JP4961969B2

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

Info

Publication number: JP4961969B2
Application number: JP2006316049A
Authority: JP
Inventors: 弘之北林; 隆櫻田; 誠木山
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2026-11-22
Also published as: JP2008130927A

Description

本発明は、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に関する。

特許文献１には、窒化物半導体発光ダイオードが記載されている。窒化物半導体発光ダイオードは、ＥＬＯＧ成長基板のように低転位密度領域と高転位密度領域が交互に設けられている。この窒化物半導体基板を用いて、両方の領域が各々複数含まれるような大面積にＬＥＤチップを形成し、そのｐ電極下に設けた電流障壁層により低転位密度領域に電流を集中させる。電流障壁層は、ｐ電極とショットキ接合するＡｌＧａＮ等によって形成される。窒化物半導体発光ダイオードによれば、十分な発光面積が提供され、かつ量子効率やリニアリティが優れる。

特許文献２には、発光特性などの特性が良好で信頼性も高く長寿命の半導体発光素子や特性が良好で信頼性も高く長寿命の半導体素子が記載されている。半導体発光素子あるいは半導体素子を製造する際に、窒化物系III−Ｖ族化合物半導体基板上に発光素子構造あるいは素子構造を形成する窒化物系III−Ｖ族化合物半導体層を成長させる。窒化物系III−Ｖ族化合物半導体基板では、第１の平均転位密度を有する結晶からなる第１の領域中に第１の平均転位密度より高い第２の平均転位密度を有する複数の第２の領域が規則的に配列されている。半導体発光素子あるいは半導体素子の素子領域は、第２の領域が実質的に含まれないように窒化物系III−Ｖ族化合物半導体基板上に規定する。或いは、半導体発光素子あるいは半導体素子の発光領域あるいは活性領域は、第２の領域上に実質的に位置していない。

特許文献３には、窒化物半導体レーザ素子が記載されている。この窒化物半導体レーザ素子では、レーザ光導波領域は、ＧａＮ基板を貫通する転位集中領域から外れた位置に設けられる。レーザ光導波領域のための積層構造の上面およびＧａＮ基板の下面の電極も、それぞれ転位集中領域に接触しないように設けられる。例えば、転位集中領域を覆う誘電体層上に電極を設ける。

特許文献４には、窒化物系半導体レーザ素子が記載されている。この窒化物系半導体レーザ素子では、リッジストライプ部が高密度欠陥領域間に形成されている。ｐ側電極は、リッジストライプ部に沿って延在している。ｎ側電極は、ＧａＮ基板の裏面に現れる高密度欠陥領域に接触しないように形成されている。

特許文献５には、ＧａＮ系半導体レーザ素子が記載されている。このＧａＮ系半導体レーザ素子は、ＧａＮ基板の高密度欠陥領域のコア部に直径５０マイクロメートルの貫通孔を有し、ＳｉＯ_２層又はＳｉＮ_Ｘで埋め込まれている。

特許文献６には、ＧａＮ系半導体レーザ素子が記載されている。このＧａＮ系半導体レーザ素子は、ＧａＮ単結晶基板上に形成されたＧａＮ系化合物半導体層の積層構造を有する。ＧａＮ単結晶基板は、帯状のコア部を有する。レーザストライプは、ＧａＮ単結晶基板のコア部以外の領域上の積層構造に設けられる。

特許文献７には、窒化物系半導体レーザ素子が記載されている。この窒化物系半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＮ基板の転位集中領域上に形成された絶縁膜と、転位集中領域以外のｎ型ＧａＮ基板の裏面の領域に接触するｎ側電極とを含む。
特開２００２−３３５１２号公報特開２００３−１２４５７２号公報特開２００３−２７３４７０号公報特開２００３−２２９６３８号公報特開２００３−２２９６２３号公報特開２００４−２３０５０号公報特開２００４−２６０１５２号公報

特許文献１〜６には、半導体発光素子に係る技術が記載されている。特許文献２では、半導体発光素子に加えて、特性が良好で信頼性も高く長寿命の半導体素子に言及されている。

