JP5082392B2 - Schottky barrier diode - Google Patents
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Description
本発明は、フィールドプレートを有するショットキバリアダイオードに関する。 The present invention relates to a Schottky barrier diode having a field plate.
非特許文献1では、窒化ガリウム整流器のシミュレーションについて報告されている。このシミュレーション結果によれば、SiO2、SiN、AlN、MgO、Sc2O3を用いたフィールドプレート構造を用いる整流器の耐圧は、フィールドプレート構造を用いない整流器に比べて向上する。特に、SiO2フィールドプレートを用いた整流器において耐圧の向上がもっとも大きい。 Non-Patent Document 1 reports a simulation of a gallium nitride rectifier. According to this simulation result, the withstand voltage of the rectifier using the field plate structure using SiO 2 , SiN, AlN, MgO, Sc 2 O 3 is improved as compared with the rectifier not using the field plate structure. In particular, in the rectifier using the SiO 2 field plate, the breakdown voltage is most improved.
非特許文献2では、低温成長GaNキャップ層を用いるショットキバリア光検出器が記載されている。ショットキバリア光検出器はサファイア基板を用い、ショットキ電極は低温成長GaNキャップ層上に形成されている。このショットキバリア光検出器のリーク電流は小さいけれども、その時定数は、低温成長GaNの高抵抗のため大きい。
非特許文献1に示されるように、シミュレーションでは、SiN、SiO2をフィールドプレートに用いることによって、ショットキ電極からの電界が緩和されショットキバリアダイオードの耐圧が向上される。しかしながら、実際に、SiN、SiO2からなるフィールドプレートを用いるショットキバリアダイオードではリーク電流が多く、耐圧の向上が小さい。この理由として、III族窒化物は、SiN、SiO2などのシリコン化合物との相性が良くないことが考えられる。SiO2/GaN界面あるいはSiN/GaN界面にリーク経路が形成されるので、ショットキバリアダイオードの耐圧が低下すると考えられる。 As shown in Non-Patent Document 1, in the simulation, by using SiN and SiO 2 for the field plate, the electric field from the Schottky electrode is relaxed and the breakdown voltage of the Schottky barrier diode is improved. However, in reality, a Schottky barrier diode using a field plate made of SiN or SiO 2 has a large leakage current and a small improvement in breakdown voltage. The reason for this is considered that group III nitrides are not compatible with silicon compounds such as SiN and SiO 2 . Since a leak path is formed at the SiO 2 / GaN interface or SiN / GaN interface, it is considered that the breakdown voltage of the Schottky barrier diode is lowered.
非特許文献2に記載されているように、低温成長窒化ガリウムを窒化ガリウムドリフト層のためのキャップとして用いると、ショットキバリアダイオードのリーク電流が低減される。しかしながら、逆に、ショットキバリアダイオードのオン抵抗が極めて高くなるので、低オン抵抗・高耐圧のショットキバリアダイオードには使用できない。 As described in Non-Patent Document 2, when low-temperature grown gallium nitride is used as a cap for the gallium nitride drift layer, the leakage current of the Schottky barrier diode is reduced. However, on the contrary, the on-resistance of the Schottky barrier diode becomes extremely high, so that it cannot be used for a Schottky barrier diode with low on-resistance and high withstand voltage.
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、低オン抵抗・高耐圧を有しIII族窒化物半導体を用いるショットキバリアダイオードを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a Schottky barrier diode having a low on-resistance and a high breakdown voltage and using a group III nitride semiconductor.
本発明に係るショットキバリアダイオードは、(a)第1のエリアおよび第2のエリアを含む主面を有するIII族窒化物半導体ドリフト領域と、(b)ショットキ導電部およびオーバーラップ導電部を含む電極と、(c)前記III族窒化物半導体ドリフト領域の前記第1のエリアを覆うと共に前記第2のエリアに開口を有する窒化ガリウムフィールドプレート層とを備え、前記ショットキ導電部は、前記窒化ガリウムフィールドプレート層の前記開口において前記III族窒化物半導体ドリフト領域の前記第2のエリアにショットキ接合を成し、前記オーバーラップ導電部は、前記窒化ガリウムフィールドプレート層上に設けられる。 A Schottky barrier diode according to the present invention includes (a) a group III nitride semiconductor drift region having a main surface including a first area and a second area, and (b) an electrode including a Schottky conductive portion and an overlap conductive portion. And (c) a gallium nitride field plate layer that covers the first area of the III-nitride semiconductor drift region and has an opening in the second area, and wherein the Schottky conductive portion includes the gallium nitride field A Schottky junction is formed in the second area of the group III nitride semiconductor drift region in the opening of the plate layer, and the overlap conductive portion is provided on the gallium nitride field plate layer.
このショットキバリアダイオードによれば、窒化ガリウムフィールドプレート層がIII族窒化物半導体ドリフト領域の第1のエリアを覆うので、ショットキバリアダイオードは、窒化ガリウムと異なるフィールドプレート絶縁物とIII族窒化物半導体ドリフト領域との界面を含まない。したがって、このショットキバリアダイオードは、フィールドプレート絶縁物とIII族窒化物半導体ドリフト領域との界面に起因ずるリーク経路を含まない。また、ショットキ導電部がIII族窒化物半導体ドリフト領域の第2のエリアにショットキ接合を成すことにより、オン抵抗が高くなることがない。 According to this Schottky barrier diode, since the gallium nitride field plate layer covers the first area of the group III nitride semiconductor drift region, the Schottky barrier diode has a field plate insulator different from gallium nitride and a group III nitride semiconductor drift. Does not include the interface with the region. Therefore, this Schottky barrier diode does not include a leakage path due to the interface between the field plate insulator and the group III nitride semiconductor drift region. In addition, since the Schottky conductive portion forms a Schottky junction in the second area of the group III nitride semiconductor drift region, the on-resistance is not increased.
本発明に係るショットキバリアダイオードは、(a)第1のエリアおよび第2のエリアを含む主面を有するIII族窒化物半導体ドリフト領域と、(b)ショットキ導電部およびオーバーラップ導電部を含む電極と、(c)前記III族窒化物半導体ドリフト領域の前記第1のエリアと前記オーバーラップ導電部との間に設けられると共に、前記第2のエリアに開口を有する窒化ガリウムフィールドプレート層とを備え、前記ショットキ導電部は、前記窒化ガリウムフィールドプレート層の前記開口を介して前記III族窒化物半導体ドリフト領域の前記第2のエリアにショットキ接合を成す。 A Schottky barrier diode according to the present invention includes (a) a group III nitride semiconductor drift region having a main surface including a first area and a second area, and (b) an electrode including a Schottky conductive portion and an overlap conductive portion. And (c) a gallium nitride field plate layer that is provided between the first area of the group III nitride semiconductor drift region and the overlap conductive portion and has an opening in the second area. The Schottky conductive portion forms a Schottky junction with the second area of the group III nitride semiconductor drift region through the opening of the gallium nitride field plate layer.
このショットキバリアダイオードによれば、窒化ガリウムフィールドプレート層がIII族窒化物半導体ドリフト領域の第1のエリアとオーバーラップ導電部との間に設けられるので、III族窒化物半導体の界面に起因するリーク経路の形成を避けることができる。また、ショットキ導電部がIII族窒化物半導体ドリフト領域の第2のエリアにショットキ接合を成すことにより、オン抵抗を高くすることがない。 According to this Schottky barrier diode, since the gallium nitride field plate layer is provided between the first area of the group III nitride semiconductor drift region and the overlapping conductive part, leakage due to the interface of the group III nitride semiconductor is caused. Path formation can be avoided. Further, since the Schottky conductive portion forms a Schottky junction in the second area of the group III nitride semiconductor drift region, the on-resistance is not increased.
