JP5841683B1 - ショットキーバリヤダイオード及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ショットキーバリヤダイオードのバリヤハイトを制御・低減することにより、低い順方向立ち上がり電圧を提供する。【解決手段】ショットキーバリヤダイオードを構成するショットキー金属層２０とｎ型主半導体層１０との間にバリヤハイト調整層３０を設ける。バリヤハイト調整層３０はｎ型であり、そのキャリヤ濃度をｎ型主半導体層１０よりも高くする。バリヤハイト調整層３０の電子親和力の絶対値は主半導体層１０の電子親和力の絶対値よりも大きいか又は等しい関係で、さらに、バリヤハイト調整層３０の電子親和力の絶対値はショットキー金属層２０の仕事関数の絶対値よりも小さい。バリヤハイト調整層３０は電子の量子力学的トンネル効果が生じる厚さを有し、バリヤハイト調整層３０のキャリヤ濃度又は厚さ、あるいは双方を調節することによりショットキーバリヤダイオードの実効的なバリヤハイトを制御し、低減する。【選択図】図１

Description

本発明は、ショットキーバリヤダイオード、及びその製造方法に関する。

近年、各方面でエネルギー消費の低減や太陽光発電など環境改善への要求は高まっている。その中で、意外な盲点は、最も基本的な半導体素子であるダイオードの性能に関しては、近年、余り研究されることがなくなってきているように思われる。余りに古く、その性能改善の余地は少ないと見なされて来たためであろう。

半導体ダイオードを用いた整流器や検波器における理想形は、順方向の立ち上がり電圧Ｖfoが小さい程良く、また、逆方向電流が少ない程良い。これらを改良できれば得るところは非常に大きい。ショットキーバリヤダイオードは、ｐｎ接合型ダイオードに比べて順方向の立ち上がり電圧が低いことや、伝導キャリヤの蓄積効果が少ないので、各種の整流ダイオードや高周波帯における検波用ダイオードとして幅広く用いられている。

十分に順方向電圧を低下させることが出来れば、無線による電力伝送にも利用することが可能である。宇宙太陽光発電の送電に対応する、地上受信装置のキーデバイスとしての検波器に利用可能である。また、ノーバイアス・ミキサーは周辺回路部品の低減にも役立つ。検波効率が高いので、弱電界強度の測定にも利用が可能である。さらにはまた、各種のエネルギーハーベスティングに利用可能なことも言うまでもない。周辺回路部品の節約にも資することが出来る。

周知のように、ショットキーバリヤダイオードの電流Ｉとバイアス電圧Ｖとの関係は、下記の数式１のようになる。
Ｉ＝Ａ^＊＊ＳＴ^２〔ｅｘｐ（−Φｂ/（ｋＴ））〕ｅｘｐ〔qＶ／（ｋＴ）〕・・・・・数式１
上式は、ｑＶ＞ｋＴのときに成立する近似式であり、Ａ^**は実効リチャードソン定数、Ｓは接合面積、Ｔは絶対温度、Φｂはショットキーバリヤの高さ（以下、単に「バリヤハイト」と呼称する）、ｑは電子の素電荷、ｋはボルツマン定数を表す。

上式において、バイアス電圧Ｖに正負の符号を付して、順方向時には電圧Ｖを正に、また、逆方向時には電圧Ｖを負とすることにより、数式１は順方向、逆方向のいずれにおいても電流−電圧の関係式になる。このとき、逆方向バイアス電圧が充分大きいと、逆方向電流は下記の数式２に示すように一定値（飽和電流）Ｉsとなる。
Ｉs ＝ Ａ^**ＳＴ^２〔ｅｘｐ（−Φｂ/（ｋＴ））〕・・・・・数式２
ここで、Ａ^**は実効リチャードソン定数、Ｓは接合面積、Ｔは周囲温度、Φｂはショットキーバリヤのバリヤハイトを表す。

数式２を用いて数式１を書き直すと、Ｉ＝Ｉs・ｅｘｐ〔qＶ／（ｋＴ）〕となる。順方向の立ち上がり電圧とは、順方向におけるある一定電流値Ｉfoで定義される順方向電圧Ｖfoであるから、飽和電流Ｉsが大きいほど順方向の立ち上がり電圧Ｖfoが小さくなる。

飽和電流Ｉsは上記の数式２で表されるので、Ｉsの値を調整するにはＡ^**（実効リチャードソン定数）、Ｓ（接合面積）、Ｔ（周囲温度）、Φｂ（バリヤハイト）の一つ以上のパラメータを調整すれば良い。しかしながら、Ａ^**やΦｂの値は、ショットキーバリヤを構成する金属と半導体の材質により決定される材料物性定数である。また、周囲温度Ｔも実用的には室温付近の値を採るので、飽和電流Isを調整するためのパラメータにはなり難い。

バリヤハイトΦｂについては、前述のようにショットキーバリヤを構成する金属（以下、ショットキー金属と呼ぶ。）と、これと接合する半導体の材質によって決定される数値であり、下記の数式３で求められる。
Φb＝Φm−Ｅa・・・・・数式３
ここで、Φmはショットキー金属の仕事関数の絶対値、Ｅaは半導体の電子親和力の絶対値である。

上述のように、バリヤハイトΦbの値はショットキー金属と半導体との組み合わせで決定されるので、構成材料に依存しており、バリヤハイトΦbの数値は離散的な値になる。一方、複数のショットキー金属を用いてバリヤハイトを所定の範囲内で調整することが提案されている（引用特許文献１参照）。

特開平５−７５１０１

以上述べたように、ショットキーバリヤダイオードの順方向の立ち上がり電圧Ｖfoを低くするには、飽和電流Ｉsを大きくすればよい。このため、従来から広く行われている常套手段は、許容できる飽和電流（逆方向リーク電流）の範囲内において可能な限り接合面積を大きくすることにより飽和電流Ｉsを大きくし、これにより低い立ち上がり電圧を得ようとするものである。

一方、高周波帯で使用するショットキーバリヤダイオードにおいては、高い遮断周波数を得るためにはショットキー接合部の静電容量（以下、単に「接合容量」と呼ぶ）を可能な限り低くすることが必須となる。このためには接合面積を可能な限り小さくする必要がある。

しかしながら、接合容量を低く抑えるために接合面積を小さくすると飽和電流Ｉsが減少し、その結果、順方向の立ち上がり電圧が上昇することになる。すなわち、低い接合容量を得ることと、低い立ち上がり電圧を得ることとはトレードオフの関係にあり、双方を同時には満足させることが出来ないという問題があった。

さらにまた、ワイドギャップ半導体であるＳiＣは、高温・高電圧動作が可能であり、近年、これを用いたショットキーバリヤダイオードの実用化が進んでいる。その一例である電力用整流器や車載用の整流器の更なる効率向上を図ることができれば、電力損失の低減を通じて、燃料消費を低減し、環境改善にも資することが出来る。しかし、ＳiＣは電子親和力Ｅa（絶対値）が小さいので、常用されるショットキー金属との間に生じるバリヤハイトが高くなり、必然的に順方向の立ち上がり電圧が高くなるので、ＳiＣ整流器の更なる効率向上は、大きな課題であった。

