JP2023079551A - ショットキーバリアダイオード - Google Patents
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Abstract
【課題】酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードにおいて、十分な逆方向耐圧を確保しつつオン抵抗を低減する。【解決手段】ショットキーバリアダイオード１は、酸化ガリウムからなる半導体基板２０と、半導体基板２０上に設けられた酸化ガリウムからなるドリフト層３０と、ドリフト層３０とショットキー接触するアノード電極４０と、半導体基板２０とオーミック接触するカソード電極５０とを備える。ドリフト層３０はアノード電極４０が埋め込まれた中心トレンチ６１を有する。中心トレンチ６１の底面はアノード電極４０と接することなく絶縁膜７０で覆われ、中心トレンチ６１の側面の少なくとも一部は、絶縁膜７０で覆われることなくアノード電極４０とショットキー接触する。これにより、ドリフト層の不純物濃度を高めることなく、オン抵抗を低減することができる。【選択図】図１
Description
本発明はショットキーバリアダイオードに関し、特に、酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードに関する。
ショットキーバリアダイオードは、金属と半導体の接合によって生じるショットキー障壁を利用した整流素子であり、ＰＮ接合を有する通常のダイオードに比べて順方向電圧が低く、且つ、スイッチング速度が速いという特徴を有している。このため、ショットキーバリアダイオードはパワーデバイス用のスイッチング素子として利用されることがある。
ショットキーバリアダイオードをパワーデバイス用のスイッチング素子として用いる場合、十分な逆方向耐圧を確保する必要があることから、シリコン（Ｓｉ）の代わりに、よりバンドギャップの大きい炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）などが用いられることがある。中でも、酸化ガリウムは、バンドギャップが４．８～４．９ｅＶと非常に大きく、絶縁破壊電界も約８ＭＶ／ｃｍと大きいことから、酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードは、パワーデバイス用のスイッチング素子として非常に有望である。酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードの例は、特許文献１に記載されている。
特許文献１に記載されたショットキーバリアダイオードは、酸化ガリウム層に複数のトレンチを設け、絶縁膜を介してアノード電極の一部をトレンチ内に埋め込んだ構造を有している。このように、酸化ガリウム層に複数のトレンチを設ければ、逆方向電圧が印加されるとトレンチ間に位置するメサ領域が空乏層となるため、ドリフト層のチャネル領域がピンチオフされる。これにより、逆方向電圧が印加された場合のリーク電流を大幅に抑制することができる。
しかしながら、内壁が絶縁層で覆われたトレンチをドリフト層に設けると、オン抵抗が高くなるという問題があった。オン抵抗を下げるためには、ドリフト層の不純物濃度を高めれば良いが、この場合には逆方向耐圧が低下してしまう。
したがって、本発明は、酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードにおいて、十分な逆方向耐圧を確保しつつ、オン抵抗を低減することを目的とする。
本発明によるショットキーバリアダイオードは、酸化ガリウムからなる半導体基板と、半導体基板上に設けられた酸化ガリウムからなるドリフト層と、ドリフト層とショットキー接触するアノード電極と、半導体基板とオーミック接触するカソード電極とを備え、ドリフト層はアノード電極が埋め込まれた中心トレンチを有し、中心トレンチの底面はアノード電極と接することなく絶縁膜で覆われ、中心トレンチの側面の少なくとも一部はアノード電極とショットキー接触することを特徴とする。
本発明によれば、中心トレンチに埋め込まれたアノード電極が中心トレンチの側面とショットキー接触することから、ドリフト層の不純物濃度を高めることなく、オン抵抗を低減することが可能となる。
本発明において、アノード電極は、ドリフト層の上面とショットキー接触する第１のアノード電極と、中心トレンチの側面とショットキー接触し、第１のアノード電極とは異なる金属材料からなる第２のアノード電極とを含んでいても構わない。これよれば、ボイドのないアノード電極を作製しやすくなる。
本発明において、ドリフト層は、アノード電極が埋め込まれ中心トレンチを囲む外周トレンチをさらに有し、外周トレンチの底面及び外周側面は、アノード電極と接することなく絶縁膜で覆われていても構わない。これによれば、逆方向電圧が印加された場合に外周トレンチの外周底部に生じる電界が緩和される。この場合、外周トレンチの内周側面の少なくとも一部は、アノード電極とショットキー接触しても構わない。これによれば、ショットキー接触する面積が拡大することから、オン抵抗をより低減することが可能となる。
本発明において、ドリフト層は、中心トレンチを囲む外周トレンチをさらに有し、外周トレンチは、ドリフト層とは導電型が逆の半導体材料で埋め込まれていても構わない。これによれば、逆方向電圧を印加した場合に、外周トレンチの周囲に空乏層が広がる。これにより、逆方向電圧が印加された場合に外周トレンチの外周底部に生じる電界が緩和される。
