JP6202514B2 - 窒化物半導体ショットキバリアダイオード - Google Patents

Description

この発明は、窒化物半導体層にショットキ接合するショットキ電極を有する窒化物半導体ショットキバリアダイオードに関する。

特許文献１は、III族窒化物半導体を用いたショットキダイオードを開示している。このショットキダイオードは、基板上に配置されたＧａＮ半導体層と、ＧａＮ半導体層との間にヘテロ接合を形成するＡｌＧａＮ半導体層と、ＡｌＧａＮ半導体層にショットキ接触するアノード電極と、ＡｌＧａＮ半導体層にオーミック接触するカソード電極とを含む。ＡｌＧａＮ半導体層上には、それぞれ直線帯状に形成された複数のアノード電極および複数のカソード電極が配置されており、アノード電極およびカソード電極が、それらの長手方向に直交する方向に交互に配列されている。

特表２００７−５２２６７７号公報（図６Ａおよび図６Ｂ）

この発明は、アノード−カソード間の電流経路を広くして、大電流化または小型化を可能とする窒化物半導体ショットキバリアダイオードを提供する。

上記の目的を達成するために、この発明は、２つの主面を有する窒化物半導体ショットキバリアダイオードであって、窒化物半導体からなる第１窒化物半導体層と、前記第１窒化物半導体層に積層され、前記第１窒化物半導体層とは組成の異なる窒化物半導体からなる第２窒化物半導体層と、前記第２窒化物半導体層の表面にオーミック接触し、前記第２窒化物半導体層の表面に分散して配置された複数のオーミック電極と、前記第２窒化物半導体層の表面にショットキ接触するショットキ電極と、前記ショットキバリアダイオードの前記２つの主面のうちの一つの主面に配置され、前記オーミック電極と接続された第１パッド電極と、前記ショットキバリアダイオードの前記一つの主面に配置され、前記ショットキ電極と接続された第２パッド電極と、を含み、前記複数のオーミック電極が、一つのオーミック電極を中心とした六回対称の配置となるように６つの隣接するオーミック電極が位置するように前記第２窒化物半導体層の表面に形成されており、前記ショットキ電極が、各オーミック電極を取り囲んで複数のセルを区画するハニカム構造の網目状に形成されている、窒化物半導体ショットキバリアダイオードを提供する。前記第２窒化物半導体層の表面には、同形同大の複数のセルが、セル間に隙間を有することなく敷き詰められており、隣接するセル間で前記ショットキ電極が共有されている。前記窒化物半導体ショットキバリアダイオードは、前記セルが配置された活性領域の外において前記第２窒化物半導体層上に形成され、前記ショットキ電極と一体的に結合され、かつ前記ショットキ電極と等しい膜厚を有する電極引き出し部をさらに含む。そして、前記第２パッド電極が前記電極引き出し部に接続されている。

この構成によれば、一つのオーミック電極を中心とした六回対称の配置となるように６つの隣接するオーミック電極が位置するようにして、複数のオーミック電極が第２窒化物半導体層の表面に分散配置されている。そして、各オーミック電極を取り囲むようにハニカム構造の網目状にショットキ電極が形成され、それによって、各オーミック電極を取り囲む複数のセルが区画されている。これにより、複数のセルが第２窒化物半導体層の表面に敷き詰められ、各セルのオーミック電極とそれを取り囲むショットキ電極との間に電流経路が形成される。このようにして、直線帯状のアノード電極およびカソード電極を交互に配置した構造に比較して、電流経路を広くすることができる。すなわち、同じ大きさのチップ内でより広い電流経路を確保でき、それによって、窒化物半導体ショットキバリアダイオードの大電流化を図ることができる。また、同じ電流容量のダイオードチップを設計するとすれば、単位面積当たりの電流容量（電流密度）を大きくできるので、窒化物半導体ショットキバリアダイオードの小型化を図ることができる。

また、オーミック電極を六回対称の分散配置とすることによって、各オーミック電極を取り囲むショットキ電極は、正六角形の中心線を有する網目状構造を有することができる。これにより、ショットキ電極の電極幅をほぼ均等にしながら、オーミック電極とショットキ電極との間の距離を至るところでほぼ均等にすることができる。それによって、セル内の実質的に全領域が電流経路となるから、これによっても、電流経路の拡大に寄与できる。しかも、オーミック電極とショットキ電極との間の電界が、オーミック電極の周囲でほぼ均等になるので、電界の集中を回避して、耐圧の向上を図ることができる。
また、この発明では、複数のセルが隙間無く敷き詰められ、隣接セル間でショットキ電極が共有されているので、チップ表面を効率的に利用して、ショットキ電極−オーミック電極間の電流経路を形成できる。それによって、電流経路を広げることができる。

この発明の一実施形態では、前記複数のオーミック電極が、前記第２窒化物半導体層の活性領域の表面に均等に分散して配置されており、各セルの中心に一つの前記オーミック電極が配置されている。
この構成によれば、オーミック電極が第２窒化物半導体層の活性領域の表面に均等に分散配置されており、各オーミック電極を中心に配置して取り囲むように同形同大のセルがショットキ電極によって区画されている。これにより、活性領域に同形同大のセルを効率良く敷き詰めることができ、かつ、活性領域に配置された全てのセルに均等に電流が流れる。それによって、電流容量の一層の増大を図ることができる。また、全てのセルにおいて、オーミック電極とショットキ電極との間に均等に電圧がかかるので、電界の集中を回避して、耐圧の向上に寄与することができる。さらに、各セルにおいては、中心のオーミック電極とその周囲のショットキ電極との間の距離が、オーミック電極の周囲の至るところでほぼ均等となる。それによって、セル内の全領域に偏り無く電流が流れるので、電流容量の増大に寄与できる。また、オーミック電極の周囲の電界が均等となるので、電界の集中を回避できる結果、耐圧の向上に寄与できる。

