(57)【要約】【課題】  本発明の目的はビルトイン電圧の低減を図り得る半導体装置を提供する。【解決手段】  第１導電型の半導体基板２０の一方の面にアノードのための電極３０と、前記半導体基板の他方の面にカソードのための電極４０と、半導体基板の一方の面層に所定の間隔で高濃度の第２導電型のチャネル制御領域２３とを備え、該各チャネル制御領域に前記アノード電極が電気的に接続された半導体装置において、前記一方の面層において前記各チャネル制御領域間に低濃度の第１導電型のチャネル領域２２と、前記第１導電型のチャネル領域および前記アノード電極間に高濃度の第１導電型のオーミック接触領域２４とを備える。【選択図】      図１
2007281231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板の一方の面にアノードのための電極と、前記半導体基板の他方の面にカソードのための電極と、前記半導体基板の一方の面層に所定の間隔で高濃度の第２導電型のチャネル制御領域とを備え、該各チャネル制御領域に前記アノード電極が電気的に接続された半導体装置において、
前記一方の面層において前記各チャネル制御領域間に低濃度の第１導電型のチャネル領域と、
前記第１導電型のチャネル領域および前記アノード電極間に高濃度の第１導電型のオーミック接触領域と、を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記オーミック接触領域を前記半導体基板の一方の表面上に備えることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記オーミック接触領域を前記半導体基板の一方の表面層に備えることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記面層と前記他方の面との間にはドリフト領域を備えており、
前記ドリフト領域は、前記低濃度より濃度が高く前記高濃度より濃度の低い基準濃度であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体基板は、広禁制帯幅半導体であることを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
前記広禁制帯幅半導体は、少なくとも炭化珪素、窒化ガリウムおよび窒化アルミニウムガリウムの何れかであることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
前記広禁制帯幅半導体が炭化珪素であるとき、
前記チャネル領域の濃度は、前記チャネル制御領域の濃度の１／１０乃至１／１００、かつ前記ドリフト領域の濃度の１／５乃至１／１００の関係で示され、
前記チャネル領域間の間隔寸法W[ｍ]は、チャネル領域の濃度をＮ[m-3]とすると、Ｗ＜＝２√（１．０７Ｅ９／Ｎ）の関係で示されることを特徴とする請求項５記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関するものであり、特に半導体基板の一方の面層に所定の間隔で配置したチャネル制御領域で、逆バイアス時においてチャネル制御を行う半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板の一方の面層に所定の間隔で配置されたチャネル制御領域を備える半導体装置が特許文献１に開示されている。
【０００３】
特許文献１の半導体装置は、逆方向バイアス時において、微細化した各チャネル制御領域により、良好な空乏層が形成され、漏れ電流を抑えて逆バイアスにおけるブレークダウン電圧の特性向上を図ることができる。
【特許文献１】特表２００３−５１０８１７号公報
【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、昨今の半導体装置の機能仕様としては、順方向バイアスにおけるビルトイン電圧の低減が求められており、このような仕様を満たす半導体装置の開発が望まれていた。
本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ビルトイン電圧の低減を図り得る半導体装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の半導体装置は、第１導電型の半導体基板の一方の面にアノードのための電極と、前記半導体基板の他方の面にカソードのための電極と、前記半導体基板の一方の面層に所定の間隔で高濃度の第２導電型のチャネル制御領域とを備え、該各チャネル制御領域に前記アノード電極が電気的に接続された半導体装置において、前記一方の面層において前記各チャネル制御領域間に低濃度の第１導電型のチャネル領域と、前記第１導電型のチャネル領域および前記アノード電極間に高濃度の第１導電型のオーミック接触領域と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
