(57)【要約】【課題】所望のツェナー電圧の設計を前提とし、順方向電圧降下の低減をするとともに、定格サージ逆電力（ＰＲＳＭ）を大きくして瞬間的に発生するツェナー電圧以上のサージ電圧に対しても素子破壊を生じにくくする。【解決手段】Ｎ−層２の表面からＮ＋基板３側に向かう深さに対応する抵抗率の対数が、深さが増加するに従って直線的に低減する第１の領域ｔ１−１と、深さが増加しても一定である第２の領域ｔ１−２と、深さが増加するに急峻に低減する第３の領域ｔ２とが、順次形成されており、第１の領域ｔ１−１の抵抗率の対数の低減より、第３の領域ｔ２の抵抗率の対数の低減率は大きく、第１の領域の最深部の位置Ｘ１−１は、ガードリング１とＮ−層２の接合面Ｘｊより深い位置にある。【選択図】図１
2011129738.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード電極メタルと、ガードリングと、不純物を含有するＮ−層と、Ｎ＋基板と、カソード電極メタルとを備え、ガードリングとＮ−層によりツェナーダイオードの機能を有するショットキーバリアダイオードにおいて、
前記アノード電極メタルと前記Ｎ−層との接合面から前記Ｎ＋基板側に向かう深さについて、Ｎ−層はガードリングより深く形成されており、
前記アノード電極メタルと前記Ｎ−層との接合面から前記Ｎ＋基板側に向かう深さに対応する抵抗率の対数が、前記深さが増加するに従って直線的に低減する第１の領域と、前記深さが増加しても一定である第２の領域と、前記深さが増加するに従って急峻に低減する第３のの領域とが、前記Ｎ−層に順次形成されており、
前記第１の領域の抵抗率の対数の低減より、前記第３の領域の抵抗率の対数の低減率は大きく、
前記第１の領域の最深部は、ガードリングとＮ−層の接合面より深い位置にあることを特徴とするショットキーバリアダイオード。
【請求項２】
所定の逆阻止電圧を印加すると、前記ガードリングとＮ−層の接合面が絶縁破壊電界に達し、アバランシェ現象による印加電圧の固定が発生し、ガードリングにツェナーダイオード機能を有する構成であることを特徴とする請求項１記載のショットキーバリアダイオード。
【請求項３】
前記深さに対応する抵抗率の対数の変化を示す抵抗率プロファイルは、前記ツェナー電圧と同じツェナー電圧を得ることができ、かつ前記第１の領域及び第２の領域を通して、抵抗率の対数が一直線で低減する抵抗率傾斜プロファイルに対して、
第１の領域では抵抗率の対数は低くかつ低減率は同じであり、
第２の領域では抵抗率の対数は所定の深さまでは低く、所定の深さから高くなることを特徴とする請求項２記載のショットキーバリアダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガードリングを使用したショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）に関し、特に、ツェナーダイオードの機能を有するショットキーバリアダイオードに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属と半導体の接触によって生じる電位障壁の整流作用を利用したショットキーバリアダイオードは、伝導現象が多数キャリアによるため、高速動作が可能であり、電位障壁の高さが金属に依存するため、順方向電圧降下を小さくできる等の特徴を有し、高周波信号回路、電源整流回路、逆接防止回路等に広く使用されている。
【０００３】
ショットキーバリアダイオードでは、順方向電圧を印加すると電位障壁が下がり、Ｎ型シリコンから金属へ電子が流れ（順方向特性）、逆方向電圧が印加されるとＮ型シリコンから金属へ移動する電子の流れはなくなる（逆方向特性）。
【０００４】
ところで、逆方向への印加電圧を増加していく際に、リーク電流が増加しデバイスが局所的に破壊する可能性がある。そこで、より高い逆阻止電圧（耐圧）であって、高い逆方向電圧がかけられた状態でリーク電流を低く抑えることができる逆方向特性を得るために、ショットキーバリアダイオードにガードリングを設ける構成が知られている。
【０００５】
図３（ａ）は、ガードリング付きショットキーバリアダイオードの従来例の断面構造を示す図であり、１はガードリングを構成するＰ層、２はＮ−エピタキシャル層、３はＮ＋基板、４はアノード電極メタル、５はカソード電極メタル、６は酸化膜（ＳｉＯ２膜）である。
【０００６】
この従来例のガードリング付きショットキーバリアダイオードは、図３（ａ）に示すように、デバイス表面側のＮ−層の活性領域周辺にガードリング１を設けている。このようにガードリング１を設けることで、活性領域の端部でのエッジ効果や、ショットキーバリアダイオード界面での形成される高電界によるブレークダウンが起こる前に、ガードリング１で早めにブレークダウンを起こすことによって、ショットキーバリアダイオード本体を保護することができる。
【０００７】
しかしながら、ガードリング付きショットキーバリアダイオードにおいても、十分解消はされない次のような問題がある。
（１）ショットキーバリアダイオードが組み込まれる応用回路によっては、予期せぬサージ電圧により、アバランシェ状態が生じ、素子の破壊の原因となる。
