JP2015198199A

JP2015198199A - Schottky barrier diode using nitride semiconductor and manufacturing method of the same

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Publication number: JP2015198199A
Application number: JP2014076305A
Authority: JP
Inventors: 大石　敏之; Toshiyuki Oishi; 敏之大石; 裕太郎山口; Yutaro Yamaguchi; 大塚　浩志; Hiroshi Otsuka; 浩志大塚; 山中　宏治; Koji Yamanaka; 宏治山中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2014-04-02
Publication date: 2015-11-09

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Schottky barrier diode using a nitride semiconductor and a manufacturing method of the same, which can relax field concentration at an end of an anode electrode to improve withstand voltage.SOLUTION: A Schottky barrier diode comprises a polarization reduction layer 5 formed around an anode electrode 4 or in an inner partial region of the anode electrode 4, for reducing an intensity of polarization at an end of the anode electrode 4 further than in another region.

Description

この発明は、ＧａＮに代表される窒化物半導体を用いたショットキーバリアダイオード（以下、ＳＢＤと記載する）およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a Schottky barrier diode (hereinafter referred to as SBD) using a nitride semiconductor typified by GaN and a method for manufacturing the same.

化合物半導体の中でも、いわゆるＩＩＩ−Ｖ族半導体、特に窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表される窒化物半導体は、従来のシリコン（Ｓｉ）半導体や砒化ガリウム（ＧａＡｓ）に比べてバンドギャップが広いという特性を有する。このため、窒化物半導体は、従来のＳｉ半導体やＧａＡｓ半導体に比べて絶縁破壊電界が大きいという優れた特長があることから、高出力電子デバイスあるいは高周波用電子デバイスに用いるための研究開発が活発に進められている。例えば、非特許文献１には、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体としてＧａＮを用いたＳＢＤの典型的な構造が掲載されている。このＳＢＤは、ＲＦ信号を直流に変換するレクテナやスイッチング動作するインバータなどに用いられるパワーデバイスとして利用されている。 Among compound semiconductors, so-called III-V semiconductors, particularly nitride semiconductors represented by gallium nitride (GaN), have a characteristic that the band gap is wider than conventional silicon (Si) semiconductors and gallium arsenide (GaAs). Have. For this reason, nitride semiconductors have the superior feature of having a higher dielectric breakdown field than conventional Si semiconductors and GaAs semiconductors, so research and development for use in high-power electronic devices or high-frequency electronic devices is active. It is being advanced. For example, Non-Patent Document 1 describes a typical structure of SBD using GaN as a group III-V nitride semiconductor. This SBD is used as a power device used for a rectenna that converts an RF signal into a direct current, an inverter that performs a switching operation, and the like.

非特許文献１の図３にはＧａＮＳＢＤの断面模式図が示されている。この図において、炭化シリコン（ＳｉＣ）基板上に、ＧａＮコンタクト層（ｎ＋−ＧａＮ）、ＧａＮショットキー層（ｎ−−ＧａＮ）が形成され、ＧａＮショットキー層上にアノード電極としてＮｉ／Ａｕのショットキー電極が形成されている。カソード電極は、ＧａＮコンタクト層にＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕでオーミック電極が形成されている。アノード電極の横には、保護膜として酸化シリコン（ＳｉＯ_２）が形成されている。 FIG. 3 of Non-Patent Document 1 shows a schematic cross-sectional view of GaN SBD. In this figure, a GaN contact layer (n + -GaN) and a GaN Schottky layer (n--GaN) are formed on a silicon carbide (SiC) substrate, and a Ni / Au shot is used as an anode electrode on the GaN Schottky layer. A key electrode is formed. The cathode electrode has an ohmic electrode formed of Ti / Al / Ti / Au on the GaN contact layer. Next to the anode electrode, silicon oxide (SiO ₂ ) is formed as a protective film.

原内健次、岩崎裕一、林野耕平、敖金平、篠原真毅、外村博史、大野泰夫、“オープンリング共振器とＧａＮＳＢＤを用いたマイクロ波電力伝送”、電子情報通信学会第８回無線電力伝送研究会、２０１１．１０．１２−１４，信学技報ＷＰＴ２０１１−０９（２０１１−１０）Kenji Harauchi, Yuichi Iwasaki, Kohei Hayashino, Kohei Tsuji, Shingo Shinohara, Hiroshi Tonomura, Yasuo Ohno, “Microwave Power Transmission Using Open Ring Resonator and GaN SBD”, IEICE 8th Wireless Power Transmission Study Group, 2011.10.10-14, IEICE Technical Report WPT2011-09 (2011-10)

非特許文献１に代表される従来の構造では、アノード電極の端部（アノード電極とＳｉＯ_２、ＧａＮショットキー層が接触している付近）に電界が集中する。
窒化物半導体は、従来の半導体（Ｓｉ、ＧａＡｓ）と比べて自発分極、ピエゾ分極から構成される分極が非常に大きい。この分極は、ＧａＮショットキー層の表面にも存在しており、アノード電極端の電界集中をさらに強めている。このため、材料本来の特性よりも低い耐圧しか実現することができない。 In the conventional structure represented by Non-Patent Document 1, the electric field is concentrated at the end of the anode electrode (near the area where the anode electrode is in contact with the SiO ₂ and GaN Schottky layers).
Nitride semiconductors have a very large polarization composed of spontaneous polarization and piezoelectric polarization compared to conventional semiconductors (Si, GaAs). This polarization is also present on the surface of the GaN Schottky layer, further strengthening the electric field concentration at the end of the anode electrode. For this reason, only a breakdown voltage lower than the original characteristics of the material can be realized.

