DE112010002754T5 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Eine Halbleitervorrichtung weist auf: ein Halbleitersubstrat (10) mit einer ersten Halbleiterschicht (11) und einer zweiten Halbleiterschicht (12), die auf einer ersten Oberfläche (11a) gebildet ist; eine Diode (30) mit einer ersten Elektrode (20) und einer zweiten Elektrode (21); eine Steuer-Kontaktstelle (42); eine Steuerelektrode (41), die elektrisch mit der Steuer-Kontaktstelle (42) verbunden ist; und ein Isolierelement (44, 46). Die erste Elektrode (20) ist auf einer zweiten Oberfläche (11b) der ersten Halbleiterschicht (11) gebildet. Die zweite Elektrode (21) ist auf der ersten Oberfläche (11a) gebildet. Strom fließt zwischen der ersten Elektrode (20) und der zweiten Elektrode (21). Die Steuer-Kontaktstelle (42) ist derart auf der ersten Oberfläche (11a) angeordnet, dass die Kontaktstelle (42) ein Steuersignal zur Steuerung einer Injektionsmenge von Ladungsträgern in die erste Halbleiterschicht eingibt. Das Isolierelement (44, 46)e (41) und der zweiten Elektrode (21) und zwischen der Steuerelektrode (41) und dem Halbleitersubstrat (10) vor.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung basiert auf der am 29. Juni 2009 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2009-153958 , der am 18. November 2008 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2008-294481 und der am 10. Mai 2010 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-108608 , auf deren Offenbarungen hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird.
  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitevorrichtung mit einer Diode. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Halbleitervorrichtung der Bauart mit isolierter Gate-Elektrode, wie beispielsweise einen Transistor der Bauart mit isolierter Gate-Elektrode (wie beispielsweise einen IGBT), der eine Trench-Gate-Struktur aufweist.
  • STAND DER TECHNIK
  • Die JP 2003-318412 A beispielsweise offenbart eine Halbleitervorrichtung mit einer Diode für einen Stromfluss zwischen einer Anoden-Schicht und einer Kathoden-Schicht. Die Anoden-Schicht, eine Driftschicht mit einer niedrigeren Störstellenkonzentration als die Anoden-Schicht und die Kathoden-Schicht mit einer höheren Störstellenkonzentration als die Driftschicht sind in dieser Reihenfolge geschichtet angeordnet.
  • In diesem Zusammenhang kann ein niedriger Energieverlust als eine der Eigenschalten der Diode genannt werden, die für die Diode von großer Bedeutung sind. Der Energieverlust der Diode wird durch eine Summe aus einem stationären Verlust und einem Schaltverlust beschrieben. Der stationäre. Verlust wird erzeugt, wenn ein Durchlassstrom fließt, und der Schaltverlust wird erzeugt, wenn ein Rückstrom fließ. Der stationäre Verlust weist eine derartige Charakteristik auf, dass er abnimmt, wenn eine Injektionsmenge von Minaritätsladungsträgern in die Driftschicht einen hohen Wert annimmt. Der Schaltverlust weist eine derartige Charakteristik auf, dass er abnimmt, wenn die Injektionsmenge von Minoritätsladungsträgern in die Driftschicht einen niedrigen Wert annimmt. Folglich wird ein Verhältnis zwischen dem stationären Verlust und dem Schallverlust durch ein Trade-Off-Verhältnis beschrieben. Demgegenüber wird in einem herkömmlichen Verfahren die Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger abgestimmt, indem eine Störstellenkonzentrationsverteilung der Anoden-Schicht und der Driftschicht gesteuert und/oder die Anoden-Schicht derart gemustert wird, dass der stationäre Verlust und der Schaltverlust abgestimmt werden.
  • Da jedes der obigen Abstimmungsverfahren während eines Herstellungsprozesses der Diode (d. h. der Halbleitervorrichtung) ausgeführt wird, können die Injektionsmenge und die Akkumulationsmenge der Minoritätsladungsträger nicht flexibel abgestimmt werden, nachdem die Halbleitervorrichtung gefertigt wurde. Folglich tritt dahingehend ein Problem auf, dass der stationäre Verlust und der Schaltverlust nicht gesteuert werden können. Der stationäre Verlust und der Schaltverlust der Diode variieren in Übereinstimmung mit einer Benutzungsumgebung der Halbleitervorrichtung. Folglich ist es erforderlich, sie in Übereinstimmung mit der Benutzungsumgebung zu steuern.
  • Ein anderes Verfahren zur Steuerung des stationären Verlusts und des Schaltverlusts erfolgt derart, dass die Driftschicht derart mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird, dass eine Lebensdauer der Minoritätsladungsträger abgestimmt wird. Dieses Abstimmungsverfahren wird jedoch ebenso während des Herstellungsprozesses der Halb-leitervorrichtung ausgeführt. Folglich können der stationäre Verlust und der Schaltverlust nicht flexibel abgestimmt werden, nachdem die Halbleitervorrichtung gefertigt wurde.
  • Ferner umfasst ein Verlust einer eine hohe Durchbruchspannung aufweisenden Halbleitervorrichtung der Bauart mit isolierten Gate-Elektrode, wie beispielsweise eines Trench-Gate-IGBT, den stationären Verlust und den Schaltverlust auf. Diese Verlustcharakteristika hängen von der Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger von einem Kollektor ab.
  • 30 zeigt eine Querschnittsansicht eines herkömmlichen n-Kanal-IGBT. Eine n–-leitende Driftschicht 302 ist, wie in dieser Figur gezeigt, über eine Feldstoppschicht (d. h. FS-Schicht) 302a auf einer Oberfläche eines p+-leitenden Substrats 301 gebildet. Das Substrat 301 bildet einen Kollektor-Bereich, und die FS-Schicht 302a dient als Pufferschicht. Eine Trench-Gate-Struktur ist in einem Oberflächenabschnitt der n–-leitenden Driftschicht 302 gebildet. Insbesondere ist ein p-leitender Basisbereich 303 in dem Oberflächenabschnitt der n–-leitenden Driftschicht 302 gebildet. Ferner ist ein Graben 304 gebildet, um den p-leitenden Basisbereich 303 zu durchdringen. Der p-leitende Basisbereich 303 wird durch den Graben 304 in mehrere Abschnitte unterteilt. Ein n+-leitender Emitter-Bereich 305 ist derart in einem Teil der Abschnitte des Bereich 303 gebildet, dass eine p-Kanal-Schicht 303a gebildet wird. Der n+-leitende Emitter-Bereich 305 wird derart nicht in dem anderen Teil der Abschnitte des Bereichs 303 gebildet, dass eine Schwebungsschicht 303b gebildet wird. Ferner ist eine Gate-Elektrode 307 über einen Gate-Isolierfilm 306 in dem Graben 304 gebildet. Die Gate-Elektrode 307, welche die p-Kanal-Schicht 303a kontaktiert, bildet die Gate-Elektrode 307a zum Anlegen einer Gate-Spannung. Die Gate-Elektrode 307, welche die p-Kanal-Schicht 303a nicht kontaktiert, bildet eine Dummy-Gate-Elektrode 307b für eine Dummy-Elektrode.
  • Bei dem obigen IGBT werden dann, wenn eine Injektionsmenge von Löchern aus dem p+-leitenden Substrat 301 als der Kollektor-Bereich im Ein-Zustand hoch ist, viele Löcher unter Verwendung der FS-Schicht 302a gesammelt. Folglich wird eine Leitfähigkeitsänderung stark gefördert. Dementsprechend wird der stationäre Verlust verringert. Demgegenüber wird bei dem IGBT dann, wenn die Akkumulationsmenge der Löcher im Ein-Zustand groß ist, eine Zeitspanne zum Entfernen der Löcher im Falle eines Ausschaltens lang. Folglich nimmt ein Ausschaltverlust zu.
  • Dementsprechend ist es erforderlich, eine Balance zwischen dem stationären Verlust und dem Schaltverlust in Übereinstimmung mit einer Ansteuerfrequenz für eine Benutzung derart zu steuern und auszulegen, dass ein Gesamtverlust des stationären Verlusts und des Schaltverlusts minimiert wird.
  • Folglich wurde, wie in 30 gezeigt, ein Verfahren zur Steuerung der Lebensdauer unter Anwendung einer Bestrahlung mit einem Elektronenstrahl vorgeschlagen, gemäß dem ein FS-IGBT derart gebildet wird, dass das p+-leitende Substrat 301, welches den Kollektor-Bereich bildet, so poliert wird, dass es dünn ist, und die n+-leitende FS-Schicht 302a zwischen dem p+-leitenden Substrat 301 und der n–-leitenden Driftschicht 302 gebildet wird. Dies wird beispielsweise in der JP 2003-101020 beschrieben.
  • Bei einem Verfahren zur Steuerung der Lebensdauer wird die Vorrichtung mit dem Elektronenstrahl oder dergleichen bestrahlt und anschließend im Fertigungsprozess der Vorrichtung wärmebehandelt, so dass ein Rekombinationszentrum in der Driftschicht erzeugt wird. Auf diese Weise wird die Lebensdauer der Minoritätsladungsträger abgestimmt. Folglich wird die Transporteffizienz der Minoritätsladungsträger abgestimmt und die Auslegung des Verlusts optimiert. In dem FS-IGBT wird eine Differenz zwischen einer Konzentration in dem p+-leitenden Substrat 301 zum Bilden des Kollektor-Bereichs auf der Rückseite und einer Konzentration in der n+-leitenden FS-Schicht 302a in dem Fertigungsprozess der Vorrichtung derart gesteuert, dass die Injektionsmenge der Löcher (d. h. der Minoritätsladungsträger) abgestimmt wird. Auf diese Weise wird die Auslegung des Verlusts optimiert. Unter Verwendung dieser Verfahren wird die Injektion der Minoritätsladungsträger optimiert oder die Transporteffizienz abgestimmt, in Übereinstimmung mit einer Anwendung der Vorrichtung.
  • Die obigen Verfahren werden jedoch angewandt, um die Vorrichtung in dem Fertigungsprozess der Vorrichtung Individuell anzupassen. Folglich mangelt es den Verfahren an allgemeiner Anpassungsfähigkeit der Vorrichtung. Ferner variieren auch bei einer Anwendung der Vorrichtung die Umgebungszustände, wie beispielsweise die Temperatur, und die Betriebszustände, wie beispielsweise eine Ansteuerfrequenz. Demzufolge können die Verfahren den Zustandsänderungen nicht nachkommen bzw. entsprechen.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist angesichts der vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die dazu ausgelegt ist, einen stationären Verlust und einen Schaltverlust auch nach einer Fertigung der Halbleitervorrichtung abzustimmen. Es ist angesichts der vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, die dazu ausgelegt ist, den stationären Verlust und den Schaltverlust nach Beendigung eines Herstellungsprozesses der Vorrichtung zu optimieren.
  • Gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt, mit: einem Halbleitersubstrat mit einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und wenigstens einer zweiten Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die in einem Oberflächenabschnitt einer ersten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht gebildet ist; einer Diode mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode; einer Steuerkontaktstelle; einer Steuerelektrode, die elektrisch mit der Steuerkontaktstelle verbunden ist; und einem Isolierelement. Die erste Elektrode ist auf einer zweiten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht gebildet. Die zweite Elektrode ist auf der ersten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht gebildet. Strom fließt zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode. Die Steuerkontaktstelle ist auf der ersten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht angeordnet, und die Kontaktstelle gibt ein Steuersignal zur Steuerung einer Injektionsmenge von Ladungsträgern in die erste Halbleiterschicht ein. Das Isolierelement isoliert zwischen der Steuerelektrode und der zweiten Elektrode und zwischen der Steuerelektrode und dem Halbleitersubstrat.
  • Bei der obigen Vorrichtung kann die Halbleitervorrichtung, auch nachdem sie gebildet wurde, einen stationären Verlust und einen Schaltverlust durch eine Steuerung des Steuersignals flexibel abstimmen.
  • Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt, mit: einer Kollektor-Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps; einer Driftschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf der Kollektor-Schicht angeordnet ist; einem Basisbereich des ersten Leitfähigkeitstyps, der auf der Driftschicht in einem Zellbereich gebildet ist; einem ersten Graben, der sich entlang einer Richtung entsprechend einer Längsrichtung erstreckt und gebildet ist, um den Basisbereich so zu durchdringen und den Driftbereich so zu erreichen, dass der Basisbereich in mehrere Abschnitte unterteilt ist; einem Emitter-Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps, der wenigstens in einem Teil der geteilten Abschnitte des Basisbereichs bildet ist, um eine Seitenwand des ersten Grabens in dem Basisbereich zu kontaktieren; einem Gate-Isolierfilm, der auf einer Innenoberfläche des ersten Grabens gebildet ist; einer Gate-Elektrode, die auf dem Gate-Isolierfilm in dem ersten Graben gebildet ist; einer Emitter-Elektrode, die elektrisch mit dem Emitter-Bereich verbunden ist, und einer Kollektor-Elektrode, die auf einer Rückseite der Kollektor-Schicht gebildet ist; einem zweiten Graben, der auf der Rückseite der Kollektor-Schicht gebildet ist, welche der Driftschicht gegenüberliegt; einem Gate-Isolierfilm, der auf einer Innenoberfläche des zweiten Grabens gebildet ist; und einer Steuer-Gate-Elektrode, die auf dem Gate-Isolierfilm im zweiten Graben gebildet ist. Die Kollektor-Schicht, die Driftschicht, der Basisbereich, der Graben, der Emitter-Bereich, der Gate-Isolierfilm, die Gate-Elektrode und die Kollektor-Elektrode bilden eine Halbleitervorrichtung der Bauart mit einem isolierten Gate.
  • Folglich ist die Steuer-Gate-Elektrode zum Abstimmen einer Ladungsträgermenge in der Kollektor-Schicht in dem Zellbereich angeordnet, in welchem die Halbleitervorrichtung mit isoliertem Gate angeordnet ist. Dementsprechend kann die Halbleitervorrichtung nach Abschluss eines Herstellungsprozesses der Vorrichtung den stationären Verlust und den Schaltverlust in geeigneter Weise abstimmen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die obigen und weitere Ausgestaltungen, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gemacht wurde, näher ersichtlich sein. In den Zeichnungen zeigt:
  • 1 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • 2 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform;
  • 3 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer Halbleitevrorrichtung gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform;
  • 4 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform;
  • 5 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform;
  • 6 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Modifikation der ersten Ausführungsform;
  • 7 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
  • 8 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
  • 9 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Ein-Zustands und eines Aus-Zustands eines IGBT;
  • 10 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Modifikation der dritten Ausführungsform;
  • 11 eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Modifikation der dritten Ausführungsform;
  • 12 einen Schaltplan zur Veranschaulichung der Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform:
  • 13 eine Abbildung zur Veranschaulichung eines Zustands, gemäß dem Strom durch eine induktive Last fließt, indem in der induktiven Last gesammelte Energie verwendet wird, wobei der von einer rechten zu einer linken Seite der Figur fließt;
  • 14 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Steuersignals, das an die erste Diode gelegt wird;
  • 15 eine Abbildung zur Veranschaulichung eines Zustands, gemäß dem Strom durch eine induktive Last fließt, indem in der induktiven Last gesammelte Energie verwendet wird, wobei der Strom von einer linken zu einer rechten Seite der Figur fließt;
  • 16 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Steuersignals, das an die zweite Diode gelegt wird;
  • 17 einen Schaltplan zur Veranschaulichung einer Steuerschaltung;.
  • 18 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des durch die Steuerschaltung übertragenen Steuersignals;
  • 19 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des Steuersignals, das an die erste Diode gelegt wird;
  • 20 ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung des Steuersignals, das an die zweite Diode gelegt wird;
  • 21 einen Schaltplan zur Veranschaulichung der Steuerschaltung gemäß einer Modifikation;
  • 22 einen Schaltplan zur Veranschaulichung, der Steuerschaltung gemäß einer Modifikation;
  • 23 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung mit einem IGBT gemäß einer fünften Ausführungsform;
  • 24 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung mit einem IGBT gemäß einer sechsten Ausführungsform;
  • 25 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Querschnittsansicht und einer Verdrahtungsstruktur einer Halbleitervorrichtung mit einem IGBT gemäß einer siebten Ausführungsform;
  • 26 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Querschnittsansicht und einer Verdrahtungsstruktur einer Halbleitervorrichtung mit einem IGBT gemäß einer achten Ausführungsform;
  • 27 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Querschnittsansicht und einer Verdrahtungsstruktur einer Halbleitervorrichtung mit einem IGBT gemäß einer neunten Ausführungsform;
  • 28 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Querschnittsansicht und einer Verdrahtungsstruktur einer Halbleitervorrichtung mit einem IGBT gemäß einer zehnten Ausführungsform;
  • 29 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Querschnittsansicht und einer Verdrahtungsstruktur einer Halbleitervorrichtung mit einem IGBT gemäß einer elften Ausführungsform; und
  • 30 eine Abbildung zur Veranschaulichung einer Querschnittsansicht und einer Verdrahtungsstruktur einer Halbleitervorrichtung mit einem IGBT mit einer herkömmli- chen FS-Schicht.
  • BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • (Erste beispielhafte Ausführungsform)
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform. Hierbei ist eine Dickenrichtung eines Halbleitersubstrats 10 als Dickenrichtung definiert, eine Richtung zum parallelen Anordnen von Steuerelektroden 41 als Querrichtung definiert, und eine Richtung senkrecht zur Dickenrichtung und zur Querrichtung als Tiefenrichtung definiert.
  • Eine Halbleitervorrichtung 100 weist, wie in 1 gezeigt, eine Diode 30 auf, die in einem Halbleitersubstrat 10 gebildet ist. Das Halbleitersubstrat 10 weist eine n-leitende erste Halbleiterschicht 11 und eine p-leitende zweite Halbleiterschicht 12, die in einem Oberflächenabschnitt einer Hauptoberfläche 11a der ersten Halbleiterschicht 11 gebildet, auf. Eine erste Elektrode 20 ist auf der anderen Seite 11b der ersten Halbleiterschicht 11 gebildet. Eine zweite Elektrode 21 ist auf der Hauptoberfläche 11a der ersten Halbleiterschicht 11 gebildet. Die zweite Halbleiterschicht 12 bildet einen Wannenbereich, der örtlich in einem Oberflächenabschnitt der Hauptoberfläche 11a der ersten Halbleiterschicht 11 gebildet ist.
  • Die erste Halbleiterschicht 11 weist, wie in 1 gezeigt, eine Schicht 13 hoher Konzentration, um einen ohmschen Kontakt zur ersten Elektrode 20 zu gewährleisten, und eine Schicht 14 niedriger Konzentration, um eine Durchbruchspannung des Halbleitersubstrats 10 zu gewährleisten, auf. Die Störstellenkonzentration der Schicht 14 niedriger Konzentration ist geringer als die Störstellenkonzentration der Schicht 13 hoher Konzentration und der zweiten Halbleiterschicht 12. Eine zweite Halbleiterschicht 12 und ein p-leitender Wannen-Bereich 15, der benachbart zu einem Ende der zweiten Halbleiterschicht 12 angeordnet ist, sind in einem Oberflächenabschnitt der Oberfläche 14a der Schicht 14 niedriger Konzentration gebildet. Der Wannen-Bereich 15 dient dazu, Ladungsträger zu absorbieren, die nahe beiden Enden der zweiten Halbleiterschicht 12 in der Schicht 14 niedriger Konzentration gesammelt werden, wenn ein Rückstrom durch die Diode 30 fließt. Die zweite Halbleiterschicht 12 und der Wannen-Bereich 15 werden gebildet, indem Störstellen auf der Hauptoberfläche 11a der ersten Halbleiterschicht 11 eingebracht werden, indem ein Ionenimplantationsverfahren oder ein Diffusionsverfahren angewandt wird. Hierbei entspricht die Oberfläche 14a der Hauptoberfläche 11a.
  • Die erste Elektrode 20 ist, wie in 1 gezeigt, auf einer gesamten Oberfläche der anderen Seite 11b der ersten Halbleiterschicht 11 gebildet. Die zweite Elektrode 21 ist in einem Bereich der Hauptoberfläche 11a gebildet, in welchem die zweite Halbleiterschicht 12 gebildet ist. Die erste Elektrode 20 kontaktiert die gesamte andere Seite 11b der ersten Halbleiterschicht 11. Die zweite Elektrode 21 kontaktiert jedoch die zweite Halbleiterschicht 12 und einen zweiten Isolierfilm 46, der nachstehend noch beschrieben wird. Ein Ende der zweiten Elektrode 21 ist über den Isolierfilm 22 benachbart zu einer nachstehend noch beschriebenen dritten Elektrode 48 angeordnet. Ein Teil der zweiten Elektrode 21 ist mit einem Schutzfilm 23 bedeckt und geschützt. Ein Abschnitt der zweiten Elektrode 21, der von dem Schutzfilm 23 freiliegt, ist mit einem Anschluss für eine Verbindung mit einer bestimmten Schaltung verbunden.
  • Die Diode 30 weist einen p-n-Übergang auf, der durch die Schicht 14 niedriger Konzentration und die zweite Halbleiterschicht 12 gebildet wird. Ein elektrischer Energieverlust der Diode 30 wird durch eine Summe aus einem stationären Verlust und einem Schaltverlust beschrieben. Der stationäre Verlust wird erzeugt, wenn ein Durchlassstrom zwischen der ersten Elektrode 20 als eine Kathoden-Elektrode und der zweiten Elektrode 21 als eine Anoden-Elektrode fließt, und der Schaltverlust wird erzeugt, wenn ein Rückstrom zwischen der ersten Elektrode 20 und der zweiten Elektrode 21 fließt. Der stationäre Verlust ist so ausgelegt, dass er verringert wird, wenn die Injektionsmenge von Minoritätsladungsträgern in die erste Halbleiterschicht 11 einen hohen Wert annimmt. Der Schaltverlust ist so ausgelegt, dass er verringert wird, wenn die Injektionsmenge (d. h. die Akkumulationsmenge) der Minoritätsladungsträger in die erste Halbleiterschicht 11 einen niedrigen Wert annimmt. Folglich wird ein Verhältnis zwischen dem stationären Verlust und dem Schaltverlust durch ein Trade-Off-Verhältnis beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform sind der stationäre Verlust und der Schaltverlust unter Verwendung eines Controllers 40 steuerbar (d. h. abstimmbar).
  • Der Controller 40 steuert die Injektionsmenge der in die erste Halbleiterschicht 11 eindringenden Ladungsträger bzw. stimmt diese ab. Der Controller 40 weist mehrere Steuerelektroden 41 und eine Steuerkontaktstelle 42, in welche das Steuersignal zur Steuerung der Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger in die erste Halbleiterschicht 11 eingegeben wird, auf.
  • Die Steuerelektrode 41 ist so ausgelegt, dass ein oberes Ende der Steuerelektrode 41 von der Hauptoberfläche 11a in die Schicht 14 niedriger Konzentration ragt, und weist einen Graben 43, der in der zweiten Halbleiterschicht 12 gebildet ist, einen ersten Isolierfilm 44, der auf einer Innenwand des Grabens 43 gebildet ist, ein leitfähiges Element 45, der eine Konkavität füllt, die auf dem ersten Isolierfilm 44 gebildet ist, und einen zweiten Isolierfilm 46, der einen Teil einer Öffnung der Konkavität bedeckt, auf. Der Graben 43 ist, wie in 1 gezeigt, entlang der Querrichtung parallel zu weiteren Gräben 43 gebildet. Der Graben 43 erstreckt sich, obgleich dies nicht in der Zeichnung gezeigt ist, derart in der Tiefenrichtung, dass der Graben 43 ein Streifenmuster bezüglich einer Ebene bildet, die durch die Tiefenrichtung und die Querrichtung gebildet wird. Das leitfähige Element 45 ist derart mit den Isolierfilm 44, 46 bedeckt, dass das Element 45 von der zweiten Elektrode 21 und den Halbleiterschichten 11, 12 isoliert ist. Jedes der leitfähigen Elemente 45 (d. h. die Steuerelektrode 41), die in der Querrichtung parallel zueinander gebildet sind, ist mit den Isolierfilmen 22, 46 bedeckt. Das leitfähige Element 45 ist über eine Verbindungselektrode (nicht gezeigt), die sich in der Querrichtung erstreckt, elektrisch miteinander verbunden. Hierbei bilden die Isolierfilme 44, 46 ein Isolierelement.
