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JP2019057589A - diode - Google Patents

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JP2019057589A JP2017180607A JP2017180607A JP2019057589A JP 2019057589 A JP2019057589 A JP 2019057589A JP 2017180607 A JP2017180607 A JP 2017180607A JP 2017180607 A JP2017180607 A JP 2017180607A JP 2019057589 A JP2019057589 A JP 2019057589A
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直高 岩田
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Abstract

To provide a technique to alleviate electric field concentration between a two-dimensional hole gas layer of a semiconductor laminate and an n-type semiconductor region, in a diode having a hetero junction type super junction structure.SOLUTION: A diode 1 with a hetero junction type super junction structure is provided. A two-dimensional hole gas layer (2DHG) and an n-type semiconductor region 104 are configured not to directly contact with each other due to a first insulative region 202.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書が開示する技術は、ヘテロ接合型スーパージャンクション構造を有するダイオードに関する。   The technology disclosed herein relates to a diode having a heterojunction super junction structure.

非特許文献1及び非特許文献2は、ヘテロ接合型スーパージャンクション構造を有するダイオードを開示する。このダイオードは、カソード電極と、アノード電極と、カソード電極とアノード電極の間に設けられている半導体積層体を備えている。半導体積層体は、接合面近傍に2次元電子ガス層を持つ第1ヘテロ接合と接合面近傍に2次元正孔ガス層を持つ第2ヘテロ接合を有しており、第1ヘテロ接合及び第2ヘテロ接合がカソード電極とアノード電極の間を結ぶ方向に沿って延びている。2次元電子ガス層及び2次元正孔ガス層は、例えば自発分極、ピエゾ分極及び/又はδドーピング等の不純物ドーピング技術を用いたキャリア供給層によって生成され得る。   Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 disclose a diode having a heterojunction super junction structure. The diode includes a cathode electrode, an anode electrode, and a semiconductor laminate provided between the cathode electrode and the anode electrode. The semiconductor laminate has a first hetero junction having a two-dimensional electron gas layer near the junction surface and a second hetero junction having a two-dimensional hole gas layer near the junction surface, and the first hetero junction and the second hetero junction A heterojunction extends along the direction connecting the cathode electrode and the anode electrode. The two-dimensional electron gas layer and the two-dimensional hole gas layer may be generated by a carrier supply layer using an impurity doping technique such as, for example, spontaneous polarization, piezo polarization and / or δ doping.

このダイオードが逆バイアスの状態になると、2次元電子ガス層と2次元正孔ガス層が空乏化する。2次元電子ガス層と2次元正孔ガス層は、半導体積層体の積層方向、即ち、カソード電極とアノード電極を結ぶ方向に対して直交する方向に対向している。このため、2次元電子ガス層と2次元正孔ガス層が空乏化すると、カソード電極とアノード電極を結ぶ方向に対して直交する方向に電界が発生する。このような電界が発生するヘテロ接合型スーパージャンクション構造は、pn接合を利用した従来のスーパージャンクション構造と同様に、アノード電極とカソード電極の間の電界強度を一様とすることができる。これにより、ヘテロ接合型スーパージャンクション構造を有するダイオードは、高い耐圧を有することができる。   When this diode is reverse biased, the two-dimensional electron gas layer and the two-dimensional hole gas layer are depleted. The two-dimensional electron gas layer and the two-dimensional hole gas layer face each other in a direction perpendicular to the stacking direction of the semiconductor stack, that is, the direction connecting the cathode electrode and the anode electrode. Therefore, when the two-dimensional electron gas layer and the two-dimensional hole gas layer are depleted, an electric field is generated in the direction orthogonal to the direction connecting the cathode electrode and the anode electrode. The heterojunction-type super junction structure in which such an electric field is generated can make the field intensity between the anode electrode and the cathode electrode uniform, as in the conventional super junction structure using a pn junction. Thus, a diode having a heterojunction super junction structure can have a high breakdown voltage.

Bo Song, Mingda Zhu, Zongyang Hu, Erhard Kohn, Debdeep Jena and Huil (Grace) Xing, GaN lateral PolarSJs: Polarization-doped super junctions, IEEE 72nd 2014Bo Song, Mingda Zhu, Zongyang Hu, Erhard Kohn, Debdeep Jena and Huil (Grace) Xing, GaN lateral Polar SJs: Polarization-doped super junctions, IEEE 72nd 2014 Tomoyoshi Kushida, Masato Ohmori, Shota Osanai, Daisuke Kawamoto, Takeshi Noda and Hiroyuki Sakaki, Electrical characteristics of AlGaAs/GaAs heterostructures with a pair of 2-D electron and hole channels, IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, VOL.62, NO.11, NOVEMBER 2015Tomoyoshi Kushida, Masato Ohmori, Shota Osanai, Daisuke Kawamoto, Takeshi Noda and Hiroyuki Sakaki, Electrical characteristics of AlGaAs / GaAs heterostructures with a pair of 2-D electron and hole channels, IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICE S, VOL. 11, NO. , NOVEMBER 2015

ヘテロ接合型スーパージャンクション構造を有するダイオードは、カソード電極と半導体積層体の間に設けられているn型半導体領域を備えている。半導体積層体の2次元電子ガス層は、このn型半導体領域を介してカソード電極にオーミック接触している。   The diode having the heterojunction super junction structure includes an n-type semiconductor region provided between the cathode electrode and the semiconductor stack. The two-dimensional electron gas layer of the semiconductor laminate is in ohmic contact with the cathode electrode through the n-type semiconductor region.

一方、半導体積層体の2次元正孔ガス層は、n型半導体領域とpn接合を構成している。このため、半導体積層体の2次元正孔ガス層とn型半導体領域のpn接合における電界集中が問題となる。   On the other hand, the two-dimensional hole gas layer of the semiconductor laminate constitutes a pn junction with the n-type semiconductor region. Therefore, the electric field concentration at the pn junction of the two-dimensional hole gas layer of the semiconductor laminate and the n-type semiconductor region becomes a problem.

本明細書は、ヘテロ接合型スーパージャンクション構造を有するダイオードにおいて、半導体積層体の2次元正孔ガス層とn型半導体領域の間の電界集中を緩和する技術を開示する。   The present specification discloses a technique for relaxing electric field concentration between a two-dimensional hole gas layer and an n-type semiconductor region of a semiconductor stack in a diode having a heterojunction super junction structure.

本明細書が開示するダイオードの一実施形態は、カソード電極と、アノード電極と、前記カソード電極と前記アノード電極の間に設けられている半導体積層体であって、2次元電子ガス層を生成する第1ヘテロ接合と2次元正孔ガス層を生成する第2ヘテロ接合を有し、前記第1ヘテロ接合及び前記第2ヘテロ接合が前記カソード電極と前記アノード電極の間を結ぶ方向に沿って延びている、半導体積層体と、前記カソード電極と前記半導体積層体の間に設けられているn型半導体領域と、第1絶縁性領域と、を備えることができる。前記2次元電子ガス層と前記n型半導体領域は、直接的に接するように構成されている。前記2次元正孔ガス層と前記n型半導体領域は、前記第1絶縁性領域によって直接的に接しないように構成されている。   One embodiment of the diode disclosed herein is a semiconductor laminate provided between a cathode electrode, an anode electrode, the cathode electrode and the anode electrode, and generates a two-dimensional electron gas layer. A first heterojunction and a second heterojunction for generating a two-dimensional hole gas layer, wherein the first heterojunction and the second heterojunction extend along a direction connecting between the cathode electrode and the anode electrode. And an n-type semiconductor region provided between the cathode electrode and the semiconductor laminate, and a first insulating region. The two-dimensional electron gas layer and the n-type semiconductor region are configured to be in direct contact with each other. The two-dimensional hole gas layer and the n-type semiconductor region are configured not to be in direct contact with each other by the first insulating region.

この実施形態のダイオードでは、第1絶縁性領域が設けられていることにより、2次元正孔ガス層とn型半導体領域が直接的に接しないように構成されている。これにより、2次元正孔ガス層とn型半導体領域の間の電界集中が緩和される。   In the diode according to this embodiment, the two-dimensional hole gas layer and the n-type semiconductor region are not in direct contact with each other by providing the first insulating region. Thereby, the electric field concentration between the two-dimensional hole gas layer and the n-type semiconductor region is relaxed.

第1実施形態のダイオードの要部断面図を模式的に示す。The principal part sectional view of the diode of a 1st embodiment is shown typically. 第2実施形態のダイオードの要部断面図を模式的に示す。The principal part sectional view of the diode of a 2nd embodiment is shown typically. 第3実施形態のダイオードの要部断面図を模式的に示す。The principal part sectional view of the diode of a 3rd embodiment is shown typically. 第4実施形態のダイオードの要部断面図を模式的に示す。The principal part sectional view of the diode of a 4th embodiment is shown typically. 第5実施形態のダイオードの要部断面図を模式的に示す。The principal part sectional view of the diode of a 5th embodiment is shown typically. 第6実施形態のダイオードの要部断面図を模式的に示す。The principal part sectional view of the diode of a 6th embodiment is shown typically. 第7実施形態のダイオードの要部断面図を模式的に示す。The principal part sectional view of the diode of a 7th embodiment is shown typically. 第8実施形態のダイオードの要部断面図を模式的に示す。The principal part sectional drawing of the diode of 8th Embodiment is shown typically. 第1実施形態のダイオードの変形例の要部断面図を模式的に示す。The principal part sectional view of the modification of the diode of a 1st embodiment is shown typically.

(第1実施形態)
図1に示されるように、ダイオード1は、カソード電極102と、アノード電極108と、カソード電極102とアノード電極108の間に設けられている半導体積層体10を備えている。
First Embodiment
As shown in FIG. 1, the diode 1 includes a cathode electrode 102, an anode electrode 108, and a semiconductor laminate 10 provided between the cathode electrode 102 and the anode electrode 108.

半導体積層体10は、半絶縁性のGaAsの基板11、i−GaAsのバッファ層12、i−AlGaAsのバリア層13、p−InGaPの正孔供給層14、i−GaAsのチャネル層15、n−InGaPの電子供給層16、及び、i−AlGaAsのバリア層17を有する。バッファ層12とバリア層13と正孔供給層14とチャネル層15と電子供給層16とバリア層17は、有機金属気相成長(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法を利用して、基板11の表面からこの順に成長して形成される。半導体積層体10の表面には、化学蒸着(CVD:Chemical Vapor Deposition)法を利用して、酸化シリコンの保護膜が形成されている。   The semiconductor laminate 10 includes a semi-insulating GaAs substrate 11, a buffer layer 12 of i-GaAs, a barrier layer 13 of i-AlGaAs, a hole supply layer 14 of p-InGaP, a channel layer 15 of i-GaAs, n An electron supply layer 16 of InGaP and a barrier layer 17 of i-AlGaAs; The buffer layer 12, the barrier layer 13, the hole supply layer 14, the channel layer 15, the electron supply layer 16, and the barrier layer 17 are made of the substrate 11 using metal organic chemical vapor deposition (MOCVD). It is formed by growing in this order from the surface of. On the surface of the semiconductor laminate 10, a protective film of silicon oxide is formed using a chemical vapor deposition (CVD) method.

ダイオード1はさらに、カソード電極102と半導体積層体10の間に設けられているn型半導体領域104、及び、アノード電極108と半導体積層体10の間に設けられているp型半導体領域106を備えている。n型半導体領域104は、カソード電極102の側面の大部分及び底面を被覆するように設けられており、カソード電極102と半導体積層体10の双方に接している。n型半導体領域104は、カソード電極102を形成するためのトレンチを形成した後に、斜めイオン注入技術を利用して、そのトレンチの側面及び底面にn型不純物を導入することで形成される。p型半導体領域106は、アノード電極108の側面の大部分及び底面を被覆するように設けられており、アノード電極108と半導体積層体10の双方に接している。p型半導体領域106は、アノード電極108を形成するためのトレンチを形成した後に、斜めイオン注入技術を利用して、そのトレンチの側面及び底面にp型不純物を導入することで形成される。   The diode 1 further includes an n-type semiconductor region 104 provided between the cathode electrode 102 and the semiconductor stack 10, and a p-type semiconductor region 106 provided between the anode electrode 108 and the semiconductor stack 10. ing. The n-type semiconductor region 104 is provided to cover most of the side surface and the bottom surface of the cathode electrode 102, and is in contact with both the cathode electrode 102 and the semiconductor stack 10. The n-type semiconductor region 104 is formed by introducing a n-type impurity into the side and bottom surfaces of the trench after forming the trench for forming the cathode electrode 102 using oblique ion implantation technology. The p-type semiconductor region 106 is provided to cover most of the side surface and the bottom surface of the anode electrode 108 and is in contact with both the anode electrode 108 and the semiconductor stack 10. The p-type semiconductor region 106 is formed by introducing a p-type impurity into the side surface and the bottom surface of the trench after forming the trench for forming the anode electrode 108 using oblique ion implantation technology.

ダイオード1はさらに、カソード側絶縁性領域202及びアノード側絶縁性領域204を備えている。これら絶縁性領域202,204は、空隙として形成されている。なお、カソード側絶縁性領域202は、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104が直接的に接しないように構成される限り、他の代替手段が採用され得る。例えば、カソード側絶縁性領域202に対応する領域に2次元正孔ガス層(2DHG)を生じさせない材料の絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。あるいは、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104の間を介在する位置に空隙、絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。同様に、アノード側絶縁性領域204は、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106が直接的に接しないように構成される限り、他の代替手段が採用され得る。例えば、アノード側絶縁性領域204に対応する領域に2次元電子ガス層(2DEG)を生じさせない材料の絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。あるいは、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106の間を介在する位置に空隙、絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。   The diode 1 further includes a cathode side insulating region 202 and an anode side insulating region 204. The insulating regions 202 and 204 are formed as air gaps. In addition, as long as the cathode side insulating region 202 is configured so as not to directly contact the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104, other alternative means may be adopted. For example, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor of a material that does not generate a two-dimensional hole gas layer (2DHG) in a region corresponding to the cathode-side insulating region 202 may be formed. Alternatively, an air gap, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor may be formed at a position where the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104 are interposed. Similarly, as long as the anode-side insulating region 204 is configured not to be in direct contact with the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type semiconductor region 106, other alternative means may be adopted. For example, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor of a material that does not generate a two-dimensional electron gas layer (2DEG) in a region corresponding to the anode-side insulating region 204 may be formed. Alternatively, an air gap, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor may be formed at a position where the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type semiconductor region 106 are interposed.

