JP3117506B2 - 半導体整流素子 - Google Patents

半導体整流素子

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体整流素子に係
り、特に、リーク電流の少ない半導体整流素子に関す
る。
【0002】
【従来の技術】代表的な半導体整流素子として、ショッ
トキーダイオード、pnダイオードが知られている。こ
のうち、ショットキーダイオードは、pnダイオードに
比べ順方向電圧降下が小さいという利点を有するが、一
方、耐圧が低く、またリーク電流が大きいという問題点
を有している。
【0003】ショットキーダイオードの耐圧を向上させ
るための従来技術として、例えば、IEEE Tran
s Vol.ED−16( ’91) p58〜63等
に記載された技術が知られている。
【0004】この従来技術は、素子の構造上、逆バイア
ス時に電界が強まりやすく、このため、ショットキー接
合部の耐圧が低くなるショットキーダイオードの耐圧向
上のため、ショットキー接合端部にガードリングとして
pn接合を設け、この部分の耐圧の向上を図ることによ
り、素子の耐圧を向上させるというものである。以下、
この従来技術を図面により説明する。
【0005】図8は従来技術によるガードリング付きシ
ョットキーダイオード構造を示す断面図、図9は図8に
おけるショットキーダイオードの端部構造を拡大して、
等ポテンシャル線を示した図である。図8、図9におい
て、1は半導体基体、2、3は主電極、4は絶縁膜、1
1、12は主表面、13は第1の半導体領域、14は第
2の半導体領域、15は第3の半導体領域である。
【0006】図8に示す従来技術は、半導体基体1の互
いに反対側に位置する一対の主表面11、12間に、一
方の主表面11に隣接する第一導電型の第1の半導体領
域13と、他方の主表面12及び前記の第1の半導体領
域13に隣接し、第1の半導体領域13より高不純物濃
度を有する第1導電型の第2の半導体領域14と、一方
の主表面上11で第1の半導体領域13との間にショッ
トキー接合を形成する第1の主電極2と、他方の主表面
12で第2の半導体領域14とオーミック接触する第2
の主電極3とを備えて構成され、さらに、前記ショット
キー接合の周辺部に一方の主表面11上から第1の半導
体領域13内に延在し第1の主電極に接する第2導電
型の第3の半導体領域15とを備えて構成されている。
【0007】この従来技術によるショットキーダイオー
ドは、第2導電型の第3の半導体領域15と第1の半導
体領域13とのpn接合によるガードリングを備えるこ
とにより、耐圧の向上を図ることができるものである。
【0008】この従来技術によるショットキーダイオー
ドのガードリング近傍の端部構造を拡大し、第1の半導
体領域内の等ポテンシャル線を示すと、図9に示すよう
になる。この図から、印加電圧の上昇に伴い、素子端部
に形成されたpn接合部によるガードリングの近傍の等
ポテンシャル線51の密度が高くなり電界が強まること
が判る。この結果、前記従来技術は、この部分に近いシ
ョットキー接合部の表面電界が強まり、この部分でバリ
アハイトの低下が起こり、リーク電流が急増するもので
ある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
技術によるガードリング付きショットキーダイオード
は、ガードリングにより耐圧の向上を図ることができる
という利点を有するが、一方、印加電圧の上昇に伴い、
端部に設けたpn接合部近傍での電界が強まるために、
この部分に近いショットキー接合部の表面電界が強ま
り、この部分でバリアハイトの低下が起こりリーク電流
が急増するという問題点を有している。
【0010】本発明の目的は、前記従来技術の問題点を
解決し、印加電圧の上昇に伴うリーク電流の急増を抑
え、従来技術に比較してリーク電流の少ない半導体整流
素子を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、前述の従来技術による半導体整流素子において、第
3の半導体領域に接し、ショットキー接合部の周辺を取
り囲むように、第1の半導体領域内に、第3の半導体領
域よりも低不純物濃度を有する第2導電型の第4の半導
体領域を形成することにより、また、第1の主電極を第
1の半導体領域との間で異なるバリアハイトを有するシ
