説明

半導体素子

【課題】III族窒化物半導体を用いて形成され、優れた特性を有する半導体素子を提供する。
【解決手段】半導体素子が、電子を多数キャリアとするように構成されてなる第1半導体層の一方主面上に、それぞれが電気的に接続されてなる複数の単位アノード部、を有するアノード部と、それぞれが電気的に接続されてなる複数の単位カソード電極、を有するカソード部と、を備え、複数の単位アノード部のそれぞれと複数の単位カソード電極のそれぞれとが交互に配置された電極列が形成されてなり、複数の単位アノード部のそれぞれと第1半導体層との接合部がそれぞれ第1と第2の接合部からなり、第1接合部は、第1半導体層と接続する単位アノード部部分が正孔が多数キャリアの第2半導体層であるP−N接合部であり、第2接合部は、第1半導体層と接続する単位アノード部部分が金属によって構成されたショットキー接合部である、ようにした。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電力用途の半導体素子、特に電力用インバータまたはコンバータ回路用素子に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体を用いたスイッチング素子(トランジスタ、サイリスタなど)や整流素子(ダイオード)は、電力用インバータまたはコンバータ回路用の素子として広く用いられている。現在、こうした電力用途の半導体素子としては、将来の高い電力需要に応えるため、より小型で低損失なものが望まれているという状況がある。従来、半導体材料としてはシリコンが広く用いられてきたが、このような状況を鑑み、次世代の半導体材料として、絶縁破壊電界の高いワイドバンドギャップ半導体材料の開発が進んでいる。ダイヤモンドやSiCやIII族窒化物半導体などのいわゆるワイドバンドギャップ半導体材料は、その材料物性から、低いオン抵抗と高い絶縁破壊電圧が見込まれるため、これらを用いて電力用途の半導体素子を形成することによる電力制御装置の大幅な小型化と低損失化とが期待されている。
【0003】
このような電力用ダイオードに望まれる特性上の要件としては、逆方向阻止時に(1)漏れ電流が少なく、かつ(2)絶縁破壊電圧が高いこと、(3)順方向導通時に出力電流が大きいこと、などのほか、(4)遮断時の逆回復時間が短いこと、(5)せん頭サージ電流値が高いこと、などがある。当然ながら、ワイドバンドギャップ半導体材料にて形成するダイオードも、これらの要件を満たすことが必要とされる。
【0004】
従来は、これらの要件のうち(2)および(3)を確保すべく、半導体基板を貫通する方向を導通方向とするいわゆる縦型ダイオードが一般的に用いられている。
【0005】
しかしながら、従来より実用化されている、シリコンを用いたP−N接合型、またはその変形であるP−i−N型の縦型ダイオードの場合には、逆方向電圧印加時の絶縁破壊電圧が高いという長所のほか、P−N双方向からのキャリアの注入が起こるため、順方向導時の出力電流密度が高いという長所も有するが、その一方で遮断時の逆回復時間が長いという欠点、つまりは(4)をみたさないという欠点がある。
【0006】
一方、シリコンを用いたショットキー障壁接合型の縦型ダイオードも実用化されているが、係るダイオードの場合には、遮断時の逆電流が原理的に生じないという長所を有する一方、逆方向電圧印加時の漏れ電流が大きく絶縁破壊電圧も低い、さらにせん頭サージ電流が低いという欠点、つまりは(1)、(2)および(5)をみたさないという欠点がある。
【0007】
このようなシリコンを用いたダイオードの欠点を補うべく、SiCを用いたショットキー型の縦型ダイオードが開発され、公知となっている(例えば、非特許文献1参照)。
【0008】
また、III族窒化物材料を用いた高電子移動度トランジスタ(HEMT)であって、高耐圧を実現するためにいわゆるフィールドプレート構造を備えたものが、公知となっている(例えば、非特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0009】
【非特許文献1】"P-Type 4H and 6H-SiC High Voltage Schottky Barrier Diodes" R. Raghunathan and B. J. Baliga, IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 19, pp.71-73 (1998)
【非特許文献2】"Design and Demonstration of High Breakdown Voltage GaN H Electron Mobility Transistor(HEMT) Using Field Plate Structure for Power Electronics Applications" W. Saito et al., Japanese Journal of Applied Physics Vol. 43, pp. 2239-2242 (2004)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
非特許文献1に開示されているような、SiCを用いたショットキー型の縦型ダイオードにおいては、シリコンを用いたものと異なり、絶縁破壊電圧が高くなるという効果が得られているが、上記(1)および(5)をみたさないという欠点については、解決がなされていないのが現状である。
【0011】
なお、SiC単結晶には多くの結晶欠陥(具体的には貫通欠陥、いわゆるマイクロパイプ)が内在するため、十分な出力電流を確保できる程度の、比較的大面積の素子を、安定的に作製することが困難で作成過程における歩留まりが悪いという問題もある。
【0012】
さらには、SiCを用いてP−N接合型ダイオードを構成した場合には、係る結晶欠陥に起因したキャリアの再結合が生じるため、出力電流が制限されやすく、上記(3)の要件がみたされないという問題がある。
【0013】
また、半導体プロセスや実装工程などの製作工程においては、取り扱いの観点から、厚みが100μm程度よりも小さい基板を使うことは難しいとされている。縦型ダイオードの場合、基板の厚みがそのまま電極間距離に反映されるので、電極間距離を短くすることが係る観点から困難であり、そのため半導体層に由来する直列抵抗成分を十分に低くすることが出来ないという問題もある。
【0014】
一方、シリコンやSiCに代えてIII族窒化物半導体を用いた縦型ダイオードについては、原理的にはSiCを用いたものと同等以上の特性を示すことが期待される。しかしながら、縦型ダイオードを形成する場合、基板として導電性を示す単結晶基板を用いることが必要となるが、III族窒化物半導体の単結晶基板が非常に高価であるという問題がある。加えて、素子構造をP−N接合型ダイオードとする場合、P型、N型の導電領域を半導体層内部に形成する必要がある。また、P−N接合型にせよ、ショットキー接合型にせよ、いわゆる電界制限リング(FLR)などを形成する必要がある。従って、いずれの構造にせよP型およびN型の導電領域の形成は必須である。しかしながら、III族窒化物半導体を用いる場合、電力用ダイオードに適応しうる高い正孔濃度を示すP型導電層を得るのが容易ではないという問題がある。
