JP2015076435A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】性能低下を招くことなく高耐圧化を実現可能な半導体装置の提供。
【解決手段】半導体装置は、第１ｎ型窒化物半導体層と、第１ｎ型窒化物半導体層上に設けられ、ｎ型キャリア濃度が第１ｎ型窒化物半導体層よりも低い第２ｎ型窒化物半導体層と、第２ｎ型窒化物半導体層上に設けられ、ｐ型窒化物半導体からなるガードリングと、ガードリング上に設けられ、ｐ型ドープ濃度がガードリングよりも高いｐ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層およびガードリングを貫通して第２ｎ型窒化物半導体層に達する開口部の底面上と開口部の側面上と開口部の縁部上とに一体に設けられた第１電極と、第１ｎ型窒化物半導体層に対して第２ｎ型窒化物半導体層とは反対側に設けられた第２電極とを備える。第１電極は、ショットキー電極とオーミック電極とを兼ねる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に関し、好適にはショットキーバリアダイオードに関する。

近年の自動車、家電製品または電子端末機器などに対する高電力化または信頼性向上などの要求に伴い、パワーエレクトロニクス分野の半導体装置には高耐圧化が要求されている。上記半導体装置の耐圧を向上させるためには、電極の端部での電界集中を緩和させる必要がある。たとえば、半導体層内においてｐｎ接合を形成する（たとえば特許文献１）、または、ｎ型半導体層と電極との間にｐ型半導体からなるガードリングを設ける（たとえば特許文献２、３）などが提案されている。

特開２００７−１８４３２７号公報 特開２０１０−４０６９８号公報 特開平７−１４７３２５号公報

しかしながら、特許文献１〜３などに記載の方法では、耐圧を向上させる目的で設けた構造が半導体装置の性能低下（たとえば順方向電圧が半導体装置に加えられた場合の抵抗の増大など）を引き起こすことがある。

また、特許文献１には、イオン注入によりｐ型不純物をｎ型半導体層に注入することによりｐｎ接合を形成することが記載されている。近年、半導体装置の高周波特性が向上するなどの理由から窒化物半導体層を備えた半導体装置が注目されているが、イオン注入によりｐ型不純物をｎ型窒化物半導体層に注入することは技術上の困難を伴う。つまり、窒化物半導体層を備えた半導体装置において特許文献１に記載の方法を用いることは技術上の困難を伴う。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、性能低下を招くことなく高耐圧化を実現可能な半導体装置の提供である。

本発明に係る半導体装置は、第１ｎ型窒化物半導体層と、第１ｎ型窒化物半導体層上に設けられ、ｎ型キャリア濃度が第１ｎ型窒化物半導体層よりも低い第２ｎ型窒化物半導体層と、第２ｎ型窒化物半導体層上に設けられ、ｐ型窒化物半導体からなるガードリングと、ガードリング上に設けられ、ｐ型ドープ濃度がガードリングよりも高いｐ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層およびガードリングを貫通して第２ｎ型窒化物半導体層に達する開口部の底面上と開口部の側面上と開口部の縁部上とに一体に設けられた第１電極と、第１ｎ型窒化物半導体層に対して第２ｎ型窒化物半導体層とは反対側に設けられた第２電極とを備える。第１電極は、ショットキー電極とオーミック電極とを兼ねる。

本発明に係る半導体装置では、性能低下を招くことなく高耐圧化を実現可能である。

本発明の一実施形態に係る半導体装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置の電流電圧特性を模式的に示したグラフである。 本発明の一実施形態に係る半導体装置の断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置の断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、図４に示す半導体装置の製造で使用する複合基板の製造方法の一例を工程順に示す断面図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、図４に示す半導体装置の製造方法の一部を工程順に示す断面図である。 比較例１の半導体装置の断面図である。 実施例１および比較例１の半導体装置における電流密度と電圧との関係（実験結果）を示すグラフである。 実施例１および比較例１の半導体装置における電流密度と電圧との関係（実験結果）を示すグラフである。

[本願発明の実施形態の説明]
本実施形態に係る半導体装置は、第１ｎ型窒化物半導体層と、第１ｎ型窒化物半導体層上に設けられ、ｎ型キャリア濃度が第１ｎ型窒化物半導体層よりも低い第２ｎ型窒化物半導体層と、第２ｎ型窒化物半導体層上に設けられ、ｐ型窒化物半導体からなるガードリングと、ガードリング上に設けられ、ｐ型ドープ濃度がガードリングよりも高いｐ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層およびガードリングを貫通して第２ｎ型窒化物半導体層に達する開口部の底面上と開口部の側面上と開口部の縁部上とに一体に設けられた第１電極と、第１ｎ型窒化物半導体層に対して第２ｎ型窒化物半導体層とは反対側に設けられた第２電極とを備える。第１電極は、ショットキー電極とオーミック電極とを兼ねる。

本実施形態に係る半導体装置では、第１電極は、開口部の底面上に設けられているので、ｐ型窒化物半導体層およびガードリングから露出する第２ｎ型窒化物半導体層に接している。よって、第１電極は、開口部の底面上においてショットキー電極として機能する。また、第１電極は、開口部の側面上にも設けられているので、ガードリングは、第１電極のうちショットキー電極として機能する部分を囲んでいる。これらのことから、ガードリングは、第１電極のうちショットキー電極として機能する部分の端部における電界集中を防止することができる。

また、第１電極は、開口部の側面上および開口部の縁部上に設けられており、よって、ｐ型窒化物半導体層にも接している。ここで、ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度はガードリングのｐ型ドープ濃度よりも高い。よって、第１電極とｐ型窒化物半導体層との接触抵抗を低く抑えることができ、第１電極はｐ型窒化物半導体層と接する部分においてはオーミック電極として機能する。したがって、本実施形態に係る半導体装置に順方向電圧を加えたときには、電流は、第１電極と第２ｎ型窒化物半導体層との接触箇所（ショットキー接合箇所）だけでなく第１電極とｐ型窒化物半導体層との接触箇所（オーミック接合箇所）からも流れる。それだけでなく、本実施形態に係る半導体装置に順方向電圧を加えたときにはガードリングまたはｐ型窒化物半導体層から第２ｎ型窒化物半導体層へ正孔が注入される（伝導度変調効果）ので、第２ｎ型窒化物半導体層における正孔と電子との再結合確率が高くなる。このように本実施形態に係る半導体装置に順方向電圧を加えると、ｐ型窒化物半導体層を備えていない半導体装置に順方向電圧を加えた場合に比べて、電極面積が実質的に増大し、第２ｎ型窒化物半導体層で生じる電流量が増加する。したがって、本実施形態に係る半導体装置では、順方向電圧を加えた場合の半導体装置の抵抗（以下では「オン抵抗」と記す）が低下する。

