JP5113375B2 - 窒化物半導体装置 - Google Patents
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Description
本発明は、III−Ｖ族窒化物半導体装置に関し、特に、耐圧が高く、且つオン抵抗が低い、大電力用のスイッチング素子として好適な窒化物半導体装置に関する。
半導体装置からなる大電力用のスイッチング素子では、耐圧が高く、且つオン抵抗が低いことが求められる。そのため、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor FET）や、バイポーラトランジスタとＭＯＳＦＥＴとを複合したＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ；絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）がスイッチング素子として使用されている。また一方で、耐圧が高く、且つオン抵抗が低い半導体装置として、ＳｉＣ半導体装置やIII−Ｖ族窒化物半導体装置が知られている。その中でもIII−Ｖ族窒化物半導体の物性の長所を活かした電子デバイスの具体的な応用が望まれており、ショットキーバリアダイオードの開発が報告されている（非特許文献１）。
吉田他、「低オン電圧動作 ＧａＮ−ＦＥＳＢＤ」、電気学会研究会資料、社団法人電気学会、２００４、ＥＤＤ−０４−６９、ｐ１７−２１
吉田他、「低オン電圧動作 ＧａＮ−ＦＥＳＢＤ」、電気学会研究会資料、社団法人電気学会、２００４、ＥＤＤ−０４−６９、ｐ１７−２１
耐圧が高く、且つオン抵抗の低い半導体装置として開発が行われているIII−Ｖ族窒化物半導体装置は、開発途上にあり、その物性の長所を十分に活かした報告例は非常に少ない。本発明は、耐圧が高く、且つオン電圧の低い、III−Ｖ族窒化物半導体装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本願請求項１に係る発明は、基板上に、ガリウム、アルミニウム、ホウ素及びインジウムからなる群のうち少なくとも１つからなるIII族元素と、窒素、リン及び砒素からなる群のうちの少なくとも窒素を含むＶ族元素で構成されたIII−Ｖ族窒化物半導体層からなる第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層と、該第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層上に積層した前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなり、アルミニウムを含まない第２のIII−Ｖ族窒化物半導体層と、該第２のIII−Ｖ族窒化物半導体層上に積層した前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなり、前記第１及び第２のIII−Ｖ族窒化物半導体層よりも成膜温度の低い膜であって、微結晶構造からなる第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層が順に積層された窒化物半導体装置において、前記第３及び第２のIII−Ｖ族窒化物半導体層の一部を凹状に欠き、該凹部内に露出した前記第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層にショットキー接合する第１アノード電極と、該第１アノード電極と同一あるいは異なる金属からなり、前記第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層にショットキー接合すると共に前記第１アノード電極に電気的に接続する第２アノード電極とを備え、前記第１アノード電極と前記第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層との間で形成される接合のショットキーバリアの高さが、前記第２アノード電極と前記第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層との間で形成される接合のショットキーバリアの高さより低いことを特徴とする。
本願請求項２に係る発明は、基板上に、ガリウム、アルミニウム、ホウ素及びインジウムからなる群のうち少なくとも１つからなるIII族元素と、窒素、リン及び砒素からなる群のうちの少なくとも窒素を含むＶ族元素で構成されたIII−Ｖ族窒化物半導体層からなる第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層と、該第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層上に積層した前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなり、アルミニウムを含まない第２のIII−Ｖ族窒化物半導体層と、該第２のIII−Ｖ族窒化物半導体層上に積層した前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなり、前記第１及び第２のIII−Ｖ族窒化物半導体層よりも成膜温度の低い膜であって、微結晶構造からなる第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層が順に積層された窒化物半導体装置において、前記第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層にショットキー接合する第１アノード電極と、該第１アノード電極と異なる金属からなり、前記第１アノード電極に接触する部分以外の前記第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層にショットキー接合すると共に前記第１アノード電極に電気的に接続する第２アノード電極とを備え、前記第１アノード電極と前記第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層との間で形成される接合のショットキーバリアの高さが、前記第２アノード電極と前記第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層との間で形成される接合のショットキーバリアの高さより低いことを特徴とする。
