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JP2006318956A - Semiconductor device having schottky diode - Google Patents

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JP2006318956A JP2005137085A JP2005137085A JP2006318956A JP 2006318956 A JP2006318956 A JP 2006318956A JP 2005137085 A JP2005137085 A JP 2005137085A JP 2005137085 A JP2005137085 A JP 2005137085A JP 2006318956 A JP2006318956 A JP 2006318956A
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semiconductor
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JP2005137085A
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Makoto Harada
真 原田
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having a Schottky diode for reducing steady loss when applying forward bias without increasing a leakage current when applying reverse bias. <P>SOLUTION: The Schottky diode 1 comprises a substrate 2, first and second semiconductors 3, 4, a Schottky metal 5, and an ohmic metal 6. The first semiconductor 3 is formed on the main surface of the substrate 2. A second semiconductor layer 4 is formed on the surface of a first semiconductor layer 3, has the same conductivity type as that of the first semiconductor layer 3, and has the concentration of impurities that is higher than that of the first semiconductor layer 3. The second semiconductor layer 4 is thin to the extent that a depletion layer 7 generated on the interface between the Schottky metal layer 5 and the second semiconductor layer 4 is extended in the thickness direction of the second semiconductor layer 4, for reaching the first semiconductor layer 3 when voltage is applied to cause the reverse bias. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

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。   The present invention relates to a semiconductor device having a Schottky diode, and more particularly to a semiconductor device having a Schottky diode that can reduce steady-state loss without increasing reverse leakage current.

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。   At present, silicon (Si) is generally used as a substrate material for power devices. However, when silicon is used as a semiconductor material, it is technically difficult to realize a Schottky diode having a withstand voltage exceeding 100 V due to the limit of physical properties.

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。
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
Therefore, as a semiconductor material used for the Schottky diode, for example, silicon carbide (SiC) whose dielectric breakdown electric field is one digit larger than that of silicon is used. Due to the high breakdown electric field, silicon carbide can reduce the steady-state loss of the Schottky diode even at a high breakdown voltage exceeding 100 V compared to silicon, and the switching loss is small because it does not involve minority carrier injection. A smaller loss can be expected. The above contents are disclosed in Non-Patent Document 1, for example.
Hiroyuki Matsunami, “Semiconductor SiC Technology and Applications”, Nikkan Kogyo Shimbun, pp. 177-178

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。   However, with regard to the conventional Schottky diode using silicon carbide, if the steady-state loss is further reduced, the leakage current when the reverse bias is applied increases. Conversely, if the leakage current is reduced, the forward current is reduced. Steady loss will increase. This will be described below.

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。   In order to reduce the steady loss during forward bias application, it is necessary to use a metal having a low barrier height as the Schottky metal. However, in this case, since the barrier height is low, when a reverse bias is applied, the leakage current increases. On the other hand, when a metal having a high barrier height is used as the Schottky metal in order to reduce the leakage current when applying the reverse bias, the steady loss when applying the forward bias increases.

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。   SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a Schottky diode that can reduce a steady loss when a forward bias is applied without increasing a leakage current when a reverse bias is applied.

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。   A semiconductor device having a Schottky diode according to the present invention includes a substrate, a first semiconductor layer, a second semiconductor layer, a Schottky metal layer, and an ohmic metal layer. The substrate has a main surface and a back surface opposite to the main surface. The first semiconductor layer is formed on the main surface of the substrate. The second semiconductor layer is formed on the surface of the first semiconductor layer, has an impurity concentration higher than that of the first semiconductor layer, and has the same conductivity type as the first semiconductor layer. In addition, the second semiconductor layer is generated at the interface between the Schottky metal layer and the second semiconductor layer when a voltage is applied to each of the Schottky metal layer and the ohmic metal layer so as to have a reverse bias. The depletion layer has such a thin thickness that it extends in the thickness direction of the second semiconductor layer and reaches the first semiconductor layer. The Schottky metal layer is in Schottky contact with the second semiconductor layer. The ohmic metal layer is in ohmic contact with the back surface of the substrate.

