JP2008177369A - ショットキバリアダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】窒化ガリウム系半導体を用いると共にｐ型ガードリングを有するショットキバリアダイオードを提供する。
【解決手段】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層１３の主面１３ａは、第１のエリア１３ｂと第２のエリア１３ｃとを含む。第１の電極１５は金属体１９を有しており、第１の電極１５の金属体１９は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３の第１のエリア１３ｂ上に設けられ、またｎ型窒化ガリウム系半導体層１３にショットキ接触２１を成す。ｐ型III族窒化物半導体のガードリング領域１７はｎ型窒化ガリウム系半導体層１３の第２のエリア１３ｃ上に設けられる。凸状のガードリング領域１７は第１導電型窒化ガリウム系半導体層１３の第２のエリア１３ｃにｐｎ接合２３を成す。
【選択図】図１

Description

本発明は、ショットキバリアダイオードに関する。

非特許文献１には、ショットキバリアダイオードが記載されている。このショットキバリアダイオードは、ｎ型半導体領域に埋め込まれたｐ型ガードリングを含む。ショットキ電極はｎ型半導体領域にショットキ接触を成すと共に、ｐ型埋め込みガードリングにも接触している。
「パワーエレクトロニクスハンドブック」 Ｒ＆Ｄプランニング 2002 第４６頁〜４９頁、今井孝二 監修

発明者の知見によれば、窒化ガリウム系材料を用いた縦型パワーデバイスでは、ガードリング構造を用いた高耐圧化は容易でない。ガードリングにより高耐圧化を実現するには、ガードリングの導電型をドリフト領域の導電型と異なるｐ型にする。ＳｉパワーデバイスやＳｉＣパワーデバイスでは、ガードリング構造はイオン注入技術により作製される。しかしながら、窒化ガリウム系材料では、イオン注入によりｐ導電型領域を作製することに成功したという報告は知られていない。また、ＳｉパワーデバイスやＳｉＣパワーデバイスでは、ｎ型ドリフト領域に溝を形成した後に、この溝内に埋めこみエピタキシャル成長技術によりｐ型半導体領域を形成する作製法も考えられる。しかしながら、窒化ガリウム系半導体では、未だ良好な埋めこみエピタキシャル成長技術が実現されていない。

したがって、縦型パワーデバイスの耐圧の向上に有効なガードリングを形成できない。求められていることは、パワーデバイスにおける高耐圧化のためのエッジターミネーション技術である。

本発明は、このような事情を鑑みてされたものであり、窒化ガリウム系半導体を用いると共にｐ型ガードリング領域を有するショットキバリアダイオードを提供することを目的とする。

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のエリアと前記第１のエリアの外側に位置する第２のエリアとを含む主面を有するｎ型窒化ガリウム系半導体層と、（ｂ）前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の前記第１のエリア上に設けられ前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層にショットキ接触を成す金属体を有する第１の電極と、（ｃ）前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の前記第２のエリア上に設けられｐ型III族窒化物半導体からなるガードリング領域とを備え、前記ガードリング領域は前記第１導電型窒化ガリウム系半導体層の前記第２のエリアにｐｎ接合を成す。

このショットキバリアダイオードによれば、ｐ型III族窒化物半導体はｎ型窒化ガリウム系半導体層にｐｎ接合を成すので、この接合には空乏層が発生される。また、ガードリング領域のｐ型III族窒化物半導体が設けられる主面はｎ型窒化ガリウム系半導体層によって提供される。ガードリング領域が半導体層の主面上に設けられるので、ガードリング領域のためのｐ型III族窒化物半導体を埋め込み成長する必要がなく、またｐ型ガードリング領域のためにｐ型ドーパントのイオン注入を行うこともない。これ故に、埋め込み成長およびイオン注入に起因する技術的な事項がこのショットキバリアダイオードには生じない。

本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の前記主面は、前記第１のエリアと前記第２のエリアとの間に設けられた第３のエリアを含み、前記第１の電極は、前記ガードリング領域と電気的に絶縁されていることができる。

このショットキバリアダイオードによれば、ガードリング領域の電位は、第１の電極によって直接に与えられることなく、ガードリング領域の容量的な結合により規定される。

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の電極の前記金属体は前記ガードリング領域上に設けられており、前記金属体は前記ガードリング領域に接触していることができる。このショットキバリアダイオードによれば、ガードリング領域の電位は、金属体によって提供される。