本願請求項３に係る発明は、請求項１又は２いずれか記載の窒化物半導体装置において、前記第２及び第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層は、前記第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層のエネルギーギャップより小さいエネルギーギャップを有することを特徴とする
本願請求項４に係る発明は、請求項１乃至３いずれか記載の窒化物半導体装置において、前記基板と前記第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層との間に、前記第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層のエネルギーギャップより小さいエネルギーギャップを持つ、前記III−Ｖ族窒化物半導体からなる第４のIII−Ｖ族窒化物半導体層を備えたことを特徴とする。
本発明の窒化物半導体装置は、低い順方向バイアスの条件では、ショットキーバリアの高さの低いショットキー接合に電流が流れ、低いオン電圧特性となるとともに、順方向バイアスが高くなると、ショットキーバリアの高さの高いショットキー接合にも電流が流れ、大きな電流を流すことができる。また、低い逆方向バイアスの条件では逆方向のリーク電流が少なく、高い逆方向バイアスの条件では、高いショットキーバリアの接合のみが機能することになり、高い耐圧特性が得られることになる。特に本発明の窒化物半導体装置では、高い絶縁性の微結晶構造の第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層にショットキー接合が形成されるため、低い逆方向バイアス条件での逆方向のリーク電流を非常に少なくすることができる。
ショットキーバリアの高さが異なる接合を形成するために、窒化物半導体層の一部を除去し、あるいは選択成長により凹部を形成して第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層及び第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層にそれぞれ接合するアノード電極を形成すれば良く、簡便に形成することができる。特に本発明の窒化物半導体装置では、高い絶縁性の微結晶構造の第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層に形成されるショットキーバリアの高さは、通常の成膜温度（成長温度）で形成した窒化物半導体層に形成されるショットキーバリアの高さより高くなる。その結果、ショットキーバリアの高さの差が大きくなり、より高い耐圧特性が得られることになる。
また、第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層の直下に第２のIII−Ｖ族窒化物半導体層が積層した構造となっているため、自発分極とピエゾ分極の効果がさらに大きくなり、ショットキーバリアの高さが高くなる。
さらにショットキーバリアの高さが異なる接合を形成するために、第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層に接合するアノード電極を異なる金属で形成すれば良く、簡便に形成することができる。
また、第４のIII−Ｖ族窒化物半導体層を備えた、いわゆるＨＥＭＴ構造の窒化物半導体層を用いて本発明のショットキーバリアダイオードを形成して２次元電子ガスをキャリアとする場合には、さらにオン電圧が低く、順方向電流が大きい、良好な順方向電圧特性が得られた。
本発明の窒化物半導体装置は、基板上に、第１及び第２のIII−Ｖ族窒化物半導体層と高い絶縁性の微結晶構造の第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層が積層形成されており、第１及び第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層それぞれに接合する、あるいは第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層に接合する第１アノード電極と第２アノード電極を構成する電極金属を適宜選択することによって、第１及び第２アノード電極のショットキーバリアの高さが異なるように構成している。またカソード電極は、第１、第２または第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層に接合する構造となっている。
このような構造の窒化物半導体装置では、第１及び第２アノード電極とカソード電極との間に順方向バイアスを印加する場合、順方向バイアスが小さい最初の段階では、第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層とショットキーバリアの高さの低い接合を形成する第１アノード電極が主に機能することによって、低いオン電圧で電流が流れることになる。さらに順方向バイアスが大きくなると、第２アノード電極にも電流が流れ、大電流が流れることになる。