カソード側絶縁性領域202及びアノード側絶縁性領域204は、次の工程を経て形成することができる。まず、カソード電極102及びアノード電極108を形成するためのトレンチの一部として、硫酸エッチングを利用して、半導体積層体10の表面からバリア層17を貫通して電子供給層16に達するトレンチを形成する。次に、カソード電極102用のトレンチを保護膜で充填した後に、GaAs及びAlGaAsよりもInGaPのエッチングレートが速いエッチャント(例えば、塩酸)を用いて、電子供給層16を選択的にエッチングし、アノード側絶縁性領域204を形成する。アノード側絶縁性領域204の横幅は数μmである。次に、カソード電極102用のトレンチを充填していた保護膜を除去した後に、硫酸エッチングを利用して、チャネル層15を貫通して正孔供給層14に達するようにトレンチをさらに深くする。次に、アノード電極108用のトレンチを保護膜で充填した後に、塩酸エッチングを利用して、正孔供給層14を選択的にエッチングし、カソード側絶縁性領域202を形成する。カソード側絶縁性領域202の横幅は数μmである。このようにして、カソード電極102及びアノード電極108を形成するための工程の中で、カソード側絶縁性領域202及びアノード側絶縁性領域204を形成することができる。なお、カソード電極102及びアノード電極108は、さらに、次の工程を経て形成することができる。アノード電極108用のトレンチを充填していた保護膜を除去した後に、硫酸エッチングを利用して、バリア層13及びバッファ層12を貫通して基板11に達するようにトレンチをさらに深く形成する。その後、前述したように、斜めイオン注入技術を利用してn型半導体領域104及びp型半導体領域106を形成した後に、スパッタ法又は蒸着法を利用して、トレンチ内にカソード電極102及びアノード電極108を形成する。   The cathode side insulating region 202 and the anode side insulating region 204 can be formed through the following steps. First, as part of a trench for forming the cathode electrode 102 and the anode electrode 108, a trench is formed to penetrate the barrier layer 17 from the surface of the semiconductor laminate 10 to reach the electron supply layer 16 using sulfuric acid etching. Do. Next, after filling the trench for the cathode electrode 102 with a protective film, the electron supply layer 16 is selectively etched using an etchant (for example, hydrochloric acid) having a faster etching rate of InGaP than GaAs and AlGaAs. Side insulating regions 204 are formed. The lateral width of the anode-side insulating region 204 is several μm. Next, after removing the protective film filling the trench for the cathode electrode 102, the trench is further deepened to penetrate the channel layer 15 to reach the hole supply layer 14 using sulfuric acid etching. Next, after the trench for the anode electrode 108 is filled with a protective film, the hole supply layer 14 is selectively etched using hydrochloric acid etching to form the cathode-side insulating region 202. The lateral width of the cathode side insulating region 202 is several μm. Thus, in the process for forming the cathode electrode 102 and the anode electrode 108, the cathode side insulating region 202 and the anode side insulating region 204 can be formed. The cathode electrode 102 and the anode electrode 108 can be further formed through the following steps. After removing the protective film filling the trench for the anode electrode 108, the trench is further deepened to penetrate the barrier layer 13 and the buffer layer 12 to reach the substrate 11 using sulfuric acid etching. Thereafter, as described above, after the n-type semiconductor region 104 and the p-type semiconductor region 106 are formed using oblique ion implantation technology, the cathode electrode 102 and the anode electrode are formed in the trench using sputtering or evaporation. Form 108.

次に、ダイオード1の動作を説明する。カソード電極102よりも高い電圧がアノード電極108に印加されると、ダイオード1は順バイアスの状態となる。このとき、正孔供給層14とチャネル層15のヘテロ接合面のうちのチャネル層15側に、正孔供給層14から正孔が供給されて2次元正孔ガス層(2DHG)が生成される。一方、チャネル層15と電子供給層16のヘテロ接合面のうちのチャネル層15側に、電子供給層16から電子が供給されて2次元電子ガス層(2DEG)が生成される。これにより、p型半導体領域106から2次元正孔ガス層(2DHG)を介してチャネル層15に正孔が注入され、n型半導体領域104から2次元電子ガス層(2DEG)を介してチャネル層15に電子が注入される。ダイオード1は、2次元正孔ガス層(2DHG)とi−GaAsのチャネル層15と2次元電子ガス層(2DEG)で構成されるPIN構造を有しており、PINダイオードとして動作することができる。ダイオード1は、2次元正孔ガス層(2DHG)と2次元電子ガス層(2DEG)をチャネルとして利用することができるので、低いオン抵抗を有することができる。   Next, the operation of the diode 1 will be described. When a voltage higher than that of the cathode electrode 102 is applied to the anode electrode 108, the diode 1 is in a forward bias state. At this time, holes are supplied from the hole supply layer 14 on the channel layer 15 side of the heterojunction surface of the hole supply layer 14 and the channel layer 15 to generate a two-dimensional hole gas layer (2DHG). . On the other hand, electrons are supplied from the electron supply layer 16 on the channel layer 15 side of the heterojunction surface of the channel layer 15 and the electron supply layer 16 to generate a two-dimensional electron gas layer (2DEG). Thereby, holes are injected from the p-type semiconductor region 106 into the channel layer 15 through the two-dimensional hole gas layer (2DHG), and from the n-type semiconductor region 104 through the two-dimensional electron gas layer (2DEG), the channel layer Electrons are injected into 15. The diode 1 has a PIN structure including a two-dimensional hole gas layer (2DHG), a channel layer 15 of i-GaAs, and a two-dimensional electron gas layer (2DEG), and can operate as a PIN diode. . The diode 1 can have low on-resistance because it can use a two-dimensional hole gas layer (2DHG) and a two-dimensional electron gas layer (2DEG) as a channel.

アノード電極108よりも高い電圧がカソード電極102に印加されると、ダイオード1は逆バイアスの状態となる。ダイオード1が逆バイアスのとき、2次元電子ガス層(2DEG)と2次元正孔ガス層(2DHG)が空乏化する。2次元電子ガス層(2DEG)と2次元正孔ガス層(2DHG)が空乏化すると、2次元電子ガス層(2DEG)が空乏化された領域に正の固定電荷が残存し、2次元正孔ガス層(2DHG)が空乏化された領域に負の固定電荷が残存し、これら固定電荷の間の電界がカソード電極102とアノード電極108を結ぶ方向に対して直交する方向に発生する。このように、ダイオード1は、ヘテロ接合型スーパージャンクション構造を有しており、通常のスーパージャンクション構造と同様に、カソード電極102とアノード電極108の間の電界強度を一様とすることができる。このため、ダイオード1は、高耐圧な特性を有することができる。   When a voltage higher than the anode electrode 108 is applied to the cathode electrode 102, the diode 1 is in a reverse bias state. When the diode 1 is reverse biased, the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the two-dimensional hole gas layer (2DHG) are depleted. When the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the two-dimensional hole gas layer (2DHG) are depleted, positive fixed charges remain in the region where the two-dimensional electron gas layer (2DEG) is depleted, and two-dimensional holes A negative fixed charge remains in the region where the gas layer (2DHG) is depleted, and an electric field between these fixed charges is generated in a direction orthogonal to the direction connecting the cathode electrode 102 and the anode electrode 108. Thus, the diode 1 has a heterojunction-type super junction structure, and can make the electric field strength between the cathode electrode 102 and the anode electrode 108 uniform as in a normal super junction structure. Therefore, the diode 1 can have high withstand voltage characteristics.

さらに、ダイオード1は、カソード側絶縁性領域202を備えている。カソード側絶縁性領域202が設けられているので、カソード側絶縁性領域202が隣接するチャネル層15に2次元正孔ガス層(2DHG)が形成されず、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104が直接的に接しないように構成されている。例えば、カソード側絶縁性領域202が設けられていない場合、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104のpn接合面での電界集中が懸念される。一方、ダイオード1では、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104の間にi−GaAsのチャネル層15が介在することにより、この部分の電界集中が緩和され、高耐圧な特性が実現される。   Furthermore, the diode 1 is provided with a cathode side insulating region 202. Since the cathode side insulating region 202 is provided, the two-dimensional hole gas layer (2DHG) is not formed in the channel layer 15 adjacent to the cathode side insulating region 202, and the two-dimensional hole gas layer (2DHG) The n-type semiconductor region 104 is configured not to be in direct contact with each other. For example, when the cathode side insulating region 202 is not provided, electric field concentration at the pn junction surface of the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104 is concerned. On the other hand, in the diode 1, when the channel layer 15 of i-GaAs is interposed between the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104, the electric field concentration in this portion is relaxed and the high withstand voltage characteristics Is realized.

さらに、ダイオード1は、アノード側絶縁性領域204を備えている。アノード側絶縁性領域204が設けられているので、アノード側絶縁性領域204が隣接するチャネル層15に2次元電子ガス層(2DEG)が形成されず、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106が直接的に接しないように構成されている。例えば、アノード側絶縁性領域204が設けられていない場合、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106のpn接合面での電界集中が懸念される。一方、ダイオード1では、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106の間にi−GaAsのチャネル層15が介在することにより、この部分の電界集中が緩和され、高耐圧な特性が実現される。   Furthermore, the diode 1 is provided with an anode side insulating region 204. Since the anode-side insulating region 204 is provided, the two-dimensional electron gas layer (2DEG) is not formed in the channel layer 15 adjacent to the anode-side insulating region 204, and the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type The semiconductor region 106 is configured not to be in direct contact with each other. For example, when the anode-side insulating region 204 is not provided, electric field concentration at the pn junction of the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type semiconductor region 106 is concerned. On the other hand, in the diode 1, the electric field concentration in this portion is relaxed by interposing the channel layer 15 of i-GaAs between the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type semiconductor region 106, and high withstand voltage characteristics are obtained. To be realized.

上記したように、第1実施形態のダイオード1は、低いオン抵抗と高い耐圧を両立させることができる。   As described above, the diode 1 of the first embodiment can achieve both low on-resistance and high breakdown voltage.

(第2実施形態)
図2に、第2実施形態のダイオード2を示す。なお、第1実施形態のダイオード1と実質的に同一の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略することがある。
Second Embodiment
The diode 2 of 2nd Embodiment is shown in FIG. In addition, about the component substantially the same as the diode 1 of 1st Embodiment, the same code | symbol may be attached | subjected and the description may be abbreviate | omitted.

図2に示されるように、ダイオード2は、カソード電極102と、アノード電極108と、カソード電極102とアノード電極108の間に設けられている半導体積層体20を備えている。   As shown in FIG. 2, the diode 2 includes a cathode electrode 102, an anode electrode 108, and a semiconductor laminate 20 provided between the cathode electrode 102 and the anode electrode 108.

半導体積層体20は、半絶縁性のGaAsの基板21、i−GaAsのバッファ層22、i−AlGaAsの第1バリア層23、i−GaAsのpチャネル用量子井戸層24、i−InGaPの正孔供給層25、i−GaAsのチャネル層26、i−InGaPの電子供給層27、i−GaAsのnチャネル用量子井戸層28、及び、i−AlGaAsの第2バリア層29を有する。正孔供給層25には、pチャネル用量子井戸層24に近接した位置にp型不純物を含むp型σドープ層が形成されている。電子供給層27には、nチャネル用量子井戸層28に近接した位置にn型不純物を含むn型σドープ層が形成されている。バッファ層22と第1バリア層23とpチャネル用量子井戸層24と正孔供給層25とチャネル層26と電子供給層27とnチャネル用量子井戸層28と第2バリア層29は、有機金属気相成長法を利用して、基板21の表面からこの順に成長して形成される。   The semiconductor stack 20 includes a semi-insulating GaAs substrate 21, an i-GaAs buffer layer 22, an i-AlGaAs first barrier layer 23, an i-GaAs p-channel quantum well layer 24, and an i-InGaP positive A hole supply layer 25, a channel layer 26 of i-GaAs, an electron supply layer 27 of i-InGaP, an n-channel quantum well layer 28 of i-GaAs, and a second barrier layer 29 of i-AlGaAs are provided. In the hole supply layer 25, a p-type σ-doped layer containing a p-type impurity is formed at a position close to the p-channel quantum well layer 24. In the electron supply layer 27, an n-type σ-doped layer containing an n-type impurity is formed at a position close to the n-channel quantum well layer 28. The buffer layer 22, the first barrier layer 23, the p-channel quantum well layer 24, the hole supply layer 25, the channel layer 26, the electron supply layer 27, the n-channel quantum well layer 28 and the second barrier layer 29 It is grown and formed in this order from the surface of the substrate 21 using a vapor deposition method.

ダイオード2はさらに、カソード側絶縁性領域206及びアノード側絶縁性領域208を備えている。これら絶縁性領域206,208は、空隙として形成されている。なお、カソード側絶縁性領域206は、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104が直接的に接しないように構成される限り、他の代替手段が採用され得る。例えば、カソード側絶縁性領域206に対応する領域に2次元正孔ガス層(2DHG)を生じさせない材料の絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。あるいは、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104の間を介在する位置に空隙、絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。同様に、アノード側絶縁性領域208は、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106が直接的に接しないように構成される限り、他の代替手段が採用され得る。例えば、アノード側絶縁性領域208に対応する領域に2次元電子ガス層(2DEG)を生じさせない材料の絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。あるいは、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106の間を介在する位置に空隙、絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。   The diode 2 further includes a cathode side insulating region 206 and an anode side insulating region 208. The insulating regions 206 and 208 are formed as air gaps. In addition, as long as the cathode side insulating region 206 is configured so as not to directly contact the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104, other alternative means may be adopted. For example, an insulator, a semi-insulator, or a high-resistance semiconductor of a material that does not generate a two-dimensional hole gas layer (2DHG) in a region corresponding to the cathode-side insulating region 206 may be formed. Alternatively, an air gap, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor may be formed at a position where the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104 are interposed. Similarly, as long as the anode-side insulating region 208 is configured so as not to directly contact the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type semiconductor region 106, other alternative means may be adopted. For example, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor of a material that does not generate a two-dimensional electron gas layer (2DEG) in a region corresponding to the anode-side insulating region 208 may be formed. Alternatively, an air gap, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor may be formed at a position where the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type semiconductor region 106 are interposed.

