JP2009218236A - ダイオード - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 n型半導体領域22と、n型半導体領域22の表面の一部に設けられているp型半導体領域14と、n型半導体領域22の表面とp型半導体領域14の表面に接しており、少なくともn型半導体領域22の表面にショットキー接合Jbしているアノード電極2(表面電極)と、n型半導体領域22に接する右側面30b(第1側面)及び左側面30a(第2側面)を有する絶縁領域30を備えている。右側面30bは、ショットキー接合Jbの下方に位置する第2n型半導体領域22bに対向しており、左側面30aは、n型半導体領域22とp型半導体領域14とのpn接合13の下方に位置する第1n型半導体領域22aに対向している。
【選択図】 図1
Description
カソード電極104にアノード電極102よりも高い電圧を印加すると(逆方向電圧を印加すると)、p型半導体領域114とn型半導体領域112との間のpn接合113の接合面から空乏層が広がる。複数個のp型半導体領域114がn型半導体領域112の表面に分散して配置されていると、空乏層が広く広がり、高い耐圧を得ることができる。JBS型のダイオード100は、p型半導体領域114が形成されていない従来のショットキーダイオードよりも、耐圧を向上させることができる。
図20と図21に示すように、ショットキーダイオードは、pn接合ダイオードと比較すると、順方向電圧が低い範囲でも電流を流すことができ、順方向電圧が高い範囲で順方向抵抗が大きい。一方、pn接合ダイオードは、ショットキーダイオードと比較すると、順方向電圧が低い範囲で電流が流れず、順方向電圧が高い範囲で順方向抵抗が小さい。
本発明は、n型半導体領域の表面の一部にp型半導体領域が設けられたダイオードにおいて、内在するpn接合ダイオードを活用して順方向抵抗を低減化する技術を提供することを目的としている。
ここで、境界部とは、境界面に限定されるものではなく、境界面の近傍の領域を含む。
上記した構成によると、絶縁領域がp型半導体領域の周縁に沿って配置される。このため、p型半導体領域の下方に位置するn型半導体領域の全体において、ショットキー接合を介して流れる電流が流れ込むという事象が抑制される。p型半導体領域とn型半導体領域で構成されるpn接合の大部分をpn接合ダイオードとして活用することができる。順方向電圧の高い範囲の順方向抵抗が顕著に低減される。
上記した構成では、半導体基板の表層部に複数個のp型半導体領域が分散配置されている。逆方向電圧を印加したときに、複数個のpn接合から空乏層を伸ばすことができる。ダイオードの耐圧を一層向上させることができる。
上記形態の絶縁領域は、半導体基板の表面からエッチングによってトレンチを形成し、そのトレンチ内に絶縁体を充填することによって得られる。上記形態の絶縁領域は、製造し易いという特徴を有する。
上記した構成よると、絶縁領域により、p型半導体領域が分割される。分割された一部のp型半導体領域が、ショットキー接合の下方に位置するn型半導体領域の表面の一部に形成されている。逆方向電圧が印加されているときには、これらのpn接合から空乏層を広げることができる。ショットキー接合面付近に空乏層が広がり易く、耐圧を確保することができる。
ここで、オーミック接合とは、実質的には、ショットキー障壁が存在しない接合をいう。オーミック接合では、実質的には、半導体のバリアハイトと金属のバリアハイトの差が存在しない。オーミック接合に順方向の外部電圧を印加すると、オームの法則に従って外部電圧に比例した電流が流れる。
上記した構成によると、第2表面電極とp型半導体領域の間に略電位差が生じない。したがって、p型半導体領域とn型半導体領域で構成されるpn接合の電位差をより大きくすることができる。順方向電圧が比較的低い範囲でも、p型半導体領域とn型半導体領域で構成されるpn接合をダイオードとして機能させることができる。
(第1特徴)ダイオードは、半導体基板の表面上に設けられている複数個のp型半導体領域を備えている。隣り合うp型半導体領域は、半導体基板の表面に間隔を空けて配置されている。(図13)
(第2特徴)p型半導体領域は、n型半導体領域の表面からエピタキシャル成長をして形成する。p型不純物をイオン注入することによる欠陥の形成を防止することができる。p型半導体領域を活性化するために高温の熱処理工程を実施する必要がない。n型半導体領域の表面から半導体材料が昇華することによる表面荒れを防止することができる。逆方向電圧印加時のリーク電流を低減化することができる。(図13)
(第3特徴)n型半導体領域とp型半導体領域の半導体材料は炭化珪素である。
図1に、ショットキーダイオードの構造とpn接合ダイオードの構造が混在しているダイオード1の要部断面図を示す。図2に、図1のII-II線断面図を示す。図2は、ダイオード1が形成されている半導体基板3を平面視した図である。
図1に示すように、ダイオード1は、SiCの半導体基板3を用いて形成されている。半導体基板3には、n+型のカソード領域10(n型高濃度半導体領域の一例)と、n型半導体領域22が順に積層されている。ダイオード1は、n型半導体領域22の表面に分散して配置されているp型半導体領域14を備えている。図2に示すように、複数本のp型半導体領域14が長手方向を揃えてストライプ状に形成されている。したがって、半導体基板3の表層部に、n型半導体領域22とp型半導体領域14が、図2に示す横方向に沿って繰り返している。
に示すように、絶縁領域30は、平面視したときに、p型半導体領域14を取り囲んでいる。したがって、ダイオード1のショットキーダイオード領域J2は、平面視したときに、絶縁領域30の外側に広がっている。ダイオード1のpn接合ダイオード領域J1は、絶縁領域30の内側に広がっている。
図3に、ダイオード1のアノード・カソード間に印加する順方向電圧V(V)と、アノード・カソード間に流れる電流の電流密度I(A/cm2)の関係(電圧・電流密度特性と称する。)を示す。なお、図3では、ダイオード1の温度が50℃の場合と、温度が100℃の場合と、温度が150℃の場合と、温度が200℃の場合について電圧・電流密度特性を示している。ダイオード1は、いずれの温度下でも、順方向電圧V(V)が2.5(V)程度までの低い範囲では、各々のグラフの勾配が緩やかである。ダイオード1は、いずれの温度下でも、順方向電圧V(V)が高い範囲では、各々のグラフの勾配が急になっている。
