(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体層と、該半導体層の表面に所定の離間間隔を有して設けられた第２導電型の半導体領域と、該半導体層及び該半導体領域の表面上に設けられた金属層とを備え、該金属層は、前記半導体層との界面においてショットキー障壁を成し、前記半導体領域との界面においてオーミック接触を成す半導体装置において、
前記半導体装置をＭＰＳダイオードとし、
前記半導体層を炭化珪素で構成し、
前記金属層をチタン、タングステン又はクロムのいずれかで構成し、
前記半導体層における不純物濃度を１×１０１６ｃｍ−３とし、
前記半導体領域における不純物濃度を１×１０１９ｃｍ−３とした場合に、
前記半導体領域の横幅寸法Ｄ１［μｍ］と前記半導体領域の離間間隔Ｄ２［μｍ］との比ｒ（＝Ｄ２／Ｄ１）、及び前記半導体領域の厚さ方向における深さｄｐ１の組合せ（ｒ，ｄｐ１）が、図１４において、前記深さｄｐ１の値が０．４［μｍ］である点Ａを始点とする半直線Ｌ１と、前記比ｒの値が２．５である点Ｂを始点とする半直線Ｌ３と、前記点Ａと第１の点（ｒ，ｄｐ１）＝（２．５，０．４０）とを結ぶ第１の線分と、前記点Ｂと前記第１の点とを結ぶ第２の線分とにより形成される領域であって０．１５≦ｒかつ０＜ｄｐ１≦０．４０、又は、２．５≦ｒかつ０＜ｄｐ１≦１．１０を満たす領域に含まれ、
前記点Ａにおける前記比ｒの値が、前記半導体領域の横幅寸法Ｄ１に応じて、図３０に示す、点Ｄ（Ｄ１，ｒ）＝（２．０，０．２２５）を始点とする半直線Ｌ５（Ｄ１＝２、ｒ≧０．２２５）、前記点Ｄと点Ｅ（Ｄ１，ｒ）＝（３．０，０．１７）とを結ぶ線分Ｌ６、前記点Ｅと点Ｆ（Ｄ１，ｒ）＝（４．０，０．１５）とを結ぶ線分Ｌ７、前記点Ｆと点Ｈ（Ｄ１，ｒ）＝（６．０，０．１５）とを結ぶ第３の線分、前記点Ｈと点Ｊ（Ｄ１，ｒ）＝（７．０，０．３１）とを結ぶ線分Ｌ１０、及び前記点Ｊを始点とする半直線Ｌ１１（Ｄ１＝７．０、ｒ≧０．３１）により表される範囲に含まれ、
前記点Ｂにおける前記深さｄｐ１の値が、前記半導体領域の横幅寸法Ｄ１に応じて、図６３に示す、点Ｐ（Ｄ１，ｄｐ１）＝（４．０，１．１）を始点とする第１の半直線（Ｄ１≦４、ｄｐ１＝１．１）、前記点Ｐと点Ｑ（Ｄ１，ｄｐ１）＝（５．０，０．９）とを結ぶ線分Ｌ１８、前記点Ｑと点Ｒ（Ｄ１，ｄｐ１）＝（６．０，０．７）とを結ぶ線分Ｌ１９、前記点Ｒと点Ｓ（Ｄ１，ｄｐ１）＝（７．０，０．３５）とを結ぶ線分Ｌ２０、前記点Ｓと点Ｔ（Ｄ１，ｄｐ１）＝（８．０，０．２）とを結ぶ線分Ｌ２１、前記点Ｔを始点とする半直線Ｌ２２（Ｄ１＝８、ｄｐ１≦０．２）により表される範囲に含まれる
ことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流特性を改善した半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ショットキーバリアダイオードなどの整流機能を有する半導体装置において、半導体装置の動作を安定させるために各種電気的特性の向上が課題となっている。そのような電気的特性を向上させる半導体装置として、例えば、特許文献１には、逆方向バイアスが印加されたときの電流電圧特性向上させる半導体整流素子（ＪＢＳ；Junction Barrier Schottky）が示されており、特許文献２には、逆方向サージ耐量の向上を図るＭＰＳ（Merged Pin Schottky）ダイオードの構成が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３２４２１８号公報
【特許文献２】特開２００８−３００５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、ＭＰＳダイオードにおける電気的特性として耐圧の向上、逆方向サージ耐量の向上を図る改善が図られているが、ＭＰＳダイオードにおけるショットキーダイオード部分の順方向バイアスに対する電圧降下と、ＰＮ接合ダイオード部分の順方向バイアスに対する電圧降下とが異なるので、順方向バイアスが加えられている場合、ショットキーダイオードのみが通電の状態と、ショットキーダイオード及びＰＮ接合ダイオードが共に通電の状態とが存在する。順方向に印加する電圧を大きくした場合に、ショットキーダイオードのみが通電の状態から、ショットキーダイオード及びＰＮ接合ダイオードが共に通電の状態に切り替わる電圧値を超えると、ＭＰＳダイオードに印加する電圧に対する電流の変化率が増加すると共に、印加される電圧に対する電流値の特性が変化してしまう。
【０００５】
