JP2007134517A - 窒化物半導体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】電流をＳｉＣ基板および各窒化物半導体層に通過させて動作させる電子デバイス（パワーエレクトロニクス用素子）において、低抵抗なバッファ層を実現すること。
【解決手段】素子のバッファ層として、ＳｉＣ基板（１１）上にｎ型ＡｌＧａＮバッファ層（１２）を形成する。このバッファ層（１２）は、ＳｉＣ基板（１１）との界面でのＡｌ組成が２％以上１０％以下で、当該界面から当該界面と対向する他方の表面（または、他層（１３）との界面）に向かってそのＡｌ組成が漸次減少するとともに、膜厚が１５０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下、ｎ型不純物のドーピング濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３以上である。この構造により、表面が平坦でかつ低抵抗のバッファ層が得られ、ＳｉＣ基板上の電子デバイスの低抵抗化が実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱伝導率の高いＳｉＣ基板上に作製した窒化物半導体を用いたパワーエレクトロニクス用のｐｎダイオード、ショットキーダイオード、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタなどの電子デバイスにおいて、特に素子抵抗を低減するための窒化物半導体構造に関する。

近年、電流を基板および各窒化物半導体層に通過させて動作させる各種の電子デバイスの開発が活発になっている。ＧａＮやＡｌＧａＮなどの窒化物半導体はワイドバンドギャップを有するため、電子デバイスとして低損失かつ高い電圧で動作することが期待でき、パワーエレクトロニクス用の半導体材料として有望視されている。

現在、窒化物半導体の大きな課題の一つは、大口径の窒化物半導体基板が存在しないことである。そこで、従来の窒化物半導体ダイオードの研究では、主にサファイア基板あるいはＳｉＣ基板が用いられていた。サファイア基板は半絶縁性基板であるが、ＳｉＣ基板は半絶縁性基板と導電性基板の両者が存在する。特に導電性基板の利用は、電流を素子基板表面側から導電性基板の裏面へと伝導させる縦型伝導構造を作製することができ、製造プロセスの簡素化、素子面積の低減など電子デバイス作製の観点から強く求められていた。これまで、導電性基板は、レーザーダイオード（ＬＤ）などの発光素子に主に利用されている。

ｎ型導電性ＳｉＣ基板上に作製したＬＤ構造の一例を図６に示す（非特許文献１）。この従来例では、図６に示すように、ｎ型導電性ＳｉＣ基板６１の表面上にｎ型ＡｌＧａＮ層６２、ｐ型ＧａＮ層６６などを形成している。縦型導電構造を採用するために必須である導電性バッファ層として、ここではＡｌ組成８％かつ膜厚５００ｎｍの導電性ＡｌＧａＮ層６２が用いられている。図６に示す電子デバイスは発光素子であるから、バッファ層６２は同時に屈折率差により光を閉じ込めるクラッド層の役割を果たしており、また、活性層における結晶品質を十分高くするために膜厚を５００ｎｍ以上の厚膜とする必要がある。ＬＤ構造に関する他の報告例（非特許文献２）においてもＡｌ組成９％、膜厚５００ｎｍと同様の導電性ＡｌＧａＮ層を用いた構造が見られる（図示しない）。

これに対して、パワーエレクトロニクス用の導電性バッファ層６２に求められるのは素子抵抗の低減である。Ａｌ組成の増加および膜厚の増加は抵抗を高くする要因となるので、そのＡｌ組成および膜厚は、ともにＳｉＣ基板６１上への結晶の初期核形成を阻害しない程度にできるだけ低減する必要がある。しかし、ＬＤ用の導電性バッファ層６２では、クラッド層の役割等の上記の理由からＡｌ組成、膜厚ともに低減することができない。

ＳｉＣ基板上への初期核形成において、導電性ＡｌＧａＮバッファ層中にどの程度、Ａｌ組成が必要かという点について報告した例がある（図７、非特許文献３）。この従来例では、図７に示すように、ｎ型導電性ＳｉＣ基板７１の表面上に、ｎ型ＡｌＧａＮバッファ層７２、ｎ型ＧａＮ層７３を形成している。ｎ型ＡｌＧａＮバッファ層７２を成長中、基板７１の表面の反射率の変化からＡｌ組成６％かつ膜厚２００ｎｍ以上で表面が平坦化することを示した、と報告されている。しかし、ｎ型ＡｌＧａＮバッファ層７２中のＳｉ不純物ドーピング濃度は、１０^１８ｃｍ^−３台であり、ＳｉＣ基板７１とｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層７２の間のバンド不連続の影響を小さくして、ＳｉＣ基板７１とｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層７２の間にオーミック型接合を形成するために必要な不純物ドーピング濃度としては十分でない。さらにＡｌＧａＮバッファ層ではＡｌ組成を変化させていない。

