JPH0573350B2

JPH0573350B2 -

Info

Publication number: JPH0573350B2
Application number: JP6291988A
Authority: JP
Inventors: Koji Ootsuka; Masahiro Sato
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 1988-03-16
Filing date: 1988-03-16
Publication date: 1993-10-14
Also published as: JPH01235379A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、高耐圧のシヨツトキバリア半導体装
置に関する。

〔従来の技術と発明が解決しようとする課題〕

シヨツトキバリアダイオードは、高速応答性
（高速スイツチング特性）の良さ及び低損失であ
る利点を生かして、高周波整流回路等に広く利用
されている。しかし、シヨツトキバリアダイオー
ドは、周辺耐圧（シヨツトキバリアの周辺での耐
圧）がパルク耐圧（シヨツトキバリアの中央部で
の耐圧）に比べて低下する現象が著しく、高耐圧
化が難しいという問題を有する。

この問題を解決するためにフイールドプレート
を設けること、又はガードリングを設けること
は、例えば米国のエス・エム・ジイ−著の「フイ
ズイクスオブセミコンダクタデバイス」第
２版等で知られている。また、フイールドプレー
トとガードリングの両方を使用することも既に行
われている。

フイールドプレート構造のシヨツトキバリアダ
イオードは、n⁺型半導体領域と、この上に形成
されたｎ型半導体領域と、このｎ型半導体領域の
上に形成されたシヨツトキバリア形成可能な金属
電極（以下バリア電極と呼ぶ）と、ｎ型半導体領
域上にバリア電極を包囲するように形成された絶
縁層と、この絶縁層上に設けられ且つバリア電極
に接続されたフイールドプレートと、n⁺型半導
体領域に接続されたオーミツク電極とから成る。
バリア電極とオーミツク電極との間に逆電圧を印
加すると、バリア電極とｎ型半導体領域との間に
空乏層が生じると共に、フイールドプレートの下
部のｎ型半導体領域にもフイールドプレートの電
界効果によつて空乏層が発生し、バリア電極の周
辺部に電界が集中することが緩和され、シヨツト
キバリアの周辺耐圧が向上する。しかし、電界の
集中を良好に緩和し、大幅に耐圧を向上させるこ
とは実際上困難であつた。

一方、ガードリング構造のシヨツトキバリアダ
イオードは、平面的に見てバリア電極の周辺に接
続されると共にバリア電極を囲むように配置され
たp⁺型半導体領域から成るガードリングを有す
る。ガードリングのp⁺型半導体領域はｎ型半導
体領域とpn接合を形成し、このpn接合に逆電圧
が印加されると、シヨツトキバリアの周辺よりも
効果的に空乏層が広がる。この結果、バリア電極
の周辺耐圧を向上させることができる。しかし、
シヨツトキバリアダイオードとpn接合ダイオー
ドとを並列配置した構造になるため、順電圧を印
加して順電流を流したときにpn接合部分におい
て少数キヤリアの注入が発生し、シヨツトキバリ
アダイオードの特長の１つである高速応答性が低
下する。また、ガードリング構造は、フイールド
プレート構造と組合せて広く利用されているけれ
ども、はやり大幅な高耐圧化は困難である。

そこで、本発明の目的は、高耐圧化が可能なシ
ヨツトキバリア半導体装置を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するための本発明は、半導体領
域と、前記半導体領域との間にシヨツトキバリア
を形成するように前記半導体領域上に配置された
バリア電極と、前記バリア電極を包囲するように
前記半導体領域上に配置され、かつ前記バリア電
極と電気的に接続され、かつ前記バリア電極より
も大きなシート抵抗を有し、かつ前記半導体領域
との間にシヨツトキバリアが得られるように形成
されている薄層と、前記バリア電極及び前記薄層
を包囲し、かつ前記薄層と電気的に接続され、か
つ前記薄層よりも小さなシート抵抗を有している
等電位化領域とを備えていると共に、前記バリア
電極によるシヨツトキバリアと前記薄層によるシ
ヨツトキバリアとは直接又はpn接合を介して連
続していることを特徴とするシヨツトキバリア半
導体装置に係わるものである。

〔作用〕上記発明において、バリア電極と半導体領域と
の間に逆電圧が印加された時には、バリア電極と
半導体領域との間のシヨツトキバリアに基づく空
乏層と、薄層と半導体領域との間のシヨツトキバ
リアに基づく空乏層とが発生する。バリア電極と
薄層との下に単一導電型の半導体領域が存在する
場合には２つの空乏層が直接的に連続する。一
方、半導体領域が異なる導電型のガードリング等
を含む場合には、このpn接合に基づく空乏層を
介して上記２つの空乏層が連続する。薄層はバリ
ア電極よりも大きなシート抵抗を有するので、バ
リア電極から薄層の周縁部に向つて電位が徐々に
変化する電位勾配が生じる。この結果、バリア電
極の周縁部に電界が集中しないような空乏層の広
がりが得られ、耐圧が大幅に向上する。また、等
電位化層の作用によつて耐圧向上を図ることが可
能な良好な空乏層が発生する。

