JP2014078561A - Nitride semiconductor schottky barrier diode - Google Patents

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Taketoshi Tanaka
岳利 田中
真也 ▲高▼堂
Shinya Takado
Minoru Akutsu
稔 阿久津
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor Schottky barrier diode which successfully supports forward characteristics and reverse breakdown voltage at the same time.SOLUTION: A nitride semiconductor Schottky barrier diode 101 comprises: an electron transit layer 2 composed of a nitride semiconductor; an electron supply layer 3 which is composed of a nitride semiconductor having a composition different from that of the electron transit layer and formed on the electron transit layer 2; an anode Schottky electrode 5 which forms Schottky junction with a surface of the electron supply layer 3; a cathode ohmic electrode 6 which forms ohmic junction with the surface of the electron supply layer 3; an insulation film 10 which covers the surface of the electron supply layer 3 between the anode Schottky electrode 5 and the cathode ohmic electrode 6; and a gate electrode 7 formed on the insulation film 10. The gate electrode 7 is electrically short-circuited with the anode Schottky electrode 5 to block a channel between the anode Schottky electrode 5 and the cathode ohmic electrode 6 at the time of applying reverse voltage.

Description

この発明は、窒化物半導体層にショットキ接合するショットキ電極を有する窒化物半導体ショットキバリアダイオードに関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor Schottky barrier diode having a Schottky electrode that forms a Schottky junction with a nitride semiconductor layer.

特許文献１に記載されたショットキダイオードは、ＧａＮ電子走行層と、これに積層されたＡｌＧａＮ電子供給層と、ＡｌＧａＮ電子供給層の表面に間隔を開けて形成されたオーミックアノード電極およびオーミックカソード電極と、これらの間においてＡｌＧａＮ電子供給層に形成されたリセス内に絶縁膜を介して配置されたショットキアノード電極とを含む。ショットキアノード電極は、絶縁膜を挟んでＡｌＧａＮ電子供給層に対向することによって、ＭＩＳ（Metal Insulator Semiconductor）構造を構成している。ショットキアノード電極がリセス内に配置されていることによって、電子走行層内に形成される二次元電子ガスが遮断され、それによって、ノーマリオフ型のダイオードが実現されている。ショットキアノード電極は、オーミックアノード電極に短絡されている。そのため、オーミックアノード電極およびオーミックカソード電極の間に順方向電圧が印加されると、ショットキアノード電極の直下に電子が誘起され、それによって、アノード−カソード間を導通させるチャネルが形成される。   The Schottky diode described in Patent Document 1 includes a GaN electron transit layer, an AlGaN electron supply layer stacked thereon, an ohmic anode electrode and an ohmic cathode electrode formed on the surface of the AlGaN electron supply layer with a space therebetween. And a Schottky anode electrode disposed between the recesses formed in the AlGaN electron supply layer via an insulating film. The Schottky anode electrode constitutes a MIS (Metal Insulator Semiconductor) structure by facing the AlGaN electron supply layer with an insulating film interposed therebetween. By disposing the Schottky anode electrode in the recess, the two-dimensional electron gas formed in the electron transit layer is blocked, thereby realizing a normally-off type diode. The Schottky anode electrode is short-circuited to the ohmic anode electrode. Therefore, when a forward voltage is applied between the ohmic anode electrode and the ohmic cathode electrode, electrons are induced immediately below the Schottky anode electrode, thereby forming a channel that conducts between the anode and the cathode.

特開２０１１−２１０７７９号公報JP 2011-210779 A 特開２００８−１０８８７０号公報JP 2008-108870 A

特許文献１におけるショットキアノード電極は、ＭＩＳ構造を形成するゲート電極であり、半導体層にショットキ接合しているわけではない。また、ＭＩＳ構造下の電子はリセスによって空乏化されている。そのため、順方向電圧に対する電流の特性は、ノーマリオフ型のＨＥＭＴのＩｄ−Ｖｇ特性を反映した特性となる。より具体的には、順方向電圧の増加に伴って緩やかに電流が立ち上がる特性となり、半導体層（電子供給層）にショットキ接合する電極を有するショットキバリアダイオードに比較すると、電流の立ち上がりが緩慢であり、かつ、順方向立ち上がり電圧が高くなる。   The Schottky anode electrode in Patent Document 1 is a gate electrode that forms a MIS structure, and is not necessarily in a Schottky junction with a semiconductor layer. Further, the electrons under the MIS structure are depleted by the recess. Therefore, the current characteristic with respect to the forward voltage is a characteristic reflecting the Id-Vg characteristic of the normally-off HEMT. More specifically, the current gradually rises as the forward voltage increases, and the current rise is slow compared to a Schottky barrier diode having an electrode that forms a Schottky junction with the semiconductor layer (electron supply layer). In addition, the forward rising voltage is increased.

一方、電子供給層にショットキ接合するアノードショットキ電極を有するショットキバリアダイオードにおいては、順方向立ち上がり電圧および逆方向耐圧が、ショットキ接合のバリアハイトに依存する。すなわち、バリアハイトを高くすれば順方向立ち上がり電圧が高くなるが、逆方向耐圧を高くできる。バリアハイトを低くすれば、順方向立ち上がり電圧を低くできるが、逆方向耐圧が低くなる。つまり、順方向特性と逆方向耐圧とはトレードオフの関係にあり、両立が難しい。   On the other hand, in a Schottky barrier diode having an anode Schottky electrode that performs Schottky junction with the electron supply layer, the forward rising voltage and the reverse breakdown voltage depend on the barrier height of the Schottky junction. That is, if the barrier height is increased, the forward rising voltage increases, but the reverse breakdown voltage can be increased. If the barrier height is lowered, the forward rise voltage can be lowered, but the reverse breakdown voltage is lowered. In other words, the forward characteristics and the reverse breakdown voltage are in a trade-off relationship, and it is difficult to achieve both.

この発明は、良好な順方向特性と逆方向耐圧とを両立した窒化物半導体ショットキバリアダイオードを提供する。   The present invention provides a nitride semiconductor Schottky barrier diode having both good forward characteristics and reverse breakdown voltage.

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、窒化物半導体からなる電子走行層と、前記電子走行層とは組成の異なる窒化物半導体からなり、前記電子走行層上に形成された電子供給層と、前記電子供給層の表面にショットキ接合したアノードショットキ電極と、前記アノードショットキ電極から間隔を開けて形成され、前記電子供給層の表面にオーミック接合したカソードオーミック電極と、前記アノードショットキ電極と前記カソードオーミック電極との間において前記電子供給層の表面を覆う絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成され、前記アノードショットキ電極と電気的に短絡され、逆方向電圧印加時に前記アノードショットキ電極と前記カソードオーミック電極との間のチャネル（電流経路）を遮断するゲート電極とを含む、窒化物半導体ショットキバリアダイオードである。   In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is an electron transit layer made of a nitride semiconductor and a nitride semiconductor having a composition different from that of the electron transit layer, and is formed on the electron transit layer. An electron supply layer; an anode Schottky electrode Schottky bonded to the surface of the electron supply layer; a cathode ohmic electrode formed at an interval from the anode Schottky electrode and ohmic bonded to the surface of the electron supply layer; An insulating film covering a surface of the electron supply layer between the electrode and the cathode ohmic electrode; and the anode Schottky electrode formed on the insulating film and electrically short-circuited with the anode Schottky electrode when a reverse voltage is applied And a gate electrode that blocks a channel (current path) between the cathode ohmic electrode and the cathode ohmic electrode, A SEMICONDUCTOR Schottky barrier diode.

電子走行層と電子供給層とは組成が異なるので、それらの界面にヘテロ接合が形成され、その界面に近い電子走行層内に二次元電子ガスが形成される。電子供給層の表面には、アノードショットキ電極とカソードオーミック電極とが、互いに間隔を開けて形成されている。アノードショットキ電極は電子供給層の表面にショットキ接合しており、カソードオーミック電極は電子供給層の表面にオーミック接合している。そこで、アノードショットキ電極とカソードオーミック電極との間に、ショットキ接合のバリアハイトによって定まる順方向立ち上がり電圧以上の電圧を与えると、アノードショットキ電極とカソードオーミック電極との間が、二次元電子ガスをチャネルとして接続される。   Since the electron transit layer and the electron supply layer have different compositions, a heterojunction is formed at the interface between them, and a two-dimensional electron gas is formed in the electron transit layer near the interface. On the surface of the electron supply layer, an anode Schottky electrode and a cathode ohmic electrode are formed at a distance from each other. The anode Schottky electrode is Schottky bonded to the surface of the electron supply layer, and the cathode ohmic electrode is ohmic bonded to the surface of the electron supply layer. Therefore, when a voltage higher than the forward rising voltage determined by the barrier height of the Schottky junction is applied between the anode Schottky electrode and the cathode ohmic electrode, the two-dimensional electron gas is used as a channel between the anode Schottky electrode and the cathode ohmic electrode. Connected.

一方、アノードショットキ電極とカソードオーミック電極との間には、アノードショットキ電極に電気的に短絡されたゲート電極が配置されている。ゲート電極は、絶縁膜を挟んで電子供給層に対向している。アノードショットキ電極とカソードオーミック電極との間に逆方向の電圧が印加されると、ゲート電極はアノードショットキ電極と同電位であるので、ゲート電極直下の二次元電子ガスが遮断される。これにより、二次元電子ガスによって形成されるアノード−カソード間のチャネルが遮断されるので、逆方向電流を遮断することができる。それによって、高い逆方向耐圧を実現できる。   On the other hand, a gate electrode electrically short-circuited to the anode Schottky electrode is disposed between the anode Schottky electrode and the cathode ohmic electrode. The gate electrode is opposed to the electron supply layer with the insulating film interposed therebetween. When a reverse voltage is applied between the anode Schottky electrode and the cathode ohmic electrode, the gate electrode is at the same potential as the anode Schottky electrode, so that the two-dimensional electron gas immediately below the gate electrode is blocked. Thereby, since the channel between the anode and the cathode formed by the two-dimensional electron gas is blocked, the reverse current can be blocked. Thereby, a high reverse breakdown voltage can be realized.