この発明の一実施形態では、前記ショットキ電極が、各セルの前記オーミック電極を中心とし、６個以上の頂点を有する正多角形の内縁を各セルに有している。オーミック電極が六回対称配置で第２窒化物半導体層の表面に分散しているので、各オーミック電極を取り囲むショットキ電極は、正六角形のセルを区画するように配置できる。そこで、ショットキ電極は、正六角形の内縁を各セルに有するように形成できるほか、６個以上の頂点を有する正多角形の内縁を各セルに有するようにも形成できる。これにより、ショットキ電極の内縁の各位置からオーミック電極までの距離をほぼ均等にすることができるので、ショットキ電極−オーミック電極間を流れる電流はセル内のほぼ全領域を通る。こうして、電流経路を広くすることができる。しかも、ショットキ電極の内縁の各位置とオーミック電極との間にほぼ均等に電圧がかかるので、電界の集中を回避でき、それによって耐圧を向上できる。

この発明の一実施形態では、前記オーミック電極が、６つ以上の頂点を有する正多角形の外形を有しており、前記ショットキ電極が、前記オーミック電極の外形を当該オーミック電極の中心から放射状に拡大して得られる相似形の内縁を各セルに有している。この構成によれば、オーミック電極の外縁とショットキ電極の内縁とがいずれも６つ以上の頂点を持つ正多角形であり、しかも、オーミック電極の外縁からショットキ電極の内縁までの距離がオーミック電極の周囲でほぼ均等になる。これにより、セル内により一層均等に電流が流れるので電流経路を広くすることができ、かつオーミック電極の周囲の電界がほぼ均等になるので耐圧を向上できる。

この発明の一実施形態では、前記ショットキ電極が、角部を丸めた正多角形状の内縁を各セルに有している。この構成によれば、オーミック電極からショットキ電極の内縁までの距離をオーミック電極の周囲でほぼ均等にできる。それによって、電流経路を効果的に広げることができ、かつ耐圧を向上できる。

この発明の一実施形態では、前記ショットキ電極が、各セルの前記オーミック電極を中心とした円形の内縁を各セルに有している。この構成によれば、ショットキ電極の内縁が円形なので、オーミック電極の周囲においてショットキ電極までの距離をほぼ均等にできる。それによって、電流経路を効果的に広げることができ、かつ耐圧を向上できる。

この発明の一実施形態では、各セルにおいて前記オーミック電極と前記ショットキ電極との間の距離が、１μｍ〜１０μｍである。この構成により、十分な耐圧を確保しながら、第２窒化物半導体層の表面に高密度にセルを敷き詰めて、広い電流経路を確保できる。
この発明の一実施形態では、前記電極引き出し部が、前記ショットキ電極と同じ電極材料からなる。
この発明の一実施形態では、前記オーミック電極および前記ショットキ電極を覆うように前記第２窒化物半導体層の上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜に形成されたコンタクト孔を介して前記オーミック電極に接続され、前記絶縁膜の上に形成された配線膜とをさらに含む。この構成によれば、第２窒化物半導体層の表面に分散配置されたオーミック電極が、絶縁膜上に配置された配線膜に接続される。これにより、ショットキ電極に取り囲まれたオーミック電極を外部に接続できる。また、絶縁膜上の配線膜に対して、分散配置された複数のオーミック電極を共通接続することもできる。

この発明の一実施形態では、前記第１パッド電極が、前記セルが配置された活性領域上において前記配線膜の上に配置されている。この構成により、セルが配置された活性領域に重ねてパッド電極を配置できる。それによって、チップの表面を効率的に利用できる。すなわち、パッド電極のための専用領域を確保することなく、セルを配置するための活性領域を配置できる。これにより、多数のセルの配置が可能になるので、チップサイズを抑制しながら、電流経路を広くすることができる。
この発明の一実施形態では、前記第２パッド電極が、前記セルが配置された活性領域上において前記絶縁膜の上に配置されている。
この発明の一実施形態では、前記窒化物半導体ショットキバリアダイオードが、前記第２窒化物半導体層の表面において、前記オーミック電極およびショットキ電極の間の領域を覆う保護膜と、前記保護膜の上に、前記オーミック電極および前記ショットキ電極を覆うように形成された絶縁膜と、をさらに含む。
この発明の一実施形態では、前記オーミック電極の厚さ方向において前記保護膜の表面が前記オーミック電極および前記ショットキ電極よりも低い。また、前記保護膜と前記オーミック電極および前記ショットキ電極との間に段差が生じており、前記絶縁膜が、前記段差を緩和して平坦な表面を提供する第１層と、前記第１層の前記平坦な表面上に形成された第２層とを含む。

この発明の一実施形態では、前記第１窒化物半導体層がＧａＮからなり、前記第２窒化物半導体層がＡｌＧａＮからなる。この構成によれば、第１窒化物半導体層と第２窒化物半導体層とが、ＧａＮ／ＡｌＧａＮのヘテロ接合を形成している。それによって、ＧａＮからなる第１窒化物半導体層とＡｌＧａＮからなる第２窒化物半導体層との界面付近に二次元電子ガスが形成される。この二次元電子ガスを介してショットキ電極とオーミック電極との間の電流経路を形成できるので、電流経路が広く、かつ高速動作が可能な窒化物半導体ショットキバリアダイオードを提供できる。

