JP2006216576A - Compound semiconductor device - Google Patents

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Jun Komiyama
純 小宮山
Yoshihisa Abe
芳久 阿部
Shunichi Suzuki
俊一 鈴木
Hideo Nakanishi
秀夫 中西
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Coorstek KK
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Toshiba Ceramics Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compound semiconductor device exhibiting high efficiency and a high breakdown voltage while reducing energy loss. <P>SOLUTION: On an Si single crystal substrate 2 of n conductivity type having a crystal face orientation of ä111} and carrier concentration of 10<SP>16</SP>-10<SP>21</SP>/cm<SP>3</SP>(≈resistivity of 1-0.00001 Ωcm), a 3C-SiC single crystal buffer layer 3 of n conductivity type having a thickness of 0.05-2 μm and carrier concentration of 10<SP>16</SP>-10<SP>21</SP>/cm<SP>3</SP>, a hexagonal In<SB>w</SB>Ga<SB>x</SB>Al<SB>1-w-x</SB>N single crystal buffer layer 4 (0≤w<1, 0≤x<1, w+x<1) having a thickness of 0.01-0.5 μm, and a hexagonal In<SB>y</SB>Ga<SB>z</SB>Al<SB>1-y-z</SB>N single crystal layer 5 of n conductivity type (0≤y<1, 0<z≤1, y+z≤1) having a thickness of 0.1-5 μm and carrier concentration of 10<SP>11</SP>-10<SP>16</SP>/cm<SP>3</SP>(≈resistivity of 1-100,000 Ωcm) are formed sequentially. Furthermore, a back electrode 6 is formed on the back of the Si single crystal substrate 2 and a surface electrode 7 is formed on the surface of the hexagonal In<SB>y</SB>Ga<SB>z</SB>Al<SB>1-y-z</SB>N single crystal layer 5. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、短波長半導体発光デバイス、高周波および高効率半導体デバイス等に用いられる3C−SiC(立方晶炭化ケイ素)と、GaN(六方晶窒化ガリウム)およびAlN(六方晶窒化アルミニウム)に代表される窒化物等の化合物半導体単結晶膜とからなる化合物半導体デバイスに関する。   The present invention is represented by 3C-SiC (cubic silicon carbide), GaN (hexagonal gallium nitride), and AlN (hexagonal aluminum nitride) used for short wavelength semiconductor light emitting devices, high frequency and high efficiency semiconductor devices, and the like. The present invention relates to a compound semiconductor device including a compound semiconductor single crystal film such as a nitride.

化合物半導体は、シリコンよりも電子移動速度がはるかに速いため高速信号処理に優れ、低電圧で動作したり、光に反応したり、マイクロ波を出したりと優れた特性を備えている。このような優れた物性から、化合物半導体を用いたデバイスは、現在主流である半導体シリコンによるデバイスの物性限界を凌駕するものとして期待されている。
これまでにも、例えば、ショットキバリアダイオードとして、Si基板上に、バッファー層を介して窒化物系化合物半導体単結晶層が積層されたもの等が知られている(特許文献1参照)。
特開2003−60212号公報
Compound semiconductors are superior in high-speed signal processing because they have a much higher electron transfer speed than silicon, and have excellent characteristics such as operating at a low voltage, reacting to light, and emitting microwaves. Due to such excellent physical properties, devices using compound semiconductors are expected to surpass the physical property limits of semiconductor silicon, which is currently the mainstream.
Conventionally, for example, a Schottky barrier diode in which a nitride compound semiconductor single crystal layer is stacked on a Si substrate via a buffer layer is known (see Patent Document 1).
JP 2003-60212 A

しかしながら、上記のような化合物半導体を用いて製造された従来のデバイスは、化合物半導体単結晶からなるバッファー層の抵抗が高く、エネルギー損失を招き、しかも、電極において電界集中が発生して、破壊電圧が理想的な状態に比べてかなり低くなり、実用性において十分であるとは言い難いものであった。
特に、その基本構造であるダイオードにおいては、漏れ電流が多いことによるエネルギー損失により、十分に実用に耐え得るものとすることは困難であった。
However, the conventional device manufactured using the compound semiconductor as described above has a high resistance of the buffer layer made of the compound semiconductor single crystal, which causes energy loss. Was considerably lower than the ideal state, and it was difficult to say that it was sufficient for practical use.
Particularly, in the diode having the basic structure, it has been difficult to sufficiently withstand practical use due to energy loss due to a large amount of leakage current.

上記のような従来品においては、六方晶GaNや六方晶AlNに代表される窒化物による化合物半導体単結晶バッファー層のキャリア濃度が低いことが、抵抗が高くなる原因であるが、このようなバッファー層において、キャリア濃度を高くすることは物理的に困難である。
また、電極における電界集中の緩和のための改良も十分にはなされていない。
In the conventional products as described above, the low carrier concentration of the compound semiconductor single crystal buffer layer made of nitrides typified by hexagonal GaN or hexagonal AlN is the cause of high resistance. In the layer, it is physically difficult to increase the carrier concentration.
Moreover, the improvement for relaxation of the electric field concentration in the electrode has not been made sufficiently.

したがって、化合物半導体デバイスにおいては、上述したような優れた特性を十分に活かし、用途拡大を図るためには、漏れ電流を低減させ、かつ、破壊電圧を高くするための改善策が求められる。   Therefore, in the compound semiconductor device, in order to fully utilize the excellent characteristics as described above and to expand the application, an improvement measure for reducing the leakage current and increasing the breakdown voltage is required.

本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、エネルギー損失が少なく、高効率かつ破壊電圧が高い化合物半導体デバイスを提供することを目的とするものである。   The present invention has been made to solve the above technical problem, and an object of the present invention is to provide a compound semiconductor device with low energy loss, high efficiency, and high breakdown voltage.