「窒化物半導体」は、ＩＩＩ族元素とＶ族元素とを用いた半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）であってＶ族元素として窒素元素を用いた半導体を意味し、一般式Ａｌ_xＩｎ_yＧａ_(1-x-y)Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表わされる。

「第２ｎ型窒化物半導体層のｎ型キャリア濃度が第１ｎ型窒化物半導体層のｎ型キャリア濃度よりも低い」は、「第１ｎ型窒化物半導体層のｎ型キャリア濃度が第２ｎ型窒化物半導体層のｎ型キャリア濃度よりも高い」と言い換えることができる。「第１ｎ型窒化物半導体層のｎ型キャリア濃度が第２ｎ型窒化物半導体層のｎ型キャリア濃度よりも高い」とは、第１ｎ型窒化物半導体層のｎ型キャリア濃度が第２ｎ型窒化物半導体層のｎ型キャリア濃度の１倍よりも大きく３×１０⁴倍以下であることを意味する。好ましくは、第１ｎ型窒化物半導体層のｎ型キャリア濃度が第２ｎ型窒化物半導体層のｎ型キャリア濃度の５０倍以上１×１０³倍以下である。より好ましくは、第１ｎ型窒化物半導体層のｎ型キャリア濃度が０．５×１０¹⁸ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁸ｃｍ^-3以下であり、第２ｎ型窒化物半導体層のｎ型キャリア濃度が４．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以下である。本明細書では、ｎ型キャリア濃度は、たとえばＣ−Ｖ（capacitance-voltage）法により測定可能である。ｐ型ドープ濃度は、たとえばＳＩＭＳ（Secondary Ion-microprobe Mass Spectrometer）分析により測定可能である。

「ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度がガードリングのｐ型ドープ濃度よりも高い」とは、ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度がガードリングのｐ型ドープ濃度の１倍よりも大きく５×１０⁵倍以下であることを意味する。好ましくは、ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度がガードリングのｐ型ドープ濃度の１×１０²倍以上３×１０⁵倍以下である。より好ましくは、ガードリングのｐ型ドープ濃度が０．５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であり、ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度が１．０×１０²⁰ｃｍ^-3以上５．０×１０²³ｃｍ^-3以下である。

「開口部の底面」は、ｐ型窒化物半導体層およびガードリングから露出する第２ｎ型窒化物半導体層により構成される。「開口部の側面」は、開口部の底面からガードリングおよびｐ型窒化物半導体層の厚さ方向へ延びる部分であり、開口部内において露出するガードリングおよびｐ型窒化物半導体層により構成される。「開口部の縁部」は、開口部の側面から開口部の外側へ向かって延びる部分であり、ｐ型窒化物半導体層により構成される。

「第１電極が開口部の底面上と開口部の側面上と開口部の縁部上とに一体に設けられている」とは、開口部の底面、開口部の側面および開口部の縁部が第１電極から露出していないことを意味する。「第１電極が開口部の底面上と開口部の側面上と開口部の縁部上とに一体に設けられている」には、第１電極の厚さが均一である場合だけでなく、第１電極の厚さが局所的に薄い場合、および、第１電極の厚さが局所的に厚い場合が含まれる。

「半導体装置の高耐圧化」とは、半導体装置の逆方向にリークする電圧を高めることを意味する。半導体装置の電流電圧特性を測定すれば、半導体装置の逆方向にリークする電圧が求められる。

ｐ型窒化物半導体層は、ガードリング上に設けられた第１ｐ型窒化物半導体層と、第１ｐ型窒化物半導体層上に設けられ、第１電極に接する第２ｐ型窒化物半導体層とを有することが好ましい。好ましくは、第１ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度はガードリングのｐ型ドープ濃度よりも高く第２ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度よりも低い。より好ましくは、第１ｐ型窒化物半導体層の厚さは第２ｐ型窒化物半導体層の厚さよりも大きい。これにより、ｐ型窒化物半導体層の結晶性を高く維持することができる。

「第１ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度がガードリングのｐ型ドープ濃度よりも高い」とは、第１ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度がガードリングのｐ型ドープ濃度の１倍よりも大きく３×１０³倍以下であることを意味する。好ましくは、第１ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度がガードリングのｐ型ドープ濃度の２倍以上１×１０³倍以下である。より好ましくは、第１ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度が１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3以上１．０×１０²⁰ｃｍ^-3以下であり、ガードリングのｐ型ドープ濃度が０．５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下である。

「第１ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度が第２ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度よりも低い」とは、第１ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度が第２ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度の５×１０^-3倍以上１倍未満であることを意味する。好ましくは、第１ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度が第２ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度の２×１０^-3倍以上５×１０^-2倍以下である。より好ましくは、第１ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度が１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3以上１．０×１０²⁰ｃｍ^-3以下であり、第２ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度が１．０×１０²⁰ｃｍ^-3以上５．０×１０²²ｃｍ^-3以下である。

「第１ｐ型窒化物半導体層の厚さが第２ｐ型窒化物半導体層の厚さよりも大きい」とは、第１ｐ型窒化物半導体層の厚さが第２ｐ型窒化物半導体層の厚さの１倍よりも大きく１０倍以下であることを意味する。好ましくは、第１ｐ型窒化物半導体層の厚さが第２ｐ型窒化物半導体層の厚さの３倍以上１０倍以下である。より好ましくは、第１ｐ型窒化物半導体層の厚さは３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であり、第２ｐ型窒化物半導体層の厚さは５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。本明細書では、層の厚さは、たとえば、ＳＩＭＳ法により測定可能である。

第１ｎ型窒化物半導体層と第２電極との間に設けられた支持基体をさらに備えていても良い。または、第２電極が第１ｎ型窒化物半導体層に接しており、第１電極上に設けられた導電性支持基体をさらに備えていても良い。

導電性支持基体を備えている場合、第１電極の凹部と導電性支持基体との間には埋め込み金属層が設けられていることが好ましい。これにより、空隙が第１電極の凹部と導電性支持基体との間に発生することを防止できる。「第１電極の凹部」は、開口部に対応して形成され、第１電極が開口部の底面上と開口部の側面上と開口部の縁部上とに一体に設けられていることにより形成される。

[本願発明の実施形態の詳細]
以下、図面を用いて本実施形態に係る半導体装置をさらに説明する。なお、図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、実際の寸法関係を表すものではない。

