JP2018014471A - ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】電力損失をより低減可能とするダイオードを提供すること。
【解決手段】基板１０と、前記基板１０上の第１の領域Ｔ１に形成された第１の半導体層１１と、前記第１の半導体層上に形成され、それぞれ、アノード電極及びカソード電極のいずれかに対応する第１の電極１３及び第２の電極１２と、前記基板１０上の第２の領域Ｔ２に形成されたパッド電極２２と、前記第１の電極１３と前記パッド電極２２とを接続する引き出し配線３０と、を備えるダイオードであって、前記第１の領域Ｔ１と前記第２の領域Ｔ２とは、互いを絶縁分離する分離領域ＴＭを介して少なくとも一部が隣接し、前記第２の電極１２及び前記パッド電極２２は、少なくとも一部が前記分離領域ＴＭを介して対向するように配設され、前記第２の電極１２及び前記パッド電極２２それぞれの前記分離領域ＴＭを介して対向する領域の端部の下方は、絶縁された領域ＴＭ１、ＴＭ２である。
【選択図】図３

Description

本発明は、ダイオードに関する。

無線電力伝送においては、一般に、交流電力を直流電力に変換するために整流用ダイオードが用いられる。

電力伝送の変換効率を低下させる電力損失は諸々あるが、マイクロ波等の高周波を用いる無線電力伝送において特に問題となるのは、整流用ダイオードで整流する際に寄生容量へ通流する変位電流に起因した損失である。変位電流に起因した損失は、例えば、整流用ダイオードの逆方向オフ時に、変位電流が当該整流用ダイオードの空乏層容量に流通し、当該整流用ダイオードの半導体層における抵抗損失等として生ずる。

整流用ダイオードの寄生容量を低減するため、一般に、ｐｎダイオードに代えて、拡散容量が存在しないショットキーバリアダイオード（Schottky Barrier Diode：以下「ＳＢＤ」と略称する）が用いられている。特に、高絶縁破壊電界、高電子飽和速度という特性を有し、逆方向オフ時の寄生容量の低減とオン状態での低抵抗を両立することを可能とする、窒化ガリウム（以下、「ＧａＮ」と略称する）を用いたＳＢＤに大きな期待が寄せられている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１５−０４１７１４号公報

上記したように、無線電力伝送においては、マイクロ波等の高周波（例えば、１０ＧＨｚ）の交流電力が用いられることから、適用されるダイオードにも当該用途に好適な構成が求められる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電力損失をより低減可能とする、特に無線電力伝送の用途に好適なダイオードを提供することを目的とする。

前述した課題を解決する主たる本発明は、絶縁性または半絶縁性の基板と、前記基板上の第１の領域に形成された第１の半導体層と、前記第１の半導体層上に形成され、それぞれ、アノード電極及びカソード電極のいずれかに対応する第１の電極及び第２の電極と、前記基板上の第２の領域に形成されたパッド電極と、前記第１の電極と前記パッド電極とを接続する引き出し配線と、を備えるダイオードであって、前記第１の領域と前記第２の領域とは、互いを絶縁分離する分離領域を介して少なくとも一部が隣接し、前記第２の電極及び前記パッド電極は、少なくとも一部が前記分離領域を介して対向するように配設され、前記第２の電極及び前記パッド電極それぞれの前記分離領域を介して対向する領域の端部の下方は、絶縁された領域であるダイオードである。

本発明に係るダイオードによれば、電力損失をより低減することができる。

第１の実施形態に係るＳＢＤの構成の一例を示す平面図 第１の実施形態に係るＳＢＤの構成の一例を示す平面図 第１の実施形態に係るＳＢＤの構成の一例を示す断面図 ＳＢＤの変位電流の導通経路について説明する図 ＳＢＤの構造に応じた、変位電流の導通経路の抵抗成分及び容量成分の変化をシミュレーションするためのモデル図 図５の各モデルにおけるシミュレーション結果を示す図 第１の実施形態に係るＳＢＤの製造方法の一例に示す図 第２の実施形態に係るＳＢＤの構成の一例を示す断面図 第３の実施形態に係るＳＢＤの構成の一例を示す断面図 第４の実施形態に係るＳＢＤの構成の一例を示す断面図 第４の実施形態の変形例に係るＳＢＤの構成の一例を示す断面図 第５の実施形態に係るＳＢＤの構成の一例を示す断面図 第５の実施形態の変形例に係るＳＢＤの構成の一例を示す断面図

（第１の実施形態）
以下、図１〜図３を参照して、第１の実施形態に係るＳＢＤの構成の一例について説明する。

図１は、本実施形態に係るＳＢＤの構成の一例を示す平面図である。図２は、図１を拡大した平面図である。

本実施形態に係るＳＢＤは、例えば、無線電力伝送において、整流回路として用いられるレクテナ回路の整流素子に適用される。

本実施形態では、一例として、横型のＧａＮ系ＳＢＤについて説明する。尚、横型のＳＢＤとは、アノード電極とカソード電極が、同じ基板面側に形成されたＳＢＤを表す。

本実施形態に係るＳＢＤは、平面視で、基板１０上に、第１の領域Ｔ１と第２の領域Ｔ２とを有している（図１、図２を参照）。

第１の領域Ｔ１と第２の領域Ｔ２とは、互いを絶縁分離する分離領域ＴＭを介して隣接する。第１の領域Ｔ１は、ＳＢＤとして機能する領域であり、第２の領域Ｔ２は、ＳＢＤのアノード電極１３に電流を流通させるパッド電極２２が形成される領域である。