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。   According to the semiconductor device having a Schottky diode in the present invention, when a voltage is applied so as to be forward biased, the second semiconductor layer contains a large amount of impurities, so that there are many electrons serving as carriers, The key contact quality deteriorates and the current easily flows. Therefore, steady loss can be reduced. On the other hand, when a voltage is applied so as to be a reverse bias, since the thickness of the second semiconductor layer is thin, a depletion layer generated at the interface between the Schottky metal layer and the second semiconductor layer is The semiconductor layer extends in the thickness direction of the semiconductor layer and reaches the first semiconductor layer. Since the impurity concentration of the first semiconductor layer is low, the depletion layer further extends. Therefore, the spread of the depletion layer improves the breakdown voltage and does not increase the reverse leakage current. That is, it is possible to reduce the steady loss at the forward bias without increasing the leakage current at the time of applying the reverse bias.

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。   In the semiconductor device having the above Schottky diode, preferably, the second semiconductor layer is composed of two or more separated regions, and the Schottky metal layer is shot on both the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. The key is touching.

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。   Thereby, when a voltage is applied so as to be a forward bias, a current easily flows due to the presence of the second semiconductor layer. On the other hand, when a voltage is applied so as to provide a reverse bias, depletion layers generated at the interface between the first semiconductor layer and the Schottky metal layer, and the interface between the second semiconductor layer and the Schottky metal layer The depletion layer generated in step 1 is pinched off, and the depletion layer is more reliably spread, and the reverse leakage current is not increased.

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。 The impurity concentration of the second semiconductor layer is preferably 1 × 10 16 cm −3 to 1 × 10 18 cm −3 , and more preferably 5 × 10 16 cm −3 to 5 × 10 17 cm −3 . The reason for the above range is that when a forward bias voltage is applied, the number of electrons serving as carriers increases, so that the steady loss can be further reduced and the breakdown voltage can be maintained.

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。   The thickness of the second semiconductor layer is preferably 0.1 μm or more and 5.0 μm or less, and more preferably 0.1 μm or more and 2 μm or less. Within this range, when a forward bias voltage is applied, a current easily flows, and when a reverse bias voltage is applied, a depletion layer that is generated causes a region of the second semiconductor layer to flow. This is because the region of the first semiconductor layer can be more reliably exceeded.

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。   In the semiconductor device having the above Schottky diode, preferably, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer have irregularities, and the Schottky metal layer is an irregular recess formed in the first semiconductor layer. And Schottky contact with both of the convex and concave portions formed in the second semiconductor layer.

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。   This increases the surface area of the interface between the Schottky metal layer and the semiconductor layer, considering that the ease of current flow is proportional to the current density and the surface area when applying a voltage so as to be forward biased. Therefore, the current easily flows, and the resistance decreases accordingly, and the steady loss can be reduced. On the other hand, when a voltage is applied so that the reverse bias is applied, the depletion layer of the semiconductor layer is expanded, so that the breakdown voltage is improved and the reverse leakage current is not increased. That is, the loss can be reduced without increasing the reverse leakage current.

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。   In the semiconductor device having the above Schottky diode, preferably, the surface of the second semiconductor layer has irregularities, and the Schottky metal layer is formed between the concave and convex portions and the convex portions formed in the second semiconductor layer. Both are in Schottky contact.

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。   As a result, it is possible to further reduce the steady loss at the time of applying the forward bias as a synergistic effect without increasing the leakage current at the time of applying the reverse bias.

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。   In the semiconductor device having the above Schottky diode, it is preferable that a plurality of concave portions and convex portions are alternately provided on the surface of the first semiconductor layer, and the thickness of the concave portions and the convex portions is increased and the height is increased.

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。   This is because the surface area of the interface between the Schottky metal layer and the semiconductor layer is further increased, so that a current in a forward bias can easily flow.

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。   In the semiconductor device having the above Schottky diode, the substrate, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer are preferably made of silicon carbide.

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。   As a result, the resistance at the same breakdown voltage can be greatly reduced, and the loss can be further reduced. Silicon carbide has a large band gap, a large dielectric breakdown electric field, a carrier mobility as high as that of silicon, and an electron saturation drift velocity larger than that of GaAs, and therefore, it becomes a better Schottky diode.

