(57)【要約】【課題】  逆方向バイアス印加時のリーク電流を増加させることなく、順方向バイアス印加時の定常損失を低減するショットキーダイオードを有する半導体装置を提供する。【解決手段】  ショットキーダイオード１は、基板２と、第１の半導体３と、第２の半導体４と、ショットキー金属５と、オーミック金属６とを備える。第１の半導体３は基板２の主表面に形成されている。第２の半導体層４は第１の半導体層３の表面に形成され、第１の半導体層３と同じ導電型を有し、第１の半導体層３よりも高い不純物濃度を有している。逆方向バイアスとなるように電圧を印加した場合に、ショットキー金属層５と第２の半導体層４との界面で生じる空乏層７が第２の半導体層４の厚み方向に延びて第１の半導体層３に達する程度に第２の半導体層４は薄い厚みを有している。【選択図】        図１
2006318956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主表面とその反対面の裏面とを有する基板と、
前記基板の主表面に形成された第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の表面に形成され、かつ前記第１の半導体層よりも不純物濃度が高く、かつ前記第１の半導体層と同じ導電型の第２の半導体層と、
前記第２の半導体層にショットキー接触されたショットキー金属層と、
前記基板の裏面にオーミック接触されたオーミック金属層とを備え、
前記第２の半導体層は、逆方向バイアスとなるように前記ショットキー金属層と前記オーミック金属層との各々に電圧を印加する場合に、前記ショットキー金属層と前記第２の半導体層との界面で生じる空乏層が、前記第２の半導体層の厚み方向に延びて前記第１の半導体層に達する程度に薄い厚みを有する、ショットキーダイオードを有する半導体装置。
【請求項２】
前記第２の半導体層が、２以上の分離した領域からなり、
前記ショットキー金属層が、前記第１の半導体層および前記第２の半導体層の双方にショットキー接触されたことを特徴とする、請求項１に記載のショットキーダイオードを有する半導体装置。
【請求項３】
前記第１の半導体層および前記第２の半導体層内に凹凸を有し、
前記ショットキー金属層が、前記第１の半導体層内に形成された前記凹凸の凹部、および前記第２の半導体層内に形成された前記凹凸の凸部との双方にショットキー接触されたことを特徴とする、請求項１に記載のショットキーダイオードを有する半導体装置。
【請求項４】
前記第２の半導体層の表面に凹凸を有し、
前記ショットキー金属層が、前記第２の半導体層内に形成された前記凹凸の凹部および凸部との双方にショットキー接触されたことを特徴とする、請求項１に記載のショットキーダイオード。
【請求項５】
前記基板、前記第１の半導体層、および前記第２の半導体層が炭化珪素からなる、請求項１〜４のいずれかに記載のショットキーダイオードを有する半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はショットキーダイオードを有する半導体装置に関し、より特定的には、逆方向のリーク電流を増加させることなく定常損失を低減できるショットキーダイオードを有する半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、パワーデバイスの基板材料としてシリコン（Ｓｉ）が用いられることは一般的である。しかし、シリコンを半導体材料として用いた場合には、物性値の限界から、耐圧１００Ｖを超えるショットキーダイオードを実現することは技術的に困難である。
【０００３】
そこで、ショットキーダイオードに用いる半導体材料として、たとえば絶縁破壊電界がシリコンよりも一桁大きい炭化珪素（ＳｉＣ）が用いられている。高絶縁破壊電界のため、炭化珪素は、シリコンと比較すると１００Ｖを超える高耐圧でもショットキーダイオードの定常損失を小さくでき、また少数キャリアの注入を伴わないことからスイッチング損失も小さいので、全体としてシリコンよりも小さな損失が期待され得る。上記の内容は、たとえば非特許文献１に開示されている。
