JPH0618271B2 - シヨツトキバリア半導体装置 - Google Patents
シヨツトキバリア半導体装置Info
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- JPH0618271B2 JPH0618271B2 JP63075360A JP7536088A JPH0618271B2 JP H0618271 B2 JPH0618271 B2 JP H0618271B2 JP 63075360 A JP63075360 A JP 63075360A JP 7536088 A JP7536088 A JP 7536088A JP H0618271 B2 JPH0618271 B2 JP H0618271B2
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- shutter
- thin layer
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高耐圧シヨツトキバリア半導体装置に関す
る。
る。
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
耐圧化が難しいという問題を有する。
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
耐圧化が難しいという問題を有する。
そこで、本発明の目的は周辺耐圧を向上させることが可
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。
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、第１の半導体領域
と、第２の半導体領域と、前記第１及び第２の半導体領
域との間にそれぞれ第１のシヨツトキバリア及び第２の
シヨツトキバリアを生じさせることができるように前記
第１及び第２の半導体領域上に形成されたバリア電極と
を有し、前記第２の半導体領域は前記第１の半導体領域
に比べて禁止帯のエネルギー幅の大きい半導体材料から
成り、前記第１及び第２の半導体領域は前記第１のシヨ
ツトキバリアが前記第２のシヨツトキバリアに包囲さ
れ、且つ前記第１のシヨツトキバリアと前記第２のシヨ
ツトキバリアとが直接又はｐｎ接合を介して接続される
ように配置され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。
と、第２の半導体領域と、前記第１及び第２の半導体領
域との間にそれぞれ第１のシヨツトキバリア及び第２の
シヨツトキバリアを生じさせることができるように前記
第１及び第２の半導体領域上に形成されたバリア電極と
を有し、前記第２の半導体領域は前記第１の半導体領域
に比べて禁止帯のエネルギー幅の大きい半導体材料から
成り、前記第１及び第２の半導体領域は前記第１のシヨ
ツトキバリアが前記第２のシヨツトキバリアに包囲さ
れ、且つ前記第１のシヨツトキバリアと前記第２のシヨ
ツトキバリアとが直接又はｐｎ接合を介して接続される
ように配置され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。
上記発明における第１の半導体領域よりも禁止帯のエネ
ルギー幅（エネルギーギヤツプ）の大きい第２の半導体
領域は、臨界電界強度が大きい。従つて、第２の半導体
領域が第１の半導体領域を包囲するように配置すること
により、第１のシヨツトキバリアの周辺耐圧を高めるこ
とができる。
ルギー幅（エネルギーギヤツプ）の大きい第２の半導体
領域は、臨界電界強度が大きい。従つて、第２の半導体
領域が第１の半導体領域を包囲するように配置すること
により、第１のシヨツトキバリアの周辺耐圧を高めるこ
とができる。
〔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３図に基づいて説明
する。
ード及びその製造方法を第１図〜第３図に基づいて説明
する。
第１図に示すシヨツトキバリアダイオードを製造するた
めに、まず第２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。この半導体基
板２１は、厚さ約３００μｍ、不純物濃度１〜３×１０
18cm-3のn+形領域２２の上に、厚さ１０〜２０μｍ、不
純物濃度１〜２×１０15cm-3のｎ形領域２３をエピタキ
シヤル成長させたものである。
めに、まず第２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。この半導体基
板２１は、厚さ約３００μｍ、不純物濃度１〜３×１０
18cm-3のn+形領域２２の上に、厚さ１０〜２０μｍ、不
純物濃度１〜２×１０15cm-3のｎ形領域２３をエピタキ
シヤル成長させたものである。
次に、第２図(B)に示すように、ｎ形領域２３の上面全
域に、厚さ２μｍ、不純物濃度０．５〜１×１０15cm-3
のAlGaAs（砒化アルミニウム・ガリウム）から成るn-形
領域２４をエピタキシヤル成長させる。n-形領域２４は
ｎ形領域２３よりも不純物濃度が更に低くなつている。
ここでは、n-形領域２４の形成にＭＯＣＶＤ法（Metal
Organic Chemical Vapor Deposition；有機金属気相成