例えば、低電圧にて駆動する低消費電力が要求される回路、装置などにおいては、前述の電圧値を境に順方向電流の特性が変化することは好ましくなく、低電圧域において順方向電流の特性が改善されたＭＰＳダイオードが望まれていた。
【０００６】
本発明は、上記問題を解決すべくなされたもので、その目的は、順方向バイアスに対する順方向電流の特性を向上させた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】
【０００７】
上記問題を解決するために、本発明は、第１導電型の半導体層と、該半導体層の表面に所定の離間間隔を有して設けられた第２導電型の半導体領域と、該半導体層及び該半導体領域の表面上に設けられた金属層とを備え、該金属層は、前記半導体層との界面においてショットキー障壁を成し、前記半導体領域との界面においてオーミック接触を成す半導体装置において、前記半導体装置をＭＰＳダイオードとし、前記半導体層を炭化珪素で構成し、前記金属層をチタン、タングステン又はクロムのいずれかで構成し、前記半導体層における不純物濃度を１×１０１６ｃｍ−３とし、前記半導体領域における不純物濃度を１×１０１９ｃｍ−３とした場合に、前記半導体領域の横幅寸法Ｄ１［μｍ］と前記半導体領域の離間間隔Ｄ２［μｍ］との比ｒ（＝Ｄ２／Ｄ１）、及び前記半導体領域の厚さ方向における深さｄｐ１の組合せ（ｒ，ｄｐ１）が、図１４において、前記深さｄｐ１の値が０．４［μｍ］である点Ａを始点とする半直線Ｌ１と、前記比ｒの値が２．５である点Ｂを始点とする半直線Ｌ３と、前記点Ａと第１の点（ｒ，ｄｐ１）＝（２．５，０．４０）とを結ぶ第１の線分と、前記点Ｂと前記第１の点とを結ぶ第２の線分とにより形成される領域であって０．１５≦ｒかつ０＜ｄｐ１≦０．４０、又は、２．５≦ｒかつ０＜ｄｐ１≦１．１０を満たす領域に含まれ、前記点Ａにおける前記比ｒの値が、前記半導体領域の横幅寸法Ｄ１に応じて、図３０に示す、点Ｄ（Ｄ１，ｒ）＝（２．０，０．２２５）を始点とする半直線Ｌ５（Ｄ１＝２、ｒ≧０．２２５）、前記点Ｄと点Ｅ（Ｄ１，ｒ）＝（３．０，０．１７）とを結ぶ線分Ｌ６、前記点Ｅと点Ｆ（Ｄ１，ｒ）＝（４．０，０．１５）とを結ぶ線分Ｌ７、前記点Ｆと点Ｈ（Ｄ１，ｒ）＝（６．０，０．１５）とを結ぶ第３の線分、前記点Ｈと点Ｊ（Ｄ１，ｒ）＝（７．０，０．３１）とを結ぶ線分Ｌ１０、及び前記点Ｊを始点とする半直線Ｌ１１（Ｄ１＝７．０、ｒ≧０．３１）により表される範囲に含まれ、前記点Ｂにおける前記深さｄｐ１の値が、前記半導体領域の横幅寸法Ｄ１に応じて、図６３に示す、点Ｐ（Ｄ１，ｄｐ１）＝（４．０，１．１）を始点とする第１の半直線（Ｄ１≦４、ｄｐ１＝１．１）、前記点Ｐと点Ｑ（Ｄ１，ｄｐ１）＝（５．０，０．９）とを結ぶ線分Ｌ１８、前記点Ｑと点Ｒ（Ｄ１，ｄｐ１）＝（６．０，０．７）とを結ぶ線分Ｌ１９、前記点Ｒと点Ｓ（Ｄ１，ｄｐ１）＝（７．０，０．３５）とを結ぶ線分Ｌ２０、前記点Ｓと点Ｔ（Ｄ１，ｄｐ１）＝（８．０，０．２）とを結ぶ線分Ｌ２１、前記点Ｔを始点とする半直線Ｌ２２（Ｄ１＝８、ｄｐ１≦０．２）により表される範囲に含まれることを特徴とする半導体装置である。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、半導体装置において、第１半導体層に設けられた第２半導体領域が、第１半導体層と金属層との界面に生じたショットキー障壁の影響を受けるよう第２半導体領域の横幅寸法を設定した。これにより、第１半導体層と金属層との界面に生じるショットキー障壁の影響により、金属層と第１半導体層とに順方向電圧が印加されても、第２半導体領域の静電ポテンシャルが印加される電圧に応じて下がらずに第１半導体層と第２半導体領域との接合により形成されるダイオードの順方向電圧降下を変化させることができ、半導体装置の順方向電流の特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態におけるＭＰＳダイオード１００の構成を示す断面図である。
【図２】本実施形態のＭＰＳダイオード１００の動作をシミュレーションする際に設定するパラメータを示す図である。
【図３】本実施形態のＭＰＳダイオード１００と、比較例であるＭＰＳダイオードとそれぞれの電流特性を示すグラフである。
【図４】本実施形態のＭＰＳダイオード１００と、比較例であるＭＰＳダイオードとそれぞれの電流特性を示すグラフである。
【図５】本実施形態におけるＭＰＳダイオード１００の特徴が得られるパラメータの組合せを求める際に使用したパラメータの組合せを示す図である。