このように、本発明によれば、中心トレンチの側面がアノード電極とショットキー接触することから、酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードのオン抵抗を低減することが可能となる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１の構成を示す模式的な平面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１の構成を示す模式的な平面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
図１に示すように、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１は、いずれも酸化ガリウム（β－Ｇａ２Ｏ３）からなる半導体基板２０及びドリフト層３０を備える。半導体基板２０及びドリフト層３０には、ｎ型ドーパントとしてシリコン（Ｓｉ）又はスズ（Ｓｎ）が導入されている。ドーパントの濃度は、ドリフト層３０よりも半導体基板２０の方が高く、これにより半導体基板２０はｎ＋層、ドリフト層３０はｎ－層として機能する。
半導体基板２０は、融液成長法などを用いて形成されたバルク結晶を切断加工したものであり、その厚みは２５０μｍ程度である。半導体基板２０の平面サイズについては特に限定されないが、一般的に素子に流す電流量に応じて選択することになり、順方向の最大電流量が２０Ａ程度であれば、平面視で２．４ｍｍ×２．４ｍｍ程度とすればよい。
半導体基板２０は、実装時において上面側に位置する上面２１と、上面２１の反対側であって、実装時において下面側に位置する裏面２２を有する。上面２１の全面にはドリフト層３０が形成されている。ドリフト層３０は、半導体基板２０の上面２１に反応性スパッタリング、ＰＬＤ法、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法などを用いて酸化ガリウムをエピタキシャル成長させた薄膜である。ドリフト層３０の膜厚については特に限定されないが、一般的に素子の逆方向耐電圧に応じて選択することになり、６００Ｖ程度の耐圧を確保するためには、例えば７μｍ程度とすればよい。
ドリフト層３０の上面３１には、ドリフト層３０とショットキー接触するアノード電極４０が形成されている。アノード電極４０は、例えば白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、銅（Ｃｕ）等の金属からなる。アノード電極４０は、異なる金属膜を積層した多層構造、例えば、Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｔ／Ａｌ、Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｌ、Ｐｔ／Ｔｉ／ＡｕまたはＰｄ／Ｔｉ／Ａｕであっても構わない。一方、半導体基板２０の裏面２２には、半導体基板２０とオーミック接触するカソード電極５０が設けられる。カソード電極５０は、例えばチタン（Ｔｉ）等の金属からなる。カソード電極５０は、異なる金属膜を積層した多層構造、例えば、Ｔｉ／ＡｕまたはＴｉ／Ａｌであっても構わない。
本実施形態においては、ドリフト層３０に中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２が設けられている。中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２は、いずれも平面視でアノード電極４０と重なる位置に設けられており、その内部はアノード電極４０と同じ金属材料で埋め込まれている。中心トレンチ６１は、ドリフト層３０の一部であるメサ領域Ｍに挟まれている。外周トレンチ６２は、メサ領域Ｍ及び中心トレンチ６１をリング状に囲んでいる。中心トレンチ６１と外周トレンチ６２が完全に分離されている必要はなく、図１（ａ）に示すように、中心トレンチ６１と外周トレンチ６２が繋がっていても構わない。中心トレンチ６１と外周トレンチ６２の深さは同じであっても構わないし、異なっていても構わない。メサ領域Ｍは、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２によって区画されるドリフト層３０の一部であり、アノード電極４０とカソード電極５０との間に逆方向電圧が印加されると空乏層となる。これにより、ドリフト層３０のチャネル領域がピンチオフされることから、逆方向電圧が印加された場合のリーク電流が大幅に抑制される。
中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の内壁のうち、底面３２については絶縁膜７０で覆われている。これに対し、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の内壁のうち、側面３３は絶縁膜７０で覆われていない。このため、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の底面３２はアノード電極４０と接しないのに対し、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の側面３３は、絶縁膜７０で覆われることなく、アノード電極４０とショットキー接触する。これにより、ドリフト層３０とアノード電極４０は、ドリフト層３０の上面３１だけでなく、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の側面３３においてもショットキー接触することから、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の内壁全体を絶縁膜７０で覆う場合と比べてオン抵抗が低減する。また、ドリフト層３０のドーパント濃度については、３×１０１６ｃｍ－３程度に抑えることができるため、逆方向耐圧の低下も防止される。絶縁膜７０の材料としては、ＨｆＯ２やＡｌ２Ｏ３など誘電率の高い絶縁材料を用いることが望ましい。これによれば、耐圧効果が高められる。
