JPH0618277B2 - シヨツトキバリア半導体装置 - Google Patents

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。

〔従来の技術とその問題点〕

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、ノイズ発生の少ない整流特性及
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
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。

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・ジイー著の「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⁺形半導体領域と、この上に形成されたｎ形半導
体領域と、このｎ形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電極（以下バリア電極と呼ぶ）
と、ｎ形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⁺形半導体
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形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形半導体領域にもフ
イールドプレートの電界効果によつて空乏層が発生し、
バリア電極の周縁近傍の半導体領域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⁺形半導体領域か
ら成るガードリングを有する。ガードリングのｐ⁺形半
導体領域はｎ形半導体領域とｐｎ接合を形成し、このｐ
ｎ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接合部分において小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、大幅に耐圧を向上させ
ることも困難であつた。

上述のような問題点を解決するために、ショットキバリ
ア電極の周囲に、テーパを有し且つショットキバリア効
果を有する抵抗層を形成することが、特公昭４９−４１
４６３号公報に記載されている。この方法によれば、確
かに高耐圧化が可能になる。

しかし、この構造ではショットキバリア電極と抵抗層と
が全く別の材料から成るので、相互の電気的接続を良好
且つ容易に達成することに困難を伴なう。

また、この特許公報には、ショットキバリア半導体装置
の温度上昇時において耐圧特性を安定的に維持するため
の技術が開示されていない。

そこで、本願の第１番目の目的は、耐圧特性向上のため
の抵抗層とショットキバリア電極との電気的接続を良好
且つ容易に達成することができるショットキバリア半導
体装置を提供することにある。

本願の第２番目の目的は、温度上昇時においても耐圧特
性を安定的に維持することができるショットキバリア半
導体装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記第１番目の目的を達成するための発明は、半導体領
域と、前記半導体領域との間にショットキバリアを生じ
させることができるように前記半導体領域上に形成され
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、且つ前記バリア電極に電気的
に接続され、且つ前記バリア電極よりも大きなシート抵
抗を有し、且つ前記半導体領域との間にショットキバリ
アを生じさせることができるように形成された薄層とを
備えているショットキバリア半導体装置において、前記
バリア電極が前記半導体領域上に形成された第１の金属
層とこの第１の金属層の上に形成された第２の金属層と
を有し、前記薄層は前記第１の金属層と同一の金属の酸
化物層であり且つ前記第１の金属層に電気的に接続され
ていることを特徴とするショットキバリア半導体装置に
係わるものである。

上記第２番目の目的を達成するための発明は、半導体領
域と、前記半導体領域との間にショットキバリアを生じ
させることができるように前記半導体領域上に形成され
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、且つ前記バリア電極に電気的
に接続され、且つ前記バリア電極よりも大きなシート抵
抗を有し、且つ前記半導体領域との間にショットキバリ
アを生じさせることができるように形成された薄層とを
備えているショットキバリア半導体装置において、前記
薄層が、負のシート抵抗温度係数を有し、前記薄層によ
って生じたショットキバリアに流れる逆方向飽和電流の
密度Ｊｓと前記薄層のシート抵抗Ｒｓとの積Ｊｓ・Ｒｓ
の値が２５℃から１２５℃までの温度変化に対して１０
０倍以下の変化に収まっていることを特徴とするショッ
トキバリア半導体装置に係わるものである。

なお、請求項３に示すように薄層のシート抵抗は１０ｋ
Ω／□以上にすることが望ましい。

［発明の作用及び効果］ 各請求項における薄層はショットキバリア形成可能な層
であるので、バリア電極の周辺にも薄層に基づいて空乏
層を形成し、高耐圧化を図ることができる。

請求項１の発明によれば、バリア電極が第１及び第２の
金属層を有し、薄層が第１の金属層と同一の金属の酸化
物層であるので、第１の金属層と薄層との電気的接続を
良好且つ容易に達成することができる。

請求項２の発明によれば、薄層が負のシート抵抗温度係
数を有するので、温度上昇によるＪｓ・Ｒｓ値の上昇を
抑えることができ、高温状態においても高耐圧状態を維
持することができる。