長法）を採用した。即ち、減圧された反応容器内に半導
体基板２１を配置し、Ga（ガリウム）の有機金属化合物
であるGa(CH3)3（トリメチルガリウム）のガスとＡｓ
（砒素）の水素化合物であるＡｓＨ３（アルシン）のガ
スをH2（水素）ガスをキヤリアガスとして送り込んで熱
分解反応を起こさせ、AlxGa1-xAs（ｘ≒０．４）の結晶
をエピタキシヤル成長させる。ｎ形を付与するために
は、上記ガスと共にH2Se（セレン化水素）を送り込み、
AlGaAs結晶中にｎ形不純物としてSe（セレン）をドープ
する。
域に、厚さ２μｍ、不純物濃度０．５〜１×１０15cm-3
のAlGaAs（砒化アルミニウム・ガリウム）から成るn-形
領域２４をエピタキシヤル成長させる。n-形領域２４は
ｎ形領域２３よりも不純物濃度が更に低くなつている。
ここでは、n-形領域２４の形成にＭＯＣＶＤ法（Metal
Organic Chemical Vapor Deposition；有機金属気相成
長法）を採用した。即ち、減圧された反応容器内に半導
体基板２１を配置し、Ga（ガリウム）の有機金属化合物
であるGa(CH3)3（トリメチルガリウム）のガスとＡｓ
（砒素）の水素化合物であるＡｓＨ３（アルシン）のガ
スをH2（水素）ガスをキヤリアガスとして送り込んで熱
分解反応を起こさせ、AlxGa1-xAs（ｘ≒０．４）の結晶
をエピタキシヤル成長させる。ｎ形を付与するために
は、上記ガスと共にH2Se（セレン化水素）を送り込み、
AlGaAs結晶中にｎ形不純物としてSe（セレン）をドープ
する。
次に、第２図(C)に示すように、n-形領域２４のうち順
電流の主通路となるべきシヨツトキバリアが形成される
領域を選択的にエツチングして凹所２５を形成し、凹所
２５の底面にｎ形領域２３を露出させる。GaAsよりAlGa
Asに対して大きいエツチング速度を有するエツチング液
を用いることにより、凹所２５の底面をｎ形領域２３と
n-形領域２４の境界面とほぼ一致させることができる。
しかし、凹所２５の底面がこの境界面を少し越えるよう
にエツチングしてもよい。凹所２５の周辺側にはリング
状にn-形領域２４ａが形成される。
電流の主通路となるべきシヨツトキバリアが形成される
領域を選択的にエツチングして凹所２５を形成し、凹所
２５の底面にｎ形領域２３を露出させる。GaAsよりAlGa
Asに対して大きいエツチング速度を有するエツチング液
を用いることにより、凹所２５の底面をｎ形領域２３と
n-形領域２４の境界面とほぼ一致させることができる。
しかし、凹所２５の底面がこの境界面を少し越えるよう
にエツチングしてもよい。凹所２５の周辺側にはリング
状にn-形領域２４ａが形成される。
次に、第２図(D)に示すように、半導体基板２１の上面
全体にTi（チタン）薄層２６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２７を連続して真
空蒸着する。Ti薄層２６の厚さは３０〜２００Å（０．
００３〜０．０２μｍ）と極薄である。Al層２７の厚さ
は約２μｍである。更に、n+形領域２２の下面にAu
（金）−Ge（ゲルマニウム）の合金から成る低抵抗オー
ミツク接触の電極２８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。
全体にTi（チタン）薄層２６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２７を連続して真
空蒸着する。Ti薄層２６の厚さは３０〜２００Å（０．
００３〜０．０２μｍ）と極薄である。Al層２７の厚さ
は約２μｍである。更に、n+形領域２２の下面にAu
（金）−Ge（ゲルマニウム）の合金から成る低抵抗オー
ミツク接触の電極２８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２図(E)に示すように、フオトエツチングによ
りAl層２７の一部を除去し、凹所２５及びn-形領域２４
ａの内周側を被覆するAl層２７ａを形成する。更に、フ
オトエツチングによりチツプの周辺領域からTi薄層２６
を除去し、Al層２７ａの下部にあるTi薄層２６ａとこれ
を隣接して包囲するTi薄層２６ｂを残存させる。Ti薄層
２６ａ、２６ｂはTi自身は導体であるが極薄の膜である
ためシート抵抗２０〜４００Ω／□の抵抗層となつてお
り、Al層２７ａに比べれば桁違いに高抵抗である。
りAl層２７の一部を除去し、凹所２５及びn-形領域２４
ａの内周側を被覆するAl層２７ａを形成する。更に、フ
オトエツチングによりチツプの周辺領域からTi薄層２６
を除去し、Al層２７ａの下部にあるTi薄層２６ａとこれ
を隣接して包囲するTi薄層２６ｂを残存させる。Ti薄層
２６ａ、２６ｂはTi自身は導体であるが極薄の膜である
ためシート抵抗２０〜４００Ω／□の抵抗層となつてお
り、Al層２７ａ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、Al層２７ａに被覆されていないTi薄層
２６ｂは酸化されてチタン酸化物薄層２９となるが、Al
層２７ａにマスクされているTi薄層２６ａは酸化されな
い。ここで、Al及びTiはともに低不純物濃度のGaAs及び
低不純物濃度のAlGaAs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２７ａとTi薄層２６ａを合せ