【0015】
また、非特許文献2に開示されているフィールドプレートを有するHEMTの構造からは、例えば高い絶縁破壊電圧と短い逆回復時間を両立させるなどといった横型ダイオードにおける特性向上が実現される構造を、導き出すことは困難である。
【0016】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、III族窒化物半導体を用いて形成され、優れた特性を有する半導体素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0017】
上記課題を解決するため、請求項1の発明は、半導体素子であって、ワイドバンドギャップ材料を用いて電子を多数キャリアとするように構成されてなる第1半導体層と、前記半導体素子においてアノードとして作用し、前記第1半導体層の一方の主面上に接合形成されてなり、それぞれが電気的に接続されてなる複数の単位アノード部、を有するアノード部と、前記半導体素子においてカソードとして作用し、前記主面上に接合形成されてなり、それぞれが電気的に接続されてなる複数の単位カソード電極、を有するカソード部と、を備え、前記主面上においては、前記複数の単位アノード部のそれぞれと前記複数の単位カソード電極のそれぞれとが交互に配置された電極列が形成されてなり、前記複数の単位アノード部のそれぞれと前記第1半導体層との複数の接合部がそれぞれ第1接合部と第2接合部とからなり、前記単位アノード部の前記第1接合部を構成する部分のうち少なくとも前記第1半導体層と接続する部分が、所定の半導体材料を用いて正孔を多数キャリアとするように構成されてなる第2半導体層であり、前記第1接合部においてはP−N接合が形成されてなり、前記単位アノード部の前記第2接合部を構成する部分のうち少なくとも前記第1半導体層と接続する部分が所定の金属によって構成されることにより、前記第2接合部においてはショットキー接合が形成されてなる、ことを特徴とする。
【0018】
請求項2の発明は、請求項1に記載の半導体素子であって、前記第1半導体層が、第1と第2の窒化物層を積層することにより形成されてなり、前記第1と第2の窒化物層が、Al1−x−yGaInN(x≧0、y≧0、0≦x+y≦1)なる組成式で表現されるIII族窒化物を用いて、少なくとも前記第1と第2の窒化物層の隣接部分においては前記第1と第2の窒化物層を構成するIII族窒化物の禁制帯幅が相異なるように構成されてなる、ことを特徴とする。
【0019】
請求項3の発明は、請求項2に記載の半導体素子であって、前記第1と第2の窒化物層は所定の単結晶基材の上にエピタキシャル形成されてなる、ことを特徴とする。
【0020】
請求項4の発明は、請求項2または請求項3に記載の半導体素子であって、前記第1半導体層は前記第2の窒化物層の主面上に前記複数の単位アノード部が接合形成されるように形成されてなり、少なくとも前記第1と第2の窒化物層の隣接部分においては、前記第2の窒化物層を構成するIII族窒化物の禁制帯幅よりも前記第1の窒化物層を構成するIII族窒化物の禁制帯幅の方が狭い、ことを特徴とする。
【0021】
請求項5の発明は、請求項4に記載の半導体素子であって、前記第2の窒化物層がAl1−xGaN(0≦x≦1)なる組成式で表現されるIII族窒化物を用いて構成されてなる、ことを特徴とする。
【0022】
請求項6の発明は、請求項5に記載の半導体素子であって、前記第2の窒化物層が、少なくとも前記第1の窒化物層と隣接する部分においてはAlNを用いて構成されてなる、ことを特徴とする。
【0023】
請求項7の発明は、請求項4ないし請求項6のいずれかに記載の半導体素子であって、前記第1の窒化物層が、少なくとも前記第2の窒化物層と隣接しない部分においてはGaNを用いて構成されてなる、ことを特徴とする。
【0024】
請求項8の発明は、請求項7に記載の半導体素子であって、前記第1の窒化物層が、少なくとも前記第2の窒化物層と隣接しない部分においてはGaNを用いて構成されてなる、ことを特徴とする。
【0025】
請求項9の発明は、請求項8に記載の半導体素子であって、前記第1の窒化物層がGaNを用いて構成されてなる、ことを特徴とする。
【0026】
請求項10の発明は、請求項4ないし請求項9のいずれかに記載の半導体素子であって、前記第1と第2の窒化物層のそれぞれが、ウルツ鉱型構造を有するIII族窒化物を用いて(0001)面を主面として形成されてなる、ことを特徴とする。
【0027】
請求項11の発明は、請求項1に記載の半導体素子であって、前記第1半導体層のうち、少なくとも前記アノード部と接合される部分が、Al1−xGaN(0≦x≦1)なる組成式で表現されるIII族窒化物を用いて構成される、ことを特徴とする。
【0028】
請求項12の発明は、請求項1ないし請求項11のいずれかに記載の半導体素子であって、前記第2半導体層の正孔濃度が、少なくとも前記第1半導体層と接合される部分においては1×1019/cm以上である、ことを特徴とする。
【0029】
請求項13の発明は、請求項1ないし請求項12のいずれかに記載の半導体素子であって、前記第2半導体層のアクセプタ濃度が、少なくとも前記第1半導体層と接合される部分においては2×1020/cm以上である、ことを特徴とする。
【0030】
請求項14の発明は、請求項12または請求項13に記載の半導体素子であって、前記所定の半導体材料が、IV族半導体である、ことを特徴とする。
【0031】
請求項15の発明は、請求項14に記載の半導体素子であって、前記所定の半導体材料が、少なくとも前記第1半導体層と接合される部分においてはSi1−zGe(0≦z≦1)である、ことを特徴とする。
【0032】
請求項16の発明は、請求項15に記載の半導体素子であって、前記所定の半導体材料が、少なくとも前記第1半導体層と接合される部分においてはSiである、ことを特徴とする。
【0033】
請求項17の発明は、請求項1ないし請求項16のいずれかに記載の半導体素子であって、前記複数の単位アノード部と前記複数の単位カソード電極とを被覆するように前記電極列全体の上面に設けられてなり、前記アノード部と前記カソード電極部とを絶縁する絶縁層、をさらに備えるとともに、前記アノード部が、前記絶縁層の上に形成され、前記絶縁層に設けた導通部を介して前記複数の単位アノード部と導通接続されてなる金属層を有する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0034】
請求項1ないし請求項17の発明によれば、第1半導体層内にて面内方向に主導通経路を有し、P−N接合型あるいはショットキー接合型もしくはこれらを複合してなるダイオードとして優れた特性を発揮する半導体素子を、得ることができる。ワイドバンドギャップ材料を第1半導体層に用いているので、シリコンなどの半導体材料と比較して、絶縁破壊耐圧に対する支配的因子となるアノード−カソード間の距離の大幅な短縮が可能となることから、オン抵抗の低減と素子面積の小型化と実現することが可能となり、結果としてチップ面積あたりの出力電流密度を向上することができる。