第１の領域Ｔ１には、複数のアノード電極１３（図１中の１３ａ〜１３ｃ等）が島状に形成され、当該複数のアノード電極１３それぞれの周囲を囲繞するようにカソード電極１２が形成されている。そして、複数のアノード電極１３それぞれには、引き出し配線３０が接続され、複数のアノード電極１３は、当該引き出し配線３０を介して第２の領域Ｔ２のパッド電極２２と接続されている。

尚、第１の領域Ｔ１は、第１の領域Ｔ１と第２の領域Ｔ２が隣接する分離領域ＴＭ付近からカソード電極１２用の外部端子接続領域（図１のＴ１の右端側領域）まで延在する。同様に、第２の領域Ｔ２は、第１の領域Ｔ１と第２の領域Ｔ２が隣接する分離領域ＴＭ付近から、アノード電極１３用の外部端子接続領域（図１のＴ２の左端側領域）まで延在する。

図３は、本実施形態に係るＳＢＤの構成の一例を示す断面図である。尚、図３は、図１のＬ−Ｌ線で切断した部分を示している。

本実施形態に係るＳＢＤは、第１の領域Ｔ１には、第１の半導体層１１（アクセス層１１ａ、活性層１１ｂ）、アノード電極１３、及びカソード電極１２が形成され、第２の領域Ｔ２には、第２の半導体層２１及びパッド電極２２が形成されている。

基板１０は、例えば、サファイア基板、半絶縁性ＳｉＣ基板、半絶縁性ＧａＡｓ基板、高抵抗シリコン基板などである。

第１の半導体層１１は、アクセス層１１ａと活性層１１ｂとが積層されて構成されている。

アクセス層１１ａは、カソード電極１２がオーミック接触する半導体材料であり、アノード電極１３から流通する電流をカソード電極１２に流通させる。アクセス層１１ａは、例えば、ｎ型ＧａＮ系半導体（ＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ等）が用いられる。アクセス層１１ａは、ＳＢＤのアクセス抵抗の低減を図るため、好適には、ドナー濃度が十分に高い低抵抗のｎ^＋型ＧａＮ系半導体からなる。

活性層１１ｂは、アノード電極１３がショットキー接触する半導体材料であり、例えば、アクセス層１１ａよりもドナー濃度が低いｎ⁻型ＧａＮ系半導体からなる。アクセス層１１ａの上部及び活性層１１ｂは、平面視で活性層１１ｂが島状になるようにメサ形状を有する。尚、基板１０上に、基板１０とアクセス層１１ａ及び活性層１１ｂとの間の格子定数の相違による歪みの影響を緩和するためのバッファ層が積層されてもよい。

アクセス層１１ａ及び活性層１１ｂの半導体材料は、ＧａＮ以外のものであってもよく、例えば、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、Ｓｉ等も用いることができる。但し、高周波の無線電力伝送に適用されるＳＢＤとしては、耐圧、オン抵抗、周波数特性等の観点から、ＧａＮが望ましい。

カソード電極１２は、アクセス層１１ａとオーミック接触可能な金属であり、例えば、Ｔｉ層とＡｌ層の積層体が用いられる。

アノード電極１３は、活性層１１ｂとショットキー接触可能な金属であり、例えば、活性層１１ｂと接触する下層側から、順に、ＴｉＮ層、密着層（例えば、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ）、抵抗低減用金属層（例えば、Ａｕ、Ａｌ）が積層された積層体が用いられる。

アノード電極１３は、活性層１１ｂとともに、平面視で、島状に形成され、カソード電極１２及びアクセス層１１ａに周囲を囲繞される（図２を参照）。活性層１１ｂ及びアノード電極１３は、例えば、平面視で、円形や多角形状に形成される。当該構成によって、ＳＢＤの逆方向電圧に対する耐圧を向上させることができる。

尚、カソード電極１２及びアノード電極１３の材料は、下地の半導体材料に応じて、従来公知のものの中から適宜選択したものであってよい。

第２の半導体層２１は、パッド電極２２が基板１０から剥離しないように、又、ワイヤボンディングでアノード電極１３と引き出し配線３０を接続する際の高さ調整のために形成される。第２の半導体層２１は、例えば、アクセス層１１ａと同時に形成されたドナー濃度が十分に高い低抵抗の半導体層である。尚、第２の半導体層２１は、分離領域ＴＭを介して第１の半導体層１１から離間して配設されている。

パッド電極２２は、引き出し配線３０を介してアノード電極１３と接続され、アノード電極１３に対して電流を流通するための電極である。パッド電極２２は、例えば、Ｔｉ層とＡｌ層の積層体である。パッド電極２２は、例えば、カソード電極１２を形成する際に同時に形成される。パッド電極２２は、引き出し配線３０と接続された領域から延在する外部接続領域において、ワイヤボンディングやフリップチップボンディングによって、外部端子に接続される。

引き出し配線３０は、アノード電極１３とパッド電極２２とを接続する配線であり、例えば、エアブリッジ配線が用いられる。引き出し配線３０は、アノード電極１３の周囲を囲繞するカソード電極１２を跨いで、アノード電極１３とパッド電極２２とを接続するために設けられている。