このように、この発明によれば、順方向バイアスが印加されたときには、アノードショットキ電極と電子供給層との間のショットキ接合のバリアハイトに応じた特性で電流が立ち上がる。一方、逆方向バイアスが印加されたときには、ゲート電極の働きによって、二次元電子ガスで形成されるチャネルが遮断され、これによって、逆方向耐圧を高めることができる。よって、ショットキ接合のバリアハイトを低くして順方向立ち上がり電圧を低くしながら、高い逆方向耐圧を実現した窒化物半導体ショットキバリアダイオードを実現できる。しかも、順方向電流の立ち上がり特性は、ショットキ接合により規定されるので、急峻な立ち上がり特性となる。このようにして、良好な順方向特性と高い逆方向耐圧とを両立できる。   Thus, according to the present invention, when a forward bias is applied, a current rises with a characteristic corresponding to the barrier height of the Schottky junction between the anode Schottky electrode and the electron supply layer. On the other hand, when a reverse bias is applied, the channel formed by the two-dimensional electron gas is blocked by the action of the gate electrode, whereby the reverse breakdown voltage can be increased. Therefore, it is possible to realize a nitride semiconductor Schottky barrier diode that realizes a high reverse breakdown voltage while reducing the forward rise voltage by lowering the barrier height of the Schottky junction. In addition, since the rising characteristic of the forward current is defined by the Schottky junction, it becomes a steep rising characteristic. In this way, it is possible to achieve both good forward characteristics and high reverse breakdown voltage.

請求項２記載の発明は、前記ゲート電極が、前記アノードショットキ電極と前記カソードオーミック電極との間に逆方向電圧が印加されたときに、前記電子走行層内の二次元電子ガスを前記アノードショットキ電極側と前記カソードオーミック電極側とに分離するように前記絶縁膜上に配置されている、請求項１に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオードである。   According to a second aspect of the present invention, when a reverse voltage is applied to the gate electrode between the anode Schottky electrode and the cathode ohmic electrode, the two-dimensional electron gas in the electron transit layer is converted into the anode Schottky. 2. The nitride semiconductor Schottky barrier diode according to claim 1, wherein the nitride semiconductor Schottky barrier diode is disposed on the insulating film so as to be separated into an electrode side and a cathode ohmic electrode side.

この構成によって、逆方向バイアス印加時には、ゲート電極の直下で、二次元電子ガスがアノード側とカソード側とに分離される。これにより、逆方向電流を確実に遮断できるから、逆方向耐圧を効果的に高めることができる。
請求項３記載の発明は、前記絶縁膜が、前記ゲート電極の下に配置された第１部分と、前記ゲート電極が配置されていない領域の第２部分とを含み、前記第１部分の膜厚が前記第２部分の膜厚よりも小さい、請求項１または２に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオードである。 With this configuration, when a reverse bias is applied, the two-dimensional electron gas is separated into the anode side and the cathode side immediately below the gate electrode. Thus, the reverse current can be reliably interrupted, so that the reverse breakdown voltage can be effectively increased.
According to a third aspect of the present invention, the insulating film includes a first portion disposed under the gate electrode and a second portion of a region where the gate electrode is not disposed, and the film of the first portion 3. The nitride semiconductor Schottky barrier diode according to claim 1, wherein a thickness is smaller than a film thickness of the second portion.

この構成により、ゲート電極の下の第１部分の膜厚が小さいので、逆方向バイアス印加時には、ゲート電極直下の二次元電子ガスを確実に消失させることができる。それとともに、ゲート電極が配置されていない第２部分の膜厚が大きいので、この膜厚の大きな第２部分によって電子供給層の表面を確実に保護することができる。
請求項４記載の発明は、前記第１部分が第１絶縁膜を含み、前記第２部分が前記第１絶縁膜とは異なる絶縁材料からなる第２絶縁膜を含む、請求項３に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオードである。 With this configuration, since the film thickness of the first portion under the gate electrode is small, the two-dimensional electron gas directly under the gate electrode can be surely lost when a reverse bias is applied. At the same time, since the thickness of the second portion where the gate electrode is not disposed is large, the surface of the electron supply layer can be reliably protected by the second portion having the large thickness.
According to a fourth aspect of the present invention, the first portion includes a first insulating film, and the second portion includes a second insulating film made of an insulating material different from the first insulating film. It is a nitride semiconductor Schottky barrier diode.

この構成によれば、互いに異なる絶縁材料からなる第１絶縁膜および第２絶縁膜を用いて第１および第２部分をそれぞれ形成できる。これにより、第１および第２絶縁膜の膜厚をそれぞれ正確に制御することができる。とくに、第１部分に含まれる第１絶縁膜の膜厚を正確に制御することによって、ゲート電極によるチャネル遮断特性を正確に制御することができる。   According to this configuration, the first and second portions can be formed using the first insulating film and the second insulating film made of different insulating materials. Thereby, the film thicknesses of the first and second insulating films can be accurately controlled. In particular, by accurately controlling the film thickness of the first insulating film included in the first portion, the channel cutoff characteristic by the gate electrode can be accurately controlled.

請求項５記載の発明は、前記第１絶縁膜が、Ａｌ2Ｏ3またはＡｌＮからなる、請求項４記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオードである。Ａｌ2Ｏ3またはＡｌＮからなる第１絶縁膜は、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によって形成することができるので、正確に膜厚を制御することができる。これにより、ゲート直下の第１部分の膜厚が正確に制御された絶縁膜を電子供給層上に配置できるので、ゲート電極によるチャネル遮断特性を一層正確に制御することができる。 The invention according to claim 5 is the nitride semiconductor Schottky barrier diode according to claim 4, wherein the first insulating film is made of Al 2 O 3 or AlN. Since the first insulating film made of Al 2 O 3 or AlN can be formed by an ALD (Atomic Layer Deposition) method, the film thickness can be accurately controlled. Thereby, since the insulating film in which the film thickness of the first portion directly under the gate is accurately controlled can be disposed on the electron supply layer, the channel blocking characteristic by the gate electrode can be controlled more accurately.

請求項６記載の発明は、前記第２絶縁膜が、ＳｉおよびＮを含む絶縁材料からなり、前記ゲート電極が配置されていない領域で前記電子供給層の表面に接している、請求項４または５に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオードである。この構成によれば、ゲート直下以外の領域で電子供給層に接する第２絶縁膜にＳｉおよびＮが含まれているので、電流コラプスを抑制することができる。   According to a sixth aspect of the present invention, the second insulating film is made of an insulating material containing Si and N, and is in contact with the surface of the electron supply layer in a region where the gate electrode is not disposed. 5. The nitride semiconductor Schottky barrier diode according to 5. According to this configuration, Si and N are contained in the second insulating film that is in contact with the electron supply layer in a region other than directly under the gate, so that current collapse can be suppressed.

請求項７記載の発明は、前記第１部分の膜厚が１００ｎｍ以下である、請求項３〜６のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオードである。この構成により、逆方向バイアスが印加されたときに、ゲート電極直下の二次元電子ガスを確実に消失させることができる。
請求項８記載の発明は、前記絶縁膜が、ＳｉおよびＮを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオードである。この構成により、電子供給層の表面に接する絶縁膜がＳｉおよびＮを含むので、電流コラプスを抑制できる。 The invention according to claim 7 is the nitride semiconductor Schottky barrier diode according to any one of claims 3 to 6, wherein the film thickness of the first portion is 100 nm or less. With this configuration, when a reverse bias is applied, the two-dimensional electron gas immediately below the gate electrode can be reliably lost.
The invention according to claim 8 is the nitride semiconductor Schottky barrier diode according to any one of claims 1 to 3, wherein the insulating film contains Si and N. With this configuration, since the insulating film in contact with the surface of the electron supply layer contains Si and N, current collapse can be suppressed.

請求項９記載の発明は、前記ゲート電極と前記アノードショットキ電極との距離が、前記ゲート電極と前記カソードオーミック電極との間の距離よりも短い、請求項１〜８のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオードである。
この構成によれば、アノードショットキ電極とゲート電極とを短絡する構造を容易に形成できる。また、たとえば、ゲート電極によってアノードショットキ電極を取り囲み、二次元電子ガスを確実に遮断する構造を作りやすい。すなわち、アノードショットキ電極を取り囲むゲート電極の全長を短くできる。 The invention according to claim 9 is the method according to any one of claims 1 to 8, wherein a distance between the gate electrode and the anode Schottky electrode is shorter than a distance between the gate electrode and the cathode ohmic electrode. This is a nitride semiconductor Schottky barrier diode.
According to this configuration, a structure for short-circuiting the anode Schottky electrode and the gate electrode can be easily formed. In addition, for example, it is easy to make a structure in which the anode Schottky electrode is surrounded by the gate electrode to reliably block the two-dimensional electron gas. That is, the total length of the gate electrode surrounding the anode Schottky electrode can be shortened.

請求項１０記載の発明は、前記ゲート電極が、前記電子供給層の主面を見下ろす平面視において、前記アノードショットキ電極を取り囲むように配置されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオードである。この構成により、ゲート電極の直下において、二次元電子ガスを、アノードショットキ電極側とカソードオーミック電極側とに確実に分離し、アノード−カソード間のチャネルを遮断できる。   The invention according to claim 10 is according to any one of claims 1 to 9, wherein the gate electrode is disposed so as to surround the anode Schottky electrode in a plan view overlooking the main surface of the electron supply layer. The nitride semiconductor Schottky barrier diode described. With this configuration, the two-dimensional electron gas can be reliably separated into the anode Schottky electrode side and the cathode ohmic electrode side immediately under the gate electrode, and the channel between the anode and the cathode can be blocked.

