JP2011124258A - Nitride-based diode - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride-based diode with a high withstanding voltage, operable at a low ON-voltage. <P>SOLUTION: The nitride-based diode 10 includes a buffer layer 12 formed on a (111) plane of a silicon substrate 11, a channel layer 13 made of undoped GaN, an electron supply layer 14 formed on the channel layer 13 and made of undoped AlGaN, and a cathode electrode 15 and an anode electrode 16 formed on the electron supply layer 14. The nitride-based diode 10 also includes a mesa 18 formed by partially removing the electron supply layer 14 down to the depth of the channel layer 13 and the anode electrode 16 is in contact with one side surface part 18a of the mesa 18. The anode electrode 16 is electrically connected with a two-dimensional electron gas layer 17 owing to contact of the anode electrode 16 with the side surface part 18a of the mesa 18. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、窒化物系ショットキーバリアダイオードなどの窒化物系ダイオードに関する。   The present invention relates to a nitride-based diode such as a nitride-based Schottky barrier diode.

III族窒化物系化合物半導体に代表されるワイドバンドギャップ半導体は、高い絶縁破壊耐圧、良好な電子輸送特性、良好な熱伝導度を持つので、高温、大パワー、あるいは高周波用半導体デバイスの材料として非常に魅力的である。
例えば、III族窒化物系化合物半導体である窒化ガリウム(GaN)は、GaAs系の材料に比べてそのバンドギャップエネルギーが大きいため、絶縁破壊電圧が高く、しかも耐熱温度が高く高温動作に優れているので、これらの材料、とくにGaN/AlGaN系半導体を用いた電界効果トランジスタ(Field Effect Transistor:FET)やパワースイッチング用ダイオードの開発が進められている。
Wide band gap semiconductors typified by Group III nitride compound semiconductors have high dielectric breakdown voltage, good electron transport properties, and good thermal conductivity, so they can be used as semiconductor devices for high temperature, high power, or high frequency applications. Very attractive.
For example, gallium nitride (GaN), which is a group III nitride compound semiconductor, has a higher bandgap energy than a GaAs material, and therefore has a high dielectric breakdown voltage, a high heat resistance temperature, and high temperature operation. Therefore, development of field effect transistors (FETs) and power switching diodes using these materials, particularly GaN / AlGaN-based semiconductors, is in progress.

その一例としてショットキーバリアダイオード(SBD)を図14に示した。図14に示すSBD100は、図示を省略した基板上に、キャリアがドリフトする導電性のGaN系半導体からなるチャネル層101と、AlGaN系半導体からなる電子供給層102とが形成され、電子供給層102上に、オーミック電極103とショットキー電極104とが絶縁膜105を介して配置されたGaN系ダイオードである。ショットキー電極104はNiやPtなどの金属を含む積層構造からなり、オーミック電極103はTiおよびAlなどの金属を含む積層構造からなる。このSBD100は、電子供給層102とのヘテロ接合界面に二次元電子ガス層106が形成されたチャネル層101を用いて、ショットキー電極104をアノード電極にし、オーミック電極103をカソード電極にしている。   As an example, a Schottky barrier diode (SBD) is shown in FIG. In the SBD 100 shown in FIG. 14, a channel layer 101 made of a conductive GaN-based semiconductor in which carriers drift and an electron supply layer 102 made of an AlGaN-based semiconductor are formed on a substrate (not shown). A GaN-based diode in which an ohmic electrode 103 and a Schottky electrode 104 are arranged with an insulating film 105 interposed therebetween. The Schottky electrode 104 has a laminated structure containing a metal such as Ni or Pt, and the ohmic electrode 103 has a laminated structure containing a metal such as Ti and Al. The SBD 100 uses the channel layer 101 in which the two-dimensional electron gas layer 106 is formed at the heterojunction interface with the electron supply layer 102, and uses the Schottky electrode 104 as an anode electrode and the ohmic electrode 103 as a cathode electrode.

図14に示すSBD100のようにAlGaN/GaNヘテロ構造を有する窒化物系ダイオードでは、チャネル層101と電子供給層102の界面に、ピエゾ効果によって、チャネル層101側に2次元電子ガス層106が形成されている。この2次元電子ガス層106は、高い電子移動度とキャリア密度を有しているため、AlGaN/GaNヘテロ構造を用いたヘテロ接合窒化物系ダイオードでは、低いオン抵抗、および速いスイッチング速度での動作が可能である。これらの特徴は、パワースイッチング応用に非常に好適である。
上述したAlGaN/GaNヘテロ構造を有するショットキーバリアダイオードとして、例えば、特許文献1及び非特許文献1等に開示されたものが知られている。
In a nitride-based diode having an AlGaN / GaN heterostructure like the SBD 100 shown in FIG. 14, a two-dimensional electron gas layer 106 is formed on the channel layer 101 side at the interface between the channel layer 101 and the electron supply layer 102 by the piezoelectric effect. Has been. Since the two-dimensional electron gas layer 106 has high electron mobility and carrier density, the heterojunction nitride-based diode using the AlGaN / GaN heterostructure operates with low on-resistance and high switching speed. Is possible. These features are very suitable for power switching applications.
As the Schottky barrier diode having the AlGaN / GaN heterostructure described above, for example, those disclosed in Patent Document 1, Non-Patent Document 1, and the like are known.

特開2006−147951号公報JP 2006-147951 A

K. Kmada, K.Matsubayashi, A. Nakagawa, Y. Terada and T. Egawa, ”High-Voltage AlGaN/GaN Schottky Barrier Diodes on Si Substrate With Low-Temperature GaN Cap Layer for Edge Termination” Proc. ISPSD’08, pp 225-228, 2008.K. Kmada, K. Matsubayashi, A. Nakagawa, Y. Terada and T. Egawa, “High-Voltage AlGaN / GaN Schottky Barrier Diodes on Si Substrate With Low-Temperature GaN Cap Layer for Edge Termination” Proc. ISPSD'08, pp 225-228, 2008.

近年、高電子移動度トランジスタ(HEMT)構造を有効に活用し、ダイオードとして動作させる構造が考えられている。しかし、図14に示す上記従来のSBD100では、オン特性は良いものの、本質的にピンチオフ電圧までは逆方向リーク電流が増大するため、結果としてリークが大きくなっていた。また、そのため耐圧が十分に確保できない問題点もあった。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、高耐圧でかつ低オン電圧動作が可能な窒化物系ダイオードを提供するものである。
In recent years, a structure in which a high electron mobility transistor (HEMT) structure is effectively used to operate as a diode has been considered. However, although the above-described conventional SBD 100 shown in FIG. 14 has good on-characteristics, the reverse leakage current increases essentially up to the pinch-off voltage, resulting in a large leak. For this reason, there is also a problem that a sufficient breakdown voltage cannot be secured.
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a nitride-based diode capable of operating at a high breakdown voltage and a low on-voltage.

上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明に係る窒化物系ダイオードは、基板上に形成された第1の窒化物系化合物半導体からなるチャネル層と、前記チャネル層上に形成され、第2の窒化物系化合物半導体からなる電子供給層と、前記電子供給層上に形成されたカソード電極およびアノード電極と、前記電子供給層の一部を、前記チャネル層に達する深さまで部分的に除去したメサと、を備え、前記メサの側面部に、前記カソード電極およびアノード電極のうち、少なくとも前記アノード電極が接触していることを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, a nitride-based diode according to the invention described in claim 1 is formed on a channel layer made of a first nitride-based compound semiconductor formed on a substrate, and on the channel layer. , An electron supply layer made of a second nitride-based compound semiconductor, a cathode electrode and an anode electrode formed on the electron supply layer, and a part of the electron supply layer partially to a depth reaching the channel layer And at least the anode electrode of the cathode electrode and the anode electrode is in contact with the side surface of the mesa.

請求項2に記載の発明に係る窒化物系ダイオードは、前記メサの上面に絶縁膜が形成され、前記アノード電極が前記絶縁膜上から前記メサの側面部にわたって形成されていることを特徴とする。   The nitride-based diode according to claim 2 is characterized in that an insulating film is formed on an upper surface of the mesa, and the anode electrode is formed over the side surface of the mesa from the insulating film. .

請求項3に記載の発明に係る窒化物系ダイオードは、前記カソード電極および前記アノード電極は、フィンガー部を有し、前記メサが前記フィンガー部の長手方向に沿って間欠的に形成されていることを特徴とする。   In the nitride-based diode according to the third aspect of the present invention, the cathode electrode and the anode electrode have finger portions, and the mesa is intermittently formed along the longitudinal direction of the finger portions. It is characterized by.