  • Die Steuerkontaktstelle 42 weist eine Abfrageelektrode 47 und eine dritte Elektrode 48 auf. Die Abfrageelektrode 47 ist über den zweiten Isolierfilm 46 auf dem Wannen-Bereich 15 auf der Hauptoberfläche 11a der ersten Halbleiterschicht 11 gebildet. Die dritte Elektrode 48 ist elektrisch mit der Abfrageelektrode 47 verbunden. Die Abfrageelektrode 47 ist, wie in 1 gezeigt, elektrisch mit einem der leitfähigen Elemente 45 verbunden. Ferner ist die Abfrageelektrode 47 mit den Isolierfilmen 22, 46 bedeckt. Ein Teil der Abfrageelektrode 47, der von den Isolierfilmen 22, 46 freiliegt, ist elektrisch mit der dritten Elektrode 48 verbunden. Die dritte Elektrode 48 ist mit dem Schutzfilm 23 bedeckt und wird durch diesen geschützt. Ein Teil der dritten Elektrode 48, der von dem Schutzfilm 23 freiliegt, ist mit einem Steueranschluss (nicht gezeigt) für eine Verbindung mit einer nachstehend noch beschriebenen Steuerschaltung (nicht gezeigt) verbunden.
  • Die Steuersignalschaltung erzeugt das Steuersignal zur Steuerung der Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger, die in die ersten Halbleiterschicht 11 eindringen. Die Steuerschaltung und die Steuerkontaktstelle 42 sind, wie vorstehend beschrieben, über den Steueranschluss elektrisch miteinander verbunden. Folglich wird das Steuersignal, das von der Steuerschaltung ausgegeben wird, über den Steueranschluss, die dritte Elektrode 48 und die Abfrageelektrode 47 an das leitfähige Element 45 (d. h. die Steuerelektrode 41) gegeben.
  • Nachstehend werden die Funktionen und Effekte der Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Die Halbleitervorrichtung 100 weist, wie vorstehend beschrieben, den Controller 40 zur Steuerung (d. h. zur Abstimmung) der Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger, die in die ersten Halbleiterschicht 11 eindringen, auf. Wenn beispielsweise das positive Steuersignal von der Steuerschaltung derart an die Steuerkontaktstelle 42 gegeben wird, dass das Potential der Steuerelektrode 41 gleich dem Steuersignal wird, werden Elektronen in einem Bereich der zweiten Halbleiterschicht 12 (d. h. einem gegenüberliegenden Bereich 16), welche der Steuerelektrode 41 über den ersten Isolierfilm 44 gegenüberliegt, gesammelt. Wenn die Elektronen gesammelt werden, wird eine Löcherkonzentration in der zweiten Halbleiterschicht 12 verringert. Folglich wird die Störstellenkonzentration in dem gegenüberliegenden Bereich 16 offensichtlich niedrig. Dementsprechend wird die Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger von dem gegenüberliegenden Bereich 16 (d. h. der zweiten Halbleiterschicht 12) in die erste Halbleiterschicht 11 (d. h. die Schicht 14 niedriger Konzentration) verringert, so dass der Schaltverlust reduziert wird. Demgegenüber werden dann, wenn das negative Steuersignal von der Steuerschaltung derart an die Steuerkontaktstelle 42 gegeben wird, dass das Potential der Steuerelektrode 41 gleich dem Steuersignal wird, die Löcher in dem gegenüberliegenden Bereich 16 gesammelt. Wenn die Löcher gesammelt werden, nimmt die Löcherkonzentration in der zweiten Halbleiterschicht 12 zu. Folglich wird die Störstellenkonzentration in dem gegenüberliegenden Bereich 16 offensichtlich hoch. Dementsprechend nimmt die Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger von dem gegenüberliegenden Bereich 16 (d. h. der zweiten Halbleiterschicht 12) in die erste Halbleiterschicht 11 (d. h. die Schicht 14 niedriger Konzentration) zu, so dass der stationäre Verlust verringert wird. Bei der Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform kann die Halbleitervorrichtung, wie vorstehend beschrieben, den stationären Verlust und den Schaltverlust durch eine Steuerung des Steuersignals flexibel abstimmen, auch wenn die Halbleitervorrichtung bereits gefertigt ist. Hierbei kann die Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger in die erste Halbleiterschicht 11 selbstverständlich gesteuert werden, indem eine Amplitude des Steuersignals anstelle der Polarität des Steuersignals geändert wird.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Bildungsdichte der Steuerelektrode 41, wie in 1 gezeigt, in der Querrichtung homogen. Die Bildungsdichte der Steuerelektrode 41 kann jedoch, wie beispielsweise in den 2 und 3 gezeigt, in der Querrichtung inhomogen sein. Ein Bereich, der in den 2 und 3 von einer gestrichelten umgeben wird, zeigt einen Bildungsbereich 41a der Steuerelektrode 41 Eine Strichpunktlinie L1 zeigt eine mittlere Position des Bildungsbereichs 41a.
  • Wenn eine Durchlassspannung an die Diode 30 gelegt wird, werden die Minoritätsladungsträger derart in die erste Halbleiterschicht 11 (d. h. die Schicht 14 niedriger Konzentration) injiziert, dass der Durchlassstrom durch die Diode 30 fließt. Wenn die Durchlassspannung nicht an die Diode 30 gelegt wird, strömen die in die erste Halbleiterschicht 11 injizierten Ladungsträger (d. h. die in der ersten Halbleiterschicht 11 gesammelten Ladungsträger) in die zweite Halbleiterschicht 12. Insbesondere fließt ein Rückstrom zwischen den Elektroden 20, 21. Wenn die zweite Elektrode 21 den Isolierfilm 22 kontaktiert, können sich die in einem Teil der Halbleiterschichten 11, 12 nahe der zweiten Elektrode 21 und dem Isolierfilm 22 gesammelten Minoritätsladungsträger, wie in den 1 bis 3 gezeigt, an einem Kontaktabschnitt zwischen der zweiten Elektrode 21 und dem Isolierfilm 22 konzentrieren und durch diesen fließen. In diesem Fall kann der Kontaktabschnitt zerstört werden. Demgegenüber nimmt die Bildungsdichte der Steuerelektrode bei einer in der 2 gezeigten Modifikation von der mittleren Position zu einem Randbereich in dem Bildungsbereich 41a gesehen einen hohen Wert an. Insbesondere nimmt die Bildungsdichte der Steuerelektrode 41 von der mittleren Position des Bildungsbereichs 41 zu dem Kontaktabschnitt zwischen der zweiten Elektrode 21 und dem Isolierfilm 22 gesehen einen hohen Wert an. Folglich nimmt dann, wenn das positive Steuersignal an die Steuerelektrode 41 gegeben wird, die Konzentrationsverteilung der in der ersten Halbleiterschicht 11 gesammelten Löcher von der Mitte des Bildungsbereichs 41a zu dem Kontaktabschnitt zwischen der zweiten Elektrode 21 und dem Isolierfilm 22 gesehen einen niedrigen Wert an. Folglich wird die Menge des Rückstroms, der durch den Kontaktabschnitt zwischen der zweiten Elektrode 21 und dem Isolierfilm 22 fließt, verringert, so dass der Durchbruch des Kontaktabschnitts beschränkt wird.
  • Ferner nimmt, da die Bildungsdichte des Grabens 43 von der mittleren Position des Bildungsbereichs 41a zum Randbereich gesehen einen hohen Wert annimmt, das Volumen der zweiten Halbleiterschicht 12 von der mittleren Position des Bildungsbereichs 41a zum Randbereich gesehen einen niedrigen Wert annehmen. Dementsprechend nimmt auch dann, wenn das Steuersignal nicht angelegt wird, die Dichteverteilung der Löcher, die aus der zweiten Halbleiterschicht 12 in die erste Halbleiterschicht 11 injiziert werden, von der Mitte des Bildungsbereichs 41a zum Randbereich gesehen einen niedrigen Wert an. Folglich wird auch dann, wenn das Steuersignal nicht angelegt wird, die Menge des Rückstroms, der durch den Kontaktabschnitt zwischen der zweiten Elektrode 21 und dem Isolierfilm 22 fließt, verringert. Dementsprechend wird der Durchbruch des Kontaktabschnitts beschränkt.
  • Im Gegensatz zu der in der 2 gezeigten Modifikation nimmt die Dichteverteilung der Steuerelektrode 41 bei der in der 3 gezeigten Modifikation von der mittleren Position des Bildungsbereichs 41a zum Randbereich einen niedrigen Wert an. Folglich nimmt dann, wenn das negative Steuersignal an die Steuerelektrode 41 gegeben wird, die Konzentrationsverteilung der gesammelten Löcher von der Mitte des Bildungsbereichs 41a zum Randbereich gesehen einen niedrigen Wert an. Dementsprechend wird, ähnlich der in der 2 gezeigten Modifikation, die Rückstrommenge verringert, so dass der Durchbruch des Kontaktabschnitts beschränkt wird.
  • Bei der in der 3 gezeigten Modifikation nimmt die Bildungsdichte des Grabens 43, wie vorstehend beschrieben, von der mittleren Position des Bildungsbereichs 41a zum Randbereich gesehen einen niedrigen Wert an. Folglich nimmt das Volumen der zweiten Halbleiterschicht 12 von der mittleren Position des Bildungsbereichs 41a zum Randbereich gesehen einen hohen Wert an. Dementsprechend nimmt bei der in der 3 gezeigten Modifikation, wenn das Steuersignal nicht angelegt wird, die Dichteverteilung der gesammelten Löcher von der Mitte des. Bildungsbereichs 41a zum Randbereich gesehen einen hohen Wert an. Folglich kann bei der in der 3 gezeigten Modifikation, die sich von der in der 2 gezeigten Modifikation unterscheidet, dann, wenn das Steuersignal nicht eingegeben wird, die Menge des durch den Kontaktabschnitt zwischen der zweiten Elektrode 21 und dem Isolierfilm 22 fließenden Rückstroms nicht verringert werden. Dementsprechend ist der Effekt einer Eigenschaft bei der in der 2 gezeigten Modifikation, dass die Menge der in einem Teil der ersten Halbleiterschicht 11 nahe der zweiten Elektrode 21 und dem Isolierfilm 22 gesammelten Löcher verringert wird, um kleiner als diejenige in der Mitte des Bildungsbereichs 41a zu sein, demjenigen bei der in der 3 gezeigten Modifikation überlegen. Die 2 und 3 zeigen Querschnittsansichten zur Veranschaulichung von Modifikationen der Halbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist eine zweite Halbleiterschicht 12 auf der ersten Halbleiterschicht 11 gebildet und die Steuerelektrode 41 in der zweiten Halbleiterschicht 12 gebildet. Mehrere Teile der zweiten Halbleiterschichten 12 können jedoch, wie in den 4 bis 6 gezeigt, auf der ersten Halbleiterschicht 11 gebildet sein, und die Steuerelektrode 41 kann an einem Bereich der ersten Halbleiterschicht 11 gebildet sein, der zwischen den Teilen der zweiten Halbleiterschicht 12 angeordnet ist. Hierbei ist in den 5 und 6 ein Isolierfilm, der nicht gezeigt ist, in einem Bereich der ersten Halbleiterschicht 11 auf der Hauptoberfläche 11a gebildet, in welchem die Steuerelektrode 41 nicht gebildet ist. Folglich wird verhindert, dass die erste Halbleiterschicht 11 direkt und elektrisch mit der zweiten Elektrode 21 verbunden ist.
  • Hierbei ist bei der in der 4 gezeigten Halbleitervorrichtung 100, ähnlich der in der 1 gezeigten Halbleitervorrichtung, die Bildungsdichte der Steuerelektrode 41 in der Querrichtung homogen. Demgegenüber nimmt die Bildungsdichte der Steuerelektrode 41 bei der in der 5 gezeigten Halbleitervorrichtung 100, ähnlich der in der 2 gezeigten Halbleitervorrichtung 100, von der mittleren Position des Bildungsbereichs 41a zum Randbereich gesehen einen hohen Wert an. Ferner nimmt die Bildungsdichte der Steuerelektrode 41 bei der in der 6 gezeigten Halbleitervorrichtung 100, ähnlich der in der 3 gezeigten Halbleitervorrichtung 100, von der mittleren Position des Bildungsbereichs 41a zum Randbereich gesehen einen niedrigen Wert an. Bei den in den 5 und 6 gezeigten Halbleitervorrichtungen 100 wird, ähnlich den in den 2 und 3 gezeigten Modifikationen, die Rückstrommenge verringert und der Durchbruch des Kontaktabschnitts in der Halbleitervorrichtung beschränkt. Die 4 bis 6 zeigen Querschnittsansichten zur Veranschaulichung der Modifikationen der Halbleitervorrichtung der ersten Ausführungsform.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Nachstehend wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 7 beschrieben. 7 zeigt eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
  • Die Halbleitervorrichtung der zweiten Ausführungsform weist viele Teile gleich denjenigen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auf. Folglich werden die gemeinsamen Teile nachstehend nicht wiederholt näher beschrieben. Im Wesentlichen wird auf die Unterschiede eingegangen. Elemente gleich denjenigen in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist ein Temperatursensor 50 in dem Isolierfilm 22 der Halbleitervorrichtung 100 gebildet, die in der ersten Ausführungsform aufgezeigt wird. Der Temperatursensor 50 erfasst eine Temperatur des Halbleitersubstrats 10 (d. h. der Diode 30). Der Temperatursensor 50 der vorliegenden Ausführungsform weist eine n-leitende dritte Halbleiterschicht 51, eine p-leitende vierte Halbleiterschicht 52, die in einem Oberflächenabschnitt der dritten Halbleiterschicht 51 gebildet ist, eine dritte Elektrode 53, die auf einem Abschnitt der dritten Halbleiterschicht 51 gebildet ist, der von dem Isolierfilm 22 freiliegt, und eine vierte Elektrode 54, die auf einem Abschnitt der vierten Halbleiterschicht 52 gebildet ist, der von dem Isolierfilm 22 freiliegt, auf. Folglich weist der Temperatursensor 50 eine Diode mit einem p-n-Übergang auf. Der Sensor 50 ist dazu ausgelegt, die Temperatur auf der Grundlage eines Temperaturverlaufs einer Durchlassspannung zu messen, die erzeugt wird, wenn ein Durchlassstrom zwischen der dritten Elektrode 53 entsprechend der Kathoden-Elektrode und der vierten Elektrode 54 entsprechend der Anoden-Elektrode fließt. Für den Fall, dass die Halbleiterschichten 51, 52 beispielsweise aus Silizium aufgebaut sind, wird die Temperaturverlauf der Durchlassrichtungsspannung des Temperatursensors 50 um 2,5 mV verringert, wenn die Temperatur um 1°C ansteigt. Ein Sensoranschluss (nicht gezeigt), der mit der Steuersignal (nicht gezeigt) verbunden ist, ist mit den Elektroden 53, 54 verbunden. Das Ausgangssignal des Temperatursensors 50 wird über den Sensoranschluss an die Steuerschaltung gegeben.
  • Die Steuerschaltung der vorliegenden Ausführungsform dient dazu, die Amplitude und die Polarität des Steuersignals auf der Grundlage des Ausgangssignals des Temperatursensors 50 abzustimmen. Die Steuerschaltung weist einen Speicher (nicht gezeigt) zur Speicherung der Polarität und der Amplitude des Steuersignals in Übereinstimmung mit der Temperatur und eine ECU (nicht gezeigt) zum Abfragen des Steuersignals entsprechend der vom Temperatursensor 50 erfassten Temperatur des Halbleitersubstrats 10 und zum Ausgeben des abgefragten Steuersignals an den Controller 40 auf.
  • Nachstehend werden die Effekte und Funktionen der Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wenn das Halbleitersubstrat 10 (d. h. die Diode 30) einen Zustand niedriger Temperatur aufweist, nimmt die Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger, die in die erste Halbleiterschicht 11 wandern, welche die Diode 30 bildet, zu. Folglich nehmen der Rückstrom und der Schaltverlust zu. Demgegenüber nimmt dann, wenn die Diode 30 einen Zustand hoher Temperatur aufweist, der Widerstand des Halbleitersubstrats zu. Da die Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger, die in die zweite Halbleiterschicht 12 strömen, abnimmt, nehmen ferner der Durchlassstrom ab und der stationäre Verlust zu. Die Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform weist jedoch den Temperatursensor 50 zur Erfassung der Temperatur der Diode 30 auf. Die Polarität und die Amplitude des Steuersignals, das an die Steuerelektrode 41 zu geben ist, wird in Übereinstimmung mit der vom Temperatursensor 50 erfassten Temperatur des Halbleitersubstrats 10 erfasst. Folglich wird dann, wenn die Diode 30 einen Zustand niedriger Temperatur aufweist, das positive Steuersignal derart an die Steuerelektrode 41 gegeben, dass die Zunahme des Schaltverlusts beschränkt wird. Demgegenüberwird dann, wenn die Diode 30 einen Zustand hoher Temperatur aufweist, das negative Steuersignal derart an die Steuerelektrode 41 gegeben, dass die Zunahme des stationären Verlusts beschränkt wird. Die Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger in die zweite Halbleiterschicht 12 kann selbstverständlich gesteuert werden, indem eine Amplitude des Steuersignals anstelle der Polarität des Steuersignals geändert wird.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Nachstehend wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben. 8 zeigt eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform. 9 zeigt ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Ein-Zustands und eines Aus-Zustands eines IGBT.
  • Die Halbleitervorrichtung der dritten Ausführungsform weist viele Teile gleich denjenigen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auf. Folglich werden die gemeinsamen Teile nachstehend nicht wiederholt näher beschrieben. Im Wesentlichen wird auf die Unterschiede eingegangen. Elemente gleich denjenigen in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In der ersten Ausführungsform ist die Diode 30 in dem Halbleitersubstrat 10 gebildet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind demgegenüber, wie in 8 gezeigt, die Diode 30 und ein IGBT 70 in dem Halbleitersubstrat 10 gebildet.
  • Das Halbleitersubstrat 10 der vorliegenden Ausführungsform ist, wie durch die Strichzweipunktlinie in der 8 gezeigt, in einen ersten Bildungsbereich E, in welchem die Diode 30 gebildet ist, und einen zweiten Bildungsbereich E2, in welchem der IGBT 70 gebildet ist, unterteilt. Der Aufbau des ersten Bildungsbereichs E1 entspricht dem in der ersten Ausführungsform beschriebenen Aufbau. Folglich wird nachstehend der Aufbau des zweiten Bildungsbereichs E2 beschrieben.
  • Das Halbleitersubstrat 10 in dem zweiten Bildungsbereich E2 weist eine n-leitende fünfte Halbleiterschicht 17 und eine p-leitende sechste Halbleiterschicht 18 zusätzlich zu der ersten Halbleiterschicht 11 und der zweiten Halbleiterschicht 12 auf. Die erste Halbleiterschicht 11 in dem zweiten Bildungsbereich E2 weist einzig die Schicht 14 niedriger Konzentration auf, die sich von der ersten Halbleiterschicht 11 in dem ersten Bildungsbereich E1 unterscheidet. Mehrere Teile der fünften Halbleiterschichten 17 sind in einem Oberflächenabschnitt der zweiten Halbleiterschicht 12 gebildet. Die sechste Halbleiterschicht 18 ist auf einer Oberfläche der Schicht 14 niedriger Konzentration gegenüberliegend einer Oberfläche gebildet, auf welcher die zweite Halbleiterschicht 12 gebildet ist. Die fünfte Halbleiterschicht 17 kontaktiert die zweite Elektrode 21. Die sechste Halbleiterschicht 18 kontaktiert die erste Elektrode 20.
  • Der IGBT 70 weist eine Gate-Elektrode 71, eine Emitter-Elektrode 72 und eine Kollektor-Elektrode 73 auf. Die Gate-Elektrode 71 dient dazu, die Polarität der zweiten Halbleiterschicht 12 zu steuern, die in der Dickenrichtung zwischen der fünften Halbleiterschicht 17 und der ersten Halbleiterschicht 11 angeordnet ist. Die Emitter-Elektrode 72 entspricht der zweiten Elektrode 21 und die Kollektor-Elektrode 73 entspricht der ersten Elektrode 20.
  • Die Gate-Elektrode 71 weist eine Graben-Elektrode 74 gleichen Aufbaus der Steuerelektrode 41 der ersten Ausführungsform und eine Ansteuerkontaktstelle 75 gleichen Aufbaus der Steuerkontaktstelle 42 der ersten Ausführungsform auf. Die Graben-Elektrode 74 weist einen Graben 76, einen ersten Isolierfilm 77, ein leitfähiges Element 78 und einen zweiten Isolierfilm 79 auf. Der Graben 76 ist derart auf der zweiten Halbleiterschicht 12 gebildet, dass eine Spitze des Grabens 76 von der Hauptoberfläche 11a zu der Schicht 14 niedriger Konzentration ragt. Der erste Isolierfilm 77 ist auf einer Innenwand des Grabens 76 gebildet. Das leitfähige Element 78 füllt eine Konkavität, die durch den ersten Isolierfilm 77 gebildet wird. Der zweite Isolierfilm 79 versiegelt einen Teil einer Öffnung der Konkavität. Die Gräben 76 sind, wie in 8 gezeigt, derart gebildet, dass sie in der Querrichtung parallel zueinander angeordnet sind. Ferner erstrecken sich die Gräben 76 in der Tiefenrichtung, um ein Streifenmuster bezüglich einer Ebene zu bilden, die durch die Tiefenrichtung und die Querrichtung gebildet wird. Das leitfähige Element 78 wird mit den Isolierfilmen 77, 79 derart bedeckt, dass das Element 78 von der zweiten Elektrode 21 und den Halbleiterschichten 11, 12 isoliert ist. Jedes der leitfähigen Elemente 78 (d. h. die Steuerelektrode 41), die in der Querrichtung parallel zueinander gebildet sind, ist mit den Isolierfilmen 77, 79 bedeckt. Jedes Element 78 ist elektrisch mit der Verbindungselektrode (nicht gezeigt) verbunden, die sich in der Querrichtung erstreckt.
  • Die Ansteuerkontaktstelle 75 weist eine Abfrageelektrode 80, die auf dem Wannen-Bereich 15 auf der Hauptoberfläche 11a der ersten Halbleiterschicht 11 gebildet ist, und eine fünfte Elektrode 81, die elektrisch mit der Abfrageelektrode 80 verbunden ist, auf. Die Abfrageelektrode 80 ist, wie in 1 gezeigt, elektrisch mit dem leitfähigen Element 78 verbunden. Die Abfrageelektrode 80 ist mit den Isolierfilmen 22, 79 bedeckt. Ein Abschnitt der Abfrageelektrode 80, der von den Isolierfilmen 22, 79 freiliegt, ist elektrisch mit der fünften Elektrode 81 verbunden. Die fünfte Elektrode 81 wird durch den Schutzfilm 23 versiegelt und geschützt. Ein Abschnitt der fünften Elektrode 81, der von dem Schutzfilm 23 freiliegt, ist mit einem Anschluss für eine Verbindung mit einer Erzeugungseinheit (nicht gezeigt) verbunden, welche das Ansteuersignal erzeugt. Das Ansteuersignal ist ein Impuls, dessen Spannungspegel in vorbestimmten Intervallen geändert wird. Hierbei entspricht die Erzeugungseinheit einer Ansteuersignalerzeugungseinheit.
  • Nachstehend wird der Ansteuerbetrieb des IGBT 70 unter Bezugnahme auf die 9 beschrieben. Die x-Achse in der 9 beschreit die Zeit und die y-Achse eine beliebige Einheit. Ein Impuls in der 9 beschreibt das Ansteuersignal, Vge eine Gate-Emitter-Spannung, Ic einen Kollektor-Strom und Vc eine Kollektor-Spannung. t1 beschreibt einen Zeitpunkt, an welchem der Spannungspegel des Ansteuersignals von einem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel geschaltet wird. t2 beschreibt einen Zeitpunkt, an dem ein Kanal in dem IGBT 70 gebildet wird. t3 beschreibt einen Zeitpunkt, an welchem der Spannungspegel des Ansteuersignals vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel geschaltet wird. t4 beschreibt einen Zeitpunkt, an welchem der Kanal verschwindet.
  • Nachstehend wird ein Betrieb des IGBT 70 beschrieben, bei dem aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand geschaltet wird. Wenn vorbestimmte Spannungen an die Kollektor-Elektrode 73 (d. h. die erste Elektrode 20) bzw. die Emitter-Elektrode 72 (d. h. die zweite Elektrode 21) gelegt werden und das Ansteuersignal hohen Pegels von der Erzeugungseinheit an die Gate-Elektrode 71 gegeben wird, wird die Polarität der zweiten Halbleiterschicht 12 benachbart zur Gate-Elektrode 71 umgekehrt und der Kanal für eine Verbindung zwischen der fünften Halbleiterschicht 17 und der ersten Halbleiterschicht 11 gebildet. Wenn die Elektronen aus der fünften Halbleiterschicht 17 in die erste Halbleiterschicht 11 (d. h. die Schicht 14 niedriger Konzentration) injiziert werden, wird eine Durchlassspannung an eine Verbindung (d. h. den p-n-Übergang) zwischen der sechsten Halbleiterschicht 18 und der ersten Halbleiterschicht 11 gelegt. Folglich werden die Löcher aus der sechsten Halbleiterschicht 18 in die ersten Halbleiterschicht 11 injiziert. Wenn die Elektronen und Löcher in der ersten Halbleiterschicht 11 gesammelt werden, wird die Leitfähigkeit der ersten Halbleiterschicht 11 geändert. Folglich fließt Strom (d. h. der Kollektor-Strom) zwischen den Elektroden 72, 73.