【非特許文献１】松波弘之、「半導体ＳｉＣ技術と応用」、日刊工業新聞社、第１７７頁〜１７８頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、炭化珪素を用いた従来のショットキーダイオードについて、さらなる定常損失の低減を図ると逆方向バイアス印加時のリーク電流が増えてしまい、逆にそのリーク電流の低減を図ると順方向印加時の定常損失が増えてしまう。以下、そのことを説明する。
【０００５】
順方向バイアス印加時の定常損失を低減する場合、バリアハイトの低い金属をショットキー金属として用いる必要がある。しかし、この場合、バリアハイトが低いため、逆方向バイアスを印加すると、リーク電流が大きくなってしまう。一方、逆方向バイアス印加時のリーク電流を低減するためにバリアハイトの高い金属をショットキー金属として用いる場合には、順方向バイアス印加時の定常損失が増加する。
【０００６】
それゆえ本発明の目的は、逆方向バイアス印加時のリーク電流を増加させることなく、順方向バイアス印加時の定常損失を低減できるショットキーダイオードを有する半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明におけるショットキーダイオードを有する半導体装置は、基板と、第１の半導体層と、第２の半導体層と、ショットキー金属層と、オーミック金属層とを備える。基板は、主表面とその反対面の裏面とを有している。第１の半導体層は、基板の主表面上に形成されている。第２の半導体層は、第１の半導体層の表面に形成され、かつ第１の半導体層よりも不純物濃度が高く、かつ第１の半導体層と同じ導電型である。また、第２の半導体層は、逆方向バイアスとなるようにショットキー金属層とオーミック金属層との各々に電圧を印加する場合に、ショットキー金属層と第２の半導体層との界面で生じる空乏層が、第２の半導体層の厚み方向に延びて第１の半導体層に達する程度に薄い厚みを有している。ショットキー金属層は、第２の半導体層にショットキー接触されている。オーミック金属層は、基板の裏面にオーミック接触されている。
【０００８】
本発明におけるショットキーダイオードを有する半導体装置によれば、順方向バイアスとなるように電圧を印加する場合には、第２の半導体層が不純物を多く含んでいるためキャリアとなる電子が多く、ショットキー接触性が劣化し、電流が流れやすくなる。そのため、定常損失を下げることができる。一方、逆方向バイアスとなるように電圧を印加する場合には、第２の半導体層の厚みが薄いため、ショットキー金属層と第２の半導体層との界面で生じる空乏層が、第２の半導体層の厚み方向に延びて第１の半導体層に達し、第１の半導体層は不純物濃度が低いので空乏層がさらに延びる。そのため、空乏層の広がりにより、耐圧が向上し、逆方向のリーク電流を増加させない。つまり、逆方向バイアス印加時のリーク電流を増加させることなく、順方向バイアス時の定常損失を低減することが可能となる。
【０００９】
上記のショットキーダイオードを有する半導体装置において好ましくは、第２の半導体層が、２以上の分離した領域からなり、ショットキー金属層が、第１の半導体層および第２の半導体層の双方にショットキー接触されている。
【００１０】
これにより、順方向バイアスとなるように電圧を印加する場合には、第２の半導体層の存在により電流が流れやすい。一方、逆方向バイアスとなるように電圧を印加する場合には、第１の半導体層とショットキー金属層との界面で生じる空乏層同士、および第２の半導体層とショットキー金属層との界面で生じる空乏層がピンチオフされて空乏層の広がりがより確実になり、逆方向のリーク電流を増加させない。
【００１１】
第２の半導体層の不純物濃度は、１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下が好ましく、さらには５×１０16ｃｍ-3以上５×１０17ｃｍ-3以下が良い。上記範囲である理由は、順方向バイアスの電圧を印加する場合においてキャリアとなる電子が多くなるため定常損失をより一層下げることができ、かつ耐圧を維持することが可能であるからである。
【００１２】