【０００８】
（２）その対策として、逆阻止電圧を定常電圧より高く設定しなければならない。そのため、ショットキーバリアダイオードの半導体基板の抵抗率−深さの積(抵抗率の深さ方向の積分値、以下ρｔ積)を大きくしなければならない。従って、ρｔ積を大きくすると、抵抗成分が増加するため、ショットキーバリアダイオードの順方向損失が大きくなってしまい、ショットキーダイオード含めて回路全体の損失の増大となる。
【０００９】
（３）このようなサージ電圧によるショットキーバリアダイオードへの悪影響を防止対策として、サージ電圧を吸収するためのスナバ回路が必要であり、応用回路自体が複雑でコスト高となる。
【００１０】
そこで、このような問題を解決するために、本願出願人は、図４（ａ）に断面図を示す構造であって、図４（ｂ）に示す抵抗率プロファイルを有するツェナー機能を有するショットキーバリアダイオード（ツェナーダイオード付きショットキーバリアダイオード）を提案している（特許文献１参照）。
【００１１】
この特許文献１記載の発明は、アノード電極メタル４とＮ−層２との接合面からＮ＋基板３側に向かうＮ−層における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るとともに、ガードリング表面８から境界面７までの深さ（の位置）Ｘｊを増加させた構成を特徴とする。
【００１２】
このような構成とすることにより、図４（ｂ）に示すように従来例のガードリング付きショットキーバリアダイオードに比べて、抵抗率の対数が深さが増加するに従って直線的に低減するように傾斜した抵抗プロファイルを有することとなる。
【００１３】
これにより、N−層に含有されている不純物の濃度がN−層の深さに関わらず一定に形成されている従来例(図３（ｂ）参照)よりも、N−層の深さが深い領域における電界の負担分を増大させることができる。
【００１４】
これにより、ＰＮ接合のうちの水平な部分、即ち、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１のコーナー部分１０における電界の集中を低減することができ、即ちコーナー部分１０でアバランシェする印加電圧よりも絶対値で低い印加電圧で、ＰＮ接合の底面でアバランシェさせることができる。
【００１５】
これにより、所定の電圧（ツェナー電圧）にて、ＰＮ接合のうちの水平な部分にてアバランシェさせ、電子−正孔対を大量に発生させることにより電流を増加させ、印加電圧を固定するツェナー機能をダイオードに付加させることができる。    
【００１６】
また、ガードリング付きショットキーバリアダイオードについては、別の従来例として次のような構成が知られている。即ち、ショットキーダイオードにおいて、ｎドリフト層の表面層に、低濃度で非常に浅いｎ− 高抵抗領域が形成され、そのｎ− 高抵抗領域とショットキー接合を形成する金属のショットキー電極が接触しており、従来のショットキーダイオードに比べて、ショットキー電極が接触する部分の抵抗率が高いので、漏れ電流が約１／２になり、しかも、ｎドリフト層の抵抗率は低いので、定格電流での順電圧 は低くなる構成が知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００６−５１６８号公報
【特許文献２】特開平１０−３３５６７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
ツェナーダイオード機能を有するショットキーバリアダイオードにおいては、ツェナー部を形成するＰ層は、抵抗率−深さのプロファイルが対数で直線に傾斜しており、かつ傾斜の傾きが表面側から深さ方向に対して負の傾きを持っているＮ−層より浅く形成されているものであり、所定の逆方向電圧（ツェナー電圧）以上は、ＰＮ接合の底面でアバランシェ状態になり、電子、正孔対が発生するため、電流は増加し、印加電圧は固定され、前記所定電圧以上の電力を熱として消費されるため、ツェナー電圧をサージ電圧以下に設定したとした場合においても、瞬間的にかかるツェナー電圧以上のサージ電圧で消費される電力を熱として処理できるため、破壊に至らない。
【００１９】
従来のダイオードは、逆阻止電圧（前記ではツェナー電圧）を超えると容易に不可逆な破壊に至ってしまうため、前記サージ電圧以上のマージンをとって基板仕様を設計する必要がある。そのため、基板仕様である抵抗率−深さプロファイルの積、即ち抵抗を大きくする必要があるが、このために順方向電圧降下が大きくなり、ひいては順方向損失が大きくなるという逆阻止電圧と順方向損失の相反する関係を持っていた。
【００２０】
一般的なダイオードでは、前記の様に、順方向損失の低減と逆阻止電圧の向上は、相反する関係にあるが、前記ツェナー機能付きダイオードでは、同じ回路上で使用する際に、通常のダイオードよりも低くツェナー電圧（逆阻止電圧）を設定できるため、基板抵抗を低くすることが可能になり、順方向損失を低減させることができる。
【００２１】