【0035】
また、請求項1ないし請求項17の発明によれば、高い絶縁破壊電圧と高い出力電流密度を有する横型ダイオードとして機能する半導体素子を実現することができる。縦型ダイオード構造を有する半導体素子のように、数十μm程度以上の厚みのIII族窒化物単結晶基板を用いる必要がなく、例えば所定の基材上に形成されたエピタキシャル膜を第1半導体層とすることもできるので、コスト面でも優れてなる半導体素子が実現される。
【0036】
また、請求項1ないし請求項17の発明によれば、P−N接合型とショットキー接合型とを複合してなる構造のダイオードとして機能する半導体素子を実現することができる。これにより、両者に由来する効果が併せて得られる、より特性の優れた半導体素子が実現される。
【0037】
特に、請求項2ないし請求項10の発明によれば、第1半導体層が第1と第2の窒化物層の積層構造を有することで、積層面近傍に2次元電子ガス層が形成され、2次元電子ガスが多数キャリアとして振る舞うので、第1半導体層において、高い電子濃度と電子移動度が実現され、ひいては低抵抗も実現される。これにより、他のワイドバンドギャップ材料を用いて第1半導体層を構成する場合よりもさらに、直列抵抗成分を大幅に小さくすることができ、ダイオードの順方向オン抵抗をより小さくすることができる。
【0038】
特に、請求項3ないし請求項10の発明によれば、III族窒化物単結晶基板に比べてマクロ欠陥が少なく、比較的大面積に渡って均質で、純度が高いエピタキシャル膜を第1半導体層として用いるので、縦型ダイオード構造を有するものよりもダイオード特性の優れた半導体素子を実現することができる。また、縦型ダイオード構造を有する半導体素子のように、数十μm程度以上の厚みのIII族窒化物単結晶基板を用いずとも第1半導体層を形成することができるので、コスト面でも優れてなる半導体素子が実現される。
【0039】
特に、請求項4ないし請求項10の発明によれば、第1と第2の窒化物層の界面において、2次元電子ガス層が効果的に形成されるので、より特性の優れた半導体素子が実現できる。
【0040】
特に、請求項12ないし請求項16の発明によれば、第2半導体層の比抵抗が低くなることに加えて、単位アノード部における第2半導体層の接触抵抗を低減することができるとともに、逆方向阻止時における第2半導体層への空乏層の拡がりを抑制できるため、第2半導体層を薄く形成することが可能となる。これらにより、第2半導体層における順方向導通時の直列抵抗成分を低減することができる。
【0041】
特に、請求項14ないし請求項16の発明によれば、第2半導体層の価電子帯エネルギーの上端が、第1半導体層の価電子帯エネルギーの上端よりも大幅に高い状態を実現することができる。これにより、順方向導通時には、第2半導体層から第1半導体層への正孔の注入が抑制されるため、半導体素子においては、電子のみが導電を支配することとなり、その結果、遮断時の逆回復電流が極端に流れにくくすることが可能となる。加えて、第2半導体層に内在する電子密度が極めて少ないために、逆方向阻止時における逆方向リーク電流が大幅に低減することができる。
【0042】
特に、請求項17の発明によれば、逆方向阻止時に本来的には最も電界集中しやすい箇所である導電層と単位アノード部との接合部における電界集中が緩和されるので、逆方向阻止時の絶縁破壊電圧がより向上してなる半導体素子が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】第1の実施の形態に係る半導体素子10の上面図である。
【図2】電極パッド層3を省いて示す半導体素子10の上面図である。
【図3】半導体素子10の部分拡大断面図である。
【図4】単位アノード部5uのより詳細な構成を示す図である。
【図5】導電層1が、二層構造を有する場合を示す図である。
【図6】第3の実施の形態における、単位アノード部5uの構造を説明するための図である。
【図7】比較例に係る縦型ダイオード素子200の構成を示す図である。
【図8】実施例および比較例における測定結果を一覧にして示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0044】
<第1の実施の形態>
<半導体素子の全体構成>
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体素子10の上面図である。図1に示すように、半導体素子10は、概観的にみれば、導電層1の上に、カソード(陰極)部2と電極パッド層3とが設けられてなる構造を有している。具体的には、図2および図3にて示されたような構造を有している。ここで、図2は、電極パッド層3を省いて示す半導体素子10の上面図である。また、図3は、図1において破線で示した部分(図2の対応位置にも破線を図示)についての断面図である。なお、図1以降の各図における各部の比率は、必ずしも実際のものを反映したものではない。
【0045】
図2に示すように、半導体素子10においてカソード部2は導電層1の略全面に形成されてはいるが、その中央部分においては、カソード部2が形成されていない(図2においては導電層1が露出しているように見える)、複数の長尺状のくり抜き領域4が存在する。そして、それぞれのくり抜き領域4には、その長尺方向(図2においてはy軸方向)に平行に所定の長さLを有する長尺状の単位アノード部5uが設けられてなる。なお、複数の単位アノード部5uを総称してアノード部5と称することとする。また、カソード部2のうち、それぞれのくり抜き領域4の境界となっている部分を特に、単位カソード電極2uと称することとする。係る単位カソード部2uについてもやはり、y軸方向に平行な長尺状の構造を有するものといえる。
【0046】
これら単位カソード電極2uと単位アノード部5uは、図3に示すように、水平方向(x軸方向)にそれぞれ所定の幅w2およびw5をもって形成される。また、個々の単位カソード電極2uと単位アノード部5uとは一定の間隔wがとなるように形成される。すなわち、半導体素子10は、導電層1の上に、複数の単位カソード電極2uと複数の単位アノード部5uとが、交互かつ等間隔に水平配置されてなる構成(いわば、電極列が形成されてなる構成)を有してなる。
【0047】
導電層1は、電子を多数キャリアとするように構成されてなるn型の半導体層である。例えばSiCやIII族窒化物などのワイドバンドギャップ材料に、所定のn型ドーパントすなわちドナー元素をドープすることで構成することができる。ドナー元素としては、例えばSiCの場合にはN(窒素)、III族窒化物の場合にはSiを用いることができる。あるいは、後述するようにIII族窒化物を用いて二次元電子ガス層を形成させる態様によって構成することも可能である。後者の場合、例えば、SiCやサファイアなどの単結晶基板を下地基板とし、その上にMOCVD法やHVPE法などといった公知の手法によって作製されてなる、数μm程度の厚みのIII族窒化物エピタキシャル膜を用いることができる。
【0048】