〔第１の実施例〕本発明の第１の実施例に係わるシヨツトキバリ
アダイオード及びその製造方法を第１図〜第４図
に基づいて説明する。

まず、第１図Ａに示すように、GaAs（砒化ガ
リウム）から成る半導体基板２１を用意する。半
導体基板２１は厚さ300μｍ、不純物濃度１〜３
×10¹⁸cm^-3のn⁺型領域２２の上に、厚さ10〜20μ
ｍ、不純物濃度１〜２×10¹⁵cm^-3のｎ型領域２３
をエヒタキシヤル成長させたものである。

次に、第１図Ｂに示すように、ｎ型GaAsから
成るｎ型領域２３の上面全体にTi（チタン）の薄
層２４即ちTi薄膜を真空蒸着で形成し、更にそ
の上面全体にAl（アルミニウム）層２５を連続し
て真空蒸着する。Tip薄層２４の厚さは50Å〜
200Å（0.005〜0.02μｍ）と極薄である。Al層２
５の厚さは約2μｍで、Ti薄層２４の100倍以上で
ある。更に、n⁺型領域２２の下面にAu（金）−Ge
（ゲルマニウム）の合金から成るオーミツク接触
の電極２６を真空蒸着により形成し、その後380
℃、10秒間の熱処理を行う。

次に、第１図Ｃに示すようにフオトエツチング
によりAl層２５の一部をエツチング除去し、主
順電流通路となるシヨツトキバリア電極と本発明
に従う等電位化層を形成すべき領域に対応させて
Al層２５ａ及び２５ｂを存残させる。更にフオ
トエツチングにより素子の周辺領域からTi薄層
２４を除去し、Al層２５ａ及び２５ｂのそれぞ
れの下部に位置するTi薄層２４ａ及び２４ｂと
これを隣接して包囲するTi薄層２４ｃ及び２４
ｄを残存させる。Ti薄層２４ａ，２４ｂ，２４
ｃ，２４ｄはTi自身は導体であつても極薄の膜
であるため、シート抵抗20〜400Ω／□の抵抗層
となつており、Al層２５ａ，２５ｂに比べれば
桁違いに高抵抗である。

次に、空気中で300℃、５〜30分間の熱処理を
施す。これにより、第１図Ｄに示すように、Al
層２５ａ，２５ｂで被覆されていないTi薄層２
４ｃ，２４ｄは酸化されてそれぞれチタン酸化物
の薄層２８ａ，２８ｂとなるがAl層２５ａ，２
５ｂの下部の薄層２４ａ，２４ｂはAl層２５ａ，
２５ｂにマスクされているので酸化されない。
AlとTiの両方ともGaAsとの間にシヨツトキバリ
アを形成する金属であるので、Al層２５ａとAl
層２５ａの下部に配置されたTi薄層２４ａから
成る電極をバリア電極２７と呼ぶこととする。ま
た、Al層２５ｂとTi薄層２４ｂはそれぞれ本発
明に従う等電位化用のAl層２５ｂと等電位化用
のTi薄層２４ｂであり、Al層２５ｂとTi薄層２
４ｂを合わせて等電位化層２９と呼ぶこととす
る。チタン酸化物薄層２８ａ，２８ｂは本発明に
従うものであり、バリア電極２７側に位置するチ
タン酸化物薄層２８ａを第１のチタン酸化物薄層
２８ａ、バリア電極２７から遠い位置にあるチタ
ン酸化物薄層２８ｂを第２のチタン酸化物薄層２
８ｂと呼ぶこととする。第２図に示すようにバリ
ア電極２７を中心として、その外周に第１のチタ
ン酸化物薄層２８ａ、等電位化層２９、第２のチ
タン酸化物薄層２８ｂがリング状に順次隣接し、
かつ電気的に接続されて配置されている。なお、
Ti薄層２４ａは極く薄い膜であるためバリア電
極２７において、Al層２５ａとTi薄層２４ａが
シヨツトキバリアの形成にそれぞれどのように関
与しているか必ずしも明らかではない。また、
Ti薄層２４ａはシヨツトキバリア形成以外の役
割りとして、Al層２５ａのｎ型領域２３への密
着性の向上に寄与する。ここで、バリア電極２７
のシート抵抗は1Ω／□以下が望ましく、本実施
例では約0.05Ω／□である。第１図Ｄに示すよう
にリング状に設けられた本発明に従う第１及び第
２チタン酸化物薄層２８ａ，２８ｂはTi薄層２
４ｃ，２４ｄの層厚より増大して概算で75Å〜
300Åであり、シート抵抗が10〜500MΩ／□とい
う半絶縁性の高抵抗層である。即ち、第１及び第
２のチタン酸化物薄層２８ａ，２８ｂは完全な絶
縁物と見なせるTiO₂（２酸化チタン）ではなく、
TiO₂よりも酸素が少ないいわゆる酸素ブアーな
チタン酸化物TiO_x（ｘは２よりも小さい数値）と
なつているものと考えられる。

