JP6966740B2 - ショットキーバリアダイオード - Google Patents
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Description
本発明はショットキーバリアダイオードに関し、特に、酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードに関する。
ショットキーバリアダイオードは、金属と半導体の接合によって生じるショットキー障壁を利用した整流素子であり、ＰＮ接合を有する通常のダイオードに比べて順方向電圧が低く、且つ、スイッチング速度が速いという特徴を有している。このため、ショットキーバリアダイオードはパワーデバイス用のスイッチング素子として利用されることがある。
ショットキーバリアダイオードをパワーデバイス用のスイッチング素子として用いる場合、十分な逆方向耐圧を確保する必要があることから、シリコン（Ｓｉ）の代わりに、よりバンドギャップの大きい炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）などが用いられることがある。中でも、酸化ガリウムは、バンドギャップが４．８〜４．９ｅＶと非常に大きく、絶縁破壊電界も７〜８ＭＶ／ｃｍと大きいことから、酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードは、パワーデバイス用のスイッチング素子として非常に有望である。酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードの例は、特許文献１〜３に記載されている。
特許文献１には、フィールドプレート構造を有するショットキーバリアダイオードが開示されている。また、特許文献２に記載されたショットキーバリアダイオードは、平面視でアノード電極と重なる位置に複数のトレンチを設け、トレンチの内壁を絶縁膜で覆った構造を有している。かかる構造により、逆方向電圧が印加されるとトレンチ間に位置するメサ領域が空乏層となるため、ドリフト層のチャネル領域がピンチオフされる。これにより、逆方向電圧が印加された場合のリーク電流を大幅に抑制することができる。
特許文献３に記載されたショットキーバリアダイオードは、窒化物層を介してドリフト層の表面を覆うｐ型酸化物半導体層を設けることにより、ドリフト層に空乏層を形成し、これにより逆方向電圧が印加された場合の耐圧を向上させている。
しかしながら、特許文献１及び２に記載されたショットキーバリアダイオードは、アノード電極の端部に電界が集中するため、高電圧を印加するとこの部分において絶縁破壊を起こしてしまう。また、特許文献２に記載されたショットキーバリアダイオードにおいては、端部に位置するトレンチのエッジ部分にも電界が集中し、この部分において絶縁破壊を起こす可能性がある。
特許文献３に記載されたショットキーバリアダイオードは、ドリフト層の表面をｐ型酸化物半導体層によって覆うことにより電界を緩和しているが、ｐ型酸化物半導体層の端部と重なる位置において、ドリフト層に電界が集中することから、この部分において絶縁破壊を起こす可能性がある。
したがって、本発明は、酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードであって、電界集中による絶縁破壊が生じにくいショットキーバリアダイオードを提供することを目的とする。
本発明によるショットキーバリアダイオードは、酸化ガリウムからなる半導体基板と、半導体基板上に設けられた酸化ガリウムからなるドリフト層と、ドリフト層とショットキー接触するアノード電極と、半導体基板とオーミック接触するカソード電極と、ドリフト層上に設けられ、平面視でアノード電極を囲む絶縁層と、アノード電極と絶縁層の間に位置するドリフト層の表面、並びに、絶縁層上に設けられた、ドリフト層と逆導電型の半導体層とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、ドリフト層の表面が逆導電型の半導体層で覆われていることから、逆方向電圧を印加した場合に、ドリフト層のうち逆導電型の半導体層で覆われた部分に空乏層が広がる。これにより、アノード電極の角部における電界集中が緩和される。しかも、半導体層の一部が絶縁層上に乗り上げた、いわゆるフィールドプレート構造を有していることから、半導体層の端部に集中する電界も緩和される。これにより、逆方向電圧による絶縁破壊が生じにくいショットキーバリアダイオードを提供することが可能となる。
