JP2007324327A - ショットキバリアダイオードおよびエピタキシャル基板 - Google Patents

Abstract

【課題】オン抵抗の上昇を抑える共に、リーク電流を低減することが可能なショットキバリアダイオードの提供。
【解決手段】導電性III族窒化物基板１３は、第１の面１３ａおよび第２の面１３ｂを有する。また、導電性III族窒化物基板１３は、１×１０^６ｃｍ^−２以下の転位密度Ｄ_１３を有する。ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層１５は、基板１３の第１の面１３ａ上に設けられており、また１×１０^１７ｃｍ^−３以下のキャリア濃度Ｎ_１５を有する。第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層１７は、ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層１５上に設けられており、また０．５×１０^１７ｃｍ^−３以下のキャリア濃度ｎ_１７を有する。ショットキ電極１９は、第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層１７にショットキ接合を成す。オーミック電極２１は、基板１３の第２の面上に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ショットキバリアダイオードおよびエピタキシャル基板に関する。

非特許文献１は、ＧａＮおよびＡｌＧａＮのショットキ接合におけるリーク電流のメカニズムに関する文献である。ＧａＮショットキダイオードが、サファイア基板上に作製された。サファイア基板上のＧａＮのドナ−濃度は１×１０^１７ｃｍ^−３であり、ショットキ電極はニッケル（Ｎｉ）からなる。実験結果が、表面欠陥の影響を考慮した薄い表面バリアモデルに基づいた計算と比較されており、ＧａＮおよびＡｌＧａＮショットキバリアダイオードの実験のＩ−Ｖ−Ｔ特性を再現した。この文献における結果は、意図しない表面欠陥ドナーによるバリアの薄化は、トンネリングによる輸送過程を増加させることを意味している。

非特許文献２には、ＧａＮショットキダイオードにおける逆方向リーク電流の一様でない空間分布について記載されている。ＧａＮショットキダイオードが、ＧａＮテンプレート上に作製された。サファイア基板上におけるバックグランドドナ−濃度は１×１０^１５ｃｍ^−３以下であり、ショットキ電極は白金（Ｐｔ）からなる。ＧａＮショットキダイオードにおける逆方向リーク電流は、らせん転位の欠陥で生じている。
APPLIED PHYSICS LETTERS vol.84, No. 24, pp.4884-4886 APPLIED PHYSICS LETTERS vol.78, No. 12, pp.1685-1687

非特許文献１および２によれば、リーク電流の原因としていくつかの要因が議論されている。サファイア基板上にＧａＮショットバリアダイオードを作製する場合、窒化ガリムエピタキシャル層に転位が極めて多い。このため、非特許文献１および２にも記載されているように、これらのショットキバリアダイオードにはリーク電流が多い。

一方で、発明者らの実験によれば、比較的転位密度の低い窒化ガリウム基板上に設けられたエピタキシャル層を用いてショットキバリアダイオードを作製する場合でも、リーク電流が存在する。エピタキシャル層中のキャリア濃度を下げると、このリーク電流は小さくなると共に、耐圧は向上する。しかしながら、ショットキバリアダイオードのオン抵抗が上がってしまう。実用的なショットキバリアダイオードを得るためには、オン抵抗の上昇を抑えなければならない。

そこで、本発明の目的は、上記の事項を鑑みて為されたものであり、オン抵抗の上昇を抑える共に、リーク電流を低減することが可能なショットキバリアダイオードを提供すること、またショットキバリアダイオードのためのエピタキシャル基板を提供することとしている。

本発明の一側面によれば、ショットキバリアダイオードは、（ａ）第１および第２の面を有する１×１０^６ｃｍ^−２以下の転位密度の導電性III族窒化物基板と、（ｂ）前記第１の面上に設けられており１×１０^１７ｃｍ^−３以下のキャリア濃度を有するｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層と、（ｃ）前記ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層上に設けられており０．５×１０^１７ｃｍ^−３以下のキャリア濃度を有する第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層と、（ｄ）前記第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層にショットキ接合を成すショットキ電極と、（ｅ）前記第２の面上に設けられたオーミック電極とを備える。

このショットキバリアダイオードよれば、ショットキ電極が、ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層のキャリア濃度より小さいキャリア濃度を有する第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層にショットキ接合を成すので、ドナー性欠陥に起因するリーク電流を低減することができる。