次に、第１図Ｅに示すように第１及び第２のチ
タン酸化物薄層２８ａ，２８ｂと、等電位化層２
９を被覆する絶縁層３０を設けてシヨツトキバリ
アを有する半導体チツプ即ち電力用シヨツトキバ
リアダイオードチツプを完成させる。なお、絶縁
層３０はプラズマCVD（Chemical Vapor
Deposition）法により形成したシリコン酸化膜か
ら成る。絶縁層３０はプラズマCVD又は光CVD
法で形成したシリコン窒化膜や塗布法により形成
したポリイミド系樹脂膜等に置き換えることもで
きるが、プラズマCVD法又は光CVD法により形
成したシリコン酸化膜が好適であつた。図示は省
略しているが、Al層２５ａの上面に例えばTi層
とAu層とを順次に設け、これをリード部材に対
する接続用電極とするのが普通である。

第２図の各部の寸法を例示すると次の通りであ
る。バリア電極２７の幅ａは約900μｍ、第１チ
タン酸化物薄層２８ａの幅ｂは約70μｍ、等電位
化層２９の幅ｃは約10μｍ、第２のチタン酸化物
薄層２８ｂの幅ｄは約70μｍである。

このシヨツトキバリアダイオードにおいては、
バリア電極２７とｎ型領域２３との間及び等電位
化層２９とｎ型領域２３との間にそれぞれ第１の
シヨツトキバリア及び第２のバリアが生じるのみ
でなく、第１のチタン酸化物薄層２８ａとｎ型領
域２３の間及び第２のチタン酸化物薄層２８ｂと
ｎ型領域２３の間にもそれぞれ第３のシヨツトキ
バリア及び第４のシヨツトキバリアが形成され
る。第３、第４のシヨツトキバリアが生じること
はシヨツトキバリアダイオードの整流特性、容量
特性、飽和電流特性等によつて確認した。例え
ば、第１及び第２のチタン酸化物薄層２８ａ，２
８ｂの面積を零から増加すると、飽和電流I_sが第
１及び第２のチタン酸化物層２８ａ，２８ｂと等
電位化層２９とバリア電極２７の面積の和に略比
例して増加する。この比例関係はシヨツトキバリ
アダイオードの種々の温度において得られること
が確認されている。このことは、等電位化層２９
及びバリア電極２７と略同一の電流密度で第１及
び第２のチタン酸化物薄層２８ａ，２８ｂに逆電
流が流れることを意味する。この現象は第１及び
第２のチタン酸化物薄層２８ａ，２８ｂがバリア
電極２７及び等電位化層２９と略同一のバリアハ
イトφ_Bを持つシヨツトキバリアを形成している
ことを端的に示している。

第３図の実線の特性曲線は本発明に従う第１図
Ｅのシヨツトキバリアダイオードの逆電圧−逆電
流特性を示し、破線の特性曲線は比較のために、
第１及び第２のチタン酸化物薄層２８ａ，２８ｂ
と等電位化層２９を除去した従来の構造のシヨツ
トキバリアダイオードの逆電圧−逆電流特性を示
す。２つの特性曲線の比較から明らかなように、
本発明に従うシヨツトキバリアダイオードのブレ
ークダウン電圧は、200〜250Vであり、従来の構
造のシヨツトキバリアダイオードのブレークダウ
ン電圧60Vを大きく上回つている。これにより、
等電位化層２９と、第１及び第２のチタン酸化物
薄層２８ａ，２８ｂがブレークダウン電圧の向上
に関与していることがわかる。なお、250Vとい
うブレークダウン電圧はバルク電圧（バリア電極
２７の中央の耐圧）に略等しいレベルに到達して
いると考えられる。

次に、本発明に従うシヨツトキバリアダイオー
ドの逆電圧−逆電流特性を更に詳しく説明する。
シヨツトキバリアダイオードに印加する逆電圧を
零ボルトから徐々に高めていくと、まず第３図の
領域Ｉに示すように、極めて微少な飽和電流I_Sが
流れる。この時、バリア電極２７に基づく第１の
シヨツトキバリアを通つて逆電流が流れると共
に、等電位化層２９に基づく第２のシヨツトキバ
リアを通る逆電流も流れる。また第１及び第２の
チタン酸化物薄層２８ａ，２８ｂに基づく第３及
び第４のシヨツトキバリアを通る逆電流も流れ
る。逆電圧印加回路はバリア電極２７即ちアノー
ドとオーミツク電極２６即ちカソードとに接続さ
れ、等電位化層２９と第１及び第２のチタン酸化
物薄層２８ａ，２８ｂには直接に接続されない。
従つて、等電位化層２９を通る電流と第１及び第
２のチタン酸化物薄層２８ａ，２８ｂを通る電流
はバリア電極２７に流れ込む。第３図の領域Ｉで
は第１及び第２のチタン酸化物薄層２８ａ，２８
ｂと等電位下層２９に流れる値流の地が小さいの
で、第１のチタン酸化物薄層２８ａの内周端P₁
と第２のチタン酸化物薄層２８ｂの外周端P₂と
の間の電位差はさほど大きくない。即ち、内周端
P₁から外周端P₂への横方向での電位勾配が小さ
く、内周端P₁から外周端P₂にかけての各部の電
位がほぼバリア電極２７の電圧とほぼ等しい。