図１は、この発明の一実施形態に係る窒化物半導体ショットキバリアダイオードの外観を示す斜視図である。 図２は、前記窒化物半導体ショットキバリアダイオードの平面図である。 図３は、前記窒化物半導体ショットキバリアダイオードの活性領域におけるダイオードセルの配置を説明するための拡大平面図である。 図４は、複数のダイオードセルの配置を説明するためのさらに拡大した平面図である。 図５は、図２の切断面線Ｖ−Ｖにおける断面構造を、中間部を省略して示す断面図である。 図６は、１つのダイオードセルの構造を拡大して示す図解的な平面図である。 図７Ａは、窒化物半導体ショットキバリアダイオードの製造工程を説明するための断面図である。 図７Ｂは、図７Ａの次の工程を示す断面図である。 図７Ｃは、図７Ｂの次の工程を示す断面図である。 図７Ｄは、図７Ｃの次の工程を示す断面図である。 図７Ｅは、図７Ｄの次の工程を示す断面図である。 図７Ｆは、図７Ｅの次の工程を示す断面図である。 図８は、この発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体ショットキバリアダイオードの構成を説明するための拡大平面図である。 図９は、この発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体ショットキバリアダイオードの構成を説明するための拡大平面図である。 図１０は、比較例に係る窒化物半導体ショットキバリアダイオードの構成を説明するための拡大平面図である。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る窒化物半導体ショットキバリアダイオード１の外観を示す斜視図である。
この窒化物半導体ショットキバリアダイオード１は、ほぼ直方体形状のチップ状の電子デバイスであり、たとえば縦および横の長さが１mm〜２mm程度の矩形の主面２を有している。窒化物半導体ショットキバリアダイオード１の１つの主面２には、アノードパッド３およびカソードパッド４が配置されている。より具体的には、アノードパッド３およびカソードパッド４は、窒化物半導体ショットキバリアダイオード１の主面２の互いに対向する２つの辺２ａ，２ｂにそれぞれ沿って直線帯状に形成されている。

窒化物半導体ショットキバリアダイオード１は、たとえば４つ組み合わせてダイオードブリッジからなる整流回路を構成することができる。このような整流回路は、たとえばワイヤレス給電システムの受電回路に備えることができる。窒化物半導体を用いたショットキバリアダイオードは、単位面積当たりの電流値が大きく、高速で動作可能であるので、小型化および大電流化が可能となる。

前述のような整流回路は、たとえば、ワイヤボンディングまたはフリップチップボンディングで４つの窒化物半導体ショットキバリアダイオードを配線基板上に接続し、この配線基板とともに４つの窒化物半導体ショットキバリアダイオード１を樹脂封止して、一つのパッケージとして構成されてもよい。
図２は、窒化物半導体ショットキバリアダイオード１の平面図であり、アノードパッド３およびカソードパッド４が形成された主面２を見下ろす平面図が示されている。

窒化物半導体ショットキバリアダイオード１の主面２には、カソード配線膜６が形成されている。この実施形態では、カソード配線膜６は、アノードパッド３を回避した領域にほぼ矩形に形成されている。カソード配線膜６は、窒化物半導体ショットキバリアダイオード１の主面２の大半の領域を覆うように形成されている。
カソード配線膜６の下方には、多数のダイオードセルが集積して配置された活性領域１０が設けられている。この実施形態では、活性領域１０は、櫛形に形成されている。具体的には、活性領域１０は、カソードパッド４に沿って帯状に形成された接続領域１１と、接続領域１１からアノードパッド３に向かって互いに平行な直線状に延びた複数の指状領域１２とを有している。複数の指状領域１２は、接続領域１１の長手方向に間隔をあけて互いに平行に配置されている。

図３は、活性領域１０におけるダイオードセルＤの配置を説明するための拡大平面図である。
活性領域１０には、同形同大の複数のダイオードセルＤが隙間なく敷きつめられている。複数のダイオードセルＤは、この実施形態では正六角形に形成されている。各ダイオードセルＤの中心には、オーミック電極１５が配置されている。このオーミック電極１５を中心として、当該オーミック電極１５を取り囲むように、ショットキ電極１６が形成されている。そして、ショットキ電極１６は、複数のダイオードセルＤを区画するハニカム構造の編目状に形成されている。

ショットキ電極１６は、活性領域１０外に形成されたアノード電極引き出し部１７に一体的に結合されている。アノード電極引き出し部１７は、活性領域１０と噛み合う櫛歯形状に形成されている。具体的には、アノード電極引き出し部１７は、アノードパッド３の下方に設けられ、このアノードパッド３に沿う帯状に形成された接続部１８と、この接続部１８からカソードパッド４に向かって直線状に延びた複数本の指状部１９とを備えている。複数本の指状部１９は、接続部１８の長手方向に沿って間隔を開けて配置されており、互いに平行に直線状に延びている。そして、それらの複数本の指状部１９が、活性領域１０の指状領域１２と噛み合うように配置されている。

図４は、複数のダイオードセルＤの配置を説明するためのさらに拡大した平面図である。また、図５は、図２の切断面線Ｖ−Ｖにおける断面構造を、中間部を省略して示す断面図である。
窒化物半導体ショットキバリアダイオード１は、基板３０と、基板３０上に形成された第１窒化物半導体層３１と、第１窒化物半導体層３１に接するように積層された第２窒化物半導体層３２とを含む。基板３０は、たとえばシリコン基板であってもよい。第１窒化物半導体層３１は、たとえばノンドープのＧａＮからなる。また、第２窒化物半導体層３２は、たとえばＡｌＧａＮからなる。

第１窒化物半導体層３１および第２窒化物半導体層３２は、このように、互いに組成の異なる窒化物半導体からなる。よって、第１窒化物半導体層３１と第２窒化物半導体層３２とはヘテロ接合を形成している。それによって、第１窒化物半導体層３１および第２窒化物半導体層３２の界面に近い第１窒化物半導体層３１内には、二次元電子ガス３３が形成されている。すなわち、第１窒化物半導体層３１は、キャリアとしての電子が走行する電子走行層であり、第２窒化物半導体層３２は、電子を供給する電子供給層である。

第２窒化物半導体層３２の表面に、複数のオーミック電極１５が均等に分散配置されている。より具体的には、複数のオーミック電極１５が、活性領域１０内において、第２窒化物半導体層３２の表面に均等に分散して配置されており、それらはそれぞれ第２窒化物半導体層３２の表面にオーミック接触している。オーミック電極１５は、第２窒化物半導体層３２に接するＴｉ層（たとえば２００Å厚）と、そのＴｉ層に積層されたＡｌ層（たとえば４０００Å厚）との積層電極膜からなっていてもよい。