請求項4に記載の発明に係る窒化物系ダイオードは、前記メサは、前記カソード電極または前記アノード電極と前記メサの各側面部とが接触する面積が、前記フィンガー部の先端側へ向かって徐々に大きくなるように形成されていることを特徴とする。   In the nitride-based diode according to claim 4, the mesa has an area where the cathode electrode or the anode electrode and each side surface of the mesa contact each other gradually toward the tip side of the finger portion. It is characterized by being formed so as to be larger.

請求項5に記載の発明に係る窒化物系ダイオードは、前記第1のGaN系半導体材料はGaNであり、前記第2のGaN系半導体材料はAlGaNであることを特徴とする。   The nitride diode according to the invention of claim 5 is characterized in that the first GaN-based semiconductor material is GaN and the second GaN-based semiconductor material is AlGaN.

請求項6に記載の発明に係る窒化物系ダイオードは、前記第1のGaN系半導体材料はInGaN或いはGaNであり、前記第2のGaN系半導体材料はInAlGaNであることを特徴とする。   The nitride-based diode according to the invention of claim 6 is characterized in that the first GaN-based semiconductor material is InGaN or GaN, and the second GaN-based semiconductor material is InAlGaN.

請求項7に記載の発明に係る窒化物系ダイオードは、前記アノード電極には、Ni、Pt、Pd、W、TaおよびAl、またはそれらの金属の合金を用いることを特徴とする。   The nitride-based diode according to the invention described in claim 7 is characterized in that Ni, Pt, Pd, W, Ta and Al, or an alloy of these metals is used for the anode electrode.

請求項8に記載の発明に係る窒化物系ダイオードは、前記カソード電極には、Ti、Al、Si、Ta、W、Mo、またはそれらの合金を用いることを特徴とする。   The nitride-based diode according to an eighth aspect of the invention is characterized in that Ti, Al, Si, Ta, W, Mo, or an alloy thereof is used for the cathode electrode.

請求項9に記載の発明に係る窒化物系ダイオードは、前記基板は導電性の基板であり、前記カソード電極またはアノード電極は前記基板の裏面に形成した裏面電極に電気的に接続されていることを特徴とする。   In the nitride-based diode according to claim 9, the substrate is a conductive substrate, and the cathode electrode or the anode electrode is electrically connected to a back electrode formed on the back surface of the substrate. It is characterized by.

請求項1に記載の発明によれば、カソード電極およびアノード電極のうち、少なくともアノード電極が、メサの側面部においてチャネル層(2次元電子ガス層)と接触している。これにより、電子供給層においてトンネル電流が生じることがないので、逆方向のリーク電流が低減される。これによって高耐圧でかつ低オン電圧動作が可能な窒化物系ダイオードを実現することができる。   According to the first aspect of the present invention, at least the anode electrode of the cathode electrode and the anode electrode is in contact with the channel layer (two-dimensional electron gas layer) at the side surface of the mesa. Thereby, since no tunnel current is generated in the electron supply layer, the reverse leakage current is reduced. As a result, it is possible to realize a nitride-based diode that can operate at a high breakdown voltage and a low on-voltage.

請求項2に記載の発明によれば、アノード電極が電子供給層のメサ上面に接触する面積を極力低減させて、アノード電極をメサの側面部に接触させた構造になっているので、リーク電流が更に低減され、これによって、耐圧が更に向上する。   According to the second aspect of the present invention, the anode electrode is in contact with the side surface of the mesa by reducing the area where the anode electrode is in contact with the mesa upper surface of the electron supply layer as much as possible. Is further reduced, whereby the breakdown voltage is further improved.

請求項4に記載の発明によれば、フィンガー部を有するアノード電極の端部での電界集中が緩和され、更に高耐圧のダイオードが実現できる。   According to the fourth aspect of the present invention, the electric field concentration at the end of the anode electrode having the finger portion is alleviated, and a diode having a higher breakdown voltage can be realized.

本発明の第1の実施形態に係る窒化物系ダイオードの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the nitride-type diode which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1に示す窒化物系ダイオードを斜め上方から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the nitride type diode shown in FIG. 1 from diagonally upward. 図1に示す窒化物系ダイオードを上方から見た図で、各電極の配置を説明するための模式図である。It is the figure which looked at the nitride type diode shown in Drawing 1 from the upper part, and is a mimetic diagram for explaining arrangement of each electrode. 図2のA−A線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the AA line of FIG. 第1の実施形態に係る窒化物系ダイオードの電気特性と、従来例の電気特性とを示すグラフである。It is a graph which shows the electrical property of the nitride-type diode which concerns on 1st Embodiment, and the electrical property of a prior art example. (a)〜(c)は第1の実施形態に係る窒化物系ダイオードの作製方法を説明するための工程図である。(A)-(c) is process drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride-type diode which concerns on 1st Embodiment. (a)〜(c)は第1の実施形態に係る窒化物系ダイオードの作製方法を説明するための工程図である。(A)-(c) is process drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride-type diode which concerns on 1st Embodiment. 本発明の第2の実施形態に係る窒化物系ダイオードの概略構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematic structure of the nitride-type diode which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. (a)〜(c)は第2の実施形態に係る窒化物系ダイオードの作製方法を説明するための工程図である。(A)-(c) is process drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride-type diode which concerns on 2nd Embodiment. (a)〜(c)は第2の実施形態に係る窒化物系ダイオードの作製方法を説明するための工程図である。(A)-(c) is process drawing for demonstrating the manufacturing method of the nitride-type diode which concerns on 2nd Embodiment. 本発明の第3の実施形態に係る窒化物系ダイオードを示す図で、図2と同様の斜視図である。It is a figure which shows the nitride-type diode which concerns on the 3rd Embodiment of this invention, and is a perspective view similar to FIG. 本発明の第3の実施形態に係る窒化物系ダイオードを上方から見た図で、図3と同様の模式図である。It is the figure which looked at the nitride-type diode which concerns on the 3rd Embodiment of this invention from upper direction, and is a schematic diagram similar to FIG. 図11のB−Bに沿った断面図である。It is sectional drawing along BB of FIG. 従来のショットキーバリアダイオードを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the conventional Schottky barrier diode.

以下に、本発明に係る窒化物系ダイオードの実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、各実施の形態の説明において同様の部位には同一の符号を付して重複した説明を省略する。   Embodiments of a nitride diode according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of each embodiment, the same parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る窒化物系ダイオードの概略構成を示している。
本実施形態に係る窒化物系ダイオードは、一例としてAlGaN/GaNヘテロ接合構造を有する窒化物系ショットキーバリアダイオードとして構成されている。 この窒化物系ダイオード10は、図1に示すように、シリコン(111)基板11と、シリコン基板11の(111)面上に形成されたバッファ層12と、バッファ層12上に形成されたアンドープのGaN(第1の窒化物系化合物半導体)からなるチャネル層13と、チャネル13層上に形成されたアンドープのAlGaN(第2の窒化物系化合物半導体)からなる電子供給層14と、電子供給層14上に形成されたカソード電極15およびアノード電極16とを備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a nitride-based diode according to the first embodiment of the present invention.
The nitride diode according to the present embodiment is configured as a nitride Schottky barrier diode having an AlGaN / GaN heterojunction structure as an example. As shown in FIG. 1, the nitride-based diode 10 includes a silicon (111) substrate 11, a buffer layer 12 formed on the (111) surface of the silicon substrate 11, and an undoped layer formed on the buffer layer 12. Channel layer 13 made of GaN (first nitride compound semiconductor), an electron supply layer 14 made of undoped AlGaN (second nitride compound semiconductor) formed on the channel 13 layer, and an electron supply A cathode electrode 15 and an anode electrode 16 formed on the layer 14 are provided.