〔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(A)〜(E)、第２図及び第
３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、厚さ約３００μｍ、不純物濃度０．５〜２×１０¹⁸
cm^-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１図(B)に示すように、ｎ形GaAsから成るｎ形
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。Ｔi薄層
２４の厚さは５０〜２００Å（０．００５〜０．０２μ
ｍ）と極薄である。Ａl層２５の厚さは約２μｍで、Ｔi
薄層２４の１００倍以上である。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形成すべき領域に対応させてAl層
２５ａを残存させる。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の下
部にあるTi薄層２４ａとこれを隣接して包囲するTi薄層
２４ｂを残存させる。Ｔi薄層２４ｂ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２０〜４０
０Ω／□の抵抗層となつており、Al層２５ａ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
で被覆されていないＴi薄層２４ｂは酸化されてチタン
の酸化物の薄層２８となるが、Ａl層２５ａの下部のTi
薄層２４ａは、Ａl層２５ａ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、これ等を合せて
バリア電極２７と呼ぶことにする。Ti薄層２４ａは極く
薄い膜であるので、Ｔi薄層２４ａとAl層２５ａ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、シヨツトキバリア
の形成以外の役割としては、Ti薄層２４ａは、Al層２５
ａのｎ形領域２３への密着性の向上に寄与し、更に、バ
リア電極２７をリング状に囲むチタン酸化物薄層２８と
Al層２５ａとの電気的接続に寄与する。バリア電極２７
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。第１図(D)及び
第２図に示す如く、Al層２５ａを包囲するように設けら
れた本発明に従うチタン酸化物薄層２８は、Ｔi薄層２
４ｂの厚さより増大して概算で７５Å〜３００Åであ
り、シート抵抗が５０Ｍ〜５００ＭΩ／□という半絶縁
性の高抵抗層である。即ち、チタン酸化物薄層２８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所謂酸素プアーなチタン酸
化物TiO_x（但し、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、チタン酸化物薄層２８
の上を絶縁層２９で被覆し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２９は、プラズマＣＶ
Ｄ（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２９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、チタン酸化物薄層２
８の幅ｂは約１５０μｍ、チタン酸化物薄層２８とｎ形
領域２３の端縁との間の幅ｃは約１５０μｍである。な
お、チタン酸化物薄層の幅ｂを約１０μｍ以上にするこ
とによつて耐圧向上の効果が現られ、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１００μｍ以
上に設計することが一層望ましい。幅ｂ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、幅ｂの上限はないが、幅ｂ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、幅ｂを３０〜５００μｍ
の範囲にすることが望ましい。

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形領域２３との間に第１のシヨツトキバリア
が生じるのみでなく、チタン酸化物薄層２８とｎ形領域
２３との間に第２のシヨツトキバリアが生じる。チタン
酸化物薄層２８とｎ形領域２３との間にシヨツトキバリ
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、チタン酸化物薄層２８の面積を零から増加する
と、飽和電流Ｉ_Sがチタン酸化物薄層２８の面積とバリ
ア電極２７の面積と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。チタン酸化物薄層
２８とバリア電極２７との和の面積に対して飽和電流Ｉ
_Sが略比例的に変化するということは、バリア電極２７
と略同一の電流密度でチタン酸化物薄層２８に逆電流が
流れることを意味する。この現象は、チタン酸化物薄層
２８がバリア電極２７と略一のバリアハイト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−逆電流特性の１例
を示し、破線の特性曲線は、比較のために第１図(E)の
シヨツトキバリアダイオードからチタン酸化物薄層２８
を除去した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
な如く、本発明に従うチタン酸化物薄層２８を有するシ
ヨツトキバリアダイオードのブレークダウン電圧は約２
５０Ｖであり、チタン酸化物薄層２８を持たない従来の
シヨツトキバリアダイオードのブレークダウン電圧は約
６０Ｖであり、チタン酸化物薄層２８がブレークダウン
電圧の大幅な向上に関与していることが分る。なお、チ
タン酸化物薄層２８を有するシヨツトキバリアダイオー
ドのブレークダウン電圧の値（約２５０Ｖ）はバルク耐
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方向電圧を零ボルトから徐々
に高くすると、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、チタン酸化物薄層２８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。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、チタン酸化物薄層２８には直
接に接続されていない。従つて、チタン酸化物薄層２８
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、チタン酸化物薄層２８に流れる電流の値が小さ
いので、チタン酸化物薄層２８のバリア電極２７に近い
点と遠い点との間の電位差はあまり大きくない。即ちチ
タン酸化物薄層２８の横方向の電位勾配が小さく、チタ
ン酸化物薄層２８の各部の電位がバリア電極２７の電位
とほぼ等しい。