請求項１１記載の発明は、前記ゲート電極が、前記アノードショットキ電極と一体化している、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオードである。この構成によれば、アノードショットキ電極と電気的に短絡したゲート電極を容易に形成できる。より具体的には、ゲート電極を形成するための特別の工程を追加することなく、アノードショットキ電極を形成するときに、同時に、ゲート電極を形成できる。   The invention according to claim 11 is the nitride semiconductor Schottky barrier diode according to any one of claims 1 to 10, wherein the gate electrode is integrated with the anode Schottky electrode. According to this configuration, the gate electrode electrically short-circuited with the anode Schottky electrode can be easily formed. More specifically, the gate electrode can be formed simultaneously with the formation of the anode Schottky electrode without adding a special process for forming the gate electrode.

請求項１２記載の発明は、前記アノードショットキ電極が、前記電子供給層の主面を見下ろす平面視において櫛歯状に形成された櫛歯アノード電極部を有し、前記カソードオーミック電極が、前記電子供給層の主面を見下ろす平面視において前記櫛歯アノード電極部と噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯カソード電極部を有している、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオードである。この構成によれば、アノードショットキ電極とカソードオーミック電極との対向長を長くすることができるので、チャネル幅が広くなり、それに応じて、電流容量を大きくすることができる。これにより、順方向特性を向上できる。   According to a twelfth aspect of the present invention, the anode Schottky electrode includes a comb-like anode electrode portion formed in a comb-teeth shape in a plan view overlooking the main surface of the electron supply layer, and the cathode ohmic electrode includes the electron ohmic electrode. The nitriding according to any one of claims 1 to 11, further comprising a comb-teeth cathode electrode portion formed in a comb-teeth shape meshing with the comb-teeth anode electrode portion in a plan view overlooking the main surface of the supply layer. This is a physical semiconductor Schottky barrier diode. According to this configuration, since the facing length between the anode Schottky electrode and the cathode ohmic electrode can be increased, the channel width is increased, and the current capacity can be increased accordingly. Thereby, the forward characteristics can be improved.

請求項１３記載の発明は、前記電子走行層がＧａＮからなり、前記電子供給層がＡｌＧａＮからなっている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオードである。この構成によれば、ＧａＮ電子走行層とＡｌＧａＮ電子供給層との界面付近のＧａＮ電子走行層内に良好な二次元電子ガスを形成できる。それによって、良好な順方向特性を実現できる。   The invention according to claim 13 is the nitride semiconductor Schottky barrier diode according to any one of claims 1 to 12, wherein the electron transit layer is made of GaN and the electron supply layer is made of AlGaN. According to this configuration, a good two-dimensional electron gas can be formed in the GaN electron transit layer near the interface between the GaN electron transit layer and the AlGaN electron supply layer. Thereby, good forward characteristics can be realized.

図１は、この発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体ショットキバリアダイオードの構成を説明するための図解的な断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of a nitride semiconductor Schottky barrier diode according to the first embodiment of the present invention. 図２は、前記窒化物半導体ショットキバリアダイオードのアノードショットキ電極、カソードオーミック電極およびゲート電極の配置を説明するための図解的な平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view for explaining the arrangement of the anode Schottky electrode, the cathode ohmic electrode, and the gate electrode of the nitride semiconductor Schottky barrier diode. 図３は、前記窒化物半導体ショットキバリアダイオードの特性を説明するための特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram for explaining the characteristics of the nitride semiconductor Schottky barrier diode. 図４Ａ〜図４Ｃは、前記窒化物半導体ショットキバリアダイオードの製造工程を工程順に示す断面図である。4A to 4C are cross-sectional views showing the manufacturing process of the nitride semiconductor Schottky barrier diode in the order of steps. 図４Ｄおよび図４Ｅは、図４Ｃに続く工程を工程順に示す断面図である。4D and 4E are cross-sectional views illustrating the process following FIG. 4C in the order of processes. 図４Ｆおよび図４Ｇは、図４Ｅに続く工程を工程順に示す断面図である。FIG. 4F and FIG. 4G are cross-sectional views showing the steps following FIG. 4E in the order of steps. 図５は、この発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体ショットキバリアダイオードの構成を説明するための図解的な断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of a nitride semiconductor Schottky barrier diode according to the second embodiment of the present invention. 図６は、この発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体ショットキバリアダイオードの構成を説明するための図解的な断面図である。FIG. 6 is an illustrative sectional view for explaining the configuration of a nitride semiconductor Schottky barrier diode according to the third embodiment of the present invention. 図７は、この発明の第４の実施形態に係る窒化物半導体ショットキバリアダイオードの構成を説明するための図解的な断面図である。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of a nitride semiconductor Schottky barrier diode according to the fourth embodiment of the present invention. 図８は、この発明の第５の実施形態に係る窒化物半導体ショットキバリアダイオードの構成を説明するための図解的な断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of a nitride semiconductor Schottky barrier diode according to the fifth embodiment of the present invention.

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体ショットキバリアダイオードの構成を説明するための図解的な断面図である。この窒化物半導体ショットキバリアダイオード１０１は、基板１と、基板１の表面に形成された電子走行層２と、電子走行層２の表面に形成された電子供給層３と、電子供給層３の表面にショットキ接合したアノードショットキ電極５と、電子供給層３の表面にオーミック接触したカソードオーミック電極６と、電子供給層３の表面を覆う絶縁膜１０と、ゲート電極７とを備えている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of a nitride semiconductor Schottky barrier diode according to the first embodiment of the present invention. The nitride semiconductor Schottky barrier diode 101 includes a substrate 1, an electron transit layer 2 formed on the surface of the substrate 1, an electron supply layer 3 formed on the surface of the electron transit layer 2, and the surface of the electron supply layer 3. An anode Schottky electrode 5 that has been Schottky bonded, a cathode ohmic electrode 6 that is in ohmic contact with the surface of the electron supply layer 3, an insulating film 10 that covers the surface of the electron supply layer 3, and a gate electrode 7.

電子走行層２および電子供給層３は、いずれも窒化物半導体からなり、それらの組成は互いに異なっている。この実施形態では、電子走行層２はＧａＮからなり、電子供給層３はＡｌＧａＮからなっている。これらの組成の異なる電子走行層２および電子供給層３は、それらの界面にヘテロ接合を形成しており、それによって、電子走行層２および電子供給層３の界面に近い電子走行層２内には二次元電子ガス（２ＤＥＧ）４が形成されている。電子走行層２を支持する基板１は、この実施形態ではシリコン基板である。   The electron transit layer 2 and the electron supply layer 3 are both made of a nitride semiconductor, and their compositions are different from each other. In this embodiment, the electron transit layer 2 is made of GaN, and the electron supply layer 3 is made of AlGaN. The electron transit layer 2 and the electron supply layer 3 having different compositions form a heterojunction at the interface between the electron transit layer 2 and the electron supply layer 3. A two-dimensional electron gas (2DEG) 4 is formed. The substrate 1 that supports the electron transit layer 2 is a silicon substrate in this embodiment.

アノードショットキ電極５は、電子供給層３を構成する窒化物半導体との間にショットキ接合を形成することができる金属材料からなる。このような金属材料としては、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔを含む群から選択される一つ以上を含む金属が用いられてもよい。カソードオーミック電極６は、電子供給層３の表面に沿ってアノードショットキ電極５から所定の間隔を開けて配置されている。カソードオーミック電極６は、電子供給層３の表面にオーミック接合する金属からなる。この実施形態では、カソードオーミック電極は、電子供給層３に接するＴｉ層とこのＴｉ層上に積層されたＡｌ層とを含む積層電極構造を有している。   The anode Schottky electrode 5 is made of a metal material capable of forming a Schottky junction with the nitride semiconductor constituting the electron supply layer 3. As such a metal material, a metal including one or more selected from the group including Ti, Cr, Mo, Ni, Pd, and Pt may be used. The cathode ohmic electrode 6 is disposed along the surface of the electron supply layer 3 with a predetermined distance from the anode Schottky electrode 5. The cathode ohmic electrode 6 is made of a metal that is in ohmic contact with the surface of the electron supply layer 3. In this embodiment, the cathode ohmic electrode has a laminated electrode structure including a Ti layer in contact with the electron supply layer 3 and an Al layer laminated on the Ti layer.

絶縁膜１０は、アノードショットキ電極５とカソードオーミック電極６との間において電子供給層３の表面を覆うように形成されている。より具体的には、絶縁膜１０は、アノードショットキ電極５が配置されるアノード開口１５とカソードオーミック電極６が配置されるカソード開口１６とを有しており、これらの開口１５，１６以外の領域において電子供給層３の表面に接している。   The insulating film 10 is formed so as to cover the surface of the electron supply layer 3 between the anode Schottky electrode 5 and the cathode ohmic electrode 6. More specifically, the insulating film 10 has an anode opening 15 in which the anode Schottky electrode 5 is disposed and a cathode opening 16 in which the cathode ohmic electrode 6 is disposed, and regions other than these openings 15 and 16. In contact with the surface of the electron supply layer 3.

絶縁膜１０の上に、ゲート電極７が配置されている。したがって、ゲート電極７は、絶縁膜１０を介して電子供給層３に対向している。より詳細に説明すると、ゲート電極７は、アノードショットキ電極５とカソードオーミック電極６との間に配置されている。そして、ゲート電極７は、アノードショットキ電極５と電気的に短絡されている。それによって、ゲート電極７は、アノードショットキ電極５およびカソードオーミック電極６の間に逆方向電圧が印加されたときに、アノードショットキ電極５とカソードオーミック電極６との間のチャネル（電流経路）を遮断する。より具体的には、ゲート電極７は、絶縁膜１０および電子供給層３を介して二次元電子ガス４に対向していて、逆方向電圧が印加されたときに、当該二次元電子ガス４をアノードショットキ電極５側とカソードオーミック電極６側とに分離する。それによって、アノードショットキ電極５およびカソードオーミック電極６間のチャネルが遮断されることになる。   A gate electrode 7 is disposed on the insulating film 10. Therefore, the gate electrode 7 faces the electron supply layer 3 with the insulating film 10 interposed therebetween. More specifically, the gate electrode 7 is disposed between the anode Schottky electrode 5 and the cathode ohmic electrode 6. The gate electrode 7 is electrically short-circuited with the anode Schottky electrode 5. Thereby, the gate electrode 7 blocks the channel (current path) between the anode Schottky electrode 5 and the cathode ohmic electrode 6 when a reverse voltage is applied between the anode Schottky electrode 5 and the cathode ohmic electrode 6. To do. More specifically, the gate electrode 7 faces the two-dimensional electron gas 4 via the insulating film 10 and the electron supply layer 3, and when the reverse voltage is applied, the gate electrode 7 The anode Schottky electrode 5 side and the cathode ohmic electrode 6 side are separated. As a result, the channel between the anode Schottky electrode 5 and the cathode ohmic electrode 6 is blocked.