更に逆電圧を高め、60〜100V程度とすると、
第２のチタン酸化物薄層２８ｂの外周縁における
複数の微少領域でブレークダウンが起き、第３図
の領域に示すように逆電流が階段上に増加す
る。この階段の１段分が第２のチタン酸化物薄層
２８ｂの外周縁の１箇所のブレークダウンに相当
する。従来のシヨツトキバリアダイオードではこ
の微少領域のブレークダウンが引き金となつて大
きな逆電流が流れるが、本発明に従うシヨツトキ
バリアダイオードでは大きな逆電流が流れない。
即ち第１及び第２のチタン酸化物薄層２８ａ，２
８ｂが半絶縁性の高抵抗層であるため、チタン酸
化物薄層２８ａ，２８ｂの抵抗分による電流制限
が働き、逆電流の増大が抑制される。領域の終
わりになると、第１のチタン酸化物薄層２８ａの
内周端P₁と第２のチタン酸化物薄層２８ｂの外
周端P₂との間の電位差が大きくなり、その結果
として、第２のチタン酸化物薄層２８ｂの外周端
P₂とオーミツク電極２６との間の電位差は逆方
向印加電圧を増加してもさほど増大しなくなる。
なお、等電位化層２９のシート抵抗は第１及び第
２のチタン酸化物薄層２８ａ，２８ｂのシート抵
抗に比べて十分に小さい値であり、等電位化層２
９での電位勾配はほぼ零と考えられる。従つて、
内周端P₁と外周端P₂との間の電位勾配は第１及
び第２のチタン酸化物薄層２８ａ，２８ｂによる
ものである。ここで、外周端P₂で発生したブレ
ークダウンはそのまま維持され、このプレークダ
ウンに基づく逆電流がチタン酸化物薄層２８ａ，
２８ｂと等電位化層２９を通つて流れ続ける。領
域においては、第２のチタン酸化物薄層２８ｂ
の外周端における新たなブレークダウンが生じな
いために逆電圧の増大に従つてバリア電極２７に
基づく第１のシヨツトキバリアと、等電位化層２
９に基づく第２のシヨツトキバリアと、第１及び
第２のチタン酸化物薄層２８ａ，２８ｂに基づく
第３及び第４のシヨツトキバリアを通る逆電流が
徐々に増大する。本発明に従うチタン酸化物薄層
２８ａ，２８ｂは高い抵抗を有するのみでなく、
シヨツトキバリアも形成するので、漏れ電流抑制
効果が大きい。また、本発明に従う等電位化層２
９はその抵抗分による漏れ電流抑制効果はほとん
ど無いが、後述のように電界集中を緩和させる有
効な空乏層を形成すると共にｎ型領域２３の表面
上における電位分布を均一にする効果がある。こ
の効果については後で説明する。

バリア電極２７のみでなく、等電位化層２９と
第１及び第２のチタン酸化物薄層２８ａ，２８ｂ
にも電圧が印加されるため第４図に模式的に示す
空乏層３１がバリア電極２７と等電位化層２９と
第１及び第２のチタン酸化物薄層２８ａ，２８ｂ
の下のｎ型領域２３に生じる。ここで、等電位化
層２９と第１及び第２のチタン酸化物薄層２８
ａ，２８ｂの下面とn⁺型領域２２との間の電圧
差は内周端P₁から外周端P₂に向うに従つて小さ
くなるので、空乏層３１の広がり（垂直方向の厚
さ）も内周端P₁から外周端P₂に向うに従つて小
さくなる。但し、等電位化層２９の下部では空乏
層はほぼ一定の厚さで広がつている。また、バリ
ア電極２７から第２のチタン酸化物薄層２８ｂに
かけてのｎ型領域２３の表面はシヨツトキバリア
として連続している。これらの結果、電界集中を
緩和することができるなだらかな空乏層３１が得
られ、バリア電極２７の周縁端の電界集中が緩和
される。従つて領域として示すように、一対の
電極２６，２７の間に印加される逆電圧が増加し
てもブレークダウンが生じない領域が広く続くこ
ととなる。逆電圧が200〜250Vになると、バリア
電極２７の周縁部とオーミツク電極２６との間に
臨界電界強度Ecritを越える箇所が生じてブレー
クダウンが発生し、領域に示すように逆電流が
増大する。なお、比較のために第１図Ｃに示す
Ti薄層２４ｃ，２４ｄを酸化する前の状態で逆
電圧−逆電流を測定したところ、Ti薄層２４ｃ，
２４ｄが十分な高抵抗層となつていないために第
３図の領域に示すように逆電流を抑制すること
ができず、従来と同様にほぼ破線で示すようなブ
レークダウンが生じた。