カソード部2は、例えばTi/Alによって形成することができる。単位カソード電極2uは、それぞれが半導体素子10においてカソードとして機能する。カソード部2の形成は、真空蒸着法などの公知の手法で実現できる。
【0049】
図4は、アノード部5を構成する個々の単位アノード部5uのより詳細な構成を示す図である。単位アノード部5uは、接合部7において導電層1の上に接合形成されてなるp型層5aと、係るp型層5aの上に積層形成されてなる単位アノード電極5bとから構成されてなる。
【0050】
p型層5aは、正孔を多数キャリアとするよう構成されてなるp型の半導体層である。例えば、所定のIV族半導体に所定のp型ドーパントすなわちアクセプタ元素をドープすることで構成される。アクセプタ元素としては、例えばB(ボロン)を用いることができる。
【0051】
単位アノード電極5bは、半導体素子においてアノードとして機能する。単位アノード電極5bは、例えばNi/Alによって形成することができる。係る単位アノード部5uは、真空蒸着法などの公知の手法で実現できる。
【0052】
また、図2においては図示を省略しているが、導電層1、カソード部2、アノード部5、および電極パッド層3に概略囲まれた領域には、カソード部2と、アノード部5および電極パッド層3との間の絶縁を確保するための絶縁保護層6が形成されてなる。絶縁保護層6は、例えばSiNにて形成されてなる。
【0053】
このような構成を有する半導体素子10においては、接合部7において導電層1とp型層5aとがP−N接合されてなることから、P−N接合型のダイオード構造が実現されていることになる。このようにP−N接合型のダイオードとして機能する半導体素子10は、漏れ電流が少なく、せん頭サージ電流が大きいという特徴を有するものである。また、高電圧導通時の順方向オン電圧が低いという特徴も有してなる。
【0054】
また、アノード電極とカソード電極が互いに隣接する形で横方向に集積化されてなることから、半導体素子10においては、導電層1内において水平方向に(面内方向に)主導通経路を有する横型ダイオード構造が実現されていることになる。
【0055】
一般的な電力用ダイオードの場合、高い絶縁破壊電圧を確保するために、およびチップ面積あたりの出力電流を大きくするために、このような横型ダイオード構造よりも、むしろ縦型ダイオード構造を有することが多い。縦型ダイオードの場合、チップ面積を占める部分の大半を電極とすることができるので、チップ面積あたりの順方向出力電流を大きくできるという利点があるからである。
【0056】
他方、横型ダイオードの場合には、電極の外周長と半導体層の厚みによって導通断面積が決まるため、出力電流を大きくするには、電極の数を増やしたり、あるいは個々の電極の面積を大きくするなどして、チップ面積あたりの電極面積を増加させることが必要となる。加えて、横方向にアノード電極とカソード電極を隣接する形で配列する構造とする場合、チップ面積を小さくするためには互いの電極間距離を短くすることが必要となる。ただし、一般に、電極間距離を短くすると逆方向阻止時の絶縁破壊電圧が小さくなるという、トレードオフの関係があることに留意する必要がある。
【0057】
しかしながら、本実施の形態に係る半導体素子10は、導電層1がシリコンよりも絶縁破壊電界が約1オーダー大きいワイドバンドギャップ材料を用いて構成されてなるので、横型ダイオード構造を有しつつ、絶縁破壊電圧が高いという特徴を有してなる。換言すれば、本実施の形態においては、同じ絶縁破壊電圧を有するデバイスをシリコンを用いて作製する場合に比して、各電極の間隔が約1オーダー程度小さい半導体素子が実現されてなる。例えば、シリコンを用いた場合に200μmの電極間隔を必要とする条件のもとで半導体素子を作成する場合に、本実施の形態においては、電極間隔を20μm程度とすることができる。
【0058】
さらに半導体素子10においては、図2および図3に示すように、長尺形状の電極を平行に配置するようにしているので、電極面積あたりの電極外周長を確保しつつ、小さい面積に効率的に電極が集積化されてなる構造を有している。これにより、半導体素子10は、チップ面積あたりの順方向出力電流が大きいという特徴も有してなる。
【0059】
また、横型ダイオード構造の場合、横方向の電極間距離を短くするほど、導通時の直列抵抗成分を低減することができ、順方向オン抵抗を小さくすることができるという特徴がある。さらには、必ずしも縦型ダイオード構造の場合のように導電層自体を基板として用いなくともよいので、ハンドリングのための厚みの確保を、導電層の厚みによって実現する必要がないという利点もある。例えば、上述したようにSiCやサファイアなどの下地基板の上に、数μm程度の厚みのIII族窒化物エピタキシャル膜を形成して、これを導電層とすることができる。係る場合、数十μm程度以上の厚みのIII族窒化物単結晶基板を用いる縦型ダイオード構造の場合に比して、コスト面で非常に有利となる。加えて、このような構成とすることにより、縦型ダイオード構造のFLRなどのようにP型の導電領域を導電層1の内部に形成する必要がなく、作製工程を大幅に簡略化できるという利点もある。
【0060】
<導電層>
上述したように、導電層1は、好ましくはAl1−x−yGaInN(x≧0、y≧0、0≦x+y≦1)なる組成式で表現されるIII族窒化物を用いて構成される。これにより、より高密度に電極を集積することが可能となる。例えばGaNを用いることができる。
【0061】
なお、導電層1の全体において該III族窒化物が均一組成である必要はなく、傾斜組成を有しているような構成であってもよい。好ましくは、少なくとも接合部7の近傍は、y=0なる組成のIII族窒化物、つまりはAl1−xGaN(0≦x≦1)なる組成のIII族窒化物を用いて構成される。これにより、接合部7におけるP−N接合を、より良好な特性をもって実現することができる。
【0062】
あるいは、導電層1が、組成の異なるIII族窒化物を用いて形成された複数の層が積層されてなる態様であってもよい。このような積層構造は、公知の有機金属CVD法や分子線エピタキシャル成長法またはその組合せを用いて容易に作製することができる。図5は、係る場合の導電層1の構成を例示する図である。
【0063】
図5は、導電層1が、第1層1aと第2層1bとの二層構造を有する場合を示している。第1層1aと第2層1bとは、いずれもAl1−x−yGaInN(x≧0、y≧0、0≦x+y≦1)なる組成式で表現されるIII族窒化物を用いて構成される。また、第1層1aと第2層1bとは、両層を構成するIII族窒化物の禁制帯幅が少なくとも両層の隣接部分(つまりは積層面近傍)において相異なるように構成される。
【0064】
導電層1がこのような積層構造を有する場合、具体的には、上述のような禁制帯幅の関係を有する場合、第1層1aと第2層1bとの積層面Sの近傍に2次元的な電子層(いわゆる2次元電子ガス層)が形成され、2次元電子ガスが多数キャリアとして振る舞うので、導電層1において、高い電子濃度と電子移動度が実現され、ひいては低抵抗も実現される。これにより、SiCなどを用いて導電層1を構成する場合よりもさらに、直列抵抗成分を大幅に小さくすることができ、ダイオードの順方向オン抵抗をより小さくすることができる。
