(57)【要約】タンデムダイオードＴＤは、電流に対して逆方向に接続された第１ショットキーバリアダイオードＤ１と、第１ショットキーバリアダイオードに直列接続され、電流に対して逆方向に接続された第２ショットキーバリアダイオードＤ２と、を有し、第１ショットキーバリアダイオード及び第２ショットキーバリアダイオードのそれぞれは、ショットキー接合ＳＢを形成する金属層１と半導体層２の間の一部の領域に、絶縁体層３を有し、逆方向のトンネル電流が流れる構成を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流に対して逆方向に接続された第１ショットキーバリアダイオードと、
前記第１ショットキーバリアダイオードに直列接続され、電流に対して逆方向に接続された第２ショットキーバリアダイオードと、を有し、
前記第１ショットキーバリアダイオード及び前記第２ショットキーバリアダイオードのそれぞれは、ショットキー接合を形成する金属層と半導体層の間の一部の領域に、絶縁体層を有するタンデムダイオード。
【請求項２】
第１ショットキーバリアダイオードと、
前記第１ショットキーバリアダイオードのアノードに対して、カソードを接続した第２ショットキーバリアダイオードと、
を有し、
前記第１ショットキーバリアダイオード及び前記第２ショットキーバリアダイオードのそれぞれは、ショットキー接合を形成する金属層と半導体層の間の一部の領域に、絶縁体層を有するタンデムダイオード。
【請求項３】
前記第１ショットキーバリアダイオード及び前記第２ショットキーバリアダイオードのそれぞれは、前記絶縁体層が、ショットキー接合に隣接した領域で一面を前記金属層に接合し、反対面を前記半導体層に接合している請求項１又は請求項２に記載のタンデムダイオード。
【請求項４】
前記第１ショットキーバリアダイオード及び前記第２ショットキーバリアダイオードのそれぞれは、平面視で前記金属層と前記半導体層とのショットキー接合に囲まれた領域に前記絶縁体層を前記金属層と前記半導体層との間に有する請求項１から請求項３のうちいずれか一に記載のタンデムダイオード。
【請求項５】
前記第１ショットキーバリアダイオード及び前記第２ショットキーバリアダイオードのそれぞれは、前記金属層と前記半導体層とのショットキー接合が逆電圧印加時で降伏前の状態にあるとき、前記絶縁体層を通る逆方向漏れ電流を流す逆方向電圧電流特性を有する請求項１から請求項４のうちいずれか一に記載のタンデムダイオード。
【請求項６】
前記第１ショットキーバリアダイオード及び前記第２ショットキーバリアダイオードのそれぞれは、前記絶縁体層を通る逆方向漏れ電流が、前記ショットキー接合の逆方向漏れ電流より大きく立ち上がる逆方向電圧電流特性を有する請求項５に記載のタンデムダイオード。
【請求項７】
前記第１ショットキーバリアダイオード及び前記第２ショットキーバリアダイオードのそれぞれは、前記絶縁体層を通る逆方向漏れ電流が前記ショットキー接合の逆方向漏れ電流より大きく立ち上がる電圧範囲と、それ未満のショットキー接合の逆方向漏れ電流を主とした電圧範囲とを比較して、前者の温度依存性が後者の温度依存性より小さい請求項６に記載のタンデムダイオード。
【請求項８】
前記第１ショットキーバリアダイオード及び前記第２ショットキーバリアダイオードのそれぞれは、前記絶縁体層の縁部が、厚みが縁に向かって漸減する勾配を有して形成され、当該勾配は、当該縁から前記縁部より内側の中央部に近づくほど急勾配に変化している請求項１から請求項７のうちいずれか一に記載のタンデムダイオード。
【請求項９】
請求項１から請求項８のうちいずれか一に記載のタンデムダイオードを有し、
前記第１ショットキーバリアダイオードのアノード及びカソードに接続するバランス抵抗を有さない電気回路。
【請求項１０】
請求項１から請求項８うちいずれか一に記載のタンデムダイオードを有し、
前記第２ショットキーバリアダイオードのアノード及びカソードに接続するバランス抵抗を有さない電気回路。
【請求項１１】
請求項１から請求項８のうちいずれか一に記載のタンデムダイオードを有し、
前記第１ショットキーバリアダイオードは、第１電位の導体にカソードを接続し、
前記第２ショットキーバリアダイオードは、前記第１電位より低い第２電位の導体にカソードを接続した電気回路。
【請求項１２】
請求項１から請求項８のうちいずれか一に記載のタンデムダイオードを有する電気装置。
【請求項１３】
請求項９から請求項１１のうちいずれか一に記載の電気回路を有する電気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、タンデムダイオード、電気回路及び電気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のダイオードを直列に接続したタンデムダイオードが利用されることがある。