更に逆電圧を高め、６０〜１００Ｖ程度にすると、チタ
ン酸化物薄層２８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IIに示すように逆電
流が階段状に増加する。この階段の１段分がチタン酸化
物薄層２８の外周縁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、チタン酸化物薄層２８が半
絶縁性の高抵抗層であるため、チタン酸化物薄層２８の
抵抗分による電流制限が働き、逆電流の大きな増大が抑
制される。領域IIの終りになると、チタン酸化物薄層２
８のバリア電極２７に接する内周側の端Ｐ₁とバリア電
極２７から遠い外周側の端Ｐ₂との間の電位差が比較的
大きくなり、その結果として、チタン酸化物薄層２８の
周縁端Ｐ₂とオーミツク電極２６との間の電位差は、印
加逆電圧を増加させてもあまり増大しなくなる。このた
め、周縁端Ｐ₂における新しいブレークダウンが発生し
なくなる。しかし、既に周縁端Ｐ₂で発生したブレーク
ダウンはそのまま維持され、このブレークダウンに基づ
く逆電流がチタン酸化物薄層２８を通つて続ける。領域
IIIにおいては、チタン酸化物薄層２８の周縁端Ｐ₂にお
ける新しいブレークダウンが生じないために、逆電圧の
増加に従つてバリア電極２７に基づく第１のシヨツトキ
バリア及びチタン酸化物薄層２８に基づく第２のシヨツ
トキバリアを通る逆電流が徐々に増大する。もし、チタ
ン酸化物薄層２８の部分をシヨツトキバリア形成しない
抵抗体層例えばｎ^-形高抵抗GaAs層に置き換え、且つこ
の抵抗体層の端部とバリア電極２７とをオーミツク接触
させたとすれば、逆電圧の増加に伴つて逆電流（漏れ電
流）も大幅に大きくなり、結局、耐圧も低くなる。本発
明に従うチタン酸化物薄層２８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、上述の抵抗
体層の場合よりも漏れ電流抑制効果が大きい。

バリア電極２７のみでなくチタン酸化物薄層２８にも電
圧が印加されるので、第４図に模式的に示す空乏層３０
がバリア電極２７とチタン酸化物薄層２８の下のｎ形領
域２３に生じる。チタン酸化物薄層２８とｎ⁺形領域２
２との間の電位差は、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３０の広がり（垂直方向
の厚さ）も外周端Ｐ₂に向うに従つて小さくなる。ま
た、バリア電極２７からチタン酸化物薄層２８にかけて
のｎ形領域２３の表面はシヨツトキバリアとして連続し
ている。これ等の結果、電界集中を緩和することができ
るなだらかな空乏層３０が得られ、バリア電極２７の周
縁近傍の半導体領域に電界が集集中し難くなる。従つ
て、領域IIIとして示すように、一対の電極２６、２７
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になる。

逆電圧が約２５０Ｖになると、バリア電極２７の周縁と
オーミツク電極２６との間に臨界電界Ｅcritを越える所
が生じてブレークダウンが発生し、領域IVに示す如く逆
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２４ｂを酸
化する前の状態で逆電圧−逆電流特性を測定したとこ
ろ、Ｔi薄層２４ｂが十分な高抵抗層になつていないた
めに、第３図の領域II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
クダウンが発生した。

第１１図はチタン酸化物薄層２８によつて生じたシヨツ
トキバリアに流れる逆方向飽和電流密度Ｊ_Sと、チタン
酸化物薄層２８とシート抵抗Ｒ_S、およびＪ_S・Ｒ_Sの値
のそれぞれ温度依存性を示すものである。実験結果によ
れば、チタン酸化物薄層２８の電位分布を決定し耐圧を
決定するのはＪ_S・Ｒ_S値であり、実用上はＪ_S・Ｒ_S値に
注目してチタン酸化物薄層２８を設計すればよい。第１
１図に示すように、飽和電流密度Ｊ_Sは温度上昇に伴つ
て大きく増加する。一方、シート抵抗Ｒ_Sは温度上昇に
伴つて大きく減少する。結果として、Ｊ_S・Ｒ_S値の温度
変化に伴う変動は小さく、温度変化に対する耐圧特性は
安定している。なお、実測によれば温度上昇に伴つて耐
圧が少し上昇する。これは温度上昇に伴つて臨界電界Ｅ
critが高くなることに起因していると考えられる。仮
に、チタン酸化物薄層２８が金属層のように抵抗の温度
係数が非常に小さいものであれば、室温では高耐圧が得
られても、温度上昇とともにＪ_S・Ｒ_S値が急上昇し、高
温での耐圧低下が起こる。