このようなAlGaN/GaNヘテロ接合構造を有する窒化物系ダイオード10では、チャネル層13と電子供給層14の界面、つまり、AlGaN/GaNヘテロ接合界面にピエゾ効果によって、チャネル層13側に2次元電子ガス層17が発生している。この窒化物系ダイオード10では、高キャリア濃度の2次元電子ガス層17が形成されたチャネル層13を用いて、カソード電極15をオーミック電極にし、アノード電極16をショットキー電極にしている。   In the nitride-based diode 10 having such an AlGaN / GaN heterojunction structure, two-dimensional electrons are formed on the channel layer 13 side by the piezoelectric effect at the interface between the channel layer 13 and the electron supply layer 14, that is, the AlGaN / GaN heterojunction interface. A gas layer 17 is generated. In the nitride-based diode 10, the cathode electrode 15 is an ohmic electrode and the anode electrode 16 is a Schottky electrode using the channel layer 13 in which the two-dimensional electron gas layer 17 having a high carrier concentration is formed.

窒化物系ダイオード10は、さらに、図1および図2に示すように、電子供給層14の一部を、チャネル層13に達する深さまで部分的に除去したメサ18を備え、メサ18の一方の側面部18aにアノード電極16が接触している。つまり、電子供給層14のうち、アノード電極を形成する領域を、チャネル層13に達する深さまで部分的にエッチングにより除去することで露出したチャネル層13の表面の一部(メサ18の側面部18aおよびメサ18の上面の一部)にアノード電極16が形成されている。アノード電極16がメサ18の側面部18aに接触することで、アノード電極16と2次元電子ガス層17とが電気的に接続されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the nitride-based diode 10 further includes a mesa 18 in which a part of the electron supply layer 14 is partially removed to a depth reaching the channel layer 13. The anode electrode 16 is in contact with the side surface portion 18a. That is, a part of the surface of the channel layer 13 exposed by partially removing the region where the anode electrode is formed in the electron supply layer 14 to the depth reaching the channel layer 13 by etching (the side surface portion 18a of the mesa 18). An anode electrode 16 is formed on a part of the upper surface of the mesa 18. The anode electrode 16 and the two-dimensional electron gas layer 17 are electrically connected by the anode electrode 16 being in contact with the side surface portion 18 a of the mesa 18.

また、メサ18のもう一方の側面部18bには、カソード電極15が接触している。つまり、電子供給層14のうち、カソード電極15を形成する領域を、チャネル層13に達する深さまで部分的にエッチングにより除去することで露出したチャネル層13の表面の一部(メサ18の側面部18bおよびメサ18の上面の一部)にカソード電極15が形成されている。さらに、窒化物系ダイオード10は、カソード電極15とアノード電極16を絶縁するように、チャネル層13および電子供給層14の表面に形成されたSiO等からなる絶縁膜19を備えている。 The cathode electrode 15 is in contact with the other side surface 18 b of the mesa 18. That is, a part of the surface of the channel layer 13 exposed by partially removing the region where the cathode electrode 15 is formed in the electron supply layer 14 to the depth reaching the channel layer 13 by etching (the side surface portion of the mesa 18). A cathode electrode 15 is formed on a part of the upper surface of 18b and mesa 18. Further, the nitride-based diode 10 includes an insulating film 19 made of SiO 2 or the like formed on the surface of the channel layer 13 and the electron supply layer 14 so as to insulate the cathode electrode 15 and the anode electrode 16.

図3は、窒化物系ダイオード10を上方から見た図で、各電極の配置を説明するための模式図である。図4は、図2のA−A線に沿った断面図である。
図1で説明した窒化物系ダイオード10では、図2および図3に示すように、大電流性能を得るために長尺化する必要があるため、カソード電極15およびアノード電極16は、チャネル層13を電流が流れる方向a(図4参照)に対して垂直な方向b(図3参照)に長いフィンガー形状に形成され、カソード電極15とアノード電極16が交互に配置された櫛状の電極になっている。つまり、カソード電極15およびアノード電極16はフィンガー部15aおよび16aをそれぞれ有する(図3参照)。このような櫛状の電極構成に対応して、メサ18の側面部18a、18bは、図2および図3の破線で示すように、上記方向bに細長い形状になっている。メサ18の側面部18aには、フィンガー形状のアノード電極16の中心部全体(フィンガー部16aの中心部全体)が接触している(図2、図3参照)。一方、メサ18の側面部18bには、フィンガー形状のカソード電極15の中心部全体(フィンガー部15aの中心部全体)が接触している(図2、図3参照)。
FIG. 3 is a view of the nitride-based diode 10 as viewed from above, and is a schematic diagram for explaining the arrangement of each electrode. 4 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
In the nitride-based diode 10 described in FIG. 1, as shown in FIGS. 2 and 3, it is necessary to increase the length in order to obtain a large current performance. Is formed in a finger shape that is long in a direction b (see FIG. 3) perpendicular to a direction a (see FIG. 4) in which current flows, and becomes a comb-like electrode in which cathode electrodes 15 and anode electrodes 16 are alternately arranged. ing. That is, the cathode electrode 15 and the anode electrode 16 have finger portions 15a and 16a, respectively (see FIG. 3). Corresponding to such a comb-like electrode configuration, the side portions 18a and 18b of the mesa 18 are elongated in the direction b as shown by the broken lines in FIGS. The entire center portion of the finger-shaped anode electrode 16 (the entire center portion of the finger portion 16a) is in contact with the side surface portion 18a of the mesa 18 (see FIGS. 2 and 3). On the other hand, the entire center portion of the finger-shaped cathode electrode 15 (the entire center portion of the finger portion 15a) is in contact with the side surface portion 18b of the mesa 18 (see FIGS. 2 and 3).

図1に示す窒化物系ダイオード10は以下のようにして作製することが可能である。即ち、成長装置はMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)装置を用い、基板は、シリコン(111)基板11を用いた。   The nitride-based diode 10 shown in FIG. 1 can be manufactured as follows. That is, the growth apparatus was a MOCVD (Metal Organic Chemical Deposition) apparatus, and the substrate was a silicon (111) substrate 11.

(工程1)
シリコン基板11の(111)面上にバッファ層12を形成する。(工程1)では、まず、シリコン基板11をMOCVD装置内に導入し、ターボポンプでMOCVD装置内の真空度を1×10-6hPa以下になるまで真空引きした後、真空度を100hPaとし、基板11を1000℃に昇温した。温度が安定したところで、シリコン基板11を900rpmで回転させ、原料となるトリメチルアルミニウム(TMA)を100cm3/min、アンモニアを12リットル/minの流量でシリコン基板11の表面に導入し、AlNから成る層の成長を行った。成長時間は4minで膜厚は50nm程度である。次に、AlN(5nm)とGaN(20nm)の多層膜を約160対積層させる。GaN層は、トリメチルガリウム(TMG)を300cm/min、アンモニアを12リットル/minの流量で成長を行なった。これによりバッファ層12が形成される。
(Process 1)
A buffer layer 12 is formed on the (111) plane of the silicon substrate 11. In (Step 1), first, the silicon substrate 11 is introduced into the MOCVD apparatus, and the vacuum degree in the MOCVD apparatus is reduced to 1 × 10 −6 hPa or less with a turbo pump, and then the vacuum degree is set to 100 hPa. The substrate 11 was heated to 1000 ° C. When the temperature is stabilized, the silicon substrate 11 is rotated at 900 rpm, trimethylaluminum (TMA) as a raw material is introduced into the surface of the silicon substrate 11 at a flow rate of 100 cm 3 / min, and ammonia is 12 liters / min. Layer growth was performed. The growth time is 4 min and the film thickness is about 50 nm. Next, about 160 multilayers of AlN (5 nm) and GaN (20 nm) are stacked. The GaN layer was grown at a flow rate of 300 cm 3 / min for trimethylgallium (TMG) and 12 liter / min for ammonia. Thereby, the buffer layer 12 is formed.

(工程2)
次に、バッファ層12上にアンドープのGaNから成るチャネル層13を形成する。(工程2)では、アンモニアを12リットル/minの流量で流しながら温度上昇させ、1050℃に保った後に、TMGを300cm3/min、アンモニアを12リットル/minの流量でバッファ層12の上に導入してアンドープのGaNから成るチャネル層13の成長を行った。成長時間は2000secで、チャネル層13の膜厚は1000nmであった。
(Process 2)
Next, a channel layer 13 made of undoped GaN is formed on the buffer layer 12. In (Step 2), the temperature is increased while flowing ammonia at a flow rate of 12 liters / min, and the temperature is maintained at 1050 ° C., then TMG is 300 cm 3 / min and ammonia is flowed on the buffer layer 12 at a flow rate of 12 liters / min. Then, the channel layer 13 made of undoped GaN was grown. The growth time was 2000 sec and the thickness of the channel layer 13 was 1000 nm.