本発明において、半導体層は酸化物半導体材料からなるものであっても構わない。これによれば、酸化による半導体層の特性変化を防止することができる。
本発明において、アノード電極と半導体層が重なりを有していても構わない。これによれば、アノード電極の角部における電界集中をより効果的に緩和することが可能となる。
本発明において、ドリフト層は平面視でアノード電極と重なる位置に設けられた複数の中心トレンチをさらに有していても構わない。この場合、複数の中心トレンチの内壁は絶縁膜で覆われていても構わない。これによれば、逆方向電圧が印加されると中心トレンチ間に位置するメサ領域が空乏層となり、ドリフト層のチャネル領域がピンチオフされることから、逆方向電圧が印加された場合のリーク電流を大幅に抑制することができる。
このように、本発明によれば、電界集中による絶縁破壊が生じにくい酸化ガリウムを用いたショットキーバリアダイオードを提供することが可能となる。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１００の構成を示す模式的な上面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った模式的な断面図である。
図１は、本発明の第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１００の構成を示す模式的な上面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った模式的な断面図である。
図１及び図２に示すように、本実施形態によるショットキーバリアダイオード１００は、いずれも酸化ガリウム（β−Ｇａ２Ｏ３）からなる半導体基板２０及びドリフト層３０を備える。半導体基板２０及びドリフト層３０には、ｎ型ドーパントとしてシリコン（Ｓｉ）又はスズ（Ｓｎ）が導入されている。ドーパントの濃度は、ドリフト層３０よりも半導体基板２０の方が高く、これにより半導体基板２０はｎ＋層、ドリフト層３０はｎ−層として機能する。
半導体基板２０は、融液成長法などを用いて形成されたバルク結晶を切断加工したものであり、その厚み（Ｚ方向における高さ）は２５０μｍ程度である。半導体基板２０の平面サイズについては特に限定されないが、一般的に素子に流す電流量に応じて選択することになり、順方向の最大電流量が２０Ａ程度であれば、Ｘ方向における幅及びＹ方向における幅を２．４ｍｍ程度とすればよい。
半導体基板２０は、実装時において上面側に位置する上面２１と、上面２１の反対側であって、実装時において下面側に位置する裏面２２を有する。上面２１の全面にはドリフト層３０が形成されている。ドリフト層３０は、半導体基板２０の上面２１に反応性スパッタリング、ＰＬＤ法、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法などを用いて酸化ガリウムをエピタキシャル成長させた薄膜である。ドリフト層３０の膜厚については特に限定されないが、一般的に素子の逆方向耐電圧に応じて選択することになり、６００Ｖ程度の耐圧を確保するためには、例えば７μｍ程度とすればよい。