［第１の実施形態］
（半導体装置の構成）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の断面図である。図２は、本実施形態に係る半導体装置の電流電圧特性を模式的に示したグラフである。図２において、Ｌ２１は本実施形態に係る半導体装置の電流電圧特性を模式的に表わし、Ｌ２２はｐ型窒化物半導体層５０を備えていない半導体装置の電流電圧特性を模式的に表わす。

本実施形態に係る半導体装置は、ショットキーバリアダイオードであり、支持基体１０と、第１ｎ型窒化物半導体層２０と、第２ｎ型窒化物半導体層３０と、ガードリング４０と、ｐ型窒化物半導体層５０と、第１電極７０と、第２電極８０とを備える。第２ｎ型窒化物半導体層３０は、第１ｎ型窒化物半導体層２０上に設けられ、ｎ型キャリア濃度が第１ｎ型窒化物半導体層２０よりも低い。ガードリング４０は、第２ｎ型窒化物半導体層３０上に設けられ、ｐ型窒化物半導体からなる。ｐ型窒化物半導体層５０は、ガードリング４０上に設けられ、ｐ型ドープ濃度がガードリング４０よりも高い。本実施形態に係る半導体装置には、ｐ型窒化物半導体層５０およびガードリング４０を貫通して第２ｎ型窒化物半導体層３０に達する開口部６０が形成されており、第１電極７０は、開口部６０の底面上と開口部６０の側面上と開口部６０の縁部上とに一体に設けられている。

本実施形態に係る半導体装置では、第１電極７０は、開口部６０の底面６０Ａ上に設けられているので、ｐ型窒化物半導体層５０およびガードリング４０から露出する第２ｎ型窒化物半導体層３０に接している。よって、第１電極７０は、開口部６０の底面６０Ａ上においてショットキー電極として機能する。また、第１電極７０は、開口部６０の側面６０Ｂ上にも設けられているので、ガードリング４０は、第１電極７０のうちショットキー電極として機能する部分（第１電極７０のうち開口部６０の底面６０Ａ上に設けられた部分）を囲んでいる。よって、ガードリング４０は、第１電極７０のうちショットキー電極として機能する部分の端部における電界集中を防止することができる。

さらに、第１電極７０は、開口部６０の側面６０Ｂ上および開口部６０の縁部６０Ｃ上にも設けられているので、ｐ型窒化物半導体層５０にも接している。ここで、ｐ型窒化物半導体層５０のｐ型ドープ濃度は、ガードリング４０のｐ型ドープ濃度よりも高く、後述のように高濃度である。これにより、ｐ型窒化物半導体層５０と第１電極７０との接触抵抗を低く抑えることができる。よって、第１電極７０は、開口部６０の側面６０Ｂおよび開口部６０の縁部６０Ｃにおいてはｐ型窒化物半導体層５０とオーミック接合され、ｐ型窒化物半導体層５０との接触箇所においてはオーミック電極として機能することとなる。このように、第１電極７０は、開口部６０の底面６０Ａではショットキー電極として機能し、開口部６０の側面６０Ｂおよび開口部６０の縁部６０Ｃではオーミック電極として機能する。したがって、本実施形態に係る半導体装置に順方向電圧を加えたときには、電流は、第２ｎ型窒化物半導体層３０と第１電極７０との接触箇所からだけでなくｐ型窒化物半導体層５０と第１電極７０との接触箇所からも流れる。これにより、本実施形態に係る半導体装置の電極面積は実質的に増加する。

また、第１電極７０はｐ型窒化物半導体層５０と接する部分においてはオーミック電極として機能するので、本実施形態に係る半導体装置に順方向電圧を加えたときにはガードリング４０またはｐ型窒化物半導体層５０から第２ｎ型窒化物半導体層３０へ正孔が注入される（伝導度変調効果）。よって、第２ｎ型窒化物半導体層３０における正孔と電子との再結合確率が高くなるので、第２ｎ型窒化物半導体層３０で生じる電流量が増加する。したがって、本実施形態に係る半導体装置では、ｐ型窒化物半導体層５０を備えていない半導体装置に比べて、第２ｎ型窒化物半導体層３０で生じる電流量が増加する。

このように、本実施形態に係る半導体装置では、ｐ型窒化物半導体層５０を備えていない半導体装置に比べて、電極面積が実質的に増加し、第２ｎ型窒化物半導体層３０で生じる電流量も増加する。よって、本実施形態に係る半導体装置に順方向電圧を加えると、ｐ型窒化物半導体層５０を備えていない半導体装置に順方向電圧を加えた場合に比べて、低抵抗となる。したがって、図２に示すように、本実施形態に係る半導体装置では、順方向電圧が一定値を超えると、電流量は、ｐ型窒化物半導体層５０を備えていない半導体装置よりも多くなる。

以上をまとめると、本実施形態に係る半導体装置では、ガードリング４０が設けられているので高耐圧化が実現され、ｐ型窒化物半導体層５０が設けられているのでオン抵抗が低下する。ガードリング４０のｐ型ドープ濃度が相対的に低いのでガードリング４０は高耐圧化を実現でき、ｐ型窒化物半導体層５０のｐ型ドープ濃度が相対的に高いのでｐ型窒化物半導体層５０はオン抵抗の低下を実現できる。そのため、ｐ型窒化物半導体層５０を備えているがガードリング４０を備えていない半導体装置では、耐圧を向上させることは難しい。また、ガードリング４０を備えているがｐ型窒化物半導体層５０を備えていない半導体装置では、オン抵抗を低下させることは難しい。

第２電極８０は、第１ｎ型窒化物半導体層２０に対して第２ｎ型窒化物半導体層３０とは反対側に設けられており、本実施形態における支持基体１０は、第１ｎ型窒化物半導体層２０と第２電極８０との間に設けられている。別の言い方をすると、第１ｎ型窒化物半導体層２０は、支持基体１０の第１面１０Ａ上に設けられており、第２電極８０は、支持基体１０の第２面１０Ｂ（第２面１０Ｂは第１面１０Ａとは反対側に位置する）上に設けられている。以下、本実施形態に係る半導体装置の構成要素をそれぞれ示す。

支持基体１０は、窒化物半導体からなることが好ましく、たとえば窒化ガリウム（ＧａＮ）からなることが好ましい。支持基体１０は、ｎ型不純物を含むことがより好ましく、たとえば０．５×１０¹⁶ｃｍ^-3以上１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下のｎ型不純物を含むことが好ましい。ｎ型不純物は、たとえば、酸素（Ｏ）、シリコン（Ｓｉ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）またはアンチモン（Ｓｂ）などであることが好ましい。支持基体１０の厚さは、たとえば、１０ｎｍ以上８００μｍ以下であることが好ましい。