てバリア電極又はバリア金属電極３０と呼ぶことにす
る。Ti薄層２６ａが極薄の膜であるため、Ti薄層２６ａ
とAl層２７ａ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は必ずしも明らかではない。な
お、Ti薄層２６ａはAl層２７ａのｎ形領域２３及びn-形
領域２４ａへの密着性の向上に寄与する。また、Ti薄層
２６ａはバリア金属電極３０をリング状に囲むチタン酸
化物薄層２９とAl層２７ａとの電気的接続に寄与する。
バリア金属電極３０のシート抵抗は１Ω／□以下である
ことが望ましく、この実施例では約０．０５Ω／□であ
る。チタン酸化物薄層２９の厚さは酸化に伴つてTi薄層
２６ｂの厚さより増大して４５〜３００Å程度と考えら
れるが、正確な値は測定が困難であるために明らかでは
ない。チタン酸化物薄層２９のシート抵抗は１０Ｍ〜５
００ＭΩ／□であり、チタン酸化物薄層２９は半絶縁性
の高抵抗層である。即ち、チタン酸化物薄層２９は完全
な絶縁物と見なせるTiO2（２酸化チタン）ではなく、Ti
O2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TiOx（ｘは２よりも小さい数値）となつていると考え
られる。
す。これにより、Al層２７ａに被覆されていないTi薄層
２６ｂは酸化されてチタン酸化物薄層２９となるが、Al
層２７ａにマスクされているTi薄層２６ａは酸化されな
い。ここで、Al及びTiはともに低不純物濃度のGaAs及び
低不純物濃度のAlGaAs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２７ａとTi薄層２６ａを合せ
てバリア電極又はバリア金属電極３０と呼ぶことにす
る。Ti薄層２６ａが極薄の膜であるため、Ti薄層２６ａ
とAl層２７ａ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は必ずしも明らかではない。な
お、Ti薄層２６ａはAl層２７ａのｎ形領域２３及びn-形
領域２４ａへの密着性の向上に寄与する。また、Ti薄層
２６ａはバリア金属電極３０をリング状に囲むチタン酸
化物薄層２９とAl層２７ａとの電気的接続に寄与する。
バリア金属電極３０のシート抵抗は１Ω／□以下である
ことが望ましく、この実施例では約０．０５Ω／□であ
る。チタン酸化物薄層２９の厚さは酸化に伴つてTi薄層
２６ｂの厚さより増大して４５〜３００Å程度と考えら
れるが、正確な値は測定が困難であるために明らかでは
ない。チタン酸化物薄層２９のシート抵抗は１０Ｍ〜５
００ＭΩ／□であり、チタン酸化物薄層２９は半絶縁性
の高抵抗層である。即ち、チタン酸化物薄層２９は完全
な絶縁物と見なせるTiO2（２酸化チタン）ではなく、Ti
O2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TiOx（ｘは２よりも小さい数値）となつていると考え
られる。
続いて、第１図に示すように、チタン酸化物薄層２９の
上を絶縁層３１で被覆して電力用シヨツトキバリアダイ
オードを完成させる。なお、絶縁層３１はプラズマＣＶ
Ｄ法あるいは光ＣＶＤ法により形成したシリコン酸化膜
が好適であつた。また、図示は省略するが、Al層２７ａ
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ことが多い。
上を絶縁層３１で被覆して電力用シヨツトキバリアダイ
オードを完成させる。なお、絶縁層３１はプラズマＣＶ
Ｄ法あるいは光ＣＶＤ法により形成したシリコン酸化膜
が好適であつた。また、図示は省略するが、Al層２７ａ
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ことが多い。
第２図(F)の平面を示す第３図の各部の寸法を例示する
と、バリア金属電極３０の幅ａは約１０００μｍ、n-形
領域２４ａの幅ｂは約３２０μｍ、チタン酸化物薄層２
９の幅ｃは約１４０μｍ、チタン酸化物薄層２９とn-形
領域２４ａの周縁との間の幅ｄは約１５０μｍである。
と、バリア金属電極３０の幅ａは約１０００μｍ、n-形
領域２４ａの幅ｂは約３２０μｍ、チタン酸化物薄層２
９の幅ｃは約１４０μｍ、チタン酸化物薄層２９とn-形
領域２４ａの周縁との間の幅ｄは約１５０μｍである。
このシヨツトキバリアダイオードにおいては、順電流の
主通路となるシヨツトキバリアは、バリア金属電極３０
とGaAsから成るｎ形領域２３が隣接する部分である。正
確にはバリア金属電極３０とn-形領域２４ａとが隣接す
る部分も順電流の主通路となるシヨツトキバリアの一部
と見るべきかもしれないが、微かな面積であるのでこれ
は無視できる。
主通路となるシヨツトキバリアは、バリア金属電極３０
とGaAsから成るｎ形領域２３が隣接する部分である。正
確にはバリア金属電極３０とn-形領域２４ａとが隣接す
る部分も順電流の主通路となるシヨツトキバリアの一部
と見るべきかもしれないが、微かな面積であるのでこれ
は無視できる。
第１図のシヨツトキバリアダイオードはバリア金属電極
３０とｎ形領域２３との間に第１のシヨツトキバリアが
形成され、バリア金属電極３０とn-形領域２４ａとの間
