JPH05114723A - シヨツトキーバリア半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ショットキー電極内にオーミック接触領域を
設けることにより、ショットキーバリア半導体装置の順
方向電流電圧特性を大幅に改善する。 【構成】 半導体基板２の上面にショットキー接触金属
膜５を設け、ショットキー接触金属膜５内に小さなオー
ミック接触金属膜４を部分的に埋め込み、ショットキー
電極６を構成する。また、半導体基板２の下面にオーミ
ック接触金属膜３を設ける。ショットキー電極６とオー
ミック電極３間に逆方向電圧を印加した時は、ショット
キ−電極６の下面全体が空乏層７によって覆われ、電流
が遮断される。順方向電圧を印加した時は、オーミック
接触金属膜４の下の空乏層７がショットキー接触金属膜
５の下方へ引っ込み、オーミック接触金属膜４とオーミ
ック電極３の間に順方向電流が流れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ショットキーダイオー
ド等のショットキーバリア型の半導体装置及びその製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属−半導体接合の整流特性を利用した
ショットキーバリアダイオードにおいては、ショットキ
ー電極部分では、金属−半導体接触によってフェルミ準
位を一致させるため、空乏層が発生する。空乏層内に
は、電子や正孔が存在しないから、ショットキー電極と
オーミック電極の間に順方向電流を流すためには、空乏
層の電位障壁を十分に低くする必要がある。空乏層の電
位障壁を十分に低くするためには、ショットキー電極と
オーミック電極の間に空乏層の大きさに応じた順方向電
圧を印加すればよいが、空乏層の電位障壁を低くするた
めの印加電圧はすべて電圧降下として寄与するため、順
方向電流電圧が大きくなる。特に、ＧａＡｓ基板を用い
たショットキーバリアダイオードでは、シリコン基板を
用いた場合よりも電圧降下が大きく、電極金属の種類を
変えても必要な電圧降下はほとんど変わらないので、シ
リコン基板を用いたショットキーバリアダイオードと比
較して著しく順方向電流電圧特性が悪かった。

【０００３】また、従来のショトキーバリアダイオード
では、空乏層での大きな電圧降下のため、大きな電力損
失を生じるという欠点があった。しかも、この電力損失
による発熱のために温度が高温になるという問題もあっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、叙上の従来
例の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とする
ところは、順方向電流電圧特性を飛躍的に向上させるこ
とができるショットキーバリア半導体装置及びその製造
方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のショットキーバ
リア半導体装置は、オーミック接触領域及び当該オーミ
ック接触領域と電気的に導通すべきショットキー接触領
域からなるショットキー電極と、前記ショットキー電極
と離隔されたオーミック電極とが、半導体基板の表面に
設けられていることを特徴としている。

【０００６】また、本発明のショットキーバリア半導体
装置は、半導体基板の表面に設けられた、ショットキー
接触領域と当該ショットキー接触領域に囲まれたオーミ
ック接触領域とからなるショットキー電極と、半導体基
板の表面に前記ショットキー電極と離隔させて設けられ
たオーミック電極と、を有することを特徴としている。

【０００７】さらに、本発明のショットキーバリア半導
体装置の製造方法は、半導体基板の表面にオーミック接
触金属膜を設けた後、このオーミック接触金属膜を覆う
ようにして半導体基板表面のショットキー電極形成領域
にショットキー接触金属膜を設けてショットキー電極を
形成し、半導体基板の表面に前記ショットキー電極と離
隔させてオーミック電極を形成することを特徴としてい
る。

【０００８】

【作用】本発明のショットキーバリア半導体装置にあっ
ては、ショットキー電極とオーミック電極の間に逆方向
電圧が印加されている時には、ショットキー接触領域
（ショットキー接触金属膜）からショットキー電極の全
体に空乏層が広がり、オーミック接触領域（オーミック
接触金属膜）とオーミック電極の間が空乏層によって遮
断され、ショットキー電極とオーミック電極の間の逆方
向電流が阻止される。

【０００９】これと逆に、ショットキー電極とオーミッ
ク電極の間に順方向電圧を印加すると、空乏層がショッ
トキー接触領域へ収縮し、オーミック接触領域とオーミ
ック電極との間に電流の流れる経路が生じ、オーミック
接触領域とオーミック電極の間に順方向電流が流れる。
このオーミック接触領域とオーミック電極の間の印加電
圧は、空乏層を消失させるために消費されていないか
ら、低い順方向電流電圧で順方向電流を流すことがで
き、順方向電流電圧特性を改善することができる。さら
に、順方向電流電圧を小さくすることができるので、半
導体装置における発熱量を小さくでき、半導体装置の温
度上昇を低減することができる。

