(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度がガードリングとＮ−層との境界面からの深さにかかわらず一定に維持されている場合よりも、境界面からの深さが深い部分における電界の負担分を増大させつつ、ブレークダウン電圧を高くし、ガードリングコーナー部分における電界の集中を低減する。【解決手段】ショットキバリアダイオードのガードリング１とＮ−層２との境界面７からＮ＋基板３側に向かったその境界面７からの深さが増加するに従ってＮ−層２に含まれる不純物の濃度の対数が直線的に増加するようにＮ−層２中に不純物を含有させ、ガードリング表面８から境界面７までの深さＸｊ１を増加させ、ガードリング１とＮ＋基板３との間に挟まれたＮ−層２の厚さを減少させた。【選択図】図１
2006005168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガードリングと、不純物を含有しているＮ−層と、Ｎ＋基板とを有するショットキバリアダイオードにおいて、前記ガードリングと前記Ｎ−層との境界面から前記Ｎ＋基板側に向かったその境界面からの深さが増加するに従って前記Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度の対数が直線的に増加するように前記Ｎ−層中に不純物を含有させ、ガードリング表面から前記境界面までの深さを増加させ、前記ガードリングと前記Ｎ＋基板との間に挟まれた前記Ｎ−層の厚さを減少させたことを特徴とするショットキバリアダイオード。
【請求項２】
ガードリングと、不純物を含有しているＮ−層と、Ｎ＋基板とを有するショットキバリアダイオードにおいて、前記ガードリングと前記Ｎ−層との境界面から前記Ｎ＋基板側に向かったその境界面からの深さが増加するに従って前記Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度の対数が直線的に増加するように前記Ｎ−層中に不純物を含有させ、ガードリング表面から前記境界面までの深さを２．０μｍ以上３．５μｍ以下に設定し、前記ガードリングと前記Ｎ＋基板との間に挟まれた前記Ｎ−層の厚さを２．５μｍ以上４μｍ以下に設定したことを特徴とするショットキバリアダイオード。
【請求項３】
ガードリングと、不純物を含有しているＮ−層と、Ｎ＋基板とを有するショットキバリアダイオードにおいて、前記ガードリングと前記Ｎ−層との境界面から前記Ｎ＋基板側に向かったその境界面からの深さが増加するに従って前記Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度の対数が直線的に増加するように前記Ｎ−層中に不純物を含有させ、前記ガードリングと前記Ｎ＋基板との間に挟まれた前記Ｎ−層の厚さに対するガードリング表面から前記境界面までの深さの割合を０．３以上に設定したことを特徴とするショットキバリアダイオード。
【請求項４】
前記ガードリングと前記Ｎ−層との境界面から前記Ｎ＋基板側に向かったその境界面からの深さが２０μｍ増加すると、前記Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度の対数が５以上１０００以下直線的に増加するように前記Ｎ−層中に不純物を含有させたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のショットキバリアダイオード。
【請求項５】
フィールドプレートの端部の真下におけるＮ−層表面の電界が、ガードリングコーナー部分におけるＮ−層表面の電界よりも強くなるように、前記Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度と、ガードリング表面から前記境界面までの深さと、前記ガードリングと前記Ｎ＋基板との間に挟まれた前記Ｎ−層の厚さとを設定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のショットキバリアダイオード。
【請求項６】
逆電流の約７５％が、ＰＮ接合の水平部分を通過し、アノード電極に向かって垂直に流れるように、前記Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度と、ガードリング表面から前記境界面までの深さと、前記ガードリングと前記Ｎ＋基板との間に挟まれた前記Ｎ−層の厚さとを設定したことを特徴とする請求項５に記載のショットキバリアダイオード。
【請求項７】
前記ショットキバリアダイオードが２０（Ｖ）以上１００（Ｖ）以下のゼナー電圧でブレークダウンせしめられるように、前記Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度と、ガードリング表面から前記境界面までの深さと、前記ガードリングと前記Ｎ＋基板との間に挟まれた前記Ｎ−層の厚さとを設定したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のショットキバリアダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガードリングと、不純物を含有しているＮ−層と、Ｎ＋基板とを有するショットキバリアダイオードに関し、特には、Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度がガードリングとＮ−層との境界面からの深さにかかわらず一定に維持されている場合よりも、境界面からの深さが深い部分における電界の負担分を増大させつつ、ブレークダウン電圧を高くすることができ、更に、ガードリングコーナー部分における電界の集中を低減することができるショットキバリアダイオードに関する。
【０００２】
詳細には、本発明は、ゼナーダイオードの機能を有するショットキバリアダイオードに関する。
【背景技術】
【０００３】
従来から、比較的大電流かつ高耐圧の用途向けのパワー半導体素子として、２端子構造のダイオード、３端子構造であって、ＰＮＰ／ＮＰＮの３層構造のＢｉｐ−Ｔｒ（バイポーラトランジスタ）／ＭＯＳＦＥＴ、ＰＮＰＮ／ＮＰＮＰの４層構造のＳＣＲ（サイリスタ）／ＩＧＢＴなどの多くのデバイス構造が知られている。
【０００４】
ところで、どのような構造のデバイスにも、必ずＯＮモードとＯＦＦモードとがあり、その極限の理想特性が、ＯＮモードにおいて抵抗値Ｒ＝０であり、ＯＦＦモードにおいて抵抗値Ｒ＝∞であることが周知である。
【０００５】
しかしながら、現実のデバイスでは、ＯＮモードにおける抵抗値Ｒ≠０であり、ＯＦＦモードにおける抵抗値Ｒ≠∞である。すなわち、一般的にＯＮモードにおいては必ず有限の順方向損失が存在し、ＯＦＦモードにおいては逆方向損失が存在する。
【０００６】
更に、これらのデバイスは、応用回路の運転においてスイッチングされるため、これらのデバイスには、上記の損失に加えて、特に高周波用途においてはスイッチング損失も存在する。
【０００７】
当業者の本発明者等は、日夜これらのデバイスの特性の改善に取り組んでいる。上記のパワー半導体のうち、２端子構造（で２層構造）のダイオードの種類は、更に細分化される。代表的には、２端子構造（で２層構造）のダイオードとして、ＰＮ接合ダイオードや、ショットキバリアダイオード（以下「ＳＢＤ」と称する）が知られている。また、ＰＮ接合ダイオードはバイポーラデバイスであり、ＳＢＤは（基本的に）ユニポーラデバイスであることも周知である。
【０００８】
ＳＢＤのＯＦＦモードにおける逆方向特性を向上させるため、すなわち、より高耐圧であって、高い逆バイアス電圧ＶＲがかけられた状態でリーク電流ＩＲを低く抑えることができる逆方向特性を得るために、デバイス表面側の活性領域周辺にガードリングを設ける手法が、従来から数多く知られている。
【０００９】
例えば特開平５−７５１００号公報には、そのような技術の基本型と、その改善型とが記載されている。図５は特開平５−７５１００号公報に記載されたガードリング構造付きＳＢＤの基本型を示した図、図６は特開平５−７５１００号公報に記載されたガードリング構造付きＳＢＤの改善型を示した図、図７は特開平５−７５１００号公報に記載された逆バイアス電圧ＶＲとリーク電流ＩＲとの関係などを示した図である。図５および図６において、１０１は半導体基体、１０２，１０３は主電極、１０４は絶縁膜、１１１，１１２は主表面、１１３は第１の半導体領域、１１４は第２の半導体領域、１１５は第３の半導体領域、１１６は第４の半導体領域である。
【００１０】
図５に示した構造においては、第３の半導体領域１１５と第１の半導体領域１１３とのｐｎ接合によるガードリングが備えられている旨が、特開平５−７５１００号公報には記載されている。また、活性領域であってガードリングに近い側（すなわち、活性領域の端部付近）での逆方向電圧印加時の電界強度分布において、図５中の破線部付近の電界強度が部分的（局所的）にどうしても高まってしまい、その結果、図７中に曲線（１）で示すように、高電圧印加時にリーク電流の増大を招いていた旨が、特開平５−７５１００号公報には記載されている。
【００１１】
更に、その対策として、図６に示すように、第４の半導体領域１１６を追加することにより、電界強度の分布が改善され、その結果、ＳＢＤの逆方向特性が図７中の曲線（２）に示すように改善される旨が、特開平５−７５１００号公報には記載されている。
【００１２】
ＳＢＤにガードリングのような保護対策が全く設けられていない場合には、逆バイアス電圧ＶＲとリーク電流ＩＲとの関係は、図７中の曲線（１）＋曲線（３）のようになるか、あるいは、リーク電流ＩＲがもっと多くなるであろう。それに対し、図５に示したようにガードリング（基本型）を設けることにより、逆バイアス電圧ＶＲとリーク電流ＩＲとの関係が、図７中の曲線（１）〜点Ｐ１〜曲線（２’）のように改善されるであろう。
【００１３】
つまり、ガードリングが何一つ設けられていない状態では、ＳＢＤ界面か、いやむしろ、ＳＢＤ活性領域の端部での所謂エッジ効果による局所的ブレークダウンが発生するまでは、リーク電流が、図７中の曲線（３）に沿って高い値までズルズルと延び、やがておそらく、デバイスは局所で永久破壊するであろう。
【００１４】
つまり、ＳＢＤにガードリングが設けられている場合には、活性領域の端部でのエッジ効果や、ＳＢＤ界面での高電界（形成）によるブレークダウンが起こる前に、ガードリング部分でのより早めなブレークダウンが起こることによって、ＳＢＤデバイス本体が守られている（保護されている）と言える。