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。 The impurity concentration of the first semiconductor layer is preferably 1 × 10 13 cm −3 or more and 1 × 10 17 cm −3 or less.

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。   Thereby, the spread of the depletion layer becomes appropriate at the time of reverse bias, the leakage current is not increased, and the steady loss at the time of forward bias can be reduced.

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。   As described above, according to the semiconductor device having the Schottky diode of the present invention, the semiconductor layer having a small thickness and a high impurity concentration is provided, or the surface area of the interface between the Schottky metal layer and the semiconductor layer is increased. Thus, the steady loss at the time of applying the forward bias can be reduced without increasing the leakage current at the time of applying the reverse bias.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

(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。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device having a Schottky diode according to Embodiment 1 of the present invention. Referring to FIG. 1, a Schottky diode 1 according to a first embodiment includes a substrate 2, a first semiconductor layer 3, a second semiconductor layer 4, a Schottky metal layer 5, and an ohmic metal layer 6. And.

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。 The substrate 2 has a main surface and a back surface opposite to the main surface. Substrate 2 is made of, for example, n-type silicon carbide. The first semiconductor layer 3 is formed on the substrate 2. The first semiconductor layer 3 has a thickness of, for example, 4.9 μm and is made of n - silicon carbide into which nitrogen (N) is introduced as an impurity at a concentration of 5 × 10 15 cm −3 . The second semiconductor layer 4 is formed on the surface of the first semiconductor layer 3. The second semiconductor layer 4 has a thickness of, for example, 0.1 μm and is made of n + silicon carbide into which nitrogen (N) is introduced as an impurity at a concentration of 1 × 10 17 cm −3 . The Schottky metal layer 5 is in Schottky contact with the second semiconductor layer 4 and is made of, for example, titanium (Ti) having a Schottky barrier height of 0.95 eV. The ohmic metal layer 6 is in ohmic contact with the back surface of the substrate 2 and is made of, for example, Ti or Ni.

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。   When a voltage is applied to each of the Schottky metal layer 5 and the ohmic metal layer 6 so that the second semiconductor layer 4 is reverse-biased, the second semiconductor layer 4 is formed between the Schottky metal layer 5 and the second semiconductor layer 4. The depletion layer generated at the interface has a thickness that is thin enough to extend in the thickness direction of the second semiconductor layer 4 and reach the first semiconductor layer, for example, 0.1 μm in this embodiment. However, the thickness of the second semiconductor layer 4 is not limited to this, but is preferably 0.1 μm or more and 5.0 μm or less, and more preferably 0.1 μm or more and 2 μm or less.

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。   Note that the substrate 2, the first semiconductor layer 3, and the second semiconductor layer 4 are not limited to n-type, and may be p-type. The material of the substrate 2, the first semiconductor layer 3, and the second semiconductor layer 4 is not limited to silicon carbide, and may be, for example, silicon, gallium nitride, or gallium arsenide. Furthermore, the impurity introduced into the substrate 2, the first semiconductor layer 3, and the second semiconductor layer 4 is not limited to nitrogen, and may be, for example, phosphorus, aluminum, or boron. Furthermore, the material of the Schottky metal layer 5 is not limited to titanium, and may be aluminum, nickel, or the like, for example.

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。   Next, an operation method of the Schottky diode 1 will be described with reference to FIG. First, when a forward bias is applied to the Schottky diode 1, a relatively positive voltage is applied to the Schottky metal layer 5 serving as the anode electrode, and a relatively negative voltage is applied to the ohmic metal layer 6 serving as the cathode electrode. Is applied. Thereby, a current flows from the anode electrode to the cathode electrode.