なお、非特許文献１では、ショットキー層をＧａＮで構成しているが、ＧａＮ上にＡｌＧａＮを積層したＧａＮ／ＡｌＧａＮヘテロ構造でショットキー層を構成することも多い。以下、このショットキー層をＧａＮ／ＡｌＧａＮショットキー層と記載する。 In Non-Patent Document 1, the Schottky layer is composed of GaN, but the Schottky layer is often composed of a GaN / AlGaN heterostructure in which AlGaN is stacked on GaN. Hereinafter, this Schottky layer is referred to as a GaN / AlGaN Schottky layer.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、アノード電極端部における電界の集中を緩和して耐圧を向上させることができる窒化物半導体を用いたＳＢＤおよびその製造方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. An SBD using a nitride semiconductor capable of improving the breakdown voltage by reducing the concentration of an electric field at the end of an anode electrode, and a method for manufacturing the same. The purpose is to obtain.

この発明に係る窒化物半導体を用いたＳＢＤは、アノード電極の周囲または内部の部分的な領域に形成されて、アノード電極の端部における分極強さを他の領域よりも低減させる分極低減層を備える。 The SBD using the nitride semiconductor according to the present invention is formed in a partial region around or inside the anode electrode, and reduces the polarization intensity at the end of the anode electrode as compared with other regions. Is provided.

この発明によれば、アノード電極端部における電界の集中を緩和して耐圧を向上させることができるという効果がある。 According to the present invention, there is an effect that the breakdown voltage can be improved by relaxing the concentration of the electric field at the end of the anode electrode.

この発明の実施の形態１に係るＧａＮＳＢＤの断面構造例（構造１）を示す図である。It is a figure which shows the cross-sectional structure example (structure 1) of GaN SBD which concerns on Embodiment 1 of this invention. 実施の形態１に係るＧａＮＳＢＤの断面構造例（構造２）を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure example (structure 2) of the GaN SBD according to the first embodiment. 実施の形態１に係るＧａＮＳＢＤの断面構造例（構造３）を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure example (structure 3) of the GaN SBD according to the first embodiment. 実施の形態１に係るＧａＮＳＢＤと従来のＧａＮＳＢＤにおけるアノード電極付近の電界分布を示す図である。It is a figure which shows the electric field distribution of the anode electrode vicinity in GaN SBD which concerns on Embodiment 1, and the conventional GaN SBD. この発明の実施の形態２に係るＧａＮＳＢＤの断面構造例（構造１ａ）を示す図である。It is a figure which shows the cross-section structural example (structure 1a) of GaN SBD which concerns on Embodiment 2 of this invention. 実施の形態２に係るＧａＮＳＢＤの断面構造例（構造２ａ）を示す図である。It is a figure which shows the cross-section structural example (structure 2a) of GaN SBD which concerns on Embodiment 2. FIG. この発明の実施の形態３に係るＧａＮＳＢＤの断面構造例（構造１ｂ）を示す図である。It is a figure which shows the cross-section structural example (structure 1b) of GaN SBD which concerns on Embodiment 3 of this invention. 実施の形態３に係るＧａＮＳＢＤの断面構造例（構造２ｂ）を示す図である。It is a figure which shows the cross-section structural example (structure 2b) of GaN SBD which concerns on Embodiment 3. FIG. 実施の形態３に係るＧａＮＳＢＤの断面構造例（構造３ｂ）を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional structure example (structure 3b) of a GaN SBD according to a third embodiment. 実施の形態３に係るＧａＮＳＢＤの断面構造例（構造４ｂ）を示す図である。It is a figure which shows the cross-section structural example (structure 4b) of GaN SBD which concerns on Embodiment 3. FIG.

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るＧａＮＳＢＤの断面構造例を示す図である。図１（ａ）は実施の形態１に係るＧａＮＳＢＤの断面構造（構造例１）を簡略して示しており、図１（ｂ）は、図１（ａ）にて符号Ａを付した破線で囲む領域の拡大図である。
実際のＳＢＤには、例えば、非特許文献１に示すような各部位の断面の凹凸や電極の高低差などがある。すなわち、本発明に係るＧａＮＳＢＤは、図１の形状に限定されるものではない。また実際のＳＢＤには、図１（ａ）に示したＧａＮＳＢＤ構造自体の他に素子分離領域および各種の配線が形成されるが、本発明の特徴には直接関連しないため、図示を省略している。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram showing a cross-sectional structure example of a GaN SBD according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1A shows a simplified cross-sectional structure (Structure Example 1) of the GaN SBD according to the first embodiment, and FIG. 1B shows a broken line denoted by reference numeral A in FIG. It is an enlarged view of the area | region enclosed by.
The actual SBD includes, for example, unevenness of the cross section of each part as shown in Non-Patent Document 1, height difference of electrodes, and the like. That is, the GaN SBD according to the present invention is not limited to the shape of FIG. In addition to the GaN SBD structure itself shown in FIG. 1A, an element isolation region and various wirings are formed in an actual SBD. However, the illustration is omitted because it is not directly related to the features of the present invention. ing.