しかしながら、前記ツェナー機能付きダイオードの設定ツェナー電圧以上の電圧の電力を熱として処理する電力量は、定格サージ逆電力によって制限される。前記回路上でダイオードを使用する際は、ダイオードのジャンクション温度が、保証温度以内になる様に熱設計をしなければならないが、定格サージ逆電力が小さければ、ジャンクション温度が上昇しやすくなり、ツェナーで処理する電力が制限される。この定格サージ逆電力が大きい程、ツェナー電圧を低く設定できる。前記ツェナー付きダイオードでは、基板仕様の定格サージ逆電力は制御されていないため、改良の余地がある。
【００２２】
即ち、ショットキーバリアダイオードが組み込まれる応用回路によっては、予期せぬサージ電圧により、アバランシェ状態が生じ、逆阻止電圧以上の電力が大きい場合には、熱が発生しジャンクション温度が上昇し破壊に至る。その為、定格サージ逆電力を向上させる事により、ジャンクション温度の上昇を抑え破壊を防ぐ改良を、ツェナー電圧を一定にした設定した条件において、行う必要がある。
【００２３】
また、従来のダイオードは、ガードリングの終端構造を制御し、基板の抵抗率−深さプロファイルを1次元のポアソン方程式を解いた値(近似的にρt積に比例する)に近い逆阻止電圧を出す事ができるが、前記ツェナー機能付きダイオードでは、ツェナー部を形成するP層の最深部から下の抵抗率ー深さプロファイルを1次元のポアソン方程式で解いた値に近い逆阻止電圧になる。この為、同じρｔ積の基板を用いると、ツェナー機能付きダイオードは、従来のダイオードよりも逆阻止電圧(ツェナー電圧)が低くなる。
【００２４】
即ち、ツェナー機能付きダイオードの欠点は、同じ基板仕様(ρt積が同じで、順方向損失が同等)で従来のダイオードと比較すると逆阻止電圧が低くなってしまう事である。一方、前記であげたツェナー付きダイオードの特長の一つは、回路に組み込む際に逆阻止電圧を低く設定できることである。
【００２５】
逆阻止電圧の向上と順方向損失の低減は相反する関係にあり、逆阻止電圧が低くなることを許容すると、基板仕様のρｔ積を低く設定することができる為、順方向損失を低減できるという特長がでてくる。ツェナー電圧を一定にした条件では、ツェナー機能付きダイオードのこれらの順方向損失に関する特長と欠点が相殺される問題がある。即ち、ツェナー機能付きダイオードにて、ツェナー電圧を維持した状態で、順方向損失を低減させるのに改善の余地がある。
【００２６】
ところで、特許文献１記載のツェナー機能を有するショットキーバリアダイオードでは、所望の逆阻止電圧(ツェナー電圧)となるように、ウェハ仕様(具体的には、基板の深さ方向の抵抗率−深さプロファイル)が設計されている。しかし、当該ツェナー機能を有するショットキーバリアダイオードは、同じ値の逆阻止電圧に設計されたツェナーダイオード機能を持たない従来例(図３参照)と比較すると、前記理由の為に順方向損失を低減させるという効果がその特長と短所によって相殺される。即ち、ツェナー機能を有するショットキーバリアダイオードにおいて、ツェナー電圧を一定にした状態で順方向損失を低減させる必要がある。
【００２７】
そして、特許文献２は、ショットキー電極と接触しショットキー接合を形成する非常に浅い層を低濃度のｎ−高抵抗領域にすることで、漏れ電流が約１／２とし、しかもｎドリフト層の抵抗率を低くして定格電流での順電圧降下は低くなるようにしたものである。
【００２８】
要するに、特許文献２は、順方向電圧降下の値を上げることなく逆電圧印加時の漏れ電流を低減させることを目的とするものである。しかし、Ｐ層はこのｎ−の深さより深く、Ｐ層がｎ−層とｐｎ接合を構成しツェナーダイオードを有するショットキーバリアダイオードではない。
【００２９】
従って、特許文献２は、上記のとおり、ツェナー機能を有するショットキーバリアダイオードに必要な、本体が破壊されないように、ブレークダウンする所望のツェナー電圧を確保するという課題やその解決手段等は開示されていない。また、サージ電圧により、アバランシェ状態が生じ、素子の破壊の原因となるので、定格サージ逆電力を向上する必要があるという課題やその解決手段についても開示されていない。
【００３０】
本願発明は、順方向特性の改善（順方向損失の低減）をすることを前提とし、しかもツェナー機能を有するショットキーバリアダイオードに必要な、本体が破壊されないようにブレークダウンする所望のブレークダウン電圧（ツェナー電圧）を確保することを主な課題とする。さらに、定格サージ逆電力を大きくして応用回路等で生じるサージ電圧に対して耐性を強くし、素子破壊を生じにくくすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
アノード電極メタルと、ガードリングと、不純物を含有するＮ−層と、Ｎ＋基板と、カソード電極メタルとを備え、ガードリングとＮ−層によりツェナーダイオードの機能を有するショットキーバリアダイオードにおいて、前記アノード電極メタルと前記Ｎ−層との接合面から前記Ｎ＋基板側に向かう深さについて、Ｎ−層はガードリングより深く形成されており、前記アノード電極メタルと前記Ｎ−層との接合面から前記Ｎ＋基板側に向かう深さに対応する抵抗率の対数が、前記深さが増加するに従って直線的に低減する第１の領域と、前記深さが増加しても一定である第２の領域と、前記深さが増加するに従って急峻に低減する第３の領域とが、前記Ｎ−層に順次形成されており、前記第１の領域の抵抗率の対数の低減より、前記第３の領域の抵抗率の対数の低減率は大きく、前記第１の領域の最深部は、ガードリングとＮ−層の接合面より深い位置にあることを特徴とするショットキーバリアダイオードを提供する。
