JP2015170677A

JP2015170677A - ショットキーバリアダイオードおよびその製造方法

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Publication number: JP2015170677A
Application number: JP2014043563A
Authority: JP
Inventors: 隆弘藤井; Takahiro Fujii
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2015-09-28
Anticipated expiration: 2034-03-06
Also published as: JP6156200B2

Abstract

【課題】ショットキーバリアダイオードにおける耐圧の低下を抑制する。
【解決手段】基板とｎ型ＧａＮ層とＩｎＧａＮ層とを有するショットキーバリアダイオードの製造方法は、ＴＭＩｎとＴＭＧａとを用いてｎ型ＧａＮ層上にインジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）をエピタキシャル成長させることによりＩｎＧａＮ層を形成する工程を備え、前述の工程において、成長温度を８２５℃以上かつ１０００℃以下とし、前述のモル比を、１．０×１０^-5以上かつ１．０×１０^-4以下とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ショットキーバリアダイオードに関する。

従来より、パワーデバイスにおける高耐圧化および低損失化等を目的として、窒化ガリウム（ＧａＮ）を用いたパワーデバイスが用いられることがある。このようなパワーデバイスとして、ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層上にインジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）層が形成された構造を有するショットキーバリアダイオードが提案されている（下記特許文献１および下記非特許文献１参照）。

国際公開第２０１２／０５３０７１号

ＩＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮＥＬＥＣＴＲＯＮＤＥＶＩＣＥ，ＶＯＬ．５８，Ｎｏ．７，ＪＵＬＹ２０１１ｐ．１９８６−１９９４

上述したＧａＮ層上にＩｎＧａＮ層が形成された構造を有するショットキーバリアダイオードでは、実際の耐圧が理論値よりも低いという問題が、本願発明者の評価によって確認された。その原因として、ＩｎＧａＮがＧａＮから受ける圧縮歪に起因する欠陥および転移が発生し易くなった結果、リーク電流の発生に至ったことが考えられる。このため、従来においては、ショットキーバリアダイオードにおける耐圧の低下を抑制可能な技術が望まれていた。その他、従来のショットキーバリアダイオードにおいては、小型化、製造の容易化、信頼性の向上、省資源化、使い勝手の向上等が望まれていた。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、主として窒化ガリウム（ＧａＮ）により構成されている基板と、主としてｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）により構成され、前記基板上に形成されているｎ型ＧａＮ層と、主としてインジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）により構成され、前記ｎ型ＧａＮ層において前記基板と接する面とは反対側の面上に形成されているＩｎＧａＮ層と、を有するショットキーバリアダイオードの製造方法が提供される。この製造方法は、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）とトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とを用いて、前記ｎ型ＧａＮ層上にインジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）をエピタキシャル成長させることにより、前記ＩｎＧａＮ層を形成する工程を備え、前記工程において；エピタキシャル成長における成長温度を、８２５℃以上かつ１０００℃以下とし；前記トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）に対する前記トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）のモル比を、１．０×１０^-5以上かつ１．０×１０^-4以下とする。この形態のショットキーバリアダイオードの製造方法によれば、ＩｎＧａＮ層における（０００２）面のＸＲＣの半値幅を１ａｒｃｓｅｃ以上かつ５０ａｒｃｓｅｃ以下と比較的小さな値にすることができる。すなわち、ＩｎＧａＮ層の結晶性の低下を抑制できる。このため、ショットキーバリアダイオードにおいて、逆方向リーク電流の発生を抑制して耐圧の低下を抑制できる。加えて、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）に対するトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）のモル比を１．０×１０^-5以上かつ１．０×１０^-4以下とするので、ＩｎＧａＮ層におけるインジウム（Ｉｎ）の含有率をおよそ２％にすることができ、ショットキーバリアダイオードの耐圧と順方向の立ち上がり電圧とのバランスを向上できる。