複数のオーミック電極１５は、六回対称の配置となるように第２窒化物半導体層３２の表面に配置されている。より具体的には、１つのオーミック電極１５に注目したときに、当該１つのオーミック電極１５を中心とした六回対称の配置となるように、当該一つのオーミック電極１５に隣接する他の６つのオーミック電極１５が位置している。すなわち、１つのオーミック電極１５に対して互いに等しい距離（たとえば２０μｍ程度）を開けて隣接する別のオーミック電極１５が６個存在しており、それらの６個のオーミック電極１５を線分で結合することにより、その内側の中心位置（重心位置）に１つのオーミック電極１５を取り囲む正六角形２１が形成される。

この正六角形２１の各線分を垂直に２等分する中心線２２を有するように、オーミック電極１５から所定の距離（１〜１０μｍ程度。たとえば９μｍ）を開けて、ショットキ電極１６がパターン形成されている。すなわち、ショットキ電極１６は、各オーミック電極１５を中心に配置し、当該オーミック電極１５を取り囲む正六角形（六回対称形状）の中心線２２を有する網目形状パターンに形成されている。ショットキ電極１６の中心線２２とは、ショットキ電極１６の幅方向中心を通る仮想的な線である。この実施形態では、ショットキ電極１６は、ほぼ等幅の帯状に形成されている。

各オーミック電極１５は、ショットキ電極１６に取り囲まれることによって、第２窒化物半導体層３２の表面で孤立している。ショットキ電極１６は、第２窒化物半導体層３２の表面に接するＮｉ層（たとえば１００Å厚）と、このＮｉ層に積層されたＡｕ層（たとえば３０００Å厚）との積層電極膜からなっていてもよい。
第２窒化物半導体層３２の表面には、オーミック電極１５およびショットキ電極１６以外の領域を覆う保護膜３５が形成されている。保護膜３５は、たとえばＳｉＮ膜（たとえば厚さ７５０Å程度）等の絶縁膜からなる。さらに、オーミック電極１５およびショットキ電極１６を覆うように、層間絶縁膜３６が形成されている。層間絶縁膜３６の厚さは３００ｎｍ以上が好ましく、この実施形態では、たとえば１μｍ程度である。この実施形態では、層間絶縁膜３６は、たとえばＳＯＧ（Spin-on-Glass）からなる第１層３７と、その上に形成された、たとえばＳｉＯ_２からなる第２層３８とを積層した積層膜からなる。第１層３７は平坦化のための層であり、たとえば３０００Å程度の厚さである。第２層３８の厚さはたとえば７０００Å程度である。

層間絶縁膜３６には、各オーミック電極１６の直上にカソードコンタクト孔４４が形成されている。また、層間絶縁膜３６には、アノード電極引き出し部１７の接続部１８の直上にアノードコンタクト孔４３が形成されている。層間絶縁膜３６の上に、カソード配線膜６が形成されていて、このカソード配線膜６は、カソードコンタクト孔４４を介して全てのオーミック電極１５に共通接続されている。そして、カソード配線膜６上にカソードパッド４が形成されている。一方、アノードパッド３は、層間絶縁膜３６に形成されたアノードコンタクト孔４３を介してアノード電極引き出し部１７の接続部１８に接続されている。カソード配線膜６は、たとえばＡｌ配線膜で形成することができ、その膜厚は２μｍ程度であってもよい。アノードパッド３およびカソードパッド４は、たとえば、フリップボンディングを行う場合５００Å程度、ワイヤボンディングを行う場合には５０００ÅのＡｕ層で形成されていてもよい。

図６は、１つのダイオードセルＤの構造を拡大して示す図解的な平面図である。
オーミック電極１５は、この実施形態では、正六角形の外縁２３を有している。オーミック電極１５の大きさは、たとえば外縁２３が形成する正六角形の互いに対向する一対の平行な辺の間の距離（内接円の直径）が４μｍ程度となるような大きさであってもよい。
オーミック電極１５の外縁２３が形成する正六角形は、ショットキ電極１６の中心線２２が一つのダイオードセルＤを取り囲んで形成する正六角形と相似形であり、かつ、それらは中心を共有し、それぞれの正六角形の各６つの頂点は、当該オーミック電極１５の中心１５ｃから等角度間隔で放射状に延びる６本の直線２４上にそれぞれ位置している。換言すれば、ショットキ電極１６の中心線２２は、オーミック電極１５の外縁２３の形状を当該オーミック電極１５の中心１５ｃから放射状に拡大して得られる相似形に形成されている。

さらに、この実施形態では、ショットキ電極１６の内縁２５は、オーミック電極１５の外縁２３の形状を当該オーミック電極１５の中心１５ｃから放射状に拡大して得られる相似形に形成されている。よって、ショットキ電極１６の内縁２５は、ショットキ電極１６の中心線２２が形成する正六角形をやや縮小して得られる正六角形を形成している。そして、ショットキ電極１６の中心線２２が形成する正六角形は、一つのダイオードセルＤを区画している。また、ショットキ電極１６の内縁２５が形成する正六角形は、当該ダイオードセルＤ内において電流が流れる電流経路を区画している。ショットキ電極１６の幅は、オーミック電極１５の大きさと同程度（たとえば４μｍ程度）であってもよい。