ドリフト層３０の上面３１には、ドリフト層３０とショットキー接触するアノード電極４０が形成されている。アノード電極４０は、例えば白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属からなる。アノード電極４０は、異なる金属膜を積層した多層構造、例えば、Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｔ／Ａｌ、Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｌ、Ｐｔ／Ｔｉ／ＡｕまたはＰｄ／Ｔｉ／Ａｕであっても構わない。一方、半導体基板２０の裏面２２には、半導体基板２０とオーミック接触するカソード電極５０が設けられる。カソード電極５０は、例えばチタン（Ｔｉ）等の金属からなる。カソード電極５０は、異なる金属膜を積層した多層構造、例えば、Ｔｉ／ＡｕまたはＴｉ／Ａｌであっても構わない。
さらに、ドリフト層３０の上面３１には、平面視で（Ｚ方向から見て）アノード電極４０と重ならない位置であって、アノード電極４０を囲む位置に絶縁層８０が設けられている。絶縁層８０の材料としては、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２などを用いることができ、できるだけ絶縁耐圧及び比誘電率の高い材料を選択することが好ましい。但し、多くの場合、絶縁体材料の絶縁耐圧と比誘電率はトレードオフの関係にある。絶縁層８０の厚みは、薄いほどドリフト層３０に印加される電界の分散効果が高くなる一方、薄すぎると絶縁層８０自体に印加される電界が強くなるため、これらを考慮して設計することが好ましい。具体的には、絶縁層８０の厚みを６００ｎｍ〜８００ｎｍ程度とすることが好ましい。
アノード電極４０と絶縁層８０の間に位置するドリフト層３０の表面は、ドリフト層３０と逆導電型の半導体層７０で覆われている。ドリフト層３０と半導体層７０は、絶縁膜などを介することなく、直接接触していても構わないし、ドリフト層３０と半導体層７０の間に絶縁膜などが介在していても構わない。半導体層７０の一部は、絶縁層８０の内周エッジを超えて絶縁層８０の上面８１に乗り上げており、これによりいわゆるフィールドプレート構造が実現されている。ドリフト層３０の導電型はｎ型であることから、半導体層７０としてはｐ型の半導体材料を用いる必要がある。ｐ型の半導体材料としては、Ｓｉ，ＧａＡｓ，ＳｉＣ，Ｇｅ，ＺｎＳｅ，ＣｄＳ，ＩｎＰ，ＳｉＧｅなどの他、ＮｉＯ，Ｃｕ２Ｏ、Ａｇ２Ｏなどのｐ型酸化物半導体を挙げることができる。ｐ型酸化物半導体は酸化の問題がないという利点があり、中でも、ＮｉＯはｐ型導電性だけを示す特殊な材料であり、品質の安定化の観点から最も好ましい材料である。また、ＮｉＯはバンドギャップが３．７ｅＶと大きいことから、酸化ガリウムの高耐圧を生かす材料として望ましい。さらに、アクセプタ濃度を制御するため、ＮｉＯ（９９．９％）に対して０．２〜１．０ｍｏｌ％程度のＬｉやＬａをドーパントとして添加しても構わない。アクセプタ濃度は５×１０１７ｃｍ−３以上であることが好ましく、製造安定性の面からは５×１０１８ｃｍ−３以上であることがより好ましい。これは、アクセプタ濃度が低いと半導体層７０の内部が空乏化してしまい、所望の機能が得られない恐れがあるからである。このため、アクセプタ濃度は高いほど好ましい。しかしながら、アクセプタ濃度が１×１０２２ｃｍ−３を超えると膜の特性が劣化する恐れがあるため、５×１０２１ｃｍ−３程度以下であることが好ましい。半導体層７０は、フローティング状態であっても構わないし、アノード電極４０と接していても構わない。半導体層７０の表面は、ＳｉＯ２などからなるパッシベーション膜で覆われていることが好ましい。
ここで、半導体層７０を構成するｐ型酸化物が完全なアモルファス状態であると、デバイス製造中の加熱工程において意図せず結晶化してしまい、特性が不安定となるおそれがある。この点を考慮すれば、ドリフト層３０上にｐ型酸化物を成膜した時点で、例えば体積比で５０％程度結晶化させておくことにより、デバイス製造中の加熱工程における結晶化の影響を低減することができる。