（２）本発明の他の形態によれば、ショットキーバリアダイオードが提供される。このショットキーバリアダイオードは、主として窒化ガリウム（ＧａＮ）により構成されている基板と；主としてｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）により構成され、前記基板上に形成されているｎ型ＧａＮ層と；主としてインジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）により構成され、前記ｎ型ＧａＮ層において前記基板と接する面とは反対側の面上に形成されているＩｎＧａＮ層であって、（０００２）面のＸ線ロッキングカーブ（ＸＲＣ）の半値幅が、１ａｒｃｓｅｃ以上かつ５０ａｒｃｓｅｃ以下であるＩｎＧａＮ層と；を備える。この形態のショットキーバリアダイオードによれば、ＩｎＧａＮ層における（０００２）面のＸＲＣの半値幅が１ａｒｃｓｅｃ以上かつ５０ａｒｃｓｅｃ以下であるため、結晶性が高い。このため、ショットキーバリアダイオードにおいて、逆方向リーク電流の発生を抑制して、耐圧の低下を抑制できる。

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、ショットキーバリアダイオードの製造装置や、パワーデバイスや、半導体装置等の形態で実現することができる。

本発明によれば、ＩｎＧａＮ層における（０００２）面のＸＲＣの半値幅を１ａｒｃｓｅｃ以上かつ５０ａｒｃｓｅｃ以下と比較的小さな値にすることができる。すなわち、ＩｎＧａＮ層の結晶性の低下を抑制できる。このため、ショットキーバリアダイオードにおいて、逆方向リーク電流の発生を抑制して耐圧の低下を抑制できる。加えて、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）に対するトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）のモル比を１．０×１０^-5以上かつ１．０×１０^-4以下とするので、ＩｎＧａＮ層におけるインジウム（Ｉｎ）の含有率をおよそ２％にすることができ、ショットキーバリアダイオードの耐圧と順方向の立ち上がり電圧とのバランスを向上できる。

本発明の一実施形態としての製造方法により製造されたショットキーバリアダイオードの構成を模式的に示す断面図である。本実施形態におけるショットキーバリアダイオード１０の製造方法を示す工程図である。３つのサンプルＳ１，Ｒ１，Ｒ２についての工程Ｐ１１０におけるＩｎＧａＮ層の成長温度とＸＲＣ半値幅との関係を示す説明図である。３つのサンプルＳ１，Ｒ１，Ｒ２についてのＸＲＣ半値幅と耐圧との関係を示す説明図である。

Ａ．第１実施形態：
Ａ１．ショットキーバリアダイオードの構成：
図１は、本発明の一実施形態としての製造方法により製造されたショットキーバリアダイオードの構成を模式的に示す断面図である。なお、図１には、相互に直交するＸ軸，Ｙ軸およびＺ軸が表わされている。

図１に示すショットキーバリアダイオード１０は、縦型ショットキーバリアダイオードであり、基板１０１と、ｎ型ＧａＮ層１０２と、ＩｎＧａＮ層１０３と、絶縁層１０４と、ショットキー電極１０５と、オーミック電極１００とを備えている。

基板１０１は、Ｘ−Ｙ平面と略平行に広がる層状部材であり、主として窒化ガリウム（ＧａＮ）により構成されている。より具体的には、基板１０１は、ケイ素（Ｓｉ）をドーピングしたｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）により構成されている。基板１０１では、ドーパントとしてのケイ素（Ｓｉ）の濃度は、１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3以上に制御されている。なお、ドーパントとして、ケイ素（Ｓｉ）に代えて、酸素（Ｏ）を用いてもよい。

ｎ型ＧａＮ層１０２は、Ｘ−Ｙ平面と略平行に広がる層であり、基板１０１上に形成されている。ｎ型ＧａＮ層１０２は、主として、ケイ素（Ｓｉ）をドーピングしたｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）により構成されている。なお、ｎ型ＧａＮ層１０２におけるドーパントしてのケイ素（Ｓｉ）の濃度は、基板１０１におけるケイ素（Ｓｉ）の濃度よりも低い。具体的には、ｎ型ＧａＮ層１０２では、ケイ素（Ｓｉ）の濃度は、１．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以下に制御されている。なお、ｎ型ＧａＮ層１０２において、ドーパントを省略してもよい。