前記オーミック接触領域を前記半導体基板の一方の表面上に備えることができる。
また、前記オーミック接触領域を前記半導体基板の一方の表面層に備えることもできる。
【０００７】
前記面層と前記他方の面との間にはドリフト領域を備えており、前記ドリフト領域は、前記低濃度より濃度が高く前記高濃度より濃度の低い基準濃度であることを特徴とする。
前記半導体基板は、広禁制帯幅半導体を用いることもできる。
前記広禁制帯幅半導体は、少なくとも炭化珪素、窒化ガリウムおよび窒化アルミニウムガリウムの何れかであることを特徴とする。
【０００８】
前記広禁制帯幅半導体が炭化珪素であるとき、前記チャネル領域の濃度は、前記チャネル制御領域の濃度の１／１０乃至１／１００、かつ前記ドリフト領域の濃度の１／５乃至１／１００の関係で示され、前記チャネル領域間の間隔寸法W[ｍ]は、チャネル領域の濃度をＮ[m-3]とすると、Ｗ＜＝２√（１．０７Ｅ９／Ｎ）の関係で示されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体装置は、第１導電型のチャネル領域およびアノード電極間に備えた高濃度の第１導電型のオーミック接触領域により、オーミック接触を得て順バイアスにおけるビルトイン電圧の低減を図ることができ、オーミック接触による逆バイアスにおける漏れ電流を、各チャネル制御領域により低濃度のチャネル領域に空乏層を形成することで防止することができ、逆バイアスにおける電気的特性の劣化を招くことなく、順バイアスにおけるビルトイン電圧の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を用いて、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下の説明では、各実施の形態に用いる図面について同一の構成要素は同一の符号を付し、かつ重複する説明は可能な限り省略する。
【実施例１】
【００１１】
実施例１の半導体装置１０は、図１に示すように、半導体基板２０と、該半導体基板２０の一方の面としての表面にアノード電極３０と、半導体基板２０の他方の面としての底面にカソード電極４０と、保護膜５０とを備える。
【００１２】
保護膜５０は、例えばポリイミドなどの絶縁膜で形成されており、漏れ電流の発生を防止する。
オーミック接触を得るべく、アノード電極３０は２つの電極層で構成されて半導体基板２０上に配置されており、具体的には半導体基板２０の表面上にチタン（Ｔｉ）を主とするチタン電極層３１が配置され、該チタン電極層上にアルミ（Ａｌ）を主とするアルミ電極層３２が配置されており、これらの各層によりアノード電極３０が構成されている。
【００１３】
半導体基板２０はゲルマニュウムやシリコンなどの第４族の半導体で形成されており、イオン注入によるドーピング制御のし易さや電気的特性などを考慮して、広禁制帯幅半導体が用いられている。尚、実施例では、広禁制帯幅半導体として炭化珪素（以降、ＳｉＣと略称する）を用いた例で以降の説明を行なう。
【００１４】
ここで、広禁制帯幅半導体の説明を行なう。
広禁制帯幅半導体は、例えばＳｉＣ、窒化ガリウムおよび窒化アルミニウムガリウムなどであり、禁制帯が広いこと（以降、ワイドバンドギャップと称する）により、逆バイアス印加時の耐圧を高くすることができる。しかしながら、この種の半導体は、順方向バイアスにおけるビルトイン電圧（Ｖｂ）が高いことが知られている。
【００１５】
例えばショットキーバリアダイオード（以降、ＳＢＤと略称する）と称される半導体装置では、漏れ電流を防止するためにビルトイン電圧が１Ｖ以上になるように設計される。
また、ＰｉＮダイオード（以降、ＰｉＮＤと略称する）と称される種類の半導体装置では、禁制帯幅に応じて高いビルトイン電圧となり、具体的には例えばシリコンを用いたときのビルトイン電圧は０．７Ｖであるが、これに対しＳｉＣを用いたときのビルトイン電圧は２．０Ｖ、窒化ガリウムを用いたときのビルトイン電圧は２．２Ｖにもなり、シリコンを用いたときよりもビルトイン電圧が２倍以上になる。
【００１６】
ところで、本実施例の半導体基板２０は、第１導電型としてｎ型の不純物をＳｉＣにドーピングしており、ドーピングする不純物の濃度の違いで３種類の不純物濃度の組み合わせで形成されている。
【００１７】
