JP6610340B2 - Diodes using group III nitride semiconductors - Google Patents

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本明細書では、III族窒化物半導体の積層構造を利用するダイオードを開示する。   The present specification discloses a diode using a laminated structure of a group III nitride semiconductor.

バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層のC面に、バンドギャップが大きいIII族窒化物半導体層をヘテロ接合させると、バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層内のC面に沿う範囲に、二次元電子ガス層が発生する。特許文献1に、その二次元電子ガス層を利用するショットキーダイオードが開示されている。特許文献1の技術では、二次元電子ガス層にショットキー接触するアノード電極と、二次元電子ガス層にオーミック接触するカソード電極を用いる。   When a group III nitride semiconductor layer having a large band gap is heterojunctioned to the C plane of the group III nitride semiconductor layer having a small band gap, the range along the C plane in the group III nitride semiconductor layer having a small band gap is A two-dimensional electron gas layer is generated. Patent Document 1 discloses a Schottky diode that uses the two-dimensional electron gas layer. In the technique of Patent Document 1, an anode electrode that is in Schottky contact with a two-dimensional electron gas layer and a cathode electrode that is in ohmic contact with the two-dimensional electron gas layer are used.

バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層のC面とマイナスC面にバンドギャップが大きいIII族窒化物半導体層をヘテロ接合させると、バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層内のC面に沿う範囲に二次元電子ガス層が発生し、同じIII族窒化物半導体層内のマイナスC面に沿う範囲に二次元ホールガス層が発生する。
特許文献2と3に、バンドギャップが小さい層と大きい層を繰り返して積層した構造を利用してFETを形成する技術が開示されている。
When a group III nitride semiconductor layer having a large band gap is heterojunctioned to the C-plane and the minus C-plane of the group III nitride semiconductor layer having a small band gap, the group C nitride is along the C plane in the group III nitride semiconductor layer having a small band gap. A two-dimensional electron gas layer is generated in the range, and a two-dimensional hole gas layer is generated in the range along the minus C plane in the same group III nitride semiconductor layer.
Patent Documents 2 and 3 disclose a technique for forming an FET using a structure in which a layer having a small band gap and a layer having a large band gap are repeatedly stacked.

特開2015−198199号公報JP-A-2015-198199 特開2010−135640号公報JP 2010-135640 A 特開2013−098284号公報JP 2013-098284 A

特許文献2と3に開示されているように、バンドギャップが小さい層と大きい層を繰り返して積層すると、複数の二次元電子ガス層と複数の二次元ホールガス層を得ることができ、半導体装置の抵抗を下げることが可能となる。
特許文献2と3では、バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層とバンドギャップが大きいIII族窒化物半導体層が繰り返し積層されている半導体基板の上面から深部に延びるトレンチを形成し、そのトレンチ内にソース電極とドレイン電極を形成している。上記の構造によると、半導体基板の深部に発生している二次元電子ガス層と二次元ホールガス層をソース電極とドレイン電極に接触させることができる。半導体装置の抵抗を下げることが可能となる。
As disclosed in Patent Documents 2 and 3, by repeatedly stacking a layer having a small band gap and a layer having a large band gap, a plurality of two-dimensional electron gas layers and a plurality of two-dimensional hole gas layers can be obtained. It is possible to reduce the resistance.
In Patent Documents 2 and 3, a trench extending deeply from the upper surface of a semiconductor substrate in which a group III nitride semiconductor layer having a small band gap and a group III nitride semiconductor layer having a large band gap are repeatedly stacked is formed. A source electrode and a drain electrode are formed. According to the above structure, the two-dimensional electron gas layer and the two-dimensional hole gas layer generated in the deep part of the semiconductor substrate can be brought into contact with the source electrode and the drain electrode. The resistance of the semiconductor device can be lowered.

バンドギャップが小さい層と大きい層を繰り返して積層することによって複数の二次元電子ガス層と複数の二次元ホールガス層を得る技術は、ダイオードにも有効であり、ダイオードの寄生抵抗を下げることが可能となる。この場合は、半導体基板の上面から深部に延びるトレンチを形成し、そのトレンチ内にアノード電極とカソード電極を形成することになる。   The technology to obtain a plurality of two-dimensional electron gas layers and a plurality of two-dimensional hole gas layers by repeatedly laminating a layer having a small band gap and a layer having a large band gap is also effective for a diode, and can reduce the parasitic resistance of the diode. It becomes possible. In this case, a trench extending deep from the upper surface of the semiconductor substrate is formed, and an anode electrode and a cathode electrode are formed in the trench.

添付する図8は、特許文献2と3に開示されている積層構造を利用してダイオードを実現した場合の断面を示している。サファイア基板等の支持基板1の上面上に、バンドギャップが小さいGaN層とバンドギャップが大きいAlGaN層の互層が、繰り返して積層されている。すなわち、支持基板1の上面上に、GaN層2aとAlGaN層3aの互層が積層され、その上面上にGaN層2bとAlGaN層の3bの互層が積層され、その上面上にGaN層2cとAlGaN層の3cの互層が積層され、その上面上にGaN層2dが積層されている。以下では、GaN層2a,2b,2c,2dに共通な事象を説明する際には、参照番号のうちの語尾のアルファベットを省略する。他の添え字付きの参照番号についても同様である。図8の場合、GaN層2の上面がC面であり、下面がマイナスC面である。バンドギャップが小さいGaN層2の上面に沿った範囲に二次元電子ガス層7が形成され、GaN層2の下面に沿った範囲に二次元ホールガス層6が形成される。半導体基板の上面から深部に延びているトレンチに、アノード電極26とカソード電極28が充填されている。アノード電極26には二次元ホールガス層6にオーミック接触する金属を用いる。図8の構造によると、二次元電子ガス層7aと二次元ホールガス層6bの間に形成されるpnダイオードと、二次元電子ガス層7bと二次元ホールガス層6bの間に形成されるpnダイオードと、二次元電子ガス層7bと二次元ホールガス層6cの間に形成されるpnダイオードと、二次元電子ガス層7cと二次元ホールガス層6cの間に形成されるpnダイオードと、二次元電子ガス層7cと二次元ホールガス層6dの間に形成されるpnダイオードが、アノード電極26とカソード電極28の間を並列に接続するダイオードが得られる。これによってダイオードの寄生抵抗が低下する。   FIG. 8 attached herewith shows a cross section when a diode is realized using the laminated structure disclosed in Patent Documents 2 and 3. On the upper surface of the support substrate 1 such as a sapphire substrate, a GaN layer having a small band gap and an AlGaN layer having a large band gap are stacked repeatedly. That is, the alternate layer of the GaN layer 2a and the AlGaN layer 3a is laminated on the upper surface of the support substrate 1, the alternate layer of the GaN layer 2b and the AlGaN layer 3b is laminated on the upper surface, and the GaN layer 2c and the AlGaN layer are laminated on the upper surface. 3c of layers are stacked, and a GaN layer 2d is stacked on the top surface. In the following, when describing an event common to the GaN layers 2a, 2b, 2c, and 2d, the alphabet at the end of the reference number is omitted. The same applies to other reference numbers with subscripts. In the case of FIG. 8, the upper surface of the GaN layer 2 is the C plane, and the lower surface is the minus C plane. A two-dimensional electron gas layer 7 is formed in a range along the upper surface of the GaN layer 2 having a small band gap, and a two-dimensional hole gas layer 6 is formed in a range along the lower surface of the GaN layer 2. A trench extending deep from the upper surface of the semiconductor substrate is filled with an anode electrode 26 and a cathode electrode 28. A metal that is in ohmic contact with the two-dimensional hole gas layer 6 is used for the anode electrode 26. According to the structure of FIG. 8, a pn diode formed between the two-dimensional electron gas layer 7a and the two-dimensional hole gas layer 6b, and a pn diode formed between the two-dimensional electron gas layer 7b and the two-dimensional hole gas layer 6b. A diode, a pn diode formed between the two-dimensional electron gas layer 7b and the two-dimensional hole gas layer 6c, a pn diode formed between the two-dimensional electron gas layer 7c and the two-dimensional hole gas layer 6c, A pn diode formed between the two-dimensional electron gas layer 7c and the two-dimensional hole gas layer 6d provides a diode that connects the anode electrode 26 and the cathode electrode 28 in parallel. This reduces the parasitic resistance of the diode.