図１（ａ）に示すように、実施の形態１に係るＧａＮＳＢＤは基板１上にＧａＮ層２とＡｌＧａＮ層３が結晶として順に積層されており、ＡｌＧａＮ層３上の一部分にアノード電極４が形成されている。またＡｌＧａＮ層３上のアノード電極４の両側方にはＧａＮ層からなる分極低減層５が形成されている。さらに、分極低減層５の外側には保護膜６が形成されており、保護膜６の外側にカソード電極７が形成されている。 As shown in FIG. 1A, in the GaN SBD according to the first embodiment, a GaN layer 2 and an AlGaN layer 3 are sequentially stacked as a crystal on a substrate 1, and an anode electrode 4 is formed on a part of the AlGaN layer 3. Is formed. A polarization reducing layer 5 made of a GaN layer is formed on both sides of the anode electrode 4 on the AlGaN layer 3. Further, a protective film 6 is formed outside the polarization reducing layer 5, and a cathode electrode 7 is formed outside the protective film 6.

基板１は、非特許文献１ではＳｉＣであるが、この他に、サファイア、Ｓｉ、ＧａＮを用いてもよい。特に、基板１は、ＧａＮ層２とＡｌＧａＮ層３を形成可能であればよく、本実施の形態の構成に限定されるものではない。なお、基板１の抵抗率は半絶縁性であってもよく、ｎ型、ｐ型のいずれでもかまわない。一般的には、安価なＳｉＣ基板を用いることが多い。 The substrate 1 is SiC in Non-Patent Document 1, but in addition to this, sapphire, Si, or GaN may be used. In particular, the substrate 1 is not limited to the configuration of the present embodiment as long as the GaN layer 2 and the AlGaN layer 3 can be formed. The resistivity of the substrate 1 may be semi-insulating and may be either n-type or p-type. In general, an inexpensive SiC substrate is often used.

カソード電極７は、ＧａＮ層２にオーミック性接触がなされていればよい。構造的にはＡｌＧａＮ層３の上部でも、基板１の下側であってもよい。ただし、カソード電極７を基板１の下側に形成する場合、基板１が導電性であることが必要である。
分極低減層５は、図１（ｂ）に示すようにアノード電極４に接していることが望ましいが、本発明の効果が得られる範囲内で離間していてもかまわない。
また、分極低減層５を追加することによりアノード電極４付近のＡｌ組成の平均が減少する。このため、アノード電極４付近の分極の影響が低減されて電界集中が緩和される。
このようにアノード電極４付近の電界が緩和されればよいため、分極低減層５は、ＡｌＧａＮ層３上の全領域にある必要はなく、アノード電極４の周囲の部分的な領域にあればよい。 The cathode electrode 7 only needs to be in ohmic contact with the GaN layer 2. Structurally, it may be above the AlGaN layer 3 or below the substrate 1. However, when the cathode electrode 7 is formed on the lower side of the substrate 1, the substrate 1 needs to be conductive.
The polarization reducing layer 5 is preferably in contact with the anode electrode 4 as shown in FIG. 1B, but may be separated within a range in which the effect of the present invention can be obtained.
Further, by adding the polarization reducing layer 5, the average Al composition in the vicinity of the anode electrode 4 is reduced. For this reason, the influence of the polarization in the vicinity of the anode electrode 4 is reduced, and the electric field concentration is relaxed.
Since the electric field in the vicinity of the anode electrode 4 only needs to be relaxed in this way, the polarization reducing layer 5 does not have to be in the entire region on the AlGaN layer 3 and may be in a partial region around the anode electrode 4. .

図２は、実施の形態１に係るＧａＮＳＢＤの断面構造例（構造例２）を示す図であり、図１（ｂ）と同様の部分を拡大して示している。図２に示す分極低減層８は、図１と同様にＧａＮから構成されている。また、分極低減層８は、アノード電極４付近の電界緩和を強く行うため、アノード電極４から遠ざかるにつれて厚さが薄くなっている。 FIG. 2 is a diagram showing a cross-sectional structure example (structure example 2) of the GaN SBD according to the first embodiment, and shows the same portion as FIG. 1B in an enlarged manner. The polarization reducing layer 8 shown in FIG. 2 is made of GaN as in FIG. In addition, the polarization reducing layer 8 strongly reduces the electric field in the vicinity of the anode electrode 4, so that the thickness decreases as the distance from the anode electrode 4 increases.