一方、導電性ＡｌＧａＮバッファ層と素子抵抗の関係について報告した例がある（図８、非特許文献４）。この従来例では、図８に示すように、ｎ型導電性ＳｉＣ基板８１の表面上にｎ型ＡｌＧａＮバッファ層８２、ｎ型ＧａＮ層８３を形成している。ｎ型ＡｌＧａＮバッファ層８２とｎ型ＧａＮ層８３のバンド不連続による抵抗の増加を抑えるため、ｎ型ＡｌＧａＮバッファ層８２のＡｌ組成をＳｉＣ基板８１の界面からｎ型ＧａＮ層８３へ向かって減少させており、ＳｉＣ基板８１の界面でのＡｌ組成を１２％から２５％まで変化させている。ここでは、基板と成長層界面から生じる貫通転位を通じて電流が流れるため、貫通転位が最も多いＡｌ組成２５％のときに最も素子抵抗が低くなると報告している。このように、非特許文献４では、Ａｌ組成が高く、さらにＡｌ組成を増加させて低抵抗化を実現している。また、非特許文献４で得られた構造では貫通転位が多く、その上で電子デバイスを作製した場合にはデバイス特性の劣化をまねくことになる。さらにｎ型ＡｌＧａＮバッファ層８２中のＳｉ不純物ドーピング濃度は、１０^１７〜１０^１８ｃｍ^−３台であり、ＳｉＣ基板８１とｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層８２の間にオーミック型接合を形成するために必要な不純物ドーピング濃度としては十分でない。

T.Akasaka, S.Ando, T.Nishida, H.Saito, and N.Kobayashi, Appl. Phys. Lett. Vol. 79, No. 10, pp. 1261-1263 (2001) A.Kuramata, K.Domen, R.Soejima, K.Horino, S.Kubota,and T.Tanahashi, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 36, No.9A/B, pp.L1130-L1132,(1997) H.Lahreche, P.Vannegues, M. Vaille, B. Beaumont, M.Laugt, P.Lorenzini, and P.Gibart, Semicond, Sci. Technpl. Vol.14, pp.L33-L36,(1999) B.Moran, M.Hansen, M.D.Craven, J.S. Speck, and S.P.DenBaars, J.Cryst, Growth Vol.221,pp.301-304,(2000)

上記のように、導電性ＳｉＣ基板上に縦型伝導構造を作製するには、導電性ＡｌＧａＮバッファ層が必須であるが、パワーエレクトロニクス用途ではさらに低抵抗、低損失を考慮して、そのＡｌ組成および膜厚を設計する必要がある。導電性ＡｌＧａＮバッファ層において、Ａｌ組成を０とすると（ＧａＮの場合）、ＳｉＣ基板上に核形成を行うことができなくなるため、電子デバイス作製に必要な平坦な窒化物半導体層を形成することができない。一方、導電性ＡｌＧａＮバッファ層のＡｌ組成を大きくすると、移動度が減少するとともにＳｉ不純物が活性化しにくくなり、またＳｉＣ基板とＡｌＧａＮ層のバンド不連続量が大きくなるため抵抗が高くなる。このようにＳｉＣ基板界面では適切なＡｌ組成を含むＡｌＧａＮ層が必要である。

さらに、その上に引き続き形成する窒化物半導体層とのバンド不連続による抵抗の増加を抑えるために、ＡｌＧａＮ層のＡｌ組成をＳｉＣ基板界面から窒化物半導体層に向けて減少させていく必要もある。