(工程3)
次に、チャネル層13上にアンドープのAlGaNから成る電子供給層14を形成する。(工程3)では、TMAを50cm3/min、TMGを100cm3/min、アンモニアを12リットル/minの流量で導入し、アンドープのAl0.2Ga0.75Nから成る電子供給層14の成長を行った。成長時間は40secで、電子供給層14の膜厚は20nmである。このようにして、図6(a)に示すエピタキシャル層構造が完成する。
(Process 3)
Next, an electron supply layer 14 made of undoped AlGaN is formed on the channel layer 13. In (Step 3), TMA was introduced at a flow rate of 50 cm 3 / min, TMG was introduced at a flow rate of 100 cm 3 / min, and ammonia was introduced at a flow rate of 12 liter / min, and an electron supply layer 14 made of undoped Al 0.2 Ga 0.75 N was grown. . The growth time is 40 sec, and the thickness of the electron supply layer 14 is 20 nm. In this way, the epitaxial layer structure shown in FIG. 6A is completed.

(工程4)
次に、塩素ガス(Clガス)などを用いて、チャネル層13および電子供給層14の一部をエッチング除去して素子分離を行う。
(Process 4)
Next, part of the channel layer 13 and the electron supply layer 14 is removed by etching using chlorine gas (Cl 2 gas) or the like to perform element isolation.

(工程5)
次に、電子供給層14のカソード電極およびアノード電極を形成する領域を塩素系ガスを用いてドライエッチングし、チャネル層13に達する深さまで部分的に除去し、メサ18を形成する(図6(b)参照)。
(Process 5)
Next, the region where the cathode electrode and the anode electrode of the electron supply layer 14 are formed is dry-etched using a chlorine-based gas and partially removed to a depth reaching the channel layer 13 to form a mesa 18 (FIG. 6 ( b)).

(工程6)
次に、メサ18の側面部18bと接触するように、カソード電極15を形成する。(工程6)では、上記(工程5)でエッチングにより除去することで露出したチャネル層13の表面の一部、メサ18の側面部18bの表面および電子供給層14の表面の一部にカソード電極15をリフトオフ法により形成する(図6(c)参照)。
即ち、チャネル層13の露出した表面および電子供給層14の表面全体にフォトレジスト(不図示)を塗布し、このフォトレジストを露光、現像して、カソード電極15の形成領域に開口部を形成し、さらに、開口部内とフォトレジスト上に金属膜をスパッタ法、真空蒸着法等により形成した後に、フォトレジストを除去することにより残った金属膜をカソード電極15とする。カソード電極15は、例えばTi、Al、Si、Ta、MoあるいはWなどの金属、またはそれらの合金(特にシリサイド合金が好ましい)を含む金属膜である。また、形成したカソード電極15に、オーミック接触を取るための熱処理を施す。
(Step 6)
Next, the cathode electrode 15 is formed so as to be in contact with the side surface portion 18 b of the mesa 18. In (Step 6), a cathode electrode is formed on a part of the surface of the channel layer 13 exposed by removing by etching in the above (Step 5), a surface of the side surface portion 18b of the mesa 18 and a part of the surface of the electron supply layer 14. 15 is formed by a lift-off method (see FIG. 6C).
That is, a photoresist (not shown) is applied to the exposed surface of the channel layer 13 and the entire surface of the electron supply layer 14, and this photoresist is exposed and developed to form an opening in the formation region of the cathode electrode 15. Further, after forming a metal film in the opening and on the photoresist by sputtering, vacuum deposition or the like, the metal film remaining by removing the photoresist is used as the cathode electrode 15. The cathode electrode 15 is a metal film containing a metal such as Ti, Al, Si, Ta, Mo, or W, or an alloy thereof (especially a silicide alloy is preferable). Further, the formed cathode electrode 15 is subjected to heat treatment for making ohmic contact.

(工程7)
次に、カソード電極15を覆うように、SiO等からなる絶縁膜19をチャネル層13および電子供給層14の表面全体に形成し、アノード電極の形成領域をエッチングして開口部19aを形成する(図7(a)参照)。
(Step 7)
Next, an insulating film 19 made of SiO 2 or the like is formed on the entire surface of the channel layer 13 and the electron supply layer 14 so as to cover the cathode electrode 15, and the anode electrode forming region is etched to form an opening 19a. (See FIG. 7 (a)).

(工程8)
次に、メサ18の側面部18aと接触するように、アノード電極16をリフトオフ法により形成する。(工程8)では、まず、絶縁膜19の表面全体にフォトレジスト21を塗布し、このフォトレジスト21を露光、現像して、アノード電極16の形成領域に、絶縁膜19の開口部19aより大きい開口部21aを形成する(図7(b)参照)。
(Process 8)
Next, the anode electrode 16 is formed by a lift-off method so as to be in contact with the side surface portion 18a of the mesa 18. In (Step 8), first, a photoresist 21 is applied to the entire surface of the insulating film 19, and the photoresist 21 is exposed and developed, so that the area where the anode electrode 16 is formed is larger than the opening 19a of the insulating film 19. Opening 21a is formed (see FIG. 7B).

この後、開口部19a,21a内とフォトレジスト21上に金属膜をスパッタ法、真空蒸着法等により形成した後に、フォトレジスト21を除去することにより残った金属膜をアノード電極16とする(図7(c)参照)。アノード電極は、Ni、Pt、Pd、W、TaおよびAlなどの金属、またはこれらの金属の合金を含む金属膜である。その結果、図1に示した窒化物系ダイオード10が作製できた。   Thereafter, a metal film is formed in the openings 19a and 21a and on the photoresist 21 by sputtering, vacuum evaporation, or the like, and the metal film remaining by removing the photoresist 21 is used as the anode electrode 16 (FIG. 7 (c)). The anode electrode is a metal film containing a metal such as Ni, Pt, Pd, W, Ta and Al, or an alloy of these metals. As a result, the nitride-based diode 10 shown in FIG.

以上のような構成の窒化物系ダイオード10においては、ショットキー電極であるアノード電極16に所定の電圧(順バイアス)が印加されると、カソード電極15から2次元電子ガス層17を通ってアノード電極16へ電子が流れ、アノード電極16からカソード電極15へ電流が流れる。   In the nitride-based diode 10 configured as described above, when a predetermined voltage (forward bias) is applied to the anode electrode 16 that is a Schottky electrode, the anode passes through the two-dimensional electron gas layer 17 from the cathode electrode 15. Electrons flow to the electrode 16, and current flows from the anode electrode 16 to the cathode electrode 15.

以上の構成を有する第1の実施形態に係る窒化物系ダイオード10によれば、以下の作用効果を奏する。
アノード電極16がメサ18の側面部18aにおいてチャネル層13と直に接触し、アノード電極16と2次元電子ガス層17とが電気的に接続されている。これにより、電子供給層14においてトンネル電流が生じることがないので、逆方向のリーク電流が低減される。これによって耐圧が向上すると共に、低オン電圧が実現できるため、低オン抵抗を実現できる。
According to the nitride-based diode 10 according to the first embodiment having the above configuration, the following operational effects can be obtained.
The anode electrode 16 is in direct contact with the channel layer 13 at the side surface portion 18a of the mesa 18, and the anode electrode 16 and the two-dimensional electron gas layer 17 are electrically connected. As a result, no tunnel current is generated in the electron supply layer 14, thereby reducing the reverse leakage current. As a result, the breakdown voltage is improved, and a low on-voltage can be realized.

図5は、ショットキーダイオードである窒化物系ダイオード10の電気特性と、図14で説明したような従来のショットキーダイオード(従来例)の電気特性とを示すグラフである。横軸はアノード電極への印加電圧(Vac)を、縦軸はアノード電極からカソード電極へ流れる電流(Iac)をそれぞれ示している。図5では、窒化物系ダイオード10の電気特性を曲線23で、従来例の電気特性を曲線24でそれぞれ示している。図5のグラフで示すように、従来例の場合、逆方向のリーク電流Iが数百μA/mm〜mA/mm程度と非常に大きかったのに対し、本実施形態によれば、逆方向のリーク電流Iを従来例よりも4桁以上下げ、数nA/mm〜数十nA/mm程度にまで下げることが可能になった。また、従来例の場合、オン電圧が1V程度と高かったのに対し、本実施形態によれば、オン電圧を0.6V程度に低減することが出来た。 FIG. 5 is a graph showing the electrical characteristics of the nitride-based diode 10 which is a Schottky diode and the electrical characteristics of the conventional Schottky diode (conventional example) as described in FIG. The horizontal axis represents the applied voltage (Vac) to the anode electrode, and the vertical axis represents the current (Iac) flowing from the anode electrode to the cathode electrode. In FIG. 5, the electrical characteristics of the nitride-based diode 10 are indicated by a curve 23, and the electrical characteristics of the conventional example are indicated by a curve 24. As shown in the graph of FIG. 5, in the case of the conventional example, the reverse leakage current I 1 was very large, about several hundred μA / mm to mA / mm. the leakage current I 2 lower 4 digits or more than the conventional example, it has become possible to reduce to a few nA / mm to several tens of nA / mm. Further, in the case of the conventional example, the on-voltage was as high as about 1V, but according to the present embodiment, the on-voltage could be reduced to about 0.6V.