に第２のシヨツトキバリアが形成される。また、チタン
酸化物薄層２９とn-形領領域２４ａの間にも第３のシヨ
ツトキバリアが形成される。チタン酸化物薄層２９はバ
リア金属電極３０を隣接して包囲するので第３のシヨツ
トキバリアはバリア金属電極３０に基づく第１及び第２
のシヨツトキバリアと連続する。従つて、第１図のシヨ
ツトキバリアダイオードに逆電圧を印加すると、第１の
シヨツトキバリアから延びる空乏層と第２のシヨツトキ
バリアから延びる空乏層と第３のシヨツトキバリアから
延びる空乏層とが連続し電界集中を緩和するなめらかな
空乏層が得られる。チタン酸化物薄層２９による高耐圧
化構造については本願発明者等によつて発明され、本願
出願人より特願昭６２−３０７１９６号として出願され
ている。即ち、シヨツトキバリアダイオードに印加する
逆電圧を増加していくと、チタン酸化物薄層２９の外周
縁でブレークダウンが生じる。しかし、チタン酸化物薄
層２９は高抵抗層であるため、前記ブレークダウンに伴
う逆電流の増加はチタン酸化物薄層２９の抵抗分により
抑制される。チタン酸化物薄層２９にブレークダウンに
伴う微少の逆電流が流れるとチタン酸化物薄層２９に電
位勾配が生じ、電界集中を良好に緩和する空乏層が得ら
れる。
３０とｎ形領域２３との間に第１のシヨツトキバリアが
形成され、バリア金属電極３０とn-形領域２４ａとの間
に第２のシヨツトキバリアが形成される。また、チタン
酸化物薄層２９とn-形領領域２４ａの間にも第３のシヨ
ツトキバリアが形成される。チタン酸化物薄層２９はバ
リア金属電極３０を隣接して包囲するので第３のシヨツ
トキバリアはバリア金属電極３０に基づく第１及び第２
のシヨツトキバリアと連続する。従つて、第１図のシヨ
ツトキバリアダイオードに逆電圧を印加すると、第１の
シヨツトキバリアから延びる空乏層と第２のシヨツトキ
バリアから延びる空乏層と第３のシヨツトキバリアから
延びる空乏層とが連続し電界集中を緩和するなめらかな
空乏層が得られる。チタン酸化物薄層２９による高耐圧
化構造については本願発明者等によつて発明され、本願
出願人より特願昭６２−３０７１９６号として出願され
ている。即ち、シヨツトキバリアダイオードに印加する
逆電圧を増加していくと、チタン酸化物薄層２９の外周
縁でブレークダウンが生じる。しかし、チタン酸化物薄
層２９は高抵抗層であるため、前記ブレークダウンに伴
う逆電流の増加はチタン酸化物薄層２９の抵抗分により
抑制される。チタン酸化物薄層２９にブレークダウンに
伴う微少の逆電流が流れるとチタン酸化物薄層２９に電
位勾配が生じ、電界集中を良好に緩和する空乏層が得ら
れる。
本実施例のシヨツトキバリアダイオードの注目すべき点
はバリア金属電極３０に基づくシヨツトキバリアのバリ
アハイトφBが中央部分と周辺部分とで異なつているこ
とにある。バリア金属電極３０の周縁部の下部に位置す
るAlGaAsから成るn-形領域２４ａはGaAsから成るｎ形領
域２３よりも禁止帯のエネルギー幅（エネルギーギヤツ
プ）Egが大きい。即ち、AlxGa1-xAs（ｘ≒０．４）のエ
ネルギーギヤツプEgは約１．９eVであり、GaAsのエネル
ギーギヤツプEgは約１．４eVである。
はバリア金属電極３０に基づくシヨツトキバリアのバリ
アハイトφBが中央部分と周辺部分とで異なつているこ
とにある。バリア金属電極３０の周縁部の下部に位置す
るAlGaAsから成るn-形領域２４ａはGaAsから成るｎ形領
域２３よりも禁止帯のエネルギー幅（エネルギーギヤツ
プ）Egが大きい。即ち、AlxGa1-xAs（ｘ≒０．４）のエ
ネルギーギヤツプEgは約１．９eVであり、GaAsのエネル
ギーギヤツプEgは約１．４eVである。
ところで、エネルギーギヤツプEgの大きい半導体はエネ
ルギーギヤツプEgの小さい半導体よりも臨界電界強度Ec
rit（アバランシエ降伏を起こすときの電界強度）が大
きい。このため、バリア金属電極３０とエネルギーギヤ
ツプEgの大きいn-形領域２４との間に形成される第２の
シヨツトキバリアは、バリア金属電極３０とエネルギー
ギヤツプEgの小さいｎ形領域２３との間に形成される第
１のシヨツトキバリアよりも高い耐圧を有する。即ち、
シヨツトキバリア周辺での耐圧が向上し、シヨツトキバ
リアダイオードの高耐圧化が図られている。
ルギーギヤツプEgの小さい半導体よりも臨界電界強度Ec
rit（アバランシエ降伏を起こすときの電界強度）が大
きい。このため、バリア金属電極３０とエネルギーギヤ
ツプEgの大きいn-形領域２４との間に形成される第２の
シヨツトキバリアは、バリア金属電極３０とエネルギー
ギヤツプEgの小さいｎ形領域２３との間に形成される第
１のシヨツトキバリアよりも高い耐圧を有する。即ち、
シヨツトキバリア周辺での耐圧が向上し、シヨツトキバ
リアダイオードの高耐圧化が図られている。
本実施例の他の利点を要約すると以下のとおりである。
(1)バリア金属電極３０の周辺部分の下部のn-形領域２
４ａの不純物濃度はバリア金属電極３０の中央部分の下
部のｎ形領域２３よりも低くなつている。このため、逆
電圧印加時にバリア金属電極３０の中央部分に比べて電
界集中の生じ易い周辺部分で空乏層が延び易い。従つ
て、周辺耐圧を向上させる効果が強化されている。
４ａの不純物濃度はバリア金属電極３０の中央部分の下
部のｎ形領域２３よりも低くなつている。このため、逆