本発明に係る化合物半導体デバイスは、結晶面方位{111}、キャリア濃度1016〜1021/cm3(≒抵抗率1〜0.00001Ωcm)、伝導型n型のSi単結晶基板上に、厚さ0.05〜2μm、キャリア濃度1016〜1021/cm3、伝導型n型の3C−SiC単結晶バッファー層と、厚さ0.01〜0.5μmの六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層(0≦w<1、0≦x<1、w+x<1)と、厚さ0.1〜5μm、キャリア濃度1011〜1016/cm3(≒抵抗率1〜100000Ωcm)、伝導型n型の六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層(0≦y<1、0<z≦1、y+z≦1)とが順次積層され、かつ、前記Si単結晶基板の裏面に裏面電極、および、前記六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層の表面に表面電極が形成されていることを特徴とする。
上記のような化合物半導体デバイスによれば、結晶面方位{111}とすることにより、アンチフェーズバウンダリー欠陥の発生が低減され、欠陥への電界集中を緩和することができるため、破壊電圧を従来に比べて1.5倍にすることができる。また、3C−SiC単結晶バッファー層により、キャリア濃度を高くすることができるため、通電した際、従来に比べて抵抗を1/2程度に低減することができる。
The compound semiconductor device according to the present invention has a crystal plane orientation {111}, a carrier concentration of 10 16 to 10 21 / cm 3 (≈resistivity 1 to 0.00001 Ωcm), and a conductive n-type Si single crystal substrate. 0.05 to 2 μm, carrier concentration 10 16 to 10 21 / cm 3 , conductivity type n-type 3C—SiC single crystal buffer layer, and 0.01 to 0.5 μm thick hexagonal In w Ga x Al 1 -wx N single crystal buffer layer (0 ≦ w <1, 0 ≦ x <1, w + x <1), thickness 0.1 to 5 μm, carrier concentration 10 11 to 10 16 / cm 3 (≈resistivity 1 to 100000Omucm), conductivity type n-type hexagonal in y Ga z Al 1-yz n single crystal layer (0 ≦ y <1,0 <z ≦ 1, y + z ≦ 1) and are sequentially stacked, and the Si single back electrode on the back surface of the crystal substrate, and the hexagonal in y Ga z Al 1-yz N single crystal layer A surface electrode is formed on the surface.
According to the compound semiconductor device as described above, by setting the crystal plane orientation to {111}, generation of antiphase boundary defects can be reduced and electric field concentration on the defects can be mitigated. It can be made 1.5 times larger than Further, since the carrier concentration can be increased by the 3C—SiC single crystal buffer layer, the resistance can be reduced to about ½ compared to the conventional case when energized.

前記化合物半導体デバイスにおいては、前記Si単結晶基板および3C−SiC単結晶バッファー層の間に、厚さ0.01〜1μm、キャリア濃度1016〜1021/cm3、伝導型n型のc−BP単結晶バッファー層が挿入形成されていることが好ましい。
c−BP単結晶バッファー層の挿入形成により、3C−SiC単結晶バッファー層のキャリア濃度を一層高くすることができ、通電した際、従来に比べて抵抗を1/5程度に低減することができる。
In the compound semiconductor device, between the Si single crystal substrate and the 3C—SiC single crystal buffer layer, a thickness of 0.01 to 1 μm, a carrier concentration of 10 16 to 10 21 / cm 3 , a conductive n-type c− A BP single crystal buffer layer is preferably inserted and formed.
By inserting and forming the c-BP single crystal buffer layer, the carrier concentration of the 3C-SiC single crystal buffer layer can be further increased, and when energized, the resistance can be reduced to about 1/5 compared to the conventional case. .

また、前記化合物半導体デバイスにおいては、前記六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層が六方晶AlN(w=0、x=0)、かつ、前記六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層が六方晶GaN(y=0、z=1)であることが好ましい。
3C−SiC単結晶バッファー層、六方晶AlNおよび六方晶GaNは、格子定数が段階的に変化し、格子不整合が小さいため、ミスフィット転位を低減することができ、ミスフィット転位への電界集中を緩和して、破壊電圧を従来に比べて2倍にすることができる。
Further, in the above compound semiconductor device, the hexagonal In w Ga x Al 1-wx N single crystal buffer layer is hexagonal AlN (w = 0, x = 0), and the hexagonal In y Ga z Al 1 The -yz N single crystal layer is preferably hexagonal GaN (y = 0, z = 1).
The 3C-SiC single crystal buffer layer, hexagonal AlN and hexagonal GaN have lattice constants that change in a stepwise manner and small lattice mismatch, so that misfit dislocations can be reduced, and electric field concentration on misfit dislocations. Can be relaxed, and the breakdown voltage can be doubled compared to the prior art.

また、前記裏面電極および表面電極は、各々Al、Ti、In、Au、Ni、Pt、W、Pdのうちの少なくともいずれか1つを含む金属で形成され、かつ、裏面電極がオーミック接合、表面電極がショットキ接合であり、かつ、前記3C−SiC単結晶バッファー層、六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層および六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層がオーミック接合であることが好ましい。
このような構成とすることにより、通電した際、従来に比べて抵抗を1/10程度に低減することができる。
The back electrode and the front electrode are each formed of a metal including at least one of Al, Ti, In, Au, Ni, Pt, W, and Pd, and the back electrode is an ohmic junction, a surface electrode is a Schottky junction, and the 3C-SiC single crystal buffer layer, hexagonal in w Ga x Al 1-wx N single crystal buffer layer and the hexagonal in y Ga z Al 1-yz N single crystal layer is an ohmic Bonding is preferable.
By adopting such a configuration, when energized, the resistance can be reduced to about 1/10 compared to the conventional case.

あるいはまた、前記裏面電極および表面電極は、各々Al、Ti、In、Au、Ni、Pt、W、Pdのうちの少なくともいずれか1つを含む金属で形成され、かつ、裏面電極がオーミック接合、表面電極がオーミック接合であり、かつ、前記3C−SiC単結晶バッファー層、六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層および六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層がエネルギー障壁を有するヘテロ接合であることが好ましい。
このような構成により、電界集中を緩和することができ、破壊電圧を従来に比べて3倍にすることができる。
Alternatively, the back electrode and the front electrode are each formed of a metal containing at least one of Al, Ti, In, Au, Ni, Pt, W, and Pd, and the back electrode is an ohmic junction, surface electrode is an ohmic junction, and the 3C-SiC single crystal buffer layer, hexagonal in w Ga x Al 1-wx N single crystal buffer layer and the hexagonal in y Ga z Al 1-yz N single crystal layer A heterojunction having an energy barrier is preferred.
With such a configuration, electric field concentration can be relaxed, and the breakdown voltage can be tripled compared to the conventional case.

さらにまた、前記化合物半導体デバイスにおいては、前記表面電極が2つ以上形成され、各々Al、Ti、In、Au、Ni、Pt、W、Pdのうちの少なくともいずれか1つを含む金属で形成され、かつ、これらの表面電極のうちの少なくとも1つはオーミック接合であり、それ以外はショットキ接合であることが好ましい。
このような構成とすることにより、キャリア濃度が高く、導電性に富んだ3C−SiC単結晶バッファー層およびSi単結晶基板を電極として利用することができ、電界集中を緩和することができるため、破壊電圧を従来に比べて4倍にすることができる。
Furthermore, in the compound semiconductor device, two or more surface electrodes are formed, each formed of a metal including at least one of Al, Ti, In, Au, Ni, Pt, W, and Pd. In addition, at least one of these surface electrodes is preferably an ohmic junction, and the others are preferably Schottky junctions.
With such a configuration, the 3C-SiC single crystal buffer layer and the Si single crystal substrate, which have a high carrier concentration and are highly conductive, can be used as electrodes, and electric field concentration can be reduced. The breakdown voltage can be quadrupled compared to the conventional case.