具体的には、半導体基板２０は、基準濃度として例えば１Ｅ１６ｃｍ-3の濃度で不純物がドープされた基準濃度層（ドリフト領域）２５と、該基準層より低濃度、すなわち１Ｅ１５ｃｍ-3乃至３Ｅ１５ｃｍ-3で不純物がドープされた低濃度層と、基準層より高い濃度、すなわち１Ｅ１９ｃｍ-3で不純物がドープされた高濃度層とを備えており、当該半導体基板２０の表面層として低濃度層が配置され、中間層として基準濃度層が配置され、底面層として高濃度層が配置されており、これらの不純物濃度の異なる層で半導体基板２０が構成されている。尚、ＳｉＣ基板上に前記した表面層や中間層などの層を化学気相成長法で成長させてもよい。
【００１８】
ところで、本発明の半導体装置１０は、ＪＢＳ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）およびＭＰＳ（Ｍｅｒｇｅｄ  ＰｉＮｄｉｏｄｅ  ａｎｄ  Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ  ｄｉｏｄｅ）と称される類の半導体装置であり、具体的には半導体基板２０の表面上に配置されたアノード電極３０の両端下に発生する強電界による影響を防止すべく、アノード電極３０下の半導体基板（ＳｉＣ）２０の表面層において、アノード電極３０の両端に対応する位置に、第２導電型としてｐ型の不純物が高濃度でドーピングされた高濃度領域をガードリング２１としてそれぞれ備えている。
【００１９】
更にＪＢＳおよびＭＰＳと称される本発明の半導体装置１０は、ガードリング２１間（チャネル領域）に所定の間隔を有してｐ型の高濃度領域がチャネル制御領域２３として形成されている。
【００２０】
表面層においてガードリング２１間に所定の間隔を有して、所定の幅寸法で形成されたｐ型の各チャネル制御領域２３間は、約０．５μｍ〜約４μｍの間隔寸法を有するｎ型の低濃度層であり、該低濃度層がチャネル領域２２として形成される。すなわち、表面層のガードリング２１間において、ｐ型の不純物がドーピングされたチャネル制御領域２３およびｎ型の不純物がドーピングされたチャネル領域２２が交互に配置されている。
【００２１】
ところで、チャネル領域２２のキャリア濃度は、チャネル制御領域２３の濃度の１／１０乃至１／１００、かつ前記ドリフト領域の濃度の１／５乃至１／１００の関係に設定することが好ましく、前記チャネル領域間の間隔寸法ｗは、ドリフト領域２５における不純物の濃度をＮ[ｍ-3]とすると、Ｗ[ｍ]＜＝２√（εＶ／ｑＮ）の関係に設定されることが好ましい。
【００２２】
前記した式において、εは炭化珪素の比誘電率であって９．７×ε０であり、ε０は真空での誘電率であり８．８５Ｅ-１２Ｆ／ｍ、更にＶは拡散電位であってＳｉＣにおける拡散電位は２．０Ｖ、ｑは電気素量であって１．６Ｅ-１９Ｃである。
【００２３】
従って、Ｗ[ｍ]＜＝２√（εＶ／ｑＮ）は、次の式１に示すように簡素化される。
Ｗ[ｍ]＜＝２√（１．０７Ｅ９／Ｎ）・・・・・・・（式１）。
【００２４】
表面層に形成されるチャネル領域２２とアノード電極３０との間には、ｎ型の不純物が例えば１Ｅ１９ｃｍ-3の高濃度でドーピングされたオーミック接触領域２４が配置されている。オーミック接触領域２４は、不純物が高濃度でドーピングされていることから、当該オーミック接触領域２４と接するアノード電極３０との間でオーミック接触の電気的特性を得ることができる。これにより、順方向バイアスにおけるビルトイン電圧の低減を図ることができる。
【００２５】
次に、実施例１の半導体装置１０の動作を図２の電気特性図を用いて説明する。
先ず、アノード電極３０に順方向バイアスを印加したときの動作を説明する。
【００２６】
半導体装置１０のアノード電極３０に順方向バイアスを印加すると、該アノード電極３０に接触するオーミック接触領域２４によるオーミック接触によるトンネリング現象により、ビルトイン電圧の低減が図られた図２のＡ点において、電流が流れ始める。
このとき、電流はエネルギー障壁の低い箇所を流れることから、アノード電極３０から半導体基板２０のオーミック接触領域２４を介してチャネル領域２２を流れ、その後、基準濃度層および高濃度層を経てカソード電極４０へと流れる。
【００２７】
ところで、アノード電極３０へ印加する電圧を更に高くすると、図２のＢ点において、前記したオーミック接触領域２４およびチャネル領域２２を介した電流経路以外にも、アノード電極３０に接触するチャネル制御領域２３にも電流が流れ始め、該電流が基準濃度層および高濃度層を経てカソード電極４０へ流れる。
【００２８】
次に、アノード電極３０に逆方向バイアスを印加したときの動作を説明する。
半導体装置１０のアノード電極３０に逆方向バイアスを印加すると、アノード電極３０に接するチャネル制御領域２３により、チャネル領域に空乏層が形成される。
【００２９】
ところで、アノード電極３０はオーミック接触領域２４に接触しており、該オーミック接触領域２４のオーミック接触により、逆バイアス時においてオーミック接触領域２４を電流が流れ易く、漏れ電流を招く恐れがあるが、オーミック接触領域２４下に配置されたチャネル領域２２は、オーミック接触領域２４と比較して濃度が非常に低いことから、微弱な電流はオーミック接触領域２４と比較して流れ難い。