本実施例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、チタン酸化物薄層
２８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。

本実施例の利点を要約すると次の通りである。

(1)チタン酸化物薄層２８は抵抗体であると共にシヨツ
トキバリア生成可能物体であるので、バリア電極２７の
周縁における電界の集中を効果的に緩和し、耐圧を大幅
に高めることができる。

(2)従来のガードリングを有するシヨツトキバリアダイ
オードに比較し、高速応答性が良い。

(3)従来の絶縁層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見られる特性の熱的不安
定性は、解消されている。また、チタン酸化物薄層２８
は外部から侵入してくるイオンに対しても強いシールド
性を持つ。更に、温度上昇に伴う耐圧低下も起こらな
い。このため、耐圧の安定性と信頼性が極めて高い。

(4)Ａl２５ａの直下に設けたＴi薄層２４ａの延在部で
あるＴi薄層２４ｂを酸化させてチタン酸化物薄層２８
を得るので、目的とするチタン酸化物薄層２８を容易に
得ることができる。また、バリア電極２７とチタン酸化
物薄層２８との電気的接続を容易且つ確実に達成するこ
とができる。

〔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３〜第７の実施例を示す第６図〜第１０
図に於いて、第１図と共通する部分には同一の符号を付
してその説明を省略する。

第５図のシヨツトキバリアダイオードは、第１図(E)と
同様にｎ形領域２３の上にTi薄層２４ａと、Ａl層２５
ａと、チタン酸化物薄層２８とを有している。しかし、
チタン酸化物薄層２８はＡl層２５ａに直接に接続され
ておらず、Ｔi薄層２４ｃを介して接続されている。こ
のＴi薄層２４ｃはチタン酸化物薄層２８を得るための
酸化処理工程の後にフオトエツチングによつてＡl層２
５ａの一部を除去することによつて得る。Ｔi薄層２４
ｃはＴi薄層２４ａに連続し、ｎ形領域２３との間にシ
ヨツトキバリアを形成するので、これもバリア電極２７
の一部に含めることにする。このようにＴi薄層２４ｃ
を設けると、耐圧が更に高くなる。即ち、Ａl層２５ａ
とｎ形領域２３は互いに異質の物体であるので、Ａl層
２５ａを設けたことに基づく応力集中点３１がＡl層２
５ａの周縁の下部に生じる。この応力集中点３１におけ
るブレークダウンを起すＥcritは他の部分に比べて低下
している。従つて、この応力集中点３１に電界が集中す
れば更にブレークダウンが生じ易くなる。そこで、この
実施例ではＴi薄層２４ｃを設けることによってチタン
酸化物薄層２８の内周端を応力集中点３１から離間させ
ている。第１図(E)の場合にはバリア電極２７とこれと
異質のチタン酸化物薄層２８との境界部分の下部に電界
が集中したが、第５図では相対的に導電性の高いＴi薄
層２４ｃと導電性の低いチタン酸化物薄層２８との境界
部の下部に電界集中点３２が生じる。この様に電界集中
点３２が応力集中点３１から離れることにより、第１図
(E)の構造のシヨツトキバリアダイオードよりもブレー
クダウンが起り難くなり、耐圧が高くなる。また、Ｔi
薄層２４ｃのシート抵抗がチタン酸化物薄層２８のそれ
よりも桁違いに小さいことにより、超高速スイツチング
時の耐圧低下が少なくなるという効果もある。