オーミック電極１５からショットキ電極１６までの距離は、オーミック電極１５の外縁２３とショットキ電極１６の内縁２５との間の距離で表わされる。オーミック電極１５の外縁２３の一辺とこれに平行なショットキ電極１６の内縁２５の一辺との間の距離で表わされる最短距離Ｌａｃ１と、オーミック電極１５の外縁２３の１つの頂点とこれに対向するショットキ電極１６の内縁２５の１つの頂点とを結ぶ線分の長さで表わされる最長距離Ｌａｃ２とは、Ｌａｃ２＝（２／√３）・Ｌａｃ１なる関係を満たす。したがって、最短距離Ｌａｃ１と最長距離Ｌａｃ２との差は、ほぼ同等とみなせる程度であるので、オーミック電極１５の周囲には、その全周にわたってほぼ均等な電気抵抗の電流経路がショットキ電極１６との間に形成されていると言える。そのため、オーミック電極１５の周囲の全周にわたってほぼ均等に電流が流れるので、ダイオードセルＤ内のほぼ全域がコンダクタンスに寄与し、広い電流経路を確保することができる。さらにまた、最短距離Ｌａｃ１と最長距離Ｌａｃ２との差が無視し得る程度であるので、オーミック電極１５とショットキ電極１６との間の電界は、オーミック電極１５の周囲の全周にわたってほぼ均等であり、電界の集中が生じない。よって、耐圧を向上することができる。たとえば、最短距離Ｌａｃ１は、１ｎｍ〜１０ｎｍ（たとえば９ｎｍ）であってもよい。

たとえば、図１０に示す比較例のように、正方形のダイオードセルＤ′によって活性領域を埋めつくす構造が考えられるかもしれない。しかし、このような正方形のダイオードセルＤ′においては、オーミック電極１５′とショットキ電極１６′との間の最短距離Ｌａｃ１と最長距離Ｌａｃ２との関係は、Ｌａｃ２＝√２・Ｌａｃ１となり、同等とみなせる程度ではなくなる。そのため、最短距離Ｌａｃ１に沿う経路に電流が集中し、活性領域内におけるコンダクタンスに寄与する面積が少なくなるので、実質的な電流経路が狭くなり、それに応じて電流密度が低く、電気抵抗が高くなる。また、アノード電極の周囲の電界が均一にならないので、電界の集中が生じやすく、良好な耐圧を得るためにはアノード電極とショットキ電極との間を広く開けなければならなくなる。そのため、ダイオードセルの配置密度が小さくなり、電流容量が小さくなってしまう。

平面を隙間無く敷き詰めることができる同大の正多角形は、正六角形の他にも、前述のような正方形および正三角形がある。しかし、正方形および正三角形は、いずれも中心かから辺までの距離のばらつき（最短距離と最長距離との差）が大きく、図１０の比較例を参照して説明した前述の問題がある。
これに対して、正六角形は、同大で平面上に隙間無く敷き詰めて集積できる正多角形のなかで最も頂点数が多く、したがって、円形に最も近い。そのため、中心から辺までの距離のばらつきが小さく、かつ平面上の面積を効率的に利用して高密度に集積できる。したがって、同大の正六角形のダイオードセルＤを第２窒化物半導体層３２の表面の活性領域１０に敷き詰めた構造により、ダイオードセルＤ内のほぼ全ての領域をコンダクタンスに寄与させることができ、かつ高密度に集積することができる結果、電流容量を大きくすることができる。

大きさまたは形状が異なる複数種類のダイオードセルを用いることが考えられるかもしれないが、オーミック電極とショットキ電極との間の距離が最短となる経路に電流が集中するので、コンダクタンスの低下を招く。加えて、電界の集中により、耐圧が低下するおそれがある。したがって、同形同大のダイオードセルを活性領域１０に敷き詰めることが好ましい。

図７Ａ−７Ｆは、窒化物半導体ショットキバリアダイオードの製造工程を工程順に示す断面図である。
まず、図７Ａに示すように、シリコン基板上にたとえばＧａＮからなる第１窒化物半導体層３１およびたとえばＡｌＧａＮからなる第２窒化物半導体層３２が順にエピタキシャル成長させられる。次いで、図７Ｂに示すように、第２窒化物半導体層３２の表面にたとえばＳｉＮからなる保護膜３５が形成される。

次いで、図７Ｃに示すように、保護膜３５にたとえばドライエッチングによって、オーミック電極１５のパターンに整合するオーミック電極用の開口５４が形成される。そして、その開口５４内にオーミック電極１５が形成される。オーミック電極１５は、前述のように、第２窒化物半導体層３２にオーミック接触するＴｉ層と、そのＴｉ層に積層されたＡｌ層とを積層した積層電極膜であってもよい。オーミック電極１５の形成は、リフトオフ法によって行われてもよい。具体的には、開口５４を露出させるパターンのレジスト膜を形成した後、たとえば蒸着法によってＴｉ層およびＡｌ層を順に形成し、その後に、レジスト膜とともにＴｉ層およびＡｌ層の不要部分を除去すればよい。

次に、図７Ｄに示すように、保護膜３５にショットキ電極１６およびそれと一体化するアノード電極引き出し部１７のパターンに整合するショットキ電極用の開口５３がドライエッチングによって開口される。このドライエッチングは、オーミック電極１５がエッチングされない条件で行われる。開口５３は、活性領域１０においてはショットキ電極１６のパターンに形成され、活性領域１０外においては、アノード電極引き出し部１７のパターンに形成される。次いで、開口５３にショットキ電極１６およびアノード電極引き出し部１７が形成される。前述のように、ショットキ電極１６は、第２窒化物半導体層３２にショットキ接合するＮｉ層と、このＮｉ層に積層されたＡｕ層との積層電極膜であってもよい。ショットキ電極１６およびアノード電極引き出し部１７の形成は、リフトオフ法によって行われてもよい。具体的には、開口５３を露出させるパターンのレジスト膜を形成し、そのレジスト膜上にたとえば蒸着によってＮｉ層およびＡｕ層を順に形成し、その後にレジスト膜とともに不要なＮｉ層およびＡｕ層を除去すればよい。

次いで、図７Ｅに示すように、オーミック電極１５およびショットキ電極１６を覆うように、層間絶縁膜３６が形成される。前述のように、層間絶縁膜３６は、ＳＯＧ（たとえば３０００Å厚）からなる第１層３７およびＳｉＯ_２層（たとえば７０００Å厚）からなる第２層３８の積層膜であってもよい。ＳＯＧからなる第１層３７は、保護膜３５と電極１５，１７との間の段差を緩和して平坦な表面を提供する。その平坦な表面上に第２層３８が形成される。

