JP2006191118A - 窒化ガリウム半導体素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】1〜6μmの厚さを有するn+型ドープしたGaNダイオードから製造した窒化ガリウムベースの半導体ショットキー・ダイオードをサファイア基板の上に配設する。1μmを超える厚さを有するn−型ドープしたGaNダイオードを、複数の細長形の指にパターン化した前記n+型ドープGaNダイオード上に配設し、金属層をn−型ドープGaN層上に配設し、それとの間にショットキー接合を形成する。細長形の指の層厚、長さおよび幅は、降伏電圧が500Vを超え、電流容量が1アンペアを超え、かつ順方向電圧が3V未満である素子を得るように最適化される。
【選択図】図1B
Description
L.P.Hunger、Physics of Semiconductor Materials、Devices、and Circuits、Semiconductor Devices、1〜10貢(1970)
本発明の別の目的は窒化ガリウムショットキー・ダイオード半導体素子を提供することにある。
Ecr AlGaN=(Eg AlGaN)2/Ecr GaN
Claims (28)
- 窒化ガリウムベースの半導体ダイオードであって、
基板と、
前記基板の上に配設された1〜6μmの厚さを有するn+型ドープGaN層と、
前記n+型ドープGaN層上に配設された1μmを超える厚さを有するn−型ドープGaN層と、
前記n−型ドープGaN層の上に配設され、かつそれとのショットキー接合を形成する金属層とを含んだ窒化ガリウムベースの半導体ダイオード。 - 前記金属層はNi、Pt、Au、Co、Pd、Mo、Cr、Rh、Re、PtSo、およびNiSiから成るグループから選択された金属の1つを含む請求項1に記載のダイオード。
- 前記n+型ドープGaN層は少なくとも1018/cm3の濃度まで不純物でドープされた請求項1に記載のダイオード。
- 前記n−型ドープGaN層は5×1014〜5×1017/cm3の範囲の濃度まで不純物でドープされた請求項1に記載のダイオード。
- 前記n+型層の一部の上に配設されかつ前記素子のコンタクト・ボンディング面を形成するように、前記n+型GaN層上にオーミック・コンタクトをなす金属層をさらに含む請求項1に記載のダイオード。
- 前記n−型ドープ層は共通の中央領域から両反対方向に直角に延びる一続きの平行の細長い指領域内にパターン化された請求項1に記載のダイオード。
- 得られるダイオードが少なくとも4アンペアの電流容量で、2V未満の順方向電圧を有するように、前記指領域の各々の幅は少なくとも30μmで、200μm未満であり、指間の間隔は5〜150μmであり、指の長さは50〜9600μmである降伏電圧が少なくとも200Vであるが500V未満の請求項6に記載のダイオード。
- 得られるダイオードが少なくとも1アンペアの電流容量で、3V未満の順方向電圧を有するように、前記指領域の各々の幅は少なくとも30μmで、200μm未満であり、指間の間隔は5〜150μmであり、指の長さは50〜9600μmである、降伏電圧が500Vを超える請求項6に記載のダイオード。
- 得られるダイオードが500Vを超える降伏電圧および1アンペアを超える電流容量を有するように、前記指領域の各々の長さは約1600μmである請求項6に記載のダイオード。
- 得られるダイオードが200Vを超えかつ500V未満の降伏電圧および4アンペアを超える電流容量を有するように、前記指領域の各々の長さは約1600μmである請求項6に記載のダイオード。
- 得られるダイオードが4アンペアを超える電流容量で、2V未満の順方向電圧を有するように、前記指領域の各々の幅は約50μmで、指間の間隔は約26μmである降伏電圧が少なくとも200Vであるが500V未満の請求項6に記載のダイオード。
- 得られるダイオードが1アンペアを超える電流容量で、3V未満の順方向電圧を有するように、前記指領域の各々の幅は少なくとも50μmで、指間の間隔は約26μmである降伏電圧が少なくとも500Vである請求項6に記載のダイオード。
- 前記n−型層と前記金属層との間に被着されたAlGaN層をさらに含む請求項1に記載のダイオード。
- 素子の大きな低い抵抗のコンタクト・ボンディング面を形成するように、前記金属層の上に被着されかつ前記指領域の各々の上に延びるアルミニウム・コンタクト層をさらに含む請求項6に記載のダイオード。
- 前記基板はサファイアである請求項1に記載のダイオード。
- 前記基板はシリコンである請求項1に記載のダイオード。
- アルミニウム・コンタクト層とn−型ドープGaN層との間の接触を防ぐために、前記n−型ドープGaN層の上のパターン化した誘電体層をさらに含む請求項14に記載のダイオード。
- その活性面をダイ設置面に向けた状態で前記ダイオードをパッケージングできるように、前記金属層は前記素子の一端子用のフリップ・チップ結合面を形成する請求項5に記載のダイオード。
- その活性面をダイ設置面に向けた状態で前記ダイオードをパッケージングできるように、前記アルミニウム・コンタクト層は前記素子の一端子用のフリップ・チップ結合面を形成する請求項14に記載のダイオード。
- ショットキー・ダイオード半導体素子であって、
基板と、