本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層の厚さは１０ナノメートル以上であることが好ましい。

このショットキバリアダイオードでは、第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層の厚さが１０ナノメートル以上であるので、低いリーク電流の値が安定して得られる。

本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層の厚さは前記ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層の厚さの半分以下であることが好ましい。

このショットキバリアダイオードでは、第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層の厚さがｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層の厚さの半分以下であるので、オン抵抗の増加が抑制される。

本発明に係るショットキバリアダイオードは、前記導電性III族窒化物基板と前記ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層との間に設けられており１×１０^１７ｃｍ^−３を超えるキャリア濃度を有する第２のｎ型窒化ガリウム系半導体層を更に備えることができる。

このショットキバリアダイオードでは、ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層により所望の耐圧が得られると共に、第２のｎ型窒化ガリウム系半導体層によりオン抵抗の上昇が抑えられる。

本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記導電性III族窒化物基板はＧａＮから成り、前記第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層はＧａＮから成ることが好ましい。このショットキバリアダイオードによれば、良好なＧａＮ結晶を用いてショットキバリアダイオードが得られる。

本発明の別の側面によれば、エピタキシャル基板は、（ａ）第１および第２の面を有する１×１０^６ｃｍ^−２以下の転位密度の導電性III族窒化物基板と、（ｂ）前記第１の面上に設けられており１×１０^１７ｃｍ^−３以下のキャリア濃度を有するｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層と、（ｃ）前記ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層上に設けられており０．５×１０^１７ｃｍ^−３以下のキャリア濃度を有する第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層とを備える。

このエピタキシャル基板によれば、オン抵抗の上昇を抑える共に、リーク電流を低減することが可能なショットキバリアダイオードを作製するために好適である。

本発明に係るエピタキシャル基板では、前記第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層の厚さは１０ナノメートル以上であることが好ましい。
このエピタキシャル基板によれば、第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層の厚さが１０ナノメートル以上であるので、第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層にショットキ接合を形成しても低いリーク電流の値が安定して得られる。

本発明に係るエピタキシャル基板では、前記第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層の厚さは前記ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層の厚さの半分以下であることが好ましい。
このエピタキシャル基板によれば、第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層の厚さがｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層の厚さの半分以下であるので、第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層にショットキ接合を形成したとき、ショットキバリアダイオードのオン抵抗の増加が抑制される。

本発明に係るエピタキシャル基板は、前記導電性III族窒化物基板と前記ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層との間に設けられており１×１０^１７ｃｍ^−３を超えるキャリア濃度を有する第２のｎ型窒化ガリウム系半導体層を更に備えることができる。
このエピタキシャル基板では、第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層にショットキ接合を形成したとき、ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層により所望の耐圧が得られると共に、第２のｎ型窒化ガリウム系半導体層によりオン抵抗の上昇が抑えられる。

本発明に係るエピタキシャル基板では、前記導電性III族窒化物基板はＧａＮから成り、前記第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層はＧａＮから成ることが好ましい。
このエピタキシャル基板によれば、良好なＧａＮ結晶を用いてショットキバリアダイオードを作製することができる。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。

以上説明したように、本発明によれば、オン抵抗の上昇を抑える共に、リーク電流を低減することが可能なショットキバリアダイオードおよびエピタキシャル基板が提供される。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のショットキバリアダイオードおよびエピタキシャル基板に係わる実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態に係るショットキバリアダイオードを示す図面である。ショットキバリアダイオード１１は、導電性III族窒化物基板１３と、ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層１５と、第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層１７と、ショットキ電極１９と、オーミック電極２１とを備える。導電性III族窒化物基板１３は、第１の面１３ａおよび第２の面１３ｂを有する。また、導電性III族窒化物基板１３は、１×１０^６ｃｍ^−２以下の転位密度Ｄ_１３を有する。ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層１５は、基板１３の第１の面１３ａ上に設けられており、また１×１０^１７ｃｍ^−３以下のキャリア濃度ｎ_１５を有する。第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層１７は、ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層１５上に設けられており、また０．５×１０^１７ｃｍ^−３以下のキャリア濃度ｎ_１７を有する。ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層１５は第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層１７とホモ接合１６を成す。ショットキ電極１９は、第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層１７にショットキ接合を成す。オーミック電極２１は、基板１３の第２の面１３ｂ上に設けられている。