尚、引き出し配線３０は、エアブリッジ配線に代えて、エポキシ樹脂等の絶縁膜でカソード電極１２や分離領域ＴＭを覆い、当該絶縁膜上に配線を引き回す構成としてもよい。

本実施形態に係るＳＢＤにおいては、カソード電極１２及びパッド電極２２の少なくとも一部は、分離領域ＴＭにおいて、対向するように配設され、カソード電極１２及びパッド電極２２のそれぞれの分離領域ＴＭを介して対向する領域の端部は、第１及び第２の半導体層１１、２１の導電領域よりも分離領域ＴＭ側に突き出すように形成されている（以下、「突出部１２ａ、２２ａ」とも称する）。尚、「半導体層の導電領域」とは、ｐ型又はｎ型の導電性を有する半導体領域であり、真性半導体や絶縁化された半導体（第４の実施形態で後述）に対する語である。換言すると、カソード電極１２及びパッド電極２２それぞれの分離領域ＴＭを介して対向する領域の端部の下方は、絶縁領域ＴＭ１、ＴＭ２となる。

本実施形態では、当該突出部１２ａ、２２ａによって、変位電流が、第１の半導体層１１と第２の半導体層２１を介して流通することを抑制する（詳細は後述する）。ここでは、カソード電極１２及びパッド電極２２それぞれの突出部１２ａ、２２ａは、第１及び第２の半導体層１１、２１それぞれの分離領域ＴＭ側の側面１１ｃ、２１ｃを覆うように形成されている。

尚、突出部１２ａ、２２ａは、第１の半導体層１１と第２の半導体層２１が隣接することになる分離領域ＴＭの全領域に亘って形成されるのが望ましいが、分離領域ＴＭの少なくとも一部の領域であってもよい。

［ＳＢＤの動作］
次に、図４〜図６を参照して、本実施形態に係るＳＢＤの動作について説明する。

図４は、本実施形態に係るＳＢＤの変位電流の導通経路について説明する図である。

本実施形態に係るＳＢＤは、横型のＳＢＤにおいて、寄生容量を低く保ちながら、オン抵抗の低減及び高耐圧化を実現するため、上記のごとく、アノード電極１３を複数に分割し、引き出し配線３０を用いて、当該複数のアノード電極１３それぞれをパッド電極２２に接続する構成とする。

但し、このような構成とする場合、第１及び第２の半導体層１１、２１の間隔は、近接した状態となりやすく、その結果、第１及び第２の半導体層１１、２１の間で、変位電流の導通が生じやすい。

図４は、高周波帯域（例えば、１０ＧＨｚ）においては、隣接する半導体層１１、２１間、及び当該半導体層１１、２１上のパッド電極２２とカソード電極１２間、それぞれに、アノード電極１３からカソード電極１２に流通するＳＢＤの導通経路と並列接続するように、変位電流の導通経路が形成されることを示している。

当該変位電流の導通経路は、パッド電極２２とカソード電極１２間を導通する場合には、空気を誘電体とする容量成分Ｃｐａｄで表すことができる。又、当該変位電流の導通経路は、第１の半導体層１１と第２の半導体層２１間を導通する場合には、空気及び基板１０を誘電体とする容量成分Ｃｂａｓｅと、第１及び第２の半導体層１１、２１自身の抵抗成分Ｒｂａｓｅの直列接続と表すことができる。尚、第１及び第２の半導体層１１、２１間に流通した電流は、第２の半導体層２１を介してカソード電極１２側に流通する。

ここで、仮に、抵抗成分Ｒｂａｓｅの抵抗率が金属のように低い場合には、電流が流通しても当該抵抗成分Ｒｂａｓｅにおける電力損失は無視できる程度になる。又、抵抗成分Ｒｂａｓｅの抵抗率が高い場合には、電流は、容量成分Ｃｐａｄ側に流通するため、同様に、当該抵抗成分Ｒｂａｓｅにおける電力損失も無視できる程度になる。一般に、ｎ型又はｐ型の導電型にされた半導体層は、これらの中間的な抵抗値を有するため、変位電流は、第１の領域Ｔ１と第２の領域Ｔ２の間を流通する際に、第１及び第２の半導体層１１、２１間の導通経路にも流通し、電力損失を発生させることになる。

例えば、抵抗成分Ｒｂａｓｅと容量成分Ｃｂａｓｅの直列接続体を考えると、無線電力伝送で用いられる５．８ＧＨｚの交流電力における抵抗損失は、以下の式（１）で求められ、抵抗成分Ｒｂａｓｅの抵抗率が１〜１０Ω・ｃｍ付近のときに最大となる。そして、抵抗損失は、抵抗成分Ｒｂａｓｅの抵抗率が０．１ｍΩ・ｃｍ〜１００ｋΩ・ｃｍ以下のときに比較的大きな値となり、特に、オン抵抗を低減するために設けられたアクセス層が、当該１〜１０Ω・ｃｍ付近の抵抗率になりやすい。

本出願に際して、本発明者らは、電力損失を低減するべく、横型のＳＢＤについて、種々の寄生抵抗成分、寄生容量成分の検証を行った。

そして、回路シミュレーションによって、第１及び第２の半導体層１１、２１の抵抗成分Ｒｂａｓｅにおける電力損失の問題に想到するに至った。

図５Ａ〜図５Ｄは、ＳＢＤの構造に応じた、変位電流の導通経路の抵抗成分及び容量成分の変化をシミュレーションするためのモデル図である。

具体的には、図５Ａ〜図５Ｄは、それぞれ、第１の領域Ｔ１と第２の領域Ｔ２の隣接する領域において、第１及び第２の半導体層１１、２１上から、パッド電極２２、カソード電極１２が突き出す量（図５Ａ〜図５Ｄ中で「ｄｘ」と表す）を変化させたモデルを表している。図５Ａ〜図５Ｄでは、パッド電極２２とカソード電極１２の間の距離を一定値（Ｍ：２３μｍ）に固定した状態で、第１及び第２の半導体層１１、２１の位置を変化させることで、当該突き出す量ｄｘを変化させている。