また、図３は、実施の形態１に係るＧａＮＳＢＤの断面構造例（構造３）を示す図であり、図１（ｂ）と同様の部分を拡大して示している。図３に示す分極低減層９は、図１と同様にＧａＮから構成されている。なお、分極低減層９は、ＡｌＧａＮ層３上に形成され、図３に示すように一部分がアノード電極４の内部に張り出している。このように構成することでも、アノード電極４付近の電界緩和を強く行うことができる。 FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional structure example (structure 3) of the GaN SBD according to the first embodiment, and shows the same part as FIG. 1B in an enlarged manner. The polarization reducing layer 9 shown in FIG. 3 is made of GaN as in FIG. Note that the polarization reducing layer 9 is formed on the AlGaN layer 3, and a part of the polarization reducing layer 9 protrudes into the anode electrode 4 as shown in FIG. 3. Even with this configuration, the electric field relaxation in the vicinity of the anode electrode 4 can be strongly performed.

図４は、実施の形態１に係るＧａＮＳＢＤと従来のＧａＮＳＢＤにおけるアノード電極付近の電界分布を示す図である。図４のＳＢＤは、ＳｉＣ基板上にＧａＮ層２としてＧａＮ（ドーピング濃度１Ｅ１７ｃｍ^−３）を厚さ０．４μｍで積層し、ＡｌＧａＮ層３としてＡｌＧａＮ（Ａｌ組成０．２６）を厚さ３０ｎｍで積層し、さらに、幅１０μｍのアノード電極４（仕事関数５．３ｅＶ）を形成した構造を基本構造としている。 FIG. 4 is a diagram showing an electric field distribution in the vicinity of the anode electrode in the GaN SBD according to the first embodiment and the conventional GaN SBD. In the SBD of FIG. 4, GaN (doping concentration 1E17 cm ⁻³ ) is stacked as a GaN layer 2 with a thickness of 0.4 μm on the SiC substrate, and AlGaN (Al composition 0.26) is stacked as a AlGaN layer 3 with a thickness of 30 nm. In addition, the basic structure is a structure in which the anode electrode 4 (work function 5.3 eV) having a width of 10 μm is formed.

図４（ａ）は従来のＳＢＤにおける電界分布であり、分極低減層を形成していない上述した基本構造についてシミュレーションした結果である。
また、図４（ｂ）は図１に示す本発明の構造例１における電界分布であり、図４（ｃ）は、図３に示す本発明の構造例３における電界分布である。
図４（ａ）から図４（ｃ）において破線で囲んだ領域Ｂ１〜Ｂ３は、アノード電極４の端部を示しており、電界の強さを太い等電界線で表示している。 FIG. 4A shows the electric field distribution in the conventional SBD, which is a simulation result of the basic structure described above in which the polarization reduction layer is not formed.
4B shows the electric field distribution in the structural example 1 of the present invention shown in FIG. 1, and FIG. 4C shows the electric field distribution in the structural example 3 of the present invention shown in FIG.
Regions B1 to B3 surrounded by broken lines in FIG. 4A to FIG. 4C show the end portions of the anode electrode 4, and the electric field strength is indicated by thick isoelectric lines.

図４（ａ）に示す領域Ｂ１から明らかなように、従来構造において、電界の強い領域が最も大きい。また図４（ｂ）に示す領域Ｂ２から明らかなように、アノード電極４の側方に分極低減層５を形成した構造例１では、従来構造よりも電界の強い領域が小さくなっている。さらに、図４（ｃ）に示す領域Ｂ３から明らかなように、アノード電極４の内部に一部分が張り出した分極低減層９を形成した構造例３では、構造例１よりも電界の強い領域が小さくなり、電界が緩和されていることがわかる。 As is clear from the region B1 shown in FIG. 4A, the region having a strong electric field is the largest in the conventional structure. Further, as apparent from the region B2 shown in FIG. 4B, in the structure example 1 in which the polarization reducing layer 5 is formed on the side of the anode electrode 4, the region where the electric field is stronger than the conventional structure is smaller. Further, as apparent from the region B3 shown in FIG. 4C, in the structure example 3 in which the polarization reducing layer 9 partially protruding inside the anode electrode 4 is formed, the region having a stronger electric field is smaller than that in the structure example 1. It can be seen that the electric field is relaxed.

図４（ｄ）は、ＡｌＧａＮ層３の表面（最表面から０．５ｎｍ下の水平線）の電界分布を示している。図４（ｄ）において、符号ａは従来構造、符号ｂ１は本発明の構造例１、符号ｂ２は本発明の構造例３に対応する。図４（ｄ）から明らかなように、従来構造ではアノード電極４の端部で電界が集中している。これに対して、本発明の構造例１，３では電界集中が格段に緩和されている。 FIG. 4D shows the electric field distribution on the surface of the AlGaN layer 3 (horizontal line 0.5 nm below the outermost surface). In FIG. 4D, the symbol a corresponds to the conventional structure, the symbol b1 corresponds to Structural Example 1 of the present invention, and the symbol b2 corresponds to Structural Example 3 of the present invention. As apparent from FIG. 4D, the electric field is concentrated at the end of the anode electrode 4 in the conventional structure. On the other hand, in the structural examples 1 and 3 of the present invention, the electric field concentration is remarkably mitigated.

