JPH08116072A - Schottky barrier semiconductor device - Google Patents

Schottky barrier semiconductor device

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Publication number
JPH08116072A
JPH08116072A JP27843394A JP27843394A JPH08116072A JP H08116072 A JPH08116072 A JP H08116072A JP 27843394 A JP27843394 A JP 27843394A JP 27843394 A JP27843394 A JP 27843394A JP H08116072 A JPH08116072 A JP H08116072A
Authority
JP
Japan
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schottky
electrode
voltage
metal film
schottky barrier
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Pending
Application number
JP27843394A
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Japanese (ja)
Inventor
Teiji Yamamoto
悌二 山本
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Murata Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Murata Manufacturing Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Murata Manufacturing Co Ltd filed Critical Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

PURPOSE: To provide a Schottky barrier diode which maintains a small backward leak current and decreases a forward threshold voltage. CONSTITUTION: A lot of protrusions 4 whose sections are nearly trapezoidal are formed stripe-wise on the upper surface of a semiconductor substrate 2. First Schottky metal films 8 of low barrier height are formed on the flat top surfaces 5 of the protrusions 4. A second Schottky metal film 9 is formed from the first Schottky metal films 8 to the whole part of the upper surface of the semiconductor substrate 2, and a Schottky electrode 10 is formed. A depletion layer due to the first Schottky metal films is vanished by an applied voltage in the forward direction, and the path of a current flowing from the first Schottky metal films to an ohmic electrode is ensured. A depletion layer due to the second Schottky electrode film is spread on the whole part of the Schottky electrode, and the current path is cut off, so that the withstand voltage in the backward direction increases.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、ショットキーバリアダ
イオード等のショットキーバリア型の半導体装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Schottky barrier type semiconductor device such as a Schottky barrier diode.

【0002】[0002]

【従来の技術とその問題点】半導体表面にショットキー
接合をなす金属電極を形成したショットキーバリアダイ
オードにあっては、その電気的特性はそのショットキー
接合によってほぼ定められる。シリコン等の半導体を使
用したショットキーバリアダイオードにあっては、電極
材料を適当に選択することでショットキー障壁の高さな
どを制御することが可能であり、立ち上がり電圧の低い
ダイオードを作成することも容易にできる。
2. Description of the Related Art In a Schottky barrier diode in which a metal electrode forming a Schottky junction is formed on the surface of a semiconductor, its electrical characteristics are almost determined by the Schottky junction. For a Schottky barrier diode that uses a semiconductor such as silicon, it is possible to control the height of the Schottky barrier by appropriately selecting the electrode material, and to create a diode with a low rising voltage. Can be done easily.

【0003】近年では高速スイッチング電源等に使用す
るため、高速でしかも消費電力の低いダイオードが要求
されており、これらのダイオードにシリコン等に替わる
ものとしてGaAs等の化合物半導体が用いられるよう
になってきた。しかし、GaAs等にあっては電極材料
の選択の余地が余りなく、電極材料を選択することによ
って立ち上がり電圧を制御することは非常に困難であっ
た。そこで、ショットキー障壁高さの異なる二種類の金
属材料を用いてショットキーバリアダイオードの電気的
特性を制御する方法が考案されており、例えば特公平5
−81067号公報に開示されている。
In recent years, since it is used for a high-speed switching power supply and the like, high-speed and low power consumption diodes are required, and compound semiconductors such as GaAs have been used for these diodes instead of silicon or the like. It was However, in GaAs and the like, there is not much room for selection of the electrode material, and it has been very difficult to control the rising voltage by selecting the electrode material. Therefore, a method of controlling the electrical characteristics of the Schottky barrier diode by using two kinds of metal materials having different Schottky barrier heights has been devised.
No. 81067 is disclosed.

【0004】図6(a)(b)はそれぞれ、従来例のシ
ョットキーバリアダイオード51を示す平面図及び断面
図であって、第1のバリア金属層52を酸化膜55によ
って覆われたシリコン基板54の開口部に格子状に蒸着
し、さらにその上面全体に異なるショットキー障壁高さ
の第2のバリア金属層53を蒸着形成し、第1のバリア
金属層52の基板54との接触面積と第2のバリア金属
層53の基板54との接触面積の比が適当な値となるよ
うにショットキー電極56を形成してある。このとき、
図7に示すように第1のバリア金属層52に例えばMo
のようなショットキー障壁の高い金属材料を用い、第2
のバリア金属層53に例えばTiのようにショットキー
障壁の低い金属材料を用いることによって、ショットキ
ーバリアダイオード51の順方向特性及び逆方向特性を
それぞれ所望の特性(ただし、純Tiバリア金属と純M
oバリア金属の場合の特性の間)に調整することができ
る。
FIGS. 6 (a) and 6 (b) are a plan view and a sectional view, respectively, showing a conventional Schottky barrier diode 51, in which a first barrier metal layer 52 is covered with an oxide film 55. The second barrier metal layer 53 having different Schottky barrier heights is vapor-deposited on the entire upper surface of the first barrier metal layer 52 by contacting the substrate 54 with the contact area with the substrate 54. The Schottky electrode 56 is formed so that the ratio of the contact area of the second barrier metal layer 53 with the substrate 54 becomes an appropriate value. At this time,
As shown in FIG. 7, the first barrier metal layer 52 may be formed of Mo, for example.
A metal material having a high Schottky barrier such as
By using a metal material having a low Schottky barrier, such as Ti, for the barrier metal layer 53 of, the forward characteristic and the reverse characteristic of the Schottky barrier diode 51 are respectively desired characteristics (however, pure Ti barrier metal and pure Ti barrier metal M
o between the properties in the case of barrier metals).