さらに、前記表面電極の上に、絶縁層と上部電極とが順次積層されていることが好ましい。
このような構成とすることにより、電界集中を一層緩和することができ、破壊電圧を従来に比べて5倍にすることができる。
Furthermore, it is preferable that an insulating layer and an upper electrode are sequentially laminated on the surface electrode.
By adopting such a configuration, the electric field concentration can be further relaxed, and the breakdown voltage can be increased by a factor of 5 compared to the conventional case.

また、前記表面電極は、前記3C−SiC単結晶バッファー層、六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層および六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層の各々に対する面積比が0.2〜0.9であることが好ましい。
表面電極の面積/各化合物半導体層の面積を0.2〜0.9とすることにより、一層、高効率で破壊電圧の高いデバイスを得ることができる。
Further, the surface electrode, the area for each of the 3C-SiC single crystal buffer layer, hexagonal In w Ga x Al 1-wx N single crystal buffer layer and the hexagonal In y Ga z Al 1-yz N single crystal layer The ratio is preferably 0.2 to 0.9.
By setting the area of the surface electrode / the area of each compound semiconductor layer to 0.2 to 0.9, a device with higher efficiency and higher breakdown voltage can be obtained.

上述したとおり、本発明に係る半導体化合物デバイスによれば、バッファー層のキャリア濃度を高くすることができ、抵抗が低減し、デバイスにおけるエネルギー損失を抑制することができる。
また、本発明に係る化合物半導体デバイスは、電界集中が緩和され、高効率かつ破壊電圧が高いことから、ショットキバリアダイオード等として好適に用いることができる。
As described above, according to the semiconductor compound device of the present invention, the carrier concentration of the buffer layer can be increased, the resistance can be reduced, and the energy loss in the device can be suppressed.
Further, the compound semiconductor device according to the present invention can be suitably used as a Schottky barrier diode or the like because electric field concentration is relaxed, high efficiency and high breakdown voltage.

以下、本発明についてより詳細に説明する。
本発明に係る化合物半導体デバイスは、Si単結晶基板上に、3C−SiC単結晶バッファー層と、六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層(0≦w<1、0≦x<1、w+x<1)と、六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層(0≦y<1、0<z≦1、y+z≦1)とが順次積層され、かつ、Si単結晶基板の裏面に裏面電極、および、六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層の表面に表面電極が形成されているものである。
このように、Si単結晶基板上のバッファー層を3C−SiC単結晶および六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶(0≦w<1、0≦x<1、w+x<1)により構成することによって、キャリア濃度を高くすることができ、通電した際、従来に比べて抵抗を1/2程度に低減することができる。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The compound semiconductor device according to the present invention includes a 3C—SiC single crystal buffer layer and a hexagonal In w Ga x Al 1-wx N single crystal buffer layer (0 ≦ w <1, 0 ≦ x on a Si single crystal substrate. <1, w + x and <1), hexagonal In y Ga z Al 1-yz N single crystal layer (0 ≦ y <1,0 <z ≦ 1, y + z ≦ 1) and are sequentially stacked, and, Si single back electrode on the back surface of the crystal substrate, and one in which the surface electrode is formed on the surface of the hexagonal in y Ga z Al 1-yz N single crystal layer.
Thus, the buffer layer on the Si single crystal substrate is made of 3C—SiC single crystal and hexagonal In w Ga x Al 1-wx N single crystal (0 ≦ w <1, 0 ≦ x <1, w + x <1). By configuring, the carrier concentration can be increased, and when energized, the resistance can be reduced to about ½ compared to the conventional case.

本発明におけるSi単結晶基板には、CZ(チョクラルスキー)法により製造されたものに限られず、FZ(フローティングゾーン)法により製造されたもの、および、これらのSi単結晶基板に気相成長によりSi単結晶層をエピタキシャル成長させたもの(Siエピ基板)も用いることができる。
なお、エピタキシャル成長は、結晶性に優れた単結晶層(エピ層)を得ることができ、基板の結晶面方位をエピ層に引き継ぐことができるという利点を有している。
The Si single crystal substrate in the present invention is not limited to those manufactured by the CZ (Czochralski) method, but those manufactured by the FZ (floating zone) method, and vapor phase growth on these Si single crystal substrates. It is also possible to use an Si single crystal layer epitaxially grown (Si epi substrate).
Note that the epitaxial growth has an advantage that a single crystal layer (epi layer) having excellent crystallinity can be obtained and the crystal plane orientation of the substrate can be inherited by the epi layer.

前記Si単結晶基板は、結晶面方位{111}のものが用いられるが、ここでいう面方位{111}には、結晶面方位{111}の微傾斜(約十数度)、あるいは、{211}等の高次面指数の結晶面方位も含まれる。
このように、結晶面方位{111}とすることにより、アンチフェーズバウンダリー欠陥の発生が低減され、欠陥への電界集中を緩和することができ、破壊電圧を従来に比べて1.5倍にすることができる。
As the Si single crystal substrate, one having a crystal plane orientation {111} is used, and the plane orientation {111} here is a slight inclination (about tens of degrees) of the crystal plane orientation {111}, or { 211} and other higher-order plane index crystal plane orientations are also included.
Thus, by setting the crystal plane orientation {111}, the occurrence of anti-phase boundary defects can be reduced, the electric field concentration on the defects can be reduced, and the breakdown voltage can be increased by 1.5 times compared to the conventional case. can do.

また、前記Si単結晶基板には、キャリア濃度が1016〜1021/cm3のものを用いる。
前記キャリア濃度が1016/cm3未満の場合、高抵抗であるため、Si単結晶基板に通電した際、エネルギー損失が大きくなる。一方、キャリア濃度は、エネルギー損失の観点からは、高いほどよいが、1021/cm3を超えることは、Si単結晶においては物理的に困難である。
Si単結晶基板のキャリア濃度の下限は、1017/cm3であることが好ましい。
The Si single crystal substrate having a carrier concentration of 10 16 to 10 21 / cm 3 is used.
When the carrier concentration is less than 10 16 / cm 3 , since the resistance is high, energy loss increases when a Si single crystal substrate is energized. On the other hand, the carrier concentration is preferably as high as possible from the viewpoint of energy loss, but exceeding 10 21 / cm 3 is physically difficult in a Si single crystal.
The lower limit of the carrier concentration of the Si single crystal substrate is preferably 10 17 / cm 3 .

前記Si単結晶基板の厚さは、100〜1000μmであることが好ましく、200〜800μmであることがより好ましい。
Si単結晶基板の厚さが100μm未満の場合、機械的強度不足となる。一方、前記厚さが1000μmを超えると、原料コストが高くなり、また、それに見合う効果が得られるとは言えない。
The thickness of the Si single crystal substrate is preferably 100 to 1000 μm, and more preferably 200 to 800 μm.
When the thickness of the Si single crystal substrate is less than 100 μm, the mechanical strength is insufficient. On the other hand, when the thickness exceeds 1000 μm, the raw material cost increases, and it cannot be said that an effect commensurate with it is obtained.