半導体層７０は、ドリフト層３０と逆導電型であることから、ポテンシャル差によって、ドリフト層３０のうち半導体層７０で覆われた部分に空乏層が広がる。これにより、アノード電極４０とカソード電極５０の間に逆方向電圧が印加された場合に、アノード電極４０の端部に集中する電界が緩和される。アノード電極４０の端部に集中する電界は、アノード電極４０と半導体層７０の間の隙間が小さいほどより効果的に緩和されるため、両者は接触していることが好ましい。ここで、アノード電極４０の外周エッジと半導体層７０の内周エッジを完全に一致させることが困難である場合には、図３に示す第１の変形例によるショットキーバリアダイオード１００ａのように、アノード電極４０の外周エッジを覆うよう、半導体層７０の一部をアノード電極４０上に形成しても構わないし、図４に示す第２の変形例によるショットキーバリアダイオード１００ｂのように、半導体層７０の内周エッジを覆うよう、アノード電極４０の一部を半導体層７０上に形成しても構わない。これらによれば、アノード電極４０と半導体層７０に重なりが生じることから、アノード電極４０と半導体層７０を確実に接触させることが可能となる。
但し、本発明において、アノード電極４０と半導体層７０を接触させることは必須でなく、図５に示す第３の変形例によるショットキーバリアダイオード１００ｃのように、アノード電極４０の外周エッジと半導体層７０の内周エッジの間にギャップＧ１が存在していても構わない。アノード電極４０の端部に集中する電界は、ギャップＧ１が大きくなるほど強くなることから、ギャップＧ１はできるだけ狭いことが好ましい。
このように、半導体層７０を設けることによってアノード電極４０の端部に集中する電界が緩和されるが、半導体層７０を設けると、その外周エッジに電界が集中する。しかしながら、半導体層７０の外周エッジは絶縁層８０上に位置していることから、半導体層７０の外周エッジに集中する電界は、絶縁層８０によって緩和される。このように、本実施形態においては、アノード電極４０の端部に集中する電界が半導体層７０によって緩和されるとともに、半導体層７０の外周エッジに集中する電界が絶縁層８０によって緩和されることから、逆方向電圧が印加された場合に絶縁破壊を防止することが可能となる。
また、半導体層７０が完全な連続膜である必要はなく、図６に示す第４の変形例によるショットキーバリアダイオード１００ｄのように、半導体層７０に設けられたスリットや切り欠きからドリフト層３０が部分的に露出していても構わないし、図７に示す第５の変形例によるショットキーバリアダイオード１００ｅのように、半導体層７０に設けられたスリットや切り欠きから絶縁層８０が部分的に露出していても構わない。但し、半導体層７０にスリットや切り欠きなどが存在すると、この部分に電界が集中することから、スリットや切り欠きからなるギャップＧ２，Ｇ３はできるだけ狭いことが好ましい。
以上説明したように、本実施形態によるショットキーバリアダイオード１００は、アノード電極４０と絶縁層８０の間に位置するドリフト層３０の表面がドリフト層３０と逆導電型の半導体層７０で覆われていることから、アノード電極４０の端部に集中する電界が半導体層７０によって広がる空乏層によって緩和されるとともに、半導体層７０が絶縁層８０に乗り上げたフィールドプレート構造を有していることから、半導体層７０の外周エッジに集中する電界も緩和される。これにより、電界集中による絶縁破壊を防止することが可能となる。
＜第２の実施形態＞
図８は、本発明の第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード２００の構成を示す模式的な断面図である。
図８は、本発明の第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード２００の構成を示す模式的な断面図である。