上記のＳiＣショットキーバリヤダイオードでは、バリヤハイトが高いために逆方向のリーク電流は十分小さい。このため、立ち上がり電圧を低減させる一方策としては、接合面積を増加することが考えられる。しかしながら、接合面積の大幅な増加は、高価な半導体材料を扱う製造工程での材料収率を低下させる。また、接合容量も大幅に増加するのでダイオードの高速動作の観点からも問題であった。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、低い接合容量を得るために接合面積を小さくした場合に生じる順方向の「立ち上がり電圧の上昇」を抑制・低減することを目的としている。換言すれば、本発明の目的は、接合面積を増加することなく「立ち上がり電圧」を低減することにある。さらに、これにより、ダイオード製造時の半導体材料の収率を改善することにある。

本発明の基本概念は、接合面積を増加させるのではなく、バリヤハイトΦｂを制御・低減することにより立ち上がり電圧Ｖfoを低減・改善することにある。前述のように、バリヤハイトΦｂはショットキーバリヤを構成するショットキー金属層とこれに接合する半導体層の材質とで決定されるが、発明者は、前記のショットキー金属層と半導体層との間に極薄の第２の半導体層を設けることにより、後述する所定の範囲内でバリヤハイトΦｂの制御が可能であることを見出した。これによりΦｂの低減が可能になり、その結果、立ち上がり電圧Ｖfoの低減・改善が達成される。

請求項１に示す本発明の基本概念の詳細を以下に説明する。図１は本発明のショットキーバリヤダイオードにおけるショットキー接合部分の模式断面図である。また、図１に示す接合部分のバンドダイヤグラムの一例を図２示す。

本発明の大きな特徴は、図１に示すようにショットキー接合を構成するショットキー金属層２０とｎ型の主半導体層１０との間に、バリヤハイト調整層３０を設けたことにある。このバリヤハイト調整層３０は、前記の主半導体層１０に生じるショットキーバリヤのバリヤハイトを調整する機能を有する。以下では、前記のバリヤハイト調整層３０をＢＨＣ層と略記する。

ＢＨＣ層３０は、前述した極薄の第２の半導体層であり、主半導体層１０と同一の伝導型（本例ではｎ型）である。また、電子の量子力学的トンネル効果が生じる厚さになるようにＢＨＣ層の厚さを設定し、そのキャリヤ濃度を主半導体層１０のそれよりも高くなるように設定している。さらに、ＢＨＣ層のキャリヤ濃度は「ＢＨＣ層が金属化遷移に至らない範囲での最高キャリヤ濃度」を上限とする。

後述するように、ＢＨＣ層の厚さとキャリヤ濃度の条件は実効的なバリヤハイトの低減効果に大きく関係しており、量子力学的トンネル効果が生じる厚さでなければ低減効果が生じない。また、そのキャリヤ濃度が「ＢＨＣ層が金属化するキャリヤ濃度」まで高くなってしまうと、ショットキーバリヤダイオードとして機能するための有効なポテンシャルバリヤが発生しなくなる。

以上述べたＢＨＣ層３０の存在により、ショットキーバリヤダイオードの実効的なバリヤハイトの制御が可能になる。すなわち、ＢＨＣ層の厚さ又はそのキャリヤ濃度を増加させるか、あるいは両者双方を増加すると主半導体層１０が示す実効的なバリヤハイトが低下し、これにより順方向の立ち上がり電圧Ｖfoを低減できることを見出した。この事実を基に更に検討を重ねた結果、本発明の基本原理も明らかにすることができた。

なお、本願でいう「主半導体層」とは、「ＢＨＣ層」と接する能動層となる半導体層を指し、基板半導体上に一種類以上のエピタキシャル層を設けた場合には、基板と反対側の最上層の半導体層を指す。また、エピタキシャル層がなく基板半導体のみの場合には基板半導体そのものが主半導体層に該当する。基板半導体あるいは主半導体層の裏面にはオーミック電極を設け、ショットキーバリヤダイオードのカソード電極としている。

また、通常は主半導体層のエピタキシャル成長に引き続き、連続してＢＨＣ層をエピタキシャル成長により設けるが、主半導体層上に上記とは別の手法を用いてＢＨＣ層を設けることも可能である。たとえば、ＳnＯ2などの酸化物半導体をスパッタリング法などの手法で後付積層してＢＨＣ層を構成することも可能である。

さらに、本願でいう「ショットキー金属層」とはＢＨＣ層と接触してＢＨＣ層内に空乏層を生じさせ、ショットキーバリヤを形成する金属層を指す。ショットキー金属層そのものをアノード電極とする以外に、外部のリード線やリード端子などとの接続性を容易にするために、上記ショットキー金属層上に「接続電極層」を設けてもよく、これも含めてショットキーバリヤダイオードのアノード電極とする。

主半導体層とＢＨＣ層とは、各々異なる材質、又は同一の材質で構成される。このため、ＢＨＣ層３０と主半導体層１０との接合面（Ｓ−Ｓ接合面）４０は、「ヘテロ接合」または「ホモ接合」になる。以下では、両者の場合について本発明の基本原理を説明する。

〔ＢＨＣ層／主半導体層がヘテロ接合を成す場合〕
図２は、本発明の基本原理を説明するためのバンドダイヤグラムである。図中の各記号の意味は下記のとおりである。
Ｅa₁：主半導体層１０の電子親和力
Ｅa₂：ＢＨＣ層３０の電子親和力
Φm：ショットキー金属層２０の仕事関数
Φb₁、Φb₂：バリヤハイト
Φbx：主半導体層１０が示す「実効バリヤハイト」
ΔＥc：S-S接合面における伝導帯下端のバンド不連続量
Ｅc₁：接合部から遠く離れた箇所での主半導体層１０の伝導帯下端のエネルギー準位
Ｅv₁：接合部から遠く離れた箇所での主半導体層１０の価電子帯上端のエネルギー準位
Ｅ_F：フェルミ準位（フェルミレベル）
Ｅ_G1：主半導体層１０のバンドギャップエネルギー
Ｅ_G2：ＢＨＣ層３０のバンドギャップエネルギー

ＢＨＣ層３０の材質はＢＨＣ層の電子親和力 (Ｅa₂)の絶対値が主半導体層１０の電子親和力 (Ｅa₁) の絶対値よりも大きな値をもつ材質である。図２では、便宜上、ＢＨＣ層の厚さを他の部分に比べて相対的に拡大して描いている。

以下では、図２を用いて上記のＢＨＣ層３０の機能を更に詳しく説明する。本例でのＢＨＣ層は主半導体層の材質とは異なる半導体層であり、ＢＨＣ層と主半導体層との界面（Ｓ−Ｓ接合面）４０は、バンド不連続量ΔＥcをもつヘテロ接合になっている。図示のようにＥa₁、Ｅa₂、Φｍの各々を絶対値で大小関係を比較すると、Φｍ＞Ｅa₂＞Ｅa₁ の関係にある。このときのバンド不連続量ΔＥcは、ΔＥc＝Ｅa₂−Ｅa₁ となる。

