JPH0618278B2 - 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、ガードリングを有するシヨツトキバリア半導
体装置に関する。

〔従来の技術〕

シヨツトキバリアダイオードは、高速応答性（高速スイ
ッチング特性）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の周辺耐圧（シヨツトキバ
リアの周辺での耐圧）はバルク耐圧（シヨツトキバリア
の中央部での耐圧）に比べて著しく低いため、ｐｎ接合
素子に比べて高耐圧の素子を得ることができない。

シヨツトキバリアダイオードの高耐圧化を図るためにフ
イールドプレート及びガードリングを設けることは、既
に行われている。フイールドプレートとガードリングと
の組合せ構造を採用した従来の代表的な電力用シヨツト
キバリアダイオードのチツプは、第８図に示すように、
半導体基板１に含まれるｎ⁺形領域２と、ｎ形領域３
と、絶縁膜４と、シヨツトキバリアを形成する金属電極
即ちバリア電極５（アノード）と、オーミック電極６
（カソード）と、ｐ⁺形領域から成るガードリング７
と、バリア電極５を絶縁膜４の上に延在させた部分から
成るフイールドプレート５ａとを有する。なお、ガード
リング７はｎ形領域３と同一の半導体材料で形成され、
バリア電極５の周縁に接続されるように環状に配設され
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ガードリング７は、シヨツトキバリアの周辺耐圧をｐｎ
接合８の耐圧に置き換えることにより、十分とは言えな
いまでも高耐圧化を実現する。しかし、順方向に大きな
電流を流したときには、ｐｎ接合８からｎ形領域３への
少数キヤリア（正孔）の注入が増加する。このため、順
方向動作から逆方向動作に切換えても、この少数キヤリ
アが消滅するまでは完全なスイツチオフ状態にならな
い。即ち、スイッチング応答の遅れが生じて、高速応答
性（高周波特性あるいは高速スイッチング特性）が低下
してしまう。このように、シヨツトキバリアの高耐圧化
構造として多用されているガードリング構造は、多数キ
ヤリア主体で動作するが故に高速応答性が良いというシ
ヨツトキバリアダイオードの長所を犠牲にしている面が
ある。

そこで本発明の目的は、高速応答性の低下の少ないガー
ドリングを有する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、実施例を示す第１
図〜第５図の符号を参照して説明すると、第１の半導体
材料から成る一導電形の第１の半導体領域２３と、前記
第１の半導体領域２３の所定の表面を包囲するように第
１の半導体領域２３に隣接配置され、かつ前記第１の半
導体材料よりも禁止帯のエネルギー幅が大きい第２の半
導体材料により形成されている一導電形の第２の半導体
領域２４ａ又は３５と、前記第２の半導体領域２４ａ又
は３５に隣接し、かつ前記第１の半導体領域２３の前記
所定の表面を前記第２の半導体領域２４ａ又は３５を介
して包囲するように配置され、かつ一導電形と反対の導
電形を有している第３の半導体領域２５ａ又は３６と、
前記第１の半導体領域２３の前記所定の表面及びこれを
隣接包囲する前記第２の半導体領域２４ａ又は３５の表
面との間にシヨツトキバリアを生じさせ、かつ前記第３
の半導体領域２５ａ又は３６がガードリングとして働く
ように前記第１、第２及び第３の半導体領域２３、２４
ａ又は３５、２５ａ又は３６に電気的に接続されている
バリア電極３１とを備えたシヨツトキバリア半導体装置
に係わるものである。

上記目的を達成するための別の発明は、実施例を示す第
６図及び第７図の符号を参照して説明すると、第１の半
導体材料から成る一導電形の第１の半導体領域２３と、
第１の半導体領域２３の所定の表面を包囲するように前
記第１の半導体領域２３に隣接して配置され、かつ前記
第１の半導体材料よりも禁止帯のエネルギー幅が大きい
第２の半導体材料により形成され、かつ一導電形と反対
の導電形を有している第２の半導体領域３８と、前記第
１の半導体領域２３の前記所定の表面との間にシヨツト
キバリアを生じさせ、かつ前記第２の半導体領域３８が
ガードリングとして働くように前記第２の半導体領域３
８に電気的に接続されているバリア電極３１とを備えた
シヨツトキバリア半導体装置に係わるものである。