また、第２の半導体層の厚みは０．１μｍ以上５．０μｍ以下が好ましく、さらには０．１μｍ以上２μｍ以下が良い。この範囲内とすることにより、順方向バイアスの電圧を印加する場合には電流を流れやすくすると共に、逆方向バイアスの電圧を印加する場合において、発生する空乏層が第２の半導体層の領域を超えて第１の半導体層の領域に達することがより確実にできるからである。
【００１３】
上記のショットキーダイオードを有する半導体装置において好ましくは、第１の半導体層および第２の半導体層内に凹凸を有し、ショットキー金属層が、第１の半導体層内に形成された凹凸の凹部、および第２の半導体層内に形成された前記凹凸の凸部との双方にショットキー接触されている。
【００１４】
これにより、順方向バイアスとなるように電圧を印加する場合には、電流の流れやすさは電流密度と表面積に比例することを考慮すると、ショットキー金属層と半導体層との界面の表面積が増えるため電流は流れやすくなり、それに伴い抵抗が小さくなり、定常損失を低下することができる。一方、逆方向バイアスとなるように電圧を印加する場合には、半導体層の空乏層が広がるため、耐圧が向上し、逆方向のリーク電流を増加させない。つまり、逆方向のリーク電流を増加させることなく、損失を低減することが可能となる。
【００１５】
上記のショットキーダイオードを有する半導体装置において好ましくは、第２の半導体層の表面に凹凸を有し、ショットキー金属層が、第２の半導体層内に形成された凹凸の凹部および凸部との双方にショットキー接触されている。
【００１６】
これにより、逆方向バイアス印加時のリーク電流を増加させることなく、順方向バイアス印加時の定常損失を低減することが相乗効果としてさらに可能となる。
【００１７】
上記のショットキーダイオードを有する半導体装置において好ましくは、第１の半導体層の表面に凹部と凸部を交互に複数設け、凹部と凸部の厚みを大きく、高さを高くすることが好ましい。
【００１８】
これにより、ショットキー金属層と半導体層との界面の表面積がより一層増えるため順方向バイアスにおける電流が流れやすくなるからである。
【００１９】
上記のショットキーダイオードを有する半導体装置において好ましくは、基板、第１の半導体層、および第２の半導体層が炭化珪素からなる。
【００２０】
これにより、同一耐圧での抵抗を大幅に低減でき、さらに損失を低減することが可能となる。また、炭化珪素は、バンドギャップが大きく、絶縁破壊電界が大きく、キャリアの移動度がシリコンと同程度に大きく、電子の飽和ドリフト速度がＧａＡｓよりも大きいため、さらに良好なショットキーダイオードとなる。
【００２１】
第１の半導体層の不純物濃度は、１×１０13ｃｍ-3以上１×１０17ｃｍ-3以下が好ましい。
【００２２】
これにより、逆方向バイアス時に空乏層の広がりが適切となり、リーク電流を増加させることがないと共に、順方向バイアス時の定常損失を低減することができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明のショットキーダイオードを有する半導体装置によれば、厚みが薄く不純物濃度が高い半導体層を設けていること、あるいはショットキー金属層と半導体層との界面の表面積の増加により、逆方向バイアス印加時のリーク電流を増加させることなく、順方向バイアス印加時の定常損失を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００２５】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるショットキーダイオードを有する半導体装置の構成を示す断面図である。図１を参照して、実施の形態１にかかるショットキーダイオード１は、基板２と、第１の半導体層３と、第２の半導体層４と、ショットキー金属層５と、オーミック金属層６とを備えている。
【００２６】