図１から図３までの構造のＳＢＤは下記のように製造する。
まず、基板１上にＧａＮ層２、ＡｌＧａＮ層３を順に結晶成長させ、ＡｌＧａＮ層３上に分極低減層となるＧａＮを結晶成長させる。この後、写真製版とエッチング工程によりアノード電極４を形成する部分を除去し、続いてアノード電極４や保護膜６を形成すればよい。また、アノード電極４を先に形成しておき、これに続いて分極低減層（ＧａＮ）を形成してもよい。この場合、分極低減層におけるＧａＮは単結晶でなくてもよく、多結晶やアモルファスであってもかまわない。このように実施の形態１に係るＳＢＤは、簡易な半導体製造技術を使って製造することが可能である。 The SBD having the structure shown in FIGS. 1 to 3 is manufactured as follows.
First, the GaN layer 2 and the AlGaN layer 3 are grown on the substrate 1 in this order, and GaN serving as a polarization reducing layer is grown on the AlGaN layer 3. Thereafter, the portion where the anode electrode 4 is to be formed is removed by photolithography and etching, and then the anode electrode 4 and the protective film 6 may be formed. Alternatively, the anode electrode 4 may be formed first, and subsequently, a polarization reducing layer (GaN) may be formed. In this case, GaN in the polarization reducing layer may not be a single crystal but may be polycrystalline or amorphous. As described above, the SBD according to the first embodiment can be manufactured by using a simple semiconductor manufacturing technique.

以上のように、この実施の形態１によれば、アノード電極４の周囲または内部の部分的な領域に形成されて、アノード電極４の端部における分極強さを他の領域よりも低減させる分極低減層５を備える。このように構成することで、アノード電極４付近の分極が低減され、アノード電極４の端部における電界集中が緩和されて耐圧が向上する。
特に、ＧａＮ／ＡｌＧａＮショットキー層上にアノード電極４と接するように分極低減層（ＧａＮ層）５を形成することで、アノード電極４付近の平均的なＡｌ組成を低減することができ、分極効果が低減してアノード電極４の端部における電界集中が緩和される。 As described above, according to the first embodiment, it is formed in a partial region around or inside the anode electrode 4 to reduce the polarization intensity at the end of the anode electrode 4 as compared with other regions. A polarization reducing layer 5 is provided. With this configuration, the polarization near the anode electrode 4 is reduced, the electric field concentration at the end of the anode electrode 4 is relaxed, and the breakdown voltage is improved.
In particular, by forming the polarization reducing layer (GaN layer) 5 on the GaN / AlGaN Schottky layer so as to be in contact with the anode electrode 4, the average Al composition in the vicinity of the anode electrode 4 can be reduced, and the polarization effect can be reduced. This reduces the concentration of the electric field at the end of the anode electrode 4.

なお、この実施の形態１は、基板１上にＧａＮ層２とＡｌＧａＮ層３が順に積層され、アノード電極４がＡｌＧａＮ層３の上部に形成され、分極低減層５，８，９がＡｌＧａＮ層３の上部に形成されたＧａＮ層である。これを基本として、構造例２の分極低減層８では、アノード電極４に接する部分が厚くアノード電極４から遠ざかるにつれて薄くなっている。また構造例３の分極低減層９は一部分がアノード電極４の内部に張り出している。
このように構成することでも上記と同様の効果を得ることができる。 In the first embodiment, a GaN layer 2 and an AlGaN layer 3 are sequentially stacked on a substrate 1, an anode electrode 4 is formed on the AlGaN layer 3, and polarization reducing layers 5, 8, 9 are formed on the AlGaN layer 3. It is a GaN layer formed on the upper part. Based on this, in the polarization reducing layer 8 of Structural Example 2, the portion in contact with the anode electrode 4 is thicker and becomes thinner as the distance from the anode electrode 4 increases. A part of the polarization reducing layer 9 of Structural Example 3 protrudes inside the anode electrode 4.
By configuring in this way, the same effect as described above can be obtained.

実施の形態２．
実施の形態２は、アノード電極４付近のＡｌＧａＮ層３の厚さを薄くする構造を示している。図５は、この発明の実施の形態２に係るＧａＮＳＢＤの断面構造例（構造１ａ）を示す図であり、図１（ｂ）と同様の部分を拡大して示している。図５の構造１ａでは、まず、アノード電極４および保護膜６を形成する前に、ＡｌＧａＮ層３をエッチングし、保護膜６と同じ材料（絶縁膜）で分極低減層１０を形成してから、アノード電極４および保護膜６を積層している。このように構成することで、アノード電極４付近のＡｌＧａＮ層３が薄膜化されてＡｌ組成の平均値が低減する。 Embodiment 2. FIG.
The second embodiment shows a structure in which the thickness of the AlGaN layer 3 near the anode electrode 4 is reduced. FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional structure example (structure 1a) of the GaN SBD according to the second embodiment of the present invention, and shows the same portion as FIG. 1 (b) in an enlarged manner. In the structure 1a of FIG. 5, first, before forming the anode electrode 4 and the protective film 6, the AlGaN layer 3 is etched, and after forming the polarization reducing layer 10 with the same material (insulating film) as the protective film 6, The anode electrode 4 and the protective film 6 are laminated. With this configuration, the AlGaN layer 3 in the vicinity of the anode electrode 4 is thinned, and the average value of the Al composition is reduced.

