JP5008317B2

JP5008317B2 - ユニポーラダイオード

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Publication number: JP5008317B2
Application number: JP2006050797A
Authority: JP
Inventors: 将一兼近; 博之上田; 勉上杉; 徹加地; 雅裕杉本
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2026-02-27
Also published as: JP2007234644A

Description

本発明は新しい構造のユニポーラダイオードを提供するものである。

ＡｌＧａＮ／ＧａＮ界面で２次元電子ガスを形成したトランジスタについては、例えば以下の報告がある。
特開２００４−２６０１４０ X. Hu, G. Simin, J. Yang, M. AsifKhan, R. Gaska, and M. S. Shur, "Enhancement mode AlGaN/GaN HFET with selectively grown pn junction gate," Electron. Lett., 36 (2000) pp. 753-754

本発明は特異な位置に電極を設けた全く新しい構造のダイオードを提案するものである。

請求項１に係る発明は、半導体を用いたユニポーラダイオードであって、電流が流れるｎ型チャネル層と、ｎ型チャネル層の上方に形成された陰極と、ｎ型チャネル層を介して陰極に対して電流を供給する陽極と、ｎ型チャネル層の下方においてｎ型チャネル層と接合する層であって、少なくとも陰極と対向する領域に形成されたｐ型領域と、該ｐ型領域以外の領域に形成されたｎ型領域とを有する半導体層と、陰極と陽極間に印加される電圧に応じて厚さが変化する、ｎ型チャネル層とｐ型領域との接合により形成される空乏層と、を有し、電圧により、ｎ型チャネル層のｐ型領域の上部領域における電流路を空乏層の厚さの拡大により遮断し、空乏層の厚さの縮小により導通させるようにしたことを特徴とするユニポーラダイオードである。ここで、陰極の形成される半導体層は、空乏層を形成する伝導型の異なる２つの半導体領域のいずれかと一致しても良く、それらのいずれとも一致しなくても良い。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載のユニポーラダイオードにおいて、ｎ型チャネル層の上部に該ｎ型チャネル層に接合した高抵抗層を有し、陰極は高抵抗層の上部において該高抵抗層に接合し、電流路は、ｎ型チャネル層と高抵抗層との界面に形成される２次元電子ガスによるチャネルであることを特徴とする。
また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載のユニポーラダイオードにおいて、ｎ型チャネル層と高抵抗層は、III族窒化物系化合物から成る半導体層であることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、実質的に不純物無添加のIII族窒化物系化合物から成る平板状の高抵抗層と、高抵抗層の一方の面に全面に設けられ、高抵抗層よりも電子親和力の大きいｎ型のIII族窒化物系化合物から成るｎ型チャネル層と、高抵抗層の他方の面に互いに距離を隔てて設けられた陰極及び陽極と、ｎ型チャネル層の高抵抗層とは反対側の面においてｎ型チャネル層と接合するIII族窒化物系化合物から成る層であって、少なくとも陰極と対向する領域に形成されたｐ型領域と、該ｐ型領域以外の領域に形成されたｎ型領域とを有する半導体層と、陰極と陽極間に印加される電圧に応じて厚さが変化する、ｎ型チャネル層とｐ型領域との接合により形成される空乏層と、を有し、電圧により、ｐ型領域の上部領域におけるｎ型チャネル層と高抵抗層との界面に形成れる電流路を空乏層の厚さの拡大により遮断し、空乏層の厚さの縮小により導通させるようにしたことを特徴とするユニポーラダイオードである。「実質的に不純物無添加」とは、意図的に導電性を得る目的で不純物を添加していないことを意味し、いわゆるコンタミネーションによる痕跡量の他元素を含有する半導体を排除するものではない。これは以下の記載においても同様である。