【図６】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図７】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図８】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図９】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図１０】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図１１】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図１２】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図１３】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図１４】図６から図１３に示した数値計算結果のパラメータの組合せと、そのパラメータにおいてＭＰＳダイオード１００の特徴が検出されたか否かを示す図である。
【図１５】本実施形態におけるＭＰＳダイオード１００の特徴が得られるパラメータの組合せを求める際に使用したパラメータの組合せを示す図である。
【図１６】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図１７】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図１８】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図１９】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図２０】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図２１】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図２２】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図２３】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図２４】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図２５】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図２６】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図２７】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図２８】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図２９】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図３０】図１５に示した数値計算結果のパラメータの組合せと、そのパラメータにおいてＭＰＳダイオード１００の特徴が検出されたか否かを示す図である。
【図３１】本実施形態におけるＭＰＳダイオード１００の特徴が得られるパラメータの組合せを求める際に使用したパラメータの組合せを示す図である。
【図３２】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図３３】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図３４】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図３５】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図３６】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図３７】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図３８】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図３９】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図４０】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図４１】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図４２】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図４３】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図４４】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図４５】本実施形態におけるＭＰＳダイオード１００の特徴が得られるパラメータの組合せを求める際に使用したパラメータの組合せを示す図である。
【図４６】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図４７】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図４８】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図４９】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図５０】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図５１】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図５２】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図５３】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図５４】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図５５】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図５６】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図５７】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図５８】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図５９】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図６０】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図６１】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図６２】数値計算結果による順方向電圧と電流密度との関係を示すグラフである。
【図６３】図４５に示した数値計算結果のパラメータの組合せと、そのパラメータにおいてＭＰＳダイオード１００の特徴が検出されたか否かを示す図である。
【図６４】本実施形態に対する変形例のＭＰＳダイオードの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態による半導体装置を図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態におけるＭＰＳ（Merged Pin Schottky）ダイオード１００の断面構造を示す模式断面図である。図１に示すＭＰＳダイオード１００は、半導体層１と、半導体層２と、半導体層２の表面に形成された半導体領域３と、金属層４とを備えている。
【００１２】
半導体層１は、高濃度のＮ型不純物を含むＳｉＣ（炭化珪素）で構成されている。半導体層１上には、半導体層１よりも低濃度のＮ型不純物を含むＳｉＣの半導体層２が形成されている。
半導体層２の半導体層１と接合している反対の面には、横幅寸法Ｄ１（＜４［μｍ］）のＰ型不純物を含むＳｉＣの複数の半導体領域３が離間距離Ｄ２の離間間隔ごとに形成されている。また、半導体領域３は、ＭＰＳダイオード１００の厚さ方向に距離ｄｐ１の深さを有している。
【００１３】
半導体層２及び半導体領域３の表面には、半導体層２との界面にショットキー障壁を形成し、半導体領域３との界面にオーミック接続を形成する金属層４が積層されている。この金属層４は、バリアハイトが高い金属などの導電性材料、例えば、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｃｒ（クロム）などにより形成される。
ＭＰＳダイオード１００は、例えば、Ｃｕ（銅）などの金属プレートを介して、半導体層１と、金属層４とに電圧を印加することにより動作する。
【００１４】
上述の横幅寸法Ｄ１は、半導体領域３と金属層４との接触面と平行方向、且つ半導体領域３を離間させて配置する方向における半導体領域３の長さである。また、距離Ｄ２は、半導体領域３と金属層４との接触面と平行方向、且つ半導体領域３を離間させて配置する方向における半導体領域３の離間している距離である。