また、図６は、実施の形態２に係るＧａＮＳＢＤの断面構造例（構造２ａ）を示す図であり、図１（ｂ）と同様の部分を拡大して示している。図６の構造２ａにおいて、分極低減層１１は保護膜６と同じ材料（絶縁膜）で形成されており、ＡｌＧａＮ層３の内部でアノード電極４に接する部分が薄く、アノード電極４から遠ざかるにつれて厚くなるように構成されている。すなわち、アノード電極４から遠ざかるにつれて、ＡｌＧａＮ層３が薄くなっている。 FIG. 6 is a diagram showing a cross-sectional structure example (structure 2a) of the GaN SBD according to the second embodiment, and shows the same portion as FIG. 1 (b) in an enlarged manner. In the structure 2 a of FIG. 6, the polarization reducing layer 11 is formed of the same material (insulating film) as the protective film 6, and the portion in contact with the anode electrode 4 inside the AlGaN layer 3 is thin and becomes thicker as the distance from the anode electrode 4 increases. It is comprised so that it may become. That is, the AlGaN layer 3 becomes thinner as the distance from the anode electrode 4 increases.

図５および図６の構造のＳＢＤは下記のように製造する。
まず、基板１上にＧａＮ層２、ＡｌＧａＮ層３を順に結晶成長させた後に、写真製版とエッチング工程によってアノード電極４の端部におけるＡｌＧａＮ層３を除去する。この後、実施の形態１と同様にしてアノード電極４および保護膜６を形成する。
このように実施の形態２に係るＳＢＤは、簡易な半導体製造技術を使って製造することが可能である。 The SBD having the structure shown in FIGS. 5 and 6 is manufactured as follows.
First, after the GaN layer 2 and the AlGaN layer 3 are grown in order on the substrate 1, the AlGaN layer 3 at the end of the anode electrode 4 is removed by photolithography and etching processes. Thereafter, the anode electrode 4 and the protective film 6 are formed in the same manner as in the first embodiment.
In this way, the SBD according to the second embodiment can be manufactured using a simple semiconductor manufacturing technique.

以上のように、この実施の形態２によれば、基板１上にＧａＮ層２とＡｌＧａＮ層３が順に積層され、アノード電極４は、ＡｌＧａＮ層３の上部に形成され、分極低減層１０は、アノード電極４の周囲または内部の部分的な領域でかつＡｌＧａＮ層３の内部へ張り出している。このように構成することで、アノード電極４付近の分極が低減され、アノード電極４の端部における電界集中が緩和されて耐圧が向上する。 As described above, according to the second embodiment, the GaN layer 2 and the AlGaN layer 3 are sequentially stacked on the substrate 1, the anode electrode 4 is formed on the AlGaN layer 3, and the polarization reducing layer 10 is It protrudes into a partial region around or inside the anode electrode 4 and into the AlGaN layer 3. With this configuration, the polarization near the anode electrode 4 is reduced, the electric field concentration at the end of the anode electrode 4 is relaxed, and the breakdown voltage is improved.

また、この実施の形態２によれば、分極低減層１１はアノード電極４に接してＡｌＧａＮ層３の内部に迫り出す部分が薄く、アノード電極４から遠ざかるにつれて迫り出す部分が厚くなる。このように構成することでも、上記と同様の効果を得ることができる。 Further, according to the second embodiment, the portion of the polarization reducing layer 11 that contacts the anode electrode 4 and protrudes into the AlGaN layer 3 is thin, and the portion that protrudes away from the anode electrode 4 becomes thicker. Even with this configuration, the same effect as described above can be obtained.

実施の形態３．
実施の形態３は、Ｉｎを含む分極低減層を形成する場合について示す。
図７は、この発明の実施の形態３に係るＧａＮＳＢＤの断面構造例（構造１ｂ）を示す図であり、図１（ｂ）と同様の部分を拡大して示している。図７の分極低減層１２は、ＩｎＧａＮから形成されており、Ｉｎによってアノード電極４付近のＡｌ組成が減少し、分極の影響が低減される。なお、分極低減層１２はＧａＮ層２上でアノード電極４に接している。 Embodiment 3 FIG.
Embodiment 3 shows a case where a polarization reduction layer containing In is formed.
FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional structure example (structure 1b) of the GaN SBD according to the third embodiment of the present invention, and shows the same portion as FIG. 1 (b) in an enlarged manner. The polarization reducing layer 12 of FIG. 7 is made of InGaN, and the In composition reduces the Al composition near the anode electrode 4 to reduce the influence of polarization. The polarization reducing layer 12 is in contact with the anode electrode 4 on the GaN layer 2.

図８は、実施の形態３に係るＧａＮＳＢＤの断面構造例（構造２ｂ）を示す図であり、図１（ｂ）と同様の部分を拡大して示している。分極低減層１３はＩｎＧａＮから形成されており、図８に示すようにＧａＮ層２上に複数並んで形成され、アノード電極４に接するものの層幅が広くアノード電極４から遠ざかるにつれて層幅が狭くなっている。
アノード電極４から遠ざかるにつれて分極低減層１３の層幅を徐々に狭くすることで、アノード電極４から電界が徐々に緩和されるようになる。 FIG. 8 is a diagram showing a cross-sectional structure example (structure 2b) of the GaN SBD according to the third embodiment, and shows the same portion as FIG. 1 (b) in an enlarged manner. The polarization reducing layer 13 is made of InGaN, and is formed side by side on the GaN layer 2 as shown in FIG. 8. The layer width of the layer in contact with the anode electrode 4 is wide and the layer width becomes narrower as the distance from the anode electrode 4 increases. ing.
By gradually reducing the width of the polarization reducing layer 13 as the distance from the anode electrode 4 increases, the electric field from the anode electrode 4 is gradually relaxed.