電子供給層14のうち、アノード電極を形成する領域を、チャネル層13に達する深さまで除去して、アノード電極16がメサ18の側面部18aにおいてチャネル層13と直に接触するようにしている。このため、ダイオードの作製が容易になると共に、オン電圧などのバラツキを抑制できる。   A region of the electron supply layer 14 where the anode electrode is formed is removed to a depth reaching the channel layer 13 so that the anode electrode 16 is in direct contact with the channel layer 13 at the side surface portion 18 a of the mesa 18. For this reason, it is easy to manufacture the diode and it is possible to suppress variations such as an on-voltage.

方向b(図3参照)に長いフィンガー形状のアノード電極16の中心部全体を、同じ方向bに細長い形状を有するメサ18の側面部18aに接触させることで、アノード電極16と2次元電子ガス層17とが線接触し、アノード電極16と2次元電子ガス層17の良好な電気的接続を得ることがきる。   By contacting the entire central portion of the finger-shaped anode electrode 16 long in the direction b (see FIG. 3) with the side surface portion 18a of the mesa 18 having an elongated shape in the same direction b, the anode electrode 16 and the two-dimensional electron gas layer 17 is in line contact, and a good electrical connection between the anode electrode 16 and the two-dimensional electron gas layer 17 can be obtained.

(第2の実施形態)
図8は、本発明の第2の実施形態に係る窒化物系ダイオード10Aの概略構成を示している。
この窒化物系ダイオード10Aの特徴は、図1に示す上記第1の実施形態に係る窒化物系ダイオード10において、メサ18の上面全体にSiOなどの絶縁膜30が形成され、メサ18の側面部18aに接触するアノード電極16の一部が絶縁膜30上に延びている構成にある。つまり、アノード電極16が絶縁膜30上からメサ18の側面部18aにわたって形成されている。この窒化物系ダイオード10Aでは、メサ18の側面部18aにおいてチャネル層13と直に接触するアノード電極16が電子供給層14のメサ18の上面に接触する面積を極力低減させた構造になっている。窒化物系ダイオード10Aのその他の構成は、第1の実施形態に係る窒化物系ダイオード10と同様である。
(Second Embodiment)
FIG. 8 shows a schematic configuration of a nitride-based diode 10A according to the second embodiment of the present invention.
The nitride-based diode 10A is characterized in that an insulating film 30 such as SiO 2 is formed on the entire top surface of the mesa 18 in the nitride-based diode 10 according to the first embodiment shown in FIG. A part of the anode electrode 16 in contact with the portion 18 a extends on the insulating film 30. That is, the anode electrode 16 is formed from the insulating film 30 to the side surface portion 18 a of the mesa 18. This nitride-based diode 10A has a structure in which the area where the anode electrode 16 that is in direct contact with the channel layer 13 on the side surface portion 18a of the mesa 18 is in contact with the upper surface of the mesa 18 of the electron supply layer 14 is reduced as much as possible. . The other configuration of the nitride-based diode 10A is the same as that of the nitride-based diode 10 according to the first embodiment.

このように、窒化物系ダイオード10Aでは、AlGaN/GaN界面に発生する二次元電子ガス層17にアノード電極16が接触して導通が取れている一方で、電子供給層14上(メサ18の上面)にはSiO2などの絶縁膜30(表面保護膜)が形成されており、アノード電極16が電子供給層14に接触する面積を極力低減させた構造になっている。すなわち、電子供給層14表面に絶縁膜30を配し、少なくともアノード電極16との接触は極力チャネル層13だけにすることで、逆方向のリーク電流と耐圧を改善可能な構造にしている。 As described above, in the nitride-based diode 10A, the anode electrode 16 is brought into contact with the two-dimensional electron gas layer 17 generated at the AlGaN / GaN interface to be conductive, while the electron supply layer 14 (the upper surface of the mesa 18). ) Is formed with an insulating film 30 (surface protective film) such as SiO 2 and has a structure in which the area where the anode electrode 16 contacts the electron supply layer 14 is reduced as much as possible. In other words, the insulating film 30 is disposed on the surface of the electron supply layer 14 and at least the contact with the anode electrode 16 is limited to the channel layer 13 as much as possible so that the reverse leakage current and withstand voltage can be improved.

図8に示す窒化物系ダイオード10Aは以下のようにして作製することが可能である。即ち、成長装置はMOCVD装置を用い、基板は、(111)面を主表面とするシリコン(111)基板11を用いた。
まず、窒化物系ダイオード10の上記作製方法と同様に、図9(a)に示すエピタキシャル層構造を作製する
The nitride diode 10A shown in FIG. 8 can be manufactured as follows. That is, a MOCVD apparatus was used as a growth apparatus, and a silicon (111) substrate 11 having a (111) plane as a main surface was used as a substrate.
First, the epitaxial layer structure shown in FIG. 9A is manufactured in the same manner as the above-described manufacturing method of the nitride-based diode 10.

次に、Clガスなどを用いて、チャネル層13および電子供給層14の一部をエッチング除去して素子分離を行う。
次に、電子供給層14のカソード電極およびアノード電極を形成する領域を塩素系ガスを用いてドライエッチングし、チャネル層13に達する深さまで部分的に除去し、メサ18を形成する(図9(b)参照)。
次に、メサ18の上面にSiOなどの絶縁膜30を形成する(図9(c)参照)。
Next, a part of the channel layer 13 and the electron supply layer 14 is removed by etching using Cl 2 gas or the like to perform element isolation.
Next, the region where the cathode electrode and the anode electrode of the electron supply layer 14 are formed is dry-etched using a chlorine-based gas and partially removed to a depth reaching the channel layer 13 to form a mesa 18 (FIG. 9 ( b)).
Next, an insulating film 30 such as SiO 2 is formed on the upper surface of the mesa 18 (see FIG. 9C).

次に、メサ18の側面部18bと接触するように、カソード電極15をリフトオフ法により形成する。
即ち、絶縁膜30を覆うようにチャネル層13の露出した表面および電子供給層14の表面全体にフォトレジスト31を塗布し(図10(a)参照)、このフォトレジスト31を露光、現像して、カソード電極15の形成領域に開口部31aを形成し、さらに、開口部31a内とフォトレジスト31上に金属膜をスパッタ法、真空蒸着法等により形成した後に、フォトレジストを除去することにより残った金属膜をカソード電極15とする(図10(b)参照)。カソード電極15は、例えばTi、Al、Si、Ta、MoあるいはWなどの金属、またはそれらの合金(特にシリサイド合金が好ましい)を含む金属膜である。また、形成したカソード電極15に、オーミック接触を取るための熱処理を施す。
Next, the cathode electrode 15 is formed by a lift-off method so as to be in contact with the side surface portion 18 b of the mesa 18.
That is, a photoresist 31 is applied to the exposed surface of the channel layer 13 and the entire surface of the electron supply layer 14 so as to cover the insulating film 30 (see FIG. 10A), and the photoresist 31 is exposed and developed. Then, an opening 31a is formed in the formation region of the cathode electrode 15, and a metal film is formed in the opening 31a and on the photoresist 31 by a sputtering method, a vacuum evaporation method, or the like, and then the photoresist is removed. The metal film is used as the cathode electrode 15 (see FIG. 10B). The cathode electrode 15 is a metal film containing a metal such as Ti, Al, Si, Ta, Mo, or W, or an alloy thereof (especially a silicide alloy is preferable). Further, the formed cathode electrode 15 is subjected to heat treatment for making ohmic contact.