図５Ａ〜図５Ｄにおいて、パッド電極２２、カソード電極１２が第１及び第２の半導体層１１、２１上から突き出す量ｄｘは、以下の通りである。

図５Ａ：ｄｘ＝−２０μｍ
図５Ｂ：ｄｘ＝−１０μｍ
図５Ｃ：ｄｘ＝＋１０μｍ
図５Ｄ：ｄｘ＝＋２０μｍ

本シミュレーションでは、第１の領域Ｔ１には、第１の半導体層１１とカソード電極１２の積層体のみが形成され、第２の領域Ｔ２には、第２の半導体層２１とパッド電極２２の積層体のみが形成されているものとしている。そして、本シミュレーションでは、ＳＢＤとして機能する部分（アノード電極１３、引き出し配線３０）については除去して、第１の領域Ｔ１と第２の領域Ｔ２の間をオープンした状態で、当該第１の領域Ｔ１と第２の領域Ｔ２の間の等価回路の回路インピーダンスを求めている。

具体的には、本シミュレーションでは、第１の領域Ｔ１と第２の領域Ｔ２の間の等価回路を、寄生容量Ｃｓと寄生抵抗Ｒｓの直列接続したものみなして、図５Ａ〜図５Ｄそれぞれにおける、これらの回路インピーダンスを導出している。

すなわち、回路インピーダンスの導出方法として、第１の領域Ｔ１と第２の領域Ｔ２の間に、高周波正弦波信号（２５．６ＧＨｚ）を入射した際の反射信号、伝送信号からＳパラメータを求め、当該Ｓパラメータから、寄生容量Ｃｓと寄生抵抗Ｒｓに換算する方法を用いている。

又、本シミュレーションにおけるその他の条件としては、基板１０はサファイア基板（誘電率：１０）、第１の半導体層１１及び第２の半導体層１６はｎ^＋ＧａＮ（厚さ：４μｍ、ドナー濃度：４ｘ１０^１８ｃｍ^−３、キャリア移動度：１５６ｃｍ^２／Ｖｓ、抵抗率：１００ｍΩ・ｃｍ）、パッド電極２２及びカソード電極１２は金層、隣接する領域の長さは１００μｍとしている。

図６は、図５Ａ〜図５Ｄの各モデルにおけるシミュレーション結果を示す図である。

図６から理解できるように、第１及び第２の半導体層１１、２１が、パッド電極２２、カソード電極１２から突き出した状態になる（ｄｘ＜０、図５Ａ、図５Ｂ）と、寄生抵抗Ｒｓ、寄生容量Ｃｓは急激に増大する。ここでは、パッド電極２２とカソード電極１２の間の距離Ｍを一定としているため、寄生容量Ｃｓの増大は、第１及び第２の半導体層１１、２１の距離の短縮によるためであるが、近づくのは第１及び第２の半導体層１１、２１なので、容量成分Ｃｂａｓｅが増大する。これにより、抵抗を持つ第１及び第２の半導体層１１、２１を通る電流が増大し、等価回路としての寄生抵抗Ｒｓが増大する。その結果、寄生抵抗Ｒｓにおける発熱で、損失が発生する。逆に、パッド電極２２、カソード電極１２が、第１及び第２の半導体層１１、２１から突き出した状態になると、第１及び第２の半導体層１１、２１間に流通する電流が減少し、抵抗損失が低減されることを意味する。

尚、抵抗成分Ｒｂａｓｅ、容量成分Ｃｂａｓｅの値そのものは、パッド電極２２とカソード電極１２間の誘電体材料、パッド電極２２とカソード電極１２間の間隔、交流電力の周波数、第１及び第２の半導体層１１、２１の抵抗率等に応じて多少変化するものの、抵抗成分Ｒｂａｓｅ、容量成分Ｃｂａｓｅは、突き出し量ｄｘに応じて、上記と同様の傾向となる。

一般に、半導体層における抵抗損失は、半導体層のドナー濃度を上げることによって、一定程度まで小さくすることができる。しかしながら、半導体材料のドナー濃度には上限があるため、第１及び第２の半導体層１１、２１の抵抗率の低減にも限度がある。加えて、第１及び第２の半導体層１１、２１としてＧａＮ等を用いる場合、ＧａＮは、ドナー濃度を上げると結晶性が損なわれるため、当該ＧａＮ上に高品質な活性層１１ｂをエピタキシャル成長させることが困難になる。又、ＧａＮは、ドナー濃度を上げる際のイオン注入ダメージによって電子移動度が低下してしまう。このようなことから、第１及び第２の半導体層１１、２１における抵抗損失は、避けられない。

この点、以上のようなシミュレーション結果から、カソード電極１２及びパッド電極２２が、第１の半導体層１１及び第２の半導体層２１から突き出す突出部１２ａ、２２ａを有することによって、第１の半導体層１１及び第２の半導体層２１を電流が流通することを抑制することができる。これによって、第１の半導体層１１及び第２の半導体層２１における抵抗損失が低減することになる。

［ＳＢＤの製造方法］
次に、本実施形態に係るＳＢＤの製造方法について説明する。

図７Ａ〜図７Ｆは、本実施形態に係るＳＢＤの製造方法の一例を時系列に示す図である。

図７Ａは、半導体層Ｌ１、Ｌ２の形成工程を示す。この工程では、基板１０上に、高濃度にドープされた半導体層Ｌ１と低濃度にドープされた半導体層Ｌ２を順次エピタキシャル成長させる。この際、エピタキシャル成長方法としては、例えば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法などを用いることができる。