【００１５】
図２は、本実施形態におけるＭＰＳダイオード１００の電流特性を調べるためのシミュレーション（数値計算）において用いたパラメータを示す図である。このシミュレーションは、図２の領域５をモデル化して行われたもので、横幅ｄ１は、半導体層２に形成された半導体領域３の横幅寸法Ｄ１の１／２の長さを示す。また、離間間隔ｄ２は、隣接する半導体領域３の離間間隔Ｄ２の１／２の長さを示す。また、深さｄｐ１は、ＭＰＳダイオード１００の積層方向における半導体層２に設けられた半導体領域３の深さを示し、厚さｄｐ２は、ＭＰＳダイオード１００の積層方向における半導体層２の厚さを示す。
ここで、以下のシミュレーション結果すべてにおいて、半導体層２の厚さｄｐ２は４［μｍ］である。
【００１６】
図３及び４は、本実施形態のＭＰＳダイオード１００と、比較例である従来のＭＰＳダイオードとそれぞれの電流特性を示すグラフである。この電流特性は、図２に示した領域５における構成をモデル化して行った数値計算により得られたものである。横軸はＭＰＳダイオード１００に印加する順方向電圧［Ｖ］を示し、縦軸はＭＰＳダイオード１００における電流密度［Ａ／ｃｍ２］を示している。図４は、図３の一部であり、順方向電圧が０［Ｖ］〜７［Ｖ］の範囲を拡大したものである。
【００１７】
本実施形態のＭＰＳダイオード１００のシミュレーション結果は、半導体領域３の横幅ｄ１と離間間隔ｄ２との組合せ（ｄ１，ｄ２）が、（１［μｍ］、２．５［μｍ］）と、（２［μｍ］、５［μｍ］）との場合である。比較例のＭＰＳダイオードのシミュレーション結果は、半導体領域３の横幅ｄ１と離間間隔ｄ２との組合せが、（４［μｍ］、１０［μｍ］）と、（６［μｍ］、１５［μｍ］）と、（８［μｍ］、２０［μｍ］）と、（１０［μｍ］、２５［μｍ］）との場合である。また、上記それぞれの場合において、金属層４に用いられる金属の仕事関数は、４．８３［ｅＶ］であり、半導体領域３の深さｄｐ１は、０．４［μｍ］であり、半導体層２の厚さｄｐ２は、４［μｍ］であり、半導体層２の不純物濃度が１×１０１６ｃｍ−３であり、半導体領域３の不純物濃度が１×１０１９ｃｍ−３である。
【００１８】
［本実施形態におけるＭＰＳダイオード１００の特徴］
図３及び図４に示すように、ＳｉＣを用いて構成した本実施形態のＭＰＳダイオード１００は、比較例のＭＰＳダイオードに対して、順方向電圧に対する電流密度の特性に顕著な違いが表れている。１つ目は、順方向電圧が３［Ｖ］〜５［Ｖ］の近傍において、順方向電圧に対する電流密度の増加率が変化する点が高電圧側にシフトすると共に、電流密度の増加率が変化する点において、電流密度が急激に大きくなりステップ状に変化することである。２つ目は、電流密度の増加率の変化点よりも順方向電圧が大きい範囲において、順方向電圧に対する電流密度の増加率が、本実施形態のＭＰＳダイオード１００が比較例のダイオードより高いと共に、電流密度の値自体も大幅に大きくなっていることである。また、上記の特徴は、横幅ｄ１が小さくなるほど顕著になる傾向が表れている。
【００１９】
本実施形態のＭＰＳダイオード１００において、複数の半導体領域３の横幅寸法Ｄ１（＝ｄ１×２）を、複数の半導体領域３それぞれが半導体層２と金属層４との界面に生じるショットキー障壁の影響を受ける距離（ｄ１＜４［μｍ］）としたので、複数の半導体領域３の静電ポテンシャルが印加される順方向電圧に応じて変化することが抑制される。これにより、半導体層２と半導体領域３とのＰＮ接合により形成されるＰＮダイオード部分の順方向電圧降下を変化させることができ、ＭＰＳダイオード１００の順方向電流の特性を改善することができる。
【００２０】
また、半導体層２にＳｉＣなどのワイドバンドギャップ半導体を用いたことにより、半導体層２と金属層４との界面に生じるショットキー障壁を大きくすることにより、複数の半導体領域３が受ける影響を大きくすることができ、半導体層２と複数の半導体領域３とのＰＮ接合により形成されるＰＮダイオード部分の順方向電圧降下の変化量を大きくすることができる。
また、複数の半導体領域３の横幅寸法Ｄ１（＝ｄ１×２）を、複数の半導体領域３と半導体層２との接触面の電位障壁の変化が抑制される距離とした。すなわち、複数の半導体領域３のそれぞれの幅を、半導体層２と金属層４とのショットキー障壁における電位障壁の高さの影響を受けて、半導体層２と複数の半導体領域３との接触面の電位障壁が順方向電圧による変化が抑制される距離としたので、半導体層２と複数の半導体領域とのＰＮ接合により形成されるＰＮダイオード部分に流れる電流を抑制し、半導体層２と複数の半導体領域３とのＰＮ接合により形成されるＰＮダイオード部分の順方向電圧降下を変化させることができ、ＭＰＳダイオード１００の順方向電流の特性を改善することができる。