〔第３の実施例〕 第６図に示す第３の実施例のシヨツトキバリアダイオー
ドでは、バリア電極２７の外周側に、第１のチタン酸化
物薄層２８ａ、第１の等電位化用Ｔi薄層２４ｄ、第２
のチタン酸化物薄層２８ｂ、第２の等電位化用Ｔi薄層
２４ｅ、第３のチタン酸化物薄層２８ｃがリング状に順
次に配置され、これ等が互いに電気的に接続されてい
る。Ｔi薄層２４ｄ、２４ｅの上の等電位化用Ａl層２５
ｂ、２５ｃはＡl層２５の一部を残存させたものであ
る。即ち、第１図(B)に示すＡl層２５のフオトエツチン
グ時に第６図のＴi薄層２４ｄ、２４ｅに対応するよう
にＡl層２５ｂ、２５ｃが残存され、これがＴi薄層２４
ｄ、２４ｅの酸化防止のマスクとして使用されている。

Ｔi薄層２４ｄ、２４ｅ及びＡl層２５ｂ、２５ｃから成
る環状領域は導電性が高いので、等電位分布領域となり
得る。この結果、ｎ形領域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て均一な空乏層を形
成し、耐圧を向上させるこのができる。なお、Ｔi薄層
２４ｄ、２４ｅはチタン酸化物薄層２８ａ、２８ｂ、２
８ｃよりは導電性が高いので単独でも等電位化効果を発
揮するので、Ａl層２５ｂ、２５ｃを除去してもよい。
また、Ｔi薄層２４ｄ、２４ｅの部分をチタン酸化物薄
層としてＡl層２５ｂ、２５ｃに相当する部分に設けた
導電体のみで等電位領域を形成してもよい。また、Ｔi
薄層２４ｄ、２４ｅの下部にガードリングと同様のｐ⁺
形領域を単独又は補助的な等電位化領域として形成して
もよい。また、等電位領域を１重又は３重以上に設けて
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は、第６図と
実質的に同様に、Ａl層２５ａとＴi薄層２４ａ、２４ｃ
から成るバリア電極２７の囲りにチタン酸化物薄層２８
ａ、２８ｂ及びＴi薄層２４ｄをリング状に有する他
に、第２のチタン酸化物薄層２８ｂとｎ形領域２３とを
接続する短絡電極３３を有する。この短絡電極３３は、
Ａu−Ｇe合金層の上にＮi（ニツケル）層とＡu層とを順
次に重ねたものであり、GaAsから成るｎ形領域２３にオ
ーミツク接触している。

このように短絡電極３３を設けると、逆電圧を印加した
時のチタン酸化物薄層２８ｂの外周縁の電位がｎ形領域
２３と実質的に同一になるため、この外周縁でブレーク
ダウンが発生しない。従つて、第１図(E)のシヨツトキ
バリアダイオードが第３図の領域IIで動作する時に発生
するノイズは第７図のダイオードでは発生しない。チタ
ン酸化物薄層２８ｂの周縁は、ｎ形領域２３に電極３３
で接続されているために、ここを通つて電流が比較的流
れ易い。このため、第３図の領域IIにおける電流に相当
する電流を短絡電極３３とチタン酸化物薄層２８ｂとＴ
i薄層２４ｄとチタン酸化物薄層２８ａとバリア電極２
７とから成る通路によつて得ることができる。

〔第５の実施例〕 第８図に示す第５の実施例のシヨツトキバリアダイオー
ドは、ｎ形領域２３の表面にチタン酸化物薄層２８ｇを
有し、更にこの上にリング状チタン酸化物薄層２８ｄ、
２８ｅ、２８ｆ並びにリング状等電位化用Ｔi薄層２４
ｈ、２４ｉを有する。上側のチタン酸化物薄層２８ｄ、
２８ｅ、２８ｆはＴi薄層２４ｇ、２４ｈ、２４ｉに連
続していたＴi薄層を酸化したものである。下側のチタ
ン酸化物薄層２８ｇは、上側のチタン酸化物薄層２８
ｄ、２８ｅ、２８ｆの厚さとほぼ同一であるが、酸化の
程度を上側のチタン酸化物薄層２８ｄ、２８ｅ、２８ｆ
よりも強めているので、上側のチタン酸化物薄層２８
ｄ、２８ｅ、２８ｆよりもシート抵抗が大きい。従つ
て、上側のチタン酸化物薄層２８ｄ、Ｔi薄層２４ｈ、
チタン酸化物薄層２８ｅ、Ｔi薄層２４ｉ及びチタン酸
化物薄層２８ｆを通る電流が下側のチタン酸化物薄層２
８ｇを通る電流よりも大きくなり、上側の層によつて主
として電位勾配が決定される。下側のチタン酸化物薄層
２８ｇは高いバリアハイトφ_Bを有するようになるの
で、飽和電流Ｉ_S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。