請求項５に係る発明は、実質的に不純物無添加のIII族窒化物系化合物から成る平板状の高抵抗層と、高抵抗層の一方の面に全面に設けられ、高抵抗層よりも電子親和力の大きいｎ型のIII族窒化物系化合物から成るｎ型チャネル層と、高抵抗層の他方の面に設けられた陰極と、ｎ型チャネル層の高抵抗層とは反対側の面においてｎ型チャネル層と接合するIII族窒化物系化合物から成る層であって、少なくとも陰極と対向する領域に形成されたｐ型領域と、該ｐ型領域以外の領域に形成されたｎ型領域とを有する半導体層と、ｎ型チャネル層に対して、ｎ型領域を介して導通する陽極と、陰極と陽極間に印加される電圧に応じて厚さが変化する、ｎ型チャネル層とｐ型領域との接合により形成される空乏層と、を有し、電圧により、ｐ型領域の上部領域におけるｎ型チャネル層と高抵抗層との界面に形成れる電流路を空乏層の厚さの拡大により遮断し、空乏層の厚さの縮小により導通させるようにしたことを特徴とするユニポーラダイオードである。
請求項６に係る発明は、請求項４又は請求項５に記載のダイオードにおいて、ｐ型領域に設けられた第３の電極を有し、陽極と第３の電極を接続したことを特徴とする。

請求項７に係る発明は、ｎ型のIII族窒化物系化合物から成る平板状のｎ層と、ｎ層の一方の面に設けられた陰極と、ｎ層の陰極とは反対側の面においてｎ層と接合するIII族窒化物系化合物から成る層であって、少なくとも陰極と対向する領域に形成されたｐ型領域と、該ｐ型領域以外の領域に形成されたｎ型領域とを有する半導体層と、ｎ層に、ｎ型領域を介して導通する陽極と、陰極と陽極間に印加される電圧に応じて厚さが変化する、ｎ層とｐ型領域との接合により形成される空乏層と、を有し、電圧により、ｎ層のｐ型領域の上部領域における電流路を空乏層の厚さの拡大により遮断し、空乏層の厚さの縮小により導通させるようにしたことを特徴とするユニポーラダイオードである。

ｐｎ接合界面付近に形成される空乏層に対し、極めて近い位置に電極を形成しておく。当該電極が、本来ｎ型層である層に近い場合、電子を注入する（負電位）電極である陰極として動作するならば、空乏層は薄くなる。そこで、当該電極を陰極とし、当該空乏層が薄くなったときに通電可能な位置に陽極を設ければ、ユニポーラダイオードを実現することが可能である（請求項１）。

ｐｎ接合界面付近に形成される空乏層に対し、極めて近い位置に２次元電子ガスが形成されるように素子を構成する。例えば、薄いｎ型チャネル層の表面に２次元電子ガスが形成され、裏面がｐ型領域と接合している場合である。この時、空乏層が薄いｎ型チャネル層の表面に達すれば、２次元電子ガス層の厚さが薄くなり、空乏層が薄いｎ型チャネル層の表面に達しなければ２次元電子ガス層の厚さが厚くなる様にしておく。こうして、空乏層の厚さにより２次元電子ガスが広がる範囲を制御することで、空乏層が薄いとき、即ち２次元電子ガス層がより広がった際に２つの電極が通電可能となるようにすることができる。例えば空乏層と相対する位置に、電極を設け、電子を注入する（負電位）電極である陰極として動作するならば、空乏層は薄くなる。そこで、当該電極を陰極とし、当該空乏層が薄くなったときに通電可能な位置に陽極を設ければ、ユニポーラダイオードを実現することが可能である（請求項２）。III族窒化物系化合物半導体でこのようなダイオードを形成することが可能である。この際、公知の如く、２つのIII族窒化物系化合物半導体層界面に２次元電子ガスを形成するためには、ドナーをいずれにも添加しても、一方のみに添加しても、いずれにも添加しなくても良い。空乏層を形成するためのｐ型領域を設け、当該空乏層を陰極で制御すればユニポーラダイオードとなる（請求項３）。

例えば、高抵抗ＡｌＧａＮと、ｎ型ＧａＮの界面には２次元電子ガスが形成されることが知られているので、平板状のｎ型ＧａＮの一方の面に高抵抗ＡｌＧａＮを形成して陰極を形成し、ｎ型ＧａＮの他方の面で陰極と相対する位置にｐ型ＧａＮを形成すると、ユニポーラダイオードを実現することが可能となる。この時、陽極は、高抵抗ＡｌＧａＮの陰極を形成した面に、陰極と距離を空けて形成し、それら陽極と陰極直下に２次元電子ガスが連続して形成されるようにすると良い。或いは、ｎ型ＧａＮと、ｐ型半導体層を介さずに電気的に接続しても良い。例えばｎ型導電性基板上に他の全ての構成を設けて、当該基板の裏面に陽極を設けると良い。