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。   Next, when a reverse bias is applied to the Schottky diode 1, a relatively negative voltage is applied to the Schottky metal layer 5 serving as the anode electrode, and relative to the ohmic metal layer 6 serving as the cathode electrode. A positive voltage is applied. At the time of this reverse bias, the depletion layer 7 generated at the interface between the Schottky metal layer 5 and the second semiconductor layer 4 extends in the thickness direction of the second semiconductor layer 4 as shown in FIG. At this time, since the thickness of the second semiconductor layer 4 is set to be thin, the depletion layer 7 easily reaches the first semiconductor layer 3 beyond the second semiconductor layer 4. Furthermore, since the impurity concentration of the first semiconductor layer 3 is low, the depletion layer 7 that has reached the first semiconductor layer 3 easily extends in the first semiconductor layer 3. As a result, the depletion layer 7 is greatly expanded and the current flow is interrupted.

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。   According to the present embodiment, at the time of forward bias, the second semiconductor layer 4 bonded to the Schottky metal layer 5 has a high impurity concentration and a large number of electrons serving as carriers exist. Current tends to flow through the interface between the layer 5 and the second semiconductor layer 4. Therefore, it is possible to reduce the steady loss at the time of forward bias. On the other hand, when the reverse bias is applied, since the thickness of the second semiconductor layer 4 is thin, the depletion layer 7 easily penetrates the second semiconductor layer 4 and reaches the first semiconductor layer 3. Since the first semiconductor layer 3 has a low impurity concentration, the depletion layer 7 easily extends in the first semiconductor layer 3. Thus, the presence of the wide depletion layer 7 suppresses the occurrence of reverse leakage current.

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。   As described above, according to the present embodiment, the second semiconductor layer 4 having a small thickness and a high impurity concentration is provided to control the spread of the depletion layer, thereby increasing the leakage current at the time of reverse bias. Therefore, the steady loss at the time of forward bias can be reduced.

(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。
(Embodiment 2)
FIG. 3A is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device having a Schottky diode in Embodiment 2 of the present invention. Referring to FIG. 3, the configuration of Schottky diode 10 according to the second embodiment is different from that of the first embodiment in that the second semiconductor layer 4 is composed of a plurality of separated regions 4a, and a Schottky metal layer is formed. 5 is different in that it is in Schottky contact with both the second semiconductor layer 4 and the first semiconductor layer 3 where the second semiconductor layer 4 is not formed.

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。   Specifically, the second semiconductor layer 4 includes a plurality of regions 4a separated from each other, and the thickness of each region 4a is 0.1 μm. The thickness of the first semiconductor layer 3 in the region where the second semiconductor layer 4 is not formed is 5.0 μm, and the thickness of the first semiconductor layer 3 in the region where the second semiconductor layer 4 is formed. Is 4.9 μm.

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。   In addition, as shown in FIG. 3B, the Schottky diode 10 may have a region 4a extending in a straight line, or as shown in FIG. 3C, the region 4a may have an island shape. good.

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。   Next, an operation method of the Schottky diode 10 will be described with reference to FIG. First, when a forward bias is applied to the Schottky diode 10, a relatively positive voltage is applied to the Schottky metal layer 5 serving as the anode electrode, and a relatively negative voltage is applied to the ohmic metal layer 6 serving as the cathode electrode. Is applied. Thereby, a current flows from the anode electrode to the cathode electrode.

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。   Next, when a reverse bias is applied to the Schottky diode 10, a relatively negative voltage is applied to the Schottky metal layer 5 serving as the anode electrode, and relative to the ohmic metal layer 6 serving as the cathode electrode. A positive voltage is applied. At the time of this reverse bias, as shown in FIG. 4, the depletion layer 7 generated at the interface between the Schottky metal layer 5 and the second semiconductor layer 4 is set so that the thickness of the second semiconductor layer 4 is thin. The first semiconductor layer 3 extends in the thickness direction of the second semiconductor layer 4 to reach the first semiconductor layer 3 and easily spreads in the first semiconductor layer 3. On the other hand, the depletion layer 7 generated at the interface between the Schottky metal layer 5 and the first semiconductor layer 3 is larger than the depletion layer 7 generated at the interface of the second semiconductor layer 4 in the thickness direction of the first semiconductor layer 3. Extend. Therefore, the depletion layer 7 is pinched off and the thickness becomes larger. Therefore, the current flow is blocked by the presence of the wide depletion layer 7.