次に、メサ18の側面部18aと接触するように、アノード電極16をリフトオフ法により形成する。
即ち、カソード電極15および絶縁膜30を覆うようにチャネル層13の露出した表面および電子供給層14の表面全体にフォトレジスト(図示省略)を塗布し、このフォトレジストを露光、現像して、アノード電極16の形成領域に開口部を形成し、さらに、開口部内とフォトレジスト上に金属膜をスパッタ法、真空蒸着法等により形成した後に、フォトレジストを除去することにより残った金属膜をアノード電極16とする(図10(c)参照)。アノード電極は、Ni、Pt、Pd、W、Ta、Alなどの金属或いはこれらの金属の合金を含む金属膜である。
その結果、図8に示した窒化物系ダイオード10Aを作製できた。
Next, the anode electrode 16 is formed by a lift-off method so as to be in contact with the side surface portion 18a of the mesa 18.
That is, a photoresist (not shown) is applied to the exposed surface of the channel layer 13 and the entire surface of the electron supply layer 14 so as to cover the cathode electrode 15 and the insulating film 30, and the photoresist is exposed and developed to form an anode. An opening is formed in the formation region of the electrode 16, and a metal film is formed in the opening and on the photoresist by a sputtering method, a vacuum evaporation method or the like, and then the remaining metal film is removed by removing the photoresist. 16 (see FIG. 10C). The anode electrode is a metal film containing a metal such as Ni, Pt, Pd, W, Ta, Al or an alloy of these metals.
As a result, the nitride diode 10A shown in FIG. 8 was fabricated.

以上の構成を有する第2の実施形態に係る窒化物系ダイオード10Aによれば、上記第1の実施形態が奏する作用効果に加えて以下の作用効果を奏する。電子供給層14の表面状態の不完全性、つまり表面のラフネスが大きいと、メサ18部分の電子供給層14に部分的にトンネル電流が生じる。電子供給層14のメサ18とアノード電極16が接触する面積が大きいと、そのトンネル電流が生じる確率が高くなり、逆方向のリーク電流が増える。そのため、アノード電極16は、電子供給層14のメサ18上面には極力接触させずに、メサ18の側面部18aでチャネル層13に直に接触させるのが好ましい。
第2の実施形態によれば、メサ18の側面部18aにおいてチャネル層13と直に接触するアノード電極16が電子供給層14のメサ18上面に接触する面積を極力低減させた構造になっているので、逆方向のリーク電流が更に低減され、これによって、耐圧が更に向上する。
According to the nitride-based diode 10A according to the second embodiment having the above-described configuration, the following operational effects can be obtained in addition to the operational effects exhibited by the first embodiment. If the surface state of the electron supply layer 14 is incomplete, that is, the surface roughness is large, a tunnel current is partially generated in the electron supply layer 14 in the mesa 18 portion. When the area where the mesa 18 of the electron supply layer 14 and the anode electrode 16 are in contact with each other is large, the probability that the tunnel current is generated increases, and the reverse leakage current increases. Therefore, it is preferable that the anode electrode 16 is not in contact with the upper surface of the mesa 18 of the electron supply layer 14 as much as possible, but is directly in contact with the channel layer 13 at the side surface portion 18a of the mesa 18.
According to the second embodiment, the area in which the anode electrode 16 in direct contact with the channel layer 13 in the side surface portion 18a of the mesa 18 is in contact with the upper surface of the mesa 18 of the electron supply layer 14 is reduced as much as possible. Therefore, the reverse leakage current is further reduced, thereby further improving the breakdown voltage.

(第3の実施形態)
図11は、本発明の第3の実施形態に係る窒化物系ダイオード10Bの主要部を示す斜視図図である。図12は、窒化物系ダイオード10Bを上方から見た図で、図3と同様の模式図である。図13は図11のB−B線に沿った断面図である。この窒化物系ダイオード10Bの特徴は、図1に示す上記第1の実施形態に係る窒化物系ダイオード10Aにおいて、フィンガー形状のカソード電極15およびアノード電極16の各端部に電界が集中しやすいため、電界集中を緩和できるように、以下の構成を採用している点にある。
(Third embodiment)
FIG. 11 is a perspective view showing a main part of a nitride-based diode 10B according to the third embodiment of the present invention. 12 is a view of the nitride-based diode 10B as viewed from above, and is a schematic view similar to FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. The feature of this nitride-based diode 10B is that, in the nitride-based diode 10A according to the first embodiment shown in FIG. 1, the electric field tends to concentrate on the end portions of the finger-shaped cathode electrode 15 and anode electrode 16. In order to alleviate the electric field concentration, the following configuration is adopted.

窒化物ダイオード10Bでは、図11乃至図13に示すように、電子供給層14およびチャネル層13は、メサ18がフィンガー部15a、16aの長手な方向(チャネル層13を電流が流れる方向aに対して垂直な方向b)に沿って間欠的に形成されるように部分的に除去されている。
つまり、メサ18の一方の斜面には複数の側面部18aが形成されている(図11参照)。そして、メサ18は、フィンガー形状のアノード電極16とメサ18の各側面部18aとが接触する面積が、フィンガー部16aの先端側(図12で左側)へ向かって徐々に大きくなるように形成されている(図11、図12参照)。
In the nitride diode 10B, as shown in FIG. 11 to FIG. 13, the electron supply layer 14 and the channel layer 13 have the mesa 18 in the longitudinal direction of the finger portions 15a and 16a (the direction a current flows through the channel layer 13). Are partially removed so as to be intermittently formed along the vertical direction b).
That is, a plurality of side surface portions 18a are formed on one slope of the mesa 18 (see FIG. 11). The mesa 18 is formed so that the area where the finger-shaped anode electrode 16 and each side surface portion 18a of the mesa 18 come into contact gradually increases toward the tip end side (left side in FIG. 12) of the finger portion 16a. (See FIGS. 11 and 12).

また、メサ18の他方の斜面には複数の側面部18bが形成されている(図11参照)。そして、メサ18は、フィンガー形状のカソード電極15とメサ18の各側面部18bとが接触する面積が、フィンガー部15aの先端側(図12で右側)へ向かって徐々に大きくなるように形成されている(図11、図12参照)。
窒化物系ダイオード10Bのその他の構成は、第2の実施形態に係る窒化物系ダイオード10Aと同様である。
Further, a plurality of side surface portions 18b are formed on the other slope of the mesa 18 (see FIG. 11). The mesa 18 is formed so that the area where the finger-shaped cathode electrode 15 and each side surface portion 18b of the mesa 18 come into contact gradually increases toward the distal end side (right side in FIG. 12) of the finger portion 15a. (See FIGS. 11 and 12).
Other configurations of the nitride-based diode 10B are the same as those of the nitride-based diode 10A according to the second embodiment.

以上の構成を有する第3の実施形態に係る窒化物系ダイオード10Bによれば、上記第1の実施形態が奏する作用効果に加えて以下の作用効果を奏する。
フィンガー形状のアノード電極16とメサ18の各側面部18aとが接触する面積が、フィンガー部16aの先端側(図12で左側)へ向かって等価的に徐々に大きくなっているので、電界集中しやすいアノード電極16の端部での電界集中が緩和され、電界集中に対して強い構造が実現できる。
According to the nitride-based diode 10B according to the third embodiment having the above configuration, the following operational effects can be obtained in addition to the operational effects exhibited by the first embodiment.
The area where the finger-shaped anode electrode 16 and each side surface portion 18a of the mesa 18 are in contact with each other gradually increases toward the tip side (left side in FIG. 12) of the finger portion 16a. The electric field concentration at the end of the anode electrode 16 is easily relaxed, and a structure strong against the electric field concentration can be realized.

なお、上記各実施形態では、メサ18の側面部18aにアノード電極16が、その側面部18bにカソード電極15がそれぞれ接触している構成の窒化物系ダイオードについて説明したが、少なくともアノード電極16がメサ18の側面部18aに接触している窒化物系ダイオードに本発明は適用可能である。   In each of the above embodiments, the description has been given of the nitride-based diode in which the anode electrode 16 is in contact with the side surface portion 18a of the mesa 18 and the cathode electrode 15 is in contact with the side surface portion 18b. The present invention is applicable to a nitride-based diode that is in contact with the side surface portion 18 a of the mesa 18.