また第１及び第２アノード電極とカソード電極との間に逆方向バイアスを印加する場合、低い逆方向バイアスの条件では、第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層が絶縁性の高い微結晶構造となっているため、逆方向のリーク電流が減少する。さらに逆方向バイアスが大きくなると、ショットキーバリアの高い接合を形成する第２アノード電極のみが機能することになり、高い耐圧特性が得られることになる。以下、本発明の窒化物半導体装置について、スイッチング素子として用いることができるショットキーバリアダイオードを例にとり、詳細に説明する。
図１、図２は本発明の第１の実施例のＨＥＭＴ構造を利用した電界効果型ショットキーバリアダイオード１０ａであり、図１はその断面図を、図２はその製造工程をそれぞれ示している。図２に示すように、半絶縁性あるいは絶縁性の炭化珪素（ＳｉＣ）からなる基板１１上に、ＭＯＣＶＤ（Metal-Organic Chemical Vapor Deposition）法等により、厚さ２００ｎｍ程度の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるバッファ層１２、厚さ２.５μｍのノンドープ窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるチャネル層１３（第４のIII−Ｖ族窒化物半導体層に相当）、厚さ２５ｎｍのノンドープの窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるショットキー層１４（第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層に相当）、厚さ５ｎｍのノンドープの窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるキャップ層１５（第２のIII−Ｖ族窒化物半導体層に相当）、キャップ層１５の成膜温度より６００℃程度低い温度で成膜され、微結晶構造からなり、絶縁性の高い厚さ５ｎｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる低温成長キャップ層１６（第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層に相当）が順次積層した構造の半導体基板を用意する（図２ａ）。このような半導体基板では、窒化ガリウムからなるチャネル層１３と窒化アルミニウムガリウムからなるショットキー層１４とのヘテロ接合面近傍に、２次元電子ガス（キャリア）が発生する。
次に、低温成長キャップ層１６上にチタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）の積層体等からなるカソード電極１７をパターン形成し、８５０℃、３０秒の急速加熱を行い、低温成長キャップ層１６にオーミック接合を形成する。ここでカソード電極１７は、低温成長キャップ層１６及びキャップ層１５をエッチング除去し、ショットキー層１４にオーミック接触する構造とすることも可能であるが、成膜後の微結晶構造のままの低温成長キャップ層１６上にオーミック電極を形成することにより、微結晶粒界にオーミック電極を構成する金属が侵入し、コンタクト抵抗率の低い（１０-6Ω・ｃｍ2台）オーミック電極を得ることができ、好ましい。
次に、第１アノード電極の形成予定領域が開口するようにフォトレジストをパターン形成し、塩素系ガスを用いたＲＩＥ等のドライエッチングにより、露出する低温成長キャップ層１６及びキャップ層１５を全てエッチングして、ショットキー層１４を露出する凹部１８を形成する（図２ｂ）。
その後、チタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）の積層体等からなる第１アノード電極１９を、凹部１８内のショットキー層１４上にパターン形成する（図２ｃ）。さらに第１アノード電極１９上及び低温成長キャップ層１６の上に、第１アノード電極１９と電気的に接続するよう白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）の積層体等からなる第２アノード電極２０をパターン形成し、低温成長キャップ層１６との間にショットキー接合を形成する（図２ｄ）。
このような構造の電界効果型ショットキーバリアダイオード１０ａでは、第１アノード電極１９を構成するＴｉとショットキー層１４を構成するＡｌＧａＮとの接合により、高さ約０．３ｅＶのショットキーバリアが形成される。一方、第２アノード電極を構成するＰｔと低温成長キャップ層１６を構成する低温成長ＧａＮとの接合により、高さ約２．０ｅＶのショットキーバリアが形成される。このショットキーバリアの高さは、通常の温度で成長したＧａＮとＰｔとの接合により形成されるショットキー接合のショットキーバリアの高さと比較して、１．２ｅＶ程度高くなっている。
このようにショットキーバリアの高さが異なる第１アノード電極１９及び第２アノード電極２０とカソード電極１７との間に順方向バイアスを印加すると、０．１〜０．３Ｖのオン電圧で、順方向電流が急激に増大する良好な立ち上りが観測された。また、逆方向バイアスを印加すると、約６５０Ｖという大きな耐圧が観測され、耐圧が高く、且つオン抵抗の低いショットキーバリアダイオードであることが確認された。
一般的に、このような構造のショットキーバリアダイオードにおいて、ＴｉとＡｌＧａＮとの接合の順方向電流の立ち上りに必要なオン電圧は、０．３〜０．５Ｖ程度である。一方、Ｐｔと本発明の低温成長のＧａＮとの接合のオン電圧は２．０〜２．５Ｖ程度である。