或いは、例えばｐ型ＧａＮなどのｐ型領域に電極を設け、陽極と接続して同電位とすることで、空乏層領域を容易に拡大／縮小制御することができる。

２次元電子ガスを形成しないで、単に陰極直下のｎ型層を空乏層とし、或いは陰極から電子を注入して陽極と接続しうる構成としても良い（請求項７）。

III族窒化物系化合物半導体を用いて本発明のダイオードを構成する場合、例えば２次元電子ガスを形成するため、ｉ−ＡｌＧａＮから成る高抵抗層と、その下にｎ−ＧａＮから成るチャネル層を設け、高抵抗層の上に陰極を、チャネル層の下で陰極と相対する領域にｐ−ＧａＮ領域を設けることができる。尚、ＡｌＧａＮ層にドナーを添加しても良く、或いはドナーを添加しないｉ−ＧａＮから成るチャネル層を使用しても良い。これはIII族窒化物系化合物半導体における二次元電子ガスが、主として歪により発生する分極に基づくからである。また、これらのドナー添加をいわゆる「変調ドープ」としても良く、また、２層の半導体の積層に限定されず、多重層にて２次元電子ガス形成領域を形成しても良い。尚、以下では、ｉ−ＡｌＧａＮから成る高抵抗層、ｎ−ＧａＮから成るチャネル層を設け、高抵抗層の上に陰極を、チャネル層の下で陰極と相対する領域にｐ−ＧａＮ領域を設ける構成について説明する。

ｉ−ＡｌＧａＮから成る高抵抗層の厚さは、トンネル伝導等による導通を可能とするために１０ｎｍ〜５０ｎｍ程度とすると良く、アルミニウム組成は、１０〜４０％程度とすると良い。

ｎ−ＧａＮから成るチャネル層の厚さは、空乏層が十分に形成されるようにｐ−ＧａＮ領域のホール濃度と関連させて決定する必要がある。例えば０．０２μｍ〜０．２μｍ程度とすると良く、０．０５μｍ〜０．１μｍとすると尚良い。ｎ−ＧａＮから成るチャネル層の厚さが０．２μｍを越えると、ｐ−ＧａＮ領域が存在しても二次元電子ガスを枯渇させることが困難となる。尚、ｎ−ＧａＮから成るチャネル層のドーパント濃度は、空乏層が十分に形成されるようにｐ−ＧａＮ領域のホール濃度と関連させて決定する必要がある。例えばｐ−ＧａＮ領域のマグネシウム濃度が１×１０¹⁸〜２×１０²⁰ｃｍ^-3であれば、ｎ−ＧａＮから成るチャネル層のシリコン濃度を１×１０¹⁵〜１×１０¹⁷ｃｍ^-3とすると良い。

ＧａＡｓ系半導体を用いて本発明のダイオードを構成する場合、ＨＥＭＴで公用されている半導体厚さ、ドーパント濃度に基づいて構成すると良い。例えばＡｌＧａＡｓ層にシリコンを変調ドープして不純物無添加のＧａＡｓと接合させてＧａＡｓ側に二次元電子ガスを発生させる。

本発明のポイントは陰極の電位により空乏層が陰極直下の導電層部分を覆い、或いは当該部分から排除されるとの制御にある。本発明は、空乏層の厚さを、一方の電極で制御することを特徴とするユニポーラダイオードであり、各半導体層、半導体領域の設計及び形成方法については、任意の公知の技術を適用することができる。

図１は本発明の第１の実施例に係るユニポーラダイオード１００の構成を示す断面図である。ユニポーラダイオード１００は、ｎ型ＧａＮ基板（ｓｕｂ）１０の一方の面に、厚さ１μｍの、ｐ−ＧａＮ領域（ｐ層）４と、ｎ−ＧａＮ領域３を設け、それらの上に、ｎ−ＧａＮから成るチャネル層２と、ｉ−ＡｌＧａＮから成る高抵抗層１を有する。高抵抗層１の上には、ｐ−ＧａＮ領域４の上部に当たる領域に陰極Ｃａｔｈが、ｎ−ＧａＮ領域３の上部に当たる領域に陽極Ａｎが形成されている。

ｐ−ＧａＮ領域４はＭｇを５×１０¹⁹ｃｍ^-3でドープし、ｎ−ＧａＮ領域３及びｎ−ＧａＮから成るチャネル層２はＳｉを１×１０¹⁶ｃｍ^-3でドープして形成した。ｎ−ＧａＮから成るチャネル層２は厚さを０．１μｍとし、ｉ−ＡｌＧａＮから成る高抵抗層１は厚さを１５ｎｍ（１５０Å）、アルミニウム組成を３０％とした。