第１ｎ型窒化物半導体層２０のｎ型キャリア濃度は、第２ｎ型窒化物半導体層３０のｎ型キャリア濃度よりも高い。よって、空乏層が支持基体１０にまで延びることを防止できる。このような効果を有効に得るためには、第１ｎ型窒化物半導体層２０のｎ型キャリア濃度は０．５×１０¹⁸ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁸ｃｍ^-3以下であることが好ましく、第２ｎ型窒化物半導体層３０のｎ型キャリア濃度は４．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以下であることが好ましい。たとえば、第１ｎ型窒化物半導体層２０はｎ⁺型ＧａＮ層であることが好ましく、第２ｎ型窒化物半導体層３０はｎ型ＧａＮ層であることが好ましい。また、第１ｎ型窒化物半導体層２０の厚さは０．５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましく、第２ｎ型窒化物半導体層３０の厚さは０．５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。

ガードリング４０は、たとえばｐ型ＧａＮ層であることが好ましい。ガードリング４０のｐ型ドープ濃度は、第２ｎ型窒化物半導体層３０のｎ型キャリア濃度に応じて適宜設定されることが好ましいが、たとえば０．５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下であることが好ましい。ｐ型不純物は、たとえば、Ｂ（ホウ素）、Ｍｇ（マグネシウム）またはＢｅ（ベリリウム）などであることが好ましい。

ガードリング４０の厚さは、たとえば、０．５μｍ以上５μｍ以下であることが好ましい。ガードリング４０の厚さが０．５μｍ以上であれば、第１電極７０のうちショットキー電極として機能する部分の端部における電界集中を有効に防止することができる。このことは、ガードリング４０のｐ型ドープ濃度が０．５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上である場合にも言える。ガードリング４０の厚さが５μｍ以下であれば、ガードリング４０を設けたことに起因するオン抵抗を有効に低下させることができる。また、ガードリング４０上に形成されるｐ型窒化物半導体層５０の結晶性を良好にすることができる。これらのことは、ガードリング４０のｐ型ドープ濃度が５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下である場合にも言える。

ｐ型窒化物半導体層５０は、たとえばｐ型ドープ濃度がガードリング４０よりも高いｐ型ＧａＮ層であることが好ましい。ｐ型窒化物半導体層５０のｐ型ドープ濃度は、ガードリング４０のｐ型ドープ濃度よりも高く、たとえば１．０×１０²⁰ｃｍ^-3以上５．０×１０²³ｃｍ^-3以下であることが好ましい。ｐ型窒化物半導体層５０のｐ型ドープ濃度が１．０×１０²⁰ｃｍ^-3以上であれば、ｐ型窒化物半導体層５０と第１電極７０との接触抵抗を低く抑えることができるので、第１電極７０を開口部６０の側面６０Ｂおよび開口部６０の縁部６０Ｃにおいてオーミック電極として有効に機能させることができる。よって、オン抵抗を有効に低下させることができる。ｐ型窒化物半導体層５０のｐ型ドープ濃度が５．０×１０²³ｃｍ^-3以下であれば、ｐ型窒化物半導体層５０の結晶性を高く維持することができる。ｐ型窒化物半導体層５０の厚さは、たとえば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。ｐ型窒化物半導体層５０の厚さが１０ｎｍ以上であれば、オン抵抗を有効に低下させることができる。ｐ型窒化物半導体層５０の厚さが１００ｎｍ以下であれば、ｐ型窒化物半導体層５０の結晶性を高く維持することができる。

開口部６０は、寸胴に形成されていても良いし、第２ｎ型窒化物半導体層３０へ向かうにつれて先太に形成されていても良いが、図１に示すように第２ｎ型窒化物半導体層３０へ向かうにつれて先細に形成されていることが好ましい。これにより、第１電極７０を形成し易くなる。

第１電極７０は、開口部６０の底面６０Ａ上と開口部６０の側面６０Ｂ上と開口部６０の縁部６０Ｃ上とに一体に設けられているので、開口部６０に対応する凹部７０ａを有する。第１電極７０は、第２ｎ型窒化物半導体層３０とショットキー接合可能な材料からなることが好ましく、１種類の金属からなっても良いし、２種以上の金属を含んでいても良い。第１電極７０は、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）層、チタン（Ｔｉ）／Ａｕ層、白金（Ｐｔ）／Ａｕ層またはＮｉ／Ａｕ／Ｔｉ／アルミニウム（Ａｌ）層、パラジウム（Ｐｄ）層などであることがより好ましい。これにより、第１電極７０を構成する金属の仕事関数と第２ｎ型窒化物半導体層３０を構成する窒化物のフェルミレベルとの差を最適にすることができる。第１電極７０が２種以上の金属を含んでいる場合、第１電極７０は、上述のように２種以上の金属層が積層されて構成されていてもよいし、一部分において合金化されていてもよい。

第２電極８０は、オーミック電極として機能するので、支持基体１０とオーミック接合されることが好ましく、たとえばＡｌなどからなることが好ましい。

（半導体装置の製造）
本実施形態に係る半導体装置は、たとえば、次に示す方法にしたがって製造可能である。まず、支持基体１０の第１面１０Ａ上に、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy（ハイドライド気相成長））法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition（有機金属気相成長）法またはＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy（分子線エピタキシー）法などにより、第１ｎ型窒化物半導体層２０、第２ｎ型窒化物半導体層３０、ガードリング４０およびｐ型窒化物半導体層５０を順に形成する。

次に、ｐ型窒化物半導体層５０の上面の周縁部分にマスクを設け、そのマスクから露出するｐ型窒化物半導体層５０およびガードリング４０をエッチングする。マスクは、ｐ型窒化物半導体層５０およびガードリング４０がエッチングされてもエッチングされない材料からなることが好ましく、たとえばＳｉＮからなることが好ましい。マスクは、フォトリソグラフィーなどにより形成されることが好ましい。エッチングは、ウエットエッチングであっても良いし、ドライエッチングであっても良いし、ウエットエッチングとドライエッチングとを組み合わせても良い。エッチングの条件としては公知の条件を限定されることなく用いることができる。これにより、開口部６０が形成される。

続いて、開口部６０の底面６０Ａ上、その側面６０Ｂ上およびその縁部６０Ｃ上に第１電極７０を一体に形成する。第１電極７０の形成方法としては、たとえば、ＥＢ（（Electron Beam）電子線）蒸着法、抵抗加熱法またはスパッタ法が挙げられる。

続いて、支持基体１０の第２面１０Ｂ上に、ＥＢ蒸着法、抵抗加熱法またはスパッタ法などにより、第２電極８０を形成する。このようにして本実施形態に係る半導体装置が得られる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態では、ｐ型窒化物半導体層が第１ｐ型窒化物半導体層と第２ｐ型窒化物半導体層とを有している。以下では、上記第１の実施形態との相違点を主に示す。