  • Nachstehend wird ein Betrieb des IGBT 70 beschrieben, bei dem aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand geschaltet wird. Unter der Bedingung, dass der Kollektor-Strom fließt, beginnt dann, wenn das eingegebene Ansteuersignal ausgeschaltet wird und der Kanal in der zweiten Halbleiterschicht 12 verschwindet, die Injektion der Elektronen aus der fünften Halbleiterschicht 17 in die erste Halbleiterschicht 11. Gleichzeitig stoppt die Injektion der Löcher aus der sechsten Halbleiterschicht 18 in die erste Halb-leiterschicht 11. Die Elektronen und Löcher, die in der ersten Halbleiterschicht 11 gesammelt werden, werden neu miteinander kombiniert oder strömen in die Elektronen 72 bzw. 73, so dass die Elektronen und Löcher nach außerhalb entladen werden.
  • Nachstehend werden die Effekte und Funktionen der Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Wenn der IGBT 70 und die Diode 30, wie vorstehend beschrieben, in einem Halbleitersubstrat 10 gebildet werden, können die folgenden Schwierigkeiten auftreten. Wenn der IGBT 70 beispielsweise den Aus-Zustand aufweist und der Rückstrom durch die Diode 30 fließt, kann ein Teil des Rückstroms in den IGBT 70 fließen, so dass der IGBT 70 fehlerhaft arbeitet. Bei der Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch der Controller 40 in dem ersten Bildungsbereich E1 gebildet. Folglich wird dann, wenn der IGBT 70 den Aus-Zustand aufweist und der durch die Diode 30 fließende Strom vom Durchlassstrom zum Rückstrom umgeschaltet wird, das positive Steuersignal an die Steuerelektrode 41 gegeben. Dementsprechend werden die Akkumulationsmenge der in der ersten Halbleiterschicht 11 gesammelten Minoritätsladungsträger und die Rückstrommenge verringert. Folglich wird die in den IGBT 70 fließende Rückstrommenge verringert, so dass die Fehlfunktion des IGBT 70 beschränkt wird.
  • Ferner werden dann, wenn der IGBT 70 und die Diode 30 in demselben Halbleitersubstrat 10 gebildet sind, die Störstellenkonzentrationen der Halbleiterschichten 11, 12 zum Bilden des IGBT 70 und der Diode 30 für gewöhnlich derart bestimmt, dass sie für den IGBT 70 geeignet sind. Folglich kann bei dem Aufbau der vorliegenden Ausführungsform dahingehend ein Problem auftreten, dass die Störstellenkonzentrationen der Halbleiterschichten 11, 12 nicht so bestimmt sind, dass sie für die Diode 30 geeignet sind. Die Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform weist jedoch den Controller 40 auf. Folglich wird das an die Steuerelektrode 41 zu gebende Steuersignal derart gesteuert, dass die Störstellenkonzentration der zweiten Halbleiterschicht 12 offensichtlich abgestimmt wird, um für die Diode 30 geeignet zu sein. Wenn beispielsweise das positive Steuersignal an die Steuerelektrode 41 gelegt wird, wird die Störstellenkonzentration der zweiten Halbleiterschicht 12 offensichtlich verringert. Wenn das negative Steuersignal an die Steuerelektrode 41 gelegt wird, wird die Störstellenkonzentration der zweiten Halbleiterschicht 12 offensichtlich erhöht. Es versteht sich von selbst, dass die Störstellenkonzentration der zweiten Halbleiterschicht 12 offensichtlich und fortlaufend geändert wird, indem die Amplitude des Steuersignals anstelle der Polarität des Steuersignals fortlaufend gesteuert wird.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Graben-Elektrode 74 mit dem gleichen Aufbau wie die Steuerelektrode 41 in dem zweiten Bildungsbereich E2 gebildet. In diesem Fall werden die Steuerelektrode 41 als ein Element des Controllers 40 und die Graben-Elektrode 74 als ein Element des IGBT 70 im gleichen Prozess gebildet. Dementsprechend wird verglichen mit dem Fall, dass die Steuerelektrode 41 einen Aufbau aufweist, der sich von einem Aufbau der Graben-Elektrode 74 unterscheidet, der Fertigungsprozess der Halbleitervorrichtung 100 vereinfacht und werden die Fertigungskosten verringert.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Ansteuerkontaktstelle 75 mit dem gleichen Aufbau wie die Steuerkontaktstelle 42 in dem zweiten Bildungsbereich E2 gebildet. Folglich können die Steuerkontaktstelle 42 als ein Element des Controllers 40 und die Ansteuerkontaktstelle 75 als ein Element des IGBT 70 in demselben Prozess gebildet werden. Dementsprechend wird verglichen mit dem Fall, dass die Steuerkontaktstelle 42 einen Aufbau aufweist, der sich von einem Aufbau der Ansteuerkontaktstelle 75 unterscheidet, der Fertigungsprozess der Halbleitervorrichtung 100 vereinfacht und werden die Fertigungskosten verringert.
  • Bei der in der 8 gezeigten Halbleitervorrichtung 100 ist die Bildungsdichte der Steuerelektrode 41, ähnlich der in den 1 und 4 gezeigten Halbleitervorrichtungen 100, in der Querrichtung homogen. Demgegenüber nimmt bei der in der 10 gezeigten Halbleitervorrichtung 100, ähnlich den in den 2 und 5 gezeigten Halbleitervorrichtungen 100, die Bildungsdichte der Steuerelektrode 41 von der mittleren Position zum Randbereich des Bildungsbereichs 41a gesehen einen hohen Wert an. Ferner nimmt bei der in der 11 gezeigten Halbleitervorrichtung 100, ähnlich den in den 3 und 6 gezeigten Halbleitervorrichtungen 100, die Bildungsdichte der Steuerelektrode 41 von der mittleren Position zum Randbereich des Bildungsbereichs 41a gesehen einen niedrigen Wert an. Folglich wird bei den in den 10 und 11 gezeigten Halbleitervorrichtungen, ähnlich den in den 2 und 3 sowie 5 und 6 gezeigten Modifikationen, die Rückstrommenge verringert und der Durchbruch des Kontaktabschnitts in der Halbleitervorrichtung beschränkt. Die 10 und 11 zeigen Querschnittsansichten zur Veranschaulichung von Modifikationen der Halbleitervorrichtung der dritten Ausführungsform.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • Nachstehend wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 12 bis 16 beschrieben. 12 zeigt einen Schaltplan zur Veranschaulichung einer Halbleitervorrichtung der dritten Ausführungsform. 13 zeigt eine Abbildung zur Veranschaulichung eines Zustands, gemäß dem Strom durch eine induktive Last in der Schaltung der 12 fließt, indem in der induktiven Last gesammelte Energie verwendet wird, wobei der Strom von einer rechten zu einer linken Seite der Figur fließt. 14 zeigt ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Steuersignals, das an eine erste Diode gelegt wird. 15 zeigt eine Abbildung zur Veranschaulichung eines Zustands, gemäß dem Strom durch eine induktive Last in der Schaltung der 12 fließt, indem in der induktiven Last gesammelte Energie verwendet wird, wobei der Strom von einer linken zu einer rechten Seite der Figur fließt. 16 zeigt ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Steuersignals, das an eine zweite Diode gelegt wird.
  • Die Halbleitervorrichtung der vierten Ausführungsform entspricht der Halbleitervorrichtung der dritten Ausführungsform. Die Halbleitervorrichtung wird nachstehend nicht beschrieben. Elemente gleich denjenigen in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform bilden zwei Halbleitervorrichtungen 100a, 100b, die in der dritten Ausführungsform aufgezeigt werden, wie in 12 gezeigt, eine Halbbrückenschaltung als eine von Inverterschaltungen zum Wandeln eines Gleichstromsignals in ein Wechselstromsignal. Die Halbleitervorrichtung 100a weist einen IGBT 70a und eine Diode 30a auf. Die Halbleitervorrichtung 100b weist einen IGBT 70b und eine Diode 30b auf. Zur Unterscheidung jedes Elements wird der IGBT 70a als der erste IGBT 70a, der IGBT 70b als der zweite IGBT 70b, die Diode 30a als die erste Diode 30a und die Diode 30b als die zweite Diode 30b definiert.
  • Bei der in der 12 gezeigten Halbbrückenschaltung ist eine erste Verdrahtung 90 für eine Verbindung zwischen der Energiequelle Vcc und der Masse in Reihe mit den zwei IGBTs 70a, 70b geschaltet. Der erste IGBT 70a und die erste Diode 30a sind in umgekehrter Richtung parallel geschaltet, und der zweite IGBT 70b und die zweite Diode 30b sind in umgekehrter Richtung parallel geschaltet. Die zweite Verdrahtung 91 ist zwischen einen Abschnitt der ersten Verdrahtung 90 für eine Verbindung zwischen der Energiequelle Vcc und dem ersten IGBT 70a und einen Abschnitt (d. h. gemeinsamen Knotenpunkt) der ersten Verdrahtung 91 für eine Verbindung zwischen dem ersten IGBT 70a und dem zweiten IGBT 70b geschaltet. Die induktive Last 92 ist auf der zweiten Verdrahtung 91 gebildet. Eine Verbindung unter den IGBTs 70a, 70b und den Dioden 30a, 30b erfolgt in verschiedener Weise derart, dass der ersten IGBT 70a und die zweite Diode 30b zwischen der Energiequelle Vcc und der Masse in Reihe geschaltet sind und die erste Diode 30a und der zweite IGBT 70b zwischen der Energiequelle Vcc und der Masse in Reihe geschaltet sind.
  • Das Steuersignal, das an jede Diode 30a, 30b zu legen ist, wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 13 bis 16 beschrieben. Hierbei beschreibt die x-Achse in den 14 und 16 die Zeit und die vertikale Achse eine beliebige Einheit. In den 14 und 16 beschreibt der Impuls 1 das Ansteuersignal, das an den ersten IGBT 70a zu geben ist, beschreibt Vge 1 eine Gate-Emitter-Spannung des ersten IGBT 70a, beschreibt der Impuls 2 das Ansteuersignal, das an den zweiten IGBT 70b zu geben ist, beschreibt Vge 2 eine Gate-Emitter-Spannung des zweiten IGBT 70b, beschreibt der Impuls 11 das Ansteuersignal, das an die erste Diode 30a zu geben ist, und beschreibt der Impuls 22 das Ansteuersignal, das an die zweite Diode 30b zu geben ist. In den 14 und 16 beschreibt ein Zeitintervall zwischen null und t1 eine Zeitspanne, in welcher der in den 13 und 15 durch eine gestrichelte Linie gezeigte Strom fließt. Ein Zeitintervall zwischen t1 und t2 beschreibt eine Zeitspanne, in welcher der in den 13 und 15 durch eine Strichpunktlinie gezeigte Strom fließt. Ein Zeitintervall zwischen t2 und t3 beschreibt eine Zeitspanne, in welcher der in den 13 und 15 durch eine Strichzweipunktlinie gezeigte Strom fließt.
  • Zunächst wird das an die erste Diode 30a zu legende Steuersignal unter Bezugnahme auf die 13 und 14 beschrieben. Wenn der erste IGBT 70a einen Aus-Zustand und der zweite IGBT 70b einen Ein-Zustand aufweist, fließt der durch die gestrichelte Linie gezeigte Strom in die induktive Last 92. Insbesondere fließt der Strom von der Energiequelle über die induktive Last 92 und den zweiten IGBT 70b zur Masse. In diesen, Fall fließt der Strom nicht in die erste Diode 30a. Wenn der Strom nicht in die erste Diode 30a fließt, wird in der ersten Diode 30a kein Stromverlust erzeugt. Folglich ist es nicht erforderlich, das Steuersignal an die erste Diode 30a zu geben. In der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch das den niedrigen Pegel aufweisende Steuersignal eingegeben.
  • Unter der Bedingung, dass der durch die gestrichelte Linie gezeigte Strom in die induktive Last 92 fließt, fließt dann, wenn der zweite IGBT 70b aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand schaltet und der erste IGBT 70a aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand schaltet, der durch die Strichpunktlinie gezeigte Strom in die induktive Last 92, indem in der induktiven Last 92 gesammelte Energie verwendet wird. Insbesondere fließt der Strom von der induktiven Last 92 in die erste Diode 30a. In diesem Fall fließt der Durchlassstrom in die erste Diode 30a. Wenn der Durchlassstrom in die erste Diode 30a fließt, wird der stationäre Verlust in der ersten Diode 30a erzeugt. In der vorliegenden Ausführungsform wird, während der durch die Strichpunktlinie gezeigte Strom fließt, das den niedrigen Pegel aufweisende Steuersignal an die Steuerelektrode 41 der ersten Diode 30a gegeben. Folglich wird der stationäre Verlust in der ersten Diode 30a verringert.
  • Unter der Bedingung, dass der durch die Strichpunktlinie gezeigte Strom in die induktive Last 92 fließt, fließt dann, wenn der erste IGBT 70a aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand schaltet und der zweite IGBT 70b aus dem Aus-Zustand in dem Ein-Zustand schaltet, der durch die Strichzweipunktlinie gezeigte Strom in die induktive Last 92, indem in der induktiven Last 92 gesammelte Energie verwendet wird. Insbesondere fließt der Strom von der Energiequelle über die induktive Last 92 und den zweiten IGBT 70b zur Masse und fließt der Strom ferner von der Energiequelle über die erste Diode 30a und den zweiten IGBT 70b zur Masse. In diesem Fall fließt der Rückstrom in die erste Diode 30a und wird ferner zum Zeitpunkt t2 die Stoßspannung angelegt. Wenn der Rückstrom in die erste Diode 30a fließt und ferner die Stoßspannung angelegt wird, wird der Schaltverlust erzeugt. In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 14 gezeigt, das Steuersignal mit dem hohen Pegel an die Steuerelektrode 41 der ersten Diode 30a gegeben, und zwar vor und nach dem Zeitpunkt t2, wenn der Rückstrom in die erste Diode 30a fließt und die Stoßspannung erzeugt wird. Folglich wird der Schaltverlust in der ersten Diode 30a verringert. Der von der Energiequelle über die erste Diode 30a und den zweiten IGBT 70b zur Masse fließende Strom verschwindet nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitspanne. In der vorliegenden Ausführungsform wird das den hohen Pegel aufweisende Steuersignal an die erste Diode 30a gegeben, bis der vorstehend beschriebene Strom verschwindet. Insbesondere wird das den hohen Pegel aufweisende Steuersignal an die erste Diode 30a gegeben, bis der durch die erste Diode 30a fließende Rückstrom und die Stoßspannung verschwinden.
  • Nachstehend wird das an die zweite Diode 30b zu legende Steuersignal unter Bezugnahme auf die 15 und 16 beschrieben. Wenn der erste IGBT 70a einen Ein-Zustand und der zweite IGBT 70b einen Aus-Zustand aufweist, fließt der durch die gestrichelte Linie beschriebene Strom in die induktive Last 92. Insbesondere fließt der Strom von der Energiequelle Vcc über den ersten IGBT 70a in die induktive Last 92. In diesem Fall fließt der Strom nicht in die zweite Diode 30b. Wenn der Strom nicht in die zweite Diode 30b fließt, wird in der zweiten Diode 30b kein Energieverlust erzeugt. Folglich ist es nicht erforderlich, das Steuersignal an die zweite Diode 30b zu geben. In der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch das den niedrigen Pegel aufweisende Steuersignal eingegeben.
  • Unter der Bedingung, dass der durch die gestrichelte Linie gezeigte Strom in die induktive Last 92 fließt, fließt dann, wenn der erste IGBT 70a aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand schaltet und der zweite IGBT 70b aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand schaltet, der durch die Strichpunktlinie gezeigte Strom in die induktive Last 92, indem in der induktiven Last 92 gesammelte Energie verwendet wird. Insbesondere fließt der Strom von der Masse über die zweite Diode 90b zur induktiven Last 92. In diesem Fall fließt der Durchlassstrom in die zweite Diode 30b. Wenn der Durchlassstrom in die zweite Diode 30b fließt, wird der stationäre Verlust in der zweiten Diode 30b erzeugt. In der vorliegenden Ausführungsform wird, während der durch die Strichpunktlinie gezeigte Strom fließt, das den niedrigen Pegel aufweisende Steuersignal an die Steuerelektrode 41 der zweiten Diode 30b gegeben. Folglich wird der stationäre Verlust in der zweiten Diode 30b verringert.
  • Unter der Bedingung, dass der durch die Strichpunktlinie gezeigte Strom in die in duktive Last 92 fließt, fließt dann, wenn der erste IGBT 70a aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand schaltet und der zweite IGBT 70b aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand schaltet, der durch die Strichzweipunktlinie gezeigte Strom in die induktive Last 92, indem in der induktiven Last 92 gesammelte Energie verwendet wird. Insbesondere fließt der Strom von der Energiequelle über den ersten IGBT 70a in die induktive Last 92 und fließt der Strom von der Energiequelle über den ersten IGBT 70a und die zweite Diode 30b zur Masse. In diesem Fall fließt der Rückstrom in die zweite Diode 30b und wird ferner die Stoßspannung proportional zur zeitlichen Änderung des Rückstroms zum Zeitpunkt t2 angelegt. Wenn der Rückstrom in die zweite Diode 30b fließt und ferner die Stoßspannung angelegt wird, wird der Schaltverlust erzeugt. In der vorliegenden Ausführungsform wird, wie in 16 gezeigt, das den hohen Pegel aufweisende Steuersignal an die Steuerelektrode 41 der zweiten Diode 30b gegeben, und zwar vor und nach dem Zeitpunkt t2, wenn der Rückstrom in die zweite Diode 30b fließt und die Stoßspannung erzeugt wird. Folglich wird der Schaltverlust in der zweiten Diode 30b verringert. Der von der Energiequelle über den ersten IGBT 70a und die zweite Diode 30b zur Masse fließende Strom verschwindet nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeitspanne. In der vorliegenden Ausführungsform wird das den hohen Pegel aufweisende Steuersignal an die zweite Diode 30b gegeben, bis der vorstehend beschriebene Strom verschwindet. Insbesondere wird das den hohen Pegelaufweisende Steuersignal an die zweite Diode 30b gegeben, bis der durch die zweite Diode 30b fließende Rückstrom und die Stoßspannung verschwindet.
  • Hierbei wird der Zeitpunkt zum Anlegen des Steuersignals, das einen vorbestimmten Spannungspegel aufweist, der an die Steuerelektrode 41 jeder Diode 30a, 30b abgestimmt ist, in Übereinstimmung mit dem Ansteuersignal bestimmt, das an jeden IGBT 70a, 70b zu geben ist. Der Zeitpunkt, an welchem das den hohen Pegel aufweisende Steuersignal an die Steuerelektrode 41 der ersten Diode 30a gegeben wird, liegt in einer Übergangsperiode, in welcher der erste IGBT 70a aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand wechselt und der zweite IGBT 70b aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand wechselt. Genauer gesagt, der Zeitpunkt erfolgt, nachdem das an den erster IGBT 70a zu gebende Ansteuersignal vom hohen zum niedrigen Pegel gewechselt ist, und bevor das an den zweiten IGBT 70b zu gebende Ansteuersignal vom niedrigen zum hohen Pegel gewechselt ist. Folglich wird das Timing zum Eingeben des den hohen Pegel aufweisenden Steuersignals an die Steuerelektrode 41 der ersten Diode 30a in Übereinstimmung mit dem Timing zum Senken des an den ersten IGBT 70a zu gebenden Ansteuersignals vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel bestimmt. Ferner erfolgt der Zeitpunkt, an welchem das den hohen Pegel aufweisende Steuersignal an die Steuerelektrode 41 der zweiten Diode 30b gegeben wird, wie in 16 gezeigt, nachdem das an den ersten IGBT 70a zu gebende Ansteuersignal vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel gewechselt ist und bevor das an den zweiten IGBT 70b zu gebende Ansteuersignal vom niedrigen Pegel zum hohen Pegel gewechselt ist. Folglich wird das Timing zum Eingeben des den hohen Pegel aufweisenden Steuersignals an die zweite Diode 30b in Übereinstimmung mit dem Timing zum Senken des an den zweiten IGBT 70b zu legenden Ansteuersignals vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel bestimmt.
  • Die Steuerschaltung der vorliegenden Ausführungsform arbeitet, wenn der Spannungspegel des Ansteuersignals vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel geändert wird.
  • Die Schaltung weist eine Umkehrschaltung (nicht gezeigt) zum Umkehren des Spannungspegels des Ansteuersignals von jedem IGBT 70a, 70b, eine Verzögerungseinheit (nicht gezeigt) zur Verzögerung des Ausgangssignals der Umkehreinheit um eine vorbestimmte Zeitspanne und eine Impulsbreitenabstimmeinheit (nicht gezeigt) zum Ausgeben des Ausgangssignals der Verzögerungseinheit während einer vorbestimmten Zeitspanne auf.
  • Nachstehend werden die Effekte und Funktionen der Halbleitervorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Der stationäre Verlust wird erzeugt, wenn der Durchlassstrom in die Diode 30 fließt. Der stationäre Verlust wird verringert, wenn die Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger in die erste Halbleiterschicht 11 einen hohen Wert annimmt. Der Schaltverlust wird erzeugt, wenn der Rückstrom in die Diode 30 fließt. Der Schaltverlust wird verringert, wenn die Injektionsmenge (d. h. die Akkumulationsmenge) der Minoritätsladungsträger in die erste Halbleiterschicht 11 einen niedrigen Wert annimmt. Ferner nimmt die Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger in die erste Halbleiterschicht 11 zu, wenn das negative Steuersignal an die Steuerelektrode 41 gegeben wird. Wenn das positive Steuersignal an die Steuerelektrode 41 gegeben wird, nimmt die Injektionsmenge ab. In der vorliegenden Ausführungsform wird das negative Steuersignal jedoch an die Steuerelektrode 41 gegeben, wenn der Durchlassstrom in die Diode 30a, 30b fließt. Das positive Steuersignal wird an die Steuerelektrode 41 gegeben, kurz bevor der Rückstrom in die Diode 30a, 30b fließt. Folglich nimmt die Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger zu, wenn der Durchlassstrom fließt. Ferner wird die Akkumulationsmenge der Minoritätsladungsträger, die in der ersten Halbleiterschicht 11 gesammelt werden, verringert, kurz bevor der Rückstrom fließt. Folglich wird sowohl der stationäre Verlust als auch der Schaltverlust verringert.
  • Hierbei nimmt beispielsweise dann, wenn die Frequenz des Ansteuersignals über einem vorbestimmten Wert liegt und die Öffnen/Schließen-Frequenz in jedem IGBT 70a, 70b in der Halbbrückenschaltung der 12 hoch ist, die Anzahl von Malen, dass der Rückstrom in jede Diode 30a, 30b fließt, zu. Folglich wird ein Verhältnis des Schaltverlusts zum Energieverlust in der Diode 30a, 30b höher als ein Verhältnis des stationären Verlusts zum Energieverlust. Demgegenüber nimmt dann, wenn die Frequenz des Ansteuersignals unter einem vorbestimmter Wert liegt und die Öffnen/Schließen-Frequenz in jedem IGBT 70a, 70b gering ist, die Anzahl von Malen, dass der Rückstrom in jede Diode 30a, 30b fließt, ab. Folglich wird ein Verhältnis des stationären Verlusts zum Energieverlust in der Diode 30a, 30b höher als ein Verhältnis des Schaltverlusts zum Energieverlust. Dementsprechend wird dann, wenn die Frequenz des Ansteuersignals über dem vorbestimmten Wert liegt, das positive Steuersignal stets an die Steuerelektrode 41 gegeben. Folglich wird die Zunahme des Schaltverlusts, mit einem höheren Verhältnis zum Energieverlust als der stationäre Verlust, beschränkt, so dass die Zunahme des Energieverlusts beschränkt wird. Wenn die Frequenz des Ansteuersignals unter dem vorbestimmten Wert liegt, wird das negative Steuersignal stets an die Steuerelektrode 41 gegeben. Folglich wird die Zunahme des stationären Verlusts, mit einem höheren Verhältnis zum Energieverlust als der Schaltverlust, beschränkt, so dass die Zunahme des Energieverlusts beschränkt wird. Hierbei beschreibt der vorstehend beschriebene vorbestimmte Wert einen Fall, in welchem das Verhältnis des Schaltverlusts zum Energieverlust gleich dem Verhältnis des stationären Verlusts zum Energieverlust ist. In diesem Fall weist die Steuerschaltung eine Bestimmungseinheit auf, zur Bestimmung, ob die Frequenz des Ansteuersignals über oder unter dem vorbestimmten Wert liegt.