【００１５】
換言すれば、ガードリングが存在することによって、ブレークダウンの位置を活性領域形成部からガードリング部に強制的（意図的）にシフトさせることにより、デバイスが破壊されるのを防いでいると言える。これにより、ＳＢＤの耐圧は、ＳＢＤ本体が元来有する耐圧ではなく、ガードリング構造の有する耐圧に制限されることになる。耐圧は制限されるものの、リーク電流を一定値以下にとどめることもできるので、ブレークダウンは可逆的となり、永久破壊のような非可逆的な現象とはならない。従って、デバイスを繰り返し使用できるようになり、そのことにガードリングを設ける目的と価値がある。
【００１６】
このように、ガードリングは周知のゼナーダイオードに類似の機能を、ＳＢＤに与えていると考えることができる。すなわち、ガードリングの構造を、よりゼナーダイオードに近い形に形成することにより、あるいは、ガードリング構造に加えて、デバイス構造の１ヵ所にゼナーダイオードを設けることにより、デバイスの耐圧が低下するものの、ブレークダウン時の波形を、所定の電圧（ＶＺ）付近で、しかも、より鋭い波形（ハードブレークダウン波形）に変えることができる。
【００１７】
図７中の曲線（４）は、ゼナーダイオードが設けられている場合の逆方向特性を示している。上述したように、ガードリング付きのＳＢＤの耐圧は、ガードリングが有する耐圧によって決まるが、ガードリングの耐圧よりもゼナーダイオードの耐圧の方が低くなるように通常は設計・製作されるため、ゼナーダイオード付きのＳＢＤの耐圧は、ゼナーダイオードの有する耐圧（ＶＺ）により決まる。
【００１８】
ガードリング構造により得られるデバイスの逆耐電圧（耐圧）の詳細については、例えば特開平５−１９０８３１号公報に記載されている。特開平５−１９０８３１号公報には、ガードリング部を形成するＰＮ接合面の曲率半径は、ほぼ接合深さ（Ｘｊ）であること、この曲率半径（＝接合深さＸｊ）が大きくなればなる程、平行平板のＰＮ接合に近い耐圧が得られるようになること、ガードリングの本数を増やすことによって、より耐圧を高めることができることなどが記載されている。
【００１９】
また、ガードリング構造自体にゼナーダイオードの機能を持たせた構造例としては、例えば特開平９−９５２２号公報に記載されたものがある。図８は特開平９−９５２２号公報に記載されたダイオードの構造の一例を説明するための図、図９は特開平９−９５２２号公報に記載されたダイオードの他の構造例を説明するための図である。図８および図９において、１６１はｎ＋基板、１６２はｎ−耐圧層、１６３はＰ型ガードリング、１６４はＰ＋低抵抗層、１６５は金属膜、１６６は保護絶縁膜、Ｓは接合面、Ｚはｐｎ接合、１６３ａはＰ型ガードリング、１６４ａはｎ型領域である。
【００２０】
図８に示すように、Ｐ領域（１６３）とｎ−エピタキシャル層（１６２）とで形成されるＰＮ接合が、ゼナーダイオードを形成することになり、それにより、ゼナーダイオード付きのＳＢＤを実現することができる旨が特開平９−９５２２号公報に記載されている。
【００２１】
また、図９に示すように、Ｐ＋層（１６３ａ）の下部にｎ層（１６４ａ）を形成することにより、このｎ層（１６４ａ）とｎ−エピタキシャル層（１６２）とが、Ｐ＋層（１６３ａ）とで成すＰＮ接合が、ゼナーダイオードを形成することになり、それにより、ゼナーダイオード付きのＳＢＤを実現することができる旨が特開平９−９５２２号公報に記載されている。
【００２２】
図１０はＰＮ接合ダイオード、ＳＢＤ、およびゼナーダイオードを一般的に示す記号を示した図である。
【００２３】
本出願人は、ガードリング付きのＳＢＤのデバイス構造の１ヵ所にゼナーダイオード構造を新たに追加した例を、特願２００４−５６１１９号の図１１に開示している。図１１は特願２００４−５６１１９号に開示されたゼナーダイオード構造を追加したガードリング付きのＳＢＤのデバイス構造を示した図である。詳細には、図１１（ａ）はデバイス構造の平面図、図１１（ｂ）はデバイス構造の断面図である。図１１に示すように、この構造においては、ＳＢＤ活性領域の中央部に設けられたゼナーダイオード部が、ＳＢＤ活性領域周辺に設けられたガードリング領域部よりも先にブレークダウンすることにより、過大な逆方向電圧が印加された時にも、ＳＢＤ本体は、ゼナーダイオード部（およびガードリング部）により、より安全に保護されるであろう。
【００２４】
詳細には、図１１（ｂ）の中央部のより深いＰ＋層の下部のｎ−エピタキシャル層が、図１１（ｂ）の中央部以外の領域よりも薄いため、図１１（ｂ）の中央部のＰＮ接合面での電界強度が、より早く最も高くなり、その結果、図１１（ｂ）の中央部のゼナーダイオード部が先にブレークダウンする。
【００２５】
次に、ＳＢＤを製作する時に用いる素材ウエファの、例えば図１１（ｂ）中のＬ１−Ｌ１’線に沿った縦方向濃度プロファイルに関する技術について説明する。
【００２６】
１９７９年３月発行のＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＥＬＥＣＴＲＯＮ  ＤＥＶＩＣＥＳ誌  ＶＯＬ．ＥＤ−２６，ＮＯ．３（Ｐ２４３〜Ｐ２４４）のＦｉｇ．１には、推奨の濃度分布プロファイルが記載されている。図１２は１９７９年３月発行のＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＥＬＥＣＴＲＯＮ  ＤＥＶＩＣＥＳ誌  ＶＯＬ．ＥＤ−２６，ＮＯ．３のＦｉｇ．１などを示した図である。
【００２７】
上記文献には、図１２のグラフ中の推奨の濃度分布プロファイルを採用する時に、ＳＢＤやＭＯＳＦＥＴの順方向最小抵抗（Ｒｍｉｎ）と、所望の耐圧特性が得られる旨が記載されている。つまり、図１２のグラフ中の通常の平坦な濃度プロファイルに比べて、総合的にみたデバイスの特性が改善されるという基本的な考え方が、従来から知られている。
【００２８】
図１２中の式（９）〜式（１２）のうち、Ｗはｎエピタキシャル層の厚さ（ｃｍ）、ＶＢはブレークダウン電圧（Ｖ）、Ｅｃは臨界電圧（≒２．２×１０５（Ｖ／ｃｍ）、Ｎｄ＝１．０×１０１４（１／ｃｍ３）時）、Ｅ（ｘ）は位置ｘにおける電界強度（Ｖ／ｃｍ）、Ｎｄ（ｘ）は位置ｘにおけるｎ層の濃度（１／ｃｍ３），εは誘電率（＝εｏ・εｓｉ＝８．８５４×１０−１４（Ｆ／ｃｍ）×１１．９＝１．０５４×１０−１２（Ｆ／ｃｍ））、ｑは電荷素量（＝１．６０２×１０−１９（Ｃ））である。
【００２９】
また、図１２中の式（１１）のＥ（ｘ）と、式（１２）のＮｄ（ｘ）を変形し、両辺を（３ｑＶＢ／εＥｃ２）で割って規格化した濃度プロファイル値とが、図１２のグラフに１次元プロットされている。
【００３０】
図１２のグラフ中に示すように徐々に増加する（非直線の）式（１２）の濃度プロファイルであれば、図１２のグラフ中に示す従来の平坦な濃度プロファイルに比べ、電界が直線的ではなくなり、丸みを帯びるようになることと、トータルの厚みもΔｔ分だけ薄くてすむこととが、上記文献には記載されている。
【００３１】
更に、エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度を、デバイスの表面からの深さが深くなるに従って増加させたＳＢＤとして、例えば特開２０００−２６１００６号公報に記載されたものが知られている。（エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度をデバイスの表面からの深さが深くなるに従って増加させた構造を、以下「傾斜エピタキシャル層構造」と称する。）図１３は特開２０００−２６１００６号公報に記載されたＳＢＤのエピタキシャル層に含まれる不純物の濃度分布などを示した図である。詳細には、図１３（ａ）はＳＢＤのエピタキシャル層に含まれる不純物の濃度とＳＢＤの表面からの深さＸとの関係を示しており、図１３（ｂ）はエピタキシャル層の空間電荷とＳＢＤの表面からの深さＸとの関係を示しており、図１３（ｃ）はエピタキシャル層の電界強度とＳＢＤの表面からの深さＸとの関係を示している。
【００３２】
特開２０００−２６１００６号公報に記載されたＳＢＤでは、図１３（ａ）に実線で示すように、エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度は、ＳＢＤの表面からの深さＸが所定の深さになるまで一定の濃度に維持されている。更に、ＳＢＤの表面からの深さＸがその所定の深さよりも深くなると、深さＸが増大するのに伴って、エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度も徐々に増大せしめられている。このときに形成される空間電荷分布は、図１３（ｂ）に実線で示すようになる。
【００３３】
更に、ＳＢＤの表面からの深さＸがシリコン基板付近まで深くなると、エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度は急激に増大せしめられている。
【００３４】
以上により、図１３（ｃ）に示すように、ＳＢＤ界面となる表面の電界が「ロ」から「イ」に下がるという効果が得られている。
【００３５】
詳細には、エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度が、図１３（ａ）に破線で示すように、ＳＢＤの表面からの深さＸにかかわらず一定である場合には、電界強度が、図１３（ｃ）に「ロ」で示すように、ＳＢＤ界面から直線的に低下する。一方、エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度が、図１３（ａ）に実線で示すように設定されている場合には、電界強度が、図１３（ｃ）に「イ」で示すように、丸みを帯びた分布となる。
【００３６】
つまり、図１３（ｃ）に「ロ」で示す場合には、ＳＢＤの表面側に電界強度の高い部分が多く存在する。一方、図１３（ｃ）に「イ」で示す場合には、ＳＢＤの表面側での負担分が減り、その分ｎ−層のより深い内部とＮ＋基板側にその（電界の）負担分が移るため、電界強度分布の傾きも結果的に小さくなり、また、ｎ−層の一部のみではなく、深さＸ方向の全体にわたって電界を負担するような分布になる。
【００３７】