このショットキバリアダイオード１１よれば、ショットキ電極１９は、ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層１５のキャリア濃度ｎ_１５より小さいキャリア濃度ｎ_１７を有する第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層１７にショットキ接合を成すので、ドナー性欠陥に起因するリーク電流を低減することができる。

ショットキバリアダイオード１１は、第２のｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層２３を更に備えることができる。第２のｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層２３は、導電性III族窒化物基板１３とｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層１５との間に設けられており、また１×１０^１７ｃｍ^−３を超えるキャリア濃度ｎ_２３を有する。

ショットキバリアダイオード１１では、ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層１５により所望の耐圧が得られると共に、第２のｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層２３によりオン抵抗の上昇が抑えられる。

ショットキバリアダイオード１１では、導電性III族窒化物基板１３はＧａＮから成ることが好ましい。また、第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層１７はＧａＮから成ることが好ましい。このショットキバリアダイオード１１によれば、良好なＧａＮ結晶を用いてショットキバリアダイオードが得られる。さらに、第２のｎ型窒化ガリウム系半導体層２３はＧａＮから成ることが好ましい。

ショットキバリアダイオード１１では、第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層１７の厚さＬ_１７は１０ナノメートル以上であることが好ましい。第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層１７の厚さＬ_１７が１０ナノメートル以上であるので、低いリーク電流の値が安定して得られる。また、第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層１７の厚さＬ_１７はｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層１５の厚さＬ_１５の半分以下であることが好ましい。第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層１７の厚さＬ_１７がｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層１５の厚さＬ_１５の半分以下であるので、オン抵抗の増加が充分に抑制される。

ショットキ電極１９の材料としては、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、銀（Ａｇ）、タングステン（Ｗ）、パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）等を用いることができる。

（実施例１）
図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図４（Ａ）および図４（Ｂ）を参照しながら、実施例を説明する。低転位導電性自立ＧａＮ基板３１およびサファイアテンプレート４１（「Ｓａｐテンプレート」と記す）を準備する。このＧａＮ基板３１の転位密度は１×１０^６ｃｍ^−２である。Ｓａｐテンプレート４１は、サファイア基板４１ａとその上に形成されたＧａＮ層４１ｂとを含み、ＧａＮ層４１ｂの転位密度は５×１０^８ｃｍ^−２である。これらのＧａＮ基板３１およびＳａｐテンプレート４１上に有機金属気相成長（ＯＭＶＰＥ）炉を用いてエピタキシャル層の成長を行う。

ＧａＮ基板３１およびＳａｐテンプレート４１をＯＭＶＰＥ炉に配置し、以下のような成長シーケンスを行う。
（１）まず、熱的クリーニングを行う。熱処理温度は摂氏９９０度であり、熱処理ガスとしてアンモニア（ＮＨ_３）および水素（Ｈ_２）を用いる。アンモニア流量は１６．５ｓｌｍであり、水素流量は３．５ｓｌｍである。熱処理の圧力は２６６６４．４パスカル（２００ｔｏｒｒ）である。熱処理時間は６００秒である。

（２）ＯＭＶＰＥ炉を用いてＧａＮ基板３１およびＳａｐテンプレート４１上にｎ^＋型ＧａＮ層（バッファ層）３３、４３の成長をそれぞれ行う。成長温度は摂氏１０５０度であり、成長圧力は２６６６４．４パスカル（２００ｔｏｒｒ）である。成膜のためのガスとして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア、水素およびシランを用いる。アンモニアの流量は９ｓｌｍであり、水素の流量は１１ｓｌｍである。トリメチルガリウムの流量は５６ｓｃｃｍであり、また成長速度が２マイクロメートルになるように調整される。１０ｐｐｍに希釈したシラン（ＳｉＨ_４）の流量は１０ｓｃｃｍであり、シリコン濃度が１×１０^１８ｃｍ^−３になるように調整される。３６００秒の成長時間で約２マイクロメートルの窒化ガリウムを成長する。