  • Vorstehend wurden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es sind verschiedene Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung vorstellbar.
  • In jeder Ausführungsform erstreckt sich der Graben 43 in der Tiefenrichtung, um das Streifenmuster bezüglich der Ebene zu bilden, die durch die Tiefenrichtung und die Querrichtung gebildet wird. Die Form des Grabens 43 bezüglich der Ebene, die durch die Tiefenrichtung und die Querrichtung gebildet wird, ist jedoch nicht auf das obige Beispiel beschränkt. Es können beispielsweise mehrere ringförmige Gräben 43 in einer Maschenform angeordnet sein. Alternativ können mehrere ringförmige Gräben 43 mit einer Mitte um die mittlere Position des Bildungsbereichs 41a der Steuerelektrode 41 herum in einer verschachtelten Struktur angeordnet sein.
  • In jeder Ausführungsform ist die Steuerelektrode 41 von der Bauart mit einem Graben bzw. eine Trench-Steuerelektrode. Die Form der Steuerelektrode 41 ist jedoch nicht auf das obige Beispiel beschränkt. Die Steuerelektrode 41 kann beispielsweise eine planar ausgebildete Steuerelektrode sein.
  • In der zweiten Ausführungsform erfasst der Temperatursensor 50 die Temperatur auf der Grundlage des Temperaturverlaufs der Durchlassrichtungsspannung des p-n-Übergangs. Der Temperatursensor 50 ist jedoch nicht auf das obige Beispiel beschränkt. Der Temperatursensor 50 kann beispielsweise ein Thermistor oder dergleichen sein.
  • In der dritten Ausführungsform ist der IGBT 70 in dem Halbleitersubstrat 10 gebildet. Ein Schaltelement, das durch das Ansteuersignal gesteuert wird, um zu öffnen und zu schließen, ist jedoch nicht auf den IGBT 70 beschränkt. Das Schaltelement kann beispielsweise ein MOSFET sein. In diesem Fall ist die in den 8, 11 und 12 gezeigte Halbleiterschicht 18 n-leitend.
  • In der vierten Ausführungsform ist eine Schaltung zur Steuerung des Betriebs der Halbbrücke, die durch die Halbleitervorrichtungen 100a, 100b bereitgestellt wird, nicht in den Figuren gezeigt. Die Schaltung zur Steuerung des Betriebs der Halbbrückenschaltung gemäß der vierten Ausführungsform kann jedoch beispielsweise eine in der 17 gezeigte Steuerschaltung 60 sein.
  • Nachstehend werden der Aufbau und der Betrieb der Steuerschaltung 60 unter Bezugnahme auf die 17 bis 20 beschrieben. 17 zeigt einen Schaltplan zur Veranschaulichung der Steuerschaltung. 18 zeigt ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Steuersignals, welches die Steuerschaltung durchläuft. 19 zeigt ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Steuersignals, das an die erste Diode gelegt wird. 20 zeigt ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Steuersignals, das an die zweite Diode gelegt wird.
  • In der 17 ist die Steuerkontaktstelle der ersten Diode 30a als horizontaler Balken mit dem Bezugszeichen 42a gezeigt. Die Steuerkontaktstelle der zweiten Diode 30b ist als horizontaler Balken mit dem Bezugszeichen 42b gezeigt. Ferner ist die Erzeugungseinheit zum Geben des Ansteuersignals an den ersten IGBT 70a zur Vereinfachung der Beschreibung in der 17 nicht gezeigt.
  • Die Steuerschaltung 60 weist eine Erzeugungseinheit 61, eine Zeitpunktabstimmungseinheit 62, ein NICHT-Gatter 63 und ein UND-Gatter 64 auf. Die Erzeugungseinheit 61 erzeugt das eine Impulsform aufweisende Ansteuersignal, wobei der Spannungspegel des Ansteuersignals in vorbestimmten Perioden gewechselt wird. Die Zeitpunktabstimmungseinheit 62 verzögert das Ansteuersignal um eine vorbestimmte Zeitspanne oder setzt das Ansteuersignal eine vorbestimmte Zeitspanne vor. Das Nicht-Gatter kehrt die Polarität des Ansteuersignals um, dessen Timing von der Zeitpunktabstimmungseinheit 62 abgestimmt wird. Das Ansteuersignal und das Ausgangssignal des NICHT-Gatters 63 werden an das UND-Gatter 64 gegeben. Das Ausgangssignal des UND-Gatters 64 bildet das Steuersignal, das an die Steuerkontaktstelle 42a, 42b jeder Diode 30a, 30b gegeben wird.
  • Die Zeitpunktabstimmungseinheit 62 weist eine erste Zeitpunktabstimmungseinheit 62a zur Verzögerung des an den zweiten IGBT 70b zu gebenden Ansteuersignals um eine vorbestimmte Zeitspanne und eine zweite Zeitpunktabstimmungseinheit 62b zum Vorsetzen des an den zweiten IGBT 70b zu gebenden Ansteuersignals um eine vorbestimmte Zeitspanne auf. Das NICHT-Gatter 63 weist ein erstes NICHT-Gatter 63a zum Umkehren der Polarität des Ansteuersignals, dessen Timing von der ersten Zeitpunktabstimmungseinheit 62a verzögert wird, und ein zweiten NICHT-Gatter 63b zum Umkehren der Polarität des Ansteuersignals, dessen Timing durch die zweite Zeitpunktabstimmungseinheit 62b vorgesetzt wird, auf. Das UND-Gatter 64 weist ein ersten UND-Gatter 64a und ein zweites UND-Gatter 64b auf. Das Ansteuersignal und das Ausgangssignal des ersten NICHT-Gatters 63a werden an das erste UND-Gatter 64a gegeben. Das Ansteuersignal und das Ausgangssignal des zweiten NICHT-Gatters 63b werden an das zweite UND-Gatter 64b gegeben. Das Ausgangssignal des ersten UND-Gatters 64a wird als das Steuersignal der ersten Diode 30a an die Steuerkontaktstelle 42a gegeben. Das Ausgangssignal des zweiten UND-Gatters 64b wird als das Steuersignal der zweiten Diode 30b an die Steuerkontaktstelle 42b gegeben.
  • Die Erzeugungseinheit 61 und der zweite IGBT 70b, die Erzeugungseinheit 61 und ein Eingangsanschluss des ersten UND-Gatters 64a sowie die Erzeugungseinheit 61 und ein Eingangsanschluss des zweiten UND-Gatters 64b sind, wie in 17 gezeigt, über die Puffer-Schaltung 65 und den Widerstand 66 jeweils elektrisch miteinander verbunden. Die Erzeugungseinheit 61 und der andere Eingangsanschluss des ersten UND-Gatters 64a sind über die Puffer-Schaltung 65, die erste Zeitpunktabstimmungseinheit 62a und das erste NICHT-Gatter 63a elektrisch miteinander verbunden. Die Erzeugungseinheit 61 und der andere Eingangsanschluss des zweiten UND-Gatters 64b sind über die Puffer-Schaltung 65, die zweite Zeitpunktabstimmungseinheit 62b und das zweite NICHT-Gatter 63b elektrisch miteinander verbunden. Der Ausgangsanschluss des ersten UND-Gatters 64a und die Steuerkontaktstelle 42a der ersten Diode 30a sind elektrisch miteinander verbunden. Der Ausgangsanschluss des zweiten UND-Gatters 64b und die Steuerkontaktstelle 42b der zweiten Diode 30b sind elektrisch miteinander verbunden.
  • Hierbei weist der zweite IGBT 70b eine Gate-Kapazität auf. Der zweite IGBT 70b ist über die Puffer-Schaltung 65 und den Widerstand 66 elektrisch mit der Erzeugungseinheit 61 verbunden. Folglich wird das an den zweiten IGBT 70b zu gebende Ansteuersignal durch eine Zeitkonstante verzögert, die durch die Gate-Kapazität des zweiten IGBT 70b und den Widerstand 66 bestimmt wird, verglichen mit dem Ansteuersignal kurz nach der Ausgabe von der Erzeugungseinheit 61. Das verzögerte Ansteuersignal wird an den zweiten IGBT 70b, den einen Eingangsanschluss des ersten UND-Gatters 64a und den einen Eingangsanschluss des zweiten UND-Gatters 64b gegeben.
  • Die vorstehend beschriebene erste Zeitpunktabstimmungseinheit 62a weist einen ersten Widerstand 67a, der einen Widerstandwert gleich dem Widerstand 66 aufweist, und einen ersten Kondensator 68a, der eine Kapazität aufweist, die über der Gate-Kapazität des zweiten IGBT 70b liegt, auf. Die zweite Zeitpunktabstimmungseinheit 62b weist einen zweiten Widerstand 67b, der einen Widerstandswert gleich dem Widerstand 66 aufweist, und einen zweiten Kondensator 68b, der eine Kapazität aufweist, die geringer als die Gate-Kapazität des zweiten IGBT 70b ist, auf.
  • Die Erzeugungseinheit 61 und das erste NICHT-Gatter 63a sind, wie in 17 gezeigt, über die Puffer-Schaltung 65 und die erste Zeitpunktabstimmungseinheit 62a elektrisch miteinander verbunden. Das an das erste NICHT-Gatter 63a zu gebende Ansteuersignal wird durch eine Zeitkonstante verzögert, die durch den ersten Kondensator 68a und den ersten Widerstand 67a bestimmt wird, verglichen mit dem Ansteuersignal kurz nach der Ausgabe von der Erzeugungseinheit 61.
  • Ferner sind die Erzeugungseinheit 61 und das zweite NICHT-Gatter 63b, wie in 17 gezeigt, über die Puffer-Schaltung 65 und die zweite Zeitpunktabstimmungseinheit 62b elektrisch miteinander verbunden. Folglich wird das an das zweite NICHT-Gatter 63b zu gebende Ansteuersignal durch eine Zeitkonstante verzögert, die durch den zweiten Kondensator 68b und den zweiten Widerstand 67b bestimmt wird, verglichen mit dem Ansteuersignal kurz nach der Ausgabe von der Erzeugungseinheit 61. Folglich wird die Verzögerung, wie vorstehend beschrieben, durch die Zeitkonstante bestimmt. Dementsprechend kann der Widerstandswert anstelle der Kapazität erhöht werden. In diesem Fall wird der gleiche Effekt erzielt. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Erhöhung der Kapazität beschrieben.
  • Der erste Kondensator 68a weist, wie vorstehend beschrieben, eine Kapazität auf, die höher als die Gate-Kapazität des zweiten IGBT 70b ist. Der zweite Kondensator 68b weist eine Kapazität auf, die geringer als die Gate-Kapazität des zweiten IGBT 70b ist. Folglich wird das an das erste NICHT-Gatter 63a zu gebende Ansteuersignal durch eine Differenz zwischen der Gate-Kapazität und der Kapazität des ersten Kondensators 68a verzögert, verglichen mit dem an den zweiten IGBT 70b zu gebenden Ansteuersignal. Ferner wird das an das zweite NICHT-Gatter 63b zu gebende Ansteuersignal durch eine Differenz zwischen der Gate-Kapazität und der Kapazität des zweiten Kondensators 68b vorgesetzt.
  • Dies führt dazu, dass das Ansteuersignal an den anderen Eingangsanschluss des ersten UND-Gatters 64a gegeben wird, das Ansteuersignal durch die Kapazitätsdifferenz verzögert wird, verglichen mit dem an den zweiten IGBT 70b zu gebenden Ansteuersignal (d. h. dem an den einen Eingangsanschluss des ersten UND-Gatters 64a zu gebende des ersten Kondensator), und die Polarität des Ansteuersignals durch das erste NICHT-Gatter 63a umgekehrt wird. Das Ansteuersignal wird an den anderen Eingangsanschluss des zweiten UND-Gatters 64b gegeben, das Ansteuersignal wird durch die Kapazitätsdifferenz vorgesetzt, verglichen mit dem an den zweiten IGBT 70b zu gebenden Ansteuersignal (d. h. dem an den einen Eingangsanschluss des zweiten UND-Gatters 64b zu gebenden Ansteuersignal), und die Polarität des Ansteuersignals wird durch das zweite NICHT-Gatter 63b umgekehrt.
  • Die 18 bis 20 zeigen die vorstehend beschriebenen Ansteuersignale und Ausgangssignale (die an die Dioden 30a, 30b zu gebenden Steuersignale) von den UND-Gattern 64a, 64b. Die x-Achse in den 18 bis 20 beschreibt die Zeit und die y-Achse eine beliebige Einheit. Der Impuls 1 beschreibt das Ansteuersignal, das an den ersten IGBT 70a zu geben ist, und der Impuls 2 beschreibt das Ansteuersignal, das an den zweiten IGBT 70b, den einen Eingangsanschluss des ersten UND-Gatters 64a und den einen Eingangsanschluss des zweiten UND-Gatters 64b zu geben ist. Der Impuls 3 beschreibt das Ansteuersignal, das an den anderen Eingangsanschluss des ersten UND-Gatters 64a zu geben ist, und der Impuls 4 beschreibt das Ansteuersignal, das an den anderen Eingangsanschluss des zweiten UND-Gatters 64b zu geben wird. Der Impuls 23 beschreibt ein Signal, das von dem ersten UND-Gatter 64a ausgegeben wird, d. h. das Steuersignal, das an die Steuerkontaktstelle 42a der ersten Diode 30a zu geben ist. Der Impuls 24 beschreibt ein Signal, das von dem zweiten UND-Gatter 64b ausgegeben wird, d. h. das Steuersignal, das an die Steuerkontaktstelle 42b der zweiten Diode 30b zu geben ist. Hierbei entspricht der Impuls 23 dem in der 14 gezeigten Impuls 11 und entspricht der Impuls 24 dem in der 16 gezeigten Impuls 22.
  • Die in den 18 und 19 gezeigte Zeitspanne t4 beschreibt eine Verzögerungszeit des Impulses 3, der durch die Kapazitätsdifferenz zwischen der Gate-Kapazität und dem ersten Kondensator 68a von dem Impuls 2 verzögert wird. Die in den 18 und 20 gezeigte Zeitspanne t5 beschreibt eine Vorsetzzeit des Impulses 4, der durch eine Kapazitätsdifferenz zwischen der Gate-Kapazität und dem zweiten Kondensator 68b von dem Impuls 2 vorgesetzt wird. Die Zeitspannen t4, t5 können gesteuert werden, indem die Kapazitäten der Kondensatoren 68a bzw. 68b abgestimmt werden. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Zeitspanne t4 gleich der Zeitspanne t5. Während der Zeitspanne t4 wird, wie in 19 gezeigt, der Kanal in dem zweiten IGBT 70b gebildet und beginnt der Kollektorstrom zu fließen.
  • Einzig dann, wenn beide der Spannungspegel des Impulses 2 und des Impulses 3 den hohen Pegel aufweisen, nimmt der Spannungspegel des Impulses 23, wie in den 18 und 19 gezeigt, den hohen Pegel an. Ferner nimmt einzig dann, wenn beide der Spannungspegel des Impulses 2 und des Impulses 4 den hohen Pegel aufweist, der Spannungspegel des Impulses 24, wie in den 18 und 20 gezeigt, den hohen Pegel an.
  • Wenn der Spannungspegel des Impulses 2 vom niedrigen zum hohen Pegel ansteigt, nimmt der Spannungspegel des Impulses 23 den hohen Pegel an. Wenn der erste IGBT 70a den Aus-Zustand aufweist und die Übergangsperiode, in welcher der zweite IGBT 70b aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand wechselt, beginnt, wird das den hohen Pegel aufweisende Steuersignal ausgegeben. Unter der Bedingung, dass das die induktive Last 92 Energie speichert und der durch die Strichpunktlinie in der 13 gezeigte Strom fließt, fließt, wie bei der vierten Ausführungsform aufgezeigt, dann, wenn der zweite IGBT 70b aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand schaltet, der durch die Strichzweipunktlinie in der 13 gezeigte Strom und fließt der Rückstrom in die erste Diode 30a. Demgegenüber wird bei der vorliegenden Modifikation, wenn die Übergangsperiode, in welcher der zweite IGBT 70b aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand schaltet, beginnt, das den hohen Pegel aufweisende Steuersignal an die erste Diode 30a gegeben. Folglich wird, bevor, der Rückstrom in die erste Diode 30a fließt und während der Rückstrom in die erste Diode 30a fließt, das den hohen Pegel aufweisende Steuersignal an die erste Diode 30a gegeben. Dementsprechend wird der Schaltverlust in der ersten Diode 30a verringert.
  • Hierbei weist der Spannungspegel des Impulses 23 in einer Zeitspanne, die sich von der Übergangsperiode unterscheidet, in welcher der zweite IGBT 70b aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand schaltet, wie in 19 gezeigt, den niedrigen Pegel auf. Die obige Periode umfasst eine Periode, in welcher der Durchlassstrom in die erste Diode 30a fließt. Wenn der Durchlassstrom in die erste Diode 30a fließt, wird das den niedrigen Pegel aufweisende Steuersignal an die Steuerkontaktstelle 42a der ersten Diode 30a gegeben. Folglich nimmt die Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger in die erste Halbleiterschicht 11 der ersten Diode 30a zu, so dass der stationäre Verlust in der ersten Diode 30a verringert wird.
  • Der Spannungspegel des Impulses 24 nimmt in der vorbestimmten Zeitspanne t5, bevor der Spannungspegel des Impulses 2 vom hohen Pegel zum niedrigen Pegel abfällt, den hohen Pegel an. Das den hohen Pegel aufweisende Steuersignal wird ausgegeben, wenn der zweite IGBT 70b den Ein-Zustand aufweist und bevor die Übergangsperiode erfolgt, in welcher der erste IGBT 70a aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand schaltet. Unter der Bedingung, dass die induktive Last 92 Energie speichert und der durch die Strichpunktlinie in der 15 gezeigte Strom fließt, fließt, wie in der vierten Ausführungsform aufgezeigt, dann, wenn der erste IGBT 70a aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand schaltet, der durch die Strichzweipunktlinie der 15 gezeigte Strom und fließt der Rückstrom in die zweite Diode 30b. Demgegenüber wird bei der vorliegenden Modifikation das den hohen Pegel aufweisende Steuersignal vor der Übergangsperiode, in welcher der erste Impuls 30a aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand wechselt, an die zweite Diode 30b gegeben. Folglich wird das den hohen Pegel aufweisende Steuersignal an die zweite Diode 30b gegeben, bevor der Rückstrom in die zweite Diode 30b fließt. Dementsprechend wird der Schaltverlust in der zweiten Diode 30b verringert.
  • Hierbei weist der Spannungspegel des Impulses 24 in einer Zeitspanne, die sich von der Übergangsperiode unterscheidet, in welcher der erste IGBT 70a aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand schaltet, wie in 20 gezeigt, den niedrigen Pegel auf. Die obige Zeitspanne umfasst eine Zeitspanne, in welcher der Durchlassstrom in die zweite Diode 30b fließt. Wenn der Durchlassstrom in die zweite Diode 30b fließt, wird das den niedrigen Pegel aufweisende Steuersignal an die Steuerkontaktstelle 42b der zweiten Diode 30b gegeben. Folglich nimmt die Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger in die erste Halbleiterschicht 11 der zweiten Diode 30b zu, so dass der stationäre Verlust in der zweiten Diode 30b verringert wird.
  • Bei der obigen Modifikation erzeugt die Steuerschaltung 60 das Steuersignal auf der Grundlage des Ansteuersignals der Erzeugungseinheit 61 zum Geben des Ansteuersignals an den zweiten IGBT 70b. Die Steuerschaltung 60 kann das Steuersignal jedoch beispielsweise, wie in 21 gezeigt, auf der Grundlage des Ansteuersignals der Erzeugungseinheit 69 zum Geben des Ansteuersignals an den ersten IGBT 70a erzeugen. Alternativ kann die Steuerschaltung 60 das Steuersignal, wie in 22 gezeigt, auf der Grundlage des Ansteuersignals der Erzeugungseinheit 69 zum Geben des Ansteuersignals an den ersten IGBT 70a und des Ansteuersignals der Erzeugungseinheit 61 zum Geben bzw. Eingeben des Ansteuersignals an bzw. in den zweiten IGBT 70b erzeugen. Die 21 und 22 zeigen Schaltpläne zur Veranschaulichung von Modifikationen der Steuerschaltung. In der 21 ist die Erzeugungseinheit 61 nicht gezeigt, um die Beschreibung zu vereinfachen.
  • Bei der in der 22 gezeigten Modifikation ist die Kapazität jedes Kondensators 68a, 68b größer als die Gate-Kapazität jedes IGBT 70a, 70b oder kleiner als die Gate-Kapazität jedes IGBT 70a, 70b. Wenn die Kapazität jedes Kondensator 68a, 68b größer als die Gate-Kapazität jedes IGBT 70a, 70b ist, wird das den hohen Pegel aufweisende Steuersignal an die erste Diode 30a gegeben, wenn die Übergangsperiode, in welcher der zweite IGBT 70b aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand schaltet, beginnt. Das den hohen Pegel aufweisende Steuersignal wird an die zweite Diode 30b gegeben, wenn die Übergangsperiode, in welcher der erste IGBT 70a aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand wechselt, beginnt. Ferner wird dann, wenn die Kapazität jedes Kondensators 68a, 68b kleiner als die Gate-Kapazität jedes IGBT 70a, 70b ist, das den hohen Pegel aufweisende Steuersignal an die erste Diode 30a gegeben, bevor die Übergangsperiode erfolgt, in welcher der zweite IGBT 70b aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand wechselt. Das den hohen Pegel aufweisende Steuersignal wird vor der Übergangsperiode, in welcher der erste IGBT 70a aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand wechselt, an die zweite Diode 30b gegeben.
  • (Fünfte Ausführungsform)
  • 23 zeigt eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer Halbleitervorrichtung mit einem IGBT der vorliegenden Ausführungsform. Die Halbleitervorrichtung mit dem IGBT der vorliegenden Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
  • Ein Zellbereich, welcher den IGBT aufweist, und ein Außenumfangsbereich, der einen Außenumfang des Zellbereichs umgibt, sind, wie in 23 gezeigt, in der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform gebildet. Eine FS-Schicht (d. h. Feldstoppschicht) 202a aus einer n-leitenden Störstellenschicht mit einer hohen Starstellenkonzentration ist auf der Oberfläche einer p+-leitenden Kollektor-Schicht 201 gebildet. Ferner ist eine n–-leitende Driftschicht 202 mit einer geringeren Störstellenkonzentration als die p+-leitende Kollektor-Schicht 201 und die FS-Schicht 202a ist, auf der FS-Schicht 202a gebildet. Es ist nicht erforderlich, die FS-Schicht 202a vorzusehen. Die Vorrichtung weist jedoch die FS-Schicht 202a auf, um die Leistung der Durchlassspannung und den stationären Verlust zu verbessern und ferner die Injektionsmenge der von der Rückseite des Substrats zu injizierenden Löcher zu steuern, indem die Ausdehnung einer Sperrschicht beschränkt wird.
  • Eine Struktur, bei welcher die p+-leitende Kollektor-Schicht 201, die FS-Schicht 202a und die n–-leitende Driftschicht 202 in dieser Reihenfolge angeordnet sind, wird derart vorbereitet, dass beispielsweise eine nachstehend beschriebene Elementestruktur in einem Oberflächenabschnitt eines n-leitenden FZ-Substrats gebildet wird, um die n–-leitende Driftschicht 202 zu bilden, und anschließend n-leitende Störstellen und p-leitende Störstellen implantiert und thermisch diffundiert werden, nachdem die Rückseite derart poliert wurde, dass die p+-leitende Kollektor-Schicht 201 und die FS-Schicht 202a gebildet werden. Alternativ können die FS-Schicht 202a und die n–-leitende Driftschicht 202 durch epitaxiales Wachstum auf dem p-leitenden Halbleitersubstrat gebildet werden, um die p+-leitende Kollektor-Schicht 201 zu bilden.