【００１０】また、例えば、オーミック接触金属膜を形
成した後、オーミック接触金属膜を除く領域にショット
キー接触金属膜を形成しようとすると、始めに形成され
ているオーミック接触金属膜とショットキー接触金属膜
形成用のマスク等との精密な位置合わせ作業が必要にな
り、半導体装置の製作が困難になるが、本発明のショッ
トキーバリア半導体装置の製造方法にあっては、オーミ
ック接触金属膜をショットキー接触金属膜で覆ってショ
ットキー電極を形成しているので、オーミック接触金属
膜とショットキー接触金属膜形成用のマスク等との位置
合わせが必要なく、ショットキーバリア半導体装置の製
作を容易にすることができる。

【００１１】また、オーミック接触金属膜が何らかの原
因で切断していても、ショットキー接触金属膜で覆って
いるので、電気的接触をとることができるという利点が
ある。

【００１２】

【実施例】図１に本発明の一実施例によるショットキー
バリアダイオード１を示す。ＧａＡｓ基板のような半導
体基板２の下面には、全面にわたってオーミック接触に
よるオーミック電極３が設けられている。半導体基板２
の上面の中央部には、小さな円板状（例えば、直径０.
５μｍ程度）をしたオーミック接触金属膜４が設けられ
ている。このオーミック接触金属膜４の周囲には、ショ
ットキー接触金属膜５が設けられている。ショットキー
接触金属膜５は、オーミック接触金属膜４の領域（オー
ミック接触領域）を除いてショットキー電極形成領域全
体に形成されており、互いに電気的に接触したオーミッ
ク接触金属膜４及びショットキー接触金属膜５によって
半導体基板２の上面にショットキー電極６が形成されて
いる。オーミック接触領域の形状は、図１のように円板
状に限らない。詳しくいうと、ショットキー電極６とオ
ーミック電極３間の印加電圧が０Ｖの場合にも、ショッ
トキー電極６の下面に空乏層７が発生しており、オーミ
ック接触電極膜４の周囲からオーミック接触電極膜４の
下方へ入り込んでいる空乏層７同志が接触する（すなわ
ち、ショットキー電極６全体に空乏層７が広がってい
る）ような大きさと形状にオーミック接触金属膜４を設
計してある。

【００１３】しかして、このショットキー電極６とオー
ミック電極３間の印加電圧が０Ｖの場合、および両電極
６，３間に逆方向電圧を印加した場合には、図２（ａ）
に示すように、ショットキー接触金属膜５から広がった
空乏層７によってショットキー電極６の下面側の全体が
覆われる。特に、オーミック接触領域では、ショットキ
ー接触金属膜５の下面からオーミック接触金属膜４の下
方へ侵入してきた空乏層７が接触し、オーミック接触金
属膜４の下方が空乏層７によって完全に覆われている。
この結果、ショットキー電極６とオーミック電極３間に
逆方向電流が流れることができなくなる。

【００１４】これに対し、ショットキー電極６とオーミ
ック電極３間に順方向電圧を印加した場合には、図２
（ｂ）に示すように、ショットキー接触金属膜５の下面
の空乏層７が小さくなり、オーミック接触金属膜４の下
面とオーミック電極３の間の空乏層７が消える。この結
果、順方向電圧によってオーミック接触金属膜４とオー
ミック電極３との間に順方向電流Ｉが流れる。しかも、
順方向電流Ｉの流れているオーミック領域には空乏層７
が存在していないので、空乏層７による無駄な電圧降下
が発生せず、小さな順方向電流電圧によって順方向電流
Ｉを流すことができ、良好な順方向電流電圧特性を得る
ことができる。

【００１５】なお、上記のように印加電圧が０Ｖの時、
オーミック接触金属膜４の下で隣接する空乏層７が接触
するようにしなければならないから、オーミック接触金
属膜４の面積の上限には限度があるが、また、空乏層７
のオーバラップが大き過ぎると、順方向電圧印加時にも
オーミック接触金属膜４の下方で空乏層７間に開口（電
流経路）が生じなくなるので、オーミック接触金属膜４
の面積の下限にも限度がある。したがって、オーミック
接触金属膜４の面積は、最適な寸法となるように設計す
る必要がある。