（３）ＯＭＶＰＥ炉を用いてｎ^＋型ＧａＮ層３３、４３上にｎ⁻型ＧａＮ層（ドリフト層）３５、４５の成長をそれぞれ行う。成長温度は摂氏１０５０度であり、成長圧力は２６６６４．４パスカル（２００ｔｏｒｒ）である。成膜のためのガスとして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア、水素およびシランを用いる。アンモニアの流量は９ｓｌｍであり、水素の流量は１１ｓｌｍである。トリメチルガリウムの流量は５６ｓｃｃｍであり、また成長速度が２マイクロメートルになるように調整される。１０ｐｐｍに希釈したシラン（ＳｉＨ_４）の流量は０．３ｓｃｃｍであり、シリコン濃度が３×１０^１６ｃｍ^−３になるように調整される。１８００００秒の成長時間で約１０マイクロメートルの窒化ガリウムを成長する。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、エピタキシャル基板Ａおよびエピタキシャル基板Ｂを模式的に示す図面である。これらの手順により、ＧａＮ基板３１上に設けられた約３×１０^１６ｃｍ^−３のドナー濃度のドリフト層３５を有するエピタキシャル基板Ａ、Ｓａｐテンプレート４１上に設けられた約３×１０^１６ｃｍ^−３のドナー濃度のドリフト層４５を有するエピタキシャル基板Ｂが作製される。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、エピタキシャル基板Ｃおよびエピタキシャル基板Ｄを模式的に示す図面である。上記の手順において、ｎ型ドーパントガスの流量を調整して、ＧａＮ基板３１上にそれぞれ設けられた約１×１０^１６ｃｍ^−３のドナー濃度のドリフト層５５を有するエピタキシャル基板Ｃ、Ｓａｐテンプレート４１上に設けられた約１×１０^１６ｃｍ^−３のドナー濃度のドリフト層６５を有するエピタキシャル基板Ｄが作製される。

さらに、上記の手順（１）〜（３）に続けて成長シーケンスを行う、
（４）図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示されるように、ドリフト層の厚さよりも薄い厚さのｎ型ＧａＮ層５７ａ、６７ａをドリフト層３５、４５上に形成する。具体的には、これらのｎ型ＧａＮ層５７ａ、６７ａの成長をＯＭＶＰＥ炉を用いて行う。成長温度は摂氏１０５０度であり、成長圧力は２６６６４．４パスカル（２００ｔｏｒｒ）である。成膜のためのガスとして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア、水素およびシランを用いる。アンモニアの流量は９ｓｌｍであり、水素の流量は１１ｓｌｍである。トリメチルガリウムの流量は５６ｓｃｃｍであり、また成長速度が２マイクロメートルになるように調整される。１０ｐｐｍに希釈したシラン（ＳｉＨ_４）の流量は０．１ｓｃｃｍであり、シリコン濃度が３×１０^１６ｃｍ^−３になるように調整される。１８０秒の成長時間で約０．１マイクロメートルの窒化ガリウムを成長する。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、エピタキシャル基板Ｅおよびエピタキシャル基板Ｆを模式的に示す図面である。ＧａＮ基板３１上に設けられた約３×１０^１６ｃｍ^−３のドナー濃度のドリフト層３５および約１×１０^１６ｃｍ^−３のドナー濃度のｎ型ＧａＮ層５７ａとを有するエピタキシャル基板Ｅ、Ｓａｐテンプレート４１上に設けられた約３×１０^１６ｃｍ^−３のドナー濃度のドリフト層４５と約１×１０^１６ｃｍ^−３のドナー濃度のｎ型ＧａＮ層６７ａとを有するエピタキシャル基板Ｆが作製される。

