JPH0580157B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、シヨツトキバリア半導体装置に関す
るものである。

従来の技術及び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）が良好であり、かつ低損失
であることから高周波回路の整流ダイオード等と
して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）がバルク耐圧（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、高耐圧化が困難であるという問題を有する。

上記問題を解決するため、例えば特開昭55−
102278号公報にはバリア電極の外周側に隣接する
部分の半導体領域にシリコン酸化物や半絶縁性半
導体から成る絶縁物領域を形成した構造のシヨツ
トキバリアダイオードが開示されている。上記構
造によれば、バリア電極周辺部での電解集中が緩
和され、周辺耐圧が向上し高耐圧化できる。しか
し、逆サージ耐量においては満足な結果が得られ
なかつた。即ち、降伏電圧を越える逆サージ電圧
が印加されたとき、それに伴う逆サージ電流が流
れるが、シヨツトキバリアダイオードでは、逆サ
ージ電流がシヨツトキバリアの周辺部分に集中し
て流れ易い。このため、シヨツトキバリア周辺部
分近傍の半導体領域で逆サージ電流による破壊が
生じ易かつた。前述の絶縁物領域を設けた構造の
シヨツトキバリアダイオードでは絶縁物領域と半
導体領域との境界部分にこの逆サージ電流が集中
して流れ易い。したがつて、この境界部分の半導
体領域に破壊が生じ易く、高い逆サージ耐量を得
ることができなかつた。

そこで本発明は、耐圧及び逆サージ耐量がとも
に高水準に得られるシヨツトキバリア半導体装置
を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 本発明によるシヨツトキバリア半導体装置は、
半導体領域と、半導体領域に埋設され且つ露出す
る表面を有する環状の第１の半絶縁性半導体領域
と、第１の半絶縁性半導体領域に包囲されて半導
体領域に埋設され且つ露出する表面を有する第２
の半絶縁性半導体領域とを備えている。第１の半
絶縁性半導体領域に包囲された半導体領域の表面
にはバイア電極に隣接してシヨツトキバイアを形
成する。シヨツトキバリアと第２の半絶縁性半導
体領域は断面状態において交互に配置され、シヨ
ツトキバリアの周辺はすべて第１の半絶縁性半導
体領域又は第２の半絶縁性半導体領域に隣接す
る。

作 用 第１及び第２の半絶縁性半導体領域は、逆電圧
印加時にシヨツトキバイア周辺下部の半導体領域
での電界集中を緩和する。また、第２の半絶縁性
半導体領域はシヨツトキバイアの周辺長を増加
し、逆サージ電流の集中を緩和する。

実施例 以下、本発明によるシヨツトキバリア半導体装
置の実施例をシヨツトキバリアダイオードについ
て第１図〜第６図に沿つて説明する。

第１図に示すように、本実施例のシヨツトキバ
リアダイオードは、半導体基板１と、半導体基板
１の表面に被覆されたバイア電極２とを有する。
以下、その製造方法を第３図〜第５図を参照して
説明する。

まず半導体基板１を用意する。半導体基板１
は、第３図に示すように、GaAs（砒化ガリウム）
から成るn⁺形領域１ａと、この上にエピタキシ
ヤル成長によつて形成されたGaAsから成るｎ形
領域１ｂとを有する。n⁺形領域１ａは、厚さ約
300μｍ、不純物濃度（１〜３）×10¹⁸cm^-3である。
ｎ形領域１ｂは、厚さ約10〜20μｍ、不純物濃度
（１〜２）×10¹⁵cm^-3である。

次にｎ形領域１ｂに第１及び第２の半絶縁性半
導体領域３，４をそれらの表面が露出するととも
にｎ形領域１ｂに埋め込まれるように形成する。
本明細書では、用語「半絶縁性半導体」は半導体
材料から成る半絶縁層を意味し、この層を通称に
従つて半絶縁性半導体領域と呼ぶ。第１及び第２
の半絶縁性半導体領域３，４は、ｎ形領域１ｂに
He（ヘリウム）をイオン注入することで形成す
る。即ち、第４図のようにｎ形領域１ｂ上にマス
クとしてのAl（アルミニウム）層５を真空蒸着
し、Al層５にエツチングによつて開口６を形成
する。続いて、周知のイオン注入装置を用いて、
イオン化したHeを加速して半導体基板１の上面
に導く。Heイオンは図示のように開口６を設け
た部分のｎ形領域１ｂに中に注入される。Heイ
オンの注入された部分のｎ形領域1bはGaAsの結
晶が乱されて半絶縁性半導体領域となり、図示の
ように外側に第１の半絶縁性半導体領域３が形成
され、その内側に複数に分離して成る第２の半絶
縁性半導体領域４が形成される。第１及び第２の
半絶縁性半導体領域は抵抗率が10⁷〜10⁹Ω・cm程
度のの絶縁物に近い半導体領域である。