（半導体装置の構成）
図３は、本実施形態に係る半導体装置の断面図である。本実施形態に係る半導体装置は、支持基体１０と、第１ｎ型窒化物半導体層２０と、第２ｎ型窒化物半導体層３０と、ガードリング４０と、ｐ型窒化物半導体層５０と、第１電極７０と、第２電極８０とを備える。本実施形態におけるｐ型窒化物半導体層５０は、第１ｐ型窒化物半導体層５１と第２ｐ型窒化物半導体層５３とを有する。

第１ｐ型窒化物半導体層５１は、ガードリング４０上に設けられている。第２ｐ型窒化物半導体層５３は、第１ｐ型窒化物半導体層５１上に設けられ、第１電極７０に接している。第１ｐ型窒化物半導体層５１のｐ型ドープ濃度は、ガードリング４０のｐ型ドープ濃度よりも高いことが好ましく、第２ｐ型窒化物半導体層５３のｐ型ドープ濃度よりも低いことが好ましい。第１ｐ型窒化物半導体層５１の厚さは、第２ｐ型窒化物半導体層５３の厚さよりも大きいことがより好ましい。

本実施形態に係る半導体装置では、上記第１の実施形態と同じく半導体装置の性能低下を招くことなくその高耐圧化を図ることができる。それだけでなく、ｐ型ドープ濃度が高いことに起因するｐ型窒化物半導体層５０の結晶性の低下を防止することができる。以下、詳細に示す。

オン抵抗を低下させるためには、ｐ型窒化物半導体層５０のｐ型ドープ濃度を高くすることが好ましい。しかし、一般に、ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度が高くなると、その結晶性の低下を招くことが知られている。そのため、ｐ型窒化物半導体層５０が１層からなる場合には、オン抵抗を低下させるためにｐ型窒化物半導体層５０のｐ型ドープ濃度を高くすると、当該ｐ型窒化物半導体層５０の厚さを十分に大きくできないことがある。そのため、オン抵抗を所望の程度にまで低下させることができない場合がある。

一方、本実施形態に係る半導体装置では、ｐ型窒化物半導体層５０は、ｐ型ドープ濃度が相対的に低い第１ｐ型窒化物半導体層５１と、ｐ型ドープ濃度が相対的に高い第２ｐ型窒化物半導体層５３とを有する。よって、第２ｐ型窒化物半導体層５３の厚さをその結晶性が低下しない程度に薄くし、第１ｐ型窒化物半導体層５１の厚さをオン抵抗が低下する程度にまで厚くすることができる。したがって、本実施形態に係る半導体装置では、ｐ型窒化物半導体層５０の結晶性を高く維持できるという効果も得られる。

第１ｐ型窒化物半導体層５１は、たとえばｐ型ドープ濃度がガードリング４０よりも高いｐ型ＧａＮ層（ｐ⁺型ＧａＮ層）であることが好ましい。第１ｐ型窒化物半導体層５１のｐ型ドープ濃度は、１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3以上１．０×１０²⁰ｃｍ^-3以下であることが好ましい。第１ｐ型窒化物半導体層５１の厚さは、３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下であることが好ましい。第１ｐ型窒化物半導体層５１のｐ型ドープ濃度が１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3以上であれば、オン抵抗を有効に低下させることができる。このことは、第１ｐ型窒化物半導体層５１の厚さが３０ｎｍ以上である場合にも言える。第１ｐ型窒化物半導体層５１のｐ型ドープ濃度が１．０×１０²⁰ｃｍ^-3以下であれば、第１ｐ型窒化物半導体層５１の結晶性を良好にすることができるので、第２ｐ型窒化物半導体層５３の結晶性の低下を防止することができる。このことは、第１ｐ型窒化物半導体層５１の厚さが５００ｎｍ以下である場合にも言える。

第２ｐ型窒化物半導体層５３は、たとえばｐ型ドープ濃度が第１ｐ型窒化物半導体層５１よりも高いｐ型ＧａＮ層（ｐ⁺⁺型ＧａＮ層）であることが好ましい。第２ｐ型窒化物半導体層５３のｐ型ドープ濃度は、１．０×１０²⁰ｃｍ^-3以上５．０×１０²²ｃｍ^-3以下であることが好ましい。第２ｐ型窒化物半導体層５３の厚さは、５ｎｍ以上１００ｎｍ以下であることが好ましい。第２ｐ型窒化物半導体層５３のｐ型ドープ濃度が１．０×１０²⁰ｃｍ^-3以上であれば、オン抵抗を有効に低下させることができる。このことは、第２ｐ型窒化物半導体層５３の厚さが１０ｎｍ以上である場合にも言える。第２ｐ型窒化物半導体層５３のｐ型ドープ濃度が５．０×１０²²ｃｍ^-3以下であれば、第２ｐ型窒化物半導体層５３の結晶性の低下を防止することができる。このことは、第２ｐ型窒化物半導体層５３の厚さが１００ｎｍ以下である場合にも言える。

本実施形態における開口部６０は、第１ｐ型窒化物半導体層５１および第２ｐ型窒化物半導体層５３からなるｐ型窒化物半導体層５０とガードリング４０とに貫通しており、第２ｎ型窒化物半導体層３０に達している。

（半導体装置の製造）
本実施形態に係る半導体装置は、ｐ型窒化物半導体層５０を形成するときに第１ｐ型窒化物半導体層５１および第２ｐ型窒化物半導体層５３を順に形成することを除いては上記第１の実施形態と同様の方法にしたがって、製造可能である。第１ｐ型窒化物半導体層５１および第２ｐ型窒化物半導体層５３のそれぞれの形成方法としては、上記第１の実施形態におけるｐ型窒化物半導体層５０の形成方法を用いることができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態では、導電性支持基体が第１電極上に設けられている。以下では、上記第１の実施形態に係る半導体装置が支持基体でなく上記導電性支持基体を備えている場合を示すが、上記第２の実施形態に係る半導体装置が支持基体でなく上記導電性支持基体を備えていても良い。以下、上記第１の実施形態との相違点を主に示す。