本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記ガードリング領域は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮの少なくともいずれかからなることができる。これらの材料は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層上において良好な品質の結晶が得られる。これ故に、良好なデバイス特性のショットキバリアダイオードが提供される。

本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記ガードリング領域にはｐ型ドーパントとしてマグネシウムが添加されており、前記ｎ窒化ガリウム系半導体層のキャリア濃度は、前記ガードリング領域のドーパント濃度よりも小さいことが好ましい。

このショットキバリアダイオードによれば、ガードリング領域と第１導電型窒化ガリウム系半導体層とから構成されるｐｎ接合において、第１導電型窒化ガリウム系半導体層における空乏層は、ガードリング領域における空乏層よりも大きい。

本発明に係るショットキバリアダイオードでは、主面および裏面を有するｎ型窒化ガリウム系半導体からなる支持基体と、前記支持基体の前記裏面にオーミック接触を成す第２の電極とを更に備えることができる。前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層は前記支持基体の前記主面上に設けられている。

このショットキバリアダイオードによれば、サファイア基板等を用いることなく、ｎ型窒化ガリウム系半導体からなる支持基体上にｎ型窒化ガリウム系半導体層が設けられる。これ故に、良好な結晶品質のｎ型窒化ガリウム系半導体層が提供されると共に、ｎ型窒化ガリウム系半導体層とガードリング領域とにより耐圧といったショットキバリアダイオード特性が向上される。

本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記支持基体の材料の構成元素は前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の材料の構成元素と同じ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によれば、支持基体の材料の構成元素がｎ型窒化ガリウム系半導体層の材料の構成元素と同じであるので、支持基体とｎ型窒化ガリウム系半導体層との間に大きな格子定数差が生じないようにできる。

本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記支持基体の材料の構成元素は前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の材料の構成元素と同じであり、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層はＧａＮからなることができる。ｎ型窒化ガリウム系半導体層がＧａＮからなれば、空乏層が主に広がるｎ型窒化ガリウム系半導体層の結晶性が良好になるので、リーク電流の低減が期待できる。

本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記支持基体の材料の構成元素は前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の材料の構成元素と同じであり、前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層はＡｌＧａＮからなることができる。ｎ型窒化ガリウム系半導体層がＡｌＧａＮからなれば、ショットキバリアダイオードの耐圧の向上が期待できる。

本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記ガードリング領域と前記第１導電型窒化ガリウム系半導体層の前記第２のエリアはヘテロ接合を成すことができる。

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、窒化ガリウム系半導体を用いると共にｐ型ガードリング領域を有するショットキバリアダイオードが提供される。

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に係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。

図１は、実施の形態に係るショットキバリアダイオードの構造を概略的に示す図面である。ショットキバリアダイオードの内部構造が明らかになるように、図１において、ショットキバリアダイオードはその一部を破断して示されている。ショットキバリアダイオード１１は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３と、第１の電極１５と、ガードリング領域１７とを備える。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３は主面１３ａを有しており、主面１３ａは、第１のエリア１３ｂと第２のエリア１３ｃとを含む。第２のエリア１３ｃは、第１のエリア１３ｂの外側に位置する。第１の電極１５は金属体１９を有しており、また、図１において、第１の電極１５を代表して金属体１９が示されているが、第１の電極１５は例えばボンディングパッド等を含む。第１の電極１５は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３の第１のエリア１３ｂ上に設けられ、またｎ型窒化ガリウム系半導体層１３にショットキ接触２１を成す。ガードリング領域１７はｐ型III族窒化物半導体からなり、またｎ型窒化ガリウム系半導体層１３の第２のエリア１３ｃ上に設けられる。ガードリング領域１７は第１導電型窒化ガリウム系半導体層１３の第２のエリア１３ｃにｐｎ接合２３を成す。ガードリング領域１７の底面１７ａが第１導電型窒化ガリウム系半導体層１３と接合を形成しており、ガードリング領域１７の側面１７ｂ、１７ｃ、上面１７ｄが第１導電型窒化ガリウム系半導体層１３と接合を形成していない。