アノードショットキ電極５、カソードオーミック電極６およびゲート電極７ならびに絶縁膜１０を覆うように、たとえばＳｉＯ2からなる層間絶縁膜２０が形成されている。この層間絶縁膜２０上に、たとえばＡｌ合金膜からなるアノード配線膜３５およびカソード配線膜３６が形成されている。アノード配線膜３５およびカソード配線膜３６は、層間絶縁膜２０上で互いに分離されている。アノード配線膜３５は、層間絶縁膜２０に形成されたアノードコンタクト孔２５およびゲートコンタクト孔２７をそれぞれ介してアノードショットキ電極５およびゲート電極７に接続されている。よって、アノードショットキ電極５およびゲート電極７は、アノード配線膜３５を介して短絡されている。カソード配線膜３６は、層間絶縁膜２０に形成されたカソードコンタクト孔２６を介してカソードオーミック電極６に接続されている。 An interlayer insulating film 20 made of, for example, SiO 2 is formed so as to cover the anode Schottky electrode 5, the cathode ohmic electrode 6, the gate electrode 7 and the insulating film 10. On this interlayer insulating film 20, an anode wiring film 35 and a cathode wiring film 36 made of, for example, an Al alloy film are formed. The anode wiring film 35 and the cathode wiring film 36 are separated from each other on the interlayer insulating film 20. The anode wiring film 35 is connected to the anode Schottky electrode 5 and the gate electrode 7 through an anode contact hole 25 and a gate contact hole 27 formed in the interlayer insulating film 20, respectively. Therefore, the anode Schottky electrode 5 and the gate electrode 7 are short-circuited via the anode wiring film 35. The cathode wiring film 36 is connected to the cathode ohmic electrode 6 through the cathode contact hole 26 formed in the interlayer insulating film 20.

ゲート電極７は、この実施形態では、アノードショットキ電極５からカソードオーミック電極６側に所定の間隔を開けて配置されている。アノードショットキ電極５からゲート電極７までの距離ｄ１は、ゲート電極７からカソードオーミック電極６までの距離ｄ２よりも短くなっている。
絶縁膜１０は、ゲート電極７の直下に配置された第１部分１０Ａと、それ以外の第２部分１０Ｂとを含む。第１部分１０Ａの膜厚Ｔ１は第２部分１０Ｂの膜厚Ｔ２よりも小さくされている。さらに詳細に説明すると、絶縁膜１０は第１部分１０Ａを構成する第１絶縁膜１１と第２部分１０Ｂの大半を構成する第２絶縁膜１２とを有している。 In this embodiment, the gate electrode 7 is arranged at a predetermined interval from the anode Schottky electrode 5 to the cathode ohmic electrode 6 side. The distance d1 from the anode Schottky electrode 5 to the gate electrode 7 is shorter than the distance d2 from the gate electrode 7 to the cathode ohmic electrode 6.
The insulating film 10 includes a first portion 10A disposed immediately below the gate electrode 7 and a second portion 10B other than the first portion 10A. The film thickness T1 of the first portion 10A is smaller than the film thickness T2 of the second portion 10B. More specifically, the insulating film 10 has a first insulating film 11 constituting the first portion 10A and a second insulating film 12 constituting most of the second portion 10B.

第１絶縁膜１１は、ゲート電極７の底面および側面を覆い、さらにゲート電極７の周囲において第２絶縁膜１２の表面を覆っている。ゲート電極７の底面において、第1絶縁膜１１はゲート電極７と電子供給層３との間に介在されている。第２絶縁膜１２は、第１絶縁膜１１とアノードショットキ電極５およびカソードオーミック電極６との間の領域に渡って形成されており、アノードショットキ電極５およびカソードオーミック電極６に接している。   The first insulating film 11 covers the bottom and side surfaces of the gate electrode 7, and further covers the surface of the second insulating film 12 around the gate electrode 7. On the bottom surface of the gate electrode 7, the first insulating film 11 is interposed between the gate electrode 7 and the electron supply layer 3. The second insulating film 12 is formed over a region between the first insulating film 11 and the anode Schottky electrode 5 and the cathode ohmic electrode 6, and is in contact with the anode Schottky electrode 5 and the cathode ohmic electrode 6.

第１絶縁膜１１は、ＡＬＤ（ Atomic Layer Deposition ）法によって形成できる材料で構成されていることが好ましく、具体的にはＡｌ2Ｏ3またはＡｌＮで構成されていることが好ましい。それによって、第１絶縁膜１１の膜厚を精密に（原子レベルで）制御することができるので、ゲート電極７から広がる電界を二次元電子ガス４に対して効果的に作用させることができる。 The first insulating film 11 is preferably made of a material that can be formed by an ALD (Atomic Layer Deposition) method, and specifically made of Al 2 O 3 or AlN. Thereby, the film thickness of the first insulating film 11 can be precisely controlled (at the atomic level), so that the electric field spreading from the gate electrode 7 can be effectively applied to the two-dimensional electron gas 4.

第２絶縁膜１２は、ＳｉおよびＮを含む絶縁材料、より具体的にはＳｉＮで構成されていることが好ましい。それによって、電子供給層３の表面の大部分をＳｉおよびＮを含む絶縁材料で覆うことができ、電流コラプスを抑制することができる。
第1部分１０Ａを構成する第１絶縁膜１１の膜厚Ｔ１は１００ｎｍ以下であることが好ましい。それにより、アノード−カソード間に逆方向バイアスが印加されたときに、ゲート電極７の直下の二次元電子ガス４を確実に消失させて、アノード−カソード間のチャネルを遮断することができる。 The second insulating film 12 is preferably made of an insulating material containing Si and N, more specifically SiN. Accordingly, most of the surface of the electron supply layer 3 can be covered with an insulating material containing Si and N, and current collapse can be suppressed.
The film thickness T1 of the first insulating film 11 constituting the first portion 10A is preferably 100 nm or less. Thereby, when a reverse bias is applied between the anode and the cathode, the two-dimensional electron gas 4 immediately below the gate electrode 7 can be surely lost, and the channel between the anode and the cathode can be blocked.

図２は、アノードショットキ電極５、カソードオーミック電極６およびゲート電極７の配置を説明するための図解的な平面図であり、電子供給層３の表面（主面）の法線方向（電子供給層３の層厚方向）からみた構成が示されている。アノードショットキ電極５は、矩形状のアノード外部接続部５１と、アノード外部接続部５１の一辺から互いに平行に延びた櫛歯アノード電極部５２とを備えている。アノード外部接続部５１はほぼ矩形に形成された基板１の一辺１ａに沿って長尺方向を設定し、当該基板１の一辺１ａの近傍に配置されている。櫛歯アノード電極部５２は、基板１の前記一辺１ａと対向する別の一辺１ｂに向かって直線状に延びた複数の細線状のアノード電極片５３で構成されている。アノード電極片５３は、アノード外部接続部５１の長手方向に沿って等しい間隔を開けて配置されており、互いに平行である。   FIG. 2 is a schematic plan view for explaining the arrangement of the anode Schottky electrode 5, the cathode ohmic electrode 6, and the gate electrode 7, and the normal direction (electron supply layer) of the surface (main surface) of the electron supply layer 3. 3 shows the configuration viewed from the layer thickness direction (3). The anode Schottky electrode 5 includes a rectangular anode external connection portion 51 and a comb-shaped anode electrode portion 52 extending in parallel from one side of the anode external connection portion 51. The anode external connection portion 51 is set in the longitudinal direction along one side 1 a of the substrate 1 formed in a substantially rectangular shape, and is disposed in the vicinity of the one side 1 a of the substrate 1. The comb-tooth anode electrode portion 52 is composed of a plurality of thin-line anode electrode pieces 53 that extend linearly toward another side 1 b facing the one side 1 a of the substrate 1. The anode electrode pieces 53 are arranged at equal intervals along the longitudinal direction of the anode external connection portion 51 and are parallel to each other.

一方、カソードオーミック電極６は、矩形状のカソード外部接続部６１と、このカソード外部接続部６１から互いに平行に延びた複数本のカソード電極片６３で構成された櫛歯カソード電極部６２とを含む。櫛歯カソード電極部６２は、櫛歯アノード電極部５２と噛み合う櫛歯状に形成されている。より詳細には、カソード外部接続部６１は、アノード外部接続部５１とは反対側の基板１の一辺１ｂの近傍に、当該一辺１ｂと平行に長手方向を設定して配置されている。カソード外部接続部６１からは、細線状の複数本のカソード電極片６３が、基板１の反対側の辺１ａに向かって互いに平行に直線状に延びている。これらのカソード電極片６３は、カソード外部接続部６１の長手方向に関して等間隔でかつ互いに平行に配置されている。一対の隣合うアノード電極片５３の間に一つのカソード電極片６３が入り込み、それによって、櫛歯アノード電極部５２と櫛歯カソード電極部６２とが互いに噛み合っている。   On the other hand, the cathode ohmic electrode 6 includes a rectangular cathode external connection portion 61 and a comb-shaped cathode electrode portion 62 composed of a plurality of cathode electrode pieces 63 extending in parallel with each other from the cathode external connection portion 61. . The comb-teeth cathode electrode portion 62 is formed in a comb-teeth shape that meshes with the comb-teeth anode electrode portion 52. More specifically, the cathode external connection portion 61 is disposed in the vicinity of the one side 1b of the substrate 1 on the side opposite to the anode external connection portion 51 with the longitudinal direction set in parallel with the one side 1b. From the cathode external connection portion 61, a plurality of thin-line cathode electrode pieces 63 extend linearly parallel to each other toward the side 1a on the opposite side of the substrate 1. These cathode electrode pieces 63 are arranged at regular intervals and in parallel with each other in the longitudinal direction of the cathode external connection portion 61. One cathode electrode piece 63 enters between a pair of adjacent anode electrode pieces 53, whereby the comb-shaped anode electrode portion 52 and the comb-shaped cathode electrode portion 62 are engaged with each other.