特開２００２−１２５３６９号公報では、スナバ回路に低損失の低耐圧ダイオードを直列に複数個接続し、またスナバ抵抗器を各ダイオードに並列接続することで分圧のバランスを保ちダイオードにかかる逆電圧を耐圧レベル内に抑制している。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示の１つの態様のタンデムダイオードは、電流に対して逆方向に接続された第１ショットキーバリアダイオードと、前記第１ショットキーバリアダイオードに直列接続され、電流に対して逆方向に接続された第２ショットキーバリアダイオードと、を有し、前記第１ショットキーバリアダイオード及び前記第２ショットキーバリアダイオードのそれぞれは、ショットキー接合を形成する金属層と半導体層の間の一部の領域に、絶縁体層を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本開示の一実施形態に係る電気回路図である。
【図２Ａ】本発明例のショットキーバリアダイオードの垂直断面図である。
【図２Ｂ】本発明例のショットキーバリアダイオードの水平断面図である。
【図３】比較例のショットキーバリアダイオードの断面図である。
【図４】比較例のダイオードと、本発明例のダイオードの逆方向電圧電流特性を示すグラフである。
【図５】本発明例のダイオードの逆方向電圧電流特性の温度依存性を示すグラフである。
【図６】本発明例のショットキーバリアダイオードの絶縁体層の縁部構造を示す断面図である。
【図７】従来例に係る電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
以下に本開示の一実施形態につき図面を参照して説明する。
【０００６】
図１に示すように本実施形態のタンデムダイオードＴＤは、電流に対して逆方向に接続された第１ショットキーバリアダイオードＤ１と、第１ショットキーバリアダイオードに直列接続され、電流に対して逆方向に接続された第２ショットキーバリアダイオードＤ２と、を有する。
第１ショットキーバリアダイオードＤ１及び第２ショットキーバリアダイオードＤ２のそれぞれは、図２Ａ，２Ｂに示すようにショットキー接合ＳＢを形成する金属層１と半導体層２の間の一部の領域に、絶縁体層３を有する。
シリコン酸化膜等により構成される絶縁体層３を上下に挟み、絶縁体層３に接合する一方の金属層１と、他方の半導体層２は、絶縁体層３に隣接した領域でショットキー接合ＳＢを形成する金属と半導体の層である。
半導体層２の下面にはカソード電極金属層４が形成されており、図１の回路図で高電位側に接続される電極に相当する。
【０００７】
図１に示すように第１ショットキーバリアダイオードＤ１は、高電位（Ｈｉ）側に接続される。第２ショットキーバリアダイオードＤ２は、第１ショットキーバリアダイオードＤ１より、低電位（ＧＮＤ）側に接続される。
第１ショットキーバリアダイオードＤ１及び第２ショットキーバリアダイオードＤ２のそれぞれのカソードが高電位側に、アノードが低電位側とされた逆方向接続である。
両者の接続関係としては、第２ショットキーバリアダイオードＤ２のカソードを、第１ショットキーバリアダイオードＤ１のアノードに対して接続している。
第１ショットキーバリアダイオードＤ１は、第１電位の導体にカソードを接続し、第２ショットキーバリアダイオードＤ２は、第１電位より低い第２電位の導体にカソードを接続した電気回路が構成される。ダイオードＤ１，Ｄ２のそれぞれは、アノード及びカソードに接続するバランス抵抗を有さない電気回路である。
なお、簡単のためタンデムダイオードＴＤ中におけるショットキーバリアダイオードの直列数を２としているが、３以上の任意の数に増設して実施可能であり、特に直列数が制限されるものではない。
【０００８】
図２Ａ，２Ｂに示すように、第１ショットキーバリアダイオードＤ１及び第２ショットキーバリアダイオードＤ２のそれぞれは、平面視（図２Ｂ）で金属層１と半導体層２とのショットキー接合ＳＢに囲まれた領域に絶縁体層３を有し、該絶縁体層３を金属層１と半導体層２との間に有する。
【０００９】
図３は、比較例のショットキーバリアダイオードＤ３の積層構造を示す断面図である。
図４は、比較例のダイオード（Ｄ３）と、本発明例のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）の逆方向電圧ＶＲに対する逆方向漏れ電流ＩＲの関係（逆方向電圧電流特性）を示すグラフである。
約８０〔Ｖ〕までは、比較例のダイオード（Ｄ３）及び本発明例のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）は、互いにほぼ同じ特性で変遷する。これは、ショットキー接合ＳＢの逆方向漏れ電流を主とした電圧範囲１１であることを示す。
同電圧範囲１１を超えて電圧が増加すると、比較例のダイオード（Ｄ３）の電流値に対して本発明例のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）の電流値は、大きく立ち上がる（電圧範囲１２）。