本発明のシヨツトキバリアダイオードをスイツ
チング周波数500kHzのスイツチングレギユレー
タの整流ダイオードとして使用したところ、ノイ
ズ発生の極めて少ない整流動作が確認された。な
お、第１及び第２のチタン酸化物薄層２８ａ，２
８ｂを設けることによるスイツチング速度（高速
応答性）の低下は認められなかつた。

本実施例の利点は以下のとおりである。

(1) 等電位化層２９はシヨツトキバリア生成可能
の被膜であり、第１及び第２のチタン酸化物薄
層２８ａ，２８ｂも抵抗体であると共にシヨツ
トキバリア生成可能の被膜である。従つて、バ
リア電極２７の外周縁における電界集中を緩和
する空乏層３１を良好に発生させる。これによ
り、ガードリンク及びフイールドプレートの一
方のみを設けた構造、もしくは両方を設けた構
造の従来のシヨツトキバリアダイオードより大
幅に耐圧を向上できる。

(2) 従来のガードリングを有した構造のシヨツト
キバリアダイオードよりも高速応答性に優れ
る。

(3) 従来の絶縁層を介したフイードプレートを有
するシヨツトキバリアダイオードで見られる特
性の熱的不安定性は解消されている。

(4) Al層２５ａの直下に設けられたTi薄層２４
ａの延在部であるTi薄層２４ｃ，２４ｄを酸
化させて第１及び第２のチタン酸化物薄層２８
ａ，２８ｂを得るので、目的とする第１及び第
２のチタン酸化物薄層２８ａ，２８ｂを容易に
得ることができる。また等電位化層２９を形成
するTi薄層２４ｂもAl層２５ａの直下に設け
られたTi薄層２４ａの延在部であり、又、マ
スク及び等電位化層２９を形成するAl層２５
ｂもバリア電極２７を形成するためのAl層２
５の残部である。従つて、等電位化層２９も容
易に得られる。またバリア電極２７と、等電位
化層２９と、第１及び第２のチタン酸化物薄層
２８ａ，２８ｂの電気的接続を容易且つ確実に
達成することができる。

(5) リング状の等電位化層２９を設けたことによ
り更に耐圧歩留りが向上している。即ち、リン
グ状の等電位化層２９が同じくリング状に形成
された第１のチタン酸化物薄層２８ａと第２の
チタン酸化物薄層２８ｂの間に隣接し、かつ電
気的に接続した状態で配置されている。Ti薄
層２４ｂ及びAl層２５ｂから成るリング状の
等電位化層２９は電導性が高いので等電位分布
領域となり得る。この結果、ｎ型領域２３の表
面上における平面的に見た電位分布の不均一性
を修正し、電界集中の生じる領域、即ち電界集
中点の発生を抑制する。このため、等電位化層
２９を設けない構造に比べて規定耐圧以下とな
る製品が生じる頻度が減少し耐圧歩留りが一段
と向上する。

〔第２の実施例〕次に、第５図に示す本発明の第２の実施例に係
わるシヨツトキバリアダイオードを説明する。但
し、第５図及び後で説明する第６図〜第８図にお
いて、第１図と実質的に同一の部分には同一の符
号を付してこれ等の説明を省略する。第５図のシ
ヨツトキバリアダイオードは第１図Ｅのシヨツト
キバリアダイオードと同様にAl層２５ａとAl層
２５ａの下部に位置するTi薄層２４ａから成る
バリア電極２７の周囲にリング状に順次に配置さ
れた第１のチタン酸化物薄層２８ａ、等電位化層
２９、及び第２のチタン酸化物薄層２８ｂを備え
ている。第５図のシヨツトキバリアダイオードが
第１図Ｅのシヨツトキバリアダイオードと異なる
点は等電位化層２９がTi薄層２４ｂとp⁺型（高
濃度ｐ型）領域３２とから成つていることであ
る。p⁺型領域３２は、第１図Ｅの等電位化層２
９のAl層２５ｂと同様に等電位分布領域を形成
しTi薄層２４ｂと共に電位分布の不均一性を修
正する効果を有する。