〔作 用〕

請求項１に係わる発明において、第３の半導体領域２５
ａ又は３６と第２の半導体領域２４ａ又は３５との間に
形成されるｐｎ接合の順電圧Ｖ_Fは、第１の半導体領域
２３の中に拡散等で直接に反対導電形領域を設けること
によつて得られる従来のｐｎ接合の順電圧Ｖ_Fよりも大
きい。従つて、順方向動作時に第３の半導体領域２３ａ
又は３６を通る順電流成分が減少し、第３の半導体領域
２５ａ又は３６から第２の半導体領域２４ａ又は３５に
注入される少数キヤリアが減少する。

請求項２に係わる発明において、第３の半導体領域３８
と第１の半導体領域２３との間に形成されるｐｎ接合の
順電圧Ｖ_Fは、従来の第１の半導体領域２３の中に反対
導電形（ｐ₊形）を拡散等で直接に形成するｐｎ接合の
順電圧Ｖ_Fよりも大きい。従つて、順方向動作時に第２
の半導体領域３８を通る順電流成分が減少し、第２の半
導体領域３８から第１の半導体領域２３に注入される少
数キヤリアが減少する。

〔第１の実施例〕 本発明の実施例であるGaAs電力用シヨツトキバリアダイ
オードを、第１図〜第３図を参照してその製造工程に沿
つて説明する。

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１〜３×１０¹⁸cm^-3
のｎ⁺形領域２２の上に、厚さ１０〜２０μｍ、不純物
濃度１〜２×１０¹⁵cm^-3のGaAs（第１の半導体領域）を
エピタキシヤル成長させ、ｎ形領域（第１の半導体領
域）２３としたものである。

次に、第２図(B)に示すように、ｎ形領域２３の上面全
部に、厚さ約４μｍ、不純物濃度０．５〜１×１０¹⁵cm
^-3のAlGaAs（砒化アルミニウム・ガリウム）をエピタキ
シヤル成長させて第２の半導体材料から成るｎ形領域２
４を得る。このｎ形領域２４の不純物濃度はｎ形領域２
３よりも低い。ｎ形領域２４を得るためのエピタキシヤ
ル成長は種々の方法で行うことができるが、ここではＭ
ＯＣＶＤ法（Metal Organic Chemical Vapor Depositio
n；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、Al_xGa_1-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、順電流の主通路となる
べきシヨツトキバリアを形成する領域を少しはみ出すよ
うに、ｎ形領域２４中に選択的にZn（亜鉛）を拡散し
て、AlGaAsのｐ⁺形領域２５を形成する。このｐ⁺形領域
２５の深さは約２μｍ、表面不純物濃度は約５×１０¹⁸
cm^-3である。ｐ⁺形領域２５とｎ形領域２３との間には
ｐ⁺形領域２５よりも不純物濃度が低いｎ形領域２４が
介在している。

次に、第２図(D)に示すように、ｐ⁺形領域２５のうち順
電流の主通路となるべきシヨツトキバリアを形成すべき
領域を選択的にエツチングして凹所２６を形成し、凹所
２６の底面にｎ形領域２３を露出させる。凹所２６の底
面は、GaAsよりAlGaAs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、ｎ形領域２３
とｎ形領域２４の境界面とほぼ一致している。しかし、
凹所２６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２６の周辺側には、リング状のｎ
形領域（第２の半導体領域）２４ａ及びｐ⁺形領域（第
３の半導体領域）２５ａが形成される。

次に、第２図(E)に示すように、ｎ形領域２３、ｎ形領
域２４、及びｐ⁺形領域２５ａの上面において露出する
面全部にTi（チタン）薄層２７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２８を連続して
真空蒸着する。Ti薄層２７の厚さは５０〜２００Å
（０．００５〜０．０２μｍ）と極薄である。Al層２８
の厚さは約２μｍである。更に、ｎ⁺形領域２２の下面
にAu（金）とGe（ゲルマニウム）の合金から成る低抵抗
オーミック接触の電極２９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(F)に示すように、フオトエツチングによ
りAl層２８の一部を除去し、凹所２６及びその周辺のｐ
⁺形領域２５ａの上部を被覆するAl層２８ａを形成す
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２７を除去し、Al層２８ａの下部にあるTi薄層２７
ａとこれを隣接して包囲するTi薄層２７ｂを残存させ
る。Ti薄層２７ｂ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２８ａに比べれば桁違いに高抵抗であ
る。