カソード側絶縁性領域206及びアノード側絶縁性領域208は、次の工程を経て形成することができる。まず、カソード電極102及びアノード電極108を形成するためのトレンチの一部として、硫酸エッチングを利用して、半導体積層体20の表面から第2バリア層29及びnチャネル用量子井戸層28を貫通して電子供給層27に達するトレンチを形成する。次に、カソード電極102用のトレンチを保護膜で充填した後に、塩酸エッチングを利用して、電子供給層27を選択的にエッチングし、アノード側絶縁性領域208を形成する。アノード側絶縁性領域208の横幅は数μmである。次に、カソード電極102用のトレンチを充填していた保護膜を除去した後に、硫酸エッチングを利用して、チャネル層26を貫通して正孔供給層25に達するようにトレンチをさらに深くする。次に、アノード電極108用のトレンチを保護膜で充填した後に、塩酸エッチングを利用して、正孔供給層25を選択的にエッチングし、カソード側絶縁性領域206を形成する。カソード側絶縁性領域206の横幅は数μmである。このようにして、カソード電極102及びアノード電極108を形成するための工程の中で、カソード側絶縁性領域206及びアノード側絶縁性領域208を形成することができる。なお、カソード電極102及びアノード電極108は、さらに、次の工程を経て形成することができる。アノード電極108用のトレンチを充填していた保護膜を除去した後に、硫酸エッチングを利用して、pチャネル用量子井戸層24、第1バリア層23及びバッファ層22を貫通して基板21に達するようにトレンチをさらに深く形成する。その後、前述したように、斜めイオン注入技術を利用してn型半導体領域104及びp型半導体領域106を形成した後に、スパッタ法又は蒸着法を利用して、トレンチ内にカソード電極102及びアノード電極108を形成する。   The cathode side insulating region 206 and the anode side insulating region 208 can be formed through the following steps. First, as a part of a trench for forming the cathode electrode 102 and the anode electrode 108, the second barrier layer 29 and the n-channel quantum well layer 28 are penetrated from the surface of the semiconductor laminate 20 using sulfuric acid etching. A trench reaching the electron supply layer 27 is formed. Next, after filling the trench for the cathode electrode 102 with a protective film, the electron supply layer 27 is selectively etched using hydrochloric acid etching to form an anode-side insulating region 208. The lateral width of the anode-side insulating region 208 is several μm. Next, after removing the protective film filling the trench for the cathode electrode 102, the trench is further deepened to penetrate the channel layer 26 to reach the hole supply layer 25 using sulfuric acid etching. Next, after the trench for the anode electrode 108 is filled with a protective film, the hole supply layer 25 is selectively etched using hydrochloric acid etching to form a cathode-side insulating region 206. The lateral width of the cathode side insulating region 206 is several μm. Thus, in the process for forming the cathode electrode 102 and the anode electrode 108, the cathode side insulating region 206 and the anode side insulating region 208 can be formed. The cathode electrode 102 and the anode electrode 108 can be further formed through the following steps. After the protective film filling the trench for the anode electrode 108 is removed, sulfuric acid etching is used to penetrate the p channel quantum well layer 24, the first barrier layer 23 and the buffer layer 22 to reach the substrate 21. To make the trench deeper. Thereafter, as described above, after the n-type semiconductor region 104 and the p-type semiconductor region 106 are formed using oblique ion implantation technology, the cathode electrode 102 and the anode electrode are formed in the trench using sputtering or evaporation. Form 108.

次に、ダイオード2の動作を説明する。カソード電極102よりも高い電圧がアノード電極108に印加されると、ダイオード2は順バイアスの状態となる。このとき、pチャネル用量子井戸層24と正孔供給層25のヘテロ接合面のうちのpチャネル用量子井戸層24側に、正孔供給層25のp型σドープ層から正孔が供給されて2次元正孔ガス層(2DHG)が生成される。一方、電子供給層27とnチャネル用量子井戸層28のヘテロ接合面のうちのnチャネル用量子井戸層28側に、電子供給層27のn型σドープ層から電子が供給されて2次元電子ガス層(2DEG)が生成される。これにより、p型半導体領域106から2次元正孔ガス層(2DHG)を介してチャネル層26に正孔が注入され、n型半導体領域104から2次元電子ガス層(2DEG)を介してチャネル層26に電子が注入される。ダイオード2は、2次元正孔ガス層(2DHG)とi−GaAsのチャネル層26と2次元電子ガス層(2DEG)で構成されるPIN構造を有しており、PINダイオードとして動作することができる。ダイオード2は、2次元正孔ガス層(2DHG)と2次元電子ガス層(2DEG)をチャネルとして利用することができるので、低いオン抵抗を有することができる。さらに、2次元正孔ガス層(2DHG)がpチャネル用量子井戸層24に生成され、2次元電子ガス層(2DEG)がnチャネル用量子井戸層28に生成されるので、極めて低いオン抵抗が実現される。   Next, the operation of the diode 2 will be described. When a voltage higher than that of the cathode electrode 102 is applied to the anode electrode 108, the diode 2 is in a forward bias state. At this time, holes are supplied from the p-type σ-doped layer of the hole supply layer 25 to the p-channel quantum well layer 24 side of the heterojunction surface of the p-channel quantum well layer 24 and the hole supply layer 25. Thus, a two-dimensional hole gas layer (2DHG) is generated. On the other hand, electrons are supplied from the n-type σ-doped layer of the electron supply layer 27 to the n-channel quantum well layer 28 side of the heterojunction surface of the electron supply layer 27 and the n-channel quantum well layer 28 to obtain two-dimensional electrons A gas layer (2 DEG) is produced. Thereby, holes are injected from the p-type semiconductor region 106 into the channel layer 26 through the two-dimensional hole gas layer (2DHG), and from the n-type semiconductor region 104 through the two-dimensional electron gas layer (2DEG), the channel layer Electrons are injected into 26. The diode 2 has a PIN structure including a two-dimensional hole gas layer (2DHG), a channel layer 26 of i-GaAs, and a two-dimensional electron gas layer (2DEG), and can operate as a PIN diode. . The diode 2 can use a two-dimensional hole gas layer (2DHG) and a two-dimensional electron gas layer (2DEG) as a channel, and thus can have low on-resistance. Furthermore, since a two-dimensional hole gas layer (2DHG) is generated in the p-channel quantum well layer 24 and a two-dimensional electron gas layer (2DEG) is generated in the n-channel quantum well layer 28, extremely low on-resistance is obtained. To be realized.

アノード電極108よりも高い電圧がカソード電極102に印加されると、ダイオード2は逆バイアスの状態となる。ダイオード2が逆バイアスのとき、2次元電子ガス層(2DEG)と2次元正孔ガス層(2DHG)が空乏化する。2次元電子ガス層(2DEG)と2次元正孔ガス層(2DHG)が空乏化すると、2次元電子ガス層(2DEG)が空乏化された領域に正の固定電荷が残存し、2次元正孔ガス層(2DHG)が空乏化された領域に負の固定電荷が残存し、これら固定電荷の間の電界がカソード電極102とアノード電極108を結ぶ方向に対して直交する方向に発生する。このように、ダイオード2も、ヘテロ接合型スーパージャンクション構造を有しており、通常のスーパージャンクション構造と同様に、カソード電極102とアノード電極108の間の電界強度を一様とすることができる。このため、ダイオード2は、高耐圧な特性を有することができる。   When a voltage higher than that of the anode electrode 108 is applied to the cathode electrode 102, the diode 2 is in a reverse bias state. When the diode 2 is reverse biased, the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the two-dimensional hole gas layer (2DHG) are depleted. When the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the two-dimensional hole gas layer (2DHG) are depleted, positive fixed charges remain in the region where the two-dimensional electron gas layer (2DEG) is depleted, and two-dimensional holes A negative fixed charge remains in the region where the gas layer (2DHG) is depleted, and an electric field between these fixed charges is generated in a direction orthogonal to the direction connecting the cathode electrode 102 and the anode electrode 108. Thus, the diode 2 also has a heterojunction-type super junction structure, and the electric field strength between the cathode electrode 102 and the anode electrode 108 can be made uniform as in a normal super junction structure. Therefore, the diode 2 can have high withstand voltage characteristics.

さらに、ダイオード2は、カソード側絶縁性領域206を備えている。カソード側絶縁性領域206が設けられているので、カソード側絶縁領域206が隣接するpチャネル用量子井戸層24に2次元正孔ガス層(2DHG)が形成されず、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104が直接的に接しないように構成されている。ダイオード2では、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104の間にi−GaAsのpチャネル用量子井戸層24が介在することにより、この部分の電界集中が緩和され、高耐圧な特性が実現される。   Furthermore, the diode 2 is provided with a cathode side insulating region 206. Since the cathode side insulating region 206 is provided, the two-dimensional hole gas layer (2DHG) is not formed in the p-channel quantum well layer 24 adjacent to the cathode side insulating region 206, and thus the two-dimensional hole gas layer 2DHG) and the n-type semiconductor region 104 are configured not to be in direct contact with each other. In the diode 2, when the p-channel quantum well layer 24 of i-GaAs is interposed between the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104, the electric field concentration in this portion is relaxed and the high breakdown voltage Characteristics are realized.

さらに、ダイオード2は、アノード側絶縁性領域208を備えている。アノード側絶縁性領域208が設けられているので、アノード側絶縁性領域208が隣接するnチャネル用量子井戸層28に2次元電子ガス層(2DEG)が形成されず、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106が直接的に接しないように構成されている。ダイオード2では、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106の間にi−GaAsのnチャネル用量子井戸層28が介在することにより、この部分の電界集中が緩和され、高耐圧な特性が実現される。   Furthermore, the diode 2 is provided with the anode side insulating region 208. Since the anode-side insulating region 208 is provided, the two-dimensional electron gas layer (2DEG) is not formed in the n-channel quantum well layer 28 adjacent to the anode-side insulating region 208, and the two-dimensional electron gas layer (2DEG) And the p-type semiconductor region 106 are not in direct contact with each other. In the diode 2, the n-channel quantum well layer 28 of i-GaAs intervenes between the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type semiconductor region 106, whereby the electric field concentration in this portion is alleviated, and high withstand voltage is achieved. Characteristics are realized.

上記したように、第2実施形態のダイオード2は、低いオン抵抗と高い耐圧を両立させることができる。   As described above, the diode 2 of the second embodiment can achieve both low on-resistance and high withstand voltage.

(第3実施形態)
図3に、第3実施形態のダイオード3を示す。なお、第1実施形態のダイオード1と実質的に同一の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
Third Embodiment
The diode 3 of 3rd Embodiment is shown in FIG. In addition, about the component substantially the same as the diode 1 of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図3に示されるように、ダイオード3は、カソード電極102と、アノード電極108と、カソード電極102とアノード電極108の間に設けられている半導体積層体30を備えている。   As shown in FIG. 3, the diode 3 includes a cathode electrode 102, an anode electrode 108, and a semiconductor laminate 30 provided between the cathode electrode 102 and the anode electrode 108.

半導体積層体30は、サファイアの基板31、i−GaAsのバッファ層32、i−AlGaAsの第1バリア層33、i−InGaPの正孔供給層34、i−GaAsのチャネル層35、i−InGaPの電子供給層36、及び、i−AlGaAsの第2バリア層37を有する。チャネル層35には、正孔供給層34に近接した位置にp型不純物を含むp型σドープ層が形成されており、電子供給層36に近接した位置にn型不純物を含むn型σドープ層が形成されている。バッファ層32と第1バリア層33と正孔供給層34とチャネル層35と電子供給層36と第2バリア層37は、有機金属気相成長法を利用して、基板31の表面からこの順に成長して形成される。   The semiconductor stack 30 includes a sapphire substrate 31, an i-GaAs buffer layer 32, an i-AlGaAs first barrier layer 33, an i-InGaP hole supply layer 34, an i-GaAs channel layer 35, and an i-InGaP layer. And the second barrier layer 37 of i-AlGaAs. In the channel layer 35, a p-type σ-doped layer containing a p-type impurity is formed at a position close to the hole supply layer 34, and an n-type σ-doped layer containing an n-type impurity at a position close to the electron supply layer 36. A layer is formed. The buffer layer 32, the first barrier layer 33, the hole supply layer 34, the channel layer 35, the electron supply layer 36 and the second barrier layer 37 are arranged in this order from the surface of the substrate 31 using metalorganic vapor phase epitaxy. Grow and form.

ダイオード3はさらに、カソード側絶縁性領域210及びアノード側絶縁性領域212を備えている。これら絶縁性領域210,212は、空隙として形成されている。なお、カソード側絶縁性領域210は、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104が直接的に接しないように構成される限り、他の代替手段が採用され得る。例えば、カソード側絶縁性領域210に対応する領域に2次元正孔ガス層(2DHG)を生じさせない材料の絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。あるいは、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104の間を介在する位置に空隙、絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。同様に、アノード側絶縁性領域212は、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106が直接的に接しないように構成される限り、他の代替手段が採用され得る。例えば、アノード側絶縁性領域212に対応する領域に2次元電子ガス層(2DEG)を生じさせない材料の絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。あるいは、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106の間を介在する位置に空隙、絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。   The diode 3 further includes a cathode side insulating region 210 and an anode side insulating region 212. The insulating regions 210 and 212 are formed as air gaps. As long as the cathode side insulating region 210 is configured so as not to directly contact the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104, other alternative means may be employed. For example, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor of a material that does not generate a two-dimensional hole gas layer (2DHG) in a region corresponding to the cathode-side insulating region 210 may be formed. Alternatively, an air gap, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor may be formed at a position where the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104 are interposed. Similarly, as long as the anode-side insulating region 212 is configured so as not to directly contact the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type semiconductor region 106, other alternative means may be adopted. For example, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor of a material that does not generate a two-dimensional electron gas layer (2DEG) in a region corresponding to the anode-side insulating region 212 may be formed. Alternatively, an air gap, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor may be formed at a position where the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type semiconductor region 106 are interposed.