  • Ein p-leitender Basisbereich 203 mit einer vorbestimmten Dicke ist in einem Oberflächenabschnitt der n–-leitenden Driftschicht 202 gebildet. Ferner sind mehrere Gräben 204 gebildet, um den p-leitenden Basisbereich 203 zu durchdringen und die n–-leitende Driftschicht 202 zu erreichen. Der p-leitende Basisbereich 203 wird durch die Gräben 204 in mehrere Abschnitte unterteilt. Insbesondere sind die Gräben 204 in vorbestimmten Abständen (vorbestimmten intervallen) angeordnet. Die Gräben 204 weisen ein derartiges Streifenmuster auf, dass sich die Gräben 204 in der Tiefenrichtung (d. h. in einer Richtung senkrecht zu einem Blatt der Zeichnung) in der 23 parallel zueinander erstrecken, oder eine derartige ringförmige Struktur auf, dass sich die Gräben 204 parallel zueinander erstrecken und eine Spitze jedes Grabens 204 gebogen ist. Wenn die Gräben 204 die ringförmige Struktur aufweisen, bildet jeder Graben 204 einen Ring und bilden mehrere Ringe derart einen Satz, dass mehrere Ringstrukturen gebildet werden. Folglich verlaufen die Längsrichtungen von mehreren benachbarten Ringstrukturen parallel zueinander.
  • Der p-leitende Basisbereich 203 wird durch benachbarte Gräben 204 in mehrere Abschnitte unterteilt. Ein Teil der Abschnitte des Basisbereichs 203 bildet eine p-leitende Kanalschicht 203a zum Bilden eines Kanalbereichs. Ein n+-leitender Emitter-Bereich 205 ist in einem Oberflächenabschnitt der p-leitenden Kanalschicht 203a gebildet.
  • Der n+-leitende Emitter-Bereich 205 weist eine höhere Störstellenkonzentration als die n–-leitende Driftschicht 202 auf. Der Emitter-Bereich 205 ist in dem p-leitenden Basisbereich 203 abgeschlossen. Ferner ist der Emitter-Bereich 205 angeordnet, um die Seitenwand des Grabens 204 zu kontaktieren. Insbesondere erstreckt sich der Emitter-Bereich 205 in einer Längsrichtung des Grabens 204, um eine Balkenform aufzuweisen. Der Emitter-Bereich 205 ist auf einer flacheren Seite von einem Boden des Grabens 204 abgeschlossen.
  • Ein Gate-Isolierfilm 206 ist gebildet, um die Innenwand jedes Grabens 204 zu bedecken. Eine Gate-Elektrode 207 aus dotiertem polykristallinem Silizium oder dergleichen ist in der Oberfläche des Gate-Isolierfilms 206 gebildet. Der Gate-Isolierfilm 206 und die Gate-Elektrode 207 füllen jeden Graben 204.
  • Ferner ist ein Isolierfilm 208 auf einer Oberfläche des Substrats gebildet. Eine Emitter-Elektrode 209 ist auf dem Isolierfilm 208 gebildet. Die Emitter-Elektrode 209 ist über ein in dem Isolierfilm 208 gebildetes Kontaktloch 208a elektrisch mit dem n+-leitenden Emitter-Bereich 205 und der p-leitenden Kanalschicht 203a verbunden. Ferner ist eine Kollektor-Elektrode 210 auf der Rückseite des p+-leitenden Substrats 201 gebildet, um elektrisch mit dem p+-leitenden Substrats 201 verbunden zu werden. Auf diese Weise wird der IGBT grundlegend gebildet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind mehrere Gräben 211 auf dem p+-leitenden Substrats 201 in dem Zellbereich gebildet, in welchem der vorstehend beschriebene IGBT angeordnet ist. Jeder Graben 211 ist gebildet, um das p+-leitende Substrats 201 und die FS-Schicht 202a zu durchdringen und die n–-leitende Driftschicht 202 zu erreichen. Die Gräben 211 sind angeordnet, um ein derartiges Streifenmuster aufzuweisen, dass die Gräben 211 einen vorbestimmten Abstand (wie beispielsweise zu regelmäßigen Intervallen) voneinander getrennt angeordnet sind. Ein Gate-Isolierfilm 212, der gebildet ist, um die Innenwand jedes Grabens 211 zu bedecken, und eine Steuer-Gate-Elektrode 213, die aus polykristallinem Silizium oder dergleichen aufgebaut ist und auf der Oberfläche des Gate-Isolierfilms 212 gebildet ist, sind in dem Graben 211 eingebettet. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Steuer-Gate-Elektroden 213 an einem Ort elektrisch miteinander verbunden, der durch eine andere Querschnittsansicht bereitgestellt wird, und derart mit einem externen Element verbunden, dass das Potential der Steuer-Gate-Elektrode 213 gesteuert werden kann.
  • Nachstehend wird die Funktion der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
  • Zunächst wird dann, wenn die Vorrichtung einen Aus-Zustand aufweist, die Gate-Spannung nicht an die Gate-Elektrode 7 gelegt. Folglich wird eine umgekehrte Schicht zur p-leitenden Kanalschicht 203a nicht gebildet. Dementsprechend fließt kein Strom zwischen dem Kollektor und dem Emitter. Anschließend wird dann, wenn die Gate-Spannung an die Gate-Elektrode 7 gelegt wird, die umgekehrte Schicht zur p-leitenden Kanalschicht 203a gebildet und fließt der Strom zwischen dem Kollektor und dem Emitter derart, dass die Vorrichtung eingeschaltet wird.
  • Bei dem obigen Betrieb beeinflusst dann, wenn die positive Spannung (wie beispielsweise die Spannung V > 0) bezüglich der Kollektor-Spannung an die Steuer-Gate-Elektrode 213 gelegt wird, die Spannung das p+-leitende Substrats 201 zum Bilden des Kollektor-Bereichs und der FS-Schicht 202a über den Gate-Isolierfilm 212. Folglich verändert sich die Situation dahingehend, dass die Löcher in dem p+-leitenden Substrats 201 verringert und die Elektronen in der FS-Schicht 202a gesammelt werden. Dementsprechend wird dann, wenn die Vorrichtung den Ein-Zustand aufweist, die Injektionsmenge der aus dem p+-leitenden Substrats 201 in den n+-leitenden Emitter-Bereich 205 zu injizierenden Löcher verringert. Insbesondere wird, was die Vorrichtungseigenschaften betrifft, der Schaltverlust verringert, obgleich der stationäre Verlust zunimmt.
  • Demgegenüber beeinflusst dann, wenn die negative Spannung (wie beispielsweise die Spannung V < 0) bezüglich der Kollektor-Spannung an die Steuer-Gate-Elektrode 213 gelegt wird, die Spannung das p+-leitende Substrats 201 zum Bilden des Kollektor-Bereichs und der FS-Schicht 202a über den Gate-Isolierfilm 212. Folglich verändert sich die Situation dahingehend, dass die Löcher in dem p+-leitenden Substrats 201 gesammelt und die Elektronen in der FS-Schicht 202a verringert werden. Dementsprechend nimmt dann, wenn die Vorrichtung den Ein-Zustand aufweist, die Injektionsmenge der aus dem p+-leitenden Substrats 201 in den n+-leitenden Emitter-Bereich 5 zu injizierenden Löcher zu. Insbesondere wird, was die Vorrichtungseigenschaften betrifft, der stationäre Verlust verringert, obgleich der Schaltverlust zunimmt.
  • Die Halbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform weist, wie vorstehend beschrieben, die Steuer-Gate-Elektrode 213 in dem Zellbereich auf, in welchem der IGBT angeordnet ist, um die Löchermenge in dem p+-leitenden Substrats 201 zum Bilden des Kollektor-Bereichs und die Elektronenmenge in der FS-Schicht 202a abzustimmen.
  • Folglich kann die Halbleitervorrichtung auf den Fertigungsprozess der Vorrichtung folgend den stationären Verlust und den Schaltverlust abstimmen und optimieren. Ferner kann ein Entwickler einer Anwendung (d. h. ein Benutzer der Vorrichtung) einen optimalen Verlust in Übereinstimmung mit Einsatzbedingungen, wie beispielsweise einer Ansteuerfrequenz, bestimmen, indem er eine an die Steuer-Gate-Elektrode 213 zu legende Spannung steuert. Ferner ist es nicht erforderlich, eine Entwicklung eines Fertigungsprozesses für eine Kundenvorrichtung voranzutreiben, was für gewöhnlich erheblich Zeit in Anspruch nimmt. Die Entwicklung erfolgt derart, dass die Vorrichtungsfertigungsbedingungen bestimmt werden und eine Evaluation einer Anwendung durch Ausprobieren wiederholt wird.
  • Wenn die Ansteuerfrequenz und die Temperatur während des Betriebs der Vorrichtung über die Zeit geändert werden, wird die an die Steuer-Gate-Elektrode 213 zu legende Spannung derart abgestimmt, dass die Vorrichtungsleistung (wie beispielsweise das Verlustverhalten und das Überspannungsverhalten), die bezüglich der Frequenz und der Temperatur optimiert sind, erhalten werden können.
  • Ferner wird die optimale Steuerung hinsichtlich des Schaltverlusts und der Überspannung zusätzlich zur Optimierung des stationären Verlusts und des Schaltverlusts durch eine Abstimmung der an die Steuer-Gate-Elektrode 213 zu legenden Spannung ausgeführt. Die optimale Steuerung wird nachstehend beschrieben.
  • Was den Schaltbetrieb des IGBT betrifft, so ist der Schaltverlust dann, wenn die Injektionsmenge der Löcher aus dem p+-leitenden Substrat zum Bilden des Kollektor-Bereichs gering ist, gering, da die Löcher im Falle eines Ausschaltens schnell entfernt werden. Der Spannungsstoß ist jedoch groß, da das Potential schnell geändert wird.
  • Demgegenüber ist dann, wenn die Injektionsmenge der Löcher aus dem p+-leitenden Substrat zum Bilden des Kollektor-Bereichs groß ist, der Schaltverlust groß, da es sehr viel Zeit erfordert, die Löcher im Falle eines Ausschaltens zu entfernen. Der Spannungsstoß ist jedoch gering, da das Potential moderat geändert wird.
  • Die Temperatureigenschaften des Spannungsstoßes und der Verlust im Falle eines Schaltvorgangs sehen derart aus, dass: (1) der Schaltverlust zunimmt, wenn die Temperatur steigt, obgleich der Spannungsstoß, der durch den Schaltvorgang verursacht wird, verringert wird, wenn die Temperatur steigt; und (2) der Schaltverlust abnimmt, wenn die Temperatur abnimmt, obgleich der Spannungsstoß, der durch den Schaltvorgang verursacht wird, zunimmt, wenn die Temperatur abnimmt.
  • Folglich wird dann, wenn es nicht erforderlich ist, den Fokus auf den Spannungsstoß zu legen, da die Temperatur hoch ist, die positive Spannung bezüglich der Kollektor-Spannung derart an die Steuer-Gate-Elektrode 213 gelegt, dass der Verlust effektiv beschränkt wird. Wenn es nicht erforderlich ist, den Fokus auf den Verlust zu legen, da die Temperatur niedrig ist, wird die negative Spannung bezüglich der Kollektor-Spannung derart an die Steuer-Gate-Elektrode 213 gelegt, dass der Spannungsstoß effektiv beschränkt wird. Folglich wird die optimale Leistung in Übereinstimmung mit der Umgebungstemperatur erhalten.
  • (Sechste Ausführungsform)
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist der Aufbau der Steuer-Gate-Elektrode 213 in der Halbleitervorrichtung der fünften Ausführungsform geändert. Andere Merkmale gleichen der ersten Ausführungsform. Folglich wird nachstehend einzig auf die von der ersten Ausführungsform verschiedenen Merkmale eingegangen.
  • 24 zeigt eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung mit dem IGBT der vorliegenden Ausführungsform. Die Tiefe des Grabens 211, in welchem die Steuer-Gate-Elektrode 213 angeordnet ist, ist, wie in der Figur gezeigt, flacher bzw. geringer als diejenige in der ersten Ausführungsform. Insbesondere dringt der Graben 211 einzig durch das p+-leitende Substrats 201 und nicht durch die FS-Schicht 202a. Dieser Aufbau unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform.
  • Bei der obigen Struktur ist es schwierig, auf der Grundlage der an die Steuer-Gate-Elektrode 213 gelegten Spannung zu steuern, um die Elektronen in der FS-Schicht 202a zu verringern und zu sammeln. Die Löchermenge in dem p+-leitenden Substrats 201 kann jedoch, ähnlich der ersten Ausführungsform, gesteuert werden. Ferner kann die FS-Schicht 202a zur Verbesserung der Durchlassspannung eben bzw. flach ausgebildet sein. Auf diese Weise wird die Durchlassspannung der Vorrichtung effektiv verbessert und kann ferner die Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger aus dem p+-leitenden Substrats 201 gesteuert werden.
  • (Siebte Ausführungsform)
  • In der vorliegenden Ausführungsform weist der den Zellbereich umgebende Außenumfangsbereich ebenso die Steuer-Gate-Elektrode 213 in der Halbleitervorrichtung der ersten und der zweiten Ausführungsform auf. Andere Merkmale gleichen der ersten Ausführungsform. Folglich wird nachstehend auf die von der ersten Ausführungsform verschiedenen Merkmale eingegangen.
  • 25 zeigt eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Aufbaus und einer Verdrahtungsstruktur der Halbleitervorrichtung mit dem IGBT der vorliegenden Ausführungsform. Der Zellbereich weist, wie in der Figur gezeigt, den IGBT gleichen Aufbaus wie bei der ersten Ausführungsform auf. Eine p-leitende Diffusionsschicht 220 ist in einem Oberflächenabschnitt der n–-leitenden Driftschicht 202 gebildet. Die Schicht 220 umgibt den Außenumfang des Zellbereichs und ist tiefer als der p-leitende Basisbereich 203 ausgebildet. Ferner ist eine p-leitende Schutzringschicht 221 mit einer Mehrfachringstruktur in dem Außenumfangsbereich gebildet, um den Außenumfang der p-leitenden Diffusionsschicht 220 zu umgeben. Jede p-leitende Schutzringschicht 221 ist über ein Kontaktloch 208b, das in dem Isolierfilm 208 gebildet ist, mit einer Außenumfangselektrode 222 verbunden. Die Außenumfangselektrode 222 ist angeordnet, um der p-leitenden Schutzringschicht 221 zu entsprechen. Die Außenumfangselektroden 222 sind elektrisch voneinander getrennt. Die Außenumfangselektroden 222 weisen, gleich den p-leitenden Schutzringschichten 221, eine Mehrfachringstruktur auf.
  • Eine n+-leitende Schicht 223 ist in einem Oberflächenabschnitt der n–-leitenden Driftschicht 202 gebildet, um die p-leitende Schutzringschicht 221 zu umgeben. Eine Elektrode 224 ist auf der n+-leitenden Schicht 223 gebildet. Auf diese Weise wird eine Äquipotentialringstruktur (d. h. EQR) gebildet. Der Schutzfilm 225 bedeckt einen Ort des Außenumfangsbereichs, der elektrisch nicht verbunden ist. Auf diese Weise wird der Außenumfangsbereich grundlegend vorbereitet.
  • Hierbei ist eine dotierte polykristalline Siliziumschicht 230 über den Isolierfilm 8 auf der p-leitenden Diffusionsschicht 220 gebildet. Die dotierte polykristalline Siliziumschicht 230 dient dazu, jede Gate-Elektrode 207 elektrisch mit einem externen Element zu verbinden. Insbesondere ist die polykristalline Siliziumschicht 230 elektrisch mit jeder Gate- Elektrode 207 verbunden und ferner über ein, Kontaktloch 208c, das in dem Isolierfilm 208 gebildet ist, elektrisch mit einer Gate-Kontaktstelle 231 verbunden. Ein Bonddraht 232 ist derart an die Gate-Kontaktstelle 231 gebondet, dass die Gate-Elektrode 207 elektrisch mit dem externen Element verbunden ist.
  • Der Graben 211 gleich dem Aufbau des Zellbereichs ist auf der Rückseite der Halbleitervorrichtung in dem Außenumfangsbereich mit dem obigen grundlegenden Aufbau gebildet. Ferner ist der Außenumfangsbereich derart aufgebaut, dass der Gate-Isolierfilm 212 und die Steuer-Gate-Elektrode 213 in dem Graben 211 angeordnet sind. Die Steuer-Gate-Elektrode 213 in dem Außenumfangsbereich ist elektrisch mit der Steuer-Gate-Elektrode 213 in dem Zellbereich verbunden, an einem Ort, der durch einen anderen Querschnitt bereitgestellt wird. Die Spannung an der Steuer-Gate-Elektrode 213 in dem Zellbereich und der Steuer-Gate-Elektrode 213 in dem Außenumfangsbereich wird von dem Außenumfangsbereich angelegt. In dem Zellbereich wird ein Strompfad für einen Stromfluss durch die Kollektor-Elektrode und die Emitter-Elektrode gebildet.
  • Insbesondere ist die Kollektor-Elektrode 210 in dem Zellbereich über das Lötmittel 233 elektrisch mit dem Leiterrahmen 234 verbunden. In dem Außenumfangsbereich ist eine Außenumfangsrückseitenelektrode 237 angeordnet, die durch den Isolierfilm 235 und den Schutzfilm 236 von der Kollektor-Elektrode 210 isoliert und getrennt ist. Jede Steuer-Gate-Elektrode 213, die in dem Zellbereich und in dem Außenumfangsbereich gebildet ist, ist über die dotierte polykristalline Siliziumschicht 238, die in dem Isolierfilm 235 gebildet ist, elektrisch mit der Außenumfangsrückseitenelektrode 237 verbunden. Die Außenumfangsrückseitenelektrode 237 ist über das Lötmittel 239 derart elektrisch mit dem Leiterrahmen 240 verbunden, dass eine Spannung an jede Steuer-Gate-Elektrode 213 gelegt wird, die in dem Zellbereich und in dem Außenumfangsbereich gebildet ist.
  • Hierbei ist die Emitter-Elektrode 209 über das Lötmittel 241 mit dem Leiterrahmen 242 verbunden. Der Strom fließt zwischen dem Kollektor und dem Emitter, und zwar über das Lötmittel 233 und den Leiterrahmen 234, die elektrisch mit der Kollektor-Elektrode 210 verbunden sind, und das Lötmittel 241 und den Leiterrahmen 242, die elektrisch mit der Emitter-Elektrode 209 verbunden sind.
  • Folglich ist die Steuer-Gate-Elektrode 213 ebenso in dem Außenumfangsbereich gebildet. Ferner ist die Vorrichtung derart aufgebaut, dass eine elektrische Verbindung mit jeder Steuer-Gate-Elektrode 213, die in dem Zellbereich und in dem Außenumfangsbereich angeordnet ist, in dem Außenumfangsbereich erfolgt.
  • Hierbei wird in der 25 ein Aufbau aufgezeigt, gemäß dem der Graben 211 mit der darin eingebetteten Steuer-Gate-Elektrode 213, gleich bzw. ähnlich der ersten Ausführungsform, die FS-Schicht 202a durchdringt und die n–-leitende Driftschicht 202 erreicht. Alternativ kann der Aufbau der vorliegenden Ausführungsform derart auf den Aufbau angewandt werden, dass der Graben 211 die FS-Schicht 202a, gleich der zweiten Ausführungsform, nicht durchdringt.
  • (Achte Ausführungsform)
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Steuer-Gate-Elektrode 213, gleich der dritten Ausführungsform, in dem Außenumfangsbereich angeordnet. Eine Verdrahtungsstruktur für eine elektrische Verbindung zwischen der Steuer-Gate-Elektrode 213 und einem externen Element unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform. Andere Merkmale gleichen der dritten Ausführungsform. Folglich wird nachstehend einzig auf die von der dritten Ausführungsform verschiedenen Merkmale eingegangen.
  • 26 zeigt eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Aufbaus und einer Verdrahtungsstruktur der Halbleitervorrichtung mit dem IGBT gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Die Kollektor-Elektrode 210, das Lötmittel 233 und der Leiterrahmen 234 sind, wie in dieser Figur gezeigt, sowohl auf dem gesamten Zellbereich als auch auf dem gesamten Außenumfangsbereich gebildet. Die Verdrahtungsstruktur für eine elektrische Verbindung zwischen der Steuer-Gate-Elektrode 213 und dem externen Element weist ein Durchgangsloch 250, einen Isolierfilm 251, eine Verdrahtungsschicht 252 und eine Kontaktstelle 253 auf. Das Durchgangsloch 250 in dem Außenumfangsbereich dringt derart durch die n–-leitende Driftschicht 202, dass das Loch 250 mit dem Graben 211 verbunden ist. Der Isolierfilm 251 ist gebildet, um die Innenwand des Durchgangslochs 250 zu bedecken. Die Verdrahtungsschicht 252 ist in dem Durchgangsloch 250 eingebettet und aus dotiertem polykristallinen Silizium oder dergleichen gebildet. Die Kontaktstelle 253 ist über ein Kontaktloch 208a, das in dem Isolierfilm 208 gebildet ist, mit der Verdrahtungsschicht 252 verbunden. Ein Bonddraht 254 ist mit der Kontaktstelle 253 verbunden. Das externe Element legt eine vorbestimmte Spannung über die Verdrahtungsschicht 252, die Kontaktstelle 253 und den Bonddraht 254 an die Steuer-Gate-Elektrode 213.
  • Eine Position des Durchgangslochs 250 kann beliebig gewählt werden. Vorzugsweise ist das Durchgangsloch 250 an einer Position gebildet, welche das gleiche Potential wie der Kollektor-Bereich aufweist, um einen Isolierungsdurchbruch zu vermeiden, der durch eine Potentialstörung oder Potentialdifferenz verursacht wird. Im Falle einer diskreten Vorrichtung kann das Durchgangsloch 250 beispielsweise, wie in 26 gezeigt, an einer Position gebildet werden, die auf einer Außenseite des Außenumfangsbereichs liegt, wo eine Außenumfangshaltestruktur gebildet ist. Hierbei kann der Aufbau der vorliegenden Ausführungsform, obgleich die diskrete Vorrichtung als Beispiel aufgezeigt wird, ebenso auf eine Schaltvorrichtung mit einem integrierten IC angewandt werden.
  • Folglich wird die Verdrahtungsschicht 252 über das Durchgangsloch 250 derart zur Oberflächeseite der Halbleitervorrichtung gezogen, dass eine elektrische Verbindung zwischen der Steuer-Gate-Elektrode 213 und dem externen Element auf der Oberflächenseite erfolgen kann.
  • in der 26 wird ein Aufbau aufgezeigt, gemäß dem der Graben 211 mit der darin eingebetteten Steuer-Gate-Elektrode 213 die FS-Schicht 202a durchdringt und die n–-leitende Driftschicht 202 erreicht. Der Aufbau der vorliegenden Ausführungsform kann derart auf den Aufbau angewandt werden, dass der Graben 211 die FS-Schicht 202a, gleich der zweiten Ausführungsform, nicht durchdringt.
  • (Neunte Ausführungsform)
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Steuer-Gate-Elektrode 213, gleich der dritten und der vierten Ausführungsform, in dem Außenumfangsbereich angeordnet. Ein Abstand zwischen den Steuer-Gate-Elektroden 213 im Zellbereich unterscheidet sich von demjenigen im Außenumfangsbereich, was einen Unterschied zur dritten und zur vierten Ausführungsform darstellt. Andere Merkmale gleichen der dritten und der vierten Ausführungsform. Nachstehend wird einzig auf die von der dritten und der vierten Ausführungsform verschiedenen Merkmale eingegangen.
  • 27 zeigt eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Aufbaus und einer Verdrahtungsstruktur der Halbleitervorrichtung mit dem IGBT der vorliegenden Ausführungsform. Der Abstand (Entfernung) zwischen benachbarten Gräben 204 des Zellbereichs, in welchem die Steuer-Gate-Elektrode 213 angeordnet ist, unterscheidet sich von demjenigen des Außenumfangsbereichs, hinsichtlich des Aufbaus der dritten Ausführungsform. Insbesondere ist der Abstand im Außenumfangsbereich geringer als der Abstand im Zellbereich.
  • Der Abstand zwischen benachbarten Gräben 204 im Zellbereich unterscheidet sich von demjenigen im Außenumfangsbereich, so dass sich die Minoritätsladungsträgermenge, die aus dem p+-leitenden Substrats 201 in den Zellbereich zu injizieren ist, von derjenigen im Außenumfangsbereich in demselben Chip unterscheidet.
  • Wenn die Minoritätsladungsträger im Falle eines Ausschaltens entfernt werden, kann sich eine große Menge von Minoritätsladungsträgern aus dem Außenumfangsbereich, welcher den Zellbereich umgibt, derart an einem äußeren Ende des Zellbereichs konzentrieren, dass die Vorrichtung zerstört wird.