従って、図１３（ｃ）に「イ」で示す場合には、表面、すなわち、ＳＢＤ界面の電界強度を図１３（ｃ）に「ロ」で示す場合よりも下げることができる。それにより、つまり、ＳＢＤ界面の電界強度を低くすることにより、リーク電流を低下させることができ、また、例えば鏡像効果の低減、ΦＢ（バリアハイト）低下現象の低減などの多くの良好な特性を得ることができる。
【００３８】
図１２中の式と図１３（ａ）のグラフとは、共に、ＳＢＤの表面からの深さが増大するのに伴ってエピタキシャル層に含まれる不純物の濃度が増大する点を示しているが、図１３（ａ）に示したようなグラフの方が、エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度が具体的にいくつになるのかを数値的に把握しやすい。
【００３９】
数値的に把握しやすいことは、エピタキシャル層を成長させる工程における、エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度のコントロール性の良さにもつながる。また、デバイスのシミュレーションなどを行う際にも、数値計算法、解析法のいかんを問わず、不純物の濃度設定がしやすい。従って、試作したサンプルの特性と用いた素材およびプロセス条件との関係を検討する際にも大変に利用価値があるであろう。
【００４０】
上述した技術的背景をまとめると、以下のようなことが言える。
【００４１】
（１）ＳＢＤにとって、その本体のＳＢＤ（界面、活性領域）部分を、安全に保護し、長期間の過酷な運転に耐え得る上で、ガードリング構造を有していることは、必要最低条件である。
【００４２】
（２）ＳＢＤにとって、ガードリング構造を有していることが、その使用条件（運転条件）によっては、また、アバランシェ耐量等の逆方向耐量試験においても、充分ではない場合がある。すなわち、ある所望の電圧（以下、「ゼナー電圧（ＶＺ）と称する）付近で、より早めにデバイスをブレークダウンさせたい場合がある。そのことにより、より低抵抗で、かつ、より薄めなｎ−エピタキシャル層で済ませたいという技術的なニーズに対して応えられる可能性がある。このような場合には、上記のガードリング構造に加え、更にゼナーダイオード機能を付加することが求められるであろう。
【００４３】
（３）ゼナーダイオードをＳＢＤに付加するにあたっては、ガードリング構造でモディファイする方法と、別途、ＳＢＤ構造中の一部にゼナーダイオード部を設ける場合とがある。
【００４４】
（４）ガードリングおよびゼナーダイオード付きＳＢＤを製作するにあたっては、ＳＢＤ本体の部分をはじめ、それ以外の部分を含めて、電界強度をより小さくし、しかも局所的なブレークダウンを避けることができるような、例えば傾斜エピタキシャル層構造のような構造となっていなければ、総合的にみたときに、良いデバイスは得られない。
【００４５】
ゼナーダイオードとは、ツエナー降伏（内部電界による放出現象）を利用している。つまり、所謂片側階段型接合でほぼ近似できる通常のＰＮ接合に比べて、（特に）ｎ−層側の濃度が高い場合のＰＮ接合である。従って、一般的な解釈としては、ゼナー電圧ＶＺ≒５〜８（Ｖ）程度である場合が多い。本明細書においては、応用回路上のニーズに鑑み、一般的な解釈とは異なり、ある所望のＶＺ＝１０〜１００（Ｖ）のゼナー電圧において、集中的で、かつ、より鋭いブレークダウン波形を示すものを含めて、より広義な意味で、ゼナーダイオードと称する。
【００４６】
図１４は特開平５−３３６７４９号公報に記載された１石式フォワードコンバータの回路を示した図である。図１４に示す回路は、例えば車載用発電機からバッテリー等への充電を行うための電源用途応用回路として用いられる。図１４中の２つのダイオードＤ１，Ｄ２のうち、Ｄ１は整流用ダイオード、Ｄ２はフライホイール用ダイオードと呼ばれるものである。
【００４７】
図１４に示す回路には、整流用ダイオードＤ１を経てコイルＬを介して平滑用コンデンサＣに充電が行われる第１モードと、平滑用コンデンサＣに蓄えられたエネルギー（電荷）を、フライホイール用ダイオードＤ２を経て巡回させる第２モードとが設けられている。第１モードにおいては、整流用ダイオードＤ１はＯＮされ、フライホイール用ダイオードＤ２はＯＦＦされる。一方、第２モードにおいては、整流用ダイオードＤ１はＯＦＦされ、フライホイール用ダイオードＤ２はＯＮされる。つまり、整流用ダイオードＤ１とフライホイール用ダイオードＤ２とは、交互にＯＮ／ＯＦＦが繰り返される。
【００４８】
図１５は図１４に示したフライホイール用ダイオードＤ２にかかる電圧ＶＤ２、それを流れる電流ＩＤ２などを示した図である。詳細には、図１５（ａ）はフライホイール用ダイオードＤ２にかかる電圧ＶＤ２と時間ｔとの関係を示した図、図１５（ｂ）はフライホイール用ダイオードＤ２を流れる電流ＩＤ２と時間ｔとの関係を示した図、図１５（ｃ）は時間ｔ１付近におけるフライホイール用ダイオードＤ２にかかる電圧ＶＤ２およびそれを流れる電流ＩＤ２の拡大図である。
【００４９】
図１５に示すように、図１４に示した回路が第２モードから第１モードに切り換えられ、フライホイール用ダイオードＤ２がＯＮからＯＦＦに切り換えられる時間ｔ１には、フライホイール用ダイオードＤ２に、はねあがり電圧ＶＳＰ（スパイク電圧）が発生している。
【００５０】
詳細には、図１５（ｃ）に示すように、フライホイール用ダイオードＤ２を流れる電流ＩＤ２が逆回復する時（リカバリー時）の変曲点において、はねあがり電圧ＶＳＰが最大値をとることが知られている。
【００５１】
図１６ははねあがり電圧ＶＳＰが発生する付近を詳細に示した図である。図１６に示すように、例えば図１４に示した回路に用いられるＬの値、（ｄｉ／ｄｔ）の値、回路の運転周波数などのような回路の使用条件にもよるが、Ｖ０＝１０（Ｖ）に設定されている場合であっても、ＶＳＰ＝１００（Ｖ）に達してしまう場合もある。
【００５２】
このような場合、フライホイール用ダイオードＤ２として用いられるＳＢＤの耐圧（ＶＲ）は、少なくともＶＲ＞ＶＳＰとなる必要がある。そのため、例えばＶＲ≒１２０（Ｖ）もの高耐圧のＳＢＤが選定されるであろう。
【００５３】
以上の説明に加え、もっとより高耐圧な応用事例として、例えば２００（Ｖ）系の電源が用いられる場合には、通常ＶＲ＝６００（Ｖ）定格のデバイスが選ばれる。更に、スパイク電圧ＶＳＰを考慮して、２倍の安全係数がかけられ、ＶＲ＝１２００（Ｖ）定格のデバイスが選定されるような場合もあり、これらはまれなケースではない。特に、運転周波数が高速であればあるほど、高いスパイク電圧ＶＳＰ（＝−Ｌ・（ｄｉ／ｄｔ））の発生に悩まされることになる。
【００５４】
例えば図１４に示したような回路では、スパイク電圧ＶＳＰの発生は避けられず、あるレベルまでの電圧の発生は容認しなければならない。ゼナーダイオードの有する耐圧ＶＺ以上の、ほとんどまれにしか発生しないレベル以上の電圧（ＶＳＰ）については、ゼナーダイオードの有する特性により負担するとする。ゼナーダイオードは、ゼナーダイオードの有する耐圧ＶＺ以上の電圧をほぼ完全にカットしてくれるので、例えば、上記の例では、ゼナーダイオードの有する耐圧ＶＺ＝８０（Ｖ）とした場合、ゼナーダイオードの有する耐圧ＶＺのバラツキ等を考慮したとしても、ＳＢＤの耐圧ＶＲ≒ＶＺ（＝８０（Ｖ））＋１０（Ｖ）＝９０（Ｖ）定格程度のデバイス（ＳＢＤ）で済むことになる。
【００５５】
つまり、図５に示した例に適用すると、第１の半導体領域（ｎ−エピタキシャル層）１１３の厚みを薄くすることができ、第１の半導体領域（ｎ−エピタキシャル層）１１３の比抵抗（ρ）を小さくすることができる。
【００５６】
以上により、ゼナーダイオード付きのＳＢＤであれば、図１４に示した応用回路をはじめ、他の多くの応用回路においても、運転時の損失を大幅に低減させることができる可能性がある。
【００５７】
図１７は従来のＳＢＤのガードリングコーナー部における電流集中を示した図である。詳細には、図１７は特開２００２−２０３９５５号公報の図８に相当する図である。図１８は図１７の一部を拡大して示した図である。詳細には、図１８は特開２００２−２０３９５５号公報の図１１に相当する図である。図１７および図１８において、２０１はＳＢＤ、２０２はシリコン基板、２０３はＮ−層、２０４はガードリング、２０５は空乏層、２０９はガードリング外方コーナー部、２１０は電子、２１１は酸化膜、２１２はコンタクト開口端である。
【００５８】
特開２００２−２０３９５５号公報には、通常の（ｎ−層／Ｎ＋基板層）素材ウエファ中に、例えば図５、図１７に示したようなガードリング構造を有するＳＢＤにおいては、以下のような問題点がある旨が記載されている。
【００５９】
（１）ガードリング外方コーナー部２０９（図１７および図１８の斜線部内）では、逆バイアス条件下の時、電界が集中しやすい。
【００６０】
（２）その部分に発生する正孔（Ｊｐ）電流が、アノードメタル（フィールドプレート）電極下にあるＳｉＯ２膜の直下に引き寄せられ、横方向に移動した後、アノード電極に吸収されていくので、ｎ−層のＳｉバルク開口端付近にアバランシェ破壊が生じやすい。
【００６１】
その対策として、特開２００２−２０３９５５号公報では、ガードリングとなるｐ層領域の構造（濃度配置）が新たに提案されている。
【００６２】
また、特開２００２−２４６６０９号公報では、ガードリング／ｎ−層／Ｎ＋層を縦断する縦方向濃度分布プロファイルに関して、よりアバランシェ耐量を向上させるための分布が提案されている。
【００６３】
つまり、上述した問題点（１），（２）が知られており、アバランシェ耐量を向上させつつ、ゼナーダイオード機能をもたせたＳＢＤを実現させるためには、それなりの対策が必要となる。
【００６４】
上述した点を踏まえて、本発明者等は、図５に示したデバイス、すなわち、ガードリング構造付きＳＢＤの最も基本型（従来）のデバイスに関する（数値法による）デバイスシミュレーションを行い、現実にどのような問題が潜んでおり、どうすればその問題に対応することができるのかを確認した。
【００６５】
図１９は従来のデバイスについてのシミュレーション（実施）領域を示した図である。図１９に示した領域Ａ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’は、図５に示したようなガードリング構造付きＳＢＤの最も基本型のものであって、図５の右上に示した四角形ＡＢＣＤによって囲まれた枠内の領域に相当している。図１９において、Ｘ方向寸法は０〜４０μｍの範囲を示しており、Ｙ方向寸法は−１．２〜６．０μｍの範囲を示している。詳細には、ｎ−層表面がＹ＝０μｍに相当し、ｎ−層表面からの深さが深くなるほど正の値が大きくなっている。