前記基板上に配設されかつ上面を有する窒化ガリウム半導体構造であり、前記構造は第1の導電型の下部半導体層と、前記下部半導体層の一部の上に配設されかつ複数のメサ構造を形成する第1の導電型の上部半導体層と、前記上部半導体層の上に配設されかつ下部コンタクト面から上方に突出する前記複数のメサ構造の各々の上にショットキー接合を形成する第1の金属層を含み、
前記複数のメサ構造の各々は前記上部層の一部を含みかつ前記下部コンタクト面の一部によって前記複数のメサ構造の隣接するメサ構造から離間された窒化ガリウム半導体構造を含み、
前記下部および上部半導体層の厚さは、前記ダイオードが500Vを超える逆降伏電圧および少なくとも1アンペアの電流容量を有するように選択されるショットキー・ダイオード半導体素子。 - ショットキー・ダイオード半導体素子であって、
基板と、
前記基板上に配設されかつ上面を有する窒化ガリウム半導体構造であり、前記構造は第1導電型の下部半導体層と、前記下部半導体層の一部の上に配設されかつ複数のメサ構造を形成する第1導電型の上部半導体層と、前記上部半導体層の上に配設されかつ下部コンタクト面から上方に突出する前記複数のメサ構造の各々の上にショットキー接合を形成する第1の金属層を含み、
前記複数のメサ構造の各々は前記上部層の一部を含みかつ前記下部コンタクト面の一部によって前記複数のメサ構造の隣接するメサ構造から離間された窒化ガリウム半導体構造を含み、
前記下部および上部半導体層の厚さは、少なくとも4アンペアの電流容量で前記ダイオードが200Vを超え、500V未満の逆降伏電圧を有するように選択されるショットキー・ダイオード半導体素子。 - ショットキー・ダイオード半導体素子であって、
基板と、
前記基板上に配設されかつ上面を有する窒化ガリウム半導体構造であり、前記構造は下部半導体層と、前記下部半導体層の一部の上に配設されかつ複数のメサ構造を形成する上部半導体層とを含み、前記下部半導体層および前記上部半導体層は同じ導電型であり、かつ前記下部半導体層は前記上部半導体層よりも高濃度でドープされた窒化ガリウム半導体構造と、
前記上部半導体層の上に配設されかつ下部コンタクト面から上方に突出する前記複数のメサ構造の各々の上にショットキー接合を形成する第1の金属層であり、前記複数のメサ構造の各々は前記上部層の一部を含みかつ前記下部コンタクト面の一部によって前記複数のメサ構造のうち隣接するメサ構造から離間された上部コンタクト面を定める第1の金属層と、
前記第1の金属層の上に配設されかつ前記メサ構造上のショットキー素子の各々と電気的接触を形成する第2の金属層とを含み、
前記下部および上部半導体層の厚さは、前記ダイオードが500Vを超える逆降伏電圧および少なくとも1アンペアの電流容量を有するように選択されるショットキー・ダイオード半導体素子。 - ショットキー・ダイオード半導体素子であって、
基板と、
前記基板上に配設されかつ上面を有する窒化ガリウム半導体構造であり、前記構造は下部半導体層と、前記下部半導体層の一部の上に配設されかつ複数のメサ構造を形成する上部半導体層とを含み、前記下部半導体層および前記上部半導体層は同じ導電型であり、かつ前記下部半導体層は前記上部半導体層よりも高濃度でドープされた窒化ガリウム半導体構造と、
前記上部半導体層の上に配設されかつ前記下部コンタクト面から上方に突出する複数のメサ構造の各々の上にショットキー接合を形成する第1の金属層であり、前記複数のメサ構造の各々は前記上部層の一部を含みかつ前記下部コンタクト面の一部によって前記複数のメサ構造の隣接するメサ構造から離間された上部コンタクト面を定める第1の金属層と、
前記第1の金属層の上に配設されかつ前記メサ構造上のショットキー素子の各々と電気的接触を形成する第2の金属層とを含み、
前記下部および上部半導体層の厚さは、少なくとも4アンペアの電流容量で、前記ダイオードが200Vを超え、500V未満を超える逆降伏電圧を有するように選択されるショットキー・ダイオード半導体素子。 - ガリウムベースの半導体ダイオードを製造する方法であって、
基板を提供する工程と、
前記基板の上に1〜6μmの厚さを有するn+型ドープGaN層を形成する工程と、
前記基板上に1μmを超える厚さを有するn+型ドープGaN層を形成する工程と、
前記n−型ドープGaN層の上にそれとのショットキー接合を形成するように金属層を形成する工程とを含んだ方法。 - 前記n+GaN層とのオーミック・コンタクトを形成するように、かつ前記素子のコンタクト・ボンディングを形成するように、前記n+層の少なくとも一部の上に金属層を被着する工程をさらに含む請求項24に記載の方法。
- 共通の中央領域から両反対方向に直角に延びる一続きの平行の細長い指領域内に前記n−型ドープ層をパターン化する工程をさらに含み、得られるダイオードが、500Vを超える降伏電圧で、少なくとも1アンペアの電流容量で、3V未満の順方向電圧を有するように、各指領域の幅は約50μmであり、かつ5〜150μmの間隔である請求項24に記載の方法。
- 共通の中央領域から両反対方向に直角に延びる一続きの平行の細長い指領域内に前記n−型ドープ層をパターン化する工程をさらに含み、得られるダイオードが、200〜500Vの降伏電圧で、少なくとも4アンペアの電流容量で、2V未満の順方向電圧を有するように、各指領域の幅は約50μmであり、かつ5〜150μmの間隔である請求項24に記載の方法。
- 素子の熱放散のために前記基板の熱抵抗を低減するように、前記基板を10ミル未満の厚さまで薄膜化する工程をさらに含む請求項24に記載の方法。
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