【0065】
なお、上述の禁制帯幅の要件を満たしていれば、第1層1aと第2層1bはいずれも、全体として均一な組成を有していなくともよい。例えば、傾斜組成を有する態様であってもよい。あるいは、相異なる禁制帯幅を有するIII族窒化物を用いて積層形成される複数の層からなる層群が、第1層1aや第2層1bに該当する態様であってもよい。
【0066】
例えば、第2層1bは、少なくとも接合部7の近傍部分がAl1−xGaN(0≦x≦1)なる組成のIII族窒化物を用いて数nm〜数十nm程度の厚みに構成されるのが好ましい。その場合、Al1−xGaN(0≦x≦1)なる組成のIII族窒化物による組成の異なる複数の層(すなわちxの値が互いに異なる複数の層)が積層されてなる態様であってもよい。係る場合、例えばSiをドープしてなるn型導電層を含んでいてもよい。また、2次元電子ガスを効果的に生成させるという点からは、第1層1aと隣接する部分をAlNを用いて構成するのがより好ましい。
【0067】
一方、第1層1aは、少なくとも第2層1bと隣接する部分においては、Ga1−wInN(0≦w≦1)なる組成式で表現されるIII族窒化物を用いて数百nm〜数μm程度の厚みに構成されることが好ましい。その場合、Ga1−wInN(0≦w≦1)なる組成のIII族窒化物による組成の異なる複数の層(すなわちwの値が互いに異なる複数の層)が積層されてなる態様であってもよい。係る場合、第1層1aは、例えばSiをドープしてなるn型導電層を含んでいてもよい。
【0068】
2次元電子ガスを効果的に生成させるという点からは、第1層1aは、少なくとも第2層1bと隣接しない部分においては、GaNを用いて構成されることが好ましい。GaNはIII族窒化物の中でも特に結晶品質が良好であるので、その上に形成され導電を担う第1層1aと第2層1bとの積層界面近傍部分の結晶性を良好なものとすることが可能となり、これにより、導通時の直列抵抗成分をより低減することができ、逆方向阻止時の漏れ電流をさらに低減させること、および絶縁破壊電圧の低下をより抑制することができる。
【0069】
さらには、第1層1aは、第2層1bと隣接する部分についても、GaNを用いて構成されてなるのがより好ましい。これにより、導通時の直列抵抗成分のさらなる低減、逆方向阻止時の漏れ電流のさらなる低減、および絶縁破壊電圧の低下の一段の抑制が実現できる。係る場合、第1層1aは、例えばSiをドープしてなるn型導電層を含んでいてもよい。
【0070】
なお、上述のような積層構造を構成するIII族窒化物は、ウルツ鉱型結晶構造を有するものであるのが望ましい。さらには、積層面がウルツ鉱型結晶の(0001)面に相当することが望ましい。このような構成を有する場合、結晶内部に発生するピエゾ分極効果、自発分極効果に起因して、効果的に2次元電子ガスが生成されることになり、このことも、半導体素子10の直列抵抗成分の低減に寄与するからである。
【0071】
<p型層>
p型層5aは、上述のように、例えば、所定のIV族半導体にB(ボロン)などをアクセプタ元素としてドープすることで形成されてなるが、好ましくは、少なくとも接合部7の近傍における正孔濃度が1×1019/cm以上であるように構成される。係る構成を有する場合、p型層5a自体の比抵抗が低くなることに加えて、p型層5aと単位アノード電極5bとの間の接触抵抗を低減することができる。加えて、逆方向阻止時におけるp型層5aへの空乏層の拡がりを抑制できるため、p型層5aを薄く形成することが可能となる。これらにより、p型層5aにおける順方向導通時の直列抵抗成分を低減することができる。係るp型層5aは、Bのようなアクセプタ元素を1×1020/cm以上の濃度で含むようにすることで、容易に実現することができる。
【0072】
IV族半導体材料としては、例えば、Si1−zGe(0≦z≦1)を用いることができる。このようなp型層5aは、例えば、導電層1の上にCVD法、スパッタリング法、蒸着法などの種々の物理蒸着法や化学蒸着法などの公知の方法を用いてサブミクロンオーダーから数μm程度以下の厚みに積層形成することで、容易に実現される。なかでも、Siを用いるのが、層形成の制御性が高い点で好適である。係る場合、Siは多結晶であってもよい。
【0073】
Si1−zGe(0≦z≦1)は、AlGaN(x+y=1)なるIII族窒化物に比べ、狭い禁制帯幅を持つことから、導電層1の少なくとも接合部7の近傍をAlGaN(x+y=1)なるIII族窒化物を用いて構成し、p型層5aの少なくとも接合部の近傍をSi1−zGe(0≦z≦1)を用いて接合部7においてP−N接合を形成すると、Si1−zGe(0≦z≦1)の価電子帯エネルギーの上端が、AlGaN(x+y=1)の価電子帯エネルギーの上端よりも大幅に高い状態を実現することができる。これにより、順方向導通時には、p型層5aから導電層1への正孔の注入が抑制されるため、半導体素子10は、電子のみが導電を支配するキャリアとなるP−N接合型ダイオードとして機能することになる。係る半導体素子10においては、導通時のキャリアが電子のみとなるので、遮断時の逆回復電流が極端に流れにくくなっている。すなわち、本実施の形態に係る半導体素子10は、P−N接合型のダイオードでありながら、逆回復時間が短いという特徴を有してなる。さらに、逆方向阻止時においては、p型層5aに内在する電子密度が極めて少ないために、逆方向リーク電流が大幅に低減できるという効果が得られる。
【0074】
<電極パッド層>
半導体素子10においては、上述したように電極パッド層3が備わっているが、これは図3に示すように、それぞれの単位アノード電極5bの上端に接続されてなるものである。係る電極パッド層3は、例えばAlによって構成される。電極パッド層3により、個々の単位アノード電極5bは電気的に接続されてなる。これにより、電極パッド層3そのものもアノードとしての機能を有していることになる。換言すれば、電極パッド層3の下側主面に複数の単位アノード電極5bを設けたものが、半導体素子10のアノードであるともいえる。なお、それぞれの単位アノード電極5bが電気的に接続されていれば、必ずしも電極パッド層3を設けなくとも、横型ダイオードとしての作用効果を奏することは可能であるが、電極パッド層3を有することにより、チップ面積を余分に大きくせずとも、半導体素子10の実装を容易にすることができるという効果が得られる。
【0075】
本実施の形態に係る半導体素子10において、逆方向阻止時に本来的には最も電界集中しやすい箇所は、P−N接合が形成されてなる接合部7であるが、絶縁保護層6を介して上部に電極パッド層3が備わる構造を有することにより、係る接合部7における電界集中が緩和されるという効果を得ることができる。これは、逆方向阻止時の破壊電圧を向上に資するものである。
【0076】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、P−N接合型の横型ダイオードとして機能する半導体素子であって、逆方向阻止時に(1)漏れ電流が少なくかつ(2)絶縁破壊電圧が高く、(3)順方向導通時の出力電流が大きく、(4)遮断時の逆回復時間が短く、さらには、(5)せん頭サージ電流値が高い半導体素子を得ることができる。