本発明に係るショットキバリアダイオードは、絶縁層を更に備えることができる。この絶縁層は、前記窒化ガリウムフィールドプレート層の前記開口に位置合わせされた開口を有すると共に、前記窒化ガリウムフィールドプレート層上に設けられる。前記オーバーラップ導電部は、前記窒化ガリウムフィールドプレート層および前記絶縁層上に設けられる。前記絶縁層は窒化ガリウム系材料とは異なる材料から成る。 The Schottky barrier diode according to the present invention may further include an insulating layer. The insulating layer has an opening aligned with the opening of the gallium nitride field plate layer and is provided on the gallium nitride field plate layer. The overlapping conductive portion is provided on the gallium nitride field plate layer and the insulating layer. The insulating layer is made of a material different from the gallium nitride material.
このショットキバリアダイオードでは、III族窒化物半導体ドリフト領域を覆う窒化ガリウムフィールドプレート層とオーバーラップ導電部との間に絶縁層も設けられるので、界面の電気伝導に起因する抵抗を大きくできる。また、窒化ガリウムフィールドプレート層の厚みにフィールドプレートのための絶縁層の厚みが加わるので、絶縁耐圧を向上できる。 In this Schottky barrier diode, since an insulating layer is also provided between the gallium nitride field plate layer covering the group III nitride semiconductor drift region and the overlapping conductive portion, the resistance due to the electric conduction at the interface can be increased. Further, since the thickness of the insulating layer for the field plate is added to the thickness of the gallium nitride field plate layer, the withstand voltage can be improved.
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記窒化ガリウムフィールドプレート層はアンドープGaNから成ることが好ましい。窒化ガリウムフィールドプレート層が高比抵抗の窒化ガリウムとなり、フィールドプレート部分のリーク電流を低減でき、ショットキバリアダイオードの絶縁耐圧を向上できる。 In the Schottky barrier diode according to the present invention, the gallium nitride field plate layer is preferably made of undoped GaN. The gallium nitride field plate layer becomes gallium nitride having a high specific resistance, the leakage current in the field plate portion can be reduced, and the dielectric strength of the Schottky barrier diode can be improved.
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記窒化ガリウムフィールドプレート層の炭素濃度は3×1017cm−3より大きいことが好ましい。炭素の含有により窒化ガリウムフィールドプレート層の比抵抗を高でき、ショットキバリアダイオードのリーク電流が低減し、ショットキバリアダイオードの絶縁耐圧も向上する。 In the Schottky barrier diode according to the present invention, the carbon concentration of the gallium nitride field plate layer is preferably greater than 3 × 10 17 cm −3 . By containing carbon, the specific resistance of the gallium nitride field plate layer can be increased, the leakage current of the Schottky barrier diode is reduced, and the withstand voltage of the Schottky barrier diode is also improved.
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記窒化ガリウムフィールドプレート層はアモルファスGaNから成ることが好ましい。窒化ガリウムフィールドプレート層を高比抵抗化することができ、リーク電流が低減し、絶縁耐圧も向上する。 In the Schottky barrier diode according to the present invention, the gallium nitride field plate layer is preferably made of amorphous GaN. The specific resistance of the gallium nitride field plate layer can be increased, the leakage current is reduced, and the withstand voltage is improved.
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記窒化ガリウムフィールドプレート層は多結晶GaNから成ることが好ましい。窒化ガリウムフィールドプレート層を高比抵抗化することができ、リーク電流が低減し、絶縁耐圧も向上する。 In the Schottky barrier diode according to the present invention, the gallium nitride field plate layer is preferably made of polycrystalline GaN. The specific resistance of the gallium nitride field plate layer can be increased, the leakage current is reduced, and the withstand voltage is improved.
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記窒化ガリウムフィールドプレート層はエピタキシャルGaN膜から成ることが好ましい。窒化ガリウムフィールドプレート層の結晶性を向上させることにより、高比抵抗化・高耐圧化が可能となり、リーク電流が低減し、絶縁耐圧も向上する。
また、本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記窒化ガリウムフィールドプレート層はp型のアクセプタ不純物をドーピングしたGaNから成ることが好ましい。窒化ガリウムフィールドプレート層p型となり、n形のドリフト層とpn接合を形成するため、フィールドプレート部分のリーク電流が低減し、耐圧が向上するためである。
In the Schottky barrier diode according to the present invention, the gallium nitride field plate layer is preferably made of an epitaxial GaN film. By improving the crystallinity of the gallium nitride field plate layer, it is possible to increase the specific resistance and the breakdown voltage, reduce the leakage current, and improve the breakdown voltage.
In the Schottky barrier diode according to the present invention, the gallium nitride field plate layer is preferably made of GaN doped with a p-type acceptor impurity. This is because the gallium nitride field plate layer becomes p-type and forms a pn junction with the n-type drift layer, so that the leakage current in the field plate portion is reduced and the breakdown voltage is improved.
本発明に係るショットキバリアダイオードは、1×108cm−2未満の転位密度を有するIII族窒化物半導体基板を更に備えることができる。前記III族窒化物半導体ドリフト領域は、前記III族窒化物半導体基板上に設けられている。このショットキバリアダイオードによれば、低転位のIII族窒化物半導体基板を用いるので、III族窒化物半導体基板からIII族窒化物半導体ドリフト領域に延びる貫通転位数が減少する。界面伝導および貫通転位による伝導を介して基板の裏面に到達する電流が少なくできる。また、リーク電流の低下に伴い、ショットキバリアダイオードの耐圧の向上も可能となる。 The Schottky barrier diode according to the present invention may further include a group III nitride semiconductor substrate having a dislocation density of less than 1 × 10 8 cm −2 . The group III nitride semiconductor drift region is provided on the group III nitride semiconductor substrate. According to this Schottky barrier diode, since a low dislocation group III nitride semiconductor substrate is used, the number of threading dislocations extending from the group III nitride semiconductor substrate to the group III nitride semiconductor drift region is reduced. The current that reaches the back surface of the substrate through interfacial conduction and conduction through threading dislocations can be reduced. Further, the breakdown voltage of the Schottky barrier diode can be improved as the leakage current decreases.
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記III族窒化物半導体基板は、1×108cm−2未満の転位密度を有する窒化ガリウム領域を含むことが好ましい。このショットキバリアダイオードによれば、低転位の窒化ガリウム基板を用いるので、III族窒化物半導体ドリフト領域および窒化ガリウム半導体基板に延びる貫通転位数が減少する。界面伝導および貫通転位による伝導のリーク電流が少なくできる。また、ホモエピタキシャル成長であるので、III族窒化物半導体基板のためのウエハの反りがほとんどない。 In the Schottky barrier diode according to the present invention, the group III nitride semiconductor substrate preferably includes a gallium nitride region having a dislocation density of less than 1 × 10 8 cm −2 . According to this Schottky barrier diode, since the low dislocation gallium nitride substrate is used, the number of threading dislocations extending to the group III nitride semiconductor drift region and the gallium nitride semiconductor substrate is reduced. The leakage current of conduction due to interfacial conduction and threading dislocation can be reduced. Moreover, since it is homoepitaxial growth, there is almost no warpage of the wafer for the group III nitride semiconductor substrate.
