JP2011199187A

JP2011199187A - 窒化ガリウム系半導体ダイオード

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Publication number: JP2011199187A
Application number: JP2010066803A
Authority: JP
Inventors: Naoki Kaneda; 直樹金田
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2011-10-06

Abstract

【課題】面内の抵抗率が不均一である窒化ガリウム基板上に形成したダイオード構造の耐圧を向上させることができる窒化ガリウム系半導体ダイオードを提供する。
【解決手段】半導体ダイオード１は、主面がＣ面である窒化ガリウム自立基板１０と、ｐｎ接合１６ａ又はショットキー接合１６を含む接合領域と、窒化ガリウム自立基板と接合領域との間に設けられ、窒化ガリウム自立基板表面の基板面内での最小抵抗率より低い抵抗率を有し、窒化ガリウム自立基板の導電型と同一の導電型の半導体層１４とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、窒化ガリウム系半導体ダイオードに関する。特に、本発明は、耐圧を向上させた窒化ガリウム系半導体ダイオードに関する。

従来、窒化ガリウム基板であって、基板表面において、基板面を貫通して伸びる多数の欠陥の集合した芯を内部に含み結晶粒界により区別される閉じた領域である閉鎖欠陥集合領域と、閉鎖欠陥集合領域に随伴しその周囲に形成された単結晶低転位随伴領域と、単結晶低転位随伴領域の外部に存在し同一の結晶方位を有する単結晶低転位余領域とを有する単結晶窒化ガリウム基板が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

また、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる下地層と、下地層の上に形成された空隙形成阻止層と、空隙形成阻止層の上に形成された多孔質ＩＩＩ族窒化物半導体層と、多孔質ＩＩＩ族窒化物半導体層の上に形成された多孔質金属層とを有するエピタキシャル成長用多孔質基板が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特許文献１に記載の単結晶窒化ガリウム基板によれば、ファセット面からなるピット中央の転位集合部の面状欠陥を消滅させること等ができる。また、特許文献２に記載のエピタキシャル成長用多孔質基板によれば、低転位密度のエピタキシャル結晶成長を実現することができる。

特開２００３−１６５７９９号公報特開２００４−３１９７１１号公報

現在、入手可能な窒化ガリウム基板は転位密度が比較的高く、その上、転位密度が基板面内に不均一に分布している。更に、当該窒化ガリウム基板は、導電性基板であるにもかかわらず、基板面内で導電率がやや不均一である。

本発明者が特許文献１に記載されている方法を参考に塩化物気相成長法（ＨＶＰＥ法）によって窒化ガリウム基板を作製したところ、Ｃ面成長している箇所と、Ｃ面成長していない箇所（ファセットを形成しながら成長している箇所）とでは、結晶中の不純物濃度が大きく異なることを発見した。一般に、成長面が異なることで不純物濃度の取り込み効率は大きく異なることが知られている。そして、ＨＶＰＥ法で成長した窒化ガリウムの場合は、特に酸素（Ｏ）の取り込みの効率に大きな差異が認められた。中でもＣ面成長していない箇所では酸素（Ｏ）濃度は約０．１〜１Ｅ１９ｃｍ^−３になっていることが測定された。この箇所の電気的特性を測定したところ、この箇所はｎ型導電性を示し、抵抗率は約０．０２〜０．００３Ω・ｃｍであった。

一方、Ｃ面成長している箇所での酸素濃度は約１Ｅ１７ｃｍ^−３以下であり、ゲルマニウム（Ｇｅ）やシリコン（Ｓｉ）等の他のドナー不純物濃度が低い場合には、この箇所の抵抗率は約０．１Ω・ｃｍ以上に達する場合もあることが測定された。ＧｅやＳｉ等のドナー不純物濃度を上昇させて抵抗を下げようとした場合、ファセット成長している箇所の成長モードの制御が難しく、また欠陥密度が増加するので、ファセット面を維持しつつ窒化ガリウム基板を成長する方法においては、基板面内で抵抗率が不均一になることは避けられなかった。