次に、ダイオード3の動作を説明する。カソード電極102よりも高い電圧がアノード電極108に印加されると、ダイオード3は順バイアスの状態となる。このとき、正孔供給層34とチャネル層35のヘテロ接合面のうちのチャネル層35側に、チャネル層のp型σドープ層から正孔が供給されて2次元正孔ガス層(2DHG)が生成される。一方、チャネル層35と電子供給層36のヘテロ接合面のうちのチャネル層35側に、チャネル層35のn型σドープ層から電子が供給されて2次元電子ガス層(2DEG)が生成される。これにより、p型半導体領域106から2次元正孔ガス層(2DHG)を介してチャネル層35に正孔が注入され、n型半導体領域104から2次元電子ガス層(2DEG)を介してチャネル層35に電子が注入される。ダイオード3は、2次元正孔ガス層(2DHG)とi−GaAsのチャネル層35と2次元電子ガス層(2DEG)で構成されるPIN構造を有しており、PINダイオードとして動作することができる。ダイオード3は、2次元正孔ガス層(2DHG)と2次元電子ガス層(2DEG)をチャネルとして利用することができるので、低いオン抵抗を有することができる。   Next, the operation of the diode 3 will be described. When a voltage higher than that of the cathode electrode 102 is applied to the anode electrode 108, the diode 3 is in a forward bias state. At this time, holes are supplied from the p-type σ-doped layer of the channel layer to the channel layer 35 side of the heterojunction surface of the hole supply layer 34 and the channel layer 35, and a two-dimensional hole gas layer (2DHG) is formed. It is generated. On the other hand, electrons are supplied from the n-type σ-doped layer of the channel layer 35 to the channel layer 35 side of the heterojunction surface of the channel layer 35 and the electron supply layer 36 to generate a two-dimensional electron gas layer (2DEG). . Thereby, holes are injected from the p-type semiconductor region 106 to the channel layer 35 via the two-dimensional hole gas layer (2DHG), and from the n-type semiconductor region 104 to the channel layer via the two-dimensional electron gas layer (2DEG). Electrons are injected into 35. The diode 3 has a PIN structure including a two-dimensional hole gas layer (2DHG), a channel layer 35 of i-GaAs, and a two-dimensional electron gas layer (2DEG), and can operate as a PIN diode. . The diode 3 can use a two-dimensional hole gas layer (2DHG) and a two-dimensional electron gas layer (2DEG) as a channel, and therefore can have low on-resistance.

アノード電極108よりも高い電圧がカソード電極102に印加されると、ダイオード3は逆バイアスの状態となる。ダイオード3が逆バイアスのとき、2次元電子ガス層(2DEG)と2次元正孔ガス層(2DHG)が空乏化する。2次元電子ガス層(2DEG)と2次元正孔ガス層(2DHG)が空乏化すると、2次元電子ガス層(2DEG)が空乏化された領域に正の固定電荷が残存し、2次元正孔ガス層(2DHG)が空乏化された領域に負の固定電荷が残存し、これら固定電荷の間の電界がカソード電極102とアノード電極108を結ぶ方向に対して直交する方向に発生する。このように、ダイオード3も、ヘテロ接合型スーパージャンクション構造を有しており、通常のスーパージャンクション構造と同様に、カソード電極102とアノード電極108の間の電界強度を一様とすることができる。このため、ダイオード3は、高耐圧な特性を有することができる。   When a voltage higher than the anode electrode 108 is applied to the cathode electrode 102, the diode 3 is in a reverse bias state. When the diode 3 is reverse biased, the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the two-dimensional hole gas layer (2DHG) are depleted. When the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the two-dimensional hole gas layer (2DHG) are depleted, positive fixed charges remain in the region where the two-dimensional electron gas layer (2DEG) is depleted, and two-dimensional holes A negative fixed charge remains in the region where the gas layer (2DHG) is depleted, and an electric field between these fixed charges is generated in a direction orthogonal to the direction connecting the cathode electrode 102 and the anode electrode 108. Thus, the diode 3 also has a heterojunction-type super junction structure, and can make the electric field strength between the cathode electrode 102 and the anode electrode 108 uniform as in a normal super junction structure. Thus, the diode 3 can have high withstand voltage characteristics.

さらに、ダイオード3は、カソード側絶縁性領域210を備えている。カソード側絶縁性領域210が設けられているので、カソード側絶縁性領域210が隣接するチャネル層35に2次元正孔ガス層(2DHG)が形成されず、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104が直接的に接しないように構成されている。ダイオード3では、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104の間にi−GaAsのチャネル層35が介在することにより、この部分の電界集中が緩和され、高耐圧な特性が実現される。   Furthermore, the diode 3 includes a cathode side insulating region 210. Since the cathode side insulating region 210 is provided, the two-dimensional hole gas layer (2DHG) is not formed in the channel layer 35 adjacent to the cathode side insulating region 210, and the two-dimensional hole gas layer (2DHG) is formed. The n-type semiconductor region 104 is configured not to be in direct contact with each other. In the diode 3, when the channel layer 35 of i-GaAs is interposed between the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104, the electric field concentration in this portion is relaxed and high withstand voltage characteristics are realized. Be done.

さらに、ダイオード3は、アノード側絶縁性領域212を備えている。アノード側絶縁性領域212が設けられているので、アノード側絶縁性領域212が隣接するチャネル層35に2次元電子ガス層(2DEG)が形成されず、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106が直接的に接しないように構成されている。ダイオード3では、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106の間にi−GaAsのチャネル層35が介在することにより、この部分の電界集中が緩和され、高耐圧な特性が実現される。   Furthermore, the diode 3 includes an anode-side insulating region 212. Since the anode-side insulating region 212 is provided, the two-dimensional electron gas layer (2DEG) is not formed in the channel layer 35 adjacent to the anode-side insulating region 212, and the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type The semiconductor region 106 is configured not to be in direct contact with each other. In the diode 3, the electric field concentration in this portion is relaxed by interposing the channel layer 35 of i-GaAs between the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type semiconductor region 106, and high withstand voltage characteristics are realized. Ru.

上記したように、第3実施形態のダイオード3は、低いオン抵抗と高い耐圧を両立させることができる。   As described above, the diode 3 of the third embodiment can achieve both low on-resistance and high withstand voltage.

(第4実施形態)
図4に、第4実施形態のダイオード4を示す。なお、第1実施形態のダイオード1と実質的に同一の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
Fourth Embodiment
The diode 4 of 4th Embodiment is shown in FIG. In addition, about the component substantially the same as the diode 1 of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図4に示されるように、ダイオード4は、カソード電極102と、アノード電極108と、カソード電極102とアノード電極108の間に設けられている半導体積層体40を備えている。   As shown in FIG. 4, the diode 4 includes a cathode electrode 102, an anode electrode 108, and a semiconductor laminate 40 provided between the cathode electrode 102 and the anode electrode 108.

半導体積層体40は、シリコンの基板41、i−AlGaNのバッファ層42、i−AlGaNの第1バリア層43、p+−AlGaNの正孔供給層44、i−GaNのチャネル層45、n+−AlGaNの電子供給層46、及び、i−AlGaNの第2バリア層47を有する。バッファ層42と第1バリア層43と正孔供給層44とチャネル層45と電子供給層46と第2バリア層47は、有機金属気相成長法を利用して、基板41の表面からこの順に成長して形成される。 The semiconductor laminate 40 includes a substrate 41 of silicon, a buffer layer 42 of i-AlGaN, a first barrier layer 43 of i-AlGaN, a hole supply layer 44 of p + -AlGaN, a channel layer 45 of i-GaN, n + An electron supply layer 46 of AlGaN and a second barrier layer 47 of i-AlGaN. The buffer layer 42, the first barrier layer 43, the hole supply layer 44, the channel layer 45, the electron supply layer 46, and the second barrier layer 47 are arranged in this order from the surface of the substrate 41 using metalorganic vapor phase epitaxy. Grow and form.

ダイオード4はさらに、カソード側絶縁性領域214及びアノード側絶縁性領域216を備えている。これら絶縁性領域214,216は、空隙として形成されている。なお、カソード側絶縁性領域214は、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104が直接的に接しないように構成される限り、他の代替手段が採用され得る。例えば、カソード側絶縁性領域214に対応する領域に2次元正孔ガス層(2DHG)を生じさせない材料の絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。あるいは、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104の間を介在する位置に空隙、絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。同様に、アノード側絶縁性領域216は、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106が直接的に接しないように構成される限り、他の代替手段が採用され得る。例えば、アノード側絶縁性領域212に対応する領域に2次元電子ガス層(2DEG)を生じさせない材料の絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。あるいは、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106の間を介在する位置に空隙、絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。   The diode 4 further includes a cathode side insulating region 214 and an anode side insulating region 216. The insulating regions 214 and 216 are formed as air gaps. In addition, as long as the cathode side insulating region 214 is configured so as not to directly contact the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104, other alternative means may be adopted. For example, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor of a material that does not generate a two-dimensional hole gas layer (2DHG) in a region corresponding to the cathode-side insulating region 214 may be formed. Alternatively, an air gap, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor may be formed at a position where the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104 are interposed. Similarly, as long as the anode-side insulating region 216 is configured so as not to directly contact the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type semiconductor region 106, other alternative means may be adopted. For example, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor of a material that does not generate a two-dimensional electron gas layer (2DEG) in a region corresponding to the anode-side insulating region 212 may be formed. Alternatively, an air gap, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor may be formed at a position where the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type semiconductor region 106 are interposed.

次に、ダイオード4の動作を説明する。カソード電極102よりも高い電圧がアノード電極108に印加されると、ダイオード4は順バイアスの状態となる。このとき、正孔供給層44は、自発分極及びピエゾ分極によってチャネル層45側の界面に負の固定電荷が誘起されるように分極されている。この正孔供給層44の分極電荷による正孔誘起及び正孔供給層44のアクセプタ不純物からの正孔の供給により、正孔供給層44とチャネル層45のヘテロ接合面のうちのチャネル層45側に2次元正孔ガス層(2DHG)が生成される。一方、電子供給層46は、自発分極及びピエゾ分極によってチャネル層45側の界面に正の固定電荷が誘起されるように分極されている。この電子供給層46の分極電荷による電子誘起及び電子供給層46のドナー不純物からの電子の供給により、チャネル層45と電子供給層46のヘテロ接合面のうちのチャネル層45側に2次元電子ガス層(2DEG)が生成される。これにより、p型半導体領域106から2次元正孔ガス層(2DHG)を介してチャネル層45に正孔が注入され、n型半導体領域104から2次元電子ガス層(2DEG)を介してチャネル層45に電子が注入される。ダイオード4は、2次元正孔ガス層(2DHG)とi−GaNのチャネル層45と2次元電子ガス層(2DEG)で構成されるPIN構造を有しており、PINダイオードとして動作することができる。ダイオード4は、2次元正孔ガス層(2DHG)と2次元電子ガス層(2DEG)をチャネルとして利用することができるので、低いオン抵抗を有することができる。   Next, the operation of the diode 4 will be described. When a voltage higher than that of the cathode electrode 102 is applied to the anode electrode 108, the diode 4 is in a forward bias state. At this time, the hole supply layer 44 is polarized such that negative fixed charge is induced at the interface on the channel layer 45 side by spontaneous polarization and piezoelectric polarization. The channel induced by the polarization charge of the hole supply layer 44 and the supply of holes from the acceptor impurity of the hole supply layer 44 makes the channel layer 45 side of the heterojunction surface of the hole supply layer 44 and the channel layer 45 A two-dimensional hole gas layer (2DHG) is generated. On the other hand, the electron supply layer 46 is polarized such that positive fixed charge is induced at the interface on the channel layer 45 side by spontaneous polarization and piezoelectric polarization. Due to the electron induction by the polarization charge of the electron supply layer 46 and the supply of electrons from the donor impurity of the electron supply layer 46, a two-dimensional electron gas is formed on the channel layer 45 side of the heterojunction surface of the channel layer 45 and the electron supply layer 46. A layer (2 DEG) is created. Thereby, holes are injected from the p-type semiconductor region 106 to the channel layer 45 via the two-dimensional hole gas layer (2DHG), and from the n-type semiconductor region 104 to the channel layer via the two-dimensional electron gas layer (2DEG). Electrons are injected into 45. The diode 4 has a PIN structure including a two-dimensional hole gas layer (2DHG), a channel layer 45 of i-GaN, and a two-dimensional electron gas layer (2DEG), and can operate as a PIN diode. . The diode 4 can have low on-resistance because it can use a two-dimensional hole gas layer (2DHG) and a two-dimensional electron gas layer (2DEG) as a channel.

アノード電極108よりも高い電圧がカソード電極102に印加されると、ダイオード4は逆バイアスの状態となる。ダイオード4が逆バイアスのとき、2次元電子ガス層(2DEG)と2次元正孔ガス層(2DHG)が空乏化する。ダイオード4では、逆バイアスのとき、電子供給層46の正の固定電荷と正孔供給層44の負の固定電荷が残存し、これら固定電荷の間の電界がカソード電極102とアノード電極108を結ぶ方向に対して直交する方向に発生する。このように、ダイオード4も、ヘテロ接合型スーパージャンクション構造を有しており、通常のスーパージャンクション構造と同様に、カソード電極102とアノード電極108の間の電界強度を一様とすることができる。このため、ダイオード4は、高い耐圧を有することができる。   When a voltage higher than that of the anode electrode 108 is applied to the cathode electrode 102, the diode 4 is in a reverse bias state. When the diode 4 is reverse biased, the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the two-dimensional hole gas layer (2DHG) are depleted. In the diode 4, when reverse bias is applied, the positive fixed charge of the electron supply layer 46 and the negative fixed charge of the hole supply layer 44 remain, and the electric field between these fixed charges connects the cathode electrode 102 and the anode electrode 108. It occurs in the direction orthogonal to the direction. Thus, the diode 4 also has a heterojunction-type super junction structure, and can make the electric field strength between the cathode electrode 102 and the anode electrode 108 uniform as in a normal super junction structure. Thus, the diode 4 can have a high breakdown voltage.

さらに、ダイオード4は、カソード側絶縁性領域214を備えている。カソード側絶縁性領域214が設けられているので、カソード側絶縁性領域214が隣接するチャネル層45に2次元正孔ガス層(2DHG)が形成されず、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104が直接的に接しないように構成されている。ダイオード4では、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104の間にi−GaNのチャネル層45が介在することにより、この部分の電界集中が緩和され、高耐圧な特性が実現される。   Furthermore, the diode 4 includes a cathode side insulating region 214. Since the cathode side insulating region 214 is provided, the two-dimensional hole gas layer (2DHG) is not formed in the channel layer 45 adjacent to the cathode side insulating region 214, and the two-dimensional hole gas layer (2DHG) is formed. The n-type semiconductor region 104 is configured not to be in direct contact with each other. In the diode 4, the i-GaN channel layer 45 intervenes between the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104, whereby the electric field concentration in this portion is relaxed and high breakdown voltage characteristics are realized. Be done.