【００２１】
本実施形態のＭＰＳダイオード１００は、上述の構成により、順方向電圧に応じて電流密度の増加率が変化し始める点を高電圧側にシフトさせると共に、約５［Ｖ］より大きい順方向電圧が印加されたとき、より高い電流密度にて電流を流すことができる。
これにより、本実施形態のＭＰＳダイオード１００は、例えば、順方向電圧が５［Ｖ］以下において、ＭＰＳダイオード１００の順方向電圧に対する電流密度の増加率の変化を避けることができ、ほぼ一定の順方向電流の特性を提供することができる。また、ＭＰＳダイオード１００は、順方向電圧が５［Ｖ］以上において、比較例のＭＰＳダイオードに比べ高い電流密度を有するので、順方向サージ耐量を高めることができる。
【００２２】
以下、発明者が行った複数のシミュレーション結果を示して、本実施形態におけるＭＰＳダイオード１００の効果が得られるパラメータの範囲、すなわち、本発明の外延について説明する。ここで、パラメータは、半導体領域３の横幅ｄ１、半導体領域３の深さｄｐ１、半導体領域３の横幅ｄ１と半導体領域３の離間間隔ｄ２との比ｒ（＝ｄ２／ｄ１＝Ｄ２／Ｄ１）である。
【００２３】
半導体領域３の横幅ｄ１を２［μｍ］とした場合、図５に示すパラメータのそれぞれの組合せにおける順方向電圧を変化させた際の電流密度を求めるシミュレーションを行った。また、図示するように、それぞれのパラメータの組合せに対して、本実施形態のＭＰＳダイオード１００の特徴（図４及び上述の説明を参照）が認められるか否かの発明者による判定結果が示されている。ここで、発明者は、シミュレーション結果に本実施形態におけるＭＰＳダイオード１００の特徴が表れているか、すなわち、順方向電圧の増加に応じて出電流密度の増加率がステップ状に変化する点が存在するか否かにより判定を行った。
図６から図１３は、図５に示したパラメータそれぞれにおける順方向電圧と電流密度との関係のシミュレーション結果を示すグラフである。
【００２４】
図６から図１３に示したシミュレーション結果のグラフには、半導体領域３の横幅ｄ１を一定（ｄ１＝２μｍ）にして、半導体領域３の離間間隔ｄ２及び深さｄｐ1を変化させた場合、半導体領域３の横幅ｄ１に対して半導体領域３の離間間隔が大きい方が、本実施形態のＭＰＳダイオード１００の特徴がより強く現れ、順方向電圧に対する電流密度の増加量の変化が大きくなることが示されている。また、半導体領域３の深さｄｐ１が浅い（小さい）方が、ＭＰＳダイオード１００の特徴がより強く表れることが示されている。
【００２５】
図１４は、図６から図１３に示したシミュレーションのパラメータの組合せと、そのパラメータにおいて本実施形態のＭＰＳダイオード１００の特徴が認められたか否かを示す図である。また、図１４において、図６から図１３で示したシミュレーション結果は、効果が認められる点を白抜きの丸（○）で示し、効果が認められない点を黒でぬりつぶした丸（●）で示している。また、図１４には、シミュレーション結果より、本実施形態のＭＰＳダイオード１００の特徴を有するパラメータの組合せ、すなわち、ｄ１＝２．０［μｍ］における（比ｒ，深さｄｐ１）との組合せに対して予想される臨界を示す外挿線Ｌ４と、シミュレーション結果よりＭＰＳダイオード１００の特徴を有するパラメータの組合せが含まれる領域Ｓ１とが示されている。
【００２６】
点Ａ及びＢは、シミュレーションによりＭＰＳダイオード１００の特徴が認められたパラメータの組合せのうち２つを示す点であり、点Ａは（比ｒ，深さｄｐ）＝（０．１５，０．４）であり、点Ｂは（比ｒ，深さｄｐ）＝（２．５，１．１）である。また、線分Ｌ１は、点Ａを一端とする線分であり、比ｒ＝０．１５、０≦深さｄｐ≦０．４である。また、線分Ｌ２は、点Ａと点Ｂとを結ぶ線分であり、半直線Ｌ３は、点Ｂを始点とする半直線であり、深さｄｐ＝１．１、比ｒ≧２．５である。線分Ｌ１、Ｌ２及び半直線Ｌ３により形成される領域Ｓ１は、本実施形態のＭＰＳダイオード１００の特徴が認められるパラメータの組合せが含まれる領域である。また、外挿線Ｌ４は、ＭＰＳダイオード１００の特徴が認められるか否かの予想される境界を示す外挿線である。
【００２７】
次に、図１４に示した点Ａの比ｒの値が、深さｄｐ１＝０．４０［μｍ］において、横幅ｄ１の変化に応じてどのように変化するかを求めるために、図１５に示すパラメータの組合せにてシミュレーションを行った。また、図１５には、それぞれのパラメータの組合せに対して、ＭＰＳダイオード１００の特徴が認められるか否かの発明者による判定結果が示されている。