ＩｎＧａＮ層１０３は、Ｘ−Ｙ平面と略平行に広がる層であり、ｎ型ＧａＮ層１０２上に形成されている。より具体的には、ＩｎＧａＮ層１０３は、ｎ型ＧａＮ層１０２の両面のうち、基板１０１と接する面とは反対側の面上に形成されている。本実施形態では、ＩｎＧａＮ層１０３におけるインジウム（Ｉｎ）の含有率は、５％以下である。より好ましくは、ＩｎＧａＮ層１０３におけるインジウム（Ｉｎ）の含有率は、２％である。ＩｎＧａＮ層１０３は、ＧａＮ層（ｎ型ＧａＮ層１０２）のみで半導体層が構成されているショットキーバリアダイオードに比べて逆方向耐圧を向上させる等の目的で、ｎ型ＧａＮ層１０２上に形成されている。

絶縁層１０４は、Ｘ−Ｙ平面と略平行に広がる電気絶縁性を有する層であり、ＩｎＧａＮ層１０３上に形成されている。より具体的には、絶縁層１０４は、ＩｎＧａＮ層１０３の両面のうち、ｎ型ＧａＮ層１０２と接する面とは反対側の面上に形成されている。本実施形態では、絶縁層１０４は、酸化アルミニウム（Ａｌ₂０₃）により形成されている。なお、酸化アルミニウム（Ａｌ₂０₃）に代えて、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）などの任意の絶縁性材料により形成してもよい。絶縁層１０４には、厚さ方向（Ｚ軸方向）に貫通する開口部１１４が形成されている。このため、開口部１１４の内側には、ＩｎＧａＮ層１０３の一部表面が露出している。

本実施形態では、ショットキー電極１０５は、ニッケル（Ｎｉ）により形成されている。なお、ニッケル（Ｎｉ）に代えて、アルミニウム（Ａｌ）や、窒化チタン（ＴｉＮ）や、金（Ａｕ）や、これらの合金等、導電性を有する任意の材料により、ショットキー電極１０５を形成してもよい。ショットキー電極１０５の中央部は、絶縁層１０４の開口部１１４の内側に挿入され、露出しているＩｎＧａＮ層１０３の表面にショットキー接合されている。ショットキー電極１０５の周縁部（中央部を除いた部分）は、開口部１１４の周りにおいて絶縁層１０４と接している。

オーミック電極１００は、Ｘ−Ｙ平面と略平行に広がる電極であり、基板１０１の裏面（基板１０１の両面のうち、ｎ型ＧａＮ層１０２が形成されている面とは反対側の面）に接して配置されている。本実施形態では、オーミック電極１００は、アルミニウム（Ａｌ）とチタン（Ｔｉ）の合金により形成されている。なお、アルミニウム（Ａｌ）とチタン（Ｔｉ）の合金に代えて、アルミニウム（Ａｌ）や、ニッケル（Ｎｉ）や、窒化チタン（ＴｉＮ）や、金（Ａｕ）等の純金属や、アルミニウム（Ａｌ）とチタン（Ｔｉ）の合金を除く他の合金等、導電性を有する任意の材料により、オーミック電極１００を形成してもよい。

Ａ２．ショットキーバリアダイオードの製造方法：
図２は、本実施形態におけるショットキーバリアダイオード１０の製造方法を示す工程図である。図２に示すように、製造者は、まず、エピタキシャル成長により、基板１０１上に、ｎ型ＧａＮ層１０２を形成する（工程Ｐ１０５）。本実施形態では、工程Ｐ１０５におけるエピタキシャル成長は、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を実現する装置を用いて行われる。また、本実施形態では、工程Ｐ１０５における成長圧力は、２００Ｔｏｒｒ以上かつ７６０Ｔｏｒｒ以下である。なお、エピタキシャル成長における不純物の混入を抑制するためには、成長圧力をより高い圧力とすることが好ましい。また、本実施形態では、工程Ｐ１０５では、ＩＩＩ族原料であるトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）に対するＶ族原料であるアンモニア（ＮＨ₃）のモル比（ＮＨ₃／ＴＭＧａ）を、２５００以上かつ１００００以下とする。これにより、ｎ型ＧａＮ層１０２における炭素（Ｃ）の濃度を１．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以下となるように制御する。炭素（Ｃ）の濃度を低く抑えることにより、炭素（Ｃ）によるドナーの働きの抑制（キャリアの減少）を抑えることができる。