次に、図７Ｆに示すように、層間絶縁膜３６にアノードコンタクト孔４３およびカソードコンタクト孔４４が開口される。そして、たとえばアルミニウムからなる配線膜が全面に形成された後、この配線膜がカソード配線膜６のパターンにエッチングされる。
その後は、図５に示すように、カソード配線膜６上にカソードパッド４が形成され、同時に、アノードコンタクト孔４３内に埋め込まれるアノードパッド３が形成される。カソードパッドおよびアノードパッドは、たとえば金（Ａｕ）の蒸着によって形成されてもよい。こうして、前述のような構造の窒化物半導体ショットキバリアダイオード１を得ることができる。

以上のように、この実施形態によれば、一つのオーミック電極１５を中心とした六回対称の配置となるように６つの隣接するオーミック電極１５が位置するようにして、複数のオーミック電極１５が第２窒化物半導体層３２の表面に分散配置されている。そして、各オーミック電極１５を取り囲むようにハニカム構造の網目状にショットキ電極１６が形成され、それによって、各オーミック電極１５を取り囲む複数のダイオードセルＤが区画されている。これにより、複数のダイオードセルＤが第２窒化物半導体層３２の表面に敷き詰められ、各ダイオードセルＤのオーミック電極１５とそれを取り囲むショットキ電極１６との間に電流経路が形成される。その結果、広い電流経路を確保でき、それによって、窒化物半導体ショットキバリアダイオード１の大電流化を図ることができる。また、単位面積当たりの電流容量（電流密度）を大きくできるので、窒化物半導体ショットキバリアダイオード１の小型化を図ることができる。

さらに、ショットキ電極１６は、各オーミック電極１５を取り囲む正六角形の中心線２２を有する網目状構造を有している。これにより、ショットキ電極１６の電極幅をほぼ均等にしながら、オーミック電極１５とショットキ電極１６との間の距離を至るところでほぼ均等にすることができる。それによって、ダイオードセルＤ内の実質的に全領域が電流経路となるから、これによっても、電流経路の拡大に寄与できる。しかも、オーミック電極１５とショットキ電極１６との間の電界が、オーミック電極１５の周囲でほぼ均等になるので、電界の集中を回避して、耐圧の向上を図ることができる。

また、オーミック電極１５が第２窒化物半導体層３２の活性領域１０の表面に均等に分散配置されており、各オーミック電極１５を中心に配置して取り囲むように同形同大の正六角形のダイオードセルＤがショットキ電極１６によって区画されている。これにより、活性領域１０に同形同大のダイオードセルＤを効率良く敷き詰めることができ、かつ、活性領域１０に配置された全てのダイオードセルＤに均等に電流が流れる。それによって、活性領域１０の実質的に全領域が電流経路となるから、電流容量の一層の増大を図ることができる。また、全てのダイオードセルＤにおいて、オーミック電極１５とショットキ電極１６との間に均等に電圧がかかるので、耐圧の向上に寄与することができる。

また、この実施形態では、オーミック電極１５が、正六角形の外縁２３を有しており、前記ショットキ電極１６が、オーミック電極１５の外縁を当該オーミック電極１５の中心１５ｃから放射状に拡大して得られる相似形の内縁２５を各ダイオードセルＤに有している。これにより、オーミック電極１５の外縁２３からショットキ電極１６の内縁２５までの距離がオーミック電極１５の周囲でほぼ均等になる。その結果、ダイオードセルＤ内により一層均等に電流が流れるので、電流経路を広くすることができ、かつオーミック電極１５の周囲の電界がほぼ均等になるので耐圧を向上できる。

さらに、この実施形態では、第２窒化物半導体層３２の表面に、同形同大の複数のダイオードセルＤが、ダイオードセルＤ間に隙間を有することなく敷き詰められており、隣接するダイオードセルＤ間で前記ショットキ電極１６が共有されている。これにより、チップ表面を効率的に利用して、ショットキ電極−オーミック電極間の電流経路を形成できる。それによって、電流経路を広げることができる。

各ダイオードセルＤおいて、オーミック電極１５とショットキ電極１６との間の距離は、１μｍ〜１０μｍとすることが好ましい。これにより、十分な耐圧（たとえば６００Ｖの逆方向耐圧）を確保しながら、第２窒化物半導体層３２の表面に高密度にダイオードセルＤを敷き詰めて、広い電流経路を確保できる。
さらに、この実施形態では、第２窒化物半導体層３２の表面に分散配置されたオーミック電極１５が、層間絶縁膜３６上に配置されたカソード配線膜６に接続されている。これにより、ショットキ電極１６に取り囲まれて孤立した各オーミック電極１５を外部に接続できる。また、層間絶縁膜３６上のカソード配線膜６に対して、分散配置された複数のオーミック電極１５を共通接続できる。

また、この実施形態では、図２等に表れているとおり、活性領域１０の上方に、層間絶縁膜３６等を挟んで、カソードパッド４が配置されている。これにより、チップの表面を効率的に利用できる。すなわち、カソードパッド４のための専用領域を確保することなく、活性領域１０を配置できる。これにより、活性領域１０を広くして、多数のダイオードセルＤを配置できるので、チップサイズを大きくすることなく、電流経路を広くすることができる。

また、この実施形態では、第１窒化物半導体層３１と第２窒化物半導体層３２とが、ＧａＮ／ＡｌＧａＮのヘテロ接合を形成している。それによって、第１窒化物半導体層３１と第２窒化物半導体層３２との界面付近に二次元電子ガス３３が形成されている。この二次元電子ガス３３を介してショットキ電極１６とオーミック電極１５との間の電流経路を形成できるので、電流経路が広く、かつ高速動作が可能な窒化物半導体ショットキバリアダイオード１を提供できる。