次に、第２図(G)に示すように、空気中で３００℃、５
〜３０分間の熱処理を施すことにより、Al層２８ａに被
覆されていないTi薄層２７ｂを酸化してチタン酸化物薄
層３０を得る。なお、Ti薄層２７ａはAl層２８ａ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、これらを合せ
てバリア電極３１と呼ぶ。Ti薄層２７ａが極薄の膜であ
るため、Ti薄層２７ａとAl層２８ａ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２７ａは、Al層２８ａの
ｎ形領域２３、ｎ形領域２４ａ及びｐ⁺形領域２５ａへ
の密着性の向上に寄与し、更に、バリア電極３１をリン
グ状に囲むチタン酸化物薄層３０とAl層２８ａとの電気
的接続に寄与する。バリア電極３１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３０の厚さ
は、酸化に伴つてTi薄層２７ｂの厚さより増大して７５
〜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３０の
シート抵抗は１Ｍ〜５００ＭΩ／□であり、チタン酸化
物薄層３０は半絶縁性の高抵抗層である。即ち、チタン
酸化物薄層３０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
ブアーなチタン酸化物TiO_x（ｘは２よりも小さい数字）
となつていると考えられる。

次に、第１図に示すように、チタン酸化物薄層３０の上
を絶縁層３２で被覆して電力用シヨツトキバリアダイオ
ードチップを完成させる。なお、絶縁層３２は、プラズ
マＣＶＤ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、図示は省略されている
が、Al層２８ａ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(G)の平面を示す第３図を参照して各部の寸法を
例示すると、バリア電極３１の幅ａは約１０００μｍ、
ｐ⁺形領域２５ａの幅ｂは約３０μｍ、チタン酸化物薄
層３０のうちｐ⁺形領域２５ａよりも外側の部分の幅ｃ
は約１４０μｍ、チタン酸化物薄層と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、バリア電極３１とGa
Asから成るｎ形領域２３とが隣接している部分である。
正確には、バリア電極３１とｐ⁺形領域２５ａの下部の
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知れないが、
微かな面積であるのでこれを無視することができる。Al
GaAsから成るｐ⁺形領域２５ａは、同じくAlGaAsから成
るｎ形領域２４ａとの間にｐｎ接合３３を形成してお
り、ガードリングとしてシヨツトキバリアの周辺耐圧向
上に寄与する。ところで、禁止帯のエネルギー幅即ちエ
ネルギーギヤツプEgがGaAs（Eg≒１.4eV）より大きいAl
xGA_1-xAs（ｘ≒０.4）（Eg≒１.9eV）中に形成されたｐ
ｎ接合３３の順電圧Ｖ_Fは、GaAs中に形成されるｐｎ接
合の順電圧Ｖ_Fより約０.5Ｖ大きい。このため、従来構
造（GaAs基板を使用したシヨツトキバリアダイオードで
あれば、ガードリングとして働くｐ⁺形領域もGaAs結晶
中に形成した構造）と比べて、順方向動作時にｐ⁺形領
域２５ａを経て流れる順電流成分は無視できる程度に減
少する。即ち、ｐ⁺形領域２５ａからｐｎ接合３３を経
てｎ形領域２４ａに注入される小数キヤリア（正孔）が
激減し、ガードリングを設けたことによる高速応答性の
低下はほとんどない。

バリア電極３１及びチタン酸化物薄層３０は、ｎ形領域
２３、２４ａに対してはシヨツトキバリアを形成してい
るが、ｐ⁺形領域２５ａに対してはやや非直線性を有す
る比較的抵抗の接触をしていると考えられるので逆電圧
レベルでは導通と見なせ、ｐ⁺形領域２５ａに対しては
シヨツトキバリアを形成してはいない。バリア電極３１
とｐ⁺形領域２５ａとが抵抗性の接触をしていること
は、順方向動作時のｐ⁺形領域２５ａからの小数キヤリ
アの注入を減少させるように働くので、上記AlGaAs中に
ガードリングを形成した効果と相まつて高速応答性の改
善に役立つているものと考えられる。

また、ｎ形領域２４ａをｎ形領域２３よりも低不純物濃
度にしているので、逆電圧印加時にｐｎ接合３３及びチ
タン酸化物薄層３０から延びる空乏層が広がり易くなつ
ており、高耐圧下に寄与している。