一方、本発明者が特許文献２に記載の方法を参考に窒化ガリウム基板を作製した場合においては、意図的にファセット面を形成しながらの成長ではないため、酸素（Ｏ）濃度は低くなった。しかしながら、ごく一部ではあるが、一部の領域に抵抗率が不均一である箇所が認められ、基板面内において部分的に抵抗率が異なる領域が混在した。本発明者の検討によれば、この一部領域での酸素（Ｏ）濃度は約５Ｅ１８ｃｍ^−３であり、抵抗率は約０．００５Ω・ｃｍであった。また、他の領域の酸素濃度は約１Ｅ１７ｃｍ^−３以下であったものの、他のドナー不純物であるゲルマニウム（Ｇｅ）やシリコン（Ｓｉ）濃度を制御することにより、大部分の場所の抵抗率を約０．００５〜０．０２Ω・ｃｍにすることができた。しかしながら、微細に観察すれば抵抗率が基板面内においてやや不均一な領域が存在しており、抵抗率の不均一性の改善には余地がある。

すなわち、上記のように特許文献１及び特許文献２に記載のｎ型の導電型を有する窒化ガリウム基板は、基板面内において抵抗率が不均一であることが認められた。このため、窒化ガリウム基板上に高電圧・大電流で駆動させるダイオード構造で、しかも面積が大きいデバイスを作製した場合、基板面内での抵抗率が不均一である影響でダイオード内部での電界分布に予期せぬ偏りが生じ、その結果として絶縁破壊を誘発し、十分なデバイス耐圧が得られない場合があり、材料物性的に期待される値（数百ボルト以上）よりも大幅に低下してしまう場合がある。

したがって、本発明の目的は、面内の抵抗率が不均一である窒化ガリウム基板上に形成したダイオード構造の耐圧を向上させることができる窒化ガリウム系半導体ダイオードを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、主面がＣ面である窒化ガリウム自立基板と、ｐｎ接合又はショットキー接合を含む接合領域と、窒化ガリウム自立基板と接合領域との間に設けられ、窒化ガリウム自立基板表面の基板面内での最小抵抗率より低い抵抗率を有し、窒化ガリウム自立基板の導電型と同一の導電型の半導体層とを備える窒化ガリウム系半導体ダイオードが提供される。

また、上記窒化ガリウム系半導体ダイオードにおいて、半導体層が、超格子構造からなることが好ましい。

また、上記窒化ガリウム系半導体ダイオードにおいて、窒化ガリウム自立基板が、主面の反対側の表面にオーミック電極を有することができる。

本発明に係る窒化ガリウム系半導体ダイオードによれば、面内の抵抗率が不均一である窒化ガリウム基板上に形成したダイオード構造の耐圧を向上させることができる窒化ガリウム系半導体ダイオードを提供できる。

本発明の第１の実施の形態に係る半導体ダイオードの断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る半導体ダイオードの断面図である。本発明の第３の実施の形態に係る半導体ダイオードの断面図である。

［発明者が得た知見］
本発明者は、鋭意検討した結果、抵抗率が面内で均一ではない窒化ガリウム基板を成長用基板として用いた場合であっても、窒化ガリウム自立基板上の最も抵抗率の低い領域よりも抵抗率の低いｎ型の導電型の層（すなわち、窒化ガリウム自立基板表面の基板面内での最小抵抗率より低い抵抗率を有する半導体層）を、ｐｎ接合又はショットキー接合と、窒化ガリウム基板上との間に設けることにより、半導体ダイオードの耐圧を向上させることができることを見出した。

半導体ダイオードの耐圧は、抵抗率が均一な半導体で形成された理想的な半導体ダイオードの場合においては、逆方向バイアス電圧を上昇させたときに降伏現象が開始するときの電圧（降伏電圧）で決定される。しかしながら、現実の半導体ダイオードの場合、半導体の層が完全には均一でないことに起因して、半導体ダイオードの一部に大きな電界が印加される。これにより、例えば、転位がやや集中している領域等の電流が流れやすい経路に電界が集中する。すると、材料物性から期待される降伏電圧以下で逆方向電流が急激に増加してしまうことがある。つまり、均一な半導体層を得ること、あるいは部分的に電界が集中しない素子構造にすることが半導体ダイオードの耐圧を向上させる方策となる。

本発明者は、窒化ガリウム自立基板のすべての箇所に比べ、十分に抵抗率が小さい層を窒化ガリウム自立基板とｐｎ接合又はショットキー接合を含む接合領域との間に挿入することで、窒化ガリウム自立基板の抵抗率の不均一性に起因する電界集中を抑制できること、及び窒化ガリウム自立基板上に形成されたダイオード構造の耐圧を高めることができることを見出した。なお、ｐｎ接合の代わりにｐｉｎ接合又はｎｐｎ接合等を設けた場合であって、窒化ガリウム自立基板側にｎ型層を有するダイオード構造又はトランジスタ構造であれば、同様に電界集中を抑制とダイオード構造の耐圧の向上とを実現することができる。