基板２は、主表面とその反対面の裏面とを有している。この基板２は、たとえばｎ型の炭化珪素よりなっている。第１の半導体層３は、基板２の上に形成されている。この第１の半導体層３は、たとえば４．９μｍの厚みを有しており、不純物として窒素（Ｎ）が５×１０15ｃｍ-3の濃度で導入されたｎ−炭化珪素よりなっている。第２の半導体層４は、第１の半導体層３の表面に形成されている。この第２の半導体層４は、たとえば０．１μｍの厚みを有しており、不純物として窒素（Ｎ）が１×１０17ｃｍ-3の濃度で導入されたｎ＋炭化珪素よりなっている。ショットキー金属層５は、第２の半導体層４にショットキー接触されており、たとえばショットキー障壁の高さが０．９５ｅＶのチタン（Ｔｉ）からなっている。オーミック金属層６は、基板２の裏面にオーミック接触されており、その材質にはたとえばＴｉやＮｉが用いられている。
【００２７】
第２の半導体層４は、逆方向バイアスとなるようにショットキー金属層５とオーミック金属層６との各々に電圧を印加する場合に、ショットキー金属層５と第２の半導体層４との界面で生じる空乏層が、第２の半導体層４の厚み方向に延びて第１の半導体層に達する程度に薄い厚み、本実施の形態ではたとえば０．１μｍの厚みを有している。だたし、第２の半導体層４の厚みはこれに限定されないが、０．１μｍ以上５．０μｍ以下が好ましく、さらには０．１μｍ以上２μｍ以下が良い。
【００２８】
なお、基板２、第１の半導体層３、および第２の半導体層４はｎ型に限定されず、ｐ型であっても良い。基板２、第１の半導体層３、および第２の半導体層４の材質は炭化珪素に限定されず、たとえばシリコン、窒化ガリウム、ガリウム砒素であっても良い。さらに、基板２、第１の半導体層３、および第２の半導体層４に導入される不純物は窒素に限定されず、たとえばリン、アルミニウム、ホウ素であっても良い。さらには、ショットキー金属層５の材質は、チタンに限定されず、たとえばアルミニウム、ニッケルなどであっても良い。
【００２９】
次に、ショットキーダイオード１の動作方法について図２を用いて説明する。まず、ショットキーダイオード１に順方向バイアスを印加する際には、アノード電極となるショットキー金属層５に相対的に正の電圧が印加され、カソード電極となるオーミック金属層６に相対的に負の電圧が印加される。これにより、アノード電極からカソード電極に電流が流れる。
【００３０】
次に、ショットキーダイオード１に逆方向バイアスを印加する際には、アノード電極となるショットキー金属層５に相対的に負の電圧が印加され、カソード電極となるオーミック金属層６に相対的に正の電圧が印加される。この逆方向バイアス時には、図２に示すように、ショットキー金属層５と第２の半導体層４との界面で生じる空乏層７が、第２の半導体層４の厚み方向に延びていく。この際、第２の半導体層４の厚みが薄く設定されているため、空乏層７は、第２の半導体層４を超えて第１の半導体層３に容易に達する。さらに、第１の半導体層３の不純物濃度が低いため、第１の半導体層３に達した空乏層７は、第１の半導体層３内を容易に延びていく。これにより空乏層７は大きく広がり、電流の流れが遮断される。
【００３１】
本実施の形態によれば、順方向バイアス時には、ショットキー金属層５に接合している第２の半導体層４は不純物濃度が高く、キャリアとなる電子が多数存在しているため、ショットキー金属層５と第２の半導体層４との界面を電流は流れやすい。よって、順方向バイアス時における定常損失を下げることが可能となる。一方、逆方向バイアス時には、第２の半導体層４の厚みが薄いので、空乏層７が容易に第２の半導体層４を突き抜け、第１の半導体層３に達する。第１の半導体層３は不純物濃度が低いので、空乏層７は第１の半導体層３内を容易に広がる。よって、広い空乏層７の存在により、逆方向のリーク電流の発生が抑制される。
【００３２】
このように、本実施の形態によれば、厚みが薄く、不純物濃度が高い第２の半導体層４を設けて、空乏層の広がりを制御することにより、逆方向バイアス時のリーク電流を増加させることなく、順方向バイアス時の定常損失を低減することができる。
【００３３】
（実施の形態２）
図３（Ａ）は、本発明の実施の形態２におけるショットキーダイオードを有する半導体装置の構成を示す断面図である。図３を参照して、実施の形態２にかかるショットキーダイオード１０の構成は、実施の形態１と比較して、第２の半導体層４が複数の離れた領域４ａからなり、ショットキー金属層５が第２の半導体層４と第２の半導体層４が形成されていない第１の半導体層３との双方にショットキー接触されている点において異なる。