チタン酸化物薄層３０は、ｎ形領域２４ａとの間にシヨ
ツトキバリアを形成しており、高抵抗性のフイールドプ
レートとして耐圧向上に大きく寄与している。即ち、逆
電圧印加時にチタン酸化物薄層３０の内周縁と外周縁の
間に微小電流が流れてチタン酸化物薄層３０の延在方向
に電位こう配が生じる。チタン酸化物薄層３０によつて
形成されているシヨツトキバリアから延びる空乏層の広
がりは、上記電位こう配によつて、ｐ⁺形領域２５ａ側
で大きく、チタン酸化物薄層３０の外周縁側に向うに従
つて小さくなる。バリア電極３１とｎ形領域２３、２４
ａとの間に形成されるシヨツトキバリアと、ｐｎ接合３
３と、チタン酸化物薄層３０とｎ形領域２４ａとの間に
形成されるシヨツトキバリアとの三者それぞれから延び
る空乏層は一体化している。これらの結果、チタン酸化
物薄層３０の下部における逆電圧印加時の電界集中が緩
和され、ｐｎ接合３３の耐圧引いてはシヨツトキバリア
ダイオードの耐圧を大幅に向上させる。なお、チタン酸
化物薄層３０による高耐圧下構造については、本願発明
者等によつて発明され、本件特許出願人より特願昭６２
−３０７１９６号として出願されている。

本実施例のシヨツトキバリアダイオードは、１５０Ｖ以
上の耐圧が高い製造歩留りで得られ、バルク耐圧と略等
しいと考えられる約２５０Ｖの耐圧を示すものもあつ
た。高耐圧化の策を施さない場合（ｎ形領域２４ａ、ｐ
⁺形領域２５ａ、チタン酸化物薄層３０を形成しない場
合）には耐圧は約６０Ｖである。本実施例のシヨツトキ
バリアダイオードを、スイッチング周波数５００kHzの
高周波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。また、高速応答性にも全く問題のない整
流動作が行われており、ガードリング（ｐ⁺形領域２５
ａ）を設けたことによる高速応答性の低下も実用的には
認められなかつた。

本実施例の利点を要約すると以下のとおりである。

(1)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。

(2)ガードリング（ｐ⁺形領域２５ａ）、低不純物濃度の
ｎ形領域２４ａ、チタン酸化物薄層３０の組合せによ
り、大幅な高耐圧化が達成された。

(3)従来の絶縁層を介してフイールドプレートの欠点の
１つである特性の熱的不安定性は、チタン酸化物薄層３
０の下部に絶縁層が存在しないことによつて解消されて
いる。

(4)Al層２８ａの直下に設けたTi薄層２７ａの延在部で
あるTi薄層２７ｂを酸化されてチタン酸化物薄層３０を
得ているので、目的とするチタン酸化物薄層３０を容易
に得ることができる。また、バリア電極３１とチタン酸
化物薄層３０との電気的接続を容易かつ確実に達成する
ことができる。

(5)ｎ形領域２４をエピタキシヤル成長で形成し、ｐ⁺形
領域２５をｎ形領域２４中への不純物導入（拡散または
イオン注入）により形成しているので、チタン酸化物薄
層３０の被着面に大きな段差がない。従つて、極薄の膜
であるチタン酸化物薄層３０が被着面の段差部で不連続
になつてしまうというステツプカバレージの問題は起こ
らない。

(6)GaAsとAlGaAsは結晶格子の整合性が良いので、ｎ形
領域２４のエピタキシヤル成長が可能であるし、ｎ形領
域２４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２４を形成するのにＭＯＣＶＤ
法を用いたので、量産性が良い。

〔第２の実施例〕 第４図に示す第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、及び後で説明する
第５図〜第７図において、第１図〜第３図と実質的に同
一の働きを有する部分には第１図〜第３図と同一の符号
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のｎ⁺形領域２２
とｎ形領域２３とｎ形領域２４ａとｐ⁺形領域２５ａと
オーミック電極２９とバリア電極３１とから成る基本構
造は第１図と同一である。第４図のシヨツトキバリアダ
イオードは、下側チタン酸化物薄層３０ａと上側チタン
酸化物薄層３０ｂ、３０ｃとの二層構造部分を有するこ
とを主な特徴とするものである。