ここで、窒化ガリウム自立基板のすべての箇所に比べて十分に抵抗率が小さい層は、ゲルマニウム又はシリコン等のドナー不純物を十分に添加したＧａＮ層が最も簡単な層として考えられる。また、例えば、ドナー不純物を十分に添加することで低抵抗化した超格子構造を、窒化ガリウム自立基板のすべての箇所に比べ十分に抵抗率が小さい層にすることが好ましい。超格子構造にすることが好ましい理由は、当該層を設ける目的が、窒化ガリウム自立基板と接合領域との間に抵抗が十分に低い層を挿入することによって、窒化ガリウム自立基板の抵抗率の不均一性に起因する電界集中を抑制するためだからである。

また、超格子構造を形成する場合、超格子構造は、窒化ガリウム基板からｐｎ接合又はショットキー接合側に延伸している貫通転位の少なくとも一部を、成長方向の外へ（すなわち、窒化ガリウム自立基板の表面に平行な方向に沿った方向に向けて）曲げる効果と、成長面内での電流分散を促進させる効果とを発揮することができる。したがって、十分抵抗が低く、しかも適度な層数を有する超格子構造を設けることがより好ましい。

［実施の形態の要約］
主面がＣ面である窒化ガリウム自立基板と、ｐｎ接合又はショットキー接合を含む接合領域とを備える窒化ガリウム系半導体ダイオードにおいて、前記窒化ガリウム自立基板と前記接合領域との間に設けられ、前記窒化ガリウム自立基板表面の基板面内での最小抵抗率より低い抵抗率を有し、前記窒化ガリウム自立基板の導電型と同一の導電型の半導体層とを備える窒化ガリウム系半導体ダイオードが提供される。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体ダイオードの断面の概要を示す。

第１の実施の形態に係る窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体ダイオードとしての半導体ダイオード１は、基板１０と、基板１０上に設けられる半導体層１２と、半導体層１２上に設けられるドリフト層１４とを備える。更に、半導体ダイオード１は、基板１０の半導体層１２の反対側の表面に設けられ、基板１０にオーミック接合するオーミック電極２０と、ドリフト層１４の半導体層１２の反対側の表面に設けられるショットキー電極２２とを備える。

半導体ダイオード１は、例えば、以下のように製造される。まず、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法等により基板１０上に半導体層１２及びドリフト層１４をエピタキシャル成長させることによりエピタキシャル基板を製造する。次に、フォトリソグラフィー法、真空蒸着法等を利用してエピタキシャル基板の一方の面にオーミック電極２０を形成すると共に、他方の面にショットキー電極２２を形成する。これにより、半導体ダイオード１を製造することができる。なお、半導体ダイオード１は、半導体層１２等の成長方向へ電流を流す縦型のダイオード構造を有する。

本実施の形態では、主面がＣ面である窒化ガリウム自立基板を基板１０として用いることができる。したがって、主面上に半導体層１２が形成され、主面の反対側の表面にオーミック電極２０が形成されることになる。基板１０は、ドナーとしての所定の不純物を所定量含むことにより、ｎ型の導電型を有する。

また、半導体層１２及びドリフト層１４は、基板１０と同一の導電型を有する半導体から形成される。半導体層１２及びドリフト層１４は、例えば、窒化ガリウムから形成される。そして、ショットキー電極２２は、ドリフト層１４とショットキー電極２２との界面１４ａにおいてドリフト層１４にショットキー接合する。本実施の形態では、ドリフト層１４と当該ショットキー接合とを含む領域を接合領域１６と称する。なお、接合領域１６は、半導体からなる一つの層、又は半導体からなる複数の層と、当該一つの層若しくは当該複数の層の最表面に設けられるショットキー電極とを含んで形成することができる。

ここで、半導体層１２は、基板１０と接合領域１６との間に設けられる。そして、半導体層１２は、基板１０表面の基板面内での最小抵抗率より低い抵抗率を有する。具体的に、半導体層１２は、基板１０の表面（すなわち、接合領域１６と対向する面）において基板面内で最も抵抗率の低い領域の抵抗率より低い抵抗率を層全体にわたり有する。すなわち、半導体層１２に添加する不純物の量等を制御することにより、半導体層１２の抵抗率を、基板１０の表面のいずれの領域における抵抗率よりも低く調整する。