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。   According to the present embodiment, at the time of forward bias, the second semiconductor layer 4 bonded to the Schottky metal layer 5 has a high impurity concentration and a large number of electrons serving as carriers exist. Current is particularly likely to flow through the interface between the layer 5 and the region 4a. Therefore, it is possible to reduce the steady loss at the time of forward bias. On the other hand, at the time of reverse bias, since the first semiconductor layer 3 is in direct contact with the Schottky metal layer 5 and the thickness of the second semiconductor layer 4 is thin, the depletion layer 7 is the configuration of the first embodiment. Since it spreads further, generation | occurrence | production of the reverse leakage current is further suppressed.

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。   As described above, according to the present embodiment, a plurality of regions 4a each including the second semiconductor layer 4 having a small thickness and a high impurity concentration are provided, and the spread of the depletion layer is controlled, so that the reverse bias can be achieved. The steady loss during forward bias can be reduced without increasing the leakage current.

(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。
(Embodiment 3)
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a semiconductor device having a Schottky diode according to the third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, in the Schottky diode 20 according to the third embodiment, compared to the first embodiment, the second semiconductor layer 4 includes a plurality of separated regions 4a, and the Schottky metal layer 5 is The difference is that the second semiconductor layer 4 and the first semiconductor layer 3 where the second semiconductor layer 4 is not formed are in Schottky contact.

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。 Specifically, the first semiconductor layer 3 is formed on the substrate 2. The second semiconductor layer 4 has a plurality of regions 4 a formed on the surface of the first semiconductor layer 3. The region 4a is convex. Region 4a has, for example, a width W1 of 1 μm and a thickness T1 of 1 μm. The thickness T2 of the first semiconductor layer 3 in the region where the recess is formed is 5.0 μm, and the thickness T3 of the first semiconductor layer 3 in the region where the region 4a is formed is 5.1 μm. The first semiconductor layer 3 is made of, for example, n - silicon carbide into which nitrogen is introduced as an impurity at a concentration of 5 × 10 15 cm −3 . Second semiconductor layer 4 is made of, for example, n silicon carbide into which nitrogen is introduced as an impurity at a concentration of 1 × 10 17 cm −3 . The Schottky metal layer 5 is in Schottky contact with both the region 4a of the second semiconductor layer 4 and the first semiconductor layer 3 where the region 4a of the second semiconductor layer 4 is not stacked. For example, Ti is used. The ohmic metal layer 6 is in ohmic contact with the back surface of the substrate 2 and is made of, for example, Ti or Ni.

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。   Next, an operation method of the Schottky diode 20 will be described. First, when a forward bias is applied to the Schottky diode 20, a relatively positive voltage is applied to the Schottky metal layer 5 serving as the anode electrode, and a relatively negative voltage is applied to the ohmic metal layer 6 serving as the cathode electrode. Is applied. Thereby, a current flows from the anode electrode to the cathode electrode.

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。   Next, when a reverse bias is applied to the Schottky diode 20, a relatively negative voltage is applied to the Schottky metal layer 5 serving as the anode electrode, and a relatively positive voltage is applied to the ohmic metal layer 6 serving as the cathode electrode. Is applied. At this time, since the first semiconductor layer 3 has a low impurity concentration, a depletion layer generated at the interface between the Schottky metal layer 5 and the first semiconductor layer 3 easily extends over a wide range. Therefore, the current flow is interrupted.

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。   According to the present embodiment, in consideration of the fact that the current is proportional to the surface area and the current density at the time of forward bias, the first semiconductor layer 3 is provided with the convex region 4a on the surface to increase the surface area. As a result, the amount of current increases. For this reason, when the same voltage is applied, the resistance is reduced, so that the steady loss can be reduced. On the other hand, since the impurity concentration of the first semiconductor layer 3 is low at the time of reverse bias, the presence of the wide depletion layer 7 generated at the interface between the Schottky metal layer 5 and the first semiconductor layer 3 causes reverse leakage current. Is suppressed.

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。   As described above, according to the present embodiment, the second semiconductor layer 4 having unevenness on the surface is provided, and the surface area to be brought into Schottky contact is increased, so that the leakage current at the time of reverse bias is not increased. The steady loss at the time of forward bias can be reduced.