図8の構造は、ダイオードの寄生抵抗を低く抑えるのに有効であるが、アノード電極26に二次元電子ガス層7が接触しており、カソード電極28に二次元電子ホールガス層6が接触しており、逆方向のリーク電流が大きくなるという問題が生じる。
本明細書では、バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層とバンドギャップが大きいIII族窒化物半導体層を繰り返して積層することによって寄生抵抗を低く抑えることができ、しかも逆方向のリーク電流まで低く抑えることができるダイオードを開示する。
The structure of FIG. 8 is effective for keeping the parasitic resistance of the diode low, but the two-dimensional electron gas layer 7 is in contact with the anode electrode 26 and the two-dimensional electron hole gas layer 6 is in contact with the cathode electrode 28. As a result, a problem arises in that the reverse leakage current increases.
In this specification, the parasitic resistance can be kept low by repeatedly laminating a group III nitride semiconductor layer having a small band gap and a group III nitride semiconductor layer having a large band gap, and the leakage current in the reverse direction can be reduced. Disclosed is a diode that can be suppressed.

本明細書で開示するダイオードは、バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層とバンドギャップが大きいIII族窒化物半導体層が繰り返して積層されている半導体基板を利用する。このダイオードのアノード電極は、二次元ホールガス層の各々に接して二次元電子ガス層に接しない形状となっており、カソード電極は、二次元電子ガス層の各々に接して二次元電子ホールガス層に接しない形状となっている。   The diode disclosed in this specification uses a semiconductor substrate in which a group III nitride semiconductor layer having a small band gap and a group III nitride semiconductor layer having a large band gap are repeatedly stacked. The anode electrode of this diode is in contact with each of the two-dimensional hole gas layers and does not contact the two-dimensional electron gas layer, and the cathode electrode is in contact with each of the two-dimensional electron gas layers. The shape is not in contact with the layer.

上記の構造によると、二次元ホールガス層と二次元電子ガス層を利用するpnダイオードが得られる。このダイオードは、pn障壁を利用してリーク電流を低く抑えることができる。またアノード電極は二次元電子ガス層に接せず、カソード電極は二次元電子ホールガス層に接しないために、pn障壁を迂回する電流経路も存在しない。またキャリアの移動度が高い二次元ホールガス層の複数層と、キャリアの移動度が高い二次元電子ガス層の複数層を利用することから寄生抵抗も低く抑えることができる。   According to said structure, the pn diode using a two-dimensional hole gas layer and a two-dimensional electron gas layer is obtained. This diode can suppress the leakage current using a pn barrier. Further, since the anode electrode does not contact the two-dimensional electron gas layer and the cathode electrode does not contact the two-dimensional electron hole gas layer, there is no current path that bypasses the pn barrier. Further, since a plurality of two-dimensional hole gas layers having high carrier mobility and a plurality of two-dimensional electron gas layers having high carrier mobility are used, parasitic resistance can be suppressed to a low level.

半導体基板にショットキー接触する金属によってアノード電極を形成すると、ショットキー障壁とpn障壁の双方を利用するダイオードを得ることができる。   When the anode electrode is formed of a metal that is in Schottky contact with the semiconductor substrate, a diode that uses both a Schottky barrier and a pn barrier can be obtained.

実施例1のダイオードの断面を示す図。3 is a diagram showing a cross section of the diode of Example 1. FIG. 実施例2のダイオードの断面を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a cross section of a diode of Example 2. 実施例3のダイオードの断面を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a cross section of a diode of Example 3. 実施例4のダイオードの断面を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a cross section of a diode of Example 4; 実施例5のダイオードの断面を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a cross section of a diode of Example 5. 実施例6のダイオードの断面を示す図。FIG. 10 is a diagram showing a cross section of a diode of Example 6; 実施例1のダイオードの製造工程を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a manufacturing process of the diode of Example 1. 従来技術によって得られるダイオードの断面を示す図。The figure which shows the cross section of the diode obtained by a prior art.

以下に説明する実施例の特徴を列記する。
(特徴1)バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層とバンドギャップが大きいIII族窒化物半導体層が繰り返して積層されている積層構造を利用する。
(特徴2)特徴1の積層構造を形成する各層の上面を露出させる。
(特徴3)特徴2の露出面に電極を形成する。
(特徴4)アノード電極と二次元ホールガス層の距離<アノード電極と二次元電子ガス層の距離の関係にある。
(特徴5)カソード電極と二次元ホールガス層の距離>カソード電極と二次元電子ガス層の距離の関係にある。
(特徴6)バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層にGaNを用い、バンドギャップが大きいIII族窒化物半導体層にAlGaNを用いる。
(特徴7)i型のGaNとi型のAlGaNを用いる。ここでいうi型は、ドーパントもアクセプタも添加せずに結晶成長させた層をいう。
The features of the embodiments described below are listed.
(Feature 1) A stacked structure in which a group III nitride semiconductor layer having a small band gap and a group III nitride semiconductor layer having a large band gap are stacked repeatedly is used.
(Feature 2) The upper surface of each layer forming the layered structure of Feature 1 is exposed.
(Feature 3) An electrode is formed on the exposed surface of Feature 2.
(Feature 4) The distance between the anode electrode and the two-dimensional hole gas layer is less than the distance between the anode electrode and the two-dimensional electron gas layer.
(Feature 5) The distance between the cathode electrode and the two-dimensional hole gas layer is greater than the distance between the cathode electrode and the two-dimensional electron gas layer.
(Feature 6) GaN is used for the group III nitride semiconductor layer having a small band gap, and AlGaN is used for the group III nitride semiconductor layer having a large band gap.
(Feature 7) i-type GaN and i-type AlGaN are used. The i-type here refers to a layer grown without adding a dopant or an acceptor.