なお、ショットキー電極２２の平面視における形状を真円形にすることにより、半導体ダイオード１のダイオード構造の一部の領域への電界集中を更に抑制できる。また、ショットキー電極２２の周辺部に水素等のイオンを打ち込むことにより、当該周辺部の抵抗を高め、電界集中を緩和させることもできる。更に、ショットキー電極２２の周辺部の下部の領域に絶縁膜を挟み込むフィールドプレート構造を構成することにより電界集中を緩和させることもできる。

（第１の実施の形態の効果）
本発明の第１実施の形態に係る半導体ダイオード１は、基板１０とドリフト層１４との間に基板１０の最も抵抗率の低い領域より低い抵抗率を有する半導体層１２（すなわち、基板１０表面の基板面内での最小抵抗率より低い抵抗率を有する半導体層１２）を設けたので、基板１０の抵抗率の不均一性に起因する電界集中を抑制することができ、ショットキーダイオードとしての半導体ダイオード１の耐圧を向上させることができる。

［第２の実施の形態］
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る半導体ダイオードの断面の概要を示す。

第２の実施の形態に係る半導体ダイオード２は、第１の実施の形態に係る半導体ダイオード１に比べ、半導体層１２ａが超格子構造を有している点を除き、半導体ダイオード１と同一の構成、機能を有する。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。

半導体ダイオード２が備える半導体層１２ａは、超格子構造を有して形成される。具体的に、半導体層１２ａは、ｎ型の導電型のドナーを所定の濃度添加された複数の窒化物系化合物半導体層からなる超格子低抵抗多層膜である。より具体的に、半導体層１２ａは、第１の半導体膜と、第１の半導体膜とは異なる第２の半導体膜とのペアからなるペア層が複数、積層されて形成される。この場合において、第１の半導体膜及び第２の半導体膜のいずれか一方、又は双方に、所定量の所定のドナー不純物が添加される。

（第２の実施の形態の効果）
本発明の第２実施の形態に係る半導体ダイオード２は、基板１０とドリフト層１４との間に基板１０の最も抵抗率の低い領域より低い抵抗率を有する超格子構造の半導体層１２ａを設けたので、基板１０の抵抗率の不均一性に起因する電界集中を抑制することができ、ショットキーダイオードとしての半導体ダイオード１の耐圧を向上させることができる。

［第３の実施の形態］
図３は、本発明の第３の実施の形態に係る半導体ダイオードの断面の概要を示す。

第３の実施の形態に係る半導体ダイオード３は、第１の実施の形態に係る半導体ダイオード１に比べ、接合領域１６ａがｐｎ接合を有している点を除き、半導体ダイオード１とほぼ同一の構成、機能を有する。したがって、相違点を除き詳細な説明は省略する。

半導体ダイオード３は、基板１０と、基板１０上に設けられる半導体層１２と、半導体層１２上に設けられるドリフト層１４と、ドリフト層１４上に設けられ、ドリフト層１４の導電型とは異なる導電型の半導体層１８とを備える。更に、半導体ダイオード３は、基板１０の半導体層１２の反対側の表面に設けられ、基板１０にオーミック接合するオーミック電極２０と、半導体層１８のドリフト層１４の反対側の表面に設けられるオーミック電極２４とを備える。なお、半導体層１２は、第２の実施の形態と同様に、超格子構造を有する半導体層１２ａにすることもできる。

（第３の実施の形態の効果）
本発明の第３実施の形態に係る半導体ダイオード３は、基板１０とドリフト層１４との間に基板１０の最も抵抗率の低い領域より低い抵抗率を有する半導体層１２を設けたので、基板１０の抵抗率の不均一性に起因する電界集中を抑制することができ、ｐｎダイオードとしての半導体ダイオード３の耐圧を向上させることができる。

実施例１に係る半導体ダイオードとして、第１の実施の形態に係る半導体ダイオード１の構造を備える半導体ダイオードを製造した。

具体的に、まず、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法により、Ｃ面の窒化ガリウム（ＧａＮ）基板上に、成長面内で均一な抵抗を有すると共に厚さが１μｍのｎ型導電型のＧａＮ層を成長した。実施例１に用いたＧａＮ基板の最も抵抗率が低い箇所の抵抗率は、約０．００５Ω・ｃｍであった。なお、ＧａＮ層の成長は、基板温度を１１００℃に設定して実施すると共に、ドナー不純物としてゲルマニウム又はシリコンを添加した。また、ＧａＮ層の抵抗率がＧａＮ基板の抵抗率より小さくなるように、ドナー不純物の添加量を調整した。具体的に、ＧａＮ層の成長中にドナー濃度を調整することでＧａＮ層の抵抗率を０．００１Ω・ｃｍ以上０．００４Ω・ｃｍ以下の範囲に調整した。