図２は、ショットキー金属層２０に対して高エネルギー側にあるＢＨＣ層３０及び主半導体層１０の伝導帯電子が金属層２０に移動したのちの室温・平衡状態におけるバンドダイヤグラムである。Ｍ−Ｓ接合面５０にはバリヤハイトΦｂ₂なるバリヤが、また、Ｓ-Ｓ接合面４０にはバリヤハイトΦｂxなるバリヤが出現している。もともとＢＨＣ層の厚さはトンネル伝導が可能な厚さ（概ね１００Å以下）であるので、ＢＨＣ層側に生じた高さΦｂ₂なるバリヤについては、電子はポテンシャルバリヤとして感じることはないので、図２に示す系内において実効的にポテンシャルバリヤとして機能するのは、高さΦｂxなるバリヤ（主半導体層１０側に生じるバリヤ）だけとなる。

上記のＳ−Ｓ接合面４０における主半導体層１０側に生じる高さΦｂxなるバリヤを、以下ではショットキー接合の「実効バリヤハイト」と呼ぶ。前述のように、ＢＨＣ層を設けたことによって実効バリヤハイトΦｂxが低下することを見出したが、図２に示すバンドダイヤグラムによる解析結果からも、ＢＨＣ層を設けたことによる実効バリヤハイトの低下を確認することができる。ＢＨＣ層が存在しない場合のバリヤハイトはΦｂ₁であるが、ＢＨＣ層が存在する場合には実効バリヤハイトはΦｂxとなり、ＢＨＣ層が存在しないときのΦｂ₁に比べて低下していることがわかる。

次に、上記の実効バリヤハイトΦｂxの制御に関して、図３を用いて以下に説明する。図３が示している内容は基本的には図２と同じである。ここでは、ＢＨＣ層３０と主半導体層１０の価電子帯の表示を省略している。また、ＢＨＣ層の伝導帯下端のエネルギー準位を示すライン３５と参照カーブ〔２〕３３については、図２と同様に便宜上、横軸を拡大した尺度で描いている。なお、図中の１３は主半導体層の空間電荷分布に由来する参照カーブ〔１〕であり、１５，１６は主半導体層の伝導帯下端のエネルギー準位を示すラインである。

図３に示すバンドダイヤグラムは、ＢＨＣ層および主半導体層の空乏層内の空間電荷分布をもとにしてポアッソンの方程式を解いて得られた電位分布の結果に基づくものであり、図中の参照カーブ〔１〕１３と参照カーブ〔２〕３３とは、ともに２次曲線である。ＢＨＣ層の参照カーブ〔２〕３３のＢ点が示す厚さＤcは、ＢＨＣ層が十分厚いと仮定したときのＢＨＣ層の想定空乏層厚であり、以下では「ＢＨＣ層の臨界層厚」と呼ぶ。

ＢＨＣ層の伝導帯下端のエネルギー準位を示すＱ点からＰx点に至るライン３５は参照カーブ〔２〕３３に完全にフィッティングしている。図示のＢＨＣ層３０の厚さＤxが厚くなっていくほど、Ｐx点は参照カーブ〔２〕３３に沿って大きく下降するので、これに連動するΔＥxが減少し、実効バリヤハイトΦｂxが低下していくことがわかる。

また、図示のＢＨＣ層３０のキャリヤ濃度をＮxとし、これを増加していった場合には、前述した図中のＤcで示す「ＢＨＣ層の臨界層厚」が減少してゆくので、Ｂ点は図面の左方向のＢ’点に移動し、このときの参照カーブ〔２〕（２次曲線）は３４になる。このため、ＢＨＣ層３０の厚さＤxに対応するＰx点が低下して、連動するΔＥxが減少する。その結果、実効バリヤハイトΦｂxが低下することがわかる。なお、厳密にいえば、キャリヤ濃度Ｎxが増加してゆくと、伝導帯下端のエネルギー準位とフェルミ準位との差が小さくなるので、僅かではあるがＢ点のエネルギー準位が低下するので、Ｂ’点のエネルギー準位はＢ点に比べてフェルミ準位Ｅ_Fに、より近い値となる。

次に、実効バリヤハイトΦｂxの値を定量的に解析した結果を述べる。図３に示すように、実効バリヤハイトΦｂxはΔＥcとΔＥxに依存している。参照カーブ〔２〕３３が示す２次方程式を用いれば、Ｐx点のエネルギー準位に対応するΔＥxの値を求めることができる。ここでいうΔＥxとは、フェルミレベルＥ_Fを基準としたときのＰx点のエネルギー準位（絶対値）である。

前述の「ＢＨＣ層の臨界膜厚」Ｄcの値とＢ点のエネルギー準位は、ＢＨＣ層のキャリヤ濃度Ｎxに依存する。ここでは便宜上、ＢＨＣ層のキャリヤ濃度がＢ点のエネルギー準位をフェルミ準位Ｅ_Fに一致せしめるようなキャリヤ濃度（Ｎo）である場合を例にとり、ΔＥxを以下に求める。

図示参照カーブ〔２〕３３が示す２次曲線方程式と、後述の数式５から求められるＤcを用いれば、下記の数式４からΔＥxが求められる。
ΔＥx＝〔（Ｄx／Ｄc）−1 〕^２ Φｂ_２ ・・・・・数式４
ただし、Ｎx＝Ｎo
ここで、Ｄx、Ｄc、Φｂ_２は、以下のとおりである（図３参照）。
Ｄx ： ＢＨＣ層厚
Ｄc ： ＢＨＣ層の臨界層厚
Φｂ_２＝Φ_ｍ−Ｅa_２（絶対値表記、図３参照）
Ｄc＝〔２εＶｂ_２／（ｑＮo）〕^１／２・・・・・数式５
ここで、Ｖb_２、Ｎo、ε、ｑは、以下のとおりである。
Ｖb_２ ： バリヤハイトΦｂ_２〔ｅＶ〕に対応する〔Ｖ〕単位の内蔵電位
Ｎx ： ＢＨＣ層のキャリヤ濃度
Ｎo ： ＢＨＣ層の伝導帯の底部準位をフェルミ準位Ｅ_Fと一致せしめるようなＢＨＣ層のキャリヤ濃度
ε ： ＢＨＣ層の誘電率
ｑ ： 電子の素電荷

最終的には実効バリヤハイトΦｂxは、下記の数式６により決定できる。
Φｂx＝ΔＥc＋ΔＥx・・・・・数式６
ここで、ΔＥcは｜Ｅa₂−Ｅa₁｜であり、ΔＥxは数式４、５から求めた値である（図３参照）。

数式４にみるように、ＢＨＣ層の厚さＤxとＢＨＣ層の臨界層厚Ｄcとの比率（Ｄx／Ｄc）によってΔＥxが変化する。例えば、ＢＨＣ層厚Ｄxが臨界層厚Ｄcの５０％とするならば、数式４におけるΦｂ_２の係数項の値は0.25となる。したがって、バリヤハイト低下後の実効バリヤハイトΦｂxの値は〔0.25Φｂ_２+ΔＥc〕となる。一方、ＢＨＣ層が存在しない場合のバリヤハイトは、Φｂ_１＝Φｂ_２＋ΔＥcであるから、ＢＨＣ層が存在することにより、実効バリヤハイトが〔0.75Φｂ_２〕だけ低下することがわかる。

ＢＨＣ層のキャリヤ濃度を増減すると実効バリヤハイトΦｂxが変化するので、ＢＨＣ層のキャリヤ濃度を増加すれば、順方向の立ち上がり電圧Ｖfoが低減できることを見出したことを冒頭でも述べたが、本解析で求めた上記の数式４、数式５、数式６により、ＢＨＣ層の厚さＤxまたはそのキャリヤ濃度Ｎx、あるいはその双方を変化させることにより、上記の実効バリヤハイトΦｂxを定量的に制御できること見出した。

なお、以上で述べた「ヘテロ接合を有する場合」の本発明では、各層の電子親和力の相互の大小関係、及びＢＨＣ層の電子親和力とショットキー金属層の仕事関数との大小関係が請求項１に示す規定を満足すれば、以上で述べたＢＨＣ層と主半導体層は特定の材質に限定されるものではない。Ｓiをはじめとする各種単体半導体、ＧaＡsをはじめとする各種化合物半導体、各種酸化物半導体を使用材料として用いることができる。

〔ＢＨＣ層と主半導体層とを同一の材料で構成した場合〕
以上では、ＢＨＣ層と主半導体層とがヘテロ接合を成す場合の本発明の基本概念・原理の詳細を説明したが、以下では、ＢＨＣ層と主半導体層とを同一の半導体材料で構成した場合の本発明の基本概念・原理を詳細に説明する。

図４は、ＢＨＣ層１３０と主半導体層１０とを同一の半導体材料で構成した場合のバンドダイヤグラムである。ＢＨＣ層と主半導体層とを同一の半導体材料で構成しているので、両者の界面（ホモ接合界面）１４０には、前出の図３に見るようなバンドオフセットによるバンド不連続量ΔＥcは発生しない―――厳密にいえば、両者のキャリヤ濃度差によるわずかなバンド不連続があるが、僅少であるのでこれを省略する。

図４に示すバンドダイヤグラムは、ＢＨＣ層および主半導体層の空乏層内の空間電荷分布をもとにしてポアッソンの方程式を解いて得られた電位分布の結果に基づくものであり、図中の参照カーブ〔１〕１３と参照カーブ〔２〕１３３とは、ともに２次曲線である。ＢＨＣ層の参照カーブ〔２〕１３３のＢ点が示す厚さＤcは、ＢＨＣ層が十分厚いと仮定したときのＢＨＣ層の想定空乏層厚であり、以下ではヘテロ接合の場合と同様に「ＢＨＣ層の臨界層厚」と呼ぶ。

上述のように、ＢＨＣ層と主半導体層とを同一の半導体材料で構成した場合のＢＨＣ層によるバリヤハイト調整機能及び定量解析結果は、ヘテロ接合におけるΔＥcをゼロと置いた場合に相当するので、図４の説明については、図３を用いて説明した結果を援用し、以下では両者に重複する部分の詳細説明を省略する。なお、図中の１３５は、ＢＨＣ層１３０の伝導帯下端のエネルギー準位を示すラインである。

ＢＨＣ層１３０の厚さはトンネル伝導が可能な厚さ（概ね１００Å以下）であるので、ＢＨＣ層側に生じた高さΦｂ₁なるバリヤについては、電子はポテンシャルバリヤとして感じることはないので、図４に示す系内において実効的にポテンシャルバリヤとして機能するのは、高さΦｂxなるバリヤ（主半導体層１０側に生じるバリヤ）だけとなる。

実効バリヤハイトΦｂxは、Ｐx点におけるポテンシャルに相当しΔＥxであるので、下記の数式７、数式８から求めることができる。
Φｂx＝ΔＥx＝〔（Ｄx／Ｄc）−1 〕^２ Φｂ_１ ・・・・・数式７
ただし、Ｎx＝Ｎo
ここで、Ｄx、Ｄc、Φｂ_１は、以下のとおりである（図４参照）。
Ｄx ： ＢＨＣ層厚
Ｄc ： ＢＨＣ層の臨界層厚
Φｂ_１＝Φ_ｍ−Ｅa_１（絶対値表記、図４参照）
Ｄc＝〔２εＶb_１／（ｑＮo）〕^１／２・・・・・数式８
ここで、Ｖb_１、Ｎo、ε、ｑは、以下のとおりである、
Ｖb_１ ： バリヤハイトΦｂ_１〔ｅＶ〕に対応する〔Ｖ〕単位の内蔵電位
Ｎx ： ＢＨＣ層のキャリヤ濃度
Ｎo ： ＢＨＣ層の伝導帯の底部準位をフェルミ準位Ｅ_Fと一致せしめるようなＢＨＣ層のキャリヤ濃度
ε ： ＢＨＣ層の誘電率
ｑ ： 電子の素電荷

数式７にみるように、ＢＨＣ層の厚さＤxとＢＨＣ層の臨界層厚Ｄcとの比率（Ｄx／Ｄc）によってΔＥxが変化する。例えば、ＢＨＣ層厚Ｄxが臨界層厚Ｄcの５０％とするならば、数式７におけるΦｂ_１の係数項の値は0.25となる。したがって、バリヤハイト低下後の実効バリヤハイトΦｂxの値は〔0.25Φｂ_１〕となる。一方、ＢＨＣ層が存在しない場合のバリヤハイトは、Φｂ_１であるから、ＢＨＣ層が存在することにより実効バリヤハイトが〔0.75Φｂ_１〕だけ低下することがわかる。

ＢＨＣ層のキャリヤ濃度を増減すると実効バリヤハイトΦｂxが変化するので、ＢＨＣ層のキャリヤ濃度を増加すれば、順方向の立ち上がり電圧Ｖfoが低減できることを見出したことを冒頭でも述べたが、上記の数式７、数式８からわかるようにＢＨＣ層の厚さＤxとそのキャリヤ濃度Ｎxとを変化させることにより、上記の実効バリヤハイトΦｂxを定量的に制御できることが本解析からも明らかになった。

上述のように、ＢＨＣ層の厚さＤxとそのキャリヤ濃度Ｎxとが決まれば実効バリヤハイトΦｂxの値を確定できる。図３、図４にみるように、Ｄxが増加するとΦｂxは減少する。また、Ｎxが増加してもΦｂxは減少する。したがって、Ｄx又はＮx、あるいはＤxとＮxの双方を変化させることにより、上記の実効バリヤハイトΦｂxを定量的に制御できる。

なお、以上で述べた「ホモ接合を有する場合」の本発明では、ＢＨＣ層の電子親和力とショットキー金属層の仕事関数との大小関係が請求項２に示す規定を満足すれば、以上で述べたＢＨＣ層と主半導体層は特定の材質に限定されるものではない。Ｓiをはじめとする各種単体半導体、ＧaＡsをはじめとする各種化合物半導体、各種酸化物半導体を使用材料とすることができる。

請求項２に示す発明は、ＢＨＣ層と主半導体層とを同一の材質で構成したことを特徴とする請求項１に記載のショットキーバリヤダイオードである。したがって、ＢＨＣ層／主半導体層の接合は「ホモ接合」となる

請求項３に示す発明は、ＢＨＣ層及び主半導体層の材質がＳｉ又はＳｉＣであり、ショットキー金属層には遷移金属を含むシリサイド金属を用いたことを特徴とする請求項２に記載のショットキーバリヤダイオードである。シリサイド金属は高温でも安定性に優れており、かつ、本構成とすることにより、シリサイド金属層が直接接触している半導体層（Ｓi又はＳiＣ−ＢＨＣ層）との間の合金化反応を抑制できるので、信頼性が向上する。

請求項４に示す発明は、ショットキー金属層に遷移金属を含む導電性ナイトライド金属又は導電性ボライド金属を用いた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ヤダイオードである。ナイトライド金属又はボライド金属は高温においても安定性に優れており、これと接する半導体層（ＢＨＣ層）との合金化も抑制できるので、優れた信頼性が得られる。

請求項５に示す発明は、ＢＨＣ層の材質をＧe、主半導体層の材質をＧaＡsで構成したことを特徴とする請求項１に記載のショットキーバリヤダイオードであり、Ｇe（ＢＨＣ層）とＧaＡs（主半導体層）とはヘテロ接合を形成する。本構造においても、ＧaＡsで構成したホモ接合形式のダイオードと同等の「バリヤハイト調整機能」が得られる。

請求項６に示す発明は、請求項５に示したショットキーバリヤダイオードの製造方法である。すなわち、ｎ型のＧaＡs主半導体層の表面に高キャリヤ濃度のｎ型Ｇe半導体層（以下、Ｇe−ＢＨＣ層と呼ぶ。）を形成し、更に前記Ｇe−ＢＨＣ層の上にショットキー金属層を形成して成るショットキーバリヤダイオードの製造方法である。前記のショットキー金属層の仕事関数の絶対値は、前記Ｇe−ＢＨＣ層の電子親和力の絶対値よりも大きな値を持っている。

前記のＧe−ＢＨＣ層を電子の量子力学的トンネル効果が生じる厚さに前記ＧaＡs主半導体層上に形成したのち、Ｇe−ＢＨＣ層とＧaＡs主半導体層とをＧeの融点未満の温度で急速加熱・冷却処理を行う。これにより、ＧaＡs主半導体層を構成するＡsがドーパントとしてＧe−ＢＨＣ層に拡散し、ＧaＡs主半導体層の不純物濃度よりも高濃度なＡsドープｎ型Ｇe−ＢＨＣ層に変換される。

次いで、前記高濃度ｎ型Ｇe−ＢＨＣ層上に前記ショットキー金属を被着し、また，前記ＧaＡs主半導体層側にはオーミック電極層を形成し、高濃度ＡsドープＧe−ＢＨＣ層のキャリヤ濃度又は厚さ、あるいはキャリヤ濃度と厚さの双方を調節することにより、実効的なバリヤハイトの制御が可能であるショットキーバリヤダイオードの製造方法である。

本発明によれば、高価なエピタキシャル成長装置を用いることなく、簡便に高濃度ＡsドープＧe−ＢＨＣ層を後付積層することができ、すべてをＧaＡsで構成したホモ接合形式のダイオードと同等の「バリヤハイト調整機能」が得られる。

本発明によれば、ショットキー接合における実効的なバリヤハイトを所定の範囲内において任意の値に制御・低減することが可能となった。これにより、微小接合面積（低接合容量）をもつショットキーバリヤダイオードの順方向立ち上がり電圧Ｖfoを大幅に低減することが可能になった。

また、本発明によれば、ＳiＣなどの高価な半導体材料を用いたショットキーバリヤダイオードの製作においても、接合面積を増加することなく順方向の立ち上がり電圧を低減できるので、製造工程における高価な半導体材料の材料収率を改善できる。さらには、ＳiＣダイオードの周波数特性や、低周波大電力ＳiＣ整流器の効率改善にも寄与する。

本発明によるショットキーバリヤダイオードの模式構造断面図 本発明によるショットキー接合部のバンドダイヤグラム 本発明の基本原理を説明するためのバンドダイヤグラム 本発明の基本原理を説明するためのバンドダイヤグラム 本発明の実施例１を示す模式構造断面図 本発明の実施例２を示す模式構造断面図 本発明の実施例３における製造工程を示す模式構造断面図 本発明の実施例４を示す模式構造断面図 本発明の実施例５を示す模式構造断面図 本発明の実施例６を示す模式構造断面図

以下、本発明の実施の形態を実施例により説明する。

主半導体層及びＢＨＣ層の半導体材料として、単体半導体であるシリコン（Ｓi）を用いて製作した本発明のショットキーバリヤダイオードの模式構造断面図を図５に示す。ｎ型Ｓｉ基板２０５上には、気相エピタキシャル成長法により主半導体層２１０、ＢＨＣ層２３０が設けられている。ｎ型Ｓi基板のキャリヤ濃度は約３×１０^１８／ｃｍ^３である。また、Ｓi基板２０５については、その厚みを約２００μｍに研磨・調整した後に、裏面にオーミック電極層２０７を設け、カソード電極とした。

また、主半導体層２１０のキャリヤ濃度を約３×１０^１６／ｃｍ^３、その厚さを約1.3μｍとし、さらに、ＢＨＣ層２３０のキャリヤ濃度を約２×１０^１９／ｃｍ^３、その厚さを約３０Åに設定した。本例では、主半導体層２１０とＢＨＣ層２３０とを同一の半導体材料であるＳiで構成しており、両者の接合面は「ホモ接合」になっている

ついで、ＢＨＣ層２３０上にはショットキー金属層（Ｍo：モリブデン、大略厚さ：0.１μｍ）２２０、接続電極層（Ｔi／Ａu：チタン／金〔最上層〕、大略厚さ：0.1／0.5μｍ）２２５を高真空下で連続蒸着してアノード電極とした。

さらに、フォトリソグラフィー技術と選択エッチング技術を用いて、ショットキー金属層２２０と接続電極層２２５をパタニングし、ショットキー接合径（Ｄ_J）を約１６μｍに仕上げた。なお、上記の接続電極層２２５は、ショットキー金属層（本例ではＭo）２２０と接続リード線（図示せず）などとの固着接続を容易にする機能をもつ。

以上のようにして製作したショットキーバリヤダイオードの順方向立ち上がり電圧Ｖfoは、約0.14Ｖ（ただし、順方向電流Ｉf＝0.1ｍＡ時）、逆方向電流Ｉrは約0.6μＡ（ただし、逆方向電圧Ｖr＝5Ｖ時）であった。また、ゼロバイアス時の接合容量C_Jは、約0.2ｐＦであった。以上のように、許容できる逆方向電流の範囲内において、非常に低い立ち上がり電圧Ｖfoが得られている。なお、このときの実効バリヤハイトΦｂxは大略0.45ｅＶであった。