さらに、ダイオード4は、アノード側絶縁性領域216を備えている。アノード側絶縁性領域216が設けられているので、アノード側絶縁性領域216が隣接するチャネル層45に2次元電子ガス層(2DEG)が形成されず、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106が直接的に接しないように構成されている。ダイオード4では、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106の間にi−GaNのチャネル層45が介在することにより、この部分の電界集中が緩和され、高耐圧な特性が実現される。   Furthermore, the diode 4 includes an anode-side insulating region 216. Since the anode-side insulating region 216 is provided, the two-dimensional electron gas layer (2DEG) is not formed in the channel layer 45 adjacent to the anode-side insulating region 216, and the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type The semiconductor region 106 is configured not to be in direct contact with each other. In the diode 4, the i-GaN channel layer 45 intervenes between the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type semiconductor region 106, whereby the electric field concentration in this portion is relaxed and high withstand voltage characteristics are realized. Ru.

上記したように、第4実施形態のダイオード4は、低いオン抵抗と高い耐圧を両立させることができる。   As described above, the diode 4 of the fourth embodiment can achieve both low on-resistance and high withstand voltage.

(第5実施形態)
図5に、第5実施形態のダイオード5を示す。なお、第1実施形態のダイオード1と実質的に同一の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
Fifth Embodiment
The diode 5 of 5th Embodiment is shown in FIG. In addition, about the component substantially the same as the diode 1 of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図5に示されるように、ダイオード5は、カソード電極102と、アノード電極108と、カソード電極102とアノード電極108の間に設けられている半導体積層体50を備えている。   As shown in FIG. 5, the diode 5 includes a cathode electrode 102, an anode electrode 108, and a semiconductor laminate 50 provided between the cathode electrode 102 and the anode electrode 108.

半導体積層体50は、シリコンの基板51、i−AlGaNのバッファ層52、i−GaNのnチャネル層53、i−AlGaNのチャネル層54、及び、i−GaNのpチャネル層55を有する。バッファ層52とnチャネル層53とチャネル層54とpチャネル層55は、有機金属気相成長法を利用して、基板51の表面からこの順に成長して形成される。   The semiconductor stack 50 includes a silicon substrate 51, an i-AlGaN buffer layer 52, an i-GaN n-channel layer 53, an i-AlGaN channel layer 54, and an i-GaN p-channel layer 55. The buffer layer 52, the n-channel layer 53, the channel layer 54, and the p-channel layer 55 are formed by growing in this order from the surface of the substrate 51 using metal organic chemical vapor deposition.

ダイオード5はさらに、アノード側絶縁性領域218及びカソード側絶縁性領域220を備えている。これら絶縁性領域218,220は、空隙として形成されている。なお、アノード側絶縁性領域218は、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106が直接的に接しないように構成される限り、他の代替手段が採用され得る。例えば、アノード側絶縁性領域218に対応する領域に絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。同様に、カソード側絶縁性領域220は、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104が直接的に接しないように構成される限り、他の代替手段が採用され得る。例えば、カソード側絶縁性領域220に対応する領域に絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。   The diode 5 further includes an anode-side insulating region 218 and a cathode-side insulating region 220. The insulating regions 218 and 220 are formed as air gaps. Other alternative means may be adopted as the anode-side insulating region 218 as long as the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type semiconductor region 106 are not in direct contact with each other. For example, an insulator, a semi-insulator, or a high-resistance semiconductor may be formed in a region corresponding to the anode-side insulating region 218. Similarly, as long as the cathode side insulating region 220 is configured so as not to directly contact the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104, other alternative means may be adopted. For example, an insulator, a semi-insulator, or a high-resistance semiconductor may be formed in a region corresponding to the cathode-side insulating region 220.

次に、ダイオード5の動作を説明する。カソード電極102よりも高い電圧がアノード電極108に印加されると、ダイオード5は順バイアスの状態となる。このとき、チャネル層54は、自発分極及びピエゾ分極によってnチャネル層53側の界面に正の固定電荷が誘起され、pチャネル層55側の界面に負の固定電荷が誘起されるように分極されている。このチャネル層54の分極作用により、nチャネル層53とチャネル層54のヘテロ接合面のうちのnチャネル層53側に2次元電子ガス層(2DEG)が生成され、チャネル層54とpチャネル層55のヘテロ接合面のうちのpチャネル層55側に2次元正孔ガス層(2DHG)が生成される。これにより、p型半導体領域106から2次元正孔ガス層(2DHG)を介してチャネル層54に正孔が注入され、n型半導体領域104から2次元電子ガス層(2DEG)を介してチャネル層54に電子が注入される。ダイオード5は、2次元正孔ガス層(2DHG)とi−AlGaNのチャネル層54と2次元電子ガス層(2DEG)で構成されるPIN構造を有しており、PINダイオードとして動作することができる。ダイオード5は、2次元正孔ガス層(2DHG)と2次元電子ガス層(2DEG)をチャネルとして利用することができるので、低いオン抵抗を有することができる。   Next, the operation of the diode 5 will be described. When a voltage higher than that of the cathode electrode 102 is applied to the anode electrode 108, the diode 5 is in a forward bias state. At this time, the channel layer 54 is polarized such that positive fixed charge is induced at the interface on the n channel layer 53 side by spontaneous polarization and piezoelectric polarization, and negative fixed charge is induced at the interface on the p channel layer 55 side. ing. By the polarization action of the channel layer 54, a two-dimensional electron gas layer (2DEG) is generated on the n channel layer 53 side of the heterojunction surface of the n channel layer 53 and the channel layer 54. A two-dimensional hole gas layer (2DHG) is generated on the p channel layer 55 side of the heterojunction surface of Thereby, holes are injected from the p-type semiconductor region 106 to the channel layer 54 through the two-dimensional hole gas layer (2DHG), and from the n-type semiconductor region 104 to the channel layer through the two-dimensional electron gas layer (2DEG). Electrons are injected into 54. The diode 5 has a PIN structure including a two-dimensional hole gas layer (2DHG), a channel layer 54 of i-AlGaN, and a two-dimensional electron gas layer (2DEG), and can operate as a PIN diode. . The diode 5 can use a two-dimensional hole gas layer (2DHG) and a two-dimensional electron gas layer (2DEG) as a channel, and therefore can have low on-resistance.

アノード電極108よりも高い電圧がカソード電極102に印加されると、ダイオード5は逆バイアスの状態となる。ダイオード5が逆バイアスのとき、2次元電子ガス層(2DEG)と2次元正孔ガス層(2DHG)が空乏化する。ダイオード5では、チャネル層54の正の固定電荷と負の固定電荷が残存し、これら固定電荷の間の電界がカソード電極102とアノード電極108を結ぶ方向に対して直交する方向に発生する。このように、ダイオード5も、ヘテロ接合型スーパージャンクション構造を有しており、通常のスーパージャンクション構造と同様に、カソード電極102とアノード電極108の間の電界強度を一様とすることができる。このため、ダイオード5は、高い耐圧を有することができる。   When a voltage higher than that of the anode electrode 108 is applied to the cathode electrode 102, the diode 5 is in a reverse bias state. When the diode 5 is reverse biased, the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the two-dimensional hole gas layer (2DHG) are depleted. In the diode 5, positive fixed charge and negative fixed charge of the channel layer 54 remain, and an electric field between these fixed charges is generated in a direction orthogonal to the direction connecting the cathode electrode 102 and the anode electrode 108. Thus, the diode 5 also has a heterojunction-type super junction structure, and can make the electric field strength between the cathode electrode 102 and the anode electrode 108 uniform, as in a normal super junction structure. Thus, the diode 5 can have a high breakdown voltage.

さらに、ダイオード5は、アノード側絶縁性領域218を備えている。アノード側絶縁性領域218が設けられているので、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106が直接的に接しないように構成されている。ダイオード5では、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106の間にアノード側絶縁性領域218が介在することにより、この部分の電界集中が緩和され、高耐圧な特性が実現される。   Furthermore, the diode 5 is provided with an anode-side insulating region 218. Since the anode-side insulating region 218 is provided, the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type semiconductor region 106 are configured not to be in direct contact with each other. In the diode 5, the anode-side insulating region 218 is interposed between the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type semiconductor region 106, whereby the electric field concentration in this portion is alleviated and high withstand voltage characteristics are realized. .

さらに、ダイオード5は、カソード側絶縁性領域220を備えている。カソード側絶縁性領域220が設けられているので、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104が直接的に接しないように構成されている。ダイオード5では、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104の間にカソード側絶縁性領域220が介在することにより、この部分の電界集中が緩和され、高耐圧な特性が実現される。   Furthermore, the diode 5 includes a cathode side insulating region 220. Since the cathode side insulating region 220 is provided, the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104 are not in direct contact with each other. In the diode 5, the cathode-side insulating region 220 is interposed between the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104, whereby the electric field concentration in this portion is alleviated and high withstand voltage characteristics are realized. Ru.

上記したように、第5実施形態のダイオード5は、低いオン抵抗と高い耐圧を両立させることができる。   As described above, the diode 5 of the fifth embodiment can achieve both low on-resistance and high withstand voltage.

(第6実施形態)
図6に、第6実施形態のダイオード6を示す。なお、第1実施形態のダイオード1と実質的に同一の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
Sixth Embodiment
The diode 6 of 6th Embodiment is shown in FIG. In addition, about the component substantially the same as the diode 1 of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図6に示されるように、ダイオード6は、カソード電極102と、アノード電極108と、カソード電極102とアノード電極108の間に設けられている半導体積層体60を備えている。   As shown in FIG. 6, the diode 6 includes a cathode electrode 102, an anode electrode 108, and a semiconductor laminate 60 provided between the cathode electrode 102 and the anode electrode 108.

半導体積層体60は、サファイアの基板61、i−AlGaNのバッファ層62、i−AlGaNの第1バリア層63、i−InGaNのpチャネル用量子井戸層64、i−GaNのチャネル層65、i−InGaNのnチャネル用量子井戸層66、及び、i−AlGaNの第2バリア層67を有する。バッファ層62と第1バリア層63とpチャネル用量子井戸層64とチャネル層65とnチャネル用量子井戸層66と第2バリア層67は、有機金属気相成長法を利用して、基板61の表面からこの順に成長して形成される。   The semiconductor laminate 60 includes a sapphire substrate 61, a buffer layer 62 of i-AlGaN, a first barrier layer 63 of i-AlGaN, a quantum well layer 64 of p-channel for i-InGaN, a channel layer 65 of i-GaN, i A quantum well layer 66 for n-channel InGaN and a second barrier layer 67 for i-AlGaN. The buffer layer 62, the first barrier layer 63, the p-channel quantum well layer 64, the channel layer 65, the n-channel quantum well layer 66, and the second barrier layer 67 are formed of the substrate 61 using metal organic chemical vapor deposition. It is formed by growing in this order from the surface of.

ダイオード6はさらに、カソード側絶縁性領域222及びアノード側絶縁性領域224を備えている。これら絶縁性領域222,224は、空隙として形成されている。なお、カソード側絶縁性領域222は、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104が直接的に接しないように構成される限り、他の代替手段が採用され得る。例えば、カソード側絶縁性領域222に対応する領域に絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。同様に、アノード側絶縁性領域224は、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106が直接的に接しないように構成される限り、他の代替手段が採用され得る。例えば、アノード側絶縁性領域224に対応する領域に絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。   The diode 6 further includes a cathode side insulating region 222 and an anode side insulating region 224. The insulating regions 222 and 224 are formed as air gaps. In addition, as long as the cathode side insulating region 222 is configured so as not to directly contact the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104, other alternative means may be adopted. For example, an insulator, a semi-insulator, or a high-resistance semiconductor may be formed in a region corresponding to the cathode-side insulating region 222. Similarly, as long as the anode-side insulating region 224 is configured not to be in direct contact with the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type semiconductor region 106, other alternative means may be adopted. For example, an insulator, a semi-insulator, or a high-resistance semiconductor may be formed in a region corresponding to the anode-side insulating region 224.

次に、ダイオード6の動作を説明する。カソード電極102よりも高い電圧がアノード電極108に印加されると、ダイオード6は順バイアスの状態となる。このとき、第1バリア層63は、自発分極及びピエゾ分極によってpチャネル用量子井戸層64側の界面に負の固定電荷が誘起されるように分極されている。この第1バリア層63の分極により、第1バリア層63とチャネル層65のヘテロ接合面に形成されているpチャネル用量子井戸層64内に2次元正孔ガス層(2DHG)が生成される。一方、第2バリア層67は、自発分極及びピエゾ分極によってnチャネル用量子井戸層66側の界面に正の固定電荷が誘起されるように分極されている。この第2バリア層67の分極により、チャネル層65と第2バリア層67のヘテロ接合面に形成されているnチャネル用量子井戸層66内に2次元電子ガス層(2DEG)が生成される。これにより、p型半導体領域106から2次元正孔ガス層(2DHG)を介してチャネル層65に正孔が注入され、n型半導体領域104から2次元電子ガス層(2DEG)を介してチャネル層65に電子が注入される。ダイオード6は、2次元正孔ガス層(2DHG)とi−GaNのチャネル層65と2次元電子ガス層(2DEG)で構成されるPIN構造を有しており、PINダイオードとして動作することができる。ダイオード6は、2次元正孔ガス層(2DHG)と2次元電子ガス層(2DEG)をチャネルとして利用することができるので、低いオン抵抗を有することができる。   Next, the operation of the diode 6 will be described. When a voltage higher than that of the cathode electrode 102 is applied to the anode electrode 108, the diode 6 is in a forward bias state. At this time, the first barrier layer 63 is polarized such that a negative fixed charge is induced at the interface on the p channel quantum well layer 64 side by spontaneous polarization and piezoelectric polarization. The polarization of the first barrier layer 63 generates a two-dimensional hole gas layer (2DHG) in the p-channel quantum well layer 64 formed on the heterojunction surface of the first barrier layer 63 and the channel layer 65. . On the other hand, the second barrier layer 67 is polarized such that positive fixed charge is induced at the interface on the n-channel quantum well layer 66 side by spontaneous polarization and piezoelectric polarization. Due to the polarization of the second barrier layer 67, a two-dimensional electron gas layer (2DEG) is generated in the n-channel quantum well layer 66 formed on the heterojunction surface of the channel layer 65 and the second barrier layer 67. Thereby, holes are injected from the p-type semiconductor region 106 to the channel layer 65 via the two-dimensional hole gas layer (2DHG), and from the n-type semiconductor region 104 to the channel layer via the two-dimensional electron gas layer (2DEG). Electrons are injected into 65. The diode 6 has a PIN structure including a two-dimensional hole gas layer (2DHG), a channel layer 65 of i-GaN, and a two-dimensional electron gas layer (2DEG), and can operate as a PIN diode. . The diode 6 can have low on-resistance because it can use a two-dimensional hole gas layer (2DHG) and a two-dimensional electron gas layer (2DEG) as a channel.