(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。
(Embodiment 4)
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a semiconductor device having a Schottky diode according to the fourth embodiment of the present invention. Note that the cross-sectional view of the Schottky diode 30 according to the fourth embodiment is the same as that shown in FIG. With reference to FIG. 6, the Schottky diode 30 according to the fourth embodiment has a configuration in which the rectangular parallelepiped is removed from the region 4 a of the second semiconductor layer 4 as compared with the third embodiment. It differs only in increasing the number.

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。   Referring to FIG. 6, for example, a first groove group and a second groove group formed of a plurality of grooves running in parallel intersect with each other. Thereby, the first semiconductor layer 4 remaining in an island shape forms the region 4a. With this structure, the contact area between the Schottky metal layer 5 and the first semiconductor layer 3 and the contact area between the Schottky metal layer 5 and the second semiconductor layer 4 are further increased.

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。   Since the operation method of the Schottky diode 30 is the same as that of the third embodiment, the description thereof is omitted.

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。   According to the present embodiment, by providing irregularities on the surface of the second semiconductor layer 4, the contact area between the Schottky metal layer 5 and the first semiconductor layer 3, and the Schottky metal layer 5 and the second semiconductor layer 4 are increased. Since the contact area with the semiconductor layer 4 is further increased, the steady loss at the forward bias can be further reduced without increasing the leakage current at the reverse bias.

(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。
(Embodiment 5)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device having a Schottky diode in the fifth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, the configuration of the Schottky diode 40 according to the fifth embodiment has the second semiconductor layer 4 on the bottom surface of the recess as compared with the third embodiment, and the Schottky metal layer 5. Is different in that the second semiconductor layer 4 is in Schottky contact with the convex region 4a and the bottom surface of the concave portion.

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。   7, the configuration of the Schottky diode 40 according to the fifth embodiment has a region 4a on the surface of the second semiconductor layer 4 as compared with the first embodiment, and The key metal layer 5 is different in that the key metal layer 5 is in Schottky contact with the second semiconductor layer 4 at the convex region 4a and the bottom of the recess.

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。   Specifically, the Schottky diode 40 according to the fifth embodiment has irregularities on the surface of the second semiconductor layer 4, and the Schottky metal layer 5 is irregularities formed in the second semiconductor layer 4. Schottky contact is made with both the concave and convex portions. The thickness T4 of the first semiconductor layer 3 is, for example, 4.9 μm. The thickness T5 of the second semiconductor layer 4 is, for example, 0.1 μm. The thickness T6 of the region 4a of the second semiconductor layer 4 is, for example, 1 μm.

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。   Next, an operation method of the Schottky diode 40 will be described. First, when a forward bias is applied to the Schottky diode 40, a relatively positive voltage is applied to the Schottky metal layer 5 serving as the anode electrode, and a relatively negative voltage is applied to the ohmic metal layer 6 serving as the cathode electrode. Is applied. Thereby, a current flows from the anode electrode to the cathode electrode.

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。   Next, when a reverse bias is applied to the Schottky diode 40, a relatively negative voltage is applied to the Schottky metal layer 5 serving as the anode electrode, and relative to the ohmic metal layer 6 serving as the cathode electrode. A positive voltage is applied. During the reverse bias, the depletion layer 7 generated at the interface between the Schottky metal layer 5 and the second semiconductor layer 4 reaches the first semiconductor layer 3 as shown in FIG. When the depletion layer 7 reaches the first semiconductor layer 3, it easily extends greatly in the thickness direction of the first semiconductor layer 3. Therefore, the current flow is interrupted.

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。   According to the present embodiment, when the forward bias is applied, the second semiconductor layer 4 has a high impurity concentration, so that current easily flows through the interface between the Schottky metal layer 5 and the second semiconductor layer 4. In addition, since the region 4a of the second semiconductor layer 4 has a large surface area, a larger amount of current flows than when the region 4a is not provided. Therefore, it is possible to reduce the steady loss at the time of forward bias. On the other hand, when the reverse bias is applied, since the thickness of the second semiconductor layer 4 is thin, the depletion layer 7 easily penetrates the second semiconductor layer 4, and the depletion layer 7 easily spreads in the first semiconductor layer 3. Thus, the presence of the wide depletion layer 7 suppresses the occurrence of reverse leakage current.