次に、製造者は、工程Ｐ１０５により形成されたｎ型ＧａＮ層１０２上に、下記３つの条件（＜条件１＞，＜条件２＞，＜条件３＞）を満たしたエピタキシャル成長により、ＩｎＧａＮ層１０３を形成する（工程Ｐ１１０）。
＜条件１＞：成長温度を、８２５℃以上かつ１０００℃以下とする。
＜条件２＞：ガリウム（Ｇａ）の原料であるトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）に対するインジウム（Ｉｎ）の原料であるトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）のモル比（ＴＭＩｎ／ＴＭＧａ）を、１．０×１０^-5以上かつ１．０×１０^-4以下とする。
＜条件３＞：成長圧力を、２００Ｔｏｒｒ以上かつ７６０Ｔｏｒｒ以下とする。

上記＜条件１＞および＜条件２＞を満たすことにより、後述するようにＩｎＧａＮ層１０３の結晶性を向上できる。なお、＜条件３＞は、前述の工程Ｐ１０５における成長圧力の条件と同じである。したがって、エピタキシャル成長における不純物の混入を抑制するためには、成長圧力をより高い圧力とすることが好ましい。

次に、製造者は、工程Ｐ１１０により形成されたＩｎＧａＮ層１０３上（ＩｎＧａＮ層１０３の両面のうち、ｎ型ＧａＮ層１０２と接する面とは反対側の面上）に、酸化アルミニウム（Ａｌ₂０₃）からなる絶縁層１０４を形成する（工程Ｐ１１５）。本実施形態では、ＡＬＤ(Atomic Layer Deposition）法によって絶縁層１０４を形成する。なお、ＡＬＤ法に代えて、スパッタ法により絶縁層１０４を形成してもよい。絶縁層１０４が形成された後、製造者は、絶縁層１０４に開口部１１４を形成する（工程Ｐ１２０）。本実施形態では、ウエットエッチングにより、開口部１１４を形成する。ウエットエッチングに用いるエッチング液として、例えば、フッ酸系混合液を用いることができる。

次に、製造者は、工程Ｐ１２０により形成された開口部１１４の内側に露出したＩｎＧａＮ層１０３の表面に、ショットキー電極１０５を形成する（工程Ｐ１２５）。換言すると、開口部１１４の内側に露出したＩｎＧａＮ層１０３の表面にニッケル（Ｎｉ）からなるショットキー電極１０５をショットキー接合する。本実施形態では、ショットキー電極１０５をリフトオフ法によって形成する。具体的には、例えば、フォトリソグラフィによって絶縁層１０４の上にショットキー電極１０５が形成される部位のみ開口したマスクを形成した後、マスクおよびマスクの開口から露出している絶縁層１０４の上にニッケルを蒸着し、その後、ショットキー電極１０５を残して、絶縁層１０４からマスクを除去する。本実施形態では、製造者は、開口部１１４の内側におけるＩｎＧａＮ層１０３の界面から、絶縁層１０４の開口部１１４を越えて、絶縁層１０４の＋Ｚ軸方向側にわたって、ショットキー電極１０５を形成する。なお、図１に示すように、ショットキー電極１０５は、開口部１１４の周囲に渡って形成されている。