【００６６】
従来のデバイスのシミュレーションにおいては、従来のデバイスのガードリングの形状を、図１９に示したような形状に設定した。詳細には、図１９に示すように、Ｘｊ≒１．５μｍで、ガードリングのコーナーＱ１点の座標は（１０．０，１．５）とした。
【００６７】
図２０は図１９に示したＡ’−Ｂ’ラインに沿った濃度プロファイルのシミュレーション結果を示した図である。図２０において、「従来」と示した曲線が、図１９に示した従来のデバイスのシミュレーション結果に対応しており、「本発明」と示した曲線は、後述する本発明のデバイスのシミュレーション結果に対応している。
【００６８】
シミュレーションにおいては、図２０に示すように、ガードリングを形成するｐ層の表面濃度（Ｃｓｐ）をＣｓｐ＝５×１０１８（１／ｃｍ３）に設定した。それ以外の残りのＳｉバルク領域はｎ−層領域とし（４０μｍ×６．０μｍ）、ｎ−層の濃度は、１×１０１５〜１×１０１６（１／ｃｍ３）と設定した。
【００６９】
また、シミュレーションにおいては、図１９に示すように、ｎ−層の表面が、０〜５μｍの範囲に開口部を残し、０．８μｍ厚のＳｉＯ２膜で覆われているように設定した。更に、０．２μｍ厚のアノードメタルが、０〜２０μｍの範囲にかけて、Ｓｉ表面（ｎ−層）の開口部とＳｉＯ２膜の一部を覆っているように設定した。
【００７０】
図２１は逆方向電圧ＶＲとリーク電流ＩＲとの関係のシミュレーション結果を示した図である。図２１において、「従来」と示した曲線が、図１９に示した従来のデバイスのシミュレーション結果に対応しており、「本発明」と示した曲線は、後述する本発明のデバイスのシミュレーション結果に対応している。
【００７１】
シミュレーションにおいては、図１９および図２１に示すように、アノード電極とカソード電極（図示せず。図１９中のＢ’−Ｃ’ラインの電位は＋９０Ｖ。）との間に、ＶＲ＝９０（Ｖ）程度の逆方向電圧がかかるまで、計算電圧を徐々に小刻みに上昇させ、リーク電流ＩＲの値が１×１０−１１（Ａ／μｍ）を越えるまで繰り返し計算を行った。
【００７２】
図２２は図２０にＮ＋基板側領域を加えた図である。図１９に示したシミュレーション領域、あるいは、図２０に示した濃度プロファイル分布では、図２２に示したＮ＋基板側領域を考慮していないが、本発明者等のシミュレーションの経験により、本発明においては、Ｎ＋基板側領域の有無が計算結果に影響を与えることはないと判断した。つまり、図２２中のＭ−Ｍ’ラインより左側のＰＮ接合およびｎ−エピタキシャル層の接合深さおよび濃度プロファイルのみが、主要パラメータであると判断した。
【００７３】
図２３は開口端（ｘ＝５μｍ）の位置における縦方向の電界分布のシミュレーション結果を示した図である。図２３において、「従来」と示した曲線が、図１９に示した従来のデバイスのシミュレーション結果に対応しており、「本発明」と示した曲線は、後述する本発明のデバイスのシミュレーション結果に対応している。
【００７４】
シミュレーションにおいては、図２３に示すように、深さｙ＝１．５μｍ（Ｘｊｐ）のところ、すなわち、ガードリングを形成するＰＮ接合の部分に電界強度のＭＡＸポイントが生じた。電界強度の分布は、（左右不均衡型の）ほぼ三角形状に分布し、その頂点を境にＰ側には約０．７μｍ分（ｙ＝０．８〜１．５μｍ）、また、Ｎ−側には約６μｍ分（ｙ＝１．５〜７．５μｍ）の幅で広がった。この三角形の部分は、デバイス内部のＰＮ接合を境に形成された空乏層（キャリアが枯渇している層）を示している。
【００７５】
図２４はＳｉ表面（ｙ＝０．１μｍの深さ）の位置における横方向の電界分布のシミュレーション結果を示した図である。図２４において、「従来」と示した曲線が、図１９に示した従来のデバイスのシミュレーション結果に対応しており、「本発明」と示した曲線は、後述する本発明のデバイスのシミュレーション結果に対応している。
【００７６】
シミュレーションにおいては、図１９に示したように、Ｓｉ表面ではＰＮ接合が露出しているため、図２４に示すように、図１９に示した位置に対応する位置（ｘ≒１０．６μｍ）に、Ｓｉバルク（ｙ＝０．１μｍ深さ）表面での横方向の電界強度、すなわち、表面横方向電界強度の鋭い（尖った）ピークが生じた。つまり、表面に露出したＰＮ接合の部分の電界強度が局所的に高くなっている。
【００７７】
図２５は電流分布のシミュレーション結果を示した図である。詳細には、図２５（Ａ）は図１９に示した従来のデバイスのシミュレーション結果を示しており、図２５（Ｂ）は後述する本発明のデバイスのシミュレーション結果を示している。
【００７８】
シミュレーションにおいては、図２５（Ａ）に示すように、基板側からアノード電極に流れる逆電流（ＩＲ）のほとんどが、（ｘ≒１０〜１１μｍの範囲内にある）ＰＮ接合側壁部分を通っていることを示す電流分布が得られた。（ｘ≒１０〜１１μｍの範囲内にある）ＰＮ接合側壁部分を通過した電流は、その後、フィールドプレートの下のＳｉＯ２膜直下に引きつけられ、開口端のアノード電極に吸い寄せられた。
【００７９】
図２６は電流密度分布のシミュレーション結果を示した図である。詳細には、図２６（Ａ）は図１９に示した従来のデバイスのシミュレーション結果を示しており、図２６（Ｂ）は後述する本発明のデバイスのシミュレーション結果を示している。
【００８０】
シミュレーションにおいては、図２６（Ａ）に示すように、ガードリング外側コーナー部分に電流が最も集中した。
【００８１】
図２７はＳｉ表面（ｙ＝０．１μｍ深さ）での横方向電流密度のシミュレーション結果を示した図である。詳細には、図２７（Ａ）は図１９に示した従来のデバイスのシミュレーション結果を示しており、図２７（Ｂ）は後述する本発明のデバイスのシミュレーション結果を示している。
【００８２】
シミュレーションにおいては、図２７（Ａ）に示すように、Ｓｉ表面（ｙ＝０．１μｍ）での電流密度は、開口端（ｘ＝５μｍ）の位置で最も集中した。次いで、電流は、ガードリングのある領域（ｘ＝５〜１０μｍ）、すなわち、フィールドプレートの下のＳｉＯ２膜の直下のＰ層領域表面を横方向に流れた後、アノード電極に吸い寄せられた。
【００８３】
尚、図２７（Ａ）には、表面のみならず、深さ１．５μｍ（ＰＮ接合の深さＸｊｐ）、７．０μｍ（ｎ−層の一番深い部分）における電流密度も表示されている。シミュレーションにおいては、図２７（Ａ）に示すように、ＰＮ接合深さ（Ｘｊｐ）程度でも、まだ相当の電流が集中した。
【００８４】
図１９に示した従来のデバイスのシミュレーション結果をまとめると、以下のようになる。
【００８５】
（１）図１７および図１８について説明したような、従来から知られている懸念事項がそのまま起こってしまうことが再確認された。
【００８６】
（２）すなわち、ガードリングコーナー部での局所的電界の集中、ＰＮ接合側壁での電界の集中、および、酸化膜開口端部での局所的電流集中が再確認された。更に、電流が、ＰＮ接合側壁部分を経てフィールドプレートの下のＳｉＯ２膜直下のガードリング（Ｐ層）領域を横方向に走った後、アノード電極に至ってしまう点が再確認された。更に、ＰＮ接合側壁部の電界強度が高いまま、Ｓｉ表面にも残ってしまう点が再確認された。
【００８７】
（３）上述した再確認された点が、ガードリング付きＳＢＤの総合特性を満足のいかない結果にしてしまうため、ガードリング付きＳＢＤの総合特性を満足のいく結果にするためには、なんらかの改善が必要であると言える。
【００８８】
上述した従来技術の問題点を整理すると以下のようになる。
【００８９】
（１）比較的大電流で、かつ、高耐圧用途向けのゼナーダイオード機能付きのＳＢＤが求められている。
【００９０】
（２）そのための多くの対策が採られてきたが、図６、図８、図９、図１１、図１７に示した構造では、第４の領域や、新たなプロセスが、追加されなければならない。
【００９１】
（３）縦方向のｎ−層エピタキシャル層濃度プロファイルに関しても、図１２のグラフに示したプロファイルは、図１２中に示した複雑な式に基づいて管理しなければならないため、管理しづらい。また、図１３（ａ）に示したプロファイルの場合には、最後に（表面側、図２（ａ）の左側に）平坦なｎ−層を追加しなければならない。
【００９２】
（４）上述したシミュレーションを行ったガードリングのみが付いた基本構造による従来型のデバイスにおいては、従来から知られている懸念事項がなんら解決されていない。
【００９３】
【特許文献１】特開平５−７５１００号公報
【００９４】
【特許文献２】特開平５−１９０８３１号公報
【００９５】
【特許文献３】特開平９−９５２２号公報
【００９６】
【特許文献４】１９７９年３月発行のＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＥＬＥＣＴＲＯＮ  ＤＥＶＩＣＥＳ誌  ＶＯＬ．ＥＤ−２６，ＮＯ．３  Ｐ２４３〜Ｐ２４４
【００９７】
【特許文献５】特開２０００−２６１００６号公報
【００９８】
【特許文献６】特開平５−３３６７４９号公報
【００９９】
【特許文献７】特開２００２−２０３９５５号公報
【０１００】
【特許文献８】特開２００２−２４６６０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０１０１】
より低い比抵抗ρでかつ、より薄いｎ−エピタキシャル層構造を用いて、ゼナーダイオード機能付きＳＢＤ構造を新規に提供する必要がある。
【０１０２】
しかしながら、それを実現するに当たっては、プロセスの追加を極力伴う必要のない構造であることが不可欠である。
【０１０３】
実現される新規なＳＢＤは、従来のガードリング構造の基本型に見られた多くの課題を解決できなければならない。
【０１０４】
ｎ−エピタキシャル層構造に関しても、よりシンプルな表現法で記述できるものであって、しかも、例えば濃度コントロールのような複雑な制御や、追加のプロセスを伴わないものでなければならない。
【０１０５】
商業ベースで量産性に富み、かつ、高信頼性であって、しかも、安価な新規構造のゼナーダイオード機能付きＳＢＤでなければならない。
【０１０６】