上記各実施形態で説明した窒化物系ダイオードにおいて、2次元電子ガス層17のキャリア濃度を高くし、キャリアの移動度を大きくするために、厚さの薄いAlN層を挿入するのが好ましい。このような構成を有する窒化物系ダイオードでは、上記各実施形態で説明したように、アノード電極16およびカソード電極15をメサ18の側面部18a、18bにそれぞれ接触させることにより、カソード電極15と半導体層(電子供給層14およびチャネル層13)との間で、良好なオーミック接触が得られる。   In the nitride diodes described in the above embodiments, it is preferable to insert a thin AlN layer in order to increase the carrier concentration of the two-dimensional electron gas layer 17 and increase the mobility of carriers. In the nitride-based diode having such a configuration, as described in the above embodiments, the anode electrode 16 and the cathode electrode 15 are brought into contact with the side surface portions 18a and 18b of the mesa 18, respectively. Good ohmic contact is obtained between the layers (electron supply layer 14 and channel layer 13).

上記各実施形態では、横型の窒化物系ダイオードについての例を示したが、縦型の窒化物系ダイオードへの適用も可能であることはいうまでも無い。つまり、上記各実施形態において、基板を導電性の基板とし、カソード電極15またはアノード電極16が基板の裏面に形成した裏面電極に電気的に接続されている構成を有する縦型の窒化物系ダイオードにも本発明は適用可能である。   In each of the above embodiments, an example of a lateral nitride-based diode has been described, but it goes without saying that it can also be applied to a vertical nitride-based diode. That is, in each of the above embodiments, a vertical nitride diode having a configuration in which the substrate is a conductive substrate and the cathode electrode 15 or the anode electrode 16 is electrically connected to the back electrode formed on the back surface of the substrate. In addition, the present invention is applicable.

また、上記各実施形態では、一例としてAlGaN/GaNヘテロ接合構造を有する窒化物系ショットキーバリアダイオードとして構成した窒化物系ダイオードについて説明したが、本発明は、ショットキーバリアダイオードに限らず、AlGaN/GaNヘテロ接合構造を有し、アノード電極とカソード電極とを有する窒化物系ダイオードに広く適用可能である。   In each of the above-described embodiments, the nitride-based diode configured as a nitride-based Schottky barrier diode having an AlGaN / GaN heterojunction structure has been described as an example. The present invention is widely applicable to nitride-based diodes having a / GaN heterojunction structure and having an anode electrode and a cathode electrode.

また、上記各実施形態において、チャネル層13をInGaN(第1のGaN系化合物半導体)で構成し、電子供給層14をInAlGaN(第2のGaN系化合物半導体)で構成した窒化物系ダイオードにも本発明は適用可能である。この窒化物系ダイオードでは、InAlGaN/GaNヘテロ接合界面には、自発分極によって、GaN側に高濃度の二次元電子ガス層が形成される。
また、シリコン基板以外のSiC基板、サファイア基板、GaN基板、MgO基板、ZnO基板上など、GaNが結晶成長可能なあらゆる基板上の素子についても成り立つことは言うまでも無い。
In each of the above embodiments, the nitride diode in which the channel layer 13 is made of InGaN (first GaN-based compound semiconductor) and the electron supply layer 14 is made of InAlGaN (second GaN-based compound semiconductor) is also used. The present invention is applicable. In this nitride-based diode, a high-concentration two-dimensional electron gas layer is formed on the GaN side by spontaneous polarization at the InAlGaN / GaN heterojunction interface.
Further, it goes without saying that elements on all substrates on which GaN can grow crystals, such as SiC substrates other than silicon substrates, sapphire substrates, GaN substrates, MgO substrates, ZnO substrates, and the like are also valid.

10、10A、10B:窒化物系ダイオード
11:シリコン基板 12:バッファ層
13:チャネル層
14:電子供給層
15:カソード電極
15a:フィンガー部
16:アノード電極
16a:フィンガー部
17:2次元電子ガス層
18:メサ
18a、18b:側面部
30:絶縁膜
10, 10A, 10B: Nitride diode 11: Silicon substrate 12: Buffer layer 13: Channel layer 14: Electron supply layer 15: Cathode electrode 15a: Finger part 16: Anode electrode 16a: Finger part 17: Two-dimensional electron gas layer 18: Mesa 18a, 18b: Side surface 30: Insulating film

Claims (9)

基板上に形成された第1の窒化物系化合物半導体からなるチャネル層と、
前記チャネル層上に形成され、第2の窒化物系化合物半導体からなる電子供給層と、
前記電子供給層上に形成されたカソード電極およびアノード電極と、
前記電子供給層の一部を、前記チャネル層に達する深さまで部分的に除去したメサと、を備え、
前記メサの側面部に、前記カソード電極およびアノード電極のうち、少なくとも前記アノード電極が接触していることを特徴とする窒化物系ダイオード。
A channel layer made of a first nitride-based compound semiconductor formed on a substrate;
An electron supply layer formed on the channel layer and made of a second nitride compound semiconductor;
A cathode electrode and an anode electrode formed on the electron supply layer;
A mesa partially removed to a depth reaching the channel layer, a part of the electron supply layer,
A nitride-based diode, wherein at least the anode electrode of the cathode electrode and the anode electrode is in contact with a side surface portion of the mesa.
前記メサの上面に絶縁膜が形成され、前記アノード電極が前記絶縁膜上から前記メサの側面部にわたって形成されていることを特徴とする請求項1に記載の窒化物系ダイオード。   2. The nitride-based diode according to claim 1, wherein an insulating film is formed on an upper surface of the mesa, and the anode electrode is formed from the insulating film to a side surface portion of the mesa. 前記カソード電極および前記アノード電極は、フィンガー部を有し、
前記メサが前記フィンガー部の長手方向に沿って間欠的に形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の窒化物系ダイオード。
The cathode electrode and the anode electrode have finger portions,
The nitride diode according to claim 1 or 2, wherein the mesa is intermittently formed along a longitudinal direction of the finger portion.
前記メサは、前記カソード電極または前記アノード電極と前記メサの各側面部とが接触する面積が、前記フィンガー部の先端側へ向かって徐々に大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項3に記載の窒化物系ダイオード。   The mesa is formed so that an area in which the cathode electrode or the anode electrode and each side surface of the mesa contact each other gradually increases toward a tip end side of the finger portion. 4. The nitride diode according to item 3. 前記第1のGaN系半導体材料はGaNであり、前記第2のGaN系半導体材料はAlGaNであることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の窒化物系ダイオード。   The nitride-based diode according to any one of claims 1 to 4, wherein the first GaN-based semiconductor material is GaN, and the second GaN-based semiconductor material is AlGaN. 前記第1のGaN系半導体材料はInGaN或いはGaNであり、前記第2のGaN系半導体材料はInAlGaNであることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか1項に記載の窒化物系ダイオード。   The nitride system according to any one of claims 1 to 4, wherein the first GaN-based semiconductor material is InGaN or GaN, and the second GaN-based semiconductor material is InAlGaN. diode. 前記アノード電極には、Ni、Pt、Pd、W、TaおよびAl、またはそれらの金属の合金を用いることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の窒化物系ダイオード。   The nitride diode according to any one of claims 1 to 6, wherein Ni, Pt, Pd, W, Ta and Al, or an alloy of these metals is used for the anode electrode. 前記カソード電極には、Ti、Al、Si、Ta、Mo、W、またはそれらの合金を用いることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の窒化物系ダイオード。   The nitride diode according to any one of claims 1 to 7, wherein Ti, Al, Si, Ta, Mo, W, or an alloy thereof is used for the cathode electrode. 前記基板は導電性の基板であり、前記カソード電極またはアノード電極は前記基板の裏面に形成された裏面電極に電気的に接続されていることを特徴とする請求項1乃至8の何れか1項に記載の窒化物系ダイオード。   9. The substrate according to claim 1, wherein the substrate is a conductive substrate, and the cathode electrode or the anode electrode is electrically connected to a back electrode formed on the back surface of the substrate. The nitride-based diode described in 1.
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Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013008414A1 (en) * 2011-07-08 2013-01-17 パナソニック株式会社 Rectifier device
JPWO2013005372A1 (en) * 2011-07-01 2015-02-23 パナソニック株式会社 Semiconductor device
WO2015077916A1 (en) * 2013-11-26 2015-06-04 中国科学院半导体研究所 Gan-based schottky barrier diode rectifier
KR20150084855A (en) * 2012-11-16 2015-07-22 비샤이 제너럴 세미컨덕터 엘엘씨 GaN-BASED SCHOTTKY DIODE HAVING DUAL METAL, PARTIALLY RECESSED ELECTRODE
JP2016501443A (en) * 2012-11-16 2016-01-18 ヴィシャイ ジェネラル セミコンダクター エルエルシーVishay General Semiconductor LLC GaN-based Schottky diode with partially recessed anode
WO2018003855A1 (en) 2016-06-28 2018-01-04 株式会社スリーボンド Curable resin composition, fuel cell, and sealing method
WO2018047479A1 (en) 2016-09-06 2018-03-15 株式会社スリーボンド Curable resin composition, fuel cell using same and sealing method using same
KR20180035227A (en) 2015-07-30 2018-04-05 가부시끼가이샤 쓰리본드 Photocurable resin composition, fuel cell and sealing method
KR20180037972A (en) 2015-07-30 2018-04-13 가부시끼가이샤 쓰리본드 Photocurable resin composition, fuel cell and sealing method
KR20180041680A (en) 2015-08-18 2018-04-24 가부시끼가이샤 쓰리본드 Photo-curable sealant for fuel cell, fuel cell and sealing method
KR20180050317A (en) 2015-09-02 2018-05-14 가부시끼가이샤 쓰리본드 Photocurable resin composition, fuel cell and sealing method
WO2018190421A1 (en) 2017-04-14 2018-10-18 株式会社スリーボンド Photocurable resin composition, fuel cell using same, and sealing method
WO2018190417A1 (en) 2017-04-14 2018-10-18 株式会社スリーボンド Curable resin composition, fuel cell using same, and sealing method
WO2018190415A1 (en) 2017-04-14 2018-10-18 株式会社スリーボンド Photocurable resin composition, fuel cell using same, and sealing method
KR20180120159A (en) 2016-03-09 2018-11-05 가부시끼가이샤 쓰리본드 Curable resin composition, fuel cell and sealing method
KR20190031477A (en) 2016-07-14 2019-03-26 가부시끼가이샤 쓰리본드 Curable resin composition, cured product, fuel cell and sealing method
WO2019124252A1 (en) 2017-12-18 2019-06-27 株式会社スリーボンド Curable resin composition, and fuel cell and sealing method using same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006038390A1 (en) * 2004-09-30 2006-04-13 Sanken Electric Co., Ltd. Semiconductor device
JP2006108676A (en) * 2004-09-30 2006-04-20 Internatl Rectifier Corp Group iii nitride multichannel hetero-junction interdigital rectifier
JP2006156457A (en) * 2004-11-25 2006-06-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Schottky barrier diode and diode array
JP2009117485A (en) * 2007-11-02 2009-05-28 Panasonic Corp Nitride semiconductor device
JP2009124001A (en) * 2007-11-16 2009-06-04 Furukawa Electric Co Ltd:The Gan-based semiconductor device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006038390A1 (en) * 2004-09-30 2006-04-13 Sanken Electric Co., Ltd. Semiconductor device
JP2006108676A (en) * 2004-09-30 2006-04-20 Internatl Rectifier Corp Group iii nitride multichannel hetero-junction interdigital rectifier
JP2006156457A (en) * 2004-11-25 2006-06-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Schottky barrier diode and diode array
JP2009117485A (en) * 2007-11-02 2009-05-28 Panasonic Corp Nitride semiconductor device
JP2009124001A (en) * 2007-11-16 2009-06-04 Furukawa Electric Co Ltd:The Gan-based semiconductor device