図７Ｂは、活性層１１ｂの形成工程を示す。この工程では、まず、リソグラフィーにより、活性層１１ｂの領域がマスクされたレジストパターン（図示せず）を形成する。そして、このレジストパターンをマスクとしてドライエッチングすることにより活性層１１ｂ及びアクセス層１１ａの上部をメサ形状にパターニングする。この際、ドライエッチングとしては、例えば、ＳｉＣｌ_４ガスを用いた誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングを用いる。そして、この後、当該レジストパターンは除去する。

図７Ｃは、アクセス層１１ａの形成工程を示す。この工程では、まず、リソグラフィーにより、アクセス層１１ａの領域及びパッド電極２２直下の第２の半導体層２１の領域がマスクされたレジストパターン（図示せず）を形成する。そして、このレジストパターンをマスクとしてドライエッチングすることにより、半導体層Ｌ１をパターニングし、素子分離を行い、アクセス層１１ａ及び第２の半導体層２１を形成する。この後、当該レジストパターンは除去する。

図７Ｄは、カソード電極１２及びパッド電極２２の形成工程を示す。この工程では、まず、リソグラフィーにより、カソード電極１２の形成部に対応する部分、及びパッド電極２２の形成部に対応する部分が開口した所定形状のレジストパターンを形成した後（図示せず）、スパッタリング法などにより全面に金属膜を堆積させる。次に、リフトオフ法により、レジストパターンをその上に堆積した金属膜とともに除去する。こうして、第１の半導体層１１の側面を覆うカソード電極１２、及び第２の半導体層２１の側面を覆うパッド電極２２が形成される。

図７Ｅは、アノード電極１３の形成工程を示す。この工程では、まず、リソグラフィーにより、活性層１１ｂの中央部に対応する部分が開口した所定の平面形状を有するレジストパターンを形成した後（図示せず）、ＴｉＮ、密着層形成用の金属及び抵抗低減用金属層形成用の金属を途中で大気に晒すことなく順次、全面に堆積させる。この際、例えば、反応性スパッタリング等を用いることができる。次に、レジストパターンを、その上に堆積したＴｉＮ層、密着層及び抵抗低減用金属層とともに除去する。これによって、活性層１１ｂ上に、ＴｉＮ層、密着層及び抵抗低減用金属層からなるアノード電極１３が形成される。

図７Ｆは、引き出し配線３０の形成工程を示す。引き出し配線３０は、例えば、ワイヤボンディングにより、アノード電極１３からパッド電極２２に形成する。

以上のような工程を経て、本実施形態に係るＳＢＤを製造することができる。

以上、本実施形態に係るＳＢＤによれば、第１の半導体層１１と第２の半導体層２１が隣接する分離領域ＴＭにおいて、カソード電極１２とパッド電極２２とを対向するように配設し、当該分離領域ＴＭ側に突き出すように形成されている。換言すると、本実施形態に係るＳＢＤでは、カソード電極１２及びパッド電極２２それぞれの分離領域ＴＭを介して対向する領域の端部の下方を、第１及び第２の半導体層１１、２１が存在しない絶縁領域ＴＭ１、ＴＭ２としている。そのため、分離領域ＴＭを流通する変位電流に起因して、半導体層１１、２１の内部に電流が流通することを防止することができる。その結果、無線電力伝送等の際の、ＳＢＤにおける電力損失を低減することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るＳＢＤについて説明する。図８は、第２の実施形態に係るＳＢＤの構成の一例を示す断面図である。

本実施形態に係るＳＢＤにおいては、分離領域ＴＭ側の第１の半導体層１１と第２の半導体層２１の側面１１ｃ、２１ｃが階段形状を呈する点で、第１の実施形態と相違する。尚、第１の実施形態と共通する構成については、説明を省略する（以下、他の実施形態についても同様）。

上記したように、変位電流が、第１及び第２の半導体層１１、２１を流通することを抑制するためには、変位電流に起因して流通する電流が、カソード電極１２及びパッド電極２２に通流する必要がある。換言すると、カソード電極１２及びパッド電極２２は、第１及び第２の半導体層１１、２１の側面部分１１ｃ、２１ｃで段切れしないようにすることが望ましい。尚、「段切れ」とは、第１及び第２の半導体層１１、２１の側面部分１１ｃ、２１ｃにおいて、カソード電極１２及びパッド電極２２のステップカバレッジが低下して、カソード電極１２及びパッド電極２２が断線したり高抵抗となることを意味する。

本実施形態では、当該観点から、カソード電極１２及びパッド電極２２が、第１及び第２の半導体層１１、２１の側面部分１１ｃ、２１ｃで段切れしないように、下地となる第１及び第２の半導体層１１、２１の側面形状を分離領域ＴＭ側に向かって徐々に薄膜化する。ここでは、分離領域ＴＭ側の第１及び第２の半導体層１１、２１の側面形状は、分離領域ＴＭ側に向かって徐々に薄膜化する階段形状を呈している。

第１及び第２の半導体層１１、２１を当該形状に形成する際には、例えば、上記した図７Ｃのアクセス層１１ａの形成工程において、アクセス層１１ａ及び第２の半導体層２１を形成した後、更に、もう一段階、アクセス層１１ａ及び第２の半導体層２１のパターニング工程を実行すればよい。

尚、当該第１及び第２の半導体層１１、２１の側面１１ｃ、２１ｃは、階段形状に代えて、テーパ形状であってもよい。

以上のように、本実施形態に係るＳＢＤによれば、第１及び第２の半導体層１１、２１の側面部分１１ｃ、２１ｃにおけるカソード電極１２及びパッド電極２２のステップカバレッジが向上し、分離領域ＴＭを流通する変位電流に起因して、半導体層１１、２１の内部に電流が流通することをより確実に防止することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係るＳＢＤについて説明する。図９は、第３の実施形態に係るＳＢＤの構成の一例を示す図である。