(実施例1)
図1に実施例1のダイオードの断面を示す。参照番号1は、支持基板であり、その上面上に、バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層2とバンドギャップが大きいIII族窒化物半導体層3の互層が繰り返して積層されている。すなわち、支持基板1の上面上に半導体層2aと3aの互層が積層され、その上面上に半導体層2bと3bの互層が積層され、その上面上に半導体層2cと3cの互層が積層され、その上面上に半導体層2dが積層されている。
本実施例では、支持基板1にサファイア基板を用い、バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層2にi型のGaNを用い、バンドギャップが大きいIII族窒化物半導体層3にi型のAlGaNを用いる。本実施例では、GaN層2の上面がC面であり、下面がマイナスC面となっている。これに代えて、GaN層2の上面がマイナスC面であり、下面がC面としてもよい。結晶成長方法を選択することで、上面をC面とすることもできれば、上面をマイナスC面とすることもできる。支持基板1とGaN層2aの間にバッファ層を設けてもよい。
Example 1
FIG. 1 shows a cross section of the diode of the first embodiment. Reference numeral 1 denotes a supporting substrate, on which an alternating layer of a group III nitride semiconductor layer 2 having a small band gap and a group III nitride semiconductor layer 3 having a large band gap is laminated repeatedly. That is, the alternate layers of the semiconductor layers 2a and 3a are laminated on the upper surface of the support substrate 1, the alternate layers of the semiconductor layers 2b and 3b are laminated on the upper surface, and the alternate layers of the semiconductor layers 2c and 3c are laminated on the upper surface. A semiconductor layer 2d is laminated on the upper surface.
In this embodiment, a sapphire substrate is used for the support substrate 1, i-type GaN is used for the group III nitride semiconductor layer 2 with a small band gap, and i-type AlGaN is used for the group III nitride semiconductor layer 3 with a large band gap. Use. In this embodiment, the upper surface of the GaN layer 2 is a C plane, and the lower surface is a minus C plane. Alternatively, the upper surface of the GaN layer 2 may be a minus C plane and the lower surface may be a C plane. By selecting the crystal growth method, the upper surface can be the C plane or the upper surface can be the minus C plane. A buffer layer may be provided between the support substrate 1 and the GaN layer 2a.

上記の積層構造の場合、バンドギャップが小さいGaN層2のC面(本施例では上面)に沿った範囲に二次元電子ガス層7が形成され、GaN層2のマイナスC面(実施例では下面)に沿った範囲に二次元ホールガス層6が形成される。図1の場合、GaN層2aの上面に沿った範囲に二次元電子ガス層7aが発生し、GaN層2bの上面に沿った範囲に二次元電子ガス層7bが発生し、GaN層2cの上面に沿った範囲に二次元電子ガス層7cが発生し、GaN層2bの下面に沿った範囲に二次元ホールガス層6bが発生し、GaN層2cの下面に沿った範囲に二次元ホールガス層6cが発生し、GaN層2dの下面に沿った範囲に二次元ホールガス層6dが発生していることを示している。   In the case of the above laminated structure, the two-dimensional electron gas layer 7 is formed in a range along the C plane (upper surface in this embodiment) of the GaN layer 2 having a small band gap, and the minus C plane (in the embodiment, in the embodiment). A two-dimensional hole gas layer 6 is formed in a range along the lower surface. In the case of FIG. 1, the two-dimensional electron gas layer 7a is generated in the range along the upper surface of the GaN layer 2a, the two-dimensional electron gas layer 7b is generated in the range along the upper surface of the GaN layer 2b, and the upper surface of the GaN layer 2c. The two-dimensional electron gas layer 7c is generated in the range along the GaN layer, the two-dimensional hole gas layer 6b is generated in the range along the lower surface of the GaN layer 2b, and the two-dimensional hole gas layer is formed in the range along the lower surface of the GaN layer 2c. 6c is generated and the two-dimensional hole gas layer 6d is generated in a range along the lower surface of the GaN layer 2d.

参照番号8b,8c,8dはアノード電極を示している。アノード電極8bはGaN層2bの露出上面に接しており、アノード電極8cはGaN層2cの露出上面に接しており、アノード電極8dはGaN層2dの露出上面に接している。前記したように、本明細書では、共通する事象については、アルファベットの添え字を省略して説明する。アノード電極8の形成位置では、GaN層2の上面から下面近傍までエッチングされており、そのエッチング面にアノード電極8が形成されている。GaN層2の残存厚みT1は薄く、その残存した厚みの範囲には、二次元電子ガス層7は形成されない。それに対して、残存厚みT1がある距離以上であると、残存した厚みの範囲にも二次元ホールガス層6が形成される。残存厚みT1が薄すぎると二次元ホールガス層6が枯渇してしまうが、本実施例では、二次元ホールガス層6が枯渇しない厚みT1に調整されている。   Reference numerals 8b, 8c and 8d denote anode electrodes. The anode electrode 8b is in contact with the exposed upper surface of the GaN layer 2b, the anode electrode 8c is in contact with the exposed upper surface of the GaN layer 2c, and the anode electrode 8d is in contact with the exposed upper surface of the GaN layer 2d. As described above, in this specification, common events will be described by omitting alphabetic suffixes. At the position where the anode electrode 8 is formed, the GaN layer 2 is etched from the upper surface to the vicinity of the lower surface, and the anode electrode 8 is formed on the etched surface. The remaining thickness T1 of the GaN layer 2 is thin, and the two-dimensional electron gas layer 7 is not formed in the remaining thickness range. On the other hand, if the remaining thickness T1 is greater than or equal to a certain distance, the two-dimensional hole gas layer 6 is also formed in the remaining thickness range. If the remaining thickness T1 is too thin, the two-dimensional hole gas layer 6 is depleted. In this embodiment, the thickness T1 is adjusted so that the two-dimensional hole gas layer 6 is not depleted.

アノード電極8と二次元ホールガス層6が直接に接するとは限られない。アノード電極8と二次元ホールガス層6の間にi型のGaNが介在していることがある。i型のGaNが介在している場合でも、アノード電極8からGaNに金属が侵入する現象等によって、アノード電極8と二次元ホールガス層6の間は低抵抗となる。GaN層2にショットキー接触する金属でアノード電極8を形成する場合も、両者間の順方向の接触抵抗は低い。本明細書では、アノード電極8と二次元ホールガス層6の間が低抵抗な状態を両者が導通しているという。アノード電極8bは二次元ホールガス層6bに導通し、アノード電極8cは二次元ホールガス層6cに導通し、アノード電極8dは二次元ホールガス層6dに導通している。   The anode electrode 8 and the two-dimensional hole gas layer 6 are not necessarily in direct contact with each other. In some cases, i-type GaN is interposed between the anode electrode 8 and the two-dimensional hole gas layer 6. Even when i-type GaN is present, the resistance between the anode electrode 8 and the two-dimensional hole gas layer 6 becomes low due to the phenomenon of metal entering the GaN from the anode electrode 8. Even when the anode electrode 8 is formed of a metal that is in Schottky contact with the GaN layer 2, the forward contact resistance between the two is low. In this specification, the anode electrode 8 and the two-dimensional hole gas layer 6 are said to be conducting in a low resistance state. The anode electrode 8b is electrically connected to the two-dimensional hole gas layer 6b, the anode electrode 8c is electrically connected to the two-dimensional hole gas layer 6c, and the anode electrode 8d is electrically connected to the two-dimensional hole gas layer 6d.

