JP4567426B2 - ショットキーバリアダイオード及びダイオードアレイ - Google Patents
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Description
図17は第1の従来例(例えば、特許文献1を参照。)に係る窒化物系の半導体材料を用いたSBDの断面構造を示している。図17に示すようにn型のシリコン(n+−Si)基板102の上に窒化アルミニウム(AlN)又はAlNとGaNの超格子構造からなるバッファ層103が形成されており、バッファ層103の上にはn型のGaN層104が形成されている。n型のGaN層104の上にはショットキー(アノード)電極105が形成され、基板102の裏面にはオーミック(カソード)電極101が形成されている。
図18は第2の従来例(例えば、特許文献2を参照。)に係る窒化物系の半導体材料を用いたSBDの断面構造を示している。図18に示すようにサファイア基板111の上にAlNからなるバッファ層112が形成され、バッファ層112の上にアンドープのGaN層113及びアンドープのAlGaN層114が形成されている。AlGaN層114の上には、ショットキー電極115とオーミック電極116とが互いに間隔をおいて形成されている。GaN層113とAlGaN層114との界面にはピエゾ分極と自発分極による電荷の供給があるため、密度が約1013cm-2という高濃度の2次元電子ガスが形成されている。このSBDに順バイアスが印加されると、GaN層113とAlGaN層114との界面に形成された2次元電子ガスによりサファイア基板111と水平方向に電流が流れる。
図1(a)及び図1(b)は本発明の第1の実施形態に係るショットキーバリアダイオード(SBD)であり、(a)は平面の構造を示し、(b)は(a)のIb−Ib線における断面の構造を示している。
図3は本発明の第1の実施形態の第1変形例に係るSBDの構造を示している。図3において図1と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。図3に示すように、本変形例のSBDにおいては、ビア8が基板2を貫通しており、オーミック電極7と裏面電極1とは、ビア8によって直接電気的に接続されている。
図4は本発明の第1の実施形態の第2変形例に係るSBDの構造を示している。図4において図1と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。図4に示すように、本変形例のSBDはショットキー電極6がビア8により基板2と接続されており、ショットキー電極6が裏面に引き出されている。また、ビア8と2DEGとの電気的なショートを防ぐために、ビアホール8aの側壁には窒化シリコン(SiN)からなる絶縁膜9が形成されている。
以下に、本発明の第2の実施形態に係るSBDについて図を参照して説明する。図5(a)及び図5(b)は本実施形態のSBDであり、(a)は平面の構造を示し、(b)は(a)のVb−Vb線における断面の構造を示している。図5において図1と同一の構成要素については同一の符号を附すことにより説明を省略する。
図7(a)及び図7(b)は本発明の第2の実施形態の一変形例に係るSBDであり、(a)は平面の構造を示し、(b)は(a)のVIIb−VIIb線における断面の構造を示している。図7において図5と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。
以下に、本発明の第3の実施形態に係るSBDについて図を参照して説明する。図8は本実施形態のSBDの断面の構造を示している。図8において図5と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。図8に示すように、本実施例のSBDは、第2の実施形態と同一構成のSBDにおける第2の半導体層5の上にショットキー電極6及びオーミック電極7を覆うように厚さが3μmのベンゾシクロブテン(BCB)からなる絶縁膜21が形成されている。また、絶縁膜21の上には厚さがそれぞれ150nm、2μmのチタン(Ti)及び金(Au)からなる引き出し電極22が形成されており、引き出し電極22とショットキー電極6とは、絶縁膜21を貫通するビア23により電気的に接続されている。
以下に、本発明の第4の実施形態に係るSBDについて図を参照して説明する。図10は本実施形態のSBDの断面の構造を示している。図10において図5と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。図10に示すように、本実施例のSBDは、第2の実施形態のSBDのショットキー電極6の外側にSBDを取り囲む高抵抗領域31が設けられている。
以下に、本発明の第5の実施形態に係るダイオードアレイについて図を参照して説明する。図13(a)及び図13(b)は本実施形態のダイオードアレイであり、(a)は平面の構造を示し、(b)は(a)のXIIIb−XIIIb線における断面の構造を示している。
2 n型シリコン基板
3 バッファ層
4 第1の半導体層
5 第2の半導体層
6 ショットキー電極
7 オーミック電極
8 ビア
8a ビアホール
9 絶縁膜
21 絶縁膜
22 引き出し電極
23 ビア
23a ビアホール
30 シリコン膜
31 高抵抗領域
51 高抵抗領域
73 動作不均一領域
Claims (27)
- 半導体基板の上にバッファ層を介在させて順次形成された第1の半導体層及び第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の上に互いに間隔をおいて形成されたショットキー電極とオーミック電極と、
前記半導体基板の裏面に形成された裏面電極とを備え、
前記ショットキー電極又はオーミック電極は、少なくとも前記バッファ層を貫通するビアを介在させて前記裏面電極と電気的に接続されていることを特徴とするショットキーバリアダイオード。 - 前記バッファ層は、前記半導体基板と比べて高抵抗である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。
- 前記ビアは、前記半導体基板を貫通し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。
- 前記ビアは、前記半導体基板を貫通していない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。