次に、製造者は、基板１０１の裏面（−Ｚ軸方向の表面）にオーミック電極１００を形成する（工程Ｐ１３０）。換言すると、基板１０１の裏面にオーミック電極１００をオーミック接合する。本実施形態では、基板１０１の裏面にチタン（Ｔｉ）から成る層を蒸着によって形成し、その上にアルミニウム（Ａｌ）から成る層を蒸着によってさらに形成し、これらの層を熱処理によって合金化することによって、オーミック電極１００を形成する。

以上の製造方法によると、ショットキーバリアダイオード１０のＩｎＧａＮ層１０３における結晶性を向上できるため、逆方向リーク電流を低減できる。したがって、ショットキーバリアダイオード１０の耐圧の低下を抑制できる。

Ｂ．実施例：
実施例では、上述のショットキーバリアダイオード１０の製造方法により１つのサンプルＳ１を製造した。また、比較例としての２つのサンプルＲ１，Ｒ２を製造した。サンプルＳ１を製造する際に、上記工程Ｐ１０５における成長圧力を７００Ｔｏｒｒとした。また、工程Ｐ１０５におけるトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）に対するアンモニア（ＮＨ₃）のモル比（ＮＨ₃／ＴＭＧａ）を２５００とした。また、工程Ｐ１１０の＜条件１＞の成長温度を８２５℃とした。また、工程Ｐ１１０の＜条件２＞のモル比（ＴＭＩｎ／ＴＭＧａ）を、１．０×１０^-5とした。また、工程Ｐ１１０の＜条件３＞の成長圧力を７００Ｔｏｒｒとした。なお、工程Ｐ１１０における成長時間は、１１分とした。

ここで、上記＜条件２＞のモル比（ＴＭＩｎ／ＴＭＧａ）を、１．０×１０^-5としたのは、以下の理由による。一般に、ショットキーバリアダイオードにおいて、順方向の立ち上がり電圧（ＶＦ）が高いと耐圧は高くなり、また、順方向の立ち上がり電圧が低いと耐圧は低くなる。ここで、ＩｎＧａＮ層１０３におけるインジウム（Ｉｎ）の含有率が高いと耐圧を向上できるが、それと共に順方向の立ち上がり電圧も高くなってしまい損失が大きくなる。そこで、本実施例では、ＩｎＧａＮ層１０３におけるインジウム（Ｉｎ）の含有率を、耐圧と順方向の立ち上がり電圧とのバランスを鑑みて最適化された値として、２％に設定した。そして、このインジウム（Ｉｎ）の含有率を２％とするために、上記モル比を、１．０×１０^-5とした。なお、インジウム（Ｉｎ）の含有率を２％とするためのモル比は、工程Ｐ１１０における成長温度に応じて変わる。したがって、上述した「１．０×１０^-5」とは、成長温度８２５℃の場合においてインジウム（Ｉｎ）の含有率を２％とするためのモル比を意味する。

上記のようにして製造されたサンプルＳ１において、基板１０１の厚さ（Ｚ軸方向の長さ）を、３３０μｍとした。また、ｎ型ＧａＮ層１０２の厚さを、およそ１０μｍとした。また、ＩｎＧａＮ層１０３の厚さを、およそ２０ｎｍとした。

比較例としてのサンプルＲ１の製造方法は、工程Ｐ１１０おける成長温度が上記＜条件１＞における成長温度の範囲から外れている点と、工程Ｐ１１０におけるモル比（ＴＭＩｎ／ＴＭＧａ）の具体的な値とにおいて、上述した本実施例のサンプルＳ１の製造方法と異なり、他の工程は、実施例のサンプルＳ１の製造方法と同じである。具体的には、サンプルＲ１を製造する際に、工程Ｐ１１０における成長温度を８００℃とした。また、サンプルＲ１を製造する際に、工程Ｐ１１０におけるモル比（ＴＭＩｎ／ＴＭＧａ）を、３×１０^-6とした。このモル比（ＴＭＩｎ／ＴＭＧａ）の値「３×１０^-6」は、成長温度が８００℃の場合において、ＩｎＧａＮ層１０３におけるインジウム（Ｉｎ）の含有率を２％に制御するためのモル比である。換言すると、サンプルＲ１におけるインジウム（Ｉｎ）の含有率を２％とするために、工程Ｐ１１０におけるモル比（ＴＭＩｎ／ＴＭＧａ）の値を調整した。以上のようにして製造されたサンプルＲ１の外観構成は、図１に示すショットキーバリアダイオード１０の外観構成とほぼ等しい。但し、後述するように、サンプルＲ１は、ＩｎＧａＮ層の結晶性において、図１に示すショットキーバリアダイオード１０（サンプルＳ１）とは異なる。