ここで、図２（ａ）に示すように、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の底面３２が水平であり、水平な底面３２と垂直な側面３３の間に位置する部分が湾曲面３４である場合、底面３２及び湾曲面３４については絶縁膜７０で覆われている必要がある。また、図２（ｂ）に示すように、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の底面３２が全体的に湾曲している場合、湾曲した底面３２全体が絶縁膜７０で覆われている必要がある。さらに、図２（ｃ）に示すように、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の底面３２が水平であり、水平な底面３２と垂直な側面３３の間に直角な角部３５が存在する場合、底面３２及び角部３５については絶縁膜７０で覆われている必要がある。
このように、本実施形態によるショットキーバリアダイオード１は、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の側面３３においてアノード電極４０がショットキー接触することから、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の全面が絶縁膜７０で覆われている場合と比べ、オン抵抗を低減することが可能となる。
＜第２の実施形態＞
図３は、本発明の第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード２の構成を示す略断面図である。
図３は、本発明の第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード２の構成を示す略断面図である。
図３に示すように、第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード２は、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の側面３３のうち、底面３２に近い一部が絶縁膜７０で覆われている点において、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１と相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態においては、絶縁膜７０の高さ位置によって、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の側面３３と接するアノード電極４０の深さＴを調節することが可能となる。
＜第３の実施形態＞
図４は、本発明の第３の実施形態によるショットキーバリアダイオード３の構成を示す略断面図である。
図４は、本発明の第３の実施形態によるショットキーバリアダイオード３の構成を示す略断面図である。
図４に示すように、第３の実施形態によるショットキーバリアダイオード３は、絶縁膜７０の上面がほぼ平坦であり、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の底部に埋め込まれている点において、第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード２と相違している。その他の基本的な構成は第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード２と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。このように、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の側面３３のうち、底面３２に近い一部を絶縁膜７０で覆う場合、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の底部全体を絶縁膜７０で埋め込んでも構わない。
＜第４の実施形態＞
図５は、本発明の第４の実施形態によるショットキーバリアダイオード４の構成を示す略断面図である。
図５は、本発明の第４の実施形態によるショットキーバリアダイオード４の構成を示す略断面図である。
図５に示すように、第４の実施形態によるショットキーバリアダイオード４は、外周トレンチ６２の幅が中心トレンチ６１の幅よりも拡大されている点において、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１と相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。このように、外周トレンチ６２の幅を拡大すれば、逆方向電圧が印加された場合に外周トレンチ６２の底部近傍に集中する電界を緩和することが可能となる。
＜第５の実施形態＞