本実施例に係るショットキーバリアダイオード１０ａでは、順方向電流の立ち上りの最初の段階では、ショットキー層１４（ＡｌＧａＮ）とショットキー接合する第１アノード電極１９（Ｔｉ）が主に機能することによって、ショットキーバリアダイオード１０ａのオン電圧が、ショットキー層１４と第１のアノード電極１９のオン抵抗に近い値となっていると考えられる。更に、チャネル層１３とショットキー層１４とのヘテロ接合面近傍に発生する２次元電子ガスがキャリアとなって順方向電流の増大に寄与しているものと考えられる。その後、順方向バイアスが２．０〜２. ５Ｖ程度に達すると、第１アノード電極１９及び第２アノード電極２０の両方がアノード電極として機能し、さらに大きな電流を流すことができるようになる。
また、第１アノード電極１９及び第２アノード電極２０とカソード電極１７との間に逆方向バイアスを印加したところ、約６５０Ｖという大きな耐圧が観測された。一般的には、互いにショットキー接合したＴｉ電極とＡｌＧａＮ層との間に−１０Ｖの逆方向バイアスを印加した場合、１０-5〜１０-3Ａ程度の逆方向リーク電流が発生する。一方、Ｐｔ電極と低温成長のＧａＮ層とをショットキー接合させた場合の逆方向リーク電流は、それよりも２桁以上小さく、約５００Ｖ程度の耐圧が得られる。
本実施例に係るショットキーバリアダイオード１０ａでは、逆方向バイアスが−１０Ｖ程度以下の最初の段階では、ショットキー層１４が高い絶縁性により、逆方向リーク電流がほとんど発生しない。逆方向バイアスが−１０Ｖ程度より大きくなると、キャリアとなる２次元電子ガスは、第２アノード電極２０と低温成長キャップ層１６との接合により形成される空乏層により、ほとんど存在しない状態となり、わずかに発生する逆方向リーク電流の流出が阻止される。さらに逆方向バイアスが大きくなると、第２アノード電極２０と低温成長キャップ層１６との接合により形成される空乏層が広がり、第２アノード電極２０のみがアノード電極として機能するようになり、キャップ層１５を備えることにより、約６５０Ｖの耐圧という高耐圧を実現したことになる。
次に図１に示す構造のショットキーバリアダイオードを、別の製造方法により形成する第２の実施例について説明する。第１の実施例同様、半絶縁性あるいは絶縁性の炭化珪素（ＳｉＣ）からなる基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法等により、厚さ２００ｎｍ程度の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるバッファ層１２、厚さ２.５μｍのノンドープ窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるチャネル層１３（第４のIII−Ｖ族窒化物半導体層に相当）、厚さ２５ｎｍのノンドープの窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるショットキー層１４（第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層に相当）が順次積層した構造の半導体基板を用意する。
次に、ショットキー層１４上の第１アノード電極形成予定領域に、キャップ層を選択成長させるためにＳｉＯ2からなるマスク材を形成し、その後、厚さ５ｎｍのノンドープの窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるキャップ層１５（第２の窒化物半導体層に相当）、キャップ層１５の成膜温度より６００℃程度低い温度で成膜され、微結晶構造からなり、絶縁性が高い厚さ５ｎｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる低温成長キャップ層１６（第３の窒化物半導体層に相当）を積層形成する。その後、マスク材を除去することにより、第１の実施例で説明した凹部１８を形成することができる。以下、第１の実施例で説明した工程に従い、カソード電極１７、第１アノード電極１９及び第２アノード電極２０を形成し、本発明のショットキーバリアダイオードを形成することができる。
このようにエッチングによらず、ノンドープＧａＮキャップ層１５および低温成長キャップ層１６を選択成長させる場合であっても、上述の第１の実施例同様、低いオン電圧特性と高い耐圧特性の窒化物半導体装置を形成することができる。
図３は本発明の第３の実施例のショットキーバリアダイオード１０ｂである。第１の実施例同様、半絶縁性あるいは絶縁性の炭化珪素（ＳｉＣ）からなる基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法等により、厚さ２００ｎｍ程度の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるバッファ層１２、厚さ２.５μｍのノンドープ窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるチャネル層１３（第４のIII−Ｖ族窒化物半導体層に相当）、厚さ２５ｎｍのノンドープの窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるショットキー層１４（第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層に相当）、厚さ５ｎｍのノンドープの窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるキャップ層１５（第２のIII−Ｖ族窒化物半導体層に相当）、キャップ層１５の成膜温度より６００℃程度低い温度で成膜され、微結晶構造からなり、絶縁性が高い厚さ５ｎｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる低温成長キャップ層１６（第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層に相当）が順次積層した構造の半導体基板を用意する。