アノード電極108よりも高い電圧がカソード電極102に印加されると、ダイオード6は逆バイアスの状態となる。ダイオード6が逆バイアスのとき、2次元電子ガス層(2DEG)と2次元正孔ガス層(2DHG)が空乏化する。ダイオード6では、第2バリア層67の正の固定電荷と第1バリア層63の負の固定電荷が残存し、これら固定電荷の間の電界がカソード電極102とアノード電極108を結ぶ方向に対して直交する方向に発生する。このように、ダイオード6も、ヘテロ接合型スーパージャンクション構造を有しており、通常のスーパージャンクション構造と同様に、カソード電極102とアノード電極108の間の電界強度を一様とすることができる。このため、ダイオード6は、高耐圧な特性を有することができる。   When a voltage higher than that of the anode electrode 108 is applied to the cathode electrode 102, the diode 6 is in a reverse bias state. When the diode 6 is reverse biased, the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the two-dimensional hole gas layer (2DHG) are depleted. In the diode 6, the positive fixed charge of the second barrier layer 67 and the negative fixed charge of the first barrier layer 63 remain, and the electric field between these fixed charges is in the direction connecting the cathode electrode 102 and the anode electrode 108. It occurs in the orthogonal direction. Thus, the diode 6 also has a heterojunction-type super junction structure, and can make the electric field strength between the cathode electrode 102 and the anode electrode 108 uniform as in a normal super junction structure. Therefore, the diode 6 can have high withstand voltage characteristics.

さらに、ダイオード6は、カソード側絶縁性領域222を備えている。カソード側絶縁性領域222が設けられているので、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104が直接的に接しないように構成されている。ダイオード6では、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104の間にカソード側絶縁性領域222が介在することにより、この部分の電界集中が緩和され、高耐圧な特性が実現される。   Furthermore, the diode 6 is provided with a cathode side insulating region 222. Since the cathode side insulating region 222 is provided, the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104 are not in direct contact with each other. In the diode 6, the cathode-side insulating region 222 is interposed between the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104, whereby the electric field concentration in this portion is alleviated and high withstand voltage characteristics are realized. Ru.

さらに、ダイオード6は、アノード側絶縁性領域224を備えている。アノード側絶縁性領域224が設けられているので、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106が直接的に接しないように構成されている。ダイオード6では、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106の間にアノード側絶縁性領域224が介在することにより、この部分の電界集中が緩和され、高耐圧な特性が実現される。   Furthermore, the diode 6 includes an anode-side insulating region 224. Since the anode-side insulating region 224 is provided, the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type semiconductor region 106 are not in direct contact with each other. In the diode 6, the anode-side insulating region 224 is interposed between the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type semiconductor region 106, whereby the electric field concentration in this portion is alleviated and high withstand voltage characteristics are realized. .

上記したように、第6実施形態のダイオード6は、低いオン抵抗と高い耐圧を両立させることができる。   As described above, the diode 6 according to the sixth embodiment can achieve both low on-resistance and high withstand voltage.

(第7実施形態)
図7に、第7実施形態のダイオード7を示す。なお、第1実施形態のダイオード1と実質的に同一の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
Seventh Embodiment
The diode 7 of 7th Embodiment is shown in FIG. In addition, about the component substantially the same as the diode 1 of 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.

図7に示されるように、ダイオード7は、カソード電極102と、アノード電極108と、カソード電極102とアノード電極108の間に設けられている半導体積層体70を備えている。   As shown in FIG. 7, the diode 7 includes a cathode electrode 102, an anode electrode 108, and a semiconductor laminate 70 provided between the cathode electrode 102 and the anode electrode 108.

半導体積層体70は、サファイアの基板71、i−GaAsのバッファ層72、i−AlGaAsの第1バリア層73、p−InGaPの正孔供給層74、i−GaAsのチャネル層75、n−InGaPの電子供給層76、及び、i−AlGaAsの第2バリア層77を有する。バッファ層72と第1バリア層73と正孔供給層74とチャネル層75と電子供給層76と第2バリア層77は、有機金属気相成長法を利用して、基板71の表面からこの順に成長して形成される。   The semiconductor laminate 70 includes a sapphire substrate 71, an i-GaAs buffer layer 72, an i-AlGaAs first barrier layer 73, a p-InGaP hole supply layer 74, an i-GaAs channel layer 75, and an n-InGaP layer. And the second barrier layer 77 of i-AlGaAs. The buffer layer 72, the first barrier layer 73, the hole supply layer 74, the channel layer 75, the electron supply layer 76, and the second barrier layer 77 are arranged in this order from the surface of the substrate 71 using metal organic chemical vapor deposition. Grow and form.

ダイオード7は、図1−6のダイオードとは異なり、アノード電極108と半導体積層体70の間にp型半導体領域が形成されておらず、アノード電極108がチャネル層75にショットキー接触していることを特徴とする。   Unlike the diode shown in FIGS. 1-6, in the diode 7, no p-type semiconductor region is formed between the anode electrode 108 and the semiconductor stack 70, and the anode electrode 108 is in Schottky contact with the channel layer 75. It is characterized by

ダイオード7はさらに、カソード側絶縁性領域226、アノード側pチャネル用絶縁性領域228及びアノード側nチャネル用絶縁性領域230を備えている。これら絶縁性領域226,228,230は、空隙として形成されている。なお、カソード側絶縁性領域226は、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104が直接的に接しないように構成される限り、他の代替手段が採用され得る。例えば、カソード側絶縁性領域226に対応する領域に2次元正孔ガス層(2DHG)を生じさせない材料の絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。あるいは、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104の間を介在する位置に空隙、絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。同様に、アノード側pチャネル用絶縁性領域228は、2次元正孔ガス層(2DHG)とアノード電極108が直接的に接しないように構成される限り、他の代替手段が採用され得る。例えば、アノード側pチャネル用絶縁性領域228に対応する領域に2次元正孔ガス層(2DHG)を生じさせない材料の絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。あるいは、2次元正孔ガス層(2DHG)とアノード電極108の間を介在する位置に空隙、絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。さらに同様に、アノード側nチャネル用絶縁性領域230は、2次元電子ガス層(2DEG)とアノード電極108が直接的に接しないように構成される限り、他の代替手段が採用され得る。例えば、アノード側nチャネル用絶縁性領域230に対応する領域に2次元電子ガス層(2DEG)を生じさせない材料の絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。あるいは、2次元電子ガス層(2DEG)とアノード電極108の間を介在する位置に空隙、絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。   The diode 7 further includes a cathode side insulating region 226, an anode side p channel insulating region 228, and an anode side n channel insulating region 230. These insulating regions 226, 228, 230 are formed as air gaps. As long as the cathode side insulating region 226 is configured so that the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104 are not in direct contact with each other, other alternative means may be adopted. For example, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor of a material that does not generate a two-dimensional hole gas layer (2DHG) in a region corresponding to the cathode-side insulating region 226 may be formed. Alternatively, an air gap, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor may be formed at a position where the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104 are interposed. Similarly, as long as the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the anode electrode 108 are not in direct contact with each other, the anode side p-channel insulating region 228 may adopt other alternative means. For example, an insulator, a semi-insulator, or a high-resistance semiconductor of a material that does not generate a two-dimensional hole gas layer (2DHG) may be formed in a region corresponding to the anode-side p-channel insulating region 228. Alternatively, an air gap, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor may be formed at a position where the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the anode electrode 108 are interposed. Furthermore, similarly, as long as the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the anode electrode 108 are not in direct contact with each other, the anode n-channel insulating region 230 may adopt other alternative means. For example, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor of a material that does not generate a two-dimensional electron gas layer (2DEG) may be formed in a region corresponding to the anode-side n-channel insulating region 230. Alternatively, an air gap, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor may be formed at a position where the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the anode electrode 108 are interposed.

次に、ダイオード7の動作を説明する。カソード電極102よりも高い電圧がアノード電極108に印加されると、ダイオード7は順バイアスの状態となる。これにより、アノード電極108とチャネル層75の間のショットキー障壁が低くなる。このとき、チャネル層75と電子供給層76のヘテロ接合面のうちのチャネル層75側に、電子供給層76のドナー不純物から電子が供給されて2次元電子ガス層(2DEG)が生成される。n型半導体領域104から2次元電子ガス層(2DEG)を介してチャネル層75に電子が注入され、その電子が低いショットキー障壁を超えてアノード電極108に流れる。このように、ダイオード7は、ショットキーダイオードとして動作することができる。ダイオード7は、2次元電子ガス層(2DEG)をチャネルとして利用することができるので、低いオン抵抗を有することができる。一方、ダイオード7が順バイアスのとき、正孔供給層74とチャネル層75のヘテロ接合面のうちのチャネル層75側に、正孔供給層74から正孔が供給されて2次元正孔ガス層(2DHG)が生成される。しかしながら、この2次元正孔ガス層(2DHG)は、実質的にチャネルとして動作しないと考えられる。   Next, the operation of the diode 7 will be described. When a voltage higher than that of the cathode electrode 102 is applied to the anode electrode 108, the diode 7 is in a forward bias state. This lowers the Schottky barrier between the anode electrode 108 and the channel layer 75. At this time, electrons are supplied from the donor impurity of the electron supply layer 76 on the channel layer 75 side of the heterojunction surface of the channel layer 75 and the electron supply layer 76 to generate a two-dimensional electron gas layer (2DEG). Electrons are injected from the n-type semiconductor region 104 into the channel layer 75 via the two-dimensional electron gas layer (2DEG), and the electrons flow to the anode electrode 108 over the low Schottky barrier. Thus, the diode 7 can operate as a Schottky diode. The diode 7 can have a low on-resistance because a two-dimensional electron gas layer (2DEG) can be used as a channel. On the other hand, when the diode 7 is forward biased, holes are supplied from the hole supply layer 74 to the channel layer 75 side of the heterojunction surfaces of the hole supply layer 74 and the channel layer 75, and the two-dimensional hole gas layer (2 DHG) is generated. However, this two-dimensional hole gas layer (2DHG) is considered not to operate substantially as a channel.

アノード電極108よりも高い電圧がカソード電極102に印加されると、ダイオード7は逆バイアスの状態となる。このとき、2次元電子ガス層(2DEG)と2次元正孔ガス層(2DHG)が空乏化する。2次元電子ガス層(2DEG)と2次元正孔ガス層(2DHG)が空乏化すると、2次元電子ガス層(2DEG)が空乏化された領域に正の固定電荷が残存し、2次元正孔ガス層(2DHG)が空乏化された領域に負の固定電荷が残存し、これら固定電界の間の電界がカソード電極102とアノード電極108を結ぶ方向に対して直交する方向に発生する。このように、ダイオード7も、ヘテロ接合型スーパージャンクション構造を有しており、通常のスーパージャンクション構造と同様に、カソード電極102とアノード電極108の間の電界強度を一様とすることができる。このため、ダイオード7は、高耐圧な特性を有することができる。   When a voltage higher than that of the anode electrode 108 is applied to the cathode electrode 102, the diode 7 is in a reverse bias state. At this time, the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the two-dimensional hole gas layer (2DHG) are depleted. When the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the two-dimensional hole gas layer (2DHG) are depleted, positive fixed charges remain in the region where the two-dimensional electron gas layer (2DEG) is depleted, and two-dimensional holes A negative fixed charge remains in the region where the gas layer (2DHG) is depleted, and an electric field between these fixed electric fields is generated in a direction orthogonal to the direction connecting the cathode electrode 102 and the anode electrode 108. Thus, the diode 7 also has a heterojunction-type super junction structure, and can make the electric field strength between the cathode electrode 102 and the anode electrode 108 uniform as in a normal super junction structure. Therefore, the diode 7 can have high withstand voltage characteristics.

さらに、ダイオード7は、カソード側絶縁性領域226を備えている。カソード側絶縁性領域226が設けられているので、カソード側絶縁性領域226が隣接するチャネル層75に2次元正孔ガス層(2DHG)が形成されず、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104が直接的に接しないように構成されている。ダイオード7では、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104の間にi−GaAsのチャネル層75が介在することにより、この部分の電界集中が緩和され、高耐圧な特性が実現される。   Furthermore, the diode 7 includes a cathode side insulating region 226. Since the cathode side insulating region 226 is provided, the two-dimensional hole gas layer (2DHG) is not formed in the channel layer 75 adjacent to the cathode side insulating region 226, and the two-dimensional hole gas layer (2DHG) is formed. The n-type semiconductor region 104 is configured not to be in direct contact with each other. In the diode 7, the electric field concentration in this portion is relaxed by interposing the channel layer 75 of i-GaAs between the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104, and high withstand voltage characteristics are realized. Be done.

さらに、ダイオード7は、アノード側pチャネル用絶縁性領域228を備えている。アノード側pチャネル用絶縁性領域228が設けられているので、アノード側pチャネル用絶縁性領域228が隣接するチャネル層75に2次元正孔ガス層(2DHG)が形成されず、2次元正孔ガス層(2DHG)とアノード電極108が直接的に接しないように構成されている。ダイオード7では、2次元正孔ガス層(2DHG)とアノード電極108の間にi−GaAsのチャネル層75が介在することにより、この部分の電界集中が緩和され、高耐圧な特性が実現される。   Furthermore, the diode 7 is provided with an insulating region 228 for the anode side p-channel. Since the anode-side p-channel insulating region 228 is provided, the two-dimensional hole gas layer (2DHG) is not formed in the channel layer 75 adjacent to the anode-side p-channel insulating region 228; The gas layer (2DHG) and the anode electrode 108 are configured not to be in direct contact with each other. In the diode 7, by interposing the channel layer 75 of i-GaAs between the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the anode electrode 108, the electric field concentration in this portion is relaxed, and high withstand voltage characteristics are realized. .