なお、当該ＧａＮ基板の抵抗率が面内で均一でないことは、当該ＧａＮ基板に紫外線を照射したときのルミネッセンス光の強度分布で間接的に確認した。また、ＧａＮ基板表面の基板面内での最小抵抗率の測定は、当該ＧａＮ基板の微小領域（具体的には、被測定対象物の体積として０．００５〜０．０５ｍｍ^３の領域）をイオンミリングによって切り出し、ルミネッセンス光強度分布から抵抗率の異なる領域の体積の概略値を求め、当該微小領域の抵抗値の測定値からその体積分を計算で補正することによって求めた。ほぼ同等の品質を有する複数のＧａＮ基板を用い、多数の箇所で測定することで、ＧａＮ基板の最も抵抗率が低い箇所の抵抗率は概ね０．００５Ω・ｃｍ付近であることを確認した。

更に、比較のため、ＧａＮ層のドナー濃度を下げ、ＧａＮ層の抵抗率が０．００５Ω・ｃｍ以上０．１Ω・ｃｍ以下になる試料（比較例）も作製した。なお、ＧａＮ層の抵抗率は、実施例１及び比較例１共に、サファイア基板上に実施例１又は比較例１と同一の条件で成長した試料（ただし、厚さは１０００ｎｍである）について四探針法を用いて測定した。

続いて、成長温度を１１００℃に設定したまま、ドナー不純物の固相濃度が約２Ｅ１６ｃｍ^−３になるようにドナー不純物の供給量を抑え、１０μｍの厚さを有するｎ型ＧａＮからなるドリフト層をＧａＮ層の上に成長した。半導体ダイオードの動作原理上、ｎ型ＧａＮからなるドリフト層の膜厚を厚くすることで半導体ダイオードの耐圧を大きくすることができるので、ｎ型ＧａＮからなるドリフト層の膜厚を１０μｍ以上にすることもできる。また、成長温度は１１００℃に限定されない（なお、他の成長条件も限定されない。）。

ｎ型ＧａＮからなるドリフト層の上に、平面視にて真円形を有し、直径が１００μｍ以上８００μｍ以下のショットキー電極を形成した。ショットキー電極は、ニッケル及びアルミニウムを含む金属から形成した。なお、ショットキー電極の材質は、ドリフト層との間で良好なショットキー接触が得られるその他の材質を用いることもできる。また、ショットキー電極の周辺領域に水素（Ｈ）等のイオンを注入することで、高電圧印加時にショットキー電極の周辺部に電界が集中することを抑制した。ＧａＮ基板の裏面（すなわち、−Ｃ面）のオーミック電極は、アルミ及び金を含む材料から形成した。オーミック電極の材質は、ＧａＮ基板との間で良好なオーミック接触が得られる限り、他の材質を用いることもできる。

このようにして作製した実施例１に係るＧａＮ基板上のショットキーダイオードの電流電圧（ＩＶ）特性を測定した。そして、逆方向電流が急激に増加する電圧（耐圧）を調べたところ、ＧａＮ層の抵抗率が０．１Ω・ｃｍのときの耐圧は約５４０Ｖ、抵抗率が０．０１Ω・ｃｍのときの耐圧は約５４０Ｖであった。

一方、抵抗率が０．００４Ω・ｃｍのときの耐圧は約７２０Ｖであり、０．００２Ω・ｃｍのときの耐圧は約７６０Ｖであった。したがって、ＧａＮ層の抵抗率が、ＧａＮ基板の最も抵抗率が低い箇所よりも小さい場合には耐圧が大きくなることが確認された。ＧａＮ基板の最も抵抗率が低い箇所が０．０１Ω・ｃｍである基板を使用した場合においても、傾向に変化は認められなかった。

つまり、ＧａＮ基板のすべての箇所に比べて十分に抵抗率が小さい層を挿入することで、基板の抵抗率の不均一性に起因する電界集中を抑制することができ、ＧａＮ基板上に形成されたショットキーダイオードの耐圧を高めることができることが示された。

実施例２に係る半導体ダイオードとして、第２の実施の形態に係る半導体ダイオード２の構造を備える半導体ダイオードを製造した。

実施例２においては、実施例１に係る半導体ダイオードのＧａＮ層の代わりに、ｎ型の導電型を有する超格子低抵抗多層膜をＧａＮ基板上に形成した。具体的に、アルミ組成が約１０％のＡｌＧａＮ層とＧａＮ層とからなるペアをペア層にし、２０〜１００ペアのペア層を含む多層膜をＧａＮ基板上に形成することにより超格子低抵抗多層膜を形成した。その他の構成は実施例１に係る半導体ダイオードと同一である。