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記III族窒化物半導体基板は窒化アルミニウムからなることができる。このショットキバリアダイオードによれば、窒化アルミニウム基板は高い熱伝導性を有しているので、パワーデバイスには有利である。 In the Schottky barrier diode according to the present invention, the group III nitride semiconductor substrate may be made of aluminum nitride. According to this Schottky barrier diode, the aluminum nitride substrate has high thermal conductivity, which is advantageous for power devices.
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記III族窒化物半導体基板はAlGaNからなることができる。このショットキバリアダイオードによれば、AlGaN基板を用いるので、窒化ガリウム系材料と異なる材料(例えば窒化アルミニウム)からなる基板に比較してウエハの反りを小さくでき、また、窒化ガリウム基板に比較して高い熱伝導率を有している。 In the Schottky barrier diode according to the present invention, the group III nitride semiconductor substrate may be made of AlGaN. According to this Schottky barrier diode, since the AlGaN substrate is used, the warpage of the wafer can be reduced as compared with a substrate made of a material different from the gallium nitride material (for example, aluminum nitride), and higher than that of the gallium nitride substrate. It has thermal conductivity.
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記III族窒化物半導体ドリフト領域は、窒化ガリウムからなることが好ましい。このショットキバリアダイオードによれば、窒化ガリウムは比較的大きなバンドギャップを有すると共に、電気伝導性の良好な制御性を有しているので、高耐圧でかつ低オン抵抗の両立が可能となる。 In the Schottky barrier diode according to the present invention, the group III nitride semiconductor drift region is preferably made of gallium nitride. According to this Schottky barrier diode, since gallium nitride has a relatively large band gap and good controllability of electrical conductivity, both high breakdown voltage and low on-resistance can be achieved.
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記III族窒化物半導体ドリフト領域は窒化アルミニウムからなることが好ましい。このショットキバリアダイオードによれば、窒化アルミニウムは大きなバンドギャップを有しているので、高い絶縁破壊電界であるので、高耐圧に適する。 In the Schottky barrier diode according to the present invention, the group III nitride semiconductor drift region is preferably made of aluminum nitride. According to this Schottky barrier diode, since aluminum nitride has a large band gap, it has a high dielectric breakdown electric field, which is suitable for a high breakdown voltage.
本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記III族窒化物半導体ドリフト領域はAlGaNからなることが好ましい。このショットキバリアダイオードによれば、AlGaNは比較的大きなバンドギャップを有すると共に、電気伝導性の比較的良好な制御性を有するので、高耐圧でかつ低オン抵抗の両立が可能となる。 In the Schottky barrier diode according to the present invention, the group III nitride semiconductor drift region is preferably made of AlGaN. According to this Schottky barrier diode, AlGaN has a relatively large band gap and a relatively good controllability of electrical conductivity, so that both high breakdown voltage and low on-resistance can be achieved.
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。 The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following detailed description of preferred embodiments of the present invention, which proceeds with reference to the accompanying drawings.
以上説明したように、本発明によれば、低オン抵抗・高耐圧を有しIII族窒化物半導体を用いるショットキバリアダイオードが提供される。 As described above, according to the present invention, a Schottky barrier diode having a low on-resistance and a high breakdown voltage and using a group III nitride semiconductor is provided.
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のショットキバリアダイオードに係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。 The knowledge of the present invention can be easily understood by considering the following detailed description with reference to the accompanying drawings shown as examples. Subsequently, embodiments of the Schottky barrier diode of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Where possible, the same parts are denoted by the same reference numerals.
図1は、本実施の形態に係るショットキバリアダイオードの構造の一例を示す図面である。ショットキバリアダイオード11は、III族窒化物半導体ドリフト領域13と、ショットキ電極15と、窒化ガリウムフィールドプレート層17とを備える。III族窒化物半導体ドリフト領域13は主面13aを有しており、主面13aは第1のエリア13bおよび第2のエリア13cを含む。ショットキ電極15は、ショットキ導電部15aとオーバーラップ導電部15bとを含む。窒化ガリウムフィールドプレート層17は、III族窒化物半導体ドリフト領域13の第1のエリア13bとオーバーラップ導電部15bとの間に設けられる。窒化ガリウムフィールドプレート層17は、第2のエリア13cに開口19を有する。ショットキ導電部15aは、開口19においてIII族窒化物半導体ドリフト領域13の第2のエリア13cにショットキ接合21を成す。オーバーラップ導電部15bは、窒化ガリウムフィールドプレート層17上に設けられる。
FIG. 1 is a drawing showing an example of the structure of a Schottky barrier diode according to the present embodiment. The
このショットキバリアダイオード11によれば、窒化ガリウムフィールドプレート層17がIII族窒化物半導体ドリフト領域13の第1のエリア13bとオーバーラップ導電部15bとの間に設けられるので、窒化ガリウム系材料とは異なる材料から成る絶縁物(例えばシリコン無機化合物等、具体的にはSiOX、SiN、SiON等)とIII族窒化物半導体との界面に起因するリーク経路の形成を避けることができる。また、ショットキ導電部15aがIII族窒化物半導体ドリフト領域13の第2のエリア13cにショットキ接合を成すことにより、オン抵抗を高くすることがない。
According to the
また、窒化ガリウムフィールドプレート層17は、III族窒化物半導体ドリフト領域13の第1のエリア13bを覆う。このショットキバリアダイオードによれば、窒化ガリウムと異なるフィールドプレート絶縁物とIII族窒化物半導体ドリフト領域13との界面が形成さない。したがって、この界面に起因ずるリーク経路をショットキバリアダイオード11は含まない。ショットキ接合21の近くにはドリフト領域13と絶縁物との界面は形成されず、ドリフト領域13とフィールドプレート層17との界面23が形成される。