【0077】
<第2の実施の形態>
第1の実施の形態は、単位アノード部5uをp型層5aと単位アノード電極5bとの積層構成とすることで、導電層1とp型層5aとの間でP−N接合を形成し、半導体素子10をP−N接合型の横型ダイオードとして機能させる態様を示しているが、横型ダイオードの態様はP−N接合型に限定されるものではない。本実施の形態においては、半導体素子10がショットキー接合型の横型ダイオードとして機能する場合について説明する。
【0078】
具体的には、図2や図3に示した単位アノード部5uのそれぞれを、図4に示したようにp型層5aと単位アノード電極5bとの積層構造として形成するのに代えて、単位アノード部5u全体を、所定の金属によって導電層1との間でショットキー接合を有するように形成することで、ショットキー接合型の横型ダイオード構造は実現される。このような単位アノード部5uは、例えばNiによって形成することができる。
【0079】
このようなショットキー接合型の構造を有する半導体素子10は、電流立ち上がり時の電圧が小さいという特徴を有するほか、原理的に逆電流が流れない構造であるので逆回復時間は極端に短いという特徴を有してなる。
【0080】
また、横型ダイオード構造を有することにより、III族窒化物単結晶基板に比べてマクロ欠陥が少なく、比較的大面積に渡って均質で、純度が高いエピタキシャル膜を所定の基材上に形成し、これを導電層1として用いることができるので、ショットキー接合型でありながら、III族窒化物単結晶基板が必要な縦型ダイオード構造を有するものよりも漏れ電流が小さいダイオードを実現することができる。
【0081】
また、他の各部の配置構成は上述の第1の実施の形態と同じであるので、係る配置構成に基づいて得られる効果は、ショットキー接合型の構造を有する場合であっても同様に得られるものである。具体的にいうと、例えば、導電層1をIII族窒化物を用いて構成する場合の効果、なかでも特に積層構造を取る場合の2次元電子ガスに係る効果は、第1の実施の形態と同様である。また、電極パッド層3が備えることで、ショットキー接合が形成されてなる接合部7への電界集中は、緩和されてなる。
【0082】
以上、本実施の形態によれば、ショットキー接合型の横型ダイオードであって特性の優れたものを実現することができる。
【0083】
<第3の実施の形態>
本実施の形態においては、半導体素子10が、P−N接合とショットキー接合とが複合形成されてなる横型ダイオード構造を有する態様について説明する。図6は、本実施の形態における、単位アノード部5uの構造を説明するための図である。図2や図3に示した単位アノード部5uのそれぞれを、図4に示したように形成するのに代えて、図6に示すに形成することで、係る複合形成型の横型ダイオード構造は実現される。
【0084】
具体的には、単位アノード電極部5uを、p型層5cと、単位アノード電極5dとで構成するようにする。p型層5cは、接合部7aにおいて導電層1の上に接合形成されてなる。p型層5cは、第1の実施の形態に係るp型層5aと同様に形成される、正孔を多数キャリアとするよう構成されてなるp型の半導体層である。単位アノード電極5dは、第1の実施の形態に係る単位アノード電極5bと同様にp型層5cと電極パッド層3との間に位置するように設けられるだけでなく、それ自体が接合部7bにおいて直接に導電層1とショットキー接合されるように設けられてなる。単位アノード電極5bは、半導体素子においてアノードとして機能する。単位アノード部5uは、第1の実施の形態と同様の手法で形成可能である。
【0085】
これにより、接合部7aにおいては導電層1とp型層5cとの間でP−N接合が形成されてなり、接合部7bにおいては導電層1と単位アノード電極5dとの間でショットキー接合が形成されてなることになる。すなわち、半導体素子10においては、P−N接合とショットキー接合とが複合した構造が実現されていることになる。ゆえに、低電圧導通時にはショットキー接合を経て電流が流れ、高電圧導通時にはP−N接合を経てキャリア注入による電流が流れることになる。前者は、電流立ち上がり時の電圧を小さくすることに寄与しており、後者は、低いオン電圧での動作の確保に寄与している。
【0086】
また逆方向阻止時に関しては、P−N接合の側で電流を阻止することになるので、高い絶縁破壊電圧を確保される。
【0087】
なお、他の各部の配置構成は上述の第1の実施の形態と同じであるので、係る配置構成に基づいて得られる効果もやはり同様である。
【0088】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、横型ダイオード構造を有する半導体素子をP−N接合とショットキー接合とが複合してなる構造とすることで、第1の実施の形態に係るP−N接合型の半導体素子が有する効果に加えて、ショットキー接合に由来する効果も併せて得ることができる。これにより、さらに特性の優れた半導体素子が実現できる。
【実施例】
【0089】
(実施例1)
本実施例においては、第1の実施の形態に係る半導体素子10を作製し、その特性を評価した。なお、導電層1は、図5に示す態様のものとした。また、1チップあたりに単位アノード部5uと単位カソード電極2uとが20組集積されるように作製した。
【0090】
まず、単結晶SiC基板上に、MOCVD法を用いて、膜厚300nmのAlNからなるバッファ層を介して、第1層1aとして膜厚3μmのGaN層を形成し、さらに第2層1bとして膜厚20nmのAl0.3Ga0.7N層を形成した。この時点における導電層1の電気特性を、ホール係数測定を用いて評価したところ、2次元電子濃度が約1×1013/cm、電子移動度が約1400cm/Vs、シート抵抗が約450Ω/sqであった。X線回折測定を行った結果、ウルツ鉱型結晶が順次にc軸方向に成長していることが確認された。
【0091】
次に、フォトリソグラフィと真空蒸着法により、カソード部2として、Ti/Alからなる金属層を、図2および図3に示す形状に、つまりは、くり抜き領域4にそれぞれの単位アノード部5uが位置するように形成した。単位カソード電極2uの幅w2は10μmとした。その後、窒素中の加熱処理により、金属―半導体層界面にアロイ層を形成した。これにより、単位カソード電極2を得た。
【0092】
さらに、フォトリソグラフィと減圧CVD法を用いて、p型層5aとして、正孔濃度が5×1019/cm以上となるようにアクセプタ元素として約2×1020/cmのボロンをドープしたSi層を0.5μmの厚みに形成した。p型層5aは、図2のような平面視で単位アノード部5uの長辺となる長さLが1mm、短辺となる幅w5が10μmの長方形状に、かつ単位アノード部5uと単位カソード電極2uとの距離が等間隔に20μmとなるように形成した。
【0093】
また、Si層の表面に、真空蒸着法によりAl層を形成し、その後、窒素中で加熱して、金属―半導体層界面にアロイ層を形成した。これにより、単位アノード電極5bを得た。