本実施形態に係るＳＢＤにおいては、カソード電極１２及びパッド電極２２は、第１及び第２の半導体層１１、２１の側面部分１１ｃ、２１ｃには形成されていない点で、上記実施形態と相違する。

図６を参照して説明したように、第１及び第２の半導体層１１、２１が、パッド電極２２、カソード電極１２から突き出した状態になる（ｄｘ＜０、図５Ａ、図５Ｂ）と、寄生抵抗Ｒｓ、寄生容量Ｃｓは急激に増大する。換言すると、パッド電極２２、カソード電極１２が、第１及び第２の半導体層１１、２１から突き出した状態になる（ｄｘ＞０、図５Ｃ、図５Ｄ）と、容量成分Ｃｂａｓｅが減少するとともに容量成分Ｃｐａｄが増大し、変位電流は、パッド電極２２とカソード電極１２の間の導通経路でのみ流通し、実質的に抵抗成分Ｒｂａｓｅと容量成分Ｃｂａｓｅの導通経路には流通しなくなると言える。

従って、かかる構成によっても、カソード電極１２及びパッド電極２２は、当該第１及び第２の半導体層１１、２１に対して分離領域ＴＭ側に突き出す突出部１２ａ、２２ａを有するため、上記と同様の効果を得ることができる。

以上、本実施形態に係るＳＢＤによっても、分離領域ＴＭを流通する変位電流に起因して、半導体層１１、２１の内部に電流が流通することを防止することができる。

（第４の実施形態）
次に、図１０、図１１を参照して、第４の実施形態に係るＳＢＤについて説明する。図１０は、第４の実施形態に係るＳＢＤの構成の一例を示す図である。

本実施形態に係るＳＢＤは、第１及び第２の半導体層１１、２１の側面に、当該第１及び第２の半導体層１１、２１を絶縁化した絶縁化領域１１ｄ、２１ｄが形成されている点で、第１の実施形態と相違する。

上記したとおり、カソード電極１２及びパッド電極２２に突出部１２ａ、２２ａを設けることによって、分離領域ＴＭを流通する変位電流が、第１及び第２の半導体層１１、２１に流通することを抑制することができる。

その際、突出部１２ａ、２２ａの下方の絶縁領域ＴＭ１、ＴＭ２は、空気以外の任意の材料で形成されてよく、本実施形態では、第１及び第２の半導体層１１、２１の側面を絶縁化した絶縁化領域１１ｄ、２１ｄを形成する。当該絶縁化領域１１ｄ、２１ｄは、第１及び第２の半導体層１１、２１としてＧａＮを用いている場合、例えば、ＧａＮにフッ素イオン又は酸素イオンを注入することによって形成することができる。

絶縁化領域１１ｄ、２１ｄを形成する方法としては、例えば、第１及び第２の半導体層１１、２１上に、絶縁化領域１１ｄ、２１ｄを設ける領域のみを開口したレジストパターン（図示せず）を形成して、フッ素イオン又は酸素イオンをイオン注入する手法を用いることができる。又、イオン注入に代えて、熱拡散を用いてもよい。

又、絶縁化領域１１ｄ、２１ｄを形成する方法としては、その他、第１及び第２の半導体層１１、２１に対して、フッ素イオン又は酸素イオンを注入する方法に代えて、重金属を注入する方法を用いてもよい。

このように、本実施形態に係るＳＢＤによれば、第２の実施形態と同様に、カソード電極１２及びパッド電極２２が、第１及び第２の半導体層１１、２１の側面部分で段切れすることも防止できる。その結果、分離領域ＴＭを流通する変位電流に起因して、半導体層１１、２１の内部に電流が流通することをより確実に防止することができる。

尚、上記実施形態では、突出部１２ａ、２２ａの下方の絶縁領域ＴＭ１、ＴＭ２に、第１及び第２の半導体層１１、２１を絶縁化した絶縁化領域１１ｄ、２１ｄを設ける構成としたが、これに代えて、基板１０として用いるサファイア基板に凹凸を形成して絶縁領域ＴＭ１、ＴＭ２を形成したり、窒化シリコンを設ける構成等としてもよい。

図１１は、第４の実施形態の変形例に係るＳＢＤを示す図である。

図１１に係るＳＢＤでは、第１及び第２の半導体層１１、２１の間の領域の全領域を、半導体層を絶縁化した領域１１ｄ、２１ｄとしている。当該構成によっても、上記と同様の効果を得ることができる。

（第５の実施形態）
次に、図１２、図１３を参照して、第５の実施形態に係るＳＢＤについて説明する。図１２は、第５の実施形態に係るＳＢＤの構成の一例を示す図である。

本実施形態に係るＳＢＤは、パッド電極２２の下方の第２の半導体層２１が除去されている点で、第１の実施形態と相違する。換言すると、本実施形態に係るパッド電極２２は、絶縁性の基板１０上に直接形成される構成となっている。

上記したように、パッド電極２２の下方の第２の半導体層２１は、パッド電極２２と基板１０の密着性を向上させたり、アノード電極１３との高さ調整するために形成されており、必要に応じて適宜除去されてもよい。

そこで、本実施形態では、パッド電極２２の直下の第２の半導体層２１を除去することによって、分離領域ＴＭを流通する変位電流に起因して第２の半導体層２１の内部で電力損失が生じることを防止する。