上述した点に鑑み、本発明は、Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度がガードリングとＮ−層との境界面からの深さにかかわらず一定に維持されている場合よりも、境界面からの深さが深い部分における電界の負担分を増大させつつ、ブレークダウン電圧を高くすることができ、更に、ガードリングコーナー部分における電界の集中を低減することができるショットキバリアダイオードを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０１０７】
請求項１に記載の発明によれば、ガードリングと、不純物を含有しているＮ−層と、Ｎ＋基板とを有するショットキバリアダイオードにおいて、前記ガードリングと前記Ｎ−層との境界面から前記Ｎ＋基板側に向かったその境界面からの深さが増加するに従って前記Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度の対数が直線的に増加するように前記Ｎ−層中に不純物を含有させ、ガードリング表面から前記境界面までの深さを増加させ、前記ガードリングと前記Ｎ＋基板との間に挟まれた前記Ｎ−層の厚さを減少させたことを特徴とするショットキバリアダイオードが提供される。
【０１０８】
請求項２に記載の発明によれば、ガードリングと、不純物を含有しているＮ−層と、Ｎ＋基板とを有するショットキバリアダイオードにおいて、前記ガードリングと前記Ｎ−層との境界面から前記Ｎ＋基板側に向かったその境界面からの深さが増加するに従って前記Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度の対数が直線的に増加するように前記Ｎ−層中に不純物を含有させ、ガードリング表面から前記境界面までの深さを２．０μｍ以上３．５μｍ以下に設定し、前記ガードリングと前記Ｎ＋基板との間に挟まれた前記Ｎ−層の厚さを２．５μｍ以上４μｍ以下に設定したことを特徴とするショットキバリアダイオードが提供される。
【０１０９】
請求項３に記載の発明によれば、ガードリングと、不純物を含有しているＮ−層と、Ｎ＋基板とを有するショットキバリアダイオードにおいて、前記ガードリングと前記Ｎ−層との境界面から前記Ｎ＋基板側に向かったその境界面からの深さが増加するに従って前記Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度の対数が直線的に増加するように前記Ｎ−層中に不純物を含有させ、前記ガードリングと前記Ｎ＋基板との間に挟まれた前記Ｎ−層の厚さに対するガードリング表面から前記境界面までの深さの割合を０．３以上に設定したことを特徴とするショットキバリアダイオードが提供される。
【０１１０】
請求項４に記載の発明によれば、前記ガードリングと前記Ｎ−層との境界面から前記Ｎ＋基板側に向かったその境界面からの深さが２０μｍ増加すると、前記Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度の対数が５以上１０００以下直線的に増加するように前記Ｎ−層中に不純物を含有させたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のショットキバリアダイオードが提供される。
【０１１１】
請求項５に記載の発明によれば、フィールドプレートの端部の真下におけるＮ−層表面の電界が、ガードリングコーナー部分におけるＮ−層表面の電界よりも強くなるように、前記Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度と、ガードリング表面から前記境界面までの深さと、前記ガードリングと前記Ｎ＋基板との間に挟まれた前記Ｎ−層の厚さとを設定したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のショットキバリアダイオードが提供される。
【０１１２】
請求項６に記載の発明によれば、逆電流の約７５％が、ＰＮ接合の水平部分を通過し、アノード電極に向かって垂直に流れるように、前記Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度と、ガードリング表面から前記境界面までの深さと、前記ガードリングと前記Ｎ＋基板との間に挟まれた前記Ｎ−層の厚さとを設定したことを特徴とする請求項５に記載のショットキバリアダイオードが提供される。
【０１１３】
請求項７に記載の発明によれば、前記ショットキバリアダイオードが２０（Ｖ）以上１００（Ｖ）以下のゼナー電圧でブレークダウンせしめられるように、前記Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度と、ガードリング表面から前記境界面までの深さと、前記ガードリングと前記Ｎ＋基板との間に挟まれた前記Ｎ−層の厚さとを設定したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のショットキバリアダイオードが提供される。
【発明の効果】
【０１１４】
請求項１〜４に記載のショットキバリアダイオードでは、ガードリングとＮ−層との境界面からＮ＋基板側に向かったその境界面からの深さが増加するに従ってＮ−層に含有せしめられている不純物の濃度の対数が直線的に増加するようにＮ−層中に不純物が含有せしめられている。そのため、Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度が境界面からの深さにかかわらず一定に維持されている場合よりも、境界面からの深さが深い部分における電界の負担分を増大させることができ、それにより、ＰＮ接合付近（境界面付近）およびガードリングコーナー部分における電界を弱めることができる。尚、請求項１〜４に記載のショットキバリアダイオードにおいても、図１２および図１３に示したように従来から得られていたＳＢＤ表面の電界低下効果が全く損なわれることが無いのはもちろんである。
【０１１５】
更に、請求項１〜４に記載のショットキバリアダイオードでは、ガードリング表面から境界面までの深さが従来の場合よりも増加せしめられ、ガードリングとＮ＋基板との間に挟まれたＮ−層の厚さが従来の場合よりも減少せしめられている。好ましくは、ガードリング表面から境界面までの深さが従来の値の約２倍まで増加せしめられている。そのため、従来の場合よりもブレークダウン電圧を高くすることができる。更に、ガードリングコーナー部分における電界が強くなっていた従来の場合とは異なり、ガードリングの真下、つまり、ＰＮ接合のうちの水平な部分、すなわち、ガードリングとＮ−層との境界面における電界を強め、その部分に強い電界を集中的に分布させることができる。それにより、ガードリングコーナー部分における電界の集中を低減することができ、ガードリングコーナー部分における電界の負担分を低減することができる。
【０１１６】
換言すれば、請求項１〜４に記載のショットキバリアダイオードでは、ガードリング表面から境界面までの深さが２．０μｍ以上３．５μｍ以下に設定され、ガードリングとＮ＋基板との間に挟まれたＮ−層の厚さが２．５μｍ以上４μｍ以下に設定されている。そのため、ガードリング表面から境界面までの深さが２．０μｍ未満に設定され、ガードリングとＮ＋基板との間に挟まれたＮ−層の厚さが４μｍよりも大きい値に設定されている従来の場合よりも、ブレークダウン電圧を高くすることができる。更に、ガードリングコーナー部分における電界が強くなっていた従来の場合とは異なり、ガードリングの真下、つまり、ＰＮ接合のうちの水平な部分、すなわち、ガードリングとＮ−層との境界面における電界を強め、その部分に強い電界を集中的に分布させることができる。それにより、ガードリングコーナー部分における電界の集中を低減することができ、ガードリングコーナー部分における電界の負担分を低減することができる。
【０１１７】
更に換言すれば、請求項１〜４に記載のショットキバリアダイオードでは、ガードリングとＮ＋基板との間に挟まれたＮ−層の厚さに対するガードリング表面から境界面までの深さの割合が０．３以上に設定されている。そのため、Ｎ−層の厚さに対するガードリング表面から境界面までの深さの割合が０．３未満に設定されている従来の場合よりも、ブレークダウン電圧を高くすることができる。更に、ガードリングコーナー部分における電界が強くなっていた従来の場合とは異なり、ガードリングの真下、つまり、ＰＮ接合のうちの水平な部分、すなわち、ガードリングとＮ−層との境界面における電界を強め、その部分に強い電界を集中的に分布させることができる。それにより、ガードリングコーナー部分における電界の集中を低減することができ、ガードリングコーナー部分における電界の負担分を低減することができる。
【０１１８】
請求項１〜４に記載のショットキバリアダイオードでは、好ましくは、ガードリングとＮ＋基板との間に挟まれたＮ−層の厚さに対するガードリング表面から境界面までの深さの割合が０．４以上に設定されている。
【０１１９】
更に、請求項１〜４に記載のショットキバリアダイオードでは、好ましくは、ガードリングとＮ−層との境界面からＮ＋基板側に向かったその境界面からの深さが２０μｍ増加すると、Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度の対数が５以上１０００以下直線的に増加するようにＮ−層中に不純物が含有せしめられている。
【０１２０】
請求項５〜７に記載のショットキバリアダイオードでは、フィールドプレートの端部の真下におけるＮ−層表面の電界が、ガードリングコーナー部分におけるＮ−層表面の電界よりも強くなるように、Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度と、ガードリング表面から境界面までの深さと、ガードリングとＮ＋基板との間に挟まれたＮ−層の厚さとが設定されている。そのため、フィールドプレートの端部の真下におけるＮ−層表面の電界を、ガードリングコーナー部分におけるＮ−層表面の電界よりも強くすることができる。
【０１２１】
更に、請求項５〜７に記載のショットキバリアダイオードでは、好ましくは、逆電流の約７５％が、ＰＮ接合の水平部分を通過し、アノード電極に向かって垂直に流れるように、Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度と、ガードリング表面から境界面までの深さと、ガードリングとＮ＋基板との間に挟まれたＮ−層の厚さとが設定されている。
【０１２２】