アノード電極8と二次元電子ガス層7は絶縁されている。すなわち、アノード電極8bと二次元電子ガス層7bの間にはX1に示す絶縁距離が確保され、アノード電極8cと二次元電子ガス層7cの間にもX1に示す絶縁距離が確保されている。アノード電極8bと二次元電子ガス層7aの間は、i型のAlGaN層3aによって絶縁されている。アノード電極8cと二次元電子ガス層7bの間は、i型のAlGaN層3bによって絶縁されている。アノード電極8dと二次元電子ガス層7cの間は、i型のAlGaN層3cによって絶縁されている。本実施例では、T1<X1の関係にあり、アノード電極8と二次元電子ガス層7の間が極めて高抵抗な絶縁状態となっている。
結局、アノード電極8bは、二次元電子ガス層7a,7b,7cのいずれからも絶縁されており、二次元ホールガス層6bに導通している。アノード電極8cは、二次元電子ガス層7a,7b,7cのいずれからも絶縁されており、二次元ホールガス層6cに導通している。アノード電極8dは、二次元電子ガス層7a,7b,7cのいずれからも絶縁されており、二次元ホールガス層6dに導通している。
The anode electrode 8 and the two-dimensional electron gas layer 7 are insulated. That is, the insulation distance indicated by X1 is ensured between the anode electrode 8b and the two-dimensional electron gas layer 7b, and the insulation distance indicated by X1 is also ensured between the anode electrode 8c and the two-dimensional electron gas layer 7c. The anode electrode 8b and the two-dimensional electron gas layer 7a are insulated by the i-type AlGaN layer 3a. The anode electrode 8c and the two-dimensional electron gas layer 7b are insulated by the i-type AlGaN layer 3b. The anode electrode 8d and the two-dimensional electron gas layer 7c are insulated by the i-type AlGaN layer 3c. In this embodiment, T1 <X1 is established, and the anode electrode 8 and the two-dimensional electron gas layer 7 are in an insulating state with extremely high resistance.
Eventually, the anode electrode 8b is insulated from any of the two-dimensional electron gas layers 7a, 7b, 7c, and is electrically connected to the two-dimensional hole gas layer 6b. The anode electrode 8c is insulated from any of the two-dimensional electron gas layers 7a, 7b, 7c, and is electrically connected to the two-dimensional hole gas layer 6c. The anode electrode 8d is insulated from any of the two-dimensional electron gas layers 7a, 7b, and 7c, and is electrically connected to the two-dimensional hole gas layer 6d.

参照番号9a,9b,9cはカソード電極を示している。カソード電極9aはAlGaN層3aの露出上面に接しており、カソード電極9bはAlGaN層3bの露出上面に接しており、カソード電極9cはAlGaN層3cの露出上面に接している。本明細書では、共通する事象については、アルファベットの添え字を省略して説明する。カソード電極9の形成位置では、AlGaN層3の上面から下面近傍までエッチングされており、そのエッチング面にカソード電極9が形成されている。AlGaN層3の残存厚みT2は適度に薄い。残存厚みT2が薄すぎると、薄すぎるAlGaN層3にヘテロ接合している範囲では、GaN層2の上面近傍から二次元電子ガス層7が枯渇してしまう。本実施例では、二次元電子ガス層7が枯渇しない厚みT2に調整されている。   Reference numerals 9a, 9b, and 9c denote cathode electrodes. The cathode electrode 9a is in contact with the exposed upper surface of the AlGaN layer 3a, the cathode electrode 9b is in contact with the exposed upper surface of the AlGaN layer 3b, and the cathode electrode 9c is in contact with the exposed upper surface of the AlGaN layer 3c. In the present specification, common events will be described by omitting alphabetic subscripts. At the position where the cathode electrode 9 is formed, the AlGaN layer 3 is etched from the upper surface to the vicinity of the lower surface, and the cathode electrode 9 is formed on the etched surface. The remaining thickness T2 of the AlGaN layer 3 is moderately thin. If the remaining thickness T2 is too thin, the two-dimensional electron gas layer 7 is depleted from the vicinity of the upper surface of the GaN layer 2 in the range where it is heterojunction with the AlGaN layer 3 that is too thin. In this embodiment, the thickness T2 is adjusted so that the two-dimensional electron gas layer 7 is not depleted.

この場合、カソード電極9は、厚みT2のAlGaN層3を介して二次元電子ガス層7に向い合う。カソード電極9と二次元ガス層ガス層7の間にi型のAlGaN層3が介在していても、カソード電極9からAlGaN層3に金属が侵入する現象等によって、カソード電極9と二次元電子ガス層7の間は低抵抗となる。本明細書では、カソード電極9と二次元電子ガス層7の間が低抵抗な状態を、両者が導通しているという。   In this case, the cathode electrode 9 faces the two-dimensional electron gas layer 7 through the AlGaN layer 3 having a thickness T2. Even if the i-type AlGaN layer 3 is interposed between the cathode electrode 9 and the two-dimensional gas layer gas layer 7, the cathode electrode 9 and the two-dimensional electrons are caused by a phenomenon such as a metal entering the AlGaN layer 3 from the cathode electrode 9. The resistance between the gas layers 7 is low. In the present specification, a state where the cathode electrode 9 and the two-dimensional electron gas layer 7 are in a low resistance state is referred to as being conductive.

カソード電極9と二次元ホールガス層6は接触しない関係におかれている。すなわち、カソード電極9aと二次元ホールガス層6bの間にはX2に示す絶縁距離が確保され、カソード電極9bと二次元ホールガス層6cの間にもX2に示す絶縁距離が確保され、カソード電極9cと二次元ホールガス層6dの間にもX2に示す絶縁距離が確保されている。本実施例では、T2<X2の関係にあり、カソード電極9と二次元電子ガス層6の間が極めて高抵抗な絶縁状態となっている。
結局、カソード電極9aは、二次元ホールガス層6b,6c,6dのいずれからも絶縁され、二次元電子ガス層7aに導通している。カソード電極9bは、二次元ホールガス層6b,6c,6dのいずれからも絶縁され、二次元電子ガス層7bに導通している。カソード電極9cは、二次元ホールガス層6b,6c,6dのいずれからも絶縁され、二次元電子ガス層7cに導通している。
The cathode electrode 9 and the two-dimensional hole gas layer 6 are not in contact with each other. That is, an insulation distance indicated by X2 is ensured between the cathode electrode 9a and the two-dimensional hole gas layer 6b, and an insulation distance indicated by X2 is also ensured between the cathode electrode 9b and the two-dimensional hole gas layer 6c. An insulation distance indicated by X2 is also secured between 9c and the two-dimensional hole gas layer 6d. In the present embodiment, the relationship of T2 <X2 is satisfied, and the cathode electrode 9 and the two-dimensional electron gas layer 6 are in an insulating state with extremely high resistance.
Eventually, the cathode electrode 9a is insulated from any of the two-dimensional hole gas layers 6b, 6c, 6d and is electrically connected to the two-dimensional electron gas layer 7a. The cathode electrode 9b is insulated from any of the two-dimensional hole gas layers 6b, 6c, 6d and is electrically connected to the two-dimensional electron gas layer 7b. The cathode electrode 9c is insulated from any of the two-dimensional hole gas layers 6b, 6c, 6d and is electrically connected to the two-dimensional electron gas layer 7c.

参照番号4は、AlGaN層3の上面側のGaN層2と下面側のGaN層2の間に形成されるpnダイオードを示す。すなわち、参照番号4aはGaN層2bとGaN層2aの間に形成されるpnダイオードを示し、参照番号4bはGaN層2cとGaN層2bの間に形成されるpnダイオードを示し、参照番号4cはGaN層2dとGaN層2cの間に形成されるpnダイオードを示している。参照番号5は、GaN層2内に形成されるpnダイオードを示している。すなわち、参照番号5bはGaN層2b内に形成されるpnダイオードを示し、参照番号5cはGaN層2c内に形成されるpnダイオードを示している。いずれのダイオードも、アノード電極8に接触している二次元ホールガス層6をアノードとし、カソード電極9に接触している二次元電子ガス層7をカソードするpnダイオ―ドである。図1の構造によると、二次元ホールガス層6をアノードとし、二次元電子ガス層7をカソードするpnダイオ―ドが形成されることがわかる。   Reference numeral 4 indicates a pn diode formed between the GaN layer 2 on the upper surface side of the AlGaN layer 3 and the GaN layer 2 on the lower surface side. That is, reference numeral 4a indicates a pn diode formed between the GaN layer 2b and the GaN layer 2a, reference numeral 4b indicates a pn diode formed between the GaN layer 2c and the GaN layer 2b, and reference numeral 4c indicates A pn diode formed between the GaN layer 2d and the GaN layer 2c is shown. Reference numeral 5 indicates a pn diode formed in the GaN layer 2. That is, reference numeral 5b indicates a pn diode formed in the GaN layer 2b, and reference numeral 5c indicates a pn diode formed in the GaN layer 2c. Each diode is a pn diode that uses the two-dimensional hole gas layer 6 in contact with the anode electrode 8 as an anode and cathodes the two-dimensional electron gas layer 7 in contact with the cathode electrode 9. According to the structure of FIG. 1, it can be seen that a pn diode having the two-dimensional hole gas layer 6 as an anode and the two-dimensional electron gas layer 7 as a cathode is formed.