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。   As described above, according to the present embodiment, the leakage current at the time of reverse bias is increased by providing the second semiconductor layer 4 having a small thickness and a high impurity concentration and controlling the spread of the depletion layer 7. Without increasing the contact loss between the Schottky metal layer 5 and the second semiconductor layer 4 by increasing the contact area between the second semiconductor layer 4 and the surface of the second semiconductor layer 4. be able to.

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。
Examples of the present invention will be described below.
Example 1
In Example 1, the steady loss at the time of forward bias in Examples 1 to 4 of the present invention having the same structure as that of the first embodiment of the present invention was examined. The thicknesses and impurity concentrations of the second semiconductor layers of Invention Examples 1 to 4 are as follows.

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。 In Example 1 of the present invention, the thickness of the second semiconductor layer 4 was 0.1 μm, and the impurity concentration of nitrogen in the second semiconductor layer 4 was 1 × 10 17 cm −3 . In Example 2 of the present invention, the thickness of the second semiconductor layer 4 was 0.2 μm, and the impurity concentration of nitrogen in the second semiconductor layer 4 was 1 × 10 17 cm −3 . In Inventive Example 3, the thickness of the second semiconductor layer 4 was 0.1 μm, and the impurity concentration of nitrogen in the second semiconductor layer 4 was 1 × 10 18 cm −3 . In Example 4 of the present invention, the thickness of the second semiconductor layer 4 was 0.1 μm, and the impurity concentration of nitrogen in the second semiconductor layer 4 was 1 × 10 16 cm −3 .

(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。
(Comparative example)
A comparative example is a Schottky diode 100 including a substrate 102, a first semiconductor layer 103, a Schottky metal layer 105, and an ohmic metal layer 106 with reference to FIG. 10. Referring to FIG. 10, the configuration of Schottky diode 100 is different from that of the first embodiment in that there is no second semiconductor layer 4. Specifically, the first semiconductor layer 103 has an impurity concentration of 5 × 10 15 cm −3 and a thickness of 5 μm. The substrate 102 and the first semiconductor layer 103 are made of silicon carbide, the Schottky metal layer 105 is Ti, and the ohmic metal layer 106 is NiAl.

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。   The forward current with respect to the forward voltage was measured using the manufactured Example 1 and the comparative example. The result is shown in FIG.

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。   Referring to FIG. 10, all of the inventive examples 1 to 4 having the second semiconductor layer had a larger amount of current than the comparative example when a forward voltage was applied. Therefore, it turned out that the present invention examples 1-4 can reduce the steady loss at the time of forward bias.

(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。
(Example 2)
In Example 2, the steady loss at the time of forward bias of Example 5 of the present invention having the same structure as that of Embodiment 3 of the present invention and Examples 6 and 7 of the present invention having the same structure as Embodiment 6. Investigated about. The thickness and impurity concentration of the region 4a of Examples 5 to 7 of the present invention are as follows.

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。 In Example 5 of the present invention, the nitrogen impurity concentration in the region 4a was 5 × 10 15 cm −3 , the width was 1 μm, and the thickness was 1 μm. In Example 6 of the present invention, the impurity concentration of nitrogen in the region 4a was 1 × 10 17 cm −3 , the width was 1 μm, and the thickness was 1 μm. In Inventive Example 7, the impurity concentration of nitrogen in the region 4a was 1 × 10 17 cm −3 , the width was 1 μm, and the thickness was 2 μm.

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。   The forward current with respect to the forward voltage was measured using the inventive examples 5 to 7 and the comparative example. The result is shown in FIG.

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。   Referring to FIG. 11, Example 5 of the present invention increased the surface area where the Schottky metal layer and the first semiconductor layer were in contact with each other. Therefore, when a forward voltage was applied, the amount of current was slightly larger than that of the comparative example. In the inventive examples 6 and 7, since the region 4a having a high impurity concentration is provided, the number of electrons serving as carriers is large. Therefore, when a forward voltage is applied, the amount of current is larger than that of the comparative example.