ョットキー接合を形成する2種類の導電体から構成し、
素子端部に近い外周側に第3の半導体領域に接してバリ
アハイトの高いショットキー接合部を形成する導電体を
用いることにより、あるいは、第3の半導体領域が形成
される側の主表面に凹部を設け、第3の半導体領域とシ
ョットキー接合部とが交わる部分をこの凹部に形成する
ことにより達成される。
【0012】
【作用】本発明による半導体整流素子における第4の半
導体領域は、第1の半導体領域と第3の半導体領域との
接合付近に生じる電界を緩和する作用を有し、これによ
り、ショットキー接合端部の電界を弱め、この電界によ
るショットキーバリアの低下を防ぐことができる。
【0013】また、バリアハイトの高いショットキー接
合部を形成する導電体は、電界の強い部分のショットキ
ー接合部のバリアハイトを高くすることができる。
【0014】さらに、凹を設けることにより、pn接合
部とショットキー接合部とを鈍角で交叉させることがで
き、これにより、ショットキー接合端部の電界を弱める
ことができる。
【0015】本発明は、これらにより、逆方向電圧印加
時のリーク電流の上昇を抑えることができる。
【0016】
【実施例】以下、本発明による半導体整流素子の実施例
を図面により詳細に説明する。
【0017】図1は本発明の第1の実施例を示す素子の
断面図、図2は図1におけるショットキーダイオードの
端部構造を拡大して、等ポテンシャル線を示した図、図
3は逆バイアス電圧VRとリーク電流IRとの関係を説明
する図である。図1、図2において、16は第4の半導
体領域であり、他の符号は図8の場合と同一である。
【0018】図1に示す本発明の第1の実施例におい
て、半導体基体1は、互いに反対側に位置する一対の主
表面11、12を有し、主表面間には一方の主表面11
に隣接する第1導電型の第1の半導体領域13と、他方
の主表面12及び前記の第1の半導体領域13に隣接
し、第1の半導体領域13より高不純物濃度を有する第
1導電型の第2の半導体領域14とを備えている。第1
の主電極2は、一方の主表面11上で第1の半導体領域
13との間にショットキー接合を形成する電極であり、
Al、Mo、Ti等の材料により形成される。第2の主
電極3は、他方の主表面12上で第2の半導体領域14
とオーミック接触する電極である。
【0019】そして、前記ショットキー接合の周辺部に
は、一方の主表面上から第1の半導体領域13内に延在
する、第1の主電極3に接する第2導電型の第3の半導
体領域15によるガードリングと、その内側に第3の半
導体領域に接して第3の半導体領域よりも低不純物濃度
を有する第2導電型の第4の半導体領域16とが形成さ
れている。
【0020】なお、第1の主電極2と第1の半導体領域
13との間でショットキー接合を形成する部分は、第3
の半導体領域15によるガードリングの内側のみであ
り、ガードリングの外側の第1の半導体領域13の主表
面11は、絶縁膜4により覆われている。また、ガード
リングの平面形状は、一般には円形に形成されるが、四
角形、多角形等任意の形状とすることができる。
【0021】前述の用に構成される本発明の第1の実施
例によるダイオードは、第1の半導体領域13内に、第
3の半導体領域15よりも低不純物濃度を有する第2導
電型の第4の半導体領域16を新たに設けている点で、
図8により説明した従来技術のダイオードと相違し、そ
の他の点では従来技術の場合と同様に形成されいる。
【0022】次に、この本発明の第1の実施例により、
リーク電流が低減される理由について説明する。
【0023】電界強度は電位勾配で決まるため、等ポテ
ンシャル線の密度が高いほど電界強度が大きい。図9に
示すように、従来技術によるショットキーダイオード内
部は、素子端部のpn接合部のポテンシャル分布が密と
なって、電界強度が強くなっている。このため、従来技
術によるダイオードは、素子中央のショットキー接合部
のポテンシャル分布に比べ、pn接合部に近い端部近傍
のショットキー接合部におけるポテンシャル分布が密と
なり、この部分で電界強度の増加が生じている。
【0024】ショットキー接合部のリーク電流は、その
接合部の電界強度に大きく依存して変化し、電界強度が
強いとリーク電流が増加する。従って、従来技術による
ダイオードは、逆バイアス電圧の増加と共に端部電界が
増加してリーク電流が急増する。