図8のダイオードでは、アノード電極26とカソード電極の28の間に、合計6本のキャリアパスが存在する。すなわち、二次元電子ガス層7a,7b,7cと二次元ホールガス層6b,6c,6dの各々が、アノード電極26とカソード電極の28間を接続している。アノード電極26をショットキー電極としてもリーク電流が大きい。
図1のダイオードでは、アノード電極8とカソード電極の9の間に、下記のキャリアパスが存在する。
(1)ダイオード4aとなる二次元ホールガス層6bと二次元電子ガス層7aの直列回路 、
(2)ダイオード5bとなる二次元ホールガス層6bと二次元電子ガス層7bの直列回路 、
(3)ダイオード4bとなる二次元ホールガス層6cと二次元電子ガス層7bの直列回路 、
(4)ダイオード5cとなる二次元ホールガス層6cと二次元電子ガス層7cの直列回路 、
(5)ダイオード4cとなる二次元ホールガス層6dと二次元電子ガス層7cの直列回路 、
いずれのキャリアパスもpn障壁を備えており、リーク電流が低く抑えられる。
In the diode of FIG. 8, a total of six carrier paths exist between the anode electrode 26 and the cathode electrode 28. That is, each of the two-dimensional electron gas layers 7a, 7b, 7c and the two-dimensional hole gas layers 6b, 6c, 6d connects between the anode electrode 26 and the cathode electrode 28. Even if the anode electrode 26 is a Schottky electrode, the leakage current is large.
In the diode of FIG. 1, the following carrier path exists between the anode electrode 8 and the cathode electrode 9.
(1) a series circuit of a two-dimensional hole gas layer 6b and a two-dimensional electron gas layer 7a to be the diode 4a;
(2) a series circuit of a two-dimensional hole gas layer 6b and a two-dimensional electron gas layer 7b to be the diode 5b;
(3) a series circuit of a two-dimensional hole gas layer 6c and a two-dimensional electron gas layer 7b to be the diode 4b;
(4) a series circuit of a two-dimensional hole gas layer 6c and a two-dimensional electron gas layer 7c to be the diode 5c;
(5) a series circuit of a two-dimensional hole gas layer 6d and a two-dimensional electron gas layer 7c to be the diode 4c;
Each carrier path has a pn barrier, and the leakage current can be kept low.

アノード電極8は、GaN層2にオーミック接触するものであってもよいし、GaN層2にショットキー接触するものであってもよい。後者の場合は、二次元ホールガス層6をアノードとして二次元電子ガス層7をカソードするpnダイオ―ドと、アノード電極と半導体基板の間のショットキー接触を利用するショットキーダイオードが複合したダイオードとなる。   The anode electrode 8 may be in ohmic contact with the GaN layer 2 or may be in Schottky contact with the GaN layer 2. In the latter case, a diode in which a pn diode that cathodes the two-dimensional electron gas layer 7 with the two-dimensional hole gas layer 6 as an anode and a Schottky diode that uses a Schottky contact between the anode electrode and the semiconductor substrate is combined. It becomes.

図1に示すダイオードは、アノード電極8とカソード電極9の間に、pnダイオード4a,4b,4c,5b,5cが存在する構造となる。そのpnダイオードがリーク電流を低く抑える。また、複数の二次元電子ガス層7a,7b,7cと複数の二次元ホールガス層6b,6c,6dがキャリアの移動経路を提供することから、寄生抵抗が低い。   The diode shown in FIG. 1 has a structure in which pn diodes 4a, 4b, 4c, 5b, and 5c exist between the anode electrode 8 and the cathode electrode 9. The pn diode keeps the leakage current low. Further, since the plurality of two-dimensional electron gas layers 7a, 7b, and 7c and the plurality of two-dimensional hole gas layers 6b, 6c, and 6d provide a carrier moving path, the parasitic resistance is low.

(実施例2)
以下では、既説明の実施例と相違する点のみを説明する。既説明と同一ないし同等の部材には同じ参照番号を用い、重複説明を省略する。
図2に示す実施例2では、複数層に対して共通する連続した1個のアノード電極8とカソード電極9を用いる。そのために、実施例2では絶縁体10,12を用いる。
絶縁体10aはアノード電極8と二次元電子ガス層7bを絶縁し、絶縁体10bはアノード電極8と二次元電子ガス層7cを絶縁する。絶縁体10cは省略可能である。二次元電子ガス層7aはi型のAlGaN層3aによってアノード電極8から絶縁されている。
絶縁体12aはカソード電極9と二次元ホールガス層6bを絶縁し、絶縁体12bはカソード電極9と二次元ホールガス層6cを絶縁し、絶縁体12cはカソード電極9と二次元ホールガス層6dを絶縁する。
上記によっても、アノード電極8は二次元ホールガス層6b,6c,6dに導通して二次元電子ガス層7a,7b,7cから絶縁され、カソード電極9は、二次元電子ガス層7a,7b,7cに導通して二次元ホールガス層6b,6c,6dから絶縁されている構造を得ることができる。
(Example 2)
In the following, only the differences from the previously described embodiments will be described. The same reference numerals are used for members that are the same as or equivalent to those already described, and redundant descriptions are omitted.
In Example 2 shown in FIG. 2, one continuous anode electrode 8 and cathode electrode 9 common to a plurality of layers are used. Therefore, the insulators 10 and 12 are used in the second embodiment.
The insulator 10a insulates the anode electrode 8 and the two-dimensional electron gas layer 7b, and the insulator 10b insulates the anode electrode 8 and the two-dimensional electron gas layer 7c. The insulator 10c can be omitted. The two-dimensional electron gas layer 7a is insulated from the anode electrode 8 by the i-type AlGaN layer 3a.
The insulator 12a insulates the cathode electrode 9 and the two-dimensional hole gas layer 6b, the insulator 12b insulates the cathode electrode 9 and the two-dimensional hole gas layer 6c, and the insulator 12c includes the cathode electrode 9 and the two-dimensional hole gas layer 6d. Insulate.
Also according to the above, the anode electrode 8 is electrically connected to the two-dimensional hole gas layers 6b, 6c, 6d and insulated from the two-dimensional electron gas layers 7a, 7b, 7c, and the cathode electrode 9 is connected to the two-dimensional electron gas layers 7a, 7b, It is possible to obtain a structure that is electrically connected to 7c and insulated from the two-dimensional hole gas layers 6b, 6c, and 6d.