なお、上側のチタン酸化物薄層２８ｆの一部はｎ形領域
２３に接しているが、ここに非接触であつてもよい。ま
た、下側のチタン酸化物薄層２８ｇにも第６図及び第７
図に示すような等電位化用のＴi薄層２４ｄ、２４ｅを
設けてもよい。また、Ｔi薄層２４ｈ、２４ｉの上に、
第６図及び第７図と同様にＡl層を残存させてもよい。

〔第６の実施例〕 第９図に示す第６の実施例のシヨツトキバリアダイオー
ドは、第５図と同一の構成のバリア電極２７及び絶縁層
２９の上に真空蒸着によつて電極層３４を設けたもので
ある。この電極層３４の周縁部３４ａは絶縁層２９とチ
タン酸化物薄層２８とを介してｎ形領域２３に対向して
いるので、フイールドプレートとして機能する。この結
果、チタン酸化物薄層２８に基づく耐圧改善作用とフイ
ールドプレートに基づく耐圧改善作用との両方を得るこ
とができる。

〔第７の実施例〕 第１０図に示す第７の実施例の複合型シヨツトキバリア
ダイオードは、バリア電極２７の周縁に沿つて環状に形
成されたｐ₊形領域３５と、ｐ₊形領域３５に囲まれた領
域内に島状に多数個形成されたｐ₊形領域３６とを有す
る。バリア電極２７とｐ₊形領域３５、３６とはオーミ
ツク接触に近い接触をしており、シヨツトキバリアを形
成していないと見なせる。従つて、この複合型シヨツト
キバリアダイオードは、ｐ₊形領域３５、３６−ｎ形領
域２３−ｎ₊形領域２２の３層から成る多数のｐｎ接合
ダイオードがシヨツトキバリアダイオードに並列に接続
されたものである。ｐ₊形領域３５は、いわゆるガード
リングである。この複合型シヨツトキバリアダイオード
は、ｐｎ接合ダイオードが並列接続されていることによ
り、大電流密度で動作させたときに順電圧降下が小さく
なると共に、順方向及び逆方向のサージ耐量が大きくな
り、且つ逆電流も低減する。ｐｎ接合ダイオードが並列
接続されたことにより高速応答性は低下してしまうが、
それでもシヨツトキバリアダイオードに比較的近い優れ
た高速応答性を示す。もちろん、チタン酸化物薄層２８
を設けたこと自体は、高速応答性を実質的に低下させて
はいない。なお、ｐ₊形領域３６は、ストライプ状に形
成するなど、断面状態においてバリア電極２７がｎ形領
域２３とｐ₊形領域３６とに交互に隣接するように形成
されていればよい。本実施例の構造は、ＧaＡsを用いて
２００Ｖクラスを越える高耐圧整流ダイオードを製作す
るときに特に有効である。

〔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２８、２８ａ〜２８ｆ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／□〜５００ＭΩ／□、望ましく
は１０ＭΩ／□〜１０００ＭΩ／□に選ぶべきである。

(2)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薄層を熱酸化してチタン酸化物薄
層を形成するときには、酸化温度や酸化時間を勘案して
３００Å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。

(3)Ｔi薄層２４を酸化してチタン酸化物薄層２８を得る
時の酸化温度は５００℃以下にすることが望ましく、Ａ
u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２４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。

(4)チタン酸化物薄層２８、２８ａ〜２８ｇ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２４ｃ〜２４ｅ、２４ｇ〜２４ｉ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薄層を窒化すること
によつて形成し得る。

(5)シート抵抗が高く且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２８はＩnやＳn
等を添加したものであつてもよい。この場合、上記薄層
としては、第１１図に示したＪ_S・Ｒ_S値が２５℃から１
２５℃までの実用域での温度変化に対して１００倍以下
の変化に収まるように、かなり大きな負のシート抵抗温
度係数を有する物質を選ぶのが良い。Ｊ_S・Ｒ_S値がこの
程度に収まれば、臨界電界ＥEritの温度依存性による作
用と合わせると、高温での耐圧低下が問題になることは
ない。