  • Bei dem Aufbau der vorliegenden Ausführungsform ist die Anordnungsdichte der Steuer-Gate-Elektrode 213 im Außenumfangsbereich jedoch höher als im Zellbereich. Folglich wird dann, wenn die positive Spannung bezüglich des Kollektor-Bereichs an die Steuer-Gate-Elektrode 213 gelegt wird, die Minoritätsladungsträgermenge, die in den Außenumfangsbereich zu injizieren ist, verglichen mit der Minoritätsladungsträgermenge, die aus dem Zellbereich zu injizieren ist, beschränkt. Dementsprechend wird der Vorrichtungsdurchbruch, der durch die Ladungsträgerkonzentration an dem äußeren Ende des Zellbereichs verursacht wird, beschränkt.
  • Hierbei ist der Abstand zwischen den benachbarten Steuer-Gate-Elektroden 213 von dem Aufbau der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform verschieden. Der Aufbau der vierten Ausführungsform kann den gleichen Aufbau aufweisen.
  • (Zehnte Ausführungsform)
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Steuer-Gate-Elektrode 213, gleich der dritten Ausführungsform, in dem Außenumfangsbereich angeordnet. Ein Potential eines Teils der Steuer-Gate-Elektrode 213, der in dem Zellbereich gebildet ist, und ein Potential des anderen Teils der Steuer-Gate-Elektrode 213, der in dem Außenumfangsbereich gebildet ist, werden unabhängig voneinander gesteuert, was einen Unterschied zur dritten Ausführungsform darstellt. Andere Merkmale gleichen der dritten Ausführungsform. Nachstehend werden einzig die von der dritten Ausführungsform verschiedenen Merkmale beschrieben.
  • 28 zeigt eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Aufbaus und einer Verdrahtungsstruktur der Halbleitervorrichtung mit dem IGBT der vorliegenden Ausführungsform. Ein Teil 213a der Steuer-Gate-Elektrode 213, der in dem Zellbereich angeordnet ist, ist, wie in dieser Figur gezeigt, mit einer Außenumfangsrückseitenelektrode 237a auf der Rückseite des Außenumfangsbereichs verbunden, und der andere Teil 213b der Steuer-Gate-Elektrode 213, der in dem Außenumfangsbereich angeordnet ist, ist mit einer anderen Außenumfangsrückseitenelektrode 237b verbunden. Die Steuer-Gate-Elektrode 213a in dem Zellbereich ist derart nicht mit der Steuer-Gate-Elektrode 213b in dem Außenumfangsbereich verbunden, dass beiden voneinander isoliert und getrennt sind.
  • Insbesondere sind die Außenumfangsrückseitenelektroden 273a, 273b im Außenumfangsbereich durch den Isolierfilm 235 und den Schutzfilm 236 voneinander isoliert und getrennt. Die Außenumfangsruckseitenelektroden 237a, 237b sind über die dotierten polykristallinen Siliziumschichten 238a, 238b, die in dem Isolierfilm 235 gebildet sind, elektrisch mit den Lötmitteln 239a bzw. 239b und den Leiterrahmen 240a bzw. 240b verbunden. Folglich sind die Steuer-Gate-Elektrode 213a, die im Zellbereich angeordnet ist, und die Steuer-Gate-Elektrode 213b, die im Außenumfangsbereich angeordnet ist, elektrisch mit den verschiedenen Leiterrahmen 240a bzw. 240b verbunden.
  • Die verschiedenen Spannungen können an die Steuer-Gate-Elektroden 213a bzw. 213b gelegt werden, die in verschiedenen Bereichen angeordnet sind.
  • In der vorliegenden Ausführungsform können, wie vorstehend beschrieben, verschiedene Spannungen an die Steuer-Gate-Elektrode 213a, 213b gelegt werden, die im Zellbereich bzw. im Außenumfangsbereich angeordnet sind.
  • Bei dem obigen Aufbau wird dann, wenn eine Spannung, die an die Steuer-Gate-Elektrode 213a im Zellbereich gelegt wird, bezüglich der Kollektor-Spannung, die an den Kollektor-Bereich gelegt wird, höher als eine Spannung, die an die Steuer-Gate-Elektrode 213b im Außenumfangsbereich gelegt wird, bezüglich der Kollektor-Spannung, die an den Kollektor-Bereich gelegt wird, ist, die Minoritätsladungsträgermenge, die in den Außenumfangsbereich zu injizieren ist, beschränkt, so dass sie geringer als die Minoritätsladungsträgermenge ist, die aus dem Zellbereich zu injizieren ist. Folglich wird der Vorrichtungsdurchbruch, der durch die Ladungsträgerkonzentration an dem äußeren Ende des Zellbereichs verursacht wird, beschränkt.
  • In der vorliegenden Ausführungsform sind die Steuer-Gate-Elektroden 213a, 213b, die in dem Zellbereich und in dem Außenumfangsbereich angeordnet sind, jeweils elektrisch mit verschiedenen Elektroden verbunden, hinsichtlich des Aufbaus der dritten Ausführungsform. Alternativ kann der Aufbau der vierten Ausführungsform den gleichen Aufbau aufweisen. In diesem Fall können die Verdrahtungen, die elektrisch mit den Steuer-Gate-Elektroden 213a, 213b verbunden sind, auf der Oberflächenseite der Halbleitervorrichtung gezogen werden. Alternativ kann nur eine der Verdrahtungen auf der Oberflächenseite gezogen werden.
  • (Elfte Ausführungsform)
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Vorrichtungsstruktur der Halbleitervorrichtung der ersten bis sechsten Ausführungsform teilweise geändert. Andere Merkmale gleichen der ersten bis sechsten Ausführungsform. Nachstehend werden einzig die von der, ersten bis sechsten Ausführungsform verschiedenen Merkmale beschrieben.
  • 29 zeigt eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer Verdrahtungsstruktur der Halbleitervorrichtung mit dem IGBT der vorliegenden Ausführungsform. Bei der Halbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in dieser Figur gezeigt, eine p-leitende Schicht 260 derart zwischen der FS-Schicht 202a und der n–-leitenden Driftschicht 202 angeordnet, dass ein p-Kanal-MOSFET mit einer Trench-Gate-Struktur auf der Kollektor-Seite gebildet wird.
  • Bei dem obigen Aufbau wird die Injektion der Löcher von der Rückseite gesteuert, gleich den obigen Ausführungsformen. Insbesondere wird dann, wenn die negative Spannung bezüglich der Kollektor-Spannung an die Steuer-Gate-Elektrode 213 gelegt wird, die FS-Schicht 202a derart umgekehrt, dass die Injektion der Minoritätsladungsträger beginnt oder zunimmt. Wenn die positive Spannung an die Steuer-Gate-Elektrode 213 gelegt wird, stoppt oder verringert sich die Injektion der Minoritätsladungsträger.
  • Folglich werden selbst dann, wenn der p-Kanal-MOSFET mit der Trench-Gate-Struktur gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf der Rückseite der Halbleitervorrichtung angeordnet ist, die Effekte gleich denjenigen der obigen Ausführungsformen hervorgebracht.
  • (Weitere Ausführungsformen)
  • In der fünften bis zehnten Ausführungsform weist die Vorrichtung die FS-Schicht 202a auf. Die obigen Ausführungsformen können derart aufgebaut sein, dass die Vorrichtung die FS-Schicht 202a nicht aufweist, d. h. dass die n–-leitende Driftschicht 202 direkt auf der Oberfläche des p+-leitenden Substrats 201 gebildet ist. In diesem Fall kann der Graben 211 das p+-leitende Substrats 201 durchdringen. Alternativ kann die Tiefe des Grabens 211 geringer als die Dicke des p-leitenden Substrats 201 und kann der Boden des Grabens 211 in dem p+-leitenden Substrats 201 angeordnet sein.
  • In der fünften bis zehnten Ausführungsform umfasst eines von elektrischen Verbindungsmerkmalen der Emitter-Elektrode 209, der Kollektor-Elektrode 210, der Gate-Kontaktstelle 231 und der Außenumfangsrückseitenelektrode 237, 237a, 237b mit dem externen Element eine Kombination aus dem Bonddraht, dem Lötmittel und dem Leiterrahmen. Alternativ können die elektrischen Verbindungsmerkmale auf andere Weise bereitgestellt werden, wie beispielsweise ein Verfahren mit einer leitfähigen Paste.
  • Der n-Kanal-IGBT wird derart als Beispiel aufgezeigt, dass der erste Leitfähigkeitstyp der p-Leitfähigkeitstyp und der zweite Leitfähigkeitstyp der n-Leitfähigkeitstyp ist. Die vorliegende Erfindung kann derart auf einen p-Kanal-IGBT angewandt werden, dass der Leitfähigkeitstyp jedes Teils umgekehrt ist.
  • Vorstehend wurden die folgenden Ausgestaltungen offenbart.
  • Gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung wird eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt, mit: einem Halbleitersubstrat mit einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps und wenigstens einer zweiten Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die in einem Oberflächenabschnitt einer ersten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht gebildet ist; einer Diode mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode; einer Steuerkontaktstelle; einer Steuerelektrode, die elektrisch mit der Steuerkontaktstelle verbunden ist; und einem Isolierelement. Die erste Elektrode ist auf einer zweiten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht gebildet. Die zweite Elektrode ist auf der ersten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht gebildet. Strom fließt zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode. Die Steuerkontaktstelle ist auf der ersten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht angeordnet und gibt ein Steuersignal zur Steuerung einer Injektionsmenge von Ladungsträgern, die in die erste Halbleiterschicht zu injizieren ist, ein. Das Isolierelement isoliert zwischen der Steuerelektrode und der zweiten Elektrode und zwischen der Steuerelektrode und dem Halbleitersubstrat.
  • Wenn der erste Leitfähigkeitstyp der n-Leitfähigkeitstyp und der zweite Leitfähigkeitstyp der p-Leitfähigkeitstyp ist, ist die erste Halbleiterschicht die Kathoden-Schicht des n-Leitfähigkeitstyps und die zweite Halbleiterschicht die Anoden-Schicht des p-Leitfähigkeitstyps. Nachstehend werden die Effekte und Funktionen des obigen Falls als Beispiel aufgezeigt. In diesem Fall ist der Minoritätsladungsträger in der ersten Halbleiterschicht das Loch und der Majoritätsladungsträger das Elektron. Der Minoritätsladungsträger in der zweiten Halbleiterschicht ist das Elektron, und der Majoritätsladungsträger in der zweiten Halbleiterschicht ist das Loch.
  • Bei der obigen Vorrichtung ist die Steuerelektrode in einer Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht gebildet. Das Steuersignal zur Steuerung der Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger zum Wandern in die erste Halbleiterschicht wird über die Steuerkontaktstelle an die Steuerelektrode gegeben. Folglich wird dann, wenn das positive oder negative Steuersignal an die Steuerelektrode gegeben wird, die Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger zum Wandern in die erste Halbleiterschicht abgestimmt. Wenn das positive Steuersignal an die Steuerelektrode gegeben wird, werden die Elektronen in einem Bereich der zweiten Halbleiterschicht gesammelt (als gegenüberliegender Bereich definiert), welcher der Steuerelektrode über das Isolierelement gegenüberliegt, so dass die Löcherkonzentration verringert wird. Genauer gesagt, die Störstellenkonzentration des gegenüberliegenden Bereichs nimmt offensichtlich einen niedrigen Wert an. Folglich wird die Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger, die aus dem gegenüberliegenden Bereich (d. h. der zweiten Halbleiterschicht) in die erste Halbleiterschicht zu injizieren sind, verringert. Ferner wird die Akkumulationsmenge der in der ersten Halbleiterschicht gesammelten Minoritätsladungsträger verringert. Folglich wird der Schaltverlust verringert. Ferner werden dann, wenn das negative Steuersignal an die Steuerelektrode gegeben wird, die Löcher in dem gegenüberliegenden Bereich gesammelt, so dass die Löcherkonzentration zunimmt. Genauer gesagt, die Störstellenkonzentration des gegenüberliegenden Bereichs nimmt offensichtlich einen hohen Wert an. Folglich nimmt die Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger aus dem gegenüberliegenden Bereich (d. h. der zweiten Halbleiterschicht) in die erste Halbleiterschicht zu, so dass der stationäre Verlust verringert wird. Dementsprechend kann die Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung den stationären Verlust und den Schaltverlust durch eine Steuerung mit dem Steuersignal flexibel abstimmen, und zwar auch dann, wenn die Halbleitervorrichtung bereits gefertigt ist.
  • Alternativ kann die Halbleitervorrichtung ferner aufweisen: einen Temperatursensor zur Erfassung einer Temperatur des Halbleitersubstrats. Eine Polarität und eine Amplitude des Steuersignals werden auf der Grundlage eines Ausgangssignals des Temperatursensors bestimmt. Wenn das Halbleitersubstrat (d. h. die Diode) einen Zustand niedriger Temperatur aufweist, nimmt die Injektionsmenge (d. h. die Akkumulationsmenge) der Minoritätsladungsträger zum Wandern in die erste Halbleiterschicht zum Bilden der Diode zu. Folglich nehmen der Rückstrom und der Schaltverlust zu. Wenn das Halbleitersubstrat (d. h. die Diode) demgegenüber einen Zustand hoher Temperatur aufweist, nimmt der Widerstandswert des Halbleitersubstrats zu und die Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger, die in die zweite Halbleiterschicht wandern, ab. Folglich nimmt der Durchlassstrom ab und der stationäre Verlust zu. Bei der obigen Vorrichtung werden die Polarität und die Amplitude des Steuersignals jedoch in Übereinstimmung mit dem Ausgangssignal des Temperatursensors zur Erfassung des Temperatur der Halbleitervorrichtung bestimmt. Dementsprechend wird dann, wenn die Diode den Zustand niedriger Temperatur aufweist, das positive Steuersignal derart an die Steuerelektrode gegeben, dass die Zunahme des Schaltverlusts beschränkt wird. Demgegenüber wird dann, wenn die Diode den Zustand hoher Temperatur aufweist, das negative Steuersignal derart an die Steuerelektrode gegeben, dass die Zunahme des stationären Verlusts beschränkt wird.
  • Alternativ kann die Halbleitervorrichtung ferner aufweisen: ein Schaltelement, das dazu ausgelegt ist, in Übereinstimmung mit einem Ansteuersignal, dessen Spannungspegel umgeschaltet wird, so gesteuert zu werden, dass es öffnet und schließt. Die Diode ist in Reihe mit dem Schaltelement geschaltet. Eine Polarität und eine Amplitude des Steuersignals werden auf der Grundlage einer Frequenz des Ausgangssignals bestimmt. Für gewöhnlich können dann, wenn ein Schaltelement öffnet und schließt und der Rückstrom in die Diode fließt, die folgenden Schwierigkeiten in einigen Frequenzbereichen des Ansteuersignals auftreten. Wenn die Frequenz des Ansteuersignals beispielsweise über einem vorbestimmten Wert liegt und die Öffnen/Schließen-Frequenz des Schaltelements hoch ist, nimmt die Anzahl von Malen; dass der Rückstrom in die Diode fließt, zu. Folglich übersteigt ein Verhältnis des Schaltverlusts zum Energieverlust in der Diode ein Verhältnis des stationären Verlusts zum Energieverlust. Demgegenüber nimmt dann, wenn die Frequenz des Ansteuersignals unter einem vorbestimmten Wert liegt und die Öffnen/Schließen-Frequenz in dem Steuerelektrode niedrig ist, die Anzahl von Malen, dass der Rückstrom in die Diode fließt, ab. Folglich übersteigt ein Verhältnis des stationären Verlusts zum Energieverlust in der Diode ein Verhältnis des Schaltverlusts zum Energieverlust. Bei der obigen Vorrichtung werden die Polarität und die Amplitude des Steuersignals jedoch in Übereinstimmung mit der Frequenz des Steuersignals zur Steuerung des Öffnens und Schließens des Schaltelements bestimmt. Dementsprechend wird dann, wenn die Frequenz des Ansteuersignals über dem vorbestimmten Wert liegt, das positive Steuersignal an die Steuerelektrode gegeben. Auf diese Weise wird die Zunahme des Schaltverlusts, der ein Verhältnis zum Energieverlust aufweist, das über dem des stationären Verlusts zum Energieverlust liegt, beschränkt, so dass die Zunahme des Energieverlusts beschränkt wird. Wenn die Frequenz des Ansteuersignals unter dem vorbestimmten Wert liegt, wird das negative Steuersignal an die Steuerelektrode gegeben. Folglich wird die Zunahme des stationären Verlusts, der ein Verhältnis zum Energieverlust aufweist, das über dem des Schaltverlusts zum Energieverlust liegt, beschränkt, so dass die Zunahme des Energieverlusts beschränkt wird. Hierbei beschreibt der vorstehend beschriebene vorbestimmte Wert eine Frequenz für den Fall, dass das Verhältnis des Schaltverlusts zum Energieverlust gleich dem Verhältnis des stationären Verlusts zum Energieverlust ist.
  • Alternativ kann die Halbleitervorrichtung ferner aufweisen: ein Schaltelement, das dazu ausgelegt ist, in Übereinstimmung mit einem Ansteuersignal, dessen Spannungspegel umgeschaltet wird, so gesteuert zu werden, dass es öffnet und dass es schließt.
  • Die Diode ist in Reihe mit dem Schaltelement geschaltet, und eine Polarität des Steuersignals wird auf der Grundlage eines Timings zum Fließen eines Durchlassstroms durch die Diode und eines Timings zum Umschalten des durch die Diode fließenden Stroms von dem Durchlassstrom zu einem Rückstrom bestimmt. Der stationäre Verlust wird erzeugt, wenn der Durchlassstrom in die Diode fließt. Der stationäre Verlust wird verringert, wenn die Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger in die erste Halbleiterschicht einen hohen Wert annimmt. Der Schaltverlust wird erzeugt, wenn der Rückstrom in die Diode fließt. Der Schaltverlust wird verringert, wenn die Akkumulationsmenge der Minoritätsladungsträger in der ersten Halbleiterschicht einen geringen Wert annimmt. Bei der obigen Vorrichtung wird die Polarität des Steuersignals jedoch auf der Grundlage eines Timings zum Fließen eines Durchlassstroms durch die Diode und eines Timings zum Wechseln des durch die Diode fließenden Stroms von dem Durch-lassstrom zu einem Rückstrom bestimmt. Folglich wird dann, wenn der Durchlassstrom in die Diode fließt, das negative Steuersignal derart an die Steuerelektrode gegeben, dass die Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger in die erste Halbleiterschicht (d. h. die Menge der Minoritätsladungsträger, die in die erste Halbleiterschicht injiziert werden) zunimmt. Folglich wird der stationäre Verlust verringert. Ferner wird dann, wenn der durch die Diode fließende Strom vom Durchlassstrom zum Rückstrom gewechselt wird, das positive Steuersignal derart an die Steuerelektrode gegeben, dass die Akkumulationsmenge der Minoritätsladungsträger in der ersten Halbleiterschicht verringert wird. Auf diese Weise wird der Schaltverlust verringert.
  • Alternativ kann die Halbleitervorrichtung ferner aufweisen: ein Schaltelement, das dazu ausgelegt ist, in Übereinstimmung mit einem Ansteuersignal, dessen Spannungspegel umgeschaltet wird, so gesteuert zu werden, dass es öffnet und dass es schließt, wobei die Diode in Reihe mit dem Schaltelement geschaltet ist; eine Ansteuersignalerzeugungseinheit zur Erzeugung des Ansteuersignals; eine Zeitabstimmungseinheit zum Verzögern oder Vorsetzen des Ansteuersignals um eine vorbestimmte Zeit; ein NICHT-Gatter zum Umkehren der Polarität des Ansteuersignals, dessen Timing von der Zeitabstimmungseinheit abgestimmt wird; und ein UND-Gatter zum Eingeben des Ansteuersignals und eines Ausgangssignals von dem NICHT-Gatter. Das Steuersignal ist ein Ausgangssignal des UND-Gatters. So werden beispielsweise dann, wenn die Zeitpunktabstimmungseinheit arbeitet, um das Ansteuersignal um eine vorbestimmte Zeit zu verzögern, das an das Schaltelement zu gebende Ansteuersignal und ein Signal, das derart vorbereitet wird, dass das Ansteuersignal um die vorbestimmte Zeit verzögert und die Polarität durch das NICHT-Gatter umgekehrt wird, an das UND-Gatter gegeben. Folglich werden, da das Ansteuersignal um die vorbestimmte Zeit verzögert wird, ein Signal (d. h. ein Signal hohen Pegels) mit dem Spannungspegel des Ansteuersignals gleich dem hohen Pegel und ein Signal hohen Pegels des NICHT-Gatters gleichzeitig an das UND-Gatter gegeben. Ferner werden ein Signal (d. h. ein Signal niedrigen Pegels) mit dem Spannungspegel des Ansteuersignals gleich dem niedrigen Pegel und ein Signal niedrigen Pegels des NICHT-Gatters gleichzeitig an das UND-Gatter gegeben. Wenn die Zeitpunktabstimmungseinheit arbeitet, um das Ansteuersignal um eine vorbestimmte Zeitspanne vorzusetzen, werden das an das Schaltelement zu gebende Ansteuersignals und ein Signal, dass derart vorbereitet wird, dass das Ansteuersignal um die vorbestimmt Zeit vorgesetzt und die Polarität durch das NICHT-Gatter umgekehrt wird, an das UND-Gatter gegeben. Folglich werden, da das Ansteuersignal um die vorbestimmte Zeit vorgesetzt wird, das Signal hohen Pegels des Ansteuersignals und das Signal hohen Pegels des NICHT-Gatters gleichzeitig an das UND-Gatter gegeben werden. Ferner werden das Signal niedrigen Pegels des Ansteuersignals und das Signal niedrigen Pegels des NICHT-Gatters gleichzeitig an das UND-Gatter gegeben. Das UND-Gatter gibt das Signal hohen Pegels nur dann aus, wenn zwei Eingangssignale Signale hohen Pegels sind. Folglich gibt das UND-Gatter dann, wenn das Signal hohen Pegels des ansteigenden Signals und das Signal hohen Pegels des NICHT-Gatters gleichzeitig an das UND-Gatter gegeben werden, das Signal hohen Pegels aus. Das Ausgangssignal des UND-Gatters entspricht dem Steuersignal, das an die Diode zu geben ist. Wenn das Steuersignal positiv ist (d. h. wenn der Spannungspegel den hohen Pegel aufweist), wird die Akkumulationsmenge der Minoritätsladungsträger, die in der ersten Halbleiterschicht zu sammeln ist, verringert. Folglich wird dann, wenn das UND-Gatter das Signal hohen Pegels ausgibt, bevor die in der ersten Halbleiterschicht gesammelten Minoritätsladungsträger entladen werden (d. h. bevor der Rückstrom in die Diode fließt), der Schaltverlust verringert. Für den Fall, dass die Zeitpunktabstimmungseinheit arbeitet, um das Ansteuersignal um die vorbestimmte Zeit zu verzögern, ist der Beginn der Zeit, wenn das Signal hohen Pegels des Ansteuersignals und das Signal hohen Pegels des NICHT-Gatters gleichzeitig an das UND-Gatter gegeben werden, d. h. der Anfang der Zeit, wenn das UND-Gatter das Signal hohen Pegels ausgibt und das positive Steuersignal an die Diode gegeben wird, die Zeit, wenn der Spannungspegel des Ansteuersignals auf den hohen Pegel ansteigt. Diese Zeit entspricht dem Anfang der Übergangsperiode, in welcher das Schaltelement aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand wechselt. Wenn das Schaltelement beispielsweise den Aus-Zustand aufweist, fließt der Durchlassstrom durch die Diode. Wenn das Schaltelement aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand schaltet und die Sperrvorspannung an die Diode gelegt wird, beginnt der Rückstrom, an einem Zeitpunkt in die Diode zu fließen, wenn das Schaltelement aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand schaltet. Wenn die Zeitpunktabstimmungseinheit, wie vorstehend beschrieben, arbeitet, um das Ansteuersignal um die vorbestimmte Zeit zu verzögern, entspricht der Anfang der Zeit, wenn das positive Steuersignal an die Diode gegeben wird, dem Anfang der Übergangsperiode, in welcher das Schaltelement aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand wechselt. Dies erfolgt, bevor der Rückstrom in die Diode fließt. Da die Akkumulationsmenge der in der ersten Halbleiterschicht gesammelten Minoritätsladungsträger verringert wird, bevor der Rückstrom in die Diode fließt, wird der Schaltverlust verringert. Für den Fall, dass die Zeitpunktabstimmungseinheit arbeitet, um das Ansteuersignal um eine vorbestimmte Zeit vorzusetzen, liegt der Anfang der Zeit, wenn das Signal hohen Pegels des Ansteuersignals und das Signal hohen Pegels des NICHT-Gatters gleichzeitig an das UND-Gatter gegeben werden, d. h. der Anfang der Zeit, wenn das positive Steuersignal an die Diode gegeben wird, die vorbestimmte Zeit bevor der Spannungspegel des Ansteuersignals auf den niedrigen Pegel fällt. Dies liegt vor der Übergangsperiode, in welcher das Schaltelement aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand wechselt. So wird beispielsweise unter der Bedingung, dass das Schaltelement den Ein-Zustand aufweist, dann, wenn der Durchlassstrom in die Diode fließt und das Schaltelement aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand wechselt, die Sperrvorspannung an die Diode gelegt. In diesem Fall beginnt der Rückstrom, zu einem Zeitpunkt in die Diode zu fließen, wenn das Schaltelement aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand wechselt. Wenn die Zeitpunktabstimmungseinheit, wie vorstehend beschrieben, arbeitet, um das Ansteuersignal um die vorbestimmte Zeit vorzusetzen, liegt der Anfang der Zeit, wenn das positive Steuersignal an die Diode gegeben wird, vor der Übergangsperiode, in welcher das Schaltelement aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand wechselt. Dies erfolgt, bevor der Rückstrom in die Diode fließt. Folglich wird die Akkumulationsmenge der in der ersten Halbleiterschicht gesammelten Minoritätsladungsträger verringert, bevor der Rückstrom in die Diode fließt. Auf diese Weise wird der Schaltverlust verringert. Hierbei gibt das UND-Gatter dann, wenn beide der zwei Eingangssignale keine Signale hohen Pegels sind, das Signal niedrigen Pegels aus. Folglich gibt das UND-Gatter dann, wenn das Signal hohen Pegels des Ansteuersignals und das Signal hohen Pegels des NICHT-Gatters nicht gleichzeitig an das UND-Gatter gegeben werden, das Signal niedrigen Pegels aus. Das Ausgangssignal des UND-Gatters entspricht, wie vorstehend beschrieben, dem an die Diode zu gebenden Steuersignal. Wenn das Steuersignal negativ ist (d. h. wenn der Spannungspegel den niedrigen Pegel aufweist), nimmt die Injektionsmenge der in die erste Halbleiterschicht zu injizierenden Minoritätsladungsträger zu. Folglich gibt das UND-Gatter dann, wenn der Durchlassstrom in die Diode fließt, das Signal niedrigen Pegels aus, so dass der stationäre Verlust verringert wird. Wenn die Zeitpunktabstimmungseinheit, wie vorstehend beschrieben, arbeitet, um das Ansteuersignal um die vorbestimmte Zeit zu verzögern, schaltet das Schaltelement aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand und fließt der Rückstrom in die Diode, wobei der Anfang der Zeit, wenn das positive Steuersignal an die Diode gegeben wird, dem Anfang der Übergangsperiode entspricht, in welcher das Schaltelement aus dem Aus-Zustand in den Ein-Zustand schaltet. Folglich gibt das UND-Gatter dann, wenn der Durchlassstrom in die Diode fließt, das Signal niedrigen Pegels aus. Dementsprechend nimmt die Injektionsmenge der in die erste Halbleiterschicht zu injizierenden Minoritätsladungsträger zu, so dass der stationäre Verlust verringert wird. Ferner schaltet das Schaltelement dann, wenn die Zeitpunktabstimmungseinheit arbeitet, um das Ansteuersignal um die vorbestimmte Zeit vorzusetzen, aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand und fließt der Rückstrom in die Diode, wobei der Anfang der Zeit, wenn das positive Steuersignal an die Diode gegeben wird, vor der Übergangsperiode liegt, in welcher das Schaltelement aus dem Ein-Zustand in den Aus-Zustand wechselt. Folglich nimmt, da das UND-Gatter das Signal niedrigen Pegels ausgibt, wenn der Durchlassstrom in die Diode fließt, die Injektionsmenge der in die erste Halbleiterschicht zu injizierenden Minoritätsladungsträger derart zu, dass der stationäre Verlust verringert wird.