以上のことから、ＳｉＣ基板上に平坦で抵抗の低い導電性ＡｌＧａＮバッファ層を形成するためには、導電性ＡｌＧａＮ層に含まれるＡｌ原子の面密度が重要なファクターである。このことは、本発明で初めて明らかにしたものであり、これまで報告例は全くない。Ａｌ組成および膜厚は互いに独立したものではなく、導電性ＡｌＧａＮバッファ層に含まれるＡｌ原子の面密度として考慮する必要があるが、これらと素子抵抗の関係について言及した報告例はいままでにない。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、その目的は、窒化物半導体ダイオードなどのパワーエレクトロニクス用の電子デバイスにおいて、ＳｉＣ基板上に形成した導電性ＡｌＧａＮバッファ層が高抵抗であった点を、界面でのバンド不連続による抵抗の増加を抑えて解決し、表面が平坦でかつ素子抵抗を低減した窒化物半導体構造を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、電流をＳｉＣ基板および該ＳｉＣ基板上に複数層形成された窒化物半導体層に通過させて動作させる電子デバイスにおいて、前記電子デバイスのバッファ層としてｎ型導電性ＳｉＣ基板の表面上に形成されたｎ型導電性ＡｌＧａＮバッファ層を有し、前記バッファ層のＡｌ組成が前記ｎ型導電性ＳｉＣ基板の界面で２％以上１０％以下であって、該界面から他層との界面へ向かって漸次減少しているととともに、前記バッファ層の膜厚が１５０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下、前記バッファ層のｎ型不純物ドーピング濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３以上であることを特徴とする。

さらに、本発明は、前記ｎ型導電性ＡｌＧａＮバッファ層におけるＡｌ原子の面密度が２×１０^１６ｃｍ^−２から７×１０^１６ｃｍ^−２までの範囲内であることを特徴とすることができる。

また、前記ｎ型導電性ＡｌＧａＮバッファ層に含まれるｎ型不純物がＳｉ原子であることを特徴とすることができる。

上記のように、本発明は、導電性ＡｌＧａＮバッファ層のＡｌ組成および膜厚を低減し、さらにＡｌＧａＮバッファ層に含まれるＡｌ原子の面密度を最適化するとともに、Ｓｉ不純物ドーピング濃度を１×１０^１９ｃｍ^−３以上と高くし、ＳｉＣ基板界面において２％以上１０％以下であるＡｌＧａＮ層のＡｌ組成を他層との界面へ向けて減少させて素子抵抗の低減を実現している点が、前述の従来の技術とは異なる。

ＳｉＣ基板上にＧａＮを直接成長すると、ＧａＮは島状結晶となり結晶性が低下する。そこで、初期核形成時にＡｌ原子を添加することにより、Ｇａ原子の基板への付着を促進させ、平坦かつ良質な窒化物半導体層を形成することが可能となる。しかしながら、ＡｌＮは絶縁体であるため、ＡｌＧａＮバッファ層中のＡｌ組成および膜厚の増加により、ダイオードなどの電子デバイスの素子抵抗が増加する。また、ＡｌＮはＧａＮよりもバンドギャップが大きいため、ＳｉＣ基板および他層の窒化物半導体層との界面におけるバンド不連続による抵抗がＡｌ添加により大きくなり、素子抵抗が高くなる。そこで、本発明では、導電性ＡｌＧａＮバッファ層のＡｌ組成および膜厚を低減し、かつＳｉ不純物ドーピング濃度を１×１０^１９ｃｍ^−３以上と高くし、Ａｌ組成をＳｉＣ基板界面から他層（窒化物半導体層）との界面へ向けて減少させることで、良質な窒化物半導体層をＳｉＣ基板上に形成し、素子の低抵抗化を実現できるように図っている。

上記のように、本発明では、導電性ＳｉＣ基板の表面上に導電性のＡｌＧａＮバッファ層を成長し、［Ａｌ原子の体積濃度］×［膜厚］で定義されるＡｌ原子の面密度が２×１０^１６ｃｍ^−２以上７×１０^１６ｃｍ^−２以下となるようにＡｌ組成および膜厚を設計し、Ｓｉを１×１０^１９ｃｍ^−３以上と高濃度にドーピングし、ＳｉＣ基板界面において２％以上１０％以下であるＡｌＧａＮバッファ層のＡｌ組成を窒化物半導体層に向けて減少させている。この結果、本発明によれば、窒化物半導体層表面の平坦性を維持したまま、ＡｌＧａＮバッファ層の抵抗をダイオードの素子抵抗に影響を与えない値まで低減することができる。このように、本発明によれば、素子の直列抵抗が低減されることにより、バッファ層上に形成されたｐ−ｎ接合ダイオードおよびショットキーダイオードのオン抵抗が低減されるという効果を奏する。