図８は、この発明の第２の実施形態に係る窒化物半導体ショットキバリアダイオード６０の構成を説明するための図であり、ダイオードセルＤの構造を拡大して示す平面図である。図８において、前述の図６に示された各部の対応部分には同一参照符号を付して示す。
この実施形態では、ショットキ電極１６は、オーミック電極１５に対向する内縁２５の形状が、前述の第１の実施形態とは異なる。すなわち、各ダイオードセルＤにおいて、オーミック電極１５に対向するショットキ電極１６の内縁２５は、ほぼ正六角形に形成されており、その正六角形の各頂点位置には、外側に向かって凸のラウンド部２５ｒが設けられている。これに対応するように、オーミック電極１５は、ほぼ正六角形の平面形状を有し、その６つの頂点位置には、外側に向かって凸のラウンド部１５ｒが設けられている。

この構成により、オーミック電極１５とショットキ電極１６との間の最短距離Ｌａｃ１と最長距離Ｌａｃ２との差がさらに小さくなるので、オーミック電極１５の周囲の全域において等しく電流が流れ、それによって実質的な電流経路が拡大される。また、オーミック電極１５とショットキ電極１６との間の電界がオーミック電極１５の周囲全周にわたってほぼ均一となるので、電界の集中を回避することができ、それに応じて耐圧を向上することができる。

図９は、この発明の第３の実施形態に係る窒化物半導体ショットキバリアダイオード７０の構成を説明するための図であり、ダイオードセルＤの構成を拡大して図解的に示す平面図である。図９において、図６の各部に対応する部分には同一参照符号を付して示す。
この実施形態では、ショットキ電極１６の内縁２５が円形に成形されている。それに応じて、オーミック電極１５の外縁２３も、ショットキ電極１６の内縁２５と同心の円形に成形されている。これにより、オーミック電極１５の周囲のいずれの方向においても、オーミック電極１５とショットキ電極１６との間の距離が一定となる。その結果、オーミック電極１５の周囲全周にわたって均一な電流経路が形成されるので、実質的な電流経路を拡大することができる。また、オーミック電極１５とショットキ電極１６との間の距離が至るところで一定となるので、電界の集中を回避でき、それに応じて耐圧を向上することができる。

図１０に示した正方形のダイオードセルを有する比較例において、ショットキ電極１６′の内縁を円形にすることが考えられるかもしれない。しかし、このような構成では、正方形の４つのダイオードセルが集まる領域において、ショットキ電極１６′の幅が非常に大きくなり、チップ上において素子動作に寄与しない領域（デッドスペース）が広くなる。これにより、ダイオードセルＤの集積密度が小さくなり、チップ全体としての実質的な電流経路をあまり広くすることができないおそれがある。

以上、この発明の実施形態について説明してきたが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、ショットキ電極１６の内縁２５の形状を、それぞれ、正六角形（図６）、各頂点にラウンド部を形成した正六角形（図８）、および円形（図９）とした例について説明したが、頂点の数が７つ以上の他の正多角形、たとえば正八角形、正十二角形等にショットキ電極１６の内縁２５を成形してもよい。そして、頂点が７つ以上の正多角形の内縁の頂点位置に、ラウンド形状部を設けてもよい。また、前述の実施形態では、オーミック電極１５の外縁２３とショットキ電極１６の内縁２５とが相似形である場合について説明したが、オーミック電極１５の外縁２３とショットキ電極１６の内縁２５とは必ずしも相似形である必要はない。たとえば、オーミック電極１５の外縁２３を円形とし、ショットキ電極１６の内縁２５を正六角形としてもよい。また、ショットキ電極１６の内縁２５を円形とする一方で、オーミック電極１５の外縁２３を正六角形としてもよい。また、オーミック電極１５の外縁２３とショットキ電極１６の内縁２５との形状を、それぞれ、頂点が６つ以上であって頂点の数が互いに異なる正多角形としてもよい。

また、前述の実施形態では、アノードパッド３は、活性領域１０と重なり合っていないが、活性領域１０の上方において、層間絶縁膜３６上にアノードパッド３を配置してもよい。これにより、アノードパッド３の専用の配置スペースが不要となるので、活性領域１０を一層広くすることができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
この明細書および添付図面の記載から導き出される特徴の例は、次のとおりである。
Ａ１．窒化物半導体からなる第１窒化物半導体層と、
前記第１窒化物半導体層に積層され、前記第１窒化物半導体層とは組成の異なる窒化物半導体からなる第２窒化物半導体層と、
前記第２窒化物半導体層の表面にオーミック接触し、前記第２窒化物半導体層の表面に分散して配置された複数のオーミック電極と、
前記第２窒化物半導体層の表面にショットキ接触するショットキ電極とを含み、
前記複数のオーミック電極が、一つのオーミック電極を中心とした六回対称の配置となるように６つの隣接するオーミック電極が位置するように前記第２窒化物半導体層の表面に形成されており、
前記ショットキ電極が、各オーミック電極を取り囲んで複数のセルを区画するハニカム構造の網目状に形成されている、窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
Ａ２．前記複数のオーミック電極が、前記第２窒化物半導体層の活性領域の表面に均等に分散して配置されており、
前記複数のセルが同形同大であって、各セルの中心に一つの前記オーミック電極が配置されている、Ａ１に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
Ａ３．前記ショットキ電極が、各セルの前記オーミック電極を中心とし、６個以上の頂点を有する正多角形の内縁を各セルに有している、Ａ１またはＡ２に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
Ａ４．前記オーミック電極が、６つ以上の頂点を有する正多角形の外縁を有しており、前記ショットキ電極が、前記オーミック電極の外縁を当該オーミック電極の中心から放射状に拡大して得られる相似形の内縁を各セルに有している、Ａ１〜Ａ３のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
Ａ５．前記ショットキ電極が、角部を丸めた正多角形状の内縁を各セルに有している、Ａ１〜Ａ４のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
Ａ６．前記ショットキ電極が、各セルの前記オーミック電極を中心とした円形の内縁を各セルに有している、Ａ１またはＡ２に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
Ａ７．前記第２窒化物半導体層の表面に、同形同大の複数のセルが、セル間に隙間を有することなく敷き詰められており、隣接するセル間で前記ショットキ電極が共有されている、Ａ１〜Ａ６のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
Ａ８．各セルにおいて前記オーミック電極と前記ショットキ電極との間の距離が、１μｍ〜１０μｍである、Ａ１〜Ａ７のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
Ａ９．前記オーミック電極および前記ショットキ電極を覆うように前記第２窒化物半導体層の上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成されたコンタクト孔を介して前記オーミック電極に接続され、前記絶縁膜の上に形成された配線膜とをさらに含む、Ａ１〜Ａ８のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
Ａ１０．前記セルが配置された活性領域上において前記配線膜の上に配置されたパッド電極をさらに含む、Ａ９に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
Ａ１１．前記第１窒化物半導体層がＧａＮからなり、前記第２窒化物半導体層がＡｌＧａＮからなる、Ａ１〜Ａ１０のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。