比較例としてのサンプルＲ２の製造方法は、工程Ｐ１１０おける成長温度が上記＜条件１＞における成長温度の範囲から外れている点と、工程Ｐ１１０におけるモル比（ＴＭＩｎ／ＴＭＧａ）の具体的な値とにおいて、上述した本実施例のサンプルＳ１の製造方法と異なり、他の工程は、実施例のサンプルＳ１の製造方法と同じである。具体的には、サンプルＲ２を製造する際に、工程Ｐ１１０における成長温度を７７５℃とした。また、サンプルＲ２を製造する際に、工程Ｐ１１０におけるモル比（ＴＭＩｎ／ＴＭＧａ）を、５×１０^-7とした。なお、上述したサンプルＲ１と同様に、サンプルＲ２におけるインジウム（Ｉｎ）の含有率を２％とするために、工程Ｐ１１０におけるモル比（ＴＭＩｎ／ＴＭＧａ）の値を調整した。以上のようにして製造されたサンプルＲ２の外観構成は、図１に示すショットキーバリアダイオード１０の外観構成とほぼ等しい。但し、後述するように、サンプルＲ２は、ＩｎＧａＮ層の結晶性において、図１に示すショットキーバリアダイオード１０（サンプルＳ１）とは異なる。

本実施例では、製造された３つのサンプルＳ１，Ｒ１，Ｒ２の結晶性を、それぞれ、ＸＲＣ（X-ray Rocking Curve）により評価した。具体的には、Ｘ線回折装置を用いて、各サンプルＳ１，Ｒ１，Ｒ２のＩｎＧａＮの（０００２）面のＸＲＣ半値幅（以下、単に「ＸＲＣ半値幅」と呼ぶ）を測定した。ＸＲＣ半値幅が小さいことは、Ｘ線の乱反射が小さいこと、つまり、ＩｎＧａＮ層における結晶性が高いことを示す。

図３は、３つのサンプルＳ１，Ｒ１，およびＲ２についての工程Ｐ１１０におけるＩｎＧａＮ層１０３の成長温度と、ＸＲＣ半値幅との関係を示す説明図である。図３において、横軸は工程Ｐ１１０におけるＩｎＧａＮ層１０３の成長温度（℃）を示し、縦軸はＸＲＣ半値幅（ａｒｃｓｅｃ）を示す。本実施例において、サンプルＳ１のＸＲＣ半値幅は、５０ａｒｃｓｅｃであった。また、サンプルＲ１のＸＲＣ半値幅は、６６ａｒｃｓｅｃであった。また、サンプルＲ２のＸＲＣ半値幅は、７４ａｒｃｓｅｃであった。

図３に示すように、工程Ｐ１１０におけるＩｎＧａＮ層の成長温度がより高いほど、ＸＲＣ半値幅が低減する傾向がある。すなわち、ＩｎＧａＮ層の成長温度がより高いほど、結晶性が向上する傾向がある。