【００３４】
具体的には、第２の半導体層４は、互いに分離した複数の領域４ａからなり、各領域４ａの厚さは０．１μｍである。また第２の半導体層４が形成されていない領域における第１の半導体層３の厚みは５．０μｍであり、第２の半導体層４が形成されている領域における第１の半導体層３の厚みは４．９μｍである。
【００３５】
また、ショットキーダイオード１０は、図３（Ｂ）に示すように、領域４ａが一直線上に延びていても良いし、図３（Ｃ）に示すように、領域４ａが島状であっても良い。
【００３６】
次に、ショットキーダイオード１０の動作方法について図４を用いて説明する。まず、ショットキーダイオード１０に順方向バイアスを印加する際には、アノード電極となるショットキー金属層５に相対的に正の電圧が印加され、カソード電極となるオーミック金属層６に相対的に負の電圧が印加される。これにより、アノード電極からカソード電極に電流が流れる。
【００３７】
次に、ショットキーダイオード１０に逆方向バイアスを印加する際には、アノード電極となるショットキー金属層５に相対的に負の電圧が印加され、カソード電極となるオーミック金属層６に相対的に正の電圧が印加される。この逆方向バイアス時には、図４に示すように、ショットキー金属層５と第２の半導体層４との界面で生じる空乏層７は、第２の半導体層４の厚みが薄く設定されているので、第２の半導体層４の厚み方向に延びて第１の半導体層３に達し、第１の半導体層３内を容易に広がる。一方、ショットキー金属層５と第１の半導体層３との界面で生じる空乏層７は、第１の半導体層３の厚み方向に第２の半導体層４の界面で生じる空乏層７よりも大きく延びる。そのため、空乏層７はピンチオフされて、厚みがより大きくなる。よって、広い空乏層７の存在により、電流の流れが遮断される。
【００３８】
本実施の形態によれば、順方向バイアス時には、ショットキー金属層５に接合している第２の半導体層４は不純物濃度が高く、キャリアとなる電子が多数存在しているため、ショットキー金属層５と領域４ａとの界面を電流は特に流れやすい。よって、順方向バイアス時における定常損失を下げることが可能になる。一方、逆バイアス時には、第１の半導体層３がショットキー金属層５に直接に接していること、および第２の半導体層４の厚みが薄いことから、空乏層７が実施の形態１の構成より広がるため、逆方向のリーク電流の発生がさらに抑制される。
【００３９】
このように、本実施の形態によれば、厚みが薄く、不純物濃度の高い第２の半導体層４からなる領域４ａを複数設けて、空乏層の広がりを制御することにより、逆方向バイアス時のリーク電流を増加させることなく、順方向バイアス時の定常損失を低減することができる。
【００４０】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３におけるショットキーダイオードを有する半導体装置の構成を示す図である。図５を参照して、実施の形態３にかかるショットキーダイオード２０は、実施の形態１と比較して、第２の半導体層４が複数の離れた領域４ａからなり、ショットキー金属層５が第２の半導体層４と第２の半導体層４が形成されていない第１の半導体層３との双方にショットキー接触されている点において異なる。
【００４１】
具体的には、第１の半導体層３は、基板２の上に形成されている。第２の半導体層４は、第１の半導体層３の表面に領域４ａを複数形成されている。領域４ａは凸状である。領域４ａはたとえば１μｍの幅Ｗ１と、１μｍの厚みＴ１とを有している。また凹部が形成された領域における第１の半導体層３の厚みＴ２は５．０μｍであり、領域４ａが形成された領域における第１の半導体層３の厚みＴ３は５．１μｍである。また、第１の半導体層３は、たとえば不純物として窒素が５×１０15ｃｍ-3の濃度で導入されたｎ−炭化珪素よりなっている。第２の半導体層４は、たとえば不純物として窒素が１×１０17ｃｍ-3の濃度で導入されたｎ炭化珪素よりなっている。ショットキー金属層５は、第２の半導体層４の領域４ａおよび第２の半導体層４の領域４ａが積層されていない第１の半導体層３との双方にショットキー接触されており、その材質にはたとえばＴｉが用いられている。オーミック金属層６は、基板２の裏面にオーミック接触されており、その材質にはたとえばＴｉあるいはＮｉが用いられている。