【００３２】
所定の逆阻止電圧を印加すると、前記ガードリングとＮ−層の接合面が絶縁破壊電界に達し、アバランシェ現象による印加電圧の固定が発生し、ガードリングにツェナーダイオード機能を有する構成とすることが好ましい。
【００３３】
前記深さに対応する抵抗率の対数の変化を示す抵抗率プロファイルは、前記ツェナー電圧と同じツェナー電圧を得ることができ、かつ前記第１の領域及び第２の領域を通して、抵抗率の対数が一直線で低減する抵抗率傾斜プロファイルに対して、第１の領域では抵抗率の対数は低くかつ低減率は同じであり、第２の領域では抵抗率の対数は所定の深さまでは低く、所定の深さから高くなる構成とすることが好ましい。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係るショットキーバリアダイオードは、その抵抗率プロファイルが、Ｎ−層の深さが増加する方向に向けて、対数で直線的に傾斜して低減、フラット、急峻に低減する状態となるように形成されているので、次のような効果を生じる。
（１）Ｎ−層の表面から所定深さだけ抵抗率の対数を直線的に傾斜状に低減させることで、順方向特性の改善（順方向損失の低減）をすることができる。
【００３５】
（２）ダイオードに逆方向電圧がサージ電圧等で瞬間的にツェナー電圧以上印加されても、ツェナー機能を有しているため、ツェナー電圧の値で電圧値が固定され、ダイオード本体は壊れない。
【００３６】
（３）所定のブレークダウンする逆電圧を印加した際のＮ−層とＮ＋基板の遷移領域での電界強度を大きくして、定格サージ逆電力を高くすることができるため、応用回路においてサージ電圧が生じても、素子破壊の耐性が高くなる。特に、並列で使用した際、ツェナー電圧が最も低いショットキーバリアダイオードにサージ電圧に起因する電力が負荷されるが、前記定格サージ逆電力が高くなっているため、壊れ難い。
【００３７】
（４）特別な工程を使用することなく、従来のガードリング付きショットキーバリアダイオードと同様にＣＶＤ法によるエピタキシャル成長を利用して製造でき、しかも抵抗率プロファイルにおいて深さ方向に直線的に傾斜して低減している領域の始点と終点における抵抗率の対数の差が小さいために、製造工程において抵抗率を変化させる不純物濃度の調整が容易となり、製造上の品質のバラツキが少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係るショットキーバリアダイオードの実施例の構成を説明する図であり、（ａ）は断面図を示し、（ｂ）は先行発明と比較した抵抗率プロファイルを示す図である。
【図２】本発明に関わるショットキーバリアダイオードの実施例の電界強度について先行発明と比較して説明する図であり、（ａ）は深さ方向の電界強度分布を示す図であり、（ｂ）は深さ方向の電界発生領域を説明する図である。
【図３】従来例のショットキーバリアダイオードの構成を説明する図であり、（ａ）は断面図を示し、（ｂ）は抵抗率プロファイルを示す図である。
【図４】先行発明（特許文献１記載の発明）のショットキーバリアダイオードの構成を説明する図であり、（ａ）は断面図を示し、（ｂ）は抵抗率プロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明に係るショットキーバリアダイオードを実施するための形態を実施例に基づき図面を参照して、以下説明する。特に本発明は、上記特許文献１記載の発明の改良を内容としており、特許文献１記載の発明（以下、「先行発明」という）と比較しながら本発明の特徴を説明する。
【実施例】
【００４０】
本発明に係るショットキーバリアダイオードは、先行発明と同様に、ガードリングを備え、ツェナーダイオードの機能を有するショットキーバリアダイオードである。図１（ａ）は、本発明に係るショットキーバリアダイオードの実施例の断面構造を示す図である。
【００４１】
図１（ａ）において、１はガードリングを構成するＰ層、２はＮ−エピタキシャル層（以下Ｎ−層という）、３はＮ＋基板、４はアノード電極メタル、５はカソード電極メタル、６は酸化膜（ＳｉＯ２）である。アノード電極メタル４は、Ｍｏを主成分とした金属にて構成される。
【００４２】
図１（ａ）に示すとおり、本発明に係るショットキーバリアダイオードの断面構造は、先行発明のショットキーバリアダイオード（図４（ａ）参照）とほぼ同じであるが、その構成は次に説明するように先行発明のショットキーバリアダイオードとは異なる。即ち、本発明に係るショットキーバリアダイオードは、図１（ｂ）に示すような抵抗率プロファイルを有する構成を特徴とする。
【００４３】
この図１（ｂ）は、抵抗率プロファイル、即ち、アノード電極メタル４と前記Ｎ−層２との接合面（Ｎ−層２の表面）からＮ＋基板３側に向かうＮ−層２の深さ方向にわたって抵抗率の大きさ（高低）の状態を示す図である。
【００４４】