また、前記Si単結晶基板上に形成される3C−SiC単結晶バッファー層の厚さは、0.05〜2μmとする。
前記3C−SiC単結晶バッファー層の厚さが0.05μm未満の場合、緩衝効果が不十分となる。一方、前記厚さが2μmを超えた場合は、原料コスト高となるだけである。
3C−SiC単結晶バッファー層の厚さは、0.1〜1μmであることがより好ましい。
The thickness of the 3C—SiC single crystal buffer layer formed on the Si single crystal substrate is 0.05 to 2 μm.
When the thickness of the 3C—SiC single crystal buffer layer is less than 0.05 μm, the buffering effect is insufficient. On the other hand, when the thickness exceeds 2 μm, only the raw material cost increases.
The thickness of the 3C—SiC single crystal buffer layer is more preferably 0.1 to 1 μm.

また、前記3C−SiC単結晶バッファー層の伝導型は、n型とする。
伝導型が異なると、3C−SiC単結晶バッファー層とSi単結晶基板の界面近傍にpn接合が形成され、通電した際、抵抗が高くエネルギー損失となる。
The conductivity type of the 3C—SiC single crystal buffer layer is n-type.
If the conductivity types are different, a pn junction is formed in the vicinity of the interface between the 3C-SiC single crystal buffer layer and the Si single crystal substrate, and the resistance becomes high and energy loss occurs when energized.

前記3C−SiC単結晶バッファー層のキャリア濃度は、1016〜1021/cm3とする。
前記キャリア濃度が1016/cm3未満の場合、高抵抗であるため、通電した際、エネルギー損失となる。一方、前記キャリア濃度は、エネルギー損失の観点からは、高いほどよいが、1021/cm3を超えることは、物理的に困難である。
3C−SiC単結晶バッファー層のキャリア濃度の下限は、1017/cm3であることが好ましい。
The carrier concentration of the 3C—SiC single crystal buffer layer is 10 16 to 10 21 / cm 3 .
When the carrier concentration is less than 10 16 / cm 3 , since the resistance is high, energy loss occurs when energized. On the other hand, the carrier concentration is preferably as high as possible from the viewpoint of energy loss, but it is physically difficult to exceed 10 21 / cm 3 .
The lower limit of the carrier concentration of the 3C—SiC single crystal buffer layer is preferably 10 17 / cm 3 .

前記半導体デバイスにおいては、Si単結晶基板および3C−SiC単結晶バッファー層の間には、c−BP単結晶バッファー層が挿入形成されることが好ましく、その厚さは0.01〜1μmであることが好ましい。
前記厚さが0.01μm未満の場合、c−BP単結晶バッファー層の緩衝効果および抵抗低減効果が不十分となる。一方、前記厚さが0.5μmを超えると、原料コスト高となるだけである。
In the semiconductor device, a c-BP single crystal buffer layer is preferably inserted and formed between the Si single crystal substrate and the 3C-SiC single crystal buffer layer, and the thickness thereof is 0.01 to 1 μm. It is preferable.
When the thickness is less than 0.01 μm, the buffer effect and resistance reduction effect of the c-BP single crystal buffer layer are insufficient. On the other hand, when the thickness exceeds 0.5 μm, only the raw material cost increases.

また、前記c−BP単結晶バッファー層は、3C−SiC単結晶バッファー層との界面近傍にpn接合が形成されないように、3C−SiC単結晶バッファー層と同じ伝導型であるn型とする。
pn接合が形成されると、通電した際、抵抗が高くなり、エネルギー損失を生じることとなる。
The c-BP single crystal buffer layer is an n-type that has the same conductivity type as the 3C-SiC single crystal buffer layer so that a pn junction is not formed near the interface with the 3C-SiC single crystal buffer layer.
When a pn junction is formed, the resistance increases when energized, resulting in energy loss.

前記c−BP単結晶バッファー層のキャリア濃度は、1016〜1021/cm3であることが好ましい。
前記キャリア濃度が1016/cm3未満の場合、高抵抗であるため、通電した際、エネルギー損失となる。一方、前記キャリア濃度は、エネルギー損失の観点からは、高いほどよいが、1021/cm3を超えることは、物理的に困難である。
c−BP単結晶バッファー層のキャリア濃度の下限は、1017/cm3であることが好ましい。
The carrier concentration of the c-BP single crystal buffer layer is preferably 10 16 to 10 21 / cm 3 .
When the carrier concentration is less than 10 16 / cm 3 , since the resistance is high, energy loss occurs when energized. On the other hand, the carrier concentration is preferably as high as possible from the viewpoint of energy loss, but it is physically difficult to exceed 10 21 / cm 3 .
The lower limit of the carrier concentration of the c-BP single crystal buffer layer is preferably 10 17 / cm 3 .

さらに、前記3C−SiC単結晶バッファー層上に形成される六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層の厚さは、0.01〜0.5μmとする。
前記厚さが0.01μm未満であると、六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層の緩衝効果が不十分となる。一方、前記厚さが0.5μmを超えると、高抵抗であるため、通電した際、エネルギー損失となる。
六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層の厚さは、0.02〜0.1μmであることがより好ましい。
Further, the thickness of the hexagonal In w Ga x Al 1 -wx N single crystal buffer layer formed on the 3C—SiC single crystal buffer layer is set to 0.01 to 0.5 μm.
When the thickness is less than 0.01 μm, the buffering effect of the hexagonal In w Ga x Al 1 -wx N single crystal buffer layer becomes insufficient. On the other hand, when the thickness exceeds 0.5 μm, the resistance is high, and thus energy loss occurs when energized.
The thickness of the hexagonal In w Ga x Al 1-wx N single crystal buffer layer is more preferably 0.02 to 0.1 μm.

さらに、前記六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層上に形成される六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層の厚さは、0.1〜5μmとする。
前記厚さが0.1μm未満の場合、目的とする破壊電圧の高いデバイスは得られない。一方、前記厚さが5μmを超えると、原料コスト高となるだけである。
六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層の厚さは、0.5〜4μmであることがより好ましい。
Furthermore, the thickness of the hexagonal In y Ga z Al 1-yz N single crystal layer formed on the hexagonal In w Ga x Al 1 -wx N single crystal buffer layer is 0.1 to 5 μm.
When the thickness is less than 0.1 μm, a desired device having a high breakdown voltage cannot be obtained. On the other hand, if the thickness exceeds 5 μm, only the raw material cost increases.
The thickness of the hexagonal In y Ga z Al 1-yz N single crystal layer is more preferably 0.5 to 4 .mu.m.

また、前記六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層の伝導型は、n型とする。
伝導型が異なると、3C−SiC単結晶バッファー層、六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層および六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層の界面近傍にpn接合が形成され、通電した際、抵抗が高くエネルギー損失となる。
Further, the conduction type of the hexagonal In y Ga z Al 1-yz N single crystal layer is an n-type.
When conductivity types are different, 3C-SiC single crystal buffer layer, hexagonal In w Ga x Al 1-wx N pn junction near the interface of the single crystal buffer layer and the hexagonal In y Ga z Al 1-yz N single crystal layer When this is formed and energized, the resistance is high and energy loss occurs.