このように、本実施形態に係るＳＢＤによっても、無線電力伝送等の際の電力損失を低減することができる。

図１３は、第５の実施形態の変形例に係るＳＢＤを示す図である。

図１３に係るＳＢＤにおいては、カソード電極１２の一部として、分離領域ＴＭに、更に、ダミー電極１２ｂが設けられている。そして、ダミー電極１２ｂとカソード電極１２とは、引き出し配線１２ｃによって接続されている。

このように、ダミー電極１２ｂを設けることによって、分離領域ＴＭを流通する変位電流を、第１の半導体層１１側に流通させることなく、ダミー電極１２ｂ側に流通させることができる。従って、当該構成とすることよって、より確実に、分離領域ＴＭを流通する変位電流に起因して第２の半導体層２１の内部で電力損失が生じることを防止することが可能となる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限らず、種々に変形態様が考えられる。

上記各実施形態では、横型のＳＢＤの一例として、平面視で複数に分割したアノード電極１３をカソード電極１２で囲繞する態様を示した。しかしながら、本発明に係るＳＢＤは、種々の横型のＳＢＤに用いることができる。例えば、アノード電極１３は、複数に分割する構成に代えて、一の電極のみで構成されてもよい。又、カソード電極１２は、アノード電極１３を囲繞する構成に代えて、アノード電極１３と隣接するように構成されてもよい。

又、その他、横型のＳＢＤは、カソード電極１２が、アノード電極１３を囲繞する構成に代えて、アノード電極１３が、カソード電極１２を囲繞する構成としてもよい。そして、この場合、引き出し配線３０は、アノード電極１３とパッド電極２２とを接続する構成に代えて、カソード電極１２とパッド電極２２とを接続する構成としてもよい。

又、上記各実施形態では、ＳＢＤに適用する一例を示したが、ダイオード損失を低減するための構成として、ｐｎダイオード、ｐｉｎダイオード、Ｇｕｎｎダイオード、ＩＭＰＡＴＴダイオード等のダイオードにも好適に用いることができる。

又、上記各実施形態では、ＳＢＤの利用態様の一例として、無線電力伝送において整流回路として用いられるレクテナ回路に適用する態様を示した。しかしながら、本発明に係るＳＢＤは、レクテナ回路以外の任意の回路に用いることができ、例えば、論理回路や電源回路における整流素子としても用いることができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

絶縁性または半絶縁性の基板１０と、前記基板１０上の第１の領域Ｔ１に形成された第１の半導体層１１と、前記第１の半導体層１１上に形成され、それぞれ、アノード電極及びカソード電極のいずれかに対応する第１の電極１３及び第２の電極１２と、前記基板上の第２の領域Ｔ２に形成されたパッド電極２２と、前記第１の電極１３と前記パッド電極２２とを接続する引き出し配線３０と、を備えるＳＢＤであって、前記第１の領域Ｔ１と前記第２の領域Ｔ２とは、互いを絶縁分離する分離領域ＴＭを介して少なくとも一部が隣接し、前記第２の電極１２及び前記パッド電極２２は、少なくとも一部が前記分離領域ＴＭを介して対向するように配設され、前記第２の電極１２及び前記パッド電極２２それぞれの前記分離領域ＴＭを介して対向する領域の端部の下方は、絶縁された領域ＴＭ１、ＴＭ２であるＳＢＤを開示する。

このＳＢＤによれば、分離領域ＴＭを流通する変位電流に起因して、半導体層１１、２１の内部に電流が流通することを防止することができる。その結果、無線電力伝送等の際の、ＳＢＤにおける電力損失を低減することができる。

又、このＳＢＤにおいて、前記パッド電極２２は、前記第２の領域Ｔ２に形成された第２の半導体層２１上に形成され、前記第２の電極１２及び前記パッド電極２２それぞれの前記分離領域ＴＭを介して対向する領域の端部は、前記第１及び第２の半導体層１１、１２の導電領域よりも前記分離領域ＴＭ側に突き出す突出部１２ａ、２２ａを有するものであってもよい。

又、このＳＢＤにおいて、前記第２の電極１２及び前記パッド電極２２それぞれの前記突出部１２ａ、２２ａは、前記第１及び第２の半導体層１１、１２それぞれの前記分離領域ＴＭ側の側面１１ｃ、１２ｃを覆うものであってもよい。

このＳＢＤによれば、分離領域ＴＭを流通する変位電流に起因して、半導体層１１、２１の内部に電流が流通することをより確実に防止することができる。

又、このＳＢＤにおいて、前記第１及び第２の半導体層１１、１２それぞれの前記分離領域ＴＭ側の側面１１ｃ、１２ｃは、テーパ形状又は階段形状を呈するものであってもよい。

このＳＢＤによれば、パッド電極２２及びカソード電極１２のステップカバレッジを向上できるため、半導体層１１、２１の内部の電流の流通をより効果的に抑制することができる。

又、このＳＢＤにおいて、前記第１及び第２の半導体層１１、１２は、それぞれ、前記分離領域ＴＭ側の側面領域１１ｄ、１２ｄが絶縁化され、前記パッド電極２２及び前記第２の電極１２それぞれの前記突出部１２ａ、２２ａは、前記第１及び第２の半導体層１１、１２それぞれの当該絶縁化された側面領域１１ｄ、１２ｄ上に形成されたものであってもよい。

このＳＢＤによれば、パッド電極２２及びカソード電極１２のステップカバレッジを向上できるため、半導体層１１、２１の内部の電流の流通をより効果的に抑制することができる。

又、このＳＢＤにおいて、前記第２の電極１２は、平面視で前記第１の電極１３の周囲を囲繞するように形成され、前記引き出し配線３０は、前記第２の電極１２の少なくとも一部を跨いで前記第１の電極１３と前記パッド電極２２とを接続するものであってもよい。