ゲート電極７は、アノード外部接続部５１および櫛歯アノード電極部５２を取り囲み、したがってアノードショットキ電極５全体を取り囲むように、閉曲線をなすパターンに形成されている。より具体的には、櫛歯アノード電極部５２の近傍において、ゲート電極７は、アノード電極片５３から一定の距離を開けて形成されており、アノード電極片５３までの距離ｄ１がカソード電極片６３までの距離ｄ２よりも短くなるように配置されている。このようなゲート電極７の配置により、アノード−カソード間に逆方向を電圧が印加されると、二次元電子ガス４（図１参照）を、アノードショットキ電極５側とカソードオーミック電極６側とに確実に分離することができる。   The gate electrode 7 is formed in a pattern having a closed curve so as to surround the anode external connection portion 51 and the comb-shaped anode electrode portion 52 and thus surround the entire anode Schottky electrode 5. More specifically, in the vicinity of the comb-tooth anode electrode portion 52, the gate electrode 7 is formed at a certain distance from the anode electrode piece 53, and the distance d 1 to the anode electrode piece 53 is the cathode electrode piece 63. It arrange | positions so that it may become shorter than the distance d2. With such an arrangement of the gate electrode 7, when a voltage is applied in the reverse direction between the anode and the cathode, the two-dimensional electron gas 4 (see FIG. 1) is transferred to the anode Schottky electrode 5 side and the cathode ohmic electrode 6 side. It can be reliably separated.

なお、図１には、図２のＩ−Ｉ断面が示されている。ただし、図２では、層間絶縁膜２
０、アノード配線膜３５およびカソード配線膜３６等の図示は省略した。
図３は、窒化物半導体ショットキバリアダイオード１０１の特性を説明するための特性図であり、印加電圧Ｖに対する電流Ｉの変化（Ｉ−Ｖ特性）が実線の特性線Ｌ１で示されている。順方向立ち上がり電圧ＶＦは、アノードショットキ電極５と電子供給層３とのショットキ接合によって形成される障壁の高さ（バリアハイト）に依存する。すなわちバリアハイトの低い金属をアノードショットキ電極５に適用することにより、順方向立ち上がり電圧ＶＦの小さなショットキバリアダイオードを構成できる。 FIG. 1 shows a cross section taken along the line II in FIG. However, in FIG. 2, the interlayer insulating film 2
Illustration of 0, the anode wiring film 35, the cathode wiring film 36, etc. is omitted.
FIG. 3 is a characteristic diagram for explaining the characteristics of the nitride semiconductor Schottky barrier diode 101. A change in the current I with respect to the applied voltage V (IV characteristic) is indicated by a solid characteristic line L1. The forward rising voltage VF depends on the height of the barrier (barrier height) formed by the Schottky junction between the anode Schottky electrode 5 and the electron supply layer 3. That is, by applying a metal having a low barrier height to the anode Schottky electrode 5, a Schottky barrier diode having a small forward rising voltage VF can be configured.

窒化物半導体ショットキバリアダイオード１０１のアノード−カソード間に順方向電圧を印加したとき、印加電圧が順方向立ち上がり電圧ＶＦに達すると、順方向の電流が急峻に立ち上がる。一方、窒化物半導体ショットキバリアダイオード１０１に逆方向電圧を印加すると、ショットキ接合のバリアハイトに対応する電圧までは当該ショットキ接合のバリアハイトによって逆方向リーク電流が零に保持される。そして、それよりも大きな逆方向電圧の領域では、ゲート電極７が形成する電界によって二次元電子ガス４が遮断されるため、リーク電流が零に保たれる。よって、ショットキ接合のバリアハイトに依存する電圧よりもさらに大きな逆方向耐圧を実現することができる。つまり、低い順方向立ち上がり電圧ＶＦおよび高い逆方向耐圧を実現できる。   When a forward voltage is applied between the anode and cathode of the nitride semiconductor Schottky barrier diode 101, when the applied voltage reaches the forward rising voltage VF, the forward current sharply rises. On the other hand, when a reverse voltage is applied to the nitride semiconductor Schottky barrier diode 101, the reverse leakage current is maintained at zero by the barrier height of the Schottky junction up to a voltage corresponding to the barrier height of the Schottky junction. In the region of the reverse voltage larger than that, the two-dimensional electron gas 4 is blocked by the electric field formed by the gate electrode 7, so that the leakage current is kept at zero. Therefore, it is possible to realize a reverse breakdown voltage that is larger than the voltage depending on the barrier height of the Schottky junction. That is, a low forward rising voltage VF and a high reverse breakdown voltage can be realized.

ゲート電極７を設けない場合には、逆方向特性は一点鎖線で示す特性線Ｌ２に従い、ショットキ接合のバリアハイトに依存する電圧が逆方向耐圧となる。逆方向耐圧を大きくしようとしてバリアハイトの高い金属をアノードショットキ電極に適用すると、点線の特性線Ｌ３で示すように、順方向立ち上がり電圧ＶＦが高くなってしまう。
また、アノード電極をオーミック電極とすると、順方向の電流特性は、二点鎖線の特性線Ｌ４で示すように、ＭＯＳ型電界効果トランジスタのＩｄ−Ｖｇ特性が反映され、順方向電圧の増加に伴って緩やかに電流が立ち上がる。すなわち、電流の立ち上がりが緩慢であり、かつ実質的な順方向立ち上がり電圧が高い特性となる。 When the gate electrode 7 is not provided, the reverse characteristic follows the characteristic line L2 indicated by the one-dot chain line, and the voltage depending on the barrier height of the Schottky junction becomes the reverse breakdown voltage. When a metal having a high barrier height is applied to the anode Schottky electrode in order to increase the reverse breakdown voltage, the forward rising voltage VF increases as shown by the dotted characteristic line L3.
When the anode electrode is an ohmic electrode, the forward current characteristic reflects the Id-Vg characteristic of the MOS field effect transistor as indicated by a two-dot chain line characteristic line L4, and the forward voltage increases. Current rises slowly. That is, the current rise is slow and the substantial forward rise voltage is high.

図４Ａ〜図４Ｇは、窒化物半導体ショットキバリアダイオード１０１の製造工程を工程順に示す断面図である。まず、図４Ａに示すように、基板１上にたとえばＧａＮからなる電子走行層２およびたとえばＡｌＧａＮからなる電子供給層３が順にエピタキシャル成長させられる。次いで、図４Ｂに示すように、電子供給層３の表面の全域にたとえばＳｉＮからなる第２絶縁膜１２が形成される。第２絶縁膜１２の形成は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって行ってもよい。   4A to 4G are cross-sectional views showing the manufacturing process of the nitride semiconductor Schottky barrier diode 101 in the order of steps. First, as shown in FIG. 4A, an electron transit layer 2 made of, for example, GaN and an electron supply layer 3 made of, for example, AlGaN are epitaxially grown on the substrate 1 in order. Next, as shown in FIG. 4B, a second insulating film 12 made of, for example, SiN is formed over the entire surface of the electron supply layer 3. The formation of the second insulating film 12 may be performed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method.

次いで、図４Ｃに示すように、第２絶縁膜１２に、カソード開口１６が形成される。そして、そのカソード開口１６内にカソードオーミック電極６が形成される。より具体的には、カソード開口１６の近傍以外の領域を覆うレジストを形成し、その後にたとえばスパッタ法によって、Ｔｉ層およびＡｌ層を順に全面に形成して積層電極膜を形成する。その後、その積層電極膜の不要部分をレジストとともにリフトオフすることによって、カソード開口１６内に配置されたカソードオーミック電極６を形成することができる。   Next, as shown in FIG. 4C, a cathode opening 16 is formed in the second insulating film 12. The cathode ohmic electrode 6 is formed in the cathode opening 16. More specifically, a resist covering a region other than the vicinity of the cathode opening 16 is formed, and then a Ti layer and an Al layer are sequentially formed on the entire surface by, for example, a sputtering method to form a laminated electrode film. Thereafter, the cathode ohmic electrode 6 disposed in the cathode opening 16 can be formed by lifting off the unnecessary portion of the laminated electrode film together with the resist.

次に、図４Ｄに示すように、第２絶縁膜１２において、アノードショットキ電極５およびゲート電極７にそれぞれ対応する部分にアノード開口１５およびゲート開口１７が形成される。これによって、電子供給層３がそれらの開口１５，１７から露出することになる。
次に、図４Ｅに示すように、たとえばＡＬＤ法によりＡｌ2Ｏ3またはＡｌＮからなる第１絶縁膜１１が、ゲート開口１７の底面全域に接するように形成される。より具体的には、電子供給層３の露出表面、第２絶縁膜１２の開口１５，１７の側壁、第２絶縁膜１２の表面、カソードオーミック電極６の表面を覆うように、全面に第１絶縁膜１１が形成される。その後、ゲート開口１７およびその周縁の所定幅の領域を覆うレジストが形成され、このレジストをマスクとするエッチングによって、第１絶縁膜１１がパターニングされる。それによって、第１絶縁膜１１は、ゲート開口１７内において電子供給層３に接し、さらにそのゲート開口１７の側壁を形成する第２絶縁膜１２を覆い、ゲート開口１７の周縁の所定幅の領域において第２絶縁膜１２の表面を覆う。 Next, as shown in FIG. 4D, in the second insulating film 12, an anode opening 15 and a gate opening 17 are formed in portions corresponding to the anode Schottky electrode 5 and the gate electrode 7, respectively. As a result, the electron supply layer 3 is exposed from the openings 15 and 17.
Next, as shown in FIG. 4E, the first insulating film 11 made of Al 2 O 3 or AlN is formed so as to be in contact with the entire bottom surface of the gate opening 17 by ALD, for example. More specifically, the first surface is entirely covered so as to cover the exposed surface of the electron supply layer 3, the side walls of the openings 15 and 17 of the second insulating film 12, the surface of the second insulating film 12, and the surface of the cathode ohmic electrode 6. An insulating film 11 is formed. Thereafter, a resist covering the gate opening 17 and a region having a predetermined width around the gate opening 17 is formed, and the first insulating film 11 is patterned by etching using the resist as a mask. Thereby, the first insulating film 11 is in contact with the electron supply layer 3 in the gate opening 17, covers the second insulating film 12 that forms the side wall of the gate opening 17, and is a region having a predetermined width on the periphery of the gate opening 17. The surface of the second insulating film 12 is covered.