図６は、本発明の第５の実施形態によるショットキーバリアダイオード５の構成を示す略断面図である。
図６は、本発明の第５の実施形態によるショットキーバリアダイオード５の構成を示す略断面図である。
図６に示すように、第５の実施形態によるショットキーバリアダイオード５は、外周トレンチ６２の外側に位置するドリフト層３０が削除されている点において、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１と相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。ドリフト層３０のうち、外周トレンチ６２の外側に位置する部分にはオン電流がほとんど流れないため、本実施形態が例示するように、この部分に位置するドリフト層３０を除去しても構わない。
＜第６の実施形態＞
図７は、本発明の第６の実施形態によるショットキーバリアダイオード６の構成を示す略断面図である。
図７は、本発明の第６の実施形態によるショットキーバリアダイオード６の構成を示す略断面図である。
図７に示すように、第６の実施形態によるショットキーバリアダイオード６は、外周トレンチ６２の外側に位置するドリフト層３０の上面３１とアノード電極４０の間に絶縁膜７１が設けられている点において、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１と相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態によれば、絶縁膜７１によっていわゆるフィールドプレート構造が得られることから、外周トレンチ６２の底部に印加される電界をより緩和することが可能となる。絶縁膜７１の材料としては、ＳｉＯ２やＡｌ２Ｏ３など絶縁耐圧の高い材料を用いることが望ましい。これによれば、耐圧効果が高められる。
＜第７の実施形態＞
図８は、本発明の第７の実施形態によるショットキーバリアダイオード７の構成を示す略断面図である。
図８は、本発明の第７の実施形態によるショットキーバリアダイオード７の構成を示す略断面図である。
図８に示すように、第７の実施形態によるショットキーバリアダイオード７は、ドリフト層３０の上面を覆うアノード電極４１と中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２に埋め込まれたアノード電極４２が互いに異なる金属材料からなる点において、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１と相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。このような構造は、例えば、アノード電極４２を電解メッキによって形成し、アノード電極４１を蒸着によって形成することによって得られる。このような製法によれば、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２に埋め込まれたアノード電極４２にボイドが生じにくくなる。
＜第８の実施形態＞
図９（ａ）は、本発明の第８の実施形態によるショットキーバリアダイオード８の構成を示す模式的な平面図である。また、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
図９（ａ）は、本発明の第８の実施形態によるショットキーバリアダイオード８の構成を示す模式的な平面図である。また、図９（ｂ）は、図９（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
図９に示すように、第８の実施形態によるショットキーバリアダイオード８は、外周トレンチ６２の内壁全体が絶縁膜７０で覆われている点において、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１と相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図９（ａ）においては、メサ領域Ｍの表面のうちドリフト層３０とショットキー接触する面を破線で示し、メサ領域Ｍの表面のうち絶縁膜７０で覆われる面を実線で示している。これによれば、逆方向耐圧をより高めることが可能となる。
＜第９の実施形態＞
図１０は、本発明の第９の実施形態によるショットキーバリアダイオード９の構成を示す略断面図である。
図１０は、本発明の第９の実施形態によるショットキーバリアダイオード９の構成を示す略断面図である。
図１０に示すように、第９の実施形態によるショットキーバリアダイオード９は、外周トレンチ６２の側面３３を覆う絶縁膜７０の高さ位置が第８の実施形態によるショットキーバリアダイオード８よりも低く、これにより、外周トレンチ６２の側面３３の一部がアノード電極４０とショットキー接触する点において、第８の実施形態によるショットキーバリアダイオード８と相違している。その他の基本的な構成は第８の実施形態によるショットキーバリアダイオード８と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態によれば、逆方向耐圧を高めつつ、第８の実施形態によるショットキーバリアダイオード８よりもオン抵抗を下げることが可能となる。
＜第１０の実施形態＞
図１１は、本発明の第１０の実施形態によるショットキーバリアダイオード１０の構成を示す略断面図である。
図１１は、本発明の第１０の実施形態によるショットキーバリアダイオード１０の構成を示す略断面図である。