【００４２】
次に、ショットキーダイオード２０の動作方法について説明する。まず、ショットキーダイオード２０に順方向バイアスを印加する際には、アノード電極となるショットキー金属層５に相対的に正の電圧が印加され、カソード電極となるオーミック金属層６に相対的に負の電圧が印加される。これにより、アノード電極からカソード電極に電流が流れる。
【００４３】
次に、ショットキーダイオード２０に逆バイアスを印加する際には、アノード電極となるショットキー金属層５に相対的に負の電圧が印加され、カソード電極となるオーミック金属層６に相対的に正の電圧が印加される。この際、第１の半導体層３は不純物濃度が低いため、ショットキー金属層５と第１の半導体層３との界面に生じる空乏層が広い範囲に容易に延びていく。よって、電流の流れが遮断される。
【００４４】
本実施の形態によれば、順方向バイアス時には、電流が表面積と電流密度とに比例することを考慮すると、第１の半導体層３は表面に凸状の領域４ａを設けて表面積を増加させているので、電流量が増加する。そのため、同じ電圧を印加する場合には、抵抗が小さくなるので、定常損失を低減することができる。一方、逆方向バイアス時には、第１の半導体層３の不純物濃度が低いため、ショットキー金属層５と第１の半導体層３との界面に生じる広い空乏層７の存在により、逆方向のリーク電流の発生が抑制される。
【００４５】
このように、本実施の形態によれば、表面に凹凸を有する第２の半導体層４を設けて、ショットキー接触させる表面積を増加させることにより、逆方向バイアス時のリーク電流を増加させることなく、順方向バイアス時の定常損失を低減することができる。
【００４６】
（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４におけるショットキーダイオードを有する半導体装置の構成を示す図である。なお、本実施の形態４のショットキーダイオード３０の断面図は図５（Ａ）と同様である。図６を参照して、実施の形態４にかかるショットキーダイオード３０の構成は、実施の形態３と比較して、第２の半導体層４の領域４ａにおいて直方体を抜いた形状として、領域４ａの数を増やしている点においてのみ異なる。
【００４７】
図６を参照して、たとえば並走する複数本の溝よりなる第１の溝群と第２の溝群とが互いに直交するように交差している。それにより、島状に残った第１の半導体層４が領域４ａを構成している。この構造により、ショットキー金属層５と第１の半導体層３との接触面積、およびショットキー金属層５と第２の半導体層４との接触面積がさらに増加する。
【００４８】
ショットキーダイオード３０の動作方法については、実施の形態３と同様であるので、その説明を省略する。
【００４９】
本実施の形態によれば、第２の半導体層４の表面に凹凸を設けることにより、ショットキー金属層５と第１の半導体層３との接触面積、およびショットキー金属層５と第２の半導体層４との接触面積が、さらに増加しているので、逆方向バイアス時のリーク電流を増加させることなく、順方向バイアス時の定常損失をさらに低減することができる。
【００５０】
（実施の形態５）
図７は、本発明の実施の形態５におけるショットキーダイオードを有する半導体装置の構成を示す断面図である。図７を参照して、実施の形態５にかかるショットキーダイオード４０の構成は、実施の形態３と比較して、凹部底面に第２の半導体層４を有しており、ショットキー金属層５が、凸状の領域４ａおよび凹部底面において第２の半導体層４とショットキー接触している点において異なる。
【００５１】
また、図７を参照して、実施の形態５にかかるショットキーダイオード４０の構成は、実施の形態１と比較して、第２の半導体層４の表面に領域４ａを有しており、ショットキー金属層５が、凸状の領域４ａおよび凹部底面において第２の半導体層４とショットキー接触している点において異なる。