The gallium nitride
また、ショットキ導電部15aがIII族窒化物半導体ドリフト領域13の第2のエリア13cにショットキ接合21を成すことにより、オン抵抗を高くすることがない。例えば、窒化ガリウムフィールドプレート層17の厚さは、良好な界面とフィールドプレート効果を得るために、例えば約0.1マイクロメートル以上であることが好ましい。
Further, since the Schottky
一方、III族窒化物半導体ドリフト領域13とフィールドプレート層17との界面23は、窒化ガリウムと異なるフィールドプレート絶縁物とIII族窒化物半導体ドリフト領域13との界面に比べて、界面伝導に寄与するダングリングボンド等が少なく、このため、界面23の電気伝導を小さくすることができる。
On the other hand, the
ショットキバリアダイオード11では、窒化ガリウムフィールドプレート層17はアンドープGaNから成ることが好ましい。界面23は、III族窒化物半導体ドリフト領域13とアンドープGaNフィールドプレート層17とから形成される。窒化ガリウムフィールドプレート層17が高比抵抗の窒化ガリウムからなる。
In the
窒化ガリウムフィールドプレート層17の炭素濃度は3×1017cm−3より大きいことが好ましい。界面23は、III族窒化物半導体ドリフト領域13と炭素含有GaNフィールドプレート層17とから形成される。炭素の含有により窒化ガリウムの比抵抗は上昇すると共に、ショットキバリアダイオード11の絶縁耐圧も向上する。
The carbon concentration of the gallium nitride
窒化ガリウムフィールドプレート層17はアモルファスGaNから成ることが好ましい。界面23は、III族窒化物半導体ドリフト領域13とアモルファスGaNフィールドプレート層17とから形成される。アモルファスを用いることにより、高比抵抗の窒化ガリウムフィールドプレート層が容易に得られる。アモルファスGaNが、例えば、有機金属気相成長炉において、低温(例えば摂氏550度)において窒化ガリウムを成長することにより形成される。
The gallium nitride
窒化ガリウムフィールドプレート層17は多結晶GaNから成ることが好ましい。界面23は、III族窒化物半導体ドリフト領域13と多結晶GaNフィールドプレート層17とから形成される。多結晶を用いることにより、高比抵抗の窒化ガリウムフィールドプレート層が容易に得られる。多結晶GaNが、例えば、有機金属気相成長炉において低温(例えば摂氏700度程度)において窒化ガリウムを成長することにより形成される。
The gallium nitride
窒化ガリウムフィールドプレート層17はエピタキシャルGaN膜から成ることが好ましい。窒化ガリウムフィールドプレート層の結晶性を向上させることにより、高耐圧化が可能となるからである。界面23は、III族窒化物半導体ドリフト領域13とエピタキシャルGaNフィールドプレート層17とから形成される。エピタキシャルGaNが、例えば、有機金属気相成長炉において、通常の結晶成長条件で形成される。好適な実施例では、III族窒化物半導体ドリフト領域13は、大きなキャリア移動度を提供できるn型半導体からなることが好ましい。窒化ガリウムフィールドプレート層17は、III族窒化物半導体ドリフト領域13の多数キャリアと異なる多数キャリアを持つp型GaNから成ることが好ましい。界面23は、n型の伝導性を示すIII族窒化物半導体ドリフト領域13とp型の伝導性を示すプGaNフィールドプレート層から形成される。界面23はpn接合であるので、ショットキー接合部分に比べてフィールドプレート部分のリーク電流が大きく低減でき、耐圧が向上する。
The gallium nitride
ショットキバリアダイオード11は、III族窒化物半導体基板25を備えることができる。III族窒化物半導体基板25は、例えば1×108cm−2未満の転位密度を有する。III族窒化物半導体ドリフト領域13は、III族窒化物半導体基板25の主面25a上に設けられている。III族窒化物半導体基板25の裏面25b上には、オーミック電極27が設けられている。このショットキバリアダイオード11によれば、低転位のIII族窒化物半導体基板25を用いるので、III族窒化物半導体基板25からIII族窒化物半導体ドリフト領域13に延びる貫通転位数が減少する。界面伝導および貫通転位による伝導を介して基板25の裏面に到達する電流が少なくできる。また、ショットキバリアダイオードの高耐圧化に寄与する。必要な場合には、III族窒化物半導体基板25とIII族窒化物半導体ドリフト領域13との間に、例えばGaNバッファ層といった別のIII族窒化物半導体層を含むことができる。
The
III族窒化物半導体基板25は、窒化ガリウム基板であることができる。窒化ガリウム基板は1×108cm−2未満の転位密度を有する低転位の窒化ガリウム領域を含むことが好ましい。また、低転位の窒化ガリウム領域は1×106cm−2未満の転位密度を有する窒化ガリウム領域を含むことが好ましい。低転位の窒化ガリウム基板を用いるので、III族窒化物半導体ドリフト領域13および窒化ガリウム半導体基板に延びる貫通転位数が減少する。界面伝導および貫通転位による伝導を介して基板25の裏面25bに到達する電流が少なくできる。また、ホモエピタキシャル成長であるので、ショットキバリアダイオードを作製するために用いるウエハの反りがほとんど生じない。
The group III
III族窒化物半導体基板25は窒化アルミニウムからなることができる。窒化アルミニウム基板は1×108cm−2未満の転位密度を有する窒化アルミニウム領域を含むことが好ましい。低転位な基板を用いるので、III族窒化物半導体ドリフト領域13の結晶性が良好になる。このため、低転位なIII族窒化物半導体ドリフト領域13に延びる貫通転位数が減少する。界面伝導および貫通転位による伝導を介して基板25の裏面25bに到達する電流を少なくできる。また、窒化アルミニウムは、高い熱伝導性を有しており、パワーデバイスには有利である。
The group III
III族窒化物半導体基板25はAlGaNからなることができる。AlGaN基板は、1×108cm−2未満の転位密度を有するAlGaN領域を含むことが好ましい。低転位な基板を用いるので、III族窒化物半導体ドリフト領域13の結晶性が良好になる。このため、低転位なIII族窒化物半導体ドリフト領域13に延びる貫通転位数が減少する。界面伝導および貫通転位による伝導を介して基板25の裏面25bに到達する電流が少なくできる。また、AlGaNは窒化アルミニウムに比較してウエハの反りを小さくでき、また、窒化ガリウムに比較して高い熱伝導率を有している。
The group III
ショットキバリアダイオード11では、III族窒化物半導体ドリフト領域13は、窒化ガリウムからなることが好ましい。この窒化ガリウムドリフト領域によれば、電気伝導性の良好な制御が可能であり、低オン抵抗・高耐圧の両立が可能である。好適な実施例では、III族窒化物半導体ドリフト領域13およびIII族窒化物半導体基板25は窒化ガリウムからなることが好ましい。窒化ガリウムフィールドプレート層17と窒化ガリウムドリフト領域との接合はホモ接合になり、またこの界面の電気伝導は小さい。また、III族窒化物半導体ドリフト領域13は窒化アルミニウムからなることが好ましい。窒化ガリウムフィールドプレート層17と窒化アルミニウムドリフト領域との界面伝導が小さい。この窒化アルミニウムドリフト領域によれば、窒化アルミニウムは、高い絶縁破壊電界を持つので、高耐圧化に有利である。さらに、本発明に係るショットキバリアダイオードでは、前記III族窒化物半導体ドリフト領域はAlGaNからなることが好ましい。窒化ガリウムフィールドプレート層17とAlGaNドリフト領域との界面伝導が小さい。このAlGaNドリフト領域によれば、比較的大きなバンドギャップにより、絶縁破壊電界を大きくできると共に、良好な電気伝導性の制御が可能である。
In the
図2は、本実施の形態に係るショットキバリアダイオードの構造の別の例を示す図面である。ショットキバリアダイオード11aは、III族窒化物半導体ドリフト領域13と、ショットキ電極15と、窒化ガリウムフィールドプレート層17とを備え、更に、絶縁層31を備えることができる。この絶縁層31は、窒化ガリウムフィールドプレート層17の開口19に位置合わせされた開口33を有する。絶縁層31は、窒化ガリウムフィールドプレート層17上に設けられる。オーバーラップ導電部17bは、窒化ガリウムフィールドプレート層17および絶縁層31上に設けられる。
FIG. 2 is a drawing showing another example of the structure of the Schottky barrier diode according to the present embodiment. The
このショットキバリアダイオード11aでは、III族窒化物半導体ドリフト領域13を覆う窒化ガリウムフィールドプレート層17とオーバーラップ導電部15bとの間に絶縁層31も設けられるので、界面の電気伝導に起因する抵抗を大きくできる。また、窒化ガリウムフィールドプレート層17の厚みにフィールドプレートのための絶縁層31の厚みが加わるので、絶縁耐圧を向上できる。なお、好適な実施例では、絶縁層31の材料の抵抗率はフィールドプレート層17のための窒化ガリウムの抵抗率より大きい。
In this
絶縁層31の材料として、絶縁層31は窒化ガリウム系材料とは異なる材料から成る。絶縁層31の材料として、絶縁性を有するシリコン無機化合物(具体的には、SiOX、SiN、SiON)、Al2O3等を用いることができる。これらの材料は、例えば化学的気相成長法や、プラズマCVD(p−CVD)で堆積される。絶縁層31の厚さは、良好な界面とフィールドプレート効果を得るために、例えば約0.2マイクロメートル以上であることが好ましい。また、トンネル効果などを防ぐために、窒化ガリウムフィールドプレート層17の厚さは、例えば約0.01マイクロメートル以上であることが好ましい。また、この厚みの範囲であれば、良好な界面とフィールドプレート効果を得ることができる。
As a material of the insulating