下側のチタン酸化物薄層３０ａは、上側のチタン酸化物
薄層３０ｂ、３０ｃよりも酸化の度合を強めているの
で、上側のチタン酸化物薄層３０ｂ、３０ｃよりもシー
ト抵抗が大きくｎ形領域２４ａとの間に第１図の場合よ
りバリアハイトφ_Bの大きいシヨツトキバリアを形成す
る。従つて、このシヨツトキバリアを通して流れる逆方
向の飽和電流Ｉ_Sが低減する。上側のチタン酸化物薄層
３０ｂ、３０ｃは、それぞれリング状で、これらの間に
リング状のTi薄層２７ｃを介して同心的に配置されてい
る。チタン酸化物薄層３０ｂ、３０ｃの酸化の度合は第
１図のチタン酸化物薄層３０と同程度であり、逆電圧印
加時には実質的には上側のチタン酸化物薄層３０ｂ、３
０ｃに流れる電流によつてチタン酸化物薄層３０ａ、３
０ｂ、３０ｃの延在方向に電位こう配が生じる。なお、
チタン酸化物薄層３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、Al層２８
ａの下部のTi薄層２７ｄ、２７ｅの延在部分を酸化した
ものである。

Ti薄層２７ｃは、チタン酸化物薄層３０ａ、３０ｂ、３
０ｃに比べると導電性が非常に大きいので、等電位領域
となる。この結果、平面的に見たときの上記電位こう配
の不均一性が修正され、耐圧歩留りが向上する。なお、
Ti薄層２７ｃの上に酸化防止マスクとして使用したAl層
２８ｂを残して等電位領域の一部としているが、これを
除去してもよい。Ti薄層２７ｃの部分をチタン酸化物層
としてAl層２８ｂだけとしてもよい。下側のチタン酸化
物薄層３０ａにTi薄層の部分を残して等電位領域とする
こともできる。ｐ⁺形領域２５ａを離間して包囲するリ
ング上のｐ⁺形領域をｐ⁺形領域２５と同時に形成し、こ
れを等電位領域としてもよい。

チタン酸化物薄層３０ｃの外周縁は、チタン酸化物薄層
３０ｃとｎ形領域２４ａを低抵抗接続する短絡電極３４
によりｎ形領域２４ａに接続されている。第１図の場合
ではチタン酸化物薄層３０の外周縁の微少領域で起こる
ブレークダウンに基づいて流れる微小電流（チタン酸化
物薄層３０の抵抗値によつて耐圧を低下させるような値
には増大しない）によつてチタン酸化物薄層３０の延在
方向の電位こう配が生じるものであるため、上記微少領
域で起こるブレークダウンによる微少ではあるが急峻な
電流変化が、実用化は問題にならない程度のものではあ
るがノイズの発生を誘うことがある。その点この構造
は、バリア電極３１と短絡電極３４の間をチタン酸化物
薄層３０ａ、３０ｂ、３０ｃの抵抗値に見合う微少電流
が流れる構造であるので、上記微少領域のブレークダウ
ンは発生しない。従つて、ノイズ発生が少ない点では第
１図の構造より優れている。なお、短絡電極３４は、Au
−Ge合金層の上にNi（ニッケル）層とAu層とを順次重ね
たものとした。

〔第３の実施例〕 以上の実施例のように、チタン酸化物薄層３０又は３０
ａ、３０ｂ、３０ｃが、バリア電極３１を包囲し、かつ
この少なくとも一部がｎ形領域２４ａとの間にシヨツト
キバリアを形成するようにｐ⁺形領域２５ａ上からｎ形
領域２４ａにかけて配置され、かつバリア電極３１に電
気的に接続され、かつバリア電極３１よりも大きなシー
ト抵抗を有することが耐圧的に有利である。しかし、チ
タン酸化物層による高耐圧化を施さず、主にガードリン
グからの小数キヤリアの注入を減少させることをねらつ
た第５図のようなシヨツトキバリアダイオードにおいて
も本発明は有効である。ガードリングであるｐ⁺形領域
３６は、拡散ではなくエピタキシヤル成長させて形成す
る。即ち、AlGaAsから成るｎ形領域（第２図のｎ形領域
２４に相当する）とｐ⁺形領域（第２図のｐ⁺形領域２５
に相当する）を順次ＭＯＣＶＤ法で全面に形成し、エツ
チングによりリング状にｎ形領域３５とｐ⁺形領域３６
を残存させる。バリア電極３１の上には、Ti層とAu層を
順次形成して接続用電極３７を得る。接続用電極３７の
外周部３７ａは、一般的なフイールドプレートとして作
用している。なお、ｎ形領域３５とｐ⁺形領域３６の半
導体材料を同じAl_xGa_1-xAs（ｘ≒０．４）にするのが普
通であるが、ｎ形領域３５のｘ値をｐ⁺形領域３６のｘ
値より大きくしたり小さくしたりするなど、ｎ形領域３
５とｐ⁺形領域３６の半導体材料をGaAsより大きいエネ
ルギーギヤツプEgを有するものの範囲で異ならしめても
よい。