【0005】しかしながら、開示された方法は二種類の
バリア金属層52,53の接触面積の比を異ならせてシ
ョットキー電極56を形成するものであって、この方法
において現実に実施できる有効な接触面積比は非常に限
られている。また、実質的なショットキー障壁高さを制
御しているにしかすぎず、ショットキーバリアダイオー
ド51に要求される低い順方向立ち上がり電圧と少ない
逆方向電流及び高耐圧といった基本的特性を同時に全て
満足させることはできなかった。つまり、ショットキー
障壁を低くして立ち上がり電圧を抑えようとすれば逆方
向電流が大きくなり、ショットキー障壁を高くして逆方
向電流を小さくしようとすれば立ち上がり電圧が大きく
なるという二律背反となって、立ち上がり電圧の低下と
逆方向電流の減少を同時に達成することができなかっ
た。
However, the disclosed method forms the Schottky electrode 56 by making the ratio of the contact areas of the two types of barrier metal layers 52 and 53 different, and an effective contact that can be actually implemented by this method. The area ratio is very limited. In addition, since the effective height of the Schottky barrier is merely controlled, the Schottky barrier diode 51 simultaneously satisfies all the basic characteristics such as a low forward rise voltage, a small reverse current, and a high breakdown voltage. I was not able to In other words, it is a trade-off that if the Schottky barrier is lowered to suppress the rising voltage, the reverse current becomes large, and if the Schottky barrier is raised to decrease the reverse current, the rising voltage becomes large. However, it was not possible to achieve a decrease in rising voltage and a decrease in reverse current at the same time.

【0006】また、出願人らは順方向の立ち上がり電圧
を低くすることを目的としてオーミックショットキー結
合型アノードダイオード(OSBD)なるものを開発
し、特許出願している。図示はしないが、このOSBD
は半導体基板上に設けたオーミック接触領域の周囲にシ
ョットキー接触領域を有するショットキー電極を有して
おり、このため順方向の立ち上がり電圧を理想的には0
V近くにはすることができるが、その反面、逆方向特性
が悪化してしまい、逆方向のリーク電流が増加するとい
う問題があり、それを抑えるためには複雑な構造を取り
入れなければならないなど、技術的な困難を伴ってい
た。
[0006] Further, the applicants have developed and patented an ohmic Schottky coupled anode diode (OSBD) for the purpose of lowering the forward rising voltage. Although not shown, this OSBD
Has a Schottky electrode having a Schottky contact region around the ohmic contact region provided on the semiconductor substrate. Therefore, the forward rising voltage is ideally 0.
Although it can be made close to V, on the other hand, there is a problem that the reverse direction characteristic is deteriorated and the reverse direction leakage current increases, and in order to suppress it, a complicated structure must be adopted. , With technical difficulties.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は叙上の従来例
の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とすると
ころは、順方向の立ち上がり電圧を低くするとともに逆
方向電流を少なくしたショットキーバリアダイオードを
提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the drawbacks of the above-mentioned conventional examples, and an object of the present invention is to reduce the forward rising voltage and the reverse current. It is to provide a Schottky barrier diode.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明のショットキーバ
リア半導体装置は、半導体基板の表面に突起部を形成
し、少なくとも前記突起部の頂面にショットキー障壁高
さの低い第1のショットキー金属領域を設けると共に前
記第1のショットキー金属領域の両側若しくは周囲にシ
ョットキー障壁高さの高い第2のショットキー金属領域
を設けて、半導体基板表面にショットキー電極を形成し
たことを特徴としている。
According to another aspect of the present invention, there is provided a Schottky barrier semiconductor device in which a projection is formed on a surface of a semiconductor substrate, and at least a top surface of the projection has a low Schottky barrier height. A second Schottky metal region having a high Schottky barrier height is provided on both sides or around the first Schottky metal region, and a Schottky electrode is formed on the surface of the semiconductor substrate. There is.

【0009】このとき、前記突起部の両側若しくは周囲
に傾斜面を形成することが好ましい。
At this time, it is preferable that inclined surfaces are formed on both sides or around the protrusion.

【0010】[0010]

【作用】本発明のショットキーバリア半導体装置にあっ
ては、ショットキー電極に順方向電圧が印加されている
時には、ショットキー電極の全体に広がっていた空乏層
が消失し、ショットキー電極から順方向電流が流れる。
この時、低い順方向電圧によってショットキー障壁の低
い第1のショットキー金属領域から広がる空乏層がまず
消失するので、第1のショットキー金属領域から流れる
順方向電流の流れる電流通路が確保され、順方向電圧特
性を向上させることができる。
In the Schottky barrier semiconductor device of the present invention, when the forward voltage is applied to the Schottky electrode, the depletion layer spread over the entire Schottky electrode disappears, and the Schottky electrode starts from the forward direction. Directional current flows.
At this time, since the depletion layer spreading from the first Schottky metal region having a low Schottky barrier disappears first due to the low forward voltage, a current path for the forward current flowing from the first Schottky metal region is secured, The forward voltage characteristic can be improved.