また、六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層のキャリア濃度は、1011〜1016/cm3とする。
前記キャリア濃度は、化合物半導体性能の観点からは、低いほどよいが、1011/cm3未満とすることは、物理的に困難である。一方、前記キャリア濃度が1016/cm3を超えると、六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層が低電圧で破壊する不具合が生じる。
The carrier concentration of the hexagonal In y Ga z Al 1-yz N single crystal layer, and 10 11 ~10 16 / cm 3.
The carrier concentration is preferably as low as possible from the viewpoint of compound semiconductor performance, but it is physically difficult to make it less than 10 11 / cm 3 . On the other hand, if the carrier concentration is higher than 10 16 / cm 3, hexagonal In y Ga z Al 1-yz N single crystal layer is a problem to break at a low voltage.

前記化合物半導体デバイスにおいては、前記六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層は六方晶AlN(w=0、x=0)、かつ、前記六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層は六方晶GaN(y=0、z=1)であることが好ましい。
3C−SiC単結晶バッファー層、六方晶AlNおよび六方晶GaNの各格子定数は、3.083Å(a軸換算)、3.112Åおよび3.18Åであり、段階的に変化し、かつ、格子不整合が小さいため、格子不整合により発生するミスフィット転位を低減することができ、ミスフィット転位への電界集中を緩和して破壊電圧を従来に比べて2倍にすることができる。
Wherein in the compound semiconductor device, the hexagonal In w Ga x Al 1-wx N single crystal buffer layer is hexagonal AlN (w = 0, x = 0), and the hexagonal In y Ga z Al 1-yz The N single crystal layer is preferably hexagonal GaN (y = 0, z = 1).
The lattice constants of the 3C—SiC single crystal buffer layer, hexagonal AlN, and hexagonal GaN are 3.083Å (a-axis conversion), 3.112Å, and 3.18 変 化, which change stepwise, Since the matching is small, misfit dislocations caused by lattice mismatch can be reduced, and electric field concentration on the misfit dislocations can be mitigated, and the breakdown voltage can be doubled compared to the conventional case.

また、前記Si単結晶基板の裏面に形成される裏面電極、および、前記六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層上に形成される表面電極は、各々Al、Ti、In、Au、Ni、Pt、W、Pdのうちの少なくともいずれか1つを含む金属で形成されることが好ましい。
さらに、裏面電極がオーミック接合、表面電極がショットキ接合であり、かつ、3C−SiC単結晶バッファー層、六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層および六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層がオーミック接合とすることにより、高効率で破壊電圧の高いデバイスを得ることができる。
Further, the back surface electrode formed on a back surface of the Si single crystal substrate, and the hexagonal In y Ga z Al 1-yz N surface electrode formed on the single crystal layer, each Al, Ti, an In, Au , Ni, Pt, W, and Pd are preferably formed of a metal containing at least one of them.
Further, an ohmic junction back electrode, a surface electrode is Schottky junction, and, 3C-SiC single crystal buffer layer, hexagonal In w Ga x Al 1-wx N single crystal buffer layer and the hexagonal In y Ga z Al 1 By forming the -yz N single crystal layer as an ohmic junction, a device with high efficiency and high breakdown voltage can be obtained.

あるいはまた、上記のような各層および電極の接合について、表面電極をオーミック接合、3C−SiC単結晶バッファー層、六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層および六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層をエネルギー障壁を有するヘテロ接合とした場合も、キャリア濃度が高く、導電性に富んだ3C−SiC単結晶バッファー層およびSi単結晶基板を電極として利用することができるため、高効率で破壊電圧の高いデバイスが得られる。 Alternatively, for the bonding of the layers and electrodes as described above, ohmic junction surface electrodes, 3C-SiC single crystal buffer layer, hexagonal In w Ga x Al 1-wx N single crystal buffer layer and the hexagonal an In y Ga z Even when the Al 1-yz N single crystal layer is a heterojunction having an energy barrier, a 3C—SiC single crystal buffer layer and a Si single crystal substrate having a high carrier concentration and high conductivity can be used as electrodes. Therefore, a device with high efficiency and high breakdown voltage can be obtained.

さらに、前記表面電極は2つ以上形成されており、これらの表面電極のうち少なくとも1つはオーミック接合、それ以外はショットキ接合とした場合であっても、同様に、高効率で破壊電圧の高いデバイスが得られる。   Further, two or more surface electrodes are formed, and even when at least one of these surface electrodes is an ohmic junction and the others are Schottky junctions, similarly, high efficiency and high breakdown voltage are obtained. A device is obtained.

また、前記表面電極の上に、絶縁層および上部電極を順次積層することにより、一層、高効率で破壊電圧の高いデバイスを得ることができる。
なお、絶縁層の形成は、CVD法、絶縁物塗布法等により行うことができる。また、上部電極の形成は、真空蒸着、電子線銃加熱法等により行うことができる。
In addition, by sequentially laminating the insulating layer and the upper electrode on the surface electrode, a device with higher efficiency and higher breakdown voltage can be obtained.
Note that the insulating layer can be formed by a CVD method, an insulator coating method, or the like. The upper electrode can be formed by vacuum deposition, an electron beam gun heating method, or the like.

さらにまた、前記表面電極の面積が、化合物半導体層としての3C−SiC単結晶バッファー層、六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層および六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層の各面積より小さいことが好ましい。特に、これらの各面積比(表面電極の面積/各化合物半導体層の面積)が0.2〜0.9であることが、一層、高効率で破壊電圧の高いデバイスを得る観点から好ましい。
なお、表面電極の面積の調整方法は、通常の半導体デバイス製造において行われるリソグラフィによる微細加工やメタルマスクにより行うことができる。
Furthermore, the area of the surface electrode, the compound 3C-SiC single crystal buffer layer as a semiconductor layer, hexagonal In w Ga x Al 1-wx N single crystal buffer layer and the hexagonal In y Ga z Al 1-yz N It is preferably smaller than each area of the single crystal layer. In particular, the area ratio (area of surface electrode / area of each compound semiconductor layer) is preferably 0.2 to 0.9 from the viewpoint of obtaining a device with higher efficiency and higher breakdown voltage.
In addition, the adjustment method of the area of a surface electrode can be performed by the fine process by the lithography and metal mask which are performed in normal semiconductor device manufacture.