図９は、実施の形態３に係るＧａＮＳＢＤの断面構造例（構造３ｂ）を示す図であり、図１（ｂ）と同様の部分を拡大して示している。図９の分極低減層１４は、ＩｎＧａＮから形成されており、一部分がアノード電極４の内部に張り出している。このように構成であっても、Ｉｎによってアノード電極４付近のＡｌ組成が減少し、分極の影響が低減される。 FIG. 9 is a diagram showing a cross-sectional structure example (structure 3b) of the GaN SBD according to the third embodiment, and shows an enlarged portion similar to FIG. 1 (b). The polarization reducing layer 14 in FIG. 9 is made of InGaN, and a part of the polarization reducing layer 14 protrudes into the anode electrode 4. Even in this configuration, the Al composition in the vicinity of the anode electrode 4 is reduced by In, and the influence of polarization is reduced.

図１０は、実施の形態３に係るＧａＮＳＢＤの断面構造例（構造４ｂ）を示す図であり、図１（ｂ）と同様の部分を拡大して示している。図１０の分極低減層１５は、アノード電極４の内部に複数並んで形成され、アノード電極４の端部に近いものの層幅が広く、アノード電極４の端部から遠ざかるにつれて層幅が狭くなっている。
アノード電極４の端部から遠ざかるにつれて分極低減層１５の層幅を徐々に狭くすることで、アノード電極４から電界が徐々に緩和されるようになる。 FIG. 10 is a diagram showing a cross-sectional structure example (structure 4b) of the GaN SBD according to the third embodiment, and shows the same portion as FIG. 1 (b) in an enlarged manner. A plurality of polarization reducing layers 15 in FIG. 10 are formed side by side inside the anode electrode 4, and have a wide layer width near the end of the anode electrode 4, and the layer width becomes narrower as the distance from the end of the anode electrode 4 increases. Yes.
By gradually narrowing the layer width of the polarization reducing layer 15 as the distance from the end of the anode electrode 4 is increased, the electric field is gradually relaxed from the anode electrode 4.

また、図７から図１０までの構造のＳＢＤは下記のように製造する。
まず、基板１上にＧａＮ層２とＩｎＧａＮ層の順で結晶成長した後、写真製版とエッチング工程により、分極低減層１２〜１５となるＩｎＧａＮ層を形成する。この後、実施の形態１と同様にしてアノード電極４および保護膜６を形成する。このように実施の形態３に係るＳＢＤは、簡易な半導体製造技術を使って製造することが可能である。 The SBD having the structure shown in FIGS. 7 to 10 is manufactured as follows.
First, after the crystal growth of the GaN layer 2 and the InGaN layer on the substrate 1 in this order, InGaN layers to be the polarization reducing layers 12 to 15 are formed by photolithography and etching processes. Thereafter, the anode electrode 4 and the protective film 6 are formed in the same manner as in the first embodiment. As described above, the SBD according to the third embodiment can be manufactured using a simple semiconductor manufacturing technique.

以上のように、この実施の形態３によれば、基板１上にＧａＮ層２を積層し、アノード電極４は、ＧａＮ層２の上部に形成され、分極低減層１２はＧａＮ層２の上部に形成されたＩｎＧａＮ層である。このように構成することで、Ｉｎによってアノード電極４付近のＡｌ組成が減少し、分極の影響が低減される。これによりアノード電極４の端部における電界集中が緩和されて耐圧が向上する。 As described above, according to the third embodiment, the GaN layer 2 is laminated on the substrate 1, the anode electrode 4 is formed on the GaN layer 2, and the polarization reducing layer 12 is formed on the GaN layer 2. It is the formed InGaN layer. With this configuration, the Al composition in the vicinity of the anode electrode 4 is reduced by In, and the influence of polarization is reduced. As a result, the electric field concentration at the end of the anode electrode 4 is relaxed and the breakdown voltage is improved.

また、この実施の形態３によれば、分極低減層１３は、ＧａＮ層２の上部に複数並んで形成され、アノード電極４に接するものの層幅が広く、アノード電極４から遠ざかるにつれて層幅が狭くなる。このように構成することで、アノード電極４から電界が徐々に緩和されるようになる。これによりアノード電極４の端部における電界集中が緩和されて耐圧が向上する。 Further, according to the third embodiment, a plurality of polarization reducing layers 13 are formed side by side above the GaN layer 2, and the layer width of the layer that contacts the anode electrode 4 is wide, and the layer width decreases as the distance from the anode electrode 4 increases. Become. With this configuration, the electric field from the anode electrode 4 is gradually relaxed. As a result, the electric field concentration at the end of the anode electrode 4 is relaxed and the breakdown voltage is improved.