先行技術文献においても、結晶欠陥密度を制御することにより低欠陥密度領域および高欠陥密度領域を有するＧａＮ基板を用いている。このＧａＮ基板の低欠陥密度領域上に半導体積層構造を成長することにより、半導体素子は、高欠陥密度領域上の半導体積層構造を用いない。このため、高欠陥密度領域の貫通転位を介したリーク電流などが発生しない。

しかしながら、ＧａＮ基板は、周期的に配置された複数の高欠陥密度領域を含むので、低欠陥密度領域は高欠陥密度領域によって分離される。これ故に、大きな有効素子エリアの窒化物系半導体素子を単一の低欠陥密度領域に作製することはできない。また、高欠陥密度領域を避けるために、半導体素子のレイアウト設計に制約がある。つまり、高耐圧および低損失であり高出力電力用の縦型電子走行素子を作製することは容易ではない。

この縦型電子走行素子のオフの際に、大きな逆バイアスが半導体素子に印加される。高欠陥密度領域に関連する絶縁破壊だけでなく、高い印加電圧に起因する様々な絶縁破壊モードがある。

本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、絶縁耐圧を向上可能な構造を有するショットキバリアダイオードを提供することを目的とし、また絶縁耐圧を向上可能な構造を含み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を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係るショットキバリアダイオードは、（ａ）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、（ｂ）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、（ｃ）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、（ｄ）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。

このショットキバリアダイオードによれば、ｎ⁻型窒化ガリウム系半導体部の第２の領域の第３の部分は、ｎ⁻型窒化ガリウム系半導体部の第２の領域の第１の部分上の絶縁体に囲まれていると共に、第１の電極の第１の導電部にショットキ接合を成す。また、第１の電極の第２の導電部が絶縁体上に設けられている。これ故に、ショットキバリアダイオードに逆バイアスが印加される場合、第１の導電部からの電界と第２の導電部からの電界との重ね合わせにより、ショットキ接合のエッジ付近の電界強度を小さくすることができる。

本発明に係るショットキバリアダイオードでは、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ができる。

このショットキバリアダイオードによれば、第２の導電部が高転位密度の第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るとき、ショットキ接合のエッジ付近の電界強度を低減できることに加えて、この領域と第２の導電部との間の絶縁耐圧のために絶縁体の厚さを調整できる。

本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記ｎ⁻型窒化ガリウム系半導体部はＧａＮ及びＡｌＧａＮのいずれからなることが好ましい。ＧａＮ及びＡｌＧａＮは高耐圧のショットキバリアダイオードを提供するために好適である。

本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記III族窒化物支持基体はＧａＮ及びＡｌＧａＮのいずれからなることが好ましい。ＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる支持基体は、高耐圧のショットキバリアダイオードを提供するための結晶成長に好適である。

本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記第１の電極の前記第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ができる。

このショットキバリアダイオードによれば、絶縁体を用いてフィールドプレート効果を得ると共に、絶縁体の側面が、第１の導電部の側面およびｎ⁻型窒化ガリウム系半導体部の第３の部分の側面を覆うので、絶縁体上の第２の導電部からの電界が、ｎ⁻型窒化ガリウム系半導体部の第３の部分内に伸びる空乏層の拡がりを助ける。このため、絶縁体の端部付近における電位の変化が緩やかになる。

本発明の別の側面は、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る。この方法は、（ａ）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、（ｂ）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、（ｃ）前記開口内に窒化ガリウム系半導体を形成する工程と、（ｄ）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る。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。

この方法によれば、開口を有する絶縁体を形成すると共に該開口に窒化ガリウム系半導体を堆積するので、絶縁体上のショットキ電極からの電界が、開口のショットキ電極と窒化ガリウム系半導体との界面から窒化ガリウム系半導体内に伸びる空乏層の拡がりを助けるので、絶縁体の端部付近における電位の変化が緩やかになる。

本発明の別の側面に係る方法では、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ができる。

このショットキバリアダイオードによれば、電極が高転位密度の第１の領域上に設けられるとき、ショットキ接合のエッジ付近における電界強度の低減に加えて、第１の領域と電極との間の絶縁耐圧のために絶縁体の厚さを調整できる。