【0011】また、逆方向電圧が印加されている時に
は、第1のショットキー金属領域と第2のショットキー
金属領域からなるショットキー電極の下方全体に空乏層
が広がり、ショットキー電極へ流れる電流通路が空乏層
によって遮断され、逆方向電流が阻止される。特に、高
い逆方向電圧を印加されている時にあっては、ショット
キー障壁の低い第1のショットキー金属領域の耐電圧を
越えるまでに、ショットキー障壁の高い第2のショット
キー金属領域から広がった空乏層によって第1のショッ
トキー金属領域側に形成される電流通路が遮断されるの
で、高い逆方向電圧においても逆方向電流が阻止され、
逆方向電圧特性を向上させることができる。また、低い
逆方向電圧の間は第1のショットキー金属領域から広が
った空乏層によって逆方向電流が阻止され、逆方向のリ
ーク電流を少なくすることができる。
When a reverse voltage is applied, a depletion layer spreads under the Schottky electrode composed of the first Schottky metal region and the second Schottky metal region, and a current flowing to the Schottky electrode. The passage is blocked by the depletion layer and the reverse current is blocked. Particularly, when a high reverse voltage is applied, the voltage spreads from the second Schottky metal region having a high Schottky barrier until the withstand voltage of the first Schottky metal region having a low Schottky barrier is exceeded. Since the depletion layer blocks the current path formed on the first Schottky metal region side, the reverse current is blocked even at a high reverse voltage,
The reverse voltage characteristic can be improved. Further, during the low reverse voltage, the reverse current is blocked by the depletion layer spreading from the first Schottky metal region, and the reverse leakage current can be reduced.

【0012】このように、順方向電圧特性はショットキ
ー障壁の低い第1のショットキー金属領域によって定め
られ、逆方向電圧特性はショットキー障壁の高い第2の
ショットキー金属領域によって定められる。したがっ
て、本発明にあっては逆方向電圧特性と順方向電圧特性
の双方を同時に向上させることができ、スイッチング用
電源等の利用効率の向上に寄与することができる。
As described above, the forward voltage characteristic is determined by the first Schottky metal region having a low Schottky barrier, and the reverse voltage characteristic is determined by the second Schottky metal region having a high Schottky barrier. Therefore, in the present invention, both the reverse voltage characteristic and the forward voltage characteristic can be improved at the same time, which can contribute to the improvement of the utilization efficiency of the switching power supply and the like.

【0013】このとき、突起部の両側若しくは周囲に傾
斜面を形成すれば、第1のショットキー金属領域の下方
の電流通路が例えば錐台形状となり、電流通路断面積が
第1のショットキー金属領域の設けられている頂面の面
積より大きくなり、電流通路の電気抵抗が小さくなる。
At this time, if inclined surfaces are formed on both sides or the periphery of the protrusion, the current passage below the first Schottky metal region has, for example, a frustum shape, and the current passage cross-sectional area is the first Schottky metal. The area is larger than the area of the top surface, and the electric resistance of the current path is small.

【0014】[0014]

【実施例】図1に本発明の一実施例によるショットキー
バリアダイオード1を示す。図1(a)はショットキー
バリアダイオード1の平面図、図1(b)はその一部破
断した断面図であって、GaAs基板のような半導体基
板2の下面には全面にわたってオーミック接触によるオ
ーミック電極3が設けられている。半導体基板2の上面
には、一定ピッチ毎に多数の略台形状をした突起部4が
設けられている。突起部4の上面には水平な頂面5が形
成され、突起部4の外周域には斜め下りに傾斜面6が形
成されており、水平な頂面5と傾斜面6によって囲まれ
た突起部4の下方には平坦な格子状の基底部7が配置さ
れている。
1 shows a Schottky barrier diode 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view of the Schottky barrier diode 1, and FIG. 1B is a partially cutaway cross-sectional view of the Schottky barrier diode 1. The lower surface of a semiconductor substrate 2 such as a GaAs substrate is entirely ohmic-contacted by ohmic contact. An electrode 3 is provided. A large number of substantially trapezoidal protrusions 4 are provided on the upper surface of the semiconductor substrate 2 at regular intervals. A horizontal top surface 5 is formed on the upper surface of the protruding portion 4, and an inclined surface 6 is formed obliquely downward in the outer peripheral region of the protruding portion 4, and the protrusion surrounded by the horizontal top surface 5 and the inclined surface 6 is formed. Below the part 4, a flat lattice-shaped base part 7 is arranged.