電圧印加時にバリア金属電極３０の中央部分に比べて電
界集中の生じ易い周辺部分で空乏層が延び易い。従つ
て、周辺耐圧を向上させる効果が強化されている。
(2)GaAsとAlGaAsは結晶格子の整合性が良いので、n-形
領域２４ａのエピタキシヤル成長が可能であるし、n-形
領域２４ａを形成したことによる不都合も生じない。ま
た、AlGaAsから成るn-形領域２４ａを形成するのにＭＯ
ＣＶＤ法を用いたので量産性が良い。
領域２４ａのエピタキシヤル成長が可能であるし、n-形
領域２４ａを形成したことによる不都合も生じない。ま
た、AlGaAsから成るn-形領域２４ａを形成するのにＭＯ
ＣＶＤ法を用いたので量産性が良い。
(3)チタン酸化物薄層２９を設けたことにより、バリア
金属電極の周囲にガードリング領域を設けた従来の高耐
圧化構造のシヨツトキバリアダイオードに比べて耐圧を
大幅に高めることができる。また、ガードリング領域を
設けたシヨツトキバリアダイオードで問題とされていた
高速応答性の低下が解消されている。
金属電極の周囲にガードリング領域を設けた従来の高耐
圧化構造のシヨツトキバリアダイオードに比べて耐圧を
大幅に高めることができる。また、ガードリング領域を
設けたシヨツトキバリアダイオードで問題とされていた
高速応答性の低下が解消されている。
(4)チタン酸化物薄層２９を設たことにより、絶縁物を
介したフイールドプレートを有する従来の高耐圧化構造
のシヨツトキバリアダイオードに比べて耐圧を大幅に高
めることができる。また、絶縁物を介したフイールドプ
レートを有するシヨツトキバリアダイオードで問題とさ
れていた特性の熱的不安定性が解消されている。
介したフイールドプレートを有する従来の高耐圧化構造
のシヨツトキバリアダイオードに比べて耐圧を大幅に高
めることができる。また、絶縁物を介したフイールドプ
レートを有するシヨツトキバリアダイオードで問題とさ
れていた特性の熱的不安定性が解消されている。
〔第２の実施例〕 第４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４図において第
１図〜第３図と実質的に同一の部分には同一の符号を付
してその説明を省略する。
バリアダイオードを説明する。但し、第４図において第
１図〜第３図と実質的に同一の部分には同一の符号を付
してその説明を省略する。
第４図のシヨツトキバリアダイオードにおいても、第１
図のシヨツトキバリアダイオードと同様にバリア金属電
極３０とｎ形領域２３との間に第１のシヨツトキバリア
が形成され、バリア金属電極３０とn-形領域２４ａとの
間には第１のシヨツトキバリアを包囲するように第２の
シヨツトキバリアが形成される。第１図のシヨツトキバ
リアダイオードと同じように第２のシヨツトキバリアの
耐圧は第１のシヨツトキバリアよりも高いため、周辺耐
圧が向上し高耐圧のシヨツトキバリアダイオードが実現
できる。
図のシヨツトキバリアダイオードと同様にバリア金属電
極３０とｎ形領域２３との間に第１のシヨツトキバリア
が形成され、バリア金属電極３０とn-形領域２４ａとの
間には第１のシヨツトキバリアを包囲するように第２の
シヨツトキバリアが形成される。第１図のシヨツトキバ
リアダイオードと同じように第２のシヨツトキバリアの
耐圧は第１のシヨツトキバリアよりも高いため、周辺耐
圧が向上し高耐圧のシヨツトキバリアダイオードが実現
できる。
更に、第４図のシヨツトキバリアダイオードにおいて
は、バリア金属電極３０の外周側にリング状に２層のTi
薄層２６ｅ、２６ｆ及び２層のチタン酸化物薄層２９
ａ、２９ｂが順次隣接して配置されている。Ti薄層２６
ｅ、２６ｆ及びチタン酸化物薄層２９ａ、２９ｂはバリ
ア金属電極３０のAl層２７ａの下部に位置するTi薄層２
６ｃ、２６ｄの延在部分に当る。従つてチタン酸化物薄
層２９ａ、２９ｂはそれぞれTi薄層２６ｅ、２６ｆを介
してバリア金属電極３０と電気的に接続されている。こ
こでTi薄層２６ｅはn-形領域２４ａとの間に第４のシヨ
ツトキバリアを形成する。従つて、バリア金属電極３０
からチタン酸化物薄層２９ａの外周縁にかけてのｎ形領
域２３及びn-形領域２４ａの表面には、バリア金属電極
３０に基づく第１及び第２のシヨツトキバリアとTi薄層
２６ｅに基づく第４のシヨツトキバリアとチタン酸化物
薄層２９ａに基づく第３のシヨツトキバリアが連続して
形成される。結果として、逆電圧印加時にはこれらそれ
ぞれのシヨツトキバリアから延びる空乏層が連続して電
界集中を緩和するなめらかな空乏層が得られる。更に、
Ti薄層２６ｅ、２６ｆを設けたことにより電界集中点と
応力集中点とが分離でき耐圧歩留りが向上する。即ち、
Ti薄層２６ｅ、２６ｆはバリア金属電極３０より肉薄で
あり、かつチタン酸化物薄層２９ａ、２９ｂよりもはる
かに小さいシート抵抗を有する。従つて、電界集中点は
Ti薄層２６ｅ、２６ｆとチタン酸化物薄層２９ａ、２９
ｂの境界部分の下部に位置し、応力集中点はバリア金属
電極３０とTi薄層２６ｅ、２６ｆの境界部分の下部に位
置する。このため臨界電界強度Ecritの低い応力集中点
から電界集中点を離間でき、規定耐圧以下の製品の生じ
る頻度が小さくなる。つまり、耐圧歩留りが向上する。
は、バリア金属電極３０の外周側にリング状に２層のTi
薄層２６ｅ、２６ｆ及び２層のチタン酸化物薄層２９