これらのエピタキシャル基板Ａ〜Ｆ上にショットキ電極を形成する。ショットキ電極の材料として、金（Ａｕ）を使用し、抵抗加熱法を用いて真空蒸着を行った。ダブルショットキ電極をショットキバリアダイオードの評価を用いて行った。評価として、オン抵抗Ｒｏｎといった順方向特性、ブレークダウン電圧（耐圧）ＶＢおよびリーク電流Ｉ_ＲＬといった逆方向特性を測定する。ここでは、オン抵抗Ｒｏｎ（単位：ｍΩｃｍ^２）は２００Ａ／ｃｍ^２の電流密度における微分抵抗であり、耐圧（単位：Ｖ）は、１ｍＡ／ｃｍ^２の逆方向電流密度における電圧であり、リーク電流Ｉ_ＲＬ（単位：ｍＡ／ｃｍ^２）は逆方向電圧１００Ｖにおける電流密度である。
試料 耐圧（Ｖ） リーク電流（Ａ／ｃｍ^２） オン抵抗（ｍΩｃｍ^２）
Ａ．（ＧａＮ基板、３×１０^１６エピタキシャル層）
２４１ ７．９×１０^−８ ０．７１
Ｂ．（Ｓａｐテンプレート、３×１０^１６エピタキシャル層）
１４６ ２．５×１０^−６ １２．３
Ｃ．（ＧａＮ基板、１×１０^１６エピタキシャル層）
６３８ ６．３×１０^−１０ １．５６
Ｄ．（Ｓａｐテンプレート、１×１０^１６エピタキシャル層）
３４２ ４．０×１０^−８ ２８．６
Ｅ．（ＧａＮ基板、１×１０^１６／３×１０^１６エピタキシャル層）
３６０ ５．９×１０^−９ ０．７３
Ｆ．（Ｓａｐテンプレート、１×１０^１６／３×１０^１６エピタキシャル層）
１４８ １．６×１０^−６ １２．８
これらの測定結果から以下のことが理解される。

Ｓａｐテンプレートを用いたショットキバリアダイオード（試料Ｂ、Ｄ、Ｆ）では、ドリフト層にショットキ接合を成すショットキ電極を含むショットキバリアダイオード（試料Ｂ、Ｄ）と、このドリフト層よりも小さいドーパント（ドナー）濃度のエピタキシャル層にショットキ接合を成すショットキ電極を含むショットキバリアダイオード（試料Ｆ）を比べるとき、ショットキバリアダイオード（試料Ｆ）のオン抵抗がショットキバリアダイオード（試料Ｂ、Ｄ）のオン抵抗に比べて実質的に上昇することはない。同時に、ショットキバリアダイオード（試料Ｆ）のリーク電流がショットキバリアダイオード（試料Ｂ、Ｄ）のリーク電流に比べて実質的に低減されるということはなく、さらにショットキバリアダイオード（試料Ｆ）の耐圧がショットキバリアダイオード（試料Ｂ、Ｄ）の耐圧に比べて実質的に向上するということもない。

低転位ＧａＮ基板を用いたショットキバリアダイオード（試料Ａ、Ｃ、Ｅ）では、ドリフト層にショットキ接合を成すショットキ電極を含むショットキバリアダイオード（試料Ａ、Ｃ）と、このドリフト層よりも小さいドーパント（ドナー）濃度のエピタキシャル層にショットキ接合を成すショットキ電極を含むショットキバリアダイオード（試料Ｅ）を比べるとき、ショットキバリアダイオード（試料Ｅ）のオン抵抗はショットキバリアダイオード（試料Ａ、Ｃ）のオン抵抗に比べて実質的に上昇することない。ショットキバリアダイオード（試料Ｅ）のリーク電流はショットキバリアダイオード（試料Ａ）のリーク電流に比べて低減される。ショットキバリアダイオード（試料Ｆ）の耐圧はショットキバリアダイオード（試料Ａ）の耐圧に比べて向上される。

したがって、低転位のＧａＮ基板を用いると共に、ドリフト層のドーパント濃度よりも小さいドナー濃度のｎ型窒化ガリウム系半導体層をドリフト層上に設けると、オン抵抗の実質的な上昇なくリーク電流および耐圧を向上させることができる。