図１１に示すように、第１０の実施形態によるショットキーバリアダイオード１０は、外周トレンチ６２の側面３３のうち、内側側面３３ａの絶縁膜７０が除去されている点において、第８の実施形態によるショットキーバリアダイオード８と相違している。外周トレンチ６２の側面３３のうち、外側側面３３ｂについては全面が絶縁膜７０で覆われている。その他の基本的な構成は第８の実施形態によるショットキーバリアダイオード８と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態においても、逆方向耐圧を高めつつ、第８の実施形態によるショットキーバリアダイオード８よりもオン抵抗を下げることが可能となる。
＜第１１の実施形態＞
図１２は、本発明の第１１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１の構成を示す略断面図である。
図１２は、本発明の第１１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１の構成を示す略断面図である。
図１２に示すように、第１１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１１は、ドリフト層３０の上面を覆うアノード電極４１と中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２に埋め込まれたアノード電極４２が互いに異なる金属材料からなる点において、第８の実施形態によるショットキーバリアダイオード８と相違している。その他の基本的な構成は第８の実施形態によるショットキーバリアダイオード８と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。このような構造は、例えば、アノード電極４２を電解メッキによって形成し、アノード電極４１を蒸着によって形成することによって得られる。このような製法によれば、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２に埋め込まれたアノード電極４２にボイドが生じにくくなる。
＜第１２の実施形態＞
図１３（ａ）は、本発明の第１２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２の構成を示す模式的な平面図である。また、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
図１３（ａ）は、本発明の第１２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２の構成を示す模式的な平面図である。また、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
図１３に示すように、第１２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２は、外周トレンチ６２を取り囲む別の外周トレンチ６３がドリフト層３０に設けられ、この外周トレンチ６３の内壁全体が絶縁膜７０で覆われている点において、第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード２と相違している。外周トレンチ６３は、外周トレンチ６２とは独立して設けられている。その他の基本的な構成は第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード２と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。図１３（ａ）においては、メサ領域Ｍの表面のうちドリフト層３０とショットキー接触する面を破線で示し、メサ領域Ｍの表面のうち絶縁膜７０で覆われる面を実線で示している。このように、ドリフト層３０に別の外周トレンチ６３を設けるとともに、その内壁全体を絶縁膜７０で覆えば、逆方向電圧が印加された場合に中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の底部近傍に集中する電界を緩和することが可能となる。
＜第１３の実施形態＞
図１４（ａ）は、本発明の第１３の実施形態によるショットキーバリアダイオード１３の構成を示す模式的な平面図である。また、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
図１４（ａ）は、本発明の第１３の実施形態によるショットキーバリアダイオード１３の構成を示す模式的な平面図である。また、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
図１４に示すように、第１３の実施形態によるショットキーバリアダイオード１３は、外周トレンチ６３の幅が中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の幅よりも拡大されている点において、第１２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２と相違している。その他の基本的な構成は第１２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。このように、外周トレンチ６３の幅を拡大すれば、逆方向電圧が印加された場合に外周トレンチ６３の底部近傍に集中する電界を緩和することが可能となる。
＜第１４の実施形態＞