図１６から図２９は、図１５に示したパラメータの組合せにおけるシミュレーション結果を示すグラフである。図１６から図２９に示されるように、本実施形態のＭＰＳダイオード１００の効果が得られるパラメータの範囲の境界付近では、本実施形態のＭＰＳダイオード１００の特徴の一つである電流密度の増加量の変化点における急峻な立ち上がりが小さくなっている。これは、半導体層２と金属層４との界面に生じるショットキー障壁の影響を受ける半導体領域３の領域が小さくなり、ＭＰＳダイオード１００に順方向電圧が印加された際に、半導体領域３の静電ポテンシャルの変化が抑制されにくくなるためである。
【００２８】
図３０は、本実施形態における図１５に示したシミュレーションのパラメータの組合せと、それらの組合せにおいて本実施形態のＭＰＳダイオード１００の特徴が認められたか否かを示す図である。また、図３０において、図１６から図２９で示したシミュレーション結果は、効果が認められる場合を白抜きの丸（○）で示し、効果が認められない場合を黒でぬりつぶした丸（●）で示されている。また、図３０には、シミュレーション結果よりＭＰＳダイオード１００の特徴を有するパラメータの組合せに対して予想される臨界を示す外挿線Ｌ１２と、シミュレーション結果よりＭＰＳダイオード１００の特徴を有するパラメータの組合せが含まれる領域Ｓ２とが示されている。
【００２９】
点Ｃ〜Ｊは、シミュレーションによりＭＰＳダイオード１００の特徴が認められたパラメータの組合せを示す点であり、それぞれのパラメータ（横幅ｄ１［μｍ］，比ｒ）は以下の通りである。点Ｃ（１．０，０．２５）、点Ｄ（１．０，０．２２５）、点Ｅ（１．５，０．１７）、点Ｆ（２．０，０．１５）、点Ｇ（２．５，０．１４４）、点Ｈ（３．０，０．１５）、点Ｊ（３．５，０．３１）である。なお、点Ｃ〜Ｊにおいて、それぞれの深さｄｐ１の値は、０．４［μｍ］である。
【００３０】
また、半直線Ｌ５は、点Ｄを一端とする半直線であり、横幅ｄ１＝１．０、比ｒ≧０．２２５である。線分Ｌ６は、点Ｄ及び点Ｅを結ぶ線分であり、線分Ｌ７は、点Ｅと点Ｆとを結ぶ線分であり、線分Ｌ８は、点Ｆと点Ｇとを結ぶ線分であり、線分Ｌ９は、点Ｇと点Ｈとを結ぶ線分であり、線分Ｌ１０は、点Ｈと点Ｊとを結ぶ線分である。半直線Ｌ１１は、点Ｊを一端とし、横幅ｄ１＝３．５、比≧０．３１を満たす半直線である。
【００３１】
半直線Ｌ５及びＬ１１と、線分Ｌ６〜Ｌ１０とにより形成される領域Ｓ２は、本実施形態のＭＰＳダイオード１００の特徴が認められるパラメータの組合せが含まれる領域である。また、外挿線Ｌ１２は、ＭＰＳダイオード１００の特徴が認められるか否かの予想される境界を示す外挿線である。
【００３２】
次に、図３０における点Ｃ〜Ｊにおけるそれぞれのパラメータの組合せに対して、深さｄｐ１の値を変化させた場合に、本実施形態のＭＰＳダイオード１００の特徴が認められるか否かを判定するために次のシミュレーションを行った。図３１は、本実施形態のＭＰＳダイオード１００のシミュレーションに用いたパラメータの組合せを示す図である。また、図３１には、パラメータの組合せそれぞれに対して、ＭＰＳダイオード１００の特徴が認められたか否かが示されている。図３２から図４４は、図３０に示したパラメータの組合せにおけるシミュレーション結果を示すグラフである。なお、パラメータの組合せＮｏ．３６及び３７のシミュレーション結果は、既に、図８及び図９に示されている。
【００３３】
図３１に示したパラメータの組合せにおけるシミュレーションの結果より、図３０における点Ｃ〜Ｊすべてのパラメータ（横幅ｄ１，比ｒ）の組合せにおいて、半導体領域３の深さｄｐ１が少なくとも０．４［μｍ］より浅い範囲において、本実施形態のＭＰＳダイオード１００の特徴が認められることが分かる。
【００３４】
続いて、図１４に示した点Ｂの深さｄｐ１の値が、比ｒ＝２．５において、横幅ｄ１の長さに応じてどのように変化するかを求めるために、図４５に示すパラメータの組合せにてシミュレーションを行った。また、図４５には、パラメータの組合せそれぞれに対して、本実施形態のＭＰＳダイオード１００の特徴が認められるか否かの判定結果が示されている。図４６から図６２は、図４５に示すパラメータの組合せにおけるシミュレーション結果それぞれを示すグラフであり、シミュレーションにより得られたＭＰＳダイオード１００の順方向電圧に対する電流密度の変化を示すグラフである。なお、パラメータの組合せＮｏ．５７、５８、及び５９のシミュレーション結果は、既に、図１１、１２及び１３に示されている。
【００３５】