図８に示すように、第２の実施形態によるショットキーバリアダイオード２００においては、ドリフト層３０に複数の中心トレンチ６０が設けられている。中心トレンチ６０は、いずれも平面視でアノード電極４０と重なる位置に設けられており、その内壁はＨｆＯ２などからなる絶縁膜６１で覆われている。中心トレンチ６０の内部は、導電性材料によって埋め込まれている。中心トレンチ６０を埋め込む導電性材料は、アノード電極４０と同じ材料であっても構わないし、高濃度にドーピングされた多結晶Ｓｉや、Ｎｉ、Ａｕ等の金属材料であっても構わない。本実施形態においては、ドリフト層３０に複数の中心トレンチ６０が設けられているため、アノード電極４０の材料としては、モリブデン（Ｍｏ）や銅（Ｃｕ）などの仕事関数が低い材料を用いることができる。また、本実施形態においては、ドリフト層３０のドーパント濃度を５×１０１６ｃｍ−３程度に高めることができる。その他の構成は、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１００と基本的に同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
ドリフト層３０のうち中心トレンチ６０間に位置する部分はメサ領域を構成する。メサ領域は、アノード電極４０とカソード電極５０との間に逆方向電圧が印加されると空乏層となるため、ドリフト層３０のチャネル領域がピンチオフされる。これにより、逆方向電圧が印加された場合のリーク電流が大幅に抑制される。
このような構造を有するショットキーバリアダイオードにおいては、端部に位置する中心トレンチ６０ａの底部に電界が集中し、この部分が絶縁破壊しやすくなる。しかしながら、本実施形態によるショットキーバリアダイオード２００においては、ドリフト層３０の表面が半導体層７０で覆われているとともに、半導体層７０が絶縁層８０に乗り上げたフィールドプレート構造を有していることから、端部に位置する中心トレンチ６０ａの電界が緩和される。
このように、本実施形態によるショットキーバリアダイオード２００は、第１の実施形態によるショットキーバリアダイオード１００による効果に加え、逆方向電圧が印加された場合のリーク電流を削減できるという効果を有する。
本実施形態においては、中心トレンチ６０の内壁を絶縁膜６１で覆うとともに、中心トレンチ６０の内部をアノード電極４０と同じ材料で埋め込んでいるが、絶縁膜６１を用いることなく、逆導電型（本実施形態ではｐ型）の半導体材料で埋め込んでも構わない。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
図８に示したショットキーバリアダイオード２００と同様の構造を有する実施例１のシミュレーションモデルを想定し、アノード電極４０とカソード電極５０の間に逆方向電圧を印加した場合の電界強度をシミュレーションした。アノード電極４０の材料はＭｏとし、カソード電極５０はＴｉとＡｕの積層膜とした。半導体基板２０のドーパント濃度については１×１０１８ｃｍ−３とし、ドリフト層３０のドーパント濃度としては５×１０１６ｃｍ−３とした。ドリフト層３０の厚みは７μｍとした。中心トレンチ６０の深さ及び幅はそれぞれ３μｍ及び１μｍとし、メサ領域のメサ幅は２μｍとし、中心トレンチ６０の内壁に形成される絶縁膜６１は、厚さ５０ｎｍのＨｆＯ２膜とした。半導体層７０としては、アクセプタ濃度が１×１０１９ｃｍ−３のＮｉＯを用い、その厚みは１００ｎｍとした。また、絶縁層８０の材料としては、ＳｉＯ２を用いた。絶縁層８０の厚みａ、ドリフト層３０と接する半導体層７０の幅ｂ及び絶縁層８０上における半導体層７０の幅ｃについては、それぞれ６００ｎｍ、３０μｍ、３０μｍとした。
比較のため、図９に示すショットキーバリアダイオード２００ａと同様の構造を有する比較例１のシミュレーションモデル、並びに、図１０に示すショットキーバリアダイオード２００ｂと同様の構造を有する比較例２のシミュレーションモデルを想定し、アノード電極４０とカソード電極５０の間に逆方向電圧を印加した場合の電界強度をシミュレーションした。図９に示すショットキーバリアダイオード２００ａは、半導体層７０及び絶縁層８０が削除されている点において、図８に示したショットキーバリアダイオード２００と相違している。また、図１０に示すショットキーバリアダイオード２００ｂは、半導体層７０が削除されているとともに、アノード電極４０の外周部が絶縁層８０の上面８１に乗り上げたフィールドプレート構造を有している点において、図８に示したショットキーバリアダイオード２００と相違している。