【0015】水平な頂面5上にはショットキー障壁の低
い第1のショットキー金属膜8が設けられ、突起部4の
頂面5とショットキー接合されている。また、第1のシ
ョットキー金属膜8の上から半導体基板2の上面全体に
ショットキー障壁の高い第2のショットキー金属膜9が
形成され、第2のショットキー金属膜9は傾斜面6及び
基底部7で半導体基板2に格子状にショットキー接合さ
れている。この結果、第1のショットキー金属膜8と第
2のショットキー金属膜9は互いに導通されて、半導体
基板2上面全体にショットキー電極10が形成されてい
る。このとき、第1のショットキー金属膜8にアバラン
シェ降伏を引き起こすような逆方向電圧を印加した場合
には、第2のショットキー金属膜9から広がった第2の
空乏層12によって、オーミック電極3から第1のショ
ットキー金属膜8へ流れる電流通路が遮断されるよう
に、突起部4の大きさや位置、基底部7の幅などが設計
されている。
A first Schottky metal film 8 having a low Schottky barrier is provided on the horizontal top surface 5 and is in Schottky contact with the top surface 5 of the protrusion 4. Further, a second Schottky metal film 9 having a high Schottky barrier is formed on the entire upper surface of the semiconductor substrate 2 from above the first Schottky metal film 8, and the second Schottky metal film 9 forms the inclined surface 6 and The base portion 7 is Schottky-bonded to the semiconductor substrate 2 in a lattice shape. As a result, the first Schottky metal film 8 and the second Schottky metal film 9 are electrically connected to each other, and the Schottky electrode 10 is formed on the entire upper surface of the semiconductor substrate 2. At this time, when a reverse voltage that causes avalanche breakdown is applied to the first Schottky metal film 8, the ohmic electrode 3 is formed by the second depletion layer 12 spreading from the second Schottky metal film 9. The size and position of the protrusion 4, the width of the base 7 and the like are designed so that the current path flowing from to the first Schottky metal film 8 is blocked.

【0016】たとえば、このようなショットキーバリア
ダイオード1は次のようにして作製することができる。
まず、1×1018atoms/cm3以上の高濃度にドープされ
たn+GaAs半導体基板2上に、1×1014〜2×1
15atoms/cm3のn型ドープされた活性層13を10〜
20μmの厚さに形成する。リソグラフィー法によって
所望する位置に格子状にレジストをパターニングし、シ
ョットキー障壁の低い金属材料、例えば、Au−Geな
どによる第1のショットキー金属膜8を真空蒸着法によ
ってリフトオフする。その後、0.1〜0.5μm程度
にGaAs半導体基板2をエッチングして傾斜面6及び
基底部7を形成し、GaAs半導体基板2上面全面に斜
め真空蒸着法によって、ショットキー障壁の高い金属材
料、例えば、Pt−Niなどによる第2のショットキー
金属膜9を蒸着形成する。このとき、傾斜面6にも第2
のショットキー金属膜9を形成するようにする。その後
300〜400℃の熱処理を施して合金化してショット
キー電極10を形成する。最後に半導体基板2の裏面に
Au−Ge/Ni系のオーミック電極3を形成してショ
ットキーバリアダイオード1を作製することができる。
For example, such a Schottky barrier diode 1 can be manufactured as follows.
First, 1 × 10 14 to 2 × 1 is formed on an n + GaAs semiconductor substrate 2 which is highly doped with 1 × 10 18 atoms / cm 3 or more.
The n-type active layer 13 of 0 15 atoms / cm 3
It is formed to a thickness of 20 μm. The resist is patterned in a lattice pattern at a desired position by a lithography method, and the first Schottky metal film 8 made of a metal material having a low Schottky barrier, such as Au-Ge, is lifted off by a vacuum evaporation method. Then, the GaAs semiconductor substrate 2 is etched to a thickness of about 0.1 to 0.5 μm to form the inclined surface 6 and the base portion 7, and a metal material having a high Schottky barrier is formed on the entire upper surface of the GaAs semiconductor substrate 2 by oblique vacuum deposition. , A second Schottky metal film 9 of Pt-Ni or the like is formed by vapor deposition. At this time, the inclined surface 6 also has a second
The Schottky metal film 9 is formed. After that, heat treatment is performed at 300 to 400 ° C. to alloy them to form the Schottky electrode 10. Finally, the Au—Ge / Ni-based ohmic electrode 3 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 2 to manufacture the Schottky barrier diode 1.

【0017】しかして、このようにして作製されたショ
ットキーバリアダイオード1においては、ショットキー
電極10とオーミック電極3との間に第1のショットキ
ー金属膜8の順方向立ち上がり電圧Vf1以上の順方向
電圧Vs(すなわち、Vf1<Vs)を印加すると、図
2(a)に示すように第1のショットキー金属膜8から
突起部4に向って広がっている第1の空乏層11が消失
し、また第2のショットキー金属膜9から広がっている
第2の空乏層12は小さくなっているので、第1のショ
ットキー金属膜8からオーミック電極3への電流通路が
開き、ショットキー電極10とオーミック電極3との間
に順方向電流が流れる。しかも、突起部4の第1のショ
ットキー金属膜8のショットキー障壁は低いので、小さ
な順方向電流電圧でも順方向電流を流すことができ、良
好な順方向電圧特性を得ることができる。
Thus, in the Schottky barrier diode 1 thus manufactured, the forward voltage Vf1 or higher between the Schottky electrode 10 and the ohmic electrode 3 is equal to or higher than the forward rising voltage Vf1 of the first Schottky metal film 8. When the directional voltage Vs (that is, Vf1 <Vs) is applied, the first depletion layer 11 spreading from the first Schottky metal film 8 toward the protrusion 4 disappears as shown in FIG. 2A. Since the second depletion layer 12 extending from the second Schottky metal film 9 is small, the current path from the first Schottky metal film 8 to the ohmic electrode 3 is opened, and the Schottky electrode 10 is opened. A forward current flows between the ohmic electrode 3 and the ohmic electrode 3. Moreover, since the Schottky barrier of the first Schottky metal film 8 of the protrusion 4 is low, a forward current can flow even with a small forward current voltage, and good forward voltage characteristics can be obtained.