(6)主として逆サージ耐量を向上させる手段の１つとし
て、ｐ₊形領域から成るガードリングと組み合わせるこ
ともできる。第５図の例で説明すれば、ｐ₊形領域は電
界集中点３２に対応してＴi薄層２４ｃからチタン酸化
物薄層２８にかけての位置に形成し、Ａl層２５ａから
は離間させる。こうすれば、Ｔi薄層２４ｃの抵抗分に
よつてｐ₊形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起こらない。逆サージ耐量の向
上を優先させるときは、高速応答性の低下はやむを得な
いものとして、第１０図のｐ₊形領域３５のようにＡl層
２５ａの端部に位置するようにガードリングを設ける。
ガードリング構造を付加した場合には、バリア電極２７
に基づくシヨツトキバリアとチタン酸化物薄層２８に基
づくシヨツトキバリアがガードリングに基づくｐｎ接合
を介して連続しており、バリア電極２７の周縁近傍にお
ける整流障壁（シヨツトキバリア、ｐｎ接合など）の連
続性は保たれている。

(7)チタン酸化物薄層２８はバリア電極２７を完全に包
囲するように閉環状に形成されるのが普通である。しか
し、バリア電極２７に基づくシヨツトキバリアの一部を
他の高耐圧化構造で高耐圧化する場合や、バリア電極２
７に基づくシヨツトキバリアの一部に意図してブレーク
ダウンを起こし易い領域を設ける場合等では、チタン酸
化物薄層２８がバリア電極２７を完全に包囲していなく
てもよい。

(8)ＧaＡsの代りにＩnＰ（燐化インジウム）等のIII−
Ｖ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２６をｎ形領域２３の表
面側に設けるプレーナ構造としてもよい。

(10)ｎ形領域２３、ｎ₊形領域２２をｐ形領域と置き換
えることができる。

【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、 第９図は第６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１０図は第７の実施例の複合型シヨツトキバリアダイ
オードを示す断面図、 第１１図はチタン酸化物薄層のシート抵抗Ｒ_Ｓ、チタン
酸化物薄層に流れる逆方向飽和電流密度Ｊ_S、及びこれ
らの積Ｊ_S・Ｒ_Sのそれぞれ温度依存性を示すグラフであ
る。 ２２……ｎ⁺形領域、２３……ｎ形領域、２４ａ……Ｔi
薄層、２５ａ……Ａl層、２６……オーミツク電極、２
７……バリア電極、２８……チタン酸化物薄層、２９…
…絶縁層。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市野沢 秀幸 埼玉県新座市北野３丁目６番３号 サンケ ン電気株式会社内 (56)参考文献 特公 昭49−41463（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体領域と、 前記半導体領域との間にショットキバリアを生じさせる
   ことができるように前記半導体領域上に形成されたバリ
   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、且つ前記バリア電極に電気的に接続され、且つ
   前記バリア電極よりも大きなシート抵抗を有し、且つ前
   記半導体領域との間にショットキバリアを生じさせるこ
   とができるように形成された薄層と を備えているショットキバリア半導体装置において、 前記バリア電極が前記半導体領域上に形成された第１の
   金属層とこの第１の金属層の上に形成された第２の金属
   層とを有し、 前記薄層は前記第１の金属層と同一の金属の酸化物層で
   あり且つ前記第１の金属層に電気的に接続されているこ
   とを特徴とするショットキバリア半導体装置。
2. 【請求項２】半導体領域と、 前記半導体領域との間にショットキバリアを生じさせる
   ことができるように前記半導体領域上に形成されたバリ
   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、且つ前記バリア電極に電気的に接続され、且つ
   前記バリア電極よりも大きなシート抵抗を有し、且つ前
   記半導体領域との間にショットキバリアを生じさせるこ
   とができるように形成された薄層と を備えているショットキバリア半導体装置において、 前記薄層が、負のシート抵抗温度係数を有し、前記薄層
   によって生じたショットキバリアに流れる逆方向飽和電
   流の密度Ｊｓと前記薄層のシート抵抗Ｒｓとの積Ｊｓ・
   Ｒｓの値が２５℃から１２５℃までの温度変化に対して
   １００倍以下の変化に収まっていることを特徴とするシ
   ョットキバリア半導体装置。
3. 【請求項３】前記薄層のシート抵抗は１０ｋΩ／□以上
   の抵抗膜である請求項１又は２記載のショットキバリア
   半導体装置。