さらに、この実施の形態３によれば、分極低減層１４は一部分がアノード電極４の内部に張り出している。このように構成することで、Ｉｎによってアノード電極４付近のＡｌ組成が減少し、分極の影響が低減される。これによりアノード電極４の端部における電界集中が緩和されて耐圧が向上する。 Further, according to the third embodiment, a part of the polarization reducing layer 14 protrudes into the anode electrode 4. With this configuration, the Al composition in the vicinity of the anode electrode 4 is reduced by In, and the influence of polarization is reduced. As a result, the electric field concentration at the end of the anode electrode 4 is relaxed and the breakdown voltage is improved.

さらに、この実施の形態３によれば、分極低減層１５は、アノード電極４の内部に複数並んで形成され、アノード電極４の端部に近いものの層幅が広く、アノード電極４の端部から遠ざかるにつれて層幅が狭くなる。このように構成することで、アノード電極４から電界が徐々に緩和されるようになる。これによりアノード電極４の端部における電界集中が緩和されて耐圧が向上する。 Further, according to the third embodiment, a plurality of polarization reducing layers 15 are formed side by side inside the anode electrode 4 and have a wide layer width close to the end portion of the anode electrode 4, and from the end portion of the anode electrode 4. The layer width decreases as the distance increases. With this configuration, the electric field from the anode electrode 4 is gradually relaxed. As a result, the electric field concentration at the end of the anode electrode 4 is relaxed and the breakdown voltage is improved.

なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of each embodiment, any component of each embodiment can be modified, or any component can be omitted in each embodiment. .

１基板、２ＧａＮ層、３ＡｌＧａＮ層、４アノード電極、５，８〜１５分極低減層、６保護膜、７カソード電極。 1 substrate, 2 GaN layer, 3 AlGaN layer, 4 anode electrode, 5, 8 to 15 polarization reduction layer, 6 protective film, 7 cathode electrode.

Claims

A Schottky barrier diode composed of a semiconductor containing nitrogen atoms,
A Schottky barrier diode using a nitride semiconductor, which is formed in a partial region around or inside the anode electrode and includes a polarization reduction layer that reduces the polarization intensity at the end of the anode electrode as compared with other regions. .

Laminating a GaN layer and an AlGaN layer in order on the substrate,
The anode electrode is formed on the AlGaN layer,
2. The Schottky barrier diode using a nitride semiconductor according to claim 1, wherein the polarization reducing layer is a GaN layer formed on the AlGaN layer.

3. The Schottky barrier diode using a nitride semiconductor according to claim 2, wherein the polarization reducing layer is thick at a portion in contact with the anode electrode, and is thinned away from the anode electrode.

3. The Schottky barrier diode using a nitride semiconductor according to claim 2, wherein a part of the polarization reducing layer protrudes into the anode electrode.

A GaN layer and an AlGaN layer are sequentially stacked on the substrate,
The anode electrode is formed on the AlGaN layer,
2. The Schottky barrier diode using a nitride semiconductor according to claim 1, wherein the polarization reducing layer protrudes into a partial region around or inside the anode electrode and into the AlGaN layer.

3. The nitride semiconductor according to claim 2, wherein the polarization reducing layer has a thin portion that contacts the anode electrode and protrudes into the AlGaN layer, and the protruding portion becomes thicker as the distance from the anode electrode increases. Schottky barrier diode using

Laminating a GaN layer on the substrate,
The anode electrode is formed on the GaN layer,
2. The Schottky barrier diode using a nitride semiconductor according to claim 1, wherein the polarization reducing layer is an InGaN layer formed on the GaN layer.

8. The polarization reduction layer, wherein a plurality of the polarization reduction layers are formed side by side above the GaN layer, the layer width of the layer that contacts the anode electrode is wide, and the layer width becomes narrower as the distance from the anode electrode increases. Schottky barrier diode using nitride semiconductor.

The Schottky barrier diode using a nitride semiconductor according to claim 7, wherein a part of the polarization reducing layer protrudes into the anode electrode.

A plurality of the polarization reduction layers are formed side by side inside the anode electrode, and the layer width is wide near the end of the anode electrode, and the layer width becomes narrower as the distance from the end of the anode electrode increases. A Schottky barrier diode using the nitride semiconductor according to claim 7.

A method for manufacturing a Schottky barrier diode composed of a semiconductor containing nitrogen atoms,
Stacking a GaN layer and an AlGaN layer in order on the substrate by crystal growth;
Further laminating a GaN layer on top of the AlGaN layer;
A method of manufacturing a Schottky barrier diode using a nitride semiconductor, comprising: forming a polarization reducing layer in a partial region around or inside the anode electrode from a GaN layer stacked on the AlGaN layer.

A method for manufacturing a Schottky barrier diode composed of a semiconductor containing nitrogen atoms,
Stacking a GaN layer and an InGaN layer on the substrate in order by crystal growth;
A method of manufacturing a Schottky barrier diode using a nitride semiconductor, comprising: forming a polarization reducing layer in a partial region around or inside the anode electrode from an InGaN layer stacked on the GaN layer.