以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により制限されるものではない。
[実施例1]
図1に、本実施例に係る化合物半導体デバイスの概念的な断面図を示す。
図1に示す化合物半導体デバイス1は、結晶面方位{111}、キャリア濃度1017/cm3(≒抵抗率0.1Ωcm)、伝導型n型の厚さ400μmのSi単結晶基板2上に、厚さ1μm、キャリア濃度1017/cm3、伝導型n型の3C−SiC単結晶バッファー層3、厚さ0.02μmの六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層4としての六方晶AlN(w=0、x=0)、厚さ4μm、キャリア濃度1015/cm3(≒抵抗率10Ωcm)、伝導型n型の六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層5としての六方晶GaN(y=0、z=1)が順次積層され、かつ、Si単結晶基板2の裏面に裏面電極6、六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層4の表面に表面電極7が形成されているものである。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further more concretely based on an Example, this invention is not restrict | limited by the following Example.
[Example 1]
FIG. 1 is a conceptual cross-sectional view of the compound semiconductor device according to this example.
A compound semiconductor device 1 shown in FIG. 1 has a crystal plane orientation {111}, a carrier concentration of 10 17 / cm 3 (≈resistivity 0.1 Ωcm), a conduction type n-type Si single crystal substrate 2 having a thickness of 400 μm, Thickness 1 μm, carrier concentration 10 17 / cm 3 , conductive n-type 3C—SiC single crystal buffer layer 3, 0.02 μm thick hexagonal In w Ga x Al 1-wx N single crystal buffer layer 4 hexagonal AlN (w = 0, x = 0), the thickness of 4 [mu] m, the carrier concentration of 10 15 / cm 3 (≒ resistivity 10 .OMEGA.cm), conductivity type n-type hexagonal in y Ga z Al 1-yz n single crystal layer hexagonal GaN as 5 (y = 0, z = 1) are sequentially laminated, and a back electrode 6 on the back surface of the Si single crystal substrate 2, the hexagonal in y Ga z Al 1-yz N single crystal layer 4 A surface electrode 7 is formed on the surface.

以下、この化合物半導体デバイス1の製造工程を述べる。
まず、結晶面方位{111}、キャリア濃度1017/cm3、伝導型n型で、CZ法により製造された厚さ400μmのSi単結晶基板2を、水素雰囲気下、1000℃で熱処理し、表面を清浄にした。
前記Si単結晶基板2を、C38原料ガス雰囲気下、1000℃で熱処理し、厚さ10nm、キャリア濃度1017/cm3、伝導型n型の3C−SiC単結晶バッファー層3を形成した。
続いて、原料ガスとしてSiH4ガスおよびC38ガスを用い、1000℃での気相成長により、前記3C−SiC単結晶バッファー層3上に、厚さ1μm、キャリア濃度1017/cm3、伝導型n型の3C−SiC単結晶バッファー層3をさらに積層させて、所望の厚さとした。
なお、3C−SiC単結晶バッファー層3の厚さは、原料ガスの流量および時間により調整し、また、キャリア濃度は、気相成長中にドーパントとしてN2を添加することにより調整した。
Hereinafter, the manufacturing process of this compound semiconductor device 1 will be described.
First, a Si single crystal substrate 2 having a crystal plane orientation {111}, a carrier concentration of 10 17 / cm 3 , a conductivity type n type, and a thickness of 400 μm manufactured by the CZ method is heat-treated at 1000 ° C. in a hydrogen atmosphere. The surface was cleaned.
The Si single crystal substrate 2 is heat-treated at 1000 ° C. in a C 3 H 8 source gas atmosphere to form a 3C—SiC single crystal buffer layer 3 having a thickness of 10 nm, a carrier concentration of 10 17 / cm 3 , and a conductivity type. did.
Subsequently, a SiH 4 gas and a C 3 H 8 gas are used as source gases, and a thickness of 1 μm and a carrier concentration of 10 17 / cm 3 are formed on the 3C—SiC single crystal buffer layer 3 by vapor phase growth at 1000 ° C. Further, a conductive n-type 3C—SiC single crystal buffer layer 3 was further laminated to obtain a desired thickness.
The thickness of the 3C—SiC single crystal buffer layer 3 was adjusted by the flow rate and time of the source gas, and the carrier concentration was adjusted by adding N 2 as a dopant during vapor phase growth.

次に、原料ガスとしてTMAガスおよびNH3ガスを用い、1000℃での気相成長により、前記3C−SiC単結晶層バッファー層3上に、厚さ0.02μmの六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層4としての六方晶AlN(w=0、x=0)を積層させた。
さらに、原料ガスとしてTMGガスおよびNH3ガスを用い、1000℃での気相成長により、六方晶AlN単結晶バッファー層4上に、厚さ4μm、キャリア濃度1015/cm3(≒抵抗率10Ωcm)、伝導型n型の六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層5としての六方晶GaN(y=0、z=1)を積層させた。
なお、六方晶AlN単結晶バッファー層4および六方晶GaN単結晶層5の厚さは、原料流量および時間により調整し、また、キャリア濃度は、熱処理中にドーパントを添加しないことにより低く調整した。
Next, TMA gas and NH 3 gas are used as source gases, and a 0.02 μm-thick hexagonal In w Ga x Al film is formed on the 3C—SiC single crystal layer buffer layer 3 by vapor phase growth at 1000 ° C. Hexagonal AlN (w = 0, x = 0) as 1-wx N single crystal buffer layer 4 was laminated.
Further, TMG gas and NH 3 gas are used as source gases, and a thickness of 4 μm and a carrier concentration of 10 15 / cm 3 (≈ resistivity 10 Ωcm) are formed on the hexagonal AlN single crystal buffer layer 4 by vapor phase growth at 1000 ° C. ), a laminate of conduction type n-type hexagonal in y Ga z Al 1-yz n hexagonal GaN as a single crystal layer 5 (y = 0, z = 1).
The thicknesses of the hexagonal AlN single crystal buffer layer 4 and the hexagonal GaN single crystal layer 5 were adjusted by the raw material flow rate and time, and the carrier concentration was adjusted low by not adding a dopant during the heat treatment.

最後に、Alの真空蒸着により裏面電極6を形成し、Auの真空蒸着により表面電極7を形成した。これらの電極のオーミック接合およびショットキ接合は熱処理により調整した。
また、3C−SiC単結晶バッファー層3、六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層4および六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層5のオーミック接合は、各層の組成(w、x、y、z)により調整した。
Finally, the back electrode 6 was formed by Al vacuum deposition, and the front electrode 7 was formed by Au vacuum deposition. The ohmic junction and Schottky junction of these electrodes were adjusted by heat treatment.
Further, 3C-SiC single crystal buffer layer 3, an ohmic junction of the hexagonal In w Ga x Al 1-wx N single crystal buffer layer 4 and the hexagonal In y Ga z Al 1-yz N single crystal layer 5, the layers The composition (w, x, y, z) was adjusted.

上記製造工程により得られた化合物半導体デバイス1について、抵抗および破壊電圧を測定したところ、抵抗は従来の1/100程度に低減され、破壊電圧は従来の2倍程度に増加しており、十分に実用に耐え得るものとなった。   About the compound semiconductor device 1 obtained by the said manufacturing process, when resistance and a breakdown voltage were measured, resistance was reduced to about 1/100 of the past, and the breakdown voltage increased about 2 times compared with the past, and fully It can withstand practical use.