引き続き、図3を参照しながら、ショットキバリアダイオードを作製する方法の主要な工程を説明する。窒化ガリウム基板41を準備する。窒化ガリウム基板41の転位密度は、例えば1×106cm−2未満である。図3(a)に示されるように、窒化ガリウム基板41の主面41a上に窒化ガリウムドリフト層43を成長する。この成長は例えば有機金属気相成長炉を用いて行われる。窒化ガリウムドリフト層43には、例えばアンドープGaN或いはn型ドーパントが添加されたGaNが用いられる。窒化ガリウムドリフト層43はn導電性を示す。一例では、窒化ガリウムドリフト層43は1×1016cm−3を有しており、その膜厚は10マイクロメートル程度である。
Next, the main steps of the method for manufacturing a Schottky barrier diode will be described with reference to FIG. A
図3(b)に示されるように、窒化ガリウムドリフト層43の主面43a上に窒化ガリウムフィールドプレート層45を成長する。この成長により、窒化ガリウムドリフト層43と窒化ガリウムフィールドプレート層45との半導体界面44が得られる。この例では、界面44がホモ接合がからので、非常に良質な界面が得られる。必要な場合には、図3(c)に示されるように、窒化ガリウムフィールドプレート層45上に絶縁膜47を成長する。
As shown in FIG. 3B, the gallium nitride
図3(d)に示されるように、ショットキ電極49およびオーミック電極51を形成する。窒化ガリウムフィールドプレート層45および絶縁膜47に開口を形成した後に、ショットキ電極49は形成される。オーミック電極51は基板41の裏面41bに形成される。ショットキ電極49は、ショットキ導電部49aおよびオーバーラップ導電部49bを含む。ショットキ導電部49aは、開口内において窒化ガリウムドリフト層43にショットキ接合を成す。オーバーラップ導電部49bは、絶縁膜47上に設けられている。オーバーラップ導電部49bのエッジ49cと窒化ガリウムドリフト層43との間には、窒化ガリウムフィールドプレート層45(必要な場合には絶縁膜47)が設けられている。
As shown in FIG. 3D, a
次いで、ショットキバリアダイオード(SBD)のいくつかの実験例を説明する。 Next, some experimental examples of the Schottky barrier diode (SBD) will be described.
(実験例1)フィールドプレート構造がないSBD
転位密度1×106cm−2以下の低転位GaN基板および転位密度1×108cm−2のGaN基板SA、SBを準備する。これらの基板SA、SB上に、Si濃度2×1018cm−3のn+GaN層(2マイクロメートル)を成長した後に、Si濃度1×1016cm−3のn型GaNドリフト層(10マイクロメートル)を成長する。これによりエピタキシャル基板A、Bが形成される。
(Experiment 1) SBD without field plate structure
A low dislocation GaN substrate having a dislocation density of 1 × 10 6 cm −2 or less and GaN substrates S A and S B having a dislocation density of 1 × 10 8 cm −2 are prepared. After growing an n + GaN layer (2 micrometers) with an Si concentration of 2 × 10 18 cm −3 on these substrates S A and S B , an n-type GaN drift layer with an Si concentration of 1 × 10 16 cm −3. Grow (10 micrometers). Thereby, epitaxial substrates A and B are formed.
次いで、エピタキシャル基板A、Bの裏面にオーミック電極を形成する。n型GaNドリフト層の表面に直径200マイクロメートルの金(Au)電極を抵抗加熱を用いる蒸着法で形成する。これらのSBDの特性を測定すると、
基板Aを用いるSBD−A1:耐圧800ボルト、オン抵抗4mΩcm2
基板Bを用いるSBD−B1:耐圧340ボルト、オン抵抗4mΩcm2
である。
Next, ohmic electrodes are formed on the back surfaces of the epitaxial substrates A and B. A gold (Au) electrode having a diameter of 200 micrometers is formed on the surface of the n-type GaN drift layer by an evaporation method using resistance heating. When the characteristics of these SBDs are measured,
SBD-A1 using substrate A1: withstand voltage of 800 volts, on-resistance of 4 mΩcm 2
SBD-B1 using substrate B: Withstand voltage of 340 volts, on-resistance of 4 mΩcm 2
It is.
(実験例2)シリコン酸化物のフィールドプレート構造
エピタキシャル基板A、B上にシリコン酸化膜を形成する。プラズマCVD法を用いて、1マイクロメートルのSiN膜を成長した後に、バッファードフッ化水素酸BHF(110)を用いてSiN膜を選択的にエッチングし、SiN膜に直径200マイクロメートルの開口を形成する。この後に、実験例1と同じ方法で、220マイクロメートルの金(Au)電極を形成する。金電極は、直径200マイクロメートルのショットキ接合と、幅10マイクロメートルの帯状のオーバーラップ導体を有する。これらのSBDの特性を測定すると、
基板Aを用いるSBD−A2:耐圧310ボルト、オン抵抗4mΩcm2
基板Bを用いるSBD−B2:耐圧260ボルト、オン抵抗4mΩcm2
である。
(Experimental Example 2) Silicon oxide field plate structure A silicon oxide film is formed on epitaxial substrates A and B. After a 1 micrometer SiN film is grown using plasma CVD, the SiN film is selectively etched using buffered hydrofluoric acid BHF (110) to form an opening with a diameter of 200 micrometers in the SiN film. Form. Thereafter, a gold (Au) electrode of 220 micrometers is formed by the same method as in Experimental Example 1. The gold electrode has a Schottky junction having a diameter of 200 μm and a strip-shaped overlapping conductor having a width of 10 μm. When the characteristics of these SBDs are measured,
SBD-A2 using substrate A: withstand voltage of 310 volts, on-resistance of 4 mΩcm 2
SBD-B2 using substrate B: withstand voltage of 260 volts, on-resistance of 4 mΩcm 2
It is.
(実験例3)シリコン窒化物のフィールドプレート構造
エピタキシャル基板A、B上にシリコン窒化膜を形成する。プラズマCVD法を用いて、1マイクロメートルのSiN膜を成長した後に、バッファードフッ化水素酸BHF(110)を用いてSiN膜を選択的にエッチングし、SiN膜に直径200マイクロメートルの開口を形成する。この後に、実験例1と同じ方法で、220マイクロメートルの金(Au)電極を形成する。金電極は、直径200マイクロメートルのショットキ接合と、幅10マイクロメートルの帯状のオーバーラップ導体を有する。これらのSBDの特性を測定すると、
基板Aを用いるSBD−A3:耐圧420ボルト、オン抵抗4mΩcm2
基板Bを用いるSBD−B3:耐圧280ボルト、オン抵抗4mΩcm2
である。
(Experimental example 3) Silicon nitride field plate structure A silicon nitride film is formed on epitaxial substrates A and B. After a 1 micrometer SiN film is grown using plasma CVD, the SiN film is selectively etched using buffered hydrofluoric acid BHF (110) to form an opening with a diameter of 200 micrometers in the SiN film. Form. Thereafter, a gold (Au) electrode of 220 micrometers is formed by the same method as in Experimental Example 1. The gold electrode has a Schottky junction having a diameter of 200 μm and a strip-shaped overlapping conductor having a width of 10 μm. When the characteristics of these SBDs are measured,
SBD-A3 using substrate A: 420 volt withstand voltage, 4 mΩcm 2 on-resistance
SBD-B3 using substrate B: withstand voltage of 280 volts, on-resistance of 4 mΩcm 2
It is.