以下、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態で作製した電子デバイスの窒化物半導体構造を図１に示す。まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態における電子デバイスの作製工程を説明する。

本実施形態では、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法により、ｎ型導電性ＳｉＣ基板１１の表面上にｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層１２、ｎ^＋型ＧａＮ層１３を順次成長した。後述のオーミック電極を形成しやすくするために、評価の便宜上ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層１２上にｎ^＋型ＧａＮ層１３を成長している。ｎ^＋型ＧａＮ層１３の膜厚は９００ｎｍである。

ここで、高濃度Ｓｉ不純物ドーピング層と低濃度Ｓｉ不純物ドーピング層を意図的に区別するために、高濃度のＳｉ不純物層には「ｎ^＋」の記号を、低濃度の不純物層には「ｎ」の記号を用いることにする。

ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層１２のＡｌ組成および膜厚と素子抵抗の関係を調べるため、ＳｉＣ基板１１の界面でのＡｌ組成を２％以上１０％以下、膜厚を１５０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の範囲で変化させた（後述の図２を参照）。ＧａＮの密度は６．０９５ｇ／ｃｍ^３であるから、Ｇａ原子の体積濃度は４．４×１０^２２ｃｍ^−３であり、２％および１０％のＡｌＧａＮに含まれるＡｌ原子の体積濃度はそれぞれ８．８×１０^２０ｃｍ^−３および４．４×１０^２１ｃｍ^−３に対応する。後述するＡｌ原子の面密度の算出にはこの値を用いた。ｎ型不純物にはＳｉ、および後述のｐ型不純物にはＭｇを用いた。ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層１２、ｎ^＋型ＧａＮ層１３のＳｉ不純物ドーピング濃度は、それぞれ、２×１０^１９ｃｍ^−３、２×１０^１８ｃｍ^−３である。また、ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層１２では、ＳｉＣ基板１１の界面から表面側（他層１３との界面）に向かってＡｌ組成を漸次減少させている。そして、ｎ^＋型ＧａＮ層１３との界面ではＡｌ組成を０（０％）としている。

電子ビーム蒸着により、ｎ^＋型ＧａＮ層１３上にはＡｌ／Ａｕのオーミック電極１４、および、導電性ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面にはＴｉ／Ａｕのオーミック電極１５を形成した。ｎ^＋型ＧａＮ層１３上に形成したＡｌ／Ａｕのオーミック電極１４の大きさは１００μｍ×１００μｍである。

図２は、図１の導電性ＡｌＧａＮ層１２における［Ａｌ原子の体積濃度］×［膜厚］で定義されたＡｌ原子の面密度と、電流−電圧特性（Ｉ−Ｖ特性）により測定された素子の直列抵抗との関係を示す。Ａｌ原子の面密度が４．２×１０^１６ｃｍ^−２のとき、素子の抵抗は１．０８ｍΩ／ｃｍ^２ともっとも低くなる。Ａｌ原子の面密度が低いときには、Ａｌ原子によるＳｉＣ基板１１上への核形成が不十分であるために良質な窒化物半導体層が形成されていない。従って、Ｓｉ不純物濃度が２×１０^１９ｃｍ^−３と高いにも関わらず、抵抗が高くなっているものと考えられる。一方、Ａｌ原子の面密度が高くなりすぎると、ＡｌＧａＮ層１２自体の抵抗が高くなる。従って、図２から、Ａｌ原子の面密度には最適値が存在することが明らかになった。基板抵抗（０．７８ｍΩ／ｃｍ^２）と電極の接触抵抗（０．１０ｍΩ／ｃｍ^２）を考慮すると、図２に示すように、Ａｌ原子の面密度が２×１０^１６ｃｍ^−２以上７×１０^１６ｃｍ^−２以下の領域では、ＡｌＧａＮバッファ層１２自体の抵抗は、ＳｉＣ基板１１の抵抗よりも小さく、素子の直列抵抗への影響が小さい。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態で作製した電子デバイスの窒化物半導体構造を図３に示す。まず、図３を参照して、本発明の第２の実施形態における電子デバイスの作製工程を説明する。