その後、凹部を形成し、ショットキー層１４と低温成長キャップ層１６とにショットキー接合を形成するように、チタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）からなるアノード電極を形成する。図３に示すように、本実施例のアノード電極は、ショットキー層１４に接合する第１アノード電極１９と、低温成長キャップ層１６に接合する第２アノード電極２０とが一体となって形成されている。このような構造では、前述の第１の実施例で説明した異なる金属からなる場合と比較して、第１アノード電極１９とショットキー層１４との間のショットキーバリアの高さと、第２アノード電極２０と低温成長キャップ層１６との間のショットキーバリアの高さの差が小さくなる。しかし、微結晶構造の低温成長キャップ層１６に接合するショットキー接合のショットキーバリアの高さは、通常の成長温度で形成した窒化物半導体層に接合するショットキー接合のショットキーバリアの高さより高くなり、低いオン電圧特性と高い耐圧特性が得られる。なお凹部１８は、第２の実施例で説明したように選択成長法により形成することもできる。
本実施例では、第１アノード電極１９と第２アノード電極２０を同時に形成することができ、アノード電極の形成工程を削減できる利点がある。
図４は本発明の第４の実施例のショットキーバリアダイオード１０ｃである。第１の実施例同様、半絶縁性あるいは絶縁性の炭化珪素（ＳｉＣ）からなる基板１１上に、ＭＯＣＶＤ法等により、厚さ２００ｎｍ程度の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるバッファ層１２、厚さ２.５μｍのノンドープ窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるチャネル層１３、厚さ２５ｎｍのノンドープの窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）からなるショットキー層１４（第１の窒化物半導体層に相当）、厚さ５ｎｍのノンドープの窒化ガリウム（ＧａＮ）からなるキャップ層１５（第２の窒化物半導体層に相当）、キャップ層１５の成膜温度より６００℃程度低い温度で成膜され、微結晶構造からなり、絶縁性が高い厚さ５ｎｍの窒化ガリウム（ＧａＮ）からなる低温成長キャップ層１６（第３の窒化物半導体層に相当）が順次積層した構造の半導体基板を用意する。その後、凹部を形成することなく、Ｔｉからなる第１アノード電極１９と、Ｐｔからなる第２アノード電極２０を、微結晶構造の低温成長キャップ層１６上に形成する。このような構造では、第１アノード電極１９と低温成長キャップ層１６との間の接合のショットキーバリアの高さが、前述の第１の実施例に比べて少し高くなることになるが、第１及び第２アノード電極１９、２０を構成する電極金属を適宜選択してショットキーバリアの高さの異なる接合を形成することで、第１の実施例同様、相対的に低いオン電圧特性と高い耐圧特性が得られることになる。
本実施例では、凹部１８を形成する必要がないので、凹部１８の形成工程を削減できる利点がある。
以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものでないことはいうまでもない。例えば、ＨＥＭＴ構造の窒化物半導体装置の代わりに、不純物が添加された窒化物半導体層を能動層（チャネル層）とし、その上に上述の微結晶構造からなる低温成長キャップ層１６が形成されたいわゆるＦＥＴ構造の窒化物半導体装置とすることができる。また、窒化物半導体層は、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ系に限定されるものではなく、ガリウム、アルミニウム、ホウ素及びインジウムからなる群のうち少なくとも１つからなるIII族元素と、窒素、リン及び砒素からなる群のうちの少なくとも窒素を含むＶ族元素で構成されたIII−Ｖ族窒化物半導体層で形成することができる。
またアノード電極を構成する金属材料は、接合を形成するIII−Ｖ族窒化物半導体層の種類に応じて適宜選択すればよい。たとえば上記実施例で説明した窒化物半導体層の場合には、第１アノード電極を構成する金属材料はＴｉに限定されず、例えばアルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）や銀（Ａｇ）等、第２アノード電極より相対的に低いショットキーバリアを形成する金属であればよい。また、第２アノード電極を構成する金属材料はＰｔに限定されず、例えばニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）やＡｕ（金）等、第１アノード電極より相対的に高いショットキーバリアを形成する金属を選択すればよい。なお、高速スイッチング素子として用いるためには、第１アノード電極のショットキーバリアの高さが０．８ｅＶより低く、第２アノード電極のショットキーバリアの高さが０．８ｅＶより高い組合せを選択すると、低いオン電圧で高い耐圧特性が得られ、好ましい。
また基板１は、炭化珪素基板の代りに、サファイア基板やシリコン基板を用いてもよい。なお、サファイア基板を用いる場合、バッファ層１２は低温成長の窒化ガリウム(ＧａＮ)を用いる方が望ましい。
なお本発明の低温成長キャップ層１６について微結晶構造と説明したが、これは微結晶粒の集合体あるいはそれらの再配列化した構造であり、成長温度、成長時の雰囲気ガス組成、成長させる基板の種類などによって、結晶粒の大きさや配列等は変わるものであり、所望の絶縁特性が得られる範囲で、成長温度を制御することによって得られるものである。第３の窒化物半導体層の成長温度は、第２の窒化物半導体層の成長温度より５００℃程度以上低い温度に設定すると、アノード電極に高いショットキーバリアを形成することができ、リーク電流の低減や逆方向耐圧の向上に効果がある。さらに電流コラプスの抑制にも好適である。