ｐ−ＧａＮ領域（ｐ層）４とｎ−ＧａＮ領域３とは、ｎ型ＧａＮ基板１０の面１０ａに垂直な境界面３４を形成している。またｐ−ＧａＮ領域（ｐ層）４の上面４ａがｎ−ＧａＮから成るチャネル層２との界面となっている。ｐ−ＧａＮ領域（ｐ層）４とｎ−ＧａＮ領域３との境界面３４から、距離ｄ１（８０μｍ）離れてｐ−ＧａＮ領域（ｐ層）４と相対する位置に陰極Ｃａｔｈが形成されている。また、境界面３４から距離ｄ２（１７０μｍ）離れてｎ−ＧａＮ領域３と相対する位置に陽極Ａｎが形成されている。陰極Ｃａｔｈと陽極Ａｎとは、距離ｄ１＋ｄ２（＝２５０μｍ）離れて形成されている。

ｎ−ＧａＮから成るチャネル層２の上面２ａが、ｉ−ＡｌＧａＮから成る高抵抗層１との界面となっており、この面２ａ付近に２次元電子ガスが形成される。この２次元電子ガスが陰極Ｃａｔｈ直下から陽極Ａｎ直下に渡って形成された場合に、ｉ−ＡｌＧａＮから成る高抵抗層１をトンネル伝導して陰極Ｃａｔｈと陽極Ａｎとが電気的に接続される。２次元電子ガスが例えば陰極Ｃａｔｈ直下まで形成されなかった場合に、陰極Ｃａｔｈと陽極Ａｎとが電気的に遮断される。この作用は、ｐ−ＧａＮ領域（ｐ層）４とｎ−ＧａＮから成るチャネル層２とにより、面２ａ付近に形成される空乏層の厚さで制御される。当該空乏層の厚さは、その上に位置する陰極Ｃａｔｈから電子が注入されるかどうかで制御される。

図２は、実施例１のユニポーラダイオード１００のＶ−Ｉ特性の実測値を示したものである。図２．Ａは縦軸を通常目盛りで、図２．Ｂは縦軸を対数目盛りで示したものでありいずれも同一結果を示している。実施例１のユニポーラダイオード１００は、逆方向電圧において−１０Ｖまで１０¹⁰Ω程度の高抵抗を示した。順方向電圧に対しては、５Ｖまでは１０⁷Ω以上の高抵抗であるが、７Ｖ〜１０Ｖでは１０⁶〜２×１０⁵Ωと、良好な整流特性を示した。

本実施例は、請求項１、２、３及び４、特に請求項４に係る発明の具体的な実施例に当たる。

（変形例）
図３は、本発明の変形例に係るユニポーラダイオード１５０の構成を示す断面図である。図３のユニポーラダイオード１５０は、図１のユニポーラダイオード１００の構成において、ｎ−ＧａＮ領域３内部の、境界面３４付近下部に付加的に２つのｐ−ＧａＮ領域５を形成したものである。２つのｐ−ＧａＮ領域５は、ｎ−ＧａＮ領域３とｎ−ＧａＮから成るチャネル層２との界面３ａまで達しない位置に形成されている。これにより、ｐ−ＧａＮ領域４から延びる空乏層を更に図３右側方向に拡大させ得る作用を有する。

本変形例は、実施例１同様、請求項１、２、３及び４、特に請求項４に係る発明の具体的な実施例に当たる。

図４は本発明の第２の実施例に係るユニポーラダイオード２００の構成を示す断面図である。図４のユニポーラダイオード２００は、図１のユニポーラダイオード１００の構成において、ｎ型ＧａＮ基板（ｓｕｂ）１０の代わりにサファイア基板（ｓａｐｐｈ）２０を用い、ｐ−ＧａＮ領域４に電極Ａｎ−２を形成したものである。電極Ａｎ−２は、下記に示す通り、陽極Ａｎと接続され、同電位とする。

図５．Ａ乃至図５．Ｃで、図４のユニポーラダイオード２００の動作を説明する。尚、図１及び図３のユニポーラダイオード１００及び１５０の動作は、図５．Ａ及び図５．Ｂとほぼ同様である。