次に、図４Ｆに示すように、アノードショットキ電極５を構成するショットキメタル３０が形成される。より具体的には、アノードショットキ電極５およびゲート電極７の形成領域以外の領域を選択的に覆うレジスト２９が形成され、このレジスト２９の上から、ショットキメタル３０が全面に形成される。そして、レジスト２９とともにショットキメタル３０の不要部分を除去すると、図４Ｇに示すように、アノードショットキ電極５およびゲート電極７を同時に形成することができる。   Next, as shown in FIG. 4F, a Schottky metal 30 constituting the anode Schottky electrode 5 is formed. More specifically, a resist 29 that selectively covers a region other than the formation region of the anode Schottky electrode 5 and the gate electrode 7 is formed, and a Schottky metal 30 is formed on the entire surface of the resist 29. Then, when unnecessary portions of the Schottky metal 30 are removed together with the resist 29, the anode Schottky electrode 5 and the gate electrode 7 can be formed simultaneously as shown in FIG. 4G.

次に、全面を覆う層間絶縁膜２０（図１参照）が形成される。層間絶縁膜２０は、たとえばＳｉＯ2からなっていてもよい。この層間絶縁膜２０に、コンタクト孔２５，２６，２７が開口され、さらに、これらのコンタクト孔２５，２６，２７内を埋め込む配線膜が層間絶縁膜２０の表面に形成される。その配線膜が、アノード配線膜３５およびカソード配線膜３６に分離されることによって、図１に示す構造の窒化物半導体ショットキバリアダイオード１０１を得ることができる。 Next, an interlayer insulating film 20 (see FIG. 1) covering the entire surface is formed. Interlayer insulating film 20 may be made of, for example, SiO 2 . Contact holes 25, 26, and 27 are opened in the interlayer insulating film 20, and a wiring film that fills the contact holes 25, 26, and 27 is formed on the surface of the interlayer insulating film 20. By separating the wiring film into the anode wiring film 35 and the cathode wiring film 36, the nitride semiconductor Schottky barrier diode 101 having the structure shown in FIG. 1 can be obtained.

以上のように、この実施形態によれば、窒化物半導体ショットキバリアダイオード１０１に順方向バイアスが印加されたときには、アノードショットキ電極５と電子供給層３との間のショットキ接合のバリアハイトに応じた特性で電流が立ち上がる。一方、逆方向バイアスが印加されたときには、ゲート電極７の働きによって、二次元電子ガス４で形成されるチャネルが遮断される。これによって、逆方向耐圧を高めることができる。よって、ショットキ接合のバリアハイトを低くして順方向立ち上がり電圧を低くしながら、高い逆方向耐圧を実現できる。しかも、順方向電流の立ち上がり特性は、ショットキ接合により規定されるので、急峻な立ち上がり特性となる。このようにして、良好な順方向特性と高い逆方向耐圧とを両立できる。   As described above, according to this embodiment, when a forward bias is applied to the nitride semiconductor Schottky barrier diode 101, the characteristics according to the barrier height of the Schottky junction between the anode Schottky electrode 5 and the electron supply layer 3 The current rises. On the other hand, when a reverse bias is applied, the channel formed by the two-dimensional electron gas 4 is blocked by the action of the gate electrode 7. As a result, the reverse breakdown voltage can be increased. Therefore, a high reverse breakdown voltage can be realized while lowering the forward rise voltage by lowering the barrier height of the Schottky junction. In addition, since the rising characteristic of the forward current is defined by the Schottky junction, it becomes a steep rising characteristic. In this way, it is possible to achieve both good forward characteristics and high reverse breakdown voltage.

また、この実施形態では、ゲート電極７が、アノードショットキ電極５とカソードオーミック電極６との間に逆方向電圧が印加されたときに、電子走行層２内の二次元電子ガス４をアノードショットキ電極５側とカソードオーミック電極６側とに分離するように絶縁膜１０上に配置されている。これにより、逆方向電流を確実に遮断できるから、逆方向耐圧を効果的に高めることができる。   In this embodiment, when a reverse voltage is applied between the anode Schottky electrode 5 and the cathode ohmic electrode 6, the gate electrode 7 converts the two-dimensional electron gas 4 in the electron transit layer 2 into the anode Schottky electrode. It is arranged on the insulating film 10 so as to be separated into the 5 side and the cathode ohmic electrode 6 side. Thus, the reverse current can be reliably interrupted, so that the reverse breakdown voltage can be effectively increased.

また、この実施形態では、絶縁膜１０は、ゲート電極７の下に配置された第１部分１０Ａと、ゲート電極７が配置されていない領域の第２部分１０Ｂとを含み、第１部分１０Ａの膜厚Ｔ１が第２部分１０Ｂの膜厚Ｔ２よりも小さい。すなわち、ゲート電極７の下の第１部分１０Ａの膜厚Ｔ１が小さいので、逆方向バイアス印加時には、ゲート電極７の直下の二次元電子ガス４を確実に消失させることができる。それとともに、ゲート電極７が配置されていない第２部分１０Ｂの膜厚Ｔ２が大きいので、電子供給層３の表面を確実に保護することができる。   In this embodiment, the insulating film 10 includes a first portion 10A disposed under the gate electrode 7 and a second portion 10B in a region where the gate electrode 7 is not disposed. The film thickness T1 is smaller than the film thickness T2 of the second portion 10B. That is, since the film thickness T1 of the first portion 10A under the gate electrode 7 is small, the two-dimensional electron gas 4 directly under the gate electrode 7 can be surely lost when a reverse bias is applied. In addition, since the thickness T2 of the second portion 10B where the gate electrode 7 is not disposed is large, the surface of the electron supply layer 3 can be reliably protected.

さらに、この実施形態では、互いに異なる絶縁材料からなる第１絶縁膜１１および第２絶縁膜１２で絶縁膜１０が構成されており、第１部分１０Ａは第１絶縁膜１１で構成し、第２絶縁膜１２で第２部分１０Ｂの大部分を構成している。異なる材料からなる第１および第２絶縁膜１１，１２の膜厚はそれぞれ正確に制御することができるので、第１部分１０Ａおよび第２部分１０Ｂの膜厚を正確に制御できる。とくに、第１部分１０Ａを構成する第１絶縁膜１１の膜厚を正確に制御することによって、ゲート電極７によるチャネル遮断特性を正確に制御することができる。   Further, in this embodiment, the insulating film 10 is configured by the first insulating film 11 and the second insulating film 12 made of different insulating materials, the first portion 10A is configured by the first insulating film 11, and the second The insulating film 12 constitutes most of the second portion 10B. Since the film thicknesses of the first and second insulating films 11 and 12 made of different materials can be accurately controlled, the film thicknesses of the first portion 10A and the second portion 10B can be accurately controlled. In particular, by accurately controlling the film thickness of the first insulating film 11 constituting the first portion 10A, the channel cutoff characteristic by the gate electrode 7 can be accurately controlled.

また、前記第１絶縁膜１１が、Ａｌ2Ｏ3またはＡｌＮからなる場合には、ＡＬＤ法によって第１絶縁膜１１の膜厚を正確に制御できる。それによって、ゲート電極７によるチャネル遮断特性を一層正確に制御することができる。
さらに、第２絶縁膜１２が、ＳｉおよびＮを含む絶縁材料（とくにＳｉＮ）からなる場合には、ゲート電極７の直下以外の領域で電子供給層３に第２絶縁膜１２が接することによって、電流コラプスを抑制することができる。 When the first insulating film 11 is made of Al 2 O 3 or AlN, the film thickness of the first insulating film 11 can be accurately controlled by the ALD method. Thereby, the channel cutoff characteristic by the gate electrode 7 can be controlled more accurately.
Further, when the second insulating film 12 is made of an insulating material containing Si and N (especially SiN), the second insulating film 12 is in contact with the electron supply layer 3 in a region other than immediately below the gate electrode 7. Current collapse can be suppressed.

また、この実施形態では、ゲート電極７とアノードショットキ電極５との距離ｄ１が、ゲート電極７とカソードオーミック電極６との間の距離ｄ２よりも短いので、アノードショットキ電極５とゲート電極７とを短絡する構造を容易に形成できる。また、ゲート電極７によってアノードショットキ電極５を取り囲み、二次元電子ガス４を確実に遮断する構造を作りやすい。すなわち、アノードショットキ電極５を取り囲むゲート電極７の全長を短くできる。   In this embodiment, since the distance d1 between the gate electrode 7 and the anode Schottky electrode 5 is shorter than the distance d2 between the gate electrode 7 and the cathode ohmic electrode 6, the anode Schottky electrode 5 and the gate electrode 7 are A short-circuiting structure can be easily formed. Further, it is easy to make a structure in which the anode Schottky electrode 5 is surrounded by the gate electrode 7 and the two-dimensional electron gas 4 is surely cut off. That is, the total length of the gate electrode 7 surrounding the anode Schottky electrode 5 can be shortened.