本発明の別の側面に係る方法では、前記ｎ⁻型窒化ガリウム系半導体の材料はＧａＮ及びＡｌＧａＮのいずれからなることが好ましい。ＧａＮ及びＡｌＧａＮは、高耐圧のショットキバリアダイオードを提供するために好適である。

本発明の別の側面に係る方法では、前記III族窒化物基板はＧａＮ及びＡｌＧａＮのいずれからなることが好ましい。ＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる基板は、高耐圧のショットキバリアダイオードを提供するための結晶成長に好適である。

本発明の別の側面に係る方法では、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第１の電極により覆われていることが好ましい。

この方法によれば、絶縁体の開口内に窒化ガリウム系半導体および電極が形成される。この構造により、絶縁体を用いてフィールドプレート効果を得ると共に、絶縁体の側面が開口内の電極の側面および窒化ガリウム系半導体の側面を覆うので、絶縁体上の電極からの電界が、窒化ガリウム系半導体に伸びる空乏層の拡がりを助ける。このため、絶縁体の端部付近における電位の変化が緩やかになる。

本発明の別の側面に係る方法では、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。

本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。

以上説明したように、本発明に係る一側面によれば、絶縁耐圧を向上可能な構造を有するショットキバリアダイオードが提供される。また、本発明に係る別の側面によれば、絶縁耐圧を向上可能な構造を含み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が提供される。

本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の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に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。

（第１の実施の形態）
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Ｄ_１３ｃ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Ｄ_１３ｄ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Ｄ_１３ｅ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１．０×１０^１６ｃｍ^−３以上であり、また１．０×１０^２０ｃｍ^−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Ｄ_１５ａ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Ｄ_１５ｂ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Ｄ_１５ｃ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。

このショットキバリアダイオード１１によれば、ｎ⁻型窒化ガリウム系半導体部１５の第２の領域１５ｂの第３の部分２１ｃは、第１の部分２１ａ上の絶縁体１７に囲まれていると共に、第１の電極１９の第１の導電部１９ａにショットキ接合２３を成す。また、第１の電極１９の第２の導電部１９ｂが絶縁体１７上に設けられている。これ故に、ショットキバリアダイオード１１に逆バイアスが印加される場合、第１の導電部１９ａからの電界と第２の導電部１９ｂからの電界との重ね合わせにより、ショットキ接合２３のエッジ付近の電界強度を小さくすることができる。

ショットキバリアダイオード１１は、窒化物支持基体１３の裏面１３ｂ上に設けられた第２の電極２５を備える。好適な実施例では、ｎ⁻型窒化ガリウム系半導体部１５はＧａＮ及びＡｌＧａＮのいずれからなることが好ましい。ＧａＮ及びＡｌＧａＮは、高耐圧のショットキバリアダイオードを提供するために好適である。また、好適な実施例では、窒化物支持基体１３はＧａＮ及びＡｌＧａＮのいずれからなることが好ましい。ＧａＮ及びＡｌＧａＮからなる支持基体は、高耐圧のショットキバリアダイオードを提供するための結晶成長に好適である。例えば、好適な実施例では、ｎ⁻型窒化ガリウム系半導体部１５は窒化物支持基体１３とホモ接合を形成する。

図１に示されるように、ショットキバリアダイオード１１では、第１の電極１９の第２の導電部１９ｂの側面１９ｃおよびｎ⁻型窒化ガリウム系半導体部１５の第３の部分２１ｃの側面２１ｄは絶縁体１７により覆われていることができる。このショットキバリアダイオード１１によれば、絶縁体１７を用いてフィールドプレート効果を得ると共に、絶縁体１７の側面１７ａが、第１の導電部１９ａの側面１９ｃおよびｎ⁻型窒化ガリウム系半導体部１５の第３の部分２１ｃの側面２１ｄを覆うので、絶縁体１７上の第２の導電部１９ｂからの電界が、ｎ⁻型窒化ガリウム系半導体部１５の第３の部分２１ｃ内に伸びる空乏層の拡がりを助ける。このため、絶縁体１７の端部付近における電位の変化が緩やかになる。