本実施例のダイオード1によると、順方向電圧V(V)が高い範囲では、pn接合ダイオードの構造を有するpn接合ダイオード領域J1が導通する。これにより、ダイオード1は、順方向電圧V(V)が高い範囲で温度の影響を受け難い。
まず、カソード領域10となるn+型のSiC基板を準備する。カソード領域10のn型不純物の濃度は1×1018/cm3とする。カソード領域10の厚さは350μmとする。次に、図5に示すように、n+型のカソード領域10の表面に、厚さが15μmのn型半導体領域22を結晶成長させる。結晶成長は、1500℃の温度で行う。結晶成長の材料として、SiH4,C3H8,N2,H2等を用いる。これにより、n型不純物の濃度が5×1015/cm3のn型半導体領域22を形成する。本明細書では、カソード領域10とn型半導体領域22を併せて半導体基板3と称している。
次に、半導体基板3の裏面3bにNi層を蒸着する。熱処理を行ってカソード電極4とする。
図13に、ショットキーダイオードの構造とpn接合ダイオードの構造が混在しているダイオード1dの要部断面図を示す。本実施例のダイオード1dの特徴は、p型半導体領域14aが半導体基板3の表面3a上に配置されていることである。なお、図13では、図1に示すダイオード1と同等の構成要素には同一の番号の符号を付して示し、それらの説明は省略する。
図16に、ショットキーダイオードの構造とpn接合ダイオードの構造が混在しているJダイオード1gの要部断面図を示す。本実施例のダイオード1gの特徴は、絶縁領域37が、p型半導体領域14を貫通していることである。図16では、図1に示すダイオード1と同等の構成要素には同一の番号の符号を付して示し、それらの説明は省略する。
第1実施例から第3実施例では、p型半導体領域14にオーミック接合Jaしているオーミック電極2aと、n型半導体領域22にショットキー接合Jbしているショットキー電極2bを形成し、両者によってアノード電極2を構成する場合について説明したが、本発明は、アノード電極2がオーミック電極2aを備えていない構成をも許容する。少なくとも、第1実施例から第3実施例で説明した絶縁領域を備えていれば、pn接合ダイオード領域J1を活用することができる。
また、第1実施例から第3実施例では、厚みのあるショットキー電極2bの表面が平坦化されている場合について説明したが、ショットキー電極2bは、例えば、薄いモリブデンの膜でもよい。この場合には、モリブデン膜上に、アルミニウム等で表面配線を形成し、表面配線の表面を平坦化することが好ましい。
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、出願時の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り、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。
2:アノード電極
2a:オーミック電極
2b:ショットキー電極
3:半導体基板
3a:表面
3b:裏面
4:カソード電極
10:カソード領域
13:pn接合
14:p型半導体領域
22:n型半導体領域
22a:第1n型半導体領域
22b:第2n型半導体領域
30:絶縁領域
30a:左側面
30b:右側面
J1:pn接合ダイオード領域
J2:ショットキーダイオード領域
Ja:オーミック接合
Jb:ショットキー接合
Claims (7)
- n型半導体領域と、
そのn型半導体領域の表面の一部に設けられているp型半導体領域と、
前記n型半導体領域の表面と前記p型半導体領域の表面に接しており、少なくとも前記n型半導体領域の表面にショットキー接合している表面電極と、
前記n型半導体領域に接する第1側面及び第2側面を有する絶縁領域と、を備えており、
前記絶縁領域の第1側面は、前記n型半導体領域の表面と前記表面電極とのショットキー接合の下方に位置する前記n型半導体領域に対向しており、
前記絶縁領域の第2側面は、前記n型半導体領域と前記p型半導体領域とのpn接合の下方に位置する前記n型半導体領域に対向しているダイオード。 - 前記絶縁領域は、平面視したときに、前記ショットキー接合が存在する範囲と前記pn接合が存在する範囲の境界部に沿って配置されている請求項1に記載のダイオード。
- 前記n型半導体領域と前記p型半導体領域は、半導体基板内に設けられており、
前記n型半導体領域と前記p型半導体領域は、前記半導体基板の表層部において、少なくとも一方向に沿って繰り返しており、
前記表面電極は、前記半導体基板上に設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載のダイオード。 - 前記絶縁領域が、前記半導体基板の表面から前記p型半導体領域よりも深い位置にまで伸びていることを特徴とする請求項3に記載のダイオード。
- 前記絶縁領域が、前記p型半導体領域を貫通していることを特徴とする請求項4に記載のダイオード。
- 前記n型半導体領域の裏面に接して設けられており、前記n型半導体領域よりも不純物濃度が濃いn型高濃度半導体領域と、
そのn型高濃度半導体領域の裏面に電気的に接続している裏面電極と、をさらに備えており、
前記絶縁領域が、前記半導体基板の表面から前記n型高濃度半導体領域に達するまで伸びていることを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載のダイオード。 - 前記表面電極は、第1表面電極と第2表面電極を有しており、
前記第1表面電極が、前記n型半導体領域にショットキー接合しており、
前記第2表面電極が、前記p型半導体領域にオーミック接合していることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のダイオード。
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