図１１は、図８〜図１０に示す領域Ｂ及びＣに印加される電界の強度を示している。領域Ｂは端部に位置しない中心トレンチ６０の直下の領域であり、領域Ｃは端部に位置する中心トレンチ６０ａの直下の領域である。また、図１２は、絶縁層８０に印加される電界の最大値を示している。
図１１に示すように、領域Ｂに印加される電界の強度はいずれのシミュレーションモデルにおいても６．８ＭＶ／ｃｍであったが、領域Ｃに印加される電界の強度は、実施例１のシミュレーションモデルにおいて７．８ＭＶ／ｃｍ、比較例１及び２のシミュレーションモデルにおいてそれぞれ８．１ＭＶ／ｃｍ、７．９ＭＶ／ｃｍであった。このように、比較例１のシミュレーションモデルにおいては、酸化ガリウムの耐圧である約８ＭＶ／ｃｍを超えていたが、実施例１及び比較例２のシミュレーションモデルにおいては、酸化ガリウムの耐圧である約８ＭＶ／ｃｍを超えなかった。
しかしながら、図１２に示すように、比較例２のシミュレーションモデルにおいては、絶縁層８０に印加される電界の最大値が１３．６ＭＶ／ｃｍであり、ＳｉＯ２の絶縁耐圧である約１０ＭＶ／ｃｍを大幅に超えていた。これに対し、実施例１のシミュレーションモデルにおいては、絶縁層８０に印加される電界の最大値が９．４ＭＶ／ｃｍであり、ＳｉＯ２の絶縁耐圧である約１０ＭＶ／ｃｍ未満であった。
実施例１と同様の構成を有する実施例２のシミュレーションモデルを想定し、絶縁層８０の厚みａを種々に変化させ、アノード電極４０とカソード電極５０の間に逆方向電圧を印加した場合の電界強度をシミュレーションした。ドリフト層３０と接する半導体層７０の幅ｂ及び絶縁層８０上における半導体層７０の幅ｃについては、それぞれ１０μｍ、１０μｍとした。
図１３〜図１５は、実施例２のシミュレーション結果を示すグラフである。図１３に示す値は、ドリフト層３０のうち絶縁層８０の内周エッジを覆う部分、つまり、図８に示す領域Ａに印加される電界の強度を示している。また、図１４に示す値は図８に示す領域Ｂ及びＣに印加される電界の強度を示している。領域Ｂは端部に位置しない中心トレンチ６０の直下の領域であり、領域Ｃは端部に位置する中心トレンチ６０ａの直下の領域である。さらに、図１５に示す値は、絶縁層８０に印加される電界の最大値である。
図１３に示すように、絶縁層８０の厚みａが厚くなるほど領域Ａに印加される電界の強度は強くなったが、少なくとも絶縁層８０の厚みａが８００ｎｍ以下の領域では、酸化ガリウムの耐圧である約８ＭＶ／ｃｍを超えることはなかった。一方、図１４に示すように、絶縁層８０の厚みａが３００ｎｍ以上であれば、絶縁層８０の厚みａを変化させても領域Ｃに印加される電界の強度はほとんど変化せず、いずれも７．８ＭＶ／ｃｍであった。これに対し、絶縁層８０の厚みａが０ｎｍである場合、つまり、絶縁層８０が存在しない場合には、領域Ａに印加される電界の強度は８．１ＭＶ／ｃｍであった。さらに、図１５に示すように、絶縁層８０の厚みａが６００ｎｍ以上であれば、絶縁層８０の厚みａを変化させても絶縁層８０に印加される電界の強度はほとんど変化せず、いずれも９．４ＭＶ／ｃｍであった。これに対し、絶縁層８０の厚みａが５００ｎｍである場合に絶縁層８０に印加される電界の強度は１０．２ＭＶ／ｃｍ、絶縁層８０の厚みａが３００ｎｍである場合に絶縁層８０に印加される電界の強度は１１．４ＭＶ／ｃｍであった。したがって、ＳｉＯ２の絶縁耐圧が約１０ＭＶ／ｃｍであることを考慮すると、絶縁層８０の厚みａについては６００ｎｍ以上とすることが好ましいと言える。
実施例１と同様の構成を有する実施例３のシミュレーションモデルを想定し、ドリフト層３０と接する半導体層７０の幅ｂを種々に変化させ、アノード電極４０とカソード電極５０の間に逆方向電圧を印加した場合の電界強度をシミュレーションした。絶縁層８０の厚みａ及び絶縁層８０上における半導体層７０の幅ｃについては、それぞれ６００ｎｍ、１０μｍとした。