【0094】
その後、SiNにて単位アノード電極5bとの導通のためのコンタクトホールを有する態様にて絶縁保護層6を形成し、Alにて電極パッド層3を5μmの厚みに形成した。
【0095】
最後に、チップ形状が平面視で1辺2mmの正方形となるように切断加工を行い、得られたチップを所定のパッケージに実装することによって半導体素子10を得た。
【0096】
作製した半導体素子10について、逆方向阻止時の漏れ電流、逆方向阻止耐圧(絶縁破壊電圧)、順方向出力電流、逆回復時間、せん頭サージ電流、および順電流が10A時および1A時のオン電圧を測定した。
【0097】
(実施例2)
単位アノード部5uをNi層で形成することとしたほかは、実施例1と同様の処理を行い、第2の実施の形態に係る半導体素子を得た。
【0098】
作製した半導体素子10について、逆方向阻止時の漏れ電流、逆方向阻止耐圧(絶縁破壊電圧)、順方向出力電流、逆回復時間、せん頭サージ電流、および順電流が10A時および1A時のオン電圧を測定した。
【0099】
(実施例3)
導電層1が第1層1aと第2層1bとから構成され、さらに第2層1bが2層構造を有するものとしたほかは、実施例1と同様に半導体素子10を作製した。具体的には、単結晶SiC基板上に、MOCVD法を用いて、膜厚300nmのAlNからなるバッファ層を介して、第1層1aとして膜厚3μmのGaN層を形成し、続いて、第2層1bとして膜厚1nmのAlNと膜厚20nmのAl0.3Ga0.7N層とを形成することで、導電層1を得た。この時点における導電層1の電気特性を、ホール係数測定を用いて評価したところ、2次元電子濃度が約1。1×1013/cm、電子移動度が約2200cm/Vs、シート抵抗が約260Ω/sqであった。X線回折測定を行った結果、ウルツ鉱型結晶が順次にc軸方向に成長していることが確認された。
【0100】
得られた半導体素子10について、逆方向阻止時の漏れ電流、逆方向阻止耐圧(絶縁破壊電圧)、順方向出力電流、逆回復時間、せん頭サージ電流、および順電流が10A時および1A時のオン電圧を測定した。
【0101】
(実施例4)
導電層1が第1層1aと第2層1bとから構成され、さらに第1層1aが2層構造を有するものとしたほかは、実施例1と同様に半導体素子10を作製した。具体的には、単結晶SiC基板上に、膜厚300nmのAlNからなるバッファ層を介して、MOCVD法を用いて、第1層1aとして膜厚3μmのGaN層と膜厚20nmのIn0.05Ga0.95Nとを形成し、さらに第2層1bとして膜厚20nmのAl0.3Ga0.7N層を形成することで、導電層1を得た。この時点における導電層1の電気特性を、ホール係数測定を用いて評価したところ、2次元電子濃度が約1.4×1013/cm、電子移動度が約800cm/Vs、シート抵抗が約560Ω/sq.であった。X線回折測定を行った結果、ウルツ鉱型結晶が順次にc軸方向に成長していることが確認された。
【0102】
得られた半導体素子10について、逆方向阻止時の漏れ電流、逆方向阻止耐圧(絶縁破壊電圧)、順方向出力電流、逆回復時間、せん頭サージ電流、および順電流が10A時および1A時のオン電圧を測定した。
【0103】
(比較例)
比較例として、ショットキー接合型の縦型ダイオードを作製した。図7は、係る縦型ダイオード素子200の構成を示す図である。
【0104】
まず、厚みが300μmで、電子濃度が1×1018/cmとなるn型のGaN基板201aを用意した。その上に、MOCVD法を用い、電子濃度が1×1016/cmとなるGaN膜201bを5μmの厚みに形成することによって、n型の半導体層であるn型層201を得た。
【0105】
次に、GaN膜201bの表面の一部にMgをイオン注入し、続いて加熱処理によってMg活性化処理を施すことによって、正孔濃度が1×1018/cmとなるp型GaNからなる電界制限リング209を形成した。
【0106】
続いて、GaN基板201aの裏面(Si層を形成した面と反対の面)には、Ti/Alからなる金属層を真空蒸着法により形成した。その後、窒素中で加熱することにより、金属層―半導体層界面にアロイ層を形成した。これにより、カソード電極204が得られた。
【0107】
さらに、アノード電極211として、Niからなる金属層を、n型層201の上に平面視で直径1mmの円形状となるように、真空蒸着法により形成した。また、SiNからなる図示しない絶縁保護膜を、金属電極のみが露出するような構成で形成した。
【0108】
最後に、チップ形状が平面視で1辺2mmの正方形となるように、かつ、平面視でアノード電極211の中心とチップの中心とが一致するように、切断加工を行い、得られたチップを所定のパッケージに実装することによって縦型ダイオード素子200を得た。
【0109】
作製した縦型ダイオード素子200について、逆方向阻止時の漏れ電流、逆方向阻止耐圧(絶縁破壊電圧)、順方向出力電流、逆回復時間、せん頭サージ電流、および順電流が10A時および1A時のオン電圧を測定した。
【0110】
(実施例と比較例の比較)
図8は、上述の実施例1ないし実施例4、および比較例において測定した逆方向阻止時の漏れ電流、逆方向阻止耐圧(絶縁破壊電圧)、順方向出力電流、逆回復時間、せん頭サージ電流、および順電流が10A時および1A時のオン電圧の値を一覧にして示す図である。
【0111】
図8から分かるように、P−N接合型の横型ダイオード構造を有する半導体素子を作製した実施例1、実施例3および実施例4のいずれにおいても、逆方向阻止においては比較例より漏れ電流が著しく少なくかつ高い絶縁破壊電圧を有しており、順方向導通時における出力電流も大きく、せん頭サージ電流値がきわめて高いことに加えて、従来のP−N接合型の素子では実現が困難であった、逆回復時間が0という結果が得られている。
【0112】
一方、ショットキー接合型の横型ダイオード構造を有する半導体素子を作製した実施例2においては、逆方向阻止時の漏れ電流について、比較例よりも十分に小さい値が得られている。また、他の結果についても比較例同等あるいは比較例よりも優れた結果が得られている。
【0113】
以上、具体例を挙げながら、本発明を発明の実施の形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記発明の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない範囲であらゆる変更や変形が可能である。例えば、本発明におけるカソード電極は、半導体層と金属電極によるオーム性接触により得られるが、オーム性接触の接触抵抗低減を目的として、イオン注入や外部拡散などの方法により半導体層へ局所的に不純物ドープした構造、不純物ドープした半導体層またはその積層構造などを挿入した構造、あるいは局所的にエッチング加工を施した構造、などを含むことができる。
【0114】
また、エピタキシャル基板の反り低減や、窒化物膜の結晶性向上を目的として、エピタキシャル基板とIII族窒化物層群との間、または、III族窒化物層内に中間層としてバッファ層やひずみ超格子などの多層積層膜を挿入することもできる。