（半導体装置の構成）
図４は、本実施形態に係る半導体装置の断面図である。本実施形態に係る半導体装置は、第１ｎ型窒化物半導体層２０と、第２ｎ型窒化物半導体層３０と、ガードリング４０と、ｐ型窒化物半導体層５０と、第１電極７０と、第２電極８０と、導電性支持基体１５と、埋め込み金属層９０とを備える。第２電極８０は、第１ｎ型窒化物半導体層２０に接している。導電性支持基体１５は、第１電極７０に接しており、具体的には第１電極７０の凹部７０ａの縁部に接している。埋め込み金属層９０は、第１電極７０の凹部７０ａと導電性支持基体１５との間に設けられており、好ましくは第１電極７０の凹部７０ａと導電性支持基体１５との間を満たしている。埋め込み金属層９０が第１電極７０の凹部７０ａと導電性支持基体１５との間を満たしていれば、空隙が第１電極７０の凹部７０ａと導電性支持基体１５との間に発生することを防止できる。よって、オン抵抗がさらに低下し、耐圧がさらに高くなる。また、第２ｎ型窒化物半導体層３０などの剥がれを防止することができる。

導電性支持基体１５は、導電性を有していれば良く、たとえばシリコン、セラミック、ＡｌＮまたはＭｏなどからなることが好ましい。後述するように、導電性支持基体１５は第１電極７０に接着されているので、第１ｎ型窒化物半導体層２０との格子整合度合いなどを考慮することなく導電性支持基体１５の材料を選択できる。よって、上記第１〜第２の実施形態のように窒化物半導体からなる支持基体１０を用いる場合に比べて、半導体装置を安価で提供できる。導電性支持基体１５の厚さはたとえば１００μｍ以上５０００μｍ以下であることが好ましい。

埋め込み金属層９０は、第１電極７０の材料と近い仕事関数を持つ材料からなることが好ましく、たとえばＮｉ／Ａｕ層、Ａｌ層、Ｔｉ層またはＰｄ層であることが好ましい。

（半導体装置の製造）
図５（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施形態に係る半導体装置の製造で使用する複合基板の製造方法の一例を工程順に示す断面図である。図６（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を工程順に示す断面図である。本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、まず、図５（Ａ）〜（Ｄ）に示す方法にしたがって、下地複合基板１００を製造する。次に、図６（Ａ）において、下地複合基板１００上に第１ｎ型窒化物半導体層２０と第２ｎ型窒化物半導体層３０とガードリング４０とｐ型窒化物半導体層５０と開口部６０と第１電極７０とを形成する。続いて、図６（Ｂ）において埋め込み金属層９０を設け、図６（Ｃ）において導電性支持基体１５を設けてから、図６（Ｄ）において下地複合基板１００を取り除く。これにより、本実施形態に係る半導体装置が得られる。以下では、上記第１の実施形態との相違点を主に示す。

（下地複合基板の製造）
まず、図５（Ａ）に示すように、下地支持基板１０１の主面１０１ｍ上に第１の下地接合層１０２ａを形成する。下地支持基板１０１は、たとえば、モリブデン基板、ムライト（Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ）基板またはイットリア安定化ジルコニア−ムライト基板などであることが好ましい。これにより、下地支持基板１０１の熱膨張係数は、下地窒化物層１０３（後述）の熱膨張係数および第１ｎ型窒化物半導体層２０の熱膨張係数と同じとなる、または、下地支持基板１０１と下地窒化物層１０３および第１ｎ型窒化物半導体層２０との熱膨張係数の差の絶対値は２×１０^-6Ｋ^-1以下となる。よって、転位密度が低く結晶性の高い第１ｎ型窒化物半導体層２０を下地複合基板１００の下地窒化物層１０３上に割れを発生させることなく成長させることができる。第１の下地接合層１０２ａは、後述する第２の下地接合層１０２ｂと一体化して下地接合層１０２を形成するものであり、たとえばＳｉＯ₂層またはＳｉＮ層である。第１の下地接合層１０２ａを形成する方法は、スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＰＬＤ（Pulse Laser Deposition（パルスレーザ堆積））法、ＭＢＥ法またはＥＢ蒸着法などであることが好ましく、ＣＶＤ法であることがより好ましい。ＣＶＤ法により第１の下地接合層１０２ａを形成すると、第１の下地接合層１０２ａの成膜速度が高まり、また、高品質な第１の下地接合層１０２ａを形成できる。

また、図５（Ｂ）に示すように、下地窒化物母材基板１０３Ｄの主面１０３ｎ上に第２の下地接合層１０２ｂを形成してから、下地窒化物母材基板１０３Ｄの主面１０３ｎから所定の深さの位置にイオン注入領域１０３ｉを形成する。下地窒化物母材基板１０３Ｄは、窒化物半導体からなり、たとえばＧａＮからなる。第２の下地接合層１０２ｂの材料およびその形成方法は、それぞれ、第１の下地接合層１０２ａの材料およびその形成方法と同じであることが好ましい。イオン注入領域１０３ｉは、水素イオンの注入により形成されることが好ましい。

次に、図５（Ｃ）に示すように、第１の下地接合層１０２ａと第２の下地接合層１０２ｂとを貼り合わせる。貼り合わせる前に、下地支持基板１０１および下地窒化物母材基板１０３Ｄのそれぞれをアニールしても良い。かかるアニールにより、第１の下地接合層１０２ａおよび第２の下地接合層１０２ｂが脱ガスされるので、第１の下地接合層１０２ａおよび第２の下地接合層１０２ｂのそれぞれが緻密化される。よって、第１の下地接合層１０２ａと第２の下地接合層１０２ｂとの接着強度を高めることができる。

次に、図５（Ｄ）に示すように、下地接合層１０２を介して貼り合わされた下地支持基板１０１および下地窒化物母材基板１０３Ｄをアニールする。これにより、下地窒化物母材基板１０３Ｄがイオン注入領域１０３ｉで分離され、下地支持基板１０１の主面１０１ｍ上に下地接合層１０２を介在させて下地窒化物層１０３が接合された下地複合基板１００が得られる。

下地複合基板１００の製造方法は上記方法に限定されない。たとえば、下地窒化物母材基板１０３Ｄに対してイオン注入を行わずに下地複合基板１００を製造しても良い。この場合には、下地接合層１０２を介して貼り合わされた下地支持基板１０１および下地窒化物母材基板１０３Ｄをアニールする代わりに、下地接合層１０２と下地窒化物母材基板１０３Ｄとの界面から所定の位置離れた箇所において下地窒化物母材基板１０３Ｄを切断すれば良い。下地窒化物母材基板１０３Ｄを切断する方法としては、たとえば、ワイヤーソー工法、ブレードソー工法、レーザ加工、放電加工またはウォータージェット工法などを限定されることなく使用できる。