また、請求項５〜７に記載のショットキバリアダイオードでは、好ましくは、ショットキバリアダイオードが２０（Ｖ）以上１００（Ｖ）以下のゼナー電圧でブレークダウンせしめられるように、Ｎ−層に含有せしめられている不純物の濃度と、ガードリング表面から境界面までの深さと、ガードリングとＮ＋基板との間に挟まれたＮ−層の厚さとが設定されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１２３】
図１はゼナーダイオードの機能を有する本発明のＳＢＤの第１の実施形態の断面図である。図１において、１はガードリング、２はＮ−エピタキシャル層、３はＮ＋基板、４はフィールドプレート（バリアメタル、アノードメタル）、４’はフィールドプレート４の端部である。５はカソードメタル、６はＳｉＯ２膜、７はガードリング１とＮ−エピタキシャル層２との境界面（詳細には、ＰＮ接合の水平部分）、８はガードリング表面、９はガードリングコーナー部分である。
【０１２４】
図２は図１中のＮ−Ｎ’線に沿った第１の実施形態のＳＢＤの濃度プロファイルを示した図である。詳細には、図２の縦軸は濃度の対数を示している。図２において、Ｘｊ１は第１の実施形態のＳＢＤにおけるガードリング１とＮ−エピタキシャル層２との境界面７のガードリング表面８からの深さを示しており、Ｘｊ２は従来のＳＢＤにおけるガードリングとＮ−エピタキシャル層との境界面のガードリング表面からの深さを示している。
【０１２５】
図１および図２に示すように、第１の実施形態のＳＢＤでは、ガードリング１およびＮ−エピタキシャル層２のトータルの厚さが、従来よりも薄く設定されている。詳細には、図２に示すように、従来のＳＢＤにおいては例えば９．０μｍに設定されていたのに対し、第１の実施形態のＳＢＤでは５．９９μｍに設定されている。
【０１２６】
また、図１および図２に示すように、第１の実施形態のＳＢＤでは、ガードリング１とＮ−エピタキシャル層２との境界面７のガードリング表面８からの深さＸｊ１が、従来におけるガードリングとＮ−エピタキシャル層との境界面のガードリング表面からの深さＸｊ２の約２倍に設定されている。詳細には、図２に示すように、従来のＳＢＤにおいては境界面の深さＸｊ２が例えば１．５μｍに設定されていたのに対し、第１の実施形態のＳＢＤでは境界面の深さＸｊ１が２．８μｍに設定されている。
【０１２７】
更に、図１および図２に示すように、第１の実施形態のＳＢＤでは、Ｎ−エピタキシャル層２が、傾斜エピタキシャル層構造に形成されている。つまり、Ｎ−エピタキシャル層２に含まれる不純物の濃度が、境界面７からの深さが深くなるに従って増加せしめられている。
【０１２８】
詳細には、図２に示すように、第１の実施形態のＳＢＤでは、境界面７からの深さ（図２の横軸）に対する濃度の対数（図２の縦軸）の傾き（Ｓｌｏｐｅ）が、１００／２０μｍに設定されており、境界面７からの深さが深くなるに従って濃度の対数がリニアに増加せしめられている。
【０１２９】
第１の実施形態のＳＢＤでは、図２に示したように、傾き（Ｓｌｏｐｅ）が１００／２０μｍに設定されているが、他の実施形態のＳＢＤでは、傾き（Ｓｌｏｐｅ）を５／２０μｍ以上１０００／２０μｍ以下の任意の値に設定することができる。傾き（Ｓｌｏｐｅ）を５／２０μｍ以上１００／２０μｍ以下の値に設定することにより、Ｎ−エピタキシャル層２を安定して量産することができる。
【０１３０】
また、図１に示すように、第１の実施形態のＳＢＤでは、例えば図５に示した従来の例とは異なり、表面の活性領域部分に凹みが設けられていない。
【０１３１】
第１の実施形態のＳＢＤでは、図１および図２に示したように、Ｎ−エピタキシャル層２が薄く形成され、また、Ｎ−エピタキシャル層２の比抵抗ρが低い値に設定されているため、より高い濃度でのＰＮ接合を得ることができる。それにより、ガードリング構造の基本形をもって、ゼナーダイオードの機能を有するＳＢＤを達成することができる。
【０１３２】
更に、第１の実施形態のＳＢＤの変形例では、図１および図２に示した第１の実施形態のＳＢＤと同様に、境界面７の深さＸｊ１が深く設定され、Ｎ−エピタキシャル層２の厚さが薄く設定されているため、仮にＮ−エピタキシャル層２の比抵抗ρを従来と同一に設定した場合であっても、より高いブレークダウン電圧を達成することができる。
【０１３３】
また、第１の実施形態のＳＢＤでは、図１および図２に示すように、境界面７の深さＸｊ１が深く設定されるのに伴って、Ｎ−エピタキシャル層２とＮ＋基板３との境界と、境界面７との間隔が狭くなるため、ガードリング１の直下、つまり、境界面７（＝ＰＮ接合の水平部分）の電界が強まり、この部分に強い電界が集中的に分布するようになる。その結果、従来のＳＢＤにおいて起こっていたようなガードリングコーナー部分９における電界の集中および電界の負担分を低減することができる。つまり、電界の集中および電界の負担分を、ガードリングコーナー部分９からＰＮ接合の水平部分（７）にシフトさせることができる。
【０１３４】
次に、第１の実施形態のＳＢＤについて行ったシミュレーションの結果を参照しながら、本発明の特徴を確認してみる。
【０１３５】
図３は第１の実施形態のＳＢＤについてのシミュレーション（実施）領域を示した図である。第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションでは、図１９に示した従来のＳＢＤのシミュレーションに比べ、ガードリングの形状（詳細には、ガードリングの深さ）およびＮ−エピタキシャル層の厚さが変更せしめられている。
【０１３６】
詳細には、図１９に示した従来のＳＢＤのシミュレーションでは、ガードリングのコーナーに位置する点Ｑ１の座標が（１０．０，１．５）に設定されていたのに対し、図３に示す第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションでは、ガードリングのコーナーに位置する点Ｑ１’の座標が（１０．０，２．８）に設定されている。そのため、図１９に示した従来のＳＢＤのシミュレーションでは、ガードリング（Ｐ層）とＮ−エピタキシャル層との境界面の深さＸｊ２（図２参照）が１．５μｍに設定されていたのに対し、図３に示す第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションでは、ガードリング１とＮ−エピタキシャル層２との境界面７の深さＸｊ１（図１および図２参照）が２．８μｍに設定されている。つまり、深さＸｊ１が、深さＸｊ２の約２倍に設定されている。
【０１３７】
図２０中の「本発明」と示した曲線は、図３の縦軸に沿った第１の実施形態のＳＢＤの濃度プロファイルを示している。図２０に示すように、第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションでは、Ｎ−エピタキシャル層が、傾斜エピタキシャル層構造に形成されている。つまり、Ｎ−エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度が、ガードリングとＮ−エピタキシャル層との境界面からの深さが深くなるに従って増加せしめられている。
【０１３８】
詳細には、図２０に示すように、第１の実施形態のＳＢＤでは、ガードリングとＮ−エピタキシャル層との境界面からの深さ（図２０の横軸）が深くなるに従って濃度の対数（図２０の縦軸）がリニアに増加せしめられている。
【０１３９】
更に詳細には、第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションでは、図２に示したように、濃度の対数の傾き（Ｓｌｏｐｅ）が、Ｓｌｏｐｅ＝（Ｃ２０／ＣＳ）／２０μｍ＝１００／２０μｍ（深さ２０μｍで濃度１００倍）→１０／１０μｍ（深さ１０μｍで濃度１０倍）に設定されている。図２および図２０に示すように、ＣＳ１としては、表面のρｓ＝５（Ω・ｃｍ）、９．２７×１０１４（１／ｃｍ３）であるから、Ｎ＋基板側での濃度（点Ｒ１の濃度）は、（９．２７×１０１４）×（１００）（５．９９／２０）＝３．６８×１０１５（１／ｃｍ３）となっており、点ＣＳ１と点Ｒ１との間はリニアになっている。
【０１４０】
【表１】
2006005168.tif 000003
【０１４１】
表１は図２中の点ＣＳ１と点Ｒ１との間と、点ＣＳ２と点Ｒ２との間の濃度プロファイルを０．２５μｍ間隔で算出した表である。図２において、点ＣＳ１の座標は（０（μｍ），９．２７×１０１４（１／ｃｍ３））であり、点Ｒ１の座標は（５．９９（μｍ），３．６８×１０１５（１／ｃｍ３））であり、点ＣＳ２の座標は（０（μｍ），２．６１×１０１５（１／ｃｍ３））であり、点Ｒ２の座標は（９．０（μｍ），２．６１×１０１５（１／ｃｍ３））である。
【０１４２】
表１に示すように、ＣＳ１−Ｒ１間の平均の濃度（表１中の「本発明」の平均の濃度）は１．９５×１０１５（１／ｃｍ３）となり、ＣＳ２−Ｒ２間の平均の濃度（表１中の「従来」の平均の濃度）は２．６１×１０１５（１／ｃｍ３）となった。また、ＣＳ１−Ｒ１間のρ＝２．４０（Ω・ｃｍ）となり、ＣＳ１−Ｒ１間のρｔ積＝１．４４×１０−３（Ω）となり、ＣＳ２−Ｒ２間のρ＝１．８０（Ω・ｃｍ）となり、ＣＳ２−Ｒ２間のρｔ積＝１．６２×１０−３（Ω）となった。つまり、ＣＳ１−Ｒ１間（本発明）のρｔ積は、ＣＳ２−Ｒ２間（従来）のρｔ積の８８．９％となり、ＣＳ２−Ｒ２間（従来）のρｔ積よりも１１．１％小さくなった。
【０１４３】
また、第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションにおける逆方向電圧ＶＲとリーク電流ＩＲとの関係は、図２１中に「本発明」と示した曲線のようになった。詳細には、図２１に示すように、第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションでは、ブレークダウン電圧が９１．１（Ｖ）になり、従来のＳＢＤのシミュレーションでは、ブレークダウン電圧が９０（Ｖ）になった。更に詳細には、第１の実施形態のＳＢＤの耐圧と従来のＳＢＤの耐圧とがほぼ等しくなるように、第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーション条件を設定したため、第１の実施形態のＳＢＤの耐圧波形と従来のＳＢＤの耐圧波形とは必然的にほぼ等しくなった。
【０１４４】