特に、図１（ｂ）では、本発明に関わるショットキーバリアダイオードの特徴を説明するために本発明に係るショットキーバリアダイオードの図１（ａ）のＬ−Ｌ断面、即ちショットキー領域における抵抗率プロファイルを図１（ｂ）において実線で示し、先行発明のショットキーバリアダイオードの図４（ａ）のＬ−Ｌ断面における抵抗率プロファイルを図１（ｂ）で点線で示し、両者を比較して示している。図１（ｂ）において、横軸はＮ−層２の深さを示し、縦軸は抵抗率（Ωｃｍ）の対数を示す。
【００４５】
Ｎ−層２の抵抗率は、Ｎ−層２に含まれる不純物濃度（不純物の含有量）によって異なる。即ち、Ｎ−層２の不純物濃度が高い（不純物の含有量が多い）と抵抗率は低く（小さい）、不純物不純物濃度が低い（不純物の含有量が少ない）と抵抗率は高い（大きい）。よって、本発明に係るショットキーバリアダイオードにおけるＮ−層２の抵抗率プロファイルは、Ｎ−層２の不純物濃度を深さ方向で変えて、抵抗率を深さ方向に従って変えることで形成することができる。
【００４６】
なお、Ｎ−層２の不純物濃度を深さ方向で変えるために、ここでは詳細に説明しないが、例えば、Ｎ−層２を、ＣＶＤ法を利用してエピタキシャル成長で形成する工程において、不純物を含むガスの濃度を連続的に調整することで可能となる。
【００４７】
先行発明のショットキーバリアダイオードは、図１（ｂ）において、抵抗率プロファイルの観点からみて、Ｎ−層２の表面から所定の深さまでの浅い側の領域ｔ１と、浅い側の領域ｔ１の最深部の位置Ｘ１からＮ−層２とＮ＋基板３との接合位置Ｘ２まで続く深い側の領域とｔ２とから構成されている。
【００４８】
先行発明のショットキーバリアダイオードにおける抵抗率プロファイルについては、図１（ｂ）に示すように、浅い側の領域ｔ１では、その表面からＮ−層２における深い方向（Ｎ−層２の深さが増加する方向）に向かうに従って、抵抗率の対数が直線的に傾斜するように低減している。
【００４９】
また、深い側の領域ｔ２では、浅い側の領域ｔ１の最深部の位置Ｘ１から深い方向に向かうに従って、抵抗率が急峻に低減している。浅い側の領域ｔ１の抵抗率の低減率（抵抗率の低減の度合いであり、抵抗率のプロファイルの直線の勾配として示される。）に較べて、深い側の領域ｔ２の低減率は大きい。
【００５０】
これに対して、本発明に係るショットキーバリアダイオードは、図１（ｂ）に示すように、抵抗率プロファイルの観点からみて、次のように３つの領域から構成されている。
（ａ）第１の領域ｔ１−１
第１のＮ−層２の表面から所定の深さ位置Ｘ１−１までの領域
（ｂ）第２の領域ｔ１−２
第１の領域ｔ１−１の最深部の位置Ｘ１−１から所定の深さ位置Ｘ１（先行発明の浅い側の領域ｔ１の最深部の位置Ｘ１と同じ深さ位置）までの領域
（ｃ）第３の領域ｔ２
第２の領域ｔ１−２の最深部の位置Ｘ１からＮ−層２とＮ＋基板３との接合位置Ｘ２までの領域であり、先行発明の深い側の領域ｔ２と同じ深さの領域
【００５１】
図１（ｂ）に示すとおり、本発明に係るショットキーバリアダイオードの第１の領域ｔ１−１と第２の領域ｔ１−２は、Ｎ−層２の表面からの深さという観点からみると、先行発明のショットキーバリアダイオードの浅い側の領域ｔ１に相当する。また、本発明に係るショットキーバリアダイオードの第３の領域ｔ２は、Ｎ−層２の表面からの深さという観点からみると、前記のとおり先行発明のショットキーバリアダイオードの深い側の領域ｔ２に相当する。
【００５２】
ここで、第１の領域ｔ１の最深部の位置Ｘ１−１は、Ｐ層とＮ−層２の接合位置Ｘｊより深い位置に形成されている。
【００５３】
本発明に係るショットキーバリアダイオードにおける抵抗率プロファイルについては、図１（ｂ）に示すように、第１の領域ｔ１−１では、その表面からＮ−層２における深い方向に向かうに従って抵抗率の対数が直線的に低減するように傾斜している。
【００５４】
第１の領域ｔ１−１における抵抗率プロファイルについて、本発明に係るショットキーバリアダイオードと先行発明のショットキーバリアダイオードを較べると、本発明に係るショットキーバリアダイオードは、抵抗率は低く、かつ抵抗率の低減率は同じである。
【００５５】
本発明に係るショットキーバリアダイオードにおける抵抗率プロファイルについては、第２の領域では、図１（ｂ）に示すように、第１の領域ｔ−１の最深部の位置Ｘ１−１の抵抗率で一定であり、Ｎ−層２の深さ方向にわたって変化しないフラットな状態である。
【００５６】
この第２の領域における抵抗率プロファイルを先行発明のショットキーバリアダイオードの抵抗率プロファイルと比較すると、第２の領域ｔ１−２における最浅位置Ｘ１−１では先行発明のショットキーバリアダイオードの抵抗率より低いが、第２の領域ｔ１−２における最深部の位置Ｘ１では先行発明の抵抗率より高い。要するに、第２の領域ｔ１−２では、本発明に係るショットキーバリアダイオードのフラットな抵抗率プロファイルは、先行発明のショットキーバリアダイオードの直線的に傾斜する抵抗率プロファイルと交差するように形成されている。
【００５７】