ａ、２９ｂが順次隣接して配置されている。Ti薄層２６
ｅ、２６ｆ及びチタン酸化物薄層２９ａ、２９ｂはバリ
ア金属電極３０のAl層２７ａの下部に位置するTi薄層２
６ｃ、２６ｄの延在部分に当る。従つてチタン酸化物薄
層２９ａ、２９ｂはそれぞれTi薄層２６ｅ、２６ｆを介
してバリア金属電極３０と電気的に接続されている。こ
こでTi薄層２６ｅはn-形領域２４ａとの間に第４のシヨ
ツトキバリアを形成する。従つて、バリア金属電極３０
からチタン酸化物薄層２９ａの外周縁にかけてのｎ形領
域２３及びn-形領域２４ａの表面には、バリア金属電極
３０に基づく第１及び第２のシヨツトキバリアとTi薄層
２６ｅに基づく第４のシヨツトキバリアとチタン酸化物
薄層２９ａに基づく第３のシヨツトキバリアが連続して
形成される。結果として、逆電圧印加時にはこれらそれ
ぞれのシヨツトキバリアから延びる空乏層が連続して電
界集中を緩和するなめらかな空乏層が得られる。更に、
Ti薄層２６ｅ、２６ｆを設けたことにより電界集中点と
応力集中点とが分離でき耐圧歩留りが向上する。即ち、
Ti薄層２６ｅ、２６ｆはバリア金属電極３０より肉薄で
あり、かつチタン酸化物薄層２９ａ、２９ｂよりもはる
かに小さいシート抵抗を有する。従つて、電界集中点は
Ti薄層２６ｅ、２６ｆとチタン酸化物薄層２９ａ、２９
ｂの境界部分の下部に位置し、応力集中点はバリア金属
電極３０とTi薄層２６ｅ、２６ｆの境界部分の下部に位
置する。このため臨界電界強度Ecritの低い応力集中点
から電界集中点を離間でき、規定耐圧以下の製品の生じ
る頻度が小さくなる。つまり、耐圧歩留りが向上する。
また、第４図のシヨツトキバリアダイオードでは、下側
のチタン酸化物薄層２９ａを上側のチタン酸化物薄層２
９ｂよりも酸化を強めてシート抵抗を大きくしている。
従つて、逆電流は主として上側のチタン酸化物薄層２９
ｂを通り、電位勾配は主として上側のチタン酸化物薄層
２９ｂにて決定される。下側のチタン酸化物薄層２９ａ
は高いバリアハイトを有するので、飽和電流ISが小さく
なり、結果として、逆電流レベルの小さいシヨツトキバ
リアダイオードを実現できる。
のチタン酸化物薄層２９ａを上側のチタン酸化物薄層２
９ｂよりも酸化を強めてシート抵抗を大きくしている。
従つて、逆電流は主として上側のチタン酸化物薄層２９
ｂを通り、電位勾配は主として上側のチタン酸化物薄層
２９ｂにて決定される。下側のチタン酸化物薄層２９ａ
は高いバリアハイトを有するので、飽和電流ISが小さく
なり、結果として、逆電流レベルの小さいシヨツトキバ
リアダイオードを実現できる。
また、上側のチタン酸化物薄層２９ｂにはリング状にTi
薄層から成る等電位領域３１が設けられている。等電位
領域３１はチタン酸化物薄層２９ｂの形成の際に部分的
に酸化を行わずTi薄層をそのまま残した領域である。こ
の等電位領域３１はチタン酸化物薄層２９ａ、２９ｂに
比べると導電性が非常に高く領域内で電位がほぼ等し
い。この結果、ｎ形領域２３及びn-形領域２４ａの表面
上における平面的に見た電位勾配の不均一性が修正さ
れ、耐圧歩留りが向上する。
薄層から成る等電位領域３１が設けられている。等電位
領域３１はチタン酸化物薄層２９ｂの形成の際に部分的
に酸化を行わずTi薄層をそのまま残した領域である。こ
の等電位領域３１はチタン酸化物薄層２９ａ、２９ｂに
比べると導電性が非常に高く領域内で電位がほぼ等し
い。この結果、ｎ形領域２３及びn-形領域２４ａの表面
上における平面的に見た電位勾配の不均一性が修正さ
れ、耐圧歩留りが向上する。
更に、チタン酸化物薄層２９ａ、２９ｂの端部はAu
（金）−Ge（ゲルマニウム）合金から成る接続領域３２
にてn-形領域２４ａと電気的に短絡されている。このた
め、チタン酸化物薄層２９ａの外周縁の微少領域でブレ
ークダウンが起こらずノイズの少ないシヨツトキバリア
ダイオードを提供できる。第１図のシヨツトキバリアダ
イオードではチタン酸化物薄層２９の外周縁の微少領域
で起こるブレークダウンによる急峻な電流変化がノイズ
の発生を誘うことがある。このノイズは実用上問題とな
らない程度のものであるが低ノイズが強く要求される場
合には第４図のシヨツトキバリアダイオードの方が有利
である。
（金）−Ge（ゲルマニウム）合金から成る接続領域３２
にてn-形領域２４ａと電気的に短絡されている。このた
め、チタン酸化物薄層２９ａの外周縁の微少領域でブレ
ークダウンが起こらずノイズの少ないシヨツトキバリア
ダイオードを提供できる。第１図のシヨツトキバリアダ
イオードではチタン酸化物薄層２９の外周縁の微少領域
で起こるブレークダウンによる急峻な電流変化がノイズ
の発生を誘うことがある。このノイズは実用上問題とな
らない程度のものであるが低ノイズが強く要求される場
合には第４図のシヨツトキバリアダイオードの方が有利
である。
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。
次の変形が可能なものである。
(1)第１図及び第４図のシヨツトキバリアダイオードに
おいて、n-形領域２４ａの不純物濃度をｎ形領域２３と
同等もしくはｎ形領域より大きく選んでも、エネルギー
ギヤツプEgの差異に基づく周辺耐圧向上の効果は認めら
れる。但し、実施例のようにｎ形領域２３より不純物濃
度の低いn-形領域２４ａとする方が周辺耐圧向上の点で
有利である。