本実施形態では、上述の第１の実施形態と同様に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、導電性ｎ型ＳｉＣ基板１１の表面上に、ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層１２（膜厚３８０ｎｍ）、ｎ^＋型ＧａＮ層１３（膜厚９００ｎｍ）、ｎ型ＧａＮ層３５（膜厚４５０ｎｍ）、ｐ型ＩｎＧａＮ層３６（膜厚１４０ｎｍ）を順次成長した。

ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層１２、ｎ^＋型ＧａＮ層１３、ｎ型ＧａＮ層３５のＳｉ不純物ドーピング濃度は、それぞれ、２×１０^１９ｃｍ^−３、２×１０^１８ｃｍ^−３、１×１０^１７ｃｍ^−３である。ｐ型ＩｎＧａＮ層３６のＭｇ不純物ドーピング濃度は４×１０^１９ｃｍ^−３である。ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層１２のＡｌ組成は、ＳｉＣ基板１１の界面から表面側に向かって５％から０％まで漸次減少させており、ｐ型ＩｎＧａＮ層３６のＩｎ組成は１０％である。ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層１１の膜厚が３８０ｎｍであるから、このときＡｌ原子の面密度は４．２×１０^１６ｃｍ^−３である。図３に示すメサ構造の作製にはＥＣＲエッチング法を用いた。

また、電子ビーム蒸着により、ｐ型ＩｎＧａＮ層３６上にはＰｄ／Ａｕのオーミック電極３４、および導電性ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面にはＴｉ／Ａｕのオーミック電極１５を形成した。ｐ型ＩｎＧａＮ層３６上に形成したＰｄ／Ａｕのオーミック電極３４の大きさは１００μｍ×１００μｍである。

順方向Ｉ−Ｖ（電流−電圧）特性において、１００ｍＡでの微分抵抗をオン抵抗と定義すると、この構造におけるオン抵抗は１．１ｍΩｃｍ^２となり、ｐ−ｎ接合ダイオードにおいて、非常に低いオン抵抗が実現した。また、逆方向Ｉ−Ｖ特性における降伏電圧は８８Ｖと高く、絶縁破壊電圧は２．０ＭＶ／ｃｍとなって、これはＧａＮにおける理論値と同等であることから、良質なＧａＮ層がＳｉＣ基板１１上に成長していると考えられる。

このように、ｐ−ｎ接合ダイオードにおいて、Ａｌ原子の面密度を最適化し、ＳｉＣ基板１１との界面でのバンド不連続による抵抗の増加を抑えたＡｌＧａＮバッファ層１２を挿入することにより、オン抵抗が非常に低く、かつ良質なＧａＮをＳｉＣ基板１２上に成長することができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態で作製した電子デバイスの窒化物半導体構造を図７に示す。まず、図７を参照して、本発明の第３の実施形態における電子デバイスの作製工程を説明する。

本実施形態では、上述の第２の実施形態と同様に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、導電性ｎ型ＳｉＣ基板１１の表面上に、ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層１２（膜厚２７０ｎｍ）、ｎ^＋型ＡｌＧａＮ層４２（膜厚９００ｎｍ）、ｎ型ＡｌＧａＮ層４５（膜厚４５０ｎｍ）、ｐ型ＩｎＧａＮ層３６（膜厚１４０ｎｍ）を順次成長した。また、電子ビーム蒸着により、ｐ型ＩｎＧａＮ層３６上にはＰｄ／Ａｕのオーミック電極３４、および、導電性ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面にはＴｉ／Ａｕのオーミック電極１５を形成した。

図４の素子の作製方法、およびオーミック電極１５，３４は上述の第２の実施形態と同一である。ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層１２、ｎ^＋型ＡｌＧａＮ層４２、ｎ型ＡｌＧａＮ層４５のＳｉ不純物ドーピング濃度は、それぞれ、２×１０^１９ｃｍ^−３、２×１０^１８ｃｍ^−３、１×１０^１７ｃｍ^−３であり、ｐ型ＩｎＧａＮ層３６のＭｇ不純物ドーピング濃度は４×１０^１９ｃｍ^−３である。ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層１２のＡｌ組成は、ＳｉＣ基板１１の界面から表面側に向かって５％から２％へと漸次減少させており、ｎ^＋型ＡｌＧａＮ層４２およびｎ型ＡｌＧａＮ層４５のＡｌ組成はそれぞれ２％である。ｐ型ＩｎＧａＮ層３６のＩｎ組成は１０％である。ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層１２の膜厚が２７０ｎｍであるから、このときＡｌ原子の面密度は４．２×１０^１６ｃｍ^−３である。