(実施例3)
図3に示すように、実施例3では、トレンチ14内にアノード電極8を設け、トレンチ16内にカソード電極9を設ける。トレンチ14bは深く、厚みT1のGaN層2bを介してAlGaN層3aに向い合う。トレンチ14cは浅く、厚みT1のGaN層2cを介してAlGaN層3bに向い合う。トレンチ14dはさらに浅く、厚みT1のGaN層2dを介してAlGaN層3cに向い合う。トレンチ16aは深く、厚みT2のAlGaN層3aを介してGaN層2aに向い合う。トレンチ16bは浅く、厚みT2のAlGaN層3bを介してGaN層2bに向い合う。トレンチ16cはさらに浅く、厚みT2のAlGaN層3cを介してGaN層2cに向い合う。
厚みT1,T2,X1,X2は、実施例1で説明したものである。距離X3は、アノード電極8とその外側に存在する二次元電子ガス層7の距離であり、X1にほぼ等しい。距離X4は、カソード電極9とその外側に存在する二次元ホールガス層6の距離であり、X2にほぼ等しい。図3の実施例は、図1の実施例とほぼ同じ性能となる。
Example 3
As shown in FIG. 3, in Example 3, the anode electrode 8 is provided in the trench 14, and the cathode electrode 9 is provided in the trench 16. The trench 14b is deep and faces the AlGaN layer 3a through the GaN layer 2b having a thickness T1. The trench 14c is shallow and faces the AlGaN layer 3b through the GaN layer 2c having a thickness T1. The trench 14d is shallower and faces the AlGaN layer 3c through the GaN layer 2d having a thickness T1. The trench 16a is deep and faces the GaN layer 2a through the AlGaN layer 3a having a thickness T2. The trench 16b is shallow and faces the GaN layer 2b through the AlGaN layer 3b having a thickness T2. The trench 16c is shallower and faces the GaN layer 2c through the AlGaN layer 3c having a thickness T2.
The thicknesses T1, T2, X1, and X2 are those described in the first embodiment. The distance X3 is a distance between the anode electrode 8 and the two-dimensional electron gas layer 7 existing outside thereof, and is substantially equal to X1. The distance X4 is a distance between the cathode electrode 9 and the two-dimensional hole gas layer 6 existing outside thereof, and is substantially equal to X2. The embodiment of FIG. 3 has almost the same performance as the embodiment of FIG.

(実施例4)
図4に示すように、実施例4では、半導体基板の上面を傾斜上面とし、その傾斜上面にGaN層2a,2b,2c,2dとAlGaN層3a,3b,3cの夫々の一部が露出する関係とする。
アノード電極8は、傾斜上面において、AlGaN層3の上面側とGaN層2の下面側に接する。アノード電極8は、GaN層2の下面に沿って形成されている二次元ホールガス層6に接している。厚みT3は、アノード電極8に接する範囲のGaN層2の最大厚みである。厚みT3は、アノード電極8の下方に位置するGaN層2に二次元ホールガス層6が存在する厚み以上に設定されている。距離L1はアノード電極8と傾斜上面が接する範囲の上方に位置する二次元電子ガス層7からアノード電極8までの沿面距離である。T3<L1であり、アノード電極8と傾斜上面が接する範囲から、その上方に位置する二次元電子ガス層7までの間に十分な絶縁距離を確保している。厚みT4は、アノード電極8とAlGaN層3がオーバラップする厚みであり、厚みT5は、アノード電極8の下端からその下方に存在する二次元電子ガス層7までの厚みである。厚みT4<T5の関係にあれば、アノード電極8の下端とその下方に位置する二次元電子ガス層7間に十分な絶縁距離を確保することができる。
(Example 4)
As shown in FIG. 4, in Example 4, the upper surface of the semiconductor substrate is an inclined upper surface, and a part of each of the GaN layers 2a, 2b, 2c, 2d and the AlGaN layers 3a, 3b, 3c is exposed on the inclined upper surface. It is related.
The anode electrode 8 is in contact with the upper surface side of the AlGaN layer 3 and the lower surface side of the GaN layer 2 on the inclined upper surface. The anode electrode 8 is in contact with the two-dimensional hole gas layer 6 formed along the lower surface of the GaN layer 2. The thickness T3 is the maximum thickness of the GaN layer 2 in the range in contact with the anode electrode 8. The thickness T3 is set to be equal to or greater than the thickness at which the two-dimensional hole gas layer 6 exists in the GaN layer 2 located below the anode electrode 8. The distance L1 is a creeping distance from the two-dimensional electron gas layer 7 positioned above the range where the anode electrode 8 and the inclined upper surface are in contact to the anode electrode 8. T3 <L1, and a sufficient insulation distance is ensured between the range where the anode electrode 8 and the inclined upper surface are in contact with the two-dimensional electron gas layer 7 positioned above the range. The thickness T4 is a thickness at which the anode electrode 8 and the AlGaN layer 3 overlap, and the thickness T5 is a thickness from the lower end of the anode electrode 8 to the two-dimensional electron gas layer 7 existing below the anode electrode 8. If the relationship of thickness T4 <T5 is satisfied, a sufficient insulation distance can be ensured between the lower end of the anode electrode 8 and the two-dimensional electron gas layer 7 located below the anode electrode 8.

図4の関係にあると、アノード電極8は二次元ホールガス層6に接触し、上側の二次元電子ガス層7までは絶縁に必要な沿面距離L1だけ隔てられており、下側の二次元電子ガス層7までは絶縁に必要な厚みT5だけ隔てられている。アノード電極8は二次元ホールガス層6に導通し、二次元電子ガス層7から絶縁されている。
厚みT4はゼロであってもよい。厚みT4がゼロであってもアノード電極8と二次元ホールガス層6は導通することができる。
In the relationship of FIG. 4, the anode electrode 8 is in contact with the two-dimensional hole gas layer 6, and the upper two-dimensional electron gas layer 7 is separated by a creepage distance L1 necessary for insulation, and the lower two-dimensional electron gas layer 7 is separated. The electron gas layer 7 is separated by a thickness T5 necessary for insulation. The anode electrode 8 is electrically connected to the two-dimensional hole gas layer 6 and is insulated from the two-dimensional electron gas layer 7.
The thickness T4 may be zero. Even if the thickness T4 is zero, the anode electrode 8 and the two-dimensional hole gas layer 6 can be electrically connected.