また、この実施形態では、アノードショットキ電極５が、電子供給層３の主面を見下ろす平面視において櫛歯状に形成された櫛歯アノード電極部５２を有し、カソードオーミック電極６が、電子供給層３の主面を見下ろす平面視において櫛歯アノード電極部５２と噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯カソード電極部６２を有している。これにより、アノードショットキ電極５とカソードオーミック電極６との対向長を長くすることができるので、チャネル幅が広くなり、それに応じて、電流容量を大きくすることができる。これにより、順方向特性を向上できる。   Further, in this embodiment, the anode Schottky electrode 5 has a comb-tooth anode electrode portion 52 formed in a comb-teeth shape in a plan view overlooking the main surface of the electron supply layer 3, and the cathode ohmic electrode 6 has an electron supply It has a comb-like cathode electrode portion 62 formed in a comb-tooth shape that meshes with the comb-tooth anode electrode portion 52 in a plan view looking down at the main surface of the layer 3. Thereby, since the opposing length of the anode Schottky electrode 5 and the cathode ohmic electrode 6 can be lengthened, the channel width is widened, and the current capacity can be increased accordingly. Thereby, the forward characteristics can be improved.

また、この実施形態では、電子走行層２がＧａＮからなり、電子供給層３がＡｌＧａＮからなっているので、ＧａＮ電子走行層２とＡｌＧａＮ電子供給層３との界面付近のＧａＮ電子走行層２内に良好な二次元電子ガス４を形成できる。それによって、良好な順方向特性を実現できる。
図５は、この発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体ショットキバリアダイオード１０２の構成を説明するための図解的な断面図である。図５において、前述の図１に示した各部の対応部分は同一参照符号で示す。 In this embodiment, since the electron transit layer 2 is made of GaN and the electron supply layer 3 is made of AlGaN, the inside of the GaN electron transit layer 2 near the interface between the GaN electron transit layer 2 and the AlGaN electron supply layer 3 It is possible to form a two-dimensional electron gas 4 that is excellent. Thereby, good forward characteristics can be realized.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of a nitride semiconductor Schottky barrier diode 102 according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 5, the corresponding parts of the respective parts shown in FIG.

この実施形態では、アノードショットキ電極５とゲート電極７とが一体化されている。より具体的には、絶縁膜１０上にショットキメタル３０（図４Ｆ参照）を形成した後、このショットキメタル３０の選択除去の際に、アノードショットキ電極５およびゲート電極７の間の結合部分３１をアノード開口１５およびゲート開口１７の間に残すことによって、図５の構造を得ることができる。   In this embodiment, the anode Schottky electrode 5 and the gate electrode 7 are integrated. More specifically, after the Schottky metal 30 (see FIG. 4F) is formed on the insulating film 10, when the Schottky metal 30 is selectively removed, the coupling portion 31 between the anode Schottky electrode 5 and the gate electrode 7 is formed. By leaving between the anode opening 15 and the gate opening 17, the structure of FIG. 5 can be obtained.

この構成により、アノードショットキ電極５とゲート電極７とを同時に形成でき、ゲート電極７を分離して形成するための工程が必要でなく、また、アノード−ゲート間を短絡させるための特別の工程を追加する必要がない。具体的には、層間絶縁膜２０にゲートコンタクト孔２７を形成しなくてもよい。したがって、構成が簡単であるうえに、製造工程も簡単になる。   With this configuration, the anode Schottky electrode 5 and the gate electrode 7 can be formed at the same time, a process for separating and forming the gate electrode 7 is not necessary, and a special process for short-circuiting between the anode and the gate is not required. There is no need to add. Specifically, the gate contact hole 27 may not be formed in the interlayer insulating film 20. Therefore, the structure is simple and the manufacturing process is simplified.

図６は、この発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体ショットキバリアダイオード１０３の構造を説明するための図解的な断面図である。図６において、前述の図１に示した各部の対応部分は同一参照符号で示す。
この実施形態では、アノードショットキ電極５およびゲート電極７のために絶縁膜１０に形成される開口が一体化している。すなわち、一つのアノード・ゲート開口１８内にアノードショットキ電極５およびゲート電極７が一体化されて配置されている。ゲート電極７の直下には、たとえばＡｌ2Ｏ3またはＡｌＮからなる第１絶縁膜１１が配置されている。第１絶縁膜１１は、アノード・ゲート開口１８内においてカソードオーミック電極６寄りの領域で電子供給層３に接しており、その直上の部分がゲート電極７を構成している。第１絶縁膜１１は、第２絶縁膜１２とゲート電極７との間を通るようにアノード・ゲート開口１８の側壁を覆い、さらにゲート電極７の周縁において第２絶縁膜１２の表面の所定幅の領域を覆っている。 FIG. 6 is a schematic sectional view for explaining the structure of a nitride semiconductor Schottky barrier diode 103 according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 6, the corresponding parts of the respective parts shown in FIG.
In this embodiment, the openings formed in the insulating film 10 for the anode Schottky electrode 5 and the gate electrode 7 are integrated. That is, the anode Schottky electrode 5 and the gate electrode 7 are integrally disposed in one anode / gate opening 18. A first insulating film 11 made of, for example, Al 2 O 3 or AlN is disposed immediately below the gate electrode 7. The first insulating film 11 is in contact with the electron supply layer 3 in a region near the cathode ohmic electrode 6 in the anode / gate opening 18, and a portion immediately above the first insulating film 11 constitutes the gate electrode 7. The first insulating film 11 covers the sidewall of the anode / gate opening 18 so as to pass between the second insulating film 12 and the gate electrode 7, and further, a predetermined width of the surface of the second insulating film 12 at the periphery of the gate electrode 7. Covering the area.

この構成により、アノードショットキ電極５およびゲート電極７を一つのアノード・ゲート開口１８内に配置された一つの金属電極で構成することができるから、構造および製造工程を一層簡単にすることができる。
図７は、この発明の第４の実施形態に係る窒化物半導体ショットキバリアダイオード１０４の構成を説明するための図解的な断面である。図７において、前述の図１に示した各部の対応部分は同一参照符号で示す。 According to this configuration, the anode Schottky electrode 5 and the gate electrode 7 can be configured by one metal electrode disposed in one anode / gate opening 18, so that the structure and the manufacturing process can be further simplified.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of a nitride semiconductor Schottky barrier diode 104 according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 7, the corresponding parts of the respective parts shown in FIG.

この実施形態では、アノードショットキ電極５とカソードオーミック電極６との間の全域がＳｉＮからなる絶縁膜１３によって覆われており、ゲート電極７の直下の第１部分１０ＡもＳｉＮによって構成されている。ただし、第１部分１０Ａの膜厚Ｔ１は第２部分１０Ｂの膜厚Ｔ２よりも薄くされている。
このような構成によっても、ゲート電極７の直下において二次元電子ガス４を分離する作用によって、逆方向耐圧を高めることができる。また、アノードショットキ電極５およびカソードオーミック電極６以外の領域において、電子供給層３の全域がＳｉＮ膜で覆われているので、電流コラプスを効果的に抑制できる。 In this embodiment, the entire region between the anode Schottky electrode 5 and the cathode ohmic electrode 6 is covered with the insulating film 13 made of SiN, and the first portion 10A immediately below the gate electrode 7 is also made of SiN. However, the film thickness T1 of the first portion 10A is made thinner than the film thickness T2 of the second portion 10B.
Even with such a configuration, the reverse breakdown voltage can be increased by the action of separating the two-dimensional electron gas 4 directly under the gate electrode 7. In addition, in the region other than the anode Schottky electrode 5 and the cathode ohmic electrode 6, the entire area of the electron supply layer 3 is covered with the SiN film, so that current collapse can be effectively suppressed.

図８は、この発明の第５の実施形態に係る窒化物半導体ショットキバリアダイオード１０５の構成を説明するための図解的な断面図である。図８において、前述の図１に示した各部の対応部分は同一参照符号で示す。
この構成では、アノードショットキ電極５とカソードオーミック電極６との間の領域が、一定の膜厚のＳｉＮ膜からなる絶縁膜１４によって覆われており、この絶縁膜１４の上にゲート電極７が配置されている。絶縁膜１４は、ゲート電極７からの電界が二次元電子ガス４に達して、この二次元電子ガス４を分離できる厚さに定められている。より具体的には、絶縁膜１４の厚さは、１００ｎｍ以下とされることが好ましい。この構成によっても、逆方向電圧が印加されたときに、二次元電子ガス４をアノード側とカソード側とに分離して、リーク電流を抑制また防止でき、それによって逆方向耐圧を向上できる。 FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining the configuration of a nitride semiconductor Schottky barrier diode 105 according to the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 8, the corresponding parts of the respective parts shown in FIG.
In this configuration, a region between the anode Schottky electrode 5 and the cathode ohmic electrode 6 is covered with an insulating film 14 made of a SiN film having a constant thickness, and the gate electrode 7 is disposed on the insulating film 14. Has been. The insulating film 14 has a thickness that allows the electric field from the gate electrode 7 to reach the two-dimensional electron gas 4 and separate the two-dimensional electron gas 4. More specifically, the thickness of the insulating film 14 is preferably set to 100 nm or less. Also with this configuration, when a reverse voltage is applied, the two-dimensional electron gas 4 can be separated into the anode side and the cathode side to suppress or prevent leakage current, thereby improving the reverse breakdown voltage.