【0025】一方、本発明によるダイオードは、図2に
示すような、素子端部構造と、逆バイアス時の等ポテン
シャル線52の分布を有している。この図から判るよう
に、図1に示す本発明の第1の実施例によるダイオード
は、新たに設けた第4の半導体領域16の周辺における
ポテンシャル線の間隔が、第3の半導体領域15の近傍
のポテンシャル線の間隔に比較して広く、電界が緩和さ
れていることが判る。この結果、本発明の第1の実施例
は、ショットキー接合端部のポテンシャル線の間隔を、
従来技術の場合より広くすることができ、素子中央部の
ポテンシャル線と同程度とすることができ、素子端部の
ショットキー接合部のリーク電流の増加を低く保つこと
ができる。
【0026】図3には、素子の逆バイアス電圧VRとリ
ーク電流IRとの関係が示されているが、点線で示す従
来技術のダイオードが逆バイアス電圧VR の増加と共
に、リーク電流IR が急増しているのに対して、実線で
示す本発明の第1の実施例によるダイオードは、逆バイ
アス電圧VRを上げたときのリーク電流IRが低く保たれ
ていることが判る。
【0027】図4は本発明の第2の実施例を示す素子の
断面図である。図4において、17は第5の半導体領域
であり、他の符号は図1の場合と同一である。
【0028】この本発明の第2の実施例は、図1により
説明した本発明の第1の実施例において、第3の半導体
領域よりも低不純物濃度を有する第2導電型の第5の半
導体領域17を、第3の半導体領域の外周側に設けて構
成したものである。
【0029】本発明の第2の実施例は、第4の半導体領
域16によるリーク電流の低減に加え、第5の半導体領
域17により、第3の半導体領域15の外周部における
pn接合部の電界緩和を図ることができ、耐圧の向上を
図ることができるという効果を得ることができる。
【0030】図5は本発明に対する第1の参考例を示す
素子の断面図である。図5において、21は第1の導電
体、22は第2の導電体であり、他の符号は図1の場合
と同一である。
【0031】この本発明に対する第1の参考例は、図8
により説明した従来技術によるダイオードにおいて、第
1の主電極2を、第1の半導体領域との間で異なるバリ
アハイトを有するショットキー接合を形成することので
きる2種類のメタルから構成したものである。すなわ
ち、素子中央部の第1の導電体21に対し、素子端部に
近い外周側には第3の半導体領域に接してバリアハイト
の高いショットキー接合部を形成する第1の導電体とは
別の第2の導電体22が用いられている。
【0032】これにより、この本発明に対する第1の参
考例は、図9に示した電界強度の大きい部分のショット
キー接合のバリアハイトを高くすることができるため、
電界強度の増加に伴うリーク電流の急増を抑えることが
でき、図1により説明した本発明の第1の実施例の場合
と同様の効果を得ることができる。
【0033】図6は本発明に対する第2の参考例を示す
素子の断面図である。図6における符号は図8の場合と
同一である。
【0034】この本発明に対する第2の参考例は、第3
の半導体領域15を形成する側の主表面11に凹部を設
け、第3の半導体領域15の少なくとも一部とショット
キー接合部をこの凹部に形成して構成されている。
【0035】この参考例は、pn接合とショットキー接
合部とが鈍角で交わるため、第3の半導体領域15の内
周部におけるpn接合部近傍の電界の変化を滑らかにす
ることができ、図9に示すような局所的な電界強度の増
加を生じさせることがなく、ショットキー接合部の端部
におけるリーク電流の急増を抑えることができるもので
ある。
【0036】なお、前述の図5、図6に示した本発明
対する第1、第2の参考例は、さらに、図4により説明
した第5の半導体領域を設けるように変形することがで
き、これにより、これらの参考例においても、耐圧の向
上を図ることができる。
【0037】図7は本発明に対する第3の参考例を示す
素子の断面図であり、図の符号は図8の場合と同一であ
る。
【0038】この本発明に対する第3の参考例は、従来
技術の場合と同様に第3の半導体領域15を形成後、そ
の第1の主表面側の点線で示す部分を一部削った後、表
面に電極を形成したものである。
【0039】この参考例は、これにより、第3の半導体
領域15と第1の半導体領域13とによるpn接合とシ
ョットキー接合部とが鈍角で交わることになり、図6に