ショットキバリアダイオード１１では、第２の導電部１９ｂは、窒化ガリウム系半導体支持基体１３の第３の領域１３ｅ上に設けられていることができる。第２の導電部１９ｂが高転位密度の第３の領域１５ｅ上に設けられるとき、ショットキ接合のエッジ付近の電界強度の低減に加えて、この領域１５ｅと第２の導電部１９ｂとの間に所望の絶縁耐圧を提供するために絶縁体１７の厚さを調整できる。第３の領域１３ｅ（同様に、第１の領域１３ｃ）は、平均転位密度が第２の領域に比べて大きく、これ故に、第２の領域１３ｄの電気抵抗に比べて小さい電気抵抗を示す。また、第３の領域１５ｃ（同様に、第１の領域１５ａ）は、平均転位密度が第２の領域１５ｂに比べて大きく、これ故に、第２の領域１５ｃの電気抵抗に比べて小さい電気抵抗を示す。したがって、低い電気抵抗の領域（高転位密度領域）が、支持基体１３およびｎ⁻型窒化ガリウム系半導体部１５を貫通して支持基体１３の裏面１３ｂから絶縁体１７まで伸びている。この貫通した高転位密度領域には、大きな電流が流れ得る。

図１に示されるように、ショットキバリアダイオード１１は、第１のショットキバリア素子部ＳＢＤ１および第２のショットキバリア素子部ＳＢＤ２を含むので、複数の高転位密度領域と複数の低転位密度領域とが交互に配置される支持基体を用いる場合でも、大面積のショットキバリアダイオードを提供できる。複数のショットキバリア素子部はそれぞれの低転位密度領域に設けられており、これらのショットキバリア素子部が高転位密度領域を跨いで並列に接続される。このため、電極が高転位密度領域上に通過するけれども、電極と窒化ガリウム系半導体部との間の絶縁体の厚さを調整することによって、高転位密度領域内の電界強度の増大により絶縁破壊に至ることを避けることができる。また、既に説明したように、ショットキ接合の付近における最大電界強度が、絶縁体の厚さを調整したことにより大きく変化することはない。

図２（Ａ）は、窒化ガリウムショットキバリアダイオードの電位分布の数値実験結果を示す図面である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示された数値実験のための窒化ガリウムショットキバリアダイオードのモデルＭ１を示す図面である。図２（Ｂ）に示されたモデルは、本実施の形態の構造の一例である。図３（Ａ）は、窒化ガリウムショットキバリアダイオードの電位分布の数値実験結果を示す図面である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示された数値実験のための窒化ガリウムショットキバリアダイオードのモデルＭ２を示す図面である。図２（Ｂ）および図３（Ｂ）に示されたモデル１、２において、絶縁膜の厚みは同じ値Ｔ１である。図２（Ｂ）および図３（Ｂ）に示された電極エッジＥ１、Ｅ２に対応する部分（フィールドプレート端）の電位分布を比較するために、図２（Ａ）および図３（Ａ）を参照する。図２（Ａ）および図３（Ａ）に示されるように、該当部分において、モデルＭ１における最大電界強度は、モデルＭ２における最大電界強度よりも小さい。Ｓｉ_３Ｎ_４絶縁体の側面にも窒化ガリウムエピタキシャル領域が設けられているので、この窒化ガリウムエピタキシャル領域にも空乏層が伸びる。この空乏層が、Ｓｉ_３Ｎ_４絶縁体の底面に設けられた窒化ガリウムエピタキシャル領域内の空乏層とつながる。絶縁体の下側部が窒化ガリウムエピタキシャル領域内に埋め込まれているので、フィールドプレート端におけるポテンシャルの傾斜が小さくなる。