【0018】これに対し、ショットキー電極10とオー
ミック電極3との間に逆方向電圧を印加した場合には、
図2(b)に示すように低い逆方向電圧の時、より具体
的には第1のショットキー金属膜8の耐圧BV1よりも
小さい逆方向電圧Vsの間(すなわち、BV1<Vs<
Vf1)は、第1のショットキー金属膜8から突起部4
に向って広がった第1の空乏層11によって突起部4内
の電流通路が遮断され、逆方向のリーク電流はほとんど
流れない。また、さらに逆方向電圧を大きくしていく
と、図2(c)に示すように第2のショットキー金属膜
9から第2の空乏層11が突起部4下方に大きく広が
り、第1のショットキー金属膜8の耐圧付近では、第2
の空乏層12によって突起部4内の電流通路は確実に遮
断される。この結果、第1のショットキー金属膜8の耐
圧を越える逆方向電圧を印加しても(BV2<Vs<B
V1)、ショットキー電極10とオーミック電極3との
間に逆方向電流は流れない。しかも、逆方向電流は第2
のショットキー金属膜9の耐圧BV2を越えるまでは流
れることがないので、大きな逆方向電圧を印加すること
ができ、良好な逆方向電圧特性を得ることができる。
On the other hand, when a reverse voltage is applied between the Schottky electrode 10 and the ohmic electrode 3,
As shown in FIG. 2B, when the reverse voltage is low, more specifically, during the reverse voltage Vs smaller than the breakdown voltage BV1 of the first Schottky metal film 8 (that is, BV1 <Vs <
Vf1) is from the first Schottky metal film 8 to the protrusion 4
The current path in the protrusion 4 is blocked by the first depletion layer 11 that spreads toward, and almost no leak current flows in the reverse direction. Further, when the reverse voltage is further increased, the second depletion layer 11 spreads from the second Schottky metal film 9 to the lower side of the protrusion 4 as shown in FIG. In the vicinity of the withstand voltage of the key metal film 8, the second
The depletion layer 12 surely blocks the current path in the protrusion 4. As a result, even if a reverse voltage exceeding the breakdown voltage of the first Schottky metal film 8 is applied (BV2 <Vs <B
V1), no reverse current flows between the Schottky electrode 10 and the ohmic electrode 3. Moreover, the reverse current is the second
Since the current does not flow until the withstand voltage BV2 of the Schottky metal film 9 is exceeded, a large reverse voltage can be applied and good reverse voltage characteristics can be obtained.

【0019】また、電流通路となる突起部4が逆台形状
をしているので、幅の狭い上部が第2の空乏層12によ
って確実に遮断され、一方、突起部4の幅が下部で広く
なっているので、ショットキー電極10とオーミック電
極3との間の内部抵抗が小さくなっている。
Further, since the protrusion 4 serving as a current path has an inverted trapezoidal shape, the narrow upper portion is surely blocked by the second depletion layer 12, while the protrusion 4 is wide at the lower portion. Therefore, the internal resistance between the Schottky electrode 10 and the ohmic electrode 3 is small.

【0020】図3には本発明によるショットキーバリア
ダイオード1の電気的特性の一例を示す。ショットキー
バリアダイオード1の順方向電流電圧特性を図3(a)
に示すが、順方向の立ち上がり電圧は実線イに示すよう
に、約0.2V程度まで低くすることができた。これ
は、ショットキー障壁の低い第1のショットキー金属膜
のみでショットキー電極を作製した場合(破線ロ)の立
ち上がり電圧に等しく、またショットキー障壁の高い第
2のショットキー金属膜のみでショットキー電極を作製
した場合(破線ハ)の立ち上がり電圧(約0.7V)に
比べて低いものとなった。また、逆方向電流電圧特性を
図3(b)に示すが、実線ニに示すようにショットキー
バリアダイオード1の耐圧は約180V程度まで高くす
ることができ、これは、第1のショットキー金属膜のみ
でショットキー電極を作製した場合(破線ホ)の耐圧よ
りもずいぶんと大きく、第2のショットキー金属膜のみ
でショットキー電極を作製した場合(破線ヘ)の耐圧と
等しい値であった。また、逆方向のリーク電流を見て
も、第1のショットキー金属膜のみでショットキー電極
を作製した場合(破線ホ)よりも少なく、一定以上の電
圧(約90V)以上では第2のショットキー金属膜のみ
でショットキー電極を作製した場合(破線ヘ)と同程度
に減少している。
FIG. 3 shows an example of electrical characteristics of the Schottky barrier diode 1 according to the present invention. The forward current-voltage characteristic of the Schottky barrier diode 1 is shown in FIG.
As shown by the solid line (a), the forward rising voltage could be lowered to about 0.2 V. This is equal to the rising voltage when the Schottky electrode is formed only by the first Schottky metal film having a low Schottky barrier (broken line B), and shot only by the second Schottky metal film having a high Schottky barrier. It was lower than the rising voltage (about 0.7 V) when the key electrode was manufactured (broken line C). The reverse current-voltage characteristic is shown in FIG. 3B. As shown by the solid line D, the breakdown voltage of the Schottky barrier diode 1 can be increased up to about 180 V, which is the first Schottky metal. It is much higher than the breakdown voltage when the Schottky electrode is formed only by the film (broken line E), and is the same as the breakdown voltage when the Schottky electrode is formed only by the second Schottky metal film (broken line F). . Also, the leakage current in the reverse direction is smaller than that in the case where the Schottky electrode is formed only by the first Schottky metal film (broken line E), and the second shot is generated when the voltage is equal to or higher than a certain voltage (about 90 V). The value is reduced to the same level as when the Schottky electrode is made of only the key metal film (dashed line F).