(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。
(Example 3)
In Example 3, the steady loss at the time of forward bias of Example 8 of the present invention having the same structure as that of Embodiment 5 of the present invention was examined.

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。   The forward current with respect to the forward voltage was measured using the present invention example 8 and the comparative example. The result is shown in FIG.

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。   Referring to FIG. 12, Example 8 of the present invention provided the second semiconductor layer, which is a thin high-concentration layer, and provided a convex portion to increase the surface area. Therefore, when a forward voltage was applied, The amount of current was larger than that of the comparative example. In particular, the current density when the forward voltage was 0.9 V was 1.4 times that of the comparative example.

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。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

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。It is sectional drawing of the Schottky diode in Embodiment 1 of this invention. 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。FIG. 3 is a cross-sectional view in which a reverse bias is applied to the Schottky diode in the first embodiment. (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。(A) is sectional drawing of the Schottky diode in Embodiment 2 of this invention, (B) is a schematic perspective view except the Schottky metal layer in the Schottky diode in Embodiment 2, (C) ) Is another schematic perspective view of the Schottky diode according to Embodiment 2 except for the Schottky metal layer. 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。FIG. 6 is a cross-sectional view in which a reverse bias is applied to the Schottky diode in the second embodiment. (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。(A) is sectional drawing of the Schottky diode in Embodiment 3, (B) is the schematic perspective view except the Schottky metal layer in the Schottky diode in Embodiment 3. FIG. 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。6 is a schematic perspective view of a Schottky diode according to a fourth embodiment, excluding a Schottky metal layer. FIG. 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。It is sectional drawing of the Schottky diode in Embodiment 5 of this invention. 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。FIG. 10 is a cross-sectional view in which a reverse bias is applied to the Schottky diode in the fifth embodiment. 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。It is sectional drawing of the Schottky diode in a comparative example. 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。It is a figure which shows the relationship between the forward voltage and forward current in Example 1 of this invention. 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。It is a figure which shows the relationship between the forward voltage and forward current in Example 2 of this invention. 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。It is a figure which shows the relationship between the forward voltage and forward current in Example 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

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。   1, 10, 20, 30, 40 Schottky diode, 2 substrate, 3 first semiconductor layer, 4 second semiconductor layer, 5 Schottky metal layer, 6 ohmic metal layer, 7 depletion layer.

Claims (5)

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。
A substrate having a main surface and a back surface opposite to the main surface;
A first semiconductor layer formed on the main surface of the substrate;
A second semiconductor layer formed on a surface of the first semiconductor layer and having an impurity concentration higher than that of the first semiconductor layer and having the same conductivity type as the first semiconductor layer;
A Schottky metal layer in Schottky contact with the second semiconductor layer;
An ohmic metal layer in ohmic contact with the back surface of the substrate;
When applying a voltage to each of the Schottky metal layer and the ohmic metal layer so that the second semiconductor layer has a reverse bias, the second semiconductor layer is formed between the Schottky metal layer and the second semiconductor layer. A semiconductor device having a Schottky diode, wherein a depletion layer generated at an interface extends in a thickness direction of the second semiconductor layer and is thin enough to reach the first semiconductor layer.
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。
The second semiconductor layer comprises two or more separated regions;
2. The semiconductor device having a Schottky diode according to claim 1, wherein the Schottky metal layer is in Schottky contact with both the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
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。
There are irregularities in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer,
The Schottky metal layer is in Schottky contact with both the concave and convex concave portions formed in the first semiconductor layer and the concave and convex convex portions formed in the second semiconductor layer. A semiconductor device having a Schottky diode according to claim 1.
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。
The surface of the second semiconductor layer has irregularities,
2. The Schottky diode according to claim 1, wherein the Schottky metal layer is in Schottky contact with both the concave and convex portions of the concave and convex portions formed in the second semiconductor layer.
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。   The semiconductor device having a Schottky diode according to claim 1, wherein the substrate, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer are made of silicon carbide.
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