以上、この発明の実施形態について説明してきたが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の図７および図８には、アノードショットキ電極５とゲート電極７とを分離した構造を示したが、図５および図６に示した構造にならって、アノードショットキ電極５およびゲート電極７を一体化してもよい。また、前述の実施形態では、電子走行層２がＧａＮからなり、電子供給層３がＡｌＧａＮからなっている例を説明したが、窒化物半導体は、III-Ｖ族半導体においてＶ族元素として窒素を用いた半導体であり、一般には、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）と表わすことができる。このような窒化物半導体において、組成が異なるものを用いて電子走行層および電子供給層を構成すればよい。とくに、電子走行層と電子供給層とでアルミニウム組成を異ならせることによって、良好な二次元電子ガスをそれらの界面付近の電子走行層内に形成することができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form. For example, in FIG. 7 and FIG. 8 described above, the structure in which the anode Schottky electrode 5 and the gate electrode 7 are separated is shown, but the anode Schottky electrode 5 and the gate electrode are similar to the structure shown in FIG. 5 and FIG. 7 may be integrated. In the above-described embodiment, the example in which the electron transit layer 2 is made of GaN and the electron supply layer 3 is made of AlGaN has been described. However, a nitride semiconductor uses nitrogen as a group V element in a group III-V semiconductor. The semiconductor used is generally expressed as Al x In y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1, 0 ≦ x + y ≦ 1). In such a nitride semiconductor, the electron transit layer and the electron supply layer may be configured using those having different compositions. In particular, by making the aluminum composition different between the electron transit layer and the electron supply layer, a good two-dimensional electron gas can be formed in the electron transit layer near the interface between them.

また、前述の第１〜第３実施形態では、第１絶縁膜１１が、第２絶縁膜１２の表面の一部のみを覆う構成について説明したが、第１絶縁膜１１は、第２絶縁膜１２の表面の全域を覆うように形成しても差し支えない。さらに、第１絶縁膜１１は、アノード開口１５の側壁を覆うように形成されてもよく、それによって、第２絶縁膜１２とアノードショットキ電極５とを分離するように形成されていてもよい。   In the first to third embodiments, the first insulating film 11 covers only a part of the surface of the second insulating film 12. However, the first insulating film 11 is a second insulating film. It may be formed so as to cover the entire surface of the twelve surfaces. Further, the first insulating film 11 may be formed so as to cover the side wall of the anode opening 15, thereby separating the second insulating film 12 and the anode Schottky electrode 5.

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。   In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.

１ 基板
２ 電子走行層
３ 電子供給層
４ 二次元電子ガス
５ アノードショットキ電極
６ カソードオーミック電極
７ ゲート電極
１０ 絶縁膜
１０Ａ 第１部分
１０Ｂ 第２部分
１１ 第１絶縁膜
１２ 第２絶縁膜
１３ 絶縁膜
１４ 絶縁膜
１５ アノード開口
１６ カソード開口
１７ ゲート開口
１８ アノード・ゲート開口
２０ 層間絶縁膜
２５ アノードコンタクト孔
２６ カソードコンタクト孔
２７ ゲートコンタクト孔
２９ レジスト
３０ ショットキメタル
３１ 結合部分
３５ アノード配線膜
３６ カソード配線膜
５１ アノード外部接続部
５２ 櫛歯アノード電極部
５３ アノード電極片
６１ カソード外部接続部
６２ 櫛歯カソード電極部
６３ カソード電極片
１０１ 窒化物半導体ショットキバリアダイオード
１０２ 窒化物半導体ショットキバリアダイオード
１０３ 窒化物半導体ショットキバリアダイオード
１０４ 窒化物半導体ショットキバリアダイオード DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Electron travel layer 3 Electron supply layer 4 Two-dimensional electron gas 5 Anode Schottky electrode 6 Cathode ohmic electrode 7 Gate electrode 10 Insulating film 10A First part 10B Second part 11 First insulating film 12 Second insulating film 13 Insulating film DESCRIPTION OF SYMBOLS 14 Insulating film 15 Anode opening 16 Cathode opening 17 Gate opening 18 Anode gate opening 20 Interlayer insulating film 25 Anode contact hole 26 Cathode contact hole 27 Gate contact hole 29 Resist 30 Schottky metal 31 Coupling part 35 Anode wiring film 36 Cathode wiring film 51 Anode external connection portion 52 Comb anode electrode portion 53 Anode electrode piece 61 Cathode external connection portion 62 Comb cathode electrode portion 63 Cathode electrode piece 101 Nitride semiconductor Schottky barrier diode 102 Nitride semiconductor Schottky Barrier diode 103 Nitride semiconductor Schottky barrier diode 104 Nitride semiconductor Schottky barrier diode

Claims (13)

窒化物半導体からなる電子走行層と、
前記電子走行層とは組成の異なる窒化物半導体からなり、前記電子走行層上に形成された電子供給層と、
前記電子供給層の表面にショットキ接合したアノードショットキ電極と、
前記アノードショットキ電極から間隔を開けて形成され、前記電子供給層の表面にオーミック接合したカソードオーミック電極と、
前記アノードショットキ電極と前記カソードオーミック電極との間において前記電子供給層の表面を覆う絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成され、前記アノードショットキ電極と電気的に短絡され、逆方向電圧印加時に前記アノードショットキ電極と前記カソードオーミック電極との間のチャネルを遮断するゲート電極とを含む、窒化物半導体ショットキバリアダイオード。 An electron transit layer made of a nitride semiconductor;
The electron transit layer is made of a nitride semiconductor having a different composition, and an electron supply layer formed on the electron transit layer;
An anode Schottky electrode that is Schottky bonded to the surface of the electron supply layer;
A cathode ohmic electrode formed at an interval from the anode Schottky electrode and ohmic-bonded to the surface of the electron supply layer;
An insulating film covering the surface of the electron supply layer between the anode Schottky electrode and the cathode ohmic electrode;
A nitride semiconductor, comprising: a gate electrode formed on the insulating film, electrically short-circuited with the anode Schottky electrode, and blocking a channel between the anode Schottky electrode and the cathode ohmic electrode when a reverse voltage is applied Schottky barrier diode. 前記ゲート電極が、前記アノードショットキ電極と前記カソードオーミック電極との間に逆方向電圧が印加されたときに、前記電子走行層内の二次元電子ガスを前記アノードショットキ電極側と前記カソードオーミック電極側とに分離するように前記絶縁膜上に配置されている、請求項１に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。   When the gate electrode is applied with a reverse voltage between the anode Schottky electrode and the cathode ohmic electrode, the two-dimensional electron gas in the electron transit layer is transferred to the anode Schottky electrode side and the cathode ohmic electrode side. The nitride semiconductor Schottky barrier diode according to claim 1, wherein the nitride semiconductor Schottky barrier diode is disposed on the insulating film so as to be separated from each other. 前記絶縁膜が、前記ゲート電極の下に配置された第１部分と、前記ゲート電極が配置されていない領域の第２部分とを含み、前記第１部分の膜厚が前記第２部分の膜厚よりも小さい、請求項１または２に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。   The insulating film includes a first portion disposed under the gate electrode and a second portion in a region where the gate electrode is not disposed, and the film thickness of the first portion is a film of the second portion. The nitride semiconductor Schottky barrier diode according to claim 1 or 2, wherein the nitride semiconductor Schottky barrier diode is smaller than a thickness. 前記第１部分が第１絶縁膜を含み、前記第２部分が前記第１絶縁膜とは異なる絶縁材料からなる第２絶縁膜を含む、請求項３に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。   4. The nitride semiconductor Schottky barrier diode according to claim 3, wherein the first portion includes a first insulating film, and the second portion includes a second insulating film made of an insulating material different from the first insulating film. 前記第１絶縁膜が、Ａｌ2Ｏ3またはＡｌＮからなる、請求項４記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。 The nitride semiconductor Schottky barrier diode according to claim 4, wherein the first insulating film is made of Al 2 O 3 or AlN. 前記第２絶縁膜が、ＳｉおよびＮを含む絶縁材料からなり、前記ゲート電極が配置されていない領域で前記電子供給層の表面に接している、請求項４または５に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。   The nitride semiconductor Schottky according to claim 4 or 5, wherein the second insulating film is made of an insulating material containing Si and N, and is in contact with the surface of the electron supply layer in a region where the gate electrode is not disposed. Barrier diode. 前記第１部分の膜厚が１００ｎｍ以下である、請求項３〜６のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。   The nitride semiconductor Schottky barrier diode according to any one of claims 3 to 6, wherein a film thickness of the first portion is 100 nm or less. 前記絶縁膜が、ＳｉおよびＮを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。   The nitride semiconductor Schottky barrier diode according to any one of claims 1 to 3, wherein the insulating film contains Si and N. 前記ゲート電極と前記アノードショットキ電極との距離が、前記ゲート電極と前記カソードオーミック電極との間の距離よりも短い、請求項１〜８のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。   The nitride semiconductor Schottky barrier diode according to any one of claims 1 to 8, wherein a distance between the gate electrode and the anode Schottky electrode is shorter than a distance between the gate electrode and the cathode ohmic electrode. 前記ゲート電極が、前記電子供給層の主面を見下ろす平面視において、前記アノードショットキ電極を取り囲むように配置されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。   The nitride semiconductor Schottky barrier diode according to any one of claims 1 to 9, wherein the gate electrode is disposed so as to surround the anode Schottky electrode in a plan view overlooking the main surface of the electron supply layer. . 前記ゲート電極が、前記アノードショットキ電極と一体化している、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。   The nitride semiconductor Schottky barrier diode according to any one of claims 1 to 10, wherein the gate electrode is integrated with the anode Schottky electrode. 前記アノードショットキ電極が、前記電子供給層の主面を見下ろす平面視において櫛歯状に形成された櫛歯アノード電極部を有し、
前記カソードオーミック電極が、前記電子供給層の主面を見下ろす平面視において前記櫛歯アノード電極部と噛み合う櫛歯状に形成された櫛歯カソード電極部を有している、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。 The anode Schottky electrode has a comb-like anode electrode portion formed in a comb-teeth shape in a plan view overlooking the main surface of the electron supply layer;
The said cathode ohmic electrode has the comb-tooth cathode electrode part formed in the comb-tooth shape which meshes with the said comb-tooth anode electrode part in the planar view which looks down at the main surface of the said electron supply layer. The nitride semiconductor Schottky barrier diode as described in any one of Claims. 前記電子走行層がＧａＮからなり、前記電子供給層がＡｌＧａＮからなっている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。   The nitride semiconductor Schottky barrier diode according to any one of claims 1 to 12, wherein the electron transit layer is made of GaN, and the electron supply layer is made of AlGaN.
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