〔第４の実施例〕 第６図に示す第４の実施例のシヨツトキバリアダイオー
ドでは、ｎ⁺形領域２２とｎ形領域２３がGaAsから成
り、ｐ⁺形領域３８がAlGaAsから成る。ｐ⁺形領域３８の
形成に際しては、第６図のｐ⁺形領域３８がある所にエ
ツチングによりリング状の凹所を形成し、この凹所を露
出させるようにｎ形領域２３の表面をSiO₂膜で被覆し
て、ＭＯＣＶＤ法によりAl_xGa_1-xAs（ｘ≒０．４）をエ
ピタキシヤル成長させる。従つて、ｐ⁺形領域３８はSiO
₂膜の上には成長せずに凹所を埋め戻すように形成さ
れ、ｐ⁺形領域３８の表面からｎ形領域２３の表面にか
けての段差は図示する程（段差なし）にはならないまで
も小さい。このため、極薄の膜であるチタン酸化物薄層
３０のステツプカバレージの問題が生じない。ＭＯＣＶ
Ｄ法については第２図(B)と同様であるが、ｐ形を付与
するための不純物材料として（CH₃）₂Zn（ジメチル亜
鉛）のガスを使用する。ｐ⁺形領域３８の厚さは約２μ
ｍ、不純物濃度は約１×１０¹⁸cm^-3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、バリア電極３１とGa
Asから成るｎ形領域２３とが隣接する部分である。AlGa
Asから成るｐ⁺形領域３８はGaAsから成るｎ形領域２３
との間にｐｎ接合３９（ヘテロ接合）を形成しており、
ガードリングとしてシヨツトキバリアの周辺耐圧の向上
に寄与する。ところで、エネルギーギヤツプEgが大きい
AlGaAsとこれより小さいGaAsとの間に形成されたｐｎ接
合３９の順電圧Ｖ_Fは、GaAs中に拡散又は注入等で形成
されるｐｎ接合（ホモ接合）の順電圧Ｖ_Fより大きい。
このため、従来構造と比べて、順方向動作時にｐ⁺形領
域３８を経て流れる順電流成分は減少する。即ち、ｐ⁺
形領域３８からｐｎ接合３９を経てｎ形領域２３に注入
される少数キヤリア（正孔）が減少し、ガードリングを
設けたことによる高速応答性の低下が少なくなる。バリ
ア電極３１とチタン酸化物薄層３０のそれぞれとｐ⁺形
領域３８との接触は、第１図のｐ⁺形領域２５ａの場合
と同じで、シヨツトキバリアではない。ｐ⁺形領域３８
上のチタン酸化物薄層３０を介してバリア電極３１と電
気的に接続されているｎ形領域２３上のチタン酸化物薄
層３０は、ｎ形領域２３との間にシヨツトキバリアを形
成しており、第１図の場合と同じく大幅な高耐圧化に寄
与する。従つて、第１図のシヨツトキバリアダイオード
とほぼ同じ利点を有する高耐圧かつ高速のシヨツトキバ
リアダイオードとなつている。

〔第５の実施例〕 第１図に示すように、チタン酸化物薄層３０を設け、こ
れをバリア電極３１を包囲する少なくとも一部の領域が
ｎ形領域２３との間にシヨツトキバリアを形成するよう
にｐ⁺形領域３８上からｎ形領域２３上にかけて配置
し、かつバリア電極３１と電気的に接続し、かつバリア
電極３１よりもシート抵抗の大きい薄層とすることが耐
圧的に有利である。しかし、大きな耐圧向上をねらう必
要がないときは、第７図に示すようにチタン酸化物薄層
を省いた構造にしてもよい。第７図のシヨツトキバリア
ダイオードでは、ｎ形領域２３上全面にAlGaAsをエピタ
キシヤル成長させた後にエツチングしてAlGaAsから成る
ｐ⁺形領域３８を形成している。従つて、ｐ⁺形領域３８
はGaAsから成るｎ形領域２３の上に突出している。な
お、絶縁膜３２の上に接続用電極３７の外周部３７ａが
延在することにより、一般的なフイールドプレート構造
になつている。