等電位化層２９と第１及び第２のチタン酸化物
薄層２８ａ，２８ｂの下部とp⁺型領域３２との
接触は、やや非直線的な傾向を示す比較的低抵抗
の抵抗性接触と考えられるので、逆電圧レベルで
は導通と見なすことができ、シヨツトキバリアで
はない。従つて、バリア電極２７及び第１のチタ
ン酸化物薄層２８ａに基づく第１及び第２のシヨ
ツトキバリア領域と、第２のチタン酸化物薄層２
８ｂに基づく第３のシヨツトキバリア領域はp⁺
型領域３２により離間された状態にある。逆電圧
印加時にはバリア電極２７の下部及び第１のチタ
ン酸化物薄層２８ａの下部に形成される空乏層
と、第２のチタン酸化物薄層２８ｂの下部に形成
される空乏層と、p⁺型領域３２とｎ型領域２３
のpn接合に基づく空乏層とが連続して広がつた
空乏層が得られ、電界集中を有効に緩和できる。
また、p⁺型領域３２とバリア電極２７とは高抵
抗の第１のチタン酸化物薄層２８ａを介して電気
的に接続されている。このため、順方向バイアス
時にp⁺型領域３２に流れる電流は無視でき、高
速応答性を損なうことなく、耐圧歩留りの向上が
可能である。なお、Ti薄層２４ｂとp⁺型領域３
２いずれか一方のみで等電位化領域を形成しても
よい。

〔第３の実施例〕次に、第６図に示す本発明の第３の実施例に係
わるシヨツトキバリアダイオードを説明する。第
６図のシヨツトキバリアダイオードはバリア電極
２７を包囲するように第１のチタン酸化物薄層２
８ｃを設け、更に第１のチタン酸化物薄層２８ｃ
の上面に、バリア電極２７を包囲するように第２
のチタン酸化物薄層２８ｄ、Ti薄層２４ｅ、第
３のチタン酸化物薄層２８ｅを順次リング状に設
けたものである。バリア電極２７は２層のTi薄
層２４ｆ，２４ｇとAl層２５ａから形成されて
おり、第１のチタン酸化物薄層２８ｃは下側の
Ti薄層２４ｆの延在部分を酸化して得たもので
ある。第２のチタン酸化物薄層２８ｄ及び第３の
チタン酸化物薄層２８ｅは上側のTi薄層２４ｇ
の延在部分を酸化して得たものである。また、
Ti薄層２４ｅは上側のTi薄層２４ｇの延在部分
である。第１、第２、第３のチタン酸化物薄層２
８ｃ，２８ｄ，２８ｅ及びTi薄層２４ｅはバリ
ア電極２７と電気的に接続されている。第６図の
シヨツトキバリアダイオードは第１図Ｂから第１
図Ｄの工程を２回繰り返したような製法で作製で
きる。下側の第１のチタン酸化物薄層２８ｃと上
側の第２及び第３のチタン酸化物薄層２８ｄ，２
８ｅはほぼ同一の厚さとなつているが、下側の第
１のチタン酸化物薄層２８ｃの方が上側のチタン
酸化物薄層２８ｄ，２８ｅより酸化の程度を強め
ている。従つて、上側の第２及び第３のチタン酸
化物薄層２８ｄ，２８ｅとTi薄層２４ｅを通る
電流の方が下側の第１のチタン酸化物薄層２８ｃ
を通る電流よりも大きくなり、電位勾配は主とし
て上側の層によつて決定される。下側の第１のチ
タン酸化物薄層２８ｃは高いバリアハイトφ_Bを
有するので飽和電流の小さいシヨツトキバリアダ
イオードを提供することができる。即ち第３図の
領域、、の逆電流レベルを小さくできる。
なお、第６図のシヨツトキバリアダイオードでは
Ti薄層２４ｅが等電位化層２９として作用して
いる。チタン酸化物薄層２８ｃのTi薄層２４ｅ
の下に当る領域をTi薄層に置き換え、これを等
電位化層としてもよいし、この下側のTi薄層の
みを等電位化層としてもよい。

〔第４の実施例〕第７図に示すシヨツトキバリアダイオードで
は、チタン酸化物薄層２８ｆの下部に設けられた
肉厚のTi薄層３４よりなる等電位化層２９が形
成されている。Ti薄層３４は肉厚とはいつても
100〜400Å程度の極薄の膜である。第７図のシヨ
ツトキバリアダイオードではAl層２５ｃの周縁
部の下部にも肉厚（100〜400Å程度）のTi薄層
３５が設けられている。この場合、Al層２５ｃ
とAl層２５ｃの下部のTi薄層２４ｈとTi薄層３
５の一部を第１のバリア電極２７ａと考えること
ができる。また、Al層２５ｃの下部を外れてい
るTi薄層３５の一部を第２のバリア電極２７ｂ
と考えることができる。第１のバリア電極２７ａ
は外周側に形成された層より肉厚のため第１のバ
リア電極２７ａの外周端の下部に応力集中点が生
じる。また、電界集中点はシート抵抗の大きく異
なる第２のバリア電極２７ｂとチタン酸化物薄層
２８ｆの境界部分の下部に位置する。このよう
に、第７図のシヨツトキバリアダイオードは電界
集中点と応力集中点とが分離でき耐圧歩留りを向
上することができる。更に、Ti薄層３５はTi薄
層２４ｈより２〜３倍程度厚い（100Å〜400Å）
層となつているため、ｎ型領域２３との間に高い
バリアハイトφ_Bのシヨツトキバリアを形成する。
このため、第１のバリア電極２７ａの周辺耐圧を
向上することができる。また、シート抵抗の比較
的小さい第２のバリア電極２７ｂを設けたことに
より、逆方向のサージ耐量が増大する効果もあ
る。なお、第７図のシヨツトキバリアダイオード
はTi薄層３４，３５を予め真空蒸着等により形
成しておき、あとは第１図の第１図Ｃを省略した
ような製法により作製できる。

