JP5792922B2 - ショットキバリアダイオードおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
非特許文献1に開示される構造では、SiC層にトレンチ部を形成し、トレンチ部を除く領域の上に、第1の電極を設けている。そして、第1の電極およびトレンチ部を含むSiC層の全域を覆う第2の電極を設けている。つまり、デュアルメタルのショットキ電極を有するトレンチ構造を有している。
また、特許文献1には、トレンチ部の底部に、第1,第2の電極を設けている。そして、第2電極は、トレンチ部の側面を含む基板全域を覆っている。
m面は、被エッチング速度が遅いので、ウェットエッチングすると、異方性ウェットエッチングとなり、基板面にほぼ垂直となる。したがって、トレンチ部の側面が基板面にほぼ垂直な面となることにより、理想的なストライプ状の電界分布が得られる。これにより、電界緩和効果が高くなり、高耐圧化が可能となる。
また、エッチングの際、ドライエッチングを行なった後、異方性ウェットエッチングを行うことにより、加工ダメージが除去される。また、極めて平滑な側面を有するメサ部が形成される。したがって、リーク電流の小さい、極めて高耐圧のショットキバリアダイオードが得られる。
以下、本実施の形態においては、ショットキバリアダイオード(Shottky Barrier Diode)を「SBD」と略称する。また、デュアルメタル構造を、「DM構造」と略称する。
図1は、本発明の実施形態に係るDM構造のSBDの断面図である。
GaN層13の厚さは約5μmである。GaN層13には、深さ約2μmのトレンチ部14が形成されている。言い換えると、GaN層13は、トレンチ部14の底部から上方に突出した,高さ約2μmのメサ部13aを有している。トレンチ部14の側面14aは垂直な壁である。
ここで、第1電極15および第2電極16は、いずれもGaNに対してショットキ接触するように、処理されている。
ただし、第1電極15と第2電極16とは、互いにショットキ接触している必要はなく、互いにオーミック接触していてもよい。
本発明の半導体領域は、GaN層に限定されるものではなく、SiC層など、他の稠密六方の結晶構造を有するものであってもよい。GaN層以外の半導体を用いる場合には、第1電極15,第2電極16として、上記列挙した金属材料以外のものを選択することができる。ただし、いずれの場合にも、第2電極16のショットキバリア高さφ2は、第1電極15のショットキバリア高さφ1よりも大きいことが好ましい。
同図の下方に示すように、GaN基板11およびGaN層13は、稠密六方の結晶構造を有し、その面方位はc面({ 0 0 0 1}面)である。そして、トレンチ部14の側面14aは、m面({ 1-1 0 0}面)である。また、トレンチ部14の側面14aの平面形状は、正六角形である。
図2(a)に示す構造では、正六角形のメサ部13aが形成されるように、トレンチ部14が掘り込まれている。図2(b)に示す構造では、GaN層13に、正六角形のトレンチ部14が掘り込まれている。上記いずれの構造であってもよい。
また、GaN基板11の裏面には、Ti/Al/Ti/Auからなるオーミックの裏面電極19が形成されている。
図3(a)〜(e)は、本実施の形態に係るSBDの製造工程を示す断面図である。
まず、図3(a)に示す工程で、GaN基板11の上に、GaN層13をエピタキシャル成長させる。成長に際しては、周知の有機金属気相成長法を用いる。また、GaN層13の下部(バッファ層)にはキャリア濃度が約1×1018cm−3のn型ドーパントを含ませる。GaN層13の上部(ドリフト層)にはキャリア濃度が約5×1015cm−3のn型ドーパントを含ませる。なお、GaN層13の上部(ドリフト層)は、アンドープ層であってもよい。
なお、レジストマスクReの側面が、GaN層13のm面に平行でなくてもよい。レジストマスクReの側面の下端部がGaN層13のm面に沿っていれば、エッチング工程で、側面14aがm面であるトレンチ部14が形成される。
蒸着前洗浄として、10%塩酸にて3分間洗浄をした後、裏面全体に、多層膜であるTi/Al/Ti/Au膜(厚さ20nm/100nm/20nm/300nm)をEB蒸着法によって堆積する。その後、450℃,2分間の条件で、GaN基板1と裏面電極19との合金化熱処理を行なう。上記合金化処理は、第1電極15,第2電極16と、GaN層13とのショットキ接触が保たれる温度,時間で行われる。