また、本実施例では、製造された３つのサンプルＳ１，Ｒ１，Ｒ２の耐圧を評価した。なお、耐圧の測定方法は、周知の測定方法であるので、説明を省略する。

図４は、３つのサンプルＳ１，Ｒ１，Ｒ２についてのＸＲＣ半値幅と耐圧との関係を示す説明図である。図４において、横軸はＸＲＣ半値幅（ａｒｃｓｅｃ）を示し、縦軸は耐圧（Ｖ）を示す。なお、図４における太い破線は、３つのサンプルＳ１，Ｒ１，Ｒ２についての理論上限値である。この理論上限値は、ｎ型ＧａＮ層１０２におけるドナー濃度と、ｎ型ＧａＮ層１０２の厚さと、ＩｎＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層との間のポテンシャルバリアの高さとに基づき算出することができ、各サンプルＳ１，Ｒ１，Ｒ２では、いずれも６７０Ｖであった。

本実施例において、サンプルＳ１の耐圧は、６５０Ｖであった。また、サンプルＲ１の耐圧は、５２０Ｖであった。また、サンプルＲ２の耐圧は、５１０Ｖであった。

図４に示すように、ＸＲＣ半値幅がより小さいほど、耐圧がより高くなる傾向がある。これは、ＸＲＣ半値幅がより小さいほど、ＩｎＧａＮ層の結晶性が向上して逆方向リーク電流が減ることに起因するものと推測される。ここで、図４に示すように、ＸＲＣ半値幅が５０ａｒｃｓｅｃであるサンプルＳ１の耐圧は、理論上限値（６７０Ｖ）に近い値になっている。また、ＸＲＣ半値幅がより小さいほど耐圧がより高くなる傾向にあるので、ＸＲＣ半値幅を５０ａｒｃｓｅｃ以下とすることにより、ショットキーバリアダイオード１０の耐圧を、理論上限値に近い値に制御することができる。なお、ＸＲＣ半値幅の下限として、最も品質の高いＩｎＧａＮ結晶のＸＲＣ半値幅である１ａｒｃｓｅｃとすることが好ましい。このように、ＩｎＧａＮ層１０３のＸＲＣ半値幅を１ｒａｃｓｅｃ以上かつ５０ａｒｃｓｅｃ以下とすることにより、ショットキーバリアダイオード１０の耐圧を理論上限値に近い値とすることができる。

また、図３を用いて上述したとおり、工程Ｐ１１０におけるＩｎＧａＮ層の成長温度がより高いほどＸＲＣ半値幅が低減する傾向があり、ＸＲＣ半値幅の上限値である５０ａｒｃｓｅｃは、ＩｎＧａＮ層の成長温度が８２５℃である場合に得られている。したがって、工程Ｐ１１０における成長温度を８２５℃以上とすることにより、ＸＲＣ半値幅を５０ａｒｃｓｅｃ以下にでき、また、ショットキーバリアダイオード１０の耐圧を、理論上限値に近い値に制御することができる。なお、工程Ｐ１１０における成長温度が１０００℃以上である場合には、ＩｎＧａＮを形成することができないことが知られている。したがって、工程Ｐ１１０における成長温度の上限として、１０００℃とすることが好ましい。このように、工程Ｐ１１０における成長温度を、８２５℃以上かつ１０００℃以下とすることにより、ＩｎＧａＮ層１０３を正常に成長させることができると共に、ショットキーバリアダイオード１０の耐圧を理論上限値に近い値とすることができる。また、上述した３つのサンプルＳ１，Ｒ１，Ｒ２についての、工程Ｐ１１０における成長温度と、モル比（ＴＭＩｎ／ＴＭＧａ）との関係から理解できるように、製造時の工程Ｐ１１０における成長温度がより高いほど、モル比（ＴＭＩｎ／ＴＭＧａ）をより高くすることにより、インジウム（Ｉｎ）の含有率を一定に維持できる。したがって、上述のように工程Ｐ１１０における成長温度を８２５℃以上かつ１０００℃以下すると共に、モル比（ＴＭＩｎ／ＴＭＧａ）を、１．０×１０^-5以上かつ１．０×１０^-4以下とすることが好ましい。このようにすることで、前述の成長温度範囲においてインジウム（Ｉｎ）の含有率を２％とすることができ、ショットキーバリアダイオード１０の耐圧と順方向の立ち上がり電圧とのバランスを向上できる。