【００１６】図３に本発明の別な実施例のショットキー
バリアダイオード１１を示す。この実施例では、ショッ
トキー接触金属膜５内に多数の小さなオーミック接触金
属膜４を埋め込んであり、ショットキー電極６を構成す
るショットキー接触金属膜５とオーミック接触金属膜４
とが半導体基板２の上面の同一平面に形成されており、
オーミック接触金属膜４の外周とショットキー接触金属
膜５とは電気的に接触している。このショットキーバリ
アダイオード１１においても、ショットキー電極６の各
オーミック接触領域は図２（ａ）（ｂ）で説明したのと
同様な動作によって整流作用を営み、しかも、この実施
例では、多数のオーミック接触領域を設けたので、各オ
ーミック接触領域に流れる電流密度を小さくでき、全体
として多くの順方向電流を流すことができ、より良好な
特性を得ることができる。なお、このオーミック接触金
属膜４のパターンは、直径の小さな水玉状、幅の狭いス
トライプ、幅の狭いリング状、市松模様などであっても
よい。

【００１７】図４に本発明のさらに別な実施例によるシ
ョットキーバリアダイオード１２を示す。この実施例に
あっては、高キャリア濃度のｎ⁺層２ｄの上に低キャリ
ア濃度のｎ^-層２ｅをエピタキシャル成長させた半導体
基板２の表面（すなわち、ｎ^-層２ｅ）にエッチング等
によって島状もしくはストライプ状をした複数の突起部
８を設けてある。各突起部８の上面には、オーミック接
触金属膜４が設けられ、半導体基板２の上面全体にショ
ットキー接触金属膜５が形成されている。ショットキー
電極６は、このオーミック接触金属膜４とショットキー
接触金属膜５とからなり、オーミック接触金属膜４は突
起部８の上面でｎ^-層２ｅとオーミック接触し、ショッ
トキー接触金属膜５は、突起部８の側面と突起部８以外
の領域でｎ^-層２ｅとショットキー接触している。ま
た、ｎ⁺層２ｄの下面全体にオーミック電極３が設けら
れている。

【００１８】図５（ａ）（ｂ）は図４のような構造を有
するショットキーバリアダイオード１２の逆方向電圧印
加時及び順方向電圧印加時の状態を示す断面図である。
逆方向電圧印加時においては、図５（ａ）に示すよう
に、ショットキー接触金属膜５によって突起部８の側面
から突起部８内に空乏層７が広がるので、オーミック接
触金属膜４とオーミック電極３との間の電流経路は空乏
層７によって閉鎖され、逆方向電流が遮断される。これ
に対し、順方向電圧印加時には、図５（ｂ）に示すよう
に、突起部８の側面の空乏層７が収縮するので、オーミ
ック接触金属膜４とオーミック電極３の間に電流経路が
開かれ、図５（ｂ）に矢印で示すようにショットキー電
極６のオーミック接触金属膜４からオーミック電極３へ
向けて順方向電流Ｉが流れる。

【００１９】図６はショットキーバリアダイオードの電
流−電圧特性を示す図であって、曲線Ｌ１は図４のショ
ットキーバリアダイオード１２を示し、曲線Ｌ２は従来
のショットキーバリアダイオードを示している。本発明
によるショットキーバリアダイオード１２では、順方向
電圧印加時に空乏層７が収縮して電流経路が開き、空乏
層７による電圧降下がないので、図６に示すように従来
のショットキーバリアダイオードに比較して順方向降下
電圧がほぼ半減している。

【００２０】図７に本発明のさらに別な実施例によるシ
ョットキーバリアダイオード１３を示す。この実施例に
あっては、ショットキー電極形成領域において半導体基
板２の上面にエッチング等によって多数の突起部８を設
け、各突起部８の上面にオーミック接触金属膜４を設
け、突起部８を除く半導体基板２の上面及び突起部８の
側面にショットキー接触金属膜５を形成している。この
ような構造によれば、ショットキー接触金属膜５によっ
て突起部８の側面から突起部８内に空乏層７が広がるの
で、逆方向電圧印加時にオーミック領域における電流経
路を空乏層７によって確実に閉じることができる。な
お、図７では、突起部８の側面にはショットキー接触金
属膜５を設けているが、この側面電極はオーミック接触
金属膜４であってもよい。

【００２１】次に、図８に本発明のさらに別な実施例の
ショットキーバリアダイオード１４を示す。この実施例
では、半導体基板２のｎ⁺層２ａの表層部にｎ^-層２ｂを
設け、ｎ^-層２ｂの上にさらにｎ⁺層２ｃを設け、ショッ
トキー接触領域をｎ⁺層２ｃからｎ^-層２ｂまでエッチン
グし、オーミック接触領域にｎ^-層２ｂとｎ⁺層２ｃとか
らなる突起部８を設け、突起部８の上面及び側面にオー
ミック接触金属膜４を設け、突起部８を除くショットキ
ー電極形成領域にショットキー接触金属膜５を形成した
ものである。この実施例では、ショットキー接触金属膜
５の下面が不純物濃度の低いｎ^-層２ｂとなっているの
で、ショットキー接触領域で電流が流れにくく、オーミ
ック接触金属膜４の下面が不純物濃度の高いｎ⁺層２ｃ
となっているので、オーミック領域で電流が流れ易くな
っている。

【００２２】図９に本発明のさらに別な実施例のショッ
トキーバリアダイオード１５を示す。この実施例にあっ
ては、半導体基板２の上面にショットキー接触金属膜５
とオーミック接触金属膜４とからなるショットキー電極
６を設け、さらに半導体基板２の上面にショットキー電
極６を囲むようにして、ショットキー電極６と離隔させ
て環状のオーミック電極３を設けている。この実施例で
は、ショットキー電極６とオーミック電極３間に順方向
電圧を印加したとき、半導体基板２の上層部分を通って
ショットキー電極６のオーミック領域と環状のオーミッ
ク電極３の間に順方向電流が流れる。しかも、この実施
例では、ショットキー電極６を囲むようにショットキー
電極６の縁と近接させて設けられた環状のオーミック電
極３がガードリングの働きをするので、ショットキー電
極６の縁９で電圧破壊が発生するのを防止できる。

【００２３】図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に本発明のさら
に別な実施例によるショットキーバリアダイオード１６
とその製造方法を示す。まず、図１０（ａ）に示すよう
に、ＧａＡｓ基板等の半導体基板２の下面全体にオーミ
ック接触によるオーミック電極３を形成する。なお、オ
ーミック電極３の形成は、最初に行なうのが経済的であ
るが、製造工程の途中や製造工程の最後に行なっても差
し支えない。ついで、図１０（ｂ）に示すように、半導
体基板２の上面のショットキー電極形成領域内に複数個
のオーミック接触金属膜４を形成する。各オーミック接
触金属膜４の幅は、印加電圧が０Ｖのときの空乏層の横
方向拡がり長さの２倍以下とする。最後に、図１０
（ｃ）に示すように、オーミック接触金属膜４の上から
半導体基板２のショットキー電極形成領域全体に蒸着等
によってショットキー接触金属膜５を形成し、オーミッ
ク接触金属膜４とショットキー接触金属膜５とが電気的
に導通した状態にする。すなわち、オーミック接触金属
膜４の上にはショットキー接触金属膜５が形成されてい
るが、この部分では半導体基板２はショットキー接触金
属膜５に接触していないので、ショットキー接合となら
ず、オーミック接触金属膜４によってオーミック接合と
なっている。

【００２４】このような構造のショットキーバリアダイ
オード１６においても、図２（ａ）（ｂ）と同様な動作
を行わせることができる。また、上記のようにしてショ
ットキーバリアダイオード１６を製作すれば、図１の実
施例のように先に形成されたオーミック接触金属膜４と
ショットキー接触金属膜成形用マスクとの微細な（具体
的にいうと、印加電圧が０Ｖのときの空乏層の横拡がり
長さの範囲での）位置合わせ、あるいは先に形成された
ショットキー接触金属膜５とオーミック接触金属膜との
微細な位置合わせを行なう必要がなく、また、オーミッ
ク接触金属膜４とショットキー接触金属膜５との間に隙
間が生じて電気的導通が不完全になる恐れもなく、ショ
ットキー電極６を正確かつ容易に制作することができ
る。

【００２５】なお、印加電圧が０Ｖのときの空乏層の横
拡がり長さは、半導体基板２の表面近傍の不純物濃度に
関係しており、例えば不純物濃度を１×１０¹⁵ｃｍ^-3程
度にすれば、空乏層長は１.５μｍ程度となるので、オ
ーミック接触金属膜４を空乏層長の２倍（３.０μｍ）
以下とすることも容易である。また、不純物濃度を５×
１０¹⁵ｃｍ^-3としても、空乏層長は約０.５μｍである
から、空乏層長の２倍は約１μｍとなり、やはりオーミ
ック接触金属膜４を容易に作成することができる。

【００２６】さらに、図示しないが、図１、図７、図
８、図９等の構造においても、オーミック接触金属膜の
上にショットキー接触金属膜を積層するように蒸着させ
てショットキー電極を形成してもよい。