〔比較例１〕
上述した実施例１におけるＢＨＣ層の存在効果を確認するために、比較例として、ＢＨＣ層を設けない構造のショットキーバリヤダイオードを製作し、その特性を比較した。前出の図５中のＢＨＣ層を取り除いたものが比較例１の構造である。

比較例１として製作したショットキーバリヤダイオードの立ち上がり電圧Ｖfoは、約0.35Ｖ（ただし、順方向電流Ｉf＝0.1ｍＡ時）、逆方向電流Ｉrは約0.3ｎA（ただし、逆方向電圧Ｖr＝5Ｖ時）であった。また、ゼロバイアス時の接合容量Ｃ_Jは、約0.15ｐＦであった。さらに上記における実効バリヤハイトΦｂxは大略0.65ｅＶであった。このように、ＢＨＣ層が存在しないとバリヤハイトが高くなるので、立ち上がり電圧Ｖfoは約0.14Ｖ（ＢＨＣ層あり）から約0.35Ｖ（ＢＨＣ層なし）にまで上昇してしまう。

更なる比較のために、比較例１（ＢＨＣ層なし）において、接合面積（接合径Ｄ_J）を増加させることにより、上昇してしまう立ち上がり電圧ＶfoをＢＨＣ層ありの場合の約0.14Ｖにまで回復させることを試みた。

その結果、接合径Ｄ_Jを大略750μmにまで増加させれば、上昇しているＶfo（約0.35Ｖ）がＢＨＣ層ありの場合のＶfo（約0.14Ｖ）にまで回復することがわかった。しかしながら、接合面積が大幅に増加したために、ゼロバイアス接合容量C_Jは大略350ｐＦになった。このため、実施例１（ＢＨＣ層あり）に比べてダイオードの遮断周波数は著しく低下する。

以上のように、ＢＨＣ層を設けることにより実効バリヤハイトが低減するので、許容できる逆方向電流の範囲内において、接合面積を増加させることなくＶfoを低減・改善できることがわかる。さらには、ＢＨＣ層を設けなければ、低い立ち上がり電圧Ｖfoを維持しながら、かつ、同時に高い遮断周波数も確保することは不可能なことがわかる。

主半導体層及びＢＨＣ層の半導体材料として、化合物半導体であるＧaＡsを用いて製作した本発明のショットキーバリヤダイオードの模式断面図を図６に示す。ｎ型ＧaＡs基板３０５の上には、MO-CVD法によるｎ型ＧaＡs主半導体層３１０とｎ型ＧaＡs−ＢＨＣ層３３０を設けている。ｎ型ＧaＡs基板のキャリヤ濃度は約３×１０^１８／ｃｍ^３である。また、ＧaＡs基板を含むウェーハ全体の厚さを、基板裏側を研磨することにより、その厚さを約２００μｍに調整した後に、裏面にオーミック電極層３０７を設け、カソード電極としている。

また、主半導体層３１０のキャリヤ濃度を約３×１０^１６／ｃｍ^３、その厚さを大略1μｍとし、さらに、ＢＨＣ層３３０のキャリヤ濃度を約３×１０^１８／ｃｍ^３、その厚さを約50Åに設定した。本例では、主半導体層３１０とＢＨＣ層３３０を同一の半導体材料であるＧaＡsで構成しており、両者の接合面は「ホモ接合」になっている。

また、ＣＶＤ法を用いて、膜厚約３μｍの低誘電率絶縁膜３７０をＢＨＣ層３３０の表面に被着後、フォトリソグラフィー技術と選択エッチング技術を用いて、絶縁膜３７０に直径約５μｍのスルーホール３７５を設けた。さらに、スルーホール３７５を含むウェーハ全面にショットキー金属層（Ｍo、厚さ：約0.１μｍ）３２０、及び多層の接続電極層（Ｔi／Ａu〔最上層〕、厚さ：約0.1／約0.7μｍ）３２５を高真空下で連続蒸着により成膜した。

さらに、フォトリソグラフィー技術と選択エッチング技術を用いて、多層の接続電極層３２５とショットキー金属層３２０とをパタニングし、ショットキー接合部（Ｄ_J：大略５μｍ）と配線用の接続電極層３２５を形成した。なお、上記の接続電極層は、ショットキー金属層（本例ではＭo）３２０と外部からの接続リード線（図示せず）などとの固着接続を容易にする機能をもつ。

以上のようにして製作したショットキーバリヤダイオードの立ち上がり電圧Ｖfoは、約0.16Ｖ（ただし、順方向電流Ｉf＝0.1ｍＡ時）、逆方向電流Irは約0.3μＡ（ただし、逆方向電圧Ｖr＝5Ｖ時）であった。また、ゼロバイアス時の接合容量Ｃ_Jは、約25ｆＦであった。以上のように、許容できる逆方向電流の範囲内において、非常に低い立ち上がり電圧Ｖfoが得られた。なお、このときの実効バリヤハイトΦｂxは大略0.35ｅＶであった。

〔比較例２〕
上述した実施例２におけるＢＨＣ層の存在効果を確認するために、比較例として、ＢＨＣ層を設けない構造のショットキーバリヤダイオードを製作し、その特性を比較した。前出の図６中のＢＨＣ層を取り除いたものが比較例２の構造である。

比較例２として製作したショットキーバリヤダイオードの立ち上がり電圧Ｖfoは、約0.46Ｖ（ただし、順方向電流Ｉf＝0.1ｍＡ時）、逆方向電流Ｉrは約3ｐＡ（ただし、逆方向電圧Ｖr＝5Ｖ時）であった。また、ゼロバイアス時の接合容量Ｃ_Jは、約17ｆＦであった。さらに上記における実効バリヤハイトΦｂxは大略0.65ｅＶであった。このように、ＢＨＣ層が存在しないとバリヤハイトが高くなるので、立ち上がり電圧Ｖfoは約0.16Ｖ（ＢＨＣ層あり）から約0.46Ｖ（ＢＨＣ層なし）にまで上昇してしまう。

更なる比較のために、比較例２（ＢＨＣ層なし）において、接合面積（接合径Ｄ_J）を増加させることにより、上昇してしまう立ち上がり電圧ＶfoをＢＨＣ層ありの場合の約0.16Ｖにまで回復させることを試みた。

その結果、接合径Ｄ_Jを約1.6ｍｍと大幅に増加させなければ、上昇したＶfoを元に回復することができなかった。接合面積の著しい増加により、実施例１で述べたと同様に、本例においてもダイオードの遮断周波数は著しく低下する。すなわち、ＢＨＣ層を設けなければ、低い立ち上がり電圧Ｖfoを維持しながら、かつ、同時に高い遮断周波数も確保することは不可能なことがわかる。

本実施例は、実施例２におけるＧaＡs−ＢＨＣ層を高キャリヤ濃度のＧe薄層で形成したことを特徴としている。図７は、ｎ−ＧaＡs主半導体層（エピタキシャル層）の上に高キャリヤ濃度のｎ型Ｇe薄層を形成する工程の説明図である。まず、図７(A)（模式断面図）に示すｎ−ＧaＡsエピタキシャルウェーハを準備する。ｎ−ＧaＡs基板４０５とｎ−ＧaＡs主半導体層４１０の仕様は実施例２の場合と全く同一であるので、詳細条件の記述を省略する。