おいて、n-形領域２４ａの不純物濃度をｎ形領域２３と
同等もしくはｎ形領域より大きく選んでも、エネルギー
ギヤツプEgの差異に基づく周辺耐圧向上の効果は認めら
れる。但し、実施例のようにｎ形領域２３より不純物濃
度の低いn-形領域２４ａとする方が周辺耐圧向上の点で
有利である。
(2)n-形領域２４ａはｎ形領域２３上に結晶成長が可能
でありかつｎ形領域２３の半導体材料よりもエネルギー
ギヤツプEgが大きい半導体材料の範囲で選択する。実施
例のようにGaAsとAlGaAsの組合せの例は最適例である
が、ｎ形領域２３がGaP（燐化ガリウム）であるときに
は、n-形領域２４ａの半導体材料としてAlGaP（燐化ア
ルミニウム・ガリウム）を使用できる。
でありかつｎ形領域２３の半導体材料よりもエネルギー
ギヤツプEgが大きい半導体材料の範囲で選択する。実施
例のようにGaAsとAlGaAsの組合せの例は最適例である
が、ｎ形領域２３がGaP（燐化ガリウム）であるときに
は、n-形領域２４ａの半導体材料としてAlGaP（燐化ア
ルミニウム・ガリウム）を使用できる。
(3)バリア金属電極３０にはAg（銀）やCu（銅）などの
種々の金属材料が使用できる。
種々の金属材料が使用できる。
(4)チタン酸化物薄層による高耐圧化構造を採用すると
きのチタン酸化物薄層２９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、１０
kΩ／□〜５０００ＭΩ／□、望ましくは１０ＭΩ／□
〜１０００ＭΩ／□に選ぶべきである。
きのチタン酸化物薄層２９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、１０
kΩ／□〜５０００ＭΩ／□、望ましくは１０ＭΩ／□
〜１０００ＭΩ／□に選ぶべきである。
(5)第２図(D)のTi薄層２６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３
００Å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、この上限はさらに拡大できる。
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３
００Å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、この上限はさらに拡大できる。
(6)Ti薄層２６を酸化してチタン酸化物薄層２９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２６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。
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２６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。
(7)チタン酸化物薄層２９、２９ｂ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２
６ｅ、２６ｆを導電性が比較的高いチタン窒化物層に置
き換えてもよい。チタン窒化物層は、Al層をマスクとし
てＴｉ薄層２６ｅ、２６ｆを窒化することによつて形成
し得る。
タン酸化物の蒸着やスパツタリングで形成し、Ti薄層２
６ｅ、２６ｆを導電性が比較的高いチタン窒化物層に置
き換えてもよい。チタン窒化物層は、Al層をマスクとし
てＴｉ薄層２６ｅ、２６ｆを窒化することによつて形成
し得る。
(8)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２６及びチタン酸化物薄層２９、２９ｂはIn
やSn等を添加したものであつてもよい。
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２６及びチタン酸化物薄層２９、２９ｂはIn
やSn等を添加したものであつてもよい。
(9)凹所２５の底部周辺に隣接するようにｎ形領域２３
中にガードリングとしてリング状のp+形領域を形成して
もよい。この場合は、バリア金属電極３０とｎ形領域２
３の間に形成されるシヨツトキバリアとバリア金属電極
３０とn-形領域２４ａの間に形成されるシヨツトキバリ
アは、直接ではなくｐｎ接合を介して連続することにな
る。
中にガードリングとしてリング状のp+形領域を形成して
もよい。この場合は、バリア金属電極３０とｎ形領域２
３の間に形成されるシヨツトキバリアとバリア金属電極
３０とn-形領域２４ａの間に形成されるシヨツトキバリ
アは、直接ではなくｐｎ接合を介して連続することにな
る。
(10)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形領域２３を島状に囲むようにn+形領域
２２を設けてオーミツク電極２８をｎ形領域２３の表面
側に設けるブレーナ構造としてもよい。
る場合には、ｎ形領域２３を島状に囲むようにn+形領域
２２を設けてオーミツク電極２８をｎ形領域２３の表面
側に設けるブレーナ構造としてもよい。
(11)ｎ形領域２３、n+形領域２２、n-形領域２４ａをｐ
形領域と置き換えることができる。
形領域と置き換えることができる。
上述のように本発明によれば、シヨツトキバリアの周辺