〔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)ｎ形領域２４ａ、３５とｐ⁺形領域３６、３８は、ｎ
形領域２３上に結晶成長が可能であると共にｎ形領域２
３の半導体材料より大きなエネルギーギヤツプEgを有す
る半導体材料で形成する。実施例のようにGaAsとAlGaAs
と組合せ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、３５と
ｐ⁺形領域３６、３８の半導体材料としてはAlGaP（燐化
アルミニウム・ガリウム）を使用できる。

(2)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３０、３０ｂ、３０ｃ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。

(3)チタン酸化物薄層３０の幅あるいはチタン酸化物薄
層３０ｂと３０ｃの合計幅を、約１０μｍ以上とするこ
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１００μｍ以
上に設計することが一層望ましい。幅ｃ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ｃの上限はないが、幅ｃ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。よつて、幅ｃを３０〜５００μｍ
の範囲にすることが望ましい。

(4)Ti薄層２７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、この上限はさらに拡大できる。

(5)Ti薄層２７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、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２７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３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ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２７ｃ等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。Ti薄層は、Al層をマスクと
してチタン酸化物層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３０、３０ａ、３０ｂ、３
０ｃが好適であるが、これに代つて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層２７
及びチタン酸化物薄層３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃは
InやSn等を添加したものであつてもよい。

(8)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２９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。

(9)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。

〔発明の効果〕

以上のように請求項１及び２のいずれの構造によつて
も、高耐圧化を図るためのガードリングを形成したこと
による高速応答性の低下が少ない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
アダイオードを示す断面図、 第２図(A)(B)(C)(D)(E)(F)(G)は第１図のシヨツトキバ
リアダイオードの製造工程順に示す断面図、 第３図は第２図(G)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、 第５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６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７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８図は従来のシヨツトキバリアダイオードを示す断面
図である。 ２３……ｎ形領域、２４ａ……ｎ形領域、２５ａ……ｐ
⁺形領域、３０……チタン酸化物薄層、３１……バリア
電極。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の半導体材料から成る一導電形の第１
   の半導体領域(23)と、 前記第１の半導体領域(23)の所定の表面を包囲するよう
   に第１の半導体領域(23)に隣接配置され、かつ前記第１
   の半導体材料よりも禁止帯のエネルギー幅が大きい第２
   の半導体材料により形成されている一導電形の第２の半
   導体領域（24a又は35）と、 前記第２の半導体領域（24a又は35）に隣接し、かつ前
   記第１の半導体領域(23)の前記所定の表面を前記第２の
   半導体領域（24a又は35）を介して包囲するように配置
   され、かつ一導電形と反対の導電形を有している第３の
   半導体領域（25a又は36）と、 前記第１の半導体領域(23)の前記所定の表面及びこれを
   隣接包囲する前記第２の半導体領域（24a又は35）の表
   面との間にシヨツトキバリアを生じさせ、かつ前記第３
   の半導体領域（25a又は36）がガードリングとして働く
   ように前記第１、第２及び第３の半導体領域（23、24a
   又は35、25a又は36）に電気的に接続されているバリア
   電極(31)と を備えたシヨツトキバリア半導体装置。
2. 【請求項２】第１の半導体材料から成る一導電形の第１
   の半導体領域(23)と、 第１の半導体領域(23)の所定の表面を包囲するように前
   記第１の半導体領域(23)に隣接して配置され、かつ前記
   第１の半導体材料よりも禁止帯のエネルギー幅が大きい
   第２の半導体材料により形成され、かつ一導電形と反対
   の導電形を有している第２の半導体領域(38)と、 前記第１の半導体領域(23)の前記所定の表面との間にシ
   ヨツトキバリアを生じさせ、かつ前記第２の半導体領域
   (38)がガードリングとして働くように前記第２の半導体
   領域(38)に電気的に接続されているバリア電極(31)と を備えたシヨツトキバリア半導体装置。