[実施例2]
図2に、本実施例に係る化合物半導体デバイスの概念的な断面図を示す。
図2に示す化合物半導体デバイス8は、結晶面方位{111}、キャリア濃度1017/cm3(≒抵抗率0.1Ωcm)、伝導型n型の厚さ400μmのSi単結晶基板2上に、厚さ0.5μm、キャリア濃度1016〜1021/cm3、伝導型n型のc−BP単結晶バッファー層9と、厚さ1μm、キャリア濃度1017/cm3、伝導型n型の3C−SiC単結晶バッファー層3と、厚さ0.02μmの六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層4としての六方晶AlN(w=0、x=0)と、厚さ4μm、キャリア濃度1015/cm3(≒抵抗率10Ωcm)、伝導型n型の六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層5としての六方晶GaN(y=0、z=1)とが順積層されており、かつ、Si単結晶基板2の裏面に裏面電極6が形成され、また、六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層5の表面に複数の表面電極7、その表面電極7の上に、絶縁層10および上部電極11が順次積層されているものである。
[Example 2]
FIG. 2 is a conceptual cross-sectional view of the compound semiconductor device according to this example.
The compound semiconductor device 8 shown in FIG. 2 has a crystal plane orientation {111}, a carrier concentration of 10 17 / cm 3 (≈resistivity 0.1 Ωcm), a conduction type n-type Si single crystal substrate 2 having a thickness of 400 μm, Thickness 0.5 μm, carrier concentration 10 16 to 10 21 / cm 3 , conductive n-type c-BP single crystal buffer layer 9, thickness 1 μm, carrier concentration 10 17 / cm 3 , conductive n-type 3C -SiC single crystal buffer layer 3, hexagonal AlN (w = 0, x = 0) as a hexagonal In w Ga x Al 1 -wx N single crystal buffer layer 4 having a thickness of 0.02 μm, and a thickness of 4 μm a carrier concentration of 10 15 / cm 3 (≒ resistivity 10 .OMEGA.cm), the conductivity type n-type hexagonal in y Ga z Al 1-yz n hexagonal GaN as a single crystal layer 5 (y = 0, z = 1) And the back electrode 6 is formed on the back surface of the Si single crystal substrate 2. Made, also, the hexagonal In y Ga z Al 1-yz N plurality of surface electrodes 7 on the surface of the single crystal layer 5, on top of the surface electrode 7, the insulating layer 10 and the upper electrode 11 are sequentially stacked Is.

以下、この化合物半導体デバイス8の製造工程を述べる。
まず、実施例1と同様に清浄化したSi単結晶基板2上に、原料ガスとしてPH3ガスおよびB26ガスを用い、1000℃での気相成長により、厚さ0.5μm、キャリア濃度1017/cm3、伝導型n型のc−BP単結晶バッファー層9を積層させた。
なお、c−BP単結晶バッファー層9の厚さは、原料ガスの流量および時間により調整し、また、キャリア濃度は、原料ガスの流量により調整した。
Hereinafter, the manufacturing process of the compound semiconductor device 8 will be described.
First, on the cleaned Si single crystal substrate 2 in the same manner as in Example 1, PH 3 gas and B 2 H 6 gas were used as source gases, and the thickness was 0.5 μm by vapor growth at 1000 ° C. A conductivity type n-type c-BP single crystal buffer layer 9 having a concentration of 10 17 / cm 3 was laminated.
Note that the thickness of the c-BP single crystal buffer layer 9 was adjusted by the flow rate and time of the source gas, and the carrier concentration was adjusted by the flow rate of the source gas.

次に、原料ガスとしてSiH4ガスおよびC38ガスを用い、1000℃での気相成長により、前記c−BP単結晶バッファー層9上に、厚さ1μm、キャリア濃度1017/cm3、伝導型n型の3C−SiC単結晶バッファー層3を積層させた。
なお、3C−SiC単結晶バッファー層3の厚さは、原料ガスの流量および時間により調整し、また、キャリア濃度は、気相成長中にN2をドーパントとして添加することにより調整した。
Next, SiH 4 gas and C 3 H 8 gas are used as source gases, and a thickness of 1 μm and a carrier concentration of 10 17 / cm 3 are formed on the c-BP single crystal buffer layer 9 by vapor phase growth at 1000 ° C. A conductive n-type 3C—SiC single crystal buffer layer 3 was laminated.
The thickness of the 3C—SiC single crystal buffer layer 3 was adjusted by the flow rate and time of the source gas, and the carrier concentration was adjusted by adding N 2 as a dopant during vapor phase growth.

次いで、六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層4としての六方晶AlN(w=0、x=0)および伝導型n型の六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層5としての六方晶GaN(y=0、z=1)を、実施例1と同様にして、順次積層させた。 Then, the hexagonal In w Ga x Al 1-wx N hexagonal AlN as a single crystal buffer layer 4 (w = 0, x = 0) and conductivity type n-type hexagonal In y Ga z Al 1-yz N single Hexagonal GaN (y = 0, z = 1) as the crystal layer 5 was sequentially laminated in the same manner as in Example 1.

次に、Alの真空蒸着により裏面電極6を形成し、また、AlおよびAuの真空蒸着を別々に行うことにより複数の表面電極7を形成した。これらの電極のオーミック接合およびショットキ接合は熱処理により調整した。
また、3C−SiC単結晶バッファー層3、六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層4および六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層5のオーミック接合は、各層の組成(w、x、y、z)により調整した。
Next, the back electrode 6 was formed by vacuum deposition of Al, and the plurality of surface electrodes 7 were formed by separately performing vacuum deposition of Al and Au. The ohmic junction and Schottky junction of these electrodes were adjusted by heat treatment.
Further, 3C-SiC single crystal buffer layer 3, an ohmic junction of the hexagonal In w Ga x Al 1-wx N single crystal buffer layer 4 and the hexagonal In y Ga z Al 1-yz N single crystal layer 5, the layers The composition (w, x, y, z) was adjusted.

最後に、前記表面電極7の上に、絶縁層10および上部電極11を順次積層させた。
上記製造工程により得られた化合物半導体デバイス8の抵抗および破壊電圧を測定したところ、抵抗は従来の1/200程度に低減され、また、破壊電圧は従来の5倍程度に増加しており、十分に実用に耐え得るものとなった。
Finally, the insulating layer 10 and the upper electrode 11 were sequentially laminated on the surface electrode 7.
When the resistance and breakdown voltage of the compound semiconductor device 8 obtained by the above manufacturing process were measured, the resistance was reduced to about 1/200 of the conventional one, and the breakdown voltage was increased to about five times that of the conventional one. Can withstand practical use.