カソード電極9もまた傾斜上面に接している。カソード電極9は、GaN層2の上面側とAlGaN層3の下面側に接する。厚みT7は、カソード電極9とGaN層2がオーバラップする厚みであり、そのオーバラップする厚みの中に二次元電子ガス層7が存在している。カソード電極9は、GaN層2の上面に沿って形成されている二次元電子ガス層7に接している。厚みT6は、カソード電極9に接する範囲内のAlGaN層3の最大厚みである。厚みT6は、カソード電極9の下方に位置するGaN層2の上面に沿った範囲に二次元電子ガス層7が存在する厚み以上に設定されている。距離L2はカソード電極9と傾斜上面が接する範囲の上方に位置する二次元ホールガス層6からカソード電極9までの沿面距離である。T6<L2であり、カソード電極9と傾斜上面が接する範囲から、その上方に位置する二次元ホールガス層6までの間に十分な絶縁距離を確保している。厚みT8は、カソード電極9の下端からその下方に存在する二次元ホールガス層6までの厚みである。厚みT7<T8の関係にあれば、カソード電極9の下端とその下方に位置する二次元ホールガス層6の間に十分な絶縁距離を確保することができる。
厚みT7はゼロであってもよい。厚みT7がゼロであってもカソード電極9と二次元電子ガス層7は導通することができる。
The cathode electrode 9 is also in contact with the inclined upper surface. The cathode electrode 9 is in contact with the upper surface side of the GaN layer 2 and the lower surface side of the AlGaN layer 3. The thickness T7 is a thickness at which the cathode electrode 9 and the GaN layer 2 overlap, and the two-dimensional electron gas layer 7 exists in the overlapping thickness. The cathode electrode 9 is in contact with the two-dimensional electron gas layer 7 formed along the upper surface of the GaN layer 2. The thickness T6 is the maximum thickness of the AlGaN layer 3 within a range in contact with the cathode electrode 9. The thickness T6 is set to be equal to or greater than the thickness at which the two-dimensional electron gas layer 7 exists in the range along the upper surface of the GaN layer 2 located below the cathode electrode 9. The distance L2 is a creeping distance from the two-dimensional hole gas layer 6 located above the range where the cathode electrode 9 and the inclined upper surface are in contact to the cathode electrode 9. T6 <L2, and a sufficient insulation distance is ensured between the range where the cathode electrode 9 and the inclined upper surface are in contact with the two-dimensional hole gas layer 6 positioned above it. The thickness T8 is a thickness from the lower end of the cathode electrode 9 to the two-dimensional hole gas layer 6 existing below the cathode electrode 9. If the relationship of thickness T7 <T8 is satisfied, a sufficient insulation distance can be ensured between the lower end of the cathode electrode 9 and the two-dimensional hole gas layer 6 positioned therebelow.
The thickness T7 may be zero. Even if the thickness T7 is zero, the cathode electrode 9 and the two-dimensional electron gas layer 7 can be conducted.

図4の関係にあると、カソード電極9は二次元電子ガス層7に導通し、上側の二次元ホールガス層6までは絶縁に必要な沿面距離L2だけ隔てられており、下側の二次元ホールガス層6までは絶縁に必要な厚みT8だけ隔てられている。カソード電極9は二次元電子ガス層7に導通し、二次元ホールガス層6から絶縁されている。   In the relationship of FIG. 4, the cathode electrode 9 is electrically connected to the two-dimensional electron gas layer 7, and the upper two-dimensional hole gas layer 6 is separated by a creepage distance L2 required for insulation, and the lower two-dimensional electron gas layer 6 is separated. The hole gas layer 6 is separated by a thickness T8 necessary for insulation. The cathode electrode 9 is electrically connected to the two-dimensional electron gas layer 7 and is insulated from the two-dimensional hole gas layer 6.

(実施例5)
図5に示す実施例5は、実施例4の傾斜上面と、実施例2の絶縁体を組み合わせた実施例に相当する。参照番号18は、傾斜上面上に形成されている絶縁体(例えばSiO2)であり、傾斜上面とアノード電極8の間を局所的に絶縁する。参照番号20も、傾斜上面上に形成されている絶縁体であり、傾斜上面とカソード電極9の間を局所的に絶縁する。
上記によっても、アノード電極8は二次元ホールガス層6に接触して二次元電子ガス層7から絶縁され、カソード電極9は二次元電子ガス層7に接触して二次元ホールガス層6から絶縁されている関係を得ることができる。絶縁体18,20は局所的範囲に形成してもよいし、傾斜上面上に一様に形成してから局所的に除去してもよい。絶縁体18dと20aは省略可能である。
(Example 5)
Example 5 shown in FIG. 5 corresponds to an example in which the inclined upper surface of Example 4 and the insulator of Example 2 are combined. Reference numeral 18 is an insulator (for example, SiO 2 ) formed on the inclined upper surface, and locally insulates between the inclined upper surface and the anode electrode 8. Reference numeral 20 is also an insulator formed on the inclined upper surface, and locally insulates between the inclined upper surface and the cathode electrode 9.
Also according to the above, the anode electrode 8 is in contact with the two-dimensional hole gas layer 6 and insulated from the two-dimensional electron gas layer 7, and the cathode electrode 9 is in contact with the two-dimensional electron gas layer 7 and insulated from the two-dimensional hole gas layer 6. Can get a relationship. The insulators 18 and 20 may be formed in a local range, or may be formed on the inclined upper surface and then removed locally. The insulators 18d and 20a can be omitted.

(実施例6)
図6に示す実施例6は、半導体基板にイオン注入した領域22,24を利用する。領域22は、注入されたイオンによって二次元電子ガス層7の生成が阻害された領域である。領域24は、注入されたイオンによって二次元ホールガス層6の生成が阻害された領域である。上記によっても、アノード電極8は二次元ホールガス層6に接触して二次元電子ガス層7から絶縁され、カソード電極9は二次元電子ガス層7に接触して二次元ホールガス層6から絶縁されている関係を得ることができる。領域22,24に、鉄などのイオンを注入して半導体を絶縁化してもよい。
(Example 6)
Example 6 shown in FIG. 6 uses regions 22 and 24 in which ions are implanted into a semiconductor substrate. The region 22 is a region where the generation of the two-dimensional electron gas layer 7 is inhibited by the implanted ions. The region 24 is a region where the generation of the two-dimensional hole gas layer 6 is inhibited by the implanted ions. Also according to the above, the anode electrode 8 is in contact with the two-dimensional hole gas layer 6 and insulated from the two-dimensional electron gas layer 7, and the cathode electrode 9 is in contact with the two-dimensional electron gas layer 7 and insulated from the two-dimensional hole gas layer 6. Can get a relationship. The semiconductor may be insulated by implanting ions such as iron into the regions 22 and 24.