図５．Ａは、図４のユニポーラダイオード２００の３つの電極である、陰極Ｃａｔｈ、陽極Ａｎ、電極Ａｎ−２の電位を全て同じとした場合である。ｐ−ＧａＮ領域（ｐ層）４とｎ−ＧａＮから成るチャネル層２及びｎ−ＧａＮ領域３との境界付近に空乏層が形成される。この右側境界面Ｌを破線で示す。この時、ｎ−ＧａＮから成るチャネル層２の、ｉ−ＡｌＧａＮから成る高抵抗層１との界面に形成される２次元電子ガスｅは、右側境界面Ｌよりも左側には広がらない。この時、陰極Ｃａｔｈと陽極Ａｎは同電位であり、これらの電極間に、ユニポーラダイオード２００を介して電流は流れない。

図５．Ｂは、図４のユニポーラダイオード２００の３つの電極である、陽極Ａｎと電極Ａｎ−２の電位を同電位、陰極Ｃａｔｈの電位をそれよりも低く（負と）した場合である。ｐ−ＧａＮ領域（ｐ層）４とｎ−ＧａＮから成るチャネル層２及びｎ−ＧａＮ領域３との境界付近に空乏層が形成されるが、陰極Ｃａｔｈから電子が注入されるため、その領域は小さくなる。すると、図５．Ｂのように、空乏層の上側境界面Ｌが、ｎ−ＧａＮから成るチャネル層２とｉ−ＡｌＧａＮから成る高抵抗層１との界面に達しない。この場合、ｎ−ＧａＮから成るチャネル層２の、ｉ−ＡｌＧａＮから成る高抵抗層１との界面に形成される２次元電子ガスｅは、左側に広がって陰極Ｃａｔｈ直下に達する。すると、陰極Ｃａｔｈ直下と陽極Ａｎ直下の２次元電子ガスｅは、各々ｉ−ＡｌＧａＮから成る高抵抗層１をトンネル伝導して陰極Ｃａｔｈと陽極Ａｎとを導通させる。この時、陰極Ｃａｔｈと陽極Ａｎとの間に、ユニポーラダイオード２００を介して電流が流れる。

図５．Ｃは、図４のユニポーラダイオード２００の３つの電極である、陽極Ａｎと電極Ａｎ−２の電位を同電位、陰極Ｃａｔｈの電位をそれよりも高く（正と）した場合である。ｐ−ＧａＮ領域（ｐ層）４とｎ−ＧａＮから成るチャネル層２及びｎ−ＧａＮ領域３との境界付近に空乏層が形成されるが、陰極Ｃａｔｈから電子が吸引されるため、その領域は大きくなる。すると、図５．Ｃのように、空乏層の右側境界面Ｌ（破線）は、図５．Ａの時の位置よりも右側（陽極Ａｎ側）に動く。この時、ｎ−ＧａＮから成るチャネル層２の、ｉ−ＡｌＧａＮから成る高抵抗層１との界面に形成される２次元電子ガスｅは、右側に押し込まれる。この時、陰極Ｃａｔｈと陽極Ａｎの間に、ユニポーラダイオード２００を介して電流は流れない。

本実施例は、請求項１、２、３、４及び６、特に請求項４を引用する請求項６に係る発明の具体的な実施例に当たる。

図６は本発明の第３の実施例に係るユニポーラダイオード３００の構成を示す断面図である。図６のユニポーラダイオード３００は、図１のユニポーラダイオード１００の構成において、導電性のｎ型ＧａＮ基板（ｓｕｂ）１０裏面に陽極Ａｎを設けたものである。図６のユニポーラダイオード３００は、図１のユニポーラダイオード１００と同様の動作特性を示す。

本実施例は、請求項１、２、３及び５、特に請求項５に係る発明の具体的な実施例に当たる。

図７は本発明の第４の実施例に係るユニポーラダイオード４００の構成を示す断面図である。図７のユニポーラダイオード４００は、図４のユニポーラダイオード２００の構成において、基板を導電性のｎ型ＧａＮ基板（ｓｕｂ）１０とし、陽極Ａｎをｎ型ＧａＮ基板（ｓｕｂ）１０裏面に設けたものである。図７のユニポーラダイオード４００は、図４のユニポーラダイオード２００と同様の動作特性を示す。