【0021】このように本発明によるショットキーバリ
アダイオード1にあっては、逆方向の耐圧及びリーク電
流を従来の特性に維持したままで順方向電圧を低くする
ことができ、特に10MHzから20MHz程度の高速
で動作する高速スイッチング電源用のダイオードとして
好ましく、このようなショットキーバリアダイオード1
を用いることによってスイッチング電源の変換効率の向
上などに寄与することができる。
As described above, in the Schottky barrier diode 1 according to the present invention, the forward voltage can be lowered while maintaining the reverse withstand voltage and the leak current at the conventional characteristics, and particularly, about 10 MHz to 20 MHz. Is preferable as a diode for a high speed switching power supply that operates at high speed, and such a Schottky barrier diode 1
By using, it is possible to contribute to the improvement of the conversion efficiency of the switching power supply.

【0022】図4に示すものは本発明の別な実施例であ
るショットキーバリアダイオード21における動作説明
図であって、このショットキーバリアダイオード21は
半導体基板2の基底部7から傾斜面6にかけて、ショッ
トキー障壁の高い第2のショットキー金属膜9が格子状
に設けられている。また、第2のショットキー金属膜9
の上面から半導体基板2の上面全体にわたってショット
キー障壁の低い第1のショットキー金属膜8が形成さ
れ、第1のショットキー金属膜8は傾斜面6及び頂面5
で突起部4にショットキー接合されている。この結果、
第1のショットキー金属膜8と第2のショットキー金属
膜9は互いに導通されて、半導体基板2の上面全体にシ
ョットキー電極10が形成されている。もちろん、本実
施例にあっても、第1のショットキー金属膜8にアバラ
ンシェ降伏を引き起こすような逆方向電圧を印加した場
合には、第2のショットキー金属膜9から広がった第2
の空乏層12によって、オーミック電極3から第1のシ
ョットキー金属膜8へ流れる電流通路が遮断されるよう
に、突起部4の大きさや位置、第2のショットキー金属
膜9の領域などが設計されている。
FIG. 4 is an operation explanatory view of a Schottky barrier diode 21 which is another embodiment of the present invention. The Schottky barrier diode 21 extends from the base portion 7 of the semiconductor substrate 2 to the inclined surface 6. , A second Schottky metal film 9 having a high Schottky barrier is provided in a grid pattern. In addition, the second Schottky metal film 9
A first Schottky metal film 8 having a low Schottky barrier is formed over the entire upper surface of the semiconductor substrate 2 and the upper surface of the semiconductor substrate 2, and the first Schottky metal film 8 includes the inclined surface 6 and the top surface 5.
Is Schottky bonded to the protrusion 4. As a result,
The first Schottky metal film 8 and the second Schottky metal film 9 are electrically connected to each other, and the Schottky electrode 10 is formed on the entire upper surface of the semiconductor substrate 2. Of course, also in this embodiment, when a reverse voltage that causes avalanche breakdown is applied to the first Schottky metal film 8, the second Schottky metal film 9 spreads from the second Schottky metal film 9.
The size and position of the protrusion 4 and the region of the second Schottky metal film 9 are designed so that the current path flowing from the ohmic electrode 3 to the first Schottky metal film 8 is blocked by the depletion layer 12 of FIG. Has been done.