【００５２】
具体的には、実施の形態５にかかるショットキーダイオード４０は、第２の半導体層４の表面に凹凸を有し、ショットキー金属層５が、第２の半導体層４内に形成された凹凸の凹部および凸部との双方にショットキー接触されている。第１の半導体層３の厚みＴ４は、たとえば４．９μｍである。第２の半導体層４の厚みＴ５は、たとえば０．１μｍである。第２の半導体層４の領域４ａの厚みＴ６は、たとえば１μｍである。
【００５３】
次に、ショットキーダイオード４０の動作方法について説明する。まず、ショットキーダイオード４０に順方向バイアスを印加する際には、アノード電極となるショットキー金属層５に相対的に正の電圧が印加され、カソード電極となるオーミック金属層６に相対的に負の電圧が印加される。これにより、アノード電極からカソード電極に電流が流れる。
【００５４】
次に、ショットキーダイオード４０に逆方向バイアスを印加する際には、アノード電極となるショットキー金属層５に相対的に負の電圧が印加され、カソード電極となるオーミック金属層６に相対的に正の電圧が印加される。この逆方向バイアス時には、図８に示すように、ショットキー金属層５と第２の半導体層４との界面で生じる空乏層７は、第１の半導体層３に達する。空乏層７は、第１の半導体層３に達すると、第１の半導体層３の厚み方向に容易に大きく延びる。よって、電流の流れが遮断される。
【００５５】
本実施の形態によれば、順方向バイアス時には、第２の半導体層４は不純物濃度が高いのでショットキー金属層５と第２の半導体層４との界面を電流は流れやすい。また、第２の半導体層４の領域４ａは表面積が大きいので、領域４ａを設けていない場合に比べて電流が多く流れる。よって、順方向バイアス時における定常損失を下げることが可能となる。一方、逆方向バイアス時には、第２の半導体層４の厚みが薄いので、空乏層７が容易に第２の半導体層４を突き抜け、空乏層７は第１の半導体層３内を容易に広がる。よって、広い空乏層７の存在により、逆方向のリーク電流の発生が抑制される。
【００５６】
このように、本実施の形態によれば、厚みが薄く、不純物濃度が高い第２の半導体層４を設けて、空乏層７の広がりを制御することにより、逆方向バイアス時のリーク電流を増加させることなく、第２の半導体層４の表面に凹凸を設けて、ショットキー金属層５と第２の半導体層４との接触面積を増加させることにより、順方向バイアス時の定常損失を低減することができる。
【実施例】
【００５７】
以下、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
実施例１では、本発明の実施の形態１と同様の構造を有した本発明例１〜４の順方向バイアス時の定常損失について調べた。本発明例１〜４の第２の半導体層の厚みと不純物濃度は以下の通りである。
【００５８】
本発明例１では、第２の半導体層４の厚みを０．１μｍ、第２の半導体層４の窒素の不純物濃度を１×１０17ｃｍ-3とした。本発明例２では、第２の半導体層４の厚みを０．２μｍ、第２の半導体層４の窒素の不純物濃度を１×１０17ｃｍ-3とした。本発明例３では、第２の半導体層４の厚みを０．１μｍ、第２の半導体層４の窒素の不純物濃度を１×１０18ｃｍ-3とした。本発明例４では、第２の半導体層４の厚みを０．１μｍ、第２の半導体層４の窒素の不純物濃度を１×１０16ｃｍ-3とした。
【００５９】
（比較例）
比較例は、図１０を参照して、基板１０２、第１の半導体層１０３、ショットキー金属層１０５、オーミック金属層１０６を備えているショットキーダイオード１００である。図１０を参照して、ショットキーダイオード１００の構成は、実施の形態１と比較して、第２の半導体層４がない点において異なる。具体的には、第１の半導体層１０３は、不純物濃度が５×１０15ｃｍ-3であり、厚みは５μｍである。基板１０２、第１の半導体層１０３は炭化珪素からなり、ショットキー金属層１０５はＴｉ、オーミック金属層１０６はＮｉＡｌを用いている。
【００６０】
作製した実施例１および比較例を用いて順方向電圧に対する順方向電流を測定した。この結果を図１０に示す。
【００６１】