(実験例4)アンドープGaNのフィールドプレート構造
エピタキシャル基板A、B上にシリコン窒化膜を形成する。プラズマCVD法を用いて、1マイクロメートルのSiN膜を成長した後に、バッファードフッ化水素酸BHF(110)を用いてSiN膜を選択的にエッチングして、フィールプレートGaN層を形成するエリアを露出させる。次いで、有機金属気相成長法を用いて、露出したエリア上に選択的にアンドープGaNを成長する。アンドープGaNは高抵抗であり、アンドープGaN厚は1マイクロメートルである。この後に、バッファードフッ化水素酸BHF(110)を用いて、残りのSiN膜を除去した後に、実験例1と同じ方法で、220マイクロメートルの金(Au)電極を形成する。金電極は、直径200マイクロメートルのショットキ接合と、幅10マイクロメートルの帯状のオーバーラップ導体を有する。これらのSBDの特性を測定すると、
基板Aを用いるSBD−A4:耐圧1010ボルト、オン抵抗4mΩcm2
基板Bを用いるSBD−B4:耐圧440ボルト、オン抵抗4mΩcm2
である。
(Experimental example 4) A silicon nitride film is formed on the epitaxial substrates A and B of the undoped GaN field plate structure. After growing a 1-micrometer SiN film using plasma CVD, the SiN film is selectively etched using buffered hydrofluoric acid BHF (110) to form an area for forming a feel plate GaN layer. Expose. Next, undoped GaN is selectively grown on the exposed areas using metal organic vapor phase epitaxy. Undoped GaN has a high resistance, and the undoped GaN thickness is 1 micrometer. Thereafter, the remaining SiN film is removed using buffered hydrofluoric acid BHF (110), and then a 220 μm gold (Au) electrode is formed by the same method as in Experimental Example 1. The gold electrode has a Schottky junction having a diameter of 200 μm and a strip-shaped overlapping conductor having a width of 10 μm. When the characteristics of these SBDs are measured,
SBD-A4 using substrate A: withstand voltage 1010 volts, on-resistance 4 mΩcm 2
SBD-B4 using substrate B: withstand voltage 440 volts, on-resistance 4 mΩcm 2
It is.
(実験例5)炭素含有GaNのフィールドプレート構造
エピタキシャル基板A、B上にシリコン窒化膜を形成する。プラズマCVD法を用いて、1マイクロメートルのSiN膜を成長した後に、バッファードフッ化水素酸BHF(110)を用いてSiN膜を選択的にエッチングして、フィールプレートGaN層を形成するエリアを露出させる。次いで、有機金属気相成長法を用いて、露出したエリア上に選択的に炭素(C)ドープGaNを成長する(An3流量を5slmから2slmに低下させると、炭素濃度が3×1017cm−3になる)。CドープGaNは高抵抗であり、CドープGaN厚は1マイクロメートルである。この後に、バッファードフッ化水素酸BHF(110)を用いて、残りのSiN膜を除去した後に、実験例1と同じ方法で、220マイクロメートルの金(Au)電極を形成する。金電極は、直径200マイクロメートルのショットキ接合と、幅10マイクロメートルの帯状のオーバーラップ導体を有する。これらのSBDの特性を測定すると、
基板Aを用いるSBD−A5:耐圧1080ボルト、オン抵抗4mΩcm2
基板Bを用いるSBD−B5:耐圧480ボルト、オン抵抗4mΩcm2
である。
Experimental Example 5 Silicon nitride films are formed on carbon-containing GaN field plate structure epitaxial substrates A and B. After growing a 1-micrometer SiN film using plasma CVD, the SiN film is selectively etched using buffered hydrofluoric acid BHF (110) to form an area for forming a feel plate GaN layer. Expose. Next, carbon (C) -doped GaN is selectively grown on the exposed area using metalorganic vapor phase epitaxy (if the An3 flow rate is reduced from 5 slm to 2 slm, the carbon concentration becomes 3 × 10 17 cm − 3 ). C-doped GaN has a high resistance, and the C-doped GaN thickness is 1 micrometer. Thereafter, the remaining SiN film is removed using buffered hydrofluoric acid BHF (110), and then a 220 μm gold (Au) electrode is formed by the same method as in Experimental Example 1. The gold electrode has a Schottky junction having a diameter of 200 μm and a strip-shaped overlapping conductor having a width of 10 μm. When the characteristics of these SBDs are measured,
SBD-A5 using substrate A: withstand voltage 1080 volts, on-resistance 4 mΩcm 2
SBD-B5 using substrate B: withstand voltage of 480 volts, on-resistance of 4 mΩcm 2
It is.
(実験例6)低温成長GaNのフィールドプレート構造
エピタキシャル基板A、B上にシリコン窒化膜を形成する。プラズマCVD法を用いて、1マイクロメートルのSiN膜を成長した後に、バッファードフッ化水素酸BHF(110)を用いてSiN膜を選択的にエッチングして、フィールプレートGaN層を形成するエリアを露出させる。次いで、有機金属気相成長法を用いて、露出したエリア上に選択的に、低温成長(LT)GaNを成長する(成長温度を摂氏550程度にする)。LT−GaNは高抵抗であり、LT−GaN厚は1マイクロメートルである。この後に、バッファードフッ化水素酸BHF(110)を用いて、残りのSiN膜を除去した後に、実験例1と同じ方法で、220マイクロメートルの金(Au)電極を形成する。金電極は、直径200マイクロメートルのショットキ接合と、幅10マイクロメートルの帯状のオーバーラップ導体を有する。これらのSBDの特性を測定すると、
基板Aを用いるSBD−A6:耐圧1060ボルト、オン抵抗4mΩcm2
基板Bを用いるSBD−B6:耐圧470ボルト、オン抵抗4mΩcm2
である。
Experimental Example 6 Silicon nitride films are formed on low-temperature grown GaN field plate structure epitaxial substrates A and B. After growing a 1-micrometer SiN film using plasma CVD, the SiN film is selectively etched using buffered hydrofluoric acid BHF (110) to form an area for forming a feel plate GaN layer. Expose. Then, low temperature growth (LT) GaN is selectively grown on the exposed area using metal organic vapor phase epitaxy (growth temperature is set to about 550 Celsius degrees). LT-GaN is high resistance and the LT-GaN thickness is 1 micrometer. Thereafter, the remaining SiN film is removed using buffered hydrofluoric acid BHF (110), and then a 220 μm gold (Au) electrode is formed by the same method as in Experimental Example 1. The gold electrode has a Schottky junction having a diameter of 200 μm and a strip-shaped overlapping conductor having a width of 10 μm. When the characteristics of these SBDs are measured,
SBD-A6 using substrate A: withstand voltage of 1060 volts, on-resistance of 4 mΩcm 2
SBD-B6 using substrate B: withstand voltage of 470 volts, on-resistance of 4 mΩcm 2
It is.