下地窒化物母材基板１０３Ｄの代わりに下地支持体が下地窒化物母材基板に貼り合わされた支持体付き下地窒化物母材基板を用いても良い。これにより、下地窒化物母材基板が下地支持体により支持されるので、下地窒化物母材基板が自立できない程度に薄くなっても下地窒化物母材基板を繰り返し用いることができる。下地支持体は、下地支持基板１０１と同様の物性を有し、且つ、下地支持基板１０１と同様の材料からなることが好ましい。これにより、下地窒化物母材基板を支持する強度を確保でき、また、割れおよび反りの発生を防止できる。下地支持体は接合層を介在して下地窒化物母材基板に貼り合わされていることが好ましく、接合層はＳｉＯ₂、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＴｉＯ₂またはＧａ₂Ｏ₃などからなることが好ましい。

（半導体装置の製造）
まず、図６（Ａ）に示すように、下地複合基板１００上に第１ｎ型窒化物半導体層２０と第２ｎ型窒化物半導体層３０とガードリング４０とｐ型窒化物半導体層５０と開口部６０と第１電極７０とを形成する。これらの形成方法としては、上記第１の実施形態に記載の方法を用いることができる。

次に、図６（Ｂ）に示すように、第１電極７０の凹部７０ａ内に埋め込み金属層９０を設ける。埋め込み金属層９０の形成方法としては、たとえば、次に示す方法が挙げられる。まず、フォトリソグラフィー法などによりレジストパターン（図示せず）を第１電極７０上に形成する。レジストパターンのうち埋め込み金属層９０が設けられるべき領域には、開口が形成されている。次に、ＥＢ蒸着法、抵抗加熱法またはスパッタ法などにより、レジストパターンの開口から露出する第１電極７０上とレジストパターン上とに金属層を形成する。そののち、レジストパターンを除去することにより、レジストパターン上に形成された金属層を除去する（リフトオフ）。互いに異なる金属からなる２種以上の層が積層されて金属層を構成しているときには、互いに異なる金属をアニールにより合金化しても良い。

続いて、図６（Ｃ）に示すように、導電性支持基体１５と第１電極７０および埋め込み金属層９０とを貼り合わせる。Ｐｂ（鉛）またはＩｎ（インジウム）などの接着剤を用いて導電性支持基体１５と第１電極７０および埋め込み金属層９０とを貼り合わせることが好ましい。

続いて、図６（Ｄ）に示すように、下地複合基板１００を除去する。下地複合基板１００を除去する方法は、下地支持基板１０１、下地接合層１０２および下地窒化物層１０３のそれぞれの材料によって異なる。下地支持基板１０１がモリブデン基板であれば、硝酸などによるエッチングにより下地支持基板１０１を除去することができる。下地支持基板１０１がムライト基板またはイットリア安定化ジルコニア−ムライト基板であれば、フッ化水素酸などによるエッチングにより下地支持基板１０１を除去することができる。下地接合層１０２がＳｉＯ₂層またはＳｉ₃Ｎ₄層であれば、フッ化水素酸などによるエッチングにより下地接合層１０２を除去することができる。塩素ガスをエッチングガスとして用いたＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma（誘導結合型））−ＲＩＥ（Reactive Ion Etching（反応性イオンエッチング））などにより下地窒化物層１０３を除去することができる。その後、上記第１の実施形態に記載の方法にしたがって第２電極８０を形成する。このようにして本実施形態に係る半導体装置を製造できる。

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
まず、ＧａＮ母材基板（厚さ５００μｍ）をＭＯＣＶＤ装置のチャンバ内に入れ、ＧａＮ母材基板の温度を１１００℃とした。その後、ＭＯＣＶＤ装置のチャンバ内にアンモニア（ＮＨ₃）および水素（Ｈ₂）を供給してサーマルクリーニングを行った。

次に、ＧａＮ母材基板の温度を１１００℃に保持した状態で、トリメチルガリウム（ＴＭＧ（Trimethylgallium））とＮＨ₃とモノシラン（ＳｉＨ₄）とを供給して、ＧａＮ母材基板上にｎ⁺型ＧａＮ層（第１ｎ型窒化物半導体層、厚さ１μｍ）を形成した。形成されるｎ⁺型ＧａＮ層におけるキャリア濃度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3となるように、ＳｉＨ₄の供給量を調整した。なお、ｎ型不純物の活性化率は約１００％であるので、ｎ型窒化物半導体層のキャリア濃度はｎ型窒化物半導体層のｎ型不純物濃度に相当する。

続いて、ＧａＮ母材基板の温度を１１００℃に保持した状態で、ＴＭＧとＮＨ₃とＳｉＨ₄とを供給して、ｎ⁺型ＧａＮ層上にｎ型ＧａＮ層（第２ｎ型窒化物半導体層、厚さ７μｍ）を形成した。形成されるｎ型ＧａＮ層におけるキャリア濃度が６×１０¹⁵ｃｍ^-3となるように、ＳｉＨ₄の供給量を調整した。

続いて、ＧａＮ母材基板の温度を１１００℃に保持した状態で、ＴＭＧとＮＨ₃とＣｐ₂Ｍｇ（ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム）とを供給して、ｎ型ＧａＮ層上にガードリング（厚さ１μｍ）を形成した。形成されるガードリングにおけるＭｇ濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3となるように、Ｃｐ₂Ｍｇの供給量を調整した。

続いて、ＧａＮ母材基板の温度を１１００℃に保持した状態で、ＴＭＧとＮＨ₃とＣｐ₂Ｍｇとを供給して、ガードリング上にｐ⁺型ＧａＮ層（第１ｐ型窒化物半導体層、厚さ４０ｎｍ）を形成した。形成されるｐ⁺型ＧａＮ層におけるＭｇ濃度が３×１０¹⁹ｃｍ^-3となるように、Ｃｐ₂Ｍｇの供給量を調整した。

続いて、ＧａＮ母材基板の温度を１１００℃に保持した状態で、ＴＭＧとＮＨ₃とＣｐ₂Ｍｇとを供給して、ｐ⁺型ＧａＮ層上にｐ⁺⁺型ＧａＮ層（第２ｐ型窒化物半導体層、厚さ１０ｎｍ）を形成した。形成されるｐ⁺⁺型ＧａＮ層におけるＭｇ濃度が３×１０²⁰ｃｍ^-3となるように、Ｃｐ₂Ｍｇの供給量を調整した。その後、ＧａＮ母材基板の温度を室温まで下げてＧａＮ母材基板をチャンバから取り出した。

続いて、フォトリソグラフィーによりｐ⁺⁺型ＧａＮ層の上面の周縁部分にＳｉＮ膜を設け、ＳｉＮ膜が形成されたＧａＮ母材基板を反応性イオンエッチング装置内に入れた。ＳｉＮ膜をマスクとしてＣｌ₂によるドライエッチングを行い、ＳｉＮ膜から露出するｐ⁺⁺型ＧａＮ層、ｐ⁺型ＧａＮ層およびガードリングをエッチングした。これにより、ｎ型ＧａＮ層に向かうにつれて先細の凹部が形成された。

