JP2013207082A - 窒化物半導体ショットキダイオードおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1の窒化物半導体からなる第1の層と、前記第1の層の上に設けられ、前記第1の窒化物半導体よりも広いバンドギャップを有する第2の窒化物半導体からなる第2の層と、前記第2の層の上に設けられたオーミック電極と、前記第2の層に上に設けられたショットキ電極と、を備えた窒化物半導体ショットキダイオードを提供する。前記第2の層は、前記ショットキ電極と前記オーミック電極とのあいだにおいて、前記ショットキ電極の近傍にアクセプタを含む領域を有する。
【選択図】図1
Description
しかし、従来のAlGaN/GaNショットキダイオードは、逆バイアスでのリーク電流が大きいという問題があった。一般的なシリコンのショットキダイオードは、順方向電流に比べて逆方向リーク電流が5桁程度低くなるのに比べて、AlGaN/GaNショットキダイオードは、3桁程度低い値にとどまっており、リーク電流を低減することが強く望まれる。
図1は、本発明の実施形態に係る窒化物半導体ショットキダイオードの模式断面図である。
第2の層30の上には、パッシベーション膜40が形成されており、その一部が開口されてオーミック電極41とショットキ電極43とが形成されている。さらに、第2の層30の表面側の領域のうちのショットキ電極43の周囲部分に、アクセプタを含む領域50が設けられている。
第2の層30膜厚は、例えば、5nmから50nm程度とすることができる。
このような積層構造において、第1の層20内の第2の層30との界面の付近には、2次元電子ガスが発生する。
図2及び図3は、本実施形態のショットキダイオードの製造方法を表す工程断面図である。
まず、図2(a)に表したように、シリコンなどからなる支持基板10の上に、バッファ層11を形成する。バッファ層11としては、例えばAlGaN/GaN超格子層を形成することができる。また、バッファ層11の厚さは、例えば1〜10μmとすることができる。
次に、図3(a)に表したように、パッシベーション膜40の、ショットキ電極43の周囲領域を開口して、AlGaN層30の表面を露出させる。
そして、図3(b)に表したように、露出させたAlGaN層30の表面に、アクセプタを含む領域50を形成する。具体的には、例えばアクセプタとしてフッ素(F)を含む化合物を含むガスを用いてプラズマ処理を行うことにより、AlGaN層30の表面にフッ素を含む領域50を形成することができる。フッ素を含む化合物としては、例えばSF6を用いることができる。プラズマ処理は、例えば、ICP−RIE(Inductively Coupled Plasma-Reactive Ion Etching)法を用い、バイアスパワー10〜60Wにて実施することができる。
この後、必要に応じて、さらに図示しない保護膜や配線などを形成する。
図4は、比較例のショットキダイオードを表す模式断面図である。
なお、図4以降の各図面においては、便宜的に、第2の層20よりも上層の部分のみを適宜表す。本比較例のショットキダイオード200においては、アクセプタを含む領域50は設けられていない。
まず、図5(a)に表した比較例について説明する。
比較例のショットキダイオード200に逆バイアスが印加された状態では、ショットキ電極43の近傍において、電界強度が極めて高い領域が生じる。この電界強度が高い領域におけるドナ型表面準位は電子を捕獲する。その結果として、電界強度が高い領域に、ドナ型表面順位が中性となる領域46が形成される。AlGaN層の表面には、負の固定電荷のみが残る。
一方、図5(b)に表した本実施形態のショットキダイオード100の場合も、逆バイアスが印加された状態において、比較例と同様に、AlGaN層30の表面近傍に、中性化した準位密度が高くなる領域46が形成される。加えて、アクセプタを含む領域50が設けられているので、負の電荷51が存在しており、負の電荷量が図5(a)に表した比較例よりも増大する。このように、負の電荷量の密度を高くすることで、ショットキ電極43の近傍の電界強度が低下し、逆方向リーク電流は低減する。
逆バイアス電圧が高くなるにしたがい、比較例のショットキダイオード200よりも本実施形態のショットキダイオード100のリーク電流のほうが低下することが分かる。そして、逆バイアスが10Vよりも高くなると、本実施形態では比較例に比べて、リーク電流を低減できる。例えば、逆バイアスが100V、すなわちショットキ電極43にマイナス100Vを印加した時のリーク電流は、比較例においてはおよそ1×10−3Aであるのに対して、本実施形態においてはおよそ2×10−4Aに抑えることができる。
そのため、アクセプタを含む領域50の効果が、表面側では顕著となり、ヘテロ界面においては相対的に影響が低くなるように、アクセプタを含む領域50の厚さ(深さ)を調整するとよい。具体的には、アクセプタを含む領域50の厚さ(深さ)は、AlGaN層30の1/2以下とすることが望ましい。
一方、アクセプタを含む領域50の幅を大きくすると、寄生抵抗が上昇し、順方向における損失が増大する。そのため、アクセプタを含む領域50の幅は、ショットキ電極43とオーミック電極41の電極間隔の1/2以下とすることが望ましい。
11 バッファ層
12 下地層
20 第1の層
21 2次元電子
30 第2の層
31 固定電荷
32 固定電荷
40 パッシベーション膜
41 オーミック電極
43 ショットキ電極
46 中性となる領域
50 アクセプタを含む領域
51 負の電荷
100 ショットキダイオード
200 ショットキダイオード
Claims (9)
- 第1の窒化物半導体からなる第1の層と、
前記第1の層の上に設けられ、前記第1の窒化物半導体よりも広いバンドギャップを有する第2の窒化物半導体からなる第2の層と、
前記第2の層の上に設けられたオーミック電極と、
前記第2の層に上に設けられたショットキ電極と、
を備え、
前記第2の層は、前記ショットキ電極と前記オーミック電極とのあいだにおいて、前記ショットキ電極の近傍にアクセプタを含む領域を有する窒化物半導体ショットキダイオード。 - 前記アクセプタは、フッ素である請求項2の記載の窒化物半導体ショットキダイオード。
- 前記第1の層と前記第2の層は、(0001)面に対して垂直方向に結晶成長された層である請求項1または2に記載の窒化物半導体ショットキダイオード。
- 前記アクセプタを含む領域の厚みは、前記第2の層の厚みの1/2以下である請求項1〜3のいずれか1つに記載の窒化物半導体ショットキダイオード。
- 前記アクセプタを含む領域の幅は、前記ショットキ電極と前記オーミック電極の間隔の1/2以下である請求項1〜4のいずれか1つに記載の窒化物半導体ショットキダイオード。
- 第1の窒化物半導体からなる第1の層と、前記第1の層の上に設けられ前記第1の窒化物半導体よりも広いバンドギャップを有する第2の窒化物半導体からなる第2の層と、を有する積層体の前記第2の層の上に、保護膜を形成する工程と、
前記保護膜の一部を開口して、オーミック電極とショットキ電極とを形成する工程と、
前記ショットキ電極の近傍の前記保護膜の一部を開口して、前記第2の層の表面にアクセプタを導入する工程と、
を備えた半導体装置の製造方法。 - 前記第1の層と前記第2の層は、(0001)面に対して垂直方向に結晶成長された層である請求項6記載の窒化物半導体ショットキダイオードの製造方法。
- 前記アクセプタを導入する工程は、フッ素を含むガスのプラズマを用いてフッ素を導入する工程を含む請求項6または7に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記フッ素を含むガスは、SF6である請求項8記載の窒化物半導体ショットキダイオードの製造方法。
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