続いて、Al層５を除去し、第５図に示すよう
にｎ形領域１ｂの上面にTi（チタン）層２ａとAl
（アルミニウム）層2bを順次真空蒸着により形成
してバリア電極２を得る。また、n⁺形領域１ａ
の下面にAu（金）−Ge（ゲルマニウム）合金とAu
を順次真空蒸着してオーミツク電極７を形成す
る。

次に、第１の半絶縁性半導体領域３の上面を被
覆するように絶縁層としてのシリコン酸化膜８
（第１図）をプラズマCVD法により形成する。続
いて、シリコン酸化膜８とバリア電極２の上面に
Ti層とAu層を順次真空蒸着により形成し、リー
ド電極に対する接続電極９を得る。これにより、
電力用シヨツトキバリアダイオードチツプが完成
する。なお、接続電極９のシリコン酸化膜８の上
部に延在する部分はフイールドプレートとして作
用しシヨツトキバリアダイオードの耐圧向上に寄
与する。

次に、本実施例の本発明に伴う部分である第１
及び第２の半絶縁性半導体領域３，４について説
明する。第２図に示すように、第１の半絶縁性半
導体領域３と第２の半絶縁性半導体領域４は互い
に離間している。第１の半絶縁性半導体領域３
は、第２の半絶縁性半導体領域４を包囲するよう
にバリア電極２の外周に沿つて環状に設けられて
いる。第１の半絶縁性半導体領域３は、従来例で
説明した絶縁物領域に相当し、内周側がバリア電
極２の下部に隣接して配置されている。本実施例
では第１の半絶縁性半導体領域３が比較的幅広に
形成され、その外周端が半導体基板１の側面に露
出している。第２の半絶縁性半導体領域４は第１
の半絶縁性半導体領域３に包囲された領域に配置
されており、島状に複数に分離して形成されてい
る。第２の半絶縁性半導体領域４は、第１の半絶
縁性半導体領域３と同じく半導体基板１の上面に
露出しているため、バリア電極２の下部に隣接し
ている。したがつて、第１の半絶縁性半導体領域
３に包囲された領域では、第１図のように断面状
態で見たとき、複数の島状の第２の半絶縁性半導
体領域４と複数のｎ形領域１ｂとが交互に配置さ
れることになる。ｎ形領域１ｂとバリア電極２と
の間にはシヨツトキバリア１０が形成される。第
１及び第２の半絶縁性半導体領域３，４とバリア
電極２との間にはシヨツトキバリアは形成されな
い。したがつて、半導体基板１の表面のうち第１
の半絶縁性半導体領域３に包囲された領域には、
第２の半絶縁性半導体領域４の部分を除いてシヨ
ツトキバリアが生成され、その形状は第２図のよ
うに平面的に見て格子状となる。シヨツトキバリ
ア１０の周辺はすべて第１の半絶縁性半導体領域
３又は第２の半絶縁性半導体領域４に隣接してい
るので、第１の半絶縁性半導体領域３による高耐
圧化の効果は維持されている。第２の半絶縁性半
導体領域４をシリコン酸化膜のようなｎ形領域１
ｂと異なる材料にしたり、第２の半絶縁性半導体
領域４をｎ形領域１ｂに埋め込まないように形成
したりすると、第１の半絶縁性半導体領域３によ
る高耐圧化の効果は損なわれてしまう。つまり第
２の半絶縁性半導体領域４の周辺部分での耐圧が
低下する。また、第２の半絶縁性半導体領域４を
形成したことによつてシヨツトキバリア１０の周
辺長が大幅に増大しているし、シヨツトキバリア
１０の周辺部分が半導体基板１の素子形成領域に
比較的均一に分散配置されている。このため、逆
サージ電流がシヨツトキバリア１０の周辺に集中
して流れても、従来に比べれば逆サージ電流は大
幅に分散されることになる。結果として逆サージ
耐量の大きいシヨツトキバリアダイオードを提供
できる。