このショットキバリアダイオード１１によれば、ガードリング領域（ｐ型III族窒化物半導体領域は）１７はｎ型窒化ガリウム系半導体層１３にｐｎ接合２３を成すので、この接合２３には空乏層が生成される。また、ガードリング領域１７のｐ型III族窒化物半導体が設けられる主面１３ａはｎ型窒化ガリウム系半導体層によって提供されるので、実質的に平坦である。ガードリング領域１７が半導体層１３の主面１３ａ上に設けられるので、ガードリング領域１７がリッジ状に突出している。また、ガードリング領域１７は、金属体１９を囲っており、また半導体層１３の主面１３ａ上に閉じた曲線に沿って伸びている。

このショットキバリアダイオード１１では、ガードリング領域１７のためのｐ型III族窒化物半導体を埋め込み成長する必要がなく、またｐ型ガードリング領域１７のためにｐ型ドーパントのイオン注入および活性化を行うこともない。これ故に、埋め込み成長およびイオン注入に起因する技術的な事項がこのショットキバリアダイオードには生じない。

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層１３の主面１３ａは第３のエリア１３ｄを更に含み、第３のエリア１３ｄは第１のエリア１３ｂと第２のエリア１３ｃとの間に位置している。第３のエリア１３ｄには、ガードリング領域１７および金属体１９が設けられていない。このため、ガードリング領域１７は、金属体１９から隔置されている。第１の電極１５は、ガードリング領域１７と電気的に絶縁されている。このショットキバリアダイオードによれば、ガードリング領域１７の電位は、第１の電極１５によって直接に与えられることなく、ガードリング領域１７の容量的な結合により規定される。ショットキ接合２１は実質的な平坦な第１のエリア１３ｂに設けられる。

また、第２のエリア１３ｃの外側には、第４のエリア１３ｅが設けられている。第４のエリア１３ｅには、ガードリング領域１７および金属体１９が設けられていない。

ショットキバリアダイオード１１では、ｎ窒化ガリウム系半導体層１３のキャリア濃度は、ガードリング領域１７のドーパント濃度よりも小さいことが好ましい。ガードリング領域１７とｎ型窒化ガリウム系半導体層１３とから構成されるｐｎ接合２３において、第１導電型窒化ガリウム系半導体層１３における空乏層は、ガードリング領域１７における空乏層よりも大きい。したがって、ショットキ電極の直下に伸びる空乏層のエッジの形状を調整するために役立つ。例えば、第１導電型窒化ガリウム系半導体層１３内の空乏層が、金属体１９のエッジに起因して大きく曲げられることを防ぎ、この曲がりによる電界強度の最大値を低減することができる。

ガードリング領域１７にはｐ型ドーパントとして、例えばマグネシウムが添加されていることが好ましい。マグネシウムはIII族窒化物半導体において比較的浅い準位を形成するので、活性化させることが容易である。

ショットキバリアダイオード１１では、ガードリング領域１７は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮの少なくともいずれかからなることができる。これらの材料は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３上において良好な品質の結晶が得られる。これ故に、ショットキバリアダイオード１１のデバイス特性が向上される。

ショットキバリアダイオード１１は、ｎ型窒化ガリウム系半導体からなる支持基体２５と、第２の電極２７とを更に備えることができる。支持基体２５は、主面２５ａおよび裏面２５ｂを有する。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３は支持基体２５の主面２５ａ上に設けられている。第２の電極２７は、支持基体２５の裏面２５ｂにオーミック接触を成す。このショットキバリアダイオード１１によれば、サファイア基板等を用いることなく、ｎ型窒化ガリウム系半導体からなる支持基体２５上にｎ型窒化ガリウム系半導体層１３が設けられる。これ故に、良好な結晶品質のｎ型窒化ガリウム系半導体層１３が提供されると共に、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３とガードリング領域１７とにより、耐圧といったショットキバリアダイオード特性が向上される。

支持基体２５の材料の構成元素はｎ型窒化ガリウム系半導体層１３の材料の構成元素と同じであれば、支持基体２５とｎ型窒化ガリウム系半導体層１３との間に大きな格子定数差が生じない。