図4は、本実施の形態に対する比較例1,2に係るSBDの断面図である。比較例1は、実施の形態1と同じ構造において、トレンチを形成せずに、ドリフト層の上に、実施の形態の第1電極15と同じ材料からなるショットキ電極(Ti電極)を設けたものである。比較例2は、実施の形態1と同じ構造において、トレンチを形成せずに、ドリフト層の上に、実施の形態の第2電極16と同じ材料からなるショットキ電極(Ni電極)を設けたものである。Ti電極、Ni電極共に、リフトオフ法によってパターニングされており、その形状は、直径が200μmの円形である。
比較例1は、純粋なTi−SBDの特性を示し、比較例2は、純粋なNi−SBDの特性を示している。比較例1,2のSBDのn値は、いずれも1.06である。比較例1のSBDのTi電極のショットキバリア高さφ1は、0.73eVである。比較例2のSBDのNi電極のショットキバリア高さφ1は、0.95eVである。
その結果、比較例2のSBDは、比較例1のSBDに比べ、逆方向電圧印加時におけるリーク電流が小さく、耐圧が大きい。反面、比較例2のSBDは、比較例1のSBDに比べ、順方向電圧印加時におけるオン電流が小さい。
図7,図8に示されるように、比較例3のSBDにおいては、逆方向電圧印加時におけるリーク電流が、実施例のSBDよりも増大している。
それに対し、本実施の形態では、トレンチ部14の側面14aがm面であることにより、リークパスの発生が抑制される。リーク電流は、降伏電圧(ブレークダウン電圧)を判断する閾値のパラメータとなっている。よって、リークパスの発生が抑制されることにより、耐圧が向上する。
図11は、他の実施の形態に係るSBDの断面図である。図11において、図1に示すSBD10における各部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付して,説明を省略する。
この実施の形態においては、第1電極15が、トレンチ14の底面上に形成されている。そして、第2電極16は、第1電極15を覆うとともに、トレンチ部14の側面14およびメサ部13の上面を覆っている。
11 GaN基板
13 GaN層(半導体領域)
13a メサ部
14 トレンチ部
14a 側面
15 第1電極
16 第2電極
19 裏面電極
Re レジストマスク
Claims (4)
- { 0 0 0 1}面基板上に設けられた半導体領域と、
前記半導体領域に形成されたトレンチ部と、
前記トレンチ部の間の前記半導体領域に形成され、ショットキ接触する第1の電極と、
前記トレンチ部の側面の半導体領域、および前記トレンチ部の底の半導体領域、に形成され、それぞれショットキ接触する第2の電極とを備え、該第2の電極は前記第1の電極を覆って連続しており、
前記半導体領域において、前記トレンチ部および該トレンチ部の間を含む上部はノンドープ、または前記基板に近い下部よりも低濃度のn型不純物が分布し、
前記トレンチ部の側面は、異方性ウェットエッチングがなされた{ 1-1 0 0}面であり、前記基板の面に垂直であり、
前記第2の電極は、前記半導体領域に対して、前記第1の電極よりも高いショットキバリア高さを有している、ショットキバリアダイオード。 - 請求項1記載のショットキバリアダイオードにおいて、
前記{ 0 0 0 1}面基板は、自立基板である、ショットキバリアダイオード。 - 請求項1または2に記載のショットキバリアダイオードにおいて、
前記半導体領域は、GaNからなり、
前記第1の電極は、Al,W,Ta,MoおよびTiから選ばれる1の金属からなり、
前記第2の電極は、Ni,Pd,Pt,およびAuから選ばれる1の金属からなる、ショットキバリアダイオード。 - { 0 0 0 1}面基板上に半導体領域を形成し、ここで、該半導体領域の上部はノンドープ、または前記基板に近い下部よりも低濃度にn型不純物をドープされたものであり、
前記半導体領域の上に、第1の電極を形成する工程(a)と、
少なくとも前記第1の電極をマスクとして、前記半導体領域をエッチングして、{ 1-1 0 0}面に沿った側面を有するトレンチ部を形成する工程(b)と、
前記第1の金属膜の上方、およびトレンチ部を含む半導体領域上に、第2の電極を形成する工程(c)と、を含み、
前記工程(b)では、ドライエッチングを行なった後、異方性ウェットエッチングを行って、前記トレンチの側面を前記基板の面に垂直になるようにし、
前記第2の電極は、前記半導体領域に対して、前記第1の電極よりも高いショットキバリア高さを有している、ショットキバリアダイオードの製造方法。
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