本実施例は、請求項１、２、３、５及び６、特に請求項５を引用する請求項６に係る発明の具体的な実施例に当たる。

図８は本発明の第５の実施例に係るユニポーラダイオード５００の構成を示す断面図である。図８のユニポーラダイオード５００は、図６のユニポーラダイオード３００の構成において、ｉ−ＡｌＧａＮから成る高抵抗層１を省き、陰極Ｃａｔｈをチャネル層２に直接設けたものである。チャネル層２は単にｎ層として作用する。図８のユニポーラダイオード５００は、図１のユニポーラダイオード１００とＶ−Ｉ特性において類似の特性を示す。

本実施例は、請求項１及び７、特に請求項７に係る発明の具体的な実施例に当たる。

〔実施例の簡単な変形について〕
図１のユニポーラダイオード１００、図３のユニポーラダイオード１５０は導電性ｎ−ＧａＮ基板１０を用いたが、サファイア基板を用いても良い。また、図１のユニポーラダイオード１００のｎ−ＧａＮから成るｎ型領域は、ドープされていないＧａＮを用いても良く、或いは、ｎ−ＧａＮから成るチャネル層２を形成可能な任意の材料で形成しても良い。図６のユニポーラダイオード３００及び図７のユニポーラダイオード４００の陽極Ａｎは導電性ｎ−ＧａＮ基板１０の裏面に設けたが、ｎ−ＧａＮから成るチャネル層２にｐ型領域を介さずに電気的に接続されれば良く、任意の位置に設けることができる。

図１、図３、図４の構成では、陽極Ａｎと陰極Ｃａｔｈの間隔（図１でｄ１＋ｄ２）を短くするとダイオードの順方向抵抗が下げることができるが、耐圧がやや低下する。当該間隔は、例えば１μｍ以上１ｍｍ以下で任意に設計可能である。

図１、図３、図４、図６、図７の構成において、ｉ−ＡｌＧａＮ層を薄くすると電子濃度が低くなって動作時の抵抗が高くなる。一方、ｐ−ＧａＮ領域から延びる空乏層による制御が容易となる。

二次元電子ガスを発生させる層を、ｎ−ＡｌＧａＡｓ：Ｓｉ／ｉ−ＡｌＧａＡｓ／ｉ−ＧａＡｓで形成しても良い。変調ドープされたＡｌＧａＡｓ層の厚さは全体で２０〜３０ｎｍとすると良く、そのうちｉ−ＡｌＧａＡｓ層の厚さは２〜１０ｎｍとすると良い。ｎ−ＡｌＧａＡｓ：Ｓｉのシリコン濃度は例えば１０¹⁸ｃｍ^-3とすると良い。

本発明の具体的な第１の実施例に係るユニポーラダイオード１００の構成を示す断面図。ユニポーラダイオード１００のＶ−Ｉ特性であって、２．Ａは縦軸を通常目盛りとしたグラフ図、２．Ｂは縦軸を対数目盛りとしたグラフ図。実施例１の変形例に係るユニポーラダイオード１５０の構成を示す断面図。本発明の具体的な第２の実施例に係るユニポーラダイオード２００の構成を示す断面図。ユニポーラダイオード２００の動作特性の説明図。本発明の具体的な第３の実施例に係るユニポーラダイオード３００の構成を示す断面図。本発明の具体的な第４の実施例に係るユニポーラダイオード４００の構成を示す断面図。本発明の具体的な第５の実施例に係るユニポーラダイオード５００の構成を示す断面図。

１：ｉ−ＡｌＧａＮから成る高抵抗層
２：ｎ−ＧａＮから成るチャネル層
３：ｎ−ＧａＮから成るｎ型領域
４：ｐ−ＧａＮ領域（ｐ層）
５：ｐ−ＧａＮ領域（ｐ層）
１０：導電性ｎ−ＧａＮ基板
２０：サファイア基板