【００２７】また、ショットキー接触金属膜は、オーミ
ック接触金属膜の周囲を囲んでいる必要はなく、オーミ
ック接触金属膜に近接して周囲の一部に設けられている
だけでもよい。例えば、図示しないが、オーミック接触
金属膜がストライプ状に形成されている場合には、その
両側にショットキー接触金属膜を形成しても良い。ま
た、円板状等のオーミック接触金属膜の周囲に間欠的に
ショットキー接触金属膜を形成しても良い。さらには、
円板状等のオーミック接触金属膜の片側（例えば１８０
度の範囲）やストライプ状のオーミック接触金属膜の片
側、突起部の上面に設けられたオーミック接触金属膜に
対して突起部の片側側面などにのみショットキー接触金
属膜が形成されている場合でも、ショットキー接触金属
膜から広がった空乏層がオーミック接触金属膜の下面全
体を覆えばオーミック接触金属膜とオーミック電極の間
を遮断することができる。

【００２８】

【発明の効果】本発明によれば、ショットキー電極とオ
ーミック電極とからショットキーバリア半導体を形成し
ているので、逆方向電流電圧印加時には、ショットキー
接触金属膜から広がる空乏層によって、ショットキー電
極とオーミック電極間を遮断することができる。逆に、
順方向電圧印加時には、オーミック接触金属膜とオーミ
ック電極の間に順方向電流が流れるので、順方向電流電
圧を小さくすることができる。この結果、順方向電流が
流れている時の発熱量が小さくなり、温度上昇を低減す
ることができる。

【００２９】特に、半導体基板がＧａＡｓ基板の場合、
順方向電流電圧特性の著しい改善効果が見られる。ま
た、低不純物濃度の半導体基板の場合にも良好な順方向
電流電圧特性を得ることができるので、不純物濃度を下
げて逆耐圧電圧を高くすることができ、順方向電流電圧
特性が良好で逆耐圧電圧の高いショットキーバリア半導
体装置を制作できる。

【００３０】また、本発明のショットキーバリア半導体
装置の製造方法にあっては、ショットキー接触金属膜を
形成する際にオーミック接触金属膜の縁とショットキー
接触金属膜もしくはマスクとの位置合わせをする必要が
無く、製造工程を簡単にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す斜視図である。

【図２】（ａ）は同上の実施例の逆方向電圧印加時の状
態を示す断面図、（ｂ）は同上の実施例の順方向電圧印
加時の状態を示す断面図である。

【図３】本発明の別な実施例を示す断面図である。

【図４】本発明のさらに別な実施例を示す断面図であ
る。

【図５】（ａ）は同上の実施例の逆方向電圧印加時の状
態を示す断面図、（ｂ）は同上の実施例の順方向電圧印
加時の状態を示す断面図である。

【図６】同上の実施例における電流−電圧特性を従来の
ショットキーバリアダイオードと比較して示す図であ
る。

【図７】本発明のさらに別な実施例を示す断面図であ
る。

【図８】本発明のさらに別な実施例を示す断面図であ
る。

【図９】本発明のさらに別な実施例を示す断面図であ
る。

【図１０】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明のさらに別な実
施例とその製造方法を示す断面図である。

【符号の説明】

２ 半導体基板 ３ オーミック電極 ４ オーミック接触金属膜 ５ ショットキー接触金属膜 ６ ショットキー電極 ７ 空乏層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オーミック接触領域及び当該オーミック
   接触領域と電気的に導通すべきショットキー接触領域か
   らなるショットキー電極と、前記ショットキー電極と離
   隔されたオーミック電極とが、半導体基板の表面に設け
   られたショットキーバリア半導体装置。
2. 【請求項２】 半導体基板の表面に設けられた、ショッ
   トキー接触領域と当該ショットキー接触領域に囲まれた
   オーミック接触領域とからなるショットキー電極と、 半導体基板の表面に前記ショットキー電極と離隔させて
   設けられたオーミック電極と、を有するショットキーバ
   リア半導体装置。
3. 【請求項３】 半導体基板の表面にオーミック接触金属
   膜を設けた後、このオーミック接触金属膜を覆うように
   して半導体基板表面のショットキー電極形成領域にショ
   ットキー接触金属膜を設けてショットキー電極を形成
   し、半導体基板の表面に前記ショットキー電極と離隔さ
   せてオーミック電極を形成することを特徴とするショッ
   トキーバリア半導体装置の製造方法。