図１０を参照して、第２の半導体層を有している本発明例１〜４はいずれも、順方向の電圧を印加すると、比較例よりも電流量が多かった。よって、本発明例１〜４は、順方向バイアス時の定常損失が低減できることが分かった。
【００６２】
（実施例２）
実施例２では、本発明の実施の形態３と同様の構造を有した本発明例５および、実施の形態６と同様の構造を有した本発明例６、７の順方向バイアス時の定常損失について調べた。本発明例５〜７の領域４ａの厚みと不純物濃度は以下のとおりである。
【００６３】
本発明例５では、領域４ａの窒素の不純物濃度を５×１０15ｃｍ-3、幅を１μｍ、厚みを１μｍとした。本発明例６では、領域４ａの窒素の不純物濃度を１×１０17ｃｍ-3、幅を１μｍ、厚みを１μｍとした。本発明例７では、領域４ａの窒素の不純物濃度を１×１０17ｃｍ-3、幅を１μｍ、厚みを２μｍとした。
【００６４】
作製した本発明例５〜７および比較例を用いて、順方向電圧に対する順方向電流を測定した。この結果を図１１に示す。
【００６５】
図１１を参照して、本発明例５は、ショットキー金属層と第１の半導体層の接する表面積を増加させたので、順方向の電圧を印加すると、比較例より少し電流量が多かった。本発明例６、７は、不純物濃度の高い領域４ａを設けているため、キャリアとなる電子が多いので順方向の電圧を印加すると、比較例より電流量が多かった。
【００６６】
（実施例３）
実施例３では、本発明の実施の形態５と同様の構造を有した本発明例８の順方向バイアス時の定常損失について調べた。
【００６７】
作製した本発明例８および比較例を用いて順方向電圧に対する順方向電流を測定した。この結果を図１２に示す。
【００６８】
図１２を参照して、本発明例８は、厚みの薄い高濃度層である第２の半導体層を設け、かつ凸部を設けて表面積を増加させたので、順方向の電圧を印加すると、比較例より電流量が多かった。特に、順方向電圧が０．９Ｖの時の電流密度は比較例の１．４倍となった。
【００６９】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態１におけるショットキーダイオードの断面図である。
【図２】実施の形態１におけるショットキーダイオードに、逆方向バイアスを印加した断面図である。
【図３】（Ａ）は、本発明の実施の形態２におけるショットキーダイオードの断面図であり、（Ｂ）は実施の形態２におけるショットキーダイオードにおいてショットキー金属層を除いた概略斜視図であり、（Ｃ）は実施の形態２におけるショットキーダイオードにおいてショットキー金属層を除いた別の概略斜視図である。
【図４】実施の形態２におけるショットキーダイオードに、逆方向バイアスを印加した断面図である。
【図５】（Ａ）は、実施の形態３におけるショットキーダイオードの断面図であり、（Ｂ）は、実施の形態３におけるショットキーダイオードにおいてショットキー金属層を除いた斜視概略図である。
【図６】実施の形態４におけるショットキーダイオードにおいてショットキー金属層を除いた斜視概略図である。
【図７】本発明の実施の形態５におけるショットキーダイオードの断面図である。
【図８】実施の形態５におけるショットキーダイオードに、逆方向バイアスを印加した断面図である。
【図９】比較例におけるショットキーダイオードの断面図である。
【図１０】本発明の実施例１における順方向電圧と順方向電流との関係を示す図である。
【図１１】本発明の実施例２における順方向電圧と順方向電流との関係を示す図である。
【図１２】本発明の実施例３における順方向電圧と順方向電流との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１，１０，２０，３０，４０  ショットキーダイオード、２  基板、３  第１の半導体層、４  第２の半導体層、５  ショットキー金属層、６  オーミック金属層、７  空乏層。
【図１】
2006318956.tif 000003
【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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