(実験例7)p型ドーパント添加GaNのフィールドプレート構造
エピタキシャル基板A、B上にシリコン窒化膜を形成する。プラズマCVD法を用いて、1マイクロメートルのSiN膜を成長した後に、バッファードフッ化水素酸BHF(110)を用いてSiN膜を選択的にエッチングして、フィールプレートGaN層を形成するエリアを露出させる。次いで、有機金属気相成長法を用いて、露出したエリア上に選択的に、p型ドーパント(例えば、マグネシウム、亜鉛、ベリリウム)を添加しながらp型GaNを成長する(Mg濃度:1×1018cm−3)。p型GaNの成長後に、特段の活性化処理は行わない。p型GaNは高抵抗であり、p型GaN厚は1マイクロメートルである。この後に、バッファードフッ化水素酸BHF(110)を用いて、残りのSiN膜を除去した後に、実験例1と同じ方法で、220マイクロメートルの金(Au)電極を形成する。金電極は、直径200マイクロメートルのショットキ接合と、幅10マイクロメートルの帯状のオーバーラップ導体を有する。これらのSBDの特性を測定すると、
基板Aを用いるSBD−A7:耐圧1120ボルト、オン抵抗4mΩcm2
基板Bを用いるSBD−B7:耐圧490ボルト、オン抵抗4mΩcm2
である。
(Experimental Example 7) Silicon nitride films are formed on p-type dopant-added GaN field plate structure epitaxial substrates A and B. After growing a 1-micrometer SiN film using plasma CVD, the SiN film is selectively etched using buffered hydrofluoric acid BHF (110) to form an area for forming a feel plate GaN layer. Expose. Next, using metalorganic vapor phase epitaxy, p-type GaN is grown on the exposed area selectively while adding a p-type dopant (eg, magnesium, zinc, beryllium) (Mg concentration: 1 × 10 18 cm −3 ). No special activation treatment is performed after the growth of p-type GaN. The p-type GaN has a high resistance, and the p-type GaN thickness is 1 micrometer. Thereafter, the remaining SiN film is removed using buffered hydrofluoric acid BHF (110), and then a 220 μm gold (Au) electrode is formed by the same method as in Experimental Example 1. The gold electrode has a Schottky junction having a diameter of 200 μm and a strip-shaped overlapping conductor having a width of 10 μm. When the characteristics of these SBDs are measured,
SBD-A7 using substrate A: withstand voltage 1120 volts, on-resistance 4 mΩcm 2
SBD-B7 using substrate B: withstand voltage of 490 volts, on-resistance of 4 mΩcm 2
It is.
いくつかの実験例から理解されるように、窒化ガリウムフィールドプレートを用いると、オン抵抗(ダイオードの電圧−電流特性における立ち上がり電圧)の増大無く、絶縁耐圧が向上される。いずれの実験例でも、窒化ガリウムフィールドプレート(アンドープGaN、CドープGaN、LT−GaN、pドーパント添加GaN)を用いることにより、オン抵抗の上昇なしに絶縁耐圧が増加している。また、低い転位密度を有する基板を用いることにより、更に絶縁耐圧が増加する。さらに、GaNドリフト領域だけでなく、AlGaNドリフト領域、AlNドリフト領域を用いるショットキバリアダイオードにも、フールドプレートのためのGaN膜による技術的寄与がある。 As understood from some experimental examples, when a gallium nitride field plate is used, the withstand voltage is improved without increasing the on-resistance (rising voltage in the voltage-current characteristic of the diode). In any of the experimental examples, by using a gallium nitride field plate (undoped GaN, C-doped GaN, LT-GaN, p-dopant doped GaN), the withstand voltage is increased without increasing the on-resistance. In addition, the withstand voltage is further increased by using a substrate having a low dislocation density. Furthermore, not only the GaN drift region but also the Schottky barrier diode using the AlGaN drift region and the AlN drift region has a technical contribution by the GaN film for the field plate.
また、更なる実験によれば、上記の実験における窒化ガリウムフィールドプレートをGaNドリフト層とシリコン系化合物(絶縁物)膜との間に設けたショットキバリアダイオードを作製する。シリコン系化合物は、シリコンと、窒素の少なくともいずれか一元素と酸素を含む。シリコン系化合物としては、例えば、SiOX、SiN、SiON等である。 Further, according to a further experiment, a Schottky barrier diode in which the gallium nitride field plate in the above experiment is provided between the GaN drift layer and the silicon-based compound (insulator) film is manufactured. The silicon-based compound contains silicon, at least one element of nitrogen, and oxygen. Examples of the silicon-based compound include SiO x , SiN, and SiON.
(実験例8)アンドープGaN+シリコン系化合物のフィールドプレート構造
基板Aを用いるSBD−A8:耐圧1190ボルト、オン抵抗4mΩcm2
基板Bを用いるSBD−B8:耐圧560ボルト、オン抵抗4mΩcm2
である。
(Experimental example 8) SBD-A8 using field plate structure substrate A of undoped GaN + silicon compound: withstand voltage 1190 volts, on-resistance 4 mΩcm 2
SBD-B8 using substrate B: withstand voltage of 560 volts, on-resistance of 4 mΩcm 2
It is.
(実験例9)炭素含有GaN+シリコン系化合物のフィールドプレート構造
基板Aを用いるSBD−A9:耐圧1240ボルト、オン抵抗4mΩcm2
基板Bを用いるSBD−B9:耐圧580ボルト、オン抵抗4mΩcm2
である。
(Experimental example 9) SBD-A9 using field plate structure substrate A of carbon-containing GaN + silicon compound: withstand voltage 1240 volts, on-resistance 4 mΩcm 2
SBD-B9 using substrate B: withstand voltage of 580 volts, on-resistance of 4 mΩcm 2
It is.
(実験例10)低温成長GaN+シリコン系化合物のフィールドプレート構造
基板Aを用いるSBD−A10:耐圧1310ボルト、オン抵抗4mΩcm2
基板Bを用いるSBD−B10:耐圧620ボルト、オン抵抗4mΩcm2
である。
(Experimental example 10) SBD-A10 using a low-temperature grown GaN + silicon compound field plate structure substrate A: withstand voltage 1310 volts, on-resistance 4 mΩcm 2
SBD-B10 using substrate B: withstand voltage of 620 volts, on-resistance of 4 mΩcm 2
It is.
(実験例11)p型ドーパント添加GaN+シリコン系化合物のフィールドプレート構造
基板Aを用いるSBD−A11:耐圧1290ボルト、オン抵抗4mΩcm2
基板Bを用いるSBD−B11:耐圧610ボルト、オン抵抗4mΩcm2
である。
(Experimental example 11) SBD-A11 using field plate structure substrate A of p-type dopant added GaN + silicon compound: withstand voltage 1290 volts, on-resistance 4 mΩcm 2
SBD-B11 using substrate B: withstand voltage 610 volts, on-resistance 4 mΩcm 2
It is.
実験例8〜11では、シリコン系化合物としては0.8マイクロメートル厚のSiO2を用いる。フールドプレートのためのGaN膜は、0.2マイクロメートル厚を有する。また、GaNドリフト領域だけでなく、AlGaNドリフト領域、AlNドリフト領域を用いるショットキバリアダイオードにも、フールドプレートのためのGaN膜による技術的寄与がある。したがって、III族窒化物ドリフト領域とシリコン系絶縁物との間にフールドプレートのためのGaN(アンドープGaN、CドープGaN、LT−GaN、pドーパント添加GaN)膜を設けることによって、高いフィールドプレート効果と共に、低減された界面リークを示す優れた耐圧のショットキバリアダイオードを作製できる。また、 In Experimental Examples 8 to 11, SiO 2 having a thickness of 0.8 micrometers is used as the silicon compound. The GaN film for the field plate has a thickness of 0.2 micrometers. Further, not only the GaN drift region but also the Schottky barrier diode using the AlGaN drift region and the AlN drift region has a technical contribution due to the GaN film for the field plate. Therefore, by providing a GaN (undoped GaN, C-doped GaN, LT-GaN, p-dopant doped GaN) film for a field plate between the group III nitride drift region and the silicon-based insulator, a high field plate effect is achieved. At the same time, it is possible to manufacture a Schottky barrier diode having an excellent withstand voltage and showing reduced interface leakage. Also,
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。 While the principles of the invention have been illustrated and described in the preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment. We therefore claim all modifications and changes that come within the scope and spirit of the following claims.