変形例 (1) 実施例においては第２の半絶縁性半導体領域
４を島状に形成したが、第６図のように第２の
半絶縁性半導体領域４をメツシユ状（格子状又
は綱目状）に形成してもよい。この場合、半導
体基板１の上面に形成されるシヨツトキバリア
が島状に形成される。第２の半絶縁性半導体領
域４は、櫛歯状、ストライプ状または渦巻状等
に形成しても効果は認められる。ただし、最も
効果が高いのは、第２半絶縁性半導体領域４を
島状又はメツシユ状に形成したときである。

(2) 第７図に示すように、半導体基板１の上面に
バリア電極２に沿つてフイールドプレートとし
て作用する薄層１２を設けて、薄層１２に第１
の半絶縁性半導体領域３を隣接させた構造とし
てもよい。薄層１２は例えばバリア電極２を構
成するTi薄層２ａを不完全に酸化させて得た
半絶縁性のチタン酸化物薄層とする。この場
合、薄層１２は、ｎ形領域１ｂとの間にシヨツ
トキババリアを形成するので、バリア電極の一
部とみなすことができる。薄層１２に基づくシ
ヨツトキバリア１３はバリア電極２に基づくシ
ヨツトキバリア１０と連続し、逆電圧印加時に
はこれら２つのシヨツトキバリアから延びる空
乏層が連続して生成される。上記のように、バ
リア電極２の周囲にｎ形領域１ｂに対してシヨ
ツトキバリアの生成可能な肉薄の薄層１２を補
助的なバリア電極として設けると、更に高耐圧
化が達成される。

(3) 第１及び第２の半絶縁性半導体領域３，４は
イオン注入以外の方法で形成してもよい。例え
ばｎ形領域１ｂを選択的にエツチングして凹部
を形成し、その凹部を埋めるように、CVD法
により第１及び第２の半絶縁性半導体領域３，
４を形成する。第１及び第２の半絶縁性半導体
領域３，４は、例えば不純物としてCr（クロ
ム）を導入したGaAsとする。

(4) 半導体基板１はGaAs以外の他の化合物から
成る半導体材料でもよい。また、シリコン等の
単一の元素から成る半導体材料としても同様の
効果が得られる。

発明の効果 前述のように、本発明によれば、高耐圧化と合
わせ大きな逆サージ耐量が得られるシヨツトキバ
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図は本発明の実施例であるシヨツトキバリ
アダイオードチツプを示すもので第２図のＡ−Ａ
線に沿う位置に相当する断面図、第２図は第１図
の半導体基板の平面図、第３図〜第５図は第１図
のシヨツトキバリアダイオードを製造する工程を
示すもので、第３図は半導体基板の断面図、第４
図はヘリウムのイオン注入を行つた状態の断面
図、第５図はバリア電極を形成した状態を示す断
面図、第６図及び第７図は本発明の他の実施例を
示す平面図及び断面図である。 １……半導体基板、２……バリア電極、３……
第１の半絶縁性半導体領域、４……第２の半絶縁
性半導体領域、１０……シヨツトキバリア。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 半導体領域と、該半導体領域に埋設され且つ
   露出する表面を有する環状の第１の半絶縁性半導
   体領域と、前記第１の半絶縁性半導体領域に包囲
   されて前記半導体領域に埋設され且つ露出する表
   面を有する第２の半絶縁性半導体領域とを備え、
   前記第１の半絶縁性半導体領域に包囲された前記
   半導体領域の表面はバリア電極に隣接してシヨツ
   トキバリアを形成し、前記シヨツトキバリアと前
   記第２の半絶縁性半導体領域は断面状態において
   交互に配置され、前記シヨツトキバリアの周辺は
   すべて第１の半絶縁性半導体領域又は第２の半絶
   縁性半導体領域に隣接することを特徴とするシヨ
   ツトキバリア半導体装置。