JP4961969B2 - ショットキバリアダイオードおよびショットキ接合を有する半導体デバイスを作製する方法 - Google Patents
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Description
図1は、本実施の形態に係るショットキバリアダイオードを概略的に示す図面である。ショットキバリアダイオード11は、導電性のIII族窒化物からなる支持基体(以下、窒化物支持基体と記す)13と、n−型窒化ガリウム系半導体部15と、絶縁体17と、第1の電極19とを備える。窒化物支持基体13は、主面13aおよび裏面13bを有する。窒化物支持基体13は、第1の領域13c、第2の領域13d、および第3の領域13eを含む。第1の領域13cは、第1の平均転位密度より大きい平均転位密度D13cを有する。第2の領域13dは、第1の平均転位密度より小さい平均転位密度D13dを有する。第3の領域13eは、第1の平均転位密度より大きい平均転位密度D13eを有する。窒化物支持基体13の第2の領域13dは、第1の領域13cと第3の領域13eとの間に設けられている。n−型窒化ガリウム系半導体部15は、窒化物支持基体13の主面13a上に設けられている。n−型窒化ガリウム系半導体部のキャリア濃度は、例えば1.0×1016cm−3以上であり、また1.0×1020cm−3以下である。具体的には、n−型窒化ガリウム系半導体部15は、第1の領域15a、第2の領域15b、および第3の領域15cを含む。第1の領域15aは、窒化物支持基体13の第1の領域13c上に位置する。第2の領域15bは、窒化物支持基体13の第2の領域13d上に位置する。第3の領域15cは、窒化物支持基体13の第3の領域13e上に位置する。n−型窒化ガリウム系半導体部15では、第1の領域15aは、第2の平均転位密度より大きい平均転位密度D15aを有する。第2の領域15bは、第2の平均転位密度より小さい平均転位密度D15bを有する。第3の領域15cは、第2の平均転位密度より大きい平均転位密度D15cを有する。n−型窒化ガリウム系半導体部15の第2の領域15bは、第1の領域15aと第3の領域15cとの間に設けられている。n−型窒化ガリウム系半導体部15の第2の領域15bは、第1の部分21a、第2の部分21b、および第3の部分21cを有する。第1の部分21aおよび第2の部分21bは、窒化物支持基体13の主面13a上に設けられている。第2の部分21bは第1の部分21aに囲まれている。第3の部分21cは、第2の部分21b上に設けられている。絶縁体17は、n−型窒化ガリウム系半導体部15の第1の部分21a上に設けられている。第1の電極19は、第1の導電部19aおよび第2の導電部19bを含む。第1の導電部19aは、n−型窒化ガリウム系半導体部15の第3の部分21cにショットキ接合23を成す。第2の導電部19bは、n−型窒化ガリウム系半導体部15の第1の部分21aおよび絶縁体17上に位置する。
図6(A)、図6(B)、図6(C)、図7(A)、図7(B)および図7(C)は、ショットキ接合を有する半導体デバイスを作製する主要な工程を示す図面である。この方法により、例えばショットキバリアダイオードが作製される。図6(A)に示されるように、導電性の窒化物基板31を準備する。窒化物基板31は、第1の平均転位密度より大きい平均転位密度D31aを有する複数の第1の領域31aと第1の転位密度より小さい平均転位密度D31bを有する複数の第2の領域31bとを有する。平均転位密度D31aは、例えば1.0×109cm−2程度であり、また平均転位密度D31bは、例えば1.0×105cm−2程度である。第1の領域31aおよび第2の領域31bは交互に配列されている。また、窒化物基板31では、第1および第2の領域31a、31bは所定の方向に伸びている。例えば、GaN及びAlGaNからなる基板は、高耐圧の窒化ガリウム系半導体デバイスを提供するための結晶成長に好適である。
転位密度が周期的に制御された窒化ガリウム(GaN)基板を用意する(例えば、ストライプ状の高転位密度領域(コア部と呼ぶ)が400マイクロメートル間隔で配置されているストライプ基板)。この基板上に、以下のような工程を用いてショットキバリアダイオードを作製する。高転位密度領域の結晶軸は、低転位密度領域の結晶軸と逆方向に向いている。高転位密度領域の導電率は、低転位密度領域の導電率よりも大きい。
(工程1)ショットキバリアダイオードのための動作として必要な半導体積層構造を成長させる。例えば、ショットキバリアダイオードのために1.0×1017cm−3以下のキャリア濃度のn型GaN層を成長する。
(工程2)電流障壁層として使用されるSiN絶縁膜を成膜する。
(工程3)コア部分を覆うようにマスクを形成すると共に、このマスクを用いてウェットエッチングにより絶縁膜にパターン形成を行う。
(工程4)絶縁膜をマスクにして、n型GaNを選択成長する。
(工程5)選択成長したn型GaN層及び絶縁膜の一部を覆うようにショットキ電極(例えば、Ni)を形成する。
(工程6)GaN基板の裏面に、オーミック電極(Ti/Al/Ti/Au)を形成する。これにより、ショットキデバイスが作製された。