より説明した本発明に対する第2の参考例と同様、端部
ショットキー接合部のリーク電流の急増を抑えることが
できるものである。
【0040】以上、本発明による半導体整流素子を代表
的な実施例を用いて説明したが、本発明は、これらの実
施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想内で
種々の変更が可能である。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来技術による半導体整流素子に比べリーク電流の少ない
優れた半導体整流素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す素子の断面図であ
る。
【図2】図1におけるショットキーダイオードの端部構
造を拡大して、等ポテンシャル線を示した図である。
【図3】逆バイアス電圧VRとリーク電流IRとの関係を
説明する図である。
【図4】本発明の第2の実施例を示す素子の断面図であ
る。
【図5】本発明に対する第1の参考例を示す素子の断面
図である。
【図6】本発明に対する第2の参考例を示す素子の断面
図である。
【図7】本発明に対する第3の参考例を示す素子の断面
図である。
【図8】従来技術によるショットキーダイオードの構造
を示す断面図である。
【図9】図8におけるショットキーダイオードの端部構
造を拡大して、等ポテンシャル線を示した図である。
【符号の説明】
1 半導体基体 2、3 主電極 4 絶縁膜 11、12 主表面 13 第1の半導体領域 14 第2の半導体領域 15 第3の半導体領域 16 第4の半導体領域 17 第5の半導体領域 21 第1の導電体 22 第2の導電体 51、52 等ポテンシャル線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/872

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基体の一対の主表面間に、一方の
    主表面に隣接する第1導電型の第1の半導体領域と、他
    方の主表面及び前記の第1の半導体領域に隣接し、前記
    第1の半導体領域より高不純物濃度を有する第1導電型
    の第2の半導体領域と、一方の主表面上で第1の半導体
    領域との間にショットキー接合を形成する第1の主電極
    と、他方の主表面で第2の半導体領域とオーミック接触
    する第2の主電極とを備え、かつ、前記ショットキー接
    合の周辺部に一方の主表面上から第1の半導体領域内に
    延在し第1の主電極に接する第2導電型の第3の半導体
    領域とを備えて構成されるガードリング付きの整流素子
    において、前記第3の半導体領域の内周側にショットキ
    ー接合部の周辺を取り囲むように第1の半導体領域内
    に、第3の半導体領域よりも低不純物濃度を有する第2
    導電型の第4の半導体領域を形成したことを特徴とする
    半導体整流素子。
  2. 【請求項2】 半導体基体の一対の主表面間に、一方の
    主表面に隣接する第1導電型の第1の半導体領域と、他
    方の主表面及び前記の第1の半導体領域に隣接し、前記
    第1の半導体領域より高不純物濃度を有する第1導電型
    の第2の半導体領域と、一方の主表面上で第1の半導体
    領域との間にショットキー接合を形成する第1の主電極
    と、他方の主表面で第2の半導体領域とオーミック接触
    する第2の主電極とを備え、かつ、前記ショットキー接
    合の周辺部に一方の主表面上から第1の半導体領域内に
    延在し第1の主電極に接する第2導電型の第3の半導体
    領域とを備えて構成されるガードリング付きの整流素子
    において、前記第3の半導体領域の内周側にショットキ
    ー接合部の周辺を取り囲むように第1の半導体領域内
    に、第3の半導体領域よりも低不純物濃度を有する第2
    導電型の第4の半導体領域を形成すると共に、第3の半
    導体領域よりも低不純物濃度を有する第2導電型の第5
    の半導体領域を第3の半導体領域の外周側に形成したこ
    とを特徴とする半導体整流素子。
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