例えば、支持基体２５の材料の構成元素はｎ型窒化ガリウム系半導体層１３の材料の構成元素と同じであり、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３がＧａＮからなることができる。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３がＧａＮからなれば、空乏層が主に広がるｎ型窒化ガリウム系半導体層１３の結晶性が良好になるので、リーク電流の低減が期待できる。

ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３およびガードリング領域１７が、共にＧａＮからなるとき、ガードリング領域１７とｎ型窒化ガリウム系半導体層１３との接合がホモ接合であるので、結晶性のよいガードリングが実現可能であり、欠陥に起因するリーク電流の減少、耐圧の向上が期待できる。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３およびガードリング領域１７が、それぞれ、ＧａＮおよびＡｌＮからなるとき、ガードリングの降伏電界強度が高いので、高耐圧なショットキバリアダイオードの実現が容易である。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３およびガードリング領域１７が、それぞれ、ＧａＮおよびＡｌＧａＮからなるとき、ガードリングの降伏電界強度が高いので、高耐圧なショットキバリアダイオードの実現が容易である。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３およびガードリング領域１７が、それぞれ、ＧａＮおよびＡｌＩｎＧａＮからなるとき、ＧａＮから成るｎ型窒化ガリウム系半導体層１３に格子整合し、ＧａＮよりもバンドギャップの大きいＡｌＩｎＧａＮからなるガードリング領域１７を用いれば、欠陥に起因するリーク電流が少なく、かつガードリングの降伏電界強度が高いので、極めて高耐圧なショットキバリアダイオードの実現が期待できる。

また、例えば支持基体２５の材料の構成元素はｎ型窒化ガリウム系半導体層１３の材料の構成元素と同じであり、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３がＡｌＧａＮからなることができる。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３がＡｌＧａＮからなれば、ショットキバリアダイオードの耐圧の向上が期待できる。

ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３およびガードリング領域１７が、共にＡｌＧａＮからなるとき、ガードリング領域１７とｎ型窒化ガリウム系半導体層１３との接合がホモ接合であるので、結晶性のよいガードリングが実現可能であり、欠陥に起因するリーク電流の減少、耐圧の向上が期待できる。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３およびガードリング領域１７が、それぞれ、ＡｌＧａＮおよびＧａＮからなるとき、ガードリング領域１７の材料であるＧａＮは、ＡｌＧａＮに比べてｐ型高濃度ドーピングが可能であるので、高耐圧なショットキバリアダイオードの実現が容易である。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３およびガードリング領域１７が、それぞれ、ＡｌＧａＮおよびＡｌＮからなるとき、ガードリングの降伏電界強度が高いので、高耐圧なショットキバリアダイオードの実現が容易である。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３およびガードリング領域１７が、それぞれ、ＡｌＧａＮおよびＡｌＩｎＧａＮからなるとき、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１７の材料であるＡｌＧａＮに格子整合し、ＡｌＧａＮよりもバンドギャップの大きいＡｌＩｎＧａＮからなるガードリング領域１７を用いれば、欠陥に起因するリーク電流が少なく、かつガードリングの降伏電界強度が高いので、極めて高耐圧なショットキバリアダイオードの実現が期待できる。

ガードリング領域１７とｎ型窒化ガリウム系半導体層１３の第２のエリア１３ｃがヘテロ接合を成せば、よりバンドギャップの大きいガードリングを用いることにより、ガードリングの降伏電界強度が高くなるので、高耐圧なショットキバリアダイオードの実現が容易になる。また、ガードリング領域１７とｎ型窒化ガリウム系半導体層１３の第２のエリア１３ｃがホモ接合を成せば、結晶性のよいガードリングが実現可能であり、欠陥に起因するリーク電流の減少、耐圧の向上が期待できる。

図１を参照すると、ショットキバリアダイオード１１は、支持基体２５上に単一のｎ型窒化ガリウム系半導体層１３を含むけれども、本発明は、このような特定の構造に限定されることはない。ショットキバリアダイオード１１は、必要に応じて、支持基体２５とｎ型窒化ガリウム系半導体層１３との間に位置する一または複数の窒化ガリウム系半導体層を含むことができる。