(実施例1の製造方法)
図7は、実施例1のダイオードの製造方法を示している。
(1)は、支持基板1の上面に、GaN層2a,AlGaN層3a,GaN層2b,AlGaN層3b,GaN層2c,AlGaN層3c,GaN層2dを順にエピタキシャル成長した段階を示している。
(2)は、GaN層2dの左側の一部をエッチングし、厚みT1(図1参照)のGaN層2dだけを残した段階でエッチングを終了した状態を示す。エッチングには、例えば、塩素系のドライエッチングを用いることができる。
(3)は、さらに左側の領域をさらにエッチングし、GaN層2dとAlGaN層3cを除去し、厚みT1のGaN層2cだけを残した段階でエッチングを終了した状態を示す。
(4)は、さらに左側の領域をさらにエッチングし、GaN層2cとAlGaN層3bを除去し、厚みT1のGaN層2bだけを残した段階でエッチングを終了した状態を示す。
(5)は、GaN層2dの右側の一部をエッチングし、GaN層2dを除去し、厚みT2(図1参照)のAlGaN層3cだけを残した段階でエッチングを終了した状態を示す。
(6)は、さらに右側の領域をさらにエッチングし、AlGaN層3cとGaN層2cを除去し、厚みT2のAlGaN層3bだけを残した段階でエッチングを終了した状態を示す。
(7)は、さらに右側の領域をさらにエッチングし、AlGaN層3bとGaN層2bを除去し、厚みT2のAlGaN層3aだけを残した段階でエッチングを終了した状態を示す。
図示はしないが、(1)から(7)に工程を経て形成された段差部に生じる厚みT1のGaN層2の上面にアノード電極8を形成し、段差部に生じる厚みT2のAlGaN層3の上面にカソード電極9を形成すれば、実施例1のダイオードを製造することができる。アノード電極8を形成する際には、ニッケルと金からなる電極材料を蒸着し、酸素雰囲気で熱処理する。これによってホールに対してオーミック接触する電極が得られる。カソード電極9には、チタンとアルミニウムからなる電極材料を蒸着し、窒素雰囲気で熱処理する。これによって電子に対してオーミック接触する電極が得られる。
(Manufacturing method of Example 1)
FIG. 7 shows a manufacturing method of the diode of the first embodiment.
(1) shows a stage in which the GaN layer 2a, the AlGaN layer 3a, the GaN layer 2b, the AlGaN layer 3b, the GaN layer 2c, the AlGaN layer 3c, and the GaN layer 2d are epitaxially grown in order on the upper surface of the support substrate 1.
(2) shows a state where the etching is finished at a stage where a part of the left side of the GaN layer 2d is etched to leave only the GaN layer 2d having a thickness T1 (see FIG. 1). For the etching, for example, chlorine-based dry etching can be used.
(3) shows a state in which the left side region is further etched, the GaN layer 2d and the AlGaN layer 3c are removed, and the etching is completed when only the GaN layer 2c having the thickness T1 is left.
(4) shows a state in which the left region is further etched, the GaN layer 2c and the AlGaN layer 3b are removed, and the etching is finished at the stage where only the GaN layer 2b having the thickness T1 is left.
(5) shows a state in which the etching is finished at a stage where the right part of the GaN layer 2d is etched, the GaN layer 2d is removed, and only the AlGaN layer 3c having a thickness T2 (see FIG. 1) is left.
(6) shows a state in which the etching is finished at the stage where the right region is further etched, the AlGaN layer 3c and the GaN layer 2c are removed, and only the AlGaN layer 3b having a thickness T2 is left.
(7) shows a state in which the etching is finished when the right region is further etched, the AlGaN layer 3b and the GaN layer 2b are removed, and only the AlGaN layer 3a having a thickness T2 is left.
Although not shown, the anode electrode 8 is formed on the upper surface of the GaN layer 2 having the thickness T1 generated in the step portion formed through the steps (1) to (7), and the AlGaN layer 3 having the thickness T2 generated in the step portion is formed. If the cathode electrode 9 is formed on the upper surface, the diode of Example 1 can be manufactured. When forming the anode electrode 8, an electrode material made of nickel and gold is vapor-deposited and heat-treated in an oxygen atmosphere. As a result, an electrode in ohmic contact with the hole is obtained. The cathode electrode 9 is vapor-deposited with an electrode material made of titanium and aluminum and heat-treated in a nitrogen atmosphere. This provides an electrode that is in ohmic contact with the electrons.

図4に示した傾斜上面を形成する場合は、図7(1)の基板の上面にレジスト膜を形成する。その際に、レジスト膜の膜厚が、中心で厚く、左右に近づくにつれて薄くなるレジスト膜を形成する。傾斜上面を持ったレジスト膜は、既知の方法で製造することができる。その状態で、レジスト膜の上面からエッチングする。レジスト膜までエッチングする条件でエッチングする。すると、厚いレジスト膜で覆われていた基板の中央部では基板のエッチングが進行せず、基板上面が高い高さに維持される。それに対して薄いレジスト膜で覆われていた基板の左右部では基板のエッチングが進行し、基板上面が低くなる。このようにして傾斜上面を形成することができる。
本実施例では、GaNとAlGaNのヘテロ接合の場合を説明したが、III族窒化物半導体にはGaN,InN,AlNまたはこれらの混晶が利用可能であり、さまざまに組わせてバンドギャップに大小があるヘテロ接合を実現することができる。
When forming the inclined upper surface shown in FIG. 4, a resist film is formed on the upper surface of the substrate of FIG. At that time, a resist film is formed in which the thickness of the resist film is thick at the center and becomes thinner as it approaches the left and right. A resist film having an inclined upper surface can be manufactured by a known method. In this state, etching is performed from the upper surface of the resist film. Etching is performed under conditions for etching up to the resist film. Then, the etching of the substrate does not proceed at the central portion of the substrate covered with the thick resist film, and the upper surface of the substrate is maintained at a high height. On the other hand, the etching of the substrate proceeds at the left and right portions of the substrate covered with the thin resist film, and the upper surface of the substrate is lowered. In this way, an inclined upper surface can be formed.
In this example, the case of heterojunction of GaN and AlGaN has been described. However, GaN, InN, AlN, or a mixed crystal thereof can be used for a group III nitride semiconductor, and the band gap can be increased or decreased in various combinations. A heterojunction can be realized.

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許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。   As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

1:支持基板(本実施例ではサファイヤ基板)
2:バンドギャップが小さなIII族窒化物半導体層(本実施例ではi型のGaN層)
3:バンドギャップが大きなIII族窒化物半導体層(本実施例ではi型のAlGaN層)
4:AlGaN層の上面側のGaN層と下面側のGaN層の間に形成されるpnダイオードを示す。
5:GaN層の上面近傍と下面近傍の間に形成されるpnダイオードを示す。
6:二次元ホールガス層
7:二次元電子ガス層
8:アノード電極
9:カソード電極
10,12:絶縁体
14,16:トレンチ
18,20:絶縁体
22,24:絶縁体
1: Support substrate (sapphire substrate in this embodiment)
2: Group III nitride semiconductor layer having a small band gap (i-type GaN layer in this embodiment)
3: Group III nitride semiconductor layer having a large band gap (i-type AlGaN layer in this embodiment)
4: A pn diode formed between the GaN layer on the upper surface side and the GaN layer on the lower surface side of the AlGaN layer.
5: A pn diode formed between the vicinity of the upper surface and the lower surface of the GaN layer.
6: two-dimensional hole gas layer 7: two-dimensional electron gas layer 8: anode electrode 9: cathode electrode 10, 12: insulator 14, 16: trench 18, 20: insulator 22, 24: insulator

Claims (2)

バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層とバンドギャップが大きいIII族窒化物半導体層が繰り返して積層されている半導体基板と、
その半導体基板に接するアノード電極とカソード電極を備えており、
前記アノード電極が、バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層のマイナスC面に沿う範囲に導通してC面に沿う範囲から絶縁されており、
前記カソード電極が、バンドギャップが小さいIII族窒化物半導体層のC面に沿う範囲に導通してマイナスC面に沿う範囲から絶縁されている、
ダイオード。
A semiconductor substrate in which a group III nitride semiconductor layer having a small band gap and a group III nitride semiconductor layer having a large band gap are laminated repeatedly;
It has an anode electrode and a cathode electrode in contact with the semiconductor substrate,
The anode electrode is electrically conductive in a range along the minus C plane of the group III nitride semiconductor layer having a small band gap and insulated from the range along the C plane;
The cathode electrode is electrically conductive in a range along the C plane of the group III nitride semiconductor layer having a small band gap and insulated from the range along the negative C plane;
diode.
前記アノード電極が前記半導体基板にショットキー接触する請求項1に記載のダイオード。   The diode according to claim 1, wherein the anode electrode is in Schottky contact with the semiconductor substrate.
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CN111670501A (en) * 2020-04-22 2020-09-15 英诺赛科(珠海)科技有限公司 Semiconductor device having multi-channel heterostructure and method of fabricating the same
CN115274865B (en) * 2022-09-26 2023-03-28 晶通半导体(深圳)有限公司 Schottky diode

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JP5079143B2 (en) * 2010-06-24 2012-11-21 ザ・ユニバーシティ・オブ・シェフィールド Semiconductor elements, field effect transistors and diodes
GB2482308A (en) * 2010-07-28 2012-02-01 Univ Sheffield Super junction silicon devices
JP2013232578A (en) * 2012-05-01 2013-11-14 Advanced Power Device Research Association Schottky barrier diode
JP6244557B2 (en) * 2013-01-08 2017-12-13 パナソニックIpマネジメント株式会社 Nitride semiconductor devices

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