そして、第２の領域ｔ１−２では、その浅い側（ｔ１−２の最浅点より交差するまでの深さの領域）の先行発明の抵抗率プロファイルと本発明の抵抗率プロファイルの間の部分の面積（両プロファイル積分値の差）Ｓ１は、その深い側（上記交差する深さより最深部までの領域）の本発明の抵抗率プロファイルと先行発明の抵抗率プロファイルとの間の部分の面積（両プロファイル積分値の差）Ｓ２は、互いに同じ大きさである。
【００５８】
この関係は、ｔ１−２領域の両者の抵抗値は同じであることを意味する。よって、先行発明と本発明の総抵抗の差はｔ１−１の両者の積分値の差、Ｓに相当する。この抵抗成分の値だけ、本発明は、先行発明より順方向電圧降下を減らすことができる。これによりショットキーバリアダイオードの順方向損失を低減することができる。
【００５９】
なお、上記図１（ｂ）に示す部分Ｓ１と部分Ｓ２が同じであるということは、ｔ１−２領域の抵抗値（抵抗率ではない）が同じであることを示している。抵抗値が同じであるということは、即ちｔ１−２領域における電界の値の平均値が一緒であることを示す。これは、更に言えば、ｔ１−２領域に対して、電界を深さ方向に積分すると逆阻止電圧（耐圧）になるため、電界の平均値が同じ、深さも同じということは、これらの積分値も同じとなり、本発明と先行発明は、ツェナー電圧（逆阻止電圧）が同じとなる。
【００６０】
ところで、電界の平均値が同じという点は、本発明で肝要な点であり、平均値が同じでも、電界のプロファイル（図２（ａ）の電界プロファイル参照）は、先行発明と本発明では違うため、Ｎ−層とＮ＋への遷移領域の位置Ｘ１における電界の値は、両者ではっきりと違いが生じる。本発明では、先行発明よりこの領域での電界が必ず（意図的に）高くなるように構成されているため、本発明の主要な効果である定格サージ逆電力が高くなるという特長が現れる。
【００６１】
本発明に係るショットキーバリアダイオードにおける抵抗率プロファイルについては、図１（ｂ）に示すように、第３の領域ｔ２では、第２の領域ｔ１−２の最深部の位置Ｘ１からＮ＋基板３に向かうに従って、第２の領域ｔ１−２の最深部の位置Ｘ１の抵抗率が急峻に低減する。
【００６２】
本発明に係るショットキーバリアダイオードでは、第３の領域ｔ２での抵抗率の低減率は、第１の領域ｔ１−1での抵抗率の低減率より大きく、しかも、先行発明のショットキーバリアダイオードの深い側の領域（本発明の第３の領域と同じ）ｔ２での抵抗率の低減率より大きい。
【００６３】
そして、本発明に係るショットキーバリアダイオードの第３の領域ｔ２の最深部の位置（Ｎ＋基板３との接合位置）Ｘ２の抵抗率は、先行発明の深い側の領域ｔ２の最深部の位置（Ｎ＋基板３との接合位置）Ｘ２の抵抗率と同じである。
【００６４】
本発明に係るショットキーバリアダイオードのウェハー仕様、即ち抵抗率プロファイルは、所望のブレークダウン電圧（ツェナー電圧）が確保できるように設計され、エピタキシャル成長を利用したＮ−層２の製造工程において、上記設計された抵抗率プロファイルになるように不純物濃度を調整する。
【００６５】
そして、逆起電圧がこの設計されたブレークダウン電圧（ツェナー電圧）になるとブレークダウンが生じ、ショットキーバリアダイオード本体の破損を防止することが可能となる。
【００６６】
本発明では、ＰＮ接合の位置Ｘｊに最大の電界を掛けるために、第１の領域ｔ１−１の最深部の位置Ｘ１−１を、ＰＮ接合の位置Ｘｊより下方に設定してある。これにより、先行発明のツェナー特性を本発明の抵抗率プロファイルを用いた上で維持することが可能になる。
【００６７】
本発明の特徴とする抵抗率プロファイルを持った基板で、ショットキーバリアダイオードにおいて、設定したツェナー電圧を印加すると、ＰＮ接合の位置Ｘｊで破壊電界に達し、アバランシェ現象が起こる。アバランシェ現象が起こるとキャリアが雪崩れ的に増加する。ツェナー電圧以上の大きな電圧を印加すると、前記現象により、電流が増加するため、印加電圧がツェナー電圧で固定される現象が起こる。
【００６８】
本来、印加される電圧以上の電力は、PN接合の位置Xjの深さにあるPN接合で発生するアバランシェ電流となって、PN接合を通り、熱として消費される。これが本発明と先行発明のツェナーの特徴となっており、ツェナー動作が可能になる。
【００６９】
（作用）                            
上記構成の本発明に係るショットキーバリアダイオードにおいて、アノード電極メタル４とカソード電極メタル５の間に順方向電圧を印加し、該電圧を増加させると、所定の順方向電圧において順方向に電流が流れＯＮの状態となる。要するに、ショットキーバリアダイオードに所定の順方向電圧を印加することで、ＯＮの状態となる。
【００７０】
そして、ショットキーバリアダイオードの逆方向電圧が印加されると、ＯＦＦ状態に切り替わる。本発明に係るショットキーバリアダイオードにおける抵抗率プロファイルは、先行発明と比較して図１（ｂ）に示すとおりであり、このような抵抗率プロファイルにすると、順方向損失が低減され、また逆方へのサージ電力の耐性（定格サージ逆電力）が改善される。これらの点についてさらに詳細に説明する。
【００７１】