【００３０】
また、チャネル制御領域２３に対する逆バイアスの印加に伴い、チャネル制御領域２３に空乏層が形成されることから、逆バイアスにおいて電圧が低いときはチャネル領域２２で漏れ電流が防止され、電圧が高いときはドリフト領域２５における空乏層により漏れ電流が防止される。
【００３１】
前記したように、実施例１の半導体装置１０は、ｎ型のチャネル領域２２およびｐ型のチャネル制御領域２３を交互に配置し、チャネル領域２２上にｎ型の高濃度のオーミック接触領域２４を設けることにより、順方向バイアスにおいては、オーミック接触領域２４のオーミック接触によるトンネル現象によりビルトイン電圧の低減を図ることができ、逆方向バイアスにおいては、チャネル制御領域２３によるエネルギー障壁とチャネル２２およびドリフト領域２５における空乏層の形成により漏れ電流を防止することができ、良好な電気的特性を得ることができる。
【実施例２】
【００３２】
次に、オーミック接触領域２４が半導体基板２０の表面層に形成された実施例２の半導体装置１００を説明する。
実施例２の半導体装置１００は、図３に示すように、半導体基板２０、アノード電極３０、カソード電極４０および保護膜５０を備えている。実施例２の半導体基板２０は、実施例１と同様に、半導体基板２０の底面層に１Ｅ１９ｃｍ-3で不純物がドープされた高濃度層と、中間層に１Ｅ１６ｃｍ-3の濃度で不純物がドープされた基準濃度層と、表面層に１Ｅ１５ｃｍ-3乃至３Ｅ１５ｃｍ-3で不純物がドープされた低濃度層とから成る３層で構成されている。
【００３３】
実施例２の表面層には、実施例１と同様にｐ型の不純物がドープされた高濃度のチャネル制御領域２３が所定の間隔で配置されており、低濃度層としての上層部には、各チャネル領域２２間において、上部がｎ型の高濃度のオーミック接触領域２４が配置されており、下部がｎ型の低濃度のチャネル領域２２が配置されている。
【００３４】
尚、実施例２の半導体装置１００は、オーミック接触領域２４が半導体基板２０から突出することなく半導体基板２０の表面層に組み込まれることから、アノード電極３０の底面はオーミック接触領域２４に応じて凹部を設けることなく平坦化されている。
【００３５】
ところで、実施例２の半導体装置１００の動作は、前記した実施例１の半導体装置１０と同様であることから説明を割愛するが、実施例２の半導体装置１００は、前記した実施例１の半導体装置１０と同様に、順方向バイアスにおいてはオーミック接触領域２４のオーミック接触によるトンネル現象により、ビルトイン電圧の低減を図ることができ、逆方向バイアスにおいてはトレードオフの関係にあるオーミック接触による漏れ電流をチャネル領域２２によるエネルギー障壁とチャネル制御領域２３による空乏層の形成により防止することができ、良好な電気的特性を得ることができる。
【００３６】
実施例では、不純物のドーピング濃度の一例を具体的に説明したが、本発明はこのドーピング濃度に限定する必要はなく、チャネル幅やドーピングの深さ寸法などに応じてドーピング濃度を適宜変更してもよい。
【００３７】
更に、図４および図５に示すように、半導体基板２０に形成するチャネル制御領域の深さ寸法等を、半導体装置の性能仕様に応じて適宜変更してもよい。
【００３８】
前記した実施例では、第１導電型としてｎ型の不純物をドーピングし、第２導電型としてｐ型の不純物をドーピングした例で説明したが、第１導電型としてｐ型の不純物をドーピングし、第２導電型としてｎ型の不純物をドーピングしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例１の半導体装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の半導体装置の電気的特性および従来の半導体装置の電気的特性を示す図である。
【図３】実施例２の半導体装置の構成を示す図である。
【図４】本発明を利用した半導体装置の例を示す図である（その１）。
【図５】本発明を利用した半導体装置の例を示す図である（その２）。
【符号の説明】
【００４０】
１０、１００  半導体装置
２０  半導体基板
２１  ガードリング
２２  チャネル領域
２３  チャネル制御領域
２４  オーミック接触領域
２５  基準濃度層（ドリフト領域）
３０  アノード電極
４０  カソード電極
５０  保護膜
【図１】
2007281231.tif 000003
【図２】
2007281231.tif 000004
【図３】
2007281231.tif 000005
【図４】
2007281231.tif 000006
【図５】
2007281231.tif 000007