Cited By (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2013005372A1 (en) * 2011-07-01 2015-02-23 パナソニック株式会社 Semiconductor device
WO2013008414A1 (en) * 2011-07-08 2013-01-17 パナソニック株式会社 Rectifier device
KR102011761B1 (en) * 2012-11-16 2019-08-19 비샤이 제너럴 세미컨덕터 엘엘씨 GaN-BASED SCHOTTKY DIODE HAVING DUAL METAL, PARTIALLY RECESSED ELECTRODE
KR20150084855A (en) * 2012-11-16 2015-07-22 비샤이 제너럴 세미컨덕터 엘엘씨 GaN-BASED SCHOTTKY DIODE HAVING DUAL METAL, PARTIALLY RECESSED ELECTRODE
JP2016501442A (en) * 2012-11-16 2016-01-18 ヴィシャイ ジェネラル セミコンダクター エルエルシーVishay General Semiconductor LLC GaN-based Schottky diode with dual metal, partially recessed electrode
JP2016501443A (en) * 2012-11-16 2016-01-18 ヴィシャイ ジェネラル セミコンダクター エルエルシーVishay General Semiconductor LLC GaN-based Schottky diode with partially recessed anode
WO2015077916A1 (en) * 2013-11-26 2015-06-04 中国科学院半导体研究所 Gan-based schottky barrier diode rectifier
KR20180035227A (en) 2015-07-30 2018-04-05 가부시끼가이샤 쓰리본드 Photocurable resin composition, fuel cell and sealing method
US10840517B2 (en) 2015-07-30 2020-11-17 Threebond Co., Ltd. Photocurable resin composition, fuel cell, and sealing method
KR20180037972A (en) 2015-07-30 2018-04-13 가부시끼가이샤 쓰리본드 Photocurable resin composition, fuel cell and sealing method
US10840518B2 (en) 2015-07-30 2020-11-17 Threebond Co., Ltd. Photocurable resin composition, fuel cell, and sealing method
KR20180041680A (en) 2015-08-18 2018-04-24 가부시끼가이샤 쓰리본드 Photo-curable sealant for fuel cell, fuel cell and sealing method
KR20180050317A (en) 2015-09-02 2018-05-14 가부시끼가이샤 쓰리본드 Photocurable resin composition, fuel cell and sealing method
US11261301B2 (en) 2015-09-02 2022-03-01 Threebond Co., Ltd. Photocurable resin composition, fuel cell, and sealing method
US10800952B2 (en) 2016-03-09 2020-10-13 Threebond Co., Ltd. Curable resin composition, fuel cell, and sealing method
KR20180120159A (en) 2016-03-09 2018-11-05 가부시끼가이샤 쓰리본드 Curable resin composition, fuel cell and sealing method
WO2018003855A1 (en) 2016-06-28 2018-01-04 株式会社スリーボンド Curable resin composition, fuel cell, and sealing method
US10907037B2 (en) 2016-06-28 2021-02-02 Threebond Co., Ltd. Curable resin composition, fuel cell, and sealing method
KR20190022511A (en) 2016-06-28 2019-03-06 가부시끼가이샤 쓰리본드 Curable resin composition, fuel cell and sealing method
KR20190031477A (en) 2016-07-14 2019-03-26 가부시끼가이샤 쓰리본드 Curable resin composition, cured product, fuel cell and sealing method
US10865297B2 (en) 2016-07-14 2020-12-15 Threebond Co., Ltd. Curable resin composition, cured product, fuel cell, and sealing method
KR20190050966A (en) 2016-09-06 2019-05-14 가부시끼가이샤 쓰리본드 Curable resin composition, fuel cell and sealing method using the same
US11165072B2 (en) 2016-09-06 2021-11-02 Threebond Co., Ltd. Curable resin composition, fuel cell using same, and sealing method using same
WO2018047479A1 (en) 2016-09-06 2018-03-15 株式会社スリーボンド Curable resin composition, fuel cell using same and sealing method using same
WO2018190415A1 (en) 2017-04-14 2018-10-18 株式会社スリーボンド Photocurable resin composition, fuel cell using same, and sealing method
US11114679B2 (en) 2017-04-14 2021-09-07 Threebond Co., Ltd. Curable resin composition, and fuel cell and sealing method using the same
WO2018190417A1 (en) 2017-04-14 2018-10-18 株式会社スリーボンド Curable resin composition, fuel cell using same, and sealing method
WO2018190421A1 (en) 2017-04-14 2018-10-18 株式会社スリーボンド Photocurable resin composition, fuel cell using same, and sealing method
US11414512B2 (en) 2017-04-14 2022-08-16 Threebond Co., Ltd. Photocurable resin composition, fuel cell using same, and sealing method
KR20200090918A (en) 2017-12-18 2020-07-29 가부시끼가이샤 쓰리본드 Curable resin composition, fuel cell and sealing method using same
WO2019124252A1 (en) 2017-12-18 2019-06-27 株式会社スリーボンド Curable resin composition, and fuel cell and sealing method using same

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