図１６は、実施例３のシミュレーション結果を示すグラフである。図１６に示す値は図８に示す領域Ａに印加される電界の強度を示している。図１６に示すように、ドリフト層３０と接する半導体層７０の幅ｂを変化させても領域Ａに印加される電界の強度はほとんど変化せず、いずれも６．２ＭＶ／ｃｍであった。
実施例１と同様の構成を有する実施例４のシミュレーションモデルを想定し、絶縁層８０上における半導体層７０の幅ｃを種々に変化させ、アノード電極４０とカソード電極５０の間に逆方向電圧を印加した場合の電界強度をシミュレーションした。絶縁層８０の厚みａ及びドリフト層３０と接する半導体層７０の幅ｂについては、それぞれ６００ｎｍ、１０μｍとした。
図１７は、実施例４のシミュレーション結果を示すグラフである。図１７に示す値も図８に示す領域Ａに印加される電界の強度を示している。図１７に示すように、絶縁層８０上における半導体層７０の幅ｃを変化させても領域Ａに印加される電界の強度はほとんど変化せず、いずれも６．３ＭＶ／ｃｍであった。
実施例１と同様の構成を有する実施例５のシミュレーションモデルを想定し、図５に示すギャップＧ１を種々に変化させ、アノード電極４０とカソード電極５０の間に逆方向電圧を印加した場合の電界強度をシミュレーションした。絶縁層８０の厚みａ、ドリフト層３０と接する半導体層７０の幅ｂ及び絶縁層８０上における半導体層７０の幅ｃについては、それぞれ６００ｎｍ、３０μｍ、３０μｍとした。
図１８及び図１９は、実施例５のシミュレーション結果を示すグラフである。図１８に示す値は図５に示す領域Ｄに印加される電界の強度を示し、図１９に示す値は図８に示す領域Ｂ及びＣに印加される電界の強度を示している。領域ＤはギャップＧ１の直下の領域である。図１８に示すように、領域Ｄに印加される電界は、ギャップＧ１が大きいほど強くなり、ギャップＧ１が４μｍである場合の電界は７．６ＭＶ／ｃｍであり、ギャップＧ１が５μｍである場合の電界は９．４ＭＶ／ｃｍであった。また、図１９に示すように、領域Ｃに印加される電界も、ギャップＧ１が大きいほど強くなり、ギャップＧ１が４μｍである場合の電界は８．０ＭＶ／ｃｍであり、ギャップＧ１が５μｍである場合の電界は８．１ＭＶ／ｃｍであった。したがって、酸化ガリウムの耐圧が約８ＭＶ／ｃｍである点を考慮すると、ギャップＧ１は４μｍ以下とすることが好ましいと言える。
実施例１と同様の構成を有する実施例６のシミュレーションモデルを想定し、図６に示すギャップＧ２を種々に変化させ、アノード電極４０とカソード電極５０の間に逆方向電圧を印加した場合の電界強度をシミュレーションした。絶縁層８０の厚みａ、ドリフト層３０と接する半導体層７０の幅ｂ及び絶縁層８０上における半導体層７０の幅ｃについては、それぞれ６００ｎｍ、３０μｍ、３０μｍとした。
図２０は、実施例６のシミュレーション結果を示すグラフである。図２０に示す値は図６に示す領域Ｅに印加される電界の強度を示している。領域ＥはギャップＧ２の直下の領域である。図２０に示すように、領域Ｅに印加される電界は、ギャップＧ２が大きいほど強くなり、ギャップＧ２が２μｍである場合の電界は６．９ＭＶ／ｃｍであり、ギャップＧ２が３μｍである場合の電界は８．３ＭＶ／ｃｍであった。したがって、酸化ガリウムの耐圧が約８ＭＶ／ｃｍである点を考慮すると、ギャップＧ２は２μｍ以下とすることが好ましいと言える。
実施例１と同様の構成を有する実施例７のシミュレーションモデルを想定し、図７に示すギャップＧ３を種々に変化させ、アノード電極４０とカソード電極５０の間に逆方向電圧を印加した場合の電界強度をシミュレーションした。絶縁層８０の厚みａ、ドリフト層３０と接する半導体層７０の幅ｂ及び絶縁層８０上における半導体層７０の幅ｃについては、それぞれ６００ｎｍ、３０μｍ、３０μｍとした。