さらに、ダイオード7は、アノード側nチャネル用絶縁性領域230を備えている。アノード側nチャネル用絶縁性領域230が設けられているので、アノード側nチャネル用絶縁性領域230が隣接するチャネル層75に2次元電子ガス層(2DEG)が形成されず、2次元電子ガス層(2DEG)とアノード電極108が直接的に接しないように構成されている。ダイオード7では、2次元電子ガス層(2DEG)とアノード電極108の間にi−GaAsのチャネル層75が介在することにより、この部分の電界集中が緩和され、高耐圧な特性が実現される。   Furthermore, the diode 7 includes an insulating region 230 for the anode side n-channel. Since the anode-side n-channel insulating region 230 is provided, the two-dimensional electron gas layer (2DEG) is not formed in the channel layer 75 adjacent to the anode-side n-channel insulating region 230. (2DEG) and the anode electrode 108 are not in direct contact with each other. In the diode 7, by interposing the channel layer 75 of i-GaAs between the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the anode electrode 108, the electric field concentration in this portion is relaxed, and high withstand voltage characteristics are realized.

上記したように、第7実施形態のダイオード7は、低いオン抵抗と高い耐圧を両立させることができる。   As described above, the diode 7 of the seventh embodiment can achieve both low on resistance and high withstand voltage.

(第8実施形態)
図8に、第8実施形態のダイオード8を示す。なお、第8実施形態のダイオード8と実質的に同一の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
Eighth Embodiment
The diode 8 of 8th Embodiment is shown in FIG. Components substantially the same as those of the diode 8 according to the eighth embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

図8に示されるように、ダイオード8は、カソード電極102と、アノード電極108と、カソード電極102とアノード電極108の間に設けられている半導体積層体80を備えている。   As shown in FIG. 8, the diode 8 includes a cathode electrode 102, an anode electrode 108, and a semiconductor laminate 80 provided between the cathode electrode 102 and the anode electrode 108.

半導体積層体80は、サファイアの基板81、i−AlGaNのバッファ層82、i−AlGaNの第1バリア層83、p−AlGaNの正孔供給層84、i−GaNのチャネル層85、n−AlGaNの電子供給層86、及び、i−AlGaNの第2バリア層87を有する。バッファ層82と第1バリア層83と正孔供給層84とチャネル層85と電子供給層86と第2バリア層87は、有機金属気相成長法を利用して、基板81の表面からこの順に成長して形成される。   The semiconductor stack 80 includes a sapphire substrate 81, a buffer layer 82 of i-AlGaN, a first barrier layer 83 of i-AlGaN, a hole supply layer 84 of p-AlGaN, a channel layer 85 of i-GaN, n-AlGaN And the second barrier layer 87 of i-AlGaN. The buffer layer 82, the first barrier layer 83, the hole supply layer 84, the channel layer 85, the electron supply layer 86, and the second barrier layer 87 are arranged in this order from the surface of the substrate 81 using metal organic chemical vapor deposition. Grow and form.

ダイオード8は、図1−6のダイオードとは異なり、アノード電極108と半導体積層体80の間にp型半導体領域が形成されておらず、アノード電極108がチャネル層85にショットキー接触していることを特徴とする。   Unlike the diode shown in FIGS. 1-6, in the diode 8, no p-type semiconductor region is formed between the anode electrode 108 and the semiconductor stack 80, and the anode electrode 108 is in Schottky contact with the channel layer 85. It is characterized by

ダイオード8はさらに、カソード側絶縁性領域232、アノード側pチャネル用絶縁性領域234及びアノード側nチャネル用絶縁性領域236を備えている。これら絶縁性領域232,234,236は、空隙として形成されている。なお、カソード側絶縁性領域232は、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104が直接的に接しないように構成される限り、他の代替手段が採用され得る。例えば、カソード側絶縁性領域232に対応する領域に2次元正孔ガス層(2DHG)を生じさせない材料の絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。あるいは、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104の間を介在する位置に空隙、絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。同様に、アノード側pチャネル用絶縁性領域234は、2次元正孔ガス層(2DHG)とアノード電極108が直接的に接しないように構成される限り、他の代替手段が採用され得る。例えば、アノード側pチャネル用絶縁性領域234に対応する領域に2次元正孔ガス層(2DHG)を生じさせない材料の絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。あるいは、2次元正孔ガス層(2DHG)とアノード電極108の間を介在する位置に空隙、絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。さらに同様に、アノード側nチャネル用絶縁性領域236は、2次元電子ガス層(2DEG)とアノード電極108が直接的に接しないように構成される限り、他の代替手段が採用され得る。例えば、アノード側nチャネル用絶縁性領域236に対応する領域に2次元電子ガス層(2DEG)を生じさせない材料の絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。あるいは、2次元電子ガス層(2DEG)とアノード電極108の間を介在する位置に空隙、絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体が形成されていてもよい。   The diode 8 further includes a cathode side insulating region 232, an anode side p channel insulating region 234, and an anode side n channel insulating region 236. These insulating regions 232, 234 and 236 are formed as air gaps. In addition, as long as the cathode side insulating region 232 is configured so as not to directly contact the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104, other alternative means may be adopted. For example, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor of a material that does not generate a two-dimensional hole gas layer (2DHG) in a region corresponding to the cathode-side insulating region 232 may be formed. Alternatively, an air gap, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor may be formed at a position where the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104 are interposed. Similarly, as long as the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the anode electrode 108 are not in direct contact with each other, the anode side p-channel insulating region 234 may adopt other alternative means. For example, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor of a material that does not generate a two-dimensional hole gas layer (2DHG) may be formed in the region corresponding to the anode-side p-channel insulating region 234. Alternatively, an air gap, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor may be formed at a position where the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the anode electrode 108 are interposed. Furthermore, similarly, as long as the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the anode electrode 108 are not in direct contact with each other, the anode n-channel insulating region 236 may adopt other alternative means. For example, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor of a material that does not generate a two-dimensional electron gas layer (2DEG) may be formed in a region corresponding to the anode-side n-channel insulating region 236. Alternatively, an air gap, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor may be formed at a position where the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the anode electrode 108 are interposed.

次に、ダイオード8の動作を説明する。カソード電極102よりも高い電圧がアノード電極108に印加されると、ダイオード8は順バイアスの状態となる。これにより、アノード電極108とチャネル層85の間のショットキー障壁が低くなる。このとき、電子供給層86は、自発分極及びピエゾ分極によってチャネル層85側の界面に正の固定電荷が誘起されるように分極されている。この電子供給層86の分極電荷による電子誘起及び電子供給層86のドナー不純物からの電子の供給により、チャネル層85と電子供給層86のヘテロ接合面のうちのチャネル層85側に2次元電子ガス層(2DEG)が生成される。n型半導体領域104から2次元電子ガス層(2DEG)を介してチャネル層85に電子が注入され、その電子が低いショットキー障壁を超えてアノード電極108に流れる。このように、ダイオード8は、ショットキーダイオードとして動作することができる。ダイオード8は、2次元電子ガス層(2DEG)をチャネルとして利用することができるので、低いオン抵抗を有することができる。一方、正孔供給層84も、自発分極及びピエゾ分極によってチャネル層85側の界面に負の固定電荷が誘起されるように分極されている。この正孔供給層84の分極電荷による正孔誘起及び正孔供給層44のアクセプタ不純物からの正孔の供給により、正孔供給層84とチャネル層85のヘテロ接合面のうちのチャネル層85側に2次元正孔ガス層(2DHG)が生成される。しかしながら、この2次元正孔ガス層(2DHG)は、実質的にチャネルとして動作しないと考えられる。   Next, the operation of the diode 8 will be described. When a voltage higher than that of the cathode electrode 102 is applied to the anode electrode 108, the diode 8 is in a forward bias state. This lowers the Schottky barrier between the anode electrode 108 and the channel layer 85. At this time, the electron supply layer 86 is polarized such that a positive fixed charge is induced at the interface on the channel layer 85 side by spontaneous polarization and piezoelectric polarization. The two-dimensional electron gas on the channel layer 85 side of the heterojunction surface of the channel layer 85 and the electron supply layer 86 by the electron induction by the polarization charge of the electron supply layer 86 and the supply of electrons from the donor impurity of the electron supply layer 86 A layer (2 DEG) is created. Electrons are injected from the n-type semiconductor region 104 into the channel layer 85 through the two-dimensional electron gas layer (2DEG), and the electrons flow to the anode electrode 108 over the low Schottky barrier. Thus, the diode 8 can operate as a Schottky diode. The diode 8 can have a low on-resistance because a two-dimensional electron gas layer (2DEG) can be used as a channel. On the other hand, the hole supply layer 84 is also polarized such that a negative fixed charge is induced at the interface on the channel layer 85 side by spontaneous polarization and piezoelectric polarization. The channel induced by the polarization charge of the hole supply layer 84 and the supply of holes from the acceptor impurity of the hole supply layer 44 makes the channel layer 85 side of the heterojunction surface of the hole supply layer 84 and the channel layer 85. A two-dimensional hole gas layer (2DHG) is generated. However, this two-dimensional hole gas layer (2DHG) is considered not to operate substantially as a channel.

アノード電極108よりも高い電圧がカソード電極102に印加されると、ダイオード8は逆バイアスの状態となる。ダイオード8が逆バイアスのとき、2次元電子ガス層(2DEG)と2次元正孔ガス層(2DHG)が空乏化する。ダイオード8では、電子供給層86の正の固定電荷と正孔供給層84の負の固定電荷が残存し、これら固定電荷の間の電界がカソード電極102とアノード電極108を結ぶ方向に対して直交する方向に発生する。このように、ダイオード8も、ヘテロ接合型スーパージャンクション構造を有しており、通常のスーパージャンクション構造と同様に、カソード電極102とアノード電極108の間の電界強度を一様とすることができる。このため、ダイオード8は、高耐圧な特性を有することができる。   When a voltage higher than that of the anode electrode 108 is applied to the cathode electrode 102, the diode 8 is in a reverse bias state. When the diode 8 is reverse biased, the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the two-dimensional hole gas layer (2DHG) are depleted. In diode 8, the positive fixed charge of electron supply layer 86 and the negative fixed charge of hole supply layer 84 remain, and the electric field between these fixed charges is orthogonal to the direction connecting cathode electrode 102 and anode electrode 108. Occurs in the Thus, the diode 8 also has a heterojunction-type super junction structure, and can make the electric field strength between the cathode electrode 102 and the anode electrode 108 uniform as in a normal super junction structure. Therefore, the diode 8 can have high withstand voltage characteristics.

さらに、ダイオード8は、カソード側絶縁性領域232を備えている。カソード側絶縁性領域232が設けられているので、カソード側絶縁性領域232が隣接するチャネル層85に2次元正孔ガス層(2DHG)が形成されず、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104が直接的に接しないように構成されている。ダイオード8では、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104の間にi−GaAsのチャネル層85が介在することにより、この部分の電界集中が緩和され、高耐圧な特性が実現される。   Furthermore, the diode 8 is provided with a cathode side insulating region 232. Since the cathode side insulating region 232 is provided, the two-dimensional hole gas layer (2DHG) is not formed in the channel layer 85 adjacent to the cathode side insulating region 232, and the two-dimensional hole gas layer (2DHG) The n-type semiconductor region 104 is configured not to be in direct contact with each other. In the diode 8, the electric field concentration in this portion is relaxed by interposing the channel layer 85 of i-GaAs between the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104, and high withstand voltage characteristics are realized. Be done.

さらに、ダイオード8は、アノード側pチャネル用絶縁性領域234を備えている。アノード側pチャネル用絶縁性領域234が設けられているので、アノード側pチャネル用絶縁性領域234が隣接するチャネル層85に2次元正孔ガス層(2DHG)が形成されず、2次元正孔ガス層(2DHG)とアノード電極108が直接的に接しないように構成されている。ダイオード8では、2次元正孔ガス層(2DHG)とアノード電極108の間にi−GaAsのチャネル層85が介在することにより、この部分の電界集中が緩和され、高耐圧な特性が実現される。   Furthermore, the diode 8 includes an insulating region 234 for the anode side p-channel. Since the anode-side p-channel insulating region 234 is provided, the two-dimensional hole gas layer (2DHG) is not formed in the channel layer 85 adjacent to the anode-side p-channel insulating region 234. The gas layer (2DHG) and the anode electrode 108 are configured not to be in direct contact with each other. In the diode 8, by interposing the channel layer 85 of i-GaAs between the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the anode electrode 108, the electric field concentration in this portion is relaxed and high withstand voltage characteristics are realized. .

さらに、ダイオード8は、アノード側nチャネル用絶縁性領域236を備えている。アノード側nチャネル用絶縁性領域236が設けられているので、アノード側nチャネル用絶縁性領域236が隣接するチャネル層85に2次元電子ガス層(2DEG)が形成されず、2次元電子ガス層(2DEG)とアノード電極108が直接的に接しないように構成されている。ダイオード8では、2次元電子ガス層(2DEG)とアノード電極108の間にi−GaAsのチャネル層85が介在することにより、この部分の電界集中が緩和され、高耐圧な特性が実現される。   Further, the diode 8 is provided with an anode-side n-channel insulating region 236. Since the anode-side n-channel insulating region 236 is provided, the two-dimensional electron gas layer (2DEG) is not formed in the channel layer 85 adjacent to the anode-side n-channel insulating region 236. (2DEG) and the anode electrode 108 are not in direct contact with each other. In the diode 8, by interposing the channel layer 85 of i-GaAs between the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the anode electrode 108, the electric field concentration in this portion is relaxed and high withstand voltage characteristics are realized.

上記したように、第8実施形態のダイオード8は、低いオン抵抗と高い耐圧を両立させることができる。   As described above, the diode 8 according to the eighth embodiment can achieve both low on-resistance and high withstand voltage.

本明細書が開示する技術要素について、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。   The technical elements disclosed in the present specification are listed below. The following technical elements are useful independently of one another.