この構造におけるオン抵抗は、１．４ｍΩｃｍ^２であるので、上述の第２の実施形態で示したｎ型ＧａＮ層３５を用いたｐ−ｎ接合ダイオードのオン抵抗（１．１ｍΩｃｍ^２）に比べて若干高くなる。これは、第２の実施形態と比べて、ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層１２のＡｌ組成が増加したために、抵抗が高くなるためである。しかし、逆方向Ｉ−Ｖ特性における降伏電圧は、Ａｌ組成の増加によりバンドギャップが大きくなるため、１１０Ｖと高くなる。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態で作製した電子デバイスの窒化物半導体構造を図８に示す。まず、図８を参照して、本発明の第４の実施形態における電子デバイスの作製工程を説明する。

本実施形態では、上述の第２の実施形態と同様に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、導電性ｎ型ＳｉＣ基板１１の表面上にｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層１２（膜厚１９０ｎｍ）、ｎ^＋型ＧａＮ層１３（膜厚９００ｎｍ）、ｎ型ＧａＮ層３５（膜厚４５０ｎｍ）を順次成長した。ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層１２、ｎ^＋型ＧａＮ層１３、ｎ型ＧａＮ層３５のＳｉ不純物ドーピング濃度は、それぞれ、２×１０^１９ｃｍ^−３、２×１０^１８ｃｍ^−３、１×１０^１７ｃｍ^−３である。ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層１２のＡｌ組成は、ＳｉＣ基板１１の界面から表面側に向かって１０％から０％まで減少させている。ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層１２の膜厚は１９０ｎｍであるので、Ａｌ原子の面密度は４．２×１０^１６ｃｍ^−３である。

この第４の実施形態が上述の第２の実施形態と異なる点は、本実施形態では図３に示したｐ型ＩｎＧａＮ層３６（膜厚１４０ｎｍ）を成長しない点である。この後、電子ビーム蒸着により、ｎ型ＧａＮ層３５上にはＰｄ／Ａｕのショットキー電極５４、および、導電性ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面にはＴｉ／Ａｕのオーミック電極１５を形成した。図５に示すメサ構造の作製にはＥＣＲエッチング法を用いた。

このように作製した構造において、Ｐｄ／Ａｕ電極（３４、５４）は、図３に示すようなｐ型ＩｎＧａＮ層（３６）に対してはオーミック電極となり、図４に示すようなｎ型ＧａＮ層（３５）に対してはショットキー電極となることに注意が必要である。

この構造におけるオン抵抗は１．００ｍΩｃｍ^２であり、ショットキーダイオードにおいても非常に低い値を実現した。ｐ−ｎ接合ダイオードの結果のみでは、伝導度変調効果によりオン抵抗が低くなった可能性も考えられるが、ショットキーダイオードにおいても非常に低いオン抵抗が得られたことから、本発明による良質なＧａＮ層およびバッファ層抵抗の低減対策が、素子抵抗を低減することに効果的であることを示している。

このように、本発明によれば、ショットキーダイオードにおいても、Ａｌ組成および膜厚を最適化し、かつ界面でのバンド不連続による抵抗の増加を抑えたＡｌＧａＮバッファ層を挿入することにより、オン抵抗が非常に低く、かつ良質なＧａＮをＳｉＣ基板上に成長することができる。

（他の実施の形態）
上記では、本発明の好適な実施形態を例示して説明したが、本発明の実施形態は上記例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内であれば、その構成部材等の置換、変更、追加、個数の増減、形状の設計変更等の各種変形は、全て本発明の実施形態に含まれる。