更に、第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションにおける開口端（ｘ＝５μｍ）の位置での縦方向の電界分布は、図２３中に「本発明」と示した曲線のようになった。詳細には、第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションでは、図２３に示すように、表面から深さ２．８μｍ（図２中のＸｊ１）のところにＥｍａｘ＝３．０５×１０５（Ｖ／ｃｍ）の電界分布ピークが生じた。第１の実施形態のＳＢＤの電界分布ピーク（Ｅｍａｘ＝３．０５×１０５（Ｖ／ｃｍ））は、従来のＳＢＤの電界分布ピーク（Ｅｍａｘ＝２．１２×１０５（Ｖ／ｃｍ））よりも大きくなった。更に詳細には、第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションでは、従来のＳＢＤよりも深い位置に電界分布ピーク発生ポイントがシフトせしめられている。リニアに減少せしめられている従来のＳＢＤの電界分布曲線とは異なり、第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションでは、電界分布曲線が凸状に丸まった曲線になっている。
【０１４５】
すなわち、第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションでは、図２０に示したようにＮ−エピタキシャル層に含まれる不純物の濃度がリニアに増加せしめられているため、図２３に示したように、深い位置に電界分布ピーク発生ポイントがシフトせしめられ、電界分布曲線が凸状に丸まった曲線になっている。つまり、深い部分における電界の負担分が増加せしめられ、その結果、ＰＮ接合付近およびガードリングコーナー部分における電界が従来の場合よりも弱められている。
【０１４６】
また、第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションにおけるＳｉ表面（ｙ＝０．１μｍの深さ）の位置での横方向の電界分布は、図２４中に「本発明」と示した曲線のようになった。詳細には、第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションでは、図２３に示したように、電界分布ピークが深い位置にとじこめられているため、Ｓｉ表面（ｙ＝０．１μｍの深さ）の位置での横方向の電界分布ピークが、ｘ＝１０μｍの位置（ＰＮ接合表面、つまり、ガードリング１の側壁面）ではなく、ｘ＝２０μｍの位置（フィールドプレート４の端部４’の真下、図１参照）にシフトした。更に詳細には、ｘ＝２０μｍの位置におけるＳｉ表面（ｙ＝０．１μｍの深さ）の電界が２．０Ｅ５（Ｖ／ｃｍ）になった。また、ｘ＝１０μｍの位置（ＰＮ接合表面、つまり、ガードリング１の側壁面）におけるＳｉ表面（ｙ＝０．１μｍの深さ）の電界が、従来のＳＢＤのシミュレーションでは２．７５Ｅ５（Ｖ／ｃｍ）であったのに対し、１．７５Ｅ５（Ｖ／ｃｍ）に低下した。
【０１４７】
更に、第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションにおける電流分布は、図２５（Ｂ）に示すようになった。詳細には、第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションでは、図２５（Ｂ）に示すように、逆電流ＩＲの全体の約７５％が、ＰＮ接合の水平部分（ガードリング１の底面）を通過し、アノード電極に向かって垂直に流れた。つまり、逆電流ＩＲの全体の約７５％が、点Ｑ１’の左側、すなわち、ガードリング１の直下側を通過した。その結果、ほとんどの電流は、フィールドプレート４の直下のＳｉＯ２膜６の下に引き付けられることなく、ＰＮ接合の水平部分（ガードリング１の底面）を通過して、直接コンタクト開口に向かってまっすぐに流れた。残りの２５％の電流のみが、ＰＮ接合の側壁部（ガードリング１の側壁面）を通過し、ゆるやかに曲がってコンタクト開口に向かって流れた。
【０１４８】
また、第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションにおける電流密度分布は、図２６（Ｂ）に示すようになった。詳細には、第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションでは、図２６（Ｂ）に示すように、図２６（Ａ）に見られていた開口端部やＰＮ接合の側壁部（ガードリング１の側壁面）での電流集中はほとんど解消され、開口端にその痕跡をわずかに残す程度にまで電流集中が低下した。
【０１４９】
更に、第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションにおけるＳｉ表面（ｙ＝０．１μｍ深さ）での横方向電流密度は、図２７（Ｂ）に示すようになった。詳細には、ＳｉＯ２開口端（ｘ＝５μｍ）におけるＳｉ表面（ｙ＝０．１μｍ深さ）での横方向電流密度は、従来のＳＢＤのシミュレーションでは図２７（Ａ）に示したように０．００１２（Ａ／ｃｍ２）であったのに対し、第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションでは図２７（Ｂ）に示すように０．０００４（Ａ／ｃｍ２）まで低下した。また、従来のＳＢＤのシミュレーションでは、図２７（Ａ）に示したように、ＰＮ接合深さ（Ｘｊ２＝１．５μｍ、図２参照）での横方向電流密度が０．０００８２（Ａ／ｃｍ２）であったのに対し、第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションでは、図２７（Ｂ）に示すように、ＰＮ接合深さ（Ｘｊ１＝２．８μｍ、図２参照）での横方向電流密度が０．０００１９（Ａ／ｃｍ２）まで低下した。
【０１５０】
更に、従来のＳＢＤのシミュレーションでは、図２７（Ａ）に示したように、ガードリング表面から７．０μｍの深さの位置、つまり、Ｎ−エピタキシャル層の奥深い位置での横方向電流密度が０．０００１２（Ａ／ｃｍ２）であったのに対し、第１の実施形態のＳＢＤのシミュレーションでは、図２７（Ｂ）に示すように、ガードリング表面８から５．５μｍの深さの位置、つまり、Ｎ−エピタキシャル層２の奥深い位置での横方向電流密度が０．０００１９（Ａ／ｃｍ２）まで低下した。これらは、逆電流ＩＲの発生自体がその総量において低下していることと、特にガードリング１の側壁部のＰＮ接合、フィールドプレート４の下のＳｉＯ２膜６の直下のガードリング（Ｐ層）領域での局所的電流集中が、実質上もはや問題とならない程度まで低下したことの成果である。
【０１５１】
上述したシミュレーションでは、ブレークダウン電圧が約９０（Ｖ）になる。
【０１５２】
ＶＲ＝９０（Ｖ）定格を保証する場合に、更にもう１０（Ｖ）の余裕をもたせ、ＶＲ≒１００（Ｖ）を得る場合のＮ−エピタキシャル層の各傾斜プロファイル（Ｓｌｏｐｅ＝５／２０μｍ，１０／２０μｍ，１００／２０μｍ，１０００／２０μｍ）におけるＶＦ（順電圧降下）−ＩＲ（逆電流）間トレードオフ特性を従来の場合（Ｆｌａｔプロファイル）と比較しながらプロットしたものを図４に示す。つまり、図４はブレークダウン電圧１００（Ｖ）系でのＮ−エピタキシャル層の各傾斜プロファイルにおけるＶＦ−ＩＲのトレードオフ特性を示した図である。図４から以下のことがわかる。
【０１５３】
（１）従来のＳＢＤのＮ−エピタキシャル層のフラットプロファイルに比べて、Ｎ−エピタキシャル層の濃度が傾斜（Ｓｌｏｐｅ）を有する本発明のゼナーダイオード機能付きＳＢＤの方が、トレードオフカーブがより原点に近づいているので、より良いトレードオフ特性を与えている。
【０１５４】
（２）しかも、Ｎ−エピタキシャル層の濃度が傾斜（Ｓｌｏｐｅ）を有するもの同士であれば、傾斜率が大きいものほど、より良いトレードオフ特性を与えている。つまり、トレードオフ特性の点においては、図４に示した例のうち、傾斜＝１０００／２０μｍが最も好ましく、次いで、傾斜＝１００／２０μｍが好ましく、次いで、傾斜＝１０／２０μｍが好ましく、次いで、傾斜＝５／２０μｍが好ましい。
【０１５５】
（３）これは、他のデバイスにも見られる現象であるが、同一のトレードオフ曲線上にあっては、同じＶＲ＝１００（Ｖ）のブレークダウンを得るために、図４に示したグラフの右側に位置する、より高いρｔ積のプロファイルのＮ−エピタキシャル層を用いた場合には、高ＶＲであって低ＩＲな特性のデバイスを得ることになり、一方、図４に示したグラフの左側に位置する、より低いρｔ積のプロファイルのＮ−エピタキシャル層を用いた場合には、低ＶＲであって高ＩＲな特性のデバイスを得ることになる。
【０１５６】
第１の実施形態のＳＢＤでは、図１および図２に示したように、ガードリング１とＮ−エピタキシャル層２との境界面７からＮ＋基板３側に向かったその境界面７からの深さが増加するに従ってＮ−エピタキシャル層２に含有せしめられている不純物の濃度の対数が直線的に増加するようにＮ−エピタキシャル層２中に不純物が含有せしめられている。そのため、Ｎ−エピタキシャル層に含有せしめられている不純物の濃度が境界面からの深さにかかわらず一定に維持されている従来の場合よりも、境界面７からの深さが深い部分における電界の負担分を増大させることができ、それにより、ＰＮ接合付近（境界面７付近）およびガードリングコーナー部分９における電界を弱めることができる。
【０１５７】
更に、第１の実施形態のＳＢＤでは、図１および図２に示したように、ガードリング表面８から境界面７までの深さＸｊ１が従来の場合の深さＸｊ２よりも増加せしめられ、ガードリング１とＮ＋基板３との間に挟まれたＮ−エピタキシャル層２の厚さが従来の場合の厚さよりも減少せしめられている。詳細には、ガードリング表面８から境界面７までの深さＸｊ１（＝２．８μｍ）が従来の深さＸｊ２（＝１．５μｍ）の約２倍まで増加せしめられている。そのため、従来の場合よりもブレークダウン電圧を高くすることができる。更に、ガードリングコーナー部分９における電界が強くなっていた従来の場合とは異なり、ガードリング１の真下、つまり、ＰＮ接合のうちの水平な部分、すなわち、ガードリング１とＮ−エピタキシャル層２との境界面７における電界を強め、その部分に強い電界を集中的に分布させることができる。それにより、ガードリングコーナー部分９における電界の集中を低減することができ、ガードリングコーナー部分９における電界の負担分を低減することができる。
