請求項4】 前記第1の層は、Alxya1-x-yNか
ら成り、前記第2の層は、Alaba1-a-bNから成
り、前記第1及び第2の層の少なくとも一方にB(ボロ
ン)が含ま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。
Wherein said first layer consists Al x B y G a1-xy N, wherein the second layer is Al a consist B b G a1-ab N, wherein the first and second The chain barrier diode according to claim 1, wherein B (boron) is contained in at least one of the layers.
【請求項5】 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又は2又
は3又は4記載のシヨットキバリアダイオード。
5. The buffer layer comprises a plurality of the first and second layers, and the first layers and the second layers are alternately laminated. Alternatively, the sailboat barrier diode according to 2 or 3 or 4.
【請求項6】 前記バッファ層における前記第1の層の
厚みが0.5nm〜10nm、及び前記第2の層の厚み
が0.5nm〜300nmであることを特徴とする請求
項1又は2又は3記載のシヨットキバリアダイオード。
6. The buffer layer according to claim 1, wherein the first layer has a thickness of 0.5 nm to 10 nm, and the second layer has a thickness of 0.5 nm to 300 nm. 3. A sailboat barrier diode according to 3.
【請求項7】 前記バッファ層における前記第1の層の
厚みが0.5nm〜10nm、及び前記第2の層の厚み
が10nm〜300nmであることを特徴とする請求項
1又は2又は3記載のシヨットキバリアダイオード。
7. The buffer layer according to claim 1, wherein the first layer has a thickness of 0.5 nm to 10 nm, and the second layer has a thickness of 10 nm to 300 nm. Cayottki barrier diode.
【請求項8】 前記第2の層はn形不純物としてシリコ
ンを含むことを特徴とする請求項1又は2又は3記載の
シヨットキバリアダイオード。
8. The sailboat barrier diode according to claim 1, wherein the second layer contains silicon as an n-type impurity.
【請求項9】 前記基板の前記バッファ層が配置されて
いる側の主面は、ミラー指数で示す結晶の面方位におい
て(111)ジャスト面又は(111)面から−4度か
ら+4度の範囲で傾いている面であ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。
9. The main surface of the substrate on the side where the buffer layer is arranged is in the (111) just plane or in the range of −4 to +4 degrees from the (111) plane in the crystal plane orientation indicated by the Miller index. The sailboat barrier diode according to claim 1, wherein the sailboat barrier diode is a surface that is inclined at.
【請求項10】 前記半導体領域は、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)、I
nGaN(窒化ガリウム インジウム)、及びAlIn
GaN(窒化ガリウム インジウム アルミニウム)か
ら選択されたものから成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。
10. The semiconductor region comprises GaN (gallium nitride), AlInN (indium aluminum nitride), AlGaN (gallium aluminum nitride), I.
nGaN (Indium gallium nitride), and AlIn
The chain barrier diode according to claim 1, wherein the shell diode is selected from GaN (gallium indium aluminum nitride).
【請求項11】 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 AlxyGa1-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る第1の層と、 化学式 AlabGa1-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。
11. A method for manufacturing a chain barrier diode using a nitride-based compound semiconductor, comprising the steps of providing a substrate made of silicon or a silicon compound containing impurities and having a low resistivity, on one main surface of the substrate, by a vapor deposition method, wherein the chemical formula Al x M y Ga 1-xy N, wherein M is, an in (indium) and B (boron)
At least one element selected from, x and y are 0 <x ≦ 1, 0 ≦ y <1, x + y ≦ 1, and a first layer made of a material represented by the following chemical formula: Al a M b Ga 1 -ab N, where M is at least one element selected from In (indium) and B (boron), and a and b are 0 <a ≦ 1 and 0 ≦ b <1 and a value satisfying a + b ≦ 1 are sequentially formed to obtain a buffer layer, and a nitride-based compound semiconductor region is formed on the buffer layer. A step of forming by vapor phase growth, a step of forming a first electrode in contact with the silicon barrier on the surface of the semiconductor region, and a step of forming a second electrode in ohmic contact with the other main surface of the substrate. Cayott Kibalia Daio characterized by having The method of production.
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