本発明に係るショットキーバリアダイオードにおける抵抗率プロファイルでは、ＰＮ接合の位置Ｘｊより下方に第１の領域ｔ１−１の最深部の位置Ｘ１−１があり、ここの深さにおける抵抗率の傾きが、ＰＮ接合の底面でブレークダウンするように先行発明と同様に設定している。これにより、所望のブレークダウン電圧において、ＰＮ接合の底面で電界が絶縁破壊電界に達し、アバランシェ現象により、電子−正孔対が発生し、電流が雪崩れ的に増加して電圧が固定されるといるツェナーダイオードの機能が動作される。
【００７２】
図１（ｂ）の第１の領域ｔ１−１において、本発明の抵抗率は先行発明の抵抗率より低くなるように、抵抗率プロファイルプロファイルが設定されている。従って、先行発明と比較して第１の領域における抵抗率が低くなっている分、即ち、第１の領域ｔ１−１における先行発明に対する本発明の抵抗率の積分値の差Ｓの分だけ、順方向損失が低減される。
【００７３】
ところで、サージ電力に対する耐性を示す定格サージ逆電力は、Ｎ−層２とＮ＋基板３の遷移領域（図２（ｂ）参照）９の境界にかかる電界強度で決まる。図２（ａ）は、図１（ｂ）に示す抵抗率プロファイルに基づいて生じる深さ方向の電界強度の分布状態を、本発明に係るショットキーバリアダイオードについて先行発明のショットキーバリアダイオードとを比較して示す図である。
【００７４】
図２（ａ）において、本発明及び先行発明のショットキーバリアダイオードは、Ｎ−層２の表面からＰ層とＮ−層２の接合位置Ｘｊの深さまで、抵抗率の対数が同じ低減率で直線的に傾斜するように低減するに伴い（図１（ｂ）参照）、互いに同じ状態で電界強度（正式には電界強度の絶対値）が増大する。なお、図２中、Ｎ−層２の接合位置Ｘｊから領域ｔ１の最深部の位置Ｘ１までの領域をｔ１−Ｘｊで示す。
【００７５】
電界強度の深さ方向の積分値は印加電圧に相当するので、本発明に係るショットキーバリアダイオードについて先行発明とともに、Ｐ層とＮ−層２の接合位置Ｘｊでは同じ絶縁破壊電界が印加される。この状態の時に、図２（ａ）の領域ｔ１−Ｘｊの範囲における電界強度−深さの積分値が同じであるならば、設定ツェナー電圧は同じになる。つまり、前記プロファイルにおいて、領域ｔ１−Ｘｊの範囲について、先行発明と本発明の交点より、浅い範囲での囲まれた範囲の面積Ｓ３と、深い範囲での囲まれた範囲の面積Ｓ４の面積が同じであることが、ツェナー電圧を同じにする条件となる。
【００７６】
即ち、本発明に係るショットキーバリアダイオードについて先行発明のショットキーバリアダイオードともに、ブレークダウンの際はＰ層とＮ−層２の接合位置Ｘｊでは同じ電界、即ち絶縁破壊電界に達し、そして電界強度の深さ方向の積分値は印加電圧に相当するので、図２（ａ）の電界−深さの積分値、即ちプロファイルで囲まれる面積を同じ大きさにすると、同じ大きさのツェナー電圧が確保されることとなる。
【００７７】
そして、Ｐ層とＮ−層２の接合位置Ｘｊから第２の領域ｔ１−２の最深部の位置Ｘ１までは電界強度が、両発明とも接合位置Ｘｊでは、同じ絶縁破壊電界で、そこから深い領域では、先行発明では湾曲線状に低減し、本発明では直線的に低減する。同じツェナー電圧を持つためには、前記条件のように途中に必ず交差する深さが存在する。前記交差する深さより浅い深さでは、先行発明が本発明より電界が高く、前記交差する深さより深い範囲では本発明が先行発明より電界が高い関係に必ずなる。
【００７８】
このため、遷移領域にかかる深さでの電界強度は必ず本発明が先行発明より高くなる。
【００７９】
よって、本発明のショットキーバリアダイオードは、定格非繰り返しサージ逆電力を先行発明のショットキーバリアダイオードに対して高くすることができ、サージ電力に対する耐性が向上し、応用回路において生じたサージ電流がショットキーバリアダイオードに流れても、素子破壊が生じにくくなる。
【００８０】
ところで、複数のショットキーバリアダイオードは、製造上、ツェナー電圧等の諸特性の品質が厳密に全て同じであることはなく、現実問題として工程能力によって若干のバラツキはある。ツェナーダイオードの機能を備えたショットキーバリアダイオードを複数、並列使用する場合、ツェナー電圧が一番低いショットキーバリアダイオードにサージ逆電力が集中して負荷され、そのショットキーバリアダイオードが破壊しやすいという問題がある。
【００８１】
しかしながら、本発明のショットキーバリアダイオードは、前記のとおり第２の領域ｔ１−２の最深部の位置Ｘ１における電界強度の値Ｅ２が先行発明の浅い側の領域ｔ１の最深部の位置Ｘ１における電界強度Ｅ１の値に較べて高くなるために（図２（ａ）参照）、並列で使用しても、ツェナー電圧が一番低いダイオードに他の並列接続したダイオード分のサージ逆電力が集中して負荷されることになるが、定格サージ逆電力が高くなった分だけ破壊され難くなる。
【００８２】
また、本発明のショットキーバリアダイオードは、ＣＶＤ法によるエピタキシャル成長による基板作製に関しては、特別な工法が必要であるが、ウェハプロセス、パッケージ組立プロセスについては、従来プロセスを踏襲することができる。
【００８３】
この場合、直線的に傾斜して変化する抵抗率プロファイルは、製造工程において不純物のガス量の調整して不純物濃度を深さ方向に変化させるのであるが、ガス量の調整して一定の勾配で直線的な抵抗率プロファイルが得られるように製造することは難しい。特に、Ｎ−層の深さ方向において抵抗率の高低の差が大きく、しかも深さ方向の幅が大きいと、一定の勾配直線的に低減（又は増加）抵抗率プロファイルを形成することは難しい。