【０１５８】
図示しないが、第１の実施形態のＳＢＤの変形例では、ガードリング表面から境界面までの深さが２．０μｍ以上３．５μｍ以下に設定され、ガードリングとＮ＋基板との間に挟まれたＮ−エピタキシャル層の厚さが２．５μｍ以上４μｍ以下に設定されている。そのため、第１の実施形態のＳＢＤの変形例によれば、ガードリング表面から境界面までの深さが２．０μｍ未満に設定され、ガードリングとＮ＋基板との間に挟まれたＮ−層の厚さが４μｍよりも大きい値に設定されている従来の場合よりも、ブレークダウン電圧を高くすることができる。更に、ガードリングコーナー部分における電界が強くなっていた従来の場合とは異なり、ガードリングの真下、つまり、ＰＮ接合のうちの水平な部分、すなわち、ガードリングとＮ−層との境界面における電界を強め、その部分に強い電界を集中的に分布させることができる。それにより、ガードリングコーナー部分における電界の集中を低減することができ、ガードリングコーナー部分における電界の負担分を低減することができる。
【０１５９】
また、第１の実施形態のＳＢＤでは、図１および図２に示したように、ガードリング１とＮ＋基板３との間に挟まれたＮ−エピタキシャル層２の厚さ（＝５．９９μｍ−２．８μｍ＝３．１９μｍ）に対するガードリング表面８から境界面７までの深さＸｊ１（＝２．８μｍ）の割合が約０．８８に設定されている。図示しないが、第１の実施形態のＳＢＤの他の変形例では、ガードリングとＮ＋基板との間に挟まれたＮ−エピタキシャル層の厚さに対するガードリング表面から境界面までの深さの割合が０．３以上に設定されている。そのため、第１の実施形態のＳＢＤの他の変形例によれば、Ｎ−エピタキシャル層の厚さに対するガードリング表面から境界面までの深さの割合が０．３未満に設定されている従来の場合よりも、ブレークダウン電圧を高くすることができる。更に、ガードリングコーナー部分における電界が強くなっていた従来の場合とは異なり、ガードリングの真下、つまり、ＰＮ接合のうちの水平な部分、すなわち、ガードリングとＮ−層との境界面における電界を強め、その部分に強い電界を集中的に分布させることができる。それにより、ガードリングコーナー部分における電界の集中を低減することができ、ガードリングコーナー部分における電界の負担分を低減することができる。
【０１６０】
また、図示しないが、第１の実施形態のＳＢＤの他の変形例では、好ましくは、ガードリングとＮ＋基板との間に挟まれたＮ−エピタキシャル層の厚さに対するガードリング表面から境界面までの深さの割合が０．４以上に設定されている。
【０１６１】
更に、第１の実施形態のＳＢＤでは、図１および図２に示したように、ガードリング１とＮ−エピタキシャル層２との境界面７からＮ＋基板３側に向かったその境界面７からの深さが２０μｍ増加すると、Ｎ−エピタキシャル層２に含有せしめられている不純物の濃度の対数が１００直線的に増加するようにＮ−エピタキシャル層２中に不純物が含有せしめられている。
【０１６２】
また、他のの実施形態のＳＢＤでは、図４に示したように、ガードリングとＮ−エピタキシャル層との境界面からＮ＋基板側に向かったその境界面からの深さが２０μｍ増加すると、Ｎ−エピタキシャル層に含有せしめられている不純物の濃度の対数が５以上１０００以下直線的に増加するようにＮ−層中に不純物が含有せしめられている。
【０１６３】
更に、第１の実施形態のＳＢＤでは、図１および図２４に示したように、フィールドプレート４の端部４’の真下におけるＮ−エピタキシャル層２の表面の電界（＝２．０Ｅ５（Ｖ／ｃｍ））が、ガードリングコーナー部分９におけるＮ−エピタキシャル層２の表面の電界（＝１．７５Ｅ５（Ｖ／ｃｍ））よりも強くなるように、Ｎ−エピタキシャル層２に含有せしめられている不純物の濃度と、ガードリング表面８から境界面７までの深さと、ガードリング１とＮ＋基板３との間に挟まれたＮ−エピタキシャル層２の厚さとが設定されている。そのため、フィールドプレート４の端部４’の真下におけるＮ−エピタキシャル層２の表面の電界を、ガードリングコーナー部分９におけるＮ−エピタキシャル層２の表面の電界よりも強くすることができる。
【０１６４】
また、第１の実施形態のＳＢＤでは、図１および図２５（Ｂ）に示したように、逆電流の約７５％が、ＰＮ接合の水平部分（境界面７）を通過し、フィールドプレート４（アノード電極）に向かって垂直に流れるように、Ｎ−エピタキシャル層２に含有せしめられている不純物の濃度と、ガードリング表面８から境界面７までの深さと、ガードリング１とＮ＋基板３との間に挟まれたＮ−エピタキシャル層２の厚さとが設定されている。
【０１６５】
更に、図示しないが、第１および他のの実施形態のＳＢＤでは、ショットキバリアダイオードが２０（Ｖ）以上１００（Ｖ）以下のゼナー電圧でブレークダウンせしめられるように、Ｎ−エピタキシャル層２に含有せしめられている不純物の濃度と、ガードリング表面８から境界面７までの深さと、ガードリング１とＮ＋基板３との間に挟まれたＮ−エピタキシャル層２の厚さとが設定されている。
【図面の簡単な説明】
【０１６６】
【図１】ゼナーダイオードの機能を有する本発明のＳＢＤの第１の実施形態の断面図である。
【図２】図１中のＮ−Ｎ’線に沿った第１の実施形態のＳＢＤの濃度プロファイルを示した図である。
【図３】第１の実施形態のＳＢＤについてのシミュレーション（実施）領域を示した図である。
【図４】ブレークダウン電圧１００（Ｖ）系でのＮ−エピタキシャル層の各傾斜プロファイルにおけるＶＦ−ＩＲのトレードオフ特性を示した図である。
【図５】特開平５−７５１００号公報に記載されたガードリング構造付きＳＢＤの基本型を示した図である。
【図６】特開平５−７５１００号公報に記載されたガードリング構造付きＳＢＤの改善型を示した図である。
【図７】特開平５−７５１００号公報に記載された逆バイアス電圧ＶＲとリーク電流ＩＲとの関係などを示した図である。
【図８】特開平９−９５２２号公報に記載されたダイオードの構造の一例を説明するための図である。
【図９】特開平９−９５２２号公報に記載されたダイオードの他の構造例を説明するための図である。
【図１０】ＰＮ接合ダイオード、ＳＢＤ、およびゼナーダイオードを一般的に示す記号を示した図である。
【図１１】特願２００４−５６１１９号に開示されたゼナーダイオード構造を追加したガードリング付きのＳＢＤのデバイス構造を示した図である。
【図１２】１９７９年３月発行のＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ  ＯＮ  ＥＬＥＣＴＲＯＮ  ＤＥＶＩＣＥＳ誌  ＶＯＬ．ＥＤ−２６，ＮＯ．３のＦｉｇ．１などを示した図である。
【図１３】特開２０００−２６１００６号公報に記載されたＳＢＤのエピタキシャル層に含まれる不純物の濃度分布などを示した図である。
【図１４】特開平５−３３６７４９号公報に記載された１石式フォワードコンバータの回路を示した図である。
【図１５】図１４に示したフライホイール用ダイオードＤ２にかかる電圧ＶＤ２、それを流れる電流ＩＤ２などを示した図である。
【図１６】はねあがり電圧ＶＳＰが発生する付近を詳細に示した図である。
【図１７】従来のＳＢＤのガードリングコーナー部における電流集中を示した図である。
【図１８】図１７の一部を拡大して示した図である。
【図１９】従来のデバイスについてのシミュレーション（実施）領域を示した図である。
【図２０】図１９に示したＡ’−Ｂ’ラインに沿った濃度プロファイルのシミュレーション結果を示した図である。
【図２１】逆方向電圧ＶＲとリーク電流ＩＲとの関係のシミュレーション結果を示した図である。
【図２２】図２０にＮ＋基板側領域を加えた図である。
【図２３】開口端（ｘ＝５μｍ）の位置における縦方向の電界分布のシミュレーション結果を示した図である。
【図２４】Ｓｉ表面（ｙ＝０．１μｍの深さ）の位置における横方向の電界分布のシミュレーション結果を示した図である。
【図２５】電流分布のシミュレーション結果を示した図である。
【図２６】電流密度分布のシミュレーション結果を示した図である。
【図２７】Ｓｉ表面（ｙ＝０．１μｍ深さ）での横方向電流密度のシミュレーション結果を示した図である。
【符号の説明】
【０１６７】
１      ガードリング
２      Ｎ−エピタキシャル層
３      Ｎ＋基板
４      フィールドプレート（バリアメタル、アノードメタル）
４’    フィールドプレートの端部
５      カソードメタル
６      ＳｉＯ２膜
７      境界面（ＰＮ接合の水平部分）
８      ガードリング表面
９      ガードリングコーナー部分
【図１】
2006005168.tif 000004
【図２】
2006005168.tif 000005
【図３】
2006005168.tif 000006
【図４】
2006005168.tif 000007
【図５】
2006005168.tif 000008
【図６】
2006005168.tif 000009
【図７】
2006005168.tif 000010
【図８】
2006005168.tif 000011
【図９】
2006005168.tif 000012
【図１０】
2006005168.tif 000013
【図１１】
2006005168.tif 000014
【図１２】
2006005168.tif 000015
【図１３】
2006005168.tif 000016
【図１４】
2006005168.tif 000017
【図１５】
2006005168.tif 000018
【図１６】
2006005168.tif 000019
【図１７】
2006005168.tif 000020
【図１８】
2006005168.tif 000021
【図１９】
2006005168.tif 000022
【図２０】
2006005168.tif 000023
【図２１】
2006005168.tif 000024
【図２２】
2006005168.tif 000025
【図２３】
2006005168.tif 000026
【図２４】
2006005168.tif 000027
【図２５】
2006005168.tif 000028
【図２６】
2006005168.tif 000029
【図２７】
2006005168.tif 000030