【0023】このショットキーバリアダイオード21
は、例えば次のようにして作製することができる。ま
ず、1×1018atoms/cm3以上の高濃度にドープされた
+GaAs半導体基板2上に1×1014〜2×1015a
toms/cm3のn型ドープされた活性層を10〜20μmの
厚さに形成する。リソグラフィー法によって所望する位
置に格子状にレジストをパターニングした後、真空蒸着
法やスパッタ法によってショットキー障壁の高いPt−
Niなどによる第2のショットキー金属膜9を基底部7
及び傾斜面6に形成して約400℃で合金化する。次
に、半導体基板2上面全面にショットキー障壁の低いA
u−Geを蒸着して第1のショットキー金属膜8を形成
し、約300℃1時間程度の熱処理を行なってショット
キー電極10を形成する。さらに、ワイヤーボンディン
グやハンダ付けを容易に行なえるように、ショットキー
電極10全面に、Ti/Ni/Auからなる上面電極
(図示せず)を形成する。最後に半導体基板2の裏面に
Au−Ge/Ni系のオーミック電極3を形成してショ
ットキーバリアダイオード21を作製することができ
る。
This Schottky barrier diode 21
Can be produced, for example, as follows. First, 1 × 10 14 to 2 × 10 15 a is formed on an n + GaAs semiconductor substrate 2 which is highly doped with 1 × 10 18 atoms / cm 3 or more.
An n-type doped active layer of toms / cm 3 is formed to a thickness of 10 to 20 μm. After patterning the resist in a grid pattern at a desired position by a lithography method, Pt- having a high Schottky barrier is formed by a vacuum deposition method or a sputtering method.
The second Schottky metal film 9 made of Ni or the like is formed on the base portion 7.
And formed on the inclined surface 6 and alloyed at about 400 ° C. Next, A having a low Schottky barrier is formed on the entire upper surface of the semiconductor substrate 2.
u-Ge is vapor-deposited to form the first Schottky metal film 8, and heat treatment is performed at about 300 ° C. for about 1 hour to form the Schottky electrode 10. Further, an upper surface electrode (not shown) made of Ti / Ni / Au is formed on the entire surface of the Schottky electrode 10 so that wire bonding and soldering can be easily performed. Finally, the Au—Ge / Ni-based ohmic electrode 3 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 2 to manufacture the Schottky barrier diode 21.

【0024】しかして、ショットキー電極10とオーミ
ック電極3との間に第1のショットキー金属膜8の順方
向立ち上がり電圧Vf1以上の順方向電圧Vs(すなわ
ち、Vf1<Vs)を印加すると、図4(a)に示すよ
うに第1のショットキー金属膜8から突起部4に向って
広がっている第1の空乏層11は消失し、第2のショッ
トキー金属膜9から広がっている第2の空乏層12は小
さくなって、第1のショットキー金属膜8からの電流通
路が開き、低い順方向電圧によってショットキー電極1
0とオーミック電極3との間に順方向電流が流れる。こ
れに対し、ショットキー電極10とオーミック電極3と
の間に、第1のショットキー電極膜8の耐圧BV1より
も小さい逆方向電圧Vsを印加した(BV1<Vs<V
f1)場合には、図4(b)に示すように、第1のショ
ットキー金属膜8から突起部4に向って広がった第1の
空乏層11によって突起部4内の電流通路が遮断され、
逆方向のリーク電流はほとんど流れない。また、さらに
逆方向電圧を高くしていくと、図4(c)に示すように
第2のショットキー金属膜9から突起部4下方に向って
第2の空乏層12が広がり、第1のショットキー金属膜
8の耐圧BV1を超えても(BV2<Vs<BV1)、
第2のショットキー金属膜9から広がった第2の空乏層
12によって突起部4内の電流通路は確実に遮断され
る。この結果、ショットキー電極10とオーミック電極
3との間に逆方向電流が流れることはなくなる。しか
も、第1の実施例と同様に、第2のショットキー金属膜
9のショットキー障壁は高いので、高い逆方向電圧を印
加しても逆方向電流は流れることはなく、ショットキー
バリアダイオード21の逆方向の耐圧を大きくすること
ができる。
Therefore, when a forward voltage Vs (that is, Vf1 <Vs) which is equal to or higher than the forward rising voltage Vf1 of the first Schottky metal film 8 is applied between the Schottky electrode 10 and the ohmic electrode 3, As shown in FIG. 4A, the first depletion layer 11 spreading from the first Schottky metal film 8 toward the protrusion 4 disappears and the second depletion layer 11 spreading from the second Schottky metal film 9 disappears. The depletion layer 12 of the Schottky electrode 1 becomes smaller, the current path from the first Schottky metal film 8 is opened, and the Schottky electrode 1 is formed by the low forward voltage.
A forward current flows between 0 and the ohmic electrode 3. On the other hand, a reverse voltage Vs smaller than the withstand voltage BV1 of the first Schottky electrode film 8 is applied between the Schottky electrode 10 and the ohmic electrode 3 (BV1 <Vs <V
In the case of f1), as shown in FIG. 4B, the first depletion layer 11 spreading from the first Schottky metal film 8 toward the protrusion 4 blocks the current passage in the protrusion 4. ,
Almost no leak current flows in the reverse direction. Further, as the reverse voltage is further increased, the second depletion layer 12 spreads downward from the second Schottky metal film 9 toward the lower portion of the protrusion 4 as shown in FIG. Even if the breakdown voltage BV1 of the Schottky metal film 8 is exceeded (BV2 <Vs <BV1),
The second depletion layer 12 extending from the second Schottky metal film 9 surely blocks the current path in the protrusion 4. As a result, no reverse current flows between the Schottky electrode 10 and the ohmic electrode 3. Moreover, as in the first embodiment, since the Schottky barrier of the second Schottky metal film 9 is high, the reverse current does not flow even if a high reverse voltage is applied, and the Schottky barrier diode 21. The reverse breakdown voltage can be increased.