Claims

半導体を用いたユニポーラダイオードであって、
電流が流れるｎ型チャネル層と、
前記ｎ型チャネル層の上方に形成された陰極と、
前記ｎ型チャネル層を介して前記陰極に対して電流を供給する陽極と、
前記ｎ型チャネル層の下方において前記ｎ型チャネル層と接合する層であって、少なくとも前記陰極と対向する領域に形成されたｐ型領域と、該ｐ型領域以外の領域に形成されたｎ型領域とを有する半導体層と、
前記陰極と前記陽極間に印加される電圧に応じて厚さが変化する、前記ｎ型チャネル層と前記ｐ型領域との接合により形成される空乏層と、
を有し、
前記電圧により、前記ｎ型チャネル層の前記ｐ型領域の上部領域における電流路を前記空乏層の厚さの拡大により遮断し、空乏層の厚さの縮小により導通させるようにした
ことを特徴とするユニポーラダイオード。
前記ｎ型チャネル層の上部に該ｎ型チャネル層に接合した高抵抗層を有し、
前記陰極は前記高抵抗層の上部において該高抵抗層に接合し、
前記電流路は、前記ｎ型チャネル層と前記高抵抗層との界面に形成される２次元電子ガスによるチャネルである
ことを特徴とする請求項１に記載のユニポーラダイオード。
前記ｎ型チャネル層と前記高抵抗層は、III族窒化物系化合物から成る半導体層であることを特徴とする請求項２に記載のユニポーラダイオード。
実質的に不純物無添加のIII族窒化物系化合物から成る平板状の高抵抗層と、
前記高抵抗層の一方の面に全面に設けられ、前記高抵抗層よりも電子親和力の大きいｎ型のIII族窒化物系化合物から成るｎ型チャネル層と、
前記高抵抗層の他方の面に互いに距離を隔てて設けられた陰極及び陽極と、
前記ｎ型チャネル層の前記高抵抗層とは反対側の面において前記ｎ型チャネル層と接合するIII族窒化物系化合物から成る層であって、少なくとも前記陰極と対向する領域に形成されたｐ型領域と、該ｐ型領域以外の領域に形成されたｎ型領域とを有する半導体層と、
前記陰極と前記陽極間に印加される電圧に応じて厚さが変化する、前記ｎ型チャネル層と前記ｐ型領域との接合により形成される空乏層と、
を有し、
前記電圧により、前記ｐ型領域の上部領域における前記ｎ型チャネル層と前記高抵抗層との界面に形成れる電流路を前記空乏層の厚さの拡大により遮断し、空乏層の厚さの縮小により導通させるようにした
ことを特徴とするユニポーラダイオード。
実質的に不純物無添加のIII族窒化物系化合物から成る平板状の高抵抗層と、
前記高抵抗層の一方の面に全面に設けられ、前記高抵抗層よりも電子親和力の大きいｎ型のIII族窒化物系化合物から成るｎ型チャネル層と、
前記高抵抗層の他方の面に設けられた陰極と、
前記ｎ型チャネル層の前記高抵抗層とは反対側の面において前記ｎ型チャネル層と接合するIII族窒化物系化合物から成る層であって、少なくとも前記陰極と対向する領域に形成されたｐ型領域と、該ｐ型領域以外の領域に形成されたｎ型領域とを有する半導体層と、
前記ｎ型チャネル層に対して、前記ｎ型領域を介して導通する陽極と、
前記陰極と前記陽極間に印加される電圧に応じて厚さが変化する、前記ｎ型チャネル層と前記ｐ型領域との接合により形成される空乏層と、
を有し、
前記電圧により、前記ｐ型領域の上部領域における前記ｎ型チャネル層と前記高抵抗層との界面に形成れる電流路を前記空乏層の厚さの拡大により遮断し、空乏層の厚さの縮小により導通させるようにした
ことを特徴とするユニポーラダイオード。
前記ｐ型領域に設けられた第３の電極を有し、
前記陽極と前記第３の電極を接続したことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のユニポーラダイオード。
ｎ型のIII族窒化物系化合物から成る平板状のｎ層と、
前記ｎ層の一方の面に設けられた陰極と、
前記ｎ層の前記陰極とは反対側の面において前記ｎ層と接合するIII族窒化物系化合物から成る層であって、少なくとも前記陰極と対向する領域に形成されたｐ型領域と、該ｐ型領域以外の領域に形成されたｎ型領域とを有する半導体層と、
前記ｎ層に、前記ｎ型領域を介して導通する陽極と、
前記陰極と前記陽極間に印加される電圧に応じて厚さが変化する、前記ｎ層と前記ｐ型領域との接合により形成される空乏層と、
を有し、
前記電圧により、前記ｎ層の前記ｐ型領域の上部領域における電流路を前記空乏層の厚さの拡大により遮断し、空乏層の厚さの縮小により導通させるようにした
ことを特徴とするユニポーラダイオード。