【符号の説明】
【0115】
1 導電層
2 カソード部
2u 単位カソード電極
3 電極パッド層
4 (カソード部の)くり抜き領域
5 アノード部
5a、5c p型層
5b、5d 単位アノード電極
5u 単位アノード電極部
6 絶縁保護層
7、7a (P−N接合の)接合部
7b ショットキー接合の接合部
10 半導体素子
w 単位カソード電極と単位アノード部との間隔
w2 単位カソード電極の幅
w5 単位アノード部の幅

【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体素子であって、
ワイドバンドギャップ材料を用いて電子を多数キャリアとするように構成されてなる第1半導体層と、
前記半導体素子においてアノードとして作用し、
前記第1半導体層の一方の主面上に接合形成されてなり、それぞれが電気的に接続されてなる複数の単位アノード部、
を有するアノード部と、
前記半導体素子においてカソードとして作用し、
前記主面上に接合形成されてなり、それぞれが電気的に接続されてなる複数の単位カソード電極、
を有するカソード部と、
を備え、
前記主面上においては、前記複数の単位アノード部のそれぞれと前記複数の単位カソード電極のそれぞれとが交互に配置された電極列が形成されてなり、
前記複数の単位アノード部のそれぞれと前記第1半導体層との複数の接合部がそれぞれ第1接合部と第2接合部とからなり、
前記単位アノード部の前記第1接合部を構成する部分のうち少なくとも前記第1半導体層と接続する部分が、所定の半導体材料を用いて正孔を多数キャリアとするように構成されてなる第2半導体層であり、
前記第1接合部においてはP−N接合が形成されてなり、
前記単位アノード部の前記第2接合部を構成する部分のうち少なくとも前記第1半導体層と接続する部分が所定の金属によって構成されることにより、前記第2接合部においてはショットキー接合が形成されてなる、
ことを特徴とする半導体素子。
【請求項2】
請求項1に記載の半導体素子であって、
前記第1半導体層が、第1と第2の窒化物層を積層することにより形成されてなり、
前記第1と第2の窒化物層が、Al1−x−yGaInN(x≧0、y≧0、0≦x+y≦1)なる組成式で表現されるIII族窒化物を用いて、少なくとも前記第1と第2の窒化物層の隣接部分においては前記第1と第2の窒化物層を構成するIII族窒化物の禁制帯幅が相異なるように構成されてなる、
ことを特徴とする半導体素子。
【請求項3】
請求項2に記載の半導体素子であって、
前記第1と第2の窒化物層は所定の単結晶基材の上にエピタキシャル形成されてなる、
ことを特徴とする半導体素子。
【請求項4】
請求項2または請求項3に記載の半導体素子であって、
前記第1半導体層は前記第2の窒化物層の主面上に前記複数の単位アノード部が接合形成されるように形成されてなり、
少なくとも前記第1と第2の窒化物層の隣接部分においては、前記第2の窒化物層を構成するIII族窒化物の禁制帯幅よりも前記第1の窒化物層を構成するIII族窒化物の禁制帯幅の方が狭い、
ことを特徴とする半導体素子。
【請求項5】
請求項4に記載の半導体素子であって、
前記第2の窒化物層がAl1−xGaN(0≦x≦1)なる組成式で表現されるIII族窒化物を用いて構成されてなる、
ことを特徴とする半導体素子。
【請求項6】
請求項5に記載の半導体素子であって、
前記第2の窒化物層が、少なくとも前記第1の窒化物層と隣接する部分においてはAlNを用いて構成されてなる、
ことを特徴とする半導体素子。
【請求項7】
請求項4ないし請求項6のいずれかに記載の半導体素子であって、
前記第1の窒化物層が、少なくとも前記第2の窒化物層と隣接する部分においてはGa1−wInN(0≦w≦1)なる組成式で表現されるIII族窒化物を用いて構成されてなる、
ことを特徴とする半導体素子。
【請求項8】
請求項7に記載の半導体素子であって、
前記第1の窒化物層が、少なくとも前記第2の窒化物層と隣接しない部分においてはGaNを用いて構成されてなる、
ことを特徴とする半導体素子。
【請求項9】
請求項8に記載の半導体素子であって、
前記第1の窒化物層がGaNを用いて構成されてなる、
ことを特徴とする半導体素子。
【請求項10】
請求項4ないし請求項9のいずれかに記載の半導体素子であって、
前記第1と第2の窒化物層のそれぞれが、ウルツ鉱型構造を有するIII族窒化物を用いて(0001)面を主面として形成されてなる、
ことを特徴とする半導体素子。
【請求項11】
請求項1に記載の半導体素子であって、
前記第1半導体層のうち、少なくとも前記アノード部と接合される部分が、Al1−xGaN(0≦x≦1)なる組成式で表現されるIII族窒化物を用いて構成される、
ことを特徴とする半導体素子。
【請求項12】
請求項1ないし請求項11のいずれかに記載の半導体素子であって、
前記第2半導体層の正孔濃度が、少なくとも前記第1半導体層と接合される部分においては1×1019/cm以上である、
ことを特徴とする半導体素子。
【請求項13】
請求項1ないし請求項12のいずれかに記載の半導体素子であって、
前記第2半導体層のアクセプタ濃度が、少なくとも前記第1半導体層と接合される部分においては2×1020/cm以上である、
ことを特徴とする半導体素子。
【請求項14】
請求項12または請求項13に記載の半導体素子であって、
前記所定の半導体材料が、IV族半導体である、
ことを特徴とする半導体素子。
【請求項15】
請求項14に記載の半導体素子であって、
前記所定の半導体材料が、少なくとも前記第1半導体層と接合される部分においてはSi1−zGe(0≦z≦1)である、
ことを特徴とする半導体素子。
【請求項16】
請求項15に記載の半導体素子であって、
前記所定の半導体材料が、少なくとも前記第1半導体層と接合される部分においてはSiである、
ことを特徴とする半導体素子。
【請求項17】
請求項1ないし請求項16のいずれかに記載の半導体素子であって、
前記複数の単位アノード部と前記複数の単位カソード電極とを被覆するように前記電極列全体の上面に設けられてなり、前記アノード部と前記カソード電極部とを絶縁する絶縁層、
をさらに備えるとともに、
前記アノード部が、前記絶縁層の上に形成され、前記絶縁層に設けた導通部を介して前記複数の単位アノード部と導通接続されてなる金属層を有する、
ことを特徴とする半導体素子。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2013−51454(P2013−51454A)
【公開日】平成25年3月14日(2013.3.14)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2012−273006(P2012−273006)
【出願日】平成24年12月14日(2012.12.14)
【分割の表示】特願2007−79097(P2007−79097)の分割
【原出願日】平成19年3月26日(2007.3.26)
【出願人】(000004064)日本碍子株式会社 (2,325)
【Fターム(参考)】