  • Alternativ kann das Schaltelement ein erstes Schaltelement, das auf einer Energiequellenseite angeordnet ist, und ein zweites Schaltelement, das auf einer Masseseite angeordnet ist, aufweisen, wobei das zweite Schaltelement zwischen einer Energiequelle und einer Masse in Reihe mit dem ersten Schaltelement geschaltet ist. Die Diode weist eine erste Diode, die in Sperrrichtung parallel zum ersten Schaltelement geschaltet ist, und eine zweite Diode, die in Sperrrichtung parallel zum zweiten Schaltelement geschaltet ist, auf. Das Schaltelement und die Diode bilden wenigstens einen Teil einer Inverterschaltung. Eine induktive Last ist mit einem Knotenpunkt zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement verbunden. Die Inverterschaltung legt ein alternierendes Signal an die induktive Last. Die Zeitabstimmungseinheit weist eine erste Zeitabstimmungseinheit und eine zweite Zeitabstimmungseinheit auf. Die erste Zeitabstimmungseinheit verzögert das Ansteuersignal, das an das erste Schaltelement oder das zweite Schaltelement zu geben ist, um eine vorbestimmte Zeit. Die zweite Zeitabstimmungseinheit setzt das Ansteuersignal, das an das erste Schaltelement oder das zweite Schaltelement zu geben ist, um eine vorbestimmte Zeit vor. Das NICHT-Gatter weist ein erstes NICHT-Gatter und ein zweites NICHT-Gatter auf. Das erste NICHT-Gatter kehrt die Polarität des Ansteuersignals um, dessen Timing von der ersten Zeitabstimmungseinheit verzögert wird. Das zweite NICHT-Gatter kehrt die Polarität des Ansteuersignals um, dessen Timing von der zweiten Zeitabstimmungseinheit vorgesetzt wird. Das UND-Gatter weist ein erste UND-Gatter, an welches das Ansteuersignal und ein Ausgangssignal von dem ersten NICHT-Gatter gegeben werden, und ein zweites UND-Gatter, an welches das Ansteuersignal und ein Ausgangssignal von dem zweiten NICHT-Gatter gegeben werden, auf. Das an die Steuerkontaktstelle der ersten Diode zu gebende Steuersignal ein Ausgangssignal des ersten UND-Gatters. Das an die Steuerkontaktstelle der zweiten Diode zu gebende Steuersignal ist ein Ausgangssignal des zweiten UND-Gatters.
  • Alternativ kann die erste Zeitabstimmungseinheit einen ersten Widerstand und einen ersten Kondensator, der eine elektrostatische Kapazität aufweist, die über einer Gate-Kapazität des ersten Schaltelements oder des zweiten Schaltelements liegt, aufweisen, und kann die zweite Zeitabstimmungseinheit einen zweiten Widerstand und einen zweiten Kondensator, der eine elektrostatische Kapazität aufweist, die unter der Gate-Kapazität des ersten Schaltelements oder des zweiten Schaltelements liegt, aufweisen.
  • Alternativ kann das Schaltelement ein erstes Schaltelement, das auf einer Energiequellenseite angeordnet ist, und ein zweites Schaltelement, das auf einer Masseseite angeordnet und zwischen einer Energiequelle und einer Masse in Reihe mit dem ersten Schaltelement geschaltet ist, aufweisen. Die Diode kann eine erste Diode, die in Sperrrichtung parallel zum ersten Schaltelement geschaltet ist, und eine zweite Diode, die in Sperrrichtung parallel zum zweiten Schaltelement geschaltet ist, aufweisen. Das Schaltelement und die Diode bilden wenigstens einen Teil einer Inverterschaltung, die dazu ausgelegt ist, ein alternierendes Signal an eine induktive Last zu legen, die mit einem Knotenpunkt zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement verbunden ist. Die Ansteuersignalerzeugungseinheit weist eine erste Ansteuersignalerzeugungseinheit zum Geben eines ersten Ansteuersignals an das erste Schaltelement und eine zweite Ansteuersignalerzeugungseinheit zum Geben eines zweiten Ansteuersignals an das zweite Schaltelement auf, wobei die zweite Ansteuersignalerzeugungseinheit und die erste Ansteuersignalerzeugungseinheit entgegengesetzte Polaritäten aufweisen. Die Zeitabstimmungseinheit weist eine erste Zeitabstimmungseinheit zur Verzögerung des ersten Ansteuersignals um eine vorbestimmte Zeit und eine zweite Zeitabstimmungseinheit zur Verzögerung des zweiten Ansteuersignals um eine vorbestimmte Zeit auf. Das NICHT-Gatter weist ein erstes NICHT-Gatter zum Umkehren einer Polarität des ersten Ansteuersignals, dessen Timing von der ersten Zeitabstimmungseinheit verzögert wird, und ein zweiten NICHT-Gatter zum Umkehren einer Polarität des zweiten Ansteuersignals, dessen Timing von der zweiten Zeitabstimmungseinheit verzögert wird, auf. Das UND-Gatter weist ein erstes UND-Gatter, an welches das Ansteuersignal und ein Ausgangssignal von dem ersten NICHT-Gatter gegeben werden, und ein zweites UND-Gatter, an welches das Ansteuersignal und ein Ausgangssignal von dem zweiten NICHT-Gatter gegeben werden, auf. Das an die Steuerkontaktstelle der ersten Diode zu gebende Steuersignal ist ein Ausgangssignal des ersten UND-Gatters. Das an die Steuerkontaktstelle der zweiten Diode zu gebende Steuersignal ist ein Ausgangssignal des zweiten UND-Gatters.
  • Ferner kann die erste Zeitabstimmungseinheit einen ersten Widerstand und einen ersten Kondensator, der eine elektrostatische Kapazität aufweist, die über einer Gate-Kapazität des zweiten Schaltelements liegt, aufweisen, und kann die zweite Zeitabstimmungseinheit einen zweiten Widerstand und einen zweiten Kondensator, der eine elektrostatische Kapazität aufweist, die über der Gate-Kapazität des zweiten Schaltelements liegt, aufweisen.
  • Alternativ kann das Schaltelement ein erstes Schaltelement, das auf einer Energiequellenseite angeordnet ist, und ein zweites Schaltelement, das auf einer Masseseite angeordnet und zwischen einer Energiequelle und einer Masse in Reihe mit dem ersten Schaltelement geschaltet ist, aufweisen. Die Diode kann eine erste Diode, die in Sperrrichtung parallel zum ersten Schaltelement geschaltet ist, und eine zweite Diode, die in Sperrrichtung parallel zum zweiten Schaltelement geschaltet ist, aufweisen. Das Schaltelement und die Diode bilden wenigstens einen Teil einer Inverterschaltung, die dazu ausgelegt ist, ein alternierendes Signal an eine induktive Last zu legen, die mit einem Knotenpunkt zwischen dem ersten Schaltelement und dem zweiten Schaltelement verbunden ist. Die Ansteuersignalerzeugungseinheit kann eine erste Ansteuersignalerzeugungseinheit zum Geben eines ersten Ansteuersignals an das erste Schaltelement und eine zweite Ansteuersignalerzeugungseinheit zum Geben eines zweiten Ansteuersignals an das zweite Schaltelement aufweisen, wobei die zweite Ansteuersignalerzeugungseinheit und die erste Ansteuersignalerzeugungseinheit entgegengesetzte Polaritäten aufweisen. Die Zeitabstimmungseinheit kann eine erste Zeitabstimmungseinheit zum Vorsetzen des ersten Ansteuersignals um eine vorbestimmte Zeit und eine zweite Zeitabstimmungseinheit zum Vorsetzen des zweiten Ansteuersignals um eine vorbestimmte Zeit aufweisen. Das NICHT-Gatter kann ein erstes NICHT-Gatter zum Umkehren einer Polarität des ersten Ansteuersignals, dessen Timing von der ersten Zeitabstimmungseinheit vorgesetzt wird, und ein zweiten NICHT-Gatter zum Umkehren einer Polarität des zweiten Ansteuersignals, dessen Timing von der zweiten Zeitabstimmungseinheit vorgesetzt wird, aufweisen. Das UND-Gatter kann ein erstes UND-Gatter, an welches das Ansteuersignal und ein Ausgangssignal von dem ersten NICHT-Gatter gegeben werden, und ein zweites UND-Gatter, an welches das Ansteuersignal und ein Ausgangssignal von dem zweiten NICHT-Gatter gegeben werden, aufweisen.
  • Das an die Steuerkontaktstelle der ersten Diode zu gebende Steuersignal ist ein Ausgangssignal des ersten UND-Gatters. Das an die Steuerkontaktstelle der zweiten Diode zu gebende Steuersignal ist ein Ausgangssignal des zweiten UND-Gatters.
  • Alternativ kann die erste Zeitabstimmungseinheit einen ersten Widerstand und einen ersten Kondensator, der eine elektrostatische Kapazität aufweist, die unter einer Gate-Kapazität des zweiten Schaltelements liegt, aufweisen, und kann die zweite Zeitabstimmungseinheit einen zweiten Widerstand und einen zweiten Kondensator, der eine elektrostatische Kapazität aufweist, die geringer als die Gate-Kapazität des zweiten Schaltelements ist, aufweisen.
  • Alternativ kann die zweite Elektrode über einen Isolierfilm benachbart zur Steuerkontaktstelle angeordnet sein. Die Steuerelektrode ist über das Isolierelement an mehreren Positionen zwischen der zweiten Elektrode und der ersten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht gebildet ist. Eine Bildungsdichte der Steuerelektrode nimmt von einer Mitte eines Bildungsbereichs der Steuerelektrode zu einem Randbereich hin einen hohen Wert an. Für den Fall, dass die Durchlassspannung derart an die Diode gelegt wird, dass die Minoritätsladungsträger aus der zweiten Halbleiterschicht in die erste Halbleiterschicht injiziert werden und der Durchlassstrom in die Diode fließt, wird die an die Diode gelegte Durchlassspannung abgebaut. Folglich strömen die in der ersten Halbleiterschicht gesammelten Ladungsträger in die zweite Halbleiterschicht. Insbesondere fließt der Rückstrom zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode. In diesem Fall kann es, wie vorstehend beschrieben, dann, wenn die zweite Elektrode über den Isolierfilm benachbart zur Steuerkontaktstelle angeordnet ist, passieren, dass sich die in einem Teil der ersten Halbleiterschicht nahe der zweiten Elektrode und dem Isolierfilm gesammelten Minoritätsladungsträger an dem Kontaktabschnitt zwischen der zweiten Elektrode und dem Isolierfilm konzentrieren und durch den Kontaktabschnitt zwischen der zweiten Elektrode und dem Isolierfilm wandern. In diesem Fall kann der Kontaktabschnitt zerstört werden. Bei der obigen Vorrichtung nimmt die Bildungsdichte der Steuerelektrode jedoch von der mittleren Position zu einem Randbereich im Bildungsbereich der Steuerelektrode gesehen einen hohen Wert an. Folglich nimmt dann, wenn das positive Steuersignal an die Steuerelektrode gegeben wird, die Konzentrationsverteilung der in der ersten Halbleiterschicht gesammelten Minoritätsladungsträger von der Mitte des Bildungsbereichs zum Randbereich gesehen einen niedrigen Wert an. Insbesondere wird die Akkumulationsmenge der in dem Teil der ersten Halbleiterschicht nahe der zweiten Elektrode und dem Isolierfilm gesammelten Minoritätsladungsträger derart verringert, dass sie geringer als diejenige in der Mitte des Bildungsbereichs ist. Folglich wird die Rückstrommenge verringert und der Durchbruch des Kontaktabschnitts beschränkt bzw. verhindert.
  • Alternativ kann die zweite Elektrode über einen Isolierfilm benachbart zur Steuerkontaktstelle angeordnet sein. Die Steuerelektrode ist über das Isolierelement an mehreren Positionen zwischen der zweiten Elektrode und der ersten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht gebildet, und eine Bildungsdichte der Steuerelektrode nimmt von einer Mitte eines Bildungsbereichs der Steuerelektrode zu einem Randbereich hin einen niedrigen Wert an. Folglich nimmt dann, wenn das negative Steuersignal an die Steuerelektrode gegeben wird, die Konzentrationsverteilung der in der ersten Halbleiterschicht gesammelten Minoritätsladungsträger von der Mitte zum Randbereich des Bildungsbereichs gesehen einen niedrigen Wert an.
  • Alternativ kann das Halbleitersubstrat in einen ersten Bildungsbereich, in welchem die Diode gebildet ist, und in einen zweiten Bildungsbereich, in welchem das Schaltelement gebildet ist, geteilt sein, wobei das Schaltelement in Übereinstimmung mit dem Ansteuersignal, dessen Spannungspegel umgeschaltet wird, geöffnet und geschlossen wird. Eine dritte Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps und eine Gate-Elektrode zum Anlegen des Ansteuersignals zwischen die dritte Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht sind in der zweiten Halbleiterschicht des zweiten Bildungsbereichs gebildet, und der erste Bildungsbereich ist benachbart zum zweiten Bildungsbereich angeordnet. Wenn das Schaltelement den Aus-Zustand aufweist und der Rückstrom in die Diode fließt, fließt ein Teil des Rückstroms in das Schaltelement, so dass das Schaltelement gegebenenfalls fehlerhaft arbeitet. Bei der obigen Vorrichtung sind die Diode und das Schaltelement jedoch im Halbleitersubstrat gebildet und ist der erste Bildungsbereich, in welchem die Diode gebildet ist, benachbart zum zweiten Bildungsbereich angeordnet, in welchem das Schaltelement gebildet ist. In diesem Fall wird dann, wenn das Schaltelement den Aus-Zustand aufweist und der durch die Diode fließende Strom vom Durchlassstrom zum Rückstrom wechselt, das positive Steuersignal an die Steuerelektrode gegeben, so dass die Akkumulationsmenge der in der ersten Halbleiterschicht gesammelten Minoritätsladungsträger verringert wird. Folglich wird die Rückstrommenge verringert, so, dass die Rückstrommenge, die in das Schaltelement fließt, verringert und die Fehlfunktion des Schaltelements verhindert wird. Ferner wird dann, wenn das Schaltelement und die Diode in demselben Halbleitersubstrat gebildet sind, die Störstellenkonzentration jeder Halbleiterschicht zum Bilden des Schaltelements und der Diode für gewöhnlich derart bestimmt, dass sie eine Konzentration aufweist, die für das Schaltelement geeignet ist. Folglich tritt bei der obigen Vorrichtung dahingehend ein Problem auf, dass die Störstellenkonzentration jeder Halbleiterschicht nicht so bestimmt ist, dass sie eine Konzentration aufweist, die für die Diode geeignet ist. Die Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung weist jedoch den Controller zum Abstimmen der Injektionsmenge der Minoritätsladungsträger auf. Folglich wird dann, wenn das an die Steuerelektrode zu gebende Steuersignal abgestimmt wird, die Störstellenkonzentration der zweiten Halbleiterschicht derart gesteuert, dass sie eine Konzentration aufweist, die offensichtlich für die Diode geeignet ist. Wenn beispielsweise das positive Steuersignal an die Steuerelektrode gelegt wird, nimmt die Stärstellenkonzentration der zweiten Halbleiterschicht offensichtlich einen niedrigen Wert an. Wenn das negative Steuersignal an die Steuerelektrode gegeben wird, nimmt die Störstellenkonzentration der zweiten Halbleiterschicht offensichtlich einen hohen Wert an.
  • Alternativ kann ein Graben auf der ersten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht gebildet sein. Eine Innenwand des Grabens ist mit einem ersten Isolierfilm bedeckt. Der erste Isolierfilm bildet eine Konkavität, die mit einem leitfähigen Element gefüllt ist. Ein Teil einer Öffnung der Konkavität ist mit einem zweiten Isolierfilm versiegelt. Das Isolierelement ist aus dem ersten Isolierfilm und dem zweiten Isolierfilm aufgebaut. Die Steuerelektrode wird durch das leitfähige Element gebildet.
  • Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Offenbarung wird eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt, mit: einer Kollektor-Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps; einer Driftschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf der Kollektor-Schicht angeordnet ist; einem Basisbereich des ersten Leitfähigkeitstyps, der auf der Driftschicht in einem Zellbereich gebildet ist; einem ersten Graben, der sich in einer Richtung entsprechend einer Längsrichtung erstreckt und gebildet ist, um den Basisbereich so zu durchdringen und den Driftbereich so zu erreichen, dass der Basisbereich in mehrere Abschnitte unterteilt wird; einem Emitter-Bereich des zweiten Leitfähigkeitstyps, der wenigstens in einem Teil der geteilten Abschnitte des Basisbereichs bildet ist, um eine Seitenwand des ersten Grabens in dem Basisbereich zu kontaktieren; einem Gate-Isolierfilm, der auf einer Innenoberfläche des ersten Grabens gebildet ist; einer Gate-Elektrode, die auf dem Gate-Isolierfilm in dem ersten Graben gebildet ist; einer Emitter-Elektrode, die elektrisch mit dem Emitter-Bereich verbunden ist, und einer Kollektor-Elektrode, die auf einer Rückseite der Kollektor-Schicht gebildet ist; einem zweiten Graben, der auf der Rückseite der Kollektor-Schicht gebildet ist, welche der Driftschicht gegenüberliegt; einem Gate-Isolierfilm, der auf einer Innenoberfläche des zweiten Grabens gebildet ist; und einer Steuer-Gate-Elektrode, die auf dem Gate-Isolierfilm im zweiten Graben gebildet ist. Die Kollektor-Schicht, die Driftschicht, der Basisbereich, der Graben, der Emitter-Bereich, der Gate-Isolierfilm, die Gate-Elektrode und die Kollektor-Elektrode bilden eine Halbleitervorrichtung der Bauart mit einem isolierten Gate.
  • Folglich ist die Steuer-Gate-Elektrode zur Steuerung der Ladungsträgermenge in der Kollektor-Schicht in dem Zellbereich gebildet, in welchem die Halbleitervorrichtung mit isolierter Gate-Elektrode gebildet ist. Dementsprechend kann die Halbleitervorrichtung den stationären Verlust und den Schaltverlust abstimmen und optimieren, auch wenn ein Fertigungsprozess der Vorrichtung bereits abgeschlossen ist bzw. die Vorrichtung bereits gefertigt ist.
  • Alternativ kann der zweite Graben die Kollektor-Schicht durchdringen.
  • Alternativ kann eine Feldstoppschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen der Kollektor-Schicht und der Driftschicht angeordnet sein, wobei die Feldstoppschicht eine höhere Störstellenkonzentration als die Driftschicht aufweist.
  • Alternativ kann der zweite Graben nicht nur die Kollektor-Schicht durchdringen, sondern ebenso die Feldstoppschicht. Folglich kann die Steuer-Gate-Elektrode die Ladungsträgermenge in der FS-Schicht abstimmen, da der Graben auf der Rückseite die FS-Schicht durchdringt.
  • Alternativ kann eine Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps zwischen der Feldstoppschicht und der Driftschicht gebildet sein. Die Kollektor-Schicht, die Feldstoppschicht, die Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps und die Steuer-Gate-Elektrode in dem Graben bilden einen Trench-Gate-MOSFET auf der Rückseite.
  • Alternativ kann der zweite Graben die FS-Schicht nicht durchdringen.
  • Alternativ kann die Halbleitervorrichtung ferner aufweisen: einen Außenumfangsbereich mit einer Außenumfangsdurchbruchspannungsstruktur, welche den Zellbereich umgibt. Der Graben auf der Rückseite, der Gate-Isolierfilm, der auf der Innenoberfläche des Grabens gebildet ist, und die Steuer-Gate-Elektrode sind in dem Außenumfangsbereich angeordnet. Folglich ist die Steuer-Gate-Elektrode in dem Außenumfangsbereich gebildet. Die elektrische Verbindung zwischen der Steuer-Gate-Elektrode, die in dem Zellbereich angeordnet ist, und der Steuer-Gate-Elektrode, die in dem Außenumfangsbereich angeordnet ist, erfolgt in dem Außenumfangsbereich.
  • Alternativ kann sowohl die Steuer-Gate-Elektrode in dem Zellbereich als auch die Steuer-Gate-Elektrode in dem Außenumfangsbereich elektrisch mit einer Außenumfangselektrode, die im Außenumfangsbereich gebildet ist, verbunden sein.
  • Alternativ kann sowohl die Steuer-Gate-Elektrode in dem Zellbereich als auch die Steuer-Gate-Elektrode in dem. Außenumfangsbereich elektrisch mit einer Verdrahtungsschicht verbunden sind, die in einem Durchgangsloch angeordnet ist, das gebildet ist, um die Driftschicht im Außenumfangsbereich zu durchdringen. Die Steuer-Gate-Elektrode wird von der Rückseite zu einer Vorderseite der Rückseite gegenüberliegend gezogen.