11、11a…ショットキバリアダイオード、13…III族窒化物半導体ドリフト領域、13b、13c…III族窒化物半導体ドリフト領域のエリア、15…ショットキ電極、15a…ショットキ導電部、15b…オーバーラップ導電部、17…窒化ガリウムフィールドプレート層、19…窒化ガリウムフィールドプレート層の開口、21…ショットキ接合、23…ドリフト領域とフィールドプレート層との界面、25…III族窒化物半導体基板、27…オーミック電極、31…絶縁層、33…絶縁層の開口、41…窒化ガリウム基板、43…窒化ガリウムドリフト層、45…窒化ガリウムフィールドプレート層、44…半導体界面、47…絶縁膜、49…ショットキ電極、49a…ショットキ導電部、49b…オーバーラップ導電部、49c…オーバーラップ導電部のエッジ、51…オーミック電極
DESCRIPTION OF
Claims (11)
ショットキ導電部およびオーバーラップ導電部を含む電極と、
前記III族窒化物半導体ドリフト領域の前記第1のエリアを覆うと共に前記第2のエリアに開口を有する窒化ガリウムフィールドプレート層と、
1×108cm−2未満の転位密度を有する窒化ガリウム領域を含むIII族窒化物半導体基板と、
前記III族窒化物半導体基板の裏面上に設けられたオーミック電極と、
を備え、
前記ショットキ導電部は、前記窒化ガリウムフィールドプレート層の前記開口において前記III族窒化物半導体ドリフト領域の前記第2のエリアにショットキ接合を成し、
前記オーバーラップ導電部は、前記窒化ガリウムフィールドプレート層上に設けられ、
前記III族窒化物半導体ドリフト領域は窒化ガリウムからなり、
前記III族窒化物半導体ドリフト領域は、前記III族窒化物半導体基板上に設けられるようにホモエピタキシャル成長されて、前記III族窒化物半導体ドリフト領域に延びる貫通転位が前記III族窒化物半導体基板の転位密度より減少しており、
前記窒化ガリウムフィールドプレート層は前記III族窒化物半導体ドリフト領域上にエピタキシャル成長されて、前記III族窒化物半導体ドリフト領域とホモ接合を形成する、
ことを特徴とするショットキバリアダイオード。 A group III nitride semiconductor drift region having a major surface including a first area and a second area;
An electrode including a Schottky conductive portion and an overlapping conductive portion;
A gallium nitride field plate layer covering the first area of the group III nitride semiconductor drift region and having an opening in the second area;
A group III nitride semiconductor substrate comprising a gallium nitride region having a dislocation density of less than 1 × 10 8 cm −2 ;
An ohmic electrode provided on the back surface of the group III nitride semiconductor substrate;
With
The Schottky conductive portion forms a Schottky junction with the second area of the group III nitride semiconductor drift region in the opening of the gallium nitride field plate layer,
The overlap conductive part is provided on the gallium nitride field plate layer,
The group III nitride semiconductor drift region is made of gallium nitride,
The group III nitride semiconductor drift region is homoepitaxially grown so as to be provided on the group III nitride semiconductor substrate, and threading dislocations extending to the group III nitride semiconductor drift region are dislocations of the group III nitride semiconductor substrate. Less than density ,
The gallium nitride field plate layer is epitaxially grown on the group III nitride semiconductor drift region to form a homojunction with the group III nitride semiconductor drift region,
A Schottky barrier diode characterized by that.
ショットキ導電部およびオーバーラップ導電部を含む電極と、
前記III族窒化物半導体ドリフト領域の前記第1のエリアと前記オーバーラップ導電部との間に設けられると共に、前記第2のエリアに開口を有する窒化ガリウムフィールドプレート層と、
1×108cm−2未満の転位密度を有する窒化ガリウム領域を含むIII族窒化物半導体基板と、
前記III族窒化物半導体基板の裏面上に設けられたオーミック電極と、
を備え、
前記III族窒化物半導体ドリフト領域は窒化ガリウムからなり、
前記ショットキ導電部は、前記窒化ガリウムフィールドプレート層の前記開口を介して前記III族窒化物半導体ドリフト領域の前記第2のエリアにショットキ接合を成し、
前記III族窒化物半導体ドリフト領域は、前記III族窒化物半導体基板上に設けられるようにホモエピタキシャル成長されて、前記III族窒化物半導体ドリフト領域に延びる貫通転位が前記III族窒化物半導体基板の転位密度より減少しており、
前記窒化ガリウムフィールドプレート層は前記III族窒化物半導体ドリフト領域上にエピタキシャル成長されて、前記III族窒化物半導体ドリフト領域とホモ接合を形成する、
ことを特徴とするショットキバリアダイオード。 A group III nitride semiconductor drift region having a major surface including a first area and a second area;
An electrode including a Schottky conductive portion and an overlapping conductive portion;
A gallium nitride field plate layer provided between the first area of the group III nitride semiconductor drift region and the overlapping conductive portion and having an opening in the second area;
A group III nitride semiconductor substrate comprising a gallium nitride region having a dislocation density of less than 1 × 10 8 cm −2 ;
An ohmic electrode provided on the back surface of the group III nitride semiconductor substrate;
With
The group III nitride semiconductor drift region is made of gallium nitride,
The Schottky conductive portion forms a Schottky junction with the second area of the group III nitride semiconductor drift region through the opening of the gallium nitride field plate layer,
The group III nitride semiconductor drift region is homoepitaxially grown so as to be provided on the group III nitride semiconductor substrate, and threading dislocations extending to the group III nitride semiconductor drift region are dislocations of the group III nitride semiconductor substrate. Less than density ,
The gallium nitride field plate layer is epitaxially grown on the group III nitride semiconductor drift region to form a homojunction with the group III nitride semiconductor drift region,
A Schottky barrier diode characterized by that.
前記オーバーラップ導電部は、前記窒化ガリウムフィールドプレート層および前記絶縁層上に設けられており、
前記絶縁層は窒化ガリウム系材料とは異なる材料から成る、ことを特徴とする請求項1に記載されたショットキバリアダイオード。 And having an opening aligned with the opening of the gallium nitride field plate layer, and further comprising an insulating layer provided on the gallium nitride field plate layer,
The overlap conductive portion is provided on the gallium nitride field plate layer and the insulating layer,
The Schottky barrier diode according to claim 1, wherein the insulating layer is made of a material different from a gallium nitride-based material.
前記ショットキ導電部は、前記エピタキシャル結晶表面にショットキ接合を成す、ことを特徴とする請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載されたショットキバリアダイオード。 The group III nitride semiconductor drift region is homoepitaxially grown on the group III nitride semiconductor substrate and has an epitaxial crystal surface,
11. The Schottky barrier diode according to claim 1, wherein the Schottky conductive portion forms a Schottky junction with the surface of the epitaxial crystal.
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