図４（Ａ）は、窒化ガリウムショットキバリアダイオードの電位分布の数値実験結果を示す図面である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示された数値実験のための窒化ガリウムショットキバリアダイオードのモデルＭ３を示す図面である。図４（Ｂ）に示されたモデルは、本実施の形態の構造の一例である。図５（Ａ）は、窒化ガリウムショットキバリアダイオードの電位分布の数値実験結果を示す図面である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示された数値実験のための窒化ガリウムショットキバリアダイオードのモデルＭ４を示す図面である。図４（Ｂ）および図５（Ｂ）に示されたモデル３、４において、絶縁膜の厚みは同じ値Ｔ２である。図４（Ｂ）および図５（Ｂ）に示された電極エッジＥ３、Ｅ４に対応する部分（フィールドプレート端）の電位分布を比較するために、図４（Ａ）および図５（Ａ）を参照する。モデルＭ４のように、高転位密度領域と電極との間の絶縁耐圧を高めるために、絶縁体の厚さＴ２にすると、図５（Ａ）に示されるように、電極エッジＥ４付近におけるポテンシャルの変化が大きくなる。しかしながら、絶縁体の開口内に窒化ガリウムエピタキシャル領域を設けると、電極エッジＥ３付近におけるポテンシャルが緩やかに変化するようになる。ショットキ接合を絶縁体の開口内に設けることによって、既に説明したように、ショットキ接合直下に伸びる空乏層が、Ｓｉ_３Ｎ_４絶縁体の底面に設けられた窒化ガリウムエピタキシャル領域内の空乏層とつながる。この結果、フィールドプレート端におけるポテンシャルの傾斜が小さくなる。

（第２の実施の形態）
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Ｄ_３１ａ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Ｄ_３１ｂを有する複数の第２の領域３１ｂとを有する。平均転位密度Ｄ_３１ａは、例えば１．０×１０^９ｃｍ^−２程度であり、また平均転位密度Ｄ_３１ｂは、例えば１．０×１０^５ｃｍ^−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。

図６（Ｂ）に示されるように、窒化物基板３１上にｎ⁻型窒化ガリウム系半導体３３を堆積する。この堆積は、例えば有機金属気相成長法により行われる。ｎ⁻型窒化ガリウム系半導体３３は、第２の平均転位密度より大きい平均転位密度Ｄ_３３ａを有する複数の第１の領域３３ａと第２の転位密度より小さい平均転位密度Ｄ_３３ｂを有する複数の第２の領域３３ｂとを有する。平均転位密度Ｄ_３３ａは、例えば１．０×１０^９ｃｍ^−２程度であり、また平均転位密度Ｄ_３３ｂは、例えば１．０×１０^５ｃｍ^−２程度である。第１の領域３３ａおよび第２の領域３３ｂは交互に配列されている。第１の領域３３ａおよび第２の領域３３ｂは、それぞれ第１の領域３１ａおよび第２の領域３１ｂ上に成長される。ｎ⁻型窒化ガリウム系半導体３３の材料はＧａＮ及びＡｌＧａＮのいずれからなることが好ましい。ＧａＮ及びＡｌＧａＮは、高耐圧のショットキバリアダイオードを提供するために好適である。

図６（Ｃ）に示されるように、絶縁体３５を形成する。絶縁体３５としては、例えば、シリコン酸化物またはシリコン窒化物といったシリコン無機絶縁体、酸化アルミニウムおよびチタン酸化物等を用いることができる。これらの絶縁体は、例えば化学的気相成長法により成長される。

図７（Ａ）に示されるように、フォトリソグラフィおよびエッチングを絶縁膜３５に施して、絶縁体３７を形成する。絶縁体３７はｎ⁻型窒化ガリウム系半導体３３の第２の領域３３ｂに位置する開口３７ａを有する。また、この絶縁体３７は、ｎ⁻型窒化ガリウム系半導体３３の第１の領域３３ａを覆う。

図７（Ｂ）に示されるように、開口３７ａ内に窒化ガリウム系半導体３９を堆積する。この堆積は、絶縁体３７をマスクとして用い、有機金属気相成長装置を用いて選択成長により行われる。好ましくは、窒化ガリウム系半導体３９の材料は、ｎ⁻型窒化ガリウム系半導体３３の材料と同じである。また、窒化ガリウム系半導体３９の導電型は、ｎ⁻型窒化ガリウム系半導体３３の導電型と同じである。そして、窒化ガリウム系半導体３９はｎ⁻型窒化ガリウム系半導体３３とホモ接合を成す。