  • Alternativ kann ein Abstand zwischen benachbarten Steuer-Gate-Elektroden, die in dem Außenumfangsbereich gebildet sind, geringer als ein Abstand zwischen benachbarten Steuer-Gate-Elektroden sein, die im Zellbereich gebildet sind. In diesem Fall ist die Bildungsdichte der Steuer-Gate-Elektrode in dem Außenumfangsbereich höher als diejenige im Zellbereich. Folglich wird beispielsweise dann, wenn die Kollektor-Schicht entsprechend dem Kollektor-Bereich p-leitend ist und die positive Spannung bezüglich des Kollektor-Bereichs an die Steuer-Gate-Elektrode gelegt wird, die Minoritätsladungsträgermenge, die in den Außenumfangsbereich zu injizieren ist, so beschränkt, dass sie geringer als die Minoritätsladungsträgermenge ist, die aus dem Zellbereich zu injizieren ist. Dementsprechend wird der durch die Ladungsträgerkonzentration an dem Endabschnitt des Zellbereichs verursachte Vorrichtungsdurchbruch verhindert.
  • Alternativ kann ein erster Abschnitt der Steuer-Gate-Elektrode, der im Zellbereich gebildet ist, von einem zweiten Abschnitt der Steuer-Gate-Elektrode, der im Außenumfangsbereich gebildet ist, elektrisch isoliert sein. Der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt sind elektrisch jeweils mit einzelnen Elektroden verbunden. In diesem Fall werden ein Teil der Steuer-Gate-Elektrode, der im Zellbereich gebildet ist, und ein anderer Teil der Steuer-Gate-Elektrode, der im Außenumfangsbereich gebildet ist, derart gesteuert, dass sie jeweils verschiedene Potentiale aufweisen.
  • Obgleich die vorliegende Erfindung vorstehend anhand von beispielhaften Ausführungsformen aufgezeigt wurde, sollte wahrgenommen werden, dass sie nicht auf die beispielhaften Ausführungsformen und Strukturen beschränkt ist, sondern verschiedenen Modifikationen und äquivalente Anordnungen mit abdecken soll. Zu den verschiedenen Kombinationen und Konfigurationen, die als Beispiel dienen, sollen andere Kombinationen und Konfigurationen, die mehr, weniger oder nur ein einziges Element umfassen, als mit im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung beinhaltet verstanden werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2009-153958 [0001]
    • JP 2008-294481 [0001]
    • JP 2010-108608 [0001]
    • JP 2003-318412 A [0003]
    • JP 2003-101020 [0011]

Claims (26)

  1. Halbleitervorrichtung mit: – einem Halbleitersubstrat (10) mit einer ersten Halbleiterschicht (11) eines ersten Leitfähigkeitstyps und wenigstens einer zweiten Halbleiterschicht (12) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die in einem Oberflächenabschnitt einer ersten Oberfläche (11a) der ersten Halbleiterschicht (11) gebildet ist; – einer Diode (30) mit einer ersten Elektrode (20) und einer zweiten Elektrode (21); – einer Steuerkontaktstelle (42); – einer Steuerelektrode (41), die elektrisch mit der Steuerkontaktstelle (42) verbunden ist; und – einem Isolierelement (44, 46), wobei – die erste Elektrode (20) auf einer zweiten Oberfläche (11b) der ersten Halbleiterschicht (11) gebildet ist, – die zweite Elektrode (21) auf der ersten Oberfläche (11a) der ersten Halbleiterschicht (11) gebildet ist, – ein Strom zwischen der ersten Elektrode (20) und der zweiten Elektrode (21) fließt, – die Steuerkontaktstelle (42) auf der ersten Oberfläche (11a) der ersten Halbleiterschicht (11) angeordnet ist und die Kontaktstelle (42) ein Steuersignal zur Steuerung einer Injektionsmenge von Ladungsträgern in die erste Halbleiterschicht (11) eingibt, und – das Isolierelement (44, 46) eine Isolierung zwischen der Steuerelektrode (41) und der zweiten Elektrode (21) und zwischen der Steuerelektrode (41) und dem Halbleitersubstrat (10) vorsieht.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner aufweist: – einen Temperatursensor (50) zur Erfassung einer Temperatur des Halbleitersubstrats (10), wobei – eine Polarität und eine Amplitude des Steuersignals auf der Grundlage eines Ausgangssignals des Temperatursensors (50) bestimmt werden.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner aufweist: – ein Schaltelement (70), das dazu ausgelegt ist, in Übereinstimmung mit einem Ansteuersignal, dessen Spannungspegel umgeschaltet wird, so gesteuert zu werden, dass es öffnet und dass es schließt, wobei – die Diode (30) in Reihe mit dem Schaltelement (70) geschaltet ist, und – eine Polarität und eine Amplitude des Steuersignals auf der Grundlage einer Frequenz des Ausgangssignals bestimmt werden.
  4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner aufweist: – ein Schaltelement (70), das dazu ausgelegt ist, in Übereinstimmung mit einem Ansteuersignal, dessen Spannungspegel umgeschaltet wird, so gesteuert zu werden, dass es öffnet und dass es schließt, wobei – die Diode (30) in Reihe mit dem Schaltelement (70) geschaltet ist, und – eine Polarität des Steuersignals auf der Grundlage eines Timings zum Fließen eines Durchlassstroms durch die Diode (30) und eines Timings zum Umschalten des durch die Diode (30) fließenden Stroms von dem Durchlassstrom zu einem Rückstrom bestimmt wird.
  5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner aufweist: – ein Schaltelement (70), das dazu ausgelegt ist, in Übereinstimmung mit einem Ansteuersignal, dessen Spannungspegel umgeschaltet wird, so gesteuert zu werden, dass es öffnet und dass es schließt, wobei die Diode (30) in Reihe mit dem Schaltelement (70) geschaltet ist; – eine Ansteuersignalerzeugungseinheit (61, 69) zur Erzeugung des Ansteuersignals; – eine Zeitabstimmungseinheit (62) zum Verzögern oder Vorsetzen des Ansteuersignals um eine vorbestimmte Zeit; – ein NICHT-Gatter (63) zum Umkehren der Polarität des Ansteuersignals, dessen Timing von der Zeitabstimmungseinheit (62) abgestimmt wird; und – ein UND-Gatter (64) zum Eingeben des Ansteuersignals und eines Ausgangssignals von dem NICHT-Gatter (63), wobei – das Steuersignal ein Ausgangssignal von dem UND-Gatter (64) ist.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – das Schaltelement (70) ein erstes Schaltelement (70a), das auf einer Energiequellenseite angeordnet ist, und ein zweites Schaltelement (70b), das auf einer Masseseite angeordnet ist, aufweist, wobei das zweite Schaltelement (70b) zwischen einer Energiequelle (Vcc) und einer Masse in Reihe mit dem ersten Schaltelement (70a) geschaltet ist; – die Diode (30) eine erste Diode (30a), die in Sperrrichtung parallel zum ersten Schaltelement (70a) geschaltet ist, und eine zweite Diode (30b), die in Sperrrichtung parallel zum zweiten Schaltelement (70b) geschaltet ist, aufweist; – das Schaltelement (70) und die Diode (30) wenigstens einen Teil einer Inverterschaltung (100a, 100b) bilden; – eine induktive Last (92) mit einem Knotenpunkt zwischen dem ersten Schaltelement (70a) und dem zweiten Schaltelement (70b) verbunden ist; – die Inverterschaltung (100a, 100b) ein alternierendes Signal an die induktive Last (92) legt; – die Zeitabstimmungseinheit (62) eine erste Zeitabstimmungseinheit (62a) und eine zweite Zeitabstimmungseinheit (62b) aufweist; – die erste Zeitabstimmungseinheit (62a) das Ansteuersignal, das an das erste Schaltelement (70a) oder das zweite Schaltelement (70b) zu geben ist, eine vorbestimmte Zeit verzögert; – die zweite Zeitabstimmungseinheit (62b) das Ansteuersignal, das an das erste Schaltelement (70a) oder das zweite Schaltelement (70b) zu geben ist, eine vorbestimmte Zeit vorsetzt; – das NICHT-Gatter (63) ein erstes NICHT-Gatter (63a) und ein zweites NICHT-Gatter (63b) aufweist; – das erste NICHT-Gatter (63a) die Polarität des Ansteuersignals umkehrt, dessen Timing von der ersten Zeitabstimmungseinheit (62a) verzögert wird; – das zweite NICHT-Gatter (63b) die Polarität des Ansteuersignals umkehrt, dessen Timing von der zweiten Zeitabstimmungseinheit (62b) vorgesetzt wird; – das UND-Gatter (64) ein erste UND-Gatter (64a), an welches das Ansteuersignal und ein Ausgangssignal von dem ersten NICHT-Gatter (63a) gegeben werden, und ein zweites UND-Gatter (64b), an welches das Ansteuersignal und ein Ausgangssignal von dem zweiten NICHT-Gatter (63b) gegeben werden, aufweist; – das an die Steuerkontaktstelle (42a) der ersten Diode (30a) zu gebende Steuersignal ein Ausgangssignal des ersten UND-Gatters (64a) ist; und – das an die Steuerkontaktstelle (42b) der zweiten Diode (30b) zu gebende Steuersignal ein Ausgangssignal des zweiten UND-Gatters (64b) ist.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass – die erste Zeitabstimmungseinheit (62a) einen ersten Widerstand (67a) und einen ersten Kondensator (68a), der eine elektrostatische Kapazität aufweist, die über einer Gate-Kapazität des ersten Schaltelements (70a) oder des zweiten Schaftelements (70b) liegt, aufweist; und – die zweite Zeitabstimmungseinheit (62b) einen zweiten Widerstand (67b) und einen zweiten Kondensator (68b), der eine elektrostatische Kapazität aufweist, die unter der Gate-Kapazität des ersten Schaltelements (70a) oder des zweiten Schaltelements (70b) liegt, aufweist.
  8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – das Schaltelement (70) ein erstes Schaltelement (70a), das auf einer Energiequellenseite angeordnet ist, und ein zweites Schaltelement (70b), das auf einer Masseseite angeordnet und zwischen einer Energiequelle (Vcc) und einer Masse in Reihe mit dem ersten Schaltelement (70a) geschaltet ist, aufweist; – die Diode (30) eine erste Diode (30a), die in Sperrrichtung parallel zum ersten Schaltelement (70a) geschaltet ist, und eine zweite Diode (30b), die in Sperrrichtung parallel zum zweiten Schaltelement (70b) geschaltet ist, aufweist; – das Schaltelement (70) und die Diode (30) wenigstens einen Teil einer Inverterschaltung (100a, 100b) bilden, die dazu ausgelegt ist, ein alternierendes Signal an eine induktive Last (92) zu legen, die mit einem Knotenpunkt zwischen dem ersten Schaltelement (70a) und dem zweiten Schaltelement (70b) verbunden ist; – die Ansteuersignalerzeugungseinheit (61, 69) eine erste Ansteuersignalerzeugungseinheit (69) zum Geben eines ersten Ansteuersignals an das erste Schaltelement (70a) und eine zweite Ansteuersignalerzeugungseinheit (61) zum Geben eines zweiten Ansteuersignals an das zweite Schaltelement (70b) aufweist, wobei die zweite Ansteuersignalerzeugungseinheit (61) und die erste Ansteuersignalerzeugungseinheit (69) entgegengesetzte Polaritäten aufweisen; – die Zeitabstimmungseinheit (62) eine erste Zeitabstimmungseinheit (62a) zur Verzögerung des ersten Ansteuersignals um eine vorbestimmte Zeit und eine zweite Zeitabstimmungseinheit (62b) zur Verzögerung des zweiten Ansteuersignals um eine vorbestimmte Zeit aufweist; – das NICHT-Gatter (63) ein erstes NICHT-Gatter (63a) zum Umkehren einer Polarität des ersten Ansteuersignals, dessen Timing von der ersten Zeitabstimmungseinheit (62a) verzögert wird, und ein zweiten NICHT-Gatter (63b) zum Umkehren einer Polarität des zweiten Ansteuersignals, dessen Timing von der zweiten Zeitabstimmungseinheit (62b) verzögert wird, aufweist; – das UND-Gatter (64) ein erstes UND-Gatter (64a), an welches das Ansteuersignal und ein Ausgangssignal von dem ersten NICHT-Gatter (63a) gegeben werden, und ein zweites UND-Gatter (64b), an welches das Ansteuersignal und ein Ausgangssignal von dem zweiten NICHT-Gatter (63b) gegeben werden, aufweist; – das an die Steuerkontaktstelle (42a) der ersten Diode (30a) zu gebende Steuersignal ein Ausgangssignal des ersten UND-Gatters (64a) ist; und – das an die Steuerkontaktstelle (42b) der zweiten Diode (30b) zu gebende Steuersignal ein Ausgangssignal des zweiten UND-Gatters (64b) ist.
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass – die erste Zeitabstimmungseinheit (62a) einen ersten Widerstand (67a) und einen ersten Kondensator (68a), der eine elektrostatische Kapazität aufweist, die über einer Gate-Kapazität des zweiten Schaltelements (70b) liegt, aufweist; und – die zweite Zeitabstimmungseinheit (62b) einen zweiten Widerstand (67b) und einen zweiten Kondensator (68b), der eine elektrostatische Kapazität aufweist, die über der Gate-Kapazität des zweiten Schaltelements (70b) liegt, aufweist.
  10. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – das Schaltelement (70) ein erstes Schaltelement (70a), das auf einer Energiequellenseite angeordnet ist, und ein zweites Schaltelement (70b), das auf einer Masseseite angeordnet und zwischen einer Energiequelle (Vcc) und einer Masse in Reihe mit dem ersten Schaltelement (70a) geschaltet ist, aufweist; – die Diode (30) eine erste Diode (30a), die in Sperrrichtung parallel zum ersten Schaltelement (70a) geschaltet ist, und eine zweite Diode (30b), die in Sperrrichtung parallel zum zweiten Schaltelement (70b) geschaltet ist, aufweist; – das Schaltelement (70) und die Diode (30) wenigstens einen Teil einer Inverterschaltung (100a, 100b) bilden, die dazu ausgelegt ist, ein alternierendes Signal an eine induktive Last (92) zu legen, die mit einem Knotenpunkt zwischen dem ersten Schaltelement (70a) und dem zweiten Schaltelement (70b) verbunden ist; – die Ansteuersignalerzeugungseinheit (61, 69) eine erste Ansteuersignalerzeugungseinheit (69) zum Geben eines ersten Ansteuersignals an das erste Schaltelement (70a) und eine zweite Ansteuersignalerzeugungseinheit (61) zum Geben eines zweiten Ansteuersignals an das zweite Schaltelement (70b) aufweist, wobei die zweite Ansteuersignalerzeugungseinheit (61) und die erste Ansteuersignalerzeugungseinheit (69) entgegengesetzte Polaritäten aufweisen; – die Zeitabstimmungseinheit (62) eine erste Zeitabstimmungseinheit (62a) zum Vorsetzen des ersten Ansteuersignals um eine vorbestimmte Zeit und eine zweite Zeitabstimmungseinheit (62b) zum Vorsetzen des zweiten Ansteuersignals um eine vorbestimmte Zeit aufweist; – das NICHT-Gatter (63) ein erstes NICHT-Gatter (63a) zum Umkehren einer Polarität des ersten Ansteuersignals, dessen Timing von der ersten Zeitabstimmungseinheit (62a) vorgesetzt wird, und ein zweiten NICHT-Gatter (63b) zum Umkehren einer Polarität des zweiten Ansteuersignals, dessen Timing von der zweiten Zeitabstimmungseinheit (62b) vorgesetzt wird, aufweist; – das UND-Gatter (64) ein erstes UND-Gatter (64a), an welches das Ansteuersignal und ein Ausgangssignal von dem ersten NICHT-Gatter (63a) gegeben werden, und ein zweites UND-Gatter (64b), an welches das Ansteuersignal und ein Ausgangssignal von dem zweiten NICHT-Gatter (63b) gegeben werden, aufweist; – das an die Steuerkontaktstelle (42a) der ersten Diode (30a) zu gebende Steuersignal ein Ausgangssignal des ersten UND-Gatters (64a) ist; und – das an die Steuerkontaktstelle (42b) der zweiten Diode (30b) zu gebende Steuersignal ein Ausgangssignal des zweiten UND-Gatters (64b) ist.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass – die erste Zeitabstimmungseinheit (62a) einen ersten Widerstand (67a) und einen ersten Kondensator (68a), der eine elektrostatische Kapazität aufweist, die unter einer Gate-Kapazität des zweiten Schaltelements (70b) liegt, aufweist; und – die zweite Zeitabstimmungseinheit (62b) einen zweiten Widerstand (67b) und einen zweiten Kondensator (68b), der eine elektrostatische Kapazität aufweist, die unter der Gate-Kapazität des zweiten Schaltelements (70b) liegt, aufweist.
  12. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass – die zweite Elektrode (21) über einen Isolierfilm (22) benachbart zur Steuerkontaktstelle (42) angeordnet ist; – die Steuerelektrode (41) über das Isolierelement (44, 46) an mehreren Positionen zwischen der zweiten Elektrode (21) und der ersten Oberfläche (11a) der ersten Halbleiterschicht (11) gebildet ist; und – eine Bildungsdichte der Steuerelektrode (41) von einer Mitte eines Bildungsbereichs der Steuerelektrode (41) zu einem Randbereich hin hoch wird.
  13. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass – die zweite Elektrode (21) über einen Isolierfilm (22) benachbart zur Steuerkontaktstelle (42) angeordnet ist; – die Steuerelektrode (41) über das Isolierelement (44, 46) an mehreren Positionen zwischen der zweiten Elektrode (21) und der ersten Oberfläche (11a) der ersten Halbleiterschicht (11) gebildet ist; und – eine Bildungsdichte der Steuerelektrode (41) von einer Mitte eines Bildungsbereichs der Steuerelektrode (41) zu einem Randbereich hin niedrig wird.
  14. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass – das Halbleitersubstrat (10) in einen ersten Bildungsbereich (E1), in welchem die Diode (30) gebildet ist, und einen zweiten Bildungsbereich (E2), in welchem das Schaltelement (70) gebildet ist, geteilt ist, wobei das Schaltelement (70) in Übereinstimmung mit dem Ansteuersignal, dessen Spannungspegel umgeschaltet wird, geöffnet und geschlossen wird; – eine dritte Halbleiterschicht (17) des ersten Leitfähigkeitstyps und eine Gate-Elektrode (71) zum Anlegen des Ansteuersignals zwischen die dritte Halbleiterschicht (17) und die zweite Halbleiterschicht (12) in der zweiten Halbleiterschicht (12) des zweiten Bildungsbereichs (E2) gebildet sind; und – der erste Bildungsbereich (E1) benachbart zum zweiten Bildungsbereich (E2) angeordnet ist.
  15. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Graben auf der ersten Oberfläche (11a) der ersten Halbleiterschicht (11) gebildet ist; – eine Innenwand des Grabens (44) mit einem ersten Isolierfilm (44) bedeckt ist; – der erste Isolierfilm (44) eine Konkavität bildet, die mit einem leitfähigen Element (45) gefüllt ist; – ein Teil einer Öffnung der Konkavität mit einem zweiten Isolierfilm (46) versiegelt ist; – das Isolierelement (44, 46) aus dem ersten Isolierfilm (44) und dem zweiten Isolierfilm (46) aufgebaut ist; und – die Steuerelektrode (41) durch das leitfähige Element (45) gebildet wird.
  16. Halbleitervorrichtung mit: – einer Kollektor-Schicht (201) eines ersten Leitfähigkeitstyps; – einer Driftschicht (202) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, die auf der Kollektor-Schicht (201) angeordnet ist; – einem Basisbereich (203) des ersten Leitfähigkeitstyps, der auf der Driftschicht (202) in einem Zellbereich gebildet ist; – einem ersten Graben (204), der sich entlang einer Richtung entsprechend einer Längsrichtung erstreckt und gebildet ist, um den Basisbereich (203) so zu durchdringen und den Driftbereich (202) so zu erreichen, dass der Basisbereich (203) in mehrere Abschnitte unterteilt ist; – einem Emitter-Bereich (205) des zweiten Leitfähigkeitstyps, der wenigstens in einem Teil der geteilten Abschnitte des Basisbereich (203) bildet ist, um eine Seitenwand des ersten Grabens (204) in dem Basisbereich (203) zu kontaktieren; – einem Gate-Isolierfilm (206), der auf einer Innenoberfläche des ersten Grabens (204) gebildet ist; – einer Gate-Elektrode (207), die auf dem Gate-Isolierfilm (206) in dem ersten Graben (204) gebildet ist; – einer Emitter-Elektrode (209), die elektrisch mit dem Emitter-Bereich (205) verbunden ist, und einer Kollektor-Elektrode (210), die auf einer Rückseite der Kollektor-Schicht (201) gebildet ist; – einem zweiten Graben (211), der auf der Rückseite der Kollektor-Schicht (201) gebildet ist, welche der Driftschicht (202) gegenüberliegt; – einem Gate-Isolierfilm (212), der auf einer Innenoberfläche des zweiten Grabens (211) gebildet ist; und – einer Steuer-Gate-Elektrode (213), die auf dem Gate-Isolierfilm (212) im zweiten Graben (211) gebildet ist, wobei – die Kollektor-Schicht (201), die Driftschicht (202), der Basisbereich (203), der Graben (204), der Emitter-Bereich (205), der Gate-Isolierfilm (206), die Gate-Elektrode (207) und die Kollektor-Elektrode (210) eine Halbleitervorrichtung der Bauart mit einem isolierten Gate bilden.
  17. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Graben (211) die Kollektor-Schicht (201) durchdringt.
  18. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feldstoppschicht (202a) des zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen der Kollektor-Schicht (201) und der Driftschicht (202) angeordnet ist, wobei die Feldstoppschicht (202a) eine höhere Störstellenkonzentration als die Driftschicht (202) aufweist.
  19. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Graben (211) nicht nur die Kollektor-Schicht (201), sondern ebenso die Feldstoppschicht (202a) durchdringt.
  20. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Schicht (260) des ersten Leitfähigkeitstyps zwischen der Feldstoppschicht (202a) und der Driftschicht (202) gebildet ist; und – die Kollektor-Schicht (201), die Feldstoppschicht (202a), die Schicht (260) des ersten Leitfähigkeitstyps und die Steuer-Gate-Elektrode (213) in dem Graben (211) einen Trench-Gate-MOSFET auf der Rückseite bilden.
  21. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Graben (211) die Feldstoppschicht (202a) nicht durchdringt.
  22. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner aufweist: – einen Außenumfangsbereich mit einer Außenumfangsdurchbruchspannungsstruktur, welche den Zellbereich umgibt, wobei – der Graben (211) auf der Rückseite, der Gate-Isolierfilm (212), der auf der Innenoberfläche des Grabens (211) gebildet ist, und die Steuer-Gate-Elektrode (213) in dem Außenumfangsbereich angeordnet sind.
  23. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Steuer-Gate-Elektrode (213) in dem Zellbereich als auch die Steuer-Gate-Elektrode (213) in dem Außenumfangsbereich elektrisch mit einer Außenumfangselektrode (237), die im Außenumfangsbereich gebildet ist, verbunden sind.
  24. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass – sowohl die Steuer-Gate-Elektrode (213) in dem Zellbereich als auch die Steuer-Gate-Elektrode (213) in dem Außenumfangsbereich elektrisch mit einer Verdrahtungsschicht (252) verbunden sind, die in einem Durchgangsloch (250) angeordnet ist, das gebildet ist, um die Driftschicht (202) im Außenumfangsbereich zu durchdringen; und – die Steuer-Gate-Elektrode (213) von der Rückseite zu einer Vorderseite gegenüberliegend der Rückseite gezogen wird.
  25. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen benachbarten Steuer-Gate-Elektroden (213b), die in dem Außenumfangsbereich gebildet sind, geringer als ein Abstand zwischen benachbarten Steuer-Gate-Elektroden (213a) ist, die im Zellbereich gebildet sind.
  26. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass – ein erster Abschnitt (213a) der Steuer-Gate-Elektrode (213), der im Zellbereich gebildet ist, von einem zweiten Abschnitt (213b) der Steuer-Gate-Elektrode (213), der im Außenumfangsbereich gebildet ist, elektrisch isoliert ist; und – der erste Abschnitt (213a) und der zweite Abschnitt (213b) elektrisch mit einzelnen Elektroden (37a bzw. 37b) verbunden sind.
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