本明細書が開示するダイオードは、カソード電極、アノード電極、半導体積層体、n型半導体領域、及び、第1絶縁性領域を備えることができる。半導体積層体は、カソード電極とアノード電極の間に設けられている。半導体積層体は、2次元電子ガス層を生成する第1ヘテロ接合と2次元正孔ガスを生成する第2ヘテロ接合を有することができる。第1ヘテロ接合及び第2ヘテロ接合が、カソード電極とアノード電極の間を結ぶ方向に沿って延びている。n型半導体領域は、カソード電極と半導体積層体の間に設けられている。2次元電子ガス層とn型半導体領域は、直接的に接するように構成されている。2次元正孔ガス層とn型半導体領域は、第1絶縁性領域によって直接的に接しないように構成されている。ここで、第1絶縁性領域は、一部の領域に2次元正孔ガス層が生成されないようにして、2次元正孔ガス層とn型半導体領域が直接的に接しないようにしてもよい。あるいは、第1絶縁性領域は、2次元正孔ガス層とn型半導体領域の間に介在して、2次元正孔ガス層とn型半導体領域が直接的に接しないようにしてもよい。第1絶縁性領域は、空隙、絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体で形成されてもよい。   The diode disclosed herein can include a cathode electrode, an anode electrode, a semiconductor stack, an n-type semiconductor region, and a first insulating region. The semiconductor laminate is provided between the cathode electrode and the anode electrode. The semiconductor stack may have a first heterojunction that produces a two-dimensional electron gas layer and a second heterojunction that produces a two-dimensional hole gas. The first heterojunction and the second heterojunction extend along the direction connecting the cathode electrode and the anode electrode. The n-type semiconductor region is provided between the cathode electrode and the semiconductor laminate. The two-dimensional electron gas layer and the n-type semiconductor region are configured to be in direct contact with each other. The two-dimensional hole gas layer and the n-type semiconductor region are configured not to be in direct contact with each other by the first insulating region. Here, in the first insulating region, the two-dimensional hole gas layer may not be in direct contact with the n-type semiconductor region by preventing the two-dimensional hole gas layer from being generated in a partial region. . Alternatively, the first insulating region may be interposed between the two-dimensional hole gas layer and the n-type semiconductor region so that the two-dimensional hole gas layer and the n-type semiconductor region are not in direct contact with each other. The first insulating region may be formed of an air gap, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor.

上記ダイオードの一実施形態はさらに、アノード電極と半導体積層体の間に設けられているp型半導体領域、及び、第2絶縁性領域を備えてもよい。この場合、2次元正孔ガス層とp型半導体領域は、直接的に接するように構成されている。2次元電子ガス層とp型半導体領域は、第2絶縁性領域によって直接的に接しないように構成されている。このダイオードは、PINダイオードとして動作することができる。ここで、第2絶縁性領域は、一部の領域に2次元電子ガス層が生成されないようにして、2次元電子ガス層とp型半導体領域が直接的に接しないようにしてもよい。あるいは、第2絶縁性領域は、2次元電子ガス層とp型半導体領域の間に介在して、2次元電子ガス層とp型半導体領域が直接的に接しないようにしてもよい。第2絶縁性領域は、空隙、絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体で形成されてもよい。   One embodiment of the diode may further include a p-type semiconductor region provided between the anode electrode and the semiconductor stack, and a second insulating region. In this case, the two-dimensional hole gas layer and the p-type semiconductor region are in direct contact with each other. The two-dimensional electron gas layer and the p-type semiconductor region are configured not to be in direct contact with each other by the second insulating region. This diode can operate as a PIN diode. Here, in the second insulating region, the two-dimensional electron gas layer may not be in direct contact with the p-type semiconductor region by preventing the two-dimensional electron gas layer from being generated in a partial region. Alternatively, the second insulating region may be interposed between the two-dimensional electron gas layer and the p-type semiconductor region so that the two-dimensional electron gas layer and the p-type semiconductor region are not in direct contact with each other. The second insulating region may be formed of an air gap, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor.

上記ダイオードの他の一実施形態では、半導体積層体が、2次元電子ガス層に隣接する半導体層がアノード電極にショットキー接触するように構成されていてもよい。このダイオードは、ショットキーダイオードとして動作することができる。このダイオードはさらに、第2絶縁性領域及び第3絶縁性領域を備えていてもよい。2次元電子ガス層とアノード電極は、第2絶縁性領域によって直接的に接しないように構成されている。2次元正孔ガス層とアノード電極は、第3絶縁性領域によって直接的に接しないように構成されている。ここで、第2絶縁性領域は、一部の領域に2次元電子ガス層が生成されないようにして、2次元電子ガス層とアノード電極が直接的に接しないようにしてもよい。あるいは、第2絶縁性領域は、2次元電子ガス層とアノード電極の間に介在して、2次元電子ガス層とアノード電極が直接的に接しないようにしてもよい。第2絶縁性領域は、空隙、絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体で形成されてもよい。また、第3絶縁性領域は、一部の領域に2次元正孔ガス層が生成されないようにして、2次元正孔ガス層とアノード電極が直接的に接しないようにしてもよい。あるいは、第3絶縁性領域は、2次元正孔ガス層とアノード電極の間に介在して、2次元正孔ガス層とアノード電極が直接的に接しないようにしてもよい。第3絶縁性領域は、空隙、絶縁体、半絶縁体又は高抵抗半導体で形成されてもよい。   In another embodiment of the diode, the semiconductor stack may be configured such that the semiconductor layer adjacent to the two-dimensional electron gas layer is in Schottky contact with the anode electrode. This diode can operate as a Schottky diode. The diode may further comprise a second insulating region and a third insulating region. The two-dimensional electron gas layer and the anode electrode are configured not to be in direct contact with each other by the second insulating region. The two-dimensional hole gas layer and the anode electrode are configured not to be in direct contact with each other by the third insulating region. Here, in the second insulating region, the two-dimensional electron gas layer may not be in direct contact with the anode electrode by preventing the two-dimensional electron gas layer from being generated in a partial region. Alternatively, the second insulating region may be interposed between the two-dimensional electron gas layer and the anode electrode so that the two-dimensional electron gas layer and the anode electrode are not in direct contact with each other. The second insulating region may be formed of an air gap, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor. In the third insulating region, the two-dimensional hole gas layer may not be in direct contact with the anode electrode so that the two-dimensional hole gas layer is not generated in a partial region. Alternatively, the third insulating region may be interposed between the two-dimensional hole gas layer and the anode electrode so that the two-dimensional hole gas layer and the anode electrode are not in direct contact with each other. The third insulating region may be formed of an air gap, an insulator, a semi-insulator, or a high resistance semiconductor.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   As mentioned above, although the specific example of this invention was described in detail, these are only an illustration and do not limit a claim. The art set forth in the claims includes various variations and modifications of the specific examples illustrated above.

例えば、2次元電子ガス層と2次元正孔ガス層の上下を入れ替えてもよいし、2次元電子ガス層と2次元正孔ガス層のペアを持つヘテロ構造が厚さ方向に複数積層されていてもよい。図9に、このような変形例を例示する。図9に示すダイオード9は、図1のダイオード1の変形例である。このダイオード9の半導体積層体90は、半絶縁性のGaAsの基板91、AlGaAsのバッファ層92、i−AlGaAsのバリア層93、n−InGaPの電子供給層94、i−GaAsのチャネル層95、p−InGaPの正孔供給層96、i−AlGaAsのバリア層97、n−InGaPの電子供給層98、i−GaAsのチャネル層99、p−InGaPの正孔供給層100、及び、i−AlGaAsのバリア層101を有する。このように、図9のダイオード9は、図1のダイオード1と対比すると、2次元電子ガス層と2次元正孔ガス層の上下が入れ替わっており、さらに、2次元電子ガス層と2次元正孔ガス層のペアを持つヘテロ構造が厚さ方向に複数積層されている。このようなダイオード9も、ヘテロ接合型スーパージャンクション構造を有しており、通常のスーパージャンクション構造と同様に、カソード電極102とアノード電極108の間の電界強度を一様とすることができる。このため、ダイオード9は、高耐圧な特性を有することができる。さらに、ダイオード9も、カソード側絶縁性領域238,240を備えており、2次元正孔ガス層(2DHG)とn型半導体領域104の間にi−GaAsのチャネル層95,99が介在することにより、この部分の電界集中が緩和され、高耐圧な特性が実現される。さらに、ダイオード9は、アノード側絶縁性領域242,244を備えており、2次元電子ガス層(2DEG)とp型半導体領域106の間にi−GaAsのチャネル層95,99が介在することにより、この部分の電界集中が緩和され、高耐圧な特性が実現される。   For example, the top and bottom of the two-dimensional electron gas layer and the two-dimensional hole gas layer may be interchanged, or a plurality of heterostructures having a pair of the two-dimensional electron gas layer and the two-dimensional hole gas layer are stacked in the thickness direction. May be Such a modification is illustrated in FIG. The diode 9 shown in FIG. 9 is a modification of the diode 1 of FIG. The semiconductor laminate 90 of the diode 9 includes a semi-insulating GaAs substrate 91, a buffer layer 92 of AlGaAs, a barrier layer 93 of i-AlGaAs, an electron supply layer 94 of n-InGaP, a channel layer 95 of i-GaAs, p-InGaP hole supply layer 96, i-AlGaAs barrier layer 97, n-InGaP electron supply layer 98, i-GaAs channel layer 99, p-InGaP hole supply layer 100, and i-AlGaAs The barrier layer 101 of Thus, in the diode 9 of FIG. 9, the top and bottom of the two-dimensional electron gas layer and the two-dimensional hole gas layer are interchanged as compared with the diode 1 of FIG. 1, and further, the two-dimensional electron gas layer and the two-dimensional positive. A plurality of heterostructures having a pair of porous gas layers are stacked in the thickness direction. Such a diode 9 also has a heterojunction-type super junction structure, and can make the electric field strength between the cathode electrode 102 and the anode electrode 108 uniform as in a normal super junction structure. Therefore, the diode 9 can have high withstand voltage characteristics. Furthermore, the diode 9 also includes cathode side insulating regions 238 and 240, and the channel layer 95 and 99 of i-GaAs is interposed between the two-dimensional hole gas layer (2DHG) and the n-type semiconductor region 104. Thus, the concentration of the electric field in this portion is alleviated, and high withstand voltage characteristics are realized. Furthermore, the diode 9 includes anode-side insulating regions 242 and 244, and the channel layers 95 and 99 of i-GaAs are interposed between the two-dimensional electron gas layer (2DEG) and the p-type semiconductor region 106. The electric field concentration in this portion is alleviated, and high withstand voltage characteristics are realized.

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであるが、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   The technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness singly or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Moreover, although the techniques illustrated in the present specification or the drawings can achieve a plurality of purposes simultaneously, achieving one of the purposes has technical utility in itself.

1:ダイオード
10:半導体積層体
11:基板
12:バッファ層
13:バリア層
14:正孔供給層
15:チャネル層
16:電子供給層
17:バリア層
102:カソード電極
104:n型半導体領域
106:p型半導体領域
108:アノード電極
202:カソード側絶縁性領域
204:アノード側絶縁性領域
1: Diode 10: Semiconductor laminate 11: Substrate 12: Buffer layer 13: Barrier layer 14: Hole supply layer 15: Channel layer 16: Electron supply layer 17: Barrier layer 102: Cathode electrode 104: n-type semiconductor region 106: p-type semiconductor region 108: anode electrode 202: cathode side insulating region 204: anode side insulating region

Claims (4)

カソード電極と、
アノード電極と、
前記カソード電極と前記アノード電極の間に設けられている半導体積層体であって、接合界面近傍に2次元電子ガス層を持つ第1ヘテロ接合と接合界面近傍に2次元正孔ガス層を持つ第2ヘテロ接合を有し、前記第1ヘテロ接合及び前記第2ヘテロ接合が前記カソード電極と前記アノード電極の間を結ぶ方向に沿って延びている、半導体積層体と、
前記カソード電極と前記半導体積層体の間に設けられているn型半導体領域と、
第1絶縁性領域と、を備えており、
前記2次元電子ガス層と前記n型半導体領域は、直接的に接するように構成されており、
前記2次元正孔ガス層と前記n型半導体領域は、前記第1絶縁性領域によって直接的に接しないように構成されている、ダイオード。
A cathode electrode,
An anode electrode,
A semiconductor laminate provided between the cathode electrode and the anode electrode, the first hetero junction having a two-dimensional electron gas layer in the vicinity of the junction interface and the first hetero junction having a two-dimensional hole gas layer in the vicinity of the junction interface A semiconductor laminate having two hetero junctions, wherein the first hetero junction and the second hetero junction extend along a direction connecting between the cathode electrode and the anode electrode;
An n-type semiconductor region provided between the cathode electrode and the semiconductor laminate;
And a first insulating region,
The two-dimensional electron gas layer and the n-type semiconductor region are configured to be in direct contact with each other,
The diode, wherein the two-dimensional hole gas layer and the n-type semiconductor region are not in direct contact with each other by the first insulating region.
前記アノード電極と前記半導体積層体の間に設けられているp型半導体領域と、
第2絶縁性領域と、をさらに備えており、
前記2次元正孔ガス層と前記p型半導体領域は、直接的に接するように構成されており、
前記2次元電子ガス層と前記p型半導体領域は、前記第2絶縁性領域によって直接的に接しないように構成されている、請求項1に記載のダイオード。
A p-type semiconductor region provided between the anode electrode and the semiconductor laminate;
And a second insulating region,
The two-dimensional hole gas layer and the p-type semiconductor region are configured to be in direct contact with each other,
The diode according to claim 1, wherein the two-dimensional electron gas layer and the p-type semiconductor region are configured not to be in direct contact with each other by the second insulating region.
前記半導体積層体は、前記2次元電子ガス層に隣接する半導体層が前記アノード電極にショットキー接触するように構成されている、請求項1に記載のダイオード。   The diode according to claim 1, wherein the semiconductor stack is configured such that a semiconductor layer adjacent to the two-dimensional electron gas layer is in Schottky contact with the anode electrode. 第2絶縁性領域と、
第3絶縁性領域と、をさらに備えており、
前記2次元電子ガス層と前記アノード電極は、前記第2絶縁性領域によって直接的に接しないように構成されており、
前記2次元正孔ガス層と前記アノード電極は、前記第3絶縁性領域によって直接的に接しないように構成されている、請求項3に記載のダイオード。
A second insulating region,
And a third insulating region,
The two-dimensional electron gas layer and the anode electrode are configured not to be in direct contact with each other by the second insulating region,
The diode according to claim 3, wherein the two-dimensional hole gas layer and the anode electrode are not in direct contact with each other by the third insulating region.
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