Ｄ ダイオードセル
１ 窒化物半導体ショットキバリアダイオード
３ アノードパッド
４ カソードパッド
６ カソード配線膜
１０ 活性領域
１５ オーミック電極
１５ｃ オーミック電極の中心
１５ｒ ラウンド部
１６ ショットキ電極
１７ アノード電極引き出し部
２１ オーミック電極が形成する正六角形
２２ ショットキ電極の中心線
２３ オーミック電極の外縁
２４ オーミック電極の中心間を結ぶ線分
２５ ショットキ電極の内縁
２５ｒ ラウンド部
３０ 基板
３１ 第１窒化物半導体層
３２ 第２窒化物半導体層
３３ 二次元電子ガス
３５ 保護膜
３６ 層間絶縁膜
３７ 第１層（ＳＯＧ）
３８ 第２層（ＳｉＯ_２）
４３ アノードコンタクト孔
４４ カソードコンタクト孔
５３ ショットキ電極用開口
５４ オーミック電極用開口
６０ 窒化物半導体ショットキバリアダイオード
７０ 窒化物半導体ショットキバリアダイオード

Claims (13)

1. ２つの主面を有する窒化物半導体ショットキバリアダイオードであって、
   窒化物半導体からなる第１窒化物半導体層と、
   前記第１窒化物半導体層に積層され、前記第１窒化物半導体層とは組成の異なる窒化物半導体からなる第２窒化物半導体層と、
   前記第２窒化物半導体層の表面にオーミック接触し、前記第２窒化物半導体層の表面に分散して配置された複数のオーミック電極と、
   前記第２窒化物半導体層の表面にショットキ接触するショットキ電極と、
   前記ショットキバリアダイオードの前記２つの主面のうちの一つの主面に配置され、前記オーミック電極と接続された第１パッド電極と、
   前記ショットキバリアダイオードの前記一つの主面に配置され、前記ショットキ電極と接続された第２パッド電極と、を含み、
   前記複数のオーミック電極が、一つのオーミック電極を中心とした六回対称の配置となるように６つの隣接するオーミック電極が位置するように前記第２窒化物半導体層の表面に形成されており、
   前記ショットキ電極が、各オーミック電極を取り囲んで複数のセルを区画するハニカム構造の網目状に形成されており、
   前記第２窒化物半導体層の表面に、同形同大の複数のセルが、セル間に隙間を有することなく敷き詰められており、隣接するセル間で前記ショットキ電極が共有されており、
   前記セルが配置された活性領域の外において前記第２窒化物半導体層上に形成され、前記ショットキ電極と一体的に結合され、かつ前記ショットキ電極と等しい膜厚を有する電極引き出し部をさらに含み、
   前記第２パッド電極が前記電極引き出し部に接続されている、窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
2. 前記複数のオーミック電極が、前記第２窒化物半導体層の活性領域の表面に均等に分散して配置されており、
   各セルの中心に一つの前記オーミック電極が配置されている、請求項１に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
3. 前記ショットキ電極が、各セルの前記オーミック電極を中心とし、６個以上の頂点を有する正多角形の内縁を各セルに有している、請求項１または２に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
4. 前記オーミック電極が、６つ以上の頂点を有する正多角形の外縁を有しており、前記ショットキ電極が、前記オーミック電極の外縁を当該オーミック電極の中心から放射状に拡大して得られる相似形の内縁を各セルに有している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
5. 前記ショットキ電極が、角部を丸めた正多角形状の内縁を各セルに有している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
6. 前記ショットキ電極が、各セルの前記オーミック電極を中心とした円形の内縁を各セルに有している、請求項１または２に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
7. 各セルにおいて前記オーミック電極と前記ショットキ電極との間の距離が、１μｍ〜１０μｍである、請求項１〜６のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
8. 前記電極引き出し部が、前記ショットキ電極と同じ電極材料からなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
9. 前記オーミック電極および前記ショットキ電極を覆うように前記第２窒化物半導体層の上に形成された絶縁膜と、
   前記絶縁膜に形成されたコンタクト孔を介して前記オーミック電極に接続され、前記絶縁膜の上に形成された配線膜とをさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
10. 前記第１パッド電極が、前記セルが配置された活性領域上において前記配線膜の上に配置されている、請求項９に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
11. 前記第２パッド電極が、前記セルが配置された活性領域上において前記絶縁膜の上に配置されている、請求項９または１０に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
12. 前記第２窒化物半導体層の表面において、前記オーミック電極およびショットキ電極の間の領域を覆う保護膜と、
    前記保護膜の上に、前記オーミック電極および前記ショットキ電極を覆うように形成された絶縁膜と、をさらに含み、
    前記オーミック電極の厚さ方向において前記保護膜の表面が前記オーミック電極および前記ショットキ電極よりも低く、前記保護膜と前記オーミック電極および前記ショットキ電極との間に段差が生じており、
    前記絶縁膜が、前記段差を緩和して平坦な表面を提供する第１層と、前記第１層の前記平坦な表面上に形成された第２層とを含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。
13. 前記第１窒化物半導体層がＧａＮからなり、前記第２窒化物半導体層がＡｌＧａＮからなる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の窒化物半導体ショットキバリアダイオード。

Images