（実施例１）
図２は、実施の形態に係るショットキバリアダイオードを作製する方法の一例を示す図面である。図２（ａ）に示されるように、ＧａＮ基板３１を準備する。例えば、ＧａＮ基板３１はｎ導電性を示し、この基板は、厚み４００μｍおよびキャリア濃度５×１０^１８ｃｍ^−３の自立基板である。ＧａＮ基板３１の表面３１ａ上に窒化ガリウム系半導体層３３を成長して、エピタキシャル基板Ｅ１を作製する。窒化ガリウム系半導体層３３はｎ導電性を示し、この膜は、厚み７μｍおよびキャリア濃度５×１０^１５ｃｍ^−３のＧａＮ半導体膜である。このＧａＮ半導体膜の表面は良好な平坦性を有している。ＧａＮ半導体膜の成長は、例えば有機金属気相成長法で行われる。

図２（ｂ）に示されるように、選択成長のためのマスク３５を窒化ガリウム系半導体層３３上に形成する。まず、シリコン窒化膜といったマスク膜を形成する。マスク膜は、例えばプラズマＣＶＤ法で堆積されたＳｉＮ膜であることができる。ＳｉＮ膜の厚みは、例えば１００ｎｍである。ＳｉＮ膜のフォトリソグラフィを適用して、引き続く工程においてｐ型窒化ガリウム系半導体を選択成長させるべき位置に開口を形成する。この後に、バッファードフッ化水素酸（ＢＨＦ）を用いてＳｉＮ膜をエッチングして、選択成長のためのＳｉＮマスクが形成される。

マスク３５を用いて、窒化ガリウム系半導体層３３上に窒化ガリウム系半導体３７を選択成長する。窒化ガリウム系半導体３７はｐ導電性を示し、この選択成長による堆積物は、例えば厚み０．５μｍおよびｐ型ドーパントＭｇである。ドーパント濃度は、２×１０^１７ｃｍ^−３、４×１０^１７ｃｍ^−３、６×１０^１７ｃｍ^−３の三種類のＧａＮ半導体を堆積した。

マスク３５を除去した後に、基板３１の裏面３１ｂ上にオーミック電極３９ａを形成する。オーミック電極３９ａは、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ（２０ｎｍ／１００ｎｍ／２０ｎｍ／３００ｎｍ）からなり、これらは電子ビーム蒸着法で堆積される。オーミック電極３９ａのための堆積の後に、合金化のための熱処理が行われる。この熱処理は、例えば摂氏６００度、１分である。また、窒化ガリウム系半導体層３３上にショットキ電極のための金属体３９ｂを形成する。金属体３９ｂは、例えば金からなり、厚み５００ｎｍであり、抵抗加熱蒸着法で形成される。これらの工程により、ドーパント濃度２×１０^１７ｃｍ^−３の凸状ガードリングを含むショットキバリアダイオードＡ、ドーパント濃度４×１０^１７ｃｍ^−３の凸状ガードリングを含むショットキバリアダイオードＢ、ドーパント濃度６×１０^１７ｃｍ^−３の凸状ガードリングを含むショットキバリアダイオードＣ、ガードリングを備えないショットキバリアダイオードＤも形成した。ガードリングの幅は、例えば２０μｍであり、金属体３９ｂの直径は、例えば１００μｍであり、ガードリングと金属体３９ｂとの間隔は、例えば２μｍである。

これらのショットキダイオードの逆耐圧特性を測定した。ショットキバリアダイオードＡ、Ｂ、Ｃの逆耐圧は、１０００ボルト、１２００ボルト、１０００ボルトであるが、ショットキバリアダイオードＤの逆耐圧は６００ボルトであった。なお、ガードリング領域３７の幅Ｗは、例えば５〜５０マイクロメートル程度であることができる。ガードリング領域３７の高さＨは、例えば０．１〜１マイクロメートル程度であることができる。金属帯３９ｂとガードリング領域３７との間隔Ｄは、例えば１〜１０マイクロメートル程度であることができる。ガードリング領域３７は、実施例で使用されたＧａＮに限定されることなく、例えばＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮの少なくともいずれかからなることができる。また、本実施例では、ＧａＮ基板およびＧａＮ膜を用いたけれども、必要に応じて、ＡｌＧａＮといった他の窒化ガリウム系半導体を用いることができる。