続いて、ＥＢ蒸着法により、開口部の底面上と開口部の側面上と開口部の縁部上とに一体に、Ｎｉ層およびＡｕ層を順に形成した。これにより、Ｎｉ層とＡｕ層とからなる第１電極が形成された。

続いて、ｎ⁺ＧａＮ層などが形成されていないＧａＮ母材基板の面に対して機械研磨およびドライエッチングを行った。その後、ＧａＮ母材基板の下面上にＡｌ層を蒸着させた。

続いて、ＧａＮ母材基板をダイシングしたのち、ＡｕＳｎを用いてリードフレームにハンダ付けした。その後、ＡｌワイヤーをＡｌ層に接続してから、トランスファーモールド法による樹脂封止を行い、タイバーカットを行った。これにより、本実施例の半導体装置を得た。

（比較例１）
ｐ⁺型ＧａＮ層およびｐ⁺⁺型ＧａＮ層を形成することなく上記実施例１に記載の方法にしたがって比較例１の半導体装置を製造した。これにより、図７に示す半導体装置が得られた。図７は、比較例１の半導体装置の断面図である。図７に示す半導体装置は、ＧａＮ基板１１０と、ｎ⁺型ＧａＮ層１２０（厚さ１μｍ、キャリア濃度１×１０¹⁸ｃｍ^-3）と、ｎ型ＧａＮ層１３０（厚さ７μｍ、キャリア濃度６×１０¹⁵ｃｍ^-3）と、ガードリング１４０（厚さ１μｍ、ｐ型ドープ濃度１×１０¹⁷ｃｍ^-3）と、Ｎｉ層とＡｕ層との積層構造からなるショットキー電極１７０と、Ａｌからなるオーミック電極１８０とを備える。ｎ⁺型ＧａＮ層１２０はＧａＮ基板１１０の第１面１１０Ａ上に設けられ、オーミック電極１８０はＧａＮ基板１１０の第２面１１０Ｂ上に設けられている。ガードリング１４０には、ｎ型ＧａＮ層１３０に達する開口部１６０が形成されており、ショットキー電極１７０は、開口部１６０の底面上、その側面上およびその縁部上に一体に設けられている。

（評価）
半導体カーブトレーサを用いて、実施例１および比較例１の半導体装置の特性を調べた。実施例１および比較例１のそれぞれの半導体装置に順方向に電圧を印加し、電圧と電流密度との関係を調べた。その結果を図８に示す。図８は、実施例１および比較例１の半導体装置における電流密度と電圧との関係（実験結果）を示すグラフである。図８の縦軸は電流密度を表わし、その横軸は電圧を表わす。図８中、Ｌ８１は実施例１の結果を表わし、Ｌ８２は比較例１の結果を表わす。図８に示すように、３Ｖを超える電圧を実施例１および比較例１のそれぞれの半導体装置に加えると、実施例１の電流密度は比較例１の電流密度よりも高くなった。

また、実施例１および比較例１のそれぞれの半導体装置に逆方向に電圧を印加し、電圧と電流密度との関係を調べた。その結果を図９に示す。図９は、実施例１および比較例１の半導体装置における電流密度と電圧との関係（実験結果）を示すグラフである。図９の縦軸は電流密度を表わし、その横軸は電圧を表わす。図９中、Ｌ９１は実施例１の結果を表わし、Ｌ９２は比較例１の結果を表わす。図９に示すように、実施例１および比較例１では、４００Ｖの逆方向電圧を印加した場合であっても電流密度が１×１０^-5Ａ／ｃｍ²以下に過ぎなかった。

１０ 支持基体
１０Ａ 第１面
１０Ｂ 第２面
１５ 導電性支持基体
２０ 第１ｎ型窒化物半導体層
３０ 第２ｎ型窒化物半導体層
４０ ガードリング
５０ ｐ型窒化物半導体層
５１ 第１ｐ型窒化物半導体層
５３ 第２ｐ型窒化物半導体層
６０ 開口部
６０Ａ 底面
６０Ｂ 側面
６０Ｃ 縁部
７０ 第１電極
７０ａ 凹部
８０ 第２電極
９０ 埋め込み金属層

Claims (7)

1. 第１ｎ型窒化物半導体層と、
   前記第１ｎ型窒化物半導体層上に設けられ、ｎ型キャリア濃度が前記第１ｎ型窒化物半導体層よりも低い第２ｎ型窒化物半導体層と、
   前記第２ｎ型窒化物半導体層上に設けられ、ｐ型窒化物半導体からなるガードリングと、
   前記ガードリング上に設けられ、ｐ型ドープ濃度が前記ガードリングよりも高いｐ型窒化物半導体層と、
   前記ｐ型窒化物半導体層および前記ガードリングを貫通して前記第２ｎ型窒化物半導体層に達する開口部の底面上と前記開口部の側面上と前記開口部の縁部上とに一体に設けられた第１電極と、
   前記第１ｎ型窒化物半導体層に対して前記第２ｎ型窒化物半導体層とは反対側に設けられた第２電極とを備え、
   前記第１電極は、ショットキー電極とオーミック電極とを兼ねる半導体装置。
2. 前記ｐ型窒化物半導体層は、
   前記ガードリング上に設けられた第１ｐ型窒化物半導体層と、
   前記第１ｐ型窒化物半導体層上に設けられ、前記第１電極に接する第２ｐ型窒化物半導体層とを有し、
   前記第１ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度は、前記ガードリングのｐ型ドープ濃度よりも高く前記第２ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度よりも低い請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記第１ｐ型窒化物半導体層の厚さは、前記第２ｐ型窒化物半導体層の厚さよりも大きい請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記第１ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度は、１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3以上１．０×１０²⁰ｃｍ^-3以下であり、
   前記第２ｐ型窒化物半導体層のｐ型ドープ濃度は、１．０×１０²⁰ｃｍ^-3以上５．０×１０²²ｃｍ^-3以下である請求項２または請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記第２ｎ型窒化物半導体層のｎ型キャリア濃度は、４．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以下であり、
   前記ガードリングのｐ型ドープ濃度は、０．５×１０¹⁷ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下である請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 前記第１ｎ型窒化物半導体層と前記第２電極との間に設けられた支持基体をさらに備える請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 前記第２電極は、前記第１ｎ型窒化物半導体層に接しており、
   前記第１電極上に設けられた導電性支持基体をさらに備える請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置。

Images