【００８４】
図１（ｂ）において、先行発明の抵抗率プロファイルは抵抗率の対数で直線的に傾斜し変化しているので、実際の抵抗率ではその上限と下限の差は大きい。特に、抵抗率の変化するＮ−層２の深さ方向の範囲が大きいと、抵抗率の上限と下限の差がきわめて大きくなり、抵抗率をＣＶＤ工程で制御できる範囲からでてしまう可能性があるため、ツェナー電圧を設定できる範囲が制限されてしまう。
【００８５】
しかしながら、本発明のショットキーバリアダイオードの抵抗率プロファイルは、抵抗率の対数で直線的に傾斜し変化している領域はあるが、抵抗率が一定であるフラットな第２の領域ｔ１−２を有するので、第１の領域ｔ１−１において、抵抗率が直線的に傾斜し低減しているＮ−層２の深さ方向の範囲が先行発明に較べて狭いために、抵抗率の上下の差が小さくなる。
【００８６】
従って、ＣＶＤ法によりエピタキシャル成長させる工程において、不純物濃度を変化させるためのガス量の調整がより容易となり、第１の領域ｔ１−１において、抵抗率が安定した直線的な傾斜で低減したプロファイルを得ることが可能となる。
【００８７】
（試験例）
本発明者は、本発明のショットキーバリアダイオードについて、先行発明のショットキーバリアダイオードと比較して、その特性について試験を行った。次の表１は、その試験で得られたデータである。
【００８８】
【表１】
2011129738.tif 000003
【００８９】
表１中の各項について説明する。逆阻止電圧（耐圧）はツェナーダイオードがブレークダウンする電圧（Ｖ）で設計値である。「傾斜」は図１（ｂ）の先行発明の抵抗率プロファイルであり、「ステップ」は、本発明のショットキーバリアダイオードの抵抗率プロファイルを示す。「バリア」はＭｏを主成分としたアノード電極メタル４（バリアメタル）で構成される。「ＶＺ」は実際ブレークダウンした逆方向電圧を示す。「ＩＲ」はリーク電流である。「ＶＦ」は順方向電圧である。ＰＲＳＭは、定格非繰り返しサージ逆電力であり、定格サージ逆電力の指標となる。
【００９０】
なお、測定条件はそれぞれ次のとおりである。実際の逆阻止電圧(ブレークダウン電圧)VZについては、＠ＩＲ＝１ｍＡ（１ｍＡのリーク電流が流れたこと）を測定条件とする。リーク電流ＩＲについては、＠ＲＴ  ＶＲ＝８０Ｖ（室温（Room Temperature）で逆阻止電圧の設計値８０Ｖを印加した際の値）を測定条件とする。順方向損失ＶＦについては、＠ＲＴ  ＩＦ＝１８０Ａ／ｃｍ２（室温（Room Temperature）で１ｃｍ２当たり１８０Ａ流れたこと）を測定条件とする。さらに、ＰＲＳＭはパルス幅が１００μｓｅｃであることを測定条件とする。
【００９１】
この表１の試験データによると、次のようなことが明らかである。先行発明のショットキーバリアダイオードでは８４．０（Ｖ）の逆方向電圧を印加してツェナーダイオードがブレークダウンしており、本発明のショットキーバリアダイオードでは、基板仕様（抵抗率−深さプロファイル）を変えたにも拘わらず、８２．６（Ｖ）でツェナーダイオードがブレークダウンし、ほぼ先行発明と同等のツェナー電圧を確保していることが分かる。
【００９２】
また、先行発明のショットキーバリアダイオードでは順方向損失が６９３．２（ｍＶ）あるが、本発明のショットキーバリアダイオードでは６７０．８（ｍＶ）であり、両者の値の差は有意的な差であり、順方向損失が明らかに低減することが分かる。
【００９３】
さらに、先行発明のショットキーバリアダイオードでは、定格非繰り返しサージ逆電力（ＰＲＳＭ）は１．２（Ｗ）であるが、本発明のショットキーバリアダイオードでは定格非繰り返しサージ逆電力（ＰＲＳＭ）は２．４（Ｗ）であり、先行発明に対して２倍となり、サージ電力に対する耐性がきわめて高いということが分かる。
【００９４】
以上、本発明に係るショットキーバリアダイオードを実施するための形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲内でいろいろな実施例があることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明に係るショットキーバリアダイオードは上記のような構成であるから、高周波信号回路、電源整流回路、逆接防止回路等に適用可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１  ガードリングを構成するＰ層
２  Ｎ−エピタキシャル層
３  Ｎ＋基板
４  アノード電極メタル
５  カソード電極メタル
６  酸化膜（ＳｉＯ２膜）
７  Ｐ層とＮ−層との境界面（接合面）
８  ガードリング表面
９  Ｎ−層とＮ＋基板の遷移領域
１０  ガードリングのコーナー部分
【図１】
2011129738.tif 000004
【図２】
2011129738.tif 000005
【図３】
2011129738.tif 000006
【図４】
2011129738.tif 000007