(1)絶縁体で高転位密度領域を覆うので、リーク電流が少なくなる。
(2)高転位密度領域を電流障壁層で覆うことによって、デバイスサイズを所望のサイズまで大きくできる。
(3)絶縁膜をフィールドプレートとして用いることにより、電極端部からの電界により半導体内部におけるポテンシャルの大きな傾斜(電界の集中)が生じない。これ故に、高耐圧および高信頼のショットキデバイスが提供される。
(4)電流障壁層の一部が半導体に埋め込まれた構造になるので、絶縁膜を十分厚くして電流障壁の効果を十分に保つ共に、実質的にフィールドプレートとしての絶縁膜の膜厚を薄くして半導体層への十分な電界低減を実現できる。つまり、高転位密度領域を絶縁膜で覆うと共にその絶縁膜をマスクにして半導体層を選択成長することにより、大面積のショットキデバイスを作製できるだけでなく、電界緩和の効果によりショットキデバイスの耐圧を向上できる。
Claims (11)
- 第1の平均転位密度より大きい平均転位密度を有する第1の領域、前記第1の平均転位密度より小さい平均転位密度を有する第2の領域、および前記第1の平均転位密度より大きい平均転位密度を有する第3の領域を含む導電性のIII族窒化物支持基体を備え、前記III族窒化物支持基体の前記第2の領域は、前記III族窒化物支持基体の前記第1の領域と前記III族窒化物支持基体の前記第3の領域との間に設けられており、
前記III族窒化物支持基体の前記第1の領域上に位置する第1の領域、前記III族窒化物支持基体の前記第2の領域上に位置する第2の領域、および前記III族窒化物支持基体の前記第3の領域上に位置する第3の領域を含み前記III族窒化物支持基体の主面上に設けられたn−型窒化ガリウム系半導体部を備え、前記n−型窒化ガリウム系半導体部の前記第2の領域は、前記III族窒化物支持基体上に設けられた第1および第2の部分と、前記第2の部分上に設けられた第3の部分とを有しており、前記第2の部分は前記第1の部分に囲まれており、
前記n−型窒化ガリウム系半導体部の前記第1の部分上に設けられた絶縁体を備え、
前記n−型窒化ガリウム系半導体部の前記第3の部分にショットキ接合を成す第1の導電部と、前記n−型窒化ガリウム系半導体部の前記第1の部分および前記絶縁体上に位置する第2の導電部とを含む電極を備える、ことを特徴とするショットキバリアダイオード。 - 前記第2の導電部は、前記n−型窒化ガリウム系半導体部の前記第1および第3の領域の少なくともいずれか一方の領域上に設けられている、ことを特徴とする請求項1に記載されたショットキバリアダイオード。
- 前記n−型窒化ガリウム系半導体部はGaNまたはAlGaNのいずれからなる、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載されたショットキバリアダイオード。
- 前記III族窒化物支持基体はGaNまたはAlGaNのいずれからなる、ことを特徴とする請求項1、請求項2又は請求項3に記載されたショットキバリアダイオード。
- 前記電極の前記第1の導電部の側面および前記n−型窒化ガリウム系半導体部の前記第3の部分の側面は前記絶縁体により覆われている、ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載されたショットキバリアダイオード。
- ショットキ接合を有する半導体デバイスを作製する方法であって、
第1の平均転位密度より大きい平均転位密度を有する複数の第1の領域と前記第1の平均転位密度より小さい平均転位密度を有する複数の第2の領域とを有する導電性のIII族窒化物基板上に、n−型窒化ガリウム系半導体を堆積する工程と、
前記III族窒化物基板の前記第2の領域上に位置する前記n − 型窒化ガリウム系半導体の第2の領域内に開口を有する絶縁体を前記n−型窒化ガリウム系半導体上に形成する工程と、
前記開口内に窒化ガリウム系半導体を形成する工程と、
前記窒化ガリウム系半導体を形成した後に、前記絶縁体上および前記開口に電極を形成する工程と
を備え、
前記電極は前記窒化ガリウム系半導体にショットキ接合を成す、ことを特徴とする方法。 - 前記電極は、前記III族窒化物基板の前記複数の第1の領域のいずれかの領域上に位置している、ことを特徴とする請求項6に記載された方法。
- 前記n−型窒化ガリウム系半導体の材料はGaNまたはAlGaNのいずれからなる、ことを特徴とする請求項6または請求項7に記載された方法。
- 前記III族窒化物基板はGaNまたはAlGaNのいずれからなる、ことを特徴とする請求項6、請求項7又は請求項8に記載された方法。
- 前記絶縁体の前記開口を規定する側面は、前記窒化ガリウム系半導体および前記電極により覆われている、ことを特徴とする請求項6〜請求項9のいずれか一項に記載された方法。
- 前記III族窒化物基板の前記第1および第2の領域は所定の方向に伸びている、ことを特徴とする請求項6〜請求項10のいずれか一項に記載された方法。
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