【0025】このとき、第2のショットキー金属膜9は
突起部4下方の傾斜面6にかかるようにして設けられて
いるので、容易に突起部4の幅の狭い上部で第2の空乏
層によって電流通路は確実に遮断される。一方、突起部
4の幅が下部で広くなっているので、ショットキー電極
10とオーミック電極3との間の内部抵抗が小さくなっ
ている。
At this time, since the second Schottky metal film 9 is provided so as to cover the inclined surface 6 below the protrusion 4, the second depletion layer is easily formed on the upper portion of the protrusion 4 where the width is narrow. The current path is reliably cut off by this. On the other hand, since the width of the protrusion 4 is wide at the lower portion, the internal resistance between the Schottky electrode 10 and the ohmic electrode 3 is small.

【0026】図5は本発明のさらに別な実施例であるシ
ョットキーバリアダイオード31を示す平面図である。
ショットキー障壁の低い第1のショットキー金属膜8は
必ずしも島状に設ける必要もなく、図5に示すように細
長い形状、例えば短冊状等の形状としてもよい。
FIG. 5 is a plan view showing a Schottky barrier diode 31 which is still another embodiment of the present invention.
The first Schottky metal film 8 having a low Schottky barrier does not necessarily have to be provided in an island shape, and may have an elongated shape such as a strip shape as shown in FIG.

【0027】[0027]

【発明の効果】本発明にあっては、低い順方向電圧によ
って順方向電流を得ることができるとともに、高い逆方
向電圧によっても逆方向電流を阻止することができ、順
方向電圧特性と逆方向電圧特性を同時に向上させること
ができる。また、逆方向電圧を印加した場合には、逆方
向のリーク電流を少なくすることができる。
According to the present invention, a forward current can be obtained with a low forward voltage, and a reverse current can be blocked with a high reverse voltage. The voltage characteristics can be improved at the same time. Further, when the reverse voltage is applied, the leak current in the reverse direction can be reduced.

【0028】このとき、突起部の両側若しくは周囲に傾
斜面を形成すれば、第1のショットキー金属領域の下方
の電流通路が例えば錐台形状となり、電流通路の電気抵
抗を小さくすることができる。
At this time, if inclined surfaces are formed on both sides or the periphery of the protrusion, the current passage below the first Schottky metal region has, for example, a frustum shape, and the electric resistance of the current passage can be reduced. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】(a)(b)はそれぞれ、本発明の一実施例で
あるショットキーバリア半導体装置を示す平面図及び断
面図である。
1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view, respectively, showing a Schottky barrier semiconductor device which is an embodiment of the present invention.

【図2】(a)(b)(c)は、同上のショットキーバ
リア半導体装置における動作説明図である。
2A, 2B, and 2C are operation explanatory diagrams in the Schottky barrier semiconductor device of the above.

【図3】(a)は同上のショットキーバリア半導体装置
における順方向電流電圧特性を示す図、(b)は同上の
ショットキーバリア半導体装置における逆方向電流電圧
特性を示す図である。
FIG. 3A is a diagram showing a forward current-voltage characteristic in the Schottky barrier semiconductor device of the above, and FIG. 3B is a diagram showing a reverse current-voltage characteristic of the Schottky barrier semiconductor device in the same.

【図4】(a)(b)(c)は、本発明の別な実施例あ
るショットキーバリア半導体装置における動作説明図で
ある。
4A, 4B, and 4C are operation explanatory views of a Schottky barrier semiconductor device according to another embodiment of the present invention.

【図5】本発明のさらに別な実施例であるショットキー
バリア半導体装置を示す平面図である。
FIG. 5 is a plan view showing a Schottky barrier semiconductor device which is still another embodiment of the present invention.

【図6】(a)(b)はそれぞれ、従来例であるショッ
トキーバリアダイオードを示す平面図及び断面図であ
る。
6A and 6B are a plan view and a cross-sectional view showing a conventional Schottky barrier diode, respectively.

【図7】同上のショットキーバリアダイオードを示す一
部破断した断面図である。
FIG. 7 is a partially cutaway sectional view showing the Schottky barrier diode of the above.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 半導体基板 4 突起部 6 傾斜面 7 基底部 8 第1のショットキーバリア金属膜 9 第2のショットキーバリア金属膜 11 第1の空乏層 12 第2の空乏層 2 Semiconductor Substrate 4 Projection 6 Slope 7 Base 8 First Schottky Barrier Metal Film 9 Second Schottky Barrier Metal Film 11 First Depletion Layer 12 Second Depletion Layer

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の表面に突起部を形成し、少
なくとも前記突起部の頂面にショットキー障壁の低い第
1のショットキー金属領域を設けると共に前記第1のシ
ョットキー金属領域の両側若しくは周囲にショットキー
障壁の高い第2のショットキー金属領域を設けて、半導
体基板表面にショットキー電極を形成したことを特徴と
するショットキーバリア半導体装置。
1. A protrusion is formed on a surface of a semiconductor substrate, a first Schottky metal region having a low Schottky barrier is provided on at least a top surface of the protrusion, and both sides of the first Schottky metal region or A Schottky barrier semiconductor device, wherein a second Schottky metal region having a high Schottky barrier is provided in the periphery to form a Schottky electrode on the surface of the semiconductor substrate.
【請求項2】 前記突起部の両側若しくは周囲に傾斜面
を形成したことを特徴とする請求項1に記載のショット
キーバリア半導体装置。
2. The Schottky barrier semiconductor device according to claim 1, wherein inclined surfaces are formed on both sides or the periphery of the protrusion.
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