また、ＡｌＧａＮ層及びＧａＮ層それぞれの膜厚は２．０ｎｍ〜３．５ｎｍにした。実施例２においては、ＧａＮ層にドナー不純物を添加することで超格子低抵抗多層膜の抵抗率を制御した。なお、ドナーの添加方法は実施例２の例に限定されず、ＡｌＧａＮ層にドナー不純物を添加すること、あるいはＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層の双方に均一にドナー不純物を添加することもできる。

実施例２に係る半導体ダイオードの耐圧を測定したところ、超格子低抵抗多層膜の抵抗率が０．１Ω・ｃｍのときの耐圧は約５８０Ｖであり、抵抗率が０．０１Ω・ｃｍのときの耐圧は約５９０Ｖであった。一方、超格子低抵抗多層膜の抵抗率が０．００４Ω・ｃｍのときの耐圧は約８１０Ｖ、抵抗率が０．００２Ω・ｃｍのときの耐圧は約８２０Ｖであった。以上のことから、ＧａＮ基板の最も抵抗率が低い箇所よりも小さい抵抗率を有する超格子低抵抗多層膜を用いる場合には、半導体ダイオードの耐圧が大きくなることが示された。なお、最も抵抗率が低い箇所が０．０１Ω・ｃｍであるＧａＮ基板を用いた場合においても、この傾向に変化は見られなかった。

つまり、ＧａＮ基板のすべての箇所と比べて十分に抵抗率が小さい層を挿入することで、基板の抵抗率の不均一性に起因する電界集中を抑制することができ、ＧａＮ基板上に形成されたショットキーダイオードの耐圧を高めることができることが示された。

実施例３に係る半導体ダイオードとして、第３の実施の形態に係る半導体ダイオード３の構造を備える半導体ダイオードを製造した。

実施例３においては、実施例１及び実施例２においてｎ型ＧａＮからなるドリフト層の上に、５００ｎｍの厚さを有し、Ｍｇ等のアクセプタを添加したｐ型の導電型のＧａＮ層を成長した。また、ｐ型のＧａＮ層の上に、パラジウム系の材料からなるオーミック電極を形成した。これにより、実施例３に係る半導体ダイオードを製造した。

そして、実施例１及び実施例２と同様に、電流電圧（ＩＶ）特性から、逆方向電流が急激に増加する電圧（耐圧）を測定した。その結果、ＧａＮ層又は超格子低抵抗多層膜の抵抗率が、ＧａＮ基板の最も抵抗率が低い箇所よりも大きい場合は耐圧が７２０〜７９０Ｖであり、ＧａＮ基板の最も抵抗率が低い箇所よりも小さい場合は耐圧が８３０〜１０４０Ｖであった。つまりｐｎダイオード構造の場合においても、ＧａＮ層又は超格子低抵抗多層膜の抵抗率が、ＧａＮ基板の最も抵抗率が低い箇所よりも小さい場合には、半導体ダイオードの耐圧が大きくなることが示された。

つまり、ＧａＮ基板のすべての箇所と比べて十分に抵抗率が小さい層を挿入することで、基板の抵抗率の不均一性に起因する電界集中を抑制することができ、ＧａＮ基板上に形成されたｐｎダイオードの耐圧を高めることができることが示された。

以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１、２、３半導体ダイオード
１０基板
１２、１２ａ半導体層
１４ドリフト層
１４ａ界面
１６、１６ａ接合領域
１８半導体層
２０、２４オーミック電極
２２ショットキー電極

Claims

主面がＣ面である窒化ガリウム自立基板と、
ｐｎ接合又はショットキー接合を含む接合領域と、
前記窒化ガリウム自立基板と前記接合領域との間に設けられ、前記窒化ガリウム自立基板表面の基板面内での最小抵抗率より低い抵抗率を有し、前記窒化ガリウム自立基板の導電型と同一の導電型の半導体層と
を備える窒化ガリウム系半導体ダイオード。
前記半導体層が、超格子構造からなる請求項１に記載の窒化ガリウム系半導体ダイオード。
前記窒化ガリウム自立基板が、前記主面の反対側の表面にオーミック電極を有する請求項２に記載の窒化ガリウム系半導体ダイオード。