これは、本発明例のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）は、金属層１と半導体層２とのショットキー接合ＳＢが逆電圧印加時で降伏前の状態にあるとき、絶縁体層３を通る逆方向漏れ電流ＩＲｔを流す逆方向電圧電流特性を有することを意味する。金属層１と半導体層２の間に位置する絶縁体層３を通る逆方向漏れ電流ＩＲｔは、トンネル電流とも呼ばれる。
本発明例のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）では、絶縁体層３を通る逆方向漏れ電流ＩＲｔが増加する分だけ、単純なショットキーダイオードである比較例のダイオード（Ｄ３）の特性曲線に対して上に離れて上昇していく特性を示す。すなわち、本発明例のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）では、絶縁体層３を通る逆方向漏れ電流ＩＲｔは、ショットキー接合の逆方向漏れ電流ＩＲｓより大きく立ち上がる逆方向電圧電流特性を有する。
本発明例のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）は、これらの絶縁体層３を通る逆方向漏れ電流ＩＲｔと、ショットキー接合の逆方向漏れ電流ＩＲｓとを合算した特性となる。
【００１０】
図５は、以上説明した絶縁体層３を有する本発明例のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）の逆方向電圧電流特性の温度依存性を示すグラフである。
図５に示すように、低電圧範囲１３では、ショットキー接合の温度依存性に起因して、２５℃と１２５℃とで電流値が異なっている。
これに対し、高電圧範囲１４では、ショットキー接合の温度依存性の影響が小さくなり、２５℃と１２５℃とで電流値がほぼ異ならない。
すなわち、本発明例のダイオード（Ｄ１，Ｄ２）では、絶縁体層３を通る逆方向漏れ電流（ＩＲｔ）がショットキー接合（ＳＢ）の逆方向漏れ電流（ＩＲｓ）より大きく立ち上がる電圧範囲と、それ未満のショットキー接合（ＳＢ）の逆方向漏れ電流（ＩＲｓ）を主とした電圧範囲とを比較して、前者の温度依存性が後者の温度依存性より小さい。
【００１１】
したがって、本実施形態のタンデムダイオードＴＤによれば、ショットキー接合ＳＢに隣接した領域の絶縁体層３を通る逆方向漏れ電流ＩＲｔの立ち上がりにより、温度依存性の小さい電圧‐電流範囲（１４）を有するダイオードＤ１，Ｄ２による直列接続を構成できる。そのため、バランス抵抗（Ｒ１，Ｒ２）無しのショットキーバリアダイオードＤ１，Ｄ２の直列構成において、温度変化があっても、各ダイオードＤ１，Ｄ２にかかる電圧（分圧）のバランスを保ち全体として逆方向電圧に対する耐圧を維持することができる。
温度依存性の小さい電圧‐電流範囲（１４）を動作電圧として使用する。
【００１２】
以上のような絶縁体層３を通る逆方向漏れ電流ＩＲｔに起因した逆方向電圧電流特性を実現するために、絶縁体層３を薄膜化して、ショットキー接合ＳＢの降伏電圧以下の所望の電圧範囲で、漏れ電流ＩＲｔが十分に発生するように、ダイオードＤ１，Ｄ２を構成する。
その一つの手法としては、図６に示す絶縁体層３の縁部構造を構成することである。
図６に示すように、絶縁体層３の縁部３１は、厚みが縁３２に向かって漸減する勾配を有して形成され、当該勾配は、当該縁３２から縁部３１より内側の中央部３３に近づくほど急勾配に変化している。
かかる構造により、絶縁体層３の縁３２付近の薄い部分での漏れ電流ＩＲｔの発生を比較的低電圧で引き起こすことができる。
また、かかる構造は、絶縁体層３のウエットエッチングにより容易に形成することができるので、容易に実施することができる。
以上の構成に拘わらず、絶縁体層３を全体的に薄膜化して所望の特性の漏れ電流ＩＲｔを実現してもよいことは勿論である。
【００１３】
以上説明したタンデムダイオードＴＤ、電気回路を有する電気装置、例えば、各種コンバーターなどを実施することができる。これにより、温度変化に対して動作信頼性に優れ、タンデムダイオードにバランス抵抗がないことで回路面積の小面積化、装置の小型化が図られた電気装置を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００１４】
本開示は、タンデムダイオード、電気回路及び電気装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００１５】
１     金属層
２     半導体層
３     絶縁体層
４     カソード電極金属層
Ｄ１，Ｄ２    ショットキーバリアダイオード
Ｄ３   比較例のショットキーバリアダイオード
ＳＢ   ショットキー接合
ＴＤ   タンデムダイオード
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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