本発明の第１の実施形態で作製した電子デバイスのｎ型ＳｉＣ基板／ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層／ｎ^＋型ＧａＮ構造を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態で作製した電子デバイスのｎ型ＳｉＣ基板／ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層／ｎ^＋型ＧａＮ構造の直列抵抗とＡｌ原子の面密度の関係を示す特性図である。 本発明の第２の実施形態で作製した電子デバイスのｎ型ＳｉＣ基板／ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層／ｎ^＋型ＧａＮ／ｎ型ＧａＮ／ｐ型ＩｎＧａＮ構造を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態で作製した電子デバイスのｎ型ＳｉＣ基板／ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層／ｎ^＋型ＡｌＧａＮ／ｎ型ＡｌＧａＮ／ｐ型ＩｎＧａＮ構造を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態で作製した電子デバイスのｎ型ＳｉＣ基板／ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層／ｎ^＋型ＧａＮ／ｎ型ＧａＮ構造を示す断面図である。 ｎ型導電性ＳｉＣ基板上に作製したレーザーダイオードの従来の構造の一例を示す断面図である。 従来の構造であるｎ型ＳｉＣ基板／ｎ型ＡｌＧａＮ／ｎ型ＧａＮ構造を示す断面図である。 従来の構造であるｎ型ＳｉＣ基板／ｎ型ＡｌＧａＮ／ｎ型ＧａＮ構造を示す断面図である。

符号の説明

１１ ｎ型ＳｉＣ基板
１２ ｎ^＋型ＡｌＧａＮバッファ層
１３ ｎ^＋型ＧａＮ層
１４ Ａｌ／Ａｕオーミック電極
１５ Ｔｉ／Ａｕ オーミック電極
３４ Ｐｄ／Ａｕオーミック電極
３５ ｎ型ＧａＮ層
３６ ｐ型ＩｎＧａＮ層
４２ ｎ^＋型ＡｌＧａＮ層
４５ ｎ型ＡｌＧａＮ層
５４ Ｐｄ／Ａｕ ショットキー電極

Claims (7)

1. 電流をＳｉＣ基板および該ＳｉＣ基板上に複数層形成された窒化物半導体層に通過させて動作させる電子デバイスにおいて、
   前記電子デバイスのバッファ層としてｎ型導電性ＳｉＣ基板の表面上に形成されたｎ型導電性ＡｌＧａＮバッファ層を有し、
   前記バッファ層のＡｌ組成が前記ｎ型導電性ＳｉＣ基板の界面で２％以上１０％以下であって、該界面から他層との界面へ向かって漸次減少しているととともに、
   前記バッファ層の膜厚が１５０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下、
   前記バッファ層のｎ型不純物ドーピング濃度が１×１０^１９ｃｍ^−３以上である
   ことを特徴とする窒化物半導体構造。
2. 前記ｎ型導電性ＡｌＧａＮバッファ層におけるＡｌ原子の面密度が２×１０^１６ｃｍ^−２から７×１０^１６ｃｍ^−２までの範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体構造。
3. 前記ｎ型導電性ＡｌＧａＮバッファ層に含まれるｎ型不純物がＳｉ原子であることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体構造。
4. 前記ｎ型導電性ＡｌＧａＮバッファ層の上にｎ型ＧａＮ層と、Ａｌ／Ａｕのオーミック電極が順次形成されており、前記導電性ｎ型ＳｉＣ基板の裏面にＴｉ／Ａｕのオーミック電極が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体構造。
5. 前記ｎ型導電性ＡｌＧａＮバッファ層の上に高濃度不純物を含むｎ型ＧａＮ層、低濃度不純物を含むｎ型ＧａＮ層、ｐ型ＩｎＧａＮ層、およびＰｄ／Ａｕのオーミック電極が順次形成されており、前記導電性ｎ型ＳｉＣ基板の裏面にＴｉ／Ａｕのオーミック電極が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体構造。
6. 前記ｎ型導電性ＡｌＧａＮバッファ層の上に高濃度不純物を含むｎ型ＡｌＧａＮ層、低濃度不純物を含むｎ型ＡｌＧａＮ層、ｐ型ＩｎＧａＮ層、およびＰｄ／Ａｕのオーミック電極が順次形成されており、前記導電性ｎ型ＳｉＣ基板の裏面にＴｉ／Ａｕのオーミック電極が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体構造。
7. 前記ｎ型導電性ＡｌＧａＮバッファ層の上に高濃度不純物を含むｎ型ＧａＮ層、低濃度不純物を含むｎ型ＧａＮ層、およびＰｄ／Ａｕのショットキー電極が順次形成されており、前記導電性ｎ型ＳｉＣ基板の裏面にＴｉ／Ａｕのオーミック電極が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体構造。
   

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