以下では、図７(A)に示す主半導体層４１０上に高キャリヤ濃度のｎ型Ｇe薄層を設ける工程を説明する。まず、図７(B)に示すように、主半導体層４１０の上に高真空下（約１×１０^−５Ｐa）でＧeを厚さ約30Å、真空蒸着する。

次に、上記ウェーハを高速加熱・冷却炉を用いて、温度約700℃で約10秒間の急速加熱を行い、その後に急冷処理をする。これにより、主半導体層中のＡsがＧe薄層４３０中に高速拡散し、図７(C)に示すように、ｎ−Ｇe薄層は高キャリヤ濃度のｎ^＋−Ｇe薄層４３５になる。なお、上記のキャリヤ濃度については、上記の高温処理における加熱温度と加熱時間を調整することにより、これを制御することができる。本例の場合のｎ^＋−Ｇe薄層４３５のキャリヤ濃度は、大略７×１０^１８／ｃｍ^３であった。

本実施例では、高キャリヤ濃度をもつn⁺−Ｇe（電子親和力：4.13ｅＶ）からなる薄層をＢＨＣ層として用いるので、n−ＧaＡs（電子親和力：4.07ｅＶ）からなる主半導体層４１０とＢＨＣ層４３５の接合面は「ヘテロ接合面」になる。この点が実施例２の場合と異なるが、本実施例に示した構造によっても、前述の実施例２と同様の効果が得られた。ショットキー金属にタングステン（Ｗ）を用いた場合の実効バリヤハイトΦｂxは大略0.3ｅＶであり、ｎ^＋−Ｇe薄層（ＢＨＣ層）４３５がない場合の実効バリヤハイト（大略0.5ｅＶ）に比べて実効バリヤハイトを大幅に低減できる。これにより、許容できる逆方向電流の範囲内において、実施例２と同様に非常に低い立ち上がり電圧Ｖfoが得られた。

なお、高キャリヤ濃度をもつｎ^＋−Ｇe薄層を形成する方法として、「ＭＢＥ法」などを採用することも勿論可能である。しかし、本実施例で述べた方法は、高価なＭＢＥ装置を用いることなくｎ型ＧaＡsエピタキシャル層上にｎ^＋−Ｇe薄層を形成できるので、製造コスト面で有利な製造方法である。

更にまた、本例ではＢＨＣ層として、高キャリヤ濃度をもつ単層のｎ^＋−Ｇe薄層を用いているが、このｎ^＋−Ｇe薄層上に更に別種半導体薄層（たとえばｎ^＋−Ｓi薄層など）を設けた多層膜でＢＨＣ層を構成することも可能である。この場合、当然ながら上記の多層ＢＨＣ層の膜厚は量子力学的トンネル効果が生じる厚さであることが必要である。

本実施例は、ワイドギャップ半導体であるＳiＣに対する本発明の適用例である。図８は本例のショットキーバリヤダイオードの模式構造断面図である。ｎ型４Ｈ−ＳiＣ基板５０５の上に、ｎ−ＳiＣ主半導体層５１０、ｎ⁺−ＳiＣ−ＢＨＣ層５３０をエピタキシャル結晶成長させている。ｎ型ＳiＣ基板のキャリヤ濃度は約３×１０^１８／ｃｍ^３である。また、ｎ型ＳiＣ基板５０５の裏面にはオーミック電極層５０７を設け、カソード電極としている。

また、主半導体層５１０のキャリヤ濃度を約5×１０^１６／ｃｍ^３、その厚さを約1.5μｍとし、さらに、ＢＨＣ層５３０のキャリヤ濃度を約5×１０^１８／ｃｍ^３、その厚さを約30Åに設定した。本例では、主半導体層５１０とＢＨＣ層５３０を同一の半導体材料であるｎ型4Ｈ−ＳiＣで構成しており、両者の接合面は「ホモ接合」になっている。

また、真空蒸着法によりショットキー金属層（Ｗ：タングステン）５２０と多層の接続電極層５２５とをＢＨＣ層上に設け、ついでフォトリソグラフィー技術と選択エッチング技術を用いて、接続電極層５２５とショットキー金属層５２０とをパタニングし、ショットキー接合径（Ｄ_J）を約10ｍｍに仕上げた。なお、上記の接続電極層５２５は、ショットキー金属層と接続端子（図示せず）などとの固着接続を容易にする機能を持っている。

以上のようにして製作したショットキーバリヤダイオードの順方向立ち上がり電圧Ｖfoは、大略0.37Ｖ（ただし、順方向電流Ｉf＝１A時）、逆方向電流Ｉrは大略１μＡ（ただし、逆方向電圧Ｖr＝5Ｖ時）であった。なお、このときの実効バリヤハイトΦｂxは、大略0.75ｅＶであった。

一方、比較のために、ＢＨＣ層５３０を設けずに製作したショットキーバリヤダイオードの立ち上がり電圧Ｖfoは、大略0.79Ｖ（ただし、順方向電流Ｉf＝１Ａ時）、逆方向電流Ｉrは大略１ｐＡ（ただし、逆方向電圧Ｖr＝5Ｖ時）であった。なお、このときの実効バリヤハイトΦｂxは、大略1.1ｅＶであった。

以上のように、ワイドギャップ半導体であるＳiＣを用いた大電流ショットキーダイオードにおいても、許容できる逆方向電流の範囲内で非常に低い立ち上がり電圧Ｖfoが得られている。

次に、ショットキー金属層にシリサイド金属を用いた実施例を、図９により説明する。本例のＢＨＣ層６３０を含む各半導体層と裏面のオーミック電極層の構成は、実施例１（図５）または実施例４（図８）と同じである。すなわち、本例でのＢＨＣ層／主半導体層はホモ接合であり、その材質はｎ型Ｓi、又はｎ型ＳiＣである。

本例では、図９に示すショットキー金属層６２０に遷移金属を含むシリサイド金属を用いている。Ｓi又はＳiＣから成るｎ⁺−ＢＨＣ層６３０上に、本例ではスパッタリング法を用いて厚さ約15 ｎｍのシリサイド金属層６２０を被着し、さらにその上に接続電極層６２５を被着した。本例ではシリサイド金属としては、Ｓi−ＢＨＣ層に対してはＰtシリサイドを、また、ＳiＣ−ＢＨＣ層に対してはＴiシリサイドを用いた。接続電極層６２５の材質・構成は、例えばＴi（下層）／Ａl（上層）や、Ｔi（下層）／Ｃu（上層）からなる２層電極である。