（実施例２）
図３は、実施の形態に係るショットキバリアダイオードを作製する方法の一例を示す図面である。図３（ａ）に示されるように、ＧａＮ基板３１を準備する。窒化ガリウム系半導体層４３および窒化ガリウム系半導体層４５をＧａＮ基板３１の表面３１ａ上に連続して成長して、エピタキシャル基板Ｅ２を作製する。窒化ガリウム系半導体層４３はｎ導電性を示し、この膜は、厚み７μｍおよびキャリア濃度５×１０^１５ｃｍ^−３のＧａＮ半導体膜である。また、窒化ガリウム系半導体層４５はｐ導電性を示し、この選択成長による堆積物は、例えば厚み０．５μｍおよびｐ型ドーパントＭｇである。ドーパント濃度は、４×１０^１７ｃｍ^−３のＧａＮ半導体を堆積した。これらのＧａＮ半導体膜の表面は良好な平坦性を有している。ＧａＮ半導体膜の成長は、例えば有機金属気相成長法で行われる。

図３（ｂ）に示されるように、マスク４７を窒化ガリウム系半導体層４５上に形成する。まず、シリコン窒化膜といったマスク膜を形成する。マスク膜は、例えばプラズマＣＶＤ法で堆積されたＳｉＮ膜であることができる。ＳｉＮ膜の厚みは、例えば３００ｎｍである。ＳｉＮ膜のフォトリソグラフィを適用して、引き続く工程においてｐ型窒化ガリウム系半導体を除去すべき位置に開口を形成する。この後に、バッファードフッ化水素酸（ＢＨＦ）を用いてＳｉＮ膜をエッチングして、ガードリングのパターン形成のためのＳｉＮマスクが形成される。

次いで、このマスク４７を用いて窒化ガリウム系半導体層４５をエッチングして、図３（ｃ）に示されるように、ガードリング領域４５ａを形成する。このエッチングは、例えば塩素（Ｃｌ）ガスを使用したインダクティブリ・カップリング・プラズマ(ＩＣＰ：Inductively coupled plasma)エッチング法を用いることができる。エッチング後、エッチングダメジを回復するために窒素ガス中、摂氏７５０度程度の温度で熱処理する。マスク４７を除去した後に、基板３１の裏面３１ｂ上にオーミック電極４９ａを形成する。オーミック電極４９ａは、例えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ（２０ｎｍ／１００ｎｍ／２０ｎｍ／３００ｎｍ）からなる。また、窒化ガリウム系半導体層４３上にショットキ電極のための金属体４９ｂを形成する。金属体４９ｂは、例えば金からなり、厚み５００ｎｍであり、抵抗加熱蒸着法で形成される。このショットキバリアダイオードの逆耐圧は、９００ボルトであった。

埋め込み成長およびイオン注入（活性化）に起因する問題によって、ドリフト層内にガードリングを含み良好な逆耐圧特性を示すショットキバリアダイオードを現実には作製できていないけれども、２つの実施例を参照しながら説明したように、ドリフト層上に設けられたガードリングを含むショットキバリアダイオードの逆耐圧を向上できる。

図４（ａ）を参照すると、埋め込みガードリングを有するＧＲ構造のショットキバリアダイオードが模式的に示されている。ＧＲ構造のモデルでは、ショットキ電極のサイズＳは１００μｍであり、埋め込みガードリングの深さＨは０．５μｍであり、埋め込みガードリングの幅Ｗは２０μｍであり、埋め込みガードリングとショットキ電極との距離Ｄは２μｍである。図４（ｂ）を参照すると、リッジ状ガードリングを有するＴＧＲ構造のショットキバリアダイオードが模式的に示されている。ＴＧＲ構造のモデルでは、ショットキ電極のサイズは１００μｍであり、リッジ状ガードリングの深さは０．５μｍであり、リッジ状ガードリングの幅は２０μｍであり、リッジ状ガードリングとショットキ電極との間隔は２μｍである。ＧＲ構造およびＴＧＲ構造のいずれにおいても、ドリフト層に関しては、キャリア濃度１×１０^１５ｃｍ^−３、厚さ７μｍである。