実施例1に係る化合物半導体デバイスを概念的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view conceptually showing a compound semiconductor device according to Example 1. FIG. 実施例2に係る化合物半導体デバイスを概念的に示す断面図である。6 is a sectional view conceptually showing a compound semiconductor device according to Example 2. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

2 Si単結晶基板
3 3C−SiC単結晶バッファー層
4 六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層
5 六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層
6 裏面電極
7 表面電極
9 c−BP単結晶バッファー層
10 絶縁層
11 上部電極
4 hexagonal 2 Si single crystal substrate 3 3C-SiC single crystal buffer layer crystal In w Ga x Al 1-wx N single crystal buffer layer 5 hexagonal In y Ga z Al 1-yz N single crystal layer 6 back electrode 7 surface electrode 9 c-BP single crystal buffer layer 10 Insulating layer 11 Upper electrode

Claims (8)

結晶面方位{111}、キャリア濃度1016〜1021/cm3(≒抵抗率1〜0.00001Ωcm)、伝導型n型のSi単結晶基板上に、厚さ0.05〜2μm、キャリア濃度1016〜1021/cm3、伝導型n型の3C−SiC単結晶バッファー層と、厚さ0.01〜0.5μmの六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層(0≦w<1、0≦x<1、w+x<1)と、厚さ0.1〜5μm、キャリア濃度1011〜1016/cm3(≒抵抗率1〜100000Ωcm)、伝導型n型の六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層(0≦y<1、0<z≦1、y+z≦1)とが順次積層され、かつ、前記Si単結晶基板の裏面に裏面電極、および、前記六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層の表面に表面電極が形成されていることを特徴とする化合物半導体デバイス。 Crystal plane orientation {111}, carrier concentration 10 16 to 10 21 / cm 3 (≈resistivity 1 to 0.00001 Ωcm), conductive n-type Si single crystal substrate, thickness 0.05 to 2 μm, carrier concentration 10 16 to 10 21 / cm 3 , a conductivity type n-type 3C—SiC single crystal buffer layer, and a hexagonal In w Ga x Al 1-wx N single crystal buffer layer having a thickness of 0.01 to 0.5 μm (0 ≦ w <1, 0 ≦ x <1, w + x <1), thickness 0.1 to 5 μm, carrier concentration 10 11 to 10 16 / cm 3 (≈resistivity 1 to 100000 Ωcm), conduction type n-type hexagon crystal in y Ga z Al 1-yz N single crystal layer (0 ≦ y <1,0 <z ≦ 1, y + z ≦ 1) and are sequentially stacked, and a back electrode on the back surface of the Si single crystal substrate, and , that the surface electrode is formed on the hexagonal in y Ga z Al 1-yz N surface of the single crystal layer A featured compound semiconductor device. 前記Si単結晶基板および3C−SiC単結晶バッファー層の間に、厚さ0.01〜1μm、キャリア濃度1016〜1021/cm3、伝導型n型のc−BP単結晶バッファー層が挿入形成されていることを特徴とする請求項1記載の化合物半導体デバイス。 Between the Si single crystal substrate and the 3C-SiC single crystal buffer layer, a thickness of 0.01 to 1 μm, a carrier concentration of 10 16 to 10 21 / cm 3 , a conductive n-type c-BP single crystal buffer layer is inserted. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the compound semiconductor device is formed. 前記六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層が六方晶AlN(w=0、x=0)、かつ、前記六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層が六方晶GaN(y=0、z=1)であることを特徴とする請求項1または請求項2記載の化合物半導体デバイス。 The hexagonal In w Ga x Al 1-wx N single crystal buffer layer is hexagonal AlN (w = 0, x = 0), and the hexagonal In y Ga z Al 1-yz N single crystal layer is hexagonal 3. The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the compound semiconductor device is GaN (y = 0, z = 1). 前記裏面電極および表面電極が、各々Al、Ti、In、Au、Ni、Pt、W、Pdのうちの少なくともいずれか1つを含む金属で形成され、かつ、裏面電極がオーミック接合、表面電極がショットキ接合であり、かつ、前記3C−SiC単結晶バッファー層、六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層および六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層がオーミック接合であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかに記載の化合物半導体デバイス。 The back electrode and the front electrode are each formed of a metal containing at least one of Al, Ti, In, Au, Ni, Pt, W, and Pd, the back electrode is an ohmic junction, and the front electrode is a Schottky junction, and the 3C-SiC single crystal buffer layer, with hexagonal in w Ga x Al 1-wx N single crystal buffer layer and the hexagonal in y Ga z Al 1-yz N single crystal layer is an ohmic junction The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the compound semiconductor device is provided. 前記裏面電極および表面電極が、各々Al、Ti、In、Au、Ni、Pt、W、Pdのうちの少なくともいずれか1つを含む金属で形成され、かつ、裏面電極がオーミック接合、表面電極がオーミック接合であり、かつ、前記3C−SiC単結晶バッファー層、六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層および六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層がエネルギー障壁を有するヘテロ接合であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかに記載の化合物半導体デバイス。 The back electrode and the front electrode are each formed of a metal containing at least one of Al, Ti, In, Au, Ni, Pt, W, and Pd, the back electrode is an ohmic junction, and the front electrode is an ohmic contact, and the 3C-SiC single crystal buffer layer, the hexagonal in w Ga x Al 1-wx N single crystal buffer layer and the hexagonal in y Ga z Al 1-yz N single crystal layer energy barrier The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the compound semiconductor device has a heterojunction. 前記表面電極が2つ以上形成され、各々Al、Ti、In、Au、Ni、Pt、W、Pdのうちの少なくともいずれか1つを含む金属で形成され、かつ、これらの表面電極のうちの少なくとも1つはオーミック接合であり、それ以外はショットキ接合であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかに記載の化合物半導体デバイス。   Two or more surface electrodes are formed, each formed of a metal including at least one of Al, Ti, In, Au, Ni, Pt, W, and Pd, and of these surface electrodes The compound semiconductor device according to claim 1, wherein at least one is an ohmic junction and the other is a Schottky junction. 前記表面電極の上に、絶縁層と上部電極とが順次積層されていることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれかに記載の化合物半導体デバイス。   The compound semiconductor device according to claim 1, wherein an insulating layer and an upper electrode are sequentially laminated on the surface electrode. 前記表面電極は、前記3C−SiC単結晶バッファー層、六方晶InwGaxAl1-w-xN単結晶バッファー層および六方晶InyGazAl1-y-zN単結晶層の各々に対する面積比が0.2〜0.9であることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれかに記載の化合物半導体デバイス。 The surface electrodes, the 3C-SiC single crystal buffer layer, an area ratio each of the hexagonal In w Ga x Al 1-wx N single crystal buffer layer and the hexagonal In y Ga z Al 1-yz N single crystal layer The compound semiconductor device according to claim 1, wherein the compound semiconductor device is 0.2 to 0.9.
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