図７（Ｃ）に示されるように、窒化ガリウム系半導体３９を堆積した後に、絶縁体３７上および開口３７ａに第１の電極４１を形成すると共に、基板３１の裏面に第２の電極４３を形成する。第１の電極４１は窒化ガリウム系半導体３９にショットキ接合を成す。第２の電極４３は窒化物基板３１にオーミック接合を成す。絶縁体３７の開口３７ａを規定する側面３７ｂは、窒化ガリウム系半導体３９および第１の電極４１により覆われている。

上記の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によりショットキバリアダイオードが作製された。

この方法によれば、開口３７ａを有する絶縁体３７を形成すると共に該開口３７ａに窒化ガリウム系半導体３９を堆積する。絶縁体３７上のショットキ電極４１からの電界が、開口３７ａ内のショットキ電極４１と窒化ガリウム系半導体３９との界面から窒化ガリウム系半導体３９、３３内に伸びる空乏層の拡がりを助けるので、絶縁体３７の端部付近における電位の変化が緩やかになる。

また、第１の電極４１は、窒化物基板３１の第１の領域３１ａのいずれかの領域上に設けられるとき、ショットキ接合のエッジ付近の電界強度の低減に加えて、第１の領域３１ａ、３３ａと第１の電極４１との間の絶縁耐圧のために絶縁体３７の厚さを調整できる。

（実施例）
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１．０×１０^１７ｃｍ^−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。

以上のようにショットキデバイスを作製すると、以下の利点が存在する。
（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。

好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明がそのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本実施の形態では、例えば、ショットキバリアダイオードといったショットキデバイスを説明したけれども、本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

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。図２（Ａ）は、窒化ガリウムショットキバリアダイオードの電位分布の数値実験結果を示す図面である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示された数値実験のためのショットキバリアダイオードのモデルＭ１を示す図面である。図３（Ａ）は、窒化ガリウムショットキバリアダイオードの電位分布の数値実験結果を示す図面である。図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示された数値実験のためのショットキバリアダイオードのモデルＭ２を示す図面である。図４（Ａ）は、窒化ガリウムショットキバリアダイオードの電位分布の数値実験結果を示す図面である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示された数値実験のためのショットキバリアダイオードのモデルＭ３を示す図面である。図５（Ａ）は、窒化ガリウムショットキバリアダイオードの電位分布の数値実験結果を示す図面である。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示された数値実験のためのショットキバリアダイオードのモデルＭ４を示す図面である。図６（Ａ）は、基板を準備する工程を示す図面であり、図６（Ｂ）はエピタキシャル成長工程を示す図面であり、図６（Ｃ）は、フィールドプレートのための絶縁膜を形成する工程を示す図面である。図７（Ａ）は、絶縁膜を加工する工程を示す図面である。図７（Ｂ）は、センタ器エピタキシャル成長工程を示す図面である。図７（Ｃ）は、ショットキ接合およびオーミック接合のための電極を形成する工程を示す図面である。

符号の説明

１１…ショットキバリアダイオード、１３…導電性の窒化物支持基体、１５…ｎ⁻型窒化ガリウム系半導体部、１７…絶縁体、１９…第１の電極、２１ａ…ｎ⁻型窒化ガリウム系半導体部の第１の部分、２１ｂ…ｎ⁻型窒化ガリウム系半導体部の第２の部分、２１ｃ…ｎ⁻型窒化ガリウム系半導体部の第３の部分、１９ａ…第１の導電部、１９ｂ…第２の導電部、３１…窒化物基板、Ｄ_３１ａ…平均転位密度、Ｄ_３１ｂ…平均転位密度、３３…ｎ⁻型窒化ガリウム系半導体、Ｄ_３３ａ…平均転位密度、Ｄ_３３ｂ…平均転位密度、３５…絶縁体、３７…絶縁体、３７ａ…絶縁体の開口、３９…窒化ガリウム系半導体、４１…第１の電極

Claims

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。