特許 6831312 ダイオード

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6831312

(24)【登録日】2021年2月1日

(45)【発行日】2021年2月17日

(54)【発明の名称】ダイオード

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/861 20060101AFI20210208BHJP

   H01L 29/868 20060101ALI20210208BHJP

   H01L 29/06 20060101ALI20210208BHJP

   H01L 29/47 20060101ALI20210208BHJP

   H01L 29/872 20060101ALI20210208BHJP

【ＦＩ】

   H01L29/91 H

   H01L29/91 D

   H01L29/91 F

   H01L29/06 301D

   H01L29/48 F

   H01L29/48 D

【請求項の数】4

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2017-180607(P2017-180607)

(22)【出願日】2017年9月20日

(65)【公開番号】特開2019-57589(P2019-57589A)

(43)【公開日】2019年4月11日

【審査請求日】2020年2月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】592032636

【氏名又は名称】学校法人トヨタ学園

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】特許業務法人快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】櫛田 知義

(72)【発明者】

【氏名】長里 喜隆

(72)【発明者】

【氏名】岩田 直高

(72)【発明者】

【氏名】榊 裕之

【審査官】 杉山 芳弘

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許第８５８６９９３（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１３−０４１９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２０７６１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１５７７５３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２９／８６１

Ｈ０１Ｌ ２９／８６８

Ｈ０１Ｌ ２９／８７２

Ｈ０１Ｌ ２９／０６

Ｈ０１Ｌ ２９／４７

Ｈ０１Ｌ ２９／７７８

Ｈ０１Ｌ ２９／８１２

Ｈ０１Ｌ ２１／３３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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。

【請求項2】

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。

【請求項3】

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。

【請求項4】

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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

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。

【0003】

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。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0004】

【非特許文献1】Bo Song, Mingda Zhu, Zongyang Hu, Erhard Kohn, Debdeep Jena and Huil (Grace) Xing, GaN lateral PolarSJs: Polarization-doped super junctions, IEEE 72nd 2014

【非特許文献2】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 2015

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

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。

【0006】

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。

【0007】

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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

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。

【0009】

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。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】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。

【図2】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。

【図3】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。

【図4】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。

【図5】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。

【図6】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。

【図7】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。

【図8】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。

【図9】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。

【発明を実施するための形態】

【0011】

（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。

【0012】

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。

【0013】

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。

【0014】

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。

【0015】

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。

【0016】

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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

（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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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。

【0026】

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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

（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。

【0032】

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。

【0033】

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。

【0034】

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。

【0035】

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。

【0036】

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。

【0037】

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。

【0038】

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。

【0039】

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。

【0040】

（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。

【0041】

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。

【0042】

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。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

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。

【0046】

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。

【0047】

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。

【0048】

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。

【0049】

（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。

【0050】

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。

【0051】

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。

【0052】

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。

【0053】

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。

【0054】

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。

【0055】

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。

【0056】

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。

【0057】

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。

【0058】

（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。

【0059】

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。

【0060】

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。

【0061】

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。

【0062】

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。

【0063】

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。

【0064】

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。

【0065】

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。

【0066】

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。

【0067】

（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。

【0068】

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。

【0069】

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。

【0070】

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。

【0071】

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。

【0072】

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。

【0073】

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。

【0074】

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。

【0075】

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。

【0076】

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。

【0077】

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。

【0078】

（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。

【0079】

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。

【0080】

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。

【0081】

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。

【0082】

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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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。

【0086】

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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

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。

【0091】

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。

【0092】

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。

【0093】

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。

【0094】

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。

【0095】

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。

【符号の説明】

【0096】

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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】