以上説明したように、本実施例（サンプルＳ１）では、ＩｎＧａＮ層１０３をエピタキシャル成長により形成する際に、成長温度を８２５℃としたので、ＩｎＧａＮ層１０３におけるＸＲＣ半値幅を１ａｒｃｓｅｃ以上かつ５０ａｒｃｓｅｃ以下という比較的低い値に抑えることができた。すなわち、ＩｎＧａＮ層１０３の結晶性の低下を抑制できた。このため、ショットキーバリアダイオード１０（サンプルＳ１）における逆方向リーク電流の発生を抑制して、ショットキーバリアダイオード１０（サンプルＳ１）の耐圧を理論上限値に近い値にでき、耐圧の低下を抑制できた。加えて、本実施例では、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）に対するトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）のモル比（ＴＭＩｎ／ＴＭＧａ）を１．０×１０^-5することにより、ＩｎＧａＮ層１０３におけるインジウム（Ｉｎ）の含有率をおよそ２％としたので、ショットキーバリアダイオード１０（サンプルＳ１）の耐圧と順方向の立ち上がり電圧とのバランスを向上できた。

Ｃ．変形例：
Ｃ１．変形例１：
上記実施形態において、工程Ｐ１０５におけるｎ型ＧａＮ層１０２のエピタキシャル成長の条件は、上述した条件に限定されるものではない。例えば、工程Ｐ１０５におけるｎ型ＧａＮ層１０２の成長圧力を、２００Ｔｏｒｒ以上かつ７６０Ｔｏｒｒ以下の範囲から外れた圧力としてもよい。また、工程Ｐ１０５におけるトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）に対するアンモニア（ＮＨ₃）のモル比（ＮＨ₃／ＴＭＧａ）を、２５００以上かつ１００００以下の範囲から外れた値としてもよい。

Ｃ２．変形例２：
上記実施形態において、工程Ｐ１１０における＜条件３＞を省略してもよい。すなわち、工程Ｐ１１０におけるＩｎＧａＮ層１０３の成長圧力を、２００Ｔｏｒｒ以上かつ７６０Ｔｏｒｒ以下の範囲から外れた値としてもよい。

本発明は、上述の実施形態や実施例、変形例に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した各形態中の技術的特徴に対応する実施形態、変形例中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。

１０…ショットキーバリアダイオード
１００…オーミック電極
１０１…基板
１０２…ｎ型ＧａＮ層
１０３…ＩｎＧａＮ層
１０４…絶縁層
１０５…ショットキー電極
１１４…開口部

Claims

主として窒化ガリウム（ＧａＮ）により構成されている基板と、主としてｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）により構成され、前記基板上に形成されているｎ型ＧａＮ層と、主としてインジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）により構成され、前記ｎ型ＧａＮ層において前記基板と接する面とは反対側の面上に形成されているＩｎＧａＮ層と、を有するショットキーバリアダイオードの製造方法であって、
トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）とトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）とを用いて、前記ｎ型ＧａＮ層上にインジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）をエピタキシャル成長させることにより、前記ＩｎＧａＮ層を形成する工程を備え、
前記工程において、
エピタキシャル成長における成長温度を、８２５℃以上かつ１０００℃以下とし、
前記トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）に対する前記トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）のモル比を、１．０×１０^-5以上かつ１．０×１０^-4以下とする、ショットキーバリアダイオードの製造方法。
ショットキーバリアダイオードであって、
主として窒化ガリウム（ＧａＮ）により構成されている基板と、
主としてｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）により構成され、前記基板上に形成されているｎ型ＧａＮ層と、
主としてインジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）により構成され、前記ｎ型ＧａＮ層において前記基板と接する面とは反対側の面上に形成されているＩｎＧａＮ層であって、（０００２）面のＸ線ロッキングカーブ（ＸＲＣ）の半値幅が、１ａｒｃｓｅｃ以上かつ５０ａｒｃｓｅｃ以下であるＩｎＧａＮ層と、
を備える、ショットキーバリアダイオード。