図１５（ａ）は、本発明の第１４の実施形態によるショットキーバリアダイオード１４の構成を示す模式的な平面図である。また、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
図１５（ａ）は、本発明の第１４の実施形態によるショットキーバリアダイオード１４の構成を示す模式的な平面図である。また、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
図１５に示すように、第１４の実施形態によるショットキーバリアダイオード１４は、外周トレンチ６３がｐ型の半導体材料８０で埋め込まれている点において、第１２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２と相違している。ｐ型の半導体材料８０は、アノード電極４０と接触している。その他の基本的な構成は第１２の実施形態によるショットキーバリアダイオード１２と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。ｐ型の半導体材料８０としては、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＳｉＣ、Ｇｅ、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、ＩｎＰ、ＳｉＧｅ、ＡｌＮ、ＢＮ、ＡｌＧａＮ、ＮｉＯ、Ｃｕ２Ｏ、Ｉｒ２Ｏ３、Ａｇ２Ｏを用いることができ、中でもＮｉＯなどのｐ型酸化物は酸化の問題がないために好ましい。このように、外周トレンチ６３をｐ型の半導体材料８０で埋め込めば、逆方向電圧を印加した場合に、外周トレンチ６３の周囲に空乏層が広がる。これにより、逆方向電圧が印加された場合に外周トレンチ６３の外周底部に生じる電界が緩和される。
＜第１５の実施形態＞
図１６（ａ）は、本発明の第１５の実施形態によるショットキーバリアダイオード１５の構成を示す模式的な平面図である。また、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
図１６（ａ）は、本発明の第１５の実施形態によるショットキーバリアダイオード１５の構成を示す模式的な平面図である。また、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
図１６に示すように、第１５の実施形態によるショットキーバリアダイオード１５は、外周トレンチ６３の外側に位置するドリフト層３０の上面３１、外周トレンチ６３の外側側面３３ｂ、並びに、外周トレンチ６３の外側底面３２ｂが絶縁膜７１で覆われている点において、第１３の実施形態によるショットキーバリアダイオード１と相違している。外周トレンチ６３の内側底面３２ａについては絶縁膜７０を介してアノード電極４０で覆われている。また、外周トレンチ６３の内側側面３３ａについては、底面３２に近い下部が絶縁膜７０で覆われ、上部がアノード電極４０と接している。その他の基本的な構成は第１３の実施形態によるショットキーバリアダイオード１３と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。絶縁膜７０と絶縁膜７１は、同じ絶縁材料からなるものであっても構わないし、異なる絶縁材料からなるものであっても構わない。このような構成によれば、第１３の実施形態によるショットキーバリアダイオード１３よりもオン抵抗を下げることができるとともに、逆方向耐圧を高めることが可能となる。
＜第１６の実施形態＞
図１７（ａ）は、本発明の第１６の実施形態によるショットキーバリアダイオード１６の構成を示す模式的な平面図である。また、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
図１７（ａ）は、本発明の第１６の実施形態によるショットキーバリアダイオード１６の構成を示す模式的な平面図である。また、図１７（ｂ）は、図１７（ａ）に示すＡ－Ａ線に沿った略断面図である。
図１７に示すように、第１６の実施形態によるショットキーバリアダイオード１６は、外周トレンチ６３の外側に位置するドリフト層３０が削除されている点において、第１５の実施形態によるショットキーバリアダイオード１５と相違している。その他の基本的な構成は第１５の実施形態によるショットキーバリアダイオード１５と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。ドリフト層３０のうち、外周トレンチ６３の外側に位置する部分にはオン電流がほとんど流れないため、本実施形態が例示するように、この部分に位置するドリフト層３０を除去しても構わない。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
＜実施例１＞
図３に示したショットキーバリアダイオード２と同様の同じ構造を有する実施例のシミュレーションモデルを想定し、アノード電極４０とカソード電極５０の間に順方向電圧を印加した場合の抵抗値をシミュレーションした。半導体基板２０のドーパント濃度については１×１０１８ｃｍ－３とし、ドリフト層３０のドーパント濃度としては３×１０１６ｃｍ－３とした。ドリフト層３０の厚みは７μｍとした。また、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の深さはいずれも３μｍとした。図３に示す断面における中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の幅、並びに、ドリフト層３０の上面３１の幅（メサ領域Ｍの幅）については、いずれも１．５μｍとした。中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の平坦な底面３２と側面３３の間に位置する湾曲面３４の曲率半径は０．０５μｍとした。絶縁膜７０は厚さ５０ｎｍのＨｆＯ２膜とした。アノード電極４０の材料はＮｉとし、カソード電極５０の材料はＴｉとＡｕの積層膜とした。そして、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の側面３３と接するアノード電極４０の深さＴを変数としてシミュレーションを行った。