〔第５の実施例〕第８図に示すシヨツトキバリアダイオードで
は、Al層２５ｄとTi薄層２４ｉとから成るバリ
ア電極２７ａの外周側にTi薄層２４ｊが延在し
ており、更にその外周側に第１のチタン酸化物薄
層２８ｇ、Ti薄層２４ｋ、第２のチタン酸化物
薄層２８ｈが順次リング状に配置されている。第
７図のシヨツトキバリアダイオードと同様に、
Al層２５ｄとTi薄層２４ｉから成るバリア電極
を第１のバリア電極２７ａ、Ti薄層２４ｊから
成るバリア電極を第２のバリア電極２７ｂと考え
ることができる。従つて、第７図のシヨツトキバ
リアダイオードと同様に応力集中点と電界集中点
とを分離することができ、耐圧歩留りを向上する
ことができる。第８図のシヨツトキバリアダイオ
ードではTi薄層２４ｋが等電位化層２９として
作用する。なお、Ti薄層２４ｊは第１図Ｄの工
程の後にAl層２５ａの外周側をエツチングにて
一部除去することで得られる。なお、第２のバリ
ア電極２７ｂの厚さは、実質的に応力集中点の発
生原因とならないように5000Å（0.5μｍ）以下と
すべきであり、更に望ましくは3000Å（0.3μｍ）
以下とすべきである。

〔変形例〕

本発明は上述の実施例に限定されるものでな
く、例えば次の変形が可能なものである。

(1) チタン酸化物薄層２８a.２８ｂ，２８ｄ〜２
８ｈのシート抵抗は、半導体チツプ構造やサイ
ズによつて効果的な範囲が変わるが、10kΩ／
□〜5000MΩ／□、望ましくは10MΩ／□〜
1000MΩ／□に選ぶべきである。

(2) ２つのチタン酸化物薄層２８ａ，２８ｂの合
計幅（等電位化層２９を含まない第２図のｂ＋
ｄ）又は第２のチタン酸化物薄層２８ｂを有さ
ない場合には第１のチタン酸化物薄層２８ａの
みの幅を約10μｍ以上にすることによつて耐圧
向上の効果が現われ、30μｍ以上にすることに
よつてその効果が顕著になる。しかし、所定の
耐圧が得られる歩留りを高くするためには10μ
ｍ以上に設計することが一層望ましい。この幅
を500μｍ又はこれよりも大きく設定しても耐
圧向上効果を十分に得ることができる。従つ
て、この幅の上限はないが、この幅を500μｍ
以上にしても耐圧の比例的増大を期待すること
ができないばかりでなく、半導体チツプが大型
化するという問題が生じる。従つて、この幅を
30〜500μｍの範囲にすることが望ましい。

(3) 等電位領域は２重以上に設けてもよい。又、
チタン酸化物薄層２８の外周端もしくは外周端
の下部の半導体領域に等電位化層２９を形成し
た構造としてもよい。

(4) 第１図ＢのTi薄層２４の膜厚は、膜厚制御、
酸化温度、酸化時間等を勘案して20Å以上にす
べきである。上限については、上記所定のシー
ト抵抗が得られるならば制限はないが、Ti薄
膜を熱酸化してチタン酸化物薄層を形成すると
きには、酸化温度と酸化時間を勘案して300Å
以下とすべきである。プラズマ酸化のような強
力な酸化を行うならば、この上限は更に拡大で
きる。

(5) Ti薄層２４を酸化してチタン酸化物薄層２
８ａ〜２８ｈを得る時の酸化温度は500℃以下
にすることが望ましく、Au系の電極を用いる
時は380℃以下とする。酸化温度の下限値につ
いては、熱酸化法による時では200℃以上とす
るが、プラズマ酸化による時では室温以下の低
温とすることもできる。酸化時間はTi薄層２
４の厚さ、酸化温度、酸化雰囲気によつて変わ
るが、５秒〜２時間の範囲に収めることが望ま
しい。