（実施例２）
図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、エピタキシャル基板Ｇおよびエピタキシャル基板Ｈを模式的に示す図面である。上記の手順（１）〜（３）に続けて成長シーケンスを行うと共に、手順（４）における成長時間を調整してエピタキシャ基板Ｇ、Ｈを作製する。エピタキシャル基板Ｇは、ＧａＮ基板３１上に設けられた約３×１０^１６ｃｍ^−３のドナー濃度、１０μｍ厚のドリフト層３５および約１×１０^１６ｃｍ^−３のドナー濃度、１０ｎｍ厚のｎ型ＧａＮ層５７ｂとを有する。エピタキシャル基板Ｈは、ＧａＮ基板３１上に設けられた約３×１０^１６ｃｍ^−３のドナー濃度のドリフト層３５と約１×１０^１６ｃｍ^−３のドナー濃度、５μｍ厚のｎ型ＧａＮ層５７ｃとを有する。
実施例１と同様に、これらのエピタキシャル基板Ｇ、Ｈ上にショットキ電極を形成する。エピタキシャル基板Ｇ、Ｈの評価を同様に行う。
試料 耐圧（Ｖ） リーク電流（Ａ／ｃｍ^２） オン抵抗（ｍΩｃｍ^２）
Ａ．（ＧａＮ基板、３×１０^１６（１０μｍ）エピタキシャル層）
２４１ ７．９×１０^−８ ０．７１
Ｃ．（ＧａＮ基板、１×１０^１６（１０μｍ）エピタキシャル層）
６３８ ６．３×１０^−１０ １．５６
Ｅ．（ＧａＮ基板、１×１０^１６（１００ｎｍ）／３×１０^１６（１０μｍ）エピタキシャル層）
３６０ ５．９×１０^−９ ０．７３
Ｇ．（ＧａＮ基板、１×１０^１６（１０ｎｍ）／３×１０^１６（１０μｍ）エピタキシャル層）
２５５ ６．７×１０^−８ ０．７１
Ｈ．（ＧａＮ基板、１×１０^１６（５μｍ）／３×１０^１６（１０μｍ）エピタキシャル層）
５６０ １．５×１０^−１０ １．４６
これらの測定結果から以下のことが理解される。

低転位ＧａＮ基板を用いたショットキバリアダイオード（試料Ａ、Ｅ、Ｇ、Ｈ）では、ドリフト層にショットキ接合を成すショットキ電極を含むショットキバリアダイオード（試料Ａ）と、このドリフト層よりも小さいドーパント（ドナー）濃度のエピタキシャル層にショットキ接合を成すショットキ電極を含むショットキバリアダイオード（試料Ｇ）を比べるとき、ショットキバリアダイオード（試料Ｇ）のオン抵抗は、それぞれ、ショットキバリアダイオード（試料Ａ）のオン抵抗に比べて実質的な変わらない。また、ショットキバリアダイオード（試料Ｇ）の耐圧およびリーク電流はショットキバリアダイオード（試料Ａ）の耐圧およびリーク電流に比べて実質的に優れている。これ故に、ドリフト層よりも小さいドーパント（ドナー）濃度のエピタキシャル層の厚さは、少なくとも１０ｎｍであることが好ましい。

ショットキバリアダイオード（試料Ｈ）の耐圧およびリーク電流は、それぞれ、ショットキバリアダイオード（試料Ｃ）の耐圧およびリーク電流に比べて実質的な変わらない。また、ショットキバリアダイオード（試料Ｈ）のオン抵抗はショットキバリアダイオード（試料Ｃ）のオン抵抗に比べて実質的に優れている。これ故に、１０μｍ厚のドリフト層に対して、ドリフト層よりも小さいドーパント（ドナー）濃度のエピタキシャル層の厚さは５μｍ以下であることが好ましい。したがって、第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層１７の厚さＬ_１７がｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層１５の厚さＬ_１５の半分以下であることが好ましく、これによれば、オン抵抗の増加が抑制される。

以上説明したように、ＧａＮエピタキシャル領域にショットキ接合を形成したショットキバリアダイオードのリーク電流は多いけれども、ＧａＮエピタキシャル領域のキャリア濃度を下げると、リーク電流を低減することが可能となるが、オン抵抗が大きくなる。表面付近の実効キャリアは、ＧａＮエピタキシャル領域の表面に多数形成されるドナー性欠陥からのキャリアとドナードーパントからのキャリアとからなると考えられる。このドナー性欠陥に起因してリーク電流の大部分が生じていると考えると、表面のドーピング濃度を下げて表層のキャリアを減らすことにより、表面付近の実効キャリア濃度を高くすることなくリーク電流が低減できる。これにより、リーク電流の低減と耐圧の維持または向上が達成される。ドーパントからのキャリア濃度は表面付近で下がるけれども、この低下分は、表面欠陥起因のドナーからのキャリアにより補われるので、オン抵抗は実質的に上昇しない。