図３に示したショットキーバリアダイオード２と同様の同じ構造を有する実施例のシミュレーションモデルを想定し、アノード電極４０とカソード電極５０の間に順方向電圧を印加した場合の抵抗値をシミュレーションした。半導体基板２０のドーパント濃度については１×１０１８ｃｍ－３とし、ドリフト層３０のドーパント濃度としては３×１０１６ｃｍ－３とした。ドリフト層３０の厚みは７μｍとした。また、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の深さはいずれも３μｍとした。図３に示す断面における中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の幅、並びに、ドリフト層３０の上面３１の幅（メサ領域Ｍの幅）については、いずれも１．５μｍとした。中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の平坦な底面３２と側面３３の間に位置する湾曲面３４の曲率半径は０．０５μｍとした。絶縁膜７０は厚さ５０ｎｍのＨｆＯ２膜とした。アノード電極４０の材料はＮｉとし、カソード電極５０の材料はＴｉとＡｕの積層膜とした。そして、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の側面３３と接するアノード電極４０の深さＴを変数としてシミュレーションを行った。
結果を図１８に示す。図１８に示すように、中心トレンチ６１及び外周トレンチ６２の側面３３と接するアノード電極４０の深さＴが大きくなるほど、オン抵抗が低下することが分かった。また、逆方向耐圧については深さＴにかかわらず７．５ＭＶ／ｃｍであった。
１～１６ ショットキーバリアダイオード
２０ 半導体基板
２１ 半導体基板の上面
２２ 半導体基板の裏面
３０ ドリフト層
３１ ドリフト層の上面
３２ トレンチの底面
３２ａ トレンチの内側底面
３２ｂ トレンチの外側底面
３３ トレンチの側面
３３ａ トレンチの内側側面
３３ｂ トレンチの外側側面
３４ トレンチの湾曲面
３５ トレンチの角部
４０～４２ アノード電極
５０ カソード電極
６１ 中心トレンチ
６２，６３ 外周トレンチ
７０，７１ 絶縁膜
８０ 半導体材料
Ｍ メサ領域
２０ 半導体基板
２１ 半導体基板の上面
２２ 半導体基板の裏面
３０ ドリフト層
３１ ドリフト層の上面
３２ トレンチの底面
３２ａ トレンチの内側底面
３２ｂ トレンチの外側底面
３３ トレンチの側面
３３ａ トレンチの内側側面
３３ｂ トレンチの外側側面
３４ トレンチの湾曲面
３５ トレンチの角部
４０～４２ アノード電極
５０ カソード電極
６１ 中心トレンチ
６２，６３ 外周トレンチ
７０，７１ 絶縁膜
８０ 半導体材料
Ｍ メサ領域
Claims (5)
- 酸化ガリウムからなる半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられた酸化ガリウムからなるドリフト層と、
前記ドリフト層とショットキー接触するアノード電極と、
前記半導体基板とオーミック接触するカソード電極と、を備え、
前記ドリフト層は、前記アノード電極が埋め込まれた中心トレンチを有し、
前記中心トレンチの底面は、前記アノード電極と接することなく絶縁膜で覆われ、
前記中心トレンチの側面の少なくとも一部は、前記アノード電極とショットキー接触することを特徴とするショットキーバリアダイオード。 - 前記アノード電極は、前記ドリフト層の上面とショットキー接触する第１のアノード電極と、前記中心トレンチの前記側面とショットキー接触し、前記第１のアノード電極とは異なる金属材料からなる第２のアノード電極とを含むことを特徴とする請求項１に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記ドリフト層は、前記アノード電極が埋め込まれ、前記中心トレンチを囲む外周トレンチをさらに有し、
前記外周トレンチの底面及び外周側面は、前記アノード電極と接することなく絶縁膜で覆われていることを特徴とする請求項１又は２に記載のショットキーバリアダイオード。 - 前記外周トレンチの内周側面の少なくとも一部は、前記アノード電極とショットキー接触することを特徴とする請求項３に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記ドリフト層は、前記中心トレンチを囲む外周トレンチをさらに有し、
前記外周トレンチは、前記ドリフト層とは導電型が逆の半導体材料で埋め込まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載のショットキーバリアダイオード。
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