又、このＳＢＤにおいて、前記引き出し配線３０は、エアブリッジ配線であってもよい。

又、このＳＢＤにおいて、前記第１の電極１３は、前記第１の半導体層１１上に複数に分割して形成され、前記パッド電極２２は、複数の前記引き出し配線３０を介して、複数の前記第１の電極１３と接続されたものであってもよい。

又、このＳＢＤにおいて、前記第１及び第２の半導体層１１、１２は、窒化ガリウム層を含むものであってもよい。

又、このＳＢＤにおいて、前記第１の半導体層１１は、ドナー濃度の高いアクセス層１１ａと、前記アクセス層１１ａ上に形成されたドナー濃度の低い活性層１１ｂとを含み、前記第１の電極１３は、前記活性層１１ｂ上にショットキー接触するように形成され、前記第２の電極１２は、前記アクセス層１１ａ上にオーミック接触するように形成されたものであってもよい。

又、このＳＢＤにおいて、前記基板１０は、サファイア基板、半絶縁性ＧａＮ基板、半絶縁性ＳｉＣ基板、高抵抗シリコン基板の少なくともいずれかであってもよい。

又、このＳＢＤにおいて、前記第１及び第２の半導体層１１、１２は、前記分離領域ＴＭ上に、絶縁化された半導体層を有するものであってもよい。

又、このＳＢＤにおいて、前記第２の電極１２は、前記分離領域ＴＭ上に、前記第１の半導体層１１から離間して配設したダミー電極１２ｂを有するものであってもよい。

本開示に係るダイオードは、無線電力伝送に好適に用いることができる。

１０ 基板
１１ 第１の半導体層
１２ カソード電極
１３ アノード電極
２１ 第２の半導体層
２２ パッド電極
３０ 引き出し配線
Ｔ１ 第１の領域
Ｔ２ 第２の領域
ＴＭ 分離領域

Claims (13)

1. 絶縁性または半絶縁性の基板と、
   前記基板上の第１の領域に形成された第１の半導体層と、
   前記第１の半導体層上に形成され、それぞれ、アノード電極及びカソード電極のいずれかに対応する第１の電極及び第２の電極と、
   前記基板上の第２の領域に形成されたパッド電極と、
   前記第１の電極と前記パッド電極とを接続する引き出し配線と、
   を備えるダイオードであって、
   前記第１の領域と前記第２の領域とは、互いを絶縁分離する分離領域を介して少なくとも一部が隣接し、
   前記第２の電極及び前記パッド電極は、少なくとも一部が前記分離領域を介して対向するように配設され、
   前記第２の電極及び前記パッド電極それぞれの前記分離領域を介して対向する領域の端部の下方は、絶縁された領域である
   ダイオード。
2. 前記パッド電極は、前記第２の領域に形成された第２の半導体層上に形成され、
   前記第２の電極及び前記パッド電極それぞれの前記分離領域を介して対向する領域の端部は、前記第１及び第２の半導体層の導電領域よりも前記分離領域側に突き出す突出部を有する
   請求項１に記載のダイオード。
3. 前記第２の電極及び前記パッド電極それぞれの前記突出部は、前記第１及び第２の半導体層それぞれの前記分離領域側の側面を覆う
   請求項２に記載のダイオード。
4. 前記第１及び第２の半導体層それぞれの前記分離領域側の側面は、テーパ形状又は階段形状を呈する
   請求項３に記載のダイオード。
5. 前記第１及び第２の半導体層は、それぞれ、前記分離領域側の側面領域が絶縁化され、
   前記パッド電極及び前記第２の電極それぞれの前記突出部は、前記第１及び第２の半導体層それぞれの当該絶縁化された側面領域上に形成された
   請求項２に記載のダイオード。
6. 前記第２の電極は、平面視で前記第１の電極の周囲を囲繞するように形成され、前記引き出し配線は、前記第２の電極の少なくとも一部を跨いで前記第１の電極と前記パッド電極とを接続する
   請求項１乃至５いずれか一項に記載のダイオード。
7. 前記引き出し配線は、エアブリッジ配線である
   請求項６に記載のダイオード。
8. 前記第１の電極は、前記第１の半導体層上に複数に分割して形成され、
   前記パッド電極は、複数の前記引き出し配線を介して、複数の前記第１の電極と接続された
   請求項６又は７に記載のダイオード。
9. 前記第１及び第２の半導体層は、窒化ガリウム層を含む
   請求項２乃至８いずれか一項に記載のダイオード。
10. 前記第１の半導体層は、ドナー濃度の高いアクセス層と、前記アクセス層上に形成されたドナー濃度の低い活性層とを含み、
    前記第１の電極は、前記活性層上にショットキー接触するように形成されたアノード電極であり、
    前記第２の電極は、前記アクセス層上にオーミック接触するように形成されたカソード電極である
    請求項１乃至９いずれか一項に記載のダイオード。
11. 前記基板は、サファイア基板、半絶縁性ＧａＮ基板、半絶縁性ＳｉＣ基板、高抵抗シリコン基板の少なくともいずれかである
    請求項１乃至１０いずれか一項に記載のダイオード。
12. 前記第１及び第２の半導体層は、前記分離領域上に、絶縁化された半導体層を有する
    請求項１乃至１１いずれか一項に記載のダイオード。
13. 前記第２の電極は、前記分離領域上に、前記第１の半導体層から離間して配設したダミー電極を有する
    請求項１乃至１２いずれか一項に記載のダイオード。

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