- 前記ショットキー電極は、前記オーミック電極の周囲を囲むように形成されていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記オーミック電極は平面円形状を有し、前記ショットキー電極の前記オーミック電極と対向する辺の形状は円形状であることを特徴とする請求項5に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記オーミック電極は平面4角形状を有し、前記ショットキー電極の前記オーミック電極と対向する辺の形状は4角形状であることを特徴とする請求項5に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記オーミック電極は平面6角形状を有し、前記ショットキー電極の前記オーミック電極と対向する辺の形状は6角形状であることを特徴とする請求項5に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記ショットキー電極の外周の平面形状は、該ショットキー電極の内周の平面形状と相似していることを特徴とする請求項5から8のいずれか1項に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記ショットキー電極は、少なくとも1つの切り欠き部分を有していることを特徴とする請求項5から9のいずれか1項に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記ショットキー電極及びオーミック電極の電極の上に形成された第1の絶縁膜と、
該第1の絶縁膜の上に形成された引き出し電極とをさらに備え、
前記ショットキー電極及びオーミック電極のうち前記裏面電極と接続された電極と異なる電極が前記引き出し電極と接続されていることを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載のショットキーバリアダイオード。 - 前記裏面電極と電気的に接続されている電極は、前記オーミック電極であることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記裏面電極と電気的に接続されている電極は、前記ショットキー電極であり、
前記ビアの側壁には第2の絶縁膜が形成されていることを特徴とする1から11のいずれか1項に記載のショットキーバリアダイオード。 - 前記ショットキー電極の前記オーミック電極と対向する側と反対の側には、前記ショットキー電極を囲む前記第1の半導体層及び第2の半導体層からなる領域と比べて高抵抗の領域が設けられていることを特徴とする請求項5から13のいずれか1項に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記半導体基板は、シリコン、炭化シリコン又は窒化ガリウムであることを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記第1の半導体層及び第2の半導体層は、それぞれ一般式がInaGabAlcBdN(但し、0≦a、b、c、d≦1、a+b+c+d=1である。)で表される化合物であり、且つ、第2の半導体層は第1の半導体層と比べてバンドギャップが大きいことを特徴とする請求項1から15のいずれか1項に記載のショットキーバリアダイオード。
- 1つの半導体基板の上に形成された複数のショットキーバリアダイオードが互いに並列に接続されたダイオードアレイであって、
前記複数のショットキーバリアダイオードは、半導体基板の上にバッファ層を介在させて順に形成された第1の半導体層及び第2の半導体層と、
それぞれが該第2の半導体層の上に互いに間隔をおいて形成されたショットキー電極及びオーミック電極である複数の電極対と、
前記第2の半導体層の上に前記複数の電極対を覆うように形成された第1の絶縁膜と、
該第1の絶縁膜の上に形成された引き出し電極と、
前記半導体基板の裏面に形成された裏面電極とを備え、
前記複数の電極対における前記ショットキー電極及びオーミック電極のうちの一方は、少なくとも前記バッファ層を貫通するビアをそれぞれ介在させて前記裏面電極と電気的に接続され、
前記複数の電極対における前記ショットキー電極及びオーミック電極のうちの他方は、前記引き出し電極と電気的に接続されていることを特徴とするダイオードアレイ。 - 前記各ショットキー電極は、前記各オーミック電極の周囲を囲むように形成されていることを特徴とする請求項17に記載のダイオードアレイ。
- 前記各オーミック電極は平面円形状を有し、前記各ショットキー電極の前記各オーミック電極と対向する辺の形状はそれぞれ円形状であることを特徴とする請求項18に記載のダイオードアレイ。
- 前記各オーミック電極は平面4角形状を有し、前記各ショットキー電極の前記各オーミック電極と対向する辺の形状はそれぞれ4角形状であることを特徴とする請求項18に記載のダイオードアレイ。
- 前記各オーミック電極は平面6角形状を有し、前記各ショットキー電極の前記各オーミック電極と対向する辺の形状はそれぞれ6角形状であることを特徴とする請求項18に記載のダイオードアレイ。
- 前記各ショットキー電極の外周の平面形状は、該ショットキー電極の内周の平面形状と相似していることを特徴とする請求項18から21のいずれか1項に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記各ショットキー電極は、少なくとも1つの切り欠き部分を有していることを特徴とする請求項18から22のいずれか1項に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記複数のショットキーバリアダイオードのうち隣り合うショットキーバリアダイオードは、互いに接するように配置されていることを特徴とする請求項17から23のいずれか1項に記載のダイオードアレイ。
- 前記複数のショットキーバリアダイオードが設けられている領域は、該領域の外周部を前記第1の半導体層及び第2の半導体層からなる領域と比べて高抵抗の領域に囲まれていることを特徴とする請求項17から24のいずれか1項に記載のダイオードアレイ。
- 前記半導体基板は、シリコン、炭化シリコン又は窒化ガリウムであることを特徴とする請求項17から25のいずれか1項に記載のダイオードアレイ。
- 前記第1の半導体層及び第2の半導体層は、それぞれ一般式がInaGabAlcBdN(但し、0≦a、b、c、d≦1、a+b+c+d=1である。)で表される化合物であり、且つ、第2の半導体層は第1の半導体層と比べてバンドギャップが大きいことを特徴とする請求項17から26のいずれか1項に記載のダイオードアレイ。
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