耐圧を向上でき、高耐圧のシヨツトキバリア半導体装置
を提供できる。
耐圧を向上でき、高耐圧のシヨツトキバリア半導体装置
を提供できる。
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
アダイオードを示す断面図、 第２図(A)〜(F)は第１図の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３図は第２図(F)の状態を示す平面図、 第４図は第２の実施例のシヨツトキバリアダイオードを
示す断面図である。 ２２……n+形領域、２３……ｎ形領域、２４ａ……n-形
領域、２６ａ……Ti薄層、２７ａ……Al層、２８……オ
ーミツク電極、２９……チタン酸化物薄層、３０……バ
リア金属電極。
アダイオードを示す断面図、 第２図(A)〜(F)は第１図の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３図は第２図(F)の状態を示す平面図、 第４図は第２の実施例のシヨツトキバリアダイオードを
示す断面図である。 ２２……n+形領域、２３……ｎ形領域、２４ａ……n-形
領域、２６ａ……Ti薄層、２７ａ……Al層、２８……オ
ーミツク電極、２９……チタン酸化物薄層、３０……バ
リア金属電極。
Claims (1)
- 【請求項１】第１の半導体領域と、第２の半導体領域
と、前記第１及び第２の半導体領域との間にそれぞれ第
１のシヨツトキバリア及び第２のシヨツトキバリアを生
じさせることができるように前記第１及び第２の半導体
領域上に形成されたバリア電極とを有し、 前記第２の半導体領域は前記第１の半導体領域に比べて
禁止帯のエネルギー幅の大きい半導体材料から成り、 前記第１及び第２の半導体領域は前記第１のシヨツトキ
バリアが前記第２のシヨツトキバリアに包囲され、且つ
前記第１のシヨツトキバリアと前記第２のシヨツトキバ
リアとが直接又はｐｎ接合を介して接続されるように配
置されていることを特徴とするシヨツトキバリア半導体
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63075360A JPH0618271B2 (ja) | 1988-03-28 | 1988-03-28 | シヨツトキバリア半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63075360A JPH0618271B2 (ja) | 1988-03-28 | 1988-03-28 | シヨツトキバリア半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01246868A JPH01246868A (ja) | 1989-10-02 |
| JPH0618271B2 true JPH0618271B2 (ja) | 1994-03-09 |
Family
ID=13573978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63075360A Expired - Fee Related JPH0618271B2 (ja) | 1988-03-28 | 1988-03-28 | シヨツトキバリア半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0618271B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4942255B2 (ja) * | 2001-05-08 | 2012-05-30 | 三菱電機株式会社 | 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 |
| JP4586775B2 (ja) * | 2006-07-24 | 2010-11-24 | 日産自動車株式会社 | 炭化珪素半導体装置 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4941463A (ja) * | 1972-07-26 | 1974-04-18 | ||
| JPS5120249B2 (ja) * | 1973-10-29 | 1976-06-23 | ||
| JPS5113580A (en) * | 1974-06-21 | 1976-02-03 | Westinghouse Electric Corp | Shotsutokiibarya daioodo |
| JPS5836167B2 (ja) * | 1976-08-31 | 1983-08-08 | カルソニックカンセイ株式会社 | 消音器 |
| JPS554925A (en) * | 1978-06-26 | 1980-01-14 | Hitachi Ltd | Shot key barrier diode |
-
1988
- 1988-03-28 JP JP63075360A patent/JPH0618271B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01246868A (ja) | 1989-10-02 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |