7400128 ＭＰＳダイオードデバイス及びその作製方法

(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】

(24)【登録日】2023-12-08

(45)【発行日】2023-12-18

(54)【発明の名称】ＭＰＳダイオードデバイス及びその作製方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/872 20060101AFI20231211BHJP

   H01L 29/861 20060101ALI20231211BHJP

   H01L 29/868 20060101ALI20231211BHJP

   H01L 21/329 20060101ALI20231211BHJP

   H01L 29/06 20060101ALI20231211BHJP

【ＦＩ】

H01L29/86 301F

H01L29/91 K

H01L29/86 301P

H01L29/86 301D

H01L29/86 301M

H01L29/06 601D

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022570212

(86)(22)【出願日】2020-12-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-06-21

(86)【国際出願番号】 CN2020140006

(87)【国際公開番号】W WO2021248879

(87)【国際公開日】2021-12-16

【審査請求日】2022-11-16

(31)【優先権主張番号】202010528815.2

(32)【優先日】2020-06-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】516164151

【氏名又は名称】珠海格力▲電▼器股▲分▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＧＲＥＥ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＡＰＰＬＩＡＮＣＥＳ， ＩＮＣ． ＯＦ ＺＨＵＨＡＩ

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】林 苡任

(72)【発明者】

【氏名】陳 道坤

(72)【発明者】

【氏名】曽 丹

(72)【発明者】

【氏名】史 波

【審査官】杉山 芳弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１８８０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１８６１６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１８７１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１７１３２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／１９０９９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００７－１８４３８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２９／８７２

Ｈ０１Ｌ ２９／８６１

Ｈ０１Ｌ ２１／３２９

Ｈ０１Ｌ ２９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＭＰＳダイオードデバイスであって、
並列に配置された複数のセルを含み、
各セルは、カソード電極と、前記カソード電極上に順次形成された基板、エピタキシャル層、バッファ層及びアノード電極と、を備え、
前記エピタキシャル層の、前記基板から離れた側には２つのアクティブ領域が形成され、
前記バッファ層の禁制帯幅は前記エピタキシャル層の禁制帯幅より大きく、
前記バッファ層の材質と前記エピタキシャル層の材質は同素体であり、
前記バッファ層において前記アクティブ領域に対向する位置には第１開口が形成され、
前記第１開口の内部にはオーミック金属層が形成される
ＭＰＳダイオードデバイス。

【請求項2】

前記バッファ層はナノ構造層である
請求項１に記載のＭＰＳダイオードデバイス。

【請求項3】

前記バッファ層は量子ドット層である
請求項２に記載のＭＰＳダイオードデバイス。

【請求項4】

前記量子ドット層における量子ドットの形状は円柱状、球状又は突起状であり、
前記量子ドットが円柱状である場合、前記円柱状の量子ドットの底面は前記エピタキシャル層と接触し、
前記量子ドットが突起状である場合、前記量子ドットの、前記エピタキシャル層に垂直な方向に沿った断面において前記エピタキシャル層から離れる側の輪郭線が放物線状である
請求項３に記載のＭＰＳダイオードデバイス。

【請求項5】

前記基板の材質はｎ型の３Ｃ－ＳｉＣであり、
前記エピタキシャル層の材質はｎ型の３Ｃ－ＳｉＣであり、
前記基板のドーピング濃度は前記エピタキシャル層のドーピング濃度より高く、
前記バッファ層の材質は４Ｈ－ＳｉＣである
請求項１に記載のＭＰＳダイオードデバイス。

【請求項6】

前記オーミック金属層の材質はチタンである
請求項１に記載のＭＰＳダイオードデバイス。

【請求項7】

前記オーミック金属層の厚さは１μｍである
請求項１に記載のＭＰＳダイオードデバイス。

【請求項8】

ＭＰＳダイオードデバイスの作製方法であって、
基板上にエピタキシャル層を形成するステップであって、前記エピタキシャル層の、前記基板から離れた側は、アクティブ領域を形成するためのアクティブ領域形成領域を有するステップと、
前記アクティブ領域形成領域においてアクティブ領域を形成するステップと、
アニール処理を行うステップと、
前記エピタキシャル層の、前記基板から離れた側において前記エピタキシャル層より禁制帯幅が大きいバッファ層を形成し、前記バッファ層において前記アクティブ領域に対向する部分をパターニングすることにより、前記バッファ層を貫通する第１開口を形成するステップと、
前記第１開口の内部においてオーミック金属層を形成し、前記基板の、前記エピタキシャル層から離れた側においてカソード電極を形成するステップと、
前記バッファ層及び前記オーミック金属層の、前記エピタキシャル層から離れた側において、アノード電極を形成するステップとを含む
ＭＰＳダイオードデバイスの作製方法。

【請求項9】

前記アクティブ領域形成領域においてアクティブ領域を形成する前記ステップは、
前記エピタキシャル層の、前記基板から離れた側において犠牲酸化層を形成するステップと、
前記犠牲酸化層の、前記エピタキシャル層から離れた側においてバリア層を形成し、前記バリア層において前記アクティブ領域形成領域に対向する部分をパターニングすることにより、前記バリア層を貫通する第２開口を形成するステップと、
前記第２開口内にイオンを注入することにより、前記エピタキシャル層のアクティブ領域形成領域においてアクティブ領域を形成するステップと、
前記犠牲酸化層及び前記バリア層を除去して前記エピタキシャル層を露出させるステップとを含む
請求項８に記載の作製方法。

【請求項10】

前記イオンはアルミニウムイオンである
請求項９に記載の作製方法。

【請求項11】

前記基板の材質はｎ型の３Ｃ－ＳｉＣであり、
前記エピタキシャル層の材質はｎ型の３Ｃ－ＳｉＣであり、
前記基板のドーピング濃度は前記エピタキシャル層のドーピング濃度より高く、
前記バッファ層の材質は４Ｈ－ＳｉＣである
請求項１０に記載の作製方法。

【請求項12】

アニール処理を行う前記ステップは、
前記エピタキシャル層の、前記基板から離れた側において炭素膜を形成するステップと、
高温アニール処理を行うステップと、
前記炭素膜を除去して前記エピタキシャル層を露出させるステップとを含む
請求項８に記載の作製方法。

【請求項13】

前記バッファ層は量子ドット層である
請求項８に記載の作製方法。

【請求項14】

前記量子ドット層を形成する方法は、
前記エピタキシャル層の、前記基板から離れた側において、昇華法により２０００℃以上の条件でバッファフィルム層を成長することと、
前記バッファフィルム層に対してアニール処理を行うことにより前記量子ドット層を形成することとを含む
請求項１３に記載の作製方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、２０２０年６月１１日に中国特許庁に出願された、出願番号が２０２０１０５２８８１５.２であって発明の名称が「ＭＰＳダイオードデバイスとその作製方法」である中国特許出願に対する優先権を主張し、その内容全体を参照により本開示に組み込む。

【0002】

本開示は、電子デバイスの技術分野に関し、特にＭＰＳダイオードデバイス及びその作製方法に関する。

【背景技術】

【0003】

ＳｉＣは第３世代の新型半導体として、広い禁制帯幅、高い臨界破壊電界、高い熱伝導率などの特性を有して、高温、高電圧、高周波数、高出力の分野において従来のシリコン系デバイスに比べて明らかな優位性を持っている。

【0004】

ＳｉＣ ＳＢＤ(炭化ケイ素ショットキーバリアダイオード)は、順方向導通の電圧降下が小さくて逆回復時間が短いが、逆ブロッキングの動作条件下でリーク電流が過大になるというデメリットがある。ＳｉＣ ＳＢＤの逆電流リークの問題を改善するために、ＪＢＳ(ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｂａｒｒｉｅｒ ｓｃｈｏｔｔｋｙ)又はＭＰＳ(ｍｅｒｇｅ ｐｉｎ ｓｃｈｏｔｔｋｙ)構造が開発された。ここで、ｐ型リドープ領域において形成される空乏領域が高い逆電圧に耐えることができるとともに、空乏領域が互いに連結してショットキー接合を包むため、デバイスの逆方向作動時にショットキーバリアが低下して逆電流リークが増加する問題を防止することができる。一般に、逆電流リークと順方向動作電圧は両立しなければならない２つの性能パラメータである。しかしながら、リーク電流を減らすためにはショットキーバリアの高さを高める必要がある一方、それによって順方向動作電圧は上昇してしまう。そのため、従来技術では、デバイスの順方向導通損失の低減と逆電流リークの低減を同時に実現できない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、ＭＰＳ（ｍｅｒｇｅ ｐｉｎ ｓｃｈｏｔｔｋｙ）ダイオードデバイス及びその作製方法を提供する。当該ＭＰＳダイオードデバイスは、逆電流リークによる損失を低減するとともに順方向導通損失を低減することができ、逆電流リーク及び順方向動作電圧の２つの性能パラメータを同時に向上させて、より高い性能を達成する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

以上の目的を達成するために、本開示は、並列に配置された複数のセルを含む、ＭＰＳダイオードデバイスを提供する。ここで、各セルは、カソード電極と、前記カソード電極上に順次形成された基板、エピタキシャル層、バッファ層及びアノード電極と、を備え、エピタキシャル層の、基板から離れた側には２つのアクティブ領域が形成され、前記バッファ層の禁制帯幅は前記エピタキシャル層の禁制帯幅より大きく、且つ前記バッファ層の材質と前記エピタキシャル層の材質は同素体であり、前記バッファ層において前記アクティブ領域に対向する位置には第１開口が形成され、前記第１開口の内部にはオーミック金属層が形成される。

【0007】

前記ＭＰＳダイオードデバイスにおいて、エピタキシャル層とアノード電極の間にはバッファ層が設けられており、該バッファ層の禁制帯幅はエピタキシャル層の禁制帯幅より大きく設けられるため、該ＭＰＳダイオードデバイスにおけるショットキーバリア高さに対する調節が可能であって、ショットキーバリア高さが下げられることができ、それにより該ＭＰＳダイオードデバイスの順方向導通損失が低下する。また、バッファ層の材質とエピタキシャル層の材質は同素体であることにより、バッファ層とエピタキシャル層の間の界面における応力不整合がうまく改善されて界面準位が大幅に低下され、それにより該ＭＰＳダイオードデバイスの逆電流リークが緩和される。前記ＭＰＳダイオードデバイスは、逆電流リークによる損失を低減しつつ順方向導通損失を低減して、逆電流リーク及び順方向動作電圧の２つの性能パラメータを同時に改善することができ、該ＭＰＳダイオードデバイスの高性能化を達成する。

【0008】

いくつかの実施形態において、前記バッフル層はナノ構造層である。

【0009】

いくつかの実施形態において、前記バッファ層は量子ドット層である。

【0010】

いくつかの実施形態において、前記量子ドット層における量子ドットの形状は円柱状、球状又は突起状である。前記量子ドットが円柱状である場合、前記円柱状の量子ドットの底面は前記エピタキシャル層と接触する。前記量子ドットが突起状である場合、前記量子ドットの、エピタキシャル層に垂直な方向に沿った断面においてエピタキシャル層から離れる側の輪郭線が放物線状である。

【0011】

いくつかの実施形態において、前記基板の材質はｎ型の３Ｃ－ＳｉＣであり、前記エピタキシャル層の材質はｎ型の３Ｃ－ＳｉＣである。且つ、前記基板のドーピング濃度は前記エピタキシャル層のドーピング濃度より高い。前記バッファ層の材質は４Ｈ－ＳｉＣである。

【0012】

いくつかの実施形態において、前記オーミック金属層の材質はチタンである。

【0013】

いくつかの実施形態において、前記オーミック金属層の厚さは１μｍである。

【0014】

本開示はさらに、ＭＰＳダイオードデバイスの作製方法を提供する。該作製方法は、基板上にエピタキシャル層を形成するステップであって、前記エピタキシャル層の、前記基板から離れた側は、アクティブ領域を形成するためのアクティブ領域形成領域を有するステップと、前記アクティブ領域形成領域においてアクティブ領域を形成するステップと、アニール処理を行うステップと、前記エピタキシャル層の、前記基板から離れた側において前記エピタキシャル層の禁制帯幅より大きい禁制帯幅を有するバッファ層を形成し、前記バッファ層において前記アクティブ領域に対向する部分をパターニングして、前記バッファ層を貫通する第１開口を形成するステップと、前記第１開口の内部においてオーミック金属層を形成し、前記基板の、前記エピタキシャル層から離れた側においてカソード電極を形成するステップと、前記バッファ層及び前記オーミック金属層の、前記エピタキシャル層から離れた側においてアノード電極を形成するステップとを含む。

【0015】

いくつかの実施形態において、前記アクティブ領域形成領域においてアクティブ領域を形成する前記ステップは、前記エピタキシャル層の、前記基板から離れた表面において犠牲酸化層を形成するステップと、前記犠牲酸化層の、前記エピタキシャル層から離れた側においてバリア層を形成し、前記バリア層において前記アクティブ領域形成領域に対向する部分をパターニングすることで、前記バリア層を貫通する第２開口を形成するステップと、前記第２開口内にイオンを注入することで前記エピタキシャル層のアクティブ領域形成領域においてアクティブ領域を形成するステップと、前記犠牲酸化層及び前記バリア層を除去して前記エピタキシャル層を露出させるステップとを含む。

【0016】

いくつかの実施形態において、前記イオンはアルミニウムイオンである。

【0017】

いくつかの実施形態において、前記基板の材質はｎ型の３Ｃ－ＳｉＣであり、前記エピタキシャル層の材質はｎ型の３Ｃ－ＳｉＣであり、前記基板のドーピング濃度は前記エピタキシャル層のドーピング濃度より高く、前記バッファ層の材質は４Ｈ－ＳｉＣである。

【0018】

いくつかの実施形態において、アニール処理を行う前記ステップは、前記エピタキシャル層の、前記基板から離れた側において炭素膜を形成するステップと、高温アニール処理を行うステップと、前記炭素膜を除去して前記エピタキシャル層を露出させるステップとを含む。

【0019】

いくつかの実施形態において、前記バッファ層は量子ドット層である。

【0020】

いくつかの実施形態において、前記量子ドット層の形成方法は、前記エピタキシャル層の、前記基板から離れた側において、２０００℃を超える条件で昇華法によりバッファフィルム層を成長するステップと、前記バッファフィルム層に対してアニール処理を行って前記量子ドット層を形成するステップとを含む。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1-5】本開示の実施例に係るＭＰＳダイオードの作製方法の過程を示す模式図である。

【図6】本開示の実施例に係る第１の量子ドート構造の断面を示す模式図である。

【図7】本開示の実施例に係る第２の量子ドート構造の断面を示す模式図である。

【図8】本開示の実施例に係る第３の量子ドート構造の断面を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本開示の実施例による図面を参照しながら、本開示の実施例に係る技術案を明確かつ完全に説明する。なお、記載される実施例は本開示の一部の実施例に過ぎず、すべての実施例ではない。当業者が本開示の実施例に基づいて創造的労働を行わずに得た他の実施形態はすべて本開示の保護範囲に属する。

【0023】

図５を参照すると、本開示はＭＰＳダイオードデバイスを提供し、該ＭＰＳダイオードデバイスは、並列に配置された複数のセルを含む。各セルは、カソード電極１と、カソード電極１上に順次形成された基板２、エピタキシャル層３、バッファ層４及びアノード電極５と、を備える。エピタキシャル層３の、基板２から離れた側には２つのアクティブ領域６が形成される。バッファ層４の禁制帯幅は、エピタキシャル層３の禁制帯幅より大きい。且つ、バッファ層４の材質とエピタキシャル層３の材質は同素体である。バッファ層４においてアクティブ領域６に対向する位置には第１開口８が形成されており、第１開口８の内部にはオーミック金属層７が形成されている。

【0024】

前記ＭＰＳダイオードデバイスにおいて、エピタキシャル層３とアノード電極５の間にはバッファ層４が設けられている。該バッファ層４の禁制帯幅をエピタキシャル層３の禁制帯幅より大きく設定することにより、該ＭＰＳダイオードデバイスにおけるショットキーバリア高さを調節可能にして、ショットキーバリア高さが下げられることができ、それにより該ＭＰＳダイオードデバイスの順方向導通損失を低減することができる。それとともに、バッファ層４の材質とエピタキシャル層３の材質は同素体であることにより、バッファ層４とエピタキシャル層３の間の界面に発生する応力不整合問題がうまく改善されて界面準位が大幅に低下され、それにより該ＭＰＳダイオードデバイスの逆電流リークが低減される。上述のＭＰＳダイオードデバイスは、逆電流リークによる損失を低減するとともに順方向導通損失を低減することにより、逆電流リーク及び順方向動作電圧の両方の性能パラメータを改善して、該ＭＰＳダイオードデバイスの性能を向上させることができる。

【0025】

具体的に、バッファ層４はナノ構造層である。

【0026】

バッファ層４はフィルム層であってもよく、又はナノ構造層であってもよい。ナノ構造層を採用することにより、バッファ層４のエネルギーバンド幅をより一層調節することができ、したがってショットキーバリア高さはさらに調節されることができる。それにより、デバイスの順方向導通損失を低減することができる。

【0027】

具体的に、バッファ層４は量子ドット層である。図６、図７及び図８に示すように、量子ドット層における量子ドットの形状は円柱状、球状又は突起状である。量子ドットが円柱状である場合、円柱状の量子ドットの底面はエピタキシャル層３と接触する。量子ドットが突起状である場合、量子ドットの、エピタキシャル層３に垂直な方向に沿った断面は、エピタキシャル層３から離れる側の輪郭線が放物線状である。

【0028】

バッファ層４としては、ナノスケールの量子ドットを採用することができる。作製が容易になるとともに、作製時にはアニール温度を制御することにより量子ドット層における量子ドットの形状やサイズを制御してバッファ層４の禁制帯幅に対する調整を実現することができ、それによりショットキーバリア高さをより一層調節してＭＰＳダイオードデバイスの性能を更に向上させることができる。

【0029】

具体的に、基板２の材質はｎ型の３Ｃ－ＳｉＣである。エピタキシャル層３の材質はｎ型の３Ｃ－ＳｉＣであり、且つ、基板２のドーピング濃度はエピタキシャル層３のドーピング濃度より高い。バッファ層４の材質は４Ｈ－ＳｉＣである。

【0030】

バッファ層４の材質は４Ｈ－ＳｉＣであり、エピタキシャル層３の材質はｎ型の３Ｃ－ＳｉＣである。ここで、４Ｈ－ＳｉＣの禁制帯幅は３Ｃ－ＳｉＣの禁制帯幅より大きいので、ショットキーバリア高さに対する調節が可能になる。また、４Ｈ－ＳｉＣと３Ｃ－ＳｉＣは同素体であるので、バッファ層４として４Ｈ－ＳｉＣを用いた場合、他の禁制帯幅が広い半導体材料からなるバッファ層４に比べて、４Ｈ－ＳｉＣからなるバッファ層は、３Ｃ－ＳｉＣからなるエピタキシャル層との間の界面における結晶格子に発生する応力不整合問題がよく改善される。それにより、界面準位が大幅に低下され、界面準位に起因する逆電流リークが過大になる問題は緩和されることができる。

【0031】

具体的に、オーミック金属層７の材質はチタンである。

【0032】

具体的に、オーミック金属層７の厚さは１μｍである。

【0033】

本開示は、ＭＰＳダイオードデバイスの作製方法を更に提供する。図１ないし図５に示すように、該作製方法は以下の内容を含む。
ステップＳ１０１において、基板２上にエピタキシャル層３を形成する。図１に示すように、エピタキシャル層３の、基板２から離れた側は、アクティブ領域６を形成するためのアクティブ領域形成領域を有する。
ステップＳ１０２において、アクティブ領域形成領域においてアクティブ領域６を形成する。図２ａ、図２ｂ、図２ｃ及び図２ｄに合わせて、図２ｅに示す通りである。
ステップＳ１０３において、アニール処理を行う。図３に示す通りである。
ステップＳ１０４において、エピタキシャル層３の、基板２から離れた側において、エピタキシャル層３の禁制帯幅より大きい禁制帯幅を有するバッファ層４を形成し、バッファ層４においてアクティブ領域６に対向する部分をパターニングすることで、バッファ層４を貫通する第１開口８を形成する。図４ａに合わせて、図４ｂ及び図４ｃに示す通りである。
ステップＳ１０５において、第１開口８の内部にオーミック金属層７を形成し、基板２の、エピタキシャル層３から離れた側においてカソード電極１を形成する。図４ｃに示す通りである。
ステップＳ１０６において、バッファ層４及びオーミック金属層７の、エピタキシャル層３から離れた側においてアノード電極５を形成する。図５に示す通りである。

【0034】

上述のＭＰＳダイオードデバイスの作製方法によれば、エピタキシャル層３上に、エピタキシャル層３とアノード電極５の間にバッファ層４を形成する。バッファ層４の禁制帯幅をエピタキシャル層３の禁制帯幅より大きく設け且つバッファ層４の材質としてエピタキシャル層３の材質の同素体を採用することにより、ショットキーバリア高さを下げて順方向導通損失を低減するとともに、該ＭＰＳダイオードデバイスの逆電流リークを低減することができ、それにより逆電流リーク及び順方向動作電圧の両方の性能パラメータを改善して、該ＭＰＳダイオードデバイスの性能を向上させることができる。

【0035】

具体的に、図２ａ、図２ｂ、図２ｃ及び図２ｅに示すように、アクティブ領域形成領域においてアクティブ領域６を形成するステップは以下の内容を含む。
ステップＳ２０１において、エピタキシャル層３の、基板２から離れた側において犠牲酸化層９を形成する。図２ａに示す通りである。
ステップＳ２０２において、犠牲酸化層９の、エピタキシャル層３から離れた側においてバリア層１０を形成し、バリア層１０においてアクティブ領域形成領域に対向する部分をパターニングすることで、バリア層１０を貫通する第２開口１１を形成する。図２ｂと図２ｃに示す通りである。
ステップＳ２０３において、第２開口１１内にイオンを注入することによりエピタキシャル層３のアクティブ領域形成領域においてアクティブ領域６を形成する。図２ｄに示す通りである。
ステップＳ２０４において、犠牲酸化層９及びバリア層１０を除去してエピタキシャル層３を露出させる。図２ｅに示す通りである。

【0036】

上述のアクティブ領域６を形成するステップにおいて、Ｓ２０１では、エピタキシャル層３の、基板２から離れた側において犠牲酸化層９を形成する。犠牲酸化層９は、後の工程でアクティブ領域６形成時にイオンがアクティブ領域形成領域に注入されるときにバッファ機能を果たして、イオン注入時に高エネルギー粒子が直接注入されてエピタキシャル層３の表面が非晶質化されてしまってリークが過大になることを防止できる。ここで、犠牲酸化層９は、厚さが０.１μｍであり、材質がシリカ（ＳｉＯ_２）である。Ｓ２０２では、犠牲酸化層９の、エピタキシャル層３から離れた側においてバリア層１０を形成し、バリア層１０においてアクティブ領域形成領域に対向する部分をパターニングすることで、バリア層１０を貫通する第２開口１１を形成する。バリア層１０は、イオンがアクティブ領域形成領域以外の部分に注入されることを防止するために設けられる。バリア層１０の材質は多結晶シリコン又は炭化したフォトレジストなどであってもよい。バリア層１０の厚さは２μｍであってもよい。Ｓ２０３では、第２開口１１の内部にイオンを注入することにより、エピタキシャル層３のアクティブ領域形成領域においてアクティブ領域６を形成する。イオン注入のエネルギー及び注入量は、ＭＰＳダイオードデバイスに必要な順方向動作電圧によって決定される。Ｓ２０４では、犠牲酸化層９及びバリア層１０を除去してエピタキシャル層３を露出させる。犠牲酸化層９及びバリア層１０を形成したのはイオン注入を容易にするためであるため、アクティブ領域６が形成された後には犠牲酸化層９とバリア層１０を除去してその後の作製工程を進めばよい。

【0037】

具体的に、イオンはアルミニウムイオンである。

【0038】

具体的に、上述のＭＰＳダイオードデバイスの作製方法によって作成されたＭＰＳダイオードデバイスにおいて、基板２の材質はｎ型の３Ｃ－ＳｉＣであり、エピタキシャル層３の材質はｎ型の３Ｃ－ＳｉＣであり、基板２のドーピング濃度はエピタキシャル層３のドーピング濃度より高く、バッファ層４の材質は４Ｈ－ＳｉＣである。

【0039】

バッファ層４の材質として４Ｈ－ＳｉＣを採用し且つエピタキシャル層３の材質としてｎ型の３Ｃ－ＳｉＣを採用すると、４Ｈ－ＳｉＣの禁制帯幅は３Ｃ－ＳｉＣの禁制帯幅より大きいため、ショットキーバリア高さに対する調節が可能になる。また、４Ｈ－ＳｉＣと３Ｃ－ＳｉＣは同素体であるので、バッファ層４として４Ｈ－ＳｉＣを用いた場合、他の禁制帯幅が広い半導体材料からなるバッファ層４に比べて、４Ｈ－ＳｉＣからなるバッファ層は、３Ｃ－ＳｉＣからなるエピタキシャル層との間の界面における結晶格子に発生する応力不整合の問題がよく改善される。それにより、界面準位が大幅に低下され、界面準位に起因する逆電流リークが過大になる問題は緩和されることができる。

【0040】

具体的に、アニール処理を行うステップは以下の内容を含む。
ステップＳ３０１において、エピタキシャル層３の、基板２から離れた側において炭素膜１２を形成する。図３に示す通りである。
ステップＳ３０２において、高温アニール処理を行う。
ステップＳ３０３において、炭素膜１２を除去してエピタキシャル層３を露出させる。

【0041】

アクティブ領域６の作製が完了後にはアニール処理を行う必要である。それにより、アクティブ領域６にドープされたイオンの電気的活性を高めるとともに、イオン注入による格子損傷を修復することができる。Ｓ３０１では、エピタキシャル層３の、基板２から離れた側において炭素膜１２を形成する。具体的には、フォトレジストを１μｍ～１．５μｍ蒸着してから炭化処理を行うことにより炭素膜１２を形成することができる。炭素膜１により、アニール時にＳｉが昇華してエピタキシャル層３の表面が粗くなる問題は緩和される。Ｓ３０２では、高温アニール処理を行い、具体的には８００℃～１０００℃の温度でアニール処理を３０分間行う。Ｓ３０３では、後続の作製工程が行われるように、炭素膜１２を除去してエピタキシャル層３を露出させる。炭素膜１２は熱酸化法により除去されることができ、すなわち６００℃～８００℃の条件で炭素膜１２に対してトライ除去を行う。

【0042】

具体的に、バッファ層４は量子ドット層である。

【0043】

量子ドット層を用いることで、ショットキーバリア高さをより効果的に調節してＭＰＳダイオードデバイスの性能を向上させることができる。

【0044】

具体的に、図４ａ、図４ｂ及び図４ｃに示すように、量子ドット層の形成方法は以下の内容を含む。
ステップＳ４０１において、エピタキシャル層３の、基板２から離れた側において、２０００℃以上の条件で昇華法によりバッファフィルム層１３を成長する。図４ａに示す通りである。
ステップＳ４０２において、バッファフィルム層１３においてアクティブ領域６に対向する部分をパターニングすることにより、バッファ層４を貫通する第１開口８を形成する。図４ｂに示す通りである。
ステップＳ４０３において、バッファフィルム層１３に対してアニール処理を行うことにより量子ドット層を形成する。図４ｃに示す通りである。

【0045】

量子ドット層を作製するためには、まず、エピタキシャル層３の、基板２から離れた側において、２０００℃以上の条件で昇華法によりバッファフィルム層１３を成長する。エピタキシャル層３の材質はｎ型の３Ｃ－ＳｉＣであるため、バッファフィルム層１３の材質としては、３Ｃ－ＳｉＣの同素体であり且つ３Ｃ－ＳｉＣより禁制帯幅が大きい４Ｈ－ＳｉＣを採用することができる。それにより、ショットキーバリア高さを調節するとともに界面準位を低下させて、逆電流リークと順方向動作電圧の２つの性能パラメータが同時に改善されることを達成する。Ｓ４０３では、バッファフィルム層１３に対してアニール処理を行うことによって量子ドット層を形成する。アニール処理により、バッファフィルム層１３の構造を量子ドット層に変化させる。さらに、アニール温度を制御することによって量子ドット層における量子ドットの形状やサイズを調節して、ショットキーバリア高さに対する変調をより効果的に実現することができる。

【0046】

量子ドット層を形成するときには、バッファフィルム層１３を形成した後にアニール処理を行う必要があり、一方、バッファ層４の第１開口８内でオーミック金属層７を形成するためにもアニール処理を行う必要がある。そのため、２回のアニール処理工程を１回にまとめてもよい。さらに、カソード電極１とオーミック金属層７は同時に形成されてもよい。つまり、量子ドット層、カソード電極１及びオーミック金属層７は、同じ工程で形成されることができる。具体的には、図４ａに示すようにバッファフィルム層１３を形成した後、図４ｂに示すようにバッファフィルム層１３において第１開口８を形成し、次に図４ｃに示すように第１開口８の内部においてオーミック金属層７を形成し、基板２の、エピタキシャル層３から離れた側においてカソード電極１を形成し、さらに、８００℃～１０００℃の条件でアニール処理を行うことにより、オーミック接触を形成するとともにバッファフィルム層１３を量子ドット層になるように処理する。２回のアニール処理を合併することで、作製工程を簡略化して作製時間を短縮することができる。

【0047】

オーミック金属層７は、電子ビーム蒸着技術により堆積された１μｍのチタンであってもよい。カソード電極１も、電子ビーム蒸着技術により１μｍのチタンを堆積することによって作製されてもよい。カソード電極１の材料はニッケルやアルミニウムなどの金属であってもよい。図５に示すように、アノード電極５は、アルミニウムを蒸着して３００℃～５００℃の条件でアニールを行ってショットキー接触を形成することによって作製されてもよい。

【0048】

当業者は本開示の思想及び範囲から逸脱せずに本開示の実施形態に様々な修正及び変形を加えることができることは明らかである。つまり、本開示に対する行われるこのような修正や変形が本開示の特許請求の範囲及びその技術的同等物の範囲内にある場合、本開示はこれらの修正及び変形も含むことを意図する。

【符号の説明】

【0049】

１：カソード電極
２：基板
３：エピタキシャル層
４：バッファ層
５：アノード電極
６：アクティブ領域
７：オーミック金属層
８：第１開口
９：犠牲酸化層
１０：バリア層
１１：第２開口
１２：炭素膜
１３：バッファフィルム層
１４：量子ドット

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図2d】

【図2e】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】