サファイアテンプレートを用いるショットキバリアダイオードは、低転位ＧａＮ基板を用いたショットキバリアダイオードと異なる特性を示す。ＧａＮエピタキシャル領域にショットキ接合を形成したショットキバリアダイオードのリーク電流の原因としては、転位に起因のものと表面の欠陥起因のものとがある。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

図１は、本実施の形態に係るショットキバリアダイオードを示す図面である。 図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、エピタキシャル基板Ａおよびエピタキシャル基板Ｂを模式的に示す図面である。 図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、エピタキシャル基板Ｃおよびエピタキシャル基板Ｄを模式的に示す図面である。 図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、エピタキシャル基板Ｅおよびエピタキシャル基板Ｆを模式的に示す図面である。 図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、エピタキシャル基板Ｇおよびエピタキシャル基板Ｈを模式的に示す図面である。

符号の説明

１１…ショットキバリアダイオード、１３…導電性III族窒化物基板、１５…ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層、１７…第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層、１９…ショットキ電極、２１…オーミック電極、２３…第２のｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層、Ｌ_１７…第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層の厚さ、Ｌ_１５…ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層の厚さ、３１…低転位導電性自立ＧａＮ基板、３３、４３…ｎ^＋型ＧａＮ層、３５、４５…ｎ⁻型ＧａＮ層、４１…サファイアテンプレート、４１ａ…サファイア基板、４１ｂ…ＧａＮ層、Ａ〜Ｈ…エピタキシャル基板、Ａ〜Ｈ…ショットキバリアダイオード、５５…ドリフト層、６５…ドリフト層、５７ａ、６７ａ…ｎ型ＧａＮ層、５７ｂ…ｎ型ＧａＮ層、５７ｃ…ｎ型ＧａＮ層

Claims (10)

1. 第１および第２の面を有する１×１０^６ｃｍ^−２以下の転位密度の導電性III族窒化物基板と、
   前記第１の面上に設けられており１×１０^１７ｃｍ^−３以下のキャリア濃度を有するｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層と、
   前記ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層上に設けられており０．５×１０^１７ｃｍ^−３以下のキャリア濃度を有する第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層と、
   前記第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層にショットキ接合を成すショットキ電極と、
   前記第２の面上に設けられたオーミック電極と
   を備える、ことを特徴とするショットキバリアダイオード。
2. 前記第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層の厚さは１０ナノメートル以上である、ことを特徴とする請求項１に記載されたショットキバリアダイオード。
3. 前記第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層の厚さは前記ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層の厚さの半分以下である、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたショットキバリアダイオード。
4. 前記導電性III族窒化物基板と前記ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層との間に設けられており１×１０^１７ｃｍ^−３を超えるキャリア濃度を有する第２のｎ型窒化ガリウム系半導体層を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載されたショットキバリアダイオード。
5. 前記導電性III族窒化物基板はＧａＮから成り、
   前記第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層はＧａＮから成る、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたショットキバリアダイオード。
6. 第１および第２の面を有する１×１０^６ｃｍ^−２以下の転位密度の導電性III族窒化物基板と、
   前記第１の面上に設けられており１×１０^１７ｃｍ^−３以下のキャリア濃度を有するｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層と、
   前記ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層上に設けられており０．５×１０^１７ｃｍ^−３以下のキャリア濃度を有する第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層と
   を備える、ことを特徴とするエピタキシャル基板。
7. 前記第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層の厚さは１０ナノメートル以上である、ことを特徴とする請求項６に記載されたエピタキシャル基板。
8. 前記第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層の厚さは前記ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層の厚さの半分以下である、ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載されたエピタキシャル基板。
9. 前記導電性III族窒化物基板と前記ｎ型窒化ガリウム系半導体ドリフト層との間に設けられており１×１０^１７ｃｍ^−３を超えるキャリア濃度を有する第２のｎ型窒化ガリウム系半導体層を更に備える、ことを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載されたエピタキシャル基板。
10. 前記導電性III族窒化物基板はＧａＮから成り、
    前記第１のｎ型窒化ガリウム系半導体層はＧａＮから成る、ことを特徴とする請求項６〜請求項９のいずれか一項に記載されたエピタキシャル基板。

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