図４（ｃ）は、ショットキバリアダイオードに逆バイアス１２００ボルトを印加した場合の最大電界強度とガードリングのアクセプタ濃度との関係を示す図面である。最大電界強度は、上記のモデルを用いたシミュレーションによる結果である。このシミュレーション結果は、特定のモデルに対する計算結果であり、本発明は特定の寸法に限定されない。横軸はガードリングのアクセプタ濃度（対数目盛）を示し、縦軸は半導体領域における最大電界強度を示す。縦軸に対する矢印「ＥＴなし」は、ガードリングを用いないショットキバリアダイオードにおける最大電界強度の値である。アクセプタ濃度１×１０^１６、１×１０^１７、２×１０^１７、４×１０^１７、６×１０^１７、８×１０^１７、１×１０^１８、１×１０^１９ｃｍ^−３における最大電界強度が示されている。

図４（ｃ）を参照すると、採用したモデルでは、アクセプタ濃度１×１０^１７ｃｍ^−３とアクセプタ濃度１×１０^１８ｃｍ^−３との間に最大電界強度の最小値がある。グラフでは、この最小値より小さいアクセプタ濃度の範囲では、アクセプタ濃度の増加すると最大電界強度が減少しており、最大電界強度はショットキ電極のエッジ付近にある。また、この最小値より大きいアクセプタ濃度の範囲では、アクセプタ濃度の増加すると最大電界強度も上昇しており、最大電界強度はガードリングの外エッジ付近にある。図５は、ＴＧＲ構造モデルのシミュレーション結果の例である。縦軸はＧａＮ層の表面からの距離を示し、横軸はショットキ電極の中心からの距離を示す。図５（ａ）を参照すると、ＴＧＲ構造モデル（アクセプタ濃度：４×１０^１７ｃｍ^−３）の電界分布が示されている。実線で囲まれたショットキ電極のエッジ付近に最大電界強度がある。図５（ｂ）を参照すると、ＴＧＲ構造モデル（アクセプタ濃度：６×１０^１７ｃｍ^−３）の電界分布が示されている。実線で囲まれたガードリングの外エッジ付近に最大電界強度がある。

ＴＧＲ構造のショットキバリアダイオードではガードリングがドリフト層内に埋め込まれていないけれども、この構造により特段の逆耐圧低下が生じることはなく、埋め込み成長およびイオン注入（活性化）に起因する問題によって現実には作製できないＧＲ構造の計算値に比べて遜色ない。

本発明の実施の形態は、上記の構造に限定されることない。図６は、実施の形態に係るショットキバリアダイオードの構造の変形例を概略的に示す図面である。図６において、図１と同様に、ショットキバリアダイオードはその一部を破断して示されている。ショットキバリアダイオード５１は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３と、第１の電極１５と、ガードリング領域１７とを備える。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３は主面５３ａを有しており、主面５３ａは、第１のエリア５３ｂと第２のエリア５３ｃとを含む。第２のエリア５３ｃは、第１のエリア５３ｂの外側に隣接している。第１の電極１５は金属体５９を有しており、また、図６において、第１の電極１５を代表して金属体５９が示されている。第１の電極１５は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１３の第１のエリア５３ｂ上に設けられ、またｎ型窒化ガリウム系半導体層１３にショットキ接触５７ａを成す。ガードリング領域１７はｐ型III族窒化物半導体からなり、またｎ型窒化ガリウム系半導体層５３の第２のエリア５３ｃ上に設けられる。ガードリング領域１７は第１導電型窒化ガリウム系半導体層１３の第２のエリア５３ｃにｐｎ接合５７ｂを成す。ガードリング領域１７の底面１７ａが第１導電型窒化ガリウム系半導体層１３と接合を形成しており、金属体５９はガードリング領域１７に接触している。ガードリング領域１７の電位は、金属体５９によって提供される。

このショットキバリアダイオード５１においても、ガードリング領域（ｐ型III族窒化物半導体領域は）１７はｎ型窒化ガリウム系半導体層１３にｐｎ接合５７ｂを成すので、この接合５７ｂには空乏層が生成される。また、ガードリング領域１７のｐ型III族窒化物半導体が設けられる主面５３ａはｎ型窒化ガリウム系半導体層によって提供されるので、実質的に平坦である。ガードリング領域１７が半導体層１３の主面５３ａ上に設けられるので、ガードリング領域１７がリッジ状に突出している。金属体５９の材料は金属体１９と同じものを用いることができる。