本例ではシリサイド金属としてＴiシリサイド、Ｐtシリサイドを用いているが、これに限定されるものではない。ＢＨＣ層との間でショットキーバリヤ（ただし、ＢＨＣ層はトンネル伝導が可能な厚さであり、トンネルバリヤになる）が形成できる仕事関数をもっていればよく、Ｎiシリサイド、Ｍoシリサイド、Ｗシリサイド、Ｎbシリサイド、Ｐdシリサイドなど、遷移金属を含むシリサイド金属を広く用いることができる。所望する実効バリヤハイトを実現できる仕事関数を持っており、また、シリサイド金属層の電気伝導度ができる限り高いことを目安として、シリサイド金属の材質を選択すればよい。

本例のショットキーバリヤダイオードでは、ショットキー金属にシリサイド金属を用いている。シリサイド金属は高温でも安定性に優れており、シリサイド金属層と直接接合している半導体層（Ｓi−ＢＨＣ層又はＳiＣ−ＢＨＣ層）との間の合金化反応が抑制されるので、ダイオードの信頼性が向上する。

次に、ショットキー金属層として導電性ナイトライド金属を用いた実施例を図１０により説明する。本例のＢＨＣ層７３０を含む各半導体層と裏面のオーミック電極層の構成は、実施例１（図５）と同様であり、各半導体層の材質はｎ型Ｓiである。

本例では、図１０に示すショットキー金属層７２０に遷移金属を含む導電性ナイトライド金属を用いている。ＳiのＢＨＣ層７３０上に、本例ではスパッタリング法を用いて導電性ナイトライド金属として厚さ約15ｎｍのＴiＮ層７２０を被着し、さらにその上にＴi（下層）／Ａl（上層）からなる２層の接続電極層７２５を形成した。

本例ではＢＨＣ層と主半導体層の材質をＳiとしており、また、ナイトライド金属としてＴiＮを用いているが、これに限定されるものではない。すなわち、ＢＨＣ層／主半導体層の材質には、上記のＳiの他にＧeなどの単体半導体、あるいはＧaＡsを始めとする化合物半導体や各種酸化物半導体を用いることができる。また、ナイトライド金属としては、上記の各種半導体からなるＢＨＣ層とナイトライド金属層との間でショットキーバリヤ（ただし、ＢＨＣ層はトンネル伝導が可能な厚さであり、トンネルバリヤになる）を形成し、かつ、所望の実効バリヤハイトを実現し得る仕事関数をもつ導電性ナイトライド金属であればよく、ＨfＮ、ＮbＮ、ＭoＮ、ＴaＮ、ＷＮ、ＺrＮ、などから選択できる。

さらには、本例で用いているナイトライド金属の代わりに、遷移金属を含む導電性ボライド金属を使用することも可能である。上記ボライド金属には、ＷＢ、ＭoＢ、ＴaＢなどがあり、所望の実効バリヤハイトを実現し得る仕事関数をもつ導電性ボライド金属を選択すればよい。

本例のショットキーバリヤダイオードでは、ショットキー金属としてナイトライド金属またはボライド金属を用いている。ナイトライド金属とボライド金属は高温でも安定性に優れており、これらの材料をショットキー金属として使用することによって、直接接合する各種材料のＢＨＣ半導体層との合金化反応を抑制できるので、ダイオードの信頼性が向上する。

１０、２１０、３１０・・・・・主半導体層
２０、２２０、３２０・・・・・ショットキー金属層
３０、２３０、３３０・・・・・バリヤハイト調整層（ＢＨＣ層）
４０・・・・・Ｓ−Ｓ接合面
５０・・・・・Ｍ−Ｓ接合面
２２５、３２５・・・・・接続電極層
６２０・・・・・シリサイド金属から成るショットキー金属層
７２０・・・・・ナイトライド金属などから成るショットキー金属層

Claims (6)

1. ｎ型主半導体層の表面にバリヤハイト調整層（以下、ＢＨＣ層と呼ぶ。）を設け、更に前記ＢＨＣ層の上にショットキー金属層を設け、更に前記主半導体層の裏面にはオーミック電極を備えたショットキーバリヤダイオードであって、
   前記ＢＨＣ層はｎ型半導体薄層であり前記主半導体層よりも高いキャリヤ濃度を有し、かつ、前記ＢＨＣ層のキャリヤ濃度の上限値は、前記ＢＨＣ層が「金属化遷移」に至ることがない最大の濃度であり、また、前記ＢＨＣ層の電子親和力の絶対値は前記主半導体層の電子親和力の絶対値よりも大きいか又は等しい関係にあり、
   また、前記ＢＨＣ層の電子親和力の絶対値は前記ショットキー金属の仕事関数の絶対値よりも小さく、
   また、前記ＢＨＣ層は電子の量子力学的トンネル効果が生じる厚さを有し、前記ＢＨＣ層のキャリヤ濃度又はその厚さ、あるいはキャリヤ濃度と厚さの双方を調節することにより、ショットキーバリヤダイオードとしての実効的なバリヤハイトの制御が可能であることを特徴とするショットキーバリヤダイオード。
2. 前記ＢＨＣ層と前記主半導体層とを同一の材質で構成したことを特徴とする請求項１に記載のショットキーバリヤダイオード。
3. 前記ＢＨＣ層及び前記主半導体層の材質がＳi又はＳiＣであり、前記のショットキー金属層には遷移金属を含むシリサイド金属を用いたことを特徴とする請求項２に記載のショットキーバリヤダイオード。
4. 前記のショットキー金属層に遷移金属を含む導電性ナイトライド金属又は導電性ボライド金属を用いた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ヤダイオード。
5. 前記ＢＨＣ層の材質をＧe、前記主半導体層の材質をＧaＡsで構成したことを特徴とする請求項１に記載のショットキーバリヤダイオード。
6. ｎ型ＧaＡs主半導体層の表面に高キャリヤ濃度のｎ型Ｇe半導体層（以下、Ｇe−ＢＨＣ層と呼ぶ。）を形成し、更に前記Ｇe−ＢＨＣ層の上にショットキー金属層を形成して成るショットキーバリヤダイオードの製造方法であって、
   前記ショットキー金属層の仕事関数の絶対値は、前記Ｇe−ＢＨＣ層の電子親和力の絶対値よりも大きな値を有し、
   前記Ｇe−ＢＨＣ層を電子の量子力学的トンネル効果が生じる厚さに前記ＧaＡs主半導体層上に形成したのち、
   前記Ｇe−ＢＨＣ層と前記ＧaＡs主半導体層とをＧeの融点未満の温度での急速加熱・冷却処理により、前記ＧaＡs主半導体層を構成するＡｓをドーパントとして、前記Ｇe−ＢＨＣ層を前記ＧaＡs主半導体層のキャリヤ濃度よりも高濃度なＡsドープｎ型Ｇe−ＢＨＣ層に変換し、
   次いで、前記高濃度ｎ型Ｇe−ＢＨＣ層上に前記ショットキー金属を被着し、また、前記ＧaＡs主半導体層の裏面にはオーミック電極を形成し、
   前記Ａsドープ高濃度ｎ型Ｇe−ＢＨＣ層のキャリヤ濃度又は厚さ、あるいはキャリヤ濃度と厚さの双方を調節することにより、ショットキーバリヤダイオードとしての実効的なバリヤハイトの制御が可能であるショットキーバリヤダイオードの製造方法。

Images