１０：ショットキーバリアダイオード、１１；基板、１２；バッファ層、１３；チャネル層、１４；ショットキー層、１６；キャップ層、１６；低温成長キャップ層、１７；カソード電極、１８；凹部、１９；第１アノード電極、２０；第２アノード電極
Claims (4)
- 基板上に、ガリウム、アルミニウム、ホウ素及びインジウムからなる群のうち少なくとも１つからなるIII族元素と、窒素、リン及び砒素からなる群のうちの少なくとも窒素を含むＶ族元素で構成されたIII−Ｖ族窒化物半導体層からなる第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層と、該第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層上に積層した前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなり、アルミニウムを含まない第２のIII−Ｖ族窒化物半導体層と、該第２のIII−Ｖ族窒化物半導体層上に積層した前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなり、前記第１及び第２のIII−Ｖ族窒化物半導体層よりも成膜温度の低い膜であって、微結晶構造からなる第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層が順に積層された窒化物半導体装置において、
前記第３及び第２のIII−Ｖ族窒化物半導体層の一部を凹状に欠き、該凹部内に露出した前記第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層にショットキー接合する第１アノード電極と、該第１アノード電極と同一あるいは異なる金属からなり、前記第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層にショットキー接合すると共に前記第１アノード電極に電気的に接続する第２アノード電極とを備え、
前記第１アノード電極と前記第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層との間で形成される接合のショットキーバリアの高さが、前記第２アノード電極と前記第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層との間で形成される接合のショットキーバリアの高さより低いことを特徴とする窒化物半導体装置。 - 基板上に、ガリウム、アルミニウム、ホウ素及びインジウムからなる群のうち少なくとも１つからなるIII族元素と、窒素、リン及び砒素からなる群のうちの少なくとも窒素を含むＶ族元素で構成されたIII−Ｖ族窒化物半導体層からなる第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層と、該第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層上に積層した前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなり、アルミニウムを含まない第２のIII−Ｖ族窒化物半導体層と、該第２のIII−Ｖ族窒化物半導体層上に積層した前記III−Ｖ族窒化物半導体層からなり、前記第１及び第２のIII−Ｖ族窒化物半導体層よりも成膜温度の低い膜であって、微結晶構造からなる第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層が順に積層された窒化物半導体装置において、
前記第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層にショットキー接合する第１アノード電極と、該第１アノード電極と異なる金属からなり、前記第１アノード電極に接触する部分以外の前記第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層にショットキー接合すると共に前記第１アノード電極に電気的に接続する第２アノード電極とを備え、
前記第１アノード電極と前記第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層との間で形成される接合のショットキーバリアの高さが、前記第２アノード電極と前記第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層との間で形成される接合のショットキーバリアの高さより低いことを特徴とする窒化物半導体装置。 - 請求項１又は２いずれか記載の窒化物半導体装置において、前記第２及び第３のIII−Ｖ族窒化物半導体層は、前記第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層のエネルギーギャップより小さいエネルギーギャップを有することを特徴とする窒化物半導体装置。
- 請求項１乃至３いずれか記載の窒化物半導体装置において、前記基板と前記第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層との間に、前記第１のIII−Ｖ族窒化物半導体層のエネルギーギャップより小さいエネルギーギャップを持つ、前記III−Ｖ族窒化物半導体からなる第４のIII−Ｖ族窒化物半導体層を備えたことを特徴とする窒化物半導体装置。
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