ショットキバリアダイオード５１では、ガードリング領域１７の側面１７ｂ、１７ｃおよび上面１７ｄが第１導電型窒化ガリウム系半導体層１３と接合を形成していない。第１の電極１５はガードリング領域１７の側面１７ｃを覆っており、また第１の電極１５はガードリング領域１７の上面１７ｄの一部を覆う。

本変形例のショットキバリアダイオード５１においても、ショットキバリアダイオード１１の窒化ガリウム系半導体層１３およびガードリング領域１７に関する材料を用いることができ、同様な技術的な利点が得られる。

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。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、実施の形態に係るショットキバリアダイオードの構造を概略的に示す図面である。 図２は、実施の形態に係るショットキバリアダイオードを作製する方法の一例を示す図面である。 図３は、実施の形態に係るショットキバリアダイオードを作製する方法の別の例を示す図面である。 図４は、最大電界強度とガードリングのアクセプタ濃度との関係を説明するための図面である。 図５は、ＴＧＲ構造モデルのシミュレーション結果の例を示す図面である。 図６は、実施の形態に係るショットキバリアダイオードの構造の変形例を概略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…ｎ型窒化ガリウム系半導体層、１３ａ…主面（ｎ型窒化ガリウム系半導体層）、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３ｅ…ｎ型窒化ガリウム系半導体層のエリア、１５…第１の電極、１７…ガードリング領域、１７ａ…ガードリング領域の底面、１７ｂ、１７ｃ…ガードリング領域の側面、１７ｄ…ガードリング領域の上面、１９…金属体、２１…ショットキ接触、２３…ｐｎ接合、２５…支持基体、２７…第２の電極、３１…ＧａＮ基板、３３…窒化ガリウム系半導体層、３５…マスク、３７…ｐ型窒化ガリウム系半導体、３９ａ…オーミック電極、３９ｂ…金属体、４３…窒化ガリウム系半導体層、４５…窒化ガリウム系半導体層、４５ａ…ガードリング領域、４７…マスク、４９ａ…オーミック電極、４９ｂ…金属体、５１…ショットキバリアダイオード、５９…金属体、５７ａ…ショットキ接触、５７ｂ…ｐｎ接合

Claims (10)

1. 第１のエリアと前記第１のエリアの外側に位置する第２のエリアとを含む主面を有するｎ型窒化ガリウム系半導体層と、
   前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の前記第１のエリア上に設けられ前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層にショットキ接触を成す金属体を有する第１の電極と、
   前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の前記第２のエリア上に設けられｐ型III族窒化物半導体からなるガードリング領域と
   を備え、
   前記ガードリング領域は前記第１導電型窒化ガリウム系半導体層の前記第２のエリアにｐｎ接合を成す、ことを特徴とするショットキバリアダイオード。
2. 前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の前記主面は、前記第１のエリアと前記第２のエリアとの間に設けられた第３のエリアを含み、前記第１の電極は、前記ガードリング領域と電気的に絶縁されている、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の電極の前記金属体は前記ガードリング領域上に設けられており、
   前記金属体は前記ガードリング領域に接触している、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。
4. 前記ガードリング領域は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮの少なくともいずれかからなる、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. 前記ガードリング領域にはｐ型ドーパントとしてマグネシウムが添加されており、
   前記ｎ窒化ガリウム系半導体層のキャリア濃度は、前記ガードリング領域のドーパント濃度よりも小さい、ことを特徴とする請求項１〜４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. 主面および裏面を有するｎ型窒化ガリウム系半導体からなる支持基体と、
   前記支持基体の前記裏面にオーミック接触を成す第２の電極と
   を更に備え、
   前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層は前記支持基体の前記主面上に設けられている、ことを特徴とする請求項１〜５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。
7. 前記支持基体の材料の構成元素は前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層の材料の構成元素と同じである、ことを特徴とする請求項６に記載されたショットキバリアダイオード。
8. 前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層はＧａＮからなる、ことを特徴とする請求項７に記載されたショットキバリアダイオード。
9. 前記ｎ型窒化ガリウム系半導体層はＡｌＧａＮからなる、ことを特徴とする請求項７に記載されたショットキバリアダイオード。
10. 前記ガードリング領域と前記第１導電型窒化ガリウム系半導体層の前記第２のエリアはホモ接合を成す、ことを特徴とする請求項１〜９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。