図２１は、実施例７のシミュレーション結果を示すグラフである。図２１に示す値は図７に示す領域Ｆに印加される電界の強度を示している。領域ＦはギャップＧ３の直下に位置する領域である。図２１に示すように、領域Ｆに印加される電界は、ギャップＧ３が大きいほど強くなり、ギャップＧ３が２μｍである場合の電界は９．３ＭＶ／ｃｍであり、ギャップＧ３が３μｍである場合の電界は１０．４ＭＶ／ｃｍであった。したがって、ＳｉＯ２の耐圧が約１０ＭＶ／ｃｍである点を考慮すると、ギャップＧ３は２μｍ以下とすることが好ましいと言える。
実施例１と同様の構成を有する実施例８のシミュレーションモデルを想定し、絶縁層８０の比誘電率εを種々に変更し、アノード電極４０とカソード電極５０の間に逆方向電圧を印加した場合の電界強度をシミュレーションした。絶縁層８０の厚みａ、ドリフト層３０と接する半導体層７０の幅ｂ及び絶縁層８０上における半導体層７０の幅ｃについては、それぞれ６００ｎｍ、３０μｍ、３０μｍとした。
図２２及び図２３は、実施例８のシミュレーション結果を示すグラフである。図２２に示す値は、ドリフト層３０のうち半導体層７０で覆われた部分における電界の強度の最大値を示し、図２３に示す値は、絶縁層８０に印加される電界の強度の最大値を示している。図２２及び図２３に示すように、ドリフト層３０及び絶縁層８０に印加される電界は、比誘電率εが高いほど緩和される。また、比誘電率εが３〜３０の範囲では、ドリフト層３０に印加される電界は酸化ガリウムの絶縁耐圧である８ＭＶ／ｃｍ以下であった。
一方、絶縁層８０の絶縁耐圧は選択する材料によって異なるため、図２３に示す曲線よりも絶縁耐圧の高い材料を選択すれば良い。例えば、ＳｉＯ２は誘電率が３．９であり、絶縁耐圧が１０ＭＶ／ｃｍ以上であるため、絶縁層８０の材料として適切であると言える。
２０ 半導体基板
２１ 半導体基板の上面
２２ 半導体基板の裏面
３０ ドリフト層
３１ ドリフト層の上面
４０ アノード電極
５０ カソード電極
６０ 中心トレンチ
６０ａ 端部に位置する中心トレンチ
６１ 絶縁膜
７０ 半導体層
８０ 絶縁層
８１ 絶縁層の上面
１００，１００ａ〜１００ｅ，２００，２００ａ，２００ｂ ショットキーバリアダイオード
Ａ〜Ｆ 領域
Ｇ１〜Ｇ３ ギャップ
２１ 半導体基板の上面
２２ 半導体基板の裏面
３０ ドリフト層
３１ ドリフト層の上面
４０ アノード電極
５０ カソード電極
６０ 中心トレンチ
６０ａ 端部に位置する中心トレンチ
６１ 絶縁膜
７０ 半導体層
８０ 絶縁層
８１ 絶縁層の上面
１００，１００ａ〜１００ｅ，２００，２００ａ，２００ｂ ショットキーバリアダイオード
Ａ〜Ｆ 領域
Ｇ１〜Ｇ３ ギャップ
Claims (5)
- 酸化ガリウムからなる半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられた酸化ガリウムからなるドリフト層と、
前記ドリフト層とショットキー接触するアノード電極と、
前記半導体基板とオーミック接触するカソード電極と、
前記ドリフト層上に設けられ、平面視で前記アノード電極を囲む絶縁層と、
前記アノード電極と前記絶縁層の間に位置する前記ドリフト層の表面、並びに、前記絶縁層上に設けられた、前記ドリフト層と逆導電型の半導体層と、を備えることを特徴とするショットキーバリアダイオード。 - 前記半導体層が酸化物半導体材料からなる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ダイオード。
- 前記アノード電極と前記半導体層が重なりを有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記ドリフト層は、平面視で前記アノード電極と重なる位置に設けられた複数の中心トレンチをさらに有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のショットキーバリアダイオード。
- 前記複数の中心トレンチの内壁は絶縁膜で覆われていることを特徴とする請求項４に記載のショットキーバリアダイオード。
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