(6) チタン酸化物薄層２８ａ〜２８ｈに対応する
ものをチタン酸化物の蒸着やスパツタリングで
形成し、Ti薄層２４ｂ，２４ｅ，２４ｋ，３
４，３５を導電性が比較的高いチタン酸化物層
に置き換えてもよい。チタン酸化物層は、Al
層をマスクとしてTi薄層２４ａ，２４ｅ，２
４ｋ，３４，３５を窒化することによつて形成
し得る。

(7) シート抵抗が高くかつシヨツトキバリアを生
成する薄層としてチタン酸化物薄層が好適であ
るが、Ta（タンタル）系材料の酸化物薄層等に
することもできる。また、Ti薄層２４及びチ
タン酸化物薄層２８ａ〜２８ｈはInやSn等を
添加したものであつてもよい。

(8) GaAsの代りにInP（燐化インジウム）等の
−族化合物やシリコンを使用するシヨツトキ
バリア半導体装置にも適用可能である。

(9) 集積回路中にシヨツトキバリア半導体装置を
形成する場合には、ｎ型領域２３を島状に囲む
ようにn⁺型領域２２を設けてオーミツク電極
２６をｎ型領域２３の表面側に設けるプレーナ
構造としてもよい。

(10) ｎ型領域２３、n⁺型領域２２をｐ型領域と
置き換えることができる。

(11) 厳しい高速応答性が要求されない場合や高速
応答性の低下を防止した製造とする場合には、
ガードリングと組合せることもできる。第４図
の例で説明すれば、p⁺型領域は電界集中点P₁
に対応してTi薄層２４ａからチタン酸化物薄
層２８ａにかけて形成する。又、第８図の場合
には、Ti薄層２４ｊとチタン酸化物薄層２８
ｇとの境界下部にp⁺型領域のガードリングを
形成し、Al層２５ｄからは離間させる。こう
すれば、Ti薄層２４ｊの抵抗分によつてp⁺型
領域に順電流が流れることはほとんどなく、高
速応答性の低下は少ない。なお、この場合に
は、チタン酸化物薄層２８ａ，２８ｇ及びバリ
ア電極２７とp⁺型領域から成るガードリング
との間にシヨツトキバリアは形成されないが、
ガードリングのp⁺型領域とｎ型領域２３との
間のpn接合に基づく空乏層が形成され、この
pn接合の空乏層を介してチタン酸化物薄層２
８ａ，２８ｇの空乏層とバリア電極２７の空乏
層とが連続し、耐圧向上作用が生じる。即ち、
バリア電極２７によるシヨツトキバリアとチタ
ン酸化物薄層２８ａ又は２８ｇによるシヨツト
キバリアとは直接には連続しないが、シヨツト
キバリアと同じ整流障壁であるガードリング領
域のpn接合を介して連続する。このため、pn
接合の長所が生かされて、耐圧歩留りを更に向
上させることができるし、逆サージ耐量も向上
する。

〔発明の効果〕

上述のように、本発明によれば高耐圧かつ高速
のシヨツトキバリア半導体装置、あるいは高耐圧
化が時に高水準に達成されたシヨツトキバリア半
導体装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係わるシヨツ
トキバリアダイオードを製造工程順に示す断面
図、第２図は第１図Ｄの状態を示す平面図、第３
図は第１図Ｅのシヨツトキバリアダイオードの逆
電圧−逆電流特性図、第４図は空乏層を模式的に
示すシヨツトキバリアダイオードの一部拡大断面
図、第５図は第２の実施例のシヨツトキバリアダ
イオードを示す断面図、第６図は第３の実施例の
シヨツトキバリアダイオードを示す断面図、第７
図は第４の実施例のシヨツトキバリアダイオード
を示す断面図、第８図は第５の実施例のシヨツト
キバリアダイオードを示す断面図である。２２……n⁺型領域、２３……ｎ型領域、２４
ａ……Ti薄層、２５ａ……Al層、２６……オー
ミツク電極、２７……バリア電極、２８ａ……チ
タン酸化物薄層、２９……等電位化層。

Claims

【特許請求の範囲】１半導体領域と、前記半導体領域との間にシヨツトキバリアを形
成するように前記半導体領域上に配置されたバリ
ア電極と、前記バリア電極を包囲するように前記半導体領
域上に配置され、かつ前記バリア電極と電気的に
接続され、かつ前記バリア電極よりも大きなシー
ト抵抗を有し、かつ前記半導体領域との間にシヨ
ツトキバリアが得られるように形成されている薄
層と、前記バリア電極及び前記薄層を包囲し、かつ前
記薄層と電気的に接続され、かつ前記薄層よりも
小さなシート抵抗を有している等電位化領域とを
備えていると共に、前記バリア電極によるシヨツ
トキバリアと前記薄層によるシヨツトキバリアと
は直接又はpn接合を介して連続していることを
特徴とするシヨツトキバリア半導体装置。