図６３は、本実施形態における図４５に示したシミュレーションのパラメータの組合せと、それらの組合せにおいて本実施形態のＭＰＳダイオード１００の特徴が認められたか否かを示す図である。図６３において、図４６から図６２のシミュレーション結果、すなわち、図４５に示したパラメータの組合せにおけるシミュレーション結果それぞれは、効果が認められる場合を白抜きの丸（○）で示し、効果が認められない場合を黒でぬりつぶした丸（●）で示されている。
【００３６】
また、図６３には、シミュレーション結果より、比ｒ＝２．５における本実施形態のＭＰＳダイオード１００の特徴を有するパラメータ（横幅ｄ１，深さｄｐ１）の組合せに対して予想される臨界を示す外挿線Ｌ２３と、シミュレーション結果より本実施形態のＭＰＳダイオード１００の特徴を有するパラメータの組合せ（横幅ｄ１，深さｄｐ１）が含まれる領域Ｓ３とが示されている。
【００３７】
点Ｍ〜Ｔは、シミュレーションによりＭＰＳダイオード１００の特徴が認められたパラメータの組合せを示す点であり、それぞれのパラメータ（横幅ｄ１［μｍ］，深さｄｐ１）は、次の通りである。
点Ｍ（１．０，１．９）、点Ｎ（１．５，１．６）、点Ｐ（２．０，１．１）、点Ｑ（２．５，０．９）、点Ｒ（３．０，０．７）、点Ｓ（３．５，０．３５）、点Ｔ（４．０，０．２）である。なお、点Ｍ〜Ｔにおいて、それぞれの比ｒは、２．５である。
【００３８】
また、半直線Ｌ１５は、点Ｍを一端とする半直線であり、比ｒ＝１．９、横幅ｄ１≦１．０である。線分Ｌ１６は、点Ｍと点Ｎとを結ぶ線分であり、線分Ｌ１７は、点Ｎと点Ｐとを結ぶ線分であり、線分Ｌ１８は、点Ｐと点Ｑとを結ぶ線分であり、線分Ｌ１９は、点Ｑと点Ｒとを結ぶ線分であり、線分Ｌ２０は、点Ｒと点Ｓとを結ぶ線分であり、線分Ｌ２１は、点Ｓと点Ｔとを結ぶ線分である。半直線Ｌ２２は、点Ｔを一端とするｄｐ１＝４［μｍ］、０［μｍ］≦深さｄｐ１≦０．２［μｍ］を満たす半直線である。
【００３９】
半直線Ｌ１５及びＬ２２と、線分Ｌ１６〜Ｌ２１とにより形成される領域Ｓ３は、本実施形態のＭＰＳダイオード１００の特徴が認められるパラメータの組合せが含まれる領域である。また、外挿線Ｌ２３は、ＭＰＳダイオード１００の特徴が認められるか否かの境界を示す外挿線である。
【００４０】
以上のように、本実施形態のＭＰＳダイオード１００の特徴が得られるパラメータ（横幅ｄ１，比ｒ，深さｄｐ１）の組合せは、図１４において、点Ａ及び点Ｂにより定められる領域Ｓ１で示される。この点Ａは、横幅ｄ１に応じて、図３０に示される領域Ｓ２を定める半直線Ｌ５及びＬ１１と、線分Ｌ６〜Ｌ１０とにより示される値となる。また、点Ｂは、横幅ｄ１に応じて、図６３に示される領域Ｓ３を定める半直線Ｌ１５及びＬ２２と、線分Ｌ１６〜Ｌ２１とにより示される値となる。
【００４１】
なお、本実施形態のＭＰＳダイオード１００において、金属層４と接触する半導体領域３の横幅寸法Ｄ１及び離間間隔Ｄ２を均一の構成を示して説明したが、例えば、図６４に示す変形例ように、半導体層２の金属層４と接する面の端の近傍に横幅寸法Ｄ１と離間間隔Ｄ２とを小さくした半導体領域３を設け、半導体層２の金属層４と接する面の中央部に横幅寸法Ｄ１よりも大きい横幅寸法Ｄ３の半導体領域を離間間隔Ｄ２より広い離間間隔Ｄ４ごとに設ける構成としてもよい。上述のように、異なる離間間隔及び横幅の半導体領域を配置することにより、半導体層２の中央部よりも端の方における電流密度を高くすることができ、順方向のサージが発生した場合に端の近傍に多くの電流を流すことで、ＭＰＳダイオードに発生する熱を放出しやすくすることができる。
【００４２】
また、半導体層２における半導体領域３の配置は、図１及び図６４に示したものに限らず、図１４、３０、及び６３により示されるパラメータ（横幅ｄ１，比ｒ，深さｄｐ１）の組合せを適宜用いて行ってもよい。
【００４３】
なお、本実施形態のＭＰＳダイオード１００において、半導体層１を高濃度のＰ型不純物を含むＳｉＣとし、半導体層２を半導体層１より低濃度のＰ型不純物を含むＳｉＣとし、半導体領域３をＮ型不純物が含まれるＳｉＣとしてもよい。
【００４４】
また、本実施形態では、半導体層１にＳｉＣを用いた例を示し説明したが、少なくともＳｉ（シリコン）のバンドギャップ約１．１ｅＶよりバンドギャップの大きいダイヤモンド（Ｃ）（約５．４７ｅＶ）や、窒化ガリウム（ＧａＮ）（約３．４ｅＶ）などの３−５族の化合物半導体を用いてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１…半導体層、２…半導体層、３…半導体領域、４…金属層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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